JPH05279060A - 光学素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非球面などの光学素子を成形した場合におけ
る、肉厚のバラツキを無くした光学素子の成形方法。 【構成】 光学素材を胴型上に載置して加熱軟化し、一
対の成形型間に搬送して加圧成形する光学素子の成形方
法において、上記一対の成形型のうち少なくともその一
方の型を２個に分割形成し、その分割した下型２，３の
外周と胴型５に設けた嵌合部２２と位置決め嵌合しなが
ら上昇移動して上型１と共に成形可能な状態に当接配置
し、光学素材４の冷却固化が始まった時点で、光学素子
の形状に応じて上記分割成形型２，３のいずれかより加
圧成形するようにした光学素子の成形方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学素材を加熱軟化し
た後、成形型により加圧成形して所定の形状、精度を有
する光学素子を得ることを可能とする光学素子の成形方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光学素子を成形する場合、非球
面量が大きい場合、または非球面部の外周に薄肉の平面
部が成形される場合など光学素材の内部の温度分布の差
が大きいため、成形時に全体を均等な圧力で加圧する
と、肉の薄い部分が先に固化してしまい、肉の厚い部分
に必要な圧力を加えることができなかった。また、肉の
厚い部分に必要なだけの圧力を掛けると、肉の薄い部分
は割れなどが生じるなどの問題が生じていた。

【０００３】上記問題点を解決したのが特開平１−１４
８７１６号公報である。この公報に記載されている技術
内容は、ガラス素材を加熱軟化して押圧成形する成形金
型において、一方の成形型を同芯状に少なくとも２つ以
上の型部材に分割して形成すると共に、上記分割した型
部材のそれぞれに独立して成形圧力および成形温度を設
定する手段を設けた光学素子の成形用金型にて、成形す
ることにより肉の厚い部分を充分に加圧することがで
き、成形温度を独立して設定することなどにより、成形
時の温度分布を少なくすることができるという内容の技
術が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報における技術は、肉の厚い部分を加圧し、成形完了ま
で続けて成形するため、温度、圧力にバラツキが生じ、
それにより肉厚が変化してしまうという問題点があっ
た。そのため肉厚公差±０．０２ｍｍを実現するには、
温度のバラツキを±０．１℃以内に圧力のバラツキを±
０．５ｋｇ以内にそれぞれ制御しなければならず、この
制御は極めて困難であった。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、特に非球面量の大きい光学素子または非球面部の
外周に薄肉の平面部を有する光学素子においても、所望
の中肉公差を実現し得る光学素子の成形方法を提供する
ことを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、光
学素材を胴型上に載置して加熱軟化して一対の成形型間
に搬送して加圧成形する光学素子の成形方法において、
上記一対の成形型の少なくとも一方の成形型を同芯状に
複数以上の型の分割した成形型を、上記胴型と位置決め
しながら他方の成形型と光学素材を挟持して加圧成形す
るように当接配置し、上記光学素材の冷却固化と同時
に、分割成形型を成形する光学素子の形状の肉厚に対応
した順序にて加圧成形する光学素子の成形方法であっ
る。上記した成形方法により非球面量が大きい場合、ま
たは非球面部の外周に薄肉の平面部を有する場合におい
ても、肉の厚い部分はガラス素材が冷却固化が始まるま
で加圧せず、固化が始まると同時に加圧することによっ
て所定の肉厚・面精度を同時に成形し得ることができる
ので肉の薄い部分は肉厚を確保し、かつ割れなどの発生
もない高精度、高品質の光学素子が生産性よく成形でき
るという利点を有するものである。

【０００７】

【実施例１】本発明の光学素子の成形方法の具体例を図
面に基づいて説明する。図１は、本発明の光学素子の成
形方法に係わる実施例１の成形工程の要部を示す正面よ
りの断面図である。図２は、図１に続く成形工程の要部
を示す正面図よりの断面図である。図３は、図２に続く
成形工程の要部を示す正面よりの断面図である。図の上
部に示す円柱形状で先端面に、所望の成形面を形成され
た上型１は、その基端部（上方向）は図示されない成形
機の上方部位に固定装着されている。上記した上型１の
先端部成形面と対向した同軸上の下方向には、上端面
（先端面）に所望の成形面をそれぞれ成形された下型
２，３が同芯的に上下動自在に配設されている。

【０００８】上記同芯的に形成された下型２，３の構成
を詳細に説明する。下型２の下端面には同径で、かつ円
柱形状の下軸７の上端面とが一体的に接続装着されてい
る。更に、下軸７の下端面には、下型２を上下駆動する
同径に形成されたエアシリンダ１３のピストン軸１７の
先端面と接続構成されている。即ち、エアシリンダ１３
のピストン軸１７の駆動を下軸７を介して下型２を上下
作動するよう構成されている。また、図に示すように下
型２と下軸７およびエアシリンダ１３のピストン軸１７
のそれぞれの外周には、円筒形状でその先端面に所望の
成形面と後述する胴型５との位置決めおよび載置係合す
る段部１８を形成し、その上面にリング部材１５を嵌着
構成した下型３と、同径でリング形状の下軸８，９が連
接続し、その下端面には、エアシリンダ１３のピストン
軸１７を囲設した上昇板１２が一体的に接続構成されて
下型３を上下動自在に構成している。即ち、上記下型２
を上下作動する下軸７およびエアシリンダ１３のピスト
ン軸１７の外周面に沿って上下動するように、上記上昇
板１２の側方位置に配設したモーター１４と接続したピ
ニオンラック機構により、上昇板１２を作動し、下軸９
および下軸８を介して下型３を上下動するよう構成され
ている。

【０００９】上記下軸９の上端面内径には所望の幅と深
さを有する溝（切り欠き）部２０を形成し、その溝部２
０内を上記下型２の下軸７の下端部外周面に径方向に突
出した突起１９が上下摺動するよう構成され、その上昇
を下軸８の下端面で停止するように構成されている。ま
た、上記下型３と接続構成した下軸８の外周面の所望位
置には、下型２と下型３の成形位置を規制するストッパ
ー１０が配設されており、上記下型２および下型３の光
学素材を成形する成形位置と対応した成形機の位置に固
定配設し、センサー１６を設けた固定板１１が装着され
ている。即ち、モーター１４が駆動すると連設した上昇
板１２は矢印にて示す方向に上昇する。この上昇により
下型２と３はそれぞれ下軸７，８，９を介して上昇し、
光学素材４の下面に当接して成形作動に入る。このと
き、下軸８の外周に配設したストッパー１０の先端が固
定板１１に当接する。この当接により、上昇板１２の上
昇作動は停止するとし、下型２，３の作動も停止するよ
う構成されている。また、固定板１１のセンサー１６が
ＯＮしてから予め設定された所定の時間後に、エアシリ
ンダ１３が駆動して下型２が上昇するように制御手段
（図示省略）が設けられている。

【００１０】図に示すように、上記した上型１と下型
２，３間には、搬送アーム６により外部にて加熱軟化さ
れた光学素材４を載置した搬送部材を兼ねた胴型５が示
されている。この胴型５は、ドウナツ形状の内周壁面に
光学素材４を載置するため対応した段部２１を径方向に
突出形成している。また、段部２１の下面側には、段部
を形成し、その段部に上記した下型３の外周面に位置決
めする位置決め用段部１８の周面およびその面上に嵌合
構成したリング部材１５の上面および周面と嵌合するよ
うに嵌合部２２が形成されている。

【００１１】次に上記構成によりなる成形装置による光
学素子の成形工程を説明する。図１に示すように、上型
１と分割した下型２，３の間には、図示されていないが
外部に設けられた加熱手段により所定の温度に加熱軟化
された光学素材４を載置した胴型５が搬送アーム６の先
端部に載置されて搬送配設されている。この状態におい
て、モーター１４を駆動するとモーター１４と連設した
上昇板１２は矢印にて示すように上昇する。この上昇板
１２の上昇によりエアシリンダ１３と下軸７と下軸９、
下軸８、下型２，３は、一体的に上昇する。この上昇
は、下軸８の外周側面に配設したストッパー１０が固定
板１１に当接し、モータ１４が停止するまで上昇すると
下型２，３の各成形面は上記光学素材４の下面に当接す
る。更に下型２，３の上昇により上型１の成形面に光学
素材４の上面が当接する。

【００１２】上記下型２，３の上昇による成形過程にお
いて、下型３の外周面に設けられた段部１８の位置合わ
せ（軸芯合わせ）用リング１５が、胴型５の下面に設け
た嵌合部２２内に挿入嵌合されながら胴型５と下型２，
３との位置決めがされる。また、下型２，３を更に上昇
させることにより、下型３の上記板合わせ用リング部材
１５の上面と当接した胴型５の段部２１下面は上方向に
押し上げられると胴型５は搬送アーム６より離脱して上
方に持ち上げられ上型１の成形面に光学素子４の上面が
当接すると同時に上記ストッパー１０が固定板１１と当
接し、モータ１４の上昇駆動は停止する。

【００１３】上記ストッパー１０が固定板１１に当接し
たとき、固定板１１に装着されたセンサ１６がＯＮする
ことにより、予め制御手段に設定された所定時間後、即
ち、光学素材４の冷却固化が始まった時にエアシリンダ
１３が駆動する。このエアシリンダ１３の駆動により下
型２は下軸７を介して上昇する。この上昇は図２および
図３に示すように下軸９内の軸方向に設けられた切り欠
き（溝）部２０内を下軸７の径方向に植設した突起１９
が下端部より上方向に嵌合摺動し、その上端部に当接す
るまで上昇することにより下型２，３と下型１とにより
光学素材４は上下両面より所定の加圧にて押圧され光学
素材４は所定の光学素子に成形される。

【００１４】上記成形において、エアシリンダ１３を駆
動させるタイミングは、成形する光学素子の形状により
異なるが例えば０．１〜１秒程度である。最適なタイミ
ングであれば、エアシリンダ１３を駆動させることによ
り光学素材４は、０．００５〜０．０１ｍｍに押圧され
る。また、肉厚の公差は、±０．０２ｍｍとすると、ス
トッパーへの当接のバラツキを±０．０１ｍｍとしても
充分公差を満足することができる。また、上記において
下型３の上昇作動は、ストッパー１０が固定板１１に当
接した時点でその上昇は停止する。この停止した後は、
下型２のようにエアシリンダ１３などの加圧手段を設け
ていないがため、光学素材４が冷却により収縮すると全
く加圧作動は行われない。従って、下型３の加圧作動
は、ストッパー１０が固定板１１に当接した時点で停止
する。

【００１５】上記本実施例の成形方法によれば、周辺の
肉薄部分の肉厚を高精度の肉厚公差に満たした上で、肉
の厚い中心部分を充分に押圧成形することによって所定
の面精度を得ることができると共に、割れなどの発生も
ない光学素子が高品質で生産性よく成形できる。

【００１６】

【実施例２】本発明の光学素子の成形方法の実施例２を
図４，図５に基づいて説明する。図４は、本発明の光学
素子の成形方法に係わる実施例２の成形工程の要部を示
す正面よりの断面図である。図５は、図４に続く成形工
程の要部を示す正面よりの断面図である。なお、図中に
おいて、上記実施例１にて用いた図１〜図３と同一部材
または同一形状および同一構成については、同一符号を
付し、その説明は省略する。上記実施例１と本実施例と
の主なる相違点は、下型２を支持構成している下軸２５
と、下型３を支持構成している下軸２６と、下軸２６と
連設したエアシリンダ１３のピストン軸１７との間にＵ
字形状の部材２７を介在構成した点である。

【００１７】図に示すように、断面形状がコの字形状に
形成された上昇板２８内のエアシリンダ１３のピストン
軸１７の上端面上と円筒形状の下軸２６の下端面との間
の上昇板２８の当該箇所に穿設した２個の孔にそれぞれ
貫通したＵ字形状の連結部材２３，２９の先端面とを連
設構成している。上記連結部材２３，２９と連設構成し
た下軸２６の外周側面には、図に示すように、下軸２６
の外周面と摺動するように円筒形状に形成された下軸２
５の下端部側面を軸線方向に切り欠き部３０を形成し、
その切り欠き部３０内を上下動に摺動するように形成し
たＬ字形状のストッパー３１が装着されている。

【００１８】上記、下型３と連設した下軸２５内に嵌合
構成された下軸２６には、ストッパー３１を固設した他
方の外周面位置、即ち下軸２５の内周面の上記切り欠き
（溝）部３０と対向した内周壁面位置には、内径方向に
突出形成した突起３３が形成され、その突起３３と対向
した外周面をコの字形状に切り欠き３２に形成されて下
型３の上下動を可能に構成されている。即ち、エアシリ
ンダ１３により連結部材２９が下軸２５を介して下型３
を上下動させて光学素材４を押圧成形させるための作動
空間を構成している。突起３３は下型３の成形時におけ
る上昇規制用ストッパーである。

【００１９】上記構成よりなる光学素子の成形装置によ
る成形工程を説明する。図に示すように胴型５に載置さ
れた光学素材４を図示しない加熱手段にて所望の温度に
加熱軟化されて上型１と分割された下型２，３間に搬送
されて配置されている。モーター１４が駆動し上昇板１
２を上昇させて、下型２，３の先端部の成形面を胴型５
の下面より光学素材４の下面に当接する。この場合、下
型２，３を上昇させることにより下型３の先端部外周に
設けた段部１８上に嵌着した位置決め用リング部材３４
は、胴型５の段部２１の下面の嵌合部２２に挿入しつつ
嵌合して位置決めされる。更に上昇することによりリン
グ部材３４は、胴型５の段部２１の下面を持ち上げて上
昇し、上型１の成形面に光学素材４の上面が当接する。
即ち、下型２，３と上型１とに挟持された状態となる。
これと同時にストッパー３１が固定板１１に当接してモ
ータ１４は停止する（図５）。

【００２０】上記、停止と共に、固定板１１に装着され
たセンサ１６が制御手段により予め設定された所定の時
間後エアシリンダ１３を駆動する。このエアシリンダ１
３の駆動により下型３は下軸２５を介して上昇する。こ
の場合、下軸２５の突起３３が下軸２６の切り欠き３２
の上端部に当接するまで上昇可能であるが、制御手段に
より予め設定されて肉厚寸法に加圧した時点（所定の寸
法に成形された時点）にて上昇作動は停止されるように
なっている。

【００２１】エアシリンダ１３を最適なタイミングで上
昇させれば、外周辺部の肉厚の変化量は、０．００５〜
０．０１ｍｍである。また、中心部の肉厚は、ストッパ
ー１０の当接により決まり、バラツキは±０．０１ｍｍ
程度に成形される。上記したように本実施例によれば、
外周辺部の面精度をよくし、中心部の肉厚部の割れなど
の発生がないなど高精度の光学素子が高品質の生産性よ
く成形できる。

【００２２】

【実施例３】本発明の光学素子の成形方法の実施例３を
図６と図７に基づいて説明する。図６は、本発明の光学
素子の成形方法に係わる実施例３の成形工程の要部を示
す正面よりの断面図である。図７は、図６に続く成形工
程の要部を示す正面よりの断面図である。なお、図中に
おいて、上記実施例１および実施例２と同一部材または
同一形状および同一構成については、同一符号を付して
その説明は省略する。

【００２３】上記実施例１と本実施例との主なる相違点
は、実施例１においては、下型を２，３の２分割構成
し、それぞれが上昇するよう構成したのに比し、本実施
例においては、下型４８と５１と３８の３分割構成し、
下型４８，５１をそれぞれ独立にて上昇または下降する
ように構成して点である。図に示すように、断面形状が
コの字形状に形成された上昇板３４内には、エアシリン
ダ３５を配設し、上昇板３４の上面に孔を穿設してエア
シリンダ３５のピストン軸３９の出入を可能に構成され
ている。また、ピストン軸３９の上面（先端）面の中央
位置には、小型のエアシリンダ４０を連配設している。
このエアシリンダ４０の外周には、円筒形状の下軸４１
が上下方向に摺動可能に嵌合構成されている。更に、下
軸４１の外周の上昇板３４の上面上には、下軸４１の外
周面を上下方向に摺動可能に嵌合構成した円筒形状の下
軸３６が配設されている。

【００２４】また、上記下軸４１の上端部外周面には鍔
状の突起４２が形成され、上記下軸３６の内周面に形成
した切り欠き（溝）部４３内を上下動するよう構成され
ている。また、下軸３６の上記切り欠き部４３の中程位
置の外周の−側面には、固定板１１と当接してモータ１
４を停止するように突出したストッパー１０が装着され
ている。上記エアシリンダ４０のスピンドル４４の先端
面上には、先端面に下型４８と接続構成し、その中程位
置の外周に鍔状の突起４５を形成した円柱形状の下軸４
７が接続構成されている。

【００２５】上記、下軸４１の円筒状の先端面上には、
下端部内周面に、上記した下軸４６の外周に設けられた
鍔状の突起４５を収納し下型４８の作動に伴って下型５
１が上下動可能とする切り欠き部４９を形成した下軸５
０が接続構成されている。また、円筒形状の上記下軸５
０の上端面には、円筒形状の先端面上に成形面を形成し
た下型５１の基端部が接続構成されている。また、下軸
３６の上端面上には、上記、下軸４１の外周に形成した
突起４２を収納し、下型５１の作動に伴って下型３８が
上下動可能とする切り欠き部４３を形成した下軸３７が
接続構成されている。また、下軸３７の円筒形状の上端
面には、円筒形状の先端面上に成形面を形成した下型３
８が接続構成されている。また、下型３８の外周には、
図に示すように段部５２を形成し、その上面上に胴型５
との位置決め用リング部材５３を嵌着構成されている。
上記した以外の諸構成および部材などは、上記実施例１
と同一に付き省略する。

【００２６】上記構成よりなる光学素子の成形装置によ
る成形工程を説明する。図６に示すように胴型５に載置
された光学素材４は図示しない加熱手段にて所望の温度
に加熱軟化され、搬送アーム６にて上型１と下型４８，
５１，３８間に搬送され配置されている。この状態にお
いて、モータ１４を駆動すると上昇板３４は、公知のラ
ックとピニオンによる作動手段により矢印にて示すよう
に上昇する。この上昇により上昇板３４内に収納された
エアシリンダ３５は勿論のこと、上昇板３４の上面上に
配設したエアシリンダ４０と下型３８，５７，４８は一
体的に上昇する。この上昇により上型３８の上端部外周
段部５２に配設したリング部材５３は胴型５の段部２１
の下端に設けられた嵌合部２２内に挿入しながら胴型５
と下型３８，５７，４８との位置決めが行われると共
に、下軸３７の外側に設けたストッパ１０が固定板１１
に当接するまで上昇することになる。この上昇作動中に
おいて、下型３８，５７，４８の成形面は胴型５の光学
素材４の下面にそれぞれ当接する。

【００２７】上記当接するに伴い下型３８の先端部の外
周に設けた位置決め用リング部材５３の上面は、胴型５
の段部２１の下端面と当接し、胴型５を持ち上げて搬送
アーム６上により離脱して上型１の成形面に光学素材４
の上面が当接する。上記ストッパー１０が固定板１１に
当接するとモータ１４は停止する。即ち、図７に示すよ
うに上昇板３４が停止することにより下型３８，５７，
４８も停止する。上記ストッパー１０か固定板１１に当
接したとき、固定板１１に装着されたセンサ１６が働き
図示されていないが制御手段により、予め設定された時
間の経過後、即ち光学素材４が冷却固化が始まった時点
でエアシリンダ３５と４０をそれぞれ駆動する。上記光
学素材４の冷却固化が始まりエアシリンダ４０が駆動
し、ピストン４４と下軸４７とを介して下型４８のみが
上昇する。この上昇は、下軸５０の切り欠き部４９内を
突起４５が上端に達するまで上昇移動（押圧成形可能）
する。

【００２８】上記下型４７の上昇に続いて、エアシリン
ダ３５が駆動すると、下軸４１と５０を介して下型５１
のみが上昇する。この下型５１の上昇は、突起４２が下
軸３７の切り欠き部４３の上端に到達するまで上昇され
ている。即ち、切り欠き部４３内を摺動移動して光学素
材４を所定形状寸法成形するまで押圧成形される。上記
エアシリンダ４０と３５の駆動を最適なタイミングで上
昇させることにより、中心部および中間部（下型５７と
３８）の肉厚の変化量は、０．００５ｍｍ〜０．０１ｍ
ｍである。また、ストッパー１０と固定板１１との当接
によるバラツキを±０．０１ｍｍとしても光学素子の肉
厚公差±０．０２ｍｍを満たすことができた。

【００２９】

【発明の効果】上記成形方法による本発明によれば、成
形型の少なくとも一方の成形型を複数個に分割して押圧
成形するようにし、また成形する光学素子の形状に応じ
てそれぞれの成形開始時間と成形順などにより成形する
うようにしたので、成形品の面精度と肉厚精度を向上さ
せ、また成形品の割れなどの発生を防ぐなどの生産性と
品質性に優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子の成形方法に係わる実施例１
の成形方法の工程の要部を示す正面よりの断面図であ
る。

【図２】図１に続く成形工程の要部を示す正面よりの断
面図である。

【図３】図２に続く成形工程の要部を示す正面よりの断
面図である。

【図４】本発明の光学素子の成形方法に係わる実施例２
の成形工程の要部を示す正面よりの断面図である。

【図５】図４に続く成形工程の要部を示す正面よりの断
面図である。

【図６】本発明の光学素子の成形方法に係わる実施例３
の成形工程の要部を示す正面よりの断面図である。

【図７】図６に続く成形工程の要部を示す正面よりの断
面図である。

【符号の説明】

１ 上型 ２，３，３８，４７，５１ 下型 ４ 光学素材 ５ 胴型 ６ 搬送アーム ７，８，９，２５，３６，３７，４１，４６，４７，５
０ 下軸 １０ ストッパー １１ 固定板 １２，３４ 上昇板 １３，３５，４０ エアシリンダ １４ モータ １５，５３ リング部材 １６ センサー １７，３９，４４ ピストン軸 １８，２１，５２ 段部 １９，３３，４２，４５ 突起 ２０，３０，３２，４３，４９ 切り欠き（溝） ２２ 嵌合部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学素材を胴型上に載置して加熱軟化
   し、一対の成形型間に搬送して加圧成形する光学素子の
   成形方法において、上記一対の成形型の少なくとも一方
   の成形型を同芯状に複数以上の型に分割形成した成形型
   を、上記胴型と位置決めしながら他方の成形型と光学素
   材を挟持して加圧成形するように当接配置し、上記光学
   素材の冷却固化と同時に、分割成形型を成形する光学素
   子の形状の肉厚に応じた順序にて加圧成形することを特
   徴とする光学素子の成形方法。