JPH06122525A - 光学素子の成形装置及び成形方法並びに光学素子 - Google Patents

光学素子の成形装置及び成形方法並びに光学素子

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JPH06122525A
JPH06122525A JP27401592A JP27401592A JPH06122525A JP H06122525 A JPH06122525 A JP H06122525A JP 27401592 A JP27401592 A JP 27401592A JP 27401592 A JP27401592 A JP 27401592A JP H06122525 A JPH06122525 A JP H06122525A
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molding
optical element
die
temperature
element material
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Atsushi Murata
淳 村田
Masaaki Haruhara
正明 春原
Shoji Nakamura
正二 中村
Munehiro Yoshimura
宗洋 吉村
Akihiko Sugino
明彦 杉野
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、光学素子の成形方法及び光学素子
に係わり、特に形状精度及び面精度に優れ、安価で大量
生産に適した光学素子の成形装置ならびに光学素子の成
形方法および光学素子を提供する。 【構成】 第一の型１１と第二の型１２とからなる成形
型の間に光学素子素材１を挿入し、加熱軟化させて加圧
成形することにより光学素子を得る方法に於て、成形途
中の光学素子素材の変位量かあるいは素材の温度または
成形型の温度を計測装置２ｃで計測し、その計測値に応
じて成形条件を変える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学素子の成形方法及び
光学素子に係わり、特に形状精度及び面精度に優れ、安
価で大量生産に適した光学素子の成形装置と同装置を用
いた光学素子の成形方法及び同成形法で得られた光学素
子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、レンズ、プリズム等の光学素子は
ガラスなどの光学素子素材を研磨で製造する変わりに、
金型内に光学素子素材を投入し加熱加圧することによっ
て成形する方法が数多く提案されている。重量を正確に
制御するためには最も予備加工が簡単で安価な円柱形状
が好ましい。
【０００３】円柱形状のガラス素材の成形方法について
は、例えば特開昭６０−２４６２３１号公報に記載のも
のがある。以下、図面を参照しながら成形法について説
明する。
【０００４】一般にプレス成形によって光学素子を製造
する場合、光学素子素材を所定の大きさに切断しガラス
軟化点付近まで予備加熱する。次に光学素子用材料を型
閉めしたとき、光学素子の完成品とほぼ同一形状となる
ように加工された上型と下型の間に予備加熱された光学
素子素材を供給し、所定の温度で加圧成形を行なってい
る。
【０００５】光学素子成形用素材の形状は、前述のよう
にできるかぎり簡単な形状が製造工程あるいは材料の加
工コストの面でも望ましく、例えばセンタレス加工で所
定の硝材外径に加工した棒材を所定の幅で切断した円柱
体のものがある。
【０００６】しかしこの用な素材を用いて成形すると、
図８に示すように材料の角部４３が先に変形し上型４１
と下型４２と接触する部分がなじんでしまい、密閉空間
４４ができる。一旦密閉空間ができると成形完了時まで
密閉空間が存在し、型の加工面が素材に十分転写されず
不良光学素子となる。
【０００７】こういった未転写不良を防止する従来の方
法について図７を用いて説明する。下型３２は連結棒３
２Ａを介してベース３２Ｂに固定されており、上型３１
は連結棒３１Ａを介してピストン棒３１Ｂに取り付けら
れている。光学素子素材１はまず加熱ヒータ３５より成
形温度まで加熱される。所望の成形温度に達した時点で
上型３１が油圧シリンダによって下降し、素材と接触す
る。
【０００８】その後、上型が上下に振動加圧するが、例
えばサーボパルサを使ってこれを実行する。振動加圧は
例えば総変形量の９割まで行い、残りの１割を成形温度
に加熱した状態で定常加圧で成形する。総変形量の全て
の成形が終了した時点で通電をやめ、所望の温度に降温
したところで型を開き、冷却後光学素子を取り出す。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の成形方法にあっ
ては、成形型を交換した場合、加工精度あるいは使用頻
度によって表面の酸化の度合が異なるために、熱伝導状
態が異なり光学素子素材の温度分布が異なってくる。従
って同一の成形条件下においては成形型によっては所望
の精度が得られないものもあり、また１回の成形時間が
長いために量産性に乏しく光学素子のコストアップの原
因となっていた。
【００１０】また成形型を複数個使用して成形する場合
も同様に成形型の加工精度あるいは使用頻度によって表
面の酸化の度合が異なるために、熱伝導状態が各々異な
り光学素子素材の温度分布が各々異なってくる。
【００１１】従って同一の成形条件下においては成形型
によっては所望の精度が得られないものもあり、光学素
子のコストアップの原因となっていた。また光学素子素
材を溶融ガラスからつくってできたガラスゴブを使用す
る場合にはゴブの重量バラツキや表面粗さが大きいため
に各々成形途中の素材の温度が異なってくる。そのため
成形後の光学素子にヒケが生じ、所望の光学特性が得ら
れなかった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の光学素子の成形方法及び光学素子は、第一の
型と第二の型とからなる成形型の間に光学素子素材を挿
入し、加熱軟化させて加圧成形することにより光学素子
を得る方法に於て、成形途中の光学素子素材の変位量か
あるいは素材の温度または成形型の温度を計測し、計測
後の成形工程における成形条件を変えることを特徴とす
るものである。
【００１３】
【作用】上記のような構成であれば、成形型を多数個使
用した場合においてもあるいは光学素子素材の表面状態
または重量がばらついた場合においても成形後の光学素
子は光学特性に非常に優れたものとなる。
【００１４】
【実施例】以下第１の実施例について図１〜図４を参照
しながら説明すると、図１において、本発明の成形方法
に係わる成形機２ｂは、予備加熱ステージ２１と、成形
ステージ２２と、冷却ステージ２３、２４を備えてい
る。各々のステージ及び、上ヒータブロック２５、２
６、２７には図示していないがヒータが組み込まれてお
り温度制御が可能となっている。
【００１５】成形型１０は上型１１と下型１２の軸ずれ
をなくし、かつ所定の光学素子の厚みになるように任意
の高さに調整した胴型１４とからなり、上型、下型及び
胴型で囲まれる空間に両平坦部が上下型に接するように
縦向きに光学素子素材１を投入する。前記成形型は量産
性を考慮して複数個用意されており、総高さ、外径など
はμｍオーダーで均一に管理されている。
【００１６】各々のステージの上ヒータブロック２５、
２６、２７は、シリンダロッドに連結されており、図示
していないがエアーシリンダによって上ヒータブロック
を介して上型１１に所望の圧力がかけられるようになっ
ている。予備加熱ステージ２１には上ヒータブロックを
介して光学素子素材の変位量を計測するための計測装置
２ｃが設置されている。
【００１７】光学素子素材１は図３に示すような円柱体
であり、直径５mm×長さ６mmの光学ガラスＳＦ−８（ガ
ラス転移温度４２０℃、屈伏温度４５４℃、線膨張率１
００℃〜３００℃で９０×１０-7／℃）である。また、
側面はセンタレス加工により仕上げられており、表面粗
さは３μｍである。平坦部は研磨により鏡面に仕上げて
あり、表面粗さは０．１μｍである。本実施例の光学素
子素材は前述のように研磨によって仕上げられており、
厚みのばらつきが非常に小さいため素材毎の重量ばらつ
きはほとんどない。
【００１８】この光学素子素材を加圧成形し、成形が完
了するまでの総変形寸法は、２ｍｍである。このとき図
４に示されるように成形型転写面１１ａ、１２ａと光学
素子素材平坦部で囲まれた密閉空間１１ｂ、１２ｂがで
きる。
【００１９】以下に成形手順を述べる。まず光学素子素
材を前述のように型内に投入した後、型を成形装置内の
予備加熱ステージ２１に移送し、上ヒータブロック２５
を上型１１に接触させる。上ヒータブロックと下ヒータ
ブロックは硝材が型の押圧力に対して十分変形可能な温
度まで上げる必要があるが、必要以上に温度を上げすぎ
ると所望の性能を満足しない光学素子となるため、素材
の屈伏温度と軟化温度の間に設定すると良い。本実施例
では上ヒータブロック２５と予備加熱ステージ２１の温
度は５３０℃に設定した。光学素子素材の温度が５３０
℃になった時点で、光学素子素材の粘度は１０9ポアズ
となる。
【００２０】光学素子素材は、ガラスの屈伏温度を超え
ると上ヒータブロックの自重により少しずつ変形する。
この変位量を計測装置２ｃによって測定し、変位量の大
きさによって次の成形ステージ２２における成形条件を
最適な成形条件に変更するよう指令をだす。本実施例で
は成形型を７組使用したが成形型毎の予備加熱ステージ
２１における総変位量を（表１）に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】（表１）に示すように成形型によって昇温
スピードが異なるために光学素子素材の変形スピードも
異なり、予備加熱ステージ２１における変位量も異なっ
てくる。成形型転写面１１ａ、１２ａと光学素子素材平
坦部で囲まれた密閉空間１１ｂ、１２ｂを除去し型の光
学素子形状転写面を光学素子素材に押圧転写するために
は、成形ステージにおいて型毎に最適な成形条件に変更
することにより実現できることが我々の検討の中で明ら
かになっている。
【００２３】本実施例における予備加熱ステージでの総
変位量と成形ステージにおける最適成形条件を実験より
求めた結果を（表２）に示す。本実施例では型Ｎｏ．１
の変位量は８５μｍであった。（表２）より最適成形圧
力は３．５Ｋｇ／ｃｍ2、加圧回数は４回、加圧時間は
８ｓｅｃであることがわかる。
【００２４】
【表２】
【００２５】本実施例では、図２の成形装置の機能概念
図に示す構成により成形条件を変更している。（表２）
に示したデータはあらかじめ演算装置２ｄに登録してあ
る。予備加熱ステージ２１に設置された計測装置２ｃで
測定した各型毎の変位量のデータを演算装置２ｄに転送
し、演算装置で登録済みの（表２）のデータのなかから
成形条件を選択し、成形機制御装置２ｅに指令を出し成
形ステージ２２の成形条件を変更するようにした。
【００２６】次に成形ステージ２２での型Ｎｏ．１の成
形過程について説明する。１回目の加圧後８ｓｅｃ経過
した後一旦成形圧力を零にし、上ヒータブロックを上昇
して上型から離す。圧力を零にする直前、正圧になって
いた成形型と光学素子素材平坦部で囲まれる空間は常圧
に戻る。成形圧力を零にした時にも、成形型と光学素子
素材は接触したままである。
【００２７】次に再び上ヒータブロックを下降し、上型
に密着させ２回目の加圧を行う。さらに８ｓｅｃ経過し
た時点で一旦成形圧力を零にし、上ヒータブロックを再
び上昇して上型から離す。圧力を零にする直前、正圧に
なっていた成形型と光学素子素材平坦部で囲まれる空間
は常圧に戻る。この時成形型と光学素子素材平坦部で囲
まれる空間は２回目の加圧開始直後の空間よりも小さく
なっている。同様に４回繰り返した後上ヒータブロック
を上昇して上型から離す。４回の加圧が終了した時点で
光学素子素材に成形型の形状が完全に転写されている。
【００２８】１回目の加圧を開始してから６０ｓｅｃ経
過後成形型を冷却ステージ２３に移送する。冷却ステー
ジにおいて上ヒータブロックを下降し、上型に密着させ
る。あらかじめ冷却ステージの温度は４００℃に設定さ
れている。６０ｓｅｃ経過した後、上ヒータブロックを
上昇させ加圧を終了する。続いて第２の成形型１０を冷
却ステージ２４に移送し、６０ｓｅｃ経過後、成形型を
成形機の外に移送して取り出し、そして常温まで冷却
後、型開きを行い光学素子を取り出す。
【００２９】Ｎｏ．１の型が冷却ステージ２３に移送さ
れると同時に予備加熱ステージ２１上のＮｏ．２の型が
成形ステージ２２に移送される。予備加熱ステージ２１
上でＮｏ．２の型の変位量の計測は型Ｎｏ．１のときと
同様に行い、成形ステージにおける成形条件の変更は、
図２に示す概念図にもとずいて実行される。
【００３０】予備加熱ステージ２１でのＮｏ．２の型の
総変位量は４５μｍであった。このときの成形ステージ
２２での最適成形条件は（表２）より４．５Ｋｇ／ｃｍ
2、加圧回数は４回、加圧時間は１０ｓｅｃであること
がわかる。
【００３１】成形ステージにおける成形方法はＮｏ．１
の型の場合と同様に行い、６０ｓｅｃ経過後成形型を冷
却ステージ２３に移送する。冷却ステージにおいてもＮ
ｏ．１の型と同様に加圧冷却を行った後第２の冷却ステ
ージ２４に移送し、６０ｓｅｃ経過後成形型を成形機の
外に移送して取り出し、そして常温まで冷却後、型開き
を行い光学素子を取り出す。
【００３２】以下同様にして順次各々の成形型を移送し
て成形していく。成形された光学素子は、設計通りの形
状を有する光学特性に優れたものであった。光学素子は
例えば光ディスク用ピックアップレンズやコンパクトデ
ィスク用ピックアップレンズ、あるいはビデオカメラ用
レンズ等に使用する。図６に本実施例で成形された光学
素子をフォーカスレンズに適用したピックアップ光学系
の一例を示す。なお本実施例で使用した光学素子素材は
平坦部は研磨により鏡面に仕上げたものであるが、割断
面をもった円柱状の素材を利用してもよい。
【００３３】以下第２の実施例について説明する。成形
装置は第１の実施例と同様であり成形型は搬送装置によ
って各ステージに順次搬送され、予備加熱、成形、冷却
が行われる。型の構成は第１の実施例で使用したものと
同様のものであり、量産性を考慮して多数個の型が用意
されており光学素子素材を投入後、随意成形機内に移送
される。
【００３４】次に本実施例の詳細を述べる。光学素子素
材は図４に示すような光学ガラスＬＦ−７（ガラス転移
温度４２３℃、屈伏温度４５７℃、線膨張率１００℃〜
３００℃で１０７×１０-7／℃）を溶融して、受け型に
滴下してできたガラスゴブである。また、光学素子素材
を加圧成形し、成形が完了するまでの総変形寸法は、約
２.５ｍｍである。
【００３５】型内に前述のガラスゴブを投入する。次
に、型を成形装置２０内の５００℃に設定された予備加
熱ステージ２１に移送し、上ヒータブロック２５を下降
させて６０ｓｅｃ保持する。このとき上ヒータブロック
２５と金型接触しており上ヒータブロックの自重がガラ
スゴブにかかっている。
【００３６】ガラスゴブは、ガラスの屈伏温度を超える
と上ヒータブロックの自重により少しずつ変形する。こ
の変位量を計測装置によって測定する。第１の実施例と
異なるのは成形型の熱容量のばらつきに加え、ガラスゴ
ブの重量ばらつきが第１の実施例で使用した光学素子素
材重量ばらつきに比べて大きいために変位量も大きくば
らついている。
【００３７】予備加熱ステージでの総変位量と成形ステ
ージにおける最適成形圧力との関係を（表３）に示す。
【００３８】
【表３】
【００３９】最適成形条件の選択は第１の実施例と同様
に演算装置で行った。本実施例で使用したＮｏ．１の型
の予備加熱ステージにおける光学素子素材の総変位量は
５０μｍであり、このときの成形ステージでの最適加圧
力は（表３）より５．５Ｋｇ／ｍｍ2であり、図２に示
す成形装置概念図にもとずき成形ステージ２２の成形圧
力を変更した。
【００４０】Ｎｏ．１の成形型を予備加熱ステージから
成形ステージに移送し、変更した成形圧力で加圧成形す
る。６０ｓｅｃ経過後冷却ステージ２３に移送するまで
の間に総変形寸法２．５ｍｍを加圧成形する。
【００４１】続いて冷却ステージ２３において上ヒータ
ブロックを下降し、上型に密着させる。あらかじめ冷却
ステージ２３の温度は４００℃に設定されている。６０
ｓｅｃ経過した後、上ヒータブロックを上昇させ加圧を
終了する。続いて第２の冷却ステージ２４に移送し６０
ｓｅｃ経過後、成形型を成形機の外に移送して取り出
し、そして常温まで冷却後、型開きを行い光学素子を取
り出す。
【００４２】Ｎｏ．１の型が冷却ステージ２３に移送さ
れると同時に予備加熱ステージ２１上のＮｏ．２の型が
成形ステージ２２に移送される。予備加熱ステージ２１
におけるＮｏ．２の型の光学素子素材の総変位量は１２
５μｍであった。このときの成形ステージでの最適加圧
力は（表３）より３．５Ｋｇ／ｍｍ2であり、加圧力が
３．５Ｋｇ／ｍｍ2になるよう指令を出した。
【００４３】成形ステージ２２における成形方法はＮ
ｏ．１の型の場合と同様に行い、６０ｓｅｃ経過後冷却
ステージに移送する。冷却ステージ２３においてもＮ
ｏ．１と同様に加圧冷却を行った後第２の冷却ステージ
２４に移送し、６０ｓｅｃ経過後、成形型を成形機の外
に移送して取り出し、そして常温まで冷却後、型開きを
行い光学素子を取り出す。
【００４４】以下同様にして順次各々の成形型を移送し
て成形していく。成形された光学素子は、設計通りの形
状を有する光学特性に優れたものであった。
【００４５】本実施例では予備加熱ステージにおける光
学素子素材の変位量から成形ステージの最適成形条件を
選択したが、予備加熱ステージにおける光学素子素材か
あるいは成形型の表面温度を測定し、温度の値によって
成形ステージの成形条件を変更しても同様の効果が得ら
れる。
【００４６】また、本実施例では成形ステージにおける
加圧解放時間は特に指定しなかったが、成形型毎に加圧
解放時間を設定するとさらに精度の良い光学素子が得ら
れる。さらに、成形ステージのみならず、冷却ステージ
における成形条件を成形型毎に最適な条件に変更すると
効果が大きい。
【００４７】
【発明の効果】本発明は以上に説明した成形方法である
ために、以下に記載されるような効果を奏する。成形途
中の光学素子素材の変位量かあるいは素材の温度または
成形型の温度を計測し、計測後の成形工程において成形
圧力、加圧時間、加圧解放時間、加圧回数の何れか最低
１条件を変更することにより、成形型および光学素子素
材にばらつきがある場合においても光学特性に優れた光
学素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形方法を実現した成形装置の断面図
【図２】同成形装置の機能概念図
【図３】同実施例において使用した光学素子素材の側面
図
【図４】同実施例で使用した成形型の断面図
【図５】（ａ）は、本発明に使用した光学素子素材の平
面図 （ｂ）は、その側面図
【図６】本発明の光学素子を搭載したピックアップ光学
系の構成図
【図７】従来の成形方法の説明図
【図８】従来の成形方法の課題の説明図
【符号の説明】
１ 光学素子素材 １０ 成形型 １１ 上型 １１ａ 成形型転写面 １１ｂ 密閉空間 １２ 下型 １２ａ 成形型転写面 １２ｂ 密閉空間 １４ 胴型 １５ 上ヒータブロック １６ 下ヒータブロック ２ａ 成形装置 ２ｂ 成形機 ２ｃ 計測装置 ２ｄ 演算装置 ２ｄ 成形機制御装置 ２１ 予備加熱ステージ ２２ 成形ステージ ２３ 冷却ステージ ２４ 第２の冷却ステージ
フロントページの続き (72)発明者 吉村 宗洋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 杉野 明彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第一の型と第二の型とからなる成形型の間
    に光学素子素材を挿入し、加熱軟化させて加圧成形する
    ことにより光学素子を得る成形装置に於て、成形途中の
    光学素子素材の変位量かあるいは素材の温度または成形
    型の温度を計測するための計測装置と、計測後の成形工
    程における成形条件を選択し成形機制御装置に変更する
    べき成形条件を伝えるための演算装置と、演算装置で選
    択した変更するべき成形条件を成形機に伝えるための成
    形機制御装置を具備したことを特徴とする光学素子の成
    形装置。
  2. 【請求項２】光学素子素材の変位量かあるいは光学素子
    素材の温度または成形型の温度を計測した後の成形工程
    において成形圧力、加圧時間、加圧解放時間、加圧回数
    の何れか１つ以上の成形条件を変更することを特徴とす
    る請求項１記載の光学素子の成形装置。
  3. 【請求項３】予備加熱工程、加圧工程、冷却工程からな
    る成形工程あるいは複数の予備加熱工程、加圧工程、冷
    却工程からなる成形工程のうち、予備加熱工程において
    光学素子素材の変位量かあるいは温度または成形型の温
    度を計測し、加圧工程かあるいは冷却工程の条件を変更
    すること特徴とする請求項１記載の光学素子の成形装
    置。
  4. 【請求項４】第一の型と第二の型とからなる成形型の間
    に光学素子素材を挿入し、加熱軟化させて加圧成形する
    ことにより光学素子を得る方法に於て、成形途中の光学
    素子素材の変位量かあるいは光学素子素材の温度または
    成形型の温度を計測し、計測後の成形工程における成形
    条件を変えることを特徴とする光学素子の成形方法。
  5. 【請求項５】光学素子素材の変位量かあるいは光学素子
    素材の温度または成形型の温度を計測した後の成形工程
    において成形圧力、加圧時間、加圧解放時間、加圧回数
    の何れか１つ以上の成形条件を変更することを特徴とす
    る請求項４記載の光学素子の成形方法。
  6. 【請求項６】予備加熱工程、加圧工程、冷却工程からな
    る成形工程あるいは複数の予備加熱工程、加圧工程、冷
    却工程からなる成形工程のうち、予備加熱工程において
    光学素子素材の変位量かあるいは光学素子素材の温度ま
    たは成形型の温度を計測し、加圧工程かあるいは冷却工
    程の条件を変更すること特徴とする請求項４記載の光学
    素子の成形方法。
  7. 【請求項７】第一の型と第二の型とからなる成形型の間
    に切断面、研磨面あるいは割断面を有する円柱状の光学
    素子素材の平坦部が型と向き合うように挿入し、加熱軟
    化させて加圧成形することを特徴とする請求項４記載の
    光学素子の成形方法。
  8. 【請求項８】第一の型と第二の型とからなる成形型の間
    に光学素子素材を挿入し、加熱軟化させて加圧成形して
    なる光学素子に於て、成形途中の光学素子素材の変位量
    かあるいは光学素子素材の温度または成形型の温度を計
    測し、計測した後の成形工程における成形条件を変更す
    る製造方法で得られたことを特徴とする光学素子。
  9. 【請求項９】光学素子素材の変位量かあるいは光学素子
    素材の温度または成形型の温度を計測した後の成形工程
    において成形圧力、加圧時間、加圧解放時間、加圧回数
    の何れか１つ以上の成形条件を変更することを特徴とす
    る請求項８記載の光学素子。
  10. 【請求項１０】予備加熱工程、加圧工程、冷却工程ある
    いは複数の予備加熱工程、加圧工程、冷却工程からなる
    成形工程のうち、予備加熱工程において光学素子素材の
    変位量かあるいは光学素子素材の温度または成形型の温
    度を計測し、加圧工程かあるいは冷却工程の条件を変更
    すること特徴とする請求項８記載の光学素子。
  11. 【請求項１１】第一の型と第二の型とからなる成形型の
    間に切断面、研磨面あるいは割断面を有する円柱状の光
    学素子素材の平坦部が型と向き合うように挿入し、加熱
    軟化させて加圧成形することを特徴とする請求項８記載
    の光学素子。
JP27401592A 1992-10-13 1992-10-13 光学素子の成形装置及び成形方法並びに光学素子 Pending JPH06122525A (ja)

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