JPH0692657A - 中空光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融ガラスを押圧して中空光学素子を成形す
る。 【構成】 円筒状型２を水平な回転軸３の回わりに回転
しつつ、供給管４から溶融ガラス５を円筒状型２内の成
形用溝１に供給する。成形用溝１は、円筒状型２の内周
面に設け、成形用溝１の側面を成形面とする。円筒状型
２を回転しながら溶融ガラス５を供給すると、溶融ガラ
ス５は、遠心力の作用により円筒状型２内で均等な厚さ
で押し広げられるとともに、中心部に中空部が形成され
る。さらに、円筒状型２の内周面により径方向の流動が
規制された溶融ガラス５には、横方向に押し広げる力が
生じる。これにより、成形用溝１の成形面に溶融ガラス
５が押し付けられ、成形面形状を転写した中空光学素子
を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学素子等の中心部に
中空の空洞部を有する中空光学素子の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、中心部に空洞を有する中空な光学
素子は、一般に、光学ガラスを材料取りの段階で中空状
にした後、光学要求面に研磨加工を施して製造するか、
あるいは中空穴のない状態で材料取りを行って先に光学
要求面の研磨加工を施した後、中空状に穴明け加工を行
って製造していた。しかしながら、上記製造方法では研
磨工程にかかる工数が多大で製造上のコストが高く、ま
た熟練した技能が必要であるという問題点があった。

【０００３】そのため、近年、光学ガラス素材を加熱軟
化した後、成形型でプレス成形することで研磨加工にか
かる工数および技能を低減する方法が採られていた。か
かる方法としては、例えば特開昭６１−１３２５２４号
公報に開示されるように、型温度およびガラス温度を設
定し、当該温度の分布が均一になるまで２０秒以上保持
して中実の光学素子を成形する方法がある。そして、か
かる方法にあっても、中空な光学素子を製造するにあた
っては、前記方法同様にプレス工程の前か後あるいは前
後の両方に穴明け加工を施していた。

【０００４】しかし、上記ガラス素材を加熱軟化した
後、プレス成形する方法にあっては、光学ガラスに研磨
加工を施すことなく光学素子を成形できるが、中空の光
学素子を製造する場合、開示されているプレス工程等の
他に、加熱軟化プレスによる成形の前か後あるいは前と
後の両方で、中空の空洞部を研削等により別の加工を施
す必要があり、中空の光学素子を製造する工程が多くな
るので、コスト高となるとともに生産性が悪いという問
題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
問題点に鑑みてなされたもので、中空の空洞部を研削等
の加工により形成することなく、中空の光学素子を製造
する工程を減少させ、コストの低減と生産性を向上を図
る中空光学素子の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の中空光学素子の製造方法は、図１の概念図
で示すように、水平な中心回転軸３を有する円筒状型２
を中心回転軸３の回りに回転し、当該型２の内周に設け
るとともにその両端面に光学成形面１ａを有する成形用
溝１内に供給手段４を介して溶融ガラス５を供給して、
溶融ガラス５を溝１内で遠心力により押し拡げ、溶融ガ
ラス５の中心部に中空部を形成しながら冷却硬化するこ
ととした。

【０００７】

【作用】上記構成によれば、溝１内に供給される溶融ガ
ラス５は、円筒状型２が中心回転軸３を中心に回転して
いるため、順次溝１内に行きわたる。そして、供給に伴
って上位置に来た溶融ガラス５は、円筒状型２の回転に
よる遠心力によって流れ落ちることなく、均一な同円周
状で、溝１内に充填する。この時、円筒状型２の内周面
によって径方向の流動を規制された溶融ガラス５には、
横方向に押し拡げる力が生じ、溝１の光学成形面１ａに
所定の圧力で押し付けられ、光学成形面１ａ形状が転写
して所望の成形品が製造される。そして、溶融ガラス５
が冷却硬化した後に円筒状型２の回転を停止し、本体部
２ａとフタ部２ｂおよびピン２ｃとにより分離可能に接
続して形成した円筒状型２の本体部２ａとフタ部２ｂを
ピン２ｃを取り除いて分離し、硬化成形した成形品を本
体部２ａの開放方向にスライドして取り出す。

【０００８】

【実施例１】図２は、本発明に係る中空光学素子の製造
方法の実施例１を実施するための製造装置を示す断面図
である。図において、１０は円筒状型で、本体部１１と
フタ部１２をピン１３により組み付け固定して形成され
ている。本体部１１とフタ部１２は、ピン１３の取り外
しにより分離自在となっている。円筒状型１０の内周面
には成形用溝１４が形成され、溝１４を形成する本体部
１１とフタ部１２の側面は光学成形面を成している。

【０００９】本体部１１の側面中心には回転軸１５が一
体形成され、この回転軸１５は、回転駆動部１６の軸受
１７に回転自在で水平に支持されている。すなわち、円
筒状型１０は、水平に支持された回転軸１５の回転中心
軸１８を中心に回転駆動され、溝１４が中心軸１８を中
心に上下方向に回転されるようになっている。

【００１０】回転駆動部１６は、製造装置の基台１９上
で水平方向に摺動自在に設けられている。回転駆動部１
６には、光学素子の製造時に円筒状型１０を毎秒１〜４
回転させるモータ２０が設けられており、モータ２０と
回転軸１５とはプーリ２１，２２間に張設したベルト２
３を介して接続されている。

【００１１】一方、円筒状型１０のフタ部１２には、成
形用溝１４に溶融ガラス２４を供給する供給管２５と溶
融ガラス２４を切断するシャー２６を挿入する開口部２
７が形成されている。供給管２５は、ガラス素材を溶融
するルツボ２８に、溶融ガラス２４の供給と停止を行う
電磁バルブ２９を介して接続されている。

【００１２】シャー２６及びルツボ２８は、材料供給部
３０に備えられ、シャー２６は材料供給部３０に水平方
向へ摺動自在に保持されるとともに、ルツボ２８は材料
供給部１６に固定されている。シャー２６は、一対の切
断刃からなり、この切断刃は、材料供給部３０に固定し
た軸を中心に揺動自在な揺動部材３１と係合され、揺動
部材３１の揺動により切断刃が相対移動し、供給管２５
から供給される溶融ガラス２４を切断するようになって
いる。

【００１３】材料供給部３０は、上記基台１９上に水平
方向へ移動自在に設けられており、その側面３０ａを基
台１９上で一体形成した上記円筒状型１０の加熱部３２
の側面（当て付け面）３２ａに当て付けることにより、
供給管２５が成形用溝１４に対して位置決めされるよう
になっている。加熱部３２の内面にはヒータ３３が配置
され、内部に配置された円筒状型１０の外周から必要な
温度（溶融ガラス２４が流動可能な温度）に円筒状型１
０を加熱できるようになっている。加熱部３２の側部に
は、本体部１１の回転軸１５を挿通する開口部と、円筒
状型１０を材料供給部３０の側から加熱部３２に出入す
るための開口部が形成されている。

【００１４】次に、上記製造装置を用いた本発明の製造
方法の実施例１を説明する。まず、モータ２０を作動し
て円筒状型１０を回転させつつ、ルツボ２８内で溶融し
た溶融ガラス２４を供給管２５から円筒状型１０の成形
用溝１４に供給する。この時、円筒状型１０の温度が低
く溶融ガラス２４が成形用溝１４を流動できないと成形
できないので、円筒状型１０を加熱部３２のヒータ３３
で加熱し、溶融ガラス２４の充填が終了するまで、溶融
ガラス２４の流動状態を保持する。そして、供給される
溶融ガラス２４は、遠心力の作用により円筒状型１０の
成形用溝１４に沿って充填され、適量供給した時点でル
ツボ２８内の電磁バルブ２９を閉じて溶融ガラス２４の
流出を停止し、シャー２６により切断して、溶融ガラス
２４の供給を中止する。そのままでは径方向の偏肉が発
生するので、円筒状型１０の回転とヒータ３３の加熱温
度を再調整して、成形用溝１４内の溶融ガラス２４の溶
融状態を調整し、遠心力による成形圧力をかけながら内
径を真円状にしつつ、成形面形状を転写して成形する。
そして、ヒータ３３の加熱温度を下げて溶融ガラス２４
の温度を円筒状型１０とともに冷却し、中空光学素子の
成形を終了する。

【００１５】次に、回転駆動部１６と材料供給部３０を
図において右方向に基台１９上を移動させ、円筒状型１
０を加熱部３２外に出す。そして、ピン１３を外してフ
タ部１２と本体部１１とを分離し、図３に示す形状の成
形品３４を円筒状型１０から取り出す。

【００１６】本実施例によれば、直接、溶融ガラス２４
から中空光学素子に成形でき、従来技術のように成形の
前後に中空の空洞部を形成する加工を必要としないの
で、コストを低くし、生産性の向上を図ることができ
る。また、円筒状型１０を水平な回転中心軸１８回りに
縦回転しているので、溶融ガラス２４の供給が中心から
容易に行うことができる。さらに、円筒状型１０を水平
方向に移動自在としたので、加熱部３２外へ露出するこ
とができるので、成形品の離型が行い易く、また、自動
連続成形に適用することができる。なお、連続成形に
は、ルツボ２８内のガラスを補給する必要が生ずるが、
その場合には、適宜ルツボ２８上方の材料供給部３０に
開口部を設けて補給できるようにしても良い。あるい
は、より大型化のルツボ２８を利用してもよい。

【００１７】

【実施例２】図４〜６は、本発明に係る中空光学素子の
製造方法の実施例２の要部工程を示すもので、製造装置
の円筒状型を径方向に切断した状態の断面図である。本
実施例の実施に使用する製造装置には、第１〜３のルツ
ボ２８ａ，２８ｂ，２８ｃが配置されている。各ルツボ
２８ａ，２８ｂ，２８ｃには、それぞれ電磁バルブ２９
ａ，２９ｂ，２９ｃを介して供給管２５ａ，２５ｂ，２
５ｃが接続され、光学特性の異なる溶融ガラス２４ａ，
２４ｂ，２４ｃを順次円筒状型１０内に供給し、次々に
積層できるように構成されている。

【００１８】次に、本実施例の製造方法を説明する。ま
ず、ヒータ３３で加熱され、モータ２０（図２参照）に
よって回転する円筒状型１０内に第１のルツボ２８ａか
ら供給管２５ａにより第１の溶融ガラス２４ａを適量供
給した後、電磁バルブ２９ａを閉じてシャー２６で切断
し、実施例１と同様に円筒状型１０内で中空光学素子の
最外周層３５を形成する（図４参照）。

【００１９】次いで、第２のルツボ２８ｂから供給管２
５ｂを介して第２の溶融ガラス２４ｂを上記中間層３５
の上に適量供給し、その後電磁バルブ２９ｂを閉じてシ
ャー２６で切断し、中間層３７を中間層３６を円筒状型
１０内で中空光学素子の最外周層３６の内側に実施例１
と同様に形成する（図５参照）。

【００２０】次に第３のルツボ２８ｃから供給管２５ｃ
を介して第２の溶融ガラス２４ｃを上記最外周層３６の
上に適量供給した後、電磁バルブ２９ｃを閉じてシャー
２６で切断し、内周層３６の内側に形成する（図６参
照）。そして、ヒータ１０の加熱温度を下げて、円筒状
型１０および各層３５，３６，３７を除冷硬化した後、
実施例１と同様に円筒状型１０の回転を停止し離型し
て、図７に示すような成形品３８を得る。

【００２１】本実施例によれば、順次異なった光学特性
のガラス材料を積層できるので、径方向に性質の異なる
中空光学素子を製造することができ、光学的に利用価値
の高い層状光学素子を簡単に得ることができる。その他
の効果は上記実施例１と同様である。

【００２２】なお、本実施例では、３層からなる中空光
学素子を製造する場合について説明したが、２層以上の
中空光学素子の製造に適用することができる。なお、か
かる場合、ルツボの設置可能な数だけ光学層を作ること
ができる。

【００２３】

【実施例３】図８は、本発明に係る中空光学素子の製造
方法の実施例３を実施するための製造装置を示す断面図
である。上記製造装置の円筒状型１０は、外型４０内に
内型４１が摺動可能に嵌合挿入して形成されており、外
型４０と内型４１とは分離自在となっている。内型４１
の側面中心には回転軸４２が一体形成され、この回転軸
４２は、回転駆動部１６の軸受１７により水平方向に回
転自在に支持され、プーリ２１，２２およびベルト２３
を介してモータ２０により回転駆動されるように、図１
の製造装置と同様に構成されている。

【００２４】また、回転駆動部１６には、基台１９に固
定したエアシリンダ４３が連結して設けられており、回
転駆動部１６を外型４０方向に押し込み、内型４１を外
型４０内に圧入できるようになっている。一方、材料供
給部３０は、基台１９上水平方向に移動自在に設けられ
るとともに、加熱部３２の当て付け面３２ａにその側面
を当て付けた状態で、ロックピン４４により基台１９上
に固定されるようになっている。そして、この時、材料
供給部３０に設けられたルツボ２８に接続した供給管２
５およびシャー２６の位置決めがなされるように設定さ
れている。この他の構成は、図１の製造装置と同様に構
成されている。

【００２５】次に、上記製造装置を用いた本発明の実施
例３を説明する。まず、成形を始める前に、エアシリン
ダ４３を作動して円筒状型１０を図８における左方向に
引き、加熱部３２の内側面に外枠４０の端面と内型４１
の首部側面を当て付けて、外型４０と内型４１との位置
決めを行う。そして、実施例１と同様に、円筒状型１０
の成形用溝１４内に溶融ガラス２４を適量供給した後、
円筒状型１０の回転およびヒータ３３の加熱温度を再調
整して供給した溶融ガラス２４ａの内径を真円状に保ち
つつ成形面形状を転写する。

【００２６】そして、ヒータ３３の加熱温度を下げて溝
１４内で形成されている溶融ガラス２４ａを冷却する
際、溶融ガラス２４ａが半硬化状態になった時に円筒状
型１０の回転を停止し、材料供給部３０をロックピン４
４で基台１９に固定する。そして、エアシリンダ４３を
作動し、図６の右方向に回転駆動部１６を介して内型４
１を押圧する。これにより、内型４１は外型４０内に圧
入され、溶融ガラス２４ａに圧縮力が作用し、冷却時の
収縮分を押し込み、成形面形状の転写性が向上する。溶
融ガラス２４ａの冷却硬化が完了した後、ロックピン４
４を外して材料供給部３０を右方向に移動し、外型４０
を内型４１から外して成形品を離型し、図３に示すよう
な成形品３４を得る。

【００２７】本実施例によれば、円筒状型１０内で溶融
ガラス２４ａを冷却硬化する時、内型４１を移動して圧
縮力を加えることができる。このため、溶融ガラス２４
ａの冷却時の収縮分について追圧縮できるので、成形面
形状を成形品に良好に転写することができ、精度の良い
中空光学素子を製造することができる。その他の効果は
実施例１と同様である。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明の中空光学素子の
製造方法によれば、中空光学素子をプレス成形する工程
のみで得ることができる。このため、加熱軟化成形の前
後にガラス素材あるいは成形品に中空部を作る加工を施
す必要がなくなるため、工程数を削減でき、コスト低減
と生産性の向上を図ることができる。さらに、円筒状型
の回転軸を水平とし、円筒状型を縦回転としたので、円
筒状型内に溶融ガラスを供給する際、回転中心軸の付近
から流下して行えるので、溶融ガラスの充填が大変な容
易になるとともに、重力の影響を受けず両成形面により
均等な押圧力を溶融ガラスに作用させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に使用する製造装置を概念的に示
す断面図である。

【図２】本発明の実施例１の実施に使用する製造装置を
示す断面図である。

【図３】本発明の実施例１，３により製造した中空光学
素子を示す断面図である。

【図４】本発明の実施例２の製造工程における製造装置
の要部を示す断面図である。

【図５】本発明の実施例２の製造工程における製造装置
の要部を示す断面図である。

【図６】本発明の実施例２の製造工程における製造装置
の要部を示す断面図である。

【図７】本発明の実施例２により製造した中空光学素子
を示す断面図である。

【図８】本発明の実施例３の実施に使用する製造装置を
示す断面図である。

【符号の説明】

１ 成形用溝 ２ 円筒状型 ３ 回転軸 ４ 供給管 ５ 溶融ガラス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融ガラスを型部材内に供給し、該型部
   材を、水平な軸を中心でかつ成形する光学素子の中心で
   ある軸まわりに回転し、型部材内の溶融ガラスを遠心力
   にて押し拡げて溶融ガラスの中心部に中空部に形成しな
   がら冷却硬化することを特徴とする中空光学素子の製造
   方法。