JPH07277749A - 光学素子製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 球面研磨による高精度な加工面をそのまま残
し、光学素子の加工精度の向上を図る。治工具製作費用
の大幅な削減および工程減による歩留りの向上を図る。 【構成】 上下型１，２間には進退動自在な搬送アーム
８が支持されている。搬送アーム８先端には素材レンズ
を載置するホルダー３が保持されている。素材レンズの
上面を加熱すべく、上型１の下方には左側ヒーターアー
ム４および右側ヒーターアーム５が進退動自在に支持さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形素材ガラスを押圧
成形する製造装置および製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ガラスプレスレンズ成形は数多く
の分野において用いられている。その大半はプリフォー
ムと呼ばれる研磨レンズを素材としてプレス成形を行っ
ている。また、成形を必要とする設計は、ほとんど非球
面レンズにおいてであり、その場合の非球面は１面のみ
でもう一面は球面であることが多い。

【０００３】ガラスプレスレンズ成形装置としては、例
えば特公昭６３−３７０４３号公報および特公平５−１
２１８号公報記載の発明がある上記各発明の構成は、い
ずれも上下成形型の配置部に隣接あるいはその近傍に素
材ガラスあるいはプリフォームレンズを加熱軟化させる
手段を設けた点で共通した構成となっている。その作用
は、素材ガラスあるいはプリフォームレンズを上下成形
型間に搬送する前に表面全体を加熱軟化し、軟化が完了
したのち上下成形型間に搬送して上下両方の型による型
形状転写成形を行わせる点でも共通している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記特公昭
６３−３７０４３号公報および特公平５−１２１８号公
報記載の発明においては以下の様な共通した欠点があ
る。すなわち、素材ガラスあるいはプリフォームレンズ
全面を加熱軟化して押圧成形を行うので、成形後の所要
形状が球面の場合、プリフォーム製造時に研磨で形成し
た球面を加熱して崩した上、再度球面を押圧成形で作り
なおしているため、同じ球面形状を得るために研磨と成
形との２重の工程を掛けていることになる。従って、加
工費用および治工具費用の増加、また２工程に及ぶこと
による歩留りの低下からコストアップとなる。

【０００５】請求項２の目的は、成形素材をプリフォー
ムレンズとする場合、一方の面の所要形状が球面となる
面を持つ成形品を製造する工程において、その所要形状
が球面となる面は成形による変形を行わずに、プリフォ
ームレンズの形状を存置させることにある。請求項１の
目的は、上記請求項２の目的を達成すべく、プリフォー
ムレンズの所要形状が非球面などの成形すべき面の表面
のみを加熱軟化させ、成形させない面の表面はレンズの
軟化点温度以下に保つことにある。請求項３の目的は、
プリフォームレンズの加熱中にレンズの非成形面（非加
熱面）を冷却して軟化点温度以下に保つことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、上
下成形型間に位置して成形素材ガラス表面の一方を加熱
し、かつ押圧成形時に退避可能に支持された加熱手段を
設けて構成したことを特徴とする光学素子製造装置であ
る。また、成形素材ガラス表面の一方を加熱軟化すると
ともに、もう一方の表面をガラス転移点温度以下に保ち
つつ押圧成形することを特徴とする光学素子製造方法で
ある。さらに、前記加熱手段に加え、成形素材ガラスの
非加熱面への冷却手段を設けて構成したことを特徴とす
る光学素子製造装置である。

【０００７】図１は本発明に用いる製造装置の概念図で
ある。上型１の同一軸線上の下方には上下動可能な下型
２が設けられている。８は進退動自在に支持された搬送
アームで、この搬送アーム８の先端には、上面が非球面
の近似形状に形成されて下面が球面形状に形成された素
材レンズ（図示省略）を載置するホルダー３が保持され
ている。ホルダー３が上下型１，２間に位置した際、素
材レンズの上面を加熱すべく、その先端下面にそれぞれ
左側ヒーター４ａおよび右側ヒーター５ａを有する左側
ヒーターアーム４および右側ヒーターアーム５が進退動
自在に支持されている。

【０００８】請求項１の作用は、ホルダー３に収納され
た素材レンズは搬送アーム８により上下型１，２間に搬
送される。次いで、ヒーター４ａおよび５ａが素材レン
ズの上面を軟化点以上の温度まで加熱する。加熱が完了
すると、直ちにヒーター４ａおよび５ａが上下型１，２
間から退き、下型２が上昇してホルダー３および素材レ
ンズを持ち上げ、上型１に押し当てて押圧成形を行う。

【０００９】請求項２の作用は、素材レンズの上面を加
熱軟化する際、素材レンズの下面をガラス転移点温度以
下に保ち、この状態で押圧成形を行う。請求項３の作用
は、素材レンズの上面を加熱軟化する際、素材レンズの
下面をガラス転移点温度以下に保つため、素材レンズの
下面を冷却する。

【００１０】

【実施例１】図２および図３は本実施例で用いる装置を
示す部分断面図である。上側成形型１と下側押圧型２と
は同一中心軸上に配置され、先端に半円状の切り欠きを
有する搬送アーム８および排出アーム（図示省略）をそ
れぞれ対向し、上下型１，２の中心軸と垂直かつ交わる
方向に往復動する様に配置する。下側押圧型２はプリフ
ォーム１１を押しつけて上昇させるが、成形転写を行わ
ない型であり、その面精度はＰＶ１μｍ程度である。ま
た、プリフォーム１１への傷付き防止のため、外周から
接触していくような形状に加工する。

【００１１】また、先端部下面へ半円状に形成したヒー
ター４ａ，５ａを有するヒーターアーム４および５をそ
れぞれ対向させ、上下型１，２間かつ搬送アーム８およ
び排出アームの上側を、上下型１，２の中心軸と垂直か
つ交わり、搬送アーム８および排出アームの往復動方向
とは異なる方向を往復動するように配置したものであ
る。このヒーターアーム４および５が往復動作の前進限
した際、ヒーターアーム４および５の先端同志が接合
し、かつそれぞれに設けられた半円状のヒーター４ａ，
５ａが合わさって円状となり、その円の中心が上下型
１，２の中心軸とほぼ一致するように調整されている。

【００１２】以上の構成から成る装置を用いての光学素
子製造方法は、まず外側にフランジが内側に段部が形成
されたホルダー３を用い、その段部のスラスト面と内径
部により保持されたプリフォーム１１をガラス転移点温
度以下（硝材種類によって４００℃〜７００℃位）に予
備加熱を行った後（予備加熱に関する装置および搬送ア
ーム８にホルダー３を載置する機構については図示省
略）、搬送アーム８により上下型１，２間に搬送する。

【００１３】この時、ホルダー３の上方ではヒーターア
ーム４および５が左右両側から接近して接合し、ヒータ
ーアーム４および５の先端下面に設けられた半円状のヒ
ーター部４ａおよび５ａが合わさって円形状のヒーター
となる。この円形ヒーターにより、搬送アーム８が停止
すると同時にプリフォーム１１の上面を軟化点以上の温
度（硝材種類により７００℃〜１０００℃）に加熱す
る。このヒーター部４ａ，５ａの円の径は、プリフォー
ム１１の外径寸法よりも大きく、ホルダー３のフランジ
径寸法よりも小さく形成されている。以上の状態を図２
に示す。

【００１４】ヒーター部４ａおよび５ａによる加熱が完
了してその加熱を停止させると同時にヒーターアーム４
および５が左右に別れ、上から見て搬送アーム８と干渉
しない位置まで下がった時点で下側押圧型２が上昇して
ホルダー３を持ち上げ、上側成形型１と下側押圧型２と
でプリフォーム１１を挟み込んで成形を行う。図３はそ
の様子を示したものである。

【００１５】この場合のヒーター部４ａおよび５ａによ
る加熱は、プリフォーム１１の軟化点温度よりも高温で
加熱するが、加熱によるプリフォーム１１の上側表面軟
化層を成形に必要な最小限の温度に留め、かつプリフォ
ーム１１の下側表面をガラス転移点温度以下に保ち、下
側表面が下側押圧型２の押圧により変形しないようにす
る。また、上側表面軟化層の温度を必要最小限に留める
ため、加熱終了から成形までの時間を極力短縮し、冷却
固化を抑制する目的から、上下型１，２のクリアランス
をヒーターアーム４，５のスペースを含めて必要最小限
に縮めておく。

【００１６】さらに、成形時の上下型１，２によるプレ
ス圧も、プリフォーム１１の上側表面軟化層の温度を必
要最小限に止めるため、比較的大きな圧力（１００〜５
００ｋｇ程度）で、短時間（０．１〜１秒）で初期の押
圧を行う。成形流動が完了すれば、圧力を５０〜８０％
に減じて上下型１，２に保持しながら徐冷を行う（１０
数秒〜３分）。その後、下側押圧型２を下降させて成形
を完了する。

【００１７】本実施例によれば、下側押圧型２は成形転
写を行わないために通常の成形型ほどの面精度を必要と
せず、高温の溶融ガラスの密着も無いため耐久性が飛躍
的に向上する。また、加熱変形の範囲が限られているの
で、プリフォーム１１の加熱および成形後の冷却に要す
る時間が短縮される。さらに、上下型１，２間にプリフ
ォーム１１を搬送してから最終加熱を行うため、従来の
ように最終加熱後に上下型１，２間へ搬送する間のプリ
フォーム１１の冷却が無くなり、この点でも加熱時間の
短縮を図ることができる。

【００１８】

【実施例２】図４は本実施例で用いる装置の部分断面図
である。本実施例は、前記実施例１におけるヒーターア
ーム４および５を廃止し、代わりにヒーター部４ａおよ
び５ａと同様な加熱が行えるバーナー１３および１４に
て構成した点が異なり、他の構成は同一な構成部分から
成るもので、同一構成部分には同一番号を付して構成の
説明を省略する。また、バーナーに関する制御方法，装
置および補機についての説明を省略する。

【００１９】本実施例の作用は、前実施例１の作用と同
様であり、説明を省略する。

【００２０】素材レンズの材質の熱伝導率が大きく、前
実施例１のようなヒーターを用いた場合、加熱中に素材
レンズ全体がガラス転移点温度以上になってしまう場合
がある。しかしながら、本実施例では、バーナーによる
急速な加熱が行え、表面部のみを急速に加熱することが
可能となり、その適用範囲を拡大することができる。

【００２１】

【実施例３】図５および図６は本実施例で用いる装置の
部分断面図である。本実施例は、前実施例１における下
側押圧型２を廃止し、代わりに押上軸２１とそれに伴う
ホルダー２２とで構成した点が異なり、他の構成は同一
な構成部分から成るもので、同一構成部分には同一番号
を付してその説明を省略する。本実施例のホルダー２２
は下側に押上軸２１と嵌合する部分が必要なため、前各
実施例のようなＬ字断面の素材レンズ受け段部ではな
く、図５に示すようなフランジ部以外がトの字の断面形
状となるホルダーとする。押上軸２１はホルダー２２の
内型より細く且つ内側段部の内径より太くし、端面は平
面で研磨加工の必要はない。

【００２２】ヒーター４ａおよび５ａによるプリフォー
ム１１の加熱軟化までの作用は前記実施例１と同一であ
るが、押上軸２１が上昇するとプリフォーム１１下面で
はなく、ホルダー２２の素材保持部下側２２ａに当た
り、ホルダー２２を持ち上げて上側成形型１に押圧する
ため、図６に示すように押上軸２１はプリフォーム１１
と接触しない。

【００２３】本実施例によれば、押上軸２１はホルダー
２２との嵌合のみを考慮するだけでよく、ほぼ汎用的に
使用出来ることから、前記各実施例では下側押圧型２の
製作が製品ごとに必要であったものが不要となり、治工
具に要する費用を前記各実施例よりも削減できる。ま
た、プリフォーム１１の下面と押上軸２１とが接触しな
いので、キズ付きの発生が無くなり、歩留り向上による
コストダウンを図ることができる。

【００２４】

【実施例４】図７および図８は本実施例で用いる装置を
示し、図７は押上軸の斜視図、図８は部分断面図であ
る。本実施例は、前記実施例３における押上軸２１を廃
止し、代わりに上端面３１ａに冷却用の窒素または不活
性ガスを吹き出す多数の孔３２が穿設された中空形状の
押上軸３１で構成した点が異なり、他の構成は同一な構
成部分から成るもので、同一構成部分には同一番号を付
して構成の説明を省略する。

【００２５】上記構成の装置を用いての製造方法は、ヒ
ーター４ａおよび５ａによる上面加熱と同時に、プリフ
ォーム１１下面の強制冷却を開始する。ブロー吐出時間
は、成形終了後の上側成形型１の離型時を限度とし、成
形するレンズの形状および硝材種類によりプロー流量お
よびブロー停止タイミングを決定する。他の作用は前記
実施例３と同様であり、作用の説明を省略する。

【００２６】本実施例によれば、上面加熱でも生じる熱
伝導による下面部の軟化を強制的に防止することで、ヒ
ーターの加熱温度上限を高くしても素材ガラス１１の下
面の面精度を保持することができ、その適用範囲を拡大
できる。

【００２７】

【発明の効果】請求項２記載の光学素子製造方法の効果
は、素材研磨レンズの球面を存置することで、球面研磨
による高精度な加工面をそのまま残すことができ、製造
する光学素子の加工精度の向上が図れる。また、従来こ
の部分を成形するために高精度での加工が必要であった
球面成形型の加工が簡便になり、場合によっては全く必
要なくなり、治工具製作費用の大幅な削減および工程減
による歩留り向上が図れ、製造コストの大幅な低減が可
能となる。

【００２８】請求項１記載の光学素子製造装置の効果
は、プリフォームの加熱軟化から成形開始までのタイム
ラグをできるだけ短縮し、成形を行う部分のみの加熱を
行った後、その熱が成形を行わない側の面まで伝達しな
いうちに成形を開始するようにさせることによって、請
求項２記載の光学素子製造方法を可能にする。

【００２９】請求項３記載の光学素子製造装置の効果
は、プリフォーム研磨面存置側の面全体に冷却ブローを
行うことで、加熱成形側の加熱手段による熱が伝導して
きても、軟化点温度以上に上昇することを強制的に防止
し、研磨加工で得た面精度を維持させることができ、請
求項２記載の光学素子製造方法の適用範囲を拡大するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す概念図である。

【図２】実施例１を示す部分断面図である。

【図３】実施例１を示す部分断面図である。

【図４】実施例２を示す部分断面図である。

【図５】実施例３を示す部分断面図である。

【図６】実施例３を示す部分断面図である。

【図７】実施例４を示す斜視図である。

【図８】実施例４を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１ 上型 ２ 下型 ３ ホルダー ４ 左側ヒーターアーム ５ 右側ヒーターアーム ８ 搬送アーム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下成形型間に位置して成形素材ガラス
   表面の一方を加熱し、かつ押圧成形時に退避可能に支持
   された加熱手段を設けて構成したことを特徴とする光学
   素子製造装置。
2. 【請求項２】 成形素材ガラス表面の一方を加熱軟化す
   るとともに、もう一方の表面をガラス転移点温度以下に
   保ちつつ押圧成形することを特徴とする光学素子製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記加熱手段に加え、成形素材ガラスの
   非加熱面への冷却手段を設けて構成したことを特徴とす
   る請求項１記載の光学素子製造装置。