JPH11147724A - 光学素子素材の熱処理装置及び光学素子素材の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大量の光学素子素材に熱処理を施してエ
ッジ部を効率的に加工できるようにすること。 【解決手段】 基台１上に、冷却板２，断熱板３，空気
断熱層４，載置プレート５からなる加工部を設け、この
加工部の上方に、昇降アーム９による上下動自在の加熱
板７を設ける。そして、載置プレート５上に載置された
複数の光学素子素材に対し、加熱板７を非接触で近接配
置し、輻射加熱による加工を一括して施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子（例え
ば、ビデオムービー用レンズ）等を成形する際に用いら
れる光学素子素材のエッジを軟化させて曲率をもたせる
のに適した光学素子素材の熱処理装置及び光学素子素材
の熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス材料をプレス成形して光学素子
（レンズ等）を製造する場合、先ずガラス棒材を所定の
幅（長さ）に切断あるいは割断して、例えば図４に示す
ような円柱状の成形用材料２１を得る。なお、特開昭６
０−２４６２３１号公報の第１図には同様の形状の材料
が記載されている。成形用材料の形状は、できる限り簡
単な形状が製造工程あるいは素材加工の面でも望まし
い。

【０００３】この成形用材料２１は、図５に示す上型２
２、下型２３、胴型２４の中に組み込まれる。そして、
金型全体が成形用材料が変形可能な温度まで予備加熱さ
れ、型締めによって加圧成形がなされる。

【０００４】図６は、このような成形を行う装置の概要
を示す。図中、符号３８が金型組立装置であり、ここで
図５に示すように、成形材料が金型内に組み込まれる。
そして、金型全体が搬送ライン３２によって矢印の方向
に搬送され、成形装置３１に投入される。なお、図中、
搬送される金型は省略し、金型に組み入れられているガ
ラス材料のみを丸で示している。

【０００５】成形装置３１は、取り入れ室３３、予備加
熱室３４、プレス室３５、冷却室３６および取り出し室
３７を具備し、金型に組み入れられたガラス材料は各室
に順次に搬送され、一連の工程を経て成形加工される。
その後、再び搬送ライン３２によって金型組立装置３８
の位置に戻り、金型を開いて成形加工された光学素子
（レンズ等）が取り出されて作業が終了する。量産にお
いては、上述の工程を繰り返す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ガラス棒材を所定の幅
で切断して図４に示すような成形用材料２１を得る場合
に、その切断時にエッジ部分が欠けたりあるいはクラッ
クが入ったりすることがある。このような成形用材料を
成形用金型に組み入れると、エッジのクラックの入った
部分において欠けが発生する恐れがある。

【０００７】また、たとえクラックが発生していなくと
も、搬送ラインを用いて金型および成形用材料を搬送す
る場合、搬送中の揺れや衝撃等によりエッジ部分が欠け
る恐れがある。欠けた材料は型転写面の中心部に集まる
か、あるいは成形用材料の輪郭に沿って金型に付着した
状態となる。そして、このような状態で成形を行えば、
得られる光学素子の光学有効面に欠けた材料が付着し、
得られた光学素子は所望の光学機能を果たさなくなる。

【０００８】このように従来の成形方法では、製造歩留
まりの低下と共に、金型に損傷を与える恐れを除去でき
ない。そこで、本発明者は、光学素子素材のエッジ部を
面取り加工したり球面加工したりして成形工程における
クラック等の発生を低減することを検討したが、この場
合には、量産性やコスト面で必ずしも充分であるとはい
えないことがわかった。

【０００９】本発明はこのような検討に基づいてなされ
たものであり、大量の光学素子素材に一括して熱処理を
施してエッジ部を効率的に加工することを可能とするこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
熱処理装置の発明であり、基台上に設けられた冷却板及
びこの冷却板の上方に空気断熱層を介して設けられた、
割断または切断研磨された光学素子素材を複数個載置可
能な載置プレートとを有する加工部と、この加工部の上
方に上下動自在に設けられ、かつ前記載置プレートに載
置される前記複数個の光学素子素材に対して熱処理を施
すことができる加熱板を具備する構成とした。

【００１１】この構成により、載置プレート上に載置さ
れた複数の光学素子素材に対し、加熱板を用いて輻射加
熱による加工を一括して施してエッジ部を軟化させるこ
とができるから、歩留まりよく安価に、大量の光学素子
素材の加工を行える。

【００１２】請求項２記載の発明は、熱処理装置の発明
であり、前記載置プレートに、前記光学素子素材を位置
決めするための段差部と、前記空気断熱層に連通する貫
通孔とを設ける構成とした。

【００１３】この構成により、載置プレートに光学素子
素材を効率的に位置決めでき、また、貫通孔および空気
断熱層を介した空気対流によって輻射熱を載置プレート
の下面に積極的に導入することができるから、加熱効率
をさらに向上させることができる。

【００１４】請求項３記載の発明は、熱処理装置の発明
であり、前記光学素子を位置決めするための段差部と前
記貫通孔とを規則的に配列し、前記段差部の近傍に前記
貫通孔が位置する構成とした。

【００１５】この構成により、載置プレート上に載置さ
れた各光学素子素材の下面に、貫通孔を介して輻射熱を
効率的に導入できるから、熱処理時間を短縮することが
できる。

【００１６】請求項４記載の発明は、熱処理装置の発明
であり、前記空気断熱層に挿入可能な補助冷却板を設け
る構成とした。

【００１７】補助冷却板の挿入によって、冷却板への熱
の放熱効率が高まり、一方、貫通孔が遮断されて熱対流
がなくなるから、冷却に要する時間を短縮できる。

【００１８】請求項５記載の発明は、熱処理方法の発明
であり、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光学素
子素材の熱処理装置を用いて光学素子素材に熱処理を施
す場合に、割断もしくは切断研磨された光学素子素材を
前記載置プレート上に載置する工程と、所定温度に制御
された前記加熱板を、前記光学素子に近接させて非接触
状態で位置させて所定の加熱処理を施す工程と、前記冷
却板を用いて、加熱処理された前記光学素子素材を冷却
する工程と、を具備するようにした。

【００１９】これによって、載置プレート上に載置され
た複数の光学素子素材に対し一括して熱処理による加工
を行え、また、効率的な冷却も実現される。

【００２０】請求項６記載の発明は、熱処理方法の発明
であり、上記請求項２〜請求項４のいずれかに記載の熱
処理装置を用いて熱処理する場合に、前記貫通孔の径又
は前記補助冷却板の出し入れによって加熱及び冷却の速
度調整を行うようにした。

【００２１】これにより、貫通孔の径の調整によって熱
対流量を制御でき、また、補助冷却板の挿入の程度によ
って冷却板への放熱量を制御できるから、加熱速度およ
び放熱速度を適宜に選択することが可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態に係る
熱処理装置及び熱処理方法について、図面を参照しなが
ら説明する。

【００２３】（実施の形態１）図１（ａ）は本発明の第
１の実施の形態における光学素子素材の熱処理装置であ
り、同図（ｂ）は光学素子素材の（以下、載置プレート
という）の構造を示す図である。なお、図１（ｂ）の下
側には、載置プレートのＡ−Ａ線に沿う断面構造が示さ
れている。

【００２４】図１（ａ）に示すように、熱処理装置は、
基台１と、冷却板２と、断熱板３と、空気断熱層４と、
光学素子素材の載置プレート５と、ヒータが埋設されて
いる加熱板７と、加熱板７を上下動させるための昇降ア
ーム９とを具備する。

【００２５】冷却板２，断熱板３，空気断熱層４および
載置プレート５は、加工部を構成する。

【００２６】冷却板２は、図示しない通常の冷却パイプ
等を用いて水冷できるように構成されている。また、断
熱板３は、セラミックスや熱伝導率の小さい金属で構成
される。

【００２７】冷却板２と載置プレート５との間に所定の
厚みをもつ断熱板３が介在していることにより、冷却板
２と載置プレート５との間に空気断熱層４が形成され
る。この空気断熱層４は、加熱処理中において載置プレ
ート５と冷却板２との間のある程度の熱的絶縁性を確保
するとともに、加熱板から発せられる輻射熱を蓄熱して
補助的な加熱をするという作用がある。

【００２８】載置プレート５には、光学素子の成形用材
料である光学素子素材（ガラス材）６が載置される。す
なわち、図１（ｂ）に示すように、載置プレート５の表
面には、複数の位置決め用の段部８が所定のピッチで規
則的に配置されている。したがって、載置プレート５上
には、段部８によって正確に位置決めされた光学素子素
材６が多数載置されることになる。ここで、段部８は、
空気断熱層４の存在する領域の範囲内において設けられ
る。これにより、各光学素子素材６はすべて、空気断熱
層４の蓄熱作用による加熱を受けることになる。

【００２９】加熱板７は、基台１に連結された昇降アー
ム９に取り付けられており、図中矢印で示す＋Ｚ〜−Ｚ
まで昇降自在に構成されている。この加熱板７は、加熱
プレート５と同程度の面積をもち、載置プレート５上に
載置される複数個の光学素子素材６の全部に対して、一
括して均一に熱処理を施すことができる。一方、昇降ア
ーム９は、スライド軸を用いて上下動および所定位置で
の固定が可能な構成となっている。なお、加熱板７の温
度は、熱電対と制御回路とを組み合わせた温度調節機構
により制御される。

【００３０】次に、図１の熱処理装置を用い、光学素子
素材に熱処理を施してエッジ部に曲率を付与する熱処理
方法（加工方法）について説明する。

【００３１】まず、載置プレート５上に、例えば図４の
形状をもつ光学素子素材６を複数個載置する。そして、
所定温度の加熱板７を下降させ、光学素子素材６の近傍
において非接触で固定する。その状態で所望時間の熱処
理を施し、光学素子素材６のエッジ部を軟化させる。

【００３２】所定時間が経過すると、加熱アーム７を上
昇させて電源を切り、加熱処理を終了するともに、冷却
板２による冷却処理を開始する。その状態で光学素子素
材６の温度が所定のレベルにまで下がると、次に、載置
プレート５を取り外し、光学素子素材６の温度が常温に
なるまで冷却する。これにより、図３に示すように、光
学素子素材６のエッジ部が丸められて自由曲面となる。

【００３３】このようにエッジが加工された光学素子素
材６はクラック等が生じにくい。ゆえに、図５，図６に
示す従来の成形法を用いて光学素子を成形しても、製造
歩留まりの低下や金型の損傷といった不都合が生じな
い。

【００３４】次に、実験例について説明する。

【００３５】先ず、図１（ｂ）の載置プレート５の段部
８に、図４に示されるような円柱状でかつ両端面が鏡面
の光学素子素材６を１５個載置した。この光学素子素材
６は、φ９．４ｍｍ×２．５ｍｍ厚の円柱体であり、そ
の組成は硼珪酸バリウム系ガラス（ガラス転移点は５１
６℃、線膨張率は１００℃〜３００℃の範囲内では９３
×１０−７／℃）からなる。

【００３６】載置プレートを断熱板の上にセットし、加
熱板を光学素子素材と１ｍｍの間隙で固定した。加熱板
の温度は９８０℃に制御されていた。その状態で５分間
保持して、その後、加熱板の電源を切って温度を下げ
た。本実験例では、約１５分でガラス転移点以下まで徐
冷した。その時点でプレートを取り出し光学素子素材が
常温になるまでさらに冷却した。

【００３７】その結果、光学素子素材のエッジ部の良好
な加工を行うことができた。すなわち、エッジ部の曲率
半径は約０．１ｍｍに仕上がっており、従来の成形法を
用いて成形したところ、前記した従来の不都合は発生し
なかった。

【００３８】以上のように本実施の形態によれば、加熱
板および載置プレートの下面に設けられた空気断熱層の
作用により効率的な熱処理が行える。上述のように、空
気断熱層は、加熱板から発せられる輻射熱を蓄熱し補助
的な加熱をすることに作用するものであり、したがっ
て、本実施の形態の熱処理装置を用いれば、効率的に、
一度に大量の成形用の光学素子素材を製造（加工）する
ことができる。

【００３９】（実施の形態２）以下、本発明における実
施の形態２の熱処理装置及び熱処理方法について、図２
を参照しながら説明する。

【００４０】図２は光学素子素材の載置プレートの構造
を示す図である。なお、図２の下側には、Ｂ−Ｂ線に沿
う載置プレートの断面図が示されている。本実施の形態
において使用する熱処理装置の構成は、図１に示される
ものと同じである。

【００４１】本実施の形態では、図１の構成に加えて、
載置プレート５の表面に設けられた段部８の近傍におい
て複数の貫通孔１０を規則的に配置し、また、空気断熱
層４に挿入可能な補助冷却板１１を設けている。

【００４２】貫通孔１０は載置プレート５を貫通して空
気断熱層４に連通しており、また、図２に示されるよう
に、段部８と交互に所定ピッチで配置されている。熱処
理時において、この貫通孔１０を介して加熱板７からの
輻射熱の対流を載置プレート５の下面に積極的に導入す
ることができ、載置プレート５の裏面からも効率的に光
学素子素材６を加熱することができる。よって、熱処理
時間を短縮することが可能となる。

【００４３】一方、補助冷却板１１は熱伝達効率が良好
な金属等からなり、熱処理中は、図中＋Ｘ方向に位置決
めされ、冷却時には−Ｘ方向に移動して、空気断熱層４
の空間に挿入される。補助冷却板１１が挿入されると、
貫通孔１０が遮断されて熱対流が阻止されるとともに、
補助冷却板１１が載置プレート５（光学素子素材６）の
高熱を効果的に冷却板２に逃がす。この補助冷却板１１
の伝熱作用によって載置プレート５の冷却速度を短縮す
ることが可能となる。

【００４４】以上のように構成された熱処理装置を用い
て、実施の形態１と同様の条件で同様の光学素子素材を
準備して熱処理および冷却の実験を行った。以下、実験
例について説明する。

【００４５】先ず、光学素子素材の載置プレート５の段
部８に光学素子素材６を１５個載置する。この光学素子
素材６は、φ９．４ｍｍ×２．５ｍｍの円柱体であり、
これは、硼珪酸バリウム系ガラス（ガラス転移点は５１
６℃、線膨張率は、１００℃〜３００℃の範囲内では９
３×１０−７／℃）である。

【００４６】なお、載置プレート５に設けられた貫通孔
１０の孔径は７．０ｍｍである。また、図２に示される
ように、貫通孔１０は段部８と交互に所定ピッチで配置
されており、熱対流による下側からの加熱が効果的に行
われるようになっている。

【００４７】次に、９８０℃に加熱された加熱板７を光
学素子素材６の上面から１ｍｍの付近まで下降させ固定
し、加熱を開始した。そして、加熱の開始から２分３０
秒後に加熱板７を上昇させて電源を切り、一方、補助冷
却板１１を挿入して貫通孔１０の全てを遮断して冷却を
開始した。ガラス転移点近傍まで冷却するのに２分間を
要した。

【００４８】実施の形態１と比較して、加熱時間が１／
２となり、冷却時間が約１／７に短縮された。熱処理後
の光学素子素材のエッジ形状は、実施の形態１の場合と
同様のものであり、良好なエッジの丸めを行うことがで
きた。

【００４９】（実施の形態３）次に、実施の形態３につ
いて説明する。本実施の形態では、貫通孔の径を変化さ
せて熱処理の速度を調整する。

【００５０】以下、貫通孔１０の口径をφ３．５ｍｍ
（実施の形態２の場合の半分）として、実施の形態１及
び２と同じ条件で熱処理した実験例について説明する。

【００５１】この場合には、エッジ加工に要する時間
（全処理時間）は、実施の形態２よりも長い時間を要
し、実施の形態１よりも短い時間であった。冷却時間
は、実施の形態２と同じ２分間でガラス転移点近傍まで
冷却できた。

【００５２】すなわち、本発明の熱処理装置と熱処理方
法を用いれば所望の加熱速度および冷却速度を適宜選択
できることが確認された。なお、熱処理された光学素子
素材のエッジ部の形状は、実施の形態１の場合と同様の
ものであった。

【００５３】このように、光学素子素材の載置プレート
５に貫通孔を設け、貫通孔の口径（面積）を調整するこ
とにより、熱加工や冷却のスピードをある程度、選択す
ることができる。

【００５４】なお、以上の例では、貫通孔の径を調整し
たが、貫通孔の数やその配置位置を調整することによっ
ても、熱処理や冷却の効率を変化させることができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
歩留りよく安価に、大量の光学素子素材を加工できる熱
処理装置と熱処理方法を提供できるという有利な効果が
得られる。これによって、光学素子の成形時における金
型損傷や製造歩留まりの低下といった不都合が解消され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る光学素子
素材の熱処理装置の構成を示す断面図、（ｂ）は光学素
子素材載置プレートの構成を説明するための図

【図２】本発明の実施の形態２における光学素子素材の
載置プレートの構成を示す図

【図３】上記実施の形態の熱処理後の光学素子素材の形
状を示す図

【図４】従来の光学素子素材の加工形状を示す斜視図

【図５】金型を用いた光学素子の成形を説明するための
断面図

【図６】光学素子の成形装置の概要を説明するための図

【符号の説明】

１ 基台 ２ 冷却板 ３ 断熱板 ４ 空気断熱層 ５ 光学素子素材載置用プレート ６ 光学素子素材（ガラス素材） ７ 加熱板 ８ 位置決め用の段差 ９ 昇降アーム １０ 貫通孔 １１ 補助冷却板 １２ 熱処理後の光学素子素材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台上に設けられた冷却板及びこの冷却
   板の上方に空気断熱層を介して設けられた、割断または
   切断研磨された光学素子素材を複数個載置可能な載置プ
   レートを有する加工部と、この加工部の上方に上下動自
   在に設けられ、かつ前記載置プレートに載置される前記
   複数個の光学素子素材に対して熱処理を施すことができ
   る加熱板と、を具備することを特徴とする光学素子素材
   の熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記載置プレートに、前記光学素子素材
   を位置決めするための段差部と、前記空気断熱層に連通
   する貫通孔とを設けたことを特徴とする請求項１記載の
   光学素子素材の熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記光学素子を位置決めするための段差
   部と前記貫通孔とを規則的に配列し、前記段差部の近傍
   に前記貫通孔が位置するようにしたことを特徴とする請
   求項２記載の光学素子素材の熱処理装置。
4. 【請求項４】 前記空気断熱層に挿入可能な補助冷却板
   を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
   れかに記載の光学素子素材の熱処理装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   の光学素子素材の熱処理装置を用いて光学素子素材に熱
   処理を施す熱処理方法であって、割断もしくは切断研磨
   された光学素子素材を前記載置プレート上に載置する工
   程と、所定温度に制御された前記加熱板を前記光学素子
   に近接させて非接触状態で固定し、所定の加熱処理を施
   す工程と、加熱処理された前記光学素子素材を冷却する
   工程と、を具備することを特徴とする光学素子素材の熱
   処理方法。
6. 【請求項６】 請求項２乃至請求項４のいずれかに記載
   の熱処理装置を用いる場合に、前記貫通孔の径又は前記
   補助冷却板の出し入れによって加熱又は冷却の速度調整
   を行うことを特徴とする請求項５記載の光学素子素材の
   熱処理方法。