JPH11180722A

JPH11180722A - 光学素子の成形装置

Info

Publication number: JPH11180722A
Application number: JP35469097A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Fujimura; 守藤村
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1999-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱時の光学素子素材の位置決めを確実にし
て、中肉及び面精度が向上した光学素子を成形する。【解決手段】筒状のホルダ１０が光学素子素材１１を
保持することにより、加熱時における光学素子素材１１
と上下型８、９との接触を防止し、光学素子素材から揮
発する成分の上下型への付着を防止する。ホルダ１０を
上型８から吊り下げることによって光学素子素材１１の
位置を安定させて、中肉及び面精度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上下の型によって
光学素子を製造する成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レンズの高性能化及びレンズ系のレンズ
枚数削減の要求を満たすために、非球面レンズの必要性
が高まっている。ガラスレンズの製造にはガラス素材を
球面研磨により仕上げる手段が用いられてきたが、非球
面レンズを研磨により製造することは現在の技術では難
しく、採算が取ることができない。このため、加圧成形
により非球面レンズを製造することがなされているが、
成形の容易なプラスチック材料は光学的な性能に限界が
あるため、その成形技術の開発が盛んに行われている。

【０００３】光学ガラス素子を成形するには、ガラスと
成形型とをガラスが成形可能な温度、一般にはＴｇ点
（ガラス転移点温度）からＳｐ点（軟化点温度）の間の
適当な温度に調節する必要がある。このための装置は多
く考案されているが、ガラスと型とを同時に加熱する場
合、硝材によっては加熱中にガラスの成分物質の一部が
析出、気化して成形型に付着、堆積して面精度や透明度
の劣化の要因となる。これを軽減するためには、成形型
とガラスの距離をあけて加熱することが有効である。ま
た、炉内の温度制御を型温度を基準として制御する場合
には、ガラスの位置が所定位置に対してずれると、炉内
の温度分布の影響でガラスの温度が変動する。

【０００４】特開平９−７１４２５号公報には、光学ガ
ラス素子を成形する従来の装置が記載されている。この
装置は、ガラスの成形時に成形型との間に間隔を設ける
ものであり、不活性ガス雰囲気で満たされた成形室中に
設けられた加熱成形部と、加熱成形部内に挿入された成
形型と、成形型を上下方向に駆動する駆動装置とを備え
ている。なお、この装置では、マガジンが成形型の下型
を複数搬送するようになっており、これにより成形室下
方に順次、搬送された下型を成形室内に導入して成形に
用いるものである。

【０００５】図９は、この従来装置に使用されている成
形型１２０を示す。マガジンによって搬送された下型１
０２はベース１１６に載置されている。この下型１０２
の上方には、主軸１１１に取り付けられた上型１０１が
臨んでいる。また、これらの上下型１０１、１０２はス
リーブ１１５内に摺動可能に挿入されている。

【０００６】さらに、下型１０２の周囲には、筒状のホ
ルダ１１３が配置されている。ホルダ１１３は成形され
る光学ガラス素材１１４を保持するものである。光学ガ
ラス素材１１４の成形時においては、このホルダ１１３
に下型１０２及び上型１０１の双方が嵌合する。かかる
ホルダ１１３は、コイルばね１１２を介して下型１０２
に支持されることにより浮き上がっており、成形時まで
光学ガラス素材１１４が上下型１０１、１０２の成形面
と接触することを防止している。

【０００７】この装置では、コイルばね１１２によって
下型１０２に浮き上がり状に支持されているホルダ１１
３が光学ガラス素材１１４を保持しており、この状態で
下型１０２がスリーブ１１５内に挿入される。そして、
加熱することによって光学ガラス素材１１４を軟化す
る。この加熱においては、光学ガラス素材１１４が上下
型１０１、１０２と間隔を有することにより、上下型１
０１、１０２と接触していないため、加熱中に光学ガラ
ス素材１１４から析出するガラス成分が上下型１０１、
１０２に付着することがなくなる。

【０００８】そして、上下型１０１、１０２が軟化した
光学ガラス素材１１４を加圧することによって光学ガラ
スを成形する。この成形時においては、コイルばねがホ
ルダ１１３を摺動可能に保持しているため、上下型１０
１、１０２の成形動作を妨げることがない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の成形装置では、ホルダ１１３がコイルばね１１
２によってを浮き上がり状に保持されているため、繰り
返し使用や温度によるばね材料の劣化、摺動状態の具合
などが原因となって、ホルダーの位置が変化する。この
変化によって光学ガラス素材１１４の温度が設定温度か
らずれるため、面精度や中肉変化量にばらつきを生じ
る。

【００１０】また、ばねを使用することなく、予め下型
１０２と光学ガラス素材１１４の成形面が接触しないよ
うな構造が考えられるが、この場合には、ガラスの流動
のバランスが悪くなる。このため、例えば凹レンズを成
形する場合には、ガラスが下面側に回り込むことができ
ず、ホルダ１１３の内側に光学ガラス素材が流れ込んで
割れや焼き付きの原因になる。

【００１１】本発明は、このような従来の問題点を考慮
してなされたものであり、加熱時における光学素子素材
の位置決めを確実にでき、しかも成形時の光学素子素材
の両面の流動バランスが良好な状態で成形することが可
能な成形装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、加熱された光学素子素材を、対
向する上下型によって成形する光学素子の成形装置にお
いて、前記上下型の間で且つ前記上下型のそれぞれの成
形面に接触しない位置に光学素子素材を保持する筒状の
ホルダが上型から吊り下がっていること特徴とする。

【００１３】この発明では、筒状のホルダによって光学
素子素材を保持し、この状態のホルダを上型から吊り下
げる。このホルダの吊り下げによって、光学素子素材が
安定した位置で保持される。また、ホルダの吊り下げ状
態では、光学素子素材は上下型の間で、且つ上下型の成
形面と接触しない位置となっている。かかる状態で、光
学素子素材を加熱して軟化させ、上下型で加圧して成形
する。この成形では、光学素子素材の位置が安定するた
め、中肉と面精度が安定して光学素子とすることができ
る。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１記載の発明で
あって、前記上型の側面に複数のピンが突設されると共
に、このピンと嵌合する切り欠きが前記ホルダの側壁に
形成されており、前記ピンと切り欠きとの嵌合によって
ホルダが上型に吊り下げられていることを特徴とする。

【００１５】この発明では、上型のピンにホルダの切り
欠きを嵌合することにより、ホルダを上型に吊り下げる
ことができる。

【００１６】請求項３の発明は、請求項１の発明であっ
て、前記ホルダの内壁に複数のピンが突設されると共
に、このピンが嵌合する切り欠きが前記上型の側面に形
成されており、前記ピンと切り欠きとの嵌合によってホ
ルダが上型に吊り下げられていることを特徴とする。

【００１７】この発明では、上型の切り欠きにホルダの
ピンを嵌合させることにより、ホルダを上型に吊り下げ
ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１〜図４は、
本発明の実施の形態１を示し、枠体３０内に加熱炉７が
設けられ、加熱炉７内に型セット４が配置されている。

【００１９】枠体３０は上壁３０ａ、側壁３０ｂ及び下
壁３０ｃとから構成されており、これらに囲まれた内部
が成形室３１となっている。枠体３０には、成形室３１
内に窒素ガス、炭酸ガスなどの不活性ガスを供給するた
めの接続管（図示省略）が設けられており、成形室３１
内の酸素濃度を０．１％以下に制御できるようになって
いる。

【００２０】枠体３０の下壁３０ｃの下面は、複数本の
支柱３２により支持されており、この支柱３２の下端が
基台３３の上面に固定されている。そして、下壁３０
ｃ、支柱３２および基台３３によって囲まれた空間部分
が型交換室３４となっている。なお、基台３３の下面
は、複数本の支柱３５により支持されるものである。

【００２１】枠体３０の上壁３０ａの上面には、上シリ
ンダ１が固定されており、この上シリンダ１から下方に
のびる棒状の上軸２が成形室３１に挿入されている。上
軸２は上シリンダ１の駆動によって上下方向に移動可能
となっている。なお、上壁３０ａには、上軸２が挿通可
能な軸孔（図示省略）が穿設されるものである。

【００２２】上軸２の先端部は、図示しない真空ポンプ
と連結された真空チャックとなっており、これにより上
軸２は、後述する上型８のフランジ部８ｃを吸着する。

【００２３】加熱炉７は、上軸２の軸線を中心として囲
む円筒状に成形されている。この加熱炉７は、円筒状の
断熱部材７ａと、断熱部材４００の内面に巻回されたヒ
ータ７ｂとによって構成されている。

【００２４】上軸２の下方には、その中心軸と同軸的に
対向する下軸５が設けられている。下軸５は基台３３の
下方に設置されている下シリンダ６に連結されており、
上下方向に所望の速度で移動することが可能で且つ所望
の位置に高精度に停止できるようになっている。

【００２５】下軸５の上端部には、下型９が載置される
型受板４０が装着されている。この型受板４０は、下軸
５の上下移動によって成形室３１及び型交換室３４の間
を移動する。このため、枠体３０の下壁３０ｃには、型
受板４０が通過可能な連通孔３０ｄが開口されている。
型受板４０には、凹状の段部が設けられており、この段
部に後述する下型９のフランジ部９ｃの外周が嵌合可能
になっている。この場合、下軸５には、外方に突出する
フランジ部５ａが取り付けられており、このフランジ部
５ａと枠体３０の下壁３０ｃとが当接することにより成
形室３１を密閉することができる。なお、基台３３の中
央部には、下軸５が挿通可能な孔（図示省略）が穿設さ
れている。

【００２６】図２（ａ）、（ｂ）は型セット４を示す。
型セット４は、成形面部８ａ、嵌合部８ｂおよびフラン
ジ部８ｃを有する円柱状の上型８と、成形面部９ａ、嵌
合部９ｂおよびフランジ部９ｃを有する円柱状の下型９
と、この上型８と下型９の嵌合部８ｂ、９ｂを内周面に
嵌合させて上型８と下型９との中心軸を合わせる円筒状
のスリーブ１３と、上型８から吊り下げられており、光
学素子素材としての光学ガラス素材１１を保持するホル
ダ１０とから構成される。

【００２７】この実施の形態において、上型８及び下型
９の成形面部８ａ、９ａの外径は、スリーブ１３の内周
面と嵌合する嵌合部８ｂ、９ｂの外径よりも小さくなっ
ている。また、上型８及び下型９の嵌合部８ｂ、９ｂの
外径と円筒状のスリーブ１３の内径との間には、常温時
および加熱時に互いに摺動可能なように数μｍの最小限
のクリアランスが設けられている。スリーブ１３の下端
面は、下型９の外側に突出したフランジ部９ｃに係止さ
れる。

【００２８】ホルダ１０は筒状となっており、その側壁
には、図３に示すように上端部から下方側に向かったＬ
字状の案内溝１６と、この案内溝１６の終端部分に繋が
っている縦溝１５とからなる切り欠き１４が設けられて
いる。切り欠き１４はホルダ１０の対向位置の２箇所に
形成されるものである。一方、上型８の成形面部８ａの
側面には、２本のピン１２が外側に向かって突設されて
いる。このピン１２は、ホルダ１０の切り欠き１４に嵌
合した状態で切り欠き１４に沿って摺動する。

【００２９】さらに、ホルダ１０の内側の側壁には、段
部１０ａが突出するように形成されている。この段部１
０ａには、光学ガラス素材１１が載置される。また、ホ
ルダ１０の下端側内径は、下型９の成形面部９ａが嵌合
可能なように、成形面部９ａの外径よりも多少大きくな
るように形成されている。

【００３０】この実施の形態において、光学ガラス素材
１１の材質には、オハラ（社）製のＰＢＨ１６を用い、
上型８、下型９およびスリーブ１３の材質には、ＷＣ
（タングステンカーバイト）材を用いた。また、ホルダ
１０の材質には、タングステン系焼結材料である日本タ
ングステン社製のＯＭ−６を用いた。

【００３１】次に、この実施の形態による成形を、図２
により説明する。円筒状のスリーブ１３を下型９の成形
面９ａ側から嵌合させ、下型９のフランジ部９ｃに載置
させる。次に、光学ガラス素材１１を載置したホルダ１
０の案内溝１６（図３参照）に上型８のピン１２を挿入
する。そして、上型８のピン１２をＬ字状の案内溝１６
で案内して縦溝１５に挿入することにより、ホルダ１０
を上型８から吊り下げた状態にする。

【００３２】その後、ホルダ１０を吊り下げた上型８
を、その成形面８ａと下型９の成形面９ａとが対向する
ように、下型９とは逆方向からスリーブ１３に嵌合する
ことにより上型８と下型９との軸心を合わせて型セット
４を形成する。このとき、上型８の成形面８ａは、その
自重により光学ガラス素材１１と接触した状態で停止し
ている。

【００３３】次に、型交換室３４に位置している型受板
４０上に型セット４を載置する。その後、下シリンダ６
を作動し、下軸５を上方向に移動させ、型受板４０を上
昇させる。そして、下軸５のフランジ部５ａを枠体３０
の下壁３０ｃに当接させることにより、成形室３１を密
閉状態にすると共に、型受板４０上に載置された型セッ
ト４を加熱炉７内部に挿入させる。

【００３４】その後、窒素ガスを接続管から成形室３１
内に供給することにより、成形室３１内の酸素濃度を
０．１％以下まで低下させる。

【００３５】次に、上シリンダ１を作動し、上軸２を下
降させて上型８のフランジ部８ｃに軽く当てつける。そ
して、真空ポンプを起動させることによって、上軸２の
先端部で上型８のフランジ部８ｃを吸着する。この吸着
後、上シリンダ１によって上軸２を上方向に移動させ、
上型８をスリーブ１３から抜けきらない範囲内にある加
熱炉７の加熱位置まで上昇させる。

【００３６】この時点で、図２（ａ）で示すように、光
学ガラス素材１１は上型８の成形面部８ａおよび下型９
の成形面部９ａのどちらにも接触しない状態になり、適
正な加熱位置に保たれている。その後、ヒータ７ｂに電
力を供給して、型セット４の加熱を開始する。

【００３７】この加熱では、成形に最適な所定の温度
（本実施の形態では５１０℃）まで光学ガラス素材１１
を温度上昇させて軟化する。かかる加熱では、光学ガラ
ス素材１１が上下型８、９と間隔を有しており、上型８
及び下型９のいずれにも接触していない。このため、加
熱によって生じたガラスの揮発成分が上下型８、９に付
着することがなくなる。

【００３８】この加熱の後、上シリンダ１によって上軸
２を下方向に移動させ、ホルダ１０を吊り下げた状態の
ままで上型８を下降させる。上軸２の下降によって、図
２（ｂ）で示すように、ホルダ１０が下型９の成形面部
９ａに嵌合するとともに光学ガラス素材１１の下面が下
型９の成形面部９ａに接触し、光学ガラス素材１１の下
面とホルダ１０の段部との間に隙間が生じる。さらに、
上軸２を下降させると、上型８のピン１２がホルダ１０
の縦溝１４に沿って下降し、上型８の成形面がガラス素
材１１の上面に接触する。

【００３９】そして、所望量上型８を押し込んで、光学
ガラス素材１１を所望の形状（本実施の形態では両凹レ
ンズ）に押圧成形する。その後、真空ポンプを止めて上
軸２による上型８の吸引を解除し、ヒータ７ｂへの電力
供給を停止し、光学ガラス素材１１とともに型セット４
を作業者が取り出せる温度になるまで冷却する。

【００４０】この冷却後、下シリンダ６によって下軸２
を下方向に移動させ、型セット４を成形室３１から型交
換室３４まで移動させて取り出す。そして、型セット４
を組み立てたときと逆の順番で分解し、光学ガラス１１
を成形した光学素子を取り出して成形を終了する。

【００４１】以上の構造の成形装置によって、直径１０
ｍｍ、厚さ６ｍｍの円板状光学ガラス素材を３０ショッ
ト成形したところ、得られた凹レンズの中肉のばらつき
は２０μｍ以内であった。これに対し、ホルダ１０を用
いずに、図９のホルダ１１３とコイルばね１１２を用い
て成形したところ、中肉のばらつきは４２μｍとなっ
た。

【００４２】面精度は、本実施の形態のホルダ１０を用
いた場合、不良は発生しなかったが、コイルばねを用い
た場合は転写径不足が２個生じた。さらに、成形したレ
ンズ及び成形後の型に付着物はなかった。従って、この
実施の形態では、安定した形状の光学素子を製造するこ
とができ、製造原価も低減させることができる。

【００４３】なお、この実施の形態では、上下型８、９
としてＳｉＣ（炭化珪素）などのＷＣ以外の耐熱性材料
を使用することができ、ホルダ１０としても耐熱性を有
するものであれば、材質が限定されることがなく、さら
には、光学ガラス素材１１としても、材質及び形状が限
定されるものではない。

【００４４】図５は、ホルダ１０の別例を示す。このホ
ルダ１０では、Ｌ字状の案内溝１６ａ及び案内溝１６ａ
と連通した縦溝１５ａによって切り欠き１４ａが形成さ
れるが、これらの案内溝１６ａ、縦溝１５ａはホルダ１
０の壁面を貫通することがなく、その内壁面に窪み状に
形成されている。従って、切り欠き１４ａの外側には、
ホルダ１０の壁面１０ａが残っている。かかる切り欠き
１４ａにおいても、上型８のピン１２が嵌合することに
より、ホルダ１０を上型８に吊り下げることができる。

【００４５】（実施の形態２）図６〜図８は、本発明の
実施の形態２を示す。この実施の形態では、図７に示す
ように、筒状のホルダ１０の壁面の内側における対向位
置に、２本のピン１９が突設されている。一方、上型８
の成形面部８ａの側面には、ピン１９が嵌合する切り欠
き１８が放電加工によって形成されている。

【００４６】切り欠き１８は横Ｔ字形となっており、成
形面部８ａの対向位置に平行となるように形成されてい
る。また、切り欠き１８は、その横溝部分の端部が上型
８の円周と接するようになっており、このため、ホルダ
２０及び上型８は、図８の破線から実線で示す方向に相
対的に移動し、上型８がホルダ２０の中心部分に位置す
ることができる。その後、ホルダ２０のピン１９が縦溝
部分に案内されることにより、ホルダ２０が上型８に吊
り下げられる。なお、ホルダ２０は、実施の形態１と同
様に光学ガラス素材１１を保持する段部２０ａを内壁部
分に有するものである。

【００４７】この実施の形態においても、光学ガラス素
材１１をホルダ２０の段部２０ａに保持させ、この状態
でホルダ２０のピン１９を上型８の切り欠き１８に嵌合
させる。すなわち、ピン１９を切り欠き１８の横溝部分
から挿入した後、縦溝部分まで案内することにより嵌合
させ、この嵌合によって図６（ａ）で示すように、ホル
ダ２０を上型８に吊り下げる。

【００４８】そして、実施の形態１と同様な手順で成形
を行うことにより、光学ガラス素材１１が上下型８、９
と離れた状態で加熱されるため、加熱によって発生する
揮発成分が上下型８、９の成形面に付着することがな
い。また、光学ガラス素材１１の成形の際には、図６
（ｂ）で示すように、光学ガラス素材１１が上下型８、
９の成形面部８ａ、９ａに加圧されて成形される。この
成形時において、上型８に吊り下げられているホルダ２
０が上型８の移動に伴って切り欠き１８の縦溝部分に沿
って移動するため、成形を妨げることがない。

【００４９】従って、この実施の形態においても、実施
の形態１と同様に、上型８に吊り下げられているホルダ
２０によって光学ガラス素材１１に位置が安定するた
め、中肉と面精度が向上した光学素子を成形することが
できる。

【００５０】なお、上述した実施の形態では、ホルダ側
の溝あるいはピンと、上型側のピンあるいは溝を２ヶ所
に設けているが、３ヶ所以上にしても良く、これによ
り、ホルダをさらに安定して吊り下げることができる。

【００５１】以上の具体的実施の形態から、本発明でで
は、次のような構成の技術的思想が導き出される。

【００５２】（１）光学ガラス素材を押圧成形するた
め上下で相対する１対の成形型と、成形型を摺動可能に
嵌合するスリーブとを有する光学ガラスの成形装置にお
いて、一対の成形型の間に光学ガラス素材を保持し、下
型と嵌合可能に上型から吊り下がるホルダを有すること
を特徴とする光学ガラス素子の成形装置。

【００５３】この装置では、光学ガラス素材の位置を安
定させることができるため、中肉及び面精度が向上した
光学素子を成形できる。

【００５４】（２）上記（１）項において、前記上型
の側面に複数のピンを凸設し、ホルダを下型と嵌合可能
に上型から吊り下げるように、上型に凸設したピンと嵌
合する切り欠きをホルダの側壁に穿設したことを特徴と
する光学ガラス素子の成形装置。

【００５５】この装置では、上型のピン及びホルダの切
り欠きが嵌合することによってホルダを上型に吊り下げ
ることができる。

【００５６】（３）上記（１）項において、前記ホル
ダーの内側壁に複数のピンを凸設し、ホルダを下型と嵌
合可能に上型から吊り下げるように、ホルダの内側壁に
凸設したピンと嵌合する切り欠きを上型の側面に穿設し
たことを特徴とする光学ガラス素子の成形装置。

【００５７】この装置では、ホルダのピン及び上型の切
り欠きが嵌合することによってホルダを上型に吊り下げ
ることができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、上型からホルダを吊り下げることにより光学素
子素材の位置が安定するため、中肉と面精度が安定した
光学素子を得ることができる効果を奏する。

【００５９】請求項２の発明によれば、簡単な構成で、
中肉と面精度が安定した光学素子を得ることができる効
果を奏する。

【００６０】請求項３の発明によれば、簡単な構成で、
中肉と面精度が安定した光学素子を得ることができる効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の全体断面図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は実施の形態１における成形
行程順の型セットの断面図である。

【図３】実施の形態１に用いるホルダの斜視図である。

【図４】ホルダと上型との関係を示す部分平面図であ
る。

【図５】ホルダの別例の斜視図である。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態２における成
形行程順の型セットの断面図である。

【図７】実施の形態２のホルダと上型の分解斜視図であ
る。

【図８】実施の形態２のホルダと上型の作動を示す平面
図である。

【図９】従来の成形装置に使用される成形型の断面図で
ある。

【符号の説明】

８上型９下型１０ホルダ１１光学ガラス素材１２ピン１４切り欠き

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱された光学素子素材を、対向する上
下型によって成形する光学素子の成形装置において、前記上下型の間で且つ前記上下型のそれぞれの成形面に
接触しない位置に光学素子素材を保持する筒状のホルダ
が上型から吊り下がっていること特徴とする光学素子の
成形装置。
【請求項２】前記上型の側面に複数のピンが突設され
ると共に、このピンと嵌合する切り欠きが前記ホルダの
側壁に形成されており、前記ピンと切り欠きとの嵌合に
よってホルダが上型に吊り下げられていることを特徴と
する請求項１記載の光学素子の成形装置。
【請求項３】前記ホルダの内壁に複数のピンが突設さ
れると共に、このピンが嵌合する切り欠きが前記上型の
側面に形成されており、前記ピンと切り欠きとの嵌合に
よってホルダが上型に吊り下げられていることを特徴と
する請求項１記載の光学素子の成形装置。