JPH11255528A - 光学素子の成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一対の成形型を加熱する温度に差を設け、押
圧成形した光学素子の内部に生じる温度分布を小さくす
る。 【解決手段】 筒状のスリーブ内で光学素子素材を一対
の成形型によって成形する光学素子の成形装置にあっ
て、両端部から軸方向に形成された穴１１を有する筒状
のスリーブ９と、前記穴１１に挿入して配設し上型７、
下型８および光学素子素材１を加熱する赤外線ランプ１
６ａ，１６ｂと、赤外線ランプ１６ａ，１６ｂを個別に
制御する制御装置を設け、上型７と下型８に温度差を付
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱軟化した光学
素子素材を一対の成形型により押圧して光学素子を成形
する光学素子の成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学素子の成形装置に関する技術
としては、特開昭６２―５９５３９号公報に開示されて
いる。この技術は、上型と下型とスリーブ内に光学素子
素材を挿入し、上型と下型および挿入した光学素子素材
をスリーブの周囲に設置した熱輻射加熱装置により加熱
軟化して上型と下型により押圧成形するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般的に光学素子（レ
ンズ）の２面（一対の成形型の２つの成形面により成形
された成形表面）の曲率半径が極端に異なる光学素子を
成形する場合、曲率半径の小さな成形型の成形面が形成
する空間に充満する光学素子素材の体積の方が、曲率半
径の大きな成形型の成形面が形成する空間に充満する体
積よりも、極端に大きくなる。そこで、従来技術のよう
に熱輻射加熱装置でスリーブに熱輻射を与えて一対の成
形型と光学素子素材を均等に加熱する手段を取ると、一
対の成形型のそれぞれの成形面が形成するそれぞれの空
間に充填した光学素子素材に貯えられる熱容量は、体積
に応じて大きな差が生じることとなる。

【０００４】このような一対の成形型により成形された
光学素子を成形型と光学素子が均温の加熱状態から冷却
すると、光学素子の２面から一対の成形型の成形面に移
動する熱量は両成形面ともほぼ同じであるため、熱容量
の大きな部分の方が熱容量の小さい方よりも冷却が遅く
なり、光学素子の内部に熱分布が生じる。すなわち、一
対の成形型のうち、小さな曲率半径の成形面の方が大き
い曲率半径の成形面よりも冷却が遅れるため、光学素子
の内部に生じる熱分布により光学素子に内部応力が発生
し、光学素子の成形表面に割れ等の品質不良を発生させ
る問題点がある。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、一対の成形型を加熱する温度に差を設
け、押圧成形した光学素子の内部に生じる温度分布を小
さくすることができる光学素子の成形装置を提供するこ
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、第１の発明に係る光学素子の成形装置は、筒状のス
リーブ内で光学素子素材を一対の成形型によって成形す
る光学素子の成形装置において、両端部から軸方向に形
成された穴を有する筒状のスリーブと、前記穴に挿入さ
れて配設される加熱手段と、を具備する。

【０００７】すなわち、第１の発明に係る光学素子の成
形装置は、両端部から軸方向に形成された穴を有する筒
状のスリーブのそれぞれの穴に挿入されて配設される加
熱手段により、一対の成形型に温度差を付けて加熱す
る。そして、加熱された光学素子素材を上記一対の成形
型によって押圧成形して光学素子を得る。

【０００８】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］本発明の実施の
形態１を図１の断面図に基づいて説明する。本実施の形
態の光学素子の成形装置は、金型２と移動台３と主軸４
と加熱手段５と成形室６と駆動部１３等からなってい
る。

【０００９】金型２は、一対の成形型である上型７と下
型８および筒状のスリーブ９から構成され、その材質は
ＷＣからなっている。この金型２は、上型７と下型８を
スリーブ９内に挿入して成形面７ａと成形面８ａとを対
向するようにして同軸に配置するとともに、スリーブ９
により上下方向に案内されて上型７と下型８の間に配置
した光学素子素材１を成形面７ａ，８ａの間で挟持し得
るように構成されている。

【００１０】上型７、下型８の成形面７ａ，８ａは共に
球面形状であり、本実施の形態では、上型７の成形面７
ａは、下型８の成形面８ａに比べて極端に曲率半径が小
さい球面形状に形成されている。上型７および下型８に
は、その中心部に上型７および下型８の温度を測定する
熱電対１０ｂおよび熱電対１０ａが挿入されている。筒
状のスリーブ９の内径部は、それぞれ上型７および下型
８の外周と摺動可能に嵌合し、所望の光軸の精度が出せ
るようになっている。また、スリーブ９の胴部には、両
端部から軸方向にそれぞれ４本の穴（後述する赤外線ラ
ンプ１６ａ，１６ｂを挿入する穴）１１が形成され、計
８本の穴１１が設けられている。

【００１１】移動台３は金型２を載置して上下移動する
もので、その上部には金型２の下型８およびスリーブ９
を配置するとともに、スリーブ６の下端外周部と嵌合す
る凹状の設置部１２が設けられている。移動台３の下部
には、駆動部１３の軸部がネジにより固定され、駆動部
１３により上下方向に移動可能となっており、移動台３
に載置した金型２を成形室６に対して搬出入し得るよう
になっている。駆動部１３は、図示を省略したシリンダ
またはモータ等の駆動源およびガイドにより移動台３を
上下動自在に支持している。また、移動台３には、配置
したスリーブ９の胴部の下端部に設けた４本の穴１１と
対応する位置に貫通孔が４本設けられている。

【００１２】成形室６は、架台１８の上部に設置されて
いる。成形室６の上壁部には主軸４が設けられ、上壁部
に設けたリニアガイド１４を介して上下動自在に保持さ
れている。この主軸４は、移動台３に載置された金型２
の一部を構成する上型１の上端部と当接する位置に配設
されるとともに、主軸４の上端部には成形に必要な重量
の重り１５が設置されている。本実施の形態では、駆動
部１３と主軸４および重り１５により押圧機構を構成し
ている。さらに、成形室６の上壁部には、スリーブ９の
上端部との当接部が形成されるとともに、当接部の内側
でスリーブ９の胴部の上端部に設けた４本の穴１１と対
応する位置に貫通孔が４本設けられている。また、成形
室６の側壁部には、成形室６の内部を非酸化雰囲気にす
るための不活性ガスを吸入する吸気口１９と、内部の空
気を排出するための排気口２０が設けられており、吸気
口１９に対して排気口２０は小さくなっている。さら
に、成形室６の下部には、移動台３が挿通可能な挿通穴
が設けられ、移動台３が挿通穴に位置することにより成
形室６を密閉状態にすることができるようになってい
る。

【００１３】移動台３の貫通穴および成形室６の上壁部
の貫通穴には、加熱手段５である赤外線ヒータとしての
赤外線ランプ１６ａおよび赤外線ランプ１６ｂがそれぞ
れ４本づつ設置されている。赤外線ランプ１６ａ，１６
ｂは棒状で、先端部のみが発光する発光部１７を有して
いる。移動台３には、赤外線ランプ１６ａが発光部１７
を上に向けて配置され、金型２を移動台３に設置した
時、スリーブ９の下端部に設けた４本の穴１１内にそれ
ぞれ挿入配置されるようになっている。また、成形室６
の上部の貫通穴には、赤外線ランプ１６ｂが発光部１７
を下に向けて配置され、スリーブ９の上端部が上壁部の
当接部に当接する際に、上端部に設けた４本の穴１１内
にそれぞれ挿入配置されるようになっている。

【００１４】上記赤外線ランプ１６ａ，１６ｂ、駆動部
１３および熱電対１０ａ，１０ｂは、制御機構としての
制御装置２１に接続されている。制御装置２１には熱電
対１０ａ，１０ｂからの入力信号を受けるとともに、赤
外線ランプ１６ａ，１６ｂを制御し、また駆動部１３を
制御して移動台３の上下動を操作している。

【００１５】すなわち、制御装置２１によりスリーブ９
に挿入配置した赤外線ランプ１６ａ，１６ｂの発光量の
大小を制御し、スリーブ９からの熱伝導で下型８と上型
７を加熱する際に温度差を付けることができる。

【００１６】次に、上記構成による光学素子の成形装置
の作用を、転移点３８１℃、屈伏点４０４℃のあらかじ
め球状に研磨加工した光学素子素材（ガラス素材）を用
い、両凸レンズを成形する場合を例にして説明する。

【００１７】まず、下型８の成形面８ａ上に球状の光学
素子素材１を載置し、スリーブ９を下型８に嵌合する。
そして、スリーブ９に上型７を挿入し、金型２を構成す
る。次に、移動台３の載置部１２に金型２を配置し、駆
動部１３により移動台３を上昇させて金型２を成形室６
内に搬入するとともに、移動台３を成形室６の挿通穴に
位置させて成形室６を密閉状態にする。そして、吸気口
１９から不活性ガスを成形室６内に吸入し、同時に排気
口２０から内部の空気を排気することで、成形室６の内
部全体を不活性ガスでパージする。

【００１８】パージ完了後、駆動装置１３をさらに駆動
して、金型２を上昇させて主軸４に上型７を当て付けて
主軸４を持ち上げ、主軸４の上部に載置した重り１５の
重量を上型７と下型８との間に挟持した光学素子素材１
に作用させる。この作用する重量が光学素子素材１を成
形する押圧力となる。そして、スリーブ９の上端部が成
形室６の上壁部の当接部に当て付くまで金型２を上昇さ
せる。

【００１９】光学素子素材１に押圧力を加えるととも
に、赤外線ランプ１６ａ，１６ｂの発光部１７を発光さ
せて赤外線をスリーブ９に形成した穴１１の内部に照射
する。このとき、制御装置２１により、曲率半径の小さ
な成形面７ａを有する上型７を加熱する赤外線ランプ１
６ｂの発光量を、曲率半径の大きな成形面８ａを有する
下型８を加熱する赤外線ランプ１６ａの発光量より小さ
くすることで、スリーブ９からの熱伝導による上型７の
温度上昇は、下型８の温度上昇に比べ遅くなる（図２の
加熱工程）。

【００２０】下型８が、光学素子素材１の屈伏点である
４０４℃の温度まで上昇するように加熱手段５である赤
外線ランプ１６ａ，１６ｂを制御し２０秒以上保持した
後、赤外線の発光を止め冷却工程に移行する。冷却工程
に移行する前の成形完了時点では、金型２の上下には温
度勾配（温度分布）が発生し、熱電対１０ｂ，１０ａが
挿入され上下型７，８の中心部で、上型７の温度は下型
８の温度よりも３０℃程度低い温度となっている。ま
た、光学素子素材１の温度は、光学素子素材１の肉厚が
薄いため上下の成形表面で多少の温度差があるものの、
ほぼ３９０℃になっている。

【００２１】冷却工程では、曲率半径の大きい成形面８
ａを有する下型８より、曲率半径の小さな成形面７ａを
有する上型７の方が温度が低いため、曲率半径の小さな
成形面７ａ側から上型７に移動する熱の方が、曲率半径
の大きな成形面８ａ側から下型８に移動する熱に比べ、
相対的に大きくなる。このため、上型７と下型８で押圧
成形した光学素子素材１の冷却工程において生じる光学
素子素材１内部の熱分布が少なくなる（図２の冷却工
程）。

【００２２】すなわち、押圧成形した光学素子素材１の
冷却工程の際、曲率半径の小さな成形面が形成する空間
部に充満する光学素子素材１の体積の大きい側から成形
型（本実施の形態では上型７）に移動する熱を、曲率半
径の大きい成形面が形成する空間部に充満する光学素子
素材１の体積の小さい側から成形型（本実施の形態では
下型８）に比べ相対的に速くする。すなわち、曲率半径
の小さな成形型（上型７）の温度を成形可能な範囲で曲
率半径の大きな成形型（下型８）の温度より低くするこ
とで、押圧成形した光学素子素材１から一対の成形型に
熱の移動する速さに差（温度の低い成形型への熱移動が
速くなる）を付けることで、押圧成形した光学素子素材
１の冷却工程に生じる光学素子素材１内部の熱分布を少
なくすることが可能になる。

【００２３】そして、押圧成形した光学素子１の冷却工
程が終了した後、常温近くまで金型２の温度が下がった
段階で、金型２を成形室６から取り出し、光学素子の成
形工程が終了する。その後、金型２を分解し、光学素子
を取り出す。

【００２４】本実施の形態によれば、曲率半径の差が大
きく冷却工程時に、押圧成形した光学素子素材１の上下
面（成形表面）に温度分布ができやすい形状の光学素子
を成形する際、容易に上型７と下型８に温度差を設ける
ことができ、割れ等の品質不良のない光学素子を得るこ
とができる。

【００２５】［実施の形態２］本発明の実施の形態２を
図３の断面図に基づいて説明する。本実施の形態の光学
素子の成形装置は、スリーブ、加熱手段および加熱手段
による移動台および成形室の形状がのみが異なり、その
他の構成は実施の形態１と同様であるため、同一符号を
付けてある。

【００２６】金型２は、一対の成形型である上型７と下
型８および筒状のスリーブ９から実施の形態１と同様に
構成され、その材質はＷＣからなっている。上型７、下
型８の成形面７ａ，８ａは共に球面形状であり、本実施
の形態では、上型７の成形面７ａは、下型８の成形面８
ａに比べて極端に曲率半径が小さい球面形状に形成され
ている。上型７および下型８には、その中心部に上型７
および下型８の温度を測定する熱電対１０ｂおよび熱電
対１０ａが挿入されている。

【００２７】スリーブ９の胴部には、その両端部に軸方
向へ深さを有する穴としての円輪状の溝２５がそれぞれ
設けられている。スリーブ９の上下の溝２５内には、加
熱手段としての赤外線ヒータ２６ａ，２６ｂがそれぞれ
配置可能となっている。すなわち、赤外線ヒータ２６
ａ，２６ｂは、円輪状の溝２５に挿入することができる
半径を有する円輪状に形成されるとともに、円輪状の部
分から９０度曲げた端部を有している。赤外線ヒータ２
６ａ，２６ｂは、その端部が溝２５と対応する位置にお
いて、移動台３および成形室６の上壁部に一本づつ形成
された貫通孔に挿入され、移動台３および成形室６にそ
れぞれ保持されている。その他の構成は、実施の形態１
と同様であるので、その説明を省略する。

【００２８】次に、上記構成による光学素子の成形装置
の作用を説明する。まず、光学素子素材１を配置した金
型２を移動台３に載置し、駆動装置１３により金型２を
成形室６内に搬入した後、成形室６の内部全体を不活性
ガスでパージし、その後、金型２を上昇させて主軸４に
上型７を当て付けて重り１５の重量（押圧力）を上型７
と下型８との間に挟持した光学素子素材１に作用させる
までは、実施の形態１の作用と同様である。

【００２９】ここで、光学素子素材１に押圧力を加える
とともに、赤外線ヒータ２６ａ，２６ｂをそれぞれ発光
させて赤外線をスリーブ９に形成した溝２５の内部に照
射する。このとき、曲率半径の小さな成形面７ａを有す
る上型７を加熱する赤外線ヒータ２６ｂの発光量を、曲
率半径の大きな成形面８ａを有する下型８を加熱する赤
外線ヒータ２６ａの発光量より小さくすることで、実施
の形態１と同様に、スリーブ９からの熱伝導による上型
７の温度上昇を、下型８の温度上昇に比べ遅くする。

【００３０】上記のように上型７と下型８とに温度差を
設けることにより、冷却工程では、実施の形態１と同様
に、上型７と下型８で押圧成形した光学素子素材１の冷
却工程において生じる光学素子素材１内部の熱分布を少
なくすることができる。その後、金型２の成形室６から
の取り出しおよび金型２からの光学素子の取り出す工程
は、実施の形態１と同様である。

【００３１】本実施の形態によれば、実施の形態１の効
果に加え、加熱手段である赤外線ヒータ２６ａ，２６ｂ
の本数を実施の形態１に比べ減らすことができ、その制
御を簡素化することができるとともに、移動台３および
成形室６に形成する貫通孔をそれぞれ一本にすることで
き、成形装置の構成を簡略化することができる。

【００３２】なお、上記した具体的実施の形態から次の
ような構成の技術的思想が導き出される。 （付記） （１）筒状のスリーブの上下の開口部から一対の成形型
を挿入し、スリーブ内で加熱された光学素子素材を上記
成形型で押圧成形する光学素子の成形装置において、筒
状の胴部、軸方向に形成された穴を有するスリーブと、
成形装置に保持され上記穴に挿入される赤外線ヒータ
と、一対の成形型である上下型と、押圧機構と、制御機
構と、から構成したことを特徴とする光学素子の成形装
置。

【００３３】（２）筒状のスリーブ内で光学素子素材を
一対の成形型によって成形する光学素子の成形装置にお
いて、両端部から軸方向にそれぞれ形成された穴を有す
る筒状のスリーブと、上記穴に挿入されてスリーブの両
端部に配設される上下の加熱手段と、上記上下の加熱手
段の発光量を個別に制御可能な制御装置と、を具備する
ことを特徴とする光学素子の成形装置。

【００３４】付記（１）の光学素子の成形装置によれ
ば、制御機構により赤外線ヒータを制御し、一対の成形
型のうち、成形面の曲率半径が小さな成形面を有する成
形型の型温度を、成形面の曲率半径が大きな成形面を有
する成形型の型温度より低くすることができる。このた
め、曲率半径の小さい、すなわち成形面が形成する空間
部が大きく光学素子素材が充満する体積の大きい側から
成形型に移動する熱を、曲率半径の大きな成形面側から
成形型に移動する熱に比べて相対的に速くすることがで
きる。すなわち、曲率半径の小さな成形型の温度を成形
可能な範囲で曲率半径の大きな成形型の温度より低くす
ることで、押圧成形した光学素子素材から一対の成形型
に熱の移動する速さに差（温度の低い成形型への熱移動
が速くなる）を付けることで、押圧成形した光学素子素
材の冷却工程に生じる光学素子素材内部の熱分布を少な
くすることができ、良好な品質の光学素子を成形するこ
とができる。

【００３５】また、付記（２）の光学素子の成形装置に
よれば、付記（１）と同様な効果を奏することができ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１による本
発明の光学素子の成形装置によれば、加熱手段の発熱量
を制御し、一対の成形型のうち、成形面の曲率半径が小
さな成形面を有する成形型の型温度を、成形面の曲率半
径が大きな成形面を有する成形型の型温度より低くする
ことができる。このため、曲率半径の小さい、すなわち
成形面が形成する空間部が大きく光学素子素材が充満す
る体積の大きい側から成形型に移動する熱を、曲率半径
の大きな成形面側から成形型に移動する熱に比べて相対
的に速くすることができる。すなわち、曲率半径の小さ
な成形型の温度を成形可能な範囲で曲率半径の大きな成
形型の温度より低くすることで、押圧成形した光学素子
素材から一対の成形型に熱の移動する速さに差（温度の
低い成形型への熱移動が速くなる）を付けることで、押
圧成形した光学素子素材の冷却工程に生じる光学素子素
材内部の熱分布を少なくすることができ、良好な品質の
光学素子を成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１を示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態１による加熱工程および冷
却工程における上下型および光学素子素材の温度変化を
示す図である。

【図３】本発明の実施の形態２を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 光学素子素材 ２ 金型 ５ 加熱装置 ７ 上型 ８ 下型 ９ スリーブ １１ 穴 １３ 駆動部 １６ａ，１６ｂ 赤外線ランプ １７ 発光部 ２１ 制御装置 ２５ 溝 ２６ａ，２６ｂ 赤外線ヒータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状のスリーブ内で光学素子素材を一対
   の成形型によって成形する光学素子の成形装置におい
   て、 両端部から軸方向に形成された穴を有する筒状のスリー
   ブと、 前記穴に挿入されて配設される加熱手段と、 を具備することを特徴とする光学素子の成形装置。