(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱軟化したガラスを上下一対の成形型の各成形面で押圧成形する光学素子製造装置において、
少なくとも一方の成形型内部に前記成形面に向かって空隙を形成した成形型と、前記空隙内でそれぞれ移動可能に配設された中心部が柱形および外部が一つ以上の中空な筒形からなり、前記空隙の天井部に接触する複数の接触部材と、
前記複数の接触部材をそれぞれ温度調節する温度調節手段と、
前記複数の接触部材をそれぞれ独立して上下動させる駆動手段と、
前記温度調節手段を制御すると共に、前記複数の接触部材を前記駆動手段によってそれぞれ独立して前記空隙の天井部に接触させるタイミングと時間を制御する制御装置と、
を具備することを特徴とする光学素子の製造装置。
【請求項２】
加熱軟化したガラスを上下一対の成形型の各成形面で押圧成形するにあたり、少なくとも一方の成形型内部に前記成形面に向かって形成された空隙の天井部へ前記ガラス成形工程中に、中心部が柱形および外部が一つ以上の中空な筒形からなる温度調節された複数の接触部材を時間差を設けてそれぞれ接触させることを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光学素子素材を押圧成形して光学素子を得る製造装置および製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラスプレスレンズ成形において、加熱軟化させた素材レンズ（以下、プリフォームという）を成形型でブレスする際、成形型に高温となっているプリフォームが融着するのを防止する目的、あるいは成形レンズの加熱軟化状態から冷却固化までの時間を短縮させる目的として、強制的に冷却を行わせるようにレンズ外周部に向けてエアー（または窒素ガス）を吹きつける方法が知られている。
【０００３】
しかしながら、上記方法は両凸レンズで特にコバ肉が薄いものの場合、外周からの強制冷却を行うと外周部が先に固化してしまい、成形が完了していないうちに変形流動を止めてしまう欠点があった。
また、外周部が先に固化して内部が軟化したままだと、冷却固化時の収縮による歪みが生じてリング状の割れが起こるという欠点があった。
【０００４】
因って、上記欠点を解決すべく、例えば特開平５−１９３９６２号公報には以下の様な発明が提案されている。
上記発明は、成形型下部に空隙を設け、そこに冷却用流体吐出用ノズルを設けたものである。
これらの装置による製造方法は、成形工程において、上記ノズルから冷却用流体を吐出し、成形型を内部から冷却するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前記特開平５−１９３９６２号公報記載の発明においては、冷却用流体による一様な冷却であるため、上記空隙による冷却範囲内で更に冷却に内外差を付けることができず、冷却能力の微調整が出来ない問題があった。
【０００６】
請求項１に係わる本発明の目的は、微妙な冷却分布制御ができ、凸あるいは凹レンズの偏肉成形に対応できる光学素子製造装置を提供することにある。
請求項２に係わる本発明の目的は、微妙な冷却分布制御を行い、凸あるいは凹レンズの偏肉成形に対応する光学素子製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明は、加熱軟化したガラスを上下一対の成形型の各成形面で押圧成形する光学素子製造装置において、少なくとも一方の成形型内部に前記成形面に向かって空隙を形成した成形型と、前記空隙内でそれぞれ移動可能に配設された中心部が柱形および外部が一つ以上の中空な筒形からなり、前記空隙の天井部に接触する複数の接触部材と、前記複数の接触部材をそれぞれ温度調節する温度調節手段と、前記複数の接触部材をそれぞれ独立して上下動させる駆動手段と、前記温度調節手段を制御すると共に、前記複数の接触部材を前記駆動手段によってそれぞれ独立して前記空隙の天井部に接触させるタイミングと時間を制御する制御装置と、を具備することを特徴とする光学素子の製造装置である。
また本発明は、加熱軟化したガラスを上下一対の成形型の各成形面で押圧成形するにあたり、少なくとも一方の成形型内部に前記成形面に向かって形成された空隙の天井部へ前記ガラス成形工程中に、中心部が柱形および外部が一つ以上の中空な筒形からなる温度調節された複数の接触部材を時間差を設けてそれぞれ接触させることを特徴とする光学素子の製造方法である。
【０００８】
請求項１および２の作用は、ガラスプレスによる光学素子の成形において、型により押圧保持して光学素子の冷却を行う際、肉厚の厚いところほど接触部材の接触時間を長くし、冷却能力を強くするように任意に設定ができ、偏肉が大きい光学素子でも均一に冷却が行えることである。
【０００９】
【実施例１】
図１〜図１２は本実施例で用いる装置を示し、図１は装置全体の概略構成図、図２は図１のＡ部詳細断面図、図３〜図９は成形工程を示す断面図、図１０はレンズの側面図、図１１および図１２は成形レンズの断面図である。
【００１０】
図１を用いて装置全体の概略を説明する。
成形室９３内には先端に上側成形型１を有する上型成形型ユニットベース９１と、先端に下側成形型１１を有する下型成形型ユニットベース１０（以下、ユニットベースという）とが配設されている。ユニットベース１０は成形機シャーシ部９４上に固設されたユニットベース昇降装置４１により上下動可能に支持されている。
成形室９３には内部に加熱炉ヒーター９７を有する加熱炉９６が連設されている。９５はホルダー搬送アームで、素材ガラス６を載置したレンズホルダー５を保持して搬送する。
【００１１】
次に、図２を用いて下側成形型１１とその周辺について説明する。
下側成形型１１の内部には、その下端を開口部として成形面に向かい円柱形の空隙１１ｈが形成されている。
ユニットベース１０は有底円筒形で、その上部には蓋状の型載置台１０ｐが取付けられている。型載置台１０ｐの上面には下側成形型１１が固定されている。型載置台１０ｐには下側成形型１１の空隙１１ｈと略同径な孔１０ｈが設けられている。
【００１２】
ユニットベース１０の底部上面には３つの接触部材１２，１３，１４をそれぞれ独立して上下動可能に支持する３つの昇降装置３２，３３，３４が駆動手段として固定されている。
接触部材１２は中心部にあって円柱形に形成されており、下側端面から軸方向に温度測定用の熱電対１２Ｔが挿入されている。
接触部材１３は円筒形に形成され、接触部材１２の外周（外部）に遊嵌されている。
接触部材１４も円筒形に形成され、接触部材１３の外周（外部）に遊嵌されている。
接触部材１３および１４にも、それぞれ下側端面から軸方向に温度測定用の熱電対１３Ｔ，１４Ｔが挿入されている。
各接触部材１２〜１４が下降端の状態にあるとき、接触部材１２が一番高い位置に、接触部材１３が中間位置に、接触部材１４が一番低い位置となる様に段差をつけて保持されている。
【００１３】
各接触部材１２〜１４の材質としては、耐熱性に富んで、熱伝導率の高いものが好ましく、表面に耐熱性の表面処理を施した、耐熱性鉄系合金やタングステン系の焼結材料などが例として挙げられる。
本実施例ではＳＵＳ４２０Ｊ２を材料とし、その表面に窒化クロムコーティングを施したものを用いた。なお、耐熱性に重点をおいてセラミックスの適用も考えられる。
【００１４】
ユニットベース１０内周面には各接触部材１２〜１４を冷却するブロー吐出用の３つのノズル２２〜２４が配置されており、その先端近傍にはそれぞれブローの吐出・停止制御を行う電磁バルブ２２Ｖ〜２４Ｖが温度調節手段として設けられている。
各ノズル２２〜２４の配置位置は、各接触部材１２〜１４が下降端の状態にあるとき、各接触部材１２〜１４に冷却ブローが直接当たる様に、上下に段差をつけて配置されている。
【００１５】
ユニットベース１０近傍には冷却ブロー供給源６０（例えば、窒素ガス製造装置、または窒素ガスボンベや不活性ガスボンベ等）が設置され、エアーホース２２Ｈ〜２４Ｈにより各ノズル２２〜２４へ冷却ブロー用のガスを供給する。
なお、本実施例ではユニットベース１０内周面に各ノズル２２〜２４を１組配置したが、ユニットベース１０内周面に複数組の各ノズル２２〜２４を均等間隔で設ければ、各接触部材１２〜１４における冷却温度の均等化および冷却速度の向上が図れる。
【００１６】
さらに、ユニットベース１０近傍には、ＣＰＵ５０（中央処理ユニット。使用機材の例としてパーソナルコンピューターなどを用いる）が制御装置として設置されている。熱電対１２Ｔ〜１４Ｔ，バルブ２２Ｖ〜２４Ｖ，昇降装置３２〜３４および４１はそれぞれケーブル１２Ｃ〜１４Ｃ，２２Ｃ〜２４Ｃ，３２Ｃ〜３４Ｃおよび４１Ｃにより電気的にＣＰＵ５０と接続され、ＣＰＵ５０によって冷却ブローによる各接触部材１２〜１４の温度調節および昇降動作の制御を行わせるものである。  ちなみに、ケーブル１２Ｃ〜１４Ｃ，２２Ｃ〜２４Ｃ，３２Ｃ〜３４Ｃ，４１Ｃおよびエアーホース２２Ｈ〜２４Ｈは昇降装置４１および３２〜３４の動作による各要素の動作に支障しない配置および長さで製作され、取付けられている。
【００１７】
以上、下側成形型１１周辺について解説したが、上側成形型１周辺装置に関しては、図２における昇降装置４１およびケーブル４１Ｃを略し（上側成形型１は押圧のための昇降動作を行わない）、その他を上下逆転させたものと考えればよく（冷却ブロー供給源およびＣＰＵは下側成形型１１用のものと共用する）、説明および図示を省略する。
【００１８】
以下、本実施例の作用を説明する。なお、図３〜図９に示す２，３および４は、接触部材１２〜１４と同様な構成から成る接触部材である。
図３において、５はレンズホルダー、６は素材ガラスを示し、素材ガラス６の加熱軟化が完了し、上下側成形型１，１１間に搬送されてきた状態を示す。
図３の状態で各接触部材２〜４，１２〜１４の冷却が完了し、加熱軟化された素材ガラス６がレンズホルダー５に収められて上下側成形型１，１１間に搬送されてくると、下側成形型１１が上昇し、上側成形型１とで素材ガラス６の押圧成形を行う。その状態を図４に示し、６ａは成形後のレンズを示している。
【００１９】
下側成形型１１の上昇が完了すると同時、あるいはわずかなタイムラグをはさんでレンズ外側からエアーによる冷却を開始する（外側ブロー装置は図示を省略する）。
同様に、各接触部材２〜４，１２〜１４による成形型内側からの冷却も開始する。本実施例では凸レンズの場合であり、レンズ中心部の加熱度合いが大きく、中心から外周の順で冷却を行う必要がある。先ず、最中心部にある接触部材２が下降するとともに接触部材１２が上昇し、それぞれ上下側成形型１，１１と接触して中心部の冷却を行う。この状態を図５に示す。
【００２０】
次に、すぐ外側の接触部材３が下降するとともに接触部材１３が上昇し、それぞれ上下側成形型１，１１と接触してやや外側まで冷却範囲を拡大する。この状態を図６に示す。
最後に、最外部の接触部材４が下降するとともに接触部材１４が上昇し、それぞれ上下側成形型１および１１と接触してレンズ全体に冷却を及ぼす。この状態（図７に示す）で冷却を継続する。
【００２１】
レンズの冷却が完了すると、上側成形型１が上昇するとともに、下側成形型１１が下降し、成形レンズ６ａと上下側成形型１，１１とが分離する。この状態を図８に示すが、図８では接触部材２〜４および１２〜１４は、それぞれ上側成形型１および下側成形型１１と接触した状態を保っている。しかしながら、接触部材の昇降機構によってはこの限りではない。
【００２２】
上側成形型１が上昇端まで到達し、下側成形型１１が下降端まで到達して停止すると、各接触部材２〜４および１２〜１４が図３と同様の初期位置に戻る。この状態を図９に示すが、上記の通り接触部材の初期位置への移動タイミングはこの限りではなく、下側成形型１１の下降中に行っても差し支えない。
【００２３】
以上より、各接触部材２〜４および１２〜１４が上下側成形型１，１１に接触している時間をｔ２  〜ｔ４  、ｔ１２〜ｔ１４とすると、ｔ２  ＞ｔ３  ＞ｔ４  およびｔ１２＞ｔ１３＞ｔ１４となり、中心部の冷却時間を長く、外周部のそれを短くし、冷却能力に内外差を設けることができる。ただし、ｔ２  ＝ｔ１２、ｔ３  ＝ｔ１３、あるいはｔ４  ＝ｔ１４、言い換えれば上下で相対する各接触部材２〜４および１２〜１４が同時に上下側成形型１，１１への接触を行うという必要はない。例えば、図１０に示したような上下面でＲが極端に異なる形状のレンズ６ｂを成形する場合、Ｒによる偏肉が大きい上面の冷却能力の内外差を大きく取る必要があるので、冷却時間比は、ｔ２  ／ｔ４  ＞ｔ１２／ｔ１４となる。すなわち、ｔ２  の接触開始がｔ１２より早くなり、ｔ２  ≠ｔ１２となるわけである。
【００２４】
図１１および図１２は成形工程中に冷却が終了し、離型を行う直前の成形レンズ６ａの断面で、高温部６ｄ、中温部６ｅ、低温部６ｆをそれぞれ示す。
図１１は本発明を適用しない場合で、図１２は適用した場合のものである。図１１の場合、肉の厚い中心部の内部に高温部６ｄの塊が残り、これにより温度差の歪みを生じて割れなどが発生する。しかし、図１２の場合は、レンズの熱状態が中心から外周にかけて均等になっており、温度差からくる歪みなどが発生しにくい状態になっているのがわかる。
【００２５】
従来の外部からの冷却手段のみの成形では、偏肉の大きい凸レンズの場合、強力に冷却が進行する外周部と、高温のまま冷却が及びにくい中心とで大きな温度差が生じていた。
本実施例によれば、上下側成形型内部からの接触部材の順次冷却によって、レンズ中心部から外周に至るまで均一に冷却することができる。
【００２６】
【実施例２】
図１３〜図１５は本実施例の成形工程を示す断面図である。
本実施例は、前記実施例１における凸レンズ成形用の上下側成形型１，１１に代わり、凹レンズ成形用の上下側成形型１ｂ，１１ｂを用いた点が異なり、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、構成の説明を省略する。
【００２７】
以下、本実施例の作用を説明する。
まず、各接触部材２〜４，１２〜１４を冷却ブローにより冷却する。この状態は前記実施例１における図３と同様である（ただし、上下側成形型は、凹レンズ成形用の１ｂ，１１ｂに置き換えたものである）。冷却が完了し、成形押圧から保圧冷却状態に入ると、最初に最外周にある接触部材４と１４とがそれぞれ上下側成形型１ｂ，１１ｂに接触する。次いで、接触部材３と１３とが、最後に中心部の接触部材２と１２とが上下側成形型１ｂ，１１ｂに接触する。
【００２８】
以上より、各接触部材２〜４，１２，１４が上下側成形型１ｂ，１１ｂに接触している時間をｔ２  〜ｔ４  、ｔ１２〜ｔ１４とすると、ｔ２  ＜ｔ３  ＜ｔ４  およびｔ１２＜ｔ１３＜ｔ１４となり、冷却能力の内外差は外周部で強く、中心部で弱くなり、前記実施例１とは逆になる。ただし、ｔ２  ＝ｔ１２、ｔ３  ＝ｔ１３、あるいはｔ４  ＝ｔ１４である必要が無いという点では前記実施例１と同様な理由からである。
【００２９】
本実施例によれば、凹レンズにおける外周部の厚肉による成形後の冷却の不均一を矯正することができ、その制御精度も通常のブロー冷却に比べて格段に向上する。さらに、凹レンズの場合、中心部の肉厚の極めて薄い成形を実現することが求められているが、レンズ全域で均等に冷却されることから中心部の加熱軟化が成形完了まで維持され、中心薄肉の成形限界を大幅に拡大することができる。
【００３０】
【実施例３】
図１６は本実施例で用いる装置の断面図である。
本実施例は、前記実施例１における下側成形型１１を廃止し、代わりに空隙部が形成されていない下側平面成形型１１ｆ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その説明を省略する。
上側平面成形型１１ｆのユニットベース（図示省略）には接触部材，接触部材昇降手段，接触部材昇降動作制御手段および接触部材冷却手段を設ける必要が無い。
【００３１】
以下、本実施例の作用を説明する。
上側成形型１の冷却部材２〜４のタイミングは、凸面なので前記実施例１と同様にｔ２  ＞ｔ３  ＞ｔ４  となるように設定する。また、凹面の場合には前記実施例２と同様にｔ２  ＜ｔ３  ＜ｔ４  とする。すなわち、凸レンズに適用する場合は前記実施例１と同様であり、凹レンズに適用する場合は前記実施例２と同様である。
【００３２】
本実施例によれば、成形するレンズの偏肉が比較的小さな場合に適用することで、設備費用の削減ができる。
【００３３】
尚、本実施例では下側平面成形型１１ｆにて構成したが、本発明はこれに限定するものではなく、前記実施例１における下側成形型１１を使用し、代わりに上側成形型１を廃止して空隙部が形成されていない上側平面成形型としてもよい。また、片側平面を例として示したが、他に片側の面のＲの比較的浅い両凸レンズや両凹レンズまたは凸メニスカスレンズや凹メニスカスレンズへの適用も有効である。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に係わる発明の効果は、偏肉のある凸あるいは凹の光学素子の成形であっても、成形中の光学素子内部を均等な温度になるように冷却でき、温度差からくる割れやヒケ等が無くなり、歩留まりの高い成形を行うことができることである。
請求項２に係わる発明の効果は、偏肉のある凸あるいは凹の光学素子の成形であっても、成形工程中に光学素子の内部温度の冷却分布を微調整でき、限界まで不良発生を抑制した歩留まりの高い成形条件設定を行うことができることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１を示す概略構成図である。
【図２】図１のＡ部詳細断面図である。
【図３】実施例１の成形工程を示す断面図である。
【図４】実施例１の成形工程を示す断面図である。
【図５】実施例１の成形工程を示す断面図である。
【図６】実施例１の成形工程を示す断面図である。
【図７】実施例１の成形工程を示す断面図である。
【図８】実施例１の成形工程を示す断面図である。
【図９】実施例１の成形工程を示す断面図である。
【図１０】実施例１を示す側面図である。
【図１１】実施例１を示す断面図である。
【図１２】実施例１を示す断面図である。
【図１３】実施例２の成形工程を示す断面図である。
【図１４】実施例２の成形工程を示す断面図である。
【図１５】実施例２の成形工程を示す断面図である。
【図１６】実施例３を示す断面図である。
【符号の説明】
１  上側成形型
２，３，４，１２，１３，１４  接触部材
５  レンズホルダー
６  素材ガラス
１０  下型成形型ユニットベース
１１  下側成形型
２２，２３，２４  ノズル
３２，３３，３４，４１  昇降装置
５０  ＣＰＵ
６０  冷却ブロー供給源
９１  上型成形型ユニットベース
【図１】
0003585260.tif 000002
【図２】
0003585260.tif 000003
【図３】
0003585260.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003585260.tif 000006
【図６】
0003585260.tif 000007
【図７】
0003585260.tif 000008
【図８】
0003585260.tif 000009
【図９】
0003585260.tif 000010
【図１０】
0003585260.tif 000011
【図１１】
0003585260.tif 000012
【図１２】
0003585260.tif 000013
【図１３】
0003585260.tif 000014
【図１４】
0003585260.tif 000015
【図１５】
0003585260.tif 000016
【図１６】
0003585260.tif 000017