(57)【要約】【課題】  光学素子の目的の形状に限定なく温度制御を行うことができ、割れのない高精度な光学素子を成形可能な光学素子の成形装置及び方法を提供する。【解決手段】  一対の成形型の間にプリフォームを挟み込んで、成形型を加熱、プレス、冷却の工程を経て、成形型から光学成形面を転写して光学素子を成形する光学素子の成形装置において、一対の成形型１，２の少なくとも一方を冷却する冷却部材２２と、冷却部材２２を、成形型１，２を冷却可能な位置とそうでない位置とに移動させる移動手段（３２）とを備えたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の成形型の間にプリフォームを挟み込んで、前記成形型を加熱、プレス、冷却の工程を経て、該成形型から光学成形面を転写して光学素子を成形する光学素子の成形装置において、
前記一対の成形型の少なくとも一方を冷却する冷却部材と、
該冷却部材を、前記成形型を冷却可能な位置とそうでない位置とに移動させる移動手段と、
を備えたことを特徴とする光学素子の成形装置。
【請求項２】
前記成形型に接触して配置された熱伝導部材をさらに備え、前記移動手段は、前記冷却部材を前記熱伝導部材に接触する位置と前記熱伝導部材から離間する位置とに移動させ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】
前記熱伝導部材の少なくとも一部は、前記成形型の内部に挿入されていることを特徴とする請求項２記載の光学素子の成形装置。
【請求項４】
前記成形型の内部に挿入された前記熱伝導部材は、熱膨張を吸収するための溝を有することを特徴とする請求項３記載の光学素子の成形装置。
【請求項５】
前記冷却部材は、冷却媒体の循環経路を内部に有する棒状体であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学素子の成形装置。
【請求項６】
前記成形型の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記冷却部材による温度調整、及び前記移動手段による移動制御は前記温度検出手段の検出温度に基づいて行われることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学素子の成形装置。
【請求項７】
一対の成形型の間にプリフォームを挟み込んで、前記成形型を加熱、プレス、冷却の工程を経て、該成形型から光学成形面を転写して光学素子を成形する光学素子の成形方法において、
前記一対の成形型の少なくとも一方に対しそれを冷却可能な位置とそうでない位置とをとり得る冷却部材を用意し、前記成形型の冷却工程では、少なくとも前記成形型に対する前記冷却部材の位置を制御することにより冷却速度及び温度分布を制御することを特徴とする光学素子の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスレンズやプラスチックレンズ等の光学素子が複雑な形状であっても精度良く成形するために、光学素子材料を挟み込む成形型の温度制御の自在性を高めた成形装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学レンズはデジタル化に対応するため小型化及び高精度化が求められており、それに応じて非球面形状レンズのニーズが増加し、その形状も日々複雑になっている。
光学素子を成形する手法は、上下一対の型と円筒状のスリーブとにプリフォーム（光学素子材料）を挟み込み、これらを成形装置内で加熱、プレス、冷却などの工程を経てプリフォームを成形する手法が一般的である。（例えば、特許文献１参照。）
図２及び図３を用いて、従来の光学素子成形装置の一例を説明する。
【０００３】
図２は従来の光学素子成形装置の成形型を示す概略断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。
図２に示すように、上下一対の型のうち、下型１０１は外型１０２の内部に摺動自在に嵌合しており、下型１０１の内部には温度検出用の熱電対１０３が挿入されている。外型１０２の下面は、締結部材１０４によりダイプレート１０５を介して軸１０６に固着されている。ダイプレート１０５の上面には、図３のＡ−Ａ断面図に示すように、成形室内に貫通している貫通穴１０７と、貫通穴１０７から外周面に達する放射状の溝１０８が穿設されている。また、軸１０６は不図示の管路に繋がっており、成形装置外部より窒素等の不活性ガス１０９を供給するため中空になっている。この中空空間は、ダイプレート１０５の貫通穴１０７と通気可能に形成されている。
【０００４】
以下、上記従来の光学素子成形装置による光学素子の成形を簡単に説明する。まず、下型１０１と不図示の上型との間にプリフォームを挟み込む。そして、この一対の成形型を加熱、プレス、冷却等の工程を経てプリフォームを光学素子に成形する。この際、下型１０１の温度は熱電対１０３により検出され、加熱工程又はプレス工程では不図示の加熱装置が外型１０２を加熱する。冷却工程では、軸１０６の中空空間から多量の不活性ガス１０９を流し、この不活性ガス１０９が貫通穴１０７、溝１０８を通って成形室内部に流れ込み、これにより下型１０１、外型１０２、ダイプレート１０５、及び軸１０６が冷却される。以上のような工程を経て光学素子が成形される。
【特許文献１】特許第２８３５２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の手法では、光学素子の内で、特に近年要求が高まってきた外周部と中心部の肉厚差（偏肉）の大きいレンズ、肉厚が薄いレンズ、大口径レンズ等では外周部と中心部の収縮量の違いや冷却スピードの違いが発生し、この要因を制御できないために効率的に成形しようとすると割れや精度低下が発生して精度良く生産できなかった。
【０００６】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、光学素子の目的の形状に限定なく温度制御を行うことができ、割れのない高精度な光学素子を成形可能な光学素子の成形装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の光学素子の成形装置は、一対の成形型の間にプリフォームを挟み込んで、上記成形型を加熱、プレス、冷却の工程を経て、上記成形型から光学成形面を転写して光学素子を成形する光学素子の成形装置において、上記一対の成形型の少なくとも一方を冷却する冷却部材と、上記冷却部材を、上記成形型を冷却可能な位置とそうでない位置とに移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の光学素子の成形装置は、上記第１の光学素子の成形装置であって、上記成形型に接触して配置された熱伝導部材をさらに備え、上記移動手段は、上記冷却部材を上記熱伝導部材に接触する位置と上記熱伝導部材から離間する位置とに移動させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３の光学素子の成形装置は、上記第２の光学素子の成形装置であって、上記熱伝導部材の少なくとも一部は、上記成形型の内部に挿入されていることを特徴とする。
本発明の第４の光学素子の成形装置は、上記第３の光学素子の成形装置であって、上記成形型の内部に挿入された上記熱伝導部材は、熱膨張を吸収するための溝を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第５の光学素子の成形装置は、上記第４の光学素子の成形装置であって、上記冷却部材は、冷却媒体の循環経路を内部に有する棒状体であることを特徴とする。
本発明の第６の光学素子の成形装置は、上記第１乃至第５のいずれか１つの光学素子の成形装置であって、上記成形型の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、上記冷却部材による温度調整、及び上記移動手段による移動制御は上記温度検出手段の検出温度に基づいて行われることを特徴とする。
【００１１】
本発明の光学素子の成形方法は、一対の成形型の間にプリフォームを挟み込んで、上記成形型を加熱、プレス、冷却の工程を経て、上記成形型から光学成形面を転写して光学素子を成形する光学素子の成形方法において、上記一対の成形型の少なくとも一方に対しそれを冷却可能な位置とそうでない位置とをとり得る冷却部材を用意し、上記成形型の冷却工程では、少なくとも上記成形型に対する上記冷却部材の位置を制御することにより冷却速度及び温度分布を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、一対の成形型の少なくとも一方を冷却する冷却部材と、この冷却部材を、成形型を冷却可能な位置とそうでない位置とに移動させる移動手段とを備えたことで、成形型の冷却を冷却部材の移動により容易に調整可能となり、目的の形状の光学素子に適した速度で冷却を行えるため、冷却の際に発生する部分的な収縮量の違いによる割れや、冷却速度の違いによる精度低下が発生せず、割れがなく高精度な光学素子を成形可能となる。
【００１３】
また、成形型に接触して配置された熱伝導部材をさらに備え、移動手段により冷却部材を熱伝導部材に接触する位置と熱伝導部材から離間する位置とに移動させることで、冷却速度を緩やかにすることが可能となる。
【００１４】
特に、例えば熱膨張を吸収するための溝を有する熱伝導部材の少なくとも一部を成形型の内部に挿入させることで、成形型の冷却をより積極的に制御することができる。
また、上記冷却部材としては、例えば冷却媒体の循環経路を内部に有する棒状体を採用可能である。
【００１５】
なお、冷却部材による温度調整、及び移動手段による移動制御は成形型の温度を検出する温度検出手段の検出温度に基づいて行うことが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、実施の形態における光学素子の成形装置の下軸部を示す概略断面図である。下型１は、下型１の下部側外周面に係合して配置された対向する２つのアタッチメント２６を介してネジ２７ａにより下軸１４の上面に固定されている。下型１の上面には成形面１ａが形成され、この成形面１ａと対向する上型２の成形面２ａは、ガラスやプラスチックレンズ等の被成形物４の目的の形状に合わせた形状となる。また、下型１及び上型２の外周面には、成形時に成形面１ａと成形面２ａとを臨む位置に対応して、通気孔５ａが穿設されたスリーブ５が配置される。
【００１７】
下型１の内部には、成形面１ａ近傍でのみ下型１の内面とその上部側とが当接する熱伝導部材２８（成形型よりも熱伝導が高い部材）が挿入され、この下型１の内面以外の下型１の内周面と熱伝導部材２８の外周面との間には熱伝導状態を調整するための空間２９が設けられている。また、熱伝導部材２８の外周面には熱膨張を吸収するための不図示のスリ割りも設けられている。熱伝導部材２８の下部は下軸１４の上部の一部とも接している。また、下型１及び下軸１４の内部には、下型１の温度を検出する熱電対１９が嵌合している。
【００１８】
下軸１４の中心部には高さ方向に渡って中空穴が設けられ、この中空穴の下部には第１支持摺動部材２０及びシール２１が挿入されている。また、中空穴には第１支持摺動部材２０及びシール２１と摺動自在な棒状の冷却部材２２が挿入されている。この冷却部材２２は管状体の２重構造となっており、内側の管状体内を上昇した冷却媒体が外側の管状体の上端部（底部）で折り返されることにより、該外側の管状体の内周面と内側の管状体の外周面との間を下降する構成となっている。即ち、棒状の冷却部材２２の内部では、下端側の冷却媒体供給口２５から供給された液体（水、油）、気体（窒素）、これらの混合流体等の冷却媒体が上端側の底部で折り返されて循環し、下端側の冷却媒体排出口２４から排出されるようになっている。冷却媒体排出口２４から排出された冷却媒体は、温度調整装置２２ａにて温度調整されて再び冷却媒体供給口２５に戻る構成となっている。なお、冷却媒体としては成形型の冷却速度を速めたい場合に液体を、冷却速度を遅めたい場合に気体を、その中間では混合流体を用いることが好ましい。
【００１９】
下軸１４の下部は段部を有するリング状の下軸フランジ１０に嵌合しており、この嵌合部分にはＯリング１８が取付けられ、機密状態が確保されている。下軸１４のフランジ部１４ａは、下軸フランジ１０にネジ２７ｂにより固着されており、このフランジ部１４ａ近傍の下軸１４の外周部分にはリング状の溝１４ｂが穿設されると共に溝１４ｂの開口側が溶接部２７ｄで溶接されたリング状部材２７ｃで塞がれてリング状空間が形成されており、このリング状空間は冷却水路１５として用いられ、下軸１４下端に設けられた冷却水供給口１７ａから冷却水供給経路１６ａを通って冷却水が流れるようになっている。また、常時冷却水路１５の冷却水は下軸１４を伝わってきた熱を吸収し、下軸１４下端に設けられた冷却水排水経路１６ｂから冷却水排出口１７ｂを通って排出され、不図示の冷却水温度管理装置にて温度調整され、再び冷却水供給口１７ａに戻る構成となっている。また、下軸フランジ１０の下部には冷却ベース１３が固着され、冷却ベース１３の中心部の孔には第２支持摺動部材２３が第１支持摺動部材２０と同軸上に挿入され、冷却部材２２が摺動可能なように支持可能となっている。
【００２０】
一方、冷却部材２２の下部側には例えば移動手段としてのエアシリンダー３２が固着され、エアシリンダー３２のロッド先端は冷却ベース１３の下面に固着され、エアーの供給によりエアシリンダー３２が上下に移動して冷却部材２２を下軸１４と同芯上で摺動させるようになっている。また、被成形物４のプレス後の冷却時には冷却部材２２の上端面と熱伝導部材２８の下端面とを接触させることにより、下型１を介して被成形物４を冷却可能となっている。なお、冷却部材２２を移動させる移動手段としては、エアシリンダー３２である必要はなく、冷却部材２２を、成形型を冷却可能な位置とそうでない位置とに移動可能な部材であればよい。また、冷却部材２２と熱伝導部材２８との接触部は、図１に示すように互いに平面である必要はなく、球面、円錐など変えることもある。
【００２１】
また、下軸フランジ１０の側面には排気口１１が設けられ、この排気口１１に接続される不図示の真空ポンプは、下軸フランジ１０、下加熱炉７ａ、及び上加熱炉７ｂに密封固着された石英ガラス管３４より構成される成形室３３内部の気体を成形時に吸引し、吸引後不活性ガスを供給することにより成形室３３を非酸化環境にすることが可能である。成形室３３を密封するために、下軸フランジ１０の上面にシール部材９が固着され、シール部材９と下加熱炉７ａの底面が接触している。
【００２２】
下加熱炉７ａ及び上加熱炉７ｂの内側には、下型１、上型２、及び上型２に取付けられて下型１を内包するスリーブ５と同芯に円環形状の加熱部材６（ハロゲンランプヒーター等）がそれぞれに設けられている。また、下加熱炉７ａ及び上加熱炉７ｂの外周部には、加熱部材６により発生した熱を除去するための炉冷却水路８が設けられている。なお、下型１と上型２とを機械精度や位置決め部材等で高精度に付き合わせることが可能な場合、スリーブ５を用いないことも可能である。
【００２３】
なお、熱伝導部材２８を用いず、冷却部材２２から直接下型を冷却してもよく、冷却部材２２の端部に熱伝導部材を一体化させてもよい。また、冷却部材２２は冷却媒体の循環経路を内部に有する棒状体に限定されず、冷却された部材であればよい。以上のように、本実施の形態の主要な特徴は、光学素子の成形装置が、一対の成形型の少なくとも一方を冷却する冷却部材２２と、冷却部材２２を、上記成形型を冷却可能な位置とそうでない位置とに移動させる移動手段とを備えたことである。
【００２４】
以下、図１を用いて実施の形態における光学素子の成形の流れを説明する。
まず、成形開始時に下軸フランジ１０に構成された排気口１１より不図示の真空ポンプにより成形室３３の内部空気を吸引して数パスカル程度の真空にしてから、不活性ガスを流入して成形室３３内部の酸素を除去して高温による酸化を防止する。そして、下型１と上型２との間に被成形物４を挟み込んで加熱部材６により外周部から加熱する。この際、加熱部材６により発生した熱エネルギーは主にスリーブ５から吸収される。スリーブ５に吸収された熱エネルギーは、下型１及び上型２を介して、成形可能な温度に被成形物４を加熱する。加熱の温度は熱電対１９の検出温度を元に不図示の制御手段により加熱部材６が制御され、被成形物４の粘度が均一になるように加熱する。
【００２５】
加熱制御により粘度が均一になった被成形物４は不図示のプレス機構により、下型１の成形面１ａと上型２の成形面２ａとが転写されて、これらの間で所望の形状に成形される。形状成形がほぼ完了した時点で、冷却部材２２及び加熱部材６を機能させながら冷却速度を制御する。なお、上型２にも冷却部材２２と同様な冷却部材を取付けてもよく、その場合は、被成形物４を冷却する際に、上型２に取付けた冷却部材を下型１の冷却部材２２よりも先に冷却することにより、特に凹型レンズを成形する際に発生する被成形物４の上部が最後に硬化して上型２に食いつき割れてしまう事態を回避できる。また、熱伝導部材２８に比熱の大きな材料を用いることで、下型１内部の冷却速度を遅くすることができる。
【００２６】
本実施の形態によれば、一対の成形型の少なくとも一方を冷却する冷却部材２２と、この冷却部材２２を、成形型を冷却可能な位置とそうでない位置とに移動させるエアシリンダー（移動手段）３２とを備えたことで、成形型の冷却を冷却部材２２の移動により容易に調整可能となり、目的の形状の光学素子に適した速度で冷却を行えるため、冷却の際に発生する部分的な収縮量の違いによる割れや、冷却速度の違いによる精度低下が発生せず、割れのない高精度な光学素子を成形可能となる。
【００２７】
また、下型１に接触して配置された熱伝導部材２８をさらに備え、エアシリンダー３２により冷却部材２２を熱伝導部材２８に接触する位置と熱伝導部材２８から離間する位置とに移動させることで、冷却速度を緩やかにすることが可能となる。
【００２８】
なお、例えば熱膨張を吸収するための不図示の溝を有する熱伝導部材２８の少なくとも一部を下型１の内部に挿入させることで、下型１の冷却をより積極的に調整することができる。
【００２９】
さらに、成形型の内部に挿入する熱伝導部材２８に比熱の大きな材料を使用して成形型を中心部から緩やかに冷却することや、一対の型の冷却開始時期をずらすことで、外周部と中心部の肉厚差の大きい光学素子、肉厚が薄い光学素子、大口径光学素子であっても、割れのない高精度な光学素子をより効果的に成形可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施の形態における光学素子の成形装置の下軸部を示す概略断面図である。
【図２】従来の光学素子成形装置の成形型を示す概略断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      下型
１ａ      成形面（光学成形面）
２      上型
２ａ      成形面（光学成形面）
４      被成形物
５      スリーブ
５ａ      通気孔
６      加熱部材
７ａ    下加熱炉
７ｂ    上加熱炉
８      炉冷却水路
９      シール
１０      下軸フランジ
１１      排気口
１２      ベース
１３      冷却ベース
１４      下軸
１４ａ      フランジ部
１４ｂ      溝
１５      常時冷却水路
１６ａ    冷却水供給経路
１６ｂ    冷却水排出経路
１７ａ    冷却水供給口
１７ｂ    冷却水排出口
１８      Ｏリング
１９      熱電対
２０      第１支持摺動部材
２１      シール
２２      冷却部材
２２ａ      温度調整部
２３      第２支持摺動部材
２４      冷却媒体排出口
２５      冷却媒体供給口
２６      アタッチメント
２７ａ      ネジ
２７ｂ      ネジ
２７ｃ      リング状部材
２７ｄ      溶接部
２８      熱伝導部材
２９      空間
３２      移動手段
３３      成形室
３４      石英ガラス
【図３】
2006248874.tif 000003
【図１】
2006248874.tif 000004
【図２】
2006248874.tif 000005