(57)【要約】【課題】  光学素子素材のプレス工程におけるプレス速度とつぶし量とを制御することにより、量産される光学素子の外径のばらつきを防止して、安定した形状精度の向上を図ることができる光学素子の成形方法を提供する。【解決手段】  圧力制御方式の第１成形装置により光学素子素材の試験成形を行い（Ｓ１）、該光学素子素材のプレス速度とつぶし量のデータを収集し（Ｓ２）、第１成形装置によりプレス成形した光学素子の外径のばらつきが少ないときの、光学素子素材のプレス速度とつぶし量のデータに基づいて仮成形条件を設定し、該仮成形条件に基づいて、光学素子素材のプレス速度とつぶし量の制御が可能な第２成形装置により試験成形を行い（Ｓ３）、仮成形条件のデータを整理した後（Ｓ４）、最適成形条件を出し（Ｓ５）、該最適成形条件に基づいて、第２成形装置により成形を行う（Ｓ６）ようにしてある。【選択図】      図４
2006143544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱軟化させた光学素子素材を一対の成形型によってプレス成形する光学素子の成形方法において、
圧力制御方式の第１成形装置により光学素子素材のプレス成形を行い、該光学素子素材のプレス速度とつぶし量のデータを収集し、これらプレス速度とつぶし量を成形条件として、光学素子素材のプレス速度とつぶし量の制御が可能な第２成形装置によりプレス成形を行うことを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】
前記第２成形装置により、光学素子素材のプレス速度とつぶし量を同時に制御してプレス成形をすることを特徴とする請求項１記載の光学素子の成形方法。
【請求項３】
前記第１成形装置によりプレス成形した光学素子の外径のばらつきが少ないときの、前記光学素子素材のプレス速度とつぶし量のデータに基づいて、前記第２成形装置におけるプレス成形の仮成形条件を設定し、該第２成形装置により光学素子素材のプレス成形を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の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、加熱軟化させた光学素子素材を一対の成形型によってプレス成形する光学素子の成形方法に関し、特に、光学素子素材のプレス工程におけるプレス速度とつぶし量とを制御することにより、量産される光学素子の外径のばらつきを防止して、安定した形状精度の向上を図ることができる光学素子の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２００１−５８８３７号では、高精度で安定して光学素子を製造するために、予熱ステージでの光学素子素材の粘性、変形量に応じて、プレスステージでの圧力、温度、待機時間等を制御する光学素子の成形方法が提案されている。また、このような従来の光学素子の成形方法では、予熱ステージでの変形量を一定にし、プレスステージでの押し切り時間の安定を図ることにより、金型の酸化や光学素子素材のばらつきによる押し切り時間のばらつきを低減し、安定な光学性能を得るとしている。
【特許文献１】特開２００１−５８８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、プレス工程における押圧力、プレス時間、プレス温度を制御するといった従来の光学素子の成形方法では、該プレス工程における成形型の成形面と、これにプレス成形される光学素子素材との摺動抵抗が不均一なため、成形品たるレンズ、プリズム又はミラー等の光学素子の大きさが極めて小型である場合（例えば、小径レンズ）、及びレンズ断面積が小さくガラス内圧が高い部分を有する光学素子の場合は、成形品の外径のばらつきをなくすことが困難であるという問題があった。
【０００４】
すなわち、成形型の成形面は、加熱ヒータからの熱伝導や雰囲気中の窒素ガスの流れ等の影響により不均一な温度分布を有している。このため、該成形型の成形面からの熱伝導により加熱軟化される光学素子素材も不均一な温度分布を有している。このような状態でプレス成形を行うと、光学素子素材の一部だけが急激に変形し、逆に、一部だけが変形しないという状態になり、軟化した光学素子素材が成形面に沿って均一に拡がらない。
【０００５】
この結果、従来の光学素子の成形方法では、いわゆる芯取りを行わない場合は、量産される光学素子の形状精度にばらつきが生じてしまうという問題があり、一方、芯取りを行う場合でも、芯取り量が多くなって生産コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
このような問題は、成形型及び光学素子素材の温度分布、摺動抵抗が均一となるよう制御することにより解決することができるが、小型の光学素子、及びレンズ断面積が小さくガラス内圧が高い部分を有する光学素子を成形するための小さな成形型及び光学素子素材の温度分布、摺動抵抗を精密に制御することは、現実的に極めて困難である。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、光学素子素材のプレス工程におけるプレス速度とつぶし量とを制御することにより、量産される光学素子の外径のばらつきを防止して、安定した形状精度の向上を図ることができる光学素子の成形方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の光学素子の成形方法は、加熱軟化させた光学素子素材を一対の成形型によってプレス成形する光学素子の成形方法において、圧力制御方式の第１成形装置により光学素子素材のプレス成形を行い、該光学素子素材のプレス速度とつぶし量のデータを収集し、これらプレス速度とつぶし量を成形条件として、光学素子素材のプレス速度とつぶし量の制御が可能な第２成形装置によりプレス成形を行うようにしてある。
【０００９】
好ましくは、前記第２成形装置により、光学素子素材のプレス速度とつぶし量を同時に制御してプレス成形をするようにし、より好ましくは、前記第１成形装置によりプレス成形した光学素子の外径のばらつきが少ないときの、前記光学素子素材のプレス速度とつぶし量のデータに基づいて、前記第２成形装置におけるプレス成形の仮成形条件を設定し、該第２成形装置により光学素子素材のプレス成形を行うようにする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光学素子の成形方法によれば、光学素子素材のプレス工程におけるプレス速度とつぶし量とを適切に制御することにより、加熱軟化した光学素子素材の不均一な拡がりを防止し、最終的な成形品である光学素子の外径のばらつきを少なくすることができる。この結果、量産される光学素子の安定した形状精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る光学素子の成形方法について、図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態に係る光学素子の成形方法を実施するための成形装置について、図１及び図２を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施形態に係る光学素子の成形方法を実施するための第１成形装置を示す概略図であり、図２は本光学素子の成形方法を実施するための第２成形装置を示す概略図である。
【００１２】
図１において、第１成形装置１は、エアーシリンダ５０を駆動源とする圧力制御方式を採用しており、筐体１０によって閉鎖された成形室１１内に型セット２０を搬送して光学素子のプレス成形を行う構成としてある。筐体１０の搬入側と搬出側には、図示しないシャッターが設置してあり、成形室１１の酸素濃度が５０ｐｐｍ以下となるように不活性ガスで置換している。
【００１３】
型セット２０は、上型２１，下型２２，スリーブ２３及び光学素子素材３からなり、下ヒータブロック３１の下プレス板３１ａ上に載置してある。上型２１及び下型２２の互いの対向面は、小径の光学素子４（図３参照）を成形するための図示しない成形面となっている。
【００１４】
該型セット２０の上方には、上プレス板３２ａを有する上ヒータブロック３２が設置してある。これら下ヒータブロック３１と上ヒータブロック３２には、図示しない温度センサがそれぞれ内蔵してあり、型セット２０を加熱するための所定温度に制御してある。
【００１５】
上ヒータブロック３２は、筐体１０の天壁を貫通するプレス軸４０に連結してあり、該プレス軸４０は、前記エアーシリンダ５０の図示しないピストンにより進退させられる。ここで、エアーシリンダ５０には、変位センサ５１が取り付けてある。該変位センサ５１は、プレス軸４０に固定した測定ピン５１ａを有し、プレス軸４０の移動量に基づいて光学素子素材３のつぶし量を測定する。なお、プレス軸４０は、図示しない直進ガイドに固定してある。
【００１６】
該変位センサ５１は制御部６０に接続してあり、該制御部６０には、図示しないタイマー及びメモリーが内蔵してある。このような制御部６０は、変位センサ５１の検出結果を入力するとともに、前記タイマーにより成形時間を計測し、これらのデータを前記メモリーに記憶する。
【００１７】
図２において、第２成形装置２は、制御部８０によって駆動源であるサーボモータ７０の回転数を制御することにより、光学素子素材３のプレス速度とつぶし量の制御が可能な構成となっている。その他の構成については、上述した第１成形装置１と同一構成となっているので、詳細な説明は省略する。
【００１８】
次に、本実施形態に係る光学素子の成形方法について、図３〜図１０を参照しつつ説明する。図３は本発明の一実施形態に係る光学素子の成形方法により製造される光学素子を示す部分拡大図である。図４は本実施形態に係る光学素子の成形方法の各工程を示すフローチャートである。
【００１９】
［光学素子素材及び光学素子］
本実施形態に係る光学素子の成形方法では、光学素子素材３（図１参照）として、低融点光学ガラス（ガラス転移点Ｔｇ：５１０℃）からなるφ４．６４ｍｍのボール研磨硝材を使用し、図３に示すような光学素子（凸メニスカスレンズ）４をプレス成形する。光学素子４は、外径１０．２ｍｍ、レンズ中心厚１．０２ｍｍ、コバ厚０．４ｍｍとなっている。
【００２０】
［圧力制御による試験成形］
まず、図１に示す圧力制御方式の第１成形装置１により光学素子素材３を試験成形する（図４のＳ１）。具体的には、上型２１及び下型２２の各成形面とスリーブ２３に囲まれた空間内に光学素子素材３を載置して型セット２０を構成し、該型セット２０を、図示しない搬送手段によって、第１成形装置１の成形室１１内における下ヒータブロック３１の下プレス板３１ａ上に搬送する。次いで、該型セット２０を成形温度まで加熱した後、エアーシリンダ５０により上ヒータブロック３２及び上プレス板３２ａを下降させてプレス成形を行う。
【００２１】
ここで、図５は第１成形装置による試験成形における成形温度と時間の関係を示すグラフである。同図に示すように、まず、型セット２０を１．８分以上加熱して温度を安定させた後、プレス成形を行う（プレス開始）。成形温度として、下プレス板３１ａと上プレス板３２ａの温度を、ガラス屈伏点Ａｔ：５４０℃以上に設定し、プレス成形圧力を１２０Ｋｇｆ、成形時間を６０ｓｅｃとした。成形時間の６０ｓｅｃが経過した後、プレス成形圧力を５０Ｋｇｆに低下させて、下プレス板３１ａと上プレス板３２ａの温度が、型開き温度５１０℃になるまで保持する。型開き温度５１０℃になった時点で、上プレス板３２ａを型セット２０より離反させる（型開き）。その後、１２０ｓｅｃ以上経過し、下プレス板３１ａと上プレス板３２ａの温度が１５０℃以下となった時点で、前記搬送手段により型セット２０を成形室１１より搬出する（型取り出し）。
【００２２】
［プレス速度及びつぶし量のデータ収集］
上記のような圧力制御による試験成形を複数回繰り返し、その度に光学素子素材３（図１参照）のプレス成形中におけるプレス速度とつぶし量のデータを収集する（図４のＳ２）。光学素子素材３のつぶし量は、エアーシリンダ５０により上ヒータブロック３２及び上プレス板３２ａを下降させ、該上プレス板３２ａを型セット２０に当接させた状態で、変位センサー５１の最少単位（０．５μｍ）の表示が５秒以上動かない位置を基準点０（ゼロ）として測定する。また、光学素子素材３のプレス速度は、光学素子素材３の変位量／プレス時間により算出する。
【００２３】
このような圧力制御による試験成形の結果を図６〜図９に示す。図６及び図７は第１成形装置による試験成形におけるプレス速度、圧力、つぶし量の関係を示すグラフである。図８は図６の成形条件で試験成形したレンズ外径を示す概略図である。図９は図７の成形条件で試験成形したレンズ外径を示す概略図である。
【００２４】
図６及び図８に示すように、光学素子素材３（図１参照）が不均一に拡がり、その異常値が大きい場合は、成形品である光学素子４の外径のばらつきも大きくなる（ex.外径ばらつき＝０．３〜０．６ｍｍ）。この光学素子素材３の異常値が大きくなるところでは、そのプレス速度とつぶし量が大きく変化している。
【００２５】
これとは逆に、図７及び図９に示すように、成形品である光学素子４の外径のばらつきが小さい場合（ex.外径ばらつき＝０．０４〜０．１６ｍｍ）は、光学素子素材３のプレス速度とつぶし量の変化が小さくなる。
【００２６】
［仮成形条件による試験成形］
そこで、より良好な図７のデータの異常箇所を、図中の点線で示すような理想的な曲線に修正し、第２成形装置２（図２参照）によりプレス成形する場合の、プレス速度とつぶし量の仮成形条件を設定する（図４のＳ３）。そして、該仮成形条件を第２成形装置２の制御部８０の動作プログラムに書き込み、該仮成形条件に基づいて、第２成形装置２により、光学素子素材３のプレス速度とつぶし量を同時に制御して試験成形を行う。
【００２７】
該試験成形の結果を図１０に示す。図１０は第２成形装置により仮成形条件で試験成形したレンズ外径を示す概略図である。同図に示すように、該仮成形条件に基づいてプレス成形された光学素子４は、その外径のばらつきが小さい０．０３〜０．１１ｍｍという良好な結果が得られた。
【００２８】
［データの整理、最適成形条件出し、最適成形条件よる成形］
その後、前記仮成形条件のデータを平均化する等の整理を行い（図４のＳ４）、最適成形条件を導く（図４のＳ５）。そして、該最適成形条件を第２成形装置２の制御部８０の動作プログラムに書き込み、該最適成形条件に基づいて、第２成形装置２により、光学素子素材３のプレス速度とつぶし量を同時に制御してプレス成形を行う（図４のＳ６）。この結果、成形された光学素子４の外径のばらつきはさらに良好となる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態に係る光学素子の成形方法によれば、光学素子素材３のプレス工程におけるプレス速度とつぶし量とを適切に制御することにより、加熱軟化した光学素子素材３の不均一な拡がりを防止し、最終的な成形品である光学素子４の外径のばらつきを少なくすることができる。この結果、量産される光学素子４の安定した形状精度の向上を図ることができる。
【００３０】
特に、光学素子素材３のプレス速度とつぶし量の制御が可能な第２成形装置２では、試験成形により最適なプレス速度とつぶし量を模索し設定することは非常に難しいが、上記実施形態の如く、光学素子素材３のプレス速度とつぶし量を設定する方法として、実際に圧力制御方式の第１成形装置１によりプレス成形を行い、外径ばらつきの少ないレンズ形状が得られたときのプレス速度とつぶし量を、仮成形条件として設定することにより、第２成形装置２を制御するための最適なプレス速度とつぶし量を容易に導き出すことができる。
【００３１】
また、芯取り工程を含む製造方法で量産される光学素子では、余剰ガラス量を少なくすることができ、芯取り量を減少させることが可能となり、生産コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学素子の成形方法を実施するための第１成形装置を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光学素子の成形方法を実施するための第２成形装置を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光学素子の成形方法により製造される光学素子を示す部分拡大図である。
【図４】本実施形態に係る光学素子の成形方法の各工程を示すフローチャートである。
【図５】第１成形装置による試験成形における成形温度と時間の関係を示すグラフである。
【図６】第１成形装置による試験成形におけるプレス速度、圧力、つぶし量の関係を示すグラフである。
【図７】同じく、第１成形装置による他の試験成形におけるプレス速度、圧力、つぶし量の関係を示すグラフである。
【図８】図６の成形条件で試験成形したレンズ外径を示す概略図である。
【図９】図７の成形条件で試験成形したレンズ外径を示す概略図である。
【図１０】第２成形装置により仮成形条件で試験成形したレンズ外径を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  第１成形装置
２  第２成形装置
３  光学素子素材
４  光学素子（凸メニスカスレンズ）
１０  筐体
１１  成形室
２０  型セット
２１  上型
２２  下型
２３  スリーブ
３１  下ヒータブロック
３１ａ  下プレス板
３２  上ヒータブロック
３２ａ  上プレス板
４０  プレス軸
５０  エアーシリンダ
５１  変位センサー
５１ａ  測定ピン
６０  制御部
７０  サーボモータ
８０  制御部
【図１】
2006143544.tif 000003
【図２】
2006143544.tif 000004
【図３】
2006143544.tif 000005
【図４】
2006143544.tif 000006
【図５】
2006143544.tif 000007
【図６】
2006143544.tif 000008
【図７】
2006143544.tif 000009
【図８】
2006143544.tif 000010
【図９】
2006143544.tif 000011
【図１０】
2006143544.tif 000012