(57)【要約】      （修正有）【課題】胴型による上下型の光軸合わせを、これらの間で摩耗が発生することなく、簡単に行うことができる光学素子の成形装置とする。【解決手段】成形装置１は、光学ガラス素材１０を加熱軟化して成形することにより光学素子とする。加熱軟化された光学ガラス素材１０をプレスする略円柱形状の一対の成形型２，３と、成形型２，３の外周面に近似した内周面を有して成形型２，３が挿入される変形可能な胴型４と、一対の成形型２，３を胴型４の内面に当接させて位置決めするため、一対の成形型２，３が胴型４内で光軸に対して交差する方向に移動可能な状態で胴型４を光軸に対して交差方向に変形させる変形手段５，６とを備える。【選択図】図１
2005104805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ガラス素材を加熱軟化して成形することにより光学素子とする成形装置において、
加熱軟化された光学ガラス素材をプレスする略円柱形状の一対の成形型と、
この成形型の外周面に近似した内周面を有して前記成形型が挿入される変形可能な胴型と、
前記一対の成形型を胴型の内面に当接させて位置決めするため、一対の成形型が胴型内で光軸に対して交差する方向に移動可能な状態で胴型を光軸に対して前記交差方向に変形させる変形手段と、
を備えていることを特徴とする光学素子の成形装置。
【請求項２】
前記胴型は、一対の成形型が挿入可能な空間を複数有していることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形装置。
【請求項３】
光学ガラス素材を加熱軟化して成形することにより光学素子とする成形方法において、
略円柱形状の一対の成形型の外周面に近似した内周面を有する変形可能な胴型内に一対の成形型と光学ガラス素材を挿入する工程と、
一対の成形型が胴型内で光軸に対して交差する方向に移動可能な状態で胴型を光軸に対して交差する方向に変形させ、一対の成形型を胴型の内面に当接させて位置決めする位置決め工程と、
光学ガラス素材を前記一対の成形型によりプレスして成形する工程と、
を有することを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項４】
前記胴型は、一対の成形型が挿入可能な空間を複数有しており、前記位置決め工程は、複数対の成形型の位置決めを同時に行うことを特徴とする請求項３に記載の光学素子の成形方法。
【請求項５】
前記位置決め工程は、一対の成形型によるプレスの終了直前に行うことを特徴とする請求項３または４に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、光学ガラス素材を加熱加圧してレンズ、プリズム等の光学素子を成形する成形装置及び成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子の成形では、対向する上下の型を胴型内に挿入し、胴型内で上下の型を摺動させてプレス成形することが行われている。このような構造の従来の成形装置としては、特開平７−２５３５号公報に開示されている。
【０００３】
この従来の成形装置は、光学ガラス素材を挟んだ上型及び下型を胴型に摺動可能に挿入することにより上下型の光軸を芯合わせ状態とし、この状態で上下一対のプレスヘッドの間に設置する構造となっている。これに加えて、胴型を挟持して固定する胴型固定ヘッドが配置されている。このような構造の成形装置では、加熱によって光学ガラス素材が変形可能な温度に達したとき、胴型固定ヘッドが胴型を挟持して胴型の位置規制を行い、その後、上型を移動させて光学ガラス素材を加圧変形させて光学素子を成形する。
【特許文献１】特開平７−２５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の成形装置では、胴型の内面と上下型の外面とが接触した状態となっており、この接触状態で上下型（上型）が胴型内を摺動する。すなわち、胴型はクリアランスがゼロとなるように上下型を挟むものであり、胴型及び上下型がいずれも剛体によって成形されていることから、これらにおける接触部分が必然的に摩耗する。この摩耗が発生すると真円度が崩れるため、上下型の光軸を合わせることが難しくなり、型を交換する必要がある。
【０００５】
このような摩耗を防止するため、上下型と胴型と間に１〜３μｍ程度のクリアランスを設けることがなされているが、この場合には、成形のプレス方向と直交状に交差する方向へずれるシフトずれ及びプレス方向と傾斜した方向でずれるチルトずれが上下型の間で発生し易くなる。そして、これらのずれが発生すると、成形される光学素子の精度が低下する原因となる。
【０００６】
また、このような１〜３μｍ程度のクリアランスに対するシフトずれやチルトずれを防止することは構造的にも難しいものであるが、これらのずれを防止する機構を成形装置に組み込む場合には、成形装置の全体が複雑となり、制御も難しくなる新たな問題が発生する。
【０００７】
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、胴型による上下型の光軸合わせを摩耗が発生することなく、且つ簡単に行うことができ、光学素子の成形を高精度に行うことが可能な光学素子の成形装置及び成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明の光学素子の成形装置は、光学ガラス素材を加熱軟化して成形することにより光学素子とする成形装置において、加熱軟化された光学ガラス素材をプレスする略円柱形状の一対の成形型と、この成形型の外周面に近似した内周面を有して前記成形型が挿入される変形可能な胴型と、前記一対の成形型を胴型の内面に当接させて位置決めするため、一対の成形型が胴型内で光軸に対して交差する方向に移動可能な状態で胴型を光軸に対して前記交差方向に変形させる変形手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明では、一対の成形型を胴型内に挿入した状態とし、この状態で変形手段により胴型を光軸に対して交差する方向に変形させる。この変形によって一対の成形型が胴型の内面に当接する。胴型の内周面が一対の成形型の外周面と近似しているため、一対の成形型は胴型の内周面に倣った状態となって光軸が合った位置決め状態となる。
【００１０】
このような請求項１の発明では、胴型を光軸と交差する方向に変形させることにより、その内面に一対の成形型を接触させて位置決めするため、シフトずれやチルトずれが発生することがなくなり、簡単な構造で、一対の成形型を高精度に位置決めすることができる。このため、光学素子を高精度に成形することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光学素子の成形装置であって、前記胴型は、一対の成形型が挿入可能な空間を複数有していることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明では、胴型の複数の空間内に成形型を挿入することにより、多数の光学素子を同時に成形することができる。
【００１３】
請求項３の発明の光学素子の成形方法は、光学ガラス素材を加熱軟化して成形することにより光学素子とする成形方法において、略円柱形状の一対の成形型の外周面に近似した内周面を有する変形可能な胴型内に一対の成形型と光学ガラス素材を挿入する工程と、一対の成形型が胴型内で光軸に対して交差する方向に移動可能な状態で胴型を光軸に対して交差する方向に変形させ、一対の成形型を胴型の内面に当接させて位置決めする位置決め工程と、光学ガラス素材を前記一対の成形型によりプレスして成形する工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明では、光学ガラス素材を保持した一対の成形型を胴型内に挿入した後、位置決め工程では、胴型を光軸に対して交差する方向に変形させてその内面を一対の成形型に当接させる。このとき、胴型の内周面が一対の成形型の外周面と近似しているため、胴型を当接させることにより、一対の成形型が胴型の内周面に倣った状態となって光軸が合った位置決め状態となり、シフトずれやチルトずれが発生することがなくなり、簡単な操作で、一対の成形型を高精度に位置決めすることができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項３に記載の光学素子の成形方法であって、前記胴型は、一対の成形型が挿入可能な空間を複数有しており、前記位置決め工程は、複数対の成形型の位置決めを同時に行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明では複数対の成形型を同時に位置決めするため、多数の光学素子の成形を行うことができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項３または４に記載の光学素子の成形方法であって、前記位置決め工程は、一対の成形型によるプレスの終了直前に行うことを特徴とする。
【００１８】
光学素子の成形は、光学ガラス素材を一対の成形型によってプレスすることにより行われる。請求項５の発明では、胴型の変形による位置決め工程をプレスの終了直前に行うものであり、プレス終了直前に一対の成形型の光軸が合った状態となって光学素子が成形される。このような発明では、一対の成形型への胴型の当接が短時間となるため、成形型と胴型との摺動距離が短くなる。このため、摺動による摩耗を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光学素子の成形装置によれば、胴型を光軸と交差する方向に変形させることにより、その内面に一対の成形型を接触させて位置決めするため、簡単な構造でシフトずれやチルトずれが発生することを防止することができ、一対の成形型を高精度に位置決めすることができる。
【００２０】
本発明の光学素子の成形方法によれば、胴型を変形させてその内面を一対の成形型に当接させることにより、一対の成形型を位置決め状態として、シフトずれやチルトずれの発生を防止するため、簡単な操作で、一対の成形型を高精度に位置決めすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図示する実施の形態により具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。
【００２２】
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１であり、図１は全体の正面図を示す。この実施の形態の光学素子の成形装置１は、一対の成形型としての上型２及び下型３と、これらの型２，３が対向状態で挿入される胴型４と、胴型４を変形させるための変形手段としての押圧部材５及び受部材６とを備えている。光学ガラス素材１０は、下型３と上型２との間に挟まれた状態でプレス成形に供される。
【００２３】
上型２及び下型３が挿入された状態の胴型４は、下型ヒータプレート７上に載置された状態で光学ガラス素材１０の成形が行われる。下型ヒータプレート７は、下軸９に支持された下型ヒータ８の上面に取り付けられている。一方、上型２に対しては、上型ヒータプレート１１が当接するように配置されている。上型ヒータプレート１１は、上軸１３に取り付けられた上型ヒータ１２の下面に取り付けられている。上軸１３は、光軸と平行な矢印Ｂ方向に沿ってプレス力を作用させ、これにより上型２が下型３方向に移動して光学ガラス素材１０のプレス成形が行われる。
【００２４】
変形手段の一の構成部材である押圧部材５は、光軸に対して直交状に交差する矢印Ａ方向に沿って伸長作動するシリンダが使用されている。押圧部材５は、その伸長作動により、ロッド５ａが胴型４方向に進出し、この進出により光軸に対して直交状に交差した矢印Ａ方向に胴型４を変形させる。一方、変形手段の他の構成部材である受部材６は、押圧部材５との間で胴型４を挟む位置に配置されており、押圧部材５の伸長に基づく胴型の変形を受けるように作用する。
【００２５】
図２は、胴型４、押圧部材５及び受部材６の配置関係を示す。胴型４は、光学ガラス素材１０を保持した上型２及び下型３が挿入可能な長さを有している。また、胴型４は平面から見て円を２等分した半円状の一対の分割体４ａ、４ｂによって構成されている。各分割体４ａ、４ｂは略Ω形状に成形されており、上型２及び下型３が挿入される挿入部４ｃ及び４ｄと、これらの挿入部４ｃ、４ｄの両端部から径方向に延びるアーム部４ｅ及び４ｆによって構成されている。
【００２６】
上型２及び下型３は、外形が略円柱形状に成形されており、胴型４の挿入部４ｃ、４ｄに挿入された状態で光軸が一致するように位置決めが行われる。胴型４の挿入部４ｃ、４ｄにおける内周面１４、１５は、上型２及び下型３の外周面と略近似した形状に成形されており、上型２及び下型３の外周面と当接することにより上型２及び下型３を位置決めする。挿入部４ｃ、４ｄの両端部に設けられたアーム部４ｅ、４ｆは、押圧部材５による押圧力を受けるものである。
【００２７】
押圧部材５のロッド５ａは、先端部が二叉状に分岐されており、それぞれの先端部が一方の分割体４ａのアーム部４ｅに臨んでいる。受部材６も二叉状に分岐されており、その先端部が他方の分割体４ｂのアーム部４ｆに当接した状態でアーム部４ｆを受けている。
【００２８】
次に、この実施の形態による光学素子の成形を説明する。図１に示すように、光学ガラス素材１０を挟み込んだ上型２及び下型３を胴型４内に挿入して組立状態とし、この組立状態で下型ヒータプレート７上に載置する。
【００２９】
図２はこの状態を示し、胴型４の分割体４ａ、４ｂが上型２及び下型３を包み込んだ状態となっているが、この状態では、上型２及び下型３に密着していない。従って、上型２及び下型３は光軸に沿った矢印Ｂ方向に自由に移動することができ、プレスが可能となっている。
【００３０】
上型ヒータプレート１１を上型２に接触させた状態とした後、それぞのヒータ８、１２によって下型３、上型２、胴型４を加熱する。この加熱により、上型２及び下型３に挟み込まれた光学ガラス素材１０が加熱される。
【００３１】
光学ガラス素材１０が成形可能な所定の温度に加熱されたとき、上軸１３及び下軸９を駆動することにより、上型ヒータプレート１１及び下型ヒータプレート７を相対的に接近させる。これにより、上型２及び下型３による光学ガラス素材１０のプレスが開始される。
【００３２】
プレスにより光学ガラス素材１０が徐々に変形してプレスの終了直前になった時点で、押圧部材５を駆動してそのロッド５ａを分割体４ａのアーム部４ｅに押圧して変形力を作用させる。この押圧力により、分割体４ａは光軸と直交状に交差した矢印Ａ方向に、すなわち分割体４ｂ方向に移動する。分割体４ｂは、受部材６によって支持されているため、移動することがなく、このため分割体４ａが分割体４ｂに受け止められる。
【００３３】
図３は、さらに押圧部材５を駆動した状態を示し、アーム部４ｅ、４ｆが受部材６及び押圧部材５のロッド５ａに挟まれた状態となり、この状態からアーム部４ｅ、４ｆの間隔がさらに小さくなる方向に移動する。これにより、胴型４は径が小さくなるように変形し、その内周面１４、１５が上型２及び下型３に当接する。このとき、胴型４の内周面１４，１５は上型２及び下型３の外周面と近似しているため、上型２及び下型３は胴型４の内周面１４，１５に倣った状態となって光軸が合った位置決めが行われる。この位置決めの後、さらにプレスを続行することにより、光軸が合った上型２及び下型３によるプレスが行われる。
【００３４】
そして、プレスの終了の後、上下型のヒータプレート１２，８をＯＦＦとし、冷却の後、上型ヒータプレート１１を上昇させ、上型２、下型３及び胴型４を下型ヒータプレート７から取り出す。
【００３５】
このような実施の形態では、胴型４を光軸と交差するＡ方向に変形させて、その内周面１４，１５に上型２及び下型３を接触させて位置決めするため、シフトずれやチルトずれが発生することがない。このため、上型２及び下型３を高精度に位置決めすることができ、光学素子を高精度に成形することができる。また、シフトずれやチルトずれを防止するような複雑な構造が不要であり、制御も容易となる。
【００３６】
また、この実施の形態では、胴型４を変形させて行う位置決めを光学ガラス素材１０のプレスの終了直前に行うため、上型２及び下型３と胴型４との当接が短時間となるため、上型２及び下型３と胴型４との摺動距離が短くなる。このため、摺動による上型２、下型３及び胴型４の摩耗を抑制することができる。
【００３７】
なお、この実施の形態では、上型２及び下型３による光学ガラス素材１０のプレスに先立って、押圧部材５を駆動して胴型４による上述した上型２及び下型３の位置決めを行っても良い。また、上型２及び下型３によるプレスと、胴型４の当接による上型２及び下型３の位置決めと、押圧部材５の駆動停止による胴型４の当接解除とを繰り返して成形を行っても良い。さらに、上型２及び下型３によるプレス中に、胴型４の上型２及び下型３に対する当接力を段階的に大きくするように制御して成形を行っても良い。
【００３８】
以上のように、胴型４が光軸と交差する方向と変形することから、胴型４としては変形容易な材料が使用される。この材料としては、大きなヤング率を有する炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（ＳｉＮ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、サーメット等のセラミックスを用いることができ、商品名「アンビロイ」等の鋼材を用いることも可能である。また、超硬（タングステンカーバイト）の使用も可能である。
【００３９】
（実施の形態２）
図４及び図５は、本発明の実施の形態２における胴型２０を示す。図４の形態における胴型２０は、平面から見て略円形に成形され、上型２及び下型３が挿入される本体２１と、本体２１の端部から径方向に延びる一対のアーム部２２、２３とを備えた構造となっており、アーム部２３に受部材６が当接し、アーム部２２に押圧部材５のロッド５ａが当接可能なように臨んでいる。この形態では、ロッド５ａがアーム部２２を矢印Ａ方向に押圧して、アーム部２２方向に接近させることにより本体２１の径を小さくする。これにより、本体２１内に挿入されている上型２及び下型３の外周面に本体２１の内面が当接して上型２及び下型３の位置決めを行うことができる。
【００４０】
図４の形態における胴型２０は、本体２１に肉厚部２５を形成するものである。肉厚部２５は、一対のアーム部２２、２３の反対側に位置するように形成されている。このように肉厚部２５を設けることにより、本体２１の径を小さくしたとき、本体２１を真円にすることができるメリットがある。
【００４１】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における胴型３０を示す。この胴型３０は、上型２及び下型３が挿入される空間３１を４箇所に有している。空間３１は胴型３０の中心から等間隔で放射状に配置されている。それぞれの空間３１は、上型２及び下型３の外周面に近似した内周面を有している。また、空間の一部が開放され、この開放部分からアーム部３２が径方向に延びている。アーム部３２は、押圧部材５による矢印Ａ方向の力が作用することにより、矢印Ｄで示す閉じ方向に移動する。矢印Ｄ方向は、光軸に対して交差する方向となるものである。このような移動により、空間３１が閉じられるように変形して、内面が内部の上型２及び下型３の外周面に当接する。これにより、上型２及び下型３の位置決めを行うことができる。
【００４２】
この実施の形態では、上型２及び下型３がそれぞれ挿入される空間３１を４箇所に有しているため、それぞれの空間３１での上型２及び下型３の位置決めを同時に行うことができる。これにより、多数の光学素子を同時に成形することができる。
【００４３】
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４を示す。この形態では、受部材４０がブロック状に成形されており、その外面部分に円弧状の受け面４１が４箇所に形成されている。それぞれの受け面４１には、上型２及び下型３が挿入される胴型３５がセットされる。従って、この実施の形態においても多数の光学素子を同時に成形することが可能となっている。
【００４４】
胴型３５は、円の一部が切り欠かれた形状となっており、任意の方向を向いて受け面４１内にセットされる。このセット状態に対して、押圧部材５は受部材４０に接近して受け面４１内の胴型３５に当接する。この当接によって、胴型３５は径が小さくなる方向に変形して内部の上型２及び下型３に当接し、これらの位置決めを行う。
【００４５】
なお、押圧部材５は矢印Ｇで示すように首振り可能な構造とすることにより、対応している複数の胴型３５に同時に当接することができ、複数の胴型３５への縮径を同時に行うことができる。
【００４６】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく種々変形が可能である。例えば、胴型の内面は、上型２及び下型３に当接してこれらを位置決めする円弧長を有していれば良く、このためには、胴型として半円以上の円弧長であれば適宜選択することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１における成形装置の全体正面図である。
【図２】実施の形態１を用いる胴型の位置決め前の平面図である。
【図３】胴型の位置決め後の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態２における胴型の平面図である。
【図５】実施の形態２における別の胴型の平面図である。
【図６】実施の形態３における胴型の平面図である。
【図７】実施の形態４における胴型の平面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  成形装置
２  上型
３  下型
４、２０、３０、３５  胴型
５  押圧部材
６  受部材
１０  ガラス光学素材
【図１】
2005104805.tif 000003
【図２】
2005104805.tif 000004
【図３】
2005104805.tif 000005
【図４】
2005104805.tif 000006
【図５】
2005104805.tif 000007
【図６】
2005104805.tif 000008
【図７】
2005104805.tif 000009