(57)【要約】【課題】対峙する第１型及び第２型により加熱軟化したガラス素材を押圧してガラス光学素子を成形する技術において、高精度の成形加工を実現させるガラス光学素子の成形型の芯出技術を提供する。【解決手段】ビーム(B)を出力してその反射光を検知する水平度検知器(20)と、ビーム(B)を透過して第２成形曲面(62)で反射する第２型と、ビーム(B)が第１固定面(31)に垂直に入射するようにする第１傾斜調節機構(91a)と、第２固定面(41)をビーム(B)に対して直交させる第２傾斜調節機構(91b)と、第１成形曲面(52)からのビーム(B)の反射光が入射光に一致するように第１型(50)の水平位置を調節する第１位置調節機構(80a)と、ビーム(B)の第２成形曲面(62)からの反射光が入射光に一致するように第２型(60)の水平位置を調節する第２位置調節機構(80b)と、を手段として備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱軟化したガラス素材を押圧して成形されるガラス光学素子の成形型の芯出装置において、
前記ガラス光学素子の第１面を成形する第１成形曲面、及びこの第１成形曲面に回転対称な第１対称軸に直交する第１基準面を有する第１型と、
前記第１基準面を第１固定面に接触させて前記第１型を固定する第１固定台と、
ビームが物体に垂直に入射するとその反射光を検知する水平度検知器と、
前記ビームを前記第１固定面に対し垂直に入射させる第１傾斜調節機構と、
前記ガラス光学素子の第２面を成形する第２成形曲面、及びこの第２成形曲面に回転対称な第２対称軸に直交する第２基準面を有し、前記第２基準面から入射した前記ビームを透過して前記第２成形曲面で反射させる性質を有する第２型と、
前記ビームが通過するビーム通過孔を有し、前記第２基準面を第２固定面に接触させて前記第２型を固定する第２固定台と、
前記第２固定面を、前記ビームに対して直交させる第２傾斜調節機構と、
前記ビームの前記第１成形曲面からの反射光が前記水平度検知器により検知されるように前記第１型の前記第１固定面上の水平位置を調節する第１位置調節機構と、
前記ビームの前記第２成形曲面からの反射光が前記水平度検知器により検知されるように前記第２型の前記第２固定面上の水平位置を調節する第２位置調節機構と、を備えることを特徴とするガラス光学素子の成形型の芯出装置。
【請求項２】
前記第１傾斜調節機構は、前記第１固定台の傾斜を調節する機構であることを特徴とする請求項１に記載のガラス光学素子の成形型の芯出装置。
【請求項３】
前記第１傾斜調節機構は、前記水平度検知器の傾斜を調節する機構であることを特徴とする請求項１に記載のガラス光学素子の成形型の芯出装置。
【請求項４】
前記第２傾斜調節機構は、前記ビーム通過孔における前記ビームの通過／反射を切り替え自在にするとともに前記第２固定面の延長面を有する平面板と、前記第２固定台の傾斜を調節する機構と、からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガラス光学素子の成形型の芯出装置。
【請求項５】
第１位置調節機構及び／又は第２位置調節機構は、前記第１型及び／又は第２型を側方から位置決めする位置決定部材と、弾性力を付勢する付勢部材と、を含む構成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項に記載のガラス光学素子の成形型の芯出装置。
【請求項６】
加熱軟化したガラス素材を押圧して成形されるガラス光学素子の成形型の芯出方法において、
ビームの入射光が第１固定面に垂直に入射するように設定する工程と、
前記ガラス光学素子の第１面を成形する第１成形曲面、及びこの第１成形曲面に回転対称な第１対称軸に直交する第１基準面を有する第１型を前記第１固定面に配置する工程と、
前記第１成形曲面に入射した前記ビームの反射光が前記入射光の光軸と一致するように前記第１型の前記第１固定面上の水平位置を調節する工程と、
第２固定面を、前記ビームの入射光に対して直交させる工程と、
前記ガラス光学素子の第２面を成形する第２成形曲面、及びこの第２成形曲面に回転対称な第２対称軸に直交する第２基準面を有し、前記ビームの入射光を透過して前記第２成形曲面で反射する性質を有する第２型を前記第２固定面に配置する工程と、
前記第２成形曲面に入射した前記ビームの反射光が前記入射光の光軸と一致するように前記第２型の前記第２固定面上の水平位置を調節する工程と、を含むことを特徴とするガラス光学素子の成形型の芯出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対峙する第１型（下型）及び第２型（上型）に分割される成形型により、加熱軟化したガラス素材を押圧して、ガラス光学素子を成形する技術分野に属し、特に、高精度の成形加工を実現させるガラス光学素子の成形型の芯出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高機能のガラス光学素子が開発されるにつれ、高精度な成形加工が要求されることとなり、この要求を達成させるための成形技術の研究が進められている。そのなかでも、ガラス光学素子を成形するときに、型閉状態／型開状態を繰り返す一組の成形型（第１型、第２型）の芯出が高精度になされるようにする技術は重要な成形技術の一つである。
ここで芯出とは、ガラス光学素子の第１面を成形する第１型と同第２面を成形する第２型とが型閉状態で両者の回転対称軸が一致していることである。
【０００３】
このような芯出を高精度で実行するための従来技術として、図６に示すような技術が開示されている。
すなわち、上型１及び下型２は、型開状態で加熱軟化したガラス素材（図示せず）を間に挟み、これを型閉状態にすると、このガラス素材を押圧するように構成されている。そして可動軸３は、下型２を保持し上下方向に可動して型閉／型開を繰り返すものである。ここで上型１には、ガラス光学素子の第１面を成形する成形曲面１ａとは反対面に、対称形の調節用曲面１ｂが設けられている。そして、上方に配置された水平度検知器４から出力されるビームが調節用曲面１ｂ及び成形曲面２ａで反射する反射光を検知して、上型１及び下型２の芯出を行っていた。
【特許文献１】特開平８−９１８５５号公報（段落００１１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記した従来技術は、芯出調節を行うために、上型１の成形曲面１ａの反対面にこれと対称形の調節用曲面１ｂのような特殊な加工を必要とするものである。このため、達成される芯出の精度は、この調節用曲面１ｂの加工精度に大きく依存することになる。また、このような特殊な加工を必要とする上型１は高価になることが避けられない。このため、成形型が消耗品であることを鑑みると、従来技術のような芯出技術を採用することは、ガラス光学素子の生産コストを大きく引き上げることとなり問題である。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決することを課題として創案されたものであり、成形型に特殊な加工を施さずに芯出を可能とし、高精度でかつ安価なガラス光学素子を成形することができるガラス光学素子の成形型の芯出装置、及びその芯出方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記した課題を解決するために、加熱軟化したガラス素材を押圧して成形されるガラス光学素子の成形型の芯出装置において、前記ガラス光学素子の第１面を成形する第１成形曲面、及びこの第１成形曲面に回転対称な第１対称軸に直交する第１基準面を有する第１型と、前記第１基準面を第１固定面に接触させて前記第１型を固定する第１固定台と、ビームが物体に垂直に入射するとその反射光を検知する水平度検知器と、前記ビームを前記第１固定面に対して垂直に入射させる第１傾斜調節機構と、前記ガラス光学素子の第２面を成形する第２成形曲面、及びこの第２成形曲面に回転対称な第２対称軸に直交する第２基準面を有し、前記第２基準面から入射した前記ビームを透過して前記第２成形曲面で反射する性質を有する第２型と、前記ビームが通過するビーム通過孔を有し、前記第２基準面を第２固定面に接触させて前記第２型を固定する第２固定台と、前記第２固定面を、前記ビームに対して直交させる第２傾斜調節機構と、前記ビームの前記第１成形曲面からの反射光が前記水平度検知器により検知されるように前記第１型の前記第１固定面上の水平位置を調節する第１位置調節機構と、前記ビームの前記第２成形曲面からの反射光が前記水平度検知器により検知されるように前記第２型の前記第２固定面上の水平位置を調節する第２位置調節機構と、を手段として備えることを特徴とする。
【０００７】
このような手段から本発明が構成されることにより、ガラス光学素子の第１面及び第２面を成形する第１型の第１成形曲面及び第２型の第２成形曲面におけるそれぞれの形状から直接に芯出の調節をすることが可能になる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、成形型に特殊な加工を施さずに芯出が可能となり、高精度でかつ安価なガラス光学素子を成形することができるガラス光学素子の成形型の芯出装置、及びその芯出方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、本実施形態のガラス光学素子の成形型の芯出装置１０は、水平度検知器２０と、成形型７０と、第１位置調節機構８０ａと、第２位置調節機構８０ｂと、筐体９０と、第１傾斜調節機構９１ａと、第２傾斜調節機構９１ｂと、押圧機構９２とを主要な構成要素にするものである。
【００１０】
水平度検知器（オートコリメータ）２０は、図２（ａ）に示されるように、ビーム光源２１と、レンズ２２，２４と、ハーフミラー２３と、ポジションセンサ２５とから構成される。このように構成される水平度検知器２０は、物体３２の表面からのビームＢの反射光を検知して、ビームＢの入射角が垂直であるか否かを判断するものである。そして、図１に示すように、水平度検知器２０は、台座２０ａを介して筐体９０に固定されている。この台座２０ａは、水平度検知器２０から出力されるビームＢの光軸を変えるために、水平度検知器２０の傾斜及び位置を調節するものである。そして、台座２０ａは、ビームＢの光軸のベクトルが、後記する押圧機構９２の往復運動のベクトルと一致するように、調節されていることが望ましい。
【００１１】
図２（ａ）に戻って、説明を続ける。
ビーム光源２１から出力されたビームＢは、レンズ２２、ハーフミラー２３、レンズ２４と通過して直進し、物体３２の表面に入射する。そして、入射したビームＢは、物体３２の表面で反射されて、反対方向に直進し、レンズ２４を通過したのちハーフミラー２３で反射される。このハーフミラー２３で反射されたビームＢは、ポジションセンサ２５に入射することとなる。ここで、ポジションセンサ２５とは、例えばＣＣＤカメラのように、ビームＢが入射した位置を二次平面上で特定することができるものである。また、レンズ２２，２４は、ビームＢが拡散・収束のない平行光となるように、適宜移動して調整（コリメート）するものである。
【００１２】
ここで、図２(ｂ)は、図示しないモニタのスクリーン２５ａを示す図である。このスクリーン２５aは、ポジションセンサ２５に入射したビームＢの二次平面上の位置及び断面をスポットＳとして結像させたものである。ここで、スポットＳの位置がセンター位置２５ｂに一致した場合は、すなわち、物体３２の表面にビームＢが垂直に入射したために、その反射光が入射光の光軸と一致したことを示す。
このようにして、スポットＳのスクリーン２５ａの位置を確認することにより、物体３２にビームＢが垂直に入射しているか否かを判断することができる。また、スポットＳがセンター位置２５ｂに位置するように、物体３２の傾斜を調節することができれば、この表面にビームＢを垂直に入射させることが可能になる。
【００１３】
成形型７０は、図３（ａ）に示されるように、下型（第１型）５０と、上型（第２型）６０とから構成されるものである。なお図３（ａ）は成形型７０の「型閉状態」を示すものであって、キャビティ７１は、図３（ｂ）で示されるガラス光学素子７２と同じ形状となっている。そして、この「型閉状態」から下型５０又は上型６０のいずれか一方を離して「型開状態」にして、加熱軟化したガラス素材（図示せず）を下型５０に配置した後、「型閉状態」に戻せば、このガラス素材は押圧されて変形し、ガラス光学素子７２が成形されることになる。さらに、「型開状態」→「ガラス素材の配置」→「型閉状態」→「成形品の取り出し」の動作が繰り返されることによりガラス光学素子７２が量産されることになる。
【００１４】
下型（第１型）５０は、ガラス光学素子７２の第１面７２ａを成形する第１成形曲面５２、及びこの第１成形曲面５２に回転対称な第１対称軸５４に直交する第１基準面５３を有するものである。このように構成されることにより下型５０は、第１対称軸５４を回転中心とする回転対称体で構成され（図３（ｃ）参照）、この第１対称軸５４との交点で第１成形曲面５２に接する第１接平面５５は、第１基準面５３と平行に構成されることとなる。このため、この第１成形曲面５２及び第１基準面５３を貫くビームＢ（図２参照）の入射光と反射光が一致する光軸は、第１対称軸５４にも一致しているといえる。
【００１５】
そして、この下型（第１型）５０は、第１基準面５３が第１固定台３０（図１参照）の第１固定面３１に接触して固定されている。このため第１固定面３１は、第１基準面５３と同一平面を共有するものであり、入射したビームＢが乱反射しない程度に、平滑に仕上げられている。
【００１６】
図３（ａ）に戻って、説明を続ける。
上型（第２型）６０は、ガラス光学素子７２の第２面７２ｂを成形する第２成形曲面６２、及びこの第２成形曲面６２に回転対称な第２対称軸６４に直交する第２基準面６３を有し、第２基準面６３から入射したビームＢ（図１参照）を透過して第２成形曲面６２で反射する性質を有するものである。このように構成されることにより上型６０は、第２対称軸６４を回転中心とする回転対称体で構成され（図３（ｃ）参照）、この第２対称軸６４との交点で第２成形曲面６２に接する第２接平面６５は、第２基準面６３と平行に構成されることとなる。このため、この第２基準面６３及び第２成形曲面６２を貫くビームＢ（図２参照）の入射光と反射光が一致する光軸は、第２対称軸６４にも一致しているといえる。このように、ビームＢは、上型（第２型）６０の内部を透過する必要があるので、その材質はビームＢに対して透明であることが要求される。具体的には、ガラス材料などが挙げられる。
【００１７】
ところで、本発明でいう回転対称体とは、図３（ｃ）に示されるような、対称軸５４に垂直方向の断面が完全な円形で示されるものに限定されるものでなく、例えば楕円である場合も含まれる。従って、本発明を適用することができるガラス光学素子７２としては、トーリックレンズのように、直交する方向の曲率が相違するような光学素子も含まれる。
【００１８】
そして、この上型（第２型）６０は、第２基準面６３が第２固定台４０（図１参照）の第２固定面４１に接触して固定されている。この第２固定台４０には、ビームＢが通過するビーム通過孔４２が設けられている。
このビーム通過孔４２には、図５（ｃ）に示すように、第２固定台４０に対するビームＢの通過／反射を自在に切り替える平面板４３が設けられている。そして、この平面板４３は、その表面がビームＢを反射するように平滑に仕上げられているとともに、その表面が第２固定面４１の延長面となるように構成されている。
【００１９】
図３（ａ）に戻って、説明を続ける。
このように構成される成形型７０において、第１成形曲面５２、第１基準面５３、第２成形曲面６２及び第２基準面６３における、一本のビームＢの入射光と反射光とが一致するように、すなわち、図２（ｂ）に示すスポットＳがセンター位置２５ｂにくるように、上型６０と下型５０との配置を調節すれば、芯出がなされることとなる。
【００２０】
位置調節機構８０（第１位置調節機構８０ａ、第２位置調節機構８０ｂ）は、図４に示されるように、締結部材８１と、位置決定部材８２と、付勢部材８３とから構成されるものである。このように構成される第１位置調節機構８０ａは、図１を参照して、第１成形曲面５２に入射するビームＢの反射光が水平度検知器２０により検知されるように下型５０の第１固定面３１上の水平位置を調節するものである。そして、第２位置調節機構８０ｂは、第２成形曲面６２に入射するビームＢの反射光が水平度検知器２０により検知されるように上型６０の第２固定面４１上の水平位置を調節するものである。
【００２１】
締結部材８１は、図１に示すように、上型６０を第２固定台４０に第２固定孔６１（図３（ａ）参照）を貫通させて固定するものである、これにより、上型６０は、図示しない他の部材等を介して筐体９０に対し高い剛性で支持されることになる。
また同様にして、締結部材８１は、下型５０を第１固定台３０に第１固定孔５１（図２（ａ）参照）を貫通させて固定するものである。これにより、下型５０は、押圧機構９２等を介して筐体９０に対して高い剛性で支持されることになる。
【００２２】
図４（ｂ）を参照して、説明を続ける。
位置決定部材８２は、押しネジ８２ａと基台８２ｂとから構成されるものである。このように構成される位置決定部材８２は、押しネジ８２ａの回転量にあわせて長手方向に前進後退するものである。そして、位置決定部材８２は、互いに直交する方向に長手方向を向けて二箇所において位置されている。これにより、押しネジ８２ａを回転させると、その先端が上型６０又は下型５０の側面に当接して、これらの位置をずらす。
【００２３】
付勢部材８３は、押しピン８３ａと、基台８３ｂと、弾性バネ８３ｃとから構成されるものである。このように構成される付勢部材８３は、押しピン８３ａの先端が上型６０又は下型５０の側面に当接して、弾性バネ８３ｃが伸張する方向に弾性力を付勢するものである。
そして、向かい合って連携する位置決定部材８２及び付勢部材８３の対が、直交する方向で二箇所に配置されることにより、図４（ｂ）で示される平面内の任意の方向に上型６０又は下型５０を移動させることが可能になる。これにより、二つの押しネジ８２ａを適切に回転させて上型６０及び下型５０が芯出するように調整することが可能になる。
なおこれらの調節時は、締結部材８１を緩めた状態で行い、上型６０又は下型５０の位置が確定したところで、この締結部材８１を締め付けて固定することになる。
【００２４】
図１に戻って、説明を続ける。
第１傾斜調節機構９１ａは、第１固定台３０の傾斜を調節して、ビームＢが第１固定面３１に垂直に入射するように機能するものである。この第１傾斜調節機構９１ａの構成の詳細な説明は省略するが、二枚の重ねた板材の間に、直交する方向からくさびを進入・後退させて、このくさびの移動量を適宜調節する構成をとることにより第１固定面３１の傾斜を調節することができる。また、第１固定台３０を二軸回転機構の上に配置するように構成される第１傾斜調節機構９１ａによっても同様の機能を発揮することができる。さらに、第１固定台を後記するテーブル９２ａに対して三点支持する脚（図示せず）を設け、この脚の長さを伸縮させることによっても同様の機能が発揮される。
ところで、図１に示される実施形態では、第１傾斜調節機構９１ａは第１固定台３０の傾斜を調節するように構成されているが、他の実施形態として、前記した台座２０ａに替えてこの第１傾斜調節機構９１ａを配置し、水平度検知器２０の傾斜を調節するように構成しても、ビームＢを第１固定面３１に垂直に入射させることが可能である。
【００２５】
第２傾斜調節機構９１ｂは、第２固定面４１を、ビームＢに対して直交するように機能するものである。この第２傾斜調節機構９１ｂの構成は、前記した第１傾斜調節機構９１ａに同じであるので、説明を省略する。
【００２６】
押圧機構９２は、テーブル９２ａと、ガイド９２ｂと、加圧部９２ｃとから構成されるものである。このように構成される押圧機構９２は、成形型７０を型開、型閉させるとともに、キャビティ７１に配置された加熱軟化したガラス素材を変形させてガラス光学素子７２に成形するのに必要な荷重を付与するものである。
テーブル９２ａは、一定方向（図１では上下方向）に対し揺れなく往復運動するものである。そして、成形型７０が型閉状態となる位置でこの往復運動の上止点が定められ、型開状態となる位置でこの往復運動の下止点が定められている。
ガイド９２ｂは、筐体９０と一体化して剛体を形成しており、テーブル９２ａを案内して揺れが生じないように往復運動のベクトルを規定するものである。
加圧部９２ｃは、往復運動のストロークと、ガラス光学素子７２を成形するのに必要な荷重とを付与するものである。具体的には、油圧方式や、モータの回転運動を直線運動に変換させる方式が採用される。
なお、本実施形態において押圧機構９２は、下型５０を移動させるように構成されているが、上型６０を移動させるように構成されていてもよい。
【００２７】
（芯出方法について）
図５を参照して（適宜、他の図面も参照）、本発明のガラス光学素子の成形型の芯出方法の実施形態を示す。
最初に図５（ａ）に示すように、ビームＢの入射光が第１固定面３１に垂直に入射するように設定する。すなわち、第１固定台３０の傾斜（θｘ，θｙ）を調節する。具体的には、第１傾斜調節機構９１ａ（図１参照）を動作させて、図２（ｂ）に示すスポットＳがセンター位置２５ｂにくるようにする。
【００２８】
次に、図５（ｂ）に示すように、下型５０を第１固定面３１に配置し、第１成形曲面５２に入射したビームＢの反射光が入射光の光軸と一致するように下型５０の第１固定面３１上の水平位置（ｘ，ｙ）を調節する。具体的には、図４（ｂ）に示す二つの押しネジ８２ａ，８２ａを回転させて図２（ｂ）に示すスポットＳがセンター位置２５ｂにくるようにする。
【００２９】
次に、図５（ｃ）に示すように、第２固定面４１を、ビームＢの入射光に対して直交させる。具体的には、平面板４３を第２固定面４１に接触させてビーム通過孔４２を塞ぎ、ビームＢを平面板４３において反射させる。そして、第２固定台４０の傾斜（φＸ，φＹ）を調節する。さらに具体的にいうと、第２傾斜調節機構９１ｂ（図１参照）を動作させて、図２（ｂ）に示すスポットＳがセンター位置２５ｂにくるようにする。この時に、下型５０、上型６０の間に遮光板を配置し遮光した状態で行うと、反射光のノイズが少なくなり作業がしやすい。
【００３０】
次に、図５（ｄ）に示すように、上型６０を第２固定面４１に配置し、第２成形曲面６２に入射したビームＢの反射光が入射光の光軸と一致するように上型６０の第２固定面４１上の水平位置（Ｘ，Ｙ）を調節する。具体的には、図４（ｂ）に示す二つの押しネジ８２ａ，８２ａを回転させて図２（ｂ）に示すスポットＳがセンター位置２５ｂにくるようにする。
【００３１】
なお、以上説明した芯出方法を、プログラムに基づくコンピュータ制御を用いて、オートコリメータ２０によるビームＢの反射光のスポットＳの位置検出データに基づき、傾斜調節機構９１ａ，９１ｂ及び位置調節機構８０ａ，８０ｂの調節を自動化して実現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係るガラス光学素子の成形型の芯出装置の正面図である。
【図２】（ａ）は本発明の構成要素である水平度検知器の一例を示す正面図であり、（ｂ）はこの水平度検知器の検知結果を示すモニタ画面である。
【図３】（ａ）は本発明の構成要素である第１型と第２型の一例により型閉状態を示す断面図であり、（ｂ）はガラス光学素子を示す断面図であり、（ｃ）は第１型又は第２型のいずれか一方を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は本発明の構成要素である位置調節機構の縦断面図であり、（ｂ）は上面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係るガラス光学素子の成形型の芯出方法を説明する図面である。
【図６】従来例として示す成形型の芯出機構の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０    ガラス光学素子の成形型の芯出装置
２０    （水平度検知器）オートコリメータ
３０    第１固定台
３１    第１固定面
４０    第２固定台
４１    第２固定面
４２    ビーム通過孔
４３    平面板
５０    下型（第１型）
５２    第１成形曲面
５３    第１基準面
５４    第１対称軸
６０    上型（第２型）
６２    第２成形曲面
６３    第２基準面
６４    第２対称軸
７０    成形型
７２    ガラス光学素子
７２ａ  第１面
７２ｂ  第２面
８０ａ  第１位置調節機構
８０ｂ  第２位置調節機構
９１ａ  第１傾斜調節機構
９１ｂ  第２傾斜調節機構
９２    押圧機構
Ｂ      ビーム
【図１】
2007153668.tif 000003
【図２】
2007153668.tif 000004
【図３】
2007153668.tif 000005
【図４】
2007153668.tif 000006
【図５】
2007153668.tif 000007
【図６】
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