(57)【要約】      （修正有）【課題】  ガラス等の素材を成形して光学素子を製造する光学素子成形装置および光学素子成形方法に関し、ガラス等の素材を効率的に加熱または冷却することができる光学素子成形装置を提供する。【解決手段】  素材３７の成形を行う成形面４３ａが形成される成形型４１と、前記素材３７を加熱する加熱手段１９とを有する光学素子成形装置において、素材３７の加熱と、前記加熱後の冷却との少なくとも一方の時に、素材３７を形型４１から離間した状態で保持する保持部材４７を有することを特徴とする。【選択図】      図１
2007308346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材の成形を行う成形面が形成される成形型と、
前記素材を加熱する加熱手段と、
前記素材の加熱と前記加熱後の冷却との少なくとも一方の時に前記素材を前記成形型から離間した状態で保持する保持部材と、
を有することを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子成形装置において、
前記保持部材を前記成形型に対して相対移動する移動手段を有することを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光学素子成形装置において、
前記保持部材は、前記素材の外周を保持する保持面が形成される開口部を有し、前記保持面が前記成形面に連続する形状とされていることを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の光学素子成形装置において、
前記成形型と対向する第２の成形型を備え、
前記成形型と前記第２の成形型とは、前記対向する方向に相対移動して前記成形型と前記第２の成形型とに収容される素材を加圧する加圧部材に固定されていることを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の光学素子成形装置において、
前記保持部材は、前記素材の成形により得られる光学素子の有効径の外側となる部分の前記素材を保持することを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の光学素子成形装置において、
前記成形型の外周部に冷却用ガスを供給する冷却手段を有していることを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項７】
成形型の成形面に素材を倣わして成形する成形工程と、
前記素材を前記成形型から離間した状態で保持して前記素材の加熱または冷却を行う離間保持工程と、
を有することを特徴とする光学素子成形方法。
【請求項８】
請求項７記載の光学素子成形方法において、
前記成形工程は、前記成形型と前記成形型に対向する第２の成形型とを前記対向する方向に相対移動し、前記成形型と前記第２の成形型との間に配置される素材を加圧する加圧工程を含むことを特徴とする光学素子成形方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８記載の光学素子成形方法において、
前記素材はガラスからなり、前記離間保持工程の前記素材の加熱または冷却を、前記素材の温度がガラス転移点以下の温度で行うことを特徴とする光学素子成形方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９記載の光学素子成形方法において、
前記離間保持工程の前記素材の冷却を、前記第２の成形型を前記素材から離間した後、前記素材を前記成形型から離間して行うことを特徴とする光学素子成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス等の素材を成形して光学素子を製造する光学素子成形装置および光学素子成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対向配置される一対の成形型の間にガラス素材を収容し、電気ヒータにより成形型を介してガラス素材を所定温度まで加熱し、この状態で一対の成形型を相対移動してガラス素材を加圧し、所定形状のガラスレンズを成形する成形装置が知られている。
【特許文献１】特開２００２−１９３６２７号公報
【特許文献２】特開平９−２６８０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の成形装置では、ガラス素材を所定温度まで効率的に加熱すること、あるいは、成形されたガラス素材を効率的に冷却することが困難であり、ガラス素材の加熱または冷却に多大な時間が必要になるという問題があった。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、ガラス等の素材を効率的に加熱または冷却することができる光学素子成形装置および光学素子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】
【０００４】
第１の発明の光学素子成形装置は、素材の成形を行う成形面が形成される成形型と、前記素材を加熱する加熱手段と、前記素材の加熱と前記加熱後の冷却との少なくとも一方の時に前記素材を前記成形型から離間した状態で保持する保持部材とを有することを特徴とする。
第２の発明の光学素子成形装置は、第１の発明の光学素子成形装置において、前記保持部材を前記成形型に対して相対移動する移動手段を有することを特徴とする。
【０００５】
第３の発明の光学素子成形装置は、第１または第２の発明の光学素子成形装置において、前記保持部材は、前記素材の外周を保持する保持面が形成される開口部を有し、前記保持面が前記成形面に連続する形状とされていることを特徴とする。
第４の発明の光学素子成形装置は、第１ないし第３のいずれか１の発明の光学素子成形装置において、前記成形型と対向する第２の成形型を備え、前記成形型と前記第２の成形型とは、前記対向する方向に相対移動して前記成形型と前記第２の成形型とに収容される素材を加圧する加圧部材に固定されていることを特徴とする。
【０００６】
第５の発明の光学素子成形装置は、第１ないし第４のいずれか１の発明の光学素子成形装置において、前記保持部材は、前記素材の成形により得られる光学素子の有効径の外側となる部分の前記素材を保持することを特徴とする。
第６の発明の光学素子成形装置は、第１ないし第５のいずれか１の発明の光学素子成形装置において、前記成形型の外周部に冷却用ガスを供給する冷却手段を有していることを特徴とする。
【０００７】
第７の発明の光学素子成形方法は、成形型の成形面に素材を倣わして成形する成形工程と、前記素材を前記成形型から離間した状態で保持して前記素材の加熱または冷却を行う離間保持工程とを有することを特徴とする。
第８の発明の光学素子成形方法は、第７の発明の光学素子成形方法において、前記成形工程は、前記成形型と前記成形型に対向する第２の成形型とを前記対向する方向に相対移動し、前記成形型と前記第２の成形型との間に配置される素材を加圧する加圧工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
第９の発明の光学素子成形方法は、第７または第８の発明の光学素子成形方法において、前記素材はガラスからなり、前記離間保持工程の前記素材の加熱または冷却を、前記素材の温度がガラス転移点以下の温度で行うことを特徴とする。
第１０の発明の光学素子成形方法は、第８または第９の発明の光学素子成形方法において、前記離間保持工程の前記素材の冷却を、前記第２の成形型を前記素材から離間した後、前記素材を前記成形型から離間して行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、ガラス等の素材を効率的に加熱または冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の光学素子成形装置の一実施形態の要部を示している。
この実施形態の光学素子成形装置は、装置本体１１を有している。装置本体１１の中央には、仕切部材１３が配置されている。仕切部材１３は円筒状をしており、石英ガラスにより形成されている。そして、仕切部材１３の内側に成形室１５が形成され、外側に加熱室１７が形成されている。
【００１１】
加熱室１７には、電気ヒータ１９が配置されている。この電気ヒータ１９は、電熱線２１と熱反射部材２３とを有している。電熱線２１は仕切部材１３の外側に円環状に配置されている。熱反射部材２３は円筒状をしており電熱線２１の外側を覆って配置されている。
成形室１５内の上部には上加圧部材２５が配置され、下部には下加圧部材２７が配置されている。
【００１２】
上加圧部材２５には、窒素等の不活性ガスからなる冷却用ガスを供給するためのガス通路２５ａが形成されている。上加圧部材２５の下端にはフランジ部２５ｂが形成されている。このフランジ部２５ｂには、プレート部材２９がボルト等により固定されている。プレート部材２９のフランジ部２５ｂ側には、中心から放射状に複数の溝部２９ａが形成されており、ガス通路２５ａからの冷却用ガスが溝部２９ａを介してプレート部材２９の外周側に流出される。
【００１３】
プレート部材２９の下面には、上成形型３１が固定されている。上成形型３１は、成形部材３３と支持部材３５とを有している。成形部材３３には、ガラス素材３７の上面の成形を行うレンズ成形面３３ａが形成されている。成形部材３３のプレート部材２９側には、支持部材３５のプレート部材２９側に形成される環状凹部３５ａに嵌合する環状凸部３３ｂが形成されている。そして、支持部材３５をボルト等によりプレート部材２９に固定することにより上成形型３１がプレート部材２９に固定されている。
【００１４】
下加圧部材２７には、窒素等の不活性ガスからなる冷却用ガスを供給するためのガス通路２７ａが形成されている。下加圧部材２７の上端にはフランジ部２７ｂが形成されている。このフランジ部２７ｂには、プレート部材３９がボルト等により固定されている。プレート部材３９のフランジ部２７ｂ側には、中心から放射状に複数の溝部３９ａが形成されており、ガス通路２７ａからの冷却用ガスが溝部３９ａを介してプレート部材３９の外周側に流出される。
【００１５】
プレート部材３９の上面には、下成形型４１が固定されている。下成形型４１は、成形部材４３と支持部材４５とを有している。成形部材４３には、ガラス素材３７の下面の成形を行うレンズ成形面４３ａが形成されている。成形部材４３のプレート部材３９側には、支持部材４５のプレート部材３９側に形成される環状凹部４５ａに嵌合する環状凸部４３ｂが形成されている。そして、支持部材４５をボルト等によりプレート部材３９に固定することにより下成形型４１がプレート部材３９に固定されている。
【００１６】
上成形型３１と下成形型４１との間には保持部材４７が配置されている。この保持部材４７は、ガラス素材３７の加熱および冷却時にガラス素材３７を上成形型３１および下成形型４１から離間した状態で保持する(図３，図５参照)。保持部材４７は円板状をしており、その中心には、図２に示すように開口部(穴部)４７ａが形成されている。開口部４７ａの内周面は、ガラス素材３７の外周を保持する保持面４７ｂとされている。
【００１７】
保持面４７ｂは、下成形型４１に向けて内径が小さくなっている。そして、下端において成形部材４３のレンズ成形面４３ａに連続する形状とされている。これにより成形されたガラス素材３７に段部が形成されるのを防止することができる。保持面４７ｂによりガラス素材３７の外周部が保持される。より具体的には、ガラス素材３７の成形により得られる光学素子の有効径の外側となる部分のガラス素材３７が保持される。これにより光学素子の光学性能を確実に維持することができる。
【００１８】
保持部材４７は、図１に示すように、支持軸４９を介して支持部５１に支持されている。支持軸４９は、下成形型４１の支持部材４５およびプレート部材３９に形成される貫通穴(不図示)に間隙を置いて挿通されている。支持軸４９の上端は保持部材４７に固定され、下端は支持部５１に固定されている。
なお、この実施形態では、上成形型３１および下成形型４１の成形部材３３，４３は、炭化タングステン(ＷＣ)に添加物を添加して形成されている。支持部材３５，４５および保持部材４７は、炭化タングステン(ＷＣ)にコバルト(Ｃｏ)を添加して形成されている。上加圧部材２５および下加圧部材２７は、窒化珪素(Ｓｉ3Ｎ4)により形成されている。プレート部材２９，３９は、タングステン(Ｗ)合金により形成されている。
【００１９】
そして、上成形型３１、下成形型４１および保持部材４７の温度が、例えば熱電対を用いた温度測定手段(不図示)により測定されている。また、上加圧部材２５と下加圧部材２７の位置が位置測定手段(不図示)により測定され、上成形型３１の成形部材３３と下成形型４１の成形部材４３との位置が測定可能とされている。
以下、この実施形態の光学素子成形装置による成形方法を説明する。
【００２０】
先ず、図３に示すように、上加圧部材２５を図示しない駆動装置により上方に移動し、下加圧部材２７を図示しない駆動装置により下方に移動して上成形型３１と下成形型４１とを大きく離間する。一方、保持部材４７は、支持軸４９を介して支持部５１に固定されているため、元の位置に留まり、上成形型３１と保持部材４７との間および保持部材４７と下成形型４１との間には、大きな間隙が形成される。
【００２１】
そして、この状態で保持部材４７の保持面４７ｂにガラス素材３７を載置する。ガラス素材３７は予めレンズ等の光学素子の形状に近い形状に加工されている。ガラス素材３７は所定の治具を使用して保持部材４７の保持面４７ｂに載置される。この状態では、図４に示すように、上成形型３１および下成形型４１の温度が室温Ｔ０とされている。
次に、図３に示す状態で、電気ヒータ１９をオンすることによりガラス素材３７、保持部材４７、上成形型３１、下成形型４１の加熱を開始する。ガラス素材３７および保持部材４７の上下には、大きな間隙が存在するため、間隙を通り電気ヒータ１９の熱がガラス素材３７および保持部材４７に直接伝達され加熱が効率的に行われる。また、上成形型３１の下側および下成形型４１の上側には、大きな間隙が存在するため、間隙を通り電気ヒータ１９の熱が上成形型３１の下面および下成形型４１の上面に直接伝達され加熱が効率的に行われる。
【００２２】
この状態での加熱は、ガラス素材３７の温度がガラスの軟化点以下の所定の温度になるまで行われる。なお、ガラス素材３７の温度の測定は、保持部材４７の温度を温度測定手段(不図示)により測定することにより間接的に行われる。この実施形態では、ガラス素材３７の温度が歪点に到達するまでの所定時間にわたって加熱が行われる。なお、ここでガラスの軟化点とは、ガラスが剛性状態から粘弾性状態、あるいは、粘弾性状態から剛性状態に移る温度をいう。また、歪点とは、ガラスの粘性流動が事実上起こり得ない温度をいう。このように図３の状態で歪点に到達するまで加熱することにより、加熱を効率的に行うことができる。また、ガラス素材３７が粘弾性状態になり保持部材４７から落下することを防止することができる。そして、図４に示すように、加熱開始からｔ１時間後に、ガラス素材３７の温度が歪点の温度Ｔ１まで昇温される。
【００２３】
次に、図１に示すように、上加圧部材２５を下方に移動し下加圧部材２７を上方に移動して、上成形型３１の成形部材３３と下成形型４１の成形部材４３をガラス素材３７に近付ける。この状態で電気ヒータ１９による加熱を継続する。そして、図４に示すように、加熱開始からｔ１＋ｔ２時間後に、ガラス素材３７の温度が所定の温度Ｔ２まで昇温される。
【００２４】
この昇温から所定時間ｔ３経過後に、ガラス素材３７の成形が開始される。この所定時間ｔ３は、ガラス素材３７の全体が所定の温度Ｔ２になるために必要な時間であり予め求められている。ガラス素材３７の成形は、上成形型３１および下成形型４１の温度を所定の温度Ｔ２に維持しながら、下加圧部材２７を上方に移動してガラス素材３７を加圧することにより行われる。
【００２５】
そして、所定時間ｔ４経過後に、上成形型３１の成形部材３３と下成形型４１の成形部材４３とが予め定められた位置になったところで電気ヒータ１９をオフにし徐冷を開始する。この徐冷は、ガラス素材３７の温度がガラスの軟化点を通過し歪点に到達するまでの所定時間ｔ５にわたって行われる。このように歪点に到達するまで徐冷することにより、成形されたガラスレンズ等の光学素子にクラック等が生じることを防止することができる。
【００２６】
この後、図５に示すように、上加圧部材２５を上方に移動し下加圧部材２７を下方に移動して、上成形型３１と下成形型４１とを大きく離間する。一方、保持部材４７は、支持軸４９を介して支持部５１に固定されているため、元の位置に留まり、上成形型３１と保持部材４７との間および保持部材４７と下成形型４１との間には、大きな間隙が形成される。そして、この状態で強制冷却を所定時間にわたって行う。
【００２７】
この強制冷却は、図５に示すように、上加圧部材２５および下加圧部材２７のガス通路２５ａ，２７ａに冷却用ガスＧを供給することにより行われる。供給された冷却用ガスＧは、ガス通路２５ａ，２７ａおよび溝部２９ａ，３９ａを通った後、上成形型３１および下成形型４１の外周を通り、上成形型３１と保持部材４７との間および保持部材４７と下成形型４１との間の間隙に到達し、ガラス素材３７、保持部材４７、上成形型３１および下成形型４１を冷却する。
【００２８】
この状態では、ガラス素材３７および保持部材４７の上下には、大きな間隙が存在するため、間隙を通り冷却用ガスＧがガラス素材３７および保持部材４７に直接接触し冷却が効率的に行われる。また、上成形型３１の下側および下成形型４１の上側には、大きな間隙が存在するため、間隙を通り冷却用ガスＧが上成形型３１の下面および下成形型４１の上面に直接接触し冷却が効率的に行われる。そして、ガラス素材３７の温度が室温Ｔ０になったところで冷却用ガスＧの供給が停止され、ガラス素材３７の成形により得られた光学素子が取り出される。
【００２９】
上述した光学素子成形装置では、上成形型３１と下成形型４１との間に、ガラス素材３７を保持する保持部材４７を配置し、ガラス素材３７を上成形型３１と下成形型４１から離間した状態で、ガラス素材３７の加熱および冷却を行うようにしたので、ガラス素材３７を効率的に加熱および冷却することができる。
図４において、点線で示される直線ａは、上成形型３１と下成形型４１を閉じた状態でガラス素材３７を電気ヒータ１９により加熱した時の温度上昇を示しており、上述した実施形態のガラス素材３７の温度上昇に比較して遅いのがわかる。また、点線で示される直線ｂは、上成形型３１と下成形型４１を閉じた状態でガラス素材３７を冷却用ガスＧにより冷却した時の温度降下を示しており、上述した実施形態のガラス素材３７の温度降下に比較して遅いのがわかる。
【００３０】
すなわち、この実施形態の光学素子成形装置では、電気ヒータ１９によりガラス素材３７を加熱する加熱時間および冷却用ガスＧによりガラス素材３７を冷却する冷却時間を短縮することが可能になり、光学素子の生産性を従来より向上することができる。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。
【００３１】
(１)上述した実施形態では、保持部材４７を支持軸４９を介して支持部５１に固定し、下成形型４１を下方に移動することにより、保持部材４７を下成形型４１から離間した例について説明したが、例えば、保持部材４７を上下方向に移動する専用の移動手段を別途設け、保持部材４７を上方に移動することにより下成形型４１との間に間隙を形成するようにしても良い。
【００３２】
(２)上述した実施形態では、上成形型３１および下成形型４１を成形部材３３，４３と支持部材３５，４５に分割した例について説明したが、成形部材と支持部材とを一体に形成しても良い。
(３)上述した実施形態では、ガラス素材の成形に本発明を適用した例について説明したが、樹脂等の成形に広く適用することができる。また、レンズの成形に限られるものではなく、鏡など種々の光学素子の成形に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の光学素子成形装置の一実施形態を示す説明図である。
【図２】図１の保持部材およびこの近傍の詳細を示す説明図である。
【図３】図１の光学素子成形装置の上加圧部材を上方に移動し下加圧部材を下方に移動した状態を示す説明図である。
【図４】図１の光学素子成形装置による成形方法を示す説明図である。
【図５】図１の光学素子成形装置の冷却用ガスの流れを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１９：電気ヒータ、２５：上加圧部材、２５ａ：ガス通路、２７：下加圧部材、２７ａ：ガス通路、３１：上成形型、３７：ガラス素材、４１：下成形型、４７：保持部材、４７ａ：開口部、４７ｂ：保持面、Ｇ：冷却用ガス。
【図１】
2007308346.tif 000003
【図２】
2007308346.tif 000004
【図３】
2007308346.tif 000005
【図４】
2007308346.tif 000006
【図５】
2007308346.tif 000007