(57)【要約】【課題】光学素子の生産効率および品質を向上させることが可能な成形技術を提供する。【解決手段】筒状のスリーブ４の中に、上型２の成形面２ａと下型３の成形面３ａが対向するように配置し、成形面２ａと成形面３ａの間に実装されたガラス素材５を加熱および加圧することにより、成形面２ａおよび成形面３ａの形状をガラス素材５に転写して光学素子を成形する型セット１において、スリーブ４のスリーブ外周面６の放射率ε１を、スリーブ内周面７の放射率ε２よりも小さくなるように設定し、ガラス素材５の加熱のために外部から型セット１に供給される熱がスリーブ外周面６からの放射によって失われることを防止するとともに、スリーブ内周面７からガラス素材５に対する熱放射を大きくして、ガラス素材５の効率的かつ均一な加熱を実現する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のスリーブの中で対向する第１および第２成形型の各々の成形面の間に成形素材を収容した型セットを加熱して光学素子を成形する成形装置であって、
前記型セットを構成する前記スリーブの外周面の放射率ε１は前記スリーブの内周面の放射率ε２よりも小さいことを特徴とする成形装置。
【請求項２】
請求項１記載の成形装置において、
前記スリーブの前記外周面の前記放射率ε１は０≦ε１≦０．３であることを特徴とする成形装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の成形装置において、
前記スリーブの前記内周面の前記放射率ε２は０．６≦ε２≦１であることを特徴とする成形装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の成形装置において、
前記型セットを構成する前記第１および第２成形型の前記成形面の放射率ε３は、０．６≦ε３≦１であることを特徴とする成形装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成形装置において、
前記型セットが収容される成形室内の酸素濃度が５ｐｐｍ以下に保たれていることを特徴とする成形装置。
【請求項６】
筒状のスリーブの中で対向する第１および第２成形型の各々の成形面の間に成形素材を収容する型セットであって、
前記スリーブの外周面の放射率ε１は前記スリーブの内周面の放射率ε２よりも小さいことを特徴とする型セット。
【請求項７】
請求項６記載の型セットにおいて、
前記スリーブの前記外周面の前記放射率ε１は０≦ε１≦０．３であることを特徴とする型セット。
【請求項８】
請求項６または請求項７記載の型セットにおいて、
前記スリーブの前記内周面の前記放射率ε２は０．６≦ε２≦１であることを特徴とする型セット。
【請求項９】
請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の型セットにおいて、
前記第１および第２成形型の前記成形面の放射率ε３は、０．６≦ε３≦１であることを特徴とする型セット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形技術およびそれに用いられる型セットに関し、たとえば、ガラス等の成形素材を加熱軟化して光学素子等に成形する成形技術等に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レンズ等のガラス素子を高精度かつ安価に製造する成形装置として、加熱軟化したガラス素材を、成形型によってプレスして冷却・固化することで、成形型が有する光学面形状や表面粗さを転写して成形することで光学素子を得る方法が用いられている。
【０００３】
たとえば、特許文献１（特開平４−１６４８２６号公報）に開示されたガラスレンズ成形装置では、ガラス素材を直接ヒータで加熱するのではなく、成形型セットの上下にヒータブロックを接触させることにより成形型セットを加熱し、この成形型の成形面とガラス素材の接触箇所での伝熱によってガラス素材を加熱している。
【０００４】
ところで、上述の特許文献１の成形装置では、成形型からの伝熱によりガラス素材を加熱しているが、加熱過程の初期の段階ではガラス素材と成形型との接触面積が小さいためガラス素材の温度が上昇するのに長い時間が必要であり、生産効率を向上させることができない懸念がある。
【０００５】
さらに、ガラス素材の成形型に対する接触領域と非接触領域とでの加熱温度が均一にならないという技術的課題があり、成形型から光学素子への転写精度が悪化すると共に、光学素子の表面に曇りが発生しやすく、光学素子の品質が悪化してしまう等の懸念があった。
【特許文献１】特開平４−１６４８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、光学素子の生産効率および品質を向上させることが可能な成形技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点は、筒状のスリーブの中で対向する第１および第２成形型の各々の成形面の間に成形素材を収容した型セットを加熱して光学素子を成形する成形装置であって、
前記型セットを構成する前記スリーブの外周面の放射率ε１は前記スリーブの内周面の放射率ε２よりも小さい成形装置を提供する。
【０００８】
本発明の第２の観点は、筒状のスリーブの中で対向する第１および第２成形型の各々の成形面の間に成形素材を収容する型セットであって、
前記スリーブの外周面の放射率ε１は前記スリーブの内周面の放射率ε２よりも小さい型セットを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光学素子の生産効率および品質を向上させることが可能な成形技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
最初に、本発明の一態様について簡単に説明し、その後、図面を参照して詳細な説明を行う。
【００１１】
本発明の一態様では、たとえば、ガラス素材を収容した型セットを加熱して光学素子を成形する光学素子の製造装置において、上記型セットを構成するスリーブの外周面の放射率ε１は上記スリーブの内周面の放射率ε２よりも小さい構成とする。
【００１２】
この場合、上記スリーブ外周面の放射率ε１は、０≦ε１≦０．３の関係を満たす構成とすることができる。
この場合、上記スリーブ内周面の放射率ε２は、０．６≦ε２≦１の関係を満たす構成とすることができる。
【００１３】
この場合、上記型セットを構成する成形金型の成形面の放射率ε３は、０．６≦ε３≦１の関係を満たす構成とすることができる。
この場合、上記型セットを収容する成形室内の酸素濃度を５ｐｐｍ以下に保つ構成とすることができる。
【００１４】
この態様では、型セットを構成するスリーブの外周面の放射率ε１を内周面の放射率ε２よりも小さくしている。そのため、ガラス素材の加熱時において、型セットの外部へのスリーブ外周面からの熱の放射量を抑えるとともに、スリーブ内周面から型セットの内部への熱の放射量を増やすことができるため、スリーブ内周面からの放射熱によっても加熱することができる。したがって、ガラス素材の加熱時間を短縮することができるとともに、ガラス素材の温度差を生じにくくすることができ、光学素子の精度の悪化、光学素子表面の曇りの発生を抑えることが出来る。
【００１５】
また、スリーブ外周面の放射率ε１が、ε１＞０．３のときには、熱エネルギーが外部に放出される量が大きく、型セットの温度を上昇させるのに多くの時間が必要であったが、本態様では、スリーブ外周面の放射率ε１が、０≦ε１≦０．３の関係を満たすようにしているため、スリーブ外周面からの熱の放散を抑制でき、外部から型セットに供給される熱をガラス素材の加熱に有効に利用でき、ガラス素材の加熱時間を短縮することが出来る。
【００１６】
また、スリーブ内周面の放射率ε２がε２＜０．６のときには、スリーブ外周面からの放射による熱エネルギーが少なく、ガラス素材は上型および下型との接触面からの伝熱によって主に加熱されていたため、ガラス素材に温度差が生じ、加熱時間も長時間必要であったが、本態様では、０．６≦ε２≦１としている。そのため、スリーブ内周面からの放射熱によってガラス素材が均一に加熱でき、光学素子の精度の悪化、光学素子表面の曇りの発生を抑えることが出来るとともに、加熱時間も短縮できる。
【００１７】
また、上型および下型の成形面の放射率ε３がε３＜０．６のときには、成形面からの放射による熱エネルギーが少なく、ガラス素材は上型および下型との接触面からの伝熱によって主に加熱されていたため、ガラス素材に温度差が生じ、加熱時間も長時間必要であったが、本態様では、０．６≦ε３≦１としている。そのため、成形面からの放射熱によってガラス素材が均一に加熱でき、光学素子の精度の悪化、光学素子表面の曇りの発生を抑えることが出来るとともに、加熱時間も短縮できる。
【００１８】
よって、本態様によれば、光学素子の品質と生産性を向上させることが出来る。
また、型セットが収容される成形室内の酸素濃度を５ｐｐｍ以下にしているため、型セットの酸化による放射率の変動を抑えることができ、型セット表面からの熱の放射量を安定させることができる。したがって、光学素子の成形温度を安定化することができ、光学素子の品質を向上させることが出来る。
【００１９】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である光学素子製造装置にて用いられる型セットの構成例を示す断面図である。図２は、本発明の一実施の形態に係る光学素子製造装置の構成例を示す部分断面図である。図３は、本実施の形態の光学素子製造装置に搬入される型セットおよび加熱装置部分の熱の流れを模式的に示した概念図である。
【００２０】
まず、図１を参照して、本実施の形態の型セット１の構成例を説明する。
図１に示す本実施の形態の型セット１は、上下に対向した位置に配置された上型２（第１成形型）および下型３（第２成形型）と、これら上型２と下型３の外周に位置する円筒形状のスリーブ４とから構成され、スリーブ４の内部で対向する上型２の成形面２ａと、下型３の成形面３ａとの間にガラス素材５が実装されている。
【００２１】
スリーブ４には、エアー抜き孔８が形成され、後述のような加圧成形時に成形面２ａと成形面３ａの間の空間から押し出される空気が型セット１の外部に速やかに排出される構成となっている。
【００２２】
本実施の形態の場合、スリーブ４のスリーブ外周面６の放射率ε１は、スリーブ４のスリーブ内周面７の放射率ε２よりも小さくなるようにスリーブ４の表面が処理されている。
【００２３】
すなわち、スリーブ４のスリーブ外周面６の表面には、放射率ε１が、０≦ε１≦０．３となるコート（表面処理）を施している。この放射率ε１のコートは、たとえば、放射率ε１の材料のメッキ、溶着、塗布、含浸、拡散、被覆、等の表面処理の手法で構成される。
【００２４】
また、スリーブ４のスリーブ内周面７の表面には、放射率が０．６≦ε２≦１の関係を満たすコートを施している。この放射率ε２のコートは、たとえば、放射率ε２の材料のメッキ、溶着、塗布、含浸、拡散、被覆、等の表面処理の手法で構成される。
【００２５】
また、本実施の形態の場合、上型２の成形面２ａおよび下型３の成形面３ａの放射率ε３は、上述のスリーブ内周面７の放射率ε２の場合と同様に、０．６≦ε３≦１の関係を満たすように設定されている。
【００２６】
すなわち、本実施の形態の型セット１の場合には、上型２および下型３が収容されるスリーブ４のスリーブ外周面６の放射率ε１を、スリーブ内周面７の放射率ε２よりも小さくしていることにより、後述のように外部から型セット１に与えられる熱が、スリーブ外周面６を通じて放散されにくくしている。
【００２７】
また、ガラス素材５を取り囲むスリーブ内周面７の放射率ε２、および成形面２ａ、成形面３ａの放射率ε３を放射率ε１よりも大きくすることで、外部から型セット１に与えられる熱によって、ガラス素材５を効果的に加熱することができる構成となっている。
【００２８】
図２に例示されるように、本実施の形態の光学素子製造装置Ｍは、上ベース２２、下ベース２３および側板２８から構成される成形室２５を備え、この成形室２５内には、加熱ステージ３０、プレスステージ３１、冷却ステージ３２が配置されている。
【００２９】
成形室２５の内部は図示しないガス供給機構から供給される不活性ガスで満たされている。この場合、成形室２５内の酸素濃度は５ｐｐｍ以下に保たれている。
すなわち、成形室２５に供給される不活性ガスにおける酸素濃度は５ｐｐｍ以下に保たれている。
【００３０】
成形室２５における加熱ステージ３０の側の側板２８の外側には、投入台２０および投入爪２４が配置され、側板２８に設けられた投入シャッター２６を通じて、内部にガラス素材５が実装された型セット１が投入される構成となっている。
【００３１】
成形室２５における冷却ステージ３２の側の側板２８には、排出シャッター２７および排出台２１が設けられ、成形済みの光学素子５ａを内包する型セット１が排出シャッター２７を通じて排出台２１の上に払い出される構成となっている。
【００３２】
加熱ステージ３０、プレスステージ３１、冷却ステージ３２の各ステージは、上ベース２２の上部にシリンダ２９が配置され、このシリンダ２９が上ベース２２を貫通して配置された上軸３３を昇降させる構成となっている。
【００３３】
この上軸３３の下には、上から順に上冷却ブロック３４、上断熱ブロック３５、円柱形状のヒータ９が埋設され上型２の上端面に当接する上ヒータブロック１０が配置されている。
【００３４】
また、加熱ステージ３０、プレスステージ３１、冷却ステージ３２の各ステージは、下ベース２３の上に下から順に、下冷却ブロック３６、下断熱ブロック３７、円柱形状のヒータ９が埋設され下型３の下端面が載置される下ヒータブロック１１が配置されている。
【００３５】
以下、本実施の形態の型セット１および光学素子製造装置Ｍにおける光学素子の成形方法について説明する。
まず、投入シャッター２６を通じて、投入台２０に載置された型セット１を、投入爪２４によって加熱ステージ３０に投入することにより、加熱ステージ３０の下ヒータブロック１１上にガラス素材５を収容した型セット１を載置する。
【００３６】
そして、シリンダ２９により上軸３３を下降させ、上ヒータブロック１０を上型２に当接させ上ヒータブロック１０および下ヒータブロック１１により、上下方向から上型２、下型３およびスリーブ４に熱移動経路１５にて伝熱させることにより型セット１を加熱する。
【００３７】
このときの型セット１の加熱状況が図３に例示されている。
すなわち、上ヒータブロック１０および下ヒータブロック１１からの伝熱により加熱された上型２（成形面２ａ）、下型３（成形面３ａ）からは、熱移動経路１２のような熱の流れに模式的に示すように、伝熱によるガラス素材５の加熱が行われる。
【００３８】
また、成形面２aと成形面３aからは、内部のガラス素材５に向けて、熱移動経路１６による放射熱によっても熱が伝えられ、ガラス素材５の加熱が行われる。
また、スリーブ４では、内部のガラス素材５に向けて、スリーブ内周面７から熱移動経路１４による放射熱により熱が伝えられ、ガラス素材５が軟化する温度まで加熱を行う。
【００３９】
一方で、スリーブ４では、スリーブ外周面６からの熱移動経路１３による放射熱によりスリーブ４の温度が低下するため、温度の低下を防ぐために、下ヒータブロック１１からの加熱が続けられる。
【００４０】
ただし、本実施の形態の場合、上述のように、スリーブ外周面６の放射率ε１は、スリーブ内周面７の放射率ε２よりも小さく設定されているため、スリーブ外周面６からの熱放射による温度低下は抑制されている。
【００４１】
このようにして、加熱ステージ３０でガラス素材５を転移点以上で且つ軟化点以下まで加熱軟化した後、型セット１は、次のプレスステージ３１に移載される。
プレスステージ３１上ではガラス素材５の温度を維持したまま、シリンダ２９の駆動により上型２を押圧し、成形面２ａおよび成形面３ａの形状をガラス素材５の表面に転写することで、ガラス素材５を所望の光学素子５ａの形状に成形する。
【００４２】
次に、型セット１は、冷却ステージ３２に移載される。そして、シリンダ２９により上軸３３を下降させ、上ヒータブロック１０を上型２に当接させ、上下の上ヒータブロック１０、下ヒータブロック１１から上型２、下型３およびスリーブ４に伝熱させることにより所定の温度まで型セット１およびガラス素材５（光学素子５ａ）を冷却する。
【００４３】
次に、型セット１は成形室２５の外に排出されて、その後、型セット１を分解して光学素子５ａを取り出すことにより光学素子の製造が完了する。
本実施の形態によれば、ガラス素材５の加熱に際し、上型２および下型３とガラス素材５との接触面である成形面２ａおよび成形面３ａからの伝熱に加え、成形面２aおよび成形面３aの放射率ε３とスリーブ４のスリーブ内周面７の放射率ε２を高くすることによって、成形面２aと成形面３ａおよびスリーブ内周面７からの放射熱によっても、熱を伝えている。
【００４４】
そのため、ガラス素材５の加熱時に上型２と下型３の成形面２ａおよび成形面３ａとの接触面の温度だけが高温になるということが無く、ガラス素材５は均一に加熱される。したがって、ガラス素材５の上型２と下型３の成形面２ａおよび成形面３ａとの接触面における曇りの発生や転写精度の悪化を抑えることが出来る。
【００４５】
よって、本実施の形態によれば、光学素子５ａの品質を向上させることが出来る。
また、本実施の形態では、ガラス素材５の加熱に際し、上型２および下型３とガラス素材５との接触面（すなわち、成形面２ａおよび成形面３ａのガラス素材５との接触箇所）からの伝熱に加え、成形面２aおよび成形面３aの放射率ε３およびスリーブ内周面７の放射率ε２を高くすることによって、成形面２aと成形面３aおよびスリーブ内周面７からの放射熱によっても、ガラス素材５に熱を伝えているため、ガラス素材５が型セット１から受ける熱量が多くなる。したがって、ガラス素材５の加熱時間、ガラス素材５から光学素子５ａへの成形所要時間を短縮することが出来る。
【００４６】
また、本実施の形態では、スリーブ外周面６の放射率ε１を低くしている。このため、スリーブ外周面６からの熱移動経路１３による放射熱を小さくすることが出来る。したがって、型セット１の加熱中の熱の損失が小さく、型セット１の加熱に必要な熱量が少なくなり、このことによっても、ガラス素材５の加熱時間、ガラス素材５から光学素子５ａへの成形所要時間を短縮することが出来る。
【００４７】
また、本実施の形態では、成形室２５内の酸素濃度を、たとえば、５ｐｐｍ以下に低く抑えている。このため、スリーブ外周面６およびスリーブ内周面７の酸化による放射率ε１および放射率ε２の変動を防ぐことが出来る。
【００４８】
したがって、スリーブ４の放射率ε１、放射率ε２および成形面２aと成形面３aの放射率ε３は、スリーブ４の使用開始初期から、多数の光学素子５ａを成形した後までほとんど変動せず、放射率ε１や放射率ε２等がほぼ一定な型セット１からガラス素材５が受ける熱量が安定し、ガラス素材５から成形される光学素子５ａの品質を安定させることが出来る。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、光学素子製造装置Ｍを、加熱、プレス、冷却の工程毎に搬送するいわゆる型循環型の製造装置として説明したが、加熱、プレス、冷却の各工程を１つのステージ上で連続して行う装置や４つ以上のステージで成形を並行して行う装置でも同様の効果を得ることが出来る。
【００５０】
以上のように構成された本実施の形態の型セット１および光学素子製造装置Ｍによれば、ガラス素材５の加熱所要時間の短縮ができるため、生産性を向上することができる。
また、型セット１に実装されたガラス素材５を均一に加熱できるため、ガラス素材５の加熱温度のばらつきに起因する成形面の曇り等の欠陥が発生せず、光学素子５ａの品質を向上させることができる。
【００５１】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施の形態である光学素子製造装置にて用いられる型セットの構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る光学素子製造装置の構成例を示す部分断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である光学素子製造装置に搬入される型セットおよび加熱装置部分の熱の流れを模式的に示した概念図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  型セット
２  上型
２ａ  成形面
３  下型
３ａ  成形面
４  スリーブ
５  ガラス素材
５ａ  光学素子
６  スリーブ外周面
７  スリーブ内周面
８  エアー抜き孔
９  ヒータ
１０  上ヒータブロック
１１  下ヒータブロック
１２  熱移動経路
１３  熱移動経路
１４  熱移動経路
１５  熱移動経路
１６  熱移動経路
２０  投入台
２１  排出台
２２  上ベース
２３  下ベース
２４  投入爪
２５  成形室
２６  投入シャッター
２７  排出シャッター
２８  側板
２９  シリンダ
３０  加熱ステージ
３１  プレスステージ
３２  冷却ステージ
３３  上軸
３４  上冷却ブロック
３５  上断熱ブロック
３６  下冷却ブロック
３７  下断熱ブロック
Ｍ  光学素子製造装置
ε１  スリーブ外周面６の放射率
ε２  スリーブ内周面７の放射率
ε３  成形面２ａおよび成形面３ａの放射率
【図１】
2009067635.tif 000003
【図２】
2009067635.tif 000004
【図３】
2009067635.tif 000005