(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱により軟化した光学素子材料を、上型及び下型から成る成形型を用いて押圧することにより光学素子を成形する成形装置において、
上型を支持する上型押さえ胴型と；
この上型押さえ胴型とは別部材として設けた、下型を支持する下型押さえ胴型と；を備え、
上型と下型の各構成材料の線膨張係数を夫々α1 、α1'、上型押さえ胴型と下型押さえ胴型の各構成材料の線膨張係数を夫々α2 、α2'としたとき、
α1 ＞α2 かつ α1'＞α2'の関係が成り立ち、
上記上型押さえ胴型と下型押さえ胴型の夫々には、対応の上型または下型を挿入させて支持する成形型挿入支持孔が形成されており、
上記上型押さえ胴型の下型押さえ胴型の夫々の外周面に、成形型の接離方向と平行に延びる少なくとも１つの基準面が形成されており、各成形型挿入支持孔は、対応の押さえ胴型の上記基準面を基準として位置決めされており、
かつ上記上型押さえ胴型と下型押さえ胴型のいずれか一方の上記基準面には、これら上型押さえ胴型と下型押さえ胴型を互いに接近させたときに他方の対応の上記基準面に摺接して上型と下型の芯出しを行う芯出し部材が固定されていることを特徴とする光学素子の成形装置。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子の成形装置において、成形型挿入支持孔の常温での内径をＤ（ｍｍ）、この成形型挿入支持孔に挿入される対応の上型または下型の常温での外径をＫ（ｍｍ）、成形温度と常温との温度差をＴ（℃）としたとき、
０≦Ｄ＋Ｄ×α2 ×Ｔ−（Ｋ＋Ｋ×α1 ×Ｔ）＜０．０１０
かつ
０≦Ｄ＋Ｄ×α2'×Ｔ−Ｋ＋Ｋ×α1'×Ｔ）＜０．０１０の関係が成り立つ光学素子の成形装置。
【請求項３】
加熱により軟化した光学素子材料を、上型及び下型から成る成形型を用いて押圧することにより光学素子を成形する成形装置において、
上型を挿入支持する上型挿入支持孔を有する上型押え胴型と；
下型を挿入支持する下型挿入支持孔を有する、上型押え胴型とは別部材からなる下型押え胴型と；を備え、
この上型と上型押え胴型、及び下型と下型押え胴型はそれぞれ、上型と上型挿入支持孔との間の非加熱時のクリアランス、及び下型と下型挿入支持孔との間の非加熱時のクリアランスがそれぞれ、同加熱成形時の両クリアランスより大きくなる線膨張係数を有する異なる材料から構成されており、
上記上型押さえ胴型の下型押さえ胴型の夫々の外周面に、成形型の接離方向と平行に延びる少なくとも１つの基準面が形成されており、各成形型挿入支持孔は、対応の押さえ胴型の上記基準面を基準として位置決めされており、
かつ上記上型押さえ胴型と下型押さえ胴型のいずれか一方の上記基準面には、これら上型押さえ胴型と下型押さえ胴型を互いに接近させたときに他方の対応の上記基準面に摺接して上型と下型の芯出しを行う芯出し部材が固定されていることを特徴とする光学素子の成形装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項において、光学素子材料はガラス材料である光学素子の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱により軟化した光学素子材料を押圧成形し、その後冷却することにより光学素子を得る光学素子の成形装置に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
従来、加熱により軟化した光学素子材料を、上型及び下型から成る成形型を用いて押圧することにより光学素子を成形する成形装置において、上型を支持する上型押さえ胴型と、下型を支持する下型押さえ胴型とを設け、上型押さえ胴型と下型押さえ胴型のいずれか一方を他方に対して接離移動させて成形型を開閉させる成形装置が知られている。
【０００３】
従来のこの種の成形装置では、成形型の構成材料と押さえ胴型の構成材料とは同一材料または略同一の線膨張係数を有する材料から構成されていた。この構成によれば、成形時（加熱時）及び常温時（非加熱時）で成形型と押さえ胴型との間（即ち、上型と上型押さえ胴型との間、及び下型と下型押さえ胴型との間）のクリアランスが変化せず、成形型及び押さえ胴型の加工精度さえ良好であれば成形品の偏芯（芯ずれ）の虞れがなかった。
【０００４】
一般的に、成形時における成形型と押さえ胴型との間のクリアランスが小さければ成形品の加工精度は向上する。しかしながら、この従来の成形装置では、成形品の加工精度を上げるために、成形型を例えば数ミクロン程度の微小なクリアランスで押さえ胴型に対して嵌合させると、成形を繰り返していく間に両者が焼き付いてしまい、結果として成形型を押さえ胴型から取り出せなくなる場合がある。この状態で成形型を押さえ胴型から無理に取り外そうとすると両者とも損傷する虞れがある。この問題の発生を防ぐために両者間のクリアランスを大きく設定すると、逆に成形品の加工精度が落ちるという問題がある。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上述したような従来の問題点に鑑みてなされたもので、上型とそれを支持する上型押さえ胴型と、下型とそれを支持する下型押さえ胴型とを有する光学素子の成形装置において、成形を数多く繰り返しても成形型を押さえ胴型から容易に取り出すことができる光学素子の成形装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、加熱により軟化した光学素子材料を、上型及び下型から成る成形型を用いて押圧することにより光学素子を成形する成形装置において、上型を支持する上型押さえ胴型と；この上型押さえ胴型とは別部材として設けた、下型を支持する下型押さえ胴型と；を備え、上型と下型の各構成材料の線膨張係数を夫々α1 、α1'、上型押さえ胴型と下型押さえ胴型の各構成材料の線膨張係数を夫々α2 、α2'としたとき、α1 ＞α2 かつ α1'＞α2'の関係が成り立ち、上記上型押さえ胴型と下型押さえ胴型の夫々には、対応の上型または下型を挿入させて支持する成形型挿入支持孔が形成されており、上記上型押さえ胴型の下型押さえ胴型の夫々の外周面に、成形型の接離方向と平行に延びる少なくとも１つの基準面が形成されており、各成形型挿入支持孔は、対応の押さえ胴型の上記基準面を基準として位置決めされており、かつ上記上型押さえ胴型と下型押さえ胴型のいずれか一方の上記基準面には、これら上型押さえ胴型と下型押さえ胴型を互いに接近させたときに他方の対応の上記基準面に摺接して上型と下型の芯出しを行う芯出し部材が固定されていることを特徴としている。
【０００７】
また本発明は、加熱により軟化した光学素子材料を、上型及び下型から成る成形型を用いて押圧することにより光学素子を成形する成形装置において、上型を挿入支持する上型挿入支持孔を有する上型押え胴型と；下型を挿入支持する下型挿入支持孔を有する、上型押え胴型とは別部材からなる下型押え胴型と；を備え、この上型と上型押え胴型、及び下型と下型押え胴型はそれぞれ、上型と上型挿入支持孔との間の非加熱時のクリアランス、及び下型と下型挿入支持孔との間の非加熱時のクリアランスがそれぞれ、同加熱成形時の両クリアランスより大きくなる線膨張係数を有する異なる材料から構成されており、上記上型押さえ胴型の下型押さえ胴型の夫々の外周面に、成形型の接離方向と平行に延びる少なくとも１つの基準面が形成されており、各成形型挿入支持孔は、対応の押さえ胴型の上記基準面を基準として位置決めされており、かつ上記上型押さえ胴型と下型押さえ胴型のいずれか一方の上記基準面には、これら上型押さえ胴型と下型押さえ胴型を互いに接近させたときに他方の対応の上記基準面に摺接して上型と下型の芯出しを行う芯出し部材が固定されていることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例に基づいて本発明を説明する。本発明を適用した成形装置１０は、成形装置１０本体に固定された固定下型土台１２と、この固定下型土台１２に対して接離可能に上下方向に駆動される可動上型支持部材１４を有している。これら固定下型土台１２と可動上型支持部材１４の周囲には石英管１６が設けられている。この石英管１６は上下方向に移動可能とされ、石英管１６の周囲にはヒーター１８が固定されている。
【０００９】
可動上型支持部材１４には、ボルト等（図示せず）を介して脱着可能に上型押さえ胴型２０が固定されている。上型２２は、この上型押さえ胴型２０を介して可動上型支持部材１４に支持されている。他方、固定下型土台１２には、ボルト等（図示せず）を介して脱着可能に下型押さえ胴型２４が固定されている。下型２６は、この下型押さえ胴型２４を介して固定下型土台１２に支持されている。下型２６の下面と固定下型土台１２の上面との間には、所定の厚みを有する型高さ調整スペーサー２８が配設されている。この型高さ調整スペーサー２８は、成形品の肉厚寸法を調整するためのものである。ヒーター１８により加熱される上型２２の温度は、上型押さえ胴型２０内にその温度センサー部を位置させた熱電対２９により測定され、ヒーター１８により加熱される下型２６の温度は、下型押さえ胴型２４内にその温度センサー部を位置させた熱電対３０により測定される。
【００１０】
上型押さえ胴型２０の側面には、略９０度間隔で４か所に、上下方向（図１、図２の上下方向）即ち上型２２と下型２６の接離方向と平行に延びる基準平面（基準面）３２が形成されている（図４参照）。他方、下型押さえ胴型２４の側面には、上型押さえ胴型２０の側面に形成された基準平面３２に対応させて、略９０度間隔で４か所に、上下方向に延びる基準平面（基準面）３４が形成されている（図５参照）。上下方向で互いに対応する基準平面３２と基準平面３４とは上下方向に延びる同一平面内に位置するように形成されている。
【００１１】
上型押さえ胴型２０に形成された、上型２２が挿入される胴型孔（成形型挿入支持孔）３６は、基準平面３２を基準としてその中心位置が決定されている。同様に、下型押さえ胴型２４に形成された、下型２６が挿入される胴型孔（成形型挿入支持孔）３８は、基準平面３４を基準としてその中心位置が決定されている。したがって、上下方向で互いに対応する基準平面３２と基準平面３４との上下方向での位置が完全に一致した状態では、胴型孔３６と胴型孔３８との中心は一致する。
【００１２】
上型押さえ胴型２０の各基準平面３２には、下方に延びる位置出し板（芯出し部材）４０が固定されている。各位置出し板４０の下端部には、下方に向かうにしたがって外側に向かうテーパー部４１が形成されている。この構成により、可動上型支持部材１４を降下させて型閉め状態（上型押さえ胴型２０の下端と下型押さえ胴型２４の上端を互いに合わせた図２に示す状態）とするとき、各位置出し板４０の内側平面４０ａが対応の基準平面３４上を摺動して上型押さえ胴型２０を下型押さえ胴型２４上に導くので、上下方向で互いに対応する基準平面３２と基準平面３４との上下方向での位置が完全に一致する。よって胴型孔３６と胴型孔３８との中心は一致し、これによって上型２２と下型２６の芯出しが確実に行われる。また、上下方向で上型押さえ胴型２０と下型押さえ胴型２４の位置が若干ずれている場合、即ち、可動上型支持部材１４を降下させる前、上下方向で上型押さえ胴型２０の各基準平面３２と、下型押さえ胴型２４の対応の基準平面３４との位置が若干ずれている場合であっても、位置出し板４０のテーパー部４１によってその位置ずれが調整されるので、上下方向で互いに対応する基準平面３２と基準平面３４との上下方向での位置が完全に一致し、よって上型２２と下型２６との芯出しが確実に行われる。
【００１３】
図３に示すように、本発明に使用する上型２２と下型２６の夫々は、凹面形状の成形面４２を有している。また上型２２と下型２６の夫々は、母材１の成形面４２側の表面上に耐熱性、耐酸化性及び耐濡れ性を目的とした薄膜２が形成されている。上型２２及び下型２６の各々は、成形面４２が形成される端部とは反対側の端部にフランジ部３を一体に有しており、このフランジ部３により対応の胴型孔３６または胴型孔３８からの抜け止めがなされている。
【００１４】
上型２２と下型２６からなる成形型の夫々は、線膨張係数α1 が４８×１０-7／deg （α1 ＝４８×１０-7／deg ）である超硬合金タングステンカーバイドＷＣを母材として作成されている。この作成の際、先ず、上記母材の超硬合金タングステンカーバイドＷＣの成形面を超精密旋盤で研削した後、ダイヤモンド研磨剤を用いて表面粗さＲmax ０．０２μｍ以下になるように研磨し、その表面上にスパッタリングにより白金膜からなる薄膜２を１μｍの厚さで形成している。
【００１５】
他方、上型押さえ胴型２０と下型押さえ胴型２４の夫々は、上型２２と下型２６の母材よりも線膨張係数が小さい（即ち上型２２と下型２６の母材よりも熱膨張率が低い）材料である、線膨張係数α2 が３８×１０-7／deg （α2 ＝３８×１０-7／deg ）の炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いて作成されている。
【００１６】
そして、本発明を適用した成形装置１０は、以下の▲１▼式を満足する。
０≦Ｄ＋Ｄ×α2 ×Ｔ−（Ｋ＋Ｋ×α1 ×Ｔ）＜０．０１０      …  ▲１▼
ただし、Ｄは常温時における各胴型孔３６、３８の内径（ｍｍ）、Ｋは常温時における各胴型孔３６、３８の挿入部の外径（ｍｍ）、Ｔは成形温度と常温との温度差（℃）である。
【００１７】
上記▲１▼式の関係が成立すると、常温ではＤ＞Ｋとなりクリアランスが大きく、成形時には胴型孔３６（または胴型孔３８）と上型２２（下型２６）との間のクリアランスが１０ミクロン以下となる。成形時に両者間のクリアランスを１０ミクロン以下にすれば、成形時には上型及び下型が対応の胴型孔内で確実に支持され、常温時では両者間のクリアランスが大きくなり、上型及び下型を対応の胴型孔から容易に着脱することができる。
【００１８】
いま、常温を２０℃、この常温時における上型２２及び下型２６の各挿入部の外径を１６．０００ｍｍ、成形するプリフォーム４を住田光学ガラス製のＶＣ７８（成形温度５８０℃）とし、成形時、胴型孔３６と上型２２との間、及び胴型孔３８と下型２６との間の各間に３ミクロンのクリアランスをもたせるためには、上記▲１▼式を用いて胴型孔３６と胴型孔３８の夫々の内径を以下のように算出すればよい。
【００１９】
Ｄ＋Ｄ×（３８×１０-7×（５８０−２０））−（１６＋１６×４８×１０-7×５６０）＝０．００３なので、
Ｄ＝（１６（１＋４８×１０-7×５６０））／（１＋３８×１０-7×５６０）＋０．００３＝１６．００９＋０．００３＝１６．０１２
よって、各胴型孔３６、３８の内径を１６．０１２ｍｍとすればよい。
【００２０】
図示した本発明の成形装置１０による光学素子の具体的な成形例を説明する。図１は下型２６の成形面上にプリフォーム４が載せられた成形前の状態、図２はプリフォーム４を押圧成形している状態を示している。
【００２１】
先ず、図１に示すように、上型２２と下型２６を互いから分離させた状態において、下型２６の成形面４２上にプリフォーム４を載せる。その後、可動上型支持部材１４を降下させて上型２２をプリフォーム４と接触しない程度まで接近させ、同時に石英管１６を降下させて成形型周囲を取り囲み、石英管１６内を不活性ガスでパージしながらヒーター１８により加熱する。
【００２２】
熱電対２９、３０により計測した温度が５８０℃になった時点で可動上型支持部材１４を更に降下させ、上型２２と下型２６の間でプリフォーム４を押し潰して押圧成形を行う（図２）。このときの成形圧力は、通常、１００ｋｇ／ｃｍ2 前後とする。また、この可動上型支持部材１４の降下の際、各位置出し板４０の内側平面４０ａが対応の基準平面３４上を摺動し、上型２２と下型２６の芯出しが行われる。
【００２３】
上型２２と下型２６の間でのプリフォーム４の成形完了後、ヒーター１８を止めて冷却する。その後、熱電対２９、３０による測定温度が成形材料のガラス転移点以下の温度（４９０℃）になった時点で可動上型支持部材１４及び石英管１６を上昇させる。その後、光学素子成形品は、下型２６上から装置外に取り出される。
【００２４】
上述の構成を有する本実施例の成形装置１０では、上記成形工程を１万回繰り返し行った後、成形型を交換するために各押さえ胴型２０、２４から上型２２、下型２６を取り出したが、両者間での焼き付きはなく、容易に取り出すことができた。
【００２５】
従来の成形装置では、成形型と押さえ胴型は同一材料または略同一の線膨張係数を有する材料から構成されていたために成形型と押さえ胴型の間のクリアランスが微小であれば両者が焼き付く虞れがあったが、本発明を適用した光学素子の成形装置によれば、成形時には両者のクリアランスが小さくなるため成形品の加工精度が良く、冷却時には同クリアランスが大きくなるので両者が焼き付く虞れがない。
【００２６】
上記実施例では、成形型の成形面４２の薄膜２を、スパッタリングにより白金膜からなる薄膜２として１μｍの厚さで形成しているが、本発明はこれに限定されず、スパッタリング以外のイオンプレーティング等の他の方法で、白金に限らず他の金属（金等）や種々のセラミックスからなる薄膜２を形成してもよい。また、薄膜２の厚みも１μｍの厚さに限定されない。
【００２７】
また上記実施例では、上型２２と下型２６の夫々は、線膨張係数α1 が４８×１０-7／deg である超硬合金タングステンカーバイドＷＣを母材として作成されているが、本発明はこれに限定されず、上型押さえ胴型２０と下型押さえ胴型２４の夫々を構成する母材よりも線膨張係数が大きい材料から構成されていれば他の材料でもよい。同様に、上型押さえ胴型２０と下型押さえ胴型２４の夫々は、線膨張係数α2 が３８×１０-7／deg の炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いて作成されているが、本発明はこれに限定されず、上型２２と下型２６の母材よりも線膨張係数が小さい材料から構成されていれば、他の材料でもよい。
【００２８】
また上記実施例では、上型２２と下型２６の夫々を同一材料（線膨張係数α1 が４８×１０-7／deg である超硬合金タングステンカーバイド）により構成し、上型押さえ胴型２０と下型押さえ胴型２４の夫々も同一材料（線膨張係数α2 が３８×１０-7／deg の炭化ケイ素）で構成したが、本発明はこれに限定されず、上型２２と下型２６を互いに異なる材料で構成し、上型押さえ胴型２０と下型押さえ胴型２４を、上型２２と下型２６の各構成材料の線膨張係数を考慮して選択した互いに異なる材料で構成してもよい。この場合、上型２２と下型２６の各構成材料の線膨張係数を夫々α1 、α1'、上型押さえ胴型３２と下型押さえ胴型３４の各構成材料の線膨張係数を夫々α2 、α2'としたとき、
α1 ＞α2   かつ  α1'＞α2'  （α2 ＝α2'）
の関係が成り立てばよい。
【００２９】
また上記実施例では、成形時、胴型孔３６と上型２２との間、及び胴型孔３８と下型２６との間の各間に３ミクロンのクリアランスをもたせるように胴型孔３６と胴型孔３８の各内径が上記▲１▼式にしたがって決定されているが、本発明はこれに限定されず、成形時の胴型孔３６と上型２２との間、及び胴型孔３８と下型２６との間の各間のクリアランスが１０ミクロン以下であればよい。
【００３０】
また上記実施例では、各押さえ胴型２０、２４の夫々に基準平面を各４つ形成する構成としたが、基準平面の数はこの数に限定されず、３つまたは５以上としてもよい。また上記実施例では位置出し板４０を４つ設ける構成としたが、設ける基準平面の数に応じて３つまたは５以上としてもよい。
【００３１】
また上記実施例では、位置出し板４０を上型押さえ胴型２０側の各基準平面３２に固定する構成としたが、下型押さえ胴型２４側の各基準平面３４に固定する構成としても同様の効果が得られる。また、位置出し板４０が上型押さえ胴型２０または下型押さえ胴型２４に一体形成されていてもよい。
【００３２】
また上記実施例では、各押さえ胴型２０、２４の夫々の基準面を平面である基準平面３２、３４として構成としたが、上下方向に延びる曲面として形成してもよい。この場合、位置出し板４０の内側面も、基準面の曲面に対応させて曲面として構成すればよい。
【００３３】
上述した成形装置１０は、一対の上型２２と下型２６からなる成形型を備えるものであるが、本発明は成形型の対の数に限定されるものではなく、上型と下型の対を２対以上備える構成でもよい。さらに上記実施例及び成形例では、本発明の成形装置を成形装置１０に関して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、互いに接離される上型と下型を備えた成形装置であれば他の構造を有する成形装置にも本発明を適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光学素子の成形装置によれば、上型と下型の各構成材料の線膨張係数を夫々α1 、α1'、上型押さえ胴型と下型押さえ胴型の各構成材料の線膨張係数を夫々α2 、α2'としたとき、α1 ＞α2 かつ α1'＞α2'の関係が成り立つ構成としたので、上型とそれを支持する上型押さえ胴型と、下型とそれを支持する下型押さえ胴型とを有する光学素子の成形装置において、成形を数多く繰り返しても成形型を押さえ胴型から容易に取り出すことができ、さらに上型押さえ胴型と下型押さえ胴型のいずれか一方の外周面に形成した基準面に、他方の基準面に摺接して上型と下型の芯出しを行う芯出し部材を固定したので、上型と下型の芯出しが確実に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した成形装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の成形装置を図１とは異なった状態で示す縦断面図である。
【図３】図１の成形装置の上型または下型の縦断面図である。
【図４】図１のIV-IV 線に沿った断面図である。
【図５】下型が装着された下型押さえ胴型を上方から視た上面図である。
【符号の説明】
１０  成形装置
１２  固定下型土台
１４  可動上型支持部材
１６  石英管
１８  ヒーター
２０  上型押さえ胴型
２２  上型
２４  下型押さえ胴型
２６  下型
２９  ３０  熱電対
３２  ３４  基準平面（基準面）
３６  ３８  胴型孔（成形型挿入支持孔）
４０  位置出し板（芯出し部材）
４２  成形面
【図１】
0003814003.tif 000002
【図２】
0003814003.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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