光学素子の製造方法および型セット
【課題】型セットの製作や補修等のコストを増大させることなく、成形型と成形素材との非接触状態を的確に制御して、成形される光学素子の品質を向上させる。
【解決手段】内部にガラス素材３０を支持する素材保持部材２６を備えたスリーブ２２に対して、フランジ部１８ａを備えた固定形としての上型１８および下型２０が対向して挿入され、スリーブ２２内のガラス素材３０が上型１８の成形面１８ｃおよび下型２０の成形面２０ｃに対して非接触に加熱される型セット１６において、上型１８のフランジ部１８ａとスリーブ２２の上端面２２ａとの間に厚さ寸法ｔのスペーサリング４０を装着し、上型１８のフランジ部１８ａと成形面１８ｃとの距離Ｌの変化に応じた厚さ寸法ｔを有するスペーサリング４０を用いることで、成形面１８ｃとガラス素材３０の隙間ｇ１を一定に制御する。
【解決手段】内部にガラス素材３０を支持する素材保持部材２６を備えたスリーブ２２に対して、フランジ部１８ａを備えた固定形としての上型１８および下型２０が対向して挿入され、スリーブ２２内のガラス素材３０が上型１８の成形面１８ｃおよび下型２０の成形面２０ｃに対して非接触に加熱される型セット１６において、上型１８のフランジ部１８ａとスリーブ２２の上端面２２ａとの間に厚さ寸法ｔのスペーサリング４０を装着し、上型１８のフランジ部１８ａと成形面１８ｃとの距離Ｌの変化に応じた厚さ寸法ｔを有するスペーサリング４０を用いることで、成形面１８ｃとガラス素材３０の隙間ｇ１を一定に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の製造方法および型セットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光学素子の量産工程では、筒状のスリーブの内部に上型および下型を上下方向に対向させて挿入し、スリーブの内部に位置するガラス素材を加熱軟化させた後に上型および下型の間でガラス素材を挟圧して成形する成形技術が知られている。
【０００３】
ところで、ガラス素材の種類によっては、加熱軟化時にガラス素材が上型および下型に接していると、接触部分が変質して光学素子の品質が劣化する場合がある。
【０００４】
そこで、特許文献１に開示される技術では、上型にスリーブの開口端に当接するフランジ部を設けて当該スリーブに対する挿入位置が固定された固定型とし、スリーブ内部のガラス素材に対して非接触にするとともに、スリーブの内部に設けられた支持部材によってガラス素材を支持することで、下型とガラス素材とが非接触となる構成の型セットが開示されている。
【０００５】
そして、ガラス素材を上型および下型の成形面に対して非接触で加熱することで、光学素子のクモリ等の品質劣化の発生を防止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１８６３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上述の特許文献１の技術では、加工バラツキや再加工により上型の高さが変化すると、上型の成形面とガラス素材との隙間寸法が変化し、ガラス素材の加熱状態が変化する結果、成形品である光学素子の品質にバラツキが発生してしまう、という技術的課題があった。
【０００８】
また、上型および下型とガラス素材の隙間寸法は、支持部材およびスリーブと、上型のフランジ部から成形面までの高さの各寸法で決定されるが、これらの各部材は、相互に軸心を一致させるために、各々の内径もしくは外径が高精度に加工される必要があり非常に高価である。
【０００９】
このため、上型の寸法の変化に合わせてスリーブ等の再製作や寸法調整を行なうと、型セットのコストが増大してしまう、という技術的課題がある。
【００１０】
本発明の目的は、型セットの製作や補修等のコストを増大させることなく、成形型と成形素材との非接触状態を的確に制御して、成形される光学素子の品質を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の観点は、筒体内に挿入される第１成形型が有するフランジ部と、該フランジ部のフランジ面に対向する前記筒体の開口端との間に挟まれた調整部材によって、前記第１成形型の成形面と成形素材との隙間を制御する第１工程と、
前記成形素材を加熱軟化させて、前記第１成形型と、該第１成形型に対向して前記筒体内に挿入される第２成形型との間で挟圧して成形する第２工程と、
を含む、光学素子の製造方法を提供する。
【００１２】
本発明の第２の観点は、筒体と、
前記筒体内に挿入され、フランジ部を有する第１成形型と、
前記第１成形型と対向して前記筒体内に挿入される第２成形型と、
前記第１成形型の前記フランジ部と、該フランジ部のフランジ面に対向する前記筒体の開口端との間に配置され、前記第１成形型の成形面と成形素材との隙間を制御する調整部材と、
を含む、型セットを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、型セットの製作や補修等のコストを増大させることなく、成形型と成形素材との非接触状態を的確に制御して、成形される光学素子の品質を向上させることが可能な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法に使用される型セットの構成の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である型セットの一部を分解して例示した斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法に使用される光学素子の製造装置の概略構成を示す略断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法および型セットの作用の一例を示すフローチャートである。
【図５Ａ】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法および型セットの作用を、成形動作の進行順に例示する断面図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法および型セットの作用を、成形動作の進行順に例示する断面図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法および型セットの作用を、成形動作の進行順に例示する断面図である。
【図５Ｄ】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法および型セットの作用を、成形動作の進行順に例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
図１は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法に使用される型セットの構成の一例を示す断面図である。
図２は、本発明の一実施の形態である型セットの一部を分解して例示した斜視図である。
図３は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法に使用される光学素子の製造装置の概略構成を示す略断面図である。
【００１６】
最初に、図１および図２を参照して、本実施の形態の型セットの構成について説明する。
図１に例示されるように、本実施の形態の型セット１６は、上型１８（第１成形型）、下型２０（第２成形型）、筒状のスリーブ２２（筒体）、素材保持部材２６、およびスペーサリング４０（調整部材）を有している。
【００１７】
上型１８および下型２０は、スリーブ２２の内部で、それぞれの成形面１８ｃ，成形面２０ｃが軸方向（この場合、上下方向）に対向するようにスリーブ２２の両端側から嵌挿されている。
上型１８は、大径のフランジ部１８ａとそれよりもやや小径で端面に成形面１８ｃが形成された先端部１８ｂとを有する段付き円柱状をなしている。
【００１８】
すなわち、上型１８の先端部１８ｂの端面には、凹球面状の成形面１８ｃが形成されている。また、成形面１８ｃの外周部は平坦面に形成されている。
上型１８のフランジ部１８ａはスペーサリング４０を介してスリーブ２２の上端面２２ａ（開口端）に当接することにより、先端部１８ｂがスリーブ２２の内側に嵌挿されている。
【００１９】
上型１８のフランジ部１８ａにおいて、スペーサリング４０に当接するフランジ面１８ｄは、上型１８の先端円柱部１８ｂの円筒軸に直交する平坦な平面をなすように高精度に仕上げられている。
そして、上型１８はフランジ部１８ａのスペーサリング４０に対する当接面であるフランジ面１８ｄを基準に成形面１８ｃを加工している。
【００２０】
すなわち、上型１８の成形面１８ｃのスリーブ２２に対する挿入高さ位置は、スペーサリング４０の厚さ寸法ｔによって制御可能となっている。
【００２１】
スペーサリング４０において、上型１８のフランジ面１８ｄに当接するリング上面４０ａ、およびスリーブ２２の上端面２２ａに当接するリング下面４０ｂは、上型１８および下型２０と同程度の精度にて、互いに高精度に平坦かつ平行に仕上げられている。
【００２２】
そして、互いに平行なリング上面４０ａとリング下面４０ｂとの距離が、スペーサリング４０の所望の厚さ寸法ｔである。
同様に、スリーブ２２のスペーサリング４０に当接する上端面２２ａは、当該スリーブ２２の軸方向に直交する平坦な平面をなすように高精度に仕上げられている。
【００２３】
高精度なリング上面４０ａおよびリング下面４０ｂを有するスペーサリング４０は、形状が単純であるため、上型１８やスリーブ２２等に比較して、はるかに安価に製作できる。
【００２４】
スペーサリング４０の材料は、耐熱性等を考慮すると、上型１８、下型２０、スリーブ２２等と同一の、例えば工具鋼やタングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金が望ましいが、耐熱性を満たす範囲で、これらと異なる、より安価な材料でもよい。
【００２５】
下型２０は、大径の基部２０ａと小径の先端部２０ｂとを有する段付き円柱状をなしている。この先端部２０ｂの端面には、例えば凸球面状の成形面２０ｃが成形されている。基部２０ａはスリーブ２２の内側に嵌挿されている。
【００２６】
スリーブ２２は軸方向において、下型２０の側と上型１８の側で内周の径が異なっており、その境界部が段差面２４を構成し、この段差面２４よりも上の大径側には、上型１８の先端部１８ｂと外径がほぼ等しい素材保持部材２６が載置されている。
【００２７】
すなわち、スリーブ２２において段差面２４よりも下部に下型２０が嵌挿され、上部に上型１８が嵌挿されている。
下型２０は、基部２０ａの外径が、スリーブ２２における段差面２４の下側の内径よりも小さく仕上げられ、下型２０の全体が、スリーブ２２の内部軸方向に摺動自在に押し込まれる構成となっている。
【００２８】
段差面２４に配置された素材保持部材２６は、図１に示すように、円柱体の中央部に軸方向に貫通する型挿通穴２６ａと、この型挿通穴２６ａの成形面１８ｃに面する開口端の周囲に同軸に設けられた凹形成形面２６ｂを備えている。
【００２９】
この凹形成形面２６ｂは、上型１８の成形面１８ｃと下型２０の成形面２０ｃとの間に形成されるレンズの成形空間の外周面を構成する成形面になっている。
そして、型挿通穴２６ａの内径は、下型２０の先端部２０ｂの外径よりも僅かに大きく仕上げられ、先端部２０ｂが型挿通穴２６ａの内部を軸方向に上下動することが可能になっている。
【００３０】
素材保持部材２６において、凹形成形面２６ｂの中央底部に開口する型挿通穴２６ａのエッジ部には、所定形状の成形素材としてのガラス素材３０（成形素材）が配置されている。このガラス素材３０は、市販の光学ガラスが用いられている。
【００３１】
本実施の形態では、このガラス素材３０は、型挿通穴２６ａの直径よりも大きく、凹形成形面２６ｂの開口部の直径よりも小さい球形状をなしている。
【００３２】
このため、ガラス素材３０は、自重で、型挿通穴２６ａの凹形成形面２６ｂにおける開口端の円形のエッジの中心部に落ち込むことにより、スリーブ２２の内部において、中心軸上に、すなわち、上型１８と下型２０の対向軸上に同軸に自動的に位置決めされる。
【００３３】
また、素材保持部材２６の凹形成形面２６ｂの開口端の円形エッジと素材保持部材２６の下面２６ｃの距離によって、ガラス素材３０の下面と下型２０の成形面２０ｃの隙間ｇ２を調節することができる。
【００３４】
そして、本実施の形態の場合、図１に例示されるように、上型１８のフランジ面１８ｄから成形面１８ｃまでの距離Ｌに対して、ガラス素材３０の上面と成形面１８ｃとの間に隙間ｇ１が形成されるように、スペーサリング４０の厚さ寸法ｔを設定する。
【００３５】
また、下型２０の側では、ガラス素材３０の下面と下型２０の成形面２０ｃとの間に隙間ｇ２が形成されるように、先端部２０ｂの長さ、または、素材保持部材２６の寸法が設定される。
【００３６】
なお、本実施の形態の場合、ガラス素材３０の成形温度までの加熱状態において、上述の隙間ｇ１および隙間ｇ２が実現されるように、各部の熱膨張を考慮して、上述のスペーサリング４０の厚さ寸法ｔ等が設定あるいは選択されるものとする。
【００３７】
このように、本実施の形態の型セット１６の場合には、例えば上型１８の距離Ｌや、ガラス素材３０のサイズが変化しても、スペーサリング４０の厚さ寸法ｔを適宜設定することによって、上型１８の成形面１８ｃとガラス素材３０との間の隙間ｇ１を所望の値に的確に制御することができる。
【００３８】
次に、上述の型セット１６が使用される本実施の形態の製造装置１について説明する。
図３に例示されるように、本実施の形態の製造装置１は、成形室２内に加熱・加圧ステージ３と冷却ステージ４とが設けられた構成となっている。
【００３９】
成形室２における加熱・加圧ステージ３および冷却ステージ４の配列方向の両端に設けられた入口と出口の各々には、上下に開閉自在なシャッタ８、およびシャッタ９が設けられている。この入口側のシャッタ８を開いて型セット１６を成形室２内に搬入し、また、出口側のシャッタ９を開いて型セット１６を成形室２から外部に搬出する。
【００４０】
加熱・加圧ステージ３は、上下に対向する一対の上加熱板１２および下加熱板１４と、これら上加熱板１２および下加熱板１４間には、シャッタ８を通じて投入される上述の型セット１６が配置される。
【００４１】
下加熱板１４は基台５に固定されている。この基台５には、基台５および下カートリッジヒータ１５を貫通して上下動する突き出し部材１０が設けられ、型セット１６の下型２０を突き上げて、スリーブ２２の内部に押し込む動作が可能になっている。
【００４２】
なお、突き出し部材１０による下型２０の突き出し量は、図示しないスケールにて突き出し部材１０の上下動の変位を計測して精密に制御される。
【００４３】
上加熱板１２および下加熱板１４の各々には、上カートリッジヒータ１３および下カートリッジヒータ１５が内蔵されている。また、上加熱板１２を上下（対向）方向に駆動するエアシリンダ１７が設けられている。
【００４４】
シャッタ８を通じて上加熱板１２および下加熱板１４の間に搬入される型セット１６に対しては、エアシリンダ１７による上加熱板１２の昇降動作により、当該型セット１６の挟持、挟圧等の動作が行われる。
【００４５】
冷却ステージ４も同様の構成を有している。なお、冷却ステージ４では、型セット１６を挟持して所定の温度まで冷却させる。冷却された型セット１６は、出口側のシャッタ９を通じて外部に排出される。
【００４６】
成形室２のシャッタ９およびシャッタ８の近傍には、気体流入口６と気体流出口７が設けられていて、成形室２の内部雰囲気を窒素ガス（Ｎ２）等の不活性ガスにより置換可能な構造になっている。
【００４７】
以下、本実施の形態の光学素子の製造方法および型セットの作用の一例を説明する。
図４は、本実施の形態の光学素子の製造方法および型セットの作用の一例を示すフローチャートである。
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄは、本実施の形態の光学素子の製造方法および型セットの作用を、成形動作の進行順に例示する断面図である。
【００４８】
まず、成形温度での上型１８、下型２０、スリーブ２２、素材保持部材２６、ガラス素材３０、スペーサリング４０の熱膨張量を考慮して、成形温度でガラス素材３０の上面と上型１８の成形面１８ｃが、所望の隙間ｇ１で非接触になる厚さ寸法ｔを有するスペーサリング４０を準備して型セット１６を組み立てる（ステップ１１０（第１工程））。
【００４９】
すなわち、ステップ１１０の詳細を例示すると、上型１８の距離Ｌを測定し（ステップ１１１）、必要とされる隙間ｇ１と距離Ｌおよび成形温度における熱膨張量等に基づいてスペーサリング４０の厚さ寸法ｔを決定し（ステップ１１２）、この厚さ寸法ｔのスペーサリング４０を用いて型セット１６を組み立てる（ステップ１１３）。
【００５０】
このように、本実施の形態の型セット１６の場合には、スリーブ２２と上型１８のフランジ部１８ａとの間にスペーサリング４０を挟んで組み立てられるので、上型１８の距離Ｌやガラス素材３０のサイズ等に応じて、スペーサリング４０の厚さ寸法ｔを選択することで、ガラス素材３０と上型１８の成形面１８ｃとの間に所望の隙間ｇ１を的確に設定することができる。
【００５１】
この結果、後述のガラス素材３０の成形温度までの加熱において、成形面１８ｃとガラス素材３０を所望の隙間ｇ１に非接触に保つことができ、ガラス素材３０の加熱条件を一定に制御して、ガラス素材３０から得られる光学素子３１のクモリ等の品質劣化を防止できる。
【００５２】
また、上型１８のフランジ面１８ｄと成形面１８ｃの距離Ｌやガラス素材３０のサイズが変化しても、当該距離Ｌに対応した厚さ寸法ｔのスペーサリング４０を用いることで、上型１８やスリーブ２２の再製作等の高コストの対策を必要とすることなく、所望の隙間ｇ１を一定に設定して、ガラス素材３０の加熱等の成形条件を一定に制御できる。
換言すれば、低コストにて、隙間ｇ１等によって変化するガラス素材３０の加熱条件等の成形条件を一定に制御できる。
【００５３】
次に、予め所定温度に加熱してある、製造装置１の上加熱板１２および下加熱板１４の間に型セット１６を投入して成形を実行する（ステップ１２０（第２工程））。
【００５４】
すなわち、図５Ａのように上加熱板１２を下げて上型１８の上面に当接させることで、型セット１６を上下方向から同時に加熱することで、ガラス素材３０を屈伏点以上のプレス成形が可能な状態に加熱する（ステップ１２１）。
【００５５】
その後、図５Ｂのように突き出し部材１０を上昇させて下型２０を突き上げ、スリーブ２２の内部に押し込むことで成形を開始する（ステップ１２２）。
このとき、素材保持部材２６は自重で段差面２４に固定されているので下型２０のみが上昇してガラス素材３０を押し上げることで、素材保持部材２６からガラス素材３０が浮上する。
【００５６】
さらに、下型２０を突き上げることで、図５Ｃのように、素材保持部材２６の下面２６ｃと下型２０の基部２０ａの端面が一致した高さ位置から素材保持部材２６と下型２０が一体となって上昇する（ステップ１２３）。
【００５７】
上述のステップ１２３の状態で、図５Ｄのように、変形したガラス素材３０の中心軸部が所定の肉厚になる位置まで突き出し部材１０を上動させる（ステップ１２４）。
【００５８】
上述のステップ１２４で変形したガラス素材３０が所定の肉厚に到達して光学素子３１の形状に成形された後に、加熱・加圧ステージ３でガラス転移点付近の温度まで冷却する（ステップ１２５）。
【００５９】
その後、突き出し部材１０を下降させるとともに上加熱板１２を上昇させて型セット１６を解放し、型セット１６を冷却ステージ４に移動させて冷却を開始する（ステップ１２６）。
そして、型セット１６が所定の温度に低下した時点で、シャッタ９を通じて型セット１６を外部に取り出す（ステップ１２７）。
【００６０】
その後、型セット１６を分解して、ガラス素材３０から成形された光学素子３１を取り出す（ステップ１３０）。
このように、本実施の形態の型セット１６を用いた光学素子の製造方法によれば、ガラス素材３０の上面と上型１８の成形面１８ｃの隙間ｇ１をスペーサリング４０の厚さ寸法ｔで調整することが可能である。
【００６１】
このため、例えば、上型１８の距離Ｌの加工精度のバラツキや再加工による変化やガラス素材３０のサイズの変化等に応じてスペーサリング４０の厚さ寸法ｔを調整することにより、上型１８やスリーブ２２の再加工等の高コストの対策を必要とすることなく、最適な隙間ｇ１を設定してガラス素材３０の加熱条件を最適な状態に制御することが可能となる。
【００６２】
この結果、低コストにて、不適切な隙間ｇ１に起因する光学素子３１のクモリ等の成形品質の悪化を防止し、光学素子３１の品質を向上させることが可能となる。
【００６３】
例えば、上型１８の成形面１８ｃの形状を変更して別の品種の光学素子３１の成形に用いる場合でも、フランジ部１８ａと成形面１８ｃの距離Ｌの変化に応じた厚さ寸法ｔを有するスペーサリング４０を用いることで、上型１８のフランジ部１８ａ等を再加工して距離Ｌを一定にする等の高コストの対策は不要となり、上型１８の再利用による成形工程の原価低減や生産性の向上を実現できる。
【００６４】
すなわち、本実施の形態によれば、型セット１６の製作や補修等のコストを増大させることなく、上型１８等の成形型と成形素材であるガラス素材３０との非接触状態を的確に制御して、成形される光学素子３１の品質を向上させることができる。
【００６５】
なお、上述の説明では，単一のスペーサリング４０を上型１８のフランジ部１８ａとスリーブ２２との間に挟む例を示したが、複数のスペーサリング４０を重ねて使用し、個々のスペーサリング４０の厚さ寸法ｔの和によって、上型１８の成形面１８ｃとガラス素材３０との隙間ｇ１を制御することもできる。
【００６６】
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。
例えば、成形素材としては、ガラス素材に限らず、熱可塑性の成形素材に広く用いることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 製造装置
２ 成形室
３ 加熱・加圧ステージ
４ 冷却ステージ
５ 基台
６ 気体流入口
７ 気体流出口
８ シャッタ
９ シャッタ
１０ 突き出し部材
１２ 上加熱板
１３ 上カートリッジヒータ
１４ 下加熱板
１５ 下カートリッジヒータ
１６ 型セット
１７ エアシリンダ
１８ 上型
１８ａ フランジ部
１８ｂ 先端部
１８ｃ 成形面
１８ｄ フランジ面
２０ 下型
２０ａ 基部
２０ｂ 先端部
２０ｃ 成形面
２２ スリーブ
２２ａ 上端面
２４ 段差面
２６ 素材保持部材
２６ａ 型挿通穴
２６ｂ 凹形成形面
２６ｃ 下面
３０ ガラス素材
３１ 光学素子
４０ スペーサリング
４０ａ リング上面
４０ｂ リング下面
Ｌ 距離
ｇ１ 隙間
ｇ２ 隙間
ｔ 厚さ寸法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の製造方法および型セットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光学素子の量産工程では、筒状のスリーブの内部に上型および下型を上下方向に対向させて挿入し、スリーブの内部に位置するガラス素材を加熱軟化させた後に上型および下型の間でガラス素材を挟圧して成形する成形技術が知られている。
【０００３】
ところで、ガラス素材の種類によっては、加熱軟化時にガラス素材が上型および下型に接していると、接触部分が変質して光学素子の品質が劣化する場合がある。
【０００４】
そこで、特許文献１に開示される技術では、上型にスリーブの開口端に当接するフランジ部を設けて当該スリーブに対する挿入位置が固定された固定型とし、スリーブ内部のガラス素材に対して非接触にするとともに、スリーブの内部に設けられた支持部材によってガラス素材を支持することで、下型とガラス素材とが非接触となる構成の型セットが開示されている。
【０００５】
そして、ガラス素材を上型および下型の成形面に対して非接触で加熱することで、光学素子のクモリ等の品質劣化の発生を防止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１８６３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上述の特許文献１の技術では、加工バラツキや再加工により上型の高さが変化すると、上型の成形面とガラス素材との隙間寸法が変化し、ガラス素材の加熱状態が変化する結果、成形品である光学素子の品質にバラツキが発生してしまう、という技術的課題があった。
【０００８】
また、上型および下型とガラス素材の隙間寸法は、支持部材およびスリーブと、上型のフランジ部から成形面までの高さの各寸法で決定されるが、これらの各部材は、相互に軸心を一致させるために、各々の内径もしくは外径が高精度に加工される必要があり非常に高価である。
【０００９】
このため、上型の寸法の変化に合わせてスリーブ等の再製作や寸法調整を行なうと、型セットのコストが増大してしまう、という技術的課題がある。
【００１０】
本発明の目的は、型セットの製作や補修等のコストを増大させることなく、成形型と成形素材との非接触状態を的確に制御して、成形される光学素子の品質を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の観点は、筒体内に挿入される第１成形型が有するフランジ部と、該フランジ部のフランジ面に対向する前記筒体の開口端との間に挟まれた調整部材によって、前記第１成形型の成形面と成形素材との隙間を制御する第１工程と、
前記成形素材を加熱軟化させて、前記第１成形型と、該第１成形型に対向して前記筒体内に挿入される第２成形型との間で挟圧して成形する第２工程と、
を含む、光学素子の製造方法を提供する。
【００１２】
本発明の第２の観点は、筒体と、
前記筒体内に挿入され、フランジ部を有する第１成形型と、
前記第１成形型と対向して前記筒体内に挿入される第２成形型と、
前記第１成形型の前記フランジ部と、該フランジ部のフランジ面に対向する前記筒体の開口端との間に配置され、前記第１成形型の成形面と成形素材との隙間を制御する調整部材と、
を含む、型セットを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、型セットの製作や補修等のコストを増大させることなく、成形型と成形素材との非接触状態を的確に制御して、成形される光学素子の品質を向上させることが可能な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法に使用される型セットの構成の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である型セットの一部を分解して例示した斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法に使用される光学素子の製造装置の概略構成を示す略断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法および型セットの作用の一例を示すフローチャートである。
【図５Ａ】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法および型セットの作用を、成形動作の進行順に例示する断面図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法および型セットの作用を、成形動作の進行順に例示する断面図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法および型セットの作用を、成形動作の進行順に例示する断面図である。
【図５Ｄ】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法および型セットの作用を、成形動作の進行順に例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
図１は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法に使用される型セットの構成の一例を示す断面図である。
図２は、本発明の一実施の形態である型セットの一部を分解して例示した斜視図である。
図３は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法に使用される光学素子の製造装置の概略構成を示す略断面図である。
【００１６】
最初に、図１および図２を参照して、本実施の形態の型セットの構成について説明する。
図１に例示されるように、本実施の形態の型セット１６は、上型１８（第１成形型）、下型２０（第２成形型）、筒状のスリーブ２２（筒体）、素材保持部材２６、およびスペーサリング４０（調整部材）を有している。
【００１７】
上型１８および下型２０は、スリーブ２２の内部で、それぞれの成形面１８ｃ，成形面２０ｃが軸方向（この場合、上下方向）に対向するようにスリーブ２２の両端側から嵌挿されている。
上型１８は、大径のフランジ部１８ａとそれよりもやや小径で端面に成形面１８ｃが形成された先端部１８ｂとを有する段付き円柱状をなしている。
【００１８】
すなわち、上型１８の先端部１８ｂの端面には、凹球面状の成形面１８ｃが形成されている。また、成形面１８ｃの外周部は平坦面に形成されている。
上型１８のフランジ部１８ａはスペーサリング４０を介してスリーブ２２の上端面２２ａ（開口端）に当接することにより、先端部１８ｂがスリーブ２２の内側に嵌挿されている。
【００１９】
上型１８のフランジ部１８ａにおいて、スペーサリング４０に当接するフランジ面１８ｄは、上型１８の先端円柱部１８ｂの円筒軸に直交する平坦な平面をなすように高精度に仕上げられている。
そして、上型１８はフランジ部１８ａのスペーサリング４０に対する当接面であるフランジ面１８ｄを基準に成形面１８ｃを加工している。
【００２０】
すなわち、上型１８の成形面１８ｃのスリーブ２２に対する挿入高さ位置は、スペーサリング４０の厚さ寸法ｔによって制御可能となっている。
【００２１】
スペーサリング４０において、上型１８のフランジ面１８ｄに当接するリング上面４０ａ、およびスリーブ２２の上端面２２ａに当接するリング下面４０ｂは、上型１８および下型２０と同程度の精度にて、互いに高精度に平坦かつ平行に仕上げられている。
【００２２】
そして、互いに平行なリング上面４０ａとリング下面４０ｂとの距離が、スペーサリング４０の所望の厚さ寸法ｔである。
同様に、スリーブ２２のスペーサリング４０に当接する上端面２２ａは、当該スリーブ２２の軸方向に直交する平坦な平面をなすように高精度に仕上げられている。
【００２３】
高精度なリング上面４０ａおよびリング下面４０ｂを有するスペーサリング４０は、形状が単純であるため、上型１８やスリーブ２２等に比較して、はるかに安価に製作できる。
【００２４】
スペーサリング４０の材料は、耐熱性等を考慮すると、上型１８、下型２０、スリーブ２２等と同一の、例えば工具鋼やタングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金が望ましいが、耐熱性を満たす範囲で、これらと異なる、より安価な材料でもよい。
【００２５】
下型２０は、大径の基部２０ａと小径の先端部２０ｂとを有する段付き円柱状をなしている。この先端部２０ｂの端面には、例えば凸球面状の成形面２０ｃが成形されている。基部２０ａはスリーブ２２の内側に嵌挿されている。
【００２６】
スリーブ２２は軸方向において、下型２０の側と上型１８の側で内周の径が異なっており、その境界部が段差面２４を構成し、この段差面２４よりも上の大径側には、上型１８の先端部１８ｂと外径がほぼ等しい素材保持部材２６が載置されている。
【００２７】
すなわち、スリーブ２２において段差面２４よりも下部に下型２０が嵌挿され、上部に上型１８が嵌挿されている。
下型２０は、基部２０ａの外径が、スリーブ２２における段差面２４の下側の内径よりも小さく仕上げられ、下型２０の全体が、スリーブ２２の内部軸方向に摺動自在に押し込まれる構成となっている。
【００２８】
段差面２４に配置された素材保持部材２６は、図１に示すように、円柱体の中央部に軸方向に貫通する型挿通穴２６ａと、この型挿通穴２６ａの成形面１８ｃに面する開口端の周囲に同軸に設けられた凹形成形面２６ｂを備えている。
【００２９】
この凹形成形面２６ｂは、上型１８の成形面１８ｃと下型２０の成形面２０ｃとの間に形成されるレンズの成形空間の外周面を構成する成形面になっている。
そして、型挿通穴２６ａの内径は、下型２０の先端部２０ｂの外径よりも僅かに大きく仕上げられ、先端部２０ｂが型挿通穴２６ａの内部を軸方向に上下動することが可能になっている。
【００３０】
素材保持部材２６において、凹形成形面２６ｂの中央底部に開口する型挿通穴２６ａのエッジ部には、所定形状の成形素材としてのガラス素材３０（成形素材）が配置されている。このガラス素材３０は、市販の光学ガラスが用いられている。
【００３１】
本実施の形態では、このガラス素材３０は、型挿通穴２６ａの直径よりも大きく、凹形成形面２６ｂの開口部の直径よりも小さい球形状をなしている。
【００３２】
このため、ガラス素材３０は、自重で、型挿通穴２６ａの凹形成形面２６ｂにおける開口端の円形のエッジの中心部に落ち込むことにより、スリーブ２２の内部において、中心軸上に、すなわち、上型１８と下型２０の対向軸上に同軸に自動的に位置決めされる。
【００３３】
また、素材保持部材２６の凹形成形面２６ｂの開口端の円形エッジと素材保持部材２６の下面２６ｃの距離によって、ガラス素材３０の下面と下型２０の成形面２０ｃの隙間ｇ２を調節することができる。
【００３４】
そして、本実施の形態の場合、図１に例示されるように、上型１８のフランジ面１８ｄから成形面１８ｃまでの距離Ｌに対して、ガラス素材３０の上面と成形面１８ｃとの間に隙間ｇ１が形成されるように、スペーサリング４０の厚さ寸法ｔを設定する。
【００３５】
また、下型２０の側では、ガラス素材３０の下面と下型２０の成形面２０ｃとの間に隙間ｇ２が形成されるように、先端部２０ｂの長さ、または、素材保持部材２６の寸法が設定される。
【００３６】
なお、本実施の形態の場合、ガラス素材３０の成形温度までの加熱状態において、上述の隙間ｇ１および隙間ｇ２が実現されるように、各部の熱膨張を考慮して、上述のスペーサリング４０の厚さ寸法ｔ等が設定あるいは選択されるものとする。
【００３７】
このように、本実施の形態の型セット１６の場合には、例えば上型１８の距離Ｌや、ガラス素材３０のサイズが変化しても、スペーサリング４０の厚さ寸法ｔを適宜設定することによって、上型１８の成形面１８ｃとガラス素材３０との間の隙間ｇ１を所望の値に的確に制御することができる。
【００３８】
次に、上述の型セット１６が使用される本実施の形態の製造装置１について説明する。
図３に例示されるように、本実施の形態の製造装置１は、成形室２内に加熱・加圧ステージ３と冷却ステージ４とが設けられた構成となっている。
【００３９】
成形室２における加熱・加圧ステージ３および冷却ステージ４の配列方向の両端に設けられた入口と出口の各々には、上下に開閉自在なシャッタ８、およびシャッタ９が設けられている。この入口側のシャッタ８を開いて型セット１６を成形室２内に搬入し、また、出口側のシャッタ９を開いて型セット１６を成形室２から外部に搬出する。
【００４０】
加熱・加圧ステージ３は、上下に対向する一対の上加熱板１２および下加熱板１４と、これら上加熱板１２および下加熱板１４間には、シャッタ８を通じて投入される上述の型セット１６が配置される。
【００４１】
下加熱板１４は基台５に固定されている。この基台５には、基台５および下カートリッジヒータ１５を貫通して上下動する突き出し部材１０が設けられ、型セット１６の下型２０を突き上げて、スリーブ２２の内部に押し込む動作が可能になっている。
【００４２】
なお、突き出し部材１０による下型２０の突き出し量は、図示しないスケールにて突き出し部材１０の上下動の変位を計測して精密に制御される。
【００４３】
上加熱板１２および下加熱板１４の各々には、上カートリッジヒータ１３および下カートリッジヒータ１５が内蔵されている。また、上加熱板１２を上下（対向）方向に駆動するエアシリンダ１７が設けられている。
【００４４】
シャッタ８を通じて上加熱板１２および下加熱板１４の間に搬入される型セット１６に対しては、エアシリンダ１７による上加熱板１２の昇降動作により、当該型セット１６の挟持、挟圧等の動作が行われる。
【００４５】
冷却ステージ４も同様の構成を有している。なお、冷却ステージ４では、型セット１６を挟持して所定の温度まで冷却させる。冷却された型セット１６は、出口側のシャッタ９を通じて外部に排出される。
【００４６】
成形室２のシャッタ９およびシャッタ８の近傍には、気体流入口６と気体流出口７が設けられていて、成形室２の内部雰囲気を窒素ガス（Ｎ２）等の不活性ガスにより置換可能な構造になっている。
【００４７】
以下、本実施の形態の光学素子の製造方法および型セットの作用の一例を説明する。
図４は、本実施の形態の光学素子の製造方法および型セットの作用の一例を示すフローチャートである。
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄは、本実施の形態の光学素子の製造方法および型セットの作用を、成形動作の進行順に例示する断面図である。
【００４８】
まず、成形温度での上型１８、下型２０、スリーブ２２、素材保持部材２６、ガラス素材３０、スペーサリング４０の熱膨張量を考慮して、成形温度でガラス素材３０の上面と上型１８の成形面１８ｃが、所望の隙間ｇ１で非接触になる厚さ寸法ｔを有するスペーサリング４０を準備して型セット１６を組み立てる（ステップ１１０（第１工程））。
【００４９】
すなわち、ステップ１１０の詳細を例示すると、上型１８の距離Ｌを測定し（ステップ１１１）、必要とされる隙間ｇ１と距離Ｌおよび成形温度における熱膨張量等に基づいてスペーサリング４０の厚さ寸法ｔを決定し（ステップ１１２）、この厚さ寸法ｔのスペーサリング４０を用いて型セット１６を組み立てる（ステップ１１３）。
【００５０】
このように、本実施の形態の型セット１６の場合には、スリーブ２２と上型１８のフランジ部１８ａとの間にスペーサリング４０を挟んで組み立てられるので、上型１８の距離Ｌやガラス素材３０のサイズ等に応じて、スペーサリング４０の厚さ寸法ｔを選択することで、ガラス素材３０と上型１８の成形面１８ｃとの間に所望の隙間ｇ１を的確に設定することができる。
【００５１】
この結果、後述のガラス素材３０の成形温度までの加熱において、成形面１８ｃとガラス素材３０を所望の隙間ｇ１に非接触に保つことができ、ガラス素材３０の加熱条件を一定に制御して、ガラス素材３０から得られる光学素子３１のクモリ等の品質劣化を防止できる。
【００５２】
また、上型１８のフランジ面１８ｄと成形面１８ｃの距離Ｌやガラス素材３０のサイズが変化しても、当該距離Ｌに対応した厚さ寸法ｔのスペーサリング４０を用いることで、上型１８やスリーブ２２の再製作等の高コストの対策を必要とすることなく、所望の隙間ｇ１を一定に設定して、ガラス素材３０の加熱等の成形条件を一定に制御できる。
換言すれば、低コストにて、隙間ｇ１等によって変化するガラス素材３０の加熱条件等の成形条件を一定に制御できる。
【００５３】
次に、予め所定温度に加熱してある、製造装置１の上加熱板１２および下加熱板１４の間に型セット１６を投入して成形を実行する（ステップ１２０（第２工程））。
【００５４】
すなわち、図５Ａのように上加熱板１２を下げて上型１８の上面に当接させることで、型セット１６を上下方向から同時に加熱することで、ガラス素材３０を屈伏点以上のプレス成形が可能な状態に加熱する（ステップ１２１）。
【００５５】
その後、図５Ｂのように突き出し部材１０を上昇させて下型２０を突き上げ、スリーブ２２の内部に押し込むことで成形を開始する（ステップ１２２）。
このとき、素材保持部材２６は自重で段差面２４に固定されているので下型２０のみが上昇してガラス素材３０を押し上げることで、素材保持部材２６からガラス素材３０が浮上する。
【００５６】
さらに、下型２０を突き上げることで、図５Ｃのように、素材保持部材２６の下面２６ｃと下型２０の基部２０ａの端面が一致した高さ位置から素材保持部材２６と下型２０が一体となって上昇する（ステップ１２３）。
【００５７】
上述のステップ１２３の状態で、図５Ｄのように、変形したガラス素材３０の中心軸部が所定の肉厚になる位置まで突き出し部材１０を上動させる（ステップ１２４）。
【００５８】
上述のステップ１２４で変形したガラス素材３０が所定の肉厚に到達して光学素子３１の形状に成形された後に、加熱・加圧ステージ３でガラス転移点付近の温度まで冷却する（ステップ１２５）。
【００５９】
その後、突き出し部材１０を下降させるとともに上加熱板１２を上昇させて型セット１６を解放し、型セット１６を冷却ステージ４に移動させて冷却を開始する（ステップ１２６）。
そして、型セット１６が所定の温度に低下した時点で、シャッタ９を通じて型セット１６を外部に取り出す（ステップ１２７）。
【００６０】
その後、型セット１６を分解して、ガラス素材３０から成形された光学素子３１を取り出す（ステップ１３０）。
このように、本実施の形態の型セット１６を用いた光学素子の製造方法によれば、ガラス素材３０の上面と上型１８の成形面１８ｃの隙間ｇ１をスペーサリング４０の厚さ寸法ｔで調整することが可能である。
【００６１】
このため、例えば、上型１８の距離Ｌの加工精度のバラツキや再加工による変化やガラス素材３０のサイズの変化等に応じてスペーサリング４０の厚さ寸法ｔを調整することにより、上型１８やスリーブ２２の再加工等の高コストの対策を必要とすることなく、最適な隙間ｇ１を設定してガラス素材３０の加熱条件を最適な状態に制御することが可能となる。
【００６２】
この結果、低コストにて、不適切な隙間ｇ１に起因する光学素子３１のクモリ等の成形品質の悪化を防止し、光学素子３１の品質を向上させることが可能となる。
【００６３】
例えば、上型１８の成形面１８ｃの形状を変更して別の品種の光学素子３１の成形に用いる場合でも、フランジ部１８ａと成形面１８ｃの距離Ｌの変化に応じた厚さ寸法ｔを有するスペーサリング４０を用いることで、上型１８のフランジ部１８ａ等を再加工して距離Ｌを一定にする等の高コストの対策は不要となり、上型１８の再利用による成形工程の原価低減や生産性の向上を実現できる。
【００６４】
すなわち、本実施の形態によれば、型セット１６の製作や補修等のコストを増大させることなく、上型１８等の成形型と成形素材であるガラス素材３０との非接触状態を的確に制御して、成形される光学素子３１の品質を向上させることができる。
【００６５】
なお、上述の説明では，単一のスペーサリング４０を上型１８のフランジ部１８ａとスリーブ２２との間に挟む例を示したが、複数のスペーサリング４０を重ねて使用し、個々のスペーサリング４０の厚さ寸法ｔの和によって、上型１８の成形面１８ｃとガラス素材３０との隙間ｇ１を制御することもできる。
【００６６】
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。
例えば、成形素材としては、ガラス素材に限らず、熱可塑性の成形素材に広く用いることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 製造装置
２ 成形室
３ 加熱・加圧ステージ
４ 冷却ステージ
５ 基台
６ 気体流入口
７ 気体流出口
８ シャッタ
９ シャッタ
１０ 突き出し部材
１２ 上加熱板
１３ 上カートリッジヒータ
１４ 下加熱板
１５ 下カートリッジヒータ
１６ 型セット
１７ エアシリンダ
１８ 上型
１８ａ フランジ部
１８ｂ 先端部
１８ｃ 成形面
１８ｄ フランジ面
２０ 下型
２０ａ 基部
２０ｂ 先端部
２０ｃ 成形面
２２ スリーブ
２２ａ 上端面
２４ 段差面
２６ 素材保持部材
２６ａ 型挿通穴
２６ｂ 凹形成形面
２６ｃ 下面
３０ ガラス素材
３１ 光学素子
４０ スペーサリング
４０ａ リング上面
４０ｂ リング下面
Ｌ 距離
ｇ１ 隙間
ｇ２ 隙間
ｔ 厚さ寸法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒体内に挿入される第１成形型が有するフランジ部と、該フランジ部のフランジ面に対向する前記筒体の開口端との間に挟まれた調整部材によって、前記第１成形型の成形面と成形素材との隙間を制御する第１工程と、
前記成形素材を加熱軟化させて、前記第１成形型と、該第１成形型に対向して前記筒体内に挿入される第２成形型との間で挟圧して成形する第２工程と、
を含む、光学素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子の製造方法において、
前記第１工程では、前記第１成形型における前記フランジ面と前記成形面との距離に応じて前記調整部材の厚さ寸法を設定することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光学素子の製造方法において、
前記第１工程では、前記調整部材の厚さ寸法を設定して前記隙間を制御することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法において、
前記第１工程では、前記筒体の内部に、前記第２成形型に対して非接触となるように前記成形素材を支持する素材保持部材を組み込むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
筒体と、
前記筒体内に挿入され、フランジ部を有する第１成形型と、
前記第１成形型と対向して前記筒体内に挿入される第２成形型と、
前記第１成形型の前記フランジ部と、該フランジ部のフランジ面に対向する前記筒体の開口端との間に配置され、前記第１成形型の成形面と成形素材との隙間を制御する調整部材と、
を含む、型セット。
【請求項６】
請求項５記載の型セットにおいて、
さらに、前記筒体の内部に配置され、前記第２成形型に対して非接触で前記成形素材を支持可能な素材保持部材を含むことを特徴とする型セット。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の型セットにおいて、
前記調整部材の厚さ寸法は、前記第１成形型における前記フランジ面と前記成形面との距離に応じて設定されていることを特徴とする型セット。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の型セットにおいて、
前記隙間は、前記調整部材の厚さ寸法が設定されて制御されていることを特徴とする型セット。
【請求項１】
筒体内に挿入される第１成形型が有するフランジ部と、該フランジ部のフランジ面に対向する前記筒体の開口端との間に挟まれた調整部材によって、前記第１成形型の成形面と成形素材との隙間を制御する第１工程と、
前記成形素材を加熱軟化させて、前記第１成形型と、該第１成形型に対向して前記筒体内に挿入される第２成形型との間で挟圧して成形する第２工程と、
を含む、光学素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子の製造方法において、
前記第１工程では、前記第１成形型における前記フランジ面と前記成形面との距離に応じて前記調整部材の厚さ寸法を設定することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光学素子の製造方法において、
前記第１工程では、前記調整部材の厚さ寸法を設定して前記隙間を制御することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法において、
前記第１工程では、前記筒体の内部に、前記第２成形型に対して非接触となるように前記成形素材を支持する素材保持部材を組み込むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
筒体と、
前記筒体内に挿入され、フランジ部を有する第１成形型と、
前記第１成形型と対向して前記筒体内に挿入される第２成形型と、
前記第１成形型の前記フランジ部と、該フランジ部のフランジ面に対向する前記筒体の開口端との間に配置され、前記第１成形型の成形面と成形素材との隙間を制御する調整部材と、
を含む、型セット。
【請求項６】
請求項５記載の型セットにおいて、
さらに、前記筒体の内部に配置され、前記第２成形型に対して非接触で前記成形素材を支持可能な素材保持部材を含むことを特徴とする型セット。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の型セットにおいて、
前記調整部材の厚さ寸法は、前記第１成形型における前記フランジ面と前記成形面との距離に応じて設定されていることを特徴とする型セット。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の型セットにおいて、
前記隙間は、前記調整部材の厚さ寸法が設定されて制御されていることを特徴とする型セット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【公開番号】特開２０１１−２５１８５６（Ｐ２０１１−２５１８５６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２４９０８（Ｐ２０１０−１２４９０８）
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
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