JPH07277750A - 光学素子成形装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加熱したガラス素材を上下一対の成形型でプ
レス成形して光学素子を得るに際し、成形面各所の温度
分布不均一により発生する成形品の歪みを有効に防止す
ることを目的とする。 【構成】 上下一対の成形型１，３でガラス素材Ｇのプ
レス成形を行う光学素子成形装置である。端面に成形面
１ａ，３ａを有するとともに同成形面１ａ，３ａの裏面
１ｃ，３ｃに向けて基端部より中空の凹陥部１ｂ，３ｂ
が形成された成形型１，３と、前記裏面１ｃ，３ｃに密
着する形状の先端部２ａ，４ａを有し凹陥部１ｂ，３ｂ
内を挿抜自在な熱伝達部材２，４と、この熱伝達部材
２，４を進退させる駆動手段（図示せず）とから構成さ
れ、成形型１，３を強制冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱したガラス素材を
上下一対の成形型でプレス成形して光学素子を得る光学
素子成形装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プレス成形によりガラスレンズを成形す
るに際しては、レンズはふつう光軸を中心に対称形状で
あるため、成形型も光軸中心に同心円形状でなければな
らないこと言うまでもないが、成形面が完全な同心円形
状であっても成形面の温度分布が同心円的でなく非対称
であると、成形レンズには非対称な歪が生じる。従って
この種の成形装置を製作する際には、熱的な非対称が生
じないよう、装置の熱的対称性に十分留意すべきであ
る。

【０００３】しかしながら、実際の製造装置において
は、様々な原因による非対称性が生じている。例えば図
１２に示すような搬送アームの問題がある。符号７は搬
送アームであって、ガラス素材を載置したホルダ５を加
熱炉から成形装置まで搬送するものであるが、搬送アー
ム７に保持されたホルダ５の左側部分が保温されるた
め、ホルダ５内に載置されたガラス素材の温度、成形装
置に供給されたときには図１３（ａ）に示すような不均
一状態になってしまっており、このままプレス成形して
も、成形レンズは非対称に歪んでしまう。図１３（ｂ）
は、これにより歪んだレンズの干渉縞を示す例である。
右側が左側より急速に冷却され収縮するために歪を生じ
ているのがわかる。

【０００４】また、レンズ自体の外形が非対称、例えば
角形レンズなど異形レンズの場合には、成形型が同心円
的でない構造になるため成形面の温度分布が乱れやす
い。

【０００５】さらに、成形型のヒータの劣化や取付誤
差、その他さまざまな不特定原因によって微妙な不均一
を生じることもあり、すべてこれらは成形レンズの精度
悪化を招くことになる。

【０００６】ところで、成形型を加熱冷却する技術は多
く知られているが、これらはいずれも同心円的に加熱冷
却することを前提とした技術である。例えば特開昭６３
−２２２０２２号公報（以下技術Ａ）では、成形型外周
に接触離脱自在な冷却ブロックを設けており、この接触
により成形型を外周から急速冷却させている。

【０００７】また、特開平３−２３７０２５号公報（技
術Ｂ）、および特開平５−１９３９６２号公報（技術
Ｃ）には、いずれも成形型下側から成形面裏側に向けて
中空状の凹陥部を形成し、その中に冷却流体をノズルで
吹込んで、成形型を内部から冷却することが提案されて
いる。

【０００８】また、公知技術ではないが、特願平５−２
２９９４５号（技術Ｄ）では、技術Ｂ，Ｃの冷却流体の
代わりに、冷却ブロックを成形面裏面に接触させること
で成形型を冷却している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の従来
技術では、以下のような問題点があった。 （１）技術Ａでは成形型の外周から冷却するため、成形
レンズの中心付近は十分に冷却されない。 （２）技術Ｂ及びＣでは成形型の中空の凹陥部に流体を
吹付けて冷却するので、凹陥部の断面及び側面が均一に
冷却され、成形面裏面の一部に偏った冷却をすることは
原理的にできなかった。また冷却流体の温度および吐出
量で冷却力をコントロールするので微妙な温度管理も難
しかった。 （３）技術Ｄでも冷却範囲を積極的に偏らせることにつ
いては考慮されていなかった。

【００１０】そして、前述したような熱的な非対称の是
正については、いずれの技術でも着目されること無く、
全く記載されていなかった。

【００１１】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、加熱したガラス素材を上下一対の成形型でプレス成
形して光学素子を得るに際し、成形面各所の温度分布不
均一により発生する成形品の歪みを有効に防止すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の手段としては、前記技術Ｄにおいて冷却ブロックの形
状を非対称形状にするなどして、冷却工程でのレンズ温
度分布に強制的変化を加えれば、成形面温度分布の不均
一を相殺することができる。

【００１３】そこで、請求項１に記載した本発明の光学
素子成形装置は、端面に成形面を有するとともに同成形
面の裏面に向けて基端部より中空の凹陥部が形成された
成形型と、前記成形面の裏面に密着する形状の先端部を
有し前記凹陥部内を挿抜自在な熱伝達部材と、この熱伝
達部材を進退させる駆動手段とを備えたことを特徴とし
ている。

【００１４】この場合、温度分布の乱れを相殺するよう
に、中空の凹陥部の形状を非対称としたり、熱伝達部材
の形状を非対称としたり、熱伝達部材の密着場所を非対
称とする。ここで、「非対称」とは光軸を中心とした同
心円的なものを除くすべてを示し、具体的に例示すれ
ば、凹陥部の形状および熱伝達部材の形状については、
断面を楕円や多角形としたり偏心した円形としたりす
る。また、形状が同心円的かどうかではなく、結果的に
熱的な非対称であるかが問題であって、例えば、円形断
面であっても内部構造（素材などの配置）を不均一にす
れば熱的非対称構造にできる。

【００１５】また、駆動手段は少なくとも熱伝達部材を
進退させるように動作する必要があるが、これに加え、
熱伝達部材の密着位置を偏心方向に駆動可能としてもよ
い。

【００１６】また、熱伝達部材は冷却を目的としても加
熱を目的としてもよい。両凸レンズでは中央の厚肉部を
余分に冷却する必要があるが、両凹レンズでは中央の薄
肉部を保温する必要があることも考えられるからであ
る。

【００１７】なお、成形型に中空の凹陥部を形成するに
際しては、一体物の成形型をくり貫いて製作してもよい
し、また、別体の成形皿を円筒型の支持部材の端面に取
付けてもよい。また、凹陥部は熱伝達部材が挿抜自在で
あれば、大きな隙間があったり、断面形状が熱伝達部材
と異なったりしてもよい。

【００１８】また、かかる凹陥部は上下双方の成形型に
設けるのが普通であるが、一方の成形型にのみ設けた場
合も含めることとする。メニスカスレンズや片面にのみ
樹脂積層した複合レンズなど両面が非対称のレンズで
は、特に片面の温度分布調整が求められることもあり得
るからである。

【００１９】次に、請求項２に記載した光学素子成形装
置は、前記熱伝達部材を所定温度に加熱及び／又は冷却
する温調装置が備えられたことを特徴としている。

【００２０】本発明では常温の熱伝達部材を密着させる
だけでも原理的には一応目的達成が可能であるが、サイ
クルタイムの短縮のため温調装置を併設することが望ま
しい。ここで、温調装置が冷却装置の場合には、成形型
から抜去した熱伝達部材に流体を吹き付ける構成が効果
的であり、特に空気吹付式が簡易でよい。

【００２１】また、請求項３に記載した光学素子成形装
置は、前記熱伝達部材の断面形状が成形面の中心軸に対
して同心円的ではないことを特徴としている。温度分布
に対応した断面形状の熱伝達部材を各種用意し、これを
交換使用するのが最も簡易と思われるからである。

【００２２】また、請求項４に記載した光学素子成形方
法は、成形面の裏面に向けて基端部より中空の凹陥部が
形成された成形型の成形面にガラス素材を配置し、これ
を押圧成形するとともに、前記中空の凹陥部を通して成
形面の裏面に熱伝達部材を密着させることを特徴として
いる。

【００２３】この場合には、請求項５に記載したよう
に、前記熱伝達部材を予め所定温度に冷却しておき、押
圧成形を開始してから終了するまでの間に同熱伝達部材
を密着させるとよい。

【００２４】

【作用】上記構成からなる本発明の光学素子成形装置お
よび方法では、あらかじめ成形されたレンズの歪みを測
定し、これから成形面の温度分布の非対称を求めて、こ
れを相殺するように成形中の成形面の温度を強制的に変
化させ、結果的に均一な加熱温度分布を得る。すなわ
ち、成形面の偏って高温に加熱された部分を重点的に冷
却し（または逆に低温部分を加熱し）、その結果レンズ
全体では均一に冷却させ、局部的な冷却収縮が発生する
のを防止する。

【００２５】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明に係る光学
素子成形装置および方法の実施例を説明する。図１〜５
はいずれも光学素子成形装置を破断して示す正面図であ
って、装置の動作状態を順に示したものである。

【００２６】図示の通りこの装置は、上下一対の成形型
１，３でガラス素材Ｇのプレス成形を行うものであっ
て、端面に成形面１ａ，３ａを有するとともに同成形面
１ａ，３ａの裏面１ｃ，３ｃに向けて基端部より中空の
凹陥部１ｂ，３ｂが形成された成形型１，３と、前記裏
面１ｃ，３ｃに密着する形状の先端部２ａ，４ａを有し
凹陥部１ｂ，３ｂ内を挿抜自在な熱伝達部材２，４と、
この熱伝達部材２，４を進退させる駆動手段（図示せ
ず）とから構成され、成形型１，３を強制冷却するもの
である。

【００２７】ここで、成形型１および熱伝達部材２の断
面を図６に示す。本実施例では、成形型の凹陥部１ｂの
断面を円形とし、熱伝達部材２の断面を楕円とした。成
形型３，熱伝達部材４についても同様の形状である。

【００２８】次に、上記装置の動作を説明する。まず、
不図示の加熱炉中においてホルダ５に載置したガラス素
材Ｇを加熱軟化する。加熱が完了すると、これを載置し
たホルダ５を搬送アーム（図示せず）により上下成形型
１，３の中心軸上の成形位置に搬送する（図１参照）。

【００２９】ガラス素材Ｇが成形位置に来ると、図２に
示す如く、成形を開始する。下側の成形型１が上昇しス
ペーサリング６を介してホルダ５を持ち上げ、ガラス素
材Ｇを上側の成形型３に当てつけ、下側の成形型１とで
挟んでプレスを行う。

【００３０】成形転写が完了すると、図３に示す如く、
押圧力を保持しながら冷却を行う。その際、レンズの外
側からは空気吹付による冷却を行い、成形型１，３内部
からは熱伝達部材２，４による強制冷却を行う。すなわ
ち、下側の熱伝達部材２が上昇して成形型１の成形面の
裏面１ｃに密着する一方、上側の熱伝達部材４が下降し
て成形型３の成形面の裏面３ｃに密着して熱を奪う。こ
のとき、冷却開始のタイミング即ち熱伝達部材２，４の
作動タイミングはレンズの形状，硝材により異なる。

【００３１】冷却工程が完了すると、図４に示す如く、
離型を行う。下側の成形型１がホルダ５とともに下降す
る。その途中で排出用搬送アーム（図示せず）にホルダ
５を載置して分離し、下降端まで降りる。このとき下側
の熱伝達部材２も成形型１と一体的に下降する。

【００３２】図５に示す如く、下側の成形型１が下降端
まで降りた後、上側の熱伝達部材４が上昇する一方、下
側の熱伝達部材２が下降し、成形型と分離する。それぞ
れ上昇端，下降端に達した熱伝達部材２，４は冷却され
る。冷却は図示しないエアノズルから圧縮空気を吹き付
けて行う。そしてこのとき、熱伝達部材２，４内部に埋
設された熱電対（図示せず）で温度を監視し、空気の吹
付時間，量を管理する。冷却が完了すると、再び図１の
状態に戻る。

【００３３】本実施例の適用前には、成形面の温度分布
は図７（ａ）のように偏っていた。そして、得られた成
形レンズの干渉縞は同図（ｂ）のようになっており、左
右に比べて上下方向の周縁部のダレが大きくなってい
た。これは左右方向に比べて上下方向が急速に冷却され
収縮するために生じるものであった。

【００３４】これに対し本実施例によれば、成形面の温
度分布を同図（ｃ）のような光軸対称の同心円分布に矯
正することができた。これにより、得られた成形レンズ
の干渉縞も同図（ｄ）のように改善された。

【００３５】なお、上記実施例には、以下のような変形
を加えてもよい。 （１）図８に示す如く、凹陥部１ｂの断面を円形から長
方形にすること。これにより、図中上下の熱伝達部材２
による冷却を行わない方向に対する成形型の肉厚減少を
前記実施例より少なくすることができるので、同方向の
保温効果を高めることができ、冷却能力分布の矯正をよ
り強めることができる。なお、同じ理由から、断面を横
長の楕円形状にしてもよい。

【００３６】（２）図９に示す如く、凹陥部１ｂおよび
熱伝達部材２の断面を円形としたまま、偏心した位置に
ずらすこと。この場合、図１０に示す如く凹陥部１ｂ自
体を偏心させて設けてもよい。前述の図１３（ａ）の破
線で示す位置に熱伝達部材２を配することで、図１３
（ｂ）において説明したような左右のアンバランスを有
効に矯正することができる。なお、図９では熱伝達部材
の偏心方向の自由度が大きいので、冷却場所を任意に微
調整できる利点がある。

【００３７】（３）図１１に示す如く、熱伝達部材２の
断面を半円型にすること。この場合には、成形型１と熱
伝達部材２との軸心を一致させたまま両者を相対的に回
転させるだけで温度分布の矯正が可能となる。具体的に
は駆動手段を進退とともに回動自在にすればよい。この
例では、図１２（ｂ）に示した熱的偏向による高温範囲
と熱伝達部材２との断面が一致するので、温度分布を効
率よく矯正することが可能となる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明の光学素子成形装置
および方法によれば、成形面裏面に熱伝達部材を密着さ
せて成形面の温度分布の偏りを相殺するので、成形面各
所の温度分布不均一により発生する成形品の歪みを有効
に防止することができる。そしてこの結果、部分的な転
写不良（ケラレ）やアス等の形状不良を大幅に減少させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光学素子成形装置を破断
して示す正面図である。

【図２】本発明の実施例による光学素子成形装置を破断
して示す正面図である。

【図３】本発明の実施例による光学素子成形装置を破断
して示す正面図である。

【図４】本発明の実施例による光学素子成形装置を破断
して示す正面図である。

【図５】本発明の実施例による光学素子成形装置を破断
して示す正面図である。

【図６】本発明の実施例による光学素子成形装置の要部
を破断して示す正面図ａ及び断面図ｂである。

【図７】実施例の作用を説明する図である。

【図８】本発明の第１の変形例を示す図である。

【図９】本発明の第２の変形例を示す図である。

【図１０】本発明の第３の変形例を示す図である。

【図１１】本発明の第４の変形例を示す図である。

【図１２】従来の問題点を説明する図である。

【図１３】従来の問題点を説明する図である。

【符号の説明】

１，３ 成形型 １ａ，３ａ 成形面 １ｂ，３ｂ 凹陥部 １ｃ，３ｃ 成形面の裏面 ２，４ 熱伝達部材 ２ａ，４ａ 先端部 ５ ホルダ ６ スペーサリング ７ 搬送アーム Ｇ ガラス素材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端面に成形面を有するとともに同成形面
   の裏面に向けて基端部より中空の凹陥部が形成された成
   形型と、前記成形面の裏面に密着する形状の先端部を有
   し前記凹陥部内を挿抜自在な熱伝達部材と、この熱伝達
   部材を進退させる駆動手段とを備えたことを特徴とする
   光学素子成形装置。
2. 【請求項２】 前記熱伝達部材を所定温度に加熱及び／
   又は冷却する温調装置が備えられたことを特徴とする請
   求項１記載の光学素子成形装置。
3. 【請求項３】 前記熱伝達部材の断面形状が成形面の中
   心軸に対して同心円的ではないことを特徴とする請求項
   １又は２記載の光学素子成形装置。
4. 【請求項４】 成形面の裏面に向けて基端部より中空の
   凹陥部が形成された成形型の成形面にガラス素材を配置
   し、これを押圧成形するとともに、前記中空の凹陥部を
   通して成形面の裏面に熱伝達部材を密着させることを特
   徴とする光学素子成形方法。
5. 【請求項５】 前記熱伝達部材を予め所定温度に冷却し
   ておき、押圧成形を開始してから終了するまでの間に同
   熱伝達部材を密着させることを特徴とする請求項４記載
   の光学素子成形方法。