JPH10236830A - 光学素子の成形方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】成形前の光学素材の肉厚に影響されることがな
く、成形後の光学素子の肉厚精度を確保するとともに、
残留応力のない高精度の面形状を安定して得る。 【解決手段】加熱された光学素材８を成形型１、２によ
って加圧しつつ成形する光学素子の成形方法において、
光学素材８を押圧成形する過程では、成形型１、２の位
置を検出して光学素材８が所望の肉厚となるように成形
型１、２の距離を一定に保ち、成形された光学素材８を
冷却する過程では、冷却に伴って収縮する光学素材８へ
加える成形型１、２の圧力を段階的に変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子の成形方
法とその装置に係わり、詳しくは光学素子の肉厚精度を
確保するための手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レンズなどの光学素子を効率よく
量産する方法として、精密なプレス成形機などの加圧手
段を用いた成形方法がある。上記方法は、加熱軟化され
た材料塊、例えば光学素材をプレス成形機の金型内に供
給し、この状態で加圧することにより所定形状の光学素
子を得るようにしている。この場合、成形される光学素
子の肉厚は、光学素子の精度を決める上で極めて重要で
ある。

【０００３】プレス成形機で成形される光学素子の肉厚
を決める方法には、例えば特開昭６１−２０５６３０号
公報所載の技術が開示されている。一つの実施例（従来
技術１）では、金型内での光学素材の冷却固化過程で生
じる体積収縮の不均一に伴う局部収縮やヒケを防止する
ために、ストッパ等の制御機構の他に、金型とこの金型
を駆動させるピストンとの間に加圧部材（弾性部材）を
介在させることによって、光学素材の冷却固化による収
縮に連動して上記金型が光学素材を加圧するようになっ
ている。

【０００４】また、他の実施例（従来技術２）では、金
型が加圧部材（油圧シリンダ）の端部に固定されてお
り、光学素子が所望の肉厚になる位置で金型と接触する
ストッパを設け、所望の肉厚に光学素材を押圧成形した
後、上記ストッパを移動または取り除くことにより、冷
却固化によって収縮していく光学素材に連動して、金型
で光学素材を加圧するものがある。一般に、光学素子の
肉厚を高精度に成形しようとする場合には、押圧成形過
程において、上下の金型を所定の位置まで移動してその
肉厚の精度を確保した後、冷却固化の過程においては、
光学素材の局部収縮やヒケを防止して高精度の面形状を
得るために、光学素材の冷却固化による収縮に連動し、
金型が光学素材に対し圧力を加えるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来技
術１によれば、金型とピストンとの間に弾性部材を介在
させてあるので、光学素材の冷却固化過程において、ヒ
ケ防止のために光学素材に加える圧力は、弾性部材の変
形量によって異なる。そして、この弾性部材の変形量
は、成形過程における光学素材の肉厚（中肉量）によっ
て変化し、この肉厚は上述のように一定とはならない。
そのため、ヒケ防止のための加圧力を常に一定に保つこ
とは困難であり、成形された光学素子の面精度にバラツ
キが生じるという問題点があった。

【０００６】また、従来技術２では、光学素材の冷却固
化の開始を検知する手段がないために、冷却固化が開始
する前に圧力を加えることになり、光学素材の肉厚が変
化してしまう。さらに、冷却固化が開始した後に光学素
材へ圧力を加えても、冷却固化の進行具合によっては面
精度の向上は得られずにヒケが生じてしまう。この冷却
固化の開始点や進行具合は、加熱された成形素材の温
度、重量および成形を行う金型温度等によって異なり、
加圧を開始するタイミングを計って加圧することができ
ないため、成形後の光学素子の面精度のバラツキを抑え
ることができないという問題点があった。また、加熱軟
化した状態で光学素材を押圧成形し、冷却固化後、急激
に圧力を低下させると、成形された光学素子の表面に残
留応力が生ずるという問題点があった。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、請求項１に係る発明の課題は、成形前の光
学素材の肉厚に影響されることがなく、成形後の光学素
子の肉厚精度を確保するとともに、残留応力のない高精
度の面形状を安定して得ることができる光学素子の成形
方法を提供することである。請求項２に係る発明の課題
は、上記成形方法を実施するために有効な光学素子の成
形装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を課題を解決す
るために、請求項１に係る発明は、加熱された光学素材
を成形型によって加圧しつつ成形する光学素子の成形方
法において、光学素材を押圧成形する過程では、前記成
形型の位置を検出して前記光学素材が所望の肉厚となる
ように前記成形型の距離を一定に保ち、成形された光学
素材を冷却する過程では、冷却に伴って収縮する前記光
学素材へ加える前記成形型の圧力を段階的に変化させる
ことを特徴とする。請求項２に係る発明は、加熱された
光学素材を成形型によって加圧しつつ成形する光学素子
の成形装置において、前記成形型を駆動させるための駆
動手段と、前記成形型の位置を検出するための第１の検
出手段と、前記成形型から前記光学素材に加える圧力を
検出するための第２の検出手段と、前記第１の検出手段
または前記第２の検出手段からの出力に基づいて前記駆
動手段の位置を段階的に制御する制御手段と、前記制御
手段に任意のプログラムを書き込むための入力手段とを
具備することを特徴とする。

【０００９】請求項１に係る発明の作用では、光学素材
を押圧成形する過程では、成形型の位置を検出して光学
素材が所望の肉厚となるように成形型の距離を一定に保
ち、成形された光学素材を冷却する過程では、冷却に伴
って収縮する光学素材へ加える成形型の圧力を段階的に
変化させることにより、成形された光学素子の肉厚を一
定にさせ、かつ冷却に伴って収縮する光学素材の固化状
態に対応する加圧を行う。請求項２に係る発明の作用で
は、成形型を駆動させるための駆動手段と、成形型の位
置を検出するための第１の検出手段と、成形型から光学
素材に加える圧力を検出するための第２の検出手段と、
第１の検出手段または第２の検出手段からの出力に基づ
いて前記駆動手段の位置を段階的に制御する制御手段
と、前記制御手段に任意のプログラムを書き込むための
入力手段とを具備することにより、第１の検出手段で成
形型の位置を検出するとともに、第２の検出手段で成形
型から光学素材に加える圧力を検出し、第１の検出手段
または第２の検出手段からの出力に基づいて制御手段で
成形型を駆動させるための駆動手段の位置を段階的に制
御する。この駆動手段によって成形型が駆動し、光学素
材が成形される。なお、制御手段には、予め入力手段か
ら任意の制御プログラムを書き込むことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は発明の実施の形態を示し、
光学素子の成形装置の概略構成図である。図１におい
て、下型１と上型２とは対向して配設されており、下型
１は、モータ３およびボールネジ４からなる駆動手段と
しての上下機構の上端に上下動自在に保持されている。
下型１の下部側面には、下型１の変位を検知する第１の
検出手段としての変位センサ５が、下型１の下端には圧
力を検出する第２の検出手段としての圧力センサ６が配
設されている。また、下型１の変位と下型１に加わる圧
力とから、下型１の上下動を制御する制御手段としての
コントローラ７が近傍に配設され、モータ３、変位セン
サ５および圧力センサ６とにそれぞれ電気的に接続され
ている。さらに、コントローラ７に任意の制御プログラ
ムを書き込むことのできる入力手段としてのプログラム
入力装置９が、コントローラ７に接続されている。

【００１１】上記構成の成形装置を用いた光学素子の成
形方法を説明する。上型２および下型１との間に、所定
の温度に加熱軟化した光学素材８を供給し、下型１の上
昇によって押圧成形を行う。このとき、コントローラ７
は、下型１の変位を検出する変位センサ５の信号を受
け、所定の位置に下型１が位置するように制御を行い、
成形された光学素材８の中肉（面頂間の肉厚）を得る。
その後、上下機構から下型１に加わる圧力を圧力センサ
６で検出し、所定の圧力を加えるように下型１の上下位
置を段階的に制御しながら、光学素材８の冷却固化を行
う。この操作によって、中肉精度を確保しながら、ヒケ
を防止した高精度な面形状と、段階的な圧力低下により
アニールの機能を果たして、残留応力のない光学素子を
得る。

【００１２】（発明の実施の形態１）図２〜図４は発明
の実施の形態１を示し、図２は光学素子の成形装置の一
部を破載した正面図、図３は光学素子の成形過程を示す
フローチャート、図４は図３のフローチャートの動作に
おける圧力を縦軸にしたタイムチャートである。

【００１３】図２において、成形室１０は、架台２０上
に配設されており、成形室１０は上ベース２１と下ベー
ス２２とカバー１３とにより構成されている。上ベース
２１には、上型支持体１４が嵌着されている。また、上
型支持体１４には、その下部側面に螺刻したオネジ１４
ａに螺合する上型押さえ１６によって、上型１２が固定
されている。下ベース２２の中央開口部２２ａには、上
下動自在な主軸１７が挿通され、主軸１７の上端には下
型支持体１５が固着されている。下型支持体１５には、
その上部側面に螺刻したオネジ１５ａに螺合する下型押
さえ１９によって、下型１１が固定されている。

【００１４】主軸１７は、架台２０の下面側に垂設され
たハウジング３３にガイドローラ３４を介して上下動自
在に嵌装されている。さらに主軸１７の下端には、主軸
受け３０が固着され、その下面には圧力センサ２６が連
設されている。一方、架台２０の図示を省略した内側面
には、ガイド３２が上下方向に敷設され、このガイド３
２には、テーブル３１が上下動自在に嵌装されている。
テーブル３１には、紙面垂直方向に受け面３１ａが突設
され、圧力センサ２６の下面に連接している。また、テ
ーブル３１には、ボールネジ２４が螺合し、ボールネジ
２４の下端には、モータ２３が連結されている。このモ
ータ２３の回転により、テーブル３１が上下駆動され、
テーブル３１に連接された圧力センサ２６、主軸受け３
０、主軸１７および下型支持体１５を介して、下型１１
が上下動する。

【００１５】主軸１７の側面最下部には、変位センサ２
５が取着され、下型１１の変位が測定できるようになっ
ている。変位センサ２５と圧力センサ２６とは、コント
ローラ２７に接続され、それぞれの信号が入力されるよ
うに構成されている。またモータ２３もコントローラ２
７に接続され、コントローラ２７にはプログラム入力装
置２９が接続されている。モータ２３の回転を制御する
プログラムをプログラム入力装置２９からコントローラ
２７に入力し、その制御内容を実行するコントローラ２
７によってモータ２３を制御することにより、下型１１
の上下方向の変位および光学素材１８へ加える圧力を制
御するようになっている。

【００１６】上記構成の成形装置を用いた光学素子の成
形方法を説明する。成形室１０の外側に配設された図示
を省略した加熱炉で、光学素材１８の軟化点以上の温度
まで、載置部材３５に載置された光学素材１８を加熱す
る。つぎに、光学素材１８の軟化点温度付近に加熱され
ている上型１２と下型１１との間に、図示を省略した搬
送手段を用いて、光学素材１８および載置部材３５を搬
送する。しかる後、モータ２３を回転駆動して、テーブ
ル３１を上昇させることによって下型１１を上昇させ、
光学素材１８を上型１２と下型１１とにより押圧成形す
る。下型１１と上型１２との相対位置の変化は、変位セ
ンサ２５によって測定され、下型１１に加わる圧力は、
圧力センサ２６によって測定される。このとき、下型１
１を上昇させるモータ２３は、図３に示すフローに従っ
て制御される。

【００１７】まず、下型１１と上型１２との相対位置が
所定の位置範囲内すなわち所望の光学素子の肉厚範囲内
に入るうように、モータ２３によって下型１１を上昇さ
せる（ステップＳ１）。そして、下型１１と上型１２と
の距離が所望の光学素子の肉厚範囲内か否かを判定する
（ステップＳ２）。ステップＳ２で下型１１と上型１２
との距離が所望の光学素子の肉厚より大きいと判定され
ると、下型１１を微動上昇させ（ステップＳ３）、ステ
ップＳ２に移行する。また、ステップＳ２で下型１１と
上型１２との距離が所望の光学素子の肉厚より小さいと
判定されると、下型１１を微動下降させ（ステップ
４）、ステップＳ２に移行する。

【００１８】そして、下型１１と上型１２との距離が所
望の光学素子の肉厚範囲内すなわち下型１１と上型１２
との相対位置が所定の位置範囲内に入った時点で、下型
１１が光学素材１８に加えている型圧力が設定値１か否
かを判定する（ステップＳ５）。なお、設定値１は、光
学素子の冷却化に伴う下型１１の加圧量であり、圧力セ
ンサ２６からコントローラ２７に入力される値に基づい
ていて、モータ２３の回転を制御して設定するものであ
る。ステップＳ５で下型１１の型圧力が設定値１より大
きいと判定されると、下型１１を微動下降させ（ステッ
プＳ６）、ステップＳ５に移行する。また、ステップＳ
５で下型１１の型圧力が設定値１より小さいと判定され
ると、下型１１を微動上昇させ（ステップＳ７）、ステ
ップＳ５に移行する。

【００１９】そして、下型１１の型圧力が設定値１に設
定された状態で、光学素材１８を成形した光学素子を、
所定時間冷却する（図４参照）（ステップＳ８）。その
後、光学素子の冷却に伴い、型圧力を減少させて、設定
値２に設定する（ステップＳ９）。この状態で、一定時
間待機後、さらに型圧力を減少させて設定値３に設定す
る（ステップＳ１０）。そして、一定時間待機後、下型
１１を下降させ（ステップ１１）、図示しない搬送手段
によって成形された光学素子を成形室１０から外部へ排
出する。

【００２０】本発明の実施の形態１によれば、光学素子
の押圧成形過程においては、下型１１の変位を検出する
変位センサ２５を設けて上型１２と下型１１との相対位
置を制御することにより、成形後の光学素子の中肉精度
が確保され、光学素子の冷却過程においては、下型１１
に加わる圧力を検出する圧力センサ２６により、段階的
に加圧力を制御することによって成形後の光学素子のヒ
ケを防止し、高精度な面形状を有する光学素子が安定し
て成形できるとともに、成形後の光学素子の内部応力を
取り除くことができる。

【００２１】本発明の実施の形態１では、圧力センサ２
６を下型側に配設したが、上型側すなわち上型１２と上
型支持体１４との間、または上型支持体１４と上ベース
２１との間に配設してもよい。また、圧力センサ２６に
替えて、モータ２３の出力トルクを検出する手段を設
け、同様の制御を行って同様の効果が得られる。

【００２２】（発明の実施の形態２）図５〜図６は発明
の実施の形態２を示し、図５は光学素子の成形装置の一
部を破載した正面図、図６は成形装置の制御系の構成図
である。本発明の実施の形態２は、発明の実施の形態１
と基本構成が同一のため、異なる部分のみ説明し、同一
部分の図と説明を省略する。また、図５および図６にお
いても、発明の実施の形態１と異なる部分のみ説明し、
同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。

【００２３】図５および図６において、カバー１３に
は、レーザ式外径変位センサの投光器４２と受光器４３
とが対向して配設されており、その間の光路上に上型１
２と下型１１とが存在するように位置決めされている。
投光器４２と受光器４３とは、レーザ式外径変位センサ
のコントローラ４４に接続されていて、上型１２と下型
１１との間をレーザ光が通過することによって、上型１
２と下型１１との距離を測定することができる。投光機
４２、受光器４３およびコントローラ４４により、レー
ザ式距離測定装置４５を構成している。なお、コントロ
ーラ４４は、主軸１７の上下動を制御するコントローラ
２７に接続されている。その他の構成は、発明の実施の
形態１と同様である。

【００２４】上記構成の装置を用いた光学素子の成形方
法について説明する。上型１２と下型１１との間に、図
示を省略した搬送手段を用いて、光学素材１８および載
置部材３５を搬送するまでは、発明の実施の形態１と同
様である。つぎに、成形する直前の上型１２と下型１１
との間に光学素材１８および載置部材３５が待機してい
る状態での上型１２と下型１１との距離を、レーザ式距
離測定装置４５で測定する。その測定値はコントローラ
２７に伝送されて、所定の押圧位置までの下型１１の移
動距離をコントローラ２７によって演算する。つぎの光
学素材１８の押圧過程においては、変位センサ２５をモ
ニタしながら、所定の光学素材１８の中肉精度となるよ
うに、モータ２３を駆動する。その後、下型１１へ加え
られる圧力が所定の冷却固化に伴う加圧量となるよう
に、モータ２３を駆動する過程以降は、発明の実施の形
態１と同様である。

【００２５】本発明の実施の形態２によれば、発明の実
施の形態１の効果に加え、上型１２と下型１１との距離
を検出する過程において、より型に近い位置で、型と同
一雰囲気内でその型間距離を測定することができるた
め、熱による型の膨張等があったとしても、常に押圧成
形位置までの距離を演算しているので、より高精度な中
肉を有する光学素子を得ることができる。

【００２６】本発明においては、上述の具体的な発明の
実施の形態から、つぎのような技術的思想を導くことが
できる。 （１）加熱された光学素材をこの光学素材の軟化点温度
付近に加熱された一対の成形型によって加圧しつつ成形
する光学素子の成形方法において、光学素材を押圧成形
する過程では、前記一対の成形型の位置を検出して前記
光学素材が所望の肉厚となるように前記成形型の距離を
一定に保ち、成形された光学素材を冷却する過程では、
冷却に伴って収縮する前記光学素材へ加える前記成形型
の圧力を段階的に変化させることを特徴とする光学素子
の成形方法。請求項１に係る発明の効果に加え、成形型
を光学素材の軟化点温度付近に加熱しておくことによ
り、加熱された光学素材の急冷を防止し、歪の少ない高
精度の光学素子を得ることができる。 （２）光学素材の軟化点温度付近に加熱した上下一対の
成形型間に光学素材を搬入し、押圧成形過程では、前記
上下一対の成形型の相対位置を検出して光学素材が所定
の肉厚になるように上下一対の成形型間距離を保ち、前
記光学素材を加圧しつつ成形する光学素子の成形方法に
おいて、押圧成形後の冷却固化過程では、冷却固化に伴
って収縮する光学素材へ加える前記成形型の圧力をプロ
グラム制御することによって段階的に変化させることを
特徴とする光学素子の成形方法。請求項１に係る発明の
効果に加え、冷却固化に伴って収縮する光学素材へ加え
る前記成形型の圧力をプログラム制御することによって
段階的に変化させることことにより、高精度な面形状を
得るとともに、残留応力のない光学素子を簡単な手段で
容易に得ることができる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、成形され
た光学素子の肉厚を一定にさせ、かつ冷却に伴って収縮
する光学素材の固化状態に対応する加圧を行うので、肉
厚精度がよく、表面にヒケのない、高精度な面形状を有
し、残留応力のない光学素子を安定して得ることができ
る。請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る発明
の光学素子の成形方法を容易に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態の光学素子の成形装置の概略
構成図である。

【図２】発明の実施の形態１の光学素子の成形装置の一
部を破載した正面図である。

【図３】発明の実施の形態１の光学素子の成形過程を示
すフローチャートである。

【図４】発明の実施の形態１の図３のフローチャートの
動作における圧力を縦軸にしたタイムチャートである。

【図５】発明の実施の形態２の光学素子の成形装置の一
部を破載した正面図である。

【図６】発明の実施の形態２の成形装置の制御系の構成
図である。

【符号の説明】

１ 上型 ２ 下型 ３ モータ ４ ボールネジ ５ 変位センサ ６ 圧力センサ ７ コントローラ ９ プログラム入力装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱された光学素材を成形型によって加
   圧しつつ成形する光学素子の成形方法において、 光学素材を押圧成形する過程では、前記成形型の位置を
   検出して前記光学素材が所望の肉厚となるように前記成
   形型の距離を一定に保ち、成形された光学素材を冷却す
   る過程では、冷却に伴って収縮する前記光学素材へ加え
   る前記成形型の圧力を段階的に変化させることを特徴と
   する光学素子の成形方法。
2. 【請求項２】 加熱された光学素材を成形型によって加
   圧しつつ成形する光学素子の成形装置において、 前記成形型を駆動させるための駆動手段と、前記成形型
   の位置を検出するための第１の検出手段と、前記成形型
   から前記光学素材に加える圧力を検出するための第２の
   検出手段と、前記第１の検出手段または前記第２の検出
   手段からの出力に基づいて前記駆動手段の位置を段階的
   に制御する制御手段と、前記制御手段に任意のプログラ
   ムを書き込むための入力手段とを具備することを特徴と
   する光学素子の成形装置。