技術 光学素子成形装置及び光学素子成形方法

0001

本発明は、光学素子成形装置及び光学素子成形方法に関する。

0002

光学ガラス素子の製造方法では、溶融したガラスを滴下して冷却することによって予め作成されたガラスプリフォーム（被成形ガラス素材）を使用する場合や、溶融したガラスを容器に移した後冷却し、所定の大きさに切断、研磨することによって予め作成されたガラス素材を使用する場合がある。作成されたガラスプリフォーム等は再加熱され、プレス成形されて光学ガラス素子が製造される。

0003

一方、溶融したガラスを滴下して冷却せずに、直接プレス成形して光学ガラス素子を製造する光学ガラス素子の製造方法がある（ダイレクトプレス法）。ダイレクトプレス法では、ガラスプリフォームの再加熱が不要であるため、光学ガラス素子の製造にかかる時間を短縮化することができる。

0004

例えば特許文献１及び特許文献２には、ダイレクトプレス法を用いた光学ガラス素子の製造方法が開示されている。特許文献１では、溶融したガラスを、下から上方向にガスを噴射する多孔質部材の割型（保持具）上に滴下して冷却し、その後、割型を開いてガラス素材を金型上に落下させる方法が開示されている。特許文献２では、下から上方向に噴射する気流の量を調整してガラス素材を落下させる技術が開示されている。

0005

特開平６−３４０４３０号公報
特開平１０−３３８５３０号公報

0006

特許文献１及び特許文献２で開示されているように、溶融ガラスを金型上に落下させて金型に溶融ガラスを供給する前に、ガラスが一定の粘度に下がるまで、溶融ガラスを上方向の噴射ガスで浮上させる。そして、一定の粘度に達した後にまずガスを噴射する保持具でガラス素材を受けて、その後、保持具を開いて金型にガラス素材を落下させる。これにより、溶融したガラス素材の粘度や温度を原因として、金型やガラス素材を破損させることなく、ガラス素子を成形することができる。

0007

しかし、保持具を開いて金型へガラス素材を落下させて供給する場合、ガラス素材の落下速度が高まるため、金型でガラス素材を受ける際、衝撃によってガラス素材がつぶれて変形するという問題があった。また、保持具が開いたときの振動や不安定な風圧によって、軟化したガラス素材が中央部から外側へ移動するため、金型の中央でガラス素材を受けにくいという問題があった。

0008

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、溶融ガラスを確実に金型で受けることができ、金型に当接したときの溶融ガラスの変形を低減させることが可能な、新規かつ改良された光学素子成形装置及び光学素子成形方法を提供することにある。

0009

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、上方向へガスを噴出させ溶融ガラスを浮上させて保持する開閉可能な保持具と、保持具の下方に設置された金型を上下に移動させる支持部とを備え、保持具が開状態となって溶融ガラスを金型に落下させるとき、支持部は金型を上方向に移動させ、溶融ガラスの落下距離を短縮させることを特徴とする光学素子成形装置が提供される。

0010

かかる構成により、保持具は、上方向へガスを噴出させ溶融ガラスを浮上させる開閉可能な構成を有し、支持部は、保持具の下方に設置された金型を上下に移動させる。保持具が開状態となって溶融ガラスを金型に落下させるとき、支持部は金型を上方向に移動させることから、溶融ガラスの落下距離は短縮化し、溶融ガラスが金型に当接するときの衝撃を緩和することができる。その結果、溶融ガラスを確実に金型で受けることができ、落下して金型に当接した溶融ガラスの変形を低減させることができる。

0011

上記落下する溶融ガラスが金型に当接するとき、溶融ガラスの落下速度に応じて金型を下方向に移動させるものであってもよい。かかる構成により、金型は溶融ガラスが金型に接触するときの衝撃を吸収することができる。

0012

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、保持具から上方向へガスを噴出させて溶融ガラスを浮上させるステップと、保持具の下方に設置された金型に溶融ガラスを落下させるステップと、溶融ガラスを金型に落下させるとき、金型を上方向に移動させ、溶融ガラスの落下距離を短縮させるステップとを含むことを特徴とする光学素子成形方法が提供される。

0013

かかる構成により、金型までの溶融ガラスの落下距離は短縮化し、溶融ガラスが金型に当接するときの衝撃を緩和することができる。そのため、溶融ガラスを確実に金型で受けることができ、落下して金型に当接した溶融ガラスの変形を低減させることができる。

0014

上記落下する溶融ガラスが金型に当接するとき、溶融ガラスの落下速度に応じて金型を下方向に移動させるステップを更に含むとしてもよい。かかる構成により、金型は溶融ガラスが金型に接触するときの衝撃を吸収することができる。

0015

本発明によれば、溶融ガラスを確実に金型で受けることができ、金型に当接したときの溶融ガラスの変形を低減させることができる。

0016

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

0017

（第１の実施形態の構成）
まず、本発明の第１の実施形態に係る連続式光学素子成形装置１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る連続式光学素子成形装置１００を示す側面図である。

0018

連続式光学素子成形装置１００は、保持具１１０と、複数の上下型ユニット（例えば、加熱用上下型ユニット１３０と、プレス用上下型ユニット１４０と、冷却用上下型ユニット１５０）を備える。上下型ユニットは、開閉駆動する上下対で構成され、上下から成形用型１６０を加熱又は押圧する。連続式光学素子成形装置１００は、チャンバ１０２内部で成形用型１６０を移動させ、成形用型１６０に配置された溶融ガラス１７０（例えば、光学ガラス素材）を順次加熱、押圧、冷却することによって、光学ガラス素子１７２（例えば、レンズ、プリズム等）を成形する。

0019

連続式光学素子成形装置１００は、開閉可能なチャンバ１０２を備え、成形用型１６０をチャンバ１０２内部に投入する投入部１０４と、成形用型１６０がチャンバ１０２から取り出される取出し部１０６とを備える。成形用型１６０は、例えば投入部１０４側に取り付けられた押圧部（図示せず。）によって、チャンバ１０２内部に投入される。例えば、成形用型１６０が台板（図示せず。）に配置されており、押圧部によって押されるとチャンバ１０２内部の成形用型１６０が全て移動する。

0020

保持具１１０は、チャンバ１０２の投入部１０４側に設置され、溶融ガラス１７０を浮上させ冷却させる。また、保持具１１０の下方には、シリンダ１２０（支持部）が設けられ、シリンダ１２０は下型１６４を上昇させることができる。保持具１１０及びシリンダ１２０の構成については後述する。

0021

加熱用上下型ユニット１３０と、プレス用上下型ユニット１４０と、冷却用上下型ユニット１５０は、チャンバ１０２内で互いに隣接している。加熱用上下型ユニット１３０は成形用型１６０の昇温工程に適用され、プレス用上下型ユニット１４０はプレス工程に適用され、冷却用上下型ユニット１５０は冷却工程に適用される。

0022

加熱用上下型ユニット１３０は、上型ユニット１３２と下型ユニット１３４を備える。上型ユニット１３２と下型ユニット１３４は加熱部１３８を有しており、成形用型１６０を加熱させることができる。

0023

プレス用上下型ユニット１４０は、上型ユニット１４２と下型ユニット１３４を備える。上型ユニット１４２と下型ユニット１３４は、加熱用上下型ユニット１３０と同様に、加熱部１３８を有している。また、上型ユニット１４２は、成形用型１６０に圧力をかけて押圧することができるシリンダ１４６を有する。よって、プレス用上下型ユニット１４０は、成形用型１６０を加熱しつつ押圧することができる。

0024

冷却用上下型ユニット１５０は、上型ユニット１５２と下型ユニット１５４を備える。上型ユニット１５２と下型ユニット１５４には、加熱部は設けられず、冷却用上下型ユニット１５０は、成形用型１６０を軽く押圧しながら冷却する。

0025

次に、成形用型１６０について説明する。成形用型１６０は、図１に示すように、一対の上型１６２及び下型１６４と、胴型１６６と、パススペーサ１６８からなる。

0026

上型１６２と下型１６４は、例えば円柱形状の胴体部を有しており、一端側には、光学機能転写面が形成され、他端側には、胴体部の直径よりも大きいフランジ面が形成される。光学機能転写面は、光学ガラス素子１７２を成形する成形面である。上型１６２と下型１６４は、上型１６２と下型１６４の光学機能転写面が互いに対向するように配置される。上型１６２と下型１６４のフランジ面は、それぞれ上型ユニット１３２、１４２、１５２、下型ユニット１３４、１５４と接触して配置される。

0027

胴型１６６は、例えば中空の円筒形状であり、胴型１６６の内面は、上型１６２の外面と摺動可能に接しており、胴型１６６は、上型１６２の上下方向の動作を案内することができる。胴型１６６は、上型１６２及び下型１６４の水平方向の位置を規定する。また、胴型１６６の内面は、下型１６４の外面と接触しており、胴型１６６は下型１６４と嵌合している。

0028

パススペーサ１６８は、成形後の光学ガラス素子１７２の大きさを決定するための、例えば中空の円筒形状の部材である。上型ユニット１４２が成形用型１６０の上型１６２を下方向に押し込む際、パススペーサ１６８は押し込み深さを規定する。そのため、パススペーサ１６８は、所定の高さを有しており、上型ユニット１４２がパススペーサ１６８の上面に当接することで、上型ユニット１４２が上型１６２を必要以上に押し込んでしまうことを防止する。

0029

次に、図２及び図３を参照して、本実施形態の保持具１１０などについて説明する。図２及び図３は、本実施形態に係る連続式光学素子成形装置１００の保持具１１０及び下型１６４を示す断面図である。図２は、保持具１１０ａ、１１０ｂが当接しており、溶融ガラス１７０を浮上、冷却させた状態を示し、図３は、保持具１１０ａ、１１０ｂを離隔して、溶融ガラス１７０を下型１６４上に落下させた状態を示す。

0030

保持具１１０は、例えば保持具１１０ａ、１１０ｂからなり、複数に分割可能な構成を有する。上方のパイプ１０から落下した溶融ガラス１７０を浮上させる場合は、図２に示すように、保持具１１０ａ、１１０ｂは互いに当接している。溶融ガラス１７０を下型１６４に落下させる場合は、図３に示すように、保持具１１０ａ、１１０ｂは互いに離隔して、溶融ガラス１７０を保持具１１０ａと保持具１１０ｂの間で落下させる。

0031

保持具１１０にはガス流通路１１２と噴出孔１１４が設けられる。ガス流通路１１２は、外部のガス供給源から保持具１１０にガスを供給する。保持具１１０に供給されたガスは、噴出孔１１４から上方へ噴出される。ここで、ガスは、例えば不活性ガスである。なお、図１〜図３に図示した例では、噴出孔１１４が保持具１１０の上面に設けられているが、保持具１１０ａ、１１０ｂの当接面である側面に噴出孔１１４が設けられ、横方向へガスが噴出されるとしてもよい。

0032

シリンダ１２０は、保持具１１０の下方に設けられ、上下方向に移動可能である。シリンダ１２０は、下型１６４を下面から当接して上方向に移動させることができる。このとき、下型１６４はシリンダ１２０に載置されているだけでなく、シリンダ１２０に固定されているとしてもよい。これにより、溶融ガラス１７０を受けるためシリンダ１２０を重力加速度程度で移動させたとしても、下型１６４がシリンダ１２０と離隔することがないため安定した動作を行うことができる。

0033

（第１の実施形態の動作）
次に、本発明の第１の実施形態に係る連続式光学素子成形装置１００の動作について説明する。

0034

まず、下型１６４が投入部１０４側に設置され、次に、保持具１１０の下方へ下型１６４が移動される。また、保持具１１０の噴出孔１１４からガスを噴出した状態で、パイプ１０から溶融ガラス１７０を保持具１１０の上面に滴下する。滴下された溶融ガラス１７０は、噴出されたガスのガス圧で浮上し保持された状態となる。そして、溶融ガラス１７０は、保持具１１０上で浮上したまま所定の温度（例えば成形温度＝屈伏点Ａｔ＋α℃）、または所定の粘度になるまで冷却される。

0035

溶融ガラス１７０が所定温度まで冷却されたとき、シリンダ１２０を駆動して下型１６４を上方向に移動させ、保持具１１０の直下に配置する。次に、保持具１１０ａ、１１０ｂを互いに離隔するように速い速度で開く。ここで、保持具１１０ａ、１１０ｂを離隔する速度は、溶融ガラス１７０が落下する途中で、保持具１１０ａ、１１０ｂのエッジが溶融ガラス１７０に接触しない速度である。保持具１１０ａ、１１０ｂが離隔することによって、溶融ガラス１７０は下型１６４方向へ落下を開始する。そして、溶融ガラス１７０の落下が始まるタイミングとほぼ同時にシリンダ１２０を駆動して下型１６４を更に上昇させる。

0036

そして、溶融ガラス１７０が下型１６４と当接する直前に、溶融ガラス１７０の落下速度に合わせてシリンダ１２０を下方向へ移動させながら、下型１６４が溶融ガラス１７０を受ける。その結果、下型１６４は溶融ガラス１７０が下型１６４に接触するときの衝撃を吸収できる。

0037

下型１６４が上方向へ移動する動作により、溶融ガラス１７０の落下距離は短くなるため、溶融ガラス１７０が下型１６４に落下したときの衝撃を減少させることができる。なお、保持具１１０の厚さはできるだけ薄くするとよい。これにより、下型１６４が上方向へ移動して溶融ガラス１７０を受けるまでの下型１６４の移動距離が短くなり、溶融ガラス１７０が下型１６４と当接するときの衝撃を減少させることができる。また、保持具１１０ａ、１１０ｂを離隔して、溶融ガラス１７０が保持具１１０と接触させることなく、直接下型１６４まで落下させるため、溶融ガラス１７０が保持具１１０に当接して水平方向に移動されることがない。その結果、下型１６４は溶融ガラス１７０を下型１６４の中央付近で受けることができる。

0038

次に、溶融ガラス１７０を受けた下型１６４は、シリンダ１２０によって下方向へ移動され、胴型１６６、上型１６２、パススペーサ１６８と組み合わされて型組みされる。そして、型組みされた成形用型１６０は、投入部１０４側からチャンバ１０２内に導入され、加熱用上下型ユニット１３０で、成形用型１６０が昇温される。昇温された成形用型１６０は、プレス用上下型ユニット１４０に移動され、成形用型１６０は加熱されつつプレスされる。そして、プレスが完了した成形用型１６０は、冷却用上下型ユニット１５０に移動され、冷却される。このとき、上型ユニット１５２は、成形用型１６０を軽く押圧しているだけである。

0039

本実施形態によれば、下型１６４が溶融ガラス１７０を受ける際、保持具１１０を分割し溶融ガラス１７０が落下を始めるときに、下型１６４を上方へ移動させる。その結果、溶融ガラス１７０の落下スピードが上昇する前に下型１６４で溶融ガラス１７０を受けることができ、衝撃を減少させることができる。また、溶融ガラス１７０を下型１６４の中央付近で受けやすくなるため、供給された溶融ガラス１７０の下型１６４上での形状や位置が安定する。その結果、溶融ガラス１７０がプレスされて、光学ガラス素子１７２として成形されたときの偏りの発生等を防止することができる。

0040

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0041

例えば、上記実施形態では、図２及び図３に示すように、シリンダ１２０に直接下型１６４が設置される場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、下型１６４は、可動型ヒーターブロック上に配置されて、連続式光学素子成形装置１００内を移動するとしてもよく、このとき、下型１６４はヒーターブロックと共にシリンダ１２０によって上方向へ移動するとしてもよい。

0042

また、上記実施形態では、シリンダ１２０と下型１６４が固定されるとしたが、下型１６４は、図４に示すように胴型１２２によって側面から支持されるとしてもよい。この胴型１２２は、下型１６４と接触し、下型１６４のみが上下方向に移動する形状を有している。下型１６４がシリンダ１２０によって上昇する際、胴型１２２は、下型１６４が傾くことを防止できる。

0043

本実施形態に係る連続式光学素子成形装置を示す側面図である。
同実施形態に係る連続式光学素子成形装置の保持具及び下型を示す断面図である。
同実施形態に係る連続式光学素子成形装置の保持具及び下型を示す断面図である。
同実施形態に係る連続式光学素子成形装置の保持具、下型及び胴型を示す断面図である。

0044

１００連続式光学素子成形装置
１０２チャンバ
１０４投入部
１０６取出し部
１１０、１１０ａ、１１０ｂ保持具
１１２ガス流通路
１１４噴出孔
１２０、１４６シリンダ
１２２、１６６胴型
１３０加熱用上下型ユニット
１３２、１４２、１５２上型ユニット
１３４、１５４下型ユニット
１３８ 加熱部
１４０プレス用上下型ユニット
１５０冷却用上下型ユニット
１６０成形用型
１６２上型
１６４下型
１６８パススペーサ
１７０溶融ガラス
１７２ 光学ガラス素子