JP2011251887A - Apparatus and method for producing optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶融ガラスを成形金型で加圧成形し、ガラス製の光学素子を得る光学素子の製造装置および光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element manufacturing apparatus and an optical element manufacturing method for obtaining glass optical elements by pressure molding molten glass with a molding die.
今日、ガラス製の光学素子は、デジタルカメラ用レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、携帯電話用カメラレンズ、光通信用のカップリングレンズ、各種ミラーなどとして広範にわたって利用されている。かかるガラス製の光学素子は、ガラス素材を成形金型で加圧成形するプレス成形法により製造されることが多くなってきている。 Today, glass optical elements are widely used as digital camera lenses, optical pickup lenses such as DVDs, mobile phone camera lenses, optical communication coupling lenses, various mirrors, and the like. Such glass optical elements are often manufactured by a press molding method in which a glass material is pressure-molded with a molding die.
特に、光学面が非球面形状を有する光学素子は、研磨加工による面形成が容易でないことから、成形金型によるプレス成形法による製造が一般的になりつつある。その中でも、溶融ガラスを成形金型で直接加圧成形してガラス製の光学素子を得るダイレクトプレス法は、高い生産効率を期待できることから注目されている。 In particular, an optical element having an aspherical optical surface is not easily formed by polishing, and thus is generally manufactured by a press molding method using a molding die. Among them, a direct press method for obtaining a glass optical element by directly pressure-molding molten glass with a molding die is attracting attention because high production efficiency can be expected.
溶融ガラスを成形金型で直接加圧成形してガラス製の光学素子を得る方法として、ノズル先端からの溶融ガラスを支持部材に滞留させたあと、該支持部材をノズル先端から退避させ、得られたガラスゴブ（溶融ガラスの塊）を上型と下型とで加圧成形する方法が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。 As a method for obtaining a glass optical element by directly pressure-molding molten glass with a molding die, the molten glass from the nozzle tip is retained in the support member, and then the support member is withdrawn from the nozzle tip. A method is known in which a glass gob (a lump of molten glass) is pressure-formed with an upper mold and a lower mold (see, for example, Patent Document 1).
また、受け型に供給された溶融ガラスを下型の上に搬送した後、上下金型で加圧成形することによって、上面側の光学面のみを上型の成形面の転写によって形成し、下面側の光学面は追加工（研削・研磨加工）によって形成してガラスレンズを製造する方法が提案されている（たとえば、特許文献２を参照）。 Also, after conveying the molten glass supplied to the receiving mold onto the lower mold, the upper and lower molds are pressure-molded to form only the upper optical surface by transfer of the upper mold surface, and the lower surface A method of manufacturing a glass lens by forming the optical surface on the side by additional processing (grinding / polishing) has been proposed (for example, see Patent Document 2).
特許文献１および特許文献２に記載された方法のように、溶融ガラスを成形金型で直接加圧成形する方法においては、所定温度に加熱された金型に、この金型よりも高温の溶融ガラスが供給される。供給された溶融ガラスは、主に金型との接触面からの放熱によって冷却されて固化する。この溶融ガラスの冷却過程において、溶融ガラスの中心部分と周辺部分とに温度差が生じると、冷却に伴う収縮量に違いが生じ、高精度な光学面を形成することが困難となる。 As in the methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2, in the method of directly pressure-molding molten glass with a molding die, a mold heated to a predetermined temperature is melted at a temperature higher than that of the die. Glass is supplied. The supplied molten glass is cooled and solidified mainly by heat radiation from the contact surface with the mold. If a temperature difference occurs between the central portion and the peripheral portion of the molten glass during the cooling process of the molten glass, a difference occurs in the amount of shrinkage accompanying the cooling, making it difficult to form a highly accurate optical surface.
このような観点から、特許文献２では、成形されるレンズの肉厚が全面にわたって均一になるように下型の受け面を形成することで、レンズの径方向の冷却速度の分布を小さくしてレンズの上面側に高精度な光学面が得る方法が提案されている。 From this point of view, in Patent Document 2, the distribution of the cooling rate in the radial direction of the lens is reduced by forming the receiving surface of the lower mold so that the thickness of the molded lens is uniform over the entire surface. A method has been proposed in which a highly accurate optical surface is obtained on the upper surface side of the lens.
また、溶融ガラスの供給から所定時間後に、金型の側壁を溶融ガラスと接触しない位置に退避させることで、供給された溶融ガラスの周辺部分の冷却が抑制されて中心部分と周辺部分との温度差の発生を抑制する方法が提案されている（たとえば、特許文献３）。 In addition, after a predetermined time from the supply of the molten glass, by cooling the side wall of the mold to a position where it does not come into contact with the molten glass, cooling of the peripheral portion of the supplied molten glass is suppressed, and the temperatures of the central portion and the peripheral portion are suppressed. A method for suppressing the occurrence of the difference has been proposed (for example, Patent Document 3).
ここで、上述したレンズの製造工程においては、ノズルから流出される溶融ガラスを下型で受け留め、下型上の溶融ガラスの塊が所望の重量になるまで待つ必要がある。しかし、レンズの口径が大きくなればなるほど、溶融ガラスの塊が所望の重量になるまでの待ち時間が長くなる。 Here, in the above-described lens manufacturing process, it is necessary to catch the molten glass flowing out from the nozzle with the lower mold and wait until the lump of molten glass on the lower mold has a desired weight. However, the larger the aperture of the lens, the longer the waiting time until the molten glass mass reaches the desired weight.
その結果、溶融ガラスの塊の中心部分と周辺部分との温度差が大きくなる。この状態で、溶融ガラスの塊に対してプレス加工を行なった場合には、冷却に伴う収縮量に違いが生じ高精度な光学面を形成することが困難となる。 As a result, the temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the molten glass lump increases. In this state, when a press work is performed on a lump of molten glass, a difference occurs in the amount of shrinkage caused by cooling, making it difficult to form a highly accurate optical surface.
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、成形金型に供給される溶融ガラスの体積が大きい場合であっても、高精度な光学面を有する光学素子を効率良く製造することができる光学素子の製造装置および光学素子の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the technical problems as described above, and an object of the present invention is to provide a highly accurate optical surface even when the volume of molten glass supplied to the molding die is large. It is to provide an optical element manufacturing apparatus and an optical element manufacturing method capable of efficiently manufacturing an optical element having the optical element.
この発明に基づいた光学素子の製造装置においては、溶融槽に貯留された溶融ガラスを成形金型で加圧成形して光学素子を製造する光学素子の製造装置であって、上記成形金型は、上記溶融槽から供給される上記溶融ガラスを受ける下型と、上記下型と協働して上記溶融ガラスを加圧成形する上型と含み、上記溶融槽の底部には、上記下型に上記溶融ガラスを自重によりそれぞれ液線状に落下させる複数の流出口が設けられる。 The optical element manufacturing apparatus according to the present invention is an optical element manufacturing apparatus for manufacturing an optical element by pressure-molding molten glass stored in a melting tank with a molding die, wherein the molding die is A lower mold that receives the molten glass supplied from the melting tank, and an upper mold that press-molds the molten glass in cooperation with the lower mold, and at the bottom of the melting tank, the lower mold A plurality of outlets are provided for dropping the molten glass by its own weight into liquid lines.
上記光学素子の製造装置の他の形態においては、複数の上記流出口のそれぞれは、上記溶融槽の底部に設けられた貫通穴である。 In another form of the optical element manufacturing apparatus, each of the plurality of outflow ports is a through hole provided in a bottom portion of the melting tank.
上記光学素子の製造装置の他の形態においては、複数の上記流出口のそれぞれは、上記溶融槽の底部に設けられたノズルである。 In another form of the optical element manufacturing apparatus, each of the plurality of outflow ports is a nozzle provided at the bottom of the melting tank.
上記光学素子の製造装置の他の形態においては、複数の上記ノズルは、それぞれ加熱手段を有する。 In another form of the optical element manufacturing apparatus, each of the plurality of nozzles has a heating means.
上記光学素子の製造装置の他の形態においては、複数の上記流出口は、円周上に複数配置されるとともに、上記円周の中心位置にも配置される。 In another form of the optical element manufacturing apparatus, a plurality of the outlets are arranged on the circumference and are also arranged at the center position of the circumference.
この発明に基づいた光学素子の製造方法においては、溶融槽に貯留された溶融ガラスを成形金型で加圧成形して光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、上記成形金型は、上記溶融槽から供給される上記溶融ガラスを受ける下型と、上記下型と協働して上記溶融ガラスを加圧成形する上型と含み、上記溶融槽の底部には、上記下型に上記溶融ガラスを自重により液線状に落下させる複数の流出口が設けられ、上記溶融槽の上記底部に設けられた複数の上記流出口のそれぞれから液線状に上記溶融ガラスを自重により落下させて、上記溶融ガラスを上記下型の上に所定量供給する工程と、上記下型と上記上型とにより、上記溶融ガラスを加圧成形して光学素子を成形する工程とを備える。 An optical element manufacturing method according to the present invention is an optical element manufacturing method for manufacturing an optical element by pressure-molding molten glass stored in a melting tank with a molding die, wherein the molding die is A lower mold that receives the molten glass supplied from the melting tank, and an upper mold that press-molds the molten glass in cooperation with the lower mold, and at the bottom of the melting tank, the lower mold A plurality of outlets for dropping the molten glass in a liquid line by its own weight are provided, and the molten glass is dropped in a liquid line by its own weight from each of the plurality of outlets provided in the bottom of the melting tank. A step of supplying a predetermined amount of the molten glass onto the lower mold, and a step of forming an optical element by pressure-molding the molten glass with the lower mold and the upper mold.
本発明によれば、供給された溶融ガラスの周辺部分の冷却が抑制されて中心部分と周辺部分との温度差を最小限に抑えることができる。その結果、成形金型に供給される溶融ガラスの体積が大きい場合であっても、高精度な光学面を有する光学素子を効率良く製造することができる。 According to the present invention, the cooling of the peripheral portion of the supplied molten glass is suppressed, and the temperature difference between the central portion and the peripheral portion can be minimized. As a result, even when the volume of the molten glass supplied to the molding die is large, an optical element having a highly accurate optical surface can be efficiently manufactured.
本発明に基づいた実施の形態における光学素子の製造装置および光学素子の製造方法について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。 An optical element manufacturing apparatus and an optical element manufacturing method according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in the embodiments described below, when referring to the number, amount, and the like, the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, amount, and the like unless otherwise specified. The same parts and corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may not be repeated.
図１から図３を参照して、本実施の形態における光学素子の製造装置について説明する。本実施の形態における光学素子の製造装置は、溶融槽３４に貯留された溶融ガラス４０を成形金型１０で加圧成形して光学素子を製造する装置である。なお、図１は、光学素子の製造装置に採用される成形金型の構造を示す断面図であり、図２は、光学素子の製造装置に採用される溶融槽の構造を示す断面図であり、図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視端面図である。
With reference to FIGS. 1 to 3, an optical element manufacturing apparatus in the present embodiment will be described. The optical element manufacturing apparatus in the present embodiment is an apparatus that manufactures an optical element by pressure-molding
（成形金型１０）
図１を参照して、本実施の形態における光学素子の製造装置に採用される成形金型１０の構成について説明する。この成形金型１０は、溶融ガラスを受ける下型１１、下型１１と協働して溶融ガラスを加圧成形する上型１２、および下型１１の上で溶融ガラスの広がりを規制するための側壁１３を備えている。
(Molding mold 10)
With reference to FIG. 1, the structure of the shaping die 10 employ | adopted as the optical element manufacturing apparatus in this Embodiment is demonstrated. The
下型１１は溶融ガラスを受けるための受け面１４を有し、上型１２は光学素子の光学面を形成するための成形面１５を有している。下型１１は加圧手段１８によって上下に駆動可能に構成されている。側壁１３は、溶融ガラスと接触する内壁面１６を有し、上下方向への移動と回転移動の可能な回転軸１７に接続されて、下型１１に対して相対的に移動可能となっている。
The
下型１１および上型１２の材質は、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、カーボンなど、ガラス製光学素子を加圧成形するための成形金型として公知の材料の中から適宜選択して用いることができる。
The materials of the
また、これらの材料の表面に各種金属やセラミックス、カーボンなどの保護膜を形成したものを用いることもできる。下型１１および上型１２を同一の材質としても良いし、それぞれ別の材質としても良い。
Moreover, what formed protective films, such as various metals, ceramics, and carbon, on the surface of these materials can also be used. The
側壁１３の材質は、下型１１や上型１２と同様の材質を用いることができる。特に、カーボンやカーボンとセラミックスの複合材料、あるいはこれらの表面にセラミックス等の保護膜を形成したものは、溶融ガラスとのぬれ性が低く溶融ガラスの張り付きが起こり難いため好ましい。
The material of the
下型１１、上型１２、側壁１３は、加熱手段としてヒータ３１および温度センサ３２をそれぞれ有している。しかし、このように成形金型１０のそれぞれの部材を独立して温度調節することができる構成とすることは必ずしも必須ではなく、成形金型１０の全体を一つ、あるいは複数のヒータでまとめて加熱するような構成としても良い。
The
ヒータ３１は、公知の各種のヒータの中から適宜選択して用いることができる。たとえば、部材の内部に埋め込んで使用するカートリッジヒータや、部材の外側に接触させて使用するシート状のヒータなどを用いることができる。また、温度センサ３２としては、種々の熱電対の他、白金測温抵抗体、各種サーミスタなど公知の手段を使用することができる。
The
（溶融槽３４）
図２および図３を参照して、本実施の形態における光学素子の製造装置に採用される溶融槽３４の構成について説明する。この溶融槽３４は、円筒形状を有し、下方部分は、外径が徐々に小さくなる円錐形状を有している。
(Melting tank 34)
With reference to FIG. 2 and FIG. 3, the structure of the
溶融槽３４の底部３４ａには、下型１１に溶融ガラス４０を自重によりそれぞれ液線状（Ｆ１〜Ｆ３）に落下させる複数の流出口３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが設けられている。流出口３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、底部３４ａに設けられた貫通穴により構成され、流出口３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、円周上に１２０度ピッチで配置されるともに、流出口３３ａは、円周上の中心位置に配置されている。
A plurality of
なお、溶融槽３４の形状、流出口の個数、配置位置、穴径等は、溶融槽３４の容量、下型１１の大きさ（容量）等によって決定されるものであり、本実施の形態の形状、数量に限定されるものではないが、下型１１に供給された溶融ガラス４０に温度差が生じないように、流出口の個数、配置位置、穴径等を設計すると良い。
In addition, the shape of the
溶融槽３４には、貯留される溶融ガラスを所定温度に加熱するためのヒータ３５が設けられている。
The
（光学素子の製造方法）
次に、本実施の形態における光学素子の製造方法について、図２および図４から図１０を参照して説明する。なお、図２、図６から図１０は、光学素子の第１から６製造工程を示す断面図であり、図４は、実施の形態における成形金型内での溶融ガラスの温度分布を示す模式図であり、図５は、背景技術における成形金型内での溶融ガラスの温度分布を示す模式図である。
(Optical element manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the optical element in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 4 to 10. 2 and 6 to 10 are sectional views showing the first to sixth manufacturing steps of the optical element, and FIG. 4 is a schematic view showing the temperature distribution of the molten glass in the molding die in the embodiment. FIG. 5 is a schematic diagram showing a temperature distribution of the molten glass in the molding die in the background art.
本実施の形態における光学素子の製造方法は、下型１１の上に溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給工程の後に、溶融ガラスの供給から所定時間後に、側壁１３と下型１１とを相対的に移動させ、側壁１３を溶融ガラスと接触しない位置に退避させる側壁退避工程を行ない、その後、下型１１と上型１２とで溶融ガラスを加圧成形して第１の光学面を形成する加圧成形工程を行なうことにより光学素子を製造する方法を、一例として採用している。
In the method of manufacturing an optical element in the present embodiment, the
（溶融ガラス供給工程）
溶融ガラスの供給に際しては、上述の加熱手段によって成形金型１０の下型１１、上型１２、側壁１３を予め所定の温度に加熱しておく。加熱温度は、製造される光学素子に、成形面１５等の形状が良好に転写された光学面が形成される温度範囲に設定する必要がある。
(Molten glass supply process)
When supplying the molten glass, the
通常、成形するガラスのＴｇ（ガラス転移点）−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度範囲とすることが好ましい。加熱温度が低すぎると光学素子に良好な光学面を形成することが困難になってくる。逆に、必要以上に温度を高くしすぎることは、ガラスと成形金型１０との融着を防止する観点や、成形金型１０の寿命の観点から好ましくない。
Usually, it is preferable to make it the temperature range of Tg (glass transition point) -100 degreeC of glass to shape | mold to about Tg + 100 degreeC. If the heating temperature is too low, it becomes difficult to form a good optical surface on the optical element. On the other hand, it is not preferable to raise the temperature excessively more than necessary from the viewpoint of preventing fusion between the glass and the
実際には、成形するガラスの材質や、成形体の形状、大きさ、成形金型の材質、保護膜の種類、ヒータや温度センサの位置等種々の条件を考慮に入れて適正な温度を決定する。成形金型１０を構成する下型１１、上型１２、側壁１３の設定温度をすべて同じにしても良いし、それぞれ異なる設定温度としても良い。
In practice, the appropriate temperature is determined taking into account various conditions such as the material of the glass to be molded, the shape and size of the molded body, the material of the mold, the type of protective film, and the position of the heater and temperature sensor. To do. The set temperatures of the
溶融ガラスの供給から加圧成形によって光学素子を得るまでの各工程において、成形金型の設定温度を時間的に変化させても良いし、全ての工程で同一の設定温度としても良い。製造時間の短縮や得られる光学面の形状安定性といった観点からは、全ての工程において同一の設定温度とすることが好ましい。 In each process from supplying molten glass to obtaining an optical element by pressure molding, the set temperature of the molding die may be changed with time, or the same set temperature may be used in all the processes. From the viewpoint of shortening the manufacturing time and the shape stability of the obtained optical surface, it is preferable to set the same set temperature in all steps.
図２に示すように、溶融ガラス４０が貯留される溶融槽３４の底部３４ａには、下型１１に溶融ガラス４０を自重によりそれぞれ液線状（Ｆ１〜Ｆ３）に落下させる複数の流出口３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが設けられている。溶融槽３４はヒータ３５により所定温度に加熱されている。
As shown in FIG. 2, at the bottom 34 a of the
流出口３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄから溶融状態の溶融ガラスが自重によりそれぞれ液線状（Ｆ１〜Ｆ３）に落下する状態で、下型１１を溶融槽３４の底部３４ａに接近させて、受け面１４に溶融ガラス４０を滞留させる。その後、図６に示すように、下型１１を下方に引き下げることで溶融ガラス４０が切断され、所定量の溶融ガラス４０の供給が完了する。
With the molten glass in the molten state falling from the
複数の流出口３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄのそれぞれから溶融状態の溶融ガラスを液線状（Ｆ１〜Ｆ３）に落下させて、下型１１に溶融ガラス４０を滞留させることから、図５に示す流出口が一箇所の場合の成形金型内での溶融ガラスの温度分布に比較して、本実施の形態の場合には、図４に示すように、溶融ガラス４０の塊の中心部分と周辺部分との温度差を小さくすることが可能となる。多量の溶融ガラスを供給する場合には、特に有効である。
Since the molten glass in a molten state is dropped in a liquid form (F1 to F3) from each of the plurality of
本実施の形態では、流出口３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの開口径は、直径３ｍｍ〜４ｍｍ程度である。また、流出口３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが配置される円周の直系は、溶融ガラス４０の体積が３４０００ｍｍ３程度の場合は、１５ｍｍ〜２０ｍｍ程度、溶融ガラス４０の体積が１１０００ｍｍ３程度の場合は、１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。
In the present embodiment, the opening diameters of the
図６を参照して、供給された溶融ガラス４０は側壁１３に接触し、下型１１の上で溶融ガラス４０が所定の範囲よりも広がらないように溶融ガラス４０の側面４１が規制されている。そのため、多量の溶融ガラス４０を供給する場合であっても、供給された溶融ガラス４０が広がりすぎて下型１１から流れ落ちることはなく、下型１１の上で所定の形状、厚みを維持することができる。
Referring to FIG. 6, the supplied
特に、溶融ガラス４０の体積が５０００ｍｍ３以上の場合、側壁１３との接触がなければ下型１１の上で所定の形状、厚みを維持することが困難であるため、本実施の形態に示す構成の側壁１３の方法を用いることが特に効果的である。
In particular, when the volume of the
また、溶融ガラス４０を供給する方法はこれに限定されるものではなく、他の公知の手法を用いることもできる。たとえば、流出口３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの先端から溶融ガラス４０が液線状態で流出する状態で下型１１に所定量の溶融ガラス４０を滞留させた後、金属ブレード等によって溶融ガラス４０を切断する方法を用いることもできる。
Moreover, the method of supplying the
使用できるガラスの種類に特に制限はなく、光学的用途に用いられる公知のガラスを用途に応じて選択して用いることができる。たとえば、リン酸系ガラス、ランタン系ガラスなどが挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular in the kind of glass which can be used, The well-known glass used for an optical use can be selected and used according to a use. Examples thereof include phosphoric acid glass and lanthanum glass.
（側壁退避工程）
次に、図７を参照して、溶融ガラス４０の供給から所定時間後に、側壁１３と下型１１とを相対的に移動させ、側壁１３を溶融ガラス４０と接触しない位置に退避させる。本実施の形態では、側壁１３が接続された回転軸１７を上昇させることで側壁１３と溶融ガラス４０とが接触しない状態としている。
(Sidewall withdrawal process)
Next, referring to FIG. 7, after a predetermined time from the supply of the
その後、回転軸１７を回転させることにより側壁１３を加圧成形の障害とならない位置まで移動させる。図７は、側壁１３を溶融ガラス４０と接触しない位置に退避させた後の下型１１と溶融ガラス４０との状態を示している。
Thereafter, by rotating the
側壁の退避を行なう適切なタイミングは、溶融ガラス４０の種類や体積、外径、厚み、製造する光学素子の形状等によって異なるため、これらの条件に応じて適宜調節すれば良い。たとえば、溶融ガラス４０の体積が１１０００ｍｍ３程度の場合は、溶融ガラス４０が下型１１に供給されてから５秒後〜２０秒後、溶融ガラス４０の体積が３４０００ｍｍ３程度の場合は１０秒後〜３０秒後とすることが好ましい。
The appropriate timing for retracting the side wall varies depending on the type, volume, outer diameter, thickness, shape of the optical element to be manufactured, and the like of the
なお、側壁１３を溶融ガラス４０と接触しない位置に退避させるために側壁１３と下型１１とを相対的に移動させる方法は、上述の方法に限定されるものではない。たとえば、側壁１３は固定したまま、下型１１を移動させることもできる。また、側壁１３を複数の部材で構成しておき、所定のタイミングで複数に分割して退避させても良い。
Note that the method of relatively moving the
（加圧成形工程）
図８を参照して、側壁退避工程の後、下型１１と上型１２とで溶融ガラス４０を加圧成形する。溶融ガラス４０は、下型１１と上型１２とで加圧される間に更に冷却が進む。溶融ガラス４０が十分に固化する温度まで冷却された後、加圧を解除して成形金型から光学素子を取り出す。加圧成形を開始する時点において、溶融ガラス４０の中心部分と周辺部分とに大きな温度差が生じていないことから、高精度の光学面を有する光学素子４５を得ることができる。
(Pressure forming process)
Referring to FIG. 8, after the side wall retreating process,
加圧を解除する際の光学素子４５の温度は、ガラスの種類や、光学素子４５の大きさや形状、必要な精度等によるが、通常はガラスのＴｇ近傍の温度まで冷却されていれば良い。必要な加圧時間、荷重も種々の条件によって異なるが、通常は、加圧時間が１０秒〜３００秒、荷重が５００Ｎ〜２００００Ｎの範囲の中から適切な値を選択すれば良い。
The temperature of the
加圧手段に特に制限はなく、エアシリンダ、油圧シリンダ、サーボモータを用いた電動シリンダ等の公知の加圧手段を適宜選択して用いることができる。加圧手段で駆動するのは下型、上型の何れでも良い。また、両方を駆動しても良い。 The pressurizing means is not particularly limited, and known pressurizing means such as an air cylinder, a hydraulic cylinder, and an electric cylinder using a servo motor can be appropriately selected and used. The lower die and the upper die may be driven by the pressurizing means. Moreover, you may drive both.
なお、得られた光学素子４５に残存する歪みを除去し、屈折率等の品質を均一化して更に高精度の光学素子とするために、光学素子をアニールする工程を設けることもできる。
Note that a step of annealing the optical element may be provided in order to remove distortion remaining in the obtained
図９を参照して、上記成形金型１０を用いた加圧成形によって作成された光学素子４５は、上型１２によって形成された転写面４２と、下型１１によって形成された転写面４３を有している。このうち上型１２によって形成された転写面４２を第１の光学面とし、光学素子４５を図９中の破線の位置で研磨加工することによって第１の光学面に対向する第２の光学面４４を形成して、図１０に示す、最終的な光学素子４６を製造する。
Referring to FIG. 9, an
光学素子４６のように中心部分と周辺部分の肉厚が大きく異なる光学素子を加圧成形によって直接製造する場合には、加圧成形中の冷却過程における冷却速度に差が生じやすく、形成される光学面の精度に悪影響を与える場合がある。
When an optical element such as the
本実施の形態のように、中心部分と周辺部分の肉厚差が小さい形状で加圧成形を行ない、その後の研磨加工によって第２の光学面を形成することで、肉厚差が大きい形状であっても、高精度な光学面を有する光学素子を効率よく製造することができる。 As in the present embodiment, pressure molding is performed with a shape having a small thickness difference between the central portion and the peripheral portion, and the second optical surface is formed by subsequent polishing, so that the thickness difference is large. Even if it exists, the optical element which has a highly accurate optical surface can be manufactured efficiently.
上型１２によって形成された転写面４２と下型１１によって形成された転写面４３の何れを第１の光学面としても良い。通常は、上型１２によって形成された転写面４２は、溶融ガラスの温度が均一化してから接触する部分であり、下型１１によって形成された転写面４３よりも高い精度が得られる場合が多い。かかる観点からは、上型１２によって形成された転写面４２を第１の光学面とし、研磨加工によって対向する第２の光学面を形成することが好ましい。
Either the
研磨加工は、公知の手法を適宜選択して用いることができる。また、研磨加工の前に、高速研削機（カーブジェネレータ）等を用いた粗摺加工、ダイヤモンドペレット等を用いた精研削加工等を行っても良い。また、研削等によって光学素子の外径面を形成しても良い。 For the polishing process, a known method can be appropriately selected and used. Further, before the polishing process, roughing using a high-speed grinding machine (curve generator) or the like, fine grinding using diamond pellets, or the like may be performed. Further, the outer diameter surface of the optical element may be formed by grinding or the like.
（作用・効果）
以上、本発明に基づいた実施の形態における光学素子の製造装置および光学素子の製造方法によれば、複数の流出口３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄのそれぞれから溶融状態の溶融ガラス４０を自重により液線状（Ｆ１〜Ｆ３）に落下させて、下型１１に溶融ガラス４０を滞留させることから、溶融ガラス４０の塊の中心部分と周辺部分との温度差を小さくすることが可能となる。
(Action / Effect)
As described above, according to the optical element manufacturing apparatus and the optical element manufacturing method according to the embodiments of the present invention, the
その結果、供給された溶融ガラス４０の周辺部分の冷却が抑制されて中心部分と周辺部分の温度差を最小限に抑えることができる。その結果、成形金型１０に供給される溶融ガラス４０の体積が大きい場合であっても、高精度な光学面を有する光学素子を効率良く製造することができる。
As a result, the cooling of the peripheral part of the supplied
なお、上記実施の形態においては、溶融槽３４の底部３４ａには、貫通穴により構成される流出口３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを設ける場合について説明しているが、この構成に限定されるものでない。たとえば、図１１および図１２に示すように、流出口として、溶融槽３４の底部３４ａに複数のノズル３３１ａ，３３１ｂ，３３１ｃ，３３１ｄを設ける構成の採用も可能である。なお、図１１は、光学素子の製造装置に採用される他の溶融槽の構造を示す断面図であり、図１２は、図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線矢視端面図である。
In the above embodiment, the case where the bottom 34a of the
各ノズル３３１ａ，３３１ｂ，３３１ｃ，３３１ｄの先端から、溶融状態の溶融ガラスが自重により液線状に落下させることによっても、溶融ガラス４０の塊の中心部分と周辺部分との温度差を小さくすることが可能となる。
The temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the lump of
また、各ノズル３３１ａ，３３１ｂ，３３１ｃ，３３１ｄのそれぞれに、加熱手段としてヒータ３５を設けて、各ヒータ３５を個別に温度制御装置３５０により制御することが可能である。各ノズル３３１ａ，３３１ｂ，３３１ｃ，３３１ｄ毎に溶融ガラスの温度を制御することで、溶融ガラス４０の塊の中心部分と周辺部分との温度差をさらに小さくすることが可能となる。
In addition, each
また、流出口として、貫通穴およびノズルのいずれを採用する場合であっても、すべての開口径を均一にするのではなく、配置位置に応じて開口径を異ならせることで、中心部分と周辺部分との温度差をさらに小さくすることも可能である。たとえば、周辺部の開口径を中心部の開口径よりも大きく設けることで、溶融ガラスの流量バランスが制御されて、中心部分と周辺部分との温度差をさらに小さくすることができる。 In addition, regardless of whether a through hole or a nozzle is used as the outlet, the center diameter is different from the center by changing the opening diameter according to the arrangement position, instead of making all the opening diameters uniform. It is also possible to further reduce the temperature difference from the part. For example, by providing the opening diameter of the peripheral portion larger than the opening diameter of the central portion, the flow rate balance of the molten glass can be controlled, and the temperature difference between the central portion and the peripheral portion can be further reduced.
なお、上記実施の形態では、側壁１３を設け、この側壁１３を退避させる側壁退避工程を採用する光学素子の製造装置および光学素子の製造方法について説明したが、これに限定されるものではない。側壁１３を設けても側壁退避工程を採用しない光学素子の製造方法、側壁１３を設けない光学素子の製造方法に対しても、複数の流出口のそれぞれから溶融状態の溶融ガラスを自重により液線状に落下させて、下型に溶融ガラスを滞留させることにより、溶融ガラスの塊の中心部分と周辺部分との温度差を小さくするという本発明の技術的思想を適用することが可能である。
In the above embodiment, the optical element manufacturing apparatus and the optical element manufacturing method that employ the side wall retracting process in which the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１０ 成形金型、１１ 下型、１２ 上型、１３ 側壁、１４ 受け面、１５ 成形面、１６ 内壁面、１７ 回転軸、１８ 加圧手段、３１，３５ ヒータ、３２ 温度センサ、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ 流出口、３４ 溶融槽、３４ａ 底部、４０ 溶融ガラス、４１ 側面、４２ 転写面（第１の光学面）、４３ 転写面、４４ 第２の光学面、４５，４６ 光学素子、３３１ａ，３３１ｂ，３３１ｃ，３３１ｄ ノズル、３５０ 温度制御装置。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記成形金型は、
前記溶融槽から供給される前記溶融ガラスを受ける下型と、
前記下型と協働して前記溶融ガラスを加圧成形する上型と、含み、
前記溶融槽の底部には、前記下型に前記溶融ガラスを自重によりそれぞれ液線状に落下させる複数の流出口が設けられる、光学素子の製造装置。 An optical element manufacturing apparatus that press-molds molten glass stored in a melting tank with a molding die to manufacture an optical element,
The molding die is
A lower mold for receiving the molten glass supplied from the melting tank;
An upper mold that press-molds the molten glass in cooperation with the lower mold,
An apparatus for manufacturing an optical element, wherein a plurality of outlets are provided at the bottom of the melting tank to drop the molten glass into a liquid line by its own weight on the lower mold.
前記成形金型は、
前記溶融槽から供給される前記溶融ガラスを受ける下型と、
前記下型と協働して前記溶融ガラスを加圧成形する上型と、含み、
前記溶融槽の底部には、前記下型に前記溶融ガラスを自重により液線状に落下させる複数の流出口が設けられ、
前記溶融槽の前記底部に設けられた複数の前記流出口のそれぞれから液線状に前記溶融ガラスを自重により落下させて、前記溶融ガラスを前記下型の上に所定量供給する工程と、
前記下型と前記上型とにより、前記溶融ガラスを加圧成形して光学素子を成形する工程と、を備える光学素子の製造方法。 An optical element manufacturing method for manufacturing an optical element by pressure-molding molten glass stored in a melting tank with a molding die,
The molding die is
A lower mold for receiving the molten glass supplied from the melting tank;
An upper mold that press-molds the molten glass in cooperation with the lower mold,
The bottom of the melting tank is provided with a plurality of outlets for dropping the molten glass into a liquid line by its own weight in the lower mold,
Dropping the molten glass by its own weight in a liquid line form from each of the plurality of outlets provided at the bottom of the melting tank, and supplying a predetermined amount of the molten glass onto the lower mold;
A method of manufacturing an optical element, comprising: pressing the molten glass with the lower mold and the upper mold to mold an optical element.
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2010
- 2010-06-04 JP JP2010128966A patent/JP2011251887A/en active Pending
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