JP2006124193A - Method for shaping optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カメラ、ビデオ、顕微鏡又はレーザー等の光学機器に使用される球面レンズ、非球面レンズ、プリズム等の高精度な光学素子を精密プレス成形するための光学素子の成形方法に関し、特に、成形品の形状・品質により、成形型の形状を設定して加熱方式を選択し、効率のよい成形を行い、良品質な光学素子を得ることができる光学素子の成形方法に関する。 The present invention relates to a method for molding an optical element for precision press molding of a high-precision optical element such as a spherical lens, an aspherical lens, and a prism used in an optical apparatus such as a camera, a video, a microscope, or a laser. The present invention relates to an optical element molding method capable of obtaining a good quality optical element by setting the shape of a molding die and selecting a heating method according to the shape and quality of a molded product, and performing efficient molding.
従来の光学素子の成形方法及び成形装置として、例えば、特開2003−95673号で提案されているものがある(特許文献1参照)。この従来の光学素子の成形装置は、上下に対向する一対の金型(成形型)と、各金型の底面(背面)にそれぞれ設置された均熱部材と、圧縮ばねによって各均熱部材にそれぞれ密着する発熱ブロックとを備えた構成となっていた。このような構成からなる従来の光学素子の成形装置では、上下一対の金型によりガラス素材を挟持した状態で発熱ブロックを駆動させ、均熱部材を介してこれら金型を加熱した後、これら金型を相対近接させてガラス素材を加圧成形していた。
しかし、上述した従来の光学素子の成形方法では、成形型の寸法、形状に拘わらず、均熱部材を介して各金型の底面部を発熱ブロックにより加熱していた。このため、各金型の外径が大きく高さが低い場合は、各金型により挟持したガラス素材を効率よく加熱することができるが、各金型の外径が小さく高さが高い場合は、ガラス素材が加熱されるまでにかなりの時間が掛かり、生産効率が悪いという問題があった。 However, in the conventional optical element molding method described above, the bottom surface of each mold is heated by the heat generating block via the heat equalizing member regardless of the size and shape of the mold. For this reason, when the outer diameter of each mold is large and the height is low, the glass material sandwiched between the molds can be efficiently heated, but when the outer diameter of each mold is small and the height is high However, it took a considerable time until the glass material was heated, and there was a problem that the production efficiency was poor.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、成形型の外径及び高さに基づいて加熱方式を適宜選択することにより、加熱効率の向上を図ることができるとともに、偏芯精度の向上を図った良品質な光学素子を得ることができる光学素子の成形方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and by appropriately selecting a heating method based on the outer diameter and height of the mold, it is possible to improve heating efficiency and to achieve eccentricity accuracy. An object of the present invention is to provide an optical element molding method capable of obtaining a high-quality optical element that is improved.
上記目的を達成するために、本発明の光学素子の成形方法は、一対の成形型によって光学素子素材をプレス成形する光学素子の成形方法において、前記成形型の外径と高さに基づいて、前記光学素子素材を前記成形型の底面側から加熱する型底面加熱方式、又は前記光学素子素材を前記成形型の側面側から加熱する型側面加熱方式のいずれかを選択する選択工程と、前記選択工程で選択した加熱方式で前記光学素子素材を加熱する加熱工程と、前記加熱工程で加熱された前記光学素子素材を前記成形型によってプレス成形するプレス工程と、を含むようにしてある。 In order to achieve the above object, the optical element molding method of the present invention is an optical element molding method in which an optical element material is press-molded by a pair of molding dies, based on the outer diameter and height of the molding die, A selection step of selecting either a mold bottom surface heating method for heating the optical element material from the bottom surface side of the mold or a mold side surface heating method for heating the optical element material from the side surface side of the molding die; A heating process for heating the optical element material by a heating method selected in the process; and a pressing process for press-molding the optical element material heated in the heating process by the molding die.
好ましくは、前記選択工程では、前記成形型の外径よりも高さが小さい場合に、前記型底面加熱方式を選択するとともに、前記成形型の外径よりも高さが大きい場合に、前記型側面加熱方式を選択するようにする。 Preferably, in the selection step, when the height is smaller than the outer diameter of the mold, the mold bottom surface heating method is selected, and when the height is larger than the outer diameter of the mold, the mold Select the side heating method.
好ましくは、前記型底面加熱方式により光学素子素材を加熱する場合、前記加熱工程が、前記プレス工程時における成形型温度よりも低い所定温度に前記成形型を加熱する第1加熱工程と、前記所定温度に加熱した成形型を前記プレス工程時の成形型温度まで加熱する第2加熱工程と、を含むようにしてある。 Preferably, when the optical element material is heated by the mold bottom surface heating method, the heating step includes a first heating step of heating the molding die to a predetermined temperature lower than a molding die temperature during the pressing step, and the predetermined heating step. And a second heating step of heating the mold heated to the temperature to the mold temperature during the pressing step.
好ましくは、前記第1加熱工程では、前記プレス工程時の成形型温度よりも10〜40℃低い所定温度まで所定速度で前記成形型を加熱し、前記第2加熱工程では、前記所定温度から前記プレス工程時の成形型温度まで、前記第1加熱工程よりも遅い速度で前記成形型を加熱する。 Preferably, in the first heating step, the mold is heated at a predetermined speed to a predetermined temperature that is 10 to 40 ° C. lower than the mold temperature during the pressing step, and in the second heating step, the predetermined temperature is increased from the predetermined temperature. The mold is heated at a slower rate than the first heating process up to the mold temperature during the pressing process.
本発明の光学素子の成形方法によれば、成形型の外径と高さに基づいて、型底面加熱方式又は型側面加熱方式のいずれかを適宜選択することにより、加熱効率の向上を図ることができるとともに、偏芯精度の向上を図った良品質な光学素子を得ることができる。 According to the method for molding an optical element of the present invention, heating efficiency can be improved by appropriately selecting either the mold bottom surface heating method or the mold side surface heating method based on the outer diameter and height of the mold. In addition, it is possible to obtain a high-quality optical element with improved eccentricity accuracy.
以下、本発明の実施形態に係る光学素子の成形方法について、図面を参照しつつ説明する。まず、図1及び図2に基づいて、本光学素子の成形方法を実施するための成形装置について説明する。図1は本実施形態に係る光学素子の成形方法における型底面加熱方式を実施するための光学素子の成形装置を示す概略断面図である。また、図2は本実施形態に係る光学素子の成形方法における型側面加熱方式を実施するための光学素子の成形装置を示す概略断面図である。 Hereinafter, a method for molding an optical element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, based on FIG.1 and FIG.2, the shaping | molding apparatus for implementing the shaping | molding method of this optical element is demonstrated. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an optical element molding apparatus for carrying out a mold bottom surface heating method in the optical element molding method according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an optical element molding apparatus for carrying out the mold side surface heating method in the optical element molding method according to the present embodiment.
図1において、型底面加熱方式を実施するための光学素子の成形装置は、加熱ステージ、プレスステージ及び冷却ステージの3ステージに区分してある。一対の成形型である上型1a,下型1bと、スリーブ2と、ガラス素材(光学素子素材)8とからなる型セットを順次搬送し、各ステージにおいて加熱工程→プレス工程→冷却工程を実施するようにしている。 In FIG. 1, the optical element molding apparatus for carrying out the mold bottom surface heating method is divided into three stages: a heating stage, a press stage, and a cooling stage. A mold set consisting of a pair of molds, upper mold 1a, lower mold 1b, sleeve 2, and glass material (optical element material) 8 is sequentially conveyed, and a heating process → press process → cooling process is performed at each stage. Like to do.
加熱ステージとプレスステージの上下には、上型1a,下型1bの底面(背面)にそれぞれ接触する上プレート3a,下プレート3bが配置してある。上プレート3aには、型底面加熱手段としての上赤外線ヒーター4aが配置してあり、同じく下プレート3bには、型底面加熱手段としての下赤外線ヒーター4bが配置してある。 Above and below the heating stage and the press stage, there are disposed an upper plate 3a and a lower plate 3b that are in contact with the bottom surfaces (rear surfaces) of the upper mold 1a and the lower mold 1b, respectively. An upper infrared heater 4a as a mold bottom surface heating means is disposed on the upper plate 3a, and similarly, a lower infrared heater 4b as a mold bottom surface heating means is disposed on the lower plate 3b.
上型1aを加熱する上赤外線ヒーター4aには、温度検知手段としての熱電対10が設けてあり、該熱電対10が検知した温度に基づいて、図示しない温度調整器が設定温度となるように上赤外線ヒーター4aの出力を制御している。下型1bを加熱する下赤外線ヒーター4bについても同様に、温度検知手段としての熱電対10が設けてあり、該熱電対10が検知した温度に基づいて、前記温度調整器が設定温度となるように下赤外線ヒーター4bの出力を制御している。各熱電対10は、上ブロック6a又は下ブロック6bを貫通し、上プレート3a又は下プレート3bの温度を検知している。 The upper infrared heater 4a for heating the upper mold 1a is provided with a thermocouple 10 as temperature detecting means, and a temperature regulator (not shown) is set to a set temperature based on the temperature detected by the thermocouple 10. The output of the upper infrared heater 4a is controlled. Similarly, the lower infrared heater 4b for heating the lower mold 1b is provided with a thermocouple 10 as temperature detecting means, and the temperature regulator is set to a set temperature based on the temperature detected by the thermocouple 10. The output of the lower infrared heater 4b is controlled. Each thermocouple 10 passes through the upper block 6a or the lower block 6b and detects the temperature of the upper plate 3a or the lower plate 3b.
上下赤外線ヒーター4a,4bは、それぞれ2本ずつ合計4本を、上プレート3a、下プレート3bを横切るように並列且つ直線状に配設してある。また、本実施形態では、上下赤外線ヒーター4a,4bの出力を2000Wの200Vとしてある。さらに、上下赤外線ヒーター4a,4bは、それぞれ反射鏡5によって上プレート3a又は下プレート3bに支持してあり、該反射鏡5によって、上下赤外線ヒーター4a,4bの光を反射して加熱効率を向上させている。 The upper and lower infrared heaters 4a and 4b are arranged in parallel and in a straight line so as to cross the upper plate 3a and the lower plate 3b. In this embodiment, the output of the upper and lower infrared heaters 4a and 4b is set to 200 V of 2000 W. Furthermore, the upper and lower infrared heaters 4a and 4b are respectively supported by the upper mirror 3a or the lower plate 3b by the reflecting mirror 5, and the reflecting mirror 5 reflects the light of the upper and lower infrared heaters 4a and 4b to improve the heating efficiency. I am letting.
ここで、一対の上型1aと下型1bは、略円筒状のスリーブ2内に挿入してあり、該スリーブ2に型の側面を接触させつつ上下方向に摺動可能となっている。上型1aを下方へ摺動させる加圧手段として、上ブロック6a上に押し棒7が設けてあり、該押し棒7を下降させて上ブロック6aから上型1aへ力を伝えプレスを行う。上ブロック6aは、その両側をそれぞれフック11に搭載してあり、各フック11が上下に駆動することにより、上ブロック6a及び上プレート3aを昇降動作させている。 Here, the pair of upper mold 1a and lower mold 1b are inserted into a substantially cylindrical sleeve 2, and are slidable in the vertical direction while contacting the sleeve 2 with the side surface of the mold. As a pressurizing means for sliding the upper die 1a downward, a push rod 7 is provided on the upper block 6a. The push rod 7 is lowered to transmit a force from the upper block 6a to the upper die 1a to perform pressing. Both sides of the upper block 6a are mounted on the hooks 11, and the upper block 6a and the upper plate 3a are moved up and down by driving the hooks 11 up and down.
また、下プレート3b上には、上型1a,下型1b及びスリーブ2を次の工程に移動搬送するために送り9が設けてある。該送り9を図中の左右方向に移動させることで、上型1a,下型1b及びスリーブ2を次の工程の位置へと搬送している。 A feed 9 is provided on the lower plate 3b to move and convey the upper mold 1a, the lower mold 1b and the sleeve 2 to the next process. By moving the feed 9 in the left-right direction in the figure, the upper mold 1a, the lower mold 1b and the sleeve 2 are conveyed to the position of the next process.
図2において、型側面加熱方式を実施するための光学素子の成形装置は、上述した図1の光学素子の成形装置と同様に、加熱ステージ、プレスステージ及び冷却ステージの3ステージに区分してあり、上型1aと下型1bをスリーブ2に挿入した型セットを送り9によって順次搬送する構成となっている。 In FIG. 2, the optical element molding apparatus for carrying out the mold side surface heating method is divided into three stages: a heating stage, a press stage, and a cooling stage, as in the optical element molding apparatus of FIG. The mold set in which the upper mold 1 a and the lower mold 1 b are inserted into the sleeve 2 is sequentially conveyed by the feed 9.
加熱ステージとプレスステージの上下には、上述した図1の光学素子の成形装置と同様に、上プレート3a,下プレート3bが配置してあり、上プレート3aには、前記型セットの側面外周を包囲する略円筒状の炉台12が取り付けてある。該炉台12には、型側面加熱手段としての赤外線ヒーター4cが1本配設してあり、その上部の温度を熱電対10により検知している。該熱電対10が検知した温度に基づいて、図示しない温度調整器が設定温度となるように赤外線ヒーター4cの出力を制御している。また、赤外線ヒーター4cの背面には、赤外線の光を集光するための反射鏡5が固定してある。 The upper plate 3a and the lower plate 3b are arranged above and below the heating stage and the press stage in the same manner as the optical element molding apparatus of FIG. 1 described above. A substantially cylindrical furnace bed 12 is attached. The furnace table 12 is provided with one infrared heater 4c as a mold side surface heating means, and the temperature of the upper portion thereof is detected by the thermocouple 10. Based on the temperature detected by the thermocouple 10, the output of the infrared heater 4 c is controlled so that a temperature regulator (not shown) reaches a set temperature. A reflecting mirror 5 for condensing infrared light is fixed to the back surface of the infrared heater 4c.
上述した図1の光学素子の成形装置と同様に、炉台12を取り付けた上プレート3aの両側は、それぞれフック11に搭載してあり、各フック11が上下に駆動することにより、炉台12及び上プレート3aを昇降動作させている。 As in the optical element molding apparatus of FIG. 1 described above, both sides of the upper plate 3a to which the furnace table 12 is attached are mounted on the hooks 11, respectively. The plate 3a is moved up and down.
また、プレスステージを構成する上プレート3aの上部には押し棒7が設けてあり、該押し棒7を下降させ、上プレート3aを介して上型1aを下方へ押圧することにより、該上型1aと下型1b間で加熱軟化されたガラス素材8に圧力を加えている。 Further, a push bar 7 is provided on the upper part of the upper plate 3a constituting the press stage. The upper mold 1a is moved downward by pressing the upper mold 1a through the upper plate 3a. Pressure is applied to the glass material 8 heat-softened between 1a and the lower mold 1b.
なお、冷却ステージでは、上述した炉台12とほぼ同形状、同寸法の略円筒状部材に冷却口13を設け、前記型セットを構成するスリーブ2の側面外周に冷却窒素を吹き付けて冷却する構成となっている。 In the cooling stage, a cooling port 13 is provided in a substantially cylindrical member having substantially the same shape and the same size as the furnace stand 12 described above, and cooling nitrogen is blown to the outer periphery of the side surface of the sleeve 2 constituting the mold set. It has become.
次に、本実施形態に係る光学素子の成形方法について、図1〜図5を参照しつつ説明する。図3は本実施形態に係る光学素子の成形方法に使用する型セットの概略断面図、図4A〜Dは本実施形態に係る光学素子の成形方法の選択工程において、型底面加熱方式で成形シミュレーションを行った結果を示すグラフ及び説明図である。図5A〜Dは本実施形態に係る光学素子の成形方法の選択工程において、型側面加熱方式で成形シミュレーションを行った結果を示すグラフ及び説明図である。 Next, a method for molding an optical element according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a mold set used in the optical element molding method according to the present embodiment. FIGS. 4A to 4D are molding simulations using a mold bottom surface heating method in the selection process of the optical element molding method according to the present embodiment. It is a graph and explanatory drawing which show the result of having performed. FIGS. 5A to 5D are graphs and explanatory views showing the results of the molding simulation performed by the mold side surface heating method in the selection process of the molding method of the optical element according to the present embodiment.
[選択工程]
選択工程では、円柱形状の成形型(上型1a,下型1b)の外径(直径)及び中心の高さに基づいて、型底面加熱方式又は型側面加熱方式のいずれかを選択する。なお、図示しないが、上型1a,下型1bの成形面は、所望の光学素子(レンズ)の光学面形状に対応する凸形状又は凹形状等となっている。
[Selection process]
In the selection step, either the mold bottom surface heating method or the mold side surface heating method is selected based on the outer diameter (diameter) and the center height of the cylindrical mold (upper mold 1a, lower mold 1b). Although not shown, the molding surfaces of the upper mold 1a and the lower mold 1b have a convex shape or a concave shape corresponding to the optical surface shape of a desired optical element (lens).
まず、図3に示すような上型1a,下型1b、スリーブ2及びガラス素材8からなるモデルを用い、型の外径(直径)aと中心の高さbの条件を入力して成形シミュレーションを行う。 First, using a model composed of an upper mold 1a, a lower mold 1b, a sleeve 2 and a glass material 8 as shown in FIG. 3, a molding simulation is performed by inputting conditions of an outer diameter (diameter) a and a center height b of the mold. I do.
例えば、型の外径aが10mmで高さbが20mmの場合、型の外径aが20mmで高さbが30mmの場合、型の外径aが20mmで高さbが20mmの場合、型の外径aが20mmで高さbが10mmの場合、及び型の外径aが30mmで高さbが20mmの場合の5パターンについて、型底面加熱方式でガラス素材8を加熱してプレスした場合と、型側面加熱方式でガラス素材8を加熱してプレスした場合との成形シミュレーションをそれぞれ行う。 For example, when the outer diameter a of the mold is 10 mm and the height b is 20 mm, when the outer diameter a of the mold is 20 mm and the height b is 30 mm, when the outer diameter a of the mold is 20 mm and the height b is 20 mm, For 5 patterns when the outer diameter a of the mold is 20 mm and the height b is 10 mm, and when the outer diameter a of the mold is 30 mm and the height b is 20 mm, the glass material 8 is heated and pressed by the mold bottom surface heating method. And a case where the glass material 8 is heated and pressed by the mold side surface heating method, respectively.
前記成形シミュレーション時の型の設定温度は、いずれの条件でも同一の成形温度とし、例えば、ガラス素材8のガラス転移点温度とする。また、プレス時間についてもいずれの条件でも同一時間とする。型底面加熱方式で成形シミュレーションを行った結果を図4に、型側面加熱方式で成形シミュレーションを行った結果を図5に示す。 The set temperature of the mold at the time of the molding simulation is the same molding temperature under any conditions, for example, the glass transition temperature of the glass material 8. Also, the pressing time is the same for all conditions. FIG. 4 shows the result of the molding simulation performed by the mold bottom surface heating method, and FIG. 5 shows the result of the molding simulation performed by the mold side surface heating method.
図4に示すように、型底面加熱方式の場合、成形型の中心の高さよりも成形型の外径が大きい成形型を用いたときに効率的な加熱を行うことができる。一方、図5に示すように、型側面加熱方式の場合、成形型の中心の高さよりも成形型の外径が小さい成形型を用いたときに効率的な加熱を行うことができる。 As shown in FIG. 4, in the case of the mold bottom surface heating method, efficient heating can be performed when a mold having an outer diameter larger than the center height of the mold is used. On the other hand, as shown in FIG. 5, in the case of the mold side surface heating method, efficient heating can be performed when a mold having an outer diameter smaller than the center height of the mold is used.
すなわち、成形型の中心の高さよりも成形型の外径が大きい成形型を用いる場合、型底面加熱方式を選択し、成形型の中心の高さよりも成形型の外径が小さい成形型を用いる場合、型側面加熱方式を選択することで、効率的に加熱を行うことができる。なお、成形型の外径は、成形するレンズの外径に対応している。 That is, when using a molding die whose outer diameter is larger than the center height of the molding die, the mold bottom heating method is selected, and a molding die whose outer diameter is smaller than the center height of the molding die is used. In this case, heating can be performed efficiently by selecting the mold side surface heating method. Note that the outer diameter of the mold corresponds to the outer diameter of the lens to be molded.
また、加熱方式の選択方法として以下のような方法もある。成形するレンズの面間偏心精度(一方のレンズ面の光軸と他方のレンズ面の光軸とのずれ量)を良くするためには、成形時に成形型が傾かないように成形型の側面とスリーブの内面との摺動距離を長くする必要がある。例えば、レンズの外径が10mm以下で、面間偏心精度が5μm以内の高精度製品を成形する場合、成形型の中心の高さを成形型の外径よりも大きくする必要があるため、型側面加熱方式を選択する。一方、レンズの外径が10mmよりも大きく、面間偏心精度が5μmよりも大きい比較的高精度ではない製品を成形する場合、成形型の中心の高さを成形型の外径よりも小さくし、すなわち、型底面加熱方式を選択する。 There are also the following methods for selecting the heating method. In order to improve the decentering accuracy of the lens to be molded (the amount of deviation between the optical axis of one lens surface and the optical axis of the other lens surface), It is necessary to increase the sliding distance with the inner surface of the sleeve. For example, when molding a high-precision product having an outer diameter of the lens of 10 mm or less and an inter-surface eccentricity accuracy of 5 μm or less, it is necessary to make the center height of the molding die larger than the outer diameter of the molding die. Select the side heating method. On the other hand, when molding a non-relatively high precision product with a lens outer diameter larger than 10 mm and an inter-surface eccentricity accuracy larger than 5 μm, the center height of the molding die is made smaller than the outer diameter of the molding die. That is, the mold bottom heating method is selected.
[型底面加熱方式における加熱工程]
上述のように、面間偏心精度が比較的低い(面間偏心精度が5μmよりも大きい)、又は外径の大きい(10mmよりも大きい)製品を成形する場合、型底面加熱方式で成形を行う。以下にその具体例を示す。
[Heating process in mold bottom heating method]
As described above, when molding a product having relatively low surface eccentricity accuracy (the surface eccentricity accuracy is larger than 5 μm) or a large outer diameter (larger than 10 mm), the molding is performed by the mold bottom surface heating method. . Specific examples are shown below.
図1において、ガラス素材8(転移点温度約500℃)を上下型1a,1b間に挟み、上下型1a,1bをスリーブ2に挿入して型セットを構成する。該型セットは下プレート3bに配置され、送り9により加熱ステージ、プレスステージ、冷却ステージに順次搬送される。また、それぞれのステージは、予め定められた設定温度を維持するように制御されている。 In FIG. 1, a glass material 8 (transition temperature about 500 ° C.) is sandwiched between upper and lower molds 1a and 1b, and upper and lower molds 1a and 1b are inserted into a sleeve 2 to constitute a mold set. The mold set is disposed on the lower plate 3b, and is sequentially conveyed to a heating stage, a press stage, and a cooling stage by a feed 9. Each stage is controlled to maintain a predetermined set temperature.
加熱ステージは、ガラスを成形する温度500℃よりも10℃〜40℃低い温度に設定され保たれている。送り9により加熱ステージへ前記型セットが搬送されると、図示しない制御部に送り完了の信号が出力され、該制御部が上プレート3aを下降させて前記型セットを構成する上型1aの底面に接触させる。これにより、460〜490℃に加熱されている上プレート3aの熱が上型1aに伝わり、該上型1aが加熱される。一方、下型1bは、下赤外線ヒーター4bに加熱されている下プレート3bの熱により加熱される。 The heating stage is set and maintained at a temperature lower by 10 ° C. to 40 ° C. than the temperature of 500 ° C. for forming the glass. When the mold set is transported to the heating stage by the feed 9, a feed completion signal is output to a control unit (not shown), and the control unit lowers the upper plate 3a to form the bottom surface of the upper mold 1a constituting the mold set. Contact. Thereby, the heat of the upper plate 3a heated to 460-490 degreeC is transmitted to the upper mold | type 1a, and this upper mold | type 1a is heated. On the other hand, the lower mold 1b is heated by the heat of the lower plate 3b heated by the lower infrared heater 4b.
[型底面加熱方式におけるプレス工程]
上述した加熱工程の後、送り9によりプレスステージへ前記型セットが搬送されると、前記制御部に送り完了の信号が出力され、前記加熱ステージの場合と同様に、該制御部が上プレート3aを下降させて前記型セットを構成する上型1aの底面に接触させる。プレスステージでは、上下赤外線ヒーター4a,4bの加熱温度が成形温度の500℃に設定してあり、上下型1a,1bを500℃まで加熱するに十分な時間が経過すると、押し棒7が下降して上ブロック6aをプレスする。該押し棒7のプレスする圧力は、0.5〜3.0kgf/mm2程度である。上ブロック6aは、上型1aの底面に接触している上プレート3aを押圧するために上型1aの底面を均一にプレスすることができる。
[Pressing process in mold bottom heating method]
When the mold set is conveyed to the press stage by the feed 9 after the heating step described above, a feed completion signal is output to the control unit, and the control unit controls the upper plate 3a as in the case of the heating stage. Is brought into contact with the bottom surface of the upper mold 1a constituting the mold set. In the press stage, the heating temperature of the upper and lower infrared heaters 4a and 4b is set to the molding temperature of 500 ° C. When a sufficient time elapses to heat the upper and lower dies 1a and 1b to 500 ° C., the push rod 7 is lowered. The upper block 6a is pressed. The pressing pressure of the push rod 7 is about 0.5 to 3.0 kgf / mm 2 . The upper block 6a can uniformly press the bottom surface of the upper die 1a in order to press the upper plate 3a in contact with the bottom surface of the upper die 1a.
押し棒7のプレス量は時間で管理されている。該押し棒7は、設定された時間プレスした後、上昇して上ブロック6aから退避する。その後、直ちに上プレート3aが上昇して上型1aの底面から退避する。上プレート3aの退避が完了すると、前記型セットが送り9により冷却ステージへと搬送される。 The press amount of the push rod 7 is managed by time. The push bar 7 is pressed for a set time and then ascends and retreats from the upper block 6a. Thereafter, the upper plate 3a immediately rises and retreats from the bottom surface of the upper mold 1a. When the retreat of the upper plate 3a is completed, the mold set is conveyed to the cooling stage by the feed 9.
[型底面加熱方式における冷却工程]
上述したプレス工程の後、送り9により冷却ステージへ前記型セットが搬送されると、前記制御部に送り完了の信号が出力され、前記加熱ステージ及びプレスステージの場合と同様に、該制御部が上プレート3aを下降させて前記型セットを構成する上型1aの底面に接触させる。上プレート3a及び下プレート3bは、予め設定温度に冷却してあり、上下型1a,1bの底面から吸熱することで冷却を行う。前記プレスステージと同様、冷却ステージでも押し棒7が上ブロック6aをプレスしている。
[Cooling process in mold bottom heating method]
When the mold set is conveyed to the cooling stage by the feed 9 after the pressing step described above, a feed completion signal is output to the control unit, and as in the case of the heating stage and the press stage, the control unit The upper plate 3a is lowered and brought into contact with the bottom surface of the upper mold 1a constituting the mold set. The upper plate 3a and the lower plate 3b are cooled to a preset temperature in advance, and are cooled by absorbing heat from the bottom surfaces of the upper and lower molds 1a and 1b. Similar to the press stage, the push bar 7 presses the upper block 6a in the cooling stage.
[型側面加熱方式における加熱工程]
一方、面間偏心精度が比較的高く、外径の小さい製品を成形する場合、型側面加熱方式で成形を行う。以下にその具体例を示す。図2において、ガラス素材8(転移点温度約380℃の硝材、外径20mm、厚さ6mmの円盤形状)を上下型1a,1b間に挟み、上下型1a,1bをスリーブ2に挿入して型セットを構成する。該型セットは下プレート3bに配置され、上述した型側面加熱方式の場合と同様に、送り9により加熱ステージ、プレスステージ、冷却ステージに順次搬送される。
[Heating process in mold side heating method]
On the other hand, when molding a product having relatively high surface eccentricity accuracy and a small outer diameter, molding is performed by a mold side surface heating method. Specific examples are shown below. In FIG. 2, a glass material 8 (a glass material having a transition temperature of about 380 ° C., a disk shape having an outer diameter of 20 mm and a thickness of 6 mm) is sandwiched between the upper and lower molds 1a and 1b, and the upper and lower molds 1a and 1b are inserted into the sleeve 2. Configure the type set. The mold set is disposed on the lower plate 3b, and is sequentially conveyed to the heating stage, the press stage, and the cooling stage by the feed 9 as in the case of the mold side surface heating method described above.
送り9により加熱ステージへ前記型セットが搬送されると、図示しない制御部に送り完了の信号が出力され、該制御部が上プレート3aを下降させて、前記型セットを構成する上型1aの底面に接触させる。これにより、炉台12が前記型セットの側面外周を包囲し、該炉台12に設けた赤外線ヒーター4cが前記型セットの中心の高さに位置する。その後、熱電対10と前記温度調節器によって炉台12の温度が370℃〜350℃になるよう加熱制御する。 When the mold set is transported to the heating stage by the feed 9, a feed completion signal is output to a control unit (not shown), and the control unit lowers the upper plate 3a so that the upper mold 1a constituting the mold set is Touch the bottom. Thereby, the furnace stand 12 surrounds the outer periphery of the side surface of the mold set, and the infrared heater 4c provided on the furnace stand 12 is positioned at the center height of the mold set. Then, heating control is performed by the thermocouple 10 and the temperature controller so that the temperature of the furnace 12 becomes 370 ° C to 350 ° C.
このときの加熱温度及び時間は、予めシミュレーションにより求められた値を用いて算出する。すなわち、所定の温度に該炉台12を加熱するために、設定温度及び時間を予測する。このようにして前記型セットを所定時間加熱した後、赤外線ヒーター4cの温度制御を終了し、上プレート3aを上昇させて炉台12を前記型セットより退避させる。退避が完了すると、前記型セットは、送り9により次のプレスステージへ搬送される。 The heating temperature and time at this time are calculated using values obtained in advance by simulation. That is, in order to heat the furnace stand 12 to a predetermined temperature, the set temperature and time are predicted. In this way, after heating the mold set for a predetermined time, the temperature control of the infrared heater 4c is finished, the upper plate 3a is raised, and the furnace bed 12 is retracted from the mold set. When the evacuation is completed, the mold set is conveyed to the next press stage by the feed 9.
[型側面加熱方式におけるプレス工程]
上述した加熱工程の後、送り9によりプレスステージへ前記型セットが搬送されると、前記制御部に送り完了の信号が出力され、前記加熱ステージの場合と同様に、該制御部が上プレート3aを下降させて前記型セットを構成する上型1aの底面に接触させる。そして、赤外線ヒーター4cの出力により、炉台12が設定温度(成形温度)の380℃になるよう加熱を行う。設定温度で所定の時間加熱することで、該炉台12が一定温度に到達し、さらに上下型1a,1b、スリーブ2及びガラス素材8が均一に加熱されたものと仮定する。所定の加熱時間が経過すると、押し棒7が下降し、上プレート3aを押圧する。該上プレート3aを押圧することで、上型1aの底面に圧力を伝え、ガラス素材8をプレスする。このようなプレスを所定の時間行い、設定時間が経過した後に該プレスを終了する。その後、上プレート3aを上昇させて炉台12を前記型セットより退避させる。退避が完了すると、前記型セットは、送り9により次の冷却ステージへ搬送される。
[Pressing process in mold side heating method]
When the mold set is conveyed to the press stage by the feed 9 after the heating step described above, a feed completion signal is output to the control unit, and the control unit controls the upper plate 3a as in the case of the heating stage. Is brought into contact with the bottom surface of the upper mold 1a constituting the mold set. And the furnace stand 12 is heated by the output of the infrared heater 4c so that it may become 380 degreeC of preset temperature (molding temperature). It is assumed that the furnace 12 reaches a certain temperature by heating at a set temperature for a predetermined time, and the upper and lower molds 1a and 1b, the sleeve 2 and the glass material 8 are heated uniformly. When a predetermined heating time elapses, the push rod 7 descends and presses the upper plate 3a. By pressing the upper plate 3a, pressure is transmitted to the bottom surface of the upper mold 1a, and the glass material 8 is pressed. Such a press is performed for a predetermined time, and the press is terminated after a set time has elapsed. Thereafter, the upper plate 3a is raised to retract the furnace table 12 from the mold set. When the evacuation is completed, the mold set is conveyed to the next cooling stage by the feed 9.
[型側面加熱方式における冷却工程]
上述したプレス工程の後、送り9により冷却ステージへ前記型セットが搬送されると、前記制御部に送り完了の信号が出力され、前記加熱ステージ及びプレスステージの場合と同様に、該制御部が上プレート3aを下降させて前記型セットを構成する上型1aの底面に接触させる。これにより、冷却口13を設けた前記円筒状部材が前記型セットの側面外周を包囲する。その後、該冷却口13から冷却窒素が噴出され、該冷却窒素が前記型セットを構成する前記型セットの側面外周に吹き付けられる。これにより、スリーブ2、上下型1a,1b及びガラス素材8が冷却され、該ガラス素材8が固化される。なお、このような冷却工程の間、押し棒7により上プレート3aは加圧されている。所定の冷却時間が経過すると、前記制御部が、冷却窒素の流出を停止させ、上プレート3a、及び冷却口13を設けた前記円筒状部材を上昇させる。
[Cooling process in mold side heating method]
When the mold set is conveyed to the cooling stage by the feed 9 after the pressing step described above, a signal indicating completion of feeding is output to the control unit, and in the same manner as in the heating stage and the press stage, the control unit The upper plate 3a is lowered and brought into contact with the bottom surface of the upper mold 1a constituting the mold set. Thereby, the cylindrical member provided with the cooling port 13 surrounds the outer periphery of the side surface of the mold set. Thereafter, cooling nitrogen is ejected from the cooling port 13, and the cooling nitrogen is sprayed on the outer periphery of the side surface of the mold set constituting the mold set. Thereby, the sleeve 2, the upper and lower molds 1a and 1b, and the glass material 8 are cooled, and the glass material 8 is solidified. During the cooling process, the upper plate 3a is pressurized by the push rod 7. When a predetermined cooling time elapses, the control unit stops the outflow of cooling nitrogen and raises the cylindrical member provided with the upper plate 3a and the cooling port 13.
以上のように、本実施形態に係る光学素子の成形方法によれば、成形型(上型1a,下型1b)の外径が大きく高さが低い形状の場合(偏心精度の規格が厳しくない光学素子の場合)は、図1に示すように、該成形型の底面から加熱を行うことにより加熱効率を良好にし、生産効率の良い成形を行うことができる。また、成形型を成形温度以下の所定温度に一度加熱し、順次成形温度で加熱しながら成形を行うことで、ガラス素材8の温度にばらつきが生じにくくなるため、成形品質を保つことができる。 As described above, according to the method of molding an optical element according to the present embodiment, when the outer diameter of the molding die (upper die 1a, lower die 1b) is large and the height is low (the standard for eccentricity accuracy is not strict). In the case of an optical element), as shown in FIG. 1, heating from the bottom surface of the mold can be performed to improve heating efficiency and perform molding with high production efficiency. Moreover, since the mold is heated once to a predetermined temperature equal to or lower than the molding temperature, and the molding is performed while sequentially heating at the molding temperature, the temperature of the glass material 8 is less likely to vary, so that the molding quality can be maintained.
これと逆に、成形型の外径が小さく高さが高い形状の場合(偏心精度の規格が厳しい光学素子の場合)は、図2に示すように、該成形型の側面から加熱を行うことにより加熱効率を良好にし、生産効率の良い成形を行うことができる。また、成形型を成形温度以下の所定温度に一度加熱し、順次成形温度で加熱しながら成形を行うことで、ガラス素材8の温度にばらつきが生じにくくなるため、成形品質を保つことができる。 On the other hand, when the mold has a small outer diameter and a high height (in the case of an optical element with a strict standard for decentration accuracy), heating is performed from the side of the mold as shown in FIG. As a result, the heating efficiency can be improved and molding with good production efficiency can be performed. Moreover, since the mold is heated once to a predetermined temperature equal to or lower than the molding temperature, and the molding is performed while sequentially heating at the molding temperature, the temperature of the glass material 8 is less likely to vary, so that the molding quality can be maintained.
さらに、押し棒7と上プレート3aを固定した従来の構成の場合は、上型1aがガラスゴブなどのガラス素材8により傾きを生じて、効率良く加熱を行うことができなかったが、上記実施形態の如く、押し棒7と上プレート3aを分離させたことにより、上型1aがガラス素材8により傾いた場合でも、上プレート3aを上型1aの底面に密着させることができ、効率良く加熱を行うことができる。これに加え、上プレート3aが、製造誤差等より数ミクロン単位で傾いている場合であっても、押し棒7を分離させたことにより、成形圧を加える際にスムーズな摺動を行うことができる。 Further, in the case of the conventional configuration in which the push bar 7 and the upper plate 3a are fixed, the upper mold 1a is inclined by the glass material 8 such as a glass gob and cannot be heated efficiently. As described above, by separating the push bar 7 and the upper plate 3a, the upper plate 3a can be brought into close contact with the bottom surface of the upper die 1a even when the upper die 1a is inclined by the glass material 8, so that the heating can be efficiently performed. It can be carried out. In addition to this, even when the upper plate 3a is tilted in units of several microns due to manufacturing errors or the like, the push rod 7 is separated, so that smooth sliding can be performed when molding pressure is applied. it can.
なお、本発明に係る光学素子の成形方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、光学素子素材をガラス素材8としたが、これに限らず、光学プラスチック等の樹脂素材を用いることも可能である。 In addition, the shaping | molding method of the optical element which concerns on this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, in the above-described embodiment, the optical element material is the glass material 8, but the present invention is not limited to this, and a resin material such as optical plastic can also be used.
1a 上型(成形型)
1b 下型(成形型)
2 スリーブ
3a 上プレート
3b 下プレート
4a 上赤外線ヒーター
4b 下赤外線ヒーター
4c 赤外線ヒーター
5 反射鏡
6a 上ブロック
6b 下ブロック
7 押し棒
8 ガラス素材(光学素子素材)
9 送り
10 熱電対
11 フック
12 炉台
13 冷却口
a 成形型の直径
b 成形型の中心の高さ
1a Upper mold (molding mold)
1b Lower mold (molding mold)
2 Sleeve 3a Upper plate 3b Lower plate 4a Upper infrared heater 4b Lower infrared heater 4c Infrared heater 5 Reflector 6a Upper block 6b Lower block 7 Push rod 8 Glass material (optical element material)
9 Feed 10 Thermocouple 11 Hook 12 Furnace 13 Cooling port a Mold diameter b Mold center height
Claims (4)
In the first heating step, the mold is heated at a predetermined speed to a predetermined temperature that is 10 to 40 ° C. lower than the mold temperature during the pressing step. In the second heating step, the predetermined temperature is increased from the predetermined temperature during the pressing step. The method for molding an optical element according to claim 3, wherein the mold is heated at a speed slower than that of the first heating step up to the mold temperature of 5.
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JP2008056502A (en) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Toshiba Mach Co Ltd | Apparatus for molding optical element |
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2004
- 2004-10-26 JP JP2004310871A patent/JP2006124193A/en not_active Withdrawn
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