JP3748130B2 - Optical element molding method - Google Patents
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- C03B29/00—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins
- C03B29/02—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins in a discontinuous way
- C03B29/025—Glass sheets
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱炉によって加熱軟化した成形材料であるガラス素材を成形型によって押圧して所望の光学素子に成形する光学素子の成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ガラス素材を成形可能な状態に加熱する際、加熱手段として電気炉等の加熱炉が用いられている。
このような加熱炉の例として、特開昭62−182120号公報に記載されたものを図1及び図2に基づいて説明する。
【0003】
図1は加熱炉の側断面図、図2は加熱炉の正面図であり、図1及び図2において、加熱炉100は、円筒形状であるとともに発熱体であるヒーターとして抵抗線101を埋設した伝熱部材102と、伝熱部材102の内周面に設けられた石英ガラス103と、石英ガラス103の外側端面および伝熱部材102の外周を一体的に被覆する金属カバー104と、から構成されており、ボルト105によってベース106に固定された支持台107の上に、断熱材108を介して載せられている。
【0004】
上記構成からなる加熱炉100によると、抵抗線101に通電することで加熱を開始し、加熱炉100内の温度が設定した温度で安定したら、図示省略した保持部材に図示省略したガラス素材を載置し、図示省略した搬送装置によって保持部材とともにガラス素材を加熱炉100に搬送するとともに加熱炉100内の一時待機位置(図1において、加熱炉100内部のほぼ中央)にて所定時間停止し、ガラス素材を加熱軟化する。
【0005】
加熱軟化されたガラス素材は、成形室(図示省略)に搬送され、所望の光学素子の形状を反転した成形面を有する一対の成形型(図示省略)によって押圧され、所望の光学素子の形状に成形される。
ここで、成形型による成形の際、ガラス素材を精度良く光学素子に成形するためには、ガラス素材が加熱炉100による加熱軟化によって適切な粘度である最適粘度とになっている必要がある。
【0006】
一般的には、加熱炉100におけるガラス素材の粘度を直接測定して最適粘度であるか否かを判断しているのではなく、ガラス素材の粘度と温度には相関関係があるため、温度検出手段である熱電対(図示省略)を加熱炉100内部におけるガラス素材の一時待機位置付近に備え、この熱電対(図示省略)を用いて測定した加熱炉100の温度、正確には熱電対を接続している温度制御器(図示省略)の温度表示部(図示省略)に示された表示温度を基に、加熱軟化しているガラス素材が最適粘度となっているか否かを判断するとともに、表示温度が最適粘度に相当する温度となるよう、抵抗線の電流や電圧を調整している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱炉100を連続して長期間使用することで熱電対が劣化すると、加熱炉100の設定温度が実際には変化していないにもかかわらず、加熱炉内100の温度が変化していると誤動作する場合があり、誤った測定結果を基に加熱炉100の温度を調整してしまい、ガラス素材の粘度を最適粘度に調整することが困難な場合があった。
【0008】
また、加熱炉100を連続して長期間使用することで加熱炉100の抵抗線101が劣化すると、抵抗線101から発せられる伝導熱と輻射熱とのバランスが変化してガラス素材の昇温過程に変化を生じるため、加熱炉100によってガラス素材の粘度を最適粘度に調整することが困難な場合があった。
また、光学素子の成形を連続して長期間行うことで、温度や湿度といった、加熱炉100を含む成形装置周辺の雰囲気条件が変化してガラス素材の昇温過程に変化を生じるため、ガラス素材の粘度を最適粘度に調整することが困難な場合があった。
【0009】
また、一定期間稼働して分解整備した加熱炉100や、全て同一構成である他の加熱炉100にて同一のガラス素材を加熱軟化する際、分解整備後の組み付け時や、加熱炉100を製造する段階での抵抗線101の取り付け位置の僅かな差異により、ガラス素材と抵抗線101との距離及び抵抗線101と熱電対との距離が異なってしまうことがあり、このような場合、分解整備前後で、あるいは、加熱炉100毎でガラス素材や熱電対に達する伝導熱と輻射熱とのバランスが異なるので、結果的に加熱されるガラス素材自体の昇温過程に差異を生じ、ガラスを最適粘度に加熱軟化することができない場合があった。
【0010】
また、ガラス素材を保持する保持部材のガラス素材に近接する位置に設けた孔に熱電対の先端を挿入したり、ガラス素材自身に孔を設けてこの孔に熱電対の先端を挿入することで、測定された温度に応じて加熱炉100内部の温度を調整する方法もあるが、保持部材やガラス素材に設けた上記各孔に対する熱電対の先端の密接面積が測定毎に異なり、常に同一の条件で正確に温度を測定するのが困難であるとともに、特に、ガラス素材自身に開けた孔に熱電対を挿入する場合、熱電対がガラスに密着して使用不能となることも考えられ、現実的でない。
【0011】
請求項1乃至請求項3の発明は、熱電対の劣化による温度測定の不確実性、抵抗線の劣化、雰囲気条件の変化、加熱炉の分解整備後の組み付け及び加熱炉の固体差(加熱炉毎のバラツキ)に基づく昇温過程の変化や差異等、加熱炉の環境に影響されることなくガラス素材を最適粘度に加熱軟化し、高精度な光学素子を歩留まり良く安定して製造することのできる光学素子の成形方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、加熱炉によりガラス素材を成形可能な状態に加熱軟化した後に成形型によってガラス素材を押圧成形して光学素子を得る光学素子の成形方法において、加熱炉によって加熱軟化した後に測定したガラス素材の変形量が、加熱軟化したガラス素材を成形型にて光学素子に成形する際に最適な粘度に相当する変形量となるよう、加熱炉の温度を調整することを特徴とする。
【0013】
請求項2の発明は、加熱炉によりガラス素材を成形可能な状態に加熱軟化した後に成形型によってガラス素材を押圧成形して光学素子を得る光学素子の成形方法において、加熱炉によって加熱軟化した後に測定したガラス素材の変形量が、加熱軟化したガラス素材を成形型にて光学素子に成形する際に最適な粘度(最適粘度)に相当する変形量となるよう加熱炉の温度を調整する際に、加熱炉の温度の調整量である炉温変更量と、炉温変更量に基づいて温度を調整した加熱炉によって加熱軟化されたガラス素材の変形量との相関関係を示す表を基準に加熱炉の温度を調整することを特徴とする。
【0014】
請求項3の発明は、加熱炉によりガラス素材を成形可能な状態に加熱軟化した後に成形型によってガラス素材を押圧成形して光学素子を得る光学素子の成形方法において、ガラス素材の粘度が、成形型による押圧成形によって光学素子を得るのに最適な粘度(最適粘度)となる加熱炉の温度を中心とし、中心とした温度から上下に一定の範囲内で、かつ、一定の温度差で複数個の温度条件を設定し、各温度条件について個々にガラス素材を加熱軟化してその変形量を測定し、上記中心とした温度から上記各温度条件の値を差し引いた値を炉温変更量とし、上記各温度条件に対応する各炉温変更量と加熱炉によって加熱軟化されるガラス素材の変形量との相関関係を示す表を作成し、加熱炉にて加熱軟化されたガラス素材の変形量が、上記最適粘度に相当する変形量に一致するよう、上記表を基準にして加熱炉の温度を調整すること、を特徴とする。
(作用)
請求項1の発明は、加熱炉によって加熱軟化されて自重変形したガラス素材の変形量を成形型による成形前に測定することで加熱軟化によるガラス素材の粘度を検査し、ガラス素材の粘度が成形型による押圧成形で所望の光学素子を得るのに最適な最適粘度となるよう加熱炉の温度を調整するので、加熱炉の環境に影響されなくなる。
【0015】
請求項2及び請求項3の発明は、ガラス素材の粘度が、成形型による押圧成形で所望の光学素子を得るのに最適な粘度(最適粘度)となるよう加熱炉の温度を調整するための炉温変更量と、ガラス素材の粘度に対応するガラス素材の変形量との相関関係を示した表を予め作成し、加熱炉によってガラス素材を加熱軟化し、この加熱軟化によって自重変形したガラス素材の変形量を測定して上記表に照し合せ、変形量に応じた炉温変更量を選び、この炉温変更量の分だけ加熱炉の温度を調整するので、加熱炉の環境に影響されなくなる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図3乃至図7を用いて説明する。
図3及び図4は成形装置の断面図であるとともにガラス素材を加熱軟化して変形量を測定する工程を説明するための図、図5は成形装置の断面図であるとともに加熱軟化されたガラス素材を成形型によって成形する工程を説明するための図、図6は加熱炉にて加熱軟化されたガラス素材の状態を示すとともに加熱軟化後の変形量を測定する部位を示した図、図7は炉温調整作業の手順を示すフローチャートである。
【0017】
図3に示す通り、成形装置1は、成形材料であるガラス素材2を加熱軟化するための加熱炉3と、加熱炉3で加熱軟化されたガラス素材2を成形するための成形室4とから構成される。
成形室4は、所望の光学素子であるレンズの形状が高精度に転写された成形面5a,6aをそれぞれ有するとともに、成形面5a,6aが同軸に対向配置された一対の成形型である上型5および下型6と、上型5の基端を保持する上型保持具7と、下型6の基端を保持するとともに図示省略したエアシリンダによって上型5の軸心方向に進退自在である下型保持具8と、上型保持具7および下型保持具8内に埋設されるとともに、上型5および下型6の基端の外周を囲むように埋設された発熱体である上型ヒーター9および下型ヒーター10と、上型5および下型6の周囲を囲むとともにガラス素材搬入搬出口11aを有するハウジング11と、より構成されている。
【0018】
上記ハウジング11に隣接する加熱炉3は、内径側が上記ハウジング11のガラス素材搬入搬出口11aと連通した円筒形状であるとともに発熱体であるヒーターとして抵抗線12を埋設した伝熱部材13と、伝熱部材13の内径面に備えられた円筒状の石英ガラス14と、石英ガラス14の長手方向の外側端面及び伝熱部材13の長手方向の外側端面及び伝熱部材13の外周を一体的に被覆する金属カバー15と、石英ガラス14の内壁の上側であるとともに、加熱炉3内に搬送されて加熱軟化されるガラス素材2の一時待機位置(図3において、加熱炉3内部のほぼ中央)付近に備えられた熱電対16と、から構成されている。
【0019】
熱電対16と上記抵抗線12とは加熱炉の温度制御器19に接続されており、抵抗線12によって加熱される加熱炉3内のガラス素材2の一時待機位置付近の温度は、熱電対16によって測定されるとともに温度制御器19の温度表示部(図示省略)により作業者が目視で確認できるよう表示される。
また、上記加熱炉3の上記成形室1とは反対側には、図示省略した駆動源によって加熱炉3の外から加熱炉3および成形室4内にかけて進退する板状の搬送装置17が備えられており、搬送装置17の先端には、ガラス素材2を載置して保持する保持部材18を載置できるよう、保持部材18の下側の外径よりも若干大径である円形の貫通孔である載置孔17aが設けられている。
【0020】
載置孔17aに載せられる保持部材18は、その上側端部に載置孔17aよりも大きなフランジ部18aを有することで載置孔17aからの落下が規制されているとともに、保持部材18の内径側には、上記下型6の成形面6a付近の外径よりも若干大径である段部18bが形成され、この段部18bにはガラス素材2が係止されて保持される。
【0021】
ガラス素材2には、外径が8mm、厚さが1mmの円盤状で、ガラス転移温度が505℃、軟化温度が635℃である重フリント系ガラスを用いている。
次に、上記成形装置1によって所望形状のレンズを得るのに最適な成形条件を探り出すための条件出し成形を行う。
条件出し成形によって決定する主要なの成形条件は、上型5および下型6による押圧成形によって所望形状のレンズを得るのに最適な粘度となるようガラス素材2を加熱するための加熱炉3の温度、加熱炉3によるガラス素材2の加熱時間、上型5及び下型6の加熱温度、上型5及び下型6によってガラス素材を押圧成形する際の圧力の程度、である。
【0022】
まず、図3に示す加熱炉3内の温度がガラス素材2の軟化温度よりも高くなるよう抵抗線12に通電して伝熱部材13と石英ガラス14とを加熱するとともに、上型5および下型6の温度がガラス素材2の転移温度以上かつ軟化温度以下となるよう上型ヒーター9及び下型ヒーター10に通電し、同時に成形室4内を非酸化性雰囲気である窒素雰囲気(N2 雰囲気)とする。
【0023】
加熱炉3内の温度および上型5、下型6の温度が安定したら、図示省略の駆動源により搬送装置17を左方向へ後退した状態、即ち、搬送装置17の先端の載置孔17aを加熱炉3の外へ出した状態で、段部18bにガラス素材2を載置した保持部材18を搬送装置17の載置孔17aに載せ、上記駆動源によって搬送装置17を右方向に駆動して保持部材18及びガラス素材2を加熱炉3内に搬送するとともに保持部材18及びガラス素材2を一時待機位置にて停止し、保持部材18上のガラス素材2を加熱軟化させるとともにガラス素材2の熱膨脹によりガラス素材2と保持部材18とを熱嵌合し、ガラス素材2の粘度が成形可能となる程度に自重変形するまで加熱軟化する。
【0024】
次に、搬送装置17によってガラス素材2を加熱炉3から成形室4内の上型5と下型6との間に搬送して上型5及び下型6の軸心とガラス素材2の中心とを一致させて搬送を停止した後、図示省略のエアシリンダを作動して下型保持具8及び下型6を上型5の軸心方向に上昇して載置孔17aから保持部材18とともにガラス素材2を突き上げ、図5に示す通り、上型5と下型6とによってガラス素材2を押圧するとともに一定時間保持して冷却し、ガラス素材2が自重で変形できない温度以下まで冷却されてレンズ19となったら、下型保持具8とともに下型6を下降してレンズ19とともに保持部材18を載置孔17aに戻し、搬送装置17を左方向へ後退することで成形室4からガラス素材搬入搬出口11a及び加熱炉3を通過して加熱炉3の外にレンズ19を排出する。
【0025】
成形したレンズ19が十分に冷却されると、レンズ19が収縮して保持部材18との嵌合が解かれるので、保持部材18からレンズ19を取り出し、このレンズ19が所望の形状に成形されているか否か検査する。
検査の結果、成形したレンズ19が所望の形状となっていなければ、所望の形状が得られるまで、上記各種の成形条件の適宜変更、レンズ19の成形、成形したレンズ19の形状の検査といった一連の工程を繰り返し、レンズ19が所望の形状となる成形条件を得られたら、上記と同様の加熱軟化からレンズ19の形状の検査に至る工程を120回連続して繰り返し、歩留まりを求める。
【0026】
歩留まりは高い程不良の発生が少ないことを示すものであり、本実施の形態では歩留まりを90%以上と決め、求めた歩留まりが90%以下であれば、上記各種の成形条件を適宜変更し、加熱軟化からレンズ19の形状の検査に至る工程を繰り返し、歩留まりが90%以上となる成形条件を探り出す。
本実施の形態によると、歩留まりが90%以上となる成形条件は、加熱炉3の温度を温度制御器19の温度表示部による表示温度で825℃(以下、最適温度と称する)、加熱炉3によるガラス素材2の加熱時間を90秒、上型5及び下型6の温度を535℃、上型5及び下型6によってガラス素材2を押圧する圧力を6.0MPa、上型5及び下型6によってガラス素材2を押圧後に保持して冷却する時間を24秒、成形室1内の雰囲気を非酸化性雰囲気であるN2 雰囲気、と決定した。
【0027】
次に、図3に示す通り、抵抗線12に通電して加熱炉3内の温度を表示温度で最適温度の825℃に保ち、ガラス素材2を載置した保持部材18を搬送装置17の載置孔17aに載置し、搬送装置17を図示省略した駆動源によって右方向に前進して保持部材18及びガラス素材2を加熱炉3に搬送するとともに保持部材18及びガラス素材2を一時待機位置にて停止し、ガラス素材2を加熱軟化して自重変形させるとともにガラス素材2の熱膨脹によりガラス素材2と保持部材18とを熱嵌合させ、ガラス素材2を本成形と同様の90秒間加熱軟化した後、図4に示す通り搬送装置17を左方向に後退して保持部材18及びガラス素材2を加熱炉の外に排出する。
【0028】
ガラス素材2が十分に冷却されて保持部材18との熱嵌合が解かれたら保持部材18からガラス素材2を取り出して変形量を測定する。
測定する箇所は、図6に示す通り、ガラス素材2の中心部の厚さA、及び、ガラス素材2の外周側上端面からガラス素材2の中心部の最下端までの厚さBであり、これらをマイクロメーター等の測定器具により測定し、平均をとるため、この作業を120個分繰り返して平均化し、最適温度825℃での加熱軟化に対するガラス素材2の変形量の分布を求めた。
【0029】
次に、最適温度825℃を衝(中心)とし、最適温度825℃に対して、温度制御器19の温度表示部による表示温度で5℃毎に±15℃の範囲で温度条件を設定し、各温度条件毎にガラス素材2の加熱軟化およびガラス素材2の変形量の測定を行い、各温度条件についてガラス素材2の変形量を120個分繰り返して平均化するとともに各温度条件におけるガラス素材2の変形量の分布を求め、最適温度825℃から上述のように設定した温度条件の値を差し引いた値を加熱炉の温度の調整量である炉温変更量とするとともに最適温度825℃のときの炉温変更量を0℃とし、これら炉温変更量とガラス素材2の変形量との相関関係を示す表を表1のように作成する。
【0030】
【表1】
【0031】
表の作成が終了したら、成形条件を上述した最適なものに戻し、多数個を製造するための本成形に入る。
まず、図3に示した抵抗線12に通電して伝熱部材13と石英ガラス14とを加熱し、加熱炉3内の温度を熱電対16にて測定しつつ加熱炉3内の温度を温度制御器19の温度表示部での表示温度で最適温度の825℃に保つとともに、上型ヒーター9及び下型ヒーター10に通電して上型5及び下型6を535℃に加熱し、成形室4内にN2 を供給する。
【0032】
加熱炉3と上型5及び下型6の温度が安定したら、図示省略の駆動源により搬送装置17を左方向へ後退し、搬送装置17の先端、即ち、載置孔17aを加熱炉3の外へ出した状態で、ガラス素材2を載置した保持部材18を載置孔17aに載置し、搬送装置17を上記駆動源によって右方向に前進して保持部材18及びガラス素材2を加熱炉3内に搬送するとともに保持部材18及びガラス素材2を一時待機位置にて停止し、ガラス素材2を加熱軟化して自重変形させるとともにガラス素材2の熱膨脹によりガラス素材2と保持部材18とを熱嵌合させ、ガラス素材2を90秒間加熱軟化した後、保持部材18及びガラス素材2を搬送装置17によって加熱炉3から成形室4内の上型5と下型6との間に搬送し、上型5及び下型6の軸心とガラス素材2の中心とが一致した位置で搬送を停止する。
【0033】
そして、図示省略のエアシリンダを作動して下型保持具8とともに下型6を上昇し、搬送装置17の載置孔17aから保持部材18に熱嵌合したガラス素材2を突き上げ、図5に示す通り、上型5及び下型6の成形面5a,6aによってガラス素材2を6.0MPaの圧力で押圧して成形面5a,6aの形状をガラス素材2に転写するとともに24秒間保持して冷却し、ガラス素材2が自重で変形できない温度以下となってレンズ19となったらエアシリンダを作動して下型保持具8とともに下型6を下降することでレンズ19とともに保持部材18を搬送装置17の載置孔17aに戻し、搬送装置17を左方向へ後退することで成形室4からガラス素材搬入搬出口11a及び加熱炉3を通過してレンズ19および保持部材18を成形装置1の外に排出する。
【0034】
排出されたレンズ19が十分に冷却され、レンズ19が収縮して保持部材18との嵌合が解かれたら、保持部材18からレンズ19を取り出す。
以後、上記のような成形を繰り返すことで、多数個のレンズ19を製造するのであるが、適宜(例えば、500個成形毎に、あるいは1時間経過毎に、等)、加熱炉3で加熱軟化されるガラス素材2の変形量を測定し、ガラス素材2が最適粘度となるように加熱軟化されているか否かをチェックし、最適粘度に加熱軟化されてない場合は、加熱炉3に対して炉温調整作業を行う。
【0035】
以下、この炉温調整作業について、図3、図4及び図7のフローチャートを基に説明する。
まず、図3に示す通り、抵抗線12に通電して加熱炉3内の温度を最適温度の825℃に保ったまま(図7(a)参照)、ガラス素材2を載置した保持部材18を搬送装置17の載置孔17aに載置し、搬送装置17を図示省略した駆動源によって右方向に前進して保持部材18及びガラス素材2を加熱炉3に搬送するとともに保持部材18及びガラス素材2を一時待機位置にて停止し、ガラス素材2を加熱軟化する(図7(b)参照)とともにガラス素材2の熱膨脹によりガラス素材2と保持部材18とを熱嵌合させ、ガラス素材2を本成形と同様の90秒間加熱軟化して自重変形させた後、図4に示す通り、搬送装置17を左方向に後退して保持部材18及びガラス素材2を加熱炉3の外に排出する。
【0036】
ガラス素材2が十分に冷却されて保持部材18との熱嵌合が解かれたら保持部材18からガラス素材2を取り出してマイクロメータ等の測定器具により変形量A,Bを測定し(図7(c)参照)、変形量A及びBが所定の量、即ち、炉温変更量が0℃である場合の変形量、具体的には、表1に示される通り、変形量Aが1.04mm以上1.05mm未満、変形量Bが1.30mm以上1.40mm未満であるか否かを判断する(図7の(d)参照)。
【0037】
ガラス素材2の変形量が所定の変形量であればガラス素材2の粘度が成形に適すると判断し(図7の(e)参照)、特に炉温調整作業を行わずに、本成形に戻る。
しかしながら、上述したような加熱炉2の環境の変化(熱電対16の劣化による温度測定の不確実性、抵抗線12の劣化、雰囲気条件の変化、加熱炉3の分解整備後の組み付け及び加熱炉3の固体差に基づく昇温過程の変化や差異等)により、温度制御器19の温度表示部による表示温度が最適温度825℃であるにも関わらず、加熱軟化されたガラス素材2の変形量が所定の変形量でなければガラス素材2の粘度が成形に適しないと判断して温度制御器19の温度表示部の表示温度を825℃+α℃(α:表1に基く炉温変更量)に変更する(図7(f)参照)。
【0038】
具体的には、例えば、測定した変形量Aが1.03mm、変形量Bが1.25mmの場合、表1に照し合わせると、炉温変更量は+5℃であるため、加熱炉3の温度を温度制御器19の温度表示部の表示温度で825℃+5℃である830℃に変更し、加熱炉3の温度が安定したら、加熱炉3によってガラス素材2を再び加熱し(図7(b)参照)、上記と同じ方法で上記ガラス素材2の変形量を測定し(図7(c)参照)、所定の変形量、すなわち、炉温変更量が0℃のときに相当する変形量であるか否かを判断する(図7(d)参照)。
【0039】
そして、測定した変形量A,Bが、表1に示される炉温変更量0℃のときの変形量の範囲内となるまで上記加熱炉3の炉温の調整作業を繰り返し、加熱軟化されるガラス素材2の変形量が、表1に示される炉温変更量0℃のときの変形量の範囲となったら、多数個成形向けの本成形を再開する(図7(e)参照)。
尚、上記炉温調整作業の中で、図7の(d)において、加熱軟化後のガラス素材2の変形量A及びBがそれぞれ1.02mm未満、1.15mm未満の場合、表1の範囲外(+15℃を越える)であるため、一旦加熱炉3の温度を温度制御器19の温度表示部上で15℃上昇させ、加熱炉3の温度が安定した後、ガラス素材2の変形量を測定し、再び表1を基準にして上記と同様の手順で炉温の調整作業を行う。
【0040】
また、これとは逆に、炉温調整作業の中で、図7の(d)において、加熱軟化後のガラス素材2の変形量A及びBがそれぞれ1.07mm以上、1.65mm以上の場含は、一旦加熱炉3の温度を温度制御器19の温度表示部上で15℃下げ、加熱炉3の温度が安定した後、ガラス素材2の変形量を測定し、表lを基準にして上記と同様の手順で、炉温の調整を行う。
【0041】
さらに、上記変形量A及びBのそれぞれに対応する炉温変更量がそれぞれ異なる場合、例えば、変形量Aが1.02mmで変形量Bが1.26mmの場合には、変形量Bに対応する炉温変更量+5℃を採用する。
ここで、上記のような炉温調整作業を行わずに加熱炉3の表示温度を825℃のまま変更しない場合と、上記の様にガラス素材2の変形量測定を行い、表1を基準にしての炉温調整作業を行って、加熱炉3の表示温度を825℃から830℃に変更した場合とで、各々120個の連続成形を行って歩留まりを比較したところ、前者は25%で後者は99%であった。
【0042】
尚、上記炉温調整作業は、温度制御器19の温度表示部の表示温度に基づいて作業者が温度制御器19を手動操作で行っても良いし、表1に示したような炉温変更量とガラス素材2の変形量との相関関係を温度制御器19に予めプログラムし、温度制御器に19による自動操作で行っても良い。
(効果)
本実施の形態によると、加熱炉で加熱軟化した後のガラス素材の変形量を測定し、この変形量と炉温変更量との相関関係を示す表を基準に加熱炉の温度を調整することでガラス素材を成形に最適な粘度に加熱軟化しているため、熱電対の劣化による温度測定の不確実性、抵抗線の劣化、雰囲気条件の変化、加熱炉の分解整備後の組み付け及び加熱炉の固体差に基づく昇温過程の変化や差異等、加熱炉の環境に影響されることなくガラス素材を最適粘度に加熱軟化することができる。
【0043】
従って、高精度な光学素子を歩留まり良く安定して製造することができる。
尚、本実施の形態では、ある特定のレンズを成形するに際し、条件出し成形を行い、最適な成形条件を求めた後に多数個の製造向けの本成形を行い、本成形の途中でガラス素材2が加熱炉3によって最適粘度に加熱軟化されているか否かを判断し、必要な時に炉温度調整作業を行っているが、特に、初めから最適な成形条件が分かっていて、その上で加熱炉3の炉温の調整が必要であると思われる様な場合、例えば、加熱炉3の分解整備後や同一構成で他の加熱炉3に交換した時、といった様な場合には、条件出し成形を行わずに、本成形を行う直前に上記の様な炉温調整作業を行うことにより、短時間で加熱炉3の炉温の調整を終了することができる。
【0044】
尚、上述した発明の実施の形態には、以下に記載する構成(1)乃至構成(4)を有する発明が含まれており、これら各構成に対応する作用及び効果は次の通りである。
(1)ガラス素材を成形可能状態に加熱軟化処理するための光学素子成形装置の加熱炉におけるガラス素材の粘度調節方法において、
加熱炉でガラス素材を任意時間加熱軟化した後、ガラス素材の変形量を測定し、該変形量を基に前記加熱炉のガラス素材の位置する部分の温度を所定の温度に設定することにより、加熱炉内部でのガラス素材の粘度を調節することを特徴とする光学素子成形装置の加熱炉におけるガラス素材の粘度調節方法。
(2)変形量を基に加熱炉のガラス素材の位置する部分の温度を所定の温度に設定することが、ガラス素材が加熱されたときの変形量を測定した後、前記加熱炉のガラス素材が位置する部分の温度を示す表示値を上記測定された変形量に応じた値を加えた表示値に変更し、また、該測定された変形量に応じた値が予め設定されていることを特徴とする構成(1)の光学素子成形装置の加熱炉におけるガラス素材の粘度調節方法。
【0045】
上記構成(1)及び(2)の作用は、成形装置の加熱炉でガラス素材を加熱軟化した後任意時間後にガラス素材を加熱炉から引き出し、ガラス素材の変形量を測定し、変形量と加熱炉内部でのガラス素材の粘度とを対応させることにより該粘度を調節することである。
また、上記構成(1)及び(2)の効果は、ガラス素材を加熱炉で加熱軟化した後、該ガラス素材の変形量を測定し、該変形量を基に前記加熱炉のガラス素材の位置する部分の温度を所定の温度に設定することが出来るので、前記加熱炉内部でのガラス素材の粘度を光学素子の成形に適した粘度に、熱電対の劣化の進行、抵抗線の配置の僅かな差異による昇温過程の違いに左右されることなく、正確に調節可能となることである。
(3)ガラス素材を予め加熱炉で加熱軟化し、対向配置する一対の型で押圧成形する光学素子の成形方法において、
前記加熱炉でガラス素材を任意時間加熱軟化した後、ガラス素材の変形量を測定し、該変形量を基に前記加熱炉のガラス素材の位置する部分の温度を所定の温度に設定することにより、前記加熱炉内部での加熱軟化時の粘度を調節することを特徴とする光学素子の成形方法。
(4)変形量を基に加熱炉のガラス素材の位置する部分の温度を所定の温度に設定することが、ガラス素材が加熱されたときの変形量を測定した後、前記加熱炉のガラス素材が位置する部分の温度を示す表示値を上記測定された変形量に応じた値を加えた表示値に変更し、また、該測定された変形量に応じた値が予め設定されていることを特徴とする構成(3)の光学素子の成形方法。
【0046】
上記構成(3)及び(4)の作用は、ガラス素材を押圧成形するに先立ち加熱炉内部でのガラス素材の粘度を構成(1)又は(2)の作用により調節することにより、成形工程にて所望の光学素子を安定して得ることである。
上記構成(3)及び(4)の効果は、ガラス素材を加熱炉で加熱軟化した後、該ガラス素材の変形量を測定し、該変形量を基に前記加熱炉のガラス素材の位置する部分の温度を所定の温度に設定することにより、前記加熱炉内部でのガラス素材の粘度を光学素子の成形に適した粘度に調節できるので、熱電対の劣化の進行、抵抗線の配置の僅かな差異による昇温過程の違いに左右されることなく、非常によい歩留まりで光学素子の成形が安定して出来ることである。
【0047】
【発明の効果】
請求項1乃至請求項3の発明によると、熱電対の劣化、雰囲気条件の変化、加熱炉の分解整備や加熱炉の固体差に基づく昇温過程の変化および差異等、加熱炉の環境に影響されることなくガラス素材を最適粘度に加熱軟化し、高精度な光学素子を歩留まり良く安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の加熱炉の側断面図である。
【図2】従来の加熱炉の正面図である。
【図3】発明の実施の形態における成形装置の側断面図であるとともにガラス素材を加熱軟化して変形量を測定する工程を説明するための図である。
【図4】発明の実施の形態における成形装置の断面図であるとともにガラス素材を加熱軟化する工程を説明するための図である。
【図5】発明の実施の形態における成形装置の側断面図であるとともに加熱軟化されたガラス素材を成形する工程を説明するための図である。
【図6】発明の実施の形態における加熱炉にて加熱軟化されたガラス素材の状態を示すとともに変形量を測定する部位を示した図である。
【図7】発明の実施の形態における炉温調整作業の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
2 ガラス素材
3 加熱炉
5 上型
6 下型
12 抵抗線
16 熱電対
19 温度制御器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for molding an optical element in which a glass material, which is a molding material heated and softened by a heating furnace, is pressed by a molding die into a desired optical element.
[0002]
[Prior art]
Generally, when a glass material is heated to a formable state, a heating furnace such as an electric furnace is used as a heating means.
As an example of such a heating furnace, one described in Japanese Patent Laid-Open No. 62-182120 will be described with reference to FIGS.
[0003]
1 is a side sectional view of the heating furnace, and FIG. 2 is a front view of the heating furnace. In FIGS. 1 and 2, the
[0004]
According to the
[0005]
The heat-softened glass material is transported to a molding chamber (not shown) and pressed by a pair of molding dies (not shown) having a molding surface that is the reverse of the shape of the desired optical element, so that the desired optical element shape is obtained. Molded.
Here, in order to form a glass material into an optical element with high accuracy during molding using a molding die, the glass material needs to have an optimum viscosity that is an appropriate viscosity by heat softening by the
[0006]
In general, the viscosity of the glass material in the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the thermocouple deteriorates due to continuous use of the
[0008]
In addition, when the resistance wire 101 of the
Further, since the molding of the optical element is continuously performed for a long time, the atmospheric conditions around the molding apparatus including the
[0009]
In addition, when the same glass material is heated and softened in the
[0010]
In addition, by inserting the tip of the thermocouple into the hole provided in the position close to the glass material of the holding member that holds the glass material, or by providing the hole in the glass material itself and inserting the tip of the thermocouple into this hole There is also a method of adjusting the temperature inside the
[0011]
The inventions of
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The invention of
[0013]
The invention of
[0014]
The invention of
(Function)
According to the first aspect of the present invention, the viscosity of the glass material by heat softening is inspected by measuring the amount of deformation of the glass material that has been softened and deformed by heating in a heating furnace before forming by the mold, and the viscosity of the glass material is molded. Since the temperature of the heating furnace is adjusted so as to obtain an optimum viscosity that is optimal for obtaining a desired optical element by press molding with a mold, it is not affected by the environment of the heating furnace.
[0015]
The invention of
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
3 and 4 are cross-sectional views of the forming apparatus and a view for explaining a process of measuring the amount of deformation by heating and softening the glass material, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the forming apparatus and heat-softened glass. FIG. 6 is a diagram for explaining a process of forming a material with a mold, FIG. 6 is a diagram showing a state of a glass material heat-softened in a heating furnace, and a portion for measuring a deformation amount after heat-softening, FIG. These are flowcharts which show the procedure of a furnace temperature adjustment operation.
[0017]
As shown in FIG. 3, the
The
[0018]
The
[0019]
The
Further, on the side opposite to the
[0020]
The holding member 18 mounted on the mounting hole 17a has a flange portion 18a larger than the mounting hole 17a at the upper end thereof, so that dropping from the mounting hole 17a is restricted, and the inner diameter of the holding member 18 On the side, a step portion 18b having a slightly larger diameter than the outer diameter in the vicinity of the molding surface 6a of the
[0021]
As the
Next, the above-described
The main molding conditions determined by the conditional molding are the temperature of the
[0022]
First, the resistance wire 12 is energized to heat the heat transfer member 13 and the quartz glass 14 so that the temperature in the
[0023]
When the temperature in the
[0024]
Next, the
[0025]
When the molded
If the molded
[0026]
The higher the yield, the less the occurrence of defects.In this embodiment, the yield is determined to be 90% or more, and if the obtained yield is 90% or less, the above various molding conditions are changed as appropriate, The process from the heat softening to the inspection of the shape of the
According to the present embodiment, the molding condition that yields 90% or more is that the temperature of the
[0027]
Next, as shown in FIG. 3, the resistance wire 12 is energized to keep the temperature in the
[0028]
When the
As shown in FIG. 6, the location to be measured is the thickness A of the center portion of the
[0029]
Next, the optimum temperature 825 ° C. is set as the center, and the temperature condition is set in the range of ± 15 ° C. every 5 ° C. at the display temperature by the temperature display unit of the
[0030]
[Table 1]
[0031]
When the preparation of the table is completed, the molding conditions are returned to the optimum ones described above, and the main molding for manufacturing a large number of pieces is started.
First, the resistance wire 12 shown in FIG. 3 is energized to heat the heat transfer member 13 and the quartz glass 14, and the temperature inside the
[0032]
When the temperatures of the
[0033]
Then, the air cylinder (not shown) is actuated to raise the
[0034]
When the discharged
Thereafter, a large number of
[0035]
Hereinafter, this furnace temperature adjustment operation will be described based on the flowcharts of FIGS. 3, 4, and 7.
First, as shown in FIG. 3, the resistance member 12 is energized and the temperature in the
[0036]
When the
[0037]
If the deformation amount of the
However, changes in the environment of the
[0038]
Specifically, for example, when the measured deformation amount A is 1.03 mm and deformation amount B is 1.25 mm, the amount of change in the furnace temperature is + 5 ° C. in comparison with Table 1, When the temperature is changed to 830 ° C. which is 825 ° C. + 5 ° C. at the temperature display section of the
[0039]
Then, the furnace temperature adjustment operation of the
In addition, in the furnace temperature adjustment work in FIG. 7D, when the deformation amounts A and B of the
[0040]
On the contrary, in the furnace temperature adjustment work, in FIG. 7D, when the deformation amounts A and B of the
[0041]
Furthermore, when the furnace temperature change amounts corresponding to the deformation amounts A and B are different, for example, when the deformation amount A is 1.02 mm and the deformation amount B is 1.26 mm, the deformation amount B corresponds. Adopt furnace temperature change + 5 ° C.
Here, when the display temperature of the
[0042]
The furnace temperature adjustment operation may be performed manually by the operator based on the temperature displayed on the temperature display section of the
(effect)
According to the present embodiment, the amount of deformation of the glass material after heating and softening in the heating furnace is measured, and the temperature of the heating furnace is adjusted based on a table showing the correlation between the amount of deformation and the amount of change in furnace temperature. Because the glass material is heated and softened to the optimal viscosity for molding, temperature measurement uncertainty due to thermocouple deterioration, resistance wire deterioration, changes in atmospheric conditions, assembly after heating furnace decomposition and heating furnace The glass material can be heated and softened to an optimum viscosity without being affected by the environment of the heating furnace, such as a change or difference in the temperature rising process based on the solid difference.
[0043]
Therefore, a highly accurate optical element can be stably manufactured with a high yield.
In the present embodiment, when molding a specific lens, conditional molding is performed, and after obtaining optimum molding conditions, the main molding for a large number of manufacturing is performed. It is determined whether or not is heated and softened to the optimum viscosity by the
[0044]
The above-described embodiments of the invention include inventions having configurations (1) to (4) described below, and the operations and effects corresponding to these configurations are as follows.
(1) In the method for adjusting the viscosity of a glass material in a heating furnace of an optical element molding apparatus for heat-softening the glass material into a moldable state,
After heating and softening the glass material for an arbitrary time in the heating furnace, measuring the deformation amount of the glass material, by setting the temperature of the portion where the glass material of the heating furnace is located to a predetermined temperature based on the deformation amount, A method for adjusting the viscosity of a glass material in a heating furnace of an optical element molding apparatus, wherein the viscosity of the glass material inside the heating furnace is adjusted.
(2) After setting the temperature of the portion where the glass material of the heating furnace is located to a predetermined temperature based on the deformation amount, after measuring the deformation amount when the glass material is heated, the glass material of the heating furnace The display value indicating the temperature of the portion where the is located is changed to a display value obtained by adding a value corresponding to the measured deformation amount, and the value corresponding to the measured deformation amount is set in advance. A method for adjusting the viscosity of a glass material in a heating furnace of an optical element molding apparatus having the feature (1).
[0045]
The operation of the above configurations (1) and (2) is that after the glass material is heated and softened in the heating furnace of the molding apparatus, the glass material is pulled out from the heating furnace after an arbitrary time, and the amount of deformation of the glass material is measured. This is to adjust the viscosity by making it correspond to the viscosity of the glass material inside the furnace.
Further, the effects of the above configurations (1) and (2) are obtained by measuring the amount of deformation of the glass material after the glass material is heated and softened in a heating furnace, and based on the amount of deformation, the position of the glass material of the heating furnace. Since the temperature of the portion to be heated can be set to a predetermined temperature, the viscosity of the glass material inside the heating furnace is set to a viscosity suitable for molding of the optical element, the progress of deterioration of the thermocouple, and the arrangement of the resistance wire is slightly It is possible to adjust accurately without being influenced by the difference in the temperature rising process due to the difference.
(3) In a method for molding an optical element in which a glass material is heated and softened in a heating furnace in advance and press-molded with a pair of opposed molds,
After heating and softening the glass material in the heating furnace for an arbitrary time, measuring the deformation amount of the glass material, and setting the temperature of the portion where the glass material of the heating furnace is located to a predetermined temperature based on the deformation amount A method for molding an optical element, comprising adjusting a viscosity at the time of heat softening in the heating furnace.
(4) After setting the temperature of the portion where the glass material of the heating furnace is located to a predetermined temperature based on the deformation amount, after measuring the deformation amount when the glass material is heated, the glass material of the heating furnace The display value indicating the temperature of the portion where the is located is changed to a display value obtained by adding a value corresponding to the measured deformation amount, and the value corresponding to the measured deformation amount is set in advance. A method for forming an optical element having the feature (3).
[0046]
The operations of the above configurations (3) and (4) can be applied to the molding process by adjusting the viscosity of the glass material inside the heating furnace by the operation of the configuration (1) or (2) before pressing the glass material. Thus, a desired optical element can be stably obtained.
The effects of the above configurations (3) and (4) are that the glass material is heated and softened in a heating furnace, the deformation amount of the glass material is measured, and the portion of the heating furnace where the glass material is located based on the deformation amount Is set to a predetermined temperature, the viscosity of the glass material inside the heating furnace can be adjusted to a viscosity suitable for molding of the optical element. The optical element can be stably molded with a very good yield without being influenced by the difference in the temperature raising process due to the difference.
[0047]
【The invention's effect】
According to the inventions of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a conventional heating furnace.
FIG. 2 is a front view of a conventional heating furnace.
FIG. 3 is a side sectional view of a molding apparatus in an embodiment of the invention and is a view for explaining a process of measuring the amount of deformation by heating and softening a glass material.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a molding apparatus according to an embodiment of the present invention and a view for explaining a step of heating and softening a glass material.
FIG. 5 is a side sectional view of the molding apparatus according to the embodiment of the present invention and is a view for explaining a process of molding the heat-softened glass material.
FIG. 6 is a view showing a state of a glass material heated and softened in a heating furnace according to an embodiment of the invention and a portion for measuring a deformation amount.
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of furnace temperature adjustment work in the embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
2 Glass material
3 Heating furnace
5 Upper mold
6 Lower mold
12 Resistance wire
16 Thermocouple
19 Temperature controller
Claims (3)
加熱炉によって加熱軟化した後に測定したガラス素材の変形量が、加熱軟化したガラス素材を成形型にて光学素子に成形する際に最適な粘度に相当する変形量となるよう、
加熱炉の温度を調整することを特徴とする光学素子の成形方法。In the method of molding an optical element to obtain an optical element by press-molding the glass material with a molding die after heating and softening the glass material into a moldable state by a heating furnace,
The amount of deformation of the glass material measured after being heated and softened by a heating furnace is the amount of deformation corresponding to the optimum viscosity when the heat-softened glass material is molded into an optical element with a mold.
A method for molding an optical element, comprising adjusting a temperature of a heating furnace.
加熱炉によって加熱軟化した後に測定したガラス素材の変形量が、加熱軟化したガラス素材を成形型にて光学素子に成形する際に最適な粘度(最適粘度)に相当する変形量となるよう加熱炉の温度を調整する際に、
加熱炉の温度の調整量である炉温変更量と、炉温変更量に基づいて温度を調整した加熱炉によって加熱軟化されたガラス素材の変形量との相関関係を示す表を基準に加熱炉の温度を調整することを特徴とする光学素子の成形方法。In the method of molding an optical element to obtain an optical element by press-molding the glass material with a molding die after heating and softening the glass material into a moldable state by a heating furnace,
Heating furnace so that the amount of deformation of the glass material measured after heating and softening with a heating furnace is equivalent to the optimal viscosity (optimum viscosity) when the heat-softened glass material is molded into an optical element with a mold. When adjusting the temperature of
Heating furnace based on a table showing the correlation between the furnace temperature change amount, which is the temperature adjustment amount of the heating furnace, and the deformation amount of the glass material heat-softened by the heating furnace whose temperature is adjusted based on the furnace temperature change amount A method for molding an optical element, wherein the temperature of the optical element is adjusted.
ガラス素材の粘度が、成形型による押圧成形によって光学素子を得るのに最適な粘度(最適粘度)となる加熱炉の温度を中心とし、中心とした温度から上下に一定の範囲内で、かつ、一定の温度差で複数個の温度条件を設定し、
各温度条件について個々にガラス素材を加熱軟化してその変形量を測定し、
上記中心とした温度から上記各温度条件の値を差し引いた値を炉温変更量とし、 上記各温度条件に対応する各炉温変更量と加熱炉によって加熱軟化されるガラス素材の変形量との相関関係を示す表を作成し、
加熱炉にて加熱軟化されたガラス素材の変形量が、上記最適粘度に相当する変形量に一致するよう、上記表を基準にして加熱炉の温度を調整すること、
を特徴とする請求項第2項記載の光学素子の成形方法。In the method of molding an optical element to obtain an optical element by press-molding the glass material with a molding die after heating and softening the glass material into a moldable state by a heating furnace,
The viscosity of the glass material is centered on the temperature of the heating furnace at which the optimum viscosity (optimum viscosity) for obtaining an optical element by press molding with a molding die is centered, within a certain range up and down from the center temperature, and Set multiple temperature conditions with a certain temperature difference,
For each temperature condition, heat and soften the glass material individually to measure the deformation,
A value obtained by subtracting the value of each temperature condition from the temperature at the center is defined as a furnace temperature change amount, and each furnace temperature change amount corresponding to each temperature condition and a deformation amount of the glass material to be heated and softened by the heating furnace. Create a table showing the correlation,
Adjusting the temperature of the heating furnace based on the above table so that the deformation amount of the glass material heat-softened in the heating furnace matches the deformation amount corresponding to the optimum viscosity,
The method for molding an optical element according to claim 2.
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