JP2001139334A

JP2001139334A - 光学素子のプレス成形装置及びその成形方法

Info

Publication number: JP2001139334A
Application number: JP31861199A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nomura; 剛野村; Sunao Miyazaki; 直宮崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2001-05-22
Anticipated expiration: 2019-11-09
Also published as: MY139926A; CN1237017C; CN1295038A; JP3717102B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プレス時のみ、成形雰囲気を真空にする成形
方法を行うに際して、成形サイクル短縮を図り、真空雰
囲気での温度制御に与える影響を、必要最小限に抑える
ようにした光学素子のプレス成形装置、及び、その成形
方法を提供する。【解決手段】上下一対の成形型を用いて、加熱軟化し
たガラス素材をプレス変形させ、冷却した後に、成形型
からガラス成形品を取出す、光学素子のプレス成形装置
において、雰囲気置換が可能な第１の密閉チャンバー内
の一部に、第１の密閉チャンバーとは独立して雰囲気置
換が可能な第２の密閉チャンバーがあり、第１の密閉チ
ャンバーと第２密閉チャンバーとは、共に開閉可能な構
造であり、第２の密閉チャンバーは、少なくとも、プレ
ス時に成形型を取り囲む構造であり、また、第２の密閉
チャンバーの外側で、第１の密閉チャンバーの内側に
は、成形型内へのガラスの供給／取出しを行う、ガラス
移送手段を設けていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱されたガラス
素材をプレス成形して得られる、光学素子のプレス成形
装置、及び、その成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より研磨工程を必要としないガラス
レンズの製造方法として、ガラス素材を加熱し、上下一
対の型でプレス成形する方法が行われており、非球面レ
ンズなどの製品を効率良く生産できるため、様々な形状
への展開が行われている。

【０００３】その際に、如何に成形型の成形面を、忠実
にガラス製品側に転写するかが、高精度な光学素子を得
るための重要な課題となっており、それを達成するため
に、プレス時においては、光学素子の光学機能面に対応
する成形型の成形面に、ガス残りが発生しないようにす
る必要があり、例えば、凸レンズを成形する場合、成形
型の成形面の曲率半径よりも、ガラス素材の曲率半径が
小さくなるようにして、雰囲気ガスが成形型とガラスと
の間に取り残されないようにする工夫がなされている。

【０００４】しかしながら、曲率のきつい（曲率半径の
小さな）レンズや、非球面などの形状が複雑なレンズの
場合には、ガラス素材の形状だけでは、対応が難しくな
っており、また、仮に対応できたとしても、ガラス素材
のコストが上がってしまうなどの問題があった。このた
め、近年では、プレス時に成形雰囲気を排除して、真空
状態とする方法が開発されている。ただ、成形過程の加
熱・冷却時も、真空状態とした場合、雰囲気との熱交換
（対流）がされなくなるため、加熱・冷却時間が延びた
り、成形型と熱電対などの温度センサーとの接触状態の
違い（隙間の有無）によって、温度測定値に誤差が出易
くなるなどの問題がある他、ガラスのハンドリング時
に、真空吸着による搬送方法が使えないなど、常時、真
空状態で成形する方法には、多くの不具合があり、好ま
しくない。

【０００５】そこで、プレス時のみ真空にする方法が有
利となるが、成形サイクル中に真空引き及び不活性ガス
充填の工程が増えるため、サイクルタイムがみだりに増
加しないように、真空引き及び不活性ガス充填の時間を
できるだけ短縮する工夫が必要である。また、成形サイ
クルを短くするために、従来と同様に、成形品を成形型
からできるだけ高温で取り出すことが望ましく、その場
合、成形型の酸化防止を考えると、不活性ガス雰囲気中
で行う必要がある。

【０００６】従来の成形装置を見てみると、特開平３−
１７７３１８号公報の発明では、不活性ガス雰囲気中で
成形するための装置において、１つの成形室内に成形型
と、成形型内へガラスの出し入れを行うハンドとがあ
り、また、成形室の隣りには置換室が設けられており、
この置換室を通して、外部とのガラス素材、成形品の出
し入れを行うことにより、成形室の雰囲気を損なうこと
なく、連続して成形を行うことができる。よって、成形
型を酸化させることなしに、成形後の成形品を高温で取
り出すことが可能となり、成形サイクルを大幅に短縮す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の成形装置を用いて、プレス時のみ、真空にする成
形方法を行った場合、次のような問題点がある。即ち、
この成形装置では、１つの成形室内に成形型および成形
型内へガラスの出し入れを行うハンドなどが、一緒に装
備されているため、成形室が比較的大きなものとなる。
このため、雰囲気ガスを除くための真空引き時間が長く
なり、それだけ、成形サイクルも延びてしまい、また、
その間の成形型、ガラスの温度制御が不安定になるとい
う問題があった。

【０００８】よって、成形室をできるだけ小さなものと
する必要があるが、単に、上述のハンドを成形室の外に
置いた場合は、ガラスの出し入れを行う際に、成形型が
外の雰囲気（大気）に曝される。このため、型の酸化を
防止するのに、成形型、ガラス成形品を十分に冷やして
から取り出す必要があり、成形サイクルが大幅に延びて
しまう。

【０００９】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、プレス時のみ、成形雰囲気を真空にする成形方法
を行うに際して、成形サイクル短縮を図り、真空雰囲気
での温度制御に与える影響を、必要最小限に抑えるよう
にした光学素子のプレス成形装置、及び、その成形方法
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、上下一対の成形型を用いて、加熱軟化
したガラス素材をプレス変形させ、冷却した後に成形型
からガラスを取出すようにした光学素子のプレス成形装
置において、雰囲気置換が可能な第１の密閉チャンバー
内の一部に、第１の密閉チャンバーとは独立して雰囲気
置換が可能な第２の密閉チャンバーがあり、第１の密閉
チャンバーと第２の密閉チャンバーとは、共に開閉可能
な構造であり、第２の密閉チャンバーは、少なくとも、
プレス時に成形型を取り囲む構造であり、また、第２の
密閉チャンバーの外側で、第１の密閉チャンバーの内側
には、成形型内へのガラスの供給／取出しを行うガラス
移送手段を設けていることを特徴とする。

【００１１】また、この光学素子のプレス成形装置を使
用して、光学素子を成形する成形方法として、第１及び
第２の密閉チャンバー内の雰囲気を不活性ガスにする工
程、外部よりガラス素材を第１の密閉チャンバー内に入
れた後、成形型内へ移送する工程、成形型及びガラス素
材を加熱する工程、第２のチャンバー内のみを真空にし
た後、プレスを開始する工程、再び第２のチャンバー内
を不活性ガス雰囲気とし、冷却を行う工程、成形型内よ
り、成形品を第１の密閉チャンバー内へ移送し、さらに
外部へ取出す工程を含むことを特徴とする方法が採用さ
れる。

【００１２】このように、成形型を取り囲む、必要最小
限の容量のチャンバーを、新たに設置することで、プレ
ス前に、型周りのみの雰囲気を真空とし、また、型への
ガラスの出し入れを不活性ガス雰囲気中で行うことがで
きる。

【００１３】なお、本発明の実施の形態として、光学素
子のプレス成形装置において、第１の密閉チャンバーと
隣接した位置に、第１の密閉チャンバーとは独立して雰
囲気置換が可能なガラスの入替え室を設け、また、この
入替え室を密閉に開閉可能な構造とすることにより、前
記ガラス移送手段などを有することで、比較的容量が大
きくなる第１の密閉チャンバーの雰囲気を変えることな
く、比較的容量の小さな入替え室の雰囲気のみ置換し
て、常時、第１の密閉チャンバー内へのガラスの供給／
取出しを行うようにすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１〜図３を参照して、具体的に説明する。図１、図２は
本発明の第１の実施の形態における、光学素子のプレス
成形装置の縦断面図であり、図１はプレス時の状態を示
し、図２はガラス投入時の状態を示すものである。ま
た、図３は本発明の第２の実施の形態における、光学素
子のプレス成形装置の縦断面図である。

【００１５】（第１の実施の形態）図１、図２におい
て、外チャンバー１は、外気との雰囲気を遮断するため
の密閉構造となっており、また、その出入り口には、ゲ
ートバルブ１３を取付けてあって、駆動源２１により、
開閉可能に構成してある。そして、このゲートバルブ１
３に対して、別の駆動源１７により密着・離脱可能な入
替え室３が構成されており、この入替え室３の内部に
は、更に別の駆動源２０により、上下に移動可能な受け
台１２が設置されている。

【００１６】一方、外チャンバー１の内部には、胴型８
が固定されており、この胴型８の中心軸上には、この胴
型８を上下に貫通した状態で、貫通穴が形成されてい
る。これらの貫通穴の内、上側の貫通穴には、上型部材
６が、嵌合した状態で、上下方向に沿って摺動可能に挿
入されている。

【００１７】そして、上型部材６の下面には、ガラス素
材９を押圧して、その表面に所望の光学機能面を転写す
るための成形面が形成されており、さらに、上型部材６
の上方で、外チャンバー１の外部には、ガラス素材９に
印加するプレス圧を発生させるための駆動源１４が配置
され、かつ、外チャンバー１を貫通する構成で、プレス
圧を伝える上軸４が配置されている。また、胴型８の上
部には、上型部材６を加熱するためのヒータ１０が内設
されている。

【００１８】また、胴型８の下側の貫通穴には、下型部
材７が、嵌合した状態で、上下方向に沿って摺動可能に
挿入されている。

【００１９】そして、下型部材７の上面には、ガラス素
材９の下面に所望の光学機能面を転写するための成形面
が形成されており、また、下型部材７の下部で、外チャ
ンバー１の外部には、駆動源１５が配置され、かつ、外
チャンバー１を貫通する構成で、駆動源１５に接続した
下軸５が設置されている。また、胴型８の下部には、下
型部材７を加熱するためのヒータ１０が内設されてい
る。

【００２０】さらに、外チャンバー１の内部で、胴型８
の外周には、型全体を覆う構成で、外チャンバー１との
雰囲気を遮断するための内チャンバー２が設置されてお
り、外チャンバー１の外部に配置された駆動源１６によ
り、上軸４とは独立に、上下に移動可能に構成され、内
チャンバー２の下部開口部を、外チャンバー１の底部に
密着させることにより、密閉空間を形成する構成となっ
ている。

【００２１】また、外チャンバー１の内部には、内チャ
ンバー２の内外における、ガラス素材９及び成形品２９
の受け渡しを行うためのハンド１１が設置されており、
外チャンバー１の外部に配置された駆動源１８により、
回転動作を、また、別の駆動源１９により、上下動作
を、それぞれ、行って、下型７と受け台１２とのガラス
素材９及び成形品２９の受け渡しが可能となるように構
成されている。

【００２２】なお、外チャンバー１、内チャンバー２、
入替え室３には、それぞれ、独立に雰囲気置換が行える
ように、Ｎ₂ガス導入管、真空排気管が個別に接続され
ており、それぞれに開閉弁Ｎ１〜３、Ｖ１〜３が用意さ
れ、また、リーク弁Ｒ１〜３も用意されている。

【００２３】さらに、Ｎ₂ガス供給源、真空排気元に
も、開閉弁Ｎ０，Ｖ０が用意され、例えば、Ｎ₂ガス供
給源のＮ₂弁Ｎ０を閉じて、外チャンバー１と入替え室
３のＮ ₂弁Ｎ１，Ｎ３を開いて、両者をリークさせるこ
とで、ともに同じ圧力の雰囲気とすることもできる。

【００２４】次に、上記のように構成された装置によ
り、レンズを成形する手順について説明する。まず、図
１のように外チャンバー１の出入り口のゲートバルブ１
３を閉じておき、内チャンバー２については、上方位置
に移動して、開いておく。また、Ｎ₂ガス供給源のＮ₂
弁Ｎ０、真空排気元の真空弁Ｖ０も開いておく。

【００２５】この状態で、外チャンバー１の真空弁Ｖ１
を開いて真空引きを行い、所定の真空度に到達した時点
で、真空弁Ｖ１を閉じ、次に、外チャンバー１のＮ₂弁
Ｎ１を開いてＮ₂ガスを供給し、所定の圧力に到達した
時点で、Ｎ₂弁Ｎ１を閉じ、外チャンバー１内の雰囲気
置換を完了する。

【００２６】次に、外チャンバー１の外にあるガラス素
材９を型内に搬送するが、まず、図１に示すように、外
チャンバー１の外部で待機している受け台１２の上に、
外部ハンド（図示せず）により、ガラス素材９が供給さ
れると、入替え室３が上昇して、閉じたゲートバルブ１
３に密着し、密閉空間を形成する。ここで、入替え室３
の真空弁Ｖ３を開いて、真空引きを行い、所定の真空度
に到達した時点で、真空弁Ｖ３を閉じ、次に、入替え室
３のＮ₂弁Ｎ３を開いて、Ｎ₂ガスを供給し、所定の圧
力に到達した時点で、Ｎ₂弁Ｎ３を閉じ、入替え室３内
の雰囲気置換を完了する。そこで、ゲートバルブ１３が
開き、図２に示すように、受け台１２が上昇し、ガラス
素材９が外チャンバー１内で待機した状態となる。

【００２７】次に、予め、上型部材６を胴型８に対して
上方にスライドさせ、下型部材７から逃がし置くと、こ
の状態で、ハンド１１がガラス素材９を保持して、胴型
８の開口部より、下型部材７の成形面上に供給する。こ
の時の動作は、まず、ハンド１１が下降して、ハンド１
１の、ガラス素材９の保持部を、受け台１２に載置され
たガラス素材９に接近させる。そして、例えば、真空吸
着作用により、ガラス素材９を保持した後、ハンド１１
は上昇し、次に、回転動作により、ハンド先端を胴型８
の開口部より挿入し、ガラス素材９が下型部材７の上に
来たところで停止し、その後、ハンド１１が下降して、
ガラス素材９が下型部材７に接近したところで、ハンド
１１からガラス素材９が開放されて、下型部材７上に置
かれる。なお、この時、上型部材６及び下型部材７は、
ヒータ１０により、所定の成形条件に対応した温度に調
整されている。

【００２８】ガラス素材９が下型部材７の成形面上に供
給されると、胴型８の開口部より、加熱部材（図示せ
ず）が挿入され、ガラス素材９の加熱を行う。なお、ガ
ラス素材９は、型外で予め加熱されたものを型内に供給
する方式にしてもよい。上型部材６、下型部材７及びガ
ラス素材９が、プレス前の所定の温度に到達すると、加
熱部材（図示せず）が胴型８の外側に退避し、直ちに、
内チャンバー２が下降して、外チャンバー１の底面に密
着し、密閉空間を形成する。ここで、内チャンバー２の
真空弁Ｖ２を開いて、真空引きを行う。型周りの雰囲気
が所定の真空度に到達し、かつ、上型部材６及び下型部
材７が所定のプレス温度に到達した時点で、上型部材６
側の駆動源１４を押し出し動作させて、ガラス素材９の
押圧成形を行う。そして、上型部材６のフランジ部下面
が胴型８の上面に当接することにより、上型部材６で
の、ガラス素材９の変動動作が終了する。

【００２９】その後、冷却工程へと移るが、この時、内
チャンバー２の真空弁Ｖ２を閉じて、内チャンバー２の
Ｎ₂弁Ｎ２を開き、Ｎ₂ガスを供給して、所定の圧力に
到達した時点で、Ｎ₂弁Ｎ２を閉じ、さらに、内チャン
バー２のリーク弁Ｒ２を開けて内チャンバー２内を外チ
ャンバー１と同じＮ₂圧力とし、その後、リーク弁Ｒ２
を閉じるか、あるいは、内チャンバー２の真空弁Ｖ２を
閉じた後、直接、リーク弁Ｒ２を開けて、外チャンバー
１よりＮ₂ガスを導入して、内チャンバー２内を外チャ
ンバー１と同じＮ₂圧力とする。

【００３０】そして、内チャンバー２を上方位置に移動
させて開放し、これにより、内チャンバー２内に蓄積さ
れた熱も開放され、冷却効率を上げることができる。更
に、Ｎ₂導入管（図示せず）による、型へのＮ₂ガスの
吹き付けなどによって、冷却が促進されるが、型が所望
の温度まで冷却されたとき、成形品２９の面形状が崩れ
ないように、下型部材７により、成形品２９の下方から
圧力を印加する。そして、この状態で冷却を続け、さら
に、所定の温度まで到達したときに、下型部材７による
圧力を解除する。

【００３１】その後も冷却を行い、所定の温度まで到達
したときに、上型部材１を上方に移動させ、下型部材７
上の成形品２９を、ハンド１１により、型内に投入した
のとは逆の動作で、胴型８の開口部より受け台１２へと
取り出される。なお、受け台１２には、ガラス素材９を
載置する場所と、成形品２９を載置する場所の２つが設
けてあり、ハンドがガラス素材９を型内に投入し、成形
している間に、受け台１２は、再び、外チャンバー１の
外部より、新たなガラス素材９を受け取り、外チャンバ
ー１内に戻っている。そこで、ハンド１１は、成形品２
９を取り出すとともに、新たなガラス素材９を型内に投
入し、再び、成形を開始する。

【００３２】そして、成形品２９は外チャンバー１外へ
搬出されるが、この時の動作は、まず、受け台１２が下
降して入替え室３の中に入ると、ゲートバルブ１３が閉
じて外チャンバー１が閉鎖される。次に、入替え室３の
リーク弁Ｒ３が開いて、入替え室３内のＮ₂ガスの圧力
を大気圧まで下げてから、リーク弁Ｒ３を閉じ、入替え
室３を下降させ、大気中に開放する。

【００３３】この状態で、外部ハンド（図示せず）によ
り、受け台１２上の成形品２９を取り出すとともに、新
たなガラス素材９を受け台１２上に載置し、再び、入替
え室３を介して、外チャンバー１内に搬送し、次の成形
が始まるまで、待機する。以上のようにして、プレス成
形が繰り返し行われる。

【００３４】ここで、カメラに使用されるレンズを、一
事例にして、詳細な成形条件の説明を行うことにする。
ここでは、ガラス素材９は、重クラウンガラス（屈折
率：１．５８、アッベ数：５９．４、転移点：５０６
℃）で、外径：φ１０ｍｍ、肉厚：３．５ｍｍの円板形
状を使用し、下面側凸Ｒ＝４０、上面側凸非球面（近似
Ｒ＝２９ｍｍ）で、外径：φ１２ｍｍ、中心肉厚：２．
５ｍｍの両凸レンズを成形する。

【００３５】まず、下型部材７の成形面上にガラス素材
９を投入し、上型部材６及び下型部材７の温度が５７０
℃（１０^9.5ポアズ相当）になり、しかも、ガラス素材
９の温度も５７０℃（１０^9.5ポアズ相当）になった時
点で、内チャンバー２を閉じて、内チャンバー２内の真
空度が２．７Ｐａ（パスカル）以下となるように真空引
きを行い、さらに、加熱を続け、上型部材６及び下型部
材７の温度が５８０℃（１０^9.0ポアズ相当）になった
時点で、上型部材６側の駆動源１４を２９００Ｎ（ニュ
ートン）の力で、４０ｓｅｃ間、動作させ、上型部材６
の押し込み動作を終了する。なお、その後も、胴型８に
突き当てた状態の上型部材６の圧力は、そのまま保持し
ておく。その後、冷却を開始するとともに、直ちに、内
チャンバー２内にＮ₂ガスを導入し、外チャンバー１内
のＮ₂ガスと同圧にしてから、内チャンバー２を上昇さ
せ、開放する。

【００３６】そして、まず、５６０℃（１０^9.8ポアズ
相当）になった時点で、下型部材７により、成形品２９
に２０００Ｎ（ニュートン）の力を加え、このまま、冷
却を続けて、４９０℃（１０^13.5ポアズ相当）になった
時点で、下型部材７の圧力を解除した。そして、さらに
４７０℃（１０^15.2ポアズ相当）まで冷却した後、上型
部材６を上昇させて、型を開き、成形品２９の取出しを
行った。

【００３７】上記のような一連の動作により、レンズの
成形を行ったが、円板形状のガラス素材を使用しても、
ガス残りが発生するようなこともなく、良好な面精度の
成形品を得ることができた。

【００３８】また、内チャンバー２内の真空引きに要す
る時間は、２０ｓｅｃ．以下であり、１ショットに要す
る成形サイクルも５ｍｉｎ．以下とすることができた。
因みに、外チャンバー１は容積が大きいため、真空引き
には、５ｍｉｎ．以上を要する。

【００３９】（第２の実施の形態）図３は、本発明の第
２の実施の形態における、光学素子のプレス成形装置の
縦断面図であるが、第１の実施の形態とほぼ同様の成形
装置であり、その違いは、まず、入替え室がなく、受け
台４２が外チャンバー３１内に固定されており、外チャ
ンバー３１の内外にガラスを出し入れするための出入り
口が、受け台４２側の外チャンバー３１の側面に設けら
れており、ゲートバルブ４３により、外気と遮断されて
いる。

【００４０】また、胴型８に内設されたヒータ１０の他
に、型及びガラスを加熱するためのヒータ４０が、内チ
ャンバー３２の内側の側面に設置されており、内チャン
バー３２の外側の側面には、冷却用の水冷ジャケットあ
るいはガス吹き付けによる冷却手段２２が設置され、第
１の実施の形態と同様、上下方向に移動可能に構成され
ている。その他は、第１の実施の形態と同様なので、そ
の説明は省略する。

【００４１】次に、上記のように構成された装置によ
り、レンズを成形する手順について説明する。まず、図
３に示すように、外チャンバー３１の出入り口のゲート
バルブ４３を閉じ、内チャンバー３２については、上方
位置に移動して開いておく。また、Ｎ₂ガス供給源のＮ
₂弁Ｎ０、真空排気元の真空弁Ｖ０も開いておく。

【００４２】この状態で、外チャンバー３１の真空弁Ｖ
１を開いて真空引きを行い、所定の真空度に到達した時
点で、真空弁Ｖ１を閉じ、次に、外チャンバー３１のＮ
₂弁Ｎ１を開いてＮ₂ガスを供給し、所定の圧力に到達
した時点で、Ｎ₂弁Ｎ１を閉じ、外チャンバー３１内の
雰囲気置換を完了する。

【００４３】次に、内チャンバー３２を下降させて型を
覆い、外チャンバー３１の底面とともに密閉空間を形成
し、ヒータ１０により、型をガラス素材投入時の所定温
度まで加熱保持しておく。ここで、外チャンバー３１の
外にあるガラス素材を型内に搬送するが、まず、内チャ
ンバー３２は下降させたままの状態で、外チャンバー３
１のリーク弁Ｒ１を開いて、外チャンバー３１内のＮ₂
圧力を大気圧まで下げる。そして、ゲートバルブ４３を
開き、ガラス素材を保持した外部ハンド（図示せず）に
より、外チャンバー３１の外部から、内部の受け台４２
に直接、ガラス素材を持ち込み、載置する。

【００４４】その後、再度、外チャンバー３１内の雰囲
気置換を行い、Ｎ₂雰囲気に戻した後、内チャンバー３
２を上昇させて開き、第１の実施の形態と同様、受け台
４２上にあるガラス素材を、ハンド１１により、下型部
材３７の成形面上に供給する。このとき、上型部材３６
及び下型部材３７は、前述のように、ヒータ１０により
所定の成形条件に対応した温度に調整されている。

【００４５】次に、再び、内チャンバー３２が下降して
閉じ、ヒータ１０及び４０にて上型部材３６、下型部材
３７及びガラス素材を加熱する。そして、上型部材３
６、下型部材３７及びガラス素材が、プレス前の所定の
温度に到達すると、直ちに、内チャンバー３２の真空弁
Ｖ２が開いて真空引きを行い、その後、型周りの雰囲気
が所定の真空度に到達し、かつ上型部材３６及び下型部
材３７が所定のプレス温度に到達した時点で、上型部材
３６側の駆動源１４を押し出し動作させて、ガラス素材
の押圧成形を行う。

【００４６】その後、冷却工程へと移るが、この時、内
チャンバー３２の真空弁Ｖ２を閉じて、内チャンバー２
のＮ₂弁Ｎ２を開き、Ｎ₂ガスを供給して所定の圧力に
到達した時点で、Ｎ₂弁Ｎ２を閉じるが、この実施の形
態においては、内チャンバー３２は下降して閉じたまま
の状態で、冷却を続けるのである。この状態のまま、Ｎ
₂導入管（図示せず）による、型へのＮ₂ガスの吹き付
けなどによって、冷却が促進される。一方、内チャンバ
ー３２内のヒータ４０はオフとなり、冷却手段２２によ
り内チャンバー３２自身も冷却される。これにより、内
チャンバー３２は閉じたままであるが、さらに、冷却が
促進される。

【００４７】そして、型が所望の温度まで冷却されたと
き、成形品３９の面形状が崩れないように、下型部材３
７により、成形品３９に圧力が印加され、そして、この
状態で冷却を続け、さらに、所定の温度まで到達したと
きに、下型部材３７による圧力を解除する。

【００４８】その後も、冷却を行い、所定の温度まで到
達した時点で、まず、内チャンバー３２のリーク弁Ｒ２
を開けて、内チャンバー３２内を外チャンバー３１と同
じのＮ₂圧力とした後、リーク弁Ｒ２を閉じてから、内
チャンバー３２を、上方位置に移動させて開放し、さら
に、上型部材３６を上方に移動させて、下型部材３７上
の成形品３９を、ハンド１１により、胴型８の開口部よ
り受け台４２へと取り出させる。

【００４９】なお、受け台４２にも、ガラス素材を載置
する場所と、成形品３９を載置する場所の２つが設けて
あり、ハンドが、ガラス素材を型内に投入し、成形して
いる間に、受け台４２は再び、外チャンバー３１の外部
より、新たなガラス素材を受け取り、待機している状態
にする。そこで、ハンド１１は、成形品３９を取り出す
とともに、新たなガラス素材を型内に投入し、再び、内
チャンバー３２を閉じて成形を開始する。

【００５０】そして、成形品３９は外チャンバー３１外
へ搬出されるが、この時の動作は、まず、内チャンバー
３２が閉じた後に、外チャンバー３１のリーク弁Ｒ１が
開いて、外チャンバー３１内のＮ₂ガスの圧力を大気圧
まで下げてから、リーク弁Ｒ１を閉じ、ゲートバルブ４
３が開いた後に、外部ハンド（図示せず）により、成形
品３９を取り出すとともに、新たなガラス素材を受け台
４２上に載置し、その後、ゲートバルブ４３が閉じて、
再び外チャンバー３１内の雰囲気置換を行って、次の成
形が始まるまで待機する。以上のようにプレス成形が繰
り返し行われる。

【００５１】ここで、第１の実施の形態と同様に、カメ
ラに使用されるレンズを例に、詳細な成形条件の説明を
行うことにする。

【００５２】ガラス素材は、燐酸ガラス（屈折率：１．
５６、アッベ数：６０．８、転移点：３４５℃）で、最
終形状と同Ｒに両面を研磨した近似形状ブランクを使用
し、下面側凸Ｒ６２でその表面には深さ：１０μｍ、ピ
ッチ：１００μｍ〜１ｍｍの多数の同心円状の溝からな
る微細形状があり、上面側凸Ｒ＝９６ｍｍで、外径：φ
３４ｍｍ、中心肉厚：５．４ｍｍの両凸レンズ形状の、
回折光学素子を成形する。

【００５３】まず、下型部材３７の成形面上にガラス素
材を投入した後に、内チャンバー３２を閉じて加熱を行
い、上型部材３６及び下型部材３７の温度が３９０℃
（ガラス粘度で、１０^9.0ポアズ相当）になり、しか
も、ガラス素材の温度も３９０℃（ガラス粘度で、１０
^9.0ポアズ相当）になった時点で、内チャンバー３２内
の真空度が２．７Ｐａ（パスカル）以下となるように真
空引きを行い、さらに、加熱を続けて、上型部材３６及
び下型部材３７の温度が３９５℃（ガラス粘度で、１０
^8.7ポアズ相当）になった時点で、上型部材３６側の駆
動源１４を５９００Ｎ（ニュートン）の力で、６０ｓｅ
ｃ間、動作させ、上型部材３６の押し込み動作を終了す
る。なお、その後も、胴型８に突き当てた状態の上型部
材３６の圧力は、そのまま保持しておく。

【００５４】その後、冷却を開始するとともに、直ち
に、内チャンバー３２内にＮ₂ガスを導入し、そのま
ま、内チャンバー３２内にて冷却を続ける。そして、３
８０℃（ガラス粘度で、１０^9.7ポアズ相当）になった
時点で、下型部材３７により、ガラス成形品３９に４９
００Ｎ（ニュートン）の力を加え、このまま冷却を続け
て、３２５℃（ガラス粘度で、１０^14.5ポアズ相当）に
なった時点で、下型部材３７の圧力を解除した。

【００５５】そして、さらに３２０℃（ガラス粘度で、
１０^15.3ポアズ相当）まで冷却した後、外チャンバー３
１内のＮ₂ガスと同圧にしてから、内チャンバー３２を
上昇させて開放し、さらに、上型部材３６を上昇させ
て、型を開き、成形品３９の取出しを行った。

【００５６】上記のような一連の動作により、回折光学
素子の成形を行ったが、微細な溝形状をきちんと転写し
ており、ガス残りが発生するようなこともなく、転写性
の良好な成形品を得ることができた。また、内チャンバ
ー２内の真空引きに要する時間は、２０ｓｅｃ．以下で
あり、１ショットに要する成形サイクルも８ｍｉｎ．以
下とすることができた。因みに、外チャンバー１は容積
が大きいため、真空引きには５ｍｉｎ．以上を要する。

【００５７】なお、第２の実施の形態では、入替え室が
ないため、外チャンバーの内外のガラスの出し入れは、
内チャンバーが閉じている時に限られる他、ハンドリン
グごとに、外チャンバーの雰囲気置換を行っているの
で、Ｎ₂ガスの消費量も多くなるという面を持ち合わせ
ているが、しかし、装置としては、シンプルとなるため
に、システム全体の成形のパターンに応じて、何れか
（第１あるいは第２の実施形態）を選択するのがよい。

【００５８】また、内チャンバーの内側にヒータ、外側
に冷却手段を持っているため、冷却効率をさほど下げる
ことなく、加熱効率を上げられる他、加熱時から冷却時
にわたって、内チャンバーが閉じていることで、冷却効
率は内チャンバーを開けている時より若干、不利となる
ものの、型周りの雰囲気を外部から遮断できるため、型
やガラスの温度分布が少なくなり、より高精度な成形品
を得ることができる。よって、この方法も、ガラス成形
品の要求精度や要求コストに応じて選択するのがよい。

【００５９】（他の実施の形態）以上の実施の形態で
は、通常のレンズと回折光学素子の成形を例に説明して
いるが、これに限らず、自由曲面レンズや角物レンズな
ど、製品形状に対して、ガラス素材の形状を調整しづら
く、それにより、ガス残りが発生するような物であれ
ば、本発明は、適用できる。また、この実施の形態にお
いては、１個取りの成形について説明しているが、多数
個取りにおいても、もちろん適用できる。

【００６０】さらに、本発明の第１の実施の形態では、
胴型内のヒータにて、型の加熱を行っているが、加熱・
冷却の方法については、特に限定するものではなく、第
２の実施の形態のように、内チャンバーに設置されたヒ
ータや冷却手段を使用してもよく、また、内チャンバー
を開閉するタイミングについても、少なくとも、プレス
時に閉じて、真空状態になっていればよく、加熱時から
冷却時にわたって、内チャンバーを閉じている方法とし
てもよい。これらの技術的組合せは、要求される製品の
精度やコスト（成形サイクル、装置コスト）などによっ
て、予め、決めることができる。

【００６１】また、本発明の第２の実施の形態において
も、同様に、胴型内にヒータを設置して、型の加熱を行
ってもよく、また、この時の説明では１ショット毎に外
チャンバーからのガラスの出し入れを行っていたが、受
け台を大きくして、数ショット分を一度に出し入れする
ようにしてもよい。これにより、ハンドの動きは多少複
雑になるものの、毎回外チャンバー内を雰囲気置換する
必要がなく、Ｎ₂ガス消費量を抑えることができる。

【００６２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したようになり、少
なくとも、プレス前に、一旦、真空雰囲気にしてから、
プレスを開始するためのプレス成形装置及びその成形方
法において、第１の密閉チャンバー内に、型を取り囲む
必要最小限の容量の第２の密閉チャンバーを設置するこ
とで、プレス前に真空引きを行う際の時間を大幅に短縮
することができ、また、その後に充填する不活性ガスの
使用量も削減することができるなどの多くの効果が得ら
れる。

【００６３】また、第２の密閉チャンバーの外側で、か
つ、第１の密閉チャンバーの内側に、型からガラスの出
し入れを行うハンドを設けたことで、不活性ガス雰囲気
中で、ガラスの出し入れを行うことができ、それによ
り、型を酸化させることなしに、型が高温のままでのガ
ラスの出し入れを可能となるから、大幅な成形サイクル
の短縮を図ることができる。

【００６４】さらに、入替え室を設けたことにより、第
２の密閉チャンバーの開閉に関係なく、いつでも、第１
の密閉チャンバーと外部とのガラスの出し入れが可能と
なるため、第２の密閉チャンバーの開閉のタイミングを
成形条件に応じて自由に設定することができるようにな
り、また、第１の密閉チャンバーに比べて入替え室の容
積はごくわずかであり、第１の密閉チャンバーと外部と
のガラスの出し入れの際に要する不活性ガスの使用量も
大幅に削減することができるなどの効果が得られる。

【００６５】また、上記装置を使用して、加熱・冷却時
は、不活性ガス雰囲気で、プレス時は真空雰囲気で成形
を行うことにより、製品形状にかかわらず、ガラス素材
の形状に工夫をすることなしに、ガス残りのない、転写
性の優れた成形品を、より短い成形サイクルで得ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態での光学素子の成形
装置の縦断面図であり、プレス時の状態を示すものであ
る。

【図２】同じく、光学素子の成形装置の縦断面図であ
り、ガラス投入時の状態を示すものである。

【図３】本発明の第２の実施の形態での光学素子の成形
装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１，３１外チャンバー２，３２内チャンバー３入替え室４上軸５下軸６，３６上型部材７，３７下型部材８胴型９素材１０，４０ヒータ１１ハンド１２，４２受け台１３，４３ゲートバルブ１４〜２１，５１駆動手段２２冷却手段２９，３９成形品Ｎ０〜Ｎ３Ｎ₂弁Ｖ０〜Ｖ３真空弁Ｒ１〜Ｒ３リーク弁Ｎ₂ Ｎ₂ガス供給源Ｖａｃ真空排気元

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年８月４日（２０００．８．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、上下一対の成形型を用いて、加熱軟化
したガラス素材をプレス変形させ、冷却した後に、成形
型からガラス成形品を取出す、光学素子のプレス成形方
法において、雰囲気置換が可能な第１の密閉チャンバー
と、第１の密閉チャンバー内に収容されて、これとは独
立して雰囲気置換が可能な第２の密閉チャンバーと、第
１および第２の密閉チャンバー内の雰囲気を置換操作す
る手段とを備え、第１の密閉チャンバー内に前記ガラス
素材を搬入する工程と、前記ガラス素材を搬入後あるい
は事前に、前記第１の密閉チャンバー内を不活性状態に
置換する工程と、その後、不活性状態の前記第２の密閉
チェンバー内の前記成形手段に前記ガラス素材を導入す
る工程と、前記成形手段によるガラス素材の形状形成後
に、前記第２の密閉チャンバー内で成形品を冷却する工
程と、前記冷却工程後、成形品を前記第１の密閉チャン
バーを経由して取り出す工程とからなることを特徴とす
る。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】また、この光学素子のプレス成形装置を使
用して、光学素子を成形する成形方法として、第１およ
び第２の密閉チャンバー内の雰囲気を置換操作する手段
とを備え、第１の密閉チャンバー内に前記ガラス素材を
搬入する工程と、前記ガラス素材を搬入後あるいは事前
に、前記第１の密閉チャンバー内を不活性状態に置換す
る工程と、その後、不活性状態の前記第２の密閉チェン
バー内の前記成形手段に前記ガラス素材を導入する工程
と、前記成形手段によるガラス素材の形状形成後に、前
記第２の密閉チャンバー内で成形品を冷却する工程と、
前記冷却工程後、成形品を前記第１の密閉チャンバーを
経由して取り出す工程とからなることを特徴とする方法
が採用される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下一対の成形型を用いて、加熱軟化し
たガラス素材をプレス変形させ、冷却した後に、成形型
からガラス成形品を取出す、光学素子のプレス成形装置
において、雰囲気置換が可能な第１の密閉チャンバー内
の一部に、第１の密閉チャンバーとは独立して雰囲気置
換が可能な第２の密閉チャンバーがあり、第１の密閉チ
ャンバーと第２密閉チャンバーとは、共に開閉可能な構
造であり、第２の密閉チャンバーは、少なくとも、プレ
ス時に成形型を取り囲む構造であり、また、第２の密閉
チャンバーの外側で、第１の密閉チャンバーの内側に
は、成形型内へのガラスの供給／取出しを行う、ガラス
移送手段を設けていることを特徴とする光学素子のプレ
ス成形装置。
【請求項２】前記第１の密閉チャンバーと隣接した位
置に、これとは独立して、雰囲気置換が可能な、ガラス
の入替え室が設けられており、また、前記入替え室は、
密閉に開閉可能な構造であることを特徴とする請求項１
に記載の光学素子のプレス成形装置。
【請求項３】上下一対の成形型を用いて、加熱軟化し
たガラス素材をプレス変形させ、冷却した後に、成形型
からガラス成形品を取出す、光学素子のプレス成形方法
において、雰囲気置換が可能な第１の密閉チャンバー内
の一部に、第１の密閉チャンバーとは独立して雰囲気置
換が可能な第２の密閉チャンバーがあり、第２の密閉チ
ャンバーは、少なくとも、プレス時に成形型を取り囲む
構造であり、また、第２の密閉チャンバーの外側で、第
１の密閉チャンバーの内側には、成形型内へのガラスの
供給／取出しを行う、ガラス移送手段を設けた光学素子
のプレス成形装置を使用し、その第１及び第２の密閉チ
ャンバー内の雰囲気を不活性ガスにする工程：外部より
ガラス素材を第１の密閉チャンバー内に入れた後、成形
型内へ移送する工程：成形型及びガラス素材を加熱する
工程：第２のチャンバー内のみを真空にした後、プレス
を開始する工程：再び第２のチャンバー内を不活性ガス
雰囲気とし、冷却を行う工程：成形型内より、成形品を
第１の密閉チャンバー内へ移送し、さらに、外部へ取出
す工程を含むことを特徴とする光学素子のプレス成形方
法。