JP2002012432A - ガラス製光学素子の成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の装置と比べて、加熱される型の温度均
一性に優れ、且つ製作コストが低いガラス製光学素子の
成形装置を提供する。 【解決手段】 固定軸１の下端には上型１６が固定さ
れ、移動軸７の上端には下型１７が固定されている。上
型１６、下型１７は、石英管２０の中に収容され、石英
管２０の内部に雰囲気調整が可能な成形室１３が形成さ
れている。石英管２０に周囲を取り囲むように、赤外線
ランプユニット２３が配置されている。赤外線ランプユ
ニット２３は、縦方向の軸を有する複数の直管状の赤外
線ランプ２１により構成され、各赤外線ランプ２１の後
方には、それぞれ反射ミラー２２が配置されている。な
お、この例では、赤外線ランプユニット２３に１２本の
直管状の赤外線ランプ２１が使用されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学レンズやプリ
ズムなどのガラス製光学素子をプレス成形法によって製
造するための光学素子の成形装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】ガラス製光学素子の成形装置において
は、型及びガラス素材を加熱した後、型を用いてガラス
素材のプレス成形を行っている。型及びガラス素材を加
熱する際、一般的に使用されている方法は、大きく二つ
に分類することができる。その一方は、高周波誘導加熱
（ＲＦ誘導加熱）であり、例えば、特開昭６４−４５７
３４号公報、特開昭６３−１７０２２８号公報などに記
載されている。もう一方は、赤外線ランプを用いた放射
加熱で、例えば、特開平５−１８６２３０号公報に記載
されている。

【０００３】この内、高周波誘導加熱は、浸透深さの問
題があり、型の金属部分を均一に加熱することが容易で
はない。これに対して、赤外線ランプを用いた放射加熱
は、均一な加熱状態を実現し易く、高い精度を備えた光
学素子を成形することができる。

【０００４】図３に、特開平５−１８６２３０号公報に
記載されている成形装置の赤外線ランプユニットの概要
（横方向断面図）を示す。この赤外線ランプユニット４
３は、半円弧状の赤外線ランプ４１及び反射ミラー４２
を各々二つ組み合わせて略環状としたものを、更に、上
下方向に複数段積み重ねることによって構成されてい
る。赤外線ランプユニット４３をこの様に構成した場
合、図３中で矢印Ｚに示すように、赤外線ランプ４１の
円周方向の付き合せ部に隙間が生ずる。

【０００５】そのため、一般的な光学素子を成形する場
合には、十分な形状精度が得られるが、より高い形状精
度が要求される場合には、円周方向の温度分布に起因す
る非点収差が問題になる。また、赤外線ランプの封体を
半円弧状に加工しなければならないので、ランプユニッ
トの製作に高いコストがかかる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
なガラス製光学素子の成形装置における従来の加熱方法
の問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、加熱
される型の温度均一性に優れ、しかも、従来の円弧状の
赤外線ランプユニットを用いた装置と比べて製作コスト
が低い成形装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のガラス製光学素
子の成形装置は、上下一対の型と、型の周囲に配置され
た赤外線ランプユニットとを備え、型の間にガラス素材
を配置し、赤外線ランプユニットにより型及びガラス素
材を加熱してプレス成形を行うガラス製光学素子の成形
装置において、前記赤外線ランプユニットを、縦方向の
軸を有し前記型の回りに円周方向に配列された複数の直
管状の赤外線ランプによって構成したことを特徴とす
る。

【０００８】本発明のガラス製光学素子の成形装置によ
れば、上記のように前記赤外線ランプユニットを複数の
直管状の赤外線ランプによって構成したので、従来の半
円弧形状の赤外線ランプ等を二つ組み合わせて略環状と
したものを更に上下方向に複数段積み重ねることによっ
て構成したものと比べて、加熱される型の円周方向の温
度均一性に優れている。その結果、高い形状精度を備え
たガラス製光学素子を製造することが可能になる。ま
た、直管状の赤外線ランプを使用しているので、従来の
半円弧形状の赤外線ランプと比べて製作コストを低く抑
えることができる。

【０００９】好ましくは、本発明のガラス製光学素子の
成形装置において、前記直管状の赤外線ランプの端子部
分を冷却するため、当該端子部分に空気または不活性ガ
スを直接吹き付けるノズルを設ける。

【００１０】好ましくは、前記直管状の赤外線ランプの
封体にディンプル加工を施す。これによって、加熱時に
フィラメントのたるみを防止することができ、赤外線ラ
ンプの寿命を延ばすことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１に、本発明によるガラス製光
学素子の成形装置の全体構成の一例を示す。図中、１２
はプリフォーム（ガラス素材）、１６は上型、１７は下
型、２１は直管状の赤外線ランプ、２２は反射ミラー、
２３は赤外線ランプユニット、２４は赤外線ランプの端
子部分、２８はディンプルを表す。

【００１２】固定軸１は、装置のフレーム２の天井部の
梁３１に固定され、下に向かって伸びている。移動軸７
は、装置のベースプレート３２の下に収容された駆動装
置１４の上に接続され、ベースプレート３２を貫通し、
固定軸１に対向して上に向かって伸びている固定軸１の
下端には、断熱筒３を介して上型１６が固定されてい
る。上型１６は、固定ダイプレート４、固定ダイ５及び
上キャビティダイ６から構成されている。固定ダイプレ
ート４は断熱筒３の下端に取り付けられ、上キャビティ
ダイ６は固定ダイプレート４の下面に取り付けられ、固
定ダイ５は、その外周を取り囲む上キャビティダイ６に
よって固定ダイプレート４の下面に固定されている。

【００１３】同様に、移動軸７の上端には、断熱筒８を
介して下型１７が固定されている。下型１７は、移動ダ
イプレート９、移動ダイ１０及び下キャビティダイ１１
から構成されている。移動ダイプレート９は断熱筒８の
上端に取り付けられ、下キャビティダイ１１は移動ダイ
プレート９の上面に取り付けられ、移動ダイ１０は、そ
の外周を取り囲む下キャビティダイ１１によって移動ダ
イプレート９の上面に固定されている。下型１７には、
熱電対２６が取り付けられ、この熱電対２６は、断熱筒
８及び移動軸７の内部を通って、外部に引き出されてい
る。

【００１４】なお、この例では、断熱筒３、８はセラミ
ックス製（Ｓｉ_３Ｎ_４）であり、固定ダイ５及び移動ダ
イ１０はタングステン合金製であり、上キャビティダイ
６及び下キャビティダイ１１は超硬合金製であり、固定
ダイプレート４及び移動ダイプレート９は超硬合金製で
ある。

【００１５】なお、上下のキャビティダイ６、１１に
は、超硬合金の他に、ＴｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＮなど
のセラミックス、あるいは、これらのセラミックスの表
面に更に他のセラミックスや貴金属等のコーティングを
したものを使用することができる。同様に、上下のダイ
プレート４、９にも、これらのセラミックスを使用する
ことができる。

【００１６】上型１６、下型１７及び上下の断熱筒３、
８は、石英管２０の中に収容されている。固定軸１の下
端部近傍の周囲には上部プレート１９が取り付けられ、
移動軸７の上端部近傍の周囲には下部プレート１８が取
り付けられている。下部プレート１８は、ベースプレー
ト３２の上に支持されている。石英管２０の上端面と上
部プレート１９との接触面にはＯリングが装着され、こ
のＯリングによって接触面がシールされている。同様
に、石英管２０の下端面と下部プレート１８との接触面
にもＯリングが装着され、このＯリングによって接触面
がシールされている。これらによって、石英管２０の内
部に、雰囲気調整が可能な成形室１３が形成されてい
る。

【００１７】石英管２０の周囲を取り囲むように、赤外
線ランプユニット２３が配置されている。赤外線ランプ
ユニット２３は、縦方向（固定軸１及び移動軸７の軸心
の方向）の軸を有する複数の直管状の赤外線ランプ２１
と、各赤外線ランプ２１の後方にそれぞれ配置された反
射ミラー２２などから構成されている。

【００１８】この例では、赤外線ランプ２１は、夕ング
ステンのコイル状フィラメントを用いたハロゲンランプ
である。赤外線ランプ２１の波長範囲は、種々あるが、
この例では、ピーク波長が１．２μｍ〜１．８μｍ程度
の一般的な赤外線ランプを使用している。

【００１９】赤外線ランプ２１の封体部には、ディンプ
ル加工２８が施されている。これによって、ランプ加熱
時にフィラメントの自重によるたわみを防止している。

【００２０】反射ミラー２２は、アルミニウム板を曲面
状に成形し、表面を研磨した後、金メッキを施したもの
であり、各赤外線ランプ２１を後方から囲むように配置
されている。これにより、赤外線ランプ２１から石英管
２０を介して上型１６及び下型１７に赤外線を照射し、
上型１６及び下型１７を加熱するようになっている。な
お、反射ミラー２２の内部には、水冷パイプを配置した
冷却ユニット（図示せず）が設けられており、反射ミラ
ー２２の過熱による損傷を防止するようになっている。

【００２１】直管状の赤外線ランプ２１の上下の端部に
隣接して、それぞれ、エアーバッファ２７が設けられて
いる。エアーバッファ２７には、各端子部分２４に臨む
個所にそれぞれノズルが形成され、これらのノズルから
各端子部分２４に直接、空気を吹き付けることによっ
て、各端子部分２４を冷却する。

【００２２】上部プレート１９には、不活性ガス（この
例では窒素ガス）の供給ポート３３が設けられ、下部プ
レート１８には、不活性ガスの排出ポート３４が設けら
れている。固定軸１の中心部には、不活性ガス導入用の
貫通孔が設けられ、同様に、移動軸７の中心部にも、不
活性ガス導入用の貫通孔が設けられている。固定ダイプ
レート４には、上端面から外周面につながる貫通孔が形
成され、同様に、移動ダイプレート９には、下端面から
外周面につながる貫通孔が形成されている。

【００２３】不活性ガス（矢印Ａ）は、供給ポート３３
を介して成形室１３内に直接導入され、成形室内の雰囲
気調整に使用される。更に、不活性ガス（矢印Ｂ）は、
固定軸１、断熱筒３及び固定ダイプレート４の内部を通
って、成形室１３内に導入される。この不活性ガス（矢
印Ｂ）は、固定軸１の冷却及びプレス成形後の上型１６
の冷却に使用される。同様に、不活性ガス（矢印Ｃ）
は、移動軸７、断熱筒８及び移動ダイプレート９の内部
を通って、成形室１３内に導入される。この不活性ガス
（矢印Ｂ）は、移動軸７の冷却及びプレス成形後の下型
１７の冷却に使用される。

【００２４】成形室１３内の雰囲気を調整した後、赤外
線ランプユニット２３を用いて上型１６及び下型１７を
加熱することによって、これらを介してプリフォーム１
２を所定の成形温度まで加熱する。次いで、移動軸７を
上方へ駆動し、プリフォーム１２を上下の型１６、１７
の間でプレス成形する。プレス成形後、成形品を上下の
型１６、１７の間に保持したままの状態で、不活性ガス
を流して、所定の型開き温度まで上下の型１６、１７及
び成形品を冷却する。

【００２５】なお、赤外線ランプユニット２３、石英管
２０及びそれらの付帯設備は、上部プレート１９の下側
に固定され、駆動装置（図示せず）によって一体的に上
方に引き上げることができる。従って、下型１７に対す
るプリフォーム１２の装填、及びプレス成形後の成形品
の回収の際には、赤外線ランプユニット２３及び石英管
２０を上方に退避させることによって、成形室１３内を
開放することができる。

【００２６】図２に、赤外線ランプユニット２３の横方
向断面図を示す。赤外線ランプユニット２３は、縦方向
の軸を有する複数の直管状の赤外線ランプ２１を、石英
管２０の回りに円周方向に等間隔に配列することによっ
て構成されている。この例では、放射されるエネルギー
の円周方向の均一性を確保すべく、１２本の直管ランプ
が使用されている。各赤外線ランプ２１の後方には、そ
れぞれ反射ミラー２２が配置されている。このように赤
外線ランプユニット２３を構成することによって、上型
１６及び下型１７の円周方向の温度均一性を高めること
ができる。

【００２７】本発明の成形装置は、上型１６及び下型１
７の温度均一性に優れているので、高い面精度及び組み
合わせ精度を備えた固定ダイ５、移動ダイ１０、上キャ
ビティダイ６及び下キャビティダイ１１を使用すれば、
それらの形状を忠実に成形品に転写することができる。
その結果、研摩工程を採用せずに、高い形状精度を備え
た光学素子を製造することができる。

【００２８】次に、本発明の成形装置と従来の成形装置
とを比較した結果について説明する。

【００２９】プレス成形法を用いて製造されたレンズに
アス（非点収差）が発生する主な原因は、一般的に、プ
レス力の不均一性、不均一な加熱に起因する型内部の熱
膨張量の差、及び冷却の際の熱収縮量の差などによるも
のと考えられる。

【００３０】従来の成形装置では、微小なアスが発生す
る。その理由は、従来の成形装置では、図３に示したよ
うに、赤外線ランプ４１の付き合わせ部（矢印Ｚ）があ
るので、この付き合わせ部に面した部分に入射する放射
エネルギー量が相対的に少なくなり、型が均一に加熱さ
れないことにあると考えられる。これに対して、本発明
の成形装置によれば、十分な数の直管状の赤外線ランプ
を使用するとともに、反射ミラーの形状を適切に選定す
ることによって、型に入射する放射エネルギー量の円周
方向の均一性を高めることができる。その結果、アスの
発生を抑えることができる。

【００３１】先ず、従来の成形装置において型の内部の
温度分布を測定した。図３に示すように、上型１６の中
心を通り、赤外線ランプ４１の付き合わせ部を通る方向
（Ｙ軸方向）に対して垂直方向（Ｘ軸方向）に、等間隔
に５個所の測温点（Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ）を設けるとと
もに、赤外線ランプ４１の付き合わせ部の近傍に１箇所
の測温点（Ｊ）を設けた。なお、上型１６の直径は６０
ｍｍであった。

【００３２】上型１６を８００℃まで加熱した後、３０
秒間保持し、温度が安定した後、各測温点の温度を測定
した。その結果、測温点Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉの温度は、
外周に行くほど高く、測温点Ｉと測温点Ｅの差は約２℃
となった。一方、測温点Ｊの温度は、測温点Ｉと比べて
約１０℃低くなった。この結果から、Ｘ軸方向に型が伸
びていることが確認された。

【００３３】次いで、本発明による成形装置において型
の内部の温度分布を測定した。上記の従来の装置の場合
と同一の型を用い、同一の個所に測温点（Ｅ、Ｆ、Ｇ、
Ｈ、Ｉ、Ｊ）を設け、各測温点の温度を測定した。その
結果、測温点Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉの温度は、外周に行く
ほど高く、測温点Ｉと測温点Ｅの差は約２℃となった。
一方、測温点Ｊの温度は、測温点Ｉに比べて約２℃低く
なった。

【００３４】更に、図２に示すように、円周方向に沿っ
て赤外線ランプ２１に対する相対位置が異なる３箇所の
測温点（Ｋ、Ｌ、Ｍ）を設け、上型１６の内部の温度分
布を測定した。このうち、測温点Ｍは赤外線ランプ２１
の正面に位置し、測温点Ｋは互いに隣接する赤外線ラン
プ２１の中央の正面に位置し、測温点Ｌは測温点Ｍと測
温点Ｋの中間に位置している。その結果、測温点Ｋ、
Ｌ、Ｍの間の温度差は１℃以下に収まり、型の温度が赤
外線ランプ２１に対する相対位置の相違に影響されない
ことが確認された。

【００３５】本発明による成形装置（図１及び図２）を
用いて、屈伏点約６５０℃の光学ガラスを用い、直径３
０ｍｍの光学レンズを、温度６４０℃、プレス力１２０
０ｋｇｆで成形したところ、アスがほとんどない良好な
ガラス素子が得られた。

【００３６】

【発明の効果】本発明のガラス製光学素子の成形装置に
よれば、加熱源として従来の半円弧形状の赤外線ランプ
を使用したものと比べて、加熱される型の温度均一性に
優れている。その結果、高い形状精度を備えたガラス製
光学素子を製造することができ。また、直管状の赤外線
ランプを使用しているので、従来の半円弧形状の赤外線
ランプと比べて製作コストを低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学素子の成形装置の一例を示す
全体構成図。

【図２】本発明による光学素子の成形装置に使用される
赤外線ランプユニットの横方向断面図。

【図３】従来の光学素子の成形装置に使用される赤外線
ランプユニットの横方向断面図。

【符号の説明】

１・・・固定軸、 ２・・・フレーム、 ３・・・断熱筒、 ４・・・固定ダイプレート、 ５・・・固定ダイ、 ６・・・上キャビティダイ、 ７・・・移動軸、 ８・・・断熱筒、 ９・・・移動ダイプレート、 １０・・・移動ダイ、 １１・・・下キャビティダイ、 １２・・・プリフォーム（ガラス素材）、 １３・・・成形室、 １４・・・駆動装置、 １６・・・上型、 １７・・・下型、 １８・・・下部プレート、 １９・・・上部プレート、 ２０・・・石英管、 ２１・・・直管状の赤外線ランプ、 ２２・・・反射ミラー、 ２３・・・赤外線ランプユニット、 ２４・・・赤外線ランプの端子部分、 ２６・・・熱電対、 ２７・・・端子冷却用のエアーバッファ、 ２８・・・ディンプル、 ３１・・・梁、 ３２・・・ベースプレート、 ３３・・・供給ポート、 ３４・・・排出ポート、 ４１・・・半円弧状の赤外線ランプ。 ４２・・・反射ミラー、 ４３・・・赤外線ランプユニット。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下一対の型と、 型の周囲に配置された赤外線ランプユニットとを備え、 型の間にガラス素材を配置し、赤外線ランプユニットに
   より型及びガラス素材を加熱してプレス成形を行うガラ
   ス製光学素子の成形装置において、 前記赤外線ランプユニットを、縦方向の軸を有し前記型
   の回りに円周方向に配列された複数の直管状の赤外線ラ
   ンプによって構成したことを特徴とするガラス製光学素
   子の成形装置。
2. 【請求項２】 前記直管状の赤外線ランプの端子部分に
   空気または不活性ガスを直接吹き付けるノズルを設けた
   ことを特徴とする請求項１のガラス製光学素子の成形装
   置。
3. 【請求項３】 前記直管状の赤外線ランプの封体にディ
   ンプル加工を施したことを特徴とする請求項１のガラス
   素子成形装置。