JP2002128534A - 光学ガラス素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 面精度が良好な光学ガラス製品を製造するこ
とができる光学ガラス素子の成形方法を提供する。 【解決手段】 光学ガラス素材８をプレス成形する上型
１と下型２に赤外線ランプヒーター７ａと赤外線ランプ
ヒーター７ｂをそれぞれ配設し、光学ガラス素材８のプ
レス成形中に、上型１と下型２を赤外線ランプヒーター
７ａと赤外線ランプヒーター７ｂにより外周部からそれ
ぞれ加熱して光学ガラス素材８を再加熱することで、プ
レス成形中の光学ガラス素材８の温度分布を緩和する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱軟化した光学
ガラス素材を一対の成形型間に配置した後にプレス成形
する光学ガラス素子の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラスレンズ及びプリズムなどの
光学ガラス素子の製造は研削研磨により行われてきた
が、近年は非球面レンズを安価に製造するために、一対
の成形金型内に加熱軟化した光学ガラス素材を挿入しプ
レス成形して光学ガラス素子を得る製造方法が活用され
るようになった。

【０００３】光学ガラス素子においては中心部と外周部
では肉厚に差がある場合が殆どである。さらにそのよう
に肉厚さがある光学ガラス素子をプレス成形する場合、
薄い部分の熱容量は少なく、厚い部分に比べてすぐ冷え
てしまうので、プレス成形時の圧力を冷えて硬化した薄
い部分のみで受けてしまい、厚い部分には圧力がかから
なくなるので冷却して硬化する際に自由に硬化収縮を起
こし、ヒケを発生させてしまう問題が発生する。

【０００４】このような問題点を解決するために、特開
平５−２９４６４０号公報および特開平１０−２０３８
３４号公報に記載された成形方法が提案されている。特
開平５−２９４６４０号公報記載の成形方法は、図３に
示すように、成形型１６，１７の内部に形成した凹部２
２，２３にブローパイプ１９，２０の先端側を配設し、
ブローパイプ１９，２０を通って先端から凹部２２，２
３に流出する窒素などのガスにより成形型１６，１７を
中心部から冷却して、成形型１６，１７の成形面に温度
分布を作った状態で光学ガラス素材１６を上記成形面で
プレスすることで、プレス時間の短縮と光学ガラス素子
の面精度の向上を図ろうとするものである。なお、１８
は光学ガラス素材１６を載置し、成形型１６，１７間に
搬送するためのホルダーである。

【０００５】また、特開平１０−２０３８３４号公報記
載の成形方法は、図４に示すように、成形される光学ガ
ラス素材１５を第１の保持部材１３で保持するととも
に、第１の保持部材１３を第２の保持部材１４で保持
し、第２の保持部材１４の熱伝導率や熱容量を調整する
ことで、光学ガラス素材１５を成形型１１，１２でプレ
ス成形する際、光学ガラス素材１５の薄い外周部が急速
に冷却されることを防ぐようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】光学ガラス素子を面精
度良く成形するために必要な温度分布の量は光学ガラス
素材の直径、中肉厚さ、コバ肉厚さ、曲率半径等により
変わる。また、一般にレンズはその両面で曲率が違うの
で、光学ガラス素子を成形するために必要な温度分布の
大きさは上下の面で違う。

【０００７】しかしながら、特開平１０−２０３８３４
号公報では光学ガラス素材を、光学ガラス素材と保持部
材の端面からしか加熱・保温できないので上下の面で最
適な温度分布の選択ができない。

【０００８】また、特開平５−２９４６４０は上下型を
独立して温度制御が可能な構成であるが、「中心部の冷
却」により上下型の温度分布を作るので面精度のバラツ
キを押さえる制御が難しい。また、上下型の成形面に接
触した光学ガラス素材の表面はすぐ冷えるが、その内部
にはなかなか冷却の影響が及ばないため、中肉の厚い光
学ガラス素子の面精度を向上することが難しい欠点があ
る。

【０００９】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、面精度が良好な光学ガラス製品を製造
することができる光学ガラス素子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
に、本発明の請求項１に係る光学ガラス素子の成形方法
は、加熱炉で加熱軟化した光学ガラス素材を上下に相対
して配置された一対の成形型によりプレス成形する光学
ガラス素子の成形方法において、光学ガラス素材をプレ
ス成形中に再加熱することを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項２に係る光学ガラス素子の
成形方法は、請求項１の光学ガラス素子の成形方法にあ
って、成形型を温調しているヒーターに、プレス成形時
外にかかっている熱エネルギー以上のものを、プレス成
形中に成形型に与えて加熱し、その伝熱によりプレス成
形されている光学ガラス素材を再加熱することを特徴と
する。

【００１２】本発明の請求項３に係る光学ガラス素子の
成形方法は、請求項１の光学ガラス素子の成形方法にあ
って、成形型を温調するヒータによる光学ガラス素材の
再加熱の出力とタイミングを上下の成形型で独立して行
うことを特徴とする。

【００１３】上記請求項１の構成にあっては、光学ガラ
ス素材と成形型を個別に加熱することで、特に加熱に時
間のかかる光学ガラス素材をプレス成形前にあらかじめ
加熱しておくことにより成形時間を大幅に短縮できる。

【００１４】光学ガラス素材をプレス成形中に再加熱す
ることは、プレス成形中の光学ガラス素材の温度分布を
緩和して光学ガラス素材が固化するタイミングを光学ガ
ラス素子の中心部と外周部でほぼ同時になるように調整
し、高い面精度を得やすくする作用を持つ。

【００１５】上記請求項２の構成にあっては、プレス成
形中に、成形型を温調しているヒーターによりプレス成
形時に指定温度（目標温度）に型温度を保つのに必要な
出力以上の熱を成形型に与えて加熱し、その伝熱により
プレス成形されている光学ガラス素材を再加熱すること
により、請求項１と同様の作用が生じる。

【００１６】上記請求項３の構成にあっては、再加熱の
タイミングと出力を独立して制御することにより成形す
る光学ガラス素材の両面それぞれに最適な温度分布を作
り、良好な面精度を得やすくする作用を持つ。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態１を図１および図２に基づいて説明する。図１は本
発明の実施の形態１に係る光学ガラス素子の成形方法の
実施に使用する成形機を示す概略的な断面図、図２は上
記成形機の要部を示し、図２（ａ）は一部を省略した斜
視図、図２（ｂ）は一部を断面にして示す正面図であ
る。

【００１８】図１において、一対の成形型としての上型
１と下型２は、上下に相対向して同軸上で成形室（図示
省略）内に配置され、成形部を構成している。上型１
は、先端に有する成形型面１ａを下に向け、例えば成形
室の天板等に固定されている。また、下型２は、先端に
有する成形型面２ａを上に向けて下端側が主軸６に固定
されている。この下型２は、主軸６により上下方向に可
動されて、下型２を上型１に対して接近・離反自在とな
っており、上型１と下型２の間に配置された光学ガラス
素材８を成形型面１ａ，２ａによりプレスし、所望形状
の光学ガラス素子を成形可能となっている。

【００１９】光学ガラス素材８は、下型２を挿通可能な
リング形状からなるホルダー５に載置され、ホルダー５
を介して供給アーム４に支持されるようになっている。
供給アーム４は、矢印方向に可動自在となっており、ホ
ルダー５に載置した状態で支持した光学ガラス素材８を
加熱炉３内と上下型１，２間に搬送可能となっている。
加熱炉３は、成形室と並列して配設され、プレス成形前
の光学ガラス素材８をプレス成形可能な軟化状態に加熱
可能となっている。

【００２０】上型１および下型２には、ヒーターとして
の赤外線ランプヒーター７ａおよび７ｂがそれぞれ配設
されている。赤外線ランプヒーター７ａ，７ｂは環状と
なっており、図２に示すように、環状の中心と上下型
１，２の中心軸とを略一致させ、上下型１，２をそれぞ
れ取り囲むように他の部材（図示省略）によって支持さ
れており、上下型１，２を独立して外周部からそれぞれ
均等に加熱できるようになっている。

【００２１】赤外線ランプヒーター７ａ，７ｂの外周側
は、それぞれ環状の反射ミラー１０，１０で覆われてお
り、赤外線ランプヒーター７ａおよび７ｂで上型１およ
び下型２を効率的に加熱できるようになっている。ま
た、下型２を囲む赤外線ランプヒーター７ｂおよび反射
ミラー１０は、下型２の移動と共に上下方向に移動し、
下型２の移動位置において下型２を加熱可能となってい
る。

【００２２】さらに、赤外線ランプヒーター７ａ，７ｂ
には、それぞれコントローラー９，９が接続されてお
り、赤外線ランプヒーター７ａ，７ｂは、コントローラ
ー９，９によってそれぞれ独立して任意の出力（出力す
る熱エネルギーの大きさ、出力の開始・停止時期）が制
御されるようになっている。

【００２３】次に、上記構成の成形機を用いた本実施の
形態の成形方法を、その作用とともに説明する。はじめ
に図示しない供給装置により光学ガラス素材８をホルダ
ー５に載置する。この時、上型１と下型２は、光学ガラ
ス素材８のガラス転移点温度以下の成形に最適な一定温
度に制御されている。また、光学ガラス素材８を載置す
るホルダー５は、図示しない予備加熱炉において所定の
温度で十分に予熱しておく。ここで、予備加熱炉の所定
の温度とは、光学ガラス素材８が熱により変形しない程
度の温度である。

【００２４】ホルダー５に載置された光学ガラス素材８
が、予備加熱炉にて全体が均等に上記所定の温度に加熱
された後に、その光学ガラス素材８をホルダー５と共に
アーム４により加熱炉３内に供給する。そして、加熱炉
３内において、ホルダー５に載置されている光学ガラス
素材８をプレス成形により変形可能な所定の温度まで加
熱した後に、供給アーム４を駆動して上型１と下型２の
間にホルダー５を搬送して光学ガラス素材８を上下型
１，２の間に位置させ、主軸６により下型２を上昇させ
て、上型１の成形型面１ａと下型２の成形型面２ａによ
り光学ガラス素材８のプレス成形動作を行う。

【００２５】そして、上記プレス成形動作により上下型
１，２の成形型面１ａ，２ａが光学ガラス素材８に接触
した直後に、赤外線ランプヒーター７ａ，７ｂをコント
ローラー９，９により点灯させて熱エネルギーを出力さ
せ、上型１と下型２の全外周部をそれぞれ均等に加熱
し、光学ガラス素材８を再加熱する。そして、所定の時
間が経過した後にコントローラー９，９により消灯し、
上型１と下型２の加熱を停止する。

【００２６】上記プレス成形の際、赤外線ランプヒータ
ー７ａと赤外線ランプヒーター７ｂは、独立して最適な
タイミングで出力と加熱時間を制御する作用がある。す
なわち、赤外線ランプヒーター７ａは上型１および赤外
線ランプ７ｂは下型２を独立して温度調整ができ、プレ
ス成形時以外はガラス転移点温度以下のある一定温度に
保ち、プレス成形動作開始時には適当なタイミングと出
力で上下型１，２の外周から加熱することにより、上型
１と下型２における温度分布を一時的に変動させること
ができる。

【００２７】所定の時間が経過した後に、上型１と下型
２をガラス転移点温度以下の温度に冷却する。そして、
成形された光学ガラス素子が十分冷却された後に、下型
２を主軸６により下げて光学ガラス素子より離型して、
図示しない排出装置によりホルダー５を上型１と下型２
間から取り出して、成形を終了する。

【００２８】次に、上記成形方法にて行ったレンズの成
形実験について説明する。成形するレンズは直径１９ｍ
ｍ、肉厚３．１ｍｍで、曲率半径３０ｍｍと１２０ｍｍ
の球面を有する両凸レンズであり、硝材はオハラ社製ｓ
−ＢＡＬ４１を用いた。なお、以下では、曲率半径３０
ｍｍの球面をＲ３０面、曲率半径１２０ｍｍの球面をＲ
１２０面という。また、予備加熱炉の温度は３００度、
加熱炉３の温度は８００度、上下型１，２の表面温度は
３５０度とした。なお、上下型１，２の材質はタングス
テンカーバイトである。

【００２９】ホルダー５に光学ガラス素材８を載置する
際、レンズのＲ３０面側となる面を上に、Ｒ１２０面側
となる面を下にして載置する。そして、ホルダー５に載
置した光学ガラス素材８を予備加熱炉で予備加熱した
後、ホルダー５に載置した状態で光学ガラス素材８を加
熱炉３内に１５秒間滞留させ、その後上型１と下型２に
より成形動作を開始した。

【００３０】この成形直後から赤外線ランプヒーター７
ａ，７ｂにより上下型１，２の外周部からヒーター出力
８５％にて加熱を開始した。このとき、上下型１，２の
外周部を加熱する温度を特に設定せず（目標温度無
し）、赤外線ランプヒーター７ａ，７ｂの点灯時間で制
御し、加熱開始から上型１は４秒後、下型２は６秒後に
加熱を終了した。そして、成形開始後から１５秒後に下
型２を離型して、光学ガラス素子を取り出した。

【００３１】その結果、Ｒ３０面とＲ１２０面の両球面
ともレンズ（光学ガラス素子）に焼き付きなどの表面欠
陥は無く、形状誤差（Ｐ−Ｖ値）０．１５μｍ以下の良
好な面精度の製品を得た。

【００３２】本実施の形態では、成形時に独立して外周
から上型１と下型２の温度制御を行うことで、上下型
１，２の成形型面１ａ，２ａにそれぞれ最適な温度分布
を作ったことに特徴がある。すなわち、赤外線ランプヒ
ーター７ａ，７ｂをコントローラー９により出力何％で
何秒（すなわち、点灯時間やそれぞれの出力の大きさ）
という制御を行う。そして、外周からの加熱の効果を確
認するために、上述した温度制御で加熱した上下型１，
２について、光学ガラス素材８を成形しない空動作状態
での成形型面１ａ，２ａの温度分布を測定したところ、
表１のような温度分布が確認された。なお、表１におい
て、上型または下型の温度分布差（中心−外周部）は、
各型の中心温度と外周温度との温度差である。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１から、外周加熱をしない場合に対し
て、外周加熱により一時的に型の中心に比べて外周部の
温度が上がり、中心と外周で温度差が少なくなることが
確認でき、特に上型１では温度差は無かった。また、赤
外線ランプヒーター７ａ，７ｂで制御のタイミングをず
らす、すなわち上述した出力何％で何秒という制御をす
ることで、成形する面（上下型１，２の成形型面１ａ，
２ａ）に適した温度分布ができていることも確認でき
た。

【００３５】さらに、上下型１，２を独立して温度制御
する場合と比較するために、赤外線ランプヒーター７
ａ，７ｂによる温度制御を上下型１，２で同じ（加熱時
間６秒）にして外周加熱し、上記形状のレンズの成形を
行ったところ、下型２により成形したレンズの下球面
（Ｒ１２０面）は形状誤差０．１５μｍであったが、上
型１で成形したレンズの上球面（Ｒ３０面）は０．２μ
ｍを越える形状誤差を有する、若干面精度の劣る製品し
か得られなかった。これは今回成形したような上下の球
面で曲率半径に差があるレンズを成形する場合は、要求
されるガラスの冷却速度に上下の曲面で差があるためで
ある。

【００３６】なお、本成形方法は、成形型の形状や材質
に関わらず用いることができることは言うまでもない。
例えば、成形型の材質としてＣｒ_２Ｏ_３、ＳｉＣ等の材
料にも使用可能である。また、赤外線ランプヒーター７
ａ，７ｂ以外の、例えばＳｉＣヒーターなども使用可能
であるが、アクティブ制御の必要性からヒーターに対す
る制御が切り替わった時にすぐに反応、すなわち反応の
早い輻射加熱ヒーターが望ましい。さらに、凸状の光学
ガラス素子の成形に有効であるが、凹状の光学ガラス素
子の成形にも適用できる。

【００３７】なお、上記した具体的実施の形態から次の
ような構成の技術的思想が導き出される。 （付記） （１）加熱炉で加熱軟化した光学ガラス素材を上下に相
対して配置された一対の成形型によりプレス成形する光
学ガラス素子の成形方法において、中心部と外周部に肉
厚さを有する光学ガラス素材をプレス成形中に、光学ガ
ラス素材の薄肉部をプレス成形する成形型部分を加熱す
ることを特徴とする光学ガラス素子の成形方法。

【００３８】（２）上記加熱は、成形型の外周部を均等
に加熱することを特徴とする付記（１）に記載の光学ガ
ラス素子の成形方法。

【００３９】付記（１）の光学ガラス素子の成形方法に
よれば、光学ガラス素材の薄肉部を成形する成形型部分
をプレス成形中に加熱し、光学ガラス素材が固化するタ
イミングを肉厚が異なる中心部と外周でほぼ同時になる
ように調整し、高い面精度を有する光学ガラス素子を成
形することができる。

【００４０】付記（２）の光学ガラス素子の成形方法に
よれば、高い面精度を有する凸状の光学ガラス素子を成
形することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係る光学ガラス素子の成形方法によれば、プレス成形
中に光学ガラス素材を再加熱して、光学ガラス素材が固
化するタイミングを肉厚が異なる中心部と外周でほぼ同
時になるように調整し、高い面精度を有する光学ガラス
素子を容易に得ることができる。

【００４２】本発明の請求項２に係る光学ガラス素子の
成形方法によれば、光学ガラス素材をプレス成形中の成
形型を加熱し、光学ガラス素材を再加熱することで、請
求項１と同様な効果を奏することができる。

【００４３】本発明の請求項３に係る光学ガラス素子の
成形方法によれば、再加熱の出力とタイミングを上下の
成形型で独立して行うことで、成形する光学ガラス素子
の曲面の曲率半径および肉厚さに対応させてプレス成形
中の光学ガラス素材を最適な温度分布に再加熱し、良好
な面精度を有する光学ガラス素子を容易に成形すること
ができる。さらに、形状の異なる光学ガラス素子、材質
の異なる成形型や硝材の異なる光学ガラス素材に対し
て、対応させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に使用する成形機を概略
的に示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態１に使用する成形機の要部
を示し、（ａ）は一部を断面にした斜視図、（ｂ）は一
部を断面にした正面図である。

【図３】従来技術の成形方法を説明するための断面図で
ある。

【図４】従来技術の成形方法を説明するための断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 上型 ２ 下型 ３ 加熱炉 ７ａ，７ｂ 赤外線ランプヒーター ８ 光学ガラス素材 ９ コントローラー １０ 反射ミラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱炉で加熱軟化した光学ガラス素材を
   上下に相対して配置された一対の成形型によりプレス成
   形する光学ガラス素子の成形方法において、 光学ガラス素材をプレス成形中に再加熱することを特徴
   とする光学ガラス素子の成形方法。
2. 【請求項２】 成形型を温調しているヒーターに、プレ
   ス成形時外にかかっている熱エネルギー以上のものを、
   プレス成形中に成形型に与えて加熱し、その伝熱により
   プレス成形されている光学ガラス素材を再加熱すること
   を特徴とする請求項１記載の光学ガラス素子の成形方
   法。
3. 【請求項３】 成形型を温調するヒータによる光学ガラ
   ス素材の再加熱の出力とタイミングを上下の成形型で独
   立して行うことを特徴とする請求項１記載の光学ガラス
   素子の成形方法。