JP2003277082A - 光学素子成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱及び冷却の時間を短くして、成形サイク
ルを短縮する。 【解決手段】 光学素子成形装置は、対向する一対の成
形型４，８間にガラス素材を配置してプレス成形する。
一対の成形型４，８のそれぞれを支持する一対のプレス
軸１，５と、一対の成形型４，８を加熱する加熱手段１
４，２１と、一対のプレス軸１，５を冷却する冷却機構
と、一対の成形型４，８及び一対のプレス軸１，５のそ
れぞれの間に配置されており、成形型４，８からプレス
軸１，５への熱伝導特性を可変可能な中間部材３，６と
を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばカメラ等の
ガラスレンズに代表される光学素子をプレス成形する光
学素子成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラスレンズ等の光学素子は、ガラス等
の光学素材を加熱軟化した状態で一対の成形型によって
プレスし、その後、冷却して成形型から取り出すことに
より成形しており、温度制御が製造上の大きな要因とな
っている。

【０００３】温度制御を行うため、特公平６−８８８０
１号公報の成形装置では、一対の成形型と成形型をそれ
ぞれ支持する軸との間に成形型の熱を軸に伝えにくくす
る断熱部材を設けている。また、成形型の加熱を行うた
め、成形型の周囲に赤外線ランプ及び赤外線ランプから
の赤外線を反射する反射ミラーを配置している。

【０００４】この成形装置では、チャンバー内を不活性
ガス雰囲気とし、赤外線ランプを発光させる。赤外線ラ
ンプの赤外線は反射ミラーにより成形型の側面及び成形
型を支持している軸の側面及び断熱部材の側面に照射さ
れる。このとき、軸からの放熱は断熱部材により遮断さ
れるため、効率の良い加熱が可能となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
６−８８８０１号公報の成形装置では、光学素子の成形
後の冷却においては、断熱部材が成形型から軸への伝熱
を阻害するため、冷却効率が悪くなり、成形サイクルが
長くなる問題がある。

【０００６】本発明は、このような従来の問題点を考慮
してなされたものであり、成形型の加熱及び冷却の効率
を向上させることにより、成形のサイクルを短くするこ
とを可能とした光学素子成形装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の光学素
子成形装置は、対向する一対の成形型間にガラス素材を
配置してプレス成形する光学素子成形装置において、前
記一対の成形型のそれぞれを支持する一対のプレス軸
と、一対の成形型を加熱する加熱手段と、一対のプレス
軸を冷却する冷却機構と、一対の成形型及び一対のプレ
ス軸のそれぞれの間に配置されており、成形型からプレ
ス軸への熱伝導特性を可変可能な中間部材と、を具備す
ることを特徴とする。

【０００８】請求項１の発明では、対となっている成形
型及びプレス軸の間に配置した中間部材によって、成形
型の加熱及び冷却の効率を向上させるように熱伝導特性
を可変制御することにより、加熱時間及び冷却時間を短
縮することができるため、成形サイクルを短くすること
ができる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の光学素
子成型装置であって、前記中間部材は、成形型を加熱す
る工程では伝熱効率を低くし、成形型を冷却する工程で
は伝熱効率を高くするように熱伝導特性を可変すること
を特徴とする。

【００１０】請求項２の発明では、記成形型とプレス軸
の間に配置された中間部材の熱伝導特性を、加熱の際に
は伝熱効率を低くするように可変し、冷却の際には伝熱
効率を高くするように可変させるため、成形型の加熱及
び冷却に要する時間を短縮させることができる。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の光学素子成型装置であって、前記中間部材の内部に中
空空間を設け、成型型を加熱する工程では中空空間の内
部の気圧を１０^−４Ｔｏｒｒ以下まで低下させ、成型型
を冷却する工程では中空空間の内部の気圧を大気圧まで
開放することを特徴とする。

【００１２】請求項３の発明では、加熱時に、中間部材
の中空空間の内部気圧を１０^−４Ｔｏｒｒ以下まで低下
させることにより、中空空間の内部の対流による伝熱が
なくなるため、伝熱効率を低下させることができる。一
般に真空断熱の場合、真空相の気圧を１０^−３ Ｔｏｒ
ｒ以下とすることにより、熱伝導率を規制することが可
能となるためである。一方、冷却時には大気圧まで開放
することにより、中空空間の内部で対流が発生するた
め、成形型の熱を対流と伝導により効率良く奪うことが
でき、迅速な冷却を行うことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施の形
態により、具体的に説明する。なお、各実施の形態にお
いて、同一の部材は同一の符号を付して対応させてあ
る。

【００１４】（実施の形態１）図１〜図３は本発明の実
施の形態１であり、図１は光学素子成形装置の全体を、
図２は成形型の成形部分を示し、図３は成形の際におけ
る成形型の温度変化と時間を示している。

【００１５】図１に示すように、内部を周囲から隔離す
るフレーム２がベース９上に支持されている。固定軸１
は上端側がフレーム２に固定され、下端側には固定軸側
の中間部材３を介して一対の成形型の一方である固定型
４が取り付けられている。固定型４は超硬金属に表面処
理を施したものが使用される。

【００１６】固定軸側の中間部材３は全体がステンレス
鋼によって成形されている。中間部材３の内部には、中
空空間としての伝熱可変室７が形成されており、側面に
は伝熱可変室７と外部の真空発生源であるロータリー真
空ポンプ２６とを連結する接続管２７が接続されてい
る。接続管２７は接続フランジ２８によってフレキシブ
ル管２９に接続されており、伝熱可変室７は接続管２
７、接続フランジ２８，フレキシブル管２９及び開閉バ
ルブ３０を介して成形機外に設置されたロータリー真空
ポンプ２６に接続されている。

【００１７】固定軸１の下方には、固定軸１と同軸位置
で対向する移動軸５が設けられている。移動軸５の上端
には、移動軸側の中間部材６を介して一対の成形型の他
方である移動型８が取り付けられている。中間部材６の
内部には、中空空間としての伝熱可変室３６が形成され
ている。移動型８及び中間部材６の材質は固定型側と同
じである。また、中間部材６の内部の伝熱可変室３６
は、固定型４側と同様に、接続管２７、接続フランジ２
８、フレキシブル管２９及び開閉バルブ３０を介してロ
ータリー真空ポンプ２６に接続されている。

【００１８】移動軸５はベース９を貫通して下方へ延び
ている。この移動軸５の延設端部はガイド１０ａによっ
て上下動自在に支持された駆動ベース１０ｂに固定され
ている。駆動ベース１０ｂは下方に位置するジャッキ１
０ｃとサーボモーター１０によって上下方向に所定の速
度で移動すると共に、ロードセル１０ｄとリニアゲージ
１０ｅとによってプレス力と位置制御が可能となってい
る。

【００１９】このような実施の形態において、固定軸１
は固定型４を支持するプレス軸、移動軸５は移動型８を
支持するプレス軸となっている。

【００２０】固定軸１の下端部にはフランジ１１が設け
られており、フランジ１１の外周部には冷却水が循環可
能な冷却穴１２が形成されている。また、フランジ１１
の下端部には、固定型４を囲むように加熱手段としての
半円状の赤外線ランプ１４が配置されている。赤外線ラ
ンプ１４はランプ室３７に配置されており、赤外線ラン
プ１４からの赤外線を固定型４側に向かって反射する反
射ミラー１５がランプ室３７の壁面に形成されている。
反射ミラー１５は金コートや金メッキやＴＩＮコートを
行うことにより形成することができる。

【００２１】移動軸５の上端面には、フランジ１６が設
けられており、フランジ１６の外周部には冷却水が循環
可能な冷却穴１２が形成されている。フランジ１６の上
端部には、移動軸５を囲むように加熱手段としての半円
状の赤外線ランプ２１が配置されている。赤外線ランプ
２１はランプ室３８に配置されており、赤外線ランプ２
１からの赤外線を移動型８にて反射する反射ミラー２２
がランプ室３８の壁面に形成されている。反射ミラー２
２は金コートや金メッキやＴＩＮコートを行うことによ
り形成することができる。

【００２２】この実施の形態では、赤外線ランプ１４、
２１はそれぞれに１本、合計２本で構成されている。温
度制御は固定型１および移動型８の側面に固定された熱
電対（図示省略）により温度をフィードバックし、公知
の温度調節器とサイリスタによって赤外線ランプ１４、
２１に供給する電流値を制御することにより行う。

【００２３】また、固定軸４の中央部には下端が開放さ
れた筒状の上部隔壁１３が固定されており、移動軸５に
は上端が開放された筒状の下部隔壁１７が、上部隔壁１
３と対向するように固定されている。上部隔壁１３の下
部には、下部隔壁１７の外周寸法よりやや大きな寸法の
スカート１９が設けられている。そして、スカート１９
に下部隔壁１７が挿入することにより、ほぼ密閉された
成形室１８を形成することができる。これらの上部隔壁
１３、下部隔壁１７、スカート１９の内壁は、いずれも
酸化を防止するためにＴＩＮコート等の耐熱耐酸化処理
が施されている。また、上部隔壁１３には供給口２５に
通じる穴が開口してあり、成形室１８に窒素ガスを供給
して成形雰囲気中の酸素の濃度を下げられるようになっ
ている。

【００２４】次に、この実施の形態によって、直径１５
ｍｍの凸レンズを成形する場合を説明する。凸レンズの
第１面の曲率半径Ｒは５０ｍｍ、第２面の曲率半径Ｒは
１００ｍｍ、中肉厚さは６ｍｍである。成形されるガラ
ス素材２４は、外径が１０ｍｍのゴブで、屈服点温度が
５５０℃のＳＦ１１などからなる重フリント系の硝材が
使用されている。

【００２５】図２に示すように、固定型４の成形面４ａ
は半径Ｒ５０ｍｍの凹形状、移動型８の成形面８ａは半
径Ｒ１００ｍｍの凹形状となっており、成形面４ａ、８
ａ以外の端面部分は平面である。固定型４の成形面４ａ
及び移動型８の成形面８ａはどちらも鏡面に加工されて
いる。型材は超硬（タングステン合金）が使用されてお
り、成形面４ａ、８ａには白金コートが施されている。

【００２６】ガラス素材２４を移動型８の成形面８ａ上
に載置した状態で、移動軸５をサーボモーター１０によ
り上昇させることにより、上部隔壁１３のスカート１９
に下部隔壁１７を挿入して成形室１８を形成すると共
に、ガラス素材２４が固定型４と接触する直前まで移動
する。成形室１８には、毎分２０リットルの非酸化性ガ
スである窒素ガス（窒素１００％）が供給口２５から供
給される。これにより、約１０秒程度で成形室１８が非
酸化性ガスで充満される。なお、成形室１８内の酸素濃
度は１００ｐｐｍ以下が良好である。酸素濃度が１００
ｐｐｍ以上の場合であっても成形は可能であるが、型の
酸化が促進されるため、型が早期に劣化する。また、非
酸化性ガスは窒素ガス（１００％）の他に窒素９０％
、水素１０％の混合ガスやアルゴン１００％等のガス
を使用することができる。

【００２７】赤外線ランプ１４、２１によって固定型４
及び移動型８を加熱する前に、開閉バルブ３０を開き、
ロータリー真空ポンプ２６によってそれぞれの中間部材
３，６における伝熱可変室７，３６の気圧を１０^−４Ｔ
ｏｒｒまで低下させる。なお、ロータリー真空ポンプ２
６は成形装置の稼働時は常に作動しているものである。

【００２８】その後、赤外線ランプ１４、２１に供給さ
れる電流を制御して固定型４及び移動型８を約１００秒
の加熱時間で５００℃の温度に加熱した後、移動型８を
さらに上方に所定の圧力で移動させ、所望の凸レンズの
中肉厚さまで成形し、十分な時間（約３０秒）、その温
度を保持する。

【００２９】保持時間の終了後、一定の冷却勾配で成形
型を冷却する。このとき、開閉バルブ３０を閉じて中間
部材３，６の伝熱可変室７，３６内の気圧を大気圧に開
放する。このことにより、対流による熱伝導が伝熱可変
室７，３６に発生するため、固定型４及び移動型８近傍
の熱をプレス軸１，５の方向に伝熱する効率が増す。

【００３０】図３は、同じ熱量のヒーターによって成形
型の温度を常温から５００℃まで加熱し、３０秒間、同
温度を保持した後、４００℃まで冷却する間のサイクル
時間を比較した特性図であり、上述したこの実施の形態
による一連の中間部材３，６の伝熱効率の可変に相当し
ている。同図において、特性曲線Ａがこの実施の形態、
特性曲線Ｂが特公平６−８８８０１号公報である。加熱
及び冷却共に約２５％の時間削減が可能であることが実
証されている。

【００３１】このような実施の形態では、成形型の加熱
時及び冷却時に、成形型と直接に接触する中間部材によ
って成形型からプレス軸への伝熱効率を可変させるた
め、加熱及び冷却の時間を短縮することができる。従っ
て、成形サイクルを短縮することが可能となる。

【００３２】（実施の形態２）図４は本発明の実施の形
態２を示す。この実施の形態では、固定型４側の中間部
材３及び移動型８側の中間部材６に形成された伝熱可変
室（中空空間）７，３６に対して、冷却ガスの導入が可
能となっている。

【００３３】すなわち、中間部材３，６はいずれも一方
の側面に接続管２７，２７が溶接されており、接続フラ
ンジ２８、フレキシブル管２９及び開閉バルブ３０を介
してロータリー真空ポンプ２６に接続されるが、他方の
側面には、ガス接続管３１が溶接されている。そして、
いずれのガス接続管３１も、接続フランジ３５、開閉バ
ルブ３３及びフレキシブル管３２を介して成形機外に設
置されている冷却ガス装置３４に接続されており、開閉
バルブ３３を開閉制御することにより、冷却ガスを各中
間部材３，６の伝熱可変室７，３に供給したり、その停
止を行うことが可能となっている。なお、冷却ガスを供
給する配管は、断熱構造となっているものである。

【００３４】この実施の形態において、加熱から成形ま
での工程は実施の形態１と同じであるため説明を省略す
る。冷却工程においては、開閉バルブ３０を閉じて中間
部材３，６の伝熱可変室７，３６内部の気圧を大気圧に
開放すると共に、開閉バルブ３３を開く。開閉バルブ３
３を開放することにより、冷却ガス装置３４で冷却され
た冷却ガスが伝熱可変室７，３６に強制的に供給され
る。従って、中間部材３，６の熱を冷却ガスによって冷
却した後、冷却ガスを機外に排出させることができる。

【００３５】このような実施の形態では、実施の形態１
と同様の効果を有するのに加えて、固定型４及び移動型
８の冷却時に冷却ガスを用いて冷却するため、さらに高
効率の冷却が可能となる。従って、冷却時間を短縮する
ことができ、成形サイクルを短くすることができる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、中間部材が成
形型の加熱及び冷却の効率を向上させるように熱伝導特
性を可変制御するため、成形型の加熱時間及び冷却時間
を短縮することができ、成形サイクルを短くすることが
できる。

【００３７】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果を有するのに加えて、中間部材の熱伝導特性を、
加熱の際には伝熱効率を低くするように可変し、冷却の
際には伝熱効率を高くするように可変するため、成形型
の加熱及び冷却に要する時間を確実に短縮させることが
できる。

【００３８】請求項３の発明によれば、請求項１及び２
の発明の効果を有するのに加えて、成形型の加熱時に中
間部材の中空空間の内部の対流による伝熱をなくして伝
熱効率を低下させ、冷却時に中空空間の内部に対流を発
生させて、成形型の熱を対流と伝導により効率良く奪う
ため、迅速な冷却を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の全体断面図である。

【図２】実施の形態１の成形部分の拡大断面図である。

【図３】実施の形態１による温度変化を示す特性図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態２の全体断面図である。

【符号の説明】

１ 固定軸 ３，６ 中間部材 ４ 固定型 ５ 移動軸 ７，３６ 伝熱可変室 ８ 移動型 １４，２１ 赤外線ランプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する一対の成形型間にガラス素材を
   配置してプレス成形する光学素子成形装置において、 前記一対の成形型のそれぞれを支持する一対のプレス軸
   と、 一対の成形型を加熱する加熱手段と、 一対のプレス軸を冷却する冷却機構と、 一対の成形型及び一対のプレス軸のそれぞれの間に配置
   されており、成形型からプレス軸への熱伝導特性を可変
   可能な中間部材と、を具備することを特徴とする光学素
   子成型装置。
2. 【請求項２】 前記中間部材は、成形型を加熱する工程
   では伝熱効率を低くし、成形型を冷却する工程では伝熱
   効率を高くするように熱伝導特性を可変することを特徴
   とする請求項１記載の光学素子成型装置。
3. 【請求項３】 前記中間部材の内部に中空空間を設け、
   成型型を加熱する工程では中空空間の内部の気圧を１０
   ^−４Ｔｏｒｒ以下まで低下させ、成型型を冷却する工程
   では中空空間の内部の気圧を大気圧まで開放することを
   特徴とする請求項１または２記載の光学素子成型装置。