JP2004010404A

JP2004010404A - Process for manufacturing glass optical element

Info

Publication number: JP2004010404A
Application number: JP2002164559A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Fujimoto; 藤本　忠幸
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: JP4044373B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for manufacturing a glass optical element, etc., which can further shorten a cycle time in non-isothermal pressing using a surfacing tool while retaining a good shape and surface accuracy of the manufactured glass optical element. <P>SOLUTION: In the manufacturing process, a heated glass material is press-molded using a mold to manufacture the glass optical element. By repeating steps wherein (1) the glass material is supplied to the surfacing tool, (2) the supplied glass material is heated and (3) the heated glass material is transferred from the surfacing tool to the mold, the heated glass materials are successively supplied to the mold. In step (2), as soon as the glass material reaches a predetermined temperature which is equal to or higher than its glass transition temperature and is equal to or lower than a temperature corresponding to a viscosity of 10<SP>11</SP>poise, gas supply to the surfacing tool is started to surface the glass material on the surfacing tool. In step (3), gas supply is stopped as soon as the heated glass material is removed from the surfacing tool to be supplied to the mold. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス成形後に研削研磨が不要なガラスレンズなどのガラス光学素子の製造方法に関する。特に、本発明は、面精度が高く、安定した生産を可能にし、しかも１つのガラス光学素子を製造するために要するサイクル時間（サイクルタイム）を大幅に短縮することができ、かつエネルギー効率にも優れたガラス光学素子の製造方法に関する。あるいは本発明は、サイクル時間（サイクルタイム）を大幅に短縮する代わりに、屈伏点（Ｔｓ）が高いガラス素材でもプレス成形を可能にするガラス光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プレス後において研磨を必要としない高精度のレンズ等をプレス成形にて製造する開発が盛んに行われ、プレス成形方法並びに装置についても種々検討されてきた。こうした精密プレスに、プレス成形に供するガラス素材を成形型の温度より高温に予熱した後に成形型に供給し、プレス成形を行なう、いわゆる非等温プレスを適用すると、等温プレス法（成形型中でガラス素材を加熱し、プレス成形する方法）に比較して、光学素子１つあたりの製造所要時間（サイクルタイム）が格段に短縮できるメリットがある　（特開平９−１１８５３０号公報）。
【０００３】
上記非等温プレス法においては、ガラス素材（例えば、ガラスプリフォーム）を成形型とは別の場所で、所定温度に加熱してから成形型に供給し、プレス成形する。ガラス素材の加熱及び成形型への供給は、加熱することで軟化するガラス素材の表面を傷つけないために、ガラス素材を浮上状態にして非接触下に行うことが有利である。ここで浮上状態とは、例えば、浮上治具のガラス素材を保持する部位に浮上ガスを供給し、ガラス素材と治具の間にガスの層を形成した状態である。例えば、特開平２００１−１０８２９号公報には、浮上治具がガラス素材の供給を受けて、浮上状態でガラス素材を加熱手段によって所定温度に加熱し、それを成形型上に搬送し、成形型に落下させる方式が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記浮上治具を用いた非等温プレス法によって、短縮されたサイクルタイムで（即ち、高い生産性で）面精度に優れたガラス光学素子を製造することができるようになった。しかし、サイクルタイムを更に短縮し、生産性をより向上した方法に対する要望がある。
そこで、本発明の第１の目的は、製造されるガラス光学素子の形状や面精度を良好に維持しつつ、浮上治具を用いた非等温プレス法におけるサイクルタイムをより一層短縮することができるガラス光学素子の製造方法を提供することにある。
【０００５】
また、ガラス光学素子に要求される物性も多岐にわたっており、従来、精密プレスに適さないガラス素材についても、精密プレスによりガラス光学素子を製造することが求められるようになっている。例えば、屈伏点（Ｔｓ）が高いガラス素材は、プレス成形可能な温度が、従来の精密プレス成形用ガラス素材に比べて高く、プレス成形が容易ではなかった。
そこで本発明の第２の目的は、製造されるガラス光学素子の形状や面精度を良好に維持しつつ、浮上治具を用いた非等温プレス法において屈伏点（Ｔｓ）が高いガラス素材からもガラス光学素子を製造することが可能な方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、加熱したガラス素材を、成形型を用いて押圧成形することによりガラス光学素子を製造する方法において、
ガラス素材を浮上治具に供給する工程（１）、
供給したガラス素材を加熱する工程（２）、及び
加熱したガラス素材を浮上治具から成形型に供給する工程（３）、
を繰り返すことで、加熱したガラス素材が逐次成形型に供給され、
前記工程（２）において、ガラス素材の温度が、ガラス転移温度以上、ガラス素材の粘度が１０^１１ホ゜アス゛に相当する温度以下の所定温度となった時点で、ガラス素材を浮上させるための浮上治具へのガスの供給を開始して、浮上治具上でガラス素材を浮上させ、かつ
工程（３）において、加熱したガラス素材が浮上治具上から、成形型に供給されるために取り除かれると略同時に前記ガスの供給を停止することを特徴とする前記方法に関する（以下、本発明の第１の製造方法という）。
【０００７】
さらに本発明は、加熱したガラス素材を、成形型を用いて押圧成形することによりガラス光学素子を製造する方法において、
ガラス素材を浮上治具に供給する工程（１）、
供給したガラス素材を加熱する工程（２）、及び
加熱したガラス素材を浮上治具から成形型に供給する工程（３）、
を繰り返すことで、加熱したガラス素材が逐次成形型に供給され、
前記工程（２）において、ガラス素材の温度が、ガラス素材の粘度が１０^１４ホ゜アス゛に相当する温度以上、１０^１１ホ゜アス゛に相当する温度以下の所定温度となった時点で、ガラス素材を浮上させるための浮上治具へのガスの供給を開始して、浮上治具上でガラス素材を浮上させ、
ガスの供給開始時点でのガス流量は、０（ゼロ）より大きく、Ａより小さく（但し、Ａはガラス素材を安定に浮上させるための最小流量である）、
ガス流量は、供給開始から停止までの間の所定の時点までＡ以上の所定の流量となるまで増加し、かつ
工程（３）において、加熱したガラス素材が浮上治具上から、成形型に供給されるために取り除かれると略同時に前記ガスの供給を停止することを特徴とする前記方法に関する（以下、本発明の第２の製造方法という）。
【０００８】
本発明の製造方法は、第１の製造方法及び第２の製造方法ともに、加熱したガラス素材を、成形型を用いて押圧成形することによりガラス光学素子を製造する方法である。加熱したガラス素材は、ガラス素材を浮上治具に供給する工程（１）、供給したガラス素材を加熱する工程（２）、及び加熱したガラス素材を浮上治具から成形型に供給する工程（３）、を繰り返すことで、逐次、成形型に供給される。
【０００９】
加熱したガラス素材を、成形型を用いて押圧成形することによりガラス光学素子を製造する方法は、例えば、特開平９−１１８５３０号公報に記載され、公知である。但し、特開平９−１１８５３０号公報に記載の方法は、上述のようにガラス素材と成形型とを別々に、かつガラス素材を成形型より高温に加熱する非等温プレス法である。しかし、本発明の製造方法は、ガラス素材と成形型とを別々に、しかしガラス素材と成形型を等しい温度に加熱するプレス法やガラス素材より成形型を高温に加熱するプレス法にも適用できる。
ガラス素材の加熱及び押圧成形の詳細については後述する。
【００１０】
さらに、本発明の製造方法では、上記工程（１）、工程（２）、及び工程（３）を繰り返すことで、加熱したガラス素材が逐次、成形型に供給されるが、このような方法は、前述の特開平２００１−１０８２９号公報に記載されている。
但し、本発明の第１の製造方法は、工程（２）において、ガラス素材の温度がこのガラス素材のガラス転移温度以上、ガラス素材の粘度が１０^１１ホ゜アス゛に相当する温度以下の所定温度となった時点で、ガラス素材を浮上させるための浮上治具へのガスの供給を開始して、浮上治具上でガラス素材を浮上させ、かつ工程（３）において、加熱したガラス素材が浮上治具上から、成形型に供給されるために取り除かれると略同時に前記ガスの供給を停止することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２の製造方法は、工程（２）において、ガラス素材の温度が、このガラス素材の粘度が１０^１４ホ゜アス゛に相当する温度以上、１０^１１ホ゜アス゛に相当する温度以下の所定温度となった時点で、ガラス素材を浮上させるための浮上治具へのガスの供給を開始して、浮上治具上でガラス素材を浮上させ、ガスの供給開始時点でのガス流量は、０（ゼロ）より大きく、Ａより小さく（Ａはガラス素材を安定に浮上させるための最小流量）、ガス流量は、供給開始から停止までの間の所定の時点までＡ以上の所定の流量となるまで増加し、かつ工程（３）において、加熱したガラス素材が浮上治具上から、成形型に供給されるために取り除かれると略同時に前記ガスの供給を停止することを特徴とする。
【００１２】
浮上治具を用いるガラス光学素子の製造方法においては、光学素子を連続的に成形するにあたって、浮上治具も一定の熱サイクルを持つ。即ち、浮上治具において加熱されるガラス素材の温度に応じて昇温し、ガラス素材を移送後は、次のガラス素材を受け取るまでの間、降温する。
例えば、特開２００１−１０８２９に開示の供給ハンドラは、ガラス素材を、待機位置から加熱装置、成形室内において成形型の位置の移動を繰り返し行なうことにより、連続的にガラス素子を搬送し、プレスに供する。ここで、供給ハンドラ上の浮上治具は、ガラス素材の搬送サイクルに対応した熱サイクルを有することになる。即ち、加熱装置内では温度が上昇するが、加熱装置外、待機位置や成形室では温度が下がる。温度の下降が大きいほど、加熱装置の容量が一定であれば、熱サイクルに要する時間が長くなり、光学素子を生産するサイクルタイムが長くなることから生産効率を下げ、またエネルギー効率が悪化する。
特に従来は、ガラス素材を浮上させるための浮上治具へのガスの供給が、熱サイクルに影響を与えるか否かについて配慮されたことはない。しかし、一般に、浮上治具へ供給されるガスの温度は、加熱装置の温度よりも低いことから、加熱装置外にある浮上治具にガスが、例えば連続的に供給されると、その分温度は低下する。
【００１３】
それに対して、本発明では、浮上治具の熱サイクルに考慮してガスの供給を制御することによって、成形されるガラス光学素子の形状精度を維持するのに必要な加熱は行いつつサイクルタイムを短縮することが可能になった。以下、この点を含めて、本発明について説明する。
【００１４】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、浮上治具の機能と動きを含むプレス成形装置について説明する。
図１は本発明が適用可能な一実施形態に係るプレス成形装置の概略平断面図である。図に示すように、本実施形態に係るプレス成形装置１０は、加熱室２０及び成形室３０を備える。加熱室２０と成形室３０は、通路４０で相互に連通されており、該加熱室２０、成形室３０及び通路４０によって、外部から遮断された一つの密閉空間が形成されている。ステンレスその他の部材により、この密閉空間の外壁を形成し、シーリング材によって、その気密性を保証することができる。この加熱室２０、成形室３０及び通路４０によって形成される密閉空間は、ガラス光学素子の成形に際して、例えば、非酸化性ガス雰囲気にされることができる。すなわち、図示しないガス交換装置によって、該空間内の空気が排気され、代わりに非酸化性ガスが充填される。非酸化性ガスとしては、好適には窒素ガスが用いられる。
【００１５】
加熱室２０は、供給されるガラス素材（ガラスプリフォームＧ）をプレスに先立って予備加熱するための領域であり、ここには、ガラス加熱装置２２及びガラスプリフォーム供給用のハンドラ（以下、供給ハンドラ２３という）が設置される。また、外部からガラスプリフォームＧを加熱室２０内へ供給するための搬入部２１が設置され、ガラス素材（ガラスプリフォームＧ）を浮上治具に供給する工程（１）が実施される。搬入部２１は、気密性を維持しつつガラスプリフォームを搬入するために、図示しない搬入室を備えており、外部から供給されたガラスプリフォームをここに搬入し、この内部を非酸化性ガスで充填した後に、加熱室２０側の扉を開けて順次ガラスプリフォームを内部へ搬入する。搬入されたときのガラスプリフォームはこの例では室温である。
【００１６】
供給ハンドラ２３は、搬入部２１から搬入されるガラスプリフォームＧを、ガラス加熱装置２２による加熱領域に搬送し、更に、加熱後のガラスプリフォームを成形室３０へ搬送する。即ち、供給したガラス素材を加熱する工程（２）、及び加熱したガラス素材を浮上治具から成形型に供給する工程（３）が実施される。
供給ハンドラ２３は、そのアーム２４の先端に浮上治具である浮上皿２５を備え、その上でガラスプリフォームを、所定の間、浮上させながら保持する。
【００１７】
ガラスプリフォームを浮上させながら保持する所定の間とは、第１の製造方法においては、工程（２）における、ガラス素材の温度が、このガラス素材のガラス転移温度以上、このガラス素材の粘度が１０^１１ホ゜アス゛に相当する温度以下の所定温度となった時点から、工程（３）における、加熱したガラス素材が浮上治具上から、成形型に供給されるために取り除かれると略同時の時点までの間である。また、第２の製造方法においては、工程（２）における、ガラス素材の温度が、ガラス素材の粘度が１０^１４ホ゜アス゛に相当する温度以上、１０^１１ホ゜アス゛に相当する温度以下の所定温度となった時点から、工程（３）における、加熱したガラス素材が浮上治具上から、成形型に供給されるために取り除かれると略同時の時点までの間である。
【００１８】
図１に示す装置では、加熱室２０内に固定される駆動部２３ａによって、浮上皿２５を備えるアーム２４が水平に支承され、該アーム２４は略９０℃の回転角をもって水平方向に回動される。また、アーム２４は、駆動部２３ａを中心とした半径方向に出退可能に構成されており、これによって、保持したガラスプリフォームを成形室３０に搬送可能にする。供給ハンドラ２３及び浮上皿２５の詳細については後述する。
【００１９】
ガラス加熱装置２２は、供給されたガラスプリフォームＧを所定の粘度に相応する温度にまで加熱するためのものである。ガラスプリフォームを安定して一定の温度まで昇温するために、抵抗素子を用いた抵抗加熱による加熱装置を用いることが好ましい。ガラス加熱装置２２は、図で示すように、アーム２４上に保持したガラスプリフォームの移動軌跡下に設置され、したがって、アーム２４によるガラスプリフォームの搬送中に、該ガラスプリフォームを加熱することができる。もっとも、アーム２４をガラス加熱装置２２上で所定時間停止し、ガラスを加熱するようにしても良い。これらの事項は、対象となるガラスの加熱に必要な時間に応じて決定される。
【００２０】
一方、成形室３０は、前記加熱室２０において予備加熱されたガラスプリフォームＧをプレスして、所望の形状のガラス光学素子（以下、ガラス光学素子Ｇという）を成形するための領域であり、ここには、プレス装置３３及びガラス光学素子の搬出用のハンドラ（以下、搬出ハンドラ３２という）が設置される。また、プレス成形されたガラス光学素子を外部へ搬出するための搬出部３１が設置される。搬出部３１は、成形室３０の気密性を維持しつつガラス光学素子を外部へ搬出するために、非酸化性ガスが充填された図示しない搬出室を備えている。搬出ハンドラ３２から渡されたガラス光学素子は、この搬出室に一旦搬入されてから外部に搬出される。
【００２１】
プレス装置３３は、供給ハンドラ２３によって加熱室２０から搬送されるガラスプリフォームを受け入れ、これをプレスして所望の形状のガラス光学素子（光学素子）を成形する。プレス装置３３は、後に説明するように、上型及び下型を含む成形型を備えており、その間に供給されたガラスプリフォームをそれらの成形面によってプレスする。前記成形型の周囲には、これを加熱するための型加熱装置３４が設置されている。型加熱装置３４の好ましい実施態様は、高周波誘導を用いた加熱方式のものである。ガラスプリフォームのプレスに先立って、成形型をこの型加熱装置３４によって加熱し、所定の温度に維持する。プレス時における成形型の温度は、予熱されたガラスプリフォームの温度と略同じであっても、又はそれよりも低いものであっても良い。例えば、プレス時の成形型の温度は、１０^８〜１０^１２ポアズ相当であることが好ましい。
【００２２】
搬出ハンドラ３２は、プレス装置３３によってプレスにより得られたガラス光学素子を、前記搬出部３１へ受け渡すものである。搬出ハンドラ３２は、駆動部３２ａに対し回動自在に支承されたアーム３２ｂの先端に吸着パッド３２ｃを備えている。吸着パッド３２ｃは、成形型の下型上にあるガラス光学素子を真空吸着し、搬出ハンドラ３２による搬送を可能にする。アーム３２ｂの回動により吸着されたガラス光学素子は、搬出部３１下に搬送され、ここに設置された図示しない昇降手段上に置かれる。アーム３２ｂの待避後に、該昇降手段が上昇され、ガラス光学素子は搬出部３１へ受け渡される。
【００２３】
前記成形室３０は、その前面側に開閉扉３５を備える。開閉扉３５は、プレス成形装置の保守、点検時に、作業者が成形室内部にアクセスできるようにする。開閉扉３５の周囲には、シール部材３５ａが備えられており、プレス時に開閉扉３５を閉じた状態で、成形室３０内の気密性が保証される。開閉扉３５は、またガラス製（例えば石英ガラス）の窓３５ｂを備えており、ここよりプレス成形の様子が外部から視認できるようにされている。
【００２４】
図１に示す装置では、前記加熱室２０及び成形室３０は、通路４０によって連通されている。通路４０は、供給ハンドラ２３によるガラスプリフォームの加熱室２０から成形室３０への受け渡しを可能とすると共に、両室相互間における気体の交換を可能にする。これによって、プレス成型時においては、加熱室２０と成形室３０の気圧、ガス濃度及び温度は略一定にされる。
【００２５】
図２は、プレス装置３３における成形型及び型加熱装置を示す断面図である。図に示すように、成形型（上成形型５０ａと下成形型５０ｂからなる）は、筒状に形成された上下の母型内５１ａ、５１ｂに、上型５３ａ、下型５３ｂ及び上下のスリーブ５２ａ、５２ｂを備えて構成される。上型及び下型の互いの対向面は、成形するガラス光学素子の面形状に合わせて設計される成形面５４ａ及び５４ｂである。前記供給ハンドラ２３によって供給されるガラスプリフォームＧは、図のように下型の成形面５４ｂ上に置かれ、下型の成形面５４ｂを上昇させることによって、プレスされる。但し、上型５３ａが下降しても良い。好ましくは、上型５３ａ及び下型５３ｂは、炭化ケイ素からなり、その形成面に硬質の炭素膜を被膜したものが用いられる。上型５３ａの周囲に設けられたスリーブ５２ａは、上型５３ａと母型５１ａ間で上下方向に移動可能にされる。プレス、すなわち上型５３ａに対し下型５３ｂを接近させた際に、上部スリーブ５２ａと下部スリーブ５２ｂが接触し、上部スリーブ５２ａが上方に持ち上がって、下型の成形面５４ｂの上型５３ａに対する進行を可能にする。これによって、上型の成形面５４ａは、ガラスプリフォームＧを完全にプレスした状態で、下部スリーブ５２ｂ内に位置する。このスリーブの一部は、上型及び下型の成形面５４の周囲に位置し、これが成形されるガラス光学素子の周囲を規定する。すなわち該スリーブの部分によって、ガラス光学素子の径が決定される。なお、上下母型５１には、その対向面にガイドピン５５ａ及び対応する穴５５ｂが設けられ、プレス時に成形型の位置決めを保証する。好ましい実施形態において、前記スリーブは炭化ケイ素であり、各母型はタングステン合金である。
【００２６】
前記成形型の周囲には、型加熱装置を構成する誘導加熱コイル５６ａ、５６ｂが配置されている。誘導加熱コイル５６ａ、５６ｂにより、成形型５０ａ、５０ｂを所定温度に加熱する。すなわち、成形型５０ａ、５０ｂの外面を構成する母型５１ａ、５１ｂが、該誘導加熱コイル５６ａ、５６ｂによって直接的に誘導加熱され、上型５３ａ、下型５３ｂ及びスリーブ５２ａ、５２ｂが母型からの熱伝導によって間接的に加熱される。成形型はこの誘導加熱コイルによって所定の温度、例えば、供給されるガラスプリフォームよりも低い温度（１０^８〜１０^１２ポアズの粘度にするに必要な相当温度）程度に予備加熱された後、ガラスプリフォームＧを受け入れてこれをプレスする。
【００２７】
図３は、加熱室２０に設置された供給ハンドラ２３のアーム先端を示す平面図及びそのＡ−Ａ線における断面図である。供給ハンドラのアーム２４先端には、ガラスプリフォームＧを保持する浮上治具である浮上皿２５が備えられている。浮上皿２５は、ガラスプリフォームＧを保持するために、すり鉢状の受け部２６を有している。浮上治具（浮上皿）の材質は、好ましくは、グラッシーカーボンであり、グラファイトの表面を光沢処理したものも使用することができる。アーム２４を介して供給される非酸化性ガスの気流がこの受け部内へ与えられ、該ガスの圧力によって、ガラスプリフォームＧは、所定の間、受け部内で僅かに浮上されながら搬送される。
【００２８】
ここで、前記アーム２４及び浮上皿２５は、その幅方向に分割可能に構成されている。以下では、これらをアーム分割体２４ａ、２４ｂ、浮上皿分割体２５ａ、２５ｂという。駆動部２３ａ内の図示しない駆動機構によって、アーム分割体２４ａ、２４ｂが相互に開かれると、浮上皿分割体２５ａ、２５ｂも相互に開かれ、これによって受け部２６内のガラスプリフォームＧは、浮上皿２５から下方に落下される。浮上皿２５がプレス装置の成形型間にある位置で、アーム分割体２４ａ、２４ｂを開くことによって、供給ハンドラ２３からプレス装置３３の下型へのガラスプリフォームの受け渡しが完了する。尚、ここでは、浮上皿から成形型へのガラスプリフォームの供給は、浮上皿の分割による落下によって行っているが、他の方法、例えば、吸引して搬送後に吸引を解除しても構わない。
【００２９】
次に、前記プレス成形装置１０によるガラス光学素子の成形の手順について説明する。前記プレス成形装置１０においては、その搬入部２１より順次ガラスプリフォームＧが装置内に供給され、連続的にガラス光学素子がプレス成形されるが、ここでは、一つのガラス光学素子の成形に着目して、その手順を説明する。
【００３０】
成形に先立って、加熱室２０内及び成形室３０内の気体は、非酸化性ガスにガス交換される。実施例において、非酸化性ガスは常時室内に供給され、若干陽圧に保たれる。この非酸化性ガス雰囲気中で、ガラス加熱装置２２及び型加熱装置３４が通電され、所定の温度に維持される。この状態で、通路上の気密バルブ４１は開かれている。
【００３１】
最初の工程で、加熱室２０内へガラスプリフォームＧが供給される。具体的には、ガラスプリフォームＧは、最初に搬入部２１の搬入室内へ置かれ、ここを排気後ガス置換してから、加熱室２０内へ供給される。ガラスプリフォームの供給時に、供給ハンドラ２３のアーム２４は、搬入部２１の下方に位置しており、搬入室からのガラスプリフォームは、供給ハンドラ２３の浮上皿２５上に置かれる。
【００３２】
供給ハンドラ２３は、ガラスプリフォーム（ガラス素材）Ｇを受け取ると、直ちにそのアームを回転し、その浮上皿２５をガラス加熱装置２２上へ移動する。ガラスプリフォームの温度が、前記所定値になったところで、浮上皿２５には、前記非酸化性ガスがその下方からの噴出が開始される。即ち、本発明の第１の製造方法では、ガラス素材（ガラスプリフォームＧ）の温度が、このガラス素材のガラス転移温度以上、このガラス素材の粘度が１０^１１ホ゜アス゛に相当する温度以下の所定温度となった時点で、ガラス素材を浮上させるための浮上治具へのガスの供給を開始して、浮上治具上でガラス素材を浮上させる。また、本発明の第２の製造方法は、ガラス素材（ガラスプリフォームＧ）の温度が、ガラス素材の粘度が１０^１４ホ゜アス゛に相当する温度以上、１０^１１ホ゜アス゛に相当する温度以下の所定温度となった時点で、ガラス素材を浮上させるための浮上治具へのガスの供給を開始して、浮上治具上でガラス素材を浮上させる。ガラスプリフォームは、最初は浮上皿２５上で加熱されるが、上記温度以上では浮上しながら加熱軟化される。
【００３３】
所定時間ガラスプリフォームを加熱し、その温度が、例えば、１０^６〜１０^８ポアズの粘度に対応する温度になったところで、供給ハンドラ２３を駆動して該ガラスプリフォームを成形室３０におけるプレス装置３３の下型上へ供給する。すなわち、加熱位置からアーム２４を更に回転させ、浮上皿２５が通路４０を臨む位置へ来たところで停止し、次いでアーム２４を伸長して浮上皿２５をプレス装置３３の成形型間に及ばせ、更にアーム分割体２４ａ、２４ｂを開いて浮上皿２５上のガラスプリフォームＧを下型上へ落下させる。ガラスプリフォームＧを下型上へ落下させると略同時に、浮上ガスは停止させる。その後、供給ハンドラ２３は、アームを後退させて初期位置、すなわち搬入部２１の下へ移動し、次のガラスプリフォームを受け取るために待機される。この間、浮上皿２５には、浮上ガスは供給されない。
【００３４】
ガラスプリフォームが成形型に供給された時点で、成形型５０の温度は、型加熱装置３４による誘導加熱によって、ガラス素材が、例えば１０^８〜１０^１２ポアズの粘度に対応する温度に予熱される。図２に示すように下型５３ｂにガラスプリフォームＧが供給され、アームが成形型５０外へ後退されると、直ちに、下型５３ｂが上昇され、上型５３ａとで該ガラスプリフォームＧをプレスし、所望のガラス光学素子が成形される。下型５３ｂの上昇と同時に、型加熱装置３４は断電され、また、非酸化性ガスが成形型の母型内に流入されると共に外からも吹き付けられ、これによって成形型が冷却される。そして、成形型の温度がガラスの転移点以下になったところで、下型５３ｂを下降し、ガラス光学素子を搬出可能とする。
【００３５】
次いで、搬出ハンドラ３２によって、下型上のガラス光学素子を搬出部３１へ搬送する。すなわち、図１のように搬出ハンドラ３２を駆動して、そのアーム３２ｂを回転し、先端の吸着パッド３２ｃを下型上へ移動する。吸着パッド３２ｃによって下型上のガラス光学素子Ｇを吸着し、アーム３２ｂを回転させて、これを搬出部３１下方の昇降手段へ搬送し、吸着パッド３２ｃの吸着を解除して、昇降手段上へガラス光学素子を渡す。昇降手段を上昇して搬出部３１の搬出室内を介し、成形室３０外へガラス光学素子を搬出する。前記型加熱装置３４は、ガラス光学素子が下型から搬出されると直ちに通電され、次のプレス成形に備えて成形型を所定温度にまで加熱する。以上の手順を連続して行うことにより、効率的にガラス光学素子の生産が行われる。
【００３６】
上述のように、浮上治具（浮上皿）は、ヒーターによるガラスプリフォームの加熱と、ヒーターから出て、所定位置でのガラスプリフォームの受け取り、及び受け渡しを行うため、熱サイクルをもつことになる。具体的には、浮上治具にガラス素材を供給する工程（１）、浮上治具上で、ガラス素材を加熱する工程（２）、加熱したガラス素材を浮上状態で成形型の位置に搬送し、ガラスプリフォームを成形型に供給する工程（３）がある。（２）以外の工程では通常加熱下におかれない場合が多い。一方、工程（２）は、ガラスプリフォームを、プレス成形に適する温度するため、充分な温度管理がされなければならない。
【００３７】
本発明では、予熱したガラスプリフォームを成形型に、例えば、落下させて供給すると略同時に、浮上ガスの供給を停止する。ガラス素材が浮上治具から落下するのと略同時に気流の供給を停止する、とは、浮上治具がガラス素材の落下の為に移動（回転を含む）を開始してから、ガラス素材が成形型上への落下を終了するまでの間の任意の時点で、気流の供給を停止することである。好ましくは、この停止タイミングは、以下のように設定できる。割型式の浮上治具の場合には、割型によって開口部が形成され、その空間を通ってガラスプリフォームが落下するが、例えば、ガラスプリフォームの直径を２Ｒとすると、２Ｒ−５０％の開口以降がよい。好ましくは、２Ｒ−１０％〜２Ｒ＋１０％の範囲である。開口速度はガラスプリフォームが浮上治具に接触しないよう、適切に設定することができる。例えば、開口速度は２Ｒ〜１００Ｒ／ｓｅｃとすることができ、好ましくは、５Ｒ〜５０Ｒ／ｓｅｃである。尚、ガラス素材（ガラスプリフォーム）の最大半径Ｒとは、ガラス素材の半径のうち、最大のものをいう。ガラス素材が球であれば、その球の半径であり、ガラス素材がマーブル状の形状のときは、その最も径の大きい部分の半径をいう。
【００３８】
浮上治具は、ガラスプリフォームを成形型（具体的には下型）上に落下供給したあと、ガラスプリフォームを受け取る位置まで移動し、次の加熱のためのガラスプリフォームを受け取る。このとき、浮上治具に供給されるガラスプリフォームの温度は、室温であってもよいし、予熱してあってもよい。
【００３９】
本発明の第１の製造方法では、浮上ガスは、加熱によりガラス素材の温度がガラス転移温度〜１０^１１ホ゜アス゛相当の所定温度になるまでの間は、停止したままとする。そして上記所定温度になったときに、ガスの供給を開始し、停止時まで一定の流量を保持する。一定流量は、ガラスプリフォームを安定に浮上させる最小流量であることが好ましい。浮上ガスの供給開始が、上記温度域以上の温度になると、浮上皿へのガラスの融着が起きやすく、成形したレンズの外観が劣化する傾向がある。一方、上記温度範囲になるまで供給ガスを停止せず、浮上ガスの供給を継続していると、供給ガスを停止した場合に比べて浮上治具の温度が下がり、かつ供給された次のガラスプリフォームの温度上昇速度も遅くなる。結果的に、ガラスプリフォームが成形に適する温度に加熱されるためには、浮上治具の温度が成形温度に回復するまでの時間がかかり、サイクルタイムが長くなってしまう。尚、ここで浮上ガスの供給を開始するときのガラス素材の所定温度とは、ガラス素材の内外に温度差がある場合には、表面近傍の温度を言う。これは、放射温度計やサーモビュアなどを用いて求めることができる。
【００４０】
浮上ガスの供給は、加熱により浮上治具の温度がガラス転移温度からガラス素材の粘度が１０^１１ホ゜アス゛に相当する温度となった時点で、開始することが、融着を防止し、面精度の良い光学素子が効率よく生産できると言う観点から好ましい。浮上ガスの供給は、ガラス素材の粘度が１０^１２ホ゜アス゛〜１０^１１ホ゜アス゛に相当する温度となった時点で開始することが更に好ましい。
【００４１】
浮上治具へのガスの供給流量は、供給開始から停止まで一定であることができる。また、浮上ガスの流量は、例えば、１．５ｇ程度のガラス素材重量であれば、毎分１〜３リットル程度であり、好ましくは１．５〜２リットルである。浮上ガスは、不活性ガスであればよく、窒素ガスなどが好適に用いられる。
【００４２】
本発明の第１の製造方法を図４に基づいてさらに説明する。
本発明の製造方法における浮上皿の温度をＴ１、ガラス素材の温度をＴ２として示し、比較例の浮上皿の温度をＴ３、ガラス素材の温度をＴ４として示する。さらに、本発明の製造方法における浮上ガスの流量をＧ１、比較例における浮上ガスの流量をＧ２として示す。いずれの例も、ガラスプリフォームの成形型への落下時に浮上ガス供給を止めた場合である。
本発明の製造方法では、次のガラスプリフォームが浮上治具上に供給されてから、ガラスプリフォーム温度が、ガラスプリフォームのガラス粘度にして、１０^１１ホ゜アス゛相当の温度〜ガラス転移温度の所定温度になるまで、浮上ガスを供給しなかった。一方、比較例では、上記のようにガラスプリフォームが浮上治具上に供給されたときから浮上ガスを供給している。
【００４３】
両者を比較すると、本発明の製造方法では浮上治具がガラスプリフォームを成形型に落下供給し、次のガラスプリフォームの供給を受けるまでの時間、浮上治具の温度低下があるが、浮上ガスを適切なタイミングで停止させているため、温度回復が早く、比較例に比べてサイクルタイムにして２０％程度の短縮効果が得られる。また、このときのガラスプリフォームの加熱温度は、１０^７ホ゜アス゛相当程度の成形温度に適切になされる。
【００４４】
尚、本発明はこの例に限定されない。本発明の効果、すなわち、浮上治具にガラスプリフォームが供給されても、ガラス素材の温度がＴｇ〜１０^１１ホ゜アス゛相当の所定温度になるまで、浮上ガスを実質的に供給しないことにより、浮上治具から熱が逃げることを防止してサイクルタイムを短縮することが得られる範囲で、装置や加熱ハ゜ターンを変更することができる。またこの例ではガラスプリフォームは、室温で浮上治具に供給しているが、予熱してから供給しても良い。
【００４５】
次に、サイクルタイムを比較例と同じにした場合の例を図５に示す。
ここでは、浮上ガスの供給を図４に示す場合と同様に制御することにより、浮上治具の熱が逃げることを防ぐことができ、その結果として、ガラスプリフォームを成形型に落下供給するときの浮上治具の温度を高くすることができる。このため、Ｔｓ温度（屈伏点）のより高いガラス素材を、プレス成形可能な温度にまで加熱することができる。
【００４６】
本発明の第２の製造方法では、浮上ガスの供給は、浮上治具の温度が、ガラス素材の粘度が１０^１４ホ゜アス゛に相当する温度以上、１０^１１ホ゜アス゛に相当する温度以下の所定温度となる時点まで停止したままとする。そして、該所定の温度となった時点で、所定流量の浮上ガスの供給を開始して、浮上治具上でガラス素材を浮上させる。浮上ガスの供給流量は、ガスの供給開始時点では、０（ゼロ）より大きく、Ａより小さくする。但し、Ａは、ガラス素材を安定に浮上させることができる最小の流量である。そして、ガス流量は、供給開始から停止までの間の所定の時点までＡ以上の所定の流量となるまで増加させる。ガス流量の増加を停止する時点は、供給停止の時点としても良いし、供給停止前の適当な時点になるようにしてもよい。ガス流量の増加率と、最終的に適切なガス流量とに応じて適宜選択することができる。また、ガス流量の増加のしかたは、直線的な増加であっても、階段状の増加であっても、加速度をもった増加であってもよい。直線的増加の例を図４のＧ３（ガス量の増加の例）及びＴ５（そのときのガラス素材の温度変化）として示す。
【００４７】
本発明の第２の製造方法におけるガス流量の変化の態様を図６に示す。
図６の（ａ）は、ガス流量を、ガラス素材を成形型に落下供給するまで直線的に増加させた例である。（ｂ）は、ガス流量を、所定の時期まで直線的に増加させ、その後一定量でガラス素材を成形型に落下供給するまで供給した例である。（ｃ）は、ガス流量を階段状に増加させた例であり、（ｄ）は、ガス流量をプラスの加速度を持って増加させた例である。浮上ガスは、不活性ガスであればよく、窒素ガスなどが好適に用いられる。
【００４８】
供給ガスのオン、オフの制御は、第１の製造方法及び第２の製造方法のいずれにおいても、例えば、電磁式ラインバルブによって行うことができる。また、第２の製造方法においてガス供給量を増加させるときは、さらにマスフローコントローラーを用いることができる
【００４９】
本発明は、図１で示すように、加熱した１個のガラスプリフォームを、順次１つの成形型に供給するような製造方法（１：１成形）において、優位な効果をもたらす。しかしながら、複数のガラスプリフォームを加熱し、１つの成形型に順次供給する（多：１）方法においても、又は１つのガラスプリフォームを順次加熱し、それを順次多数の成形型に供給する方法においても、サイクルタイムを短縮することができる。これらは、ガラスプリフォームの加熱と、プレス成形とに要するサイクルタイムにあわせ、適宜選択ができる。
例えば、（多：１）方法では、成形型に対して、２本のアームが交互にガラスプリフォームを供給する方式を挙げることができる。このために、チャンバー内の配置を対称とし、成形型を中央に配置しても良い。この方法は、成形サイクルタイムより、ガラスプリフォームの加熱サイクルが長い場合に有効である。
【００５０】
適切な成形温度は、ガラス素材の粘度が、例えば、１０^５〜１０^９ホ゜アス゛に相当する温度であり、好ましくは、１０^６〜１０^８ホ゜アス゛に相当する温度である。
【００５１】
従来法においては、浮上治具が分割してガラスプリフォームが落下する場合、浮上ガスの供給が継続しており、かつそれが分割面付近に好ましくない気流を起こすと、落下の安定性を損なう場合がある。例えば、ガラスプリフォームが落下する空間に、浮上治具の分割面から水平方向に放出したガスの気流が起きると、ガラスプリフォームの落下安定性が損なわれる。それに対して本発明では、落下と略同時に気流を停止するので、上記のような気流を防止する特別な浮上治具の設計を行わなくても、落下安定性が得られるという利点もある。
【００５２】
連続的に、本発明の浮上ガス制御（オンオフ）を行う、即ち、所定のポイントまで浮上ガスの供給を停止する時期を設けることによって、所定の熱量で最も効率的な成形サイクルを実現することができる。仮に、浮上ガスの停止時間を本発明のように設定しないで、サイクルタイムを短縮しようとすれば、ガラスプリフォームの予熱が不充分になり、成形される光学素子の形状に悪影響がでる。又は、浮上治具及びガラスプリフォームを加熱するヒーターのパワーを上げれば、浮上治具の温度回復は速くなるが、エネルギー効率が悪く、また、大容量の加熱に適切な装置上の配慮が必要になる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、ガラス光学素子の連続生産においてサイクルタイムを従来にも増して短縮することができる。
特に、本発明では、サイクルタイムを最短化させるために、浮上ガスの供給開始を極力遅らせる点が特徴である。少なくともガラス素材がＴｇ（ガラス粘度で１０^１３．５ホ゜アス゛付近）に相当する温度以上に加熱されてから、ガス供給が開始されることで、サイクルタイムが大幅に短縮できる。
【００５４】
また、本発明の製造方法によれば、サイクルタイムを短縮するかわりに、本発明によりガラスプリフォームをより高温に加熱できることから、従来、成形困難であった、高いＴｓをもった硝種についても、同じ加熱容量の装置を用いてプレス成形してガラス光学素子を製造することができる。
【００５５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例１
＜サイクルタイム短縮効果＞
本実施例の成形装置においては、図２に示すように、上母型５１ａ及び下母型５１ｂが、各々プレスの上主軸５７ａ及び下主軸５７ｂに取り付けられており、上母型５１ａ及び下母型５１ｂには、それぞれ上型５３ａ及び下型５３ｂが取り付けられている。さらに、上型５３ａ、下型５３ｂの外周には、上スリーブ５２ａ、下スリーブ５２ｂが設けられている。上母型５１ａには、ガイドピン５５ａが突設され、これに対応して下母型５１ｂには、ガイド孔５５ｂが設けられている。上母型５１ａ及び下母型５１ｂは、タングステン合金により形成し、上型５３ａ及び下型５３ｂ並びにスリーブ５２ａは炭化珪素製を用い、成形面に炭素系薄膜を被覆した材質により形成した。
【００５６】
この装置を用いて、バリウムホウケイ酸ガラス（転移点５１５℃、屈伏点５４５℃）のマーブル状プリフォームをプレスして、外形１８ｍｍの凸メニスカス形状（１面が球面、他の１面が非球面）のレンズを成形した。
マーブル状プリフォームＧを、図３に示す開閉可能な支持アーム２４上の割型式浮上皿２５（グラッシーカーボン製）上で、下方から噴出する気流（浮上ガス）により、浮上させて加熱、軟化させた。その後、支持アーム２４を上下の誘導加熱コイル５６ａ、５６ｂの間に挿入し、下型５３ｂの直上で、支持アーム２４を素早く開くことにより、浮上皿２５を左右に分割し、プリフォームＧを、浮上皿２５から下型５３ｂ上に落下させることにより、下型５３ｂ上に供給した。浮上ガスは分割完了と同時に停止させた。プリフォームＧが下型５３ｂの中央部に芯ズレせずに、より確実に落下する様に浮上皿２５と下型５３ｂの間にファンネル状部材などを挟んで落下させることが好ましい。プレス開始時の型温度はガラス粘性換算で１０^９ホ゜アス゛であり、プリフォームは近傍温度として浮上皿温度で１０^７ホ゜アス゛であった。
【００５７】
その後、直ちに支持アームおよびファンネルを下型上から後退させ、高周波パワーを切り、下母型を上昇させて４００Ｋｇ／ｃｍ^２の圧力でプレスした。ガラスの転移点以下まで冷却し、その後、下母型を約５０ｍｍ下降して離型し、吸着パッド（図示せず）を上下の誘導加熱コイルの間に挿入し、成形品を取り出した。そして上下の母型温度は高周波パワーにより直ちにプレス開始温度に回復させた。
【００５８】
一方で支持アームは浮上皿が次のプリフォームを受けるために供給位置まで素早く移動し、ついで供給を受ける。その後再び急熱炉内へ移動し、温度回復を行う。浮上皿は急熱炉外での移動によって、僅か１０秒ほどの間にガラス粘性換算で１０^７から１０^１３ホ゜アス゛付近まで急激に下降した。この移動時間は装置構成や機器性能により定まる値であり、時間短縮は易しいものではない。また、移動空間の保温性を向上させることは各部材の保護から実現は困難である。そこで浮上冶具に供給されたプリフォームへの浮上ガス供給開始タイミングを変化させ、浮上冶具が所定温度に到達するまでの比較テストを行った。結果を以下に示す。
【００５９】
図４は上述の外形１８ｍｍの凸メニスカスレンズ成形における浮上皿温度、プリフォーム温度および浮上ガス流量を示したものである。浮上冶具はその機能と動きを反映し、一定の熱サイクルを有する。従来の条件に従い、浮上ガスを落下供給のタイミングに合わせ停止させ、次のプリフォームを受け取った直後からガス供給を再開させた。この時、浮上皿温度が１０^７ホ゜アス゛に達するまでの時間は１８０秒であり、全工程サイクルは１９０秒となった。
【００６０】
次にプリフォームの供給後、プリフォーム温度が１０^１３ホ゜アス゛を超えてもガスを供給せず、１０^１１ホ゜アス゛付近からガスの供給を再開させたところ、その後プリフォーム温度が１０^７ホ゜アス゛に達するまでの時間は１４０秒となり、全工程サイクル１５０秒となり４０秒の短縮が可能となった。この時、成型されたレンズは肉厚、面精度をはじめ、諸性能は１９０秒サイクル品に何ら劣ることはなかった。最も懸念される外観についてもレンズ表面への浮上皿痕などの問題はなく、良品が得られた。このことからプリフォーム温度がガラス粘性換算で１０^１１ホ゜アス゛付近まで浮上ガスの供給を停止させることでプリフォームに悪影響を及ぼすことなく昇温スピードを速めることができた。
本装置においては金型と浮上皿の温度サイクルは前者が速いため、サイクルタイム短縮に極めて有効な手段である。
【００６１】
実施例２
＜ガラス素材温度上昇効果＞
図５はサイクルタイム１９０秒とした場合、ガス供給タイミングの違いにより到達温度が型への供給時点でどれだけ上昇するかを示したものである。
図５から先の外形１８ｍｍの凸メニスカスレンズ成型におけるプリフォーム温度は浮上皿温度で１０^７ホ゜アス゛から１０^６．５ホ゜アス゛まで上昇した。この時、浮上皿温度で１４℃の上昇が認められた。
【００６２】
ここでレンズ形状を等しくしたままで硝種をより高軟化点のもの（成形型への供給時点でプリフォームが１０^７ホ゜アス゛となるもの）に変更し、浮上ガスの供給タイミングを変えてそれぞれ成形したところ、浮上皿にプリフォームを供給したと同時にガス供給を開始したものは、レンズスペックに対し、肉厚が若干の伸び不良となった。
次に、タイミングを遅らせたものは肉厚を含め、良品レベルのレンズが成形できた。これより、外観に影響を及ぼさない程度にガス供給タイミングを遅らせることで、同一装置で加熱パワーを増大させることなく、より高軟化点の硝種が成形可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な一実施形態に係るプレス成形装置の概略平断面図。
【図２】プレス装置３３における成形型及び型加熱装置を示す断面図。
【図３】加熱室２０に設置された供給ハンドラ２３のアーム先端を示す平面図及びそのＡ−Ａ線における断面図。
【図４】実施例１における、凸メニスカスレンズ成型における浮上皿温度、プリフォーム温度および浮上ガス流量の関係を示したグラフ。
【図５】実施例２における、凸メニスカスレンズ成型における浮上皿温度、プリフォーム温度および浮上ガス流量の関係を示したグラフ。
【図６】本発明の第２の製造方法におけるガス流量の変化の各種態様を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a glass optical element such as a glass lens that does not require grinding and polishing after press molding. In particular, the present invention has high surface accuracy, enables stable production, can greatly reduce the cycle time required to manufacture one glass optical element, and is also energy efficient. The present invention relates to a method for producing an excellent glass optical element. Alternatively, the present invention relates to a method for manufacturing a glass optical element that enables press molding even for a glass material having a high yield point (Ts), instead of greatly reducing the cycle time (cycle time).
[0002]
[Prior art]
In recent years, development of manufacturing high-precision lenses that do not require polishing after pressing by press molding has been actively conducted, and various press molding methods and apparatuses have been studied. When applying a so-called non-isothermal press, in which a glass material used for press forming is preheated to a temperature higher than the temperature of the mold and then press-molded is applied to such a precision press, the isothermal press method (glass in the mold) is applied. Compared with a method of heating a material and press-molding), there is an advantage that the required manufacturing time (cycle time) per optical element can be significantly shortened (Japanese Patent Laid-Open No. 9-118530).
[0003]
In the non-isothermal pressing method, a glass material (for example, a glass preform) is heated to a predetermined temperature at a place different from the mold, and then supplied to the mold and press-molded. In order not to damage the surface of the glass material that is softened by heating, it is advantageous that the glass material is floated and contacted in a non-contact manner. Here, the floating state is a state in which, for example, a floating gas is supplied to a portion of the floating jig that holds the glass material, and a gas layer is formed between the glass material and the jig. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-10829, a floating jig receives a supply of a glass material, heats the glass material to a predetermined temperature by a heating means in a floating state, conveys it onto a mold, and forms a mold. A method of dropping it is disclosed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the non-isothermal pressing method using the above-mentioned levitation jig, a glass optical element having excellent surface accuracy can be produced with a reduced cycle time (that is, with high productivity). However, there is a need for a method that further reduces cycle time and improves productivity.
Therefore, the first object of the present invention is to further reduce the cycle time in the non-isothermal pressing method using the floating jig while maintaining the shape and surface accuracy of the glass optical element to be manufactured well. It is providing the manufacturing method of a glass optical element.
[0005]
In addition, there are a wide variety of physical properties required for glass optical elements. Conventionally, it has been required to manufacture glass optical elements by precision pressing even for glass materials that are not suitable for precision pressing. For example, a glass material having a high yield point (Ts) has a higher temperature at which press molding can be performed than a conventional glass material for precision press molding, and press molding is not easy.
Therefore, the second object of the present invention is to provide a glass material having a high yield point (Ts) in the non-isothermal pressing method using a floating jig while maintaining the shape and surface accuracy of the glass optical element to be manufactured. It is to provide a method capable of manufacturing a glass optical element.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present invention provides a method for producing a glass optical element by press-molding a heated glass material using a mold.
Supplying glass material to the levitation jig (1),
Heating the supplied glass material (2), and
Supplying heated glass material from the floating jig to the mold (3),
Is repeated, the heated glass material is sequentially supplied to the mold,
In the step (2), the temperature of the glass material is equal to or higher than the glass transition temperature, and the viscosity of the glass material is 10 ¹¹ When a predetermined temperature equal to or lower than the temperature corresponding to the pressure is reached, gas supply to the levitation jig for levitation of the glass material is started, the glass material is levitated on the levitation jig, and
In the step (3), the method is characterized in that the supply of the gas is stopped substantially at the same time when the heated glass material is removed from the floating jig to be supplied to the mold (hereinafter referred to as the present invention). The first manufacturing method).
[0007]
Furthermore, the present invention is a method for producing a glass optical element by press-molding a heated glass material using a mold,
Supplying glass material to the levitation jig (1),
Heating the supplied glass material (2), and
Supplying heated glass material from the floating jig to the mold (3),
Is repeated, the heated glass material is sequentially supplied to the mold,
In the step (2), the temperature of the glass material is 10%. ¹⁴ Over the temperature corresponding to the phase, 10 ¹¹ When a predetermined temperature equal to or lower than the temperature corresponding to the pressure is reached, gas supply to the levitation jig for levitation of the glass material is started, and the glass material is levitated on the levitation jig.
The gas flow rate at the start of gas supply is greater than 0 (zero) and smaller than A (where A is the minimum flow rate for stably floating the glass material),
The gas flow rate increases until a predetermined flow rate equal to or higher than A until a predetermined time point from the start of supply to the stop, and
In the step (3), the method is characterized in that the supply of the gas is stopped substantially at the same time when the heated glass material is removed from the floating jig to be supplied to the mold (hereinafter referred to as the present invention). The second manufacturing method).
[0008]
The production method of the present invention is a method for producing a glass optical element by press-molding a heated glass material using a mold, together with the first production method and the second production method. The heated glass material includes a step (1) of supplying the glass material to the levitation jig, a step (2) of heating the supplied glass material, and a step of supplying the heated glass material from the levitation jig to the mold (3 ), Are sequentially supplied to the mold.
[0009]
A method for producing a glass optical element by press-molding a heated glass material using a molding die is described in, for example, JP-A-9-118530 and is known. However, the method described in JP-A-9-118530 is a non-isothermal pressing method in which the glass material and the mold are separately separated and the glass material is heated to a higher temperature than the mold as described above. However, the production method of the present invention can be applied to a glass material and a mold separately, but also to a press method in which the glass material and the mold are heated to the same temperature and a press method in which the mold is heated to a higher temperature than the glass material. .
Details of heating and press molding of the glass material will be described later.
[0010]
Furthermore, in the manufacturing method of the present invention, the heated glass material is sequentially supplied to the mold by repeating the above step (1), step (2), and step (3). Is described in the above-mentioned JP-A-2001-10829.
However, in the first production method of the present invention, in the step (2), the temperature of the glass material is equal to or higher than the glass transition temperature of the glass material, and the viscosity of the glass material is 10 ¹¹ When a temperature equal to or lower than the temperature corresponding to the positive pressure is reached, gas supply to the levitation jig for levitating the glass material is started, the glass material is levitated on the levitation jig, and the step (3 ), The supply of the gas is stopped almost simultaneously when the heated glass material is removed from the floating jig for supply to the mold.
[0011]
In the second production method of the present invention, in the step (2), the temperature of the glass material has a viscosity of 10%. ¹⁴ Over the temperature corresponding to the phase, 10 ¹¹ When a temperature equal to or lower than the temperature corresponding to the positive pressure is reached, gas supply to the levitation jig for levitating the glass material is started, the glass material is levitated on the levitation jig, and gas supply is started. The gas flow rate at the time is larger than 0 (zero) and smaller than A (A is the minimum flow rate for stably floating the glass material), and the gas flow rate is A until a predetermined time point from the start of supply to the stop. The gas flow is increased to the above predetermined flow rate, and in step (3), the supply of the gas is stopped substantially at the same time as the heated glass material is removed from the floating jig to be supplied to the mold. It is characterized by.
[0012]
In a method for manufacturing a glass optical element using a levitation jig, the levitation jig also has a certain thermal cycle when continuously molding the optical element. That is, the temperature is raised according to the temperature of the glass material heated in the levitation jig, and after the glass material is transferred, the temperature is lowered until the next glass material is received.
For example, the supply handler disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-10829 continuously conveys a glass element by repeatedly moving the glass material from the standby position to the heating device and the position of the molding die in the molding chamber, and presses it. Provide. Here, the floating jig on the supply handler has a thermal cycle corresponding to the conveyance cycle of the glass material. That is, the temperature rises inside the heating device, but falls outside the heating device, in the standby position and in the molding chamber. The greater the temperature drop, the longer the time required for the thermal cycle and the longer the cycle time for producing the optical element, the lower the production efficiency and the energy efficiency.
In particular, conventionally, no consideration has been given as to whether or not the supply of gas to a floating jig for floating a glass material affects the thermal cycle. However, in general, the temperature of the gas supplied to the levitation jig is lower than the temperature of the heating device. Therefore, when gas is continuously supplied to the levitation jig outside the heating device, for example, the temperature is increased accordingly. Will decline.
[0013]
In contrast, in the present invention, by controlling the gas supply in consideration of the thermal cycle of the levitation jig, the cycle time is reduced while performing the heating necessary to maintain the shape accuracy of the glass optical element to be molded. It became possible to shorten. Hereinafter, the present invention will be described including this point.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
First, a press forming apparatus including the function and movement of the floating jig will be described.
FIG. 1 is a schematic plan sectional view of a press molding apparatus according to an embodiment to which the present invention is applicable. As shown in the figure, the press molding apparatus 10 according to the present embodiment includes a heating chamber 20 and a molding chamber 30. The heating chamber 20 and the molding chamber 30 communicate with each other through a passage 40, and the heating chamber 20, the molding chamber 30, and the passage 40 form one sealed space that is blocked from the outside. The outer wall of the sealed space is formed by stainless steel or other members, and the airtightness can be ensured by the sealing material. The sealed space formed by the heating chamber 20, the molding chamber 30, and the passage 40 can be, for example, a non-oxidizing gas atmosphere when molding the glass optical element. That is, air in the space is exhausted by a gas exchange device (not shown) and filled with non-oxidizing gas instead. Nitrogen gas is preferably used as the non-oxidizing gas.
[0015]
The heating chamber 20 is an area for preheating the glass material (glass preform G) to be supplied prior to pressing, and includes a glass heating device 22 and a glass preform supply handler (hereinafter referred to as supply). Handler 23) is installed. Moreover, the carrying-in part 21 for supplying the glass preform G in the heating chamber 20 from the exterior is installed, and the process (1) which supplies a glass raw material (glass preform G) to a floating jig | tool is implemented. The carry-in unit 21 includes a carry-in chamber (not shown) in order to carry in the glass preform while maintaining hermeticity, and carries in the glass preform supplied from the outside, and this inside is filled with a non-oxidizing gas. After filling, the door on the heating chamber 20 side is opened, and the glass preforms are sequentially carried into the interior. The glass preform when it is loaded is at room temperature in this example.
[0016]
The supply handler 23 conveys the glass preform G carried in from the carry-in unit 21 to a heating region by the glass heating device 22, and further conveys the heated glass preform to the molding chamber 30. That is, the step (2) of heating the supplied glass material and the step (3) of supplying the heated glass material to the mold from the floating jig are performed.
The supply handler 23 is provided with a levitation dish 25 as a levitation jig at the tip of the arm 24, and holds the glass preform while levitation for a predetermined time.
[0017]
In the first manufacturing method, the predetermined period of holding the glass preform while floating is the temperature of the glass material in the step (2) is equal to or higher than the glass transition temperature of the glass material, and the viscosity of the glass material is 10 ¹¹ From the time when the temperature reaches a predetermined temperature equal to or lower than the temperature until the time when the heated glass material in step (3) is removed from the floating jig to be supplied to the forming die. It is. In the second manufacturing method, the temperature of the glass material in step (2) is 10 and the viscosity of the glass material is 10. ¹⁴ Over the temperature corresponding to the phase, 10 ¹¹ From the time when the temperature reaches a predetermined temperature equal to or lower than the temperature until the time when the heated glass material in step (3) is removed from the floating jig to be supplied to the forming die. It is.
[0018]
In the apparatus shown in FIG. 1, an arm 24 having a levitating dish 25 is horizontally supported by a drive unit 23 a fixed in the heating chamber 20, and the arm 24 is rotated in a horizontal direction with a rotation angle of approximately 90 ° C. The In addition, the arm 24 is configured to be movable in and out in the radial direction around the drive unit 23 a, thereby enabling the held glass preform to be conveyed to the molding chamber 30. Details of the supply handler 23 and the floating tray 25 will be described later.
[0019]
The glass heating device 22 is for heating the supplied glass preform G to a temperature corresponding to a predetermined viscosity. In order to stably raise the temperature of the glass preform to a certain temperature, it is preferable to use a heating device by resistance heating using a resistance element. As shown in the figure, the glass heating device 22 is installed under the movement trajectory of the glass preform held on the arm 24. Therefore, the glass preform is heated during the conveyance of the glass preform by the arm 24. Can do. However, the arm 24 may be stopped for a predetermined time on the glass heating device 22 to heat the glass. These matters are determined according to the time required for heating the target glass.
[0020]
On the other hand, the molding chamber 30 is a region for pressing a glass preform G preheated in the heating chamber 20 to mold a glass optical element having a desired shape (hereinafter referred to as a glass optical element G), Here, a press device 33 and a handler for carrying out the glass optical element (hereinafter referred to as a carry-out handler 32) are installed. Further, a carry-out unit 31 for carrying out the press-molded glass optical element to the outside is installed. The carry-out unit 31 includes a carry-out chamber (not shown) filled with a non-oxidizing gas in order to carry out the glass optical element to the outside while maintaining the airtightness of the molding chamber 30. The glass optical element delivered from the carry-out handler 32 is once carried into the carry-out chamber and then carried out to the outside.
[0021]
The press device 33 receives the glass preform conveyed from the heating chamber 20 by the supply handler 23 and presses the glass preform to form a glass optical element (optical element) having a desired shape. As will be described later, the pressing device 33 includes a molding die including an upper die and a lower die, and presses the glass preform supplied therebetween with the molding surfaces thereof. A mold heating device 34 for heating the mold is installed around the mold. A preferred embodiment of the mold heating device 34 is a heating method using high frequency induction. Prior to pressing the glass preform, the mold is heated by the mold heating device 34 and maintained at a predetermined temperature. The temperature of the mold at the time of pressing may be substantially the same as or lower than the temperature of the preheated glass preform. For example, the temperature of the mold during pressing is 10 ⁸ -10 ¹² It is preferably equivalent to Poise.
[0022]
The carry-out handler 32 delivers the glass optical element obtained by pressing by the press device 33 to the carry-out unit 31. The carry-out handler 32 includes a suction pad 32c at the tip of an arm 32b that is rotatably supported with respect to the drive unit 32a. The suction pad 32c vacuum-sucks the glass optical element on the lower mold of the mold and enables the carry-out handler 32 to carry it. The glass optical element adsorbed by the rotation of the arm 32b is transported under the carry-out unit 31 and placed on a lifting / lowering means (not shown) installed here. After the arm 32 b is retracted, the elevating means is raised and the glass optical element is delivered to the carry-out unit 31.
[0023]
The molding chamber 30 includes an opening / closing door 35 on the front side thereof. The open / close door 35 allows an operator to access the inside of the molding chamber during maintenance and inspection of the press molding apparatus. A seal member 35a is provided around the open / close door 35, and the airtightness in the molding chamber 30 is ensured with the open / close door 35 closed at the time of pressing. The open / close door 35 is also provided with a window 35b made of glass (for example, quartz glass), from which the state of press molding can be visually recognized from the outside.
[0024]
In the apparatus shown in FIG. 1, the heating chamber 20 and the molding chamber 30 are connected by a passage 40. The passage 40 allows the supply handler 23 to transfer the glass preform from the heating chamber 20 to the molding chamber 30 and allows gas exchange between the two chambers. Thereby, at the time of press molding, the atmospheric pressure, gas concentration, and temperature of the heating chamber 20 and the molding chamber 30 are made substantially constant.
[0025]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a forming die and a die heating device in the press device 33. As shown in the figure, a molding die (consisting of an upper molding die 50a and a lower molding die 50b) has upper and lower molds 51a and 51b formed in a cylindrical shape, and an upper die 53a, a lower die 53b and upper and lower sleeves. 52a and 52b are comprised. The opposing surfaces of the upper die and the lower die are molding surfaces 54a and 54b designed in accordance with the surface shape of the glass optical element to be molded. The glass preform G supplied by the supply handler 23 is placed on the molding surface 54b of the lower mold as shown in the figure, and is pressed by raising the molding surface 54b of the lower mold. However, the upper mold 53a may be lowered. Preferably, the upper mold 53a and the lower mold 53b are made of silicon carbide and have a hard carbon film coated on the formation surface. A sleeve 52a provided around the upper mold 53a is movable in the vertical direction between the upper mold 53a and the mother mold 51a. When the lower die 53b is brought closer to the press, that is, the upper die 53a, the upper sleeve 52a and the lower sleeve 52b come into contact with each other, the upper sleeve 52a is lifted upward, and the lower die forming surface 54b is advanced relative to the upper die 53a. Enable. Thereby, the molding surface 54a of the upper mold is located in the lower sleeve 52b in a state where the glass preform G is completely pressed. A portion of this sleeve is positioned around the upper and lower mold surfaces 54 and defines the periphery of the glass optical element on which it is molded. That is, the diameter of the glass optical element is determined by the portion of the sleeve. Note that the upper and lower mother dies 51 are provided with guide pins 55a and corresponding holes 55b on the opposing surfaces thereof to ensure the positioning of the mold during pressing. In a preferred embodiment, the sleeve is silicon carbide and each matrix is a tungsten alloy.
[0026]
Around the mold, induction heating coils 56a and 56b constituting a mold heating device are arranged. The molds 50a and 50b are heated to a predetermined temperature by the induction heating coils 56a and 56b. That is, the mother dies 51a and 51b constituting the outer surfaces of the forming dies 50a and 50b are directly induction heated by the induction heating coils 56a and 56b, and the upper die 53a, the lower die 53b, and the sleeves 52a and 52b are removed from the mother die. It is heated indirectly by heat conduction. The mold is heated by the induction heating coil to a predetermined temperature, for example, a temperature lower than the glass preform to be supplied (10 ⁸ -10 ¹² The glass preform G is received and pressed after being preheated to an equivalent temperature necessary to obtain a viscosity of Poise.
[0027]
FIG. 3 is a plan view showing the arm tip of the supply handler 23 installed in the heating chamber 20 and a sectional view taken along the line AA. At the tip of the arm 24 of the supply handler, a levitation tray 25 that is a levitation jig for holding the glass preform G is provided. In order to hold the glass preform G, the levitating dish 25 has a mortar-shaped receiving part 26. The material of the levitation jig (the levitation dish) is preferably glassy carbon, and the surface of graphite that has been subjected to gloss treatment can also be used. A flow of non-oxidizing gas supplied through the arm 24 is given into the receiving portion, and the glass preform G is conveyed while being slightly floated in the receiving portion for a predetermined time by the pressure of the gas.
[0028]
Here, the arm 24 and the levitating dish 25 are configured to be divided in the width direction. Below, these are called arm division body 24a, 24b, and floating plate division body 25a, 25b. When the arm divided bodies 24a and 24b are opened to each other by a drive mechanism (not shown) in the drive section 23a, the floating dish divided bodies 25a and 25b are also opened to each other, whereby the glass preform G in the receiving section 26 is Dropped downward from the levitation plate 25. When the floating tray 25 is located between the molds of the press device, the arm divided bodies 24a and 24b are opened to complete the delivery of the glass preform from the supply handler 23 to the lower mold of the press device 33. Here, the glass preform is supplied from the ascending pan to the mold by dropping due to the division of the ascending pan, but other methods, for example, suction may be released after transporting. .
[0029]
Next, a procedure for molding a glass optical element by the press molding apparatus 10 will be described. In the press molding apparatus 10, the glass preform G is sequentially supplied into the apparatus from the carry-in portion 21, and the glass optical element is continuously press-molded. Here, attention is paid to the molding of one glass optical element. The procedure will be described.
[0030]
Prior to molding, the gas in the heating chamber 20 and the molding chamber 30 is gas-exchanged to a non-oxidizing gas. In the embodiment, the non-oxidizing gas is always supplied into the room and kept at a slight positive pressure. In this non-oxidizing gas atmosphere, the glass heating device 22 and the mold heating device 34 are energized and maintained at a predetermined temperature. In this state, the airtight valve 41 on the passage is opened.
[0031]
In the first step, the glass preform G is supplied into the heating chamber 20. Specifically, the glass preform G is first placed in the carry-in chamber of the carry-in unit 21, and after being exhausted, the gas is replaced and then supplied into the heating chamber 20. At the time of supplying the glass preform, the arm 24 of the supply handler 23 is positioned below the carry-in unit 21, and the glass preform from the carry-in chamber is placed on the floating tray 25 of the supply handler 23.
[0032]
When the supply handler 23 receives the glass preform (glass material) G, the supply handler 23 immediately rotates its arm, and moves the floating dish 25 onto the glass heating device 22. When the temperature of the glass preform reaches the predetermined value, the non-oxidizing gas starts to be ejected from the lower side of the floating dish 25. That is, in the first production method of the present invention, the temperature of the glass material (glass preform G) is equal to or higher than the glass transition temperature of the glass material, and the viscosity of the glass material is 10 ¹¹ When a predetermined temperature equal to or lower than the temperature corresponding to the pressure is reached, supply of a gas to the floating jig for floating the glass material is started, and the glass material is floated on the floating jig. In the second production method of the present invention, the temperature of the glass material (glass preform G) is 10 and the viscosity of the glass material is 10 ¹⁴ Over the temperature corresponding to the phase, 10 ¹¹ When a predetermined temperature equal to or lower than the temperature corresponding to the pressure is reached, supply of a gas to the floating jig for floating the glass material is started, and the glass material is floated on the floating jig. The glass preform is initially heated on the floating dish 25, but is heated and softened while floating above the temperature.
[0033]
The glass preform is heated for a predetermined time, and the temperature is, for example, 10 ⁶ -10 ⁸ When the temperature corresponding to the viscosity of Poise is reached, the supply handler 23 is driven to supply the glass preform onto the lower mold of the press device 33 in the molding chamber 30. That is, the arm 24 is further rotated from the heating position, stopped when the floating plate 25 reaches the position facing the passage 40, and then the arm 24 is extended so that the floating plate 25 extends between the molds of the press device 33, Further, the arm divided bodies 24a and 24b are opened, and the glass preform G on the floating tray 25 is dropped onto the lower mold. When the glass preform G is dropped onto the lower mold, the floating gas is stopped almost simultaneously. Thereafter, the supply handler 23 moves the arm backward to move to the initial position, that is, below the carry-in portion 21 and waits to receive the next glass preform. During this time, the floating gas is not supplied to the floating plate 25.
[0034]
At the time when the glass preform is supplied to the mold, the temperature of the mold 50 is set to 10% by glass induction by induction heating by the mold heating device 34, for example. ⁸ -10 ¹² Preheated to a temperature corresponding to the viscosity of the poise. As shown in FIG. 2, when the glass preform G is supplied to the lower mold 53b and the arm is retracted to the outside of the mold 50, the lower mold 53b is immediately raised, and the glass preform G is moved with the upper mold 53a. The desired glass optical element is formed by pressing. Simultaneously with the rise of the lower mold 53b, the mold heating device 34 is cut off, and a non-oxidizing gas is flown into the mold mold and blown from the outside, thereby cooling the mold. And when the temperature of a shaping | molding die becomes below the transition point of glass, the lower mold | type 53b is lowered | hung and a glass optical element can be carried out now.
[0035]
Next, the glass optical element on the lower mold is carried to the carry-out unit 31 by the carry-out handler 32. That is, as shown in FIG. 1, the carry-out handler 32 is driven, its arm 32b is rotated, and the suction pad 32c at the tip is moved onto the lower mold. The glass optical element G on the lower mold is sucked by the suction pad 32c, the arm 32b is rotated, and the arm 32b is conveyed to the lifting / lowering means below the carry-out portion 31, and the suction of the suction pad 32c is released to the lifting / lowering means. Pass the glass optical element. The raising / lowering means is raised and the glass optical element is carried out of the molding chamber 30 through the carry-out chamber of the carry-out unit 31. The mold heating device 34 is energized as soon as the glass optical element is unloaded from the lower mold, and heats the mold to a predetermined temperature in preparation for the next press molding. By continuously performing the above procedure, the glass optical element is efficiently produced.
[0036]
As described above, the levitation jig (the levitation pan) has a thermal cycle in order to heat the glass preform by the heater and to receive and deliver the glass preform at a predetermined position from the heater. Become. Specifically, the step (1) of supplying the glass material to the levitation jig, the step (2) of heating the glass material on the levitation jig, and transporting the heated glass material to the position of the mold in the levitated state. There is a step (3) of supplying the glass preform to the mold. In the steps other than (2), there are many cases where they are not usually heated. On the other hand, in step (2), the glass preform is heated to a temperature suitable for press molding, and therefore, sufficient temperature control must be performed.
[0037]
In the present invention, when the preheated glass preform is dropped and supplied to the mold, for example, the supply of the floating gas is stopped almost simultaneously. The supply of airflow is stopped almost at the same time as the glass material falls from the levitation jig. The glass material is molded after the levitation jig starts moving (including rotation) to drop the glass material. The supply of the airflow is stopped at an arbitrary point in time until the fall on the mold is finished. Preferably, the stop timing can be set as follows. In the case of the split type floating jig, an opening is formed by the split mold, and the glass preform falls through the space. For example, if the diameter of the glass preform is 2R, 2R-50% After the opening is good. Preferably, it is in the range of 2R-10% to 2R + 10%. The opening speed can be appropriately set so that the glass preform does not contact the floating jig. For example, the opening speed can be 2R to 100R / sec, preferably 5R to 50R / sec. The maximum radius R of the glass material (glass preform) refers to the maximum radius of the glass material. If the glass material is a sphere, it is the radius of the sphere. If the glass material is marbled, it means the radius of the largest diameter portion.
[0038]
The levitation jig drops and supplies the glass preform onto a forming die (specifically, a lower die), then moves to a position where the glass preform is received, and receives the glass preform for the next heating. At this time, the temperature of the glass preform supplied to the levitation jig may be room temperature or preheated.
[0039]
In the first production method of the present invention, the levitation gas is heated so that the glass material has a glass transition temperature of 10 to 10 by heating. ¹¹ It remains stopped until it reaches a predetermined temperature equivalent to the positive pressure. When the predetermined temperature is reached, gas supply is started and a constant flow rate is maintained until the stop. The constant flow rate is preferably the minimum flow rate that allows the glass preform to float stably. When the start of the supply of the floating gas reaches a temperature equal to or higher than the above temperature range, the glass is likely to be fused to the floating dish, and the appearance of the molded lens tends to deteriorate. On the other hand, if the supply gas is not stopped until the temperature range is reached and the supply of the floating gas is continued, the temperature of the levitation jig is lower than that when the supply gas is stopped, and the next glass supplied The temperature rise rate of the preform is also slowed down. As a result, in order for the glass preform to be heated to a temperature suitable for molding, it takes time until the temperature of the floating jig recovers to the molding temperature, and the cycle time becomes long. Here, the predetermined temperature of the glass material when the supply of the floating gas is started here means the temperature in the vicinity of the surface when there is a temperature difference between the inside and outside of the glass material. This can be obtained using a radiation thermometer, a thermoviewer, or the like.
[0040]
As for the supply of the levitation gas, the temperature of the levitation jig is changed from the glass transition temperature to the viscosity of the glass material by heating. ¹¹ Starting from the point of time corresponding to the pressure is preferable from the viewpoint that fusion can be prevented and an optical element with good surface accuracy can be produced efficiently. As for the supply of levitation gas, the viscosity of the glass material is 10 ¹² Phase 10 ¹¹ It is more preferable to start when the temperature corresponding to the pressure is reached.
[0041]
The gas supply flow rate to the levitation jig can be constant from the supply start to the stop. Further, the flow rate of the levitation gas is, for example, about 1 to 3 liters per minute, preferably 1.5 to 2 liters if the glass material weight is about 1.5 g. The levitation gas may be an inert gas, and nitrogen gas or the like is preferably used.
[0042]
The first manufacturing method of the present invention will be further described with reference to FIG.
In the manufacturing method of the present invention, the temperature of the floating dish is indicated as T1, the temperature of the glass material is indicated as T2, the temperature of the floating dish of the comparative example is indicated as T3, and the temperature of the glass material is indicated as T4. Furthermore, the flow rate of the levitation gas in the production method of the present invention is indicated as G1, and the flow rate of the levitation gas in the comparative example is indicated as G2. In any case, the floating gas supply is stopped when the glass preform is dropped onto the mold.
In the production method of the present invention, after the next glass preform is supplied onto the floating jig, the glass preform temperature is set to the glass viscosity of the glass preform. ¹¹ The flotation gas was not supplied until the temperature corresponding to the positive temperature to the predetermined temperature of the glass transition temperature. On the other hand, in the comparative example, the floating gas is supplied from the time when the glass preform is supplied onto the floating jig as described above.
[0043]
Comparing the two, in the manufacturing method of the present invention, there is a decrease in the temperature of the levitation jig, the time until the levitation jig drops and supplies the glass preform to the mold, and the next glass preform is supplied. Since the gas is stopped at an appropriate timing, the temperature recovery is quick, and an effect of shortening the cycle time by about 20% is obtained compared to the comparative example. The heating temperature of the glass preform at this time is 10 ⁷ It is appropriately performed at a molding temperature equivalent to the positive pressure.
[0044]
The present invention is not limited to this example. The effect of the present invention, that is, even when the glass preform is supplied to the floating jig, the temperature of the glass material is Tg-10. ¹¹ Change the equipment and heating pattern to the extent that it is possible to shorten the cycle time by preventing the escape of heat from the floating jig by substantially not supplying the floating gas until a predetermined temperature equivalent to the phase is reached. can do. In this example, the glass preform is supplied to the floating jig at room temperature, but may be supplied after preheating.
[0045]
Next, FIG. 5 shows an example in which the cycle time is the same as that of the comparative example.
Here, by controlling the supply of the levitation gas in the same manner as shown in FIG. 4, it is possible to prevent the heat of the levitation jig from escaping, and as a result, when the glass preform is dropped and supplied to the mold The temperature of the floating jig can be increased. For this reason, a glass material having a higher Ts temperature (deflection point) can be heated to a temperature at which press molding can be performed.
[0046]
In the second manufacturing method of the present invention, the supply of the levitation gas is carried out with the temperature of the levitation jig and the viscosity of the glass material being 10 ¹⁴ Over the temperature corresponding to the phase, 10 ¹¹ It remains stopped until a predetermined temperature equal to or lower than the temperature corresponding to the positive pressure is reached. When the predetermined temperature is reached, the supply of the floating gas at a predetermined flow rate is started, and the glass material is floated on the floating jig. The supply flow rate of the levitation gas is greater than 0 (zero) and smaller than A at the start of gas supply. However, A is the minimum flow rate at which the glass material can be stably floated. The gas flow rate is increased until a predetermined flow rate equal to or higher than A is reached until a predetermined time point from the start of supply to the stop. The time point at which the increase in the gas flow rate is stopped may be the time point when the supply is stopped, or may be an appropriate time point before the supply is stopped. It can be appropriately selected according to the rate of increase of the gas flow rate and finally the appropriate gas flow rate. Further, the gas flow rate may be increased linearly, stepwise, or increased with acceleration. Examples of linear increase are shown as G3 (example of increase in gas amount) and T5 (temperature change of the glass material at that time) in FIG.
[0047]
FIG. 6 shows how the gas flow rate changes in the second manufacturing method of the present invention.
FIG. 6A shows an example in which the gas flow rate is linearly increased until the glass material is dropped and supplied to the mold. (B) is an example in which the gas flow rate is linearly increased until a predetermined time, and then the glass material is supplied in a constant amount until it is dropped and supplied to the mold. (C) is an example in which the gas flow rate is increased stepwise, and (d) is an example in which the gas flow rate is increased with a positive acceleration. The levitation gas may be an inert gas, and nitrogen gas or the like is preferably used.
[0048]
The on / off control of the supply gas can be performed by, for example, an electromagnetic line valve in both the first manufacturing method and the second manufacturing method. Further, when the gas supply amount is increased in the second manufacturing method, a mass flow controller can be further used.
[0049]
As shown in FIG. 1, the present invention provides an advantageous effect in a manufacturing method (1: 1 molding) in which one heated glass preform is sequentially supplied to one mold. However, even in a method in which a plurality of glass preforms are heated and sequentially supplied to one mold (multiple: 1), or a method in which one glass preform is sequentially heated and supplied to a large number of molds sequentially. The cycle time can also be shortened. These can be appropriately selected according to the cycle time required for heating the glass preform and press molding.
For example, in the (multi: 1) method, a method in which two arms alternately supply glass preforms to the mold can be mentioned. For this purpose, the arrangement in the chamber may be symmetrical and the mold may be arranged in the center. This method is effective when the heating cycle of the glass preform is longer than the molding cycle time.
[0050]
A suitable molding temperature is such that the viscosity of the glass material is, for example, 10 ⁵ -10 ⁹ A temperature corresponding to the phase, preferably 10 ⁶ -10 ⁸ This is the temperature corresponding to the phase.
[0051]
In the conventional method, when the glass preform falls due to splitting of the floating jig, the supply of the floating gas is continued, and if it causes an unfavorable air flow near the split surface, the stability of the drop is impaired. There is a case. For example, if a gas stream released in the horizontal direction from the split surface of the floating jig occurs in the space where the glass preform falls, the drop stability of the glass preform is impaired. On the other hand, in the present invention, since the air flow is stopped almost simultaneously with the fall, there is an advantage that the drop stability can be obtained without designing a special floating jig for preventing the air flow as described above.
[0052]
By continuously performing the floating gas control (on / off) of the present invention, that is, by providing a timing for stopping the supply of the floating gas to a predetermined point, the most efficient molding cycle can be realized with a predetermined amount of heat. it can. If the stop time of the floating gas is not set as in the present invention and the cycle time is to be shortened, preheating of the glass preform becomes insufficient and the shape of the optical element to be molded is adversely affected. Or, if the power of the heater that heats the levitation jig and glass preform is increased, the temperature recovery of the levitation jig will be faster, but the energy efficiency will be poor, and appropriate equipment considerations will be required for heating large volumes. become.
[0053]
【The invention's effect】
According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to shorten the cycle time in the continuous production of glass optical elements as compared with the conventional method.
In particular, the present invention is characterized in that the start of supply of the floating gas is delayed as much as possible in order to minimize the cycle time. At least the glass material is Tg (glass viscosity is 10 ^13.5 The cycle time can be greatly shortened by starting the gas supply after being heated to a temperature equal to or higher than the temperature corresponding to the vicinity of the pressure.
[0054]
In addition, according to the production method of the present invention, instead of shortening the cycle time, the glass preform can be heated to a higher temperature according to the present invention. A glass optical element can be manufactured by press molding using an apparatus having the same heating capacity.
[0055]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
Example 1
<Cycle time reduction effect>
In the molding apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 2, an upper master die 51a and a lower master die 51b are respectively attached to an upper main shaft 57a and a lower main shaft 57b of the press. An upper mold 53a and a lower mold 53b are attached to the mold 51b. Further, an upper sleeve 52a and a lower sleeve 52b are provided on the outer periphery of the upper die 53a and the lower die 53b. Guide pins 55a project from the upper mother die 51a, and correspondingly, guide holes 55b are provided in the lower mother die 51b. The upper mother die 51a and the lower mother die 51b are made of a tungsten alloy, and the upper die 53a, the lower die 53b, and the sleeve 52a are made of silicon carbide, and are made of a material whose molding surface is covered with a carbon-based thin film.
[0056]
Using this device, a marble-shaped preform of barium borosilicate glass (transition point 515 ° C., yield point 545 ° C.) is pressed to form a convex meniscus shape having an outer diameter of 18 mm (one surface is spherical and the other surface is aspheric). ) Lens was molded.
The marble preform G is levitated and heated and softened by an air flow (levitation gas) ejected from below on a split type floating plate 25 (made of glassy carbon) on a support arm 24 that can be opened and closed as shown in FIG. It was. Thereafter, the support arm 24 is inserted between the upper and lower induction heating coils 56a and 56b, and the support arm 24 is quickly opened immediately above the lower mold 53b, so that the floating plate 25 is divided into left and right, and the preform G is It was supplied on the lower mold | type 53b by dropping on the lower mold | type 53b from the levitation | floating tray 25. FIG. The floating gas was stopped at the same time as the division was completed. It is preferable that the preform G is dropped with a funnel-shaped member or the like sandwiched between the floating plate 25 and the lower die 53b so that the preform G falls more reliably without being misaligned in the center of the lower die 53b. The mold temperature at the start of pressing is 10 in terms of glass viscosity. ⁹ The preform is 10 ° F as the temperature near the float. ⁷ It was poor.
[0057]
Immediately thereafter, the support arm and funnel are retracted from above the lower mold, the high-frequency power is turned off, and the lower matrix is raised to 400 kg / cm. ² The pressure was pressed. After cooling to below the glass transition point, the lower base mold was lowered about 50 mm and released, and a suction pad (not shown) was inserted between the upper and lower induction heating coils, and the molded product was taken out. The upper and lower mold temperatures were immediately restored to the press start temperature by the high frequency power.
[0058]
On the other hand, the support arm moves quickly to the supply position to receive the next preform, and then receives the supply. After that, it moves again into the rapid heating furnace and recovers the temperature. Due to the movement of the levitation pan outside the rapid heating furnace, the glass viscosity is reduced to 10 in just 10 seconds. ⁷ To 10 ¹³ It descended rapidly to near the horse. This travel time is a value determined by the apparatus configuration and device performance, and time reduction is not easy. In addition, it is difficult to improve the heat retaining property of the moving space from the protection of each member. Therefore, the start timing of supplying the floating gas to the preform supplied to the floating jig was changed, and a comparative test was performed until the floating jig reached a predetermined temperature. The results are shown below.
[0059]
FIG. 4 shows the rising plate temperature, the preform temperature, and the flying gas flow rate in the above-described molding of a convex meniscus lens having an outer diameter of 18 mm. The levitation jig reflects its function and movement and has a constant thermal cycle. In accordance with the conventional conditions, the floating gas was stopped at the timing of the drop supply, and the gas supply was resumed immediately after receiving the next preform. At this time, the temperature of the ascending dish is 10 ⁷ The time to reach the phase was 180 seconds, and the total process cycle was 190 seconds.
[0060]
Next, after the preform is supplied, the preform temperature is 10 ¹³ No gas is supplied even when the pressure exceeds 10 ¹¹ When the gas supply was restarted from the vicinity of the pressure, the preform temperature was 10 ⁷ The time until reaching the phase is 140 seconds, and the total process cycle is 150 seconds, which can be shortened by 40 seconds. At this time, the molded lens was not inferior to the 190-second cycle product in terms of thickness, surface accuracy, and various performances. There was no problem with the appearance of most concern, such as flotation dish marks on the lens surface, and a good product was obtained. Therefore, the preform temperature is 10 in terms of glass viscosity. ¹¹ By stopping the levitation gas supply to the vicinity of the positive pressure, the heating speed could be increased without adversely affecting the preform.
In this apparatus, since the former is fast in the temperature cycle of the mold and the floating plate, it is an extremely effective means for shortening the cycle time.
[0061]
Example 2
<Glass material temperature rise effect>
FIG. 5 shows how much the reached temperature rises at the time of supply to the mold due to the difference in gas supply timing when the cycle time is 190 seconds.
The preform temperature in the convex meniscus lens molding of 18 mm in outer diameter from FIG. ⁷ 10 from Phaos ^6.5 It rose to the positive. At this time, an increase of 14 ° C. was observed in the temperature of the floating dish.
[0062]
Here, while maintaining the same lens shape, the glass type has a higher softening point (the preform is 10 at the time of supply to the mold). ⁷ When the float gas supply timing was changed, the preforms were supplied to the flotation pan and the gas supply started at the same time as the lens spec. It became poor elongation.
Next, the lenses with delayed timings were able to mold good quality lenses, including the thickness. Thus, by delaying the gas supply timing to such an extent that the appearance is not affected, it is possible to form a glass type having a higher softening point without increasing the heating power in the same apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan sectional view of a press forming apparatus according to an embodiment to which the present invention is applicable.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a mold and a mold heating device in a press device 33. FIG.
FIG. 3 is a plan view showing an arm tip of a supply handler 23 installed in a heating chamber 20, and a cross-sectional view taken along the line AA.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the flotation dish temperature, preform temperature, and flotation gas flow rate in convex meniscus lens molding in Example 1.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the rising plate temperature, preform temperature, and flying gas flow rate in convex meniscus lens molding in Example 2.
FIG. 6 shows various aspects of changes in gas flow rate in the second production method of the present invention.

Claims

In a method of manufacturing a glass optical element by press molding a heated glass material using a mold,
Supplying glass material to the levitation jig (1),
A step of heating the supplied glass material (2), and a step of supplying the heated glass material from the levitation jig to the mold (3),
Is repeated, the heated glass material is sequentially supplied to the mold,
In the step (2), the temperature of the glass material, the glass transition temperature or higher, when the viscosity of the glass material becomes 10 ¹¹ Ho ° Ass゛Ni corresponding temperature below the predetermined temperature, floating jig for floating the glass material When the glass material is levitated on the levitation jig and the heated glass material is removed from the levitation jig to be supplied to the mold in step (3). The method is characterized in that the gas supply is stopped substantially simultaneously.

2. The gas supply to the levitation jig is started when the temperature of the glass material reaches a temperature corresponding to a viscosity of 10 ¹² to 10 ¹¹ poise of the glass material. Manufacturing method.

The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein a gas supply flow rate to the levitation jig is constant from a supply start to a stop.

In a method of manufacturing a glass optical element by press molding a heated glass material using a mold,
Supplying glass material to the levitation jig (1),
A step of heating the supplied glass material (2), and a step of supplying the heated glass material from the levitation jig to the mold (3),
Is repeated, the heated glass material is sequentially supplied to the mold,
In the step (2), when the temperature of the glass material becomes a predetermined temperature that is equal to or higher than the temperature corresponding to 10 ¹⁴ poise and the viscosity of the glass material is equal to or lower than the temperature corresponding to 10 ¹¹ poise, The gas supply to the levitation jig is started, the glass material is levitated on the levitation jig,
The gas flow rate at the start of gas supply is greater than 0 (zero) and smaller than A (where A is the minimum flow rate for stably floating the glass material),
The gas flow rate increases until a predetermined flow rate equal to or higher than A until a predetermined point in time from the start of supply to stop, and in step (3), the heated glass material is supplied from the floating jig to the mold. The method is characterized in that the gas supply is stopped at substantially the same time as it is removed.

The manufacturing method according to claim 4, wherein the increase in the gas flow rate is a linear increase.

The manufacturing method according to claim 4, wherein the increase in the gas flow rate is a stepwise increase.

The manufacturing method according to claim 4, wherein the increase in the gas flow rate is an increase with acceleration.