JP2007022852A - ガラス光学素子成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形型に張り付いたガラス光学素子を容易に剥離できるガラス光学素子成形装置を提供する。
【解決手段】このガラス光学素子成型装置は、転移点以上に加熱されたガラスブランク１６ａを上，下型１，２の凸，凹状成型面１ａ，２ａにより押圧成形し、ガラスレンズ１６ａを得る装置であるが、成型直後の状態で上型の凸状成型面１ａ側に張り付いているガラスレンズ１６′に対してその張り付き境界ポイントＰ0 に向けて上，下型外周に設けられるスリーブ５の外側からガスを噴射する。ガス噴射によってガラスレンズ１６′を剥離させる。剥離したガラスレンズ１６″は、不測の位置に飛び出すことなくスリーブ５に設けられる受け金８のレンズ受け部８ａに当たり、下方のブランク保持リング６内に落下する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガラス素材からガラス光学素子を成形するガラス光学素子成形装置に関する。

鏡面仕上げを行った成形面をもつ一対の成形型によりガラス素材を加熱軟化した状態でプレス成形によりガラスレンズ等の光学素子を製造するガラス光学素子成形装置がある。このガラス光学素子成形装置においては、成形後、所定温度に冷却して成形された光学素子を安定して確実に成形型から離型し、該光学素子をオートローダーで搬出できるようにする必要がある。

ところが、ガラス光学素子成形装置においては、上記上下型の成形面の素材及び形状、並びに成形素材の組成及び離型温度によっては、成形された光学素子（例えばガラスレンズ）が型の成形面に張り付いて、光学素子の自動取出しが行えなくなる。特に、型形状が凸形状である場合にはガラスと型の熱膨張率の相違により、張り付きが起きやすい。そして、凸形状の型は、上下型のうち上型に用いられることが多く、上型成形面へ張り付いた光学素子を強制的に離型した場合、所定外の時や場所に落下したり、該光学素子を破損する可能性もあり、生産性上の問題があった。

そこで、特許文献１に開示された光学素子の成形方法は、型部材とガラス光学素子との隔離を強制的に行うことにより離型不良発生を防止し、タクトタイムの短縮を可能とする成形方法を提供するものである。この成形方法においては、プレス成形後のガラス光学素子の冷却工程において、転移点Ｔｇ以下の温度に達したとき、スリーブに設けた孔から冷却ガスを上記ガラス光学素子の一部分に噴射して、ガラス成形品内に非軸対称的な温度分布を生じさせ、型部材とガラス光学素子間の界面に生じる応力の集中度を高くし、上記型部材と上記ガラス光学素子との剥離を容易にしている。
特許文献１は、特開２００２−３２１９３１号公報である。

しかし、上述の特許文献１に開示されている成形方法では、成形品であるガラス光学素子の一部のみを冷却して軸対称的な温度分布を生じさせているためにガラス内部の応力が不均一状態となり、形状によってはガラス光学素子の精度を確保することが困難となる。また、偏肉度の高いガラス光学素子の場合、上述した一部の冷却により割れが発生する可能性もある。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、成形型に張り付いたガラス光学素子を容易に剥離できるガラス光学素子成形装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載のガラス光学素子成形装置は、ガラス素材からガラス光学素子を成形するガラス光学素子成形装置において、上記ガラス素材を押圧して上記ガラス光学素子を成形するための一対の型と、成形後の上記一対の型の一方の型に張り付いたガラス光学素子を剥離させるため、該ガラス光学素子に対しガスを噴射するガス噴射装置とを有する。

本発明の請求項２に記載のガラス光学素子成形装置は、請求項１に記載のガラス光学素子成形装置において、さらに、上記―方の型から剥れ飛んだ上記ガラス光学素子を上記一対の型の側方にて受ける受け部材を有する。

本発明の請求項３に記載のガラス光学素子成形装置は、請求項１、または、２に記載のガラス光学素子成形装置において、上記一対の型の軸心を合わせるためのスリーブ部材を有し、該スリーブ部材の側方には上記ガス噴射装置のノズルと対向する開口を有する。

本発明の請求項４に記載のガラス光学素子成形装置は、請求項２に記載のガラス光学素子成形装置において、上記一対の型の軸心を合わせるためのスリーブ部材を有し、該スリーブ部材の側方に上記受け部材を有する。

本発明によれば、成形型に張り付いたガラス光学素子を容易に剥離できるガラス光学素子成形装置を提供することができる。

以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての光学素子成形装置であるガラスレンズ成形装置の主要部を示す断面図であって、型開き状態でガス噴出による離型動作開始状態を示す。図２は、上記ガラスレンズ成形装置に適用される受け金の斜視図である。図３は、上記受け金のスリーブへの装着状態を示す断面図であって、図３（Ａ）は、受け金装着中の状態を示し、図３（Ｂ）は、受け金装着終了状態を示す。図４は、上記ガラスレンズ成形装置における離型動作中の型まわりの要部断面図である。

本実施形態のガラスレンズ成形装置３０は、ガラス素材であるガラスブランク１６Ａを加熱軟化させ、一対の成形型で押圧し、冷却後に上記成形型間を開放して所望の面形状を有するガラス光学素子のガラスレンズ１６を得る装置である。

ガラスレンズ成形装置３０は、主要構成部材としてレンズ成形を行う成形部と、上記成形部を密閉する密閉炉部と、駆動装置を有する架台部とからなり、ガラスブランク１６Ａおよびガラスレンズ１６の搬送装置（図示せず）も装備されている。

上記成形部は、図１に示すように一対の成形型である上型１，下型２と、下型２に支持されるブランク保持リング６と、上型１，下型２に嵌合するスリーブ５と、スリーブ５に着脱自在に取り付けられる受け部材としての受け金８と、上型１を支持し、後述の駆動装置２０により上下方向（Ｙ方向）に駆動される上軸３と、下型２を支持し、架台部のベース板に着脱自在に装着される下軸４とを有してなる。

上記密閉炉部は、図１に示すように炉取り付け板２４と、該取り付け板２４に固着される炉上板２５と、炉上板２５に固着される外筒２６と、炉上板２５に着脱自在に装着される石英管２７と、外筒２６と石英管２７の間に固定配置され、型，ガラスブランク加熱用熱源の１つである複数のランプヒータ２８と、ガラスレンズを型から剥離するためのガス噴射装置を構成するガス噴射管９とを有してなる。

上記架台部は、図１に示すように天板２１と、ステージ２３と、ステージ２３の下方に配されるベース板（図示せず）と、該天板，ステージ，ベース板を支持する支持部材２２と、天板２１に取り付けられ、上軸３を上下方向に駆動するためのエアーシリンダ等からなる駆動装置２０とを有してなり、また、密閉炉部内の密閉状態を保つために天板２１と炉取り付け板２４との間にベローズ２９が配されている。

上記成形部において、上型１，下型２は、ガラスブランク１６Ａからガラスレンズ１６を成形するに足る温度領域で十分な強度を有する超硬合金、例えば、ＷＣ合金やＳｉＣ等によって形成される。上型１，下型２の先端部にはそれぞれ凸状成形面１ａ，凹状成形面２ａが形成されている。また、上型１，下型２の内部には、型，ガラスブランク加熱用のカートリッジヒータ１１，１３および型温度制御のための型温度検出用の熱電対１２，１４が埋め込まれている。

上型１は、上面側が上軸３に固定支持されており、駆動装置２０により上軸３を介して上下方向（Ｙ方向）に駆動される。また、下型２は、下面側がステージ２３の下方のベース板に取り付けられた下軸４に固定支持されている。なお、上軸３，下軸４には、上，下型冷却用の冷却水が通る流路（図示せず）が形成されている。

ブランク保持リング６は、下型２の成形面側外周部に位置決めされた状態で嵌入しており、該保持リング６には搬入されたガラスブランク１６Ａが挿入され、下型２に対するガラスブランク１６Ａの成形前の中心位置決めがなされる。

スリーブ５は、円筒形状の超硬合金、または、セラミックス材料で形成され、上方部が上型１にボルト１５により精密嵌合状態で固着され（隙間５μｍまたはそれ以下の極めて少ない嵌合状態）、同時に下型２に対してスライド可能に精密嵌合可能である（隙間５μｍ程度の極めて少ない嵌合状態）。このように嵌合隙間が極めて少ないことから上型１が降下した型閉じ状態でスリーブ５が下型２とも嵌合することによって上型１と下型２との軸心合わせがなされ、また、上型１，下型２、および、ガラスブランク１６Ａを保温すると同時に石英管２７を透過したランプヒータ２８の照射熱が効率よく型側に伝達される。

また、スリーブ５の外周面である側面部の右方側に内周面に貫通した開口部５ｂが設けられ、開口部５ｂに対向する側の側面部に受け金８が装着可能な貫通穴である受け金装着穴５ａが設けられる。

受け金８は、図２の斜視図に示すように耐熱性のある板バネ材を折り曲げて形成されており、先端部に折り曲げて形成されるレンズ受け部８ａと、レンズ受け部８ａの後方上下に形成される弾性変形可能な斜面部８ｂと、位置決め凸部８ｃと、平行部８ｄと、上下側に折り曲げられたストッパ部８ｅとが設けられている。

この受け金８は、図３に示すようにスリーブ５の受け金装着穴５ａの外側からストッパ部８ｅを押圧してＳ1 方向に窄めながらレンズ受け部８ａ側より挿入し（図３（Ａ））、スリーブ５の受け金装着穴５ａに位置決め凸部８ｃとストッパ部８ｅとで径方向の位置決めをした状態で装着される（図３（Ｂ））。この受け金８の装着状態では、上記成形部が離型動作状態にあるとき、受け金８の先端のレンズ受け部８ａは、ブランク保持リング６の内周部６ａの上方近くであって、上型１の成形面１ａに張り付いたガラスレンズ１６′の外径部側方に位置する（図３（Ａ），（Ｂ））。また、受け金８は、交換が可能であって、取り外し時には、図３（Ｂ）に示す装着状態からストッパ部８ｅを押圧して内側に窄めながら外方に抜き出すことができる。

上記密閉炉部において、炉取り付け板２４は、成形工程中の初期の型移動期間に上軸３の鍔部３ａを介して上軸３の下方移動に連動し、外筒２６，石英管２７，ランプヒータ２８とともに下方向（Ｙ方向）に移動し、外筒２６の下端部がステージ２３に当接して停止する。上記当接状態では、外筒２６内は、密閉された状態に保たれ、窒素ガス充填可能となる。なお、上記密閉状態を得るために外筒２６の下端部のステージ２３との当接面にはシール部材（図示せず）が配されている。

型開き状態での加熱期間経過後の型閉め期間には、上軸３がさらに降下するが、その上軸３の降下時、炉取り付け板２４の上軸３との連動状態は絶たれ、言い換えると、上軸３の鍔部３ａが炉取り付け板２４の下面から離れ、外筒２６は停止したまま上記密閉状態が保たれる。

ガス噴射管９は、炉取り付け板２４に装着され、該取り付け板２４を挿通して成形部のスリーブ５の外側面に沿って配される。ガス噴射管９の先端部には、ガス噴射用ノズル部９ａが設けられている。炉取り付け板２４とスリーブ５とは、上型１の上下移動時に相対移動する期間があるがノズル部９ａおよびガス噴射管９をスリーブ５の外側に配することによって互いに干渉することがない。そして、成形部が後述する離型動作状態にあるとき、上型１が型閉め状態からわずかに上昇しているが、その状態でノズル部９ａがスリーブ５の開口部５ｂに接近して対向し、さらに、ノズルの噴射方向に前方に上型１の成形面１ａと成形後張り付き状態にあるガラスレンズ１６との張り付き面の境界ポイントＰ0 が位置するような位置関係になっている（図１，４）。

次に、上述した構成を有するガラスレンズ成形装置３０によるガラスレンズ１６の成形工程について説明する。
まず、上軸３を上方に移動させ、型開放状態とする。スリーブ５と密閉炉部も上方にあって、下型２側のブランク保持リング６の周囲は、開放されている。そこで、搬送装置（図示せず）によりガラスブランク１６Ａを搬入し、ブランク保持リング６内に挿入し、載置する。

駆動装置２０により上軸３を降下させ、図１に示すように外筒２６をステージ２３に当接させて炉内を密閉状態とし、上軸３を一旦停止させる。

上記密閉状態で外筒２６内を真空状態として窒素ガスで置換し、カートリッジヒータやランプヒータ２８に通電し、上型１，下型２，スリーブ５、および、ガラスブランク１６Ａの加熱を開始する。この加熱期間中、上下型１，２は型閉め前の型開き状態を保っている。

上記加熱により型温度がねらいの温度（ガラスブランク転移点を上回る温度、例えば、５００°Ｃ〜６００°Ｃ）に到達したら上軸３の降下を再開させる。上軸３の降下により上型１と下型２によるガラスブランク１６Ａの押圧成形が開始される。

ガラスブランク１６Ａが所定の厚みまで押圧された型閉め状態で上型１の降下を停止させる。ガラスブランク１６Ａは、ブランク保持リング６の内部でガラスレンズ１６として上下面が上，下型の成形面１ａ，２ａにより転写される。

上記押圧成形動作によりガラスレンズ１６の形状が決まった後、カートリッジヒータおよびランプヒータ２８の通電を停止させ、上下軸３，４の冷却流路に冷却水（純水）を通して型，ガラスレンズの強制冷却を行う。

上，下型温度が所定の温度（転移点以下）まで下がったところで、上型とスリーブ５をわずかに上昇させる。この上型上昇状態では、成形されたガラスレンズ１６は、図１，４に示すように上型の成形面１ａに張り付いたままの状態（図４中、１６′で示すガラスレンズの状態）であり、上型とともにブランク保持リング６から抜け出した位置に移動している。また、スリーブ５の開口部５ｂに対向した場所にガス噴射管９のノズル部９ａが位置しており、さらに、ノズル部９ａに噴射方向前方にガラスレンズ１６と上型１との張り付き面境界ポイントＰ0 が位置している（図１）。この状態でガラスレンズ１６が変形しない温度、また、上，下型１，２の型温度が型部材の酸化しない温度（２００°Ｃ付近）まで下がるのを待ち、後述する離型動作に入る。

上記離型動作時においては、図４に示すようにガス噴射管９に供給された圧縮窒素ガスをノズル部９ａより上記張り付き面境界ポイントＰ0に向けて噴射させる。噴射された窒素ガスの噴射力がガラスレンズ１６′と成形面１ａの境界面を開くように作用し、ガラスレンズ１６″の凹面１６ａが成形面１ａから剥離される。剥離の勢いによってはガラスレンズ１６″が不測の位置に吹き飛ばされることが考えられるが、剥離したガラスレンズ１６″の外周面がガス噴射方向の前方にある受け金８のレンズ受け部８ａに当たるので、ガラスレンズ１６″は、そのままブランク保持リング６側に落下して、該リング６の内周部６ａに収まる。

その後、再度上軸３を上昇させ、型開放状態とする。同時に外筒２６も上軸の鍔部３ａにより吊り下げられて上昇し、炉開放状態となる。

上記開放状態で搬送装置を下型２の上方に挿入し、ガラスレンズ１６を吸着してブランク保持リング６から取り出し、本成形装置３０の外に搬出し、ガラスレンズ１６の成形工程の一サイクルが終了する。

上述した本実施形態のガラスレンズ成形装置３０によれば、型開き状態にて上型１の成形面１ａに張り付いたガラスレンズ１６を、窒素ガスを張り付き面境界ポイントＰ0に向けて噴射させることによって簡単に離型させることができる。また、ノズル部９ａ含めてガス噴射管９を密閉炉部側に固定して支持した状態でスリーブ５の外側に配されていることからスリーブ５との干渉が生じない。また、スリーブ５にガス供給管を接続する必要もなくガス噴射管９を容易に配設することができる。

さらに、張り付いたガラスレンズ１６の側方に受け金８を配すことによって、ガスの噴射力によりガラスレンズ１６がブランク保持リング６の外方に吹き飛ばされて傷つくことが避けられる。また、上型に張り付いたガラスレンズ１６をブランク保持リング６から外れた上方に移動させた状態でガスを噴射させるのでガラスレンズ１６が上型の成形面１ａから剥がれるための変位の自由度が確保され、確実に剥離を行うことができる。しかも、ガラスレンズ１６は、割れ等のない状態で確実に剥離され、型開き後の上記ガラス光学素子の取り出しも容易となる。そして、その結果、連続した生産を中断することなく、生産性の向上も図れる。

また、離型後のガラスレンズ１６がブランク保持リング６の内部に落下することから搬送装置によるガラスレンズの取り出しも容易に行うことができる。

また、受け金８がスリーブ５に対して簡単に着脱可能であることから受け金８が損傷したときなどの補修が容易である。

なお、本実施形態においては、受け金８の１つをスリーブ５に装着するようにしたが、受け金８を上型成形面の周囲に複数個配置することによってガラスレンズ１６をより安全、確実に受け止めることができる。

この発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

本発明によるガラス光学素子成形装置は、成形型に張り付いたガラス光学素子を容易に剥離できるガラス光学素子成形装置として利用できる。

本発明の一実施形態としての光学素子成形装置であるガラスレンズ成形装置の主要部を示す断面図であって、型開き状態でガス噴出による離型動作開始状態を示す。 図１のガラスレンズ成形装置に適用される受け金の斜視図である。 図２の受け金のスリーブへの装着状態を示す断面図であって、図３（Ａ）は、受け金装着中の状態を示し、図３（Ｂ）は、受け金装着終了状態を示す。 図１のガラスレンズ成形装置における離型動作中の型まわりの要部断面図である。

符号の説明

１ …上型（一対の型の一方）
２ …下型（一対の型）
５ …スリーブ（スリーブ部材）
５ｂ…開口部（スリーブ部材の開口）
８ …受け金（受け部材）
９ …ガス噴射管（ガス噴射装置）
９ａ…ノズル
１６Ａ…ガラスブランク（ガラス素材）
１６ …ガラスレンズ（ガラス光学素子）

Claims (4)

1. ガラス素材からガラス光学素子を成形するガラス光学素子成形装置において、
   上記ガラス素子を押圧して上記ガラス光学素子を成形するための一対の型と、
   成形後の上記一対の型の一方の型に張り付いたガラス光学素子を剥離させるため、該ガラス光学素子に対しガスを噴射するガス噴射装置と、
   を有することを特徴とするガラス光学素子成形装置。
2. さらに、上記―方の型から剥れ飛んだ上記ガラス光学素子を上記一対の型の側方にて受ける受け部材を有したことを特徴とする請求項１に記載のガラス光学素子成形装置。
3. 上記一対の型の軸心を合わせるためのスリーブ部材を有し、該スリーブ部材の側方には上記ガス噴射装置のノズルと対向する開口を有することを特徴とする請求項１、または、２に記載のガラス光学素子成形装置。
4. 上記一対の型の軸心を合わせるためのスリーブ部材を有し、該スリーブ部材の側方に上記受け部材を有したことを特徴とする請求項２に記載のガラス光学素子成形装置。

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