JP2007076945A - ガラスレンズの成形方法及び成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用回数を重ねた金型であっても、高精度な形状を有するガラスレンズを成形することができるガラスレンズの成形方法およびガラスレンズの成形装置を提供すること。
【解決手段】 部位により肉厚が異なるガラスレンズを金型２５で成形するガラスレンズの成形方法であって、金型２５内に収容されたガラス素材１２を加熱して溶融する加熱工程と、溶融されたガラス素材１２を加圧して、金型２５の形状を転写する加圧工程と、加圧されたガラス素材１２を冷却する冷却工程とを備え、前記冷却工程において、ガラス素材１２が歪み点よりも高温の状態の際、金型２５が経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に経年変化した後の冷却速度を変更するように制御する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ガラスレンズを金型を用いて成形するガラスレンズの成形方法及び成形装置に関する。

液晶プロジェクター、カメラ、光磁気ディスク等の様々な電子機器において、ガラスレンズは広く使用されている。
図８は、このガラスレンズを成形するための従来の成形装置の概略縦断面図である（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
この図において、成形装置１は、チャンバー２の内側に、超硬合金やセラミックスから形成された上型４ａおよび下型４ｂからなる金型４と、この金型４を冷却するための冷却ガスを供給する冷却流路５とを有している。また、チャンバー２の外側には、金型４を加熱するためのハロゲンランプ（図示せず）を有している。

この成形装置１を用いて、ガラスレンズは次のようにプレス成形される。すなわち、上型４ａと下型４ｂとで挟まれて形成されるキャビティ内にガラス素材６を収容し、図示しないハロゲンランプでこのガラス素材６を加熱して溶融する。次いで、上型４ａを下型４ｂ側に移動して圧力を加えて、金型４の形状を転写する。次いで、この金型４でガラス素材６を保持したまま、冷却流路５に冷却ガスを供給して金型４を冷却し、所定の温度まで冷却した後に、ガラスレンズを取り出して、ガラスレンズを製造するようになっている。

ここで、金型４の材料とガラス素材６とでは、線膨張係数が大きく異なるため、上述のように、ガラス素材６を加熱溶融して圧力を加え、金型４の形状をガラス素材６に転写しようとしても、金型４の成形型をガラス素材６に正確に転写することができない。したがって、たとえ高精度に形成された金型を用いても、所望するガラスレンズの形状に対して誤差を有するガラスレンズが形成されてしまう。そこで、従来、ガラスレンズ成形装置に用いられる金型には、成型転写の誤差を計算して、この誤差分を予め見込んで加工するように補正された金型４を用いている。

特開平８−２３１２３１号の公開特許公報 特開２００２−３１６８２６号の公開特許公報

ところが、成形装置１も経年変化をし、特に、金型４は、上述のように、加熱・加圧・冷却を何度も繰り返して連続使用されるため、その連続使用によって生じる形状の変化を、防ぐことは極めて困難である。
一方、近年、上述のような電子機器に用いられるガラスレンズについては、高精度な形状を有するガラスレンズが要求されている。
そこで、この高精度なガラスレンズの成形要求に応えるため、現状では、ある程度使用回数を重ねた金型については、これを破棄して新たな金型を形成したり、或いは、連続使用により生じた形状の誤差分を、金型に再度補正するように加工したりしなくてはならず、その経済性・効率の悪さが問題となっている。

本発明は、上述の課題を解決するためのものであり、使用回数を重ねた金型であっても、高精度な形状を有するガラスレンズを成形することができるガラスレンズの成形方法およびガラスレンズの成形装置を提供することを目的とする。

上述の目的は、第１の発明によれば、部位により肉厚が異なるガラスレンズを金型で成形するガラスレンズの成形方法であって、前記金型内に収容されたガラス素材を加熱して溶融する加熱工程と、前記溶融されたガラス素材を加圧して、前記金型の形状を転写する加圧工程と、前記加圧されたガラス素材を冷却する冷却工程とを備え、前記冷却工程において、前記ガラス素材が歪み点よりも高温の状態の際、前記金型が経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に前記経年変化した後の冷却速度を変更するように制御するガラスレンズの成形方法により達成される。

第１の発明の構成によれば、金型は、ガラス素材を加熱して溶融する加熱工程と、この溶融されたガラス素材を加圧して、金型の形状を転写する加圧工程と、ガラス素材を冷却する冷却工程とを経ていく中で経年変化する。このため、精度の高い金型を作っても、その使用回数を重ねるにつれて、形状精度が低下したガラスレンズが成形されてしまう。
ところが、本構成のガラスレンズは部位により肉厚が異なるガラスレンズであるため、冷却の際の固化収縮の速度が部位により異なる。そこで、第１の発明の構成は、この固化収縮速度の違いを積極的に利用して、使用回数を重ねた金型であっても、形状精度の高いガラスレンズを形成できるようにしたものである。
すなわち、ガラス素材が歪み点よりも高温の状態において冷却すると、肉厚の小さい部分の方が肉厚の大きい部分よりも早く冷却して固化収縮するため、このいち早く固化収縮する作用に肉厚の大きい部分が影響されながら、ガラスレンズはその全体形状が形成される。このため、この固化収縮が可能な歪み点よりも高温の状態の際、冷却速度を変更すれば、肉厚の薄い部分と厚い部分との冷却速度の違いを伴う固化収縮の度合いが変更して、同じ金型を用いても、ガラスレンズの形状を変化させることができる。したがって、金型が経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に経年変化した後の冷却速度を変更するように制御すれば、経年変化後の金型であっても、固化収縮度合いを変更して、経年変化する前の金型で成形したガラスレンズの形状になるように補正を加えることができる。
かくして、本発明の効果として、使用回数を重ねた金型であっても、高精度な形状を有するガラスレンズを成形することができるガラスレンズの成形方法を提供できる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記ガラスレンズは、周縁部から中心部に向かうにしたがって肉厚が大きくなる曲面を有しており、前記金型が前記ガラスレンズの中心部の肉厚が大きくなるように経年変化した場合、前記冷却工程において、前記経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に前記経年変化した後の冷却速度を遅くすることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、ガラスレンズは、周縁部から中心部に向かうにしたがって肉厚が大きくなる曲面を有しているため、歪み点よりも高温の状態において冷却すると、周縁部は中心部よりも速く固化収縮すると共に、中心部側に向かって固化収縮する。このため、このような温度状態で冷却速度を遅くすると、周縁部の中心部側に向かって固化収縮する度合いは小さくなり、中心部の肉厚は小さくなるように形状が変化する。したがって、金型の経年変化によって中心部の肉厚が大きくなってしまった場合、経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に経年変化した後の冷却速度を遅くすれば、中心部の肉厚を経年変化前の肉厚に戻すように小さくすることができる。

第３の発明は、第１の発明の構成において、前記ガラスレンズは、周縁部から中心部に向かうにしたがって肉厚が大きくなる曲面を有しており、前記金型が前記ガラスレンズの中心部の肉厚が小さくなるように経年変化した場合、前記冷却工程において、前記経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に前記経年変化した後の冷却速度を速くすることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、ガラスレンズは、第２の発明と同様の形状であるので、第２の発明とは反対に、歪み点よりも高温の状態において冷却速度を速くすると、周縁部の中心部側に向かって固化収縮する度合いは大きくなり、中心部の肉厚は大きくなるように形状が変化する。したがって、金型の経年変化によって中心部の肉厚が小さくなってしまった場合、経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に経年変化した後の冷却速度を速くすれば、中心部の肉厚を経年変化前の肉厚に戻すように大きくすることができる。

第４の発明は、第２または第３の発明の構成において、前記ガラスレンズは、一方の面が球面であり、かつ、他方の面が非球面である両凸レンズであって、前記経年変化する前の冷却速度を、前記ガラス素材が歪み点よりも高温の状態の際、毎秒０．５℃以上であって毎秒２℃以下とすることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、ガラスレンズが一方の面が球面であり、かつ、他方の面が非球面である両凸レンズの場合、冷却工程について、実験により次のような結果を得ることができた。すなわち、ガラス素材が歪み点よりも高温の状態において、冷却速度を、毎秒０．５℃以上２℃以下にした場合、ガラスレンズの形状精度は変化するが、その変化量は線形的であり、少なくとも予想外に形状が変化することはなかった。したがって、金型が経年変化する前の冷却速度を、毎秒０．５℃以上であって毎秒２℃以下にしておけば、金型が経年変化した後の冷却速度について、想定範囲内のガラスレンズを形成するように冷却速度を変更することができる余地をもっていることになる。

第５の発明は、第４の発明の構成において、前記経年変化する前の冷却速度を、前記ガラス素材が歪み点よりも高温の状態の際、略毎秒１．５℃とすることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、経年変化する前の冷却速度を、ガラス素材が歪み点よりも高温の状態の際、略毎秒１．５℃とする。
この点、ガラス素材が歪み点よりも高温の状態における冷却速度が、略毎秒１．５℃の場合、最も形状精度が高いガラスレンズが成形されたことが実験結果から得られた。
さらに、金型が経年変化した後の冷却速度の制御について、金型の経年変化によりガラスレンズの中心部の厚みが大きく変形した場合であっても、或いは小さく変形した場合であっても、いずれの場合においても、想定範囲内のガラスレンズを形成できるように、大きく冷却速度を変更できることが実験結果から得られた。
したがって、金型の形状が経年変化する前であっても、経年変化した後であっても、優れた形状精度を有するガラスレンズを形成することができる。

また、上述の目的は、第６の発明によれば、部位により肉厚が異なるガラスレンズを金型で成形するガラスレンズの成形装置であって、前記金型内のガラス素材を加熱して溶融する加熱手段と、前記溶融されたガラス素材を加圧して、前記金型の形状を転写する加圧手段と、前記金型内を冷却する冷却媒体を供給する冷却手段とを備え、前記冷却手段は、前記ガラス素材が歪み点よりも高温の状態において、前記金型が経年変化する前の冷却媒体の流量及び／又は温度に対して、相対的に前記経年変化した後の流量及び／又は温度を変更する制御手段を有しているガラスレンズの成形装置により達成される。

第６の発明の構成によれば、ガラスレンズの成形装置は、金型が経年変化する前の冷却媒体の流量及び／又は温度に対して、相対的に経年変化した後の流量及び／又は温度を変更する制御手段を有している。このため、この制御手段を用いて、冷却媒体の流量及び／又は温度を変更して、第１の発明と同様に、冷却工程の際、ガラス素材が歪み点よりも高温の状態において、金型が経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に経年変化した後の冷却速度を変更するように制御することができる。したがって、第１の発明と同様に、経年変化後の金型であっても、固化収縮度合いを変更して、経年変化する前の金型で形成したガラスレンズの形状になるように補正を加えることができる。
かくして、本発明の効果として、使用回数を重ねた金型であっても、高精度な形状を有するガラスレンズを成形することができるガラスレンズの成形装置を提供できる。

図１は、本発明の実施形態に係るガラスレンズの成形方法および成形装置を用いて形成されるガラスレンズ１０を例示しており、図１（ａ）はガラスレンズ１０の側面図、図１（ｂ）がガラスレンズ１０の正面図である。
この図に示されるように、ガラスレンズ１０は、部位により肉厚が異なるように形成されており、本実施形態のガラスレンズ１０は、周縁部Ｔから中心部Ｃに向かうにしたがって肉厚が大きくなる曲面を有している。

具体的には、ガラスレンズ１０は光学ガラスであり、ＨＯＹＡ株式会社製のＭ−Ｌａｃ１３０（型名）に相当するガラスレンズとなっている。すなわち、ガラスレンズ１０は、図１（ｂ）に示されるように、正面視の外径が略２２．５ｍｍの円であり、また、図１（ａ）に示されるように、一方の面が半径２０．６５ｍｍの球面であって、かつ、他方の面が非球面である両凸レンズとなっている。また、レンズ厚みは、中心部Ｃ付近で約６．２ｍｍ、周縁部Ｔの最も端部で約１．８ｍｍとなっている。そして、ガラスレンズ１０の転移点温度は約５２０℃、屈伏点温度は約５７０℃、熱膨張率は８５〔１０^−７／Ｋ〕（１００℃〜３００℃）となっている。

なお、本発明の成形方法・装置を用いて形成されるガラスレンズ１０は、部位により肉厚が異なるように形成されていればよく、本実施形態のような両凸レンズに限られず、例えば、平凸レンズ、凸メニスカスレンズ、或いは、両凹レンズ、平凹レンズ、凹メニスカスレンズ等であってもよい。但し、ガラスレンズ１０が両凸レンズの場合は、後述するように、その形状精度を補正するための冷却速度の制御が容易であるため、本実施形態では、両凸レンズを用いている。

図２は、本発明の実施形態に係るガラスレンズの成形方法を実施するための成形装置２０である。
この成形装置２０は、チャンバー２２の内部空間Ｓ１に金型２５が収容され、チャンバー２２の外部空間Ｓ２に加熱手段３０および冷却手段３６を備えている。
チャンバー２２は、例えば窒素ガス等の流出入により、その内部空間Ｓ１が真空雰囲気となるように全体が略密閉されている。また、チャンバー２２は、少なくとも、後述する加熱手段３０で加熱される温度よりも高い溶融点を有し、かつ、加熱手段３０の熱が内部空間Ｓ１に伝達され易いように、少なくとも、加熱手段３０と金型２５との間に配置される領域は例えば石英ガラスで形成されている。

金型２５は、通常用いられる材料、例えば、超硬合金やセラミックスから形成され、互いに対向して配置された上型２４と下型２３とを有している。本実施形態の場合、上型２４の側面が下型２３の凹部に入り込むようになっており、上型２４と下型２３との間には、ガラスレンズの材料であるガラス素材１２が収容されるようになっており、プレス成形することで上述したガラスレンズ１０を形成するようになっている。
本実施形態の上型２４は、ガラスレンズ１０の非球面側の面形状（図１参照）を形成するための型であり、下型２３と対向した領域の形状がガラス素材に転写されるように、ガラスレンズ１０の非球面の面形状と略同一となっている。

なお、上型２４の形状はガラスレンズ１０の面形状と同一ではなく、これは、上型２４とガラス素材１２とでは線膨張係数が異なるため、上型２４の成形型がそのままガラス素材１２に転写されず、ガラスレンズ１０は上型２４の成形型と異なる形状になってしまうためであり、この成形転写の誤差分だけ金型２５の形状に予め修正を加えるように補正したからである。
また、上型２４は、チャンバー２２の上側に固定されている固定用支持部材２６の端部に接続されており、チャンバー２２内で、その位置が固定される固定型となっている。

下型２３は、本実施形態の場合、ガラスレンズ１０の球面側の面形状（図１参照）を形成するための型であり、上型２４と対向した領域の形状がガラス素材１２に転写されるように、ガラスレンズ１０の球面の面形状と略同様となっている。なお、下型２３の形状がガラスレンズ１０の面形状と同一ではないのは、上型２４と同様に、成形転写の誤差分だけ金型２５の形状に予め修正を加えるように補正したからである。

また、この下型２３は、下型２３を下から支持すると共に移動することができる移動用支持部材２８に接続されている。すなわち、移動用支持部材２８の一端側はロードセルや油圧シリンダ等からなるアクチュエータ２９と接続され、他端は下型２３と接続されている。これにより下型２３は、上型２４に対して接近・離間する方向（図２の上下方向）に移動可能な移動型となり、上型２４に接近してガラス素材１２に圧力を加えてプレス成形できるようになっている。

冷却手段３６は、冷却媒体を供給することで金型２５内のガラス素材１２を冷却するための手段である。具体的には、冷却手段３６は、容器内に収容された窒素ガス等からなる冷却媒体が流路部３８に流れるようになっている。そして、この流路部３８はチャンバー２２の外部空間Ｓ２と内部空間Ｓ１とを連通するように、固定用支持部材２６および移動用支持部材２８を貫通している。すなわち、流路部３８は、外部空間Ｓ２から各支持部材２６，２８の中心を通って金型２５の近傍まで延びており、金型２５と各支持部材２６，２８とが接続された面に沿うように延伸して、チャンバー２２の内側に開口している。このようにして、流路部３８内を通る冷却媒体は、金型２５に接近して金型２５を冷却し、その後、チャンバー２２内に流入して真空雰囲気にし、そして、管路４２を通って外部空間Ｓ２に放出されるようになっている。

また、冷却手段３６は、後述するように、金型２５が経年変化する前の冷却媒体の流量や温度に対して、相対的に経年変化した後の流量や温度を変更できるように制御手段４０を有している。本実施形態では、制御手段４０は、流路部３８に取り付けられており、図示しないコンピュータ等とも接続された電磁弁が利用されている。そして、この電磁弁の開閉度合いを調節することにより冷却媒体の流量を制御するようになっているが、本発明はこの形態に限られるものではなく、温度調整弁を用いてもよく、或いは電磁弁と温度調整弁とを組み合わせて制御手段４０を構成してもよい。

加熱手段３０は、金型２５内のガラス素材１２を加熱するものであり、本実施形態では赤外線ランプ３２が用いられ、複数の赤外線ランプ３２が金型２５を挟むように、外部空間Ｓ２に配置されている。また、加熱手段３０は、図示しないコンピュータ等に接続されると共に、チャンバー２２内の熱電対などの温度センサー（図示せず）とも接続されている。これにより、チャンバー２２内の温度を計測しながら、金型２５を加熱できるようになっている。なお、加熱手段３０は、赤外線ランプ３２を冷却できるように冷却水の管路となる冷却路３４を有している。

本発明の実施形態に係るガラスレンズの成形装置２０は以上のように構成されており、次に、ガラスレンズの成形方法について説明する。
図３ないし図５は、図１に示すガラスレンズ１０を、図２の成形装置２０を用いて成形する方法を説明するための図であり、図３はガラスレンズを成形する際の概略工程図、図４は図３の加熱工程から冷却工程までの熱成形プロファイル、図５は図３の各工程に対応した概念図である。

本成形方法では、まず、図５（ａ）に示すように、金型２５内にガラス素材１２を収容する（図３のＳＴ１：給材）。具体的には、図２に示す移動用支持部材２８を移動させて下型２３を上型２４から離間させ、下型２３内にガラス素材１２を収容してから、下型２３を上型２４に接近させる。

次に、図５（ｂ）に示すように、チャンバー２２内を真空雰囲気にしてから、ガラス素材１２を加熱して溶融する（図３のＳＴ２：加熱工程）。
具体的には、図２に示す電磁弁を開いて冷却手段３６から流路部３８を介してチャンバー２２内に窒素ガスを供給する。その後、加熱手段３０の赤外線ランプ３２により、チャンバー２２内の金型２５全体を加熱することで、金型２５内のガラス素材１２を加熱溶融する。
本実施形態では、図４の熱成形プロファイルに示すように、ガラス素材１２がその略屈伏点である摂氏５６８度になるように加熱する。この際、ガラス素材１２はチャンバー２２及び金型２５を介して加熱されるため、チャンバー２２内全体に熱を行きわたらせるように加熱し続ける時間を考慮する必要がある。このため、加熱保持時間として図４のＴ１からＴ２までの時間を２３０秒と長めに設定している。

次いで、図５（ｃ）に示すように、溶融されたガラス素材１２に圧力を加えて金型２５の形状を転写する（図３のＳＴ３：加圧工程）。
具体的には、移動用支持部材２８を上型２４側に移動させて、下型２３と上型２４とでガラス素材１２をプレスする。この際、この加圧をする時間は、図４に示すＴ２からＴ３までであり、加熱保持時間を終了させてから、後述する冷却工程でガラス素材が歪み点になるまでである。なお、本実施形態で加えた圧力は約３０ｋＮであり、一定の圧力を加え続けているが、例えば、段階的に圧力を変えるようにしてもよい。

次いで、図５（ｄ）に示すように、加圧されたガラス素材１２を冷却する（図３のＳＴ４：冷却工程）。本実施形態では、図２に示す冷却手段３６から冷却媒体である窒素ガスを流路部３８を通じて金型２５の近傍に供給して金型２５を冷却することで、ガラス素材１２を冷却している。
この際、この冷却工程では、図４に示すように、歪み点を境に２段階に分けて冷却している。すなわち、ガラス素材１２がその歪み点よりも高温の状態においては、ガラス素材１２はその形状が変化できる温度であり、急激に冷却すると、ガラスの内側に残留する応力が高くなり、ガラスの外側と内側とのひずみが大きくなって、ガラスレンズの形状精度が悪化したり、ヒケが生じたりする。このため、ガラス素材１２がその歪み点よりも高温の状態においては、冷却速度を緩やかにしている。これに対して、歪み点よりも低温の状態では、ガラス素材１２はその形状を変化することがないため、冷却速度は、歪み点までの冷却速度に比べて速くしている。なお、本実施形態のガラスレンズの歪み点は、ガラス転移点よりも若干低温である４２０℃である。

具体的には、ガラス素材１２がその歪み点よりも高温の状態において、ガラス素材１２を２℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却するようにして、ガラスレンズ１０のＰＶ形状精度を高精度となるようにしている。
図６および図７は、このガラス素材１２がその歪み点よりも高温の状態における、冷却速度とＰＶ形状精度との関係を示す実験結果である。なお、図６のＴｅｓｔ１〜Ｔｅｓｔ５までは、金型２５が経年変化する前における実験結果であり、Ｔｅｓｔ６及びＴｅｓｔ７は、金型２５が経年変化した後における実験結果である。
これらの図に示すように、ガラス素材１２を、その歪み点よりも高温の状態において冷却する場合、冷却速度が２℃／ｓｅｃを超えると、ＰＶ形状精度が勢い悪化することが理解できる。このため、本実施形態では、冷却速度を２℃／ｓｅｃ以下としている。

次いで、図５（ｅ）に示すように、所定の温度まで低下したら、下型２３を上型２４から離間する方向に移動させて、ガラスレンズ１０を取り出して完成させる。

ここで、金型２５は、図３に示すように各工程を連続して経る中で、その形状が経年変化して、精度の高い金型を作っても、形状精度が低下したガラスレンズが成形されてしまった。
図６のＴｅｓｔ６は、この金型２５が経年変化した後のＰＶ形状精度を示している。すなわち、金型が経年劣化する前の実験であるＴｅｓｔ３では、冷却速度が１．５℃／ｓｅｃの場合のＰＶ形状精度は０．３μｍであるが、同じ冷却速度でも、経年変化した後のＴｅｓｔ６では、ＰＶ形状精度は１．８μｍと悪化していることがわかる。なお、図６には記載していないが、金型が経年劣化する前において、冷却速度が１．５℃／ｓｅｃの場合のＰＶ形状精度はよく、その他の実験結果でも例えば０．５μｍや０．９μｍであった。

そこで、図３の冷却工程（ＳＴ４）の際、ガラス素材１２が歪み点よりも高温の状態において、金型２５の形状が経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に経年変化した後の冷却速度を変更するように制御することで、金型２５が経年変化しても精度の高いガラスレンズを成形できるようにした。

すなわち、ガラスレンズ１０は部位により肉厚が異なるレンズであるため、肉厚の小さい部分の方が肉厚の大きい部分よりも早く冷却して固化収縮し、このいち早く固化収縮する作用に肉厚の大きい部分が影響されながら、ガラスレンズはその全体形状が形成される。そうすると、本実施形態の場合、ガラスレンズ１０は、図１に示すように周縁部Ｔから中心部Ｃに向かうにしたがって肉厚が大きくなる曲面を有しているため、冷却工程を説明するための図５（ｄ）の一点鎖線で囲まれた図に示すように、周縁部Ｔがいち早く固化収縮し、中心部Ｃに向かって（図５（ｄ）の矢印Ｅの方向に向かって）、固化収縮していく。このため、経年変化後の金型２５であっても、この固化収縮が可能な歪み点よりも高温の状態において、冷却速度を変更すれば、周縁部（肉厚の薄い部分）Ｔと中心部（肉厚の厚い部分）Ｃとの冷却速度の違いを伴う固化収縮の度合いを変更させることができ、経年変化する前の金型で形成したガラスレンズの形状になるように補正を加えることができる。

具体的には、本実施形態のガラスレンズ１０の場合、歪み点よりも高温の状態における冷却速度は、次のように制御される。
すなわち、中心部Ｃ（図１参照）の肉厚が小さくなるように金型が経年変化した場合、冷却工程（図３のＳＴ４）において、経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に経年変化した後の冷却速度を速くする。そうすると、図５（ｄ）の矢印Ｅで示す固化収縮の度合いが大きくなって、肉厚の大きい箇所はより大きく、小さい箇所はより小さくなるように作用が働き、中心部Ｃの肉厚は大きくなるように形状が変化する。

逆に、ガラスレンズ１０の中心部Ｃ（図１参照）の肉厚が大きくなるように金型が経年変化した場合、冷却工程（図３のＳＴ４）において、経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に経年変化した後の冷却速度を遅くする。そうすると、図５（ｄ）の矢印Ｅで示す固化収縮の度合いが小さくなって、中心部Ｃの肉厚は小さくなるように形状が変化する。
このように、金型が経年変化して、所望する形状精度を形成することができなくなった場合は、その経年変化した金型で形成したガラスレンズを検査して、中心部Ｃの肉厚が足らないようであれば冷却速度を速くし、中心部Ｃの肉厚が大き過ぎるようであれば冷却速度を遅くして、形状精度を所望する精度となるように合わせ込めばよい。

図６のＴｅｓｔ７は、このように、金型が経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に経年変化した後の冷却速度を変更するように制御したことで、金型が経年変化しても精度の高いガラスレンズを成形できたことを示す実験結果である。
すなわち、Ｔｅｓｔ７は、Ｔｅｓｔ６と同じ経年変化した金型を用いて、Ｔｅｓｔ６に対して相対的に冷却速度のみを変更した場合の実験結果であり、このＴｅｓｔ６及びＴｅｓｔ７に示されるように、冷却速度を１．５℃／ｓｅｃから１．０℃／ｓｅｃに変更することで、ＰＶ形状精度を１．８μｍから０．４μｍまで上げることができた。このことから、金型が経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に冷却速度を変更するように制御したことで、形状精度が向上したことが理解できる。

なお、図６のＴｅｓｔ４に示すように、金型が経年変化する前において、冷却速度が１．０℃／ｓｅｃの場合のＰＶ形状精度は１．０μｍであるが、これに対して、金型が経年変化した後の同じ冷却速度であるＴｅｓｔ７のＰＶ形状精度は０．４μｍである。このことから、Ｔｅｓｔ７では、単に冷却速度を下げたから形状精度がよくなったのではなく、経年変化した金型について、経年変化前の冷却速度に対して相対的に冷却速度を変更したことで、形状精度が向上したことがわかる。

さらに、本実施形態では、金型が経年変化する前の冷却工程（図３のＳＴ４）について、ガラス素材１２の歪み点よりも高温の状態における冷却速度を、毎秒０．５℃以上であって毎秒２℃以下としている。
すなわち、図６および図７に示されるように、実験結果から、ガラス素材が歪み点よりも高温の状態において、冷却速度が毎秒０．５℃以上２℃以下の範囲内では、ガラスレンズの形状精度は変化するが、その変化量は線形的であり、少なくとも予想外に形状が変化することがないことがわかった。これに対して、冷却速度が毎秒０．５℃を下回り、或いは２℃を上回った場合は、例えば、図７の冷却速度が毎秒３℃の場合を見て理解できるように、ＰＶ形状精度が区々となってしまっている。

このため、例えば、金型の形状が経年変化する前の冷却速度を２．０℃／ｓｅｃを上回るように設定してしまうと、その後、ガラスレンズの中心部Ｃの厚みが小さくなるように金型が経年変化したために、冷却速度を速くするように制御したとしても、成形されたガラスレンズの形状精度が区々となってしまう恐れがある。したがって、金型が経年変化する前の冷却速度を毎秒０．５℃以上であって毎秒２℃以下にしておけば、少なくとも、金型が経年変化した後の冷却速度について、想定範囲内のガラスレンズを形成するように冷却速度を変更することができる余地をもっていることになる。すなわち、少なくとも、金型の経年変化により、ガラスレンズの中心部が大きくなるように変化した場合、或いは、小さくなるように変化した場合の、いずれか一方について、その形状を補正することができる。

より具体的には、本実施形態では、金型が経年変化する前の冷却工程（図３のＳＴ４）について、ガラス素材が歪み点よりも高温の状態における冷却速度を、略毎秒１．５℃としている。
すなわち、図６および図７に示されるように、ガラス素材が歪み点よりも高温の状態における冷却速度が略毎秒１．５℃の場合、最も形状精度が高いガラスレンズが成形されることが実験結果から得られた。
さらに、経年変化前の冷却速度が略毎秒１．５℃であれば、経年変化した後の冷却速度の制御について、金型の経年変化によりガラスレンズの中心部の厚みが大きく変形した場合であっても、或いは小さく変形した場合であっても、いずれの場合においても、想定範囲内のガラスレンズを形成できるように、大きく冷却速度を変更できる。
したがって、金型が経年変化する前について、ガラス素材が歪み点よりも高温の状態における冷却速度を、略毎秒１．５℃に設定しておくことによって、金型の形状が経年変化する前であっても、経年変化した後であっても、優れた形状精度を有するガラスレンズを形成することができるようになる。

本発明の実施形態は以上のように構成され、このため、金型２５の経年変化により形状精度が低下したガラスレンズが成形されるようになってしまっても、図３の冷却工程（ＳＴ４）について、ガラス素材１２が歪み点よりも高温の状態の際、金型２５の形状が経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に経年変化した後の冷却速度を変更するように制御したので、金型２５が経年変化しても形状精度の高いガラスレンズを成形できるようになった。

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態や各変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。

本発明の実施形態に係るガラスレンズの成形方法および成形装置を用いて形成されるガラスレンズの例示であり、図１（ａ）はガラスレンズの側面図、図１（ｂ）がガラスレンズの正面図。 本発明の実施形態に係るガラスレンズの成形方法を実施するための成形装置。 図１に示すガラスレンズを図２の成形装置を用いて成形する方法を説明するための概略工程図。 図３の加熱工程から冷却工程までの熱成形プロファイル。 図３の各工程に対応した概念図。 ガラス素材がその歪み点よりも高温の状態における、冷却速度とＰＶ形状精度との関係を示す実験結果。 ガラス素材がその歪み点よりも高温の状態における、冷却速度とＰＶ形状精度との関係を示す実験結果。 従来のガラスレンズ成形装置の概略縦断面図。

符号の説明

１０・・・ガラスレンズ、１２・・・ガラス素材、２０・・・ガラスレンズの成形装置、２３・・・下型、２４・・・上型、２５・・・金型、３６・・・冷却手段、Ｔ・・・周縁部、Ｃ・・・中心部

Claims (6)

1. 部位により肉厚が異なるガラスレンズを金型で成形するガラスレンズの成形方法であって、
   前記金型内に収容されたガラス素材を加熱して溶融する加熱工程と、
   前記溶融されたガラス素材を加圧して、前記金型の形状を転写する加圧工程と、
   前記加圧されたガラス素材を冷却する冷却工程と
   を備え、
   前記冷却工程において、前記ガラス素材が歪み点よりも高温の状態の際、前記金型が経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に前記経年変化した後の冷却速度を変更するように制御する
   ことを特徴とするガラスレンズの成形方法。
2. 前記ガラスレンズは、周縁部から中心部に向かうにしたがって肉厚が大きくなる曲面を有しており、
   前記金型が前記ガラスレンズの中心部の肉厚が大きくなるように経年変化した場合、前記冷却工程において、前記経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に前記経年変化した後の冷却速度を遅くする
   ことを特徴とする請求項１に記載のガラスレンズの成形方法。
3. 前記ガラスレンズは、周縁部から中心部に向かうにしたがって肉厚が大きくなる曲面を有しており、
   前記金型が前記ガラスレンズの中心部の肉厚が小さくなるように経年変化した場合、前記冷却工程において、前記経年変化する前の冷却速度に対して、相対的に前記経年変化した後の冷却速度を速くする
   ことを特徴とする請求項１に記載のガラスレンズの成形方法。
4. 前記ガラスレンズは、一方の面が球面であり、かつ、他方の面が非球面である両凸レンズであって、
   前記経年変化する前の冷却速度を、前記ガラス素材が歪み点よりも高温の状態の際、毎秒０．５℃以上であって毎秒２℃以下とすることを特徴とする請求項２または３に記載のガラスレンズの成形方法。
5. 前記経年変化する前の冷却速度を、前記ガラス素材が歪み点よりも高温の状態の際、略毎秒１．５℃とすることを特徴とする請求項４に記載のガラスレンズの成形方法。
6. 部位により肉厚が異なるガラスレンズを金型で成形するガラスレンズの成形装置であって、
   前記金型内のガラス素材を加熱して溶融する加熱手段と、
   前記溶融されたガラス素材を加圧して、前記金型の形状を転写する加圧手段と、
   前記金型内を冷却する冷却媒体を供給する冷却手段と
   を備え、
   前記冷却手段は、前記ガラス素材が歪み点よりも高温の状態において、前記金型が経年変化する前の冷却媒体の流量及び／又は温度に対して、相対的に前記経年変化した後の流量及び／又は温度を変更する制御手段を有している
   ことを特徴とするガラスレンズの成形装置。

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