JP2007191359A - 成形型、成形装置及びそれを用いた製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス材が食らいつきにくい成形型を提供する。
【解決手段】第１成形型１１（成形型）は、円柱状の型本体１３と、収容部１４と、離型部材１５とを備える。型本体１３は、基端面が取付面に形成される一方、先端面が凸状の成形面に形成されている。収容部１４は、型本体に一端が成形面に開口するように形成されている。離型部材１５は、収容部内に型本体の軸方向に相対変位可能に且つ先端が成形面よりも突出可能に収容されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、成形型、成型装置及びそれを用いた製造方法に関するものである。

従来、ガラス製の光学素子の製造方法として、ガラス材をヒートプレスすることにより成形する、いわゆるプレス成形法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このプレス成形法は、一対の上型及び下型と、上型及び下型が摺動可能に挿入される胴型とを備えた成形型組を用いて行われる。具体的に、プレス成形法とは、胴型内の上型及び下型により区画形成される内部空間にガラス材を装入し、ガラス材を加熱しながら上型と下型とでもってプレスすることにより光学素子を成形する方法をいう。

例えば、一方の光学機能面が凹状であるレンズは、凸状の成形面を有する上型と、その上型に対向配置された下型とを用いてプレス成形することができる。
特開昭６４−３３０２２号公報

しかしながら、一般的に、ガラス材の熱膨張係数の方が成形型の熱膨張係数よりも大きい。このため、凸状の成形面を有する上型を用いた場合、プレスされたガラス材を冷却する工程において、ガラス材が上型に食らいつく虞がある。

プレスされたガラス材が強固に上型に食らいついてしまった場合は、ガラス材を離型させる工程がさらに必要となり、プレス成形工程が煩雑化し、製造効率が低下することとなる。また、上型に食らいついたガラス材が、上型の上昇途中に下型の上に落下する虞もある。下型の上にガラス材が落下すると、レンズが傷つくとともに、下型に傷が入るため、一端製造を中止し、新たな下型に取り替えなければならないとういう問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガラス材が食らいつきにくい成形型を提供することにある。

本発明に係る成形型は、ガラス材をプレス成形するための成形型である。成形型は、円柱状の型本体と、収容部と、離型部材とを備えている。型本体は、基端面が取付面に形成される一方、先端面が凸状の成形面に形成されている。収容部は、型本体に一端が成形面に開口するように形成されている。離型部材は、収容部内に型本体の軸方向に相対変位可能に且つ先端が成形面よりも突出可能に収容されている。

本発明に係る第１の成形装置は、ガラス材をプレスして光学素子を成形するための成形装置である。成形装置は、第１成形型と、第１成形型に対向配置された円柱状の第２成形型とを備えている。第１成形型は、円柱状の型本体と、収容部と、離型部材とを有している。型本体は、基端面が取付面に形成される一方、先端面が凸状の成形面に形成されている。収容部は、型本体に一端が成形面に開口するように形成されている。離型部材は、収容部内に型本体の軸方向に相対変位可能に且つ先端が成形面よりも突出可能に収容されている。

本発明に係る第２の成形装置は、ガラス材をプレスして光学素子を成形するための成形装置である。成形装置は、成形型組と、搬送手段と、第１プレス盤と、第１プレス手段と、第２プレス盤と、第２プレス手段とを有している。成形型組は、上型と、上型の下方に対向配置された円柱状の下型とを有している。上型は、円柱状の型本体と、収容部と、離型部材とを備えている。型本体は、下端面が凸状の成形面に形成されている。収容部は、型本体に一端が成形面に開口するように形成されている。離型部材は、収容部内に型本体の軸方向に相対変位可能に且つ先端が成形面よりも突出可能に収容されている。搬送手段は、成形型組を第１の位置と第２の位置とに搬送する。第１プレス盤は、第１の位置に搬送された成形型組の上方に配置されている。第１プレス手段は、第１プレス盤に接続されている。第１プレス手段は、第１プレス盤とともに、第１の位置に搬送された成形型組の上型を下方に押圧し、上型と下型との間に装入されたガラス材を加熱しながらプレスする。第２プレス盤は、第２の位置に搬送された成形型組の上方に配置されている。第２プレス盤は、駆動手段を有している。駆動手段は、離型部材をその先端が成形面よりも突出するように型本体に対して下方に相対変位させる。第２プレス手段は、第２プレス盤に接続されている。第２プレス手段は、第２プレス盤とともに、第２の位置に搬送された成形型組の上型を下方に押圧した状態で、上型と下型との間に装入されたガラス材が所定の温度に冷却されるまでプレス保持する。

本発明に係る光学素子の製造方法は、成形装置を用意する工程を備えている。成形装置は、成形型組を備えている。成形型組は、第１成形型と、第１成形型に対向配置された円柱状の第２成形型とを有している。第１成形型は、円柱状の型本体と、収容部と、離型部材とを有している。型本体は、一端面が凸状の成形面に形成されている。収容部は、型本体に一端が成形面に開口するように形成されている。離型部材は、収容部内に型本体の軸方向に相対変位可能に且つ先端が成形面よりも突出可能に収容されている。当該製造方法は、第１成形型と第２成形型との間にガラス材を装入する工程を備えている。当該製造方法は、ガラス材を加熱しながら第１成形型を第２成形型に向けて押圧することでガラス材をプレス変形させる工程を備えている。当該製造方法は、プレス変形されたガラス材を押圧しながら冷却するとともに、離型部材を型本体に対して変位させてガラス材を第１成形型から離間させる工程を備えている。

本発明によれば、ガラス材が食らいつきにくい成形型を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に、本発明の実施形態１に係る成形装置１の断面を示す。成形装置１は、レンズ等のガラス光学素子６６を製造するための装置である。例えば、成形装置１は、一方の光学機能面が凹状であり、曲率半径Ｒが、１０ｍｍ以下の非曲面であるガラス光学素子６６を製造するための装置である。成形装置１は、搬入部５１と、第１の位置としての加熱部１５２及び押圧部１５３と、第２の位置としての冷却部１５４と、搬出部５３とに区画されている。これらを順に、成形型組１０が成形装置１の基台１０２上をサーボモータ、エアシリンダ等の搬送手段（図示せず）によって搬送されていくようになっている。

搬入部５１では、ガラス光学素子６６の材料であるガラス材５５が成形型組１０に搬入される。搬入部５１は、基台１０２上に載置された成形型組１０にガラス材５５を搬入する搬入機５４が設けられている。搬入機５４は、ガラス材５５を吸着して移動させる吸着アーム５４ａを備えている。

加熱部１５２、押圧部１５３及び冷却部１５４に亘って、チャンバー５６が配設され、内部を成形型組１０が搬送されるようになっている。チャンバー５６には、搬入部５１側に搬入口５７が、搬出部５３側に搬出口５８が開けられている。加熱部１５２及び押圧部１５３は、第１プレス手段を備えている。冷却部１５４は、第２プレス手段を備えている。第１，第２プレス手段は、ガラス材５５を加熱しながらプレスするものである。

具体的には、チャンバー５６内の加熱部１５２、押圧部１５３及び冷却部１５４それぞれの下部には、成形型組１０を加熱又は冷却する下側ヒータブロック５９が配設されている。チャンバー５６の天壁６０上には、加熱部１５２、押圧部１５３及び冷却部１５４それぞれにプレス機６１が配設されている。各プレス機６１にはシリンダ６２が接続されている。各シリンダ６２は、チャンバー５６の天壁６０を貫通し、シリンダ６２の下端にプレス盤６３が取り付けられている。各プレス盤６３の下方に、成形型組１０が搬送される。各プレス盤６３の下面には、成形型組１０を加熱又は冷却する上側ヒータブロック６４が取り付けられている。各上側ヒータブロック６４は、下側ヒータブロック５９に対向配置されている。プレス機６１によってシリンダ６２を駆動させて、プレス盤６３を下方に移動させる。第２の位置としての冷却部１５４における第２プレス盤としてのプレス盤６３が、後述する駆動手段を有してる。

搬出部５３には、成形されたガラス光学素子６６を成形型組１０から搬出する搬出機６５が設けられている。搬出機６５は、ガラス材５５を吸着して移動させる吸着アーム６５ａを備えている。

図２に示すように、成形型組１０は、ガラス材５５をプレス成形するための一対の第１成形型１１及び第２成形型１２と、円筒状の胴型１６，１７とを有している。

第１成形型１１は、円柱状の型本体１３と、収容部１４と、離型部材１５とを備えている。型本体１３は、基端面が取付面１３ｂに形成される一方、先端面が凸状の成形面１３ａに形成されている。成形面１３ａは、ガラス光学素子６６の光学機能面を成形するための面であり、その光学機能面に対応した形状を有している。収容部１４は、型本体１３に形成されている。収容部１４は、一端が成形面１３ａに開口している。収容部１４内には、離型部材１５が収容されている。離型部材１５は、型本体１３の軸方向に相対変位可能に、且つ先端１５ａが成形面１３ａよりも突出可能となっている。なお、型本体１３の上端外周には、フランジ部１１ａが形成されている。

離型部材１５は、第１，第２成形型１１，１２によりプレスされたガラス材５５が、第１成形型１１に食らいつくことを抑制するためのものである。具体的には、ガラス材５５が冷却されるとき、ガラス材５５は熱収縮する。成形面１３ａの形状が転写されるガラス材５５は、第１成形型１１に食らいつく方向に収縮する。しかし、プレスされたガラス材５５を第１，第２成形型１１，１２でもってプレス保持しながら冷却する工程において、この離型部材１５の先端１５ａは、成形面１３ａから突出する。すなわち、離型部材１５によって、ガラス材５５が離型方向、すなわち、第１成形型１１から離れる方向に押される。したがって、ガラス材５５の第１成形型１１への食らいつきを抑制することができる。型本体１３の成形面１３ａが、曲率半径Ｒ＝１０ｍｍ以下の曲面に形成されている場合、ガラス材５５の食らいつきがより顕著に発生する。このような場合に、より効果的に食らいつきを抑制することができる。

収容部１４は、例えば、図２（ａ）に示すように、成形面１３ａの平面視において成形面１３ａの外周辺に設けられていてもよい。この場合、ガラス材５５の周辺部が離型部材１５によって押圧される。このため、離型部材１５の押圧により、ガラス光学素子６６に傷や凹みが生じた場合でも、成形されるガラス光学素子６６の光学機能の有効範囲より外側が離型部材１５によって押圧されることになるので、ガラス光学素子６６の性能を保つことができる。

なお、収容部１４は、例えば、図２（ｂ）に示すように、成形面１３ａから型本体１３の軸方向に延びる方向に貫通するように形成された収容凹所１８によって構成されていてもよい。この場合、離型部材１５は、収容凹所１８内に摺動自在に収容される。

図１に示すように、成形装置１の第２の位置としての冷却部１５４における第２プレス盤としてのプレス盤６３は、駆動手段を有している。駆動手段は、離型部材１５をその先端１５ａが成形面１３ａよりも突出するように、型本体１３に対して下方に相対変位させるものである。

収容凹所１８は、例えば、図３（ａ）に示すように、成形面１３ａの平面視において成形面１３ａの周回方向にそって設けられた複数の収容孔１９によって構成されていてもよい。この場合、離型部材１５は、棒状に形成されている。

収容凹所１８は、例えば、図３（ｂ）に示すように、成形面１３ａの平面視において型本体１３の外周と同心円状に形成された周回溝２０によって構成されていてもよい。この場合、離型部材１５は、円環状に形成されている。

収容凹所１８は、成形面１３ａの平面視において型本体１３の周辺部に位置付けて形成されていることが好ましい。これにより、成形されるガラス光学素子６６の光学機能の有効範囲より外側が離型部材１５によって押圧されることになる。このため、離型部材１５の押圧により、ガラス光学素子６６に傷や凹みが生じた場合でも、ガラス光学素子６６の性能を保つことができる。

上記駆動手段は、図１に示すように、例えば、冷却部１５４のプレス盤６３の第１成形型１１側表面における離型部材１５に対応する位置に形成され、収容凹所１８に挿入される突出部２１であってもよい。

円柱状の第２成形型１２は、第１成形型１１に対向配置されている。第２成形型１２の成形面１２ａは、緩やかな凹状の曲面に形成されている。第２成形型１２の下側外周には、フランジ部１２ｂが形成されている。胴型は、第１成形型１１及び第２成形型１２が摺動可能に挿入される内側胴型１６と、内側胴型１６の周囲に設けられ、内側胴型１６よりも上下の長さが長い外側胴型１７を有している。内側胴型１６の上方から第１成形型１１が挿入され、内側胴型１６の上端にフランジ部１１ａが当接する位置まで摺動可能となっている。内側胴型１６の下方からは第２成形型１２が挿入され、フランジ部１２ｂに内側胴型１６の下端が当接する位置に配設される。

第１成形型１１、第２成形型１２及び胴型１６，１７は、耐久性等の観点から、高強度であることが求められる。このため、例えば、これらを超硬合金製とすることが好ましい。また、これらの材料として、ステンレス鋼を用いてもよい。さらに、第１成形型１１及び第２成形型１２の酸化及び腐食抑制のために、成形面１２ａ，１３ａに保護膜を施してもよい。

次に、上記成形装置１を用いて、レンズを製造する方法について説明する。

まず、成形装置１の搬入部５１において、吸着アーム５４ａに吸着されたガラス材５５を搬入機５４によって、成形型組１０に搬入する。

すなわち、第１成形型１１は内側胴型１６内から取り出され、成形型組１０は型開きされている。そして、搬入機５４を駆動させ、内側胴型１６内の第２成形型１２上にガラス材５５を装入する。第１成形型１１を内側胴型１６内に挿入し、成形型組１０を型閉じする。

次に、搬送手段によって、成形型組１０を搬入口５７からチャンバー５６内に搬送する。具体的には、成形型組１０は加熱部１５２の下側ヒータブロック５９の上まで搬送される。成形型組１０の搬送後に、プレス機６１によってシリンダ６２を駆動させて、プレス盤６３を下方に動かす。具体的には、第１成形型１１がガラス材５５に当接する位置まで、上側ヒータブロック６４によって第１成形型１１を押圧する。

次に、上側ヒータブロック６４及び下側ヒータブロック５９の温度を上昇させ、第１成形型１１及び第２成形型１２を加熱する。第１成形型１１及び第２成形型１２の熱をガラス材５５に伝導させることで、ガラス材５５を加熱する。

次に、加熱されたガラス材５５を内包する成形型組１０を押圧部１５３に搬送する。押圧部１５３のプレス機６１によってシリンダ６２を駆動させて、プレス盤６３を下方に動かす。上側ヒータブロック６４が外側胴型１７の上端に当接する位置まで、第１成形型１１を下方に変位させる。そして、第１成形型１１でガラス材５５を押圧して、ガラス材５５を変形させることにより、第１成形型１１及び第２成形型１２の成形面１３ａ，１２ａの形状をガラス材５５に転写させる。なお、ガラス材５５を十分に変形させるためには、ガラス材５５が、屈伏点まで加熱されていることが好ましい。

次に、成形型組１０を冷却部１５４に搬送する。冷却部１５４に設けられたプレス機６１によってシリンダ６２を駆動させて、プレス盤６３を下方に動かす。プレス盤６３の駆動手段によって、先端１５ａが成形面１３ａよりも突出するように収容部１４に収容された離型部材１５を型本体１３に対して下方に相対変位させる。これにより、ガラス材５５が第１成形型１１から離隔する方向にガラス材５５に力が与えられるので、ガラス材５５の成形面１３ａへの食らいつきが抑制される。

また、冷却部１５４において、離型部材１５によってガラス材５５に力を与えることにより、第１成形型１１及び第２成形型１２の成形面１３ａ，１２ａの形状をガラス材５５に十分に転写させることができる。冷却部１５４においては、ガラス材５５の温度が所定の温度、例えば、ガラス材５５のガラス転移点以下となっていることが好ましい。

収容部１４が収容凹所１８によって構成されている場合、プレス盤６３に設けられた駆動手段としての突出部２１を収容凹所１８に挿入し、離型部材１５を下方に相対変位させてもよい。突出部２１により離型部材１５を下方に押圧することで、離型部材１５をより確実に変位させることができる。

次に、プレス機６１によってシリンダ６２を駆動させて、プレス盤６３を上方に動かす。プレス盤６３を上昇させて上側ヒータブロック６４を第１成形型１１から離す。

次に、搬送手段によって、成形型組１０をチャンバー５６の搬出口５８から搬出部５３に搬送する。第１成形型１１を内側胴型１６から取り出し、成形型組１０を型開きする。

ここで、ガラス材５５が冷却されるとき、ガラス材５５は、第１成形型１１に食らいつく方向に収縮する。しかし、第１成形型１１は、離型部材１５を備えている。このため、離型部材１５の先端１５ａが成形面１３ａよりも突出すると、ガラス材５５が離型方向、すなわち、第１成形型１１から離れる方向に押される。したがって、ガラス材５５の第１成形型１１への食らいつきを抑制することができる。

最後に、成形後のガラス光学素子６６を搬出機６５の吸着アーム６５ａに吸着させて、内側胴型１６内から取り出す。本実施形態に係る成形型組１０においては、ガラス材５５の第１成形型１１への食らいつきを抑制することができるので、第１成形型１１に強固に食らいついたガラス材５５を離型させる工程が不要であり、製造効率の低下を抑制することができる。また、第１成形型１１に食らいついたガラス材５５が、第１成形型１１の上昇途中に第２成形型１２の上に落下することも抑制することができる。

以上説明したように、本発明は、ガラス材をプレスするための成形型、成形装置及びそれを用いた製造方法等について有用である。

本発明の実施形態に係る成形装置の構成を示す断面図である。 実施形態に係る成形型であり、（ａ）は、収容部が成形面の外周辺に設けられている場合、（ｂ）は、収容部が収容凹所によって構成されている場合を示す。 成形型を上方から見た平面図であり、（ａ）は、収容凹所が複数の収容孔によって構成されている場合、（ｂ）は、収容凹所が周回溝によって構成されている場合を示す。

符号の説明

１ 成形装置
１０ 成形型組
１１ 第１成形型
１２ 第２成形型
１３ 型本体
１３ａ 成形面
１３ｂ 取付面
１４ 収容部
１５ 離型部材
１５ａ 先端
１８ 収容凹所
１９ 収容孔
２０ 周回溝
２１ 突出部
５５ ガラス材
６３ プレス盤
１５２ 加熱部（第１の位置）
１５３ 押圧部（第１の位置）
１５４ 冷却部（第２の位置）

Claims (11)

1. ガラス材をプレス成形するための成形型であって、
   基端面が取付面に形成される一方、先端面が凸状の成形面に形成された円柱状の型本体と、
   上記型本体に一端が上記成形面に開口するように形成された収容部と、
   上記収容部内に上記型本体の軸方向に相対変位可能に且つ先端が上記成形面よりも突出可能に収容された離型部材と、
   を備えた成形型。
2. 請求項１の成形型において、
   上記収容部は、上記成形面の平面視において上記成形面の外周辺に設けられている成形型。
3. 請求項１の成形型において、
   上記収容部は、上記成形面から上記型本体の軸方向に延びる方向に貫通するように形成された収容凹所によって構成され、
   上記離型部材は、上記収容凹所内に摺動自在に収容されている成形型。
4. 請求項３の成形型において、
   上記収容凹所は、上記成形面の平面視において上記成形面内の周回方向に沿って設けられた複数の収容孔によって構成され、
   上記離型部材は、棒状である成形型。
5. 請求項３の成形型において、
   上記収容凹所は、上記成形面の平面視において上記型本体の外周と同心円状に形成された周回溝によって構成され、
   上記離型部材は、円環状である成形型。
6. 請求項１の成形型において、
   上記収容凹所は、上記成形面の平面視において上記型本体の成形面の周辺部に位置付けて形成されている成形型。
7. ガラス材をプレスして光学素子を成形するための成形装置であって、
   基端面が取付面に形成される一方、先端面が凸状の成形面に形成された円柱状の型本体を有する第１成形型と、該第１成形型に対向配置された円柱状の第２成形型とを備え、
   上記第１成形型は、上記型本体に一端が上記成形面に開口するように形成された収容部と、
   上記収容部内に上記型本体の軸方向に相対変位可能に且つ先端が上記成形面よりも突出可能に収容された離型部材と、
   を有する成形装置。
8. ガラス材をプレスして光学素子を成形するための成形装置であって、
   下端面が凸状の成形面に形成された円柱状の型本体と、上記型本体に一端が上記成形面に開口するように形成された収容部と、上記収容部内に上記型本体の軸方向に相対変位可能に且つ先端が上記成形面よりも突出可能に収容された離型部材とを備えた上型と、
   該上型の下方に対向配置された円柱状の下型と、
   を有する成形型組と、
   上記成形型組を第１の位置と第２の位置とに搬送する搬送手段と、
   上記第１の位置に搬送された成形型組の上方に配置された第１プレス盤と、
   上記第１プレス盤に接続され、該第１プレス盤とともに、上記第１の位置に搬送された成形型組の上記上型を下方に押圧し、上記上型と下型との間に装入されたガラス材を加熱しながらプレスする第１プレス手段と、
   上記第２の位置に搬送された成形型組の上方に配置され、上記離型部材をその先端が上記成形面よりも突出するように上記型本体に対して下方に相対変位させる駆動手段を有する第２プレス盤と、
   上記第２プレス盤に接続され、該第２プレス盤とともに、上記第２の位置に搬送された成形型組の上記上型を下方に押圧した状態で、上記上型と下型との間に装入されたガラス材が所定の温度に冷却されるまでプレス保持する第２プレス手段と、
   を有する成形装置。
9. 請求項８の成形装置において、
   上記上型の収容部は、上記成形面から上記型本体の軸方向に延びる方向に貫通するように形成された収容凹所によって構成され、
   上記離型部材は、上記収容凹所内に摺動自在に収容されている成型装置。
10. 請求項９の成型装置において、
    上記駆動手段は、上記第２プレス盤の上記上型側表面における上記離型部材に対応する位置に形成され、上記収容凹所に挿入される突出部である成形装置。
11. 一端面が凸状の成形面に形成された円柱状の型本体を有する第１成形型と、該第１成形型に対向配置された円柱状の第２成形型とを有する成形型組を備え、
    上記第１成形型は、上記型本体に一端が上記成形面に開口するように形成された収容部と、
    上記収容部内に上記型本体の軸方向に相対変位可能に且つ先端が上記成形面よりも突出可能に収容された離型部材と、
    をさらに有する成形装置を用意する工程と、
    上記第１成形型と第２成形型との間にガラス材を装入する工程と、
    上記ガラス材を加熱しながら上記第１成形型を第２成形型に向けて押圧することで該ガラス材をプレス変形させる工程と、
    上記プレス変形されたガラス材を押圧しながら冷却するとともに、上記離型部材を上記型本体に対して変位させて上記ガラス材を上記第１成形型から離隔させる工程と、
    を備えた光学素子の製造方法。

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