JP2511085B2 - 光学素子の成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光学素子の成形方法に関し、プレス成形後
の後加工を不要とした高精度光学素子を連続的に製造で
きる光学素子の成形方法に関する。

（従来の技術） 近年、所定の表面精度を有する成形用型内に光学素子
材料を収容してプレス成形することにより、研削及び研
摩等の後加工を不要とした高精度光学面を有する光学素
子を成形する方法が開発されている。

このようなプレス成形法を用い、しかも光学素子の連
続成形に好適する光学素子成形方法は、例えば特開昭59
−150728号公報或いは特開昭61−26528号公報に示され
たように、光学素子の成形用素材を成形用型内に収容配
置して、この素材を型内で保持したまま加熱部と成形部
と冷却部とを有する連続炉内に順次取入れ、加熱部にて
成形用型とともに成形用素材を成形可能な温度まで加熱
軟化した後、成形部にてプレスし、次に冷却部にてプレ
ス時における成形用型の状態を維持したまま成形用素材
がガラス転移点以下になるまで冷却し、しかる後型内か
ら成形品を取出すという工程を含むものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらこのような工程中、光学素子の成形用素
材が成形可能な温度まで加熱される過程において、該成
形用素材は成形用型内にて型の表面に接触するか、又は
近接した状態にあるため、プレス成形前に成形用素材と
型の表面が反応してこの型表面が侵されてしまうという
問題点があった。特に、光学素子の成形用素材が鉛含有
ガラス素材である場合、ガラス素材と型表面の間隔が1m
m程度の非接触状態であっても、加熱後においては型表
面にガラス素材中の鉛成分が付着して該型表面は急速に
侵され、型の表面精度が著しく低下してしまう。

本発明者等は、このような問題点を解決すべく、プレ
ス成形時における成形用型のガラス成分による侵食を防
止して該成形用型の耐久性及び表面精度を維持し、高精
度光学素子を連続的かつ量産的に製造することができる
光学素子製造装置について既に提案してある。

この種の成形装置において、成形用型をプレス時と同
様の状態にしたまま冷却する場合、型内に収容された成
形品に温度分布が生じたまま冷却すると冷却後の成形品
に歪が生じてしまう。この成形品の温度分布を解消する
方法としては、従来からヒーターを用いて低温側の成形
用型を暖めながら温度調整する方法が採られている。と
ころが、このヒーターを用いて温度調節する方法では冷
却時間が非常に長くかかり、次のプレス成形に供給され
る空の成形用型が不足しないよう徐冷部に多数の成形用
型を必要とし、製造コストが著しく高価になるという問
題が生じる。

本発明は、このような光学素子の製造装置を用いて、
ガラス成形材料をプレス成形する場合、冷却工程におけ
る成形品の冷却時間を短縮することにより、成形用型の
必要数を減じ、製造コストを低減できる光学素子の成形
方法を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 上述した問題点を解決するために、本発明では、ガラ
ス材料を成形用の上型と下型からなる成形用型部材にて
プレス成形して光学素子に成形後、成形した前記光学素
子を前記型内に保持して前記型と共に冷却工程に移送
し、冷却工程において前記光学素子を保持した成形用型
に冷却媒体を噴射するに際し、前記上型および下型の高
温度側の噴射量を制御して冷却するのである。

（作用） この種の光学素子の成形方法において、プレス成形後
に成形用型をプレス時と同様の状態にして冷却する場
合、成形品に温度分布が生じたまま冷却されると冷却後
の成形品に歪が生じるおそれがある。又、単位時間あた
りの製造量を上げるにはプレス成形部に成形用素材を効
率良く送ることが必要とされる。ところが、このプレス
成形部において成形された成形品を冷却するのに冷却部
にヒーターを設けて調温する方法では、成形用型の温度
分布を均一にするためには成形用型の低温側をヒーター
で暖めながら調節するしかない。

本発明においては、冷却工程において、冷却媒体を噴
射して、その噴射量を制御することにより、高温側の成
形用型を急冷し、もって、成形品全体の冷却時間を短縮
できるのである。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図〜第６図は、本発明装置の実施例に関する装置
を示す図であり、この装置の全体の平面図が第１図に示
してあり、各部の断面図が第２図〜第６図に示してあ
り、第７図（ａ）は本実施例装置における冷却部の断面
図であり、第７図（ｂ）は第７図（ａ）の横断面図であ
る。

この装置の全体的構成は、素材取入室１、加熱部２、
素材移替部３、プレス部５、冷却部６及び成形品取出室
７から成るものである。素材取入室１、加熱部２、素材
移替部３及びプレス部５は同一ライン状にあり、これら
のラインと並列して冷却部６が配設されている。

加熱部２の入口近傍には第１の移送室21が構成され、
この第１の移送室21に上記素材取入室21が設けられてい
る。又、プレス部５の出口近傍には第２の移送室22が構
成され、冷却部６の入口には第３の移送室23が構成さ
れ、これら第２と第３の移送室は移送路25で連結されて
いる。さらに、冷却部６の出口近傍には第４の移送室24
が構成され、この第４の移送室24には素材取出室７が設
けられ、第４の移送室24と上記第１の移送室21とは回送
路26で連結されている。これらの各室各部は連続的な循
環経路を成して炉体59を構成している。加熱部２、素材
移替部３及びプレス部５の成形ラインをする構成する炉
体59内には素材取入室１から供給された素材をプレス温
度まで加熱するヒーター57が設けられ、冷却部６内には
後述する冷却媒体供給管40が設けられている。

11は、この経路を移送せしめられるパレットであり、
該パレット11上には素材載置台12とプレス成形用の上型
13及び下型14とが一定の間隔を有して配設されている。
上型13及び下型14のプレス成形面は、夫々光学素子機能
面を成形するための鏡面13a,14aが施されている。

パレット11を上記径路中にて移送せしめる手段とし
て、第１の移送室21には押出しシリンダー51が設けら
れ、第２の移送室22には押出しシリンダー53と引出しシ
リンダー52とが設けられ、第３の移送室23には押出しシ
リンダー54が設けられ、第４の移送室24には押出しシリ
ンダー55と引出しシリンダー56とが設けられており、パ
レット11はこれらシリンダーの押出し或いは引出し動作
により各工程に移送される。パレット11は炉体59内に設
けられた不図示のレール上に載置され、シリンダーの押
出し或は引き出しによりレール上を移動する。

このパレット11の移動動作について、より詳細に述べ
れば、パレット11は加熱部２の入口付近からプレス部５
の出口付近まで複数配列され、第１の移送室21の押出し
シリンダー51の押出動作によりこれらのパレット11は互
いに接触した状態でプレス部５の方向に移動する。

押出しシリンダー51がパレット11を１個分だけ押出す
と、プレス部５から先頭に位置するパレットＡが１個だ
け玉突き式に押出される。さらこのパレット11が第２の
移送室22に引出しシリンダー52により引出されると、こ
の第２の移送室22にて押出しシリンダー53により押出さ
れて移送路25を移動した後、第３の移送室23に移送せし
められる。次いで、この第３の移送室23に移送された１
個のパレット11は、押出しシリンダー54により冷却部６
の方向に押出され、冷却部６に配列された複数のパレッ
ト11が上記同様玉突き式に移動し、これらパレット11の
うち先頭のパレットＢが第４の移送室24に押出される。
そして、このパレットＢは該移送室24にて押出しシリン
ダー55により押出され、回送路26を経て第１の移送室21
に至る。

かくして、パレット11は上述の動作により上記循環経
路を移動することができる。

次に、上記循環経路の各部について説明する。

素材移替部２及び成形品取出室７には上型13を下型14
に所要間隔をあけて持上げるための持上げハンド16,20
が設けられている。この持上げハンドは、不図示のリフ
ト手段により上下動する。さらに、素材移替部３には、
素材取入室１にて素材載置台12上に配置された素材15を
下型14上に移替えるための吸着フィンガー４が設けられ
ており（第４図）、上記持上げハンド16の作動により上
型13が一旦持上げられた後、該吸着ハンド４が作動し、
素材15が下型14上の所定位置に移替えられる。この吸着
フィンガー４は、上記のような素材15の移替時に、該素
材15が正確に下型14上の所定位置に配置されるよう、パ
レット11上の素材載置台12と下型14とが有する所定間隔
の長さだけ正確に平行移動する一定のストロークを有し
て作動するように構成されている。

又、素材取入室１及び成形品取出室７には、素材15を
載置台12上に配置したり、成形品18を上型14から取出す
ための吸着フィンガー19が設けられている（第６図）。

プレス部５には、プレス成形時に上型13を押圧するた
めのプレス用ロッド17が設けられている（第５図）。

冷却部６には、第７図（ａ）及び第７図（ｂ）に示す
ように、冷却媒体供給管40が設けられている。この供給
管40は、上型13側と下型14側に夫々炉体59の長手方向に
付設された上管40a、下管40bを備え、夫々の各所にはノ
ズル41が設けられ、このノズルから炉体59の外部に設け
られたポンプ42から供給される冷却媒体43を噴出するこ
とができる。上管40a、下管40bの途中には夫々流量調整
バルブ45a、45bが設けられ、冷却媒体43の上型13側に対
する噴出量と下型14側に対する噴出量を調整することが
できる。又、炉体59の下方には上記ノズル41から噴出
し、炉体内に注入された冷却媒体を回収する回収炉44が
設けられている。

なお冷却媒体供給管40には不図示のコントローラーが
設けられており上型13及び下型14の温度測定結果により
高温側の型に対して冷却媒体の噴射量を増加するように
制御する。この噴出量が制御された冷却媒体により、プ
レス成形された成形品の温度分布を均一にしながら取出
し温度まで冷却する。冷却媒体としては、型13、14の酸
化防止を考慮して、例えばN₂ガスを用いる。

又、上記冷却媒体供給管が設けられた徐冷部の両側、
即ち第３と第４の移送路との境界に不図示のシャッター
を設け、シリンダー54、56を作動させるたびに開閉する
ようにし、冷却媒体の漏洩を防止するようにする。

さらに、本実施例では冷却媒体供給管40として管40
a、40bを炉体59の内部に付設し、この管の各部にノズル
41を設けた構成としてあるが、管を炉体59の外部に設け
てこの管からノズルのみを炉体の内方に挿入する構成と
してもよい。

なお、本装置において炉体59の内部は、上型13及び下
型14を形成する型材が高温下で酸化されるのを防止する
よう、真空排気の後、N₂ガス等の非酸化性ガスを充填す
る必要がある。又このため、上記の持上げハンド16、吸
着フィンガー４及びプレスロッド17等と炉体59外壁との
摺動部分にはシールドを充分施しておく必要がある。

又、本装置においては、図示は省略してあるが、素材
15を素材取入室１に取入れる際、外気が炉体59の内部に
侵入しないように、雰囲気置換室を設ける必要がある。

次に、上述のように構成された装置の動作について第
２図〜第６図に示すプレス成形工程順に従って説明す
る。第２図は素材15が配置されていない状態のパレット
11を示す。

まず、上記したように、上下型13,14の型材の酸化防
止のために、炉体59の内部を不図示の真空ポンプにより
１×10^-2Torrまで真空排気した後、N₂ガスを充填する。
次いで、ヒーター57に通電し、炉内温度を所定値にまで
昇温する。昇温完了後、素材取入室１にて上記雰囲気置
換室を通し、吸着フィンガー19により第３図に示すよう
に素材15を素材取入室１にあるパレット11の載置台12上
に配置する。次に、上述した如く押出しシリンダー51,5
3,54,55及び引出しシリンダー52,56を作動して順次パレ
ット11が成形品取出室７から素材取入室１に送られてく
るたびに素材15を上記の方法で各々の載置台12上に配置
する。このような動作を繰り返し行うことにより、最初
のパレット11に供給された素材15と上型13及び下型14が
素材移替部３付近においてプレス成形に必要な温度にま
で加熱された時点で素材15の下型14への移替えを行な
う。なお、この時、素材15と上型13及び下型14とは略同
温度にまで加熱されていることが望ましい。こうするこ
とにより、移替後の素材15の温度が上型13或いは下型14
の温度によって変化することなく最適なプレス温度条件
下（例えば530℃）でプレス成形を行なうことができ
る。そして、素材移替部３において、第４図に示すよう
に、持上げハンド16により上型13を持上げ、次いで吸着
フィンガー４により素材15を吸着して下型14上に移替え
る。この後、押出しシリンダー51を押出して素材15の移
替えが完了したパレット11をプレス部５の位置に移動さ
せる。この時、持上げハンド16を除去すると共に、プレ
ス用ロッド17を作動させ、所定のプレス圧にて、上型13
を押圧し、素材15に対するプレス成形を行なう。次い
で、プレス用ロッド17の押圧を解除し、上型13はプレス
時における状態を維持したまま、押出しシリンダー51の
作動により、このパレット11はプレス部５から移動して
該プレス部５の出口付近に至る。さらに、このパレット
11を引出しシリンダー52により引出して第２の移送室22
に移動した後、押出しシリンダー53により押出し、移送
路25を経て移送室23に移送する。次いで、パレット11は
押出しシリンダー54の押出しにより、成形品の取出室７
の方向に押出されるが、押出し方向の前方には他のパレ
ット11が配列された状態にあるので、上述のような動作
が継続する中で、当該パレット11が冷却部６の出口付近
に致る間上型13と下型14内で保持された成形品18は冷却
部６を通過し、ここで徐々に冷却せしめられる。この冷
却部６においては、成形品18が温度分布を生じないよう
流量調整バルブ45a、45bで噴出量を調整しながら、例え
ば530℃でプレス成形された成形品18が冷却部６を通過
した後取出し温度350℃となるように調整して冷却媒体4
3の温度を制御する。

かくして、冷却部６の先頭位置まで移動したパレット
11は引出しシリンダー56により成形品取出室７に至る。

次に、持上げハンド20が作動して上型13が除去され、
次いで吸着フィンガー19により成形品18が取出される。
そして、この成形品取出しの完了したパレット11は押出
しシリンダー55の押出しにより回送路26を経て素材取入
室１に移送され、再び上述の動作を繰返す。

なお、上記の装置において、シリンダー54、56が作動
するたびに冷却部６の両側に設けられた不図示のシャッ
ターが開閉するようにコントロールする。

以上説明したような実施例装置によれば、素材15はプ
レス成形の直前まで素材載置台12上に配置され上型13及
び下型14から分離された状態にあるため、素材15と型1
3,14との反応が防止される。勿論、プレス成形時及びそ
の後の徐冷時において素材15と型13,14との反応が生じ
ることは妨げられないが、プレス成形後の降温下にあっ
ては、プレス成形時ほどの反応も生じず、上述した反応
時間の短縮効果と合わせ、型の耐久性向上に有益とな
る。

又、本実施例装置は、同一パレット上で素材の移替え
を行なう構成となっているため、素材載置台12と型との
位置の相対的な変化がなく、吸着フィンガー４のハンド
リングの位置決め精度が出やすい。又、吸着フィンガー
４は炉体59の内部にてパレット11と同時に加熱されるか
ら、熱膨張によるハンドリングの位置決め精度の誤差が
生じにくい。

さらに、本実施例装置によれば、上述したように型の
耐久性が保証されると共に、成形面の侵食が防止され、
比較的長期間に渡り成形面の鏡面性が保持されるから、
高精度光学素子の連続製造に好適する。

又、成形用素材の載置台と成形用型とは同一パレット
に配設された構成となっているため、パレットの移動時
における両者間の相対的な位置変化が発生せず、例えば
オートハンド装置を用いて成形用素材を移替える際、高
温下であってもハンドリングの位置決め精度が低下する
ことなく、信頼性の高い装置を得ることができる。

さらに又、本実施例においては、冷却部６に冷却媒体
43を噴出する手段とこの噴出量を制御する手段を設け、
測定された型の高温側に対して冷却媒体の噴出量を増加
し、該冷却媒体の急冷効果を利用して、成形品の冷却時
間を短縮するようにしている。

このような本実施例装置は、冷却の終了した成形用型
を効率良くプレス成形部に送ることができ、少数の成形
用型でも連続的な光学素子の製造に供することができ
る。

以下、本発明の他の実施例について第８図を参照しな
がら説明する。本実施例における光学素子製造装置は、
上記実施例がライン状の工程経路を有し、パレットの移
動を押出し又は引出しシリンダーで行なうように構成し
たのに対し、ロータリーテーブルを用いてパレットの回
転移動を行なう構成を有するものである。全体的構成
は、第７図に示すように、不図示の駆動装置によるロー
タリーテーブル36上に素材取入室31（成形品取出室を兼
ねる）、加熱部32、素材移替部33、プレス部34及び冷却
室35から成り、このテーブル上にパレット37を一定ピッ
チで配置し、このパレット37上に素材載置台38と型39が
所定間隔で配設されたものである。この装置に対して上
記実施例同様に、冷却部に冷却媒体を噴射するとともに
この噴射量を調節できる手段を設け、プレス成形後の成
形品を温度分布が生じないように高温側の成形用型を急
冷するようにする。その他、この装置の基本的な動作及
び効果は、本装置がロータリーテーブル形式で動作して
パレットの移動が行なわれる点以外は上記実施例と略同
様である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、光学素子を連
続的に製造する成形方法の冷却工程において冷却媒体を
噴出させ、この噴出量を成形用型の上型側に対するもの
と下型側に対するものとで調整して高温側の型に噴射量
を増加させて成形用型の温度分布をなくするとともに成
形品全体を急冷することにより、冷却工程における所要
時間を減じ、このため少数の成形用型で効率良くプレス
成形することができるので製造コストの低減化を達成
し、本装置による光学素子の量産性をさらに高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の成形方法を実施するための装置の全体
的平面図、第２図〜第６図は各工程におけるパレットの
概略断面図であり、第７図（ａ）は上記実施例装置にお
ける冷却部の断面図であり、第７図（ｂ）は第７図
（ａ）の横断面図であり、第８図は他の実施例の概略平
面図である。 1,31……素材取入室 2,32……加熱部 3,33……素材移替部 5,34……プレス部 6,35……冷却部 11,37……パレット 12,38……素材載置台 13……上型 14……下型 40……冷却媒体供給管 43……冷却媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−286011（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−810（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−172230（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−101014（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−45734（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−162630（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−223032（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス材料を成形用の上型と下型からなる
   成形用型部材にてプレス成形して光学素子に成形後、成
   形した前記光学素子を前記型内に保持して前記型と共に
   冷却工程に移送し、冷却工程において前記光学素子を保
   持した成形用型に冷却媒体を噴射するに際し、前記上型
   および下型の高温度側の噴射量を制御して冷却すること
   を特徴とする光学素子の成形方法。