JP2621930B2 - 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、加熱軟化した被成形体を押圧成形してレン
ズ等の光学素子を製造する光学素子の成形方法に関す
る。

〔従来の技術〕

上記この種の光学素子の成形方法としては、例えば特
開昭62−21720号公報に開示されているように、押圧成
形工程を予備成形工程と本成形工程とに分け、予備成形
工程にて所望の最終形状に近似する形状に押圧成形し、
その後本成形工程にて所望の最終形状に押圧成形する方
法がある。即ち第７図、第８図にて示すごとく円板状に
切断したガラス素材１を素材台２上に載置するととも
に、一対の搬送部材3,4を介して予備加熱炉５内に搬入
し、10⁸〜10⁶ポアズの粘度に加熱軟化されたガラス素材
１を成形装置６の上下の成形型7,8を介して所望の最終
形状に近似する形状に押圧成形する（予備成形工程）。
そして予備成形された成形体1aを搬送部材3,4を介し
て、第８図に断面で示すような本加熱炉９内に搬入し、
10¹³〜10⁷ポアズの粘度に再度加熱軟化された成形体1a
を上下の成形型7,8にて再度押圧成形することにより、
所望の最終形状のレンズに成形するものである。なお、
図中、10,11で示すのはガイド部材、12で示すのは上下
の成形型7,8間に配設されたガラス素材１支持用の支持
台である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術においては次のような問
題点があった。すならち予備成形工程にて所望の最終形
状に近似する形状に押圧成形された成形体1aは、本成形
する前に本加熱炉９内にて10¹³〜10⁷ポアズの粘度に加
熱されるのであるが、この粘度におていては成形体1aは
粘性あるいは粘弾性的性質を示すので、成形体1aは加熱
中に第８図の想像線にて示すごとく自重によって徐々に
肉厚変化，曲率変化等の変形を生じてしまうとともに、
本加熱炉９内の温度の不均一性によって温度分布が生じ
ているため、成形体1aは中心軸に対して自重による均一
な変形にならず非対称な形状になってしまうという問題
点があった。

そのために、本成形工程にて所望の最終形状に押圧成
形する際、押圧直前の成形体1aの形状変化によってガラ
ス流動量の増加をもたらし、成形条件の負荷が大きくな
って高精度の光学素子の成形が難しかった。

上記と同様な現象は、研削，研磨加工の工程により所
望の最終形状に近似する形状に予備成形された成形体
を、加熱軟化によって所望の最終形状に押圧成形する場
合にも発生するものであった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたも
のであって、加熱炉内における被成形体の加熱軟化及び
温度の不均一性に起因して生ずる被成形体の形状変化を
押さえて、本成形工程における押圧成形時の変形量を小
さくし、高精度の光学素子を成形し得るような成形方法
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕

第１図は本発明に係る光学素子の成形方法の概念図を
示す。図は本加熱炉20の周辺部を示しており、図におい
て21で示すのは、押圧による予備成形工程もしくは研
削，研磨加工工程において所望の最終形状に近似する形
状に予備成形された被成形体である。被成形体21を本加
熱炉20内にて加熱する際には、被成形体21の保持部材22
を有する搬送部材23を介して被成形体の有効径外の外周
部を保持するとともに、搬送部材23をその進退方向を軸
として回転（矢印R₁）させることで保持部材22に対して
搬送部材23の進退方向を軸とする回転を付与し、かつ保
持部材22をその中心軸を軸として回転（矢印R₂）させつ
つ加熱する。このように被成形体21を回転しつつ加熱す
ることにより、本加熱処理中に被成形体21が粘性あるい
は粘弾性を帯びてその自重によって変形する量および本
加熱炉20内の温度分布によって非対称に変形する量を極
めて小さくすることができ、加熱後に図示を省略した一
対の成形型にて押圧成形する際の被成形体21の変形量
（ガラスの流動量）を小さくできる。その結果、高精度
の光学素子を成形し得るものである。

〔実施例〕

以下、本発明の成形方法の実施例を図面とともに説明
する。

（第１実施例） 第２図a,bは本発明に係る第１の実施例を実施するた
めのレンズの成形装置30を示すものである。第２図ａに
おいて、研削，研磨加工し所望のレンズ形状に近似する
形状に成形したガラス素材（被成形体）31の有効径外の
外周部を、リング状の保持具32内の段部に押さえリング
33にて挟持するように保持してあり、この押さえリング
33は保持具32に比して熱膨張係数が大きくガラス素材31
の加熱軟化時（高温状態）にはしまりばめとなって、保
持具32から脱落しないようになっている。保持具32は複
数個の球体34を介して搬送アーム（搬送部材）35の一端
部に回転自在に支持してあり、この搬送アーム35によっ
てガラス素材31を円筒形状の加熱炉（本加熱炉）36また
は成形部37に対して搬出入する。搬送アーム35上にはプ
ーリ（中間回転体）38、モータ39が配設してある。搬送
アーム35は、他端部を回転軸40を介して回転エアシリン
ダ41に連設している。回転エアシリンダ41は、固定した
支持台42上における一対のスライドガイド43間を摺動す
るスライド板44に連結板45とともに固定している。連結
板45は前記支持台42に固定したエアシリンダ46のピスト
ンロッド47に連接している。従って、エアシリンダ46の
作動によりスライド板44を介して回転エアシリンダ41が
進退動するとともに、回転エアシリンダ41の作動により
搬送アーム35が360゜自由に回転できる。前記保持具32
の外周に設けた溝32aとプーリ38との間、およびプーリ3
8とモータ39との間にそれぞれワイヤ（伝達部材）48,49
を張架することによって、回転エアシリンダ41の作動に
より保持具32が回転するようにしている。なお、ワイヤ
48,49の張力を調整するプーリ等の調整手段は図示を省
略している。また、搬送アーム35上のモータ39,回転エ
アシリンダ41,エアシリンダ46はそれぞれコントローラ5
0と接続され、回転制御または進退移動制御する構成と
なっている。

成形部37における上下一対の成形型51,52は、成形可
能に加熱軟化したガラス素材31を成形するようにガラス
転移点温度付近に保持してあり、各成形型51,52の成形
面51a,52aは球面、非球面等の所望のレンズ形状に鏡面
加工してある。

また、各成形型51,52はそれぞれガイド部材53,54に支
持されており、図示を省略している駆動部を介して同一
軸線上に互いに遠近するように摺動案内される構成とな
っている。

次に上記成形装置により光学素子を成形する方法につ
いて説明する。

まず、エアシリンダ46によって搬送アーム35を移動さ
せ、搬送アーム35上の保持具32内にガラス素材31と押さ
えリング33を載置する。次に搬送アーム35を移動制御
し、ガラス軟化点温度付近に設定された温度状態の加熱
炉36内にガラス素材31を搬入し、ガラス粘度が10¹³〜10
¹⁷ポアズになるように加熱する。ガラス素材31を加熱炉
36内に搬入すると同時にモータ39を作動し、ワイヤ49,
プーリ38を介してワイヤ48により球体34にて支持した保
持具32を連続的に回転させ、ガラス素材31を、その中心
軸を軸として回転させながら加熱するので、加熱炉36内
に温度分布が生じていても、ガラス素材31の回転軸を中
心とする均一な温度分布をガラス素材31に付与できる。
次にガラス素材31の温度がガラス転移点温度に達する直
前に、回転している保持具32を支持した搬送アーム35
が、回転エアシリンダ41にて回転軸40を介して連続的に
回転させられる。この回転によって加熱軟化したガラス
素材31の自重による変形を小さくできる。ガラス転移点
温度付近に加熱された押さえリング33は、熱膨張により
保持具32としまりばめ状態になって、ガラス素材31を保
持具32内に固定している。従って、搬送アーム35が回転
してもガラス素材31の落下や移動は発生しない。

このように、ガラス素材31は、加熱開始後に加熱炉36
内の不均一な加熱による変形および自重による変形を生
じるが、ガラス素材31を、その中心軸を軸とする回転
と、この回転軸との直交軸を軸とする回転とを加えつつ
適宜回転させて加熱するので、加熱軟化後も所望の最終
形状に近似した形状に保つことができる。所定粘度に達
する加熱が終了すると同時に、コントローラ50によって
時間制御されているモータ39,回転エアシリンダ41の作
動が停止し、保持具32と搬送アーム35の回転が終了す
る。このとき搬送アーム35は加熱炉36内に搬入した状態
（回転開始前の状態）に戻るようになっている。

次に、所望の最終形状に近似した形状を保持して加熱
軟化されたガラス素材31を、エアシリンダ46にて搬送部
材35を介してガラス転移点温度付近に保持されている一
対の成形型51,52間に搬入し、成形面51a,52aにて押圧成
形して所望のレンズ形状にする。押圧成形後に成形型5
1,52をレンズより離型して成形前の位置に戻すが、各成
形面51a,52aとレンズとが強力なオプティカルコンタク
ト状態にあっても、保持具32と押さえリング33の段部に
よってレンズの離型方向への移動が規制されるので、極
めてスムーズな離型作用を得ることができる。

次にエアシリンダ46を作動させて搬送アーム35を後退
し、ガラス素材31の載置位置にて所定の温度に徐冷した
後、取り外し自在となった押さえリング33を外してレン
ズを取り出すことによって、レンズ成形の１サイクルを
終了する。

本実施例における保持具32と搬送アーム35のそれぞれ
の回転によるガラス素材31に対する作用について、第３
図，第４図，第５図に基づき述べる。

第１に保持具32の回転による作用について述べる。第
３図は、円筒形状の加熱炉36内にて加熱した搬送アーム
35のガラス素材31の載置部周囲６点における温度分布の
状態を示す説明図である。図において、加熱炉温度を72
0℃に設定した場合、各位置のＡ−D,B−ＣおよびＥ−Ｆ
間における温度差は20℃であり、Ａ−E,B−E,D−Ｆおよ
びＣ−Ｆ間における温度差は13℃であり、Ａ−Ｂ間とＣ
−Ｄ間には温度差が認められなかった。上記各位置にお
ける温度差は、加熱炉36特有の温度分布と、搬送アーム
35の一端部における長手方向や幅方向等の非対称な形状
に起因するものである。上記、加熱炉36内にて加熱した
ガラス素材31を、第３図に示すＥ−Ｆ断面の上面側でみ
た形状変化の状態を第４図に示している。第４図ａはガ
ラス素材31を載置した保持具32を回転しない状態、第４
図ｂは保持具32を連続的に回転した状態である。図の横
軸はガラス素材31の径方向の位置を表し、図の縦軸はガ
ラス素材31の表面形状からの加熱軟化による変化量を表
している。ガラス素材31が回転しない場合には、ガラス
素材の中心に対してＥ側,F側の形状が非対称になるのに
対し、保持具32によってガラス素材31を回転した場合に
は、ガラス素材の中心に対してほぼ対称となり、ほぼ均
一な形状変化となっている。

第２に搬送アーム35の回転による作用について述べ
る。第５図は、円筒形状の加熱炉36内にて搬送アーム35
を回転したとき、炉壁からのガラス素材31の相対位置に
変化がない位置において、加熱軟化したガラス素材31の
曲率半径の変化の状態を示している。第５図ａは搬送ア
ーム35を回転しない状態、第５図ｂは搬送アーム35を連
続的に回転した状態である。図の横軸はガラス素材31の
加熱時間を表し、図の縦軸はガラス素材31の上面側と下
面側についての平均曲率半径の変化量を表している。搬
送アーム35が回転しない場合には、ガラス素材31の自重
により両面の平均曲率半径は大きく変化するのに対し、
搬送アーム35によってガラス素材31を回転した場合に
は、ガラス転移点温度以上に加熱されてもガラス素材31
の両面は、平均曲率半径の微小な変動を正弦波近似で繰
り返している。従って加熱前の曲率半径に比較して平均
曲率半径は、押圧成形直前にても微小な範囲内に押さえ
ることができる。

なお、前記説明では、ガラス素材31として研削，研磨
工程により予備成形したものを使用したが、上下面を側
圧切断法もしくは研磨加工等により円滑面に形成したペ
レット状（円板状）のガラス素材１を第２図ｂに示す保
持具32の下側段部32aに載置した後、押さえ部材33を載
置して、従来技術と同様に予備加熱炉（第２図ａの成形
部37の左側に設配）内にて10⁸〜10⁶ポアズの粘度に加熱
し、成形部37で予備成形して所望の最終形状に近似した
ガラス素材31を得た後、前記第２図ａに基づいた実施例
のように施行してもよいことは勿論である。なお第２図
ｂのガラス素材31は予備成形後のものを示し、上側段部
32bは、予備成形時の余分なガラスの逃げ部を形成して
いる、また第２図ａと同様の構成には同一番号を用いて
いる。

以上のように本実施例によれば、所望の最終形状に押
圧成形する際の成形工程におけるガラス流動量の増大を
確実に防止でき、高精度なレンズ加工が可能となる。そ
の他、成形条件の軽減化，成形品の不良防止による歩留
まり向上，成形型の耐久性向上が図れる利点がある。

（第２実施例） 第６図a,bは本発明の第２実施例を示すものである。
本実施例は加熱炉（図示省略）内のガラス素材の回転パ
ターンについてのものである。回転パターン以外は、第
１実施例の第２図に示した構成と同様であるので、構成
についての説明は省略する。

第６図ａは搬送アーム35の回転に関するパターンであ
り、第６図ｂは搬送アーム35に保持されたガラス素材31
の正常状態と反転状態にある時間を示す。加熱終了時刻
ｂまでの間に複数の反転時刻a₁,a₂……a₆を設定し、加
熱終了時刻ｂにて曲率半径の初期状態（元のガラス素材
の曲率半径）と一致するように設定したものである。こ
の反転時刻については、ガラス素材31の加熱速度、ガラ
スの粘度特性等を考慮したシミュレーションおよび実験
等により求められるものである。本実施例のようにすれ
ば、保持具32との回転も合わせた押圧成形直前の変形量
を小さくでき、第１実施例と同様以上の効果が得られ
る。

なお前記各実施例においては、円筒形状の加熱炉36を
用いたが、断面が中空の長方形形状をした加熱炉（不図
示）の場合には、前者とは温度分布が異なる。しかし第
１実施例と同様に加熱炉内で回転運動を施行したガラス
素材31には、曲率半径の大きな変化を生ずることなく、
また中心軸に対しても非対称な形状にはならず、第１実
施例と同様な効果が得られた。このことから加熱炉の形
状の変化および加熱炉の温度特性の変動等に影響される
ことなく、本成形方法が有効に作用することが確認され
た。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ガラス素材からなる被
成形体の加熱軟化中における被成形体の中心軸を軸とす
る回転に加えて、被成形体の搬送部材の進退方向を軸と
する回転との両者の回転運動により、被成形体の自重や
加熱炉内の温度分布に起因した形状変化による変化量の
増大、すなわちガラス流動量の増大を確実に防止するこ
とができ、高精度の光学素子の成形が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念図、第２図a,bは本発明の第１実
施例の成形装置を示す一部を断面にした正面図、第３図
は、搬送アーム端部の温度分布の説明図、第４図a,bは
保持具の回転による作用を説明する線図、第５図a,bは
搬送アームの回転による作用を説明する線図、第６図は
第２実施例の回転パターンの説明図、第７図，第８図は
従来技術の説明図である。 20……本加熱炉、21……被成形体 22……保持部材、23……搬送部材 30……成形装置 31……ガラス素材（被成形体） 32……保持具、33……押さえリング 35……搬送アーム（搬送部材） 36……加熱炉（本加熱炉） 37……成形部、39……モータ 41……回転エアシリンダ、46……エアシリンダ 48,49……ワイヤ、51,52……成形型

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも加熱炉と成形型間を進退動する
   搬送部材によって被成形体を保持し、該被成形体を加熱
   軟化した後成形型により押圧成形する光学素子の成形方
   法において、 所望の最終形状に近似する形状に予備成形された被成形
   体の有効径外の外周部を搬送部材に配置した保持部材に
   よって保持し、 前記加熱炉内の保持部材に対して、該被成形体の中心軸
   を軸とした回転と、搬送部材の進退方向を軸とする回転
   とを付与しつつ被成形体を加熱することを特徴とする光
   学素子の成形方法。