JP2783747B2 - 光学素子の成形法 - Google Patents
光学素子の成形法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
- C03B11/06—Construction of plunger or mould
- C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
- C03B11/12—Cooling, heating, or insulating the plunger, the mould, or the glass-pressing machine; cooling or heating of the glass in the mould
- C03B11/125—Cooling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2215/00—Press-moulding glass
- C03B2215/40—Product characteristics
- C03B2215/46—Lenses, e.g. bi-convex
-
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軟化したガラス素材を
加圧成形することによって、高精度なガラスレンズなど
の光学素子を成形する、光学素子の成形法に関する。
加圧成形することによって、高精度なガラスレンズなど
の光学素子を成形する、光学素子の成形法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光学機器の小型化、軽量化にとも
ない、光学系に使用されるガラスレンズとして非球面形
状のレンズが望まれている。上記レンズは、その研磨加
工が困難であり、このため、所定の表面精度を有する上
下型部材間に光学素子を成形するためのガラス素材、例
えば、或る程度の形状、表面精度に予備成形されたガラ
スブランクを収容し、加熱下でプレス成形することによ
り、研削および研磨などの後加工を不要にした光学素子
の製造法が開発されている。
ない、光学系に使用されるガラスレンズとして非球面形
状のレンズが望まれている。上記レンズは、その研磨加
工が困難であり、このため、所定の表面精度を有する上
下型部材間に光学素子を成形するためのガラス素材、例
えば、或る程度の形状、表面精度に予備成形されたガラ
スブランクを収容し、加熱下でプレス成形することによ
り、研削および研磨などの後加工を不要にした光学素子
の製造法が開発されている。
【０００３】このようなプレス成形で光学素子を製造す
る方法では、既に、特公昭６２−２９２６３６号公報に
も開示してあるように、ガラス素材を光学素子成形用型
部材の間に挟み込み、上記ガラス素材を型部材ともど
も、ガラスの屈伏点以上の温度に加熱し、所定の形にプ
レスするのである。その後に、型部材による加圧状態の
まま、上記ガラス素材を、ガラスの転移点以下の温度ま
で冷却し、取出すことで、高精度な光学素子を得るので
ある。この場合、上記成形用型部材は、胴型と組み合わ
された１つの成形ブロックを構成しており、その中に、
上記ガラス素材を保持したまま、加熱、プレス、冷却の
各ステージに移動される過程で、光学素子の成形がなさ
れる。
る方法では、既に、特公昭６２−２９２６３６号公報に
も開示してあるように、ガラス素材を光学素子成形用型
部材の間に挟み込み、上記ガラス素材を型部材ともど
も、ガラスの屈伏点以上の温度に加熱し、所定の形にプ
レスするのである。その後に、型部材による加圧状態の
まま、上記ガラス素材を、ガラスの転移点以下の温度ま
で冷却し、取出すことで、高精度な光学素子を得るので
ある。この場合、上記成形用型部材は、胴型と組み合わ
された１つの成形ブロックを構成しており、その中に、
上記ガラス素材を保持したまま、加熱、プレス、冷却の
各ステージに移動される過程で、光学素子の成形がなさ
れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この場合、型
部材による圧力付加の状態で、上記ガラス素材をガラス
の転移点以下の温度まで冷却すると、その間、型部材と
ガラス素材とが密着した状態を維持しており、そのた
め、型部材とガラス素材との熱膨張係数の相違から、相
互の収縮量に差が生じ、上記ガラス素材中に熱応力が発
生し、型部材を開放した後、その熱応力が開放され、光
学素子として完成された成形品に変形を生じてしまう。
部材による圧力付加の状態で、上記ガラス素材をガラス
の転移点以下の温度まで冷却すると、その間、型部材と
ガラス素材とが密着した状態を維持しており、そのた
め、型部材とガラス素材との熱膨張係数の相違から、相
互の収縮量に差が生じ、上記ガラス素材中に熱応力が発
生し、型部材を開放した後、その熱応力が開放され、光
学素子として完成された成形品に変形を生じてしまう。
【０００５】
【発明の目的】本発明は上記事情に基いてなされたもの
で、その目的とするところは、冷却過程で、不必要な熱
応力歪みを残さないように、しかも、最終成形品の光学
機能面が、所要の高精度な成形状態に保持できるように
工夫した光学素子の成形法を提供することである。
で、その目的とするところは、冷却過程で、不必要な熱
応力歪みを残さないように、しかも、最終成形品の光学
機能面が、所要の高精度な成形状態に保持できるように
工夫した光学素子の成形法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
ガラス素材を加圧成形するための成形用上型部材および
下型部材を備え、前記各型部材を一緒に、あるいは、そ
れぞれ独立して、所定温度に加熱し、前記型部材に負荷
した加圧力により前記ガラス素材を前記型部材の成形面
に沿って変形させ、前記ガラス素材の成形工程の後に、
前記型部材および成形ガラスを冷却工程に移行し、その
後、両型部材を開放して、成形ガラスを取り出すこと
で、上記型部材の成形面に対応した光学機能面を、上記
ガラス素材に転写する光学素子の成形法において、前記
冷却工程内には、上記両型部材を開放して、それらの成
形面から上記ガラス素材を剥離させて、加圧成形時にお
ける成形面とガラス素材との密着状態を解除する工程
と、解除した後、再び、上記成形ガラスの成形状態を維
持するように、上記両型部材を閉め、この状態で上記成
形ガラスを更に取り出し温度まで冷却する工程とを含ん
でいる。
ガラス素材を加圧成形するための成形用上型部材および
下型部材を備え、前記各型部材を一緒に、あるいは、そ
れぞれ独立して、所定温度に加熱し、前記型部材に負荷
した加圧力により前記ガラス素材を前記型部材の成形面
に沿って変形させ、前記ガラス素材の成形工程の後に、
前記型部材および成形ガラスを冷却工程に移行し、その
後、両型部材を開放して、成形ガラスを取り出すこと
で、上記型部材の成形面に対応した光学機能面を、上記
ガラス素材に転写する光学素子の成形法において、前記
冷却工程内には、上記両型部材を開放して、それらの成
形面から上記ガラス素材を剥離させて、加圧成形時にお
ける成形面とガラス素材との密着状態を解除する工程
と、解除した後、再び、上記成形ガラスの成形状態を維
持するように、上記両型部材を閉め、この状態で上記成
形ガラスを更に取り出し温度まで冷却する工程とを含ん
でいる。
【０００７】なお、その他の本発明の目的および特徴
は、以下の実施例で具体的に説明されるであろう。
は、以下の実施例で具体的に説明されるであろう。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の成形法を図示の実施例にもと
ずいて具体的に説明する。ここでは、両凸レンズを球形
のガラスブランクから成形する場合が示されている。な
お、ここで使用するガラスブランクは重クラウンガラス
ＳＫ１２のガラス素材１である。このガラス素材の熱特
性温度のカタログ値は、表１の通りであり、また、凸レ
ンズは、例えば、図７に示す寸法・形状である。
ずいて具体的に説明する。ここでは、両凸レンズを球形
のガラスブランクから成形する場合が示されている。な
お、ここで使用するガラスブランクは重クラウンガラス
ＳＫ１２のガラス素材１である。このガラス素材の熱特
性温度のカタログ値は、表１の通りであり、また、凸レ
ンズは、例えば、図７に示す寸法・形状である。
【０００９】
【表１】 図１に示す成形型はケ−シング（図示せず）に収容され
ており、上記ケ−シングは、例えば、１×１０-2Ｔｏｒ
ｒに減圧された後、窒素ガスを導入している。そして、
上記成形型を構成する上の型部材２および下の型部材３
が、これらを囲む胴型４に設けたヒ−タ（図示せず）な
どによって、６２０℃（ガラス粘度で１０9.7 ポアズ）
近くまで加熱される。上記型部材２および３が上記温度
迄昇温された時、予め同じケ−シング内で予備加熱（例
えば、６２０℃）しておいた上記ガラス素材１を吸着ハ
ンド９などを使用して吸着し、胴型４に開口した出入り
口から下の型部材３の成形面３ａ上に載せる（図１
（ａ）参照）。なお、上記胴型４はベース５上に装備さ
れている。
ており、上記ケ−シングは、例えば、１×１０-2Ｔｏｒ
ｒに減圧された後、窒素ガスを導入している。そして、
上記成形型を構成する上の型部材２および下の型部材３
が、これらを囲む胴型４に設けたヒ−タ（図示せず）な
どによって、６２０℃（ガラス粘度で１０9.7 ポアズ）
近くまで加熱される。上記型部材２および３が上記温度
迄昇温された時、予め同じケ−シング内で予備加熱（例
えば、６２０℃）しておいた上記ガラス素材１を吸着ハ
ンド９などを使用して吸着し、胴型４に開口した出入り
口から下の型部材３の成形面３ａ上に載せる（図１
（ａ）参照）。なお、上記胴型４はベース５上に装備さ
れている。
【００１０】そして、ラムなどの操作手段６を介して上
記上の型部材２を下降し、プレス成形を行う。なお、上
記ガラス素材１は、上述のように、予め、６２０℃（ガ
ラス粘度で１０9.7 ポアズ）まで加熱しておいて、型部
材２および３の間に装填しても良いが、装填した後、そ
の温度まで加熱するようにしてもよい。そして、型部材
２の上縁に設けたストッパ部が上記胴型４の上面４ａに
接するまで、上記型部材２の下降を続けるが、その段階
で、上記型部材２および３の各成形面２ａおよび３ａ
を、上記ガラス素材１の表面に転写させ、かくして、上
記ガラス素材１は所定の成形品７に成形される（図１
（ｂ）参照）。なお、この際の加圧荷重は３２０ｋｇｆ
であり、成形品７の厚さは、上記ストッパ部が上記胴型
４の上面４ａに接するレベルで決定される。
記上の型部材２を下降し、プレス成形を行う。なお、上
記ガラス素材１は、上述のように、予め、６２０℃（ガ
ラス粘度で１０9.7 ポアズ）まで加熱しておいて、型部
材２および３の間に装填しても良いが、装填した後、そ
の温度まで加熱するようにしてもよい。そして、型部材
２の上縁に設けたストッパ部が上記胴型４の上面４ａに
接するまで、上記型部材２の下降を続けるが、その段階
で、上記型部材２および３の各成形面２ａおよび３ａ
を、上記ガラス素材１の表面に転写させ、かくして、上
記ガラス素材１は所定の成形品７に成形される（図１
（ｂ）参照）。なお、この際の加圧荷重は３２０ｋｇｆ
であり、成形品７の厚さは、上記ストッパ部が上記胴型
４の上面４ａに接するレベルで決定される。
【００１１】その後、ヒ−タヘの通電を断ち、それぞれ
の型部材２および３に設けた冷却通路（図示せず）に、
例えば、窒素ガスなどを通して、冷却を行う。そして、
成形品（光学素子）７が５８０℃（ガラス粘度で１０11
ポアズ）になった時点（型圧は０）で、上記成形品７を
両側から、バネ機構を有する固定手段８で挟み付け、上
側の型部材２を上昇させ、成形面２ａから成形品７を剥
離する。次に、上記固定手段８を若干上昇させて、下側
の型部材３の成形面３ａから上記成形品７を剥離する
（図１（ｃ）参照）。
の型部材２および３に設けた冷却通路（図示せず）に、
例えば、窒素ガスなどを通して、冷却を行う。そして、
成形品（光学素子）７が５８０℃（ガラス粘度で１０11
ポアズ）になった時点（型圧は０）で、上記成形品７を
両側から、バネ機構を有する固定手段８で挟み付け、上
側の型部材２を上昇させ、成形面２ａから成形品７を剥
離する。次に、上記固定手段８を若干上昇させて、下側
の型部材３の成形面３ａから上記成形品７を剥離する
（図１（ｃ）参照）。
【００１２】次に、上記固定手段８を元のレベルに降下
し、上記成形品７を成形面３ａに載せるとともに、上側
の型部材２を降下させ、始めの状態に戻し（図１（ｂ）
参照）、上記固定手段８を成形型からその外部へと退避
させる（図１（ｄ）参照）。以上の動作を迅速に行ない
（降下温度は５℃程度）、上記成形型を閉じた後（型圧
は０）、上下の型部材２および３、ならびに上記成形品
７をガラスの遷移温度以下、例えば４８０℃まで冷却す
る。この間に、成形品７の自重変形は、上記型部材２お
よび３の成形面２ａおよび３ａの働きで抑制され、所期
の形状を維持し、また、成形型を開放するまでに型部材
との熱膨張係数の差で上記ガラス素材内に発生した熱応
力歪みは、ガラス素材の粘弾性の働きで、解消される。
し、上記成形品７を成形面３ａに載せるとともに、上側
の型部材２を降下させ、始めの状態に戻し（図１（ｂ）
参照）、上記固定手段８を成形型からその外部へと退避
させる（図１（ｄ）参照）。以上の動作を迅速に行ない
（降下温度は５℃程度）、上記成形型を閉じた後（型圧
は０）、上下の型部材２および３、ならびに上記成形品
７をガラスの遷移温度以下、例えば４８０℃まで冷却す
る。この間に、成形品７の自重変形は、上記型部材２お
よび３の成形面２ａおよび３ａの働きで抑制され、所期
の形状を維持し、また、成形型を開放するまでに型部材
との熱膨張係数の差で上記ガラス素材内に発生した熱応
力歪みは、ガラス素材の粘弾性の働きで、解消される。
【００１３】このような本発明のガラス光学素子の成形
方法における温度制御、プレス成形圧、ガラス素材内部
発生応力の変化は、図５に示すようなグラフで示すこと
ができる。なお、図中、点線で示す応力の特性曲線は、
冷却工程で、本発明のような型部材の開放を行なわない
従来方式での応力変化を示している。また、ｔ1 点は冷
却開始時を、ｔ2 点は一時的離型の時点を、更に、ｔ3
点は型取り出し時をそれぞれ、示している。
方法における温度制御、プレス成形圧、ガラス素材内部
発生応力の変化は、図５に示すようなグラフで示すこと
ができる。なお、図中、点線で示す応力の特性曲線は、
冷却工程で、本発明のような型部材の開放を行なわない
従来方式での応力変化を示している。また、ｔ1 点は冷
却開始時を、ｔ2 点は一時的離型の時点を、更に、ｔ3
点は型取り出し時をそれぞれ、示している。
【００１４】このようにガラス素材内に発生した熱応力
の状態を図６に模式的に示す。ここでは、型部材２およ
び３の熱収縮量Ａに比べ、ガラス素材の熱収縮量Ｂが大
きく（図６の（ａ）参照）、丁度、その差量に相当する
応力が、矢印の反対方向に向けて発生する（図６の
（ｂ）参照）。これは、加圧成形時に、型部材の各成形
面で、物理的にみて、分子結合的な密着状態が、型部材
表面とガラス素材表面との間に発生しているためと推定
される。因に、その状態のまま、従来の成形方法のよう
に、冷却を継続し、冷却終了時点で、型部材２および３
を開放すると、図６の（ｃ）に示すように、離型の際
に、内部応力の開放が一時になされ、ガラス素材に変形
をもたらす（なお、図中、矢印は、応力の開放によって
もたらされる力を表わす）。
の状態を図６に模式的に示す。ここでは、型部材２およ
び３の熱収縮量Ａに比べ、ガラス素材の熱収縮量Ｂが大
きく（図６の（ａ）参照）、丁度、その差量に相当する
応力が、矢印の反対方向に向けて発生する（図６の
（ｂ）参照）。これは、加圧成形時に、型部材の各成形
面で、物理的にみて、分子結合的な密着状態が、型部材
表面とガラス素材表面との間に発生しているためと推定
される。因に、その状態のまま、従来の成形方法のよう
に、冷却を継続し、冷却終了時点で、型部材２および３
を開放すると、図６の（ｃ）に示すように、離型の際
に、内部応力の開放が一時になされ、ガラス素材に変形
をもたらす（なお、図中、矢印は、応力の開放によって
もたらされる力を表わす）。
【００１５】しかし、本発明の成形方法では、その加圧
成形後の冷却工程で、図６（ｄ）に示すように、ガラス
素材の温度がガラス粘度で１０10〜１０12ポアズに相当
する温度範囲、好ましくは、ガラス素材の温度がガラス
粘度で１０11ポアズに相当する温度（５８０℃付近）
で、上記両型部材２、３を開放して、それらの成形面か
ら上記ガラス素材を剥離させて、加圧成形時における成
形面とガラス素材との密着状態を解除し、それまでの冷
却過程で発生したガラス内部応力を緩和すると、それま
でに蓄積した熱応力が開放される。従って、次に、再
び、上記成形ガラスの成形状態を維持するように、上記
両型部材を閉め、この状態で上記成形ガラスを更に取り
出し温度まで冷却すると、この過程では、熱応力の発生
が起こらない。これは、一度、成形面と成形ガラス面と
の間が離れると、再び、型部材２、３を閉じても、前述
のような物理的な分子結合状態にはならず、両者間に
は、雰囲気分子が入り込み、再度の分子結合状態を阻
み、その境界面で、互いに滑りを発生するためと推定さ
れる。
成形後の冷却工程で、図６（ｄ）に示すように、ガラス
素材の温度がガラス粘度で１０10〜１０12ポアズに相当
する温度範囲、好ましくは、ガラス素材の温度がガラス
粘度で１０11ポアズに相当する温度（５８０℃付近）
で、上記両型部材２、３を開放して、それらの成形面か
ら上記ガラス素材を剥離させて、加圧成形時における成
形面とガラス素材との密着状態を解除し、それまでの冷
却過程で発生したガラス内部応力を緩和すると、それま
でに蓄積した熱応力が開放される。従って、次に、再
び、上記成形ガラスの成形状態を維持するように、上記
両型部材を閉め、この状態で上記成形ガラスを更に取り
出し温度まで冷却すると、この過程では、熱応力の発生
が起こらない。これは、一度、成形面と成形ガラス面と
の間が離れると、再び、型部材２、３を閉じても、前述
のような物理的な分子結合状態にはならず、両者間に
は、雰囲気分子が入り込み、再度の分子結合状態を阻
み、その境界面で、互いに滑りを発生するためと推定さ
れる。
【００１６】そして、所定の取り出し温度（成形ガラス
が自重で変形しない程度の温度）例えば、４８０℃（ガ
ラス粘度で１０13ポアズ以下に相当する温度）で、再
び、成形型を開放し、上記吸着ハンド９を介して熱応力
歪みの無い、完全な成形品（成形ガラス）７を取出すこ
とができる（図１（ｅ）参照）。この場合、上記吸着ハ
ンドの温度は、成形品７に対して熱衝撃を与えないた
め、および、成形品のその後の取出しまでの温度降下を
考慮して、４００℃程度に保持してある。
が自重で変形しない程度の温度）例えば、４８０℃（ガ
ラス粘度で１０13ポアズ以下に相当する温度）で、再
び、成形型を開放し、上記吸着ハンド９を介して熱応力
歪みの無い、完全な成形品（成形ガラス）７を取出すこ
とができる（図１（ｅ）参照）。この場合、上記吸着ハ
ンドの温度は、成形品７に対して熱衝撃を与えないた
め、および、成形品のその後の取出しまでの温度降下を
考慮して、４００℃程度に保持してある。
【００１７】なお、このような成形装置を用いて、実際
に光学素子の成形を行ったところ、光学素子の面精度に
ついては、アス、クセ共に、ニュートンリング１／４本
以下の良好な結果を得ている。
に光学素子の成形を行ったところ、光学素子の面精度に
ついては、アス、クセ共に、ニュートンリング１／４本
以下の良好な結果を得ている。
【００１８】図２に示す別の実施例では、フリントガラ
ス（Ｆ８）がガラス素材として用いられており、成形さ
れる光学素子の形状を凹形状としている。この場合に
は、ガラスブランク（ガラス素材）を下側の型部材の上
に搭載した後、先の固定手段８を用いて、型部材の中央
に対するガラス素材の位置決めを行なうのである。その
他の操作は前述の実施例の場合と同様であり、その成果
も、前述の実施例と同様である。なお、上記凹レンズ
は、例えば、図８のような寸法・形状である。
ス（Ｆ８）がガラス素材として用いられており、成形さ
れる光学素子の形状を凹形状としている。この場合に
は、ガラスブランク（ガラス素材）を下側の型部材の上
に搭載した後、先の固定手段８を用いて、型部材の中央
に対するガラス素材の位置決めを行なうのである。その
他の操作は前述の実施例の場合と同様であり、その成果
も、前述の実施例と同様である。なお、上記凹レンズ
は、例えば、図８のような寸法・形状である。
【００１９】なお、各実施例において、光学素子の形状
は、その光学機能面が凸でも、凹でも構わない。また、
上・下の型部材を完全にガラス素材から剥離させる工程
は素早く行なうことが好ましい（例えば、約４秒以
内）。
は、その光学機能面が凸でも、凹でも構わない。また、
上・下の型部材を完全にガラス素材から剥離させる工程
は素早く行なうことが好ましい（例えば、約４秒以
内）。
【００２０】図３および図４には、本発明の成形法を実
施した場合、所望されている光学素子（Ｒ＝５１ｍｍの
凸面、Ｒ＝９ｍｍの凹面）の曲率半径の寸法と、型部材
の成形面の曲率半径の寸法とを比較したものである。な
お、ここでは、型部材と成形品との熱膨張係数差を配慮
して、型部材の曲率半径が設定されている。
施した場合、所望されている光学素子（Ｒ＝５１ｍｍの
凸面、Ｒ＝９ｍｍの凹面）の曲率半径の寸法と、型部材
の成形面の曲率半径の寸法とを比較したものである。な
お、ここでは、型部材と成形品との熱膨張係数差を配慮
して、型部材の曲率半径が設定されている。
【００２１】次に、汎用構造解析用ソフト『ＭＡＲＣ』
（日本マーク株式会社製）を用いて、上述の冷却工程に
おけるガラス素材内部の熱応力をシュミレートしてみ
る。ここでは、表１に示すガラスおよび型部材の物性
を、以下に示す表２から、データとして、入力する。な
お、温度と膨張係数との関係は、ガラス素材および型部
材について、それぞれ、図９のグラフに示す通りであ
る。
（日本マーク株式会社製）を用いて、上述の冷却工程に
おけるガラス素材内部の熱応力をシュミレートしてみ
る。ここでは、表１に示すガラスおよび型部材の物性
を、以下に示す表２から、データとして、入力する。な
お、温度と膨張係数との関係は、ガラス素材および型部
材について、それぞれ、図９のグラフに示す通りであ
る。
【００２２】
【表２】 上記表２で示すガラスの粘弾性物性は、次のようにして
求められる。即ち、先ず、粘弾性の温度領域にあるガラ
ス試料を、一定温度に保ったまま、３点曲げ状態で一定
の負荷を加え続ける曲げ試験を行ない、試料の撓み量を
測定し、以下の式よりクリープ・コンプライアンスを求
める。これは、温度のファクターを少しずつ換えて計算
され、結果としてクリープ曲線を得るのである。 ＤC （ｔ，ＴＯ）＝４ｂｄ3 ／ｌ3 ×ｖ（ｔ）／ＷＯ なお、上の式で、ＤC （ｔ，ＴＯ）はクリープ・コンプ
ライアンス、ｂは試験片の幅、ｄは試験片の長さ、ｌは
スパン間距離、ｖ（ｔ）は荷重点における撓み、ＷＯは
荷重である。
求められる。即ち、先ず、粘弾性の温度領域にあるガラ
ス試料を、一定温度に保ったまま、３点曲げ状態で一定
の負荷を加え続ける曲げ試験を行ない、試料の撓み量を
測定し、以下の式よりクリープ・コンプライアンスを求
める。これは、温度のファクターを少しずつ換えて計算
され、結果としてクリープ曲線を得るのである。 ＤC （ｔ，ＴＯ）＝４ｂｄ3 ／ｌ3 ×ｖ（ｔ）／ＷＯ なお、上の式で、ＤC （ｔ，ＴＯ）はクリープ・コンプ
ライアンス、ｂは試験片の幅、ｄは試験片の長さ、ｌは
スパン間距離、ｖ（ｔ）は荷重点における撓み、ＷＯは
荷重である。
【００２３】粘弾性温度域におけるガラスは、熱レオロ
ジー的に単純な性質を有するので、各温度におけるクリ
ープ・コンプライアンス曲線を左右に平行移動（時間分
の平行移動）することにより、１本のマスターカーブに
まとめられる。この場合の温度と時間との関係は、時間
・温度シフトファクターで表わすことができる。即ち、
ここで示すガラスの時間・温度シフトファクターは、２
本の直線（アレニュースの式）で近似でき、その交点の
温度は、ガラス転移点温度よりもやや低い温度である。
ジー的に単純な性質を有するので、各温度におけるクリ
ープ・コンプライアンス曲線を左右に平行移動（時間分
の平行移動）することにより、１本のマスターカーブに
まとめられる。この場合の温度と時間との関係は、時間
・温度シフトファクターで表わすことができる。即ち、
ここで示すガラスの時間・温度シフトファクターは、２
本の直線（アレニュースの式）で近似でき、その交点の
温度は、ガラス転移点温度よりもやや低い温度である。
【００２４】緩和弾性係数（弾性体における弾性係数に
相当する）は、応力緩和減少の影響があるため、温度お
よび時間の関数として取り上げることができるが、ここ
で対象となるガラスが上述のように熱レオロジー的に単
純なので、クリープ・コンプライアンス同様に、マスタ
ーカーブ（一般に、緩和弾性係数のマスターカーブはク
リープ・コンプライアンスの逆数で近似される）が得ら
れる。
相当する）は、応力緩和減少の影響があるため、温度お
よび時間の関数として取り上げることができるが、ここ
で対象となるガラスが上述のように熱レオロジー的に単
純なので、クリープ・コンプライアンス同様に、マスタ
ーカーブ（一般に、緩和弾性係数のマスターカーブはク
リープ・コンプライアンスの逆数で近似される）が得ら
れる。
【００２５】上述のように、ガラスのような、熱レオロ
ジー的に単純な性質の粘弾性物質は、緩和弾性係数のマ
スターカーブと、時間・温度シフトファクターとから、
その或る温度、或る時間における緩和弾性係数Ｅr
（ｔ，ＴＯ）を求め、線形粘弾性理論での履歴積分の式
（以下に示す）によって表わすことができる。 なお、上式で、τは解析時間、σ(t) は応力、ε（ｔ）
は歪みである。
ジー的に単純な性質の粘弾性物質は、緩和弾性係数のマ
スターカーブと、時間・温度シフトファクターとから、
その或る温度、或る時間における緩和弾性係数Ｅr
（ｔ，ＴＯ）を求め、線形粘弾性理論での履歴積分の式
（以下に示す）によって表わすことができる。 なお、上式で、τは解析時間、σ(t) は応力、ε（ｔ）
は歪みである。
【００２６】そこで、数値解析に粘弾性特性を取入れる
ために、緩和弾性係数のマスターカーブと時間・温度シ
フトファクターの数式化が必要になる。時間・温度シフ
トファクターに関しては、上述のようにアレニュースの
式で近似できるので、解析プログラム（日本マーク株式
会社製のソフトプログラム『ＭＡＲＣ』）を利用して、
直線の式と直線同士の交点をデータ入力し、解析でき
る。なお、緩和弾性係数のマスターカーブは、以下に示
すプロニー展開によって近似可能である。 なお、ｔ'nはｎ次の換算時間、Ｅr nはｎ次の緩和弾性係
数である。
ために、緩和弾性係数のマスターカーブと時間・温度シ
フトファクターの数式化が必要になる。時間・温度シフ
トファクターに関しては、上述のようにアレニュースの
式で近似できるので、解析プログラム（日本マーク株式
会社製のソフトプログラム『ＭＡＲＣ』）を利用して、
直線の式と直線同士の交点をデータ入力し、解析でき
る。なお、緩和弾性係数のマスターカーブは、以下に示
すプロニー展開によって近似可能である。 なお、ｔ'nはｎ次の換算時間、Ｅr nはｎ次の緩和弾性係
数である。
【００２７】その結果、冷却過程で一時的な離型を行な
う本発明の方式では、図１０に示すモニタ表示のよう
に、ガラス内部に発生する熱応力は、上記離型後、ほぼ
零値を示すのに対して、従来方式では、図１１に示すよ
うに、内部熱応力が、型取り出し時まで、漸次、蓄積さ
れ、大きな歪を起こすことが解る。
う本発明の方式では、図１０に示すモニタ表示のよう
に、ガラス内部に発生する熱応力は、上記離型後、ほぼ
零値を示すのに対して、従来方式では、図１１に示すよ
うに、内部熱応力が、型取り出し時まで、漸次、蓄積さ
れ、大きな歪を起こすことが解る。
【００２８】
【発明の効果】本発明は、以上詳述したようになり、プ
レス成形後の冷却工程において、両型部材を開放して、
それらの成形面からガラス素材を剥離させた後、再び、
上記ガラス素材の成形状態を維持するように、上記両型
部材を閉め、この状態で上記ガラス素材を取り出し温度
まで冷却するようにしたので、冷却過程で、不必要な熱
応力歪みを残すことなく、その結果、最終成形品の光学
機能面を、所要の高精度な成形状態に保持するという優
れた効果を得ることができる。
レス成形後の冷却工程において、両型部材を開放して、
それらの成形面からガラス素材を剥離させた後、再び、
上記ガラス素材の成形状態を維持するように、上記両型
部材を閉め、この状態で上記ガラス素材を取り出し温度
まで冷却するようにしたので、冷却過程で、不必要な熱
応力歪みを残すことなく、その結果、最終成形品の光学
機能面を、所要の高精度な成形状態に保持するという優
れた効果を得ることができる。
【図１】本発明の成形法の一実施例を作業順序（ａ）な
いし（ｅ）で示す概略説明図である。
いし（ｅ）で示す概略説明図である。
【図２】別の実施例の概略説明図である。
【図３】光学素子の所望寸法と成形型の寸法との関係を
具体例で示すグラフである。
具体例で示すグラフである。
【図４】光学素子の所望寸法と成形型の寸法との関係を
具体例で示すグラフである。
具体例で示すグラフである。
【図５】本発明のガラス光学素子の成形方法における各
制御値の具体例を時間軸に関して示したグラフである。
制御値の具体例を時間軸に関して示したグラフである。
【図６】本発明におけるガラス素材内部の熱応力発生の
メカニズムを説明するための模式的な断面図である。
メカニズムを説明するための模式的な断面図である。
【図７】凸レンズの具体的寸法例を示す断面図である。
【図８】凹レンズの具体的寸法例で示す断面図である。
【図９】ガラスと型部材の各膨張率の温度依存性を示す
グラフである。
グラフである。
【図１０】本発明の方式によるガラス素材内部に発生す
る熱応力の蓄積状態を示すモニタ画面である。
る熱応力の蓄積状態を示すモニタ画面である。
【図１１】従来方式によるガラス素材内部に発生する熱
応力の蓄積状態を示すモニタ画面である。
応力の蓄積状態を示すモニタ画面である。
１ ガラス素材 ２ 上型部材 ３ 下型部材 ４ 胴型 ５ ベース ６ 操作手段 ７ 光学素子（成形品） ８ 固定手段 ９ 吸着ヘッド
Claims (3)
- 【請求項１】 ガラス素材を加圧成形するための成形用
上型部材および下型部材を備え、前記各型部材を一緒
に、あるいは、それぞれ独立して、所定温度に加熱し、
前記型部材に負荷した加圧力により前記ガラス素材を前
記型部材の成形面に沿って変形させ、前記ガラス素材の
成形工程の後に、前記型部材および成形ガラスを冷却工
程に移行し、その後、両型部材を開放して、成形ガラス
を取り出すことで、上記型部材の成形面に対応した光学
機能面を、上記ガラス素材に転写する光学素子の成形法
において、 前記冷却工程内には、上記両型部材を開放して、それら
の成形面から上記ガラス素材を剥離させて、加圧成形時
における成形面とガラス素材との密着状態を解除する工
程と、 解除した後、再び、上記成形ガラスの成形状態を維持す
るように、上記両型部材を閉め、この状態で上記成形ガ
ラスを更に取り出し温度まで冷却する工程とを含むこと
を特徴とする光学素子の成形法。 - 【請求項２】 ガラス素材を加圧成形するための成形用
上型部材および下型部材を備え、前記各型部材を一緒
に、あるいは、それぞれ独立して、所定温度に加熱し、
前記型部材に負荷した加圧力により前記ガラス素材を前
記型部材の成形面に沿って変形させ、前記ガラス素材の
成形工程の後に、前記型部材および成形ガラスを冷却工
程に移行し、その後、両型部材を開放して、成形ガラス
を取り出すことで、上記型部材の成形面に対応した光学
機能面を、上記ガラス素材に転写する光学素子の成形法
において、 前記冷却工程内には、ガラス素材の温度がガラス粘度で
１０10〜１０12ポアズに相当する温度範囲で、上記両型
部材を開放して、それらの成形面から上記ガラス素材を
剥離させて、加圧成形時における成形面とガラス素材と
の密着状態を解除する工程と、 解除した後、再び、上記成形ガラスの成形状態を維持す
るように、上記両型部材を閉め、この状態で上記成形ガ
ラスを更に取り出し温度まで冷却する工程とを含むこと
を特徴とする光学素子の成形法。 - 【請求項３】 ガラス素材を加圧成形するための成形用
上型部材および下型部材を備え、前記各型部材を一緒
に、あるいは、それぞれ独立して、所定温度に加熱し、
前記型部材に負荷した加圧力により前記ガラス素材を前
記型部材の成形面に沿って変形させ、前記ガラス素材の
成形工程の後に、前記型部材および成形ガラスを冷却工
程に移行し、その後、両型部材を開放して、成形ガラス
を取り出すことで、上記型部材の成形面に対応した光学
機能面を、上記ガラス素材に転写する光学素子の成形法
において、 前記冷却工程内には、ガラス素材の温度がガラス粘度で
１０10〜１０12ポアズに相当する温度範囲、好ましく
は、ガラス素材の温度がガラス粘度で１０11ポアズに相
当する温度で、上記両型部材を開放して、それらの成形
面から上記ガラス素材を剥離させて、加圧成形時におけ
る成形面とガラス素材との密着状態を解除し、それまで
の冷却過程で発生したガラス内部応力を緩和する工程
と、 解除した後、再び、上記成形ガラスの成形状態を維持す
るように、上記両型部材を閉め、この状態で上記成形ガ
ラスを更に取り出し温度、例えば、ガラス素材の温度が
ガラス粘度で１０13ポアズ以下に相当する温度まで冷却
する工程とを含むことを特徴とする光学素子の成形法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5114188A JP2783747B2 (ja) | 1992-05-21 | 1993-04-19 | 光学素子の成形法 |
| US08/400,384 US5601627A (en) | 1992-05-21 | 1995-03-03 | Method for molding optical element |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-153103 | 1992-05-21 | ||
| JP15310392 | 1992-05-21 | ||
| JP5114188A JP2783747B2 (ja) | 1992-05-21 | 1993-04-19 | 光学素子の成形法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0692656A JPH0692656A (ja) | 1994-04-05 |
| JP2783747B2 true JP2783747B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=26453009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5114188A Expired - Fee Related JP2783747B2 (ja) | 1992-05-21 | 1993-04-19 | 光学素子の成形法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5601627A (ja) |
| JP (1) | JP2783747B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2001180946A (ja) | 1999-12-24 | 2001-07-03 | Minolta Co Ltd | 光学ガラス素子の成形方法およびその方法を用いた光学ガラス素子の成形装置 |
| US20020122902A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-09-05 | Tetsuji Ueda | Blank for an optical member as well as vessel and method of producing the same |
| JP4695404B2 (ja) * | 2005-02-02 | 2011-06-08 | Ｈｏｙａ株式会社 | 成形型の組立装置及び光学素子の製造方法 |
| JP2007131501A (ja) * | 2005-11-14 | 2007-05-31 | Asahi Glass Co Ltd | 光学素子の成型方法及び成型装置 |
| JP4124239B2 (ja) * | 2006-04-25 | 2008-07-23 | ソニー株式会社 | 光学素子の成形装置および成形方法 |
| JP2017075060A (ja) * | 2015-10-13 | 2017-04-20 | オリンパス株式会社 | 光学素子製造装置の制御方法、光学素子の製造方法及び光学素子製造装置 |
| CN111138074B (zh) * | 2020-01-09 | 2021-07-30 | 诚瑞光学(常州)股份有限公司 | 玻璃产品成型模具、成型设备及加工方法 |
| CN113562961B (zh) * | 2021-07-12 | 2022-12-20 | 三瑞科技(江西)有限公司 | 一种低次品率玻璃绝缘子压制成型工艺 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3833347A (en) * | 1970-11-27 | 1974-09-03 | Eastman Kodak Co | Method for molding glass lenses |
| US4969944A (en) * | 1981-10-30 | 1990-11-13 | Corning Incorporated | Process to mold precision glass articles |
| US4629489A (en) * | 1984-07-09 | 1986-12-16 | Hoya Corporation | Method of manufacturing pressed lenses |
| JPS6148432A (ja) * | 1984-08-16 | 1986-03-10 | Hoya Corp | 高精度プレスレンズの成形方法 |
| JPS61227928A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-11 | Olympus Optical Co Ltd | 光学素子成形方法およびその装置 |
| US4778505A (en) * | 1985-06-27 | 1988-10-18 | Hoya Corporation | Method of molding glass body |
| JPS62230633A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-09 | Olympus Optical Co Ltd | 高精度ガラス素材の成形方法 |
| JPS62292636A (ja) * | 1986-06-09 | 1987-12-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ガラスレンズの成形方法 |
| JPH0764571B2 (ja) * | 1986-06-11 | 1995-07-12 | 松下電器産業株式会社 | ガラスレンズ成形装置 |
| JPS6487524A (en) * | 1987-09-30 | 1989-03-31 | Hoya Corp | Production of molded glass and device therefor |
| DE68915676T2 (de) * | 1988-10-07 | 1994-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Verfahren zur Herstellung von Linsen. |
| US5173100A (en) * | 1988-11-16 | 1992-12-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Molding method for optical element |
| US5087279A (en) * | 1989-07-14 | 1992-02-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of producing optical glass element and production apparatus using this method |
| JP2790262B2 (ja) * | 1991-07-19 | 1998-08-27 | キヤノン株式会社 | 光学素子のプレス成形方法 |
-
1993
- 1993-04-19 JP JP5114188A patent/JP2783747B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-03-03 US US08/400,384 patent/US5601627A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5601627A (en) | 1997-02-11 |
| JPH0692656A (ja) | 1994-04-05 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |