JP2790262B2 - 光学素子のプレス成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱軟化した光学用の
成形ガラス素材を押圧成形する光学素子の成形方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、所定の表面精度を有する成形用型
内に光学素子成形用の素材、例えば、或る程度の形状お
よび表面精度に予備成形されたガラスブランクを収容し
て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とした、高精度の光学機能面を有す
る光学素子を製造する方法が開発されている。

【０００３】このようなプレス成形法では、一般に、成
形用上型部材と成形用下型部材とをそれぞれ成形用胴型
部材内に摺動可能に対向配置し、これら上型部材、下型
部材および胴型部材により形成されるキャビティ内に成
形用素材を導入し、型部材の酸化防止のために雰囲気を
非酸化性雰囲気、例えば、窒素雰囲気として、成形可能
温度、すなわち、成形用素材が１０⁸ 〜１０¹²ポアズと
なる温度まで型部材を加熱し、型を閉じ、適宜な時間、
プレスして、型部材表面形状を成形用素材表面に転写
し、そして、型部材温度を成形用素材のガラス転移温度
より十分に低い温度まで冷却し、プレス圧力を除去し、
型を開いて成形済みの光学素子を取出すのである。

【０００４】なお、型部材内に導入する前に成形用素材
を適宜の温度まで予備加熱したり、あるいは成形用素材
を成形可能温度まで加熱してから型部材内に導入するこ
ともなされている。更に、型部材とともに成形用素材を
搬送しながら、それぞれ所定の場所で加熱、プレスおよ
び冷却し、連続作業を可能とし、成形の高速化も果すこ
とができるようにしている。

【０００５】以上のような光学素子プレス成形法および
その装置は、例えば、特開昭４８−８４１３４号公報、
特開昭４９−９７００９号公報、イギリス国特許第３７
８１９９号公報、特開昭６３−１１５２９号公報、特開
昭５９−１５０７２８号公報および特開昭６１−２６５
２８号公報などに開示されている。

【０００６】更に、本出願人によって、比較的大口径な
光学素子の製造に際し、成形用素材を成形可能な温度ま
で予備加熱した後、型部材内に導入し、加圧・成形する
工程の後の、次の冷却過程において、特に、型部材の表
面精度を維持しながら安定に離型する温度スケジュ−ル
を用いること、および、第２の加熱手段を装備すること
などが提唱されている。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、プ
レス成形過程には以下に述べるような技術的な問題があ
り、これをクリアしなければならない。 （１）成形用ガラス素材を予備加熱する場合、その搬送
工程に適宜の加熱手段、温度制御手段が必要となり、そ
の条件設定に時間がかかる。また、予めガラス粘度が１
０⁹ 〜１０¹⁰ポアズに相当する成形可能な温度まで予備
加熱して型内に導入すると、既にガラス素材は流動性を
有する状態なので、搬送時にブランクが変形したり、搬
送治具との接触面で変質するなどの問題がある。これを
回避するために、比較的低温に予備加熱した成形用ガラ
ス素材を型内に導入し、収容した状態で１０⁹ 〜１０¹⁰
ポアズまで加熱してプレス成形する方法を採用すると、
型内に保持している時間が長くなり、かつ、高温である
ため、ガラスより揮発成分が蒸発して型部材表面を汚染
し、連続成形可能な成形プロセスであるにも拘らず、型
自体の耐久が短くなるという欠点がある。 （２）プレス成形後の冷却過程で、ガラス成形品は、体
積収縮をするが、この時、型部材がその収縮に追従しな
いと、成形品の表面に不連続面を生じ、例えば、レンズ
などの光学素子の成形では、光学性能に悪影響を及ぼ
す。しかし、早く型開きすると、温度降下が十分でない
ために、型部材の成形面から剥離された成形品の表面が
変形し、初期の光学機能面を確保できない。従って、上
記体積収縮に追従する第２の加圧手段の作用圧力、作用
温度範囲の最適化、成形サイクルが短縮されるような冷
却の温度スケジュ−ルの最適化を計る必要がある。 （３）光学素子の成形においては、成形完了時の成形品
の光学面とそれに対応する成形用の型部材の成形面（鏡
面部）は、オプティカルコンタクト状態で接触してお
り、この接触状態は下型部材と上型部材とでそれぞれほ
ぼ同等である。このために、プレス成形終了後、成形品
を取り出す目的で上型部材を上昇させた場合に、成形品
が上型部材に接触した状態のまま、上型部材の成形面に
付着してしまう、所謂、上型付着現象が発生することが
ある。この上型付着現象が発生すると、吸着フィンガー
で成形品を吸着して取り出す機械的な取出し作業ができ
なくなる。したがって、従来の成形方法では、上型付着
現象が発生したら、自動運転を停止し、上下型部材の温
度を更に降下させ、成形品が上型部材から下型部材の上
に落下するのを作業者が確認した後、手動により本来の
工程に復帰させる。このため、上型付着現象が発生する
と、成形装置としての稼働率が大幅に低下する。更に、
上型付着現象が発生した場合の問題点として、もし、上
記のような作業者の監視や上型部材に成形品が付着した
ことを検知するセンサ−がない場合には、上型部材に成
形品が付着している内に、上記成形品に吸着フィンガー
が衝突するために、ガラス成形品が割れたり、型の外に
飛ばされる。また、上型部材から落下した成形品が下型
部材の中心位置に具合良く落下しない場合には、取出し
段階での吸着フィンガーによる成形品の吸着が困難にな
る。

【０００８】

【発明の目的】本発明は上記事情に基いてなされたもの
で、プレス成形の過程で起こる問題点をクリアし、歩留
りよく高精度のガラス成形品を得ることができ、しか
も、プレス成形時間を合理的に短縮することで、作業効
率を向上できるようにした光学素子のプレス成形方法を
提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
光学用の成形ガラス素材を以下の（ａ）ないし（ｇ）の
連続した工程により押圧成形することを特徴とする。 （ａ）成形用胴型部材内への挿入量を制限するための制
限手段を有する上型部材および下型部材を前記胴型部材
内に摺動可能に対向配置した上下型部材が昇温過程にあ
る状態で、成形用ガラス素材を、そのキャビティ内に導
入する工程。 （ｂ）成形用ガラス素材を上下型部材内に挟持した状態
で加熱する工程。 （ｃ）上下型部材の温度がガラス素材の粘度で１０⁹ 〜
１０¹¹ポアズに相当する範囲にあり、同じく１０^0.4 ポ
アズに相当する温度差以上になる或る設定値に到達し、
かつ、成形用ガラス素材が前記（ｂ）工程の昇温状態に
あり、ガラス転移点を越えた１０^12.5〜１０¹¹ポアズに
相当する温度の範囲の或る値に達した時点で、上型部材
が有する前記制限手段により決まる規定位置まで降下す
るように上型部材にプレス圧力を掛ける第１のプレス工
程。 （ｄ）上下型部材を毎分３０〜１００℃の降温速度で、
上型部材と下型部材の温度差を（ｃ）工程のそれ以上に
維持したまま、冷却する工程。 （ｅ）前記（ｄ）工程で、上下型部材の温度が共に１０
^10.4ポアズに相当する温度以上の高温から１０¹³ポアズ
に相当する温度以下の低温の範囲において、下型部材に
プレス圧力を掛ける第２のプレス工程。 （ｆ）上下型部材の温度が共に１０¹⁴ポアズに相当する
温度以下であって、かつ、上型部材と下型部材との温度
差を前記（ｃ）工程での温度差より大きくした後、型開
きをして離型する工程。 （ｇ）型開き後、上型部材を０．５〜３^mmの範囲で上方
に移動し、そこで、２秒から１５秒の範囲で停止状態を
保持し、その後、上型部材を上端まで移動した後、成形
品を排出する工程。

【００１０】

【実施例】以下、本発明のプレス成形方法を、図面を参
照して具体的に説明する。図示のプレス成形装置は、図
１および図２に示すように、ガラス素材（ガラスブラン
ク）を成形型１内に装填し、プレス操作機構２の操作で
上記成形型１の可動部（後述）を働かせることにより、
プレス成形するもので、このプレス成形は、好ましく
は、窒素ガス雰囲気などの非酸化性ガス雰囲気中で行わ
れる。このために、上記成形型１、プレス操作機構２な
どは、気密構造の成形チャンバ−３内に装備される。

【００１１】上記成形チャンバ−３は、架台１０上に配
置され、ガラス素材の搬入および成形品の搬出のための
出入口３０１にゲ−トバルブ１１を装備していて、これ
を介して外部と連通されている。また、上記架台１０に
は、上記成形チャンバ−３に隣接して成形型交換チャン
バ−１２が配設してあり、この交換チャンバ−１２はゲ
−トバルブ１３を介して、上記成形チャンバ−３に連通
している。

【００１２】また、上記成形チャンバ−３内には、上記
成形型１に対するガラス素材の導入および成形品の排出
を行うための入換え手段４が装備されている。上記入換
え手段４は、上記成形チャンバ−３の床を貫通して、外
部から上記成形チャンバ−３内へ垂直に導入した回転軸
４０１の上端に、吸着ハンド４０２を装着し、上記吸着
ハンド４０２の先端に吸着パッド４０３を設けたもの
で、上記回転軸４０１は、架台１０に設けたシリンダ機
構１４のピストンロッド１４Ａに回転自在に連結され、
上記ピストンロッド１４Ａの動作で、軸方向に上下動作
されるようになっているとともに、上記ピストンロッド
１４Ａに設けた電動モ−タ１５によりギヤ列１６を介し
て回転動作されるようになっている。

【００１３】しかして、上記吸着パッド４０３にガラス
素材を吸着した状態で、上記シリンダ機構１４の制御お
よび上記電動モ−タ１５の回転制御に基く上記回転軸４
０１の軸方向動作および回動動作で、上記吸着パッド４
０３を上記成形型１内に導入し、また、上記吸着パッド
４０３で成形品を吸着した状態で、上記回転軸４０１の
逆方向の軸方向動作および回動動作で、上記成形型１内
から取出すように機能する。

【００１４】上記出入口３０１の下方に位置して、上記
架台１０の上には、成形チャンバ−３に対する上記ガラ
ス素材および成形品の搬入・搬出手段１７が配置してあ
る。上記搬入・搬出手段１７は、シリンダ機構１８から
上方に延びるピストンロッド１８Ａに入換えチャンバ−
１７１を装着するとともに、上記入換えチャンバ−１７
１の上端に在る開口１７１Ａから上下に出入りできる置
き台１７２を装備し、上記置き台１７２を上記入換えチ
ャンバ−１７１内に設けた昇降手段（例えば、ピストン
・シリンダ機構）１７３で昇降できるようにしてある。

【００１５】しかして、上記成形チャンバ−３に対して
ガラス素材あるいは成形品を搬入・搬出するときには、
置き台１７２にガラス素材を載せた状態で、上記シリン
ダ機構１８の制御により、ピストンロッド１８Ａを上昇
させ、入換えチャンバ−１７１を上昇して、その開口１
７１Ａを上記ゲ−トバルブ１１に気密に接触させる。こ
の状態で、上記入換えチャンバ−１７１内を所定の雰囲
気に置換し、上記ゲ−トバルブ１１を開放して、上記成
形チャンバ−３と入換えチャンバ−１７１とを連通し、
更に、上記昇降手段１７３で、上記置き台１７２を上記
成形チャンバ−３内に導入し、入換え手段４に対してガ
ラス素材の受渡しおよび成形品の受取りを行うのであ
る。そして、このあと、上記昇降手段１７３を逆に動作
し、上記置き台１７２を入換えチャンバ−１７１に戻
し、ゲ−トバルブ１１を閉じ、シリンダ機構の働きで、
上記入換えチャンバ−１７１を降下し、上記置き台１７
２からの成形品の取出し、および、そこへの新たなガラ
ス素材の持込みを行うことができる。

【００１６】この実施例では、上記置き台１７２へのガ
ラス素材の持込み、そこからの成形品の取出しには、所
要のロボット１９が用いられる。上記ロボット１９は、
吸着手段などを用いて、ストッカ−２０からガラス素材
を上記置き台１７２へ置き換えると共に、上記置き台１
７２から所要個所へに成形品を持ち出すものである。す
なわち、上記ロボット１９は、Ｘ軸ア−ム１９１、Ｙ軸
ア−ム１９２を有し、上記両ア−ムの働きで、上記Ｙ軸
ア−ム１９２に設けた吸着ハンド１９３をＸ・Ｙ軸方向
に移動操作できるようにしてある。また、上記ストッカ
−２０は、フレ−ム２０Ａ上に電動モ−タ２０Ｂを設
け、その回転軸にパレット２０Ｃを固定したもので、上
記電動モ−タ２０Ｂの駆動で、パレット２０Ｃを旋回
し、上記ロボット１９に対応した個所で、成形品の受取
り、ガラス素材の引き渡しを行うのである。なお、この
実施例では、別に冷却台２１が用意されていて、上記吸
着ハンド１９３で置き台１７２から取出した成形品を一
時的に上記冷却台２１に置き、所望温度まで自然、ある
いは強制冷却する。

【００１７】上述の成形型１は、図３に示すように、成
形用の胴型１００に、その中心に対して四方に分散配置
された４組の下型部材１０１および上型部材１０２を上
下摺動自在に組み込んだ、４個取りの構造になってお
り、上述の吸着パッド４０３によるガラス素材の受け入
れ、および、成形品の取出しのために、上記胴型１００
の側部に出入り用の開口１００Ａを形成している。そし
て、上記胴型１００は上記成形チャンバ−３内におい
て、パレット５上に配置・固定されている。上記パレッ
ト５は、上記交換チャンバ−１２内のガイドレ−ル６Ａ
を介して、上記交換チャンバ−１２から上記ゲ−トバル
ブ１３を通して上記成形チャンバ−３内に敷設されたガ
イドレ−ル６Ｂへと案内され、上記成形チャンバ−３内
のプレス位置に設置されるようになっている。また、上
記型部材１０１および１０２には、上記胴型１００内へ
の挿入量を制限するためのフランジ部１０１Ａおよび１
０２Ａがそれぞれ形成してある。

【００１８】上述のプレス操作機構２は、図１および図
３に示すように、上記プレス位置において、上記ガイド
レ−ル６Ｂの下側に押上用の操作部材２０１を配置して
あり、また、成形型１の上方に、各上型部材１０２に対
応して４個のプレス用の操作部材２０２を配置し、これ
らを共通ホルダ−ブロック２０３で保持している。上記
操作部材２０１は、その上端を、上記成形チャンバ−３
の底部に設けた環状の部材２０４を介して、上記成形チ
ャンバ−３の外部から内部に挿入できる構造になってお
り、また、その下端を、押上用のシリンダ−機構２０５
から上方に延びるピストンロッド２０６に連結してい
る。また、上記操作部材２０１の上端には、上記下型部
材１０１に共通する突上げ駒２０７が取付けてあって、
上記胴型１００に対して摺動させながら、上記下型部材
１０１を共通に押し上げることができるようになってい
る。

【００１９】上記操作部材２０２は、上端にストッパ−
用の大径部２０２Ａを形成し、上記ホルダ−ブロック２
０３の下端に設けた摺動部２０３Ａで案内されて上下に
動作できる状態になっており、上記ホルダ−ブロック２
０３内に設けた弾持機構２０８で、上記大径部２０２Ａ
が上記摺動部２０３Ａに接するまで、下向きに弾持され
ている。なお、この実施例では、上記弾持機構２０８に
は、皿ばねを重ねた構造を採用しているが、他の適当な
機構、構成のものを採用しても良い。

【００２０】上記ホルダ−ブロック２０３の上端には共
通ロッド２０９が連結してあり、上記共通ロッド２０９
は、上記成形チャンバ−３の天井部を貫通して、その内
部から外部に延びていて、上記成形チャンバ−３の上部
に配置したプレス用のシリンダ−機構２１０から下方に
延びるピストンロッド２１１に連結されている。

【００２１】上記上型部材１０２は、それぞれ、その中
心に位置して、その頂部に冷却媒体導入用パイプが付い
た小径の当て駒１０４を装着してあり、上記操作部材２
０２が降下してきた時、その中心でプレス圧を受けるよ
うになっている。また、上記上型部材１０２には、その
上部に位置してフランジ部１０２Ｂが形成してあり、前
述のフランジ部１０２Ａには、環状の引き上げ部材１０
５が載せられている。そして、上記フランジ部１０２Ｂ
と上記引き上げ部材１０５との間には、上記上型部材１
０２の中心で引き上げ力が働くように、ジャイロ式のユ
ニバ−サル・ジョイント１０６が介装されている。

【００２２】また、上記胴型１００内への上記上型部材
１０２の降下量を規制するため、上記フランジ部１０２
Ａと上記胴型１００の頂部との間には、上記胴型１００
内への挿入量を制限するための制限手段として、環状の
スペ−サ１０２Ｃが配設されている。また、上記胴型１
００内への上記下型部材１０１の上昇量を規制するた
め、前述のフランジ部１０１Ａの上には、上記胴型１０
０内への挿入量を制限するための制限手段として、環状
のスペ−サ１０１Ｂと、更に、下型部材１０１のそれぞ
れの高さを調節するためのスペ−サ１０１Ｃとが配設さ
れている。また、この実施例では、上記ホルダ−ブロッ
ク２０３の下端に設けた支持フランジ部２０３Ｂに取付
けられたフック部材２１２が、その下端の爪部２１２Ａ
で上記引き上げ部材１０５のフランジ部１０５Ａを吊持
するようになっている。

【００２３】なお、上記実施例において、上下型部材１
０１および１０２に対して温度制御を行うため、電熱ヒ
−タ−２１３および２１４が胴型１００内に導入されて
いる。また、冷却媒体導入のための導入通路２１５およ
び２１６が、それぞれ、操作部材２０１および２０２に
形成されており、上下型部材１０１および１０２に形成
した冷却媒体導入部１０１Ｄおよび１０２Ｄに連通して
ある。

【００２４】次に、上記プレス成形装置を用いて、具体
的に光学素子成形品を成形する本発明の方法を、主とし
て、図４のプレス操作機構と図５のグラフとを参照しな
がら、ガラス素材を中心に、その搬入・成形・搬出の順
序で説明する。なお、ここで成形される光学素子は、８
ミリ・ビデオカメラなどに用いられる１０^mm直径の非球
面レンズである。

【００２５】図５に示すグラフは、縦軸Ｘ₁ にガラス粘
度（温度）を、縦軸Ｘ₂ に上型部材および下型部材の負
荷荷重を、横軸に時間を取り、型部材の温度を実線で示
し、ガラス素材の温度を点線で示す。ガラス素材Ｇは、
転移点が５５０℃（ガラス粘度で、約１０^12.3ポアズ相
当の温度）の重クラウンガラスであり、予め７．２^mm直
径の球形に加工され、かつ、その表面粗さがＲ_max ０．
０４μｍ以下のガラスブランクが使用される。

【００２６】ａ ブランク搬送 先ず、このガラス素材Ｇはストッカ−２０のパレット２
０Ｃ上に置かれる。そして、電動モ−タ２０Ｂの駆動
で、その回転軸が１８０度回転されると、ロボット１９
が稼動されて、その位置に吸着ハンド１９３をもたら
し、上記パレット２０Ｃから４個のガラス素材を吸着・
保持する。次に、上記ロボット１９の動作で、吸着バン
ド１９３は置き台１７２上に上記ガラス素材Ｇを置く。
上記置き台１７２上のガラス素材は、先述のように、搬
入・搬出手段１７の働きで、成形チャンバ−３内に搬入
され、例えば、４００℃程度に加温された、入換え手段
４の吸着パッド４０３で吸着・保持され（時間Ｔ₁ ）、
成形型１内に導入される。この時のガラス素材Ｇの温度
は吸着ハンドの制御温度とハンドリング所要時間により
決まり、約３００℃となる。置き台１７２は素材の予備
加熱用にヒ−タ−を設けておき、例えば、３００℃前後
に加温して置くこともできる。しかし、成形される光学
素子が比較的小さい場合、この予熱の効果は小さい。吸
着パッド４０３が型１内にガラス素材Ｇを搬入する時の
プレス機構は図４（ｄ）に示す状態にあり、プレス用シ
リンダ機構２１０は上方で停止している。この時の上下
型部材の温度は共に昇温過程にあり、下型部材の温度が
５２０℃（１０^13.7ポアズ相当）の時に搬入する。

【００２７】ｂ ブランク加熱 下型部材上に置かれたガラス素材は５秒以内で求心さ
れ、約１０秒でシリンダ機構２１０の働きにより、上型
部材１０２が降下し、図４（ｂ）の状態に至る。この
時、上型部材の成形面とガラス素材の上端間に約０．５
^mmの隙間が生じるようにシリンダ機構２１０の位置が決
められる。上下型部材間に挟持された状態で、ガラス素
材は、図５の点線のように昇温される。この昇温速度を
早めるために、挟持する状態で上型部材の成形面をガラ
ス素材に接触させることもできるが、但し、上型部材の
自重だけがガラス素材に加わるように当て駒１０４とプ
レス用操作部材２０２間に３^mmの隙間がある。更に、胴
型１００の開口１００Ａを、熱遮蔽板（図示せず）で覆
うこともできる。この上型部材の接触状態と熱遮蔽板の
有無などによりガラス素材の到達する平行温度も変化す
るが、４個の上型部材の温度のバラツキは昇温時、平行
時とも３℃以内となる。

【００２８】ｃ 加圧成形 プレス成形する時の上下型部材の所定温度は上型部材６
１０℃（１０^9.8 ポアズ相当）、下型部材６３０℃（１
０^9.1 ポアズ相当）とする。この２０℃の温度差は前述
の課題である上型付着現象の防止のために有効な手段で
あることが認められる。例えば、上下型部材を同一温度
でプレス成形した場合、約２０〜３０％の確率で上型付
着が起こり、逆に、上型部材の温度を下型部材の温度よ
り２０℃高く設定してプレス成形すると、約９５％上型
付着現象が起こる。換言すれば、本発明の条件では、そ
れらに比べ、２〜３％まで上型付着を減らすことが出
来、たとえ、温度差を１０℃とした場合でも、上型付着
の確率を１０％前後に低減できるのである。この温度差
を、更に、３０℃、４０℃と大きくすると、より効果も
大きくなるが、実際には、下型部材の温度が６４０℃
（１０^8.7 ポアズ相当）となると、ガラスがプレス成形
中に微小部分で、型と融着する問題があるので、この点
を配慮する必要がある。上下型部材がこの設定温度に到
達しても（時間Ｔ₂ ）、ガラス素材の温度は未だ平衡に
達していない。プレス開始（時間Ｔ₃ ）は成形サイクル
の短縮の上で最も良い時点で行うのが良い。つまり、ガ
ラス素材の温度が５６５±５℃（１０^11.5ポアズ相当）
の時、最適である。換言すれば、この型内で加熱、待機
する時間が長いと、ガラス素材の温度はより高くなり、
ガラス素材が光学素子へプレス成形されるのに要する時
間が短くなるが、成形サイクルとしては長時間となるの
である。逆に、待機時間が短いと、ガラスは未だ十分に
軟化していない状態でプレスされるので、加圧下で、ガ
ラス素材は変形せず、ガラス素材が破壊したり、上下型
部材の成形面そのものが局所的に変形する問題が発生す
るのである。従って、その上では少なくとも、ガラス素
材の温度がその転移温度５５０℃を越えた時点でプレス
しなければならない。

【００２９】しかして、プレス開始と共に、ガラス素材
は変形し、上下型部材表面との伝熱面積が徐々に増大す
るため、高速に昇温し、上下型部材の丁度中間の温度に
達する。この変形する様子は、成形チャンバ−３の上部
とピストンロッド２１１トノ間に取付けた変位センサ−
によって、プレス用シリンダ−の降下量として、モニタ
−できる。この変形の４つのパタ−ンは、図６に示され
ている。ここでは、横軸に時間をとり、縦軸に変位量を
とる。ガラス素材が５９１℃（１０^10.6ポアズ相当）の
平衡温度に到達した場合、（ａ）となり、ｔ₁ の変形開
始からの初期の速度は最も大きい。しかし、ガラス素材
が変形を終了し、所定肉厚に到達するには、型の表面と
ガラス間に摩擦抵抗を受けるため、変形速度が落ちる。
そして、ｔ_E で押し切ると同時に変位量が一定となる。
この場合、高温のガラス素材が長時間型内に保持される
ので、前述したガラス成分の揮発が激しいため、型汚れ
が早く、連続成形が数十回程度にしか出来ない。これに
対して、本発明のガラス素材の温度が５６５℃（１０
^11.5ポアズ相当）でプレスする場合は、（ｂ）のパタ−
ンになる。すなわち、変形開始初期の勾配は（ａ）の勾
配よりも緩やかとなり、押し切るのに要する時間も僅か
に長くなるが、型内に保持する時間をより短くして、ガ
ラス素材の温度が転移点を僅かに越えた５５４℃（１０
^12.5ポアズ相当）でプレスした場合には（ｃ）の変形パ
タ−ンをとる。ここでは、変形開始初期の勾配は更に緩
やかになるので、結果として、押し切り所要時間が長く
なり、成形サイクルは（ｂ）に及ばない。ガラス素材の
温度が転移点より下の５３５℃（１０^13.0ポアズ相当）
では加圧時にガラス素材は変形せず、前述したような上
下型部材の成形面の中央部に局所的な変形を受ける。

【００３０】プレス時は、図４（ｃ）の状態で示されて
おり、各ガラス素材には面圧として４００ｋｇ／ｃｍ²
±２０ｋｇ程度で荷重が加わるようにシリンダ−機構２
１０の油圧を制御し、操作部材２０２に圧力が均等に分
配されるようにホルダ−ブロック２０３内の弾持機構２
０８で調整しておく。このプレス成形時間は６０秒であ
るが、ガラス素材が変形終了して、上型部材のフランジ
部１０２Ａと胴型１００の頂部が環状スペ−サ１０２Ｃ
を介して密着すると、ガラスには実質的に圧力が加わら
ないようになり、結果として、肉厚が決まる。この押し
切るための所要時間は、４個のキャビティで変化する
が、４０秒〜５０秒の範囲に入る。

【００３１】ｄ 冷却 プレス用シリンダ−機構２１０は前述の圧力が加わった
状態を維持し、また、上下型部材はプレス成形時の温度
差２０℃を維持しながら、冷却工程に入る。下型部材は
毎分５０℃の速度で温度を降下し、ガラス粘度で１０
^14.6ポアズ相当の５００℃で保持される。上型部材は第
２の加圧手段である押上用のシリンダ−機構２０５が作
動するところの、ガラス粘度で１０^9.6 ポアズ相当の５
９５℃の温度までは毎分５０℃、それ以降は毎分約６３
℃で温度を降下する。この第２の冷却速度は上型部材１
０２の冷却媒体導入部１０２Ｄから冷却媒体として低温
の非酸化性ガスを流すことによって、制御する。この温
度降下は１０¹⁶ポアズ相当以下の４５０℃まで至り、保
持される。この温度スケジュ−ルは前述の上型付着防止
の対策として著しい効果を上げ、２〜３％の付着現象か
ら殆ど０％とすることが可能となった。この場合、上型
部材の降温速度は毎分３０〜１００℃の範囲とすること
ができ、そのため、加熱しながら冷却するのではなく、
下型部材１０１へも冷却媒体を流すことで制御できる。
この降温速度は成形された光学素子の必要な品質や型の
熱容量、冷却媒体の冷却能力で決定できる。また、図５
の上下型部材の温度スケジュ−ルを別の異なる態様とし
ても良い。すなわち、第２の加圧手段で圧力が開放され
る温度までは、上下型部材を同一の冷却速度で降温し、
それからの上型部材の温度のみを、その冷却速度より大
きくなるように制御し、相互の温度差を増大させてから
離型するようにしても良いのである。

【００３２】ｅ 第２の加圧 冷却過程で起こるガラスの体積収縮に対して、型部材の
成形面の形状が、所要の精度で光学素子に転写されるた
めには、押上用のシリンダ−機構２０５による第２の加
圧制御が必要である。この時の圧力は面圧で２７０ｋｇ
／ｃｍ²±２０ｋｇである。また、作用する温度範囲は
上型部材で１０^10.4から１０^15.6ポアズ相当の温度、す
なわち、５９５℃から４８０℃の範囲で、好ましくは上
型部材で１０^9.6 〜１０^13.5ポアズ相当の温度、すなわ
ち、６１５℃から５２５℃の範囲が良い。

【００３３】作用開始温度が更に高い場合、第２の加圧
による肉厚減少が無視できなくなり、下型部材に傾きを
生じるため、光学素子の第１および第２の光学面で偏心
が大きくなるおそれがある。また、作用終了温度を低く
すると応力歪みが大きくなり、冷却中に割れを発生する
おそれがある。このようなわけで、光学素子の形状、精
度が十分に確保されるためには、上下型部材ともに、１
０¹³ポアズ相当以下の温度（５３４℃）となるまで第２
の加圧が必要である。

【００３４】ｆ 離型 プレス用シリンダ−機構２０１の圧力が解除された後、
上方に駆動し、上型部材１０２が環状の引き上げ部材１
０５を介してフック部材２１２で上方に移動することに
より、型開きして離型が行われる。この時、引き続い
て、図４（ｄ）の位置まで上型部材１０２が上昇して停
止すると、先の吸着パッド４０３で、成形品を下型部材
１０１と上型部材１０２の間から取出す。この際、成形
品は上記入換え手段４の逆の働きで、置き台１７２へ戻
され、上記搬入・搬出手段１７で、成形チャンバ−３か
ら取り出され、更に、ロボット１９の働きで、一時的に
冷却台２１に置かれ、適当な温度に冷却後、外部に取出
される。

【００３５】離型する時の上下型部材の温度はそれぞれ
１０¹⁶ポアズ相当以下の温度、４５０℃と１０^14.6ポア
ズ相当の温度、５００℃であるが、本発明はこれに限定
されない。すなわち、それぞれの温度が１０¹⁴ポアズ以
下であって、上下型部材間に必要な上型付着現象防止の
ための温度差は、光学素子の形状や、プレス時の型温度
の条件などにより変更することが出来る。なお、本発明
では、型開き直後、上型部材１０２が引き上げ部材１０
５により０．５〜５^mmの範囲で上方に移動した時点で、
２秒〜１５秒の範囲、例えば、１０秒間、停止するの
も、一つの特徴である。この中間停止は、万一に上型付
着が発生した場合、光学素子と下型部材の成形面を傷付
けることなく下型部材上の中央に上記光学素子を落下さ
せるための手段である。この機能は前述のように、上下
型部材の間で温度差を与える場合のみに発揮される。な
お、実際上、上下型部材間の温度差がプレス成形時の２
０℃のまま等速度で冷却が行われ、上型部材の温度が４
６０℃で、下型部材のそれが４８０℃で直ちに型開きし
た場合に、上型付着現象を生じることがある。この場
合、その温度条件下では数分間経過しても光学素子の落
下がなされない。つまり、別言すると、２秒〜１５秒
は、型開き時に光学素子内における温度分布が一様にな
るのに必要な時間と考えられる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したようになり、プ
レス成形の過程で生じる従来の問題点をクリアし、歩留
りよく高精度の光学素子成形品を得ることができ、しか
も、成形時間が合理的に短縮されて、稼動率を大幅に向
上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すプレス成形装置の概略
正面図である。

【図２】本発明のプレス成形装置の概略平面図である。

【図３】本発明の要部を示す正面断面図である。

【図４】本発明の要部の動作状況を説明する正面断面図
である。

【図５】本発明のプレス成形工程を示すグラフである。

【図６】本発明のプレス成形工程でガラス素材の温度の
相違する場合のパタ−ンを示す図である。

【符号の説明】

１ 成形型 １００ 胴型 １０１ 下型部材 １０２ 上型部材 １０４ 当て駒 １０５ 引き上げ部材 １０６ ユニバ−サル・ジョイント ２ プレス操作機構 ２０１、２０２ 操作部材 ２０３ ホルダ−ブロック ２０８ 弾持機構 ２１２ フック部材 Ｇ ガラス素材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 正樹 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C03B 11/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学用の成形ガラス素材を以下の（ａ）
   ないし（ｇ）の連続した工程により押圧成形することを
   特徴とする光学素子のプレス成形方法。 （ａ）成形用胴型部材内への挿入量を制限するための制
   限手段を有する上型部材および下型部材を前記胴型部材
   内に摺動可能に対向配置した上下型部材が昇温過程にあ
   る状態で、成形用ガラス素材を、そのキャビティ内に導
   入する工程。 （ｂ）成形用ガラス素材を上下型部材内に挟持した状態
   で加熱する工程。 （ｃ）上下型部材の温度がガラス素材の粘度で１０⁹ 〜
   １０¹¹ポアズに相当する範囲にあり、同じく１０^0.4 ポ
   アズに相当する温度差以上になる或る設定値に到達し、
   かつ、成形用ガラス素材が前記（ｂ）工程の昇温状態に
   あり、ガラス転移点を越えた１０^12.5〜１０¹¹ポアズに
   相当する温度の範囲の或る値に達した時点で、上型部材
   が有する前記制限手段により決まる規定位置まで降下す
   るように上型部材にプレス圧力を掛ける第１のプレス工
   程。 （ｄ）上下型部材を毎分３０〜１００℃の降温速度で、
   上型部材と下型部材の温度差を（ｃ）工程のそれ以上に
   維持したまま、冷却する工程。 （ｅ）前記（ｄ）工程で、上下型部材の温度が共に１０
   ^10.4ポアズに相当する温度以上の高温から１０¹³ポアズ
   に相当する温度以下の低温の範囲において、下型部材に
   プレス圧力を掛ける第２のプレス工程。 （ｆ）上下型部材の温度が共に１０¹⁴ポアズに相当する
   温度以下であって、かつ、上型部材と下型部材との温度
   差を前記（ｃ）工程での温度差より大きくした後、型開
   きをして離型する工程。 （ｇ）型開き後、上型部材を０．５〜３^mmの範囲で上方
   に移動し、そこで、２秒から１５秒の範囲で停止状態を
   保持し、その後、上型部材を上端まで移動した後、成形
   品を排出する工程。
2. 【請求項２】 １個の成形用胴型部材内に複数個の上下
   型部材が摺動可能に対向配置された型構造において、光
   学用の成形ガラス素材を押圧成形することを特徴とする
   請求項１に記載の光学素子の成形方法。