JP2803046B2

JP2803046B2 - 光学素子の成形方法

Info

Publication number: JP2803046B2
Application number: JP2412790A
Authority: JP
Inventors: 昌之冨田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: US5344476A; JPH0597447A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱軟化されたガラス
素材を、上下一対の成形型によってプレス成形するよう
にした光学素子の成形法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラスレンズなどの光学素子を加
工する方法として、研削研磨による方法に代わり、加熱
軟化したガラス素材（ガラスブランク）を上下一対の成
形型によりプレス成形する方法が注目されている。

【０００３】従来のこの種のプレス成形法を、図４を参
照して以下に説明する。ここでは、ガラス素材５を予め
最終製品としての成形品と近似した形にしておいて、プ
レス成形時、その中央部で上下の成形型の成形面と接触
するようにしている。この成形法では、加熱炉の外で上
型１をはずし、ガラス素材５を下型２の上に置く。その
上に上型１をセットした状態で加熱炉で加熱し、ガラス
が成形可能な粘度に対応する温度でプレス成形を行な
う。この加熱時にガラス素材５は、上型１、下型２から
の熱伝導および上型１、下型２および胴型３からの熱放
射により加熱される。この場合、成形面の曲率半径とガ
ラス素材表面の曲率半径が近く、成形面とガラス表面と
のすき間が小さいために、伝熱が良く、ガラス素材５の
被成形面の温度は上型１、下型２、胴型３の温度に近い
温度になっている。

【０００４】一方、他の従来例として、光学素子として
の成形品の大きさが小さい場合には、図５に示すように
球形状のガラス素材５を用いる場合もある。この場合、
ガラスの被成形面と成形型の成形面の離反距離が大きい
ため、球形状ガラス素材５への伝熱は、最終成形品に近
似した形状のガラス素材の場合よりも悪くなる。しか
し、この場合でも、その型のキャビティーが閉じた空間
になっている時には、型からの熱伝導・放射により、ガ
ラス素材をプレス成形可能な温度まで加熱することがで
きる。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
述の近似形状のガラス素材を使用する場合には、ガラス
素材の加工コストが非常に高いという欠点がある。一
方、球形状のブランクを使用すれば、ガラス素材のコス
トは十分の一以下になる。そのため、成形品の寸法の大
小によらず、球形状ガラス素材またはより一層コストの
安いガラスゴブからのプレス成形が実現できれば、これ
に越したことはない。

【０００６】また、最近では成形タクトを短縮するため
に、オ−トハンドを用いて、成形機の雰囲気炉の中で、
高温の成形型内にガラス素材を入れてプレス成形し、ま
だ５００度前後の高温の内に、成形型内より成形品を取
り出す装置が開発されている。この場合、図６に示すよ
うに、胴型３にオートハンド９が出入りするための開口
部４を設置する必要がある。しかし、この開口部がある
ため、胴型からガラス素材への熱放射が弱くなり、逆に
ガラスから開口部を通って熱が逃げるため、ガラス素材
の温度が上り難い。

【０００７】このように、コストダウンのためには、球
形状ガラス素材を用いてオートハンドでハンドリングす
るのが好ましいが、上述のような問題を残している。こ
の点を図７を参照しながら経時的に説明する。ここで
は、成形型から球形状ガラス素材５への伝熱が悪く、逆
にガラス素材表面からの放熱があり、ガラス素材の温度
が非常に上りずらい。この状態でプレス成形を行なう
と、ガラス素材の表面温度が低いため、微かしか変形し
ない。この微量変形によりガラス素材と成形型の接触面
積が増え、その分、熱伝導が増し、その接触した個所で
ガラス温度が上り、変形が少し進む。このような繰り返
し作用でもプレス成形は可能であるが、時間がかかり、
特に、ガラス素材が大きい場合には成形に長い時間がか
かり、実用的ではない。また、このような低温のガラス
素材を繰返し、プレス成形すると、精度が要求される成
形型の成形面の中央部が凹んでしまうこともある。そこ
で、ガラス温度を成形に適した温度にするために、成形
型の温度を高くすることが考えられるが、その場合は、
成形型の温度が必要以上に高くなるので、成形時にガラ
ス素材と成形型との接触個所で融着が発生する場合があ
る。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、これ等の問題点を解決するた
めになされたもので、下型の上に置かれたガラス素材に
対して、成形型への熱的影響を避けながら、外部から上
記ガラス素材に対して輻射熱を与え、上記ガラス素材を
所望温度に加熱、軟化できる光学素子の成形法とその装
置を提供しようとするものである。

【０００９】更に、本発明は、特に、光学素子としてレ
ンズ、好ましくは、その光学機能面の少なくても一つが
非球面であるレンズを成形する方法において、上記ガラ
ス素材を成形型に入れる前には加熱せず、型に入れてか
ら加熱、成形することを特徴とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
所要温度に加熱されている一対の成形型の内、下型の上
にガラス素材を配置し、上型および下型の間でプレス成
形して、上記成形型の成形面を光学素子の光学機能面と
して上記ガラス素材に転写するようにした光学素子の成
形方法において、ガラス素材を成形型に搬入、または、
成形光学素子を成形型から搬出するためのオートハンド
が成形型内に出入りするための開口部が、上下一対の成
形型のガイド機能と加熱機能とを有する胴型の側面に設
けられており、この開口を介して、ガラス素材を成形型
の中に搬入し、下型の上にガラス素材を配置し、次に、
上記成形型加熱用のヒーターとは別のガラス素材加熱手
段からの輻射熱を、この開口部を介して、上記ガラス素
材に与え、このガラス素材が所望温度に昇温した後、プ
レス成形する。

【００１１】また、本発明では、上述の成形方法におい
て、オートハンドにより下型の上に置かれたガラス素材
の温度がガラス転移点温度以下であり、ガラス素材加熱
手段からの輻射熱を用いて、ガラス素材を１０^ ８から
１０^ １３ポアズの粘度になるまで、加熱した後、プレ
ス成形する。

【００１２】

【実施例１】次に、本発明の実施例による光学素子の成
形法と装置について図面を参照しながら説明する。図１
には、本発明による光学素子の成形装置の一実施例が示
されている。ここで、符号１は上型、２は下型、３は上
記上下一対の成形型のガイド機能と加熱機能を有する胴
型である。また、符号４はガラス素材および成形品のハ
ンドリングをするためのオートハンド（図示せず）の出
入のため、上記胴型３に形成された開口部である。上記
成形装置にてプレス成形される、球形状に研磨されたガ
ラス素材５は、上記オ−トハンドで下型２の成形面の上
に置かれる。そして、ガラス素材用の加熱手段６からの
輻射熱でプレス成形前に加熱される。この例では、上記
加熱手段はハロゲンランプ６Ａと回転楕円面の反射鏡６
Ｂから構成されている。

【００１３】次に、上記構造の光学素子の成形装置を用
いて、実施する本発明の光学素子の成形法について説明
する。先ず、胴型３内のヒーター（図示せず）により、
上型１と下型２とが成形に最適な温度、例えば、ガラス
の粘度で１０8 〜１０11ポアズの温度に加熱される。そ
れから、球形状のガラス素材５が、オートハンドに吸着
された状態で、胴型の開口部４を通って成形型内空間に
入って来て、下型２の上に置かれる。この時、ガラス素
材の温度はガラス転移点温度以下である。次にガラス素
材用の加熱手段６のハロゲンランプ６Ａを点灯して、ラ
ンプから発生する赤外線を回転楕円面の反射鏡６Ｂによ
り反射させ、球形状のガラス素材５に集光させて、上記
ガラス素材を加熱する。ガラス素材５が成形に最適な温
度、例えば、ガラスの粘度で１０8 〜１０13ポアズの温
度になったら、上型１を下降させ、ガラス素材をプレス
成形する。上記ハロゲンランプ６Ａは、上型１とガラス
素材５が接触を開始すると共に徐々に出力を低下し、成
形完了時には出力を零まで降下する。なお、その間、プ
レス成形中の上型１および下型２は、胴型３内のヒータ
により、成形に最適な温度に制御されている。

【００１４】このようにガラス素材を下型上に置いた
後、ガラス素材用加熱手段で加熱した後、プレス成形を
行なうことにより、ガラス素材・成形品の出し入れをオ
ートハンドで行なうことができるので、球形状ガラス素
材から、短い成形時間で最終成形品まで成形することが
できる。

【００１５】図８および図９は、本発明の成形法のプロ
セスを示すフローチャートおよび制御実行のための概略
構成ブロック図である。次に、上記プロセスに従って、
成形工程を説明する。

【００１６】先ず、ガラス素材として球形のガラスブラ
ンク５を用意する（STEP 1）。次に、上型１および下型
２にそれぞれ内蔵するヒーター１０Ａおよび１０Ｂを、
ヒーター制御手段１０に基く制御で、上記成形型を所定
温度に加熱し、以後、各成形型に設けた温度センサ（図
示せず）の信号に基いて、一定温度に制御する（STEP
2）。上記ステップにおける型加熱の途中または加熱後
に、加圧シリンダー１２によって上型１を開放位置に移
動、保持し、ロボットハンドを用いて、ブランク５を下
型の上に置く（STEP 3）。ブランク５の搬入後、給電制
御手段１４を働かせて、輻射手段６への給電を開始す
る。これにより、ハロゲンランプ６Ａが付勢される。こ
こでは、給電制御手段１４が、ハロゲンランプ６Ａへの
通電電流、通電時間の設定を行ない、輻射エネルギーの
調整を行なう。これは、上記ガラスブランク５の成形条
件（ブランクの硝材の軟化温度、成形温度など）に基い
て決定される（STEP 4）。上述のように所定時間、輻射
が行なわれると、上記給電制御手段１４は、その作動を
停止し、これで、ブランクの加熱が終了する（STEP
5）。その後、上記加圧シリンダ１２によって上型１を
下降し、成形型の閉鎖をなす（STEP 6）。更に引続い
て、加圧シリンダ１２によって、上型１に圧力を作用さ
せて、上記ブランク５を上下の型で押圧し、ガラス表面
を各成形型の成形面１ａおよび２ａに押付けて、上記ブ
ランクにその面形状を転写させる。このようにして、光
学素子を成形するのである（STEP 7）。その後、上型１
および下型２は、冷却手段１６によって、型に内蔵した
冷却素子１６Ａおよび１６Ｂを介して、既に成形された
光学素子、例えば、非球面レンズとともに、所定温度に
冷却する（STEP 8）。このように、所定の温度に冷却さ
れた後、成形型を開放して、光学素子を取出し、パレッ
ト（図示せず）上にあるいは搬出位置に運び出す（STEP
9）。このような成形サイクルを繰返して、連続的に光
学素子の成形を行なうのである。このために、各操作手
段は、ＣＰＵなどの、図示のような成形制御手段１８の
プログラムに従って操作される。

【００１７】

【実施例２】図２に示される第２の実施例では、ガラス
ゴブ８（溶融ガラス流を切断して得られたガラス塊）が
プレス成形用のガラス素材として使用される。なお、こ
の図には、ガラス素材用の加熱手段が図示されていな
い。

【００１８】この例では、ガラス素材としてガラスゴブ
を用いているために、ガラス素材のコストを一層削減す
ることになる。この場合でも、下型２の上でガラス素材
を輻射熱で加熱してから成形することにより、容易に成
形にすることができる。

【００１９】

【実施例３】図３に示される第３の実施例では、光学素
子として凹レンズを成形する場合が提示してあり、ここ
では、ガラス素材として円板状のガラスを用いている。
この場合も下型２の上でガラス素材を輻射熱で加熱して
から成形することにより、容易に成形できる。

【００２０】なお、前述した成形型（上型１、下型２）
の成形面１ａ、２ａは、両方または一方を非球面形状と
することで、図４の（ｂ）に示すような非球面レンズ５
を成形できる。また、本実施例では、型内に装填された
ガラスブランクを輻射加熱する手段として、ハロゲンラ
ンプからの赤外線を、直接または反射鏡により反射、集
光して、加熱する手段を示しているが、ガラスを輻射熱
で加熱する方法は、これに限定されるものではなく、例
えば、炭酸ガスレーザーなどの別の光源を使用する場合
もある。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、ガ
ラス素材を下型の上に置いてから、ガラス素材用の加熱
手段で加熱軟化させ、その後、プレス成形を行うので、
型からの伝熱が悪い単純形状のガラス素材からでも、短
時間の成形が可能となり、ガラス素材のコストダウンが
可能となる。また、ガラス素材の温度を上げるので、繰
返しのプレス成形でも、型の成形面の変形を防止でき
る。

【００２２】更に、本発明は、ガラス素子を、好ましく
は、球形ガラスブランクとし、また、上記ブランクを成
形型の中に入れて、輻射熱発生手段によって加熱する工
程を採用したので、エネルギー効率が良くなる。すなわ
ち、球形となしたことで、同じ体積を有する、例えば、
コイン形状のブランクに比較して、表面積を最小にでき
るから、放熱が少なく、短時間で成形温度に加熱でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示した型構造の縦断面図で
ある。

【図２】第２の実施例の縦断面図である。

【図３】第３の実施例の縦断面図である。

【図４】（ａ）および（ｂ）で、非球面レンズを成形す
るための成形型、および成形品を説明するための縦断面
図である。

【図５】従来例を説明するための縦断面図である。

【図６】従来例を説明するための縦断面図である。

【図７】従来例を説明するための縦断面図である。

【図８】本発明に係る制御系の構成ブロック図である。

【図９】同じく、成形プロセスを示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１上型２下型３胴型４胴型開口部５ガラス素材６ガラス素材用の加熱手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所要温度に加熱されている一対の成形型
の内、下型の上にガラス素材を配置し、上型および下型
の間でプレス成形して、上記成形型の成形面を光学素子
の光学機能面として上記ガラス素材に転写するようにし
た光学素子の成形方法において、ガラス素材を成形型に搬入、または、成形光学素子を成
形型から搬出するためのオートハンドが成形型内に出入
りするための開口部が、上下一対の成形型のガイド機能
と加熱機能とを有する胴型の側面に設けられており、この開口を介して、ガラス素材を成形型の中に搬入し、
下型の上にガラス素材を配置し、次に、上記成形型加熱用のヒーターとは別のガラス素材
加熱手段からの輻射熱を、この開口部を介して、上記ガ
ラス素材に与え、このガラス素材が所望温度に昇温した後、プレス成形す
ることを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】上記請求項１に記載の光学素子成形方法
において、オートハンドにより下型の上に置かれたガラス素材の温
度がガラス転移点温度以下であり、ガラス素材加熱手段からの輻射熱を用いて、ガラス素材
を１０^ ８から１０^１３ポアズの粘度になるまで、加
熱した後、プレス成形することを特徴とする光学素子の
成形方法。