JP3023202B2 - 光学素子の成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス素材を加熱軟化
または溶融し、その後一対の成形用型により押圧して光
学素子を成形する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶融したガラス素材を成形用型で
押圧して光学素子を成形する方法としては、例えば特開
昭６３−１６２５３９号公報に開示されている。この成
形方法は、成形用型の型温度をガラス素材のガラス転移
温度より１００℃低い温度の範囲内に設定して行なう方
法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術にお
いては成形用型全体の温度をヒートサイクルするため、
短時間でのヒートサイクルができず、サイクルタイムの
短縮がはかれなかった。ここで成形用型とガラス素材と
の融着は、それぞれの表面における現象である。そのた
め、最終的には成形用型表面の温度の制御が必要であ
り、型全体の温度を制御する必要はないのである。ま
た、成形用型の融着を防止するための成形用型とガラス
との温度差は１００℃では不十分であり、さらに成形用
型を低温度にして押圧することが望まれていた。また成
形型表面温度は、必然的に温度分布を生じるが、従来技
術においては、型加熱用のヒータのみで温度制御してい
るため、その温度分布を変更制御することができなかっ
た。成形用型に温度分布が生じていると、温度の低い部
分と高い部分でガラスの冷却速度が異なる。すなわち肉
厚差の大きいレンズを成形する場合は、肉の薄い部分を
先に冷却するのが好ましい。そのため、成形用型の表面
温度を肉の厚い部分を押圧する部位を高温にする必要が
あり、その制御が実現できないと、薄い部分が先に固化
して、その後厚い部分が固化するため、薄い部分の固化
したところが抵抗となり、厚い部分の固化時の収縮に追
従できず、肉厚差の大きいレンズを高精度に転写するこ
とができず、いわゆるヒケが発生していた。

【０００４】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、溶融状態またはそれに準じた高温状態
のガラスを、短時間でかつヒケを生じさせることなく肉
厚差の大きなレンズを高精度に成形する方法を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、加熱軟化または溶融したガラス素材を、
一対の成形用型間に供給して押圧成形し光学素子とする
光学素子の成形方法において、ガラス素材を一対の成形
用型間に供給する直前に、光学素子の肉厚の最も厚い箇
所を押圧する成形用型の成形面部分に非酸化性気体を部
分的に吐出し、前記成形面を冷却する。

【０００６】

【実施例１】まず、本発明の具体的な実施例を説明する
前に、本発明の光学素子の成形方法の概要を説明する。
一対の成形用型にてガラス素材を押圧する直前に成形用
型の型先端部にノズルから非酸化性気体としての冷却ガ
スを吹き付けて所望の温度まで少なくとも成形用型の成
形面を冷却する。すなわち、成形用型の表面のみの冷却
のため、大幅に低温にすることが可能となる。型表面の
大幅な冷却により成形面とガラス素材の表面の反応が弱
くなり、成形面とガラス素材の融着が完全に防止され
る。この時の成形用型の冷却と加熱は、独立して行なわ
れる。つまり、冷却は型先端部のみに作用し、その温度
制御のための熱電対を設置してあり、成形用型本体の型
ヒータを制御している熱電対には、影響を及ぼさないよ
うになっている。そのため、型ヒータの温度を制御する
熱電対は外乱を検知しないので、ヒータによる温度のオ
ーバーシュート等が生じない上に、押圧後は成形用型を
表面のみ短時間で強制冷却するので、すぐに次の成形が
可能であり、成形サイクルタイムの短縮が図れる。

【０００７】以下、本発明の具体的な実施例を説明す
る。図１は、本発明に係る光学素子の成形方法の実施例
１に用いる成形装置の要部を示す正面図である。

【０００８】図において１で示すのは、機枠で、機枠１
の上部内面には、断熱材２を介して成形用上型３が取り
付けられている。上型３は、段付きに形成され、大径の
型本体部４と小径の型先端部５とにより構成されてい
る。型先端部５の端部には、所望のレンズ形状に合わせ
て成形面が形成されている。型本体部４の周囲には、上
型用加熱ヒータ６が取り付けられ、型本体部４内に埋設
した熱電対４ａにて型本体部４が転移点付近の温度に制
御されるようになっている。また、型先端部５には、成
形面温度モニター用の熱電対５ａが取り付けられてい
る。

【０００９】上記固定された上型３と同軸上に対向し
て、上下動自在に下型７が配置されている。下型７は上
記上型と同様に、段付きに形成され、大径の型本体部
８、小径の型先端部９とにより構成されている。型本体
部８の周囲には、下型用加熱ヒータ１０が取り付けら
れ、熱電対８ａにて型本体部８を転移点付近の温度に制
御し得るようになっている。また、型先端部９には、所
望のレンズ形状に合わせて成形面が形成されるととも
に、成形面温度モニター用の熱電対９ａが取り付けられ
ている。なお下型７の上下動用の駆動装置は、図示を省
略してある。

【００１０】対向配置した上下型３，７間の中間部に、
型先端部５，９の冷却用ノズル１１が設けられている。
このノズル１１は、先端部より上下型３，７の成形面に
気体を矢印Ａ，Ｂで示す方向に吐出するように穴が設け
られている。このノズル１１は、ＸＹテーブルの上に設
置されていて、その位置を調整可能な構造にしてある。
すなわち、ノズル１１は進退自在に構成されており、冷
却の際は上下型３，７間に位置し、その他は下型７やそ
の他の可動部分と干渉しないようなところに位置される
ようになっている。

【００１１】機枠１の側壁には、溶融炉（図示省略）よ
り切断された溶融ガラスを供給するシューター１２が設
置されており、下型７の成形面のほぼ中心付近に落下す
るように制御されている。また、機枠１の側壁には成形
した光学素子１３を取り出すための排出路１４が形成さ
れ、この排出路１４中に排出アーム１５が設置されてい
る。

【００１２】次に、上記成形装置を用いた本発明の実施
例１の成形方法を説明する。

【００１３】本実施例では、硝種にいわゆるＳＫ１１を
用いて、両凸レンズで外径φ１６、中肉厚３．５mm、コ
バ厚１．５mmと外径、偏肉ともに比較的大きなレンズの
成形を行なった。

【００１４】上型３と下型７は、それぞれ加熱ヒーター
６，１０にてガラス素材の転移点温度付近の約５３０℃
に、制御用の熱電対４ａ，８ａにて制御されている。こ
の状態より、上下型３，７の成形面中心部に位置するよ
うに制御されたノズル１１が稼働し、先端部より非酸化
性気体としての冷却用窒素ガスの吐出を始める。約１０
秒間吐出が行なわれ、型のモニター用熱電対５ａ，９ａ
が、４００℃付近になるように吐出時間調整が行なわれ
て、上下型３，７の成形面を冷却する。上記ノズル１１
は、上下独立に制御できるようになっている。またこの
冷却により、加熱ヒータ６，１０を制御している熱電対
４ａ，８ａは型先端部５，９の温度低下を検知しないの
で、ヒータ６，１０の熱供給量は、一定となる。そのた
め、この冷却や後述する溶融ガラスを供給した際の型先
端部５，９の温度変化に対して型本体部４，８の温度は
変化しない。

【００１５】型先端部５，９の冷却が終了する間に、溶
融炉（図示省略）にて１０³ 〜１０⁵ ポアズに加熱溶融
されたガラス素材が、切断され、シューター１２により
上下型３，７間に供給される。供給されるとすぐに下型
７を上昇して押圧を開始する。ガラス素材の供給および
押圧の瞬間は上下型３，７の成形面の表面温度が低く、
ガラス素材との融着を防止できるようになっている。通
常この表面温度では、ヒケと呼ばれる転写精度の不良を
発生するが、本実施例においては、型先端部５，９のみ
の冷却なので、表面温度が一時的に低いだけであり、融
着を防止した後は、ガラス素材の熱量により、すぐに上
下型３，７の成形面とガラス素材の接触部分は型本体部
４，８の制御温度とほぼ等しくなる。また、型先端部
５，９の冷却は中心付近より行なわれており、凸レンズ
の中心付近の厚い部分をより冷却するように作用する。
放射温度計による測定で、成形面の中心部と外周部の温
度差は約３０℃であり、これも初期の表面温度が低い状
態での成形においてもヒケ発生に対する大きな防止効果
となっている。上下型３，７による押圧は荷重３００Ｋ
ｇｆで時間１５秒で行なわれ、初期の５秒間は融着防止
の作用で、後半の１０秒間は転移点付近の温度での押圧
となり、形状修正の作用となる。このようにして成形す
ることで、溶融ガラスと成形面が融着することなく、高
精度に成形面形状を転写した光学素子を成形することが
できる。

【００１６】押圧終了した後、光学素子１３が搬送アー
ム１５にて上下型３，７間より取り出されて成形のサイ
クルを終える。この時、上下型３，７の温度は型先端部
５，９の冷却前の温度、すなわち、転移点付近の温度と
なっている。また、加熱用ヒータ６，１０は外乱を検知
しないので、温度制御のオーバーシュート等がなく、１
ショット目より安定して成形できる。このため、次の光
学素子を成形するために準備する時間を要せず、同様に
型先端部５，９の冷却から成形をスタートすることがで
きる。そのため、成形のサイクルタイムを短くすること
ができて、生産性の向上となる。

【００１７】

【実施例２】図２は、本発明に係る光学素子の成形方法
の実施例２に成形装置の要部を示す正面図である。

【００１８】本実施例の成形装置は型先端部５，９の冷
却用ノズル２０を円筒状に形成し、型先端部５，９の外
周面を特に冷却し得るようにした点を特徴としている。
その他の構成は、実施例１に用いた成形装置と同様であ
る。

【００１９】次に、上記成形装置を用いた本発明の実施
例２の成形方法を説明する。

【００２０】本実施例では、硝種にいわゆるＳＫ１１を
用いて、両凹レンズで外径φ１６、中肉厚１．５mm、コ
バ厚３．５mmと外径、偏肉ともに比較的大きなレンズの
成形を行なった。

【００２１】実施例１と同様に型の先端部５，９をノズ
ル２０により冷却するが、両凹レンズのため中心部が薄
く、中心部分を先に冷却すると、すぐに固化してしまい
外周の厚い部分の収縮に追従できなくなる。そのため、
本実施例では型先端部５，９冷却時に、円筒状の冷却ノ
ズル２０から冷却用ガスを吐出して成形面の外周から冷
却するようにしている。この冷却により成形面の外周の
温度が、中心部に比較して低くなり、放射温度計にて測
定したところ約２０度の温度差が確認された。これによ
り押圧成形される光学素子１１の中心部の冷却を遅らせ
ることができ、高精度な光学素子の成形が溶融ガラスを
用いて、成形面とガラス素材との融着を発生させること
なく行なうことができた。その他は実施例１と同様であ
る。以上のように、本実施例によれば、ガラス素材を押
圧する直前に、少なくとも成形用型の成形面を冷却し、
ガラス素材との温度を大きくしているので、ガラス素材
と成形面の融着を防止することができる。さらに、成形
用型の冷却が成形面あるいは成形用型表面のみを冷却し
ているので、短時間で冷却することができ、成形サイク
ルタイムを短縮した成形を連続して行うことができる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明の光学素子の成形
方法によれば、ガラス素材と成形面の融着を防止すると
共に、成形サイクルタイムを短縮した成形を連続して行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学素子の成形方法の実施例１に
用いる成形装置の要部を示す正面図である。

【図２】本発明に係る光学素子の成形方法の実施例２に
用いる成形装置の要部を示す正面図である。

【符号の説明】

３ 上型 ５，９ 型先端部 ７ 下型 １１，２０ 冷却用のノズル １２ シューター

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱軟化または溶融したガラス素材を、
   一対の成形用型間に供給して押圧成形し光学素子とする
   光学素子の成形方法において、 ガラス素材を一対の成形用型間に供給する直前に、光学
   素子の肉厚の最も厚い箇所を押圧する成形用型の成形面
   部分に非酸化性気体を部分的に吐出し、前記成形面を冷
   却することを特徴とする光学素子の成形方法。