JP4156887B2 - ガラス成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズなどのガラス成形体の製造方法であって、成形用型に張り付き易いガラス光学素子、例えば、凹面を有するレンズであっても、成形用型に張り付くのを防止して、連続稼働を可能にする、ガラス成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来知られているレンズの成形方法としては、例えば、ガラス素材と成形用型を、ガラス素材が軟化する温度（１０7.5 〜１０11ポアズのガラス粘度に相当する温度）まで加熱した後に、ガラス素材を型によってプレス成形する方法がある。プレス成形後、ガラスの転移温度（１０13ポアズ）付近或いはそれ以下まで冷却した後、離型し、レンズを型から取り出す。
【０００３】
この成形方法では、離型の際に成形されたレンズが成形面に貼り付いたままとなることがある。成形用型は、通常、上型及び下型からなり、下型にレンズが貼り付いた場合、離型の後のレンズ取り出し工程で、レンズの取り出しが行なえない場合がある。また、上型に貼り付いた場合、レンズの取り出しができないだけでなく、その後、下型上などに落下して、種々のトラブルの原因となる。さらに、上型に貼りついたままで下型成形面に次のガラス素材が供給されると、連続稼働の妨げとなる。型への貼り付きは、成形面の形状が凹面の場合よりも凸面の場合に生じやすい。成形面が凸面の場合には、ガラスと型との熱膨張率が相違する（ガラスの熱膨張率が大きい）ために、冷却によるガラスレンズの熱収縮が成形型より大きく、その結果、ガラスレンズが成形面に密着するためである。
【０００４】
このような貼り付きを防止するための手段として、例えば、特開平2-184531号公報には、成形されたレンズと成形型の間にくさび部材を挿入する方法が開示されている。また、特開平2-184533号公報には、上型と下型の隙間からレンズに不活性ガスを噴射させる方法が開示されている。さらに特開2001-192215号公報には、成形体周縁部の少なくとも一部と接触し、成形体を下方向へ押し下げる強制離型手段を用いる方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平2-184531号公報に開示されている、成形されたレンズと成形型の間にくさび部材を挿入する方法では、レンズおよび成形面にキズをつけやすいという問題がある。また、特開平2-184533号公報に記載の方法では、上型と下型の隙間からレンズに不活性ガスを噴射させる必要があるため、型の周囲を他の部材で覆うことができない。そのため、上下型の位置ずれが生じやすく、均熱性が損なわれやすいという問題がある。さらに特開2001-192215号公報に記載の方法では、ある程度の効果はあるものの、上貼りつきの激しい温度や成形体形状の場合、例えば、比較的高温（例えば、Ｔｇ以上）で離型する場合、曲率半径の大きい凹面、凸面、又は平面形状を有するレンズの場合に対しては充分な効果が得られなかった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、このような問題点を解決する新たな手段を提供することであり、より具体的には、上記のような上貼りつきの激しい温度や成形体形状の場合であっても、成形型からの離型を容易に行え、高精度な面形状の製品が得られるレンズ等のガラス成形体の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する発明の手段は以下の通りである。
［請求項１］対向する上型及び下型並びにこれら上型及び下型を直接及び／又は間接的に包囲する筒状部材を含む製造装置により、加熱軟化したガラス素材を加圧成形することによってガラス成形体を製造する方法において、
加熱軟化した前記ガラス素材を前記上型及び下型によって加圧成形してガラス成形体を成形し、前記上下型及び前記ガラス成形体の温度を前記ガラス素材の転移点以下になるまで冷却し、成形された前記ガラス成形体を前記製造装置から取出す前に、前記上型及び下型の少なくとも一方を他方に対して、離れる方向に移動させて離間させ、前記ガラス成形体が前記上型及び下型の間で押しつけられない位置までで近づく方向に移動させる上下動を１往復以上させる
ことを特徴とするガラス成形体の製造方法（以下、本発明の第１の製造方法という）。
［請求項２］前記上下動を２〜７回繰り返す請求項１に記載の製造方法。
［請求項３］上型、下型及び筒状部材により形成される空間（以下、成形キャビティと呼ぶ）が、上下動の際に、一時的に減圧状態及び増圧状態になる請求項１または２に記載の製造方法。
［請求項４］成形キャビティ内が減圧状態になったときに成形キャビティ外から成形キャビティ内に気体が流入する請求項３に記載の製造方法。
［請求項５］成形キャビティ内が増圧状態になったときに成形キャビティ内から成形キャビティ外に気体が排出される請求項３に記載の製造方法。
［請求項６］前記上型及び下型の少なくとも一方の上下動を筒状部材による包囲が外れない範囲で行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
［請求項７］前記製造装置は、上型又は下型の周囲に強制離型手段をさらに有し、前記上下動の際に、強制離型手段が成形されたガラス成形体の周縁部の少なくとも一部に下方向又は上方向への力を加えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
［請求項８］強制離型手段が上型の周囲に配置され、前記上下動の度に、強制離型手段がレンズの周縁部の少なくとも一部に下方向への力を加える請求項７に記載の製造方法。
［請求項９］対向する上型及び下型を含み、かつこれら上型又は下型の周囲に強制離型手段を有する製造装置により、加熱軟化したガラス素材を加圧成形することによってガラス成形体を製造する方法において、
加熱軟化した前記ガラス素材を前記上型及び下型によって加圧成形してガラス成形体を成形し、前記上下型及び前記ガラス成形体の温度を前記ガラス素材の転移点以下になるまで冷却し、成形された前記ガラス成形体を前記製造装置から取出す前に、前記上型及び下型の少なくとも一方を他方に対して、離れる方向に移動させて離間させ、前記ガラス成形体が前記上型及び下型の間で押しつけられない位置までで近づく方向に移動させる上下動を１往復以上させ、前記強制離型手段が成形された前記ガラス成形体の周縁部の少なくとも一部に下方向又は上方向への力を加えることを特徴とする、ガラス光学素材の製造方法（以下、本発明の第２の製造方法という）。
［請求項１０］強制離型手段が上型の周囲に配置され、前記上下動の度に、強制離型手段がガラス成形体の周縁部の少なくとも一部に下方向への力を加える請求項９に記載の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の態様】
本発明の第１の製造方法は、対向する上型及び下型並びにこれら上型及び下型を直接及び/又は間接的に包囲する筒状部材を含む製造装置により、加熱軟化したガラス素材を加圧成形することによってガラス成形体を製造する方法である。本発明の第１の製造方法に使用する製造装置の一例の断面形状を図１に示す。
この製造装置Ａは、相互に離間及び接近が可能な上型1及び下型2を備え、前記上型及び下型は対向する成形面を有する。さらに、この製造装置は、前記上型と前記下型とが、ガラス素材の下型成形面への供給及びガラス成形体の下型成形面からの取り出しの際に離間し得る構造を有する。このような構成を有する装置、上型及び下型の材質や構造、並びにガラス素材の下型成形面への供給及びガラス成形体の下型成形面からの取り出しの際の上型と下型との離間の仕方に関しては、例えば、特開平11−49523号に記載されている。
【０００９】
製造装置Ａは、上型１及び下型２以外に、上型１及び下型２を包囲する筒状部材であるスリーブ５を有する。スリーブ５は、上型１及び下型２を直接包囲している。
製造装置Ａは、上型１、下型２及び筒状部材であるスリーブ５により形成される空間である成形キャビティ８を有する。本発明の製造方法で用いる製造装置は、後述の実施例で詳述するように、上型１、下型２及びスリーブ５以外に上母型６や下母型７等を有することもできる。
【００１０】
上型及び下型の材質としては、例えばＭｏ、Ｗ等の金属、ＷＣ等の超硬合金、炭化珪素、窒化硅素、炭化チタン、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化タングステン等のセラミックス等が挙げられる。さらに上型及び下型の成形面には、耐酸化性、耐久性及び耐融着性の向上等を目的として保護膜が形成さていることが好ましい。保護膜としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ等を含む貴金属材料からなる薄膜、硬質炭素膜、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系薄膜、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、炭化チタン、窒化チタン、アルミナ等のセラミックス材料及びこれらの複合材料等からなる薄膜等が挙げられる。保護膜は、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等により形成でき、単層膜または異なる材料からなる多層膜であってもよい。
【００１１】
本発明の製造方法においては、加熱軟化したガラス素材を加圧成形することによってガラス成形体を製造する。本発明において、ガラス素材のガラス組成、形状及び寸法には特に制限はなく、成形型の成形面に融着しやすいガラス組成を有するガラス素材からであっても、良好にガラス成形体を製造することができる。また、ガラス素材及び成形型の加熱条件や加圧成形のためのプレス条件や方法等にも特に制限はない。
【００１２】
本発明の製造方法に適用できる、ガラス素材の加圧工程、加圧されたガラス成形体の冷却工程、冷却されたガラス成形体を離型する工程などを含むガラス成形体の製造方法や、ガラス素材の種類や各工程の条件等は、例えば、特開平11-49523号公報に記載の方法を利用することができる。また、本発明の製造方法により製造されるガラス成形体は、例えば、光学素子であることができる。より具体的には、光学素子は、凹レンズ、凸レンズ、メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ等の非球面レンズ、シリンドリカルレンズ等の各種光学素子であることができる。また、ガラス成形体は、例えば、ディスク用基板等の電子デバイス用基板であることもできる。
【００１３】
本発明の製造方法は、加圧成形後、成形されたガラス成形体を製造装置から取出す前に、上型及び下型の少なくとも一方を1往復以上、上下動させることを特徴とする。
より具体的には、例えば、上下成形型を加熱し、加熱したガラス体を下型上に供給した後、下型を上昇させて上下型間でガラス体を加圧成形する。加圧成形と同時に、または加圧成形後に冷却を行ない、型および成形体が所定の温度まで低下したところで、下型をわずかに低下させて離間する。引き続き下型を1往復以上の上下動をさせる。上下動の回数は１〜10回の範囲であることが適当であり、２〜７回が好ましい。回数が多くなりすぎると、必要以上に時間を要し生産効率を低下させる原因となる。上下動の後、下型を大きく降下させて、下型２を筒状部材であるスリーブ５による包囲を外れた位置まで移動させて、下型２上の成形体を取り出して回収する。
【００１４】
尚、上型及び下型の少なくとも一方の上下動は、筒状部材であるスリーブ５による包囲が外れない範囲であることが適当である。上記例では、下型２を、スリーブ５による包囲を外れない範囲で上下動させることができる。
【００１５】
上下動の速度は0.1〜500mm/secの範囲であることが好ましく、さらに好ましくは1〜100mm/secである。移動速度が0.1mm/sec未満では上下動に時間がかかるばかりではなく、キャビティ内の圧力を低下させる効果も得られにくくなる。また、500mm/secを超えると上下動の安定性が悪くなり、成形体を上型に押し付けてキズを生じ易くなる。
【００１６】
前記成形キャビティは、上下動の際に、一時的に減圧状態及び増圧状態になる。さらに、成形キャビティ内が減圧状態になったときに成形キャビティ外から成形キャビティ内に気体が流入する。また、成形キャビティ内が増圧状態になったときに成形キャビティ内から成形キャビティ外に気体が排出される。
下型２が下降すると成形キャビティ内は、一時的に減圧状態となり、スリーブ、上型、下型の空隙から気体がリークして、成形キャビティ内に流入する。成形キャビティ内に流入した気体は成形体に接触し、成形体の冷却を促進することができる。次いで、下型を上昇させると、キャビティ内は一時的に増圧状態となるが、スリーブ、上型、下型の空隙から気体がリークしてキャビティ外に排出される。この減圧及び増圧を、好ましくは2回〜７回繰り返すことで、キャビティ内を効果的に換気することができ、冷却効率を高めることもできる。更に、下型が下降する際に、キャビティ内が減圧状態となるため、上型に張り付いたガラス成形体を上型から引き離そうとする力が生ずる。これが繰り返されることで、成形体の上型への貼りつきを解除する効果も得られる。
【００１７】
さらに本発明の第１の製造方法に使用する製造装置は、成形面に密着したガラス成形体を離型させる強制離型手段を備えることが好ましい。この強制離型手段は、上型または下型に対して相対的に移動させるための移動手段を有する事が好ましい。
【００１８】
図２には、強制離型手段の一例として、成形面に密着したガラス成形体Ｇ’を、ガラス成形体の周縁部の少なくとも一部と接触することで離型させる手段（離型リング20）を有する製造装置Ｂを示す。強制離型手段と成形面に密着したガラス成形体の周縁部の少なくとも一部との接触は、後述の移動手段の作用により、強制離型手段を上型または下型（図２の例では上型）に対して相対的に移動させることで行われる。さらに、この移動は、強制離型手段と接触したガラス成形体が成形面から剥離するように行われる。即ち、前記強制離型手段は、ガラス成形体が成形面から剥離する程度の距離を、上型または下型に対して相対的に移動する。強制離型手段のガラス成形体剥離時の動作は、後述の移動手段の説明で詳述する。また、強制離型手段は、上型と下型とがガラス素材を加圧するために接近した際に、下型により直接的または間接的に押し上げられるか、または上型により直接的または間接的に押し下げられて、加圧により形成されたガラス成形体との非接触状態となり得るものであることができる。これにより、ガラス素材を加圧してガラス成形体に成形する間は強制離型手段とガラス成形体とは非接触状態にあり、ガラス成形体の成形を妨げることがない。そして、ガラス成形体を離型する為に上型と下型とが離間したときに初めてガラス成形体は強制離型手段と接触して成形面から剥離される。
【００１９】
強制離型手段は、より好ましくは、上型成形面に密着したガラス成形体を、ガラス成形体の周縁部の少なくとも一部と接触することで離型させるためのものである。但し、強制離型手段は、下型成形面に密着したガラス成形体を、ガラス成形体の周縁部の少なくとも一部と接触することで下型成形面から離型させるためのものでもよく、また両者を併用しても良い。
【００２０】
成形面に密着したガラス成形体のための強制離型手段は、例えば、筒状やリング状であり、かつ成形面に密着したガラス成形体の周縁部の少なくとも一部と接触し得るように上型又は下型に外嵌されているものであることができる。
【００２１】
図２では、上型の周囲に強制離型手段（離型リング20）を配置し、一対の成形型の離間時にこの強制離型手段がレンズの周縁部の少なくとも一部に接触して、成形体に下方向への力を加える構造をし、強制離型手段は上下型が接近した際に、下型により直接的または間接的に押し上げられて、ガラス成形体と非接触状態を形成する構成となっている。
【００２２】
また、離間時の下型の上下動の上限位置は強制離型手段が成形体に接触せず、かつ成形体が上型成形面に押しつけられない位置とし、下限位置は強制離型手段が成形体の周縁部の少なくとも一部に接触して成形体に下方向への力を加えられる位置に設定される。
【００２３】
強制離型手段のガラス成形体との接触部と上型または下型との間隔は、前記接触部分がガラス成形体の最外周縁部付近と接触できるように設定されることが適当である。例えば、強制離型手段のガラス成形体との接触部と上型の成形面の外周部とのクリアランスは、前記接触部分がガラス成形体の最外周縁部付近と接触できるように設定されることが適当である。また、強制離型手段のガラス成形体との接触部分と下型の成形面の外周部とのクリアランスは、前記接触部分がガラス成形体の最外周縁部付近と接触できるように設定されることが適当である。具体的には、強制離型手段のガラス成形体との接触部と上型または下型の成形面の外周部とのクリアランスは、例えば、０．０１５〜０．１ｍｍの範囲とすることが適当である。
【００２４】
移動手段は、上型と下型とが離間する際に、強制離型手段がガラス成形体の周縁部の少なくとも一部と接触し、かつガラス成形体を成形面から剥離するように、強制離型手段を上型または下型に対して相対的に移動させるためののものである。
【００２５】
強制離型手段が上型成形面に密着したガラス成形体を離型させるためのものである場合、移動手段は、強制離型手段が下型により直接的または間接的に押し上げられることで圧縮されて付勢力を蓄える付勢手段であることができる。下型による強制離型手段の押し上げは、ガラス素材を加圧する際に、上型と下型とが接近し、それとともに強制離型手段も下型と接近することで起こる。強制離型手段の下型による押し上げは、成形装置の構造(構成部材)応じて、下型と当接しながら直接行うことも、下母型等を介して間接的に行うこともできる。このような付勢手段は、上型と下型とが離間する際に、強制離型手段を下型に追動させることができる。付勢手段により下型に追動する強制離型手段は、追動の途中で、上型成形面に密着したガラス成形体と接触し、さらにこれを剥離することができる。
【００２６】
また、強制離型手段が下型成形面に密着したガラス成形体を下型成形面から離型させるものである場合、移動手段は、強制離型手段が上型により直接的または間接的に押し下げられることで、圧縮されて付勢力を蓄える付勢手段であることができる。上型による強制離型手段の押し下げは、ガラス素材を加圧する際に、上型と下型とが接近し、それとともに強制離型手段も上型と接近することで起こる。強制離型手段の上型による押し下げは、成形装置の構造(構成部材)応じて、上型と当接しながら直接行うことも、上母型等を介して間接的に行うこともできる。このような付勢手段は、上型と下型とが離間する際に、強制離型手段を上型に追動させることができる。付勢手段により上型に追動する強制離型手段は、追動の途中で、下型成形面に密着したガラス成形体と接触し、さらにこれを剥離することができる。
【００２７】
上記付勢手段は、例えば、コイル状バネ、棒状バネ、板バネ等の弾性体であることができる。移動手段は付勢手段以外の手段であることもできるが、付勢手段とすることで、取付や装置の構成を簡素化できるという利点がある。
付勢手段以外の移動手段としては、高圧の気体による加圧、シリンダやモーターによる加圧機構を用いる事もできる。
強制離型手段は、耐熱性素材、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）やタングステン合金等で構成することができる。また、付勢手段は、耐熱性素材、例えばジルコニア等のセラミックスからなる弾性体であり得る。
【００２８】
本発明の製造方法で使用する製造装置は、上記のように強制離型手段及び移動手段を有することで、上型又は下型の成形面からのガラス成形体の離型をより確実に行うことができる。このため、ガラス成形体の生産性を維持することが可能となる。
【００２９】
例えば、強制離型手段を有する製造装置を用いる製造方法の場合であって、強制離型手段が上型成形面に密着したガラス成形体を離型させるためのものである場合、加圧成形工程におけるガラス素材の加圧は、ガラス成形体の外径が、上型の成形面の外径より大きくなるように行う。その後、冷却を行なった後、離型リングがガラス成形体の周縁部に接触する位置まで下型を下降させて、ガラス成形体に下方向への力を加える事によって離型を促す。次いで、下型を上昇させる事によって一旦離型リングと成形体との接触を解除する。この際、ガラス成形体が上型に押しつけられない位置までに下型の上昇をとどめることが適当である。冷却固化したガラス成形体を型に押し付ける事は、ガラス成形体および成形面に損傷を与える恐れがあるためである。上昇した下型は再度下降し、離型リングとガラス成形体とを接触させる事により離型を促す。
【００３０】
このように、強制離型手段が、ガラス成形体に複数回力を作用することで、ガラス成形体を確実に上型から剥離することができる。即ち、下型が複数回上下動する動きによって、ガラス成形体の周縁部に離型リングを複数回押し当てる事により、強制離型手段の効果を更に向上させることができる。
【００３１】
強制離型手段の上下動の位置や移動速度は、上記のとおり精度よく管理されることが適当である。強制離型手段の上下動は、必ずしも下型、又は上型の動きに追随させる必要は無いが、下型又は上型は、プレス成形に際して精密に動きと位置を制御する機構を有しているため、これを利用して、強制離型手段を上下動させることが簡便でかつ効率がよい。
【００３２】
例えば、下型を上下動させる場合、上下動の間および上下動から下型の下降動作に移行する間に、下型の上下動を停止させる待ち時間を設定することもできる。下降から上昇への間に待ち時間を設定することにより離型リングを成形体周縁部に確実に押し当てる事ができると供に成形体に力を加える時間を延ばすことができる。逆に上昇から下降への間に待ち時間を設定することによりキャビティ内の温度の高い気体をキャビティ外へ充分排気することが可能となるとともに、それに続く下降時にキャビティ内の圧力変化を大きくする事ができる。
【００３３】
この待ち時間は、例えば、0〜10秒の範囲であることが好ましく、さらに0〜3秒であることがより好ましい。上記効果を得るためにはこの範囲の時間で充分であり、これより待ち時間を長くしても生産効率を低下させるだけである。
【００３４】
本発明の第２の製造方法では、対向する上型及び下型を含み、かつこれら上型又は下型の周囲に強制離型手段を有する製造装置を用いる。この製造装置は、図２に示す製造装置において、上型11及び下型12を包囲する筒状部材であるスリーブ15を除き（本発明の第２の製造方法で使用する製造装置はスリーブ15を有さなくてもよい）、同様の構造及び機能を有する。本発明の第２の製造方法については後述する実施例3において、図4に基づいて説明する。
【００３５】
このように、本発明の製造方法では、上型成形面に密着したガラス成形体を、特別な工程を付加することなく、上型及び下型の上下動のみで確実に離型させることができる。従って、従来のガラス成形体と同等以上の生産性を得ることが可能である。
【００３６】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について、さらに説明する。
実施例1
図２に本発明の製造方法に使用するガラス成形体製造装置Ｂの断面形状を示す。
上主軸13と下主軸14は高精度に軸合わせされている。上型11、下型12、スリーブ15は炭化ケイ素で構成され、少なくとも上、下型の成形面はCVD法で作られたものである。成形面には保護膜として硬質炭素膜を被覆した。上母型16、下母型17、上プレート18、下プレート19はタングステン合金である。強制離型手段である離型リング20はステンレス、バネ21はジルコニアで構成されている。上下一対の成形型の周囲には、加熱手段(図示せず)が配置される。加熱手段としては、高周波誘導加熱コイルなどが使用できる。炭化ケイ素等は高周波誘導加熱されないため、タングステン合金からなる母型を誘導加熱し、それによって炭化ケイ素で構成される上型11、下型12、スリーブ15を間接加熱した。昇温スピードを速くする上で高周波加熱は極めて有利である。また、高周波加熱の場合、成形型の周囲にはコイルしかなく、保温するものがないので、降温スピードも速くできる。
【００３７】
上記のようにして組み立てられた製造装置を非酸化性雰囲気にし、成形型の周囲に設けた高周波誘導加熱コイル(図示せず)で成形型を加熱した。下型12を降下させて、下型12と上型11とを離間させ、成形装置とは別の場所で所定の温度に加熱されて軟化した被成形ガラス素材をガラス材料を保持する治具により下型12の成形面上に移送した。この実施の形態において、前記ガラス素材の加熱軟化は、該ガラス素材体を気流により浮上させながら行うことができ、加熱軟化したガラス素材は、ヒータ（図示せず）により所定の温度に予熱された下型12に移送される。
【００３８】
ガラス素材が、その自重によって変形する程の低粘性域においては、加熱の際にガラス素材を保持する治具とガラスの融着を防止するのは非常に困難である。これに対して、治具の内部よりガスを噴出することにより、ガラス素材を気流により浮上させることで、治具面とガラス両面にガスのレイヤーを形成し、その結果、治具とガラスが反応することなく、加熱軟化することが好ましい。さらに、ガラス素材がプリフォームの場合、プリフォームの形状を維持しつつ加熱軟化することができる。また、ガラス素材がガラスゴブであり、不規則な形状で表面にシワ等の表面欠陥がある場合でも、加熱軟化しながら気流により浮上させることで、形状を整え、表面欠陥を消去することも可能である。
【００３９】
上述した、ガラス素材の浮上や加熱軟化したガラス素材の予熱した成形型への移送は、たとえば、特開平８−１３３７５８号公報に開示されている。ガラス素材の加熱は、常温から所定温度に加熱する場合、ある程度の温度のガラス素材を用いてさらに加熱する場合、さらに所定温度に既に加熱されているガラス素材を用いる場合を含む。たとえば、ガラス素材がガラスゴブの場合、溶融ガラスから作製されたガラスゴブを冷却することなく用いることもできる。また、ガラス素材を室温で成形型に導入し、成形型内で加熱してもよい。
【００４０】
このようにしてガラス素材が下型12の成形面上に搬送されて、下型を上昇させてプレス成形を行った(本実施例ではプレス径が20mmの凸メニスカスレンズを成形)。図３(a)はプレス成形の直前の状態を示す。下型12の成形面上にガラス素材Gが配置されている。また、離型リング20はバネ21により押し下げられているが離型リング止め22で止められている。図３ (b)はプレス成形中の状態である。このとき、離型リング止め22で止められていた離型リング20の下面20aが下型12上面(成形面)の周辺部とぶつかることによって押し上げられ、離型リング20の段部23は、成形の際に押し出されるガラス成形体の周辺部と接触しない位置である上型11の成形面より上方に移動する。また、離型リング20の押し上げによりバネ21は圧縮され、付勢力を蓄える。
【００４１】
プレスによってガラス成形体G'の外径は図３ (b)に示すように上型11の成形面の外径よりわずかに大きくなる。プレス時には、離型リング20の段部23は図３ (b)のように上型11の外周に位置し、ガラス成形体の外周部より上方にあるので、離型リング20の段部23とガラス成形体G'とは非接触状態である。尚、プレス開始条件は、成形型の温度が107.5〜1012ポアズのガラス粘度に対応する温度で、被成形ガラス素材の温度が成形型と等しい温度またはそれ以上の温度を適宜選択して行い、100kg/cm2の圧力で所定の肉厚より約0.02mm厚いところまで加圧し、減圧して断電冷却し(ガスで強制冷却してもよい)、30kg/cm2の圧力で残りの0.02mmを伸ばした。
【００４２】
成形型の温度がガラスの転移点以下になったところで、図３(c)に示すように離型リング20がガラス成形体G'の周縁部に接触する位置まで下型を下降させて、ガラス成形体G'に下方向への力を加える事によって離型を促した。その後下型を上昇させる事によって一旦離型リング20と成形体G'との接触を解除した（図３(d)）。この際、ガラス成形体G'が上型11又は下型12に押しつけられない位置までに下型12の上昇をとどめた。この上下動を３回繰り返した後、下型12を大きく降下させ（図３(e)）、取りだし手段(図示せず)によって下型12上のガラス成形体G'を回収した。この時上下動の速度は10mm/secとし、上昇と下降の間には毎回0.5秒の待ち時間を設定した。
【００４３】
ガラス成形体G'を下型12上から取り出した後に、成形型の温度を高周波誘導加熱により直ちに回復させ、次の成形を行った。得られたガラス成形体は肉厚、面精度、軸ずれ、傾きのいずれもが極めて良好であった。外径については後工程で心取りして、最終製品にすることができる。この方法により連続プレスを500回実施したが、上貼りつきは生ずる事が無かった。
【００４４】
比較としてこの上下動を行なうことなく、離間後そのまま下型を取りだし位置まで大きく降下させた場合には、500回のプレス中８回上貼りつきが発生し、そのたびに装置の稼働を停止させる必要があった。
【００４５】
また、下型を離型リングがガラス成形体の周縁部に接触し、離型リングを下型の接触がなくなる位置まで下降させ、３回の上下動に要する時間である５秒間停止させた後取りだし位置まで大きく降下させた場合にも、500回のプレス中６回上貼りつきが発生し、そのたびに装置の稼働を停止させる必要があった。
【００４６】
実施例２
図１に示す成形体製造装置Aを非酸化性雰囲気にし、成形型の周囲に設けた高周波誘導加熱コイル(図示せず)で成形型を加熱した。下型2を降下させて、下型2と上型1とを離間させ、成形装置とは別の場所で所定の温度に加熱されて軟化した被成形ガラス素材Gをガラス材料を保持する治具により下型2の成形面上に移送した。
ガラス素材が下型2の成形面上に搬送されて、下型を上昇させてプレス成形を行った(本実施例ではプレス径が１８mmの凹メニスカスレンズを成形)。
【００４７】
成形型の温度がガラスの転移点以下になったところで、スリーブと下型の嵌合が保たれている位置である15mm下まで下型を下降させ、引き続きストローク12mmの上下動を３回繰り返した後、下型を大きく降下させ、取りだし手段によって下型上のガラス成形体を回収した。この時上下動の速度は80mm/secとし、上昇と下降の間には毎回1秒の待ち時間を設定した。
ガラス成形体G'を下型2上から取り出した後に、成形型の温度を高周波誘導加熱により直ちに回復させ、次の成形を行った。得られたガラス成形体は肉厚、面精度、軸ずれ、傾きのいずれもが極めて良好であった。外径については後工程で心取りして、最終製品にすることができる。
この方法により連続プレスを100回実施したが、上貼りつきは生しなかった。
【００４８】
比較としてこの上下動を行なうことなく、離間後そのまま下型を取りだし位置まで大きく降下させた場合には、上貼りつきが頻発し連続稼動ができなかった。
【００４９】
実施例３
図４に示す製造装置を用いた以外は、実施例１と同様の条件で、ガラス素材を成形型に供給し、プレス成形を行った。この装置は、上下型を包囲する筒状部材を備えていない一方、型素材などは図２のものと同様である。図4（a）はプレス成形の直前の状態を示す。下型12の成形面上にガラス素材Gが配置されている。また、離型リング20はバネ21により押し下げられているが離型リング止め22で止められている。図４ (b)はプレス成形中の状態である。このとき、離型リング止め22で止められていた離型リング20の下面20aが下型12上面(成形面)の周辺部とぶつかることによって押し上げられ、離型リング20の段部23は、成形の際に押し出されるガラス成形体の周辺部と接触しない位置である上型12の成形面より上方に移動する。また、離型リング20の押し上げによりバネ21は圧縮され、付勢力を蓄える。
【００５０】
プレスによってガラス成形体G'の外径は図４ (b)に示すように上型1の成形面の外径よりわずかに大きくなる。プレス時には、離型リング20の段部23は図３ (b)のように上型11の外周に位置し、ガラス成形体の外周部より上方にあるので、離型リング20の段部23とガラス成形体G'とは非接触状態である。尚、プレス開始条件は、成形型の温度が107.5〜1012ポアズのガラス粘度に対応する温度で、被成形ガラス素材の温度が成形型と等しい温度またはそれ以上の温度を適宜選択して行い、100kg/cm2の圧力で所定の肉厚より約0.02mm厚いところまで加圧し、減圧して断電冷却し(ガスで強制冷却してもよい)、30kg/cm2の圧力で残りの0.02mmを伸ばした。
【００５１】
成形型の温度がガラスの転移点以下になったところで、図４(c)に示すように離型リング23がガラス成形体G'の周縁部に接触する位置まで下型12を下降させて、ガラス成形体G'に下方向への力を加える事によって離型を促した。その後実施例１と同様に下型の上下動を３回繰り返した後、下型を大きく降下させ、取りだし手段によって下型上のガラス成形体を回収した。この時上下動の速度は10mm/secとし、上昇と下降の間には毎回0.5秒の待ち時間を設定した。
得られたガラス成形体は肉厚、面精度、軸ずれ、傾きともに良好であった。
この方法により連続プレスを300回実施したが、上貼りつきは1回しか発生しなかった。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、生産性を維持しつつ、面精度の優れたガラス成形体の成形方法を提供することが可能となる。即ち、本発明のガラス成形法によれば、上型又は下型の成形面へのガラス成形体の張りつきを防止でき、その結果、ガラス成形体の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法に使用するガラス成形体製造装置の一例の断面形状。
【図２】本発明の製造方法に使用するガラス成形体製造装置(強制離型手段を有する)の一例の断面形状。
【図３】図2示す製造装置(強制離型手段を有する)を用いたガラス成形体の製造例。
【図４】強制離型手段を有する製造装置を用いたガラス成形体の製造例。
【符号の説明】
Ａ 製造装置
Ｇ ガラス素材
Ｇ’ ガラス成形体
１、１１ 上型
２、１２ 下型
３、１３ 上主軸
４、１４ 下主軸
５、１５ スリーブ
６、１６ 上母型
７、１７ 下母型
１８ 上プレート
１９ 下プレート
２０ 離型リング
２１ バネ
２２ 離型リング止め
２３ 段部
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズなどのガラス成形体の製造方法であって、成形用型に張り付き易いガラス光学素子、例えば、凹面を有するレンズであっても、成形用型に張り付くのを防止して、連続稼働を可能にする、ガラス成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来知られているレンズの成形方法としては、例えば、ガラス素材と成形用型を、ガラス素材が軟化する温度（１０7.5 〜１０11ポアズのガラス粘度に相当する温度）まで加熱した後に、ガラス素材を型によってプレス成形する方法がある。プレス成形後、ガラスの転移温度（１０13ポアズ）付近或いはそれ以下まで冷却した後、離型し、レンズを型から取り出す。
【０００３】
この成形方法では、離型の際に成形されたレンズが成形面に貼り付いたままとなることがある。成形用型は、通常、上型及び下型からなり、下型にレンズが貼り付いた場合、離型の後のレンズ取り出し工程で、レンズの取り出しが行なえない場合がある。また、上型に貼り付いた場合、レンズの取り出しができないだけでなく、その後、下型上などに落下して、種々のトラブルの原因となる。さらに、上型に貼りついたままで下型成形面に次のガラス素材が供給されると、連続稼働の妨げとなる。型への貼り付きは、成形面の形状が凹面の場合よりも凸面の場合に生じやすい。成形面が凸面の場合には、ガラスと型との熱膨張率が相違する（ガラスの熱膨張率が大きい）ために、冷却によるガラスレンズの熱収縮が成形型より大きく、その結果、ガラスレンズが成形面に密着するためである。
【０００４】
このような貼り付きを防止するための手段として、例えば、特開平2-184531号公報には、成形されたレンズと成形型の間にくさび部材を挿入する方法が開示されている。また、特開平2-184533号公報には、上型と下型の隙間からレンズに不活性ガスを噴射させる方法が開示されている。さらに特開2001-192215号公報には、成形体周縁部の少なくとも一部と接触し、成形体を下方向へ押し下げる強制離型手段を用いる方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平2-184531号公報に開示されている、成形されたレンズと成形型の間にくさび部材を挿入する方法では、レンズおよび成形面にキズをつけやすいという問題がある。また、特開平2-184533号公報に記載の方法では、上型と下型の隙間からレンズに不活性ガスを噴射させる必要があるため、型の周囲を他の部材で覆うことができない。そのため、上下型の位置ずれが生じやすく、均熱性が損なわれやすいという問題がある。さらに特開2001-192215号公報に記載の方法では、ある程度の効果はあるものの、上貼りつきの激しい温度や成形体形状の場合、例えば、比較的高温（例えば、Ｔｇ以上）で離型する場合、曲率半径の大きい凹面、凸面、又は平面形状を有するレンズの場合に対しては充分な効果が得られなかった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、このような問題点を解決する新たな手段を提供することであり、より具体的には、上記のような上貼りつきの激しい温度や成形体形状の場合であっても、成形型からの離型を容易に行え、高精度な面形状の製品が得られるレンズ等のガラス成形体の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する発明の手段は以下の通りである。
［請求項１］対向する上型及び下型並びにこれら上型及び下型を直接及び／又は間接的に包囲する筒状部材を含む製造装置により、加熱軟化したガラス素材を加圧成形することによってガラス成形体を製造する方法において、
加熱軟化した前記ガラス素材を前記上型及び下型によって加圧成形してガラス成形体を成形し、前記上下型及び前記ガラス成形体の温度を前記ガラス素材の転移点以下になるまで冷却し、成形された前記ガラス成形体を前記製造装置から取出す前に、前記上型及び下型の少なくとも一方を他方に対して、離れる方向に移動させて離間させ、前記ガラス成形体が前記上型及び下型の間で押しつけられない位置までで近づく方向に移動させる上下動を１往復以上させる
ことを特徴とするガラス成形体の製造方法（以下、本発明の第１の製造方法という）。
［請求項２］前記上下動を２〜７回繰り返す請求項１に記載の製造方法。
［請求項３］上型、下型及び筒状部材により形成される空間（以下、成形キャビティと呼ぶ）が、上下動の際に、一時的に減圧状態及び増圧状態になる請求項１または２に記載の製造方法。
［請求項４］成形キャビティ内が減圧状態になったときに成形キャビティ外から成形キャビティ内に気体が流入する請求項３に記載の製造方法。
［請求項５］成形キャビティ内が増圧状態になったときに成形キャビティ内から成形キャビティ外に気体が排出される請求項３に記載の製造方法。
［請求項６］前記上型及び下型の少なくとも一方の上下動を筒状部材による包囲が外れない範囲で行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
［請求項７］前記製造装置は、上型又は下型の周囲に強制離型手段をさらに有し、前記上下動の際に、強制離型手段が成形されたガラス成形体の周縁部の少なくとも一部に下方向又は上方向への力を加えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
［請求項８］強制離型手段が上型の周囲に配置され、前記上下動の度に、強制離型手段がレンズの周縁部の少なくとも一部に下方向への力を加える請求項７に記載の製造方法。
［請求項９］対向する上型及び下型を含み、かつこれら上型又は下型の周囲に強制離型手段を有する製造装置により、加熱軟化したガラス素材を加圧成形することによってガラス成形体を製造する方法において、
加熱軟化した前記ガラス素材を前記上型及び下型によって加圧成形してガラス成形体を成形し、前記上下型及び前記ガラス成形体の温度を前記ガラス素材の転移点以下になるまで冷却し、成形された前記ガラス成形体を前記製造装置から取出す前に、前記上型及び下型の少なくとも一方を他方に対して、離れる方向に移動させて離間させ、前記ガラス成形体が前記上型及び下型の間で押しつけられない位置までで近づく方向に移動させる上下動を１往復以上させ、前記強制離型手段が成形された前記ガラス成形体の周縁部の少なくとも一部に下方向又は上方向への力を加えることを特徴とする、ガラス光学素材の製造方法（以下、本発明の第２の製造方法という）。
［請求項１０］強制離型手段が上型の周囲に配置され、前記上下動の度に、強制離型手段がガラス成形体の周縁部の少なくとも一部に下方向への力を加える請求項９に記載の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の態様】
本発明の第１の製造方法は、対向する上型及び下型並びにこれら上型及び下型を直接及び/又は間接的に包囲する筒状部材を含む製造装置により、加熱軟化したガラス素材を加圧成形することによってガラス成形体を製造する方法である。本発明の第１の製造方法に使用する製造装置の一例の断面形状を図１に示す。
この製造装置Ａは、相互に離間及び接近が可能な上型1及び下型2を備え、前記上型及び下型は対向する成形面を有する。さらに、この製造装置は、前記上型と前記下型とが、ガラス素材の下型成形面への供給及びガラス成形体の下型成形面からの取り出しの際に離間し得る構造を有する。このような構成を有する装置、上型及び下型の材質や構造、並びにガラス素材の下型成形面への供給及びガラス成形体の下型成形面からの取り出しの際の上型と下型との離間の仕方に関しては、例えば、特開平11−49523号に記載されている。
【０００９】
製造装置Ａは、上型１及び下型２以外に、上型１及び下型２を包囲する筒状部材であるスリーブ５を有する。スリーブ５は、上型１及び下型２を直接包囲している。
製造装置Ａは、上型１、下型２及び筒状部材であるスリーブ５により形成される空間である成形キャビティ８を有する。本発明の製造方法で用いる製造装置は、後述の実施例で詳述するように、上型１、下型２及びスリーブ５以外に上母型６や下母型７等を有することもできる。
【００１０】
上型及び下型の材質としては、例えばＭｏ、Ｗ等の金属、ＷＣ等の超硬合金、炭化珪素、窒化硅素、炭化チタン、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化タングステン等のセラミックス等が挙げられる。さらに上型及び下型の成形面には、耐酸化性、耐久性及び耐融着性の向上等を目的として保護膜が形成さていることが好ましい。保護膜としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ等を含む貴金属材料からなる薄膜、硬質炭素膜、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系薄膜、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、炭化チタン、窒化チタン、アルミナ等のセラミックス材料及びこれらの複合材料等からなる薄膜等が挙げられる。保護膜は、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等により形成でき、単層膜または異なる材料からなる多層膜であってもよい。
【００１１】
本発明の製造方法においては、加熱軟化したガラス素材を加圧成形することによってガラス成形体を製造する。本発明において、ガラス素材のガラス組成、形状及び寸法には特に制限はなく、成形型の成形面に融着しやすいガラス組成を有するガラス素材からであっても、良好にガラス成形体を製造することができる。また、ガラス素材及び成形型の加熱条件や加圧成形のためのプレス条件や方法等にも特に制限はない。
【００１２】
本発明の製造方法に適用できる、ガラス素材の加圧工程、加圧されたガラス成形体の冷却工程、冷却されたガラス成形体を離型する工程などを含むガラス成形体の製造方法や、ガラス素材の種類や各工程の条件等は、例えば、特開平11-49523号公報に記載の方法を利用することができる。また、本発明の製造方法により製造されるガラス成形体は、例えば、光学素子であることができる。より具体的には、光学素子は、凹レンズ、凸レンズ、メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ等の非球面レンズ、シリンドリカルレンズ等の各種光学素子であることができる。また、ガラス成形体は、例えば、ディスク用基板等の電子デバイス用基板であることもできる。
【００１３】
本発明の製造方法は、加圧成形後、成形されたガラス成形体を製造装置から取出す前に、上型及び下型の少なくとも一方を1往復以上、上下動させることを特徴とする。
より具体的には、例えば、上下成形型を加熱し、加熱したガラス体を下型上に供給した後、下型を上昇させて上下型間でガラス体を加圧成形する。加圧成形と同時に、または加圧成形後に冷却を行ない、型および成形体が所定の温度まで低下したところで、下型をわずかに低下させて離間する。引き続き下型を1往復以上の上下動をさせる。上下動の回数は１〜10回の範囲であることが適当であり、２〜７回が好ましい。回数が多くなりすぎると、必要以上に時間を要し生産効率を低下させる原因となる。上下動の後、下型を大きく降下させて、下型２を筒状部材であるスリーブ５による包囲を外れた位置まで移動させて、下型２上の成形体を取り出して回収する。
【００１４】
尚、上型及び下型の少なくとも一方の上下動は、筒状部材であるスリーブ５による包囲が外れない範囲であることが適当である。上記例では、下型２を、スリーブ５による包囲を外れない範囲で上下動させることができる。
【００１５】
上下動の速度は0.1〜500mm/secの範囲であることが好ましく、さらに好ましくは1〜100mm/secである。移動速度が0.1mm/sec未満では上下動に時間がかかるばかりではなく、キャビティ内の圧力を低下させる効果も得られにくくなる。また、500mm/secを超えると上下動の安定性が悪くなり、成形体を上型に押し付けてキズを生じ易くなる。
【００１６】
前記成形キャビティは、上下動の際に、一時的に減圧状態及び増圧状態になる。さらに、成形キャビティ内が減圧状態になったときに成形キャビティ外から成形キャビティ内に気体が流入する。また、成形キャビティ内が増圧状態になったときに成形キャビティ内から成形キャビティ外に気体が排出される。
下型２が下降すると成形キャビティ内は、一時的に減圧状態となり、スリーブ、上型、下型の空隙から気体がリークして、成形キャビティ内に流入する。成形キャビティ内に流入した気体は成形体に接触し、成形体の冷却を促進することができる。次いで、下型を上昇させると、キャビティ内は一時的に増圧状態となるが、スリーブ、上型、下型の空隙から気体がリークしてキャビティ外に排出される。この減圧及び増圧を、好ましくは2回〜７回繰り返すことで、キャビティ内を効果的に換気することができ、冷却効率を高めることもできる。更に、下型が下降する際に、キャビティ内が減圧状態となるため、上型に張り付いたガラス成形体を上型から引き離そうとする力が生ずる。これが繰り返されることで、成形体の上型への貼りつきを解除する効果も得られる。
【００１７】
さらに本発明の第１の製造方法に使用する製造装置は、成形面に密着したガラス成形体を離型させる強制離型手段を備えることが好ましい。この強制離型手段は、上型または下型に対して相対的に移動させるための移動手段を有する事が好ましい。
【００１８】
図２には、強制離型手段の一例として、成形面に密着したガラス成形体Ｇ’を、ガラス成形体の周縁部の少なくとも一部と接触することで離型させる手段（離型リング20）を有する製造装置Ｂを示す。強制離型手段と成形面に密着したガラス成形体の周縁部の少なくとも一部との接触は、後述の移動手段の作用により、強制離型手段を上型または下型（図２の例では上型）に対して相対的に移動させることで行われる。さらに、この移動は、強制離型手段と接触したガラス成形体が成形面から剥離するように行われる。即ち、前記強制離型手段は、ガラス成形体が成形面から剥離する程度の距離を、上型または下型に対して相対的に移動する。強制離型手段のガラス成形体剥離時の動作は、後述の移動手段の説明で詳述する。また、強制離型手段は、上型と下型とがガラス素材を加圧するために接近した際に、下型により直接的または間接的に押し上げられるか、または上型により直接的または間接的に押し下げられて、加圧により形成されたガラス成形体との非接触状態となり得るものであることができる。これにより、ガラス素材を加圧してガラス成形体に成形する間は強制離型手段とガラス成形体とは非接触状態にあり、ガラス成形体の成形を妨げることがない。そして、ガラス成形体を離型する為に上型と下型とが離間したときに初めてガラス成形体は強制離型手段と接触して成形面から剥離される。
【００１９】
強制離型手段は、より好ましくは、上型成形面に密着したガラス成形体を、ガラス成形体の周縁部の少なくとも一部と接触することで離型させるためのものである。但し、強制離型手段は、下型成形面に密着したガラス成形体を、ガラス成形体の周縁部の少なくとも一部と接触することで下型成形面から離型させるためのものでもよく、また両者を併用しても良い。
【００２０】
成形面に密着したガラス成形体のための強制離型手段は、例えば、筒状やリング状であり、かつ成形面に密着したガラス成形体の周縁部の少なくとも一部と接触し得るように上型又は下型に外嵌されているものであることができる。
【００２１】
図２では、上型の周囲に強制離型手段（離型リング20）を配置し、一対の成形型の離間時にこの強制離型手段がレンズの周縁部の少なくとも一部に接触して、成形体に下方向への力を加える構造をし、強制離型手段は上下型が接近した際に、下型により直接的または間接的に押し上げられて、ガラス成形体と非接触状態を形成する構成となっている。
【００２２】
また、離間時の下型の上下動の上限位置は強制離型手段が成形体に接触せず、かつ成形体が上型成形面に押しつけられない位置とし、下限位置は強制離型手段が成形体の周縁部の少なくとも一部に接触して成形体に下方向への力を加えられる位置に設定される。
【００２３】
強制離型手段のガラス成形体との接触部と上型または下型との間隔は、前記接触部分がガラス成形体の最外周縁部付近と接触できるように設定されることが適当である。例えば、強制離型手段のガラス成形体との接触部と上型の成形面の外周部とのクリアランスは、前記接触部分がガラス成形体の最外周縁部付近と接触できるように設定されることが適当である。また、強制離型手段のガラス成形体との接触部分と下型の成形面の外周部とのクリアランスは、前記接触部分がガラス成形体の最外周縁部付近と接触できるように設定されることが適当である。具体的には、強制離型手段のガラス成形体との接触部と上型または下型の成形面の外周部とのクリアランスは、例えば、０．０１５〜０．１ｍｍの範囲とすることが適当である。
【００２４】
移動手段は、上型と下型とが離間する際に、強制離型手段がガラス成形体の周縁部の少なくとも一部と接触し、かつガラス成形体を成形面から剥離するように、強制離型手段を上型または下型に対して相対的に移動させるためののものである。
【００２５】
強制離型手段が上型成形面に密着したガラス成形体を離型させるためのものである場合、移動手段は、強制離型手段が下型により直接的または間接的に押し上げられることで圧縮されて付勢力を蓄える付勢手段であることができる。下型による強制離型手段の押し上げは、ガラス素材を加圧する際に、上型と下型とが接近し、それとともに強制離型手段も下型と接近することで起こる。強制離型手段の下型による押し上げは、成形装置の構造(構成部材)応じて、下型と当接しながら直接行うことも、下母型等を介して間接的に行うこともできる。このような付勢手段は、上型と下型とが離間する際に、強制離型手段を下型に追動させることができる。付勢手段により下型に追動する強制離型手段は、追動の途中で、上型成形面に密着したガラス成形体と接触し、さらにこれを剥離することができる。
【００２６】
また、強制離型手段が下型成形面に密着したガラス成形体を下型成形面から離型させるものである場合、移動手段は、強制離型手段が上型により直接的または間接的に押し下げられることで、圧縮されて付勢力を蓄える付勢手段であることができる。上型による強制離型手段の押し下げは、ガラス素材を加圧する際に、上型と下型とが接近し、それとともに強制離型手段も上型と接近することで起こる。強制離型手段の上型による押し下げは、成形装置の構造(構成部材)応じて、上型と当接しながら直接行うことも、上母型等を介して間接的に行うこともできる。このような付勢手段は、上型と下型とが離間する際に、強制離型手段を上型に追動させることができる。付勢手段により上型に追動する強制離型手段は、追動の途中で、下型成形面に密着したガラス成形体と接触し、さらにこれを剥離することができる。
【００２７】
上記付勢手段は、例えば、コイル状バネ、棒状バネ、板バネ等の弾性体であることができる。移動手段は付勢手段以外の手段であることもできるが、付勢手段とすることで、取付や装置の構成を簡素化できるという利点がある。
付勢手段以外の移動手段としては、高圧の気体による加圧、シリンダやモーターによる加圧機構を用いる事もできる。
強制離型手段は、耐熱性素材、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）やタングステン合金等で構成することができる。また、付勢手段は、耐熱性素材、例えばジルコニア等のセラミックスからなる弾性体であり得る。
【００２８】
本発明の製造方法で使用する製造装置は、上記のように強制離型手段及び移動手段を有することで、上型又は下型の成形面からのガラス成形体の離型をより確実に行うことができる。このため、ガラス成形体の生産性を維持することが可能となる。
【００２９】
例えば、強制離型手段を有する製造装置を用いる製造方法の場合であって、強制離型手段が上型成形面に密着したガラス成形体を離型させるためのものである場合、加圧成形工程におけるガラス素材の加圧は、ガラス成形体の外径が、上型の成形面の外径より大きくなるように行う。その後、冷却を行なった後、離型リングがガラス成形体の周縁部に接触する位置まで下型を下降させて、ガラス成形体に下方向への力を加える事によって離型を促す。次いで、下型を上昇させる事によって一旦離型リングと成形体との接触を解除する。この際、ガラス成形体が上型に押しつけられない位置までに下型の上昇をとどめることが適当である。冷却固化したガラス成形体を型に押し付ける事は、ガラス成形体および成形面に損傷を与える恐れがあるためである。上昇した下型は再度下降し、離型リングとガラス成形体とを接触させる事により離型を促す。
【００３０】
このように、強制離型手段が、ガラス成形体に複数回力を作用することで、ガラス成形体を確実に上型から剥離することができる。即ち、下型が複数回上下動する動きによって、ガラス成形体の周縁部に離型リングを複数回押し当てる事により、強制離型手段の効果を更に向上させることができる。
【００３１】
強制離型手段の上下動の位置や移動速度は、上記のとおり精度よく管理されることが適当である。強制離型手段の上下動は、必ずしも下型、又は上型の動きに追随させる必要は無いが、下型又は上型は、プレス成形に際して精密に動きと位置を制御する機構を有しているため、これを利用して、強制離型手段を上下動させることが簡便でかつ効率がよい。
【００３２】
例えば、下型を上下動させる場合、上下動の間および上下動から下型の下降動作に移行する間に、下型の上下動を停止させる待ち時間を設定することもできる。下降から上昇への間に待ち時間を設定することにより離型リングを成形体周縁部に確実に押し当てる事ができると供に成形体に力を加える時間を延ばすことができる。逆に上昇から下降への間に待ち時間を設定することによりキャビティ内の温度の高い気体をキャビティ外へ充分排気することが可能となるとともに、それに続く下降時にキャビティ内の圧力変化を大きくする事ができる。
【００３３】
この待ち時間は、例えば、0〜10秒の範囲であることが好ましく、さらに0〜3秒であることがより好ましい。上記効果を得るためにはこの範囲の時間で充分であり、これより待ち時間を長くしても生産効率を低下させるだけである。
【００３４】
本発明の第２の製造方法では、対向する上型及び下型を含み、かつこれら上型又は下型の周囲に強制離型手段を有する製造装置を用いる。この製造装置は、図２に示す製造装置において、上型11及び下型12を包囲する筒状部材であるスリーブ15を除き（本発明の第２の製造方法で使用する製造装置はスリーブ15を有さなくてもよい）、同様の構造及び機能を有する。本発明の第２の製造方法については後述する実施例3において、図4に基づいて説明する。
【００３５】
このように、本発明の製造方法では、上型成形面に密着したガラス成形体を、特別な工程を付加することなく、上型及び下型の上下動のみで確実に離型させることができる。従って、従来のガラス成形体と同等以上の生産性を得ることが可能である。
【００３６】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について、さらに説明する。
実施例1
図２に本発明の製造方法に使用するガラス成形体製造装置Ｂの断面形状を示す。
上主軸13と下主軸14は高精度に軸合わせされている。上型11、下型12、スリーブ15は炭化ケイ素で構成され、少なくとも上、下型の成形面はCVD法で作られたものである。成形面には保護膜として硬質炭素膜を被覆した。上母型16、下母型17、上プレート18、下プレート19はタングステン合金である。強制離型手段である離型リング20はステンレス、バネ21はジルコニアで構成されている。上下一対の成形型の周囲には、加熱手段(図示せず)が配置される。加熱手段としては、高周波誘導加熱コイルなどが使用できる。炭化ケイ素等は高周波誘導加熱されないため、タングステン合金からなる母型を誘導加熱し、それによって炭化ケイ素で構成される上型11、下型12、スリーブ15を間接加熱した。昇温スピードを速くする上で高周波加熱は極めて有利である。また、高周波加熱の場合、成形型の周囲にはコイルしかなく、保温するものがないので、降温スピードも速くできる。
【００３７】
上記のようにして組み立てられた製造装置を非酸化性雰囲気にし、成形型の周囲に設けた高周波誘導加熱コイル(図示せず)で成形型を加熱した。下型12を降下させて、下型12と上型11とを離間させ、成形装置とは別の場所で所定の温度に加熱されて軟化した被成形ガラス素材をガラス材料を保持する治具により下型12の成形面上に移送した。この実施の形態において、前記ガラス素材の加熱軟化は、該ガラス素材体を気流により浮上させながら行うことができ、加熱軟化したガラス素材は、ヒータ（図示せず）により所定の温度に予熱された下型12に移送される。
【００３８】
ガラス素材が、その自重によって変形する程の低粘性域においては、加熱の際にガラス素材を保持する治具とガラスの融着を防止するのは非常に困難である。これに対して、治具の内部よりガスを噴出することにより、ガラス素材を気流により浮上させることで、治具面とガラス両面にガスのレイヤーを形成し、その結果、治具とガラスが反応することなく、加熱軟化することが好ましい。さらに、ガラス素材がプリフォームの場合、プリフォームの形状を維持しつつ加熱軟化することができる。また、ガラス素材がガラスゴブであり、不規則な形状で表面にシワ等の表面欠陥がある場合でも、加熱軟化しながら気流により浮上させることで、形状を整え、表面欠陥を消去することも可能である。
【００３９】
上述した、ガラス素材の浮上や加熱軟化したガラス素材の予熱した成形型への移送は、たとえば、特開平８−１３３７５８号公報に開示されている。ガラス素材の加熱は、常温から所定温度に加熱する場合、ある程度の温度のガラス素材を用いてさらに加熱する場合、さらに所定温度に既に加熱されているガラス素材を用いる場合を含む。たとえば、ガラス素材がガラスゴブの場合、溶融ガラスから作製されたガラスゴブを冷却することなく用いることもできる。また、ガラス素材を室温で成形型に導入し、成形型内で加熱してもよい。
【００４０】
このようにしてガラス素材が下型12の成形面上に搬送されて、下型を上昇させてプレス成形を行った(本実施例ではプレス径が20mmの凸メニスカスレンズを成形)。図３(a)はプレス成形の直前の状態を示す。下型12の成形面上にガラス素材Gが配置されている。また、離型リング20はバネ21により押し下げられているが離型リング止め22で止められている。図３ (b)はプレス成形中の状態である。このとき、離型リング止め22で止められていた離型リング20の下面20aが下型12上面(成形面)の周辺部とぶつかることによって押し上げられ、離型リング20の段部23は、成形の際に押し出されるガラス成形体の周辺部と接触しない位置である上型11の成形面より上方に移動する。また、離型リング20の押し上げによりバネ21は圧縮され、付勢力を蓄える。
【００４１】
プレスによってガラス成形体G'の外径は図３ (b)に示すように上型11の成形面の外径よりわずかに大きくなる。プレス時には、離型リング20の段部23は図３ (b)のように上型11の外周に位置し、ガラス成形体の外周部より上方にあるので、離型リング20の段部23とガラス成形体G'とは非接触状態である。尚、プレス開始条件は、成形型の温度が107.5〜1012ポアズのガラス粘度に対応する温度で、被成形ガラス素材の温度が成形型と等しい温度またはそれ以上の温度を適宜選択して行い、100kg/cm2の圧力で所定の肉厚より約0.02mm厚いところまで加圧し、減圧して断電冷却し(ガスで強制冷却してもよい)、30kg/cm2の圧力で残りの0.02mmを伸ばした。
【００４２】
成形型の温度がガラスの転移点以下になったところで、図３(c)に示すように離型リング20がガラス成形体G'の周縁部に接触する位置まで下型を下降させて、ガラス成形体G'に下方向への力を加える事によって離型を促した。その後下型を上昇させる事によって一旦離型リング20と成形体G'との接触を解除した（図３(d)）。この際、ガラス成形体G'が上型11又は下型12に押しつけられない位置までに下型12の上昇をとどめた。この上下動を３回繰り返した後、下型12を大きく降下させ（図３(e)）、取りだし手段(図示せず)によって下型12上のガラス成形体G'を回収した。この時上下動の速度は10mm/secとし、上昇と下降の間には毎回0.5秒の待ち時間を設定した。
【００４３】
ガラス成形体G'を下型12上から取り出した後に、成形型の温度を高周波誘導加熱により直ちに回復させ、次の成形を行った。得られたガラス成形体は肉厚、面精度、軸ずれ、傾きのいずれもが極めて良好であった。外径については後工程で心取りして、最終製品にすることができる。この方法により連続プレスを500回実施したが、上貼りつきは生ずる事が無かった。
【００４４】
比較としてこの上下動を行なうことなく、離間後そのまま下型を取りだし位置まで大きく降下させた場合には、500回のプレス中８回上貼りつきが発生し、そのたびに装置の稼働を停止させる必要があった。
【００４５】
また、下型を離型リングがガラス成形体の周縁部に接触し、離型リングを下型の接触がなくなる位置まで下降させ、３回の上下動に要する時間である５秒間停止させた後取りだし位置まで大きく降下させた場合にも、500回のプレス中６回上貼りつきが発生し、そのたびに装置の稼働を停止させる必要があった。
【００４６】
実施例２
図１に示す成形体製造装置Aを非酸化性雰囲気にし、成形型の周囲に設けた高周波誘導加熱コイル(図示せず)で成形型を加熱した。下型2を降下させて、下型2と上型1とを離間させ、成形装置とは別の場所で所定の温度に加熱されて軟化した被成形ガラス素材Gをガラス材料を保持する治具により下型2の成形面上に移送した。
ガラス素材が下型2の成形面上に搬送されて、下型を上昇させてプレス成形を行った(本実施例ではプレス径が１８mmの凹メニスカスレンズを成形)。
【００４７】
成形型の温度がガラスの転移点以下になったところで、スリーブと下型の嵌合が保たれている位置である15mm下まで下型を下降させ、引き続きストローク12mmの上下動を３回繰り返した後、下型を大きく降下させ、取りだし手段によって下型上のガラス成形体を回収した。この時上下動の速度は80mm/secとし、上昇と下降の間には毎回1秒の待ち時間を設定した。
ガラス成形体G'を下型2上から取り出した後に、成形型の温度を高周波誘導加熱により直ちに回復させ、次の成形を行った。得られたガラス成形体は肉厚、面精度、軸ずれ、傾きのいずれもが極めて良好であった。外径については後工程で心取りして、最終製品にすることができる。
この方法により連続プレスを100回実施したが、上貼りつきは生しなかった。
【００４８】
比較としてこの上下動を行なうことなく、離間後そのまま下型を取りだし位置まで大きく降下させた場合には、上貼りつきが頻発し連続稼動ができなかった。
【００４９】
実施例３
図４に示す製造装置を用いた以外は、実施例１と同様の条件で、ガラス素材を成形型に供給し、プレス成形を行った。この装置は、上下型を包囲する筒状部材を備えていない一方、型素材などは図２のものと同様である。図4（a）はプレス成形の直前の状態を示す。下型12の成形面上にガラス素材Gが配置されている。また、離型リング20はバネ21により押し下げられているが離型リング止め22で止められている。図４ (b)はプレス成形中の状態である。このとき、離型リング止め22で止められていた離型リング20の下面20aが下型12上面(成形面)の周辺部とぶつかることによって押し上げられ、離型リング20の段部23は、成形の際に押し出されるガラス成形体の周辺部と接触しない位置である上型12の成形面より上方に移動する。また、離型リング20の押し上げによりバネ21は圧縮され、付勢力を蓄える。
【００５０】
プレスによってガラス成形体G'の外径は図４ (b)に示すように上型1の成形面の外径よりわずかに大きくなる。プレス時には、離型リング20の段部23は図３ (b)のように上型11の外周に位置し、ガラス成形体の外周部より上方にあるので、離型リング20の段部23とガラス成形体G'とは非接触状態である。尚、プレス開始条件は、成形型の温度が107.5〜1012ポアズのガラス粘度に対応する温度で、被成形ガラス素材の温度が成形型と等しい温度またはそれ以上の温度を適宜選択して行い、100kg/cm2の圧力で所定の肉厚より約0.02mm厚いところまで加圧し、減圧して断電冷却し(ガスで強制冷却してもよい)、30kg/cm2の圧力で残りの0.02mmを伸ばした。
【００５１】
成形型の温度がガラスの転移点以下になったところで、図４(c)に示すように離型リング23がガラス成形体G'の周縁部に接触する位置まで下型12を下降させて、ガラス成形体G'に下方向への力を加える事によって離型を促した。その後実施例１と同様に下型の上下動を３回繰り返した後、下型を大きく降下させ、取りだし手段によって下型上のガラス成形体を回収した。この時上下動の速度は10mm/secとし、上昇と下降の間には毎回0.5秒の待ち時間を設定した。
得られたガラス成形体は肉厚、面精度、軸ずれ、傾きともに良好であった。
この方法により連続プレスを300回実施したが、上貼りつきは1回しか発生しなかった。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、生産性を維持しつつ、面精度の優れたガラス成形体の成形方法を提供することが可能となる。即ち、本発明のガラス成形法によれば、上型又は下型の成形面へのガラス成形体の張りつきを防止でき、その結果、ガラス成形体の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法に使用するガラス成形体製造装置の一例の断面形状。
【図２】本発明の製造方法に使用するガラス成形体製造装置(強制離型手段を有する)の一例の断面形状。
【図３】図2示す製造装置(強制離型手段を有する)を用いたガラス成形体の製造例。
【図４】強制離型手段を有する製造装置を用いたガラス成形体の製造例。
【符号の説明】
Ａ 製造装置
Ｇ ガラス素材
Ｇ’ ガラス成形体
１、１１ 上型
２、１２ 下型
３、１３ 上主軸
４、１４ 下主軸
５、１５ スリーブ
６、１６ 上母型
７、１７ 下母型
１８ 上プレート
１９ 下プレート
２０ 離型リング
２１ バネ
２２ 離型リング止め
２３ 段部
Claims (10)
- 対向する上型及び下型並びにこれら上型及び下型を直接及び／又は間接的に包囲する筒状部材を含む製造装置により、加熱軟化したガラス素材を加圧成形することによってガラス成形体を製造する方法において、
加熱軟化した前記ガラス素材を前記上型及び下型によって加圧成形してガラス成形体を成形し、前記上下型及び前記ガラス成形体の温度を前記ガラス素材の転移点以下になるまで冷却し、成形された前記ガラス成形体を前記製造装置から取出す前に、前記上型及び下型の少なくとも一方を他方に対して、離れる方向に移動させて離間させ、前記ガラス成形体が前記上型及び下型の間で押しつけられない位置までで近づく方向に移動させる上下動を１往復以上させる
ことを特徴とするガラス成形体の製造方法。 - 前記上下動を２〜７回繰り返す請求項１に記載の製造方法。
- 上型、下型及び筒状部材により形成される空間（以下、成形キャビティと呼ぶ）が、上下動の際に、一時的に減圧状態及び増圧状態になる請求項１または２に記載の製造方法。
- 成形キャビティ内が減圧状態になったときに成形キャビティ外から成形キャビティ内に気体が流入する請求項３に記載の製造方法。
- 成形キャビティ内が増圧状態になったときに成形キャビティ内から成形キャビティ外に気体が排出される請求項３に記載の製造方法。
- 前記上型及び下型の少なくとも一方の上下動を筒状部材による包囲が外れない範囲で行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記製造装置は、上型又は下型の周囲に強制離型手段をさらに有し、前記上下動の際に、強制離型手段が成形されたガラス成形体の周縁部の少なくとも一部に下方向又は上方向への力を加えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
- 強制離型手段が上型の周囲に配置され、前記上下動の度に、強制離型手段がレンズの周縁部の少なくとも一部に下方向への力を加える請求項７に記載の製造方法。
- 対向する上型及び下型を含み、かつこれら上型又は下型の周囲に強制離型手段を有する製造装置により、加熱軟化したガラス素材を加圧成形することによってガラス成形体を製造する方法において、
加熱軟化した前記ガラス素材を前記上型及び下型によって加圧成形してガラス成形体を成形し、前記上下型及び前記ガラス成形体の温度を前記ガラス素材の転移点以下になるまで冷却し、成形された前記ガラス成形体を前記製造装置から取出す前に、前記上型及び下型の少なくとも一方を他方に対して、離れる方向に移動させて離間させ、前記ガラス成形体が前記上型及び下型の間で押しつけられない位置までで近づく方向に移動させる上下動を１往復以上させ、前記強制離型手段が成形された前記ガラス成形体の周縁部の少なくとも一部に下方向又は上方向への力を加えることを特徴とする、ガラス光学素材の製造方法。 - 強制離型手段が上型の周囲に配置され、前記上下動の度に、強制離型手段がガラス成形体の周縁部の少なくとも一部に下方向への力を加える請求項９に記載の製造方法。
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