JP4227050B2 - ガラスレンズの成形方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス硝材を加熱軟化し成形型でプレスしてレンズ等の光学素子を得るガラスレンズの成形方法および装置に関するものである。

従来ガラスレンズの成形方法としては、上下一対の成形用の型部材の間にガラス素材を挿入配置し、これを鏡面に仕上げられた上型と下型によりプレス成形することによって、所望の面精度、光学機能面を持った光学素子を得る方法が実施されている。ガラスレンズ成形をするには、まず、下型の成形面上に成形用ガラス素材を載せ、さらに、その上に上型を降下させる。次にこの状態で、ガラス素材および成形用の上型と下型を加熱して、プレス成形に適した温度にして加圧機構を動作させ、加圧棒で上型部材を介してガラス素材を加圧し、光学素子を成形するのである。

そして、ガラス素材に成形面が転写され、また、その形状が離型後も必要な面精度で保持されるまで充分な時間圧力を加えながら冷却する。その後、離型し、成形された光学素子を取り出す。ところで、その際使用する成形用ガラス素材は、成形用型のキャビテイ容量と同等の体積が必要であり、所定の寸法に加工したものを使用しなければならない。同時に、ガラス素材の表面粗さが粗く、局所的な欠陥を持っていると、成形された後に、光学素子の光学機能面に欠陥が残る可能性がある。

したがって、前述のように体積管理され加工されたガラス素材を通常の研磨処理工程によって、光学素子として許容されるガラス表面、すなわち面粗さＲmax０.０４μｍ以下に仕上げたものをガラス素材として使用しなければならない。このため、研磨、洗浄などによるコストアップ、研磨処理によるヤケ、シミなどの表面汚れの品質問題発生が課題になっている。この課題を解決するため、例えば特許文献１には、研磨処理などの、生産性やコストの面で不利益となる作業を必要としない光学素子成型用のガラス素材を提供することが記載されている。

さらに、特許文献２に記載されるように、研磨処理をしないプレス用ガラス素材の前加工として、所望のレンズ形状に近似の形状に予備加工した表面粗さの大きいガラス素材を加熱軟化して表面粗さを小さくし、その後成形型によりプレスするガラスレンズの成形方法において、前記予備加工した表面粗さの大きいガラス素材をガラス転移点以上屈伏点以下の温度に加熱する工程と加熱したガラス素材の表層部を赤外光により軟化点以上に加熱して表面粗さをＲmax０.１μｍ以下にする工程と、表面粗さを小さくしたガラス素材をプレス成形する方法が提案されている。

図７は、前記特許文献２に記載された従来の加熱軟化によるガラス素材の平滑化を利用したガラスレンズの成形方法を示すものである。

図７に示すように、円筒状の予備加熱炉１には、ガラス素材２を所定温度まで加熱するヒーター３が内部に設けられている。予備加熱炉１の一端には、加熱軟化したガラス素材２をプレス成形する成形室４が連設されている。成形室４には、対向面にそれぞれ所望のレンズ面形状を反転した成形面を有する上型５および下型６が、同一軸線上でそれぞれ上下移動自在に対向配置されるとともに、上型５および下型６をそれぞれ所望の型温度に加熱するヒーター７，８が、それぞれ断熱材９，１０に囲まれて設けられている。

予備加熱炉１の成形室４側よりには、それぞれリフレクター付きのハロゲンランプ１１が一対設けられ、このハロゲンランプ１１は、搬送アーム１２で保持したガラス素材２の両ガラス表面２ａ，２ｂを所定温度に加熱すべく上下に対向して配置されている。搬送アーム１２は、ガラス素材２をリング状の搬送部材１３に載置して予備加熱炉１内、ハロゲンランプ１１間および上型５，下型６間に搬送するもので、その先端には搬送部材１３の支持部が形成されているとともに、図示を省略した搬送装置により予備加熱炉１外のガラス素材２の受け位置と成形室４外のガラスレンズの受け渡し位置との間で往復運動されるようになっている。

カーブジェネレーターにより所望のレンズ形状に近似の曲率半径に両面とも研削加工した表面粗さの大きいガラス素材２を搬送部材１３に載置して搬送アーム１２で支持しつつ予備加熱炉１内に搬送し、予備加熱炉１でガラス素材２を転移点以上屈伏点以下の温度で均一に加熱した後、搬送アーム１２によって一対のハロゲンランプ１１間に搬送する。

そして、一対のハロゲンランプ１１からガラス素材２の両ガラス表面２ａ，２ｂに赤外線を約２０sec程度照射し表面を屈伏点以上の温度に加熱する。この加熱により、ガラス素材２の表面粗さは、０.１〜０.０５μｍまで小さくなる。その後、ヒーター７，８でガラス素材２の転移点温度より低めの温度に加熱された上型５と下型６間にガラス素材２を搬送アーム１２で搬送し、上型５と下型６により所望形状のガラスレンズにプレス成形する。
特開平８−１６９７２１号公報 特開平５−１７８６２５号公報

しかしながら、このような構成のガラスレンズの成形方法では、集光された赤外光でガラス素材の表面層のみを屈伏点以上に加熱するが、より高精度なガラスレンズを得るために表面粗さをＲmax０.０４μｍ以下にしようとした場合、ガラス素材全体の温度が屈伏点以上になりガラス素材が自重によりたわみ変形を起こす。このために、プレス成形時のガラス素材の変形量が大きくなり、金型中心以外の部分に先当りしてポイドが発生するなど、所望の光学特性を満足するガラスレンズを成形しにくくなるという問題点があった。また成形装置の構成的にも予備加熱、表面層加熱、およびプレス成形加熱と３つの加熱ゾーンを持つことになりエネルギーの利用効率の点でも課題を有していた。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、ガラス素材を加熱して表面粗さを小さくする際の自重による変形を極力防ぎ、１つの加熱ゾーンでガラス素材の表面平滑化からレンズ形状へのプレス成形をして最終形状のレンズを得るガラスレンズの成形方法および装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載されるガラスレンズの成形方法は、表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を成形型内で加熱させることで軟化させ、ガラス硝材のレンズ有効面を平滑化した後、ガラス硝材をプレス成形するガラスレンズの成形方法において、ガラス硝材は成形型内でガラス硝材の上面側と下面側に別個の密閉空間を構成する保持手段上にて上型と下型間に把持される工程と、ガラス硝材を上型と下型および成形型の周囲から加熱し、転移点以上屈伏点以下にする工程と、ガラス硝材が自重により変形しないように密閉空間の圧力を調整する工程と、ガラス硝材の表層部を軟化点以上に加熱し表面粗さをＲmax０.０４μｍ以下にする工程と、ガラス硝材をプレス成形する工程とからなる成形方法によって、予備加工された表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を、レンズ有効面以外の外周部を密閉状態で把持し、さらにガラス硝材の上面側と下面側に別個の密閉空間を構成して、ガラス硝材の全体をガラス転移点以上屈伏点以下の温度に均一に加熱し、またガラス硝材の上面側と下面側の各密閉空間の圧力を調整して、軟化したガラス硝材が自重による変形をしないようにガラス硝材を軟化点以上に加熱して表面粗さを小さくし、最終プレス成形を行ってガラスレンズを得るとともに、ガラス硝材の平滑化から最終プレス成形までを１つの加熱領域の構成としエネルギーの利用効率を向上することができる。

また、請求項２に記載されるガラスレンズの成形方法は、表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を成形型内で加熱させることで軟化させ、ガラス硝材のレンズ有効面を平滑化した後、ガラス硝材をプレス成形するガラスレンズの成形方法において、ガラス硝材は成形型内の上型に対向して設けられた保持手段上にて上型と非接触な状態で把持される工程と、ガラス硝材を上型と下型および成形型の周囲から加熱し、転移点以上屈伏点以下にする工程と、成形型内の上型と下型間に保持されたガラス硝材の表層部に、ガラス硝材が大幅な形状変化を起こさないようにマスクを通して赤外線を部分的に照射し軟化点以上に加熱して、表面粗さをＲmax０.０４μｍ以下にする工程と、ガラス硝材を成形型内の下型の上に設置し、ガラス硝材を把持していた保持手段をガラスレンズの成形面に干渉しない位置に移動する工程と、ガラス硝材をプレス成形する工程とからなる成形方法によって、予備加工したガラス硝材の全体をガラス転移点以上屈伏点以下の温度に均一に加熱し、ガラス硝材をプレス成形可能でかつ自重変形しない状態で、ガラス硝材の表層部を赤外線、レーザー、大気圧プラズマなどの熱源をマスクを介して部分的に照射させ、表層部を部分的に軟化点以上に加熱して表面粗さを小さくして、ガラス硝材の形状を変形させることなく最終プレス成形によりガラスレンズを得ることができ、また、ガラス硝材の表面粗さの平滑化から最終プレス成形までを１つの加熱領域構成の加熱工程ででき、エネルギーの利用効率を向上することができる。

また、請求項３に記載されるガラスレンズの成形方法は、表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を成形型内で加熱させることで軟化させ、ガラス硝材のレンズ有効面を平滑化した後、ガラス硝材をプレス成形するガラスレンズの成形方法において、ガラス硝材は成形型内の上型に対向して設けられた保持手段上にて上型と非接触な状態で把持される工程と、ガラス硝材を上型と下型および成形型の周囲から加熱し、転移点以上屈伏点以下にする工程と、成形型内の上型と下型間に保持されたガラス硝材の表層部に、ガラス硝材が大幅な形状変化を起こさないようにミラーで集光された赤外線を部分的に走査し軟化点以上に加熱して、表面粗さをＲmax０.０４μｍ以下にする工程と、ガラス硝材を成形型内の下型の上に設置し、ガラス硝材を把持していた保持手段をガラスレンズの成形面に干渉しない位置に移動する工程と、ガラス硝材をプレス成形する工程とからなる成形方法によって、予備加工したガラス硝材の全体をガラス転移点以上屈伏点以下の温度に均一に加熱し、ガラス硝材をプレス成形可能でかつ自重変形しない状態で、ガラス硝材の表層部をミラーなどの反射部材を用いて集光しながら部分的に走査させ、表層部を部分的に軟化点以上に加熱し表面粗さを小さくして、ガラス硝材の形状を変形させることなく最終プレス成形によりガラスレンズを得ることができ、また、ガラス硝材の表面粗さの平滑化から最終プレス成形まで１つの加熱領域構成の加熱工程ででき、エネルギーの利用効率を向上することができる。

また、請求項４に記載されるガラスレンズの成形方法は、表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を成形型内で加熱させることで軟化させ、ガラス硝材のレンズ有効面を平滑化した後、ガラス硝材をプレス成形するガラスレンズの成形方法において、ガラス硝材は成形型内の上型に対向して設けられた保持手段上にて上型と非接触な状態で把持される工程と、ガラス硝材の表層部を軟化点以上に加熱し表面粗さをＲmax０.０４μｍ以下にする工程と、ガラス硝材を軟化点以上に加熱し表面張力により硝材外周部を収縮させることにより保持手段から成形型内の下型の上に移動する工程と、ガラス硝材をプレス成形する工程とからなる成形方法によって、複雑な硝材保持機構が必要無く平滑化されたガラス硝材を最終プレス成形する金型へ移動してガラスレンズを得ることができ、また、ガラス硝材の表面粗さの平滑化から最終プレス成形まで１つの加熱領域構成の加熱工程ででき、エネルギーの利用効率を向上することができる。

また、請求項５に記載されるガラスレンズの成形装置は、表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を成形型内で加熱させることで軟化させ、ガラス硝材のレンズ有効面を平滑化した後、ガラス硝材をプレス成形するガラスレンズの成形装置において、筒状の胴型と、ガラス硝材を胴型の内部に配置された上型と下型間でレンズ有効面以外の部分を把持する保持手段と、ガラス硝材を上型と下型および胴型周囲に設けられた熱源により転移点以上屈伏点以下に加熱する第１の加熱手段と、ガラス硝材の表層部をガラス硝材が大幅な形状変化を起こさないようにマスクを通して赤外線を部分的に照射して軟化点以上に加熱し表面粗さを小さくする第２の加熱手段と、保持手段の保持機構をガラスレンズの成形時には成形面に干渉しない位置に移動する移動手段と、ガラス硝材をプレス成形する加圧手段とを備えた構成によって、予備加工したガラス硝材の全体をガラス転移点以上屈伏点以下の温度で均一に加熱し、ガラス硝材をプレス成形可能でかつ自重変形しない状態で、ガラス硝材の表層部を赤外線、レーザー、大気圧プレズマなどの熱源マスクを介して部分的に照射させ、表層部を部分的に軟化点以上に加熱し表面粗さを小さくして、ガラス硝材の形状を変形させることなく最終プレス成形によりガラスレンズを得ることができ、また、ガラス硝材の表面粗さの平滑化から最終プレス成形までを１つの加熱領域構成の加熱工程ででき、エネルギーの利用効率を向上することができる。

また、請求項６に記載されるガラスレンズの成形装置は、表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を成形型内で加熱させることで軟化させ、ガラス硝材のレンズ有効面を平滑化した後、ガラス硝材をプレス成形するガラスレンズの成形装置において、筒状の胴型と、ガラス硝材を胴型の内部に配置された上型と下型間でレンズ有効面以外の部分を把持する保持手段と、ガラス硝材を上型と下型および胴型周囲に設けられた熱源により転移点以上屈伏点以下に加熱する第１の加熱手段と、ガラス硝材の表層部をガラス硝材が大幅な形状変化を起こさないようにミラーで集光された赤外線を部分的に走査して軟化点以上に加熱し表面粗さを小さくする第２の加熱手段と、保持手段の保持機構をガラスレンズの成形時には成形面に干渉しない位置に移動する移動手段と、ガラス硝材をプレス成形する加圧手段とを備えた構成によって、予備加工したガラス硝材の全体をガラス転移点以上屈伏点以下の温度に均一に加熱し、ガラス硝材をプレス成形可能でかつ自重変形しない状態で、ガラス硝材の表層部をミラーなど反射部材を用いて集光しながら部分的に走査させ、表層部を部分的に軟化点以上に加熱し表面粗さを小さくして、ガラス硝材の形状を変形させることなく最終プレス成形によりガラスレンズを得ることができ、また、ガラス硝材の表面粗さの平滑化から最終プレス成形まで１つの加熱領域構成の加熱工程ででき、エネルギーの利用効率を向上することができる。

以上説明したように、本発明によれば、予備加工された表面粗さの大きいガラス硝材をその形状をほとんど変化させることなくプレス成形できる表面粗さまで平滑化すること、さらに、成形性が良く光学特性を充分に満足した形状のガラスレンズを成形することができ、平滑化から最終プレスまでが１回の加熱処理工程によりでき、エネルギーの利用効率および設備費のコストダウンなどが図れるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態１の参考例におけるガラスレンズの成形装置の概略構成を示す図である。図１（ａ）に示すように、プレス面それぞれを最終のレンズ形状に鏡面仕上げされた上型２２と下型２３は図示しない上下移動機構により円筒状の胴型２１の内部を上下移動することができる。ヒーター２４とヒーター２５は抵抗ヒーターでそれぞれ胴型２１と上型２２，下型２３を加熱することができる。上型２２，下型２３および胴型２１の温度は熱電対２８でモニター制御されておりそれぞれ独立した温度の設定が可能である。ガラス硝材２６を保持する保持手段であるホルダーアーム２７は、下型２３を貫通して設置されており上下移動と回転が可能であり、加工の最初ではガラス硝材２６を保持するために金型中央に向かってツメがセットされている（図１（ｂ）参照）。ホルダーアーム２７は、プレス時には移動手段により回転して金型プレス面から退避できるようになっている（図１（ｃ）参照）。

次に、ガラスレンズを作るプロセスを図１を参照しながら具体的に説明する。予備加工として、カーブジェネレーターで所望のレンズ形状に近似で体積管理され、金型との接触が中心からの当りになるようにガラス硝材２６を形状加工する。このときのガラス硝材２６は、研削加工面の表面粗さがＲmax５μｍ程度であった。

ガラス硝材２６を金型中央に向かうホルダーアーム２７に載せて、胴型２１の内部で上型２２，下型２３をガラス表面から５ｍｍ以上離れた位置に配置する。予備加熱としてヒーター２４，２５を制御しながらガラス硝材２６の温度をガラス転移点以上屈伏点以下の温度に加熱する（図１（ａ）参照）。

その後、屈伏点より２００℃以上温度を上げた上型２２，下型２３をガラス硝材２６の近傍に接近させ、ガラス硝材２６の表層部の両ガラス表面２６ａ，２６ｂを屈伏点以上の温度に加熱する。この加熱により、ガラス表面２６ａ，２６ｂは軟化されて、ガラス硝材２６の表面粗さはＲmax０.０４μｍ以下まで小さくなる。ガラス硝材２６の形状は大幅に崩れず、そのまま上型２２，下型２３の金型でプレス工程に入っても上下両面ともに金型中心からの当りになり形状は保持できる（図１（ｂ）参照）。

さらに、ヒーター２５の温度を下げて金型温度が屈伏点より２０℃程度高めとなった時点でホルダーアーム２７を下降回転させ表面が平滑化されたガラス硝材２６を下型２３の上に設置する。そして上型２２を下降させプレス成形後、冷却し所望形状のガラスレンズが得られる（図１（ｃ）参照）。

なお、本参考例において、熱源として抵抗ヒーター２４，２５を設けたが、他に誘導加熱やハロゲンランプなどの赤外線を熱源としても良い。

図２は本発明の実施の形態１におけるガラスレンズの成形装置の概略構成を示す図である。ここで、前記参考例を示す図１において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示し、また、以下の各図においても同様とする。

図２（ａ）に示すように、胴型２１にあけられた横穴２９，３０はガラス硝材２６が金型内にセットされたときに、ガラス硝材２６の上下面側にできる空間をそれぞれ圧力制御するためのものであり、図２（ａ）に示すように配管され圧力調整弁３３，３４を介して圧力制御用のポンプ３１に連結されている。また、下型２３はその外周に設置されている密閉リング３２の内部を上下移動することができる。密閉リング３２にも横穴３２ａがあけられており、その外側に位置する横穴３０と繋がっている。密閉リング３２のガラス硝材２６と嵌合する部分には図２（ａ）に示すようなテーパ形状になっており、ガラス硝材２６は成形前の状態では下型２３と接触しないように構成されている。

次に、ガラスレンズを作るプロセスを図２を参照しながら具体的に説明する。予備加工として、カーブジェネレーターで所望のレンズ形状に近似で体積管理され、金型との接触が中心からの当りになるようにガラス硝材２６を形状加工する。このときのガラス硝材２６は、研削加工面の表面粗さがＲmax５μｍ程度であった。

ガラス硝材２６を下型外周の密閉リング３２に設置し、密閉リング３２に上型２２を挿入するとともに胴型２１に挿入する。そして、ガラス硝材２６の表面から１ｍｍ以上離れた位置に上型２２，下型２３をともに配置する。予備加熱としてヒーター２４を制御しながらガラス硝材２６の温度をガラス転移点以上屈伏点以下の温度に加熱する。

その後、ガラス硝材２６が密閉リング３２より浮かない程度にガラス硝材２６の上，下面側の密閉空間２９ａ，３０ａの内圧調整を、ガラス硝材が自重により変形しないように密閉空間３０ａの圧力を上げる等の圧力調整弁３３，３４を調整して行いながらガラス硝材２６の温度を屈伏点以上に上げる。このとき、密閉空間２９ａ，３０ａは窒素（Ｎ_２）等の不活性雰囲気にする。

本実施の形態１の場合、屈伏点５５０℃程度のガラス硝材において７００℃まで加熱してもガラス硝材２６の形状は大幅に崩れず、そのまま上型２２と下型２３のプレス工程に入っても上下両面ともに金型中心からの当りとなり形状は保持できていた。この加熱により、ガラス硝材２６の表面粗さはＲmax０.０４μｍ以下まで小さくなった。

その後、ヒーター２４の温度を下げて金型温度が屈伏点より２０℃程度高めになった時点で上型２２，下型２３を移動させプレス成形し冷却後に取り出して所望する形状のガラスレンズが得られる。しかしながら、本実施の形態１の場合、図２（ｂ）に示すようにレンズ外周部にバリ状の突出部分２６ｃなどができるためガラスレンズ成形後の芯取り加工は必須となる。

なお、本実施の形態１において、熱源として抵抗ヒーター２４，２５を設けたが、他に誘導加熱やハロゲンランプなどの赤外線を熱源としても良い。

図３は本発明の実施の形態２におけるガラスレンズの成形装置の概略構成を示す図である。図３に示すように、ガラス硝材２６を金型に接触させない基本的な構造は図１に示した構成と同様であるが、胴型２１の一部にマスク３５を設置し、その外側に熱源として移動可能な、例えばハロゲンランプ３６を設置したところが参考例と異なる。

次に、ガラスレンズを作るプロセスを図３を参照しながら具体的に説明する。予備加工として、カーブジェネレーターで所望のレンズ形状に近似で体積管理され、金型との接触が中心からの当りになるようにガラス硝材２６を形状加工する。このときのガラス硝材２６は、研削加工面の表面粗さがＲmax５μｍ程度であった。

ガラス硝材２６を金型内のホルダーアーム２７に載せて、胴型２１の内部で上型２２，下型２３をガラス表面から１０ｍｍ程度離れた位置に配置する。予備加熱としてヒーター２４，２５を制御しながらガラス硝材２６の温度をガラス転移点以上屈伏点以下の温度に加熱する。

その後、胴型２１の外側に設置されたハロゲンランプ３６を点灯しながら矢印Ａ方向に移動させながら、胴型２１に設置されたマスク３５を通してガラス硝材２６の両ガラス表面２６ａ，２６ｂ上に照射して、ガラス硝材２６の表面を部分的に屈伏点より２００℃以上の温度に加熱する。ガラス硝材２６全体が温まりすぎないようにハロゲンランプ３６の動作制御とマスク３５のデザイン設計をする。

この加熱によって、ガラス硝材２６の表面粗さはＲmax０.０４μｍまで小さくなった。ガラス硝材２６の形状は大幅に崩れずそのままプレス工程に入っても上下両面ともに金型中心からの当りとなり形状は保持することができた。

その後、ハロゲンランプ３６を消して、ヒーター２５の温度を下げて金型温度が屈伏点より２０℃程度高めになった時点でホルダーアーム２７を下降回転させて、表面が平滑化されたガラス硝材２６を下型２３の上に設置する。そして、上型２２を下降させてプレス成形後に、冷却し所望の形状のガラスレンズが得られる。

なお、本実施の形態２において、熱源として抵抗ヒーター２４，２５を設けたが、他に誘導加熱やハロゲンランプなどの赤外線を熱源としても良い。

図４は本発明の実施の形態３におけるガラスレンズの成形装置の概略構成を示す図である。図４に示すように、ガラス硝材２６を金型に接触させない基本的な構造は図１と同様であるが胴型２１の一部に赤外線などの通過できる空間３９を設置し、その外側にミラー３７などの反射部材を配置してハロゲンランプ３８からの赤外線を集光、走査できる構成にしたところが参考例および実施の形態２と異なる。

次に、ガラスレンズを作るプロセスについて図４を参照しながら具体的に説明する。予備加工として、カーブジェネレーターで所望のレンズ形状に近似で体積管理され、金型との接触が中心からの当りになるようにガラス硝材２６を形状加工する。このときのガラス硝材２６は、研削加工面の表面粗さがＲmax５μｍ程度であった。

ガラス硝材２６を金型内のホルダーアーム２７に載せ胴型２１の内部に上型２２，下型２３をガラス表面から１０ｍｍ程度離れた位置に配置する。予備加熱としてヒーター２４，２５を制御しながらガラス硝材２６の温度をガラス転移点以上屈伏点以下の温度に加熱する。

その後、胴型２１の外側に設置されたハロゲンランプ３８を点灯し集光、その赤外線を矢印Ａ方向に走査させながら胴型２１に開いた空間３９を通してガラス硝材２６の両ガラス表面２６ａ，２６ｂ上に照射してガラス硝材２６の表面を部分的に屈伏点より２００℃以上の温度に加熱する。ガラス硝材２６の全体が温まりすぎないようハロゲンランプ３８のスポット径および走査パターンを設計する。この加熱により、ガラス硝材２６の表面粗さはＲmax０.０４μｍまで小さくなる。ガラス硝材２６の形状は大幅に崩れず、そのままプレス工程に入っても上下両面ともに金型中心からの当りとなり形状は保持できる。

さらに、走査を止めハロゲンランプ３８を消して、ヒーター２５の温度を下げて金型温度が屈伏点より２０℃程度高めになった時点でホルダーアーム２７を下降回転させ表面が平滑化されたガラス硝材２６を下型２３の上に設置する。そして上型２２を下降させたプレス成形後に、冷却し所望形状のガラスレンズが得られる。

なお、本実施の形態３において、熱源として抵抗ヒーター２４，２５を設けたが、他に誘導加熱やハロゲンランプなどの赤外線を熱源としても良い。さらに走査される熱源もレーザーなどを用いても良い。

また、図５は本発明の実施の形態４におけるガラスレンズの成形装置の概略構成を示す図である。図５（ａ）に示すように、プレス面をそれぞれ最終のレンズ形状に鏡面仕上げされた上型２２と下型２３は図示しない上下移動機構により円筒状の胴型２１の内部を上下移動することができる。ヒーター２４とヒーター２５は抵抗ヒーターでそれぞれ胴型２１と上型２２，下型２３を加熱することができる。上型２２，下型２３および胴型２１の温度は熱電対２８でモニター制御されておりそれぞれ独立した温度の設定が可能である。ガラス硝材２６を固定保持する手段であるセットリング４０は、下型２３の下金型２３ａ上に設置されておりその内周面は垂直かあるいは下側に向けて極わずか傾斜のあるテーパ状で鏡面に仕上げられている。ガラス硝材と接触する部分なのでカーボンや金属でも金型と同様の表面処理を施したものが好ましい。セットリング４０はテーパ着きの場合、プレス成形後にはレンズのキャリアとしても機能する。（図５（ｄ）参照）。

セットリング４０の内径４０ａは、ガラス硝材が加熱され軟化して生じる表面張力から起こる形状変化（外径方向には収縮）を考慮して設計する。本実施の形態４の場合、事前に加熱処理をした図６に示すデータから、ガラス硝材の外径より０.５ｍｍ程度小さい径に加工した。

次に、ガラスレンズを作るプロセスを図５を参照しながら具体的に説明する。本実施の形態４は、外径約φ１１ｍｍの両凸レンズで硝種をＣＳＫ１２０（(株)住田光学ガラス製）のガラスレンズを例とする。予備加工として、カーブジェネレーターで所望のレンズ形状に近似で体積管理され、金型との接触が中心からの当りになるようにガラス硝材２６の形状を加工する。このときのガラス硝材２６は、研削加工面の表面粗さがＲmax５μｍ程度であった。

ガラス硝材２６を金型内のセットリング４０に載せて、胴型２１の内部で下金型２３ａ上に配置する。ヒーター２４，２５を制御しながらガラス硝材２６の温度を屈伏点以上の温度に加熱する（図５（ａ）参照）。

この加熱により、ガラス表面２６ａ，２６ｂは軟化されて、ガラス硝材２６の表面粗さはＲmax０.０４μｍ以下まで小さくなる。また、表面張力によりガラス硝材２６が球に近づこうとするため形状も変化し、外径が収縮してセットリングの内壁を徐々にプレス面へと落下していく（図５（ｂ）参照）。

その後、ヒーター２５の温度を下げて金型温度が屈伏点より２０℃程度高めとなった時点で上金型２２ａを下降させプレス成形後、冷却し所望形状のガラスレンズが得られる（図５（ｃ）参照）。

なお、本実施の形態４において、熱源として抵抗ヒーター２４，２５を設けたが、他に誘導加熱やハロゲンランプなどの赤外線を熱源としても良い。

以上の各実施の形態によって、予備加工された表面粗さの大きいガラス硝材をその形状をほとんど変化させることなくプレス成形できる表面粗さまで平滑化でき、また、平滑化から最終プレスまでが１回の加熱処理工程でできエネルギーの利用効率および設備費のコストダウンなどを図ることができる。

本発明に係るガラスレンズの成形方法および装置は、予備加工された表面粗さの大きいガラス硝材の形状を変化させることなくプレス成形できる表面粗さまで平滑化し、最終プレスまでが１回の加熱処理工程により成形できエネルギーの利用効率および設備費のコストダウンなどが図れ、ガラス硝材を加熱軟化し成形型でプレス成形によりレンズ等の光学素子を得るガラスレンズ成形等に有用である。

本発明の実施の形態１の参考例におけるガラスレンズ成形装置の概略構成で、（ａ）はガラス硝材をガラス転移点以上屈伏点以下の温度に加熱、（ｂ）は上型，下型をガラス硝材に接近して両表面を屈伏点以上の温度に加熱、（ｃ）はガラス硝材のプレス成形の状態を示す図 本発明の実施の形態１における（ａ）はガラスレンズ成形装置の概略構成、（ｂ）は成形後のガラスレンズの断面を示す図 本発明の実施の形態２におけるガラスレンズ成形装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態３におけるガラスレンズ成形装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態４におけるガラスレンズ成形装置の概略構成で、（ａ）は加工工程初期の段階、（ｂ）はガラス硝材が軟化点以上に加熱され表面が平滑化されレンズ外径が収縮し下型方向へ落下、（ｃ）はガラス硝材のプレス成形の状態、（ｄ）はセットリングとプレス成形されたガラスレンズの断面を示す図 処理温度によるガラス硝材の形状変化を示す図 従来のガラスレンズ成形装置の概略構成を示す図

符号の説明

１ 予備加熱炉
２ ガラス素材
２ａ，２ｂ，２６ａ，２６ｂ ガラス表面
３，７，８，２４，２５ ヒーター
４ 成形室
５，２２ 上型
６，２３ 下型
９，１０ 断熱材
１１，３６，３８ ハロゲンランプ
１２ 搬送アーム
１３ 搬送部材
２１ 胴型
２２ａ 上金型
２３ａ 下金型
２６ ガラス硝材
２６ｃ 突出部分
２７ ホルダーアーム
２８ 熱電対
２９，３０，３２ａ 横穴
２９ａ，３０ａ 密閉空間
３１ ポンプ
３２ 密閉リング
３３，３４ 圧力調整弁
３５ マスク
３７ ミラー
３９ 空間
４０ セットリング

Claims (6)

1. 表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を成形型内で加熱させることで軟化させ、前記ガラス硝材のレンズ有効面を平滑化した後、前記ガラス硝材をプレス成形するガラスレンズの成形方法において、
   前記ガラス硝材は前記成形型内で前記ガラス硝材の上面側と下面側に別個の密閉空間を構成する保持手段にて上型と下型間に把持される工程と、
   前記ガラス硝材を前記上型と下型および前記成形型の周囲から加熱し、転移点以上屈伏点以下にする工程と、
   前記ガラス硝材が自重により変形しないように前記密閉空間の圧力を調整する工程と、
   前記ガラス硝材の表層部を軟化点以上に加熱し表面粗さをＲmax０.０４μｍ以下にする工程と、
   前記ガラス硝材をプレス成形する工程とからなることを特徴とするガラスレンズの成形方法。
2. 表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を成形型内で加熱させることで軟化させ、前記ガラス硝材のレンズ有効面を平滑化した後、前記ガラス硝材をプレス成形するガラスレンズの成形方法において、
   前記ガラス硝材は前記成形型内の上型に対向して設けられた保持手段上にて前記上型と非接触な状態で把持される工程と、
   前記ガラス硝材を前記上型と下型および前記成形型の周囲から加熱し、転移点以上屈伏点以下にする工程と、
   前記成形型内の上型と下型間に保持されたガラス硝材の表層部に、前記ガラス硝材が大幅な形状変化を起こさないようにマスクを通して赤外線を部分的に照射し軟化点以上に加熱して、表面粗さをＲmax０.０４μｍ以下にする工程と、
   前記ガラス硝材を前記成形型内の下型の上に設置し、前記ガラス硝材を把持していた前記保持手段をガラスレンズの成形面に干渉しない位置に移動する工程と、
   前記ガラス硝材をプレス成形する工程とからなることを特徴とするガラスレンズの成形方法。
3. 表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を成形型内で加熱させることで軟化させ、前記ガラス硝材のレンズ有効面を平滑化した後、前記ガラス硝材をプレス成形するガラスレンズの成形方法において、
   前記ガラス硝材は前記成形型内の上型に対向して設けられた保持手段上にて前記上型と非接触な状態で把持される工程と、
   前記ガラス硝材を前記上型と下型および前記成形型の周囲から加熱し、転移点以上屈伏点以下にする工程と、
   前記成形型内の上型と下型間に保持されたガラス硝材の表層部に、前記ガラス硝材が大幅な形状変化を起こさないようにミラーで集光された赤外線を部分的に走査し軟化点以上に加熱して、表面粗さをＲmax０.０４μｍ以下にする工程と、
   前記ガラス硝材を前記成形型内の下型の上に設置し、前記ガラス硝材を把持していた前記保持手段をガラスレンズの成形面に干渉しない位置に移動する工程と、
   前記ガラス硝材をプレス成形する工程とからなることを特徴とするガラスレンズの成形方法。
4. 表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を成形型内で加熱させることで軟化させ、前記ガラス硝材のレンズ有効面を平滑化した後、前記ガラス硝材をプレス成形するガラスレンズの成形方法において、
   前記ガラス硝材は前記成形型内の上型に対向して設けられた保持手段上にて前記上型と非接触な状態で把持される工程と、
   前記ガラス硝材の表層部を軟化点以上に加熱し表面粗さをＲmax０.０４μｍ以下にする工程と、
   前記ガラス硝材を軟化点以上に加熱し表面張力により硝材外周部を収縮させることにより前記保持手段から前記成形型内の下型の上に移動する工程と、
   前記ガラス硝材をプレス成形する工程とからなることを特徴とするガラスレンズの成形方法。
5. 表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を成形型内で加熱させることで軟化させ、前記ガラス硝材のレンズ有効面を平滑化した後、前記ガラス硝材をプレス成形するガラスレンズの成形装置において、
   筒状の胴型と、前記ガラス硝材を前記胴型の内部に配置された上型と下型間で前記レンズ有効面以外の部分を把持する保持手段と、
   前記ガラス硝材を前記上型と下型および胴型周囲に設けられた熱源により転移点以上屈伏点以下に加熱する第１の加熱手段と、
   前記ガラス硝材の表層部をガラス硝材が大幅な形状変化を起こさないようにマスクを通して赤外線を部分的に照射して軟化点以上に加熱し表面粗さを小さくする第２の加熱手段と、
   前記保持手段の保持機構をガラスレンズの成形時には成形面に干渉しない位置に移動する移動手段と、
   前記ガラス硝材をプレス成形する加圧手段とを備えたことを特徴とするガラスレンズの成形装置。
6. 表面粗さがＲmax５μｍ程度のガラス硝材を成形型内で加熱させることで軟化させ、前記ガラス硝材のレンズ有効面を平滑化した後、前記ガラス硝材をプレス成形するガラスレンズの成形装置において、
   筒状の胴型と、前記ガラス硝材を前記胴型の内部に配置された上型と下型間で前記レンズ有効面以外の部分を把持する保持手段と、
   前記ガラス硝材を前記上型と下型および胴型周囲に設けられた熱源により転移点以上屈伏点以下に加熱する第１の加熱手段と、
   前記ガラス硝材の表層部をガラス硝材が大幅な形状変化を起こさないようにミラーで集光された赤外線を部分的に走査して軟化点以上に加熱し表面粗さを小さくする第２の加熱手段と、
   前記保持手段の保持機構をガラスレンズの成形時には成形面に干渉しない位置に移動する移動手段と、
   前記ガラス硝材をプレス成形する加圧手段とを備えたことを特徴とするガラスレンズの成形装置。

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