JP6280423B2

JP6280423B2 - Optical glass element manufacturing apparatus and optical glass element manufacturing method

Info

Publication number: JP6280423B2
Application number: JP2014082251A
Authority: JP
Inventors: 泰匡和田
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: JP2015202976A

Description

本発明は、光学ガラス素子の製造装置及び光学ガラス素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical glass element manufacturing apparatus and an optical glass element manufacturing method.

プレス成形により光学ガラス素子を製造するプロセスにおいて、光学ガラス素子の品質を左右する重要な要因の一つに、ガラス素材がセットされた成形型の温度の制御がある。例えば、特許文献１（特開２０１０−１５００９２号公報）には、ガラス素材を高精度に成形するために、制御応答性の高い赤外線ランプ（例えば、ハロゲンヒータ）をヒータとして用いて成形型の温度を制御する技術が開示されている。 In the process of producing an optical glass element by press molding, one of the important factors that influence the quality of the optical glass element is the control of the temperature of the mold in which the glass material is set. For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-150092), in order to form a glass material with high accuracy, an infrared lamp (for example, a halogen heater) with high control response is used as a heater, and the temperature of the mold. Techniques for controlling are disclosed.

特開２０１０−１５００９２号公報JP 2010-150092 A

プレス成形により光学ガラス素子を製造するときの制御プロセスには、例えば次のような一連のステップが含まれる。すなわち、ガラス素材が収容された成形型をガラス素材のガラス転移点温度（Ｔｇ）より高い所定の温度まで加熱し（加熱ステップ）、続いて成形型の温度をその所定温度近傍に保持して成形型をプレス装置で押圧する（押圧ステップ）、その後、その成形型をガラス転移点温度付近まで徐冷する（徐冷ステップ）。 The control process when manufacturing an optical glass element by press molding includes, for example, the following series of steps. That is, the mold containing the glass material is heated to a predetermined temperature higher than the glass transition temperature (Tg) of the glass material (heating step), and then the mold temperature is maintained near the predetermined temperature. The mold is pressed with a press device (pressing step), and then the mold is gradually cooled to near the glass transition temperature (gradual cooling step).

ここで、生産効率を高めるために、上述した加熱ステップの時間をできるだけ短くする努力がなされている。一つの方法は、成形型を加熱して温度制御するための加熱機構に、非常に高速で発熱部を目的温度まで到達することができる応答性に優れた赤外線ヒータ（以下、高速応答ヒータ）を組み込むことである。そのような高速応答ヒータの一例として、コバレントマテリアル株式会社により開発されたQCH-HEATER（登録商標）（Quartz Carbon Hybrid-HEATER）があり、それは、石英ガラス管内に炭素ワイヤー発熱体を組み込んだものである。 Here, in order to increase the production efficiency, an effort is made to shorten the time of the heating step described above as much as possible. One method is to use an infrared heater with excellent responsiveness (hereinafter referred to as a high-speed response heater) that can reach the target temperature at a very high speed in the heating mechanism that controls the temperature by heating the mold. Is to incorporate. An example of such a fast response heater is the QCH-HEATER (Quartz Carbon Hybrid-HEATER) developed by Covalent Materials Corporation, which incorporates a carbon wire heating element in a quartz glass tube. is there.

そのような高速応答ヒータを用いることで、加熱ステップの時間が短縮される。しかし、新たな二次的問題が生じ得る。その二次的問題の一つは、高速応答ヒータが極めて短時間で昇温および降温するため、押圧ステップから徐冷ステップまでの間で、高速応答ヒータの温度が成形型の目的温度よりも下回る現象（アンダーシュート）が起こる。このとき、成形型の表面側が内部側よりも低温となり、成形型内のガラス素材に径方向の温度分布を生じさせてしまい、良質な光学ガラス素子（例えば、高い形状精度を有する光学ガラス素子）を得ることが難しいという問題が生じる。特に、ガラスが変形し易いガラス転移点温度よりも高い温度領域における押圧ステップの段階でアンダーシュートが起こると、ガラス成形体（光学ガラス素子）の形状精度が悪化する。このような問題は、特に大口径の光学ガラス素子（例えば、直径が３０ｍｍ以上の光学レンズ）をプレス成形する際に、顕著となる。 By using such a fast response heater, the time of the heating step is shortened. However, new secondary problems can arise. One of the secondary problems is that the high-speed response heater rises and falls in a very short time, so that the temperature of the high-speed response heater is lower than the target temperature of the mold between the pressing step and the slow cooling step. The phenomenon (undershoot) occurs. At this time, the surface side of the mold becomes lower than the inner side, causing a temperature distribution in the radial direction in the glass material in the mold, and a high-quality optical glass element (for example, an optical glass element having high shape accuracy). The problem that it is difficult to obtain. In particular, when undershoot occurs at the stage of the pressing step in a temperature region higher than the glass transition temperature at which glass is easily deformed, the shape accuracy of the glass molded body (optical glass element) is deteriorated. Such a problem becomes conspicuous particularly when press molding a large-diameter optical glass element (for example, an optical lens having a diameter of 30 mm or more).

従って、本発明の目的は、光学ガラス素材のプレス成形のための温度制御プロセスにおいて、成形型の高速加熱を可能にするとともに、徐冷工程において成形型やガラス素材の温度が低下しすぎないようにすることで、良質な光学ガラス素子を得ることにある。 Therefore, an object of the present invention is to enable high-speed heating of the mold in the temperature control process for press molding of the optical glass material, and to prevent the temperature of the mold and glass material from being excessively lowered in the slow cooling process. Therefore, it is to obtain a high-quality optical glass element.

本発明の一実施形態によれば、ヒータと成形型との間の雰囲気温度が測定される。成形素材をプレス成形し始めてから徐冷が終了するまでの間に、その温度検出値が、成形素材のガラス転移点温度（Ｔｇ）よりも２０℃低い温度（Ｔｇ−２０℃）以下にならないように、ヒータが制御される。 According to one embodiment of the present invention, the ambient temperature between the heater and the mold is measured. The temperature detection value does not fall below the temperature (Tg−20 ° C.) lower than the glass transition temperature (Tg) of the molding material by the time from the start of press molding of the molding material to the end of slow cooling. In addition, the heater is controlled.

上述した一実施形態によれば、ヒータとして高速応答ヒータを使用した場合でも、成形素材をプレス成形し始めてから徐冷するまでの間に、ヒータの温度の過剰な低下に起因する光学ガラス素材の品質低下を低減することができる。 According to the above-described embodiment, even when a high-speed response heater is used as the heater, the optical glass material is caused by excessive decrease in the temperature of the heater during the period from the start of press molding of the molding material to the slow cooling. Quality deterioration can be reduced.

図１は、光学ガラス素子の製造装置１０の要部の構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of an optical glass element manufacturing apparatus 10. 図２は、製造装置１０が行う、ガラス素材をモールド成形して光学ガラス素子を製造する工程の一例を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a process of manufacturing an optical glass element by molding a glass material, which is performed by the manufacturing apparatus 10. 図３は、本実施形態における、ヒータ５１の温度と支持台４０の温度の変化の一例を示す。FIG. 3 shows an example of changes in the temperature of the heater 51 and the temperature of the support base 40 in the present embodiment. 図４は、制御装置６０による、ヒータ５１の温度制御の方法を説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method of controlling the temperature of the heater 51 by the control device 60. 図５は、制御装置６０による、徐冷ステップ時のヒータ５１の温度制御の一例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an example of temperature control of the heater 51 during the slow cooling step by the control device 60.

図１は、光学ガラス素子の製造装置１０の要部の構成を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of an optical glass element manufacturing apparatus 10.

光学ガラス素子の製造装置１０は、一対のプレス軸（上プレス軸２１と下プレス軸２３）、下プレス軸２３上で成形型３０を支持する支持台４０、成形型３０を加熱するための加熱炉５０、２つの温度センサ（第１温度センサ５５と第２温度センサ２５）、及び制御装置６０を備える。なお、図示は省略されているが、製造装置１０には、プレス軸２１、２３を駆動させるためのアクチュエータが備えられている。 The optical glass element manufacturing apparatus 10 includes a pair of press shafts (upper press shaft 21 and lower press shaft 23), a support base 40 that supports the mold 30 on the lower press shaft 23, and heating for heating the mold 30. A furnace 50, two temperature sensors (first temperature sensor 55 and second temperature sensor 25), and a control device 60 are provided. Although not shown, the manufacturing apparatus 10 includes an actuator for driving the press shafts 21 and 23.

下プレス軸２３上には支持台４０が配置される。支持台４０は成形型３０を支持する。成形型３０内には予めガラス素材が供給される。その成形型３０をプレス軸２１、２３でプレスすることにより、光学ガラス素子が製造される。 A support base 40 is disposed on the lower press shaft 23. The support base 40 supports the mold 30. A glass material is supplied into the mold 30 in advance. An optical glass element is manufactured by pressing the mold 30 with the press shafts 21 and 23.

なお、図示は省略するが、成形型３０は、例えば、ガラス素材を成形するための成形面を有する上型及び下型、並びに、その上型及び下型を同心状に保持しかつそのプレス軸方向の移動をガイドする胴型から構成される。 Although illustration is omitted, the molding die 30 includes, for example, an upper die and a lower die having a molding surface for molding a glass material, and holds the upper die and the lower die concentrically and press shafts thereof. It is composed of a body mold that guides the movement of directions.

成形型３０を支持する支持台４０の上面近傍には、支持台４０の温度を検出するための第２温度センサ２５が設けられている。第２温度センサ２５で検出される温度は、支持台４０の上面の温度であるが、それは、成形型３０の表面の温度（特に、その下面の温度）を近似的に表す。 A second temperature sensor 25 for detecting the temperature of the support table 40 is provided in the vicinity of the upper surface of the support table 40 that supports the mold 30. The temperature detected by the second temperature sensor 25 is the temperature of the upper surface of the support base 40, and it approximately represents the temperature of the surface of the mold 30 (particularly, the temperature of the lower surface thereof).

加熱炉５０は、全体として筒状の装置であり、プレス軸２１、２３を包囲するように配置される。加熱炉５０はその最も内側に石英管５４を備える。この石英管５４の内部は密閉可能な空間に構成されている。プレス成形を行う一連のステップにおいて、例えば窒素等の不活性雰囲気が石英管５４内に導入される。石英管５４の外側に環状のヒータ５１が配置される。ヒータ５１のさらに外側に環状の冷却水ジャケット５３が配置される。 The heating furnace 50 is a cylindrical device as a whole, and is disposed so as to surround the press shafts 21 and 23. The heating furnace 50 includes a quartz tube 54 on the innermost side. The inside of the quartz tube 54 is configured in a sealable space. In a series of steps for performing press forming, an inert atmosphere such as nitrogen is introduced into the quartz tube 54. An annular heater 51 is disposed outside the quartz tube 54. An annular cooling water jacket 53 is arranged on the outer side of the heater 51.

冷却水ジャケット５３の内側面には、ヒータ５１からの赤外線を反射する、例えば金メッキされたリフレクタ５２が設けられている。石英管５４とヒータ５１との間に、第１温度センサ５５が配置されている。第１温度センサ５５は、ヒータ５１と成形型３０との間の雰囲気温度を測定するためのものである。 On the inner side surface of the cooling water jacket 53, for example, a gold plated reflector 52 that reflects infrared rays from the heater 51 is provided. A first temperature sensor 55 is disposed between the quartz tube 54 and the heater 51. The first temperature sensor 55 is for measuring the ambient temperature between the heater 51 and the mold 30.

ヒータ５１には、好ましくは、その発熱部を目的温度まで非常に高速で到達させることができる応答性に優れた赤外線ヒータ（以下、高速応答ヒータという）が採用できる。その高速応答ヒータの加熱時の被加熱体の昇温速度は４℃／ｓｅｃ以上であることが望ましい。すなわち、ヒータ５１によって成形型３０が加熱される際の成形型３０の昇温速度は４℃／ｓｅｃ以上であることが望ましい。本実施形態では、ヒータ５１として、そのような高速応答ヒータの一例である、コバレントマテリアル株式会社により開発されたQCH-HEATER（登録商標）（Quartz Carbon Hybrid-HEATER）が採用される。 The heater 51 is preferably an infrared heater with excellent responsiveness (hereinafter referred to as a high-speed response heater) that can cause the heat generating portion to reach the target temperature at a very high speed. It is desirable that the heating rate of the object to be heated when the high-speed response heater is heated is 4 ° C./sec or more. That is, it is desirable that the temperature increase rate of the mold 30 when the mold 30 is heated by the heater 51 is 4 ° C./sec or more. In the present embodiment, QCH-HEATER (registered trademark) (Quartz Carbon Hybrid-HEATER) developed by Covalent Materials Corporation, which is an example of such a fast response heater, is employed as the heater 51.

制御装置６０は、第１温度センサ５５及び第２温度センサ２５からの温度センサ信号を入力してそれぞれの温度検出値を把握し、それら温度検出値に基づいてヒータ５１の出力を制御する。 The control device 60 inputs temperature sensor signals from the first temperature sensor 55 and the second temperature sensor 25, grasps the detected temperature values, and controls the output of the heater 51 based on the detected temperature values.

次に、図２を参照して、この製造装置１０が行う、ガラス素材をモールド成形して光学ガラス素子（光学レンズ）を製造する工程の一例を説明する。 Next, with reference to FIG. 2, an example of a process performed by the manufacturing apparatus 10 for manufacturing an optical glass element (optical lens) by molding a glass material will be described.

この製造工程は、温度制御工程とプレス工程が含まれる。図２に示すように、温度制御工程には、例えば加熱ステップ、均熱ステップ、徐冷ステップ、温度保持ステップ、及び冷却ステップが含まれる。 This manufacturing process includes a temperature control process and a pressing process. As shown in FIG. 2, the temperature control step includes, for example, a heating step, a soaking step, a slow cooling step, a temperature holding step, and a cooling step.

図２には、各ステップにおける第２温度センサ２５の検出値（つまり、支持台４０の温度、換言すれば、成形型３０の表面の近似的温度）の目標温度７０が示されている。 FIG. 2 shows a target temperature 70 of the detected value of the second temperature sensor 25 in each step (that is, the temperature of the support base 40, in other words, the approximate temperature of the surface of the mold 30).

また、図２に示すように、プレス工程には、例えば２回の押圧ステップ（第１押圧ステップＰ１と第２押圧ステップＰ２）が含まれる。第１押圧ステップＰ１は、例えば均熱ステップの後半から徐冷ステップの初期の区間に行われる。また、第２押圧ステップＰ２は、例えば温度保持ステップの直後、すなわち冷却ステップの開始とともに開始される。なお、第１押圧ステップＰ１のプレス荷重は、３〜３０ＭＰａであることが適当である。第２押圧ステップＰ２のプレス荷重は、第１押圧ステップＰ１のプレス荷重より小さいことが好ましく、例えば、２〜２０ＭＰａであることが好ましい。各プレス荷重をこの範囲とすることで、ガラスを効率的に変形できるとともに破壊する可能性が低減する。 Moreover, as shown in FIG. 2, the pressing process includes, for example, two pressing steps (a first pressing step P1 and a second pressing step P2). The first pressing step P1 is performed, for example, in the initial section of the slow cooling step from the latter half of the soaking step. Further, the second pressing step P2 is started, for example, immediately after the temperature holding step, that is, with the start of the cooling step. In addition, it is appropriate that the press load of the first pressing step P1 is 3 to 30 MPa. The press load of the second pressing step P2 is preferably smaller than the press load of the first pressing step P1, and is preferably 2 to 20 MPa, for example. By setting each press load within this range, the glass can be efficiently deformed and the possibility of breakage is reduced.

より具体的にこの製造工程を説明する。まず、図示省略されているが、準備ステップとして、図１に示された加熱炉５０における石英管５４の内部空間から、空気が排出された後、そこに窒素ガスが導入される。つまり、石英管５４の内側のプレス空間が窒素ガスで充填される。 This manufacturing process will be described more specifically. First, although not shown in the drawings, as a preparation step, after air is discharged from the internal space of the quartz tube 54 in the heating furnace 50 shown in FIG. 1, nitrogen gas is introduced therein. That is, the press space inside the quartz tube 54 is filled with nitrogen gas.

その後に、加熱ステップが開始される。加熱ステップでは、ヒータ５１の温度を高速に上昇させ、それにより成形型３０の温度を上昇させる。 Thereafter, the heating step is started. In the heating step, the temperature of the heater 51 is increased at a high speed, thereby increasing the temperature of the mold 30.

より具体的には、加熱ステップでは、支持台４０の温度が、図２に示された目標温度７０に従って、成形型３０内のガラス素材の屈伏点温度（以下、屈伏点温度という）Ｔｓより数℃〜数十℃高い所定温度まで速やかに上昇するように、ヒータ５１の出力が制御される。 More specifically, in the heating step, the temperature of the support base 40 is a number from the yield point temperature (hereinafter referred to as the yield point temperature) Ts of the glass material in the mold 30 according to the target temperature 70 shown in FIG. The output of the heater 51 is controlled so as to quickly rise to a predetermined temperature that is higher by tens of degrees Celsius to tens of degrees Celsius.

それにより、成形型３０内のガラス素材の温度が、そのガラス転移点温度（以下、転移点温度という）Ｔｇを経由して屈伏点温度Ｔｓの近くの第１プレス適正温度にまで上昇し、ガラス素材が十分に軟化する。 As a result, the temperature of the glass material in the mold 30 rises to the first press proper temperature near the yield point temperature Ts via the glass transition temperature (hereinafter referred to as transition temperature) Tg, and the glass. The material is sufficiently softened.

次に、温度制御工程は均熱ステップに移行し、支持台４０の温度が屈伏点温度Ｔｓより数℃〜数十℃高い上記所定温度で維持されるように、ヒータ５１の出力が制御される。 Next, the temperature control process shifts to a soaking step, and the output of the heater 51 is controlled so that the temperature of the support base 40 is maintained at the predetermined temperature that is several degrees C. to several tens of degrees C. higher than the yield point temperature Ts. .

それにより、成形型３０内のガラス素材の温度が、その表面から内部において、上述した第１プレス適正温度の近傍に維持される。この均熱ステップの後半で、第１押圧ステップＰ１が開始される。例えば、プレス軸２１を降下させて成形型３０に当接させ、さらに成形型３０に所定のプレス荷重をかけて、成形型３０の成形面の形状をガラス素材に転写する。 Thereby, the temperature of the glass raw material in the shaping | molding die 30 is maintained in the vicinity of the 1st press appropriate temperature mentioned above from the surface inside. In the latter half of the soaking step, the first pressing step P1 is started. For example, the press shaft 21 is lowered and brought into contact with the mold 30, and a predetermined press load is applied to the mold 30 to transfer the shape of the molding surface of the mold 30 to the glass material.

均熱ステップが終わると、温度制御工程は徐冷ステップに移行する。ここでは、第１押圧ステップＰ１が徐冷ステップの初期まで続いている。換言すれば、第１押圧ステップＰ１を実施している間に徐冷ステップが始まる。徐冷ステップでは、支持台４０の温度が目標温度７０に従って転移点温度Ｔｇ近傍の温度まで緩やかに下降するように、ヒータ５１の出力を制御する。それにより、成形型３０内のガラス素材の温度は転移点温度Ｔｇ近傍まで、例えば１０〜１２０℃／分の冷却速度で低下する。 When the soaking step is completed, the temperature control process shifts to the slow cooling step. Here, the first pressing step P1 continues until the initial stage of the slow cooling step. In other words, the slow cooling step starts while the first pressing step P1 is being performed. In the slow cooling step, the output of the heater 51 is controlled so that the temperature of the support base 40 gradually decreases to a temperature near the transition temperature Tg according to the target temperature 70. Thereby, the temperature of the glass raw material in the shaping | molding die 30 falls to the transition point temperature Tg vicinity, for example with the cooling rate of 10-120 degreeC / min.

次に、温度制御工程は温度保持ステップに移行する。温度保持ステップでは、例えば支持台４０の温度が転移点温度Ｔｇより僅かに低い所定温度（例えばＴｇ−５℃〜Ｔｇ−３０℃）で維持されるように、ヒータ５１の出力が制御される。それにより、成形型３０内のガラス素材の温度が、転移点温度Ｔｇ近傍に維持される。 Next, the temperature control process proceeds to a temperature holding step. In the temperature holding step, for example, the output of the heater 51 is controlled so that the temperature of the support base 40 is maintained at a predetermined temperature (eg, Tg-5 ° C. to Tg-30 ° C.) slightly lower than the transition temperature Tg. Thereby, the temperature of the glass material in the mold 30 is maintained in the vicinity of the transition temperature Tg.

次に、温度制御工程は冷却ステップに移行する。冷却ステップでは、例えば支持台４０の温度が上述した転移点温度Ｔｇより僅かに低い所定温度から冷却されるように、ヒータ５１の出力が制御される。 Next, the temperature control process shifts to the cooling step. In the cooling step, for example, the output of the heater 51 is controlled so that the temperature of the support base 40 is cooled from a predetermined temperature slightly lower than the transition point temperature Tg described above.

この冷却ステップの開始とともに、第２押圧ステップＰ２が開始される。第２押圧ステップＰ２では、例えば、目標温度が転移点温度Ｔｇより数℃〜数十℃低い温度域で、再度、成形型３０をプレス軸２１，２３で押圧し、成形型３０内部で収縮したガラス素材の形状を微修正する。この第２押圧ステップＰ２のプレス荷重は、第１押圧ステップＰ１のプレス荷重よりも小さくすることが好ましい。なお、この第２押圧ステップＰ２は冷却ステップの開始ととに行われるのではなく、温度保持ステップの後半から冷却ステップの前半にかけて行われることもある。また、第２押圧ステップＰ２の終了以降は、成形型を急冷（急冷ステップ）してもよい。 With the start of this cooling step, the second pressing step P2 is started. In the second pressing step P2, for example, the mold 30 is pressed again by the press shafts 21 and 23 in the temperature range where the target temperature is several degrees C. to several tens of degrees C. lower than the transition temperature Tg, and contracts inside the mold 30. Finely modify the shape of the glass material. The press load in the second pressing step P2 is preferably smaller than the press load in the first pressing step P1. The second pressing step P2 is not performed at the start of the cooling step, but may be performed from the latter half of the temperature holding step to the first half of the cooling step. Further, after the end of the second pressing step P2, the mold may be rapidly cooled (rapid cooling step).

この冷却ステップが終了した後は、成形型３０を製造装置１０から排出して、成形型３０内のガラス成形体（光学ガラス素子）を取り出す。 After this cooling step is completed, the mold 30 is discharged from the manufacturing apparatus 10 and the glass molded body (optical glass element) in the mold 30 is taken out.

本実施形態におけるヒータ制御の詳細を説明する前に、その結果を図３に示す。図３は、本実施形態における、ヒータ５１の温度と支持台４０の温度の変化の一例を示す。 Before explaining the details of the heater control in this embodiment, the results are shown in FIG. FIG. 3 shows an example of changes in the temperature of the heater 51 and the temperature of the support base 40 in the present embodiment.

図３に示された例では、支持台４０の温度７５（第２温度センサ２５の温度検出値）は、図２に示されたその目標温度７０とほぼ一致する。そして、加熱炉５０の温度７６（第１温度センサ５５の温度検出値、つまり、ヒータ５１と成形型３０との間の雰囲気の温度）は、第１押圧ステップＰ１から徐冷ステップの終了までの区間７７において、例えば転移点温度Ｔｇよりも２０℃低い温度（Ｔｇ−２０℃）を下回らない。好ましくは、第１温度センサ５５の温度検出値が、区間７７においてＴｇ−２０℃を下回らない。さらに好ましくは、第１温度センサ５５の温度検出値が、区間７７においてＴｇを下回らない。 In the example shown in FIG. 3, the temperature 75 of the support base 40 (the temperature detection value of the second temperature sensor 25) substantially matches the target temperature 70 shown in FIG. And the temperature 76 of the heating furnace 50 (temperature detection value of the first temperature sensor 55, that is, the temperature of the atmosphere between the heater 51 and the mold 30) is from the first pressing step P1 to the end of the slow cooling step. In the section 77, for example, it does not fall below a temperature (Tg−20 ° C.) 20 ° C. lower than the transition temperature Tg. Preferably, the temperature detection value of the first temperature sensor 55 does not fall below Tg−20 ° C. in the section 77. More preferably, the temperature detection value of the first temperature sensor 55 does not fall below Tg in the section 77.

図３の紙面右上に、区間７７に関して、支持台４０の温度７５と加熱炉５０の温度７６の他に、比較例に係る制御方法での加熱炉５０の温度７２が示されている。ここで、「比較例に係る制御方法」とは、第１温度センサ５５は用いず第２温度センサ２５からの温度検出値（支持台４０の温度、つまり、成形型３０の表面の近似的温度）のみに基づき、その温度検出値が図２に示された目標温度７０になるように、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）型のフィードバック制御によりヒータ５１の出力を制御する方法である。 In addition to the temperature 75 of the support base 40 and the temperature 76 of the heating furnace 50, the temperature 72 of the heating furnace 50 in the control method according to the comparative example is shown in the upper right of the page of FIG. Here, the “control method according to the comparative example” refers to the temperature detection value from the second temperature sensor 25 without using the first temperature sensor 55 (the temperature of the support base 40, that is, the approximate temperature of the surface of the mold 30). ), The output of the heater 51 is controlled by PID (Proportional Integral Derivative) type feedback control so that the detected temperature value becomes the target temperature 70 shown in FIG.

比較例によれば、支持台４０の温度７５が図２に示された目標温度７０とほぼ一致するようフィードバック制御された結果として、区間７７において、加熱炉５０の温度７２は大きく変動する。具体的には、ヒータ５１がいわゆる高速応答ヒータであるため、加熱ステップでヒータ５１の温度（加熱炉５０の温度７２）が急激に上昇するが、その後の均熱ステップから徐冷ステップへと切り替わる時期の前後に、ヒータ５１の温度（加熱炉５０の温度７２）が目標温度７０より大きく下回る現象（アンダーシュート）が起こる。それにより、成形型３０の表面側が内部側よりも低温となり、成形型３０内のガラス素材に径方向の温度分布を生じさせてしまい、良質な光学ガラス素子（例えば、高い形状精度を有する光学ガラス素子）を得ることが難しいという問題が生じる。このような問題は、特に大口径の光学ガラス素子（例えば、直径が３０ｍｍ以上の光学レンズ）をプレス成形する際に、顕著となる。 According to the comparative example, the temperature 72 of the heating furnace 50 greatly fluctuates in the section 77 as a result of feedback control so that the temperature 75 of the support base 40 substantially matches the target temperature 70 shown in FIG. Specifically, since the heater 51 is a so-called high-speed response heater, the temperature of the heater 51 (the temperature 72 of the heating furnace 50) rapidly increases in the heating step, but the subsequent soaking step is switched to the slow cooling step. Before and after the time, a phenomenon (undershoot) occurs in which the temperature of the heater 51 (the temperature 72 of the heating furnace 50) is significantly lower than the target temperature 70. As a result, the surface side of the mold 30 becomes lower than the inner side, causing a radial temperature distribution in the glass material in the mold 30, and a high-quality optical glass element (for example, optical glass having high shape accuracy). There arises a problem that it is difficult to obtain an element. Such a problem becomes conspicuous particularly when press molding a large-diameter optical glass element (for example, an optical lens having a diameter of 30 mm or more).

これに対し、本実施形態では、制御装置６０が、第２温度センサ２５の温度検出値だけでなく、第１温度センサ５５の温度検出値も用いて、ヒータ５１の出力を制御する。このヒータ制御により、第１押圧ステップＰ１から徐冷ステップの終了までの区間７７において、加熱炉５０の温度７６（第１温度センサ５５の温度検出値、つまり、ヒータ５１と成形型３０との間の雰囲気の温度）が、例えば転移点温度Ｔｇよりも２０℃低い温度（Ｔｇ−２０℃）を下回らないように制御される。なお、図３に示す本実施形態において、上記区間７７で、第１温度センサ５５の温度検出値７６が、転移点温度Ｔｇおよび支持台４０の温度７５を下回らないように制御される。 On the other hand, in this embodiment, the control device 60 controls the output of the heater 51 using not only the temperature detection value of the second temperature sensor 25 but also the temperature detection value of the first temperature sensor 55. By this heater control, in a section 77 from the first pressing step P1 to the end of the slow cooling step, the temperature 76 of the heating furnace 50 (temperature detection value of the first temperature sensor 55, that is, between the heater 51 and the mold 30). Is controlled so as not to fall below a temperature (Tg-20 ° C.) that is 20 ° C. lower than the transition temperature Tg, for example. In the present embodiment shown in FIG. 3, the temperature detection value 76 of the first temperature sensor 55 is controlled so as not to fall below the transition temperature Tg and the temperature 75 of the support base 40 in the section 77.

以下、具体的なヒータ制御方法を説明する。 Hereinafter, a specific heater control method will be described.

図４は、制御装置６０による、ヒータ５１の温度制御の方法を説明するための模式図である。 FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method of controlling the temperature of the heater 51 by the control device 60.

制御装置６０は、温度調節器６１、及び変更演算器６２を有する。 The control device 60 includes a temperature regulator 61 and a change calculator 62.

温度調節器６１は、ヒータ５１の出力を制御するための演算処理を行う。温度調節器６１は、第２温度センサ２５の温度検出値（以下、第２温度という）に基づいて、ヒータ５１の出力を制御するためのヒータ５１への出力値を演算する機能と、上記第２温度と演算された出力値を変更演算器６２へ通知する機能と、変更演算器６２から出力値変更指令を受けて、演算された出力値を変更する機能とを有する。 The temperature controller 61 performs arithmetic processing for controlling the output of the heater 51. The temperature controller 61 calculates the output value to the heater 51 for controlling the output of the heater 51 based on the temperature detection value of the second temperature sensor 25 (hereinafter referred to as the second temperature), and the first 2 has a function of notifying the change calculator 62 of the calculated output value and the temperature, and a function of changing the calculated output value in response to an output value change command from the change calculator 62.

変更演算器６２は、ヒータ５１の出力を制御するための補助的な演算処理を行う。変更演算器６２は、第１温度センサ５５の温度検出値（以下、第１温度という）と上述した温度調節器６１から通知される第２温度とに基づいて、温度調節器６１に対して出力値変更指令を演算する機能をもつ。 The change calculator 62 performs an auxiliary calculation process for controlling the output of the heater 51. The change calculator 62 outputs to the temperature controller 61 based on the temperature detection value of the first temperature sensor 55 (hereinafter referred to as the first temperature) and the second temperature notified from the temperature controller 61 described above. Has a function to calculate value change commands.

なお、制御装置６０はハードウェア的に一つの装置である必要はなく、通信可能に接続された異なるハードウェアによって構成されてよい。例えば、変更演算器６２のハードウェアは、温度調節器６１のハードウェアとは別の、例えば、プレス工程を制御するためのプレス制御装置（図１には図示せず）のハードウェア内に組み込まれてよい。 Note that the control device 60 does not have to be a single device in terms of hardware, and may be configured by different hardware connected so as to be communicable. For example, the hardware of the change calculator 62 is incorporated in the hardware of a press control device (not shown in FIG. 1) for controlling the pressing process, for example, different from the hardware of the temperature controller 61. It may be.

図５は、制御装置６０による、第１押圧ステップＰ１と徐冷ステップにおけるヒータ５１を制御する処理フローの一例を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing an example of a processing flow for controlling the heater 51 in the first pressing step P1 and the slow cooling step by the control device 60.

図５に示される処理フローは、実質的に継続的に実行される。例えば、この処理フローは０．５秒間隔で繰り返し行われる。 The processing flow shown in FIG. 5 is executed substantially continuously. For example, this processing flow is repeatedly performed at intervals of 0.5 seconds.

制御装置６０（変更演算器６２）は、第１温度センサ５５で検出された第１温度（ヒータ５１と成形型３０の間の雰囲気の温度）を取得する（Ｓ６０１）。また、制御装置６０（温度調節器６１）は、第２温度センサ２５で検出された第２温度（支持台４０の温度、つまり、成形型３０の表面の近似的温度）を取得する（Ｓ６０２）。なお、第２温度センサ２５で検出された第２温度が変更演算器６２に直接入力されてもよい。 The control device 60 (change calculator 62) acquires the first temperature (the temperature of the atmosphere between the heater 51 and the mold 30) detected by the first temperature sensor 55 (S601). Further, the control device 60 (temperature controller 61) acquires the second temperature (the temperature of the support base 40, that is, the approximate temperature of the surface of the mold 30) detected by the second temperature sensor 25 (S602). . Note that the second temperature detected by the second temperature sensor 25 may be directly input to the change calculator 62.

制御装置６０（変更演算器６２）は、Ｓ６０１で取得した第１温度と、（温度調節器６１から通知される）Ｓ６０２で取得した第２温度との差を演算する（Ｓ６０３）。具体的には、制御装置６０（変更演算器６２）は、第１温度と第２温度との差Ｉ_０が所定値以下であるかどうかを判断する（Ｓ６０４）。 The control device 60 (change calculator 62) calculates the difference between the first temperature acquired in S601 and the second temperature acquired in S602 (notified from the temperature controller 61) (S603). Specifically, the control device 60 (the change calculator 62) determines whether or not the difference I ₀ between the first temperature and the second temperature is equal to or less than a predetermined value (S604).

変更演算器６２による演算結果は、出力値変更指令として温度調節器６１にフィードバックされる。第１温度と第２温度との差Ｉ_０が所定値以下である場合（Ｓ６０４：Ｙｅｓ）、制御装置６０（温度調節器６１）は、第１温度に基づいて、ヒータ５１への出力値Ｉ_αを演算する（Ｓ６１０）。出力値Ｉ_αの演算方法には、図２に示された目標温度７０に第１温度を一致させるための、例えばＰＩＤ型のフィードバック制御演算法が採用できる。 The calculation result by the change calculator 62 is fed back to the temperature controller 61 as an output value change command. When the difference I ₀ between the first temperature and the second temperature is equal to or less than the predetermined value (S604: Yes), the control device 60 (temperature controller 61) outputs the output value I to the heater 51 based on the first temperature. _α is calculated (S610). The method of calculating the output value I _alpha, for matching a first temperature to a target temperature 70 shown in FIG. 2, for example, PID type feedback control calculation method can be employed.

制御装置６０（温度調節器６１）は、Ｓ６１０で演算した出力値Ｉ_αに従って、ヒータ５１の出力を制御する（Ｓ６１１）。例えば、制御装置６０（温度調節器６１）は、ヒータ５１の出力を維持するように制御する。 Control device 60 (temperature controller 61) in accordance with the output value I _alpha calculated in S610, and controls the output of the heater 51 (S611). For example, the control device 60 (temperature controller 61) controls to maintain the output of the heater 51.

一方、第１温度と第２温度との差Ｉ_０が所定値より大きい場合（Ｓ６０４：Ｎｏ）、制御装置６０（温度調節器６１）が、Ｓ６１０と同様の方法で、第１温度に基づいてヒータ５１への出力値Ｉ_βを演算する（Ｓ６０５）。そして、制御装置６０（変更演算器６２）が、Ｓ６０３で演算した温度差Ｉ_０、及びＳ６０５で演算された出力値Ｉ_βに基づいて、ヒータ５１への修正出力値Ｉ_γを演算する（Ｓ６０６）。 On the other hand, when the difference I ₀ between the first temperature and the second temperature is larger than the predetermined value (S604: No), the control device 60 (temperature controller 61) is based on the first temperature in the same manner as in S610. It calculates an output value I _beta to the heater 51 (S605). Then, the control device 60 (the change calculator 62) calculates the corrected output value I _γ to the heater 51 based on the temperature difference I ₀ calculated in S603 and the output value I _β calculated in S605 (S606). ).

Ｓ６０６では、制御装置６０（変更演算器６２）は、例えば、第１温度と第２温度との差が、所定値以上とならないように、ヒータ５１への修正出力値Ｉ_γを演算する。より具体的には、制御装置６０（変更演算器６２）は、第１温度が第２温度以下とならないように、あるいは、第１温度が第２温度より所定値（例えば２０℃）以上に低くならないように、修正出力値Ｉ_γを演算する。結果として、第１温度が転移点温度Ｔｇより低い温度とならない、あるいは、第１温度が転移点温度Ｔｇより２０℃以上に低くならないように、ヒータ５１への修正出力値Ｉ_γが演算される。 In S606, the control unit 60 (change calculator 62) may, for example, the difference between the first temperature and the second temperature, so as not to or greater than a predetermined value, calculates the modified output value I _gamma to the heater 51. More specifically, the control device 60 (change calculator 62) prevents the first temperature from being lower than the second temperature, or the first temperature is lower than the second temperature by a predetermined value (for example, 20 ° C.) or more. The corrected output value I _γ is calculated so as not to occur. As a result, the corrected output value I _γ to the heater 51 is calculated so that the first temperature does not become lower than the transition point temperature Tg or the first temperature does not become lower than 20 ° C. above the transition point temperature Tg. .

制御装置６０（変更演算器６２）は、Ｓ６０６で演算された修正出力値Ｉ_γを出力値変更指令として、温度調節器６１に送信する（Ｓ６０７）。温度調節器６１は、ヒータ５１に対する出力値を、Ｓ６０７で受信した修正出力値Ｉ_γに変更する（Ｓ６０８）。 The controller 60 (change calculator 62), as an output value change command to have been corrected output value I _gamma calculated in S606, and transmits the temperature controller 61 (S607). Temperature controller 61 changes the output value of the heater 51, the corrected output value I _gamma received in S607 (S608).

制御装置６０（温度調節器６１）は、Ｓ６０８での変更後の出力値（修正出力値Ｉ_γ）に従って、ヒータ５１の出力を制御する（Ｓ６０９）。例えば、制御装置６０（温度調節器６１）は、ヒータ５１の出力を高めるように制御する。 The control device 60 (temperature controller 61) controls the output of the heater 51 in accordance with the output value (corrected output value _Iγ ) after the change in S608 (S609). For example, the control device 60 (temperature controller 61) controls to increase the output of the heater 51.

以上の制御により、第１押圧ステップＰ１と徐冷ステップにおいて、成形型３０の表面の温度が下がりすぎて、成形型３０内のガラス素材に径方向の温度分布を生じさせてしまという現象を抑制することができる。 By the above control, in the first pressing step P1 and the slow cooling step, the phenomenon that the temperature of the surface of the mold 30 is excessively lowered and a temperature distribution in the radial direction is generated in the glass material in the mold 30 is suppressed. can do.

第１押圧ステップＰ１と徐冷ステップの両ステップ以外のステップにおいては、制御装置６０は、図５に示されたＳ６０２、Ｓ６１０及びＳ６１１だけを行うように構成することができる。 In steps other than both the first pressing step P1 and the slow cooling step, the control device 60 can be configured to perform only S602, S610, and S611 shown in FIG.

本実施形態において、第１押圧ステップＰ１から徐冷ステップが終了するまでの間に、第１の温度センサ５５の検出値が成形素材のガラス転移点温度（Ｔｇ）よりも２０℃低い温度（Ｔｇ−２０℃）以下にならないように制御するが、第２押圧ステップＰ２の段階、あるいは急冷ステップの段階で、第１の温度センサ５５の検出値が第２の温度センサ２５の検出値、すなわち成形型３０の温度に近似した温度よりも下回ってもよい。これは、第２押圧ステップＰ２の段階もしくは急冷ステップの段階において、成形型３０の温度はガラス転移点温度（Ｔｇ）未満にあり、成形型３０内のガラス素材（成形体）の形状精度に実質的な影響がないからである。 In the present embodiment, the temperature detected by the first temperature sensor 55 from the first pressing step P1 to the end of the slow cooling step is a temperature (Tg) that is 20 ° C. lower than the glass transition temperature (Tg) of the molding material. −20 ° C.), but the detected value of the first temperature sensor 55 is the detected value of the second temperature sensor 25, that is, the molding in the second pressing step P2 or the rapid cooling step. The temperature may be lower than the temperature approximate to the temperature of the mold 30. This is because the temperature of the molding die 30 is lower than the glass transition temperature (Tg) in the stage of the second pressing step P2 or the rapid cooling step, and the shape accuracy of the glass material (molded body) in the molding die 30 is substantially reduced. This is because there is no special influence.

最後に、本発明の実施形態を、図等を用いて総括する。 Finally, embodiments of the present invention will be summarized with reference to the drawings and the like.

本発明の実施形態にかかるガラス光学素子の製造装置１０は、図１に示されているように、成形型（３０）間に成形素材（ガラス素材）を収容し、成形型（３０）で成形素材をプレス成形することにより、光学ガラス素子を製造する光学ガラス素子の製造装置であって、成形型（３０）の周囲に配置され、成形型（３０）及び成形素材（ガラス素材）を加熱するヒータ（５１）と、ヒータ（５１）と成形型（３０）との間の雰囲気温度を測定する第１温度センサ（５５）と、成形素材をプレス成形し始めてから徐冷するまでの間（押圧ステップ（Ｐ１）を開始してから徐冷ステップ（徐冷１）が終了するまでの間）に、第１温度センサ（５５）の検出値が、成形素材（ガラス素材）のガラス転移点温度（Ｔｇ）よりも２０℃低い温度（Ｔｇ−２０℃）以下にならないようにヒータ５１の温度を制御する制御部（６０）と、を備える。 As shown in FIG. 1, the glass optical element manufacturing apparatus 10 according to the embodiment of the present invention accommodates a molding material (glass material) between molding dies (30) and molds the molding dies (30). An optical glass element manufacturing apparatus for manufacturing an optical glass element by press-molding a material, which is disposed around a molding die (30) and heats the molding die (30) and the molding material (glass material). The heater (51), the first temperature sensor (55) for measuring the atmospheric temperature between the heater (51) and the mold (30), and the time from when the molding material starts to be molded until it is gradually cooled (press From the start of step (P1) to the end of the slow cooling step (slow cooling 1), the detected value of the first temperature sensor (55) is the glass transition point temperature of the molding material (glass material) ( 20 ° C. lower than Tg) (Tg− As 0 ° C.) does not fall below a control unit for controlling the temperature of the heater 51 (60), the.

制御部（６０）は、成形素材をプレス成形し始めてから徐冷するまでの間に、第１温度センサ（５５）の検出値が、成形素材（ガラス素材）のガラス転移点温度（Ｔｇ）以下にならないようにヒータ５１の温度を制御することが好ましい。さらに、制御部（６０）は、成形素材をプレス成形し始めてから徐冷するまでの間に、第１温度センサ（５５）の検出値が、成形型（３０）の温度を下回らないようにヒータ５１の温度を制御することが好ましい。 The control unit (60) has a detection value of the first temperature sensor (55) that is equal to or lower than the glass transition temperature (Tg) of the molding material (glass material) from the start of press molding of the molding material to the slow cooling. It is preferable to control the temperature of the heater 51 so that it does not occur. Furthermore, the control unit (60) includes a heater so that the detected value of the first temperature sensor (55) does not fall below the temperature of the mold (30) from the start of press molding of the molding material to the slow cooling. It is preferable to control the temperature of 51.

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１０…製造装置
２１、２３…プレス軸
２２、２４…冷却水路
２５…第２温度センサ
３０…成形型
４０…支持台
５０…加熱炉
５１…ヒータ
５３…冷却水ジャケット
５４…石英管
５５…第１温度センサ
６０…制御装置
６１…温度調節器
６２…変更演算器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Manufacturing apparatus 21, 23 ... Press shaft 22, 24 ... Cooling water channel 25 ... 2nd temperature sensor 30 ... Mold 40 ... Supporting stand 50 ... Heating furnace 51 ... Heater 53 ... Cooling water jacket 54 ... Quartz tube 55 ... 1st Temperature sensor 60 ... Control device 61 ... Temperature controller 62 ... Change calculator

Claims

In the optical glass element manufacturing apparatus for manufacturing the optical glass element, press molding while controlling the temperature by heating the molding material accommodated in the mold and controlling the temperature,
A heater that is disposed around the mold and that heats the mold and the molding material;
A first temperature sensor for measuring an ambient temperature between the heater and the mold;
A second temperature sensor that measures the temperature of the mold or the temperature of a support that supports the mold;
The temperature detected by the first temperature sensor is 20 ° C. lower than the glass transition temperature (Tg) of the molding material (Tg-20) from the start of press molding of the molding material to the end of slow cooling. C.) an optical glass element manufacturing apparatus provided with a control unit that controls the temperature of the heater so that the temperature does not fall below.

The control unit is configured so that the detected value of the first temperature sensor does not become equal to or less than the (Tg−20 ° C.) between the start of press molding of the molding material and the slow cooling, and the second temperature. The apparatus for manufacturing an optical glass element according to claim 1, wherein the temperature of the heater is controlled so as not to be less than a detection value of the sensor.

The apparatus for manufacturing an optical glass element according to claim 1 or 2, wherein a heating rate of the mold when heated by the heater is 4 ° C / sec or more.

A heating step of heating a mold containing the molding material to a predetermined temperature with a heater;
A pressing step of press-molding the molding material by pressing the mold heated in the heating step;
A slow cooling step of slowly cooling the molded product obtained by the pressing step to the glass transition temperature (Tg) or lower together with the mold;
In a method for producing an optical glass element comprising:
A first temperature sensor that measures an ambient temperature between the heater and the mold is used, and a detected value of the first temperature sensor is measured between the pressing step and the slow cooling step. Control so as not to be below 20 ° C (Tg-20 ° C) below the glass transition temperature of the material ,
The method for manufacturing an optical glass element , wherein the second temperature sensor measures the temperature of the mold or the temperature of a support that supports the mold .

Between the pressing step and the gradual cooling step, the detected value of the first temperature sensor does not fall below (Tg−20 ° C.) and is less than the detected value of the second temperature sensor. The manufacturing method of the optical glass element of Claim 4 which controls the temperature of the said heater so that it may not become.

The method for manufacturing an optical glass element according to claim 4 or 5, further comprising a temperature holding step of holding the temperature of the mold substantially constant so that the temperature of the mold becomes uniform after the slow cooling step.

The manufacturing method of the optical glass element of Claim 6 further equipped with the 2nd press step which presses the said shaping | molding die after the said temperature holding step.