JPH02196039A - ガラス光学素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガラス光学素子の成形素材を加熱軟化した後
、成形用金型にて押圧することにより、研削、研磨加工
等を必要とせず、高い面精度と面粗度とを有するガラス
光学素子を成形できるガラス光学素子の成形方法に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、レンズ、プリズム、フィルター等の光学素子の多
くは、ガラス素材の研削、研磨処理を主とした方法によ
って形成されてきた。しかしながら、かかる処理には相
当な時間および熟練技術が必要とされ、特に、非球面レ
ンズを研磨等処理によって形成するには、−層高度な研
磨等技術が要求され、かつ処理時間が長くなり、短時間
に大量のガラス光学素子を製造することは困難であった
。

そこで例えば特開昭６１−１３２５２５号公報に開示さ
れるように、一対の成形用金型間にガラス素材を加熱軟
化して移送配置し、これを成形用金型により押圧成形す
るだけでレンズ等のガラス光学素子を成形する方法が開
発実施され注目されている。

第５図は、上記成形方法に使用する装置を示すもので、
対をなして同軸的に対向配置された上型１と下型２とか
らなる成形用金型が設けられている。上型１および下型
２の各対向面には、所望のレンズ形状に対応した形状の
成形面１ａ、２ａが形成されている。そして、上型ｌと
下型２とは、図示を省略した駆動装置に連結されており
、相互に接近離反自在となっている。また、上型１と下
型２は、各外周面に離型部材３．４が摺動自在に嵌合さ
れるとともに、ガイド部材５，６により支持されている
。

上型１と下型２間には、ガラス素材７を載置する載置台
８を支持する支持台９が配置されている。

この支持台９の両側には、ガラス素材７を加熱軟化する
ための加熱炉ｌＯと押圧成形されたガラス光学素子と徐
冷するための徐冷炉１１が配置されている。さらに、ガ
ラス素材７を載置した載置台８を挟持して加熱炉１０お
よび支持台９に搬送し、かつ押圧成形後のガラス光学素
子を支持台９から徐冷炉に搬送するたｆの一対の搬送部
材１２，１３が設けられている。

上記構成の成形装置によりガラス光学素子を成形する方
法を説明すると、まず、円柱状に切断したガラス素材７
を載置台８に載置し、この載置台８を一対の搬送部材１
２．１３で挟持しつつ加熱炉１０内に搬送する。そして
ガラス素材を貫入法による粘度−温度曲線により求めた
変曲点付近の温度（ガラス素材の粘度が略１０蟲〜ｌＯ
−ポアズとなる温度）に加熱軟化した後、搬送部材１２
゜１３を介して載置台８を支持台９上に搬送してガラス
素材７を上型１と下型２間に配置し、ガラス素材７の転
移点付近の温度に加熱保持した上下両型１．２により押
圧成形する０次に、押圧成形が完了すると、上型１の離
型部材３は下降して押圧成形後のガラス光学素子の外周
部を下方に押圧し、上型ｌは上昇してガラス光学素子を
成形面１ａから離反するとともに、下型２の離型部材４
は上昇してガラス光学素子の外周部を上方に押圧し、下
型２は下降してガラス光学素子を成形面２ａから離反す
る。離型後、ガラス光学素子は、載置台８に載置され、
搬送部材１２．１３を介して徐冷炉１１内に搬送してガ
ラス光学素子を徐冷して最終製品を得るものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の成形方法においては次のような問題点があっ
た。

まず、成形面１ａ、２ａとガラス光学素子の界面にオプ
ティカルコンタクトにより密着力が発生し昌＜、離型時
に強い離型力を必要とするため、離型部材３，４に押圧
されるガラス光学素子の外周部にカケが生じ、不良品と
なる問題点があった。

さらに、ガラスのカケが成形面１ａ、２ａに付着し、そ
の後に押圧成形されるガラス光学素子が外観不良となり
、また、金型寿命が短命化するという問題点があった。

さらに、強い離型力により離型した際、ガラス光学素子
の形状精度が低下する問題点があった。

例えば、カメラ用レンズにあっては、曲率の精度が±ｌ
ｕｍ以内、形状の非対称性を示すアスおよび曲率の部分
的変化を示すクセが±０．１　ｔｔ　ｍ以内の形状精度
が必要とされるが、離型力が大きいと離型時の変形によ
り、形状精度が大きく低下し、所望形状のレンズを得ら
れないという問題点があった。

また、強い離型力に対応するために、高剛性の離型部材
を必要とするため、成形装置が複雑化するとともに大型
化する問題点があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、離型性を向上させてガラス光学素子の不良品発生
率を低減するとともに、成形用金型の寿命を延命化させ
、かつ形状精度の安定した高精度なガラス光学素子を大
量、安価に製造し得るガラス光学素子の成形方法を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明のガラス素子の成形
方法は、所定温度に加熱軟化したガラス素材をそのガラ
ス素材の転移点温度付近に加熱した上下一対からなる成
形用金型により押圧成形するガラス光学素子の成形方法
において、上記ガラス素材における上型近傍と下型近傍
とを同一冷却速度で押圧成形を行う第１成形工程と、上
記ガラス素材における上型近傍と下型近傍の冷却速度を
変化させつつ押圧成形を行う第２成形工程とから構成し
である。

ここに、第１成形工程においては、上型と下型の温度差
は５℃以下、好ましくは１℃以下に制御する必要がある
。上下両型間に５°Ｃ以上の温度差がある場合、加熱軟
化したガラス素材が成形用金型に接触した瞬間、低温の
金型に接したガラス素材表面が急激に冷却固化されて収
縮するため、ガラス素材表面と金型成形面に充分な圧力
が加えられないので成形面形状が正確に転写せず、ガラ
ス光学素子の形状精度が低下するためである。

〔作　用〕

本発明のガラス光学素子の成形方法においては、加熱軟
化したガラス素材を第１成形工程、第２成形工程と連続
する２つの工程で押圧成形している。

第１成形工程においては、上型と下型を同一温度に制御
し、加熱軟化状態のガラス素材は所望の光学素子に対応
した形状の金型成形面に高精度に転写させられるととも
に、ガラス素材の温度は、押圧成形開始とともに急、激
に低下を始め、わずか数秒で成形用金型温度まで冷却さ
れる。

第２成形工程においては、ガラス素材の冷却速度を部分
的に変化させつつ押圧成形させるもので、ガラス素材に
おける上型近傍と下型近傍で冷却速度を変化あるいは押
圧成形終了直前で温度に差を設けて温度低下量を変化さ
せるため、ガラス内部に収縮量の違いにより生ずる「そ
り」に対応した弾性変形が発生する。即ち、ガラスは冷
却とともに収縮し、この冷却速度と収縮量との関係にお
いて、冷却速度が速いほど実質的に変形しない温度、即
ちガラスの歪点（１０”ポアズ）付近の温度に至るまで
の収縮が小さくなるとともに、冷却する過程での温度低
下量が小さいほど収縮量が小さくなる特徴があるからで
ある。かかる上記弾性変形は上下型を開いた時、押圧成
形後のガラス光学部品を離型させるように作用し、離型
力を低減させる。

〔実　施　例〕

以下、図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する
。

（第１実施例） 第１図は、本発明に係るガラス光学素子の成形方法の第
１実施例の実施に使用する成形装置を示すもので、対を
なして同軸的に対向配置された上型２１と下型２２とか
らなる成形用金型が構成されている。上型２１および下
型２２の各対向面には、所望の光学素子形状に対応した
形状の成形面２１ａ、２２ａが形成されている。

上型２１は中央部に熱電対２３が組み込まれるとともに
、外周部にヒータ２４が取付け、られている、熱電対２
３とヒータ２４は、任意の熱履歴に設定自在な温度コン
トローラ２５に接続され、上型２１の温度制御が熱電対
２３とヒータ２４を用いて行われるように構成されてい
る。

下型２２ば、型駆動軸２６を介して型駆動装置２７に連
結されて上下動自在に保持されており、上型２１に対し
て接近離反自在となっている。型駆動装置２７は、任意
の圧力プロセスに設定自在な圧力コントローラ２８に接
続されている。型駆動軸２６と型駆動装置２７間には、
上記圧力コントローラ２日に接続したロードセル２９が
設けられ、ガラス光学素子の押圧成形時の押圧力制御が
行われるように構成されている。また、下型２２は、上
型２１と同様に、中央部に熱電対３０が埋設され、外周
部にヒータ３１が取付けられている。

熱電対３０とヒータ３１は、任意な熱履歴に設定自在な
温度コントローラ３２に接続され、下型２１の温度制御
が熱電対３０とヒータ３１により行われるようになって
いる。そして、温度コントローラ２５．３２および圧力
コントローラ２日は、１個のシーケンサ−３３に接続さ
れ、シーケンサ−３３により連動して作動されるように
なっている。その他の構成は、上記従来の成形装置と同
様であるので、同一部分には同一番号を付して、その説
明を省略する。

次に、上記構成の成形装置を用いて、本実施例のガラス
光学素子の成形方法を説明する０本実施例にあっては、
クラウンガラスの中で、通称５Ｋ１１と呼ばれるガラス
転移点Ｔｇ：５３５°Ｃ１軟化点Ｓｐ：６３９°Ｃ２屈
伏点Ａｔ：５５９°Ｃの光学ガラス素材を用いて、外径
２０ｍ、肉厚３ｍのカメラ用非球面レンズを押圧成形し
た。

まず、ガラス素材７を所望の光学素子形状に近似する球
面に予め表面を研磨処理にて予備加工する０次に、この
ガラス素材７を載置台８に載置するとともに、一対の搬
送部材１２．１３で載置台８を挟持して加熱炉１０内に
搬送する。そして、ガラス素材７をガラス素材７の粘度
が約１０’〜ｌＯｅポアズとなる温度である６　４０　
’Ｃに加熱軟化した後、搬送部材１２．１３を介して上
型２１と下型２２間に搬送して支持台９上に支持させる
とともに、型駆動装置２７を作動して下型２２を上昇さ
せる。そして、上型２１と下型２２の温度をガラス素材
７のガラス転移温度付近である５３０°Ｃに設定し、２
００　ｋｇ／ｃｄの押圧力でガラス素材７を５秒間押圧
成形しつつ上下両型２１．２２の型温まで冷却する（第
１成形工程）。次に第１成形工程に連続して、下型２２
の型温のみを５００℃に達するまで徐々に下降し、ガラ
ス素材７の下型２２近傍温度を徐々に冷却しつつ２００
　ｋｇ／ｃｊの押圧力で１０秒間押圧成形する（第２成
形工程）。

その後、上型２１．下型２２を開いて、押圧成形を完予
し、成形されたガラス光学素子（図示省略）を載置台８
に載置する。そして、搬送部材１２゜１３を介して載置
台８とともにガラス光学素子を徐冷炉１１内に搬送し、
徐冷後の最終製品としてのガラス光学素子を取り出す。

次に、上記成形方法の作用を第２図を用いて説明する。

第２図は、上型２１．下型２２およびガラス素材７の上
型近傍温度と下型近傍温度の熱履歴の経時的変化を示す
グラフ図である。

まず、第１成形工程において、６４０°Ｃに加熱軟化さ
れたガラス素材７は、上型２１と下型２２による押圧成
形開始と同時に急激に冷却され、上下両型２１．２２の
型温５３０　”Ｃとほぼ同温度となる。この時、ガラス
素材７は、所望の光学素子に対応した上下両型２１．２
２の成形面２１ａ。

２２ａ形状に高精度に転写される。

次に、第２成形工程において、下型２２のみが５３０°
Ｃから５００℃に連続して下降され、第２成形工程終了
時、即ち離型時に、ガラス素材７は、その上型近傍と下
型近傍との間に約３０°Ｃの温度差を有するように徐々
に冷却される。この時、ガラス素材内部での冷却速度と
違いと離型時の温度差による収縮量の差にって、ガラス
光学素子内部に生じる［そり」に対応した弾性変形が発
生し、上下両型２１．２２とガラス光学素子の密着力が
低下する。

本実施例によれば、下型２２のみ型温を低下させる節単
な手段により、離型時の成形用金型とガラス光学素子と
の界面で生ずる密着力を低減でき、離型部材等の手段を
用いることなくガラス光学素子を離型できる。さらに、
短時間で下型２２を所定の温度に昇温可能で連続して次
のガラス素材７を押圧成形でき、大量のガラス光学素子
を短時間で製造することができる。

（第２実施例） 本実施例のガラス光学素子の成形方法の特徴は、第２成
形工程において上型と下型の双方の型温を温度勾配を異
ならしめて低下して押圧成形する点である。なお、本実
施例の実施に使用する成形装置は、第１図の成形装置と
同様に構成しであるので説明と図示を省略するとともに
、本実施例を同丁番号を用いて説明する。

以下に、本実施例のガラス光学素子の成形方法を第３図
を用いて説明する。

第３図は、上型２１．下型２２およびガラス素材７の上
型近傍温度、下型近傍温度の熱履歴の経時的変化と成形
圧力を示すグラフ図である。

まず、上記第１実施例と同一の手順で第１成形工程まで
実施する。即ち、予め研摩処理したガラス素材７を加熱
炉ｌＯ内で粘度が１０’〜１０”ポアズとなる温度の６
４０°Ｃに加熱軟化後、５３０°Ｃに設定保持した上下
両型２１，２２により２００　ｋｇ／ｄの押圧力で５秒
間押圧成形しガラス素材７を冷却する。

次に、上記第１成形工程に連続して、上型２１を５２０
°Ｃおよび下型２２を５００°Ｃに達するまで徐々に冷
却するとともに、成形押圧力を１００ｋｇ／ｃ−に減圧
して１０秒間押圧成形する。その後、上型２１．下型２
２を開き成形を完予する。そして、上記第１実施例と同
様に徐冷炉１１内の搬送して徐冷した後、最終製品とし
てのガラス光学素子を取り出す。

本実施例にあっては、第２成形工程において上型２１下
型２２とを冷却する温度勾配に差を設けてガラス素材７
を徐冷することにより、上記第１実施例と同様にガラス
光学素子内部に生ずる「そり」に対応した弾性変形が発
生する。

本実施例によれば、上記第１実施例と同様に、ガラス光
学素子の離型時の成形用金型とガラス光学素子との界面
に生ずる密着力が低減され、離型部材等の手段を用いる
ことなくガラス光学素子を離型できる。

さらに、第２成形工程における成形押圧力を第１成形工
程より減圧するという簡単な手段で、より形状精度（転
写精度）が向上し、高品質なガラス光学素子を成形でき
る。

なお、本実施例では、第２成形工程において、上型２１
と下型２２を同時に冷却しつつ押圧成形した例を説明し
たが、上型２１と下型２２を冷却する時間のタイミング
を変化させて実施することができる。さらに、下型２２
の冷却手段は、温度コントローラ３２を用いる手段に限
定されず、下型２２に冷却ガス（例えば窒素ガス等）等
を吹き付ける手段にて下型２２を冷却しつつ実施するこ
とができる。

（第３実施例） 本実施例の光学素子の成形方法の特徴は、第１成形工程
と第２工程における上下両型の型温を変化させることな
く、ガラス素材を載置する載置台を温度変化させて第２
成形工程におけるガラス素材の温度を変化させる点であ
る。

第４図は、上記成形方法の実施に使用する成形装置の要
部を示す断面図である。

図において４０で示すのは、載置台８の温度を制御する
ための温調部材で、図示を省略した駆動装置により支持
台９上方で上下自在に配置されている。温調部材４０は
、搬送部材１２．１３を介して支持台９上に支持された
載置台８の外形部を囲繞し得るように構成されている。

温調部材４０には、ヒータと冷却管からなる。！ｆＩ材
４材色１電対４２とが組まれている。温調材４１および
熱電対４２は、温度コントローラ４３に接続され、温調
部材４０の温度制御を行うことができるようになってい
る。なお、上記成形装置にあっては、第５図に示した成
形装置とほぼ同様な構成で実施できるので、同一部分に
は同一番号を付しである。

次に、上記構成の成形装置を用いて、本実施のガラス光
学素子の成形方法を説明する０本実施例にあっては、ガ
ラス素材として通称ＳＦ８と呼ばれるガラス転移点Ｔｇ
：　４４３℃、軟化点Ｓｐ：　５６７°Ｃ１屈伏点Ａｔ
：４７０℃のフリントガラスを用いて、外径７閣、肉厚
５閣の光デイスクピックアップ用非球面対物レンズを押
圧成形した。

まず、ガラス素材７を載置台８に載置するとともに、搬
送部材１２．１３で載置台８を挟持して加熱炉１０内に
搬送する。そして、ガラス素材７を５５０　’Ｃに加熱
軟化した後、搬送部材１２゜１３を介して支持台９上に
載置台８を搬送し、ガラス素材７を４００“Ｃに設定さ
れた上下両型１゜２により押圧成形する。この押圧成形
における第１成形工程として、まず、ガラス素材７を１
００ｋｇ／ｃｄの押圧力で５秒間押圧成形する０次に、
第２成形工程として、温調部材４１により載置台８を介
して下型２に近接しているガラス素材７下部の温度を３
９０°Ｃに達するまで徐々に冷却するとともに、ガラス
素材７の上部温度を４００°Ｃに保持しつつ、８０ｋｇ
／ｃｄの押圧力で１０秒間押圧成形する。その後、上型
１．下型２を開いて押圧成形を完予し、成形されたガラ
ス光学素子（図示省略）を載置台８とともに搬送部材１
２．１３を介して徐冷炉１１内に搬送し、徐冷後の最終
製品としてのガラス光学素子を取り出す。

本実施例にあっては、ガラス素材７の下部、即ち、下型
近傍のみが第２成形工程において徐々に冷却されるので
、上記第１．第２実施例と同様な作用を有してガラス光
学素子が押圧成形される。

本実施例によれば、上記第１．第２実施例と同様に成形
用金型とガラス光学素子との界面に生ずる密着力が低減
され、離型部材等の手段を用いることなく離型できる。

さらに、下型あるいは上下両型の温度を変化させる必要
がないので、より短時間に連続して次のガラス素材を押
圧成形することができ、押圧成形のサイクルタイムを短
縮することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明のガラス光学素子の成形方法によ
れば、ガラス素材を同一冷却速度で押圧成形した後、ガ
ラス素材における上型近傍と下型近傍との冷却速度に変
化を与えつつ押圧成形する第２成形工程を設けたので、
ガラス内部に収縮量の違いにより生じる「そり」に対応
した弾性変形が発生するため、この弾性変形により離型
部材等の手段を用いることなく離型することができる。

従って、離型部材の押圧によってガラス光学素子にカケ
等の発生を防止できるとともに、ガラスのカケが金型成
形面に付着することがな（金型寿命を延命化することが
できる。さらに、強いは型力で離型した場合の形状変形
を防止でき、形状精度の向上を図ることができる。また
、離型部材が不用となるため、成形装置の簡易化、小型
化を図ることができる。その結果、形状精度の安定した
高？ｖ’ｌｌなガラス光学素子を大量、安価に製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るガラス光学素子の成形方法の第
１実施例の実施に使用する成形装置の断面、第２図は、
第１実施例における成形工程を示すグラフ図、第３図は
、本発明に係るガラス光学素子の成形方法の第２実施例
における成形工程を示すグラフ図、第４図は、本発明に
係るガラス光学素子の成形方法を実施に使用する成形装
置の要部を示す断面図、第５図は、従来の成形装置を示
す断面図である。 ７・・・ガラス素材 ２１・・・上型 ２２・・・下型 ２３．３０・・・熱電対 ２４．３１・・・ヒータ ２５．３２・・・温度コントローラ 第１図 第２図 ７・・・ガラス素材ε；７２ ２１・・・上型 ２２・・・下型 ２３．３０・・・熱電対 ２４．３１・・セータ ２５−３２・・・温度コントローラ 押圧成形開始 離型 時間 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定温度に加熱軟化したガラス素材をそのガラス素材の
   転移点温度付近に加熱した上下一対からなる成形用金型
   により押圧成形するガラス光学素子の成形方法において
   、上記ガラス素材における上型近傍と下型近傍とを同一
   冷却速度で押圧成形を行う第１成形工程と、上記ガラス
   素材における上型近傍と下型近傍の冷却速度を変化させ
   つつ押圧成形を行う第２成形工程とからなるガラス光学
   素子の成形方法。