JPH04224118A

JPH04224118A - 光学ガラス素子の成形装置

Info

Publication number: JPH04224118A
Application number: JP40711890A
Authority: JP
Inventors: Kichizo Komiyama; 吉三小宮山
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1992-08-13
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: JPH0688801B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばガラスレンズ、
プリズム等の光学ガラス素子の成形装置に係わり、詳し
くは、一対の型間にレンズ素材を配置し、前記型および
レンズ素材を加熱してレンズ素材をプレスすることによ
り、光学ガラス素子を成形する光学ガラス素子の成形装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、この種の成形装置においては、型
およびレンズ素材の加熱手段として、例えば特開昭６４
−４５７３４号公報、および特開昭６３−１７０２２８
号公報で示されるような高周波誘導加熱（ＲＦ誘導加熱
）が採用される。

【０００３】従来、高周波誘導加熱で型のタングステン
，モリブデン等からなる金属部を加熱し、その金属部か
らの伝熱や輻射熱でセラミックスで作られたキャビティ
ダイを加熱し、これらの熱でレンズ素材（硝材）を加熱
していた。

【０００４】しかし、高周波誘導加熱による加熱は、図
５で示すように浸透深さの問題があり、金属部を均一に
加熱することは難しく、特に、大径化した場合、外周に
誘導コイルを配して中の被加熱体を加熱しようとする場
合は難しい。

【０００５】また、高周波誘導加熱では、セラミックス
で作られたキャビティダイあるいはワ−クであるレンズ
素材を直接誘導加熱することは殆どない。

【０００６】一方、特開昭６２−５９５３９号公報に示
されるように、赤外線によって型を加熱し、この型の加
熱により型内に置かれた硝材を加熱するものもあるが、
これは硝材を置いた型空間を上下型と胴型で閉じ、胴型
の外周を集中的に加熱して型空間を加熱し、これにより
硝材を加熱する方式であり、型全体が均一に加熱されず
、高精度な光学ガラス素子の成形ができない欠点があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
装置は、セラミックスで作られた型の場合には直接加熱
することができず、また、型全体が均一に加熱されず、
高精度な光学ガラス素子の成形ができないといった問題
があった。

【０００８】本発明は、上記事情に基きなされたもので
、金属で作られた型だけでなくセラミックスで作られた
型も直接加熱することができ、しかも、型をより均一に
加熱することができ高精度な光学ガラス素子の成形を可
能とした光学ガラス素子の成形装置を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、一対の型間に
レンズ素材を配置し、前記型およびレンズ素材を加熱し
てレンズ素材をプレスすることにより、光学ガラス素子
を成形する光学ガラス素子の成形装置において、前記型
を支持するそれぞれの軸と、これら軸と型との間に型の
熱を軸に伝え難くするために設けられた断熱部材と、前
記型の外周部に設けられた赤外線ランプおよび赤外線ラ
ンプの背面に設けた反射ミラ−等からなり前記型および
レンズ素材を加熱するための赤外線ランプユニットと、
この赤外線ランプユニットの前記赤外線ランプと前記型
との間に不活性ガス雰囲気下に保ち得る成形室を構成す
るためのチャンバ−とを具備し、前記断熱部材およびチ
ャンバ−を赤外線ランプより発光される赤外線の大部分
を透過する材料で成形したものである。

【００１０】

【作用】上記のように赤外線を加熱源とするとともに断
熱部材およびチャンバ−を赤外線ランプより発光される
赤外線の大部分を透過する材料で成形した構成によれば
、従来の高周波誘導加熱と違い、セラミックス等の非金
属で作られた型部材が加熱でき、内部まで赤外線を照射
することが可能なので、型の均一加熱化が図り易く、効
率も高い。また、装置的にも大型の高周波発信機やブス
バ−等が不要となり、小型化が可能となる。

【００１１】また、型の大きさや形状を変えても、赤外
線ランプユニットを交換すれば良く、多品種生産にも容
易に対応できる。

【００１２】また、半円弧形状の赤外線ランプおよび反
射ミラ−を各々２つ合わせて環状としたものを複数段重
ねてなる赤外線ランプユニットとすることにより、交換
が簡単となり好ましい。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１４】図１は本発明の一実施例を示す全体構成図
である。図１において、１は上端側がフレ−ム２の天井
部に固定された第１の軸としての固定軸であり、この固
定軸１の下端には断熱部材３を介して固定ダイプレ−ト
４が取り付けられている。

【００１５】断熱部材３は、Ｓｉ３　Ｎ４　のようなセ
ラミックスなどの断熱材で作られた中空軸部材３ａおよ
び透明石英硝子のような赤外線を透過する透明な断熱材
で作られたリング部材３ｂからなり、固定ダイプレ−ト
４が図示しないボルトなどにより連結されている。

【００１６】そして、固定ダイプレ−ト４には、固定ダ
イ５と共にセラミックスなどで作られた上キャビティダ
イ６が取り付けられている。

【００１７】また、７は固定軸１と同軸状態に配置され
た第２の軸としての移動軸であり、この移動軸７の上端
には、前記と同様に、中空軸部材８ａ，リング部材８ｂ
からなる断熱部材８を介して移動ダイプレ−ト９が取り
付けられており、移動ダイプレ−ト９には、移動ダイ１
０と共にセラミックスなどで作られた下キャビティダイ
１１が取り付けられている。

【００１８】下キャビティダイ１１上には、レンズ素材
（硝材）であるプリフォ−ム１５が載せられ、所定温度
になった時点で、駆動装置である油圧シリンダ１６によ
り移動軸７に連なる系が上昇し、固定ダイ５と移動ダイ
１０の合せ面が密着し、上キャビティダイ６と下キャビ
ティダイ１１により構成されるキャビティ１７部の形状
にプリフォ−ム１５が変形するようにプレスされ、光学
ガラス素子（この実施例では凸レンズ）１５′が成形さ
れるようになっている。

【００１９】また、前記固定ダイプレ−ト４、固定ダイ
５、および上キャビティダイ６の組立体からなる上型２
０、および、移動ダイプレ−ト９、移動ダイ１０、およ
び下キャビティダイ１１等の組立体からなる下型２１は
、ベ−ス２２およびブラケット２３によって両端開口部
が閉塞された円筒状のチャンバ２４により囲繞される不
活性ガス雰囲気下の成形室２５内にある。

【００２０】例えば、光学ガラス素子１５′として、外
径５０ｍｍの凸レンズを成形する場合、固定ダイ５およ
び移動ダイ１０の外径をそれぞれ７５ミリとし、上型２
０および下型２１の外周を囲繞するチャンバ２４として
、外径φ９０、肉厚４ｍｍの透明な石英ガラスからなる
石英管を用いた。

【００２１】さらに、石英管からなるチャンバ２４の外
周には、加熱源である複数の環状の赤外線ランプ３０…
と、これら赤外線ランプ３０…の背面を囲繞する状態に
設けられたアルミニウムを磨いてその上に金メッキした
反射ミラ−３１…とからなる赤外線ランプユニット３２
が配置された状態となっている。

【００２２】そして、赤外線ランプ３０…に通電するこ
とにより赤外線をチャンバ２４を透過して上型２０およ
び下型２１に照射するようになっている。

【００２３】このときの固定ダイ５および移動ダイ１０
の材料は、例えばタングステン合金であり、移動キャビ
ティダイ６および固定キャビティダイ９はＳｉＣを用い
、また、硝材は最高屈伏温度約６５０℃の光学ガラスを
用いた。

【００２４】赤外線ランプ３０は、２００Ｖ、　ｍａｘ
２ＫＷ／１本のものを５段１０本用い、出力調整しなが
ら加熱し、熱電対３５の表示温度が約６４０℃でプレス
した。プレス圧力は、油圧シリンダ１６によるプレス力
で１２００ｋｇｆで成形した結果、良好な光学ガラス素
子（レンズ）１５′が得られた。

【００２５】なお、実施例では赤外線ランプ３０は，図
２に示すように、半円状に曲成されており、２本の赤外
線ランプ３０，３０を略円形になるように配置した。

【００２６】なお、図２において、３６はランプの端子
、３７は絶縁碍子である。

【００２７】また、図１に示すように、赤外線ランプユ
ニット３２の外側には、反射ミラ−３１…の背面部に水
冷パイプ３８…が配置した冷却ユニット３９が設けられ
ており、前記反射ミラ−３１…の過熱による損傷を防止
するようになっている。この冷却ユニット３９は必要に
応じて取り付ける。

【００２８】また、前記赤外線ランプ３０は、タングス
テンのコイル状フィラメントを用いたハロゲンランプで
あり、その波状範囲は広いが、一般にピ−ク波長として
１．２μｍ〜１．８μｍの波長領域の赤外線ランプであ
る。

【００２９】この波長は、図３に示す［Ｔ−１０３０透
明石英ガラスの透過率］（東芝セラミックス株式会社カ
タログより）および図４に示す［Ｔ−２０３０透明石英
ガラスの透過率］（東芝セラミックス株式会社カタログ
より）の様に、透明石英管からなるチャンバ２４および
透明石英からなる断熱用のリング部材３ｂ，８ｂを９０
％以上透過する。

【００３０】このため、反射ミラ−３１…の効果と相ま
って、固定ダイプレ−ト４、固定ダイ５、および上キャ
ビティダイ６の組立体からなる上型２０、および移動ダ
イプレ−ト９、移動ダイ１０、および下キャビティダイ
１１の組立体からなる下型２１の周面のみならず、上下
面をも加熱し、効率よく上型２０および下型２１を加熱
できると共により均一に加熱できることがわかった。

【００３１】なお、硝材により若干の相違はあるが、一
般に光学ガラスは、１．２μｍ〜１．８μｍの赤外線を
殆ど透過するため、実質的にプリフォ−ム１５を赤外線
ランプ３０…で直接加熱することはせずに、間接的に加
熱している。

【００３２】一方、前記成形室２５には、矢印Ａ，Ｂ，
Ｃで示すように不活性ガスであるＮ２　ガスが導入され
て矢印Ｄで示すように排気され、空気中の酸素濃度がガ
ラスの品質に影響しない濃度まで置換してから、加熱す
るようになっている。なお、ガス供給管およびガス排気
管は図中省略してある。

【００３３】また、赤外線ランプユニット３２、冷却ユ
ニット３９、および透明石英管からなるチャンバ２４は
、ブラケット２３と一体的に組み立てられており、これ
らは図示しない駆動装置としてのエアシリンダにより一
体的に上方に移動できるようになっており、必要に応じ
て、成形室２５を開放できるようになっている。

【００３４】そして、下型２１の下キャビティダイ１１
に対するプリフォ−ム１５の装填およびプレスされた光
学ガラス素子（レンズ）１５′の取り出しが容易に行え
るようになっている。

【００３５】しかして、下キャビティダイ１１上に、レ
ンズ素材（硝材）であるプリフォ−ム１５を載せ、所定
温度になった時点で、駆動装置である油圧シリンダ１６
が動作して下型２１が上昇し、移動ダイ１０が固定ダイ
５に密着してキャビティ１７部の形状に見合ったガラス
レンズなどの光学ガラス素子１５′がプレス成形される
。

【００３６】この時、固定ダイ５と移動ダイ１０の合せ
面精度およびその再現性が高く、固定ダイ５と上キャビ
ティダイ６の組み合わせ精度および移動ダイ１０と下キ
ャビティダイ１１の組み合わせ精度が高く、上下のキャ
ビティダイ６，１１のレンズ形状精度、面精度などが優
れており、上記のように適切な加熱状態が得られること
により、高精度の光学ガラス素子（レンズ）１５′が研
摩工程を用いること無く得られることになる。

【００３７】なお、プリフォ−ム１５等を所定温度まで
加熱する加熱手段として、高周波誘導加熱（ＲＦ誘導加
熱）により、固定ダイプレ−ト４、固定ダイ５、移動ダ
イプレ−ト９、および移動ダイ１０を誘導加熱し、誘導
加熱した部材からの熱伝導や輻射により、間接的に上キ
ャビティダイ６、下キャビティダイ１１およびプリフォ
−ム１５を加熱することも可能であるが、高周波誘導加
熱の問題点として、図５に示すように、浸透深さの問題
（特開昭６３−１７０２２５号参照）があり、キャビテ
ィダイ６，１１の外径が大きくなるにつれてダイ５，１
０の径が大きくなると、均熱化が難しく、良好な条件で
プレス成形することが困難となってくる。

【００３８】また、キャビティダイ６，１１は、セラミ
ックスであるため、一般的には高周波誘導加熱できない
ため熱効率が悪い。

【００３９】そこで、本発明は上記問題点を解決すべく
、上述したような赤外線加熱方式を採用している。

【００４０】なお、プリフォ−ム１５となる光学ガラス
硝材は、種類が多く、屈折率などの物性値をその使用目
的に合わせ選択するが、そのガラス転移点、屈伏点など
が変わるため、赤外線ランプ３０の出力や必要数も変わ
る。したがって、出力制御や赤外線ランプユニット３２
の交換で調整すると良い。

【００４１】また、硝材や、成形するレンズやプリズム
の大きさ、形状により、赤外線ランプユニット３２の大
きさを変えたり、あるいは型２０，２１の交換が必要に
なる。そこで、この実施例においては、赤外線ランプ３
０、反射ミラ−３１などをユニット化し、容易に交換す
るようにした。なお、従来のように高周波誘導加熱方式
とした場合には、高周波誘導コイルを交換するとなると
マッチングの問題がある。

【００４２】なお、上述の一実施例では、キャビティダ
イ６，１１にＳｉＣを用いたが、ＴｉＣ，Ｓｉ３　Ｎ４
　，ＴｉＮなどのセラミックスあるいは、これらのセラ
ミックスの表面にさらに他のセラミックスや貴金属等の
コ−ティングをしても良く、ダイプレ−ト４，９も高周
波誘導加熱方式（ＲＦ）の場合と違いセラミックスでも
良く、種々のアレンジができることは勿論である。

【００４３】その他、本発明は要旨を変えない範囲で種
々変形実施可能なことは勿論である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、構成したから次の
ような効果を奏する。

【００４５】請求項１記載の光学ガラス素子の成形装置
によれば、赤外線を加熱源とするとともに断熱部材およ
びチャンバ−を赤外線ランプより発光される赤外線の大
部分を透過する材料で成形したから、従来の高周波誘導
加熱と違い、セラミックス等の非金属で作られた型部材
が加熱でき、内部まで赤外線を照射することが可能なの
で、型の均一加熱化が図り易く、効率も高く、したがっ
て、高精度な光学ガラス素子のプレス成形が可能となる
。また、装置的にも大型の高周波発信機やブスバ−等が
不要となり、小型化が可能となる。

【００４６】また、型の大きさや形状を変えても、赤外
線ランプユニットを交換すれば良く、多品種生産にも容
易に対応できる。

【００４７】また、請求項２記載の光学ガラス素子の成
形装置によれば、半円弧形状の赤外線ランプおよび反射
ミラ−をそれぞれ２つ合わせて環状としたものを複数段
重ねてなる赤外線ランプユニットとすることにより、交
換が簡単となり作業性の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形装置の一実施例の全体構成を示す
概略的断面図。

【図２】赤外線ランプユニットの概略的横断平面図。

【図３】透明石英ガラスの赤外線透過率を示す図。

【図４】図３とは異なる種類の透明石英ガラスの赤外線
透過率を示す図。

【図５】高周波誘導加熱における距離と温度との関係を
示す説明図。

【符号の説明】

１…第１の軸（固定軸）、７…第２の軸（移動軸）、３
…断熱部材、３ａ…中空軸部材、３ｂ…リング部材、８
…断熱部材、８ａ…中空軸部材、８ｂ…リング部材、１
５…プリフォ−ム（レンズ素材）、１５′…光学ガラス
素子（レンズ）、２０…型（上型）、２１…型（下型）
、２４…チャンバ−、２５…成形室、３０…赤外線ラン
プ、３１…反射ミラ−、３２…赤外線ランプユニット。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　一対の型間にレンズ素材を配置し、前
記型およびレンズ素材を加熱してレンズ素材をプレスす
ることにより、光学ガラス素子を成形する光学ガラス素
子の成形装置において、前記型を支持するそれぞれの軸
と、これら軸と前記型との間に型の熱を軸に伝え難くす
るために設けられた断熱部材と、前記型の外周部に設け
られた赤外線ランプおよび赤外線ランプの背面に設けた
反射ミラ−等からなり前記型およびレンズ素材を加熱す
るための赤外線ランプユニットと、この赤外線ランプユ
ニットの前記赤外線ランプと前記型との間に不活性ガス
雰囲気下に保ち得る成形室を構成するためのチャンバ−
と、を具備し、前記断熱部材およびチャンバ−を赤外線
ランプより発光される赤外線の大部分を透過する材料で
成形したことを特徴とする光学ガラス素子の成形装置。
【請求項２】　　前記赤外線ランプユニットが、半円弧
形状の赤外線ランプおよび反射ミラ−を各々２つ合わせ
て環状としたものを複数段重ねてなることを特徴とする
請求項１記載の光学ガラス素子の成形装置。