JPH05193962A - ガラス光学素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加圧冷却時間が比較的短くてもレンズ内部の
温度差が生じにくく、形状精度の良好なガラス光学素子
を成形する。 【構成】 上型１７の底面１７ｃ中央から成形面１７ａ
の方向に単一の空洞部１８を設ける。下型２２も上型１
７と同様に空洞部２６を設ける。空洞部１８，２６には
それぞれ上型内部ブロー管２７，下型内部ブロー管３１
を設ける。上型内部ブロー管２７，下型内部ブロー管３
１のそれぞれの先端から窒素ガスを空洞部１８，２６の
底面１８ａ，２６ａに吹き付ける。上型１７及び下型２
２の中央部を強制的に冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上型及び下型からなる
成形型の間に加熱したガラス素材を配置し、そのガラス
素材を押圧成形してガラス光学素子を製造するガラス光
学素子の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特に肉圧差の大きい成形品を得よ
うとする場合における成形方法及びその成形方法に用い
る成形型として、特開昭６２−１９１１２８号公報、特
開平２−５５２３５号公報、特開平２−７４５３２号公
報及び特開平２−１１１６３５号公報に開示されたもの
がある。

【０００３】特開昭６２−１９１１２８号公報の成形用
型は、上型、下型及び胴型を有してなり、これらの各々
に冷却媒体流通用の空洞を設けて構成され、成形用型の
温度を所定温度に迅速に設定し、かつ型温度の精密な制
御により光学素子全体の温度を均一に保ちつつ冷却して
光学素子を成形するもので、製造上の時間及びエネルギ
ー的損失を減じることができるというものである。

【０００４】特開平２−５５２３５号公報の成形方法
は、一対の凸面成形型と胴型からなる精密ガラスプレス
用成形型における熱源に接する型の一部にくりぬき部を
設け、凹状レンズの光学面部中心の温度を非光学面部の
温度より高く保ちつつ加圧冷却してガラスレンズを成形
するもので、成形型のくりぬき部に空気断熱層を介在さ
せることで、加圧冷却時に収縮量の小さいレンズ光学面
中心の温度を高く保ち、収縮量の大きい非光学面側との
収縮差を縮めながら冷却することにより、形状精度の良
好な高精度の成形レンズを成形しようとするものであ
る。

【０００５】特開平２−７４５３２号公報の成形方法
は、成形装置を、上型と下型間に配設する被光学素材を
搬送する胴型キャリアと、前記上型と下型の周辺に配設
した被光学素材を冷却する非酸化性ガスの送気手段と、
該送気手段に接続し、上記胴型キャリアに載置された光
学素材を均等冷却するように配設した複数の吹き付けノ
ズルとから構成し、吹き付けノズルから非酸化性ガスを
光学素材に吹き付けて光学素子を成形するものである。
この成形方法では、光学素材を均一にかつ速やかに冷却
することができるので、成形サイクルタイムが短縮でき
るとともに高品質の光学素子を生産性良く成形できる。

【０００６】特開平２−１１１６３５号公報の成形金型
は、凹状の第１の光学面を有する第１の成形型と、凹状
の第２の光学面を有する第２の成形型と、前記第１およ
び第２の成形型を案内する胴型とを具備し、前記第１お
よび第２の成形型の少なくとも一方の光学面の背面の外
周部に凹部を設けて構成され、また、凸状の第１の光学
面を有する第１の成形型と、凸状の第２の光学面を有す
る第２の成形型と、前記第１および第２の成形型を案内
する胴型とを具備し、前記第１および第２の成形型の少
なくとも一方の光学面の背面の中心部に凹部を設けて構
成されている。この成形金型を用いた成形方法は、各工
程における加熱ステージと成形型の凹部とを接触させ
ず、熱伝達を制御しつつ成形型間のガラス内部に温度差
を生じにくくして光学素子を成形するものである。そし
て、凹状の光学面を有する成形型は凸レンズおよび凸メ
ニスカスレンズの成形に用い、一方、凸状の光学面を有
する成形型は凹レンズおよび凹メニスカスレンズの成形
に用いることにより、高精度のプレスレンズを製造しよ
うとするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６２−
１９１１２８号公報の成形用型は、冷却制御したい上
型、胴型及び下型の各々に複数の空洞や溝を設けるの
で、成形装置が複雑になり設備コスト及び型コストの上
昇を招き、製造した光学素子も高価となる問題点があっ
た。また、特開平２−５５２３５号公報及び特開平２−
１１１６３５号公報の成形方法にあっては、成形型の背
面に設けた凹部により空気断熱層を形成することにより
熱伝達が制御されてレンズ内部に温度差を生じにくくし
て光学素子を成形している。しかし、空気断熱層により
レンズから成形型に移動する熱量の移動速度は必然的に
遅くなるため、加圧冷却時間は長くなり、効率の良い成
形ができない問題点があった。そして、特開平２−７４
５３２号公報の成形方法にあっては、光学素材を均一に
かつ速やかに冷却することができるが、特に偏肉の大き
い凸レンズにあつて、型の外周からの送気による冷却は
レンズ外周部の薄肉部が中央部の厚肉部よりも早く冷却
してしまい、レンズ内部の温度差を押さえることに限界
があった。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みな
されたもので、設備コスト、型コストが安く、かつレン
ズ内部の温度差を生じさせず比較的短時間で加圧冷却で
き、形状精度の良好な凸レンズを成形し得るガラス光学
素子の成形方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、加熱軟化したガラス素材を一対の成形型
間に搬送して押圧成形するガラス光学素子の成形方法に
おいて、少なくとも一方の成形型の底面中央から成形面
方向に設けた単一の空洞部に気体を流入して空洞部の底
面を冷却しつつ押圧成形することとした。

【００１０】

【作用】加熱されたガラス素材の熱量は成形型によって
押圧成形されながら、成形型へと熱伝導していくことに
よって冷却される。上記構成の本発明の成形方法では、
少なくとも一方の成形型に設けた単一の空洞に気体を流
入して成形型内部を冷却させることにより、凸レンズの
ガラス全体の冷却速度を遅らせることなく、ガラス薄肉
部の冷却速度を相対的に遅延させつつ加圧冷却できるの
で、設備コスト及び型コストを安くできかつ短時間の成
形にて形状精度の良好な光学素子が得られる。

【００１１】

【実施例１】図１は、本発明の実施例１のガラス光学素
子の成形方法に用いる成形装置における成形型部を示す
断面図、図２は、本発明の実施例に用いる成形装置を示
す断面図で、凸レンズの成形装置を示してある。図２に
おいて１で示すのは成形部で、加熱ヒータ２ａを備え図
示しない温度制御装置によって所定の温度に設定し得る
加熱炉２が隣設されている。成形部１及び加熱炉２の周
辺は、石英ガラス管又はステンレス製管からなるカバー
３及び上ベース４，下ベース５により閉塞されており、
カバー３，上ベース４及び下ベース５により成形室６が
形成されている。上、下ベース４，５には、雰囲気ガス
供給装置（図示省略）に接続したガスノズル７が貫設さ
れ、このガスノズル７を介して成形室６内に供給される
窒素ガス、不活性ガス又は還元性ガスにより成形室６内
部の酸化を防止している。上ベース４と下ベース５と
は、図示を省略してある部材を介して結合されており、
上ベース４と下ベース５との間の相互の距離、位置が変
化しないように構成されている。

【００１２】成形室６内には、上型部８と下型部９とが
同一軸線上で相対的に接近・離反自在に対向配置されて
いる。上型部８は上ベース４に固定され、下型部９はプ
レス軸１０の先端に固定されている。プレス軸１０は、
下ベース５に固定したハウジング１１内で軸受け（摺動
用軸受け）１２により軸方向へ摺動自在に保持されると
ともに、その下端で連結した駆動用シリンダ１３によっ
て昇降駆動自在に設けられている。

【００１３】２３で示すのは、光学ガラス素材２４及び
プレス成形後の光学素子を載置、搬送するキャリアで、
このキャリア２３はキャリア搬送用アーム２５により保
持され、加熱炉２内及び上型８と下型部９間に搬送され
るように制御構成されている。

【００１４】上型部８は、図１に示すように、上型マウ
ント１４，上型ヒータ１５及び上型１７より構成されて
いる。上型マウント１４は、耐熱性ステンレス（線膨張
係数１３×１０^-6）からなり、その上端が上ベース４に
固定されるとともに、その下端面（先端面）には上型１
７を位置決めして固定するための凹部１６が設けられて
おり、この凹部１６の底面は平面仕上げされている。さ
らに、上型マウント１４の内部中央には、貫通孔１４ａ
が凹部１６の底面に開口して設けられており、また、上
部には、排気孔１４ｂが貫通孔１４ａと成形室６とを連
通するように、上型マウントの外周面に開口して設けら
れている。上型ヒータ１５は、上型マウント１４の外周
に巻回して設けられ、図示しない温度制御装置に接続さ
れて所定の温度に制御自在となっている。

【００１５】上型１７は、超硬合金（線膨張係数６×１
０^-6）からなり、その成形面１７ａは所定の凹形状に精
密に鏡面仕上げされてから、ガラスとの融着性の低いＣ
ｒＮ薄膜１７ｂがコートされるとともに、成形面１７ａ
の反対側の端面（以下、底面という）１７ｃは精密な平
面に仕上げされている。上型１７には、底面１７ｃの中
央から成形面１７ａの方向に向けて単一の空洞部１８が
設けられており、空洞部１８の底面１８ａは成形面１７
ａの付近で平面状に形成されている。この上型１７は、
空洞部１８ａと上記貫通孔１４ａを合わせるようにし
て、上型マウント１４の凹部１６内に収納されている。
上型１７の底部外周面１７ｄと凹部１６の内周面１６ａ
とのクリアランスは、上型ヒータ１５によって所定の温
度に加熱されたときに焼きばまって固定される寸法にな
っている。この時、上型１７と上型マウント１４は、熱
伝導が行なわれるのに十分なように互いに密着するよう
になっている。

【００１６】下型部９は、下型マウント１９，下型ヒー
タ２０及び下型２２より構成されている。下型マウント
１９は、その下端が上記プレス軸１０の先端に固定され
ており、上型マウント１４と同様に先端に凹部２１が形
成されるとともに、貫通孔１９ａ，排気孔１９ｂが設け
られている。下型ヒータ２０は、下型マウント１９の外
周に巻回して設けられ、図示しない温度制御装置に接続
されて所定の温度に制御自在となっている。

【００１７】下型２２は、上型１７と同様に、超硬合金
（線膨張係数６×１０^-6）からなり、その成形面２２ａ
は所定の凹形状に精密に鏡面仕上げされてから、ガラス
との融着性の低いＣｒＮ薄膜２２ｂがコートされるとと
もに、成形面２２ａの反対側の端面（以下、底面とい
う）２２ｃは精密な平面に仕上げられている。下型２２
には、底面２２ｃの中央から成形面２２ａの方向に向け
て単一の空洞部２６が設けられており、空洞部２６の底
面２６ａは成形面２２ａの付近で平面状に形成されてい
る。なお、下型部９の詳細な構成は、上記上型部８と同
様であるので説明を省略する。

【００１８】上記上型１７の空洞部１８内には、上型内
部ブロー管２７が成形室６外から上記上ベース４を貫通
し、貫通孔１４ａを経て設置されている。上型内部ブロ
ー管２７は、図１に示すように、ソレノイド弁２８及び
流量調節弁２９を経て窒素ガス供給装置３０に配管され
ている。一方、上記下型２２の空洞部２６内にも、下型
内部ブロー管３１が成形室６外から上記プレス軸１０内
部を貫通し、貫通孔１９ａを経て設置されている。下型
内部ブロー管３１は、ソレノイド３２及び流量調節弁３
２を経て窒素ガス供給装置３０に配管されている。そし
て、型を加熱した状態で、窒素ガス供給装置３０から供
給された所定量の窒素ガスを上型内部ブロー管２７の先
端及び下型内部ブロー管３１の先端からそれぞれ流出す
ると、窒素ガスは空洞部１８，２６の底面１８ａ，２６
ａ付近の熱をそれぞれ奪いながら、排気孔１４ｂ，１９
ｂより成形室６内に排気される。

【００１９】次に、上記構成の成形装置を用いた光学素
子の成形方法の実施例を作用と共に説明する。まず、成
形室６内に上、下ベース４，５のノズル７から窒素ガス
等を供給し、成形室６内部の酸素濃度を１％以下に置換
する。次にヒータ２ａ，上型ヒータ１５及び下型ヒータ
２０により、加熱炉２，上型１７及び下型２２を所定の
温度に加熱する。この状態において、キャリア２３内に
光学ガラス素材２４を載置し、キャリア搬送用アーム２
５を加熱炉２内に搬送し、上下のヒータ２ａにより光学
ガラス素材２４を成形可能状態（軟化点）になるまで加
熱軟化処理する。

【００２０】次に、搬送用アーム２５を前進させ、キャ
リア２３と共に光学ガラス素材２４を上型１７，下型２
２間に搬送する。そして、下型２２をシリンダ１３によ
りプレス軸１０を介して上動し、上、下型１７，２２の
各成形面１７ａ，２２ａにより軟化状態の光学ガラス素
材２４をプレス成形する。この時、少なくともプレス成
形の時間の中で、窒素ガス供給装置３０からの窒素ガス
を上型内部ブロー管２７及び下型内部ブロー管３１の先
端部から流出させ、上型１７及び下型２２の中央部より
冷却を行なう。あるいは、上型内部ブロー管２７又は下
型内部ブロー管３１から窒素ガスを流出させ、上型１７
又は下型２２の中央部より冷却を行なう。これにより、
上、下型１７，２２の中央部が周辺部より低い温度にな
るので、プレスされている光学ガラス素材２４の光学面
の外周部の冷却速度は相対的に中央部より遅延する。

【００２１】上、下型１７，２２でのプレス成形が終了
した後、下型２２を下降して離型し、加熱炉２と反対側
の成形室６側面に設けた徐冷炉（図示省略）中に搬送ア
ーム２５により搬送して、プレス成形された光学素子を
徐冷する。そして、徐冷が終了した後、徐冷内から搬出
し、光学素子をキャリア２３から取り出す。

【００２２】本実施例によれば、従来技術のように、空
気断熱層を介さないため、プレス成形中で光学ガラス素
材２４全体の冷却速度を遅らせる必然性がなくなる。従
って、光学ガラス素材２４の外周温度は中心部よりも高
く保ちつつ加圧冷却され、均等に収縮する結果、短時間
の成形で形状精度の良好な光学素子を容易に得ることが
できる。

【００２３】本実施例の変形例として、凸メニスカスレ
ンズの成形においては、凸面側のみ型内部からの窒素ガ
スの流入による型冷却を行なって成形でき、上記と同様
の効果を得ることができる。また、流入させる気体は窒
素ガスに限定させることなく、高温下での引火性あるい
は人体への有害性がなく成形型の劣化を招かない不活性
な気体であればよく、例えばアルゴンガス等を用いるこ
とができる。

【００２４】

【実施例２】図３は、本発明の実施例２のガラス光学素
の成形方法に用いる成形装置における成形型部を示す断
面図である。本実施例に用いる成形装置は、上型１７及
び下型２２に設けた空洞部１８及び２６の底面１８ａ及
び２６ａを、中央部ほど成形面１７ａ及び２２ａに近
く、かつ周辺部ほど成形面１７ａ及び２２ａより遠くな
るように、凹状の球面形状に形成したもので、その他の
構成は、実施例１に用いた成形装置と同様である。

【００２５】本実施例の成形方法は、上記実施例１と同
様であり、その説明を省略する。本実施例によれば、上
型１７，下型２２の中央ほどプレス成形中の光学ガラス
素材と空洞部１８，２６の底面１８ａ，２６ａの距離が
短いので、熱伝導の速度が速くなる。よって、実施例１
に比較して、より上型１７，下型２２の中央部が周辺部
より低い温度になるので、より偏肉の大きい凸レンズに
おいても形状精度の良好な光学素子を短時間で成形する
ことができる。なお、空洞部１８，２６の底面１８ａ，
２６ａの面形状は球面に限定されず、中央面ほど成形面
１７ａ，２２ａに近く、周辺部ほど成形面１７ａ，２２
ａより遠くなる面形状であればよく、例えば、凹状の円
錐形状及び凹状の階段状等に形成することができる。

【００２６】

【実施例３】図４は、本発明の実施例３のガラス光学素
子の成形方法に用いる成形装置における成形部を示す断
面図、図５は、図４におけるＡ−Ａ線拡大断面図であ
る。本実施例に用いる成形装置は、上型内部ブロー管２
７及び下型内部ブロー管３１の先端部に複数の気体排出
穴が設けられ、気体排出穴は、先端中央部に設けられた
直径の大きい中央穴２７ａ，３１ａと周辺部に設けられ
た直径の小さい周辺穴２７ｂ，３１ｂより構成されてい
る。その他の構成は、実施例１に用いた成形装置と同様
である。

【００２７】本実施例の成形方法は、上記実施例と同様
であり、その説明を省略する。本実施例にれば、直径の
異なる気体排出穴を、上、下型内部ブロー管２７，３１
の先端に中央部ほど直径が大きくなるように分布して配
置したので、より上型１７，下型２２の中央部が周辺部
より低い温度になるので、より偏肉の大きい凸レンズに
おいても形状精度の良好な光学素子を短時間で成形する
ことができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明の成形方法によれ
ば、少なくとも一方の成形型の底面部中央から成形型面
方向に設けた単一の空洞部に気体を流入して成形型内部
を冷却させることにより、凸レンズ全体の冷却速度を遅
らせることなくガラス薄肉部の冷却速度を相対的に遅延
させつつ加圧冷却できるので、短時間の成形にて形状精
度の良好な光学素子が得られる。また、成形型に単一の
空洞部を設け、空洞部に気体を流入して成形できるの
で、設備コスト及び型コストを安くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の成形方法に用いる成形装置
の成形型部を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例１の成形方法に用いる成形装置
を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例２の成形方法に用いる成形装置
の成形型部を示す断面図である。

【図４】本発明の実施例３の成形方法用いる成形装置の
成形型部を示す断面図である。

【図５】図４におけるＡ−Ａ線拡大断面図である。

【符号の説明】

１７ 上型 １７ａ 成形面 １８，２６ 空洞部 １８ａ，２６ａ 空洞部の底面 ２２ 下型 ２２ａ 成形面 ２７ 上型内部ブロー管 ３０ 窒素ガス供給装置 ３１ 下型内部ブロー管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱軟化したガラス素材を一対の成形型
   間に搬送して押圧成形するガラス光学素子の成形方法に
   おいて、少なくとも一方の成形型の底面中央から成形面
   方向に設けた単一の空洞部に気体を流入して空洞部の底
   面を冷却しつつ押圧成形することを特徴とするガラス光
   学素子の成形方法。