JPH05193963A

JPH05193963A - ガラス光学素子の成形方法

Info

Publication number: JPH05193963A
Application number: JP2731092A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ito; 弘伊藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1993-08-03

Abstract

(57)【要約】【目的】肉厚比が２．５倍を越える偏肉の大きいガラ
ス光学素子を押圧成形する時、徐冷を短い時間で行な
う。【構成】上型１９，下型２０，スリーブ２１成形型２
２を取り付け、上型１９と下型２０との間にプリフォー
ムを配置して成形体１４を構成する。加熱炉２内で成形
体１４の全体を加熱し、プレス室３でプリフォーム２４
を押圧成形する。徐冷炉４は温度傾斜炉とし、複数の保
温リング３６を設ける。各保温リング３６は内部にヒー
タ３７を設け、成形体１４の搬送方向に従って温度が低
くなるように加熱する。各保温リング３６の温度は、徐
冷炉４の温度より低く設定する。そして、各保温リング
３６により、成形体１４を側面から順次に冷却し、成形
品３５の薄肉部と厚肉部との温度差を所定範囲内に保ち
つつ、最終的にプレス成形品３５をガラス転移点以下に
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、加熱軟化したガラス素
材を成形型によりプレス成形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、上記ガラス光学素子の成形方法に
関する技術としては、例えば、特公平１−４６４５１号
公報のプレスレンズの製造装置及び特開平２−３１１３
２２号公報のプレスレンズの成形方法が知られている。

【０００３】特公平１−４６４５１号公報のプレスレン
ズの製造装置は、ガラスのプリフォーム取入れ室、加熱
室、プレス室、徐冷室及びレンズの取出し室からなり、
全体を真空排気することが可能な密封性を持ち、加熱
室、プレス室、徐冷室の少なくとも１室に真空排気口及
び非酸化性ガスの流出口を設け、かつ取入れ室及び取出
し室と他の室とを遮断する手段、金型および／またはガ
ラスを順次移送する手段を設けて構成されている。これ
により、プレスレンズを２０秒乃至１０秒という速いス
ピードで連続生産することができるとしている。

【０００４】特開平２−３１１３２２号公報のプレスレ
ンズの成形方法は、特に肉厚差の大きいレンズを形成す
る方法で、ガラス転移点以下の温度を有する成形型に、
１０¹²ポアズ以上のガラスプリフォームを供給し、ガラ
スプリフォーム及び成形型の光学面付近の温度を１０⁸
〜１０¹⁰ポアズ粘度に対応する温度まで加熱し、数秒乃
至数十秒間プレスしたのち、第１の冷却を行い１０^10.5
ポアズ〜１０^11.5ポアズに達した時、再加熱をしてか
ら、第２の冷却を行ない、ガラス転移点以下でプレスレ
ンズを取り出すものである。これにより、偏肉差の大き
いプレズレンズにあっても、第１の冷却で生じた薄肉部
と厚肉部との温度差を再加熱することにより緩和させる
ことができ、成形金型の転写面をガラスに対して超精密
に転写できるとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特公平１ー４
６４５１号公報の製造装置で、特に厚肉部と薄肉部との
肉厚比が２．５倍を越える偏肉の大きいガラスレンズあ
るいは薄肉部が２ｍｍ以下のガラスレンズをプレス成形
する場合、ガラスを成形型で加圧しつつ冷却炉で徐冷す
る時に薄肉部から固化が進んでいくので、十分に徐冷速
度を遅くしてやらないと厚肉部との収縮差が残り、形状
精度の良好なガラスレンズを得ることは困難であった。
一方、良好なガラスレンズを得るために徐冷速度を遅く
した場合、冷却炉の長さを極端に長くする必要があり、
また、連続してガラスレンズを成形する際には徐冷ライ
ン上に必要な成形型の数が多くなるため、成形機及び成
形型加工設備等の設備コストの上昇を招く問題点があっ
た。

【０００６】一方、特開平２−３１１３２２号公報のガ
ラスレンズの成形方法にあっては、ガラスを徐冷する
際、第１の冷却を行なった後、再加熱し、そして第２の
徐冷を行なうので、徐冷工程の所要時間が長くなる問題
点があった。また、再加熱ステージが必要となるため、
上記と同様に設備コストの上昇を招く問題点があった。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、肉厚比が２．５倍を越える偏肉の大きいガ
ラスレンズあるいは薄肉部が２ｍｍ以下のガラスレンズ
をプレス成形する場合にあっても、徐冷に長い時間を必
要とせず、また設備コストを上昇させずに、形状精度の
良好なガラスレンズを連続して成形できるガラス光学素
子の成形方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、ガラス素材を上下型間に配置して押圧成
形した後、ガラス素材を徐冷炉内で搬送し、上下型に所
定の圧力を加えつつ徐冷してガラス素材転移点以下まで
冷却するガラス光学素子の成形方法において、前記徐冷
炉内に前記ガラス素材の搬送方向に複数の温調手段を設
け、この複数の温調手段によりガラス素材及び上下型を
温調しつつ、順次徐冷することとした。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、温調手段は、押圧成形した
ガラス素材の薄肉部との温度差を強制的に緩和する。そ
して、温調手段を複数設けることにより、順次、ガラス
素材を温調しつつ徐冷でき、薄肉部と厚肉部との温度差
を所定範囲内に保ちつつガラス転移点以下に徐冷でき
る。従って、肉厚比が２．５倍を越える偏肉の大きいガ
ラス光学素子あるいは薄肉部が２ｍｍ以下のガラス光学
素子を成形する場合、徐冷速度を遅くし、徐冷炉を長く
することなく、形状精度の良好な成形品を連続して得る
ことが可能になる。

【００１０】

【実施例１】図１は、本発明に係るガラスレンズの成形
方法の実施例１に用いる成形装置を示す断面図、図２
は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。成形装置は、
プリフォームの取入れ室１，複数のステージからなる加
熱室２，プレス室３，複数のステージの取出し室５が直
線上に順次連結されて構成されており、加熱室２内から
徐冷室４内には、ベルトコンベア６が配備されている。
ベルトコンベア６は、適宜間隔を有して平行に張設した
２枚のベルトから構成されるとともに、加熱室２，プレ
ス室３及び徐冷室４の各室内の下部に配置されている。
図２において、７はシャフトで、ベルトコンベア６を回
転駆動する駆動装置（図示省略）に連結されている。ま
た、取入れ室１，加熱室２及び取出し室５には、それぞ
れ非酸化性ガスの流入口８が設けられるとともに、取入
れ室１，徐冷室４及び取出し室５には、図示しない真空
ポンプと連結した排気口９がそれぞれ設けられている。
さらに、取入れ室１と加熱室２との間及び徐冷室４と取
出し室５との間にはゲート弁１０及びゲート弁１１がそ
れぞれ設けられ、上記各室との間を閉鎖且つ開放し得る
ように構成されている。また、加熱室２，プレス室３及
び徐冷室４との間には、それぞれシャッタ１２，１３が
設けられており、このシャッタ１２，１３は熱を遮断す
るもので、ガスの通過を許すに十分な間隔を有して各室
内を間仕切りし得るように構成している。

【００１１】取入れ室１には、取入れ室１外から成形体
１４を取入れ室１内に搬入する搬入把持具１５と、取入
れ室１内に搬入した成形体１４を加熱室２内に搬送する
搬送把持具１６を互いに直交する方向で進退自在に配備
されている。また、取入れ室１内には、搬入把持具１５
により搬送された成形体１４を載置するための載置台１
７が、取入れ室１の下面に固定されて設けられている。
なお、図中、１８は搬入把持具１５と対向する取入れ室
の壁面に設けた扉である。

【００１２】成形体１４は、一対の状型１９，下型２０
をスリーブ２１内に収納してなる成形型２２を、成形型
２２の下端部にセットした保持具２３と、上型１９，下
型２０間に配置したプリフォーム２４とから構成されて
いる。保持具２３は、底面に孔２３ａが形成されるとと
もに、外周に上記搬送把持具１５及び搬送把持具１６に
よる把持用の凹部が環設されている。

【００１３】加熱室２の内壁面は断熱材２５で形成され
るとともに、断熱材２５の内壁前面にヒータ２６が取り
付けられ、加熱室２内を一定温度に制御し得るようにな
っている。プレス室３の上外壁面及び下外壁面には、そ
れぞれ上エアシリンダ２７及び下エアシリンダ２８が固
設されている。上、下エアシリンダ２７，２８の各プレ
ス軸２７ａ，２８ａは、同一軸線上で対向して設けられ
るとともに、プレス室３内で上下自動自在に配設されて
いる。プレス室３の内壁面は断熱材２９で形成されると
ともに、断熱材２９の内壁前面にヒータ３０が取り付け
られ、プレス室３内を一定温度に制御し得るようになっ
ている。

【００１４】冷却室４の上外壁面及び下外壁面には、そ
れぞれ上エアシンダ３１及び下エアシリンダ３２が対を
なして固設されるとともに、この上、下エアシリンダ３
１，３２が徐冷室４の長手方向に沿って複数個設けられ
ている。上、下エアシリンダ３１，３２の各プレス軸３
１ａ，３２ａはそれぞれ同一軸線上で対向して設けられ
るとともに、徐冷室４内で上下動自在に配置されてい
る。徐冷室４の内壁面は断熱材３３で形成されるととも
に、断熱材３３の内壁面のうち、上下長尺鋼線壁面を除
いた側内壁前面にヒータ３４が取り付けられている。ヒ
ータ３４は、取出し室５に近づくほど低温になるように
制御され、プレス室３でプレスされたプレス成形品３５
を徐冷し得るようになっている。また、徐冷室４内に
は、保温リング３６が図示しないように駆動装置により
上下動自在に設けられている。保温リング３６は、上記
スリーブ２１の外径より若干大径の内径部を有するリン
グ状に形成され、ヒータ３７が内蔵されている。この保
温リング３６は、対をなす上、下エアシリンダ３１，３
２の間にそれぞれ配置されており、上記成形体１４が
上、下エアシリンダ３１，３２間に搬送されるまでは、
成形体１４の高さより高い位置に待機されている。

【００１５】取出し室５には、徐冷室４内から成形体１
４を取出し室５内に搬入する搬入把持具３８と、取出し
室５内に搬入した成形体１４を取出し室５外に排出する
排出把持具３９が互いに直交する方向で進退自在に配備
されている。また、取出し室５内には、搬入把持具３８
により搬入された成形体１４を載置するための載置台４
０が、取出し室５の下面に固定されて設けられている。
載置台４０の上方には、非酸化性ガスを成形体１４に吹
き付けて急冷するためのブロー管４１が配置されてい
る。ブロー管４１は、取出し室５の上壁面に取り付けら
れるとともに、図示しない非酸化性ガス供給装置に連結
されている。なお、図中、４２は排出把持具３９と対向
する取出し室５の壁面に設けた扉である。

【００１６】次に、上記成形装置を用いた本発明の実施
例１を説明する。まず、排出口９及び流入口８を介し
て、成形装置の内部全体を真空排気かつ非酸化性ガスで
充填し、若干陽圧にするとともに、加熱室２，プレス室
３及び徐冷炉４をそれぞれヒータ２６，３０，３４で昇
温する。一方、成形装置外での作業により、プリフォー
ム２４を上、下型１９，２０の間に配置するとともに、
保持具２３を成形室２２の下端部にセットし、成形体１
４を組み立てる。そして、ゲート弁１０を介して取入れ
室１と加熱室２を閉鎖するとともに、取入れ室１の扉１
８を開き、搬入把持部１５により成形体１４を取入れ室
１内に搬入して載置台１７に載置した後、搬送把持具１
５を取入れ室１外に戻し、扉１８を閉める。次に、取入
れ室１内を排気し、非酸化性ガスで満たす。そして。ゲ
ート弁１０を開いて搬送把持具１６を前進し、加熱室２
の入口でベルトコンベア６に成形体１４を載せた後、搬
送把持具１６を後退して位置に戻す。

【００１７】成形体１４はベルトコンベア５により、シ
ャッタ１２が開いた後に、加熱室１内をプレス室３方向
に移動し、プリフォーム２４を加熱する。そして、プリ
フォーム２４を所定の温度に加熱した後、ベルトコンベ
ア６により成形体１４をプレス室３内の上、下エアシリ
ンダ２７，２８間に移送して停止する。次に、上エアシ
リンダ２７のプレス軸２７ａの下降と下シリンダ２８の
プレス軸２８ａの上昇を同時に行い、所定のプレス圧力
を上、下型１９，２０を介してプリフォーム２４に加
え、プリフォーム２４のプレス成形を行なう。

【００１８】プレス成形した後、シャッタ１３を開き、
成形体１４をベルトコンベア６によって温度傾斜炉から
なる徐冷炉４内に移送し、プレス室３に最も近い上、下
エアシリンダ３１，３２間で停止する。なお、以下の説
明において、プレス室３から取出し室５方向における
上、下エアシリンダ３１，３２間を順次、第１ステー
ジ、第２ステージと・・・・といい、取出し室５に最も
近いステージを最終ステージという。そして、第１ステ
ージにおいて、成形体１４上方に待機していた保温リン
グ３６を下降し、プレス成形品３５の外周部に相当する
成形体１４の外周部位に位置させて停止する。この保温
リング３６は、内蔵したヒータ３７により所定の温度に
制御されており、プレス成形品３５の外周部の徐冷速度
を内部よりも遅延させる作用をする。保温リング３６の
下降とともに、上エアシリンダ３１のプレス軸３１ａを
下降し、同時に下エアシリンダ３２のプレス軸３２ａを
上昇し、所定のプレス圧力をプレス成形品３５に加え
る。

【００１９】所定時間プレスするとともに徐冷を行なっ
た後、成形体１４をベルトコンベア６によって第２ステ
ージに移送し、第１ステージと同様にプレス成形品３５
の外周部を保温リング３６で温調しつつ、プレス成形品
３５ののプレスと同時に徐冷を更に進行させ、順次かか
る徐冷を最終ステージまで行なう。この徐冷ステージ
は、徐冷に要する合計時間によって適宜数設けられる。
なお、保温リング３６の設定温度は、第１ステージから
最終ステージ毎に、順次低くなるように設定されるが、
各ステージの雰囲気温度よりもそれぞれ高く設定されて
いる。また、最終ステージにあっては、プレス成形品３
５の温度がガラス転移点以下に冷却されるように、最終
ステージ部位の徐冷炉４のヒータ２４及び保温リング３
６のヒータ３７の温度が設定されている。

【００２０】最終ステージでのプレス成形品３５の徐冷
が終了した後、ゲート弁１１を開き搬入把持具３８によ
って成形体１４を徐冷室４内から取出し室５内に搬入し
て成形体１４を載置台４０に載置し、ゲート弁１１を閉
じるとともに搬入把持具３８を載置台４０上から退避す
る。そして、ブロー管４１の先端から常温の非酸化性ガ
スを成形体１４に吹き付け、急速に冷却する。そして、
扉４２を開き、排出把持具３９を取出し室５の外部から
取出し室５内に進入して保持具２３を把持した後、排出
把持具３９を取出し室５外に退避して成形体１４を取り
出し、プレス成形したガラスレンズを得る。一方、成形
体１４を取り出した後、扉４２を閉じ、取出し室５内を
真空排気するとともに非酸化性ガスで満たしておく。上
記の工程に従って、多数の成形体１４を所定のタクトタ
イムで同期して動作させる。

【００２１】次に、肉厚５ｍｍの両平面形状とした光学
ガラスＳＫ１１（転移点５３５℃，屈状点５５９℃，軟
化点６３９℃）からなるプリフォーム２４を用いて、外
径１６ｍｍ，中肉６ｍｍ，外周部の肉厚２ｍｍの凸レン
ズ（肉厚比３倍）を成形する場合を例示する。加熱室２
の温度は、加熱室２からプレス室３に形成体１４を移動
するときにプリフォーム２４の温度が５７０℃となる温
度に設定し、プレス室３の温度も５７０℃に設定した。
徐冷室４には３つの徐冷ステージを設け、第１ステージ
の温度を５５７℃，第２ステージの温度を５４３℃及び
第３ステージの温度を５３０℃に設定した。さらに、各
ステージに設けた保温リング３６の温度を、第１ステー
ジで５７２℃，第２ステージで５５８℃及び第３ステー
ジで５４５℃に設定した。一方、プレス圧力を加える時
間は５５秒とし、成形体１４の搬送時間を加えて成形機
のタクトタイムを６０秒とした。そのプレス圧力は、プ
レス工程、徐冷工程とも４０Ｋｇ／ｃｍ²とした。

【００２２】図３は、上記徐冷ステージにおけるプレス
成形品３５，スリーブ２１，保温リング３６及び徐冷室
４内での温度の測定位置を示し、その結果を図４に示し
た。これに対し、保温リング３６を用いず、同一条件で
徐冷した場合について、図５に示すように図３に示した
同一測定位置の温度を測定し、図６にその結果を示し
た。本実施例にあっては、図４に示すように、プレス成
形品を徐冷した場合、徐冷炉４の第３ステージにおける
厚肉部と薄肉部との温度差は認められなかった。これに
対し、保温リング３６を用いない場合の温度差は５℃と
大きかった。このため、ガラスレンズの転写精度は、本
実施例の場合に所望の形状からの誤差量が０．０５μｍ
以下と高精度に転写できたが、保温リング３６を用いな
かった場合、誤差量が０．２μｍと悪化していた。

【００２３】よって、本実施例にれば、肉厚比が２．５
倍を越えるような偏肉の大きい、あるいは薄肉部が２ｍ
ｍ以下の凸状ガラスレンズをプレス成形する場合にあっ
ても、徐冷速度を遅くしかつ徐冷炉を長くすることな
く、形状精度の良好なガラスレンズを連続して成形する
ことができる。

【００２４】

【実施例２】図７は、本発明に係るガラスレンズの成形
方法の実施例２に用いる成形装置を示す断面図である。
本実施例は凹レンズを成形するもので、実施例１の保温
リング３６に代えて、徐冷室４の各徐冷ステージに徐冷
リング４５を設けられている。徐冷リング４５には、非
酸化性ガスの流通路４６が形成され、冷却リング４５の
内周面から常温の非酸化性ガスが任意の流量噴出し、成
形体１４を冷却して、徐冷中のプレス成形品３５の外周
部の徐冷速度を内部よりも速めることができるように構
成されている。また、徐冷室４内には、上下内壁面のみ
にヒータ４７が取り付けられており、ヒータ４７は、取
出し室５に近付くほど低温になるように制御されてい
る。その他の構成及び作用は、実施例１における成形装
置と同様である。

【００２５】次に、本実施例のガラス光学素子の成形方
法を説明する。本実施例においては、肉厚５ｍｍの両平
面形状とした光学ガラスＳＦ７（転移点４５５℃，屈状
点４８８℃，軟化点５９２℃）からなるプリフォーム２
４を用いて、外径１２ｍｍ，中肉１．５ｍｍ，外周部の
肉厚４ｍｍの凸レンズ（肉厚比２．７倍）を成形した。
加熱室２の温度は、加熱室２からプレス室３に形成体１
４を移動するときにプリフォーム２４の温度が４９５℃
となる温度に設定し、プレス室３の温度も４９５℃に設
定した。徐冷室４には３つの徐冷ステージを設け、第１
ステージの温度を４７４℃，第２ステージの温度を４５
７℃及び第３ステージの温度を４４０℃に設定した。さ
らに、各ステージの冷却リング４５からの非酸化性ガス
の流出により、第１ステージのスリーブ２１外周面の温
度が４７８℃，第２ステージで４６２℃及び第３ステー
ジで４５０℃となるように非酸化性ガスの流量を設定し
た。一方、プレス圧力を加える時間は５５秒とし、成形
体１４の搬送時間を加えて成形機のタクトタイムを６０
秒とした。そのプレス圧力は、プレス工程、徐冷工程と
も４０Ｋｇ／ｃｍ²とした。

【００２６】図９は、上記徐冷ステージにおけるプレス
成形品３５，スリーブ２１，冷却リング４５及び徐冷室
４内での温度の測定位置を示し、その結果を図１０に示
した。これに対し、冷却リング４５を用いず、同一条件
で徐冷した場合について、図１１に示すように図９に示
した同一測定位置の温度を測定し、図１２にその結果を
示した。本実施例にあっては、図１０に示すように、プ
レス成形品を徐冷した場合、徐冷ステージ４の第３ステ
ージにおける厚肉部と薄肉部との温度差は認められなか
った。これに対し、冷却リング４５を用いない場合の温
度差は６℃と大きかった。このため、ガラスレンズの転
写精度は、本実施例の場合に所望の形状からの誤差量賀
０．０５μｍ以下と高精度に転写できたが、保温リング
３６を用いなかった場合、誤差量が０．４μｍと悪化し
ていた。

【００２７】よって、本実施例にれば、肉厚比が２．５
倍を越えるような偏肉の大きい、あるいは薄肉部が２ｍ
ｍ以下の凹状ガラスレンズをプレス成形する場合にあっ
ても、徐冷速度を遅くしかつ徐冷炉を長くすることな
く、形状精度の良好なガラスレンズを連続して成形する
ことができる。なお、本実施例の変形例として、冷却リ
ング４５を水冷却等により雰囲気温度よりも低温度に維
持し、成形体１４のスリーブ２１の外周部に接触させる
構造とし、スリーブ２１を局部的に冷却してプレス成形
品３５を温調することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、徐冷炉
内に複数の温調手段を設け、この温調手段によりプレス
成形したガラス素材の薄肉部と厚肉部との温度差を所定
範囲内に維持しつつ、ガラス転移点以下まで徐冷でき
る。そのため、肉厚比が２．５倍を越える偏肉の大きい
ガラス光学素子あるいは薄肉部が２ｍｍ以下のガラス光
学素子を成形する場合にあっても、徐冷速度が遅くなら
ず、徐冷炉の長さ、成形型が従来通りの個数でよく、成
形機及び成形型加工設備等の設備コストの上昇を伴わ
ず、形状精度の良好なガラス光学素子を連続して展示管
に成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に用いた成形装置の断面図で
ある。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本発明の実施例１の各徐冷ステージにおけるガ
ラス素材、成形型等の温度測定位置を示す説明図であ
る。

【図４】各徐冷ステージにおけるガラス素材、成形型等
の温度曲線を示すグラフである。

【図５】保温リングを用いない倍の各冷却ステージにお
けるガラス素材、成形型等の温度測定位置を示す説明図
である。

【図６】保温リングを用いない場合の各冷却ステージに
おけるガラス素材、成形型等の温度曲線を示すグラフで
ある。

【図７】本発明の実施例２に用いた成形装置の断面図で
ある。

【図８】図７におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【図９】本発明の実施例１の各徐冷ステージにおけるガ
ラス素材、成形型等の温度測定位置を示す説明図であ
る。

【図１０】各徐冷ステージにおけるガラス素材、成形型
等の温度曲線を示すグラフである。

【図１１】冷却リングを用いない倍の各冷却ステージに
おけるガラス素材、成形型等の温度測定位置を示す説明
図である。

【図１２】冷却リングを用いない場合の各冷却ステージ
におけるガラス素材、成形型等の温度曲線を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１取入れ室２加熱室３プレス室４徐冷室５取出し室１４成形体１９上型２０下型２１スリーブ２２成形型２４プリフォーム３４，４７ヒータ３５プレス成形品３６保温リング４５冷却リング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス素材を上下型間に配置して押圧成
形した後、ガラス素材を徐冷炉内で搬送し、上下型に所
定の圧力を加えつつ徐冷してガラス素材転移点以下まで
冷却するガラス光学素子の成形方法において、前記徐冷
炉内に前記ガラス素材の搬送方向に複数の温調手段を設
け、この複数の温調手段によりガラス素材及び上下型を
温調しつつ、順次徐冷することを特徴とするガラス光学
素子の成形方法。