JPH05270846A - 光学素子成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学ガラス素材を加熱軟化し、プレス成形金
型によってレンズ等の光学素子を成形するに際し、光学
素子の成形サイクルタイムの短縮を図ることを目的とす
る。 【構成】 光学ガラス素材３１を載置して搬送し、成形
時に該素材の外縁部を規制する胴型キャリア４０と、プ
レス成形前にガラス素材３１と胴型キャリア４０とを加
熱する加熱炉３５と、胴型キャリア４０を介してガラス
素材３１の接触部分を加熱する加熱手段６２と、加熱軟
化したガラス素材の温度よりも低い温度でプレス成形す
る成形型２１，２２と、成形された光学素子３２の光学
面を成形型で冷却する一方、光学素子３２の外縁部を冷
却するように胴型キャリアの外周部を直接冷却する冷却
手段８０とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加熱軟化させたガラス素
材をプレス成形することにより、レンズ、プリズム、フ
ィルタ等の光学素子を成形する光学素子成形装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラス素材を加熱軟化した後、所
望の成形面を具備する一対の成形用金型にてプレス成形
し、研磨等の後加工を施すことなく所望の成形面を有す
る光学素子を得る光学素子成形装置が知られている。

【０００３】かかる装置として、例えば特開昭60-11864
2 号及び特開昭60-118641 号公報に記載されたガラスレ
ンズの成形装置がある。

【０００４】特開昭60-118642 号公報に開示された装置
は図１１に示すように光学機能面９０ａ，９１ａを有す
る上型９０、下型９１と成形レンズ９２の外縁部を規制
する光学機能面を有しない胴型９３により成形レンズ９
２をプレス成形するものである。

【０００５】一方、特開昭60-118641 号公報の装置はガ
ラス素材を胴型兼用載置台（以下胴型キャリアという）
内に保持し、所望の成形面を形成した上下一対の金型間
に胴型キャリアを搬送し、前記上下金型によりプレスし
成形レンズを成形するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭60-118642 号公報記載の装置にあっては、ガラス素
材の供給、プレス成形レンズの排出、搬送上の問題があ
り、さらに凹レンズ成形時のレンズ外縁部の成形性に問
題があった。

【０００７】一方、前記特開昭60-118641 号公報記載の
装置にあっては、ガラス素材の加熱に際し、大きな熱容
量を有する胴型キャリアと前記ガラス素材を同時に加熱
するもので、ガラス素材の加熱に長時間を要するととも
にガラス素材の周辺部と内部とに不均一加熱が生じる問
題があった。また、胴型キャリアを予め加熱してある場
合には、胴型キャリアとガラス素材とが接触している部
分が高温（ガラス転移点以上）にさらされる時間が長く
なり、当該接触部分がガラス素材の自重により大きな変
形を起し、プレス成形に問題が生じていた。更にガラス
素材中央部と周辺部の昇温状態が異なり、ガラス素材内
部での温度不均一を生ずる問題があった。

【０００８】一方、レンズのプレス成形時には胴型キャ
リアと金型間に熱の移動が起こり、金型温度の制御が困
難となり、また、金型が長時間高温にさらされるので金
型の劣化を早める問題があった。更に、ガラス素材が胴
型キャリアと接触している部分と非接触の部分とでは接
触部分の温度が高くなりガラス素材の温度が均一になり
にくく、ガラス素材全体がほぼ均一の温度となるのに長
時間を要し、プレスレンズ成形のサイクルタイムを延長
させる問題があった。

【０００９】本発明は前記問題点に鑑みなされたもので
あって光学素子の成形サイクルタイムの短縮を図ること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】光学ガラス素材を加熱軟
化し、プレス成形金型によってレンズ等の光学素子を成
形する光学素子成形装置において、前記光学ガラス素材
を載置、搬送する胴型キャリアに加熱手段および／また
は冷却手段を設けて構成したものである。

【００１１】

【作用】前記構成においては、胴型キャリアの加熱手段
および／または光学素子の成形後の胴型キャリアの冷却
手段を設けたので光学素子の成形サイクルタイムの短縮
化を図ることができるものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
具体的な実施例を説明する前に、まず、図２において胴
型キャリアを用いた光学素子成形装置の概要を説明す
る。

【００１３】図において２０で示すのは上型２１、下型
２２の一対の金型からなるレンズ等の光学素子のプレス
成形型で、このプレス成形型２０の上型２１は上板２３
に固定され、一方下型２２は下板２４で上下方向へ摺動
可能に保持されるとともに、前記上型２１と下型２２と
はその軸心が一致するように設定構成されている。更
に、前記上型２１、下型２２は温度制御装置によって所
定の温度に設定可能とされるべく加熱装置（図示しな
い）を備えている。又、上型２１、下型２２が高温とな
る部分が酸化されるのを防ぐために金型２０を石英ガラ
ス管２６で周囲を囲み、内部２７に雰囲気ガス供給装置
２８により窒素ガス又は不活性ガス又は還元性ガスを供
給し、当該部分の酸化を防止し得るように構成されてい
る。なお、前記上板２３、下板２４は図示しない部材で
結合されており、上板２３と下板２４間の相互の距離、
位置が変化しない構成となっている。

【００１４】３０は光学ガラス素材３１及びプレス成形
後の光学素子３２を載置・搬送する胴型キャリアで、こ
の胴型キャリア３０は胴型キャリア搬送用アーム３３に
より保持され、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３５中を移送され、前記上型２
１と下型２２間に搬送される。

【００１５】次に前記成形装置により光学素子３２を成
形する方法について説明する。

【００１６】まず、胴型キャリア３０内に光学ガラス素
材３１を載置し、胴型キャリア搬送用アーム３３で加熱
炉３５内に搬送し、上下のヒータ３６を介して光学ガラ
ス素材３１を成形可能状態になるまで（軟化点付近の温
度に）加熱軟化処理する。次に、前記アーム３３を前進
させ前記胴型キャリア３０とともに光学ガラス素材３１
を前記プレス成形型２０の上型２１と下型２２間に搬送
せしめる。その後、前記下型２２を上動させ、前記胴型
キャリア３０とともに光学ガラス素材３１を持ち上げ、
図２ｂにて示すごとく、前記上下の成形型２１、２２を
介して軟化状態にある光学ガラス素材３１をプレス成形
し、上型２１の成形面２１ａ、下型２２の成形面２２ａ
及び胴型キャリア３０により光学素子３２を成形する。
成形後は前記下型２２を下動して離型し、前記加熱炉３
５と反対側に設けた図示しない徐冷炉中に前記胴型キャ
リア搬送アーム３３を介して搬送して前記プレス成形さ
れた光学素子３２を冷却し、その後、前記胴型キャリア
３０から光学素子３２を取り出す。なお、前記胴型キャ
リア３０及び光学素子３２の徐冷炉中への搬送は、前記
胴型キャリア搬送アーム３３からプレス成形後受け渡し
を受けた別の胴型キャリア搬送アーム（図示せず）によ
り行うことができる。

【００１７】かかる装置において、前記光学ガラス素材
３１を前記加熱炉３５を介して加熱する際に、光学ガラ
ス素材３１を載置した胴型キャリア３０に加熱手段を設
けることにより光学ガラス素材３１を所定温度に加熱す
る加熱時間の短縮と光学ガラス素材３１の加熱温度の均
一化を図ることができる。また図２ｂに示した如く前記
下型２２を上動させた前記光学素子３２の成形時に前記
胴型キャリア３０に設けた冷却手段により胴型キャリア
３０を冷却することにより胴型キャリア３０が有する余
分な熱量を除去でき、光学素子３２の成形時間の短縮と
ヒケ防止できるものでその具体的な実施例を以下に説明
する。

【００１８】

【第１実施例】図１、図３及び図４は本発明光学素子成
形装置の第１実施例を示し、胴型キャリアの加熱手段と
して電熱線を前記胴型キャリアに巻装したもので、図１
は胴型キャリアの断面図、図３及び図４は電熱への電力
の供給手段を示す説明図である。

【００１９】図１において、３０は光学ガラス素材３１
及び前記成形金型２０によりプレス成形された光学ガラ
ス素子を載置・搬送する胴型キャリアで、この胴型キャ
リア３０は外周部に電熱線４２を巻装して、胴型キャリ
ア３０内に設けた載置部４３を介して載置した光学ガラ
ス素材４１を加熱するヒータ部４４を設けてある。な
お、４５は胴型キャリア３０と電熱線４２との絶縁のた
めの酸化被膜（ＳｉＯ₂，Ａｌ₂ Ｏ₃ 等）であり、又４
６は胴型キャリア搬送アームを係止する鍔部である。
前記ヒータ部４４は絶縁被膜を施された一本の電熱線４
２を前記胴型キャリア３０の外周部に螺旋状に巻装して
あり、この巻装された電熱線４２の上端部４２ａ及び下
端部４２ｂの巻装部分は前記絶縁被膜を剥してある。

【００２０】かかる胴型キャリア３０において前記ヒー
タ部４４への電力供給は図３にて示すごとく胴型キャリ
ア搬送用アーム４７に設けた電気接点４８，４９を介し
て行われる。即ち、前記電気接点４８，４９と前記ヒー
タ部４４の上下端部４２ａ，４２ｂとそれぞれ接触する
構成としてある。５０で示すのは前記接点４８，４９を
絶縁するための絶縁体である。

【００２１】図４は図３とは別のヒータ部４４を示し、
図４ａは胴型キャリアを胴型キャリア搬送用アームで保
持した状態を示す斜視図、図４ｂは電熱線との接点部分
の説明図、図４ｃは電熱線の結線図である。

【００２２】同図において、ヒータ部４４は前記胴型キ
ャリア３０の外周部を３等分した状態で電熱線４２を外
周部に設けて形成しかつ電気接点５１，５２，５３を３
箇所設けてある（図４ｂ，ｃ参照）。又、胴型キャリア
搬送用アーム５４には２本の電気接点５５，５６を設
け、前記接点５１，５２，５３のいずれかとそれぞれ接
触して前記ヒータ４４に電力を供給する。

【００２３】かかる場合、図４ｃのごとく配置した場
合、電気接点５１，５２，５３が一本のアーム接点と同
時に接触することはなく、また前記電気接点５１，５
２，５３が２本のアーム接点５５，５６と同時に接触す
ることはない。また、電熱線４２の結線は図４ｃのごと
くに結線することによって、常時電熱線４２の２〜３本
分の発熱を生じさせることができる。なお、電熱線４２
の発熱が２本の場合は、電気的に抵抗を測ることで２本
であることを検知し、電熱線の両端に印加する電圧を調
整することにより、電熱線４２を３本使用した場合と同
様に胴型キャリア３０を加熱し得る。

【００２４】次に、図５に本実施例の胴型キャリア３０
を使用した場合と加熱手段を設けていない胴型キャリア
を使用した場合の加熱炉内での光学素子の昇温状態を示
す。なお、光学素子を光学ガラスＳＦ７，φ１８mm、厚
さ３mmの円筒状とし、加熱炉内を６００℃に加熱設定し
てある。

【００２５】図において、５７は加熱手段を設けていな
い胴型キャリアでの昇温状態、５８は本実施例の加熱手
段を設けた場合の昇温状態をそれぞれ示してある。

【００２６】本実施例の加熱手段を設けた胴型キャリア
を使用することにより図５に示すごとく、従来の加熱手
段を設けていない胴型キャリアを使用した光学ガラス素
材の所要温度に加熱する時間が、従来８分間必要であっ
たものが、３分弱に短縮することができ、光学素子３２
のプレス成形時間を全体として短縮し得る作用効果を奏
し得るものである。

【００２７】また、胴型キャリアを予め十分に加熱して
おき、前記胴型キャリア内に室温の光学ガラス素材を載
置して加熱した場合において、光学ガラス素材の昇温状
態は図５の５８で示す昇温状態と同じ結果が得られた
が、直接、胴型キャリアに接する光学ガラス素材の外縁
部は内側に比べ、長時間高温にさらされるため光学素材
の自重による変形、内側との温度差（約１５℃）及び胴
型キャリアとの融着が生じてしまい好ましくなかった。
一方本実施例の加熱手段を設けた胴型キャリアを用いた
場合、ガラス素材の外縁部と内側の温度差は約２℃程度
であり、大きな変形や融着は生じなかった。

【００２８】

【第２実施例】図６は本発明光学素子成形装置の第２実
施例を示し、胴型キャリアの加熱手段として加熱用アー
ムを使用して加熱するもので、図においては胴型キャリ
アを前記加熱用アームにて加熱している状態を示してい
る。

【００２９】図６において４０は胴型キャリアで、この
胴型キャリア４０は胴型キャリア搬送用アーム６１にて
保持され、ニクロム線ヒータ（図示せず）を加熱手段と
する加熱用アーム６２が前記胴型キャリア４０の外周部
に嵌合している。この加熱用アームは前記胴型キャリア
４０が前記搬送用アーム６１にて前記加熱炉３５内に搬
送され、その後前記胴型キャリア４０内に下方から上動
し、胴型キャリア４０の外周部に嵌合し、胴型キャリア
４０内に載置した光学ガラス素材３１を加熱軟化する構
成となっている。その後、この光学ガラス素材３１を前
記プレス成形型２０の上下両型２１，２２間に搬送する
際には、前記加熱用アーム６２は下動し、前記胴型キャ
リア４０からはずれる構成となっている。なお、この加
熱用アーム６２は上記構成に限らず、前記胴型キャリア
搬送用アーム６１の進行方向とは別の方向、例えば前記
搬送用アームと直交する方向（図において紙面と直交す
る方向）から２つのアームで胴型キャリア４０を挾持す
る構成として実施することができる。更に、加熱用アー
ムの加熱手段はニクロム線ヒータに限られず、他の加熱
手段を用いて実施することができる。

【００３０】本実施例によれば、前記第１実施例と同様
な作用、効果を奏し得るものである。

【００３１】

【第３実施例】本発明光学素子成形装置の第３実施例と
して、前記胴型キャリアを金属製とし、この胴型キャリ
アの加熱手段として電磁加熱機により胴型キャリアにう
ず電流を発生させ、このうず電流を利用した電磁加熱に
より胴型キャリア自体を発熱させ胴型キャリア内に載置
した光学素材を加熱軟化したものである。

【００３２】本実施例によれば、前記第１実施例と同様
な作用、効果を奏し得るとともに胴型キャリアと電磁加
熱機とを直接接触させる必要がないため扱いが容易であ
るという効果を併有する。

【００３３】なお前記第１実施例乃至第３実施例の加熱
手段に限られず、火焔、電子ビーム照射、ＵＶ照射、レ
ーザー照射等の加熱手段を用いて実施でき、かかる場合
において得られる効果は前記実施例と同様に得ることが
できる。

【００３４】

【第４実施例】図７は本発明光学素子成形装置の第４実
施例を示し、図７ａは光学素子のプレス成形時の胴型キ
ャリアの断面図、図７ｂは図７ａのＡ−Ａ線断面図で、
プレス成形時における胴型キャリアの冷却部を示すもの
である。

【００３５】図において、７０は胴型キャリア、７１は
胴型キャリア７０の外周部に設けた冷却用フィン、７２
は前記冷却用フィン７１に冷風を吹き掛ける冷風供給用
ノズルで、このノズル７２は上板２３（図２ａ参照）に
取り付けられ、あるいは石英ガラス管２６（図２ａ参
照）を通過して外部より導入してある。

【００３６】次に光学ガラスＳＦ７，φ１８mm、厚さ３
mmの円筒状のガラス素子を６００℃に加熱し、金型温度
を４２０℃に設定してレンズ曲率３０．３７５mmと２
２．１８８mmの両凹レンズを成形した場合における図７
ａにて示すＡ〜Ｅの各部分の温度変化を計測した。図８
ａは本実施例による冷却手段を設けた胴型キャリアを使
用してプレス成形した場合を示し、図８ｂは冷却手段を
設けていない胴型キャリアでプレス成形した場合を示
す。ここで光学素子内の中央部Ｄと周辺部Ｅの冷却状態
を比較すると冷却手段を設けた場合、１５秒程で光学素
子の内部温度が均一となる（図８ａ参照）が、冷却手段
を設けなかった場合光学素子の内部温度が均一となるの
に約４０秒程要した（図８ｂ参照）。更に、成形された
光学素子の成形面は冷却手段を設けた場合、光学素子の
周辺部まで充分に金型面精度を転写していたが、冷却手
段を設けなかった場合、光学素子の周辺部にダレが発生
し、光学機能面の有効径を確保するのが困難であった。

【００３７】以上のように、かかる実施例によれば、光
学素子と胴型キャリアの温度が速く均一になり、光学素
子の成形時間を短縮し得る効果を奏する。更に、光学素
子の周辺部にダレを起すことなく、高精度の光学素子を
得ることができる。

【００３８】

【第５実施例】本発明光学素子成形装置の第５実施例と
して前記第４実施例に示した冷却手段として用いた冷風
に代えて、沸点の低い（１００℃程度）液体、例えばフ
ロン、エタノール、トリクレン等を霧状にして胴型キャ
リアに吹きつけるものである。なお、構成については図
７と同様であるので図示を省略する。

【００３９】かかる実施例によれば、前記第４実施例と
同様な作用効果を奏し得ることができる。更には、吹き
つける冷却媒体の冷却能が大きく非常に効果的に冷却す
ることができる。なお、冷却媒体として液体窒素（沸点
−１９６℃）を吹きつけても同様な作用効果を得ること
ができる。

【００４０】

【第６実施例】図９は本発明光学素子成形装置の第６実
施例を示す光学素子のプレス成形時での胴型キャリアの
断面図で、冷却手段として冷却用アームを設けてある。

【００４１】図において８０で示すのは冷却用アーム
で、この冷却用アーム８０は胴型キャリア４０の外周部
を胴型キャリア搬送用アームの進行方向と直交する方向
（図において底面と直交する方向）の両側から進行させ
て挾持し、この冷却用アーム８０に冷却媒体を吹き掛け
て胴型キャリア及び光学素子を冷却するものである。ま
た、冷却手段及び冷却媒体は前記第４、第５実施例と同
様なものを使用して実施し得るものである。更に、前記
冷却用アーム８０の内部にヒートパイプ（図示せず）を
設けることにより胴型キャリア等の熱の移動量を増加す
ることができ、本実施例の作用・効果を増大させること
ができる。なお、前記冷却用アーム８０は前記第１実施
例と同様に胴型キャリア４０の下方から上動させて前記
胴型キャリア４０の外周部に嵌合する構成としても実施
できる。

【００４２】図においては、胴型キャリア４０の胴型キ
ャリア搬送用アームによる保持を光学素子３２のプレス
成形時解除した状態としてあるが、２点鎖線で示す前記
搬送用アーム６１により保持した状態でプレス成形する
ことができる。

【００４３】本実施例によれば、前記第４、第５実施例
と同様な作用効果を奏し得るものである。

【００４４】

【第７実施例】図１０は本発明光学素子成形装置の第７
実施例を示し、光学素子等の加熱手段及び冷却手段を組
み合せたもので、図においては前記第２実施例の加熱手
段と前記第６実施例の冷却手段を使用した場合を示す断
面図である。なお、図においては便宜上、加熱炉３５及
び成形金型２０における状態を同一図面にて表わしてい
る。

【００４５】本実施例において、構成は前記第２、第６
実施例と同様であるので同一部分について同一番号を付
しその説明を省略する。

【００４６】本実施例によれば、加熱手段及び冷却手段
による第２及び第６実施例の組み合せは簡単であり、か
つ同様な作用効果を奏し得るとともに、加熱手段と冷却
手段とを組み合せてあるので、個別的に設けた場合に比
し、更に短い成形時間で光学素子の成形を可能とする作
用効果を奏し得るものである。

【００４７】なお、加熱手段と冷却手段の組み合わせは
前記第７実施例の組み合せに限られず、前記第１実施例
から第３実施例の加熱手段と第４実施例から第６実施例
の冷却手段をそれぞれ組み合わせて実施でき得るもの
で、特に第３実施例と第４実施例との組み合せは簡単に
実施できるものであり、前記第７実施例と同様な作用効
果を奏し得ることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、胴型キ
ャリアに加熱・冷却手段を設けたので光学ガラス素材及
び光学素子の加熱時間、成形時間が短縮され、かつ安定
した品質で光学素子を成形することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る装置の第１実施例における胴型キ
ャリアの断面図。

【図２】本発明に係る光学素子成形装置の概要を示す説
明図で、図２ａはプレス成形前の説明図、図２ｂはプレ
ス成形時の説明図。

【図３】電力供給手段を示す説明図。

【図４】電力供給手段を示す説明図。

【図５】光学素子の昇温状態を示す線図。

【図６】本発明に係る装置の第２実施例における胴型キ
ャリアの加熱状態を示す説明図。

【図７】本発明に係る第４実施例を示し、図７ａは胴型
キャリアの断面図、図７ｂは図７ａのＡ−Ａ断面図。

【図８】図８ａ，ｂは光学素子の昇温状態を示す線図。

【図９】本発明に係る装置に係る第６実施例を示す説明
図。

【図１０】本発明に係る第７実施例を示す説明図。

【図１１】従来技術の説明図。

【符号の説明】

２０ 金型 ２１ 上型 ２２ 下型 ３０，４０，７０ 胴型キャリア ３１ 光学ガラス素材 ３２ 光学素子 ３３，６１ 胴型キャリア搬送用アーム ３５ 加熱炉 ４２ 電熱線 ４４ ヒータ ６２ 加熱用アーム ７１ フィン ７２ ノズル ８０ 冷却用アーム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学ガラス素材を加熱軟化し、一対のプ
   レス成形型によってレンズ等の光学素子を成形する光学
   素子成形装置において、 前記ガラス素材を載置して搬送するとともにプレス成形
   時にガラス素材の外縁部を規制する胴型キャリアと、 プレス成形前に前記胴型キャリアに載置したガラス素材
   の少なくとも上下の露呈した部分を胴型キャリアととも
   に加熱軟化する加熱炉と、 この加熱炉内で加熱される胴型キャリアの内周面にて該
   キャリアと接触しているガラス素材を、胴型キャリアを
   介して加熱するように胴型キャリアのみを直接加熱する
   加熱手段と、 を備え、プレス成形前に胴型キャリア内のガラス素材の
   全体を所定の加熱温度に加熱することを特徴とする光学
   素子成形装置。
2. 【請求項２】 光学ガラス素材を加熱軟化し、一対のプ
   レス成形型によってレンズ等の光学素子を成形する光学
   素子成形装置において、 前記ガラス素材を載置して搬送するとともにプレス成形
   時にガラス素材の外縁部を規制する胴型キャリアと、 加熱軟化したガラス素材の温度よりも低い温度でプレス
   成形し、ガラス素材を冷却させる一対の成形型と、 一対の成形型により胴型キャリア内でプレス成形された
   光学素子の外縁部を、該胴型キャリアの外周部の直接冷
   却により冷却する冷却手段と、 を備え、胴型キャリア内でプレス成形された光学素子の
   温度を成形型および胴型キャリアにて下げるようにした
   ことを特徴とする光学素子成形装置。
3. 【請求項３】 光学ガラス素材を加熱軟化し、一対のプ
   レス成形型によってレンズ等の光学素子を成形する光学
   素子成形装置において、 前記ガラス素材を載置して搬送するとともにプレス成形
   時に光学素材の外縁部を規制する胴型キャリアと、 プレス成形前に前記胴型キャリアに載置したガラス素材
   の少なくとも上下の露呈した部分を胴型キャリアととも
   に加熱する加熱炉と、 この加熱炉内で加熱される胴型キャリアの内周面にて該
   キャリアと接触しているガラス素材を、胴型キャリアを
   介して加熱するように胴型キャリアのみを直接加熱する
   加熱手段と、 加熱軟化したガラス素材の温度よりも低い温度でプレス
   成形し、ガラス素材を冷却させる一対の成形型と、 一対の成形型により胴型キャリア内でプレス成形された
   光学素子の外縁部を、該胴型キャリアの外周部の直接冷
   却により冷却する冷却手段と、 胴型キャリア内の光学素子と一対の成形型とを離型した
   後、該胴型キャリアと光学素子とを徐冷する徐冷炉と、 を備えたことを特徴とする光学素子成形装置。