JPH06100324A - ガラス光学素子の成形装置および成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プレス押圧する瞬間の衝撃力を極めて小さく
し、小径および薄肉のレンズ成形において、ワレや破壊
等を生じず、転写性の良好な成形を行う。 【構成】 上型７と下型３とは対向配置されており、下
型３は上下動自在な主軸１１の上端に載置されている。
主軸１１の下部には速度コントローラ１７とバランサー
１３とが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱軟化したガラス素
材を押圧成形する光学素子の成形装置および成形方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加熱軟化したガラス素材を押圧成
形する成形装置としては、例えば特開昭６４−５６３３
２号公報記載の発明がある。上記発明は、成形型と胴型
の中にガラス素材を充填して一体となして成形ブロック
とし、成形ブロックの成形型上に重りを配置することに
より、成形方向に力が加わる様に構成されている。

【０００３】また、他の成形装置としては、例えば特開
平２−２２５３２５号公報記載の発明がある。上記発明
は、金型を固定したプレス軸はハウジングに軸受けを介
して軸方向摺動自在に保持されるとともに、駆動用エア
シリンダーを介して昇降駆動自在に構成されており、駆
動用エアシリンダーによりガラス素材は成形方向に力が
加わる様に構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記各従来
技術には以下の様な問題がある。すなわち、特開昭６４
−５６３３２号公報記載の発明においては、成形型と胴
型の中にガラスを充填して一体とした成形ブロックを構
成し、成形型の上に重りを配置することにより成形方向
に押圧するものである。従って、成形方向に加える力は
重りを変えることで変更可能である。

【０００５】しかしながら、成形方向に加える力を変更
するためには設定した重さに見合う重りを成形ブロック
ごとに用意しなくてはならない。そのため、少種類のレ
ンズを大量に生産する場合には問題が無いものの、多種
類のレンズを成形する場合、準備する重りの種類や量が
多くなり、その成形準備等により作業性が著しく悪くな
る。

【０００６】また、小径レンズを成形する際には、微小
な加圧力で成形しなくてはなららない。しかしながら、
特開昭６４−５６３３２号公報記載の発明においては、
型自体の自重が加わり、微小な加圧力を実現することは
困難である。

【０００７】多種類のレンズを作業性良く成形できる装
置としての特開平２−２２５３２５号公報記載の発明に
おいては、成形方向に微小な力を加えることは困難であ
る。また、実施例に示されている様に、軸方向の摺動精
度を保証できるよう、成形方向に力を加えるプレス軸を
支承する軸受けは熱源より離す。そのため、プレス軸は
長くなり、プレス軸そのものの重量が増大する。従っ
て、駆動用エアシリンダーにより上昇するプレス軸は、
重量が増大したために慣性力が生じ、金型がガラス素材
に当接する瞬間の衝撃力は大きい。以上の理由により特
開平２−２２５３２５号公報記載の発明に示される装置
構成では、成形方向に微小な力を加えることが難しい。

【０００８】因って、本発明は前記各従来技術における
問題点に鑑みて開発されたもので、多種類の光学素子成
形に対処できるとともに、小径レンズで精密転写を得る
ために必要な微小荷重を加えることのできるガラス光学
素子の成形装置および成形方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、対
向配置された一対の成形型により加熱軟化された光学素
材を押圧して所望の光学素子を成形するガラス光学素子
の成形装置において、前記一対の成形型のうちの一方の
型を支持するとともに軸方向に進退自在である主軸部
と、該主軸部に備えられて主軸部の重量をキャンセルす
る重量に成形荷重を付加した重量バランサーと、該重量
バランサーによって摺動する前記主軸部の速度を制御す
る速度コントローラとを有するものである。

【００１０】また、対向配置された一対の成形型により
加熱軟化された光学素材を押圧して所望の光学素子を成
形するガラス光学素子の成形方法において、前記一対の
成形型のうちの一方の型を支持するとともに軸方向に進
退自在である主軸部に主軸部の重量をキャンセルする重
量に成形荷重を付加した重量バランサーを備え、速度を
制御しつつ主軸部を摺動させて光学素材に接触させた
後、前記重量バランサーにより光学素材を押圧成形する
方法である。

【００１１】さらに、対向配置された一対の成形型によ
り加熱軟化された光学素材を押圧して所望の光学素子を
成形するガラス光学素子の成形装置において、前記一対
の成形型のうちの一方の型を支持するとともに軸方向に
進退自在である主軸部と、成形装置本体へ固定されると
ともにワイヤを介して前記主軸部に連結された空圧シリ
ンダーと、該空圧シリンダーによって摺動する前記主軸
部の速度を制御する速度コントローラとを有するもので
ある。

【００１２】また、対向配置された一対の成形型により
加熱軟化された光学素材を押圧して所望の光学素子を成
形するガラス光学素子の成形方法において、前記一対の
成形型のうちの一方の型を支持するとともに軸方向に進
退自在である主軸部に主軸部の重量と成形荷重とに相当
する引張荷重を付与する空圧シリンダーを備え、速度を
制御しつつ主軸部を摺動させて光学素材に接触させた
後、前記空圧シリンダーにより光学素材を押圧成形する
方法である。

【００１３】図１は本発明を示す概念図である。光学素
材１を成形する上型７と下型３とは対向配置されてい
る。下型３は上下動自在な主軸１１の上端に載置されて
おり、主軸１１の下部には主軸１１上昇時の加速度（慣
性力）を抑制する速度コントローラ１７と加圧力を決定
するバランサー１３とが設けられている。

【００１４】上記構成の装置を用いての成形方法は、ま
ず所定の温度に加熱した光学素材１を上型７と下型３と
の間に搬送する。次に、速度コントローラ１７によりコ
ントロールされつつ下型３は上昇し、光学素材１は成形
される。その際、速度コントローラ１７によって一定速
度で上昇する主軸１１に載置された下型３は低衝撃で光
学素材１に当接した後、微小な成形圧が加わる様に重量
設定されたバランサー１３によって微小な成形圧が加え
られる。

【００１５】

【実施例１】図２は本実施例で用いる装置を示す部分断
面側面図である。本実施例では、重量バランサーとして
重りを用いて構成した。成形室１８は上ベース１０と下
ベース６とカバー１５とにより構成されている。板状の
上ベース１０はその中央部に孔を有し、該孔に上型支持
体９が嵌合固定されている。

【００１６】円柱状の上型支持体９は端部にネジを有
し、上型押え８を介して上型７を固定している。下型３
は上型７と同様に下型押え４を介して下型支持体５に固
定されている。また下型支持体５は主軸１１に嵌合固定
されている。下ベース６は、その中央部に孔を有し上記
主軸１１を緩嵌できる様に構成されており、架台２０上
に設置されている。主軸１１の下側端面部には主軸受け
１６が固定されており、アーム２１はその中央部と上記
主軸受け１６にピン２４を通して主軸受け１６に固定さ
れ、ピン２４を中心にアーム２１が固定される様に構成
されている。

【００１７】速度コントローラ１７（例えば空圧シリン
ダー）上には支持盤２３が固持されており、前記支持盤
２３の側面にはＬ形のアングル１２が立設されており、
主軸受け１６の段部１６ａとアングル１２の突出部とは
当接可能な位置にある。主軸１１は軸受け１４にガイド
され、該速度コントローラ１７に連動して上・下方向に
移動できる様に構成されている。

【００１８】バランサー１３は重り１３ａ，ワイヤー１
３ｂおよび滑車１３ｃより構成されており、主軸１１を
中心として対称にそれぞれ懸吊されている。ワイヤー１
３ｂの両端部にはネジ部（図示省略）を有しており、片
端をアーム２１に固定し、他端を重り１３ａに固定し、
滑車１３ｃを介して懸吊されている。なお、滑車１３ｃ
は成形機本体の架台２０に固定されている。以下、主軸
１１，下型３，下型押え４，下型支持体５，主軸受け１
６，アーム２１およびピン２４をまとめて主軸部とい
う。ここで、重り１３ａの重量は主軸部の重量＋成形加
圧重量の関係になる。

【００１９】以上の構成から成る装置を用いての成形方
法は、まず成形室１８の近傍に設けられた加熱炉（図示
省略）にて胴型２に載置された光学素材１を軟化点以上
に加熱する。次に、搬送部材（図示省略）により光学素
材１および胴型２を光学素材１の転移点付近に加熱され
た上型７と下型３との間に搬送する。

【００２０】その後、速度コントローラ１７の駆動によ
って主軸部は上昇するが、重り１３ａの重量は主軸部の
重量より成形加圧分だけ重く設定されており、アングル
１２と主軸受け１６の段部１６ａとは当接した状態にな
りかつ速度コントローラ１７の上昇速度を重り１３ａに
よる主軸部の上昇速度よりも遅くなる様に設定すること
で、主軸部１１の上昇速度は速度コントローラ１７の上
昇速度と同一になる。

【００２１】次に、主軸部は光学素材１がプレス成形さ
れる位置まで上昇すると停止する。この時、速度コント
ローラ１７の上昇は図２に示す如く、アングル１２と主
軸受け１６の段部１６ａとが離れ、主軸受け１６と支持
盤２３とが当接しない位置で停止する（この停止位置は
図示省略したセンサーにより設定する）。

【００２２】下型３と光学素材１との接触時は、主軸部
の大きな重量が重り１３ａによってキャンセルされて成
形加圧重量のみが加わっているだけであり、慣性力は小
さく低衝撃で接触する。その後、前記重り１３ａに加算
された成形加圧力が下型３に加えられ、加熱・軟化され
た光学素材１に光学機能面が精密転写される。

【００２３】本実施例によれば、重り１３ａの重量は主
軸部の重量＋成形加圧重量に設定されているため、速度
コントローラ１７を駆動させて主軸部を一定速度で上昇
させ、光学素材１と当接する際、成形加圧重量のみの慣
性力がかかるだけであり、低衝撃で下型３は光学素材１
に接触する。その後、設定した成形加圧力が下型３に加
わるので、過大な圧力では割れ等が生じる小径や薄肉の
レンズでも低衝撃・低加圧で破壊無くプレスすることが
でき、下型３の光学機能面が光学素材１に精密転写され
る。また、重り１３ａの重量のみを変化させることで多
様な成形加圧を設定でき、極めて作業性良く多様な光学
素子成形に対応できる。

【００２４】尚、重り１３ａの重量を主軸部の重量＋成
形加圧重量に設定したが、実際には光学素材１および胴
型２の重量が成形時に加わるものであり、光学素材１お
よび胴型２の重量を加味し、重り１３ａの重量を主軸
部，光学素材１および胴型２の重量＋成形加圧重量とす
ることで、より精密な成形加圧力を設定することができ
る。

【００２５】

【実施例２】図３は本実施例で用いる装置を示す部分断
面側面図である。本実施例では、前記実施例１と同一な
構成部分には同一番号を付してその説明を省略し、異な
る部分のみ説明する。

【００２６】基本構成は前記実施例１と同様であるが、
主軸１１の下端部にはセンサー２５が設置されている。
さらに主軸１１の下端面に固定された主軸受け１６はピ
ン２４を中心にアーム２１が固定されるようになってい
る。該アーム２１は架台２０に固持された滑車１３ｃに
よって懸吊されている。主軸受け１６の下側には、ロー
ドセル２７が固定され、当該ロードセル２７の下端面に
は段部を有する主軸作動部材２６が固定されている。

【００２７】速度コントローラ１７に支持された支持盤
２３の側面にはＬ形のアングル１２が立設されており、
アングル１２の突出部は上記主軸作動部材２６の段部と
当接可能な形態を有し、主軸１１はその状態下では速度
コントローラ１７により支持されている。さらに、上記
アーム２１にはローラー３５が、そのローラー３５の対
称位置にはストッパー２８がそれぞれ設置されている。

【００２８】軸受け１４により主軸１１の上下動を案内
しているハウジング１９の上端は下ベース６に固設され
ており、下端は固定盤３３に固定されている。前記固定
盤３３には中央に主軸１１の通孔が開口されている。固
定盤３３の下面にはガイド３６が設けられ、ガイド３６
にはストッパー２９が水平方向へ摺動可能に係合されて
いる。ストッパー２９にはアーム２１のローラ３５と当
接するテーパー面２９ａが形成されている。また、固定
盤３３の下面には空圧シリンダー等の駆動装置３０が固
設されており、駆動装置３０の支持軸はストッパー２９
に接続され、ストッパー２９を移動できる様に構成され
ている。さらに、固定盤３３の下面にはストッパー２９
の位置を規制するストッパー調整台３１が設置されてい
る。

【００２９】固定盤３３下面のストッパー２９の対称位
置には、アーム２１に設けられたストッパー２８の衝撃
を受けても変形しないような硬い材質（例えば超硬材）
のストッパー受け３２が設置されている。さらに、上記
主軸受け１６の側面に設置したセンサー２５の信号を受
け、駆動装置３０を駆動させるタイミングをコントロー
ルするコントローラー３４が装備されている。以下、主
軸１１，下型３，下型押え４，下型支持体５，主軸受け
１６，アーム２１，ピン２４，ローラ３５およびストッ
パー２８をまとめて主軸部という。ここで、重り１３ａ
の重量は主軸部の重量＋成形加圧重量の関係になる。

【００３０】以上の構成から成る装置を用いての成形方
法は、まず成形室１８の近傍に設けられた加熱炉（図示
省略）にて胴型２に載置された光学素材１を軟化点以上
に加熱する。次に、搬送部材（図示省略）により光学素
材１および胴型２を光学素材１の転移点付近に加熱され
た上型７と下型３との間に搬送する。

【００３１】しかる後、速度コントローラ１７の駆動に
よって主軸部は上昇し、光学素材１は上型７と下型３と
の成形面によりプレス成形される。その時、重り１３ａ
の重量は主軸部の重量合計より成形加圧分だけ重く設定
しているのでアングル１２と主軸受け１６の段部１６ａ
とは当接した状態になり、かつ速度コントローラ１７の
上昇速度を重り１３ａの上昇速度より遅くなるように設
定るすることで、主軸１１の上昇は速度コントローラ１
７の上昇速度と同一で上昇する。その際、プレスする圧
力はロードセル２７によりモニタされる。

【００３２】しかして、予め光学素材１の中肉が所望の
ものとなるように上型７と下型３との間隔はローラ３５
およびストッパー２８により調整されており、下型３お
よび主軸部が上昇した際、ローラー３５がストッパー２
９に、ストッパー２８がストッパー受け３２に当接する
ことにより、主軸部の上昇が停止される。また、アーム
２１はピン２４を中心に回転が可能になっているため、
主軸部の上昇を停止する際に生じる力は、ローラー３５
とストッパー２８に同時に生じ、しかも主軸１１の中心
に対して対称な位置に設置されているため、主軸１１に
はモーメントが生じないように成っている。

【００３３】さらに、センサー２５はローラー３５およ
びストッパー２８により主軸部の上昇が停止する瞬間を
感知し、その信号をコントローラ３４が受け、所定のタ
イミングで駆動装置３０を作動する。センサー２５は、
例えば接近スイッチを使用しており、ローラー３５がス
トッパー２９に、ストッパー２８がストッパー受け３２
に当接する位置で、センサー２５からの信号が出力され
るように、上記センサー２５の高さ等の配設位置を調整
している。

【００３４】ストッパー２９およびローラー３５はボー
ルベアリング等で支持されており、主軸部の上昇で停止
する際に生ずる力を受けても比較的小さい力でストッパ
ー２９は水平方向に移動が可能になっている。そのた
め、駆動装置３０の動きに連動してストッパー２９は容
易に時間的遅れもなく、水平方向に移動することが可能
になっている。そして、プレスされた光学素材１は冷却
固化するとともに収縮する過程で、センサー２５が感知
した時から早すぎず、また遅すぎないタイミングでスト
ッパー２９を取り除けるように、コントローラ３４で制
御された駆動装置３０によりストッパー２９は水平方向
に移動して取り除かれる。これにより光学素材１は加圧
され、収縮時の加圧が行われる。

【００３５】本実施例によれば、光学素材１の中肉が所
望の肉厚となるように、上型７と下型３との間隔を調整
し、微小な慣性力からなる主軸部により、低衝撃にてプ
レスされた光学素材１が冷却固化するとともに収縮する
過程で、主軸部の上昇が停止する瞬間をセンサー２５に
より検知し、速すぎず、また遅すぎないタイミングでス
トッパー２９を取り除けるようにコントローラ３４およ
び駆動装置３０を設けたことにより、成形された光学素
子は中肉精度が確保され、表面のひけも防止することが
できる。特に、光学素材１が平面・球面からなる材料を
用いた場合など、所望のレンズ形状を得るためのガラス
変形量が大きな成形において極めて中肉精度および転写
性の良好な成形が行える。

【００３６】

【実施例３】図４は本実施例で用いる装置を示す部分断
面側面図である。本実施例では、前記実施例１における
重量バランサーとして重り１３ａおよび滑車１３ｃを廃
止し、代わりに空圧シリンダーにて構成した点が異な
り、他の構成は同一な構成部分から成るもので、同一構
成部分には同一番号を付してその説明を省略する。

【００３７】本実施例は、ワイヤー１３ｂの片端を主軸
１１に設置されたアーム２１に固定し、他端を空圧シリ
ンダー１３ｄに固定する。空圧シリンダー１３ｄは架台
２０と結合保持された補強盤等の部材（図示省略）に主
軸１１を中心として対称に固定されている。以下、主軸
１１，下型３，下型押え４，下型支持体５，主軸受け１
６，アーム２１およびピン２４をまとめて主軸部とい
う。

【００３８】以上の構成から成る装置を用いての成形方
法は、空圧シリンダー１３ｄの空気圧を、主軸部の重量
をキャンセルするとともに成形荷重を付加した引張荷重
を主軸に対して付与することのできる空気圧に設定して
行う。以下、前記実施例１と同様な作用であり、作用の
説明を省略する。

【００３９】前記各実施例の様に重り１３ａを使用した
場合、主軸１１を高速で上昇させて当接した際、バウン
ドが生じて瞬間的に主軸１１がその重量により加圧され
る危険性がある。本実施例によれば、空圧シリンダー１
３ｄを使用したことにより、その衝撃やバウンド現象を
防止でき、主軸１１が高精度で上昇し、かつ低成形加圧
力の場合でも下型３と光学素材１との接触および加圧加
工がスムースに行える。さらに、空圧シリンダー１３ｄ
を用いることにより、重量設定も容易に行え作業性が著
しく向上する。

【００４０】尚、本実施例では前記各実施例と同様に主
軸部の速度を速度コントローラにて制御したが、本実施
例にて用いた空圧シリンダーの空気圧を制御することに
よって主軸部の速度を制御することも可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るガラ
ス光学素子の成形装置および成形方法によれば、主軸部
の重量をキャンセルして成形荷重のみを主軸部に付与
し、主軸を制御しつつ摺動させることにより、主軸上昇
時における慣性力を極めて小さくすることができ、下型
が加熱軟化された光学素材に接触してプレス押圧する瞬
間の衝撃力を極めて小さくすることができる。従って、
小径および薄肉のレンズ成形において、ワレや破壊等が
生じず、転写性の良好な成形が行える。また、レンズ形
状に対応した成形加圧力の設定は極めて容易であり、多
品種の生産を極めて能率良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す概念図である。

【図２】実施例１を示す部分断面側面図である。

【図３】実施例２を示す部分断面側面図である。

【図４】実施例３を示す部分断面側面図である。

【符号の説明】

１ 光学素材 ３ 下型 ７ 上型 １１ 主軸 １３ バランサー １７ 速度コントローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向配置された一対の成形型により加熱
   軟化された光学素材を押圧して所望の光学素子を成形す
   るガラス光学素子の成形装置において、前記一対の成形
   型のうちの一方の型を支持するとともに軸方向に進退自
   在である主軸部と、該主軸部に備えられて主軸部の重量
   をキャンセルする重量に成形荷重を付加した重量バラン
   サーと、該重量バランサーによって摺動する前記主軸部
   の速度を制御する速度コントローラとを有することを特
   徴とするガラス光学素子の成形装置。
2. 【請求項２】 対向配置された一対の成形型により加熱
   軟化された光学素材を押圧して所望の光学素子を成形す
   るガラス光学素子の成形方法において、前記一対の成形
   型のうちの一方の型を支持するとともに軸方向に進退自
   在である主軸部に主軸部の重量をキャンセルする重量に
   成形荷重を付加した重量バランサーを備え、速度を制御
   しつつ主軸部を摺動させて光学素材に接触させた後、前
   記重量バランサーにより光学素材を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。
3. 【請求項３】 対向配置された一対の成形型により加熱
   軟化された光学素材を押圧して所望の光学素子を成形す
   るガラス光学素子の成形装置において、前記一対の成形
   型のうちの一方の型を支持するとともに軸方向に進退自
   在である主軸部と、成形装置本体へ固定されるとともに
   ワイヤを介して前記主軸部に連結された空圧シリンダー
   と、該空圧シリンダーによって摺動する前記主軸部の速
   度を制御する速度コントローラとを有することを特徴と
   するガラス光学素子の成形装置。
4. 【請求項４】 対向配置された一対の成形型により加熱
   軟化された光学素材を押圧して所望の光学素子を成形す
   るガラス光学素子の成形方法において、前記一対の成形
   型のうちの一方の型を支持するとともに軸方向に進退自
   在である主軸部に主軸部の重量と成形荷重とに相当する
   引張荷重を付与する空圧シリンダーを備え、速度を制御
   しつつ主軸部を摺動させて光学素材に接触させた後、前
   記空圧シリンダーにより光学素材を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。