JPH0986940A

JPH0986940A - 光学素子の成形方法

Info

Publication number: JPH0986940A
Application number: JP24110795A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Izawa; 哲雄伊沢
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】コバ肉の薄い光学素子を成形する。【解決手段】成形室１には本加熱炉２および補助加熱
炉３が順次連設されている。補助加熱炉３の近傍には搬
送アーム７が設けられている。補助加熱炉３下部には、
搬送レール５が搬送アーム７の進行方向と直交して設け
られている。搬送レール５はその上面に搬送皿１１を移
動自在に搭載するもので、搬送皿１１は搬送皿用シリン
ダ６により移動される。補助加熱炉３から搬送皿１１の
進行方向とは逆の若干離れた位置の搬送レール５上には
搬送皿予備加熱炉４が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス素材を搬送
部材に載置して加熱軟化し、一対の成形用金型で押圧成
形する光学素子の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加熱軟化したガラス素材を押圧成
形する成形方法としては、例えば特公平４−３２００７
号公報記載の発明がある。上記発明は、軟化ガラスの温
度をガラス粘度１０⁸〜１０⁶ポアズ相当の温度にする
とともに、成形に用いる金型の温度を前記軟化ガラスの
ガラス転移点温度未満で、ガラス粘度１０^14.5ポアズ相
当の温度以上の範囲に設定し、プレス速度を１０ｍｍ／
秒〜２５０ｍｍ／秒とすることを特徴とする光学素子の
成形方法である。上記発明によれば、成形レンズの肉厚
・面精度等の安定性および再現性が高くなり、高精度な
光学素子が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術には以下のような問題があった。すなわち、ガラ
ス素材および搬送部材は押圧成形中に成形型や周辺雰囲
気等に熱を奪われて冷却される。この時、ガラス素材の
中心部はその殆どの熱が成形型に奪われる。しかし、ガ
ラス素材の外周部は成形型だけではなく、周辺雰囲気に
も熱を奪われるために中心部と比べて冷却速度が速くな
る。従って、ガラス素材外周部の冷却速度を遅延する必
要がある。

【０００４】搬送部材とガラス素材との温度差が１００
℃未満である場合、搬送部材からガラス素材に伝わる熱
量が少ないため、ガラス素材外周部の冷却が充分に遅延
されない。特に、コバ厚（光学素子外周部の厚み）が小
さい（１ｍｍ以下）光学素子の場合、ガラスの持つ熱容
量が外周部では小さいため、所望の寸法まで押圧できな
いうちにガラスが冷却固化してしまい、結果的に所望の
光学素子を得られないという問題が生じていた。

【０００５】押圧成形開始時、ガラス素材はガラス粘度
１０⁸〜１０⁶ポアズ相当の温度に加熱されていた。こ
れは、ガラス素材の粘度が１０⁶ポアズ未満の場合、ガ
ラス素材の温度がかなり高くなっていることから、成形
型に大きな熱衝撃が加わり、成形型の寿命が大幅に短く
なるという問題があった。また、ガラス素材の粘度が１
０⁸ポアズ以上の場合、型形状を全面転写する前にガラ
スが固化してしまい、所望の寸法まで押圧できないこと
があった。

【０００６】一般に、加熱する際にはガラス素材と搬送
部材とを同時に加熱しているため、搬送部材はガラス素
材とほぼ同じ温度に加熱されている。そのため、ガラス
素材外周部には搬送部材からの熱の供給が殆ど無く、ガ
ラス素材外周部の固化を遅延する効果がなかった。加熱
条件を変更してさらに炉の温度を高くすると、加熱中に
ガラスが溶融して炉内に落下したり、成形時に型にガラ
スが融着して成形が不可能になるという問題が発生して
いた。

【０００７】請求項１の課題は、特にコバ厚の小さい光
学素子においても、所望の寸法まで押圧成形できる光学
素子の成形方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ガラ
ス素材を搬送部材に載置して加熱軟化し、一対の成形用
金型で押圧成形する光学素子の成形方法において、押圧
成形開始時におけるガラス素材の温度をガラス粘度１０
⁸〜１０⁶ポアズ相当の温度にするとともに、搬送部材
の温度を載置したガラス素材の温度よりも１００℃以上
高い温度にして成形することを特徴とする光学素子の成
形方法である。

【０００９】請求項１の発明においては、ガラス素材の
外周部が成形中に熱を外気に奪われても、搬送部材から
ガラス素材の外周部に熱が伝わることにより、ガラス素
材外周部の冷却速度を遅くし、ガラス素材外周部の固化
を遅延する。

【００１０】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）図１〜図３は本実施の形態を示し、図
１は本実施の形態で用いる成形装置の概略を示す平面
図、図２は同縦断面図、図３はグラフである。成形室１
内には上型１３と下型１４とが対向して設けられてい
る。この上型１３および下型１４の外周にはそれぞれ上
型用ヒータ１９および下型用ヒータ２０が設置されてお
り、上型１３および下型１４はそれぞれガラス転移点温
度よりも若干低い温度に加熱されている。下型１４は主
軸２１の上端に固定されており、主軸２１には下型駆動
装置１５が接続されている。

【００１１】成形室１には本加熱炉２および補助加熱炉
３が順次連設されている。本加熱炉２内にはヒータ線１
８がほぼ等間隔に巻回されている。補助加熱炉３には図
示を省略したヒータが内蔵されている。補助加熱炉３の
近傍には、成形室１，本加熱炉２および補助加熱炉３内
を水平方向に移動自在な搬送アーム７が設けられてい
る。搬送アーム７はアーム用シリンダ８により移動自在
に支持されている。搬送アーム７の先端部には半円形の
切り欠き１０が設けられている。

【００１２】補助加熱炉３下部には、搬送レール５が搬
送アーム７の進行方向と直交して設けられている。搬送
レール５はその上面に搬送皿１１を移動自在に搭載する
もので、搬送皿１１は搬送皿用シリンダ６により移動さ
れる。補助加熱炉３から搬送皿１１の進行方向（図１
中、矢印方向）とは逆の若干離れた位置の搬送レール５
上には搬送皿予備加熱炉４が設けられている。搬送皿予
備加熱炉４には図示を省略したヒータが内蔵されてい
る。

【００１３】以上の構成からなる成形装置を用いての成
形方法を説明する。搬送レール５上に搭載された搬送皿
１１は、搬送皿用シリンダ６の動作により図１中の矢印
方向へ移動する。そして、搬送皿１１は任意の温度に加
熱された搬送皿予備加熱炉４内に進入して加熱される。
次に、搬送皿予備加熱炉４内を出てきた搬送皿１１に搬
送レール５上のガラス素材載置部９でガラス素材１２を
載置する。次いで、ガラス素材１２を載置した搬送皿１
１は、予め任意の温度（通常、ガラス転移点温度付近）
に加熱された補助加熱炉３内に進入する。

【００１４】補助加熱炉３内に進入した搬送皿１１は、
突き上げ用シリンダ１７により突き上げ棒１６が上昇
し、ガラス素材１２とともに突き上げられる。そこへ搬
送アーム７がアーム用シリンダ８により前進し、搬送ア
ーム７の半円形状をした切り欠き部１０が搬送皿１１の
フランジ部の下部に挿入されて停止する。続いて、突き
上げ棒１６が突き上げ用シリンダ１７により下降し、ガ
ラス素材１２を載置した搬送皿１１は搬送アーム７の切
り欠き部１０に載置される。

【００１５】搬送皿１１を載置した搬送アーム７はアー
ム用シリンダ８によりさらに前進し、その先端部が任意
の温度に加熱されている本加熱炉２内に進入して停止す
る。加熱完了後、さらに搬送アーム７はアーム用シリン
ダ８により前進し、その先端部は成形室１内の上下型１
３，１４間に進入して停止する。そして、下型１４が主
軸２１とともに下型駆動装置１５により上昇し、下型１
４が搬送皿１１と嵌合しつつ、搬送皿１１内で上下型１
３，１４によりガラス素材１２は押圧成形される。

【００１６】本実施の形態では、ガラス素材１２として
硝材ＰＢＨ６からなる外径１０ｍｍ，肉厚３ｍｍの平板
を用い、両凸形状の光学素子（各面Ｒ＝１２ｍｍ，有効
径８ｍｍ，肉厚２ｍｍ，コバ厚０．６３ｍｍ）を成形し
た。この成形時のガラス素材１２および搬送皿１１の温
度変化をグラフ化した図３を用い、温度変化作用につい
て説明する。

【００１７】成形開始前、ガラス素材１２および搬送皿
１１は常温（約２０℃）に保たれている。最初に、搬送
皿１１が４５０℃に加熱されている搬送皿予備加熱炉４
内に入り加熱される。搬送皿予備加熱炉４内で搬送皿１
１を２分間加熱することにより、搬送皿１１の温度は約
４３０℃になる。次に、搬送皿１１にガラス素材１２が
載置される。この時、搬送皿１１は１５秒間炉外に出る
ため、若干冷却されて温度が約４００℃になる。

【００１８】次いで、ガラス素材１２を載置した搬送皿
１１は４５０℃に加熱されている補助加熱炉３内に入り
１分間加熱される。これにより、搬送皿１１は約４３０
℃に、ガラス素材１２は約２４０℃（粘度１０¹⁵ポアズ
以上）に加熱される。補助加熱の完了後、ガラス素材１
２を載置した搬送皿１１は８００℃に加熱されている本
加熱炉２内に入り３０秒間加熱される。これにより、搬
送皿１１は約７００℃に、ガラス素材１２は約５５０℃
（粘度１０⁷ポアズ）に加熱される。

【００１９】本加熱の完了後、ガラス素材１２を載置し
た搬送皿１１は直ちに成形室１の上下型１３，１４間に
搬送され、下型１４が上昇して押圧成形される。押圧成
形は本加熱の完了直後に行われるので、押圧成形時の搬
送皿１１の温度はガラス素材１２の温度よりも約１５０
℃高い状態である。

【００２０】押圧成形の結果、成形品の肉厚を２ｍｍと
することができた。従来は、常温の搬送皿に常温のガラ
ス素材を載置して同時に加熱していたため、成形品の肉
厚を２．３ｍｍ以下にすることができなかった。成型品
の肉厚が２．３ｍｍになるときの加熱条件からさらに炉
の温度を高温にすると、加熱中にガラスが溶融して炉内
に落下したり、成形時に型にガラスが融着して成形が不
可能となる状態であった。

【００２１】本実施の形態によれば、搬送皿１１を予備
加熱してからガラス素材１２を載置するので、押圧成形
時の搬送皿１１の温度をガラス素材１２よりも１００℃
以上高く保つことができる。因って、ガラス素材１２外
周部の冷却速度を遅くすることができ、ガラス素材１２
外周部の固化が遅延されることにより、コバ肉の薄い光
学素子を成形することができる。

【００２２】（実施の形態２）図４〜図６は本実施の形
態を示し、図４は本実施の形態で用いる成形装置の概略
を示す平面図、図５は同縦断面図、図６はグラフであ
る。本実施の形態は、前記実施の形態１における搬送皿
予備加熱炉４および本加熱炉２を廃止し、代わりに本加
熱炉２２にて構成した点が異なり、他の構成は同一な構
成部分からなるもので、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。

【００２３】本実施の形態の本加熱炉２２は、成形室１
と補助加熱炉３との間に連設された状態で設けられてい
る。本加熱炉２２内にはヒータ線２３が巻回されてい
る。ヒータ線２３は、両側の開口部付近は密に巻回さ
れ、中央部は粗に巻回されており、本加熱炉２２内に温
度分布が生じるように構成されている。

【００２４】以上の構成からなる成形装置を用いての成
形方法を説明する。搬送レール５上に搭載された搬送皿
１１は、搬送皿用シリンダ６の動作により図４中の矢印
方向へ移動する。そして、搬送レール５上でガラス素材
１２を搬送皿１１に載置する。この時、搬送皿１１およ
びガラス素材１２は加熱されておらず、常温である。次
に、ガラス素材１２を載置した搬送皿１１は、予め任意
の温度（通常、ガラス転移点温度付近）に加熱された補
助加熱炉３内に進入する。

【００２５】補助加熱炉３内に進入した搬送皿１１は、
突き上げ用シリンダ１７により突き上げ棒１６が上昇
し、ガラス素材１２とともに突き上げられる。そこへ搬
送アーム７がアーム用シリンダ８により前進し、搬送ア
ーム７の半円形状をした切り欠き部１０が搬送皿１１の
フランジ部の下部に挿入されて停止する。続いて、突き
上げ棒１６が突き上げ用シリンダ１７により下降し、ガ
ラス素材１２を載置した搬送皿１１は搬送アーム７の切
り欠き部１０に載置される。

【００２６】搬送皿１１を載置した搬送アーム７はアー
ム用シリンダ８によりさらに前進し、その先端部は任意
の温度に加熱されている本加熱炉２内に進入して停止す
る。この時、搬送皿１１に載置されたガラス素材１２が
本加熱炉２２の中央部（ヒータ線２３が粗に巻回されて
いる部分）で加熱されるように、予め搬送アーム７の停
止位置を調整しておく。

【００２７】加熱完了後、さらに搬送アーム７はアーム
用シリンダ８により前進し、その先端部が成形室１内の
上下型１３，１４間に進入して停止する。そして、下型
１４が主軸２１とともに下型駆動装置１５により上昇
し、下型１４が搬送皿１１と嵌合しつつ、搬送皿１１内
で上下型１３，１４によりガラス素材１２は押圧成形さ
れる。

【００２８】本実施の形態では、ガラス素材１２として
硝材ＰＢＨ６からなる外径１０ｍｍ，肉厚３ｍｍの平板
を用い、両凸形状の光学素子（各面Ｒ＝１２ｍｍ，有効
径８ｍｍ，肉厚２ｍｍ，コバ厚０．６３ｍｍ）を成形し
た。この成形時のガラス素材１２および搬送皿１１の温
度変化をグラフ化した図６を用い、温度変化作用につい
て説明する。

【００２９】成形開始前、ガラス素材１２および搬送皿
１１は常温（約２０℃）に保たれている。最初に、搬送
皿１１にガラス素材１２が載置される。次に、ガラス素
材１２を載置した搬送皿１１は４７０℃に加熱されてい
る補助加熱炉３内に入り１分間加熱される。これによ
り、搬送皿１１およびガラス素材１２は約３３０℃（粘
度１０¹⁵ポアズ以上）に加熱される。

【００３０】補助加熱の完了後、ガラス素材１２を載置
した搬送皿１１は本加熱炉２２内に入り３０秒間加熱さ
れる。本加熱炉２２内は、ヒータ線２３が密に巻回され
ている開口部付近では９００℃に、ヒータ線２３が粗に
巻回されている中央部では８００℃に加熱されている。
これにより、ヒータ線２３が密に巻回されている部分で
主に加熱される搬送皿１１は約６６０℃に、ヒータ線２
３が粗に巻回されている部分で主に加熱されるガラス素
材１２は約５５０℃（粘度１０⁷ ポアズ）に加熱され
る。

【００３１】本加熱の完了後、ガラス素材１２を載置し
た搬送皿１１は直ちに成形室１の上下型１３，１４間に
搬送され、下型１４が上昇して押圧成形される。押圧成
形は本加熱の完了直後に行われるので、押圧成形時の搬
送皿１１の温度はガラス素材１２の温度よりも約１１０
℃高い状態である。

【００３２】押圧成形の結果、成形品の肉厚を２ｍｍと
することができた。従来は、常温の搬送皿に常温のガラ
ス素材を載置してヒータ線がほぼ等間隔に巻回されてい
る本加熱炉で加熱していたため、成形品の肉厚を２．３
ｍｍ以下にすることができなかった。成形品の肉厚が
２．３ｍｍになるときの加熱条件からさらに炉の温度を
高温にすると、加熱中にガラスが溶融して炉内に落下し
たり、成形時に型にガラスが融着して成形が不可能とな
る状態であった。

【００３３】本実施の形態によれば、ヒータ線２３を両
側の開口部付近では密に巻回し、中央部では粗に巻回し
て本加熱炉２２内に温度分布を生じさせ、ガラス素材１
２を載置した搬送皿１１を加熱するので、押圧成形時の
搬送皿１１の温度をガラス素材１２よりも１００℃以上
高く保つことができる。因って、ガラス素材１２外周部
の冷却速度を遅くすることができ、ガラス素材１２外周
部の固化が遅延されることにより、コバ肉の薄い光学素
子を成形することができる。

【００３４】（実施の形態３）図７〜図１０は本実施の
形態を示し、図７は本実施の形態で用いる成形装置の概
略を示す平面図、図８は同縦断面図、図９は搬送アーム
の拡大斜視図、図１０は搬送皿の拡大断面図である。本
実施の形態は、前記実施の形態１における搬送皿予備加
熱炉４，搬送レール５，搬送アーム７および搬送皿１１
を廃止し、代わりに搬送アーム２４，搬送レール２７お
よび搬送皿２８にて構成した点が異なり、他の構成は同
一な構成部分からなるもので、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。

【００３５】本実施の形態の搬送アーム２４は、２本の
導電体部材２５ａ，２５ｂと、後端部で２本の導電体部
材２５ａ，２５ｂを連結する絶縁部材２６とから構成さ
れている。２本の導電体部材２５ａ，２５ｂはそれぞれ
図示省略した電源装置と結線されている。絶縁部材２６
の先端部には半円形の切り欠き３２が設けられている。
搬送レール２７は、前記実施の形態１の搬送レール５と
同様の位置に設けられている。搬送レール２７の表面は
樹脂やセラミック等により絶縁体となっており、搬送皿
２８を搭載できるように構成されている。

【００３６】搬送皿２８は、搬送皿本体２９と、その外
周部に巻装したヒータ線３０とから構成されている。ヒ
ータ線３０の最高温度は、載置するガラス素材１２の粘
度が１０⁶ポアズになる温度よりも１００℃以上高い必
要がある。通常はニクロム線等が使用できる。ヒータ線
３０には２ヶ所の電極３１ａ，３１ｂが設けられてい
る。この電極３１ａ，３１ｂは、搬送皿２８を搬送アー
ム２４に載置したときにそれぞれ導電体部材２５ａ，２
５ｂと接触し、導通するような位置に設けられている。
ヒータ線３０の電極３１ａ，３１ｂを除く部分には表面
に酸化被膜が被覆され、搬送皿本体２９と絶縁されてい
る。

【００３７】以上の構成からなる成形装置を用いての成
形方法を説明する。搬送レール２７上に搭載された搬送
皿２８は、搬送皿用シリンダ６の動作により図７中の矢
印方向へ移動する。そして、搬送レール２７上でガラス
素材１２を搬送皿２８に載置する。この時、搬送皿２８
およびガラス素材１２は加熱されておらず、常温であ
る。次に、ガラス素材１２を載置した搬送皿２８は、予
め任意の温度（通常、ガラス転移点温度付近）に加熱さ
れた補助加熱炉３内に進入する。

【００３８】補助加熱炉３内に進入した搬送皿２８は、
突き上げ用シリンダ１７により突き上げ棒１６が上昇
し、ガラス素材１２とともに突き上げられる。そこへ搬
送アーム２４がアーム用シリンダ８により前進し、搬送
アーム２４の半円形状をした切り欠き部３２が搬送皿２
８のフランジ部の下部に挿入されて停止する。続いて、
突き上げ棒１６が突き上げ用シリンダ１７により下降
し、ガラス素材１２を載置した搬送皿２８は搬送アーム
２４の切り欠き部３２に載置される。この時、搬送アー
ム２４の導電体部材２５ａ，２５ｂが搬送皿２８のヒー
タ線３０に設けられた電極３１ａ，３１ｂとそれぞれ接
触し、ヒータ線３０が通電されて加熱が始まる。

【００３９】搬送皿２８を載置した搬送アーム２４はア
ーム用シリンダ８によりさらに前進し、その先端部が任
意の温度に加熱されている本加熱炉２内に進入して停止
する。加熱完了後、さらに搬送アーム２４はアーム用シ
リンダ８により前進し、その先端部は成形室１内の上下
型１３，１４間に進入して停止する。そして、下型１４
が主軸２１とともに下型駆動装置１５により上昇し、下
型１４が搬送皿２８と嵌合しつつ、搬送皿２８内で上下
型１３，１４によりガラス素材１２は押圧成形される。

【００４０】本実施の形態では、ガラス素材１２として
硝材ＰＢＨ６からなる外径１０ｍｍ，肉厚３ｍｍの平板
を用い、両凸形状の光学素子（各面Ｒ＝１２ｍｍ，有効
径８ｍｍ，肉厚２ｍｍ，コバ厚０．６３ｍｍ）を成形し
た。この成形時のガラス素材１２および搬送皿１１の温
度変化は、前記実施の形態２において説明した図６とほ
ぼ同じであり、温度変化作用についての説明を省略す
る。

【００４１】本実施の形態によれば、搬送皿２８外周部
にヒータ線３０を設け、補助加熱炉３および本加熱炉２
による加熱だけではなく、搬送皿２８自体がガラス素材
１２を加熱することにより、押圧成形時の搬送皿２８の
温度をガラス素材１２よりも１００℃以上高く保つこと
ができる。因って、ガラス素材１２外周部の冷却速度を
遅くすることができ、ガラス素材１２外周部の固化が遅
延されることにより、コバ肉の薄い光学素子を成形する
ことができる。

【００４２】尚、前記各実施の形態においては、ガラス
素材の材質や形状に関係なく、同様な作用・効果が得ら
れる。さらに、成形上の都合により、本加熱炉および補
助加熱炉の温度、また加熱および押圧成形の時間を変更
した場合でも変わりのない効果が得られる。

【００４３】

【発明の効果】請求項１の効果は、ガラス素材外周部の
冷却速度を遅くすることができ、ガラス素材外周部の固
化が遅延されることにより、コバ肉の薄い光学素子を成
形できる光学素子の成形方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１を示す平面図である。

【図２】実施の形態１を示す縦断面図である。

【図３】実施の形態１を示すグラフである。

【図４】実施の形態２を示す平面図である。

【図５】実施の形態２を示す縦断面図である。

【図６】実施の形態２を示すグラフである。

【図７】実施の形態３を示す平面図である。

【図８】実施の形態３を示す縦断面図である。

【図９】実施の形態３を示す斜視図である。

【図１０】実施の形態３を示す断面図である。

【符号の説明】

１成形室２本加熱炉３補助加熱炉４搬送皿予備加熱炉５搬送レール６搬送皿用シリンダ７搬送アーム８アーム用シリンダ９ガラス素材載置部１０切り欠き１１搬送皿１２ガラス素材１３上型１４下型１５下型駆動装置１６突き上げ棒１７突き上げ用シリンダ１８ヒータ線１９上型用ヒータ２０下型用ヒータ２１主軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス素材を搬送部材に載置して加熱軟
化し、一対の成形用金型で押圧成形する光学素子の成形
方法において、押圧成形開始時におけるガラス素材の温
度をガラス粘度１０⁸〜１０⁶ポアズ相当の温度にする
とともに、搬送部材の温度を載置したガラス素材の温度
よりも１００℃以上高い温度にして成形することを特徴
とする光学素子の成形方法。