JP2003226528A - レンズ素子の成形装置及びその成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 下金型の成形荷重はシリンダにより加えなが
ら上昇速度を制御し、衝撃荷重がかからない状態で材料
を上下金型に挟み込んで成形を開始し、金型の形状変化
と破損を起こさない成形装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 密閉された成形内部においてガラス材料
２４を加熱し成形するための、ヒータ６ａを内蔵した上
ヒータブロック４に固定した上金型１と、ヒータ６ｂを
内蔵しシリンダ８により上下動作する下ヒータブロック
５に固定された下金型２と、下金型２の位置、速度制御
をするためのパルスモータ１０により動作するテーパプ
レート９とを備え、上金型１と下金型２の型閉め前にテ
ーパプレート９にて一旦停止とさせるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス成形製品で
あるガラス素子を金型を用いたプレスなどにより成形加
工するレンズ素子の成形装置及びその成形方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図９に示す従来のレンズ素子の成形装置
は、上金型１を装着しヒータ６ａを配置した上ヒータブ
ロック４と、スリーブ３を挿入した下金型２を装着しヒ
ータ６ｂを配置した下ヒータブロック５と、成形を行う
密閉空間であるヘッドの外の下部でシリンダと連結して
いる下シャフト７と、そして窒素を流入するパイプ２６
からなるものであった。

【０００３】以上のように構成されたレンズ素子の成形
装置において、従来、ガラスを材料とするレンズ素子の
成形加工は、上下一対の金型近傍の温度を検出し、この
金型をガラス材料のガラス転移点温度以上でかつ軟化点
温度以下のガラス材料が成形可能な温度に加熱し、シリ
ンダと電空比例弁を用いて成形圧力を発生させることに
より成形加工していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この成形装置において
は、上金型と下金型がガラス材料を挟み込む際、シリン
ダの力により荷重を加えているため低速領域の速度制御
をすることが困難であった。そのため、金型に衝撃荷重
がかかり、金型形状が変形しレンズ素子の光学特性が不
安定になること、更に金型破損が発生するという問題点
を有していた。

【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、下金型の成形荷重はシリンダにより加えながら上昇
速度を制御し、衝撃荷重がかからない状態で材料を上下
金型に挟み込んで成形を開始し、金型の形状変化と破損
を起こさないレンズ素子の成形装置およびその成形方法
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成を有する。

【０００７】本発明の請求項１に記載の発明は、ガラス
からなるレンズ素子を加圧成形する曲面を有した一対の
金型と、前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型を
所定圧力で進退動させる駆動手段と、前記駆動手段によ
り移動させた金型を、前記レンズ素子を構成するガラス
材料に当接させるより前に所定位置で一旦停止させ、そ
の後前記ガラス材料に当接させて加圧成形するストッパ
機能とを備えたレンズ素子の成形装置であり、これによ
り成形開始時の衝撃による金型の変形及び破損を低減で
きるという作用を有する。

【０００８】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、金型の駆動手段をシリンダと
し、そのシリンダにより成形時の圧力を加える機構を備
えたレンズ素子の成形装置であり、これにより駆動源と
成形圧力供給減を一体化できるという作用を有する。

【０００９】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、ストッパ機能が密閉された成形
部と駆動源であるシリンダの間に配置されたテーパプレ
ートを有し、そのテーパプレートを左右方向に移動させ
ることにより下金型の上下方向の位置及び速度を制御で
きるように構成したレンズ素子の成形装置であり、これ
により成形開始時の衝撃を緩和できるという作用を有す
る。

【００１０】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
３記載の発明において、テーパプレートの駆動源をパル
スモータとしたレンズ素子の成形装置であり、これによ
り安価にストッパを構成できるという作用を有する。

【００１１】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、密閉された成形部にパイプを通
じて窒素を流入する機能を有するレンズ素子の成形装置
であり、これにより成形部を酸化させずに窒素吹出し位
置を自由に決められるという作用を有する。

【００１２】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、密閉された成形部に外部からガ
ラス材料を供給し且つ成形したレンズ素子を外部に取出
す回転テーブルと、上記回転テーブルと下金型の間をガ
ラス材料及びガラス素子をフレキシブルに傾斜可能な先
端ノズルにより真空吸着し搬送するレバーを有するレン
ズ素子の成形装置であり、これにより成形したガラス素
子を安定して搬送できるという作用を有する。

【００１３】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
２記載の発明において、シリンダの上下移動時と成形時
の圧力を切り替えるための電空比例弁と、下金型と連結
され成形ヘッドの外に配置された変位を検出するための
センサを有するレンズ素子の成形装置であり、これによ
り成形時の圧力と変位を見ながら自由に切り替えること
が出来るという作用を有する。

【００１４】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、上金型を弾性力を用いて上ヒー
タブロックに固定するためのプレート及びホルダーと、
下金型は固定せずに一定領域内で移動可能にし且つ下ヒ
ータブロックから外れないためのプレート及びホルダー
を有するレンズ素子の成形装置であり、これにより金型
が持つ精度に依存させながら成形できるという作用を有
する。

【００１５】本発明の請求項９に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、６００℃近傍の成形温度の環境
下で上金型及び下金型を真空吸着により固定するために
真空穴を有する上ヒータブロック及び下ヒータブロック
を有するレンズ素子の成形装置であり、これにより位置
合わせ精度が高く光学特性を安定させることができると
いう作用を有する。

【００１６】本発明の請求項１０に記載の発明は、請求
項１記載の発明において、ガラス材料の近傍で強制的に
成形を完了させるために事前に高さ調整を行ったカラー
を下金型に有するレンズ素子の成形装置であり、これに
よりガラスからなるレンズ素子の厚みを安定させること
が出来るという作用を有する。

【００１７】本発明の請求項１１に記載の発明は、ガラ
スからなるレンズ素子を加圧成形する曲面を有した一対
の金型のうち、少なくとも一方の金型を第１の圧力で移
動させ、前記一対の金型が前記レンズ素子を構成するガ
ラス材料を挟持するより前に前記第１の圧力で移動させ
た前記金型を所定位置で停止させ、その後、前記第１の
圧力で移動させたときより低速で前記金型を移動させて
前記ガラス材料を挟持し、前記第１の圧力より大きい第
２の圧力により前記ガラス材料を加圧成形するレンズ素
子の成形方法であり、これにより成形時開始時の衝撃に
よる金型の変形及び破損を低減できるという作用を有す
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて、本発
明の特に請求項１〜１１に記載の発明について説明す
る。

【００１９】図１は本発明の実施の形態におけるレンズ
素子の成形装置の要部構成斜視図、図２は同成形プロセ
スの温度、変位および圧力の特性図、図３は同装置の金
型構成部の要部断面図、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は
同装置の金型の事前合せ状態を示す要部断面図、図５は
同装置の金型部の要部断面図、図６（ａ），（ｂ），
（ｃ）は同装置の上金型の挿入状態を示す要部断面図、
図７は同装置の金型部の要部断面図、図８は同装置のレ
バー部の要部断面図である。

【００２０】図１において、１は成形加工の対象物であ
るガラスからなるレンズ素子を加圧成形する曲面を有し
た上金型、２は同じく上金型１に対応した下金型、３は
下金型２に挿入されたスリーブ、４は上金型１を加熱す
るためにヒータ６ａを内蔵した上ヒータブロック、５は
下金型２を加熱するためにヒータ６ｂを内蔵した下ヒー
タブロック、７は上部に下ヒータブロック５を固定し、
下部においてシリンダ８と連結している下シャフト、１
０は固定系（図示せず）に取り付けられた駆動源のパル
スモータ、１１はパルスモータ１０と連動して回転する
ボールネジ、９はボールネジ１１のナット部に取り付け
られ、容易に取り替え可能で、左右方向に移動するスト
ッパとなるテーパプレート、１２は下シャフト７に取り
付けられたプレート１３との距離を検出するためのセン
サ、１４はテーパプレート９と接触する部分で下シャフ
ト７に取り付けられた回転体、１５は密閉された成形ヘ
ッド内においてガラス材料の供給及び完成したレンズ素
子を取出すために、成形を行うための密閉空間であるヘ
ッドの下部に駆動源（図示せず）を有し、上下および揺
動可能なレバー、１６はポケット１７を有し成形を行う
ための密閉空間を構成する背面のプレートを支点に反転
する回転テーブルである。

【００２１】図２において、横軸は時間とし、縦軸に温
度、圧力、変位の推移を示している。温度においてＴ１
は３０℃近傍の常温、Ｔ２はガラス転移点近傍で且つガ
ラス転移点以下の温度である供給取出温度、Ｔ３は成形
温度である。圧力においてＰ１は下金型２を上昇させガ
ラス材料２４を挟み込む第１の圧力、Ｐ２は成形温度Ｔ
３にて成形を行う第２の圧力、Ｐ３は、成形温度Ｔ３に
おける成形完了確認後切り替えるＰ２より小さい圧力で
ある。変位においてＳ１は事前に設定された値であり全
体変形量のおよそ半分の変位、Ｓ２は変形速度が０にな
る時の変位である。

【００２２】図３において、１８は上金型１の外周を規
制しプレート２０をネジ２１で締めることで上金型１を
固定するための上ホルダー、１９は下金型２の上方向を
規制するための下ホルダーである。

【００２３】まず、図３に示すように、上金型１と下金
型２とスリーブ３からなる金型の取付は、常温Ｔ１にお
いて、上金型１及び下金型２を上ヒータブロック４及び
下ヒータブロック５の所定の位置にそれぞれ配置する。
常温Ｔ１とガラス転移点以上の成形温度Ｔ３においては
構成する部品の熱ひずみの違いにより、上金型１と下金
型２の中心が変化してしまう。そのため常温で取付精度
を保証せずに成形温度Ｔ３において金型自身の持つ加工
精度に依存させることを目的として、上金型１はネジ２
１で押えつけることにより発生するプレート２０の弾性
力で上ホルダー１８を介し固定し、下金型２にスリーブ
３を挿入し、そして下ホルダー１９をネジ２により取り
付けるが、下金型２は底面で受け固定せずに下ホルダー
１９内の一定領域において自由に移動可能であるように
する。そのため上金型１及び下金型２の中心は、下金型
２が上昇し、上金型１に下金型２に配置されたスリーブ
３が入る際のスリーブ３内周の精度に依存することにな
る。

【００２４】なお、金型の取付は、上金型１及び下金型
２の中心を成形温度Ｔ３の環境下、すなわち本成形装置
を構成する金属部品の熱ひずみが起きている状態で中心
を合わせることを目的とする方法を用いても良い。図４
において図４（ａ）は上金型１を装着前の図、図４
（ｂ）は下金型２を上昇させ上金型１を真空吸着により
装着した時の図、図４（ｃ）は上金型１を装着後の調整
用スリーブ２２を生産用のスリーブ３に交換した図であ
る。２２は調整用スリーブ、２３はヒータブロックに有
した上金型１及び下金型２を真空吸着するための真空穴
である。

【００２５】図４（ａ）に示すように、まず、下金型２
のシャフト部分に内径が生産に用いるスリーブ３より小
さい調整用スリーブ２２を挿入し、さらに上金型１をス
リーブ２２内に挿入する。この状態で下金型２を真空吸
着により固定し上昇させる。この際、成形温度Ｔ３が６
００℃近傍であるため金属の酸化を防ぐ狙いで酸素濃度
の低い密閉空間に金型が存在するため、人による固定が
困難である。そのため、真空吸着により上金型１の平面
部を上ヒータブロック４に吸着し固定する（図４
（ｂ））。そして、温度を常温Ｔ１まで下げ、上金型１
は真空吸着で上ヒータブロック４に固定したまま下金型
２を下降する。そして調整用のスリーブ２２を生産用の
スリーブ３に交換し成形を行う（図４（ｃ））。

【００２６】図５において、２６は成形を行う密閉空間
であるヘッド内に窒素を流入するためのパイプである。
上金型１及び下金型２を取り付けた後、成形装置内を密
閉し窒素を一定時間流入し酸素濃度を低下させる。その
際、窒素の吹出し口はヘッド内の側面もしくは底面にパ
イプ２６を配置することで、成形時の熱ひずみの変化を
低減することができる。

【００２７】その状態で、上ヒータブロック４及び下ヒ
ータブロック５に取り付けられた上金型１及び下金型２
の温度を昇温させる。供給取出温度Ｔ２まで昇温させ、
温度を保持する。回転テーブル１６が有するポケット１
７の中に成形ヘッドの外でガラス材料２４を供給し、回
転テーブル１６を回転させガラス材料２４が配置されて
いるポケット１７をヘッド内へ移動させる。ガラス材料
２４をレバー１５の先端のノズル２８（図８参照）によ
り真空吸着しレバー１５が旋回して下金型２へ供給す
る。その後、ガラス転移点以上で軟化点温度以下の成形
温度Ｔ３へ向け昇温を開始し、低荷重Ｐ１で下金型２を
上昇させる。

【００２８】図６において、２４は下金型２に供給され
た成形前のガラス材料である。

【００２９】図６に示すように、下金型２は、下ヒータ
ブロック５と駆動及び加圧用のシリンダ８の間にあたる
ヘッドの下部において待機しているテーパプレート９に
下シャフト７に取り付けてある回転体１４に接触させ、
上金型１にスリーブ３が挿入される直前で上昇を止める
（図６（ａ））。この間も上金型１及び下金型２は温度
を昇温させている。

【００３０】上ヒータブロック４及び下ヒータブロック
５が成形温度Ｔ３に到達後一定時間経った後、下金型２
の上昇を始める。この際、下金型２に挿入されているス
リーブ３と上金型１のエッジ部が接触する時（図６
（ｂ））の衝撃荷重、及び下金型２に配置されたガラス
材料２４と上金型１が接触する時の衝撃荷重がかからな
いように、テーパプレート９を左右方向に移動させ下シ
ャフト７を介し下金型２の速度を制御しながら、且つシ
リンダ８によりプレス圧力を加え下金型２を上昇させ
る。

【００３１】なお、異なるテーパ角度をもつテーパプレ
ート９を交替することで回転体１４との当り角度を変化
させることにより、下金型２の速度移動量を容易に変え
ることが可能である。

【００３２】その後、ガラス材料２４を挟み込み成形を
開始する（図６（ｃ））。

【００３３】テーパプレート９の左右方向の移動速度は
十分速いため、テーパプレート９を介し上方向に移動す
る回転体１４の速度も、ガラス材料２４がつぶされる速
度に対し十分速くなるため、上金型１及び下金型２とガ
ラス材料２４接触後の下金型１の上昇速度はガラス材料
２４の変形速度となる。

【００３４】シリンダ８による加圧Ｐ１でガラス材料２
４が変形し、所定量Ｓ１まで変形したことをヘッドの下
部に配置してあるセンサ１２にて検出し、電空比例弁に
より所定荷重Ｐ２に上げ成形を行う。この際、変位速度
が０になったことを検出することで成形が完了したこと
とする。

【００３５】図７において、２５は成形時に高さ規制を
行うためのカラーである。

【００３６】図７に示すように、変形の完了は事前に下
金型２に配置されたスリーブ３の外周に配置した高さ規
制を行ったカラー２５により強制的に押切り状態にする
方法を用いても良い。

【００３７】押切り後、ヒータ６ａ，６ｂの加熱を止
め、且つ常温の窒素を吹き付けることによる冷却効果に
よって温度を降温させる。この際、窒素を直接レンズ素
子２７に吹き付けるとレンズ素子２７自体に温度分布の
差が発生し、レンズ素子２７が固化していく際、異方性
が発生するためレンズ素子２７全体を同一温度条件にす
るために上ヒータブロック４及び下ヒータブロック５の
底面４ａ，５ａに窒素を吹き付け上ヒータブロック４及
び下ヒータブロック５と上金型１及び下金型２を同時に
冷却する（図５）。冷却しながら、上ヒータブロック４
及び下ヒータブロック５の温度を検出し、電空比例弁の
圧力を切替えることによりレンズ素子２７に加わるシリ
ンダの荷重を低下させる。

【００３８】ガラス転移点以下まで冷却したことを確認
後、レンズ素子２７及び上金型１及び下金型２に衝撃が
加わらないように、速度制御をしながらテーパプレート
９を移動させ下金型２を低速で下降させる。上金型１及
び下金型２が十分離れた後、下金型２をシリンダにより
降下させる。下降確認後、テーパプレート９は次の成形
に備え、下金型２上昇時に上金型１とスリーブ３と接触
させない所定の位置へ移動する。

【００３９】図８において、２７は成形後のレンズ素
子、２９はレンズ素子２７を真空吸着するための真空穴
３０を有するレバー１５に取り付けられたピン、３１は
ノズル２８が真空により吸引していないときの落ち止め
用の受けである。

【００４０】最後に、図８に示すように、成形を終えた
レンズ素子２７を下金型２内から取り出すためレバー１
５の先端に配置されたノズル２８を下金型２内に挿入し
真空で吸引することによりレンズ素子２７を取り出しす
るものである。ノズル２８の底面は円錐状で、ピン２９
の当接する部分は球面形状を有した構造であり、ノズル
２８がレンズ素子２７の傾きに追従することができレン
ズ素子２７上面からの真空リークを防ぐことができる。
ノズル２８先端に吸着されているレンズ素子２７は、レ
バー１５を旋回させ、回転テーブル１６のポケット１７
内に置かれる。その後、レンズ素子２７は回転テーブル
１６が回転することにより成形ヘッドの外へ取り出され
る。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、金型の変
形及び破損が無く安定した光学特性を有するレンズ素子
を得ることができる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるレンズ素子の成
形装置の要部構成斜視図

【図２】同装置における成形プロセスの温度、変位およ
び圧力の関係特性図

【図３】同装置の金型構成部の要部断面図

【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）同装置の金型構成部の
事前合せ状態を示す要部断面図

【図５】同装置の金型部の要部断面図

【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）同装置の上金型の挿入
状態を示す要部断面図

【図７】同装置の金型部の要部断面図

【図８】同装置のレバー部の要部断面図

【図９】従来のレンズ素子の成形装置の要部断面図

【符号の説明】

１ 上金型 ２ 下金型 ３ スリーブ ４ 上ヒータブロック ５ 下ヒータブロック ６ａ，６ｂ ヒータ ７ 下シャフト ８ シリンダ ９ テーパプレート １０ パルスモータ １１ ボールネジ １２ センサ １３ プレート １４ 回転体 １５ レバー １６ 回転テーブル １７ ポケット １８ 上ホルダー １９ 下ホルダー ２０ プレート ２１ ネジ ２２ 調整用スリーブ ２３ 真空穴 ２４ ガラス材料 ２５ カラー ２６ パイプ ２７ レンズ素子 ２８ ノズル ２９ ピン ３０ 真空穴 ３１ 受け

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 皆藤 裕祥 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスからなるレンズ素子を加圧成形す
   る曲面を有した一対の金型と、前記一対の金型のうち少
   なくとも一方の金型を所定圧力で進退動させる駆動手段
   と、前記駆動手段により移動させた金型を、前記レンズ
   素子を構成するガラス材料に当接させるより前に所定位
   置で一旦停止させ、その後前記ガラス材料に当接させて
   加圧成形するストッパ機能とを備えたレンズ素子の成形
   装置。
2. 【請求項２】 金型の駆動手段をシリンダとし、そのシ
   リンダにより成形時の圧力を加える機構を備えた請求項
   １記載のレンズ素子の成形装置。
3. 【請求項３】 ストッパ機能は、密閉された成形部と駆
   動源であるシリンダの間に配置されたテーパプレートを
   有し、そのテーパプレートを左右方向に移動させること
   により下金型の上下方向の位置及び速度を制御できるよ
   うに構成した請求項１記載のレンズ素子の成形装置。
4. 【請求項４】 テーパプレートの駆動源をパルスモータ
   とした請求項３記載のレンズ素子の成形装置。
5. 【請求項５】 密閉された成形部にパイプを通じて窒素
   を流入する機能を有する請求項１記載のレンズ素子の成
   形装置。
6. 【請求項６】 密閉された成形部に外部からガラス材料
   を供給し且つ成形したレンズ素子を外部に取出す回転テ
   ーブルと、上記回転テーブルと下金型の間をガラス材料
   及びガラス素子をフレキシブルに傾斜可能な先端ノズル
   により真空吸着し搬送するレバーを有する請求項１記載
   のレンズ素子の成形装置。
7. 【請求項７】 シリンダの上下移動時と成形時の圧力を
   切り替えるための電空比例弁と、下金型と連結され成形
   部の外に配置された変位を検出するためのセンサを有す
   る請求項２記載のレンズ素子の成形装置。
8. 【請求項８】 上金型を弾性力を用いて上ヒータブロッ
   クに固定するためのプレート及びホルダーと、下金型は
   固定せずに一定領域内で移動可能にし且つ下ヒータブロ
   ックから外れないためのプレート及びホルダーを有する
   請求項１記載のレンズ素子の成形装置。
9. 【請求項９】 ６００℃近傍の成形温度の環境下で上金
   型及び下金型を真空吸着により固定するために真空穴を
   有する上ヒータブロック及び下ヒータブロックで構成さ
   れる請求項１記載のレンズ素子の成形装置。
10. 【請求項１０】 ガラス材料の近傍で強制的に成形を完
    了させるために事前に高さ調整を行ったカラーを下金型
    に有する請求項１記載のレンズ素子の成形装置。
11. 【請求項１１】 レンズ素子を加圧成形する曲面を有し
    た一対の金型のうち、少なくとも一方の金型を第１の圧
    力で移動させ、前記一対の金型が前記レンズ素子を構成
    するガラス材料を挟持するより前に前記第１の圧力で移
    動させた前記金型を所定位置で停止させ、その後、前記
    第１の圧力で移動させたときより低速で前記金型を移動
    させて前記ガラス材料を挟持し、前記第１の圧力より大
    きい第２の圧力により前記ガラス材料を加圧成形するレ
    ンズ素子の成形方法。