JPH01212241A - 光学素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業１・、の利用分野） 本発明は、プレス成形による光学素子の成形方法に関し
、より詳細には、プレス成形後において研削及び研摩等
の工程を経ることなしに表面精度及び用敬精度の良好な
光学素子又はそのリヒートプレス用として好適するプリ
フォームの成形方法に関する。

（従来の技術） 近年、所定の表面精度を有する成形用型内にガラス素材
を収容してプレス成形することにより、研削及び研摩等
の後加工を不要とした高精度の光学素子を成形する方法
が開発されている。

このプレス成形法には、一般にリヒートプレス法とダイ
レクトプレス法がある。

リヒートプレス法は、予め溶融固化したガラス材料の必
要量を切断し、砂ずり等の方法により重量調整を施して
ガラス小塊とし、これを成形用型内に入れ、該ガラス小
塊と成形用型を同時に又は別々にプレス温度まで加熱し
た後、プレス成形して成形用型に形成した光学機能面を
押圧転写して光学素子を成形する方法である。

一方、ダイレクトプレス法は、溶融ガラス流出オリフィ
スより流出若しくは押出される溶融ガラス流の必要量を
切断刃により切断し、これを成形用型内に直接落下させ
るか又はシュートによって投入し、しかる後成形用型を
押圧して光学素子を成形する方法である。

又、を記のリヒートプレス法において、切断及び砂ずり
等のような生産性の低い工程を経ずに上記のダイレクト
プレス法における如ぐ、溶融ガラスを成形用型に入れて
プレス成形し、最終製品に近似した形状の予備成形品（
プリフォーム）を得たしで該プリフォームを最終製品の
形状及び面積度と同じか若しくはそれ以上に精度の高い
光学機能面を有する成形用型に入れてプレス成形を行な
う方法がある。

（発明が解決しようとする問題点） これらの成形方法により得られた光学素子は、良好な像
形成品質が得られるよう所定の面精度及び寸法精度が要
求され、又このため上記のいずれの方法においても最終
製品を得るためのプレス成形に供給されるガラス材料は
部分に重量調整がなされていなければならない。

しかしながら、上記のガラス小塊を用いてプレス成形す
る方法では、ガラス小塊の重に調整を切断及び砂ヤり等
により行なうため、成形品の表面に砂目が残留したり、
プレス成形前にガラス小塊を加熱する際、ガラスと加熱
用受面との融着を防１１、するために塗布した離型済が
プレス時に成形品の表面に食い込んで該成形品の表面精
度が著しく悪化するという問題がある。

又、直接溶融ガラスを用いてプレス成形する方法では、
切断刃による切断の際、成形品にシャーマークと称せら
れる切断痕が生じ、成形品の面精度が劣化するという問
題がある。又、このプレス成形法においては、成形品の
重量調整を溶融ガラス流の切断によって行なうため、こ
の溶融ガラス流の温度変化や切断タイミング或いはガラ
ス流の脈動等により成形品に重量変動が生じ、所定の寸
法精度が得られないという問題点もある。

なお、特にシャーマークの発生を防＋ｈＬだプレス成形
法としては、特公昭４１−９１９０号公報或いは特開昭
６１−１３２５２３号公報に記載されたものがある。

特公昭４１−９１９０号公報に記載された成形方法ては
、成形用型を溶融ガラスの流下方向に直角の方向に押圧
して型空所内に溶融ガラスを充填′させてプレス成形す
る方法であるが、成形用型の押圧時に型空所内の余剰ガ
ラスが成形用型とこれに対向するアンビルとの間から流
出するという現象が生じる。この余剰ガラスは成形用型
の抑圧動作が進行するに伴い、その流出抵抗を増大する
とともに成形用型により冷却されて粘性を増し、これが
成形用型とこれに対向するアンビル間で完全に切取られ
ないまま冷却されて成形品の外周にはみ出し部分を形成
するにのため、プレス成形後においてこのはみ出し部分
の破断及び破断面を仕１・、ける作業が必要となる。又
、溶融ガラス流の大きさが変動することにより上記した
成形品とはみ出し部分との間のガラス厚さが変動して成
形品の厚さにバラツキが生じてしまい１重量調整が高精
度に行なえないという問題もある。

一方、特開昭６１−１３２５２３号公報に記載された成
形方法では、成形品の精度は流動するガラス体を打抜く
前の該ガラス体の大きさ等に依存しておりＫ　ｆ＋１度
の寸法形状を有するロッド又はガラスシートが必要とな
る。

本発明者等は、上述のような問題点を解決すべく、成形
品にシャーマーク等の表面欠陥がなく。

寸法精度及び重量精度がすこぶる良好な光学素子の製造
方法について既に提案しである。

本発明は、この製造方法に関するものである。

一般に、プレス成形後のガラス成形品は、冷却過程にお
いて、その表面温度は形をくずさない程度に冷却されて
いるが、内部の温度は高く温度分布も不均一である。こ
のため、型から取り出された後の冷却過程で収縮が均一
に行なわれず、比較的温度の高い部分に収縮が集中して
、ガラス素材の表面を内側に引っ張り、表面にひけと称
せられる四部を生ずる。このようなひけは、成形品の形
状低下の原因となり成形品の光学性能を著しく悪化して
しまう。又、このひけは、ガラス温度が高温であればあ
るほど生じやすく、又成形品の肉厚が厚いほど生じやす
い。

本発明はこのような成形品表面に生じるひけの発生を抑
え高精度な光学素子を得る方法を提供することを目的と
する。

（問題点を解決するための手段） Ｅ述した目的を達成するために、本発明の光学素子の成
形方法は、ガラス流体を挟むように対向配置され該ガラ
ス流体を押圧して被成形部を形成する一対の成形用型と
、前記成形用型の外周に設けられ１記被成形部とその他
の部分とを切断分離する切断部材と、前記切断部材を加
熱する手段とを備えた光学素子の成形装置において、前
記切断部材を加熱する手段に加熱温度を制御する手段を
設け、前記切断部材により前記被成形部の外周を切断し
た後、前記切断部材の温度を前記成形用型の温度より高
く設定するとともに前記切断部材で前記被成形部を保持
したまま該被成形部を冷却することを特徴とする。

（作　用） 本発明においては、成形品の外形形状は成形用型の外周
に設けられ被成形部とその他の部分とを切断分離する切
断部材により形成される。この切断部材を冷却時に成形
用型より高温度に制御し、被成形部の外周を切断した後
、該切断部材を被成形部の外周に接触したまま保持する
ことにより、成形品に生じる温度分布は上記切断部材に
接触した成形品の外周におけるほどほど高くなり、冷却
に伴う熱収縮はこの成形品の外周に集中的に生じる。

しかるに、成形品外周は光学的機能面として使用するこ
とが少なく、このような熱収縮に伴うひけが発生しても
不都合１′ｉ生じない。

本発明は、このように成形品の冷却時におけるひけの発
生を該成形品の外周に集中させ成形品の光学的性能の低
下を防止し、特に肉厚の厚いレンズはど本発明の効果を
発揮することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図（ａ）は本発明の実施例に用いられるプレス成形
装置の概略断面図であり、第１図（ｂ）は第１図（ａ）
に示すプレス成形装置に加熱装置を接続した要部拡大断
面図である。

第１図（ａ）において、１は不図示の溶融炉から溶融ガ
ラスを流出するノズルであり、２はこのノズルから流出
したガラス流体であり、３はガラス流体２の先端に生じ
た切断跡である。４はノズル１の下方に設けられ、不図
示の駆動装置により開閉動作を行なうことによりガラス
流体２を切断する切断刃である。この切断刃４が作動し
てガラス流体２が途中で切断されることにより切断跡３
が発生ずる。

本実施例に示すプレス成形装置は、ガラス流体２がノズ
ルｌから流下する形式のものに対して構成してあり、ｌ
対の成形用型を構成する第１の型部材５と第２の型部材
６とがガラス流体２を略直角方向から挟むように互いに
対向した状態で配置しである。各々の型部材５．６は、
対向する夫々の面に鏡面加１か施された成形面５ａ、６
ａを有している。

第１の型部材５はスライダー１４に保持され、このスラ
イダー１４はスライドシャフト１８に摺動可能に支持さ
れている。１６はスライダー１４を駆動１°るシリンダ
ーであり、このシリンダー１６の作動によりスライダー
１４はスライドシャフト１８の摺動方向に移動して第１
の型部材５の押圧動作が行なわれる。

一方、第２の型部材６はナダブタ−１２を介してシリン
ダー１３に連結され、このシリンダー１３の作動により
第２の型部材６の抑圧動作が行なわれる。

これら型部材５．６の各成形面５ａ、６ａにより形成さ
れるキャビティは、各シリンダー１３゜１６のストロー
クにより設定することができる。

又、第２の型部材６の外周には、第１の型部材５の側に
切断刃が形成された切断リング７が設けられ、この切断
リング７はスライドシャフト１８に摺動６（能に支持さ
れたスライダー１５に連結されている。さらに、スライ
ダー１５はシリンダー１７に連結され、このシリンダー
１７の作動により、切断リング７は第２の型部材６とは
独立した動作で該第２の型部材６の外周を摺動すること
ができる。

又、１９は本装置全体のベースであり、シリンダー１３
．１６．１７及びスライドシャフト１８を堅固に支持し
ている。

さらに、第１図（ｂ）に示すように、第１の型部材５及
び第２の型部材６には型温測定用の熱電対が内蔵された
加熱用のヒーター３０．３１が内蔵されている。３２．
３３は夫々のヒータに接続された導線である。又、切断
リング７にはヒーター３４．３５及び熱電対３９が内蔵
されている。３６．３７．３８は夫々のヒーター及び熱
電対に接続された導線である。これらの導線は本成形装
置の外部に設置６されたコントローラー４０に接続され
ている。このコントローラーには、電力調節器４１、温
度調節器４２、電力調節器４１の外部電源４３が備えら
れている。

熱電対３９は温度調節器４２に接続され、熱電対３９で
検出された測定値を出力制御信号として温度調節器４２
に送られ、そして電力調節器４１にて制御きれてヒータ
ー３４．３５により切断リング７が加熱される。

上述したのコントローラー４０は、切断リング７に接続
されたものであるが、型部材５．６にもこれと同様のコ
ントローラー（不図示）が接続されている。

これらのコントローラーは成形工程に応じて型部材５．
６に温度変化を与え、又型部材５．６の温度に応じて切
断リング７の温度を制御する６次に本装置の動作につい
て第２〜７図及び第８図を用いて説明する。

第２〜７図は１本装置の各工程順における作動状態を示
す要部断面図であり、第８図は、本装置における作動部
、即ち第１の型部材５、第２の型部材６、切断刃４及び
切断リング７の各部の作動タイミングを示すタイミング
チャートであり、横軸は時間Ｔを示す。これら作動部の
作動タイミングは、各作動部を接続した不図示のコント
ローラーにより制御することができる。

本装置を作動するにあたり、コントローラー４０により
、切断リング７を型部材５．６と同温か、又はそれより
も高温度に加熱しておく。

第２図はプレス成形直前の状態であり、ノズルｌからは
ガラス流体２が流下している。このガラス流体２の先端
、即ち切断跡３が対向する各成形面５ａ、６ａより下方
に流下した時点で、第１の型部材５及び第２の型部材６
の抑圧動作を開始する。第８図においてＴ＝Ｏはこの両
型部材５．６の作動開始時期を示す、これら型部材５．
６の作動開始時期は双方において同時でよいが、型部材
５．６のガラス流体２に対する抑圧動作終了時期］°、
は双方において同時か多くとも±０．０５ｓの誤差に収
めるのが好ましい。この誤差が大きいと型部材５．６の
片方のみがガラス流体２に衝突して該ガラス流体２に横
ブレが生じ好ましくない。その後、型部材５．６は、第
３図に示すように、ガラス流体２の被成形部２１を押圧
したままの状態を所定時間保ち、この間被成形部２１の
両表面に対して夫々の成形面５ａ、６ａによる抑圧転写
が行なわれる。

切断刃４の作動開始時期及び切断開始時期は、夫々型部
材５．６の作動開始時期Ｔ＝Ｏと同時であってよいが、
この切断刃４によるガラス流体２の切断終了時期１゛、
・は型部材５．６がガラス流体２を保持すると同時か少
なくとも保持した後でなければならない。

その後、切断刃４は元の状態に復帰せしめられる。第８
図には、この切断刃４の復帰開始時期なＴ４とし、復帰
終了時期をＴ、として示しである。好ましくは、切断刃
４の作動開始時期′ｒ＝０から復帰開始時期゛「４まで
に要する時間を０．３〜０．４５とする。

切断リング７の作動開始時期Ｔ１は、第５図に示すよう
に、少なくとも切断リング７による被成形部２１の外周
切断終了（Ｔ、）前に切断刃４によるガラス流体２の切
断が終了（Ｔ、・）した状態となるようにするのが好ま
しい。こうすることにより、切断リング７の切断動作が
終了した時点においてガラス流体２は切断刃４により既
に切り離された状態にあり、切断リング７で切取られた
切断片２２は容易に第１の型部材５の外部に移動するこ
とができる。かくして、切断リング７は第２の型部材６
の外周に沿って摺動しつつ被成形部２１の外周を切断し
、該被成形部２１の外周形状を形成する。

その後、切断リング７は切断終了時（’ｒ、ｌ）の状態
を維持し、被成形部２１の外周を保持したままその温度
差により被成形部２１を外周から冷却し、該被成形部２
１の外周付近は粘度を増してその形状が定着する。一方
、型部材５．６と被成形部２１の温度差により該被成形
部２１は両表面から冷却されて粘度を増し、表面形状が
安定化する６又、プレス成形後切断リング７及び型部材
５．６を被成形部２１に接触保持した状態でこの被成形
部２１の冷却を行なう時、切断リング７は予め型部材５
．６よりも高温度に加熱された状態にあるため、被成形
部２１の中央部よりも切断リング７に接触した被成形部
２Ｉの外周周辺においてより高温であり、Ｌ記の冷却に
ともない被成形部２１の外周周辺は被成形部２１の中央
部より高被成形部２１の外周周辺に集中し１表面中央部
にはほとんど生じない。

次いで、第６図に示すように、第１の型部材５を元の状
態に復帰する。この作動開始時期をＴ６とし１作動終了
時期をＴ、とし、切断リング７を元の状態に作動する開
始時期を第１の型部材５の復帰終了時期Ｔ７と同時かそ
の終了後とすると、切断リング７の作動開始前において
被成形部２１は該切断リング７により保持された状態に
あり、自然に落下することがない。

そして、切断リング７の復帰終了時期Ｔ８と同時に、被
成形部即ち成形品２３を取出す、これは、周知の吸着ハ
ンド等を用いて行なうことができる。この取出し作業の
終了後、第２の型部材６を元の状態に復帰せしめる。第
８図には、この第２の型部材６の復帰開始時期をＴ、と
し、復帰終了時期をＴ、。としである。

なお、第７図は切断リング７を復帰した状態を示しであ
るが、この時成形品２３は切断リング７の保持を解除さ
れて自然落下する。

なお、以上のような動作において、成形用型５．６によ
るプレス成形は、ガラス流体２の先端即ち切断跡３を除
いた部分に対して行なわれるため、得られた成形品２３
にシャーマーク等の表面欠陥が生じない。

又、成形用型５．６により形成されるキャビティ容９は
、各シリンダー１３．１６のストロークにより設定する
ことができる。即ち、設定されたシリンダー１３．１６
のストロークによって、押ＬＥ時における各成形部材５
．６間の最短接近幅が決まり、これが成形用型５．６の
各成形面間隔を規制する。従って、成形品２３の肉厚は
この成形面間隔により決定されるものであるから、シリ
ンダー１３．１６のストロークを製造すべき成形品２３
の肉厚に応じて設定することにより常に所定の肉厚を有
する成形品が得られる。又、成形品２３の表面形状及び
性状は各成形部材５．６の夫々の成形面５ａ、６ａによ
り決まる。さらに、成形品２３の外周形状は切断リング
７の内周形状により決薫り、該切断リング７の切断動作
と同時に成形品２１の外周が形成される。

なお、以上説明したプレス成形装置は、成形用素材たる
ガラス流体が下方に流下するノズルに対応して左右横方
向から押圧動作を行なう成形用型が用いであるが１本発
明はこのような流下形式及び成形用型に限定されるもの
ではなく、例えば横方向或いは傾斜方向に供給されるガ
ラス流体に対して構成される成形用型を用いることもで
きる。

次に１．Ｅ述のようなプレス成形法を用いて比較的肉厚
の厚い成形品を成形する具体例について第１図〜第８図
を参照しながら説明する。

この実施例においては、通常カメラレンズ等に使用され
る光学ガラスＳＦ８　（Ｔｇ＝４４３℃、比重４．２２
）の溶融ガラスを用い、」二記の方法により外径６ｍｍ
、中心肉厚４關、コバ厚３．０８ｍｍ。

曲率がＲ，＝Ｒ＊　＝ＩＯｍｍ、ガラス容置０．　ｌ１
ｌＯｃｃ、重量４２２　ｍ　ｇの両凸形状のリヒートプ
レス用プリフォームの成形を非酸素雰囲気中で行なった
。

型部材５．６としては炭化タングステンにより形成して
夫々の成形面５ａ、６ａは光字鏡面に研磨し、この型温
か５１０℃（ＳＦ８の粘度で約１０″ポアズに相当する
温度）となるようヒーター３０．３１の調整を行なった
。又、切断リング７の温度は型部材５．６と同じ温度で
ある５１０℃となるようヒーター３４．３５の調整を行
なった。

又、不図示の溶融炉にて溶融されたガラスをガラス流体
２の粘度が１０’ポアズ（約７７５℃）となるように調
整した。

そして、各シリンダー１３．１６．１７の作動圧力を夫
々１５０ｋｇ、　３５０ｋｇ、　　１００ｋｇに設定し
、」−記の方法によりプレス成形及び切断処理を行ない
、この切断処理から４６０℃位まで切断リング７の温度
が型部材５，６の温度より２０℃高くなるように制御し
ながら冷却した。その後、ガラス粘度が１０１３ポアズ
（４４３℃）に達するまでの間に型部ｖｉ５．６及び切
断リング７の温度か同一にな°る゛ように制御し、その
ままこの同一温度で４００℃まで冷却した。得られた成
形品２３は、所望の成形品に対して外径精度で±０．Ｏ
１ｍｎ＋。

中心肉厚で±０．０２．重量で１３ｍｇ（１０，７％）
のバラツキ内に収り、表面中心部にひけは全く生ぜず１
表面状態も良好であり、このままで通常のレンズとして
十分使用できる精度のものであった。

又１本実施例においては、成形品の肉厚が４ｍｍと比較
的厚いにもかかわらず、熱収縮に伴うひけの発生を成形
品外周に集中させて成形品の表面中心部にひけが生じる
のを防止している。

ちなみに、ト記実施例の第１及び第２の型部材５．６、
切断リング７及び被成形部２１を成すガラスの温度及び
粘度についての関係を第９図に示す。

プレス成形開始時期（第８図においてＴ２Ｏ）において
、型部材５，６は、５１０℃（ガラス粘度で約１０９ポ
アズ）に調整された。又、切断リング７の温度は、型部
材５．６と同じ５１０℃に調整された。又、ノズル菖か
ら流化するガラス流体２の粘度は約１０’ポアズ（約７
７５℃）となるように調整された。

」―２型部材５．６の抑圧動作終了時期Ｔ２から復帰動
作開始時期１゛６までの成形時間（約１０秒間）におい
て、被成形部２１のガラスは、型部材５．６及び切断リ
ング７の温度差により急激に冷却され、粘度は約１０６
ボアズから１０１４・６ポアズ以ヒになる。この間にお
いて、切断から約４６０℃位までは、切断リング７が型
部ＪＦ４５．６より２０℃高くなるようにし、その後４
４３℃（＝Ｔｇ点）までの間に型部材５．６及び切断リ
ング７を−・致させそのまま同一温度に保ちながら４０
０℃まで冷却した。この時成形品２３のガラス温度はこ
の型部材５．６と略同様となる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、プレス成形後の
成形品を冷却するａ％成形品の不均一な温度分布に起因
して生ずる成形品表面のひけを先約性能にあまり影響の
ない成形面外周に集中さて成形品の表面中央部にひけが
発生することを防止。

し、高精度な光学表面を有する光学素子を得ることが可
能である。

特に本発明においてば、比較的肉厚の厚い光学レンズに
おける光７表面のひけの発生を防止するのに効果的であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例を示すプレス成形装置の
概略的断面図である。 第１図（ｂ）は？！１図（ａ）に示す装置に加熱装置を
加えた要部拡大断面図である。 第２図〜第７図は第１図に示す装置の要部断面図であり
、同装置の工程順の作動状態が示しである。 第８図は第１図に示すプレス成形製ｒ〃の各作動部のタ
イミングチャートを示す図である。 第９図は本発明の実施例におけるプレス成形時の型部材
、切断リング及びガラスの温度の時間的変化を示すグラ
フである。 ｌ・−ノズル ２・・・ガラス流体 ３・・・切断跡 ４・・・切断刃 ５・・・第１の型部材 ６・・・第２の型部材 ７・・・切断リング ２１・−被成形部 ２２　・・・切断片 ２３−・・成形品 ３０　・・・第１の型部材の加熱用ヒーター３１・・・
第２の型部材の加熱用ヒーター：Ｓ４．３５・・・切断
リングの加熱用ヒーター４０・・・コントローラー 代理人　　弁理ト　山　下　穣　平 第１図（ａ） 第１図（ｂ） 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７ス 第８回

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス流体を狭むように対向配置され該ガラス流
   体を押圧して被成形部を形成する一対の成形用型と、前
   記成形用型の外周に設けられ前記被成形部とその他の部
   分とを切断分離する切断部材と、前記切断部材を加熱す
   る手段とを備えた光学素子の成形装置において、前記切
   断部材を加熱する手段に加熱温度を制御する手段を設け
   、前記切断部材により前記被成形部の外周を切断した後
   、前記切断部材の温度を前記成形用型の温度より高く設
   定するとともに前記切断部材で前記被成形部を保持した
   まま該被成形部を冷却することを特徴とする光学素子の
   成形方法。
2. （２）前記ガラス流体がガラス溶融炉の流出ノズルから
   流下する溶融ガラス流であることを特徴とする許請求の
   範囲第１項記載の光学素子の成形方法。
3. （３）前記ガラス流体が再加熱されたロッド又はシート
   状のガラス材料から成ることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の光学素子の成形方法。