JPH02255541A - 光学素子のプレス成形装置および光学素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガラスレンズなどの光学素子をプレス成形す
る装置および光学素子に係り、時に、形状精度の優れた
光学素子を、短縮した成形サイクルでプレス成形する光
学素子のプレス成形装置３よび光学素子に関する。

〔従来の技術〕

ビデオカメラ用ズームレンズは小形、＠童、高精細化の
点から非球面ガラスレンズとなるのは時間の問題となっ
ている。しかし、非球面ガラスレンズの成形は、素材の
加熱、冷却及び金型の高精度な温度調整と非酸化性＃！
囲気の保持が必要で装置が複雑となり、高くないのが現
状である。すなわら、従来の光学素子のプレス成形装置
は、ガラスのプリフォームを取り入れるプリフォーム取
り入れ室、加熱室、プレス室、徐冷室、および、レンズ
取出し室からなっており、これら各室内を非酸化性雰囲
気に保った状態で、その室内を金型全体が移動するよう
になっていた０ なお、この種の装置として関連するものには、たとえば
、特開昭６１−２６５２８号公報が挙げられる０ 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、プレスにより高温のプリフォームを加
圧して所定の形状に成形したのち、−旦除荷し、金型を
冷却して成形品の形状を偉績させるものであるが、成形
直後は、まだ、ガラスが高温で、粘弾性挙１ＥＩＩＩを
示す点について考慮されておらず、わずかなひけの発生
により、成形品の形状精度が低下するという問題があっ
た。

また、金型全体が移動してプレス成形をするので、その
移動時の摺動の円滑さを確保するには、摺動部のクリア
ランスを大きくとらざるを得ないため、成形品の中心と
光軸のずれや傾きが大きくなるという問題もある。そし
て、金型の加熱、冷却に要する時間が長いので、成形サ
イクルが長く、生産性があがらなかった０ 本発明の主な目的は、形状精度の優れた光学素子を、短
縮した成形サイクルでプレス成形することができる光学
素子のプレス成形製＋ｔを提供することにある０ 本発明の他の目的は、ガラスの粘弾性変形によるひけの
発生を防ぎ、はこりをしめ出し、かつ、金型の劣化を防
ぐことができるプレス成形装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明の光学素子のプレス成
形装備の主な特徴は、成形室と、プリフォームの供給室
と、成形品の取り出し室とを備え、前記成形室は前記プ
リフォームの搬送機構、金型を装着したプレス機構、前
記金型の加熱・冷却用の位置決め機構、前記プリフォー
ムを前記搬送、嵌榊から受けて前記金型へ挿入し、前記
成形品を前記搬送＠構の取り出し側へ渡す挿入・取り出
し機構を含むプレス成形装置において、 前記プリフォーム供給室で複数個の前記プリフォームを
ストックし、順次、送り出し位置へ届けるプリフォーム
・ストック・送り出し機構と、前記搬送機構の供給１１
１１へ供給するプリフォーム供給機構と、前記成形室を
開閉可能な前記プリフォーム供給室側のシャッタを介し
て連接し、前記成形品を前記搬送機構から取り出し、収
納位置へ届ける成形品取り出し機構と、前記成形品を、
順次、ストックする成形品ストック機構と、前記成形室
を開閉可能な前記成形品取り出し機構側のシャッタを介
して連接する手段とを含むことにある。

〔作用〕

金型は、成形室内のブレス機構に固定されているので、
摺動部のクリアランスが最小になり、成形品である光学
素子の外周中心と光軸とのずれや傾きを最小に抑えるこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例の光学素子のプレス成形装置
の平面図、第２図は第１図に３けるｎ−ＩＩ矢視断面図
、第３図は、第１図の光学素子のプレス成形装置の成形
時の雰囲気調整のフローチャートである。

図において、１は金型、２は成形室、５は冷却装置、４
はプラテン、５はコンベア、６はシャッタ、７はプリフ
ォーム供給室、８は成形品取り出し室、９はストッカ、
１０Ａはプリフォーム、１０Ｂは成形品、１１Ａはプリ
フォーム供給機構、１１Ｂは成形品取り出し機構、１２
は大気開放扉、１３は反射板、１４は挿入・取り出し機
構、１５は加熱ヒータ。

１６Ａは吹出しノズル、１７は上・下動機４．１８は受
圧棒、１９はフレーム、２０はフレーム、２１はフレー
ム、２２は加圧棒、２５は予熱炉、２４はリフタ、Ｃは
搬送機構である。

このプレス成形装置は、プリフォーム１０Ａｆｉ：加圧
成形して所定形状の光学素子を製造するようにしたもの
で、成形室２とプリフォーム供給室７と成形品取り出し
室８とをもち、成形室２は、供給側と喉り出し側との間
にプリフォーム１０Ａ８予熱する予熱炉２３を備えた搬
送機ｍＴと、屋閉めしたとき所定形状のキャビティを形
成する金型１を装着したプレス機構Ｐと、加熱時には、
金型１を加熱する位置へ位置決めし、この位置で金型１
を加熱する加熱装置Ｈと、冷却時のみ金型１８冷却する
位置へ位置決めし、その位置で、金型１を冷却する冷却
装置Ｃと、搬送機構Ｔと金型１との間を往復動し、予熱
炉２３で予熱したプリフォーム１０Ａを搬送機構Ｔから
受けとり、これを金型１に挿入し、且つ、金型１で成形
した成形品１０Ｂを取り出し、これを搬送機構Ｔの取り
出し側へ渡す挿入・取り出し機構１４とを設け、内部の
雰囲気を調整することができるようにしたものである。

プリフォーム供給室７は、複数個のプリフォーム１ＯＡ
をストックし、これらを、順次、送り出し位置へ届ける
プリフォーム・ストック・送り出し機構のストッカ９Ａ
と、送り出し位置に届いたプリフォーム１０Ａを成形室
２の搬送機構Ｔの゛供給側へ供給するプリフォーム供給
機構１１Ａとからなり、内部の雰囲気を調整し、且つ、
成形室２と開閉可能なプリフォーム供給室側のシャッタ
６Ａを介して連接したものである。成形品取り出し室８
は、成形品１０Ｂを成形室２の搬送機構Ｔの取り出し側
から取り出し、これを収納位置へ届ける成形品取り出し
機構１１Ｂと、収納位置に届いた成形品１０Ｂを、順次
、ストックする成形品ストック機構のストッカ９Ｂとを
もち、内部の雰囲気を調整し、かつ、成形室２を開閉可
能な成形品取り出し室側のシャッタ６Ｂｊ）介して連接
したものである。

また、金型１をプレス機構Ｐに固定して装着し、この金
型１の摺動部のクリアランスを最小限に抑えるようにし
、成形品１０Ｂが固化するまで、プレスの加圧力を保持
することにより、成形品１０Ｂの形状精度の向上が図れ
る。

金型１の加熱、および、冷却装置Ｃを別々とし、加熱時
には冷却装置Ｃ８金型１から、十分、離して余分な加熱
をさけ、逆に、冷却時には、加熱装置ｔ）ｌを金型１か
ら十分、離し、冷却装置Ｃを金型１へ、直接、接触させ
て金型１のみ冷却することにより、成形サイクルが短縮
される。また、金型保護の観点から成形雰囲気を非酸化
性に保つ必要があるが、プリフォーム供給室７９ｇ形品
取り出し室８と成形室２との間にシャッタそれぞれ６Ａ
。

６Ｂを設け、成形室２の雰囲気を保持したま＼、プリフ
ォーム１０Ａの供給、および、成形品１０Ｂの取り出し
を可能とした。

一方、光学素子の表面あらさは、一般に、０．０１μｍ
以下を要求されているため、成形室２内でのほこりの発
生を最小限にする必要がある。

このほこりの発生を防ぐために、装置付属のすべての駆
動源を成形室２．プリフォーム供給室７゜成形品取り出
し室８の室外に設ける。

また、成形室２．プリフォーム供給室７．成形品９出し
室８内での摺動部分を最小限にするため、駆動源の運動
機構は、エアシリンダ、もしくは、モータとして、−軸
のみの直線運動、もしくは、回転運動に限定し、駆動源
により駆動される機構、装置の運動の自由度を、たかだ
か、二自由度とした。

以下、詳細に説明する。

成形室２は、金型１と、金型１を挾持する加圧棒２２Ａ
をもったプレス駆動機構２２と、受圧棒１８からなるプ
レス機構Ｐと、このプレス機構Ｐの移動方向にはゾ平行
に設けた冷却装置３と、加熱ヒータ１５をもつ加熱装置
Ｈと、プレス機構Ｐの移動方向に直角に設けた挿入・嘔
り出し機構１４と、プリフォームＩＯＡを搬送するプラ
テン４とコンベヤ５とを備えた搬送機構Ｔと、プリフォ
ーム１０Ａを予熱する予熱炉２３と、大気開放扉１２と
からなる。

１９．２０および２１は、それぞれ成形室２．プリフォ
ーム供給室７および成形品取り出し室８を支持するフレ
ームである。

金型１は、減量めしたとき所定形状のキャビティを形成
する上側の入れ駒ＩＡ、下側の入れ駒１Ｂと、これら入
れ駒を摺動可能に抱持し、窓ＩＣ，ＩＤｉ開口したコン
テナ１Ｅとからなる。

加熱装置Ｈは、内側に加熱ヒータ１５を取り付けた反射
板１３を、上、下動機構１７によって上、下動可能に懸
垂したものである。プリフォーム１０Ａの加熱を均一に
するために、加熱ヒータ１５を、金を１の軸方向に少な
くとも三分割し、対向するコンテナＩ　Ｅ、もしくは、
入れ駒ＩＡ、ＩＢの温度が均一化するように、それぞれ
、分割のヒータを独立に温度調整する。

そして、プリフォーム１０Ａ’）金型１へ供給する際に
は加熱装置Ｈの窓１３Ａより供給する。

冷却装置Ｃは、加熱装置Ｈの下部に取り付け、金型１の
冷却の際には、加熱装置Ｈの上昇により所定の位置に設
置される。冷却装置Ｃは、非酸化性冷却ガスの吹出しノ
ズル１６Ａと框体部１６と成形品取り出し用の窓１６Ｂ
から構成される。吹出しノズル１６Ａは、金型１の高さ
方向に沿って少なくとも三段となり、このノズルを高さ
方向に三分割してガス流量を制御可能とする構造をもち
、金型１の冷却時の温度分布を均一化する調整機能をも
つ。

ストッカ９Ａと９Ｂ、および、プリフォーム供給機構１
１Ａと成形品取り出し機構１１Ｂとは、それぞれ、互い
に同一構成のものである。

コンベヤ５の取り出し側には、成形品１ｏＢｆ冷却する
ための非酸化性ガス噴き出し機構（図示せず）が配設さ
れる。

次に、この光学素子のプレス成形装置の動作を第３図に
基づいて説明する。

ステップ前の部分は、まず、入れ駒ＩＡ、ＩＢをコンテ
ナｉＥｆこ組み込み、この金型１を、プレス機構Ｐの加
圧棒２２Ａと受圧棒１８との間へ設置する。この際、加
熱装置Ｈと冷却装置ｃの連結を解除し、加熱装置Ｈを上
昇させて作業することにより金型交換は容易となる。プ
リフォーム供給室７内へ、プリフオーム１０Ａ’＆所定
個数載置したストッカ９Ａを設置し、また、成形品取り
出し室８内へ、空のストッカ９Ｂを設置する。

成形室２．プリフォーム供給室７．成形品取り出し室８
の大気開放扉１２Ａ、　１２Ｂ８閉じる。（ステップ３
０１）シャッタ６に、６ｆ３を開いて各室を連通させる
。（ステップ５０２）この連通した成形室２．プリフォ
ーム供給室７および成形品取り出し室８内を１０−１Ｔ
ｏｒｒ以下の真空にした（ステップ３０３）のち、そこ
へ非酸化性ガス（たとえば窒素）を余圧程度（０，１５
ＭＰａ程度）に充満させる。

（ステップ３０４）ここで、プレス成形装置をオンにす
る（ステップ３０５）と、プリフォーム供給機構１１Ａ
が前進し、ストッカ上の定位置で停止し、ついで、スト
ッカ９Ａが上昇を開始し、プリフォームＩＯＡがプリフ
ォーム供給機構１１Ａの真空吸着治具（真空吸着チャッ
ク１４Ａと同一形状）に吸着されるまで上昇し、吸着後
、ストッカ９Ａは下降する。ついで、プリフォーム供給
機構１１Ａは、さらに、搬送機構Ｔ上の所定のプラテン
４上の位置まで前進した後、プリフォーム供給室７のス
トッカが空になったら、この室のシャッタを閉じ、プリ
フォーム供給室７を大気圧まで減圧した後、大気開放扉
を開いて（ステップ５０６）プリフォーム１０Ａをプラ
テン４上の孔に若干落下させてストッカに所定個数載せ
て受は渡しを終了し、最初の位置まで後退させてプリフ
ォーム１０Ａの供給を終了し、プリフォーム供給室を排
気後、非酸化性ガスを封入し、（ステップ３０７）、次
のプリフォーム１０Ａの吸着動作に入る。（ステップ５
０８）この吸Ｎｍ作と併行して、ストッカ９Ａは所定角
度（例えば６０°）だけ回転し、つぎのプリフォーム１
０Ａを所定の吸着位置へ送出する。

プラテン４上のプリフォーム１０Ａは、コンベヤ５の動
きにつれて予熱炉２５で所定温度に予熱され、挿入待機
位置へ送られ、こ＼で、リフタ２４によりプラテン４か
ら上昇し、挿入・取り出し機構１４の真空吸着チャック
１４Ａにより吸着される。リフタ２４は、−たん、待機
位置へ下がる。プリフォーム１０Ａは、真空吸着チャッ
ク１４Ａにより、加熱装置Ｈの窓１３Ａとコンテナ１Ｅ
の窓Ｉ　Ｄｊｐ通って入れ駒ＩＡ、１Ｂ間へ挿入され、
真空吸引の解除によって、入れ駒ＩＡ、ＩＢ間へ設置さ
れる。入れ駒１Ｂが所定距離だけ上昇し、プリフォーム
１０Ａを加圧することなく、入れ駒ＩＡ、１Ｂの間隔を
せばめる。加熱ヒータ１５により、金型１とプリフォー
ム１０Ａとを加熱する。そして、所定温度までプリフォ
ーム１０Ａが昇温すると加圧棒２２Ａが上昇し、プリフ
オーム１０Ａ’＆プレス成形温度で加圧保持する。加熱
装置Ｈが上昇して金型１から離れ、冷却装置Ｃが上昇し
、金型１を冷却する。成形品１０Ｂが冷却固化するまで
、加圧棒２２Ａによる加圧を続ける。これにより、成形
品１０Ｂには、ガラスの粘弾性挙動に起因するひけは発
生しない。成形品１０Ｂが固化したのち、加圧棒２２Ａ
が下降して金型１が開き、入れ駒１Ｂから、挿入・取り
出し機構１４の真空吸着チャック１４Ａ＃こより、成形
品１０Ｂを取り出す〇 このとき、挿入・嘔出し機構１４の金型側での位置決め
は、コンテナ１Ｅの外壁へ真空吸着チャック１４Ａの先
端近くを接触させて行なう。これにより、真空吸着チャ
ック１４Ａと成形品１０Ｂとの中心合わせに熱の影響が
殆んど入らなくなり、精度が高く、安定した成形品の覗
り出しができる。成形、４１０Ｂを吸着した挿入・取り
出し機構は、コンペア５上のプラテン４上へ戻って停止
し、所定高さまで上昇したりフタ２４上へ、真空吸引を
解除して、成形品１０Ｂを落下させる。リフタ２４は所
定位置まで下降し、その途中で成形品１０Ｂをプラテン
４上へ戻す。金型１へのプリフォーム１０Ａの供給は、
成形開始時に、プリフォーム供給室７に近い金型１から
、順に、搬送機構Ｔに同期して供給し、プリフォーム１
０Ａと成形品１０Ｂとの干渉をさける。

また、予熱炉２５は、プラテン４の停止位置に応じて分
割して温度コントロールを可能にしてあり、例えば、プ
リフォーム１０Ａの予熱温度が成形品の温度より高い場
合に、プラテン４上の対象物がプリフォーム１０Ａか成
形品１０Ｂかに応じて加熱温度を調整し、成形品１０Ｂ
が所定以上の高温となり、形状がくずれるのを防ぐ。

成形品１０Ｂは、コンベヤ５上で移動するにつれて徐冷
され、取り出し側の所定の位置まで送られると、成形品
取り出し機構１１Ｂの真空ａ着チャックにより、ストッ
カ９Ｂ上へ落下して収納される。

所定個数の成形品１０Ｂがストッカ９Ｂに収納されると
、成形品取り出し機構１１Ｂが収納位置から離れたとこ
ろへ位置し、シャッタ６Ｂが閉じ、成形品取り出し室８
の余圧を排気し、−度、１Ｏ−２Ｔｏｒｒ　　程度の真
空にし、そこへ大気が入る。室内外の圧力が一定となる
と、大気開放扉１２Ｂが開いてストッカ９Ｂが室外へ取
り出され、所望の成形品１０Ｂが得られる。

以上の動作が繰り返えされ、所望個数の成形品１０Ｂの
成形を終了したとき、光学素子のプレス成形装置がオフ
番こなる。

この実施例のプレス成形装置を用い、ガラス（ＦＫ５）
を使用して、直径５０ｍ、中心肉厚１０ｍ１゜曲率半径
３０謂の両凸レンズの成形を行なった。金型１＃こはタ
ングステンカーバイド系の超硬合金製を用い、入れ駒Ｉ
Ａ、ＩＢとコンテナ１Ｅ内周の片側クリアランスを５μ
ｍとした。プリフォーム１０Ａの予熱温度は４４０°Ｃ
１成形温度は６１０’Ｃ，成形スピードは１０■／分と
した。−個尚りの成形に要した時間は平均約３分であり
、成形品１０Ｂの外周１−水心と光学中心とのずれは５
μｍ以下、傾きは５秒以下と高精度の両凸レンズが得ら
れた。

本発明の実施例によれば、金型１の摺動面のクリアラン
スを可能な限り小さくすることができるので、従来のプ
レス成形した光学素子に比較して、外周中心と光軸のず
れや傾き角をきわめて小さ（することができ、光学素子
−個尚りの成形スピードも従来のプレス成形の場合と同
等である。また、金型１の加熱、冷却を、それぞれ、専
用の加熱装置Ｈ１冷却装置ｃ４使用して実施するように
したので、成形サイクルを短縮することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、形状稍度の優れた光学素子を、短縮し
た成形サイクルでプレス成形することができ、さらに、
ガラスの粘弾性変形によるひけの発生を防ぎ、はこりを
しめ出し、かつ、金型の劣化を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学素子のプレス成形装置の一実施例
の平面図、第２図は第１図の■−■矢視断＾図、第３図
はプレス成形時の雰囲気調整の７０−チャートである。 １・・・金型　　　　　　２・・・成形室６・・・シャ
ッタ　　　　７・・・プリフォーム供給室８・・・成形
品取り出し室 ９・・・ストッカ　　　　ＩＯＡ・・・プリフォーム１
０Ｂ・・・成形品 １１Ａ・・・プリフォーム供給機構 １１Ｂ・・・成形品取り出し機構 １４・・・挿入・覗り出し機構 ２３・・・予熱炉 〒２図 〒３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、成形室と、プリフォームの供給室と、成形品の取り
   出し室とを備え、 前記成形室は前記プリフォームの搬送機構、金型を装置
   したプレス機構、前記金型の加熱・冷却用の位置決め機
   構、前記プリフォームを前記搬送機構から受けて前記金
   型へ挿入し、前記成形品を前記搬送機構の取り出し側へ
   渡す挿入・取り出し機構を含むプレス成形装置において
   、前記プリフォーム供給室で複数個の前記プリフォーム
   をストックし、順次、送り出し位置へ届けるプリフォー
   ム・ストック・送り出し機構と、前記搬送機構の供給側
   へ供給するプリフォーム供給機構と、前記成形室を開閉
   可能な前記プリフォーム供給室側のシャッタを介して連
   接し、前記成形品を前記搬送機構から取り出し、収納位
   置へ届ける成形品取り出し機構と、前記成形品を、順次
   、ストックする成形品ストック機構と、前記成形室を開
   閉可能な前記成形品取り出し機構側のシャッタを介して
   連接する手段とを含むことを特徴とする光学素子のプレ
   ス成形装置。 ２、前記金型の加熱装置を前記金型の開閉方向と平行に
   移動させて、前記金型を加熱する位置へ位置決めするよ
   うにし、前記金型の冷却装置を、前記金型の開閉方向と
   平行な方向へ移動させて、前記金型を冷却する位置へ位
   置決めするようにし、かつ、前記挿入・取り出し機構を
   搬送方向と、ほゞ、直角な方向に移動可能とし、前記搬
   送機構と前記金型との間を往復動するように構成したこ
   とを特徴とする請求項１に記載の光学素子のプレス成形
   装置。 ３、前記搬送機構、前記プレス機構、前記加熱・冷却用
   位置決め装置、前記挿入・取り出し機構、前記プリフォ
   ーム・ストック・送り出し機構、前記プリフォーム供給
   機構、前記成形品取り出し機構、前記成形品ストック機
   構用の各駆動源を、直線運動、もしくは、回転運動のみ
   を行なう駆動源にするとともに、前記全駆動源を、前記
   成形室、前記プリフォーム供給室、前記成形品取り出し
   室外に配設したことを特徴とする請求項１に記載の光学
   素子のプレス成形装置。 ４、前記金型の冷却装置が非酸化性ガスによる冷却方式
   をとることを特徴とする請求項１に記載の光学素子のプ
   レス成形装置。 ５、請求項１に記載の光学素子のプレス成形装置により
   成形された光学素子。