JPH02267127A - 光学素子成形方法および装置 - 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、ガラス素材を加熱軟化し、一対の成形用型に
より押圧成形する光学素子成形方法および装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、加熱炉内で加熱軟化したガラス素材を一対の成形
用型間に搬送して成形用型により光学素子を押圧成形す
る場合、成形用型の酸化を防止するとともにガラス素材
と成形用型との融着を防止するために、非酸化性ガス雰
囲気中で押圧成形が行われ、例えば特開昭６１−１３２
５２５号公報にかかる技術が記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の押圧成形にあっては、加熱炉
内で加熱軟化したガラス素材を成形用型間に搬送し押圧
成形するまでの工程で、ガラス素材の外周、表面部分が
非酸化性ガス雰囲気中で急冷されこととなり、ガラス素
材の表面部分と内部に温度分布が生じて成形の転写性に
悪影響を与えていた。また、成形用型にあっても非酸化
性ガス雰囲気中で冷却されつつ所定温度に加熱制御され
ているため、表面部分（成形面）に温度分布が生し成形
面の中心部と周辺部の温度差により成形の転与件に悪影
響を与えていた。

そのため、良好な転写性を得るために、成形用型の温度
および成形押圧力をより高温および増加させる必要が生
じる等、成形条件が成形用型に対する負荷が高くなると
いう問題が生していた。特に、外径の大きなレンズ、偏
肉（中肉厚と外周肉厚との差）の大きなレンズにあって
は、形状の転写性に対する悪影響が顕著であった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもの
であって、ガラス素材および成形用型に温度分布が生ず
るのを防止するとともに成形条件（温度、押圧力）をよ
り低下した状態で成形の転写性が良好で、外径の大きな
レンズ、偏肉の大きなレンズにあっても高精度に転写し
得る光学素子成形方法および成形装置を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記目的を達成するために、本発明の光学素子成形方法
は、ガラス素材を加熱軟化し、一対の成形用型間に搬送
して押圧成形する光学素子成形方法において、前記成形
用型を配置した成形室内の雰囲気温度を成形するガラス
素材の転移点付近の温度に加熱制御しつつ押圧成形する
こととしたものである。

また、本発明の光学素子成形装置は、ガラス素材を加熱
軟化し、一対の成形用金型により押圧成形する光学素子
成形装置において、前記成形用型を配置した成形室内の
雰囲気気温度を成形するガラス素材の転移点付近の温度
に加熱制御する手段を設けて構成したものである。

〔作　用〕

上記構成の光学素子成形方法においては、成形用型を配
置した成形室内がガラス素材の転移点イ」近の温度に加
熱制御される。したがって、ガラス軟化点以上に加熱さ
れたガラス素材が成形室で冷却されにくくなり、冷却に
よるガラス表面部と内部および中心部と外周部とで温度
差が生じにくくなる。また、成形用型から奪われる熱量
が少なくなるため、成形型に温度分布が生しにくくなる
。

よって、押圧成形直前のガラス素材の温度分布および成
形用型の表面温度分布が極めて小さくなり、転写性の良
好な成形が可能となる。

また、上記光学素子成形装置においては、加熱制御手段
により成形室内がガラス素材の転移点付近の温度に加熱
される。したがって、上記作用を有した成形方法を実施
できる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

（第１実施例） 第１図は、本発明に係る光学素子成形装置の第１実施例
を示す縦断面図である。

図において１で示すのは成形室で、成形室１内には、成
形用型である上型２と下型３が収納されている。上型２
は、成形室１の上板１ａの下面に固着され、下型３は、
下型設置台４の上面に固着されている。そして、上型２
．下型３は対をなして同軸的に対向配置され、その対向
面には所望の光学素子に対応した高い面形状と面粗度を
有する成形面２ａ、３ａが形成されている。即ち、成形
面２ａ、３ａは、」二型２．下型３の温度測定を行う上
型温度モニタ一部６．下型温度モニタ一部７の先端に形
成されている。

一方、下型３は、成形室ｌの下板１ｂに穿設された孔８
を貫通して設けられた駆動軸９の先端に下型設置台４を
介して固着されるとともに、駆動軸９の他端に連結され
た駆動部１０の作動により上型２に対して接近離反自在
に設けられている。

下型設置台４と駆動軸９とは、断熱材１１を介して固着
されている。

成形室１の側壁１ｃには、ガラス素材１２および押圧成
形後の光学素子（図示省略）を成形室１に対して搬入お
よび搬出するための窓１３が設げられている。そして、
側壁ＩＣには、窓１３と対応する位置にガラス素材１２
を所定温度に加熱軟化するためのガラス素材加熱ヒータ
１４ａを設けた加熱炉１４が連結されている。この窓１
３と加熱炉１４間には、断熱シャッタ１５が設けられて
いる。断熱シャック１５は、駆動部１６に連結されてお
り、駆動１６の作動により−１−下動されて窓１３を開
放、閉塞し得るようになっている。

１７は、ガラス素材１２を加熱炉１４および成形室１内
の上下両型２．３間の成形ポイントに搬入し、押圧成形
後の光学素子を成形室１内から搬出するための搬送アー
ムで、搬送アーム１７の先端部には、ガラス素材１２お
よび光学素子を保持する搬送具１８を載置するための載
置部１９が形成されている。

上記成形室１の内壁全面には、断熱板２０が設けられる
とともに、下板１ｂの上面にも断熱板２１が設けられ、
成形室１内の熱が外部に放出されないようになっている
。断熱板２１の内壁全面には、成形室１内を所定温度に
加熱するための成形室加熱ヒータ２２が設置されている
。更に、加熱炉１４の反対側における成形室１の側壁１
ｄには、成形室１内の温度を測定し、成形室加熱ヒータ
２２による加熱状態を制御するための成形室温モニタ２
３が設置されている。成形室温モニタ２３は、石英管２
４内に収納されて設置され、下型３の上昇、下降および
搬送アーム１７の搬出入の際に成形室１内に外気が流入
して変動した成形室温度を成形室温モニタ２３により直
接測定して制御した場合、流入した外気の温度に影響さ
れて大きくオーバシュート、即ち設定温度を超えた温度
にまで成形室１内が加熱される状態となるのを防止し得
るようになっている。

一方、成形室１の下板１ｂには、断熱材にて覆われたス
テンレスパイプ２５を介して成形室１内と連通ずる窒素
ガス加熱炉２６が連結されている。

窒素ガス加熱炉２６は、窒素ガス加熱ヒータ２７を備え
た管状に構成され、一端には窒素ガス補給装置（例えば
窒素ガスタンク）２８が接続されるとともに、他端には
上記ステンレスパイプ２５と接続した窒素ガス温度モニ
タ部２９が設けられている。

窒素ガス温度モニタ部２９は、成形室１内に送り込まれ
る窒素ガスの温度測定を行うもので、窒素ガス加熱ヒー
タ２７を制御して、送り込まれる窒素ガスが成形室１の
温度に影響を与えないように成形室１の温度とほぼ同じ
温度に設定し得るようになでいる。そして、上記温度制
御された窒素ガスは、ステンレスパイプ２５を通じて下
型設置台４の下から成形室１内温度および成形用型温度
等に影響を与えないように、はとんど流速が生しない状
態にて成形室１内に送り込まれる。

次に、上記構成の成形装置を用いて、光学素子を押圧成
形する方法について説明する。本実施例にあッテは、硝
種ＬＬＦ６（軟化点６３７°Ｃ１屈伏点５０１°Ｃ１転
移点４５３°Ｃ）をガラス素材１２に用いて両凸形状の
レンズを成形した。

まず、研削研磨により鏡面加工したガラス素材１２を搬
送具１８に保持しつつ搬送アーム１７の載置部１９に載
置する。次に、図示を省略した駆動装置により搬送アー
ム１７を移動させ、ガラス素材１２を成形時の温度であ
る６　５０　’Ｃに設定した加熱炉１４に移送し、２分
間加熱処理して６４０°Ｃ付近に加熱する。

その後、搬送アーム１７をさらに前進させ、ガラス素材
１２を上下両型２．３間の成形ポイントまで移送する。

そして、下型３を駆動部１ｏの駆動により上昇し、上型
２との協働作業により成形面３ａ、２ａでガラス素材１
２を押圧して所望の光学素子を成形する。

かかる押圧成形過程中、成形室１内は、成形室加熱ヒー
タ２２により４００°Ｃ付近（ガラス素材の転移点−５
０’Ｃ）の窒素ガス雰囲気に保持される。また、搬送ア
ーム１７および下型３の移動に伴い外気が成形室１内に
流入するため窒素ガス供給装置２８から窒素ガス加熱炉
２６により４００°Ｃ付近に加熱された窒素ガス成形室
１内に供給されている。なお、上型２．下型３はガラス
素材１２の転移点付近の温度に保持されている。

本実施例では、加熱炉１４内で６４０°Ｃ付近に加熱さ
れたガラス素材１２は搬送アーム１７で上下両型２．３
間に搬送される過程で成形室１内の雰囲気により熱を奪
われて冷却されるが、成形室１内が４００°Ｃ付近に加
熱されているため、ガラス素材１２の冷却度合が小さく
、ガラス素材の内部と表面の温度分布が生しにくくなる
。さらに、上下両型２．３は、内部を型加熱用ヒータ（
図示省略）により加熱されているが、成形面２ａ、３ａ
の温度は、成形室１内の雰囲気により左右される。しか
し、上下両型２，３は転移点付近に保持されているため
、４００°Ｃ付近に制御された成形室１内においては熱
放出が抑えられ、成形面２ａ３ａには温度分布が生じに
くくなり、はぼ均一な状態に保持される。

本実施例の成形方法により成形した光学素子の形状を第
２図に示す。図から明らかなように、成形された光学素
子は、ヒケが発生せず、はぼ良好な転写性を得ることが
できた。

第３図は、本実施例により成形した光学素子の形状と比
較するために、成形室内の温度を制御せず、他の条件を
本実施例と同等な条件で成形した光学素子の形状を示す
ものである。かかる場合、成形室内は、成形用加熱ヒー
タ、加熱炉等の影響により、２３０°Ｃの雰囲気温度で
あった。

図から明らかなように、中心部にヒケが発生していた。

かかる状態で成形されるのは、ガラス素材の加熱軟化温
度がガラス素材の搬送路の雰囲気温度および成形用型よ
りかなり高く、搬送過程でガラス素材に冷却作用により
温度分布が生しること、また成形用型が成形室雰囲気温
度よりかなり高く、成形面に径方向の温度分布が生しる
ことに起因している。

即ち、ガラス素材の温度分布は、ガラス素材の内部と外
表面に生しるとともに、本実施例で成形する両凸レンズ
にあっては中心部と外周部の厚さが異なるため中心部と
外周部にも生しることとなり、極端な場合には外表面お
よび外周面が押圧成形前に固化する場合がある。一方、
成形用型の温度分布は、成形面の光軸を中心に径方向に
生し、外周工ンヂ部の温度低下が大きくなる。よって、
上記ガラス素材および成形用型の状態で押圧成形した場
合、ガラス素材の外周部が中心部の固化に対して速く、
外周部が先に固化するので成形用型の押圧力は全て外周
部に作用し、光学素子面に均一な押圧力が作用しなくな
る。そして、その後中心部の固化が進行してガラス素材
の収縮が行われるが押圧力は作用しないので、良好な転
写性を有する光学素子面を形成するのは困難となる。

したがって、成形室内の雰囲気温度を制御せずに良好な
転写性を得るためには、成形用型温度の上昇、押圧力の
増加および加熱炉温度の上昇を必要とするため、成形用
型に対する負荷が大きくなり、成形面の劣化により成形
型耐久性が著しく低下する。そして、押圧に要する時間
は、離型後に変形を生じないように、ガラス素材が完全
に物理的に冷却固化（例えば転移点以下に冷却）してか
ら離型するまでの時間となるが、成形室内の雰囲気温度
を制御しない場合、成形用型温度、加熱炉温度の上昇等
で冷却に時間を要し押圧時間が長くなり、サイクルタイ
ムの延長となる。特に、両凸形状が著しい（偏肉が大き
い）レンズ、外径がより大きなレンズの場合によっては
、ガラス素材の温度分布が大きくなるため、成形室温を
制御しなければ、光学素子の押圧成形が困難な場合が生
じる。

従って、本実施例によれば、サイクルタイムを短縮し、
成形用型に対する負荷を低減した状態で、第２図に示す
ような良好な光学素子を成形できる。

（第２実施例） 本実施例は、第１図に示した成形装置を用いて、硝種５
Ｆ１１（軟化点５６８°Ｃ１屈伏点５０３°Ｃ転移点４
６７°Ｃ）をガラス素材１２に用いてメニスカス形状の
レンズを成形した。

本実施例においては、成形室１の雰囲気を４１７°Ｃ付
近（ガラス素材の転移点−５０°Ｃ）に制御してレンズ
の押圧成形を行った。その他の成形工程等は上記第１実
施例と同様であるので、その説明を省略する。

本実施例では、加熱炉１４内で加熱されたガラス素材１
２は、搬送アーム１７で上下両型２，３間に搬送される
過程で成形室１内の雰囲気により熱を奪われて冷却され
るが、成形室１内が４１７°Ｃ付近に加熱されているた
め、ガラス素材１２の冷却度合が小さく、ガラス素材の
内部と表面の温度分布が生じにくくなる。

本実施例の成形方法により成形した光学素子の形状を第
４図に示す。図から明らかなように、成形された光学素
子は、ヒケが発生せず、はぼ良好な転写性を得ることが
できた。

第５図は、本実施例により成形した光学素子の形状と比
較するために、成形室内の温度を制御せず、他の条件を
本実施例と同等な条件で成形した光学素子の形状を示す
ものである。かかる場合、成形室内は、成形用加熱し−
タ、加熱炉等の影響により２３５°Ｃの雰囲気温度であ
った。

図から明らかなように、レンズ外周部が良好に転写され
ず成形されている。かかる状態で成形されるのは、上記
第１実施例と同様に、搬送中に生しるガラス素材の温度
分布と、成形用型の成形面に生しる温度分布に起因して
いる。

即ち、ガラス素材の温度分布は、ガラス素材の内部と外
表面に生じるとともに、本実施例で成形するメニスカス
レンズにあっては中心部が外周部に対して薄く中心部と
外周部にも生じることとなり、極端な場合には中心部お
よび外表面が押圧成形前に固化する場合がある。よって
、かかるガラス素材の状態で押圧成形した場合、ガラス
素材の中心部が外周部の固化に対して速く、中心部が先
に固化するので成形用型の押圧力は中心部のみに作用し
外周部には作用しないので、成形型のガラス表材に対す
る転写性が悪化する。

したがって、成形室内の雰囲気温度を制御せずに良好な
転写性を得るためには、成形用型温度の上昇、押圧力の
増加および加熱炉温度の上昇を必要とするため、成形用
型に対する負荷が大きくなり、成形面の劣化により成形
型耐久性が著しく低下する。そして、押圧に要する時間
は、離型後に変形を生しないように、ガラス素材が完全
に物理的に冷却固化（例えば転移点以下に冷却）してか
離型するまでの時間となるが、成形室内の雰囲気温度を
制御しない場合、成形用型温度、加熱炉温度の上昇等で
冷却に時間を要し押圧時間が長くなり、サイクルタイム
の延長となる。

さらに、加熱炉温度を上昇することにより、加熱による
ガラス素材の変形が大きくなり、予め研削、研磨により
近僚形状に仕上げたガラス素材が大きく変形し押圧によ
る変形量が大きくなるため、成形用型表面の劣化の原因
となる。

また、メニスカス形状が著しい（偏肉が大きい）レンズ
、外径がより大きなレンズの場合によっては、ガラス素
材の温度分布が大きくなるため、成形室温を制御しなけ
れば、光学素子の押圧成形が困難な場合が生じる。

従って、本実施例によれば、サイクルタイムを短縮し、
成形用型に対する負荷を低減した状態で、第４図に示す
ような良好な光学素子を成形できる。

（第３実施例） 本実施例は、第１図に示した成形装置を用いて、硝種５
Ｆ１１（軟化点５６８°Ｃ１屈伏点５０３°Ｃ１転移点
４６７°Ｃ）をガラス素材１２に用いて両凸形状のレン
ズを成形した。

本実施例においては、成形室１の雰囲気を５゜０°Ｃ付
近（ガラス素材の転移点−３５°Ｃ）に制御してレンズ
の押圧成形を行った。その他の成形工程等は上記第１実
施例と同様であるので、その説明を省略する。

本実施例にあっても、上記第１実施例と同様に良好な転
写性を有する光学素子を押圧成形できた。

また、成形用型の耐久性の向上、サイクルタイムの短縮
等の効果が確認できた。

一方、成形室の雰囲気温度を制御せず、成形室内の温度
が２６０“Ｃの状態で成形を行ったところ、上記第１実
施例で説明した成形室の雰囲気を制御しなかった場合と
同様なレンズが成形された。

また、ＳＫＩ　１は温度−粘度の曲線の傾きが大きく、
僅かな温度変化で粘度が大きく変化する特性を有してい
るため、本実施例による効果がより大きく、またガラス
素材の温度分布により、表面にワレを生じたり、最悪の
場合は完全にワしてしまったりするが、本実施例のよう
に雰囲気温度を制御することによりワレ等を防止するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、成形条件の低減化が可
能になり成形用型の耐久性向上、成形サイクルタイムの
短縮を図ることができる。また、より極端な形状のレン
ズの成形、外径の大きなしンズの成形に対しても良好な
転写性を有して成形できるとともに、成形可能な形状を
増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る成形装置の第１実施例を示す縦
断面図、第２図は、本発明に係る成形方法の第１実施例
により成形した光学素子の形状を示す説明図、第３図は
、従来の方法により成形した光学素子の形状を示す説明
図、第４図は、本発明に係る成形方法の第２実施例によ
り成形した光学素子の形状を示す説明図、第５図は、従
来の方法により成形した光学素子の形状を示す説明図で
ある。 ■・・・成形室　　　　２・・・上型 ３・・・下型　　　　２２・・・成形室加熱ヒータ２６
・・・窒素ガス加熱炉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス素材を加熱軟化し、一対の成形用型間に搬
   送して押圧成形する光学素子成形方法において、前記成
   形用型を配置した成形室内の雰囲気温度を成形するガラ
   ス素材の転移点付近の温度に加熱制御しつつ押圧成形す
   ることを特徴とする光学素子成形方法。
2. （２）ガラス素材を加熱軟化し、一対の成形用金型によ
   り押圧成形する光学素子成形装置において、前記成形用
   型を配置した成形室内の雰囲気温度を成形するガラス素
   材の転移点付近の温度に加熱制御する手段を設けたこと
   を特徴とする光学素子成形装置。