JPH04175229A - ガラス成形方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガラス成形方法に関する。本発明は、たとえば
非球面レンズ等の光学素子を連続的に成形するのに有効
に適用される。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］近年、
所定の表面精度を宵する成形用型内に光学素子成形用の
素材たとえばある程度の形状及び表面精度に予備成形さ
れたガラスブランクを収容して加熱下でプレス成形する
ことにより、研削及び研摩等の後加工を不要とした、高
精度光学機能面を有する光学素子を製造する方法が開発
されている。

この様なプレス成形法では、一般に成形用上型部材と成
形用下型部材とをそれぞれ成形用胴型部材内に摺動可能
に対向配置し、これら上型部材、下型部材及び胴型部材
により形成されるキャビティ内に成形用素材を導入し、
型部材の酸化防止のため雰囲気を非酸化性雰囲気たとえ
ば窒素雰囲気として、成形可能温度たとえば成形用素材
が１０”〜１０１２ポアズとなる温度まで型部材を加熱
し、型を閉じ適宜の時間プレスして型部材表面形状を成
形用素材表面に転写し、そして型部材温度を成形用素材
のガラス転移温度より十分低い温度まで冷却し、プレス
圧力を除去し、型を開いて成形済光学素子を取出す。

以上の様な光学素子プレス成形法及びその装置は、たと
えば特開昭５８−８４１３４号公報、特開昭４９−９７
００９号公報、イギリス国特許第３７８１９９号公報、
特開昭６３−１１５２９号公報、特開昭５９−１５０７
２８号公報及び特開昭６１−２６５２８号公報等に開示
されている。

また、特開平１−１０５７１３号公報には、胴型部材の
長手方向に関し部分的にヒータを設は且つ部分的にクー
ラを設け、か（して胴型部材に長手方向に関し温度分布
を形成し、該胴型部材に対し上型部材及び下型部材を移
動させることによりキャビティ位置を移動させ、これに
より成形用素材及び成形済光学素子の温度を制御して、
プレス成形の１サイクルに要する時間の短縮を図ったプ
レス成形用金型装置が開示されている。

ところで、上記プレスのための従来の成形装置では、型
キャビティ内に導入する前に予め成形用素材を成形可能
温度まで予備加熱する場合があるが、この場合は軟化素
材搬送のための特別の手段を要したり予備加熱のための
設備が大がかりとなり装置の小型化が妨げられるし、搬
送中に素材が変形したり素材表面に異物が付着したりし
て外観及び形状精度が低下することがある。また、型キ
ャビティ内に成形用素材を導入した後に型部材を加熱す
ることにより素材を加熱する場合があるが、この場合の
従来の装置では、成形用胴型部材の素材導入開口や成形
品取出し開口を介して型キャビティを開放したままの状
態で加熱していたため、熱エネルギーが十分良好な効率
にて素材加熱に利用されず加熱時間が長くかかり、ひい
てはプレスサイクルの短縮を困難にしていた。

そこで、本発明は、熱エネルギーの利用効率が良好でプ
レスサイクルの短縮が可能で連続的且つ迅速に繰返しプ
レス成形を行うことができ、しかも装置の小型化が可能
で、品質の良好な成形品を得ることができる、ガラス成
形方法を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、上記目的を達成するものとして、 成形用胴型部材内に成形用下型部材と成形用上型部材と
をそれぞれ成形用胴型部材に対しその長手方向に摺動可
能に収容し、これら３つの型部材により型キャビティが
形成されるガラス成形装置を用いてガラスを成形する方
法であって、成形用素材をそのガラス転移点より低い温
度にて型キャビティ内に導入し、成形用下型部材と成形
用上型部材との間隔をプレス時間隔よりも大きく維持し
つつ該成形用下型部材と成形用上型部材とを成形用胴型
部材に対しその長手方向に摺動させて型キャビティを閉
塞し、上記成形用下型部材、成形用上型部材及び成形用
胴型部材の加熱に基づ（これら型部材からの輻射熱及び
伝導熱によって成形用素材を成形可能温度まで加熱し、
しかる後に成形用上型部材と成形用下型部材とを接近さ
せてプレスすることを特徴とする、ガラス成形方法、 が提供される。

本発明においては、上記成形用胴型部材にその長手方向
に関し温度分布を付与しておき型キャビティ閉塞時には
該キャビティを高温側に位置させる、態様がある。

また、本発明においては、上記成形用素材が球形状であ
る、態様がある。

［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図は本発明によるガラス成形方法の実施される成形
装置の一実施例の概略構成を示す模式的縦断面図であり
、第２図はその一部省略部分拡大図である。本実施例は
、光学素子のプレス成形に利用した例である。

図において、２は架台であり、該架台に対し上下方向に
摺動可能に胴型支持台４が取付けられている。架台２に
は、支持台４の下方においてシリンダ６が取付けられて
おり、そのピストンロッドは上記支持台４の下端部に接
続されている。

上記架台２の上部には上下方向の支柱８が取付けられて
おり、上記支持台４は該支柱８に対し上下方向に摺動自
在に係合している。上記支柱８の上端には上部平板１０
が固定されており、該平板上にはシリンダ保持体１２が
取付けられている。

上記胴型支持台４上には胴室部材２０の下端が取付けら
れている。該胴室部材は上下方向に配置されており、該
胴型部材内には下型部材２２及び上型部材２４が上下方
向に摺動可能に配置されている。該下型部材２２の上端
面及び上型部材２４の下端面は成形すべき光学素子（レ
ンズ）の光学機能面形成のための転写面であり、所望の
表面精度に仕上げられている。これら転写面と上記胴室
部材２０の内面とで型キャビティが形成される。

上記下型部材２２の下部には上下方向の支持ロッド２３
が取付けられており、該ロッドの下端部は上記架台２の
上面に固定されている。また、上記上型部材２４の上部
には上下方向の支持ロッド２５が取付けられており、該
ロッドの上端部は上記上部平板１０を貫通して上記シリ
ンダ保持体１２内へと延びており、該平板１０に対し上
下方向に摺動自在に取付けられている。該ロッド２５の
上部は、上記シリンダ保持体１２に保持されているシリ
ンダ２６のピストンロッドの下端部に接続されている。

上記架台２の上面と上記支持台４の下面との間の上記ロ
ッド２３の周囲には上下方向に伸縮自在の気密ベローズ
２８が取付けられている。同様に、上記胴室部材２０の
上端と上記平板１０の下面との間の上記ロッド２５の周
囲には上下方向に伸縮自在の気密ベローズ３０が取付け
られている。

上記胴室部材２０の側部には、成形用素材送入用の開口
２０ａ、成形済光学素子取出し用の開口２０ｂ、非酸化
性ガス導入用の開口２０ｃ及び脱気用の開口２０ｄが形
成されており、これらにはそれぞれ成形用素材送入用バ
イブ２１ａ、成形済光学素子取出し用パイプ２１ｂ、非
酸化性ガス導入用バイブ２１ｃ及び脱気用バイブ２１ｄ
が接続されている。これらバイブ２１ａ〜２１ｄはいず
れもフレキシブル部を含んでいる。

上記胴室部材２０の上部外周にはヒータ３２が取付けら
れており、上記下型部材２２内にはヒータ３４が内蔵さ
れており、上記上型部材２４内にはヒータ３６が内蔵さ
れている。尚、図示されてはいないが、胴室部材２０の
下部外部には、たとえば空気吹付は式等のクーラを付設
してお（ことができ、上記下型部材２２内及び上型部材
２４内にはそれぞれ冷却水循環式等のクーラを付設して
お（ことができる。また、上記胴室部材２０、下型部材
２２及び上型部材２４にはそれぞれ温度検知のための熱
電対を備えておくことができる。

上記成形用素材送入用パイプ２１ａには、素材送入側雰
囲気置換部４２が形成されており、ここには、第２図に
示されている様に、成形用素材加熱のためのヒータ４２
ａ及び温度検知のための熱電対４２ｂが備えられている
。該雰囲気置換部は、両側に成形用素材の通過可能なボ
ールバルブ４０．４４を有しており、またバイブ４３を
介して不図示の減圧源に接続され脱気可能とされている
。

上記成形済光学素子取出し用バイブ２１ｂには、成形済
光学素子取出し側雰囲装置換部４８が形成されている。

該雰囲気置換部は、両側に成形済光学素子の通過可能な
ボールバルブ４６．５０を有しており、またバイブ４９
を介して不図示の減圧源に接続され脱気可能とされてい
る。

上記不活性ガス導入用バイブ２１ｃはバルブ５２を介し
て非酸化性ガスたる窒素ガス源に接続されている。同様
に、脱気用バイブ２１ｄはバルブ５４を介して減圧源に
接続されている。

次に、上記実施例装置の動作について説明する。第３図
〜第８図は動作の進行にともない変化する部分を重点的
に示すための概略図である。これらの図において、上記
第１図及び第２図におけると同様の部材には同一の符号
が付されている。

先ず、第３図に示されている様に、シリンダ２６の作動
位置を設定して、下型部材２２と上型部材２４との間隔
を所望の光学素子厚さよりも十分に大きく設定する。更
に、シリンダ６を作動させて、胴室部材２０の上下方向
位置を、上記成形用素材送入用開口２０ａがちょうど下
型部材２２の上端面のすぐ上となる様に、設定する。

上記胴型部材２０内のキャビティを含む空隙内、上記ベ
ローズ２８，３０内、及び上記バイブ２１　ａ、　２　
ｌ　ｂ、　２１　ｃ、　２　ｌ　ｄ内は密閉系を形成す
ることができる。当初、バルブ４０，４６゜５２を閉じ
ておき、上記密閉系内をたとえば１×１０−”Ｔｏｒｒ
まで脱気する。その後、バルブ５４を閉じ、バルブ５２
を開いて、該密閉系内に窒素ガスを導入する。

そして、バルブ５２を閉じ、バルブ４４を開き、外部の
不図示のマガジンから上記素材送入側雰囲気置換部４２
内へと成形用素材Ｇ、を入れ、バルブ４４を閉じる。そ
して、ヒータ４２ａにより成形用素材Ｇ、をガラス転移
点以下の適宜の温度まで加熱する。尚、該置換部４２へ
の成形用素材Ｇ、の導入は不図示のセンサにより検知さ
れ、これに基づき以後の工程の制御が順次実行される。

上記成形用素材Ｇ１は所望の光学素子と同等の体積を有
する球形状をなしており、その表面は鏡面とされている
。そして、バイブ４３を介して雰囲気置換部４２内を脱
気し、バルブ４０を開く。

尚、この状態で、上記バイブ２１ａは雰囲気置換部４２
側から胴型部材２０側へと次第に低くなる様な傾斜が形
成されており、成形用素材Ｇ、は転動により型キャビテ
ィ内（下型部材２２上）へと供給される。その後、バル
ブ４０を閉じる。

この工程では、上記下型部材２２及び上型部材２４の温
度をそれぞれヒータ３４．３６により上記ガラス転移点
±２００℃程度の範囲内の温度に設定しておく、尚、胴
室部材２０の上部即ちヒータ３２の近傍の調型部材部分
の温度は該ヒータでの加熱により成形用素材のガラス転
移点±２００℃程度の範囲内に維持しておく、かくして
、胴室部材２０には、その長手方向に関し上部が高く且
つ下部が低い温度分布が形成される。

次に、第４図に示されている様に、シリンダ６を作動さ
せて、胴室部材２０を下方へと移動させ、上記型キャビ
ティを胴型部材上部（ヒータ３２に対応する高さ）に位
置せしめる。

そして、ヒータ３２，３４．３６を制御することにより
、胴室部材２０の上部、下型部材２２及び上型部材２４
の温度を成形するための所望の温°度とする。これによ
り、これら３つの型部材により閉塞されている型キャビ
ティ内の成形用素材Ｇ、はこれら型部材からの輻射熱及
び伝導熱により成形用素材Ｇ、のガラス転移点以上の成
形可能温度まで上昇する。この加熱は、胴室部材２０の
下降開始と同時に開始することができる。

次に、第５図に示されている様に、シリンダ２６を作動
させて、上型部材２４を下方へと移動させ、成形用素材
をプレスして光学素子Ｇ２を形成し、このプレス状態を
適宜の時間維持する。プレス圧力は、たとえば面圧で３
〜１００Ｋｇ／Ｃｍ”である。

上記シリンダ２６には変位センサが付設されており、該
センサの出力から、プレスの進行状況が把握できる。即
ち、変位センサの出力が飽和したことをもって、キャビ
ティ内に材料が充填されたと判定することができる。

プレス終了時点では胴型部材２０、下型部材２２及び上
型部材２４の温度はほぼ同一となり、胴型部材内面と下
型部材外面及び上型部材外面とのクリアランスが十分小
さくなる。

上記適宜時間のプレス状態維持の後に、シリンダ２６に
よるプレス圧の印加を除去し、上型部材２４の自重のみ
印加する。そして、所望によりヒータ３４，３６による
下型部材２２及び上型部材２４の加熱を停止し、これら
型部材の温度をガラス転移温度より低い温度とする。

次に、第６図に示されている様に、シリンダ６を作動さ
せて、胴型部材２０を上方へと移動させる。これにより
、光学素子Ｇ２に対するヒータ３２による加熱の影響が
少なくなり、上記の様に下型部材２２及び上型部材２４
の設定温度をガラス転移温度より低くしたこととあいま
って、光学素子Ｇ２の温度が次第に低下する。また、必
要に応じてクーラ３３により胴型部材２０の下部を冷却
させることができる。これにより、光学素子Ｇ２を取出
し可能な温度とすることができる。

尚、この工程では、ヒータ３２の加熱を停止することも
できる。これによれば、冷却時間を短縮することができ
る。

次に、第７図に示されている様に、シリンダ２６を作動
させて、上型部材２４を上方へと移動させる。これによ
り、光学素子Ｇ２は上型部材２４から剥離せしめられて
、下型部材２２上に位置する。

次に、第８図に示されている様に、バルブ４６を開いた
後に、バルブ５２を開いて窒素ガスを導入させ、これに
より下型部材２２上の光学素子Ｇ２を剥離させて吹き飛
ばし、パイプ２１ｂ内を脱気済の雰囲気置換部４８まで
移動させる。

しかる後に、上記バルブ４６．５２を閉じ、バルブ５０
を開いて、光学素子Ｇ２を取出す。そして、バルブ５０
を閉じ、雰囲気置換部４８内を脱気する。

続いて、上記第３図以下の工程を繰返すことにより、直
ちに次のプレスサイクルを行うことができる。

尚、上記第３図に関し述べた密閉系の脱気は、最初のサ
イクルで行えばよく、以後常に窒素ガス雰囲気を維持す
ることにより、２回目以降のサイクルでは行う必要がな
い。但し、サイクルごとに密閉系の脱気を行ってもよい
ことはもちろんである。

次に、上記実施例の装置を用いて実際にプレス成形によ
り光学レンズを製造した具体例を以下に示す。

成形用素材として、光学ガラスＳＦ８　（ガラス転移点
４４５℃）からなる球形状のものを用いた。

下型部材及び上型部材は外形が２５ｍｍで、その材質は
ＭｏＢ系セラミックスをＨＩＰ処理したものであり、熱
膨張係数的８０Ｘ１０−’／”Ｃであった。光学面を形
成する成形面は研削及び研摩により所定形状精度に仕上
げられ、外径精度及び偏心が３μｍ以下とされていた。

胴型部材は長さ約１８０ｍｍであり、その材質はＴｉＮ
系サーメットであり、熱膨張係数的４５Ｘ　１０−’／
”Ｃであった。下型部材及び上型部材と摺動する内面は
十分良好に加工され、真円度及び内径バラツキが１μｍ
以内であった。

上記密閉系のｌＸｌ０−２Ｔｏｒｒまでの脱気及び該密
閉系への窒素ガスの大気圧までの充填に要する時間は３
０秒以内であった。本実施例と同等のガラスをプレス成
形する従来のバッチ式装置の成形室全体の内部を同様に
雰囲気置換する場合には上記雰囲気置換の時間はほぼ６
〜７分であり、本実施例では十分な時間短縮が可能であ
った。

以下の第１表を参照しながら具体的プレス実験の際の温
度条件及び結果を示す。

待機時（即ち成形用素材を型キャビティ内へと導入する
前）の胴型部材上部温度、上型部材温度及び下型部材温
度は次の様に設定した。

・胴型部材上部温度： ３５０℃または４９０℃。

・上型部材温度及び下型部材温度： ２５０℃、３５０℃または５１０℃。

成形用素材を型キャビティ内へと導入した直後、胴型部
材上部温度、上型部材温度及び下型部材温度を全て５１
０℃に設定した。

型キャビティ内へ導入する成形用素材の予備加熱温度は
２５℃、３００℃または４８０℃とした。

そして、上記胴型部材上部温度、上型部材温度及び下型
部材温度の全てが４９０℃を越えた時点で、プレスを開
始した。プレス圧力は成形用素材の単位面積当たり１５
Ｋｇとし、プレス圧力印加時間は１８秒間とした。

上記待機時の胴型部材上部温度、上型部材温度、下型部
材温度及び成形用素材の予備加熱温度の条件を適宜組み
合わせて、それぞれ１０〜数十回の連続プレス成形を行
った。

成形用素材が最終形状に変形するに要する時間はほぼ１
３〜１５秒間で安定していた。

成形終了後、胴型部材上部の設、定温度を上記待機温度
とした。また、下型部材及び上型部材のためのヒータへ
の通電を停止した。

胴型部材下部の温度は約２００℃であり、該部分に対し
空気吹付けによる冷却を行った。約２０秒で成形済光学
素子が十分取出し可能となり、窒素ガス吹付けにより取
出した。

成形済光学素子の取出し後、下型部材及び上型部材のた
めのヒータへの通電を再開し、これら型部材の設定温度
を上記待ａｍ度とした。

成形用素材を型キャビティ内に導入してからプレス開始
に至るまでの時間即ち成形用素材の加熱に要した時間（
１）と連続プレス成形の際の１サイクル時間（Ｔ）を測
定し、更に成形品の品質を調べた。

第　　１　　表 尚、第１表において、「ＯＫ」は良好であることを示し
、ｒＮＧＩＪは成形品表層部に汚れが目立つことを示し
、ｒＮＧ２−−Ｊは未充填を発生割合をもって示す。こ
の未充填とは、成形用素材が型キャビティ内を完全に満
たすことなく硬化した場合である。

以上の様に、各成形サイクルに要した時間は約５０〜８
０秒間であり、従来のバッチ式装置での１サイクルに要
していた時間（約１時間）に比べて十分な時間短縮が実
現された。

上記第１表の結果から、成形用素材を４８０”Ｃまで予
備加熱して型キャビティ内に導入すると、成形品の表層
部汚れが発生することがわかった。

これは、型キャビティ内への成形用素材の導入の際の転
勤時に、導入パイプ内で成形用素材の表層部が汚れを巻
き込むからである。従って、成形用素材の予備加熱温度
は、ガラス転移点以下好ましくは４００℃以下とするの
が望ましい。

かくして、上記実験Ｎｏ、３．６，９，１２゜１５．１
８，２１．２４は本発明の範囲外の比較例である。

尚、上記実験Ｎｏ、１７及び実験Ｎｏ、２０において未
充填が若干発生しているが、これは製造歩留まりからみ
て許容できる範囲である。

上記未充填は、成形用素材が型キャビティ内に導入され
る際に、型部材と衝突して球形状が崩れたり型部材との
固着により下型部材の中央部に位置しなくなることに起
因するものと考えられる。

この未充填は、型部材特に下型部材の温度が高いほど、
また成形用素材の予備加熱温度が高いほど発生率が高く
なる。従って、この点からも、成形用素材の予備加熱温
度は、ガラス転移点以下好ましくは４００℃以下とする
のが望ましく、更に下型部材の待機時温度も、素材のガ
ラス転移点以下好ましくは４００℃以下とするのが望ま
しい。

一方、上記を及びＴは、もちろん、型部材の待機時温度
及び成形用素材の予備加熱温度が高いほど短くなり、プ
レスサイクルをより短縮することができる。

以上の実施例では成形用素材が球形状であるが、本発明
方法では成形用素材が球形状以外の形状、例えば最終成
形品の形状に近い形状である場合等も含まれる。

更に、上記実施例では成形用胴型部材にその長手方向に
関し温度分布を付与しておき型キャビティ閉塞時に該キ
ャビティを高温側に位置させる様にする形態が用いられ
ているが、本発明はそれ以外の形態であってもよい。

尚、上記実施例では、銅製部材が上下方向に配置され下
型部材及び上型部材がそれぞれ該胴型部材内で上下に配
置されているが、本発明はこれに限定されることはなく
、銅製部材の方向は適宜設定することができ、下型部材
及び上型部材は胴型部材内で摺動可能に配置されていれ
ば必ずしも上下に配置されていな（でもよく、たとえば
水平方向に配置されているものをも含むものとする。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明方法によれば、成形用素材を
そのガラス転移点より低い温度にて型キャビティ内に導
入し、成形用下型部材と成形用上型部材との間隔をプレ
ス時間隔よりも大きく維持しつつ該成形用下型部材と成
形用上型部材とを成形用胴型部材に対しその長手方向に
摺動させて型キャビティを閉塞し、上記成形用下型部材
、成形用上型部材及び成形用胴型部材の加熱に基づくこ
れら型部材からの輻射熱及び伝導熱によって成形用素材
を成形可能温度まで加熱し、しかる後に成形用上型部材
と成形用下型部材とを接近させてプレスするので、熱エ
ネルギーの利用効率が良好でプレスサイクルの短縮が可
能で連続的且つ迅速に繰返しプレス成形を行うことがで
き、しかも装置の小型化が可能で、品質の良好な成形品
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガラス成形方法の実施される成形
装置の一実施例の概略構成を示す模式的縦断面図であり
、第２図はその一部省略部分拡大図である。本実施例は
、光学素子のプレス成形に第３図〜第８図は上記実施例
装置の動作の進行にともない変化する部分を重点的に示
すための概略図である。 ６．２６：シリンダ、　２０：銅製部材、２１ａ：成形
用素材送入用パイプ、 ２１ｂ＝成形済光学素子取出し用パイプ、２１Ｃ：非酸
化性ガス導入用パイプ、 ２１ｄ：脱気用パイプ、 ２２：下型部材、　　　　２４：上型部材、２８．３０
：気密ベローズ、 ３２．３４，３６，４２ａ：ヒータ、 ４２．４８：雰囲気置換部、 Ｇ１　：成形用素材、 Ｇ、：成形済光学素子。 代理人　弁理士　　山　下　穣　平 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）成形用胴型部材内に成形用下型部材と成形用上型
   部材とをそれぞれ成形用胴型部材に対しその長手方向に
   摺動可能に収容し、これら３つの型部材により型キャビ
   ティが形成されるガラス成形装置を用いてガラスを成形
   する方法であって、成形用素材をそのガラス転移点より
   低い温度にて型キャビティ内に導入し、成形用下型部材
   と成形用上型部材との間隔をプレス時間隔よりも大きく
   維持しつつ該成形用下型部材と成形用上型部材とを成形
   用胴型部材に対しその長手方向に摺動させて型キャビテ
   ィを閉塞し、上記成形用下型部材、成形用上型部材及び
   成形用胴型部材の加熱に基づくこれら型部材からの輻射
   熱及び伝導熱によって成形用素材を成形可能温度まで加
   熱し、しかる後に成形用上型部材と成形用下型部材とを
   接近させてプレスすることを特徴とする、ガラス成形方
   法。
2. （２）上記成形用胴型部材にその長手方向に関し温度分
   布を付与しておき型キャビティ閉塞時には該キャビティ
   を高温側に位置させる、請求項１に記載のガラス成形方
   法。
3. （３）上記成形用素材が球形状である、請求項１に記載
   のガラス成形方法。