JPH06100323A

JPH06100323A - ガラス光学素子の成形方法

Info

Publication number: JPH06100323A
Application number: JP27519192A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ito; 弘伊藤; Hitoshi Minegishi; 仁峯岸
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-09-19
Filing date: 1992-09-19
Publication date: 1994-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】凹レンズをプレス成形する際、厚肉部と薄肉
部の冷却速度を等しくする。【構成】一対の成形型１７，２２でガラス素材を押圧
成形中に、まず、ガラス素材の外周部を、外周ブローリ
ング３４から窒素ガスを吹き出して冷却する。そして、
窒素ガスの吹き付けを止めた後、上、下内部ブロー管２
７，３１から窒素ガスを吹き出してそれぞれ上、下型１
７，２２を冷却し、ガラス素材の中央部を冷却する。こ
れにより、ガラス素材の温度分布を均一とし、かつ、厚
肉部と薄肉部における転移点温度への到達時間を早め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱軟化したガラス素
材を一対の成形型で押圧成形しつつ冷却してガラス光学
素子を得る成形方法に関し、特に凹レンズ形状のガラス
光学素子を得る成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加熱軟化したガラス素材を一対の
成形型で押圧成形しつつ冷却してガラス光学素子を得る
成形方法としては、例えば特開昭６３ー１５９２２７号
公報及び特開平２ー５５２３５号公報記載の発明があ
る。特開昭６３−１５９２２７号公報には、光学部品の
肉厚部に接する金型部分と光学部品の肉薄部に接する金
型部分とに、それぞれ別々な温度の熱媒体を導入しうる
ように独立の熱媒体室を設け、肉薄部に接する金型部分
に設けられた熱媒体室には肉厚部に接する金型部分に設
けられた熱媒体室よりも高温の熱媒体を導入しうるよう
にした金型が開示され、光学ガラス製品の肉厚部での冷
却速度と肉薄部での冷却速度とに大きな差異を生じさせ
ることがなく、屈折率のムラがないようなレンズを得よ
うとするものである。

【０００３】また、特開平２−５５２３５号公報には、
一対の成形型に、熱源と接する部分に円柱状及び任意形
状おくり抜き加工を施して空気断熱層を設けることによ
り、加圧冷却時に収縮量の小さいレンズ光学面中心の温
度を保ち、収縮量の大きい非光学面部付近との収縮量差
を縮めながら冷却し、形状精度の良好な成形レンズを得
る成形型と成形方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、ガラス冷却速度の早い薄肉部を、成形初期から終了
まで常に保温あるいは断熱しているので、厚肉部と薄肉
部との温度差の変化に応じて、それぞれの部位の温度制
御を最適化することができない。外径の大きい凹レンズ
の成形中の厚肉部及び薄肉部の温度変化の測定結果を図
５に示す。成形開始後、Ｔ₁秒まではガラスの熱が型に
奪われるために、熱移動の速い薄肉部の温度の方が低温
となる。ガラス温度が型温度に近づくＴ₁秒以降は、中
央に位置する薄肉部の熱は外周に位置する厚肉部が雰囲
気ガスによって冷却しないと移動できないので、薄肉部
の温度の方が逆に高温になる。上記のように、厚肉部と
薄肉部とで成形中に冷却速度の変化が生じる場合には、
上記従来技術では薄肉部の冷却速度を小さくはできる
が、ガラスの厚肉部と薄肉部との温度差を小さくしつつ
短時間でガラス転移点まで冷却することはできない。従
って、外径の大きい凹レンズ形状の成形では、短時間で
転写精度の良好な光学素子を得ることはできない。

【０００５】本発明は前記従来技術における問題点に鑑
みて開発されたもので、短時間の内に成形中のレンズ内
の温度分布を均一化させてガラス転移点まで冷却するこ
とにより、短時間で転写性の向上が図れるガラス光学素
子の成形方法の提供を目的とする。

【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、本発明のガラス光学素子の成形方法は、加熱軟化し
たガラス素材を一対の成形型にて押圧し、この押圧状態
を維持しつつガラス素材を冷却して光学素子を得る光学
素子の成形方法において、ガラス素材を冷却する際、ま
ず、ガラス素材の外周部からの冷却を行なった後、押圧
しているガラス素材の中心部に対応する成形型内からの
冷却を行なってガラス素材を冷却しつつ押圧成形するこ
ととした。

【０００７】

【作用】上記構成によれば、まず、ガラス素材の厚肉部
である外周部から冷却を行なうと、成形中の厚肉部にお
ける転移点温度到達速度が早まる。引き続いて、成形型
内部から冷却すると、ガラス素材中央の薄肉部における
転移点温度到達速度が早まる。これにより、ガラス素材
における外周部と中心部の温度差がほぼ同時に転移点温
度に到達する。

【０００８】

【実施例１】図１は、本発明の実施例１のガラス光学素
子の成形方法に用いる成形装置における成形型部を示す
断面図、図２は、本発明の実施例に用いる成形装置を示
す断面図で、凹レンズの成形装置を示してある。図２に
おいて１で示すのは成形部で、加熱ヒータ２ａを備え図
示しない温度制御装置によって所定の温度に設定し得る
加熱炉２が隣接されている。成形部１及び加熱炉２の周
辺は、石英ガラス管又はステンレス製管からなるカバー
３及び上ベース４，下ベース５により閉塞されており、
カバー３，上ベース４及び下ベース５により成形室６が
形成されている。上、下ベース４，５には、雰囲気ガス
供給装置（図示省略）に接続したガスノズル７が貫設さ
れ、このガスノズル７を介して成形室６内に供給される
窒素ガス、不活性ガス又は還元性ガスにより成形室６内
部の酸化を防止している。上ベース４と下ベース５と
は、図示を省略してある部材を介して結合されており、
上ベース４と下ベース５との間の相互の距離、位置が変
化しないように構成されている。

【０００９】成形室６内には、上型部８と下型部９とが
同一軸線上で相対的に接近・離反自在に対向配置されて
いる。上型部８は上ベース４に固定され、下型部９はプ
レス軸１０の先端に固定されている。プレス軸１０は、
下ベース５に固定したハウジング１１内で軸受け（摺動
用軸受け）１２により軸方向へ摺動自在に保持されると
ともに、その下端で連結した駆動用シリンダ１３によっ
て昇降駆動自在に設けられている。

【００１０】２３で示すには、光学ガラス素材２４及び
プレス成形後の光学素子を載置、搬送するキャリアで、
このキャリア２３はキャリア搬送用アーム２５により保
持され、加熱炉２内及び上型８と下型部９間に搬送され
るように制御構成されている。

【００１１】上型部８は、図１に示すように、上型マウ
ント１４，上型ヒータ１５及び上型１７より構成されて
いる。上型マウント１４は、Ｓｉ₃Ｎ₄−Ａｌ₂Ｏ₃系
セラミックス（線膨張係数３．５×１０^-6）からなり、
その上端が上ベース４に固定されるとともに、その下端
面（先端面）には上型１７を位置決めして固定するため
の凹部１６が設けられており、この凹部１６の底面は平
面仕上げされている。さらに、上型マウント１４の内部
中央には、貫通孔１４ａが凹部１６の底面に開口して設
けられており、また、上部には、排気孔１４ｂが貫通孔
１４ａと成形室６とを連通するように、上型マウント１
４の外周面に開口して設けられる。上型ヒータ１５は、
上型マウント１４の外周に巻回して設けられ、図示しな
い温度制御装置に接続されて所定の温度に制御自由とな
っている。

【００１２】上型１７は、超硬合金（線膨張係数６×１
０^-6）からなり、その成形面１７ａは所定の凸形状に精
密に鏡面仕上げされてから、ガラスとの融着性の低いＣ
ｒＮ薄膜１７ｂがコートされている。一方、成形面１７
ａの反対側の端面（以下、底面という）１７ｃは精密な
平面に仕上げされている。上型１７内部には、底面１７
ｃの中央から成形面１７ａの方向に向けて単一の空洞部
１８が設けられており、空洞部１８の底面１８ａは成形
面１７ａの付近で平面状に形成されている。この上型１
７は、空洞部１８ａと上記貫通孔１４ａを合わせるよう
にして、上型マウント１４の凹部１６内に収納されてい
る。上型１７の底部外周面１７ｄと凹部１６の内周面１
６ａとのクリアランスは、上型ヒータ１５によって所定
の温度に加熱されたときに焼きばまって固定される寸法
になっている。この時、上型１７と上型マウント１４
は、熱伝導が行なわれるのに十分なように互に密着する
ようになっている。

【００１３】下型部９は、下型マウント１９，下型ヒー
タ２０及び下型２２より構成されている。下型マウント
１９は、その下端が上記プレス軸１０の先端に固定され
ており、上型マウント１４と同様に先端に凹部２１が形
成されるとともに、貫通孔１９ａ，排気孔１９ｂが設け
られている。下型ヒータ２０は、下型マウント１９の外
周に巻回して設けられ、図示しない温度制御装置に接続
されて所定の温度に制御自在となっている。

【００１４】下型２２は、上型１７と同様に、超硬合金
（線膨張係数６×１０^-6）からなり、その成形面２２ａ
は所定の凸形状に精密に鏡面仕上げされてから、ガラス
との融着性の低いＣｒＮ薄膜２２ｂがコートされるとと
もに、成形面２２ａの反対側の端面（以下、底面とい
う）２２ｃは精密な平面に仕上げられている。下型２２
内部には、底面２２ｃの中央から成形面２２ａの方向に
向けて単一の空洞部２６が設けられており、空洞部２６
の底面２６ａは成形面２２ａの付近で平面状に形成され
ている。なお、下型部９の詳細な構成は、上記上型部８
と同様であるので説明を省略する。

【００１５】上記上型１７の空洞部１８内には、上型内
部ブロー管２７が成形室６外から上記上ベース４を貫通
し、貫通孔１４ａを経て設置されている。上型内部ブロ
ー管２７は、図２に示すように、ソレノイド弁２８及び
流量調節弁２９を経て窒素ガス供給装置３０に配管され
ている。一方、上記下型２２の空洞部２６内にも、下型
内部ブロー管３１が成形室６外から上記プレス軸１０内
部を貫通し、貫通孔１９ａを経て設置されている。下型
内部ブロー管３１は、ソレノイド３２及び流量調節弁３
３を経て窒素ガス供給装置３０に配管されている。そし
て、型を加熱した状態で、窒素ガス供給装置３０から供
給された所定量の窒素ガスを上型内部ブロー管２７の先
端及び下型内部ブロー管３１の先端からそれぞれ流出す
ると、窒素ガスは空洞部１８，２６の底面１８ａ，２６
ａ付近の熱をそれぞれ奪いながら、排気孔１４ｂ，１９
ｂより成形室６内に排気される。

【００１６】図２、図３において３４で示すのは、リン
グ状の外周ブローリングで、その内部はリング状の空洞
部３４ａに形成され、内周面には空洞部３４ａと連通し
た複数の吐出孔３４ｂが等間隔に設けられている。外周
ブローリング３４の側方には、中空の外周ブロー管３５
が空洞部３４ａと連通するように溶接されている。外周
ブロー管３５は、成形室６外へカバー３を貫通して引き
出され、下方に曲げられた後、ジャバラ管３６を介して
ソレノイド弁３７及び流量調節弁３８を経て、窒素ガス
供給装置３０に配管されている。そして、この外周ブロ
ー管３５は、上記成形室６外において上ベース４に鉛直
方向に向けて固定したエアシリンダー３９の可動ロッド
３９ａ端に接続されており、エアシリンダー３９の動作
及びそれに伴うジャバラ管３６の伸縮によって、上記外
周ブローリング３４が上型１７と下型２２の中間と、そ
れより上方の高さの間を上下動されるようになってい
る。

【００１７】次に、上記構成の成形装置を用いた光学素
子の成形方法の実施例を作用と共に説明する。まず、成
形室６内に上、下ベース４，５のノズル７から窒素ガス
等を供給し、成形室６内部の酸素濃度を１％以下に置換
する。次にヒータ２ａ，上型ヒータ１５及び下型ヒータ
２０により、加熱炉２，上型１７及び下型２２を所定の
温度に加熱する。この状態において、キャリア２３内に
光学ガラス素材２４を載置し、キャリア搬送用アーム２
５を加熱炉２内に搬送し、上下のヒータ２ａにより光学
ガラス素材２４を成形可能状態（軟化点）になるまで加
熱軟化処理する。

【００１８】次に、搬送用アーム２５前進させ、キャリ
ア２３と共に光学ガラス素材２４を上型１７，下型２２
間に搬送する。そして、下型２２をシリンダ１３により
プレス軸１０を介して上動し、上、下型１７，２２の各
成形面１７ａ，２２ａにより軟化状態の光学ガラス素材
２４をプレス成形する。

【００１９】プレス成形の開始と同時に搬送用アーム２
５を後退し、それとともに外周ブローリング３４を下降
させて、キャリア２３の外周に位置させる。この時、プ
レス成形の時間の中で、図３に示すガラス内部の温度変
化となるように、窒素ガスによる冷却制御を行なう。即
ち、窒素ガス供給装置３０から窒素ガスを供給し、外周
ブローリング３４の吐出孔３４ａから流出させてプレス
成形中のガラス素材２４を外周部から冷却を行い、外周
の厚肉部のガラス温度を中央の薄肉部のガラス温度に近
付けつつ、図５のＴ₁秒よりも短いＴ₃秒後にほぼ同温
度とさせてから、窒素ガスの供給を切り替えて、上型内
部ブロー管２７及び下型内部ブロー管３１の先端部から
窒素ガスを流出し、成形型内部からガラス素材２４の冷
却を行なって、外径の大きいレンズ（例えば、φ２０ｍ
ｍ以上）に特有なガラス中央部の高温化を防止しつつガ
ラス素材２４をガラス転移点付近まで冷却する。以上の
冷却プロセスを実現することによって、図５のＴ₂秒よ
り短いＴ₄秒（図３参照）で、ほぼ外周の厚肉部と中央
の薄肉部を均温化させつつ、ガラス転移点付近までガラ
スを冷却してプレス成形することができる。

【００２０】上、下型１７，２２でのプレス成形が終了
した後、下型２２を下降して離型し、加熱炉２と反対側
の成形室６側面に設けた徐冷炉（図示省略）中に搬送ア
ーム２５より搬送して、プレス成形された光学素子を徐
冷する。そして、徐冷が終了した後、徐冷内から搬出
し、光学素子をキャリア２３から取り出す。

【００２１】本実施例によれば、成形中の凹レンズ外周
の厚肉部における転移点温度到達速度を早めてから、引
き続いて中央の薄肉部における転移点温度到達速度を早
めるように冷却制御することにより、短時間の内にプレ
ス成形中のレンズ内の温度分布を均一化させてガラス転
移点まで冷却することができる。従って、短時間の成形
で形状精度の良好な凹レンズ形状のガラス光学素子を得
ることができる。

【００２２】本実施例の変形例として、凹メニスカスレ
ンズの成形においては、凸面側のみ型内部からの窒素ガ
スの流入による型冷却を行なって成形でき、上記と同様
の効果を得ることができる。また、流入させる気体は窒
素ガスに限定させることなく、高温下での引火性あるい
は人体への有害性がなく成形型の劣化を招かない不活性
な気体であればよく、例えばアルゴンガス等を用いるこ
とができる。また、上記外周ブロー及び型内部ブローは
完全に切り替えなくとも、例えば窒素ガスの流量の強弱
を切り変えるようにしてもよい。なお、この場合には、
プレス圧力を増加させて、プレス成形中のプレス量を増
やしてやることが望ましい。

【００２３】

【実施例２】図４は、本発明の実施例２に用いる成形装
置を示す断面図である。上記成形装置には、型温度検出
用の温度センサー４０が下型２２内に設置されるととも
に、温度センサー４０と接続したコントローラ４１が設
けられている。このコントローラ４１は、上記ソレノイ
ド弁２８，３７とそれぞれ接続されている。その他の構
成は、図２に示した成形装置と同様である。

【００２４】次に、本実施例の成形方法を説明する。本
実施例の特徴は、プレス成形中に外周ブローから型内部
ブローへの切り替えを、型温度検出用の温度センサー４
０の信号をコントローラ４１が判断して、ソレノイド弁
２８，３２，３７の作動を制御することによって行なう
もので、その他は実施例１と同様である。図３に示した
ように、型温度の変化はプレス成形中のガラス温度の変
化と対応しているので、厚肉部と薄肉部が均温化すると
きの型温度を予め計測しておき、この型温度まで冷却さ
れたときに、前記のようにして、外周ブローから型内部
ブローへの切り替えを行なう。本実施例によれば、プレ
ス成形工程における冷却のインプロセス制御が可能にな
るので、形状精度の良好な成形品をばらつきなく製造す
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、成形中の
凹レンズ外周の厚肉部における転移点温度到達速度を早
めてから、引き続いて中央の薄肉部における転移点温度
到達速度を早めるように冷却制御して、短時間の内に形
状精度の良好な凹形状のガラス光学素子を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に用いる成形装置の成形部を
示す断面図である。

【図２】本発明の実施例１に用いる成形装置を示す断面
図である。

【図３】ガラス素材内部の温度変化を経時的に示すグラ
フである。

【図４】本発明の実施例２に用いる成形装置を示す断面
図である。

【図５】従来技術におけるガラス素材内部の温度変化を
経時的に示すグラフ図である。

【符号の説明】

１７上型２２下型２４光学ガラス素材２７上型内部ブロー管３０窒素ガス供給装置３１下型内部ブロー管３４外周ブローリング３５外周ブロー管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱軟化したガラス素材を一対の成形型
にて押圧し、この押圧状態を維持しつつガラス素材を冷
却して光学素子を得る光学素子の成形方法において、ガ
ラス素材を冷却する際、まず、ガラス素材の外周部から
の冷却を行なった後、押圧しているガラス素材の中心部
に対応する成形型内からの冷却を行なってガラス素材を
冷却しつつ押圧成形することを特徴とするガラス光学素
子の成形方法。