JPH0742121B2 - 光学素子の成形方法及び成形装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加熱軟化したガラス素材をプレス成形するこ
とにより、レンズ，プリズム，フィルタ等の光学素子を
成形する光学素子の成形方法と装置に係り、特にロッド
状レンズの成形に関する。

［従来の技術］ 従来、ガラスレンズ，プリズム等の光学素子を製造する
方法としては、研削，研磨加工により行うのが一般的で
あった。

しかし、この方法では、光学素材から光学素子を製造す
るまでに多くの工数と時間とを要するという欠点を有す
るところから、最近ではガラス素材を加熱軟化し、成形
用型を介して押圧成形するだけで、即ち、押圧成形後の
研削，研磨加工を一切施することなく高い面精度を有す
る光学素子を製造する方法及び装置が案出されている。

この種の方法と装置は、例えば、特公昭54−38126号公
報，特開昭60−118641号公報に開示されている技術があ
る。

特公昭54−38126号公報所載の技術は、金型にガラス素
材を載置し、このガラス素材を金型により押圧成形して
所望のガラスレンズを成形するものである。一方、特開
昭60−118641号公報所載の技術は、加熱軟化したガラス
素材をリング状胴型に保持して金型間に移送し、ガラス
素材をリング状胴型で保持しつつ金型により押圧成形
し、成形されたレンズをリング状胴型で保持しつつ移送
してレンズをリング状胴型より回収するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点
があった。

即ち、特公昭54−38126号公報所載の技術においては、
金型にガラス素材を載置し、その後ガラス素材を加熱軟
化して金型により押圧成形する場合、加熱軟化した時間
を要し、レンズの成形サイクルタイムが著しく長くなる
問題点があった。また、ガラス棒の端部を加熱軟化させ
た後金型間に搬送して金型により押圧成形する場合、ガ
ラス棒の加熱の不均一，自重による変形等が生じ、成形
し得るレンズの形状が極小径の薄いものに限られる問題
点があった。

この問題点を解決する手段として特開昭60−118641号公
報所載の技術が提案されているが、かかる技術は、押圧
成形時にガラス素材が金型とリング状胴型と接触するた
め、ガラス素材の温度がリング状胴型と金型との接触部
分において異なり（リング状胴型との接触部分の温度が
高い）、ガラス素材の温度が均一となりにくく、ガラス
素材が略均一の温度となるのに長時間を要し、レンズ成
形のサイクルタイムを延長させる問題点があった。

更に、特にロッド状レンズを成形する場合、その形状に
より、（１）プレス成形後の芯取り加工はレンズの保持
が難しく、かつ研削に長い時間を要する（２）特開昭60
−118641号公報所載のリング状胴型では、成形後胴型か
らのレンズ取出しが困難で、バリ，欠け，ワレを生じる
（３）レンズ全長が長いため、加熱軟化の際にガラス素
材両端の温度を均一にすることが困難で、レンズ両面と
もに高精度に仕上げることができない等の問題点があっ
た。

そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので
あって、光学素子の成形サイクルタイムの短縮を計り、
成形後の光学素子の取り出しを筒単に行なうことがで
き、かつ芯取り加工を不要化するとともにガラス素材の
両端部を均一な温度で加熱軟化し得る光学素子の成形方
法と装置の提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、ガラス素材を加熱軟化して押圧成形型により
光学素子を成形する方法と装置において、上記ガラス素
材を多分割筒型で保持しつつ上記ガラス素材の中心軸を
略水平とした状態で加熱軟化し、しかる後に押圧成形型
間に搬送して所定の形状にガラス素材を押圧成形しつつ
上記多分割筒型及びガラス素材を強制冷却して光学素子
を成形する方法と装置を提供し、光学素子の成形サイク
ルタイムの短縮化を計り、成形後の光学素子の取り出し
を簡単に行なうことができ、かつ芯取り加工を不要化す
るとともに、ガラス素材の両端部を均一な温度で加熱軟
化することにより安価で、かつ高精度な光学素子を成形
することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

（第１実施例） 第１図，第２図は、本発明に係る光学素子の成形方法の
第１実施例を実施するための成形装置の概要を示すもの
で、第１図は平面図，第２図は第１図Ａ−Ａ断面図であ
る。

図において１は成形装置２の成形室で、この成形室２
は、金型3,4を摺動可能に保持する保持部材５と石英ガ
ラス等の壁６により囲まれて形成されている。この成形
室１はガラス素材及び成形レンズの搬入用，搬出用の開
口部７が開設され、この開口部７には、ガラス素材を加
熱軟化するための加熱炉８が隣接して設置してある。更
に、成形室１内は金型3,4等の高温部分の酸化を防止す
るための窒素ガス（または不活性ガス，還元性ガス）が
雰囲気ガス供給装置９より供給される構成となってい
る。

上記金型3,4は成形室１内で水平方向に同一軸心上で対
向して設定され、成形室１外部に設けた駆動手段（図示
省略）の駆動により成形室１内で同一軸線上をそれぞれ
摺動し、光学素子を押圧成形できるように構成されてい
る。更に、金型3,4は図示を省略した温度制御機構によ
り所定の温度に設定制御できる加熱装置と温度測定装置
を具備している。なお、上記金型3,4はそれぞれ摺動し
得る構成としたが、金型3,4のいずれか一方のみ摺動し
得るようになして、金型3,4が相対的に接近，離反でき
る構成にして実施することができる。

12はロッド状のガラス素材（又はプレス成形後のレンズ
12a）で、このガラス素材12は筒状の多分割筒型13に保
持され、この多分割筒型13は管状の外筒14に保持されて
いる。

多分割筒型13は、複数の型部材を組み合せてなるもの
で、本実施例では第３図に示す如く、３個の型部材13a,
13b,13cを組み合せて、中心部に円柱状の空間部15を形
成し、この空間部15で上記ロッド状のガラス素材12を保
持する構成としてある。なお、この多分割筒型13は、ガ
ラス素材12の熱膨脹係数より小さな係数の材料にて形成
し、押圧成形後のロッド状レンズ12aの冷却時に、多分
割筒型13の収縮によって生じるレンズの割れ，損傷等を
防止する上で望ましい。

外筒14は、上記多分割筒型13の組み合せ時の外径と略同
一又は若干大径の内径を有する中空部16を有する管状部
材からなり、上記多分割筒型13を中空部16に挿入して保
持する構成としてある。なお、外筒14の材質を多分割筒
型13の材質より小さな熱膨脹係数の材料で形成すること
により外筒14が多分割筒型13間とのガタを減少させるこ
とができる。更には適宜材料の組み合せにより加熱時
（押圧成形時）に外筒14と多分割筒型13を焼バメ状態と
して外筒14と多分割筒型13間のガタを生ぜず保持するこ
とができる。

17は、上記ガラス素材12（押圧成形後のレンズ12a）を
多分割筒型13と外筒14によって保持した組み付け状態
（以下、筒ユニット20という）で上記開口部７から成形
室１に搬入（搬出）するための搬送用アームである。こ
の搬送用アーム17は、その先端部に上記筒ユニット20を
載置保持する保持部21が形設されている。本実施例では
第２図に示すごとくＶ字形状に形成されており、この保
持部21は、上記筒ユニット20のガラス素材12の対称軸
（中心軸）が略水平となる状態で筒ユニット20を保持で
きるように構成されている。搬送用アーム17は、図示し
ない駆動手段により、筒ユニットの着脱位置（図示省
略），加熱位置（加熱炉８内）及び成形位置（第１図参
照）にて停止しつつ移動できるように構成され、成形位
置では筒ユニット20と金型3,4の軸心が一致するように
調整されている。そして、この成形位置において、第２
図に示す如く、筒ユニット20の上下に図示を省略した窒
素ガス供給装置に連結したノズル23,24が配設され、こ
のノズル23,24により、筒ユニット20のガラス素材12を
金型3,4で押圧成形中に上下方向から室温の窒素ガスを
吹きつけてガラス素材12が短時間で強制的に冷却し得る
ように構成してあある。25は、ノズル24からの窒素ガス
によるガラス素材12の冷却効果を高めるために搬送用ア
ーム17の保持部21に設けた貫通孔である。

加熱炉８は、筒ユニット20のガラス素材12を所定温度に
て加熱軟化できるように図示を省略した温度制御装置に
より所定の温度に設定し得るように構成されている。な
お、加熱炉８の搬入口8aは、上記雰囲気ガス供給装置９
から成形室１内に供給されているのでシャッタ等を設け
た密閉型とする必要がなく、筒ユニット20等が通過でき
る窓を設けて実施できる。

次に、上記装置にて光学素子を押圧成形する方法につい
て説明する。

まず、多分割筒型13の円柱状の空間部15の内径（即ち、
最終的に成形されるレンズ外径）より約0.02mm程度細い
外径の概略円柱状のロッド状のガラス素材をその両端部
12bを研磨又は側圧切断（圧力を付加してガラス素材の
軸心と垂直に割断）等によって概略平面状にしてガラス
素材12を成形する（第４図参照）。次に、このガラス素
材12を多分割筒型13の空間部15にセットし、この多分割
筒型13を外筒14の中間部16に収納して筒ユニット20を構
成する（第５図参照）。一方、搬送用アーム17を着脱位
置に位置させ、この搬送用アーム17の保持部21に筒ユニ
ット20を筒ユニット20の軸線20aを水平状態にして載置
保持する。次に、搬送用アーム17を前進駆動し、筒ユニ
ット20を加熱炉８の位置に位置させ、筒ユニット20のガ
ラス素材12を加熱軟化する。本実施例では、ガラス素材
12の粘度を10⁵〜10⁸ポアズとなる状態に加熱軟化した。
従来、ガラス素材12の保持は、第６図に示す如く垂直方
向に保持するのが一般的であるが、ロッド状レンズを成
形する場合、対流ａや外部優乱ｂにより保持されたガラ
ス素材上下の両端部の温度を均一化するのが難しい（一
般に上が高温，下が低温となる）ため本実施例の如き水
平方向の保持が望ましい。そして、ガラス素材12が所定
の状態に加熱軟化した後、搬送用アーム17を前進駆動
し、成形室１内の成形位置に位置させるとともに金型3,
4を水平方向に移動させて筒ユニット20のガラス素材12
の両端部12bを金型3,4により所定時間押圧成形する。そ
して、押圧成形中に、ノズル23,24により筒ユニット20
に室温の窒素ガスを吹きつけてガラス素材12を強制的に
冷却する。かかる冷却は、ガラス素材12が金型3,4によ
り所定の形状に押圧成形されたレンズ12aが、金型3,4に
よる押圧を解除した時、レンズ12aの形状が変形しない
温度になされ、具体的にはガラス素材12の転移点温度以
下に冷却する。この冷却に要する時間が金型3,4による
押圧成形の時間であり、この押圧成形に要する時間は、
強制的に冷却を行なわない場合約３分を要するが、本実
施例によると約15秒程度とすることができた。

次に、上記冷却がされた後、金型3,4を後退して離型す
るとともに、搬送用アーム17を後退駆動して保持部21を
着脱位置に位置させて筒ユニット20を取り出す。そし
て、取り出した筒ユニット20を室温程度まで冷却し、そ
の後外筒14から多分割筒型13を抜き出し、更に、多分割
筒型13を分割（第３図参照）して押圧成形されたロッド
状の光学素子12aを取り出し、ロッド状レンズ12の押圧
成形が完了する。

この取り出した光学素子12aは一般的に歪（複屈折）を
有しているので別途準備したアニール炉（図示省略）に
てアニールを行ない、更に、最終的な光学素子とするた
め、更にロッド状レンズ12の外周端部の面取り加工，レ
ンズ面のコーティング加工を行なった。

本実施例によれば、押圧成形に要する時間が約15秒程度
と短く、成形のサイクルタイムを短縮できる。更に、多
分割筒型の中空部の内径を最終のロッド状レンズの外径
と一致させることにより金型と筒ユニット、即ちガラス
素材の軸心とが一致するため成形されたロッド状レンズ
の芯取りを不要することができる。又、ガラス素材を水
平に保持して加熱軟化するため、ロッド状ガラス素材の
両端面部を均一の温度で加熱できるので両端面部を同一
の条件で押圧成形でき、高精度なロッド状レンズを得る
ことができる。更に多分割筒型を分割することで容易に
ロッド状レンズを取り出すことができるとともに、取り
出した時にレンズに損傷等を与えることがない。

（第２実施例） 第７図は、本発明の第２実施例を示し、第７図ａはガラ
ス素材を保持する多分割筒型の斜視図、第７図ｂは同筒
型を搬送用アームに載置保持した状態を示す部分断面図
である。

図において30で示すのはロッド状のガラス素材を保持す
る多分割筒型で、この多分割筒型30は、４個の型部材30
a,30b,30c,30dを組み合せて中心部にロッド状ガラス素
材を保持する円柱状の空間部31を形成するとともに、外
径形状を四角柱の各稜線を面取りした如き形状とした八
角柱状に形成してある。この多分割筒型30は直接搬送用
アーム33に保持され、上記第１実施例と同様に搬送用ア
ーム33の移動により着脱位置，加熱位置及び成形位置に
搬送される。この搬送用アーム33は、先端部を凹形状34
に形成して多分割筒型30を水平に保持する凹部35を設け
るとともに、この凹部35に保持した多分割筒型30の上下
方向の押え用のワイヤ36を設けて多分割筒型30をガタな
く保持し得るように構成されている。なお、上記多分割
筒型30は本実施例の個数に限定されず任意の複数の型部
材を組み合せて形成して実施しても上記第１実施例と同
様な効果が得られるが、２〜４個の型部材で多分割筒型
を形成して実施した場合、より好ましい結果を得ること
ができた。この他の成形装置の構成及び本実施例の装置
を用いた光学素子の成形方法は上記第１実施例と同様で
あるので、その説明を省略する。

本実施例によれば、上記第１実施例と同様な作用，効果
を得ることができる。

（第３実施例） 第８図は、本発明の第３実施例で、搬送用アームと多分
割筒型を示してある。

図において40,41は搬送用アームで、この搬送用アーム4
0,41は上下方向に対をなして設けられるとともに、それ
ぞれ上下方向に移動可能に構成されて接近，離反し得る
ようになっている。なお、上記上下方向の移動は搬送用
アーム40,41のいずれか一方のみ上下動可能とする構成
としても実施することができる。

42は型部材43,44からなる多分割筒型で、この型部材43,
44はそれぞれ搬送用アーム40,41に一体的に取付けられ
ている。この多分割筒型42は、搬送用アーム40,41の上
下動に従い、型部材43,44が接近，離反し、型部材43,44
が接近移動して当接したとき、中心部にロッド状ガラス
素材を保持する円柱状の空間部46が形成されるように構
成されている。その他の成形装置の構成及び光学素子の
成形方法は上記第１実施例と同様であるので、その説明
を省略する。なお、プレス成形後の光学素子の多分割筒
型からの取り出しは、上記第１実施例の如く、多分割筒
型42を室温程度まで冷却する必要がなく、搬送用アーム
を離反する方向に移動して筒型42を開放して直ちに行な
うことができる。

本実施例によれば、上記第１実施例と同様な作用，効果
を得ることができるとともに、光学素子を成形後直ちに
取り出すことができるので、光学素子成形のタクトタイ
ムをより短縮できる。

（第４実施例） 第９図は、本発明の第４実施例を示し、図においては多
分割筒型50のみを斜視図で示している。

本実施例の多分割筒型50は上記第３実施例と同様に構成
されるとともに、更に、この多分割筒型50の分割型43,4
4には、空間部46に保持したガラス素材を金型3,4で押圧
成形中に、ガラス素材を冷却するために冷却水を通じる
パイプ52,53が一体的に取付けられて多分割筒型50が構
成されている。その他の装置の構成及び光学素子の成形
方法は上記第１実施例及び第３実施例と同様であるので
その説明を省略する。なお、押圧成形中のガラス素材は
パイプ52,53により冷却することができるので、ノズル2
3,24（第２図参照）を省略して成形装置を構成すること
ができる。

本実施例によれば、上記第１実施例及び第３実施例と同
様な作用，効果を奏することができる。

（第５実施例） 第10図は、本発明の第５実施例を示し、図においては多
分割筒型，金型等を示してある。

図において60で示すのは多分割筒型で、この多分割筒型
60は、上記各実施例と同様に複数の分割型61,62により
なるとともに、分割型61,62の両端部にテーパー面61a,6
2aを形設して構成してある。一方、上記多分割筒型に保
持した光学素子12を押圧成形する対向配設された金型3,
4の外周3a,4aにそれぞれ金型3,4の軸心と一致した冷却
リング64,65が対向配設されている。この冷却リング64,
65は金型3,4に対して矢印Ｃ方向に摺動可能に嵌合する
とともに、冷却リング64,65の対向面の内周端面に上記
テーパー面61a,62aと対応したテーパー面64a,65aが形設
され、多分割筒型60のテーパー面61a,62aと当接できる
ように構成されている。その他の成形装置の構成は上記
第１実施例と同様に構成してあるので、その説明を省略
する。なお、多分割筒型60は２分割のものを例示してあ
る。次に、かかる装置にて光学素子12aを押圧成形する
場合、まず、上記第１実施例と同様ガラス素材12を保持
した多分割筒型60を搬送用アーム17により成形位置に搬
送する。そして、金型3,4を水平移動させてガラス素材1
2を押圧成形するとともに、冷却リング64,65を多分割筒
型60方向に摺動しテーパー面61aと64a,65aを当接させて
ガラス素材12の芯出しを行ない、かつ、当接面から多分
割筒型60を冷却をする。以下、第１実施例と同様な作動
により光学素子12aを取り出す。

本実施例によれば、上記実施例と同様な作用，効果を奏
するとともに、冷却リングにより芯出しを行なえるとと
もに多分割筒型の冷却を行なうことができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、光学素子の成形のサイ
クルタイムを短縮できる。更に、光学素子の取り出しが
簡単にでき、取り出し時の光学素子のバリ，欠け，ワレ
等を防止できるとともに、成形後の芯出し加工を必要と
せず、またロッド状ガラス素材の両端部を均一な温度に
加熱できるので、安価でかつ高精度なレンズを提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明の第１実施例を示し、第１図
は成形装置の概略平面図、第２図は第１図Ａ−Ａ線断面
図、第３図は多分割筒型の分解斜視図、第４図はガラス
素材の正面図、第５図は筒ユニットの斜視図、第６図は
従来技術の説明図、第７図は本発明の第２実施例を示
し、第７図ａは多分割筒型の斜視図、第７図ｂは多分割
筒型を搬送用アームに保持した状態の断面図、第８図は
本発明の第３実施例を示す断面図、第８図は本発明の第
３実施例を示す多分割筒型の側面図、第９図は本発明の
第４実施例を示す多分割筒型の斜視図、第10図は本発明
の第５実施例を示し成形位置の多分割筒型等の断面図で
ある。 ２……成形装置 3,4……金型 ８……加熱炉 12……ガラス素材 12a……光学素子 13,30,42,50,60……多分割筒型 17……搬送用アーム 23,24……ノズル 52,53……パイプ 64,65……冷却リング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス素材を加熱軟化して押圧成形型によ
   り光学素子を成形する方法において、上記ガラス素材を
   多分割筒型で保持しつつ上記ガラス素材の中心軸を略水
   平とした状態で加熱軟化し、しかる後に押圧成形型間に
   搬送して所定の形状にガラス素材を押圧成形しつつ上記
   多分割筒型及びガラス素材を強制冷却することを特徴と
   する光学素子の成形方法。
2. 【請求項２】ガラス素材を加熱軟化して押圧成形型によ
   り光学素子を成形する装置において、上記ガラス素材を
   保持する多分割筒型と、加熱軟化した上記ガラス素材を
   押圧成形する成形型と、上記成形型により押圧中に上記
   多分割筒型及びガラス素材を冷却する冷却装置を設けた
   光学素子の成形装置。