JPH08217472A - 光学素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒケのない高精度なガラス光学素子を成形す
る。 【構成】 ガラス素材を加熱軟化した後、凹状の成形面
を有する一対の上型１と下型２の間に搬送して凸形状の
光学素子を押圧成形する際、ガラス素材を押圧成形する
直前に凹状成形面の中心部１ａ，２ａを成形面の表面側
から冷却ガス４ａ，４ｂを吹き付けて冷却し、ガラス素
材の肉厚部を押圧成形する成形面の中心部ほど温度が高
くなるような温度分布を成形面に生じさせる。また、凹
形状の光学素子を押圧成形する際には、成形面の外周部
を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の光学素材を
加熱軟化し、その後加圧成形して光学素子を得る光学素
子の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラス素材を加熱軟化した後、成
形用金型により光学素子を押圧成形する方法にあって
は、所望の光学素子の形状に対応した成形面を有する一
対の成形用金型が用いられている。

【０００３】特公平４−２０８５５号公報には、一方の
成形用型を輪帯状に分割構成し、分割された部分を別々
に温度設定しつつ光学素子を押圧成形する方法が記載さ
れている。

【０００４】また、特開平２−１３３３２５号公報に
は、ガラス素材を加熱軟化するにあたり、上記ガラス素
材の厚肉部の温度より薄肉部が高温度となるように加熱
する方法が開示されている。

【０００５】さらに、特開平５−２４８５８号公報に
は、下型上に加熱軟化状態のガラスを取付け、ガラス素
材の上面形状を反転した形状の加熱部材をガラス素材に
接近させ、加熱部材から加熱気体をガラス素材の上面に
吹き付けて加熱し、ガラス素材における薄肉部の固化を
遅延させながら成形する。そして、その後に加熱部材を
後退させて上型と交替し、ガラス素材の上面に上型を押
し付けて押圧成形する方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特公平４−２
０８５５号公報においては、成形用金型を分割構成して
いるため、成形した光学素子面上に分割線が発生し、こ
の分割線が光学機能面に位置すると研磨加工等の後加工
が必要となる。後加工を不要とするには分割線が光学機
能面に位置しないようにしなければならなく、したがっ
て光学素子の光学機能面が光学素子の外径と同等または
外径に近い場合は使用できないという欠点をもってい
る。

【０００７】また、特開平２−１３３３２５号公報にお
いては、ガラス素材に温度差を設けるために、加熱ヒー
ターを接近させて温度差を設けようとしているが、実際
にはガラス素材の薄肉部分を加熱するため、ガラスのも
っている熱容量が小さい薄肉部ではすぐ冷えてしまい、
加熱ヒーターによりガラス素材に温度差を設ける効果が
それ程得られないという欠点をもっている。

【０００８】さらに、特開平５−２４８５８号公報にお
いては、ガラス素材の上面が加熱部材と非接触時には大
きな圧力が掛けられないために、ほとんど成形ができ
ず、上面を押圧成形する上型に変えた時には、前述のよ
うに薄肉部分のガラスのもっている熱容量が小さいため
に、すぐに冷えてしまい、ガラス素材の薄肉部分を加熱
した効果がそれ程得られない欠点をもっている。

【０００９】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、請求項１の発明は、ヒケのない高精度な
凸形状を有するガラス光学素子を得ることのできる光学
素子の成形方法を提供することを目的とする。

【００１０】請求項２の発明は、ヒケのない高精度な凹
形状を有するガラス光学素子を得ることのできる光学素
子の成形方法を提供することを目的とする。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１、２にあっ
て、ガラス光学素子を成形する際の冷却手段を提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、ガラス素材を加熱軟化した後、
凹状の成形面を有する一対の成形型間に搬送して凸形状
の光学素子を押圧成形する光学素子の成形方法におい
て、ガラス素材を押圧成形する直前に凹状成形面の中心
部を成形面の表面側から冷却し、成形面に温度分布を設
けるように構成した。

【００１３】また、請求項２の発明は、ガラス素材を加
熱軟化した後、凸状の成形面を有する一対の成形型間に
搬送して凹形状の光学素子を押圧成形する光学素子の成
形方法において、ガラス素材を押圧成形する直前に凸状
成形面の外周部を成形面の表面側から冷却し、成形面に
温度分布を設けるように構成した。

【００１４】さらに、請求項３の発明は、請求項１，２
の光学素子の成形方法にあって、成形面を冷却するに際
して、成形面の表面に冷却ガスを吹き付けるか、または
冷却ガスによって冷却された冷却部材を接触させ、成形
面に温度分布を設けるように構成した。

【００１５】

【作用】請求項１の構成にあっては、ガラス素材の押圧
成形直前に型の成形面側から凹状成形面の中心部が冷却
され、外周部に向って温度が高くなるように成形面に温
度分布が生じる。

【００１６】請求項２の構成にあっては、ガラス素材の
押圧成形直前に型の成形面側から凸状成形面の外周部が
冷却され、中心部に向って温度が高くなるように成形面
に温度分布が生じる。

【００１７】請求項３の構成にあっては、成形面に対し
て、型の成形面側から冷却ガスを吹き付けるか、または
冷却ガスによって冷却された部材を接触させることで、
成形面に温度分布が生じる。

【００１８】すなわち、成形面の一部に冷却ガスを吹き
付けるか、または冷却ガスによって冷却された部材を接
触させることにより、成形面上に温度分布ができる。こ
の温度分布は、凸レンズを成形する場合、成形面は凹形
状なので成形面中心部の温度が外周部に対して低く、凹
レンズを成形する場合、型成形面は凸形状なので型成形
面外周部の温度が中心部に対して低くなる。したがっ
て、型に温度分布ができた状態のまま、加熱軟化された
ガラス素材を一対の型間で挟持して押圧成形すると、ガ
ラス素材の厚肉部に相当する部分（凸レンズでは中心
部、凹レンズでは外周部）は、成形面の温度が相対的に
低いために早く冷却されるので、ガラス成形素材の薄肉
部と厚肉部の温度差がなくなり、熱ダマリ部分がなくな
って、成形完了したレンズにヒケが発生しなくなる。

【００１９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の各実施例を説
明する。 ［実施例１］本発明の実施例１を図１〜図３に基づいて
説明する。本実施例は凸レンズを成形する場合である。
図１は本実施例における成形面に温度分布を生じさせる
工程を示す断面図、図２は成形面に温度分布を生じさせ
た後のガラス素材の押圧成形工程を示す断面図、図３は
ガラス素材の押圧成形してからの冷却工程における温度
変化を示した図である。

【００２０】まず、本実施例に用いる成形装置を説明す
る。図１に示すように、円柱形状で先端面に凹形状の成
形面を形成した上型１が、成形装置に設けた上型１の加
熱手段を具備した固定部材（図示省略）に固定装着され
ている。上型１の成形面と対向した下方向位置の同軸上
には、上型１の成形面に対向する先端面に凹状の成形面
を形成した下型２が、成形装置に設けた下型２の加熱手
段を具備した駆動手段（図示省略）に連結されて上下動
可能に設けられている。

【００２１】上記上型１の成形面と下型２の成形面との
間には、図示を省略した冷却ガス供給装置に接続された
冷却ガス供給パイプ３が図示を省略した駆動装置に連結
されて出退可能に設けられている。この冷却ガス供給パ
イプ３の先端には上型１と下型２の各成形面中心に向け
て穴３ａ，３ｂが設けられており、冷却ガス供給装置か
ら供給されて冷却ガス供給パイプ３中を通り穴３ａ，３
ｂから吐出された冷却ガス４ａ，４ｂが、それぞれ上型
１の成形面中心１ａと下型２の成形面中心部２ａに吹き
付けられるようになっている。すなわち、この冷却ガス
４ａ，４ｂの吐出により上下両型１，２の各成形面は温
度がそれぞれ低下し、成形面中心部１ａ，２ａを中心に
その部分の温度が一番低い温度となるような温度分布を
生じさせるようになっている。

【００２２】次に、前記温度分布を生じさせた後の工程
であるプレス中における構成を図２の断面図に基づいて
説明する。上記上型１と下型２とのそれぞれの成形面間
には、押圧成形されたガラス素材６がドーナッツ状のホ
ルダー５内に載置されて配設されている。すなわち、成
形装置外にてホルダー５の内径内に形成された段部５ａ
上に、成形される光学素材６を載置したホルダー５を載
置したホルダー搬送用アーム（図示省略）により搬送さ
れて、成形の前工程である加熱手段（図示省略）にて成
形可能な所望の加熱温度に加熱軟化されて、予め成形さ
れるガラス素材６の転移点温度近くに加熱され、しかも
成形面に上記温度分布をもった上型１と下型２との間に
搬送されて、押圧成形されるよう構成されている。

【００２３】次に、本実施例の光学素子の成形方法を説
明する。冷却ガス供給パイプ３が図示されない駆動装置
により前進され、冷却ガス供給パイプ３の先端部を上型
１と下型２とのそれぞれの成形面の間に挿入配置した
後、冷却ガス供給パイプ３の先端部に設けられた穴３
ａ，３ｂから、図示されない冷却ガス供給装置により供
給され冷却ガス供給パイプ３中を通ってきた冷却ガス４
ａ，４ｂが、それぞれ上型１と下型２の成形面中心部１
ａ，２ａに向って吐出する。すると、上記上型１と下型
２の成形面は成形面中心部１ａ，２ａを中心に温度が低
下し、温度分布が生じる。そして、冷却ガス供給パイプ
３を成形面の間から退出させた直後、予めホルダー搬送
用アーム（図示省略）に載置したホルダー５内に載置さ
れた状態で、図示を省略した加熱手段により成形可能な
状態に加熱軟化されたガラス素材６が、上型１と下型２
の成形面間に搬送される。

【００２４】次に、搬送されてきたホルダー５とガラス
素材６の下方位置の下型駆動手段により下型２が上昇移
動して下型２の上端部外周縁辺部とホルダー６の下面に
設けられた嵌合部とが当接嵌着し、さらに上昇してホル
ダー搬送用アーム上よりホルダー５とガラス素材６を持
ち上げて離脱する。そして、ホルダー搬送用アームから
離脱したガラス素材６の上端面は上型１の成形面に当接
し、ガラス素材６の上下両面は上下両型１，２の成形面
により押圧成形される。

【００２５】押圧成形されるガラス素材６は上型１およ
び下型２の温度分布により、図３に示すように、厚肉に
相当する中心部と薄肉部の相当する周辺部とでは、温度
差が広がらなく均等に冷却される。

【００２６】しかるのち、下型２を下降させることによ
り成形された光学素子はホルダー５と共にホルダー搬送
用アーム上に載置されて外部に搬出し取り出され、成形
を終了する。

【００２７】本実施例の成形方法によれば、冷却速度が
遅い肉厚部を成形する中心部の温度が低く、かつ冷却速
度が早い薄肉部を成形する周辺部の温度が高くなるよう
に、冷却ガス供給パイプ３から吐出させた冷却ガス４
ａ，４ｂにより上型１と下型２の成形面に温度分布を生
じせるようにしたので、図３に示すように、押圧成形時
にガラス素材６の肉厚部と肉薄部の温度差を小さくする
ことができるため、収縮量の差によるヒケや歪のない光
学素子が得られる。また、熱容量の大きい上型１と下型
２に温度分布を生じさせるようにしたので、冷却ガス供
給パイプ３を成形面間から退出させた後、ガラス素材６
を成形面間に搬送する間に成形面に生じさせた温度分布
が解消することがない。

【００２８】［実施例２］本発明の実施例２を図４〜図
７に基づいて説明する。図４は本実施例における成形面
に温度分布を生じさせる工程を示す断面図、図５は成形
面の冷却用部材を示す断面図、図６は成形面に温度分布
を生じさせた後のガラス素材の押圧成形工程を示す断面
図、図７はガラス素材の押圧成形してからの冷却工程に
おける温度変化を示した図である。なお、図中において
上記実施例１と同一部材、同一形状、同一構成について
は、同一符号を付しその説明は省略する。

【００２９】本実施例は、凹レンズを成形する場合の実
施例である。本実施例に用いる上型１１と下型１２に
は、その先端面に凸形状の成形面がそれぞれ形成されて
いる。また、冷却ガス供給パイプ１３の先端部はリング
状に形成されるとともに、そのリング状部には図５に示
すように複数の穴１３ａ，１３ｂが上下方向に設けられ
ており、穴１３ａ，１３ｂより冷却ガス４ａ，４ｂがそ
れぞれ上型１１の成形面外周部１１ａと下型１２の成形
面外周部１２ａに向って吐出する構成となっている。す
なわち、上型１１の成形面および下型１２の成形面は冷
却ガス４ａ，４ｂの吐出によりそれぞれ温度が低下し、
成形面外周部１１ａ，１２ａにおける温度が一番低い状
態で成形面の中心を中心にして同心円状に温度分布が生
じるように構成されている。その他の構成は実施例１と
同じである。

【００３０】次に、本発明の実施例２の光学素子の成形
方法を説明する。冷却ガス供給パイプ１３が図示されな
い駆動装置により前進され、冷却ガス供給パイプ１３の
リング状先端部を上型１１と下型１２とのそれぞれの成
形面の間に挿入配置した後、冷却ガス供給パイプ１３の
先端部に設けられた複数の穴１３ａ，１３ｂから、図示
されない冷却ガス供給装置により供給され冷却ガス供給
パイプ１３中を通ってきた冷却ガス４ａ，４ｂが、それ
ぞれ上型１１と下型１２の成形面外周部１１ａ，１２ａ
に向って吐出する。すると、上記上型１１と下型１２の
成形面は成形面外周部１１ａ，１２ａから温度が低下
し、上下両型１１，１２の中心を中心にした同心円状の
温度分布が生じる。そして、冷却ガス供給パイプ１３を
成形面の間から退出させた直後、予めホルダー搬送用ア
ーム（図示省略）に載置したホルダー５内に載置された
状態で、図示を省略した加熱手段により成形可能な状態
に加熱軟化されたガラス素材６が、上型１１と下型１２
の成形面間に搬送される。

【００３１】押圧成形されるガラス素材６は上型１１お
よび下型１２の温度分布により、図７に示すように、厚
肉に相当する外周部と薄肉部の相当する中心部とでは、
温度差が広がらなく均等に冷却される。その他の成形方
法については、実施例１と同じである。

【００３２】本実施例の成形方法によれば、冷却速度が
遅いガラス素材６の肉厚部を成形する外周部の温度が低
く、かつ冷却速度が早いガラス素材６の薄肉部を成形す
る中心部の温度が高くなるように、冷却ガス供給パイプ
１３から吐出させた冷却ガス４ａ，４ｂにより上型１１
と下型１２の成形面に温度分布を生じせるようにしたの
で、図７に示すように、押圧成形時にガラス素材６の肉
厚部と肉薄部の温度差を小さくすることができるため、
収縮量の差によるヒケや歪のない光学素子が得られる。
また、熱容量の大きい上型１１と下型１２に温度分布を
生じさせるようにしたので、冷却ガス供給パイプ１３を
成形面間から退出させた後、ガラス素材６を成形面間に
搬送する間に成形面に生じさせた温度分布が解消するこ
とがない。

【００３３】［実施例３］本発明の実施例３を図８〜図
１０に基づいて説明する。図８は凸レンズを成形する際
の成形面に温度分布を生じさせる工程を示す断面図、図
９は凹レンズを成形する際の成形面に温度分布を生じさ
せる工程を示す断面図、図１０は凹レンズを成形する成
形面の冷却用部材を示す断面図である。

【００３４】本実施例にあっては、上記実施例１，２に
示した冷却ガス供給パイプ３，１３を中に挿入配置した
冷却部材２１，２２が用いられ、この冷却部材２１，２
２には型成形面に接触する可能な接触部２１ａ，２２ａ
が形成されている。すなわち、凸レンズを成形する際に
用いる冷却部材２１には、図８に示すように、凹面型２
５の成形面中心に接触可能なように先端部を成形面方向
に折曲して接触部２１ａが設けらている。また、凹レン
ズを成形する際に用いる冷却部材２２には、図９および
図１０に示すように、凸面型２６の成形面外周部に接触
可能なように先端部を成形面方向に向けた筒状からなる
接触部２２ａが設けられている。この冷却部材２１，２
２は、図示を省略した駆動装置により、型２５，２６の
成形面に対して接触・離反および成形面間に対して出退
可能に設けられ、その内部には冷却ガス供給パイプ３，
１３を介して冷却ガス２３，２４が図示を省略した冷却
ガス供給装置により流入可能になっており、接触部２１
ａが成形面に接触することで凹面型２５の成形面中心部
を冷却し、接触部２２ａが成形面に接触することで凸面
型２６の成形面外周部を冷却し、これにより成形面に温
度分布を生じさせる構成となっている。その他の構成
は、実施例１，２と同一である。

【００３５】本発明の光学素子の成形方法を説明する。
上記実施例１，２に示した冷却ガス供給パイプ３，１３
を内部に配置した冷却部材２１，２２が成形面間に挿入
配置した後、冷却ガス２３，２４により冷却されたその
接触部２１ａ，２２ａを型成形面に接触させる。これに
より、ガラス素材の肉厚部を成形する型成形面の部位を
冷却し、凹面型２５および凸面型２６の各成形面に実施
例１および実施例２と同様な温度分布を生じさせる。そ
の他の方法は、実施例１，２と同じである。

【００３６】本実施例によれば、実施例１，２と同じで
あるが、冷却部材２１，２２を直接、成形面に接触させ
るので、さらに細かな部分の冷却が効率よくできる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明の光学素子の成形
方法によれば、以下の効果を得ることができる。請求項
１の発明によれば、凹状成形面の中心部を冷却して成形
面に温度分布を生じさせているので、凸レンズを押圧成
形する際にガラス素材の中心の厚肉部と外周の薄肉部の
温度差を小さくすることができるため、収縮量の差によ
るヒケや歪のない凸形状の光学素子を成形することがで
きる。

【００３８】請求項２の発明によれば、凸状成形面の外
周部を冷却して成形面に温度分布を生じさせているの
で、凹レンズを押圧成形する際にガラス素材の中心の薄
肉部と外周の厚肉部の温度差を小さくすることができる
ため、収縮量の差によるヒケや歪のない凹形状の光学素
子を成形することができる。

【００３９】請求項３の発明によれば、冷却ガスを吹き
付けるか、または冷却部材を接触させることにより、確
実に成形面に温度分布を設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１において成形面に温度分布を
生じさせる工程を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例１において成形面に温度分布を
生じさせた後のガラス素材の押圧成形工程を示す断面図
である。

【図３】本発明の実施例１においてガラス素材の押圧成
形してからの冷却工程における温度変化を示した図であ
る。

【図４】本発明の実施例２において成形面に温度分布を
生じさせる工程を示す断面図である。

【図５】図４におけるＡ−Ａ線に沿って切断した冷却用
部材を示す断面図である。

【図６】本発明の実施例２において成形面に温度分布を
生じさせた後のガラス素材の押圧成形工程を示す断面図
である。

【図７】本発明の実施例２においてガラス素材の押圧成
形してからの冷却工程における温度変化を示した図であ
る。

【図８】本発明の実施例３において凸レンズを成形する
際の成形面に温度分布を生じさせる工程を示す断面図で
ある。

【図９】本発明の実施例３において凹レンズを成形する
際の成形面に温度分布を生じさせる工程を示す断面図で
ある。

【図１０】図９におけるＢ−Ｂ線に沿って切断した冷却
用部材を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 上型 １ａ 成形面の中心部 ２ 下型 ２ａ 成形面の中心部 ３ 冷却ガス供給パイプ ４ａ，４ｂ 冷却ガス １１ 上型 １１ａ 成形面の外周部 １２ 下型 １２ａ 成形面の外周部 １３ 冷却ガス供給パイプ ２１，２２ 冷却部材 ２３，２４ 冷却ガス ２５ 凹面型 ２６ 凸面型

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス素材を加熱軟化した後、凹状の成
   形面を有する一対の成形型間に搬送して凸形状の光学素
   子を押圧成形する光学素子の成形方法において、ガラス
   素材を押圧成形する直前に凹状成形面の中心部を成形面
   の表面側から冷却し、成形面に温度分布を設けることを
   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た後、凸状の成
   形面を有する一対の成形型間に搬送して凹形状の光学素
   子を押圧成形する光学素子の成形方法において、ガラス
   素材を押圧成形する直前に凸状成形面の外周部を成形面
   の表面側から冷却し、成形面に温度分布を設けることを
   特徴とする光学素子の成形方法。
3. 【請求項３】 成形面を冷却するに際して、成形面の表
   面に冷却ガスを吹き付けるか、または冷却ガスによって
   冷却された冷却部材を接触させ、成形面に温度分布を設
   けることを特徴とする請求項１、２記載の光学素子の成
   形方法。