JPH0881229A

JPH0881229A - ガラス光学素子の成形方法及びこの方法に用いられるプレス装置

Info

Publication number: JPH0881229A
Application number: JP21866194A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Hirota; 慎一郎広田; Toshio Kashiwagi; 寿雄栢木
Original assignee: Hoya Precision Inc
Current assignee: Hoya Precision Inc
Priority date: 1994-09-13
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 1996-03-26
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JP2934937B2

Abstract

(57)【要約】【目的】プレス成形されたガラス成形体を成形型から
確実にしかも容易に離型させて高面精度のガラス光学素
子を得る。【構成】上型２１及び下型２２を有する成形型を用い
て所定の温度に加熱軟化された被成形ガラス素材をガラ
ス成形体にプレス成形する際、プレス成形を行った後、
ガラス成形体の周囲を減圧状態とする。プレス成形にお
いては、ガラス成形体は成形型に密着しており、成形型
とガラス成形体の間は真空状態となっている。従って、
上述のように、ガラス成形体の周囲を減圧状態とする
と、上記の真空状態による密着が解かれ、ガラス成形体
を確実かつ容易に離型することができる。ガラス成形体
の周囲を減圧状態とする際には、例えば、成形型を離型
する前又は後で成形室Ａが減圧される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガラスレンズ等のガラス
光学素子を成形するための方法に関し、特に、プレス成
形によってガラス光学素子を成形する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プレス成形によってガラス光学
素子を形成する際には、精密加工された成形型を用いて
被成形ガラス素材をプレス成形している。そして、精密
加工された成形型を用いることによって、プレス成形後
において研削及び研磨が不要な高精度のガラス光学素子
を得ることができる。

【０００３】このようなプレス成形において、例えば、
上型、下型及びスリーブを有する成形型を用い、低温状
態でこの成形型内に被成形ガラス素材を配置して、成形
型とともに被成形ガラス素材を昇温させた後、プレスを
行い、その後、成形型を所定の温度に降温させて成形型
から成形品（ガラス光学素子）を取り出すようにした方
法が知られている。ところが、上記のプレス成形におい
ては、昇温、降温に長時間を要するため、成形サイクル
タイムが長くなってしまう。

【０００４】ところで、プレス成形においてガラス光学
素子の面精度を高精度にするためには、プレス後ガラス
が転移点付近に冷却されて固結するまでの過程が重要で
あって、原理的には、転移点付近でガラスが固結してし
まえば、その後直ちに離型を行ってガラス光学素子を取
り出すことができる。そして、成形型を次のプレス成形
のため所定の温度に戻して順次プレス成形を行うことが
できる。つまり、成形サイクルタイムを短くすることが
できる。

【０００５】このようなプレス成形では、成形サイクル
タイムを短くするため、例えば、リング状部材上で被成
形ガラス素材を加熱軟化させて、その後、この軟化被成
形ガラス素材を成形型に移送する。そして、プレスした
後、高温のままで、つまり、成形型温度が低温となる前
に離型するようにしている。このように、成形型が低温
になる前に（つまり、高温状態で）離型する方法とし
て、例えば、特開昭６１−１３２５２５号公報に記載さ
れた方法が知られている。

【０００６】この離型方法では、図７に示すように、上
型１１及び下型１２を有する成形型において、上型１１
及び下型１２の外周にそれぞれ上下方向に摺動自在な離
型部材１３が配設されており、プレスの際、被成形ガラ
ス素材１４が上下型から外方向にはみだすようにプレス
を行っている。そして、プレス終了後、離型部材１３を
摺動させて、上記のはみだし部１４ａを押圧して成形型
からガラス光学素子（例えば、レンズ）を離型させてい
る。

【０００７】上述のような離型方法は、さらに、特開昭
６２−１５３１２７号公報、特開昭６２−１７６９２９
号公報、特開昭６２−１９６６１２号公報、特開平４−
６２９号公報、特開平４−４４３３４号公報、及び特開
平４−３３１７２５号公報等に記載されている。いずれ
にしても、これら公報に記載された方法では、プレスの
際、上下型から外方向に被形成ガラス素材をはみださせ
て、突出余肉部（はみだし部）を形成して、この突出余
肉部を離型部材で押圧することによって離型を行ってい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
離型方法では、プレスの際、上下型から外方向に被形成
ガラス素材をはみださせて、突出余肉部を形成している
から、ガラス成形体の有効径に比べてガラス成形体の外
形が突出余肉部の分だけ大きくなってしまい、離型後、
例えば、冷間丸め加工によって突出余肉部を大きく削り
取ってガラス光学素子に仕上げる必要がある。

【０００９】加えて、従来の離型方法では、突出余肉部
を押圧して、つまり、突出余肉部に物理的な力を加えて
離型を行っている関係上、応力集中が生じてガラス光学
素子となる部分が割れやすい。さらに、突出余肉部を形
成する際には、均一に形成できるとは限らず、つまり、
突出余肉部のはみだし方がプレスの都度異なってしま
い、その結果、面精度不良が発生するばかりでなくガラ
ス成形体に欠け及び割れが発生することがある。

【００１０】また、従来の離型方法では、突出余肉部を
押圧するための離型部材を配設する必要があるため、成
形型の構造及び動作機構が複雑になってしまう。

【００１１】一方、特開平５−７０１５４号公報に記載
された離型方法では、上型と下型とに温度差を与えて、
離型の際、低い温度の型側から離型して、ガラス成形体
を高い温度の型側に付着させるようにしている。しかし
ながら、この方法においても、高い温度の片側に付着し
たガラス成形体は上述したような離型部材で離型させる
必要がある。加えて、上型と下型とに温度差を与える
と、ガラス成形体にそりが発生するので、特に、高面精
度が要求される場合には、不都合である。

【００１２】このように、従来のガラス光学素子成形方
法では、離型の際種々の問題点があり、いずれにしても
高面精度のガラス光学素子を成形することが難しいとい
う問題点がある。

【００１３】本発明の目的はプレス成形されたガラス成
形体を成形型から確実にしかも容易に離型させて高面精
度のガラス光学素子を得ることのできる成形方法を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、第１及
び第２の型を有する成形型を用いて所定の温度に加熱軟
化された被成形ガラス素材をガラス成形体にプレス成形
するガラス光学素子の成形方法において、前記プレス成
形後、前記ガラス成形体の周囲を減圧状態とする減圧工
程を有することを特徴とするガラス光学素子の成形方法
が得られる。

【００１５】上記のプレス成形は、例えば、成形室で行
われ、減圧工程は、前記成形型を離型する前又は後で成
形室を減圧して、ガラス成形体の周囲を減圧状態とす
る。

【００１６】また、減圧工程は、成形型を離型する前又
は後で成形型内を減圧してガラス成形体の周囲を減圧状
態とするようにしてもよい。

【００１７】なお、離型の際の成形型及びガラス成形体
の温度は１０¹²ポアズ以上のガラス粘度に対応する温度
であることが望ましいが、歪点以下の低温までさげる必
要はない。また、減圧工程では成形室を１０Ｔｏｒｒ以
下に減圧するようにすればよいが、望ましくは１Ｔｏｒ
ｒ以下の圧力に減圧する。

【００１８】さらに、本発明では、第１及び第２の型を
有する成形型を用いて所定の温度に加熱軟化された被成
形ガラス素材をプレス成形してガラス成形体を得てガラ
ス光学素子を成形する際に用いられ、前記第１の型は成
形室に配置され、前記第２の型は予め定められた移送位
置で前記被成形ガラス素材を受け、前記第２の型を前記
移送位置から前記成形室内に移動させる第１の移動手段
と、前記第１の型を移動させて前記第１及び第２の型で
前記被成形ガラス素材をプレス成形するプレス手段と、
前記第１及び前記第２の型を離型する離型手段と、前記
離型の前又は後で前記成形室を予め定められた圧力に減
圧する減圧手段と、前記第２の型を前記成形室から前記
移送位置に移動させる第２の移動手段とを有することを
特徴とするプレス装置が得られる。

【００１９】

【作用】一般に、プレス成形は、非酸化性ガス雰囲気に
おいて１気圧又は大気圧よりも若干昇圧させて行われ
る。プレス成形によってガラス成形体は成形型に密着
し、その結果、成形型とガラス成形体の間は軽度の真空
状態となっている。ガラスの収縮係数は、一般に、成形
型よりも大きく、例えば、凹面を有するレンズにおいて
は、より顕著に真空状態が生じる。本発明では、プレス
成形の後、ガラス成形体の周囲を減少圧力状態としてい
るから、上記の真空状態による密着が解かれ、ガラス成
形体を確実かつ容易に離型することができる。

【００２０】

【実施例】以下本発明について実施例によって説明す
る。

【００２１】図１を参照して、まず、本発明に用いられ
るプレス装置の構成について説明する。図示のプレス装
置は上型２１と下型２２とを備えており、これら上型２
１及び下型２２によって成形型が構成される。上型２１
は上型支持棒体２３に支持されており、一方、下型２２
は下型支持棒体２４に支持され、上型２１と下型２２と
は互いに対向している。そして、下型支持棒体２４の所
定の位置には外方に突出する円盤状のフランジ部２４ａ
が形成されている。また、上型２１及び下型２２の外周
面にはそれぞれ上型ヒータ２１ａ及び下型ヒータ２２ａ
が取り付けられている。

【００２２】上型支持棒体２３は第１の板体２５を貫通
しており、第１の板体２５には図示のようにシール部材
としてＯ−リング２５ａがはめ込まれており、これによ
って、気密性が保たれている。上型支持棒体２３は、例
えば、シリンダー（図示せず）に連結されており、この
シリンダーによって上型支持棒体２３は図中上下方向に
駆動される。また、第１の板体２５には排気口２５ｂ及
びガス導入口２５ｃが形成されている。

【００２３】第１の板体２５の下側には所定の間隔をお
いて第２の板体２６が配置されており、第１及び第２の
板体２５及び２６は図示のようにチューブ部材（例え
ば、シリカチューブ）２７に連結されている。つまり、
チューブ部材２７の一端（上端）はＯ−リング２７ａを
介して第１の板体に挿入固定され、チューブ部材２７の
他端（下端）はＯ−リング２７ｂを介して第２の板体に
挿入固定されている。そして、これら第１及び第２の板
体２５及び２６とチューブ部材２７とによって成形室Ａ
が規定される。また、第２の板体２６には後述するよう
にして下型２２を成形室に挿入するための穴部２６ａが
形成されるとともに第２の板体２６の下面にはＯ−リン
グ２６ｂが配設されている。

【００２４】同様にして、下型支持棒体２４は、シリン
ダー（図示せず）に連結されており、このシリンダーに
よって下型支持棒体２４は図中上下方向に駆動される。
下型支持棒体２４が上方向に駆動された際には、下型２
２は移送室Ｂから穴部２６ａを通って成形室に挿入さ
れ、上型２１と下型２２とによって後述するようにして
プレスが行われる。この際、フランジ部２４ａはＯ−リ
ング２６ｂを介して第２の板体２６の下面に密着するこ
とになり、成形室Ａは密閉室となる。

【００２５】さらに、図１を参照して、上記のプレス装
置はＨ₂が２％、Ｎ₂が９８％の雰囲気中で大気圧より
も若干昇圧されており、また、上型２１及び下型２２と
して緻密なＳｉＣ型の表面に硬質炭素膜が形成されたも
のを用いた。

【００２６】まず、第１の実施例として、被成形ガラス
素材としてバリウム硼珪酸塩光学ガラス（転移点５３４
℃、屈伏点５７６℃）を用いてガラス光学素子の一種で
あるメニスカスレンズ（外径１５ｍｍ）を成形する例に
ついて説明する。

【００２７】図１において、移送室Ｂの左側にはプリフ
ォーム予熱室（図示せず）があり、被成形ガラス素材
（以下単にプリフォームと呼ぶ。なお、ここでは、表面
欠陥のないマーブル状の熱間成形プリフォームを使用し
た）２８をプリフォーム予熱室内のリング状部材上で転
移点より少し低い温度である５１４℃に加熱した後、パ
ッドを用いてプリフォーム２８を下型２２上に移送し
た。この際、上型ヒータ２１ａ及び下型ヒータ２２ａに
よって上型２１及び下型２２は温度５１４℃に保たれて
いる。

【００２８】図２を参照して、前述したように、シリン
ダーによって下型支持棒体２４が上方に駆動され、この
結果、フランジ部２４ａはＯ−リング２６ｂを介して第
２の板体２６の下面に密着し、成形室Ａは密閉室とな
る。この際、下型２２は成形室内に位置し、プリフォー
ム２８と上型２１との間には約５ｍｍの間隙がある。

【００２９】その後、直ちに上型ヒータ２１ａ及び下型
ヒータ２２ａによって上型２１及び下型２２を温度６３
０℃に昇温させる。この結果、プリフォーム２８も温度
６３０℃となる。そして、図３に示すように、シリンダ
ーによって上型支持棒体２３を駆動して上型２１を降下
させ、１００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で３０秒間プレスを行
う。

【００３０】圧力を維持した状態で、上型ヒータ２１ａ
及び下型ヒータ２２ａによって上型２１及び下型２２を
温度５２４℃まで冷却して、しかる後に、上型２１を５
ｍｍ上昇させて離型した。この際、ガラス成形体２９は
下型２２からは離型するが、上型２１にはりついた状態
である。離型後直ちに、真空ポンプ（図示せず）によっ
て排気口２５ｂから排気を行い、成形室Ａを０．１Ｔｏ
ｒｒまで減圧したところ、ガラス成形体２９は上型２１
から自然落下して下型２２上に乗った。

【００３１】その後、直ちにガス導入口２５ｃから混合
ガス（２％Ｈ₂＋９８％Ｎ₂）を成形室Ａに導入して、
図４に示すように、下型支持棒体２４を下方に駆動して
下型２２を移送位置に降下させた。そして、ガラス成形
体２９を移送室Ｂの右側にある徐冷室（図示せず）にパ
ッドで移送した。

【００３２】同様にして、連続的に繰り返してプレス成
形を行った結果、短いサイクルタイムで高面精度のレン
ズ（ガラス成形体）を得ることができた。

【００３３】なお、上述の実施例では、上型２１を５ｍ
ｍ上昇させた後、真空排気を行ったが、上型２１を上昇
させることなく、真空排気を行い、その後離型を行うよ
うにしてもよく、この場合には、離型によって下型２２
上にガラス成形体が乗ることになる。一方、真空排気を
行わない場合には、上型温度を大きく低下させてもガラ
ス成形体は上型２１にはりついたままであった。

【００３４】次に、第２の実施例として外径１５ｍｍで
曲率半径が上面Ｒ８０ｍｍ、下面Ｒ３０ｍｍの両凸レン
ズの成形について説明する。

【００３５】図１を参照して、この実施例では、受皿内
部からガスを噴出させてプリフォームを浮上させつつ加
熱軟化させる割型式の浮上受皿を用いて、プリフォーム
を浮上させつつ約１０^6.5ポアズの粘度に加熱軟化させ
て、下型２２上で浮上受皿を左右に開いてプリフォーム
を下型２２上に落下させた。この際、下型２２は下型ヒ
ータ２２ａによって温度５７６℃に保持されている。

【００３６】その後、直ちに第１の実施例で説明したよ
うにして下型２２を上昇させて、成形室Ａを密閉室とす
るとともに上型２１を下降させて１００ｋｇ／ｃｍ²の
圧力で１０秒間プレスを行った（この状態を図５に示
す）。なお、この際、上型２１は上型ヒータ２１ａによ
り温度５７６℃に保持されている。そして、圧力を保持
した状態で上型２１及び下型２２をそれぞれ上型ヒータ
２１ａ及び下型ヒータ２２ａで温度５３４℃まで冷却し
た後、上型２１を５ｍｍ上昇させて離型した。この際、
ガラス成形体は下型２２からは離型されたが、上型２１
にははりついた状態となった。

【００３７】その後、直ちに、真空ポンプを用いて排気
口２５ｂから排気を行ったところ、成形室Ａ内圧力が１
Ｔｏｒｒ程度となったところで、ガラス成形体が上型２
２から自然落下して下型２２上に乗った。しかる後、直
ちに、ガス導入口２５ｃから混合ガス（２％Ｈ₂＋９８
％Ｎ₂）を成形室Ａに導入して、下型２２を第１の実施
例と同様に移送位置に下降させた。そして、ガラス成形
体をパッドを用いて徐冷室に移送した。

【００３８】このようにして、連続的に繰り返してプレ
ス成形を行った結果、短いサイクルタイムで高面精度の
レンズ（ガラス成形体）を得ることができた。

【００３９】なお、真空排気を行わない場合には、成形
型温度が転移点より約１００℃低下したところでガラス
成形体が下型上に自然落下した。

【００４０】次に第３の実施例について説明する。この
実施例では、上面及び下面の曲率半径が第２の実施例に
対して逆に設定された両凸レンズを成形した。つまり、
外径１５ｍｍで曲率半径が上面Ｒ３０ｍｍ、下面Ｒ８０
ｍｍの両凸レンズを成形した（なお、他の構成は第２の
実施例と同様である）。

【００４１】図１を参照して、第３の実施例ではプレス
後、転移点である温度５３４℃まで冷却した後、上型２
１を５ｍｍ上昇させて離型したところ、ガラス成形体は
下型２２上にあった。

【００４２】ここで、真空排気することなく、直ちに下
型２２を移送位置に降下させて、徐冷室に移送するた
め、ガラス成形体をパッドで吸着しようとしたところ吸
着することができず、吸着ミスが発生した。

【００４３】一方、離型後、真空排気してその後混合ガ
スを導入して下型２１を移送位置まで降下させてパッド
で吸着したところ良好に吸着することができた。

【００４４】このように、本発明ではガラス粘度が１０
¹²乃至１０^14.5ポアズの領域で、成形型に密着したガラ
ス成形体を欠け及び割れ等を発生させることなく容易に
しかも確実に離型させることができる。

【００４５】ガラス粘度が１０¹²ポアズを越えれば、短
時間では粘性流動が起こることがなく、ほぼ固結したと
みなしてよい。その結果、離型後にガラス成形体に変形
等が生じることがなく、良好な面精度が得られる。

【００４６】上述の実施例においては、離型の前又は後
において、成形室を減圧する例について説明したが、離
型の前又は後、成形型内のみを減圧状態とするようにし
てもよい。この際には、例えば、図６に示す成形型が用
いられる。図６に示すように、成形型は上型２１及び下
型２２を備えており、上型２１及び下型２２は胴型３１
に案内される。具体的には、プレス成形の際、上型２１
及び下型２２は、胴型３１に案内されて被成形ガラス素
材をプレス成形する。

【００４７】図示のように胴型３１の側面には排気口３
１ａが形成されており、プレス成形後排気口３１ａを介
して成形型内が、例えば、真空排気されて減圧状態とさ
れる。この真空排気は離型前又は離型後に行えばよい
（なお、図６においては、上型ヒータ及び下型ヒータの
図示が省略されている）。

【００４８】上述の実施例から容易に分かるように、成
形室又は成形型内を真空排気して減圧して、ガラス成形
体の周囲を減圧状態すればよく、これによって、良好な
ガラス成形体を得ることができる。

【００４９】なお、被成形ガラス素材の種類及び成形型
の材質は実施例に限定されることなく適宜選択できる
が、被成形ガラス素材と成形型とが反応しないような種
類及び材質が選択される。また、成形型の構造及び加熱
方法、プレス装置の構造は必要に応じて適宜設計され
る。さらに、上述の実施例においては、離型の様子を観
察するためシリカチューブを用いた。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、余分
なはみだし部を形成することなく、比較的高温領域（ガ
ラス粘度が１０¹²乃至１０^14.5ポアズの領域）で確実か
つ容易にガラス成形体を離型できる。その結果、欠け及
び割れを発生させることなくしかも必要最小量のガラス
量で短いサイクルタイムで高面精度のガラス光学素子を
得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプレス装置の要部の一実施例を下
型上に被成形ガラス素材（プリフォーム）が載置された
状態で示す断面図である。

【図２】図１に示すプレス装置において下型を上昇させ
てプレス直前の状態を示す断面図である。

【図３】図１に示すプレス装置においてプレス成形状態
を示す断面図である。

【図４】図１に示すプレス装置においてプレス成形終了
後下型を所定の移送位置に降下させた状態を示す断面図
である。

【図５】本発明によるプレス成形の他の実施例を示す断
面図である。

【図６】本発明に用いられる成形型の他の例を示す断面
図である。

【図７】従来のプレス成形を説明するための断面図であ
る。

【符号の説明】

２１上型２２下型２３上型支持棒体２４下型支持棒体２５第１の板体２６第２の板体２７チューブ部材（シリカチューブ）２８被成形ガラス素材（プリフォーム）２９ガラス成形体３１胴型

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１及び第２の型を有する成形型を用い
て所定の温度に加熱軟化された被成形ガラス素材をガラ
ス成形体にプレス成形するガラス光学素子の成形方法に
おいて、前記プレス成形後、前記ガラス成形体の周囲を
減圧状態とする減圧工程を有することを特徴とするガラ
ス光学素子の成形方法。
【請求項２】請求項１に記載されたガラス光学素子の
成形方法において、前記プレス成形は成形室で行われ、
前記減圧工程は、前記成形型を離型する前又は後で前記
成形室を減圧して、前記ガラス成形体の周囲を減圧状態
とするようにしたことを特徴とするガラス光学素子の成
形方法。
【請求項３】請求項１に記載されたガラス光学素子の
成形方法において、前記減圧工程は、前記成形型を離型
する前又は後で前記成形型内を減圧して前記ガラス成形
体の周囲を減圧状態とするようにしたことを特徴とする
ガラス光学素子の成形方法。
【請求項４】請求項２及び３のいずれか一つに記載さ
れたガラス光学素子の成形方法において、前記離型の際
前記成形型及び前記ガラス成形体の温度は１０¹²ポアズ
以上のガラス粘度に対応する温度であることを特徴とす
るガラス光学素子の成形方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一つに記載さ
れたガラス光学素子の成形方法において、前記減圧工程
では前記ガラス成形体の周囲を１Ｔｏｒｒ以下の圧力に
減圧するようにしたことを特徴とするガラス光学素子の
成形方法。
【請求項６】第１及び第２の型を有する成形型を用い
て所定の温度に加熱軟化された被成形ガラス素材をプレ
ス成形してガラス成形体を得てガラス光学素子を成形す
る際に用いられ、前記第１の型は成形室に配置され、前
記第２の型は予め定められた移送位置で前記被成形ガラ
ス素材を受け、前記第２の型を前記移送位置から前記成
形室内に移動させる第１の移動手段と、前記第１の型を
移動させて前記第１及び第２の型で前記被成形ガラス素
材を前記ガラス成形体にプレス成形するプレス手段と、
前記第１及び前記第２の型を離型する離型手段と、前記
離型の前又は後で前記成形室を予め定められた圧力に減
圧する減圧手段と、前記第２の型を前記成形室から前記
移送位置に移動させる第２の移動手段とを有することを
特徴とするプレス装置。