JP2000302460A - 光学素子の成形方法およびその成形装置 - Google Patents

光学素子の成形方法およびその成形装置

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JP2000302460A JP11114448A JP11444899A JP2000302460A JP 2000302460 A JP2000302460 A JP 2000302460A JP 11114448 A JP11114448 A JP 11114448A JP 11444899 A JP11444899 A JP 11444899A JP 2000302460 A JP2000302460 A JP 2000302460A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガラス素材の形状変化を把握し、型およびガ
ラス素材に損傷なく簡易に安定して成形加工できる光学
素子の成形方法およびその成形装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】 ガラス素材１を加熱し成形加工するため
の、ヒータ６ａ内蔵の加熱体１５と結合した上型２と、
ヒータ６ｂ内蔵の加熱体１６と結合した下型３と、複数
の成形圧力を設定する上シャフト７、下シャフト８、シ
リンダ９と、ガラス素材１を把持および搬送するノズル
１３、ポケット１２を設けた回転テーブル１１と、型の
移動速度を演算制御する手段と、成形圧力を型の移動速
度に応じた漸増減に演算制御する手段と、型の移動量を
検知するセンサ１０と、ガラス素材１の転移点温度より
高い設定温度と型の移動量および移動速度に対応し成形
制御を行う手段を有する制御駆動部で構成してなる光学
素子の成形装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス成形製品で
あるガラスレンズなどの光学素子を型によってプレスな
どにより成形加工する光学素子の成形方法およびその成
形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般的にガラスを素材とする光学
素子などの成形加工は、上下一対の型の温度を検出し、
この型をガラス素材の転移点温度以上でかつ軟化点温度
以下のガラス素材が成形可能な温度に加熱し、プレスな
どの成形圧力を加えて成形加工していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の成形工法ではガラスの熱膨張係数が、転移点を境に
してそれより高温域においてはそれより低温域の数倍と
非常に大きな値を示し、この高温域におけるガラスの熱
膨張係数は、型の材料であるセラミックスや超鋼材など
の金属材料のそれと比較しても大きな値であるため、高
温域でプレスなどの成形加工した場合、成形加工直後は
所定精度に成形されていても、転移点まで温度が低下す
る間に成形製品の方が大きく収縮してしまうため、光学
素子としての精度向上にとって重要な課題であった。
【０００４】この課題を解決するためには、少なくとも
プレスなどの成形加工における最終の型閉じ時の成形製
品のガラス素材温度を転移点温度に極力近づけるように
すればよいが、ガラス素材の温度を直接測定することが
困難であり、測定位置によって温度が異なるにもかかわ
らず、型の温度から推測するという成形加工制御に精度
向上の限界があった。
【０００５】本発明は前記従来の課題を解決しようとす
るものであり、成形製品のガラス素材の形状変化を的確
に把握しながら、光学素子など高精度のガラス成形製品
を成形すると共に、型およびガラス素材の損傷を誘発す
ることなく良品を簡易に安定して成形加工することので
きる、ガラス成形製品である光学素子の成形方法および
その成形装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明による光学素子の成形方法は、あらかじめ所定
の予熱温度Ｔ１に加熱し維持された上下一対の型間にガ
ラス素材を配置した後、型およびガラス素材を所定の昇
温指示に従い制御し加熱して、型の温度がガラス素材の
転移点温度Ｔ３より高い設定温度Ｔ２に到達した時点
で、ガラス素材を変形させることのできる変形荷重の圧
力Ｐ１で当接するよう上下あるいは上下いずれかの型を
移動させ、その後、ガラス素材の軟化に伴う変形を型の
移動量Ｓ１で検出後、直ちに、前記圧力Ｐ１以上の成形
加工荷重の圧力Ｐ２でさらに加圧し、ガラス素材の変形
速度を検出しながら、ガラス素材の粘性と圧力Ｐ２が均
衡する状態で所定の時間以上経過したことを確認後、前
記圧力Ｐ２をＰ２よりやや小さい成形加工保持荷重の圧
力Ｐ３へ切り替え、前記ガラス素材と型温度を所定の降
温指示に従い制御して冷却し、転移点温度Ｔ３以下の温
度に到達したことを確認した時点で、成形圧力を開放
し、前記上、下型あるいは上、下型のいずれか一方を移
動させ、さらに冷却し前記予熱温度Ｔ１に到達後、成形
加工された光学素子を取り出すこととした光学素子の成
形方法である。
【０００７】本発明によれば、ガラス素材が転移点温度
Ｔ３より高い温度に上昇するまでガラス素材と型は非接
触であり、ガラス素材の変形量を型の移動量で検出し、
圧力Ｐ２に切り替えて所定の型形状へ変形を促進し、ま
た、ガラス素材の転移点温度Ｔ３の近傍での熱膨張率の
変化による成形製品の収縮差と型材料の収縮差を圧力Ｐ
２により強制的に押え込むことにより、直接ガラス素材
の温度を把握しなくとも、ガラス素材および型に損傷を
与える事なく的確なプレスなどによる成形加工をするこ
とが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、上下一対の型間にガラス素材を配置し、前記型の温
度を検出かつ制御して型およびガラス素材を加熱して、
成形加工する光学素子の成形方法において、あらかじめ
所定の予熱温度Ｔ１に加熱し維持された前記の型間にガ
ラス素材を配置した後、型およびガラス素材を所定の昇
温指示に従い制御し加熱して、型の温度がガラス素材の
転移点温度Ｔ３より高い設定温度Ｔ２に到達した時点
で、ガラス素材を変形させることのできる変形荷重の圧
力Ｐ１で当接するよう上下あるいは上下いずれかの型を
移動させ、その後、ガラス素材の軟化に伴う変形を型の
移動量Ｓ１で検出後、直ちに、前記圧力Ｐ１以上の成形
加工荷重の圧力Ｐ２でさらに加圧し、ガラス素材の変形
速度を検出しながら、ガラス素材の粘性と圧力Ｐ２が均
衡する状態で所定の時間以上経過したことを確認後、前
記圧力Ｐ２をＰ２よりやや小さい成形加工保持荷重の圧
力Ｐ３へ切り替え、前記ガラス素材と型温度を所定の降
温指示に従い制御して冷却し、転移点温度Ｔ３以下の温
度に到達したことを確認した時点で、成形圧力を開放
し、前記上、下型あるいは上、下型のいずれか一方を移
動させ、さらに冷却し前記予熱温度Ｔ１に到達後、成形
加工された光学素子を取り出すこととした光学素子の成
形方法であり、直接ガラス素材の温度を把握しなくと
も、ガラス素材および型に損傷を与える事なく的確なプ
レスなどによる成形加工が行えるという作用を有する。
【０００９】請求項２に記載の発明は、成形加工する際
に、ガラスの変形速度に応じて成形圧力を、漸減あるい
は漸増の圧力制御をしてなる請求項１に記載の光学素子
の成形方法としたものであり、成形加工精度が向上する
という作用を有する。
【００１０】請求項３に記載の発明は、エアーシリンダ
と電空比例弁を用いて、型の成形圧力を制御してなる請
求項１，２に記載の光学素子の成形方法としたものであ
り、サーボ機構などを用いる事なく安価なシステムにで
きるという作用を有する。
【００１１】請求項４に記載の発明は、ガラス素材の変
形の速度検出を型の移動速度によって検出する請求項１
に記載の光学素子の成形方法であって、ガラス素材の変
形の速度検出を型の移動速度によって容易に検出するこ
とができる。
【００１２】請求項５に記載の発明は、ガラス素材の粘
性と圧力Ｐ２の均衡状態となったことを型の移動速度が
零になったことで容易に検出することができる。
【００１３】請求項６に記載の発明は、上下一対の型間
にガラス素材を配置し、前記型の温度を検出かつ制御し
て型およびガラス素材を加熱し成形加工する光学素子の
成形装置において、少なくとも成形圧力を成形加工荷重
の圧力Ｐ２と、圧力Ｐ２より低い変形荷重の圧力Ｐ１に
設定する手段と、成形圧力を型の移動速度に応じて漸減
および漸増できる演算および制御手段と、成形圧力を前
記圧力Ｐ１に維持した状態で型の移動量を検知する手段
と、成形圧力を圧力Ｐ２に維持した状態で型の移動速度
を演算および制御する手段と、ガラス素材の転移点温度
Ｔ３より高い設定温度Ｔ２と型の移動量Ｓ１および移動
速度に対応して成形制御を行わせる動作指令手段を有す
る制御駆動部で構成してなる光学素子の成形装置とした
ものであり、高精度なガラスの光学素子が的確に成形加
工できるという作用を有する。
【００１４】請求項７に記載の発明は、ガラス素子や成
形加工された光学素子を把持および搬送するノズルと回
転テーブルを設置してなる請求項６に記載の光学素子の
成形装置であり、ガラス素材と完成した光学素子を同一
の機構で搬送できるという作用を有する。
【００１５】請求項８に記載の発明は、型の駆動源とし
てシリンダを用いた請求項６または７に記載の光学素子
の成形装置であり、装置の構成が簡易にできるという作
用を有する。
【００１６】以下、本発明の一実施の形態について図面
を用いて説明する。図１は本発明の一実施の形態におけ
る光学素子の成形装置を示す要部正面断面図、図２
（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同成形プロセスの温度、変位
および圧力の特性図である。
【００１７】図１において、１は光学素子を形成する成
形加工前のガラス素材、２は成形加工用の超鋼材などで
なる上型、３は同じく上型に対応した下型、４は金属材
でなる上型２を固定し保持するホルダー、５は同じく下
型３を固定し保持するホルダー、６ａはヒータであり、
ホルダー４を片面に取り付けた加熱体１５に内蔵されて
おり、耐熱性の金属材やセラミックなどでなる上シャフ
ト７を介して本体フレーム１４の内側の一面に取り付け
られ固定されている。
【００１８】８は摩擦抵抗の小さいシリンダ９の駆動に
より、上下に本体フレーム１４の一面を密着貫通して移
動自在な下シャフト、６ｂはヒータであり、ホルダー５
を片面にそして他面を下シャフト８の先端面と固着した
加熱体１６に内蔵されている。
【００１９】１０は下シャフト８すなわち下型３の変位
の移動量を検知するセンサ、１１はガラス素材１および
成形加工された成形製品の光学素子を挿入し載置する複
数のポケット１２を片面に設け、本体フレーム１４で区
分される成形加工機の内と外にガラス素材１および光学
素子を回転搬送する回転自在な回転テーブル、１３はガ
ラス素材１あるいは光学素子を吸着あるいは把持し、下
型３とポケット１２間の移動自在なノズルである。
【００２０】次に動作について図１、図２を用いて説明
する。成形加工機の一側面に配置した回転テーブル１１
に設けたポケット１２にガラス素材１を供給した後、回
転テーブル１１を駆動回転させて、本体フレーム１４の
内部で不活性ガス雰囲気中の成形加工機内部へガラス素
材１を投入する。
【００２１】成形加工機内においてノズル１３によりガ
ラス素材１を保持して搬送（ノズル駆動機構は図示せ
ず）し、ガラス素材１がその転移点温度Ｔ３以上の設定
温度Ｔ２に昇温する時間の短縮をはかるために、あらか
じめ転移点温度Ｔ３よりは低い予熱温度Ｔ１に維持され
た下型３に供給する。
【００２２】ガラス素材１の下型３への供給を確認後、
上下のヒータ６ａ，６ｂを内蔵した加熱体１５，１６に
より、上型２と下型３を所定の昇温指示および制御によ
り加熱（制御および加熱機構は図示せず）する。
【００２３】予め設定していた設定温度Ｔ２の温度に上
型２および下型３が到達した後、ガラス素材１の転移点
温度Ｔ３より高い設定温度Ｔ２でガラス素材１を変形さ
せることのできる変形荷重の圧力Ｐ１で、下型３を電空
比例弁（図示せず）などを介した摩擦抵抗の小さいシリ
ンダ９により上昇させ、ガラス素材１と上型２、下型３
を当接させて保持する。
【００２４】ガラス素材１は、常温では固くてもろく傷
つき易いと同時に、成形型をも損傷しやすいが、温度の
上昇に伴ってガラス素材１の粘度が低下し、ガラス素材
１の転移点温度Ｔ３を超えると軟化することにより変形
可能になる。
【００２５】ガラス素材１を十分軟化した設定温度Ｔ２
の状態で上型２と下型３で挟み込み、ガラス素材１の急
速に変形し始める変位の移動量Ｓ１を確認後、直ちに前
記設定温度Ｔ２を維持しながら成形加工荷重を、変形荷
重の圧力Ｐ１より高い成形加工荷重の圧力Ｐ２に切り替
えて一気に成形し、ガラス素材１の粘度による粘性力と
圧力Ｐ２が均衡する状態になるまで圧力Ｐ２と設定温度
Ｔ２を維持する。
【００２６】なお、使用するガラス素材１の特性によ
り、成形加工荷重の圧力を制御して漸増や漸減すること
により、より早く所定の成形加工形状に近づけるよう演
算し圧力制御（制御機構は図示せず）するのが望まし
い。
【００２７】さらに、下型３の変位を時間的経緯をみな
がらセンサ１０により検出し、ガラス素材１の変形速度
を演算する。ガラス素材１の粘性力と圧力Ｐ２が均衡す
る状態、すなわち変位の変化速度が十分に零に近づいた
段階を検出演算して、成形加工荷重の圧力Ｐ２を圧力Ｐ
２よりやや小さい成形加工保持荷重の圧力Ｐ３へ切り替
え、前記ガラス素材１と上型２、下型３の温度制御を、
成形製品の表面や光学特性に影響を与えないような所定
の降温指示である冷却制御に切り替える。なお、圧力Ｐ
２と圧力Ｐ３は同じ値としても良い。
【００２８】ガラス素材１に損傷などを与えない降温指
示による冷却制御で冷却（冷却制御機構は図示せず）を
行い、ガラス素材１の転移点温度Ｔ３より低い予熱温度
Ｔ１まで冷却する。この時、ガラス素材１の転移点温度
近傍での熱膨張率の変化による成形製品の収縮差と、上
および下型材料の収縮差を、圧力Ｐ２よりやや小さい圧
力Ｐ３で強制的に押え込むことにより、ガラス素材１の
温度を上および下型温度を通じて的確に把握しなくて
も、確実なプレスなどの成形加工を行うことが可能とな
る。
【００２９】ガラス素材１の転移点温度Ｔ３以下の温度
に到達したことを確認した段階で、シリンダ９の駆動に
より成形加工された光学素子と共に下型３を下降させ
る。さらに冷却を行い、予熱温度Ｔ１に到達した後ノズ
ル１３により光学素子を吸着あるいは把持してポケット
１２へ移載し、回転テーブル１１を回転駆動させ成形加
工機の外へ取出して一工程が完了するのである。
【００３０】
【発明の効果】以上、本発明による光学素子の成形方法
およびその装置は、ガラス素材の加工温度を直接把握し
なくても、的確に高精度な光学素子を成形することが可
能となり、さらに上、下型およびガラス素材の損傷を誘
発することもなく、安定して成形加工することができる
という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における光学素子の成形
装置を示す要部正面断面図
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同成形プロセスの温
度、変位および圧力の特性図
【符号の説明】
１ ガラス素材 ２ 上型 ３ 下型 ４ 上ホルダー ５ 下ホルダー ６ａ，６ｂ ヒータ ７ 上シャフト ８ 下シャフト ９ シリンダ １０ センサ １１ 回転テーブル １２ ポケット １３ ノズル １４ 本体フレーム １５ 加熱体 １６ 加熱体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 皆藤 裕祥 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 野口 俊彦 京都府京田辺市大住浜55−12 松下日東電 器株式会社内 (72)発明者 左海 尉行 京都府京田辺市大住浜55−12 松下日東電 器株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上下一対の型間にガラス素材を配置し、
    前記型の温度を検出かつ制御して型およびガラス素材を
    加熱して、成形加工する光学素子の成形方法において、
    あらかじめ所定の予熱温度Ｔ１に加熱し維持された前記
    の型間にガラス素材を配置した後、型およびガラス素材
    を所定の昇温指示に従い制御し加熱して、型の温度がガ
    ラス素材の転移点温度Ｔ３より高い設定温度Ｔ２に到達
    した時点で、ガラス素材を変形させることのできる変形
    荷重の圧力Ｐ１で当接するよう上下あるいは上下いずれ
    かの型を移動させ、その後、ガラス素材の軟化に伴う変
    形を型の移動量Ｓ１で検出後、直ちに、前記圧力Ｐ１以
    上の成形加工荷重の圧力Ｐ２でさらに加圧し、ガラス素
    材変形の速度を検出しながら、ガラス素材の粘性と圧力
    Ｐ２が均衡する状態で所定の時間以上経過したことを確
    認後、前記圧力Ｐ２をＰ２よりやや小さい成形加工保持
    荷重の圧力Ｐ３へ切り替え、前記ガラス素材と型温度を
    所定の降温指示に従い制御して冷却し、転移点温度Ｔ３
    以下の温度に到達したことを確認した時点で、成形圧力
    を開放し、前記上、下型あるいは上、下型のいずれか一
    方を移動させ、さらに冷却し前記予熱温度Ｔ１に到達
    後、成形加工された光学素子を取り出すこととした光学
    素子の成形方法。
  2. 【請求項２】 成形加工する際に、ガラスの変形速度に
    応じて成形圧力を、漸減あるいは漸増の圧力制御をして
    なる請求項１に記載の光学素子の成形方法。
  3. 【請求項３】 エアーシリンダと電空比例弁を用いて、
    型の成形圧力を制御してなる請求項１または２に記載の
    光学素子の成形方法。
  4. 【請求項４】 ガラス素材の変形の速度検出は型の移動
    速度によって検出する請求項１に記載の光学素子の成形
    方法。
  5. 【請求項５】 ガラス素材の粘性と圧力Ｐ２の均衡状態
    は型の移動速度が零になったことにより検出する請求項
    ４に記載の光学素子の成形方法。
  6. 【請求項６】 上下一対の型間にガラス素材を配置し、
    前記型の温度を検出かつ制御して型およびガラス素材を
    加熱し成形加工する光学素子の成形装置において、少な
    くとも成形圧力を成形加工荷重の圧力Ｐ２と、圧力Ｐ２
    より低い変形荷重の圧力Ｐ１に設定する手段と、成形圧
    力を型の移動速度に応じて漸減および漸増できる演算お
    よび制御手段と、成形圧力を前記圧力Ｐ１に維持した状
    態で型の移動量を検知する手段と、成形圧力を圧力Ｐ２
    に維持した状態で型の移動速度を演算および制御する手
    段と、ガラス素材の転移点温度Ｔ３より高い設定温度Ｔ
    ２と型の移動量Ｓ１および移動速度に対応して成形制御
    を行わせる動作指令手段を有する制御駆動部で構成して
    なる光学素子の成形装置。
  7. 【請求項７】 ガラス素子や成形加工された光学素子を
    把持および搬送するノズルと回転テーブルを設置してな
    る請求項６に記載の光学素子の成形装置。
  8. 【請求項８】 型の駆動源としてシリンダを用いた請求
    項６または７に記載の光学素子の成形装置。
JP11444899A 1999-04-22 1999-04-22 光学素子の成形方法およびその成形装置 Expired - Fee Related JP3551076B2 (ja)

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