JP2975167B2 - ガラス光学素子の成形方法 - Google Patents

ガラス光学素子の成形方法

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/12Cooling, heating, or insulating the plunger, the mould, or the glass-pressing machine; cooling or heating of the glass in the mould

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス素材を加熱軟化
させ、これを一対の成形用型により押圧成形する光学素
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させ、これ
を一対の成形用型間に搬送した後、成形用型により押圧
成形して光学素子を得る光学素子の成形方法が知られて
いる。
【0003】例えば、特開昭62−27335号公報記
載の発明においては、ガラス素材を加熱するに際し、ガ
ラス素材の表面部および内部をそれぞれ109 〜10
4.5 ポイズおよび1014.5〜109 ポイズ相当の所定温
度とし、表面部と内部との間に温度勾配を与える方法が
開示されている。この方法によれば、ガラス素材と成形
用型との両者が、短時間で転移点以下の温度に達するこ
とができ、転写が急速に完了し、成形品を直ちに成形用
型から取り出せるものである。
【0004】しかしながら、上記従来技術には以下の様
な欠点がある。
【0005】すなわち、予め研削,研磨により最終形状
に近似した形状に仕上げたガラス素材を用いる場合、例
えば片面のみが非球面形状の光学素子を得る場合には、
非球面にする側のガラス素材押圧面を成形すればよく、
球面にする側のガラス素材押圧面は必ずしも非球面側と
同様に加熱する必要はない。
【0006】したがって、従来技術の様に、ガラス素材
の表面部と内部とで温度差を設けるだけでは、成形の不
必要な側のガラス素材押圧面も軟化させて流動変形させ
ることとなり、転写性および成形用型の耐久性が著しく
悪化してしまった。
【0007】すなわち、ガラス素材は加熱により軟化し
て変形を生じるため、必要以上の加熱をすると、押圧直
前のガラス素材の形状が変化してしまい、より多量のガ
ラス流動を生じることにより、転写性と成形用型の耐久
性とに悪影響をおよぼしてしまうのである。
【0008】また、両面非球面形状の光学素子を得る場
合であっても、従来は非球面量の多少に拘らず、両面
(両ガラス素材押圧面)を均等に加熱,軟化しており、
前記片面非球面形状の光学素子の場合と同様の問題があ
った。すなわち、非球面量に応じて必要な変形量が各面
ごとに決定されるが、一方の必要変形量に合わせて両面
均等に加熱を行ってしまうので、必要以上の加熱をされ
る側があり、転写性と成形用型の耐久性とに悪影響をお
よぼしていた。さらに、不必要な加熱を行うことは、サ
イクルタイムの短縮化の妨げとなっていた。
【0009】因って、上記欠点を解決すべく先に本出願
人より提案した特願平1−206490号公報記載の発
明がある。該発明では、不必要な加熱により押圧直前の
ガラス素材の形状が大きく変形することを防止し、転写
性および成形用型の耐久性に優れかつサイクルタイムの
短縮化を図ることができるものである。
【0010】すなわち、ガラス素材を加熱して軟化さ
せ、そのガラス素材を一対の成形用型間に搬送した後、
成形用型により押圧成形して光学素子を得る光学素子の
成形方法において、前記ガラス素材を加熱するに際し、
ガラス素材押圧面における所要の変形量に応じて各ガラ
ス素材押圧面に対する加熱をそれぞれ独立して制御する
こととした。
【0011】上記構成の発明によれば、ガラス素材を加
熱するに際し、ガラス素材押圧面における成形変形量の
多少に応じて、上側のガラス素材押圧面と下側のガラス
素材押圧面とに対する加熱量を変更する。すなわち、ガ
ラス素材と加熱ヒータとの相対距離を調整するか、また
は、上下の加熱ヒータの発熱量をそれぞれ調整して、変
形量がより大きなガラス素材押圧面に対しては加熱量を
多くし、より小さなガラス素材押圧面に対しては加熱量
をすくなくするものである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記特願平
1−206490号公報記載の発明においては以下の様
な問題がある。
【0013】すなわち、図7に示す如く、不必要な加熱
により押圧直前のガラス素材51の形状が大きく変形す
ることを防止し、成形用型全面にわたり十分にガラスを
流動させて当たりを確保できる反面、高温加熱側51a
のガラス面は押圧成形中の冷却が遅れることにより、高
温加熱側51aと低温加熱側51bとの間に温度差が生
じてしまい、高温加熱側51aのガラスの収縮量の方が
大きいためにソリ52を生じる。このソリ52は光学性
能に悪影響を及ぼすことがある。
【0014】図8に示す如く、押圧成形時間を十分に延
長すれば、ガラス温度は成形用型温度と均温化され、高
温加熱側51aと低温加熱側51bとの温度差は十分に
小さくなり、ソリ52は小さくなる。
【0015】しかしながら、例えば押圧時間が20秒以
下の短時間プレスにおいては、高温加熱側51aと低温
加熱側51bとの温度差を十分に低減することは困難で
ある。
【0016】従って、ソリを低減させるためには、プレ
ス時間の延長が必要であり、生産性に制約があった。
【0017】因って、本発明は上記問題点に鑑みて開発
されたもので、プレス時間の短縮が図れるとともに、ヒ
ケやソリ等の発生が低減できるガラス光学素子の成形方
法の提供を目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、加熱軟化させ
たガラス素材を一対の成形用型間に搬送し、押圧成形に
より光学素子を得る光学素子の成形方法において、前記
ガラス素材における成形用型とガラス素材面との形状差
の大きな側の面をその変形量に応じてより高温に加熱す
る工程と、前記ガラス素材を押圧成形するに際して前記
ガラス素材面のうち高温に加熱した側と接触する成形用
型を強制的に冷却し、光学素子が転移点温度に降温した
時点で両成形面の温度差を低減する工程と、光学素子が
転移点温度以下となった後に離型する工程とから成る成
形方法である。
【0019】また、前記光学素子が転移点温度に降温し
た時点で両成形面の温度差を低減する工程に次いで、ど
ちらか一方の成形用型を強制的に冷却したのち離型を行
う工程を設けた成形方法である。
【0020】
【作用】本発明では、ガラス素材面における高温に加熱
した側の冷却の遅れを、そのガラス素材面に接触する成
形用型を強制的に冷却することで短時間に補正し、ガラ
スが転移点温度となった時のガラス両面間の温度差を低
減させることができる。
【0021】
【実施例1】図1および図2は本実施例のガラス光学素
子の成形方法に用いる装置の断面図である。
【0022】1は予め研削・研磨により最終形状に近似
した形状に仕上げられたガラス素材で、このガラス素材
1は搬送具2を介して搬送アーム3に設置されている。
搬送アーム3は、その長手方向に進退自在であって、ガ
ラス素材1を加熱炉4内を通して成形室5内へ搬送でき
るとともに、上下動可能に設けられている。
【0023】加熱炉4は、内面に上側加熱ヒータ6を設
置した上側ヒータ板7と、内面に下側加熱ヒータ8を設
置した下側ヒータ板9と、これら上下の両ヒータ板7,
9を側方から閉塞する二枚の側板10,11とから構成
されている。また、上側ヒータ板7および下側ヒータ板
9は、それぞれ支持棒12,13を介してシリンダ等の
駆動装置(図示省略)に接続されており、各々独立に上
下動可能に設けられている。これにより、上下の各加熱
ヒータ6,8は、搬送アーム3の上下動と相俟って、ガ
ラス素材1に対してそれぞれ独立に接近離反自在となっ
ており、ガラス素材1と加熱ヒータ6,8の相対距離を
変化させることで加熱量を調整できるように構成されて
いる。
【0024】さらに、上下の各加熱ヒータ6,8の中央
部には、それぞれ別々に温度制御用の熱電対(図示省
略)が配設されており、各加熱ヒータ6,8をそれぞれ
独立に温度制御でき、必要な加熱量に応じて温度設定で
きるように設けられている。
【0025】一方、加熱炉4には、加熱炉4内で加熱軟
化されたガラス素材1を押圧成形する成形室5が連設さ
れている。そして、この成形室5内には、成形用上型1
4および成形用下型15が、同軸上に対抗して設けられ
ている。成形用下型15は、図示を省略した駆動装置に
連結されており、上下動可能に設けられている。
【0026】成形用上型14の外周部にはリング形状を
した中空の強制冷却パイプ16が遊嵌されており、強制
冷却パイプ16の内周面には均等間隔に複数のノズル部
16aが設けられている。
【0027】強制冷却パイプ16は導入用パイプ17に
固設されている。導入用パイプ17は外部のN2 ガス発
生装置(図示省略)と接続されており、N2 ガス発生装
置からのN2 ガスは導入用パイプ17を介して強制冷却
パイプ16のノズル部16aより成形用上型14の外周
面に向かって流出可能な様に構成されている。
【0028】また、N2 ガスは設けられた弁およびその
制御装置(図示省略)により、予め設定した動作タイミ
ングに制御できる様に構成されている。
【0029】以上の構成から成る装置を用いて、本実施
例では硝種SK11からなる非球面量100μmの片面
非球面レンズの成形を行った。
【0030】まず、非球面側となるガラス素材押圧面1
aを上面にして、ガラス素材1を搬送具2を介して搬送
アーム3に設置した。ここに、ガラス素材1は、予め研
削,研磨により加工されており、非球面側となるガラス
素材押圧面1aは近似球面に加工され、球面側となるガ
ラス素材押圧面1bはほぼ設計値に加工されている。し
たがって、非球面側のガラス素材押圧面1aは変形量が
非球面量100μmに応じた加熱量を必要とし、球面側
のガラス素材押圧面1bは変形の必要がない。このた
め、ガラス素材1の非球面側のガラス素材押圧面1aと
上側加熱ヒータ6との相対距離は10mmに、ガラス素材
1の球面側のガラス素材押圧面1bと下側加熱ヒータ8
との相対距離は30mmにそれぞれ設定した。
【0031】本実施例では、このように、ガラス素材1
と加熱ヒータ6,8との相対距離を独立に変化させるこ
とで加熱量を異ならせることとしたので、加熱ヒータ
6,8は上側,下側ともに680℃に設定した。
【0032】ガラス素材1は、加熱炉4内にて1分間加
熱した後、搬送アーム3により成形用型14,15間に
搬送し、成形用下型15を上昇させることによって押圧
成形を行った。熱電対により測定した結果、ガラス素材
1の上面は約655℃であり、下面は約600℃であっ
た。
【0033】加圧成形直後よりN2 ガスを成形用上型1
4に吹きつけ、成形用上型14の温度を低下させる。こ
のとき、N2 ガスの流量は、図3のグラフに示す如く、
プレス時間が15秒経過し、光学素子がほぼ転移点温度
(535℃)となったときに、各ガラス素材押圧面1
a,1b間の温度差がなくなる様に調整して成形を行っ
た。
【0034】本実施例によれば、従来技術では25秒以
上要したプレス時間が、15秒のプレス時間で同等レベ
ルの転写性を得ることができ、プレス時間を短縮しつつ
ソリのない成形レンズが成形できた。
【0035】尚、本実施例ではほぼ球面に近いプリフォ
ームをガラス素材に用いたが、本発明はこれに限定する
ものではなく、両平面のガラス素材等も同様に成形する
ことができる。
【0036】
【実施例2】本実施例で用いる装置は、前記実施例1で
用いた装置と同様の装置であり、装置の構成の説明は省
略する。
【0037】本実施例におけるガラス光学素子の成形方
法は、図4のグラフに示す如く、成形用上型を冷却し、
ガラス素材の各ガラス素材押圧面1a,1b間の温度が
転移点温度付近でほぼ等しくなったプレス時間15秒後
も成形用上型を冷却しつづける。そして、成形用上型の
温度が成形用下型の温度よりも低くなった後に離型す
る。
【0038】本実施例の成形方法により成形した光学素
子は、転移点温度以下で生じた光学素子両面間の温度差
により、一時的にソリを生じるものの、成形型からの離
型が容易となる。このソリはガラスの粘性流動が全く起
こらない温度にて生じたものであり、いわゆる一時歪に
よって生じたもので、常温まで冷却して均温化すると消
失し、ソリのない光学素子が得られる。
【0039】尚、本実施例では転移点温度付近以後も成
形用上型を冷却したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、図5に示す如く、成形用下型15の外周にも
第2の強制冷却パイプ21およびN2 ガスの導入用パイ
プ22を設け、転移点温度付近以後の冷却を成形用上型
14から成形用下型15の冷却に切替えても同様な効果
が得られる。
【0040】
【実施例3】本実施例で用いる装置は、前記実施例1に
おけるN2 ガス流出用の強制冷却パイプ16および導入
用パイプ17を廃止し、代わりに冷却治具31を設けて
構成した点が異なり、他の構成部分は同一の構成から成
るもので、同一構成部分には同一番号を付してその説明
を省略する。
【0041】本実施例のガラス光学素子の成形方法は、
前記各実施例におけるN2 ガス吹きつけによる冷却に代
わり、冷却治具31を成形用上型14に接触させて冷却
を行う。
【0042】以下、作用および効果は前記各実施例と同
様であり、作用および効果の説明を省略する。
【0043】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係るガラス
光学素子の成形方法によれば、ヒケやソリ等のガラスの
収縮に伴う転写性の劣化を防止できる。また、成形用型
の耐久性が向上する。さらに、サイクルタイムの短縮が
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の断面図である。
【図2】実施例1の断面図である。
【図3】実施例1のグラフである。
【図4】実施例2のグラフである。
【図5】実施例2の変形例を示す断面図である。
【図6】実施例3の断面図である。
【図7】従来例の断面図である。
【図8】従来例のグラフである。
【符号の説明】
1 ガラス素材 2 搬送具 3 搬送アーム 4 加熱炉 5 成形室 6 上側加熱ヒータ 8 下側加熱ヒータ 14 成形用上型 15 成形用下型 16 強制冷却パイプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C03B 11/00 C03B 11/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱軟化させたガラス素材を一対の成形
    用型間に搬送し、押圧成形により光学素子を得る光学素
    子の成形方法において、前記ガラス素材における成形用
    型とガラス素材面との形状差の大きな側の面をその変形
    量に応じてより高温に加熱する工程と、前記ガラス素材
    を押圧成形するに際して前記ガラス素材面のうち高温に
    加熱した側と接触する成形用型を強制的に冷却し、光学
    素子が転移点温度に降温した時点で両成形面の温度差を
    低減する工程と、光学素子が転移点温度以下となった後
    に離型する工程とから成ることを特徴とするガラス光学
    素子の成形方法。
  2. 【請求項2】 前記光学素子が転移点温度に降温した時
    点で両成形面の温度差を低減する工程に次いで、どちら
    か一方の成形用型を強制的に冷却したのち離型を行う工
    程を設けたことを特徴とする請求項1記載のガラス光学
    素子の成形方法。
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JP3501580B2 (ja) * 1995-04-20 2004-03-02 キヤノン株式会社 光学素子の成形方法及び成形装置
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