JP6739131B2 - ガラス製光学部品成形用金型並びにその金型を用いたガラス製光学部品の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)小型の精密ガラス部品の製造に際しては、溶融ガラスゴブの重量を一定に制御することが困難であり、ガラスゴブの重量のバラツキが大きくなってしまうことから、安定した精密成形ができないという問題があった。即ち、ガラスゴブの重量変動を、そのまま製品の肉厚等の変動で吸収せざるを得ない成形方法であるため、形状精度の高い製品の成型は困難となるのである。
(2)小型で薄肉のガラス製光学部品を得ようとすると、プレスの際に溶融ガラスゴブが狭い金型の隙間を延びていく間に、金型によって急速に熱を奪われ、溶融ガラスゴブが薄く延びきらないうちにガラスが固化してしまうという問題があった。さらに小さいサイズのガラス製光学部品の場合には、もともとの溶融ガラスゴブ自体の保有熱量も少ないため、プレスの際に溶融ガラスゴブがすぐに冷えてしまうことになり、プレス成形中にガラスにヒビが入ったり破損してしまったりして、薄肉部分や細い部分を有する複雑な形状のガラス製光学部品を成形することは極めて困難であった。
(3)1,000℃前後の温度の溶融ガラスゴブを500℃前後の温度にある金型で成形するため、ガラスと金型との融着は防止されるものの、金型に接した溶融ガラスゴブの表面付近は急激に冷却されて固化する一方、ガラス内部は遅れて収縮・固化するために「ヒケ」と呼ばれる体積収縮に起因する一種の成形不良(形状及び寸法の不良)が発生し、高い形状精度が得られなかった。
(a)ガラスプリフォーム(最終製品に近似した形状・容積のガラス成形品)を準備する。
(b)ガラスと融着が生じない特殊な型材料を高精度に鏡面加工及び表面処理をする。
(c)非酸化性雰囲気中でガラスプリフォームと型とをガラスの軟化点近傍まで昇温させ、ガラスと型とをほぼ等しい温度にして、型によりガラスをプレスし、十分な時間にわたって加圧を維持しながら型温度をガラス転移点以下(ガラスが構造的に安定する温度以下)になるまで降温する。
(1)ガラスの軟化点近傍での加熱・加圧処理であるため、基本的にガラスプリフォームに近似した形状のものしか成形できず、製品の形状及びサイズに限界がある。
(2)非酸化性雰囲気中での加熱、冷却に長時間を要するため生産性が悪く、大量生産には不利である。
(3)特殊な型材料を必要とする。これは型材とガラスとが長時間にわたって接触することから、両者が反応して融着等を起こさないようにするためであり、上記の非酸化性雰囲気を利用するのも同じ理由によるものである。
(1)外縁部にガラス製光学部品を成形するための成形金型の下型が設けられた胴型の凹面部中央部に、溶融ガラスゴブを投入する工程と、
(2)前記リング型を下げて前記胴型に密着させ、該リング型の下面部に設けられた前記成形金型の上型と該胴型の外縁部に設けられた該成形金型の下型を密着させ、該成形金型間に前記ガラス製光学部品の形状に対応した空間を形成する工程と、
(3)前記胴型の凹面部中央部に投入された前記溶融ガラスゴブを、凸面部を有する矢型で上方からプレスする工程と、
(4)前記矢型によるプレスを継続して、前記溶融ガラスゴブを、前記胴型の凹面部の内面に沿って這い上がるように流動させ、前記成形金型間に形成された空間内に、溶融ガラス流入口を通して、溶融ガラスゴブを注入する工程と、
(5)前記成形金型に注入された溶融ガラスゴブ温度が、このガラスの徐冷点以下となって固化した後、前記矢型とリング型を順に上方に引き上げる工程と、
(6)前記胴型、矢型、リング型及び成形金型の間に形成された固化ガラス成形体を取り出し、前記成形金型間に形成されたガラス製光学部品を切断する工程
とからなることを特徴とする精密かつ複雑な立体形状を有するガラス製光学部品の製造方法を開示する。
(1)外縁部にガラス製光学部品11を成形するための成形金型4の下型4aが設けられた胴型2の凹面部3の中央部に、溶融ガラスゴブ7を投入し、
(2)リング型5を下げて胴型2に密着させ、該リング型下面部に設けられた成形金型4の上型4aと、該胴型の外縁部に設けられた該成形金型4の下型4bを密着させ、該成形金型間にガラス製光学部品11の形状に対応した空間9を形成し、
(3)胴型2の凹面部3の中央部に投入された溶融ガラスゴブ7を、凸面部を有する矢型6で上方からプレスし、
(4)前記矢型6によるプレスを継続して、溶融ガラスゴブ7を、胴型2の凹面部3の内面に沿って這い上がるように流動させ、成形金型間に形成された空間9(あるいは空間9とその9の外側に設けられた付加的空間12を合わせた空間)内に、溶融ガラス流入口8を通して、溶融ガラスゴブ7を注入し、
(5)成形金型4に注入された溶融ガラスゴブ温度が、このガラスの徐冷点以下の温度となって固化した後、矢型6とリング型5を順に上方に引き上げ、
(6)胴型2、矢型6、リング型5及び成形金型4の間に形成された固化ガラス成形体10を取り出し、成形金型間に形成されたガラス製光学部品11を切断することにより、精密かつ複雑な立体形状を有するガラス製光学部品を製造することができる。
2・・・・・胴型
3・・・・・胴型の凹面部
4・・・・・成形金型
4a・・・・成形金型の下型
4b・・・・成形金型の上型
5・・・・・リング型
6・・・・・矢型
7・・・・・溶融ガラスゴブ
8・・・・・溶融ガラス流入口
9・・・・・成形金型間に形成される空間
10・・・・ガラス成形体
11・・・・ガラス製光学部品
12・・・・9の外側に設けられる付加的空間
13・・・・金型ロック機構
14・・・・穿孔
15・・・・ロックバー
16・・・・回転フック
17・・・・ロックプレート
18・・・・成形金型固定用ボルト
Claims (10)
- 精密かつ複雑な立体形状を有するガラス製光学部品を成形するための金型であって、凹面部の外縁部に前記ガラス製光学部品を成形するための、少なくとも一対の成形金型の下型が設けられた胴型と、前記胴型の凹面部に組み合わされる凸面部を有する矢型と、前記矢型の外周部に配置され、前記ガラス製光学部品を成形するための、少なくとも一対の成形金型の上型が設けられたリング型とから構成され、前記胴型の凹面部内に投入された溶融ガラスゴブが、前記凸面部を有する矢型により上方からプレスされることにより、前記溶融ガラスゴブが、前記少なくとも一対の成形金型の下型と上型の間に形成される空間に注入されるようになっていることを特徴とするガラス製光学部品の成形用金型。
- 前記ガラス製光学部品を成形するための前記成形金型の下型が、前記胴型の凹面部の外縁部に、凹面部の中心軸を中心に同心円状に複数個設けられており、かつ前記成形金型の上型が、前記同心円状に複数個設けられた下型の位置に合わせて、前記リング型に同心円状に同じく複数個設けられていて、一度のプレスにより、複数個の前記ガラス製光学部品を成形できるようになっていることを特徴とする請求項1に記載のガラス製光学部品の成形用金型。
- 前記ガラス製光学部品を成形するための成形金型の下型は、胴型にはめ込まれることにより胴型と一体化でき、また前記成形金型の上型は、リング型にはめ込まれることによりリング型と一体化でき、かつ成形金型の下型は、胴型から取り外し可能な構造であり、また前記成形金型の上型は、リング型から取り外し可能な構造であり、前記ガラス製光学部品の形状に合わせて前記成形金型の下型及び前記成形金型の上型を交換できるようになっていることを特徴とする請求項1乃至2に記載のガラス製光学部品の成形用金型。
- 前記プレスの際に、前記ガラス製光学部品を成形するための前記成形金型の下型と上型の間の空間が、前記ガラス製光学部品となる形状に対応した空間に加え、該空間の外側に、前記溶融ガラスゴブが流入できる付加的空間を有していることを特徴とする請求項1乃至3に記載のガラス製光学部品の成形用金型。
- 前記プレスの際に、前記胴型と前記リング型とを密着し保持させる金型ロック機構を備えていることを特徴とする請求項1乃至4に記載のガラス製光学部品の成形用金型。
- 前記ガラス製光学部品を成形するための前記成形金型の下型もしくは上型の少なくとも一方に、前記プレスの際に、前記ガラス製光学部品となる形状に対応した空間から、前記溶融ガラスゴブによって押し出される空気を抜くための穿孔が設けられていることを特徴とする請求項1乃至5に記載のガラス製光学部品の成形用金型。
- 前記穿孔の内径が0.1mm以上0.5mm以下であることを特徴とする請求項6に記載のガラス製光学部品の成形用金型。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のガラス製光学部品の成形用金型を用いた、精密でかつ複雑な立体形状を有するガラス製光学部品の成形方法であり、
(1)外縁部にガラス製光学部品を成形するための成形金型の下型が設けられた胴型の凹面部中央部に、溶融ガラスゴブを投入する工程と、
(2)前記リング型を下げて前記胴型に密着させ、該リング型下面部に設けられた前記成形金型の上型と該胴型の外縁部に設けられた該成形金型の下型を密着させ、該成形金型間に前記ガラス製光学部品の形状に対応した空間を形成する工程と、
(3)前記胴型の凹面部中央部に投入された前記溶融ガラスのゴブを、凸面部を有する前記矢型で上方からプレスする工程と、
(4)前記矢型によるプレスを継続して、前記溶融ガラスゴブを、前記胴型の凹面部の内面に沿って這い上がるように流動させ、前記成形金型間に形成された空間内に、溶融ガラス流入口を通して、溶融ガラスゴブを注入する工程と、
(5)前記成形金型に注入された溶融ガラスゴブ温度が、このガラスの徐冷点以下の温度となって固化した後、前記矢型とリング型を順に上方に引き上げる工程と、
(6)前記胴型、矢型、リング型及び成形金型の間に形成された固化ガラス成形体を取り出し、前記成形金型間に形成されたガラス製光学部品を切断する工程
とからなることを特徴とする精密かつ複雑な立体形状を有するガラス製光学部品の製造方法。 - 前記成形金型間に形成されるガラス製光学部品の重量に対して、前記胴型の凹面部に投入される溶融ガラスゴブの重量が6倍以上70倍以下であることを特徴とする請求項8に記載の精密かつ複雑な立体形状を有するガラス製光学部品の製造方法。
- 前記成形金型間に形成されるガラス製光学部品の重量に対して、前記胴型の凹面部に投入される溶融ガラスゴブの重量が8倍以上70倍以下であることを特徴とする請求項8に記載の精密かつ複雑な立体形状を有するガラス製光学部品の製造方法。
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