JPH0813687B2

JPH0813687B2 - ガラスレンズ成形装置および製造方法

Info

Publication number: JPH0813687B2
Application number: JP2288688A
Authority: JP
Inventors: 正二中村; 孝志井上; 正明春原; 忠夫塩山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-10-26
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH04164826A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光学機器に使用されるガラスレンズを精密
ガラス成形法により、形成するガラスレンズ成形装置、
およびその製造方法に関する。

従来の技術近年、光学レンズを研磨工程なしの一発成形により、
形成する試みが多くなされ、現在各社では量産段階にあ
る。ガラス素材を溶融状態から型に流しこみ加圧成形す
る方法が最も能率的であるが、冷却時のガラスの収縮を
制御することが難しく、精密なレンズ成形には適さな
い。

従って、ガラス素材を一定の形状に予備加工して、こ
れを型の間に供給し、加熱、押圧成形するのが一般的な
方法である。（例えば、特開昭58-8413号広報、60-2008
33号広報など）。以下図面を参照しながら、上述した従
来の成形方法について説明する。

第４図は従来法のひとつにより、円板状のガラス素材
を成形してレンズを形成した状態を示す断面図である。
44は成形されたレンズ、41、42は一対の成形型、43は胴
型である。45はヒーター、46、47は加圧機構を有する成
形装置の一部である。

ガラス素材を成形型の中に供給しヒーター45により型
およガラス素材をガラスの軟化点近傍の温度まで加熱
し、41、42の型により加圧変形する。変形が終了後は成
形されたレンズを徐々に冷却してレンズが取り出せる温
度になると型を開きレンズを取り出す。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記のような方法では、光学用に用いる
ガラスレンズの成形できる温度は500〜700℃の温度であ
るため、型およびガラス素材の加熱、加圧変形、冷却に
それぞれ一定の時間を要しガラス素材を投入してからレ
ンズが成形されるまで長い時間を要する。その結果、成
形装置の能率が上がらずに成形に要するコストが高いと
いう課題を有する。

また、成形サイクルを短縮するために、ガラスを変形
して十分冷却しないうちに型を開くか、または無理な冷
却をすると、レンズとして必要な精度が得られないとい
う課題があった。

そこで発明者らは、上記課題を解決すべく特開昭62-2
92629号広報で開示した。しかしながら、この成形装置
では、装置内に配設されたステージ数の半分しか型面数
が投入出来ない欠点を有し大量生産には若干不向きであ
る。また、型構成の改良もあいまって、変形後に冷却し
ながら加圧する重要性もうすらいできた。

本発明は上記課題に鑑み、高い形状精度と面精度を有
し、かつ、コストの安いレンズを短時間でプレス成形す
ることのできるガラスレンズ成形装置、およびガラスレ
ンズの製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために、本願発明のガラスレンズ
成形装置は、一対の成形型と胴型とからなる成形ブロッ
クを加熱する複数個の加熱ブロックで構成された加熱ゾ
ーンと、前期成形ブロックの成形型加圧する加圧ブロッ
クからなる加圧ゾーンと、前記成形ブロック全体を冷却
する複数個の冷却ブロックからなる冷却ゾーンと、前記
各三つのゾーンを内包するチャンバーと、前記成形ブロ
ックを加熱、加圧、冷却の各ゾーンに順次搬送する搬送
手段と、前記成形ブロックをチャンバー内に搬入し、ま
た搬出するための、開閉シャッターを有する投入口およ
び取り出し口と、非酸化性ガスを前記チャンバー内に送
りこむガス供給口とを具備する。

また本願発明のガラスレンズの製造方法は、ガラス素
材を挟持する一対の上型、下型を有する成形型と胴型か
らなる成形ブロックを、その上下面から加熱する複数の
加熱工程と、前記成形型を介して前記ガラス素材を変形
する変形工程と、変形が完了したのち、成形ブロックを
その上下面から冷却する複数の冷却工程とを具備し、上
記加熱、変形、冷却の各工程を上記の順序で実施するも
のである。

作用本発明は、複数の温度制御手段と圧力制御手段を同一
チャンバー内に配設することにより、所定の熱容量を有
する成形ブロックを最も熱効率の高い加熱、変形、冷却
ができることに作用する。

実施例以下本発明のガラスレンズ成形装置の一実施例につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、第１図の構成を説明すると、チャンバー１内に
設けられた架台２上に下加熱ブロック３、４、５、下加
圧ブロック６、下冷却ブロック７、８、９が横方向（図
面左右方向）一列に配置されている。

かつ、その上方には上記各下側ブロックと相対するが
如く上側の加熱ブロック10、11、12、加圧ブロック13、
冷却ブロック14、15、16が配置されている。

上下方向に相対した各ブロックとの間隔は、上型17、
下型18、胴型19、ガラス素材20が構成する成形ブロック
Ａの高さより所定量だけ大きく設定している。

加熱、加圧、冷却の上下の各ブロック10、11、12、1
3、14、15、16は、それぞれプレスシリンダー21を介し
て所要ストロークだけ上下自在（図中Ｚ方向）に装備さ
れている。

下加熱ブロック３、４、５、下加圧ブロック６、下冷
却ブロック７、８とこれらに相対する上側の各ブロック
には、所望の温度上昇可能なヒーター22、が埋設されて
いる。

下冷却ブロック９、上冷却ブロック16には、成形ブロ
ック全体を効率的に冷却させるため、冷却水の取入口2
3、および、取り出し口24、が外部温調器（図示せず）
と接続されている。

また、上下の各ブロック10〜16および３〜９には、熱
電対（図示せず）が埋設され所定の温度検知をおこなっ
ている。

上記チャンバー１内の雰囲気コントロールには、非酸
化性ガスとして不活性ガス等のガス供給口25が、チャン
バーの上部二ヵ所に接続されている。

また、それぞれの下ブロックは、成形ブロックの移送
が可能な様に同一面上に設置されており、下加熱ブロッ
ク３とチャンバー外部とは、成形ブロックの投入口26を
介して準備台27と連設されている。

チャンバー１内の右側面に設けられた投入口26には、
開閉自在のシャッター28がもうけられ、他方の左側面に
は取り出し口29が設けられ、シャッター30と型受け台31
とが連設されている。

成形ブロックＡをチャンバー１内の下加熱ブロック３
上に移送する手段として、シリンダー32が押し棒33を−
Ｘ方向に所定量押し込むことによりおこなえる。

次に、成形ブロックＡの移送手段を第２図を用いて説
明する。第２図は第１図の平面図である。成形ブロック
の移送は移送装置34によって行なわれる。すなわち、チ
ャンバー１の背面に配置した駆動シリンダー35、36を介
して、竿37によってそれぞれブロック間の配設ピッチと
同一ピッチだけ移動する。駆動シリンダー35、36は所定
ピッチのＸ方向と所定量のＹ方向だけ前後左右に自在に
移動できるものである。

次に、上述した成形装置を用いてレンズを成形する工
程を、第１図〜第３図に基ずいて説明する。上型17、下
型18、胴型19の内部にガラス素材20を入れ、成形ブロッ
クＡとして準備台27上に載置する。成形装置は、まず、
突き出しシリンダー38によって、型受け台31上の成形ブ
ロックＡを前方方向の成形ブロックＢの位置まで移動さ
せた後、突き出しシリンダーは元の位置に戻る。

次に、取り出し口29のシャッター30が開かれると同時
に、前述した移送手段を用い駆動シリンダー35を−Ｙ方
向に所定量移動することによって、竿37が前方方向に突
き出され、続いて駆動シリンダー36を−Ｘ方向に移動す
る。

この動作で、各下側ブロック上の成形ブロックは、順
次、次のブロックにすべらせて移送される。例えば、下
冷却ブロック９上にある成形ブロックＡは、取り出し口
29を通過し型受け台31上に移送される。続いて竿37は駆
動シリンダー35、36で＋Ｙ方向、＋Ｘ方向の順で元の位
置に戻り、同時にシャッター30、は閉じる。

続いて投入口26のシャッター28か開かれ、準備台27上
の成形ブロックＡはシリンダー32、押し棒33によって−
Ｘ方向に移動させ下加熱ブロック３上に載置される。シ
リンダー32が元に戻るのと同時に、シャッター28は閉じ
る。

順次この動作を一定時間ごとにくり返して、レンズ成
形を連続的に行うものである。

シャッター30の開放時は、ガス供給口25から一定圧力
のN2ガスが供給されてチャンバー１内のガス圧は高めら
れており、ガスの流れは取り出し口29からチャンバー外
部に流れ出し、レンズ成形には悪影響を及ぼさない。す
なわち、チャンバー１の両側面に設けられたシャッター
28およびシャッター30の開閉は、成形ブロックの投入取
り出し時において、どちらか一方は閉状態である。その
理由は、両方のシャッターを同時に開け移送時と同時に
成形ブロックを投入することによる時間短縮の利点より
も、同時に開けることによってチャンバー内圧のバラン
スがくずれて外部の空気が流入する（トンネル効果）こ
とによるチャンバー１内の雰囲気の乱れをなくし、安定
した雰囲気中で成形を行う理由からである。

チャンバー１内に投入された成形ブロックＡは、下加
熱ブロック３上に載置されると同時に上方より上加熱ブ
ロック10が成形ブロックＡの上型17に当接するまで下降
する。すなわち、成形ブロックの上下面より効率的な伝
熱加熱が行われる。

ここで加熱ゾーン、即ち上加熱ブロックおよび下加熱
ブロックが配置されるゾーンにおいて、上下の加熱ブロ
ックを複数段にした第一の理由は、熱伝導率の異なる上
下型および胴型と、ガラス素材とを所定温度（変形温
度）に達するまでに温度差の無い均一な加熱を効率的に
行うことである。

第二の理由は、成形されたレンズ外観の良否を決定ず
けるガラスからの飛散物を最小限におさえるため、最適
な加熱温度条件とするためである。

もちろん、上加熱ブロックと下加熱ブロックの熱容量
と電力パワー、成形ブロックの熱伝導率と熱容量等が計
算されている。

加熱された成形ブロックＡは、第２図にしめす移送用
の竿37が−Ｙ方向（手前側）に動き、成形ブロックが各
下ブロック上を直線的に移送出来るようにしたガイドレ
ール39にそって−Ｘ方向（図面左側）に所定量Ｐだけ移
動し、次の下加熱ブロック上に移送されて載置される。
その後、竿37は＋Ｙ方向（後ろ側）に動き、成形ブロッ
クから離れて後＋Ｘ方向（右側）に所定量Ｐだけ戻り移
送を完了する。

成形ブロックＡは、下加熱ブロック３、４、５上にそ
れぞれ一定時間待機し、同時に上加熱ブロック10、11、
12によって待機時間内で上下面より加熱され一定時間ご
とに順次移送されて成形ブロックＡの加熱を完了する。

本実施例においては、成形レンズ外径が20mm程度のも
のでは３段による加熱方式が最も効率的で、しかも加熱
時におけるガラス素材からの飛散物もなくレンズ外観も
良好であった。

次に、成形ブロックＡは、前述した手段によって下加
圧ブロック６上に移送される。下加圧ブロック６および
上加圧ブロック13の温度設定は、ガラス素材20が変形可
能な温度となるように設定され、移送後ただちに加圧ブ
ロック13を介して、プレスシリンダー21で−Ｚ方向に加
圧されガラス素材20を変形させる。変形完了後、一定時
間経過したのち、プレスシリンダー21は＋Ｚ方向に上昇
し変形が完了する。

次に、成形ブロックＡは、下冷却ブロック７上に移送
され上冷却ブロック14が当接されて冷却させる。その
後、成形ブロックＡは下冷却ブロック８上に移送され、
さらに、レンズの冷却が行なわれる。

特に、成形レンズの形状精度は、上記２段の冷却工程
において、如何にガラス転移点付近をうまく冷却するか
で決定される。本実施例においては、第２の冷却工程、
すなわち下冷却ブロック８、上冷却ブロック15の温度設
定がガラス転移点以下に設定されており、成形ブロック
の冷却スピードは移載直後に早く、時間経過にしたがっ
て徐々に遅くなり、下ブロック上に待機する一定時間内
にガラス転移点を通過し、さらに冷却ブロックの設定温
度と同一温度まで冷却される。さらに、成形ブロック
は、下冷却ブロック９、上冷却ブロック16によって取り
出し可能な温度まで冷却され、３段の冷却工程を経て
後、型受け台31に移送される。

以下、このように成形ブロックは、一定時間毎に順
次、各加熱、変形、冷却の三つのゾーンで合計７箇所の
上下各ブロックの間を通過する工程を経て、成形レンズ
が完成する。

本実施例において、上下各ブロックの温度設定は、そ
れぞれが最適な一定温度（設定温度は異なるが定常状
態）に保持されており、順次移送され温度の異なる成形
ブロックと、上下の各ブロックとの間に生ずる温度差は
所定時間（マシンタクト）内に解消される時間設定がさ
れている。

本実施例の成形装置、成形方法により成形タクトをよ
り短縮する手段は、すなわち加熱、加圧、冷却の段数を
限り無く多くすれば解決出来るが、その反面、金型面数
が多くなる欠点を有する。

従って、本装置および本方法は、上述した不都合を回
避し目的の成形レンズの大きさ、要求されるレンズの精
度、ガラス素材の熱特性などから最適な段数を決定し
た。

上記の構成とすることで、従来例では成形に約90秒以
上要していたものが、60秒以下に短縮することが可能と
なった。

第３図は加熱、加圧、冷却の上側の各ブロックの構成
をさらに詳細に示すもので、上下自在に可動するプレス
シリンダー21のフランジ部54に、水冷管55が設けてあ
る。

この水冷管55の出入り口は、チャンバー外部に接続さ
れ、水冷管中を流れる冷却水は所定の温度に調節されて
いる。

さらに、加熱、加圧、冷却の上側の各ブロックの中心
部には、離型ピン51が埋設されている。この離型ピン51
は、各ブロックと成形ブロックの上型17とが吸着あるい
は密着によって上方に持ち上げられ、成形作業に支障を
きたすことを防ぐためのものである。離型ピン51は、圧
縮バネ52によって各ブロックの下方端面より1mm程度突
き出ている。

成形時に発生する上型と各ブロックの吸着あるいは密
着は、この圧縮バネ52のバネ圧により強制的に離型され
る。尚、バネ圧の設定は成形レンズの性能に支障のない
程度の200grm−ｆに設定されている。

フランジ部54と各ブロック53の固定は、断熱板56を介
して取りつけ板57を用い固定ネジ58によって取りつけて
いる。さらに、取りつけ板57とフランジ部54とは、取り
つけネジ59によって固定されている。

尚、本実施例では離型手段としてバネ圧による構成と
したが、上側の各ブロックの上型当接面に溝加工を施
し、当接面積を少なくして上型との吸着、密着を防止す
る方法も考えられる。

さらに、本実施例では各上ブロックと各下ブロックに
応じた一定温度条件とした。その理由は、特に冷却工程
において成形ブロックが上下からの均等な冷却速度で冷
却された場合において、上下面の形状がほぼ均等なレン
ズでは通常反りのないレンズ成形が実現できるからであ
る。

しかしながら、上下面の形状が大きく異なるレンズ
（例えばメニス、平−凸）等においては、必ずしも上述
した均等な冷却速度では逆に反りの発生が顕著に現れ
る。

このような場合の温度条件は、反りが発生する方向と
は反対側の温度を高くし、上下のレンズ面を固める際に
時間差を設けることによって、反りの制御が可能なレン
ズ成形が実現できる。

時間差を設ける方法は、直接は上下ブロックの温度設
定を変え熱伝導の差によってレンズ両面の冷却に時間差
を設ける方法と、上側の冷却ブロックを成形ブロックに
非当接として輻射冷却によって時間差を設ける方法とが
ある。前者は、金型や冷却ブロックの当接面が酸化およ
びガス付着などにより熱伝導に若干のばらつぎが生じ
る。

そこで本実施例では、ガラス転移点を通過する第２の
冷却工程において冷却ブロックと成形ブロックとを非当
接とすることで、成形レンズの形状精度±１μ以内のレ
ンズ成形を実現できた。

尚、本実施例で成形を行ったレンズ形状は外径20mm、
レンズ厚3mmの両凸形状で、硝種はホウケイ酸バリュウ
ム系用い、上下の加圧ブロックの設定温度、すなわち成
形温度を570℃でおこなった。また、本実施例では加
熱、加圧、冷却の各ゾーンは、上下に配置されたブロッ
クで構成したが、成形されるレンズ性能と成形時に支障
がなければ他の配置でもよい。

発明の効果本発明の装置によれば、ガラス素材を熱効率よく加
熱、加圧、冷却、が行え短時間でレンズ成形を行うこと
が可能で、しかも簡単な装置で量産的かつ経済的であり
産業上利用価値の高いガラスレンズ成形装置を提供す
る。

また、本発明の方法によれば形状精度の安定したレン
ズ成形を行うことが可能で、光学設計上最も望ましいレ
ンズを供給することができ、光学機器の安定性に寄与す
ることができる。

さらに、本発明で得られるレンズは、外観、形状精
度、光学特性ともに優れ、しかもレンズコストを低減で
き、大なる価値を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガラスレンズ成形装置の実施例を示す
正断面図、第２図は同実施例装置の平面図、第３図は同
実施例における離型手段の断面図第４図は従来例の要部
断面図である。１……チャンバー、２……架台、３、４、５……下加熱
ブロック、６……下加圧ブロック、７、８、９……下冷
却ブロック、10、11、12……上加熱ブロック、13……上
加圧ブロック14、15、16……上冷却ブロック、17……上
型、18……下型、19……胴型、20……ガラス素材、21…
…プレスシリンダー、22……ヒータ、28、29……シャッ
ター35、36……駆動シリンダー、37……竿32、38……シ
リンダー、39……ガイドレール、51……離型ピン、52…
…圧縮バネ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩山忠夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−139019（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の成形型と胴型との内部にガラス素材
を入れ一体となした成形ブロック全体を、加熱する複数
個の加熱ブロックからなる加熱ゾーンと、前記成形ブロ
ックの成形型を介して、ガラス素材の変形が可能な加圧
ブロックからなる加圧ゾーンと、変形が完了した成形ブ
ロック全体を冷却する複数個の冷却ブロックからなる冷
却ゾーンと、前記三つのゾーンを内包するチャンバー
と、前記成形ブロックを加熱、加圧、冷却の各ゾーンに
順次搬送する搬送手段と、前記成形ブロックをチャンバ
ー内に搬入し、またチャンバー内より搬出するための、
開閉シャッターを有する投入口と取り出し口と、非酸化
性ガスを前記チャンバー内に送り込むガス供給口とを具
備したことを特徴とするガラスレンズ成形装置。
【請求項２】加熱、加圧、冷却の各ゾーンは一対の成形
型を上下から挟むように上ブロックと、下ブロックより
構成され、それぞれがガラス素材の熱特性に基づく温度
制御手段と、圧力制御手段とを備えたことを特徴とする
請求項（１）記載のガラスレンズ成形装置。
【請求項３】各ゾーンの上ブロックには、上ブロックに
当接する成形型の上型を離型する離型手段を設けたこと
を特徴とする請求項（１）記載のガラスレンズ成形装
置。
【請求項４】離型手段は、上ブロックに埋設された離型
ピンと、押圧手段とで構成され、前記押圧手段が前記離
型ピンを介して成形型の上型を下ブロックの方向に押圧
する構成を備えたことを特徴とする請求項（３）記載の
ガラスレンズ成形装置。
【請求項５】成形ブロックを投入口および取り出し口よ
り搬入、搬出する際において、投入口、取り出し口のシ
ャッターは、どちらか一方が閉状態であることを特徴と
する請求項（１）記載のガラスレンズ成形装置。
【請求項６】加熱、加圧、冷却のゾーンを構成する各ブ
ロックの温度および圧力制御手段が７段からなることを
特徴とする請求項（１）、（２）または（３）の何れか
に記載のガラスレンズ成形装置。
【請求項７】ガラス素材を挟持する一対の上型、下型を
有する成形型と胴型からなる成形ブロックを、その上下
面から加熱する複数の加熱工程と、前記成形型を介して
前記ガラス素材を変形する変形工程と、変形が完了した
のち、成形ブロックをその上下面から冷却する複数の冷
却工程とを具備し、上記加熱、変形、冷却の各工程を順
次実施してガラスレンズを成形することを特徴とするガ
ラスレンズの製造方法。
【請求項８】冷却工程において、レンズ形状に基づき、
成形型の上型、下型の冷却温度に温度差を設けたことを
特徴とする請求項（７）記載のガラスレンズの製造方
法。
【請求項９】温度差を設ける手段として、複数の冷却工
程のうち少なくとも一つの工程において、上ブロックが
成形ブロックに非接触であることを特徴とする請求項
（８）記載のガラスレンズの製造方法。
【請求項１０】複数の冷却工程のうち、第２の冷却工程
の温度設定が、ガラス転移点以下であることを特徴とす
る請求項（７）、（８）または（９）何れかに記載のガ
ラスレンズの製造方法。