JP2001180946A - 光学ガラス素子の成形方法およびその方法を用いた光学ガラス素子の成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クセがなく、かつ形状精度に優れた光学ガラ
ス素子を成形する方法およびその方法を用いた光学ガラ
スの成形装置を提供すること。 【解決手段】 ガラスプリフォーム３を上下の金型１、
２で加圧成形することにより光学ガラス素子を成形する
方法であって、ガラスプリフォーム３を上下金型内で保
持部材４によって上下金型から離れた位置に保持して加
熱する加熱工程、ガラスプリフォームを保持手段によっ
て保持したまま加圧する第１加圧工程、および下金型２
を単独で上方向に移動させて加圧する第２加圧工程を含
む光学ガラス素子の成形方法。少なくとも、ガラスプリ
フォーム３を保持するための保持部材４、該保持部材と
摺動可能で、ガラスプリフォームを加圧成形するための
下金型２、および該下金型に対向して設置される、ガラ
スプリフォームを加圧成形するための上金型１からなる
光学ガラス素子の成形装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学ガラス素子の
成形方法およびその方法を用いた光学ガラス素子の成形
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、精密な光学素子、例えばガラスレ
ンズを金型で成形する方法としては、特開平2-133327号
公報に開示されているように、プリフォームを上金型と
下金型との間に、段部を有する下胴型によって保持して
加熱し、所定の温度に達すればプリフォームを保持した
まま上下金型で加圧していた。しかしながら、この方法
によれば、金型でプリフォームを加圧する際、プリフォ
ームをその外周部で段部によって保持したまま加圧する
加圧工程のみを行うため、段部の存在によりプリフォー
ムの外周部に局所的に応力が集中し、プリフォームの下
金型成形面側においてガラスの径方向の流動が妨げら
れ、下金型成形面の外周付近にデッドスペースが生じ、
得られるガラス素子の外周部が規制されずに面歪みを生
じるという問題があった。特に、下金型が凸形状を有す
る場合、面歪みの発生は顕著であった。このように光学
ガラス素子において生じる面歪み等、本来転写されるべ
きところであるにもかかわらず金型面形状が転写されて
いない部分をクセという。

【０００３】そこで、上記のような問題を解決するため
に、特開平9-286622号公報には、加圧する際、プリフォ
ームが段部から離脱した状態で加圧を行う技術が開示さ
れている。図３を用いて概略的に説明する。図３（ａ）
に示す装置は、上型ユニット100と下型ユニット200から
なり、上型ユニットは上金型１とその外周を覆う上胴型
11とそれらを固定する上背板23で構成され、下型ユニッ
トは下金型２と、該下金型を覆い、プリフォーム３を保
持するための段部Ｄを有する保持部材４と、該保持部材
の外周を覆う下胴型12と、それらを固定する下背板22で
構成されている。すなわち、上記公報の技術において
は、プリフォーム３を上金型１と下金型２との間に、段
部を有する保持部材４によって保持して加熱し（図３
（ａ）参照）、所定の温度に達すれば、押棒Ａによって
下金型２を保持部材４（下胴型）と摺擦させながら移動
させ、プリフォーム３が段部Ｄから離脱した状態で加圧
を行っていた（図３（ｂ）参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな技術を用いると、加圧直前において、プリフォーム
は段部から離脱するため、結果的にずれた状態で加圧さ
れ、得られる光学素子に偏肉や偏心が生じ、その形状精
度に問題が生じていた。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、クセがなく、かつ形状精度に優れた光学ガラス素
子を成形する方法およびその方法を用いた光学ガラスの
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】本発明は、ガラスプリフ
ォームを上下の金型で加圧成形することにより光学ガラ
ス素子を成形する方法であって、ガラスプリフォームを
上下金型内で保持手段によって上下金型から離れた位置
に保持して加熱する加熱工程、ガラスプリフォームを保
持手段によって保持したまま加圧する第１加圧工程、お
よび下金型を単独で上方向に移動させて加圧する第２加
圧工程を含む光学ガラス素子の成形方法に関する。

【０００７】本発明はまた、少なくとも、ガラスプリフ
ォームを保持するための保持手段、該保持手段と摺動可
能で、ガラスプリフォームを加圧成形するための下金
型、および該下金型に対向して設置される、ガラスプリ
フォームを加圧成形するための上金型からなる光学ガラ
ス素子の成形装置に関する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の方法を添付の図面を用い
て説明する。なお、図面の中で同一符号は同一部分また
は相当する部分を示す。

【０００９】図１は本発明の方法を実施するのに適した
光学ガラス素子の成形装置の概略構成図を示す。当該装
置は、詳しくはガラスプリフォーム３を保持するための
保持部材４、該保持部材と摺動可能で、ガラスプリフォ
ームを加圧成形するための下金型２、および該下金型に
対向して設置される、ガラスプリフォームを加圧成形す
るための上金型１で構成され、通常、さらに上金型１の
外周を覆う上胴型11、上金型１と上胴型11とを固定する
上背板23、保持部材４の外周を覆う下胴型12、下金型２
と保持部材４と下胴型12とを固定する下背板22、および
下背板22を貫通して下金型２に固定され、下金型を上下
に移動させるための押棒Ａを含んでなる。上金型１、上
胴型11および上背板23からなるユニットを上型ユニット
100、下金型２、保持部材４、下胴型12および下背板22
からなるユニットを下型ユニット200と呼ぶものとす
る。

【００１０】本発明においてはまず、図１（ａ）に示す
ように、ガラスプリフォーム３を上下金型１、２内で保
持部材４によって上下金型（１、２）から離れた位置に
保持して加熱する（加熱工程）。すなわち、プリフォー
ムを加熱するとき、図１（ａ）の様に保持部材４の上端
の段部Ｄに載置されたプリフォーム３は下金型２に接し
ない高さＨを保ちながら上下金型内で加熱される。加熱
位置Hは、熱効率を考えると、プリフォームと下金型が
接触しない範囲内でプリフォーム３を下金型２に近づけ
ることが望ましい。同様の理由から上金型１も、プリフ
ォームと上金型が接触しない範囲内でプリフォームに近
づけることが望ましい。

【００１１】段部Ｄはプリフォームをその外周部で保持
し、固定する。段部Ｄは通常、保持部材上端内周面に連
続して形成されるが、これに限定されず、例えば、三点
支持でプリフォームをその外周部で支えられるように当
該内周面の３ヶ所に段部を形成されてもよい。保持部材
４の上端内周面に形成される段部Ｄの深さおよび幅は特
に限定されず、プリフォームを固定しつつ保持できれば
よく、プリフォームの形状及び径に応じて決定される。

【００１２】上下の金型における成形面は所望の形状に
鏡面加工され、本発明においては面精度0.03μｍ程度ま
で有効にプリフォームに転写することができる。詳しく
は、上金型および下金型それぞれの形状は特に制限され
ず、例えば、曲面形状（球面形状を含む）または平面形
状を有していてよく、また凹形状または凸形状いずれで
あってもよいが、本発明においては、従来から問題とな
っていた得られる光学ガラス素子の下面の外周部におけ
る面歪み（クセ）を有効に防止できる観点から、下金型
が凸形状を有していることが好ましい。

【００１３】加熱手段は特に制限されないが、胴型（1
1、12）を加熱する誘導加熱を行うことが、迅速に所望
温度まで加熱できる点で好ましい。このため、胴型およ
び保持部材の材料としては、誘導加熱可能な材料が使用
され、例えば、超硬合金、カーボン等が挙げられる。ま
た、上下の金型の材料は特に制限されないが、レンズ外
観品質や融着の観点から酸化アルミニウムが好ましく用
いられる。誘導加熱を行う場合、熱は胴型（11、12）お
よび保持部材を介して金型（１、２）およびプリフォー
ムに伝達される。本発明においては加熱手段として、加
熱ヒーター、赤外線ランプ等を用いて金型を加熱しても
よい。このときは熱の伝導効率の観点から胴型（11，1
2）を設置しないことが好ましい。

【００１４】加熱温度は硝種により異なるが、通常、プ
リフォームの温度がガラス軟化点〜ガラス軟化点＋50
（℃）になるまで加熱される。

【００１５】プリフォーム３が所定の温度に達すれば、
図１（ｂ）に示すように、ガラスプリフォーム３を保持
部材４によって保持したまま加圧する（第１加圧工
程）。すなわち、加圧する際のプリフォーム３の上面と
上金型１との接触およびプリフォーム３の下面と下金型
２との接触のうち、プリフォーム上面と上金型１との接
触が先に起こるように加圧する。このように加圧を行う
ことにより、加圧時のプリフォームのズレが回避され、
偏肉や偏心等の形状精度の低下を防止できる。図１
（ｂ）において加圧は、上型ユニット100を下降させて
行っているが、下型ユニット200を上昇させて行っても
よい。また、図１（ｂ）において上金型１は上胴型11と
一体化させて加圧を行っているが、所望により、上金型
１を単独で下方移動できる構成として、上金型１を単独
で下方移動させて加圧を行ってもよいし、または、上金
型１を上胴型11と一体化させて加圧を行った後、上金型
１をさらに単独で下方移動させて加圧を行う２段階加圧
を行ってもよい。当該工程において、下金型２と保持部
材４との相対的な位置関係は加熱工程における位置関係
を維持していることが好ましい。

【００１６】第１加圧工程における加圧時間および圧力
は、成形レンズ（プリフォーム）の厚みが所望の心厚付
近に達し、上金型１の成形面のプリフォーム３への転写
が達成される程度に加圧が充分に行われれば、特に制限
されない。

【００１７】本発明においては第１加圧工程終了後、そ
のままの状態を保持して、プリフォーム温度がガラス転
移点付近になるまで冷却することが好ましい。ガラス転
移点以上、特に軟化点に近い温度で第２加圧を行うと、
ガラスの収縮変化量が比較的大きいため、面変化が生じ
るおそれがあるためである。

【００１８】次いで、下金型２を単独で上方向に移動さ
せて加圧する（第２加圧工程）。すなわち、押棒Ａによ
って下金型２を保持手段４から独立して上方向に移動さ
せて加圧する。このようにプリフォーム３に下金型２単
独からの圧力を付与して加圧を行うことにより、ガラス
の径方向の流動が促進され、下金型成形面の外周付近で
のデッドスペースの形成が回避され、光学ガラス素子の
外周部における面歪みを防止することができる。

【００１９】押棒Ａの駆動手段は特に制限されず、公知
の手段を用いることができるが、エアーシリンダー又は
サーボモータを用いることが好ましい。サーボモータは
押棒Ａの上方移動距離を正確に制御できる点で好まし
く、エアーシリンダーは圧力変化が容易にできる点で好
ましい。

【００２０】本発明においては下金型２を単独で上方移
動させることに限らず、押棒Ａを固定し、上背板23を公
知の駆動手段によって下方移動させることによって、プ
リフォーム３に下金型２単独からの圧力を付与して加圧
を行ってもよい。

【００２１】第２加圧工程における加圧時間および圧力
は、上記デッドスペースが消失し、下金型２の成形面の
プリフォーム３への転写が達成される程度に加圧が充分
に行われれば、特に制限されない。通常、ガラス温度が
ガラス転移点-100℃付近になるまで行う。

【００２２】第２加圧工程後は、公知の方法に従って、
冷却する。例えば、第２加圧工程後の状態、すなわち図
１（ｃ）の状態を保持しながら、プリフォーム温度が40
0℃以下になるまで冷却してもよいし、または第２加圧
工程後、上型ユニット100を上方移動してプリフォーム
を開放し、その状態で上記温度になるまで冷却してもよ
い。

【００２３】本発明の別の態様を図２を用いて以下に説
明する。当該態様においては、プリフォームを下胴型に
よって保持すること以外、前記の態様と同様であるた
め、詳しい説明を省略する。なお、図２の装置はガラス
プリフォームの保持手段として段部Ｄを有する下胴型を
用い、図１における下胴型12および保持部材４の代わり
に図２における段部Ｄを有する下胴型12を用いたこと、
および下金型２の形状として凹形状を採用したこと以
外、図１の装置と同様である。すなわち、図２の装置
は、ガラスプリフォーム３を保持するための下胴型12、
該下胴型12と摺動可能で、ガラスプリフォームを加圧成
形するための下金型２、および該下金型に対向して設置
される、ガラスプリフォームを加圧成形するための上金
型１で構成され、通常、さらに上金型１の外周を覆う上
胴型11、上金型１と上胴型11とを固定する上背板23、下
金型２と下胴型12とを固定する下背板22、および下背板
22を貫通して下金型２に固定され、下金型を上下に移動
させるための押棒Ａを含んでなる。

【００２４】当該態様においてはまず、図２（ａ）に示
すように、ガラスプリフォーム３を上下金型１、２内で
下胴型12によって上下金型（１、２）から離れた位置に
保持して加熱する（加熱工程）。すなわち、プリフォー
ムを加熱するとき、図２の（ａ）の様に下胴型12の上端
の段部Ｄに載置されたプリフォーム３は下金型２に接し
ない高さＨを保ちながら上下金型内で加熱される。

【００２５】プリフォーム３が所定の温度に達すれば、
図２（ｂ）に示すように、ガラスプリフォーム３を下胴
型12によって保持したまま加圧する。すなわち、加圧す
る際のプリフォーム３の上面と上金型１との接触および
プリフォーム３の下面と下金型２との接触のうち、プリ
フォーム上面と上金型１との接触が先に起こるように加
圧する。

【００２６】次いで、下金型２を単独で上方向に移動さ
せて加圧する（第２加圧工程）。すなわち、押棒Ａによ
って下金型２を下胴型12から独立して上方向に移動させ
て加圧する。第２加圧工程後は、公知の方法に従って冷
却する。

【００２７】以上のような方法で得られる光学ガラス素
子はクセがなく、形状精度に優れている。以下、本発明
を実施例によりさらに詳しく説明するが、これに限定さ
れるものではない。

【００２８】

【実施例】実施例１ 直径23ｍｍ厚さ３ｍｍの平板状のガラスプリフォームか
ら、有効径18ｍｍ、心厚１ｍｍ、上凹面曲率半径23ｍ
ｍ、下凹面曲率半径35ｍｍの両凹レンズを図１に示す装
置を用いて成形した。上下の金型１、２の材料は、酸化
アルミニウムであって、上下の胴型11、12および保持部
材４は、超硬合金である。ここで、酸化アルミニウムは
誘導加熱できないので、金型の外周を誘導加熱できる超
硬合金製の胴型または胴型および保持部材で覆った。従
って図示しない加熱手段で付与された熱は、胴型または
胴型および保持部材を介して金型およびプリフォームに
伝達される。

【００２９】プリフォーム３が加熱保持位置Ｈにある
時、保持部材４の上端平面の高さ（Ｈ）と、下金型成形
面の面頂点の高さとの差を２ｍｍとした。保持部材の段
部Ｄの幅を２ｍｍ、深さを４ｍｍとした。加熱後、上型
ユニット100を下降し、上下金型により第１加圧し、レ
ンズ形状を整えた後、誘導加熱を停止して50℃/minで冷
却を開始し、金型温度が転移点温度付近となった時点で
下金型２をエアーシリンダーにて単独で上方に摺動さ
せ、第２の加圧を行った。

【００３０】前述のプロセスによってまず５個のプリフ
ォームを成形し、できたレンズの成形面を干渉計で測定
したところ面精度がλ／４以下である事を確認した。さ
らに150ショット成形し、できたレンズすべてを測定し
たところ融着の発生率は1.8％以下、傾き偏心は2.8分以
下で、面精度がλ／４以下のレンズの割合が90％以上で
あった。また、レンズ周辺に顕著なクセが発生している
ものは見いだせなかった。

【００３１】比較例１ 比較のため図３の装置を用いたことおよび加圧直前に図
３(ｂ)に示す様に下金型２を上方に移動させ、プリフォ
ーム３を押し上げた後、上型ユニット100を降下させプ
リフォーム３の加圧成形を行ったこと以外、実施例１と
同様にしてレンズを得た。これを50回繰り返してできた
レンズを測定したところ、面精度はλ／４以下と差は見
られないが、偏肉及び傾き偏心が４分以上のレンズの割
合が1.8％であり、不良と判定されるものであった。こ
の現象は、プリフォーム３を下型で押し上げた際にプリ
フォームに傾きが生じ、その状態で、加圧成形されたか
らと考えられる。

【００３２】実施例２ 直径32ｍｍ厚さ４ｍｍの平板状のガラスプリフォームか
ら有効径28ｍｍ、心厚２ｍｍ、上凹面曲率半径90ｍｍ、
下凸面曲率半径180ｍｍのメンスカスレンズを成形し
た。上型ユニット100は実施例１と共通である。下型ユ
ニット200は下金型２とその外周を覆う下胴型12で構成
され、下胴型は下背板22に固定されている。下胴型12に
プリフォーム保持機能を兼備させ、図１における保持部
材を用いなかったこと、上記レンズを得るための上下金
型を用いたこと、および下金型２は下胴型12に摺動可能
に固定されたこと以外、実施例１と同様に成形を行っ
た。ただし、本実施例では、下金型２を摺動させる方法
としサーボモータを利用し、行った。このサーボモータ
は、圧力の制御及び位置決めの機能を持ったものであ
る。前述の成形プロセスによって100ショットを成形
し、できたレンズをすべて測定したところ、融着の発生
は２％以下、傾き偏心は2.3分以下で、面精度がλ／４
以下のレンズ割合が90％以上であった。更に、サーボの
位置決め効果により心厚のばらつきが従来の工程能力CP
＝0.8に対し、CP＝1.3に向上する事が確認できている。

【００３３】

【発明の効果】プリフォームを保持手段によって保持し
たまま加圧する第１加圧工程と、さらに、下金型のみを
摺動移動させて加圧する第２加圧工程によって、プリフ
ォームを保持する段部の下部への圧力伝達が容易とな
り、成形した光学素子の周辺の転写性を向上させること
ができ、良好な面精度が得られるとともに、プリフォー
ムの傾きが安定する事により形状精度（偏心や偏肉につ
いての精度）の高い成形が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の方法を実施するのに適した装置の一
例の概略構成図を示す。

【図２】 本発明の方法を実施するのに適した装置の一
例の概略構成図を示す。

【図３】 従来の光学レンズ成形方法を説明するための
装置の概略構成図を示す。

【符号の説明】

１：上金型、２：下金型、３：ガラスプリフォーム、
４：保持部材、11：上胴型、12：下胴型、22：下背板、
23：上背板、100：上型ユニット、200：下型ユニット。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスプリフォームを上下の金型で加圧
   成形することにより光学ガラス素子を成形する方法であ
   って、ガラスプリフォームを上下金型内で保持手段によ
   って上下金型から離れた位置に保持して加熱する加熱工
   程、ガラスプリフォームを保持手段によって保持したま
   ま加圧する第１加圧工程、および下金型を単独で上方向
   に移動させて加圧する第２加圧工程を含む光学ガラス素
   子の成形方法。
2. 【請求項２】 少なくとも、ガラスプリフォームを保持
   するための保持手段、該保持手段と摺動可能で、ガラス
   プリフォームを加圧成形するための下金型、および該下
   金型に対向して設置される、ガラスプリフォームを加圧
   成形するための上金型からなる光学ガラス素子の成形装
   置。