JP3860450B2 - 光学素子の成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱軟化したガラス素材を一対の成形用型によりプレス成形して光学素子を得るための光学素子の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高精度ガラスレンズ等の光学素子を成形する方法または装置として、例えば特開平１１−１７１５６４号公報、特開平１１−１００２２１号公報に記載の発明がある。
【０００３】
特開平１１−１７１５６４号公報記載の発明は、予熱したガラス素材を予熱した上下型で加圧してガラス成形体を形成する工程と、形成されたガラス成形体を冷却する工程と、冷却されたガラス成形体を上下型から離型させる工程と、ガラス素材および上下型を予熱する工程を繰り返してガラス成形体を製造する方法に関する。
【０００４】
また、特開平１１−１００２２１号公報記載の発明は、加熱されたガラス素材をそれぞれ独立した加熱手段と外部との断熱手段を持つ、温度制御可能な上下型間に搬送して、ガラスレンズを押圧成形する装置に関する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−１７１５６４号公報記載の発明においては、ガラス素材の予熱温度を１０９ポアズ以下の粘度に相当する温度に、また型の予熱温度をガラス素材の予熱温度以下に設定すると記載されているが、型の予熱温度をガラス素材の転移点よりも高い温度に設定した場合、型とガラス素材に焼き付きが生じ易く、安定して良品の成形ができない。また、加熱方式に誘導加熱を用いているため、型の温度が均一になりにくく、成形したレンズの面精度が悪くなるとともに、高周波加熱コイルや冷却水の配管が必要になり、型周りの構成が複雑、かつ、大がかりになる。さらに、非酸化性雰囲気に置換された成形室内でガラス素材を加熱軟化させるため、ガラス内部に含まれる酸素の揮発で非酸化性雰囲気の酸素濃度が上昇して酸化により型にダメージを与える等の問題があった。
【０００６】
また、特開平１１−１００２２１号公報記載の発明においては、ガラス素材、上下成形型の温度の関係が詳細に記載されておらず、唯一記載されている実施の形態においても、ガラス素材の加熱温度が転移点以下と低く、このような温度ではガラスゴブやフラットピースのように中心部が厚いガラス素材から、両凹レンズ、凹メニスカスレンズなどの中心部が薄い光学素子を成形するにはガラス粘度が高いことにより、成形時に型上で再加熱する時間が非常に長くなるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、焼き付きなどの不具合のない高品質のガラス光学素子を短いサイクルタイムで成形できるとともに、型などの成形部材の酸化による劣化を最小限にとどめて光学素子のコストを削減することのできる光学素子の成形方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明の光学素子の成形方法は、ガラス素材を加熱軟化して一対の成形用型で所望の形状に押圧成形する光学素子の成形方法において、ガラス素材を予め軟化点付近の温度まで加熱する予備加熱工程と、前記ガラス素材をガラス転移点以下の温度まで加熱した一対の成形用型間に搬送した後、前記ガラス素材をガラス転移点以下の温度まで冷却しながら押圧する予備成形工程と、押圧しながら前記ガラス素材と前記一対の成形用型をガラス素材の屈伏点付近の温度まで加熱する加熱工程と、前記ガラス素材と前記一対の成形用型を前記屈伏点付近の温度に一定時間保ちつつ前記ガラス素材を押圧して光学素子を成形する成形工程と、前記光学素子と前記一対の成形用型を略等温に保った状態で冷却する冷却工程と、前記光学素子と前記一対の成形用型がガラス転移点以下になった時点で強制的に前記一対の成形用型から前記光学素子を離型させる離型工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、ガラス素材を軟化点付近まで加熱するため、光学素子の成形初期にガラス素材を低い圧力で大きく変形させることができる一方、成形用型の温度はガラス転移点以下と低いため、光学素子を短時間で焼き付き等の不具合なく成形できる。また、型温度とガラス素材の温度を等温に近い状態で、ガラス転移点付近から屈伏点までわずかに上昇させるので加熱昇温に時間がかからず、成形のサイクルタイムを短縮することができる。さらに、光学素子と成形用型とがガラス転移点以下になるまで冷却を行った後、離型手段により強制的に離型を行うため高精度なガラスレンズを成形できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
（構成）
本発明の実施の形態１の光学素子の成形機の構成を図１から図５に示す。図１は成形機の側面断面図である。図２は成形機の型セット周辺の拡大断面図である。図３はガラス素材の搬送系の配置を示す上面図である。図４（ａ）、図４（ｂ）はそれぞれ型セットを構成するスリーブの正面および側面から見た斜視図である。図５（ａ）、図５（ｂ）はそれぞれ搬送アームの正面図および平面図である。
【００１５】
上型１ａ、下型１ｂ、スリーブ１ｃよりなる型セット１はパージ室２０内に配置されている。上型１ａおよび下型１ｂは、パージ室２０の上壁面を貫通させた上軸２および下壁面を貫通させた下軸３のそれぞれの先端に固定されて上下に対向配置されており、上軸２および下軸３は、それぞれ駆動のための上軸シリンダ１３および下軸シリンダ１５に固定されている。上軸シリンダ１３はパージ室２０の上壁面上に取付部材を介して固定され、下軸シリンダ１５はべース３０上に固定されている。本実施の形態では、型セット１、上軸２、下軸３、上軸シリンダ１３、下軸シリンダ１５により成形手段を構成してある。
【００１６】
上型１ａおよび上軸２の周囲には、リング状のランプヒータ４ａとこれを取り囲むように反射板５ａが配置されている。反射板５ａは反射板固定具６ａを介してパージ室２０の上壁面に固定され、ランプヒータ４ａはランプヒータ固定具７ａを介して反射板固定具６ａに固定されている。パージ室２０は、支柱３１によってべース３０に固定されている。
【００１７】
一方、下型１ｂおよび下軸３の周囲には、リング状のランプヒータ４ｂとこれを取り囲むように反射板５ｂが配置されている。反射板５ｂは反射板固定具６ｂを介してパージ室２０の下壁面に固定され、ランプヒータ４ｂはランプヒータ固定具７ｂを介して反射板固定具６ｂに固定されている。ランプヒータ４ａおよび４ｂは、型セット１およびガラス素材をガラスの軟化点付近まで加熱する能力を有するものであればよい。本実施の形態では、ランプヒータ４ａ，４ｂおよび反射板５ａ，５ｂにより加熱手段を構成してある。
【００１８】
また、ランプヒータ４ｂの上部には、型セット１を取り囲むように、冷却手段としてのリング状の冷却ブロー３２が設けられ、図示されない配管により非酸化性の気体（ここでは窒素）を供給できるようになっている。冷却ブロー３２の内周側には、ガラスレンズを冷却するための窒素ガスを噴出する孔が多数設けられている。
【００１９】
スリーブ１ｃは、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、円筒状の本体１ｇの両側面に大きな穴１ｄを有するものである。本体１ｇは上型１ａ、下型１ｂの位置決めや、摺動時のガイドの役目をなし、穴１ｄは、後述する搬送アーム２６がスリーブ１ｃ内に進入する目的と、離型リング８によりスリーブ１ｃを支持する目的のために設けられている。
【００２０】
また、上型１ａの先端部を一部近接して囲むように配置された離型リング８は、パージ室２０の上壁面を貫通させたリング支持棒９を介してパージ室２０の外部にある固定板１０に取付けられており、固定板１０は成形されたガラスレンズを離型させるための離型エアシリンダ１１に固定されている。リング支持棒９、上軸２および下軸３がパージ室２０を貫通する部分には、それぞれ軸シールリング１２、軸シール１４ａおよび軸シール１４ｂが設けられ、空隙をシールすることによりパージ室２０の気密性を確保している。本実施の形態では、離型リング８と離型エアシリンダ１１により離型手段を構成してある。
【００２１】
パージ室２０の側面には、ガラス素材の搬入と、成形したレンズの搬出を行うための開口部２０ａが設けられており、開口部２０ａには前記搬入と搬出の際に開閉動作される第１シャッター１８が設けられている。第１シャッター１８には継手１７を介して、パージ室２０の内部上壁面に固定されている第１シャッター開閉シリンダー１６の動作が伝達されて軸部１８ａを中心に回動操作される。パージ室２０の開口部２０ａの第１シャッター１８と接する部分には、パージ室２０の気密性を確保するためにシャッターシールリング１９が設けられている。
【００２２】
パージ室２０の開口部２０ａには、予備室２１がその一端側の開口部を連結して設けられており、予備室２１の他端側の開口部には、予備室２１の気密性を確保するために第２シャッター２２が設けられている。第２シャッター２２は、開閉駆動用の第２シャッター開閉シリンダ２３に取付けられて上下方向に開閉可能となっており、第２シャッター開閉シリンダ２３は成形機のべース３０に固定されている。パージ室２０、予備室２１には図示しない配管が接続され、内部に非酸化性の気体（ここでは窒素）を供給できるようになっている。
【００２３】
予備室２１と型セット１とを結ぶ延長線上には、成形前のガラス素材および成形したガラスレンズを搬送するための搬送手段としての搬送アーム２６が、図示しない位置決めロボットによりパージ室２０に対して出入移動可能に設置されている。搬送アーム２６の先端には、図５（ａ）および図５（ｂ）で示すように、段部２５ａを有する略Ｕ字形状の開口を備えた搬送爪２５が設けられている。搬送爪２５は、その段部２５ａに搬送ホルダ３４を載置し、ガラス素材やガラスレンズを搬送するものである。搬送アーム２６の断面形状は、０．２ｍｍから０．５ｍｍのクリアランスをもって、予備室２１内部の断面形状に対応しており、搬送アーム２６が予備室２１に挿入された際には、予備室２１の開口部を閉塞し得るようになっている。
【００２４】
搬送ホルダ３４は、図２に示すように、内部にガラスレンズ（ガラス素材を含む。以下同じ）の収納部３４ａを有する円筒形状に形成され、その内周下部にはガラスレンズ３３を載置する載置部３４ｂが下型１ｂの成形部を挿通可能な大きさの穴３４ｃを形成するように設けられている。
【００２５】
予備室２１と型セット１とを結ぶ延長線上で予備室２１の外側には、突き上げ２８とこの突き上げ２８を上下駆動する突き上げシリンダ２９が設けられており、突き上げシリンダ２９はべース３０上に固設されている。突き上げ２８は、ガラス素材やガラスレンズを搬送する搬送ホルダ３４を搬送爪２５に載置したり、後述する加熱炉２７に搬入するためのものである。
【００２６】
突き上げ２８の上方には、ガラス素材を予め加熱するための予備加熱手段としての加熱炉２７が加熱炉支持板２４を介して、べース３０に固定されている。加熱炉２７は、ガラス素材をガラスの軟化点付近まで加熱する能力を有するものであれば、抵抗加熱炉、ランプヒータ等その種類は問わない。
【００２７】
また、図示はしないが、搬送アーム２６の搬送爪２５上に、ガラス素材を載置した搬送ホルダ３４を供給したり、成形したガラスレンズを載置した搬送ホルダ３４を搬送爪２５から回収したりする搬送ホルダ供給回収装置が、予備室２１と型セット１とを結ぶ延長線上で加熱炉２７に関して予備室２１の反対側に設置されている。
【００２８】
なお、型セット１と搬送ホルダ３４には耐熱性に優れるＷＣを用いた。
【００２９】
（作用）
上記構成の成形機を用いて、ガラスレンズを成形する工程を説明する。
図示しない配管を通じてパージ室２０、予備室２１に窒素ガスが導入され、１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気に保たれている。また、上型１ａおよび下型１ｂはランプヒータ４ａ、４ｂにより予めガラス素材のガラス転移点以下の温度まで加熱されている。
【００３０】
ガラス素材を載置した搬送ホルダ３４が、図示しない搬送ホルダ供給回収装置により、搬送アーム２６先端の搬送爪２５上に載置されている。図示しない位置決めロボットにより搬送アーム２６が前進し、搬送ホルダ３４が突き上げ２８の直上に位置した時点で停止する。突き上げシリンダ２９を駆動し、突き上げ２８を上昇させてガラス素材を搬送ホルダ３４ごと搬送爪２５から加熱炉２７内部に搬入する。このとき、加熱炉２７はガラスの軟化点以上の温度（例えば８００℃）に設定しておく。ガラス素材が加熱炉２７内で軟化点付近の温度まで加熱されたら、突き上げシリンダ２９により突き上げ２８を下降させて、軟化したガラス素材を載置した搬送ホルダ３４を再度搬送爪２５上に載置する。
【００３１】
第２シャッター開閉シリンダ２３を駆動して、第２シャッター２２を下降させて予備室２１の開口部を開いた直後、搬送アーム２６を予備室２１内に前進させる。このとき、搬送アーム２６と予備室２１の間に空隙はほとんどないので、予備室２１内の窒素がリークすることはない。
【００３２】
次に、第１シャッター開閉シリンダ１６を駆動して、継手１７を介して第１シャッター１８を移動してパージ室２０の開口部２０ａを開き、搬送アーム２６をさらに前進させて、搬送爪２５に載置された搬送ホルダ３４が、スリーブ１ｃの穴１ｄを通り型セット１の中央に位置したところで停止させる。
【００３３】
次に、下軸シリンダ１５を駆動して下型１ｂを突き上げ、ガラス素材を載置した搬送ホルダ３４を搬送爪２５から下型１ｂ上に移載し、成形位置まで移動させる。その後、搬送アーム２６を予備室２１外まで後退させるとともに、第１シャッター１８、第２シャッター２２を順次閉じて、パージ室２０、予備室２１内の窒素濃度が低下しないように維持する。図６は、成形工程におけるガラス素材および上型１ａ、下型１ｂの温度（以下、型温度という）、ならびにガラス素材に加えられる押圧力の変化を示したものであるが、この時点（予備加熱工程：工程Ｉ）のガラス素材の温度と型温度には大きな開きがあり、ガラス素材は搬送ホルダ３４の保温効果のために加熱炉２７から出された後も温度低下は少なく、低粘度の状態を維持している。
【００３４】
上軸シリンダ１３を駆動して上型１ａを下降させ、下型１ｂとの間でガラス素材を所望するガラスレンズの概略形状まで押圧成形する（予備成形工程：工程II)。この工程IIでは、図６に示すように、ガラス素材の温度は上型１ａとの接触により急激に低下し、型温度はわずかに上昇して等温となるが、ガラス転移点以下のため焼き付きは生じない。
【００３５】
概略形状にガラス素材の成形が終了したら、仕上げ成形のために、押圧を続行しながらランプヒータ４ａ，４ｂの出力を上げて型温度とガラス素材の温度を屈伏点付近まで上昇させる（加熱工程：工程III)。型温度とガラス素材の温度が屈伏点付近で等温となったら、工程IVのようにソークタイムをとる。工程IIIと工程IV（成形工程）において、概略形状に成形されたガラス素材は、所望する面精度に形状が転写される。
【００３６】
仕上げ成形が終了したら、ランプヒータ４ａ，４ｂの出力を落とすとともに、型セット１外周に冷却ブロー３２より窒素を吹き付けて、型とガラスレンズの等温状態を保ったままガラス転移点以下まで冷却する（冷却工程：工程Ｖ）。
【００３７】
最後に、型とガラスレンズの温度がガラス転移点以下に達したら、押圧を解除するとともに、上軸シリンダ１３により上型１ａを上昇させながら離型エアシリンダ１１により離型リング８を下降させることにより、離型リング８で搬送ホルダ３４およびガラスレンズ３３の外周を押さえ、搬送ホルダ３４およびガラスレンズ３３を下型１ｂ上に残す（離型工程：工程VI）。
【００３８】
次に、第１シャッター１８、第２シャッター２２を開いて、搬送アーム２６を前進させ搬送爪２５を搬送ホルダ３４の直下に挿入する。そして、下軸シリンダ１５により下型１ｂを下降させ、ガラスレンズ３３を載せた搬送ホルダ３４を搬送爪２５上に載置した後、搬送アーム２６を後退させて外部に搬出する。搬出されたガラスレンズは、図示しない搬送ホルダ供給回収装置により搬送ホルダ３４ごと回収される。
【００３９】
また、ガラスレンズの搬出後直ちに上型１ａおよび下型１ｂはランプヒータ４ａ，４ｂにより再度ガラス素材のガラス転移点以下の温度まで加熱される。一方、成形工程中には、次に加工されるガラス素材を載置した搬送ホルダ３４が、図示しない搬送ホルダ供給回収装置により、搬送アーム２６先端の搬送爪２５上に載置され、突き上げシリンダ２９の駆動により搬送ホルダ３４ごと加熱炉２７内部に搬入され予備加熱されている。
【００４０】
以上の工程を繰り返すことにより、ガラス素材からガラスレンズを次々と成形することができる。
【００４１】
（効果）
本実施の形態によれば、ガラス素材からガラスレンズを次々と成形することができ成形効率がよい。また、初期的にガラス素材を軟化点付近まで加熱するため、ガラスゴブやフラットピースのようなガラス素材から凹レンズや凹メニスカスレンズのような中心肉厚の薄いガラスレンズを成形する場合にも、ガラス素材の流動性がよく短時間で成形できる。また、型温度とガラス素材の温度を等温に近い状態で成形、冷却を行うため高精度なガラスレンズを成形できる。さらに、加熱炉２７がパージ室２０の外にあることでガラスの加熱に伴い発生する酸素によりパージ室２０内の酸素濃度が上昇しないこと、シール部材による気密性の向上でパージ室２０への外気の流入を抑えたことにより、パージ室２０内の酸素濃度を低く抑えることができ、型や治工具の酸化による劣化を防止することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の光学素子の成形機の構成を図７、図８に示す。図７はガラス素材の搬送系の配置を示す上面図であり、図８は型セットを構成するスリーブの斜視図である。
【００４３】
型セット１は、上型１ａと下型１ｂ（図１参照）およびスリーブ１ｅより構成され、パージ室２０内に配置されている。パージ室２０には、予備室２１を連結した開口部２０ａ（図１参照）を設けた側面と異なる側面（図７の上部側面）にも開口部が型セット１の配置位置に対応させて設けられており、この開口部に連結して予備室４１が設けられている。この開口部には、開口部を開閉するシャッターが開口部２０ａと同様に設けられるとともにシールが設けられ、パージ室２０の気密性を確保している。また、予備室４１の開口部にも予備室２１の開口部と同様にシャッターが開閉可能に設けられている。さらに、予備室４１には図示しない配管が接続され、非酸化性の気体（ここでは窒素）を供給できるようになっている。
【００４４】
前記スリーブ１ｅは、図８に示すように、円筒状の本体の四方の側面に大きな穴１ｆを有している。スリーブ１ｅの本体は上型１ａ、下型１ｂの位置決めや、摺動時のガイドの役目をなし、穴１ｆは、搬送アーム２６および予備室４１を挿通してパージ室２０内に挿入される後述の搬送アーム４３がスリーブ１ｅ内に進入するのと、離型リング８によりスリーブ１ｅを支持する目的のために設けられている。
【００４５】
予備室４１と型セット１とを結ぶ延長線上には、成形前のガラス素材および成形したガラスレンズを搬送するための搬送手段としての搬送アーム４３が、図示しない位置決めロボットにより移動可能に設置されている。搬送アーム４３の先端には、段部４２ａを形成した搬送爪４２が設けられ、搬送ホルダ３４を載置してガラス素材やガラスレンズを搬送する。搬送アーム４３、搬送爪４２および段部４２ａの形状は、実施の形態１の搬送アーム２６、搬送爪２５および段部２５ａの形状と同様である。
【００４６】
予備室４１と型セット１とを結ぶ延長線上で予備室４１の外側には、突き上げ４５とこの突き上げ４５を上下駆動する突き上げシリンダ（図示省略）が設けられており、この突き上げシリンダはべース３０上に固設されている。突き上げ４５は、ガラス素材やガラスレンズを搬送する搬送ホルダ３４を搬送爪４２に載置したり、後述する加熱炉４４に搬入するためのものである。
【００４７】
突き上げ４５の上方には、ガラス素材を予め加熱するための加熱手段としての加熱炉４４が加熱炉支持板（図示省略）を介して、べース３０に固定されている。
【００４８】
また、図示はしないが、搬送アーム４３の搬送爪４２上に、ガラス素材を載置した搬送ホルダ３４を供給したり、成形したガラスレンズを載置した搬送ホルダ３４を搬送爪４２から回収したりする搬送ホルダ供給回収装置が、予備室４１と型セット１とを結ぶ延長線上で加熱炉４４に関して予備室４１の反対側に設置されている。
その他の構成は実施の形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４９】
（作用）
上記構成の成形機を用いて、ガラスレンズを成形する工程を説明する。なお、以下の説明においては必要に応じて図１を参照するものとする。
【００５０】
図示しない配管を通じてパージ室２０、予備室２１、予備室４１に窒素ガスが導入され、１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気に保たれている。また、上型１ａおよび下型１ｂはランプヒータ４ａ、４ｂにより予めガラス素材のガラス転移点以下の温度まで加熱されている。
【００５１】
ガラス素材を載置した搬送ホルダ３４が、図示しない搬送ホルダ供給回収装置により、搬送アーム２６先端の搬送爪２５上に載置されている。図示しない位置決めロボットにより搬送アーム２６が前進し、搬送ホルダ３４が突き上げ２８の直上に位置した時点で停止する。突き上げシリンダ２９を駆動し、突き上げ２８を上昇させてガラス素材を搬送ホルダ３４ごと搬送爪２５から加熱炉２７内部に搬入する。このとき、加熱炉２７および加熱炉４４はガラスの軟化点以上の温度（例えば８００℃）に設定しておく。ガラス素材が加熱炉２７内で軟化点付近の温度まで加熱されたら、突き上げシリンダ２９により突き上げ２８を下降させて、軟化したガラス素材を載置した搬送ホルダ３４を再度搬送爪２５上に載置する。
【００５２】
以下、ガラス素材をガラスレンズに成形し、搬出する工程は実施の形態１と同様のため、詳細な説明を省略する。
【００５３】
ガラスレンズの搬出後直ちに上型１ａおよび下型１ｂはランプヒータ４ａ，４ｂにより再度ガラス素材のガラス転移点以下の温度まで加熱される。一方、成形工程中には、次に成形するガラス素材を載置した搬送ホルダ３４を搬送爪４２上に載せた搬送アーム４３が、図示しない位置決めロボットにより前進し、搬送ホルダ３４が突き上げ４５の真上に位置した時点で突き上げ４５を上昇させてガラス素材を搬送ホルダ３４ごと搬送爪４２から加熱炉４４内部に搬入され予備加熱されている。
【００５４】
予備加熱されたガラス素材は、突き上げ４５の下降により搬送ホルダ３４ごと搬送爪４２に再度載置される。
【００５５】
以下、このガラス素材に対し実施の形態１と同様の工程で成形加工が行われる。以上の工程を、２個の加熱炉２７，４４、２個の搬送アーム２６，４３を交互に用いて繰り返すことにより、ガラス素材からガラスレンズを次々と成形することができる。
【００５６】
（効果）
本実施の形態によれば、実施の形態１で得られる効果の他に、加熱炉２７，４４を２個有することにより一方のガラス素材の成形中に、他方のガラス素材を時間的余裕を持って予備加熱することができたり、搬送アーム２６，４３を２個有することにより２個のガラス素材を全く独立に扱うことができるため、ガラス素材からガラスレンズをさらに効率よく次々と成形することが可能である。
【００５７】
なお、上記した具体的実施の形態から次のような構成の技術的思想が導き出される。
（付記）
（１）ガラス素材を加熱軟化して一対の成形用型で所望の形状に押圧成形する光学素子の成形方法において、大気中でガラス素材を予め軟化点付近の温度まで加熱する予備加熱工程と、前記ガラス素材をガラス転移点以下の温度まで加熱した一対の成形用型間に搬送した後押圧する予備成形工程と、押圧しながら前記ガラス素材と前記一対の成形用型をガラス素材の屈伏点付近の温度まで加熱する加熱工程と、前記ガラス素材と前記一対の成形用型を前記屈伏点付近の温度に一定時間保ちつつ前記ガラス素材を押圧して光学素子を成形する成形工程と、前記光学素子と前記一対の成形用型を略等温に保った状態で冷却する冷却工程と、前記光学素子と前記一対の成形用型がガラス転移点以下になった時点で強制的に前記一対の成形用型から前記光学素子を離型させる離型工程と、からなり、前記予備成形工程から離型工程までは非酸化雰囲気中で行うことを特徴とする光学素子の成形方法。
【００５８】
（２）前記成形工程によるガラス素材の押圧中に、次に成形するガラス素材を予備加熱することを特徴とする付記（１）記載の光学素子の成形方法。
【００５９】
（３）ガラス素材を予め軟化点付近の温度まで大気中で加熱する予備加熱手段と、一対の成形用型を加熱する加熱手段と、前記ガラス素材を前記一対の成形用型により押圧し光学素子を成形する成形手段と、加熱した前記ガラス素材を前記一対の成形用型間に搬送するとともに、成形された光学素子を前記一対の成形用型間から搬出する搬送手段と、前記光学素子と前記一対の成形用型を略等温に保った状態で冷却する冷却手段と、前記光学素子と前記一対の成形用型がガラス転移点以下になった時点で強制的に前記一対の成形用型から前記光学素子を離型させる離型手段と、からなり、前記加熱手段と成形手段と冷却手段および離型手段は非酸化性雰囲気中に配置したことを特徴とする光学素子の成形装置。
【００６０】
（４）前記予備加熱手段および搬送手段は、１または２つ設けたことを特徴とする付記（３）記載の光学素子の成形装置。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、ガラス素材を軟化点付近まで加熱するため、光学素子の成形初期にガラス素材を低い圧力で大きく変形させることができる一方、成形用型の温度はガラス転移点以下と低いため、光学素子を短時間で焼き付き等の不具合なく成形できる。また、型温度とガラス素材の温度を等温に近い状態で、ガラス転移点付近から屈伏点までわずかに上昇させるので加熱昇温に時間がかからず、成形のサイクルタイムを短縮することができる。さらに、光学素子と成形用型とがガラス転移点以下になるまで冷却を行った後、強制的に離型手段により強制的に離型を行うため高精度なガラスレンズを成形できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の成形機の側面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の成形機の型セット周辺の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１のガラス素材の搬送系の配置を示す上面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の型セットを構成するスリーブを示し、図４（ａ）は正面から見た斜視図および図４（ｂ）は側面から見た斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１の搬送アームを示し、図５（ａ）は正面図および図５（ｂ）は平面図である。
【図６】本発明の実施の形態１の成形工程を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２のガラス素材の搬送系の配置を示す上面図である。
【図８】本発明の実施の形態２の型セットを構成するスリーブを示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 型セット
１ａ 上型
１ｂ 下型
４ａ，４ｂ ランプヒータ
５ａ，５ｂ 反射板
８ 離型リング
１１ 離型エアシリンダ
１３ 上軸シリンダ
１５ 下軸シリンダ
２０ パージ室
２１，４１ 予備室
２５，４２ 搬送爪
２６，４３ 搬送アーム
２７，４４ 加熱炉
３２ 冷却ブロー
３３ ガラスレンズ
３４ 搬送ホルダ
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱軟化したガラス素材を一対の成形用型によりプレス成形して光学素子を得るための光学素子の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高精度ガラスレンズ等の光学素子を成形する方法または装置として、例えば特開平１１−１７１５６４号公報、特開平１１−１００２２１号公報に記載の発明がある。
【０００３】
特開平１１−１７１５６４号公報記載の発明は、予熱したガラス素材を予熱した上下型で加圧してガラス成形体を形成する工程と、形成されたガラス成形体を冷却する工程と、冷却されたガラス成形体を上下型から離型させる工程と、ガラス素材および上下型を予熱する工程を繰り返してガラス成形体を製造する方法に関する。
【０００４】
また、特開平１１−１００２２１号公報記載の発明は、加熱されたガラス素材をそれぞれ独立した加熱手段と外部との断熱手段を持つ、温度制御可能な上下型間に搬送して、ガラスレンズを押圧成形する装置に関する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−１７１５６４号公報記載の発明においては、ガラス素材の予熱温度を１０９ポアズ以下の粘度に相当する温度に、また型の予熱温度をガラス素材の予熱温度以下に設定すると記載されているが、型の予熱温度をガラス素材の転移点よりも高い温度に設定した場合、型とガラス素材に焼き付きが生じ易く、安定して良品の成形ができない。また、加熱方式に誘導加熱を用いているため、型の温度が均一になりにくく、成形したレンズの面精度が悪くなるとともに、高周波加熱コイルや冷却水の配管が必要になり、型周りの構成が複雑、かつ、大がかりになる。さらに、非酸化性雰囲気に置換された成形室内でガラス素材を加熱軟化させるため、ガラス内部に含まれる酸素の揮発で非酸化性雰囲気の酸素濃度が上昇して酸化により型にダメージを与える等の問題があった。
【０００６】
また、特開平１１−１００２２１号公報記載の発明においては、ガラス素材、上下成形型の温度の関係が詳細に記載されておらず、唯一記載されている実施の形態においても、ガラス素材の加熱温度が転移点以下と低く、このような温度ではガラスゴブやフラットピースのように中心部が厚いガラス素材から、両凹レンズ、凹メニスカスレンズなどの中心部が薄い光学素子を成形するにはガラス粘度が高いことにより、成形時に型上で再加熱する時間が非常に長くなるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、焼き付きなどの不具合のない高品質のガラス光学素子を短いサイクルタイムで成形できるとともに、型などの成形部材の酸化による劣化を最小限にとどめて光学素子のコストを削減することのできる光学素子の成形方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明の光学素子の成形方法は、ガラス素材を加熱軟化して一対の成形用型で所望の形状に押圧成形する光学素子の成形方法において、ガラス素材を予め軟化点付近の温度まで加熱する予備加熱工程と、前記ガラス素材をガラス転移点以下の温度まで加熱した一対の成形用型間に搬送した後、前記ガラス素材をガラス転移点以下の温度まで冷却しながら押圧する予備成形工程と、押圧しながら前記ガラス素材と前記一対の成形用型をガラス素材の屈伏点付近の温度まで加熱する加熱工程と、前記ガラス素材と前記一対の成形用型を前記屈伏点付近の温度に一定時間保ちつつ前記ガラス素材を押圧して光学素子を成形する成形工程と、前記光学素子と前記一対の成形用型を略等温に保った状態で冷却する冷却工程と、前記光学素子と前記一対の成形用型がガラス転移点以下になった時点で強制的に前記一対の成形用型から前記光学素子を離型させる離型工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、ガラス素材を軟化点付近まで加熱するため、光学素子の成形初期にガラス素材を低い圧力で大きく変形させることができる一方、成形用型の温度はガラス転移点以下と低いため、光学素子を短時間で焼き付き等の不具合なく成形できる。また、型温度とガラス素材の温度を等温に近い状態で、ガラス転移点付近から屈伏点までわずかに上昇させるので加熱昇温に時間がかからず、成形のサイクルタイムを短縮することができる。さらに、光学素子と成形用型とがガラス転移点以下になるまで冷却を行った後、離型手段により強制的に離型を行うため高精度なガラスレンズを成形できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
（構成）
本発明の実施の形態１の光学素子の成形機の構成を図１から図５に示す。図１は成形機の側面断面図である。図２は成形機の型セット周辺の拡大断面図である。図３はガラス素材の搬送系の配置を示す上面図である。図４（ａ）、図４（ｂ）はそれぞれ型セットを構成するスリーブの正面および側面から見た斜視図である。図５（ａ）、図５（ｂ）はそれぞれ搬送アームの正面図および平面図である。
【００１５】
上型１ａ、下型１ｂ、スリーブ１ｃよりなる型セット１はパージ室２０内に配置されている。上型１ａおよび下型１ｂは、パージ室２０の上壁面を貫通させた上軸２および下壁面を貫通させた下軸３のそれぞれの先端に固定されて上下に対向配置されており、上軸２および下軸３は、それぞれ駆動のための上軸シリンダ１３および下軸シリンダ１５に固定されている。上軸シリンダ１３はパージ室２０の上壁面上に取付部材を介して固定され、下軸シリンダ１５はべース３０上に固定されている。本実施の形態では、型セット１、上軸２、下軸３、上軸シリンダ１３、下軸シリンダ１５により成形手段を構成してある。
【００１６】
上型１ａおよび上軸２の周囲には、リング状のランプヒータ４ａとこれを取り囲むように反射板５ａが配置されている。反射板５ａは反射板固定具６ａを介してパージ室２０の上壁面に固定され、ランプヒータ４ａはランプヒータ固定具７ａを介して反射板固定具６ａに固定されている。パージ室２０は、支柱３１によってべース３０に固定されている。
【００１７】
一方、下型１ｂおよび下軸３の周囲には、リング状のランプヒータ４ｂとこれを取り囲むように反射板５ｂが配置されている。反射板５ｂは反射板固定具６ｂを介してパージ室２０の下壁面に固定され、ランプヒータ４ｂはランプヒータ固定具７ｂを介して反射板固定具６ｂに固定されている。ランプヒータ４ａおよび４ｂは、型セット１およびガラス素材をガラスの軟化点付近まで加熱する能力を有するものであればよい。本実施の形態では、ランプヒータ４ａ，４ｂおよび反射板５ａ，５ｂにより加熱手段を構成してある。
【００１８】
また、ランプヒータ４ｂの上部には、型セット１を取り囲むように、冷却手段としてのリング状の冷却ブロー３２が設けられ、図示されない配管により非酸化性の気体（ここでは窒素）を供給できるようになっている。冷却ブロー３２の内周側には、ガラスレンズを冷却するための窒素ガスを噴出する孔が多数設けられている。
【００１９】
スリーブ１ｃは、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、円筒状の本体１ｇの両側面に大きな穴１ｄを有するものである。本体１ｇは上型１ａ、下型１ｂの位置決めや、摺動時のガイドの役目をなし、穴１ｄは、後述する搬送アーム２６がスリーブ１ｃ内に進入する目的と、離型リング８によりスリーブ１ｃを支持する目的のために設けられている。
【００２０】
また、上型１ａの先端部を一部近接して囲むように配置された離型リング８は、パージ室２０の上壁面を貫通させたリング支持棒９を介してパージ室２０の外部にある固定板１０に取付けられており、固定板１０は成形されたガラスレンズを離型させるための離型エアシリンダ１１に固定されている。リング支持棒９、上軸２および下軸３がパージ室２０を貫通する部分には、それぞれ軸シールリング１２、軸シール１４ａおよび軸シール１４ｂが設けられ、空隙をシールすることによりパージ室２０の気密性を確保している。本実施の形態では、離型リング８と離型エアシリンダ１１により離型手段を構成してある。
【００２１】
パージ室２０の側面には、ガラス素材の搬入と、成形したレンズの搬出を行うための開口部２０ａが設けられており、開口部２０ａには前記搬入と搬出の際に開閉動作される第１シャッター１８が設けられている。第１シャッター１８には継手１７を介して、パージ室２０の内部上壁面に固定されている第１シャッター開閉シリンダー１６の動作が伝達されて軸部１８ａを中心に回動操作される。パージ室２０の開口部２０ａの第１シャッター１８と接する部分には、パージ室２０の気密性を確保するためにシャッターシールリング１９が設けられている。
【００２２】
パージ室２０の開口部２０ａには、予備室２１がその一端側の開口部を連結して設けられており、予備室２１の他端側の開口部には、予備室２１の気密性を確保するために第２シャッター２２が設けられている。第２シャッター２２は、開閉駆動用の第２シャッター開閉シリンダ２３に取付けられて上下方向に開閉可能となっており、第２シャッター開閉シリンダ２３は成形機のべース３０に固定されている。パージ室２０、予備室２１には図示しない配管が接続され、内部に非酸化性の気体（ここでは窒素）を供給できるようになっている。
【００２３】
予備室２１と型セット１とを結ぶ延長線上には、成形前のガラス素材および成形したガラスレンズを搬送するための搬送手段としての搬送アーム２６が、図示しない位置決めロボットによりパージ室２０に対して出入移動可能に設置されている。搬送アーム２６の先端には、図５（ａ）および図５（ｂ）で示すように、段部２５ａを有する略Ｕ字形状の開口を備えた搬送爪２５が設けられている。搬送爪２５は、その段部２５ａに搬送ホルダ３４を載置し、ガラス素材やガラスレンズを搬送するものである。搬送アーム２６の断面形状は、０．２ｍｍから０．５ｍｍのクリアランスをもって、予備室２１内部の断面形状に対応しており、搬送アーム２６が予備室２１に挿入された際には、予備室２１の開口部を閉塞し得るようになっている。
【００２４】
搬送ホルダ３４は、図２に示すように、内部にガラスレンズ（ガラス素材を含む。以下同じ）の収納部３４ａを有する円筒形状に形成され、その内周下部にはガラスレンズ３３を載置する載置部３４ｂが下型１ｂの成形部を挿通可能な大きさの穴３４ｃを形成するように設けられている。
【００２５】
予備室２１と型セット１とを結ぶ延長線上で予備室２１の外側には、突き上げ２８とこの突き上げ２８を上下駆動する突き上げシリンダ２９が設けられており、突き上げシリンダ２９はべース３０上に固設されている。突き上げ２８は、ガラス素材やガラスレンズを搬送する搬送ホルダ３４を搬送爪２５に載置したり、後述する加熱炉２７に搬入するためのものである。
【００２６】
突き上げ２８の上方には、ガラス素材を予め加熱するための予備加熱手段としての加熱炉２７が加熱炉支持板２４を介して、べース３０に固定されている。加熱炉２７は、ガラス素材をガラスの軟化点付近まで加熱する能力を有するものであれば、抵抗加熱炉、ランプヒータ等その種類は問わない。
【００２７】
また、図示はしないが、搬送アーム２６の搬送爪２５上に、ガラス素材を載置した搬送ホルダ３４を供給したり、成形したガラスレンズを載置した搬送ホルダ３４を搬送爪２５から回収したりする搬送ホルダ供給回収装置が、予備室２１と型セット１とを結ぶ延長線上で加熱炉２７に関して予備室２１の反対側に設置されている。
【００２８】
なお、型セット１と搬送ホルダ３４には耐熱性に優れるＷＣを用いた。
【００２９】
（作用）
上記構成の成形機を用いて、ガラスレンズを成形する工程を説明する。
図示しない配管を通じてパージ室２０、予備室２１に窒素ガスが導入され、１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気に保たれている。また、上型１ａおよび下型１ｂはランプヒータ４ａ、４ｂにより予めガラス素材のガラス転移点以下の温度まで加熱されている。
【００３０】
ガラス素材を載置した搬送ホルダ３４が、図示しない搬送ホルダ供給回収装置により、搬送アーム２６先端の搬送爪２５上に載置されている。図示しない位置決めロボットにより搬送アーム２６が前進し、搬送ホルダ３４が突き上げ２８の直上に位置した時点で停止する。突き上げシリンダ２９を駆動し、突き上げ２８を上昇させてガラス素材を搬送ホルダ３４ごと搬送爪２５から加熱炉２７内部に搬入する。このとき、加熱炉２７はガラスの軟化点以上の温度（例えば８００℃）に設定しておく。ガラス素材が加熱炉２７内で軟化点付近の温度まで加熱されたら、突き上げシリンダ２９により突き上げ２８を下降させて、軟化したガラス素材を載置した搬送ホルダ３４を再度搬送爪２５上に載置する。
【００３１】
第２シャッター開閉シリンダ２３を駆動して、第２シャッター２２を下降させて予備室２１の開口部を開いた直後、搬送アーム２６を予備室２１内に前進させる。このとき、搬送アーム２６と予備室２１の間に空隙はほとんどないので、予備室２１内の窒素がリークすることはない。
【００３２】
次に、第１シャッター開閉シリンダ１６を駆動して、継手１７を介して第１シャッター１８を移動してパージ室２０の開口部２０ａを開き、搬送アーム２６をさらに前進させて、搬送爪２５に載置された搬送ホルダ３４が、スリーブ１ｃの穴１ｄを通り型セット１の中央に位置したところで停止させる。
【００３３】
次に、下軸シリンダ１５を駆動して下型１ｂを突き上げ、ガラス素材を載置した搬送ホルダ３４を搬送爪２５から下型１ｂ上に移載し、成形位置まで移動させる。その後、搬送アーム２６を予備室２１外まで後退させるとともに、第１シャッター１８、第２シャッター２２を順次閉じて、パージ室２０、予備室２１内の窒素濃度が低下しないように維持する。図６は、成形工程におけるガラス素材および上型１ａ、下型１ｂの温度（以下、型温度という）、ならびにガラス素材に加えられる押圧力の変化を示したものであるが、この時点（予備加熱工程：工程Ｉ）のガラス素材の温度と型温度には大きな開きがあり、ガラス素材は搬送ホルダ３４の保温効果のために加熱炉２７から出された後も温度低下は少なく、低粘度の状態を維持している。
【００３４】
上軸シリンダ１３を駆動して上型１ａを下降させ、下型１ｂとの間でガラス素材を所望するガラスレンズの概略形状まで押圧成形する（予備成形工程：工程II)。この工程IIでは、図６に示すように、ガラス素材の温度は上型１ａとの接触により急激に低下し、型温度はわずかに上昇して等温となるが、ガラス転移点以下のため焼き付きは生じない。
【００３５】
概略形状にガラス素材の成形が終了したら、仕上げ成形のために、押圧を続行しながらランプヒータ４ａ，４ｂの出力を上げて型温度とガラス素材の温度を屈伏点付近まで上昇させる（加熱工程：工程III)。型温度とガラス素材の温度が屈伏点付近で等温となったら、工程IVのようにソークタイムをとる。工程IIIと工程IV（成形工程）において、概略形状に成形されたガラス素材は、所望する面精度に形状が転写される。
【００３６】
仕上げ成形が終了したら、ランプヒータ４ａ，４ｂの出力を落とすとともに、型セット１外周に冷却ブロー３２より窒素を吹き付けて、型とガラスレンズの等温状態を保ったままガラス転移点以下まで冷却する（冷却工程：工程Ｖ）。
【００３７】
最後に、型とガラスレンズの温度がガラス転移点以下に達したら、押圧を解除するとともに、上軸シリンダ１３により上型１ａを上昇させながら離型エアシリンダ１１により離型リング８を下降させることにより、離型リング８で搬送ホルダ３４およびガラスレンズ３３の外周を押さえ、搬送ホルダ３４およびガラスレンズ３３を下型１ｂ上に残す（離型工程：工程VI）。
【００３８】
次に、第１シャッター１８、第２シャッター２２を開いて、搬送アーム２６を前進させ搬送爪２５を搬送ホルダ３４の直下に挿入する。そして、下軸シリンダ１５により下型１ｂを下降させ、ガラスレンズ３３を載せた搬送ホルダ３４を搬送爪２５上に載置した後、搬送アーム２６を後退させて外部に搬出する。搬出されたガラスレンズは、図示しない搬送ホルダ供給回収装置により搬送ホルダ３４ごと回収される。
【００３９】
また、ガラスレンズの搬出後直ちに上型１ａおよび下型１ｂはランプヒータ４ａ，４ｂにより再度ガラス素材のガラス転移点以下の温度まで加熱される。一方、成形工程中には、次に加工されるガラス素材を載置した搬送ホルダ３４が、図示しない搬送ホルダ供給回収装置により、搬送アーム２６先端の搬送爪２５上に載置され、突き上げシリンダ２９の駆動により搬送ホルダ３４ごと加熱炉２７内部に搬入され予備加熱されている。
【００４０】
以上の工程を繰り返すことにより、ガラス素材からガラスレンズを次々と成形することができる。
【００４１】
（効果）
本実施の形態によれば、ガラス素材からガラスレンズを次々と成形することができ成形効率がよい。また、初期的にガラス素材を軟化点付近まで加熱するため、ガラスゴブやフラットピースのようなガラス素材から凹レンズや凹メニスカスレンズのような中心肉厚の薄いガラスレンズを成形する場合にも、ガラス素材の流動性がよく短時間で成形できる。また、型温度とガラス素材の温度を等温に近い状態で成形、冷却を行うため高精度なガラスレンズを成形できる。さらに、加熱炉２７がパージ室２０の外にあることでガラスの加熱に伴い発生する酸素によりパージ室２０内の酸素濃度が上昇しないこと、シール部材による気密性の向上でパージ室２０への外気の流入を抑えたことにより、パージ室２０内の酸素濃度を低く抑えることができ、型や治工具の酸化による劣化を防止することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の光学素子の成形機の構成を図７、図８に示す。図７はガラス素材の搬送系の配置を示す上面図であり、図８は型セットを構成するスリーブの斜視図である。
【００４３】
型セット１は、上型１ａと下型１ｂ（図１参照）およびスリーブ１ｅより構成され、パージ室２０内に配置されている。パージ室２０には、予備室２１を連結した開口部２０ａ（図１参照）を設けた側面と異なる側面（図７の上部側面）にも開口部が型セット１の配置位置に対応させて設けられており、この開口部に連結して予備室４１が設けられている。この開口部には、開口部を開閉するシャッターが開口部２０ａと同様に設けられるとともにシールが設けられ、パージ室２０の気密性を確保している。また、予備室４１の開口部にも予備室２１の開口部と同様にシャッターが開閉可能に設けられている。さらに、予備室４１には図示しない配管が接続され、非酸化性の気体（ここでは窒素）を供給できるようになっている。
【００４４】
前記スリーブ１ｅは、図８に示すように、円筒状の本体の四方の側面に大きな穴１ｆを有している。スリーブ１ｅの本体は上型１ａ、下型１ｂの位置決めや、摺動時のガイドの役目をなし、穴１ｆは、搬送アーム２６および予備室４１を挿通してパージ室２０内に挿入される後述の搬送アーム４３がスリーブ１ｅ内に進入するのと、離型リング８によりスリーブ１ｅを支持する目的のために設けられている。
【００４５】
予備室４１と型セット１とを結ぶ延長線上には、成形前のガラス素材および成形したガラスレンズを搬送するための搬送手段としての搬送アーム４３が、図示しない位置決めロボットにより移動可能に設置されている。搬送アーム４３の先端には、段部４２ａを形成した搬送爪４２が設けられ、搬送ホルダ３４を載置してガラス素材やガラスレンズを搬送する。搬送アーム４３、搬送爪４２および段部４２ａの形状は、実施の形態１の搬送アーム２６、搬送爪２５および段部２５ａの形状と同様である。
【００４６】
予備室４１と型セット１とを結ぶ延長線上で予備室４１の外側には、突き上げ４５とこの突き上げ４５を上下駆動する突き上げシリンダ（図示省略）が設けられており、この突き上げシリンダはべース３０上に固設されている。突き上げ４５は、ガラス素材やガラスレンズを搬送する搬送ホルダ３４を搬送爪４２に載置したり、後述する加熱炉４４に搬入するためのものである。
【００４７】
突き上げ４５の上方には、ガラス素材を予め加熱するための加熱手段としての加熱炉４４が加熱炉支持板（図示省略）を介して、べース３０に固定されている。
【００４８】
また、図示はしないが、搬送アーム４３の搬送爪４２上に、ガラス素材を載置した搬送ホルダ３４を供給したり、成形したガラスレンズを載置した搬送ホルダ３４を搬送爪４２から回収したりする搬送ホルダ供給回収装置が、予備室４１と型セット１とを結ぶ延長線上で加熱炉４４に関して予備室４１の反対側に設置されている。
その他の構成は実施の形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４９】
（作用）
上記構成の成形機を用いて、ガラスレンズを成形する工程を説明する。なお、以下の説明においては必要に応じて図１を参照するものとする。
【００５０】
図示しない配管を通じてパージ室２０、予備室２１、予備室４１に窒素ガスが導入され、１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気に保たれている。また、上型１ａおよび下型１ｂはランプヒータ４ａ、４ｂにより予めガラス素材のガラス転移点以下の温度まで加熱されている。
【００５１】
ガラス素材を載置した搬送ホルダ３４が、図示しない搬送ホルダ供給回収装置により、搬送アーム２６先端の搬送爪２５上に載置されている。図示しない位置決めロボットにより搬送アーム２６が前進し、搬送ホルダ３４が突き上げ２８の直上に位置した時点で停止する。突き上げシリンダ２９を駆動し、突き上げ２８を上昇させてガラス素材を搬送ホルダ３４ごと搬送爪２５から加熱炉２７内部に搬入する。このとき、加熱炉２７および加熱炉４４はガラスの軟化点以上の温度（例えば８００℃）に設定しておく。ガラス素材が加熱炉２７内で軟化点付近の温度まで加熱されたら、突き上げシリンダ２９により突き上げ２８を下降させて、軟化したガラス素材を載置した搬送ホルダ３４を再度搬送爪２５上に載置する。
【００５２】
以下、ガラス素材をガラスレンズに成形し、搬出する工程は実施の形態１と同様のため、詳細な説明を省略する。
【００５３】
ガラスレンズの搬出後直ちに上型１ａおよび下型１ｂはランプヒータ４ａ，４ｂにより再度ガラス素材のガラス転移点以下の温度まで加熱される。一方、成形工程中には、次に成形するガラス素材を載置した搬送ホルダ３４を搬送爪４２上に載せた搬送アーム４３が、図示しない位置決めロボットにより前進し、搬送ホルダ３４が突き上げ４５の真上に位置した時点で突き上げ４５を上昇させてガラス素材を搬送ホルダ３４ごと搬送爪４２から加熱炉４４内部に搬入され予備加熱されている。
【００５４】
予備加熱されたガラス素材は、突き上げ４５の下降により搬送ホルダ３４ごと搬送爪４２に再度載置される。
【００５５】
以下、このガラス素材に対し実施の形態１と同様の工程で成形加工が行われる。以上の工程を、２個の加熱炉２７，４４、２個の搬送アーム２６，４３を交互に用いて繰り返すことにより、ガラス素材からガラスレンズを次々と成形することができる。
【００５６】
（効果）
本実施の形態によれば、実施の形態１で得られる効果の他に、加熱炉２７，４４を２個有することにより一方のガラス素材の成形中に、他方のガラス素材を時間的余裕を持って予備加熱することができたり、搬送アーム２６，４３を２個有することにより２個のガラス素材を全く独立に扱うことができるため、ガラス素材からガラスレンズをさらに効率よく次々と成形することが可能である。
【００５７】
なお、上記した具体的実施の形態から次のような構成の技術的思想が導き出される。
（付記）
（１）ガラス素材を加熱軟化して一対の成形用型で所望の形状に押圧成形する光学素子の成形方法において、大気中でガラス素材を予め軟化点付近の温度まで加熱する予備加熱工程と、前記ガラス素材をガラス転移点以下の温度まで加熱した一対の成形用型間に搬送した後押圧する予備成形工程と、押圧しながら前記ガラス素材と前記一対の成形用型をガラス素材の屈伏点付近の温度まで加熱する加熱工程と、前記ガラス素材と前記一対の成形用型を前記屈伏点付近の温度に一定時間保ちつつ前記ガラス素材を押圧して光学素子を成形する成形工程と、前記光学素子と前記一対の成形用型を略等温に保った状態で冷却する冷却工程と、前記光学素子と前記一対の成形用型がガラス転移点以下になった時点で強制的に前記一対の成形用型から前記光学素子を離型させる離型工程と、からなり、前記予備成形工程から離型工程までは非酸化雰囲気中で行うことを特徴とする光学素子の成形方法。
【００５８】
（２）前記成形工程によるガラス素材の押圧中に、次に成形するガラス素材を予備加熱することを特徴とする付記（１）記載の光学素子の成形方法。
【００５９】
（３）ガラス素材を予め軟化点付近の温度まで大気中で加熱する予備加熱手段と、一対の成形用型を加熱する加熱手段と、前記ガラス素材を前記一対の成形用型により押圧し光学素子を成形する成形手段と、加熱した前記ガラス素材を前記一対の成形用型間に搬送するとともに、成形された光学素子を前記一対の成形用型間から搬出する搬送手段と、前記光学素子と前記一対の成形用型を略等温に保った状態で冷却する冷却手段と、前記光学素子と前記一対の成形用型がガラス転移点以下になった時点で強制的に前記一対の成形用型から前記光学素子を離型させる離型手段と、からなり、前記加熱手段と成形手段と冷却手段および離型手段は非酸化性雰囲気中に配置したことを特徴とする光学素子の成形装置。
【００６０】
（４）前記予備加熱手段および搬送手段は、１または２つ設けたことを特徴とする付記（３）記載の光学素子の成形装置。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、ガラス素材を軟化点付近まで加熱するため、光学素子の成形初期にガラス素材を低い圧力で大きく変形させることができる一方、成形用型の温度はガラス転移点以下と低いため、光学素子を短時間で焼き付き等の不具合なく成形できる。また、型温度とガラス素材の温度を等温に近い状態で、ガラス転移点付近から屈伏点までわずかに上昇させるので加熱昇温に時間がかからず、成形のサイクルタイムを短縮することができる。さらに、光学素子と成形用型とがガラス転移点以下になるまで冷却を行った後、強制的に離型手段により強制的に離型を行うため高精度なガラスレンズを成形できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の成形機の側面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の成形機の型セット周辺の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１のガラス素材の搬送系の配置を示す上面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の型セットを構成するスリーブを示し、図４（ａ）は正面から見た斜視図および図４（ｂ）は側面から見た斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１の搬送アームを示し、図５（ａ）は正面図および図５（ｂ）は平面図である。
【図６】本発明の実施の形態１の成形工程を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２のガラス素材の搬送系の配置を示す上面図である。
【図８】本発明の実施の形態２の型セットを構成するスリーブを示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 型セット
１ａ 上型
１ｂ 下型
４ａ，４ｂ ランプヒータ
５ａ，５ｂ 反射板
８ 離型リング
１１ 離型エアシリンダ
１３ 上軸シリンダ
１５ 下軸シリンダ
２０ パージ室
２１，４１ 予備室
２５，４２ 搬送爪
２６，４３ 搬送アーム
２７，４４ 加熱炉
３２ 冷却ブロー
３３ ガラスレンズ
３４ 搬送ホルダ
Claims (1)
- ガラス素材を加熱軟化して一対の成形用型で所望の形状に押圧成形する光学素子の成形方法において、ガラス素材を予め軟化点付近の温度まで加熱する予備加熱工程と、
前記ガラス素材をガラス転移点以下の温度まで加熱した一対の成形用型間に搬送した後、前記ガラス素材をガラス転移点以下の温度まで冷却しながら押圧する予備成形工程と、
押圧しながら前記ガラス素材と前記一対の成形用型をガラス素材の屈伏点付近の温度まで加熱する加熱工程と、
前記ガラス素材と前記一対の成形用型を前記屈伏点付近の温度に一定時間保ちつつ前記ガラス素材を押圧して光学素子を成形する成形工程と、
前記光学素子と前記一対の成形用型を略等温に保った状態で冷却する冷却工程と、
前記光学素子と前記一対の成形用型がガラス転移点以下になった時点で強制的に前記一対の成形用型から前記光学素子を離型させる離型工程と、
を有することを特徴とする光学素子の成形方法。
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