JPH09208239A - 光学素子の成形方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】タクトタイムを延長することなく、焼き付きや
成形不良のない良好な面精度の光学素子を得る。 【解決手段】搬送アーム６上に載置されたガラス素材１
３を加熱炉４で加熱軟化し、成形室１内に設けた一対の
成形型２、３間に搬送した後押圧成形する光学素子の成
形方法において、成形室１内はガラス転移点温度より低
い適正雰囲気温度に維持し、搬送アーム６が移動する軌
道上にてガラス素材を転移点付近の温度に加熱制御７し
つつ押圧成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、搬送アーム上に載
置されたガラス素材を加熱炉で加熱軟化し、成形室内に
設けた一対の成形型間に搬送した後押圧成形する光学素
子の成形方法とその装置に係わり、詳しくは成形室内に
おけるガラス素材の温度制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加熱炉内で加熱軟化したガラス素
材を一対の成形型間に搬送して、成形型により光学素子
を押圧成形する場合、成形型やその周辺部材の酸化によ
る性能劣化を防ぐために、窒素やアルゴンなどの不活性
ガス雰囲気中で成形が行われている。不活性ガスは成形
装置の成形室中の空気を絶えず置換するように流れ込ん
でいるために、成形室内の雰囲気温度はあまり上がら
ず、加熱炉内で加熱軟化されたガラス素材を成形型間に
搬送し、押圧するまでの工程中で搬送中のガラス素材の
外周部及び表面が成形室雰囲気温度により急冷されてし
まい、成形面の転写性に影響を及ぼすことがある。これ
らの現象は特に外径の大きいレンズや偏肉度の大きいレ
ンズでより顕著に現れている。

【０００３】この問題を解決するために、例えば、成形
室の内壁に成形室加熱ヒータを埋め込むことにより、成
形室の雰囲気温度を成形するプリフォームに使われてい
る硝材の転移点温度付近に制御して成形する光学素子の
成形方法および装置が、特開平２−２６７１２７号公報
に開示されている。この技術について、図４を用いて説
明する。

【０００４】図４において、１０１で示すのは成形室
で、成形室１０１内には、成形型たる上型１０２と下型
１０３とが収納されている。上型１０２は成形室１０１
の上板１０１ａの下面に固着され、下型１０３は下型設
置台１０４の上面に固着されている。そして、上型１０
２、下型１０３は対をなして同軸的に対向配置され、そ
の対向面には所望の光学素子に対応した高い面形状と面
粗度を有する成形面１０２ａ，１０３ａが形成されてい
る。即ち、成形面１０２ａ，１０３ａは、上型１０２、
下型１０３の温度測定を行う上型温度モニター部１０
６、下型温度モニター部１０７の先端に形成されてい
る。一方、下型１０３は、成形室１０１の下板１０１ｂ
に穿設された孔１０８を貫通して設けられた駆動軸１０
９の先端に下型設置台１０４を介して固着されるととも
に、駆動軸１０９の他端に連結された駆動部１１０の作
動により上型１０２に対して接近離反自在に設けられて
いる。下型設置台１０４と駆動軸１０９とは、断熱材１
１１を介して固着されている。

【０００５】成形室１０１の側壁１０１ｃには、ガラス
素材１１２および押圧成形後の光学素子（図示省略）を
成形室１０１に対して搬入および搬出するための窓１１
３が設けられている。そして、側壁１０１ｃには窓１１
３と対応する位置にガラス素材１１２を所定温度に加熱
軟化するためのガラス素材加熱ヒータ１１４ａを設けた
加熱炉１１４が連結されている。この窓１１３と加熱炉
１１４間には、断熱シャッタ１１５が設けられている。
断熱シャッタ１１５は、駆動部１１６に連結されてお
り、駆動部１１６の作動により上下動されて窓１１３を
開放、閉塞し得るようになっている。１１７は、ガラス
素材１１２を加熱炉１１４および成形室１０１内の上下
両型１０２、１０３間の成形ポイントに搬入し、押圧成
形後の光学素子を成形室１０１内から搬出するための搬
送アームで、搬送アーム１１７の先端部には、ガラス素
材１１２および光学素子を保持する搬送具１１８を載置
するための載置部１１９が形成されている。

【０００６】上記成形室１０１の内壁全面には、断熱板
１２０が設けられるとともに、下板１０１ｂの上面にも
断熱板１２１が設けられ、成形室１０１内の熱が外部に
放出されないようになっている。断熱板１２１の内壁全
面には、成形室１０１内を所定温度に加熱するための成
形室加熱ヒータ１２２が設置されている。更に、加熱炉
１１４の反対側における成形室１０１の側壁１０１ｄに
は、成形室１０１内の温度を測定し、成形室加熱ヒータ
１２２による加熱状態を制御するための成形室温モニタ
１２３が設置されている。成形室温モニタ１２３は、石
英管１２４内に収納されて設置され、下型１０３の上
昇、下降および搬送アーム１１７の搬出入の際に成形室
１０１内に外気が流入して変動した成形室温度を成形室
モニタ１２３により直接測定して判断した場合、流入し
た外気の温度に影響されて大きくオーバシュート、即ち
設定温度を超えた温度にまで成形室１０１内が加熱され
る状態となるのを防止し得るようになっている。

【０００７】一方、成形室１０１の下板１０１ｂには、
断熱材にて覆われたステンレスパイプ１２５を介して成
形室１０１内と連通する窒素ガス加熱炉１２６が連結さ
れている。窒素ガス加熱炉１２６は、窒素ガス加熱ヒー
タ１２７を備えた管状に構成され、一端には窒素ガス供
給装置（例えば窒素ガスタンク）１２８が接続されると
ともに、他端には上記ステンレスパイプ１２５と接続し
た窒素ガス温度モニタ部１２９が設けられている。窒素
ガス温度モニタ部１２９は、成形室１０１内に送り込ま
れる窒素ガスの温度測定を行うもので、窒素ガス加熱ヒ
ータ１２７を制御して、送り込まれる窒素ガスが成形室
１０１の温度に影響を与えないように成形室１０１の温
度とはほぼ同じ温度に設定し得るようになっている。そ
して、上記温度制御された窒素ガスは、ステンレスパイ
プ１２５を通じて下型設置台１０４の下から成形室１０
１内温度および成形用型温度等に影響を与えないよう
に、ほとんど流速が生じない状態にて成形室１０１内に
送り込まれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来技
術にはつぎのような問題点があった。即ち、成形室全体
の雰囲気温度をガラス転移点付近まで上げてしまうと、
押圧成形中のガラスの冷却が遅くなり、タクトタイムが
延びて生産性が低下する。さらに、成形型は通常ガラス
素材の転移点温度よりやや低い温度に制御されている
が、高い成形室温度の影響を受けて成形型の表面温度が
上昇し、ガラス素材が成形型に焼き付き、光学素子の成
形不良が発生し、成形型の補修が必要となる。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れてもので、請求項１に係る発明の課題は、タクトタイ
ムを延長することなく、焼き付きや成形不良のない良好
な面精度を得ることのできる光学素子の成形方法を提供
することである。請求項２または３に係る発明の目的
は、上記光学素子の成形方法を実施するための成形装置
を提供することである。

【００１０】

【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に係る発明は、搬送アーム上に載置された
ガラス素材を加熱炉で加熱軟化し、成形室内に設けた一
対の成形型間に搬送した後押圧成形する光学素子の成形
方法において、前記成形室内はガラス転移点温度より低
い適正雰囲気温度に維持し、前記搬送アームが移動する
軌道上にてガラス素材を転移点付近の温度に加熱制御し
つつ押圧成形することを特徴とする。請求項２または３
に係る発明は、ガラス素材を加熱軟化する加熱炉と、該
加熱炉に隣接する成形室と、該成形室内に設けた一対の
成形型と、ガラス素材を載置し前記加熱炉と前記成形室
とを移動する搬送アームとを備えた光学素子の成形装置
において、前記成形室の前記加熱炉と隣接する前記搬送
アームの軌道周囲に、ガラス素材を転移点温度付近に加
熱制御する手段を設けたことを特徴とする。

【００１１】請求項１に係る発明の作用では、成形室内
はガラス転移点温度より低い適正雰囲気温度に維持し、
搬送アームが移動する軌道上にてガラス素材を転移点付
近の温度に加熱制御しつつ押圧成形することにより、搬
送中のガラス素材は急冷を回避して均一な温度を押圧成
形直前まで保ち、成形型は適正な温度を維持する。請求
項２または３に係る発明の作用では、成形室の加熱炉と
隣接する搬送アームの軌道周囲に、ガラス素材を転移点
温度付近に加熱制御する手段を設けたことにより、加熱
炉から成形室に移送されるガラス素材を転移点温度付近
に加熱制御する手段によりガラス素材の急冷を回避し、
均一な温度に保つ。また、加熱制御する手段は搬送アー
ムの軌道周囲に限定されるため、成形室全体の雰囲気に
与える影響は少ない。請求項３に係る作用では、上記作
用に加え、加熱制御する手段は、前記搬送アームの軌道
を囲繞するように形成された円筒形の補助加熱装置であ
ることにより、熱効率が良く、必要スペースを最小にす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１〜図２は発明の実施の形態を
示し、図１は光学素子の成形装置の正面断面図、図２は
補助加熱装置の正面断面図、図３は補助加熱装置の右側
面図である。

【００１３】図１において、成形室１の内部には、成形
型たる上型２と下型３とが対向して配設されている。下
型３には主軸９が連設され、駆動装置１０により下型３
を上下に駆動させることができる。成形室１の左壁１ａ
には、加熱炉４が取着され、その内壁にヒータ５が内設
されている。成形室１と加熱炉４は貫通孔１ｂにより連
通し、貫通孔１ｂはシャッタ１５により、成形直前まで
閉塞している。シャッタ１５は、成形室１外の上部に取
着された開閉装置１６により開閉されるようになってい
る。成形室１の下部には、ガス供給管１２が連設され、
ガス供給管１２は、窒素発生装置１１に連結されてい
る。窒素発生装置１１は酸素を含まない不活性ガス、主
として窒素またはアルゴンを成形室１に供給する。

【００１４】搬送アーム６は、図示を省略した駆動手段
により、ガラス素材１３とガラス素材１３を載置するホ
ルダ１４とを加熱炉４に搬入し、さらに成形室１内の成
形位置まで搬送する。成形室１内部の搬送アーム６の軌
道上となる部分の左壁１ａには、円筒状の補助加熱装置
７が軌道を囲繞するように配設されている。図２および
図３は補助加熱装置７を示す。補助加熱装置７の内部に
は赤外線ヒータ８が内設されており、赤外線ヒータ８は
ドーナツ型の赤外線ランプが用いられている。熱効率を
上げるため、補助加熱装置７の内壁は、反射鏡板１７が
形成されている。補助加熱装置７の右側面には、細径の
筒７ａが立設され、ガラス素材１３およびホルダ１４を
載置した搬送アーム６が通過できる最小限の内径に形成
されている。

【００１５】上記成形装置を用いた光学素子の成形方法
について説明する。まず、図示を省略した供給装置によ
り、ガラス素材１３を載置したホルダ１４を搬送アーム
６に装着した後、搬送アーム６を加熱炉４に搬入し、ガ
ラス素材１３およびホルダ１４を、ガラス素材１３の表
面が軟化するまで加熱する。ガラス素材１３が軟化した
ら、シャッタ１５を開閉装置１６により開けて、搬送ア
ーム６を成形室１内部の成形位置まで搬送する。このと
き、ホルダ１４とガラス素材１３とは、補助加熱装置７
を通過して成形位置に達する。つぎに、主軸９を駆動装
置１０により駆動して、上型２と下型３とにより押圧成
形する。ガラスが冷却固化した後に、上型２および下型
３から成形品を離型してホルダ１４を成形室から搬出
し、成形作業を終了する。なお、成形室１内は、搬送ア
ーム６が搬入される前に、窒素発生装置より不活性ガス
が供給され、適正な成形温度の雰囲気にしてある。

【００１６】通常、搬送アーム６は加熱炉４からホルダ
１４とガラス素材１３とを成形室内に搬送する際に、成
形室１の雰囲気温度と加熱炉４内部の温度の差から急激
に冷却されるが、この現象はガラスのもつ熱量が少ない
部分、すなわち凹レンズでは中心部、凸レンズではレン
ズの外周部から進む。このようにレンズの外周部と中心
部とにおいて温度分布が生じると成形時には成形が終了
する前に（ガラスの流動が所定の量に達する前に）ガラ
スが固化してしまい、設計通りの面形状が得られないこ
とがある。このような現象を回避するためには、ガラス
が冷える前に成形するか、ガラスの冷却を遅延させるこ
とが有効である。

【００１７】本発明の実施の形態の成形方法では、補助
加熱装置７がガラス素材１３を搬送する軌道を加熱する
ことにより、ガラスの冷却を遅延して面精度の劣化を防
止する。また、赤外線ヒータ８は、主に輻射により対象
物を加熱するので、成形室１の雰囲気温度を必要以上に
上昇させることなく、搬送アーム６、ホルダ１４および
ガラス素材１３のみを加熱する。

【００１８】本発明の実施の形態によれば、ガラスの冷
却を遅延して面精度の劣化を防止すし、成形室内の雰囲
気温度を所定の温度に維持するので、タクトタイムを延
長することなく、焼き付きや成形不良のない良好な面精
度の光学素子を得ることができる。

【００１９】本発明の実施の形態では、補助加熱装置の
加熱手段として赤外線ランプを用いたが、これに替え
て、電熱ヒータやスポットヒータ等を用いても良い。た
だし、成形室１内のクリーン度を保持するために、なる
べく劣化した際に煤やゴミを生じない構造のものが望ま
しい。また、補助加熱装置は円筒型としたが、角筒型で
あってもよい。

【００２０】

【実施例１】発明の実施の形態で示した光学素子の成形
装置および成形方法を用いて、凸レンズを成形した場合
について説明する。ガラス素材１３には、予め所望する
レンズ形状に近い曲率半径に仕上げられた凸形状のプリ
フォーム（外径１５ｍｍ、中肉３．５ｍｍ、コバ肉１．
３ｍｍ）を用いた。ガラス素材１３の硝材はオハラ社製
のＰＢＨ６（転移点温度４５５℃）とした。加熱炉４の
炉内温度は７５０℃、上下型２、３は４４５℃に加熱し
た。また、補助加熱装置７は、中心温度で４４０℃とし
た。

【００２１】発明の実施の形態で示した光学素子の成形
装置で、補助加熱装置７なしにガラスを成形した場合に
は、転移点温度以上（本実施例では一部は５６０℃以
上）に加熱されているガラス素材１３を転移点温度以下
の温度の保たれている上下型２、３（型温度４４５℃）
にて成形する、従ってガラス素材１３は成形時に上下型
２、３によって急激に冷却される。凸レンズを成形する
場合には、肉厚が薄くて熱が早く上下型２、３に奪われ
る外周部からガラスは固化する。このため、凸レンズの
外周部があまり早く固化すると中心部が転写する前に変
形できなくなり、ヒケが生じる。また、凸レンズのガラ
ス素材１３は、外周部の肉厚が薄いので、加熱炉４から
の搬送中にも冷却されるために、成形開始時には既に温
度分布がガラス素材１３中に発生している。これを緩和
するためには、型温度を上昇させたり、加熱温度を上げ
たりすると有効ではあるが、これらは成形型の負担が大
きくなって、成形型の耐久性を損なう恐れがあり、温度
分布を小さくする根本的解決にはならない。

【００２２】従って、補助加熱装置７を用いて、加熱さ
れたガラス素材１３の冷却を遅延させることにより、成
形開始時にガラス素材１３の外周部と中心部の温度差が
より少ない状態で成形を開始することは、レンズ面の転
写性および成形型の耐久性の向上に効果を表すものであ
る。特に、外径がより大きいレンズやコバ肉と中肉との
差が大きいレンズを成形する際には効果が大きい。

【００２３】本実施例によれば、従来に比較してヒケの
少ないレンズを得ることができた。なお、比較例とし
て、補助加熱装置７の電源を切った状態（同一場所の測
定結果では雰囲気温度１７９℃）で同一条件で成形した
ところ、レンズ中心にヒケが生じた。また、補助加熱装
置７から漏れる熱のために、上下型２、３の一部が加熱
されて、レンズにアスが生じたり、焼き付きが起きたり
しなかった。

【００２４】

【実施例２】本実施例においては、実施例１の凸レンズ
に替えて、凹レンズを成形した場合について説明する。
ガラス素材１３には、予め所望するレンズ形状に近い曲
率半径に仕上げられた凹形状のプリフォーム（外径１５
ｍｍ、中肉１．１ｍｍ、コバ肉３．２ｍｍ）を用いた。
ガラス素材１３の硝材はオハラ社製のＰＢＨ６（転移点
温度４５５℃）とした。加熱炉４の炉内温度は７５０
℃、上下型２、３は４４５℃に加熱した。また、補助加
熱装置７は、中心温度で４６０℃とした。

【００２５】凸レンズを成形する場合には、ガラス素材
１３が加熱炉４から出ると、その中心部の温度が早く低
下する。これは、ガラス素材１３の中心部が薄くなって
おり、熱容量が小さいためである。このために熱分布が
大きい状態で成形すると中肉が潰せなかったり、外周部
が極端に引けてしまい、面精度が劣化する。しかし、発
明の実施の形態の成形装置および成形方法を用いること
により、半径方向の温度分布を少なくすることができる
ため、面精度を向上させる作用をする。

【００２６】本実施例によれば、従来に比較してヒケの
少ないレンズを得ることができた。なお、比較例とし
て、補助加熱装置７の電源を切った状態（同一場所の測
定結果では雰囲気温度１７９℃）で同一条件で成形した
ところ、レンズ外周部にヒケが生じた。また、補助加熱
装置７から漏れる熱のために、上下型２、３の一部が加
熱されて、レンズにアスが生じたり、焼き付きが起きた
りしなかった。

【００２７】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、搬送中の
ガラス素材は急冷を回避して均一な温度を押圧成形直前
まで保ち、成形型は適正な温度を維持するので、タクト
タイムを延長することなく、焼き付きや成形不良のない
良好な面精度の光学素子を得ることができる。請求項２
または３に係る発明によれば、加熱炉から成形室に移送
されるガラス素材を転移点温度付近に加熱制御する手段
によりガラス素材の急冷を回避し、均一な温度に保ち、
また、加熱制御する手段は搬送アームの軌道周囲に限定
されるため、成形室全体の雰囲気に与える影響は少ない
ので、この成形装置を用いてガラス素材を成形すれば、
タクトタイムを延長することなく、焼き付きや成形不良
のない良好な面精度の光学素子を得ることができる。請
求項３に係る発明によれば、上記効果に加え、熱効率が
良く、必要スペースを最小にするので、成形装置をコン
パクトにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態の光学素子の成形装置の正面
断面図である。

【図２】発明の実施の形態の補助加熱装置の正面断面図
である。

【図３】発明の実施の形態の補助加熱装置の右側面図で
ある。

【図４】従来技術の光学素子の成形装置の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 成形室 ２ 上型 ３ 下型 ４ 加熱炉 ６ 搬送アーム ７ 補助加熱装置 ８ 赤外線ランプ １３ ガラス素材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送アーム上に載置されたガラス素材を
   加熱炉で加熱軟化し、成形室内に設けた一対の成形型間
   に搬送した後押圧成形する光学素子の成形方法におい
   て、 前記成形室内はガラス転移点温度より低い適正雰囲気温
   度に維持し、前記搬送アームが移動する軌道上にてガラ
   ス素材を転移点付近の温度に加熱制御しつつ押圧成形す
   ることを特徴とする光学素子の成形方法。
2. 【請求項２】 ガラス素材を加熱軟化する加熱炉と、該
   加熱炉に隣接する成形室と、該成形室内に設けた一対の
   成形型と、ガラス素材を載置し前記加熱炉と前記成形室
   とを移動する搬送アームとを備えた光学素子の成形装置
   において、 前記成形室の前記加熱炉と隣接する前記搬送アームの軌
   道周囲に、ガラス素材を転移点温度付近に加熱制御する
   手段を設けたことを特徴とする光学素子の成形装置。
3. 【請求項３】 前記加熱制御する手段は、前記搬送アー
   ムの軌道を囲繞するように形成された円筒形の補助加熱
   装置であることを特徴とする請求項２記載の光学素子の
   成形装置。