JP3187903B2

JP3187903B2 - ガラス光学素子の成形装置

Info

Publication number: JP3187903B2
Application number: JP35494491A
Authority: JP
Inventors: 弘伊藤; 俊明林
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 2001-07-16
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JPH05170463A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上型及び下型からなる
成形型の間に加熱したガラス素材を配置し、そのガラス
素材を押圧成形してガラス光学素子を製造するガラス光
学素子の成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記成形装置にあっては、特に肉厚差の
大きいガラス成形品を成形する場合、厚肉部と薄肉部と
の冷却温度勾配の違いによって収縮量が異なるため、成
形品に均一な圧力を成形型で加えつつ冷却することがで
きず、形状精度を阻害する等の不具合が生じるため、特
開平２−５５２３５号公報及び特開平２−１１１６３５
号公報の成形型が提案されている。

【０００３】特開平２−５５２３５号公報の成形金型
は、一対の凸面成形型と胴型からなる精密ガラスプレス
用成形型で、熱源に接する型の一部にくりぬき部を設
け、凹状レンズの光学面部中心の温度を非光学面部の温
度より高く保ちつつ加圧冷却し得るように構成されてい
る。この成形型にあっては、成形型のくりぬき部により
空気断熱層を介在することで、加圧冷却時に収縮量の小
さいレンズ光学面中心の温度を高く保ち、収縮量の大き
い非光学面側との収縮差を縮めながら冷却することによ
り、形状精度の良好な高精度の成形レンズを得るようと
するものである。

【０００４】特開平２−１１１６３５号公報の成形金型
は、凹状の第１の光学面を有する第１の成形型と、凹状
の第２の光学面を有する第２の成形型と、前記第１およ
び第２の成形型を案内する胴型とを具備し、前記第１お
よび第２の成形型の少なくとも一方の光学面の背面の外
周部に凹部を設けて構成されている。また、前記成形型
の外周部に凹部を設けず、前記胴型より熱伝導率の低い
材料からなる第２の胴型を前記胴型の外側に設けて構成
されている。さらに、凸状の第１の光学面を有する第１
の成形型と、凸状の第２の光学面を有する第２の成形型
と、前記第１および第２の成形型を案内する胴型とを具
備し、前記第１および第２の成形型の少なくとも一方の
光学面の背面の中心部に凹部を設けて構成されている。
この成形金型にあっては、各工程における加熱ステージ
と成形型の凹部とは接触せず、熱伝達が制御されて成形
型間のガラス内部に温度差を生じにくくすることができ
る。また、胴型の外側に第２の胴型を設けることによ
り、レンズの外側周辺から熱が奪われるのを防ぎ、ガラ
ス内部に温度差を生じにくくすることができる。そし
て、凹状の光学面を有する成形型および第２の胴型を用
いた成形金型は凸レンズおよび凸メニスカスレンズの成
形に用い、一方、凸状の光学面を有する成形型は凹レン
ズおよび凹メニスカスレンズの成形に用いることによ
り、高精度のプレスレンズを製造しようとするものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平２−５
５２３５号公報の成形型にあっては、成形型の一部にく
りぬき部を設けなければならず、成形型の構造が複雑に
なり、成形型の加工コストの上昇を招いていた。また、
ガラス素材の加圧冷却時の温度制御をするための、くり
ぬき部の形状が複雑となる場合、成形型は難加工材であ
るために成形型の加工が大変になり更にコストが上昇す
るとともに、形状によっては加工が不可能なこともあっ
た。更に、成形する光学素子の形状に応じて、成形型に
それぞれくりぬき部を設けなければならず、成形型の作
成に多大な時間を要していた。

【０００６】一方、特開平２−１１１６３５号公報に成
形金型にあっても、上記成形型と同様にくりぬき部を設
けなければならず、上記と同様な問題点があった。ま
た、胴型の外側に第２の胴型を設けた場合、ガラス素材
の外周部からの放熱を抑えつつ加圧冷却されるので、冷
却効率が悪く、冷却に長時間を必要としていた。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、成形型にくりぬき部を設けることなく、肉
厚差の大きいガラス光学素子を、外周部と中心部との収
縮する速度を等しくして短時間で、安価にかつ高精度に
成形できるガラス光学素子の成形装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、上型及び下型からなる成形型を一対の型
マウントにそれぞれ位置決めして取付けたガラス光学素
子の成形装置において、前記成形型から型マウントに流
れる熱量を制御する伝熱部材を成形型と型マウントとの
間に設けて構成した。また、伝熱部材は、上型と下型と
の間のガラス光学素子の薄肉部に対応する位置に空洞部
を有する構成としてもよい。さらに、前記伝熱部材は、
熱伝導電率の異なる複合材料から構成してもよい。

【０００９】

【作用】上記構成にあっては、加熱軟化され上型と下型
によりプレスされたガラス素材は、成形型での冷却加圧
時に、ガラス素材の熱量は成形型から型マウントへと熱
伝導していくことによって冷却される。よって、成形型
と型マウントとの間に、伝導する熱量に分布を与える伝
熱部材に空気断熱層を設け、冷却中のガラス薄肉部の粘
度の上昇を遅延させることができる。また、伝熱部材を
成形型と別体とすることにより、加工性の比較的良好な
材料で伝熱部材を形成できる。さらに、熱伝導率の異な
る複合材料で伝熱部材を構成することにより、簡単な形
状で伝熱部材を構成できる。

【００１０】

【実施例１】図１は、本発明の実施例１のガラス光学素
子の成形装置における金型部を示す断面図、図２は、本
発明の実施例１のガラス光学素子の成形装置を示す断面
図で、凸レンズの成形装置を示してある。図２において
１で示すのは成形部で、加熱ヒータ２ａを備えた加熱炉
２が隣接されている。成形部１及び加熱炉２の周辺は、
石英ガラス管又はステンレス製管からなるカバー３及び
上ベース４，下ベース５により閉塞されており、カバー
３，上ベース４及び下ベース５により成形室６が形成さ
れている。上、下ベース４，５には、雰囲気ガス供給装
置（図示省略）に接続したガスノズル７が貫設され、こ
のガスノズル７を介して成形室６内に供給される窒素ガ
ス、不活性ガス又は還元性ガスにより成形室６内部の酸
化を防止している。上ベース４と下ベース５とは、図示
を省略してある部材を介して結合されており、上ベース
４と下ベース５との間の相互の距離、位置が変化しない
ように構成されている。

【００１１】成形室６内には、上金型部８と下金型部９
とが同一軸線上で相対的に接近・離反自在に対向配置さ
れている。上金型部８は上ベース４に固定され、下金型
部９はプレス軸１０の先端に固定されている。プレス軸
１０は、下ベース５に固定したハウジング１１内で軸受
け（摺動用軸受け）１２により軸方向へ摺動自在に保持
されるとともに、その下端で連結した駆動用シリンダ１
３によって昇降駆動自在に設けられている。

【００１２】上金型部８は、図１に示すように、上型マ
ウント１４，上型ヒータ１５，伝熱盤１６及び上型１７
より構成されている。上型マウント１４は、Ｓｉ₃ Ｎ₄
−Ａｌ₂ Ｏ₃ 系セラミックス（線膨張係数３．５×１０
^-6）からなり、その上端が上ベース４に固定されるとと
もに、その下端面（先端面）には上型１７を位置決めし
て固定するための凹部１４ａが設けられており、この凹
部１４ａの底面は平面仕上げされている。上型ヒータ１
５は、上型マウント１４内で凹部１４ａの底面付近に埋
設され、図示しない温度制御装置に接続されて所定の温
度に制御自在となっている。

【００１３】伝熱盤１６は、耐熱性ステンレス（熱伝導
率０．０４ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃，ビッカース硬度
１９６）からなり、下部（図において上側）外周に段部
１６ａを備えた平行な端面を有する凸形状で、全体の高
さ（端面間の距離）が上型マウント１４の凹部１４ａの
深さよりも小さく形成されている。この伝熱盤１６は、
凹部１４ａの底面と下部端面（以下、下端面という）を
接した状態で凹部１４ａ内に配置されている。

【００１４】上型１７は、超硬合金（熱伝導率０．３ｃ
ａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃，ビッカース硬度１４５０，線
膨張係数４．８×１０^-6）からなり、その成形面１７ａ
は所定の凹状に鏡面仕上げされるとともに、成形面１７
ａの反対側の端面（以下、下端面という）は平面仕上げ
されている。この上型１７は、上型マウント１４の先端
に設けられるとともに、その下部が凹部１４ａ内に収納
されている。凹部１４ａ内に収納された上型１７の下部
外周面の外径は、上型１７が上型ヒータ１５によって所
定の温度に加熱された時に、下部外周面が凹部１４ａの
内周面と密着し固定されるように、凹部１４ａの内周面
間で所定のクリアランスを有するように線膨張係数を考
慮した寸法に形成されている。また、この時、上型マウ
ント１４、伝熱盤１６及び上型１７は、熱伝導が良好に
行われるように互いに密着するとともに、伝熱盤１６の
段部１６ａと上型１７の下端面との間に空洞部１８が形
成される。

【００１５】下金型部９は、前記上金型部８と同様に下
型マウント１９，下型ヒータ２０，伝熱盤２１及び下型
２２からなり、その配置、構造等の構成は上金型部８と
同様であるので説明を省略する。

【００１６】図において２３で示すのは、光学ガラス素
材２４及びプレス成形後の光学素子を載置、搬送するキ
ャリアで、このキャリア２３はキャリア搬送用アーム２
５により保持され、加熱炉２内及び上、下型１７，２２
間に搬送されるように制御構成されている。

【００１７】次に、本実施例の成形装置の作用を説明す
る。まず、成形室６内に上、下ベース４，５のガスノズ
ル７から窒素ガス等を供給し、成形室６内部の酸素濃度
を１％以下に置換する。次に、加熱ヒータ２ａ，上型ヒ
ータ１５及び下型ヒータ２０により、加熱炉２，上金型
部８及び下金型部９を所定の温度に加熱する。この状態
において、キャリア２３内に光学ガラス素材２４を載置
し、キャリア搬送用アーム２５を加熱炉２内に搬送し、
上下のヒータ２ａにより光学ガラス素材２４を成形可能
状態（軟化点）になるまで加熱軟化処理する。

【００１８】次に、搬送用アーム２５を前進させ、キャ
リア２３と共に光学ガラス素材２４を上型１７、下型２
２間に搬送する。そして、下型２２をシリンダ１３によ
りプレス軸１０を介して上動し、上、下型１７，２２の
各成形面１７ａ，２２ａにより軟化状態の光学ガラス素
材２４をプレス成形する。このとき、上、下型１７，２
２の下端面外周部には、空洞部１８により空気断熱層が
形成されるため、プレス成形されている光学ガラス素材
２４の光学面部２４ａ外周の冷却速度は鈍化する。一
方、光学面部２４ａの中央及びその近傍は、伝熱盤１
６，２１を通じて上、下型マウント１４，１９へ熱が逃
げるので、急速に冷却する。従って、光学ガラス素材２
４の薄肉部である外周温度を厚肉部である中央部より高
い状態に保ちつつ光学ガラス素材２４が加圧冷却され、
均等に収縮する結果、所望の形状精度の光学素子を容易
に成形できる。

【００１９】上、下型１７，２２間でのプレス成形が終
了した後、下型２２を下降して離型し、加熱炉２と反対
側の成形室６側面に設けた徐冷炉（図示省略）中に搬送
アーム２５により搬送して、プレス成形された光学素子
を徐冷する。そして、徐冷が終了した後、徐冷炉内から
光学素子を取り出す。

【００２０】本実施例によれば、耐熱性ステンレス等の
加工性の比較的良好な材料によって伝熱盤１６，２１を
上、下型１７，２２とは別体で形成できるので、伝熱盤
１６，２１の形状を任意かつ容易に加工でき、安価に形
状精度の良好な光学素子を得ることができる。

【００２１】図３は、実施例１における伝熱盤１６，２
１の変形例を示す伝熱盤２５の断面図である。伝熱盤２
５は、コバ部から中心に向かって空間部２５ａを設けて
構成されている。この伝熱盤２５にあっても実施例１と
同様な作用、効果を得ることができる。なお、実施例
１，変形例においては、伝熱盤１６，２１，２５の材料
として耐熱性ステンレスを例に挙げて説明したが、これ
に限定されず、例えば快削性セラミックス、耐熱性金属
を用いて実施することができる。また、以下の実施例に
おいても同様である。

【００２２】

【実施例２】図４は、本発明の実施例２のガラス光学素
子の成形装置における伝熱盤の平面図、図５は、伝熱盤
の断面図である。本実施例の伝熱盤２６は、両平面部に
開口した貫通孔からなる複数の断熱孔２６ａを外周部ほ
ど多く分布させて構成してある。この断熱孔２６ａはそ
の直径を変化させ、その総面積を変化させても良く、ま
た、貫通孔とせずに片面あるいは両面に開口した凹部に
形成して実施できる。その他の構成は実施例１の成形装
置の構成と同様である。

【００２３】本実施例にあっては、断熱孔２６ａの分布
により、自在に光学ガラス素材の外周部を中心より遅い
冷却速度に制御でき、実施例１と同様な作用、効果を得
ることができる。

【００２４】

【実施例３】図６は、本発明の実施例３のガラス光学素
子の成形装置における伝熱盤の断面図である。本実施例
の伝熱盤２７は、両平面部における中心部と外周部の表
面粗さを異なるようにして構成したもので、中心部２７
ａの表面粗さに対して外周部２７ｂほど表面粗さが粗く
形成されている。

【００２５】本実施例にあっては、表面粗さの粗い外周
部では微細な空気断熱層が上、下型マウントと上、下型
との間に分布して介在し、実施例１と同様な作用、効果
が得られる。また、所望の表面粗さに形成することは容
易であり、伝熱盤２７を所望の形状に容易にかつ低コス
トで形成できる。

【００２６】

【実施例４】図７は、本発明に実施例４のガラス光学素
子の成形装置における金型部を示す断面図である。本実
施例の成形装置は凹レンズをプレス成形し得るように、
伝熱盤２８，２９及び上、下型３０，３１を構成したも
ので、その他の構成は実施例１と同様である。即ち、伝
熱盤２８，２９は、中央部に空洞部３２，３３を有し、
外周部に平行な端面を持つリング形状に形成されてい
る。また、上、下型３０，３１の成形面３０ａ，３１ａ
は、所定の凸状に形成され鏡面仕上げ加工されている。

【００２７】本実施例にあっては、伝熱盤２８，２９の
空洞部３２，３３により、上、下型マウント１４，１９
と上、下型３０，３１間に空気断熱層が形成されるた
め、光学ガラス素材２４の光学面部２４ａ中心の冷却速
度は鈍化する。一方、光学面部２４ａの外周部は伝熱盤
２８，２９を介して熱伝導が行われるので、急速に冷却
される。よって、光学ガラス素材２４の薄肉部である中
心部の温度を厚肉部である外周部より高い温度に保ちつ
つ、光学ガラス素材２４は加圧冷却され、均等に収縮す
る等、実施例１と同様な作用、効果を得ることができ
る。

【００２８】図８は、実施例４における伝熱盤２８，２
９の変形例を示す伝熱盤３５の断面図である。伝熱盤３
５は、平面部中心に凹部からなる空間部３５ａを設けて
構成したもので、この空間部３５ａは、上型マウント１
４又は下型マウント１９と接するいずれかの平面部に形
成してもよく、あるいは両平面部に形成して実施でき、
実施例４と同様な作用、効果を得ることができる。

【００２９】

【実施例５】図９は、本発明の実施例５のガラス光学素
子の成形装置における伝熱盤の平面図、図１０は、伝熱
盤の断面図である。本実施例の伝熱盤３６は、両平面部
に開口した貫通孔からなる複数の断熱孔３６ａを中心部
ほど多く分布させて構成してある。この断熱孔３６ａは
直径を変化させても良く、また、貫通孔とせず片面ある
いは両面に開口した凹部に形成して実施できる。その他
の構成は、実施例４の成形装置の構成と同様である。

【００３０】本実施例にあっては、断熱孔３６ａの分布
により、自在に光学ガラス素材の中心部を外周部より遅
い冷却速度に制御でき、実施例４と同様な作用、効果を
得ることができる。

【００３１】

【実施例６】図１１は、本発明に実施例６のガラス光学
素子の成形装置における伝熱盤の断面図である。本実施
例の伝熱盤３７は、両平面部における中心部と外周部の
表面粗さを異なるようにして構成したもので、外周部３
７ａの表面粗さに対して中心部３７ｂほど表面粗さが粗
く形成されている。

【００３２】本実施例にあっては、表面粗さ、の粗い中
心部では微細な空気断熱層が上、下型マウントと上、下
型との間に分布して介在し、実施例４と同様な作用、効
果が得られる。また、所望の表面粗さに形成することは
容易であり、伝熱盤３７を所望の形状に容易にかつ低コ
ストで形成できる。

【００３３】

【実施例７】図１２は、本発明の実施例７のガラス光学
素子の成形装置における伝熱盤の断面図である。本実施
例の伝熱盤３８は凸レンズを形成する際に用いるものを
示し、熱導電率の異なる材質からなる２つの部材で構成
されている。即ち、伝熱盤３８は、外周部材３８ａをリ
ング形状に形成し、中央部材３８ｂを外周部材３８ａの
中心部に嵌合して一体的に形成されており、熱伝導率は
中心部材３８ｂの方が外周部部材３８ａよりも大きい材
料で構成されている。表１は、外周部材３８ａの材料と
中央部材３８ｂの材料との組合わせを例示したものであ
る。

【００３４】

【表１】

【００３５】本実施例にあっては、外周部材３８ａは熱
伝導率が小さいので、光学ガラス素材の光学面部外周の
冷却速度は鈍化する。一方、光学面部中央は熱伝導率の
大きい中央部材３８ｂを介して熱伝導が行われるので、
急速に冷却される。よって、光学ガラス素材の薄肉部で
ある外周部の温度を厚肉部である中心部より高く保ちつ
つ、光学ガラス素材は加圧冷却され、均等に収縮する
等、実施例１と同様な作用、効果を得ることができる。
また、光学素子の肉厚差に応じて、外周部材３８ａと外
周部材３８ｂの熱伝導率の差を考慮することにより簡単
に伝熱盤を得ることができる。なお、凹レンズを成形す
る場合には、上記伝熱盤３８の構成と逆に、外周部材３
８ａを中央部材３８ｂよりも熱伝導率の大きい材料で伝
熱盤を構成して実施することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、成形型と型マウントと
の間に伝熱部材を設けたので、ガラス素材から電動する
熱量に分布を与え、冷却中のガラス素材の薄肉部におけ
る冷却を押えるとともに、厚肉部における冷却を促進で
きる。よって、ガラス薄肉部の粘度上昇を遅延させるこ
とができ、形状精度の良好な光学素子を成形できる。ま
た、前記伝熱部材を成形型とは別体で構成したので、伝
熱部材の材料として比較的加工性の良好な材質のものを
選択でき、安価な光学素子を得ることができる。さら
に、伝熱部材を熱伝導率の異なる複合材料で構成するこ
とにより、簡単な形状の材料を組合わせることで伝熱部
材を形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のガラス素材の成形装置にお
ける金型部を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例１のガラス光学素子の成形装置
を示す断面図である。

【図３】実施例１における伝熱盤の変形例を示す断面図
である。

【図４】本発明の実施例２のガラス光学素子の成形装置
における伝熱盤を示す平面図である。

【図５】図４に示した伝熱盤の断面図である。

【図６】本発明の実施例３のガラス光学素子の成形装置
における伝熱盤を示す断面図である。

【図７】本発明の実施例４のガラス光学素子の成形装置
における金型部を示す断面図である。

【図８】実施例１における伝熱盤の変形例を示す断面図
である。

【図９】本発明の実施例５のガラス光学素子の成形装置
における伝熱盤を示す平面図である。

【図１０】図９に示した伝熱盤の断面図である。

【図１１】本発明の実施例６のガラス光学素子の成形装
置における伝熱盤を示す断面図である。

【図１２】本発明の実施例７のガラス光学素子の成形装
置における伝熱盤を示す断面図である。

【符号の説明】

１４上型マウント１６，２１，２５，２６，２７，２８，２９３５，３６，３７，３８伝熱盤１７上型１８空洞部１９下型マウント２２下型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C03B 9/00 - 17/06 C03B 19/00 - 19/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上型及び下型からなる成形型を一対の型
マウントにそれぞれ位置決めして取付けたガラス光学素
子の成形装置において、前記成形型から型マウントに流
れる熱量を制御する伝熱部材を成形型と型マウントとの
間に設けたことを特徴とするガラス光学素子の成形装
置。
【請求項２】前記伝熱部材は、上型と下型との間のガ
ラス光学素子の薄肉部に対応する位置に空洞部を有する
ことを特徴とする請求項１記載のガラス光学素子の成形
装置。
【請求項３】前記伝熱部材は、熱伝導電率の異なる複
合材料からなることを特徴とする請求項１記載のガラス
光学素子の成形装置。