JP7066533B2 - ガラスレンズ成形型 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスレンズを成形する成形型に関する。

ガラスレンズの製造において、素材となるガラスを概略の形状にしてから研削や研磨によって仕上げる方法が従来から用いられている。近年では、加熱して軟化させた状態のガラスに対して成形用の型（以下、成形型）による押圧成形を行って、研削や研磨を経ずにガラスレンズを製造する方法も実用化されている（例えば、特許文献１）。このような成形型を用いた成形により、球面レンズのみならず、複雑な形状の非球面レンズ等も、低コストで大量に生産することが可能になった。

押圧成形では、成形型の表面形状（成形面）が被成形物に転写されるため、成形型の精度が極めて需要になる。例えば、押圧時に作用する負荷や加熱を起因とした変形を生じないように、成形型には高い剛性と耐熱性が求められる。また、成形型への被成形物の貼り付きや被成形物の割れを防ぐために、成形型が被成形物に対して適切な熱膨張率を有することも必要となる。

以上のような条件を満たすものとして、金属やセラミックス等を素材とした成形型が広く用いられている。しかし、このような成形型を精度のばらつきを抑えながら削り出し等で個別に製造するには、コストと手間がかかる。特に、光学機器用のガラスレンズを大量生産する場合には、成形型も多く必要とされる。その対策として、ガラス製の成形型を用いる技術が提案されている（例えば、特許文献２、３）。

具体的には、基準となる成形面を有するマスター型（母型）を準備し、加熱により軟化させた成形型用ガラス材料をマスター型で押圧成形することによって、マスター型の成形面が転写されたガラス製の成形型（以下、ガラス製成形型）が得られる。ガラス製成形型は、高精度のマスター型を一旦製造してしまえば量産が容易で、形状設定の自由度が高いという利点がある。

特開平６－１２７９５６号公報 特許第２６１６９６４号公報 特開平２－１０２１３６号公報

ガラス製成形型の課題として、金属やセラミックス製の成形型に比して、高温下での成形を繰り返す場合の耐熱性や、外部からの衝撃に対する耐衝撃性の確保が難しいことがあり、耐久性の向上が望まれていた。その対策として、特許文献３では、ガラス製成形型を構成する素材ガラスと熱膨張率（線膨張係数）がほぼ等しい金属またはセラミックスからなる接合体を、ガラス製成形型に接合して一体化させている。

しかしながら、ガラス製成形型に対して他材料からなる接合体を接合する構成は、接合体の熱膨張率がガラス製成形型と同等であることが要求されるため、材料選択の自由度が低い。また、ガラス製成形型と接合体の熱膨張率を完全に一致させることは困難であるため、接合で一体化させた状態で加熱すると、熱膨張率の違いによって互いの接合箇所にストレスが加わることは避けられない。さらに、ガラス製成形型と接合体とを一体化する際には、ガラス製成形型における中心軸（ガラス製成形型により成形されるレンズの光軸）と接合体の中心軸を高精度に一致させる必要があり、製造の難度が高く手間やコストがかかる。

特許文献１には、ガラスレンズを成形するキャビティ面を有するキャビティダイと、キャビティダイよりも線膨張係数が小さい材料からなる金型とを組み合わせて成形型を構成する技術が記載されている。金型には、キャビティダイの先端側（成形面を有する側）に進むにつれて徐々に径が大きくなる断面円錐台形の孔が形成され、この孔がキャビティダイに嵌着されている。金型の孔の内周面とキャビティダイの周面がそれぞれ、相互に摺接可能な状態で重合するテーパ面となっており、テーパ面の重合状態でキャビティダイと金型の中心軸のずれを防ぐことができる。しかし、キャビティダイと金型が接合されていないため、成形型を離間させた状態で金型からキャビティダイが脱落するおそれがあり、実用性が低い。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、生産性、耐久性、精度の高さ、実用性に優れたガラスレンズ成形型を提供することを目的とする。

本発明は、ガラスレンズを押圧成形するガラスレンズ成形型において、型移動方向に延びる内部空間を有する胴型と、胴型の内部空間に型移動方向へ移動可能に挿入され、型移動方向の一端に基材側当接部を有する金属又はセラミックス製の型基材と、ガラスレンズの素材である被成形ガラスよりもガラス転移温度が高いガラスからなり、ガラスレンズの一方のレンズ面を形成する成形面と、型移動方向で成形面と反対側に向き基材側当接部に対して接離可能な型側当接部とを有するガラス製成形型と、ガラス製成形型の成形面に対向してガラスレンズの他方のレンズ面を形成する第２の成形面を有し、ガラス製成形型と型移動方向に相対移動可能な対向型と、を備える。基材側当接部と型側当接部の少なくとも一方は、型移動方向に延びる軸線を中心とする円錐面の一部である調芯面を有し、基材側当接部と型側当接部の当接により型基材に対してガラス製成形型を型移動方向及び型移動方向と垂直な方向で一定位置に保持する。さらに、ガラス製成形型は成形面の周囲に被規制面を有し、胴型の内部には型移動方向で被規制面に対向する規制面を有し、規制面に対する被規制面の当接により、基材側当接部から型側当接部を離間させる方向への、胴型に対するガラス製成形型の移動量を制限する。

規制面と被規制面はそれぞれ、中心となる軸線が調芯面と共通である円錐面の一部からなることが好ましい。これにより、規制面と被規制面が当接した状態で、型基材に対するガラス製成形型の安定性を高めることができる。

成形面と第２の成形面の間でガラスレンズを押圧成形した状態で、被規制面と規制面が離間するように設定される。これにより、規制面と被規制面は、押圧成形時のガラス製成形型と対向型の位置精度には影響を及ぼさない。

対向型は、金属又はセラミックス製の第２の型基材と、ガラスレンズの素材である被成形ガラスよりもガラス転移温度が高いガラスからなる第２のガラス製成形型とによって構成できる。第２の型基材は、胴型の内部空間に型移動方向に移動可能に挿入され、型移動方向の一端に第２の基材側当接部を有する。第２のガラス製成形型は、第２の成形面と、型移動方向で第２の成形面と反対側に向き第２の基材側当接部に対して接離可能な第２の型側当接部とを有する。そして、第２の基材側当接部と第２の型側当接部の少なくとも一方は、前記軸線を中心とする円錐面の一部である調芯面を有し、第２基材側当接部と第２の型側当接部の当接により第２の型基材に対して第２のガラス製成形型を型移動方向及び型移動方向と垂直な方向で一定位置に保持する。

以上の本発明のガラスレンズ成形型によれば、ガラスレンズのレンズ面を成形する成形面を有する部分をガラス製成形型とし、このガラス製成形型に当接する金属又はセラミックス製の型基材を胴型内で移動可能に支持させている。そのため、ガラス製成形型を低コストで大量生産できると共に、耐熱性や耐衝撃性に優れる型基材によって耐久性を向上させることができる。また、ガラス製成形型と型基材は、接合固定されずに互いの当接部の当接によって相対的な位置を定めるので、ガラス製成形型と型基材の熱膨張率の違いによる負荷がかかりにくく、高精度な型精度を得られると共に、ガラス製成形型や型基材における材料の選択自由度が高い。また、型基材から離間する方向へのガラス製成形型の移動量を制限する規制面及び被規制面を備えるので、ガラス製成形型と型基材が固定されない構成でありながら取り扱いや運用が容易であり、優れた実用性を得ることができる。

本実施形態のガラスレンズ成形型における押圧成形の準備状態を示す断面図である。 ガラスレンズ成形型における押圧成形完了状態を示す断面図である。 押圧成形完了後に上型ユニットと下型ユニットを離間させて成形後のガラスレンズを取り出す工程を示す断面図である。

本実施形態のガラスレンズ成形型１０は、上型ユニット１１と下型ユニット（対向型）１２を基準軸（軸線）Ｘに沿って相対移動させて、成形前の被成形ガラスであるガラスプリフォーム１３（図１）を押圧加工してガラスレンズ１４（図２、図３）を成形するものである。

図３に示すように、ガラスレンズ１４は両方のレンズ面１４ａ、１４ｂが非球面である非球面レンズであり、一方のレンズ面１４ａが凹面、他方のレンズ面１４ｂが凸面となっている。また、ガラスレンズ１４の周縁には環状のコバ部１４ｃが形成される。

ガラスレンズ成形型１０は、上型ユニット１１と下型ユニット１２をガイドする胴型２０を備えている。上型ユニット１１は、上型基材（型基材）３０と上型（ガラス製成形型）４０を備えている。下型ユニット１２は、下型基材（第２の型基材）５０と下型（第２のガラス製成形型）６０を備えている。上型４０と下型６０は後述する条件を満たすガラス製である、胴型２０と上型基材３０と下型基材５０は非ガラス製の材料からなり、具体的には、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）のようなセラミックス、あるいは超硬合金のような金属で形成されている。

基準軸Ｘは、ガラスレンズ成形型１０により成形されるガラスレンズ１４の光軸に一致するものである。上型４０と下型６０は、それぞれの中心軸が基準軸Ｘと一致するように上型基材３０と下型基材５０を介して位置決め（芯出し）された状態で押圧成形を行う。この位置決めの詳細については後述する。以下の説明では、基準軸Ｘに沿う方向を上下方向（型移動方向）とし、基準軸Ｘに対して垂直な方向を径方向とする。

胴型２０は、基準軸Ｘを囲む筒状体であり、上下方向に貫通する内部空間Ｓ（図３）を内側に有する。胴型２０の内側には、上端側から上下方向に所定の範囲で上部内面２１が形成され、下端側から上下方向に所定の範囲で下部内面２２が形成されている。上部内面２１と下部内面２２はそれぞれ、基準軸Ｘを中心とする円筒面（円筒の内面）であり、上部内面２１の内径が下部内面２２の内径よりも大きい。

胴型２０の内部には、上部内面２１と下部内面２２の間に上型規制面（規制面）２３が設けられている。より詳しくは、胴型２０には、内径方向へ向けて突出する突出部２４が周方向に連続して環状に設けられており、突出部２４上に上型規制面２３が形成されている。上型規制面２３は、基準軸Ｘを中心とする円錐面（円錐の内面）の一部であり、下方に進むにつれて径を小さくする。すなわち、上型規制面２３は、上部内面２１から離れて下方に進むにつれて内径側への突出量を大きくするテーパ形状となっている。

上部内面２１の下端部分（突出部２４の上部）に、胴型２０を径方向へ貫通する貫通孔２５が形成されている。また、下部内面２２の上端部分（突出部２４の下部）に、胴型２０を径方向へ貫通する貫通孔２６が形成されている。

上型基材３０は、胴型２０の内部に上下方向へ移動可能に挿入される。上型基材３０の外面には、上部内面２１の内径サイズに対応する外径サイズを有する円筒状のスライド案内面３１が形成されている。上部内面２１とスライド案内面３１の当接によって、胴型２０と上型基材３０の互いの中心軸が一致する。この胴型２０と上型基材３０の中心軸は基準軸Ｘと一致している。また、上部内面２１に対してスライド案内面３１は、傾きやガタつきを生じずに上下方向に摺動可能に支持される。なお、基準軸Ｘを中心とする周方向への胴型２０と上型基材３０の相対回転を防ぐように、胴型２０と上型基材３０の間に回転規制構造を備えてもよい。

ガラスレンズ成形型１０は、胴型２０に対して上型基材３０を上下方向に移動させる駆動手段７０と、胴型２０に対して下型基材５０を上下方向に移動させる駆動手段７１とを有する。

上型基材３０の下端（型移動方向の一端）には、調芯面（基材側当接部）３２と底面３３が形成されている。調芯面３２は、基準軸Ｘを中心とする円錐面（円錐の内面）の一部であり、上方に進むにつれて径を小さくする。底面３３は、調芯面３２の上端を塞ぐ平面である。上型基材３０の下端は、テーパ形状の調芯面３２によるすり鉢状の凹部になっている。

上型基材３０には上下方向に貫通する吸引孔３４が形成されている。吸引孔３４の中心線は基準軸Ｘとほぼ一致している。吸引孔３４の下端は、底面３３の中央に開口している。吸引孔３４の上端は、上型基材３０の上端面に開口して、吸引源１５から延びる吸引管１６に接続している。

ガラスレンズ成形型１０の完成状態（図１）で成形するときに真空ガス置換が行われる。その際、吸引源１５を駆動して、吸引管１６及び吸引孔３４を通じて、上型基材３０の底面３３と上型４０の上面４４との間のエア抜きを行う。また、この吸引源１５から吸引孔３４までの吸引構造を用いて、上型基材３０の下端の凹部（調芯面３２と底面３３で囲まれる領域）に、上型４０を吸着保持する吸引力を作用させることができる。

下型基材５０は、大径部５１と、大径部５１よりも小径で大径部５１から上方へ突出する小径部５２を有している。大径部５１は、胴型２０とほぼ同じ外径サイズを有している。小径部５２の外面には、胴型２０の下部内面２２の内径サイズに対応する外径サイズを有する円筒状のスライド案内面５３が形成されている。

下型基材５０は、胴型２０に対して下方から小径部５２を挿脱可能である。胴型２０に対する小径部５２の挿入状態では、下部内面２２とスライド案内面５３の当接によって、胴型２０と下型基材５０との同心性が保たれる（下型基材５０の中心軸が基準軸Ｘと一致する）。また、下部内面２２に対してスライド案内面５３は、傾きやガタつきを生じずに上下方向に摺動可能に支持される。なお、基準軸Ｘを中心とする周方向への胴型２０と下型基材５０の相対回転を防ぐように、胴型２０と下型基材５０の間に回転規制構造を備えてもよい。

胴型２０の下端が大径部５１に当接することによって、胴型２０に対する小径部５２の最大挿入量が決まる（図１、図２参照）。この最大挿入状態で、小径部５２の上端は貫通孔２６よりも下方に位置する。すなわち、貫通孔２６及びその上方の貫通孔２５が下型基材５０によって塞がれることはない。

下型基材５０の上端（型移動方向の一端）には、調芯面（第２の基材側当接部）５４と凹部５５と内周面５６が形成されている。調芯面５４は、基準軸Ｘを中心とする円錐面（円錐の内面）の一部であり、下方に進むにつれて径を小さくする。凹部５５は、調芯面５４の中心部からさらに下方へ凹設されている。内周面５６は、基準軸Ｘを中心とする円筒状の面（円筒の内面）であり、調芯面５４の上端縁から上方に突出している。下型基材５０の上端は、テーパ形状の調芯面５４を内面に含むすり鉢状の凹部になっている。

下型基材５０には上下方向に貫通する吸引孔５７が形成されている。吸引孔５７の中心線は基準軸Ｘとほぼ一致している。吸引孔５７の上端は凹部５５の底面中央に開口しており、吸引孔５７の下端は、吸引源１７から延びる吸引管１８に接続している。

ガラスレンズ成形型１０の完成状態（図１）での真空ガス置換の際に、吸引源１７を駆動して、吸引管１８及び吸引孔５７を通じて、下型基材５０の凹部５５と下型６０との間のエア抜きを行う。また、この吸引源１７から吸引孔５７までの吸引構造を用いて、小径部５２の上端部（調芯面５４と凹部５５と内周面５６で囲まれる凹状部分）に、下型６０を吸着保持する吸引力を作用させることができる。

上型４０と下型６０は、互いに対向する側に成形面４１と成形面（第２の成形面）６１を有している。上型４０において、成形面４１を有する側を表面側とし、その反対側を裏面側とする。同様に、下型６０において、成形面６１を有する側を表面側とし、その反対側を裏面側とする。成形面４１と成形面６１はそれぞれ、ガラスレンズ１４の一方のレンズ面１４ａと他方のレンズ面１４ｂに対応する形状の非球面である。成形面６１は、レンズ面１４ｂの凸面形状に対応する凹面部の周縁に、コバ部１４ｃに対応する円筒面部を有している。なお、本発明は、図示するガラスレンズ１４以外の形態のガラスレンズの成形にも適用が可能であり、成形面４１や成形面６１の形状はレンズ形状に応じて適宜設定される。

成形面４１や成形面６１上にはコーティング層（図示略）を形成してもよい。コーティング層は炭素膜等からなり、ガラスレンズ１４を構成する被成形ガラスの融着を抑える効果を有する。コーティング層は単層構造でもよいし、異なる組成からなる複層構造のコーティング層を設けることもできる。あるいは、コーティング層を備えずに成形面４１や成形面６１が露出した構成も選択可能である。

上型４０の表面側には、成形面４１の周囲に被規制面４２が形成されている。被規制面４２は、基準軸Ｘを中心とする円錐面（円錐の外面）の一部であり、下方に進むにつれて径を小さくする。成形面４１と被規制面４２の間には、基準軸Ｘを中心とする環状の段部４３が形成されている。

上型４０の裏面側には、成形面４１の裏側に位置する上面４４と、被規制面４２の裏側に位置する調芯面（型側当接部）４５が形成されている。調芯面４５は、基準軸Ｘを中心とする円錐面（円錐の外面）の一部であり、上方に進むにつれて径を小さくする。調芯面４５は、上型基材３０の調芯面３２と同一の（頂角が等しい）円錐面の一部である。

上型４０にはさらに、被規制面４２と調芯面４５の間に円筒状の外周面４６が形成されている。外周面４６の外径サイズは、胴型２０の上部内面２１の内径サイズよりも小さく、後述する上型４０の位置決め状態では外周面４６は上部内面２１から径方向に離間する。

上型４０は、調芯面４５を調芯面３２に当接させることによって、上型基材３０に対する位置が定まる。調芯面３２と調芯面４５は、互いに面接触可能な円錐状のテーパ面であり、互いの中心軸（円錐の高さ方向に延びて頂点を通る直線）が一致する状態で当接する。この当接により、上型基材３０に対して、上下方向への上型４０の位置が定まると共に、基準軸Ｘを中心とする径方向における上型４０の位置も定まる。そして、胴型２０内に上型基材３０を収めた状態で調芯面３２と調芯面４５の当接による上型４０の位置決めを行うと、上型基材３０と上型４０のそれぞれの中心軸が基準軸Ｘと一致する。すなわち、胴型２０及び上型基材３０に対して上型４０が適正に調芯された状態になり、成形面４１の中心を基準軸Ｘが通るようになる。

調芯面３２と調芯面４５が当接する上型４０の位置決め状態で、底面３３と上面４４の間には上下方向への隙間がある。また、当該位置決め状態では、上部内面２１と外周面４６の間には径方向への隙間がある。これにより、上型４０に対して直接的に当接して位置決めを行うのは調芯面３２のみとなり、調芯面３２以外の箇所は上型４０の位置決めを妨げない。

以上のように、非ガラス製（金属やセラミックス製）の上型基材３０とガラス製の上型４０によって上型ユニット１１を構成している。上型４０は、上型ユニット１１のうちガラスレンズ１４を成形するための成形面４１を含む一部分であり、その他の部分である上型基材３０は、ガラスに比して耐熱性や耐衝撃性に優れる金属やセラミックスで形成される。特に、上型基材３０は、胴型２０に対して摺動したり、後述する押圧成形時に外部からの押圧力を受けたりする部分であるため、機械的強度に優れる金属やセラミックスで形成することが有効であり、上型基材３０を用いることで上型ユニット１１の精度確保に寄与する。

上型４０は、成形面４１とその周囲に特化した小型で簡単な形状にすることができ、製造しやすい。より詳しくは、上型４０は、表裏に位置する成形面４１と上面４４の周囲を、円錐状の被規制面４２及び調芯面４５と円筒状の外周面４６とで囲んでおり、凸レンズに似たシンプルな断面形状である。また、上下方向への上型ユニット１１全体の大きさに比して、成形面４１から上面４４までの上型４０の肉厚が数分の一程度である。そのため、上型４０を構成するガラスの量が少なくて済み、上型４０を製造する際にコストを抑制できる。また、上型４０の製造時に、成形後の冷却によるガラスの収縮が少なく、精度管理を行いやすい。

上型基材３０と上型４０は、互いに接着等で固定されず、接離可能な調芯面３２と調芯面４５の当接によって上型４０を位置決めするように構成される。そのため、上型基材３０と上型４０をそれぞれ構成する材料の熱膨張率がある程度異なっていても、加熱時に互いの境界（接触）部分に過大なストレスがかかりにくい。すなわち、上型基材３０と上型４０を相対的に固定させる構成に比して、上型基材３０と上型４０をそれぞれ構成する材料の熱膨張率の許容範囲が広く、材料の選択自由度が向上する。

上型４０は上型基材３０の下方に位置しており、調芯面３２と調芯面４５はそれぞれ下方に進むにつれて径を大きくする円錐状の面である。従って、上型基材３０は下方（調芯面３２から調芯面４５が離れる方向）への上型４０の移動を制限しない。

胴型２０に設けた上型規制面２３によって、下方への上型４０の移動量が制限される。すなわち、下方への上型４０の脱落が防止される。上型規制面２３は、上下方向で上型４０の被規制面４２に対向する位置に設けられており、胴型２０内で上型４０が下方に移動すると、被規制面４２が上型規制面２３に当接する（図３）。上型４０の成形面４１及び段部４３は、上型規制面２３の内側を通過可能な径であり、突出部２４よりも下方に突出できる（図２、図３参照）。

下型６０の表面側には、成形面６１の周縁から上方へ突出する環状突出部６２が形成されている。上型４０と下型６０を上下方向に接近させたときに、環状突出部６２の内側に上型４０の段部４３が進入可能である（図２参照）。

下型６０の裏面側には調芯面（第２の型側当接部）６３が形成されている。調芯面６３は、基準軸Ｘを中心とする円錐面（円錐の外面）の一部であり、下方に進むにつれて径を小さくする。調芯面６３は、下型基材５０の調芯面５４と同一の（頂角が等しい）円錐面の一部である。

下型６０はさらに、調芯面６３の周縁から上方に向けて突出する外周面６４を有する。外周面６４は基準軸Ｘを中心とする円筒状の面であり、環状突出部６２の位置まで連続している。調芯面６３と外周面６４の間は、緩やかに湾曲する曲面形状になっている。

下型６０は、調芯面６３を調芯面５４に当接させることによって、下型基材５０に対する位置が定まる。調芯面５４と調芯面６３は、互いに面接触可能な円錐状のテーパ面であり、互いの中心軸（円錐の高さ方向に延びて頂点を通る直線）が一致する状態で当接する。これにより、下型基材５０に対して、上下方向への下型６０の位置が定まると共に、基準軸Ｘを中心とする径方向における下型６０の位置も定まる。そして、胴型２０内に下型基材５０の小径部５２を挿入した状態（図１、図２）で調芯面５４と調芯面６３の当接による下型６０の位置決めを行うと、下型基材５０と下型６０のそれぞれの中心軸が基準軸Ｘと一致する。すなわち、胴型２０及び下型基材５０に対して下型６０が適正に調芯された状態になり、成形面６１の中心を基準軸Ｘが通るようになる。

調芯面５４と調芯面６３が当接する下型６０の位置決め状態で、内周面５６と外周面６４の間には径方向への隙間がある。これにより、下型６０に対して直接的に当接して位置決めを行うのは調芯面５４のみとなり、調芯面５４以外の箇所は下型６０の位置決めを妨げない。

上型ユニット１１と同様に、非ガラス製（金属やセラミックス製）の下型基材５０とガラス製の下型６０によって下型ユニット１２を構成している。下型６０は、下型ユニット１２のうちガラスレンズ１４を成形するための成形面６１を含む一部分であり、その他の部分である下型基材５０は、ガラスに比して耐熱性や耐衝撃性に優れる金属やセラミックスで形成される。特に、下型基材５０は、胴型２０に対して摺動したり、後述する押圧成形時に外部からの押圧力を受けたりする部分であるため、機械的強度に優れる金属やセラミックスで形成することが有効であり、下型基材５０を用いることで下型ユニット１２の精度確保に寄与する。

下型６０は、成形面６１とその周囲に特化した小型で簡単な形状にすることができ、製造しやすい。より詳しくは、下型６０は、成形面６１と調芯面４５が表裏に位置する凹レンズに似たシンプルな断面形状である。また、上下方向への下型ユニット１２全体の大きさに比して、上下方向への下型６０の肉厚が数分の一程度である。そのため、下型６０を構成するガラスの量が少なくて済み、下型６０を製造する際にコストを抑制できる。また、下型６０の製造時に、成形後の冷却によるガラスの収縮が少なく、精度管理を行いやすい。

下型基材５０と下型６０は、互いに接着等で固定されず、接離可能な調芯面５４と調芯面６３の当接によって下型６０を位置決めするように構成される。そのため、下型基材５０と下型６０をそれぞれ構成する材料の熱膨張率がある程度異なっていても、加熱時に互いの境界（接触）部分に過大なストレスがかかりにくい。すなわち、下型基材５０と下型６０を相対的に固定させる構成に比して、下型基材５０と下型６０をそれぞれ構成する材料の熱膨張率の許容範囲が広く、材料の選択自由度が向上する。

胴型２０の外側には、図示を省略するヒーターが設けられている。ガラスレンズ１４を押圧成形するときには、ガラスプリフォーム１３（被成形ガラス）が軟化する成形温度まで、ヒーターによって胴型２０内を加熱する。

図示を省略するが、上型４０や下型６０は、マスター型（母型）を用いた押圧成形によって製造される。上型４０と下型６０を製造するためのマスター型が個別に準備される。これらのマスター型は金属やセラミックス等で形成されており、成形面４１や成形面６１の元となる基準成形面を備えている。加熱して軟化させた成形型用ガラス材料（後述する各条件を満たすガラスであり、ガラスレンズ１４用の被形成ガラスとは別のもの）を各マスター型の基準成形面で押圧することにより、該基準成形面が成形面４１や成形面６１として転写された上型４０や下型６０が成形される。

上型４０と下型６０はそれぞれ、以下の条件を満たすガラス材料からなる。
（１）ヤング率が８５ＧＰａ以上であること。
（２）ガラス転移温度（Ｔｇ）が６５０℃以上であること。
（３）１００℃～３００℃の平均熱膨張係数（α１００－３００）が３０×１０^－７／℃～８０×１０^－７／℃であること。

条件（１）は、上型４０や下型６０の剛性に関係する。押圧成形する際に上型４０や下型６０に撓みが発生すると、成形面４１、６１の形状が維持されず、ガラスレンズ１４に対する成形精度に影響を及ぼす。ヤング率が８５ＧＰａ以上であると、ガラスレンズ１４の成形時に所定の押圧力を加えても、負荷による上型４０や下型６０の撓みを防止でき、成形面４１、６１の精度を損なわずに成形することができる。

条件（２）は、成形時の加熱による上型４０や下型６０への影響に関係する。ガラスレンズ１４の素材となる被成形ガラスよりもガラス転移点が高いガラスを上型４０や下型６０の材料とした上で、上型４０や下型６０用のガラスのガラス転移点よりも低い温度を成形温度とすることにより、上型４０や下型６０の軟化を伴わずに被成形ガラスのみを軟化させることができる。

より詳しくは、上型４０や下型６０の材料であるガラスのガラス転移温度をＴｇ（Ａ）、ガラスレンズ１４の素材となる被成形ガラスのガラス転移温度をＴｇ（Ｂ）とした場合、Ｔｇ（Ａ）－Ｔｇ（Ｂ）≧３０℃であるとよい。さらに、Ｔｇ（Ａ）－Ｔｇ（Ｂ）≧５０℃が好ましく、Ｔｇ（Ａ）－Ｔｇ（Ｂ）≧１００℃がより好ましい。

例えば、出願人が製造するガラスモールドレンズ用の硝材では、ガラス転移点が最も高いものが６１２℃である（硝材名Ｍ－ＴＡＦＤ３０５）。従って、条件（２）を満たすことにより、上型４０や下型６０の熱変形を防ぎながら、様々な被成形ガラスに有効な成形温度に設定することができる。

条件（３）は、上型４０や下型６０と被成形ガラスとの熱膨張率の差を適切に管理して、被成形ガラスの貼り付きや割れを防いで良好な成形を行うための条件である。被成形ガラスに対して上型４０や下型６０の熱膨張係数が相対的に大きすぎると、成形時に被成形ガラスの割れが生じやすくなる。また、上型４０や下型６０と被成形ガラスとの熱膨張係数の差が小さすぎると、上型４０や下型６０への被成形ガラスの貼り付きが生じやすくなる。

より詳しくは、上型４０や下型６０の材料であるガラスの平均熱膨張係数（１００℃～３００℃）をα（Ａ）、ガラスレンズ１４の素材となる被成形ガラスの平均熱膨張係数（１００℃～３００℃）をα（Ｂ）とした場合、α（Ａ）－α（Ｂ）が＋２０～－１２０であるとよい。さらに、α（Ａ）－α（Ｂ）が＋１０～－１２０が好ましく、α（Ａ）－α（Ｂ）が０～－１００がより好ましい。ガラスモールドレンズ用の硝材ではα（Ｂ）が７０～９０前後のものが多く、条件（３）を満たすことにより、被成形ガラスの割れや上型４０及び下型６０への貼り付きを防ぐ効果が得られる。

また、条件（３）は、マスター型によって上型４０や下型６０を押圧成形する際の成形性にも関係する。一例として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主素材としてマスター型を形成した場合、炭化ケイ素の平均熱膨張係数（１００℃～３００℃）は４０×１０^－７／℃程度であるため、条件（３）によって成形型用ガラス材料を良好に成形してガラス製の上型４０や下型６０を得ることができる。特に、条件（３）の下限値を満たすことで、マスター型の熱膨張率が相対的に過大にならず、上型４０や下型６０の製造時に割れを生じにくくできる。

例えば、下記の原料組成によれば、条件（１）、（２）及び（３）を満たした成形型用ガラス材料を得ることができる。
モル％表示にて
ＳｉＯ_２を５０～７５％、
Ａｌ_２Ｏ_３を０～５％、
ＺｎＯを０～５％、
Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏを合計で３～１５％、
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯを合計で１４～３５％、
ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５およびＨｆＯ_２を合計で２～９％、
含み、
モル比｛（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）｝が０．８５～１の範囲であり、かつモル比｛Ａｌ_２Ｏ_３／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）｝が０～０．３０の範囲であるガラス。

以上の構成のガラスレンズ成形型１０によるガラスレンズ１４の成形工程について説明する。まず、準備段階となる部品組み込みで、胴型２０の内部空間Ｓに対して上方から、上型４０、上型基材３０の順に挿入する。胴型２０内の上型規制面２３に被規制面４２が当接して、下方への上型４０の脱落が防止される。上型４０の調芯面４５に対して上型基材３０の調芯面３２が当接して、上型基材３０も下方への移動が規制される。具体的には、上型ユニット１１が図３に示す状態になる。また、下型基材５０の調芯面５４上に下型６０の調芯面６３が載せられる。

上型規制面２３と被規制面４２はそれぞれ、基準軸Ｘを中心とする円錐面の一部であるため、上型４０と上型基材３０の重さが加わると、上型規制面２３に被規制面４２が押し付けられて、下方への上型４０の移動が規制されると共に、径方向での上型４０の位置も一定に保たれる。従って、胴型２０内での上型４０の位置が安定し、外力によって上型４０が胴型２０内でガタつきにくくなり、上型４０に対する衝撃を抑制できる。

続いて、図１のようにガラスレンズ成形型１０を押圧成形の準備状態にセットする。具体的には、下型６０の成形面６１上にガラスプリフォーム１３を載せ、駆動手段７１により下型基材５０を上方に移動させて、胴型２０に対して下方から小径部５２を挿入する。胴型２０の下端に大径部５１が当接すると、小径部５２のそれ以上の挿入が制限されて、上下方向における胴型２０と下型基材５０の互いの位置が定まる。

胴型２０内に下型基材５０の小径部５２と下型６０が挿入されると、成形面６１上に支持されたガラスプリフォーム１３が上型４０の成形面４１に当接する。ガラスプリフォーム１３は、成形後のガラスレンズ１４に比して上下方向の厚みが大きい形状であるため、成形面４１と成形面６１の間にガラスプリフォーム１３を挟みながら、上型４０と上型基材３０が胴型２０の内部空間Ｓ内で上方に押し上げられる。この移動によって、上型４０の被規制面４２が胴型２０の上型規制面２３に対して上方へ離間する（図１参照）。また、上型４０の調芯面４５が上型基材３０の調芯面３２を下方から押し上げて、上型基材３０の一部が胴型２０の上端よりも上方へ突出する（図１参照）。

図１のように押圧成形の準備が完了した状態では、上型基材３０の調芯面３２と上型４０の調芯面４５が当接して、上型基材３０の重さによる力を受けている。そのため、調芯面３２、４５によって上型基材３０に対して上型４０が調芯され、上型４０の中心軸が基準軸Ｘと一致する状態になっている。この段階で、吸引源１５を駆動して上型４０を吸引して、調芯面３２に調芯面４５を当接させる力を強めてもよい。

また、図１の状態では、下型基材５０の調芯面５４と下型６０の調芯面６３が当接して、上型基材３０と上型４０とガラスプリフォーム１３と下型６０の重さによる力を受けている。そのため、調芯面５４、６３によって下型基材５０に対して下型６０が調芯され、下型６０の中心軸が基準軸Ｘと一致する状態になっている。この段階で、吸引源１７を駆動して下型６０を吸引して、調芯面５４に調芯面６３を当接させる力を強めてもよい。

続いて、ガラスプリフォーム１３を成形可能な成形温度まで胴型２０内を加熱した状態で、図２のように、駆動手段７０によって上型基材３０を上方から下方に向けて押圧する。すると、上型基材３０を介して上型４０が下方へ押圧され、加熱されたガラスプリフォーム１３を変形させながら、上型４０の成形面４１と下型６０の成形面６１の間隔が狭くなる。

上型４０と下型６０が接近すると、胴型２０の内部空間Ｓの空き容積が減少する。このとき、貫通孔２５、２６を通して内部空間Ｓの気体（ガラスの押圧成形の際に生じるガス等）が外部へ排出され、胴型２０内が調圧される。図２に示すように、貫通孔２５は、押圧で下方に移動した上型４０の外周面４６の側方に形成され、貫通孔２６は、下型６０の外周面６４の側方に形成されている。そのため、上型ユニット１１が挿入されている上部内面２１の領域と、下型ユニット１２が挿入されている下部内面２２の領域の両方から、確実に気体を排出することができる。

駆動手段７０による押圧が行われると、上型基材３０と下型基材５０との間で圧縮荷重が作用し、上型ユニット１１における調芯面３２、４５と、下型ユニット１２における調芯面５４、６３のそれぞれで上下方向への押圧力が強まる。押圧力が増大するにつれて、上型４０と下型６０に対する位置決めの効果が高まり、上型４０と下型６０を位置ずれさせずに確実に拘束しながら押圧加工を行うことができる。

駆動手段７０は、上型基材３０の上端面が胴型２０の上端面と面一になる位置（図２）まで上型基材３０を押圧する。例えば、胴型２０の上端面に当接して下方への移動規制を受けるストッパ（図示略）を駆動手段７０に備えるとよい。上型基材３０が図２の位置まで押圧されると、上型４０の段部４３が下型６０の環状突出部６２の内側に僅かに進入し、成形面４１と成形面６１と環状突出部６２によって囲まれる空間内にガラスレンズ１４が形成される。このとき、上型４０の被規制面４２と胴型２０の上型規制面２３との間には隙間があり、上型４０は胴型２０による直接的な位置規制を受けない。

図２に示す押圧加工が完了したら、胴型２０内を成形温度よりも低い所定の温度まで下げて、ガラスレンズ１４を硬化させる。続いて、図３に示すように、駆動手段７１によって下型基材５０を下方に移動させ、上型４０と下型６０を上下方向に離間させる。このとき、吸引源１７を駆動して下型基材５０の調芯面５４側に下型６０を吸着保持させることで、下型６０がガラスレンズ１４と共に上型４０に貼り付いた状態にならずに、確実に下型６０を下方に離間させることができる。上型４０と下型６０の離間が完了したら、下型６０からガラスレンズ１４を取り外す。これにより、上型４０と下型６０の各成形面４１、６１がレンズ面１４ａ、１４ｂとして転写されたガラスレンズ１４が完成する。

図３のように下型６０が下方に移動すると、上型４０は下型ユニット１２によって下方から支持されない状態になる。しかし、胴型２０の上型規制面２３に対して被規制面４２が当接することで、胴型２０内での下方への上型４０の移動量が制限され、上型４０が脱落せずに上型ユニット１１としての形態を維持できる。従って、上型４０を上型基材３０に対して固定しない構成でありつつ、一体構造の成形型である場合と同様に上型ユニット１１を取り扱うことができ、優れた生産性が得られる。

なお、図３のように上型４０と下型６０を離間させる際に、吸引源１５を駆動して、上型基材３０の調芯面３２側に上型４０を吸着保持させてもよい。上述のように、上型４０は上型規制面２３によって下方への移動が規制されるので、上型４０が下型６０に貼り付いた状態のまま追従して下方へ脱落することはないが、上型基材３０側に吸着保持させることで、上型４０の安定性が向上し、成形面４１からガラスレンズ１４を取り外し易くなる。

以上のように、本実施形態のガラスレンズ成形型１０では、ガラス製の上型４０や下型６０と、金属やセラミックス等の非ガラス材料からなる上型基材３０や下型基材５０とを組み合わせて上型ユニット１１と下型ユニット１２を構成している。

上型ユニット１１と下型ユニット１２のいずれも、胴型２０に対する直接の位置決めと駆動手段７０、７１による駆動負荷を受ける部分は、強度、耐衝撃性、耐熱性等に優れた上型基材３０や下型基材５０で構成している。そのため、ガラスレンズ１４の成形を繰り返し行っても、精度の狂いが生じにくく、高度な耐久性を得ることができる。その一方で、成形面４１、６１を有してガラスレンズ１４の形成に直接関与する部分は、ガラス製の上型４０と下型６０を用いており、低コストに量産可能である。

上型基材３０と上型４０は、互いに固定せずに、上下方向への負荷に応じて位置決め（調芯）を行うテーパ形状の調芯面３２、４５を当接させている。下型基材５０と下型６０も同様に、互いに固定せずに、上下方向への負荷に応じて位置決め（調芯）を行うテーパ形状の調芯面５４、６３を当接させている。従って、上型基材３０と上型４０の間や、下型基材５０と下型６０の間での、熱膨張率の違いに起因する加熱時の負担が少なく、上型ユニット１１と下型ユニット１２の個々の耐久性にも優れている。また、上型４０と下型６０に対する上型基材３０と下型基材５０の熱膨張率の相違の許容範囲が広いため、材料の選択自由度が高くなる。

さらに、上型基材３０に対して別体のまま使用される上型４０に対して、胴型２０に設けた上型規制面２３によって、調芯面３２と調芯面４５が離間する方向への移動量を制限している。これにより、下型ユニット１２が離れた状態でも、上型ユニット１１側に上型４０を保持させることができ、そのまま次の成形工程を実行することができる。そして、ガラス製の上型４０と下型６０を固定しない構造でありつつ、駆動手段７０や駆動手段７１を用いて行わせる動作は、一体構成の成形型を用いる場合と同様のシンプルなものにできるので、成形加工の効率が良く、複雑な制御も要さない。また、上型規制面２３への被規制面４２の当接は、ガラスレンズ１４を押圧成形するときの動作では生じないように構成されており（図２参照）、成形精度には影響を及ぼさない。

以上のように、本実施形態のガラスレンズ成形型１０は、生産性、耐久性、精度の高さ、実用性に優れている。但し、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨内において様々な変更を行うことが可能である。

例えば、上記実施形態では、上型ユニット１１と下型ユニット１２の両方を、ガラス製の上型４０及び下型６０と、金属又はセラミックス製の上型基材３０及び下型基材５０との組み合わせで構成している。これと異なり、下型ユニット１２に相当する部分については、２つのパーツに分けずに一体構造の成形型を選択することも可能である。この場合、下型ユニット１２に代わる一体型の成形型は、ガラス製であってもよいし、金属やセラミックス等の非ガラス製であってもよい。

上記実施形態では、胴型２０の上部内面２１と上型基材３０のスライド案内面３１、胴型２０の下部内面２２と下型基材５０のスライド案内面５３をそれぞれ、基準軸Ｘを中心とする円筒面としている。しかし、上部内面２１とスライド案内面３１、下部内面２２とスライド案内面５３はそれぞれ、胴型２０に対して上型基材３０や下型基材５０を傾きやガタつきを生じさせずに上下方向へ相対移動させるものであれば、様々な形状を選択可能である。例えば、基準軸Ｘに対して垂直な断面形状が、多角形や楕円形等である面を用いてもよい。

上型ユニット１１と下型ユニット１２を離間させたときに、下方への上型４０の移動量を制限する規制部（規制面）は、上型規制面２３のような円錐状の面であることが好ましい。上述したように、円錐状の上型規制面２３に対して同じく円錐状の被規制面４２が当接する構成は、当接時の上型４０の安定性に優れており、上型４０が不用意に移動して周囲に衝突してダメージを受けたりするおそれが少ない。また、周方向の全体で上型４０を支持するので、上型４０に対して局所的な負荷が加わりにくい。

しかし、下方への上型４０の移動規制を行うという点に着目すれば、上型規制面２３以外の形状の規制面を選択することも可能である。一例として、基準軸Ｘに対して垂直な平面状（階段状）の規制面を胴型２０に設けることができる。

また、上型規制面２３（突出部２４）のように基準軸Ｘを中心とする周方向へ途切れずに続く構成ではなく、周方向で部分的に設けられた規制部（規制面）を選択することも可能である。例えば、周方向にある程度以上の長さを有するものであれば２箇所、周方向に短いものであれば３箇所（あるいは４箇所）以上に分けて、突出部２４に相当する部分を間欠的に設けることができる。

上記実施形態では、上型ユニット１１で上型基材３０と上型４０の双方に円錐状の調芯面３２、４５を設け、下型ユニット１２で下型基材５０と下型６０の双方に円錐状の調芯面５３、６３を設けている。変形例として、上型基材３０と上型４０の一方、あるいは下型基材５０と下型６０の一方にのみ円錐状の調芯面を設け、他方には円錐面以外の形状の当接部を設けることも可能である。この場合の当接部は、円錐状の調芯面に対して押し付けられたときに径方向の位置が定められる形状であればよく、様々な形状を選択可能である。

上記実施形態では、胴型２０における上部内面２１の内径が下部内面２２の内径よりも大きく設定されているが、上部内面２１よりも下部内面２２の内径が大きい構成や、上部内面２１と下部内面２２の内径が等しい構成を採用することも可能である。

上記実施形態では、上型４０と下型６０を接近させる押圧動作時（図２）には駆動手段７０により上型基材３０を下方に押圧し、上型４０と下型６０を離間させるとき（図３）には、駆動手段７１により下型基材５０を下方に移動させている。これとは異なる形態で成形型の動作を行わせることも可能である。

成形型の動作の異なる例として、図１の準備状態からの押圧動作時に、上型基材３０を固定した上で、下型基材５０及び下型６０を上方に移動させてもよい。

さらに異なる例として、図２の押圧成形完了から上型４０と下型６０を離間させるときに、上型４０を上方に移動させてもよい。この場合、胴型２０に対して上方への移動力を付与する第１の形態と、上型基材３０に対して上方への移動力を付与する第２の形態を選択できる。

胴型２０を上方に移動させる第１の形態では、上型規制面２３が被規制面４２に当接して、上型４０に対して上方への移動力を伝え、上型４０から上型基材３０に対して上方への移動力を伝える。このとき、上型規制面２３と被規制面４２が基準軸Ｘを中心とする円錐形状であるため、上型４０が径方向へ位置ずれすることなく上方へ移動される。その結果、ガラスレンズ１４に対して不要な負荷をかけずに、下型６０の成形面６１から上方に離脱させることができる。

上型基材３０に対して上方への移動力を付与する第２の形態では、吸引源１５を駆動して、上型基材３０の調芯面３２側に上型４０を吸着保持させる。これにより、上型４０がガラスレンズ１４と共に下型６０に貼り付いた状態にならずに、確実に上型４０を上方に離間させることができる。

上記実施形態の下型６０は、環状突出部６２によってコバ部１４ｃの外周面を形成し、一度の押圧成形によってガラスレンズ１４の基本形状を完成させるタイプである。これと異なり、コバ部１４ｃの外周面を囲まない（下型６０が環状突出部６２を備えない）の構造の成形型を選択することも可能である。この場合、押圧成形後に、ガラスレンズ１４の周縁に突出した余肉部を除去する加工を行う。

１０ ：ガラスレンズ成形型
１１ ：上型ユニット
１２ ：下型ユニット（対向型）
１３ ：ガラスプリフォーム
１４ ：ガラスレンズ
１４ａ、１４ｂ ：レンズ面
１４ｃ ：コバ部
１５、１７ ：吸引源
２０ ：胴型
２１ ：上部内面
２２ ：下部内面
２３ ：上型規制面
２４ ：突出部
３０ ：上型基材（型基材）
３１ ：スライド案内面
３２ ：調芯面（基材側当接部）
３３ ：底面
３４ ：吸引孔
４０ ：上型（ガラス製成形型）
４１ ：成形面
４２ ：被規制面
４３ ：段部
４５ ：調芯面（型側当接部）
５０ ：下型基材（第２の型基材）
５１ ：大径部
５２ ：小径部
５３ ：スライド案内面
５４ ：調芯面（第２の基材側当接部）
５７ ：吸引孔
６０ ：下型（第２のガラス製成形型）
６１ ：成形面（第２の成形面）
６２ ：環状突出部
６３ ：調芯面（第２の型側当接部）
６４ ：外周面
７０、７１ ：駆動手段
Ｓ ：内部空間
Ｘ ：基準軸（軸線）

Claims (4)

1. ガラスレンズを押圧成形するガラスレンズ成形型において、
   型移動方向に延びる内部空間を有する胴型と、
   前記胴型の前記内部空間に前記型移動方向へ移動可能に挿入され、前記型移動方向の一端に基材側当接部を有する金属又はセラミックス製の型基材と、
   前記ガラスレンズの素材である被成形ガラスよりもガラス転移温度が高いガラスからなり、前記ガラスレンズの一方のレンズ面を形成する成形面と、前記型移動方向で前記成形面と反対側に向き前記基材側当接部に対して接離可能な型側当接部とを有するガラス製成形型と、
   前記成形面に対向して前記ガラスレンズの他方のレンズ面を形成する第２の成形面を有し、前記ガラス製成形型と前記型移動方向に相対移動可能な対向型と、
   を備え、
   前記基材側当接部と前記型側当接部の少なくとも一方は、前記型移動方向に延びる軸線を中心とする円錐面の一部である調芯面を有し、前記基材側当接部と前記型側当接部の当接により前記型基材に対して前記ガラス製成形型を前記型移動方向及び前記型移動方向と垂直な方向で一定位置に保持し、
   前記ガラス製成形型は、前記成形面の周囲に被規制面を有し、
   前記胴型の内部に、前記型移動方向で前記被規制面に対向する規制面を有し、
   前記規制面に対する前記被規制面の当接により、前記基材側当接部から前記型側当接部を離間させる方向への、前記胴型に対する前記ガラス製成形型の移動量を制限することを特徴とするガラスレンズ成形型。
2. 前記規制面と前記被規制面はそれぞれ、前記軸線を中心とする円錐面の一部からなる、請求項１記載のガラスレンズ成形型。
3. 前記成形面と前記第２の成形面の間でガラスレンズを押圧成形した状態で、前記被規制面と前記規制面は離間している、請求項１又は２記載のガラスレンズ成形型。
4. 前記対向型は、
   前記胴型の前記内部空間に前記型移動方向に移動可能に挿入され、前記型移動方向の一端に第２の基材側当接部を有する、金属又はセラミックス製の第２の型基材と、
   前記ガラスレンズの素材である被成形ガラスよりもガラス転移温度が高いガラスからなり、前記第２の成形面と、前記型移動方向で前記第２の成形面と反対側に向き前記第２の基材側当接部に対して接離可能な第２の型側当接部とを有する第２のガラス製成形型と、
   を備え、
   前記第２の基材側当接部と前記第２の型側当接部の少なくとも一方は、前記軸線を中心とする円錐面の一部である調芯面を有し、前記第２基材側当接部と前記第２の型側当接部の当接により前記第２の型基材に対して前記第２のガラス製成形型を前記型移動方向及び前記型移動方向と垂直な方向で一定位置に保持する、請求項１から３のいずれか１項記載のガラスレンズ成形型。

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