JPH0757697B2 - ガラスレンズの成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光学機器に使用されるガラスレンズを精密ガラ
ス成形法により形成するガラスレンズの成形方向に関す
るものである。

従来の技術 近年、光学レンズを研磨工程なしの一発成形により形成
する試みが多くなされている。ガラス素材を溶融状態か
ら型に流しこみ加圧成形する方法が最も能率的である
が、冷却時のガラスの収縮を制御することが難しく、精
密なレンズ成形には適しない。従って、ガラス素材を一
定の形状に予備加工してこれを型の間に供給し、加熱
し、押圧成形するのが一般的な方法である。（例えば、
特開昭58−84134号公報、特開昭60−200833号公報等） そして、上記従来例である特開昭58−84134号公報にお
いては、キャビティー容積よりも小さな体積のガラス素
材を用いて行うレンズの成形方法が開示されている。ま
た、キャビティー容積よりも小さな体積のガラス素材を
用いた成形方法においては、レンズの外周部において、
鋳型に制限されない自由表面が形成され、その結果、得
られるレンズにおいてばりが発生しない効果が得られる
旨の開示がされている。

以下、図面を参照しながら、上述した従来の成形方法を
説明する。

第５図は従来法の一つにより円板状のガラス素材を成形
して、レンズを形成した状態を示す断面図である。14は
成形されたレンズ、11と12は一対の上下型、13は胴型で
ある。15はヒータ、16、17は加圧機構を有する成形装置
の一部である。ガラス素材を成形型の中に供給しヒータ
15により型およびガラス素材を軟化点近傍の温度まで加
熱し、11、12の上下型により加圧成形する。変形終了後
は型および成形されたレンズを徐々に冷却しレンズを取
り出せる温度になると型を開きレンズを取り出す。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような方法では、光学用に用いるガ
ラスが成形できる温度は500〜700℃という高温であるた
め、型およびガラス素材の加熱、加熱成形、冷却にそれ
ぞれ一定の時間を要し、ガラス素材を投入してからレン
ズが成形されるまで長い時間を要する。その結果成形装
置の能率が上がらず成形に要するコストが高いという課
題を有していた。

そのレンズの成形時間を短縮する方法として既に特開昭
62−292636号公報がある。この成形方法は第６図に示す
ように、一対の上下型、胴型およびガラス素材を一体と
なした成形ブロックＫを予熱ステージS₁に置き、軟化点
付近まで昇温後成形ステージS₂に移送し加圧変形する。
その後、冷却ステージS₃,S₄において加圧しながら順次
冷却して所望のレンズを形成するものである。このよう
な成形方法を用いることにより成形時間は成形型が最も
長く滞留するステージの時間に依存するが、成形プロセ
スを分割することが可能となり大幅に成形時間を短縮し
たものとなっていた。しかしながら、冷却時に加圧を必
要とするため成形機の構造が複雑であると同時にコスト
高になりより簡易な成形工法及び成形装置が求められて
いた。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明のガラスレンズの成形
方法は、一対の上下型、胴型からなるキャビティー内
に、キャビティー容積に等しいかまたは少ない体積のガ
ラス素材を配し成形ブロックとし、前記成形ブロックを
加熱した後加圧成形し、前記ガラス素材のガラス転移点
まで冷却して所望のガラスレンズを形成する成形法にお
いて、予熱ステージにおいて成形ブロックを昇温し、成
形ステージにて成形機の加圧ヘッドが胴型の主平面に当
接する状態にまで前記上型を加圧して前記ガラス素材を
加圧変形後、冷却ステージにおいては前記加圧ヘッドに
より前記成形ブロックを加圧することなく、前記上下型
が、前記加圧変形されたガラスレンズの熱収縮に追従し
て接触可能なように前記胴型内で摺動可能な状態で冷却
すると言うものである。

第６図のような従来法による成形型を移送しながら成形
する場合の成形型の構造は、第７図に示すようにガラス
素材５より熱膨張係数の小さい胴型３とガラス素材５よ
り熱膨張係数の大きい胴型ホルダー４を有し、一対の上
下型１、２が胴型３に嵌合されている。そして胴型３で
ガラスレンズのこばを形成すると共に上下光学面の光軸
のズレを規制し、胴型ホルダー４の主平面4aに上下型の
フランジ部1aが当接することによりガラス素材５の厚み
と、上下光学面の傾きを規制するようになっている。又
胴型ホルダー４はその熱膨張係数をガラス素材より大き
くすることにより冷却時にガラス素材の転写面に対し加
圧ヘッド６の圧力が十分加わるようになっている。しか
しながら、第８図に示すように光学材料はガラス転移温
度（Tg）を超えると異常膨張し、ガラスの屈伏温度（A
t）付近では胴型ホルダーよりガラス素材の方が膨張係
数が大きくなる領域Z2がある。そのため胴型ホルダー４
の主平面4aに上型のフランジ部1aが当接するこの型構造
は前記領域においてガラス素材５の収縮に上下型の転写
面が追随できず転写性を一旦損なわせてはいるが、その
後の胴型ホルダー４の熱膨張がガラス素材５の熱膨張を
上回る領域Z1においては、プレス開放するまでの間再び
ガラス素材５の光学面に十分な圧力が加わり良好な転写
性が得られるものとなっていた。従って、冷却時の加圧
が不可欠な型構造で、成形装置の冷却ステージにおいて
も加圧機構が必要となっていた。我々は、上下型全体が
胴型内に嵌挿し得る構成の金型を用い、成形ステージに
て成形機の加圧ヘッドが胴型の主平面に当接した状態に
まで加圧変形することによって、冷却時の加圧がなくて
も良好な転写性が得られることを見出し、本発明による
成形工法を可能とした。

作用 本願発明は、上記の手段によって、「加圧ヘッドを胴型
の主平面に当接させること」でガラスレンズの厚さを精
確に制御できると共に、「冷却ステージにおいて、上下
型が、加圧変形されたガラスレンズの熱収縮に追従して
接触可能なように胴型内で摺動可能な状態で冷却する」
ことにより、冷却中のガラスレンズの熱収縮に対して
も、上下型は常にその熱収縮に追従してガラスレンズに
密着が可能となり、その結果、成形面の形状、寸法精度
を極めて高精度に維持でき、もって、優れたガラスレン
ズを成形できるものである。

実施例 以下、本発明のガラスレンズ成形方法の一実施例につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例におけるレンズ成形型の構造
を示すものである。

１、２は一対の上下型、３は胴型、４はガラス素材であ
る。上下型１、２はその外径が胴型３の内径より小さく
なっており、加圧変形完了時には上型１の加圧面と胴型
３の主平面が面一になる。この時、ガラス素材４の中心
厚が所定の寸法になるように胴型３の寸法が決められて
いる。胴型３は前記ガラス素材の厚みを規制する他に、
上下型１、２の光学面の軸ズレの規制とガラス素材のこ
ばを形成する働き、およびこの胴型３の主平面3aに加圧
ヘッド６を当接させることにより上下型１、２の光学面
の光軸の傾きを規制する働きをしている。このような型
構成とすることにより上型１は胴型３により上下方向の
移動を疎外されることなく自由に動くことができ、ガラ
ス素材の収縮に対しスムーズに対応し得るため冷却時に
おける加圧がなくても良好な転写性を維持することがで
きる。本実施例においては、上下型いずれも胴型３内で
摺動可能となすために、共にフランジ部は形成していな
い。

なお、上型のみならず下型についても胴型３内で摺動可
能となす理由は、第５図に示した通り、また後述の通
り、胴型は、成形レンズのこば（外周部）を形成する働
きを持つ。換言すれば、レンズの外周面は、通常、胴型
内壁面に密着して形成されることが多い。

この様にして形成された場合、成形されたレンズの冷却
過程においては、成形レンズと金型の接触面は、第５図
にも示す通り、上下型との接触面が最も大きいために、
先ずレンズの中心部分において、レンズの厚さ方向に熱
が持ち去られることとなる。

その結果、成形されたレンズは、先ず、その厚さ方向の
熱収縮が生じる。この厚さ方向の熱収縮が始まった段階
では、レンズの直径方向の熱収縮は殆ど発生していない
ので、成形されたレンズは、胴型に密着して保持された
ままの状態であるため、例え上型の重さや成形レンズ自
身の自重によっても、その位置は移動しない。

一方、成形レンズの、下型との接触面は、上記の厚さ方
向の熱収縮によって上方向に微少量移動することとな
る。

この移動量に追従して、下型が成形レンズと密着状態を
維持するために、下型を胴型３内で摺動可能とする必要
があるのである。

なお、本発明においては、上記の成形レンズの厚さ方向
の熱収縮時において、下型は成形レンズに密着して微少
量だけ上方向に移動するのであるが、これに必要な力
は、下型と成形レンズガラスとの粘着力等によって得ら
れているものと推測される。

次に、前記成形型を用いた成形方法について詳細に説明
する。

第２図は本発明の一実施例におけるレンズ成形の流れを
示すものであり、Ｋは前述（第１図）のように成形型と
ガラス素材を一体として構成した成形ブロックで、第３
図は成形過程における温度の時間経過を示す。第３図
（ａ）は本実施例の温度経過、（ｂ）は比較のために従
来例の場合の温度経過を示す。T1は加圧変化する温度で
ある。実線は成形ブロックの温度、破線は各ステージの
温度を示す。

第２図の予熱ステージS₁と加圧成形ステージS₂の温度を
ガラスの成形に必要な温度T1に保つ。冷却ステージS₃の
温度はガラスの固化する温度T2に保つ。T2はガラス転移
温度Tg以下に保つことが望ましい。冷却ステージS₄の温
度は冷却の終了温度T3に保つ。次に、ガラスの成形過程
について説明する。

まず成形ブロックＫを第２図に示すように予熱ステージ
S₁の上に置く。第３図（ａ）に示すように時間t₁後に成
形ブロックＫの温度はT1になる。そこで成形ブロックＫ
をすばやく成形ステージS₂に送りt₂時間加圧してガラス
に成形を起させて成形をする。変形が終了するとただち
に成形ブロックＫを冷却ステージS₃に送り冷却し、t₃時
間後にガラスの温度がガラス転移温度T2以下になったら
冷却ステージS₄に移送し、t₄時間後の金型が取り扱い可
能な温度T₃まで冷却された所で成形を終了する。

以上の説明は一つの成形ブロックについてのものである
が、第１の成形ブロックが成形ステージS₂に移動した時
次の成形ブロックを予熱ステージS₁に置き、順次連続的
に成形ブロックを送るようにすればt₁,t₂,t₃,t₄の内最
も長い時間を基準にして連続して成形することができ
る。

一方、比較のため複数のステージを持たない従来例を第
３図（ｂ）により説明する。予め成形ステージに成形ブ
ロックを投入しt₁₀時間経過後成形ブロックの温度がT1
に達したら加圧成形し、t₁₁時間で変形終了後成形ステ
ージの加熱をやめて徐々に冷却する。t₁₂時間後に温度
がT3になったら加圧を終了し成形されたレンズを取り出
す。この方法では（t₁₀＋t₁₁＋t₁₂）時間に１個のレン
ズしか成形できない。

第５図に示すような成形装置においては成形型が成形装
置に固定されているので、予熱、成形、冷却のサイクル
は上記した第３図（ｂ）と同じ経過をたどる。

本発明における変形時間t₂と従来例における変形時間t
₁₁は本質的には同じであるから、t₂＜（t₁₀＋t₁₁＋
t₁₂）であることは明らかである。一般的には予熱時間t
₁₀および冷却時間t₁₂は加圧成形時間t₁₁に比べて非常に
長く、成形に要する時間は予熱、冷却時間によって決る
と言ってよい。従って、本発明による成形時間を最も短
縮するには予熱、冷却ステージを複数ステージに分割し
各ステージに留まる時間を加圧成形ステージにおける変
形時間t₂にあわせればよい。これにより変形時間t₂毎に
レンズを成形することが可能になる。

以上のことを実際にレンズを成形した第二の実施例で示
す。第４図に示すように、予熱、冷却時間を変形時間に
合わせるため、各々２ステージに分割した。ガラス素材
としてSF−６を用い、外径が15mm、厚さが3mmの凸レン
ズを成形した。予熱ステージS₀,S₁および成形ステージS
₂の温度T1を500℃とし、冷却ステージS₃の温度T2を350
℃、冷却ステージS₄の温度T3は金型を成形機外に取り出
し可能な温度まで短時間に冷却できるよう水冷（図示せ
ず）とした。このような温度設定およびステージ構成に
することにより、各ステージに金型が留まる時間を成形
ステージS₂におけるガラスの変形時間にあわせることが
でき、１分毎にレンズを成形することができた。成形し
たレンズの光学面は成形金型の形状を忠実に転写してい
た。

本実施例では予熱、冷却ステージを２分割したものであ
るが、レンズのサイズが大きい場合には予熱、冷却にさ
らに長い時間を要し、成形時間を短縮するには予熱、冷
却のステージ数を増やすことが必要なことは言うまでも
ない。

発明の効果 本願発明は、 （１）レンズの成形工程において、加圧ヘッドを胴型の
主平面に当接させるようにしているので、胴型の高さと
上下金型の高さの寸法差から、所望のレンズ中心厚を安
定かつ高精度に実現できる。

（２）成形されたレンズの冷却過程におけるレンズの熱
収縮に対しても、上下型が常にガラスレンズに密着可能
であるから、転写面の精度を高精度に維持でき、高品質
のガラスレンズを成形できる。

（３）冷却時の加圧機構が不要となるために、本願発明
を実施するための装置は非常に簡単な構成とできる。

と言う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願発明の一実施例において用いた成形型の
構造を示す断面図、第２図は本発明の一実施例における
レンズの成形方法の流れを示す模式図、第３図（ａ）
（ｂ）は成形過程における温度の推移を示すグラフ、第
４図は本発明の第二の実施例におけるレンズの流れを示
す模式図、第５図は従来法によるガラスレンズの成形状
態を示す断面図、第６図は従来のレンズ成形方法の流れ
を示す模式図、第７図は従来の金型構造を示す断面図、
第８図はガラス素材と胴型ホルダーの熱膨張を示すグラ
フである。 1,2,11,12……成形型、1a,2a……フランジ部、3,4,13…
…胴型、3a,4a……胴型主平面、4,5……ガラス素材、6,
7……加圧ヘッド、14……成形したレンズ、15……ヒー
タ、16,17……成形装置、Ｋ……成形ブロック、S₀,S₁,S
₂,S₃,S₄……成形装置の各ステージ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の上下型、胴型からなるキャビティー
   内に、キャビティー容積に等しいかまたは少ない体積の
   ガラス素材を配し成形ブロックとし、前記成形ブロック
   を加熱した後加圧成形し、前記ガラス素材のガラス転移
   点まで冷却して所望のガラスレンズを形成する成形法に
   おいて、予熱ステージにおいて成形ブロックを昇温し、
   成形ステージにて成形機の加圧ヘッドが胴型の主平面に
   当接する状態にまで前記上型を加圧して前記ガラス素材
   を加圧変形後、冷却ステージにおいては前記加圧ヘッド
   により前記成形ブロックを加圧することなく、前記上下
   型が、前記加圧変形されたガラスレンズの熱収縮に追従
   して接触可能なように前記胴型内で摺動可能な状態で冷
   却することを特徴とするガラスレンズの成形方法。