(57)【要約】【課題】成形品の厚さ精度を向上することができる成形装置及び成形品の製造方法を提供する。【解決手段】開閉する上型２０及び下型２１の間にプリフォーム１５を配置し、プリフォーム１５を加熱するとともに、上型２０及び下型２１を閉状態としてプリフォーム１５を挟んでプレスすることにより成形処理するプレス工程と、プレス工程の後、上型２０と下型２１との相対位置関係を維持したまま所定時間経過させる維持工程と、維持工程の後、上型２０及び下型２１を開状態として成形品としての光学ガラス素子１５′を冷却処理する冷却工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉する複数の型の間に被成形材を配置し、前記被成形材を加熱するとともに、前記型を閉状態として前記被成形材を挟んでプレスすることにより成形処理するプレス工程と、
前記プレス工程の後、前記型の相対位置関係を維持したまま所定時間経過させる維持工程と、
前記維持工程の後、前記型を開状態として前記被成形材を冷却処理する冷却工程と、
を備えたことを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項２】
開閉する複数の型の間に被成形材を配置し、前記被成形材を加熱するとともに、前記型を閉状態として前記被成形材を挟んでプレスすることにより成形処理するプレス工程と、
前記プレス工程の後、前記型の相対位置関係を維持したまま所定のプレス力に到達するまで経過させる維持工程と、
前記維持工程の後、前記型を開状態として前記被成形材を冷却処理する冷却工程と、
を備えたことを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項３】
前記維持工程の終了時における前記型の間のプレス力は前記プレス工程における最大プレス力の１／２０〜１／５の範囲内に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の成形品の製造方法。
【請求項４】
互いに接離することで開閉する一対の型と、
前記型及び前記被成形材を加熱する加熱部と
前記型の少なくとも一方を移動させることにより開閉することで、前記被成形材をプレス成形する移動機構と、
プレス成形後の前記被成形材を冷却する冷却部と、
を備え、
前記移動機構は、前記被成形材の前記プレス成形処理の終了後所定のプレス力に到達するまでの間、前記型の相対位置関係を維持することを特徴とする成形装置。
【請求項５】
前記所定のプレス力は、前記プレス処理の最大プレス力の１／２０〜１／５の範囲内に設定されることを特徴とする請求項４に記載の成形装置。
【請求項６】
互いに接離することで開閉する一対の型と、
前記型及び前記被成形材を加熱する加熱部と
前記型の少なくとも一方を移動させることにより開閉することで、前記被成形材をプレス成形する移動機構と、
プレス成形後の前記被成形材を冷却する冷却部と、
を備え、
前記移動機構は、前記被成形材をプレス成形処理の開始から、前記プレス成形処理の終了後所定時間が経過するまでの間、前記型の相対位置関係を維持することを特徴とする成形装置。
【請求項７】
前記プレス成形処理の終了後前記所定時間の経過時における前記型の間のプレス力は、前記プレス処理の最大プレス力の１／２０〜１／５の範囲内に設定されることを特徴とする請求項６に記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガラスレンズ、プリズム等の光学ガラス素子の成形装置及び成形品の製造方法に係わり、詳しくは、型の間にガラス素材等の被成形材（プリフォーム）を配置し、型および被成形材を加熱して被成形材をプレスすることにより、光学ガラス素子等の成形品を成形する成形装置、及び成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリフォーム等を熱軟化させるとともにプレス成形する成形装置において、互いに接離可能な上下の金型を備え、上下の金型が互いに離間した状態で、下金型の上にプリフォームを設置し、上金型を下降させ、プリフォームの加熱・プレス成形・冷却の一連の作業を行う、成形処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなガラス成形装置において、通常、プレス工程の終了後すぐに型を開き、型によるプレス力を解除して冷却工程を開始する。
【特許文献１】特開平５−１８６２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の技術では、以下のような問題がある。すなわち上記技術では成形品の厚さ精度が低いという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、成形品の厚さ精度を向上することができる成形装置及び成形品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一例にかかる成形品の製造方法は、開閉する複数の型の間に被成形材を配置し、前記被成形材を加熱するとともに、前記型を閉状態として前記被成形材を挟んでプレスすることにより成形処理するプレス工程と、前記プレス工程の後、前記型の相対位置関係を維持したまま所定時間経過させる維持工程と、前記維持工程の後、前記型を開状態として前記被成形材を冷却処理する冷却工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の他の一例にかかる成形品の製造方法は、開閉する複数の型の間に被成形材を配置し、前記被成形材を加熱するとともに、前記型を閉状態として前記被成形材を挟んでプレスすることにより成形処理するプレス工程と、前記プレス工程の後、前記型の相対位置関係を維持したまま所定のプレス力に到達するまで経過させる維持工程と、前記維持工程の後、前記型を開状態として前記被成形材を冷却処理する冷却工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の一例にかかる成形品の製造方法は、前記維持工程の終了時における前記型の間のプレス力は前記プレス工程における最大プレス力の１／２０〜１／５の範囲内に設定されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の一例にかかる成形装置は、互いに接離することで開閉する一対の型と、前記型及び前記被成形材を加熱する加熱部と前記型の少なくとも一方を移動させることにより開閉することで、前記被成形材をプレス成形する移動機構と、プレス成形後の前記被成形材を冷却する冷却部と、を備え、前記移動機構は、前記被成形材の前記プレス成形処理の終了後所定のプレス力に到達するまでの間、前記型の相対位置関係を維持することを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の一例にかかる成形装置は、前記所定のプレス力は、前記プレス処理の最大プレス力の１／２０〜１／５の範囲内に設定されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の一例にかかる成形装置は、互いに接離することで開閉する一対の型と、前記型及び前記被成形材を加熱する加熱部と前記型の少なくとも一方を移動させることにより開閉することで、前記被成形材をプレス成形する移動機構と、プレス成形後の前記被成形材を冷却する冷却部と、を備え、前記移動機構は、前記被成形材をプレス成形処理の開始から、前記プレス成形処理の終了後所定時間が経過するまでの間、前記型の相対位置関係を維持することを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の一例にかかる成形装置は、前記プレス成形処理の終了後前記所定時間の経過時における前記型の間のプレス力は、前記プレス処理の最大プレス力の１／２０〜１／５の範囲内に設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、成形品の厚さ精度を向上することができる成形装置及び成形品の製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。なお、各図において適宜構成を拡大、縮小、省略して示している。図１は本発明の第１実施形態にかかる成形装置を示す全体構成図である。
【００１５】
成形装置は、成形装置の外郭を構成するフレーム２、第１の軸としての固定軸１（上軸）、断熱部材３、固定ダイプレート４、固定ダイ５、上キャビティダイ６、第２の軸としての移動軸７（下軸）、断熱部材８、移動ダイプレート９、移動ダイ１０、下キャビティダイ１１、及びこれらの動作を制御する制御部１８を備えている。なお、上型２０（型）は、固定ダイプレート４、固定ダイ５、および上キャビティダイ６の組立体からなり、下型２１（型）は、移動ダイプレート９、移動ダイ１０、および下キャビティダイ１１の組立体からなる。
【００１６】
第１の軸としての固定軸１は、その上端側がフレーム２の天井部に固定さている。この固定軸１の下端には断熱部材３を介して固定ダイプレート４が取り付けられている。
【００１７】
断熱部材３は、Ｓｉ３  Ｎ４、のようなセラミックスなどの断熱材で作られた中空軸部材３ａおよび透明石英硝子のような赤外線を透過する透明な断熱材で作られたリング部材３ｂからなる。
【００１８】
この断熱部材３に、固定ダイプレート４が図示しないボルトなどにより連結されている。固定ダイプレート４には、固定ダイ５と共にセラミックスなどで作られた上キャビティダイ６が取り付けられている。
【００１９】
第２の軸としての移動軸７は固定軸１と同軸状態に配置されている。この移動軸７の上端には、前記と同様に、中空軸部材８ａが取り付けられるとともに、リング部材８ｂからなる断熱部材８を介して移動ダイプレート９が取り付けられている。
【００２０】
移動ダイプレート９には、移動ダイ１０と共にセラミックスなどで作られた下キャビティダイ１１が取り付けられている。
【００２１】
上キャビティダイ６と下キャビティダイ１１とが互いに離間する開状態において、下キャビティダイ１１上には、被成形材として、レンズ素材（硝材）であるプリフォーム１５が載せられる。上キャビティダイ６と下キャビティダイ１１が加熱され、所定温度になった時点で、駆動装置であるサーボモータ１６により移動軸７（移動部）に連なる系が上昇し、固定ダイ５と移動ダイ１０の合せ面が密着する閉状態となる。なお、駆動装置であるサーボモータ１６の動作は制御部１８によって制御される。
【００２２】
これにより、上キャビティダイ６と下キャビティダイ１１により構成されるキャビティ１７部によってプリフォーム１５が加圧され、所定の形状にプリフォーム１５が変形するようにプレスされ、光学ガラス素子（この実施例では凸レンズ）１５′が成形されるようになっている。
【００２３】
また、固定ダイプレート４、固定ダイ５、および上キャビティダイ６の組立体からなる上型２０、および、移動ダイプレート９、移動ダイ１０、および下キャビティダイ１１等の組立体からなる下型２１は、ベース２２およびブラケット２３によって両端開口部が閉塞された円筒状のチャンバ２４により囲繞される不活性ガス雰囲気下の成形室２５内にある。
【００２４】
例えば、光学ガラス素子１５′（成形品）として、外径１５ｍｍのレンズを２個取りで成形する場合、固定ダイ５及び移動ダイ１０の外形を夫々６５ｍｍとし、上型２０及び下型２１の外周を囲繞するチャンバ２４として外径φ１２４、肉厚３ｍｍの透明な石英ガラスからなる石英管を用いた。
【００２５】
さらに、石英管からなるチャンバ２４の外周には、加熱源である複数の環状の赤外線ランプ３０と、これら赤外線ランプ３０の背面を囲繞する状態に設けられたアルミニウムを磨いてその上に金メッキした反射ミラー３１とからなる赤外線ランプユニット３２が配置された状態となっている。
【００２６】
そして、赤外線ランプ３０（加熱部）に通電することにより赤外線をチャンバ２４を透過して上型２０および下型２１に照射するようになっている。
【００２７】
このときの固定ダイ５および移動ダイ１０の材料は、例えばタングステン合金であり、上キャビティダイ６および下キャビティダイ１１はＳｉＣを用い、また、硝材は最高屈伏温度約６００℃の光学ガラスを用いた。
【００２８】
赤外線ランプ３０は、２００Ｖ、ｍａｘ２ｋＷ／１本のものを５段１０本用い、出力調整しながら加熱し、熱電対３５の表示温度が約５７０℃でプレスした。プレス圧力は、サーボモータ１６によるプレス力で４ｋＮで成形した結果、良好な光学ガラス素子（レンズ）１５′が得られた。
【００２９】
なお、実施例では赤外線ランプ３０は、２本の赤外線ランプ３０，３０を略円形になるように配置した。
【００３０】
また、赤外線ランプユニット３２の外側には、反射ミラー３１の背面部に水冷パイプ３８を配置した冷却ユニット３９が設けられており、前記反射ミラー３１の過熱による損傷を防止するようになっている。この冷却ユニット３９は必要に応じて取り付ける。
【００３１】
また、赤外線ランプ３０は、タングステンのコイル状フィラメントを用いたハロゲンランプであり、その波長範囲は広いが、一般にピーク波長として１．２μｍ〜１．８μｍの波長領域の赤外線ランプである。
【００３２】
この波長は、透明石英管からなるチャンバ２４を９０％以上透過する。
【００３３】
なお、硝材により若干の相違はあるが、一般に光学ガラスは、１．２μｍ〜１．８μｍの赤外線を殆ど透過するため、実質的にプリフォーム１５を赤外線ランプ３０で直接加熱することはせずに、間接的に加熱している。
【００３４】
成形室２５には、矢印Ａ，Ｂ，Ｃで示すように不活性ガスであるＮ２  ガスが導入されて矢印Ｄで示すように排気され、成形室２５中の酸素濃度がガラスの品質に影響しない濃度まで低下してから、加熱するようになっている。なお、ガス供給管およびガス排気管は図中省略してある。
【００３５】
また、赤外線ランプユニット３２、冷却ユニット３９、および透明石英管からなるチャンバ２４は、ブラケット２３と一体的に組み立てられており、これらは図示しない駆動装置としてのエアシリンダにより一体的に上方に移動できるようになっており、必要に応じて、成形室２５を開放できるようになっている。
【００３６】
そして、下型２１の下キャビティダイ１１に対するプリフォーム１５の装填およびプレスされた光学ガラス素子（レンズ）１５′の取り出しが容易に行えるようになっている。
【００３７】
以下、本実施形態に係るガラス成形装置における成形品の製造方法について図２を参照して説明する。
【００３８】
まず、成形室２５を開放するとともに、上型２０と下型２１を離間させた開状態とし、下キャビティダイ１１上に、レンズ素材（硝材）であるプリフォーム１５を載せる。
【００３９】
ついで、成形室２５中の酸素濃度がガラスの品質に影響しない濃度まで低下してから赤外線ランプ３０によって加熱処理を行う。
【００４０】
所定温度になった時点で、駆動装置であるサーボモータ１６が動作して移動軸７とこれに伴って移動する下型２１が上昇し、プレス成形処理が行われる。
【００４１】
下型２１の上昇によりプリフォーム１５が上型２０に接触する閉状態となると、プリフォーム１５にプレス力がかかり始める。プレス成形処理において、設定したプレス終了位置まで移動軸７を移動させ、設定したプレス力で印加する。このプレス成形処理中の最大プレス力をＰ２とする。
【００４２】
ついで、プレス終了位置で移動軸７を停止させ、予め設定された停止時間ｔが経過するまで、上型２０と下型２１との相対位置関係を維持する（維持工程）。なお、移動軸７が停止した後はガラスに印加されるプレス力が低下する。
【００４３】
設定される停止時間ｔは、プレス力が十分低下するのに必要な時間であり、例えば維持工程終了時点（冷却工程開始時点）におけるプレス力Ｐ１が最大プレス力Ｐ２の５％〜２０％の範囲内となる時間に設定される。例えば停止時間ｔ＝数秒〜１分程度である。
【００４４】
停止時間ｔの経過後、移動軸７を下降させて開状態とし、冷却工程に入る。なお、図２において、プレス力がかかり始める時点の位置と冷却工程に入る位置とでは位置が異なっているが、プリフォーム１５とレンズの厚さ方向（上下方向）の寸法が変化したことにより開閉状態の切換位置がずれたことによるものである。すなわち、最初にプレス力がかかり始める位置、すなわち開状態から閉状態に切り替わる時点における、移動軸と固定軸との距離の方が大きく、閉状態から開状態となる位置の方が、移動軸と固定軸との距離が小さい。
【００４５】
冷却工程では、上型２０及び下型２１の温度を所定の勾配でゆっくりと降温させる。冷却工程は、例えば上型２０及び下型２１に不活性ガスを流すことにより行う。また、冷却ユニット３９により水冷する。他に、赤外線ランプ３０の出力を下げることにより除冷してもよい。
【００４６】
以上により、移動ダイ１０が固定ダイ５に密着してキャビティ１７部の形状に見合った成形品としての光学ガラス素子１５′がプレス成形される。
【００４７】
本実施形態にかかるガラス成形装置及びガラス成形方法によれば、以下のような効果が得られる。すなわち、プレス工程の後、プレス軸を停止させて上型２０と下型２１との相対位置関係を維持する維持工程を設けたことにより、成形品の厚さ方向の変形を規制することができ、成形品の厚さ方向の精度が向上する。
【００４８】
例えば光学ガラス素子１５′の厚さが３．５ｍｍの場合において、比較例として上述したプレス工程後すぐに開状態として冷却工程に入る場合の厚さ精度が誤差±数十μｍであったが、上記実施形態の成形装置及び成形品の製造方法によれば成形品の厚さ精度は誤差±数μｍ程度、たとえば２．３μｍにまで向上することが出来る。
【００４９】
なお本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては経過時間に基づいて移動軸７の動作を制御する場合について例示したが、これに限るものではなく、例えば、収集間隔０．１ｓｅｃとしてプレス力を検出し、このプレス力に応じて経過の移動軸の動作を制御してもよい。
【００５０】
すなわち、維持工程において、プレス成形工程の終了後そのプレス終了位置で移動軸７を停止させて上型２０と下型２１との相対位置関係を維持しプレス力が所定のプレス力に低下するまで経過させる。そして、プレス力が所定のプレス力、例えばＰ１、まで低下した時点で、移動軸を下降させ、開状態とする。このとき、所定の値として設定されるプレス力Ｐ１の範囲は、最大プレス力Ｐ２に対して例えば５〜２０％程度が望ましい。実験結果より５〜２０％になれば、軸フレームなどからの反力が緩和され、安定すると判断できる。
【００５１】
また、プリフォーム１５等を所定温度まで加熱する加熱手段として、高周波誘導加熱（ＲＦ誘導加熱）により、固定ダイプレート４、固定ダイ５、移動ダイプレート９、および移動ダイ１０を誘導加熱し、誘導加熱した部材からの熱伝導や輻射により、間接的に上キャビティダイ６、下キャビティダイ１１およびプリフォーム１５を加熱することも可能である。
【００５２】
また、プリフォーム１５となる光学ガラス硝材は、種類が多く、屈折率などの物性値をその使用目的に合わせ選択するが、そのガラス転移点、屈伏点などが変わるため、赤外線ランプ３０の出力や必要数も変わる。したがって、出力制御や赤外線ランプユニット３２の交換で調整すると良い。
【００５３】
上述の実施形態では、キャビティダイ６，１１にＳｉＣを用いたが、ＴｉＣ，Ｓｉ３  Ｎ４，ＴｉＮなどのセラミックスあるいは、これらのセラミックスの表面にさらに他のセラミックスや貴金属等のコーティングをしても良く、ダイプレート４，９も高周波誘導加熱方式（ＲＦ）の場合と違いセラミックスでも良く、種々のアレンジができることは勿論である。
【００５４】
その他、本発明は要旨を変えない範囲で種々変形実施可能なことは勿論である。また複数の実施形態の特徴を組み合わせて実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る成形装置の構成を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る成形品の製造方法を説明するグラフ。
【図３】成形品の製造方法の一例を説明するグラフ。
【符号の説明】
【００５６】
１…第１の軸（固定軸）、７…第２の軸（移動軸）、３…断熱部材、３ａ…中空軸部材、３ｂ…リング部材、８…断熱部材、８ａ…中空軸部材、８ｂ…リング部材、１５…プリフォーム（レンズ素材、被成形材）、１５′…光学ガラス素子（レンズ、成形品）、２０…上型（型）、２１…下型（型）、２４…チャンバ、２５…成形室、３０…赤外線ランプ（加熱部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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