(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下一対の型間にガラス素材を配置し、前記型の温度を検出かつ制御して型およびガラス素材を加熱して、成形加工する光学素子の成形方法において、あらかじめ所定の予熱温度Ｔ１に加熱し維持された前記の型間にガラス素材を配置した後、型およびガラス素材を所定の昇温指示に従い制御し加熱して、型の温度がガラス素材の転移点温度Ｔ３より高い設定温度Ｔ２に到達した時点で、ガラス素材を変形させることのできる変形荷重の圧力Ｐ１で当接するよう上下あるいは上下いずれかの型を移動させ、その後、ガラス素材の軟化に伴う変形を型の移動量Ｓ１で検出後、直ちに、前記圧力Ｐ１以上の成形加工荷重の圧力Ｐ２でさらに加圧し、ガラス素材変形の速度を検出しながら、ガラス素材の粘性と圧力Ｐ２が均衡する状態で所定の時間以上経過したことを確認後、前記圧力Ｐ２をＰ２よりやや小さい成形加工保持荷重の圧力Ｐ３へ切り替え、前記ガラス素材と型温度を所定の降温指示に従い制御して冷却し、転移点温度Ｔ３以下の温度に到達したことを確認した時点で、成形圧力を開放し、前記上、下型あるいは上、下型のいずれか一方を移動させ、さらに冷却し前記予熱温度Ｔ１に到達後、成形加工された光学素子を取り出すこととした光学素子の成形方法。
【請求項２】
成形加工する際に、ガラスの変形速度に応じて成形圧力を、漸減あるいは漸増の圧力制御をしてなる請求項１に記載の光学素子の成形方法。
【請求項３】
エアーシリンダと電空比例弁を用いて、型の成形圧力を制御してなる請求項１または２に記載の光学素子の成形方法。
【請求項４】
ガラス素材の変形の速度検出は型の移動速度によって検出する請求項１に記載の光学素子の成形方法。
【請求項５】
ガラス素材の粘性と圧力Ｐ２の均衡状態は型の移動速度が零になったことにより検出する請求項４に記載の光学素子の成形方法。
【請求項６】
上下一対の型間にガラス素材を配置し、前記型の温度を検出かつ制御して型およびガラス素材を加熱し成形加工する光学素子の成形装置において、少なくとも成形圧力を成形加工荷重の圧力Ｐ２と、圧力Ｐ２より低い変形荷重の圧力Ｐ１に設定する手段と、成形圧力を型の移動速度に応じて漸減および漸増できる演算および制御手段と、成形圧力を前記圧力Ｐ１に維持した状態で型の移動量を検知する手段と、成形圧力を圧力Ｐ２に維持した状態で型の移動速度を演算および制御する手段と、ガラス素材の転移点温度Ｔ３より高い設定温度Ｔ２と型の移動量Ｓ１および移動速度に対応して成形制御を行わせる動作指令手段を有する制御駆動部で構成してなる光学素子の成形装置。
【請求項７】
ガラス素子や成形加工された光学素子を把持および搬送するノズルと回転テーブルを設置してなる請求項６に記載の光学素子の成形装置。
【請求項８】
型の駆動源としてシリンダを用いた請求項６または７に記載の光学素子の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス成形製品であるガラスレンズなどの光学素子を型によってプレスなどにより成形加工する光学素子の成形方法およびその成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般的にガラスを素材とする光学素子などの成形加工は、上下一対の型の温度を検出し、この型をガラス素材の転移点温度以上でかつ軟化点温度以下のガラス素材が成形可能な温度に加熱し、プレスなどの成形圧力を加えて成形加工していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の成形工法ではガラスの熱膨張係数が、転移点を境にしてそれより高温域においてはそれより低温域の数倍と非常に大きな値を示し、この高温域におけるガラスの熱膨張係数は、型の材料であるセラミックスや超鋼材などの金属材料のそれと比較しても大きな値であるため、高温域でプレスなどの成形加工した場合、成形加工直後は所定精度に成形されていても、転移点まで温度が低下する間に成形製品の方が大きく収縮してしまうため、光学素子としての精度向上にとって重要な課題であった。
【０００４】
この課題を解決するためには、少なくともプレスなどの成形加工における最終の型閉じ時の成形製品のガラス素材温度を転移点温度に極力近づけるようにすればよいが、ガラス素材の温度を直接測定することが困難であり、測定位置によって温度が異なるにもかかわらず、型の温度から推測するという成形加工制御に精度向上の限界があった。
【０００５】
本発明は前記従来の課題を解決しようとするものであり、成形製品のガラス素材の形状変化を的確に把握しながら、光学素子など高精度のガラス成形製品を成形すると共に、型およびガラス素材の損傷を誘発することなく良品を簡易に安定して成形加工することのできる、ガラス成形製品である光学素子の成形方法およびその成形装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明による光学素子の成形方法は、あらかじめ所定の予熱温度Ｔ１に加熱し維持された上下一対の型間にガラス素材を配置した後、型およびガラス素材を所定の昇温指示に従い制御し加熱して、型の温度がガラス素材の転移点温度Ｔ３より高い設定温度Ｔ２に到達した時点で、ガラス素材を変形させることのできる変形荷重の圧力Ｐ１で当接するよう上下あるいは上下いずれかの型を移動させ、その後、ガラス素材の軟化に伴う変形を型の移動量Ｓ１で検出後、直ちに、前記圧力Ｐ１以上の成形加工荷重の圧力Ｐ２でさらに加圧し、ガラス素材の変形速度を検出しながら、ガラス素材の粘性と圧力Ｐ２が均衡する状態で所定の時間以上経過したことを確認後、前記圧力Ｐ２をＰ２よりやや小さい成形加工保持荷重の圧力Ｐ３へ切り替え、前記ガラス素材と型温度を所定の降温指示に従い制御して冷却し、転移点温度Ｔ３以下の温度に到達したことを確認した時点で、成形圧力を開放し、前記上、下型あるいは上、下型のいずれか一方を移動させ、さらに冷却し前記予熱温度Ｔ１に到達後、成形加工された光学素子を取り出すこととした光学素子の成形方法である。
【０００７】
本発明によれば、ガラス素材が転移点温度Ｔ３より高い温度に上昇するまでガラス素材と型は非接触であり、ガラス素材の変形量を型の移動量で検出し、圧力Ｐ２に切り替えて所定の型形状へ変形を促進し、また、ガラス素材の転移点温度Ｔ３の近傍での熱膨張率の変化による成形製品の収縮差と型材料の収縮差を圧力Ｐ２により強制的に押え込むことにより、直接ガラス素材の温度を把握しなくとも、ガラス素材および型に損傷を与える事なく的確なプレスなどによる成形加工をすることが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、上下一対の型間にガラス素材を配置し、前記型の温度を検出かつ制御して型およびガラス素材を加熱して、成形加工する光学素子の成形方法において、あらかじめ所定の予熱温度Ｔ１に加熱し維持された前記の型間にガラス素材を配置した後、型およびガラス素材を所定の昇温指示に従い制御し加熱して、型の温度がガラス素材の転移点温度Ｔ３より高い設定温度Ｔ２に到達した時点で、ガラス素材を変形させることのできる変形荷重の圧力Ｐ１で当接するよう上下あるいは上下いずれかの型を移動させ、その後、ガラス素材の軟化に伴う変形を型の移動量Ｓ１で検出後、直ちに、前記圧力Ｐ１以上の成形加工荷重の圧力Ｐ２でさらに加圧し、ガラス素材の変形速度を検出しながら、ガラス素材の粘性と圧力Ｐ２が均衡する状態で所定の時間以上経過したことを確認後、前記圧力Ｐ２をＰ２よりやや小さい成形加工保持荷重の圧力Ｐ３へ切り替え、前記ガラス素材と型温度を所定の降温指示に従い制御して冷却し、転移点温度Ｔ３以下の温度に到達したことを確認した時点で、成形圧力を開放し、前記上、下型あるいは上、下型のいずれか一方を移動させ、さらに冷却し前記予熱温度Ｔ１に到達後、成形加工された光学素子を取り出すこととした光学素子の成形方法であり、直接ガラス素材の温度を把握しなくとも、ガラス素材および型に損傷を与える事なく的確なプレスなどによる成形加工が行えるという作用を有する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、成形加工する際に、ガラスの変形速度に応じて成形圧力を、漸減あるいは漸増の圧力制御をしてなる請求項１に記載の光学素子の成形方法としたものであり、成形加工精度が向上するという作用を有する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、エアーシリンダと電空比例弁を用いて、型の成形圧力を制御してなる請求項１，２に記載の光学素子の成形方法としたものであり、サーボ機構などを用いる事なく安価なシステムにできるという作用を有する。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、ガラス素材の変形の速度検出を型の移動速度によって検出する請求項１に記載の光学素子の成形方法であって、ガラス素材の変形の速度検出を型の移動速度によって容易に検出することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、ガラス素材の粘性と圧力Ｐ２の均衡状態となったことを型の移動速度が零になったことで容易に検出することができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、上下一対の型間にガラス素材を配置し、前記型の温度を検出かつ制御して型およびガラス素材を加熱し成形加工する光学素子の成形装置において、少なくとも成形圧力を成形加工荷重の圧力Ｐ２と、圧力Ｐ２より低い変形荷重の圧力Ｐ１に設定する手段と、成形圧力を型の移動速度に応じて漸減および漸増できる演算および制御手段と、成形圧力を前記圧力Ｐ１に維持した状態で型の移動量を検知する手段と、成形圧力を圧力Ｐ２に維持した状態で型の移動速度を演算および制御する手段と、ガラス素材の転移点温度Ｔ３より高い設定温度Ｔ２と型の移動量Ｓ１および移動速度に対応して成形制御を行わせる動作指令手段を有する制御駆動部で構成してなる光学素子の成形装置としたものであり、高精度なガラスの光学素子が的確に成形加工できるという作用を有する。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、ガラス素子や成形加工された光学素子を把持および搬送するノズルと回転テーブルを設置してなる請求項６に記載の光学素子の成形装置であり、ガラス素材と完成した光学素子を同一の機構で搬送できるという作用を有する。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、型の駆動源としてシリンダを用いた請求項６または７に記載の光学素子の成形装置であり、装置の構成が簡易にできるという作用を有する。
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施の形態における光学素子の成形装置を示す要部正面断面図、図２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同成形プロセスの温度、変位および圧力の特性図である。
【００１７】
図１において、１は光学素子を形成する成形加工前のガラス素材、２は成形加工用の超鋼材などでなる上型、３は同じく上型に対応した下型、４は金属材でなる上型２を固定し保持するホルダー、５は同じく下型３を固定し保持するホルダー、６ａはヒータであり、ホルダー４を片面に取り付けた加熱体１５に内蔵されており、耐熱性の金属材やセラミックなどでなる上シャフト７を介して本体フレーム１４の内側の一面に取り付けられ固定されている。
【００１８】
８は摩擦抵抗の小さいシリンダ９の駆動により、上下に本体フレーム１４の一面を密着貫通して移動自在な下シャフト、６ｂはヒータであり、ホルダー５を片面にそして他面を下シャフト８の先端面と固着した加熱体１６に内蔵されている。
【００１９】
１０は下シャフト８すなわち下型３の変位の移動量を検知するセンサ、１１はガラス素材１および成形加工された成形製品の光学素子を挿入し載置する複数のポケット１２を片面に設け、本体フレーム１４で区分される成形加工機の内と外にガラス素材１および光学素子を回転搬送する回転自在な回転テーブル、１３はガラス素材１あるいは光学素子を吸着あるいは把持し、下型３とポケット１２間の移動自在なノズルである。
【００２０】
次に動作について図１、図２を用いて説明する。成形加工機の一側面に配置した回転テーブル１１に設けたポケット１２にガラス素材１を供給した後、回転テーブル１１を駆動回転させて、本体フレーム１４の内部で不活性ガス雰囲気中の成形加工機内部へガラス素材１を投入する。
【００２１】
成形加工機内においてノズル１３によりガラス素材１を保持して搬送（ノズル駆動機構は図示せず）し、ガラス素材１がその転移点温度Ｔ３以上の設定温度Ｔ２に昇温する時間の短縮をはかるために、あらかじめ転移点温度Ｔ３よりは低い予熱温度Ｔ１に維持された下型３に供給する。
【００２２】
ガラス素材１の下型３への供給を確認後、上下のヒータ６ａ，６ｂを内蔵した加熱体１５，１６により、上型２と下型３を所定の昇温指示および制御により加熱（制御および加熱機構は図示せず）する。
【００２３】
予め設定していた設定温度Ｔ２の温度に上型２および下型３が到達した後、ガラス素材１の転移点温度Ｔ３より高い設定温度Ｔ２でガラス素材１を変形させることのできる変形荷重の圧力Ｐ１で、下型３を電空比例弁（図示せず）などを介した摩擦抵抗の小さいシリンダ９により上昇させ、ガラス素材１と上型２、下型３を当接させて保持する。
【００２４】
ガラス素材１は、常温では固くてもろく傷つき易いと同時に、成形型をも損傷しやすいが、温度の上昇に伴ってガラス素材１の粘度が低下し、ガラス素材１の転移点温度Ｔ３を超えると軟化することにより変形可能になる。
【００２５】
ガラス素材１を十分軟化した設定温度Ｔ２の状態で上型２と下型３で挟み込み、ガラス素材１の急速に変形し始める変位の移動量Ｓ１を確認後、直ちに前記設定温度Ｔ２を維持しながら成形加工荷重を、変形荷重の圧力Ｐ１より高い成形加工荷重の圧力Ｐ２に切り替えて一気に成形し、ガラス素材１の粘度による粘性力と圧力Ｐ２が均衡する状態になるまで圧力Ｐ２と設定温度Ｔ２を維持する。
【００２６】
なお、使用するガラス素材１の特性により、成形加工荷重の圧力を制御して漸増や漸減することにより、より早く所定の成形加工形状に近づけるよう演算し圧力制御（制御機構は図示せず）するのが望ましい。
【００２７】
さらに、下型３の変位を時間的経緯をみながらセンサ１０により検出し、ガラス素材１の変形速度を演算する。ガラス素材１の粘性力と圧力Ｐ２が均衡する状態、すなわち変位の変化速度が十分に零に近づいた段階を検出演算して、成形加工荷重の圧力Ｐ２を圧力Ｐ２よりやや小さい成形加工保持荷重の圧力Ｐ３へ切り替え、前記ガラス素材１と上型２、下型３の温度制御を、成形製品の表面や光学特性に影響を与えないような所定の降温指示である冷却制御に切り替える。なお、圧力Ｐ２と圧力Ｐ３は同じ値としても良い。
【００２８】
ガラス素材１に損傷などを与えない降温指示による冷却制御で冷却（冷却制御機構は図示せず）を行い、ガラス素材１の転移点温度Ｔ３より低い予熱温度Ｔ１まで冷却する。この時、ガラス素材１の転移点温度近傍での熱膨張率の変化による成形製品の収縮差と、上および下型材料の収縮差を、圧力Ｐ２よりやや小さい圧力Ｐ３で強制的に押え込むことにより、ガラス素材１の温度を上および下型温度を通じて的確に把握しなくても、確実なプレスなどの成形加工を行うことが可能となる。
【００２９】
ガラス素材１の転移点温度Ｔ３以下の温度に到達したことを確認した段階で、シリンダ９の駆動により成形加工された光学素子と共に下型３を下降させる。さらに冷却を行い、予熱温度Ｔ１に到達した後ノズル１３により光学素子を吸着あるいは把持してポケット１２へ移載し、回転テーブル１１を回転駆動させ成形加工機の外へ取出して一工程が完了するのである。
【００３０】
【発明の効果】
以上、本発明による光学素子の成形方法およびその装置は、ガラス素材の加工温度を直接把握しなくても、的確に高精度な光学素子を成形することが可能となり、さらに上、下型およびガラス素材の損傷を誘発することもなく、安定して成形加工することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における光学素子の成形装置を示す要部正面断面図
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同成形プロセスの温度、変位および圧力の特性図
【符号の説明】
１  ガラス素材
２  上型
３  下型
４  上ホルダー
５  下ホルダー
６ａ，６ｂ  ヒータ
７  上シャフト
８  下シャフト
９  シリンダ
１０  センサ
１１  回転テーブル
１２  ポケット
１３  ノズル
１４  本体フレーム
１５  加熱体
１６  加熱体
【図１】
0003551076.tif 000002
【図２】
0003551076.tif 000003