(57)【要約】【課題】成形型を構成する基材に求められる機能と誘導加熱に求められる機能を分離することで、誘導加熱手段により効率的に成形型部を加熱し、ガラス素材を伝熱、輻射により所定の温度に達することを可能ならしめる誘導加熱用ガラス成形型を提供すること。【解決手段】セラミックス等の非導電材からなる型基材と、前記型基材部に取付けた加熱体５を備えることにより、成形面近傍を加熱することができるので成形時間が短く高精度化できる。【選択図】図２
2006160529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の型基材の間に設けられたガラス素材を所定の温度まで誘導加熱して、前記ガラス素材を成形するガラスレンズ成形装置であって、前記一対の型基材の少なくとも一方の内部に加熱体が設けられたことを特徴とするガラスレンズ成形装置。
【請求項２】
前記型基材はセラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載のガラスレンズ成形装置。
【請求項３】
前記加熱体と前記型基材とが分離しないように固定具を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガラスレンズ成形装置。
【請求項４】
前記加熱体の端面と前記型基材との間に弾性体とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガラスレンズ成形装置。
【請求項５】
前記加熱体の端面と前記型基材との間に支持体を設け、熱膨張により前記加熱体と前記基材とを密着させることを特徴とする請求項１または２に記載のガラスレンズ成形装置。
【請求項６】
一対の型基材の間に設けられたガラス素材を所定の温度まで誘導加熱して、前記ガラス素材を成形するガラスレンズ成形装置であって、前記型基材の外周に固定された金属からなる加熱体を備えたことを特徴とするガラスレンズ成形装置。
【請求項７】
外周部に溝を設けた前記型基材と、前記型基材の溝部に加熱体を溶接により形作り固定したことを特徴とする請求項６に記載のガラスレンズ成形装置。
【請求項８】
前記加熱体の端面と前記型基材との間に弾性体とを備えたことを特徴とする請求項６または７に記載のガラスレンズ成形装置。
【請求項９】
加熱体の材質は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの少なくとも１つを主成分とする強磁性体の材料であることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載のガラスレンズ成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機器に使用されるガラスレンズなどの光学素子を誘導加熱手段によってガラス素材を加熱し、金型によって光学素子をプレス成形するガラスレンズ成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のガラスレンズ成形装置は、誘導加熱手段によってプレス成形型を加熱し、熱伝導や輻射熱によってガラス素材を加熱し軟化せしめる精密ガラス成形法に用いられる型構造としては、以下のものが知られていた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、特許文献１に記載された従来の誘導加熱用ガラスレンズ成形型を示すものである。同図において、誘導加熱コイル１２が動作すると、このコイル１２に近い下型保持具５１，上型保持具５２，下型支持具５３，上型支持具５４の外周部に加熱が集中し、この表面部分から内部への伝導によって熱が伝わり、下型５５と上型５６が加熱される。
【特許文献１】特許第２５０９３０５号公報（図２）
【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、前述した従来の技術には以下のような課題がある。
【０００５】
１．誘導加熱手段で金型を加熱する場合、誘導コイルに近い周辺部材の方が温度が高くなり、金型保持のクリアランスに支障をきたし、ガラス成形されたレンズの偏心精度等が悪くなる。
【０００６】
２．従来例の様な金型構成では熱容量が大きくなり、ガラス成形面での昇温，降温の応答性が悪く、サイクル時間が長くなる。
【０００７】
３．誘導加熱に適した材料を型材に選ぶことができない（誘導加熱容易な材質は、成形型材として不適な場合が多い）。
【０００８】
４．胴型付きの金型構成が取り難い。
【０００９】
以上のような課題を有する原因は、成形型を構成する基材を直接誘導加熱しようとしている点にあると考えられる。
【００１０】
成形型を構成する基材に求められる性能としては、ガラス成形温度（概ね６００℃）に耐え得る高温強度、耐酸化性や高精度な機械加工が容易なことなどがある。それに対し誘導加熱に適した材料は、上述の性能を必ずしも満足しない。
【００１１】
また、ガラス成形温度にする必要がある部位は、ガラスと直接触れる成形面近傍であり、成形型を構成する全体を加熱する必要は無い。成形型全体を加熱しようとすると、熱容量が増えて昇温や降温の応答性が悪くなり、また、大型の誘導加熱装置が必要となるので、ガラス成形装置のコストの面からも適切でない。
【００１２】
誘導加熱の原理は、誘導コイルの近傍にある導電性材料にうず電流が流れ、その時の電気抵抗が熱に変わることによるものである。よって、コイル近傍の導電材ほど温度が高くなる。複数の部材で成形型を構成する場合、各部材の熱膨張率や部材間のクリアランスを考慮しないと高精度な成形ができない。
【００１３】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、成形型を構成する基材に求められる機能と誘導加熱に求められる機能を分離することで、誘導加熱手段により効率的に成形型部を加熱し、ガラス素材を伝熱、輻射により所定の温度に達することを可能ならしめる誘導加熱用ガラス成形型を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために，本発明の誘導加熱用ガラスレンズ成形型は、セラミックス等の非導電性材からなる型基材と、前記型基材の内周または外周の少なくとも一方に誘導加熱容易な材料からなる加熱体を設けることを特徴とする。
【００１５】
上記加熱体の材質は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の強磁性材の少なくとも一つを主成分とする材料が望ましい。加熱体として使用できる各種材料の中でもマルテンサイト系またはフェライト系のステンレス材が入手容易で加工性やコスト面でも優れるが、必ずしもその限りで無い。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の誘導加熱用ガラス成形型は、誘導コイル内に置いたセラミックス等の非導電性材からなる成形型に組み込まれ、最適位置に置かれた加熱体にのみ誘導波が作用し、加熱体が急速加熱されて成形面に伝熱，輻射することでガラス成形面を効率よく所定の温度にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
第１図は、実施の形態１におけるガラスレンズ装置全体の断面図である。上型用と下型用に上下独立した誘導コイルの中央にガラス成形用型が設置してある状態を示す。まず、図１を参照しながら装置全体の動作を説明した後、本発明の誘導加熱用ガラス成形型について詳述する。そのことで本発明の有効性がより顕著になる。
【００１９】
１３は誘導コイルのコアを成すパイプであり、上下のツバ１１の間にコイル１２を必要なターン数巻き付ける。コイルコア１３は、コイルを巻き付けるためにあるが、非導電性で、輻射熱からコイルを守るために断熱性を有するセラミックスや複合材からなる。
【００２０】
また、コイルコア１３の中間にある防磁板１０は、上下の誘導コイルの干渉を防止するために設置してある。コイルコア１３の中にガラス成形用型を入れる。
【００２１】
ガラス成形用型は、上パンチ２と下パンチ３とそれらパンチの同軸精度を得る目的で胴型４にはめ込んである。パンチ及び胴型の基材としては、非導電性のセラミックスで作ってある。このガラス成形型の上下のパンチのそれぞれ中央には、導電性の材料からなる加熱体５が後述する方法で取り付けてある。
【００２２】
ガラス成形装置としての詳細は省略してあるが、上下のパンチには成形面近傍の裏側まで到達する穴を設け、熱電対８，９により成形面近傍の温度制御できるようになっている。図１ではガラス成形型が装置の型支持具７と型押し具６の間に挟みこまれ、ガラスレンズ１がプレス完了したように描かれている。装置全体としての動作や制御方法は省略するが、上下の誘導コイルが動作すると、誘導波が非導電性材料からなるコイルコア１３，胴型４を貫通し、加熱体５に作用し発熱する。
【００２３】
加熱体５に生じた熱は、パンチ基材２，３を通して成形面に達しガラス素材を加熱軟化するように作用する。上下の型温度は熱電対８，９を介して検出し、省略した制御装置により上下のコイル１２をそれぞれ制御し、調節できるようになっている。
【００２４】
このように本発明では、最初誘導コイルにより近い型部材から加熱し、伝熱によりガラス素材を加熱軟化するのでなく、ガラス素材を挟み込んだパンチ２，３に設けた加熱体５を加熱できるので、ガラス素材までの伝熱距離が短くなり、昇温，降温の応答性が良くなる。
【００２５】
また、本実施例のように胴型４を設けた型構造であったとしても、胴型を通して内部のパンチを加熱できる。すなわち、芯から加熱できる特徴を得ることができた。加熱体５は型部材としての制約を受けないので、誘導加熱に適した材料を選ぶことができ、なお、発熱効率が良くなる。言い換えれば、パンチ２，３をガラス成形に適した高温強度の高い材料，本実施例のような直接誘導加熱できないセラミックス等の材料で製作しても良い。
【００２６】
型構造面での特徴としては、次のことが挙げられる。本実施例のように胴型を用いた型構造を従来例のように誘導加熱すると、パンチの温度よりも胴型の方がコイルに近いので温度が高くなる。その結果胴型とパンチのクリアランスが広がってしまい、このような状態で成形した場合、レンズにとって必要な偏心精度の確保が難しくなることが予想される。本実施例の場合、先述のように内部にあるパンチの方が胴型よりも温度が高くなる傾向があり、その結果胴型とパンチのクリアランスは狭くなる。
【００２７】
よって、ガラスレンズの偏心精度を高めることが可能となる。
【００２８】
図２は、図１に示したガラスレンズ成形装置に使用するパンチの例を示すものである。
【００２９】
同図に示すパンチは、パンチ基材内部に加熱体５を設けるタイプである。パンチの成形面の反対側より直径ｄ２，穴深さＬ２とすると、挿入する加熱体５は外径ｄ５，長さＬ５とする。それらの寸法は，ｄ２＞ｄ５，Ｌ２＞Ｌ５となるようにするのが望ましい。
【００３０】
具体的にはパンチ基材をＳｉＣ，加熱体をＳＵＳ４２０で製作すると、加熱時にそれぞれの寸法差がより小さくなることが昇降温速度や温度分布の点で望ましい。しかしながら先述の寸法の関係が逆転すると、パンチ基材のＳｉＣが割れる問題が生じるので注意を要する。
【００３１】
図３は、図２で示した加熱体５の各種形状である。図３（ａ）はパイプ状となっている。誘導加熱は表面にのみうず電流が流れる。そのために、必要以上肉厚があっても特に有効ではない。パイプの肉厚は誘導コイル，加熱条件，加熱体の材質により生じるうず電流の浸透深さによって調節する。しかしながら、開発した中で加熱体としてのパイプの肉厚は、概ね１〜２ｍｍ程度あれば充分であることがわかったが、特に限定しない。
【００３２】
図３（ｂ）は、パイプの軸方向に図中に示すようなスリットを少なくとも１ヶ所以上設けたものである。これは熱膨張時にパンチ基材２の穴内周部に加熱体５の外周部を密着させて、熱伝導効率の向上を図ったタイプである。スリットの役目は、高温時にパンチ基材２と加熱体５の寸法差を吸収し、パンチ基材が破壊しないようにするためである。
【００３３】
図３（ｃ）は、図３（ａ）の加熱体に底を付けたタイプである。図３（ａ）より、若干加熱効率が良い。加熱体底の中央には，熱電対が通る穴を設けてある。
【００３４】
第３図（ｄ）は、図３（ａ）の加熱体同様パイプ状であるが、断面が円形では無い。加熱時にパンチ基材の内部と図３（ｄ）型加熱体の外周面が少なくとも２箇所以上で線接触するようになっている。
【００３５】
この目的は、加熱体とパンチ基材が接することで伝熱の効率を向上させ、かつ熱膨張差によるパンチ基材の破壊を招かないようにしたタイプである。
【００３６】
図４は、パンチ基材２と加熱体５を分離できないように固定具を設け、かつ、加熱体５の端面をパンチ基材２と密着するように弾性体で保持したタイプである。
【００３７】
パンチ基材２と加熱体５を密着させる目的は、先述したようにより熱伝導を効率的にするためである。また、図４のような構成では、ガラス成形面の真下で加熱体５と密着するとより効果的である。更に、図１に示したようなガラス成形装置にて使用すると、パンチ基材２と加熱体５が容易に分離すると不都合が生じることが多い。そこで、加熱体５とパンチ基材２が一体となるように構成してある。
【００３８】
図４の構成を説明すると、パンチ基材２に，図３（ｃ）加熱体５を組み付ける。その上加熱体５の天面とパンチ基材２の底面を密着させる目的で、圧縮バネ２３を入れた。バネ２３は、バネベース２２を介してＣ型リング２１によりパンチ基材２と固定される。特に触れなかったが、Ｃ型リングを固定するために、パンチ基材２には、専用の溝が設けてある。このような構造とすることで、加熱体５パンチ基材２を一体とすることが可能となり、容易にガラス成形装置の中で使用できるようになる。
【００３９】
圧縮バネ２３は、６００℃以上の高温でも耐えるようにカーボン製とした。ガラスレンズ成形は、通常不活性ガス雰囲気か真空で行うのでカーボンバネで支障はない。しかしながらカーボンバネは高温の酸素雰囲気では使用できないので、セラミックスバネでも良いことは言うまでも無い。
【００４０】
ここでは、圧縮バネに代表される弾性体を用いて加熱体５とパンチ基材２を密着させたが、バネの代わりに材料の熱膨張を利用して加熱体５とパンチ基材２を密着させても良い。
【００４１】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２の誘導加熱用ガラス成形型である。実施の形態１に示した本発明の誘導加熱用ガラス成形用型が、パンチ基材の内部に加熱体を設けたのに対して、実施の形態２ではパンチ基材の外周部に加熱体を設けたことに特徴がある。
【００４２】
図５において、パンチ基材２の外周円筒部に加熱体５を巻き付けた構成の誘導加熱用ガラス成形型である。パンチ基材２の外周円筒部には、加熱体５の板厚みの値より大きい深さの溝を形成してあり、その溝部に加熱体５を巻き付けてある。
【００４３】
実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、パンチ基材２はセラミックス（ＳｉＣ）、加熱体５はＳＵＳ４２０としたが、趣旨がずれない限りその限りで無い。
【００４４】
図６は、図５に示した本発明の実施の形態２における誘導加熱用ガラス成形型の製作方法を表すものである。
【００４５】
図６（ａ）では、事前に準備してある半割にした加熱体５’を、パンチ基材の外周円筒溝部にはめ込む。図６（ｂ）では，加熱体５の突合せ面を溶接により付ける。
【００４６】
本構成のガラス成形用型の場合、誘導加熱時に加熱体５の熱膨張がパンチ基材２のそれを上回るために、パンチ基材２と接する部分が少なくなることで、伝熱が必ずしも良好でなくなる。
【００４７】
そこでこの伝熱のロスを改善するために図７の構成とする。図７では、図５の基本構成に加えて、加熱体５の端面側に弾性体２４が設けてある。この弾性体２４は、加熱時においても反対側の加熱体端面を常にパンチ基材２と密着する働きがある。その結果先述した伝熱ロスが改善された。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の誘導加熱用ガラス成形用型は、誘導コイル内に置いたセラミックス等の非導電性材からなる成形型に組み込まれ最適位置に置かれた加熱体にのみ誘導波が作用し、加熱体が急速加熱されて成形面に伝熱，輻射することで，ガラス成形面を効率よく所定の温度にすることができる機能を有し、ガラスレンズ成形の分野で適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明が使用するガラス成形装置全体を示す縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるガラス成形型（原型）を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における加熱体の各種形状を示す図
【図４】本発明の実施の形態１におけるガラス成形型（実用型）を示す図
【図５】本発明の実施の形態２におけるガラス成形型（原型）を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における加熱体の取付け方法を示す図
【図７】本発明の実施の形態２におけるガラス成形型（実用型）を示す図
【図８】従来の誘導加熱によるガラスレンズ成形方法を示す図
【符号の説明】
【００５０】
１    ガラス（レンズ）
２    上パンチ（セラミックス製）
３    下パンチ（セラミックス製）
４    胴型（セラミックス製）
５    加熱体
６    型押し具
７    型支持具
８    上熱電対
９    下熱電対
１０  防磁板
１１  ツバ（４箇所）
１２  誘導コイル
１３  コイルコア（パイプ）
２１  Ｃ型リング
２２  バネベース
２３  バネ（カーボン製）
５１  下型保持具
５２  上型保持具
５３  下型支持具
５４  上型支持具
５５  下型
５６  上型
５７  石英管
５８  断熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006160529.tif 000008
【図７】
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【図８】
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