(57)【要約】【課題】  金型本体の貫通穴に対するインサートの抜き外しまたは差し込みの際、インサートの外周端縁が貫通穴の内周面に食い付く。【解決手段】  一対のインサート１６，１８の間に成形すべきガラス材料２３を供給し、これらを所定温度に加熱して一方のインサート１６を他方のインサート１８との対向方向に移動させることにより、ガラス材料２３をプレス成形して一対のインサート１６，１８にそれぞれ形成された成形面１９，１７をガラス成形品に転写する本発明によるガラス成形装置は、一方のインサート１６を金型本体１２に形成された貫通穴１１の一端に対して出し入れ自在に駆動するアクチュエータ２０と、貫通穴１１の一端から突出するように延在してこの貫通穴１１の一端に続く案内面１３と、この案内面１３に一方のインサート１６の先端部を押し当てる押圧手段２５，２６とを具える。【選択図】  図２
2005154223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型本体に形成された貫通穴の一端側から当該貫通穴に対して摺動自在に嵌合される一方のインサートと、この一方のインサートと対向するように前記貫通穴の他端側に嵌合される他方のインサートとを具え、前記一対のインサートの間に成形すべきガラス材料を供給し、これらを所定温度に加熱して前記一方のインサートを前記他方のインサートとの対向方向に移動させることにより、前記ガラス材料をプレス成形して前記一対のインサートに形成された成形面をガラス成形品に転写するガラス成形装置であって、
前記一方のインサートを前記貫通穴の一端に対して出し入れ自在に駆動するアクチュエータと、
前記貫通穴の一端から突出するように延在してこの貫通穴の一端に続く案内面と、
この案内面に前記一方のインサートの先端部を押し当てる押圧手段と
を具えたことを特徴とするガラス成形装置。
【請求項２】
前記案内面は、前記貫通穴の内周面の一部がこの貫通穴の軸線と平行な方向にそのまま延在し、当該貫通穴の内周方向に沿って半周未満の円弧状をなすものであることを特徴とする請求項１に記載のガラス成形装置。
【請求項３】
基端が前記貫通穴の一端に続く前記案内面の先端に続いて形成され、前記貫通穴から遠ざかるほど開口径が大きくなる円錐面の一部にて形成された傾斜面をさらに有することを特徴とする請求項２に記載のガラス成形装置。
【請求項４】
前記押圧手段による押圧方向は、前記貫通穴の軸線に対して直交する方向であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のガラス成形装置。
【請求項５】
前記一方のインサートに形成された成形面が凸曲面を有することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のガラス成形装置。
【請求項６】
金型本体に形成された貫通穴の一端側から当該貫通穴に対して摺動自在に嵌合される一方のインサートと、この一方のインサートと対向するように前記貫通穴の他端側に嵌合される他方のインサートとの間に成形すべきガラス材料を供給し、これらを所定温度に加熱して前記一方のインサートを前記他方のインサートとの対向方向に移動させることにより、前記ガラス材料をプレス成形して前記一対のインサートに形成された成形面をガラス成形品に転写するガラス成形方法であって、
前記貫通穴の一端から当該貫通穴内にガラス材料を供給するステップと、
前記貫通穴の一端から突出してこの貫通穴の内周面に続く案内面に対し、前記一方のインサートの先端部を押し当てるステップと、
前記一方のインサートの先端部を前記案内面に押し当てた状態で、前記一方のインサートを前記貫通穴の一端からその内部に差し込むステップと
を具えたことを特徴とするガラス成形方法。
【請求項７】
前記貫通穴内で加熱状態にある前記ガラス材料に対し、前記一方のインサートを他方のインサートとの対向方向に前記貫通穴内を移動させ、プレス成形するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項６に記載のガラス成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス材料から光学要素をプレス成形して研磨などの後加工を不要とし得るガラス成形方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス製のレンズ，プリズム，フィルタなどの光学素子を製造するに際し、研削や研磨などの後加工を施すことなく、加熱軟化させたガラス材料を精密プレス成形加工するだけで高い形状精度および面精度を持った光学素子を得る方法が知られている。この方法は、成形可能温度、一般にはガラス転移点温度以上かつガラス軟化点温度以下に加熱したガラス材料を、所定の成形面を有する一対のインサートの間に供給し、この一対のインサートを相互に近づけるように駆動してガラス材料を所望の光学素子形状にプレス成形するものである。この方法は、特に非球面光学系を大量生産するような場合に有効である。
【０００３】
図６〜図９は、このような従来のガラス成形装置を用いて両凸レンズを成形する工程を模式的に示している。このガラス成形装置は、貫通穴１ａが形成された筒状をなす金型本体１と、この金型本体１の貫通穴１ａの下端側に嵌め込まれる下部インサート２と、この下部インサート２の上端面に形成された成形面２ａと対向する成形面３ａが下端に形成され、金型本体１の貫通穴１ａの上端側に摺動自在に嵌め込まれる上部インサート３とを具え、この上部インサート３は、図示しないアクチュエータによって金型本体１の貫通穴１ａに対して抜き外し可能に支持されている。
【０００４】
ガラス材料Ｗは、上部インサート３を貫通穴１ａの上方に退避させた状態にて貫通穴１ａ内、つまり下部インサート２の成形面２ａ上に投入される（図６参照）。次に、上部インサート３を貫通穴１ａ内に差し込み（図７参照）、この状態にて全体を加熱してガラス材料Ｗを所定の温度にまで上昇させ、上部インサート３を下部インサート２側に押し込んでプレス成形を行い（図８参照）、ガラス材料Ｗに変形を与えつつインサート２，３の形成面２ａ，３ａを転写して両凸レンズＷ’を得る。冷却工程を経て再び上部インサート３を貫通穴１ａから抜き外してその上方に退避させ、得られた両凸レンズＷ’を貫通穴１ａ内から取り出し（図９参照）、１サイクルの成形作業を完了する。
【０００５】
このような構造を持つガラス成形装置の特徴は、金型本体１が少なくとも上部インサート３を摺動案内する貫通穴１ａを有しているため、下部インサート２と上部インサート３との偏心精度は、貫通穴１ａの内径とインサート２，３の外径との嵌合隙間によって決定されるため、特別な調心機構を全く必要としないことである。このため、コンパクトで安価な成形装置で高精度の光学素子の成形が可能となり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６〜図９に示した従来のガラス形成装置は、基本的な構造が単純なため、コンパクトであって設備コストが安く済むにもかかわらず、インサート２，３の成形面２ａ，３ａの精度に依存した高精度な光学素子をプレス成形することができるという利点がある。
【０００７】
しかしながら、このような従来のガラス成形装置には、次のような問題点も存在する。すなわち、金型本体１の貫通穴１ａに対する上部インサート３の抜き外しまたは差し込みの際、特に差し込み時に上部インサート３の成形面３ａの外周端縁が貫通穴１ａの内周面に引っ掛かって食い付いてしまい、上部インサート３を金型本体１から抜き外すことも、逆にそれ以上差し込むこともできなくなる事故が発生する。この事故は、貫通穴１ａの軸線に対して上部インサート３の軸線が平行にずれたり僅かに傾いたりした時に発生し、貫通穴１ａと上部インサート３との嵌め合い隙間が小さいほど発生し易くなる傾向を持つ。
【０００８】
本発明者らは、貫通穴１ａと上部インサート３との嵌め合い隙間が１０μm未満になると、上述した食い付き現象が頻繁に発生し、さらにこれが５μm以下になると、金型本体１に対する上部インサート３の挿入作業をオペレータが手作業で行っても、これらの食い付きを避けることが困難な場合が多くなることを経験的に把握している。何れにおいても、食い付きが発生した金型本体１や上部インサート３は、そのまま使うことができないので、予備のものを予め用意しておく必要があり、そのためのコストが嵩んでしまう不具合がある。また、食い付きをできるだけ回避するために金型本体１の貫通穴１ａに対する上部インサート３の差し込み作業は慎重にならざるを得ず、作業効率が必然的に低下する欠点を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の形態は、金型本体に形成された貫通穴の一端側から当該貫通穴に対して摺動自在に嵌合される一方のインサートと、この一方のインサートと対向するように前記貫通穴の他端側に嵌合される他方のインサートとを具え、前記一対のインサートの間に成形すべきガラス材料を供給し、これらを所定温度に加熱して前記一方のインサートを前記他方のインサートとの対向方向に移動させることにより、前記ガラス材料をプレス成形して前記一対のインサートに形成された成形面をガラス成形品に転写するガラス成形装置であって、前記一方のインサートを前記貫通穴の一端に対して出し入れ自在に駆動するアクチュエータと、前記貫通穴の一端から突出するように延在してこの貫通穴の一端に続く案内面と、この案内面に前記一方のインサートの先端部を押し当てる押圧手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、アクチュエータを操作して一方のインサートを貫通穴の一端側から抜き外し、ガラス材料を貫通穴の一端からこの貫通穴内に供給する。次いで、アクチュエータを再び操作して一方のインサートを貫通穴の一端側から貫通穴内に差し込む。この時、押圧手段が一方のインサートの先端部を案内面に押し当てるため、インサートの先端部は案内面に案内されながら貫通穴内に差し込まれる。このようにして一方のインサートが貫通穴に差し込まれた時点で、金型本体およびインサートを加熱して貫通穴内に介在するガラス材料を所定温度まで昇温させた後、アクチュエータをさらに操作して一方のインサートを他方のインサート側に駆動してガラス材料をプレス成形し、一対のインサートに形成された成形面をガラス成形品に転写する。
【００１１】
本発明の第１の形態によるガラス成形装置において、案内面は、貫通穴の内周面の一部がこの貫通穴の軸線と平行な方向にそのまま延在し、貫通穴の内周方向に沿って半周未満の円弧状をなすものであってよい。この場合、基端が貫通穴の一端に続く案内面の先端に続いて形成され、貫通穴から遠ざかるほど開口径が大きくなる円錐面の一部にて形成された傾斜面をさらに有することができる。
押圧手段による押圧方向は、貫通穴の軸線に対して直交する方向であってよい。
一方のインサートに形成された成形面が凸曲面を有することが好ましい。
【００１２】
本発明の第２の形態は、金型本体に形成された貫通穴の一端側から当該貫通穴に対して摺動自在に嵌合される一方のインサートと、この一方のインサートと対向するように前記貫通穴の他端側に嵌合される他方のインサートとの間に成形すべきガラス材料を供給し、これらを所定温度に加熱して前記一方のインサートを前記他方のインサートとの対向方向に移動させることにより、前記ガラス材料をプレス成形して前記一対のインサートに形成された成形面をガラス成形品に転写するガラス成形方法であって、前記貫通穴の一端から当該貫通穴内にガラス材料を供給するステップと、前記貫通穴の一端から突出してこの貫通穴の内周面に続く案内面に対し、前記一方のインサートの先端部を押し当てるステップと、前記一方のインサートの先端部を前記案内面に押し当てた状態で、前記一方のインサートを前記貫通穴の一端からその内部に差し込むステップとを具えたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明においては、貫通穴の一端から貫通穴内にガラス材料を供給し、貫通穴の一端から突出してこの貫通穴の内周面に続く案内面に対し、一方のインサートの先端部を押し当てた状態で一方のインサートを貫通穴の一端からその内部に差し込むことにより、インサートの先端部は案内面に案内されながら貫通穴内に差し込まれることとなる。
【００１４】
本発明の第２の形態によるガラス成形方法において、貫通穴内で加熱状態にあるガラス材料に対し、一方のインサートを他方のインサートとの対向方向に貫通穴内を移動させ、プレス成形するステップをさらに具えることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガラス成形装置によると、貫通穴の一端から突出するように延在してこの貫通穴の一端に続く案内面と、この案内面に一方のインサートの先端部を押し当てる押圧手段とを具えているので、一方のインサートを金型本体の貫通穴に差し込む際に、インサートの先端部を案内面に案内させながら貫通穴内に円滑に差し込むことができ、貫通穴の内周面に対して一方のインサートの先端部の食い付きを防止することができる。この結果、ガラス成形装置の稼働率を従来のものよりも飛躍的に向上させることが可能であり、予備の金型本体やインサートを用意しておく必要もなくなった。
【００１６】
案内面が、貫通穴の内周面の一部がこの貫通穴の軸線と平行な方向にそのまま延在し、貫通穴の内周方向に沿って半周未満の円弧状をなす場合、貫通穴と同じ加工形態および加工精度にて案内面を形成することができるため、加工コストなどを削減することができる。特に、基端が貫通穴の一端に続く案内面の先端に続いて形成され、貫通穴から遠ざかるほど開口径が大きくなる円錐面の一部にて形成された傾斜面をさらに有する場合、一方のインサートおよび貫通穴の軸線がずれていたり傾いていたとしても、一方のインサートの先端が傾斜面に接触してこれを案内面へと導くことができる。
【００１７】
押圧手段による押圧方向が貫通穴の軸線に対して直交する方向の場合、押圧手段の押圧部分を最小の移動ストロークで一方のインサートに当接させ、一方のインサートの先端部を案内面に押し当てることができるため、押圧手段をコンパクトに設計することができる。
【００１８】
一方のインサートに形成された成形面が凸曲面を有する場合、貫通穴の内周面に対して一方のインサートの先端部の食い付きをより確実に防止することができる。
【００１９】
本発明のガラス成形方法によると、貫通穴の一端から貫通穴内にガラス材料を供給し、貫通穴の一端から突出してこの貫通穴の内周面に続く案内面に対し、一方のインサートの先端部を押し当て、この状態で一方のインサートを貫通穴の一端からその内部に差し込むようにしたので、インサートの先端部を案内面に案内させながら貫通穴内に円滑に差し込むことができ、貫通穴の内周面に対して一方のインサートの先端部の食い付きを防止することができる。この結果、ガラス成形装置の稼働率を従来のものよりも飛躍的に向上させることが可能であり、予備の金型本体やインサートを用意しておく必要もなくなった。
【００２０】
貫通穴内で加熱状態にあるガラス材料に対し、一方のインサートを他方のインサートとの対向方向に貫通穴内を移動させ、プレス成形することにより、一対のインサートに形成された成形面をガラス成形品に転写することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明によるガラス成形装置の実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。
【００２２】
第１の実施形態における金型本体の外観を模式的に図１に示し、これを用いた成形工程を模式的に順に図２〜図４に示す。すなわち、本実施形態におけるガラス成形品は回転対称形状のメニスカス凸レンズ１０（図４参照）であり、その外周輪郭を規定する円形断面の貫通穴１１が形成された筒状をなす金型本体１２には、貫通穴１１の上端から上方に突出するように延在してこの貫通穴１１の上端に続く案内面１３を持った案内壁１４が一体的に形成されている。本実施形態における案内壁１４の案内面１３は、金型本体１２の貫通穴１１と同じ曲率中心および曲率半径を有しており、換言すれば金型本体１２の上端部の一部を切り欠くことにより、上述した案内壁１４を形成することができる。円弧状をなす案内壁１４の上端部の内周側、つまり案内面１３の上端には面取り部１５が形成され、後述する上部インサート１６の下端外周縁部を円滑に案内面１３の上端部に誘導することができるように配慮している。本実施形態では、面取り部１５を円錐面の一部にて形成しているが、案内壁１４の上端面と案内面１３の上端とに連続する凸曲面にて形成することも有効である。
【００２３】
金型本体１２の貫通穴１１の下側には、上端面が成形面１７となった下部インサート１８が嵌合されており、金型本体１２の貫通穴１１の上側から差し込まれる上部インサート１６の下端面にも、凸曲面となった成形面１９が形成されている。本実施形態では、貫通穴１１と下部インサート１８および上部インサート１６との嵌め合い隙間を５μmに設定している。この上部インサート１６の上方に配された図示しないアクチュエータのプレス軸２０の下端部には、当該上部インサート１６の上端部に形成されたフランジ部２１に係止してこれを吊り下げ支持する吊り金具２２が連結されている。上部インサート１６を貫通穴１１に対して抜き差し得るアクチュエータは、下部インサート１８の成形面１７上に投入されたガラス材料２３の精密プレス成形の際に、上部インサート１６のフランジ部２１の上面中央部に突設された半球状の受圧部２４にプレス軸２０の下端が押し当たり、成形圧をガラス材料２３に与えることができるようになっている。この時、吊り金具２２は上部インサート１６のフランジ部２１に対する係合が外れた状態となる（図４参照）。
【００２４】
金型本体１２の貫通穴１１を挟んで案内壁１４の反対側には、案内壁１４の案内面１３との対向方向に沿って変位可能に支持され、上部インサート１６の外周面に当接し得る押圧ローラ２５が配されている。この押圧ローラ２５には、これを案内壁１４の案内面１３側に付勢する圧縮ばね２６が付設されている。貫通穴１１の中心軸線から押圧ローラ２５の先端、つまり案内壁１４の案内面１３側までの距離は、貫通穴１１の半径よりも多少、小さめに設定されている。本実施形態における圧縮ばね２６は、ばね定数が１０Ｎ/mmのセラミックス製のものを採用しているが、流体圧シリンダなどを利用することも当然可能である。
【００２５】
従って、図２に示すようにアクチュエータにより上部インサート１６を金型本体１２の上方から貫通穴１１に差し込む場合、まず上部インサート１６の外周端縁が案内壁１４の案内面１３に接触するか、あるいは近づいた状態のまま下降を続け、次いで上部インサート１６の外周端縁が押圧ローラ２５に当接し、図３に示すように圧縮ばね２６のばね力によって上部インサート１６の外周面が案内壁１４の案内面１３に押し当てられる。これ以降、圧縮ばね２６のばね力によって上部インサート１６はその外周面が案内壁１４の案内面１３に押し当てられた状態のまま、貫通穴１１内に差し込まれる。このため、最初の時点で貫通穴１１の中心軸線に対して上部インサート１６の中心軸線が偏心していたり、あるいは傾いている場合であっても、上部インサート１６の下端外周端縁が貫通穴１１の内周面に食い付きを生ずることなく、上部インサート１６を円滑に貫通穴１１内に差し込むことができる。本実施形態においては、上部インサート１６の成形面１９を凸曲面にしているので、その外周端縁が鈍角となり、さらに貫通穴１１の内周面に対して上部インサート１６の下端外周端縁が食い付きにくくなっている。
【００２６】
このようにして上部インサート１６が完全に金型本体１２の貫通穴１１内に差し込まれた時点で、アクチュエータの作動を一時的に停止させ、下部インサート１８の成形面１７の上に保持されたガラス材料２３を図示しない加熱装置により金型本体１２および下部インサート１８，上部インサート１６を介してガラス転移点（本実施形態では５０６℃）よりも高く、かつガラス軟化点よりも低い温度（本実施形態では５８５℃）に加熱し、この状態でアクチュエータを再び作動して所定の成形圧（本実施形態では約１０ＭＰa）を上部インサート１６に加え、ガラス材料２３をプレス成形して下部インサート１８の成形面および上部インサート１６の成形面を転写し、図４に示すようにメニスカス凸レンズ１０を得る。
【００２７】
次いで図示しない不活性ガス供給装置から冷却ガスを金型本体１２および下部インサート１８，上部インサート１６に吹き付け、これらを−４０度Ｃ／分の冷却速度で冷却し、これらがガラス転移点未満（本実施形態では約４９０℃）になった時点でその冷却を停止し、アクチュエータを逆に作動して吊り金具２２を介して上部インサート１６を貫通穴１１から引き上げる。この場合においても、圧縮ばね２６のばね力によって上部インサート１６の外周面が案内壁１４の案内面１３に押し付けられた状態のまま、上部インサート１６が貫通穴１１から抜き外されるため、上部インサート１６の中心軸線が貫通穴１１の中心軸線に対して傾くことなく、これを円滑に上昇させることができる。
【００２８】
上部インサート１６を金型本体１２の上方の退避位置まで上昇させた後、図示しないハンドリング装置を用いて成形されたメニスカス凸レンズ１０を貫通穴１１から取り出し、成形作業の１サイクルが完了する。このようにしてメニスカス凸レンズ１０を１３００ショット製造したが、貫通穴１１の内周面に対する上部インサート１６の食い付き現象によるトラブルは一度も発生しなかった。
【００２９】
上述した実施形態では、輪郭が円形のメニスカス凸レンズ１０のプレス成形を対象としたが、ガラス成形品が矩形の棒状をなすもの、例えばｆθレンズなどでも本発明を応用することができる。
【００３０】
このような本発明によるガラス形成装置の別な実施形態における金型本体１２の部分の外観を図５に模式的に示すが、先の実施例と同一機能の要素には、これと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施形態における貫通穴１１はｆθレンズの輪郭形状に対応した矩形断面を有し、図示しない上下のインサートもこれと同一の矩形の柱状をなし、これらインサートと金型本体１２の貫通穴１１との嵌め合い隙間を本実施形態では３.３μmに設定している。また、本実施形態における案内壁１４は、矩形の貫通穴１１の内周面の隣り合う２つの面に続く２つの案内面１３を有するように形成されており、押圧ローラ２５もこれら２つの案内面１３とそれぞれ対向するように２組配置されている。
【００３１】
このようなガラス成形装置を用いて３辺が３５mm×１４mm×７mmのｆθレンズを２００ショット成形したが、本実施形態においても、貫通穴１１の内周面に対する上部インサートの食い付き現象によるトラブルは一度も発生しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるガラス成形装置をメニスカス凸レンズのプレス成形に応用した一実施形態における金型本体の部分の外観を模式的に表す立体投影図である。
【図２】図３および図４と共に図１に示した実施形態におけるプレス成形手順を表す工程図であり、上部インサートを貫通穴から抜き外してガラス材料を貫通穴内に供給した状態を示す。
【図３】図２および図４と共に図１に示した実施形態におけるプレス成形手順を表す工程図であり、上部インサートを貫通穴に差し込む直前の状態を示す。
【図４】図２および図３と共に図１に示した実施形態におけるプレス成形手順を表す工程図であり、プレス成形中の状態を示す。
【図５】本発明によるガラス成形装置の他の実施形態における金型本体の外観を模式的に表す立体投影図である。
【図６】図７〜図９と共に両凸レンズのプレス形成を行う従来のガラス成形装置における作業手順を表す工程図であり、上部インサートを貫通穴から抜き外してガラス材料を貫通穴内に供給した状態を示す。
【図７】図６，図８，図９と共に両凸レンズのプレス形成を行う従来のガラス成形装置における作業手順を表す工程図であり、上部インサートを貫通穴に差し込んだ状態を示す。
【図８】図６，図７，図９と共に両凸レンズのプレス形成を行う従来のガラス成形装置における作業手順を表す工程図であり、両凸レンズのプレス成形中の状態を示す。
【図９】図６〜図８と共に両凸レンズのプレス形成を行う従来のガラス成形装置における作業手順を表す工程図であり、上部インサートを成形品と共に貫通穴から抜き外した状態を示す。
【符号の説明】
【００３３】
１０  メニスカス凸レンズ
１１  貫通穴
１２  金型本体
１３  案内面
１４  案内壁
１５  面取り部
１６  上部インサート
１７  成形面
１８  下部インサート
１９  成形面
２０  プレス軸
２１  フランジ部
２２  吊り金具
２３  ガラス材料
２４  受圧部
２５  押圧ローラ
２６  圧縮ばね
【図１】
2005154223.tif 000003
【図２】
2005154223.tif 000004
【図３】
2005154223.tif 000005
【図４】
2005154223.tif 000006
【図５】
2005154223.tif 000007
【図６】
2005154223.tif 000008
【図７】
2005154223.tif 000009
【図８】
2005154223.tif 000010
【図９】
2005154223.tif 000011