(57)【要約】【課題】金型や装置構成から発生するガラス温度のバラツキに左右されない成形プロセスによるレンズが得られ、さらに金型への打痕や傷の発生しない成形方法及び装置を提供する。【解決手段】胴型１とその内部を上下動する最終レンズ面精度を持った上型３，下型４を備え、上型３，下型４及びガラスゴブ１１を加熱できる加熱手段５を備え、上型３，下型４の間にかかる圧力を検出するロードセル６とその指令によるフィードバック動作可能な加圧／移動手段１０により下型４が位置及び圧力制御可能とし、ガラス転移点以上でガラスゴブ１１と接触するような０．１〜０．３ｍｍ程度のギャップで上型３を位置決めし加熱されガラスと型の熱膨張により発生する圧力をロードセル６で検出し、そのガラスの粘性を把握して屈伏点＋２０℃などの成形可能なタイミングで下型４を移動させ、ガラスレンズを成形する。【選択図】図１
2005170751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型及び下型の間にガラスプリフォーム素材を配置する工程と、前記上型，下型及びガラスプリフォーム素材をその周囲に設けられた加熱手段で加熱する工程と、前記上型又は下型の少なくともいずれか一方を移動させ前記ガラスプリフォーム素材をプレス成形する工程からなる成形方法であって、前記ガラスプリフォーム素材にかかる荷重をモニタ及び制御して、前記ガラスプリフォーム素材の粘性状態を把握しながら成形することを特徴とするガラスレンズの成形方法。
【請求項２】
上型及び下型の間にガラスプリフォーム素材を配置する工程と、前記上型，下型及びガラスプリフォーム素材をその周囲に設けられた加熱手段で加熱する工程と、前記上型又は下型の少なくともいずれか一方を移動させ前記ガラスプリフォーム素材をプレス成形する工程からなる成形方法であって、最初は、前記ガラスプリフォーム素材に、熱膨張による荷重が加わらないように前記ガラスプリフォーム素材と前記上型に０．１〜０．３ｍｍの隙間を空けた状態で加熱をすることを特徴とするガラスレンズの成形方法。
【請求項３】
上型及び下型の間にガラスプリフォーム素材を配置する工程と、前記上型，下型及びガラスプリフォーム素材をその周囲に設けられた加熱手段で加熱する工程と、前記上型又は下型の少なくともいずれか一方を移動させ前記ガラスプリフォーム素材をプレス成形する工程からなる成形方法であって、前記ガラスプリフォーム素材がガラス転移点以上になるまで熱膨張による荷重が加わらないように前記ガラスプリフォーム素材と前記上型に０．１〜０．３ｍｍの隙間を空けた状態で加熱をすることを特徴とするガラスレンズの成形方法。
【請求項４】
上型及び下型の間にガラスプリフォーム素材を配置する工程と、前記上型，下型及びガラスプリフォーム素材をその周囲に設けられた加熱手段で加熱する工程と、前記上型又は下型の少なくともいずれか一方を移動させ前記ガラスプリフォーム素材をプレス成形する工程からなる成形方法であって、前記ガラスプリフォーム素材がガラス転移点以上になるまで前記上型又は下型から前記ガラスプリフォーム素材にかかる荷重が無負荷かあるいは１０Ｎ以下の荷重となるように前記上型又は下型の位置を制御移動させることを特徴とするガラスレンズの成形方法。
【請求項５】
温度測定手段により前記ガラスプリフォーム素材が屈伏点を越えて成形可能温度になったことを検出してから、プレス成形を実施することを特徴とする請求項１及び４記載のガラスレンズの成形方法。
【請求項６】
上型及び下型を有する成形型と、前記成形型及びガラスプリフォーム素材の周囲に設けられた加熱手段と、前記成形型の温度を測定する手段と、前記成形型を移動させ前記ガラスプリフォーム素材をプレス成形する加圧手段と、前記ガラスプリフォーム素材にかかる荷重をモニタ及び制御する手段を有することを特徴とするガラスレンズの成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスプリフォーム素材を加熱し、成形型でプレスしてレンズ等の光学素子を得るガラスレンズの成形方法及び成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラスレンズの成形方法としては、上下一対の成形用型部材の間にガラス素材を挿入、配置し、これらを加熱し温度制御して、鏡面に仕上げられた上下型によりプレス成形されることによって、所望の面精度、光学機能面を持った光学素子を得る方法が実施されている。レンズ成形をするには、まず、下型の成形面上に成形用のガラス素材を載せ、更に、その上に極低圧で上型を降下させる。そして上下型にガラス素材を接触させた状態で、ガラス素材及び成形用型を加熱して、プレス成形に適した温度にして加圧機構を動作させ、加圧棒で上型を介してガラス素材を加圧し、光学素子を成形する。そして、ガラス素材に成形面が転写され、また、その形状が離型後も必要な面精度で保持されるまで充分な時間圧力を加えながら冷却する。その後、離型し、成形された光学素子を取り出す（特許文献１参照）。
【０００３】
また、上下型にガラス素材を接触させる工程において、ガラス素材にかかる圧力を上型の自重のみで抑えるような方法も提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
図３は従来の上下型にガラス素材を接触させ加熱するガラスレンズの成形装置を示す説明図である。
【０００５】
図３において、下型１７の成形面上のガラスゴブ１１を誘導加熱手段５によって、このガラスゴブ１１のガラス転移点以下の温度から成形可能温度まで加熱し、加熱されたガラスゴブ１１を上型１６の成形面と下型１７の成形面の間でプレス成形する。この上型１６の成形面とこのガラスゴブ１１とを、ガラス転移点以下の温度で上型に対して成形するための実質的な圧力をかけずに接触させてから加熱する方法である。図５に示すように、上型１６の上端に隙間を設けた金型構成にすることにより、ガラスゴブ１１を上型１６と下型１７に上型の自重程度の圧力で接触させることができ、ガラスゴブ１１を均一の温度に加熱して、安定した成形の確保及び成形前にガラスゴブ１１を割る可能性がなくなる。
【特許文献１】特開平２−３８３２９号公報
【特許文献２】特開平５−１９３９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、ガラスゴブ自身の温度をモニタしてプロセス制御をしているわけでなく、温度は大概金型に仕込まれた熱電対の温度などを見てフィードバック制御されている。そのため金型１個のシステムではガラスゴブの金型への設置状態により、２個以上の金型を使う場合は熱電対の位置や金型の違いなどにより、それらを制御している金型温度と実際のガラスゴブの温度にバラツキが生じてしまう。そのため繰り返しの形状精度など、成形安定性を悪化させたり、ひどい場合にはガラスが硬い状態でプレスしてしまい、金型をいためてしまうおそれがある。
【０００７】
また、ガラスゴブを上型，下型に接触させる時に上型自重分とはいえ金型に圧力がかかってしまうため、金型の成形面に打痕や傷などを発生させてしまうなどレンズの成形品質の低下や金型寿命の低下を招くと言う問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決し、ガラスプリフォーム素材がガラス転移点以下の間は上型と非接触あるいはほとんど無荷重の状態を保つことにより、金型成形面にキズなどを発生させないようにすることを実現し、さらに、ガラスプリフォーム素材の熱的特性を考慮してガラス粘度をモニタしながら最終の成形工程に入ることにより、金型違い等による温度バラツキなどに左右されず安定したガラスレンズの成形を実現したガラスレンズの成形方法及び成形装置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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のガラスの成形方法は、上型及び下型の間にガラスプリフォーム素材を配置する工程と、前記上型，下型及びガラスプリフォーム素材をその周囲に設けられた加熱手段で加熱する工程と、前記上型又は下型の少なくともいずれか一方を移動させ前記ガラスプリフォーム素材をプレス成形する工程からなる成形方法であって、前記ガラスプリフォーム素材にかかる荷重をモニタ及び制御して、前記ガラスプリフォーム素材の粘性状態を把握しながら成形することを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、上型及び下型の間にガラスプリフォーム素材を配置する工程と、前記上型，下型及びガラスプリフォーム素材をその周囲に設けられた加熱手段で加熱する工程と、前記上型又は下型の少なくともいずれか一方を移動させ前記ガラスプリフォーム素材をプレス成形する工程からなる成形方法であって、最初は、前記ガラスプリフォーム素材に、熱膨張による荷重が加わらないように前記ガラスプリフォーム素材と前記上型に０．１〜０．３ｍｍの隙間を空けた状態で加熱をすることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、上型及び下型の間にガラスプリフォーム素材を配置する工程と、前記上型，下型及びガラスプリフォーム素材をその周囲に設けられた加熱手段で加熱する工程と、前記上型又は下型の少なくともいずれか一方を移動させ前記ガラスプリフォーム素材をプレス成形する工程からなる成形方法であって、前記ガラスプリフォーム素材がガラス転移点以上になるまで熱膨張による荷重が加わらないように前記ガラスプリフォーム素材と前記上型に０．１〜０．３ｍｍの隙間を空けた状態で加熱をすることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、上型及び下型の間にガラスプリフォーム素材を配置する工程と、前記上型，下型及びガラスプリフォーム素材をその周囲に設けられた加熱手段で加熱する工程と、前記上型又は下型の少なくともいずれか一方を移動させ前記ガラスプリフォーム素材をプレス成形する工程からなる成形方法であって、前記ガラスプリフォーム素材がガラス転移点以上になるまで前記上型又は下型から前記ガラスプリフォーム素材にかかる荷重が無負荷かあるいは１０Ｎ以下の荷重となるように前記上型又は下型の位置を制御移動させることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、温度測定手段により前記ガラスプリフォーム素材が屈伏点を越えて成形可能温度になったことを検出してから、プレス成形を実施することを特徴とする。
【００１４】
本構成により、成形されるガラスプリフォーム素材がガラス転移点以上の温度になるまでは上型の成形面と接触することなく昇温されガラス転移点以上になったところで成形面と接触、その後も上型にほぼ無負荷の状態でガラスプリフォーム素材とのギャップを制御しながらガラスプリフォーム素材の粘度をモニタしてガラスプリフォーム素材の屈伏点を知ることができる。そして、温度ないし時間などでプレスのタイミングを管理して安定した成形プロセスの再現が実現でき、かつ上型の成形面へのガラスゴブの接触がガラスの転移点以上の温度で実施されるので打痕やキズの発生が無く上型の寿命を伸ばすことが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明のガラス成形装置は、上型及び下型を有する成形型と、前記成形型及びガラスプリフォーム素材の周囲に設けられた加熱手段と、前記成形型の温度を測定する手段と、前記成形型を移動させ前記ガラスプリフォーム素材をプレス成形する加圧手段と、前記ガラスプリフォーム素材にかかる荷重をモニタ及び制御する手段を有することを特徴とする。
【００１６】
本構成により、成形されるガラスプリフォーム素材がガラス転移点以上の温度になるまでは上型の成形面と接触することなく昇温可能で、ガラスプリフォーム素材がガラス転移点以上になったところで成形面と接触、その後も上型にほぼ無負荷の状態でガラスプリフォーム素材とのギャップを制御しながらガラスプリフォーム素材の粘度をモニタしてガラスプリフォーム素材の屈伏点を知ることができる。そして、成形型の温度ないし屈伏点以降の時間などでプレスのタイミングを管理して安定した成形プロセスの再現が実現でき、かつ成形型の成形面へのガラスプリフォーム素材の接触がガラスの転移点以上の温度で実施されるので打痕やキズの発生が無く成形型の寿命を伸ばすことが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、上型及び下型の温度だけでなく成形されるガラスプリフォーム素材の粘性状態を把握しながらプレスのタイミングが管理できるので、安定した成形プロセスの再現が可能となる。
【００１８】
しかも上型成形面とガラスプリフォーム素材の接触がガラスプリフォーム素材の転移点以上の状態の時実施されるのでガラスプリフォーム素材による打痕やキズの発生を防ぎ上型及び下型の寿命を伸ばすことも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるガラスの成形方法及び成形装置の概略図である。
【００２１】
図１において、成形型（金型）である上型３及び下型４は胴型１の内部を摺動させる構成になっている。実際のプレス時には、下型４が加圧移動手段１０により動作される。成形室２は、外部の空気雰囲気と遮断されることができ、上型３，下型４及び内部部材が高温化で酸化されるのを防ぐために、窒素などの不活性ガスが充填される。胴型１の外周部には誘導加熱手段として誘導加熱用コイル５が配置されている。上型３及び下型４の周囲には加熱体８ａ，８ｂが配置され誘導加熱により発熱する。上型３及び胴型１は断熱材７ａを介して支持具１２により固定され、下型４は断熱材７ｂを介して下部軸９に取り付けられている。下部軸９は加圧移動手段１０により上下動され、これにより下型４の位置制御やプレス及び加熱時の荷重制御が可能となる。上型３及び下型４間にかかる荷重は上型３の上部に設置されたロードセル６により検出される。上型３及び下型４の温度はそれぞれ熱電対１９ａ，１９ｂにより計測される。
【００２２】
なお、本実施の形態において、加熱手段として誘導加熱用コイルを用いたが他に抵抗ヒーターやハロゲンランプなどの赤外線を熱源としても良い。
【００２３】
また、図１に示す構成において、下型４の位置が制御移動可能であり、加熱時に上型３とガラスゴブ１１が接触しないように下型４の位置を制御することも可能である。また、ロードセル６により加熱時の金型及びガラスゴブの熱膨張による接触から生じる荷重の検出結果をフィードバックして０〜５Ｎ（ニュートン）レベルの低荷重状態を位置制御しながら保持することも可能である。
【００２４】
次に、本実施の形態のガラス成形方法及び成形装置によるガラスレンズの成形プロセスについて具体的に説明する。ガラス硝種は(株)住田光学製のＶＣ８１（Ｔｇ：５１０℃、Ａｔ：５４９℃）である。予めレンズの最終形状に近似形状に計量されレンズ有効面が研磨されたガラスゴブ１１を下型４にのせ、加圧移動手段１０により上型３とのギャップが０．１ｍｍの位置になるように下型４を移動させる。このギャップは、ガラス転移点以下の状態で上型３とガラスゴブ１１が熱膨張により接触することが無いように設定する。なお、前記ギャップは、上型３，下型４及びガラス材質や成形レンズの形状によって適宜調整が必要である。この非接触の状態で、誘導加熱コイル５によって、胴型１や上型３，下型４及びガラスゴブ１１を加熱する。
【００２５】
図４は、所定の条件で加熱し、温度を上げたときのガラスと上型の各ギャップにおける昇温時間の差を示すものである。
【００２６】
前記ギャップが０．３ｍｍ以上になると金型に対するガラス温度の応答性が悪くなり、昇温時間が長くなるので、なるべく接触しない範囲で設定することが望ましい。
【００２７】
誘導加熱コイル５は、上型３及び下型４の外周に設置された加熱体８ａ，８ｂを加熱するものであり、この加熱体８ａ，８ｂからの熱伝導によって胴型１や上型３及び下型４が加熱される。ガラスゴブ１１は下型４からの熱伝導と上型３及び胴型１からの輻射熱によって加熱される。
【００２８】
ガラスゴブ１１がガラス転移点以上になると熱膨張により上型３との接触が始まる。その後の温度上昇と共にロードセル６に検出される荷重も増加し始める。予めプレス前の荷重を５Ｎに設定しておけば、加圧／移動手段１０へのフィードバックにより下型４の位置が下へ移動して設定荷重５Ｎを保持するように動作する。本実施の形態ではガラス転移点以上の設定荷重が５Ｎであるが、この荷重値の設定は、金型材質やガラス材質により調整が必要で傷などのつき易い型材の場合は０Ｎレベルの設定で実施するが、通常の場合は、５Ｎレベルでも傷や打痕の発生は見られない。実験の結果、図５に示すように、１０Ｎ以下のレベルまでであれば傷や打痕の発生は見られなかった。さらに加熱を続けるとある温度を超えたときに熱膨張が急に少なくなる点が検出できる。この温度がガラス固有の屈伏点と呼ばれるものであり材質により異なるがどのガラスでも持っている特性である。
【００２９】
図２は一般的なガラスの熱的特性を示したものである。光学ガラスの場合、この屈伏点から２０〜３０℃上の温度でのプレスが望ましいとされている。本実施の形態の場合、屈伏点より＋２１℃の５８０℃でプレスを開始した。プレスの開始タイミングは、屈伏点検出後の温度測定や経過時間などをモニタして決定する。
【００３０】
このようにして得られたガラスレンズは、金型違いやその他の原因による温度バラツキによるプレス時の粘度ばらつきが少ないので、安定した繰り返し成形性が確保できた。
【００３１】
また、非接触によるガラスゴブ１１上下間の温度差も、実験の結果、ギャップ設定０．１〜０．３ｍｍの範囲ではガラス転移点以上の成形可能温度までの加熱工程での接触により緩和され、ガラスゴブ１１はほぼ均一に加熱されている。特殊なレンズ形状でガラス上下温度差ができてしまう場合でも、加熱時に金型に上下温度差を与えることにより回避できる。
【００３２】
さらに本実施の形態によれは、ガラス転移点以下のガラス粘度が高い状態で上型３にガラスの接触が起こることが無いので、金型への打痕や傷の発生は一切認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のガラスの成形方法及び成形装置は、金型温度などの設定値でなくガラスの粘性状態をモニタしてプレスすることが可能となり金型や装置構成などから発生するガラス温度のバラツキに左右されない安定したガラスレンズの成形プロセスを実現することが可能となる。また、上型と非接触の状態で加熱され成形されるガラスがガラス転移点以下の粘度の高い状態で荷重のかけられることが無いため金型に打痕や傷などの発生をさせることが無く金型の寿命も長くできるという効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガラス成形装置の概略構成を示す説明図
【図２】一般的なガラスの熱的特性を示した図
【図３】従来のガラス成形装置の概略構成を示す説明図
【図４】金型ギャップによるガラス昇温速度の比較図
【図５】傷、打痕及びひびや気泡の発生状況を示す図
【符号の説明】
【００３５】
１  胴型
２  成形室
３  上型
４  下型
５  加熱手段
６  ロードセル
７  断熱材
８  加熱体
９  下部軸
１０  加圧／移動手段
１１  ガラスゴブ
１２  支持具
１３  下型支持具
１４  上型保持具
１５  下型保持具
１６  上型
１７  下型
１８  ガス抜き穴
１９  熱電対
【図１】
2005170751.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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