(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と、下型と、両型間に配置される中間型とからなり、前記中間型の上下面のそれぞれに成形部を設け、前記中間型は、前記上型に支持されていることを特徴とするガラス素子成形用金型。
【請求項２】
上型と、下型と、両型間に配置される中間型とからなり、前記中間型の上下面のそれぞれに成形部を設け、前記中間型は、前記下型に支持されていることを特徴とするガラス素子成形用金型。
【請求項３】
上型と、下型と、両型間に配置される中間型とからなり、前記中間型の上下面のそれぞれに成形部を設け、前記中間型は、所定位置に固定され、前記上型および前記下型をそれぞれ昇降軸に取り付けてなることを特徴とするガラス素子成形用金型。
【請求項４】
前記中間型は、前記上型および前記下型に対する位置決め手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス素子成形用金型。
【請求項５】
前記中間型は、リンク手段を介して前記上型または前記下型に支持されていることを特徴とする請求項１，２，または４のいずれかに記載のガラス素子成形用金型。
【請求項６】
前記リンク手段は、前記中間型との連結部を長穴を介して結合する吊り下げリンクからなることを特徴とする請求項５記載のガラス素子成形用金型。
【請求項７】
前記リンク手段は、伸縮自在なリンクからなることを特徴とする請求項５記載のガラス素子成形用金型。
【請求項８】
前記中間型は、バネ手段を介して前記上型または前記下型に支持されていることを特徴とする請求項１，２，または４のいずれかに記載のガラス素子成形用金型。
【請求項９】
前記位置決め手段は、複数のガイドピンと、該ガイドピンが嵌合する穴とからなることを特徴とする請求項４記載のガラス素子成形用金型。
【請求項１０】
前記中間型は、ガイドフレームを介して前記上型に支持されていることを特徴とする請求項１または４記載のガラス素子成形用金型。
【請求項１１】
前記ガイドフレームは、前記上型および前記中間型を挿通する複数のガイド棒と、該ガイド棒に取り付けられ、前記中間型を支持するリング部材とを備えたことを特徴とする請求項１０記載のガラス素子成形用金型。
【請求項１２】
前記中間型は、上下方向に複数段で前記上型に支持されていることを特徴とする請求項１，４，５，６，１０，または１１のいずれかに記載のガラス素子成形用金型。
【請求項１３】
前記中間型に設けられた複数の成形部は、上下面においてほぼ同じ形状、同数を有し、かつ、中心に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のガラス素子成形用金型。
【請求項１４】
前記中間型に設けられた複数の成形部は、上下面において異なる形状を有し、かつ、中心に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のガラス素子成形用金型。
【請求項１５】
前記上型、前記中間型、および前記下型は、加熱温度差が生じないようにほぼ同一の厚みを有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のガラス素子成形用金型。
【請求項１６】
前記上型、前記中間型、および前記下型は、それぞれ、型枠部分と金型部分とに分割され、該金型部分がその型枠部分と着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載のガラス素子成形用金型。
【請求項１７】
前記金型部分を前記成形部単位で着脱可能にしたことを特徴とする請求項１６記載のガラス素子成形用金型。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載のガラス素子成形用金型を備えたことを特徴とするガラス素子成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学レンズ、プリズム等のガラス素子成形装置に関し、特に該装置に用いられるガラス素子成形用金型の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学ガラス素子は、一般にガラス素子成形装置によりプレス成形することによってつくられる。ガラス素材を上型と下型の間で加熱し軟化させた後プレス成形する。このようなガラス素子成形装置は、特開平１０−１６７７３７号公報、特開平１０−２８７４３４号公報等に開示されている。
【０００３】
図１５は、従来装置の概要を示すもので、同図は型開きの状態を、図１６は型締めの状態を示すものである。上型１２は固定軸である上軸１の下端に取り付けられており、下型１６は可動軸（昇降軸）である下軸２の上端に取り付けられている。上型１２および下型１６は相互に対をなす成形部１２１，１６１を有し、ガラス素子４は、ガラス素材３を、加熱された上型１２と下型１６の各成形部１２１，１６１の間で挟み軟化させた後、一定時間プレスすることで成形される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガラス素子成形用金型は、上記のように上型と下型の一対で構成されている。そのため、成形品（ガラス素子）の数量は金型に設けられた成形部（ダイ）の個数で決まることになる。したがって、同一時間内で成形し得る成形機１台当たりの製品数量を従来以上に多くしようとする場合には成形機の増設が必要になってくる。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、成形機の増設をしなくてもガラス素子の生産量を増加することができるガラス素子成形装置、特にその金型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】
本発明に係るガラス素子成形用金型は、上型と、下型と、両型間に配置される中間型とからなり、前記中間型の上下面のそれぞれに成形部を設け、前記中間型は、前記上型または前記下型に支持されていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明のガラス素子成形用金型は、上型、下型のほかに、これらの型間に中間型を有するものであるので、少なくともその中間型の上下二面を成形面とすることができるため、成形機１台当たりの製品（ガラス素子）数量は２倍以上になる。中間型は上下方向に複数設けることも可能である。したがって、成形機を増設することなく多量生産が可能で、コストダウンに貢献する。
【０００８】
中間型に設けられる成形部（ダイ）は、上型の成形部、下型の成形部と相互に対（ただし、形状的に対の意味ではない。）をなすものである。ガラス素子のプレス成形時には、中間型は上型と下型の間に挟まれて一定の圧力で挟圧されるため、上下の圧力を均等にかけるためには成形部は中心に対して対称に配置する必要がある。成形部の形状は特に限定されない。中間型の上下面において、ほぼ同じ形状であってもよいし、異形であってもよい。同じ形状の場合は成形部の個数は上下面で同数とする。異形の場合には、上下面における圧力が均等になるように形状、個数を設計する必要がある。異形の場合、少なくとも２種類のガラス素子を同時につくることができる。
【０００９】
また、この金型は、加熱および冷却作用を受けるので、各型間に温度差が生じないようにする必要があり、そのためには、同じ厚みで構成することが望ましい。金型材料は、耐熱鋼、超硬合金、セラミックス等からなる同種材料から選ばれる。また、金型の摩耗等による交換を容易にするため、型枠部分と金型部分とに分割し、金型部分をその型枠部分と着脱可能に構成することができる。また、金型部分は成形部単位で着脱可能に構成することもできる。
【００１０】
中間型は、上型または下型に支持される。また、中間型は、所定位置に固定され、上型および下型をそれぞれ昇降軸に取り付ける。さらに、成形部同士の位置ズレを防ぐために、中間型は、上型および下型に対する位置決め手段を有する。
【００１１】
中間型の支持方法の一手段として、中間型は、リンク手段を介して上型または下型に支持される。この場合、リンク手段は、中間型との連結部（ピンによるピボット部）を長穴を介して結合する吊り下げリンクからなる。あるいは、リンク手段を伸縮自在なリンクから構成することもできる。
【００１２】
中間型の支持方法の別の手段として、中間型は、バネ手段を介して上型または下型に支持される。バネ手段には、コイルバネまたは流体バネが用いられる。
【００１３】
中間型の位置決め手段としては、複数のガイドピンと、ガイドピンが嵌合する穴とからなる。
また、中間型は、ガイドフレームを介して上型に支持することもできる。この場合、ガイドフレームは、上型および中間型を挿通する複数のガイド棒と、ガイド棒に取り付けられ、中間型を支持するリング部材とを有する構成とする。
また、前記吊り下げリンクにおいて、長穴を上下に複数個所設けた場合、あるいはガイドフレームにおいて、ガイド棒を長短とした場合、中間型を、上下方向に複数段で上型に支持することができる。
【００１４】
また、本発明に係るガラス素子成形装置は、以上に述べた各態様のガラス素子成形用金型を備えたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施の形態を図面により説明するが、もちろん本発明は図示の例に限定されるものではない。図１は本発明の実施の形態１によるガラス素子成形用金型の型開き状態を示す図で、図２は同金型の型締め状態を示す図である。また、図３は中間型の平面図である。
【００１６】
この金型１０は、上型１２と、中間型１４と、下型１６とから構成されている。中間型１４は、上型１２と下型１６の間に配置される。各金型部分は、それぞれ水平に平行な成形面（または型面）を有し、ここではガラス素子４を成形するためのほぼ同じ形状の成形部（実施例では一成形面について４個）が同数かつ中心軸に対して対称に配置されている。１２１は上型１２の下面の成形面１２２に設けられた成形部（上型成形部）であり、１６１は下型１６の上面の成形面１６２に設けられた成形部（下型成形部）である。そして、中間型１４の上下面の成形面１４３，１４４には、それぞれ上記成形部１２１，１６１に対応する位置に、成形部１４１，１４２が設けられている。また、上型１２，中間型１４，および下型１６は、加熱温度差が生じないようにほぼ同じ厚みで構成されている。金型材料には、熱膨張・収縮に差が生じないよう、耐熱鋼、超硬合金、セラミックス等の同種材料が用いられる。
【００１７】
上型１２は、ダイプレート１００を介して固定軸の上軸１に取り付けられ、下型１６はダイプレート１０２を介して可動軸（昇降軸）の下軸２に取り付けられている。なお、上軸１と下軸２は逆の駆動関係、つまり前者が可動軸で、後者が固定軸となっていても構わない。
【００１８】
中間型１４は、この実施形態では、外周部に設けたリンク手段２０を介して上型１２に支持されている。リンク手段２０の一例として、複数の吊り下げリンク２０１が示されており、各吊り下げリンク２０１は、上型１２，中間型１４の側面において、ピン２０２，２０３により結合するとともに、中間型１４との連結部であるピン２０３は長穴２０４を介して摺動自在に結合されている。長穴２０４の長さは、型締めしたときにピン２０３の上昇移動量に余裕のある長さであればよい（図２参照）。また、長穴２０４の下端２０５がピン２０３のストッパー端であり、この位置で、中間型１４を水平に支持している。なお、上記とは逆に、中間型１４との連結部（ピン２０３）が固定で、上型１２との連結部（ピン２０２）が長穴を介して摺動自在に連結されていても構わないが、この場合、型締めの際、吊り下げリンクが上昇するので、その逃げ部分が上方にある場合に限られる。通常は図示の例の方が好ましい。
【００１９】
また、リンク手段２０のその他の例としては、パンタグラフのような伸縮自在なリンクを用いてもよい。この場合には、中間型１４を上型１２または下型１６に支持することができる。
【００２０】
中間型１４は、型締めの際、上型１２および下型１６に対して位置決めされる。その位置決め手段３０は、複数のガイドピン３０１，３０２と、各ガイドピン３０１，３０２が嵌合する穴３０３，３０４とから構成されている。ここでは、ガイドピン３０１，３０２はそれぞれ上型１２と下型１６に垂直に立設されており、穴３０３，３０４は中間型１４に貫通する形で設けられている。もちろん、貫通しない止まり穴でも寸法関係如何では構わない。また、ガイドピンと穴との配置関係は逆でも構わない。つまり、中間型にガイドピンを、上型および下型に嵌合穴を設けてもよい。
【００２１】
次に、上記のように構成された金型１０によるガラス素子成形方法について説明する。
まず、図１の型開きの状態において、ガラス素材３を、中間型１４の上面の成形部（中間型上面成形部）１４１および下型１６の成形部（下型成形部）１６１に載置する。ついで、下軸２を図示しない駆動装置（サーボモータ、油圧シリンダ等）により駆動し、上昇させる。これにより、下型１６が上昇し、下型ガイドピン３０２とこれに対応する穴３０４が嵌合することにより、中間型１４が下型１６に対し位置決めされ、その上で引き続き、下型成形部１６１内のガラス素材３が中間型１４の下面の成形部（中間型下面成形部）１４２の内面に接触し、該ガラス素材３を介して中間型１４を押し上げる。引き続き、中間型１４は、上型ガイドピン３０１と穴３０３の嵌合により、上型１２に対しても位置決めされて上昇する。このとき、中間型１４を支持する吊り下げリンク２０１は長穴２０４を介してピン２０３で中間型１４と結合されているので、ピン２０３が長穴２０４に沿って上方へスライドするため、中間型１４を押し上げ上昇させることができる。
この中間型１４の押し上げ上昇により、中間型上面成形部１４１内のガラス素材３が上型成形部１２１の内面に接触する。
【００２２】
ガラス素材３が、上記のように、それぞれ上型成形部１２１と中間型上面成形部１４１、並びに、下型成形部１６１と中間型下面成形部１４２の間で挟まれた状態になったとき、例えば前出の特開平１０−１６７７３７号公報に記載するように、石英管を下降させて金型１０の周囲を閉空間とするとともに、該閉空間内に窒素ガスなどの不活性ガスを導入し、さらに石英管の外周側から赤外線ランプなどにより金型１０を加熱する。この加熱によって、ガラス素材３は転移点以上の温度で軟化するので、その時点で下軸２をさらに押し上げ、金型１０を所定の圧力で一定時間加圧する（図２参照）。これにより、上型成形部１２１と中間型上面成形部１４１，および下型成形部１６１と中間型下面成形部１４２の内面形状がガラス素材３に転写され、所定形状のガラス素子４がプレス成形される。その後は、金型１０を冷却後開放し、成形品のガラス素子４を取り出す。
【００２３】
したがって、この金型構造によれば、少なくとも上下二面の成形面を持っているので、成形機１台当たりの同一時間内に成形可能な製品数量は、従来の上下一対の金型の場合に比較して、少なくとも２倍の数量となる。中間型１４は、その支持方法に配慮すれば、複数設けることも可能なので、この場合にはさらに、製品数量が増加することになる。しかも、成形機の増設を必要としないので、ガラス素子の多量生産に適しており、かつ、安価にガラス素子を提供することができる。
【００２４】
図４は本発明の実施の形態２における型開きの状態を示す図で、図５は同じく型締めの状態を示す図である。
この実施形態では、中間型１４の支持手段として、中間型１４をコイルバネ２２１を介して下型１６上に支持する方法を例示している。コイルバネ２２１は、中間型１４と下型１６の間に介装され、両者の外周部を複数個所で連結するサポートピン２２２がその中を通るように設けられている。そして、バネ力によって、中間型１４を常に一定の間隔で上方へ付勢し保持するようになっている。サポートピン２２２は、下型１６に固定して立設され、中間型１４を挿通した上端部にストップリングなどのストッパー２２３を設けて中間型１４の上面を係止させる構成となっている。
このコイルバネ２２１とサポートピン２２２のストッパー２２３により、中間型１４は、下型１６との間に所定の間隔でもって水平に保持される。その他の構成は、実施形態１と同じである。
【００２５】
型締めを行うときの動作は次のようになる。下軸２の上昇により、最初、中間型１４が同時に上昇し、上型ガイドピン３０１と穴３０３の嵌合により、中間型１４が上型１２に対して位置決めされ、中間型上面成形部１４１内のガラス素材３がはじめに上型成形部１２１に接触する。さらに下軸２を上昇させることにより、コイルバネ２２１のバネ力に抗して下型１６が上昇し、下型ガイドピン３０２と穴３０４（図示していないが、図３と同様である。）の嵌合により、中間型１４を下型１６に対して位置決めし、下型成形部１６１内のガラス素材３が中間型下面成形部１４２の内面に接触する。この状態になったときから以降は、実施形態１と同様にしてガラス素材３をプレス成形する。
【００２６】
ただし、この実施形態では、中間型上面のガラス素材に対する型締め時の圧力が、コイルバネ２２１の圧縮力の分だけ下型上のガラス素材よりも高くなるので、ガラス素子の成形速度、成形時間を上下とも一定に制御する場合には、できるだけコイルバネ２２１のバネ力を小さく設定することが望ましい。
【００２７】
図６は本発明の実施の形態３における型開きの状態を示す図で、図７は同じく型締めの状態を示す図である。
この実施形態は、実施形態３と同じバネ手段２２を用いて、中間型１４を上型１２に支持する構成を示したものである。
型締めの時の動作が実施形態２とは逆になるだけで、効果は同じである。
【００２８】
なお、中間型１４を支持するバネ手段は、上記のコイルバネのほか、空圧バネあるいは液圧バネなどの流体バネを利用することもできる。
【００２９】
図８は本発明の実施の形態４における型開きの状態を示す図で、図９は同じく型締めの状態を示す図である。
この実施形態は、中間型１４を所定の位置に固定としたものである。中間型１４は支持部材２４１により水平に支持されている。支持部材２４１は円筒状のフレーム支持台とすることもできる。このように、中間型１４を固定支持とした結果、上型１２と下型１６はそれぞれ上軸１，下軸２により昇降するようになっている。つまり、上軸１，下軸２はいずれも可動軸（昇降軸）である。ただし、この場合は中間型１４が固定のため、型締めに当たっては、上型１２と下型１６が同時に中間型１４と接触するように昇降を同期制御する必要がある。さもないと、中間型１４の取付固定部等に無理な力が作用して破損するおそれが大きいからである。したがって、ガラス素材４を介して上型１２および下型１６が中間型１４に接触し始めてからプレス成形が完了するまで、上型１２と下型１６の昇降動作の同期制御が必要である。
【００３０】
通常は、上型１２と中間型１４の上部間隔（あるいは上軸１のストローク）Ｈ１と、中間型１４と下型１６の下部間隔（あるいは下軸２のストローク）Ｈ２とを同一に設定し、かつ、上軸１の下降速度と下軸２の上昇速度を同一に制御することにより、型締めを行う。
【００３１】
次に、上記中間型１４の別の支持方法について説明する。
【００３２】
（１）ガイドフレームによる支持方法
図１０〜図１２に示すように、ガイドフレーム２６１は、上部リング部材２６２と下部リング部材２６３を複数のガイド棒２６４で連結した構成となっており、上部リング部材２６２は上型１２の上端部に、下部リング部材２６３は中間型１４の下端部にはめ込み、ガイド棒２６４を上型１２および下型１４の外周部に設けた貫通孔１２４，１４６に挿通して、中間型１４をガイドフレーム２６１を介して上下摺動自在に上型１２に支持する構成としたものである。
【００３３】
そして、実施形態１で説明したガイドピンと嵌合穴による位置決め手段３０は、この例では、下型１６と中間型１４に設けるだけでよい。
すなわち、このガイドフレーム２６１の構成によれば、中間型１４の上型１２に対する位置決めは、ガイド棒２６４によって中間型１４の支持と同時になされており、型締め時においてもその位置決めが保持されたまま、中間型１４が上方へガイドされることになっているからである。したがって、このガイドフレーム２６１は中間型１４の位置決めとガイドを兼用した構成となっている。
【００３４】
（２）複数の中間型の支持方法
上記ガイドフレームをさらに発展させると、図１３に示すように、上下２台の中間型１４を上型１２に支持することができる。このガイドフレーム２６５は、長短のガイド棒２６６，２６７を用い、長い方のガイド棒２６６を最下段の下部リング部材２６８に、短い方のガイド棒２６７を２段目の下部リング部材２６９に連結する構成としたもので、これによって、上下２段にわたって、中間型１４を支持することができる。
この例によっても上記（１）と同様に、ガイドフレーム２６５は上下各々の中間型１４の位置決めとガイドを兼ねた構成となっている。
なお、実施形態１で示した吊り下げリンク２０１に長穴２０４を上下２個所に設けることにより、上下２段で中間型１４を支持することができる。
【００３５】
次に、別の金型構造を示す。図１４に示すように、金型１１は、成形部を有する金型部分１１１と、金型部分を固定する型枠部分１１２とに分割し、金型部分１１１を着脱可能に構成したものである。中間型１４は、リングナット１１３で金型部分１１１を型枠部分１１２に締め付け固定する。リングナット１１３には、図示しない締め付け工具の挿入穴あるいは溝を設ける。
上型１２および下型１６は、それぞれ、金型部分１１１をダイプレート１００，１０２と型枠部分１１２で挟み付け、ボルトで締め付け固定する。
【００３６】
このように、金型部分１１１を着脱可能に構成することにより、摩耗等が生じたときに、その金型部分１１１のみを容易に交換することができる。また、金型部分１１１は成形部単位で分割し、型枠部分１１２と着脱可能に構成することもできる。
【００３７】
次に、中間型１４の成形部１４１，１４２について説明する。これらの成形部１４１，１４２は、原則として、上型成形部１２１，下型成形部１６１と相互に対をなすものである。成形されるガラス素子が、例えば凸レンズのような場合にはほとんど同一形状とされるが、平凸レンズのような場合、上型成形部１２１，中間型下面成形部１４２は平坦面とされるか、もしくは平坦面を持つパンチ台として形成される。
本発明では、成形部１４１，１４２を上下面で同一形状とした場合には、中間型１４の上下二面で同種類のガラス素子を成形することができる。また、異形状とした場合には、少なくとも２種類のガラス素子を同時に成形することができる。異形状とする場合には、上下のプレス圧力を均等にするよう、成形部の形状、個数を考慮する必要がある。また、成形部の配置は、同一形状の場合と同様に、中心に対して対称とする。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、上型、下型のほかに、中間型を有する構成であるので、成形機を増設することなく成形機１台当たりの製品数量を増加させることができ、ガラス素子の多量生産、コストダウンに寄与することができる。
また、２種類以上のガラス素子を同時に成形することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるガラス素子成形用金型の構成図で、型開き状態を示す図である。
【図２】図１の金型の型締め状態を示す図である。
【図３】図１の金型の中間型の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態２によるガラス素子成形用金型の構成図で、型開き状態を示す図である。
【図５】図４の金型の型締め状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３によるガラス素子成形用金型の構成図で、型開き状態を示す図である。
【図７】図６の金型の型締め状態を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態４によるガラス素子成形用金型の構成図で、型開き状態を示す図である。
【図９】図８の金型の型締め状態を示す図である。
【図１０】中間型の別の支持方法を示す図で、型開き状態を示す図である。
【図１１】図１０の金型の型締め状態を示す図である。
【図１２】図１０の金型の中間型の平面図である。
【図１３】複数の中間型の支持方法を示す図である。
【図１４】本発明の別の実施形態によるガラス素子成形用金型の構成図である。
【図１５】従来のガラス素子成形用金型の型開き状態を示す図である。
【図１６】図１５の金型の型締め状態を示す図である。
【符号の説明】
１      上軸
２      下軸
３      ガラス素材
４      ガラス素子
１０，１１  金型
１００，１０２  ダイプレート
１１１  金型部分
１１２  型枠部分
１１３  リングナット
１２    上型
１２１  上型成形部
１４    中間型
１４１  中間型上面成形部
１４２  中間型下面成形部
１６    下型
１６１  下型成形部
２０    リンク手段
２０１  吊り下げリンク
２０２，２０３  ピン
２０４  長穴
２２    バネ手段
２２１  コイルバネ
２２２  サポートピン
２２３  ストッパー
２４１  支持部材
２６１  ガイドフレーム
２６２  上部リング部材
２６３  下部リング部材
２６４  ガイド棒
２６５  ガイドフレーム
２６６，２６７  ガイド棒
２６８，２６９  下部リング部材
３０    位置決め手段
３０１，３０２  ガイドピン
３０３，３０４  穴
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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