(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに当接可能な開閉式の一対の型間に複数のガラス素材を配置し、前記型及びガラス素材を加熱して前記ガラス素材をプレスすることにより同時に複数のガラス素子を成形するガラス素子の成形装置において、
前記一対の型の少なくとも一方が、型本体と、前記複数のガラス素材に対する成形面を有しプレス方向に対して前後に移動可能に前記型本体に取り付けられた複数のコア部とにより構成されると共に、
前記一対の型の他方の型と前記型本体とを開閉するための型開閉装置と、
前記複数のコア部を型本体に対してプレス方向へ前後動させると共に前記他方の型に向けて押圧するためのコア部駆動装置と、
前記型開閉装置及びコア部駆動装置の作動を制御するための制御部とを備えた
ことを特徴とするガラス素子の成形装置。
【請求項２】
前記型本体が固定され、前記他方の型が型開閉装置により前記型本体に対してプレス方向に対し前後動すべく構成され、前記複数のコア部が前記型本体の中でコア部駆動装置により前後動及び押圧すべく構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のガラス素子の成形装置。
【請求項３】
前記互いに当接可能な開閉式の一対の型間に複数のガラス素材を配置し、前記型及びガラス素材を加熱した後、前記複数のコア部を後退位置に置いて前記型本体と他方の型を型開閉装置により閉じて初期プレス成形を行い、次いで前記型本体と他方の型を閉じたまま前記複数のコア部をコア部駆動装置により前進させて最終プレス成形を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス素子の成形装置によるガラス素子の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガラスレンズ、プリズム等のガラス素子の成形装置及び成形方法に係り、特に互いに当接可能な開閉式の一対の型間にガラス素材を配置し、これらの型及びガラス素材を加熱してガラス素材をプレスすることによりガラス素子を成形するガラス素子の成形装置及び成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスレンズなどの高精度を要求されるガラス素子の製造は、溶融したガラスを最終成形品に近い形状に成形したガラス素材を研削・研磨により仕上げるものと、同様に溶融したガラスを最終成形品に応じた重量及び形状に成形したガラス素材を加熱して精密な型によりプレス（リヒートプレス）して仕上げるものの二種類に大別される。
【０００３】
研削・研磨による製造は、曲面形成に十数工程が必要である上に、作業者に対して有害なガラス研削粉が多量に発生し、さらに、付加価値の高い非球面形状の光学面を持つガラス素子を同一精度で大量に製造することが困難であるなどの欠点を有している。
【０００４】
これに対し、リヒートプレスは、型の形状をガラス素材に転写させてガラス素子を成形する方法であるため、曲面形成に必要な工程はプレス成形の一工程のみであると共に、クリーンな環境での製造が可能となり、また、型を一度製作すれば、型の精度に準じたガラス素子を大量に製造することができる利点を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
リヒートプレスに用いられるガラス素子の成形装置は、図３（ａ）に示すように、互いに当接可能な開閉式の一対の型１０、２０の間に一ないし複数のガラス素材３０を配置し、これらのガラス素材３０を型１０、２０でプレスすることによりガラス素子３１を成形する方式が一般的であるが、ガラス素材３０を軟化点付近まで加熱してプレス成形した後の冷却工程でガラス素子３１が収縮し、図３（ｂ）に示すように、成形後のガラス素子３１に収縮間隙（通称：ヒケ）３２を生じるため、型の形状を完全に転写することができない。
【０００６】
なお、図３において、１１、２１は金属製のバックプレート、１２、２２は同じく金属製のフロントプレートであり、これらにより型１０、２０の型本体を形成している。１３、２３は、セラミックや超硬合金などで作られた型１０、２０のコア部であり、成形面１３ａ、２３ａを有し、フロントプレート１２、２２に設けられた複数の穴内に嵌入され、バックプレート１１、２１によりこれらと一体的に保持されている。１４は位置決めピン、２４は位置決め穴である。
【０００７】
上記ヒケを改善する方法としては、型をいわゆる胴型構造とし、胴型内に設けた上下の型を冷却工程中にも加圧し続ける方法がある。しかしながら、胴型構造の成形装置は、１回の成形で１つのガラス素子しか成形できないため、タクトタイムに問題があると共に、型に対するガラス素材及び成形したガラス素子の搬入搬出が容易でない、などの欠点を有している。
【０００８】
また、図３に示した開閉式の型１０、２０によるプレス成形において、プレスの初期段階では型１０、２０を完全に閉じずにわずかな隙間を開けておき、その後の冷却工程中の転移点付近までの冷却過程でプレス力を加えることによりヒケの発生を抑える成形方法もあるが、この場合、型１０、２０の開閉用のガイド部には、わずかではあるがガイド方向と直角な方向に隙間があるため、型１０と型２０が、図４に示すように、位置ずれを生じ、精度不良を招く。
【０００９】
本発明は、前述した互いに当接可能な開閉式の一対の型によるガラス素子の成形装置及び成形方法において、型の位置ずれを生じることなく、ヒケの発生を抑えることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明によるガラス素子の成形装置は、
互いに当接可能な開閉式の一対の型間に複数のガラス素材を配置し、前記型及びガラス素材を加熱して前記ガラス素材をプレスすることにより同時に複数のガラス素子を成形するガラス素子の成形装置において、
前記一対の型の少なくとも一方が、型本体と、前記複数のガラス素材に対する成形面を有しプレス方向に対して前後に移動可能に前記型本体に取り付けられた複数のコア部とにより構成されると共に、
前記一対の型の他方の型と前記型本体とを開閉するための型開閉装置と、
前記複数のコア部を型本体に対してプレス方向へ前後動させると共に前記他方の型に向けて押圧するためのコア部駆動装置と、
前記型開閉装置及びコア部駆動装置の作動を制御するための制御部とを備えたものである。
【００１１】
この装置によれば、複数のコア部を後退させて一方の型本体と他方の型を型開閉装置により閉じることにより、大きなプレス力を生じさせることなく型閉じができ、前記型本体と他方の型を位置ずれなく閉じることが可能になる。また、複数のコア部は、制御部によって作動されるコア部駆動装置により上記型閉じとは独立して作動させることができ、これにより冷却工程でのヒケの発生を抑えることが可能になる。
【００１２】
前記型本体は固定とし、前記他方の型を型開閉装置により前記型本体に対してプレス方向に対し前後動すべく構成し、前記複数のコア部を前記型本体の中でコア部駆動装置により前後動及び押圧すべく構成することが好ましい。
【００１３】
また、上記目的を達成するための本発明によるガラス素子の成形方法は、
前記互いに当接可能な開閉式の一対の型間に複数のガラス素材を配置し、前記型及びガラス素材を加熱した後、前記複数のコア部を後退位置に置いて前記型本体と他方の型を型開閉装置により閉じて初期プレス成形を行い、次いで前記型本体と他方の型を閉じたまま前記複数のコア部をコア部駆動装置により前進させて最終プレス成形を行うものである。
【００１４】
この成形方法によれば、互いに当接可能な開閉式の型によるガラス素子の成形装置により、位置ずれがなく、かつ、ヒケのない高精度なガラス素子の成形ができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図１及び図２を参照して説明する。図１において、フレーム４０の上部には、サーボモータ４１を駆動源とし、このサーボモータ４１の回転運動を直線運動推力に変換するスクリュージャッキ等の駆動装置（型開閉装置）４２が取り付けられている。駆動装置４２には、荷重検出装置４３を介して上移動軸４４が取り付けられている。上移動軸４４の図１において下端には、セラミック製の断熱筒４５を介して、図３及び図４に示した型１０と同様の型（上型）１０が取り付けられている。
【００１６】
フレーム４０の下側の中間プレート４０ａには、型取付座４６が取り付けられ、この型取付座４６には、断熱筒４５と同様の断熱筒４７を介して下型２０が取り付けられている。この下型２０は、図２（ａ）に拡大して示すように、バックプレート２１、フロントプレート２２及び複数のコア部２３を有すると共に位置決め穴２４を有する点は、図３及び図４に示した従来の型２０と同様であるが、本装置におけるコア部２３は、バックプレート２１及びフロントプレート２２からなる型本体に対し、プレス方向すなわち図２において上下方向へ移動自在に取り付けられている。コア部２３の図２（ａ）において下端は、フロントプレート２２内に上下動自在に置かれた可動プレート２５により支持される。
【００１７】
図１に戻って、フレーム４０の下部には、サーボモータ４８を駆動源とし、このサーボモータ４８の回転運動を直線運動推力に変換するスクリュージャッキ等の駆動装置（コア部駆動装置）４９が取り付けられ、この駆動装置４９に荷重検出装置５０を介して下移動軸５１が取り付けられている。下駆動軸５１の図１において上端は、上記可動プレート２５に連結されている。
【００１８】
上移動軸４４には、図示しない駆動装置によって上下動されるブラケット５２が移動自在に係合され、ブラケット５２には、型１０、２０の周囲を囲む透明石英管５３が取り付けられている。この透明石英管５３は、下端が型取付座４６の上面に当接し、型１０、２０の周囲に気密な成形室５４を形成する。また、ブラケット５２には、透明石英管５３の周囲を囲んで型１０、２０及び図２に示すガラス素材３０を加熱するためのランプユニット５５が取り付けられている。
【００１９】
上下の移動軸４４、５１には、成形室５４内を不活性ガス雰囲気にするため及び型１０、２０を冷却するために、不活性ガスを供給するための供給路５６、５７が設けられている。また、型取付座４６には、下方の断熱筒４７と下移動軸５１との間を通して同様に不活性ガスを供給するための供給路５８が設けられると共に、成形室５４から空気や不活性ガスを排気するための排気口５９が設けられている。
【００２０】
６０は制御部であり、荷重検出装置４３、５０の出力を取り込むと共に、下型２０に取り付けられた熱電対６１の出力を取り込み、これらの出力及び別に与えられるプログラムによりサーボモータ４１、４８を駆動して上下の移動軸４４、５１の速度、位置及びプレス力を制御すると共にランプユニット５５の出力や不活性ガスの供給を制御して所望の成形を行うように構成されている。
【００２１】
次いで本装置の作用と共に本発明によるガラス素子の成形方法について説明する。下移動軸５１を下降させて図２（ａ）に示すように、可動プレート２５を後退位置に置く。この状態で下型２０のコア部２３の上にガラス素材３０を置き、透明石英管５３により成形室５４を形成し、供給路５６、５７、５８から不活性ガスを供給して成形室５４内を不活性ガス雰囲気にし、ランプユニット５５により型１０、２０及びガラス素材３０を加熱する。
【００２２】
型２０の温度が予め設定された所定のプレス温度に安定したところで上移動軸４４を下降させ、図２（ｂ）に示すように、型１０、２０を完全に閉じて初期プレスを行う。このとき、下型２０のコア部２３は後退位置にあるため、ガラス素材３０は完全には押しつぶされない。そこで、型１０と型２０との間には軽い負荷が作用するのみであり、両型１０、２０は位置ずれを生じることなく、位置決めピン１４と位置決め穴２４により正確に位置決めされる。
【００２３】
次いで、上移動軸４４による型閉じ力を所定の大きさに保ちつつ下移動軸５１を上昇させ、可動プレート２５を図２（ｃ）に示すように押し上げてコア部２３による最終プレスを行う。
【００２４】
次いで、ランプユニット５５の出力を下げると共に供給路５６、５７、５８から不活性ガスの供給量を制御して型１０、２０の温度を所定の温度勾配で下降させ、冷却工程に移行するが、この冷却工程中も下移動軸５１によるプレス力を制御しつつコア部２３による押圧を続ける。
【００２５】
型２０の温度が、転移点温度付近にまで低下したところで、下移動軸５１のプレス力を解除し、型２０の温度がさらに低下したところで、型１０、２０を開くと共に成形室５４への不活性ガスの供給を停止し、成形室５４を開いてガラス素子３１を取り出す。
【００２６】
上記の説明では、コア部２３による最終プレスを冷却工程に移行する前に行う例を示したが、最終プレスはプレス可能な温度で行えばよいため、冷却工程に移行してから行ってもよい。また、前述した実施の形態では、下型２０の型本体であるバックプレート２１及びフロントプレート２２をフレーム４０の中間プレート４０ａに固定し、下型２０のコア部２３と上型１０を移動させる例を示したが、上型１０の型本体であるバックプレート１１及びフロントプレート１２を固定し、上型１０のコア部１３と下型２０を移動させ、または上型１０の全体を固定し、下型２０の型本体であるバックプレート２１及びフロントプレート２２とコア部２３とをそれぞれ別々に移動させ、さらに、これとは逆に下型２０の全体を固定し、上型１０の型本体とコア部とをそれぞれ別々に移動させるようにしてもよい。
【００２７】
実施例
直径１３ｍｍ、両面Ｒ（半径）２７ｍｍの球面レンズを、８個取りの型を用いて成形した。型１０、２０のコア部１３、２３の成形面１３ａ、２３ａの形状精度はλ／８であり、ガラス素材はＢＫ−７（株式会社オハラ製、転移点５６５℃、屈伏点６２４℃）を用いた。
【００２８】
型２０の温度を６９０℃に加熱して安定化させた後、上移動軸４４を移動させて型１０、２０を閉じる共に８００ｋｇｆのプレス力を与えて初期プレスを行った。次ぎに、下移動軸５１を上昇させてコア部２３を押し付けることにより最終プレスを行い、冷却工程中は転移点付近の温度まで下移動軸５１のプレス力を３００ｋｇｆに保った。
【００２９】
この成形方法を１００回行い、成形されたガラス素子３１の形状精度を測定したところ、λ／８であり、型の精度すなわちコア部１３、２３の成形面１３ａ、２３ａの形状精度がほぼ完全に転写されていることが確認され、型１０と型２０の位置ずれによる両レンズ面の光軸のずれも認められなかった。
【００３０】
これに対し、図３に示した従来の型による一段プレスのほかは上記実施例と同じ条件で成形したものは、ヒケが現れ、形状精度はλ／２程度であり、型形状の転写性が不十分であった。また、図４に示したように、ヒケを抑えるため、プレスの初期段階で型１０、２０を完全に密着させず、転移点付近までプレスを続けた場合には、形状精度はλ／６程度と大幅に改善することができたが、位置決めピン１４が機能しないため、光軸のずれが認められた。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、互いに当接可能な開閉式の一対の型によるガラス素子の成形装置が有する利点であるところの多数個取りが可能であると共にガラス素材及びガラス素子の搬入搬出が容易であるという利点を生かしつつ、その欠点であるヒケの発生及び型の位置ずれを共に抑えて高精度な成形を行うことができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガラス素子の成形装置の実施の形態を示す概要構成図。
【図２】図１に示した装置の型部分の拡大図であり、（ａ）は型開き状態を、（ｂ）は型本体のみを閉じた初期プレス状態を、（ｃ）はコア部による最終プレス状態を示す図。
【図３】従来のガラス素子の成形装置の型部分の拡大図であり、（ａ）は型開き状態を、（ｂ）は型閉じ状態を示す図。
【図４】図３に示した型の位置ずれ状態を示す図。
【符号の説明】
１０  上型              １１  バックプレート(型本体)
１２  フロントプレート(型本体)                  １３  コア部
１４  位置決めピン
２０  下型              ２１  バックプレート(型本体)
２２  フロントプレート(型本体)                  ２３  コア部
２４  位置決め穴        ２５  可動プレート
３０  ガラス素材        ３１  ガラス素子        ３２  ヒケ
４０  フレーム          ４１  サーボモータ      ４２  駆動装置
４３  荷重検出装置      ４４  上移動軸          ４５  断熱筒
４６  型取付座          ４７  断熱筒            ４８  サーボモータ
４９  駆動装置          ５０  荷重検出装置      ５１  下移動軸
５３  透明石英管        ５４  成形室
５５  ランプユニット
５６、５７、５８  不活性ガスの供給路            ５９  排気口
６０  制御部            ６１  熱電対
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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