(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の型間にガラス素材を配置し、前記型及びガラス素材を加熱してこのガラス素材をプレスすることにより棒状ガラス素子を成形する方法において、
成形する棒状ガラス素子の形状に近似した棒状のガラス素材を製作する工程と、
この棒状のガラス素材を、このガラス素材及び成形する棒状ガラス素子の形状に対応しこれらを包含する長方形をした一対の型間に配置する工程と、
前記型及びガラス素材を、前記一対の型の側面のうち前記ガラス素材と平行な両側面に沿ってそれぞれ配置された複数の直管型の赤外線ランプにより加熱する工程と、
前記型及びガラス素材を所望の温度に加熱したところでプレスを行ってガラス素材から棒状ガラス素子を成形する工程と、
を有することを特徴とする棒状ガラス素子の成形方法。
【請求項２】
一対の型間に複数のガラス素材を平行に配置して同時にプレス成形することを特徴とする請求項１に記載の棒状ガラス素子の成形方法。
【請求項３】
複数対の型をこれらの間に配置されるガラス素材が互いに平行になるように並列に配置すると共に、これらの型の間及びこの間を挟んで前記複数対の型の両側に配置された複数の直管型の赤外線ランプにより型及びガラス素材を加熱して、複数対の型により複数のガラス素材を同時にプレス成形することを特徴とする請求項１または２に記載の棒状ガラス素子の成形方法。
【請求項４】
一対の型間にガラス素材を配置し、前記型及びガラス素材を加熱してこのガラス素材をプレスすることにより棒状ガラス素子を成形する装置において、
ガラス素材及び成形する棒状ガラス素子の形状に対応しこれらを包含する長方形をした一対の型と、
この型の棒状ガラス素子に対応したキャビティと平行な両側面に沿って配置された複数の直管型の赤外線ランプを有する加熱手段と、
前記一対の型の少なくとも一方を他方に対して移動及び押圧するためのプレス手段と、
前記加熱手段およびプレス手段を予め定められたプログラムに従って作動させるための制御手段と、
を有することを特徴とする棒状ガラス素子の成形装置。
【請求項５】
前記一対の型が、それぞれ平行に配置された複数の前記キャビティを有していることを特徴とする請求項４に記載の棒状ガラス素子の成形装置。
【請求項６】
前記一対の型が、前記キャビティがそれぞれ平行になるように並列に複数配置され、前記加熱手段が、複数対の型の間及びこの間を挟んで複数対の型の両側にそれぞれ配置された複数の直管型の赤外線ランプを有していることを特徴とする請求項４または５に記載の棒状ガラス素子の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ｆθレンズや細長いプリズムなどの棒状ガラス素子の成形方法及びその装置に係り、特に棒状ガラス素子を高精度で能率的に製造するための成形方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータの普及により、それに付随したプリンタも広く普及しつつある。特に最近は、高画質、高速のレーザープリンタが重要視され、さらなる小型化、高精細化、低価格化が必要とされている。
【０００３】
ｆθレンズは、レーザープリンタには必要不可欠なものであり、プリンタの小型化、高精細化、低価格化に対応するために、非球面化、形状及び面粗度の高精度化が要求されている。
【０００４】
ｆθレンズは、プラスチックにより製造する場合には、射出成形法または射出圧縮成形法などにより比較的精度の高いものが得られる。しかし、プラスチックでは、ｆθレンズ内の密度・屈折率を均一にすることが困難である上、温度・湿度などの使用環境によりレンズ性能が変化するなどの問題がある。
【０００５】
他方、ガラスの場合には、レンズ性能は安定しているが、溶融したガラス素材を型に入れてプレスにより概略のｆθレンズ形状に成形した後、粗研削、精研削、研磨及びアニールなどの工程により製造する方法や、円板状のガラス素材の一部を切断し、研削、研磨等の加工を行って製造する方法が行われており、製造工程が複雑であった。特に非球面ｆθレンズは、研削、研磨が困難なため、高価であり、ガラスの非球面ｆθレンズは工業的に広く使用されていない。
【０００６】
ところで特開平９ー１９９７１号公報に記載されているように、従来の研削、研磨やダイレクトプレス等により、目的とするｆθレンズの最終形状ではなく、これに近い形状・曲率のガラス素材を少ない工数で安価に製造し、このガラス素材を高精度に加工された一対の型間に配置し、型及びガラス素材を加熱してプレス成形することにより目的とするｆθレンズを製造する、いわゆるリヒートプレスによるｆθレンズの成形方法が開発されつつある。
【０００７】
このリヒートプレスによれば、非球面ｆθレンズであっても、複雑な曲面形成に必要な工程は最終のプレス工程の一工程のみであるという利点があり、また、型を一度製作すれば、型の精度に準じた非球面ｆθレンズを多数製造することができる利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら近年におけるレーザープリンタのカラー化、高精度化に伴い、高精度かつ大形のｆθレンズの生産が必要となっている。大形のｆθレンズを成形する場合、問題となるのが、プレス成形時の型及びガラス素材の温度の均一性（均熱性）である。均熱性が悪いと、成形した際の形状精度が悪くなる。
【０００９】
また、上記リヒートプレスは、現在、主に丸物のレンズの成形に用いられている方法であり、図６に示すように、型１１１及びその加熱源である赤外線ランプ１２０の形状は円形である。なお、図６において、１２１は反射ミラー、１３０は成形されたｆθレンズ、１１６は透明石英管、１１７は成形室である。
【００１０】
ところで型の均熱性は、加熱源と型中心の距離が大きくなる程、悪化する。ｆθレンズなどの棒状のガラス素子の成形では、ガラス素子の全長が長くなれば、円形の型の直径が大きくなり、加熱源と型中心との距離が遠くなり、均熱性が悪くなる。さらに、棒状のものを円形の型内に配置すると、多くのデッドスペースを生じ、生産効率が悪い。
【００１１】
本発明は、ｆθレンズや細長いプリズムなどの棒状ガラス素子を高精度で能率的に製造する方法及びその装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【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棒状ガラス素子の成形方法は、
一対の型間にガラス素材を配置し、前記型及びガラス素材を加熱してこのガラス素材をプレスすることにより棒状ガラス素子を成形する方法において、
成形する棒状ガラス素子の形状に近似した棒状のガラス素材を製作する工程と、
この棒状のガラス素材を、このガラス素材及び成形する棒状ガラス素子の形状に対応しこれらを包含する長方形をした一対の型間に配置する工程と、
前記型及びガラス素材を、前記一対の型の側面のうち前記ガラス素材と平行な両側面に沿ってそれぞれ配置された複数の直管型の赤外線ランプにより加熱する工程と、
前記型及びガラス素材を所望の温度に加熱したところでプレスを行ってガラス素材から棒状ガラス素子を成形する工程と、
を有するものである。
【００１３】
すなわち本発明は、リヒートプレスにより棒状ガラス素子を製造するものであり、型及び棒状のガラス素材を、一対の型のガラス素材と平行な両側面に沿って配置された複数の直管型の赤外線ランプにより加熱することにより、加熱源である赤外線ランプとガラス素材の各部分との距離を一定にして加熱することができ、これにより型及びガラス素材の均熱性を高めると同時に効率的な加熱ができ、より高精度の棒状ガラス素子を能率的に製造することができる。
【００１４】
なお、複数のガラス素材を一対の型間に平行に配置して同時にプレス成形すれば、より能率的な製造が可能になり、さらに、複数対の型をこれらの間に配置されるガラス素材が互いに平行になるように並列に配置すると共に、これらの型の間及びこの間を挟んで前記複数対の型の両側に配置された複数の直管型の赤外線ランプにより型及びガラス素材を加熱して、複数対の型により複数のガラス素材を同時にプレス成形すれば、さらに能率的な製造が可能になる。
【００１５】
また、上記目的を達成するための本発明による棒状ガラス素子の成形装置は、一対の型間にガラス素材を配置し、前記型及びガラス素材を加熱してこのガラス素材をプレスすることにより棒状ガラス素子を成形する装置において、
ガラス素材及び成形する棒状ガラス素子の形状に対応しこれらを包含する長方形をした一対の型と、
この型の棒状ガラス素子に対応したキャビティと平行な両側面に沿って配置された複数の直管型の赤外線ランプを有する加熱手段と、
前記一対の型の少なくとも一方を他方に対して移動及び押圧するためのプレス手段と、
前記加熱手段およびプレス手段を予め定められたプログラムに従って作動させるための制御手段と、
を有するものである。
【００１６】
なお、前記一対の型は、それぞれ平行に配置された複数の前記キャビティを有していてもよく、さらに、前記一対の型は、前記キャビティがそれぞれ平行になるように並列に複数配置され、前記加熱手段は、複数対の型の間及びこの間を挟んで複数対の型の両側にそれぞれ配置された複数の直管型の赤外線ランプを有していてもよい。
【００１７】
【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ないし図３を参照して説明する。図１において、フレーム１の上部から固定軸２が下方に向かって伸びており、その下端にセラミック製の断熱筒３を介して上型組立４が図示しないボルト等により取り付けられている。上型組立４は、金属製のダイプレート５、セラミックや超硬合金等で作られた上型６、及びこの上型６をダイプレート５に取り付けると共に型の一部を形成する固定ダイ７からなっている。
【００１８】
フレーム１の下部には、サーボモータ８ａを駆動源とし、サーボモータ８ａ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８が設けられ、駆動装置８には荷重検出装置８ｂを介して移動軸９が取り付けられている。移動軸９は、固定軸２と対向して上方に向かって伸びており、制御装置２６に設定されているプログラムにより、速度、位置及びトルク（推力）を必要に応じてそれぞれ制御されつつ上下動するように構成されている。
【００１９】
移動軸９の上端には、断熱筒３と同様の断熱筒１０を介して下型組立１１が取り付けられている。下型組立１１は、上型組立４と同様に、ダイプレート１２、下型１３及び移動ダイ１４からなっている。
【００２０】
下型組立１１（上型組立４側も同じ）は、図１において上から見た形状が、図２に示すように、長方形をしており、断熱筒１０もダイプレート１２に対応した長方形となっている。移動軸９は、断熱筒１０を取り付ける図１において上端部分が断熱筒１０に対応した長方形となっており、他は円柱状である。
【００２１】
上下の型組立４、１１中の型６、１３は、固定及び移動の両ダイ７、１４とにより、成形品であるところの後述するｆθレンズ３０（図３参照）に対応したキャビティ３０ａ（図２参照）をそれぞれ平行に複数形成するようになっている。
【００２２】
固定軸２には、ブラケット１５が図示しない駆動装置により上下動可能に組み付けられている。ブラケット１５には、対をなす型組立４、１１の周囲を囲む透明石英管１６が取り付けられている。この透明石英管１６の上端は、ブラケット１５に気密に取り付けられ、下端は、フレーム１の中間プレート１ａに取り付けられたシールブロック１ｂに気密に当接される。透明石英管１６は、図２に示すように、断面形状がほぼ長方形であり、対をなす型組立４、１１の周囲に大気から遮断された成形室１７を形成する。
【００２３】
固定軸２及び移動軸９には、成形室１７内を不活性ガス雰囲気にするため及び型組立４、１１を冷却するためのガス供給路２２、２３が設けられ、これらのガス供給路２２、２３には図示しない流量コントロール計を介して不活性ガスが所定流量で供給される。また、ダイプレート５、１２には、ガス通路２７、２８が設けられ、ガス供給路２２、２３から供給された不活性ガスを成形室１７へ供給するようになっている。成形室１７へ供給された不活性ガスは、シールブロック１ｂに設けられている排気口２４から排気される。
【００２４】
ブラケット１５には、透明石英管１６を囲む外筒１８が取り付けられている。この外筒１８も、図２に示すように、断面形状がほぼ長方形であり、キャビティ３０ａと平行な相対する内壁面には、それぞれ直管型の赤外線ランプ２０と反射ミラー２１からなる加熱手段としてのランプユニット１９が取り付けられている。これらの直管型の赤外線ランプ２０は、上下の型組立４、１１をキャビティ３０ａと平行な相対する２つの側面から加熱するように配置されている。
【００２５】
下型組立１１には、上下の型組立４、１１の温度を代表して検出するための熱電対２５が取り付けられている。この熱電対２５の検出出力は、制御装置２６に取り込まれ、制御装置２６に予め入力されている加熱用のプログラムに従って赤外線ランプ２０の出力を制御して型組立４、１１の温度を所定の温度に制御するようになっている。
【００２６】
次いで本装置の作用について説明する。図示しない駆動装置によりブラケット１５を固定軸２に沿って上昇させて透明石英管１６及びランプユニット１９を上昇させ、成形室１７を開く。図１に示すように、型開き状態にある下型組立１１のキャビティ３０ａ内に棒状のガラス素材２９を置き、ブラケット１５を下降させて成形室１７を閉じる。
【００２７】
次いで、ガス供給路２２、２３から不活性ガスを供給し、成形室１７内を不活性ガス雰囲気とし、赤外線ランプ２０により上下の型組立４、１１及びガラス素材２９を加熱する。このとき、ガラス素材２９を全体的に均一な温度で加熱するため、型組立４、１１を接近すなわちほぼ閉じた状態にすることが好ましい。
【００２８】
赤外線ランプ２０による型組立４、１１の加熱は、図２に示すように、長方形をした型組立１１（型組立４も同じ）の、図２において左右の側面、すなわちガラス素材２９と平行な両側面から行われる。そこで、ガラス素材２９の各部分から加熱源である赤外線ランプ２０までの距離は、すべて一定である。このため、ガラス素材２９の長手方向の温度分布は、均一になる。
【００２９】
また、図２から明かなように、型組立１１のデッドスペースが少ない。このため、型組立４、１１及びガラス素材２９の加熱が効率的に行われる。
【００３０】
熱電対２５により検出されている下型組立１１の温度が、予め定められているプレス温度に到達したところで、所定時間この温度に保って型組立４、１１及びガラス素材２９の全体がプレス温度となるようにした後、駆動装置８を作動させて移動軸９を上昇させると共に所定のプレス力を与えてプレス成形を行う。
【００３１】
次いで、プレス力を与えたまま赤外線ランプ２０をＯＦＦにするか、または出力を制御しつつ低下させると共に、ガス供給路２２、２３からの不活性ガスの供給量を制御して所定の温度勾配で型組立４、１１及びプレス成形されて成形品となったｆθレンズ３０を冷却する。こうして型組立１１の温度が所定の温度まで低下したならば、移動軸９を下降させて、型開きを行うと共に、成形室１７を開いてｆθレンズ３０を取り出す。
【００３２】
図４は、本発明の他の実施形態の要部を示すもので、対をなす型組立を符号１１ａ、１１ｂで示すように、２組設けたものである。２組の型組立１１ａ、１１ｂはキャビティ３０ａがそれぞれ平行になるように並列に配置され、これらの型組立１１ａ、１１ｂの間に直管型の赤外線ランプ２０が配置されている。また、型組立１１ａ、１１ｂの上記間を挟む両側にもそれぞれ直管型の赤外線ランプ２０が配置されている。なお、２組の型組立１１ａ、１１ｂは、１つの移動軸９のみからなる１つのプレス手段で駆動するようにしてもよく、また、別々のプレス手段で駆動するようにしてもよい。
【００３３】
図５は、本発明のさらに他の実施形態の要部を示すもので、図４に示した装置の各型組立１１ａ、１１ｂに対し、各型組立１１ｃ、１１ｄがそれぞれ複数のｆθレンズ３０を成形する点が異なっている。
【００３４】
実施例
図３に示すように、長さ１２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、高さ２０ｍｍのｆθレンズ３０を、図２、図４及び図５に示した本発明による装置と、比較のため図６に示した従来装置とにより成形した例を示す。使用したガラス素材は、ＳＦー１０（転移点４６６℃、屈伏点５１１℃）である。
【００３５】
図２の型組立１１（型組立４も同じ）は、縦１５０ｍｍ、横９０ｍｍで３個取り、図４の型組立１１ａ、１１ｂ（図示しない対応する型組立４ａ、４ｂも同じ）は、縦１５０ｍｍ、横４０ｍｍでそれぞれ１個取り、図５の型組立１１ｃ、１１ｄ（図示しない対応する型組立４ｃ、４ｄも同じ）は、縦１５０ｍｍ、横６５ｍｍでそれぞれ２個取りである。また、図６の従来装置は、直径１５０ｍｍで１個取りの円形の型組立１１１を用いた。
【００３６】
それぞれの型組立を用いた装置において、各型組立を５７０℃に加熱した状態で、各図に示す型組立上の中央位置Ａと、端部寄り位置Ｂの２点の温度を測定したところ、Ａ、Ｂ両者の温度差は、図２では４℃、図４では２℃、図５では４℃であったのに対し、図６の従来装置では８℃の温度差があった。このように本発明によれば、均熱性が大幅に向上することが確認された。
【００３７】
また、成形されたｆθレンズ３０、１３０を検査したところ、図２、図４及び図５の本発明によるｆθレンズ３０は、いずれも上下の型６、１３の光学面が高精度に転写されていることが確認された。これに対し、図６に示した従来装置により成形されたｆθレンズ１３０の精度は本発明によるものより劣っていた。
【００３８】
なお、図２及び図５では、図６と概ね等しい約３０分の成形時間を要したが、図４の１個取りの型組立１１ａ、１１ｂの場合は、約１５分とほぼ半分の時間で成形することができた。
【００３９】
前述した実施の形態では、型組立４、１１、１１ａ〜１１ｄのうち、キャビティ３０ａと平行な両側面に沿ってのみ直管型の赤外線ランプ２０を配置した例を示したが、特に図２及び図５に示すように、１つの型組立で複数のｆθレンズ３０を形成する場合には、型の幅が大きくなるため、上記側面と直角な側面に対しても直管型の赤外線ランプを配置することが好ましい。また、本発明は、ｆθレンズ３０に限らず、細長いプリズムなど断面積に対して長さが長い種々の棒状ガラス素子に適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、棒状ガラス素子の製造において、型及びガラス素材の均熱性を高めてより高精度の棒状ガラス素子を製造することができ、また、１つの棒状ガラス素子の成形に必要な型組立すなわち型の大きさを小さくでき、昇温及び冷却を短時間で行うことが可能であり、１つの棒状ガラス素子当たりの成形時間を大幅に短縮することができ、棒状ガラス素子を能率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による棒状ガラス素子の成形装置の実施の形態を示す概要断面図。
【図２】図１のＩーＩ線による部分拡大断面図。
【図３】本発明により成形する棒状ガラス素子の一例であるｆθレンズの斜視図。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す図２に対応した部分拡大断面図。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態を示す図２に対応した部分拡大断面図。
【図６】従来装置の図２に対応した部分拡大断面図。
【符号の説明】
２  固定軸
３  断熱筒
４  上型組立
５  固定ダイプレート
６  上型
７  固定ダイ
８  駆動装置
８ａ  サーボモータ
８ｂ  荷重検出装置
９  移動軸
１０  断熱筒
１１、１１ａ〜１１ｄ  下型組立
１２  移動ダイプレート
１３  下型
１４  移動ダイ
１６  透明石英管
１７  成形室
１９  ランプユニット
２０  赤外線ランプ
２５  熱電対
２６  制御装置
２９  ガラス素材
３０  ｆθレンズ（棒状ガラス素子）
３０ａ  キャビティ
１１１  下型組立
１１６  透明石英管
１２０  赤外線ランプ
１２９  ガラス素材
１３０  ｆθレンズ（棒状ガラス素子）
【図１】
0003752651.tif 000002
【図２】
0003752651.tif 000003
【図３】
0003752651.tif 000004
【図４】
0003752651.tif 000005
【図５】
0003752651.tif 000006
【図６】
0003752651.tif 000007