(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形金型の下型部と、この下型部の上方側に位置するようそれぞれ設けた該成形金型の上型部及び再成形ヘッドと、除冷炉とを備える成形装置を用いた非球面レンズの成形方法であって、前記下型部に供給された溶融ガラスをプレス成形位置で前記上型部によりプレス成形して底面に所定レンズ形状が形成されたカップ形状の成形品を形成し、その後、再プレス成形位置で前記下型部に保持された前記カップ形状成形品の底面の前記所定レンズ形状部分の再プレスを、該所定レンズ形状部分とほぼ同じ大きさの前記再成形ヘッドにより行い、続いて前記カップ形状成形品を前記成形金型から取り出して上下位置を逆転させ、前記所定レンズ形状部分を上側にした状態で除冷炉内に投入して前記所定レンズ形状部分の加熱除歪を行った後に、前記所定レンズ形状部分から非球面レンズを切り取るようにしたことを特徴とする非球面レンズの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非球面レンズの成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、非球面レンズはその非球面部分の研磨が非常に難しく、非球面レンズの加工はプレス成形によって行われている。また、プレス成形のみで必要な面精度が得られるようにするため、成形金型には高い面精度を有する精密な金型が使用される。そしてレンズのプレス成形は、例えばレーザピックアップ用レンズやコンパクトカメラ用レンズ等として用いられる小型の非球面レンズの場合には、予めレンズ形成に必要な量のガラス塊を切り出しておき、切り出されたガラス塊を成形金型上に供給し、成形金型上で再加熱によって軟化したところをプレスする方法が採られている。
【０００３】
一方、比較的大型の非球面レンズの場合には要するガラス塊が大きくなり、成形金型上での再加熱によるガラス塊の軟化が困難なものとなり、溶融ガラスからの直接プレス成形が行われている。この溶融ガラスを直接プレス成形して非球面レンズを形成する過程は、先ず非球面レンズの非球面部を象った成形金型の例えば下型部分に所定量に切断された溶融ガラス塊（ゴブ）を供給し、その後、平坦な成形面を有する成形金型の上型部分を下型部分に押圧することで押圧成形が行われ、成形品として非球面レンズが形成される。
【０００４】
しかしながら上記の従来技術においては、比較的大型の非球面レンズを形成する場合、成形金型に供給されたゴブの量が非球面レンズの大きさに対し多すぎると、余ったガラスが成形金型の合わせ目から食み出したり、食み出し部分からクラックが入ったりする。このため食み出しを無くすようにゴブの量を少なくすると成形品に肉不足を生じる虞があり、ゴブ量の調節が難しいものとなる。一方、ゴブ供給部のスパウトからゴブをシヤーカットする際にはゴブのシャー（切断刃）に触れた部分が急冷され、これによってシャーマーク（切断跡）が生じ非球面レンズ中に残ってしまう虞がある。
【０００５】
このため成形金型に定形または不定形の食み出し部形状を刻設し、そして供給するゴブの量を多くして非球面レンズの成形を十分な押圧力により行うと共に、過剰のガラスによって食み出し部を形成し、この食み出し部にシャーマークが形成されるようにし、成形時または成形後に食み出し部を切断することが行われて非球面レンズが形成される。しかし、食み出し部は単に非球面レンズにおける肉不足の防止とシャーマークの形成が防止されるのみとなっている。
【０００６】
そして成形時に食み出し部を切断したものでは成形金型から取り出された成形品は非球面レンズそのもので、非球面レンズの状態でのハンドリングを行うことになり、加熱除歪の際等に非球面レンズの機能面に傷や汚れなどが付着する虞があった。また成形後に食み出し部を切断するものでは成形金型から取り出された成形品には切断除去するまで食み出し部が付いているが、食み出し部は形状が平板状で不定形であるため、同様に加熱除歪の際等に非球面レンズの非球面に傷や汚れなどが付着する虞があった。
【０００７】
さらに、大型の非球面レンズでは肉厚が厚いために冷却（固化）速度が遅く、特に非球面部分に離型時の吸引等によって生じる変形のスワレや部分的な収縮差によるひけが発生しやすいものとなっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは精度の高いゴブ量の調節を必要とせずに十分な押圧力による成形が行え、またシャーマークが非球面レンズに形成されることもなく、さらに大型の非球面レンズの成形に際しても厚肉のレンズ部分に歪が生じ難くなり、残留応力が緩和されて後工程等での破損が抑制され、比較的容易に精度の向上した非球面レンズを得ることができる非球面レンズの成形方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の非球面レンズの成形方法は、成形金型の下型部と、この下型部の上方側に位置するようそれぞれ設けた該成形金型の上型部及び再成形ヘッドと、除冷炉とを備える成形装置を用いた非球面レンズの成形方法であって、下型部に供給された溶融ガラスをプレス成形位置で上型部によりプレス成形して底面に所定レンズ形状が形成されたカップ形状の成形品を形成し、その後、再プレス成形位置で下型部に保持されたカップ形状成形品の底面の所定レンズ形状部分の再プレスを、該所定レンズ形状部分とほぼ同じ大きさの再成形ヘッドにより行い、続いてカップ形状成形品を成形金型から取り出して上下位置を逆転させ、所定レンズ形状部分を上側にした状態で除冷炉内に投入して所定レンズ形状部分の加熱除歪を行った後に、所定レンズ形状部分から非球面レンズを切り取るようにしたことを特徴とする方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、片面が非球凸面で他面が平面の非球面レンズ、例えば自動車前照灯用の直径が数ｃｍ〜１０ｃｍ程度のレンズを成形する場合を例に、図１乃至図６を参照して説明する。図１は成形装置の正面図、図２は成形装置のターンテーブルにおける成形ポジションを説明するための図であり、図３は成形金型の断面図であり、図４は成形装置の再プレス機の正面図であり、図５は成形品の断面図であり、図６は成形品から非球面レンズを切り取った状態を示す断面図である。
【００１１】
図１乃至図６において、成形装置１は、例えば油圧駆動されるプレス機２を備えている。プレス機２は、センタコラム３及びサポートコラム４上に装架された上部ヨーク５に油圧シリンダ６を設けており、この油圧シリンダ６の両矢印Ｘで示す上下方向に進退するプランジャ７の下端部には、上端が上部ヨーク５に固定されたガイドポスト８とサポートコラム４にガイドされて上下動する加圧機構９が設けられている。そして加圧機構９の下部には成形金型１０の上型部１１が装着されている。上型部１１はプランジャ７の動作によって上下方向に進退する短角柱状の成形ヘッド１２と、加圧機構９のホルダ１３に吊りボルト１４で吊り支持されたリング１５で構成されている。
【００１２】
また成形装置１にはプレス機２のセンタコラム３を回転中心軸とするようにターンテーブル１６が設けられており、このターンテーブル１６は、駆動部１７によって停止と回転を所定サイクルで繰り返す間欠回転を行うよう駆動される。ターンテーブル１６には、その回転中心を中心とする同一円周上の位置に周方向に沿って所定間隔を設けるようにして成形金型１０の９つの下型部１８が配置されている。各下型部１８は、それぞれターンテーブル１６の上面に固定したアンビル１９の上面に、非球面プレート２０とリング状のボトム２１とを固定して上方に向けて開口する凹部を有する構成となっている。
【００１３】
さらに、１つ１つの下型部１８はターンテーブル１６の間欠的な回転によって、ターンテーブル１６の回転中心と同一の中心Ｏを有する円Ｐの周上に配列された第１のポジションＰ1 、第２のポジションＰ2 、…、第９のポジションＰ9 の９つ各ポジションを、それぞれ停止しながら順次経由して行くようになっている。そして第１のポジションＰ1 は図示しないゴブ供給部から所定量のゴブが供給されるゴブ供給位置となっており、ゴブ供給部のスパウトからゴブカット機構のシャーによって所定量のゴブが切り取られ、第１のポジションＰ1 に停止している成形金型１０の下型部１８に図示しないシュートを介してゴブが供給されるようになっている。
【００１４】
また、第２のポジションＰ2 はプレス機２が配置されたプレス成形位置となっており、ターンテーブル１６が回転し加圧機構９のストローク方向直下に第１のポジションＰ1 でゴブが供給された下型部１８が停止した状態で、プレス機２が作動して油圧シリンダ６によってプランジャ７が下方向に押し出され、上型部１１と下型部１８とによって１回目のプレス成形が行われ、非球面レンズ形状部分２２が底部に形成されたカップ形状成形品２３が成形されるようになっている。なお、矢印Ｙはターンテーブル１６の回転方向を示し、２４は成形装置１のベースプレートである。
【００１５】
また、プレス成形を行う成形金型１０は、下型部１８の非球面プレート２０によってカップ形状成形品２３の底部２５の外底面が形成されるようになっていて、非球面プレート２０の中央部には非球面レンズ形状部分２２の凸面２６に対応する凹面２７が形成されている。さらにリング状のボトム２１によって成形品２２の底部２５から立ち上がる側壁部２８の外側面が形成されるようになっている。また上型部１１の成形ヘッド１２によってカップ形状成形品２３の内面側が成形されるようになっていて、成形ヘッド１２の先端面で非球面レンズ形状部分２２の平面２９が成形され、側面で側壁部２８の内側面が成形される。さらにリング１５によってカップ形状成形品２３の開口縁部３０が形成されるようになっている。
【００１６】
一方、成形装置１の第４のポジションＰ4 は、例えば空気圧駆動される再プレス機３１が配置された再プレス成形位置となっている。再プレス機３１はセンタコラム３の中間部にブラケット３２により固定されたエアシリンダ３３を備えて構成され、このエアシリンダ３３の両矢印Ｚで示す上下方向に進退するプランジャ３４の下端部には、短円柱状の再成形ヘッド３５が装着されている。なお、再成形ヘッド３５はその直径が非球面レンズ形状部分２２とほぼ同程度の大きさで、成形ヘッド１２より小径のものとなっている。
【００１７】
そして、ターンテーブル２４の間欠的な回転により、第２のポジションＰ2 のプレス成形位置から第３のポジションＰ3 で一旦停止した後に第４のポジションＰ4 に移動し、プランジャ３４のストローク方向直下に下型部１８が停止する。こうした状態で、再プレス機３１が作動してエアシリンダ３３によってプランジャ３４が下方向に押し出され、再成形ヘッド３５による２回目のプレス成形が行われるようになっている。この２回目のプレス成形は、再成形ヘッド３５が１回目のプレス成形で下型部１８の凹部に形成され残された成形品２３の非球面レンズ形状部分２２の平面２９を、所定圧力で押圧することによって行われる。
【００１８】
また、成形装置１の第５のポジションＰ5 は、図示しない冷却部によって下型部１８の冷却が行われる冷却位置となっている。そしてターンテーブル１６が回転し、この冷却位置に２回目のプレス成形が行われた成形品２３を有する下型部１８が停止すると、非球面プレート２０が、アンビル１９の中央部分の開孔３６を介して非球面プレート２０の下面に向けて噴射される冷却部の水によって、成形品２３が次の第６のポジションＰ6 で歪等が生じないようにして取出し可能な所定温度以下となるまで、冷却されるようになっている。
【００１９】
さらに、成形装置１の第６のポジションＰ6 は、例えば吸着等により取出しを行う図示しない取出し機構が配置された取出し位置となっている。同じくターンテーブル１６が回転し、この取出し位置に冷却された下型部１８が停止すると、取出し機構によってカップ形状成形品２３がターンテーブル１６外に取出されるようになっている。そして成形品２３が取出された後の下型部１８は、ターンテーブル１６の回転によって第７のポジションＰ7 、第８のポジションＰ8 、第９のポジションＰ9 を経由して第１のポジションＰ1 に戻る。
【００２０】
一方、ターンテーブル１６外に取出されたカップ形状成形品２３は、図示しない除冷炉（アニーラ）に移し変えられる。そして移し変えられた成形品２３は、例えば温度勾配の付けられた除冷炉内を走行するコンベヤ上に載せられて炉内を通過することによって、除歪、特に厚肉となっている非球面レンズ形状部分２２の除歪が行われるようになっている。なお、この時成形品２３は、図５に示すように上下位置を逆転させ、側壁部２８を下側にし非球面レンズ形状部分２２が上側になるようにしてコンベヤ上に載せられ、また成形品２３のハンドリングは側壁部２８を持って行われる。
【００２１】
さらに、除歪が行われた成形品２３は図示しないダイヤモンドカッタ等の切断機に移され、この切断機によって図６に示すように側壁部２８等と非球面レンズ形状部分２２の切り離しがなされ、成形品２３から非球面レンズ３７が切り取られるようになっている。さらに切り取られた非球面レンズ３７は、必要に応じ、図示しない研磨機等によって外周部分の切断面の研削、研磨、あるいは平面２９の研磨仕上げが行われるようになっている。
【００２２】
このように構成されているため、非球面レンズ３７の成形過程は次の通りとなる。すなわち、第１の工程では成形装置１の第１のポジションＰ1 のゴブ供給位置で、ゴブ供給部のスパウトから所定量のゴブが切り取られ、ターンテーブル１６上の成形金型１０の下型部１８の凹部に供給される。
【００２３】
第２の工程では第２のポジションＰ2 のプレス成形位置で、プレス機２が作動して油圧シリンダ６によってプランジャ７が下方向に押し出され、上型部１１と下型部１８とによって１回目のプレス成形が行われてカップ形状成形品２３が成形される。
【００２４】
第３の工程では第４のポジションＰ4 の再プレス成形位置で、再プレス機３１が作動してエアシリンダ３３によってプランジャ３４が下方向に押し出され、下型部１８に残されたカップ形状成形品２３の非球面レンズ形状部分２２の平面２９を再成形ヘッド３５によって押圧し、２回目のプレス成形を行う。
【００２５】
第４の工程では第５のポジションＰ5 の冷却位置で、冷却部によって下型部１８の非球面プレート２０が所定温度以下となるまで冷却される。
【００２６】
第５の工程では第６のポジションＰ6 の取出し位置で、取出し機構によって下型部１８からカップ形状成形品２３がターンテーブル１６外に取出される。
【００２７】
第６の工程ではカップ形状成形品２３は上下位置が逆転するようにして除冷炉に移し変えられ、炉内を通過する間に除歪が行われる。
【００２８】
第７の工程では除歪されたカップ形状成形品２３は、徐冷された後に切断機にかけられて非球面レンズ３７の切り取りが行われ、必要な仕上げ加工が施される。
【００２９】
以上のように構成されているため、１回目の上型部１１と下型部１８とによるカップ形状成形品２３のプレス成形が行われ、精度の高いゴブ量の調節を必要とせずに十分な押圧力による成形が行えることになり、またシャーマークを側壁部２８に形成するようにして非球面レンズ３７に形成されることがなくなる。さらにプレス成形が行われた後に、この成形品２３の非球面レンズ形状部分２２を再成形ヘッド３５によって押圧し、２回目のプレス成形が行われることでスワレ防止やヒケ防止がなされる。
【００３０】
また、除歪のために除冷炉に移し変えられた成形品２３は形状がカップ形状のままであるので、側壁部２８によって囲まれた内方側の熱が逃げ難くなり、厚肉となっている非球面レンズ形状部分２２の歪が抜けやすく、残留応力が緩和されたものとなる。そして成形品２３から非球面レンズ３７を切り取ったり、非球面レンズ３７の研削、研磨等の後加工の際に歪による破損が生じ難くなり、非球面レンズ３７の精度が向上したものとなる。
【００３１】
さらに、下型部１８からターンテーブル１６外に取出され非球面レンズ３７を切り取るまで、成形品２３は側壁部２８を有するカップ形状のままであるため、成形品２３のハンドリングは側壁部２８を持って非球面レンズ形状部分２２に触れること無く行うことができ、また成形品２３は側壁部２８を下側にして載置可能となるので、最終的に非球面レンズ３７として切り取られる非球面レンズ形状部分２２に傷や汚れ等が付着することが防止される。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は溶融ガラスを成形金型により底面に所定レンズ形状部分が形成されたカップ形状の成形品を形成し、さらに成形品の所定レンズ形状部分を再プレスした後に、カップ形状のまま成形品の所定レンズ形状部分の加熱除歪を行い、所定レンズ形状部分から非球面レンズを切り取る構成としたことにより、精度の高いゴブ量の調節を必要とせずに十分な押圧力による成形が行え、またシャーマークが非球面レンズに形成されることもなく、さらに大型の非球面レンズの成形に際しても厚肉のレンズ部分に歪が生じ難くなり、残留応力が緩和されて後工程等での破損が抑制され、比較的容易に精度の向上した非球面レンズを得ることができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る成形装置の正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る成形装置のターンテーブルにおける成形ポジションを説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る成形金型の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る成形装置の再プレス機の正面図である。
【図５】本発明の一実施形態における成形品の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態における成形品から非球面レンズを切り取った状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…成形装置
２…プレス機
１０…成形金型
１１…上型部
１２…成形ヘッド
１５…リング
１８…下型部
２０…非球面プレート
２１…ボトム
２２…非球面レンズ形状部分
２３…成形品
２５…底部
２６…凸面
２８…側壁部
２９…平面
３１…再プレス機
３５…再成形ヘッド
３７…非球面レンズ
【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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