JP2000159529A - 光学素子素材の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガラス棒材(6)を加熱炉(9)に通過させながら、
溶融して形成されたガラス液滴(8)を落下固化させる
際、ガラス棒材の線径を計測し、得られた計測値に基づ
いてガラス棒材(6)の下降速度を制御することにより、
ガラス棒材の線径精度があまり高くなくても、重量精度
が高く、ガラスレンズ成形に影響を与えなず、かつ自動
化できる成形方法と装置を提供する。 【解決手段】表面層を予め高融点リッチ層に施したガラ
ス棒材(6)を用い、駆動部(2)でボールネジ(3)を回転さ
せて保持治具(4)をガイド(5)に沿って垂直に上昇または
下降させる。制御器(1)は、測長器(7)で計測されたガラ
ス棒材(6)の線径に対し所望重量となるように加熱炉(9)
に通過させるガラス棒材(6)の下降速度を駆動部(2)で制
御しガラス液滴(8)を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク装置の
ピックアップ光学系やカメラレンズに使用されるガラス
レンズの成形に用いる光学素子素材を得るための製造方
法およびその製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学素子素材の製造方法として、
表面張力を利用した熱加工によってガラス球を製造する
方法が提案されている（例えば、日本硝子製品工業会：
「ガラス製造の現場技術」第４巻、２３７項参照）。こ
の製造方法の一種として、特開平５−４３２５８号公報
に提案されている技術は、いわゆる流動焼成法（表面張
力による加工）と称せられるもので、図５に示すように
ガラスロッド５３の下部を加熱装置５５によって局所加
熱し、被加熱部分のガラスのみを溶融させ、ガラスロッ
ド５３の先端に球状化されたガラス液滴５４を形成させ
た後、このガラス液滴５４を自然落下させ捕集治具５６
によって捕集し、球状ガラス５７が作製されている。球
状ガラス５７の重量ｍは、上記した周知の表面張力の加
工法を用いたもので概ねｍｇ＝２πｒγ（ｍ：ガラス液
滴の重量、ｇ：重量加速度、２πｒ：ガラスロッド径、
γ：ガラスの表面張力）なる関係を満たす。この従来技
術は、ガラスの物性（γ：ガラスの表面張力）を安定さ
せるかであり、すなわちガラスロッド５３をいかに安定
な加熱手段を講じて、得られる球状ガラス５７の重量を
安定させることにある。また球状ガラス５７の所望重量
は、ガラスロッド５３の線径を調整することによって表
面張力を加減し得るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の手段に用い
るガラスロッド５３の加工法としては、熱加工あるいは
芯取り等により作製されたものを使用することが一般的
である。しかし、そこには各々の加工バラツキが生じる
という問題がある。すなわちガラスロッド５３の径のバ
ラツキであり、前記した従来技術の精密な溶融温度で制
御を行っても、球状ガラス５７の重量バラツキが発生す
る。また、高精度なガラスレンズ成形において、成形と
同時にレンズの外形も形成するような場合に用いる球状
ガラス５７の必要な重量精度は、設計されたレンズ体積
重量（これを１００％とした場合）の９８％〜９９％が
望ましい。この様な重量精度を得るには、例えば、球状
ガラス５７重量１００ｍｇ以下であればガラスロッド５
３の真円度を数μｍ以下にする必要がある。

【０００４】したがって、通常の加工精度で作製された
ガラスロッド５３では実現が困難である。よって、安定
かつ高精度な重量精度の球状ガラス５７を作製する場
合、ガラスロッド５３の加工精度の要求が高くなること
で作製された球状ガラス５７が高価となり、成形された
ガラスレンズにも高価なものとなる。

【０００５】一方、ガラス材料として、例えば硼酸やア
ルカリ成分が多い材料を使用したガラスロッド５３を高
温によるガラス溶解を用いた手段で製作する場合、溶解
時にガラスロッド５３の表層部にガラス材料の揮発成分
が付着しており、そのガラスロッド５３で得られた球状
ガラス５７を用いてガラスレンズ成形を行うと、成形レ
ンズ表面が白濁や成形金型にガラス付着が発生する問題
がある。

【０００６】また、ガラスロッド４３を芯取り加工で作
製した場合は、表層部に微細な面荒れがあり、このガラ
スロッド４３で得られた球状ガラス４７でガラスレンズ
成形を行っても微細な傷が残り、その原因でレンズ性能
に影響を与える問題を有していた。

【０００７】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、光学素子素材の作製において、安価で安定した高い
重量精度と光学性能に影響を与えない表面性を可能とす
る製造方法とその製造装置を提供することを目的となさ
れたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光学素子素
材の製造方法は、ガラス棒材を加熱炉に通過させなが
ら、前記ガラス棒材を溶解して形成されたガラス液滴を
落下固化して光学素子素材を製造する方法において、前
記ガラス棒材の直径を計測し、得られた計測値に基づい
て、前記ガラス棒材の前記加熱炉中の通過速度を制御し
て落下固化した前記ガラス液滴の重量を一定に制御する
ことを特徴とする。この方法を用いることにより、ガラ
ス棒材の加工バラツキによって発生する重量バラツキを
補正することができる。したがって、ガラス棒材の線径
精度があまり高くなくても、高精度な重量制御された光
学素子素材を得ることができる。

【０００９】また、本発明の光学素子素材の製造方法に
おいて、加熱炉の温度を制御することが好ましい。本発
明の手段を用いれば、上記同様な効果が得られる。さら
に、本発明の光学素子素材の製造方法において、上記で
用いるガラス棒材は、予めガラス棒材の表面層を洗浄し
て高融点リッチ層に処理することである。本発明を用い
れば、特に高温によるガラス溶解で加工されたガラス棒
材の表面層にある揮発成分を取り除くことができ、ガラ
スレンズ成形及びガラスレンズ性能に影響のない光学素
子素材が得ることができる。

【００１０】また、本発明に係る光学素子素材の製造装
置は、ガラス棒材の表面層を洗浄して高融点リッチ層に
処理する手段、ガラス棒材を上下動させる駆動手段、ガ
ラス棒材の線径を計測する計測手段、その計測値に基づ
いて駆動手段を制御する制御手段、ガラス棒材を溶融し
ガラス液滴させる加熱手段、ガラス液滴を捕集する捕集
手段、捕集されたガラス液滴を取り出し熱風乾燥する乾
燥手段を具備したものである。本発明を用いれば、ガラ
ス棒材の洗浄工程から作製されたガラス液滴の乾燥に至
る一連の工程の無人化が図れ、かつ光学素子素材を安価
に得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて本発明
を具体的に説明する。 ＜第１の実施の形態＞図１は本発明の第１の実施の形態
における光学素子素材の製造方法を示す断面図である。
図１に示すように、ガラス線材６を溶融して形成された
ガラス液滴８を固化して光学素子素材を製造する方法に
おいて、駆動部２はボールネジ３でガラス線材６を保持
する保持治具４と連結されており、駆動部２でボールネ
ジ３を回転させて保持治具４をガイド５に沿って垂直に
上昇または下降させる。ガラス棒材６の中心軸上の下方
に加熱炉として管状炉９が設けてあり、その加熱炉９の
上部にはガラス棒材６の線径を計測する測長器７がＸ、
Ｙ方向に配置されている。制御器１は、測長器７で計測
されたガラス棒材６の線径に対し所望重量となる下降速
度に駆動部２を制御することができる。

【００１２】図２には同一線径のガラス棒材６を用いた
ガラス液滴８の、下降速度と重量変化を示す。ガラス液
滴８の重量ｍは、概ねｍｇ＝２πｒγ（ｇ：重力加速
度、ｒ：ガラス棒材６の線径、γ：表面張力）なる関係
を満たす。γの表面張力は使用するガラス材料の物性と
加える熱エネルギー、すまわち加熱炉９の溶融温度が一
定である場合を示す。このため、図２に示すように、同
一線径でもガラス棒材６の下降速度を変えることで、ガ
ラス液滴８の重量が変化するのは、加熱炉９内でガラス
棒材６に加える熱エネルギーを下降速度によって変化さ
せる、すなわちγを制御することで、ガラス棒材６の線
径バラツキによる重量バラツキを補正することができ
る。

【００１３】さらに具体的には、あらかじめ図２の下降
速度に対する重量変動を下降速度一定条件下とした場合
の線径を求め制御器１に入力しておく。ガラス棒材６の
長さ２５０ｍｍ、線径（直径：φ）１．０９５からφ
１．１０５を用い、加熱炉９は、１２００℃一定とし
た。測長器７によるガラス棒材６の測定条件は、５ｍｍ
間隔でＸ−Ｙの計測を行い、その都度制御器１に電送
し、４回目（２０ｍｍ）の計測と同時に平均線径を求
め、あらかじめ設定して線径に対する最適下降速度にな
るよう駆動部２を制御した。その結果、下降速度９０〜
２００ｍｍ／ｍｉｎの制御に対し、ガラス液滴８重量５
９．２ｍｇ±０．５％以内、この時のガラス棒材６の線
径バラツキ量φ１．１±４０μｍであった。

【００１４】以上のように、本実施の形態の光学素子素
材の製造方法によれば、今回用いた線径φ１．１に対す
る重量精度±０．５％に必要な線径バラツキは±５μｍ
以下が要求されるが、８倍もある線径バラツキでも使用
することが可能である。

【００１５】なお、ガラス棒材６の測定は、加熱炉９で
溶融する直前に行っているが、必ずしも限定されるもの
ではなく、あらかじめ測定したものを使用する構成でも
よい。また、計測の回数および制御回数は、必ずしも限
定するものではなく、多いほど微細な速度制御ができこ
とから、ガラス棒材６のバラツキ使用範囲が拡大でき
る。

【００１６】さらに、ガラス棒材の長さ２５０ｍｍを用
いているが、長さおよび線径に限定するものではなく、
連続たとえばロールなどに巻かれたものを用いてもよ
い。図３は上記第１の実施において、加熱炉９の温度変
化に対するの重量変化の関係を示す。具体的には、ガラ
ス棒材６の下降速度１４０ｍｍ／ｍｉｎ一定にし、ガラ
ス棒材６φ１．１±２μｍを用い、加熱炉６の温度を１
１００℃から１３００℃に変化させた結果、下降速度に
よる重量変化より少ないものの、図３から分かるように
加熱炉６の溶解温度の変化によってもガラス液滴８重量
の制御が可能なことが分かる。

【００１７】なお、第１の実施の形態に用いる下降速度
及び溶解温度制御手段は、かならずしも単独で制御する
ものではなく、同時に制御する手段を用いてもよい。ま
た、第１の実施の形態に用いるガラス棒材６を、アルカ
リ洗剤を用いた洗浄手段を用いて、高温によってガラス
溶解で作製されたガラス棒材６の表面層にある揮発成分
を積極的に取り除くことで、表面に高融点リッチ層を形
成したガラス線材を使用した。具体的には、この洗浄手
段で処理されたガラス棒材６で作製されたガラス液滴８
を光学素子素材として用いたガラスレンズ成形確認で
は、全く性能及び成形金型への付着物がなく、かつ作業
性に影響することがないことを確認した。

【００１８】なお、高融点リッチ層に施す手段は、かな
らずしも洗剤による洗浄で行うものでなく、同等の効果
が得られる手段を用いてもよい。 ＜第２の実施の形態＞図４は本発明の第２の実施の形態
における光学素子素材の製造装置を示す断面図である。
図４に示すように、第１の実施の形態に用いた手段を具
備した一連の工程を連続的にする製造装置であり、具体
的には、ガラス棒材６の表面層を洗浄して高融点リッチ
層を形成する手段と、ガラス棒材６を上下動させる駆動
手段と、ガラス棒材６の線径を計測する計測手段と、計
測手段で得られた計測値に基づいて駆動手段を作動させ
る制御手段と、ガラス棒材６を溶融しガラス液滴８させ
る加熱手段と、ガラス液滴を捕集する捕集手段と、捕集
されたガラス液滴８を取り出し熱風乾燥する乾燥手段を
備えた光学素子素材の製造装置である。さらに具体的に
は、まずガラス棒材６をバッチ式で洗浄されたものを保
持治具４にロボットでセットされる（図示せず）。ガラ
ス棒材６がセットされた同時に制御器１によって予め設
定された速度でボールネジ３が回転し保持治具４がガイ
ド５に沿って下降を開始し、ガラス棒材６の先端が加熱
炉９の上部にある測長器７の位置に達すると線径を計測
する。計測された値が制御器１に電送され平均線径を求
める。求められた平均線径に対し、予め設定された所望
する重量となる最適な速度に駆動部２が制御される。速
度制御されたガラス棒材６は、一定に保たれた溶融温度
である加熱炉９導かれて溶融されガラス液滴８となり、
やがてガラス液滴８が自然落下し冷却媒体１１の入った
捕集器１０投入される。捕集器１０内には転造治具１２
が配置されており、投入されたガラス液滴８が転造治具
１２に沿って下方に転がり収集治具１３で収集した後、
収集治具１３で捕集器１０からガラス液滴８を取り出し
（図示せず）乾燥機１４入り口へと運搬される。乾燥機
１４出口から乾燥されたガラス液滴８をパレット１５に
ロボット（図示せず）で並べられ光学素子素材１６とな
る。

【００１９】以上のように、本実施の形態の光学素子素
材の製造装置によれば、ガラス棒材６の洗浄工程からガ
ラス液滴８の乾燥まで一連の工程の無人化が可能とな
り、安価な光学素子素材１６を提供することができる。

【００２０】なお、最終パレット１５に光学素子素材１
６に並べているが、必ずしも限定されものではなく、次
の工程であるガラスレンズ成形に用いる金型内にセット
し、ガラス棒材６の洗浄からガラスレンズ成形に至る無
人化を図る構成でもよい。また、必ずしも一つのガラス
溶融手段に限定されるものではなく、複数のガラス溶融
手段を具備したものであってもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上ように、本発明による光学素子素材
の製造方法は、ガラス棒材の線径に適した下降速度を制
御することで、線径精度をあまり必要とせずに高い重量
精度の光学素子素材が得ることができる。また、加熱炉
の溶解温度を制御することでも同様な効果が得られる。
また、ガラス棒材の表面層を高融点リッチ層にすること
で、ガラスレンズ成形時に表面欠陥がない光学素子素材
が作製できる。また、その光学素子素材の製造装置は、
一連の工程を無人化が容易にできる。そのためさらに安
価な高精度の光学素子素材の作製が実現でき、その結果
安価なガラスレンズを市場に提供することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を説明する要部断
面図である。

【図２】 本発明の第１の実施の形態におけるガラス棒
材の下降速度とガラス液滴の重量との関係を示す図であ
る。

【図３】 本発明の第１の実施の形態における加熱炉の
溶融温度とガラス液滴の重量との関係を示す図である。

【図４】 本発明の第２の実施の形態を説明する要部断
面図である。

【図５】 従来の光学素子素材の作製を示す要部断面図
である。

【符号の説明】

１ 制御器 ２ 駆動部 ３ ボールネジ ４ 保持治具 ５ ガイド ６ ガラス棒材 ７ 測長器（Ｘ−Ｙ軸） ８ ガラス液滴 ９ 加熱炉（管状炉） １０ 捕集器 １１ 冷却媒体 １２ 転造治具 １３ 収集治具 １４ 乾燥機 １５ パレット １６ 光学素子素材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 正二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 春原 正明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 杉野 明彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス棒材を加熱炉に通過させながら、
   前記ガラス棒材を溶解して形成されたガラス液滴を落下
   固化して光学素子素材を製造する方法において、前記ガ
   ラス棒材の直径を計測し、得られた計測値に基づいて、
   前記ガラス棒材の前記加熱炉中の通過速度を制御して落
   下固化した前記ガラス液滴の重量を一定に制御すること
   を特徴とする光学素子素材の製造方法。
2. 【請求項２】 前記加熱炉の温度制御と前記通過速度の
   どちらか一方を制御する請求項１に記載の光学素子素材
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記ガラス棒材の表面層が高融点リッチ
   層である請求項１または２に記載の光学素子素材の製造
   方法。
4. 【請求項４】 ガラス棒材の表面層を洗浄して高融点リ
   ッチ層にする手段と、前記ガラス棒材を上下動させる駆
   動手段と、前記ガラス棒材の直径を計測する計測手段
   と、前記計測手段で得られた計測値に基づいて前記駆動
   手段を作動させる制御手段と、前記ガラス棒材を溶融し
   ガラス液滴させる加熱手段と、前記ガラス液滴を捕集す
   る捕集手段と、捕集された前記ガラス液滴を取り出し熱
   風乾燥する乾燥手段を具備したことを特徴とする光学素
   子素材の製造装置。
5. 【請求項５】 複数の駆動手段と、複数の計測手段と、
   複数の加熱手段および複数の制御手段をそれぞれ具備す
   る請求項４に記載の光学素子素材の製造装置。
6. 【請求項６】 予め計測されたガラス棒材を用いる請求
   項４に記載の光学素子素材の製造装置。