JP2002137925A

JP2002137925A - ガラス素子の成形方法

Info

Publication number: JP2002137925A
Application number: JP2000324448A
Authority: JP
Inventors: Isamu Shigyo; 勇執行; Hiroyuki Kubo; 裕之久保; Tamakazu Yogo; 瑞和余語; Masayuki Tomita; 昌之冨田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2002-05-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】軟化状態にある成形素材から、直接に精度の
良い形状を有する光学素子などのガラス素子を得る成形
方法、および、より安定的に、非接触でガラス素子を得
るための幾つかの手段を提供する。【解決手段】溶融軟化状態の成形品素材を少なくとも
上下一対の多孔質の型１１，２１からなる成形型を用い
て、各多孔質の型の成形面１１ａ，２１ａから流体を噴
出させることにより、成形品素材と各型の成形面を非接
触の状態に保ちながら、成形品素材の形状を成形型の成
形面の形状に倣うように加圧成形し、ガラス素子を得る
方法において、少なくとも一方の、前記成形型の成形面
の一部に貫通孔３１を設け、該貫通孔を介して、成形品
素材と成形面との間の流体圧力を調整しながら、前記成
形品素材を、所要形状に成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として、カメラ
やビデオカメラに用いられるレンズなどの光学ガラス素
子を熱間プレス加工で成形する、ガラス素子の成形方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の光学ガラス素子のプ
レス加工には、ガラスと型とを接触させて、所要の形状
を得る、転写式の熱間プレス成形が広く用いられてお
り、通常この成形には、胴型とその胴型に組み合わせら
れる複数の上下型部材よりなる成形用型が用いられてお
り、ここでは、加熱軟化状態にある成形素材をプレス
し、前記型部材の成形面に対応した形状を、前記成形素
材に転写し、その後、冷却を行い、前記型部材からガラ
ス素子を取り出すのである。

【０００３】また、特公昭４８−２２９７７号や特開昭
５９−１９５５４１号の公報には、多孔質材や超音波振
動を用いて型表面にガス膜を作り、その膜を介して、型
と成形素材である軟化ガラスとを非接触の状態で成形
し、レンズなどの光学ガラス素子を得る技術が開示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように、成形型の成形面を成形素材に接触させて、形状
を転写し、成形素子を得るような、従来例では、加熱さ
れた型と成形素材とが直接に接触するために、成形素材
と型との間に融着が発生したり、また、成形時の型と成
形素材の温度差により、成形素材が不均一な熱収縮を起
こすことに起因する、形状の転写不良が発生するなどの
問題があった。

【０００５】特に、成形素材がガラスである場合には、
成形温度が高いため、このような問題が顕著となり、生
産性向上のために、成形温度を上げて、成形時間を短縮
したり、高温の溶融ガラスから、直接に精密な形状のガ
ラス素子を得るには、大きな障壁となった。

【０００６】更に、成形素材であるガラスと成形型の接
触による、ガラスと型材との反応や、型の表面の摩耗な
どにより、型が劣化し易く、融着や反応防止のために使
用される離型材との関係で、特に、光学素子のように、
精度の良いガラス素子を得るには、使用できる成形型の
材料も限定され、成形できるガラスの種類も限られたも
のとなるという問題があった。

【０００７】上記のような問題を避けるために、前述の
特公昭４８−２２９７７号や特開昭５９−１９５５４１
号の公報に所載の発明では、型と成形素材であるガラス
を接触させないで成形する技術が提唱されている。この
ように、ガラスと型とを非接触の状態で成形すること
は、融着防止に対して効果があるが、実際には、型と溶
融軟化状態にあるガラスとの間に介在するガス膜の圧力
を制御することが非常に困難で、特に、多孔質の成形面
からガスを噴出させると、成形面の中央の圧力が高くな
ってしまい、それ故、成形されたガラス素子が、ガスの
圧力により部分的に大きく窪んだり、また、逆に型に接
触したりするので、本来の目的とする形状と大きくかけ
離れる畏れがある。まして、精度の良いガラス素子を作
り出すのは非常に困難である。

【０００８】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その目的とするところは、上記の問題点を解決
し、軟化状態にある成形素材から、直接に精度の良い形
状を有する光学素子などのガラス素子を得る成形方法を
提供することである。

【０００９】また、本発明の他の目的とするところは、
より安定的に、非接触でガラス素子を得るための幾つか
の手段を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述の問題を解決するた
めには、成形素材にかかる圧力、及びその分布を安定さ
せる必要があり、そのためには、成形素材と成形型の成
形面との間に存在する流体の厚さと圧力をできるだけ均
一にし、型と成形素材を常に非接触状態に保つ必要があ
る。

【００１１】そこで、本発明では、溶融軟化状態の成形
品素材を少なくとも上下一対の多孔質の型からなる成形
型を用いて、各多孔質の型の成形面から流体を噴出させ
ることにより、成形品素材と各型の成形面を非接触の状
態に保ちながら、成形品素材の形状を成形型の成形面の
形状に倣うように加圧成形し、ガラス素子を得る方法に
おいて、少なくとも一方の、前記成形型の成形面の一部
に貫通孔を設け、該貫通孔を介して、成形品素材と成形
面との間の流体圧力を調整しながら、前記成形品素材
を、所要形状に成形することを特徴とする。

【００１２】このような構成により、成形面から成形素
材へ掛かる圧力を、均一に近付けることが可能となる。
この時に、貫通孔の穴径を大きくしすぎたり、加圧成形
中において、成形速度（＝変形速度）が早すぎたり、軟
化ガラスの粘度が低すぎたりすると、軟化したガラスが
貫通孔に入り込んでしまったり、貫通孔の形状を転写し
てしまうが、穴径と加圧成形中の軟化ガラスの温度と成
形速度とを、適時に選択することにより、軟化ガラスが
持つ表面張力により、ガラスが貫通孔に進入したり、孔
の形状を転写することを防止することができ、成形品の
所望の形状にすることが可能となる。

【００１３】また、この時の貫通孔の穴径は、成形中の
ガラスの温度や成形速度や成形品の形状や大きさにも左
右されるが、最小値側では、小さすぎると成形面から噴
出する流体の勢いに負けて、流体の圧力が抜けずに当初
の目的を果たせなかったり、加工速度が遅くなり過ぎた
りするために、本発明の実施の形態では、最低、直径で
φ０．１ｍｍ程度が必要であり、最大値側でφ５ｍｍ以
下であれば、成形品に有害な痕跡を残すことなく、成形
することが可能である。更に、直径がφ２ｍｍ以下であ
れば、貫通孔の影響をほぼ完璧に残すことなく成形する
ことが可能である。

【００１４】なお、本発明の実施の形態において、前記
貫通孔を型の成形面の中央に設け、この貫通孔を介し
て、各成形面より噴出する流体とは別個に、流体を供給
排出することにより、成形型の成形面と成形品素材との
間に介在する流体の圧力を調整することは、有効であ
る。

【００１５】即ち、この構成においては、成形型の成形
面の中央に貫通孔を設けることにより、流体の圧力が、
特に、成形面の中央部の圧力が、周辺部より高くなる傾
向を防ぐことが可能となり、成形品素材の形状を、成形
面に対して、より近似させることができるようになる。
また、貫通孔から、任意に流体を供給排出制御すること
により、例えば、成形面が成形素材に接近する再に、貫
通孔より流体を吹出し、その周辺を窪ませた後、他の部
分を成形することにより、全体を、凹面形状に成形した
り、同様に、成形面と成形品素材の接近に際して、冷却
のために、流体を噴出させ、ある程度、成形品素材の表
層部のみを冷却し、固化させ、成形中において、成形面
と軟化ガラスの接触を防ぐようなことも可能となる。

【００１６】また、加圧成形中においても、貫通孔から
抜き出す流体の圧力や流量を適時に制御することで、貫
通孔周辺の流体の圧力を調整することが可能となり、成
形素子に貫通孔の孔形状の転写を防いだり、成形素子の
形状をより成形面の形状に近い形状にすることが可能と
なる。更に、貫通孔の数や位置を選択工夫し、流体の圧
力分布を調整することにより、成形素子の色々な形状に
対応することも可能である。

【００１７】以上述べたように、本発明により、流体を
噴出させることが可能な多孔質材からなる、成形面を持
つ成形型を用いて、非接触でガラス素子を得る際、成形
面に流体の圧力を調整するための貫通孔を設けることに
より、成形品の形状精度に大きく影響を及ぼす、成形素
材と成形面との間に介在する流体の圧力分布を、容易に
制御することが可能となり、精度の良い形状を有するガ
ラス素子を容易に得ることができる。

【００１８】また、この方法で得られたガラス素子を、
再度研磨などの後加工により、より高精度なガラス素子
に仕上げる場合においても、この方法で得られたガラス
素子を用いることにより、従来から行われてきた研削の
工程をなくすことが可能となり、加工時間の大幅な短縮
を実現すると共に、環境に悪影響を及ぼすところの、研
削研磨加工で発生するガラススラッジの、大幅な削減が
可能となる。

【００１９】

【本発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本
発明に係わる第１の実施の形態を、図１ないし図６を参
照して、具体的に説明する。図１は本発明で用いられる
成形装置の概略図と本発明に用いられる成形型の説明図
であり、図１において、成形型は、下型構成部材１と上
型構成部材２とから成り立っていて、更に構成部材１お
よび２は、それぞれ、下型部材１１と、上型部材２１
と、それらを保持する下型ホルダー１２と上型ホルダー
２２とで構成されている。

【００２０】なお、ホルダー１２および２２には、流体
を型部材１１および２１にバランスよく供給分配するた
めの圧力室１２ａおよび２２ａが設けられており、更
に、ヒーター１３および２３、並びに、測温手段（図示
せず）が埋め込まれていて、型部材１１および１２と、
流体の温度を最終的に調整することができるように、工
夫されている。

【００２１】また、符号１１ａおよび２１ａは、それぞ
れ、ガラス素子の形状を決定する下型部材１１および上
型部材２１の成形面を示しており、上型部材２１には、
図示のように、これを貫通する貫通孔３１が設けられて
おり、更に、この貫通孔３１は、接続パイプ３２を介し
て、流体供給・排出制御機３３に連通されている。

【００２２】この流体供給・排出制御機３３には、流体
の大気開放口３３ａと供給口３３ｂとが設けられてお
り、貫通孔３１の流体の排出供給を、任意に制御できる
ようになっている。

【００２３】また、構成部材１および２には、上下方向
の駆動装置（図示せず）が、それぞれ、取り付けられて
おり、各構成部材１および２が、それぞれ、独立に移動
できるようになっている。更に、ホルダー１２および２
２には、図示のように、Ｎ₂ガス供給用の接続パイプ１
４および２４が接続されており、流量圧力調整器（図示
せず）により、任意の圧力及び流量に制御されたＮ₂ガ
スを、同様の制御器（図示せず）により、個別に制御さ
れるＮ₂ガスヒータ１６および２６と、耐熱性のあるフ
レキシブルチューブ１５および２５を介して、圧力室１
２ａおよび２２ａに供給できるようになっている。そし
て、圧力室１２ａおよび２２ａに供給するＮ₂ガスの温
度、圧力、流量を、任意に制御できる構成となってい
る。このため、前記のヒーター１３および２３と協調し
て、成形面１１ａおよび２１ａより噴出するＮ₂ガスを
制御できるようになっている。

【００２４】図２〜図４は、溶融軟化状態の溶融ガラス
を供給ノズルより成形型に供給し、更に、供給された溶
融ガラスを供給ノズルより切断分離するときまでの工程
説明図である。即ち、図２において、符号１０１は、溶
融軟化状態の溶融ガラス１０２を供給する供給ノズルで
あり、図３での、符号１０３ａは、型部材１１の成形面
１１ａの上に供給された、切断前の溶融ガラス塊を、ま
た、符号１０３ｂは、切断のための溶融ガラス１０２と
切断前の溶融ガラス塊１０３ａの間で自然に形成される
括れを、また、図４での、符号１０４は、上述の括れの
結果、分離・切断されて、成形面１１ａ上に得られた溶
融ガラス塊を、それぞれ、表わす。

【００２５】次に、上記の成形装置を使用してガラス素
子を成形し、更に、最終製品に仕上げるまでの工程を、
図５および図６を用いて、具体的に説明する。なお、こ
こで成形されるガラス素子は、後で述べるような、簡単
な研磨により仕上げることが可能なレンズブランクであ
り、例えば、外径が２６ｍｍ、レンズ面の曲率がそれぞ
れＲ：４０ｍｍ、Ｒ：５０ｍｍ、中心肉厚が４．８ｍｍ
の、両凸形状を有するものである。

【００２６】また、このガラス素子の素材には、その温
度が１３００℃の時に、１０^1.5ｄＰａ・ｓ、１２００
℃の時に、１０^1.6ｄＰａ・ｓ、１１００℃の時に、１
０^1. ⁸ｄＰａ・ｓ、１０００℃の時に、１０^2.2ｄＰａ
・ｓ、８９０℃の時に、１０ ^2.9ｄＰａ・ｓ、７２０℃
の時に、１０⁵ｄＰａ・ｓ、６１０℃の時に、１０^7. ⁶
ｄＰａ・ｓ、４９８℃の時に、１０¹³ｄＰａ・ｓの粘度
となるような、粘性特性を持ち、比重が３．０５の光学
ガラスを用いた。

【００２７】また、型部材１１および２１の材料とし
て、気孔率が３０％であり、最大穴径が８ミクロンであ
る多孔質カーボンを用いており、流体には、型部材１１
および２１の酸化を防ぐために、窒素ガスを用いた。更
に、型部材２１には、図１で示すように、内径：５ｍｍ
の貫通孔３１を設ける。そして、それぞれ、型部材１１
の成形面１１ａと型部材２１の成形面２１ａとは、その
表面が多孔質の、穴部の窪みと貫通孔３１の部分を除い
た面を、Ｒｍａｘ＝０．３ミクロン以下となるように、
平滑に加工した。

【００２８】ついで、このように加工準備した型部材１
１および２１を、図１に示す成形装置に取り付け、図２
〜図４に示すような方法で、溶融ガラス塊を得た。ここ
で、この工程を、図２〜図４を用いて、より具体的に説
明する。まず、ガラス溶融炉（図示せず）で、ガラスを
溶融し、脱泡、均質化工程を経て、軟化状態の均質な溶
融ガラス１０２を準備し、更に、それをガラス供給ノズ
ル１０１へ導く。

【００２９】そして、供給ノズル１０１自体の加熱温度
を１０５０℃に設定し、溶融ガラス１０２を流出させる
と共に、構成部材１を供給ノズル１０１の直下に持って
行き、図２に示すように、成形面１１ａ上に、所定の容
量のガラスを受けた後、図３に示すように、構成部材１
を、矢印Ａのように下方へ少し下げ、溶融ガラス１０２
と切断前の溶融ガラス塊１０３ａの間に括れ１０３ｂを
発生させる。そして、括れ１０３ｂが自重と、溶融ガラ
スの表面張力により、切断に至るまで待機し、図４に示
すように、軟化状態の溶融ガラス塊１０４を得た。

【００３０】このように、溶融ガラス１０２の切断工程
において、構成部材１を一旦、停止させることにより、
括れ１０３ｂの部分が冷やされることが少なくなり、自
重と表面張力により、自然に切断することが可能とな
る。このために、切断部にガラス素材が糸状に固化して
残ったり、通常、ガラスの切断に用いられる切断刃によ
る破断痕が残らない（このため、分離された溶融ガラス
塊１０４の表面には、有害な欠陥が生じない）。

【００３１】また、この時の噴出Ｎ₂ガスの温度は、溶
融ガラスを成形面１１ａに受ける時に、ガラスの転移点
以下の温度である３００℃に、その直後には、転移点近
くの温度である５００℃になるように、ガスヒータ１６
および１３の温度を、それぞれ調整し、更に、Ｎ₂ガス
の流量も、溶融ガラス１０２を成形面１１ａに受ける直
前までは、毎分：２０リッター、その後は、毎分：５リ
ッターとなるように制御した。

【００３２】このようにすることで、溶融ガラス１０２
が成形面１１ａに達する前に溶融ガラス１０２の先端が
多少固化して、流動性が低下し、また、成形面１１ａか
ら噴出するＮ₂ガスの流量も増えるために、溶融ガラス
１０２の先端が、全く成形面１１ａに接触することな
く、しかも、前記の切断方法を用いられることと併せ
て、表面に全く欠陥がない溶融ガラス塊１０４が得られ
る。

【００３３】次に、構成部材１を構成部材２の直下に移
動する。そして、構成部材１および２を用いて、溶融ガ
ラス塊１０４を成形するのであるが、その工程を、図
５、６を用いて、更に具体的に説明する。図５は、溶融
ガラス塊１０４を構成部材１および２で成形する直前の
状態を示しており、この時のガラスの粘度は、下型部材
１１で受けている下面近傍の粘度が１０⁵〜^6.5ｄＰａ
・ｓ、その他の部分が１０³〜⁵ｄＰａ・ｓであった。

【００３４】次に、ガスヒーター１６、２６および１
３、２３で、成形面１１ａ、２１ａより噴出するＮ₂ガ
スの温度を、ガラスの粘度で約１０¹³ｄＰａ・ｓに相
当する５００℃に制御し、また、流量を毎分５、２０リ
ッターなるように制御し、同時に、流体供給・排出制御
機３３を用いて、貫通孔３１が大気開放となるように設
定した。その後、貫通孔３１は大気開放のままで、構成
部材２を下降させ、溶融ガラス塊１０４が構成部材１、
２によるプレスで、変形を始めると同時に、各成形面１
１ａ、２１ａからのガス噴出流量を減少させる。

【００３５】そして、図６に示すように、構成部材１、
２に保持された型部材１１、１２を閉じた時に、その流
量がそれぞれ毎分１．５および１リッターとなるよう
に、流量圧力調整器（図示せず）で制御し、溶融ガラス
塊１０４を成形面１１ａ、２１ａの形状に倣し、所要の
ガラス素子１０５を得るのである。その後、流量はその
ままで、更に、Ｎ₂ガスの温度を４００℃としてガラス
素子１０５を冷却し、ガラス素子１０５の内部の温度が
５００℃以下になってから、構成部材１と２を引き離
し、型部材１１、１２を開放し、ガラス素子１０５を型
より取出した。

【００３６】この時、ガラス素子１０５の上部の形状
は、若干のうねりを生じており、貫通孔３１に対応する
部分も若干盛り上がった状態であったが、ガラスの表面
張力が働き、ガラスが貫通孔３１の内部に大きく入り込
むような現象は観察されず、成形面２１ａの形状とほぼ
同じ形状となる。

【００３７】一方、ガラス素子１０５の下部の形状は、
溶融ガラス塊１０４を得る、最初の段階の溶融ガラス１
０２を受ける時に、Ｎ₂ガスの流量を多くして、溶融ガ
ラス１０２の先端を若干固化させているために、下部の
表層部分がやや硬く、内部が十分に軟らかい状態で、加
圧成形が行われるので、成形面１１ａに接触することな
く、また、成形面１１ａより噴出するＮ₂ガスによる部
分的な変形を受けることなく、ほぼ成形面１１ａの形状
に倣った形状となり、ガラス素子１０５全体の形状とし
ては、所望の形状を得ることができた。

【００３８】次に、ガラス素子１０５のうねりを取るた
めに修正研磨を行った。通常のレンズの研削研磨加工で
は、レンズブランクにガラス流の切断痕や、型とガラス
の融着防止の離型剤の影響や型との接触によるうねり・
ヒケなどがあるために、研磨に際しては、まず、最低５
００μｍ程、表面を粗研削で除去し、更に、粗研削での
表面荒れを除去するために、表層を５０μｍ程、精研削
で除去する必要があるが、本発明で得られたレンズブラ
ンクであるガラス素子１０５は、前述のような研削工程
を必要とせず、仕上げ研磨のみで、所望のレンズ形状に
仕上げることが可能であり、この時の研磨量は、厚み方
向で最大１５μｍ程度で、光学性能を十分満足できるレ
ンズ表面を得ることができた。

【００３９】このため、ここで発生する産業廃棄物の処
理に必要とする労力を削減でき、また、環境に悪影響を
及ぼすガラススラッジの発生量も大幅に低減でき、更
に、この修正研磨後に実施されるレンズの外周面を仕上
げる芯取り加工で発生する分も含めても、従来の研削・
研磨方法に比較し１／１０以下とすることが可能とな
り、ガラススラッジの大幅削減の実現に大きく寄与する
ことが確認された。

【００４０】因みに、上型部材２１に貫通孔３１を設け
ずに、同じ成形型で、上述のガラス素子１０５を成形し
た所、成形面２１ａより噴出させる流量が多いと、中央
部の圧力が高くなり、ガラス素子１０５の中心が、ガス
の圧力に負けて大きく窪み、さらに、窪みの内部が細波
を立てたような状態となり、逆に、流量を絞って行く
と、成形面と溶融ガラス塊１０４とが接触してしまう状
態となる。このように、どのように流量を変化させたと
しても、前述の貫通孔３１を用いた結果に匹敵する、満
足な結果は得られなかった。

【００４１】（第２の実施の形態）次に、第１の実施の
形態で用いた成形装置を用いて、直径がφ２０．５ｍ
ｍ、凸面の曲率をＲ＝４０ｍｍ、凹面の曲率をＲ＝２０
ｍｍ、中心部の肉厚が２．０ｍｍである凹メニスカス形
状のレンズブランクを成形した場合を、図７〜図９を参
照しながら説明する。図７において、符号１２１は上型
部材であり、それらにはレンズの光学面を形成する、第
１の実施の形態と同様に仕上げられた成形面１２１ａが
形成されており、また、同様に成形面１２１ａは、図示
のように、中央に内径：２ｍｍの貫通孔３１が明けられ
ている。また、下型部材１１も、第１の実施の形態と
は、その外径の違いを除いて、同じように仕上げられて
いる。なお、下型部材１１、上型部材１２１、および、
ガラス材料は、第１の実施の形態と同じものを用いた。

【００４２】ついで、このように準備した上型構成部材
２を、第１の実施の形態と同様に、図１に示す成形装置
に取り付け、同様の方法で、軟化ガラス塊１０４を得
た。この時の窒素ガスの温度を、第１の実施の形態と同
じとし、更に、Ｎ₂ガスの流量を、溶融ガラス１０２を
成形面１１ａに受ける直前までは、毎分１８リッター、
その後は、毎分４リッターとなるように設定した。

【００４３】図７は溶融ガラス塊１０４を得た後、構成
部材１を構成部材２の直下に移動し、加圧成形する直前
の状態を示す図であり、この時の成形面１１ａおよび１
２１ａより噴出するＮ₂ガスの温度は５００℃に設定
し、その流量はそれぞれ毎分４および１０リッターと設
定した。その後、直ちに構成部材２を下降させ、上型部
材１２１の下端が溶融ガラス塊１０４の上部から１ｍｍ
程度の所に達した時に、貫通孔３１から、２００℃に設
定されたＮ₂ガスを、毎分１．５リッターの流量で噴出
させ、その間、構成部材２の下降を続けた。この時の状
態を図８に示す。

【００４４】このように、下降途中で貫通孔３１よりＮ
₂ガスを噴出させることにより、図８に示すように、溶
融ガラス塊１０４の上部中央に、Ｎ₂ガスの噴出と冷却
に依って、成形面１２１ａの曲率にほぼ近似するような
窪み１０４ａを形成させる。この際、その表面近傍のみ
が若干固化するような粘度（約１０⁸ｄＰａ・ｓ）にな
るまで、図８の状態を維持した。

【００４５】その後、貫通孔３１を大気開放の状態にし
て、更に、成形面１１ａおよび１２１ａから噴出するＮ
₂ガスの温度をそのままに維持して、その流量が、図９
の状態の構成部材１、２により、型部材１１、１２１が
閉じた状態になるまでに、それぞれ、毎分０．８リッタ
ーとなるように制御した。その後、Ｎ₂ガスの温度を室
温に切り替えて、溶融ガラス塊１０４を冷却してから、
構成部材１、２を離し、型部材１１、１２１を開放し
て、凹メニスカス状のガラス素子であるレンズブランク
１０５ａを取出した。

【００４６】このように、一旦、溶融ガラス塊１０４の
上に成形面１２１ａの曲率に近い形状の窪み１０４ａ
を、貫通孔３１からのＮ₂ガスの噴出で形成し、更に、
この部分の表層のみを軽く固化した状態として、その状
態から、溶融ガラス塊１０４の上部中心に圧力が集中し
ないようにして加圧成形すると、窪み１０４ａの部分
は、内部が軟らかく、ごく表面の部分のみが固化してい
るために、必要十分な厚さまで変形することが可能であ
り、また、このことにより、窪み１０４ａの部分が貫通
孔３１に入り込むこともなく、ガラス素子１０５ａの上
部を成形面１２１ａの曲率にほぼ等しい形状にすること
が可能である。

【００４７】また、ガラス素子１０５ａの下部も、第１
の実施の形態と同様の理由により、成形面１１ａに倣っ
た形状となり、ガラス素子１０５ａの形状として、極僅
かなうねりを残す以外、ほぼ所望の全体形状を得ること
ができた。

【００４８】次に、第１の実施の形態と同様に、ガラス
素子１０５ａを研磨加工して、凹レンズを得たが、その
時の研磨量は、片面それぞれについて、最大で１０μｍ
と、ごく僅かで済み、成形状態でのガラス素子１０５ａ
の形状精度が非常に良好であることが確認できた。

【００４９】（第３の実施の形態）次に、図１０に示す
ような装置を用いて、非球面レンズの近似形状である、
リヒートプレス用のブランクとしての、ガラス素子の成
形を行った。ここで成形するガラス素子の形状は、外
径：１６ｍｍ、両面の曲率が、それぞれＲ＝３５ｍｍ、
Ｒ＝３０ｍｍ、中心厚が３．０ｍｍの両凸形状である。
図１０において、構成部材２は、第１の実施の形態と同
様の構成であり、下型構成部材１ａにおいて、上型構成
部材２の型部材２１と同様に、型部材１１の成形面１１
ａに、貫通孔４１が設けられており、その先には、接続
パイプ４２を介して、流体供給排出制御機４３が連通さ
れている。

【００５０】また、流体供給排出制御機４３には、流体
供給排出制御機３３と同様に、流体の大気開放口４３ａ
と供給口４３ｂが設けられており、貫通孔４１の流体の
排出供給を任意に制御できるようになっている。また、
この実施の形態では、貫通孔４１、３１の内径を、それ
ぞれ２ｍｍ、１．５ｍｍとし、使用した型の材料や、ガ
ラス材料は、第１の実施の形態と同じものを用いた。

【００５１】次に、図２〜図６および図１０を用いて、
成形の工程を具体的に述べる。まず、図２に示すよう
に、図１０における構成部材１ａを、ガラス供給ノズル
１０１の直下に移動し、溶融ガラス１０２を受けた。こ
の時、流体供給排出制御機４３およびヒーター１３、１
６を制御し、貫通孔４１より２００℃のＮ₂ガスを毎分
２リッター、成形面１１ａより４００℃のＮ₂ガスを毎
分３リッター吹き出し、溶融ガラス１０２の先端部を多
少固化させながら、溶融ガラス１０２を成形面１１ａの
上に受け、溶融ガラス１０２が成形面１１ａ上に達する
と同時に、貫通孔４１からのＮ₂ガスの噴出を停止させ
る。

【００５２】更に、図３に示すように、溶融ガラス１０
２が成形面１１ａ上に所定量、溜まった所で、構成部材
１ａを下降させて、切断前の溶融ガラス塊１０３ａと溶
融ガラス１０２の間に括れ１０３ｂを生成させ、ここで
切断させて、図４に示すような、溶融ガラス塊１０４を
得た。このように、溶融ガラス１０２を受ける際に、貫
通孔４１よりＮ₂ガスを噴出させ、溶融ガラス１０２の
先端部のみを、多少固化させることにより、溶融ガラス
１０２が成形面１１ａに接触したり、また、貫通孔４１
の内部に食い込むことなく、安定的に溶融ガラス塊１０
４を得ることができる。また、この時、溶融ガラス塊１
０４の内部の温度は、十分に高く、容易に変形が可能で
あるため、次の工程である加圧成形を確実にすることが
可能となる。

【００５３】次に、第１および第２の実施の形態と同様
に、構成部材１ａを構成部材２の直下に移動し（図５に
相当する）、貫通孔３１、４１を大気開放とし、成形面
１１ａおよび２１ａから、５００℃のＮ₂ガスを、それ
ぞれ毎分０．６、２リッター噴出させながら、徐々に構
成部材２を下降させ、溶融ガラス１０４が成形面１ａ、
２によって、ガス膜を介して、変形を始めると同時に、
成形面２１ａからのガス流量を減少させ、図６に示すよ
うに、構成部材１ａ、２における型部材１１、２１が閉
じた時に、そのガス流量が毎分０．６リッターとなるよ
うに流量圧力調整器（図示せず）で制御し、溶融ガラス
塊１０４を成形面１１ａ、２１ａの形状に倣し、ガラス
素子１０５を得た。その後、流量はそのままで、Ｎ₂ガ
スの温度を、４００℃として、更に、ガラス素子１０５
を冷却し、ガラス素子１０５の内部の温度が、４５０℃
以下になってから、構成部材１ａ、２を引き離し、型部
材１１、２１を開放し、ガラス素子１０５を型より取出
した。

【００５４】この時のガラス素子１０５は、その形状に
ついて、若干のうねりを生じており、貫通孔３１、４１
に相当する部分も、若干の跡が目視される状態であった
が、成形面１１ａ、２１ａの形状とほぼ同一形状とな
り、ガラス素子１０５の形状として、所望の形状を得る
ことができた。

【００５５】次に、ガラス素子１０５を、非酸化性の雰
囲気中で、非球面形状の成形型を用いて、加熱プレス成
形を行い、非球面レンズを成形した。この成形された非
球面レンズには、通常のブランクにおける欠陥が全く観
察されず、また、非球面のためのプレス代も０．３ｍｍ
と非常に少ないために、プレス時間も、５秒という短時
間しか要しない上、非球面の成形型に与える損耗も殆ど
なく、非常に効率の良いリヒートプレスが実現できるこ
とを確認した。

【００５６】（第４の実施の形態）次に、外径：８．５
ｍｍ、両面の曲率がそれぞれＲ＝１５ｍｍ、Ｒ＝２５ｍ
ｍ、中心厚が２ｍｍの、両凸レンズの成形の場合を説明
する。ここで、成形装置とガラスの材料は、第１の実施
の形態と同じものを用い、流体としては、窒素ガスを用
い、型材としては、気孔率が２０％から２５％、最大孔
径が６μｍの多孔質カーボンを用い、更に、貫通孔３１
の内径を０．８ｍｍとし、また、成形面１１ａ、２１ａ
の形状が、成形完了後のうねりを打ち消すように、補正
されたものを用意した。

【００５７】そして、第１の実施の形態と同様にして、
溶融ガラス塊１０４を得た後、成形面１１ａ、２１ａか
ら、５５０℃の温度のＮ₂ガスを、それぞれ毎分０．６
および１．２リッター程度、流し、同時に、流体供給排
出制御機３３を用いて、貫通孔３１が大気開放となるよ
うに設定した。その後、第１の実施の形態と同様に、貫
通孔３１を大気開放のままに、構成部材２を下降させ、
溶融ガラス塊１０４が構成部材１、２に保持した型部材
１１、２１より変形を始めると、同時に成形面１１ａ、
２１ａからのガス流量を減少させ、図６に示すように、
それらの型部材１１、２１が閉じた時に、ガス流量をそ
れぞれ、同じ毎分０．４リッターとなるように、流量圧
力調整器（図示せず）で制御し、溶融ガラス塊１０４を
成形面１１ａ、２１ａの形状に倣し、ガラス素子１０５
を得た。その後、ガス流量はそのままで、Ｎ₂ガスの温
度を４００℃として、更にガラス素子１０５を冷却し、
ガラス素子１０５の内部の温度が５００℃以下になって
から構成部材１、２を引き離し、型部材１１、２１を開
放して、ガラス素子１０５を型より取出した。

【００５８】この時のガラス素子１０５は、成形面１１
ａ、２１ａに、予めうねりをキャンセルするように補正
を加えていたので、ほとんど、所望の形状が得られ、最
終的には、その後、最初に溶融ガラス１０２を受けた面
である下面のみを、５μｍ程の修正研磨を施すだけで、
光学性能を十分満足できるレンズを得ることができた。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
流体を噴出させることが可能な多孔質材からなる成形面
を持つ成形型を用いて、非接触でガラス素子を得る際
に、成形面に流体の圧力を調整するための貫通孔を設
け、成形品の形状精度に大きく影響を及ぼす成形素材と
成形面との間に存在する流体の圧力を制御することによ
り、形状精度の良いガラス素子を容易に得ることができ
る。また、この方法で得られたガラス素子を、再度、研
削・研磨などの後加工により、より高精度なガラス素子
に仕上げる場合においても、この方法で得られたガラス
素子を用いることにより、従来から行われてきた工程を
簡略化することができ、加工時間の大幅な短縮を実現す
ると共に、従来から環境に悪影響を及ぼす研削・研磨加
工で発生するガラススラッジの大幅な削減を可能とし
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いられる成形装置の概略図である。

【図２】本発明で用いられる成形素材の切断方法の、最
初の工程説明図である。

【図３】本発明で用いられる成形素材の切断方法の、第
２段の工程説明図である。

【図４】本発明で用いられる成形素材の切断方法の、最
後の工程説明図である。

【図５】本発明での第２の実施形態で行われる成形の工
程説明図である。

【図６】同じく、プレス状態を示す工程説明図である。

【図７】本発明の第３の実施形態で行われる成形の最初
の工程説明図である。

【図８】同じく、第２段の工程説明図である。

【図９】同じく、第３段の工程説明図である。

【図１０】本発明の第３の実施例で用いられる成形装置
の概略図である。

【符号の説明】

１，１ａ下型構成部材２上型構成部材１１下型部材１１ａ，２１ａ，１２１ａ成形面１３，２３ヒーター１６，２６Ｎ₂ガスヒータ２１，１２１上型部材３１，４１貫通孔３３，４３流体供給排出制御機１０１ガラス供給ノズル１０２溶融ガラス１０４溶融ガラス塊１０５ガラス素子

フロントページの続き (72)発明者余語瑞和東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者冨田昌之東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融軟化状態の成形品素材を少なくとも
上下一対の多孔質の型からなる成形型を用いて、各多孔
質の型の成形面から流体を噴出させることにより、成形
品素材と各型の成形面を非接触の状態に保ちながら、成
形品素材の形状を成形型の成形面の形状に倣うように加
圧成形し、ガラス素子を得る方法において、少なくとも
一方の、前記成形型の成形面の一部に貫通孔を設け、該
貫通孔を介して、成形品素材と成形面との間の流体圧力
を調整しながら、前記成形品素材を、所要形状に成形す
ることを特徴とするガラス素子の成形方法。
【請求項２】前記貫通孔より、各成形面より噴出する
流体とは別個に、流体を供給・排出をすることにより、
成形型の成形面と成形品素材との間に介在する流体の圧
力を調整することを特徴とする、請求項１に記載のガラ
ス素子の成形方法。
【請求項３】前記貫通孔は、成形面の中央に設けられ
ていることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の
ガラス素子の成形方法。