JP2007186357A - 光学素子の製造方法及び光学素子の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熔融タンクのノズルから滴下した熔融ガラスを安定してプレス成形することによりばらつきの少ない光学ガラス素子を製造する方法及び装置を提供する。
【解決手段】上下一対の金型内でガラス素材をプレス成形することにより光学素子を製造する方法において、成形雰囲気全体を閉空間にするとともに、成形雰囲気の温度変動を±５℃以内に制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ノズルから流出した熔融ガラス滴を一対の金型内でプレス成形する光学素子の製造方法及製造装置に関する。

レンズやプリズム等の光学ガラス素子といったガラス物品を精密成形する場合、重力によって熔融タンクのノズルから液滴状に自然落下した熔融ガラスを用いることが検討されている。

熔融ガラスを下型の上に滴下し、熔融ガラス滴を載せた下型を上型の方に移動し、上型及び下型の一対の金型内でガラス滴をプレス成形することが一般に行われている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

熔融ガラスが熔融ガラス滴としてノズルから滴下されるとき、熔融ガラス滴の温度や形状は、その時々の雰囲気によって微妙に異なる。すなわち、不安定な雰囲気によって、熔融ガラス滴の形状のばらつきや、滴下位置のばらつきが起こる。このような状態で、一対の金型内で熔融ガラス滴をプレス成形する場合には、成形された光学ガラス素子の心厚や歩留まりが悪いという問題がある。

特開２００２−２３４７４０号公報

したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、雰囲気に影響されることなくガラス素材を所定位置に安定的に供給することにより、ばらつきの少ない光学素子を製造する方法及び装置を提供することである。

課題を解決するための手段および作用・効果

上記技術的課題を解決するために、本発明によれば、以下の光学素子の製造装置が提供される。

すなわち、本発明に係る光学素子の製造装置は、
上下一対の金型内でガラス素材をプレス成形することによって光学素子を製造する製造装置において、
当該製造装置全体を囲う全体囲いと、
全体囲いで囲われた内部雰囲気の温度を所定温度の±５℃以内に収まるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

成形雰囲気全体を閉空間にして成形雰囲気の温度変動を±５℃以内に制御することによって、成形雰囲気全体が、気流の変化に起因した温度変動の影響を受けにくくなる。その結果、良品の光学ガラス素子を再現性よく製造することができる。

成形雰囲気の温度変動を±５℃以内に制御するために、様々な方法を用いることができるが、制御手段は、全体囲いを冷却媒体で冷却する冷却手段を備え、冷却媒体の温度が所定温度の±２℃以内に収まるように制御される。

ガラス素材が熔融タンクのノズルから液滴状に滴下される熔融ガラス滴であり、ノズルと、熔融ガラス滴を受ける下型との間の滴下空間を囲う滴下空間用囲いを備える。このように構成することによって、気流の変化に起因した温度変動の影響を受けにくくなって、熔融ガラス滴の温度や形状が安定するために、プレス成形された光学ガラス素子もばらつきが少ない。

前記ガラス素材が熔融タンクのノズルから液滴状に滴下される熔融ガラス滴であり、熔融ガラス滴が下型に滴下される滴下位置と、下型及び上型によってプレス成形される成形位置との間を下型が移動する金型移動空間を囲う金型移動空間用囲いを備える。このように構成することによって、移動中の熔融ガラス滴及び下型が気流の変化に起因した温度変動の影響を受けにくくなって、下型上に載置された熔融ガラス滴の温度や形状が安定するために、プレス成形された光学ガラス素子もばらつきが少ない。

以下に、本発明に係る光学素子の製造方法及び製造装置の一実施形態を、図１及び２を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る光学素子の製造装置１の要部を模式的に説明する図であり、図２は、本発明に係る光学素子の製造装置１の全体構成を説明する図である。

図２に示すように、本発明に係る光学素子の製造装置１は、熔融ガラス滴２４を下型３０に供給する熔融ガラス供給部と、上下一対の金型３０，４０で熔融ガラス滴２４をプレス成形するプレス成形部と、を備えている。熔融ガラス供給部及びプレス成形部は、気密性の保たれた全体囲い２の中に設けられている。

全体囲い２の各壁面には、複数の冷却部１８が配設されている。各冷却部１８は、冷却パイプ１１を流れる冷却水を介して、冷却手段１０の温度調節器１９によって所定の一定温度に保持されている。同様に、下型冷却部１２，１６及び上型冷却部１４も、冷却パイプ１１を流れる冷却水を介して、冷却手段１０の温度調節器１９によって所定の一定温度に保持されている。

熔融ガラス供給部は、ガラスを溶融する熔融タンクと、熔融タンクの底部に設けられていて溶融ガラス２２を外部に導くノズル２０、ノズル２０の先端部から自然落下した熔融ガラス滴２４を受け止める滴下位置にある下型３０と、ノズル２０と滴下位置にある下型３０との間の滴下空間を囲う滴下空間用囲い４と、から基本的に構成される。

熔融タンクおよびノズル２０の温度は、加熱ヒータにより所定の温度に保持される。熔融ガラス滴２４の滴下間隔は、概ね一定である。熔融ガラス滴２４の滴下経路の途中に設けられた一対の発光部及び受光部からなる滴下検出センサによって熔融ガラス滴２４の通過を検出し、検出した信号を制御部に送り、加熱ヒータにフィードバックさせることにより、さらに正確に滴下間隔を制御することができる。なお、滴下間隔は加熱ヒータのバランスにより任意に設定できる。安定した滴下を行うためには１〜２０秒間隔程度が好ましい。

熔融タンクおよびノズル２０を加熱するためには、ヒータ、高周波コイルあるいは赤外線ランプ等を用いることもできる。特に、１０００℃以上の高温に加熱する場合には、高周波加熱が有効である。

ノズル２０の先端部の直下と滴下位置にある下型３０の直上との間は、ステンレス等の耐熱性を有する滴下空間用囲い４で囲われることによって滴下空間が形成されている。したがって、滴下空間は、気流の変化及びそれに起因した温度変動の影響を受けにくくなっている。

ノズル先端部から熔融ガラス２２を流出させると、流出した熔融ガラス２２の先端が所定の重量の熔融ガラス滴２４に成長すると、熔融ガラス滴２４の自重で自然落下する。自然落下した熔融ガラス滴２４は、滴下位置にある下型３０の凹面状の下型成形面３２の上でガラスゴブとして受け止められる。下型３０は、好適には、ノズル２０の先端部から１０乃至５０ｃｍ下方に配置されている。

下型３０の温度は、室温であってもよく、特に温度制御を要しない。しかしながら、下型３０の温度が低すぎる場合にはガラスゴブにシワが発生しやすくなるため、加熱手段と下型冷却部１２による温度制御が有効である。上型４０も特に温度制御を要しないが、加熱手段と上型冷却部１４による温度制御が有効である。

下型３０及び上型４０としては、セラミック、超硬合金、カーボン、金属等の耐熱性材料が使用可能であるが、熱伝導率が良好でガラスとの反応性が低い点を考慮するとカーボンやセラミックが好ましい。

滴下位置で熔融ガラス滴２４を受け取った下型３０は、上型４０の待機している成形位置に水平方向にスライド移動する。滴下位置と成形位置との間で下型３０が水平移動する空間は、ステンレス等の耐熱性を有する金型移動空間用囲い６で囲われることによって金型移動空間が形成されている。したがって、金型移動空間は、気流の変化及びそれに起因した温度変動の影響を受けにくくなっている。

成形位置において、下型３０の上には上型４０が対向配置されている。上型４０はプレス成形手段によって上下方向に駆動される。下型３０の下型成形面３２上に載置された熔融ガラス滴２４が、下型３０の下型成形面３２と上型４０の上型成形面４２との間で加圧成形される。

以上のように構成された製造装置１において、各冷却部１２，１４，１６，１８の温度は、いずれも±２℃以内に保持されており、製造装置１内の雰囲気温度が所定温度の±５℃以内に収まっていた。各冷却部１２，１４，１６，１８の温度を、いずれも±０．５℃以内に制御することが好ましく、その結果、製造装置１内の雰囲気温度を所定温度の±０．５℃以内に制御することができる。

次に、図３乃至５を参照しながら、成形雰囲気の温度変動を抑制した効果の測定結果について説明する。なお、図４及び５において、×印は、囲い２，４，６によって温度制御された閉空間（雰囲気温度を±０．５℃以内に制御）を形成した本発明に係るものであり、〇印は、オープンな環境で行った比較例に係るものである。

＜実施例＞
図１及び２に示した装置１を用いて、上型成形面４２及び下型成形面３２が凹形状をした上型４０及び下型３０を用いて光学素子（中心厚２．５ｍｍ）を製造した。白金るつぼ内で１０００℃に加熱された溶融ガラス２２（ＳＦ５７ガラス）をノズル２０から重量３．５ｇの熔融ガラス滴２４を下型３０の上に滴下させた。ノズル２０と下型３０との間は、約３０ｃｍの距離で離間しており、熔融ガラス２２が約３秒間隔で連続的に滴下した。このときの熔融ガラス滴２４の滴下位置のばらつきを調べた。製造装置１において、各冷却部１２，１４，１６，１８の温度を、いずれも室温±０．５℃以内に制御し、その結果、製造装置１内の雰囲気温度を室温±０．５℃以内に制御することができた。

図４から明らかなように、囲いによって温度制御された閉空間を形成した本発明では、熔融ガラス滴２４の滴下位置が０．３ｍｍの範囲内に収まっていて熔融ガラス滴２４の滴下位置のばらつきが小さかった。そして、熔融ガラス滴２４の中心厚のばらつきも小さかった。これに対して、オープンな環境で行った比較例の場合では、熔融ガラス滴２４が約１．０ｍｍのばらつきを持って滴下されていた。そして、熔融ガラス滴２４の中心厚のばらつきも大きかった。

さらに、下型３０の上に滴下された熔融ガラス滴２４を上型４０及び下型３０によって連続的にプレス成形することを１０００回繰り返した。プレス成形によって得られた光学素子の形状精度をそれぞれ測定した。その結果、図５から明らかなように、囲いによって温度制御された閉空間を形成した本発明では、光学素子の形状精度が０．１μｍ以内に収まっていて光学素子の形状精度のばらつきが小さかった。これに対して、オープンな環境で行った比較例の場合では、光学素子の形状精度が０．１μｍを越える突発的な形状エラーのものが存在していた。なお、一連の成形工程において、下型３０は４５０℃に、上型４０は４２０℃に温度制御されていた。

したがって、本発明によれば、雰囲気に影響されることなくガラス素材を所定位置に安定的に供給することにより、ばらつきの少ない光学素子を製造する方法及び装置が提供される。

なお、本発明のプレス成形によって得る光学素子は、最終製品でも良いし、再成形して最終製品を得るためのプリフォームでも良い。

本発明に係る光学素子の製造装置の要部を模式的に説明する図である。 本発明に係る光学素子の製造装置の全体構成を説明する図である。 光学素子の製造装置のノズルから熔融ガラスが滴下される様子を示す図である。 ノズルから熔融ガラスを滴下したときの滴下位置を示す図である。×印は本発明の方法で滴下した場合である。〇印は従来の方法で滴下した場合である。 熔融ガラス滴をプレス成形したときの光学素子の形状精度を示す図である。×印は本発明の方法で滴下した場合である。〇印は従来の方法で滴下した場合である。

符号の説明

１：光学素子の製造装置
２：全体囲い
４：滴下空間用囲い
６：金型移動空間用囲い
１０：冷却手段
１１：冷却パイプ
１２：滴下位置での下型冷却部
１４：成形位置での上型冷却部
１６：成形位置での下型冷却部
１８：全体囲い冷却部
１９：温度調節器
２０：ノズル
２２：熔融ガラス
２４：熔融ガラス滴
２６：成形ガラス
３０：下型
３２：下型成形面
４０：上型
４２：上型成形面

Claims (8)

1. 上下一対の金型内でガラス素材をプレス成形することにより光学素子を製造する方法において、
   成形雰囲気全体を閉空間にするとともに、成形雰囲気の温度変動を±５℃以内に制御することを特徴とする、光学素子の製造方法。
2. 成形雰囲気全体を閉空間にするための全体囲いを冷却媒体で冷却し、冷却媒体の温度変動を±２℃以内に制御することを特徴とする、請求項１記載の光学素子の製造方法。
3. 前記ガラス素材が滴下される熔融ガラスであって、当該熔融ガラスが前記下型に滴下される滴下空間には滴下空間用囲いが設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記ガラス素材が滴下される熔融ガラスであって、当該熔融ガラスが前記下型に滴下され、滴下された熔融ガラスを有する下型が上型の待機している成形位置に移動する金型移動空間には金型移動空間用囲いが設けられていることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の光学素子の製造方法。
5. 上下一対の金型内でガラス素材をプレス成形することによって光学素子を製造する製造装置において、
   当該製造装置全体を囲う全体囲いと、
   全体囲いで囲われた内部雰囲気の温度を所定温度の±５℃以内に収まるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする、光学素子の製造装置。
6. 前記制御手段は、全体囲いを冷却媒体で冷却する冷却手段を備え、
   冷却媒体の温度が所定温度の±２℃以内に収まるように制御されることを特徴とする、請求項５記載の光学素子の製造装置。
7. 前記ガラス素材が熔融タンクのノズルから液滴状に滴下される熔融ガラス滴であり、
   ノズルと、熔融ガラス滴を受ける下型との間の滴下空間を囲う滴下空間用囲いを備えることを特徴とする、請求項５又は６に記載の光学素子の製造装置。
8. 前記ガラス素材が熔融タンクのノズルから液滴状に滴下される熔融ガラス滴であり、
   熔融ガラス滴が下型に滴下される滴下位置と、下型及び上型によってプレス成形される成形位置との間を下型が移動する金型移動空間を囲う金型移動空間用囲いを備えることを特徴とする、請求項５乃至７のいずれかに記載の光学素子の製造装置。
   

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