JP2009256146A - 光学ガラスの薄板加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＣＤカメラの赤外カットローパスフィルター等の光学部品に用いる光学ガラス、弗燐酸塩系ガラスの薄板加工の方法を提供する。
【解決手段】方形状の光学ガラス１６を、その四辺の夫々の複数個所を二次元拡大機構Ｅを構成するガラス保持部材８に夫々保持して、加熱炉１内に鉛直方向に配置し、炉内温度をガラスの変形可能な設定温度に制御した状態で二次元拡大機構を動作させて、上記ガラス保持部材により四辺の夫々の複数個所を、辺の直角方向に引っ張りながら複数個所間の間隔を拡大させることにより、光学ガラスを二次元延伸して薄板を形成することとした光学ガラスの薄板加工方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばＣＣＤカメラの赤外カットローパスフィルター等の光学部品に用いる弗燐酸塩系ガラス、その等の光学ガラスの薄板加工方法に関するものである。

上述したＣＣＤカメラの赤外カットローパスフィルター等の光学部品に用いる弗燐酸塩系ガラスは、ガラス製造者側から厚い原板として提供される。この提供される原板の寸法は、例えば、縦30cm×横30cm×厚さ10mm〜12mm程度である。

一方、このような光学ガラスを用いて製造される赤外カットローパスフィルターの寸法は、例えば縦21mm×29mm×0.6mm程度であるため、ガラス製造者側から提供される厚板のガラスを、光学部品の製造者側において薄板に加工する必要がある。

このような薄板加工に最も多く用いられている方法は、ワイヤーソーで切断する方法であり、この方法では1mm程度まで薄板加工を行うことができる。

この他、例えば特許文献１、特許文献２に示されるように、液晶等の表示装置に使用する薄板ガラスの加工において、厚板を軟化温度以上に加熱しながら、ローラーで挟持して引き動かすことにより薄板に再成形するリ・ドロー法が用いられている。
特許第３４６８２５１号公報 特許第３４７５９７４号公報

上述した従来技術において、まず、ワイヤーソーで切断する方法では、1.5mm程度の切り代が必要なため、上述したように10mmの原板から最薄の1mmの薄板を4枚しか得ることができない。そしてこの1mmの薄板を研磨して0.6mmの薄板を得るので、非常に歩留まりが悪い。即ち、原板の24％（0.6×4/10=0.24）しか有効利用できていない。赤外カットローパスフィルター等に用いる光学ガラスは非常に高価であり、資源的、費用的に非常に無駄を生じていることになる。

一方、リ・ドロー法を用いて原板を薄板加工する場合、原板の有効利用を図るために、目的とする薄板の厚さをできるだけ製品の厚さに近付けるべく薄くすると、非常に破損しやすくなり、この点において歩留まりが悪くなってしまう。
本発明は以上の課題を解決することを目的とするものである。

本発明では、上述した目的を達成するために、方形状の光学ガラスを、その四辺の夫々の複数個所を二次元拡大機構を構成するガラス保持部材に夫々保持して、加熱炉内に鉛直方向に配置し、炉内温度をガラスの変形可能な設定温度に制御した状態で二次元拡大機構を動作させて、上記ガラス保持部材により四辺の夫々の複数個所を、辺の直角方向に引っ張りながら複数個所間の間隔を拡大させることにより、光学ガラスを二次元延伸して薄板を形成する光学ガラスの薄板加工方法を提案する。

また本発明では、上記の構成において、二次元拡大機構は、パンタグラフ式伸縮機構を、その伸縮方向が光学ガラスの四辺の夫々に沿うように配置して角部において連結し、各パンタグラフ式伸縮機構の伸縮方向に沿った、光学ガラスの四辺側のリンク連結部にガラス保持部材を構成すると共に、このリンク連結部に連結し、上記伸縮方向と直交する方向に突出させた引張部材を設けた構成とした光学ガラスの薄板加工方法を提案する。

また本発明では、上記の構成において、二次元拡大機構の、少なくとも下側のパンタグラフ式伸縮機構に設けた引張部材にワイヤを介して引張力印加用の錘を設け、錘の移動距離により延伸量を検出する構成とした光学ガラスの薄板加工方法を提案する。

また本発明では、上記の構成において、ガラス保持部材には光学ガラスの四辺の各所を挟持する挟持部を構成し、挟持部と光学ガラスの対応面との間にクッション性を有するスペーサーを介在させることを提案する。

また本発明では、以上の構成において、光学ガラスが弗燐酸塩系ガラスである光学ガラスの薄板加工方法を提案する。

また本発明では、上記の構成において、変形可能な設定温度は、ガラス転移点以上で、ガラス軟化点以下の温度とすることを提案する。

本発明では、炉内において変形可能な設定温度、例えばガラスの屈伏温度の近傍に維持された弗燐酸塩系ガラス等の光学ガラスの四辺の夫々の複数個所を、二次元拡大機構により引っ張りながら、複数個所間の間隔を拡大させることにより二次元延伸するので、ガラス製造者側から提供される厚い光学ガラスの原板から、光学部品として用いる所定の薄さの光学ガラスを歩留まり良く得ることができる。

二次元拡大機構は、パンタグラフ式伸縮機構を、その伸縮方向が光学ガラスの四辺の夫々に沿うように配置して角部において連結し、各パンタグラフ式伸縮機構の伸縮方向に沿った、光学ガラスの四辺側のリンク連結部にガラス保持部材を構成すると共に、このリンク連結部に連結し、上記伸縮方向と直交する方向に突出させた引張部材を設けた構成により実現することができる。

この二次元拡大機構においては、少なくとも下側のパンタグラフ式伸縮機構に設けた引張部材にワイヤを介して引張力印加用の錘を設け、錘の移動距離により延伸量を検出する構成とすることができる。

ここで、ガラス保持部材には光学ガラスの四辺の各所を挟持する挟持部を構成し、挟持部と光学ガラスの対応面との間にクッション性を有するスペーサーを設けることにより、ガラスと挟持部との熱膨張の差違に起因する局所応力を最小にして、光学ガラスの割れを防止することができる。

以上の薄板加工において、上記設定温度は、ガラス転移点以上で、ガラス軟化点以下とすることにより、光学ガラスの成分の蒸発や、必要以上に軟らかくなって加工性が悪化することを防止することができる。

次に本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
まず図１〜図３は本発明による光学ガラスの薄板加工方法を適用する装置の第１の実施の形態を示すもので、図１、図２は模式的側面図、図３はガラス保持部材の拡大図である。
図１、図２において符号１で示す２点鎖線の矩形枠は加熱炉を示すもので、符号２は、その炉壁の一部を示すものである。符号３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄはパンタグラフ式伸縮機構を示すもので、符号４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄはパンタグラフ式伸縮機構３を構成する各リンクを示し、また符号５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄはリンク連結部を示すものである。

各パンタグラフ式伸縮機構３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、それらの伸縮方向が、正方形６の四辺の夫々に沿うように配置し、前記正方形６の角部に対応するリンク連結部７において連結して、各パンタグラフ式伸縮機構３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの連動した伸長又は圧縮の運動により、上記正方形６の面積が拡大又は縮小する構成としている。そして各パンタグラフ式伸縮機構３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの最も内側の複数のリンク連結部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと上記リンク連結部７に、図中破線で示すガラス保持部材８を設けている。また上記最も内側の夫々の複数のリンク連結部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのうちの中央のリンク連結部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに引張部材９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの一端側を連結し、他端側を伸縮方向と直交する方向に突出している。そして、これらの引張部材９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの他端側には、最も外側のリンク連結部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを係合して移動可能とする長溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを設けており、以上の要素から二次元拡大機構Ｅを構成している。

以上の構成において、図中上側の引張部材９ｃは加熱炉の１の天井側に支持すると共に、下側の引張部材９ａには錘１３ａを吊持するワイヤー１２ａを接続している。更に図中左右側の引張部材９ｂ，９ｄにも錘１３ｂ，１３ｄを吊持するワイヤー１２ｂ，１２ｄを接続しており、そしてワイヤー１２ｂ，１２ｄの引張部材９ｂ，９ｄ側の部分を横方向に支持するための滑車１４ｂ，１４ｄを加熱炉１の外側に設けている。

ここでガラス保持部材８の一例を図３について説明すると、このガラス保持部材８は、対を成す挟持部１５ａ，１５ｂの間にガラス１６を保持する構成であり、挟持部１５ａ，１５ｂとガラス１６の対応面との間にクッション性を有するスペーサー１７を介在させている。このスペーサー１７としては、例えばガラス繊維や多孔性セラミックスを用いることができる。

パンタグラフ式伸縮機構３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの最も内側の複数のリンク連結部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと上記リンク連結部７に対して上述したようなガラス保持部材８を設ける構成は、例えばリンク連結部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと上記リンク連結部７の回転連結軸の延長上に固定する等、適宜の構成を適用することができる。

以上の構成において、図１に示すように、二次元拡大機構Ｅを縮小させた状態において、延伸対象の光学ガラス１６の四辺の夫々に沿った複数個所を、ガラス保持部材８により挟持して保持すると共に、引張部材９ａ，９ｂ，９ｄに錘１３ａ，１３ｂ，１３ｄを吊持するワイヤー１２ａ，１２ｂ，１２ｄを接続する。

こうして延伸対象の光学ガラス１６は加熱炉１内に鉛直方向に保持され、ガラス保持部材８により保持されている四辺の夫々の複数個所が、引張部材９ａ，９ｂ，９ｄに加わる錘１３ａ，１３ｂ，１３ｄの重量により、拡大方向に引張力を受けている。

この状態において加熱炉１内を、ガラス転移点以上で、ガラス軟化点以下の設定温度、例えばガラスの屈伏温度の近傍まで昇温して、設定温度を維持する制御を行うと、加熱炉１内に鉛直に保持されている光学ガラス１６は、上記設定温度まで昇温されて粘度が低下し、四辺の夫々の複数個所が引っ張られて粘性流動により変形して行く。

即ち、正方形６の辺上に配置されているガラス保持部材８により保持されている光学ガラス１６の四辺の夫々の複数個所は、二次元拡大機構Ｅにより、上記引張力の方向に引っ張られて変形しながら、複数個所間の間隔が拡がる方向にも変形するので、正方形６の形状が維持されながら面積が拡大して行き、これと共に厚さが薄くなって行く。

光学ガラス１６の厚さは、面積の倍率の逆数で薄くなって行き、また夫々の引張部材９ａ，９ｂ，９ｄの移動距離は面積の平方根に対応するので、拡大された面積、従って光学ガラス１６の厚さは、引張部材９ａ，９ｂ，９ｄのいずれかの移動距離により求めることができる。そしてこの引張部材９ａ，９ｂ，９ｄのいずれかの移動距離は、加熱炉１の外部に配置される錘１３ａ，１３ｂ，１３ｄやワイヤー１２ａ，１２ｂ，１２ｄの移動距離を測定して求めることができる。

例えば、面積：200cm²、厚さ：1mmの光学ガラス１６を、厚さ：0.5mmとするには、面積：400cm²となるように拡大すれば良く、このような厚さの変化を錘１３ａの移動距離により測定して判定するとした場合には、錘１３ａの移動距離が、（20-√200）cmに至った時点を、所望の厚さに至った時点として判定することができる。

以上のように図１に示す状態から図２に示す状態まで光学ガラス１６の二次元方向の延伸を行って、その厚さが所定厚さになった場合には、加熱炉の温度を低下させると、光学ガラス１６の粘度が増して粘性流動が止まるので、光学ガラス１６は、錘１３ａ，１３ｂ，１３ｄの重量による引張力による変形に抗して、その形状、従って厚さが維持されるので、切断加工をしないで所望の厚さに薄板加工することができる。

このように光学ガラス１６が所定厚さに至ったと判定した場合には、上述したように加熱炉１内の温度を低下させれば良いのであるが、加熱炉１内の温度及び光学ガラス１６の温度が低下するまでには時間遅れがあるので、実際的には、この時間遅れを想定して、上述した時点に至る前に加熱炉１内の温度を低下させる動作を行うことにより、光学ガラス１６が所望の薄さを越えて更に薄くなることを防止することができる。このような時間遅れは、実験によって求めることができる。

こうして本発明の方法により薄板加工された光学ガラス１６の薄板は、所望の大きさに切断するだけで、又は必要最小限の研磨加工を行うことにより、光学部品として構成することができ、歩留まりが良く、資源的、費用的に無駄を生じない。

以上に説明した本発明による薄板加工は、ガラス製造者側から提供される光学ガラス１６の原板の厚さと、目標とする厚さに応じて、数段階に分けて行うことにより、無理を生じることなく、薄板化を行うことができる。

光学ガラス１６の原板の厚さが上述したように10mm〜12mm程度で、これを0.5〜0.6mm程度まで薄板化する場合、一段当たりの薄板化を最大でも1/2程度と、無理を生じないよう設定にする場合には、4〜5段階に分けて薄板化を行うことにより、所望の薄板化を行うことができる。

例えば、10mm〜12mmの光学ガラス１６の原板を、一段当たりの薄板化の割合を単純に1/2と仮定して薄板加工を行うと、以下に示すように、４段階の薄板化を経て、0.625mm〜0.75mmの厚さの薄板を得ることができる。
10mm→5mm→2.5mm→1.25mm→0.625mm
12mm→6mm→3mm→1.5mm→0.75mm
このことから、適宜の段階における薄板化の割合を適切に設定することにより、0.5mm〜0.6mm程度の所望の厚さの光学ガラス１６が得られることが分かる。

このように光学ガラス１６の原板を複数の段階に分けて所望の厚さに薄板化する際、薄板化を行う光学ガラス１６の厚さが厚い段階では、薄板化の程度を大きくし、薄板化を行う光学ガラス１６の厚さが薄くなる程、薄板化の程度を小さくするというような調節も可能である。

尚、以上の薄板加工において、光学ガラス１６において、ガラス保持部材８により保持されている四辺の夫々の複数個所が、他の部分と同様に変形して、ガラス保持部材８による保持が良好に行えなくなることを防ぐために、ガラス保持部材８の冷却手段を設けて、ガラス保持部材８によって保持される光学ガラス１６の複数個所を、他の部分よりも低い温度に保持したり、又は、これらの複数個所が変形可能となった際に、挟持部１５ａ，１５ｂやスペーサー１７がばねの付勢力等により食い込むように構成することにより、ガラス保持部材８による光学ガラス１６の保持を、薄型加工の間中、良好に行うことができる。尚、上述した冷却手段としては、例えば、引張部材９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに水冷パイプや空冷パイプを接続する構成とすることができる。

次に図４、図５は、本発明による光学ガラスの薄板加工方法を適用する装置の第２の実施の形態を示す模式的側面図である。
この第２の実施の形態は、図から明白なように、第１の実施の形態における縦方向のパンタグラフ式伸縮機構３ｂ，３ｄの長さを、横方向のパンタグラフ式伸縮機構３ａ，３ｃよりも長くしたもので、この構成においては、長方形の光学ガラス１６の薄型化に対応することができる。その他の構成及び動作は第１の実施の形態と同様であるから、第１の実施の形態の要素に対応する要素の符号を同一とすることにより、重複する説明は省略する。

次に図６、図７は、本発明による光学ガラスの薄板加工方法を適用する装置の第３の実施の形態を示す模式的側面図である。この第３の実施の形態は、図から明白なように、二次元拡大機構Ｅを構成するパンタグラフ式伸縮機構３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを、第１の実施の形態のようにＸリンク機構により構成するのではなく、複数の平行リンク機構により構成したものである。その二次元拡大動作は、第１の実施の形態と同様であるから、第１の実施の形態の要素に対応する要素の符号を同一とすることにより、重複する説明は省略する。

尚、以上に説明した実施の形態では、下側と左右側のパンタグラフ式伸縮機構３ａ，３ｂ，３ｄに設けた引張部材９ａ，９ｂ，９ｄに錘１３ａ，１３ｂ，１３ｄを吊持するワイヤー１２ａ，１２ｂ，１２ｄを接続しているが、二次元拡大機構Ｅを構成する４つのパンタグラフ式伸縮機構３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは連動するものであるため、少なくとも下側のパンタグラフ式伸縮機構３ａに設けた引張部材９ａにワイヤ１２ａを介して引張力印加用の錘１３ａを設けた構成とすることができる。しかしながら実施の形態の構成とすることにより、二次元拡大をより円滑に行うことができる。この際、下側の錘１３ａと左右側の錘１３ｂ，１３ｄの重量は、夫々調節を行うこともできる。

本発明は以上の通りであるので、例えばＣＣＤカメラの赤外カットローパスフィルター等の光学部品に用いる弗燐酸塩系ガラス、その等の光学ガラスの薄板加工を、歩留まり良く行うことができ、従って、省資源、省コストを達成することができるので、産業上の利用可能性が大である。

本発明による光学ガラスの薄板加工方法を適用する装置の第１の実施の形態を示す模式的側面図である。 本発明による光学ガラスの薄板加工方法を適用する装置の第１の実施の形態を他の局面で示す模式的側面図である。 ガラス保持部材の拡大図である。 本発明による光学ガラスの薄板加工方法を適用する装置の第２の実施の形態を示す模式的側面図である。 本発明による光学ガラスの薄板加工方法を適用する装置の第２の実施の形態を他の局面で示す模式的側面図である。 本発明による光学ガラスの薄板加工方法を適用する装置の第３の実施の形態を示す模式的側面図である。 本発明による光学ガラスの薄板加工方法を適用する装置の第３の実施の形態を他の局面で示す模式的側面図である。

符号の説明

Ｅ 二次元拡大機構
１ 加熱炉
２ 炉壁
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ パンタグラフ式伸縮機構
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ リンク
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，７ リンク連結部
６ 正方形
８ ガラス保持部材
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ 引張部材
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ リンク連結部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 長溝
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ ワイヤー
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 錘

Claims (6)

1. 方形状の光学ガラスを、その四辺の夫々の複数個所を二次元拡大機構を構成するガラス保持部材に夫々保持して、加熱炉内に鉛直方向に配置し、炉内温度をガラスの変形可能な設定温度に制御した状態で二次元拡大機構を動作させて、上記ガラス保持部材により四辺の夫々の複数個所を、辺の直角方向に引っ張りながら複数個所間の間隔を拡大させることにより、光学ガラスを二次元延伸して薄板を形成することを特徴とする光学ガラスの薄板加工方法。
2. 二次元拡大機構は、パンタグラフ式伸縮機構を、その伸縮方向が光学ガラスの四辺の夫々に沿うように配置して角部において連結し、各パンタグラフ式伸縮機構の伸縮方向に沿った、光学ガラスの四辺側のリンク連結部にガラス保持部材を構成すると共に、このリンク連結部に連結し、上記伸縮方向と直交する方向に突出させた引張部材を設けた構成としたことを特徴とする請求項１に記載の光学ガラスの薄板加工方法。
3. 二次元拡大機構の、少なくとも下側のパンタグラフ式伸縮機構に設けた引張部材にワイヤを介して引張力印加用の錘を設け、錘の移動距離により延伸量を検出する構成としたことを特徴とする請求項２に記載の光学ガラスの薄板加工方法。
4. ガラス保持部材には光学ガラスの四辺の各所を挟持する挟持部を構成し、挟持部と光学ガラスの対応面との間にクッション性を有するスペーサーを介在させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ガラスの薄板加工方法。
5. 設定温度は、ガラス転移点以上で、ガラス軟化点以下の温度であることを特徴とする請求項１に記載の光学ガラスの薄板加工方法。
6. 光学ガラスが弗燐酸塩系ガラスであることを特徴とする請求項１〜５までのいずれか１項に記載の光学ガラスの薄板加工方法。

Images