JP2790547B2 - ガラス素材製造方法 - Google Patents
ガラス素材製造方法Info
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Description
レンズやプリズム等の光学ガラス素子の成形に用いるガ
ラス素材の製造方法及び製造装置に関する。
成形により、形成する試みが多くなされ、現在各社では
量産段階にある。ガラス素材を溶融状態から成形型に流
しこみ加圧成形する方法が最も能率的であるが冷却時の
ガラスの収縮を制御することが難しく、精密なレンズ成
形を実現するには至っていない。そこで、ガラス素材を
一定の形状に予備加工して、これを成形型の間に供給
し、加熱、押圧成形するのが一般的な方法である。この
様な従来技術は、例えば特開昭58−84135号公
報、特開昭60−200833号公報に記載されてい
る。
例えば特開平2−34525号公報、特開平2−148
39号公報などに記載のものがある。
いて説明する。図11は従来のガラスレンズ成形法の一
つで、球状のガラス素材50を成形して、光学素子であ
るレンズ54を形成した状態を示す断面図である。図1
1に於て、51は胴型である。52は上型、53は下型
で胴型51内で摺動する。球形状のガラス素材を型の中
に供給し成形型52、53により押圧成形する。
には、従来は、例えば図12の様になしていた。即ち、
溶融ガラス流出口55から流出する溶融ガラスを自然滴
下させることによって、あるいは切断刃(図示せず)で
切断することによって、溶融ガラス塊57を落下させ、
この溶融ガラス塊を、成形型の凹面58で受ける。その
際、この凹部に開口する細孔59から、空気、不活性ガ
ス等の気体を吹き出し、溶融ガラス塊57と成形型凹面
58との間に気体の層を作り、溶融ガラス塊57の少な
くとも表面の一部が軟化点以下の温度に達するまで、溶
融ガラス塊57を凹部内面58と実質的に非接触状態で
凹部内に保持し、冷却してガラス体を作る。
であるガラス素材を得るには、図13の様になしてい
た。即ち、溶融ガラスを流出口55から流出し、この流
出口55の下方に配置した平板状の成形型56で溶融ガ
ラス流を受け、所定量の溶融ガラスが成形型に鋳込まれ
た(滴下された)ときに、流出口55の先端から流下す
る溶融ガラスの滴下速度より早い速度で成形型56を降
下させ、流出口先端から流下する溶融ガラス流と成形型
内に鋳込まれた溶融ガラスとを分離し、鋳込まれた溶融
ガラスを少なくともその表面が固化するまで成形型内で
冷却してガラス素子を作るのである。
材の製造方法では、形成するガラス体を所望の形状に変
形することが困難であるばかりか、溶融ガラス流出口の
真下に配置される金型の凹部内部に開口している細孔5
9から吹き出す気体の影響で、溶融ガラスの流出量が安
定しない。
は、溶融ガラスが成形型56に接触する際に、急激な冷
却がおこり、溶融ガラスと成形型56との接触面に、熱
収縮に起因するしわ状の大きな欠陥が生じる。
した光学素子には、その光学面に欠陥を生じ、光学的性
能を充分に果たせないという欠点を有していた。
結局は、成形のためのガラス素材を従来のガラス研磨加
工により製造せねばならないという、はなはだ矛盾した
ことを行なわねばならなかった。
の時間と費用がかかるため、この様なガラス素材は高価
なものとなる。
光学素子の形状に近似した形状に安定して形成できるガ
ラス素材の成形方法と製造装置を提供することを目的と
する。
に、本発明においては、ガラス素材を次の様にして形成
する。
た受け皿で受ける。その後、受け皿受けた溶融ガラスを
軟化点温度以下まで冷却させてガラス素材と得るのであ
る。
れた後、ガラス素材の温度が軟化点以下に冷却される前
に、ガラス素材の、受け皿との接触面を自由面に開放し
てガラス素材をえるものである。
るので、溶融ガラスの、受け皿との接触面の熱収縮を小
さく押さえることができ、ガラス素材の表面に発生する
しわを、現実的に問題のない程度にまで軽減することが
できるのである。
後、ガラス素材の温度が軟化点以上の状態に於て、ガラ
ス素材を加圧変形させると共に加圧面の加圧を解除して
加圧面を自由面となすことにより、所望の形状に一層近
似したガラス素材を得ることができる。この場合、加圧
面は、軟化点温度以上において加圧が解除されて自由面
となされるので、この自由面は表面張力の作用により鏡
面となる。
材が軟化点以下になる前に自由面として開放してやるこ
とでガラス素材のしわ状の欠陥は、ガラス素材の表面張
力や自重の作用により凸形状に形成され、その表面の皺
も更に著しく改善されるのである。
て成形することができ、その場合にもガラス素材の皺は
光学素子の欠陥には至らず、所望の光学的性能が得られ
るのである。
置、光学素子成形方法の一実施例について図1〜図10
の図面を参照しながら詳細に説明する。
基本構成を示す断面図である。11はガラス溶融炉、1
2は溶融ガラスの流出口(ノズル)、13、15は加熱
ヒ−タ、14は溶融ガラスの受け皿、16は搬送チェ−
ンコンベアを示す。また、18はプレス金型、19はプ
レスシリンダ、20は吸着パッド、21はバネである。
加熱ヒ−タ13で温度コントロ−ルしながら、流出口1
2より受け皿14上に所定量だけ供給する。この段階で
形成されるガラス素材17は、図2に示すように自由面
17aと受け皿14との接触面17bとを有したものに
なる。自由面17aは、溶融ガラスの表面張力により形
成される極めて良好な鏡面となる。一般には、接触面1
7bは受け皿との温度差により熱収縮が発生して、しわ
状の粗面となるのであるが、本実施例では、受け皿14
は加熱ヒータ15にて加熱されているので、このしわ状
の面粗度は3μm程度以下の僅少な値に押さえることが
できる。
16によりプレス金型18の下に移動する。移動時にお
いても受け皿14を加熱ヒ−タ15により加熱すること
で、ガラス素材17が急冷されてガラス軟化点以下の温
度となるのを防止している。受け皿14がプレス金型1
8の真下に移動されると同時に、一定温度にコントロ−
ルされたプレス金型18は、エアプレスシリンダ19で
ガラス素材17を加圧する。この時、ガラス素材17
は、金型18との接触により冷却されるが、図3に示す
様に、プレス金型18とガラス素材17の接触面17c
が軟化点以下になる前に、金型18による加圧を開放し
再び自由面とする。
17cは、その表面張力により、図3(b)に示す様に
凸状のきわめて滑らかな鏡面となる。
6上を移動されながら自然冷却され、その温度が軟化点
以下に達したら、取り出し部材20にて吸着して取り出
しを行う。
させる際、ガラス素材を急激に冷却するとガラス素材の
内部に歪が生じ、割れてしまう。従って、ガラス吸着部
材20は熱伝導率0.01cal/cm・sec・℃以
下の材質を用い、急冷を防止し、さらにガラス素材の表
面を傷つけぬよう、バネ21を用い、押圧力をコントロ
−ルする。
後、表面を傷つけぬよう表面処理されたガラス素材収納
部材(図示せず)に収められる。
4には、図3のような平板を用いたが、所望とする形状
に応じて、例えば図4(a)、(b)のように受け皿1
4とプレス金型18の形状を変えてやってもよい。
好な面粗度に管理された面をもつガラス素材が得られ、
このガラス素材を成形することで優れた光学素子を得る
ことができる。
aを加圧しているので、面17aを加圧しない場合に比
べて、より最終形状に近いガラス素材を得ることができ
る。
7aを加圧する事なく徐冷してガラス素材を得ることも
も勿論可能である。
製造装置の基本構成を示す断面図である。22は中心部
が脱着移動可能な受け皿、24は流出口12より供給さ
れた溶融ガラスである。
(B2O3)42重量パ−セント、酸化ランタン(La2
O3)30重量パ−セント、酸化カルシウム(CaO)
10重量パ−セント、ジルコニア(ZrO2)8重量パ
−セント、残部が微量成分からなるランタン系ガラスを
1400℃で溶融し、この溶融ガラスを加熱ヒ−タ13
により970℃に保持したノズル12から流下する。中
心部が移動可能な受け皿(SUS316製)22によ
り、流下する溶融ガラスを受け、受け皿22上に溶融ガ
ラス24が約2.8グラムだけ積載された時、この積載
された溶融ガラスを、流出口より流出する溶融ガラスと
分離する。
図6(a)に示すように自由面24aと受け皿22との
接触面24bとを有している。ここで自由面24aは、
溶融ガラスの表面張力により形成される、中心点平均表
面粗さ0.01ミクロン以下の極めて良好な鏡面であ
る。一方、接触面24bは、通常であれば受け皿との温
度差による熱収縮で中心平均表面粗さ4.0ミクロン以
上のしわ状の粗面となるが、本実施例では、供給された
溶融ガラス24が急冷されないように受け皿22を加熱
ヒータ15にて550℃に加熱しているので、しわ状の
粗面は中心平均粗さ3.0ミクロン以下に改善される。
は、次の様にして更に改善される。即ち、溶融ガラス2
4の温度がガラス軟化点670℃以上の状態において、
図6(b)のように受け皿22の中心部22bを外周部
22aと分離し、溶融ガラスの面24bを自由面として
開放する。開放された自由面24bは、溶融ガラスの持
つ表面張力や自重により、中心平均表面粗さ1.0ミク
ロン以下の凸形状ので鏡面24cとなるのである。
に載置した状態でコンベア上を移動させつつ徐冷し、ガ
ラス素材温度が軟化点以下に達した段階でガラス吸着部
材20を用いて取り出しを行う。この場合も、熱伝導率
の小さいセラミック製の取り出し部材20を用いること
で、ガラス素材の急激な冷却によるガラス素材の割れを
防止している。セラミックはSiO2(46重量パ−セ
ント)、MgO(17重量パ−セント)、Al2O3(1
6重量パ−セント)、K2O(10重量パ−セント)、
B2O3(7重量パ−セント)、F(4重量パ−セント)
からなる熱伝導率0.004cal/cm・sec・℃
のマコ−ル(コ−ニング・グラス・ワ−クスの登録商
標)を用いた。また、ガラス吸着部材20はガラス素材
の表面を傷つけぬよう、バネ21を用い、押圧力を0.
1kgf/cm2以下の最小限にコントロ−ルしてい
る。
後、表面を傷つけぬようテフロン樹脂で表面処理された
パレットに収められる。(図略) なお、装置内は受け皿とガラスとの融着等を防止するた
めに、非酸化雰囲気にするのが好ましく、本装置内は、
窒素ガス20リットル/分、トリクロロトリフルオロエ
タン(C2Cl3F3)ガス1リットル/分の割合で混合
したハロゲン化炭化水素の雰囲気とした。
ガラス素材が得られ、これを直接に成形することで、良
好な特性のガラス光学素子が得られる。
装置の基本構成を示す断面図である。この第3の実施例
は、上記の第1及び第2の実施例で示した工程を連続し
て行なうことのできる装置である。
O2)65重量パ−セント、酸化ホウ素(B2O3)10
重量パ−セント、酸化ナトリウム(Na2O)10重量
パ−セント、酸化カリウム(K2O)9重量パ−セン
ト、残部が微量成分からなるホウケイ酸ガラスを135
0℃で溶融し、加熱ヒ−タ13により920℃に保持し
たノズル12から供給する。中心部が移動可能な受け皿
(SUS316)22で供給した溶融ガラスを受ける
が、受け皿上の溶融ガラスはノズル先端径と温度コント
ロ−ルにより約1230ミリグラムに安定して積載され
る。
ス素材17は、第1の実施例における図2に示すと同様
に、自由面17aと受け皿22との接触面17bとを有
したものになる。自由面17aは、溶融ガラスの表面張
力により形成される中心点平均粗さ0.01ミクロン以
下の極めて良好な鏡面である。接触面17bの面粗度を
良好なものとするために、第1の実施例と同様に、受け
皿22は加熱ヒータ15で650℃に加熱されている。
その結果、接触面の面粗度は、中心点平均粗さ2.6ミ
クロン以下のものが得られている。
16によりプレス金型18の下に移動する。この移動時
においても、ガラス素材が急冷され、ガラス軟化点以下
になるのを防止するために、受け皿22は加熱ヒ−タ1
5にて加熱されている。
されると同時に、500℃の温度に制御されたプレス金
型18で、ガラス素材17を加圧する。そして、図3
(a)のようにプレス金型18とガラス素材17の接触
面17cが軟化点温度以下になる前に、加圧を開放し、
接触面17cを自由面とする。その後、ガラス素材は移
動されながら自然冷却されるが、図3(b)のようにガ
ラス素材とプレス金型との接触面17cは表面張力によ
り17dのように極めて良好な鏡面を有するガラス素材
として形成される。この段階で形成されるガラス素材2
4は、図6(a)に示すように自由面24aと受け皿2
2との接触面24bとを有している。さらに、前記接触
面の粗面を改善するために、図6(b)のように受け皿
22の中心部22aを外周部22bと分離し、溶融ガラ
スの接触面を自由面24bとして開放する。開放された
自由面24bは、溶融ガラスの持つ表面張力や自重によ
り、凸形状を有する中心平均表面粗さ1.0ミクロン以
下の鏡面24cに形成される。
冷し、ガラス素材温度が軟化点以下に達したら取り出し
を行うが、熱伝導率の小さいセラミック製の取り出し部
材20を用い吸着を行うことで、ガラス素材の急激な冷
却によるガラス素材の割れを防止している。セラミック
はSiO2(46重量パ−セント)、MgO(17重量
パ−セント)、Al2O3(16重量パ−セント)、K2
O(10重量パ−セント)、B2O3(7重量パ−セン
ト)、F(4重量パ−セント)からなる熱伝導率0.0
04cal/cm・sec・℃のマコ−ル(コ−ニング
・グラス・ワ−クスの登録商標)を用いた。また、ガラ
ス吸着部材20はガラス素材の表面を傷つけぬよう、バ
ネ21を用い、押圧力を0.1kgf/cm2以下の最
小限にコントロ−ルしている。
後、表面を傷つけぬようテフロン樹脂で表面処理された
パレット(図示せず)に収められる。
動方法により受け皿24を移動させたが、図9のような
インデックスによる移動方法も考えられる。図8、図9
で31は予熱工程部、32は溶融ガラス供給部、33は
ガラス素材取り出し部で、その他の部分で、冷却加圧、
受け皿分解、徐冷を行う。
り、他のガラス組成のガラス素材を形成した。以下、本
実施例を図1、図2に基づき説明する。
O2)52重量パ−セント、酸化鉛(PbO)35重量
パ−セント、酸化カリウム(K2O)6重量パ−セン
ト、残部が微量成分からなる重フリントガラスを125
0℃で溶融し、加熱ヒ−タ13により750℃に保持し
たノズル12から供給する。受け皿(カ−ボン)14で
供給した溶融ガラスを受けるが、受け皿上の溶融ガラス
はノズル先端径と温度コントロ−ルにより約2600ミ
リグラムに安定して供給される。
2に示すように自由面17aと受け皿14との接触面1
7bとを有したものになる。自由面17aは、溶融ガラ
スの表面張力により形成される中心点平均粗さ0.01
ミクロン以下の極めて良好な鏡面であり、接触面17b
は受け皿14を加熱ヒータ15で600℃に加熱するこ
とで、しわ状の粗面が中心点平均粗さ3.0ミクロン以
下と改善される。受け皿14を加熱した場合の効果を図
10に示す。図に示すように、受け皿14を加熱するこ
とにより、溶融ガラスが受け皿14に接触し冷却される
時の冷却勾配が緩やかになり、面粗度が改善される。ま
た、軟化点上下の温度変化が滑らかなため、プレス金型
18によるプレスのタイミングも取り易い。
られるガラス素材を安価な装置で、しかも数秒という短
いタクトで製造でき、従来の研磨法によるガラス素材に
比べてはるかに安く製造できることより、工業的価値の
極めて高いガラス素材製造方法と製造装置を提供する。
の形状に近いガラス素材が得られ、光学素子に形成した
時の光学的性能が得られやすく、ひいては光学素子の生
産性の向上と製造コストの低減に著しい効果がある。
構成を示す断面図。
ガラス素材の断面図。
加圧解除の工程図。(b)は、加圧解除後の自由面形成
工程図。
受け皿の他の実施例を示す断面図。(b)は、本発明の
第1の実施例装置における受け皿の更に他の実施例を示
す断面図。
構成を示す断面図。
自由面形成を示す工程図。(b)は、本発明の第2の実
施例装置において、溶融ガラスの、受け皿との接触面を
自由面に解放する工程図。(c)は、本発明の第2の実
施例装置において、溶融ガラスの、受け皿との接触面が
解放されて凸状の自由面が形成される工程図。
構成を示す断面図。
図。
冷却特性図。
要部断面図。(b)は、光学素子成形方法の従来例を示
す要部断面図。
図。
す要部断面図。(b)は、ガラス素材製造方法の従来例
を示す要部断面図。
Claims (4)
- 【請求項1】 溶融したガラス材料を前記ガラス材料の
軟化点以下に加熱された受け皿に、所望の重量だけ供給
する工程と、前記受け皿に供給された前記ガラス材料
を、そのガラス軟化点以上の温度において、前記受け皿
に載せたままで加圧と前記加圧の解除を行うことによ
り、前記ガラス材料の厚みを最終製品の厚さと近似した
厚さに調整すると共に、前記加圧の解除により加圧の行
われた面を自由面として開放して、前記自由面をその表
面張力により変形させる工程を具備したことを特徴とす
る光学素子成形用ガラス素材製造方法。 - 【請求項2】 溶融したガラス材料を前記ガラス材料の
軟化点以下に加熱された受け皿に、所望の重量だけ供給
する工程と、前記受け皿に供給された前記ガラス材料
を、そのガラス軟化点以上の温度において、前記ガラス
材料の、前記受け皿との接触面の一部を自由面として開
放することにより、前記自由面をその表面張力および前
記ガラスの自重の作用により変形させる工程を具備した
ことを特徴とする光学素子成形用ガラス素材製造方法。 - 【請求項3】 溶融したガラス材料を前記ガラス材料の
軟化点以下に加熱された受け皿に、所望の重量だけ供給
する工程と、前記受け皿に供給された前記ガラス材料
を、そのガラス軟化点以上の温度において加圧と前記加
圧の解除を行って、その厚みを調整する工程と、前記厚
みが調整されたガラス材料の、前記受け皿との接触面の
一部を、前記ガラス材料の軟化点以上の温度において、
自由面として開放する工程を具備したことを特徴とする
光学素子成形用ガラス素材製造方法。 - 【請求項4】 ガラス材料の取り出し部材は、取り出し
時、ガラス素材に接触する時に、その押圧力をコントロ
ールすることを特徴とする請求項1、2または3記載の
光学素子成形用ガラス素材製造方法。
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