JP2827337B2 - ガラスレンズの製造方法およびその方法に用いる金型 - Google Patents

ガラスレンズの製造方法およびその方法に用いる金型

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は改良された無研摩ガラスレンズの成形方法お
よびその方法に用いる金型に関する。
従来技術 無研摩ガラスの製造方法としては、ノズル先端から溶
融ガラスを滴下し、落下ガラス滴を下金型で受けて、プ
レス成形する液滴法が、レンズの表面に傷、砂目、シャ
ーマークなどの欠陥のないレンズを得る優れた方法とし
て、本発明者らにより開発され既に出願済みである(特
願昭59−267058号)。
液滴法は、無研摩ガラスの製造法として優れた方法で
あるが、何点かの改良すべき点が見い出されてきた。か
かる改良を必要とする問題点をより明瞭にするために、
第1図を用いてさらに詳しく液滴法を説明する。
液滴法は、まずルツボ(1)中で溶融したガラス
(2)をノズル(4)の先端である一定の大きさの液体
状の滴にする。ルツボ(1)からノズル(4)の先端ま
ではヒーター(5a)〜(5d)により、溶融したガラスが
冷えて固体状にならないように、加熱されている。次に
所定の大きさと温度に制御されたガラス滴(6)をノズ
ル(4)の先端から自然落下させた状態で、そのガラス
滴の落下地点に設置した適当な金型(12)に捕集し、捕
集後ガラス液滴の落下点より移動し、上金型(13)でプ
レスして、無研摩ガラスを得る。
しかし、上記方法によっては、ガラス滴を捕集する金
型(12)の材質によっては、いわゆる「ひけ」が生じる
ことがある。ひけとは、第2−d図に示したようにレン
ズ中央部付近に生じるくぼみのことと考えればよい。こ
のひけは、第2−a図〜第2−d図に示した機構によっ
て生じるものと考えられている。すなわち、第2−a図
は、滴下ガラス滴を金型に捕集した時の状態を示す。図
中、ガラス滴が金型に接触している周辺部を示す斜線部
は、他のどの部分よりも早く固化する所であり、その部
分は滴下後、金型の形状にそって固定化される。しか
し、ガラス滴が金型に接している中央部(斜線部の間の
部分)は、ガラス滴中まだ冷えないで残っている高温部
からの熱で固化しきらないで軟化状態になっていると考
えられ、その部分は金型を移動中にガラス滴全体の冷却
にともなう収縮により、上部に引き上げられる。その結
果、第2−b図に示したようにガラス滴中央部に空気だ
まり部が形成され、その状態で第2−c図に示したよう
に上金型で成形を行なうので、得られるガラスレンズに
はひけが形成されることとなる。
また、別の問題として、従来はガラス滴(6)は、そ
の表面温度がガラスの軟化温度より低い温度になるまで
落下させる必要から、ガラス滴の落下距離(l)は室温
自然落下の場合、一般に150cm〜200cm以上が必要であっ
た。このように落下距離が長いと、金型(12)上に落ち
る位置も微妙に異なり、得られるレンズの型形状等の品
質も同一でない(このように型形状が忠実に転写されな
いことを「転写性」が悪いと表現する)。転写性の悪さ
をなくするため、落下距離を短くすれば、上記したひけ
の問題がより顕著になる。
発明が解決しようとする課題 本発明は、上記した従来の問題点を解消し、金型の種
類によらず、ひけの発生が防止され、またガラス滴の落
下距離が短くても転写性の劣化が防止されたガラスレン
ズの成形方法およびその方法に用いる金型を提供するこ
とを目的とする。
課題を解決するための手段 すなわち、本発明の上記目的はルツボ内でガラス(例
えばSF11)を溶融撹拌して、均一にした後、炉およびノ
ズル(4)の温度を適当に制御され形成されるガラス滴
(6)を、ある特定の熱伝導率および表面粗さを有する
下金型で受けて、ガラスレンズを作製することにより達
成される。
ここに、本発明は金型にガラス滴を滴下した後、プレ
ス成形してガラスレンズを製造する方法に用いられる金
型において、熱伝導率が50W/mK以上の材料で構成され、
かつ0.05μmRmax〜0.2μmRmaxの表面粗さを有すること
を特徴とする金型を提供する。
また、本発明は、ノズル先端から溶融ガラスを滴下
し、該ガラス滴を、熱伝導率が50W/mK以上の材料で構成
され、かつ0.05μmRmax〜0.2μmRmaxの表面粗さを有す
るガラス滴受け下金型で受けた後、該ガラス滴を圧縮成
形することによりガラスレンズを得ることを特徴とする
ガラスレンズの製造方法を提供するものである。
本発明によるとひけのないガラスレンズを形成するこ
とができ、さらに、ガラス滴の表面温度が軟化点以上の
状態で下金型に受けることが可能となり、そのためガラ
ス滴落下距離を短かくすることができ、転写性のよいガ
ラスレンズを再現性よく製造することができる。
本発明の下金型が有すべき熱伝導率としては50W/mK以
上、好ましくは80W/mK以上が必要である。下金型がこの
ような熱伝導率を必要とするのは、後述する下金型表面
粗さが、成形中に転写されることを防止し、成形後研摩
工程の不要のレンズ表面性状を有するガラスレンズを形
成するためである。熱伝導率が50W/mKより小さいと、金
型の表面性状が転写され、得られるレンズ表面は研摩が
必要になる。
このような熱伝導率を付与することのできる材料とし
ては、例えば、銀、アルミニウム、シリコン、黒鉛、炭
化ケイ素、窒化アルミニウム、超硬合金等を挙げること
ができる。
また、下金型の有すべき表面粗さとしては、0.05〜0.
2μmRmax、好ましくは0.1〜0.2μmRmaxである。このよ
うに、下金型表面を粗くすることにより、ガラス滴が下
金型に滴下後、収縮する過程で生じたたまりエアー(第
2−b図)を、圧縮成形時に、その粗い目を通して除去
できることにあり、従ってそのために従来のようなひけ
の発生を防止することができると考えられている。表面
粗さが0.05μmRmaxより小さいとエアーの通過に十分な
経路を確保できないため、ひけが生じやすく、0.2μmRm
axより大きいとその表面粗さが転写されやすくなる上、
金型の形状精度を測定する上で誤差が生じやすい。
なお、本発明にいう表面粗さは、JIS BO 601−1982に
基づき表わした値で示している。
下金型表面に、上記のような粗さを付与するには、ブ
ラスト処理、酸エッチング、砂かけ処理等の処理を施す
ことにより可能である。
次に、ガラスレンズの製造に関して、ガラス滴の製造
法から説明する。
ガラス滴は第1図に示すごとく、ルツボ(1)中で溶
融したガラス(2)をノズル(4)の先端から自然落下
させることにより製造する。
ルツボおよびノズルは、通常の光学ガラスの溶融と同
様、ガラスの着色を防ぐために白金製のものを用いるの
が好ましいが、これに限定されるものではない。
ルツボは撹拌機(3)および加熱用ヒーター(5a)を
備えている。
ルツボ(1)およびノズル(4)の温度は加熱ヒータ
ー(5a,5b,5c,5d)を調節することにより所望の温度に
保持される。ルツボ(1)およびノズル(4)の温度は
ガラスの性質、得ようとするガラス滴の大きさ等に応じ
て設定すればよく、通常500〜1400℃の範囲内である。
特に、ノズル(4)の下方部と上方部の温度は下方部を
高く、上方部を低く設定すると、ガラス滴(6)の滴下
を容易にする。好ましくは下方部を50〜200℃程度、上
方部より高くする。
ガラス滴の温度は、落下距離、雰囲気温度、ガラス滴
の大きさ、温度、ガラスの熱伝導率、強制滴な冷却手段
を設けるか否か等によって異なるし、さらに、下金型上
に捕集後のガラス滴の冷却速度が、下金型の構成材料、
下金型の設定温度等により異なるので、本発明の実施に
当たっては、それらの条件を考慮しながら調整する。
上記の温度は、ガラスの表面張力、即ち、ガラス滴の
大きさに影響するため、重量精度の高いガラス滴を得る
ためには、この温度を精密に管理する必要がある。ノズ
ル温度、必要ならばルツボ中のガラス温度を精密に管理
するために、これらの温度を自動的に制御する手段を講
ずるのが好ましい。その手段としてノズル先端でガラス
滴が形成され、落下するまでの時間によりノズル先端で
のガラス滴の温度を制御するのがよい。具体的には、例
えば発光器(8)によってノズル先端を通過する光線を
放射し、その光を感知する受光器(9)をノズル先端に
関し、発光器の対面に配置し、ガラス滴の形成から落下
までの時間を測定し、その測定値に対応する信号を制御
部(マイクロコンピューター等、図示せず)に送り、そ
の時間の変化量に応じてノズルおよび必要ならばルツボ
に設けられた加熱ヒーター(5a,5b,5c,5d)の通電量を
制御する方法等を採ればよい。あるいは発光器(8)、
受光器(9)に替えて放射温度計等によりガラス滴の温
度を直接計るようにしてもよい。
ノズル先端径はガラス滴の重量を左右する一因子であ
る。即ち、ガラス滴の重量は概ね、 mg=2πrγ (m:重量、r:ノズル先端径、γ:表面張力)で表わされ
る。一般にノズル先端径は0.5〜15mm、好ましくは0.5〜
10mmである。ノズル先端径が大き過ぎると表面張力より
も流出するガラスが勝って、層流になるのでガラス滴を
得ることができない。
ノズル先端から出たガラスは表面張力により雫状にな
って順次落下する。
落下距離の調節は、第1図中には示してしないが、下
金型(15)の支持台(21)を上下に移動することにより
行なえばよい。その際前述のノズル温度調節に使用した
のと同じ制御手段を用い、受光器あるいは放射温度計か
らの信号に基づき制御部を作動させて、支持台を上下
し、落下距離を調節するようにしてもよい。
ガラス滴を捕集する下金型(11)は、まずノズル
(4)の直下に配置され、ノズル(4)の先端から滴下
するガラス滴を受け、ガラス滴が滴下後、成形位置へ移
動され、上金型(13)と協働して圧縮成形にてガラスレ
ンズを成形する。その際下金型(11)は滴下したガラス
液を、所要のレンズを得るに十分な厚みのある状態で保
持できていればよい。
上金型(13)は、下金型(11)と同様な材料で構成さ
れていても良いし、異なった材料で構成されていても良
い。
また、捕集する下金型(11)は凸型であっても、凹型
であってもよい。本発明は特に凹型の下金型を使用して
凸型のレンズを作製するのに有効である。
下金型(15)は、使用するガラスの軟化温度より10〜
150℃、好ましくは30〜100℃低い温度に加熱した状態に
しておくことが好ましい。通常SF11ガラスを使用する場
合、約400℃に設定される。そうすることにより面精度
の高いレンズが成形できるとともに、金型とガラスとの
融着を防ぐ効果がある。
上金型(18)は、使用するガラスの軟化温度より10〜
150℃、好ましくは30〜100℃低い温度に加熱した状態に
しておくことが好ましい。そうすることにより下金型と
同様の効果がある。
本発明に従い、さらに上金型、下金型を選択すること
により、両凸、両凹、平凸、平凹、メニスカス等の各種
レンズを精度よく、効率よく製造することができる。
実施例および比較例 第1図に示した構成の液滴法ガラスレンズの製造装置
において、表1に示した材質で構成され、かつ表1に示
した熱伝導率、表面粗さに調整された下金型を用い、ガ
ラス滴の滴下距離(ノズル先端から下金型表面上まで)
を20、50、100、250cmとしてガラスレンズを得た。
なお、下金型はブラスト、酸エッチング、砂かけ等適
宜表面処理して、粗くした。
金型及び成形レンズ下面は表面粗さ計で測定し、レン
ズのへそは顕微鏡で測定した。
粗さはJIS BO601−1982に基づきRmaxで、ひけ量はレ
ンズ10コの平均値をニュートン本数で示した。Rmaxは0.
01μmが測定限界である。
表1から判るように、滴下距離が長く、金型の熱伝導
率が高く、型表面粗さが粗いほど形状転写性が良く、ひ
けがない。熱伝導率が50W/mK以上の金型でRmax0.05μm
以下の場合にはほとんどひけがなく、表面粗さも0.01μ
mと実用上無視できる寸法である。さらに80W/mK以上で
Rmax0.05μm以下の場合には全くひけは発生せず、転写
性も良好である。
次にレンズの表面粗さについてはいずれの条件でも金
型の表面粗さより小さい。また滴下距離が長く金型の熱
伝導率が高い程、型とレンズの粗さの差が大きく、即ち
良好なレンズとなっている。このことから第一に、本方
法では、金型と接触してもその微細な表面粗さまでは転
写していないことがわかる。第2に型と接触後のガラス
表面の冷却固化が型の熱伝導率によって支配されるた
め、熱伝導率の高い金型を用いることによって表面粗さ
の転写を押えることができることがわかる。さらにひけ
の発生と中央部のひけを合わせて考慮すればこのよう
に、短い落下距離でガラス液滴を十分固化しない内に下
金型で受け、成形してもひけの発生が防止できるのは冷
却中のひけにより発生した空気だまり部の空気が成形時
に固化したガラス表面と金型表面の間にある粗さの差に
よるすき間を通って除去されていくためと考えられる。
比較例においては通常、表1から明らかなごとくひけ
発生を防ぐには2m以上の滴下距離が必要である。石英に
ついては滴下距離250cmでもひけの発生が見られる。
発明の効果 本発明によれば熱伝導率が高く、表面粗さの比較的粗
い金型によって滴下ガラスを成形することにより、従来
より短かい滴下距離でひけのない良好なレンズを製造す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の液滴法を実施するための装置の概略構
成例を示す図である。 第2図は、ひけの生じる機構を説明するための図であ
る。
フロントページの続き (72)発明者 福本 真次 大阪府大阪市中央区安土町2丁目3番13 号 大阪国際ビル ミノルタカメラ株式 会社内 (56)参考文献 特開 昭58−39759(JP,A) 特開 昭61−31321(JP,A) 特開 昭63−170229(JP,A) 特開 昭60−195026(JP,A) 特開 昭62−270423(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C03B 11/00,11/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金型にガラス滴を滴下した後、プレス成形
    してガラスレンズを製造する方法に用いられる金型にお
    いて、 熱伝導率が50W/mK以上の材料で構成され、かつ0.05μmR
    max〜0.2μmRmaxの表面粗さを有することを特徴とする
    金型。
  2. 【請求項2】ノズル先端から溶融ガラスを滴下し、該ガ
    ラス滴を、熱伝導率が50W/mK以上の材料で構成され、か
    つ0.05μmRmax〜0.2μmRmaxの表面粗さを有するガラス
    滴受け下金型で受けた後、該ガラス滴を圧縮成形するこ
    とによりガラスレンズを得ることを特徴とするガラスレ
    ンズの製造方法。
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