JP2875621B2 - 光学ガラス成形体の製造方法と光学ガラス素子の製造方法及び製造装置 - Google Patents
光学ガラス成形体の製造方法と光学ガラス素子の製造方法及び製造装置Info
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- C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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- C03B7/10—Cutting-off or severing the glass flow with the aid of knives or scissors or non-contacting cutting means, e.g. a gas jet; Construction of the blades used
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Description
素子の製造方法及び製造装置と、前記光学ガラス素子の
リヒートプレス成形用素材の光学ガラス成形体の製造方
法に関する。
略化とレンズ部分の軽量化の両方を同時に達成し得る非
球面化の方向にある。
ズの製造方法である研磨法では、加工及び量産化が困難
であり金型を用いた成形法が有望視されている。
び面精度に仕上げた金型上に水酸化アルミニウム、炭酸
マグネシウム、カーボン等の離型材を塗布あるいは被覆
した状態で、光学ガラスの塊状物を加熱成形するか、あ
るいは溶融状態の光学ガラスの塊状物を加熱成形する方
法であり、例えば、特開昭64−52619号公報その一例が
記載されている。
して非球面レンズを製造する場合、金型と接触したガラ
スゴブの表面には、金型との温度差による熱収縮によっ
てしわ状の欠陥が発生し、成形後のレンズの面精度、面
粗度が十分に得られないという問題がある。
態(例えば、表面粗さRMSで0.1μm以下の鏡面状態)の
光学ガラス成形体を得るには、成形後に更に表面の研磨
叉はエッチング処理を行なう必要があり、製造コストを
十分に抑えることができないのである。
型を更に高温に加熱して使用することが考えられるが、
その場合には、金型と溶融ガラスの融着と言う更に好ま
しくない問題が発生することとなり、現実的ではない。
ラス成形体が製造できる光学ガラス成形体の製造方法並
びに光学ガラス素子の製造方法とその製造装置を提供す
ることを目的とする。
えば、溶融炉より、必要量の溶融ガラスを滴下し、これ
を平板状の熱加工治具で受ける。
工治具に接する接触面をもつガラスゴブが熱加工治具上
に形成される。
面だけを軟化点以上の温度に加熱して光学ガラス成形体
を作製する。
して得られた成形体を加圧成形して光学ガラス素子を得
る。
形成された自由面と熱加工治具に接する接触面が形成さ
れる。
らかな鏡面に形成される。
より皺状となるが、この接触面も、加熱によって自由面
と同等の鏡面になされる。
成形体が得られるのである。
鏡面であるので、この成形体をガラス素子の成形に用い
れば、極めて高精度のガラス素子を成形のみの加工で得
ることが出来る。
施例を表わす工程図である。
下された高温の溶融ガラスを熱加工治具18で受ける。こ
の段階で形成されるガラスゴブ14は、自由面14aと熱加
工治具18との接触面14bとを持つ。
るため極めて良好な鏡面となる。
熱収縮が発生して、しわ状の粗面となっている。
加熱手段16によって軟化点より高い温度t1に加熱する。
り低い温度に保持しつつ行なう。
伝導率は小さいため、通常は強制的な冷却手段を使用せ
ずとも、例えば加熱時間、加熱温度の条件を適宜選択す
ることで自由面14aの温度を軟化点より低い温度を保つ
ことは容易である。
の収縮跡が、加熱により熱変形をおこし自由面14aと同
等の鏡面を持つ熱変形面21bに変化する。
以下の温度に保たれているため面粗度が劣化することは
ない。
ガラス成形体21が形成される。
造装置の構成図である。
化ランタン(La2O3)30重量パーセント、酸化ホウ素(B
2O3)42重量パーセント、酸化カルシウム(CaO)10重量
パーセント、残部が微量成分からなるランタン系ガラス
を用いた。
持したノズル12から、約3グラムの溶融ガラス9を、予
め400℃に加熱されたカーボン製の平型の熱加工治具18
に滴下する。
い温度に冷却する。ガラスゴブ14には鏡面の自由面が形
成される。
スゴブ14を、熱加工治具との接触面を上向きにした状態
で、400℃に保持したガラス保持治具20に載置する。そ
して、しわの発生した接触面を加熱手段16で軟化点より
も高温の900℃で3分間加熱する。この加熱により接触
面は、しわが除去されると共に自由面と同等の鏡面が形
成される。
良好に維持される。
16)を使用し、曲率半径20mmで凹型に加工したものであ
る。
り低い温度に冷却してからガラス搬送ロボット(図示せ
ず)により、取り出し口28から光学ガラス成形体21を取
り出す。
粗さ(RMS)は0.005μm以下の鏡面状態であり、光学顕
微鏡観察によっても微小な凹凸、異物付着、傷等の表面
欠陥は認められなかった。
ために、適当な非酸化雰囲気となされるのが通常である
が、本実施例では、装置内を窒素ガス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。
た。
ント、酸化カリウム(K2O)9重量パーセント、酸化ホ
ウ素(B2O3)10重量パーセント、酸化ナトリウム(Na
2O)10重量パーセント、残部が微量成分からなるホウケ
イ酸ガラスを用いた。
℃に保持したノズル12から約3グラムの溶融ガラス9
を、予め550℃に加熱した熱加工治具18に滴下する。
い温度に冷却する。
14を接触面を上向きにした状態でガラス保持治具20に載
置する。
0℃に保持されており、接触面を加熱手段16で軟化点よ
り高い1000℃の温度で2分間加熱し熱変形させる。
り低い温度に冷却してからガラス搬送ロボット(図示せ
ず)により、光学ガラス成形体21を取り出した。
粗さ(RMS)は0.005μm以下の鏡面状態であり、光学顕
微鏡観察によっても微小な凹凸、異物付着、傷等の表面
欠陥は認められなかった。
ガス20リットル/分、エチレン(C2H4)1リットル/分
の割合で混合した炭化水素雰囲気とした。
し、平型に加工したものを用いた。ガラス保持治具20に
はサーメット(TiC−10Mo−9Ni)を使用し、曲率半径が
20mmの凹型に加工したものを用いた。
例を示す工程図である。
基づき光学ガラス成形体を得る(第3図(a)〜
(c))。その後、得られた成形体をプレスして光学ガ
ラス素子を得るものである(第3図(d))。
より滴下した高温の溶融ガラスを熱加工治具18で受け
る。このとき、形成されるガラスゴブ14は、溶融ガラス
の表面張力により鏡面に形成された自由面14aと、熱加
工治具18に接して皺状の収縮跡が発生した接触面14bと
を持つ。
具20の上に載置し、皺の発生した接触面14bを加熱手段1
6により局部的に加熱して熱変形させる。
熱手段16により熱変形をおこし自由面14aと同等の鏡面
を持つ面21bに変化し、14a、21b共に鏡面のガラス成形
体21が形成される。このとき、ガラス成形体の中心肉厚
h1は、通常はガラスゴブの中心肉厚hと同等もしくは厚
くなる。
自由面14aは軟化点以下の温度に保たれ、鏡面性は維持
されている。
ラス成形体21をプレス成形用金型23,24で加熱加圧成形
して光学ガラス素子が得られる。
が出来るので、極めて高精度の光学ガラス素子が加圧成
形で得られ、従来の様な研磨加工あるいはエッチング加
工等の後加工は全く必要としない。
施例の構成図であり、上記の光学ガラス素子の製造方法
を用いるものである。
ト、酸化ランタン(La2O3)30重量パーセント、酸化ホ
ウ素(B2O3)42重量パーセント、酸化カルシウム(Ca
O)10重量パーセント、残部が微量成分からなるランタ
ン系ガラスを用いた。
持したノズル12から約3グラムの溶融ガラス9を、予め
400℃に加熱した熱加工治具18に滴下した。
い温度に冷却してガラスゴブ14の自由面を鏡面に形成す
る。
ゴブ14は接触面を上向きにした状態でガラス保持治具20
に載置する。ガラスゴブ14の自由面を受けるガラス保持
治具23は400℃に保持されており、接触面は加熱手段16
で軟化点よりも高い900℃の温度で3分間加熱される。
面の皺が除去され、これを再び冷却ステージにおいて軟
化点より低い温度に冷却して、良好な鏡面を有したガラ
ス成形体21が得られる。
り、プレス成形用下金型23に移送しプレス成形する。プ
レス成形は金型温度680℃、プレス圧力30kg/cm2、プレ
ス時間2分の条件下で行なった。その後400℃まで除冷
し、取り出し口28から光学ガラス素子26を取り出した。
面の表面粗さ(RMS)は約0.002μmの光学的鏡面であ
り、気泡、傷、あるいは剥離跡といった欠陥は認められ
ず、面精度もニュートンリング2本以内、アス5分の1
本以内であり、その光学性能は極めて優れていた。
用し、平型に加工した。
を使用し曲率半径20mmの凹型に加工した。
16)を用い、曲率半径150mmの凹形の光学面を形成し
た。この光学面に、スパッタ法でロジウム−金−タング
ステン合金(Rh−Au−W)の薄膜を被覆し、プレス成形
用金型とした。
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。
成の光学ガラスの光学ガラス素子を成形した。
酸化カリウム(K2O)9重量パーセント、酸化ホウ素(B
2O3)10重量パーセント、酸化ナトリウム(Na2O)10重
量パーセント、残部が微量成分からなるホウケイ酸ガラ
スを用いた。
ズル12から約3グラムの溶融ガラス9を、予め550℃に
加熱した熱加工治具18に滴下した。
却してからガラス搬送ロボット(図示せず)により、ガ
ラスゴブ14を接触面を上向きにした状態でガラス保持治
具23に載置する。ガラスゴブ14の自由面を受けるガラス
保持治具は300℃に保持され、接触面を加熱手段16で100
0℃で2分間熱変形させたあと、再び冷却ステージにお
いてガラスを軟化点より低い温度に冷却した。
ず)により、プレス成形用下金型23に移送しプレス成形
した。プレス成形条件は金型温度680℃、プレス圧力80k
g/cm2、プレス時間1分であった。
ス素子26を取り出した。
の表面粗さ(RMS)は約0.002μmの光学的鏡面であり、
気泡、傷、あるいは剥離跡といった欠陥は認められず、
面精度もニュートンリング2本以内、アス5分の1本以
内であり、その光学性能は極めて優れていた。
を使用し、平型に加工した。
i)を使用し、曲率半径が20mmの凹型に加工した。
o−9Ni)を用いて曲率半径が300mmの凹形の光学面を形
成し、スパッタ法で白金−タンタル−レニウム合金(Pt
−Ta−Re)の薄膜を被覆し、プレス成形用金型とした。
チレン(C2H4)1リットル/分の割合で混合した炭化水
素雰囲気とした。
施例を示す工程図である。
の溶融ガラスを溶融ガラスと濡れ性の悪い熱加工治具18
で受けた状態を示す。このときに形成されるガラスゴブ
14は、熱加工治具18と接した接触面14bと溶融ガラスの
表面張力により形成された自由面14aを持つ。
型23の上に載置し、ガラスコブの接触面14bを加熱手段1
6により局部的に熱変形させる状態を示す。
してできたしわ状の収縮跡が、加熱手段16により熱変形
をおこし自由面14aと同等の鏡面を持つ熱変形面21bに変
化しガラス成形体21が形成された状態を示す。このと
き、ガラス成形体の中心肉厚h1は、ガラスゴブの中心肉
厚hよりも厚くなる。また、ガラス成形体の自由面21a
は、ガラスゴブの自由面14aの鏡面性を維持するように
加熱時間、加熱温度、及び自由面の冷却等の条件を適宜
選択してあるため、面精度の影響はない。
用下金型23,プレス成形用上金型24で加熱加圧成形する
ことを示しており、プレス成形用金型はそれぞれ薄膜30
で被覆されている。
光学ガラス素子を製造できるため工程を簡略でき製造コ
ストを安くできる。
実施例を示す構成図であり、第4図で示した光学ガラス
素子の製造方法を用いるものである。
酸化バリウム(BaO)50重量パーセント、酸化ホウ素(B
2O3)15重量パーセント、残部が微量成分からなるホウ
ケイ酸バリウムガラスを用いた。このガラスを1250℃で
溶融したあと、850℃に保持したノズル12から約3グラ
ムの溶融ガラス9を熱加工治具18に滴下した。熱加工治
具18は予め200℃に加熱しておき、滴下後、冷却ステー
ジにおいてガラスを軟化点より低い温度に冷却してか
ら、ガラス搬送ロボット(図示せず)によりガラスゴブ
14の接触面を上にした状態でプレス成形用下金型23に載
置する。
加熱して熱変形させたあと、予熱ステージでプレス成形
用下金型23を500℃に予備加熱してからプレスステージ
に移送しプレス成形した。プレス成形条件は金型温度56
0℃、プレス圧力30kg/cm2、プレス時間2分であった。
ス素子26を取り出した。
面の表面粗さ(RMS)は約0.002μmの光学的鏡面であ
り、気泡、傷等の欠陥は認められず、面精度もニュート
ンリング2本以内、アス5分の1本以内であり、その光
学性能は極めて優れていた。
く光学ガラス素子を製造できるため工程を簡略でき製造
コストを安くできる。
工した。
Co)を用いて曲率半径が15mmの凹形の光学面を形成し、
スパッタ法で白金−イリジウム−オスミウム合金(Pt−
Ir−Os)の薄膜30を被覆し、プレス成形用金型とした。
ス2リットル/分の割合で混合した雰囲気とした。
学素子を成形した。
酸化カリウム(K2O)6重量パーセント、酸化鉛(PbO)
35重量パーセント、残部が微量成分からなる重フリント
ガラスを用いた。
ズル12から約5グラムの溶融ガラス9を熱加工治具18に
滴下した。熱加工治具18は加熱せずにおき、溶融ガラス
の滴下後、冷却ステージ(図示せず)においてガラスを
軟化点より低い温度に冷却してからガラス搬送ロボット
(図示せず)により、ガラスゴブ14は接触面を上にした
状態でプレス成形用下金型23に載置する。ガラスゴブ14
の接触面を加熱手段16で軟化点より高い1400℃で20秒間
熱変形させたあと、予熱ステージでプレス成形用下金型
23を500℃に予備加熱してからプレスステージに移送し
プレス成形した。プレス成形条件は金型温度550℃、プ
レス圧力80kg/cm2、プレス時間1分であった。
ス素子26を取り出した。
面の表面粗さ(RMS)は約0.002μmの光学的鏡面であ
り、気泡、傷、あるいは剥離跡といった欠陥は認められ
ず、面精度もニュートンリング2本以内、アス5分の1
本以内であり、その光学性能は極めて優れていた。
加工した。
半径が55mmの凹形の光学面を形成し、スパッタ法でロジ
ウム−金−タングステン合金(Rh−Au−W)の薄膜30を
被覆し、プレス成形用金型とした。
化炭素ガス2リットル/分の割合で混合したガス雰囲気
とした。
レス成形用金型に被覆する薄膜は、溶融ガラスと濡れ性
がよく、非酸化性雰囲気中で光学ガラスと反応あるいは
融着しない貴金属、タングステン、タンタル、レニウ
ム、ハフニウムの単体あるいはそれらの合金であること
が望ましい。
い非酸化性雰囲気としては、窒素、アルゴン、ヘリウム
等の不活性ガス、およびこれらの不活性ガスに水素、あ
るいは一酸化炭素、二酸化炭素の炭素酸化物、メタン、
エタン、エチレン、トルエン等の炭化水素類、トリクロ
ロエチレン、トリクロロトリフルオロエタン等のハロゲ
ン化炭化水素類、エチレングリコール、グリセリン等の
アルコール類、F−113、F−11等のフルオロカーボン
類を適宜混合したものが使用可能である。
は局部加熱して熱変形させるため、熱加工治具の形状は
所望の光学ガラス素子と近似形状でなくても構わない。
また、熱加工治具はガラス保持治具としても使用でき
る。
成、ガラスゴブの形状、ガラス成形体の形状、熱加工治
具の材質・形状、加熱の方法・条件あるいはプレス条件
等に限定されるものではない。
融ガラスと濡れ性が悪く、離型性が優れている材料が使
用でき、上記各実施例に記載の材料以外に、例えば窒化
クロム等が使用できる。
を成形によって製造できる。
用いれば、高精度な光学ガラス素子を研磨無しに大量生
産することが可能となり、生産性の向上と製造コストの
低減に著しい効果がある。
例の工程図、第2図は本発明の光学ガラス成形体の製造
装置の一実施例の構成図、第3図は本発明の光学ガラス
素子の製造方法の一実施例の工程図、第4図は本発明の
光学ガラス素子の製造装置の一実施例の構成図、第5図
は本発明の光学ガラス素子の製造方法の他の実施例の工
程図、第6図は本発明の光学ガラス素子の製造装置の他
の実施例の構成図である。 9……溶融ガラス、10……ガラス溶融炉、11……溶融炉
加熱ヒータ、12……ノズル、13……ノズル加熱ヒータ、
14……ガラスゴブ、15……加熱ヒータ、16……加熱手
段、17……ガス入口、18……熱加工治具、20……ガラス
保持治具、21……ガラス成形体、23……プレス成形用下
金型、24……プレス成形用上金型、25……プレスシリン
ダ、26……光学ガラス素子、27……コンベア、28……取
り出し口、30……薄膜。
Claims (7)
- 【請求項1】熱加工治具で溶融ガラスを受けて、ガラス
の表面張力によりできた自由面と前記熱加工治具に接し
てできた接触面をもつガラスコブを作製し、前記自由面
は前記ガラスの軟化点以下の温度に保ち形状を維持さ
せ、前記接触面は前記軟化点以上の温度に加熱し前記ガ
ラスの表面張力により変形させ光学ガラス成形体を作製
することを特徴とする光学ガラス成形体の製造方法。 - 【請求項2】熱加工治具で溶融ガラスを受けて、ガラス
の表面張力によりできた自由面と前記熱加工治具に接し
てできた接触面をもつガラスコブを作製し、前記自由面
は前記ガラスの軟化点以下の温度に保ち形状を維持さ
せ、前記接触面は前記軟化点以上の温度に加熱し前記ガ
ラスの表面張力により変形させ光学ガラス成形体を作製
する工程、前記光学ガラス成形体を一対のプレス成形用
金型で加熱加圧成形する工程を含むことを特徴とする光
学ガラス素子の製造方法。 - 【請求項3】熱加工治具で溶融ガラスを受けて、ガラス
の表面張力によりできた自由面と前記熱加工治具に接し
てできた接触面をもつガラスコブを作製する手段と、前
記ガラスコブをガラス保持治具に載置し前記自由面は前
記ガラスの軟化点以下の温度に保ち形状を維持させ、前
記接触面は前記軟化点以上の温度に加熱し前記ガラスの
表面張力により変形させ光学ガラス成形体を作製する手
段と、前記光学ガラス成形体を一対のプレス成形用金型
で加熱加圧成形する手段とを少なくとも備えた光学ガラ
ス素子の製造装置。 - 【請求項4】熱加工治具で溶融ガラスを受けて、ガラス
の表面張力によりできた自由面と前記熱加工治具に接し
てできた接触面をもつガラスコブを作製する手段と、前
記ガラスコブを一対のプレス成形金型のプレス成形用下
金型に前記ガラスコブの前記自由面が接するように載置
し、前記ガラスコブをプレス成形用下金型に載置した状
態で前記自由面は前記ガラスの軟化点以下の温度に保ち
形状を維持させ、前記接触面は前記軟化点以上の温度に
加熱し前記ガラスの表面張力により変形させ光学ガラス
成形体を作製する手段と、前記光学ガラス成形体を前記
一対のプレス成形用金型で加熱加圧成形する手段とを少
なくとも備えた光学ガラス素子の製造装置。 - 【請求項5】熱加工治具が溶融ガラスと塗れ性が悪い材
質である事を特徴とする請求項3または4記載の光学ガ
ラス素子の製造装置。 - 【請求項6】一対のプレス成形用金型が、所望の形状及
び光学面に加工され、かつ溶融ガラスと塗れ性が良く化
学的に安定な薄膜で被覆された請求項3または4記載の
光学ガラス素子の製造装置。 - 【請求項7】薄膜が貴金属、タングステン、タンタル、
レニウム、ハフニウムの単体あるいはそれらの合金であ
る請求項6記載の光学ガラス素子の製造装置。
Priority Applications (1)
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JP2274004A JP2875621B2 (ja) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | 光学ガラス成形体の製造方法と光学ガラス素子の製造方法及び製造装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH04149032A JPH04149032A (ja) | 1992-05-22 |
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