JP3234871B2 - ガラス光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレス成形後に研
削研磨が不要なガラスレンズなどのガラス光学素子の製
造方法に関する。特に、本発明は、プレス成形に要する
サイクル時間を大幅に短縮し生産スピードを向上させる
ことが可能なガラス光学素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】被成形ガラス素材であるガラスプリフォ
ームを、ガラス成形体面に必要な面精度及び面粗度が確
保された成形型でプレス成形し、プレス成形後の研削研
磨を不要とできるガラス光学素子の製造方法として、従
来より種々の方法が知られている。例えば、特開昭６４
−７２９２９号公報あるいは特公平２−１６２５１号公
報に記載の方法は、成形型とガラスプリフォームとを一
緒に加熱する方式の方法である。即ち、上型と下型とこ
れらをガイドする案内型からなる成形型内にガラスプリ
フォームを挿入し、プリフォームが十分軟化する温度ま
で成形型と共に加熱した後に押圧成形する。次に、成形
後のガラス成形体の面精度が損なわれない程度の冷却速
度をもってガラス転移点温度付近まで冷却し（あるいは
その後ある時間を要して室温付近まで冷却し）た後、成
形型内からガラス成形体が取り出される。

【０００３】一方、あらかじめ軟化させたガラスプリフ
ォームを、これとは別に加熱した成形型内へ挿入する方
法が、特開昭６２−１１３７３０号公報あるいは特公昭
６３−４６０１０号公報に記載されている。即ち、リン
グ状部材上に保持したガラスプリフォームをリング状部
材と共に加熱して軟化させ、成形型内にリング状部材と
共に挿入し、次に下型がリング状部材の内壁より貫入し
て軟化したプリフォームを持ち上げて上型との間で押圧
成形を行う。あるいは、リング状部材が上型と下型とを
ガイドする胴型となって押圧成形する。

【０００４】更に、リング状部材を用いて成形型内に挿
入したガラスプリフォームを成形する方法において、成
形型を延命化するための温度条件が、特開昭６２−２７
３３４号公報に記載されている。即ち、成形型温度をガ
ラスの転移点未満から転移点より２００℃低い温度範囲
に保持し、ガラスプリフォームの温度が同ガラスの粘度
が１０⁶ 〜１０⁸ ポアズの範囲となるように加熱した後
に、成形型へ挿入して押圧成形する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記した成形型内にガ
ラスプリフォームが保持された状態で、プリフォームが
成形型と共に加熱、成形、冷却される方法では、ガラス
と成形型の温度が常にほぼ等しくプレス工程が進むこと
によって、ガラスの表面と内部の温度差がなくなり、こ
のためヒケが発生し難く安定した面精度が得られる。し
かし、プレスを開始するまでの昇温時間と、プレス後の
取り出しまでに要する冷却時間が必要であるために、全
工程に要するサイクル時間が著しく長くなるという欠点
を有している。更に、加熱からプレスの工程におけるガ
ラスと成形型面の接触時間が長いために、ガラスと成形
型面との間で反応を起こし易く、型寿命が短くなるとい
う欠点も有している。

【０００６】一方、あらかじめ成形型よりも高温度（低
粘性）にしたガラスプリフォームをリング状部材を挿入
手段としてプレス成形する方法では、プレス時間が非常
に短時間で済む。さらに、成形型の温度を比較的低くで
き、プレス後のガラス温度の冷却にある程度の時間を置
けば離型が可能であることからサイクル時間が大幅に短
縮できる。しかし、成形型の延命化を目的として、低温
度（ガラスの転移点未満から転移点より２００℃低い温
度範囲）の成形型にプリフォームを挿入すると、ガラス
表面の温度は急激に低下するため、所望の肉厚までプレ
ス成形する前にガラスが冷めて固化してしまうという問
題がある。

【０００７】この対策として、同様の温度条件下で粘度
が更に低いガラスプリフォームを使用することが提案さ
れている。しかし、粘度が低くなればなる程、リング状
部材上の軟化したプリフォームがリング状部材の開口か
らへたってくる（変形して垂れ下がる）。例えば、プリ
フォームの形状にもよるが、粘度が１０⁷ ポアズ以下で
は、へたりが生じる傾向が大きい。そのため、リング状
部材からへたったプリフォームが落下しないようにする
ため、プリフォームの外径をリング状部材のプリフォー
ム支持部の内径よりもかなり大きくしなければならな
い。しかしその結果、プレス成形後のレンズは所望の外
径よりも著しく大きくなってしまい、後工程で所望の外
径まで大きく削り取る必要がある。又、このリング状部
材を用いる方法では、最終製品より大きいプリフォーム
を使用するため、余肉突出部が生じ、かつ成形型の温度
が低いことから、コバが薄い両凸レンズやメニスカスレ
ンズの製造は極めて困難である。

【０００８】そこで、本発明の目的は、予熱して軟化し
たガラスプリフォームを、予熱した成形型で押圧成形す
ることによりガラス光学素子を製造する方法であって、
軟化すると粘度が低くなり変形しやすくなるガラスプリ
フォームを用いても、容易に保持しながらガラスプリフ
ォームを予熱して軟化することができ、ガラス光学素子
を製造できる方法を提供することにある。さらに本発明
の目的は、予熱して軟化した変形しやすいガラスプリフ
ォームを大きく変形させることなく成形型に移送して、
良好にガラス光学素子を製造できる方法を提供すること
にある。

【０００９】また、本発明の目的は、目的とするガラス
光学素材の所望の有効外径をほぼ満たす大きさのガラス
プリフォームを用いて、後工程での芯取代を極力小さく
できるガラス光学素子の製造方法を提供することにあ
る。さらに本発明の目的は、プレス成形に要するサイク
ル時間を大幅に短縮して、かつ表面欠陥がなく高い面精
度のガラス成形体が得られる製造方法を提供することに
ある。加えて本発明の別の目的は、コバが薄い両凸レン
ズやメニスカスレンズでも容易に製造できる方法を提供
することにある。また、本発明の目的は、加熱軟化して
変形し易いガラスゴブを成形型に移送して、良好にガラ
ス光学素子を製造できる方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
予熱して軟化したガラスプリフォームを、予熱した成形
型で押圧成形することによりガラス光学素子を製造する
方法であって、前記プリフォームを気流により浮上させ
ながら加熱することによりプリフォームの予熱を行い、
かつ予熱して軟化したプリフォームを前記予熱した成形
型に移送し、次いで押圧成形することを特徴とするガラ
ス光学素子の製造方法に関する。

【００１１】さらに本発明の第２の態様は、浮上させな
がら加熱して軟化したガラスゴブを、予熱した成形型で
押圧成形することによりガラス光学素子を製造する方法
であって、前記加熱して軟化したガラスゴブを、吸引保
持して、又は該ガラスゴブの外径より小さい内径を有す
るリング状載置具に載せて、前記予熱した成形型に移送
し、次いで押圧成形することを特徴とするガラス光学素
子の製造方法に関する。以下本発明について説明する。

【００１２】本発明の第１の態様は、予熱して軟化した
ガラスプリフォームを、予熱した成形型で押圧成形する
ことによりガラス光学素子を製造する方法である。ガラ
スプリフォームとは、ガラス光学素子を成形する際に前
駆体として用いる所定形状に成形した成形品をいう。ガ
ラスプリフォームは、冷間成形又は溶融ガラスを熱間成
形により、成形したもの、さらにはこれらを鏡面研磨等
したものであることができる。但し、プリフォームの表
面は鏡面でなく粗面であることもでき、例えば＃８００
のダイヤモンドで研削した研削品をガラスプリフォーム
として用いることもできる。

【００１３】ガラスプリフォームを構成するガラスの種
類及びガラスプリフォームの形状等は、従来から公知の
ものである。但し、本発明で用いるガラスプリフォーム
は、比較的低い粘度にして使用することが好ましい。例
えば、予熱して軟化した状態で、１０^5.5 〜１０^9.0 ポ
アズの粘度を示すことが好ましい。また、プリフォーム
の形状は、製品であるガラス光学素子の大きさ及び容
量、成形時の変化量等を考慮して決定される。さらに、
成形の際、ガストラップが生じないようにするため、成
形面の中心がプリフォームの被成形面と初めに接触する
ような形状とすることが好ましい。尚、ガラスプリフォ
ームの容量は、後工程でわずかに芯取りする分だけ最終
製品より大きくすることが好ましい。ガラスプリフォー
ムの形状は、例えば、球状、マーブル状、円板状、球面
状等であることができる。

【００１４】また本発明の第２の態様は、浮上させなが
ら加熱して軟化したガラスゴブを、予熱した成形型で押
圧成形することによりガラス光学素子を製造する方法で
ある。ガラスゴブとは、溶融ガラスを所定容量に分割し
たガラス片であって、前記ガラスプリフォームは、この
ガラスゴブをさらに所定形状に成形したものである。ガ
ラスゴブを構成するガラスの種類には特に制限はない。

【００１５】本発明に用いる成形型は、従来から公知の
成形型をそのまま用いることができる。例えば、成形後
の冷却中に成形品（光学素子）に圧力のかかる構造か、
初期加圧後、減圧できる構造であっても良い。また、初
期加圧後の加圧は、上型の自重により行う構造であって
もよい。さらに、型の加熱には、抵抗加熱ヒータ、高周
波加熱ヒータ、赤外線ランプヒータ等を用いることもで
きる。特に、成形型温度の回復時間が短いという観点か
らは、高周波加熱ヒータ、赤外線ランプヒータが好まし
い。さらに、成形型の冷却は、断電冷却や成形型内部を
流通する冷却ガス等により行うことができる。

【００１６】本発明に用いる成形型は、例えば、図６に
示すような上型３５、下型３４及び案内型３６から構成
される成形型３９を用いることができる。但し、これら
に限定されるものではない。また、成形型として炭化ケ
イ素焼結体にＣＶＤ法により炭化ケイ素膜を形成した
後、イオンプレーティング法によりｉ−カーボン膜を形
成したものを用いることができる。さらに、ケイ素、窒
化ケイ素、炭化タングステン、酸化アルミニウムと炭化
チタンのサーメットや、これらの表面にダイヤモンド、
耐熱金属、貴金属合金、炭化物、窒化物、硼化物、酸化
物などのセラミックスなどを被覆したものも使用するこ
とができる。但し、ｉ−カーボン膜等の炭素系膜は離型
性がよい点で特に有利である。押圧成形の条件は、プリ
フォーム又はゴブの温度及び成形型の温度等を考慮して
適宜決定することができる。通常３０〜２００ｋｇ／ｃ
ｍ² の圧力で、３〜６０秒間、好ましくは５〜３０秒間
押圧することで成形することができる。又、プリフォー
ム及びゴブの温度、成形型の温度並びに離型の温度も適
宜選択することができる。

【００１７】本発明の製造方法の特徴は、ガラスプリフ
ォームを気流により浮上させながら加熱することにより
プリフォームの予熱を行い、かつ予熱して軟化したプリ
フォームを前記予熱した成形型に移送することである。
ガラスプリフォームが、その自重によって変形する程の
低粘性域においては、加熱の際にプリフォームを保持す
る治具とガラスの融着を防止するのは容易ではない。本
発明では、例えば、治具の内部よりガスを噴出すること
で、ガラスプリフォームを気流により浮上させる。治具
面とガラス両面にガスのレイヤーが形成され、このため
治具とガラスが反応することなく、更にガラスプリフォ
ームの形状を維持しつつ加熱軟化することが可能とな
る。

【００１８】本発明においてプリフォームの浮上のため
に用いる気流となるガスとしては、特に制限はない。但
し、加熱したガラスプリフォームが治具と反応しないこ
と、さらに、加熱した治具の酸化による劣化を防止する
という観点から、非酸化性ガスであることが好ましく、
例えば窒素等であることが適当である。また、還元性の
ガス、例えば水素ガス等を添加することもできる。気流
の流量は、気流を吹き出す口の形状やプリフォームの形
状及び重量等を考慮して適宜変更できる。通常の場合、
ガス流量は０．００５〜２０リットル／分の範囲がガラ
スプリフォームの浮上に適している。但し、ガス流量が
０．００５リットル／分未満であると、ガラスプリフォ
ームの重量が３００ｍｇ以上の場合、プリフォームを十
分に浮上させることができない場合がある。また、２０
リットル／分を超えると、ガラス重量が２０００ｍｇ以
上の場合でも、浮上治具上のガラスが大きく揺れて、加
熱の際にプリフォームの形状が変化することがある。さ
らにプリフォームの予熱の条件は、ガラスの種類等によ
り適宜変えることができ、軟化したプリフォームに必要
とされる粘度となるように調整される。

【００１９】プリフォームの気流による浮上は、例え
ば、プリフォームの径より小さいか、等しいか、または
大きい開口径を有する上方開口部から上方に流出する気
流により行うことができる。例えば、プリフォームの径
より小さい開口径を有する上方開口部の場合、図２に示
すように、浮上治具支持体１３に支持された浮上治具１
０の上方開口部１１は、ガラスプリフォーム１の径より
小さく、浮上治具１０の上方開口部１１の底１２から上
方に流出する気流により、プリフォーム１は上方開口部
１１上で浮上して、浮上治具１０に接触しないように保
持される。尚、プリフォーム１は、周囲に設けられたガ
ラス軟化用ヒーター１４により加熱される。また、上方
開口部１１の底１２には、気流を供給する少なくとも１
つの開口を設けることができる。また、プリフォームの
気流による浮上は、プリフォームの曲率に近似する球面
又は平面を有する多孔質面から流出する気流により行う
こともできる。図３に示すように、浮上治具支持体１９
に支持された、プリフォーム１の曲率に近似する球面を
有する多孔質面１８を有する浮上治具１７上に、多孔質
面１８から流出する気流によって、プリフォーム１が浮
上した状態で保持される。この場合も、プリフォーム１
は、周囲に設けられたガラス軟化用ヒーター１４により
加熱される。

【００２０】さらに、ガラスプリフォームの予熱は、ま
ず第１にガラスプリフォームをガラス転移点より３０℃
以上低い温度まで加熱し、次いで加熱されたガラスプリ
フォームを気流により浮上させながらさらに所定の温度
まで加熱することにより軟化することで行うこともでき
る。この状態を図４に示す。図４に示すように、まず、
ガラスプリフォーム１をガラス保持治具２０上で、ガラ
ス転移点より３０℃以上低い温度まで加熱する。次い
で、加熱されたガラスプリフォーム１を適当な移送手
段、図４では後述する吸引保持移送装置で、図２に示す
ものと同様の浮上治具１０上に移送し、さらに気流によ
り浮上させながら加熱する。図４では、図２と同様の形
式の浮上治具を示したが、図３に示す浮上治具を用いる
こともできる。また、加熱されたガラスプリフォーム１
の移送には、吸引保持以外に例えばリング状載置具を用
いることもできる。

【００２１】予熱して軟化したプリフォームの予熱した
成形型への移送は、軟化したプリフォームを吸引保持し
つつ行うことができる。例えば、図２に示す移動可能な
下方開口部１６を有する吸引保持装置１５により行うこ
とができる。下方開口部１６は内部に吸引する、例えば
減圧ポンプや真空ポンプ等に連絡しており、下方開口部
１６にプリフォームを吸引保持することができる。浮上
治具１０の上で加熱されて軟化したガラスプリフォーム
１は、移動可能な吸引保持装置１５の下方開口部１６に
吸引保持され、図５に示すように成形型の下型３４の成
形面４０上に移送する。次いで、図６に示すように前記
軟化したプリフォーム１を前記下型３４の成形面４０と
上型３５の成形面４１とで押圧成形することで、ガラス
光学素子２を得ることができる。

【００２２】予熱して軟化したプリフォームの吸引保持
は、成形型の上型の成形面近傍に設けた吸引口からの吸
引により行うこともできる。例えば、図７に示すような
成形型の上型３５の成形面４１近傍に位置する案内型３
６に設けた吸引口４５からの吸引により行うことができ
る。図７に示すように、浮上治具１０上の軟化したプリ
フォーム１を、上型３５とともにセットした案内型３６
の下方開口付近に移動し、次いで図８に示すように、案
内型３６の吸引口４５から吸引することにより、プリフ
ォーム１を成形面４１に吸い上げ、吸い付ける。次い
で、浮上治具１０を移動撤去し、軟化したプリフォーム
の下に下型を移動し、又は成形型の上型の成形面近傍に
吸引保持された軟化したプリフォームを下型の成形面の
上に移動し、前記上型の成形面と下型の成形面とで押圧
成形することもできる（図９）。

【００２３】予熱して軟化したプリフォームの予熱した
成形型への移送は、該プリフォームの外径より小さい内
径を有するリング状載置具にプリフォームを載せ、プリ
フォームを載せた載置具を吸引保持しながら行うことも
できる。例えば、図１１に示すように、浮上治具１０の
上方開口部の外径よりやや大きく、かつプリフォーム１
の外径より小さい内径を有するリング状部材２３を、リ
ング状部材２３のリング内に浮上治具１０の上方開口部
が入るように設置しておく。そして、プリフォームが所
定の粘度に軟化した後、浮上治具１０の上で浮上しなが
ら加熱されて軟化したプリフォーム１をリング状部材２
３に載せて移送する。リング状部材２３での移送は、図
１０ではリング状部材２３を吸引保持できるバキューム
パッド２４を例示した。しかし、リング状部材での移送
方法には制限はない。次いで、図１１に示すように、成
形型の下型３４の上に、成形面４０上にプリフォーム１
が載る位置に移動し、バキュームパッド２４の吸引を停
止して、プリフォーム１を成形面４０に載せる。成形面
４０上のプリフォーム１は、図１２に示すように上型と
の間で成形される。

【００２４】以上、ガラスプリフォームを軟化、成形す
る方法について説明したが、本発明の第２の態様でも、
第１の態様と同様にしてプリフォームの代わりにゴブを
加熱、移送、成形することでガラス光学素子を製造方法
することができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、軟化すると粘度が低く
なり変形しやすくなるガラスプリフォームを用いても、
容易に保持しながらガラスプリフォームを予熱して軟化
し、次いで軟化したガラスプリフォームを予熱した成形
型で押圧成形することによりガラス光学素子を製造する
ことができる。さらに本発明によれば、予熱して軟化し
た変形しやすいガラスプリフォームを大きく変形させる
ことなく成形型に移送して、良好な光学特性を有するガ
ラス光学素子を製造することができる。また、本発明に
よれば、目的とするガラス光学素子の所望の有効外径を
ほぼ満たす大きさのガラスプリフォームを用いて、後工
程での芯取代を極力小さくできるガラス光学素子を製造
することができる。さらに本発明によれば、プレス成形
に要するサイクル時間を大幅に短縮して、かつ表面欠陥
がなく高い面精度のガラス光学素子を製造することがで
きる。加えて本発明によれば、コバが薄い両凸レンズや
メニスカスレンズでも容易に製造することができる。ま
た、本発明によれば、加熱軟化して変形し易いガラスゴ
ブを成形型に移送して、良好なガラス光学素子を製造す
ることができる。

【００２６】

【実施例】次に実施例により本発明を説明する。 実施例１プレス成形用型 プレス成形用型は、図１に示すように、基盤材料として
炭化ケイ素（ＳｉＣ）焼結体３１を用い、研削によりプ
レス成形型形状に加工後、更に成形面側にＣＶＤ法によ
り炭化ケイ素膜３２を形成して、更に研削研磨して製造
されるべきガラス成形体に対応する形状に鏡面仕上げし
て成形型基盤を得た。更に成形型基盤の炭化ケイ素膜３
２上に、ｉ−カーボン膜３３をイオンプレーティング法
により５００Å成膜して成形面４０を有する、φ１８ｍ
ｍ（芯取後φ１５ｍｍ）両凸ガラスレンズ用の下型３４
を得た。図６に示す上型３５も、上記下型３４と同様の
方法によって得られた。上型３５及び下型３４は、図６
に示すように、同軸上にセットされ、プレス成形の際に
は、上型３５と下型３４とこれをガイドする案内型３６
から成形型３９が構成されている。下型３４及び上型３
５の加熱は、胴型３７外周に取り付けた成形型ヒーター
４４で行い、成形型支持台３８の下部より下型３４内に
挿入した型測温用熱電対４２にて制御される。更に胴型
３７の温度は、胴型３７内に挿入した胴型測温用熱電対
４３にて測温される。

【００２７】浮上治具及び移送手段 上述の成形型加熱機構を有する同一密閉チャンバー（図
示せず）内には、図２に示す浮上治具及び移送手段も設
けられている。まず、ガラス素材（プリフォーム）１を
加熱軟化するガラス軟化ヒーター１４が設けられ、この
ガラス軟化ヒーター１４内には浮上治具支持台１３にセ
ットされたグラッシーカーボン浮上治具１０（以下、Ｇ
Ｃ浮上治具と呼ぶ）が配置されている。さらに、ガラス
素材１は、浮上治具支持台１３の内部からＧＣ浮上治具
１０下部へと供給される１００ｍｌ／ｍｉｎの９８％Ｎ
₂ ＋２％Ｈ₂ ガスの噴出によって、浮上保持される。ま
た、ガラス軟化ヒーター１４外には、垂直及び水平方向
に移動可能なグラッシーカーボンバキュームパッド１５
（以下、ＧＣバキュームパッドと呼ぶ）があり、通常
は、ＧＣ浮上治具１０上方で待機している。

【００２８】予備加熱及びプレス工程 上述のプレス成形機構及びガラス加熱機構が収められた
成形機の密閉チャンバー（図示せず）内を真空排気した
後、９８％Ｎ₂ ＋２％Ｈ₂ ガスを導入し、密閉チャンバ
ー内を同ガス雰囲気とした。次に、バリウム硼珪酸塩光
学ガラスからなるプリフォーム１（表面欠陥のない鏡面
を有するマーブル形状の熱間成形品、重量１０００ｍ
ｇ、転移点５３４℃、屈伏点５７６℃）の屈伏点付近と
なるように、成形型ヒーター４４にて、型測温用熱電対
４３で測温した上型３５及び下型３４の温度が５７６℃
になるまで加熱し同温度で保持した。一方、ガラス軟化
ヒーター１４にて、ＧＣ浮上治具１０上のガラスプリフ
ォーム１の温度を、ガラスの粘度が１０⁶ ポアズになる
７００℃まで加熱し、浮上軟化させる。そして、浮上軟
化したプリフォーム１を、ガラス軟化ヒーター１４外の
ＧＣ浮上治具１０上方で待機していたＧＣバキュームパ
ッド１５が、プリフォーム１のところまで下降し吸引保
持する。この際、ＧＣバキュームパッドの温度は、ガラ
ス軟化ヒーター１４からの輻射熱によって、３００〜４
００℃に加熱されており、低粘性のガラスと反応が起こ
りにくくなっている。

【００２９】次に、図５に示すように、プリフォーム１
を保持したＧＣバキュームパッド１５は、下型３４上方
まで速やかに移動し、再び下型３４の成形面４０近傍ま
で下降すると同時に吸引を停止して、下型３４の成形面
４０上にプリフォーム１を載せる。その後、ＧＣバキュ
ームパッド１５は下型３４上方より退き、元の待機位置
まで戻るので下型３４上部には何ら障害物がなくなり、
瞬時に成形型支持台３８が下型３４を、下型３４の同軸
上方に成形型支持台３８ごと固定セットしてある上型３
５まで上昇させ、図６のごとく、上型３５と下型３４及
びこれをガイドする案内型３６で構成される成形型３９
内で、プリフォーム１を１０秒間１００ｋｇ／ｃｍ² の
圧力にて加圧成形して所定の肉厚とする。次いで、成形
型ヒーター４４を断電することで、ガラス成形体２及び
成形型３９を放冷して、７０秒後型測温用熱電対４２で
測温した上型３５及び下型３４の温度が、ガラスの転移
点付近となる５３４℃になったところで、成形型３９か
らガラス成形体２を離型し取り出した。

【００３０】このようにして得られたガラス成形体２
（外径φ１８ｍｍ、肉厚２．９ｍｍ、両凸レンズ）のア
ニール後の性能を、干渉計による面精度と、目視外観及
び実体顕微鏡による表面状態の２点について評価し、結
果を表１に示す。評価は、同一方法で得られた５個のレ
ンズについて行った（以下の実施例でも同様である）。
その結果、いずれのレンズも良好なものであった。

【００３１】実施例２ ガラス浮上軟化機構を変更した以外、用いた成形型、条
件等は実施例１と同様にして行った。プレス成形機構及
びガラス加熱機構が収められた成形機の密閉チャンバー
内を真空排気した後、ガスを導入し、密閉チャンバー内
を９８％Ｎ₂ ＋２％Ｈ₂ ガス雰囲気とする。次に、ガラ
スプリフォーム１（実施例１と同硝種、同形状）の屈伏
点付近となるように成形型ヒーター４４にて上型３５及
び下型３４の温度を５７６℃になるように加熱保持し
た。更に、図３に示すように、ガラス軟化ヒーター１４
内の、浮上治具支持台１９にセットされた多孔質セラミ
ックス浮上治具１７上のプリフォーム１を、浮上治具支
持台１９の内部から多孔質セラミックス浮上治具１７下
部へと供給されるＮ₂ ガスが、浮上治具材料の気孔を通
して２００ｍｌ／ｍｉｎ噴出されることで浮上させつ
つ、ガラスの粘度が１０⁶ ポアズになる７００℃にて加
熱保持する。

【００３２】次に、ガラス軟化ヒーター１４外の多孔質
セラミックス浮上治具１７上方で待機していたＧＣバキ
ュームパッド（図示せず）が下降して、浮上軟化したプ
リフォーム１を吸引保持する。次いで、ＧＣバキューム
パッドは、図５に示すように、下型３４上まで速やかに
移動し、再び下型３４表面近傍まで下降すると同時に吸
引を停止して、下型３４の成形面４０にプリフォーム１
を載せ、ＧＣバキュームパッドは元の待機位置まで退
く。次いで、成形型支持台３８が下型３４を、下型３４
の同軸上方の上型３５まで上昇させ、図６に示す上型３
５と下型３４をガイドする案内型３６で構成される成形
型３９内で、ガラス素材１を１０秒間１００ｋｇ／ｃｍ
² の圧力にて加圧成形して所定の肉厚とする。次いで成
形型ヒーター４４を断電し、７０秒後に上型３５及び下
型３４の温度が、ガラスの転移点付近となる５３４℃に
なったところで、成形型３９からガラス成形体２を離型
し取り出した。このようにして得られたガラス成形体２
（実施例１と同形状）のアニール後の性能を、実施例１
と同様にして評価した。結果を表１に示す。

【００３３】実施例３ ガラス浮上軟化機構を変更した以外は、実施例１と同様
にして行った。プレス成形機構及びガラス加熱機構が収
められた成形機の密閉チャンバー内を真空排気した後、
９８％Ｎ₂ ＋２％Ｈ₂ ガスを導入し、密閉チャンバー内
を同ガス雰囲気とする。次に、ガラスプリフォーム１
（実施例１と同硝種、同形状）の屈伏点付近となるよう
に、上型３５と下型３４の温度を５７６℃まで加熱保持
する。更に、図４に示すように、プリフォーム１を、ま
ずガラス予熱ヒーター２２内の保持治具支持台２１にセ
ットされたガラス保持治具２０上で、ガラスの転移点よ
りも３０℃低い温度となるように５０４℃にて加熱保持
する。この際、プリフォーム１は流動性を持つ程に軟化
していないため、ガラス保持治具２０から浮上させる必
要はない。次に、ガラス予熱ヒーター２２外のガラス保
持治具２０上方で待機していたＧＣバキュームパッド１
５が下降して、プリフォーム１を吸引保持し、予めガラ
ス軟化ヒーター１４内で、ガラス転移点温度よりも２０
０℃低い温度となるように３３５℃にて加熱保持された
タングステン合金浮上治具１０上まで移動する。次い
で、下降すると同時に吸引を停止して、浮上治具１０受
部にプリフォーム１を載せた後ＧＣバキュームパッド１
５をガラス軟化ヒーター１４上方で待機させる。

【００３４】そして、浮上治具支持台１３の内部からタ
ングステン合金浮上治具１０へと供給される２００ｍｌ
／ｍｉｎの９８％Ｎ₂ ＋２％Ｈ₂ ガスの噴出によって浮
上保持された浮上治具１０上のプリフォーム１を、ガラ
スの粘度が１０⁶ ポアズになる７００℃まで、ガラス軟
化ヒーター１４によって急激に加熱する。この時、タン
グステン合金浮上治具１０の温度は、プリフォーム１を
載せた際のガラス温度よりも１７０℃低くしたことによ
り、その後の急加熱においても常にガラス温度よりも低
く、従ってタングステン合金浮上治具１０とガラスが反
応することはなかった。次に、浮上軟化したプリフォー
ム１を、上述のガラス軟化ヒーター１４上方で待機して
いたＧＣバキュームパッド１５が下降して、プリフォー
ム１を吸引保持した後に、下型３４上まで速やかに移動
し、再び下型３４表面近傍まで下降すると同時に吸引を
停止して、下型３４の成形面４０にプリフォーム１を載
せ、ＧＣバキュームパッドは元の待機位置まで退く。

【００３５】次いで、成形型支持台３８が下型３４を、
下型３４の同軸上方の上型３５まで上昇させ、図６に示
す上型３５と下型３４をガイドする案内型３６で構成さ
れる成形型３９内で、プリフォーム１を１０秒間１００
ｋｇ／ｃｍ² の圧力にて加圧成形して所定の肉厚とし
た。次いで、成形型ヒーター４４を断電し、７０秒後に
上型３５及び下型３４の温度が、ガラスの転移点付近と
なる５３４℃になったところで、成形型３９からガラス
成形体２を離型し取り出した。このようにして得られた
ガラス成形体２（実施例１と同形状）のアニール後の性
能を、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。

【００３６】実施例４ 浮上軟化ガラスを成形型内へ挿入する機構を変更した以
外は、実施例１と同様にして行った。プレス成形機構及
びガラス加熱機構が収められた成形機の密閉チャンバー
内を真空排気した後、９８％Ｎ₂ ＋２％Ｈ₂ ガスを導入
し、密閉チャンバー内を同ガス雰囲気とする。次に、ガ
ラスプリフォーム１（実施例１と同硝種、同形状）の屈
伏点付近となるように、上型３５と下型３４の温度を５
７６℃まで加熱保持した。更に、図７に示すように、ガ
ラス軟化ヒーター（図示せず）内で、浮上治具支持台１
３にセットされたＧＣ浮上治具１０上のプリフォーム１
を、浮上治具支持台１３の内部からＧＣ浮上治具１０下
部へと供給された３００ｍｌ／ｍｉｎの９８％Ｎ₂ ＋２
％Ｈ₂ ガスの噴出によって浮上しつつ、ガラスの粘度が
１０⁶ ポアズになる７００℃まで加熱した。次に、浮上
治具支持台１３は上型３５直下に浮上軟化したプリフォ
ーム１が位置するところまで移動する。

【００３７】次に、図８のごとく、浮上治具支持台１３
が上昇し、プリフォーム１を上型３５面近傍まで移動さ
せた後、上型３５と下型３４とをガイドする案内型３６
内壁のプリフォーム１の側面に相当する位置に設けた吸
引用穴４５より吸引し、プリフォーム１を上型３５面に
吸い付ける。尚、吸気と同時に、浮上治具１０から噴出
されるガスの流量を一時的に増加して、プリフォーム１
を押し上げてやることで上型３５面への吸い付きをより
スムーズにすることもできる。次に、浮上治具支持台１
３は上型３５下より退き、元のガラス軟化ヒーター加熱
位置まで戻る。同時に、成形型支持台３８が下型３４を
上型３５まで上昇させ、図９に示すように、上型３５と
下型３４をガイドする案内型３６とで構成される成形型
３９内で、プリフォーム１を１０秒間１００ｋｇ／ｃｍ
² の圧力にて加圧成形して所定の肉厚とした。次いで成
形型ヒーター４４を断電し、７０秒後に上型３５及び下
型３４の温度が、ガラスの転移点付近となる５３４℃に
なったところで、成形型３９からガラス成形体２を離型
し取り出した。このようにして得られたガラス成形体２
（実施例１と同形状）のアニール後の性能を、実施例１
と同様にして評価した。結果を表１に示す。

【００３８】実施例５ 図１０〜１２に、本実施例で用いた装置及び成形型の概
要を示す。尚、成形型の構成は実施例１と同様である。
まず、プレス成形機構及びガラス加熱機構が収められた
成形機の密閉チャンバー内を真空排気した後、９８％Ｎ
₂ ＋２％Ｈ₂ ガスを導入し、密閉チャンバー内を同ガス
雰囲気とする。次に、ガラスプリフォーム１（表面欠陥
のない鏡面を有するマーブル形状の熱間成形品、重量１
８００ｍｇ、転移点温度５３４℃、屈伏点温度５７６
℃）の粘度が１０¹⁰ポアズになる温度になるように、成
形型ヒーター４４にて、上型３５及び下型３４の温度が
５９２℃になるまで加熱し同温度で保持する。一方、図
１０に示すように、ガラス軟化ヒーター１４にて、浮上
治具支持台１３にセットされたＧＣ浮上治具１０上の同
浮上治具よりわずかに大きい外径を有するプリフォーム
１が、浮上治具支持台１３の内部からＧＣ浮上治具１０
下部へと供給された６００ｍｌ／ｍｉｎの９８％Ｎ₂ ＋
２％Ｈ₂ ガスの噴出によって浮上しつつ、ガラスの粘度
１０^7.2 ポアズ相当である６６０℃まで加熱保持されて
いる。次に、浮上軟化したプリフォーム１を、ガラス軟
化ヒーター１４外のＧＣ浮上治具１０上方で待機してい
たＧＣバキュームパッド２４が下降して、ＧＣ浮上治具
１０近傍に設置されたリング状部材２３を吸引保持する
と同時に再び上昇する。この際、リング状部材２３の内
径部が、ＧＣ浮上治具１０の外径よりわずかに大きいプ
リフォーム１外径部を押し上げて、プリフォーム１をリ
ング状部材２３ごと持ち上げて移送するが、移送が短時
間であるため、自然変形して、リング状部材２３からへ
たり落ちることはない。

【００３９】次いで、図１１に示すように、プリフォー
ム１を載せたリング状部材２３を吸引保持したＧＣバキ
ュームパッド２４は、下型３４上方まで速やかに移動す
る。次いで、再び下型３４近傍まで下降すると同時に吸
引を停止して、下型３４の成形面上にプリフォーム１
を、更に成形面より若干下方の設けたフランジ部により
リング状部材２３をそれぞれ載せる。その後、ＧＣバキ
ュームパッド２４が下型３４上方より退くと同時に、成
形型支持台３８が下型３４を、下型３４の同軸上方の上
型３５まで上昇させ、図１２に示すように上型３５と下
型３４をガイドする案内型３６とで構成される成形型３
９内で、プリフォーム１を１０秒間１００ｋｇ／ｃｍ²
の圧力にて加圧成形して所定の肉厚とした。次いで成形
型ヒーター４４を断電し、７０秒後に上型３５及び下型
３４の温度が、ガラスの転移点付近となる５３４℃にな
ったところで、成形型３９からガラス成形体２を離型し
取り出した。このようにして得られたガラス成形体２
（φ２５ｍｍ、芯取後φ２０ｍｍ、両凸レンズ）のアニ
ール後の性能を、実施例１と同様にして評価した。結果
を表１に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】実施例６ プリフォームの種類（硝種及び形状）、浮上ガス流量、
成形型温度及び離型温度を表２に示す条件とした以外
は、実施例１と同様にしてガラス成形体を得た。得られ
たガラス成形体の性能を実施例１と同様にして評価し
た。結果を表２に示す。いずれのガラス成形体も良好な
性能を示した。

【００４２】

【表２】

【００４３】本発明についての上記実施例では、成形型
として炭化ケイ素焼結体上にＣＶＤ法により炭化ケイ素
膜を形成した後、イオンプレーティング法によりｉ−カ
ーボン膜を形成したものを用いた。しかし、他に、ケイ
素、窒化ケイ素、炭化タングステン、酸化アルミニウム
と炭化チタンのサーメットや、これらの表面にダイヤモ
ンド、耐熱金属、貴金属合金、或いは炭化物、窒化物、
硼化物、酸化物などのセラミックスなどを被覆したもの
が使用可能であった。但し、本実施例のｉ−カーボン膜
は離型性がよい点で有利であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例で用いた成形型の下型の概略説明図で
ある。

【図２】 実施例で用いた浮上治具上でのガラスプリフ
ォームの浮上軟化及び移送方法の概略説明図である。

【図３】 実施例で用いた浮上治具上でのガラスプリフ
ォームの浮上軟化方法の概略説明図である。

【図４】 実施例で用いた浮上治具上でのガラスプリフ
ォームの浮上軟化方法の概略説明図である。

【図５】 軟化したガラスプリフォームの成形型への移
送方法の概略説明図である。

【図６】 実施例で用いた成形型での押圧成形の概略説
明図である。

【図７】 実施例で用いた浮上治具上で軟化したガラス
プリフォームの成形型への吸引移送の概略説明図であ
る。

【図８】 実施例で用いた浮上治具上で軟化したガラス
プリフォームの成形型への吸引移送の概略説明図であ
る。

【図９】 実施例で用いた成形型での押圧成形の概略説
明図である。

【図１０】 軟化したガラスプリフォームの成形型への
移送方法の概略説明図である。

【図１１】 軟化したガラスプリフォームの成形型への
移送方法の概略説明図である。

【図１２】 実施例で用いた成形型での押圧成形の概略
説明図である。

【符号の説明】

１ ・・・ ガラスプリフォーム ２ ・・・ ガラス成形体 １０、１７ ・・・ 浮上治具 １１ ・・・ 浮上治具の上方開口部 １２ ・・・ 浮上治具の上方開口部の底 １３、１９ ・・・ 浮上治具支持体 １４ ガラス軟化用ヒーター １５ ・・・ 吸引保持装置 １６ ・・・ 下方開口部 １８ ・・・ 多孔質面 ２３ ・・・ リング状部材 ３４ ・・・ 下型 ３５ ・・・ 上型 ３６ ・・・ 案内型 ３９ ・・・ 成形型 ４０、４１ ・・・ 成形面 ４５ ・・・ 吸引口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−266317（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−27334（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−177320（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−118644（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C03B 9/00 - 17/06

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予熱して１０^5.5〜１０^9.0ポアズの粘度
   に軟化したガラスプリフォームを、予熱した成形型に移
   送し、移送されたガラスプリフォームを前記成形型で押
   圧成形することによりガラス光学素子を製造する方法で
   あって、 前記ガラスプリフォームの予熱は、浮上治具上でガラス
   プリフォームを気流により浮上させながら行い、かつ前
   記成形型の予熱温度は、前記軟化したガラスプリフォー
   ムよりも低いことを特徴とするガラス光学素子の製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記浮上治具がグラッシーカーボン浮上
   治具である請求項１記載の製造方法。
3. 【請求項３】 前記ガラスプリフォームの浮上は、上方
   開口部を有し、かつ該上方開口部に少なくとも一つの気
   流供給用開口を有する浮上治具上で、前記開口から流出
   する気流により行うことを特徴とする請求項１又は２に
   記載のガラス光学素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記ガラスプリフォームの浮上は、前記
   上方開口部と前記ガラスプリフォームとが形成する空間
   に流入する気流により行われることを特徴とする請求項
   ３に記載の製造方法。
5. 【請求項５】 予熱して１０^5.5〜１０^9.0ポアズの粘度
   に軟化したガラスプリフォームを、予熱した成形型に移
   送し、移送されたガラスプリフォームを前記成形型で押
   圧成形することによりガラス光学素子を製造する方法で
   あって、 前記ガラスプリフォームの予熱は、上方開口部を有し、
   かつ該上方開口部に少なくとも一つの気流供給用開口を
   有するグラッシーカーボン浮上治具上で、前記ガラスプ
   リフォームを前記開口から流出する気流により浮上させ
   ながら行うことを特徴とするガラス光学素子の製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記ガラスプリフォームの浮上は、開口
   径がガラスプリフォームの径より大きく、かつ開口から
   底部の間の形状が球面である上方開口部を有する浮上治
   具であって、前記上方開口部に気流供給用開口を有する
   浮上治具上で、前記開口から流出する気流により行うこ
   とを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の製
   造方法。
7. 【請求項７】 ガラスプリフォームの予熱を、ガラスプ
   リフォームをガラス転移点より３０℃以上低い温度まで
   加熱し、次いで気流により浮上させながらさらに加熱す
   ることにより軟化することで行う、請求項１〜６のいず
   れか１項に記載の製造方法。
8. 【請求項８】 予熱して軟化したプリフォームを吸引保
   持しながら予熱した成形型に移送する請求項１〜７のい
   ずれか１項に記載の製造方法。
9. 【請求項９】 予熱して軟化したプリフォームの吸引保
   持及び成形型への移送を、移動可能な下方開口部を有す
   る吸引保持装置により行う請求項８に記載の製造方法。
10. 【請求項１０】 移動可能な下方開口部を有する吸引保
    持装置により、軟化したプリフォームを吸引保持し、成
    形型の下型の成形面上に移送し、次いで前記軟化したプ
    リフォームを前記下型の成形面と上型の成形面とで押圧
    成形する請求項９に記載の製造方法。
11. 【請求項１１】 予熱して軟化したプリフォームの吸引
    保持を、成形型の上型の成形面近傍に設けた吸引口から
    の吸引により行う請求項１〜７のいずれか１項に記載の
    製造方法。
12. 【請求項１２】 前記成形型の上型の成形面近傍に吸引
    保持された軟化したプリフォームの下に前記成形型の下
    型を移動し、又は成形型の上型の成形面近傍に吸引保持
    された軟化したプリフォームを前記成形型の下型の成形
    面の上に移動し、次いで前記上型の成形面と下型の成形
    面とで押圧成形する請求項１１に記載の製造方法。
13. 【請求項１３】 予熱して軟化したプリフォームを、該
    プリフォームの外径より小さい内径を有するリング状載
    置具に載せ、前記予熱した成形型に移送する請求項１〜
    ７のいずれか１項に記載の製造方法。
14. 【請求項１４】 予熱して１０^5.5〜１０^9.0ポアズの粘
    度に軟化したガラスゴブを、予熱した成形型に移送し、
    移送されたガラスゴブを前記成形型で押圧成形すること
    によりガラス光学素子を製造する方法であって、 前記ガラスゴブの予熱は、上方開口部を有し、かつ該上
    方開口部に少なくとも一つの気流供給用開口を有するグ
    ラッシーカーボン浮上治具上で、前記ガラスゴブを前記
    開口から流出する気流により浮上させながら行うことを
    特徴とするガラス光学素子の製造方法。