JP4088451B2 - ガラス光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の被成形ガラス素材を加熱軟化した後にプレス成形して所定形状のガラス光学素子を製造する方法であって、特に複数の被成形ガラス素材を同時に加熱軟化及びプレス成形できる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学レンズ等の製造分野では、プレス後に研磨をすることなしに高精度の光学レンズを製造するための製造装置及び製造方法が実用されている。例えば、ガラス素材を予備成形したガラスプリフォームをガラス軟化点程度にまで予備加熱し、別途、加熱した成形型で成形して、所望の光学ガラス形状に成形する方法及び装置が知られている（特開２００１−１０８２９号公報、特開平８−１３３７５８号公報、特開平８−１３３７５６号公報等）。
【０００３】
ガラス光学素子の製造装置は、ガラスプリフォームを効率的に浮上搬送をするため、ガラスプリフォームを浮上保持して各処理位置へ移送するアームを有している。このアームは、その先端側に浮上皿を有し、アーム内を貫通して設けられているガス供給路を介して、窒素その他の不活性ガスが前記浮上皿に供給され、これによって浮上皿上でガラスプリフォームの浮上保持が可能になる。
【０００４】
上記アームの一形態として、複数のガラスプリフォームを同時に浮上させることができるように１つのアーム上に複数の浮上皿を設けたものがある。このアームは、アームを前記浮上皿の並びに沿って２分割可能な一対のアーム分割体で構成され、浮上皿も各アーム分割体に支持される浮上皿分割体で構成される。浮上皿分割体は、対向するアーム分割体を相互に突き合わせる（一体化する）ことにより突き合わされ、１つ１つの浮上皿を構成する。そして、一体化したアーム分割体を分割することによって、２つのアーム分割体及び各浮上皿分割体の隙間から浮上皿上のガラスプリフォームを下型の成形面に落下供給する。
【０００５】
上記アームの浮上皿上でガラスプリフォームを安定して浮上させるためには、不活性ガスの供給路より浮上皿内に安定した流量の浮上用ガスを供給する必要がある。このため、アーム分割体を互いに突き合せたときに、対向する浮上皿分割体が隙間なく突き合わされるようにして、浮上皿以外に浮上用ガスが漏れることを防止しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アーム分割体が突合せ面で隙間なく突き合わせた状態で、アームを外側から加熱すると、アームの表面付近は加熱により次第に昇温する。これに対し、アームの内部は、浮上ガスがアーム内を貫通して設けられているガス供給路を流通しており、かつこのガスは加熱温度よりも低いため、アーム表面付近よりも低温となる。このため、アーム内部と表面付近の間に温度差が生じ、アーム駆動手段から遠いアームの先端では、各アーム分割体が突合せ面に対する反りを生じる。その結果、浮上皿分割体の突合せ面にも隙間ができてしまう。その結果、この隙間から浮上用ガスが漏れて、アームの先端寄りの浮上皿上ではガラスプリフォームの安定した浮上保持が困難になり、ガラスプリフォームが浮上皿に融着してしまう場合もある。特にこの現象は、一本のアーム長手方向に設けられる浮上皿数が多くなり、アームが長くなればなるほど顕著になる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、対向するアーム分割体上に設けられた浮上皿分割体を突き合せることで形成された浮上皿で被成形ガラス素材を浮上軟化させることを含むガラス光学素子の製造方法において、被成形ガラス素材を加熱軟化する際においても、浮上皿分割体の突合せ面に隙間を生じることなく、浮上皿上で被成形ガラス素材を安定して浮上保持できるガラス光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、アーム加熱時に浮上皿分割体の突合せ面での隙間の発生を抑制するために、アーム分割体の加熱前後の反りとアーム分割体の突合せ面の隙間の発生の関係について鋭意検討した。その結果、本発明者らは、アーム分割体の先端部における突合せ面の隙間とアームが支持されているアーム駆動手段に近い側の突合せ面の隙間とを調整することにより、アーム加熱時の浮上皿分割体の突合せ面の隙間を抑制し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のガラス光学素子の製造方法は、複数の被成形ガラス素材を、前記複数の被成形ガラス素材を保持するための複数の浮上皿が一列に配置されたアーム上の前記浮上皿において、前記浮上皿に形成された受け部から噴出される気体で浮上させながら加熱軟化した後、前記アームを前記複数の浮上皿の並びに沿って平行に分割することにより、前記加熱軟化された複数の被成形ガラス素材を、複数の成形面が一列に配置された上型及び下型を有する成形型の下型の成形面にそれぞれ同時に落下供給し、前記落下供給された複数の被成形ガラス素材を、前記下型及び上型の複数の成形面でそれぞれ同時にプレス成形することにより複数のガラス光学素子を得るガラス光学素子の製造方法であって、前記アームは、前記複数の浮上皿の並びに沿って平行に分割される一対のアーム分割体からなり、前記アーム分割体は、前記一対のアーム分割体を各アーム分割体の突合せ面で互いに突き合せて一体化したときに、前記複数の浮上皿を形成する複数の浮上皿分割体を備え、一端がアーム分割体を駆動するためのアーム駆動手段に支持されており、前記アームは、室温において、前記アーム駆動手段に支持されている側の末端の前記突合せ面は所定の隙間を有し、反対側の末端の前記突合せ面は隙間なく突き合せられるように前記アーム駆動手段に支持されることを特徴とする。
【００１０】
本発明のガラス光学素子の製造方法では、室温においてアーム駆動手段に支持されている側のアーム末端の突合せ面が所定の隙間を有し、かつ反対側の末端の突合せ面が隙間なく突き合せられるような状態で、アーム分割体をアーム駆動手段に支持する。この状態でアームを外側から加熱すると、被成形ガラス素材の加熱軟化温度付近において各アーム分割体の対向する突合せ面の隙間がほぼゼロになる。その結果、被成形ガラス素材の加熱軟化時の浮上用ガスの漏出を防止でき、被成形ガラス素材の浮上皿への融着のない、安定した浮上保持が可能となる。
【００１１】
本発明の好ましい態様としては、前記アーム分割体の突合せ面の末端部における所定間隔が、アーム分割体の突合せ面の長さに対して１／２０００〜１／２００の長さであることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のガラス光学素子の製造方法（以下、「本発明」という）を図面を参酌しながらさらに詳細に説明する。
【００１３】
先ず、本発明で使用されるアームについて図１乃至図３を参酌しながら説明する。図１は、本発明で使用されるアームの平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図、図３はアームにおける気体の供給路及び通路を示す説明図である。図１に示されるアーム２は、耐熱性の高い金属、例えばステンレス合金により形成される長尺状部材である。アーム２は、複数の浮上皿４の並びに沿って平行に分割可能な一対のアーム分割体２ａ、２ｂからなる。アーム分割体２ａ、２ｂは、ガラス製造装置の加熱室から通路を介して成形室に搬送することができるよう、所定の長さを有する。
なお、上記加熱室及び成形室については、図１には示されていないが、加熱室は、浮上皿４上の被成形ガラス素材をプレスに先立って予備加熱するための部屋であり、形成室は、予備加熱された被成形ガラス素材をプレスして所望の形状の光学ガラスを成形するための部屋である。
以下の説明では便宜上、アーム分割体２ａ、２ｂの長さ方向における各部分、すなわち、アーム分割体の先端側の複数の浮上皿４が配置されている部分、末端側のアーム分割体２ａ、２ｂを支持する部分（支持部）、及びこれらの中間部分を、それぞれ浮上皿設置領域I、支持領域III、及び中間領域IIと呼ぶ。
【００１４】
浮上皿設置領域Iは、上記加熱室に設けられた加熱炉内に置かれて加熱され、各浮上皿４上の被成形ガラス素材を加熱軟化するために用いられる領域である。浮上皿設置領域Ｉの長さは、浮上皿４の個数、各浮上皿４を配置する間隔などに応じて適宜設計される。
浮上皿設置領域Iにおいて、アーム分割体２ａ、２ｂは、それぞれ突合せ面１２ａ、１２ｂを有する（図２参照）。突合せ面１２ａ、１２ｂは、アーム分割体２ａ、２ｂが互いに対向した状態で突き合わせることができるように構成され、この突合せ面１２ａ、１２ｂの長手方向に浮上皿分割体４ａ、４ｂが設置される。アーム分割体２ａ、２ｂが突合せ面１２ａ、１２ｂで互いに突き合わされたとき、浮上皿分割体４ａ、４ｂは互いに隙間なく突き合わされて浮上皿４を構成する。
【００１５】
アーム分割体２ａ、２ｂの内部には、図２及び図３に示されるように、各浮上皿４内に気体を導くための供給路１４が形成されている。供給路１４は、くり貫き治具などを用いてアーム分割体２ａ、２ｂに孔を開け、適宜端部を閉じることにより、この供給路を形成することができる。供給路１４は、アーム分割体２ａ、２ｂの内部でその支持領域IIIから浮上皿設置領域Ｉへ向けて延びている。供給路１４の支持領域III側の端部は、アーム分割体２ａ、２ｂの外部と連絡して、気体（例えば、窒素など）の供給源（図示せず）に接続される。一方、供給路１４の浮上皿設置領域Ｉ側は、通路１６を介して各浮上皿４Ａ〜４Ｆ内に連通されている。前記供給源からの不活性ガスは、各々の供給路１４と通路１６を通って、各々の浮上皿４Ｆから４Ａまでの順に導かれる。供給路１４の直径は、浮上皿４での被成形ガラス素材を浮上させるのに必要十分な量の不活性ガスを供給できる大きさとすることが好ましい（例えば、供給路１４の直径を３ｍｍ、通路１６の直径を２ｍｍとすることができる）。
【００１６】
浮上皿４は、被成形ガラス素材１０を噴出口から噴出される気体により浮上しながら保持することができる。浮上皿４は、被成形ガラス素材１０を浮上保持するための、すり鉢状の受け部６を有しており、この受け部６から気体を噴出させて被成形ガラス素材１０を浮上保持することができる。浮上皿４の個数は、成形面が一列に配置された成形型に対応して適宜決定される。例えば、本発明の一実施例では、浮上皿４は４Ａ〜４Ｆまでの６個であるが、本発明における浮上皿４の個数はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示す態様のように浮上皿４の個数を４つにすることもできる。
【００１７】
浮上皿４の受け部６には、アーム分割体２ａ、２ｂの内部に設けられた供給路１４及び通路１６を介して気体が供給され、噴出する気体により、被成形ガラス素材１０は、浮上皿４の受け部６内で僅かに浮上されながら加熱軟化される。
【００１８】
アーム分割体２ａ、２ｂは、支持領域IIIにおいてアーム駆動手段８により支持される。アーム駆動手段８は開閉機構を有しており、この開閉機構により一体化されていたアーム分割体２ａ、２ｂが分割されると、浮上皿４を構成する各浮上皿分割体４ａ、４ｂも分割され相互に開かれる。これにより受け部６で浮上保持されていた被成形ガラス素材１０は、浮上皿４の下側に設けられた下型の成形面に落下供給される。複数の受け部６に被成形ガラス素材１０が浮上保持されており、かつ、複数の成形面が一列に配置されてなる下型を用いる場合には、前記被成形ガラス素材１０の落下供給は各下型の成形面について同時に行われる。
【００１９】
次にアーム分割体２ａ、２ｂの支持部（支持領域III）をアーム駆動手段８に支持させる方法について、図４を参酌しながら以下に説明する。
複数の浮上皿４Ａ〜４Ｆ上で複数の被成形ガラス素材１０を安定して浮上させるためには、複数の被成形ガラス素材１０を加熱軟化する温度において、各アーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面１２ａ、１２ｂを突き合わせて構成される複数の浮上皿４Ａ〜４Ｆの前記突合せ面１２ａ、１２ｂに隙間が生じないようにする必要がある。
本発明では、上記目的を達成するために、室温において、アーム駆動手段８に支持されている側の末端の突合せ面２０ａ、２０ｂが所定の隙間を有し、かつ、反対側の末端の突合せ面１８ａ、１８ｂが隙間なく突き合わせられるように、アーム分割体２ａ、２ｂの支持部（支持領域III）をアーム駆動手段８に支持させる。
すなわち、本発明では図４（ａ）に示されるように、アーム分割体２ａの突合せ面２０ａとアーム分割体２ｂの突合せ面２０ｂとが所定の間隔ｗを保ち、かつ、アーム分割体２ａの突合せ面１８ａとアーム分割体２ｂの突合せ面１８ｂとを互いに突合わせて突合せ面１８ａ、１８ｂの隙間（浮上皿４Ａの隙間）をゼロとした状態で各アーム分割体２ａ、２ｂの支持部（支持領域III）をアーム駆動手段８に支持させる。
このとき、アーム分割体２ａとアーム分割体２ｂとは、アーム駆動手段８により互いに所定の圧力で互いに押し合う状態に突き合わされていることが好ましい。例えば、アーム分割体２ａ、２ｂは、各々２〜３ｋｇｆ程度の力で互いに押し合わせることができる。
【００２０】
上記アーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面２０ａ、２０ｂの所定の隙間ｗは、広すぎると、被成形ガラス素材の加熱軟化温度において、アーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面２０ａ、２０ｂが突き合うことができずに、隙間が空いてしまう。一方、所定の隙間ｗが狭すぎると、被成形ガラス素材の加熱軟化温度において、浮上皿設置領域Ｉで生じる歪により、突合せ面１８ａ、１８ｂに隙間が生じてしまう。
所定の隙間ｗを決定するに際しては、アーム分割体２ａ、２ｂの温度特性（熱膨張率係数）、突合せ面１２ａ、１２ｂの長さ、アーム分割体２ａ、２ｂの幅、アーム分割体２ａ、２ｂの全長などが考慮される。本発明では、アーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面１２ａ、１２ｂの長さを基準に所定の隙間ｗを決定する。
すなわち、本発明における所定の隙間ｗは、アーム分割体の突合せ面１２ａ、１２ｂの長さ（浮上皿設置領域Ｉの長さ）に対して、１／２０００〜１／２００の長さであることが好ましく、１／１０００〜１／３００の長さであることがさらに好ましい。
【００２１】
各アーム分割体２ａ、２ｂは、図４（ａ）に示されるような状態で、その支持部（支持領域III）をアーム駆動手段８に取り付けた後、浮上皿設置領域Iが製造装置の加熱室（図示せず）で加熱される。浮上皿設置領域Iの外部表面は、加熱されて温度が次第に上昇する。一方、浮上皿設置領域Iの内部は、供給路１４及び通路１６を介して気体（不活性ガス）が供給されるため、浮上皿設置領域Iの内部温度は、浮上皿設置領域Iの外部温度よりも低い。その結果、浮上皿設置領域Iの内外部に温度差が生じ、浮上皿設置領域Iのアーム分割体２ａ、２ｂが互いに内側に歪み（反り）を生じる（図４（ｂ）参照）。この際、浮上皿設置領域Iのアーム駆動手段に支持されている側の末端の突合せ面２０ａ、２０ｂの所定の間隔ｗ（浮上皿４Ｆの隙間）は、アーム分割体２ａ、２ｂの歪により加熱前よりも狭くなる。浮上皿設置領域Iの加熱温度がさらに上昇すると、浮上皿設置領域Iのアーム分割体２ａ、２ｂの歪みはさらに大きくなり、図４（ｃ）に示されるように、浮上皿設置領域Iのアーム分割体２ａ、２ｂどうしが完全に接触するようになり、前記所定の隙間ｗ（浮上皿４Ｆの隙間）は、ほぼゼロになる。
【００２２】
浮上皿設置領域Iの前記所定の隙間ｗの調整は、前記隙間ｗを維持し得る公知の工具及び方法を用いて行うことができる。例えば、アーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面の末端部２０ａ、２０ｂに所定幅を有するスペーサを挟持させた後、微調整をして前記所定の間隔ｗを維持することができる。
すなわち、アーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面２０ａ、２０ｂに隙間ｗよりもやや幅広のスペーサを挟持させた状態でアーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面２０ａ、２０ｂの外側から押圧固定する。なお、押圧固定には公知の工具（例えば万力）を使用することができる。次いで、突合せ面１８ａ、１８ｂを突き合せた状態で突合せ面１８ａ、１８ｂの外側から押圧固定する。このようにアーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂを押圧固定した状態で、アーム分割体２ａ、２ｂの微調整（例えば、取付ねじの微調整）を適宜行い、隙間の幅をｗにする。その後、アーム分割体２ａ、２ｂの押圧固定を解除した後、突合せ面２０ａ、２０ｂからスペーサを取り外す。こうして調整されたアーム分割体２ａ、２ｂは、突合せ面１８ａ、１８ｂは隙間がほぼゼロであり、かつ突合せ面２０ａ、２０ｂでは隙間ｗを有する。
【００２３】
次に本発明の製造方法の各製造工程について説明する。
本発明では、最初に複数の被成形ガラス素材を、前記複数の被成形ガラス素材を保持するための複数の浮上皿が一列に配置されたアーム上の前記浮上皿において、前記浮上皿に形成された受け部から噴出される気体で浮上させながら加熱軟化させる。
本発明で用いられる被成形ガラス素材は、従来から公知の種類及び形状等のガラス素材である。このような被成形ガラス素材としては、例えば、ガラスプリフォームやガラスゴブを挙げることができる。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かできる。さらに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被成形ガラス素材として用いることもできる。
【００２４】
ガラス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、成形品の中心がプリフォームの被成形面と最初に接触するような形状と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。
一方、ガラスゴブは、溶融ガラスを所定容量に分割したガラス塊である。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冷間又は熱間で成形したものである。
なお、ガラスプリフォーム又はゴブの容量は最終製品の容量よりわずかに大きくし、後工程で芯取りすることにより、最終外径を決めることもできる。
【００２５】
被成形ガラス素材は、プレス成形して得られるガラス光学素子が良好な面精度及び表面状態を維持できるように、所望の粘度となる温度で加熱軟化される。好ましくは、被成形ガラス素材は１０6〜１０8ポアズの範囲の粘度となるような温度で加熱軟化される。
【００２６】
本発明における被成形ガラス素材の加熱軟化は、被成形ガラス素材１０を、アーム２上の浮上皿４に形成させた受け部６から噴出される気体により浮上させながら行う（図２参照）。被成形ガラス素材１０を気体により浮上させることで、浮上皿４の内面と被成形ガラス素材１０の両面にガスのレイヤーを形成でき、かつ被成形ガラス素材１０の形状を維持しつつ加熱軟化できる。その結果、浮上皿４の内面と被成形ガラス素材１０との融着を生じることなしに、被成形ガラス素材１０を加熱軟化できる。また、被成形ガラス素材１０がガラスゴブであり、不規則な形状で表面にシワ等の表面欠陥がある場合でも、加熱軟化しながら気流により浮上させることで、形状を整え、表面欠陥を消去することも可能である。
【００２７】
被成形ガラス素材１０の浮上のために用いる気体としては、特に制限はない。但し、加熱軟化した被成形ガラス素材１０が浮上皿４と反応しないこと、さらに、加熱した浮上皿４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（不活性ガス）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。
気体の流量は、気流を、浮上皿４の噴出口の形状や被成形ガラス素材１０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、気体流量は０．００５〜２０リットル／分の範囲が被成形ガラス素材の浮上に適している。但し、気体流量が０．００５リットル／分未満であると、被成形ガラス素材１０の重量が３００ｍｇ以上の場合、被成形ガラス素材１０を十分に浮上させることができない場合がある。また、気体流量が２０リットル／分を超えると、被成形ガラス素材１０の重量が２０００ｍｇ以上の場合でも、浮上皿４上の被成形ガラス素材１０が大きく揺れて、加熱軟化の際に被成形ガラス素材１０がガラスプリフォームの場合、その形状が変化することがあるからである。
【００２８】
アーム２の複数の浮上皿４上で浮上保持されて加熱軟化された、複数の被成形ガラス素材１０は、その後、アーム２を複数の浮上皿４の並びに沿って平行に分割することにより、複数の成形面が一列に配置された複数の下型（図示せず）の成形面に同時に落下供給され、この下型の成形面と上型の成形面とにより同時にプレス成形される。
アーム２は、アーム分割体２ａ、２ｂに平行に分割されるように構成され、アーム２をアーム分割体２ａ、２ｂに分割すると、浮上皿４も浮上皿分割体４ａ、４ｂにそれぞれ分割される。このようにアーム２を分割し平行に開くことにより、複数の浮上皿４の受け部６で浮上保持していた、加熱軟化された複数個の被成形ガラス素材を下方に同時に落下させることができる。
【００２９】
本発明で用いられる成形型は、少なくとも上型及び下型を有し、下型の成形面で加熱軟化された被成形ガラス素材の落下供給を受ける。成形型は、炭化ケイ素、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により被覆されたものを使用することができる。特に、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て、仕上がり形状に加工した後、イオンプレーティング法等によりｉ−カーボン膜等の非晶質及び／又は結晶質のグラファイト及び／又はダイヤモンドの単一成分層又は混合層からなる炭素膜を形成したものが好ましい。その理由は、成形型温度を比較的高温にして成形しても、融着が起こらないこと及び、離型性がよいため比較的高温で容易に離型できることによる。
【００３０】
本発明で用いられる上型及び下型は、プレス成形を開始するに際し、加熱して所定の温度に維持する。プレス成形時における上型及び下型の温度は、予熱された被成形ガラス素材の温度とほぼ同一であってもよいが、サイクルタイムの短縮のためには被成形ガラス素材の予熱温度よりも低いことが好ましい。
【００３１】
上記成形型でプレス成形されたガラス光学素子は、搬出装置（図示せず）により装置外へ搬出される。搬出時には、例えば吸着パッドを用いて成形されたガラス光学素子を真空吸着して搬出することができる。これにより、高精度にプレス成形されたガラス光学素子が得られる。
【００３２】
【実施例】
本発明の製造方法について実施例によりさらに詳細に説明する。
本発明による効果を検証するため、前記実施の形態で説明した本発明の製造方法によりアーム駆動手段に支持されたアームと、他の態様でアーム駆動手段に支持されたアーム（比較例）について、浮上実験とガラス光学素子の製造を行なった。
【００３３】
（実施例１）
＜アーム分割体のアーム駆動手段への支持＞
実施例１では、次の方法に従って各アーム分割体の支持部をアーム駆動手段に支持させた。
先ず、一対のアーム分割体を、各々の突合せ面で突き合わせることにより、アーム分割体の先端部と末端部の隙間をゼロに調整した。次いで、各アーム分割体の供給路及び通路を介してアーム分割体内に９８％Ｎ2＋２％Ｈ2ガスを送り込み、アームの浮上皿取付位置において、被成形ガラス素材の浮上を確認しながら６つの浮上皿をアームの浮上皿取付位置に取り付けた。次いで、アーム分割体の突合せ面の末端部に０．４ｍｍのスペーサを挟持させた後、この末端部の外側からシャコ万力を用いて内側に押圧した。同様に、アーム分割体の突合せ面の先端部も外側からシャコ万力を用いて内側に押圧した。この状態で、アーム取付ボルトを緩めた後、再度ボルトを締め直した。その後、シャコ万力をアームから取り外し、さらにスペーサを取り除いた。最後に、アーム分割体の突合せ面の末端部の隙間を測定した。隙間の大きさは０．４ｍｍであった。
【００３４】
＜光学レンズの成形＞
実施例１では被成形ガラス素材としてＭ−ＢａＣＤ１２（両凸レンズ用）の球状のゴブ１ｇを用いた。上型と下型は、それぞれ炭化ケイ素（ＳｉＣ）焼結体からなり、成形面にＣＶＤ法による炭化ケイ素膜を形成した成形型を６個、タングステン系合金の成形母型で保持する構造により、複数の形成面を有する。また、この成形面にはさらに、５００Åの厚さのダイヤモンドライクカーボン膜及び／又はｉ−カーボン膜が形成されている。上型及び下型は、同軸上にセットされ、プレス成形の際は、上型と下型とこれを互いの同軸を維持するようにガイドする案内型（図示せず）とにより成形型が構成される。
上型と下型における各々の複数の成形面は、それぞれ一列になるように構成されるとともに、上型成形面と下型成形面の光学中心が一致するように対向して配置した。上型及び下型の加熱は、誘導加熱コイルによって行い、下型内に挿入した型測温用熱電対で制御した。このとき、誘導加熱されにくい炭化ケイ素からなる成形型を、誘導加熱され得るタングステン系合金からなる成形母型で保持する構造により、誘導加熱された成形母型からの熱伝導により成形型及びその成形面が加熱される。
アームの浮上皿上には、９８％Ｎ2＋２％Ｈ2ガスの噴出により６つ（先端側からＡ〜Ｆ）の被成形ガラス素材を浮上保持するようにした。
【００３５】
製造装置の成形室内を真空排気した後、９８％Ｎ2＋２％Ｈ2ガスを導入し、同ガス雰囲気とした後、誘電加熱コイルにより上型及び下型を加熱し、型測温用熱電対で測温した上型及び下型の温度が、ゴブの粘度が１０9ポアズとなる温度に相当する５６０℃になるまで加熱し、同温度で保持した。なお、このとき上型と下型は離間した状態でそれぞれ加熱され、成形の際に前記案内型と共に一体の成形型となる。
一方、加熱室の加熱装置により、アーム上のゴブの温度をゴブの粘度が１０7.8〜１０6.4ポアズになる温度に相当する５９０〜６３０℃までの各温度で加熱保持した。なお、ガラスゴブを浮上させるための供給ガスは１分当たり２Ｌであった。
このときの各条件及び各浮上皿上でのゴブの浮上状態をそれぞれ表１及び表２に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
装置上方から覗いて観察したところ、実施例１では浮上皿Ａ〜Ｆのいずれにおいても浮上皿分割体の突合せ面における隙間が実質的にゼロとなり、浮上皿Ａ〜Ｆにおけるゴブの浮上は良好であった。
【００３９】
次いで、加熱軟化した複数個のゴブを浮上保持したアームを下型の直上まで速やかに移動させ、下型の成形面に加熱軟化したゴブを同時に落下供給した。その後、ゴブを１０秒間１００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレス成形して所定の肉厚とした後、圧力を一気に５０ｋｇ／ｃｍ2とすると同時に、この圧力で保持したガラス成形体及び成形型を、誘導加熱コイルを断電することで徐冷して、型測温用熱電対で測温した上型及び下型の温度が離型時型温度に相当する温度になったところで、成形型からガラス成形体（ガラス光学素子）を取り出した（圧力、温度については表１参照）。
【００４０】
（比較例１）
実施例１におけるアーム分割体の支持部のアーム駆動装置への支持方法を変えた以外は実施例１と同様の加熱浮上試験を行った。浮上条件、温度等の条件を表１に示す。
比較例１における支持方法は、アーム分割体の突合せ面の先端部及び末端部の隙間をゼロにした状態で、アーム分割体の支持部をアーム駆動装置に取り付けた。各浮上皿上でのゴブの浮上状態を表３に示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】
装置上方から覗いて観察したところ、アーム先端部に隙間が約０．５ｍｍ程度認められた。また表２から分かるように、比較例１では、先端側から４つ（Ａ〜Ｄ）までの浮上皿では、隙間が生じて浮上ガスが漏れ、被成形ガラス素材の融着又は浮上皿との接触痕が発生した。
【００４３】
（実施例２及び比較例２）
前記実施例１及び比較例１と同様の条件で、ガラス光学素子の形成を繰り返し８回行い、成形後のガラス光学素子の表面を観察した。その結果を表４に示す。なお、表４では、外観不良とされる長さ約０．４ｍｍのキズが認められたものの個数をカウントした。結果を表４に示す。
【００４４】
【表４】
【００４５】
表４より本発明の製造方法で製造された光学レンズの表面には外観不良となるような傷は１つも見られなかった。これに対し、比較例２では先端の浮上皿で成形されたガラス光学素子ほど外観不良のレンズが目立った。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、被成形ガラス素材の加熱の際に被成形ガラス素材を浮上保持する浮上皿からの浮上ガスの漏出を防止することができる。したがって、本発明によれば、被成形ガラス素材の浮上皿への融着を防止し、浮上皿上で被成形ガラス素材の安定した保持が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例で使用されるアームの平面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】 アーム分割体における不活性ガスの供給路及び通路を示す説明図である。
【図４】 加熱時のアーム分割体の状態の変化を示す説明図である。
【図５】 本発明の一実施例で使用されるアームの別の態様の平面図である。
【符号の説明】
２ アーム
２ａ、２ｂ アーム分割体
４ 浮上皿
４ａ、４ｂ 浮上皿分割体
６ 受け部
８ アーム駆動装置
１０ 被成形ガラス素材
１２ａ、１２ｂ 突合せ面
１４ 供給路
１６ 通路
１８ａ、１８ｂ 突合せ面
２０ａ、２０ｂ 突合せ面
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の被成形ガラス素材を加熱軟化した後にプレス成形して所定形状のガラス光学素子を製造する方法であって、特に複数の被成形ガラス素材を同時に加熱軟化及びプレス成形できる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学レンズ等の製造分野では、プレス後に研磨をすることなしに高精度の光学レンズを製造するための製造装置及び製造方法が実用されている。例えば、ガラス素材を予備成形したガラスプリフォームをガラス軟化点程度にまで予備加熱し、別途、加熱した成形型で成形して、所望の光学ガラス形状に成形する方法及び装置が知られている（特開２００１−１０８２９号公報、特開平８−１３３７５８号公報、特開平８−１３３７５６号公報等）。
【０００３】
ガラス光学素子の製造装置は、ガラスプリフォームを効率的に浮上搬送をするため、ガラスプリフォームを浮上保持して各処理位置へ移送するアームを有している。このアームは、その先端側に浮上皿を有し、アーム内を貫通して設けられているガス供給路を介して、窒素その他の不活性ガスが前記浮上皿に供給され、これによって浮上皿上でガラスプリフォームの浮上保持が可能になる。
【０００４】
上記アームの一形態として、複数のガラスプリフォームを同時に浮上させることができるように１つのアーム上に複数の浮上皿を設けたものがある。このアームは、アームを前記浮上皿の並びに沿って２分割可能な一対のアーム分割体で構成され、浮上皿も各アーム分割体に支持される浮上皿分割体で構成される。浮上皿分割体は、対向するアーム分割体を相互に突き合わせる（一体化する）ことにより突き合わされ、１つ１つの浮上皿を構成する。そして、一体化したアーム分割体を分割することによって、２つのアーム分割体及び各浮上皿分割体の隙間から浮上皿上のガラスプリフォームを下型の成形面に落下供給する。
【０００５】
上記アームの浮上皿上でガラスプリフォームを安定して浮上させるためには、不活性ガスの供給路より浮上皿内に安定した流量の浮上用ガスを供給する必要がある。このため、アーム分割体を互いに突き合せたときに、対向する浮上皿分割体が隙間なく突き合わされるようにして、浮上皿以外に浮上用ガスが漏れることを防止しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アーム分割体が突合せ面で隙間なく突き合わせた状態で、アームを外側から加熱すると、アームの表面付近は加熱により次第に昇温する。これに対し、アームの内部は、浮上ガスがアーム内を貫通して設けられているガス供給路を流通しており、かつこのガスは加熱温度よりも低いため、アーム表面付近よりも低温となる。このため、アーム内部と表面付近の間に温度差が生じ、アーム駆動手段から遠いアームの先端では、各アーム分割体が突合せ面に対する反りを生じる。その結果、浮上皿分割体の突合せ面にも隙間ができてしまう。その結果、この隙間から浮上用ガスが漏れて、アームの先端寄りの浮上皿上ではガラスプリフォームの安定した浮上保持が困難になり、ガラスプリフォームが浮上皿に融着してしまう場合もある。特にこの現象は、一本のアーム長手方向に設けられる浮上皿数が多くなり、アームが長くなればなるほど顕著になる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、対向するアーム分割体上に設けられた浮上皿分割体を突き合せることで形成された浮上皿で被成形ガラス素材を浮上軟化させることを含むガラス光学素子の製造方法において、被成形ガラス素材を加熱軟化する際においても、浮上皿分割体の突合せ面に隙間を生じることなく、浮上皿上で被成形ガラス素材を安定して浮上保持できるガラス光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、アーム加熱時に浮上皿分割体の突合せ面での隙間の発生を抑制するために、アーム分割体の加熱前後の反りとアーム分割体の突合せ面の隙間の発生の関係について鋭意検討した。その結果、本発明者らは、アーム分割体の先端部における突合せ面の隙間とアームが支持されているアーム駆動手段に近い側の突合せ面の隙間とを調整することにより、アーム加熱時の浮上皿分割体の突合せ面の隙間を抑制し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のガラス光学素子の製造方法は、複数の被成形ガラス素材を、前記複数の被成形ガラス素材を保持するための複数の浮上皿が一列に配置されたアーム上の前記浮上皿において、前記浮上皿に形成された受け部から噴出される気体で浮上させながら加熱軟化した後、前記アームを前記複数の浮上皿の並びに沿って平行に分割することにより、前記加熱軟化された複数の被成形ガラス素材を、複数の成形面が一列に配置された上型及び下型を有する成形型の下型の成形面にそれぞれ同時に落下供給し、前記落下供給された複数の被成形ガラス素材を、前記下型及び上型の複数の成形面でそれぞれ同時にプレス成形することにより複数のガラス光学素子を得るガラス光学素子の製造方法であって、前記アームは、前記複数の浮上皿の並びに沿って平行に分割される一対のアーム分割体からなり、前記アーム分割体は、前記一対のアーム分割体を各アーム分割体の突合せ面で互いに突き合せて一体化したときに、前記複数の浮上皿を形成する複数の浮上皿分割体を備え、一端がアーム分割体を駆動するためのアーム駆動手段に支持されており、前記アームは、室温において、前記アーム駆動手段に支持されている側の末端の前記突合せ面は所定の隙間を有し、反対側の末端の前記突合せ面は隙間なく突き合せられるように前記アーム駆動手段に支持されることを特徴とする。
【００１０】
本発明のガラス光学素子の製造方法では、室温においてアーム駆動手段に支持されている側のアーム末端の突合せ面が所定の隙間を有し、かつ反対側の末端の突合せ面が隙間なく突き合せられるような状態で、アーム分割体をアーム駆動手段に支持する。この状態でアームを外側から加熱すると、被成形ガラス素材の加熱軟化温度付近において各アーム分割体の対向する突合せ面の隙間がほぼゼロになる。その結果、被成形ガラス素材の加熱軟化時の浮上用ガスの漏出を防止でき、被成形ガラス素材の浮上皿への融着のない、安定した浮上保持が可能となる。
【００１１】
本発明の好ましい態様としては、前記アーム分割体の突合せ面の末端部における所定間隔が、アーム分割体の突合せ面の長さに対して１／２０００〜１／２００の長さであることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のガラス光学素子の製造方法（以下、「本発明」という）を図面を参酌しながらさらに詳細に説明する。
【００１３】
先ず、本発明で使用されるアームについて図１乃至図３を参酌しながら説明する。図１は、本発明で使用されるアームの平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図、図３はアームにおける気体の供給路及び通路を示す説明図である。図１に示されるアーム２は、耐熱性の高い金属、例えばステンレス合金により形成される長尺状部材である。アーム２は、複数の浮上皿４の並びに沿って平行に分割可能な一対のアーム分割体２ａ、２ｂからなる。アーム分割体２ａ、２ｂは、ガラス製造装置の加熱室から通路を介して成形室に搬送することができるよう、所定の長さを有する。
なお、上記加熱室及び成形室については、図１には示されていないが、加熱室は、浮上皿４上の被成形ガラス素材をプレスに先立って予備加熱するための部屋であり、形成室は、予備加熱された被成形ガラス素材をプレスして所望の形状の光学ガラスを成形するための部屋である。
以下の説明では便宜上、アーム分割体２ａ、２ｂの長さ方向における各部分、すなわち、アーム分割体の先端側の複数の浮上皿４が配置されている部分、末端側のアーム分割体２ａ、２ｂを支持する部分（支持部）、及びこれらの中間部分を、それぞれ浮上皿設置領域I、支持領域III、及び中間領域IIと呼ぶ。
【００１４】
浮上皿設置領域Iは、上記加熱室に設けられた加熱炉内に置かれて加熱され、各浮上皿４上の被成形ガラス素材を加熱軟化するために用いられる領域である。浮上皿設置領域Ｉの長さは、浮上皿４の個数、各浮上皿４を配置する間隔などに応じて適宜設計される。
浮上皿設置領域Iにおいて、アーム分割体２ａ、２ｂは、それぞれ突合せ面１２ａ、１２ｂを有する（図２参照）。突合せ面１２ａ、１２ｂは、アーム分割体２ａ、２ｂが互いに対向した状態で突き合わせることができるように構成され、この突合せ面１２ａ、１２ｂの長手方向に浮上皿分割体４ａ、４ｂが設置される。アーム分割体２ａ、２ｂが突合せ面１２ａ、１２ｂで互いに突き合わされたとき、浮上皿分割体４ａ、４ｂは互いに隙間なく突き合わされて浮上皿４を構成する。
【００１５】
アーム分割体２ａ、２ｂの内部には、図２及び図３に示されるように、各浮上皿４内に気体を導くための供給路１４が形成されている。供給路１４は、くり貫き治具などを用いてアーム分割体２ａ、２ｂに孔を開け、適宜端部を閉じることにより、この供給路を形成することができる。供給路１４は、アーム分割体２ａ、２ｂの内部でその支持領域IIIから浮上皿設置領域Ｉへ向けて延びている。供給路１４の支持領域III側の端部は、アーム分割体２ａ、２ｂの外部と連絡して、気体（例えば、窒素など）の供給源（図示せず）に接続される。一方、供給路１４の浮上皿設置領域Ｉ側は、通路１６を介して各浮上皿４Ａ〜４Ｆ内に連通されている。前記供給源からの不活性ガスは、各々の供給路１４と通路１６を通って、各々の浮上皿４Ｆから４Ａまでの順に導かれる。供給路１４の直径は、浮上皿４での被成形ガラス素材を浮上させるのに必要十分な量の不活性ガスを供給できる大きさとすることが好ましい（例えば、供給路１４の直径を３ｍｍ、通路１６の直径を２ｍｍとすることができる）。
【００１６】
浮上皿４は、被成形ガラス素材１０を噴出口から噴出される気体により浮上しながら保持することができる。浮上皿４は、被成形ガラス素材１０を浮上保持するための、すり鉢状の受け部６を有しており、この受け部６から気体を噴出させて被成形ガラス素材１０を浮上保持することができる。浮上皿４の個数は、成形面が一列に配置された成形型に対応して適宜決定される。例えば、本発明の一実施例では、浮上皿４は４Ａ〜４Ｆまでの６個であるが、本発明における浮上皿４の個数はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示す態様のように浮上皿４の個数を４つにすることもできる。
【００１７】
浮上皿４の受け部６には、アーム分割体２ａ、２ｂの内部に設けられた供給路１４及び通路１６を介して気体が供給され、噴出する気体により、被成形ガラス素材１０は、浮上皿４の受け部６内で僅かに浮上されながら加熱軟化される。
【００１８】
アーム分割体２ａ、２ｂは、支持領域IIIにおいてアーム駆動手段８により支持される。アーム駆動手段８は開閉機構を有しており、この開閉機構により一体化されていたアーム分割体２ａ、２ｂが分割されると、浮上皿４を構成する各浮上皿分割体４ａ、４ｂも分割され相互に開かれる。これにより受け部６で浮上保持されていた被成形ガラス素材１０は、浮上皿４の下側に設けられた下型の成形面に落下供給される。複数の受け部６に被成形ガラス素材１０が浮上保持されており、かつ、複数の成形面が一列に配置されてなる下型を用いる場合には、前記被成形ガラス素材１０の落下供給は各下型の成形面について同時に行われる。
【００１９】
次にアーム分割体２ａ、２ｂの支持部（支持領域III）をアーム駆動手段８に支持させる方法について、図４を参酌しながら以下に説明する。
複数の浮上皿４Ａ〜４Ｆ上で複数の被成形ガラス素材１０を安定して浮上させるためには、複数の被成形ガラス素材１０を加熱軟化する温度において、各アーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面１２ａ、１２ｂを突き合わせて構成される複数の浮上皿４Ａ〜４Ｆの前記突合せ面１２ａ、１２ｂに隙間が生じないようにする必要がある。
本発明では、上記目的を達成するために、室温において、アーム駆動手段８に支持されている側の末端の突合せ面２０ａ、２０ｂが所定の隙間を有し、かつ、反対側の末端の突合せ面１８ａ、１８ｂが隙間なく突き合わせられるように、アーム分割体２ａ、２ｂの支持部（支持領域III）をアーム駆動手段８に支持させる。
すなわち、本発明では図４（ａ）に示されるように、アーム分割体２ａの突合せ面２０ａとアーム分割体２ｂの突合せ面２０ｂとが所定の間隔ｗを保ち、かつ、アーム分割体２ａの突合せ面１８ａとアーム分割体２ｂの突合せ面１８ｂとを互いに突合わせて突合せ面１８ａ、１８ｂの隙間（浮上皿４Ａの隙間）をゼロとした状態で各アーム分割体２ａ、２ｂの支持部（支持領域III）をアーム駆動手段８に支持させる。
このとき、アーム分割体２ａとアーム分割体２ｂとは、アーム駆動手段８により互いに所定の圧力で互いに押し合う状態に突き合わされていることが好ましい。例えば、アーム分割体２ａ、２ｂは、各々２〜３ｋｇｆ程度の力で互いに押し合わせることができる。
【００２０】
上記アーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面２０ａ、２０ｂの所定の隙間ｗは、広すぎると、被成形ガラス素材の加熱軟化温度において、アーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面２０ａ、２０ｂが突き合うことができずに、隙間が空いてしまう。一方、所定の隙間ｗが狭すぎると、被成形ガラス素材の加熱軟化温度において、浮上皿設置領域Ｉで生じる歪により、突合せ面１８ａ、１８ｂに隙間が生じてしまう。
所定の隙間ｗを決定するに際しては、アーム分割体２ａ、２ｂの温度特性（熱膨張率係数）、突合せ面１２ａ、１２ｂの長さ、アーム分割体２ａ、２ｂの幅、アーム分割体２ａ、２ｂの全長などが考慮される。本発明では、アーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面１２ａ、１２ｂの長さを基準に所定の隙間ｗを決定する。
すなわち、本発明における所定の隙間ｗは、アーム分割体の突合せ面１２ａ、１２ｂの長さ（浮上皿設置領域Ｉの長さ）に対して、１／２０００〜１／２００の長さであることが好ましく、１／１０００〜１／３００の長さであることがさらに好ましい。
【００２１】
各アーム分割体２ａ、２ｂは、図４（ａ）に示されるような状態で、その支持部（支持領域III）をアーム駆動手段８に取り付けた後、浮上皿設置領域Iが製造装置の加熱室（図示せず）で加熱される。浮上皿設置領域Iの外部表面は、加熱されて温度が次第に上昇する。一方、浮上皿設置領域Iの内部は、供給路１４及び通路１６を介して気体（不活性ガス）が供給されるため、浮上皿設置領域Iの内部温度は、浮上皿設置領域Iの外部温度よりも低い。その結果、浮上皿設置領域Iの内外部に温度差が生じ、浮上皿設置領域Iのアーム分割体２ａ、２ｂが互いに内側に歪み（反り）を生じる（図４（ｂ）参照）。この際、浮上皿設置領域Iのアーム駆動手段に支持されている側の末端の突合せ面２０ａ、２０ｂの所定の間隔ｗ（浮上皿４Ｆの隙間）は、アーム分割体２ａ、２ｂの歪により加熱前よりも狭くなる。浮上皿設置領域Iの加熱温度がさらに上昇すると、浮上皿設置領域Iのアーム分割体２ａ、２ｂの歪みはさらに大きくなり、図４（ｃ）に示されるように、浮上皿設置領域Iのアーム分割体２ａ、２ｂどうしが完全に接触するようになり、前記所定の隙間ｗ（浮上皿４Ｆの隙間）は、ほぼゼロになる。
【００２２】
浮上皿設置領域Iの前記所定の隙間ｗの調整は、前記隙間ｗを維持し得る公知の工具及び方法を用いて行うことができる。例えば、アーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面の末端部２０ａ、２０ｂに所定幅を有するスペーサを挟持させた後、微調整をして前記所定の間隔ｗを維持することができる。
すなわち、アーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面２０ａ、２０ｂに隙間ｗよりもやや幅広のスペーサを挟持させた状態でアーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面２０ａ、２０ｂの外側から押圧固定する。なお、押圧固定には公知の工具（例えば万力）を使用することができる。次いで、突合せ面１８ａ、１８ｂを突き合せた状態で突合せ面１８ａ、１８ｂの外側から押圧固定する。このようにアーム分割体２ａ、２ｂの突合せ面１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂを押圧固定した状態で、アーム分割体２ａ、２ｂの微調整（例えば、取付ねじの微調整）を適宜行い、隙間の幅をｗにする。その後、アーム分割体２ａ、２ｂの押圧固定を解除した後、突合せ面２０ａ、２０ｂからスペーサを取り外す。こうして調整されたアーム分割体２ａ、２ｂは、突合せ面１８ａ、１８ｂは隙間がほぼゼロであり、かつ突合せ面２０ａ、２０ｂでは隙間ｗを有する。
【００２３】
次に本発明の製造方法の各製造工程について説明する。
本発明では、最初に複数の被成形ガラス素材を、前記複数の被成形ガラス素材を保持するための複数の浮上皿が一列に配置されたアーム上の前記浮上皿において、前記浮上皿に形成された受け部から噴出される気体で浮上させながら加熱軟化させる。
本発明で用いられる被成形ガラス素材は、従来から公知の種類及び形状等のガラス素材である。このような被成形ガラス素材としては、例えば、ガラスプリフォームやガラスゴブを挙げることができる。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かできる。さらに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被成形ガラス素材として用いることもできる。
【００２４】
ガラス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、成形品の中心がプリフォームの被成形面と最初に接触するような形状と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。
一方、ガラスゴブは、溶融ガラスを所定容量に分割したガラス塊である。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冷間又は熱間で成形したものである。
なお、ガラスプリフォーム又はゴブの容量は最終製品の容量よりわずかに大きくし、後工程で芯取りすることにより、最終外径を決めることもできる。
【００２５】
被成形ガラス素材は、プレス成形して得られるガラス光学素子が良好な面精度及び表面状態を維持できるように、所望の粘度となる温度で加熱軟化される。好ましくは、被成形ガラス素材は１０6〜１０8ポアズの範囲の粘度となるような温度で加熱軟化される。
【００２６】
本発明における被成形ガラス素材の加熱軟化は、被成形ガラス素材１０を、アーム２上の浮上皿４に形成させた受け部６から噴出される気体により浮上させながら行う（図２参照）。被成形ガラス素材１０を気体により浮上させることで、浮上皿４の内面と被成形ガラス素材１０の両面にガスのレイヤーを形成でき、かつ被成形ガラス素材１０の形状を維持しつつ加熱軟化できる。その結果、浮上皿４の内面と被成形ガラス素材１０との融着を生じることなしに、被成形ガラス素材１０を加熱軟化できる。また、被成形ガラス素材１０がガラスゴブであり、不規則な形状で表面にシワ等の表面欠陥がある場合でも、加熱軟化しながら気流により浮上させることで、形状を整え、表面欠陥を消去することも可能である。
【００２７】
被成形ガラス素材１０の浮上のために用いる気体としては、特に制限はない。但し、加熱軟化した被成形ガラス素材１０が浮上皿４と反応しないこと、さらに、加熱した浮上皿４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（不活性ガス）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。
気体の流量は、気流を、浮上皿４の噴出口の形状や被成形ガラス素材１０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、気体流量は０．００５〜２０リットル／分の範囲が被成形ガラス素材の浮上に適している。但し、気体流量が０．００５リットル／分未満であると、被成形ガラス素材１０の重量が３００ｍｇ以上の場合、被成形ガラス素材１０を十分に浮上させることができない場合がある。また、気体流量が２０リットル／分を超えると、被成形ガラス素材１０の重量が２０００ｍｇ以上の場合でも、浮上皿４上の被成形ガラス素材１０が大きく揺れて、加熱軟化の際に被成形ガラス素材１０がガラスプリフォームの場合、その形状が変化することがあるからである。
【００２８】
アーム２の複数の浮上皿４上で浮上保持されて加熱軟化された、複数の被成形ガラス素材１０は、その後、アーム２を複数の浮上皿４の並びに沿って平行に分割することにより、複数の成形面が一列に配置された複数の下型（図示せず）の成形面に同時に落下供給され、この下型の成形面と上型の成形面とにより同時にプレス成形される。
アーム２は、アーム分割体２ａ、２ｂに平行に分割されるように構成され、アーム２をアーム分割体２ａ、２ｂに分割すると、浮上皿４も浮上皿分割体４ａ、４ｂにそれぞれ分割される。このようにアーム２を分割し平行に開くことにより、複数の浮上皿４の受け部６で浮上保持していた、加熱軟化された複数個の被成形ガラス素材を下方に同時に落下させることができる。
【００２９】
本発明で用いられる成形型は、少なくとも上型及び下型を有し、下型の成形面で加熱軟化された被成形ガラス素材の落下供給を受ける。成形型は、炭化ケイ素、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により被覆されたものを使用することができる。特に、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て、仕上がり形状に加工した後、イオンプレーティング法等によりｉ−カーボン膜等の非晶質及び／又は結晶質のグラファイト及び／又はダイヤモンドの単一成分層又は混合層からなる炭素膜を形成したものが好ましい。その理由は、成形型温度を比較的高温にして成形しても、融着が起こらないこと及び、離型性がよいため比較的高温で容易に離型できることによる。
【００３０】
本発明で用いられる上型及び下型は、プレス成形を開始するに際し、加熱して所定の温度に維持する。プレス成形時における上型及び下型の温度は、予熱された被成形ガラス素材の温度とほぼ同一であってもよいが、サイクルタイムの短縮のためには被成形ガラス素材の予熱温度よりも低いことが好ましい。
【００３１】
上記成形型でプレス成形されたガラス光学素子は、搬出装置（図示せず）により装置外へ搬出される。搬出時には、例えば吸着パッドを用いて成形されたガラス光学素子を真空吸着して搬出することができる。これにより、高精度にプレス成形されたガラス光学素子が得られる。
【００３２】
【実施例】
本発明の製造方法について実施例によりさらに詳細に説明する。
本発明による効果を検証するため、前記実施の形態で説明した本発明の製造方法によりアーム駆動手段に支持されたアームと、他の態様でアーム駆動手段に支持されたアーム（比較例）について、浮上実験とガラス光学素子の製造を行なった。
【００３３】
（実施例１）
＜アーム分割体のアーム駆動手段への支持＞
実施例１では、次の方法に従って各アーム分割体の支持部をアーム駆動手段に支持させた。
先ず、一対のアーム分割体を、各々の突合せ面で突き合わせることにより、アーム分割体の先端部と末端部の隙間をゼロに調整した。次いで、各アーム分割体の供給路及び通路を介してアーム分割体内に９８％Ｎ2＋２％Ｈ2ガスを送り込み、アームの浮上皿取付位置において、被成形ガラス素材の浮上を確認しながら６つの浮上皿をアームの浮上皿取付位置に取り付けた。次いで、アーム分割体の突合せ面の末端部に０．４ｍｍのスペーサを挟持させた後、この末端部の外側からシャコ万力を用いて内側に押圧した。同様に、アーム分割体の突合せ面の先端部も外側からシャコ万力を用いて内側に押圧した。この状態で、アーム取付ボルトを緩めた後、再度ボルトを締め直した。その後、シャコ万力をアームから取り外し、さらにスペーサを取り除いた。最後に、アーム分割体の突合せ面の末端部の隙間を測定した。隙間の大きさは０．４ｍｍであった。
【００３４】
＜光学レンズの成形＞
実施例１では被成形ガラス素材としてＭ−ＢａＣＤ１２（両凸レンズ用）の球状のゴブ１ｇを用いた。上型と下型は、それぞれ炭化ケイ素（ＳｉＣ）焼結体からなり、成形面にＣＶＤ法による炭化ケイ素膜を形成した成形型を６個、タングステン系合金の成形母型で保持する構造により、複数の形成面を有する。また、この成形面にはさらに、５００Åの厚さのダイヤモンドライクカーボン膜及び／又はｉ−カーボン膜が形成されている。上型及び下型は、同軸上にセットされ、プレス成形の際は、上型と下型とこれを互いの同軸を維持するようにガイドする案内型（図示せず）とにより成形型が構成される。
上型と下型における各々の複数の成形面は、それぞれ一列になるように構成されるとともに、上型成形面と下型成形面の光学中心が一致するように対向して配置した。上型及び下型の加熱は、誘導加熱コイルによって行い、下型内に挿入した型測温用熱電対で制御した。このとき、誘導加熱されにくい炭化ケイ素からなる成形型を、誘導加熱され得るタングステン系合金からなる成形母型で保持する構造により、誘導加熱された成形母型からの熱伝導により成形型及びその成形面が加熱される。
アームの浮上皿上には、９８％Ｎ2＋２％Ｈ2ガスの噴出により６つ（先端側からＡ〜Ｆ）の被成形ガラス素材を浮上保持するようにした。
【００３５】
製造装置の成形室内を真空排気した後、９８％Ｎ2＋２％Ｈ2ガスを導入し、同ガス雰囲気とした後、誘電加熱コイルにより上型及び下型を加熱し、型測温用熱電対で測温した上型及び下型の温度が、ゴブの粘度が１０9ポアズとなる温度に相当する５６０℃になるまで加熱し、同温度で保持した。なお、このとき上型と下型は離間した状態でそれぞれ加熱され、成形の際に前記案内型と共に一体の成形型となる。
一方、加熱室の加熱装置により、アーム上のゴブの温度をゴブの粘度が１０7.8〜１０6.4ポアズになる温度に相当する５９０〜６３０℃までの各温度で加熱保持した。なお、ガラスゴブを浮上させるための供給ガスは１分当たり２Ｌであった。
このときの各条件及び各浮上皿上でのゴブの浮上状態をそれぞれ表１及び表２に示す。
【００３６】
【表１】
【表２】
装置上方から覗いて観察したところ、実施例１では浮上皿Ａ〜Ｆのいずれにおいても浮上皿分割体の突合せ面における隙間が実質的にゼロとなり、浮上皿Ａ〜Ｆにおけるゴブの浮上は良好であった。
【００３９】
次いで、加熱軟化した複数個のゴブを浮上保持したアームを下型の直上まで速やかに移動させ、下型の成形面に加熱軟化したゴブを同時に落下供給した。その後、ゴブを１０秒間１００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレス成形して所定の肉厚とした後、圧力を一気に５０ｋｇ／ｃｍ2とすると同時に、この圧力で保持したガラス成形体及び成形型を、誘導加熱コイルを断電することで徐冷して、型測温用熱電対で測温した上型及び下型の温度が離型時型温度に相当する温度になったところで、成形型からガラス成形体（ガラス光学素子）を取り出した（圧力、温度については表１参照）。
【００４０】
（比較例１）
実施例１におけるアーム分割体の支持部のアーム駆動装置への支持方法を変えた以外は実施例１と同様の加熱浮上試験を行った。浮上条件、温度等の条件を表１に示す。
比較例１における支持方法は、アーム分割体の突合せ面の先端部及び末端部の隙間をゼロにした状態で、アーム分割体の支持部をアーム駆動装置に取り付けた。各浮上皿上でのゴブの浮上状態を表３に示す。
【００４１】
【表３】
装置上方から覗いて観察したところ、アーム先端部に隙間が約０．５ｍｍ程度認められた。また表２から分かるように、比較例１では、先端側から４つ（Ａ〜Ｄ）までの浮上皿では、隙間が生じて浮上ガスが漏れ、被成形ガラス素材の融着又は浮上皿との接触痕が発生した。
【００４３】
（実施例２及び比較例２）
前記実施例１及び比較例１と同様の条件で、ガラス光学素子の形成を繰り返し８回行い、成形後のガラス光学素子の表面を観察した。その結果を表４に示す。なお、表４では、外観不良とされる長さ約０．４ｍｍのキズが認められたものの個数をカウントした。結果を表４に示す。
【００４４】
【表４】
表４より本発明の製造方法で製造された光学レンズの表面には外観不良となるような傷は１つも見られなかった。これに対し、比較例２では先端の浮上皿で成形されたガラス光学素子ほど外観不良のレンズが目立った。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、被成形ガラス素材の加熱の際に被成形ガラス素材を浮上保持する浮上皿からの浮上ガスの漏出を防止することができる。したがって、本発明によれば、被成形ガラス素材の浮上皿への融着を防止し、浮上皿上で被成形ガラス素材の安定した保持が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例で使用されるアームの平面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】 アーム分割体における不活性ガスの供給路及び通路を示す説明図である。
【図４】 加熱時のアーム分割体の状態の変化を示す説明図である。
【図５】 本発明の一実施例で使用されるアームの別の態様の平面図である。
【符号の説明】
２ アーム
２ａ、２ｂ アーム分割体
４ 浮上皿
４ａ、４ｂ 浮上皿分割体
６ 受け部
８ アーム駆動装置
１０ 被成形ガラス素材
１２ａ、１２ｂ 突合せ面
１４ 供給路
１６ 通路
１８ａ、１８ｂ 突合せ面
２０ａ、２０ｂ 突合せ面
Claims (8)
- 被成形ガラス素材を、浮上状態で保持する浮上皿と、
前記浮上皿に浮上ガスを供給する供給路を備え、かつ幅方向に分割可能な突合せ面を有する一対のアーム分割体から構成され、当該突合せ面で前記浮上皿を分割可能に支持するアームと、
前記一対のアーム分割体の一端を支持し、前記一対のアーム分割体を相互に分割し、又は突き合わせるアーム駆動手段と
を有する被成形ガラス浮上保持装置において、
前記被成形ガラスの軟化温度において、前記一対のアーム分割体を突き合わせたとき、前記一対のアーム分割体の前記突合せ面どうしが隙間なく接触するように、室温において、前記一対のアーム分割体の前記アーム駆動手段に支持される側の末端が所定の隙間を有して前記アーム駆動手段に支持されることを特徴とする、前記装置。 - 被成形ガラス素材を、浮上状態で保持する浮上皿と、
前記浮上皿に浮上ガスを供給する供給路を備え、かつ幅方向に分割可能な突合せ面を有する一対のアーム分割体から構成され、当該突合せ面で前記浮上皿を分割可能に支持するアームと、
前記一対のアーム分割体の一端を支持し、前記一対のアーム分割体を相互に分割し、又は突き合わせるアーム駆動手段と
を有する被成形ガラス浮上保持装置において、
室温下では、前記一対のアーム分割体の前記アーム駆動手段に支持されている側の前記突合せ面の末端は、他の側の前記突合せ面の末端が隙間なく突き合わされたときに、所定の隙間を有して前記アーム駆動手段に支持されることを特徴とする、前記装置。 - 前記アームには、複数の浮上皿が一列に配列され、分割可能に支持されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の被成形ガラス浮上保持装置。
- 浮上状態で加熱により軟化した被成形ガラス素材を、浮上保持状態から落下することにより成形型に供給し、プレス成形することによりガラス光学素子を得るガラス光学素子の製造方法において、
被成形ガラス素材を、浮上状態で保持する浮上皿と、
前記浮上皿に浮上ガスを供給する供給路を備え、かつ幅方向に分割可能な突合せ面を有する一対のアーム分割体から構成され、当該突合せ面で前記浮上皿を分割可能に支持するアームと、
前記一対のアーム分割体の一端を支持し、前記一対のアーム分割体を相互に分割し、又は突き合わせるアーム駆動手段と
を有する被成形ガラス浮上保持装置を用い、
前記被成形ガラスの軟化温度において、前記一対のアーム分割体を突き合わせたとき、前記一対のアーム分割体の前記突合せ面どうしが隙間なく接触するように、室温において、前記一対のアーム分割体の前記アーム駆動手段に支持される側の末端が所定の隙間を有して、前記アーム駆動手段に支持されることを特徴とする、前記製造方法。 - 浮上状態で加熱により軟化した被成形ガラス素材を、浮上保持状態から落下することにより成形型に供給し、プレス成形することによりガラス光学素子を得るガラス光学素子の製造方法において、
被成形ガラス素材を、浮上状態で保持する浮上皿と、
前記浮上皿に浮上ガスを供給する供給路を備え、かつ幅方向に分割可能な突合せ面を有する一対のアーム分割体から構成され、当該突合せ面で前記浮上皿を分割可能に支持するアームと、
前記一対のアーム分割体の一端を支持し、前記一対のアーム分割体を相互に分割し、又は突き合わせるアーム駆動手段と
を有する被成形ガラス浮上保持装置を用い、
室温において、前記一対のアーム分割体の前記アーム駆動手段に支持されている側の突合せ面は、他の側の突合せ面が隙間なく突き合わされたときに、所定の隙間を有して前記アーム駆動手段に支持されることを特徴とする、前記製造方法。 - 前記一対のアーム分割体は、互いに所定の圧力によって押しあう力が与えられていることを特徴とする、請求項４又は５に記載の製造方法。
- 複数の被成形ガラス素材を、前記複数の被成形ガラス素材を保持するための複数の浮上皿が一列に配置されたアーム上の前記浮上皿において、前記浮上皿に形成された受け部から噴出される気体で浮上させながら加熱軟化した後、
前記アームを前記複数の浮上皿の並びに沿って平行に分割することにより、前記加熱軟化された複数の被成形ガラス素材を、複数の成形面が一列に配置された上型及び下型を有する成形型の下型の成形面にそれぞれ同時に落下供給し、
前記落下供給された複数の被成形ガラス素材を、前記下型及び上型の複数の成形面でそれぞれ同時にプレス成形することにより複数のガラス光学素子を得るガラス光学素子の製造方法であって、
前記アームは、前記複数の浮上皿の並びに沿って平行に分割される一対のアーム分割体からなり、
前記アーム分割体は、前記一対のアーム分割体を各アーム分割体の突合せ面で互いに突き合せて一体化したときに、前記複数の浮上皿を形成する複数の浮上皿分割体を備え、一端がアーム分割体を駆動するためのアーム駆動手段に支持されており、
前記アームは、室温において、前記アーム駆動手段に支持されている側の末端の前記突合せ面は所定の隙間を有し、反対側の末端の前記突合せ面は隙間なく突き合せられるように前記アーム駆動手段に支持されることを特徴とする前記製造方法。 - 前記所定の間隔が、前記アーム分割体の突合せ面の長さに対して １／２０００〜１／２００の長さである請求項４〜７のいずれかに記載の製造方法。
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