JP4289716B2

JP4289716B2 - ガラス素子の成形方法

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Publication number: JP4289716B2
Application number: JP10549599A
Authority: JP
Inventors: 勇執行; 昌之冨田; 裕之久保; 瑞和余語
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2019-04-13
Also published as: JP2000302461A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、カメラやビデオカメラに用いられる光学レンズなどの、高精度な光学ガラス素子を、研磨加工により得る際に、これに先立って、成形ガラス素子を、軟化ガラスから、熱間で、プレス成形する、ガラス素子の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、レンズなどの光学ガラス製品は、溶融固化されたガラスのブロックから最終形状に近い形状に切り出した素材を、また、溶融ガラスから直接に最終の形状に近い形状にプレス成形した素材を、研削・研磨を施すことにより、得ていた。また、近年、この研削・研磨によるガラス製品の加工方法に代わり、表面欠陥のない成形素材を加熱軟化させ、それを成形型を用いて、直接プレス成形する方法、所謂、リヒートプレスが注目されてきている。
【０００３】
通常、この種の成形（リヒートプレス）には、胴型と、その胴型内で摺動する上下型部材よりなる成形型を用いて、加熱軟化状態にある成形素材をプレスし、前記型部材の成形面に対応した光学機能面を、前記成形素材に転写し、その後に冷却を行い、前記型部材から前記ガラス製品を取り出す方法が用いられている。例えば、特開昭６１−１３６９２７号公報には、押圧成形する際、成形品の肉厚の変化速度が、所定の速度以下になる状態を経て、所望の肉厚にまでプレス成形する成形方法が開示されている。また、特公昭４８−２２９７７号や特開昭５９−１９５５４号の公報には、多孔質材で成形型を構成し、これにガスを供給して、例えば、超音波振動を用いて、型表面にガス膜を作り、その膜を介して、成形型の成形面と被成形素材である軟化ガラスを、非接触の状態でプレス成形する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の研削・研磨による方法では、ガラスブロックを切り出した後に、これを所望の最終形状に近似の形状まで研削する工程や、プレス成形された素材の表層近くの数々の欠陥を除去するために、素材の表面外周を大きく除去加工する研削工程などが必要であり、その後に、更に精研削・研磨により、表面を磨き上げる工程が必要であった。
【０００５】
この研削・研磨では、表面傷を除去するために、通常、最低でも０．５ｍｍ以上の深さまで研削する必要があり、更に、精研削で５０μｍ、研磨で１０μｍ程度の加工が必要である。そのために、完成品ができ上がるまでの工程数が多く、時間がかかると共に、切り出しや、所定形状への研削に際して、ガラススラッジが多量に発生し、その処理に、多大の労力が必要であるという問題があった。
【０００６】
また、このリヒートプレスにおいて、一旦、表面欠陥のない成形素材を得た後に、再度、成形素材を、それに高荷重を掛けないと変形しない温度（これは、ガラス素材が１０⁹ｄＰａ・ｓ程度の粘性を示す温度）まで、加熱軟化させ、それを、同様の温度まで加熱した成形型を用いて、プレス成形するのが一般的であるが、この表面欠陥の無い成形素材を得るために、前述の研削研磨工程を必要としたり、プレス成形時において、加熱された成形型と成形素材とが、直接に接触するために、ガラスの変形温度としては、低温であるにも拘わらず、成形素材と型との間に融着が発生したり、成形素材であるガラスと成形型の接触によるガラスと成形型の型材の反応や、型の表面の磨耗などによる型の劣化が発生するという問題がある。
【０００７】
このように、光学ガラス素子を成形する際の、成形温度や、被成形ガラス材料および成形型材などの制約が大きく、成形可能な条件の有効範囲が狭くて、コスト的にも安価なものが得難い現状では、非球面レンズの作成などの特殊な用途に利用される場合に留まっている。まして、１０⁵ｄＰａ・ｓ以下の低粘性を示すような、高温の溶融ガラスから、直接に、通常、安価で多用される球面レンズのような、精密なガラス素子（製品）を成形しようとすると、これらの問題が顕著化し、実質上、このような光学素子の製造を阻害する。
【０００８】
前述の特開昭６１−１３６９２７号公報には、リヒートプレスにおける、成形品の肉厚を正確に制御するための方法として、光学素子を押圧成形する際、成形品の肉厚の変化速度を、所定の速度以下にした状態で、成形型や成形装置で規制される、所望の肉厚の成形光学素子を得る工程が開示されている。ここでは、成形の進展につれて、軟化ガラス塊と成形型の成形面との接触面積が増大するが、これにつれて、変形抵抗が増大し、成形速度が遅くなってくるような、比較的硬い素材のプレス成形の肉厚制御には、有効な手段であろう。しかし、ここでは、基本的に、増加する変形抵抗に打ち勝ち、最終的に所定の肉厚が得られるように、可成り高いプレス圧力を設定して、成形を行うことになる。
【０００９】
また、溶融ガラスから成形する通常の粘度の低いガラスのプレス成形においては、軟化ガラス塊に対する変形抵抗は、前述の場合に比べて遙に小さく、成形速度も殆ど変化せず、型内に投入された軟化ガラス塊は、その熱を成形型に奪われてしまうので、ガラスが固化する前に、成形型内の隅々までガラスを充填させる必要から、可成り高い圧力で、成形型または成形装置で規制される、肉厚まで、一気にプレス成形を行うのが、通常である。また、その際に、高温のガラスが成形型と接触するために、前述のような、融着、接触面の荒れなどが発生し、でき上がった成形品の表面に対して、光学的な精度を要求することができず、また、冷却中に、成形品の内部の温度分布に差が生じ、冷却中の熱収縮が均等に起こらなくなり、その収縮が、温度の比較的高い部分に集中するため、冷却後に、その部分が窪んだ状態に変形してしまう、所謂、ヒケと呼ばれる現象が生じ、本来の目的とする形状と、大きくかけ離れてしまうという問題があった。
【００１０】
そこで、前述の融着や接触面の荒れを避けるために、前述の特公昭４８−２２９７７号や特開昭５９−１９５５４号の公報には、型表面からガスを噴出させ、成形型と成形素材であるガラスとの間にガス膜を作り、成形型とガラスとを接触させないで、成形する技術が開示されている。このように、ガラスと成形型とを非接触の状態で成形することは、プレス成形では、理想的であり、融着防止や成形品の表面状態に対して、優れた効果はあるが、ここでは、単純に荷重を掛けてプレスを行うと、ガス膜が部分的に薄くなり、強いては、成形型とガラスとが、直接、接触したり、また、ガス圧が高すぎて、成形型とガラスとの間に、均一なガス膜ができず、成形されたガラスに、部分的な接触痕や、ガス溜りができてしまうので、理想とする成形品の転写形状を得ることが、殆ど不可能であった。また、成形後の冷却途中においても、軟化状態にある、温度の高い成形素材を、成形し、冷却するだけであると、同様に、ヒケが発生し、本来の目的とする形状と大きくかけ離れてしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、その第１の目的とするところは、溶融軟化状態にある溶融ガラスなどの、粘性の低い軟化ガラス塊から、直接に高精度な形状および面精度を有する光学素子を安価に、安定的に得ることができる、ガラス素子の成形方法を提供するにある。
【００１２】
また、本発明の第２の発明の目的は、スラッジを多量に発生させる研削加工を省き、僅かな研磨加工のみで、あるいは、それも省いて、ガラス素材の表面の加工除去量を、従来に比較して、ほぼゼロとすることができる、高精度な形成および面精度を有するガラス素子を、溶融軟化状態にある溶融ガラスから直接に得られる、ガラス素子の成形方法を提供するにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、上下一対の型部材よりなる成形型を多孔質材で構成し、該成形型の成形面よりガスを噴出して、軟化ガラス塊を、前記成形面より噴出するガスにより非接触状態もしくはそれに近い状態で保持しながら、プレス成形するガラス素子の成形方法において、前記軟化ガラス塊は１０ ⁵ ｄＰａ・ｓ以下の粘度で、自重と表面張力により自然に切断され、プレス成形の際の、型部材によるプレス速度を、５ｍｍ／秒以下の一定速度とし、前記軟化ガラス塊の中心厚が所定の値になるまでプレスすることを特徴とする。
【００１４】
このような構成においては、成形型と軟化ガラス塊との間に介在するガス膜を破らず、かつ、ガス膜の厚さが不均一にならぬように、成形型のプレス速度を制御するので、成形型の成形面の形状に、より近い形状にガラス素材を成形することが可能となる。これは、速い速度で成形すると、ガス膜が、その気体であるという物性から、その粘度がガラスの粘度に比較して桁違いに低く、ガス膜が簡単にガラスに負けてしまい、型の成形面とガラスとが部分的に完全に接触してしまうことになるからである。その結果として、融着が発生したり、成形されたガラス素子に部分的な接触痕などが発生し、所望の成形面に対応した転写ができなくなる。
【００１５】
また、逆に、成形面とガラスとが接触しないように、噴出するガスの量を増加し過ぎると、今度は、ガラスが、ガスの勢いにまけ、成形品の表面に、ガスが吹き付けられた、所謂、ガス溜りを生じ、前述と同様に、所望の転写形状を得ることができなくなる。この様な事態を防ぎ、成形型の成形面の形状を、精度よく転写させるには、微量のガスで、極薄い膜を作り、それが破られないように、溶融ガラスを成形型の成形面に接近した時から徐々にプレス成形し、固化させながら成形面に倣わせて行くのがよい。
【００１６】
そこで、この際に、通常のプレス成形のように、プレスの圧力を制御すると、溶融ガラスの粘度が低いために、ガラスからの反力が受けられず、成形速度は、ほとんど無制限となり、一定の安定した速度を得ることができなくなる。そこで、本発明のように、プレスの成形速度の制御が必要となり、その時の速度は、例えば、光学レンズなどの、小さな物では５ｍｍ／秒以下、好ましくは、１ｍｍ／秒以下であるのがよい。ここでは、ガラスに対して、圧力がほとんど加わらないため、プレス圧は、成形型を閉じる力さえあれば、良いこととなる。
【００１７】
更に、ガラスを徐々に固化させるには、ガスの温度を制御し、急激に固まったり、また、逆に何時までも流動性を保ったままにならないように、噴出するガスの温度を制御しておくのが良い。なお、その温度は、ガラス転移点よりもあまり高いと、ガラスが適当に固化せず、成形途中で、部分的に成形型の成形面に接触してしまい、低すぎると、成形型の形状に倣う前に、固化してしまい、所望の形状を得ることができなくなる。そこで、その温度は、具体的には、成形されるガラスの粘度で１０¹⁰ｄＰａ・ｓから１０¹⁴ｄＰａ・ｓに相当する温度の範囲内で選定するのが適当である。
【００１８】
また、噴出するガスの量も多すぎると、ガラス素子にガス溜りの跡を残し、少なすぎると、成形面とガラスとが強く接触してしまうために、成形される素子の大きさや、成形型の多孔質の状態にも左右されるが、光学レンズなどの小物においては、概ね１ｃｍ²当たり、毎分０．０５〜１リッターの範囲で、設定するのが良い。
【００１９】
このようにすることで、ガス膜を安定させ、型なりの形状を、非接触状態もしくはそれに近い状態で転写させることができ、安価に、安定的に、形状精度の非常に良いガラス素子を得ることが可能となる。
【００２０】
また、本発明では、プレス速度を制御して、軟化ガラス塊を、ほぼ所要形状に成形した状態で、成形型が閉じられた後に、前記成形面より噴出するガスにより前記成形型内に成形ガラス素子を所定時間保持し、その後に冷却をすることを特徴とする。
【００２１】
これは、ガラス素子の内部と外部との温度差のみならず、ガラス素子全体の温度分布、密度分布を均一にするのを目的としているのであって、この時までの工程で、ガラスの内部に生じた温度差に起因する熱膨張収縮量の違いによる密度差を、温度保持を行うことでなくし、温度分布及び密度分布の無い状態のガラス素子を得、その後に冷却を行っても、部分的なヒケの発生を防止することを目的とする。
【００２２】
この時のガラスの温度分布の誤差範囲は、ガラスの大きさに関係なく、できるだけ、なくすことが必要で、実際の成形においては、５℃以内に抑えることが好ましい。この温度分布の範囲が広すぎると、前述の密度分布の解消が十分に行われず、更に、温度分布が大きいまま、冷却されると、ヒケの発生量が大きくなり、最終的に精度の良いガラス製品が得られなくなる。
【００２３】
そのためにも、この誤差範囲は、ガラス素材の形状精度、つまり、所望の形状との誤差が、数十μｍ、ないしは、ニュートンリングレベルの精度が要求される場合に、上記の誤差範囲が限界となり、この範囲が狭いほど、得られる製品の精度が向上する。
【００２４】
また、この時の温度保持は、どのような方法で行ってもよいが、噴出するガスにより制御するのが、最も合理的であり、この保持温度は、前述の成形中のガスの温度と同じ温度範囲である、成形されるガラスの粘度で１０¹⁰ｄＰａ・ｓから１０¹⁴ｐＰａ・ｓに相当する温度の誤差範囲内で選定するのが適当である。またこの温度の保持時間は長いほど良く、数μｍ程度の形状誤差が許されるならば、１０秒程度、更に、サブμｍ以上の形状精度が要求されるのであれば、少なくとも１分程度が必要であり、保持温度を高めにし、時間を長くすれば、より精度の良いガラス素子を得ることが可能となる。
【００２５】
なお、以上で述べたように、本発明の方法によれば、非常に精度の良いガラス素子が得られるため、光学レンズなどでも、プラスチックで代用できるような、高精度を要求されないものであれば、そのままの状態で使用することができ、更に、次加工を必要とするような高精度のものでも、ガラスを大きく削る研削などの加工の必要がなく、表面を磨く程度の研磨加工だけで、目的を十分に達成することが可能である。この研磨加工では、直径：２０ｍｍ、厚さ：３ｍｍ程度のレンズ形状のガラス製品であれば、加工代は、１０μｍ以下で十分であり、研磨時間も、数十秒もあれば十分である。逆に言えば、本発明の方法によれば、できあがったガラス製品の形状が、所望とする設計値に対して１０μｍ以上の誤差を生じることはない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明で用いられる成形装置の概略図である。ここで、符号１は下型ユニット、２は上型ユニットであり、ユニット１、２は、それぞれ、下面成形型１１と、上面成形型２１と、それらを保持する下型ホルダー１２と、上型ホルダー２２とで構成されている。
【００２７】
なお、ホルダー１２、２２には、流体を成形型１１、２１に対してバランスよく供給分配するために、圧力室１２ａ、２２ａが設けられており、更に、ヒーター１３、２３と測温手段（図示せず）が埋め込まれていて、成形型１１、１２の各成形面１１ａ、１１ｂから噴出する流体の温度を、最終的に微調整することができるようになっている。なお、成形面１１ａ，２１ａは、それぞれ、成形されるガラス製品（光学ガラス素子）の光学機能面の形状を決定する精度の高い形状になっている。
【００２８】
また、ユニット１は、固定軸６を介して、架台７に固定されており、ユニット２は、上下駆動装置４の可動軸３に取付けられており、更に、上下駆動装置４は水平駆動装置５に載置されている。上下駆動装置４を用いて、矢印Ａのように、ユニット１を上下方向に、任意の速度で、任意の位置まで、自由に移動できるようになっており、更に、水平駆動装置５を、矢印Ｂのように、動かすことで、ユニット１をガラス供給ノズル１０１およびユニット２の直下に移動できるようになっている。
【００２９】
更に、ホルダー１２、２２には、図示のように、Ｎ₂ガス供給用の接続パイプ１４、２４が接続されており、それらは、更に流量圧力調整器とガス加熱装置と（何れも図示せず）につながれており、成形面１１ａ、２１ａより噴出するＮ₂ガスの温度、圧力、流量を、任意に制御できる構成となっている。
【００３０】
図２ないし図４は、溶融軟化状態の溶融ガラスを、供給ノズルより、成形型に供給し、更に、供給された溶融ガラスを、供給ノズルより切断分離するときの工程の説明図である。図２において、符号１０１は、溶融軟化状態の溶融ガラス１０２の供給ノズルであり、図３において、符号１０３ａは、成形型１１の成形面１１ａの上に供給された切断前の溶融（軟化）ガラス塊を示し、また、符号１０３ｂは、切断のための溶融ガラス１０２と切断前の溶融ガラス塊１０３ａとの間に作られるくびれを表す。なお、図４に示す溶融ガラス塊１０４は成形面１１ａ上に得られる。
【００３１】
次に、上記の成形装置を使用して、ガラス製品を成形する工程を、具体的に説明する。なお、ここで成形されるガラス素子は、ビデオカメラに用いられる光学有効面（光学機能面）の曲率がＲ：３０ｍｍとＲ：２０ｍｍであり、中心肉厚が２ｍｍである、直径：φ１５ｍｍの凸メニスカスの、球面レンズ用の研磨素材であるガラス素子である。また、ガラス材料には、その温度が１２００℃の時に、１０^1.6ｄＰａ・ｓ、８９０℃の時に、１０^2.9ｄＰａ・ｓ、７２０℃の時に、１０⁵ｄＰａ・ｓ、６、１０℃の時に、１０^7.55ｄｐａ・ｓ、４９８℃の時に、１０¹³ｄＰａ・ｓ、４６８℃の時に、１０¹⁵ｄＰａ・ｓとなる、それぞれの粘度を示すような、粘性特性を持つ光学ガラスを用いた。
【００３２】
なお、成形型１１の成形面１１ａと成形型２１の成形面２１ａとは、成形後の室温での研磨素材の形状が上記のレンズ形状に、ほぼ匹敵する形状に加工し、その表面は、多孔質の穴部のくぼみを除いた面をＲｍａｘ：０．５ミクロン以下となるように加工した。また、成形型１１、２１の材料として、気孔率が３０％であり、最大穴径が１０ミクロンである多孔質カーボンを用い、噴出ガスには１１，２１の酸化を防ぐために窒素ガスを用いた。
【００３３】
次いで、このように、加工準備した成形型１１、２１を、図１に示す成形装置に取付け、図２〜図４に示すような方法で、溶融ガラス塊を得た。ここで、この行程を、図１〜図４を用いて、より具体的に説明する。まず、ガラス溶融炉（図示せず）で、上述の硝材を溶融し、脱泡、均質化工程を経て、軟化状態の均質な溶融ガラス１０２を準備し、更に、それを供給ノズル１０１へ導く。供給ノズル１０１を１２００℃の温度に設定し、溶融ガラス１０２を流出させると共に、水平駆動装置５を動かし、ユニット１を供給ノズル１０１の直下に持って行き、更に、上下駆動装置４を動作して、ユニット１を上方に動かす。
【００３４】
そして、図２に示すように、成形面１１ａ上に所定の容量の溶融ガラスを受けた後、図３に示すように、上下駆動装置４を稼動させることで、ユニット１１を矢印Ｌのように下方へ少し下げ、溶融ガラス１０２と、切断前の、ユニット１側の溶融ガラス塊１０３ａとの間に、クビレ１０３ｂを発生させ、クビレ１０３ｂが自重と表面張力により切断に至るまで待機し、図４に示すように、軟化状態の溶融ガラス塊１０４を得た。
【００３５】
このように、溶融ガラス１０２の切断工程において、ユニット１を一旦停止させることにより、クビレ１０３ｂの部分が冷やされることが少なくなり、自重と表面張力により、自然に切断することが可能となるために、切断部にガラス素材が糸状に固化して残ったり、通常、ガラスの切断に用いられる切断刃による破断痕が残らないなど、溶融ガラス塊１０４の表面に、有害な欠陥が生じることがなくなる。
【００３６】
また、この時の噴出Ｎ₂ガスの温度は、ガラスを成形面１１ａに受ける時、ガラスの転移点（ガラス粘度で１０¹³ｄＰａ・ｓ）の温度にほぼ等しい５００℃になるように、Ｎ₂ガスの温度を調整し、更に、その流量も溶融ガラス１０２を成形面１１ａに受ける直前までは、１ｃｍ²当り、毎分：１．２リッター、その後は、毎分：０．２リッターとなるように制御した。このようにすることで溶融ガラス１０２が成形面１１ａに達する前に、溶融ガラス１０２の先端が、多少とも固化し、流動性が少なくなり、噴出するＮ²ガスの流量も増える。このために、溶融ガラス１０２の先端が、全く、成形面１１ａに接触することなく、また、前記の切断方法を用いることも併せて、表面には全く欠陥がない溶融ガラス塊１０４が得られた。
【００３７】
次に、水平駆動装置５を動かすことにより、ユニット１をユニット２の直下に移動し、溶融ガラス塊１０４を、ユニット１およびユニット２を用いて、成形する工程を、図５〜６を用いて、具体的に説明する。図５は、溶融ガラス１０４をユニット１、２で、成形する直前の状態を示しており、この時のガラスの粘度は、成形型１１で受けている溶融ガラスの下面近傍の粘度が１０^5-6.5ｄＰａ・ｓ、その他の部分が１０^3-5ｄＰａ・ｓとした。次に、ユニット１、２より噴出するＮ₂ガスの温度及び流量は、前述のままで、成形された研磨素材であるガラス素子１０５の中心厚が２ｍｍとなるまで、上下駆動装置４の上昇速度＝プレス速度を毎秒２ｍｍに設定し、一定速度で成形した。その後、成形型を閉じた、図６の状態で、５００℃のＮ₂ガスを３０秒間、流し続け、ガラス素子１０５の温度が、冷却開始直前において、５００℃±３℃となり、これまでの熱履歴による歪、密度分布も完全に解消された状態となった。その後、ユニット１、２を開き、更に放冷状態で冷却を行い、ガラス素子１０５を取出した。
【００３８】
ガラス素子１０５が完全に室温の状態になった所で、その精度を測定したが、成形面１１ａ，２１ａに相当するガラス素子１０５の光学機能面は、共に、成形型の多孔質の粗さを、全面に薄く、転写しており、Ｒｍａｘ．：３μｍの粗さを有していたが、型に融着した後や、ガス溜りなどの跡が、一切、観察されず、型なりの形状をきちんと転写していた。
【００３９】
その後、ガラス素子１０５の両面を、５μｍ程、研磨加工した所、表面の粗さは、完全に取れて、通常の研削・研磨加工で得られるレンズと全く同等のレンズを、効率よく、得ることができた。
【００４０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。ここでは、第１の実施の形態と同じ、装置と材料とを用いて、片面がＲ：２０ｍｍ、もう一方の面がＲ：３０ｍｍ、レンズの中心肉厚が２．３ｍｍ、直径がφ１０ｍｍである、ファインダー用の両凸のガラス球面レンズであるガラス素子の成形を行った。
【００４１】
第１の実施の形態と同様に、成形型１１の成形面１１ａと、成形型２１の成形面２１ａとは、それぞれ、Ｒ：２０ｍｍ、Ｒ：３０ｍｍの球面状であって、出張りのない、平滑な状態に仕上げてある。また、成形型１１、２１の材料として、気孔率が１５％であり、最大穴径が５ミクロンである多孔質カーボンを用い、噴出ガスには、第１の実施の形態と同様に、Ｎ₂ガスを用いた。
【００４２】
このように加工準備した成形型１１、２１を、図１に示す成形装置に取り付け、第１の実施の形態と全く同様にして溶融ガラス１０４を得た。次に、成形型１を成形型２の直下に移動し、成形面１１ａ、２１ａから噴出するＮ₂ガスの流量を１ｃｍ²当り、毎分０．０８リッター、及び、０．０６リッター、温度を成形されるガラスの粘度で、１０¹⁰ｄＰａ・ｓに相当する温度である５４８℃となるように設定し、毎秒：０．８ｍｍのプレス速度で、ガラス素子１０５の中心肉厚が２．３ｍｍとなるまで成形型１、２を閉じた。
【００４３】
次いで、噴出Ｎ₂ガスの温度を、成形されるガラスの粘度で１０^10.3ｄＰａ・ｓに相当する温度である５４０℃で、３０秒間、１０¹⁴ｄＰａ・ｓに相当する温度である４８０℃で４０秒間、保持し、ガラス素子１０５が４８０℃±２℃となるようにした。
【００４４】
更に、第１の実施の形態と同様に、成形型を開き、Ｎ₂ガスの温度を、徐々に減じ、冷却を行った。冷却の開始後、ガラス素子の表面近傍の温度が、約３００℃となった時に、ユニット１より取り出し、第１の実施の形態と同様に、精度を測定したが、小径で、肉厚の薄いレンズを、ゆっくりと、微少なガス量で成形したため、その両面共に、アス・クセが、それぞれ、ニュートンリング５．０本および３．０本内に収まり、レンズの要求精度も、比較的緩いため、第１の実施の形態で行った様な、両面の研磨の後、加工なしで、そのまま、レンズとして使用することが可能であった。
【００４５】
（第３の実施の形態）
次に、第１の実施の形態で用いた成形装置と材料を用いて、直径がφ２５ｍｍ、曲率がＲ：３５ｍｍ、Ｒ：５０ｍｍ、中心部の肉厚が５．０ｍｍである両凸レンズの研磨素材であるガラス素子を成形した。
【００４６】
ここでも、第１の実施の形態と同様に、成形型１１の成形面１１ａおよび成形型２１の成形面２１ａは、上述のレンズ形状と一致するような形状に加工し、それぞれの成形面の表面状態も、第１の実施の形態と同様に、平滑な鏡面状態に仕上げて、最終的な形状とした。また、成形型１１、２１の材料として、気孔率が２０％で、最大穴径が１０ミクロンの多孔質カーボンを用い、噴出ガスには、第１の実施の形態と同様に、Ｎ₂ガスを用いた。そして、このように加工準備した成形型１１、２１を、図１に示す成形装置に取り付け、第１の実施の形態と全く同様にして溶融ガラス１０４を得た。
【００４７】
次に、ユニット１をユニット２の直下に移動し、成形面１１ａ、２１ａから噴出するＮ₂ガスの流量を、１ｃｍ²当り、毎分０．５リッター、および、０．４リッターとし、温度を、ガラスの粘度で１０^13.5ｄＰａ・ｓに相当する４９０℃程度となるように設定し、ガラス素子１０５の中心肉厚が５．０２ｍｍとなるまで、毎秒４．５ｍｍの速度で、ユニット１、２を閉じた。
【００４８】
そして、噴出Ｎ₂ガスの温度および流量は、そのままで、６０秒間保持し、ガラス素子１０５が、４９０℃±４℃の温度分布となった所で、ユニット１、２を開き、ユニット１から噴出するガスの温度を、徐々に３００℃迄に下げ、ガラス素子１０５が、ほぼ、その温度になった所でユニット１から取出し、第１の実施の形態と同様の測定を行った。
【００４９】
その結果は、第１の実施の実施の形態と同様に、成形面１１ａ、２１ａに相当するガラス素子１０５の被成形面（光学機能面）は、共に、成形型の多孔質の粗さを全面に薄く、転写しており、Ｒｍａｘ．３μｍ程度の粗さを有しており、更に、全面に亘たり、僅かなうねりが認められたが、成形型に融着した跡や、ガス溜りなどの跡が、一切、観察されず、ほぼ、型なりの形状を転写していた。その後、ガラス素子１０５の両面を、１０μｍ、研磨加工したところ、表面のうねり及び粗さは、完全に取れ、通常の研削研磨加工で得られるレンズと全く同等のレンズを得ることができた。
【００５０】
（第４の実施の形態）
最後に、第１の実施の形態と同じ装置と材料を用いて、片面がＲ：３５ｍｍ、もう一方の面がＲ：６０ｍｍ、レンズの中心肉厚が１．８ｍｍ、直径がφ１８ｍｍである、コンパクトカメラ用の凸メニスカスの球面メンズの成形を行った。
【００５１】
ここでも、第１の実施の形態と同様に、成形型１１の成形面１１ａおよび成形型２１の成形面２１ａの加工を行った。また、成形型１１、２１の材料として、気孔率が１５％であり、最大穴径が６ミクロンである多孔質カーボンを用い、噴出ガスには、第１の実施の形態と同様に、Ｎ₂ガスを用いた。
【００５２】
次いで、このように加工準備した成形型１１、２１を、図１に示す成形装置に取り付け、第１の実施の形態と全く同様にして、溶融ガラス１０４を得た。
【００５３】
次に、ユニット１をユニット２の直下に移動し、成形面１１ａ、２１ａから噴出するＮ₂ガスの流量を、１ｃｍ²当り、それぞれ、毎分０．０６リッター、および０．０５リッターとし、温度を、ガラスの粘度で１０¹¹ｄＰａ・ｓに相当する５２５℃に、また、プレス速度を０．５ｍｍ／秒となるように設定し、ガラス素子１０５の中心肉厚が１．８ｍｍとなるまでユニット１、２を閉じた。
【００５４】
そして、噴出Ｎ₂ガスの温度は、そのままで、４０秒間保持し、その後、１０秒掛けて、ガスの温度を５００℃迄に落とし、更に、その温度で、２０秒間保持した後、ユニット１、２を開いた。そして、ユニット１から噴出するガスの温度を徐々に下げ、ガラス素子１０５が４５０℃になったところで取出し、前述の実施の形態と同様に、精度を測定したが、第１、第３の実施の形態に比べ、ゆっくりとプレスし、更に、保持も比較的高温で長く行ったので、表面に光沢を有し、更に、形状も、アスがニュートンリング５本、クセが同１．５本位内に収まり、その後の表面加工を必要としない、精度の非常に良いガラス素子を得ることができた。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶融ガラスなどの、１０ ⁵ ｄＰａ・ｓ以下の粘度の低い軟化ガラスを、自重と表面張力により自然に切断し、多孔質の成形型を用いて、非接触またはそれに近い状態で、プレス速度を、５ｍｍ／秒以下の一定速度とし、前記軟化ガラス塊の中心厚が所定の値になるまでプレス成形させ、溶融ガラスから直接に、非常に精度の良いガラス素子を得ることができ、更に、高精度なガラス製品を得ようとする場合にも、研削加工を用いることなく、研磨加工のみで済むことから、研削屑の廃棄物を極端に削減することが可能となり、光学レンズなどのガラス製品（光学素子）を、大量で安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられる成形装置の概略図である。
【図２】本発明で用いられる溶融ガラス塊の切断方法の説明図である。
【図３】本発明で用いられる溶融ガラス塊の切断方法の説明図である。
【図４】本発明で用いられる溶融ガラス塊の切断方法の説明図である。
【図５】本発明のガラス素子の成形方法の説明図である。
【図６】本発明のガラス素子の成形方法の説明図である。
【符号の説明】
１下型ユニット
２上型ユニット
３可動軸
４上下駆動装置
５水平駆動装置
６固定軸
７架台
１１下面成形型
１２下型ホルダー
２１上面成形型
２２上型ホルダー
１０１溶融ガラス供給ノズル
１０２溶融ガラス
１０４溶融ガラス塊
１０５ガラス素子

Claims

上下一対の型部材よりなる成形型を多孔質材で構成し、該成形型の成形面よりガスを噴出して、軟化ガラス塊を、前記成形面より噴出するガスにより非接触状態もしくはそれに近い状態で保持しながら、プレス成形するガラス素子の成形方法において、前記軟化ガラス塊は１０ ⁵ ｄＰａ・ｓ以下の粘度で、自重と表面張力により自然に切断され、プレス成形の際の、型部材によるプレス速度を、５ｍｍ／秒以下の一定速度とし、前記軟化ガラス塊の中心厚が所定の値になるまでプレスすることを特徴とするガラス素子の成形方法。
前記成形面より噴出するガスの温度は、前記軟化ガラス塊の粘度で、１０¹⁰ｄＰａ・ｓから１０¹⁴ｄＰａ・ｓに相当する温度の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のガラス素子の成形方法。
前記成形面より噴出するガスの量は、１ｃｍ²当たり毎分０．０５〜１リッターの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のガラス素子の成形方法。
プレス速度を制御して、軟化ガラス塊を、ほぼ所要形状に成形した状態で、成形型が閉じられた後に、前記成形面より噴出するガスにより前記成形型内に成形ガラス素子を所定時間保持し、その後に冷却をすることを特徴とする請求項１に記載のガラス素子の成形方法。