JP4877743B2 - ガラス成形体の製造方法および光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は熔融ガラスから連続的にガラス成形体を製造する方法、および該方法により得られたガラス成形体を精密プレス成形して光学素子を製造する方法に関する。

非球面レンズなどの加工に手間のかかる光学素子を高い生産性のもとに量産する方法としてガラスの精密プレス成形法が知られている。この方法は、プレス成形型の成形面を高精度に加工し、プリフォームと呼ばれるガラス素材を加熱した状態でプレス成形し、ガラス全体の形状を形成するとともに成形面をガラスに精密に転写する方法である。

上記プリフォームは光学素子に求められる光学特性を満たすガラスを用いて作製される。プリフォームの製法としては、熔融ガラスを鋳型に流し込んで成形し、得られた成形体を切断、研削、研磨する方法と、流出する熔融ガラスからプリフォーム１個分に相当する熔融ガラス塊を分離し、得られた熔融ガラス塊が冷却する過程でプリフォームに成形する方法がある。後者の方法は熔融ガラスから直接プリフォームを作製することができるという利点を有しており、このような方法は、例えば、特許文献１に開示されている。
特開２００３−４０６３２号公報

熔融ガラス塊から直接プリフォームを成形する方法は量産性に優れた方法であるが、近年のデジタル撮像機器や携帯電話などに搭載されるレンズをはじめとする光学素子の需要拡大に伴い、プリフォームの量産性をより向上することが求められている。

そのためには、連続的に流出する熔融ガラスから熔融ガラス塊を次々と分離するとともに、分離間隔を短縮化してスループットを増加させることが望まれる。次々と分離された熔融ガラス塊は、循環する複数の成形型により順次ガラス成形体に成形されるが、その際、複数の成形型をターンテーブルの円周上に所定間隔で配置し、このターンテーブルを一定角度の回転と停止を交互に繰り返すインデックス回転することにより、複数の成形型を同期して定められた停留位置に順次移動することが行われている。

熔融ガラスの成形型への供給、ガラス成形体の成形型からの取り出しは成形型が停留しているタイミングで行うことが望まれるが、成形型を同期して移動しているので、成形型への熔融ガラスの供給と成形型からのガラス成形体の取り出しは同時に行わなければならない。

ロボットを使ってターンテーブル上の成形型からガラス成形体を取り出す場合、ロボットのマニピュレータは、次の成形型が取り出し位置に搬送されるまでの間に、以下の操作、すなわち、（１）停留中の成形型上にあるガラス成形体にアクセスし、（２）成形体を保持し、（３）成形型が動き出す前に成形体を取り出し、（４）成形体を次工程へ移送し、（５）成形体保持を解除し、（６）次の取り出しのために最初の位置に戻る、という操作を終了させなければならない。

ところが、スループットを増加させるために熔融ガラス塊の分離間隔をより短縮化すると、熔融ガラス塊の分離間隔に比べ、成形体取り出しのための上記（１）〜（６）の操作時間が相対的に長くなることから、ロボットの操作が次の成形体の取り出しに間に合わなくなってしまう。このようにガラス成形体の取り出し工程が律速となって、成形体の製造
工程全体の高速化を制限してしまうという問題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ガラス成形体の製造速度を高速化して、量産性を向上させたガラス成形体の製造方法および該方法により得られたガラス成形体から光学素子を製造する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明者が鋭意検討したところ、ガラス成形体の製造工程において、複数のガラス成形型の一部または全部から一括して複数のガラス成形体を取り出すことにより、ガラス成形体の取り出しに要する時間を短縮できることを見出し、この知見に基づいて、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、
（１）熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、
連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、
同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得、
複数のマニピュレータと、前記マニピュレータの間隔を調整可能な間隔可変機構とを用いて前記複数の成形型の一部から一括して複数のガラス成形体を取り出し、
取り出した複数の前記ガラス成形体を配置する時、前記間隔可変機構を用いて、複数の前記マニピュレータの間隔を前記ガラス成形体の配置間隔に相当する間隔に調整する
ことを特徴とするガラス成形体の製造方法、
（２）前記一括して取り出したガラス成形体を、１行当たりＭ個づつマトリクス状に配置したときに、Ｍ、２Ｍまたは３Ｍ（但し、Ｍは１以上の整数である）が前記複数の成形型総数の倍数である上記（１）に記載のガラス成形体の製造方法、
（３）前記一括して取り出したガラス成形体を、容器上にそれぞれＭ列×Ｎ行（但し、Ｍは１以上の整数、Ｎは１以上の整数である）のマトリクス状に配置したときに、前記複数の成形型の総数と１行あたりの配置数Ｍの最小公倍数がＭ×Ｎである上記（１）に記載のガラス成形体の製造方法、
（４）前記一括して取り出すガラス成形体の個数を、循環使用する成形型全数の約数（但し、１を含まない）とする上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（５）パイプ流出口から熔融ガラスを滴下して成形型に熔融ガラスを供給し、
成形型上で風圧を加えてガラスを浮上させながら成形する上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（６）前記マニピュレータは、吸着方式であり、
前記マニピュレータ内に負圧を発生させて前記マニピュレータの先端に前記ガラス形成体の上面を吸着し、前記ガラス成形体を吸着した状態で前記マニピュレータを上昇することにより前記ガラス成形体を取り出す上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（７）前記マニピュレータは、挟持方式であり、
複数の前記マニピュレータにより複数の前記ガラス形成体を挟持し、前記ガラス形成体を挟持した状態で前記マニピュレータを上昇して前記ガラス成形体を取り出す上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（８）前記ガラス成形体が、プレス成形用プリフォームまたはガラス基板である上記（１）〜（７）のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（９）上記（１）〜（８）のいずれか１項に記載の方法によりガラス成形体を製造し、得られたガラス成形体を精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法、および
（１０）前記ガラス成形体を精密プレス成形して得られる光学素子が、レンズ、ミラー、グレーティング、プリズム、マイクロレンズ、積層型回折光学素子のいずれか１つである上記（９）に記載の光学素子の製造方法
を提供するものである。

本発明によれば、ガラス成形体の製造速度を高速化して、量産性を向上させたガラス成形体の製造方法および該方法により得られたガラス成形体から光学素子を製造する方法を提供することができる。

本発明のガラス成形体の製造方法は、
熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、
連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、
同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得、
前記複数の成形型の一部または全部から一括して複数のガラス成形体を取り出すことを特徴とするものである。

また、本発明のガラス成形体の製造方法とは別の方法ではあるが、本発明の目的を達成
するためのガラス成形体の製造方法（以下、第２のガラス成形体の製造方法と呼ぶ）は、
熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、
連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、
同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得、
得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばした成形体を吸引して収容することを特徴とするものである。

本発明のガラス成形体の製造方法は、複数のガラス成形体を一括して成形型から取り出すことにより、ガラス成形体一個あたりの取り出しに要する時間を短縮化し、ガラス成形体の量産性を向上する方法であり、第２のガラス成形体の製造方法は、成形型から成形体を吹き飛ばすことにより、成形体の取り出し時間を短縮し、しかも吹き飛ばしたガラス成形体を吸引して収容することによりガラス成形体を傷つけることなく、所定の方向外に飛ばされることを防止しつつ確実に収容する方法である。

本発明のガラス成形体の製造方法ではガラス成形体を吸着したり、挟持することにより保持して取り出すため、十分な大きさの吸着面や挟持するための十分なサイズの成形体を製造する場合に好適であり、第２のガラス成形体の製造方法は小型の成形体の製造に好適である。

先ず、本発明のガラス成形体の製造方法や第２のガラス成形体の製造方法に共通する事項について説明する。

目的とするガラス組成が得られるように調合したガラス原料を熔融容器に導入して加熱、熔融し、清澄、均質化して熔融ガラスを得る。そして、熔融容器に取り付けられたパイプからガラスが失透しない温度で一定の流量で熔融ガラスを導きパイプ流出口から連続して流出する。質量が一定のガラス成形体が得られるように、パイプを構成する白金あるいは白金合金に電流を流してジュール熱を発生させて加熱したり、パイプを高周波誘導加熱法により加熱したり、パイプの外表面を加熱し、その温度を制御するなどして、単位時間あたりの熔融ガラス流出量を一定に維持することが好ましい。

パイプ下方には成形に使用する複数個の成形型を配置したターンテーブルを用意する。各成形型は、ターンテーブルの回転軸を中心とする円周上に等間隔に配置し、テーブルをインデックス回転することにより、各成形型を同期して対応する停留位置に順次移送する。

上記停留位置のうちの一つをキャスト位置に割り振り、キャスト位置に停留する成形型の上方にパイプ流出口が位置するようにする。

成形型へ熔融ガラス塊を供給する方法の一例として、パイプ流出口の下方に位置する成形型を上昇させてパイプ流出口に近づけ、該流出口から流出する熔融ガラスの下端を支持し、次いで上記成形型を急降下して熔融ガラスを分離することにより、熔融ガラス塊を成形型に供給する方法を挙げることができる。この方法は成形型が停留中に行うことが好ましい。この方法によれば、パイプ流出口から自然滴下する熔融ガラス塊よりも大きな質量を有し、サイズも比較的大きな熔融ガラス塊を得ることができる。このような熔融ガラス塊を成形して得られるガラス成形体は、後述する本発明のガラス成形体の製造方法において、マニピュレータで取り出すのに適した大きさとなる。また、パイプ流出口から成形型へ熔融ガラスを自然滴下して熔融ガラス塊を得る方法を挙げることもでき、この方法で得た熔融ガラス塊を成形して得られるガラス成形体は、後述する第２のガラス成形体の製造方法において、成形型から吹き飛ばすのに適した大きさとなる。

なお、ガラス成形体の質量精度を高めるには、ガラス成形体の量産開始前に、成形型を上昇したときのパイプ流出口と成形型との距離がそれぞれ等しくなるように調整することが好ましい。

このように、キャスト位置で成形型に熔融ガラス塊を供給するが、熔融ガラス塊が供給された成形型はターンテーブルの回転によってキャスト位置から搬出され、空の状態の成形型がキャスト位置に搬入される。熔融ガラス塊を載せた成形型は移動、停留を繰り返しながら、その成形型上で熔融ガラス塊をガラス成形体に成形する。

熔融ガラス塊からガラス成形体を得る方法としては、例えば、以下の第１〜第３の成形法を挙げることができる。

第１の成形法は、成形型からガスを噴出してガラス塊に上向きの風圧を加え、成形型上でガラス塊を浮上させながら成形する方法であり、この方法では、得られるガラス成形体の表面は自由表面になる。

第２の成形法も、成形型凹部からガスを噴出してガラス塊に上向きの風圧を加えるが、この方法では、成形型凹部の形状を略逆円錐状（成形型の凹部の水平断面が円形であって、下から上に向かって（ガスの噴出方向に向かって）上記円の直径が増加する形状を意味し、下から上に向かって（ガスの噴出方向に向かって）上記円の直径の増加率が増加する略ラッパ形状であることが好ましい。）とする。上記ガスの噴出口は上記略逆円錐状の凹部の底部に設ける。この方法では、ガラス塊が凹部下方に向かって下降すると上向きの強い風圧を受けて上昇し、ガラス塊が上昇すると上記風圧が減少するので下降するというように凹部内で上下動を繰り返す。この上下動によってガラス塊はランダムに回転し、球状に成形される。

第３の成形法は、成形型上の熔融ガラス塊を該成形型に対向する対向型でプレス成形する方法である。

上記第１〜第３の成形法等によって成形した後、取り出しの際の力によって変形しない程度にまで冷却した段階で成形型から目的とするガラス成形体を取り出すことが好ましい。取り出したガラス成形体は、アニーリングした後、室温まで冷却することが好ましい。

次に本発明のガラス成形体の製造方法について説明する。
本発明のガラス成形体の製造方法は、複数の成形型の一部または全部から一括して複数のガラス成形体を取り出すことを特徴とする。

図１に示すように、本発明のガラス成形体の製造方法では、複数の成形型１で成形されたガラス成形体２を一括して取り出すが、この場合、複数のマニピュレータ３を有するロボット４を用い、各マニピュレータ３で複数のガラス成形体２を一括して取り出すことが好ましい。マニピュレータとしては吸着方式のもの、挟持方式のものなどを用いることができる。吸着方式のマニピュレータを採用する場合、マニピュレータ３を成形型１上のガラス成形体２上面に近づけ、マニピュレータ３内に負圧を発生させてマニピュレータ３の先端にガラス成形体２の上面を吸着し、ガラス成形体２を吸着した状態でマニピュレータ３を上昇することにより、ガラス成形体２を成形型１から取り出すことが好ましい。取り出したガラス成形体２は、トレー５上まで運び、吸着を解除してトレー５上にガラス成形体２を配置することが好ましい。図１には２台のマニピュレータ３が記載されているが、上記操作を２台以上の複数のマニピュレータで同時に行うことにより、複数のガラス成形体２を一括して取り出すことが可能となる。挟持方式の場合は、複数のマニピュレータで
成形型１上の複数のガラス成形体２を挟持する。ガラス成形体２を挟持した状態でマニピュレータを上昇してガラス成形体２を成形型１から取り出し、取り出したガラス成形体２をトレー５上に移送し、その後挟持を解除して、トレー５上にガラス成形体２を配置することが好ましい。

複数のマニピュレータ３の間隔は可変にすることが好ましく、取り出しの際は複数のマニピュレータ３の間隔を、複数の成形型１、１の配置間隔に相当する間隔に調整し、トレー５上にガラス成形体２を配置する際は、複数のマニピュレータ３の間隔を、トレー５上におけるガラス成形体２の配置間隔に相当する間隔に調整することが好ましい。このように複数のマニピュレータ３の間隔を可変とすることにより、トレー５上にガラス成形体２を間隔をつめて配置することができる。複数のマニピュレータの間隔調整は、例えば、図１に示す間隔可変機構６を用いて行うことができる。

本発明のガラス成形体の製造方法においては、前記一括して取り出したガラス成形体を、１行当たりＭ個づつマトリクス状に配置したときに、Ｍ、２Ｍまたは３Ｍ（但し、Ｍは１以上の整数である）が前記複数の成形型総数の倍数であることが好ましい。すなわち、同じ成形型で作製したガラス成形体を１〜３行ごと周期的に対応するように配置することが好ましく、このように配置することにより、得られた複数のガラス成形体を成形型毎に分類することが容易になる。

例えば、取り出したガラス成形体の１行当たりの配置数と、循環使用する成形型総数がともにＭである場合（ガラス成形体の１行あたりの配置数Ｍが複数の成形型総数の１倍である場合）、各列に同じ成形型で作製したガラス成形体が配置されることになるため、どの成形型を何回目に循環して得たガラス成形体であるか容易に特定できることになる。

また、取り出したガラス成形体の１行当たりの配置数Ｍが、循環使用する成形型総数の２以上の整数倍であってもよい。例えば、図２に示すように、１行当たりのガラス成形体の配置数が１２個で成形型の総数が６台である場合（ガラス成形体の１行当たりの配置数「１２」が、循環使用する成形型総数「６」の２倍である場合）、６台の成形型が周回して製造するガラス成形体のうち、１行目には１周目の６個のガラス成形体（斜線で示す）と２周目の６個のガラス成形体（白抜きで示す）が配置され、２行目には３周目の６個のガラス成形体（斜線で示す）と４周目の６個のガラス成形体（白抜きで示す）が順次配置されていき、上記のケースと同様に、各列に同じ成形型で作製したガラス成形体が配置されることになる。

さらに、取り出したガラス成形体の２行または３行当たりの配置数である２Ｍまたは３Ｍが、循環使用する成形型総数の倍数であってもよい。例えば、図３に示すように、１行当たりのガラス成形体の配置数が１８個で成形型の総数が１２台である場合、すなわち、ガラス成形体の２行当たりの配置数である２Ｍが「３６」で、成形型総数「１２」の３倍である場合、１２台の成形型が周回して製造するガラス成形体のうち、１行目には１周目の１２個のガラス成形体（斜線で示す）と２周目の最初の６個のガラス成形体（白抜きで示す）が順次配置され、２行目には２周目の残った６個のガラス成形体（白抜きで示す）と３周目の１２個のガラス成形体（斜線で示す）が順次配置されて、同じ成形型で作製したガラス成形体が２行ごとに対応して配置されることになる。あるいは、図４に示すように、１行当たりのガラス成形体の配置数が１２個で成形型の総数が１８台である場合、すなわち、ガラス成形体の３行当たりの配置数である３Ｍが「３６」で、成形型総数「１８」の２倍である場合、１８台の成形型が周回して製造するガラス成形体のうち、１行目には１周目の１２個のガラス成形体（斜線で示す）が配置され、２行目には１周目の残った６個のガラス成形体（斜線で示す）と２周目の最初の６個のガラス成形体（白抜きで示す）が配置され、３行目には２周目の残った１２個のガラス成形体（白抜きで示す）が配置
されて、同じ成形型で作製したガラス成形体が３行ごとに対応して配置されることになる。

また、本発明のガラス成形体の製造方法においては、一括して取り出したガラス成形体を、容器上にそれぞれＭ列×Ｎ行（但し、Ｍは１以上の整数、Ｎは１以上の整数である）のマトリクス状に配置したときに、前記複数の成形型の総数と１行あたりの配置数Ｍの最小公倍数がＭ×Ｎであることが好ましい。すなわち、同じ成形型で作製したガラス成形体を、各容器毎に、対応する位置に配置することが好ましく、このように配置することによっても、得られた複数のガラス成形体を成形型毎に分類することが容易になる。例えば、成形型の総数が１２台で１行当たりのガラス成形体の配置数Ｍが「５」である場合、各トレーのガラス成形体の配置数が、成形型の総数「１２」と１行あたりの配置数「５」の最小公倍数である「６０」となるように、各トレーにおける行数Ｎを「１２」とすることが好ましい。このように、１２行毎に各トレーが満杯になるようにしておけば、全てのトレーにおいて、同じ成形型で作製されたガラス成形体が同じ位置に配置されることになるため、予め成形型の番号と配置位置を書いた透明シートをトレー上に重ねておく等して、何れの成形型で作製したガラス成形体であるか容易に特定することが可能となる。この方法は、Ｎが４以上である場合により好適に用いることができ、Ｎが６以上である場合にさらに好適に用いることができる。

上述したように、各成形型で作製したガラス成形体のトレーサビリティを実現することにより、一部の成形型で不良品が発生した場合、その成形型で成形したガラス成形体の特定が容易になり、該当するガラス成形体を排除することにより容易に良品を選別することが可能となる。

また、本発明のガラス成形体の製造方法においては、一括して取り出すガラス成形体の個数を循環使用する成形型全数の約数（但し、１を含まない）とすることが好ましい。

本発明のガラス成形体の製造方法におけるガラス成形体の取り出し方法を、図１を用いて具体的に説明すると、以下のとおりとなる。図１の例において、ターンテーブル７の円周上には１２台の成形型１が配置され、各成形型１で成形されたガラス成形体２が、２台のマニピュレータ３によって２個づつ一括して取り出され、トレー５上に配置される。トレー５におけるガラス成形体の配置は、１行６列のマトリクス状になっており、２つのガラス成形体を１セットとして、先ず第１行目に第１セット〜第３セットの計６個のガラス成形体が配置され、第２行目に第４セット〜第６セットの計６個のガラス成形体が配置され、ターンテーブルが１周すると、トレー５の２つの行に３セットづつ計６セット（１２個）のガラス成形体が順次配置されることになる。この場合、取り出したガラス成形体の２行当たりの配置数２Ｍ（１２）は、循環使用する成形型総数（１２）の倍数（１倍）となっている。このため、ターンテーブルが１周する毎にトレー５の２つの行に第１セット〜第６セットのガラス成形体が６セットづつ順次配置され、各セットのガラス成形体は２つの行おきに対応して配置されることになる。この場合、各セットのガラス成形体はそれぞれ対応する同じ成形型で成形されているので、同じ成形型で成形したガラス成形体が２つの行おきに対応して配置されることになる。したがって、トレー上の配置を調べることにより、どの成形型を何回目に循環して成形して得たガラス成形体かが容易に判別できることになる。

本発明のガラス成形体の製造方法は、第１の成形法、第２の成形法、あるいは第３の成形法と組合わせることが好ましく、特に第１の成形法と組み合わせ、成形型上でガラスを浮上させながら成形すると、ガラス成形体表面のシワ発生を防止することができ、また成形型との接触によってガラスが急冷することによるカン割れを防止することもできるので、好適である。また、本発明のガラス成形体の製造方法と第３の成形法の組合せは、光学
素子のブランクを生産する場合や、薄肉板状のガラス基板を生産する場合に好適である。

次に、第２のガラス成形体の製造方法について説明する。
第２のガラス成形体の製造方法は、得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばしたガラス成形体を吸引して収容することを特徴とする。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のガラス成形体の製造方法においては、パイプ流出口８から熔融ガラスを滴下して成形型１に熔融ガラス塊を供給し、成形型１上で風圧を加えて熔融ガラス塊を浮上させながら成形することが望ましい。熔融ガラスを滴下して得られるような小型のガラス塊を成形したガラス成形体２は、風圧を加えることにより容易に成形型１から吹き飛ばすことができ、本発明のガラス成形体の製造方法によって、吸着、挟持しにくい小型のガラス成形体であってもガラス成形体に触れることなく短時間で取り出すことができる。そして吹き飛ばしたガラス成形体を吸引して収容すれば、ガラス成形体を傷つけることなく効率よく回収することができる。

図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、吹き飛ばしに使用するガスは、ガス噴射装置９から噴射することが好ましく、成形型１凹部の内壁に沿って噴射し、凹部内のガラス成形体２を、前記ガスを噴射した内壁と対向する内壁に沿って吹き飛ばすことが好ましい。ガラス成形体２が吹き飛ばされる位置には予め、吸引口１１を有する吸引装置１０を配置しておくことが好ましく、吸引装置１０の内部に負圧を発生させ、吹き飛ばしたガラス成形体２を吸引口１１近傍の負圧によって吸引口１１内へ吸引し、吸引口１１に連結する管内を通り容器１２に収容することが好ましい。ガラス成形体２を傷つけないようにするため、前記管や容器１２は、柔軟な材質で作ることが望ましい。

図５において、ガス噴射装置９と吸引装置１０は１台づつしか記載されていないが、それぞれ複数使用してもよく、複数使用することにより、ガラス成形体２の取り出し時間をより短縮化することができる。

吹き飛ばしに使用するガスとしては、窒素ガスや空気等を用いることができるが、乾燥した清澄なガスとすることが好ましく、また、吹き飛ばす際のガス流量は、ガラス成形体の質量等を考慮して適宜決定することができるが、１０〜５０Ｌ／分程度であることが好ましい。

本発明のガラス成形体の製造方法、第２のガラス成形体の製造方法により得られるガラス成形体としては、加熱してプレス成形するためのガラス素材であるプレス成形用プリフォームや、ハードディスク等のメモリーディスク（ＭＤ）に用いられる薄肉板状のガラス基板を挙げることができるが、本発明のガラス成形体の製造方法および第２のガラス成形体の製造方法は、特に精密プレス成形用プリフォームの生産に好適に用いることができる。

次に、本発明の光学素子の製造方法について説明する。
本発明の光学素子の製造方法は、上記本発明のガラス成形体の製造方法により製造したガラス成形体を精密プレス成形することを特徴とする。なお、第２のガラス成形体の製造方法により作製したガラス成形体を精密プレス成形し光学素子を製造しても本発明と同等の目的を達成することができる。

使用するガラス成形体の形状は目的とする光学素子の形状に基づき定めることが望ましい。例えば、レンズのような回転対称性を有する光学素子を成形する場合は、プリフォームとして使用するガラス成形体の形状も球や回転対称性を有する形状にすることが望ましい。球状のプリフォームを成形する場合は、上記第２のガラス成形体の製造方法で第２の
成形法を用いればよく、回転対称軸を１本有する形状のガラス成形体を得るには本発明のガラス成形体の製造方法で第１の成形法を用いることが望ましい。その場合、成形型凹部の形状も回転対称性を有するように設計する。本発明のガラス成形体の製造方法は自由表面を有する成形体の生産に好適であるが、自由表面では得にくい形状の成形体が必要な場合もあるため、その場合には本発明のガラス成形体の製造方法、第２のガラス成形体の製造方法それぞれにおいて第３の成形法を用いればよい。この場合、第３の成形法としては、プレス成形型を直接ガラスに接触させてプレス成形する方法の他に、プレス成形型の押圧面を多孔質で形成し、多孔質の背面にガス圧を加えて多孔質からガスを噴射させ、押圧面とガラスの間にガス層を形成した状態でガラスをプレスする方法を挙げることもできる。

上述のようにして得たガラス成形体を精密プレス成形して光学素子を製造するが、精密プレス成形法、精密プレス成形で使用するプレス成形型、装置は公知のものを用いて行うことができる。そして、成形条件などの製造条件についてはガラスの種類、光学素子の形状、サイズなどを考慮して適宜、調整すればよい。

得られる光学素子としては、光学器械を構成するガラス部品、例えばレンズ、ミラー、グレーティング、プリズム、マイクロレンズ、積層型回折光学素子等の光学素子を挙げることができ、好ましくはレンズを挙げることができる。

実施例１（ガラス成形体の製造例）
図１に示すように、ターンテーブル７の回転軸を中心とする円周上に、１２台の成形型１を等間隔に配置し、各成形型１を同期して対応する停留位置に順次移送し得るように、ターンテーブル７のインデックス回転角度を調整した。上記停留位置のうちの一つをキャスト位置に割り振り、キャスト位置に停留する成形型１の上方にパイプ流出口８を設置した。

ターンテーブル７をインデックス回転し、所定のキャスト位置に停留する成形型１を上昇させパイプ流出口８に近づけて、パイプ流出口８から一定流量で流出する熔融ガラスの下端を受けて支持した。熔融ガラスの下端を支持することにより、熔融ガラスのパイプ流出口８側と上記下端側の間にくびれが生じるが、所定のタイミングでガラス成形型１を真下に急降下することにより、上記くびれ部分において熔融ガラスを分離して、熔融ガラス塊を得た。急降下のタイミング、成形型１とパイプ流出口８との距離を設定、制御することにより所要質量の熔融ガラス塊を得ることができる。

次いで、ターンテーブル７をインデックス回転して熔融ガラス塊を供給した成形型１をキャスト位置から搬出し、空の状態の成形型１をキャスト位置に搬入した。このような操作をターンテーブル７をインデックス回転することにより一定の周期で行った。熔融ガラスの分離周期をカッティングタイムと呼ぶことにすると、本実施例ではカッティングタイムを１．５秒とした。

成形型上に供給された熔融ガラス塊には、成形型１の下方からガスを噴出して熔融ガラス塊に上向きの風圧を加え、熔融ガラス塊を浮上させながら回転対称形状のガラス成形体２に成形した。得られたガラス成形体２の表面は滑らかな自由表面となり、精密プレス成形用プリフォームとして好適であった。

上記ガラス成形体を冷却し、取り出しのための外力を加えても変形しない状態になった後、吸着方式のマニピュレータ３を２台有するロボット４を用いて、取り出し位置に停留する互いに隣接する成形型１、１からガラス成形体２，２を２個一括して取り出した。す
なわち、マニピュレータ３、３を成形型１、１上のガラス成形体２、２上面にそれぞれ近づけ、マニピュレータ３、３内に負圧を発生させて各マニピュレータの先端にガラス成形体２の上面を吸着し、ガラス成形体２、２をそれぞれ吸着した状態でマニピュレータ３、３を上昇することにより、２個のガラス成形体を成形型１、１から取り出した。取り出したガラス成形体２、２を、トレー５上まで運び、吸着を解除してトレー５上にガラス成形体２、２を配置した。

２台のマニピュレータは間隔可変機構６により相互の間隔を調整することができ、ガラス成形体２、２の取り出し時にはマニピュレータ３、３の間隔を成形型１、１の配置間隔に相当する間隔に調整し、取り出したガラス成形体２、２をトレー上に運び配置する時にはマニピュレータ３、３の間隔をトレー５上のガラス成形体の配列間隔に相当する間隔に狭めた。

トレー５におけるガラス成形体２の配置は１行６列のマトリックス状になっており、２つのガラス成形体を１セットとして、先ず第１行目に第１セット〜第３セットの計６個のガラス成形体を配置し、第２行目に第４セット〜第６セットの計６個のガラス成形体を配置して、ターンテーブルが１周する毎に、トレー５の２つの行に３セットづつ計６セット（１２個）のガラス成形体を順次配置した。

本実施例においては、取り出したガラス成形体の２行当たりの配置数２Ｍ（１２）が、循環使用する成形型総数（１２）の倍数（１倍）になっているため、同じ成形型で作製されたガラス成形体が、２行おきに対応する位置に配置されることとなり、トレー５上の配列からガラス成形体２がどの成形型で成形されたものか容易に判別することができるようになる。

マニピュレータ３、３および間隔可変機構６、マニピュレータ３、３の移動機能はすべてロボット４により自動化し、熔融ガラス塊供給時の成形型の上下動作、ターンテーブル７の駆動などとともに制御系によって制御した。

上記ロボット４による、マニピュレータ３を用いたガラス成形体２の取り出し、成形型１とトレー５間のマニピュレータ３の往復、トレー５上へのガラス成形体２の配置それぞれに要する時間の合計は２．０秒であり上記カッティングタイム１．５秒の４／３倍であるが、本実施例では、２台のマニピュレータを用いて２つのガラス成形体を一括して取り出しているので、ガラス成形体１個あたりの取り出しに要する時間は１．０秒となり、カッティングタイムの３／４倍となるため、ガラス成形体の取り出しを安定して行うことができ、ガラス成形体の製造工程全体の高速化を図ることができた。

これに対し、従来の１個ずつの取り出し方式では、上述したように、カッティングタイム１．５秒に対し、ガラス成形体２の取り出しに要する時間が２．０秒であるため、ガラス成形体２を連続して取り出すことはできない。

参考例１ （第２のガラス成形体の製造方法によるガラス成形体の製造例）
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ターンテーブル７の回転軸を中心とする円周上に、１２台の成形型１を等間隔に配置し、各成形型１を同期して対応する停留位置に順次移送し得るように、ターンテーブル７のインデックス回転角度を調整した。上記停留位置のうちの一つをキャスト位置に割り振り、キャスト位置に停留する成形型１の上方にパイプ流出口８を設置した。

ターンテーブル７をインデックス回転し、所定のキャスト位置に停留する成形型１にパイプ流出口８から熔融ガラス塊を滴下し、成形型１の下方から噴射するガスにより熔融ガ
ラス塊を浮上、回転させながら球状に成形した。

次いで、ターンテーブル７をインデックス回転して熔融ガラス塊を供給した成形型１をキャスト位置から搬出し、空の状態の成形型１をキャスト位置に搬入した。各カッティングタイムを１．０秒とし、ターンテーブル７をインデックス回転することによって、このような操作を一定の周期で行った。

上記ガラス成形体を冷却し、取り出しのための外力を加えても変形しない状態になった後、図５（ａ）に示す所定の取出し位置において、図５（ｂ）、（ｃ）に示すガス噴射装置９から３０Ｌ／分の乾燥窒素ガスを成形型１凹部の内壁に沿って噴射し、凹部内の球形状を有するガラス成形体２を、前記ガスを噴射した内壁と対向する内壁に沿って吹き飛ばした。ガラス成形体２が吹き飛ばされる位置には予め、吸引口１１を有する吸引装置１０を配置しておき、吸引装置１０の内部に負圧を発生させ、吹き飛ばしたガラス成形体２を吸引口１１近傍の負圧によって吸引口１１内へ吸引して、吸引口１１に連結する管内を通り容器１２に移送した。このようにして次々と取り出し位置に来たガラス成形体２をガス噴射装置９で吹き飛ばし、吸引装置１０で吸引して容器１２へと移送した。なお、ガラス成形体２を傷つけないようにするため、上記吸引装置１０内の管はテフロン製、容器１２は、ステンレススチール製のものを用いた。

本実施例におけるカッティングタイムは、上述したように１．０秒であり、実施例１のロボットで１台のマニピュレータが成形体１個を取り出すのに要する時間（２．０秒）の１／２倍という極めて短いカッティングタイムでありながら、各成形型１からガラス成形体２を傷つけることなしに確実に取り出すことができた。

実施例２ （光学素子の製造例）
実施例１および参考例１と同様の方法でそれぞれガラス成形体２を作製し、このガラス成形体２を精密プレス成形用プリフォームとして用いて、光学素子を製造した。

まず、所望の光学特性が得られるようなガラス成分を含む原料を秤量、調合し十分混合して熔融容器に導入し、加熱、熔融し、清澄、均質化して得た熔融ガラスをパイプで導き、図１および図５に示すパイプ流出口８から連続して流出して、実施例１および参考例１と同様の方法で光学ガラスからなるプリフォームに成形した。

実施例１と同様の方法で得たプリフォームについては、プリフォームが割れない速度で徐冷した後、徐冷したプリフォームをトレー５上の配列位置を保ったまま別のトレーに移し変えて、割れや脈理、表面の傷、規格外質量などの不良がないか検査をした。検査は各成形型で成形したプリフォームが配置された箇所から検査対象を抜き取り、検査して良品であることを確認した。

次に各プリフォームを洗浄、乾燥後、炭素膜を全表面にコートし、窒素と水素の混合ガス雰囲気中で加熱し、プレス成形型で精密プレス成形して非球面レンズを作製した。このようにして非球面レンズ、球面レンズ、マイクロレンズアレイなどの各種光学素子を量産した。

本発明によれば、ガラス成形体の製造速度を高速化して、量産性を向上させたガラス成形体の製造方法および該方法により得られたガラス成形体から光学素子を製造する方法を提供することができる。

本発明におけるガラス成形体の製造方法の１例を示す図である。 本発明において取り出したガラス成形体の配置例を示す図である。 本発明において取り出したガラス成形体の配置例を示す図である。 本発明において取り出したガラス成形体の配置例を示す図である。 ガラス成形体の製造方法の１例を示す図である。

符号の説明

１ 成形型
２ ガラス成形体
３ マニピュレータ
４ ロボット
５ トレー
６ 間隔可変機構
７ ターンテーブル
８ パイプ流出口
９ ガス噴射装置
１０ 吸引装置
１１ 吸引口
１２ 容器

Claims (10)

1. 熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、
   連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、
   同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形して前記ガラス成形体を得、
   複数のマニピュレータと、前記マニピュレータの間隔を調整可能な間隔可変機構とを用いて前記複数の成形型の一部から一括して複数の前記ガラス成形体を取り出し、
   取り出した複数の前記ガラス成形体を配置する時、前記間隔可変機構を用いて、複数の前記マニピュレータの間隔を前記ガラス成形体の配置間隔に相当する間隔に調整する
   ことを特徴とするガラス成形体の製造方法。
2. 前記一括して取り出したガラス成形体を、１行当たりＭ個づつマトリクス状に配置したときに、Ｍ、２Ｍまたは３Ｍ（但し、Ｍは１以上の整数である）が前記複数の成形型総数の倍数である請求項１に記載のガラス成形体の製造方法。
3. 前記一括して取り出したガラス成形体を、容器上にそれぞれＭ列×Ｎ行（但し、Ｍは１以上の整数、Ｎは１以上の整数である）のマトリクス状に配置したときに、前記複数の成形型の総数と１行あたりの配置数Ｍの最小公倍数がＭ×Ｎである請求項１に記載のガラス成形体の製造方法。
4. 前記一括して取り出すガラス成形体の個数を、循環使用する成形型全数の約数（但し、１を含まない）とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
5. パイプ流出口から熔融ガラスを滴下して成形型に熔融ガラスを供給し、
   成形型上で風圧を加えてガラスを浮上させながら成形する請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
6. 前記マニピュレータは、吸着方式であり、
   前記マニピュレータ内に負圧を発生させて前記マニピュレータの先端に前記ガラス形成体の上面を吸着し、前記ガラス成形体を吸着した状態で前記マニピュレータを上昇することにより前記ガラス成形体を取り出す請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
7. 前記マニピュレータは、挟持方式であり、
   複数の前記マニピュレータにより複数の前記ガラス形成体を挟持し、前記ガラス形成体を挟持した状態で前記マニピュレータを上昇して前記ガラス成形体を取り出す請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
8. 前記ガラス成形体が、プレス成形用プリフォームまたはガラス基板である請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法によりガラス成形体を製造し、得られたガラス成形体を精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
10. 前記ガラス成形体を精密プレス成形して得られる光学素子が、レンズ、ミラー、グレーティング、プリズム、マイクロレンズ、積層型回折光学素子のいずれか１つである請求項９に記載の光学素子の製造方法。

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