JP5049858B2 - 精密プレス成形用プリフォームの製造方法、光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)熔融ガラスから直接プリフォームを成形する
(2)上記成形工程でガラスをプレス成形することなく、成形型上でガラスを冷却する過程で凹面または平面を有するプリフォームを成形する
(3)レンズ体積に比べてプリフォーム体積を大幅に大きくすることなく、面精度の優れたレンズを効率的に成形する
必要がある。
[1]
成形型の成形面上で風圧により熔融ガラス塊を浮上させてプリフォームを成形する精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記成形型は、凸状または平面状であって、ガス噴出口を有する成形面を有し、さらにガラス塊側方を規制する規制側面を有し、かつ
前記熔融ガラス塊は、前記ガス噴出口からの、噴出量が前記成形面の中央部よりも周辺部において多くなるように調整された、噴出ガスによる風圧により浮上させて、成形面と対向する熔融ガラス塊の面は成形面の転写形状である凹状または平面状に成形され、熔融ガラス塊の側面は、前記成形型の規制側面に対応した側面に成形され、かつ熔融ガラス塊の上面は成形雰囲気に開放された状態を維持することで、熔融ガラス塊をプレスすることなく、被プレス面の一方が凹状または平面状である対向する2つの被プレス面と側面とを有するプリフォームを成形することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
[2]
前記成形面の中央部と周辺部でのガス噴出量を調整は、前記成形面を多孔質体の表面で構成し、かつ該多孔質体を通してガスを噴出させる構造の成形型であって、成形面中央部における多孔質体の厚みを周辺部における厚みより薄くし、かつ前記中央部の裏面の気孔の一部または全部を塞いだ成形型を用いることで行う、[1]に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
[3]
前記ガラス塊の側面の成形は、ガラス塊の側方を成形型の規制側面に直接接触させ、かつ前記成形面から噴出するガスを、前記規制面を構成する部材の下方の末端と成形面の隙間から成形型の外へ排気しながら実施する、[1]または[2]に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
[4]
前記ガラス塊の側面の成形は、ガラス塊の側方を成形型の規制側面に直接接触させ、かつ前記成形面から噴出するガスを、前記規制面に設けた溝を介して成形型の外へ排気しながら実施する、[1]または[2]に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
[5]
前記規制面の形状が円筒形状または裁頭円錐の側面形状である成形型を用い、側面形状が円筒形状または裁頭円錐の側面形状であるプリフォームを成形する、[3]または[4]に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
[6]
[1]〜[5]のいずれかに記載の方法により精密プレス成形用プリフォームを作製し、作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形する光学素子の製造方法。
[7]
精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入し、前記プリフォームとプレス成形型とを一緒に加熱する[6]に記載の光学素子の製造方法。
[8]
予熱した精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入し、精密プレス成形する[6]に記載の光学素子の製造方法。
[9]
メニスカスレンズまたは両凹レンズを精密プレス成形により作製する[6]〜[8]のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
(1) 前記成形型は、凸状または平面状であって、ガス噴出口を有する成形面を有し、さらにガラス塊側方を規制する規制側面を有する。
(2) 前記熔融ガラス塊は、前記ガス噴出口からの、噴出量が前記成形面の中央部よりも周辺部において多くなるように調整された、噴出ガスによる風圧により浮上させて、成形面と対向する熔融ガラス塊の面は成形面の転写形状である凹状または平面状に成形され、熔融ガラス塊の側面は、前記成形型の規制側面に対応した側面に成形され、かつ熔融ガラス塊の上面は非接触を状態を維持することで、被プレス面の一方が凹状または平面状である対向する2つの被プレス面と側面とを有するプリフォームを成形する。
本発明の製造方法では、成形面上の側壁部で囲まれた空間(成形スペース)に熔融ガラス塊を供給する。例えば、公知の方法により熔解、清澄、均質化された熔融ガラスをパイプから一定流量で流出して熔融ガラス流の下端を上記成形型の成形面で受ける。このとき、成形面からガスを噴出してガスクッションを介して熔融ガラスを受けてもよいし、成形面に直接受けてもよい。この状態で熔融ガラス流には表面張力によるくびれが生じる。次に成形型を下方に急降下させて表面張力によって前記くびれで熔融ガラスを分離する。こうしてくびれより下の熔融ガラスが成形型の凹部に供給される。成形型の代わりに熔融ガラス流の下端を受ける受け具を用い、所定のタイミングで受け具を急降下して熔融ガラス塊を分離し、得られた熔融ガラス塊を成形型の凹部に供給してもよい。
凹部に供給された熔融ガラス塊の粘度は低く、成形型の成形空間内に広がる。凹部の底部からはガスが噴出しているので、前述のようにガラス塊は浮上状態になり、成形面とガラスの間にガスクッションが形成される。しかし、噴出ガスはガス排出路から優先的に排出されるため、ガラスと成形型の内周面の間にはガスクッションは実質的に形成されず、ガラス側面と成形型の内周面とが直接接触する。こうして熔融ガラス塊は、底面は成形面の形状を転写した形状を有し、かつ側面を有するプリフォームに成形される。プリフォームに成形される側面の形状は、内周面の形状を選択することで適宜選択でき、側面の高さは、成形型が同一の場合、供給される熔融ガラス塊の量に応じて、増減する。
次に本発明の方法で製造されるプリフォームの具体例について説明する。
上記プリフォームの一例は、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記2つの端面の外周に接続する1つの側面を備える、ガラス製の精密プレス成形用プリフォームである。さらに、本発明のプリフォームの前記2つの端面は、被プレス面であり、かつ少なくとも一方の端面は、平面または凹面であり、前記側面は熔融状態のガラスを固化して得られた面からなる。さらに、このプリフォームは、前記回転対称軸に一致する軸を有し、かつ前記プリフォームに外接する仮想的な円柱を想定したときに、当該円柱の高さhに対する直径φの比(φ/h)が1以上かつ3以下である。さらに、前記円柱の容積V0に対する前記プリフォームの体積Vの比(V/V0)が68%以上である。
nd≧2.4−0.02×νd …… (1)
nd≦2.42−0.012×νd (ただし、屈折率ndが2.2以下)…… (3)
(注)
(1)式はnd=1.90、νd=25とnd=1.7、νd=35を結ぶ直線
(2)式はnd=2.00、νd=45とnd=1.7、νd=65を結ぶ直線
(3)式はnd=2.00、νd=35とnd=1.7、νd=60を結ぶ直線
B2O3 5〜70%、
SiO2 0〜50%、
ZnO 1〜50%、
La2O3 5〜30%、
Gd2O3 0〜22%、
Y2O3 0〜10%、
Yb2O3 0〜10%、
Li2O 0〜20%、
Na2O 0〜10%、
K2O 0〜10%、
MgO 0〜10%、
CaO 0〜10%、
SrO 0〜10%、
BaO 0〜10%、
ZrO2 0〜15%、
Ta2O5 0〜20%、
WO3 0〜20%、
Nb2O5 0〜15%、
TiO2 0〜40%、
Bi2O3 0〜10%、
GeO2 0〜10%、
Ga2O3 0〜10%、
Al2O3 0〜10%、
を含む光学ガラスを例示することができる。
本発明の光学素子の製造方法は、上記の精密プレス成形用プリフォームを、プレス成形型を用いて精密プレス成形する光学素子の製造方法である。
この方法は、プレス成形型にプリフォームを導入し、プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱し、精密プレス成形するというものである(精密プレス成形法1とういう)。精密プレス成形法1において、プレス成形型と前記プリフォームの温度をともに、プリフォームを構成するガラスが106〜1012dPa・sの粘度を示す温度に加熱して精密プレス成形を行うことが好ましい。また前記ガラスが1012dPa・s以上、より好ましくは1014dPa・s以上、さらに好まくは1016dPa・s以上の粘度を示す温度にまで冷却してから精密プレス成形品をプレス成形型から取り出すことが望ましい。上記の条件により、プレス成形型成形面の形状をガラスにより精密に転写することができるとともに、精密プレス成形品を変形することなく取り出すこともできる。
この方法は、プレス成形型に予熱したプリフォームを導入し、精密プレス成形することを特徴とするものである(精密プレス成形法2という)。この方法では、プレス成形型とプレス成形用プリフォームを別々に予熱し、予熱されたプリフォームをプレス成形型に導入して精密プレス成形することが好ましい。この方法によれば、前記プリフォームをプレス成形型に導入する前に予め加熱するので、サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度の光学素子を製造することができる。
図1はガラスを成形中の成形型の垂直断面を模式的に示したものである。この方法は、ガラス塊の被プレス面の浮上成形面側を凹面あるいは平坦面な下面とし、反対側の自由曲面2が凸面となる成形方法である。成形型は外枠1とスリット6を設けた側壁部4、および浮上型3により構成される。浮上型3は多孔質体製でガラス浮上面3-1および反対側の円柱状の穴の周辺のドーナツ状の部分3-2のわずかに底上げし、噴出ガスが通過できるような面以外の3-4、3-3、3-5は多孔質体表面の気孔を潰してある。裏面には中央部に円柱状の穴を設ける。円柱状の穴3-6は多孔質体の表面の目をつぶすかあるいは噴出ガスの通過量が少なくなる加工を施してある。成形するプリフォームの容量および被プレス面の形状に応じて直径および深さを変更し対応する。この構造によりガラス塊Aが凹み部分に充填されると浮上型の下側より供給された噴出ガス5は3-2の部分より入りガラス浮上面3-1の中央部分に比べより多い量を周辺部分から通過しガラスを安定した状態で浮上させる。そのときの噴出ガスはガラス塊下面とガラス浮上面3-1の間を外側に向かって隙間(スリット)6に抜けガス溜まりの発生はなくガス排気路として機能する隙間7より上方にスムーズに抜ける。また側壁部4とガラス塊Aの間には噴出ガスは通過しないため側壁部4に接触した部分はその表面および形状を精密に転写でき出来上がったプリフォームの側面の形状と寸法が正確なものが得られている。
(1)成形型
成形スペースの容量は756.5mm3である。寸法は裁頭円錐の上側の大きい直径を14.68mmとし、片側4°のテーパを付けテーパの最下端の位置までの深さを5mmとした。この位置より上側に向かって中央部で0.85mmの高さの凸形状の32Rの多孔質体を組み込んである。
(2)ガラス塊のガラス組成
ガラス塊を構成するガラスの組成は、次のとおりである。B2O3の含有量が38モル%、SiO2の含有量が5モル%、ZnOの含有量が23モル%、La2O3の含有量が19モル%、ZrO2の含有量が5モル%、Ta2O5の含有量が4%、WO3の含有量が6%であり、これら成分の合計含有量が100モル%である。
(3)ガラス塊の粘度
ガラスの粘度は次のとおりである。
流出時の粘度が3.8〜4.5dPa・s、
成形型凹部への供給時の粘度が9〜60dPa・s、
成形型で浮上しながら成形する時の粘度が60〜103dPa・s
である。
(4)浮上成形
1個あたりの成形タクトは約7.7秒、ガス噴出量は、成形面の中央部で0.08〜0.15リットル/分、周辺部で0.2〜0.3リットル/分とした。
(5)プリフォーム
体積は557mm3、各部のおおよその寸法および曲率半径は図4に示す値である。ここで各部の寸法、曲率半径の単位はともにmmである。
Claims (9)
- 成形型の成形面上で風圧により熔融ガラス塊を浮上させてプリフォームを成形する精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記成形型は、凸状または平面状であって、ガス噴出口を有する成形面を有し、さらにガラス塊側方を規制する規制側面を有し、かつ
前記熔融ガラス塊は、前記ガス噴出口からの、噴出量が前記成形面の中央部よりも周辺部において多くなるように調整された、噴出ガスによる風圧により浮上させて、成形面と対向する熔融ガラス塊の面は成形面の転写形状である凹状または平面状に成形され、熔融ガラス塊の側面は、前記成形型の規制側面に対応した側面に成形され、かつ熔融ガラス塊の上面は成形雰囲気に開放された状態を維持することで、熔融ガラス塊をプレスすることなく、被プレス面の一方が凹状または平面状である対向する2つの被プレス面と側面とを有するプリフォームを成形することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法。 - 前記成形面の中央部と周辺部でのガス噴出量を調整は、前記成形面を多孔質体の表面で構成し、かつ該多孔質体を通してガスを噴出させる構造の成形型であって、成形面中央部における多孔質体の厚みを周辺部における厚みより薄くし、かつ前記中央部の裏面の気孔の一部または全部を塞いだ成形型を用いることで行う、請求項1に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
- 前記ガラス塊の側面の成形は、ガラス塊の側方を成形型の規制側面に直接接触させ、かつ前記成形面から噴出するガスを、前記規制面を構成する部材の下方の末端と成形面の隙間から成形型の外へ排気しながら実施する、請求項1または2に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
- 前記ガラス塊の側面の成形は、ガラス塊の側方を成形型の規制側面に直接接触させ、かつ前記成形面から噴出するガスを、前記規制面に設けた溝を介して成形型の外へ排気しながら実施する、請求項1または2に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
- 前記規制面の形状が円筒形状または裁頭円錐の側面形状である成形型を用い、側面形状が円筒形状または裁頭円錐の側面形状であるプリフォームを成形する、請求項3または4に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の方法により精密プレス成形用プリフォームを作製し、作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形する光学素子の製造方法。
- 精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入し、前記プリフォームとプレス成形型とを一緒に加熱する請求項6に記載の光学素子の製造方法。
- 予熱した精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入し、精密プレス成形する請求項6に記載の光学素子の製造方法。
- メニスカスレンズまたは両凹レンズを精密プレス成形により作製する請求項6〜8のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
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