JP5438708B2 - プレス成形用プリフォーム、および光学素子の製造方法 - Google Patents
プレス成形用プリフォーム、および光学素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5438708B2 JP5438708B2 JP2011048140A JP2011048140A JP5438708B2 JP 5438708 B2 JP5438708 B2 JP 5438708B2 JP 2011048140 A JP2011048140 A JP 2011048140A JP 2011048140 A JP2011048140 A JP 2011048140A JP 5438708 B2 JP5438708 B2 JP 5438708B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- preform
- molten glass
- gas
- nozzle
- mold
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000465 moulding Methods 0.000 title claims description 187
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 70
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 57
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 claims description 276
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 111
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 110
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 263
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 24
- 239000010408 film Substances 0.000 description 15
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 14
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 14
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 9
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 4
- 230000037237 body shape Effects 0.000 description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000005339 levitation Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010040925 Skin striae Diseases 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 as in the nozzle Substances 0.000 description 1
- CUZMQPZYCDIHQL-VCTVXEGHSA-L calcium;(2s)-1-[(2s)-3-[(2r)-2-(cyclohexanecarbonylamino)propanoyl]sulfanyl-2-methylpropanoyl]pyrrolidine-2-carboxylate Chemical compound [Ca+2].N([C@H](C)C(=O)SC[C@@H](C)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C([O-])=O)C(=O)C1CCCCC1.N([C@H](C)C(=O)SC[C@@H](C)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C([O-])=O)C(=O)C1CCCCC1 CUZMQPZYCDIHQL-VCTVXEGHSA-L 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000004031 devitrification Methods 0.000 description 1
- 230000003292 diminished effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004554 molding of glass Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000005365 phosphate glass Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Description
[1] 熔融ガラス塊を成形型上に供給し、前記熔融ガラス塊上面の少なくとも中心領域を盛り上げ(以下、「盛り上げ操作」という)、プレス成形用プリフォームに成形するプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記盛り上げ操作は、先端部にガス噴出口を有するノズルを前記熔融ガラス塊上方に配置し、前記ガス噴出口から、前記中心領域よりも外側に向けて放射状にガスを噴出することによって行われることを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法。
[2] 熔融ガラス塊を成形型上に供給し、前記熔融ガラス塊上面の少なくとも中心領域を盛り上げ(以下、「盛り上げ操作」という)、プレス成形用プリフォームに成形するプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記盛り上げ操作は、先端部にガス噴出口を有するノズルを前記熔融ガラス塊上方に配置し、前記ガス噴出口からガスを噴出して、前記中心領域近傍の雰囲気の圧力を局所的に減少させることによって行われることを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法。
[3] 前記ガスは、ノズル先端部の中心部を囲むように形成されたガス噴出口から噴出されることを特徴とする[1]または[2]に記載の方法。
[4] 前記ガス噴出口からのガスの噴出とともに、熔融ガラス塊上面中心領域近傍の雰囲気ガスを吸引することを特徴とする[3]に記載の方法。
[5] 前記雰囲気ガスは、ノズル先端部の中心部に形成されたガス吸引口から吸引されることを特徴とする[4]に記載の方法。
[6] 前記ガス噴出口から噴出されるガスにより、前記熔融ガラス塊の上昇を抑えることを特徴とする[1]〜[5]のいずれかに記載の方法。
[7] 前記ガス噴出口から噴出されるガスは加熱されていることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかに記載の方法。
[8] 前記盛り上げ操作を、前記熔融ガラス塊上面の粘度が105dPa・s以上になるまで続けることを特徴とする[1]〜[7]のいずれかに記載の方法。
[9] 回転対称軸が1本の回転対称体であって、回転対称軸に沿って最大の肉厚を有し、
前記回転対称軸と表面の2つの交点の一方を含む面を第一の面、前記交点の他方を含む面を第二の面とし、第一の面および第二の面において、前記交点を中心にした、外径の1/3を直径とした円内部分の形状がともに外側に凸状となっており、
第一の面の前記円内部分の曲率半径をR1、第二の面の前記円内部分の曲率半径をR2としたとき、2×|R1−R2|/(R1+R2)が30%以内、外径に対する最大の肉厚の割合が0.4〜0.7、体積が400〜3500mm3であって、
熔融ガラス塊を冷却する過程で成形したものである、ガラス製のプレス成形用プリフォーム。
[10] 凹面形状の上型および下型を有する成形型を使用し、前記下型上にプリフォームを落下供給した後、上型と下型の間でプレス成形することにより光学素子を得るために使用される、[9]に記載のプレス成形用プリフォーム。
[11] 成形型上に供給した熔融ガラス塊を、前記ガラス塊を冷却する過程でプレス成形用プリフォームに成形するプレス成形用プリフォーム成形装置において、
前記成形型と、
先端部の中心部を囲むようにガス噴出口が形成されたノズルと、
前記成形型上に供給された熔融ガラス塊の上面中心部の上方に前記ノズル先端部の中心が位置するように前記成形型および/または前記ノズルを移動させる手段
を有し、
前記ノズルは、前記熔融ガラス塊の上面中心部と前記ノズル先端部の中心部を対向させた状態で、前記熔融ガラス塊の上面中心領域よりも外側に向けて、前記ガス噴出口からガスを放射状に噴出させ、前記熔融ガラス塊上面の少なくとも中心領域を盛り上げるための手段であることを特徴とするプレス成形用プリフォームの成形装置。
[12] 成形型上に供給した熔融ガラス塊を、前記ガラス塊を冷却する過程でプレス成形用プリフォームに成形するプレス成形用プリフォーム成形装置において、
前記成形型と、
先端部の中心部を囲むようにガス噴出口が形成されたノズルと、
前記成形型上に供給された熔融ガラス塊の上面中心部の上方に前記ノズル先端部の中心が位置するように前記成形型および/または前記ノズルを移動させる手段
を有し、
前記ノズルは、前記熔融ガラス塊の上面中心部と前記ノズル先端部の中心部を対向させた状態で、前記ガス噴出口からガスを噴出させ、熔融ガラス塊上面の中心領域近傍の雰囲気の圧力を局所的に減少させて、前記熔融ガラス塊上面の少なくとも中心領域を盛り上げるための手段であることを特徴とするプレス成形用プリフォームの成形装置。
[13] 前記ノズルは、ノズル先端部の中心部にガス吸引口を有することを特徴とする[11]または[12]に記載の成形装置。
[14] ガラス製のプリフォームを加熱し、プレス成形してガラス製光学素子を作製する光学素子の製造方法において、
前記プリフォームとして、[1]〜[8]のいずれかに記載の方法により作製したプリフォームまたは[9]もしくは[10]に記載のプリフォームを使用することを特徴とする光学素子の製造方法。
[15] 前記プレス成形は、少なくとも上型と下型を有し、上型成形面の形状と下型成形面の形状が異なるプレス成形型を用い、予め加熱したプリフォームを前記下型上に供給して行われることを特徴とする[14]に記載の光学素子の製造方法。
また、本発明によれば、取り扱いが容易で耐衝撃性に優れたプレス成形用プリフォームを提供することができる。
更に、本発明によれば、前記プリフォームを使用して光学素子を高い生産性のもとに製造する光学素子の製造方法を提供することができる。
[プレス成形用プリフォームの製造方法]
本発明の第一の態様のプレス成形用プリフォームの製造方法(以下、「製法I」ともいう)は、
熔融ガラス塊を成形型上に供給し、前記熔融ガラス塊上面の少なくとも中心領域を盛り上げ(盛り上げ操作)、プレス成形用プリフォームに成形するプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記盛り上げ操作は、先端部にガス噴出口を有するノズルを前記熔融ガラス塊上方に配置し、前記ガス噴出口から、前記中心領域よりも外側に向けて放射状にガスを噴出することによって行われることを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法
である。
前述のように、成形型上の熔融ガラス塊上面をノズルで吸引して盛り上げると、熔融ガラス上面が吸引ノズルに吸い付いてしまい、吸引操作を中断してノズルのメンテナンスを行う必要がある。それに対し、製法Iによれば、噴出ガスを用いるため、ガラス塊の吸い付きの問題なく、盛り上げ操作を行い、プレス成形に適した形状のプレス成形用プリフォームを製造することができる。また、吸引により盛り上げ操作を行うと、周囲のホコリ等の浮遊物が吸い寄せられ、熔融ガラスに付着することがある。プリフォームに付着した異物はレンズ表面に残るため、レンズが不良品になってしまう。製法Iでは、ガスの吹き付けにより盛り上げ操作を行うため、そのような問題を回避することもできる。プリフォームへの異物の付着を防止するためには、上記ガスとして、フィルターを通して異物を除去したものを用いることが好ましく、フィルターを通して直径20μm以上の粒子を除去したガスを用いることが更に好ましい。
製法Iでは、まず、熔融ガラス塊を成形型上、好ましくは、成形型上面に形成した凹部上に供給する。熔融ガラス塊の成形型上への供給方法としては、脱泡、均質化した熔融ガラスを一定の流出速度で連続してパイプから流出し、流出する熔融ガラス流の下端部をパイプ下方に置いた成形型上で受け、成形型を鉛直下方に急降下して、熔融ガラス流から成形型上の熔融ガラス流下端部を分離し、上記成形型の凹部上に分離した熔融ガラス塊を受ける方法(第1の降下切断法という。)、前記方法において流出する熔融ガラス流の下端部をパイプ下方に置いた支持体で受け、支持体を鉛直下方に急降下して、熔融ガラス流から支持体上の熔融ガラス流下端部を分離し、上記分離した熔融ガラス塊を成形型の凹部上に供給する方法(第2の降下切断法という。)、または、前記方法において流出する熔融ガラス流の下端部をパイプ下方に置いた支持体で受け、支持体による支持を急速に取り除いて、熔融ガラス流から支持体で支持していた熔融ガラス流下端部を分離し、上記分離した熔融ガラス塊を成形型の凹部上に供給する方法(以下、支持体除去による切断法という。)などがある。第1の降下切断法において、熔融ガラス流の下端部を成形型の凹部で受けてもよいし、成形型の凹部周辺部など成形型の凹部以外の位置で受けてもよい。
第1の降下切断法、第2の降下切断法、支持体除去による切断法はいずれも熔融ガラス流を切断刃によって切断する方法と異なり、熔融ガラス塊に切断痕を残さずに所定量の熔融ガラス塊を分離し、成形型上に供給することを可能にするものである。
熔融ガラス塊を成形型上に供給し、前記熔融ガラス塊上面の少なくとも中心領域を盛り上げ(盛り上げ操作)、プレス成形用プリフォームに成形するプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記盛り上げ操作は、先端部にガス噴出口を有するノズルを前記熔融ガラス塊上方に配置し、前記ガス噴出口からガスを噴出して、前記中心領域近傍の雰囲気の圧力を局所的に減少させることによって行われることを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法
である。
以下に、本発明における盛り上げ操作の具体的態様を説明する。但し、本発明は以下に示す態様に限定されるものではない。
第1の方法(盛り上げ方法1という。)は、成形型上の熔融ガラス塊上面の中心領域よりも外側の周辺部にガスを吹き付ける方法である。例えば、成形型上面に形成された凹部上の熔融ガラス塊上面に前記ノズルの先端部を近づけて、前記ノズル先端部の中心部が前記熔融ガラス塊上面の中心部の上方に位置するように前記先端部を熔融ガラス塊上面に対向させた状態で、前記先端部の中心部を囲むように形成したガス噴出口からガスを噴出して熔融ガラス塊の上面の盛り上げを行うことができる。
ガラスの冷却がさらに進んで、概ね転移温度近傍にまで温度低下してから、成形型凹部上から成形したプリフォームを取り出す。取り出したプリフォームは急激な温度低下で割れないように徐冷する。以上の工程により、プレス成形に適した形状のプリフォームを得ることができる。
次に、盛り上げ操作に使用されるノズルの構造および機能について説明する。
前述の盛り上げ操作のためには、例えば耐熱性材料(例えばステンレス)製のノズルを使用することができる。前記ノズルは、例えば円筒形状をしており、先端部にガスを噴出するガス噴出口を有する。ノズルの中心部を遮蔽し、ガスを噴出しない構造とし、この中心部を囲むように、例えば円環状にガス噴出口を設けることができる。この場合、円環状の中心はノズル先端部の中心部に相当する。このような構造を実現するには、ノズル先端部を開口部とし、開口部に細目の耐熱性ネットを張り、中心部に相当するネットの目を塞いで中心部の周りのみを開口部として残し、この開口部をガス噴出口とすればよい。または、ノズル内部のガス流路を円環状に形成し、中心部に相当する部分にはガス流路を設けない構造にしてもよい。このようなノズルの具体的態様については、後述する。但し、ノズル先端部の中心部からはガスを噴出させず、中心部の周りからガスを噴出させる構造であれば、上記の例以外の構造としても差支えない。
次に、本発明のプリフォームの製造方法において使用されるガラスについて説明する。
本発明のプレス成形用プリフォームの製造方法によって製造されたプリフォームは、例えばガラス製光学素子の製造に使用される。そのため、成形対象とするガラスは、光学素子の使用目的に応じた光学ガラスとすればよい。光学ガラスの種類は、特に限定されない。流出時の粘性の面からの制限は特にないが、好ましくは100dPa・s以下、より好ましくは70dPa・s以下、さらに好ましくは50dPa・s以下のガラスを成形対象にすることができる。
したがって、本発明のプレス成形用プリフォームの製造方法は、体積が300mm3以上のプリフォームを流出時のガラスの粘性が10dPa・s以下のガラスを使用して成形する場合に好適である。このようなガラスとしては、液相温度が800℃以上のリン酸塩ガラス、液相温度が900℃以上のB2O3およびLa2O3含有ガラスなどを例示することができる。
また、組成の面からは、精密プレス成形時の還元の問題および環境影響への配慮からPbを含まないものが望ましく、精密プレス成形時にプレス成形型成形面を酸化によって劣化させないために砒素を含まないガラスが望ましい。
次に、本発明のプリフォームの製造方法において製造されるプリフォームの体積、形状について説明する。
本発明に限らず、熔融ガラス塊から直接プリフォームを成形する、所謂、熱間成形法と呼ばれるプリフォームの成形法では、前述のように成形型上面の凹部上で熔融ガラス塊の上面と下面とを反転させずにプリフォームを成形する場合と、成形型上面の凹部上で熔融ガラス塊をあらゆる軸の周りに回転させながら球状のプリフォームを成形する場合などがある。
本発明のプリフォームの製造方法は、前述のように熔融ガラス塊の上面と下面を反転させずに成形を行うことにより、比較的体積の大きいプリフォームを良好に製造することができる。具体的には、本発明のプリフォームの製造方法は、好ましくは300〜3500mm3、より好ましくは400〜3500mm3の体積を有するプリフォームの成形に好適である。
プリフォーム下面の曲率半径(絶対値)を小さくするには成形型凹部の曲率半径(絶対値)を小さくすればよく、プリフォーム上面の曲率半径(絶対値)を小さくするには熔融ガラス塊上面の盛り上げを十分大きくすればよい。このようにして、プリフォーム上面と下面の曲率半径を所望の値にすることができる。
上記プリフォームは第一の面および第二の面の前記円内部分の形状がともに外側に凸状となっている。そのため、プレス成形型による加圧開始時にはプレス成形型の成形面がまず第一の面と回転対称軸との交点および第二の面と回転対称軸との交点が接触することになり、加圧が進むにつれて上記交点に近い部分のガラスから型成形面に接触することになる。そのため、ガストラップを発生することなくプレス成形を行うことができる。なお、本発明によれば、前記の第一の面および第二の面において上記以外の部分も凹みがなくなだらかな曲面であるプリフォームを得ることができる。
また、2×|R1−R2|/(R1+R2)を好ましくは30%以内、より好ましくは20%以内、更に好ましくは15%以内、より一層好ましくは10%以内とすることにより、プリフォームがプレス成形型内で反転しても支障がなく、多数のプリフォームをトレイに配列する場合でもすべてのプリフォーム上面を同じ向きを揃える手間を省くことができる。
回転対称軸が1本の回転体であって、回転対称軸に沿って最大の肉厚を有する光学ガラスよりなるプレス成形用プリフォームであって、
前記回転対称軸と表面の2つの交点の一方を含む面を第一の面、前記交点の他方を含む面を第二の面とし、
第一の面および第二の面において、前記交点を中心にした、外径の1/3を直径とした円内部分の形状がともに外側に凸状となっており、
第一の面の前記円内部分の曲率半径をR1、第二の面の前記円内部分の曲率半径をR2としたとき、2×|R1−R2|/(R1+R2)が30%以内、好ましくは20%以内、より好ましくは15%以内、更に好ましくは10%以内、外径に対する最大の肉厚の割合が0.3〜0.7、好ましくは0.4〜0.7、体積が300〜3500mm3、好ましくは400〜3500mm3の精密プレス成形に好適なプレス成形用プリフォーム。
ここで、上記最大の肉厚とは上記の中心肉厚に相当する。なお、本発明では、製造されたプリフォームの表面に、プレス成形時の離型効果を高めるため、炭素含有膜や自己組織化膜を被覆してもよい。
次に、本発明のプレス成形用プリフォームについて説明する。
本発明のプレス成形用プリフォームは、ガラス製のプレス成形用プリフォームであって、以下の形状を有し、かつ熔融ガラス塊を冷却する過程で成形したものである。
回転対称軸が1本の回転対称体であって、回転対称軸に沿って最大の肉厚を有し、
前記回転対称軸と表面の2つの交点の一方を含む面を第一の面、前記交点の他方を含む面を第二の面とし、第一の面および第二の面において、前記交点を中心にした、外径の1/3を直径とした円内部分の形状がともに外側に凸状となっており、
第一の面の前記円内部分の曲率半径をR1、第二の面の前記円内部分の曲率半径をR2としたとき、2×|R1−R2|/(R1+R2)が30%以内、外径に対する最大の肉厚の割合が0.4〜0.7、体積が400〜3500mm3である。
前述のように、前記の第一の面および第二の面において、前記交点を中心にした、外径の1/3を直径とした円内部分の形状がともに外側に凸状となっていれば、プレス成形型による加圧開始時にはプレス成形型の成形面がまず第一の面と回転対称軸との交点および第二の面と回転対称軸との交点が接触することになり、加圧が進むにつれて上記交点に近い部分のガラスから型成形面に接触することになる。そのため、ガストラップを発生することなくプレス成形を行うことができる。なお、前記の第一の面および第二の面においては上記以外の部分も凹みがなくなだらかな曲面であることが好ましい。
また、前述のように、前記プリフォームの外径に対する最大の肉厚の割合が0.4〜0.7であれば、精密プレス成形によりプレス成形型内にガラスを完全に広げることができ、精密プレス成形品の目的とする形状精度を得ることができる。
1個分の質量がプリフォームの質量に相当する熔融ガラス塊を冷却する際、冷却は表面からの放熱によって進むため、中心部に比べて表面の冷却速度のほうが大きくなる。そうするとガラス塊の表面部が固化して流動性を失った後に中心部が固化するため、中心部が表面部を内部に引っ張るような応力が発生する。熔融ガラスから直接プリフォームを成形する場合には、このような状態でガラス塊全体が固化し、プリフォームが成形されるが、上記応力のためプリフォーム表面部には圧縮応力層が生じる。つまり、プリフォームは風冷強化された状態になるため、大きなガラス成形体からガラスを切り出し、研削、研磨して作製したプリフォームよりも耐衝撃性に優れるという特徴を有する。
ここで圧縮応力層はプリフォーム全表面にわたり形成される。本発明のプリフォームの形状は上記のとおり回転対称性を有するので対称に冷却されやすい。また、外径に対する最大の肉厚も0.4以上なので極端に冷えやすい部位がないため、上記冷却が外乱の影響を受けにくい。ガラスが対称に冷却されることにより、プリフォーム中の応力分布も回転対称になる。逆にガラスの冷却が非対称に進むと表面部において圧縮応力が大きい部位が生じ、その部位のまわりには引っ張り応力が生じることになるから耐衝撃性が低下してしまう。
本発明の第一の態様のプレス成形用プリフォーム成形装置(以下、「装置I」ともいう)は、
成形型上に供給した熔融ガラス塊を、前記ガラス塊を冷却する過程でプレス成形用プリフォームに成形するプレス成形用プリフォーム成形装置において、
前記成形型と、
先端部の中心部を囲むようにガス噴出口が形成されたノズルと、
前記成形型上に供給された熔融ガラス塊の上面中心部の上方に前記ノズル先端部の中心が位置するように前記成形型および/または前記ノズルを移動させる手段
を有し、
前記ノズルは、前記熔融ガラス塊の上面中心部と前記ノズル先端部の中心部を対向させた状態で、前記熔融ガラス塊の上面中心領域よりも外側に向けて、前記ガス噴出口からガスを放射状に噴出させ、前記熔融ガラス塊上面の少なくとも中心領域を盛り上げるための手段であることを特徴とするプレス成形用プリフォームの成形装置
である。
成形型上に供給した熔融ガラス塊を、前記ガラス塊を冷却する過程でプレス成形用プリフォームに成形するプレス成形用プリフォーム成形装置において、
前記成形型と、
先端部の中心部を囲むようにガス噴出口が形成されたノズルと、
前記成形型上に供給された熔融ガラス塊の上面中心部の上方に前記ノズル先端部の中心が位置するように前記成形型および/または前記ノズルを移動させる手段
を有し、
前記ノズルは、前記熔融ガラス塊の上面中心部と前記ノズル先端部の中心部を対向させた状態で、前記ガス噴出口からガスを噴出させ、熔融ガラス塊上面の中心領域近傍の雰囲気の圧力を局所的に減少させて、前記熔融ガラス塊上面の少なくとも中心領域を盛り上げるための手段であることを特徴とするプレス成形用プリフォームの成形装置
である。
特に、本発明によれば、上下面の曲率半径が小さく、かつ両面の曲率半径が同等のプリフォームを高い生産性のもとに製造することができる。
本発明は、更に、
ガラス製のプリフォームを加熱し、プレス成形してガラス製光学素子を作製する光学素子の製造方法において、
前記プリフォームとして、本発明のプレス成形用プリフォームの製造方法により作製したプリフォームまたは本発明のプレス成形用プリフォームを使用することを特徴とする光学素子の製造方法
に関する。
(精密プレス成形法1)
この方法は、プレス成形型に前記プリフォームを導入し、前記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(以下、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、さらに好ましくは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、前記プリフォームを加熱した後に、プレス成形型に導入し、精密プレス成形する、すなわち、プレス成形型とプリフォームを別々に予熱し、予熱し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というものである(以下、精密プレス成形法2という)。
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。
なおプレス成形型の予熱温度をプリフォームの予熱温度よりも低く設定することが好ましい。このようにプレス成形型の予熱温度を低くすることにより、前記型の消耗を低減することができる。
また、この方法によれば、プリフォーム加熱をプレス成形型内で行う必要がないので、使用するプレス成形型の数を少なくすることもできる。
また、前記プリフォームを浮上しながら予熱することが好ましく、さらに前記プリフォームを構成するガラスが105.5〜109dPa・s、より好ましくは105.5dPa・s以上109dPa・s未満の粘度を示す温度に予熱することがさらに好ましい。
またプレス開始と同時またはプレスの途中からガラスの冷却を開始することが好ましい。
なおプレス成形型の温度は、前記プリフォームの予熱温度よりも低い温度に調温されるが、前記ガラスが109〜1012dPa・sの粘度を示す温度を目安にすればよい。
この方法において、プレス成形後、前記ガラスの粘度が1012dPa・s以上にまで冷却してから離型することが好ましい。
このようにして、本発明によれば、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズなどの各種のレンズ、回折格子、回折格子付のレンズ、レンズアレイ、プリズムなどの各種光学素子、用途としてはデジタルカメラやフィルム内蔵カメラの撮像光学系を構成するレンズ、カメラ付携帯電話搭載の撮像レンズ、CDやDVDをはじめとする光記録式媒体のデータ読取および/またはデータ書込み用に使用する光線を導光するためのレンズなどの各種光学素子を作製することができる。また、銅含有ガラス製のプリフォームを使用すれば、半導体撮像素子の色補正機能を有する光学素子を作製することもできる。中でもデジタルカメラ搭載のレンズを製造する方法として好適である。
なお、これら光学素子には必要に応じて、反射防止膜、全反射膜、部分反射膜、分光特性を有する膜などの光学薄膜を設けることもできる。
図1は、本発明のプレス成形用プリフォームの成形装置の一例の平面視図である。ターンテーブル1上には12個の成形型2がターンテーブルの回転軸の周りに等間隔に配置されている。これらの成形型2は、図示しない回転装置によりターンテーブル1をインデックス回転することによって、12の停留位置に順次、移動と停留を繰り返しながら移送される。
例1では、成形型の凹部上にある熔融ガラス塊およびプリフォームならびに熔融ガラス塊がプリフォームに成形される過程のものを便宜上、一括してガラスと呼ぶ。
図2に示すようにノズル4の先端部には耐熱性のネットがノズル4の開口部全域に弛まないように張られている。ネットの中央にノズルの中心軸と円形の遮蔽物6の中心が一致するように遮蔽物6を設け、ノズルから噴出するガスを遮蔽物6で遮蔽する。遮蔽物6はネットの網目を細かくしておき、網目を一つ一つ塞ぐようにして形成してもよいし、円形の遮蔽板をネットに貼り付けたものでもよい。遮蔽物6がノズル先端部の中心部となり、図2(b)において遮蔽物6(先端部の中心部)の回りを囲む円環状の開口部がガス噴出口7となる。ガス噴出口7にはネットが張られているが、ネットの網目がガス流路となるため、ネットはガスの噴出を妨げない。
第1、第2、第3のいずれのノズルを使用しても、熔融ガラス塊上面の周辺部には下向きの風圧が加わり、熔融ガラス塊上面の周辺部に囲まれた面に接する気体の圧力が局所的に減少するので、熔融ガラス塊全体の上昇を抑えつつ、熔融ガラス塊の上面を盛り上げることができる。
第1のノズル、第2のノズルを使用すると、風圧12の発生、消滅と力11の発生、消滅は連動しているので、両者の同期は自動的に実現される。第3のノズルを使用する場合、ノズルによるガス吸引の開始とガス噴出の開始、ノズルによるガス吸引の終了とガス噴出の終了を同期して行えばよい。但し、第1のノズル、第2のノズル、第3のノズルともノズルから一定流量のガスを連続して噴出させ、第3のノズルの場合はガスの吸引も一定の吸引量で連続して行えば、上記同期の必要はない。
第1のノズル、第2のノズルは構造も簡単で、ガス噴出量によらずに熔融ガラス塊5を吸い上げることもなく、ガスの調整も噴出量のみを調整すればよいという特長がある。
第3のノズルは風圧12と力11のバランスを任意に設定することができるという特長がある。このような特長を考慮し、使用するノズルを選択すればよい。なお、使用可能なノズルは上記3種類に限られない。
そして、上記盛り上げ操作終了後、成形型の凹部上でガラスを浮上させながら成形、冷却してプリフォームにし、成形型から取り出して徐冷した。プリフォームを取り出した成形型は再び、供給位置に移送され、上記工程を繰り返し行うために循環使用される。
得られたプリフォームには失透や脈理などの欠陥は認められず、精密プレス成形用のガラスプリフォームとして好適なものであった。
第1のノズルに変えて第2のノズル、第3のノズルを使用しても上記同様のプリフォームを量産することができた。
なお、熔融ガラス塊上面の盛り上げ操作は、供給位置の次の停留位置に限られず、供給位置の次の停留位置、供給位置の次の次の停留位置というように、熔融ガラス塊表面の粘度が105dPa・s以上になるまで複数の停留位置において行ってもよい。
例1で作製した精密プレス成形用プリフォームを、図7に示すプレス装置を用いて精密プレス成形して非球面レンズを得た。具体的にはプリフォーム14を、上型15、下型16および胴型17からなるプレス成形型の下型16と上型15の間に設置した後、石英管18内を窒素雰囲気としてヒーター19に通電して石英管18内を加熱した。プレス成形型内部の温度を成形されるガラスが108〜1010dPa・sの粘度を示す温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒20を降下させて上型15を押して成形型内にセットされたプリフォーム14をプレスした。プレスの圧力は8MPa、プレス時間は30秒とした。プレスの後、プレスの圧力を解除し、精密プレス成形されたガラス成形品を下型16及び上型15と接触させたままの状態で前記ガラスの粘度が1012dPa・s以上になる温度まで徐冷し、次いで室温まで急冷してガラス成形品を成形型から取り出し非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、極めて高い面精度を有するレンズであった。精密プレス成形により得られた非球面レンズには、必要に応じて反射防止膜を設けた。
このようにして、内部品質の高いガラス製光学部品を生産性よく、しかも高精度に得ることができた。
例2では、プリフォームが例1に記載した形状、寸法等を有しているため、ガストラップなどの問題は生じなかった。
また、プリフォームの上面と下面の曲率半径が等しいので、プリフォームをトレイ上に配置し、搬送するなど、多量のプリフォームを扱う際、上面と下面を区別して扱う必要が無かったため、作業効率を向上することもできた。
さらに、プリフォームを成形型に導入する際にも、プリフォームの上面と下面を区別して扱う必要が無かったため、作業効率を向上することもできた。
さらに、前記プリフォームを使用して光学素子を高い生産性のもとに製造する光学素子の製造方法を提供することができる。
Claims (4)
- 回転対称軸が1本の回転対称体であって、回転対称軸に沿って最大の肉厚を有し、
前記回転対称軸と表面の2つの交点の一方を含む面を第一の面、前記交点の他方を含む面を第二の面とし、第一の面および第二の面において、前記交点を中心にした、外径の1/3を直径とした円内部分の形状がともに外側に凸状となっており、
第一の面の前記円内部分の曲率半径をR1、第二の面の前記円内部分の曲率半径をR2としたとき、2×|R1−R2|/(R1+R2)が30%以内、外径に対する最大の肉厚の割合が0.4〜0.7、体積が400〜3500mm3であって、
熔融ガラス塊を冷却する過程で成形したものである、ガラス製のプレス成形用プリフォーム。 - 凹面形状の上型および下型を有する成形型を使用し、前記下型上にプリフォームを落下供給した後、上型と下型の間でプレス成形することにより光学素子を得るために使用される、請求項1に記載のプレス成形用プリフォーム。
- ガラス製のプリフォームを加熱し、プレス成形してガラス製光学素子を作製する光学素子の製造方法において、
前記プリフォームとして、請求項1または2に記載のプリフォームを使用することを特徴とする光学素子の製造方法。 - 前記プレス成形は、少なくとも上型と下型を有し、上型成形面の形状と下型成形面の形状が異なるプレス成形型を用い、予め加熱したプリフォームを前記下型上に供給して行われることを特徴とする請求項3に記載の光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011048140A JP5438708B2 (ja) | 2005-07-13 | 2011-03-04 | プレス成形用プリフォーム、および光学素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005204725 | 2005-07-13 | ||
JP2005204725 | 2005-07-13 | ||
JP2011048140A JP5438708B2 (ja) | 2005-07-13 | 2011-03-04 | プレス成形用プリフォーム、および光学素子の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006114292A Division JP4847781B2 (ja) | 2005-07-13 | 2006-04-18 | プレス成形用プリフォームの製造方法および成形装置、ならびに光学素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011126779A JP2011126779A (ja) | 2011-06-30 |
JP5438708B2 true JP5438708B2 (ja) | 2014-03-12 |
Family
ID=44289788
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011048140A Active JP5438708B2 (ja) | 2005-07-13 | 2011-03-04 | プレス成形用プリフォーム、および光学素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5438708B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102131289B1 (ko) * | 2018-12-31 | 2020-07-07 | 윤헌플러스(주) | 비구면 렌즈 성형장치 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05178625A (ja) * | 1991-12-27 | 1993-07-20 | Olympus Optical Co Ltd | ガラスレンズの成形方法 |
JP3712575B2 (ja) * | 1999-12-10 | 2005-11-02 | Hoya株式会社 | ガラスゴブの製造方法及び製造装置 |
JP2001278630A (ja) * | 2000-03-30 | 2001-10-10 | Olympus Optical Co Ltd | 光学素子成形方法と、成形用素材と、成形用素材のホルダ |
JP2003073135A (ja) * | 2001-09-03 | 2003-03-12 | Olympus Optical Co Ltd | 光学素子の製造方法及び光学素子成形用金型 |
-
2011
- 2011-03-04 JP JP2011048140A patent/JP5438708B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011126779A (ja) | 2011-06-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101215131B1 (ko) | 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법 및 광학 소자의 제조방법 | |
JP3929237B2 (ja) | ガラス塊の製造方法及び製造装置、ガラス成形品の製造方法、並びに光学素子の製造方法 | |
JP3853622B2 (ja) | ガラス成形体の製造方法、プレス成形品の製造方法、ガラス光学素子の製造方法及びガラス成形体の製造装置 | |
JP4847781B2 (ja) | プレス成形用プリフォームの製造方法および成形装置、ならびに光学素子の製造方法 | |
JP4425233B2 (ja) | 精密プレス成形用プリフォームの量産方法、プリフォーム成形装置および光学素子の製造方法 | |
JP4938988B2 (ja) | 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、および熔融ガラス流出装置 | |
JP5202610B2 (ja) | 精密プレス成形用ガラスプリフォームの製造方法及び光学素子の製造方法 | |
JP5438708B2 (ja) | プレス成形用プリフォーム、および光学素子の製造方法 | |
JP3974376B2 (ja) | ガラス塊の製造方法、ガラス成形品の製造方法、及び光学素子の製造方法 | |
JP5222928B2 (ja) | 精密プレス成形用ガラスプリフォームの製造方法及び光学素子の製造方法 | |
US7992412B2 (en) | Process for producing glass shaped material and process for producing optical element | |
JP4368368B2 (ja) | ガラス塊の製造方法、その製造装置および光学素子の製造方法 | |
CN102583972B (zh) | 精密冲压成型用玻璃预制件制造方法及光学元件制造方法 | |
JP4346624B2 (ja) | ガラス成形体の製造方法および光学素子の製造方法 | |
JP4318681B2 (ja) | 精密プレス成形用プリフォームおよびその製造方法ならびに光学素子の製造方法 | |
TWI551553B (zh) | Method for manufacturing glass preform and glass preform, method for manufacturing optical element and optical element | |
JP2012116687A (ja) | 精密プレス成形用ガラスプリフォームの製造方法及び光学素子の製造方法 | |
JP2012176862A (ja) | 精密プレス成形用ガラスプリフォームの製造方法および光学素子の製造方法 | |
JP2005281106A (ja) | モールドプレス成形装置及び光学素子の製造方法 | |
JP2009274898A (ja) | 成形型、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 | |
JP3587500B2 (ja) | 被成形ガラス素材の成形型への供給方法及びそれに用いる装置並びにガラス光学素子の製造方法 | |
KR101533113B1 (ko) | 정밀 프레스 성형용 프리폼, 성형형, 이 성형형을 이용하는 글래스 성형체의 제조 방법 및 광학 소자의 제조 방법 | |
JP2012236758A (ja) | 精密プレス成形用ガラスプリフォームの製造方法および光学素子の製造方法 | |
JP3965627B2 (ja) | ガラス成形体の製造方法および光学素子の製造方法 | |
JP3243219B2 (ja) | ガラス光学素子の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110330 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130723 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20130917 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20130920 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131210 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131213 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5438708 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |