JPH04170327A - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光学素子の製造方法に関し、詳しくは光学ガ
ラス素子の精密プレス成形に用いるガラス素材表面を燃
焼ガスフレームで加熱処理して、ガラス素材表面のクラ
ックやプレス成形時に揮発し易い成分を除去してプレス
成形に好適なガラス素材を得た後、これをプレス成形す
ることによる光学素子の製造方法に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］従来、
ガラスレンズの製造は、ガラスを溶融又は軟化して金型
に入れ大体のレンズ形状にプレス成形した後、更に研削
・研磨することにより行なわれていたが、レンズ形状が
球面以外の場合には時間と労力を多（要しコスト高にな
っていた。ところが、最近の特許公報には、特殊な金型
材料を所望のレンズ形状４こ対応した形状に加工しかつ
型表面を光学鏡面に仕上げた金型を用いて非酸化雰囲気
でガラスをプレス成形することによって、その後に研削
・研磨を必要としない程度の光学鏡面と面−度を有する
レンズが得られることが開示されている。

例えば、特開昭５８−８４１３４には、最終レンズ形状
の近似形状に研磨加工したガラス素材をプレス成形し、
ガラス粘度〕Ｏ１３ポアズ以下で金型から取り出してレ
ンズを得る方法が記載されている。この方法ではレンズ
形状が球面以外の場合にもかなりのコストダウンが期待
される。しかし、プレス成形用ガラス素材を研削・研磨
により作成する際に発生した小さなりラックはプレス成
形時の加熱温度では消滅しないため、レンズ形状によっ
ては冷却中に金型からレンズに加わる応力がクラックに
集中してワレが発生し易いという欠点があった。また、
プレス成形時の加熱によりガラス表面の揮発し易い成分
（以下、揮発成分という）が金型表面に付着し表面を汚
し易いという欠点があった。

また、特開昭６１−１４１５０には加圧ガスを導入しな
がら加熱して軟化させることで研削面の砂目を消して、
その後はプレス成形のみでガラスレンズを製造する方法
が記載されている。この方法では砂目を消すと同時に小
さなりラックを除去することが可能であるので５鏡面研
磨したガラス素材への応用発展が期待される。しかし、
加圧ガスがガラス素材を浮かすためガラス素材の形状変
化が大き過ぎて、あらかじめ１ノンズ形状の近似形状に
加工したガラス素材の形状が保持されないという欠点が
あった。また、ガスの当たる箇所によってはレンズ表面
に凹みを生じるため、プレス成形時にガス残りによる凹
みが発生するという欠点があった。

また、特公昭６２−２８０９０にはデイフォーカスした
炭酸ガスレーザ光によりレーザポリッシュすることで研
削表面を鏡面とする方法が述べられている。この方法で
はガラスの表面付近を加熱することで、あらかじめレン
ズ形状の近似形状に研削したガラス素材を大きく変形す
ることな（砂目と共に表面のクラックを除去できるので
、鏡面研磨したガラス素材への応用発展が期待される。

しかし、特開昭６１−１４１５０と異なりガラス素材表
面近傍にガス流が存在しないため、揮発成分をガラス素
材表面から十分に取り除くことが困難であるという欠点
があった。

従って、本発明の第１の目的は、あらかじめレンズ形状
の近似形状に加工したガラス素材が大きく変形すること
なく、ガラス素材表面のクラックを除去できる光学素子
の製造方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、ガラス素材表面付近の揮発成分
を容易に除去できるため、プレス成形時にガラス素材表
面付近の揮発成分が金型表面に４＝ｊ着することのない
光学素子の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ すなわち、本発明は、あらかじめ鏡面仕上げした精密プ
レス成形用ガラス素材に燃焼ガスフレームを吹きつけて
加熱処理した後、該ガラス素材をプレス成形することを
特徴とする光学素子の製造方法である。

以下、本発明の詳細な説明する。

ガラス素材の鏡面仕上げは、通常の光学素子として使用
できる表面粗さ、例えばＲｍａｘｏ、０２μｍ以下とす
ることが好ましい。

鏡面仕上げしたガラス素材をホルダーに載せて加熱処理
を行なう。

加熱処理に用いる燃焼ガスとしては、例えばプロパン、
都市ガス等の炭化水素系ガスや水素が挙げられる。燃焼
ガス炎によりガラス素材が還元されることがあるので、
燃焼ガスには還元を防止する意味で更に酸素を添加する
ことが好ましい。なお、フレームの流速が速過ぎると表
面を変形させ凹ませることがあるので、変形させない程
度の流速とすることが好ま１７い。

加熱処理に当っては、昇温速度が速過ぎるとガラス素材
が割れることがあるので、割れが生じない程度の昇温速
度でガラス表面付近の粘度が１０’〜１０’ポアズにな
るまで加熱する。ガラス素材をこれより高温にすると、
クラックのガラス素材表面に近い部分が先に軟化されて
クラックの上端部が塞がれることによりクラック中に空
気が閉じ込められ微細な泡になって残ったり、ガラスを
太き（変形したりする。また、ガラスの表面付近の粘度
が１０６〜ｌＯ８ポアズを示す温度で２０〜２４０秒程
度ゆっくりと加熱してクラックの消滅を待つことが好ま
しい。クラックは２０秒以上の加熱で消滅が認められる
が、加熱時間が長過ぎると素材が変形したり、ガラス素
材表面から揮発成分が飛散すると同時に内部への伝熱に
よる内部の揮発成分の表面への拡散が起きる。

揮発成分は硝材により異なるが、主には鉛系、アルカリ
金属系、ホウ素系、バリウム系等の化合物である。加熱
処理におけるフレームのガス流によってこれら揮発成分
が飛散することにより、揮発成分がガラス素材表面付近
に高濃度で溜ることを防止できる。また、燃焼ガス中に
水蒸気や炭酸ガスを添加することは、これらのガスが前
記揮発成分と反応して前記揮発成分のガラス表面からの
除去を促進するので好ましい。この場合、ガラス素材表
面から２０μｍ程度以下の深さでは揮発成分は加熱処理
前に比べて２０〜９０ｗｔ％程減少する。

ガラス素材の変形は、通常、加熱処理前に比べて曲率半
径と厚みについては±１％以内、稜線については０．５
Ｒ以内のアール発生に収まり、面精度については加熱処
理前にニュートン３〜４本のガラス素材で加熱処理後に
ニュートン数十本以内に収まる。

ガラス素材を載せるホルダーとしては、カーボン、アル
ミナ、ＳＵＳ等の比較的伝熱性のよいものがガラス素材
の変形を抑えるので好適である。

更に、ガラス素材の曲率に合わせた凸部又は凹部を設け
たものが好適である。加熱処理は通常片面ずつ行なうが
、ドーナツ状リングで保持できるガラス素材であれば両
面同時に行なうことができる。

ガラス素材の表面温度測定には、赤外放射温度計がフレ
ームの有無によらずよい目安を与えるので好適である。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

第１図は最終レンズ形状に近似した凸メニスカス形状に
研削・研磨した精密プレス成形用ガラス素材１を、カー
ボン製ホルダー２の凹部３に載せた状態を示す。第２図
はホルダー上のガラス素材に水素−酸素の外炎を当てて
フレーム処理を行なっている状態を示す。第３図は研削
研磨したボール状ガラス素材８をホルダー９の凹部に載
せプロパン−酸素炎でフレーム処理している状態を示す
。６はガラス素材表面の温度モニター用赤外放射温度計
、７は温度レコーダーである。

まず、研削・研磨して鏡面仕上げしたガラス素材１又は
８をホルダー２又は９の凹部に載せた。

凹部はあらかじめガラス素材の裏側面の曲率に合わせて
加工しである。ホルダーは冷えていても前回の処理によ
り熱くなっていてもさしつかえないが、載せたガラス素
材がホルダーの熱により割れない程度の温度とする。

次に、ホルダーを水素−酸素バーナー又はプロパン−酸
素バーナーの下方に移動し、フレーム先端から少し離し
た状態でガラス素材の加熱を開始した。ガラス素材の表
面温度がガラス転移点付近に上昇するまでは、ガラス素
材が割れないよう緩やかに昇温しで加熱した。その後、
ガラス素材をフレームに近づけフレーム先端から２ｃｍ
内側の外炎部分で加熱した。この状態で約２０〜６０秒
加熱するとガラス素材の表面温度は軟化点５ｐ（１（）
ｔ、ａｓポアズに相当）付近に達した。この温度付近（
具体的には１０’〜１０６ポアズとなる温度）を保つよ
うにバーナーと素材の距離を調節しながら２０〜２４０
秒間、表に示す光学ガラス素材Ｎ０１１〜８について加
熱処理を行なった。

次に、ガラス素材の裏側面の曲率に合わせて加工した凹
部を有する別のホルダーに代えて、ガラス素材の裏側面
についても表側面と同様の加熱処理を行なった。

なお、加熱処理Ｉこおけるバーナーのガス圧及び流量は
、水素〜酸素バーナーの場合水素が０．５ｋｇ／ｃｍ”
で３０〜４ｏＩ２／分、酸素が１．５ｋｇ／ｃｍ”で５
〜１ｏＩ２／分、プロパン−酸素バーナーの場合プロパ
ンが４２０ｍｍａｑで０．３〜０．８Ｊ２／分、酸素が
１．５ｋｇ／ｃｍ’で５〜１０ｉ／分とした。

次に、加熱処理を施したガラス素材を用いて精密プレス
成形したところ、表のＮｏ、２．３゜６．７のガラス素
材について加熱処理前は２０〜６０％であったワレ発生
率が３〜１０％に減少した。更に、加熱処理前は揮発成
分が金型の表面に付着するため、多いものでは２〜３シ
ヨツトの成形ごとに金型表面をクリーニングする必要が
あったが、加熱処理後はクリーニングをしないで最低で
も５０シヨツトの成形が可能になった。これにより、ク
リーニングによる金型の形状変化が減少し、生産性が向
上した。

〔発明の効果］ 以上説明したように、鏡面研磨仕上げした精密プレス成
形用ガラス素材表面に燃焼ガスフレームを吹き付けて加
熱することにより、ガラス素材を大きく変形することな
（表面のクラックを除去でき精密プレス成形におけるワ
レ発生率を１１５程度に減少させ、しかもガラス素材の
表面付近の揮発成分を減少させ、精密プレス成形用金型
のクリーニング頻度を１／１０程度に減少させる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は凸メニスカス形状のガラス素材をホルダーに載
せた状態、第２図は本発明の実施例で凸メニスカス形状
のガラス素材に水素−酸素炎で加熱処理している状態、
第３図は本発明の実施例でボール形状のガラス素材にプ
ロパン−酸素炎で加熱処理している状態を示す。 １．８：精密プレス成形用ガラス素材、２．９：ホルダ
ー、 ３：ホルダー凹部、 ４：水素−酸素バーナー、 ５：フレーム、 ６：赤外放射温度計、 ７：温度レコーダー、 １０：プロパンー酸素バーナー、 代理人　　弁理士　　山　下　穣　平

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）あらかじめ鏡面仕上げした精密プレス成形用ガラ
   ス素材に燃焼ガスフレームを吹きつけて加熱処理した後
   、該ガラス素材をプレス成形することを特徴とする光学
   素子の製造方法。
2. （２）前記加熱処理は、前記ガラス素材の表面付近の粘
   度が１０＾６〜１０＾８ポアズとなる温度で行なうこと
   を特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
3. （３）前記燃焼ガスに更に、酸素を添加することを特徴
   とする請求項１又は２記載の光学素子の製造方法。
4. （４）前記燃焼ガスに更に、炭酸ガス及び水蒸気を添加
   することを特徴とする請求項１、２又は３記載の光学素
   子の製造方法。