JPH04310527A - 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】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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く要しコスト高にな
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に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精度を有するレ
ンズが得られることが開示されている。

【０００３】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１０１３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クラッ
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。

【０００４】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
すと同時に小さなクラックを除去することが可能である
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、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、あらかじめレンズ形状の
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。更にまた
、特公昭６２−２８０９０にはディ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
となく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の表面のクラック除去にも発展応
用が期待される。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。

【０００５】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付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。

【０００６】

【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。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。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Ｒｍａｘ０．０２μｍ以下とすることが
好ましい。この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し
い。

【０００８】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１０６　〜１
０８　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、ガラスを大きく変形したりする。また、ガラス
の表面付近の粘度が１０６　〜１０８　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。

【０００９】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０．５Ｒ
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。

【００１０】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。

【００１１】

【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。図１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。図２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。 図３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。

【００１２】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
工してある。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。

【００１３】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て加熱し
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
Ｓｐ（１０７．６５ポアズに相当）付近に達した。この
温度付近（具体的には１０６　〜１０８　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１，２に示す光学ガラス素材Ｎ
ｏ．１〜８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。

【００１４】なお、加熱処理に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０．５ｋ
ｇ／ｃｍ２　で３０〜４０リットル／分、酸素が１．５
ｋｇ／ｃｍ２　で５〜１０リットル／分、プロパン−酸
素バーナーの場合プロパンが４２０ｍｍａｑで０．３〜
０．８リットル／分、酸素が１．５ｋｇ／ｃｍ２　で５
〜１０リットル／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
成形を行なった。ＳＫ１２の場合は、Ｎ２　中で４５０
℃の型内にオートハンドで硝子素材を投入し加熱する。 ６２０℃に到達したら１００ｋｇ／ｃｍ２　の圧力で１
分間加圧した後、冷却する。温度がＴｇ点（５５０℃）
より下がったら圧力を解除し、５００℃で離型してオー
トハンドで成形品を取り出した。またＳＦ８の場合は、
Ｎ２　中で３５０℃の型内にオートハンドで硝子素材を
投入し加熱する。５１０℃に到達したら１００ｋｇ／ｃ
ｍ２　の圧力で１分間加圧した後、冷却する。温度がＴ
ｇ点（４４３℃）より下がったら圧力を解除し、３９０
℃で離型してオートハンドで成形品を取り出した。

【００１５】その結果、表のＮｏ．２，３，６，７のガ
ラス素材について加熱処理をしない場合は２０〜６０％
であったワレ発生率が３〜１０％に減少した。更に、加
熱処理しない場合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ショッ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、加熱処理を施した
場合はクリーニングをしないで最低でも５０ショットの
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。

【００１６】

【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
く変形することなく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１／５程度に低減し、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程度に低
減する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】凸メニスカス形状のガラス素材をホルダーに載
せた状態を示す。

【図２】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を示す。

【図３】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。

【符合の説明】

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−酸素バーナー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項２】　　前記加熱処理は、前記ガラス素材の表
   面付近の粘度が１０６〜１０８　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. 【請求項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. 【請求項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。