JPH0692653A - ガラスレンズの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融ガラスを坩堝から所定量送り出して滴下
させ球状のガラス素体に成形し、次いで徐冷し、その後
ガラスの軟化付近温度に加熱しつつ、所定の形状に押圧
成形することにより、押圧成形時にレンズ表面に気泡が
発生せず、低コストで高品質な光学表面を有するガラス
レンズを得る。 【構成】 ガラスを溶融する坩堝１内の不活性ガス圧力
を調整することにより、坩堝１の下部に設けたノズル３
先端から外径の調節された溶融ガラス２を滴下し、温度
調整され不活性ガスで充填された空間７を通過している
間に、溶融ガラス自身の表面張力で球状になり、球状の
ガラスをガラス化させ、徐冷させることにより球状ガラ
ス素体４を得る。このガラス素体４を押圧成形して光学
用ガラスレンズを作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、精密光学機器に使用さ
れる高精度ガラスレンズなどを、予め球状のガラス素体
を作成し、押圧成形するガラスレンズの製造方法及びそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高精度光学レンズ、特に非球面ガ
ラスレンズなどの製造方法として、光学研磨を用いず、
押圧成形のみによりレンズを成形する方法が実現されつ
つある。その成形法の一つとして、ガラス素体を変形可
能な温度、例えば軟化点近傍まで加熱し、押圧プレスな
どの手段を用いて成形する方法がある（例えば、特開昭
51-60208号公報）。この方法では、成形加工容易な成形
用ガラス素材、例えば、あらかじめ溶融化したガラスを
切断して平板状に予備成形し、さらにこの平板状ガラス
を平行鏡面研磨したものを押圧成形して光学レンズを作
成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のガラス素体を用いた押圧成形では、限られた形状の
レンズしか成形できなかった。例えば、凸レンズの作製
では、押圧成形時に凹型の成形金型と平板状ガラス素体
の間に空気が閉じ込められ、この空気により成形したレ
ンズ表面に気泡が発生するなどの欠陥を生じることがあ
る。そこで、ガラス素体の形状を、予め球状に予備研削
加工して、問題を解決しようという手段が試みられてい
る。しかし、このような方法では素材の加工コストが高
くなるうえに高度な加工技術を必要とし、押圧成形の長
所を充分に生かしきれないという問題があった。

【０００４】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、押圧成形に用いるガラス素体を予め球状に溶融成
形することにより、ガラス素体を低コスト、高品質で供
給することができるガラスレンズの製造方法及び製造装
置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のガラスレンズの製造方法は、ガラスレンズ
材料を坩堝内で加熱溶融し、前記坩堝から所定量の溶融
ガラスを送り出して滴下させ、滴下中に前記溶融ガラス
自体の表面張力によって前記溶融ガラスを球状のガラス
素体に成形し、次いで前記球状のガラス素体を徐冷し、
しかる後ガラスの軟化付近温度に加熱しつつ、所定の形
状に押圧成形することを特徴とする。

【０００６】前記構成においては、溶融ガラスを滴下さ
せる手段がノズルであり、かつノズル先端から滴下した
溶融ガラスが、温度調整され、不活性ガスで充填された
空間を通過しつつ球状のガラス素体を形成することが好
ましい。

【０００７】また前記構成においては、温度調整された
空間がガラス転移点以上の温度に保たれていることが好
ましい。また前記構成においては、坩堝から所定量の溶
融ガラスを送り出す手段が、供給量または供給圧力を制
御された不活性ガスを供給する手段であることが好まし
い。

【０００８】また前記構成においては、溶融したガラス
を滴下させるノズルの下に、球状ガラスの外径測定器を
設置したことが好ましい。また前記構成においては、外
径測定器の設定外径値と測定外径値との差に応じて坩堝
内の圧力を変えることが好ましい。

【０００９】また前記構成においては、ガラスがゲルマ
ニウム、ひ素、カルコゲン元素、ハロゲン元素の少なく
とも一つ以上を含むことが好ましい。次に本発明のガラ
スレンズの製造装置は、ガラスレンズ材料を加熱溶融す
る坩堝と、前記坩堝から所定量の溶融ガラスを送り出す
手段と、前記坩堝の下端にあって溶融したガラスを滴下
させて球状のガラス素体を成形する手段と、前記球状の
ガラス素体を徐冷する手段と、ガラスの軟化付近温度に
加熱しつつ、所定の形状に押圧成形する手段とを少なく
とも備えたものである。

【００１０】

【作用】前記本発明の製造方法の構成によれば、押圧成
形に用いるガラス素体を予め球状に外径のばらつきなく
溶融成形でき、これにより、ガラス素体を低コスト、高
品質で供給できる。また、このガラス素体を用いること
により、例えば凸レンズを押圧成形するときでも成形レ
ンズ表面への気泡の巻き込みがなくなる。さらに、この
球状ガラス素体を用いて光学レンズを押圧成形すること
により精度の高い光学レンズを低コスト、高品質で作成
することができる。

【００１１】また、溶融ガラスを滴下させる手段がノズ
ルであると、溶融ガラスを滴下しやすく、球状体を得ら
れやすい。また、ノズル先端から滴下した溶融ガラス
を、温度調整し、不活性ガスで充填された空間を通過さ
せるようにすると、球状のガラス素体を安定して形成で
きる。

【００１２】また、温度調整された空間をガラス転移点
以上の温度に保つと、徐冷を効果的に行うことができ
る。また、坩堝から所定量の溶融ガラスを送り出す手段
が、供給量または供給圧力を制御された不活性ガスを供
給する手段であると、安定して溶融ガラスを送り出すこ
とができる。

【００１３】また、溶融したガラスを滴下させるノズル
の下に、球状ガラスの外径測定器を設置すると、品質検
査を迅速に行うことができる。また、外径測定器の設定
外径値と測定外径値との差に応じて坩堝内の圧力を変え
ると、オンラインで溶融ガラスの送り出し量を制御で
き、一定の直径の球状ガラスを得ることができる。

【００１４】また、ガラスがゲルマニウム、ひ素、カル
コゲン元素、ハロゲン元素の少なくとも一つ以上を含む
と、ガラスレンズ素材としてが好ましいものとなる。次
に本発明のガラスレンズの製造装置によれば、効率良く
合理的に安定した品質のガラスレンズを得ることができ
る。

【００１５】

【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。本発明は、坩堝内に送りこんだ窒素ガスなど
の不活性ガスの圧力を利用してノズル先端から溶融ガラ
スを温度調整され窒素ガスなどの不活性ガスで満たされ
た空間に落下させている間に、それ自身の表面張力によ
って球状にさせ、ガラス化させ、徐冷させて球状のガラ
スを得、このガラス素体を押圧成形するようにしたもの
である。この場合、ノズルから出たガラスは外径測定器
により外径を随時測定し、予め外径測定器に設定した外
径値から外れたとき、圧力調節部により坩堝内の窒素な
どの不活性ガスの圧力をコントロールしてノズルから出
るガラス量をコントロールし、ノズルから滴下する溶融
ガラス外径をコントロールする。本発明において、徐冷
の温度は６５０〜１００℃の範囲が好ましく、また徐冷
時間は１秒以上が好ましい。またガラスの軟化付近温度
は１９０〜２１０℃の範囲が好ましい。

【００１６】図１に本発明の一実施例のガラス素体成形
装置の概略構成を示す。図１において、１はガラスレン
ズ材料を加熱溶融する坩堝、２は溶融ガラス、３は溶融
ガラスを滴下し球状に成形するためのノズル、４はガラ
ス滴、５ａ，５ｂ，５ｃは坩堝１から徐冷空間７までを
加熱するためのヒーター、６は前記ヒーターを温度制御
するための温度制御部、７は球状のガラスを徐冷するた
めの徐冷空間、８は徐冷された球状のガラスを受け止め
るための衝撃吸収材、９は徐冷空間のガス送入口、１０
は坩堝のガス送入部、１１はガス供給部、１２は球状ガ
ラスの直径を測定するためのレーザー外径測定器であ
る。前記において、ガス供給部１１から坩堝のガス送入
部１０にガスを流すかまたはガス圧力をかけることによ
りよって、坩堝１から溶融ガラスの送り出し量を制御す
る。

【００１７】以下に本発明の一実施例のガラスレンズ製
造方法を図面を参照しながら説明する。 実施例１ 図１に示すように、底部に内径２ｍｍ、先端径１ｍｍ、
長さ５０ｍｍの白金ノズル３を有する内容積５００ｃｃ
の白金製ルツボ１にカルコゲナイドガラスを３００ｃｃ
を入れ、これをヒーター５ａ、５ｂで加熱し６５０±２
℃で溶融した。坩堝上部に取り付けられたガス送入部１
０より坩堝内に窒素ガスを送り込み、坩堝内の窒素圧力
を最初１．００ｋｇ／ｃｍ² とし、ノズル３はヒーター
５ｃで６３０±２℃に加熱しながら、溶融ガラス２をノ
ズル先端まで移動させ、ノズル先端から溶融ガラスを徐
徐に出させてほぼ球状に成長させた。このほぼ球状に成
長した溶融ガラス球はノズルから自然滴下し、その後レ
ーザー外径測定器で水平方向の外径が測定される。その
外径測定器の測定値が３．６３６ｍｍ以上３．６２１ｍ
ｍ以下になると、自動的にガス供給部１１の出口圧力を
調整し、自然滴下するガラス外径をその範囲にはいるよ
うにする。各ヒーターは温度制御部６により上記の温度
に制御されている。

【００１８】ノズル３を加熱しているヒーター５ｃの下
には、図２に示すような温度分布が調整された全長５ｍ
の徐冷空間７が接続されている。この空間は最上部の温
度が溶融温度と同じ６５０±２℃であり、下部に行くに
つれて直線的に温度は低下し、最下部でガラス転移点以
下の１００±２℃である。そして、窒素が２０リッター
／分の割合でガス送入口９より徐冷空間７に送りこまれ
る。この温度調整された徐冷空間を出た球状滴下ガラス
４は、衝撃吸収材（例えばスポンジ）８の上に落下し、
衝撃を吸収させる。得られたガラス球１００個の重量は
７９５〜８０５ｍｇの範囲にあり、重量分布は±０．６
％の高い精度があった。また、この滴下ガラス４の表面
を顕微鏡で観察したところ、傷や割れなどはなく、きれ
いな球状をしていた。この球状ガラスをガラスの軟化温
度近傍２００℃に加熱しながらプレス成形して光学ガラ
スレンズを得た。この得られたレンズの表面を顕微鏡に
て観察したところ、気泡や歪などは全くなく、そのまま
高精度光学レンズとして使用できるものであった。一
方、温度調整した徐冷空間７がない場合、つまりノズル
先端から滴下した溶融ガラスを急冷した場合、得られた
１００個のガラス素体はすべて割れており、レンズ成形
には使用できないものばかりであった。また、徐冷空間
７の内部に窒素を充填させない場合、つまり内部を空気
雰囲気にした場合、球状ガラス素体表面の酸化により、
プレス成形した光学ガラス１００個はすべて光学特性が
不良のものばかりであった。なお、用いたガラスの組成
は原子％でゲルマニウム１４．３％、セレン８５．７％
であった。

【００１９】以上の実施例の説明から明らかなように、
溶融ガラスを坩堝から所定量送り出して滴下させ球状の
ガラス素体に成形し、次いで徐冷し、その後ガラスの軟
化付近温度に加熱しつつ、所定の形状に押圧成形するこ
とにより、押圧成形時にレンズ表面に気泡が発生せず、
低コストで高品質な光学表面を有するガラスレンズを得
ることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、ノ
ズル先端から溶融ガラスを温度調整され、かつ不活性ガ
スで充填された徐冷空間に滴下させることにより、予備
研削加工することなしに、低コストで品質良好な押圧レ
ンズ成形用球状ガラス素体を得ることができる。このガ
ラス素体を用いて押圧成形することにより、レンズ表面
に気泡が発生することがなくなり、凸レンズを含め、所
望の光学用レンズを精度良く安価に押圧成形することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のガラス素体製造装置の概略
構成を示す断面図

【図２】同徐冷空間の温度分布を示す図

【符号の説明】

１ 坩堝 ２ 溶融ガラス ３ ノズル ４ ガラス滴 ５ａ，５ｂ，５ｃ ヒーター ６ 温度制御部 ７ 徐冷空間 ８ 衝撃吸収材 ９ 徐冷空間のガス送入口 １０ 坩堝のガス送入部 １１ ガス供給部 １２ レーザー外径測定器

フロントページの続き (72)発明者 吉田 昭彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスレンズ材料を坩堝内で加熱溶融
   し、前記坩堝から所定量の溶融ガラスを送り出して滴下
   させ、滴下中に前記溶融ガラス自体の表面張力によって
   前記溶融ガラスを球状のガラス素体に成形し、次いで前
   記球状のガラス素体を徐冷し、しかる後ガラスの軟化付
   近温度に加熱しつつ、所定の形状に押圧成形することを
   特徴とするガラスレンズの製造方法。
2. 【請求項２】 溶融ガラスを滴下させる手段がノズルで
   あり、かつノズル先端から滴下した溶融ガラスが、温度
   調整され、不活性ガスで充填された空間を通過しつつ球
   状のガラス素体を形成する請求項１に記載のガラスレン
   ズの製造方法。
3. 【請求項３】 温度調整された空間がガラス転移点以上
   の温度に保たれている請求項２に記載のガラスレンズの
   製造方法。
4. 【請求項４】 坩堝から所定量の溶融ガラスを送り出す
   手段が、供給量または供給圧力を制御された不活性ガス
   を供給する手段である請求項１記載のガラスレンズの製
   造方法。
5. 【請求項５】 溶融したガラスを滴下させるノズルの下
   に、球状ガラスの外径測定器を設置した請求項２に記載
   のガラスレンズの製造方法。
6. 【請求項６】 外径測定器の設定外径値と測定外径値と
   の差に応じて坩堝内の圧力を変える請求項５に記載のガ
   ラスレンズの製造方法。
7. 【請求項７】 ガラスがゲルマニウム、ひ素、カルコゲ
   ン元素、ハロゲン元素の少なくとも一つ以上を含む請求
   項１に記載のガラスレンズの製造方法。
8. 【請求項８】 ガラスレンズ材料を加熱溶融する坩堝
   と、前記坩堝から所定量の溶融ガラスを送り出す手段
   と、前記坩堝の下端にあって溶融したガラスを滴下させ
   て球状のガラス素体を成形する手段と、前記球状のガラ
   ス素体を徐冷する手段と、ガラスの軟化付近温度に加熱
   しつつ、所定の形状に押圧成形する手段とを少なくとも
   備えたガラスレンズの製造装置。