JPH0717724A - ガラスゴブの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、レンズやプリズム等の高精度な光
学ガラス素子のリヒ−トプレス用素材のガラスゴブに関
するもので、表面に欠陥のないガラスゴブをエッチング
及び研磨工程無しに製造する。 【構成】 溶融ガラスを受ける受け皿には、熱伝導率の
異なる少なくとも２種類以上の材料により構成された受
け皿３を使用する。例えば、溶融ガラスの移載中心部に
熱伝導率の良い材料３ｂを構成し、溶融ガラスの移載外
周部に熱伝導率の悪い材料３ａを構成した受け皿３上に
溶融ガラスを落し込み、受け皿上で冷却してガラスゴブ
１を作製する。前記ガラスゴブの製造方法によれば、ガ
ラスゴブ１の受け皿に接する面の表面欠陥が除去され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズやプリズム等の
高精度な光学ガラス素子のリヒ−トプレス用素材のガラ
スゴブの製造方法と製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学ガラスレンズは光学機器のレ
ンズ構成の簡略化とレンズ部分の軽量化の両方を同時に
達成し得る非球面化の方向にある。この非球面レンズの
製造にあたっては、従来の光学レンズの製造方法である
ガラスのブロック、ロッド、板等から素材を切り出した
後、研削、研磨する方法、あるいは、製造しようとする
レンズに近い形状の型で溶融ガラスを予めプレスし、こ
のガラス成形体を研削、研磨する方法といった研磨法で
は、加工及び量産化が困難である。

【０００３】そこで、金型を用いた非球面レンズの成形
法が有望視されている。金型を用いた成形方法には、溶
融ガラスを直接プレスし高精度の光学ガラス素子を得る
ダイレクトプレス方法と成形に用いる予備成形体のガラ
スゴブをプレスし高精度の光学ガラス素子を得るリヒー
トプレス方法がある。前者の方法によれば、非常に安価
な光学ガラス素子を製造することが可能であるが、高温
の溶融ガラスを取り扱うことから成形ガラスの高精度化
が困難なことやプレス型のライフが短くなる等の技術的
な問題も多く実用化が困難である。

【０００４】後者の方法によれば、ダイレクトプレス方
法による課題は改善されるが、ガラスゴブを製造するた
めの工程が増えるためコストは割高となる。このリヒー
トプレス用のガラスゴブを製造する工程の簡略化が光学
ガラス素子を製造するにあたって重要な課題である。

【０００５】ガラスゴブを簡単に形成する方法として、
溶融ガラスを、受け皿上に落し込みその状態で放置して
形状を成す方法によれば、非常に安価なリヒートプレス
用のガラスゴブを製造できる。（例えば、特開平２−３
４５２５号公報）

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５は、溶融ガラスを
受け皿上に落し込みその状態で放置して形状を成す、上
記従来例の製造方法を表わす断面図である。図５では、
ガラス溶融炉より供給された溶融ガラスを受け皿３で受
けた状態を示す。このときに形成されるガラスゴブ１
は、受け皿３と接した接触面と、溶融ガラスの表面張力
により形成された自由面を持つ。

【０００７】このガラスゴブ１は、高温の溶融ガラスを
直接受け皿３に受けるためにガラスが受け皿３と接する
接触面に急冷によるしわが発生する。特に、接触面の中
心部に窪みとなって現われる収縮跡２（表面欠陥）は、
リヒートプレス後にも気泡あるいは穴として残留するた
め光学ガラス素子の性能が低下するという問題があっ
た。

【０００８】このガラスゴブ１の接触面の中心部に発生
する表面欠陥２は、ガラスゴブが半球状で中心部肉厚が
大きいため、肉厚の薄い外周から冷却が進み、中心部は
外周に比べ冷却が遅く、ガラスゴブの中心部に熱収縮が
集中するために発生するものである。

【０００９】すなわち従来のガラスゴブ成形方法を用い
て、光学ガラス素子の性能に影響を与えるガラスゴブの
接触面の中心部に発生する窪み状の欠陥を除去するに
は、冷却後に更に表面の研磨叉はエッチング処理を行な
う必要があり、製造コストを充分に抑えることが出来な
いのである。

【００１０】本発明は上記課題に鑑み、低コストで高精
度なガラスゴブが製造できるガラスゴブの製造方法及び
製造装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】リヒートプレス用素材の
ガラスゴブを次のようにして製造する。

【００１２】先ず、溶融ガラスを受ける受け皿には、熱
伝導率の異なる少なくとも２種類以上の材料により構成
された受け皿を使用する。例えば、その受け皿の材料の
構成方法を、溶融ガラスの移載中心部に熱伝導率の良い
材料を構成し、溶融ガラスの移載外周部に熱伝導率の悪
い材料を構成した受け皿とする。この様な受け皿上に溶
融ガラスを落し込み、受け皿上で冷却してガラスゴブを
作製する。

【００１３】

【作 用】受け皿で受けた溶融ガラスには、受け皿に接
する接触面と、受け皿には接触しない自由面とが形成さ
れる。

【００１４】この内、自由面には表面張力が作用して、
この面は極めて滑らかな鏡面に形成される。受け皿との
接触面は、受け皿の構成材料を熱伝導率の違う２種類以
上の材料で構成するため、ガラスの冷却速度は肉厚の違
うガラスゴブの中心部と外周部で差が減少し、ガラスの
接触面の中心部に発生する熱収縮に起因する窪み状の欠
陥を防止することが可能となりガラスゴブの接触面もう
ねりの小さい良好なガラス面を得ることができる。

【００１５】また、こうして得られたガラスゴブの表面
は極めて良好な鏡面であるので、このガラスゴブをガラ
ス素子の成形に用いれば、極めて高精度のガラス素子を
プレスのみの加工で得ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。

【００１７】（実施例１）図１は、本発明の一実施例の
ガラスゴブの製造方法を説明する断面図である。図１で
は、ガラス溶融炉より供給された高温の溶融ガラスを熱
伝導率の異なる２種類の構成材料３ａ、３ｂでできた受
け皿３で受けた状態を示す。この受け皿３の材料構成
は、溶融ガラスが受け皿上に落し込まれる中心部に熱伝
導性の良い構成材料３ｂを構成し、ガラスゴブ１の外周
が接する面に中心部の構成材料３ｂより熱伝導性の悪い
構成材料３ａを構成したものである。

【００１８】この受け皿３により、ガラスゴブ１の中心
部は、熱伝導性の良い構成材料３ｂ上に載置されるため
熱を奪われ易く冷却速度は速くなるが、ガラスゴブ１の
外周部は、中心部の構成材料３ｂより熱伝導性の悪い構
成材料３ａ上に載置されるため熱を奪われ難く冷却速度
は遅くなる。これにより、ガラスゴブの肉厚の違いによ
る冷却ばらつきは緩和され熱収縮の集中が軽減される。

【００１９】この方法により、形成されるガラスゴブ１
の接触面の中心部にできる窪み状の表面欠陥は除去する
ことができ、極めて良好な鏡面を有するガラスゴブ１が
形成される。

【００２０】具体的には、受け皿３の中心部の構成材料
に熱伝導率０．１９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃のタング
ステンカーバイト（ＷＣ）を、外周部の構成材料に熱伝
導率０．０３９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃のステンレス
鋼を選定し平型に加工した。

【００２１】溶融ガラスは、ジルコニア（ＺｒＯ₂）８
重量パ−セント、酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）３０重量パ
−セント、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）４２重量パ−セント、
酸化カルシウム（ＣａＯ）１０重量パ−セント、残部が
微量成分からなるランタン系ガラスを使用した。

【００２２】図４は、ガラスゴブの製造装置の構成図で
ある。上記組成のガラスを１４００℃で溶融したあと、
９５０℃に保持したノズル１０から約１グラムの溶融ガ
ラス９を予め４００℃に加熱された受け皿３に供給す
る。その後、冷却ステージにおいてガラスを軟化点より
低い温度に冷却してからガラスゴブ１を吸着部材１６に
より装置内から取り出す。

【００２３】本実施例では、表面粗さ（ＲＭＳ）が０．
００５μｍ以下の鏡面状態であり、光学顕微鏡観察した
結果、表面に異物付着、傷、といった欠陥が存在しない
ガラスゴブが得られた。

【００２４】なお、図４に示す装置内は受け皿とガラス
との融着等を防止するために、適当な非酸化性雰囲気と
なされるのが通常であるが、本実施例では、装置内を窒
素ガス２０リットル／分、トリクロロトリフルオロエタン
（Ｃ₂Ｃｌ₃Ｆ₃）ガス１リットル／分の割合で混合したハロ
ゲン化炭化水素雰囲気とした。

【００２５】（実施例２）受け皿３の中心部の構成材料
に熱伝導率０．１７ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃の白金
を、外周部の構成材料に熱伝導率０．０３ｃａｌ／ｃｍ
・ｓｅｃ・℃の窒化珪素を選定し平型に加工した。

【００２６】溶融ガラスは、酸化珪素（ＳｉＯ₂）６５
重量パ−セント、酸化カリウム（Ｋ₂Ｏ）９重量パ−セ
ント、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）１０重量パ−セント、酸化
ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）１０重量パ−セント、残部が微
量成分からなるホウケイ酸ガラスを用いた。

【００２７】このガラスを、図４と同一の機能を有する
製造装置を用いて、１３５０℃で溶融したあと、９２０
℃に保持したノズル１０から約１グラムの溶融ガラス９
を予め３５０℃に加熱された受け皿３に供給する。その
後、冷却ステージにおいてガラスを軟化点より低い温度
に冷却してからガラスゴブ１を吸着部材１６により装置
内から取り出す。

【００２８】本実施例によって得られたガラスゴブ１に
おいて、表面粗さ（ＲＭＳ）は０．００５μｍ以下の鏡
面状態であり、光学顕微鏡観察した結果、表面に異物付
着、傷、といった欠陥は認められなかった。

【００２９】なお、本実施例では装置内の雰囲気はアル
ゴンガス２０リットル／分、エチレン（Ｃ₂Ｈ₄）１リットル／分
の割合で混合した炭化水素雰囲気とした。

【００３０】（実施例３）図２は、本発明の一実施例の
ガラスゴブの製造方法を説明するための断面図である。
図２では、ガラス溶融炉より供給された高温の溶融ガラ
スを熱伝導率の異なる３種類の構成材料３ａ、３ｂ、３
ｃでできた受け皿３で受けた状態を示す。この受け皿３
の材料構成は、溶融ガラスが受け皿上に落し込まれる中
心部に熱伝導性の良い構成材料３ｂを構成し、ガラスゴ
ブ１の外周が接する面に中心部の構成材料３ｂより熱伝
導性の悪い構成材料３ａを構成し、前記構成材料の中間
に、中心部の構成材料３ｂより熱伝導性が悪く、外周部
の構成材料３ａより熱伝導性が良い構成材料３ｃを構成
したものである。

【００３１】このように細かく熱伝導率の違う材料によ
り構成された受け皿３は主として重量が大きなガラスゴ
ブを作製する場合に有効である。ガラス重量が大きくな
れば、ガラスゴブの厚みが大きくなり受け皿３に接する
面積も増加し、中心部は冷却され難くなる。そのため、
中心部と外周部の構成材料の熱伝導率に落差を設け対処
する方法が用いられるが、構成材料の境界部上のガラス
表面に熱分布の不均衡によるしわ、うねりが発生し悪け
れば割れが起こる。この様な課題を解決するために、受
け皿３は、中心部と外周部の構成材料の中間の熱伝導性
を持つ構成材料３ｃを具備している。

【００３２】本実施例によれば、形成されるガラスゴブ
１の接触面の中心部にできる窪み状の表面欠陥２は除去
できることは勿論であるが重量が大きなガラスゴブにつ
いても、極めて良好な鏡面を有するガラスゴブ１が形成
される。

【００３３】なお、受け皿の中心部と外周部の構成材料
の中間の熱伝導性を持つ構成材料３ｃは、ガラスゴブの
大きさに応じて何種類使用しても差し支えない。

【００３４】具体的には、受け皿３の中心部の構成材料
に熱伝導率０．２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃のカーボ
ンを、外周部の構成材料に熱伝導率０．０３９ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・℃のステンレス鋼を、中心部と外周部の
中間の構成材料に熱伝導率０．１５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
ｃ・℃の炭化珪素を選定し平型に加工した。

【００３５】そして、図４と同一機能の製造装置を用い
てガラスゴブを作製した。用いた溶融ガラスは、ジルコ
ニア（ＺｒＯ₂）８重量パ−セント、酸化ランタン（Ｌ
ａ₂Ｏ ₃）３０重量パ−セント、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）４
２重量パ−セント、酸化カルシウム（ＣａＯ）１０重量
パ−セント、残部が微量成分からなるランタン系ガラス
である。このガラスを１４００℃で溶融したあと、９５
０℃に保持したノズル１０から約５グラムの溶融ガラス
９を予め３００℃に加熱された受け皿３に供給する。そ
の後、冷却ステージにおいてガラスを軟化点より低い温
度に冷却してからガラスゴブ１を吸着部材１６により装
置内から取り出す。

【００３６】本実施例によって得られたガラスゴブ１に
おいて、表面粗さ（ＲＭＳ）は０．００５μｍ以下の鏡
面状態であり、光学顕微鏡観察した結果、表面に異物付
着、傷、といった欠陥は認められなかった。

【００３７】なお、本実施例では、図４に示す装置内の
雰囲気はアルゴンガス２０リットル／分、エチレン（Ｃ
₂Ｈ₄）１リットル／分の割合で混合した炭化水素雰囲気とし
た。

【００３８】（実施例４）図３は、本発明の一実施例の
ガラスゴブの製造方法を説明するための断面図である。
図３では、ガラス溶融炉より供給された高温の溶融ガラ
スを図に示す３つの構成材料３ａ、３ｂ、３ｚでできた
受け皿３で受けた状態を示す。

【００３９】この受け皿３の材料構成は、溶融ガラスの
接触する層は熱伝導率が均一な単一の構成材料３ｚを構
成し、前記材料の下部層は、ガラスゴブ１の移載中心部
に熱伝導性の良い構成材料３ｂを構成し、ガラスゴブ１
の移載外周部に熱伝導性の悪い構成材料３ａを構成し
た、前記２層構造からなるものである。

【００４０】図１のような構成からなる受け皿３で、高
温の溶融ガラスを連続して受けてガラスゴブ１を作製し
ていく場合、溶融ガラスと接する面が当然熱により劣化
する。この時、受け皿を研磨修理するかあるいは新しい
受け皿に交換しなければならないが、図１や図２のよう
な溶融ガラスが接する面が異種の材料で構成された受け
皿３を、研磨再生する場合では、材料の加工性の違いか
ら境界面に段差が発生するため分解して材料別に加工す
るなどの手間が生じることや、異種の材料で構成された
受け皿はコスト高であることなど、ガラスゴブ量産化に
対して課題を含んでいる。図３に示す２層構造からなる
受け皿３では、この様な課題が解決される。

【００４１】図３に示す受け皿３では、溶融ガラスを受
ける面は、熱伝導率が均一な単一の構成材料３ｚを構成
しているため溶融ガラス受け面が劣化しても単一な材料
のため加工が容易なことや溶融ガラス受け面の構成材料
３ｚのみ交換すれば良く交換部材のコストも安くなるメ
リットがある。また、溶融ガラス受け面の構成材料３ｚ
の下部層に図１、図２のような材料構成とするため欠陥
の無いガラスゴブを作製できる。

【００４２】本実施例によれば、形成されるガラスゴブ
１の接触面の中心部にできる窪み状の欠陥が除去できる
ことは勿論であるが、受け皿の修正が容易なことや交換
部材のコストが安くなることから、ガラスゴブ１の製造
コストも安くできる。

【００４３】なお、本実施例記載の受け皿３の、溶融ガ
ラスを受ける面の構成材料３ｚは、溶融ガラスの温度、
ガラス組成、あるいはガラスゴブの形状にあった耐熱性
や熱伝導率の材料が選定され、またその材料の重ね枚数
や材質を限定するものではない。例えば、耐熱性に優
れ、溶融ガラスと濡れ性が悪く、離型性のよい貴金属、
タングステン、タンタル、レニウム、ハフニウムの単体
あるいはそれらの合金でできた薄膜により形成したもの
でもよい。

【００４４】具体的には、受け皿３は、溶融ガラスの接
触する層の構成材料３ｚに熱伝導率０．２８ｃａｌ／ｃ
ｍ・ｓｅｃ・℃のカーボンを、前記材料の下部層は、ガ
ラスゴブ１の移載中心部の構成材料３ａに熱伝導率０．
０３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃の窒化珪素を、ガラスゴ
ブ１の移載外周部の構成材料３ｂに熱伝導率０．１３ｃ
ａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃のタンタルを選定し平型に加工
した。

【００４５】溶融ガラスは、酸化珪素（ＳｉＯ₂）３０
重量パ−セント、酸化バリウム（ＢａＯ）５０重量パ−
セント、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）１５重量パ−セント、残
部が微量成分からなるホウケイ酸バリウムガラスを用い
た。

【００４６】このガラスを図４と同一機能の製造装置を
用いてガラスゴブを作製した。１２５０℃で溶融したあ
と、９００℃に保持したノズル１０から約３グラムの溶
融ガラス９を予め３００℃に加熱された受け皿３に供給
する。その後、冷却ステージにおいてガラスを軟化点よ
り低い温度に冷却してからガラスゴブ１を吸着部材１６
により装置内から取り出す。

【００４７】本実施例によって得られたガラスゴブ１に
おいて、表面粗さ（ＲＭＳ）は０．００５μｍ以下の鏡
面状態であり、光学顕微鏡観察した結果、表面に異物付
着、傷、といった欠陥は認められなかった。なお、成形
機内は窒素ガス２０リットル／分、水素ガス２リットル／分の割
合で混合した雰囲気とした。

【００４８】以上、本発明の実施例を詳細に説明した
が、各実施例記載の受け皿３の材質・形状は、溶融ガラ
スの温度、ガラス組成、あるいはガラスゴブの形状を考
慮し決められるもので、上記記載内容に限定するもので
はない。例えば、溶融ガラスを直接受ける受け皿は、セ
ラミック、アルミナ、ボロンナイトライド、窒化アル
ミ、窒化クロム、等の各種材料の組合せでも使用でき
る。

【００４９】光学ガラスと受け皿とが反応あるいは融着
しない非酸化性雰囲気は、窒素、アルゴン、ヘリウム等
の不活性ガス、およびこれらの不活性ガスに水素、ある
いは一酸化炭素、二酸化炭素の炭素酸化物、メタン、エ
タン、エチレン、トルエン等の炭化水素類、トリクロロ
エチレン、トリクロロトリフルオロエタン等のハロゲン
化炭化水素類、エチレングリコ−ル、グリセリン等のア
ルコ−ル類、Ｆ−１１３、Ｆ−１１等のフルオロカ−ボ
ン類を適宜混合したものである。

【００５０】なお、本発明は、各実施例に記載の光学ガ
ラスの組成、ガラスゴブの形状、ガラス溶融炉や受け皿
の加熱の方法・条件等に限定されるものではない。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、表面に欠陥のないリヒ
ートプレス用のガラスゴブをエッチング及び研磨工程無
しに大量生産することが可能となり、生産性の向上と製
造コストの低減に著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガラスゴブの製造方法の一実施例にお
けるゴブ作製工程の説明図

【図２】本発明のガラスゴブの製造方法の他の実施例に
おけるゴブ作製工程の説明図

【図３】本発明のガラスゴブの製造方法の更に他の実施
例におけるゴブ作製工程の説明図

【図４】本発明のガラスゴブの製造方法の更に他の実施
例におけるゴブ作製工程の説明図

【図５】従来のガラスゴブの製造方法におけるゴブ作製
工程の説明図

【符号の説明】

１ ガラスゴブ ２ 表面欠陥 ３ 受け皿 ３ａ 受け皿の構成材料 ３ｂ 受け皿の構成材料 ３ｃ 受け皿の構成材料 ３ｚ 受け皿の構成材料 １０ 溶融ガラス １１ ガラス溶融炉 １２ ヒ−タ １３ 予熱ヒ−タ １４ ガス入口 １５ コンベア １６ 吸着部材 １７ 取り出し口

フロントページの続き (72)発明者 中村 正二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 春原 正明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川田 紀行 東京都千代田区内神田３丁目15番10号 株 式会社住田光学ガラス内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱伝導率の異なる少なくとも２種類以上
   の材料により構成された受け皿で溶融ガラスを受けて、
   前記受け皿上で冷却しガラスゴブを作製することを特徴
   とするガラスゴブの製造方法。
2. 【請求項２】 溶融ガラスの移載中心部に熱伝導率の良
   い材料を構成し、溶融ガラスの移載外周部に熱伝導率の
   悪い材料を構成した受け皿を使用する請求項１記載のガ
   ラスゴブの製造方法。
3. 【請求項３】 溶融ガラスの接触する面は熱伝導率が均
   一な単一の材料で構成し、前記材料の下部層は溶融ガラ
   スの移載中心部に熱伝導率の良い材料を構成し溶融ガラ
   スの移載外周部に熱伝導率の悪い材料を構成した、層構
   造からなる受け皿を使用する請求項１記載のガラスゴブ
   の製造方法。
4. 【請求項４】 受け皿を予熱し溶融ガラスを受ける請求
   項１記載のガラスゴブの製造方法。
5. 【請求項５】 少なくとも、熱伝導率の異なる少なくと
   も２種類以上の材料により構成された受け皿を予熱する
   手段と、前記受け皿で溶融ガラスを受ける手段と、前記
   受け皿上で冷却しガラスゴブを作製する手段とを備えた
   ことを特徴とするガラスゴブの製造装置。