JPH07206455A

JPH07206455A - 光学素子の成形方法及び装置

Info

Publication number: JPH07206455A
Application number: JP35255293A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hayashi; 俊明林
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-12-31
Filing date: 1993-12-31
Publication date: 1995-08-08

Abstract

(57)【要約】【目的】高精度かつ低コストの光学素子を成形するこ
とができる方法と装置を提供する。【構成】成形型１ａ、１ｂの下方に位置する溶融ガラ
ス供給ノズル１２にてガラスゴブ８を１０〜１０³ポア
ズに加熱溶融する。その後、ガラスゴブ押し上げ棒９に
より上スリーブ、５ａ、下スリーブ５ｂからなる分割可
能な成形スリーブ５内に供給する。そして、成形スリー
ブ５の内部で溶融ガラスゴブ１７を１０³〜１０⁸ポア
ズまで冷却した後、水平かつ対向する位置に配置した一
対の成形型１ａ、１ｂにてプレスする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラスを溶融もしくは
軟化して成形型管に供給し、成形型にて押圧成形するこ
とにより表面欠陥がなく高い表面品質を有するガラス成
形品、特に光学素子を成形する方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、非球面レンズの製造方法として、
研磨加工されたプリフォームを加熱軟化し、一対の成形
型間に搬送してプレス成形する方法がとられている。し
かし、最近ではコスト低減のためルツボ内でガラスを溶
融もしくは軟化し、オリフィスから排出してシャーによ
り切断した後、一対の成形型間に搬送しプレス成形を行
う方法が開発されている。この方法では溶融されたガラ
スをシャーで切断するため、切断部にシャーマーク等が
発生するので供給された形状では成形には適さない。そ
のため、特開平１−１３８１４４号公報では、一対の成
形型を水平に設置し、その間に溶融ガラスをノズルより
流出させて供給し、プレス成形した後、成形型の外周か
らはみ出した溶融ガラスを成形型の外周部に設置したリ
ング状のシャーで切断する方法が開発されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平１−１３８
１４４号公報にて開示されている方法では、シャーマー
クの部分が成形面の外に位置するため、シャーマークに
よる問題は発生しないが、以下の問題が生じる。ガラス
をルツボにて溶融し滴下する方法においては、ガラス粘
度を１０〜１０⁷ポアズに設定してある。この粘度範囲
にあっては、１０〜１０³ポアズではノズルによる溶融
ガラスの滴下は容易であるが、成形する際のガラス温度
が高く、成形型との融着を防止するため型温度を低くす
る必要がある。しかし、ガラス滴下する下方には受け治
具がないため、滴下したガラスの温度を低くすることが
不可能であるため、高温の溶融ガラスを成形しなければ
ならない。そこで、成形型との融着を防止するために型
温度を低く設定すると、ガラス温度との差が大きくなり
成形の際にヒケが生じやすい。よって、高精度の面形状
が得られにくい。更に、前記粘度の範囲では温度変化に
よる溶融ガラスの粘度変化が大きいため、成形タイミン
グが取りにくく、高精度の温度管理が必要となる。そし
て、１０⁴〜１０⁷ポアズの粘度範囲では、ガラスの流
動が生じにくく、成形型間まで流動するのに時間がかか
り、さらにガラス表面にノズルと擦れた跡が生じるた
め、高精度の面が得られない。また、前記方法において
は、自然滴下を利用して溶融ガラスを供給するととも
に、滴下された溶融ガラスを受けるための受皿等が設置
されていないため、溶融ガラスの自然滴下に成形タイミ
ングを取る必要があり、安定な生産が望みにくい。

【０００４】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、高精度の温度管理をすることなく、短
時間で高精度且つ低コストの光学素子を成形できる方法
及び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】上記従来技術の問題点を
解決するために、本発明の光学素子の成形方法は、成形
型の下方に位置する溶融ガラス供給ノズルにてガラスを
１０〜１０³ポアズに加熱溶融して、少なくとも２分割
する成形スリーブ内に供給し、成形スリーブ内部で溶融
ガラスを１０³〜１０⁸ポアズまで冷却した後、水平か
つ対向する位置に配置した一対の成形型にてプレスする
構成とした。そして、本発明の光学素子の成形装置は、
水平かつ対向する位置に配置した一対の成形型と、成形
型の外周部に位置し且つ少なくとも２分割する成形スリ
ーブと、成形型の下方に位置し、加熱溶融したガラスを
成形スリーブ内部に供給する溶融ガラス供給ノズルとか
ら構成した。

【０００６】図１に本発明の成形装置の断面図を示す。
一対の成形型１ａ、１ｂは、一対の型マウント３ａ、３
ｂに設置され、型固定治具２ａ、２ｂにより固定されて
水平且つ対向して配置される。また、型マウント３ａ、
３ｂは、図示されていない成形シリンダーにより平行且
つ前後に駆動する。成形型１ａ、１ｂは、型ヒーター４
ａ、４ｂにより所定の温度に加熱される。成形スリーブ
５は、上スリーブ５ａと下スリーブ５ｂとからなり、上
スリーブ５ａと下スリーブ５ｂは２分割され、上スリー
ブ５ａはスリーブシリンダー６により成形方向と垂直且
つ上下方向に駆動する。溶融ガラス供給ノズル１２は下
スリーブ５ｂの下方に設置されるとともにその開口部は
下スリーブ５ｂの内周面に設けられ、外周部に、ガラス
ゴブ８を溶融するガラス溶融ヒーター７が設置される。
また、さらに外周部は断熱材２５にて保温される。溶融
ガラス供給ノズル１２の下方に、ガラスゴブ押し上げ棒
９が配置され、溶融ガラス供給ノズル１２内で溶融させ
たガラスゴブ８を図示されていないシリンダーにより成
形スリーブ５内に押し上げる。ガラスゴブ８は、ガラス
ゴブ供給口１３に投入され、ガラスゴブ搬送シリンダー
１０により溶融ガラス供給ノズル１２内まで搬送され
る。

【０００７】本発明の成形方法の概要を図２（ａ）〜
（ｃ）に示す。図２（ａ）、（ｂ）は成形装置を正面か
ら見た断面図、図２（ｃ）は成形装置の上部から見た図
である。計量切断されたガラスゴブ８をガラスゴブ搬送
シリンダー１０により溶融ガラス供給ノズル１２内に搬
送する。搬送後、ガラスゴブ押し上げ棒９によりガラス
溶融ヒーター７が設置されている位置まで上昇させる。
ガラス溶融ヒーター７によりガラスゴブ８をガラス粘度
で１０〜１０³ポアズに加熱溶融させ、所定の粘度に達
したのち上スリーブ５ａ、下スリーブ５ｂからなる成形
スリーブ５内に供給する（図２（ａ））。供給後、溶融
ガラスゴブ１７がガラス粘度で１０⁴〜１０⁸ポアズの
粘度に達した後、加熱保持された成形型１ａ、１ｂが前
進し、溶融ガラスゴブ１７をプレス成形し、成形レンズ
１８を得る（図２（ｂ））。成形後、成形型１ａ、１ｂ
は後退し、上スリーブ５ａがスリーブシリンダー６によ
り上昇する。上昇後、成形レンズ１８はレンズ吸着治具
１９により排出され、その後上スリーブが下降する（図
３（ｃ））。

【０００８】

【作用】上記成形装置及び方法にあっては、計量された
ガラスゴブ８が溶融ガラス供給ノズル１２内で１０〜１
０³ポアズに加熱溶融され、溶融ガラス状態になった
後、成形スリーブ５内に供給される。そして、供給され
た溶融ガラスゴブ１７は２成形スリーブ５内で１０⁴〜
１０⁸ポアズの粘度に冷却された後、一対の成形型１
ａ、１ｂにより成形される。このように溶融ガラスゴブ
を一度成形スリーブ５で受けて成形しているため、直接
溶融ガラスを供給する方法と比較して温度管理が容易に
なり、且つガラス粘度による供給タイミングを調整する
必要性が無い。また、適性な粘度で成形するため、成形
品である光学素子は高精度になる。さらに、高粘度でガ
ラスを供給する必要性がないてめ短時間で成形可能とな
る。

【０００９】前記ガラスの溶融温度をガラス粘度で１０
〜１０³ポアズとしたのは、溶融ガラス供給ノズル１２
から排出するためと、ガラス表面粗さを向上させるため
にある。１０³ポアズ以上の粘度にすると、流動がしに
くくなり供給後のガラス表面に筋状のシワが生じる。ま
た、ガラス表面の凹凸が消えず高精度成形面が得られな
い。一方、１０ポアズ以下にすると、ガラス成分の揮発
が生じ光学特性が変化し、光学素子として使用できな
い。溶融ガラスの成形温度をガラス粘度で１０³〜１０
⁸ポアズの粘度としたのは、成形の際にガラスと型の融
着を防止するとともに、高精度の成形面を形成させるた
めである。１０³ポアズ以下の粘度ではガラス温度と型
温度の差が大きいため、成形型との融着や成形後レンズ
表面でのヒケが生じ高精度成形面が得られない。また、
１０⁸ポアズ以上ではガラスが流動しにくく割れが生じ
る。これらの要因によりガラス粘度が設定される。

【００１０】

【実施例１】本発明の成形装置の実施例１を図１を用い
て説明する。本実施例では、２分割する成形スリーブを
用いた。成形型１ａ、１ｂはＷＣを基材とし、その成形
面にＰＶＤ法によって厚さ２０μｍのＣｒＮ膜を形成し
たものを使用した。成形面形状はＰＶ０．２μｍ以下、
面粗さＲｍａｘ０．０７μｍ以下に仕上げた。型マウン
ト３ａ、３ｂはサイアロンを使用し、型マウント３ａ、
３ｂには成形型１ａ、１ｂが熱嵌合により位置決めさ
れ、型固定治具２ａ、２ｂにより固定される。また、成
形型１ａ、１ｂ及び型マウント３ａ、３ｂは、図示され
ていないサーボモーターにより駆動し平行且つ前後に駆
動される。プレス圧力は図示されていない圧力センサー
によって設定される。型マウント３ａ、３ｂの周りに
は、型ヒーター４ａ、４ｂが配置されており、成形型１
ａ、１ｂは型ヒーター４ａ、４ｂにより所定の温度に加
熱される。

【００１１】成形スリーブ５は、上スリーブ５ａと下ス
リーブ５ｂにより２分割可能に構成され、上スリーブ５
ａと下スリーブ５ｂとを接合した際、成形型１ａ、１ｂ
が挿通可能な円筒状に形成される。上下両スリーブ５
ａ、５ｂはカーボンにより形成され、上スリーブ５ａは
上方からスリーブシリンダー６のピストンロッドに固定
され、スリーブシリンダー６の駆動により成形方向（成
形型１ａ、１ｂの移動方向）に対し垂直である上下方向
に駆動する。

【００１２】溶融ガラス供給ノズル１２はＰｔを使用
し、下スリーブ５ｂの下方に設置され、その先端は下ス
リーブ５ｂを貫通して下スリーブ５ｂの内周面に達して
いる。溶融ガラス供給ノズル１２の外周部には、ガラス
ゴブ８を溶融するガラス溶融ヒーター（抵抗ヒーター）
７が設置されており、さらにその外周部は保温用の断熱
材２５で囲われている。溶融ガラス供給ノズル１２内の
下方には、溶融ガラス供給ノズル１２と同様のＰｔにて
形成されたガラスゴブ押し上げ棒９が配置されている。
ガラスゴブ押し上げ棒９は、図示されていないシリンダ
ーによりガラスゴブ８をガラス溶融ヒーター７の設置部
位に押し上げて溶融させるとともに、溶融ガラス供給ノ
ズル１２内で溶融したガラスゴブ８をスリーブ内に押し
上げる。ガラスゴブ８は、ガラスゴブ供給口１３より投
入され、ガラスゴブ搬送シリンダー１０により溶融ガラ
ス供給ノズル１２内まで搬送される。

【００１３】上記構成の成形装置を用いた成形方法の実
施例を図１及び図２（ａ）〜図２（ｃ）を用いて説明す
る。図２（ａ）は溶融ガラスゴブ１７を成形スリーブ５
内に供給した状態を示す成形装置の正面から見た断面
図、図２（ｂ）は溶融ガラスゴブ１７を成形型１４ａ、
１４ｂでプレス成形した状態を示す成形装置の正面から
見た断面図、図２（ｃ）は成形レンズ１８の取り出し状
態を示す成形装置の上部から見た平面図である。

【００１４】本実施例では、硝材にＢＫ７を使用し、レ
ンズ形状がφ５ｍｍ、中心厚さ２ｍｍの両凸レンズの成
形を行った。体積３８ｍｍ³に計量切断されたガラスゴ
ブ８をガラスゴブ搬送シリンダー１０によりガラスゴブ
供給口１３から溶融ガラス供給ノズル１２内に搬送す
る。この搬送後、ガラスゴブ８をガラス溶融ヒーター７
が設置されている位置までガラスゴブ押し上げ棒１６に
より上昇する。ガラス溶融ヒーター７は１３００℃に設
定されており、ガラスゴブ８をガラス粘度で１０²ポア
ズに加熱溶融させる。そして、所定の粘度に達した溶融
ガラスゴブ１７をガラスゴブ押し上げ棒１６により押し
上げて成形スリーブ１５内に供給する（図２（ａ）参
照）。

【００１５】成形スリーブ１５内に供給された溶融ガラ
スゴブ１７が、ガラス粘度で１０³ポアズの粘度まで冷
却された後、ガラス粘度で１０¹⁴ポアズに加熱保持され
た成形型１４ａ、１４ｂを前進させ、溶融ガラスゴブ１
７をプレスして成形レンズ１８を成形する。プレス条件
は、まず、プレス圧１０ｋｇ／ｃｍ²で１０秒間成形し
た後、プレス圧５０ｋｇ／ｃｍ²で５秒間成形し、その
後離型した（図２（ｂ）参照）。

【００１６】プレス成形後、成形型１４ａ、１４ｂを後
退し、上スリーブ１５ａをスリーブシリンダー６により
上昇させる。上昇後、レンズ吸着治具１９を成形レンズ
１８の方向に移動して成形レンズ１８を吸着保持し（図
２（ｃ）参照）、下スリーブ１５ｂ内から成形レンズ１
８を排出する。そして、その後、上スリーブ１５ａを下
降して下スリーブ１５ｂと接合し、次の成形に備える。

【００１７】本実施例の成形方法及び装置によれば、溶
融ガラスの供給が安定しているため、成形タクトタイム
が安定し、且つ高精度のレンズが成形可能となった。ガ
ラス加熱温度をガラス粘度で１０²ポアズまで加熱溶融
させたが、１０〜１０³ポアズの範囲でも同様な効果が
得られた。しかし、１０³ポアズ以上の粘度では供給さ
れたガラスゴブ表面がトリートメントされず鏡面が得ら
れなく、よって高精度の成形面が得られなかった。ま
た、１０ポアズ以下の粘度ではガラス成分が揮発し光学
特性が変化する問題が生じた。また、成形温度はガラス
粘度で１０³ポアズの粘度であったが、１０³〜１０⁸
ポアズの範囲では高精度のレンズが得られた。しかし、
１０³ポアズ以下の粘度では成形型との融着が生じた。
また、１０⁸ポアズ以上の粘度ではガラスの流動が生じ
にくく高精度のレンズが成形できなかった。

【００１８】本実施例では成形スリーブ１５を２分割と
したが、これは径の小さいレンズに有効である。また、
ガラスの加熱を溶融ガラス供給ノズル１２内のみで行っ
たが、レンズ成形中にガラスゴブ搬送位置でガラスゴブ
８が変形しない１０¹³〜１０¹⁰ポアズ程度まで予備加熱
して待機したのち、溶融ガラス供給ノズル１２内に搬送
することによりタクトタイムの短縮も可能となる。本実
施例では、成形型１４ａ、１４ｂのＷＣ表面にＣｒＮ膜
をコートしたものを使用したが、ＡｌＮ等の耐熱性セラ
ミックスでも同様な効果が得られる。また、同様に、成
形スリーブ１５もガラスと融着しにくいＢＮコンポジッ
ト材等でも可能である。また、ガラス加熱において高軟
化点ガラスを成形する際、高周波加熱やバーナー加熱を
用いると高温まで加熱することができ効率がよくなる。

【００１９】

【実施例２】本発明の実施例２の要部を図３に示す。図
３は成形軸方向からの断面図である。成形装置は図１と
同様であるが、本実施例は成形スリーブが３分割するも
のを使用した方法について記載する。装置構成は成形
部、加熱部、搬送部は実施例１と同様であるが、図３に
示されるように、成形スリーブ２４は下スリーブ２０、
上スリーブ２１、２１とから構成され、３分割する。２
個の上スリーブ２１は、上スリーブシリンダー２２によ
って成形スリーブ２４の中心から１２０°の角度で分割
され、かつその方向に開閉する。

【００２０】上記構成の成形装置を用いた成形方法の実
施例を図１、図２（ａ）〜図２（ｃ）及び図３を用いて
説明する。本実施例では、硝材にＬａＳＦ０３を使用
し、レンズ形状がφ１５ｍｍ、中心厚さ４ｍｍの両凸レ
ンズの成形を行った。体積５８０ｍｍ³に計量切断され
たガラスゴブ８をガラスゴブ搬送シリンダー１０により
ガラスゴブ供給口１３から溶融ガラス供給ノズル１２内
に搬送する。この搬送後、ガラスゴブ８をガラス溶融ヒ
ーター７が設置されている位置までガラスゴブ押し上げ
棒９により上昇する。ガラス溶融ヒーター７は１２００
℃に設定されており、ガラスゴブ８をガラス粘度で１０
³ポアズに加熱溶融させる。そして、所定の粘度に達し
た溶融ガラスゴブ１７をガラスゴブ押し上げ棒９により
押し上げて成形スリーブ１５内に供給する（図２（ａ）
参照）。

【００２１】成形スリーブ１５内に供給された溶融ガラ
スゴブ１７が、ガラス粘度で１０⁸ポアズの粘度まで冷
却された後、ガラス粘度で１０¹⁴ポアズに加熱保持され
た成形型１４ａ、１４ｂを前進させ、溶融ガラスゴブ１
７をプレスして成形レンズ１８を成形する。プレス条件
は、まず、プレス圧１０ｋｇ／ｃｍ²で１０秒間成形し
た後、プレス圧５０ｋｇ／ｃｍ²で１０秒間成形し、そ
の後離型した（図２（ｂ）参照）。

【００２２】プレス成形後、成形型１４ａ、１４ｂを後
退し、上スリーブ２１をスリーブシリンダー２２により
３分割し、上スリーブ２１を１２０°の方向に開く。成
形スリーブ１５が分割され後、レンズ吸着治具２３を成
形レンズ１８の方向に移動して成形レンズ（図示省略）
を吸着保持し（図３参照）、下スリーブ２０内から成形
レンズを排出する。そして、その後、上スリーブ２１を
閉じて次の成形に備える。

【００２３】本実施例の成形方法及び装置によれば、溶
融ガラスの供給が安定しているため、成形タクトタイム
が安定し、且つ高精度のレンズが成形可能となった。特
に、本実施例で使用したＬａＳＦ０３硝材は温度変化に
対する粘度変化が顕著であるため、従来の方法では滴下
温度及び成形温度管理が困難であったが、本実施例の方
法及び装置では簡単かつ高精度のレンズが成形できた。
また、成形スリーブ１５が３分割であるため大口径のレ
ンズでも成形後、取出しが容易である。

【００２４】また、本実施例方法では、ガラス加熱温度
をガラス粘度で１０³ポアズまで加熱溶融させたが、１
０〜１０³ポアズの範囲でも同様な効果が得られた。し
かし、１０³ポアズ以上の粘度では、供給されたガラス
ゴブ表面がトリートメントされず鏡面が得られなく、よ
って高精度の成形面が得られなかった。また、１０ポア
ズ以下の粘度では、ガラス成分が揮発し光学特性が変化
する問題が生じた。また、成形温度はガラス粘度で１０
³ポアズの粘度であったが、１０³〜１０⁸ポアズの範
囲では高精度のレンズが得られた。しかし、１０³ポア
ズ以下の粘度では成形型１４ａ、１４ｂとの融着が生じ
た。また、１０⁸ポアズ以上の粘度ではガラスの流動が
生じにくく高精度のレンズが成形できなかった。

【００２５】さらに、本実施例方法では、ガラス加熱を
溶融ガラス供給ノズル１２内のみで行ったが、レンズ成
形中にガラスゴブ搬送位置でガラスゴブ８が変形しない
１０¹³〜１０¹⁰ポアズ程度まで予備加熱して待機したの
ち、溶融ガラス供給ノズル１２内に搬送することにより
タクトタイムの短縮も可能となる。また、本実施例で
は、成形型１４ａ、１４ｂのＷＣ表面にＣｒＮ膜をコー
トしたものを使用したが、ＡｌＮ等の耐熱性セラミック
スでも同様な効果が得られる。また、同様に、成形スリ
ーブ１５もガラスと融着しにくいＢＮコンポジット材等
でも可能である。さらに、ガラス加熱において高軟化点
ガラスを成形する際、高周波加熱やバーナー加熱を用い
ると高温まで加熱することができ効率がよくなる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来大
量のガラスを溶融し成形していたが、レンズに必要な量
のガラスのみ加熱溶融させるため、余剰ガラスが必要な
く低コスト化が図れる。また、ガラスの変更も容易であ
るため多種少量の光学素子を低コストで製造可能とな
る。さらに、成形スリーブにより成形レンズの外周を規
制しつつ成形するため、軸精度の低いレンズ等では芯取
り工程の必要が無くなり低コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形装置を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例１の成形工程の説明図で、図２
（ａ）は溶融ガラスゴブを成形スリーブ内に供給した状
態を示す断面図、図２（ｂ）は溶融ガラスゴブをプレス
成形した状態を示す断面図、図２（ｃ）は成形レンズの
取り出し状態を示す平面図である。

【図３】本発明の実施例２の要部を示す断面図である。

【符号の説明】

１ａ１ｂ成形型６スリーブシリンダー７ガラス溶融ヒーター１２溶融ガラス供給ノズル１５成形スリーブ２２上スリーブシリンダー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形型の下方に位置する溶融ガラス供給
ノズルにてガラスを１０〜１０³ポアズに加熱溶融し
て、少なくとも２分割する成形スリーブ内に供給し、成
形スリーブ内部で溶融ガラスを１０³〜１０⁸ポアズま
で冷却した後、水平かつ対向する位置に配置した一対の
成形型にてプレスすることを特徴とする光学素子の成形
方法。
【請求項２】水平かつ対向する位置に配置した一対の
成形型と、成形型の外周部に位置し且つ少なくとも２分
割する成形スリーブと、成形型の下方に位置し、加熱溶
融したガラスを成形スリーブ内部に供給する溶融ガラス
供給ノズルとからなることを特徴とする光学素子の成形
装置。