JPH07242428A

JPH07242428A - ガラス成形用ゴブの製造方法および装置

Info

Publication number: JPH07242428A
Application number: JP5486994A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hayashi; 俊明林
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1995-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】溶融ガラスを成形型径と同径に広げかつ鏡面
でシワ段差の無いガラスゴブを得る。【構成】ガラスゴブ１を成形する受け部材２の外周に
は受け部材外周規制治具３が嵌合されている。受け部材
２の中央上方にはガラス供給ノズル４が設置されてい
る。ガラス供給ノズル４の両サイドにはガス供給ノズル
５が配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融ガラスからガラス
成形用ゴブを製造する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラス光学素子は研削・研磨によ
って製造されていた。しかしながら、近年では非球面レ
ンズの要求から、ガラスを加熱軟化させて一対の成形型
にてプレスすることにより製造する方法が行われてい
る。上記方法では初期形状を所望のレンズ形状と近似し
た形状の素材を研削・研磨により予め加工した後、一対
の成形型にてプレス成形していた。そのため、製造工数
が多くなりコストが高くなる問題が生じていた。

【０００３】因って、上記欠点を解決すべく、例えば特
公平４−４３８５１号公報，特開昭６１−１４６７２１
号公報および特開平４−１４９０３２号公報記載の発明
が開示されている。

【０００４】特公平４−４３８５１号公報においては、
切断あるいは研削により所定の体積に調寸したガラス塊
を加熱軟化させ、表面張力により球状にすることにより
ゴブを製造する方法が開示されている。

【０００５】また、特開昭６１−１４６７２１号公報に
おいては、溶融ガラスを供給ノズルから滴下し、表面張
力で丸くなったガラスをゴブとする方法が開示されてい
る。

【０００６】さらに、特開平４−１４９０３２号公報に
おいては、熱加工治具上に溶融ガラスを受け、ガラス上
面はガラスの表面張力によってできた自由面により形成
させ、下面は熱加工治具との接触により面を形成させる
方法が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記各従来
技術においては以下の様な欠点が挙げられる。すなわ
ち、特公平４−４３８５１号公報，特開昭６１−１４６
７２１号公報および特開平４−１４９０３２号公報で
は、図７に示されるように、受け部材７１上に載置され
たガラスゴブ７２はその表面張力により矢印７３の方向
に力が作用して球形状を形成する。従って、図８に示さ
れるように、溶融ガラス７４を収納した溶融ルツボ７５
より滴下され、受け部材（成形型）７１に供給されたガ
ラスゴブ７２は所望のレンズ形状の外径よりも小さくな
る。

【０００８】上記の方法で製造されたガラスゴブを光学
レンズに成形するためには、従来の予めレンズと近似形
状に加工した素材の成形と比較してガラス流動量が多
い。従って成形するためには、ガラス温度を高くする
か、成形時間を長くする必要がある。そのような高温ま
たは長い時間、ガラスと型とが接触すると型の耐久性が
低下するとともに、ガラスと型とが融着する問題が生じ
る。

【０００９】さらに、前記特開昭６１−１４６７２１号
公報記載の発明においては、ガラスを型上に滴下後直ち
に成形する方法が記載されているが、そのガラスゴブを
成形型で受け、ガラスゴブ表面の温度が供給された温度
より下がる前に成形すると、初めに型と接触した部分は
早く温度が下がり、それ以外のガラスゴブ表面の部分と
の間に温度差が生じる。そのため、ガラス表面のガラス
粘度に差が生じ、初期ガラス接触部と成形により流動し
た部分との境界に筋状の段差が生じる。

【００１０】よって段差を生じさせないためには、ガラ
ス表面の温度差を生じさせないようにすればよい。従っ
て、雰囲気温度と型温を同温に保持するか、ガラス表面
に温度差が生じる前に成形する必要がある。雰囲気と型
温を同温に保持することは容易であるが、型温を高くす
る必要があるため型とガラスとが融着する問題が生じ
る。また、ガラス表面に温度差が生じる前に成形する為
には数秒以内に行う必要があり制御が困難である。そこ
でゴブを製造した後に成形する工程を行うと、製造工程
が多くなりコスト低減が望めない。

【００１１】因って、本発明は前記従来技術における欠
点に鑑みて開発されたもので、請求項１の目的は、溶融
ガラスを成形型径と同径に広げかつ鏡面でシワ段差の無
い成形ゴブを製造することにある。請求項２の目的は、
請求項１の製造方法を行える装置にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、１
０³ポアズ以下の粘度に溶融したガラス素材をガラス粘
度で１０⁶ポアズ以上かつ１０¹⁴ポアズ以下に相当する
温度に加熱保持された受け部材上に滴下し、該受け部材
の上方よりガラスの１０⁴ポアズ以下の粘度に相当する
温度の不活性ガスを吹き付けてガラス上面の形状を変形
させた後、前記不活性ガスをガラス転移点以下の温度に
低下してガラス上面に吹き付ける製造方法である。

【００１３】また、１０³ポアズ以下の粘度に溶融した
ガラス素材を滴下する手段と、前記滴下されたガラスを
受ける受け部材と、該受け部材の加熱手段と、受け部材
の上方に位置して１０⁴ポアズ以下の粘度に相当する温
度の不活性ガスを滴下されたガラス上面に吹き付ける手
段と、前記不活性ガスをガラス転移点以下の温度に低下
してガラス上面に吹き付ける手段とからなる製造装置で
ある。

【００１４】図１は本発明を示す概念図である。ガラス
ゴブ１を成形する受け部材２の外周には受け部材外周規
制治具３が嵌合されている。受け部材２の中央上方には
ガラス供給ノズル４が設置されている。ガラス供給ノズ
ル４の両サイドにはガラス供給ノズル５が配設されてい
る。

【００１５】上記構成の装置は、まず溶融されたガラス
がガラス供給ノズル４より排出されて受け部材２に供給
される。この時、ガラスはガラス供給ノズル４内面の表
面張力とガラスの粘度より、自重で滴下するためには１
０³ポアズ以下の温度が必要である。溶融ガラスは受け
部材２と接触すると、接触面温度が急激に低下するた
め、ガラス接触面にシワ等の問題が生じる。そのため受
け部材２を加熱保持する必要がある。しかし高温にする
とガラスと融着する問題が生じる。本実験から１０⁶ポ
アズ以上かつ１０¹⁴ポアズ以下であると良いことが確認
された。

【００１６】ガラス供給後、ガス供給ノズルよりガラス
粘度で１０⁴ポアズ以下の温度に相当する不活性ガスを
吹き付けて受け部材２の全面にガラスを流動させる。所
望の外径まで流動したら、ガス流量は一定のままガラス
転移点の温度以下までガス温度を低下させる。これによ
り形状が変化しないで固化できる。ガス温度を低下させ
ないで熱風を停止させると、ガラスの表面張力で従来の
問題点で記したような形状にもどる問題が生じる。

【００１７】この方法により従来問題であったガラスゴ
ブ径が所望のレンズ外径と同径になるため、後の本成形
においてガラス流動量を少なくでき、よって本成形する
際にガラス温度を下げて成形することが可能となる。

【００１８】尚、本発明において供給ガラス粘度を１０
³ポアズ以下に限定したのは、供給されたガラスを熱風
にて流動させるのに必要な粘度だからである。ガラス粘
度で１０³ポアズ以上の粘度にて供給ガラスを受け部材
２に供給すると、高温のガスにてガラスを流動可能な温
度まで加熱しつつ流動させる必要があるため時間がかか
る。よって効率が低下する。

【００１９】また、ガラスのガラス粘度で１０⁴ポアズ
以下の粘度に相当する温度の不活性ガスを吹き付けるの
は、１０⁴ポアズ以上の粘度に相当する温度のガラスで
はガラスが流動しにくく前記同様時間がかかり、効率が
低下する。本実験から、ガラス粘度で１０⁴ポアズの温
度までは同程度の時間で流動できるのが確認できた。

【００２０】さらに、本発明の概要では図１に示される
通り、凸形状のゴブの製造方法について記載したが、図
２に示すように、受け部材２の形状を凸形状としてガス
供給ノズル５を受け部材２の中心部から吹き付けること
により、ガラス中心がへこむため両面凹形状の製造も可
能である。また、図１に示されるような凹形状の受け部
材２を用い、図２に示されるような方法により、凹凸形
状の製造も可能である。

【００２１】

【実施例１】図３および図４は本実施例で用いる装置を
示し、図３は斜視図、図４は部分断面図である。ルツボ
１１の外周部には抵抗加熱または高周波加熱によりガラ
スを加熱溶融するルツボヒーター１２が設置されてい
る。ルツボ１１の中央下部には溶融されたガラスを排出
する供給ノズル１３が設けられている。供給ノズル１３
の外周には温度をコントロールしてガラス供給量を調整
するヒーター（図示省略）が設置されている。供給ガラ
ス量は供給ノズル１３の温度および内径によって自重滴
下量が変化するものであり、供給ノズル１３の温度を一
定に保持することにより精度の高い計量が行えるように
構成されている。

【００２２】供給ノズル１３の両サイドにはその中心軸
の延長上に受け部材１５がくるようにガス噴出ノズル１
４が配設されている。ガス噴出ノズル１４内にはヒータ
ー（図示省略）が設置され、加熱されたヒーター内をガ
スが通ることにより熱風を噴出できる。ヒーター線をＰ
ｔ等の高温用にすることにより約１０００℃までの熱風
が噴出可能である。

【００２３】供給ノズル１３の中心軸線上の下方には駆
動アーム１６上に載置された受け部材１５が設けられて
いる。受け部材１５の外周部には受け部材外周規制治具
１７が嵌合されており、受け部材外周規制治具１７の外
周部には受け部材ヒーター１８が設けられている。駆動
アーム１６は図示されていないモーターまたは回転シリ
ンダーにより軸回りに１８０度回転できるように構成さ
れている。駆動アーム６の下方には搬送コンベア１９が
設置され、成形されたガラスゴブ２０を搬送する。

【００２４】本実施例では、受け部材１５は曲率Ｒ＝３
８．００ｍｍ，面粗さＲｍａｘ０．０６μｍの凹形状に
研磨されたものを使用した。また、受け部材１５の材質
はガラスと反応しにくく、かつ高温耐久性の高いセラミ
ックス材料が良い。例えば、ＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ
₄やＷＣ上にＣｒＮ膜を蒸着したものがよい。

【００２５】以上の構成から成る装置を用いて、本実施
例ではφ１５ｍｍのガラスゴブを製造した。まず、ガラ
スをルツボ１１にてガラス粘度で１０²ポアズに加熱溶
融する。溶融後、供給ノズル１３の温度をガラス粘度で
１０³ポアズに相当する温度に加熱し、溶融ガラス２１
を排出する。排出後、受け部材ヒーター１８によりガラ
ス粘度で１０¹⁴ポアズに相当する温度に加熱保持されて
いる受け部材１５および受け部材外周規制治具１７上に
溶融ガラス２１が滴下される。

【００２６】滴下と同時に、ガス噴出ノズル１４よりガ
ラスゴブ２０の上面にガラス粘度で１０⁴ポアズに相当
する温度で圧力２ｋｇ／ｃｍ²，流量１０リットル／秒
のアルゴンガスを吹き付けた。それにより、図４に示す
ように、ガラスゴブ２０の上面には凸形状に変形する。
変形後、吹き付けるガスの温度をガラス転移点よりも５
０℃低い温度に低下して固化させる。固化終了後、駆動
アーム１６が軸回りに回転し、成形されたガラスゴブ２
０は搬送コンベア１９により搬送される。

【００２７】本実施例によれば、面粗さＲｍａｘ０．０
４μｍ，上面Ｒ約３５ｍｍ，下面Ｒ＝３８ｍｍの両面凸
形状をした成形用ゴブの製造が可能になった。さらに、
レンズ外径と同じ径でかつ成形面の形状と近似している
ため、後の本成形する際にガラスの流動量が少なく、よ
って短時間成形が可能になった。また。本成形する際に
流動量が少ないためガラス温度を従来より低くすること
が可能であり、成形型の寿命が従来２００００ショット
であったものが、本実施例の成形ゴブを使用したところ
２８０００ショット成形しても型劣化が生じなかった。

【００２８】尚、本実施例では供給ノズル１３をガラス
粘度で１０³ポアズに相当する温度に加熱して溶融ガラ
ス２１の排出を行ったが、温度変化によるガラス粘度変
化のしにくいＳＦ系のガラスなどの場合は流動しにくい
ため、低粘度にて行うと良い。また、噴出ガス温度をガ
ラス粘度で１０⁴ポアズで行ったが、ガラス量が多い場
合はガス温度を挙げることにより短時間で流動できる。
さらに、ガス噴出ノズル１４においてガス圧力および流
量を変化させることにより上面の曲率を変えることが可
能である。

【００２９】また、本実施例ではガス噴出ノズル１４を
２本使用しているが、径の大きいレンズについては、ガ
ス噴出ノズル数を増やすことにより形状制御ができる。
さらに、受け部材１５の温度をガラス粘度で１０¹⁴ポア
ズで行ったが、１０⁶ポアズまでの範囲でも同様な結果
が得られた。しかし１０¹⁴ポアズを越える粘度ではガラ
ス面にシワが発生した。また１０⁶ポアズ未満の粘度で
は受け部材１５に融着する問題が発生した。また、両凸
ガラスゴブについては記載したが、本実施例の方法にお
いて受け部材１５を凸形状とすることによりメニスカス
形状のガラスゴブの製造も可能である。

【００３０】

【実施例２】図５および図６は本実施例を示し、図５は
斜視図、図６は部分断面図である。本実施例は、前記実
施例１における駆動アーム１６を前後動に移動可能にし
た点と、ガス噴出ノズル１４を廃止し、代わりにガス噴
出ノズルを搬送コンベア１９の上方に設置した点と、凹
形状の受け部材１５を凸形状の受け部材にて構成した点
とが異なり、他の構成は同一な構成部分から成り、同一
構成部材には同一番号を付してその説明を省略する。

【００３１】受け部材３１，受け部材外周規制治具１７
および受け部材ヒーター１８を載置した駆動アーム３２
は図示されていないシリンダーおよびモーターにより前
後動可能かつ軸回りに１８０度回転可能に保持されてい
る。駆動アーム３２の前後動はガラス温度が低くならな
いいうちに熱風を吹き付ける必要があるため高速で駆動
する。駆動アーム３２が前進した位置の上方かつ搬送コ
ンベア１９の上方にはガス噴出ノズル３３が設置されて
いる。ガス噴出ノズル３３内にはヒーター（図示省略）
が設置され、加熱されたヒーター内をガスが通ることに
より熱風を噴出できる。ヒーター線をＰｔ等の高温用に
することにより約１０００℃までの熱風が噴出可能であ
る。

【００３２】本実施例では、受け部材３１は曲率Ｒ＝４
０．００ｍｍ，面粗さＲｍａｘ０．０６μｍの凸形状に
研磨されたものを使用した。また、受け部材３１の材質
はガラスと反応しにくく、かつ高温耐久性の高いセラミ
ックス材料が良い。例えば、ＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ
₄やＷＣ上にＣｒＮ膜を蒸着したものがよい。

【００３３】以上の構成から成る装置を用いて、本実施
例ではφ２０ｍｍのガラスゴブを製造した。まず、ガラ
スをルツボ１１にてガラス粘度で１０ポアズに加熱溶融
する。溶融後、供給ノズル１３の温度をガラス粘度で１
０²ポアズに相当する温度に加熱し、溶融ガラスを排出
する。排出後、受け部材ヒーター１８によりガラス粘度
で１０¹⁴ポアズに相当する温度に加熱保持されている受
け部材３１および受け部材外周規制治具１７上に溶融ガ
ラスが滴下される。

【００３４】滴下後、直ちに駆動アーム３２が前進し、
受け部材３１および受け部材外周規制治具１７上のガラ
スゴブ３４はガス噴出ノズル３３の直下に移動する。こ
の後、ガス噴出ノズル３３よりガラスゴブ３４の上面に
ガラス粘度で１０³ポアズに相当する温度で圧力２ｋｇ
／ｃｍ²，流量１５リットル／秒のアルゴンガスを吹き
付けた。それにより、図６に示すように、ガラスゴブ３
４の上面は凹形状に変形する。変形後、吹き付けるガス
の温度をガラス転移点よりも５０℃低い温度に低下して
固化させる。固化終了後、駆動アーム３２が軸回りに回
転し、成形されたガラスゴブ３４は搬送コンベア１９に
より搬送される。

【００３５】本実施例によれば、面粗さＲｍａｘ０．０
４μｍ，上面Ｒ約４０ｍｍ，下面Ｒ＝３２ｍｍの両面凹
形状をした成形用のゴブの製造が可能になった。さら
に、レンズ外径と同じ径でかつ成形面の形状と近似して
いるため、後の本成形する際にガラスの流動量が少な
く、よって短時間成形が可能になった。また、本成形す
る際に流動量が少ないためガラス温度を従来より低くす
ることが可能であり、成形型の寿命が従来１９０００シ
ョットであっものが、本実施例の成形ゴブを使用したと
ころ２５０００ショット成形しても型劣化が生じなかっ
た。

【００３６】尚、本実施例では供給ノズル１３をガラス
粘度で１０²ポアズに相当する温度に加熱して溶融ガラ
スの排出を行ったが、径の小さいガラスゴブではガラス
粘度を１０³ポアズにて行っても同様な結果が得られ
る。また、温度変化によるガラス粘度変化のしにくいＳ
Ｆ系のガラスなどの場合は流動しにくいため、低粘度に
て行うと良い。さらに、噴出ガス温度をガラス粘度で１
０³ポアズで行ったが、ガラス溶融と同様に径の小さい
ゴブでは１０⁴ポアズでも同様の効果が得られる。ま
た、ガラス量が多い場合はガス温度を上げることにより
短時間で流動できる。さらに、噴出ノズル３３において
ガス圧力および流量を変化させることにより上面の曲率
を変えることが可能である。

【００３７】また、本実施例ではガス噴出ノズル３３を
１本使用しているが、径の大きいレンズについてはガス
噴出ノズル数を増やし、中心部から外周部に向かって噴
出することにより凹形状がよくなる。さらに、受け部材
３１温度はガラス粘度で１０¹⁴ポアズで行ったが、１０
⁶ポアズまでの範囲でも同様な結果が得られた。しかし
１０¹⁴ポアズを越える粘度ではガラス面にシワが発生し
た。また１０⁶ポアズ未満の粘度では受け部材３１に融
着する問題が発生した。また、両凹ガラスゴブについて
は記載したが、本実施例の方法において受け部材３１を
凹形状にすることにより、前記実施例１の尚書で述べた
と同様にメニスカス形状のガラスゴブの製造も可能であ
る。

【００３８】

【発明の効果】請求項１の効果は、所望のレンズ外径と
同径のガラスゴブを熱風のみで製造できるため、従来の
滴下方法によるガラスゴブより、本成形の際のガラス流
動量が少なくてすむ。よって本成形での型耐久性が向上
する。また、ガラスの研削・研磨工程にて製造していた
ガラスゴブより製造工程が短縮できるため、製造タクト
タイムの短縮が可能となる。さらに、ガラス供給量と受
け部材の形状とを変更することにより、多種形状の光学
素子が製造できる。

【００３９】請求項２の効果は、従来の研削・研磨工程
により製造したガラスゴブと同レベルのガラスゴブが、
一個の受け部材と熱風ヒーターのみとで製造できるた
め、設備コストが低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す概念図である。

【図２】本発明を示す概念図である。

【図３】実施例１を示す斜視図である。

【図４】実施例１を示す部分断面図である。

【図５】実施例２を示す斜視図である。

【図６】実施例２を示す部分断面図である。

【図７】従来例を示す部分断面図である。

【図８】従来例を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１ガラスゴブ２受け部材３受け部材外周規制治具４ガラス供給ノズル５ガス供給ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１０³ポアズ以下の粘度に溶融したガラ
ス素材をガラス粘度で１０⁶ポアズ以上かつ１０¹⁴ポア
ズ以下に相当する温度に加熱保持された受け部材上に滴
下し、該受け部材の上方よりガラスの１０⁴ポアズ以下
の粘度に相当する温度の不活性ガスを吹き付けてガラス
上面の形状を変形させた後、前記不活性ガスをガラス転
移点以下の温度に低下してガラス上面に吹き付けること
を特徴とするガラス成形用ゴブの製造方法。
【請求項２】１０³ポアズ以下の粘度に溶融したガラ
ス素材を滴下する手段と、前記滴下されたガラスを受け
る受け部材と、該受け部材の加熱手段と、受け部材の上
方に位置して１０⁴ポアズ以下の粘度に相当する温度の
不活性ガスを滴下されたガラス上面に吹き付ける手段
と、前記不活性ガスをガラス転移点以下の温度に低下し
てガラス上面に吹き付ける手段とからなることを特徴と
するガラスゴブ成形用ゴブの製造装置。