JPH08706B2 - ガラスレンズの成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は大きな中心厚を有する無研摩ガラスレンズの
成形方法に関する。

従来技術 無研摩ガラスの製造方法は、ノズル先端から溶融ガラ
スを滴下し、落下ガラス滴を下金型で受けて、プレス成
型する液滴法が、レンズの表面に傷、砂目、シャーマー
クなどの欠陥のないレンズを得る優れた方法として、本
発明者らにより開発され既に出願済みである（特願昭59
−267058号）。

液滴法を第６図に示す。液滴法は、まずルツボ（１）
中で溶融したガラス（２）をノズル（４）の先端である
一定の大きさの液体状の滴にする。ルツボ（１）からノ
ズル（４）の先端まではヒーター（5a）〜（5d）によ
り、溶融したガラスが冷えて固体状にならないように、
加熱されている。次に所定の大きさと温度に制御された
ガラス滴（６）をノズル（４）の先端から自然落下させ
た状態（以下、そのようなガラス液滴をガラスゴブとい
う）で、そのガラスゴブの落下地点に設置した適当な金
型に捕集し、上型でプレスする。

従来は、ガラスゴブ（７）を１滴だけ金型上に捕集す
るのみで、それをプレス成形しガラスレンズを得てい
た。

それ故、得られるレンズはレンズの直径（以下、外径
（Ｒ）という）に比べレンズの中心厚（以下、心厚
（ｔ）という）が小さいもの、通常t/Rが約0.5より小さ
いものしか得られなかった。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、液滴法の応用の幅を広げるとともに、中心
厚の大きな（（t/R）≧0.5）無研摩ガラスレンズの成形
方法を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 すなわち、本発明は液滴法でガラスレンズを形成する
に際して、ガラスレンズを２滴以上のガラス滴より形成
することを特徴とするガラスレンズの成形方法に関す
る。

液滴法で２滴以上のガラス滴を積層する方法を第１−
ａ図〜第１−ｄ図、第２−ａ図〜第２−ｅ図および第３
−ａ図〜第３−ｄ図の３例を示し説明する。以下、第１
−ａ図〜第１−ｄ図に示した工程を踏む方法を「方法
１」と、第２−ａ図〜第２−ｅ図に示した工程を踏む方
法を「方法２」と、第３−ａ図〜第３−ｄ図に示した工
程を踏む方法を「方法３」という。

方法１における各工程を説明する。

第１−ａ図は、液滴法でノズル（４）の先端から滴下
した第１のガラスゴブ（28）が所定の形状を有する下金
型ｌ（29）上に滴下する様子を表わす。

第１−ｂ図は、下金型ｌ（29）上に滴下した第１のガ
ラスゴブ（28）を所定の上金型ｌ（30）でプレスした状
態を表わす。

第１−ｃ図は、第１−ｂ図でプレス成形した第１のガ
ラスゴブ（28）上に液滴法でノズル（４）の先端から滴
下した第２のガラス滴（31）が滴下する様子を表わす。

第１−ｄ図は、第１のガラスゴブ（28）上に滴下した
第２のガラスゴブ（31）を所定の上金型ｍ（32）でプレ
スした状態を表わす。

方法１の工程をさらに繰り返すと第２のガラスゴブ
（31）の上に第３、第４のガラスゴブ（図示せず）の滴
下を繰り返すことにより所望の厚さを有する中心厚の大
きなガラスレンズを作製することができる。

方法１に従うと、t/R＝0.5〜３の程度を有するガラス
レンズを作製することができる。

方法２における各工程を説明する。

第２−ａ図は、液滴法でノズル（４）の先端から滴下
した第１のガラスゴブ（28）が所定の形状を有する下金
型ｍ（33）上に滴下する様子を表わす。

第２−ｂ図は、下金型ｍ（33）上に滴下した第１のガ
ラスゴブ（28）を所定の上金型ｎ（34）でプレスした状
態を表わす。

第２−ｃ図は、第１のガラスゴブ（28）を上金型ｍ
（33）でプレス（第２−ｂ図）後、プレス成形された第
１のガラスゴブ（28）を上金型ｎ（34）に付着させて、
ガラス液滴の滴下位置から移動させた状態を表わす。

第２−ｄ図は、第２−ａ図とは別に液滴法でノズル
（４）の先端から滴下した第２のガラスゴブ（31）が所
定の形状を有する下金型ｎ（35）に滴下する様子を表わ
す。

第２−ｅ図は、下金型ｎ（35）上に滴下した第２のガ
ラスゴブ（31）を、上金型ｎ（34）上に付着した第１の
ガラスゴブ（28）でプレスする様子を表わす。

方法２に従うと、t/R＝0.5〜３の程度を有するガラス
レンズをより効率的に作製することができる。

方法３は、第１のガラスゴブ（28）が下金型ｌ（29）
に滴下後（第３−ａ図および第３−ｂ図）ひき続いて第
２のガラスゴブ（31）を滴下し（第３−ｃ図）、上金型
ｍ（32）でプレス（第３−ｄ図）するもので第１ガラス
ゴブのプレス工程を踏まない以外は方法１と同様の方法
である。方法１と比べて工程を簡略化することができ
る。一方、方法１と比べてt/Rの大きいレンズを得にく
い等の欠点を有する。

まず、方法１をさらに具体的に説明する。方法１を実
施するための上下金型の構成例を第４−ａ図に示す。

下金型（15）は熱盤（13a）を通じてヒーター（14）
により加熱可能で、温度制御は熱電対（27）による検出
温度に応答して、ヒーター（14）の加熱加減を調整する
ことにより行なえる。

下金型（15）は金型移動シリンダー（19）により左右
に移動可能である。

上金型（18）は下金型（15）と同様に熱盤（13b）を
通じてヒーター（14）により加熱制御可能であり、プレ
スシリンダー（20）により上下動できる。

方法１は、第４−ａ図に示した例では下金型（15）を
金型移動シリンダー（19）により、ガラスゴブの滴下位
置（第４−ａ図中点線で図示した位置）に設置すること
により開始する（第１−ａ図に対応）。

下金型（15）上に滴下する第１のガラスゴブは、表面
の温度がガラスの軟化温度より低く、内部の温度が軟化
温度より高い状態で捕集する。

ガラスゴブの温度は、落下距離、雰囲気温度、ガラス
滴の大きさ、温度、ガラスの熱伝導率、強制的な冷却手
段を設けるか否か等によって異なるし、さらに、下金型
（15）上に捕集後のガラスゴブの冷却速度が、金型の構
成材料、金型の設定温度等により異なるので、本発明の
実施に当たっては、それらの条件を考慮することが重要
である。

ガラスゴブは第６図に示すごとく、ルツボ（１）中で
溶融したガラス（２）をノズル（４）の先端から自然落
下させることにより製造する。

ルツボおよびノズルは、通常の光学ガラスの溶融と同
様、ガラスの着色を防ぐために白金製のものを用いるの
が好ましいが、これに限定されるものではない。

ルツボは撹拌機（３）および加熱用ヒーター（5a）を
備えている。

ルツボ（１）およびノズル（４）の温度は加熱ヒータ
ー（5a,5b,5c,5d）を調節することにより所望の温度に
保持される。ルツボ（１）およびノズル（４）の温度は
ガラスの性質、得ようとするゴブの大きさ等に応じて設
定すればよく、通常500〜1400℃の範囲内である。特
に、ノズル（４）の下方部と上方部の温度は下方部を高
く、上方部を低く設定すると、ガラス滴（６）の滴下を
容易にする。好ましくは下方部を50〜200℃程度、上方
部より高くする。

上記の温度は、ガラスの表面張力、即ち、ガラス滴の
大きさに影響するため、重量精度の高いガラスゴブを得
るためには、この温度を精密に管理する必要がある。ノ
ズル温度、必要ならばルツボ中のガラス温度を精密に管
理するために、これらの温度を自動的に制御する手段を
講ずるのが好ましい。その手段としてノズル先端でガラ
ス滴が形成され、落下するまでの時間とノズル先端での
ガラス滴の温度とによって制御するのがよい。具体的に
は、例えば発光器（８）によってノズル先端を通過する
光線（９）を放射し、その光を感知する受光器（10）を
ノズル先端に関し、発光器の対面に配置し、ガラス滴の
形成から落下までの時間を測定し、その測定値に対応す
る信号を制御部（12）に送り、その時間の変化量に応じ
てノズルおよび必要ならばルツボに設けられた加熱ヒー
ター（5a,5b,5c,5d）の通電量を制御する方法等を採れ
ばよい。

ノズル先端径はガラス滴の重量を左右する一因子であ
る。即ち、ガラス滴の重量は概ね、 mg＝２πｒγ （m:重量、r:ノズル先端径、γ：表面張力）で表わされ
る。一般にノズル先端径は0.5〜15mm、好ましくは0.5〜
10mmである。ノズル先端径が大き過ぎると表面張力より
も流出するガラスが勝って、層流になるのでガラス滴を
得ることができない。

ノズル先端から出たガラスは表面張力により雫状にな
って順次落下する。室温自然落下の場合は、一般に50cm
以上、好ましくは200cm以上の落下距離をとる。

落下距離の調節は、第４−ａ図中に示した、下金型
（15）の支持台（21）を上下に移動すること（その具体
的構成は第４−ａ図中には示していない）により行なえ
ばよい。その際前述のノズル温度調節に使用したのと同
じ制御手段を用い、受光器および放射温度計からの信号
に基づき制御部を作動させて、支持台を上下し、落下距
離を調節してもよい。また、ガラス滴を強制冷却しても
よく、その場合はノズル下方から、送風して落下距離を
短かくする方法等を採用してもよい。

落下距離が短かく、ガラス滴表面の温度がガラスの軟
化温度より低くならない場合は受器に接した際ゴブ表面
にひけ、またはキズが生じ易い。

得られたガラスゴブは必らずしも真球状になる必要は
なく、所要のレンズを得るに十分な厚みの楕円球であっ
てよい。

また、本発明においては、第６図のように、ガラス滴
の温度を測定する放射温度計（11）を設けて、その測定
値に関する信号を制御部（12）に送り、ガラス滴の形成
から落下までの時間の変化量およびガラス滴の温度に応
じて、ヒーター（5a,5b,5c,5d）の通電量を制御しても
よい。

捕集する下金型（15）は凸型であっても凹型であって
もよい。下金型（15）は、使用するガラスの軟化温度よ
り10〜150℃、好ましくは30〜100℃低い温度に加熱した
状態にしておくことが好ましい。そうすることにより面
精度の高いレンズが成形できるとともに、金型とガラス
との融着を防ぐ効果がある。

下金型（15）は、十分研摩し鏡面加工をした金型を使
用すれば、レンズ作製後、改めて鏡面加工する必要がな
い。

次に、第１のガラスゴブを捕集後、下金型（15）を金
型移動シリンダー（19）により上金型（18）の下に右動
して、プレスシリンダー（20）を作動させ、上金型（1
8）を下動し、第１のガラスゴブ（16a）が成形可能な内
にプレスし、（第１−ｂ図に対応）、第１レンズ（16
c）を得る。

方法１で重要なことは第１のガラスゴブをプレス成形
後、上金型（18）を上動した際、ガラスゴブが上金型
（18）に付着しない条件および手段を採用することであ
る。

上金型は凸型、凹型あるいは平面型いづれをも使用す
ることができ、所望するガラスレンズの種類により適宜
選択すればよい。しかし、上金型への付着を防ぐという
観点からは第１のガラスゴブ成型の際は、凹型あるいは
平面型を使用することが好ましく、（凹型）を使用する
ことが最も好ましい。第１ガラスゴブ（16a）をプレス
した際、ガラスゴブの上金型（18）へ接触する面積が、
下金型（15）に接触する面積より小さくなり、プレス後
ガラスゴブ（16a）が上金型（18）に付着する可能性が
小さくなるためである。しかし、ガラスゴブの金型への
付着は金型温度により大きく依存するので、上記金型の
形状の選択はそのことをも考慮して行なうことがより望
ましい。

上金型（18）の温度は、下金型（15）の設定温度より
10〜100℃、好ましくは20〜50℃低く設定する。10℃の
温度差より小さいと、ガラスゴブが上金型（18）に付着
する可能性が多くなり、100℃より大きいと、プレスし
た際、ガラスゴブの表面にヒケが生じやすくなるからで
ある。

上金型（18）の表面は、十分研摩し鏡面加工を施すこ
とが望ましいが、第１ガラスゴブのプレスに際しては、
表面の鏡面性はそれ程問題としなくてよい。第１のガラ
スゴブ（16a）の上には、同種のガラスよりなる第２、
第３のガラスゴブが接合され、その接合面は光学的特性
を損なわないからである。

第１のガラスゴブは、その中心厚が所望の厚さになる
様にプレスされる。上金型（18）は、ガラスゴブが破壊
されず、飛び散らない速度で、下動する。

第１のガラスゴブを上金型（18）で成形後、プレスシ
リンダーによりガラス滴の滴下位置に右動し第２のガラ
スゴブ（17a）を第１のガラスレンズ（16c）の上に滴下
させる（第４−ｂ図；第１−ｃ図に対応）。

第２のガラスゴブ（17a）は第１のガラスゴブ（16a）
と同様のものを滴下すればよい。

第２のガラスゴブ（17a）を滴下後金型移動シリンダ
ー（19）により上金型（18）の下に右動して第２のガラ
スゴブ（17a）をプレスシリンダー（20）でプレスす
る。

第２のガラスゴブ（17a）をプレスする際に重要なこ
とは、上金型（18）をプレスシリンダー（20）により下
動して停止する位置が、第１のガラスゴブ（16a）をプ
レスして停止した位置よりも所望の中心厚分加算される
に十分な上方であることである。以上のことは、プレス
シリンダーの下動距離を短かくするか、下金型（15）を
載置している支持台（21）を下に移動するか、上金型
（18）を保持しているプレスシリンダー（20）を上に移
動する等の方法により実施可能であるが、これらの例示
に限定されないことはもちろんである。

第２のガラスゴブ（17a）をプレスする上金型（18）
は、第１のガラスゴブをプレスしたのと同様の材料で構
成されているものでも異なったものでもよく、凹型、凸
型、非球面型等所望の形状のものを適宜選択すればよ
い。

第２のガラスゴブ（17a）をプレスする上金型（18）
は、ガラスゴブの軟化温度より10〜150℃、好ましくは3
0〜100℃低い温度に加熱した状態にしておくことが好ま
しい。そうすることにより面精度の高いレンズが成形で
きるとともに、金型とガラスとの融着を防ぐ効果があ
る。

第２のガラスゴブ（17a）をプレスする上金型（18）
は、十分研摩し鏡面加工したものを使用すれば、レンズ
作成後改めて鏡面加工する必要がない。

次に方法２を第５−ａ図および第５−ｂ図を用いて具
体的に説明する。

方法２は、方法１における第１のガラスゴブ（16a）
をプレスする工程（第１−ｂ図に対応）までは同様に実
施する（第５−ａ図；第２−ａ図〜第２−ｂ図に対
応）。

方法２で重要なことは第１のガラスゴブ（16a）をプ
レス成形後、上金型（18）を上動した際、ガラスゴブ
（16a）が上金型（18）に付着（第２−ｃ図に対応）さ
れるような条件および手段を採用することである。

かかる観点からは上金型（18）の温度をガラスの軟化
点より10〜150℃、好ましくは30〜100℃低く設定し、下
金型（15）は上金型（18）より10〜100℃、好ましくは2
0〜50℃低く設定する。

また、金型に付した小孔を通じて成形後のガラスゴブ
を吸引する手段（図示せず）を採ることもできる。小孔
はガラスゴブのできるだけ外周に近い所に位置するよう
に設け、最終ガラスレンズの品質、光学的特性に影響を
与えないようにする。

第１のガラスゴブを上金型（18）に付着させた後再び
下金型（15）を金型移動シリンダー（19）によりガラス
ゴブの滴下位置に左動し、第２ガラスゴブ（17b）を捕
集する（第５−ｂ図；第２−ｄ図に対応）。捕集後、金
型移動シリンダーにより下金型（15）を第１のガラスゴ
ブ（16a）をプレス形成して得た第１レンズ（16b）の下
に右動する。プレスシリンダー（20）を作動させ、第１
のレンズ（16b）で第２のガラスゴブ（17b）をプレスす
る（第５−ｂ図；第２−ｆ図に対応）。

方法３は、方法１における第１のガラスゴブをプレス
する工程を省略する以外は方法１と同じ条件で同様に実
施すればよい。

本発明に従うと、CDピックアップ用単玉非球面レンズ
に適用可能なt/Rの大きなガラスレンズを無研摩で容易
に得ることができる。

本発明は、さらに方法１、方法２を繰り返すことによ
り、さらに中心厚の大きなレンズを得ることも可能であ
り、ハニカムコリメータ用レンズの作製も可能である。

実施例１ （方法１の実施） ガラス滴の滴下 底部に長さ1000mm先端径5mmの白金ノズルを有する内
容積２の白金ルツボに重フリントガラス（SF11）1.8
を入れ、これを撹拌下、1000℃（熱電対（22））に加
熱溶融した。滴下ガラス（６）が900℃±２℃で滴下間
隔が５秒±0.1秒になるよう制御装置（12）でヒーター
（5b）〜（5d）を制御してガラスを落下させた。

第４図に示すように下金型（15）上に第１のガラスゴ
ブ（16a）を滴下し、シリンダー（19）、（20）を作動
させてガラスゴブ（16a）をプレス成形し、第１レンズ
（16c）を得る。

続いてシリンダー（19）、（20）を作動させて熱盤
（13a）を滴下位置へもどし、下金型（15）上にある成
形第１レンズ（16c）の上に再び第２のガラスゴブ（17
a）を滴下する。次にシリンダー（19）、（20）を作動
させて（16c）、（17a）を重ねてプレス成形しレンズを
得た。この時金型（18）、（15）は熱電対（26）、（2
7）により各々380℃、400℃となるよう制御した。

このようにして得られたレンズは、心厚／外径が1.0
であった。

実施例２ （方法２の実施） 第５図に示すように下金型（15）上に第１のガラスゴ
ブ（16a）を滴下し、シリンダー（19）、（20）を作動
させて第１のガラスゴブ（16a）をプレス成形し、第１
レンズ（16b）を得る。

続いて図５に示すようにシリンダー（19）、（20）を
作動させて熱盤（13a）を滴下位置へもどし、下金型（1
5）上に再び第２のガラスゴブ（17b）を滴下する。次に
シリンダー（19）、（20）を作動させて第２のガラスゴ
ブ（17b）を成形すると同時に第１レンズ（16b）と融着
させレンズを得た。

この時、金型（18）、（15）は熱電対（26）、（27）
により各々400℃、380℃となるよう制御した。

このようにして得られたレンズは、心厚／外径が1.0
であった。

実施例３ （方法２の実施） ２種類の下型をインデクステーブルに取付けて順次回
転させながら実施例２と同様の順序で成形を行った。
（第２−ａ図〜第２−ｆ図参照）。即ち、一方の下金型
ｍ（33）にガラスを滴下し、テーブルを回転して上金型
ｎ（34）で成形を行う。この時、滴下位置（ノズル直
下）には他の下金型ｎ（35）がある。この下金型ｎ（3
5）へガラスを滴下して、テーブルを回転し、レンズが
吸着した上金型ｎ（34）で成形を行う。

下金型ｍ（33）で成形される面は第２のガラスゴブと
融着する面であり、ガラスが同一であるからこの面精度
は完成レンズの性能に無関係である。

このようにして得られたレンズは、心厚／外径が1.0
であった。

実施例４ （方法３の実施） 下金型（15）上にガラスゴブを連続して２コ滴下しシ
リンダー（19）、（20）を作動させて滴下ブランクス
（17）をプレス成形しレンズを得た。

このようにして得られたレンズは、心厚／外径が1.0
であった。

発明の効果 本発明に従うと中心厚の大きなガラスレンズ（t/R＞
0.5）が無研摩で容易に作製可能である。

【図面の簡単な説明】

第１−ａ図〜第１−ｄ図は方法１の順序を示す図、 第２−ａ図〜第２−ｅ図は方法２の順序を示す図、 第３−ａ図〜第３−ｄ図は方法３の順序を示す図、 第４−ａ図、第４−ｂ図および第５−ａ図、第５−ｂ図
は本発明を実施するための金型の構成例を示す図、 第６図は液滴法の概略構成を示す図である。 １……白金ルツボ、２……ガラス、 ３……撹拌機、４……白金ノズル、 5a〜5d……ヒーター、６……ガラス滴（滴下前）、 ７……ガラスゴブ、８……発光器、 ９……光線、10……受光器、 11……放射温度計、12……制御装置、 13a〜13b……熱盤、14……ヒーター、 15……下金型、16a……第１のガラスゴブ、 16b……第１レンズ、16c……第１レンズ、 17a……第２のガラスゴブ、 17b……第２のガラスゴブ、 18……金型、19……金型移動シリンダー、 20……プレスシリンダー、 21……支持台、22〜27……熱電対、 28……第１のガラスゴブ、 29……下金型ｌ、30……上金型ｌ、 31……第２のガラスゴブ、 32……上金型ｍ、33……下金型ｍ、 34……上金型ｎ、35……下金型ｎ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ルツボ中で溶融したガラスをノズルの先端
   からガラス滴として滴下し、滴下されたガラス滴をプレ
   ス成形することによりガラスレンズを得るガラスレンズ
   の成形方法において、 複数の同種のガラス滴を滴下するとともに、 最初に滴下されたガラス滴によりガラスレンズの一方の
   面を形成し、最後に滴下されたガラス滴によりガラスレ
   ンズの他方の面を形成することを特徴とするガラスレン
   ズの形成方法。