JPH0952720A - ガラス光学素子成形用予備成形体の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズの表面にシワ、突起、汚れ、付着物、
ビリ等の欠陥を発生させることなく、溶融ガラスから熱
間加工により精密プレス成形可能なレンズ形状に予備成
形体を直接製造することのできるガラス光学素子成形用
予備成形体の製造方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 流出パイプ１から流下する溶融ガラス２
を自然滴下させると共に、凹部６の表面から気体が噴出
する細孔７が形成された成形型５を、溶融ガラス２が所
定の重量となるように調整された速度で降下させなが
ら、成形型５の凹部６で溶融ガラス２を受け、ついで溶
融ガラス２が所定の重量に調整された時点で成形型５を
急速に降下させて自然滴下する溶融ガラス流を切断し、
ついで成形型５の凹部６内に受けた溶融ガラス塊２を表
面に噴出する気体によって冷却して所定の硬度に硬化さ
た後、成形型５の溶融ガラス塊２の上面を上型５２で加
圧、冷却して、溶融ガラス２を熱間成形によって直接的
に精密プレスレンズ形状に近似した予備成形体形状に成
形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特にレンズ、プリ
ズム等のガラス光学素子の精密プレス成形に用いるガラ
ス光学素子成形用予備成形体の製造方法及びその装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の予備成形体を迅速、大量かつ安
価に製造できる方法として、本出願人の先の出願にかか
る特開平２ー１４８３９号公報に開示されている方法が
知られている。

【０００３】この予備成形体の製造方法は、流出パイプ
から流下する溶融ガラスを自然滴下させることによっ
て、あるいは、切断刃で切断することによって、溶融ガ
ラス塊を落下させ、この溶融ガラス塊を、成形型の凹部
表面で受け、その際、この凹部表面に開口する細孔か
ら、空気、不活性ガス等の気体を吹き出し、溶融ガラス
塊と成形型凹部の表面との間に気体の層を作って溶融ガ
ラスを凹部表面上に浮上させて保持し、溶融ガラス塊の
少なくとも表面の一部が軟化点以下の温度に達するま
で、溶融ガラス塊を前記凹部内面と実質的に非接触状態
で凹部内に載置し、冷却してガラス体を作るようにした
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、予備成形体
の形状としては、精密ガラス成形によって成形される最
終の形状に可能なかぎり近い形状であることが望まし
い。

【０００５】ところが、上述の従来の製造方法で得られ
る予備成形体は、溶融ガラスを成形型の凹部で受けて冷
却固化するだけであるので、溶融ガラスの下面は成形型
によって成形されるが、上面は溶融ガラスの表面張力等
の作用によって自然に形成される形状、すなわち、上側
に凸の形状を有する形状に限定されてしまう。

【０００６】これは、上述の従来の方法は、成形体の凹
部表面の細孔から噴出する気体によって溶融ガラスを成
形体の凹部表面上に浮上保持させる必要があるが、従来
の認識では、この噴出気体の浮上力では溶融ガラスの自
重を支えることがやっとであって、溶融ガラスの上側か
ら上型でプレス圧を印加することなどは常識的にとうて
い不可能であると考えられていたためである。すなわ
ち、浮上する溶融ガラスの上側から上型によってプレス
圧を加えると、この押圧力によってガラス塊の浮き上が
りが不完全になり、溶融ガラス塊が成形型の表面に所々
で接触し、後の精密プレス成形時のレンズの有効径内の
中間から周辺に当たる位置にシワ、突起、成形型との接
触による汚れ、揮発物の付着、ビリ等が発生し、これら
が精密プレス後にも残ってしまい、精密プレスの歩留ま
りを著しく低下させることになると考えられていたから
である。

【０００７】このため、上記従来の方法は、特に、両凹
レンズ、凹メニスカスレンズあるいは平凸レンズ等の少
なくとも一方の面が凹面または平面をなしたレンズを精
密ガラス成形する際に用いる予備成形体の形状として望
ましい形状であるこれらの最終成形体に近似した形状を
有する予備成形体を得ることはできなかった。したがっ
て、このような場合には従来は冷間で研磨等の加工を行
う以外に方法がなかったが、冷間研摩の方法では高価か
つ生産性が低く、量産に不適当であるという問題があっ
た。

【０００８】本発明は、上述の背景のもとでなされたも
のであり、表面にシワ、突起、汚れ、付着物、ビリ等の
欠陥を発生させることなく、溶融ガラスから熱間加工に
より精密プレス成形による最終形状に近似した形状の予
備成形体を、迅速、大量かつ安価に製造することのでき
るガラス光学素子成形用予備成形体の製造方法及びその
装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明に係るガラス光学素子成形用予備成形体の製
造方法は、 （構成１） 下型たる成形型の凹部成形面に設けられた
気体噴出用の細孔から気体を噴出させつつ該凹部成形面
上に所定量の溶融ガラスを供給して該溶融ガラスを前記
成形面上に浮上させながら保持し、次いで、この溶融ガ
ラスの上面を所定形状の成形面を備えた上型でプレスす
ることによって、ガラス光学素子成形用予備成形体を成
形することを特徴とする構成とし、この構成１の態様と
して、 （構成２） 構成１のガラス光学素子成形用予備成形体
の製造方法において、前記下型成形型の凹部成形面上に
所定量の溶融ガラスを供給する工程として、前記下型成
形型を所定の速度で降下させながら、流出パイプから流
下する溶融ガラスを前記成形型の凹部で受けるように
し、次に、前記溶融ガラスが所定の重量に調整された時
点で前記成形型を急速に降下させて前記流下する溶融ガ
ラス流を切断するようにしたことを特徴とする構成とし
た。

【００１０】また、本発明にかかるガラス光学素子成形
用予備成形体の装置は、 （構成３） 構成１または２の製造方法に用いるガラス
光学素子成形用予備成形体の製造装置であって、凹部成
形面に１以上の気体噴出用の細孔が設けられた下型と、
前記下型成形型の凹部成形面上に溶融ガラスを供給する
溶融ガラス流出パイプと、前記下型成形型を所定の速度
で降下させる降下装置と、前記凹部成形面上に供給され
た溶融ガラスの上面を成形する成形面を備えた上型とを
有することを特徴とする構成とし、この構成３の態様と
して、 （構成４） 構成３のガラス光学素子成形用予備成形体
の製造装置において、前記下型の細孔の直径が０．２〜
０．７ｍｍφであり、前記細孔の数が５個以上であるこ
とを特徴とする構成とし、構成３または４の態様とし
て、 （構成５） 構成３または４のガラス光学素子成形用予
備成形体の製造装置において、前記上型の成形面が平面
または凸面であることを特徴とする構成としたものであ
る。

【００１１】

【作用】上述の構成１によれば、下型たる成形型の凹部
成形面に設けられた気体噴出用の細孔から気体を噴出さ
せつつ該凹部成形面上に所定量の溶融ガラスを供給して
該溶融ガラスを前記成形面上に浮上させながら保持し、
次いで、この溶融ガラスの上面を所定形状の成形面を備
えた上型でプレスすることによって、ガラス光学素子成
形用予備成形体を成形するようにしたことにより、上型
によってレンズの上面の形状を成形することができるよ
うになったため、精密プレス成形による最終形状に近似
した形状の予備成形体を、表面にシワ、突起、汚れ、付
着物、ビリ等の欠陥を発生させることなく、迅速、大量
かつ安価に製造することが可能になった。

【００１２】これは、本発明者等の最近の研究によっ
て、従来は不可能であろうと認識されていたところの噴
出気体による溶融ガラスの浮上を維持したままで該溶融
ガラスに上型によるプレス圧の印加が可能であることが
判明したことによる。

【００１３】構成２によれば、下型成形型の凹部成形面
上に容易かつ迅速に溶融ガラスを供給できると共に、溶
融ガラスの供給量の変動を小さくおさえることが容易で
あり、また、溶融ガラスに切断刃等による機械的切断痕
が生じることがない。しかも、溶融ガラス隗が、凹部の
表面から噴出する加圧気体によって凹部内で浮上するた
め、成形面に接触することがなく均一に冷却されるた
め、表面にキズや汚れ等のない均一なレンズ予備成形体
を製造することが可能になる。

【００１４】構成３ないし５によれば、構成１または２
の方法を実施できる装置を得ることができる。この場
合、構成４において、細孔の直径を０．２〜０．７ｍｍ
φとしたのは、０．２ｍｍφ未満では孔径が小さ過ぎて
該細孔から噴出される気体の量では上型のプレス圧に抗
して溶融ガラスをシワ等が生じさせないようにしつつ浮
上させるのに必要でかつ適切な気流を形成することがで
きず、また、０．７ｍｍφを越えると、逆に孔径が大き
すぎて上型のプレス圧に抗して溶融ガラスをシワ等が生
じないようにしつつ浮上させるのに必要でかつ適切な流
速等を有する気流を形成することができない。また、細
孔の数が５個未満では、浮上する溶融ガラスの上側から
上型によってプレス圧を加えた場合に、この押圧力によ
って溶融ガラスの浮上が不安定になり、溶融ガラス塊が
成形型の表面に所々で接触し、後の精密プレス成形時の
レンズの有効径内の中間から周辺に当たる位置にシワ、
突起、成形型との接触による汚れ、揮発物の付着、ビリ
等が発生し、これらが精密プレス後にも残ってしまい、
精密プレスの歩留まりを著しく悪化させることになるか
らである。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１ないし図１２は本発明の実施
の形態を示すものであり、図１ないし図８は本発明の実
施の形態にかかるガラス光学素子成形用予備成形体の製
造方法を説明する図、図９ないし図１１は本発明の実施
の形態にかかる方法に用いる成形型の概要を示す図、図
１２は本発明の実施の形態にかかる装置の細孔と溶融ガ
ラスの浮上性能の実験結果を示す図である。

【００１６】図１において、符号１は上端が溶融ガラス
槽に取り付けられた、白金、白金合金叉は金製の流出パ
イプ、２は流出パイプ１の中を流下する溶融ガラス、３
は流出パイプ１の周囲に設けられて溶融ガラス２を加熱
するためのヒータ、４は溶融ガラス２の温度を検知する
ための熱電対である。熱電対４は、図示しない温度制御
装置に接続されており、この温度制御装置により流出パ
イプ１中の溶融ガラス２が所定の温度となるように、ヒ
ータ３に供給する電力が制御される。

【００１７】符号５は流出パイプ１の先端の下方に配置
された耐熱鋼（例えばステンレス）製の成形型であり、
この成形型５は下型５１と上型５２とで構成されてい
る。下型５１の内側にはレンズ表面の球面形状を成形す
る凹部６が形成され、この凹部６には表面の開口部から
空気やＮ2 等の不活性ガス等の加圧気体を噴出させるた
めの複数の細孔７が形成されている。凹部６の表面は、
鏡面に仕上げることで、成形するレンズの表面にキズや
汚れが付かないようにしており、また、凹部６の表面に
酸化されにくい金、白金叉はチッ化チタン等の膜を被覆
することが好ましい。さらに、凹部６の断面は、製作す
るレンズの曲面形状によって楕円形状の曲面その他の非
球面であってもよい。凹部６に上端が開口する細孔７の
基端部は、下型５１の底部に形成された空間部７１に連
通されている。

【００１８】下型５１の下部は成形型取付部８に固定さ
れており、この成形型取付部８の内部には上型５１の空
間部７１を介して細孔７に加圧気体を供給するための通
気孔８１が形成されている。下型５１と接続部８との接
続面には、空間部７１と通気孔８１との間の気密保持を
行うシール材５４が設けてあり、下型５１の外周部に
は、成形型５内に受けた溶融ガラス２の温度調節を行う
ための加熱ヒータ５５が設けてある。さらに、下型５１
は、図示しない昇降機に取り付けられており、この昇降
機によって成形型５を上下動させることで、流出パイプ
２から成形型５内に受ける溶融ガラスの重量を調整する
ようにしている。

【００１９】細孔７は、図９ないし図１１に示すよう
に、下型５１の凹部６の中心及び該中心を中心とする２
つの同心円（Ｐ．Ｃ．Ｄ）上に一定間隔毎に配置されて
おり、開口部７ａは加圧気体が所定量吹き出すような内
径寸法に形成され、この細孔７から吹き出す加圧気体に
よって、溶融ガラス塊を下型５１の凹部６の表面に接触
しないように浮上させる。

【００２０】上型５２は、成形部５２ａと上部のヒータ
５２ｂとからなり、成形部５２ａの成形面は平面叉は凸
面状に形成され、下型５１の凹部６内で所定の温度に冷
却された溶融ガラス体２の上面を所定の形状に成形する
ものである。

【００２１】次に、図１ないし図８を用いて、上記ガラ
ス光学素子成形用予備成形体の製造方法について説明す
る。

【００２２】図１に示すように、成形型５の細孔７から
適正な圧力や流量に調整された空気等の加圧気体を均一
に噴出させながら、成形型５を所定の高さまで上昇させ
て、下型５１の凹部６内に流出パイプ１から自然滴下す
る溶融ガラス２を受けて該溶融ガラスを凹部６内の成形
面上に浮上させながら保持する。この場合の溶融ガラス
２の粘度は５０ポアズ以下であり、気体の加圧力は０．
１〜３気圧である。

【００２３】次に、図２に示すように、下型５１内の凹
部６に鋳込まれた溶融ガラスの上面と、流出パイプ１の
先端の間隔が一定となるように調整された速度で、成形
型５を下降させる。

【００２４】次に、図３に示すように、下型５１の凹部
６に所定量の溶融ガラス２が鋳込まれた時点で、成形型
５を急降下させて自然滴下する溶融ガラス流を切断し、
凹部６内に切断跡のないガラス塊２を形成する。

【００２５】次に、図４に示すように、溶融ガラス塊２
を下型５１の凹部６内に噴出する加圧気体によって所定
の成形温度まで冷却する。

【００２６】そして、成形型５を溶融ガラス塊２を受け
ると同時に横方向に移動させ、流出パイプ１の下方に新
しい空の成形型を配置して次の滴下に備える。

【００２７】次いで、図５、図６、図７に示すように、
下型５１の内部で所定温度に冷却された溶融ガラス塊２
の上部から上型５２を押しつけて適正時間加圧冷却する
ことで、溶融ガラス塊２が上型５２の成形面に応じた形
状に形成され、これによって溶融ガラス塊２の形状は精
密プレスレンズに近似した形状に形成される。

【００２８】次に、図８に示すように、上型５２を離型
させた後、下型５１の凹部６内で溶融ガラス２の表面が
固化するまで冷却することで、ガラス光学素子の予備成
形体が製造される。

【００２９】次に、図１２を用いて、細孔７と溶融ガラ
ス２の浮上性能との間の関係を実験結果に基づいて説明
する。

【００３０】図１２は、被成形体（本実施例では溶融ガ
ラス塊）の直径をＤｍｍ、細孔の最外周径をＤ0 ｍｍ、
細孔の直径をｄｍｍ、細孔の数をｎ個とし、これらの値
を適宜設定した場合の溶融ガラスの浮上性能を示すもの
である。図中、○印は浮上性良好、△印は浮上性不良の
ためにレンズの周辺にシワが発生したり、揮発物の付
着、突起、中心部変形、細孔の開口穴の跡が付いたりし
たしたもの、▲印は浮上性不完全のためにレンズの周辺
にシワが発生したり、揮発物が付着したりしたもの、×
印は浮上性不良により上記の欠陥が顕著に表れたもので
ある。

【００３１】この実験結果から、細孔７の直径ｄ＝０．
３〜０．５ｍｍの範囲では、細孔７の数や、細孔７の最
外周径と被成形体２の直径との比率Ｄ0 ／Ｄに余り影響
されることなく、ほぼ良好な浮上性を得ることができ、
細孔７の直径ｄ＝０．２ｍｍでは細孔７の数が１９個よ
り多い範囲でほぼ良好な浮上性を得ることができる。一
方、細孔７の直径ｄ＝０．８ｍｍ以上ではプレスしなく
てもレンズの表面に細孔７の跡が残り易く、プレスを行
うとそれが顕著となり、また、細孔７の数が多すぎたり
直径が大きすぎるとガラスを鋳込んでいく過程で、周囲
の開放された細孔７からガスが逃げてしまい、充分な浮
上性を与えることができないことが分かる。

【００３２】なお、下型５１の凹部６の形状や、細孔７
の直径や数は被成形物の形状に応じて適宜設定されるこ
とが好ましい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるガ
ラス光学素子成形用予備成形体の製造方法及びその装置
は、下型たる成形型の凹部成形面に設けられた気体噴出
用の細孔から気体を噴出させつつ該凹部成形面上に所定
量の溶融ガラスを供給して該溶融ガラスを前記成形面上
に浮上させながら保持し、次いで、この溶融ガラスの上
面を所定形状の成形面を備えた上型でプレスすることに
よって、ガラス光学素子成形用予備成形体を成形するよ
うにしたことにより、上型によってレンズの上面の形状
を成形することができるようになったため、精密プレス
成形による最終形状に近似した形状の予備成形体を、表
面にシワ、突起、汚れ、付着物、ビリ等の欠陥を発生さ
せることなく、迅速、大量かつ安価に製造することが可
能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のガラス光学素子成形用予備
成形体の製造方法を説明する説明図である。

【図２】本発明の一実施例のガラス光学素子成形用予備
成形体の製造方法を説明する説明図である。

【図３】本発明の一実施例のガラス光学素子成形用予備
成形体の製造方法を説明する説明図である。

【図４】本発明の一実施例のガラス光学素子成形用予備
成形体の製造方法を説明する説明図である。

【図５】本発明の一実施例のガラス光学素子成形用予備
成形体の製造方法を説明する説明図である。

【図６】本発明の一実施例のガラス光学素子成形用予備
成形体の製造方法を説明する説明図である。

【図７】本発明の一実施例のガラス光学素子成形用予備
成形体の製造方法を説明する説明図である。

【図８】本発明の一実施例のガラス光学素子成形用予備
成形体の製造方法を説明する説明図である。

【図９】本発明の一実施例のガラス光学素子成形用予備
成形体の製造装置の下型の側断面図である。

【図１０】図９の凹部の平面図である。

【図１１】図９の細孔の拡大断面図である。

【図１２】本発明の下型の細孔と、被成形体の浮上特性
を説明する説明図である。

【符号の説明】

１…流出パイプ、２…溶融ガラス（被成形体）、５…成
形型、５１…下型、５２…上型、６…成形面（凹部）、
７…細孔。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下型たる成形型の凹部成形面に設けられ
   た気体噴出用の細孔から気体を噴出させつつ該凹部成形
   面上に所定量の溶融ガラスを供給して該溶融ガラスを前
   記成形面上に浮上させながら保持し、次いで、この溶融
   ガラスの上面を所定形状の成形面を備えた上型でプレス
   することによって、ガラス光学素子成形用予備成形体を
   成形することを特徴とするガラス光学素子成形用予備成
   形体の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のガラス光学素子成形用
   予備成形体の製造方法において、 前記下型成形型の凹部成形面上に所定量の溶融ガラスを
   供給する工程として、 前記下型成形型を所定の速度で降下させながら、流出パ
   イプから流下する溶融ガラスを前記成形型の凹部で受け
   るようにし、 次に、前記溶融ガラスが所定の重量に調整された時点で
   前記成形型を急速に降下させて前記流下する溶融ガラス
   流を切断するようにしたことを特徴とするガラス光学素
   子成形用予備成形体の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の製造方法に用
   いるガラス光学素子成形用予備成形体の製造装置であっ
   て、 凹部成形面に１以上の気体噴出用の細孔が設けられた下
   型と、 前記下型成形型の凹部成形面上に溶融ガラスを供給する
   溶融ガラス流出パイプと、 前記下型成形型を所定の速度で降下させる降下装置と、 前記凹部成形面上に供給された溶融ガラスの上面を成形
   する成形面を備えた上型とを有することを特徴とするガ
   ラス光学素子成形用予備成形体の製造装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のガラス光学素子成形用
   予備成形体の製造装置において、 前記下型の細孔の直径が０．２〜０．７ｍｍφであり、
   前記細孔の数が５個以上であることを特徴とするガラス
   光学素子成形用予備成形体の製造装置。
5. 【請求項５】 請求項３または４に記載のガラス光学素
   子成形用予備成形体の製造装置において、 前記上型の成形面が平面または凸面であることを特徴と
   するガラス光学素子成形用予備成形体の製造装置。