JPH10101362A

JPH10101362A - ロッド状光学ガラス

Info

Publication number: JPH10101362A
Application number: JP8276827A
Authority: JP
Inventors: Shinya Okada; 新也岡田
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【構成】珪酸、硼酸及びアルカリ金属酸化物が必須成
分となり、これら珪酸、硼酸及びアルカリ金属酸化物の
合計含有量（ＳｉＯ₂ ＋Ｂ₂ Ｏ₃ ＋アルカリ金属酸化
物）が３５〜６５重量％で、珪酸と硼酸との合計含有量
に対するアルカリ金属酸化物の含有量の重量比率（アル
カリ金属酸化物／ＳｉＯ₂ ＋Ｂ₂ Ｏ₃ ）が０．４〜０．
７であって、１０⁴ ｐｏｉｓｅの粘度になる温度が６３
０℃以下である硼珪酸系ガラスを、射出成形を行うため
の射出用カートリッジに装着されるロッド状に形成す
る。【効果】射出成形を行うのに適した温度にまでガラス
を加熱すると共に、成形型を同じ温度にまで加熱して
も、成形型に格別大きなダメージを与えることがなく、
その長寿命化が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱溶融させたガ
ラスを射出成形によりレンズ等の光学部品を製造するた
めに、射出用カートリッジに装着される自己消耗型のロ
ッド状光学ガラスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】精密光学部品として、例えばレンズの製
造はガラスを研磨することにより行う方式が古くから用
いられているが、製造効率が悪く、非球面レンズの製造
が困難である等といった問題点がある。このために、近
年においては、所定の形状にプリフォームしたガラスを
成形型内に装着して、このプリフォームを加熱して軟化
させた状態で、プレスすることにより、型形状の転写を
行うようにしたプレス成形方式が用いられている。ま
た、ガラスを加熱溶融させることにより流動状態になる
まで粘度を低下させて、この溶融ガラスを成形型に注入
することによって、成形型の型形状に転写するようにし
た射出成形方式も開発されている。

【０００３】プレス成形方式にしろ、また射出成形方式
にしろ、成形時にはガラスと共に成形型が加熱されるこ
とになる。成形型をあまり高い温度にまで加熱すると、
型材の酸化や、離型性を促進させるためのコーティング
の剥離等の問題があり、成形型の寿命が短縮されてしま
う。一般に、成形型を６５０℃以上の加熱状態に置く
と、その寿命が著しく短くなり、光学部品の量産が不可
能になる。従って、少なくともガラス素材としては、６
５０℃以下の温度で成形できるものでなければならな
い。

【０００４】ここで、ガラスの特性点としては、転移
点、屈服点、軟化点、作業点等があるが、これらの各特
性点と粘度との関係は、転移点における粘度が略１０¹²
ｐｏｉｓｅで、屈服点の粘度は略１０^10.5ｐｏｉｓｅ、
軟化点の粘度は１０^7.6 ｐｏｉｓｅであり、さらに作業
点の粘度は１０⁴ ｐｏｉｓｅである。そして、プレス成
形はガラスを軟化させた状態で成形することから、屈服
点以下の粘度とする必要があり、また射出成形ではガラ
スを流動化させる必要があることから、少なくとも作業
点の粘度にまで低下させなければならない。前述した各
特性点における温度はガラスの組成により異なってくる
が、同じ材質のガラスを用いた場合には、プレス成形よ
り射出成形の方が、粘度をより低くする必要があるか
ら、射出成形の方がガラスをより高い温度にまで加熱し
なければならないことになる。

【０００５】精密光学部品を形成するためのガラス素材
として、硼珪酸系のガラスがある。この硼珪酸系ガラス
は、溶解性や成形性が良いので、製造が容易であり、か
つ機械的強度や化学的耐久性が高い等という優れた点が
ある。そして、この硼珪酸系ガラスを用いて光学部品を
成形するに当っても、成形型の保護という観点から、成
形時の温度を６５０℃以下にする必要がある。プレス成
形時の成形温度は屈服点の温度が基準になることから、
硼珪酸系のガラスの屈服点温度を低下させる試みは、例
えば特開平２−２６３７２８号公報、特開平３−３７１
３０号公報、特開平５−５８６６９号公報等に示されて
いるように、従来からなされている。これら従来技術の
うち、特開平２−２６３７２８号公報及び特開平３−３
７１３０号公報に示されている組成のガラスでは屈服点
温度を５５０℃以下となっており、また特開平５−５８
６６９号公報では、５５５〜６４０℃の屈服点温度を有
する硼珪酸系のガラス組成物が開示されている。しかし
ながら、作業点の温度が６３０℃以下の硼珪酸ガラスは
現在のところ知られていない。

【０００６】以上のように、ガラスの屈服点温度を低下
させることによって、プレス成形により高い面精度を持
ったレンズ等の精密光学部品を製造することができる。
しかしながら、プレス成形を行う場合には、予めプリフ
ォームを成形品毎に形成しなければならない。このプリ
フォームは溶融ガラスを直接、球状または碁石状に成形
するか、一旦板状のガラス材とし、切断，研磨して球状
または近似球面に加工して作るが、工程が複雑で、越す
と生産が悪いのが一般的である。

【０００７】これに対して、射出成形方式では、プリフ
ォームを形成するという煩わしさのない点から、製造が
容易であり、安価に製造できる等、プレス成形と比較し
て、生産性の向上、生産コストの低減等が図られる点で
有利である。

【０００８】ところで、射出成形は、射出成形が可能な
程度のまで粘度を低下させるために、ガラスは流動状態
になるまで加熱して溶融させる。そして、この溶融ガラ
スを所定の圧力で成形型に注入して、この成形型の型形
状を転写させるようにして行われる。このように、ガラ
スを溶融させると共に、ガラスを溶融状態に保持するる
つぼを用い、かつ所定の圧力で成形型に溶融ガラスを注
入するためのプランジャをるつぼに接続する構成とした
ものが一般的であるが、近年においては、射出用カート
リッジを用いて射出成形を行う方式が開発されている。

【０００９】そこで、図１に射出用カートリッジを用い
た射出成形装置の概略構成を示す。図中において、１は
成形型を示し、この成形型１は上型２及び下型３を有
し、これら上型２と下型３との間にキャビティ４が形成
される。キャビティ４にはゲート５が設けられ、このゲ
ート５にはスプル６が連通しており、このスプル６は成
形型１の側面に開口している。そして、この成形型１
は、上型２と下型３との型締めした状態で、溶融ガラス
が注入されるようになっている。

【００１０】１０は射出用カートリッジであり、この射
出用カートリッジ１０は、シリンダ室１１を有し、この
シリンダ室１１の先端側には射出ノズル１２が接続さ
れ、またシリンダ室１１の基端側には流体圧が作用する
加圧室１３が連設されている。シリンダ室１１にはピス
トン１４が軸線方向に摺動可能に設けられると共に、ガ
ラス素材をロッド状に形成したロッドガラス１５が着脱
可能に収容されるようになっている。そして、射出ノズ
ル１２からシリンダ室１１の先端部分までの部位にはヒ
ータ１６が装着されており、このヒータ１６によってロ
ッドガラス１５は、その先端側の一部が加熱されて、溶
融状態になる。そこで、加圧室１３に圧力を作用させ
て、ピストン１４を介してロッドガラス１５を押動させ
ると、射出ノズル１２内の溶融ガラスが成形型１に所定
の圧力で供給される。

【００１１】成形型１におけるキャビティ４内の全体に
ガラスが隈なく行きわたると、成形型１の全体を冷却す
ることによって、ガラスはキャビティ４による型形状が
転写された状態で固形化される。従って、成形型１を分
解してガラス成形品を取り出した後に、スプル６に相当
する部位を切断除去すると、所要の形状の光学部品が形
成される。

【００１２】以上のように、射出成形によりレンズ等の
精密光学部品を製造するに当って、射出用カートリッジ
を用いる方式は、るつぼを用いる方式と比較して、成形
装置全体の構成が小型化、コンパクト化できるようにな
り、加熱されるガラスの量が著しく少ないから消費エネ
ルギも著しく少なく、さらにメンテナンス性も良好であ
る等の様々な利点がある。また、射出用カートリッジに
用いられるロッドガラスは、先端側から順次溶融させな
がら成形型に供給する、自己消耗型のものであるから、
射出用カートリッジにおけるシリンダ室を長くしておけ
ば、１本の長尺のロッドガラスで連続的に多数の光学部
品の成形を行える。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、射出成形は
ガラスを作業点まで粘度を下げなければ、十分な流動性
が得られないことから、成形型１のキャビティ５へのガ
ラスの供給が困難になって、型形状の正確な転写が行え
ず、また内部に気泡が含まれる等の問題点が生じる。従
って、射出成形を行う際には、ガラスを作業点の粘度で
ある１０⁴ ｐｏｉｓｅ程度にまで低下させなければなら
ない。この時の温度は作業点温度と呼ばれている。プレ
ス成形を行う際にはガラスを軟化させれば良いことか
ら、屈服点温度が基準になり、前述した従来技術のガラ
スのように、屈服点温度が５５０℃から６４０℃のもの
を用いることができるが、射出成形では、屈服点温度よ
り遥かに高い作業点温度までガラスを加熱する必要があ
り、前述した組成を有するガラスでは射出成形を行うた
めのガラス素材として用いることはできない。

【００１４】本発明者等は、以上の点に鑑みて、硼珪酸
系のガラスの作業点温度を成形型にダメージを与えない
程度にまで低下させるべく鋭意研究を重ねた結果、ガラ
スの必須の成分として、珪酸、硼酸及びアルカリ金属酸
化物を含む硼珪酸系ガラスの組成において、珪酸と硼酸
との合計含有量と、アルカリ金属酸化物の含有量との重
量比率を選択すれば、作業点温度を低下させることがで
きるという知見を得て、本発明を完成するに至った。而
して、本発明の目的とするところは、硼珪酸系ガラスに
おいて、射出用カートリッジを用いて射出成形を行うに
当って、低い作業点温度を持ったロッド状光学ガラスを
提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のロッド状光学ガラスは、珪酸、硼酸及
びアルカリ金属酸化物を必須成分として、これら珪酸、
硼酸及びアルカリ金属酸化物の合計含有量（ＳｉＯ₂ ＋
Ｂ₂ Ｏ₃ ＋アルカリ金属酸化物）が３５〜６５重量％
で、珪酸と硼酸との合計含有量に対するアルカリ金属酸
化物の含有量の重量比率（アルカリ金属酸化物／ＳｉＯ
₂ ＋Ｂ₂ Ｏ₃ ）が０．４〜０．７であり、１０⁴ ｐｏｉ
ｓｅの粘度になる温度が６３０℃以下である硼珪酸系ガ
ラスをロッド状に形成したものであることをその特徴と
する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明のロッド状ガラスは、珪
酸、硼酸及びアルカリ金属酸化物を必須成分とする硼珪
酸系のガラスである。そして、珪酸、硼酸及びアルカリ
金属酸化物の合計含有量、即ちＳｉＯ₂ ＋Ｂ₂ Ｏ₃ ＋ア
ルカリ金属酸化物は３５〜６５重量％とする。この数値
範囲の下限を下回ると、精密光学部品用のガラスとして
は不適切なものとなる。一方、上限を越えると、作業点
温度が６３０℃より高くなるので好ましくはない。ま
た、珪酸と硼酸との合計含有量に対するアルカリ金属酸
化物の含有量との重量比率、即ちアルカリ金属酸化物／
ＳｉＯ₂ ＋Ｂ₂ Ｏ₃ を０．４〜０．７とする。この数値
範囲の下限以下では、作業点温度が高くなり、また上限
を越えると、耐失透性が悪くなると共に、化学的耐久性
が悪化する。

【００１７】ここで、前述した従来技術のガラスにおい
ては、特開平２−２６３７２８号公報に示されているガ
ラスは０．２４以下であり、また特開平３−３７１３０
号公報のガラスは０．２５以下、特開平５−５８６６９
号公報のガラスは０．２１以下であり、いずれも本発明
の数値範囲以下となっている。

【００１８】前述した組成のガラスは自己消耗型の射出
用カートリッジに装着可能な外径寸法及び長さ寸法の断
面が円形のロッド状に形成する。このためには、素材の
ガラスをるつぼ内等で加熱して溶融させた上で、予熱さ
せた金型に流し出すことによって、所要の丸棒形状に成
形できる。また、角状のガラスを軟化させた状態で、ロ
ーラにより引き伸ばすことによっても丸棒状に形成がで
きる。

【００１９】ガラスを丸棒状に成形するためには、ガラ
スを加熱しなければならないことから、表面に変質層が
生成される等、汚損物質が表面に付着するおそれがあ
る。このような汚損物質が表面に付着したまま射出成形
を行うと、汚損物質が成形型に入り込むので好ましくは
ない。また、ガラスの表面に凹凸等が生じていると、成
形型内にガラスを注入する時に、気泡が型内に流入させ
る原因となる。以上のを考慮すれば、ロッド状ガラスを
成形した後に、ガラスの表面処理を行って清浄化させる
必要がある。研磨を行えば前述した問題は解消するが、
製造コストが高くなる等の難点がある。そこで、表面を
滑らかにし、かつ汚損物質を除去するには、酸処理を行
うのが好ましい。表面処理に用いる酸としては、弗酸系
と硫酸との混合液等が有効である。

【００２０】

【実施例】珪石粉、硼酸、炭酸リチウム、炭酸ナトリウ
ム、硝酸カリウム、炭酸カルシウム、硝酸ストロンチウ
ム、炭酸バリウム、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、酸
化ランタン、酸化チタン、酸化ニオブ、燐酸バリウム等
の原料を、下記表１の実施例１に示した組成となるよう
にしてガラス量で２．５ｋｇに相当する原料バッチを調
合し、この原料バッチを混合した後に、１リットル容量
の白金製るつぼに投入して、１２００℃で溶融させて、
るつぼの底部に接続した白金製パイプから予熱した金型
に流し出し、板状のガラスブロックを成形した。徐冷後
にブロックから角材を切り出して、通常の方法でセンタ
レス加工を行って、直径が１２ｍｍで、長さが１２０ｍ
ｍのロッド状ガラスを得た。このロッド状ガラスを弗酸
系と硫酸との混合液からなる処理液に浸漬させて、１９
分間煮沸した後に、これを取り出して水洗した。これに
よって、表面が滑らかで、汚損物質の付着がないロッド
状ガラスを作成した。

【００２１】このロッド状ガラスの作業点温度（１０⁴
ｐｏｉｓｅを示す温度）を測定したところ、６００℃で
あった。そこで、図１に示した射出成形装置における射
出用カートリッジ１０のシリンダ室１１に装着して、射
出ノズル１２でのガラスの温度を６００℃とし、成形型
１を同じ温度にまで加熱した状態で射出成形を行ったと
ころ、表１に示した特性を有する直径が１２ｍｍの両凸
レンズを成形した。なお、この表１の光学特性の測定は
スペクトロメータを用いて行い、作業点温度の測定は、
ローター式粘度計による高温粘性とビームベンディング
法による徐冷点、歪み点をＦｕｌｃｈｅｒ式で内挿して
求めた。

【００２２】次に、珪石粉、硼酸、炭酸リチウム、炭酸
ナトリウム、炭酸カルシウム、硝酸バリウム、酸化鉛、
酸化ランタン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニ
オブ、燐酸バリウム等の原料を表１の実施例２の組成と
なるようにして、ガラス量で２．５ｋｇに相当する原料
バッチを調合し、実施例１と同様の手法で直径が１０ｍ
ｍの平凸レンズを成形したところ、所期の性能を有する
レンズ製品が成形できた。その光学的特性及び作業点温
度を表１に示す。

【００２３】次に、比較例として、ＣＳＫ１２（商品
名：株式会社住田光学硝子製造所製造）及びＬａＦ８１
（商品名：ホーヤ株式会社製造）の作業点温度を求め
た。これらＣＳＫ１２及びＬａＦ８１の組成は表１の通
りである。ＣＳＫ１２の作業点温度は７２０℃であり、
ＬａＦ８１の作業点温度は６７５℃であった。従って、
これらはいずれも射出成形用のロッド状ガラスとして用
いることはできない。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】本発明のロッド状光学ガラスは、作業点
温度が６５０℃以下であるから、射出成形を行うのに適
した温度にまでガラスを加熱すると共に、成形型を同じ
温度にまで加熱しても、成形型に格別大きなダメージを
与えることがなく、その長寿命化が図られる等の効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロッド状光学ガラスを用いてレンズ等
の光学部品を射出成形するための射出成形装置の一例を
示す構成説明図である。

【符号の説明】

１成形型２上型３下型４キャビティ１０射出用カートリッジ１１シリンダ室１２射出ノズル１３加圧室１５ロッドガラス１６ヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】珪酸、硼酸及びアルカリ金属酸化物を必
須成分として、これら珪酸、硼酸及びアルカリ金属酸化
物の合計含有量（ＳｉＯ₂ ＋Ｂ₂ Ｏ₃ ＋アルカリ金属酸
化物）が３５〜６５重量％で、珪酸と硼酸との合計含有
量に対するアルカリ金属酸化物の含有量の重量比率（ア
ルカリ金属酸化物／ＳｉＯ₂ ＋Ｂ₂ Ｏ₃ ）が０．４〜
０．７であり、１０⁴ ｐｏｉｓｅの粘度になる温度が６
３０℃以下である硼珪酸系ガラスをロッド状に形成して
なるロッド状光学ガラス。
【請求項２】酸処理によって汚染層を除去すると共
に、表面を平滑化したことを特徴とする請求項１記載の
ロッド状光学ガラス。