JPH10291824A

JPH10291824A - 光学素子素材の製造方法、およびその素材を用いたガラスレンズの成形法

Info

Publication number: JPH10291824A
Application number: JP10449997A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Kondo; 隆久近藤; Yoshiyuki Shimizu; 義之清水; Shoji Nakamura; 正二中村; Masaaki Haruhara; 正明春原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラス液滴の落下距離をあまり必要せず、真
球性の高い光学素子素材が製造できるようにする。【解決手段】ガラス素材１を溶融してガラス液滴６を
形成し、このガラス液滴６を、その温度がガラス転移点
以上の状態で清浄性を有する液体４中に所定重量分だけ
投入して、ガラス液滴６を冷却固化する。この場合の液
体４としては、清浄性の良いものを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク装置の
ピックアップ光学系やカメラレンズに使用されるガラス
レンズの成形に用いる光学素子素材を得るための製造方
法、およびこの光学素子素材を用いたガラスレンズの成
形法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学素子素材の製造方法として、
表面張力を利用した熱加工によってガラス球を製造する
方法が知られている（たとえば、日本硝子製品工業会：
「ガラス製造の現場技術」第４巻、２３７頁参照）。

【０００３】この製造方法の一種として、たとえば特開
昭６１−１４６７２１号公報に開示されている技術は、
いわゆるダイレクト法（表面張力による加工）と称せら
れるもので、図５に示すように、白金等でできたガラス
溶融容器５１内に溶融ガラス５２を溜めておき、この溶
融ガラス５２を流出ノズル５３の先端から徐々に吐出さ
せることにより、球状化されたガラス液滴５４を形成す
る。そして、このガラス液滴５４を自然落下させる。こ
のとき、ガラス液滴５４の表面温度がガラスの軟化温度
よりも低くなるまで、すなわちガラス表面が固化するま
での落下距離Ｌ₁を確保しておき、固化されたガラス液
滴５４を受器５５で回収することによって、光学素子素
材を得ている。

【０００４】しかし、この場合において、ガラス液滴５
４の体積が大きくなるのに伴って、ガラス表面を固化さ
せるまでには長い落下距離Ｌ₁が必要となるため、装置
として大がかりなものになる。

【０００５】装置の小型化のために、落下距離Ｌ₁を短
くする手法として、ガラス液滴５４の落下時に流出ノズ
ル５３の下方より送風することによって、強制冷却を行
うことが提案されている。

【０００６】また、従来の他の製造方法として、たとえ
ば、特開平５−４３２５８号公報に開示されている技術
は、いわゆる流動焼成法（表面張力による加工）と称せ
られるもので、図６に示すように、ガラスロッド６１の
下部を加熱装置６２によって局所加熱し、被加熱部分の
ガラスのみを溶融させ、ガラスロッド６１の先端に球状
化されたガラス液滴６３を形成する。そして、このガラ
ス液滴６３が変形しない歪点以下に冷却するまでの距離
Ｌ₂分だけ自然落下させ、捕集治具６５に回収すること
によって光学素子素材を得ている。

【０００７】この場合においても、落下距離Ｌ₂を短く
するために、ガラスロッド６１の下部に室温の空気を送
風する冷却筒６４を設け、この冷却筒６４内にガラス液
滴６３を落下させることで、冷却を促進させることが提
案されている。

【０００８】また、図５および図６に示した従来技術に
おいては、流出ノズル５３の口径、あるいはガラスロッ
ト６１の外径を調整することによって表面張力を加減
し、所望の重量のガラス液滴５４，６３が得られるよう
にしている。

【０００９】その場合のガラス液滴５４，６３の表面張
力は、次式で示される。

【００１０】ｍｇ＝２πｒγ ここに、ｍ：ガラス液滴の重量、ｇ：重量加速度、２π
ｒ：流出ノズル径あるいはガラスロッド径、γ：ガラス
の表面張力である。

【００１１】したがって、図５および図６に示した従来
技術においては、いずれも自由落下中において表面張力
により球状化したガラス液滴５４，６３を、いかに形状
を崩さずに冷却して補集するかにポイントがあると言え
る。

【００１２】一方、ガラスレンズを成形する方法とし
て、従来、たとえば、特公昭６０−１２７１２２号公報
等に開示されて技術がある。

【００１３】この従来技術は、図７に示すように、平板
からなる光学素子素材７４を成形金型を用いて押圧成形
するものである。

【００１４】すなわち、この場合に使用する成形金型
は、円筒状の胴型７１内に上下一対の上下型７２，７３
が配置されてなり、この上下型７２，７３の間に平板状
の光学素子素材７４をセットした後、これを所定温度に
加熱した後、圧力Ｐを加えることでガラスレンズ(この
例では凸レンズ)を成形している。

【００１５】しかし、この従来技術のように、光学素子
素材７４が平板状のものであると、上下型７２，７３と
の間に密閉された空間７５，７６ができるため、これが
押圧成形時の障害となって精度の良いガラスレンズを得
ることができない。

【００１６】したがって、このような押圧成形によって
ガラスレンズを得ようとする場合の光学素子素材７４の
形状としては、成形金型のレンズ成形面の形状の曲率よ
りも小さい曲率を有するように、予め球状になっている
ことが望ましい。つまり、光学素子素材７４が予め球状
になっておれば、これが押圧変形する際に前後左右に広
がるため、上下型７２，７３との間に密閉された空間７
５，７６が形成され難くなるからである。

【００１７】また、このような球状をした光学素子素材
を用いる場合、上下型７２，７３のほぼ中心位置にセッ
トされることになるが、光学素子素材の真球度が低い
と、押圧初期において偏荷重がかかって、成形完了後の
ガラスレンズが軸対称形とならないため、レンズを連続
成形する際の障害となる。

【００１８】したがって、軸対称形をしたレンズの成形
において用いる光学素子素材の形状としても、最初から
真球度が高いほどレンズの性能が安定する。。

【００１９】ここで、古くから行われている研磨によっ
てガラス球を得る方法は、真球度も高く光学素子素材と
して充分の精度が得られるが、その反面、研磨作業が極
めて繁雑であるためにコスト高となっている。

【００２０】これに対して、図５あるいは図６に示した
ようにして製造される光学素子素材を使用する方法は、
比較的安価にガラスレンズを成形することが可能であ
る。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５あるい
は図６に示したように、ガラス液滴５４，６３の落下距
離Ｌを短くするために、ガラス液滴５４，６３に送風し
て強制冷却する従来の方法では、次の問題がある。

【００２２】たとえば、図６に示したように、ガラス液
滴６３の下方から送風した場合には、液滴６３の表面で
空気の対流が起こり、その表面温度が不安定となって表
面張力にバラツキが発生し、結果的に、落下するガラス
液滴６３の重量が不安定となるばかりでなく、送風の影
響によってガラス溶解時の温度制御が困難になる。

【００２３】また、強制冷却する場合でも、滴下距離Ｌ
₂は数ｍ分が必要であり、このような落下距離Ｌ₂がある
と、落下衝撃によってガラス液滴６３の真球度が損なわ
れるおそれがある。

【００２４】さらに、下方からの冷却によりガラス液滴
６３の均一な冷却が困難になることから、内部に不均一
な応力が発生し、その結果、落下衝撃が加わったときに
は、割れが発生して生産性の低下をもたらすことにな
る。

【００２５】一方、図５あるいは図６に示したようにし
て製造されたガラス球を光学素子素材として使用する方
法は、研磨による方法に比べて、比較的安価にガラスレ
ンズを成形できるものの、素材としてのガラス球の真球
度が未だ不足し、また、送風の際に表面に塵埃が付着す
るなど、結果的に成形されたガラスレンズは、未だ精度
的、外観的に未だ満足するものではなかった。

【００２６】本発明は、従来技術における種々の課題に
鑑みなされたものであり、ガラス液滴の落下距離が少な
くて装置の小型化が図れ、また、落下衝撃を低減させる
ことにより真球度が高く、かつ表面の清浄性が極めて優
れた光学素子素材の製造方法を提供することを第１の課
題とする。

【００２７】また、本発明は、従来よりも一層安価にガ
ラスレンズを成形できる方法を提供することを第２の課
題とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、次の手段を講じている。

【００２９】すなわち、本発明は、ガラス素材を溶融し
て形成されるガラス液滴を固化して光学素子素材を作製
する方法において、前記ガラス液滴の温度がガラス転移
点以上の状態で清浄性を有する液体中に所定重量分だけ
投入して、前記ガラス液滴を冷却固化することを特徴と
している。

【００３０】この方法によれば、溶融状態にある球状化
された真球度の高いガラス液滴を、落下距離があまり必
要としないガラス液滴の表面温度がガラス転移点以上
で、かつ、限りなくガラス転移点近傍温度の状態で、液
体中に投入することで落下衝撃を最小限にすることがで
きる。このため、従来のように落下衝撃によってガラス
液滴の真球度が損なわれることがない。また、液体中に
落下されたガラス液滴は、直ちに表面全体から均一な冷
却がおこなわれることになり、不均一な応力が残留する
ことがない。このため、落下衝撃によってガラス液滴が
割れないため、生産性が向上し、精密な光学素子素材を
作製することが可能となる。

【００３１】また、本発明の光学素子素材の製造方法に
おいて、液体にはアルコール単体、またはアルコールと
水の混合液が好ましい。この好ましい例によれば、光学
素子素材の表面の清浄性、作業環境、危険性等々に問題
がなく光学素子素材が作製できる。

【００３２】さらに、前記本発明の光学素子素材の製造
方法において、液体中でガラス液滴を転造するとことが
好ましい。この好ましい例によれば、次々にガラス液滴
されるため、先に落下したガラス液滴との接触を避け、
真球度をより安定に向上させることができる。また、液
体容器の深さが浅くできるため冷却性の向上と、装置の
小型化が同時に図ることができる。

【００３３】一方、本発明に係るガラスレンズの成形法
においては、上記の製造方法によって製作された光学素
子素材を液体中から取り出し、乾燥させてからこれを加
熱して押圧成形することを特徴としている。

【００３４】この成形法によれば、清浄性のある液体中
に滴下することによって、ガラスレンズの成形前の洗浄
等が不要となるため、ガラス溶融する工程からガラスレ
ンズの成形に至る一連の工程を著しく短縮することが可
能となり、その結果、レンズを安価に製造することがで
きる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いてさらに具体的に説明する。

【００３６】＜実施形態１＞図１は本発明の実施形態１
に係る光学素子素材の製造方法を示す説明図である。

【００３７】図１に示すように、この製造のために使用
される白金製のガラス溶融容器２は、その上端が開口
し、また、底面の中央部には円筒状の流出ノズル３設け
られている。そして、このガラス溶融容器２には、溶融
ガラス１が溜められている。溶融ガラス１としては、た
とえば、硼珪酸バリュウム系ガラス（熱変形温度(Ｔｇ
点)＝５０２℃、屈伏点＝５４８℃）が使用される。

【００３８】一方、このガラス溶融容器２の流出ノズル
３の下方には、液体４が入った液体容器５が設けてあ
る。液体４としては、たとえば、エチルアルコールもし
くはエチルアルコールと水の混合液が適用される。

【００３９】溶融ガラス１は、流出ノズル３の先端部に
ガラス自身の表面張力によって球状化されたガラス液滴
６が形成される。そして、ガラス液滴６の質量と表面張
力とのバランスにより、ガラス液滴６が落下距離Ｌ₀分
だけ落下し、液体４の入った液体容器５内に順次滴下さ
れる。

【００４０】図２に液体容器５内に入れた液体４の種類
と、この液体４中にガラス液滴を落下して得られた光学
素子素材の不良率との関係を示す。

【００４１】この場合の溶融ガラス１としては、たとえ
ば、硼珪酸バリュウム系ガラス（Ｔｇ点＝５０２℃、屈
伏点＝５４８℃）を用い、１２５０℃の温度で溶融して
ガラス液滴６を滴下させた。また、落下距離Ｌ₀は２０
０ｍｍに設定した。液体４としては、エチルアルコール
単体のもの、水単体のもの、アルコ−ルと水の混合比が
１：１のものをそれぞれ使用した。液滴した数量は各々
１００個で、その重量と外観とを評価した。なお、落下
距離Ｌ₀＝２００ｍｍに設定した場合、液体４に入る際
の液滴温度はガラス転移点以上の温度となっていること
が確認されている。

【００４２】図２から分かるように、エチルアルコール
単体、もしくはエチルアルコールと水の混合液体におい
て不良率（割れ）がゼロを示し、水の場合には１５〜２
０％の不良率を示した。また、光学素子素材は、６０ｍ
ｇ±０．５％の重量精度を示し、その表面は全て光学鏡
面であった。

【００４３】上記の実施形態１では、液体容器５内にガ
ラス液滴６がそのまま滴下するようにしているが、たと
えば、図３に示すように、液体容器５内に、転造治具７
と補集部８を設けた構成とすることもできる。

【００４４】この構成においては、自然落下されるガラ
ス液滴６は液体４中に没した後、転造治具７上を順次転
がって液滴４の全体が冷却されつつ球状化されて捕集部
８に収容される。

【００４５】こうして得られた光学素子素材は、図１の
場合よりも、表面は光学鏡面のものとなり、かつ、転造
することで一層真球度が高いもの（３〜５μm）を得る
ことができる。

【００４６】以上のように、この実施形態１で得られる
光学素子素材の製造方法によれば、ガラス液滴６の表面
が固化状態でない真球度の高い状態で液体４中に投入す
ることによって、落下距離Ｌ₀を短くできるだけでな
く、落下衝撃による形状が損なわれることを防ぐことが
できる。

【００４７】さらに、落下後、直ちに液体４中でガラス
液滴の表面全体から均一な冷却が行われるため、冷却過
程による形状を損なうこともない。このため、不均一で
大きな応力が残留することがなく、真球度の高い形状の
光学素子素材を得ることができ、かつ、生産性が向上す
る。

【００４８】なお、この実施形態１においては、アルコ
−ルと水の混合比が１：１の場合を示したが、必ずしも
この混合比に限定されるものではなく、経済性、安全性
および環境性を考慮して適宜の混合比を選定することが
できる。また、液体４の種類もこの実施形態１のものに
限定されるものではなく、液滴の体積やガラスの熱特性
をはじめとして各物性に応じて決定することができる。

【００４９】＜実施形態２＞この実施形態２は、ガラス
レンズの成形方法に関するものであり、図４に示すよう
に、従来の場合と同様に、円筒状の胴型７１内に上下一
対の上下型７２，７３が配置されてなる成形金型を使用
し、上記の実施形態１の図１および図３に示す方法に基
づいてそれぞれ得られたガラス球からなる光学素子素材
７４を用いて成形を行った。

【００５０】この場合、液体容器５から光学素子素材を
取り出し、熱風乾燥した後、図４に示す金型内に投入し
て成形温度５７０℃、押圧力Ｐ＝１８０ｋｇｆの条件で
ガラスレンズ（屈折率＝０．６、焦点距離＝３．３ｍ
ｍ）を成形した。

【００５１】こうして得られた同レンズをフィーゾー型
の干渉計で透過波面収差を評価したところ、図１のよう
にして製作した光学素子素材ではレンズが若干偏芯して
いたが、図３のようにして製作した光学素子素材では偏
芯もなく、０．０３λ（ｒｍｓ）以下であり、実用上、
何ら問題のない特性を得ることができた。さらに、レン
ズの外観も問題ないという評価を得た。

【００５２】従来は、レンズを成形する場合において、
光学素子素材を専用の洗浄機を用いて洗浄した後に金型
内に投入して成形を行っているが、この実施形態１で得
た光学素子素材はその必要がない。その理由は、使用す
る液体４の清浄性が高いことと、液滴されるに従って液
温度が上昇し、エチルアルコールの乾燥性が高められる
ことにある。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を奏する。

【００５４】(１) 請求項１記載に係る発明では、従来
のように落下衝撃によってガラス液滴の真球度が損なわ
れることがなく、また、液体中に落下されたガラス液滴
は、直ちに表面全体から均一な冷却がおこなわれること
になり、不均一な応力が残留することがない。このた
め、落下衝撃によってガラス液滴が割れないため、生産
性が向上し、重量精度が高く、真球度の高いものを比較
的小型の装置で実現することができる。

【００５５】(２) 請求項２記載に係る発明では、液体
としてアルコール単体、またはアルコールと水の混合液
を使用するので、光学素子素材の表面の清浄性、作業環
境、危険性等々に問題がなく作製することが可能とな
る。

【００５６】(３) 請求項３記載に係る発明では、液体
中でガラス液滴を転造するので、真球度をより一層向上
させることができる。また、液体容器の深さが浅くでき
るため冷却性の向上と、装置の小型化が同時に図ること
ができる。

【００５７】(４) 請求項４記載に係る発明では、洗浄
工程に高額の装置を必要とせず、また真球度が高いため
に、安定したガラスレンズの成形が実現できる。その結
果、安価なレンズを市場に提供することが可能となり、
産業上利用価値の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を説明する要部断面図であ
る。

【図２】本発明の実施形態１を説明する各種液体に液滴
した光学素子素材の不良率の説明図である。

【図３】本発明の実施形態１の変形例を説明する要部断
面図である。

【図４】本発明の実施形態２に係るガラスレンズの形成
方法を示す要部断面図である。

【図５】従来の光学素子素材の作製状態を示す説明図で
ある。

【図６】従来の光学素子素材の作製状態を示す説明図で
ある。

【図７】従来のガラスレンズの成形方法を示す要部断面
図である。

【符号の説明】

１溶融ガラス２ガラス溶融容器３流出ノズル４液体５液体容器６ガラス液滴７転造治具８補集部

フロントページの続き (72)発明者春原正明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス素材を溶融して形成されるガラス
液滴を固化して光学素子素材を作製する方法において、前記ガラス液滴の温度がガラス転移点以上の状態で清浄
性を有する液体中に所定重量分だけ投入して、前記ガラ
ス液滴を冷却固化することを特徴とする光学素子素材の
製造方法。
【請求項２】前記液体は、アルコール単体、またはア
ルコールと水の混合液であることを特徴とする請求項１
記載の光学素子素材の製造方法。
【請求項３】前記液体中で前記ガラス液滴を転造する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光学素
子素材の製造方法。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかの製
造方法によって製作された光学素子素材を液体中から取
り出し、乾燥させてからこれを加熱して押圧成形するこ
とを特徴とするガラスレンズの形成方法。