JPH11171555A

JPH11171555A - 光学素子成形用素材の製造方法

Info

Publication number: JPH11171555A
Application number: JP33401097A
Authority: JP
Inventors: Isamu Shigyo; 勇執行; Masayuki Tomita; 昌之冨田; Kunio Nakagawa; 邦男中川; Hiroyuki Kubo; 裕之久保
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-04
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 1999-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】光学素子成形用素材に対して研削・研磨を行
って光学素子を製造する際に、光学素子成形用素材の表
面の削り込み、及び、光学素子の概略の形状出しに必要
な研削を排除して、しかも、所要精度の光学機能面を有
する光学素子を、研磨によって得られるようにした製造
法で、プレス成形の結果として、必要な表面粗さを有す
る光学素子成形用素材を得る。【解決手段】溶融炉で所定温度に溶融された溶融ガラ
スを流出ノズルから流出させ、上記ノズル下に配置した
受け型で溶融ガラスを受けて、一定重量の溶融ガラス塊
を分離し、プレス成形に供する光学素子に製造方法にお
いて、一定重量の溶融ガラス塊を得る際に、上記流出ノ
ズルの温度と、流出ノズルの流出先端と受け型との間の
距離の内の、少なくとも一つを制御すると共に、その後
の成形過程で、そのプレス成形の完成後の成形用素材
の、精研削・研磨時の光学機能面に相当する部分の表面
が、Ｒｍａｘ５〜１０μｍの粗さになるように処理する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、カメラや
ビデオカメラに用いられるレンズなどの高精度な光学機
能面を有する光学素子を、研削、研磨により製造するに
先立って、このための光学素子成形用素材を得るための
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学レンズなどの光学素子は、ガ
ラスを溶融し、それをある大きさのガラス塊として、一
旦、冷却固化した後に、切断・破砕・研削などの処理に
より、ほぼ一定範囲の大きさのガラス塊に分割し、それ
らを再度、加熱軟化してから、所望の光学素子形状より
も、ほぼ一回り大きい形状にプレス成形して光学素子成
形用素材を得ている。そして、その後に、それらを冷間
で研削・精研削・研磨の工程を加えることにより、最終
的に所要精度の光学機能面を持った光学素子を得てい
る。

【０００３】また、上述の光学素子成形用素材を得る方
法として、ほぼ一定範囲の大きさのガラス塊を得て、こ
れを、再度加熱して、プレス成形する代わりに、溶融ガ
ラスより直接、所要大きさのガラス塊（ブランク）を得
て、それをプレス成形する方法も、既に行われている。

【０００４】更に、近年になって、前者のような方法で
得られた光学素子成形用素材、あるいは、後者のような
方法で溶融ガラスより直接に得たガラス塊（ブランク）
を再加熱し、非酸化性の雰囲気中で、成形型を用いて、
プレス成形することにより、非球面レンズなどの光学素
子の製造を行うようになった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来方法、即ち、ガラス塊を再度軟化して、光学素子成
形用素材を得る方法では、重量バラツキが多く、また、
プレスの際に材料の折れ込みが起こり、更に、型からガ
ラスを離型するための離型材によって表面近傍に汚染が
生じるため、この方法で得られた光学素子成形用素材か
らレンズなどを作るには、まず、最初に前記素材の表面
近傍を、研削手段などにより、少なくとも０．５ｍｍ程
度、削除する必要があった。

【０００６】また、この研削を行った結果、このまます
ぐに研磨して平滑な面を得るには、表面が粗すぎるの
で、研磨の前に、更に精研削を実施して、表面を所要の
粗さまで抑える必要があり、それだけ、プレス成形後の
素材の加工工程が多くなる。また、研削によって、ガラ
ススラッジが大量に発生するので、公害対策上でも、大
きな問題となっている。

【０００７】また、第２の従来方法、即ち、溶融ガラス
から直接に光学素子成形用素材を得る方法では、前者の
従来方法に比較して、重量バラツキをかなり抑えること
が可能であるが、溶融ガラスの切断の際に切断痕が生
じ、また、冷却の際のガラスの部分的な収縮（ヒケ）が
生じ、前者と同様に、少なくとも、０．５ｍｍ程度の研
削が必要であった。

【０００８】また、この場合、ガラスの種類やプレス成
形条件によっては、光学素子成形用素材の表面が平滑に
なって、逆に、所望の形状に磨き上げるための研磨加工
ができないという問題が生じる。そこで、上記素材の形
状を整えるとともに、表面粗さも整える必要から、矢張
り、研削加工が必須の条件となっていた。

【０００９】また、第３の従来方法、即ち、第２の従来
方法で得たガラス塊（ブランク）を再加熱する方法で
は、一旦、ガラス塊（ブランク）の表面を加工する手間
暇がかかるばかりでなく、プレス加工が、非酸化性の雰
囲気中での熱間プレス成形となるから、それに耐えるた
めに、装置や型が高価になり、成形時間も長くなる。従
って、この方法は、高価な非球面レンズの製造には適し
ていても、通常の球面レンズなどの低価格対象の光学素
子の製造には、既述の研削・研磨方式に対して、コスト
的に、とても太刀打ちできるものではなかった。

【００１０】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その目的とするところは、光学素子成形用素材に
対して研削・研磨を行って光学素子を製造する際に、研
削、特に、ＣＧ（カーブジェネレータ）による光学素子
成形用素材の表面の削り込み、及び、光学素子の概略の
形状出しに必要な研削を排除して、しかも、所要精度の
光学機能面を有する光学素子を、研磨によって得られる
ように、プレス成形の結果として、必要な表面粗さを有
する光学素子成形用素材を製造する方法を提供すること
にある。

【００１１】また、本発明の第２の目的とするところ
は、ガラススラッジの発生を回避し、産業廃棄物などの
公害原因を排除し、しかも、光学素子成形用素材の成形
加工時間を大幅に短縮して、生産性を向上した光学素子
成形用素材の製造方法を提供するにある。

【００１２】また、本発明の第３の目的とするところ
は、前記目的を達成するための重要な要素であるところ
の、光学素子成形用素材の重量を厳密に制御する方法を
提供することである。

【００１３】また、本発明の第４の目的とするところ
は、光学素子成形用素材を溶融ガラスより分離する際
に、光学素子成形用素材の表面近傍に分離による切断痕
を残さずに、精度よく分離させ、更に、流出した溶融ガ
ラスに、巻き込みによる品質の劣化を起こさせない方法
を提供することである。

【００１４】また、本発明の第５の目的とするところ
は、このような光学素子成形用素材の製造法によって、
ＣＧによる光学素子成形用素材を得る場合より効率的
に、所要精度の表面を持った光学素子成形用素材を得る
ことである。

【００１５】更に、本発明の第６の目的とするところ
は、このような光学素子成形用素材を用いることで、以
後の光学素子の製造に際しての加工を容易にすることで
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、本発明の光学素子成形用素材の製造方法
では、溶融炉で所定温度に溶融された溶融ガラスを流出
ノズルから流出させ、上記ノズル下に配置した受け型で
溶融ガラスを受けて、一定重量の溶融ガラス塊を分離
し、プレス成形に供する光学素子に製造方法において、
一定重量の溶融ガラス塊を得る際に、上記流出ノズルの
温度と、流出ノズルの流出先端と受け型との間の距離の
内の、少なくとも一つを制御すると共に、そのプレス成
形の完成後の成形用素材の、精研削・研磨時の光学機能
面に相当する部分の表面が、Ｒｍａｘ５〜１０μｍの粗
さになるように処理することを特徴とする。

【００１７】この際に、他の制御要素として、流出する
溶融ガラスの流出圧力に関連する溶融炉内の溶融ガラス
液面高さや、上述の流出ノズルの温度に対して付帯的に
影響する流出口近傍の雰囲気温度なども管理することが
望ましい。更に、これら制御のために、流出するガラス
の量、または、流出分離した溶融ガラス塊や、成形され
た光学素子成形用素材そのものの重量を測定して、各制
御要素に対するフィードバック制御を行うことが最適で
ある。

【００１８】この場合、上記ノズル下から上記受け型上
へ流出される溶融ガラスの表面張力及び自重によって与
えられる溶融ガラス自体のくびれによって、一定重量の
溶融ガラス塊の分離を行うことができる。これによっ
て、溶融ガラス塊を得る際に、分離される箇所に切断痕
を残さず、表面が平滑で、同時に、流出した溶融ガラス
の巻き込みによる品質の劣化を回避できる。

【００１９】また、このために、上記ノズル下における
溶融ガラス自体の分離は、溶融ガラスを、上記流出ノズ
ルの流出口から受け型上に受ける際に、その一定量まで
上記受け型に溜める第１の工程と、上記流出口から流出
して上記受け型上に溜められる溶融ガラスの流下の間で
くびれを生成する第２の工程と、くびれを自重と表面張
力により成長させて、最終的に上記流出口からの流出溶
融ガラスと上記受け型上に形成された溶融ガラス塊とを
分離させる第３の工程とによって、達成されてもよい。

【００２０】なお、上記第１〜第３の工程において、上
記受け型を降下し、その降下速度を、０≦第１の工程の
間の下降速度＜第２の工程の間の下降速度に、また、第
２の工程の間の下降速度＞第３の工程の間の下降速度≧
０に設定してあることが好ましい。

【００２１】こうすることにより、分離のための切断刃
を使用する必要がなく、切断痕が残らず、切断の際の気
泡の巻き込みや、ガラス切り粉の発生を回避でき、更に
は、分離の際のガラスの糸引きを生じることがないの
で、これが再度溶融されることでガラス塊内に巻き込ま
れて屈折率の違う状態、即ち、脈理が発生するのを防止
することができる。

【００２２】また、上記受け型を多孔質の材料で構成
し、上記流出口から流出した溶融ガラスを上記受け型で
受ける際に、上記受け型の多孔質面からガスを噴出させ
ることで、上記多孔質面に対して上記溶融ガラス塊を非
接触の状態とすると共に、上記非接触状態で上記受け型
に受けらている以外の上記溶融ガラス塊の部分に対し
て、その形状を規制するために、多孔質の材料で構成さ
れた成形型を接近させ、上記成形型の多孔質面からガス
を噴出させることで、非接触状態で成形し、上記溶融ガ
ラス塊の表面近傍の粘度が１０³〜１０⁸ｄＰａ・ｓの
時、上記受け型および成形型のそれぞれの多孔質面を上
記溶融ガラス塊の表面に接触させて、上記多孔質面を転
写させるのがよい。

【００２３】あるいは、上記受け型を金属、セラミッ
ク、カーボンの何れかで構成し、その成形面をＲｍａｘ
５〜２０μｍに仕上げており、上記流出口から流出した
溶融ガラスを上記受け型の成形面で受けて、一定重量の
溶融ガラス塊を分離すると共に、更に、上記受け型に受
けられている以外の上記溶融ガラス塊の部分に対して、
上記成形面と同様に仕上げられている成形面を持った成
形型を接近し、各成形面を上記溶融ガラス塊の表面に転
写することができる。

【００２４】これらの方法で、光学素子成形用素材の表
面を、後の精研削や研磨に適した粗さに加工することが
できる。

【００２５】即ち、前者の方法では、一旦、溶融ガラス
を受け型や成形型に非接触状態で、表面粗さを除いた所
望の形状にほぼ等しい形状にして、その後、未だガラス
塊が軟らかい内に、非接触成形に用いた型にガラスを接
触させ、所望形状と、所望表面粗さを得るのである。

【００２６】この方法は、流出した溶融ガラスを受ける
受け型や、その後に受け型上の溶融ガラス塊をプレス成
形して所要形状を得るための成形型を、多孔質材料で構
成し、その多孔質の成形面からガスを噴出させて、成形
表面にガス膜を形成し、型表面と溶融ガラス塊とが非接
触状態で、形状について、先ず、成形する。この状態で
は、光学素子成形用素材の表面は、型表面とはガス膜を
介して非接触であるから、非常に平滑で、更に、接触に
よる冷却がないので、温度バランスも良好に保たれるか
ら、部分的な冷却収縮によるヒケなどの表面欠陥が生じ
ない。

【００２７】そして、この状態で、表面転写の可能な温
度の内に、多孔質成形面に接触させることで、光学素子
成形用素材の表面に転写を行い、その後の精研削や研磨
に必要な程度の表面粗さを得るのである。

【００２８】従って、一旦、全体としての形状を確定し
た後で、表面及びその近傍のみを変形・成形させるの
で、目的に叶った精度のよい光学素子成形用素材を容易
に得ることができるのである。加えるに、この方法で
は、溶融ガラス塊は、非常に高温の状態では、直接に型
表面には接触しないで、或る程度、温度降下した状態
で、始めて、型表面に接触するから、型表面とガラスと
の間で融着を生じることがなく、型の消耗が殆どないか
ら、型の耐久性を飛躍的に増大できる。また、このよう
な特徴から、大気中などの酸化性雰囲気の中でも良好な
成形が可能となる。

【００２９】なお、この際の受け型や成形型は、その多
孔質の最大孔径が２０μｍ以下、好ましくは、１０μｍ
以下で、気孔率が１０ないし３５％であるとよく、ま
た、ガス膜の破れで光学素子成形用素材に傷が付かない
ように、その型表面を、出張りのない平滑な鏡面に加工
するのが望ましい。因みに、多孔質の最大口径をあまり
大きくすると、非接触状態での成形が難しくなり、接触
時の面状態の転写が粗くなりすぎ、目的の粗さが得られ
なくなる傾向がある。この点では、上述の範囲内の粗さ
であれば、同一の粗さの型でも、接触時の温度条件やプ
レス圧力を選ぶことで、任意の粗さを転写させることが
可能となる。

【００３０】また、後者の方法では、型表面を、光学素
子成形用素材の所望とする表面粗さよりも粗くしておい
て、それを完全に転写させないように、比較低圧でプレ
ス成形することで、所望の粗さを得る。このように、低
圧でプレス成形することで、型とガラスとの融着をし辛
くすれば、高温の溶融ガラスを成形することが可能とな
ると同時に、型とガラスとの密着力も弱くでき、離型性
が向上するので、生産性が非常によくなる。

【００３１】因みに、これを通常のプレス成形のよう
に、型の面粗さをそのまま転写させようとすると、プレ
ス圧力が高くなり、高温の溶融ガラスと型の融着が発生
し、また、型とガラスの密着力が強く、離型し辛くな
り、生産性が大幅に低減し、場合によっては、生産でき
なくなる虞もある。

【００３２】この方法を実施する場合には、型の材質
を、その消耗を考慮して、上述のように、セラミックや
金属とすることが好ましく、また、離型性を考慮して、
表面にカーボン膜などの離型膜を施すことも好ましい。
また、短期間で使用する場合、あるいは形状にバラツキ
があってよいような余裕のある場合には、カーボン系の
型材などを選定することも可能である。

【００３３】なお、上記受け型および成形型で所望形状
に成形された溶融ガラス塊の表面を、弗酸処理のような
化学的エッチングにより処理するか、あるいは、上記受
け型および成形型で所望形状に成形された溶融ガラス塊
の表面を、サンドブラストのような物理的処理を施すこ
とが好ましい。

【００３４】この場合には、処理前の光学素子成形用素
材のブランクには、表層からあまり深いところまで欠陥
があってはならない。特に、光学有効面内に切断痕があ
ってはならないし、更に、ヒケやうねりなどの表面欠陥
を含んだ形状も、プレス成形で成形された最終形状に近
い方が、これらの処理時間の短縮などの目的を達成する
上で有利となる。

【００３５】特に、処理時間の短縮、処理後の廃液や廃
材の量の削減、公害対策や加工時間の短縮のためには、
ガラスブランクの表面欠陥の深さを０．１ｍｍ以下にす
る必要があり、できれば、表面欠陥が存在せず、形状も
光学素子に最終形状にするために、後処理による除去分
が５〜１０μｍ程度であることが望ましい。

【００３６】また、このようなガラスブランクを得るに
は、前述の光学素子成形用素材の製造方法の幾つかを組
み合わせることが有利であり、表面粗さをＲｍａｘ５〜
１０μｍとすることができる。

【００３７】以上のような製造方法で得られる光学素子
成形用素材は、プレス成形後の精研削を可能とする所要
精度の表面精度に光学機能面を形成するため、上記プレ
ス成形の際に、そのプレス成形の完成後の成形用素材
の、精研削・研磨時の光学機能面に相当する部分の表面
が、Ｒｍａｘ５〜１０μｍの粗さになるように転写され
る。

【００３８】また、この場合、プレス成形型の成形面か
ら転写された成形用素材の表面は、その表面欠陥が、
０．０５ｍｍ以下であり、また、上記成形用素材の寸法
精度が、精研削時の光学素子の曲率半径および肉厚に対
して、それぞれ、±１０μｍおよび０．０２ｍｍの誤差
範囲になるように、プレス成形される。

【００３９】これは、更に、以上のような製造方法で得
られた光学素子成形用素材に対して、精研削する工程お
よび／あるいは研磨する工程を行うことで、光学素子を
製造する上で有利である。因みに、通常、従来の方法で
作られた光学素子成形用素材は先ずカーブジェネレータ
（ＣＧ）による研削加工を必要とし、その後、精研削、
研磨を行うので、上記ＣＧの研削加工で、前記素材の表
面欠陥の除去、レンズ曲率および中心肉厚の調整、粗さ
調整などのために、表面を０．５ｍｍ程度まで研削する
必要があるが、本発明によれば、上述のＣＧの研削加工
が省略でき、精研削により、多くても、０．０３ｍｍ、
研磨で０．０１ｍｍ以下の加工を行うだけでよい。更
に、場合によっては、精研削なしに、研磨だけで所望の
光学素子を得ることもできる。

【００４０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の製造方法を図面を
参照して具体的に説明する。なお、ここで対象とする光
学素子は、両凸レンズであり、直径：φ１５ｍｍ、ガラ
ス素材の質はｓｋ１２であって、上述のように、三段工
程で、シャーレス分離（速度込み）する上、次段で、非
接触＋接触のプレス加工、更には、精研削、研磨を行う
ものである。

【００４１】図１には、本発明の一実施に際して使用す
るガラス溶融炉の概略が示されており、ここで、符号１
は溶解清澄槽、２は流出槽、３は溶解清澄槽１と流出槽
２を結ぶ連結パイプ、４は流出槽２の下部に取り付けら
れている流出パイプであり、これらのもの１〜４は、全
て、白金または白金合金で作られている。

【００４２】また、溶解清澄槽１〜連結パイプ３のまわ
りは、図示のように、耐火レンガで作られた断熱部材５
で覆われており、硝子溶融時の高熱が外部に漏れない様
になっている。また、溶解清澄槽１〜連結パイプ３の間
には、ヒーター（図示せず）が設置されており、流出パ
イプ４は、その上下に電極（図示せず）が取り付けられ
ており、その電極に電流を通すことにより、直接、流出
パイプ４が加熱制御できるようになっており、それぞれ
の機能に適した温度に設定することが出来る様になって
いる。

【００４３】流出槽２には、溶融ガラスの均質化のため
に、攪拌ペラ６が設けられており、適当な駆動機構（図
示せず）により、矢印に示す方向に回転されるようにな
っている。また、符号７は、ガラス原料をストックして
おくホッパーであり、ホッパー７の下部には、ガラス原
料を秤量して溶解清澄槽１に供給するためのチャージャ
ー８が設けられている。

【００４４】また、符号１１と１２は、溶解清澄槽１内
の液面レベルを検出するための、それぞれ、固定接針セ
ンサーと可動接針センサーとであり、固定接針センサー
１１は、その先端が、図示のように、溶融ガラス３１の
中に、十分に浸る状態で、断熱部材５に固定されてい
る。また、可動接針センサー１２は、上下駆動メカ１４
の駆動シャフト１５に、クランプホルダー１３を介し
て、取り付けられており、この上下駆動メカ１４は、断
熱部材５の上部の架台１６に取り付けられている。そし
て、モーター駆動の可動接針センサー１２は、その先端
が溶融ガラス３１の液面３２に対して自由に接離するこ
とができるようになっている。なお、接針センサー１１
と１２とは、共に白金または白金合金で作られていて、
後者１２の先端は、接触した溶融ガラスとの切れを良く
するために、先細りの形状となっている。

【００４５】なお、図中、符号１９はリニアスケールで
あり、駆動シャフト１５の変位を測定することで可動接
針センサー１２の位置を検出している。また、符号１７
は導通検出器を内蔵した硝子液面レベル制御器であり、
接針センサー１１と１２の導通の有無を検出するための
リード線２１、２２と、リニアスケール１９からの位置
情報を得るための信号線２３と、上下駆動メカ１４を駆
動して可動接針センサー１２を上下に動かすための動力
線２４と、ガラス原料３３の供給をチャージャー８に指
示するための制御線２５との、それぞれに、つながれて
いる。

【００４６】図２は、本発明で用いられる光学素子成形
用素材のための成形装置の概略図であり、ここでは、符
号１０１が型ユニットであり、受け型１０２と上型１０
３とから成り立っている。更に詳述すると、受け型１０
２と上型１０３とは、それぞれ、受け型部材１１１と、
上型部材である１２１と、それらを保持する受け型ホル
ダー１１２と上型ホルダー１２２とで構成されている。

【００４７】なお、ホルダー１１２，１２２には、不活
性ガスなどの流体を受け型部材１１１、１２１に、バラ
ンスよく分配・供給するための、圧力室１１２ａ、１２
２ａを備えている。そして、更には、ヒーター１１３、
１２３とが、測温手段（図示せず）が埋め込まれてい
て、受け型部材１１１、ホルダー１１２と流体の温度を
最終的に調整することができる。

【００４８】また、符号１１１ａ、１２１ａは、それぞ
れ、光学素子成形用素材の形状を決定する、受け型部材
１１１および上型部材１２１の成形面を示している。ま
た、受け型１０２および上型１０３には、駆動装置（図
示せず）が、それぞれ、取り付けられており、図に示す
矢印Ａ、Ｂのように、受け型１０２、上型１０３が、そ
れぞれ、独立に上下左右方向に移動出来るようになって
いる。符号１３４ａ、１３４ｂは、流体の供給パイプで
あり、流体を受け型１０２、上型１０３へ供給するよう
になっており、受け型１０２および上型１０３と、供給
パイプ１３４ａおよび１３４ｂとの間は、ジョイント１
１４、１２４を介して、互いに接続されている。

【００４９】次に、前述のシステムを使用して、光学素
子成形用素材の製造に用いるガラスの溶融を、図１につ
いて具体的に説明する。なお、溶融ガラスの原料には、
比重が３．０５であり、温度が１２００℃の時に、ガラ
ス粘度が１０^1.6ｄＰａ・ｓ、１１０℃の時に、１０
^1.8ｄＰａ・ｓ、１０００℃の時に、１０^2.2ｄＰａ・
ｓ、８９０℃の時に１、０^2.9ｄＰａ・ｓ、６１０℃の
時に、１０^7.6ｄＰａ・ｓ、４９８℃の時に１０¹³ｄＰ
ａ・ｓとなる粘性特性を持ったＢ₂Ｏ₃、ＳｉＯ ₂、Ｂ
ａＯ系のガラスを、一旦、ラフメルトしたものを用い
た。

【００５０】まず図１において、その温度を、溶解清澄
槽１の一番高いガラスレベルの所で、１３００℃、接針
センサー１１、１２のある、流出槽２に近い所を１２０
０℃、流出槽２を１１００℃とし、更に、流出パイプ４
の先端部のみを１１００℃すると共に、流出パイプ４の
全体を９５０〜１１００℃の間で、後工程で必要となる
ガラス量が得られるように、任意に変化させ、流出槽２
の中で攪拌ペラ６を回転させ、攪拌を行って、溶融ガラ
ス３１の均質化を図りながら、ガラスを流出させた。こ
の時の流出ガラス３４の流量は、６０〜１５０ｇｆ／分
であり、ガラス原料３３を供給しないと、ガラス液面３
２のレベルは０．２〜０．５ｍｍ／分の速度で低下し、
同時に、レベルの低下につれて、流量も減少する状態で
あった。

【００５１】次に、接針センサー１２の下端が、所定の
液レベルの位置に来るようにした。その後、その位置を
中心に、接針センサー１２の先端が、１分間に５回の上
下幅：２０ｍｍの振幅を描くように、ガラス液面レベル
制御器１７の制御で、上下駆動メカ１４を駆動し、接針
センサー１２が振幅の最下端にきた時に、その先端がガ
ラス液面３２に触れることにで、接針センサー１１と１
２との導通が生じる迄、炉の溶融能力近くの供給量で、
ガラス原料３３をチャージャー８より供給した。

【００５２】その後、接針センサー１２の動作をそのま
まとし、その先端がガラス液面３２に触れ、接針センサ
ー１１と導通するリニアスケール１９の位置での計測デ
ーターの読み込みを、ガラス液面レベル制御器１７で行
い、導通位置が所定の液面レベル位置より上であった場
合はガラス原料３３の供給量をゼロとし、その位置より
下であった場合は、流出パイプ３の供給量を、その位置
と導通位置との距離に応じて、増減するように制御し
た。

【００５３】なお、上記のような、ガラス原料３３の供
給の制御は、所定の液面レベルの位置や、リニアスケー
ル１９のデーターを読み込んだり、導通位置による供給
の量を演算し、供給量を決定したりするプログラムを、
予め、ガラス液面レベル制御器１７にインプットしてお
くことにより、全て自動で行った。

【００５４】以上のような操作を行って、溶融炉の溶融
ガラスの液面３２のレベル変動を調べたところ、流出ガ
ラス３４の流出量を、前述の６０ｇｆ／分から１５０ｇ
ｆ／分に急激に増加させても、また、逆に急激に減少さ
せても、±１ｍｍ以下のレベル変動に収めることがで
き、更に、流出ガラス３４の流量を、数ｇｆ／分程度に
変化させる、通常の流量調整の操作においては、レベル
変動が±０．２ｍｍに収まるという、非常に良好な結果
が得られた。また、流出ガラス３４の流出量は、ガラス
液面３２の影響を受けずに、非常に安定したものが得ら
れた。

【００５５】次に、このようにして得られた流出ガラス
３４から光学素子成形用素材を加工する工程を、図３を
用いて説明する。図３の（ａ）では、溶融軟化状態の流
出ガラス３４を流出パイプ４より受け型１０２に供給
し、更に、供給された溶融ガラスを流出パイプ４より切
断・分離し、更に、上型１０３を用いて、プレス成形す
るときの状況が示されている。図３の（ｂ）において、
符号３５ａは、受け型部材１１１の成形面１１１ａの上
に供給された切断前の溶融ガラス塊であり、また、符号
３４ａは切断のための流出ガラス３４と切断前の溶融ガ
ラス塊３５ａの間に形成されるくびれであり、符号３５
は、図３の（ｃ）に示すように、成形面１１１ａ上に非
接触状態で保持された溶融ガラス塊を表わす。

【００５６】なお、ここでの受け型部材１１１、上型部
材１２１の材料としては、気孔率が３０％であり、最大
穴径が１０ミクロンである多孔質カーボンが用いられ、
圧力流体には、型部材１１１、１２１の酸化を防ぐため
に、窒素ガスが用いられる。また、表面を所望の形状に
加工した後、更に、多孔質の成形面に出張りなどの欠陥
が無いようにするため、表面を平滑に仕上げた。

【００５７】次いで、このように加工した型部材１１
１、１２１を、図２に示すような成形装置に取り付け、
図３の（ａ）〜（ｅ）に示すような手順で、光学素子成
形用素材３６を得た。即ち、前述の方法で用意された溶
融ガラス３４を、１２００℃の温度に設定された、流出
パイプ４の先端部から流出させると共に、受け型１０２
を流出パイプ４の直下に保持して、図３の（ａ）に示す
ように、成形面１１１ａ上に所定の容量の溶融ガラスを
受けた後、図３の（ｂ）に示すように、矢印Ｄの方向
（下方）に受け型１０２を少し下げ、溶融ガラス３４と
受け型１０２上の溶融ガラス塊３５ａの間にクビレ３４
ａを発生させる。

【００５８】そして、クビレ３４ａが、ガラスの自重と
表面張力により自然切断に到るまで待機し（図３の
（ｃ）の状態）、軟化状態の溶融ガラス塊３５を得る。
このように溶融ガラス３４の切断工程において、最初に
ガラスを受ける時の受け型１０２の下降速度を０もしく
は微速に設定し、次いで、その速度よりも速い速度で受
け型１０２を下降させ、クビレ３４ａを発生させ、更
に、受け型１０２を一旦停止するか、または、その降下
速度を全段のそれよりも遅くすることにより、クビレ３
４ａの部分が冷やされるのを抑制し、自重と表面張力に
より自然に切断されるようにする。このため、切断部に
破断痕が残らずに、溶融ガラス塊３５の表面には、成形
上、有害な欠陥が生じることがない。

【００５９】また、この時の流体（窒素ガス）の温度
は、溶融ガラスを成形面１１１ａに受ける時、ガラスの
転移点付近の温度に、また、その直後には、それよりも
５０〜１００℃は高くなるように、ヒーター１１３の温
度を調整し、更に、窒素ガスの流量も、溶融ガラス３４
を成形面１１１ａに受ける直前までは毎分２０リッタ
ー、その後は毎分５リッターとなるように、適当な装置
（図示せず）で制御する。このようにすることで、溶融
ガラス３４が成形面１１１ａに達する前に、溶融ガラス
３４の先端が多少固化し、また、窒素ガスの流量も増え
るために、溶融ガラス３４の先端が、全く成形面１１１
ａに接触することなく、その成形面１１１ａ上で若干浮
き上がった状態となる。このような状況のために、前記
の切断方法を用いることと併せて、得られた溶融ガラス
塊の表面には、全く欠陥がない。

【００６０】また、この工程において、溶融ガラス塊３
５の重量は、流出パイプ４の温度、もしくは、図３の
（ａ）〜（ｃ）の、切断から次の切断までの時間、また
は、図３におけるＬの寸法を、溶融ガラス塊３５の重量
を測定した結果に基づき制御することにより、調整する
ことができる。より具体的に説明すると、溶融ガラス塊
３５または光学素子成形用素材３６の重量を測定し、所
望の重量よりも重い時には、流出パイプ４の温度を下
げ、流出ガラス３４の流量を低下したり、受け型部材１
１１にて溶融ガラスを受けている時間（成形タクト）を
短くしたりするのである。また、溶融ガラス塊３５また
は光学素子成形用素材３６の重量を測定し、所望の重量
よりも僅かに重い時には、Ｌの長さを短くすることによ
り、実質的に流出ガラス３４の落下距離を短くして、重
量を減らし、逆に、重量が軽い時には逆の操作を行い、
光学素子成形用素材３６の重量を±０．７％以下の変動
幅に収まるように制御するのである。

【００６１】次に、受け型１０２を上型１０３の直下に
移動し、成形面１１１ａで受けている溶融ガラス塊３５
の下面近傍の粘度が１０⁶〜１０^7.5ｄＰａ・ｓ、その
他の表面近傍の粘度が１０³〜１０⁶ｄＰａ・ｓであ
り、中心付近が十分に柔らかい内に、成形面１１１ａと
成形面１２１ａとから噴出する窒素ガスを、その流量が
毎分２０リッター、ガラスの粘度で１０^6.5ｄＰａ・ｓ
に相当する温度となるように設定し、溶融ガラス塊３５
のプレス品である中間ブランク３５ｂが、その中心肉厚
が所望の値より０．１〜０．５ｍｍ厚くなるまで、毎秒
５ｍｍの速度で、型ユニット１０１を閉じるように制御
する。

【００６２】次いで、窒素ガスの温度と流量とを、成形
面と中間ブランク３５ｂとの間のガスの膜厚が２０ミク
ロン程度となるように、ガラスの粘度で１０^7.6ｄＰａ
・ｓに相当する温度、および、毎分１０リッターの流量
に設定し、成形された中間ブランク３５ａの中心肉厚が
所望の値にほぼ等しくなるように、型ユニット１０１に
圧力を加えながら、閉じるのである（図３の（ｄ）を参
照）。

【００６３】その直後、中間ブランク３５ｂの表面が、
ガラスの粘度で１０⁸ｄＰａ・ｓとなる前に、ガスの噴
出を止め、型ユニット１０１を更に閉じ、中間ブランク
３５ｂの表面と成形面１１１ａ、１２１ａを互いに接触
させて、成形面を転写して、光学素子成形用素材３６を
得るのである（図３の（ｅ）を参照）。

【００６４】そして、この光学素子成形用素材３６を型
ユニット１０１の中に入れたまま、光学素子成形用素材
３６が、ガラスの粘度で１０¹⁴ｄＰａ・ｓ以上となる相
当温度まで冷却を行い、その後、型ユニット１０１を開
放して、光学素子成形用素材３６を取り出すのである。

【００６５】実際に、この成形面１１１ａ、１２１ａと
中間ブランク３５ｂとの接触の条件を、種々、テストし
たが、中間ブランク３５ｂの表面の粘度が１０³ｄＰａ
・ｓ以下の時には、成形面に粘着してしまったり、転写
形状を維持できなかったりして、良好な結果が得られな
かった。また、逆に、中間ブランク３５ｂの表面の粘度
が１０⁸ｄＰａ・ｓ以上であると、転写が十分に行われ
ず、良い結果が得られなかった。

【００６６】このようにして、できた光学素子成形用素
材を精研削し、表面を２５μｍ程度研削し、更に研磨加
工を行い、表面を５〜１０μｍ程度、除去すると共に平
滑化を行った。その結果として得られた光学素子は、通
常のＣＧ加工をして得られた光学素子と比較し、精度面
や性能面でも、何の遜色の無いものである。また、上記
の方法で得られた光学素子成形用素材の内、精度の良い
ものを選んで、精研削無しで研磨だけを実施し、性能、
その他の評価を行ったところ、前記と同様の良好な結果
が得られた。

【００６７】（第２の実施の形態）ここでは、第１の実
施の形態と同様に、ビデオカメラに用いられる凸メニス
カスレンズについて、その直径がφ１２である光学レン
ズの成形を行った。なお、流出ガラス３４を得るまで
は、第１の実施の形態と同様であるが、用いた型ユニッ
トの型部材は、図４（ａ）に示す形状のものを用いた。
ここで、符号２１１、２２１は第１の実施の形態と同様
に、受け型と上型とであり、符号２２１ａは、成形され
た光学素子成形用素材の、側面を形成する胴型である。
また、型の材質にはＳＵＳを選択し、その成形面をＲｍ
ａｘ１５μｍに仕上げ、更に、表面に融着防止のために
カーボン皮膜を薄く被せている。

【００６８】型材料として、上述のようにＳＵＳを用い
てもよいが、セラミックなどの耐熱性のあるものであれ
ば、特に限定されるものではない。

【００６９】而して、第１の実施の形態と同様に、受け
型２１１を胴型２２１ａ内に組み込んだ型を流出パイプ
４の下に保持し、成形面に溶融ガラス３４を接触の状態
で受け、溶融ガラス塊３５を得た。その後、受け型２２
１に上型２２１を降下して、プレス成形を行い、表面粗
さがＲｍａｘ８μｍ程度の光学素子成形用素材２３６を
得た。この時、プレスは、通常のプレスに比較して圧力
を弱めに、例えば、０．１〜１ＭＰａの圧力として、溶
融ガラス塊のプレス成形を行うのである。これは、この
圧力が高すぎると、型とガラスの融着が発生して、良好
な成形が行えないからである。この時も、型の表面粗さ
について、色々とテストしたが、表面粗さがＲｍａｘ５
〜２０μｍ程度において良い結果が得られた。

【００７０】その後、第１の実施の形態と同様の工程
（精研削、研磨）を経て、光学レンズを得たが、その光
学機能面の精度に良好な結果が得られた。

【００７１】（第３の実施の形態）第３の実施の形態と
して、コンパクトカメラに用いる両凸レンズ（直径：φ
１８）の成形を行った。ここでは、第１の実施の形態と
同様の構成の型部材を用いて、非接触方式（窒素ガス噴
射）で、光学素子成形用素材を作った。これは、第１の
実施の形態における図３の（ｄ）までの工程で得られる
ものに相当し、その結果、表面の滑らかな、欠陥のな
い、図３の（ｅ）の最終形状とほぼ同形状の、ブランク
を得た。

【００７２】このブランクを、弗酸と硝酸などからなる
エッチング液に浸し、表面を荒らし、表面粗さ：５μｍ
の光学素子成形用素材を得た。その後、この光学素子成
形用素材の表面を研磨加工し、光学レンズを作成したと
ころ、第１の実施の形態と同様の良好な結果が得られ
た。

【００７３】（第４の実施の形態）第３の実施の形態と
同様のレンズの作成を行った。ここでは、第３の実施の
形態と同様にしてブランクを得た後で、サンドブラスト
により、表面を１０μｍほど削り取り、表面粗さ：Ｒｍ
ａｘ＝１０μｍである光学素子成形用素材を得た。そし
て、その後、第１の実施の形態と同様の精研削、研磨加
工を行った。結果は、第３の実施の形態と同様に良好で
あった。

【００７４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したようになり、研
削によるガラススラッジが殆ど発生せず、環境にやさし
く、また、製造工程も、従来に比較して大幅に簡略化で
きるため、短時間かつ低コストで、しかも、従来と同等
の光学素子を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するためのガラス溶
融炉の概略図である。

【図２】本発明で用いられる光学素子成形用素材成形機
の主要部の概略図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態で用いられる工程
（ａ）〜（ｅ）を表わす図である。

【図４】本発明の別の実施の形態に用いられる型の使用
状態を示す構成図である。

【符号の説明】

１溶解清澄槽２流出槽３連結パイプ５断熱部材６攪拌ペラ７ホッパー１２可動接針センサー１４上下駆動メカ１６架台１７ガラス液面レベル制御器１９リニアスケール３１溶融ガラス３２ガラス液面３３ガラス原料３４流出ガラス３５溶融ガラス塊３６、２３６光学素子成形用素材１０１型ユニット１０２、２１１受け型１０３、２２１上型１１１受け型部材１１１ａ成形面１２１上型部材１２１ａ成形面２２１ａ胴型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保裕之東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融炉で所定温度に溶融された溶融ガラ
スを流出ノズルから流出させ、上記ノズル下に配置した
受け型で溶融ガラスを受けて、一定重量の溶融ガラス塊
を分離し、プレス成形に供する光学素子に製造方法にお
いて、一定重量の溶融ガラス塊を得る際に、上記流出ノ
ズルの温度と、流出ノズルの流出先端と受け型との間の
距離の内の、少なくとも一つを制御すると共に、その後
の成形過程で、そのプレス成形の完成後の成形用素材
の、精研削・研磨時の光学機能面に相当する部分の表面
が、Ｒｍａｘ５〜１０μｍの粗さになるように処理する
ことを特徴とする光学素子成形用素材の製造方法。
【請求項２】上記ノズル下から上記受け型上へ流出さ
れる溶融ガラスの表面張力及び自重によって与えられる
溶融ガラス自体のくびれによって、一定重量の溶融ガラ
ス塊の分離を行うことを特徴とする請求項１に記載の光
学素子成形用素材の製造方法。
【請求項３】上記ノズル下における溶融ガラス自体の
分離は、溶融ガラスを、上記流出ノズルの流出口から受
け型上に受ける際に、その一定量まで上記受け型に溜め
る第１の工程と、上記流出口から流出して上記受け型上
に溜められる溶融ガラスの流下の間でくびれを生成する
第２の工程と、くびれを自重と表面張力により成長させ
て、最終的に上記流出口からの流出溶融ガラスと上記受
け型上に形成された溶融ガラス塊とを分離させる第３の
工程とによって、達成されることを特徴とする請求項１
に記載の光学素子成形用素材の製造方法。
【請求項４】上記第１〜第３の工程において、上記受
け型を降下し、その降下速度を、０≦第１の工程の間の
下降速度＜第２の工程の間の下降速度に、また、第２の
工程の間の下降速度＞第３の工程の間の下降速度≧０に
設定してあることを特徴とする請求項３に記載の光学素
子成形用素材の製造方法。
【請求項５】上記受け型を多孔質の材料で構成し、上
記流出口から流出した溶融ガラスを上記受け型で受ける
際に、上記受け型の多孔質面からガスを噴出させること
で、上記多孔質面に対して上記溶融ガラス塊を非接触の
状態とすると共に、上記非接触状態で上記受け型に受け
らている以外の上記溶融ガラス塊の部分に対して、その
形状を規制するために、多孔質の材料で構成された成形
型を接近させ、上記成形型の多孔質面からガスを噴出さ
せることで、非接触状態で成形し、上記溶融ガラス塊の
表面近傍の粘度が１０³〜１０⁸ｄＰａ・ｓの時、上記受
け型および成形型のそれぞれの多孔質面を上記溶融ガラ
ス塊の表面に接触させて、上記多孔質面を転写させるこ
とを特徴とする請求項１あるいは２に記載の光学素子成
形用素材の製造方法。
【請求項６】上記受け型を金属、セラミック、カーボ
ンの何れかで構成し、その成形面をＲｍａｘ５〜２０μ
ｍに仕上げており、上記流出口から流出した溶融ガラス
を上記受け型の成形面で受けて、一定重量の溶融ガラス
塊を分離すると共に、更に、上記受け型に受けられてい
る以外の上記溶融ガラス塊の部分に対して、上記成形面
と同様に仕上げられている成形面を持った成形型を接近
し、各成形面を上記溶融ガラス塊の表面に転写すること
を特徴とする請求項１あるいは２に記載の光学素子成形
用素材の製造方法。
【請求項７】上記受け型および成形型で所望形状に成
形された溶融ガラス塊の表面を、弗酸処理のような化学
的エッチングにより処理することを特徴とする請求項５
あるいは６に記載の光学素子成形用素材の製造方法。
【請求項８】上記受け型および成形型で所望形状に成
形された溶融ガラス塊の表面を、サンドブラストのよう
な物理的処理を施すことを特徴とする請求項５あるいは
６に記載の光学素子成形用素材の製造方法。
【請求項９】請求項１〜８の何れかに記載の製造方法
で得られ、プレス成形後の精研削を可能とする所要精度
の表面精度に光学機能面を形成するための光学素子成形
用素材であって、上記プレス成形の際に、そのプレス成
形の完成後の成形用素材の、精研削・研磨時の光学機能
面に相当する部分の表面が、Ｒｍａｘ５〜１０μｍの粗
さになるように転写されたことを特徴とする光学素子成
形用素材。
【請求項１０】プレス成形型の成形面から転写された
成形用素材の表面は、その表面欠陥が、０．０５ｍｍ以
下であり、また、上記成形用素材の寸法精度が、精研削
時の光学素子の曲率半径および肉厚に対して、それぞ
れ、±１０μｍおよび０．０２ｍｍの誤差範囲になるよ
うに、プレス成形されたことを特徴とする請求項９に記
載の光学素子成形用素材。
【請求項１１】請求項１〜８の何れかに記載の製造方
法で得られた光学素子成形用素材に対して、精研削する
工程および研磨する工程を行うことを特徴とする光学素
子の製造方法。