JPS5884134A - 精密ガラス製品の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 る。

精密光学素子は、−厳密な形状と表面特性とを有するよ
うに高度に研磨された表面を備えることが要求される。

そして、該表面の各々は、互いに適当な幾何学的関係を
有するように構成されることが必要であり、光学素子が
透光用に使用される場合には、該表面は屈折率が均一で
等方性となるように制御された材料から製造される。

従来、ガラスから成る精密光学素子は、複雑で多工程を
含む２つの方法のいずれかの方法に従って製造されてい
る。第１の方法においては、通常の方式に従ってガラス
バッチを溶融し、得られた溶融物から、所定の均質な屈
折率を有するガラス体を形成する。しかる後、周知の再
圧縮技術を用いてガラス体を再成形して所望の最終製品
に近似した形状とする。しかしながら、この段階におけ
るガラス体の表面形状と表面仕上げの程度は、像形成用
光学素子として適してはいない。そこで、この粗製品を
精密な熱処理に供して屈折率全所望の値にし、また、従
来から用いられている破砕手段により表面形状を改良す
る。第２の方法においては、ガラス溶融物からガラスの
塊を形成し、このガラス塊を直ちに精密熱処理に供し、
次いで、切削および破砕して、所望の形状の製品とする
。

これらの方法はいずれも同様の欠点を有している，破砕
によって製される表面の形状は、皿状、球状または放物
状などの円錐形の部分に限られているっ他の形状、特に
、非球状を破砕によって得るのは困難である。また、そ
れらの方法のいずれにおいても、破砕操作によって得た
表面を、従来からの複雑な研磨操作によって研磨してお
り、該研磨操作は表面の形状を充足させることなく表面
仕上げを改良しようとするものである。非球状の表面を
得る場合には、この研磨操作は、熟練と費用のかかる手
操作を要する。そして、最終的な仕上げとして、ばり取
りを必要とするの′が普通である。ばり取りによって、
球形レンズの光学軸と機械軸とが一致させられる。しか
しながら、不整合な非球状の各表面の関係は、ばり取り
によって改良されない、これは、そのような非球状表面
金有するレンズを破砕によって整形することができなか
ったことに一因がある。

レンズを直接成形して最終的な形状にすれば、非球形レ
ンズを得るのに特に困難で時間のかかる破砕、研磨およ
びばり取り操作をなくすことはできるはずである。実際
にも、成形操作は、プラスチツ°クノンズを製造するの
に用いられている。しかしながら、光学用のプラスチッ
クノンズは、屈折率と分散の範囲が限られている場合に
のみ適用されているのが現況である。更に、多くのプラ
スチックは、傷つき易く、また、黄色化、曇りおよび複
屈折などを生じ易い。耐摩耗性で耐反射性の被ａｔ施し
ても、それらの欠点を完全に解決することはできない。

更に、プラスチツク膜の光学素子は、物理的力、湿度お
よび熱によって変形を受は易い。プラスチックの体積お
よび屈折率は、いずれも、温度の変化に応じて相当変化
するので、使用される温度領域が限られる。

総じて、ガラスの諸性質を考慮すれば、光学的材料とし
てはプラスチックよりもガラスの方が一般的に優れてい
る。しかしながら、従来から用いられているガラスの熱
プレスによっては、像形成用光学素子に要求されるよう
な厳密な表面形状と表面特性は得られない７表面のチル
マークや表面形状の偏差によって常に悩まされる。同様
の問題は、従来からの再プレス（　ｒｅｐｒｅｓｓｉｎ
ｇ　）法においても生じる、これらの問題を修正するた
めに多くの工夫が考案されており、それらは等温プレス
（等温加圧操作）を含む場合が多い。すなわち、鋳型を
加熱することにより、成形されているカラスの温度を鋳
型の温度と実質的に同一にし、プレス加工中にガラスお
よび鋳型′材料に対して不活性なガス雰囲気を用い、さ
らに（または）、特定の組成の材料を用いて鋳型を製作
する。

例えば、米国特許第２，４１０，６１６号に記載されて
いるガラスレンズの成形装置と成形方法においては、鋳
型は加熱されることができ、成形されているガラスに適
合し得るように狭い範囲で鋳型の温度が制御されるよう
になっている。しかして、不活性または還元性のガス雰
囲気（好ましくは水素）を鋳型の表面に接触させてその
酸化を防止している。この特許に開示されている発明の
特徴は、鋳型を包囲しているチャンバの開目部金種うよ
うに炎のカーテン（通常は、燃焼水素）を用いて空気の
導入を防＋ＦＬ、でいることである。しかしながら、成
形法における各種のパラメータを説明するだめの実施例
は記載されていない。

米国特許第３　、８３３．３４７号にも、ガラスレンズ
を力１ｊ圧成形する装置と方法が開示されている。該特
許においても、鋳型が加熱されることができ、その温度
が厳密に制御されるようになっている。不活性ガスが鋳
型を包囲してその酸化を防止している。この特許の発明
の特徴は、ガラス様の炭素（ｇｌａｓｓｌｉｋｅ　ｃａ
ｒｂｏｎ）により鋳型の表面が構成されていることであ
る。しかして、金属製のグイ金剛いると、写真用には適
さないレンズ表面が形成されると記されている。この米
国特許に記載されている方法は、次の８つの工程を含む
：（１）鋳型にガラスのチャンクを入れること；（２）
鋳型を包囲するチャンバを先ず脱気し、次いで、該チャ
ンバ内に還元性ガスを導入すること；（３）鋳型の温度
をガラスの軟化点近傍にまで上昇させるとと；（４）鋳
型に荷重をかけてガラスを成形すること；（５）鋳型に
加えられる荷重を成形されたガラス体を変形しないよう
に維持しながら、鋳型の温度をガラスの転移温度よりも
低い温度にまで下げること；（６）荷重を取り除くこと
・（７）鋳型全史に冷却して約３００℃にして、ガラス
様炭素の酸化を防止する′こと、；および（８）鋳型を
開くこと。このようにして製造されたガラスレンズは、
本質的に歪を有さす、更に熱処理する必要がない−と主
張されている。

米国特許第３，８４４，７５５号には、ガラスレンズを
トランスフ、アー成形する装置と方法が記載されている
。この特許に記載された方法は次の８工程から成る：（
Ｉ）ガラス様炭−素から製すレタトランスファーチャン
バに光学ガラスの塊を入れること；（２）該チャンバ全
加熱して空気を排出し１次いで、該チャンバに還元性ガ
スを導入するとと；（３）該チャンバをガラスの軟化点
近傍にまで加熱すること；（４）軟化したガラスに荷重
を加えて、ガラス様炭素表面によって画定されているキ
ャビティ内にスプルーを介してガラス全流入させ、該ガ
ラスを成形すること、（５）成形されたガラス体を変形
しないように荷重を維持しながら、チャンバの温度をガ
ラスの転移温度よりも低い温度にまで下げるとと；（６
）荷重を除くこと；（７）チャツバを更に冷却して約３
００°Ｃにして、ガラス様炭素の酸化を防止すること；
および（８）鋳型を開くこと。

米国特許第３，９００，３２８号には、ガラス様炭素で
作られた鋳型を用いてガラスレンズ全成形する方法に関
する一般的な説明が与えられている。しかして、該特許
に開示されている方法は、ガラス様炭素から作られた鋳
型のキャピテイに加熱軟化されたガラスσ）一部を入れ
、鋳型の近傍を非酸化性雰囲気に維持しながら、該鋳型
に適当な温度と圧力を施し、鋳４１７を冷却した後開き
、鋳型からンンズ全取り出すことから成る。

米国特許第４，０７３，６５４号は、水利ガラスから光
学Ｖンズを加圧成形する方法に関する、該特許の方法は
、水利ガラスの粒状物を鋳型に配置し、鋳型を真空に引
き、鋳型全密閉して該鋳型から４水蒸気が漏出しないよ
うにして、鋳型を充分な高温になるように加熱してガラ
スの粒状物を焼結させて一体構造に成形し、鋳型に荷重
を施し、次いで、該荷重を開放して鋳型を開くことから
成る。鋳型の材料として提示されているのは、ガラス様
炭素、炭化タングステン、タングステンの合金である。

米国特許第４，３１９，６７７号には、上述の米国特許
第３，８３３，３４７号および第３　、８４４　、７５
５号の方法に類似するガラスレンズの加圧成形およびト
ランスファー成形が記載されている。但し、この米国特
許第４，３１９，６７７号においては、鋳型のガラス接
触部の材料として、ガラス様炭素ではなく炭化ケイ素ま
た窒化ケイ素が用いられている。

ヨーロッパ特許出願第１９３４２号においては、ガラス
の軟化点よりも高温度、すなわち、ガラスの粘度が１０
　ポアズよりも小さくなるような温度において、ガラス
レンズヲ等温加圧成形する方法が開夾されている。しか
しながら、加圧されたレンズが室温まで冷却する態様に
ついての説明は見当らず、したがって、従来の方法が適
用されているものと解しなければならない。

以上のことをまとめると、ガラスレンズの等温加圧成形
に関する従来技術は、ガラスの軟化点に相当する温度ま
たはそれより高温において加圧を行ない、鋳型に荷重を
加えながら焼なましすることが一般的である。したがっ
て、本質的に成形プロセスが遅くなること明らかである
。すなわち、鋳型にガラスを導入し、加圧し、鋳型中で
焼なまし、該鋳型からレンズを取り出すのに要する時間
を含む加圧成形サイクルが必要以上に長くなる。

本発明は、ガラス製品を等温加圧成形するだめの既知の
方法を改良するものであり、本発明の改良方法に従えば
、極めて正確で再現Ｖトの優れた成形体が得られ、加圧
サイクルに要する時間が非常に短かくなり、更に、鋳型
に広範囲の材料を使用することが可能となる。

本発明の方法は、その最も一般的な態様においては、 （１）　　所望の最終製品の形状に近似する′形状を有
するガラスプレフォーム（予備成形物）を調製し； （２）所望の最終製品の形状に対応する正確な内部形状
を有する鋳型を調製し； （３）　ガラスの粘度が約１０８ポアズ以上で且つ約１
０１２ポアス以下となるような温度に前記プレフォーム
を露し； （４）　　前記プレフォームの温度またはそれに近い温
度に前記鋳型を露し； （５）　　前記プレフォームが前記粘度範囲に存するよ
うにして該プレフォームを前記鋳型内に配置して、該鋳
型に充分な時間に亘り荷重を加えることにより、該鋳型
と該プレフォームとが少なくとも該鋳型の近傍において
ほぼ同温度となし、該プレフォームを該鋳型に一致する
形状に成形し； （６）　　前記ガラスの粘度が１０１３ポアズよりも低
くなるような温度において、前記ガラス成形体を前記鋳
型から取り出し、次いで、（７）　　前記ガラス成形体
を焼なます７つの工程から成る。

鋳型材料の性質は重要ではないが、良好な表面仕上を供
することができ、ガラスに対して本質的に不活性であり
、加圧成形が行なわれている温度において表面の形状を
保持するような充分な剛性を有す石ことが必要である。

本発明の方法においては、鋳型の表面の有害な特徴（例
えば、金属鋳型の結晶構造）が複製されるというような
問題は生じない。

したがって、鋳型の表面の材料として広範囲の材料が適
用され得る。使用され得る材料名しては、４００系列の
ステンレス鋼、無電解ニッケル、ベリリウム−ニッケル
合金、炭化タングステン、貴金属（白金、ロジウム、金
瀞の合金、および溶融シリカが挙げられる。

ガラス様炭素、炭化ケイ素、または窒化ケイ素の鋳型を
用いることもできるが、本発明の方法はそのような高価
な材料を使用することは要ビない。鋳型の表面は、それ
らの材料を鋳型全体に用いるか、あるいは、適当な基質
上に該材料を被覆することによって供される。

本発明の成形方法を実施するに当っては、従来からの方
法に従って、光学的品質を有するガラスのガラス体が該
ガラスのバッチを溶解することによって調製される。ガ
ラス体の重量は厳密に制御されなければならず、該重量
の範囲は成形すべき製品の設計によって決められる。更
に、ガラス体の形状に注意して光学的な不均一性ができ
るだけ生じないようにする。かくして、ガラス体の成形
に際しては、鋳型のキャビティ内のガスをできるだけ捕
捉しないようにする。例えば、成形によって凸状の表面
を得ようとする場合においては、ガラス体の曲面が鋳型
のキャビティの曲面よりも鋭くして、ガラス体が先ず鋳
型キャビティの中心に接触するようにする。勿論、従来
から行なわれているように鋳型を脱気することによって
もガスの捕捉を防止することはできるが、この手法は一
般に光学表面に欠陥を生じさせる。上記のごとき制限内
で、ガラス体すなわちプレフォームの形状が、できるだ
け鋳型の形状に適合するようＫする。そのような適合に
より、迅速で非常にバランスのとれた加圧作業が行なわ
れ、最終的な製品上にばつが生じないようにする。また
、最も好ましい態様に従えば、ガラスプレフォームが表
面荒さを殆んど有しないようにする。本発明の成形方法
に従えば、ガラス体の表面仕上が改良されるが、ガラス
プレフォームが荒すぎると表面に不純物が存したり光学
的な不均一性をもたらすことがある。

本発明に従えば、次のごとき特定の最小限の基準が満た
されれば、広範囲の温度と成形圧力を用いて、きわめて
精度の高いガラス製品を得ることができる： 先ず、本発明に従う成形操作は、従来からのガラスのプ
レス加工に比べてガラスの粘度がきわめて高い温度下に
行なわれることである。すなわち、約１０８〜１０１２
ポアズ、好ましくは約ｌＯ８〜５×１０１０ポアズの粘
度においてガラスが成形される。鋳型の材料が良好な表
面仕上を呈することができ、且つ、プレス操作が行なわ
れている温度に抗することができるような充分な耐熱性
を有し、更に、成形温度下においてガラス組成物によっ
て実質的に侵されることがなければ、本発明においては
任意のガラス組成物を用いることができる。

第二に、本発明の成形操作においては、成形製品の最終
的な形状が形成されている期間中は、疑似的な等温状態
にするということである。ここで用いる「等温」という
語は、鋳型の温度とガラスプレフォームの温度とが少な
（とも鋳型の近傍においてはほぼ同一であるということ
を意味する。許容される温度差は、最終的なガラス成形
体の全体的な大きさと特定の目的に依存するが、好まし
くは２０℃より小さく、一層好ましくは１０℃より小さ
い。この等温条件を充分な時間に亘り維持することによ
り、鋳型に施される圧力がガラスプレフォームを流動さ
せて鋳型の表面に合致させる。

一般的には、本発明に従って成形されたガラス製品は、
光学的用途に用いられるのに適するよりも過剰な熱応力
を有しており、従って、成形後に精密な焼なまし工程が
必要である。しかしながら、加圧操作において等温状態
が確保されていたこと、および、成形製品は全体的に鋳
型の表面と一致しているという事実により、該製品は等
方的に収縮し、これにより、その表面の相対的な形状が
有意に変形することはない。更に、このような変形を起
こさない焼なまし操作は、鋳型の外部から行なうことが
でき、成形された形状を物理的に保持するための工夫は
必要でない。このようにすることによって、成形サイク
ルに要する時間が著しく短縮され、成形物を再度成形サ
イクルに供することは必要でなくなる。本発明において
は、ガラス成形体を鋳型内に配置して荷重を施しながら
、該鋳型を、ガラスの転移温度範囲ないしは遷移温度よ
りも低温にまで冷却する必要はない。すなわち、鋳型を
転移温度範囲よりも低い温度にまで（多くの場合、室温
にまで）冷却した後再加熱する３ のではなく、ガラスの粘度が１０　ポアズ以下となるよ
うな温度（プレス操作された製品が鋳型から除去される
最低の温度）において鋳型が維持されることができる。

これに対して、前者のごときサイクルは、多くのエネル
ギーを消費し、鋳型の寿命に悪影響を与える。

実験によると、本発明の方法に従えば、０．１％以下の
寸法上の許容差、および０．２λ／ｃＩＩＬ以下の表面
形状の許容差（可視領域のスペクトルにおいて）が得ら
れることが示された。

本発明の方法にとっては成形装置の構造は重要ではない
が、加圧装置は、ガラスプレフォームに対して鋳型を動
かすための何らかの機構、および、鋳型の動きを制約す
る何らかの部材を含んでいなければならない。そのよう
な制約部材は、光学的表面間に要求される幾何学関係を
達成するのに必要である。そのような制約部材は各種の
方法で製造され得ることは理解されるであろう。

レンズを成形するだめの２つの装置が第１図および第２
図に示されているが、これらの装置は例示的なものであ
って本発明を限定するものではない。すなわち、ガラス
を自動的へ に装填したり取り出す機構を付加したり、別の加熱装置
、冷却装置および加圧装置を用いたり、重要な機能を発
揮させるのに他の機械要素を用いることは、当業者の工
夫に委ねられる。

第１図においては、鋳型ｌおよび２は、ブツシュ３内を
滑動するビンの形状を成す。光学的表面すなわちキャビ
ティ４は鋳型の端部に形成される。光学表面の相互の幾
何学的関係（傾斜および中心）やレンズ取付面に対する
幾何学的関係は、ブツシュ内の鋳型の嵌合の具合によっ
て調節される。第１図に示す装置におし・ては、鋳型キ
ャリヤ５および６に油圧シリンダが取付けられて鋳型を
動かす。下部油圧シリンダが下部鋳型１とブツシュ３を
動かして誘導加熱コイル内に入れ、該ブツシュ３をフレ
ーム８から動かないように保持する。上部シリンダは上
部鋳型２をガラスプレフォーム９に押圧して、該ブレフ
オームを流動させる。加熱は誘導加熱によって行なわれ
、冷却は自然対流によって行なわれる。装置の温度は、
下部鋳型１に設けられた熱電対によって検知され制御さ
れる。

第２図においては、鋳型２０および２１は、プレート状
を成し、−その表面に光学面すなわち鋳型キャビティ２
２が形成されている。鋳型２．０および２１は、リング
２３内の凹所に当接する。該凹所の面が、得られる光学
的表面の傾斜を調節し、該凹所の端部が、光学的表面の
中心を調節する。それらの鋳型には油圧シリンダ（図示
せず）が取付けられ、該シリングが鋳型奮励かす。下部
油圧７リンダが、下部鋳型２０を上下に動かしてフレー
ム２４と接触させ且つ誘導加熱コイル２５内に入れる。

上部油圧シリンダは、上部鋳型２１を介してガラスプレ
フォーム２６に力を加える、鋳型とガラスプレフォーム
は誘導加、熱に供され、冷却は自然対流によって行なわ
れる。装置内の温度は、熱電ａ−４ｆ７によって検知さ
れ制御される。

第１図および第２図の装置は、２つの基本的に異なる加
圧操作を示している。第１図においては、キャビティの
容量は可変である。

すなわち、流動ガラスがキャピテイを完全に充満するま
で移動し続け、得られるレンズの厚さは鋳型体のガラス
の体積によって決定される。これに対して第２図におい
ては、鋳型は一定位置で停止し、キャビティの容量は一
定である。通常、鋳型内に入れられたガラスプレフォー
ムはキャビティを完全には充満しない。この結果、第２
図の１８に示されるように、鋳型によって制限されない
幾らかの自由ガラス表面が存在する。レンズの厚さは、
リング２３の厚さによって支配される。図に示すいずれ
の方法および装置によっても、高精度の光学レンズが成
形されたが、第１図に示す装置を使用することが好まし
い。

第１図に示す装置は、鋳型キャリヤに外部ストッパを取
付けることによって、自由表面を備えるガラス体を加圧
成形するのに用いられることもできる。鋳型に接触する
正確な表面形状が得られるようにする一方において、ガ
ラス表面の一部が制約されないようにすると、得られる
ガラス体上にはりを形成させない、という利点がある。

ばりは、鋳型体の２つの異なる部片間の割れ目にガラス
が流入することによって生じる薄くて壊れ易い付属物で
ある。ばりは、外観を悪くするばかりでなく、加圧成形
操作中に、浅割れ、亀裂、磨耗および汚染を生じさせる
ことになる。

第１図および第２図に示す加圧装置を実際に操作するに
当っては、ガラスプレフォーム、下部鋳型およびブツシ
ュまたはリングを手で組立てる。組立てた装置を下部油
圧シリンダにより動かして誘導加熱コイルに入れる。し
かる後、上部鋳型をガラスに近接して配置する。鋳型と
ガラスに適当な温度−圧力を加える。次いで、上部鋳型
を上げ、装置の残りの部分を加熱コイルの下まで下げ、
成形された製品を手で取り出し、精密焼なまし装置に移
すっ装置の構成材料および加圧工程における温度に応じ
て、成形装置を非酸化性雰囲気に置き、酸化によって表
面の光沢や許容度が変化しないように保護することが有
利である。

第１図および第２図に示す誘導加熱は、ガラスプレフォ
ームの温度が鋳型の温度と実質的に異ならないようにし
ているが、本発明はこのような加熱方式に限定されるも
のではない。例えば、比較的高温のガラスをそれよりも
低温の鋳型内に導入した後で加圧を行ない。

必要な等温条件が確立された後に初めてガラスが鋳型表
面に一致するようにしてもよい。

等温条件下においては、鋳型に一致するためのガラスプ
レフォームの流動は次の式によって支配される。

“　　　　形状） ここで、ｔｏは（ガラスプレフォームが鋳型の形状に）
一致するのに必要な時間であり、Ｐはガラスが充分に加
圧されたときのガラス内の静水圧であり、加圧操作に用
いた力をキャビティの表面積で除した値に等しく、また
、Ｕはガラスの粘度である。Ｃの値は、鋳型キャピテイ
の形状とガラスの出発時の形状との差に依存し、その差
が小さいほどＣの値は小さぐなる。Ｃの値に応じてｔ。

、Ｐおよびμの任意の組合せを用いてガラス製品を成形
すればよい。実際的な目的からは、１．（加圧時間）の
値が小さいような組合せが好ましい。そのような組合せ
は、Ｃの値に大きく依存する。

この様子は、後述の実施例３において説明されている。

すなわち、該実施例においては、鋳型表面の形状とガラ
スプレフォームが極めて接近しているので、ガラスの粘
度が非常に高い場合にガラスが鋳型に一致する状況が示
されている。同様な検討を行なうことによって、精密な
成形を行なうのに好適な加圧力Ｐの大きさは極めて広範
囲に変化させ得ることは明らかであろう。実際上の値は
約１〜５０゜０００　ｐｓｉ　（０，０７〜３，５ｉ）
Ｏｋｇ／　ｃｄ　）の範囲に存し、好ましい範囲は約５
００〜２，５００　ｐｓｉ　（３５〜１７５に９／ｄ）
である。

実施例　ｌ 酸化物を基準にして、重量パーセントで、約４７．６％
のＰ２Ｏ５、４，３％のＮａ２Ｏ、２，１％のＬｊＯ、
２３％のＢａＦｚ　、および２３チのＰｂＯから成るガ
ラス用パッチを従来の手法に従って白金製るつぼの中で
溶融した。フッ化物は、どのカチオンと結合されている
か解らないので、単にＢａＦ２（これは、ガラス組成物
にフソ化物を添加するための実際のパンチ成分である）
として記述する。該溶融物から棒状ガラスを鋳造した後
、ガラス技術の分野で周知の成形法を用いて、所望のレ
ンズに等しい体積を有し且つ該レンズに近似した形状を
有するプレフォームを成形した。第１図に示す装置全上
述したような方法に従って組立てた。

４２０Ｍステンレス鋼を用いて、目的とするレンズに合
致するような非球面キャビティを有する直径１０Ｉ１１
の鋳型を製作した。ブツシュは、タングステンカーバイ
ドで作った。還元性ガス（９２％Ｎ２と８％Ｈ２から成
る）を含有スるグローブボックスの中に装置を配置した
。

前記プレフォームを収容した鋳型を誘導コイル内で３３
１℃に加熱し、該温度で５時間維持して熱平衡に達する
ようにした。この温度は、ガラスの粘度が約９×１０　
ポアズになる温度に相当する。１３００ｐｓｉの圧力を
鋳型に１分間加えた。該荷重を除いた後、鋳型を迅速に
２８０℃に冷却しくこの温度では、ガラスの粘度は約１
０１２〜１０１３ポアズであった）、鋳型を分解し、得
られたレンズを鋳型から取り出し、該レンズの側面をセ
ラミックの板の上に配置し、しかる後、そのセラミック
板とレンズを約２８０℃のなまし処理に供した。該なま
し処理を空気雰囲気中で行ない、レンズを約り０℃／時
間の速度で室温まで冷却した。

開口数０．４において透過干渉によって試験を行なった
ところ、入射波面と現存波面とＲＭＳ光路差は約０．０
５０λであった。このように、得られるレンズの光学的
特性は、通常の回折限界０．０７４−λよりも相当優れ
ていた。

実施例　２ 上述の実施例１と同じ組成を有するガラスプレフォーム
を調製し、該実施例と同様の方法に従って成形した。白
金−ロジウム−金合金で被覆された球面キャピテイを有
する直径１０龍の鋳型と、タングステンカーバイドで製
されたブノ／ユとを用いて、第１図に示す加圧装置を組
立てた。前記グレフォコムを収容した鋳型体音３３８℃
に加熱しくこの温度はガラスの粘度が２　Ｘ　１０８ポ
アズになる温度である）、５分間放置した。５５０　ｐ
ｓｉの圧力を２５秒間鋳型に加えた。該荷重が加えら゛
れているときに、鋳型体を迅速に２８８℃に冷却しくこ
の温度は、ガラス粘度が１０１１ポアズになる温度に相
当する）、シかる後、鋳型体を急いで分解し、得られた
レンズをなまし装置に移した。レンズの表面は、１波長
よりも少し多い分だけ球形からずれていた。

実施例　３ 実施例２と同様の操作を行なった。但し、鋳型体を分解
する前に該鋳型体に２２８℃で５分間荷重を加えた。Ｐ
−Ｐが０．２１λおよ全有するレンズが鋳型によって成
形された。

１）−Ｐとはピーク間の差（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ
　）を意味し、最大分布の値と最小分布の値との差を表
わす。すなわち、 Ｐ　−Ｐ　＝　Ｘｍａｘ、　−Ｘｍ１ｎ。

である。ＲＭＳとは二乗平均（ｒｏｏｔ−ｍｅａｎ−ｓ
ｑｕａｒｅ　）ｉ意味し、これは、次式のように、分布
値とその平均値の差の二乗の平方根を表実施例２の場合
と同様に、鋳型全荷重金脈えた下で冷却すると、ガラス
は、冷却中に鋳型とは異なる収縮挙動を示しくこれは、
ガラスと鋳型の熱膨張が異なるからである）、それとと
もに、（圧力が加えられているために）元に戻って鋳型
表面と一致しようとする。このような状態は、表面形状
のゆがんだレンズを形成させることになる。しかしなが
ら、本実施例において、低温において（但し、ガラスの
粘度は１ｏ１２ポアズよりも大きくはならないようにす
る）荷重を充分な時間保持して等温条件が得られるよう
にすれば、ガラスが鋳型に一致し、その結果、表面形状
の良好なレンズが得られることが示された。

実施例　４ 実施例１と同じ組成の溶融物からガラスペレット全鋳造
し、実施例１と同様の手法に従って成形しプレフォーム
を得た。鋳型とリングがステンレス鋼（４００シリーズ
）から構成されている第２図の装置を組立て、該装置に
プレフォームを配置し、全体を還元性（９２チのＮ２と
８俤のＮ２から成る）が含有されてイルグローブボック
ス内に封入した。

装置を３１９℃（ガラスの粘度が〜３　ＸＩＯ’ポアズ
になる）に加熱し、該温度に４分間維持した。鋳型体に
５００　ｐｓｉの圧力を１分間加えたつ該荷重を保持し
たまま、鋳型体を２８０°Ｃ（ガラスの粘度は〜７×１
０　ポアズになる）に冷却し、該温度に約５分間保持し
た後鋳型体を分解して、得られたレンズを約２７０℃の
焼なまし処理に供した。焼なまし処理後のＶンズ表面の
鋳型表面に対する複製塵はＰ−Ｐで０．２５λよりも優
れていた。成形工程はいずれも等温条件下で行なわれた
が、この手法は必須ではない。すなわち、第二番目の加
圧と最終的な加圧は等温条件下で行なわなければならな
いが、最初の加圧は等温条件でなくてもよい。

実施例　５ 実施例１で記載したのと同様の方法に従い、直径２４　
ｍｍの鋳型を用いて曲率半径が２４．０闘の両凸形のガ
ラスプレフォームを得た。用いたガラス組成物は、酸化
物を基準にした重量パーセントで、約５．９％のＰｂＯ
、ＫｚＯ＋−Ｎａ２０−＋−ｃａＯ約１９．２　Ｔｏ　
、　Ｂ２Ｏ３約７．９　％　、および５ｉＯｚ　６７　
％から成るものであった。第１図に示すのと同様の装置
（鋳型は炭化タングステンから製された球形のものであ
る）′！！−組立てた。

鋳型内にプレフォームを配置して、全体を６３５℃に加
熱したところ、該温度でガラスは１０　ポアズの粘度を
示した。８５０気圧（１２，３２８ｐｓｉ　）の荷重を
鋳型に２分間加えた。

その荷重を維持したまま、鋳型体を５・７０℃に冷却す
ると、ガラスの粘度はＩＯポアズとなった。上部鋳型２
を上昇させて荷重を解放し、得られたレンズを下部鋳型
１に載置しながら焼なまし処理に供した。

最終的に得られたレンズの干渉測定を行なったところ優
れた再現性を示した。

実施例　６ 酸化物を基準にし重量パーセントで、概略、１％のＭｇ
Ｏ、ＣａＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ２Ｏ＋に２０２７　％　。

Ａｌ２Ｏ３０，７％、　８２０３０．７％、　８ｂ２０
３０．６チおよび５ｉＯｚ　７０　％から成るガラス組
成物を用いて、実施例５と同様の方法に従い該実施例と
同じ形状のガラスプレフォームを調製した。

実施例５に記したのと同じ成形装置を用い、上記のプレ
フォームを鋳型内に配置して装置を６５０℃に加熱した
ところ、該温度においてガラスは５×１０８ポアズの粘
度を示した。

９００気圧（１３，０５３ｐｓｉ　）の荷重を２分間鋳
型に付与した。鋳型体を５３８℃（この温度において、
ガラスの粘度は１ｏ１３ポアズになる）に冷却し、この
際、荷重を少しずつ低くして５３８℃においてゼロにな
るようにした。上部鋳型２を上昇させ、得られたレンズ
を下部鋳型１に配置して焼なまし処理に供した。

最終的に得られたレンズの干渉測定すると、優れた再現
性を示した。

酸化物を基準にする重量パーセントで、概略、Ｎａ２Ｏ
＋Ｋｚ０２　％　、　Ｐｂ０７０．５　％　、　Ｂ２０
３０５％、およびＳｉＯ＋　２７　％から成る組成物か
ら、実施例５と同様の方法に従い該実施例と同じ形状の
ガラスプレフォームを調製した。

実施例５と同じ成形装置を用いて、プレフォームを鋳型
内に配置して、該鋳型体を５２５℃に加熱したところ、
該温度においてガラスは１０９ポアズの粘度を示した。

鋳型に２分間にわたり８００気圧（１１，６０３ｐｓｉ
　）の荷重を加えた。荷重を保持したまま、鋳型体ヲ４
４５℃に冷却したところ、ガラスは１０　ポアズの粘度
を示した。上部鋳型２を上げて荷重を除き、得られたレ
ンズを下部鋳型上に配置して焼なましを行なった。

最終的に得られたレンズの干渉測定を行なったところ、
優れた再現性金示した。

なお、上述の実施例２〜７においては、加圧工程で採用
した荷重を一定に保持したまま又は徐々に低下させなが
ら、ガラスの粘度が約１０１′〜１０１３ポアズになる
温度に鋳型体を冷却しているが、このような操作は必須
ではない。すなわち、ガラス成形体を鋳型（の形状）に
一致するように保持するような荷重を加えておかねばな
らないが、そのような荷重は加圧工程において最初に加
えられる荷重よりかなり、低くな−っていてもよい。同
様に、加圧工程において加えられる圧力よりも大きい圧
力音用いることもできるが、実際的な利点はない。

また、上述の実施例においては、ガラスプレフォームを
鋳型内に配置してそのプレフォームの温度を鋳型と一緒
に上昇させているが、このような操作は本発明の方法に
おいて必須の条件ではない。すなわち、プレフォームと
鋳型とを別々に所望の温度にまで加熱し、鋳型に荷重が
加えられるときにのみ両者を一緒することもできる。

単一の工程、すなわち、ガラスの粘度が１０８〜５×１
０Ｉ０ポアズになる温度において等温加圧を行ない、得
られる製品を鋳型から直ちに取り出すことによって、優
れた表面形状を有する製品をきわめて迅速に製造するこ
とができる。一方、表面形状が最良になるのは、ガラス
の粘度が約１０１１〜１０１２ポアズとなるような温度
において最終的な表面形状が得られた場合である。しか
しながら、そのような温度における加圧操作に要する時
間は非常に長くなる。したがって、実施例３に記したよ
うな２段階の工程から成る方法が軽重しい。すなわち、
ガラスの粘度が約１０８〜１０１０ポアズになるような
温度において短時間の第１の加圧操作を行ない、次いで
、圧力’ｋＷ持したまま、ガラスの粘度が約１０１１〜
１０１２ポアズになるような温度に急速に冷却する。し
かして、その温度を比較的荀い時間保持して等温条件を
確保した後、得られた製品を鋳型から取り除く。上記の
温度に保持する時間を長くしても成形体の特性に悪影響
を与えることはないが、経済的には好ましくない。

２段階の成形を行なう上述の好ましい方法に代る方法と
して、２組の鋳型を用いてもよい。第１の組の鋳型は、
ガラスプレフォームの粘度が約１０８〜１０１０ポアズ
となるような温度において用いられる。該温度において
加圧操作を行なった後、プレフォームを鋳型を取り出す
が、この時、表面形状が損われることは僅かである。し
かる後、プレフォームを第２の組の鋳型に導入し、ガラ
スの粘度が約１０１１〜１０１２ポアズになるような温
度に露す。

該温度における第２の加圧工程は、ガラスの流動量がき
わめて少ないので、長時間の成形時間全必要とせずに正
確な表面形状を与える。

この第２の加圧操作は等温条件下で行なわなければなら
ないが、第１の加圧操作はそのような条件は必ずしも要
求されない。

上述の説明から理解されるように、鋳型の材料が充分な
耐火性を有しガラスに対し不活性であれば、本発明に従
い殆んど全てのガラスから高精度で優れた表面形状を有
するガラス成形体を得ることができる。実用的には、加
圧操作は、１０００〜６５０℃の範囲の温度、特に好ま
しくは約２５０°〜４５０°Ｃの範囲の温度で行なわれ
ることが望まれる。したがって、１００°〜６５０℃の
温度範囲、特に好捷しくけ２５０°〜４５０°Ｃの温度
範囲において、１０８〜１０１２ポアズの粘度を示すガ
ラス組成物がそのような要求に合う。リン酸塩系のガラ
ス組成物は、ガラスの技術分野において、一般に転移温
度が低いものとして認められている。そのよう々ガラス
は、氷見嬰の成形法に好適である。しかしながら、リン
酸塩系のガラスは捷だ、当該技術分野において′は、し
ばしば化学的耐久性が劣ることも知られている。

Ａ、Ｒ，ＯＩ　ｓｚｅｗｓｋｉ等による１９８０年２月
２６日出願の米国特許出願第１２４，９２４号には、ア
ルカリ金属−アルミノ７ノ化リン酸塩系のガラス組成物
に属し、転移温度が３５０°Ｃよりも低く優れた耐候性
を有し、酸化物基準の重喰パーセントで、３０〜７５チ
のＰｚＯｓ　１３〜２５％のＲ２０（ここで、Ｒ２０は
、０〜２０チのＬＬ２０，０〜２０ｑ６のＮａ２Ｏ＋　
Ｏ〜２０　％のに２０　、０〜１０チのＰｂ２Ｏ、およ
び０〜１０チのＣｓ　２０から成る）、３〜２０％のＡ
ｌ２Ｏ３１および３％より多く且つ２４チより少ないＦ
から成り、Ｆ　：　ＡＪの原子比が１．５〜５に存し、
ＲＡＰの原子比が１よりも小さいようなガラス組成物が
開示されている。その諸性質から言って、該ガラス組成
物は、本発明の方法に用いられるのに最も好ましい組成
物と考えられる。

上述の実施例においては、ガラスの粘度範囲に応じて種
々の熱的条件下に実験室規模の装置でガラス製品が成形
された。しかしながら、実用的な見地からの最も理想的
な状態は、滞在時間をできるだけ小さくすることである
。

したがって、成形時の粘度が約ＩＯ８〜１０１２ポアズ
の範囲にあるように適当に調節することにより、そのよ
うな最小の滞在時間が得られるようにする。

ガラスの粘度が１０ポアスよりも小さくなるような温度
においても成形はできるが、そのような手法は、ガラス
の均一性を得ることができなかったり、成形装置の空隙
にガラスが流入するという好ましくないことが起こり、
その結果、加圧成形製品の端部にばりが生じるというよ
うな欠点がある。他方、ガラスの粘度がｌＯポアズを超
えるような成形操作は、高い圧力と長い滞在時間とを必
要とし、更に、レジリエンスに、よりガラスを破壊させ
ることが多くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法に使用する装置の一例を示す断
面図、 第２図は、本発明の方法に使用する装置の他の例を示す
断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）高精度で優れた表面形状を有するガラス製品を成
   形する方法であって： （ａ）　　所望の最終製品の形状に近似する形状を有す
   るガラスプレフォームを調製する工程； （ｂ）　　所望の最終製品の形状に正確に対応する内部
   形状を有する鋳型を調製する工程；（Ｃ）　　前記ガラ
   スプレフォームを、その粘度が１０８〜１０１２ポアズ
   の範囲に存するような温度に露す工程； （ｄ）　　前記鋳型を、前記ガラスプレフォームと同じ
   温度またはそれに近い温゛度に露す工程； （ｅ）　　前記ガラスプレフォームが前記の粘度範囲に
   存する間に該プレフォームを前記鋳型に配置して、該鋳
   型に充分な時間に亘り荷重を加えることによって、少な
   くとも該鋳型の近傍にお（・て（ｉ該鋳型と前記プレフ
   ォームとをほぼ同じ温度にし、且つ、該プレフォームを
   該鋳型の内部形状に一致する形状に成形する工程； （ｆ）　　得られるガラス成形体を、その粘度カー１０
   １３ポアズよりも小さくなるような温度に存するときに
   前記鋳型から取り出す工程；および、 （ｇ）　　そのガラス成形体を焼なまず工程；を含むこ
   とを特徴とする精密ガラス製品の成形方法。 （２）　　前記ガラスプレフォームカー、１０００〜６
   ５０°Ｃの温度において１０８〜１ｄ２ポアズの範囲の
   粘度を有するような組成を有して（・ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項言己載の方法。 Ｘ’１０１０ポアズの粘度を有するような温度において
   行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 （４）　　前記鋳型に加えられる荷重が、約１〜５０．
   ０００　ｐｓｉ　　（０，０７〜３，５００　ｋｇ／　
   ｔｒ！　）の範囲に存することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 （５）前記ガラスプレフォームの少なくとも前記鋳型の
   近傍における温度と、該鋳型の温度との差が、前記荷重
   を加えている工程の終了時においては約２０℃奮起えな
   いようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 （６）　　ガラス成形体を、その粘度が１０１２ポアズ
   よりも小さくなるような温度において励記鋳型から取出
   すこ（！：ニラ徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 （７）前記ガラスプレフォームが、酸化物全基準にした
   重量パーセントで、３０〜７５％のＰ２Ｏ５、３〜２５
   チのＲ２０（但し、Ｒ２０は（）〜２０％のＬ１２０，
   ０〜２０％のＮａ２Ｏ。 ０〜２０チのに２０　、　Ｏ〜１０係のＲｂ２Ｏおよび
   ０〜１０％のＣ５２０から成る）、３〜２０チのＡｌ２
   Ｏ３＋および３％よりも多く且つ２４チよりも少ないＦ
   から成り、Ｆ：ＡＪの原子比が１．５〜５であり、まだ
   、Ｒ；Ｐの原子比が１よりも小さくなるような組成を有
   していることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載′
   の方法。 （８）　　前記ガラスプレフォームを成形する工程が、 （ｉ）　　前記プレフォームが１０８〜ｓ　ｘ　ｔｏｌ
   Ｏポアズの粘度を有するときに該プレフォームを前記鋳
   型に配置して該鋳型に充分な時間にわたり荷重を加える
   ことによって、少なくとも該鋳型の近傍においては該鋳
   型と該プレフォームとを実質的に同じ温度にし且つ該プ
   レフォームを該鋳型に一致する形状に成形し、 （１１）前記鋳型への前記荷重を保持しつつ、得られる
   ガラス成形体が少なくとも該鋳型の近傍においては約１
   ０１１〜１０１２ポアズの粘度を有するような温度に１
   で該鋳型を冷却し、 （１１０前記温度と荷重を充分な時間にわたって保持す
   ることによって、少なくとも前記鋳型の近傍においては
   、該鋳型と前記ガラス成形体とを実質的に同じ温度にす
   ること、 から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 （９）前記カラスプＶフオーム金成形する工程が、 （１）　　該ガラスプレフォームを第１の鋳型内に配置
   して該プレフォームと該ガラスプレフォームとを該ガラ
   スプレフォームのガラスが約１０８〜１０１０ポアズの
   粘度を有するような温度に露し、且つ、該鋳型に荷重を
   加えて、該プレフォームを該鋳型の内部形状に一致する
   形状に成形し； （１１）　　そのガラスプレフォームを前記第１の鋳型
   から取出して第２の鋳型に導入し・（ｉｉ＋）　　その
   第２の鋳型とプレフォームとを、該プレフォームのガラ
   スが約ｔｏ”〜１ｏ１２の粘度全有するような温度に露
   し、且つ、該第２の鋳型に充分な時間にわたり荷重を加
   えることによって、少なくとも該鋳型の近傍においては
   該鋳型と該プレフォームとをほぼ同じ温度にし、且つ、
   該フ。 レフオーム金該鋳型に一致する形状に成形すること、 から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ＯＯ前記プレフォームと前記第１の鋳型とを、該プレフ
   ォームのガラスが約１０８〜１０１０ポアズの粘度を有
   するような温度に露されているときに、該第１の鋳型に
   充分な時間にわたり荷重を加えることによって、少なく
   とも該第１の鋳型の近傍においては、該第１の鋳型と該
   プレフォームとをほぼ同じ温度ニジ、且ツ、該プレフォ
   ーム全該第１の鋳型に一致する形状に成形することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。