JPS6132263B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、精密ガラス製品の成形法に関する。

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つ
て製造されている。第１の方法においては、通常
の方式に従つてガラスバツチを溶融し、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を所望
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。破砕によつ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。他の形状、特に、非球状を破砕によつて得
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、破砕操作によつて得た表面は、従来
からの複雑な研磨操作によつて研磨しており、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。ばり取りによつて、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、ばり取りによつて改
良されない。これは、そのような非球状表面を有
するレンズを破砕によつて整形することができな
かつ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
チツクレンズを製造するのに用いられている。し
かしながら、光学用のプラスチツクレンズは、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
チツクは、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
被覆を施しても、それらの欠点を完全に解決する
ことはできない。更に、プラスチツク製の光学素
子は、物理的力、湿度および熱によつて変形を受
け易い。プラスチツ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ツ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つては、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。表面のチルマークや表面
形状の偏差によつて常に悩まされる。同様の問題
は、従来からの再プレス（repressing）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、成形されているガラスの温度を鋳
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2410616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つている。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ヤンバの開口部を覆う
ように炎のカーテン（通常は、燃焼水素）を用い
て空気の導入を防止していることである。しかし
ながら、成形法における各種のパラメータを説明
するための実施例は記載されていない。

米国特許第3833347号にも、ガラスレンズを加
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つている。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 carbon）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、金属製のダイを
用いると、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
ガラスのチヤンクを入れること；(2)鋳型を包囲す
るチヤンバを先ず脱気し、次いで、該チヤンバ内
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こと；(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)鋳型を更に冷却して約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、本質的に歪を有さず、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3844755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：(1)ガラス様炭素から製されたトランスフア
ーチヤンバに光学ガラスの塊を入れること；(2)該
チヤンバを加熱して空気を排出し、次いで、該チ
ヤンバに還元性ガスを導入すること；(3)該チヤン
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
面によつて画定されているキヤビテイ内にスプル
ーを介してガラスを流入させ、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、チヤ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こと；(6)
荷重を除くこと；(7)チヤンバを更に冷却して約
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。

米国特許第3900328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を成形する方法
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ヤビテイに加熱軟化され
たガラスの一部を入れ、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、鋳型を冷却した後開き、鋳型からレンズ
を取り出すことから成る。

米国特許第4073654号は、水和ガラスから光学
レンズを加圧成形する方法に関する。該特許の方
法は、水和ガラスの粒状物を鋳型に配置し、鋳型
を真空に引き、鋳型を密閉して該鋳型から水蒸気
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4319677号には、上述の米国特許第
3833347号および第3844755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アー成形
が記載されている。但し、この米国特許第
4319677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。

ヨーロツパ特許出願第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10⁷.⁶ポアズよりも小さくなるような温度
において、ガラスレンズを等温加圧成形する方法
が開示されている。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、したがつて、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。したがつて、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ため
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、極めて正確で再現性の優れた成
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
るガラスプレフオーム（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
10¹²ポアズ以下となるような温度に前記プレフ
オームを露し； (4) 前記プレフオームの温度またはそれに近い温
度に前記鋳型を露し； (5) 前記プレフオームが前記粘度範囲に存するよ
うにして該プレフオ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、該鋳型と該プレフオームとが少なく
とも該鋳型の近傍においてほぼ同温度となし、
該プレフオ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
を有することが必要である。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。

したがつて、鋳型の表面の材料として広範囲の
材料が適用され得る。使用され得る材料として
は、400系列のステンレス鋼、無電解ニツケル、
ベリリウム−ニツケル合金、炭化タングステン、
貴金属（白金、ロジウム、金等）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
使用することは要しない。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つて供され
る。

本発明の成形方法を実施するに当つては、従来
からの方法に従つて、光学的品質を有するガラス
のガラス体が該ガラスのバツチを溶解することに
よつて調製される。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
製品の設計によつて決められる。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、鋳型のキヤビテイ内のガスをできる
だけ捕捉しないようにする。例えば、成形によつ
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ヤビテイの曲面よりも鋭
くして、ガラス体が先ず鋳型キヤビテイの中心に
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つてもガスの
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オームの形状
が、できるだけ鋳型の形状に適合するようにす
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
にばりが生じないようにする。また、最も好まし
い態様に従えば、ガラスプレフオームが表面荒さ
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、
ガラスプレフオ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
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10⁸〜５×
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つて実
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
プレフオームの温度とが少なくとも鋳型の近傍に
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
オームを流動させて鋳型の表面に合致させる。

一般的には、本発明に従つ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、従つて、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まなし操作は、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
ることによつて、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
するのではなく、ガラスの粘度が10¹³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/cm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。

本発明の方法にとつては成形装置の構造は重要
ではないが、加圧装置は、ガラスプレフオームに
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。

レンズを成形するための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
示的なものであつ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１および２は、ブツシ
ユ３内を滑動するピンの形状を成す。光学的表面
すなわちキヤビテイ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、
ブツシユ内の鋳型の嵌合の具合によつて調節され
る。第１図に示す装置においては、鋳型キヤリヤ
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
ユ３を動かして誘導加熱コイル内に入れ、該ブツ
シユ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をガラスプレフオ
ーム９に押圧して、該プレフオームを流動させ
る。加熱は誘導加熱によつて行なわれ、冷却は自
然対流によつて行なわれる。装置の温度は、下部
鋳型１に設けられた熱電対によつて検知され制御
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
キヤビテイ２２が形成されている。鋳型２０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、該シリンダが鋳型を動かす。下部油圧
シリンダが、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
してガラスプレフオーム２６に力を加える。鋳型
とガラスプレフオームは誘導加熱に供され、冷却
は自然対流によつて行なわれる。装置内の温度
は、熱電対２７によつ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、キヤビテイの容量は可変である。すなわち、
流動ガラスがキヤビ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
スの体積によつて決定される。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、キヤビ
テイの容量は一定である。通常、鋳型内に入れら
れたガラスプレフオームはキヤビテイを完全には
充満しない。この結果、第２図の１８に示される
ように、鋳型によつ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の厚さによつて支配される。図に示すいずれ
の方法および装置によつても、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、鋳型キヤリヤに外部スト
ツパを取付けることによつて、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
ば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
流入することによつ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
作するに当つては、ガラスプレフオーム、下部鋳
型およびブツシユ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。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、酸化によつ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
プレフオ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
ガラスプレフオームの流動は次の式によつて支配
される。

ｔ_０Ｐ／μ＝Ｃ（鋳型の形状、出発時のガラスの形状） ここで、t₀は（ガラスプレフオームが鋳型の形
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ヤビテイの表面積
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、鋳型キヤビ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の値は小さくなる。Ｃの値に応じてt₀、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、t₀（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オ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
を行なうことによつて、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
〜50000psi（0.07〜3500Kg/cm²）の範囲に存し、
好ましい範囲は約500〜2500psi（35〜175Kg/cm²）
である。

実施例 １ 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LiO、23％
のBaF₂、および23％のPbOから成るガラス用バ
ツチを従来の手法に従つて白金製るつぼの中で溶
融した。フツ化物は、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
ス組成物にフツ化物を添加するための実際のバツ
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
オームを成形した。第１図に示す装置を上述した
ような方法に従つて組立てた。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
非球面キヤビテイを有する直径10mmの鋳型を製作
した。ブツシユは、タングステンカーバイドで作
つた。還元性ガス（92％N₂と８％H₂から成る）
を含有するグローブボツクスの中に装置を配置し
た。

前記プレフオームを収容した鋳型を誘導コイル
内で331℃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９×10⁸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（この温
度では、ガラスの粘度は約10¹²〜10¹³ポアズであ
つた）、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ツクの板の
上に配置し、しかる後、そのセラミツク板とレン
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50℃／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つて試験を行
なつたところ、入射波面と現存波面とRMS光路
差は約0.050λであつた。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0.074λ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
フオームを調製し、該実施例と同様の方法に従つ
て成形した。白金−ロジウム−金合金で被覆され
た球面キヤビテイを有する直径10mmの鋳型と、タ
ングステンカーバイドで製されたブツシユとを用
いて、第１図に示す加圧装置を組立てた。前記プ
レフオームを収容した鋳型体を338℃に加熱し
（この温度はガラスの粘度が２×10⁸ポアズになる
温度である）、５分間放置した。550psi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（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）、しかる後、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つた。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およびRMSが0.030λ
以内のｆが0.8の球形面を有するレンズが鋳型に
よつて成形された。

Ｐ−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.−Xmin. である。RMSとは二乗平均（root−mean−
square）を意味し、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わす。

実施例２の場合と同様に、鋳型を荷重を加えた
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（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）元に戻つて鋳型表面と
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10¹²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ツ
トを鋳造し、実施例１と同様の手法に従つて成形
しプレフオームを得た。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、該装置にプレフオームを配置
し、全体を還元性（92％のN₂と８％のH₂から成
る）が含有されているグローブボツクス内に封入
した。

装置を319℃（ガラスの粘度が〜３×10⁹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500psiの圧力を１分間加えた。該荷重を保
持したまま、鋳型体を280℃（ガラスの粘度は〜
７×10¹¹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
処理後のレンズ表面の鋳型表面に対する複製度は
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24mmの鋳型を用いて曲率半径が24.0mmの両凸形
のガラスプレフオームを得た。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、K₂O＋Na₂O＋CaO約19.2％、B₂O₃
約7.9％、およびSiO₂67％から成るものであつ
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）を組
立てた。

鋳型内にプレフオームを配置して、全体を635
℃に加熱したところ、該温度でガラスは10⁹ポア
ズの粘度を示した。850気圧（12328psi）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570℃に冷却すると、ガラスの粘度
は10¹³ポアズとなつた。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つた
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MgO、CaO＋BaO＋Na₂O＋K₂O27％、
Al₂O₃0.7％、B₂O₃0.7％、Sb₂O₃0.6％および
SiO₂70％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
ラスプレフオームを調製した。実施例５に記した
のと同じ成形装置を用い、上記のプレフオームを
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（13053psi）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10¹³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。

実施例 ７ 酸化物を基準にする重量パーセントで、概略、
Na₂O＋K₂O2％、PbO70.5％、B₂O₃0.5％、およ
びSiO₂27％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
フオームを調製した。実施例５と同じ成形装置を
用いて、プレフオ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（11603psi）の荷重を加え
た。荷重を保持したまま、鋳型体を445℃に冷却
したところ、ガラスは10¹³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つ
た。

最終的に得られたレンズの干渉測定を行なつた
ところ、優れた再現性を示した。

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10¹¹〜10¹³
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、この
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つていてもよい。同様に、
加圧工程において加えられる圧力よりも大きに圧
力を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
オームを鋳型内に配置してそのプレフオームの温
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、プレフオ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〜
５×10¹⁰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
とによつて、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。したがつて、実施例３に記したよ
うな２段階の工程から成る方法が好ましい。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、圧力を保持したまま、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、その温度を比較的短い時
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、ガラスプレフオームの粘度が約
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つた後、
プレフオ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
レフオームを第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
を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、100゜〜
650℃の範囲の温度、特に好ましくは約250゜〜
450℃の範囲の温度で行なわれることが望まれ
る。したがつて、100゜〜650℃の温度範囲、特に
好ましく250゜〜450℃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。そのようなガラス
は、本発明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また、当雅技術分野に
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.Olszewski等による1980年２月26日出願の
米国特許出願第124924号には、アルカリ金属−ア
ルミノフツ化リン酸塩系のガラス組成物に属し、
転移温度が350℃よりも低く優れた耐候性を有
し、酸化物基準の重量パーセントで、30〜75％の
P₂O₅、３〜25％のR₂O（ここで、R₂Oは、０〜20
％のLi₂O、０〜20％のNa₂O、０〜20％のK₂O、
０〜10％のPb₂O、および０〜10％のCs₂Oから成
る）、３〜20％のAl₂O₃、および３％より多く且
つ24％より少ないＦから成り、Ｆ：Alの原子比
が1.5〜５に存し、Ｒ：Ｐ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
諸性質から言つて、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。したがつて、成形
時の粘度が約10⁸〜10¹²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10⁸ポアズ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つ
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10¹²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。 １，２０……下部鋳型、２，２１……上部鋳
型、９，２６……ガラスプレフオーム。

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つて： (a) 所望の最終製品の形状に近似する形状を有す
   るガラスプレフオ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) 前記ガラスプレフオームを、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、前記ガラスプレフオームと同じ
   温度またはそれに近い温度に露す工程； (e) 前記ガラスプレフオームが前記の粘度範囲に
   存する間に該プレフオ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
   とによつて、少なくとも該鋳型の近傍において
   は該鋳型と前記プレフオームとをほぼ同じ温度
   にし、且つ、該プレフオ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、その粘度が10¹³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す工程； を含むことを特徴とする精密ガラス製品の成形方
   法。 ２ 前記ガラスプレフオームが、100⁸〜650℃の
   温度において10⁸〜10¹²ポアズの範囲の粘度を有
   す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１項記載の方法。 ３ 前記ガラスプレフオームを成形する工程が該
   ガラスプレフオームのガラスが10⁸〜５×10¹⁰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〜
   50000psi（0.07〜3500Kg/cm²）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 前記ガラスプレフオ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℃を超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前記鋳型から取
   出すことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ７ 前記ガラスプレフオームが、酸化物を基準に
   した重量パーセントで、30〜75％のP₂O₅、３〜
   25％のR₂O（但し、R₂Oは０〜20％のLi₂O、０〜
   20％のNa₂O、０〜20％のK₂O、０〜10％のRb₂O
   および０〜10％のCs₂Oから成る）、３〜20％の
   Al₂O₃、および３％よりも多く且つ24％よりも少
   ないＦから成り、Ｆ：Alの原子比が1.5〜５であ
   り、また、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 前記ガラスプレフオームを成形する工程が、 (i) 前記プレフオームが10⁸〜５×10¹⁰ポアズの
   粘度を有するときに該プレフオームを前記鋳型
   に配置して該鋳型に充分な時間にわたり荷重を
   加えることによつて、少なくとも該鋳型の近傍
   においては該鋳型と該プレフオームとを実質的
   に同じ温度にし且つ該プレフオームを該鋳型に
   一致する形状に成形し、 (ii) 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10¹¹〜10¹²ポアズの粘度を有するよう
   な温度にまで該鋳型を冷却し、 (iii) 前記温度と荷重を充分な時間にわたつて保持
   することによつて、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 前記ガラスプレフオームを成形する工程が、 (i) 該ガラスプレフオームを第１の鋳型内に配置
   して該プレフオームと該ガラスプレフオームと
   を該ガラスプレフオームのガラスが約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、該プレフオーム
   を該鋳型の内部形状に一致する形状に成形し； (ii) そのガラスプレフオームを前記第１の鋳型か
   ら取出して第２の鋳型に導入し； (iii) その第２の鋳型とプレフオームとを、該プレ
   フオームのガラスが約10¹¹〜10¹²の粘度を有す
   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つて、少
   なくとも該鋳型の近傍においては該鋳型と該プ
   レフオームとをほぼ同じ温度にし、且つ、該プ
   レフオームを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。 １０ 前記プレフオームと前記第１の鋳型とを、
   該プレフオームのガラスが約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
   ことによつて、少なくとも該第１の鋳型の近傍に
   おいては、該第１の鋳型と該プレフオームとをほ
   ぼ同じ温度にし、且つ、該プレフオームを該第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。