WO2009144943A1

WO2009144943A1 - レンズ用鋳型の製造方法

Info

Publication number: WO2009144943A1
Application number: PCT/JP2009/002361
Authority: WO
Inventors: 田口紀明; 清水秀隆
Original assignee: Hoya株式会社
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2009-12-03
Also published as: US20110133352A1; JPWO2009144943A1; EP2298706A1; JP5393664B2

Abstract

本発明は、被成形ガラス素材を成形面上に配置した成形型を連続式加熱炉内へ導入し、該炉内を搬送しながら加熱処理を施すことにより、上記被成形ガラス素材の上面を、レンズ光学面を形成するための成形面形状に成形する、レンズ用鋳型の製造方法に関する。本発明のレンズ用鋳型の製造方法は、前記連続式加熱炉内において、被成形ガラス素材の上面温度が該ガラスのガラス転移温度以上となる領域において、前記成形型を成形型搬送方向に対し右回りおよび／または左回りに回転することを含む。

Description

レンズ用鋳型の製造方法

関連出願の相互参照

　本出願は、２００８年５月３０日出願の日本特願２００８－１４２８６４号の優先権を主張し、その全記載は、ここに特に開示として援用される。

　本発明は、熱垂下法によるレンズ用鋳型の製造方法に関する。

背景技術
　眼鏡レンズ用ガラスモールドの成形方法としては、機械的研削研磨法や、機械的研削法や放電加工等の電気的加工法により作成した耐熱性母型を用い、これにガラスブランクスを接触加熱軟化させて母型の面形状を転写する方法等、得ようとする面形状ごとに研削プログラムを用いたり、対応する面形状を有する母型を成形する方法が採用されている。

　近年、軸対称の非球面レンズ設計を組み入れることにより、薄肉軽量化を図った多焦点眼鏡レンズの需要が増大している。このような複雑な形状のレンズを得るためのモールドの成形法として、熱垂下成形法が提案されている（例えば特開平６－１３０３３３号公報および特開平４－２７５９３０号公報参照、それらの全記載は、ここに特に開示として援用される）。

　熱垂下成形法は、ガラス素材を型の上に載せ、その軟化点以上の温度に加熱しガラス素材を軟化させて型と密着させることにより、型形状をガラス素材の上面に転写させて所望の面形状を有する成形品を得る成形法である。ガラス素材の加熱は、バッチ式加熱炉または連続式加熱炉において行うことができるが、生産性の点から連続式加熱炉が広く用いられている。連続式加熱炉によれば、加熱対象物を炉内に搬送するにあたり、搬送方向において所定の温度分布を持つように炉内を温度制御することにより、昇温過程、高温保持過程、降温過程等の一連の処理を炉内で連続的に行うことができる。しかし、連続式加熱炉は、上記の通り搬送方向において温度分布を有するため加熱対象物の面内各部における温度が不均一となりやすい。連続式加熱炉を使用した熱垂下成形法では、炉内の温度分布の不均一性によって設計値通りの所望の面形状を形成することが困難である点が課題であった。

　上記の点についてより詳しく説明すると、眼鏡レンズには、レンズ表面が球面形状に設計されている球面レンズと、非球面形状に設計されている非球面レンズがある。非球面レンズは、面形状をうまく設計することにより、レンズの端部を透過した光の焦点と中央部を透過した光の焦点のズレである収差を非常に小さくすることができる。このため、非球面レンズの需要が高まっている。しかしながら、収差を最小に抑えるためには、複雑な表面設計が要求され、また、レンズを注型成型するときには設計した複雑な表面形状を高精度に実現する必要がある。しかし、上記熱垂下成形法は、ガラス素材上面を型と接触させずに間接的に成形する成形法であるため、上面形状の制御は容易ではない。特に、成型レンズの収差が少なくなるように精密に設計された非球面レンズ用モールドを製造するためには、非球面の面形状を有する成形型が使用されるが、このように複雑な形状をガラス素材上面に高精度に転写することはきわめて困難であった。特に、ガラス素材の熱軟化進行中にガラス素材表面の温度分布が均一でない場合、僅かな温度の分布でも、仕上がりのモールドの形状が設計形状から外れてしまう現象が起きるおそれがある。非球面レンズ用のモールドを製作するときにこのような現象が生じると、複雑な補正作業を要することになる。また、単焦点レンズのように回転対称性を有するレンズ用のモールドを製作する場合にこのような現象が生じると、温度分布のずれにより対称性がずれたモールドが製作されてしまう。対称性に優れたモールドであれば、設計値から多少の誤差が生じたとしても容易に補正し設計値に沿った所望の面形状とすることができるが、対称性がずれたモールドは補正はきわめて困難である。

発明の開示
　そこで本発明の目的は、所望の面形状を有するレンズ用モールドを、熱垂下成形法によって高い生産性をもって製造するための手段を提供することにある。

　本発明者らは上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、連続式加熱炉において、被成形ガラス素材上面の変形が大きく進行する領域である、被成形ガラス素材の上面温度が該ガラスのガラス転移温度以上となる領域で成形型を回転させることにより、温度分布の不均一に起因する変形誤差を抑制することができ、これにより被成形ガラス素材上面を設計値に沿った所望形状に成形できることを見出し、本発明を完成するに至った。

　本発明は、被成形ガラス素材を成形面上に配置した成形型を連続式加熱炉内へ導入し、該炉内を搬送しながら加熱処理を施すことにより、上記被成形ガラス素材の上面を、レンズ光学面を形成するための成形面形状に成形する、レンズ用鋳型の製造方法であって、前記連続式加熱炉内において、被成形ガラス素材の上面温度が該ガラスのガラス転移温度以上となる領域において、前記成形型を成形型搬送方向に対し右回りおよび／または左回りに回転することを含むレンズ用鋳型の製造方法に関する。

　上記製造方法により、回転対称性を有するレンズ用の鋳型を製造することができる。

　上記製造方法により、単焦点非球面レンズ用鋳型を製造することができる。

　前記連続式加熱炉を、成形型導入口側から、成形型搬送方向に向かって被成形ガラス素材の上面温度が上昇する昇温領域、被成形ガラス素材の上面温度を昇温領域における最高温度以上の温度に保持する高温保持領域、被成形ガラス素材の上面温度が高温保持領域における最高温度より低温となる冷却領域、がこの順に配置されるように温度制御することができ、上記高温保持領域において前記回転を行うことができる。

　前記回転は、成形型搬送方向に対して右回りまたは左回りに１８０°以上の回転角度で回転し、次いで該回転とは反対回りに１８０°以上の回転角度で回転することを含むことができる。

　本発明によれば、対称性に優れた単焦点レンズ用モールドおよび複雑な面形状を有する非球面レンズ用モールドを高い生産性をもって製造することができる。

発明を実施するための最良の形態
　本発明は、被成形ガラス素材を成形面上に配置した成形型を連続式加熱炉内へ導入し、該炉内を搬送しながら加熱処理を施すことにより、上記被成形ガラス素材の上面を、レンズ光学面を形成するための成形面形状に成形する、レンズ用鋳型の製造方法に関する。本発明のレンズ用鋳型の製造方法では、前記連続式加熱炉内において、被成形ガラス素材の上面温度が該ガラスのガラス転移温度以上となる領域において、前記成形型を成形型搬送方向に対し右回りおよび／または左回りに回転する。

　本発明のレンズ用鋳型の製造方法により製造される鋳型は、注型重合法によりプラスチックレンズを製造するための成形型の上型または下型として使用することができる。より詳しくは、熱垂下成形法により成形されたガラス素材上面が成形型内部に配置されるように、上型および下型をガスケット等により組み合わせて成形型を組み立て、この成形型のキャビティへプラスチックレンズ原料液を注入し重合反応を行うことにより、プラスチックレンズを製造することができる。製造されるレンズとしては、単焦点レンズ、多焦点レンズ、軸対称非球面屈折力レンズ、累進屈折力レンズおよび両面非球面型累進屈折力レンズ等の自由曲面形状を有するレンズ、軸対称非球面レンズ、中心対称非球面レンズ等の各種レンズを挙げることができる。

　上記自由曲面形状とは、光学面上の遠用部測定位置における曲率とその他の位置における曲率が異なる面によって構成される面形状である。一方、球面レンズとは、遠用部測定部とレンズ光学面上のその他の位置において曲率が一定となるレンズである。軸対称非球面レンズとは、例えば幾何中心に配置された遠用部測定位置の曲率とレンズ光学面上のその他の位置における曲率が異なるレンズである。一般に軸対称非球面レンズは幾何中心に遠用測定部を配置し、中心からレンズ周縁部に至る主経線上で、レンズ中心から離れるにしたがって連続的に曲率が増大、または減少する形状である。また、中心対称非球面レンズは、例えば図１に示す断面を有する。本発明のレンズ用モールドの製造方法は、上記の各種レンズを成形するためのレンズ用モールドの製造方法として使用することができ、連続式加熱炉内の温度分布の不均一性による変形誤差を抑制し対称性に優れたレンズを成形可能なモールドを製造することができるため、高度な対称性が求められる単焦点レンズ用モールドの製造方法として好適である。更に本発明のレンズ用鋳型の製造方法は、連続式加熱炉内の温度分布の不均一性による変形誤差を抑制し、複雑な形状をガラス素材上面に高精度に転写することができるため非球面レンズのように複雑な面形状を有するレンズ用モールドの製造方法としても好適である。特に本発明のレンズ用鋳型の製造方法は、回転対称性を有する複雑な面形状の成形面を有するレンズ用の鋳型の製造方法として使用することが好ましく、単焦点非球面レンズの製造方法として特に好適である。例えば、単焦点非球面レンズの面設計については、例えば特開２００１－３５６３０４号公報および特開２００２－３１７８５号公報を参照することができ、レンズ用鋳型製造のための成形型の成形面形状は、設計された面形状に基づき決定することができる。上記出願の全記載は、ここに特に開示として援用される。

　本発明のレンズ用鋳型の製造方法では、熱垂下成形法によってレンズ用鋳型を製造する。図２に、熱垂下成形法の説明図を示す。
　通常、熱垂下成形法では、被成形ガラス素材を、ガラス素材下面中央部と成形型成形面が離間した状態となるように成形型上に配置した状態（図２（ａ））で加熱処理を施す。これにより、被成形ガラス素材の下面は自重により変形し成形型成形面と密着し（図２（ｂ））、成形型成形面形状がガラス素材上面に転写され、その結果、ガラス素材上面を所望形状に成形することができる。しかし、内部に温度分布を有する連続式加熱炉内で上記成形を行うと、炉内では位置によって雰囲気温度が異なるため被成形ガラス素材の面内各部の温度にばらつきが生じ、前述のように温度分布の不均一性に起因し所望の面形状を有する鋳型を製造することが困難となる。そこで本発明では、被成形ガラス素材の上面温度が該ガラスのガラス転移温度以上となる領域において、前記成形型を搬送方向に対して右回りおよび／または左回りに回転する。上記領域は、連続式加熱炉内で被成形ガラス素材上面の変形が大きく進行する領域である。この領域において被成形ガラス素材の面内各部において温度に大きな違いがあると前述のように対称性にずれが生じたり、成形される面形状が設計値から大きくずれることなる。これに対し、この領域において成形型を搬送方向に対し右回りおよび／または左回りに回転させれば、被成形ガラス素材の面内各部の温度の違いを低減することができる。また、上記領域では通常、被成形ガラス素材の軟化が進み被成形ガラス素材の下面と成形型の成形面とが密着した状態にあるため、回転を行っても被成形ガラス素材が成形型上で位置ずれを起こすおそれもないため安定な載置状態を維持しつつ回転により温度分布の不均一性を解消することが可能である。こうして本発明によれば、連続式加熱炉を使用する量産工程により、所望の面形状を有するレンズ用鋳型を生産することができる。
　以下、本発明のレンズ用鋳型の製造方法について、更に詳細に説明する。

[被成形ガラス素材]
　本発明において連続式加熱炉内を通過させることにより上面を成形するガラス素材の形状は特に限定されるものではないが、上面および下面が平面または球面形状であることが好ましい。上記形状のガラス素材は加工が容易であるため、上記形状のガラス素材を使用することは生産性向上に有効である。上下面が球面のガラス素材として好ましくは、凹凸面が球面形状であり、かつ法線方向に等厚または実質的に等厚なガラス素材である。ここで、「法線方向に実質的に等厚」とは、ガラス素材上の少なくとも幾何中心において測定した法線方向厚さの変化率が１．０％以下、好ましくは０．８％以下であることをいう。そのようなガラス素材の概略断面図を図３に示す。

　図３中、ガラス素材２０６は凹凸面を有するメニスカス形状であり、外形は円形である。さらにガラス素材凹面２０２および凸面２０１の表面形状は共に球面形状である。
　ガラス素材両面の法線方向とは、ガラス素材表面上の任意の位置でガラス素材表面となす角度が垂直である方向を示す。従って法線方向は面上の各位置によって変化する。例えば図３の方向２０４はガラス素材凹面上の点２０８における法線方向を表し、法線方向２０４が凹凸面となす交点がそれぞれ２０８および２０９となるため、２０８と２０９との間隔が、法線方向の厚みとなる。一方、他のガラス凹面上の位置として例えば２１０や２１２があり、その法線方向はそれぞれ方向２０３と方向２０５である。法線方向２０３上では２１０と２１１の間隔が、法線方向２０５では２１２と２１３の間隔が、法線方向の厚みとなる。法線方向に等厚なガラス素材では、このように上下面の法線方向間隔が同一の値となる。つまり、法線方向に等厚なガラス素材では、上下面が同一の中心（図３中の２０７）を共有する球面の一部となる。上記のような略円形形状のガラス素材は、幾何中心に中心対称性を有する形状をしている。ＷＯ２００７／０５８３５３Ａ１、その全記載は、ここに特に開示として援用される、に記載されているようにガラス素材が粘弾性体に近似できるとすると、熱垂下成形法による加熱軟化前後で法線方向におけるガラス厚さは、実質的に変化しないため、法線方向に等厚なガラス素材を使用することは、加熱軟化時の形状制御が容易であるという利点もある。

　上記のようにガラス素材を粘弾性体に近似するためには、ガラス素材の法線方向厚みに対してガラス素材の外径が十分に大きいこと、およびガラスの鉛直方向変形量に対してガラス素材外径が十分に大きいことが好ましい。具体的には、本発明において使用されるガラス素材は、法線方向厚みが２～１０ｍｍであることが好ましく、５～７ｍｍであることがより好ましい。一方、前記ガラス素材の外径は、６０～９０ｍｍであることが好ましく、６５～８６ｍｍであることがより好ましい。なお、ガラス素材の外径とは、ガラス素材の下面周縁端部の任意の１点と、周縁端部上の対向する点との距離をいうものとする。

　ガラス素材としては、特に限定されないが、クラウン系、フリント系、バリウム系、リン酸塩系、フッ素含有系、フツリン酸系等のガラスが適している。ガラス素材の構成成分として、第一には、例えばＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃を含み、ガラス材料組成はモル百分率でＳｉＯ₂が４５～８５％、Ａｌ₂Ｏ₃が４～３２％、Ｎａ₂Ｏ＋Ｌｉ₂Ｏが８～３０％（但しＬｉ₂ＯはＮａ₂Ｏ＋Ｌｉ₂Ｏの７０％以下）、ＺｎＯおよび／またはＦ₂の合計量が２～１３％（但しＦ₂＜８％）、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃が２／３～４／１、ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｌｉ₂Ｏ＋ＺｎＯ＋Ｆ₂＞９０％なるガラスが適している。

　また第２には、例えばガラス材料組成はモル百分率でＳｉＯ₂が５０～７６％、Ａｌ₂Ｏ₃が４．８～１４．９％、Ｎａ₂Ｏ＋Ｌｉ₂Ｏが１３．８～２７．３％（但しＬｉ₂ＯはＮａ₂Ｏ＋Ｌｉ₂Ｏの７０％以下）、ＺｎＯおよび／またはＦ₂の合計量が３～１１％（但しＦ₂＜８％）、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃が２／３～４／１、ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｌｉ₂Ｏ＋ＺｎＯ＋Ｆ₂＞９０％なるガラスは好適である。

　さらに第３には例えば、ＳｉＯ₂（６３．６％）、Ａｌ₂Ｏ₃（１２．８％）、Ｎａ₂Ｏ（１０．５％）、Ｂ₂Ｏ₃（１．５％）、ＺｎＯ（６．３％）、Ｌｉ₂Ｏ（４．８％）、Ａｓ₂Ｏ₃（０．３％）、Ｓｂ₂Ｏ₃（０．２％）よりなるガラス組成はさらに好適である。そして１０％を越えない範囲で他の金属酸化物、例えばＭｇＯ、ＰｂＯ、ＣｄＯ、Ｂ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂や着色金属酸化物等をガラスの安定化、溶融の容易、着色等のために加えることができる。

　またガラス素材の他の特徴として、例えば熱的性質は、歪点４６０～４８３℃、除冷点４９０～６２１℃、軟化点６１０～７７０℃、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５１０～６６５℃、屈伏点（Ｔｓ）が５３５～５７５℃、比重は２．４７～３．６５（ｇ／ｃｍ³）、屈折率は、Ｎｄ１．５２３００～１．８０６１、熱拡散比率は０．３～０．４ｃｍ²＊ｍｉｎ、ポアソン比０．１７～０．２６、光弾性定数２．８２×１０Ｅ－１２、ヤング率６４２０～９０００ｋｇｆ／ｍｍ²、線膨張係数８～１０×１０Ｅ－６／℃が適しており、また歪点４６０℃、除冷点４９０℃、軟化点６５０℃、ガラス転移温度（Ｔｇ）が４８５℃、屈伏点（Ｔｓ）が５３５℃、比重は２．４７（ｇ／ｃｍ³）、屈折率は、Ｎｄ１．５２３００、熱拡散比率は０．３５７６ｃｍ²＊ｍｉｎ、ポアソン比０．２１４、光弾性定数２．８２×１０Ｅ－１２、ヤング率８３４０ｋｇｆ／ｍｍ²、線膨張係数８．５×１０Ｅ－６／℃が特に好適である。

[連続式加熱炉]
　連続式加熱炉とは、入口と出口を有しており、コンベアー等の搬送装置によって設定された温度分布の炉内に被加工物を一定時間で通過させて熱処理を行う装置である。連続式加熱炉では、例えば、発熱と放熱を考慮した複数のヒーターと炉内空気循環の制御機構によって、炉内部の温度分布を制御することができる。本発明において使用される連続式加熱炉は、通常、異なる温度分布を有する複数の領域を含む。上記領域は、シャッター等の手段により隣り合う領域と遮断されていてもよいが、上記手段は必須ではなく炉内全体で連続的に温度分布が変化するように温度制御されていてもよい。前記回転は、少なくとも、被成形ガラス素材の上面温度が該ガラスのガラス転移温度以上となる領域において行われる。その理由は前述の通りである。上記回転は、Ｔｇ＋１００℃～Ｔｇ＋１６５℃の領域で行うことが更に好ましい。上記温度域であれば、ガラス素材が低粘度であり変形量が大きいため、回転を行うことにより面内各部での変形誤差を効果的に低減することができる。回転時のガラス素材の粘度としては、２．００×１０⁺⁹ｐｏｉｓｅ以下であることが好ましく、４．５０×１０⁺⁷～５．００×１０⁺⁸ｐｏｉｓｅであることが更に好ましい。また、連続式加熱炉内で被成形ガラス素材の上面温度が最高となる位置を含む領域において、前記回転を行うことが好ましい。これは、上記領域が軟化が最も進行する領域であるため、この領域において回転を行うことにより回転の効果を最も効果的に得ることができるからである。

　具体的には、前記連続式加熱炉は、成形型導入口側から、成形型搬送方向に向かって被成形ガラス素材の上面温度が上昇する昇温領域、被成形ガラス素材の上面温度を昇温領域における最高温度以上の温度に保持する高温保持領域、被成形ガラス素材の上面温度が高温保持領域における最高温度より低温となる冷却領域、がこの順に配置されるように温度制御することが好ましい。このように温度制御することにより、昇温、高温保持、冷却という一連の成形工程を連続式加熱炉内で連続的に行いレンズ用鋳型を量産することができる。上記領域中、被成形ガラス素材がガラス転移温度以上に加熱される領域は、通常、高温保持領域である。したがって、前記回転は、高温保持領域において行うことが好ましい。昇温領域および冷却領域においても回転を行うことは可能であるが、昇温領域では通常、被成形ガラス素材下面と成形型成形面との接触が少ないため、昇温領域で成形型を大きく回転させると被成形ガラス素材が位置ずれを起こすおそれがある。従って、昇温領域では搬送方向に対して左右方向の成形型の位置は一定に維持し（回転を行わず）に成形型を搬送することが好ましい。他方、冷却工程では冷却の均一性を高めるために回転を行うことも可能である。

　前記回転は、搬送方向に対し左右いずれかの一方向のみに連続的に回転させてもよく、搬送方向に対し左右いずれかの方向に回転（正転）させた後、他方の方向に回転（反転）させることも可能である。例えば、成形型搬送方向を０°として左回転または右回転を正転とし、他方の方向への回転を反転とした場合、＋１５０°～＋３６０°の角度で正転させ、その後－１５０°～－３６０°の角度で反転させる正転と反転を１回または２回以上行ってもよい。前記回転の軸は、操作性および対称性維持の観点から、成形型の幾何中心とすることが好適である。また、上記回転は、成形型の設置面が平行状態に保たれた状態で行うことが好ましい。より好ましくは、成形型搬送方向に対して右回りまたは左回りに１８０°以上の回転角度で回転させ、次いで該回転とは反対回りに１８０°以上の回転角度で回転させる工程を１回以上行う。この回転操作により被成形ガラス素材全体に、より均質に熱を加えることができる。軟化中のガラスを過度に高速で回転させると成形精度が低下することがあるため、成形型の回転速度は成形精度を維持できる範囲で設定することが好ましい。具体的には、回転速度は、１～２ｒｐｍ程度である。

　連続式加熱炉の各センサーとヒーターの温度制御には、ＰＩＤ制御を用いることができる。なお、ＰＩＤ制御は、プログラムされた所望の温度と実際の温度との偏差を検出し、所望の温度との偏差が０になるように戻す（フィードバック）ための制御方法である。そしてＰＩＤ制御とは、偏差から出力を計算するときに、「比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）」、「積分（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）」、「微分（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）」的に求める方法である。ＰＩＤ制御の一般式を次に示す。

　上記式中、ｅは偏差、Ｋはゲイン（添字Ｐのゲインを比例ゲイン、添字Ｉのゲインを積分ゲイン、添字Ｄのゲインを微分ゲイン）、Δｔはサンプル時間（サンプリング時間、制御周期）、添字ｎは現在の時刻を示す。
　ＰＩＤ制御を用いることにより、投入された処理物形状および数量による熱量分布の変化に対する炉内温度の温度制御精度を高くすることができる。また電気炉内における搬送は、無摺動方式（例えばウォーキングビーム）を採用することができる。

　前記連続式加熱炉は、所望の温度制御が可能なものであればよいが、好ましくは連続投入型電気炉である。例えば、搬送方式が無摺動方式、温度制御がＰＩＤ制御、温度測定器は“プラチナ製　Ｋ熱電対　３０ポイント“、最高使用温度は８００℃、常用使用温度は５９０～６５０℃、内部雰囲気はドライエアー（オイルダストフリー）、雰囲気制御は入り口エアーカーテン、炉内パージ、出口エアーカーテン、温度制御精度は±３℃、冷却方法は空冷である連続投入型電気炉を使用することができる。後述する吸引のための吸引部は、例えば炉内３ポジションに設けることができる。

　連続式加熱炉では、炉内の熱源からの輻射および炉内部からの二次輻射から発せられる輻射熱によって、ガラス素材を所望の温度に加熱することができる。本発明では、連続式加熱炉を成形型搬送方向に向かって温度が上昇する温度分布を有する昇温領域が含まれるように温度制御することが好ましい。この昇温領域において成形型上のガラス素材を変形可能な温度、好ましくはガラス素材を構成するガラスのガラス転移温度以上の温度まで加熱することができる。昇温領域は、連続式加熱炉の入口から始まる所定領域とすることができる。

　前述のように、連続式加熱炉内は、入口（成形型導入口）側から昇温領域、高温保持領域、および冷却領域が含まれるように温度制御することが好ましい。このように温度制御された炉内を通過するガラス素材は、昇温領域において変形可能な温度まで加熱され、高温保持領域で上面の成形が進行し、その後冷却領域で冷却されて炉外へ排出される。各領域の長さや各領域における搬送速度等は、炉の搬送経路全長および加熱プログラムに応じて適宜設定すればよい。

　前記高温保持領域では、成形されるガラス素材を構成するガラスのガラス転移温度以上の温度にガラス素材の温度が保持されることが好ましい。高温保持領域におけるガラス素材の温度は、ガラス転移温度を越えて、ガラス軟化点未満までの温度であることが成形性の点で好ましい。一方、前記冷却領域では、高温保持領域で成形されたガラス素材を徐冷して室温まで温度を下げることが好ましい。なお、本発明における加熱または冷却温度は、特記しない限り、ガラス素材上面の温度をいうものとする。ガラス素材上面の温度は、例えば接触型または非接触型の温度計によって測定することができる。

　更に本発明では、ガラス素材を配置した成形型上に、閉塞部材を配置し、ガラス素材を配置した成形型の成形面側開放部を閉塞することもできる。これにより、連続式加熱炉内を通過中にガラス素材上面が空気中の塵や炉内のゴミ等の異物によって汚染されることを防ぐことができる。本発明において使用可能な閉塞部材の詳細は、例えばＷＯ２００７／０５８３５３Ａ１に記載されている。

　連続式加熱炉内でのガラス素材の成形速度を高め生産性を向上するために、成形面から成形面と反対の面へ貫通する貫通孔を有する成形型を使用し、成形時に貫通孔を通して吸引を行うこともできる。貫通孔を有する成形型については、ＷＯ２００７／０５８３５３Ａ１に詳細に記載されている。吸引による変形促進効果を顕著に得ることができる温度域は、通常高温保持領域であるため、本発明では、上記吸引を高温保持領域において行うことが好ましい。

　次に、本発明のレンズ用鋳型の製造方法の具体的態様について説明する。但し、本発明は下記態様に限定されるものではなく、適宜改変等を加えることはもちろん可能である。

　連続式加熱炉内の温度制御は、所定時間を１サイクルとして行われる。以下に、１３時間を１サイクルとする温度制御の一例を説明する。

　炉内の温度制御は、７つの工程で行うことができる。第一の工程は（Ａ）予備昇温工程、第二の工程は（Ｂ）急速加熱昇温工程、第三の工程は（Ｃ）低速加熱昇温工程、第四の工程は（Ｄ）定温保持工程、第五の工程は（Ｅ）低速冷却工程、第六の工程は（Ｆ）急速冷却工程、第七の工程は（Ｇ）自然冷却工程である。（Ａ）～（Ｃ）が前記昇温領域に相当し、（Ｄ）が前記高温保持領域に相当し、（Ｅ）～（Ｇ）が冷却領域に相当する。

　第一の工程である（Ａ）予備昇温工程においては、室温付近の一定温度で５０分間固定する。ガラス材料各部の温度分布を均一にし、加熱軟化加工の温度制御によるガラス材の熱分布が容易に再現できるようにするためである。固定する温度は室温程度（約２０～３０℃）の何れかの温度にて行う。

　第二の工程は（Ｂ）急速加熱昇温工程であり、室温（例えば２５℃）からガラス転移温度（以降Ｔｇともいう）－５０℃（以降Ｔ１ともいう）まで、例えば４℃／ｍｉｎの速度で約９０分加熱する。そして第三の工程である（Ｃ）低速加熱昇温工程は、温度Ｔ１からガラス軟化点より約－５０℃（以降Ｔ２ともいう）まで、例えば２℃／ｍｉｎで５０分間加熱する。第四の工程である（Ｄ）定温保持工程は、温度Ｔ２で約５０分温度一定にする。

　温度Ｔ２で加熱されたガラス材料は定温保持工程で３０分加熱する。更に温度Ｔ２で３０分加熱を行うが、前述のように貫通孔を有する成形型を使用する場合には、後半の３０分において、成形型の貫通孔からの吸引処理も併せて行うことができる。吸引処理は、電気炉外部に設置された吸引ポンプを作動させて行うことができる。吸引ポンプが吸引を行うと陰圧が発生し、陰圧は成形型の貫通孔を通して成形型に載置されたガラス材料を吸引する。電気炉の温度Ｔ２で加熱が開始されてから３０分後から所定の耐熱性母型の吸引口により、例えば８０～１５０ｍｍＨｇ（≒１．０×１０⁴～１．６×１０⁴Ｐａ）の圧力で吸引する。

　吸引が完了すると、ガラス材料の成形型への熱軟化変形が完了する。熱軟化変形完了後、冷却を行う。冷却工程である第五の工程（Ｅ）低速冷却工程は、Ｔｇの－１００℃（以降Ｔ３ともいう）まで、例えば１．５℃／ｍｉｎの速度で約２５０分間冷却し、軟化による形状変化を定着させる。またこの低速冷却工程は、ガラスの歪みを除くアニールの要素も含んでいる。

　次いで、第六の工程である（Ｆ）急速冷却工程において、速度約２．０℃／ｍｉｎで約２００℃程度まで冷却する。軟化加工を終了したガラスと成形型は、自らの熱収縮や温度変化に対する相互の熱膨張係数の違いにより破損するおそれがある。従って破損しない程度に温度の変化率を小さくすることが好ましい。

　さらに、温度が２００℃以下になると、第七の工程である（Ｇ）自然冷却工程を行う。（Ｇ）急速冷却工程において、２００℃以下になると以降は自然冷却により室温まで冷却する。

　軟化加工が完了すると、ガラス材料下面と型成形面が互いに雌雄の関係になる。一方ガラス材料上面は、ガラス材下面の形状変形に応じて変形し、所望の光学面が形成される。以上の工程によりガラス光学面を形成した後、ガラス材料を成形型から除去し、成形品を得ることができる。こうして得られた成形品は、眼鏡レンズ、好ましくは単焦点レンズ、より好ましくは単焦点非球面レンズ用の鋳型として用いることができる。または周縁部など一部を除去してレンズ用鋳型として使用することができる。

　以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。

[参考例、比較参考例]
１．連続式加熱炉の温度制御
　加熱成形には、図４に示すように、炉内を５つの壁面で６ゾーンに分割した連続式加熱炉を使用した。連続式加熱炉は、成形型が図４中、左から右に流れるように構成されている。各ゾーンにはそれぞれ２つずつの成型ユニットが入るように構成されており、最初にゾーンに入ったユニットが先に次のゾーンに移動するように配列されている。従って、各成型ユニットは、一つのゾーンに所定時間配置される個々の部屋では、設定の温度になるように管理されている。この連続式加熱炉を、１つの成形型が１３時間かけて炉内を移動する際、ガラス素材上面温度が図５に示す温度履歴をとるように炉内を温度制御した。図５中、点線枠で表示されている部分は、ガラス転移温度Ｔｇ（４８５℃）以上の領域を示す。ガラス転移温度以上の領域において、特に高温の領域である2ゾーンは、熱軟化が最も進行する部分である。

２．高温領域における温度分布の確認
　上記連続式加熱炉に、単焦点非球面レンズ用の成形面（中心が最も凹の回転対称の非球面）を有する成形型を導入し炉内を移動させ排出した。ここで、上記２ゾーンにおける成形型成形面上の図６に示す５点における表面温度を測定した。図８は、２ゾーンにおいて、成形型の幾何中心を軸として、右方向１８０°回転および左方向１８０°反転を繰り返した場合（参考例）の測定結果であり、図８は回転を行わなかった場合（比較参考例）の測定結果である。
　図７および８中、横軸は2ゾーンに侵入した直後から排出されるまでの経過時間を示す。縦軸のうち左主軸が表面温度を示しており、表面温度を示す線の縦軸に相当する。縦軸のうち右副軸が表面温度の最大差を示しており、ΔＴ（測定値の最大値と最小値の差）を示す線の縦軸に相当する。図７および８において横軸と平行な直線は、△Ｔの許容値を示し６℃に設定されている。実施例で使用したガラス素材の場合、６℃以上の温度差が生じると、熱軟化時の軟化特性が変化するため、得られる成型品が所望の形状になりにくくなる。図７に示すように、回転を行うことにより表面各部において温度分布が均一となることが確認された。これに対し、図８に示すように、回転を行わなかった場合は２ゾーンに入った直後からほぼ全域にわたって、温度分布が１０℃以上あることがわかった。このような温度分布では、軟化現象にバラツキが生じ、成型品が非対称に形成されるおそれがある。なお、中間時点で温度差が少なくなるのは、次のような理由である。連続炉の温度設定は、２ゾーンが最も高く、１ゾーンと３ゾーンは２ゾーンよりも温度が低い。つまり、２ゾーンの中央部分の温度が最も高くなる。２ゾーンには1ゾーン側と３ゾーン側の２つステージが設けられている。温度が一度低下する中間時点は、ステージの移動を伴う。つまり、１ゾーン側ステージにいるときは前方（マル３の位置）の温度が高くなるが、３ゾーン側のステージでは後方（マル２の位置）の温度が高くなる。温度差が一時的に低下するときは、その温度変化が丁度差し引かれるタイミングであると考えられる。

[実施例１]
ガラス素材の成形
　参考例で使用した成形型と同様の成形型上に、図９に示す状態となるように、平板円形状ガラス素材（８３ｍｍΦ、厚さ６ｍｍ）を載置した。中心部における成形型との最大曲げ量（図９中の矢印部）は４．１８ｍｍであった。この成形型を、前述の連続式加熱炉内に導入し、上記１３時間のスケジュールで移動させガラス素材を成形し成形品を得た。２ゾーンで、成形型の幾何中心を軸として、回転角度１８０°で左右方向の回転・反転を繰り返した（回転速度１～２ｒｐｍ）。なお、２ゾーンで吸引圧力-１３．３ｋＰａで成形型の貫通孔を介して吸引を行った。

[比較例１]
　前記回転を行わなかった点以外は実施例１と同様の方法でガラス素材を成形し成形品を得た。

評価結果
　実施例１および比較例１で成形された成形品の上面形状の設計値からの形状誤差（測定値－設計値）をタリサーフによって測定した。実施例１で得られた成形品の測定結果を図１０に、比較例１で得られた成形品の測定結果を図１１に示す。
　図１０に示すように、２ゾーンで回転を行った実施例１では、誤差量の絶対値を小さくすることができ、更に誤差分布の対称性も維持されていた。これは、熱軟化が大きく進行している状態において、ガラス素材の表面温度に大きな分布が生じなかったため、均質な熱軟化を実現できたためと考えられる。このような対称性に優れたモールドであれば、設計値から多少の誤差があったとしても容易に補正し設計値に沿った面形状とすることができる。そしてこの成形品を鋳型をとして使用して注型重合によりンズを製造すれば、設計値に沿ったレンズを製造することができる。
　これに対し、２ゾーンで回転を行わなかった比較例１では、炉の前方側に変化量が偏っており、炉の後側の変化量が乏しかった。また、炉の左右方向および進行方向に対しての変化の割合も異なり、表面が均一に変化していないことがわかった。これは、最も熱軟化変形が大きい領域において、温度分布に偏りが生じたため、最初に温度が高くなった領域に偏って変形が生じたためと考えられる。

　本発明によれば、単焦点非球面レンズを生産性よく製造することができる。

中心対称非球面レンズの断面の概略図である。熱垂下成形法の説明図である。法線方向に実質的に等厚なガラスの一例（断面図）を示す。実施例で使用した連続式加熱炉の概略図である。実施例における加熱スケジュールの説明図である。参考例および比較参考例における温度測定位置を示す。参考例の測定結果を示すグラフである。比較参考例の測定結果を示すグラフである。実施例１および比較例１におけるガラス素材の載置状態の説明図である。実施例１で得られた成形品の上面の設計値からの形状誤差を示すグラフである。比較例１で得られた成形品の上面の設計値からの形状誤差を示すグラフである。

Claims

被成形ガラス素材を成形面上に配置した成形型を連続式加熱炉内へ導入し、該炉内を搬送しながら加熱処理を施すことにより、上記被成形ガラス素材の上面を、レンズ光学面を形成するための成形面形状に成形する、レンズ用鋳型の製造方法であって、
前記連続式加熱炉内において、被成形ガラス素材の上面温度が該ガラスのガラス転移温度以上となる領域において、前記成形型を成形型搬送方向に対し右回りおよび／または左回りに回転することを含むレンズ用鋳型の製造方法。
回転対称性を有するレンズ用の鋳型を製造する請求項１に記載の製造方法。
単焦点非球面レンズ用鋳型を製造する請求項１または２に記載の製造方法。
前記連続式加熱炉を、成形型導入口側から、成形型搬送方向に向かって被成形ガラス素材の上面温度が上昇する昇温領域、被成形ガラス素材の上面温度を昇温領域における最高温度以上の温度に保持する高温保持領域、被成形ガラス素材の上面温度が高温保持領域における最高温度より低温となる冷却領域、がこの順に配置されるように温度制御し、上記高温保持領域において前記回転を行う請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法。
前記回転は、成形型搬送方向に対して右回りまたは左回りに１８０°以上の回転角度で回転し、次いで該回転とは反対回りに１８０°以上の回転角度で回転することを含む請求項１～４のいずれか１項に記載の製造方法。