JPH01257140A - 光学素子の成形方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学素子の成形方法に関する。

〔従来の技術］ 高精度レンズ素材の成形方法としては、特公昭５６−３
７８号公報に開示された技術が知られている。この従来
技術においては、金属型（成形型）の温度を被成形ガラ
スの転移点以上、軟化点以下で一定に保持して成形して
いるが、かかる条件下で流動性を有するガラス素材を加
圧成形する場合には、上下のいずれかの金属型にガラス
素材が固着して、いわゆる焼付けを生じることは周知の
事実である。又、この事実は、出願人の行ったラマンス
ペクトル解析によっても立証されている。このラマンス
ペクトル解析に関しては、本出願人が特開昭６２−２３
０６３３号公報にて開示している。

上記公報の発明は、上記従来技術の問題点に迄みてなさ
れたものであって、成形型とガラス素材との焼付きを生
じさせることなくガラス素材を高精度に成形しうるよう
にした高精度ガラス素材の成形方法を提供する口止を目
的としていた。

すなわち、非酸化性雰囲気において、成形型と被成形ガ
ラス素材とを等温度状態に加熱する工程と、ガラス素材
の温度を等温度下で１０”〜１０１４ポアズの粘度範囲
内の任意温度に設定するとともに、その温度を保持して
型自重による成形圧力８ｇ／ｃ＋！〜２　ｋｇ　／　ｃ
４の範囲内の適切圧力に設定し、ガラス素材の変形量に
応じて設定した時間内その一定成形圧を保持して成形す
る工程と、成形型と成形体をガラスの転移点温度以下に
冷却して成形体を離型する工程とよりなるものであり、
ガラス素材の成形型への焼付けを防止するとともに熱に
よるヒケを防止して高精度ガラス素材を成形しうるよう
にしたものである。

以下、上記従来の発明を具体的に説明する。まず、第３
図を用いて鉛−シリカを基本組成としたフリント系硝材
の各温度における構造変化をラマン分光スペクトルで解
析した結果を説明する。第３図は、横軸に波数（ｃ＋ｍ
−’）を、縦軸に強度をとったものであり、図中ａのス
ペクトルは４００°Ｃ付近までのもので、室温から４０
０°Ｃ付近までは温度のいかんにかかわらず同一のスペ
クトルであった。なお、上記フリント系硝材の転移点温
度は４４０　’Ｃ１屈伏温度は４７０°Ｃ付近であった
。図中、ｂで示すスペクトルは、４４０°Ｃ付近のスペ
クトルを示すものであり、Ｃで示すスペクトルは４９０
°Ｃ付近のものである。又、ｄで示すスペクトルは、６
００°Ｃ付近（軟化点付近）のものであり、ｅで示すス
ペクトルは６５０°Ｃ付近の□ものである。

各温度のスペクトルにおける第１のピーク部１゜２．３
．４の化学構造を調べたら、 【 Ｏ −０−３ｉ−０８（ＳｉｚＯｚ”−ｓ　ｈ　ｅ　ｅ　ｔ
　）０゜ であり、板状構造であった。この構造式においては、結
合手が１個であるために物と結合しに（い、即ち焼付け
を生じにくい性質を有する。又、第２のピーク部５，６
，７．８．９の構造式を調べた−０−３ｉ−０−−（Ｓ
ｉｚＯｚ”−ｃ　ｈａ　ｉ　ｎ）■ であり、鎖状構造であった。この構造式においては、結
合手が２個であるために物と結合し易い、即ち焼付けを
生し易い性質を有する。特に、６５０°Ｃのスペクトル
ｅの場合には、第２のピーク部９のみであり、プレス圧
を付加すると衝突回数が増加して焼付きを促進させる結
果となることが理解できる。又、転移温度４４０　’Ｃ
以上、軟化点６００°Ｃ以下の温度においては、ｂ−ｄ
のスペクトルで示すごとく、第１のピーク部２，３．４
の強度が減少し、第２のピーク部７，６．５の強度が次
第に大きくなるのが理解できる。従って、転移温度以上
、軟化点以下の領域においては、被成形ガラスが金型に
対して焼付きを生じる場合があることが、第１図のラマ
ンスペクトル解析から判断できるものであり、前述の従
来技術が焼付きを生じ易い欠点を有することが実証され
た。又、軟化点６００“Ｃ付近以上の高い温度では、第
３ピーク部１０．１１．１２．１３．１４の吸収帯形態
に変化を与えることから、複雑な構造変化、即ち結合手
の多いアニオン活性の構造が形成される。

表 上記表に示すように、各種ガラス素材の粘度は１０８〜
１０１３ポアズの範囲に設定してあり、表中の成形圧力
で成形すれば、このガラス粘度の範囲における型自重に
よる焼付きを生じさせない、Ｉ！Ｊち離型可能な成形圧
力の範囲は８ｇ／ｃｍ２〜２ｋｇ／ｃｍ２　ｋｇ　／　
ｃｆｆｌであった。

以上のラマンスペクトル解析及び諸実験の結果から、各
ガラス材料（ガラス素材）の軟化点より低い温度で、成
形型及びガラス素材を等温加熱下、即ち、成形型及びガ
ラス素材のどの部分も等温状態になる加熱条件下にて、
ガラス素材の粘度に応した焼付きを生じない成形保持時
間に設定して、成形すれば、希望の成形形状に成形する
ことができることが明らかである。

又、第４図は、フリント系ガラスにおける温度と粘度の
関係を示すグラフであり、横軸は温度（テバージング温
度２°Ｃ）をとり、線軸に粘度をとったグラフである。

転移点温度４４０°Ｃ（粘度１０１３ポアズ）において
は、型自重による成形圧力がかかっているので、成形さ
れたガラス素材が変化する可能性があるが、転移点以下
の温度、例えば、４００°Ｃにおいては、型自重による
圧力ではもはや成形不能部分であるので、この４００°
Ｃ付近（粘度１０１４・５ポアズ）で成形品（ガラスレ
ンズ）を取り出せば、夕、すによるヒケの生じない高精
度の成形品を取り出すことができる。

第５図により作用を説明する。２０で示すのは、成形装
置の縦断面図である。

被成形体であるガラス素材２１としては、近似球面形状
にプリフォームされたリン酸塩ガラスを使用し、非球面
形状の成形面２２ａ、２３ａを有する上下の成形用金型
２２．２３にて非球面形状に成形してみた。２４で示す
のは、金型２２，２３の周囲に配設したヒーターで金型
２２，２３とガラス素材２１を等温加熱状態にするため
のものである。

成形用金型２２．２３は、窒化物系セラミツクスで成形
してあり、各成形面２２ａ、２３ａの曲率半径はそれぞ
れ１５０ｍｍ、　１００ｍｍに設定して成形しである。

又、成形用金型２２．２３における成形圧力、即ち型自
重による成形荷重は、２２．５ｇ／ｃｄに設定しである
。

ガラス素材２１は、直径が３０ｍｍ、両面の曲率半径が
それぞれ１５０．５ａｍ、　１００．５ｍｍに設定して
あり、近似球面形状にプリフォームしである。

まず、上記プリフォームされたガラス素材２１を、下型
２３上に載置する。成形室内は、９９．９％以上の窒素
ガスを用いた非酸化性雰囲気にしである。

次に、ヒーター２４を介して上下金型２２゜２３及びガ
ラス素材２１を加熱し、上下金型２２゜２３及びガラス
素材２１を等温加熱状態（どの部分も等温状態にある状
態）にする。

ヒーター２４による加熱開始から１０分後にガラス素材
２１の温度を等温加熱状態下で１０ｓポアズ付近の粘度
になる温度に設定した。そして、この温度を保持した状
態で、２２．５ｇ／ｃＪの型自重による成形圧力を有す
る上型２２を介してガラス素材２１の成形を行った。成
形圧力保持時間は５０分とした。これらの成形条件は、
上記実験結果に基づき設定したものである。

次に、成形されたガラス素材２１の温度が転移点以下の
温度になるまで３０分間徐冷した。更に、同温度にて１
０分間保持し、放冷した。

そして、放冷後に成形されたガラス素材（ガラスレンズ
）２１を取り出した。

上記プレス成形における成形条件を第６図に示す。図は
、横軸に成形時間（分）をとり、縦軸にプリフォームさ
れたガラス素材２１の粘度（ポアズ）をとったものであ
る。図において、粘度１０′３にて引いた横線２５はガ
ラスの転移点温度を示すものである。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記の従来技術においてはガラス素材（成形品）が成形
型に固着することは確実に防止することができるととも
に、成形品に発生しやすいヒケについても防止すること
ができる。しかしながら、成形の全領域を上型による型
自重が作用しているため、型自重による圧力ではもはや
ガラス素材を変形させることができない粘度（１０”・
５ポアズ以上：フリント系ガラスでは約４００°Ｃ以下
）になるまでの間は、成形品（ガラスレンズ）を型から
取り出すことができず、成形時間の増大化を招いてしま
い、生産性を阻害してしまっていた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、成形サイクルタイムを短縮して生産性の向上を図り、
高精度の成形品を安価に得ることができる光学素子の成
形方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、非酸化性雰囲気
において、成形型とガラス素材とを等温度状態に加熱す
る工程と、ガラス素材の温度を等温度下で１０８〜１０
１２ポアズの粘度範囲内の任意温度に設定するとともに
、その温度を保持して型自重による成形圧力を８ｇ／ｃ
＋ａ〜２　ｋｇ　／　ｃｄの範囲内の適切圧力に設定し
、ガラス素材の変形量に応じて設定した時間内その一定
成形圧を保持して成形する工程と、成形型とガラス素材
とを、ガラス素材がその自重では変化しないＩＱＩｆｆ
ｉポアズの粘度になるまで冷却し、このときの温度を保
持して型自重による成形圧力でガラス素材を成形した後
、上型を取り去り、次いで成形体を取り出し、室温まで
冷却する工程とから光学素子の成形方法を構成した。

〔作用］ 従来の成形条件は第６図にて説明したようなサイクルパ
ターンをとっている。同図において、ガラス素材２１の
温度を、ヒーター２４により、上下金型２２．２３と等
温状態下で１０８ポアズ付近の粘度に加熱開始から１０
分後に到達する工程と、この粘度において２２．５ｇ／
ｃｆｆｌの型自重による成形圧力壱５０分間作用させ、
ガラス素材２１を変形させて金型２２，２３に密着させ
る工程は、ガラスの成形においてはともに不可欠の工程
である。ここまでの工程の時間を短縮しようとして、成
形圧力を上げ、ガラス素材２１の変形速度を早めると、
従来技術にて説明したように、金型２２，２３とガラス
素材２１とが焼き付きを生じてしまうので、圧力を上昇
して成形時間を短縮化することはできない。

したがって、金型２２，２３とガラス素材２１とが密着
した後、成形されたガラス素材（ガラスレンズ）２１を
上下金型２２．２３より取り出すまでの工程について検
討した。従来は、１０８ポアズの粘度から１０１３ポア
ズの転移点以下の温度になるまで、上型２２の自重をか
けつつ３０分間かけて徐冷し、更に同温度にて１０分間
保持し、放冷した。そして、室温に冷えたガラス素材（
ガラスレンズ）２１を型よりとり出すのに、更に、１０
数分の放冷時間を要していた。

高温のガラスに圧力を加えるとガラスは変形する。　１
０”ポアズの粘度にあるガラスには２２．５ｇ／ｃ４の
型自重が作用していて、この圧力によってガラスが変形
し、金型２２，２３と密着させることができる。この状
態で上型２２を取り外したとしたら、ガラス素材２１は
自重により徐冷する間に変形してしまい、高精度の成形
品を得ることはできない。

上型からの圧力が加われば変形するが、ガラス素材の自
重ではガラスが変形しない粘度（１０”ポアズ以上）に
なるまで、上型の自重による成形圧力を加えつつ徐冷し
、この粘度（１０”ポアズ以上）で徐冷を停止し、上下
金型とガラス素材とを同温度で保持してガラスを変形さ
せ、上下金型とガラス素材とが完全に密着してから上型
を取り外し、次いでガラス素材（ガラスレンズ）２１を
下型より取り外すことで、高精度のガラス成形品を短時
間で取り出すことができる。

なお、前記工程において、ガラス素材が自重では変形し
ない粘度になったとき、上下金型とガラス素材とを同温
度で一定時間保持する理由は、金型とガラス素材との線
膨張係数の遅いにより発生する両者の微小な形状の差を
補正し、金型とガラス素材とを完全に密着させるためで
ある。すなわち、１０６ボアズの等温状態で５０分に保
持される間にガラスが変形し、金型とガラス素材とは完
全に密着する。

次いで、徐冷工程に移るが、第６図の徐冷工程の各ポイ
ントにおいては、温度の低下に伴って線膨張保数分だけ
上下の金型が収縮し、成形面の形状が微小量変化する。

ガラス素材もそれ自身の線膨張係数に見合った分だけ微
小量の形状変化を生して、上下金型とガラス素材との密
着が僅かに隙間を生じる。ところが、上型が自重による
成形圧力を加え続けているので、徐冷を停止して上下金
型とガラス素材とを同温度で一定時間保持することによ
って、再び上下金型とガラス素材とを完全に密着させる
ことが可能である。

本発明においては、このときの温度、すなわちガラス素
材の粘度がガラス素材が自重では変形しない粘度（１０
”ポアズ以上）とすることによって、不必要に上下金型
内に保持しつつ徐冷することなく、高精度の成形品を短
時間に得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図および第２図に示す一実施例に基
づき詳細に説明する。なお、従来と同一部分については
第５図と同一符号をもって示し、説明を省略する。

第２図において２０で示すのは本実施例に用いた成形装
置の粗断面図である。ガラス素材２１として従来技術で
用いたのと同じ硝材の近似球面形状にプリフォームされ
た線膨張係数１２Ｘ１０−”Ｃ−’のリン酸塩ガラスを
使用し、非球面形状の成形面２２ａ、２３ａを有する上
下の成形用金型２２゜２３にて非球面形状に成形した。

２４で示すのは金型２２，２３の周囲に配設したヒータ
ーで、金型２２，２３とガラス素材２１とを等温加熱状
態にするためのものである。

成形用金型２２．２３は、窒化物系セラミックス（ｖＡ
膨張係数６　ｘ　ｔＯ−’°Ｃ−’）　でＪ［４Ｌ７あ
り、各成形面２２ａ、２３ａの非球面の近似曲率半径は
、それぞれ１５０　ｍｍ　、　ｌ　（ＪＯｎ＋ｍに設定
されている。又、成形用金型２２．２３における成形圧
力、すなわち上型２２の型自重による成形荷重は、２２
．５ｇ／ｃｊに設定しである。２５は上型の成形面２２
ａと反対側の端部に穿設された穴で、この穴２５にツメ
を引っかけることで上型２２を引き上げることができる
。

ガラス素材２１は、直径３０Ｍ１両面の曲率半径がそれ
ぞれ１５０．５皿、　１００．５１１１に設定してあり
、近似球面形状にプリフォームしである。

上記構成の成形装置により、ガラスレンズの成形を行う
には、先ず、上記ガラス素材２１を下型２３上に載置す
る。このとき下型２３の温度は直前に成形したガラス素
材（ガラスレンズ）２１が自重では変形しない１０′！
ポアズ以上の粘度、すなわち本実施例に用いたリン酸塩
ガラスでは約４８０゛Ｃ以下に相当する温度にしか低下
していないので、ヒーター２４の作用にて上下金型２２
．２３及びガラス素材２１を１０８ポアズ（本実施例の
ガラスでは約５８０’Ｃ）に５分間で到達できた。そし
て、この温度を保持した状態で２２．５ｇ／ｃｄの型自
重による成形圧力を有する上型２２を介してガラス素材
２１の成形を行った。成形圧力保持時間５０分でガラス
素材２１は変形して上下型の成形面２２ａ。

２３ａに密着した。

次に、成形されたガラス素材２１の温度が、ガラス素材
２１が自重では変形しない１０′！ポアズの粘度になる
まで２５分間徐冷した。このとき、上下型の成形面２２
ａ、２３ａとガラス素材２１とは、それぞれの線膨張係
数が異なることによって微小な隙間が生じているので、
１０′２ポアズの粘度に相当する温度で等温状態下で５
分間保持してガラス素材２１を上型自重にて変形させて
、微小の隙間をなくして、上下型の成形面２２ａ、２３
ａとガラス素材２１とを再び隙間なく密着させた。

そして、上型２２の穴２５に図示を省略したツメを引っ
かけて、上型２２を取り外し、成形されたガラス素材（
ガラスレンズ）２１を取り出し、室温に冷却した。もは
や自重では変形しないので、室温に冷却されたガラス素
材（ガラスレンズ）２１は従来と同じ程度の高精度なも
のであった。

なお、本実施例においては、上下金型２２．２３は９９
．９％以上の窒素ガスを用いた非酸化性雰囲気に保たれ
酸化が防止されている。

このようにして、本実施例ではガラス素材２１を下型２
３上に載置してから、成形されたガラス素材（ガラスレ
ンズ）２１を取り出すまでに８５分を要した。これに対
し、従来は、ガラス素材２１の温度が転移点温度になる
まで徐冷し、更に同温度で１０分間保持し、室温になる
まで約１０数分間放冷していたので、第６図に示したよ
うに、１回の成形に１００分に加えて１０数分間のサイ
クルタイムを必要としていた。

従って、本実施例による時間短縮効果は、２５分以上も
あり、高精度の成形品を掻めて高い生産性で成形するこ
とが可能となった。また、成形時間が大幅に短縮できた
ことは、同じ個数の成形品を得るのに必要である上下金
型の個数が少なくなって済むという効果をもたらす、上
下金型は非球面形状をしており、非常に高価な金型とな
っているが、高価な金型の製作が少なくて済むことにな
る。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の光学素子の成形方法によれば、
ガラス素材がその自重では変形しない粘度になってから
、等温状態で更に一定時間保持して成形型とガラス素材
とを上記粘度領域にて再び密着させた後、上型を取り去
り、次いで成形体を取り出すこととしたので、従来、長
時間を要して成形した高精度の成形体を、成形型とガラ
ス素材との焼き付きを生じさせることなく、短時間で得
ることができ、大幅なコストダウンを図ることができる
とともに、同じ個数の成形体を得るために高価な成形型
の制作が少なくて済むという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学素子の成形方法の一実施例に
おける成形条件を示すグラフ、第２図は本発明の一実施
例で用いた成形装置の縦断面ノ、第３図はフリント系硝
材のラマンスペクトル解析図、第４図はフリント系ガラ
スの温度と粘度との関係を示すグラフ、第５図は従来法
で用いた成形装置の縦断面図、第６図は従来法の成形条
件を示すグラフである。 ２１・・・ガラス素材 ２２．２３・・・成形用金型 ２４・・・ヒーター ？　第１図 令 第２図 第４図 第５図 第　６　図 成　　形　　時　　間　（分）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）非酸化性雰囲気において、成形型とガラス素材と
   を等温度状態に加熱する工程と、ガラス素材の温度を等
   温度下で１０＾８〜１０＾１＾２ポアズの粘度範囲内の
   任意温度に設定するとともに、その温度を保持して型自
   重による成形圧力を８ｇ／ｃｍ＾２〜２ｋｇ／ｃｍ＾２
   の範囲内の適切圧力に設定し、ガラス素材の変形量に応
   じて設定した時間内その一定成形圧を保持して成形する
   工程と、成形型とガラス素材とを、ガラス素材がその自
   重では変化しない１０＾１＾２ポアズの粘度になるまで
   冷却し、このときの温度を保持して型自重による成形圧
   力でガラス素材を成形した後、上型を取り去り、次いで
   成形体を取り出し、室温まで冷却する工程とからなるこ
   とを特徴とする光学素子の成形方法。