JPH04367526A - ガラス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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱軟化したガラス素
材を成形型によりプレスしてガラス光学素子を成形する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の成形方法において、特にガラス
表面の欠陥を加熱によって鏡面化し、その後のプレスに
よってガラス光学素子を得る方法として、特開平２−１
２０２４２号公報、特開平６１−１４１５０号公報ある
いは、特開平６３−２７７５２８号公報所載の各発明を
挙げることができる。

【０００３】しかして前記特開平２−１２０２４２号公
報所載の発明は、所望のレンズ形状に近似の形状に研削
加工されたガラス素材を該ガラス素材の転移点以上屈状
点以下の温度に加熱する工程と、

【０００４】（２）　前記ガラス素材の軟化点以上に加
熱された高温の気体を前記ガラス素材の成形表面に吹き
付けてガラス素材の表層部を加熱，軟化し表面粗さＲｍ
ａｘ＝０．０５μｍ以下にする工程と、

【０００５】（３）　該ガラス素材を成形型により所望
のレンズ形状にプレス成形する工程とからなるものであ
る。 これにより、ガラス素材の表面粗さを向上させつつ、該
ガラス素材の形状をほとんど変化させずにプレス成形が
できるものである。

【０００６】また、特開平６１−１４１５０号公報所載
の発明は、（１）　多孔質部材に反対側から加圧ガスを
導入しながら多孔質部材上にガラスを接触させることな
く浮上させる。

【０００７】（２）（１）の状態で、前記ガラスの表面
の砂目または樹紋等の表面欠陥を消すことができる程度
まで加熱軟化させる。これにより、加熱のみでガラスの
表面欠陥を研削・研磨することなしに、もしくは研削・
研磨を簡易にして仕上げる方法である。

【０００８】さらに、特開昭６３−２７７５２８号公報
所載の発明は、（１）ガラスプリフォームを加熱された
加熱ブロックに接触させて所定温度まで加熱する。

【０００９】（２）　しかる後に加熱されたプリフォー
ムを成形型間に搬入して所定の形状にプレス成形するこ
とからなる。これにより、短時間でプレス成形され、か
つ加熱中にガラスプリフォームがたわむことがないので
、成形型と成形品との反転性が極めて良好となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の方法の発明中、特開平２−１２０２４２号公報記載
の発明においては、特に薄肉のガラス素材の場合では、
ガラス内部までガラスの軟化点温度付近あるいはそれ以
上の温度に加熱されて、ガラスの自重あるいは吹き付け
られた高温気体の風圧により変形が生じることがあり、
その結プレス成形後の転写精度を劣化させる。

【００１１】また、特開昭６１−１４１５０号公報所載
の発明においては、第１にガラス素材の上表面は開放さ
れており、加熱とともに上表面がガラスの自重で変形を
生じるため、前上記と同様にプレス成形後の転写精度を
劣化させる。第２に、加熱炉内で加熱軟化するので、ガ
ラス素材表面を効率的に加熱することができず、ガラス
素材表面の欠陥を消すための加熱時間が長くなる。

【００１２】さらに、特開昭６３−２７７５２８号公報
所載の発明においては、ガラスプリフォームと加熱ブロ
ックを接触して加熱するので、短時間で加熱を完了させ
る場合には、加熱ブロックを高温度に設定する必要があ
り、ガラスプリフォームと加熱ブロックの間で化学的な
結合が生じ、いわゆる焼き付きとなりやすい。また、加
熱ブロックの表面粗さをガラス素材に悪影響のないレベ
ルに仕上げておく必要があり、その加工コストがかかる
ことに加え、表面粗さを維持するためのランニングコス
トがかかる。

【００１３】因て、本発明は従来方法における欠点を解
決すべく発明されたもので薄肉のガラス素材であっても
加熱時の変形がなく、しかもガラス素材の表層部を効率
良く加熱ができ、成形後の転写精度および外観品質が良
好なガラス光学素子を短時間で安価に成形できるガラス
光学素子の成形方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、ガ
ラス素材を加熱軟化させた後、一対の成形型で押圧成形
するガラス光学素子の成形方法において、ガラス素材の
表面形状を反転させた表面形状を有する一対の加熱部材
を、前記ガラス素材の表面に近接させるとともに、前記
ガラス素材表面と前記加熱部材との空隙に、加熱された
気体を流入させつつ前記ガラス素材を加熱することを特
徴とするものである。

【００１５】前記空隙に流入された加熱気体の圧力によ
り、加熱軟化されたガラス素材が変形するのを防ぐとと
もに上下両面の形状を一定に保つことができる。

【００１６】また、前記空隙に流入された加熱気体が、
ガラス素材表面近傍を通過することにより、効率良く加
熱気体からガラス素材表面へ伝熱が行われるとともに、
加熱部材がガラス素材表面に近接しているので、加熱部
材からガラス素材表面への熱放射による伝熱が効率良く
行われることによって、ガラス素材表面を効率良く加熱
できる。

【００１７】さらにガラス素材は加熱部材に非接触であ
るので、加熱部材の表面粗さの影響や、接触方式特有の
焼き付き現象の発生がない。

【００１８】

【実施例１】図１，２は本発明の実施例１を示し図１は
ガラス素材の加熱状態を示す全断面図、図２はプレス成
形状態を示す説明図である。１はガラス素材で、重フリ
ントガラス（転移点４４３℃，屈伏点４７０℃，軟化点
５６７℃）からなり、上面１ａ，下面１ｂはカーブジェ
ネレーターにより所望のレンズ形状（非球面形状）に近
似の曲率半径Ｒ＝４５ｍｍ（両凸形状）に両面とも研削
加工し、厚さ４ｍｍ，外径１６ｍｍとした。この研削面
の表面粗さはＲｍａｘ＝２．５μｍである。しかして、
前記ガラス素材１は、進退自在な搬送アーム２の鍔付の
載置穴２ａに載置される。

【００１９】３および４は一対の加熱部材で、石英ガラ
スからできており、それらの相対する端面の加熱面３ａ
および４ａは、前記ガラス素材１の上下面の形状を反転
させた曲率半径４５ｍｍの凹形状に形成されており、電
気ヒータ３ｂ，４ｂが加熱面３ａ，４ａの近傍の加熱部
材３および４内に設置されている。なお電気ヒータ３ｂ
，４ｂは図示しない温度センサーおよび温度コントロー
ラにより、任意の温度に制御自在に構成されている。

【００２０】加熱部材３および４は図示しない駆動機構
により上下動自在に構成されており、前記ガラス素材１
の上面１ａおよび下面１ｂに対して、前記加熱部材３お
よび４の加熱面３ａおよび４ａが近接することによって
、ガラス素材１の上下面１ａ，１ｂと加熱面３ａおよび
４ａ間にほぼ均等の空隙５および６を形成することがで
きるように設定されている。

【００２１】前記加熱部材３および４の中央部には、前
記加熱面３ａおよび４ａに垂直方向に直径２ｍｍの流入
穴３ｃおよび４ｃが設けられた筒状の導入管３ｄおよび
４ｄが形成されている。導入管３ｄおよび４ｄは石英ガ
ラスでできており、その周囲には電気ヒータ３ｅおよび
４ｅが設置されており、図示しない温度センサーおよび
温度コントローラにより、任意の温度に制御自在に構成
されている。

【００２２】さらに、導入管３ｄおよび４ｄには、図示
しない窒素ガス供給装置から任意の圧力および流量の窒
素ガス７および８が供給さるとともに、前記電気ヒータ
３ｅおよび４ｅにより所定の温度に加熱された加熱気体
を、前記空隙５および６に前記導入管３ｄおよび４ｄを
介して流入できるように構成されている。

【００２３】９および１０は反射板で、耐熱性材料たと
えば（ＳＵＳ３１６）からなり、前記電気ヒータ３ｂ，
３ｅ，４ｂ，４ｅからの放射エネルギーを反射させるた
めの耐熱性を有するクロム系材料による表面処理が施さ
れており、前記加熱部材３および４内に配設された電気
ヒータ３ｂ，３ｅおよび４ｂ，４ｅの背面（被加熱体と
逆方向）に設置されている。そして、この反射板９，１
０により、前記電気ヒータから発する放射エネルギーを
有効に被加熱体に当てることができる。

【００２４】図２は、加熱加工後のガラス素材１のプレ
ス成形工程を示しており、図中１１および１２は、一対
の成形型であり、耐熱性がありガラス素材１との化学的
結合性が低く、鏡面加工が可能な材質，たとえば、Ｓｉ
Ｃ，ＢＮ，Ｃｒ２Ｏ３から成るセラミックス等からなり
、成形面１１ａおよび１２ａは所望のレンズ面形状に対
応する形状に鏡面研磨されている。

【００２５】また、成形型１１および１２の外周面には
加熱ヒータ１３および１４が巻かれており、図示しない
温度センサおよび温度コントローラにより、所定の温度
に制御可能になっている。

【００２６】さらに、成形型１１および１２は、図示し
ない駆動機構により同軸上で上下動自在であり、前記搬
送アーム２により成形型１１，１２間に加熱後のガラス
素材１を搬入してから型締し、所定の圧力をガラス素材
１に加えて押圧成形できる構成になっている。

【００２７】次に、前記構成から成る加熱および成形装
置により重プリントガラスからなる両凸レンズを成形す
る方法について説明する。

【００２８】まず、ガラス素材１を搬送アーム２上に載
置してから、図示しない予備加熱炉にて４６０℃に均一
に加熱した後、加熱部材３，４間に搬入する。次いで、
加熱部材３および４を対向方向に移動してガラス素材１
の上面１ａおよび下面１ｂに加熱面３ａ，４ａを近接し
、間隔１ｍｍの空隙５，６を形成する。

【００２９】電気ヒータ３ｂおよび４ｂは、９５０℃に
設定されており、また窒素ガス７および８の温度が圧力
２．５ｋｇ／ｃｍ２流量５　ｌ／ｍｉｎにて９００℃と
なるように、電気ヒータ３ｅおよび４ｅの加熱温度がコ
ントロールされている。

【００３０】しかして、前記空隙５および６が形成され
ると同時に、導入管３ｄ，４ｄに窒素ガス７および８を
流入させるとともに加熱気体を流入穴３ｃ，４ｃを介し
て空隙５，６に流入させて、ガラス素材１を約８秒間加
熱軟化させる。

【００３１】尚成形変化を調べるために、加熱部材３，
４を一旦後退後、搬送アーム２を後退させてガラス素材
１を取り出し冷却した。このときガラス素材１は表面粗
さＲｍａｘ＝０．０３５　μｍとなっていた。また、ガ
ラス素材１の曲率半径はＲ４５ｍｍと変化していなかっ
た。

【００３２】前記加熱軟化したガラス素材１を温度４２
５℃に保持した成形型１１，１２間に搬入し、圧力１５
０ｋｇ／ｃｍ２でプレス時間１５秒保持した後、離型し
て成形レンズ１５を得た。

【００３３】尚成形レンズ１５の形状はヒケのない良好
な転写精度を有するものであった。これに対して、前記
特開平２−１２０２４２号公報に開示された従来法で加
熱したガラス素材では加熱工程で同等の表面粗さを得る
ためには加熱時間は１５秒必要であり、同様の転写精度
を得るためには、成形工程で型温４４０℃，プレス時間
２０秒が必要であることが判明した。

【００３４】またガラス素材１としてケイ酸塩ガラス（
転移点６４８℃，屈伏点６７９℃，軟化点７３７℃）を
用いた場合には、予備加熱温度６７０℃とし、電気ヒー
タ３ｂおよび４ｂを１１００℃とし、空隙５，６に流入
する窒素ガス７，８の温度を１０５０℃として、ガラス
素材１の表面粗さＲｍａｘ＝０．０４μｍ以下にするの
に要する加熱時間は１５秒であり、また加熱軟化による
ガラス素材面の形状変化はほとんどなかった。これに対
して前記従来法による必要加熱時間は３０秒であった。

【００３５】また、加熱後、成形工程では型温６３５℃
圧力１５０ｋｇ／ｃｍ２でプレス時間１５秒保持し、良
好な転写精度の成形レンズを得た、従来加熱法にて成形
した場合は、同様の転写精度を得るのに、型温６４５℃
，プレス時間２０秒が必要だった。

【００３６】さらに、ガラス素材１として、ホウケイ酸
塩ガラス（転移点５６５℃，屈伏点６２４℃，軟化点７
１５℃）を用いた場合には、予備加熱温度６００℃，電
気ヒータ３ｂおよび４ｂを１０００℃，空隙５，６に流
入する窒素ガス７，８の温度を９５０℃として、ガラス
素材１の表面粗さＲｍａｘ＝０．０４μｍ以下にするの
に要する加熱時間は１０秒であった。また、加熱後、成
形工程では型温５４５℃，圧力１５０ｋｇ／ｃｍ２でプ
レス時間１５秒保持し、良好な転写精度の成形レンズを
得た。

【００３７】これに対して、従来加熱法にて成形した場
合は同様の転写精度を得るのに、型温５６０℃，プレス
時間２０秒が必要であった。

【００３８】

【実施例２】図３は本発明の実施例２を示す加熱装置の
断面図である。１はガラス素材で実施例１で示した重フ
リントガラスからなり、その製作方法および表面形状も
実施例１と同様である。２３および２４は一対の加熱部
材で、石英ガラスからできており、それらの相対する端
面の加熱面２３ａおよび２４ａは、前記ガラス素材１の
上下面１ａ，１ｂの形状を反転させた曲率半径４５ｍｍ
の凹形状に形成されており、電気ヒータ２３ｂおよび２
４ｂが加熱面２３ａ，２４ａの近傍の加熱部材２３およ
び２４内に設置されている。なお、電気ヒータ２３ｂ，
２４ｂは図示しない温度センサーおよび温度コントロー
ラにより、任意の温度に制御自在に構成されている。

【００３９】また、加熱部材２３および２４は上下動自
在に構成されるとともに、ガラス素材１の上下面１ａ，
１ｂと加熱面２３ａ，２４ａ間に、ほぼ均等の空隙２５
および２６を形成できることも実施例１と同様である。 ２７は筒状の導入管であり石英ガラスからなり、その周
囲には電気ヒータ２７ａが設置されており、図示しない
温度センサーおよび温度コントローラによって任意の温
度に制御自在に構成されている。

【００４０】導入管２７には図示しない窒素ガス供給装
置から任意の圧力および流量の窒素ガス２８が供給され
、電気ヒータ２７ａにより所定の温度に加熱されつつ、
前記空隙２５および２６に加熱気体を流入できるように
、導入管２７の先端面２７ｂは、加熱部材２３および２
４がガラス素材１に近傍した時の側面の接続部２９に当
接できるように移動自在に構成されている。

【００４１】なお、この時接続部２９の反対側の側面の
排出部３０のみが前記空隙２５，２６の周方向における
開放状態となり、他の側周面は加熱部材２３と２４の周
側面が当接状態となるに構成されている。反射板３１お
よび３２は、実施例１の反射板９，１０と同様と同様の
材質と表面処理が施されており、前記電気ヒータ２３ｂ
および２４ｂの背面（被加工熱体と逆方向）に設置され
ている。その機能は実施例１と同様である。また加熱後
の成形工程は実施例１と同様である。

【００４２】次に上記装置により重フリントガラスから
なる両凸レンズを成形する方法について説明する。ガラ
ス素材１を搬送アーム２上に載置してから図示しない予
備加熱炉にて６４０℃にて均一に加熱した後、加熱部材
２３，２４間に搬入する。次いで加熱部材２３および２
４がガラス素材の上面１ａおよび下面１ｂに近接し、間
隔１ｍｍの空隙２５，２６を形成する。電気ヒータ２３
および２４ｂは９５０℃に設定されており、また窒素ガ
ス２８の温度が、圧力２．５ｋｇ／ｃｍ２　流量５　ｌ
／ｍｉｎにて９３０℃となるように、電気ヒータ２７ａ
の加熱度をコントロールがコントロールされている。

【００４３】空隙２５および２６が形成されてから、導
入管２７が加熱部材２３および２４の側面の接続部２９
に当接し、窒素ガス２８を流入させ、ガラス素材１を約
８秒間加熱軟化させる。このときガラス素材１の表面粗
さは、Ｒｍａｘ＝０．０３５　μｍであり、曲率半径の
変化は認められず、実施例１と同等の効果を示した。前
記加熱軟化したガラス素材１を実施例１と同様の成形条
件で押圧成形して得る成形レンズの特性も実施例１と同
様の良好なものであった。

【００４４】以上に示した実施例１，２の如く、本発明
方法には大きな効果があるが、これは次のような変形例
においても、同様あるいはより大きな効果が得られる。 （１）　実施例１における流入穴３ｃ，４ｃが複数個設
けられている場合。 （２）　加熱時におけるガラス素材１を、その対称軸ま
わりに回転する場合。 （３）　ガラス素材１の曲率半径が異なる場合。 （４）　凹レンズを成形する場合。 （５）　ガラス素材の表面粗さが異なる場合。 （６）　ガラス素材１を１次プレス材として得る場合。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、加熱時に、ガラス素材
が変形することが防止され、所定の形状に保たれるので
成形精度を向上でき、特に薄肉の成形品において、成形
後の転写精度を向上することができる。ガラス素材表面
を効率良く加熱できるので、短時間で加熱工程を終了で
き、生産性が向上する。また表面粗度が悪い安価なガラ
ス素材に対して、その表面の鏡面化も合わせて短時間で
行うことができる。さらに、ガラス表面がより温度に加
熱されるので、プレス工程におけるガラス内部の温度分
布が低減し、ヒケを防止することができる。加熱部材と
ガラス素材が非接触であるので、成形品の外観品質の劣
化がなく、また安価な装置とランニングコストである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施例１を示す加熱装置の断面図
。

【図２】加熱後のガラス素材をプレス成形する場合の説
明図。

【図３】本発明方法の実施例２を示す加熱装置の断面図
。

【符号の説明】

１　　ガラス素材 ２　　搬送アーム ３，４，２３，２４　　加熱部材 ５，６，２５，２６　　空隙 ７，８，２８　　窒素ガス ９，１０，３１，３２　　反射板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ガラス素材を加熱軟化させた後、一対
   の成形型で押圧成形するガラス光学素子の成形方法にお
   いて、前記ガラス素材の表面形状を反転させた表面形状
   を有する一対の加熱部材を、前記ガラス素材の表面に近
   接させるとともに、前記ガラス素材表面と前記加熱部材
   との空隙に、加熱された気体を流入させつつ前記ガラス
   素材を加熱することを特徴とするガラス光学素子の成形
   方法。