JPH0733448A

JPH0733448A - ガラス光学素子の成形方法

Info

Publication number: JPH0733448A
Application number: JP20277993A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Suzuki; 稔明鈴木; Hiroshi Ito; 弘伊藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1995-02-03

Abstract

(57)【要約】【目的】成形時間が短く、かつ生産数量の微調整が可
能な、ガラス光学素子の成形方法を提供する。【構成】計量されたガラス素材を容器内で加熱溶融
し、１０⁷ポアズ以下の粘度の溶融ガラスとする工程
と、該溶融ガラスの殆ど全てを該容器から分離して、少
なくとも該溶融ガラスより低温の成形型に供給する工程
と、該成形型で該溶融ガラスをプレス保持してガラス転
移温度以下まで冷却する工程とを連続的に行うことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融ガラスを、対向す
る成形型でプレスすることにより、レンズ等の光学素子
を効率的に生産する方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】この種の光学素子の成形方法に関する発明
や提案は従来より数多くなされているが、その殆どは次
の２種類に分類される。第１の方法（特開平４−４３８
５１号公報）の代表例を図１２に、第２の方法（特開平
３−１３７０３０号公報）の代表例を図１３に示す。

【０００３】第１の方法は、光学素子の体積に等しく寸
調されたガラス素材１をヒータ２で加熱し（図１２
（ａ））、図１２（ｂ）に示すように球状のガラスゴブ
１ａとした後、このガラスゴブ１ａを、図１２（ｃ）に
示すように、一対の成形型３の間に挟んだ状態で保持し
つつ、成形型３もろともガラスゴブ１ａが軟化変形する
温度（ガラス軟化温度以上）までヒータ４で加熱し、プ
レス成形した後、光学素子に成形されたガラスゴブ１ａ
を冷却固化する方法である。この第１の方法は、ガラス
ゴブ１ａの温度が成形型３のそれと同調して変化するの
で、本明細書では、「等温成形法」と呼ぶことにする。

【０００４】第２の方法は、図１３（ａ）に示すよう
に、ルツボ（容器）２で溶融された大量の溶融ガラス１
１を、ルツボ１２の下部に設けられたノズルから、目的
の光学素子に相当する体積の溶融ガラスゴブ１１ａとし
て下型１３ａに滴下し、図１３（ｂ）に示すように、下
型１３ａと対向する上型１３ｂでプレス成形する方法で
ある。この方法では、上下型１３ａ，１３ｂはガラス軟
化温度より低い温度に調温され、溶融ガラスゴブ１１ａ
は上下型１３ａ，１３ｂによって冷却されつつ成形が行
われる。したがって、この第２の方法は、溶融ガラスゴ
ブ１１ａと上下型１３ａ，１３ｂに温度差があるので、
本明細書では、「非等温成形法」と呼ぶことにする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
２種類の成形方法にはそれぞれ次のような欠点がある。

【０００６】すなわち、「等温成形法」では、ガラス素
材１を成形型３もろとも加熱冷却するので、「非等温成
形法」に比べて１回の成形に時間がかかるという欠点が
ある。特に冷却に時間を要する。また、ガラス素材１と
成形型３を同時に加熱するので、粗面のガラス素材１表
面が軟化して鏡面性を有するまで加熱温度を高めようと
すると、成形型面との化学的反応性が高まる前に融着を
生じてしまう。したがって、ガラス素材１にあっては予
め研磨等の表面粗さを向上させる工程が不可欠となる。
また、成形タクトタイムの短縮を図るのに、複数組の成
形型で成形を行うことによって、光学素子１個あたりの
成形時間を短縮しようという提案もなされているが、成
形型は耐久性や成形面の形状精度を要するので高価であ
り、あまり経済的でない。

【０００７】一方、「非等温成形法」では、大量の溶融
ガラス１１の中から光学素子１個分の溶融ガラスゴブ１
１ａを取り出して成形を行うので、光学素子の生産数量
の微調整がきかず、ガラス素材が無駄になるという欠点
がある。これに対して、「等温成形法」では光学素子１
個について１個のガラス素材１を用いているので、ガラ
ス素材が無駄になるということはない。

【０００８】本発明は、かかる点に鑑みなされたもの
で、成形時間が短く、かつ生産数量の微調整が可能な、
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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のガラス光学素子
の成形方法は、「非等温成形法」の思想に「等温成形
法」の思想を加味したものである。この成形方法の概略
を図１（概念図）に基づいて説明する。

【００１０】「等温成形法」のように光学素子１個分に
相当する体積に計量されたガラス素材１を用い、これを
ルツボ等の容器内で成形可能な粘度である１０⁷ポアズ
以下の粘度に相当する温度まで加熱して溶融ガラスゴブ
２１ａとした後、これを容器から分離して成形型２３の
間に供給し、「非等温成形法」のようにガラスゴブ２１
ａより低温の成形型２３の間でプレスすることによっ
て、ガラス光学素子を成形する。なお、１０⁷ポアズの
粘度でガラスゴブ２１ａの表面は鏡面化しプレス可能と
なるが、プレス時のガラスゴブ２１ａの変形量およびガ
ラスゴブ２１ａを容器から分離することを考えると、ガ
ラスゴブ２１ａの粘度は１０⁵ポアズ以下とすることが
望ましい。

【００１１】

【作用】上記した成形方法によれば、光学素子１個につ
いてガラス素材１個を使用しているため、ガラス素材２
１の個数により光学素子の生産数量の調整が可能であ
る。また、容器内で１０⁷ポアズ以下の粘度に相当する
温度まで加熱して溶融ガラスゴブ２１ａとするので、確
実に保持しつつ粗面のガラス材料を鏡面化することがで
きる。

【００１２】

【実施例１】図２〜図６に基づいて実施例１の成形方法
を説明する。まず、図２に示すように、切断等によって
光学素子１個分に相当する体積に計量された粗面のＳＦ
１１のガラス素材（ガラスペレット）３３を、炭素製の
加熱皿（容器）３２に乗せて押し棒３４で高周波加熱炉
３１の入り口３１ａから投入する。この場合、加熱皿３
２として白金等の金属を用いる場合は、加熱皿３２に付
着残留する溶融ガラスの分を見込んで、予め大きめのガ
ラス素材３３を使用することが好ましい。次に、炉内で
ガラス素材３３を例えば１３５０℃にコイル３１ｃで加
熱して、粘度約１０ポアズの溶融ガラスゴブ３３ａとす
る。この溶融ガラスゴブ３３ａの粘度は１０⁷ポアズを
越えると、鏡面性が得られにくくなる。なお、この場合
の炉３１の内部および出口３１ｂ付近は炭素製の加熱皿
３２が酸素と反応しないように不活性ガス例えば窒素ガ
ス雰囲気とする。そして、溶融ガラスゴブ３３ａを乗せ
た加熱皿３２を図４に示すようにハンドリングアーム３
５で高周波加熱炉３１から取り出して、図５に示すよう
に回転軸３５ａを回し、溶融ガラスゴブ３３ａを炉３１
の出口３１ｂの下に待機している下型３７ａに滑り台３
６の滴下口３６ａを通じて滴下する。この下型３７ａの
温度は予めガラス転移温度以下の温度例えば４５０℃に
しておく。最後に、溶融ガラスゴブ３３ａを乗せた下型
３７ａを直ちに、同じく４５０℃の温度にしておいた上
型３７ｂの下に搬送し、溶融ガラスゴブ３３ａを例えば
５ｋｇの荷重で１分間、プレス保持する。成形後は、図
３に示すようにハンドリングアーム３５を加熱皿３３の
ハンドル孔３２ａから後退させ、図６に示すように回転
軸３５ａの中に引っ込めて、加熱皿３２を落下させれ
ば、滑り台３６に落ちて回収されるので、再び同様にし
て光学素子の成形に使用することが可能である。このよ
うにして得られた成形品の表面は、欠陥のない鏡面性を
有する。

【００１３】本実施例の成形方法では、ガラス素材３３
を加熱溶融し、溶融ガラスゴブ３３ａとして下型３７ａ
に供給するまでの時間は、炉３１の長さを調節して、一
度に加熱するガラス素材３３の個数を増やすことによっ
て、いくらでも短くできる。一方、光学素子に成形した
溶融ガラスゴブ３３ａを冷却固化させるのに要した時間
は僅か１分であった。本出願人の知見によれば、従来の
「等温成形法」では、光学素子１個の成形には約１０分
かかるから、本実施例の方法を使えば、「等温成形法」
よりも短時間の成形が可能となる。また、光学素子１個
分のガラス素材３３を溶融ガラスゴブ３３ａとして、こ
れを光学素子に成形しているので、光学素子の生産数量
をガラス素材３３の個数で調節でき、ガラス素材を無駄
にすることなく計画的に光学素子を製造することが可能
となる。

【００１４】

【実施例２】図７および図８に基づいて実施例２の成形
方法とその実施に用いられる成形装置について説明す
る。

【００１５】（構成）図７において符号４１は予備加熱
炉であり、上下に設置された上ヒータ４１ａおよび下ヒ
ータ４１ｂから構成されている。それらのヒータの間に
はベルトコンベア４２が設けられている。符号４２ａは
耐熱性のベルトであり、図示していない駆動源により所
定の送り速度に設定可能で、図面の左方から右方への送
りができるようになっている。ベルト４２ａ面には、所
定の間隔で突起部４２ｂが設けられており、溶融ルツボ
（容器）４３をベルト上の所定位置に保持しつつ、予備
加熱炉４１内で移動できるようになっている。溶融ルツ
ボ４３は、溶融ガラスを保持してガラスへの悪影響なく
加熱溶融できるようにＰｔ（白金）等の材料からなり、
上部に開口部４３ａが設けられている。また、溶融ルツ
ボ４３の外周部には、円周状に設けられた上フランジ４
３ｂ、下フランジ４３ｃが付設されている。符号４４
は、予め成形品の重量相当に計量されたガラス素材であ
り、ブロック材からの切断品、ダイレクトプレス品、カ
レット品等の低コストで得られる粗面のガラス材料であ
る。予備加熱炉４１の図面右方には、高周波加熱コイル
４５が横向きに設置されている。高周波加熱コイル４５
は図示しない電源および制御装置によりコイル内の被加
熱物を所定の温度に加熱することができるようになって
いる。

【００１６】高周波加熱コイル４５のさらに右方には、
一対の上型４６および下型４７が配置されている。下型
４７は固定されており、上型４６は上下動可能であり、
かつ下型４７とによってその間に位置したガラスに所定
のプレス圧力を作用することができるようになってい
る。なお、上型４６，下型４７は図示していない加熱ヒ
ータにより所定の温度に加熱維持できるようになってい
る。符号４８はリング状の胴型であり、下型４７の先端
外周部に嵌合しており、図示していない離型アームにて
フランジ部４８ａをひっかけて持ち上げることにより、
下型４７から離型可能になっている。

【００１７】図面のさらに右方に設けられたハンドリン
グアーム４９は、軸ａに対して回転自在で、また軸ａ方
向に進退自在となっている。さらに、軸ａの垂直方向に
移動自在である。ハンドリングアーム４９の先端部４９
ａは、図８に示すように二股の爪状となっており、前記
溶融ルツボ４３の上フランジ４３ｂと下フランジ４３ｃ
の間に入って溶融ルツボ４３を保持できるように構成さ
れている。符号４９ｂは加熱ヒータであり、ハンドリン
グアーム４９の先端部４９ａ付近を加熱して温度を上昇
させておくものである。

【００１８】符号４０は図面に対して垂直方向におかれ
た回収用ベルトコンベアであり、前記ハンドリングアー
ム４９により、溶融ガラスを下型４７上に供給した後の
溶融ルツボ４３が該ベルトコンベア上に載置されて回収
される。

【００１９】（作用）上記構成により、溶融によるガラ
ス成分ＰｂＯの揮発の多い重フリント系の光学ガラスで
あるＳＦ１１（転移点温度４６７℃、軟化点温度５６８
℃）を用いてガラス光学素子を成形する例を説明する。

【００２０】まず、ブロック材からの切断によって予め
成形品の重量相当に計量された１ｇのガラス素材４４が
投入された溶融ルツボ４３を予備加熱炉４１内のベルト
コンベア４２上に順次載置する。予備加熱炉４１の上ヒ
ータ４１ａおよび下ヒータ４１ｂの設定温度を、ガラス
成分の揮発が実質的に生じない温度例えば１０００℃に
しておく。ベルトコンベア４２の送り速度は、溶融ルツ
ボ４３が予備加熱炉４１の出口に至った時に、その設定
温度１０００℃に達するように設定する。

【００２１】溶融ルツボ４３が予備加熱炉４２の出口に
至った時に、ハンドリングアーム４９が溶融ルツボ４３
まで移動して、先端部４９ａが上フランジ４３ｂおよび
下フランジ４３ｃの間に入り、次いで上昇してから後退
し、高周波加熱コイル４５内の中央部に保持される。な
お、ハンドリングアーム４９の加熱ヒータ４９ｂは予め
１０００℃に設定して予備加熱しておく。高周波加熱条
件は、ガラス素材面が表面張力により鏡面化し、かつ溶
融ルツボ４３から下型４７への滴下が可能な設定温度例
えば１３５０℃（ガラス粘度で１０ポアズ）とし、この
温度までの到達時間は本高周波加熱装置の能力内で最短
の時間例えば２０秒に設定する。

【００２２】その後、ハンドリングアーム４９を後退し
て下型４７真上に位置させてから、ハンドリングアーム
４９を１８０゜回転させ、溶融ルツボ４３内の溶融ガラ
ス４４ａを下型４７上に全て滴下する。なお、上型４
６、下型４７の設定温度は例えば４００℃とする。ま
た、型の成形面径は例えばφ１０とする。滴下を終了し
た空の溶融ルツボ４３は、ハンドリングアーム４９がさ
らに後退して、回収用ベルトコンベア４０上に載置され
て回収される。

【００２３】滴下後、上型４６が直ちに下降して滴下さ
れた溶融ガラス４４ａを所定の圧力で押圧しつつ冷却し
て、φ１０、厚み３．５ｍｍのガラス光学素子に成形す
る。その後、上型４６が上昇してから、図示していない
離型アームにより胴型４８のフランジ部４８ａを引っか
けて上昇し離型する。このガラス光学素子は、所定のア
ニール処理により歪を除去される。

【００２４】（効果）以上のようにして得られたガラス
光学素子は、カメラ等の撮像光学系の光学素子として問
題のない形状精度と脈理がなく鏡面性を有する良好な光
学特性を有する。

【００２５】本実施例では、加熱によるガラスの揮発が
実質的に生じない温度に予備加熱する予備加熱工程と、
該溶融ルツボ４３を成形型に供給しプレス成形可能なガ
ラス粘度となる温度まで急速に加熱する本加熱工程と、
に分けることにより、本加熱工程で与える熱量を低減で
きるので、ガラス成分の揮発が生じる温度域に留まる時
間の短縮が実現できる。したがって、本実施例では脈理
の生じ易いＳＦ１１の光学素子を連続的に製造すること
が可能になる。

【００２６】なお、本実施例に示した予備加熱工程の設
定温度は実質的にガラス成分の揮発が生じない範囲であ
ればよく、また本加熱工程の設定温度は粗面のガラス素
材から鏡面性を得ることのできるガラス粘度１０⁷ポア
ズに相当する温度以上であればよい。

【００２７】

【実施例３】図９〜図１１に基づいて実施例３の成形方
法およびその実施に用いられる成形装置について説明す
る。

【００２８】（構成）この実施例３に用いられる成形装
置は、鉛直に設置した高周波加熱炉５１と、その下部に
隙間をおいて設置した支持台５５と、前記隙間の傍らに
配置し電磁石５６で前後退するシューター５７と、支持
台５５の下方に位置する下枠５８とからなる。高周波加
熱炉５１の内部には、計量されたガラス素材（ガラスペ
レット）５４を載せた加熱皿（容器）５２が積み重ねて
ある。この加熱皿５２は底板５２ａと外周規制枠５２ｂ
の２体からなり、共に溶融ガラスに濡れにくい材質とし
てカーボンをＰ−ＢＮでコーティングしたもので作られ
ている。この加熱皿５２の材質は溶融ガラスに濡れにく
い材質であればこれに限るものではない。

【００２９】（作用）この装置による光学素子の成形は
以下のようにして行われる。まず、高周波加熱炉５１で
加熱皿５２に載せたガラス素材５４を軟化点以上に加熱
し、１０⁵ポアズ以下の粘度を有する溶融ガラスゴブ５
４ａとする（図９）。次に、シューター５７を外周規制
枠５２ｂに対して瞬時に前後退させて、外周規制枠５２
ｂを支持台５５の上から弾き飛ばし、溶融ガラスゴブ５
４ａを載せた加熱皿５２を支持台５５の上に落下させる
（図１０）。この時、再びシューター５７を前後退させ
ると、今度は溶融ガラスゴブ５４ａを乗せた底板５２ａ
が支持台５５の上から弾き飛ばされるが、底板５２ａが
溶融ガラスに濡れにくい材質であるために、溶融ガラス
ゴブ５４ａは底板５２ａに付着することがなく、また、
外周規制枠５２ｂに遮られているので、底板５２ａと滞
りなく分離し支持台５５の穴を通って下型５８の上に落
下する（図１１）。すなわち、溶融ガラスゴブ５４ａは
下型５８に供給される。後は、実施例１と同様に、これ
に供給された溶融ガラスゴブ５４ａを、前記下型５８と
対となる上型（図示せず）でプレスすることによって光
学素子に成形する。このようにして、前記一連の動作を
繰り返すことにより連続して光学素子の成形が可能であ
る。

【００３０】（効果）本実施例の装置の動作は、シュー
ター５７が前後退するのみで機構が簡略である。よって
実施例１の装置に比べて、装置の保守が容易であるとい
う利点を有する。また、高周波加熱炉５１を鉛直に配置
したことによって、装置全体をコンパクトに構成できる
という利点を有する。

【００３１】

【発明の効果】本発明の成形方法によれば、ガラス素材
を無駄にすることなく、かつ、コストの安い粗面のガラ
ス素材から鏡面性を有する成形品が得られ、「等温成形
法」より圧倒的に速い生産スピードで光学素子を成形す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形方法の概念図である。

【図２】実施例１の成形方法の実施に用いられる成形装
置の構成を示す縦断面図である。

【図３】図２の成形装置のハンドリングアームと加熱皿
の斜視図である。

【図４】図２の成形装置の動作図である。

【図５】図２の成形装置の動作図である。

【図６】図２の成形装置の動作図である。

【図７】実施例２の成形方法の実施に用いられる成形装
置の構成を示す縦断面図である。

【図８】図７の成形装置のハンドリングアームと加熱皿
の斜視図である。

【図９】実施例３の成形方法の実施に用いられる成形装
置の構成を示す縦断面図である。

【図１０】図９の成形装置の動作図である。

【図１１】図９の成形装置の動作図である。

【図１２】従来の成形方法の一例の概念図である。

【図１３】従来の成形方法の他例の概念図である。

【符号の説明】

１，２１，３３ガラス素材１ａ，１１，１１ａ，２１ａ，３３ａ，４４ａ，５４ａ
溶融ガラス３，１３ａ，１３ｂ，２３，３７ａ，３７ｂ，４６，４
７，５８型１２，４３ルツボ（容器）３２，５２加熱皿（容器）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】計量されたガラス素材を容器内で加熱溶
融し、１０⁷ポアズ以下の粘度の溶融ガラスとする工程
と、該溶融ガラスの殆ど全てを該容器から分離して、少
なくとも該溶融ガラスより低温の成形型に供給する工程
と、該成形型で該溶融ガラスをプレス保持してガラス転
移温度以下まで冷却する工程とを連続的に行うことを特
徴とするガラス光学素子の成形方法。