JP2006265087A - 光学素子用プリフォーム - Google Patents

Abstract

【課題】 成形した時にガラス変形量が少なく、型の寿命が確保しやすい、光学素子用プリフォームを提供する。
【解決手段】 この光学ガラス素子成形用プリフォーム１０は、上面視において所定の直径を持つほぼ円形を呈し、側面視において所定の全高を持つ偏平型半円形を呈し、上面に凸状面を前記円形のほぼ中心位置において前記所定の全高となるように備え、前記上面の凸状面に沿うように、底面に空隙をあけるように凹状面を備えている。下面は、凹状面でもよく、凸状面であってもよい。また、上面も、凹状面でもよく、凸状面であってもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学機器に使用されるレンズ等の光学素子を成形するための光学素子用プリフォーム及びその製造方法に関する。

近年デジタルカメラ等のレンズにおいては所定の形状に成形した光学レンズが用いられており、凹面レンズ、さらには両凹面レンズが光学部品の主流になりつつある。これら光学レンズを精密かつ大量に製造する観点から、溶融したガラス素材を最終的な光学素子になるべく近似した形状に成形された予備成形体をいったん製造し、この予備成形体を最終成形型に供給し、熱間加工する方法が一般的である。

これは光学ガラスの熱間加工時の変形量を低減し、型との接触時間を短縮し、その結果として成形不良を少なくするとともに型の寿命を延ばし、さらには成形タクトタイム短縮の効果が期待されるものである。

このようにいったん成形予備体を経て光学素子を製造する方法については様々な文献に開示されている。ただし、成形予備体の形状に言及したものはそれほど多く存在しない。

一方、特殊な形状を有するガラス成形予備体が開示されている（例えば、特許文献１）。この文献では、あらかじめ所定の大きさに切断されたガラス部材を、円形開口部を有する支持部材に載せ、いったん加熱軟化することでカテナリー曲線に近似させる。さらにこのカテナリー曲線に近似させたガラス部材を上下型が凸面からなる成形型へ載せ、プレス成形することで両凹面を有するガラス成形予備体が得る方法が開示されている。

しかし、このカテナリー曲線に近似させたガラス部材は片面が凸形状をしている為、精密プレス成形時に座りが悪く、成形不良が発生しやすい。またガラスブロック材からガラス素材を切り出し、研削・研磨加工して両凹面光学素子を得る方法があるが、この場合多数の工程を繰り返す為に時間がかかり結果的にコストアップとなってしまう。

一方、あらかじめ凸凹状又は両凸状の形態を有するガラス成形予備体が開示されている（例えば、特許文献２）。

しかし、ここに記載されたガラス成形予備体は、いわば光学素子の最終形態に適宜対応して成形予備体の型を変えることを前提とするため、一定のガラス成形予備体があらゆる最終形態のプレスに対応できるものではない。したがって、成形予備体製造用型の寿命を考慮することが必要となり、コストダウンの観点においては根本的な解決方法とは言い難い。
特開平５−２１３６２２号公報 特開平９−１２３１８号公報

本発明は、一連の光学ガラス素子製造工程において、成形型の寿命を延ばし、成形不良品発生率を削減し、しかも簡便な方法にて作成可能な光学素子用プリフォーム及びその製造方法を提供する。

本発明の第１の光学ガラス素子成形用プリフォームは、やや扁平な半球状の形状をしており、その半割面が凹状面を備える。また、本発明の第２の光学ガラス素子成形用プリフォームは、やや厚い円板形状の光学ガラス素子成形用プリフォームであって、上面及び下面が共に凹状面を備える形状である。また、本発明の第３の光学ガラス素子成形用プリフォームは、薄い扁平形状の光学ガラス素子成形用プリフォームであって、上面及び下面が共に凸状面を備える形状である。

このような態様によれば、後の成形工程で、凸状押型又は、凹状押型によりプレスする際に、上述の凹状面又は、凸状面がこの凸状押型又は、凹状押型にマッチし、又は、なじみやすくなり、押型の押圧力がプリフォーム全体に均等に加わると考えられる。また、プリフォームは通常他の部材や部品と係合するような突起物等を有しておらず、もっぱら重力と、接触する相手面から与えられる圧縮力や摩擦力等によるせん断力から、その落ち着く位置が決定され、また、その落ち着き方が安定型（多少の変動に対して安定）又は不安定型（多少の変動が更に大きな変動を招き不安定）かを決める傾向にある。押型の形状とプリフォームの接触する面が異なる形状である場合、不安定になり易い。従って、押型の形状が凸状押型、凹状押型のいずれにおいても、プリフォームの形状と押型との接触を好ましいものにし、押型の押圧力がプリフォーム全体に均等に加わりやすくなる。そのため、プリフォームの座りが良好であるために成形不良品の発生を低減でき得る。

上述のように、後の成形工程で用いる押型の先端形状とプリフォームの凹状面又は、凸状面の上面視でほぼ中心位置近傍の曲面とのマッチングが大切である。押型の先端形状がほぼ球面形状をしている場合は、プリフォームの凹状面又は、凸状面のほぼ中心位置近傍の曲面の曲率半径は、押型の先端形状のそれとほぼ同等であることが好ましい。

プリフォームの凹状面の曲率半径が相対的に大きすぎると押し圧がプリフォームの凹状面のほぼ中心位置に大きくかかりすぎるおそれがあり、相対的に小さすぎると押し圧がプリフォームの凹状面のほぼ中心位置に直接かけられず、その周辺にリング状にかかるおそれがあり、更に、押型の少しの傾きでもリングの一部に偏ってかかるおそれがあるからである。プリフォームの凹状面のほぼ中心位置近傍の曲面の曲率半径は、押型の先端形状のそれに対してやや大きい方がより好ましい。押し圧力がより均一にかかりやすいと考えられるからである。

プリフォームの凸状面の曲率半径が相対的に大きすぎると押し圧がプリフォームの凸状面のほぼ中心位置に直接かけられず、その周辺にリング状にかかるおそれがあり、更に、押型の少しの傾きでもリングの一部に偏ってかかるおそれがあるまた、相対的に小さすぎると凸状面のほぼ中心位置に大きくかかりすぎるおそれがある。プリフォームの凸状面のほぼ中心位置近傍の曲面の曲率半径は、押型の先端形状のそれに対してやや小さい方がより好ましい。押し圧力がより均一にかかりやすいと考えられるからである。

また、プリフォームの凹状面のほぼ中心位置近傍でのプリフォームの肉厚と、上述の直径との比は、１．０以下であることが好ましい。また、この比は、０．２以上であることがより好ましい。更に、この比は、０．９以下であることがより好ましい。適正な変形量をプリフォームに与えて、製品が成形されるためである。

プリフォームの上面及び下面が共に凸状面を備える形状である場合は、上面及び下面の凸状面のほぼ中心位置近傍でのプリフォームの肉厚と、上述の直径との比は、０．４５以下であることが好ましい。また、この比は、０．１以上であることがより好ましい。更に、この比は０．３以下であることが好ましい。この範囲内であれば、製造されるプリフォームのカケの発生を少なくすることができ、さらに、変形量が少ないため、プレス時間を短縮することができる。

より具体的には、以下のものを提供する。

（１） 上面視において所定の直径を有するほぼ円形状を呈し、側面視において下向きに凸曲線及び上端側にほぼ水平な直線を有する偏平型半円形状を、該凸曲線の最下部から該直線への距離が該偏平型半円形状の所定の高さとなるように、呈し、上面に凹状面を、底面に凸状面を備える光学ガラス素子成形用プリフォームにおいて、前記上面視でほぼ円形状のほぼ中心位置において上面の凹状面は、凹状面最下部を形成し、前記ほぼ中心位置に対応する底面の中心位置において底面の凸状面は、凸状面最下部を形成し、前記偏平型半円形状の前記高さの、前記上面視においてほぼ円形状の前記直径に対する比が、０．２から０．９であることを特徴とする光学ガラス素子成形用プリフォーム。

（２） 前記上面視でほぼ円形状のほぼ中心位置において、前記凹状面は、前記側面視で前記凹状面最下部から前記上端側の前記直線までの距離と、前記上面視においてほぼ円形状の前記直径との比が、０．０２から０．９であることを特徴とする上記（１）記載の光学ガラス素子成形用プリフォーム。

（３） 前記上面視でほぼ円形状のほぼ中心位置における、前記側面視の前記凸状面最下部から前記凹状面最下部までの距離であるプリフォームの肉厚と、前記上面視においてほぼ円形状の前記直径との比が、０．２から０．９であることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の光学ガラス素子成形用プリフォーム。

（４） 前記側面視で前記偏平型半円形状の前記所定の高さと、前記上面視においてほぼ円形状の前記直径との比が、０．２から０．９であることを特徴とする上記（１）から（３）いずれか記載の光学ガラス素子成形用プリフォーム。

（５） 前記凸状面は前記凸状面最下部近傍における曲率半径と、前記凹状面の前記凹状面最下部近傍における曲率半径の比が、０．４から１０であることを特徴とする上記（１）から（４）いずれか記載の光学ガラス素子成形用プリフォーム。

（６） 上面視において所定の直径を有するほぼ円形状を呈し、上面及び下面ともに凹状面を備える光学ガラス素子成形用プリフォームにおいて、前記上面視でほぼ円形状のほぼ中心位置において上面の凹状面は、凹状面最下部を形成し、前記ほぼ中心位置に対応する下面の中心位置において底面の凹状面は凹状面最上部を形成し、側面視における扁平型楕円形状の高さの、上面視においてほぼ円形状の直径（Ｄ）に対する比が、０．１〜０．９であることを特徴とする光学ガラス素子用プリフォーム。

（７） 上面視において所定の直径を有するほぼ円形状を呈し、側面視において上端及び下端側にほぼ水平な直線を有する扁平型楕円形状を有し、側面視における上端と下端との距離が該扁平型楕円形状の所定の高さ（ｈ）になるようにし、上面及び下面ともに凹状面を備える光学ガラス素子成形用プリフォームにおいて、前記上面視でほぼ円形状のほぼ中心位置において上面の凹状面は、凹状面最下部を形成し、前記ほぼ中心位置に対応する下面の中心位置において底面の凹状面は凹状面最上部を形成し、側面視における扁平型楕円形状の高さの、上面視においてほぼ円形状の直径（Ｄ）に対する比が、０．１〜０．９であることを特徴とするプリフォーム。

（８） 側面視で一方の凹状面において前記凹状面最下部から上端側までの距離（Δｈ１）と前記側面視で他方の凹状面において前記凹状面最上部から下端側までの距離（Δｈ２）との和（Δｈ１+Δｈ２）の、前記上面視においてほぼ円形状の直径（Ｄ）に対する比が、０．０２〜０．９であることを特徴とする（６）記載の光学ガラス素子成形用プリフォーム。

（９） 前記側面視で一方の凹状面において前記凹状面最下部から他方の凹状面において前記凹状面最上部までの距離であるプリフォームの肉厚（ｔ）の、前記上面視におけるほぼ円形状の直径（Ｄ）に対する比が、０．２〜０．９であることを特徴とする（６）又は（８）記載の光学ガラス素子成形用プリフォーム。

（１０） 前記側面視で一方の凹状面において前記凹状面最下部近傍における曲率半径（Ｒ１）の、前記側面視で他方の凹状面において前記凹状面最上部傍における曲率半径（Ｒ２）に対する比が０．１〜１０であることを特徴とする（６）から（９）いずれか記載の光学ガラス素子成形用プリフォーム。

（１１） 上面視において所定の直径を有するほぼ円形状を呈し、上面及び下面ともに凸状面を備える光学ガラス素子成形用プリフォームにおいて、前記上面視でほぼ円形状のほぼ中心位置において上面の凸状面は、凸状面最上部を形成し、前記ほぼ中心位置に対応する下面の中心位置において底面の凸状面は、凸状面最下部を形成し、側面視の上面の凸状面の最上部から下面の凸状面の最下部までの距離であるプリフォームの肉厚（ｔ）と、前記上面視においてほぼ円形状の直径（Ｄ）に対する比が、０．４５以下であることを特徴とする光学ガラス素子成形用プリフォーム。

（１２） 光学用として好ましい材料である、シリカ−ホウ酸系又はランタン系光学ガラスからなる（１）から（１１）いずれか記載の光学ガラス素子成形用プリフォーム。

（１３） 上記（１）から（１２）いずれか記載のプリフォームを精密プレス成形してなる光学素子。

本発明の第１のプリフォームはその上面となる凹状面を上に向けて、主として先端が上述の凹状面の曲率半径にマッチした曲率半径を有する上型による押圧により、受け側である下型の凹形状の面であって、プリフォームの底面の凸状面とマッチする面との間で、圧縮されて所望の形状に成形することが好ましい。また、第２のプリフォームは、凹状面を上に向けて、主として先端が凹状面の曲率半径にマッチした曲率半径を有する上型による押圧により、受け側である下型の凸形状の面であって、プリフォームの底面の凹状面とマッチする面との間で、圧縮されて所望の形状とすることが好ましい。また、第３のプリフォームについても、凸状面を上に向けて、主として先端が凸状面の曲率半径にマッチした曲率半径を有する上型による押圧により、受け側である下型の凹形状の面であってプリフォームの底面の凸状面とマッチする面との間で、圧縮されて所望の形状とすることが好ましい。

以下、本発明の第１のプリフォームについて、図１から４を参照しつつ詳細に説明する。また、本発明の第２のプリフォームについて、図５から８を参照しつつ詳細に説明する。また、本発明の第３のプリフォームについて、図９から１２を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、共通の構成要素については同じ図番を付し、その説明を省略若しくは簡略化する。

本明細書中において、プリフォームの高さとは、プリフォームの片側を下にして水平に静置した場合に鉛直上向きに最も高くなる位置までの距離をいう。プリフォームの中心肉厚とは、プリフォームのほぼ中心におけるプリフォームの厚みの距離をいう。プリフォームの凹部深さとは、プリフォームの片側を下にして水平に静置した場合に凹部曲率低点から側面視において上端側、又は、下部側にほぼ水平な直線を引いた場合、この直線までの距離をいう。プリフォームの外径とはプリフォームを上方から見た場合の直径をいう。

＜第１のプリフォーム＞
図１は本発明の第１のプリフォーム（又はゴブ）１０の断面図である。プリフォーム１０は、上面視で直径（Ｄ）の円形状若しくは立体的に見て直径Ｄの半球状の形状をやや扁平にした形状を有している。この半球状の形状のへそのような位置が、図中下側の凸形状先端部の下面中心点１２であり、凸状面最下部に相当する。底面視でもこの下面中心点１２を中心とする直径（Ｄ）の円形状を呈している。この下面中心点１２の上に斜線を施したブーメラン形状（又は開いたＶ形状）のような断面１９が表されている。このプリフォームは、下面中心点１２を通る図中垂直に延びる軸に対して回転対称であり、また、断面１９を含む垂直面に対して面対称の形状をしている。

断面１９は、上述のように左右に斜め上に延びる形状をしており、その左右の先端は、断面において、所定の半径の円弧１４を描いて、滑らかにプリフォーム１０の上面へと断面の輪郭線が描かれている。この上面は、このプリフォームの図中最大高さ（以下に説明する）を持つ円周部２２からなだらかに凹む、凹状面１６を有しており、断面１９における輪郭線は、前記円弧１４を越えて変曲点１７を過ぎ、凹状面１６の窪みの中心へと向かう。この変曲点１７の前後で曲率が変わることになるが、実際の製造では、製造方法や製造条件により、位置や変曲の程度は異なることがある。

プリフォーム１０の凸部先端の下面中心点１２近傍は、（球Ｒ１）の球面の一部からなっている。球Ｒ１の中心１８は、上述の回転対称の軸上にあるが、凹状面１６の面より上にある。この球Ｒ１の範囲は、当該断面１９において、（Ｄｅｇ１）以下の範囲である。同様にプリフォーム１０の凹状面１６の中心部は、球Ｒ２の球面の一部からなっている。（球Ｒ２）の中心２０は、上述の回転対称の軸上にある。この（球Ｒ２）の範囲は、当該断面１９において、（Ｄｅｇ２）以下の範囲である。

プリフォーム１０の凸部先端の下面中心点１２及び円弧１４の間は、所定の球面をしているが、この時の中心は、円対象の軸上にはなく、それよりも図中右側（図の右側凸状面を対象にするときは左側）にずれている。

ここで、上記に用いられるパラメータ Ｄ、Ｒ１、Ｒ２、Ｄｅｇ１、Ｄｅｇ２は、それぞれ、以下の範囲のものを用いることができる。

本明細書中においてプリフォームの高さとは、たとえばプリフォームの凸部の頂部となる下面中心点１２を下にしてプリフォーム１０を水平に静置した場合に、当該プリフォームが静置されている静置面から鉛直上向きに最も高くなる位置までの距離を意味することができ、具体的には図１中の（ｈ）である。即ち、側面視において下向きに凸曲線及び上端側にほぼ水平な直線を有する偏平型半円形状を、該凸曲線の最下部から該直線への距離が該偏平型半円形状の所定の高さ（ｈ）である。

プリフォームの凹部深さとはたとえばプリフォームの凸部を下にしてプリフォームを水平に静置した場合に、静置面からプリフォーム凹部曲率底点までの鉛直距離（ｔ）と、前記プリフォームの高さ（ｈ）との差に該当する。具体的には図１中の（Δｈ）が相当する。即ち、上面視でほぼ円形状のほぼ中心位置において、上面の凹状面の凹状面最下部から前記上端側の前記直線までの距離（Δｈ）である。

プリフォームの中心肉厚とは、凸部曲率頂点から凹部曲率底点までの距離を表す。図１では、図１中の（ｔ）で示される距離が相当する。

本明細書中においてプリフォームの外径とはプリフォームを上方から見た場合の直径を表すものである。図１中では、直径（Ｄ）で表される距離を意味する。

本実施例においては凹部の深さ（Δｈ）がプリフォームの外径の０．０２倍以上であることが好ましい。また、凹部の深さ（Δｈ）が０．９倍以下であることが好ましい。外径に対して凹状面１６の凹部のくぼみが大きくなりすぎると、プリフォームを成形するときに、該プリフォームが欠けやすくなり、不良品の発生率が増加するおそれがある。逆に小さくなりすぎるとその後の精密プレス成形時のガラス変形量が大きくなりすぎ、精密プレス成形時の型の寿命の低下及びサイクルタイムの増加を招くおそれがある。

本発明の実施例において中心肉厚（ｔ）がプリフォームの外径（Ｄ）の０．２倍以上であることが好ましい。また、プリフォームの外径Ｄの０．９倍以下であることが好ましい。外径に対して中心肉厚が小さくなりすぎると成形時にプリフォームが欠けやすくなり、不良品の発生率が増加するおそれがある。逆に大きくなりすぎるとその後の精密プレス成形時のガラス変形量が大きくなり、型の寿命の低下及びサイクルタイムの増加を招くおそれがある。

本発明の実施例においては高さ（ｈ）がプリフォームの外径の０．２倍を下限とし、０．９倍を上限とすることが好ましい。ここで外径に対して高さが小さすぎると、余肉が広がって外径が大きくなり肉薄となって欠けやすくなる。逆に高さが大きすぎると成形時の変形量が大きくなり型の寿命の低下及びサイクルタイムの増加を招くこととなる。

なお、本発明のプリフォームは特にその外径及び中心肉厚を限定するものではないが、作業効率上、その外径は好ましくは２０ｍｍ、より好ましくは１５ｍｍ、最も好ましくは１２ｍｍを上限としてもよい。また、その外径は好ましくは５ｍｍ、より好ましくは７ｍｍ、最も好ましくは９ｍｍを下限としてもよい。また中心肉厚は好ましくは１８ｍｍ、より好ましくは１２ｍｍ、最も好ましくは８．５ｍｍを上限としてもよい。また、この中心肉厚は、好ましくは１．０ｍｍ、より好ましくは２．０ｍｍ、最も好ましくは３．５ｍｍを下限としてもよい。

なお、本発明のプリフォームの曲率半径Ｒの測定には、例えば、φ４の測定器を用いて測定することができる。具体的には、φ４の測定器は内径φ４カップと触針を含むカップゲージであり、触針の変位量はデジタルメータで読むことができる。まず基準板を用いてカップ上面位値と触針位置をそろえ、この位置を基準とする（デジタルメータの読みゼロ）。次にプリフォームの測定したい面をカップに押し付け、触針位置をデジタルメータから読む（ΔＨ）。この値を下記式（１）に代入し、曲率半径Ｒを算出する。

本発明の第１のプリフォームは、図２から４に模式的に示す製造工程によって製造することができる。図２は溶融ガラスを供給し所定重量のガラス塊１１を溜める装置５０及び工程を示している。成形前の所定重量のガラス塊１１は、溶融ガラス供給装置のノズル５２から、供給口に一部たれる溶融ガラス５６が示すように、所定温度に加熱された溶融ガラスが供給され、下型（又は受け型）５４に所定量溜められる。このとき、下型５４は細かい空気穴が開いており、矢印６２に示すように、熱風、温風、冷風のいずれでも供給することができる。この供給は、下型の長寿命化に役立つものであるが、風を供給しなくてもよい。下型５４に溜められた溶融ガラスは、雰囲気で若干冷やされながらガラス塊１１となり、上型７２が適用されるところまで、下型５４と共に移動する。

図３は、プリフォームの凹部を上型７２による押圧力によって形成する装置７０及び工程を示す。下型５４と共に移動したガラス塊１１は、所定ガラス表面温度の状態にとなって、対向する位置に配置された上型７２によって押圧され凹部を有する光学素子用プリフォーム１３を得ることができる。この時下型５４の面６０からは、所定の温度の風が矢印６２に示すように供給されると共に、上型７２からも矢印７６に示すように所定の温度の風が供給される。

また、下型５４の形状は特定の曲率半径に限定されるものではなく、またそれ自体が気体を噴出するものであってもよく、ない場合であってもよい。図４は、図３で凹状面１６の凹部を形成する上型７２を取り除き、プリフォーム１５を製品として取り出すところである。上記図２〜４の説明においては、プリフォームから製造される光学素子が凹凸形状を有するレンズ等を想定している。しかし、最終成形物が両凹型レンズ等である場合は、プリフォームの受け型を凸形状若しくは一旦凹形状で受けたものを凸形状の受け型に移行させて、図中下側面を凹形状にすることができる。そして、上述のような方法で、形成される面全体若しくは一部を凹形状に適宜調節することができる。なお、下型５４の形状は特定の曲率半径に限定されるものではなく、またそれ自体が気体を噴出するものであってもよく、なくてもよい。

＜第２のプリフォーム＞
図５は本発明の第２のプリフォームの一例を示す断面図である。このプリフォ−ム１０ａは、上面視で直径（Ｄ）の円形状若しくは立体的に見て直径Ｄの半球状の形状を扁平にしたものが上下対称に結合した形状を有している。すなわち、図５における下面が凹部をなしている点が図１の第１のプリフォームと異なっている。

断面は左右斜め上へさらに左右斜め下へと延びる形状をしており、その左右先端は断面において所定の半径の円弧を描いて、滑らかにプリフォームの上面さらに下面へと輪郭線を描いている。この上下面は円周部からなだらかに凹む凹状面を有している。この凹状面の曲率半径及び深さは製造条件によって自由に変更できる。ここで、上記に用いられるパラメータＤ、Ｒ１、Ｒ２、Ｄｅｇ１，Ｄｅｇ２はそれぞれ以下の範囲のものを用いることができる。

本実施形態においては両凹部深さの合計（Δｈ１＋Δｈ２）がプリフォームの外径Ｄの０．０２倍以上であることが好ましく、０．０５倍以上であることがより好ましく、０．１倍以上であることが最も好ましい。また両凹部深さの合計（Δｈ１＋Δｈ２）が０．９倍以下であることが好ましく、０．７倍以下であることがより好ましく、０．５倍以下であることが最も好ましい。外径に対して両凹部深さが深すぎると、プリフォームを成形するとき欠けやすくなり、不良品の発生率が増えてしまう。逆に小さすぎるとその後の精密プレス成形時のガラス変形量が大きくなりすぎ、精密プレス成形時の型の寿命の低下及びサイクルタイムの増加を招くおそれがある。

本実施形態において中心肉厚ｔがプリフォームの外径Ｄの０．２倍以上であることが好ましく、０．３倍以上であることがより好ましく、０．４倍以上であることが最も好ましい。またプリフォ−ムの外径Ｄの０．９倍以下であることが好ましく、０．８倍以下であることがより好ましく、０．７倍以下であることが最も好ましい。外径に対して中心肉厚が小さくなりすぎると成形時にプリフォームが欠けやすくなり、不良品の発生率が増えてしまう。逆に大きすぎるとその後の精密プレス成形時のガラス変形量が大きくなりすぎ、精密プレス成形時の型の寿命の低下及びサイクルタイムの増加を招くおそれがある。

本実施形態において高さｈがプリフォームの外径Ｄの０．１倍、より好ましくは０．２倍、最も好ましくは０．３倍を下限とし、０．９倍、より好ましくは０．８倍、最も好ましくは０．７倍を上限とすることが好ましい。ここで外径に対して高さが小さすぎると、余肉が広がって外径が大きくなり肉薄となって欠けやすくなる。逆に高さが大きすぎると成形時の変形量が大きくなり型の寿命の低下及びサイクルタイムの増加を招くこととなる。

なお、本発明のプリフォームは特にその外径及び中心肉厚を限定するものではないが、作業効率上、その外径は好ましくは２０ｍｍ、より好ましくは１５ｍｍ、最も好ましくは１２ｍｍを上限としてもよい。またその外径は好ましくは５ｍｍ、より好ましくは７ｍｍ、最も好ましくは９ｍｍを下限としてもよい。また中心肉厚は好ましく１８ｍｍ、より好ましくは１２ｍｍ、最も好ましくは８．４ｍｍを上限としてよい。また中心肉厚は好ましく１．０ｍｍ、より好ましくは２．０ｍｍ、最も好ましくは３．５ｍｍを下限としてよい。

［製造例］
本実施形態における第２のプリフォームは、第１のプリフォームと同様の製造工程により製造することができる。すなわち、図６から８に示すように、下型５４ａの面６０ａが、凸状になっている点のみが、図２から図４の第１のプリフォームと異なっている。その他の溶融ガラスを供給し、所定重量のガラス塊を溜める装置及び工程(図６)、上型７２で押してプリフォームを製造する工程（図７）、上型を取り除き、製品として取り出す工程（図８）については、第１のプリフォームと同様の方法を用いることができる。これにより、両凹部を有するプリフォーム１３ａ、１５ａを製造することができる。

＜第３のプリフォーム＞
図９は本発明の第３のプリフォームの一例を示す断面図である。このプリフォーム１０ｂは、上面視で直径（Ｄ）の円形状若しくは立体的に見て直径（Ｄ）の半球状の形状を扁平にしたものが上下対称に結合した形状を有している。すなわち図９における上面が凸部をなしている点が図１の第１のプリフォームと異なっている。

断面は左右に斜め上に延びる形状をしており、その左右の先端は、断面において所定の半径の円弧を描いて、滑らかにプリフォームの上面へと輪郭線を描いている。この上下面は円周部からなだらかに湾曲する凸状面を有している。この第３のプリフォームの直径（Ｄ）及び肉厚（ｔ）は、製造条件によって自由に変更できる。ここで、上記に用いられるパラメータＤ、ｔはそれぞれ以下の範囲のものを用いることができる。

本実施形態において中心肉厚ｔがプリフォームの外径Ｄの０．４５倍以下であることが好ましく、０．４０倍以下であることがより好ましい。特に粘性が高いガラスやＴｇの高いガラスを使用する場合には、少ない押し込み量とすることや使用エネルギー削減の観点から０．３倍以下が最も実用的である。外径に対し中心肉厚が厚すぎるとプレス成形に時間を要し、消費エネルギーが大きくなり経済的でない。また、プリフォームの肉厚ｔは外径Ｄの０．０５倍以上、より好ましくは０．１倍以上であることがより好ましい。これはプリフォームの肉厚があまりに薄すぎると成形時にカケが生じやすくなるからである。

なお、本発明のプリフォームは特にその外径及び中心肉厚を限定するものではないが、作業効率上、その外径は好ましくは２０ｍｍ、より好ましくは１８ｍｍ、最も好ましくは
１７ｍｍを上限としてもよい。またその外径は好ましくは１０ｍｍ、より好ましくは１２
ｍｍ、最も好ましくは１３ｍｍを下限としてもよい。また中心肉厚は好ましく６ｍｍ、より好ましくは５．５ｍｍ、最も好ましくは５ｍｍを上限としてよい。また中心肉厚は好ましく３ｍｍ、より好ましくは３．５ｍｍ、最も好ましくは４ｍｍを下限としてよい。

［製造例］
本実施形態における第３のプリフォームは、第１のプリフォームと同様の製造工程により製造することができる。すなわち、図１０から１２に示すように、上型７２ｂの面７４ｂが、凹状になっている点のみが、図２から図４の第１のプリフォームと異なっている。その他の溶融ガラスを供給し、所定重量のガラス塊を溜める装置及び工程(図１０)、上型７２ｂで押してプリフォームを製造する工程（図１１）、上型を取り除き、製品として取り出す工程（図１２）については、第１のプリフォームと同様の方法を用いることができる。これにより、両凸部を有するプリフォーム１３ｂ、１５ｂを製造することができる。

次に、具体的な事例について説明する。

（実施例１）
ガラス溶融温度が１１００〜１３００℃になるガラス溶融炉で溶解しパイプ先端のノズル５２の温度を９００〜１２００℃で加熱した。次に下型５４をノズル５２直下に配置しガラス塊１１を滴下、又はノズル５２に近づくように上昇させ下型５４の凹成形面内に溶融ガラスを満したところで下型５４を降下させて溶融ガラスを切断、ガラス塊１１を得た。

下型５４の材質はポーラスメタル製で空気、酸素、窒素、アルゴン等の不活性気体のいずれか１つ又はこれらの混合気体を０．５〜１０Ｌ／ｍｉｎ噴出している。ガラス塊１１を保持した下型５４を上型７２により押圧し凹部を有する光学素子用プリフォーム１３を得た。本事例において光学ガラス組成物としてシリカ−ホウ酸系又はランタン系光学ガラスの２種類を使用した。

（実施例２）
実施例１と同様な温度条件において気体噴出のない下型５４でガラス塊１１を得た。このガラス塊１１を保持した下型５４を気体を噴出する細孔を設けた上型７２の直下に移動させると伴にガラス表面温度８００〜１１５０℃の状態において対向する位置に配置されている上型７２の押圧面７４によって押圧されることによって凹部を有する光学素子用プリフォーム１３を得た。

押圧方法はガラス塊１１の解放面に対して連続的に１〜１０秒間押圧した。この方法で得られた凹部を有する光学素子用プリフォーム１３の表面は滑らかな鏡面となった。

このようにして、作成したガラスプリフォームは、その中心肉厚が外径の０．３倍であり、凹部深さが外径の０．０６倍であり、高さが外径の０．４倍のものである。

（実施例３）
実施例１の下型を凸状を有する下型とした以外は、実施例１と同様の方法により製造し、両凹部を有する光学素子用プリフォームを得た。本実施例において光学組成物としてシリカ−ホウ酸系又はランタン系光学ガラスの２種類を使用した。

（実施例４）
実施例２の下型を凸状を有する下型とした以外は、実施例２と同様の方法により製造し、両凹部を有する光学素子用プリフォームを得た。押圧方法はガラス塊の解放面に対して連続的に１〜１０秒間押圧した。この方法で得られた両凹部を有する光学素子用プリフォームの表面は滑らかな鏡面となった。また、得られたプリフォームのその中心肉厚は外径の０．４倍であり、両凹部深さの合計は外径の０．２倍であり、高さがは外径の０．６倍であった。

（実施例５）
実施例１の上型を凹部を有する上型とした以外は、実施例１と同様の方法により製造し、両凸部を有する光学素子用プリフォームを得た。本実施例において光学組成物としてシリカ−ホウ酸系又はランタン系光学ガラスの２種類を使用した。

（実施例６）
実施例５と同様の方法により製造し、物性値の異なるプリフォームを製造した。実施例５と実施例６のプリフォームの物性値を表４に示す。

（試験例１）
実施例１又は２で作成した光学素子用プリフォームを用いての精密プレス試験を行った。試験例１において本発明のプリフォームとして使用したものは、その中心肉厚が外径の
０．３倍であり、凹部深さが外径の０．０６倍であり、高さが外径の０．４倍のものである。

光学素子用プリフォームを１０^５〜１０^１２Ｐに相当する温度に加熱した。次に上型にて１００〜３００ｋｇ／ｃｍ^２にて３〜６０Ｓ加圧し冷却、離型後、最終成形品を得た。

また比較例として外径が１０ｍｍ、中心肉厚が６．５ｍｍの両凸プリフォームを、同じプレス条件にて精密プレス試験を行った。本光学素子用プリフォームは精密プレス成形時においてすわりが安定し成形不良品が非常に少なかった。

本光学素子用プリフォームと例えば両凸ゴブとの不良具合の比較を表５に示す。ここで不良具合とは、欠け、割れ、型との融着等を意味し、例えば不良具合率２％とはプレスショット数に対する不良発生数の割合を意味する。

表５に示すように本発明の光学素子用プリフォームは連続５００ショットにおいて不良が発生しなく、一方両凸ゴブの方は２００ショット目で不良が発生した。これは両凸ゴブではプレス時にゴブのすわりが不安定な上に、変形量が大きい事が原因と考えられる。

（試験例２）
実施例３又は４で作成した光学素子用プリフォームを用いての精密プレス試験を行った。試験例２において本発明のプリフォームとして使用したものは、その中心肉厚が外径の０．４倍であり、両凹部深さの合計が外径の０．２倍であり、高さが外径の０．６倍のものである。

光学素子用プリフォームを１０^５〜１０^１２Ｐに相当する温度に加熱した。次に上型にて１００〜３００ｋｇ／ｃｍ^２にて３〜６０Ｓ加圧し冷却、離型後、最終製品を得た。

また比較例として外径が１０ｍｍ、中心肉厚が６．５ｍｍの両凸プリフォーム（比較２）及び外径が１１ｍｍ、中心肉厚が５．０ｍｍの凸凹プリフォーム（比較１）を同条件にて精密プレス試験を行った。
本光学素子用プリフォームは精密プレス成形時において極めて座りが安定し、成形不良率が非常に少なかった。

本光学素子用プリフォームと例えば両凸プリフォーム、凸凹プリフォームとの成形不良率の比較を表６に示す。ここで不良具合とは、カケ、割れ、型との融着等を意味し、例えば不良率２％とはプレスショット数に対する不良発生数の割合を意味する。

表６に示すとおり本発明の光学素子用プリフォームは連続１０００ショットにおいて不良発生がなく、一方両凸プリフォームは５００ショット目ですでに３％不良が発生、凸凹プリフォームの方は１０００ショット目にて不良が発生した。これはプレス時のプリフォームの座り安定性が主要因と考えられる。

本発明は以上説明したように所定温度に加熱された溶融ガラスを受け型上で受け、さらに対向する位置に配置された上型によって押圧されることによって、その外径、深さ、高さの寸法が所定の関係にある光学素子用プリフォームであることを特徴としている。

その外径、深さ、高さの寸法が所定の関係にあるプリフォームを使用することにより、精密プレス成形時の欠け、割れを減少させ不良品の発生率を低減できる。さらに、型による押し込み量が減少するため、ガラス変形量が少なく、型の寿命を増加させる。それにより押し型を補修する頻度も少ないため、安価で外観品質の良い凹形状を有する光学素子用プリフォームを提供することができる、さらに凹形状の窪みを形成している為、モールドプレス成形においてゴブの座りが良好でかつ変形量が少ないのでプレス時間を短縮できる為にコストダウンにつながる。

プリフォームの断面図である。 溶融ガラスの供給工程を説明する図である。 ガラス塊を上型で押してプリフォームを製造する工程を説明する図である。 図３の状態から上型を外した状態を表す図である。 第２実施形態のプリフォームの断面図である。 弟２実施形態の製造工程における溶融ガラスの供給工程を説明する図である。 第２実施形態の製造工程におけるガラス塊を上型で押してプリフォームを製造する工程を説明する図である。 図７の状態から上型を外した状態を表す図である。 第３実施形態のプリフォームの断面図である。 弟３実施形態の製造工程における溶融ガラスの供給工程を説明する図である。 第３実施形態の製造工程におけるガラス塊を上型で押してプリフォームを製造する工程を説明する図である。 図１１の状態から上型を外した状態を表す図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ プリフォーム
１１、１１ａ、１１ｂ ガラス塊
１２ 下面中心点
１４ 円弧
１５、１５ａ、１５ｂ プリフォーム
１６ 凹状面
１７ 変曲点
１８ 中心
１９ 断面
２０ 中心
２１ プリフォーム
５２ ノズル
５４、５４ａ、５４ｂ 下型
５５ 下型
５６ 溶融ガラス
６０、６０ａ 面
６１ 面
６２ 矢印
７２、７２ｂ 上型
７６ 矢印

Claims (11)

1. 上面視において所定の直径を有するほぼ円形状を呈し、側面視において下向きに凸曲線及び上端側にほぼ水平な直線を有する偏平型半円形状を、該凸曲線の最下部から該直線への距離が該偏平型半円形状の所定の高さとなるように、呈し、上面に凹状面を、底面に凸状面を備える光学ガラス素子成形用プリフォームにおいて、
   前記上面視でほぼ円形状のほぼ中心位置において上面の凹状面は、凹状面最下部を形成し、
   前記ほぼ中心位置に対応する底面の中心位置において底面の凸状面は、凸状面最下部を形成し、
   前記偏平型半円形状の前記高さの、前記上面視においてほぼ円形状の前記直径に対する比が、０．２から０．９であることを特徴とする光学ガラス素子成形用プリフォーム。
2. 前記上面視でほぼ円形状のほぼ中心位置において、前記凹状面は、前記側面視で前記凹状面最下部から前記上端側の前記直線までの距離と、前記上面視においてほぼ円形状の前記直径との比が、０．０２から０．９であることを特徴とする請求項１記載の光学ガラス素子成形用プリフォーム。
3. 前記上面視でほぼ円形状のほぼ中心位置における、前記側面視の前記凸状面最下部から前記凹状面最下部までの距離であるプリフォームの肉厚と、前記上面視においてほぼ円形状の前記直径との比が、０．２から０．９であることを特徴とする請求項１又は２記載の光学ガラス素子成形用プリフォーム。
4. 前記凸状面は前記凸状面最下部近傍における曲率半径と、前記凹状面の前記凹状面最下部近傍における曲率半径の比が、０．４から１０であることを特徴とする請求項１から３いずれか記載の光学ガラス素子成形用プリフォーム。
5. 上面視において所定の直径を有するほぼ円形状を呈し、上面及び下面ともに凹状面を備える光学ガラス素子成形用プリフォームにおいて、
   前記上面視でほぼ円形状のほぼ中心位置において上面の凹状面は、凹状面最下部を形成し、
   前記ほぼ中心位置に対応する下面の中心位置において底面の凹状面は凹状面最上部を形成し、側面視における扁平型楕円形状の高さの、上面視においてほぼ円形状の直径に対する比が、０．１〜０．９であることを特徴とする光学ガラス素子用プリフォ−ム。
6. 側面視で一方の凹状面において前記凹状面最下部から上端側までの距離と前記側面視で他方の凹状面において前記凹状面最上部から下端側までの距離との和の、前記上面視においてほぼ円形状の直径に対する比が、０．０２〜０．９であることを特徴とする請求項５記載の光学ガラス素子成形用プリフォ−ム。
7. 前記側面視で一方の凹状面において前記凹状面最下部から他方の凹状面において前記凹状面最上部までの距離であるプリフォ−ムの肉厚の、前記上面視におけるほぼ円形状の直径に対する比が、０．２〜０．９であることを特徴とする請求項５又は６記載の光学ガラス素子成形用プリフォ−ム。
8. 前記側面視で一方の凹状面において前記凹状面最下部近傍における曲率半径の、前記側面視で他方の凹状面において前記凹状面最上部傍における曲率半径に対する比が０．１〜１０であることを特徴とする請求項５から７いずれか記載の光学ガラス素子成形用プリフォ−ム。
9. 請求項１から８いずれか記載のプリフォームを精密プレス成形してなる光学素子。
10. 上面視において所定の直径を有するほぼ円形状を呈し、上面及び下面ともに凸状面を備える光学ガラス素子成形用プリフォームにおいて、
    前記上面視でほぼ円形状のほぼ中心位置において上面の凸状面は、凸状面最上部を形成し、
    前記ほぼ中心位置に対応する下面の中心位置において底面の凸状面は、凸状面最下部を形成し、側面視の上面の凸状面の最上部から下面の凸状面の最下部までの距離であるプリフォームの肉厚と、前記上面視においてほぼ円形状の直径に対する比が、０．４５以下であることを特徴とする光学ガラス素子成形用プリフォーム。
11. 請求項１０記載のプリフォームを精密プレス成形してなる光学素子。

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