JP3164923B2 - 光学素子成形用ガラス素材及びその製造方法 - Google Patents

光学素子成形用ガラス素材及びその製造方法

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JP3164923B2
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義之 清水
忠孝 米本
寿彦 室井
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Sumita Optical Glass Manufacturing Co Ltd
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
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Sumita Optical Glass Manufacturing Co Ltd
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06Construction of plunger or mould
    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B7/00Distributors for the molten glass; Means for taking-off charges of molten glass; Producing the gob, e.g. controlling the gob shape, weight or delivery tact
    • C03B7/10Cutting-off or severing the glass flow with the aid of knives or scissors or non-contacting cutting means, e.g. a gas jet; Construction of the blades used
    • C03B7/12Cutting-off or severing a free-hanging glass stream, e.g. by the combination of gravity and surface tension forces
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B7/00Distributors for the molten glass; Means for taking-off charges of molten glass; Producing the gob, e.g. controlling the gob shape, weight or delivery tact
    • C03B7/14Transferring molten glass or gobs to glass blowing or pressing machines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Glass Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば光学機器に使用
されるレンズやプリズム等の光学ガラス素子の成形に用
いられる光学素子成形用ガラス素材及び製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、光学レンズを研磨工程なしの一発
成形により、形成する試みが多くなされ、現在各社では
量産段階にある。ガラス素材を溶融状態から型に流しこ
み加圧成形する方法が最も能率的であるが冷却時のガラ
スの収縮を制御することが難しく、精密なレンズ成形に
は適さない。
【0003】従って、ガラス素材を一定の形状に予備加
工して、これを型の間に供給し、加熱、押圧成形するの
が一般的な方法である(例えば特開昭58−84135
号公報、特開昭60−200833号公報)。また、前
記ガラス素材の予備加工については、例えば特開平2−
14839号公報などに記載されている。
【0004】以下、図面を参照しながら、上述した従来
のガラス素材の製造方法について説明する。
【0005】図7は、従来のガラス素材製造方法におけ
る工程の一例で、一般に研磨レンズの製造工程とほぼ同
じである。
【0006】図8は、ガラス体の成形方法で、12の溶
融ガラス流出口から流化する溶融ガラスを自然滴下させ
ることによって、あるいは切断刃23で切断することに
よって、16の溶融ガラス塊を落下させ、この溶融ガラ
ス塊を、24の成形型の凹面で受け、その際、この凹部
に開口する25の細孔から、空気、不活性ガス等の気体
を吹き出し、溶融ガラス塊と成形型凹部の内面との間に
気体の層を作り、溶融ガラス塊の少なくとも表面の一部
が軟化点以下の温度に達するまで、溶融ガラス塊を前記
凹部内面と実質的に非接触状態で凹部内に保持し、冷却
してガラス体を作るものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7の
上記ガラス素材製造方法では、ガラスレンズを加工する
工程と同様の時間と費用がかかり、高価なガラス素材と
なっていた。
【0008】また、図8の上記ガラス体の成形方法で
は、形成するガラス体を所望の形状に変形することが困
難であるばかりか、溶融ガラス流出口の真下に配置され
る金型の凹部内部に開口している細孔から吹き出す気体
の影響で、溶融ガラスの流出量が安定しないという問題
点を有していた。
【0009】本発明は上記課題に鑑み、安価で、重量精
度のよい光学素子成形用ガラス素材とその製造方法を提
供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】光学的性能を充分満たす
光学素子を成形できるガラス素材を以下のように製造す
る。
【0011】ガラス溶融炉の流出口より流下する溶融ガ
ラス流を、耐熱性に優れ、鏡面加工された受け型で受
け、所望の重量に達したとき、受け型をガラスの流出速
度より早く横に移動させ、流出口から流れ出る溶融ガラ
ス流と平板上に流れ出た溶融ガラスとを分離する。
【0012】すると、所望の重量を有するガラス素材
が、表面張力によりできた自由面と受け型に接する接触
面をもち、受け型上に形成される。
【0013】また、冷却されたガラス素材の重量を計測
し、溶融ガラス炉ノズル先端の温度、または、受け型の
待機時間を制御する。
【0014】
【作用】本発明は上記工程によって、光学素子成形用ガ
ラス素材に必要な、重量精度のよい、鏡面を具備したガ
ラス素材を製造する。
【0015】
【実施例】以下本発明の光学素子成形用ガラス素材及び
製造方法の一実施例について図1〜図6の図面を参照し
ながら詳細に説明する。
【0016】(実施例1)図1は本発明のガラス素材製
造方法の第1の実施例における基本構成を示す断面図で
ある。
【0017】図1(a)に示すように、ガラス溶融炉1
1に、酸化ホウ素(B23)41重量パーセント、酸化
ランタン(La23)30重量パーセント、酸化カルシ
ウム(CaO)10重量パーセント、ジルコニア(Zr
2)8重量パーセント、残部が微量成分からなるラン
タン系ガラスを1360℃で溶融し、加熱ヒータ13に
より1020℃に保持したノズル12から流下する。受
け型(SUS316)14で流下する溶融ガラスを受
け、受け型上に溶融ガラス約1700mgが積載された
時、同図(b)〜(c)に示すように受け型を横に移動
し、溶融ガラスを分離する。
【0018】この段階で形成されるガラス素材16は図
2に示すように自由面21と受け型14との接触面22
とを有している。ここで自由面21は、溶融ガラスの表
面張力により、中心点平均表面粗さ0.01μm以下の
極めて良好な鏡面に形成される。
【0019】一方、接触面22は受け型との温度差によ
り熱収縮が発生し、中心平均表面粗さ4.0μm以上の
しわ状の粗面となるが、供給された溶融ガラスが急冷さ
れないよう、受け型14を加熱ヒータ13にて550℃
に加熱することで、しわ状の粗面は中心平均粗さ2.0
μm以下と改善される。また、このしわ状の粗面は局部
的にみると0.1μm以下の鏡面性を維持しており、光
学素子成形用のガラス素材としては充分利用できるもの
である。
【0020】その後、ガラス素材16を移動しながら徐
冷し、ガラス素材温度が軟化点以下に達したら取り出し
を行う。
【0021】なお、装置内は受け型とガラスとの融着等
を防止するために、非酸化雰囲気にするのが好ましく、
本装置内は、窒素ガス20l/分、トリクロロトリフル
オロエタン(C2Cl33)ガス1l/分の割合で混合
したハロゲン化炭化水素の雰囲気とした。
【0022】(実施例2)図3は本発明のガラス素材製
造方法の第2の実施例における基本構成を示す断面図で
ある。
【0023】図3(a)に示すように、ガラス溶融炉1
1に、酸化珪素(SiO2)65重量パーセント、酸化
ホウ素(B23)10重量パーセント、酸化ナトリウム
(Na2O)10重量パーセント、酸化カリウム(K
2O)8重量パーセント、残部が微量成分からなるホウ
ケイ酸ガラスを1350℃で溶融し、加熱ヒータ13に
より920℃に保持したノズル12から供給する。
【0024】インデックス上に取り付けられた受け型
(SUS316)17で供給した溶融ガラスを受ける
が、受け型上の溶融ガラスはノズル先端径と温度コント
ロールにより約1230mgに安定して積載される。
【0025】その後、受け型をインデックスにより、同
図(b)〜(c)に示すように横移動させることによ
り、ガラス溶融炉から流出する溶融ガラスと分離する。
【0026】この段階で形成されるガラス素材16は、
第1の実施例の場合と同様に、図2に示すように自由面
21と受け型17との接触面22とを有したものにな
る。自由面21は、溶融ガラスの表面張力により中心点
平均粗さ0.01μm以下の極めて良好な鏡面に形成さ
れる。
【0027】一方、接触面22は受け型との温度差によ
り熱収縮が発生して、中心点平均粗さ3.0μm以上の
緩やかなしわ状の粗面となる。従って、供給された溶融
ガラスが急冷されないよう、受け型17を加熱ヒータ1
3で650℃に加熱することで、しわ状の粗面が中心点
平均粗さ1.6μm以下と改善される。また、このしわ
状の粗面は局部的にみると0.1μm以下の鏡面性を維
持しており、光学素子成形用のガラス素材としては充分
利用できるものである。
【0028】その後、ガラス素材16を移動しながら徐
冷し、ガラス素材温度が軟化点以下に達したら取り出し
を行う。
【0029】本実施例においては、図4のようなインデ
ックス18による移動方法により受け型17を移動させ
ているが、図5のようなコンベア19、またはスライダ
ー等の直動式の移動方法を使用することも可能である。
【0030】(実施例3)実施例1におけると同じ製造
装置により、他のガラス組成のガラス素材を形成した。
【0031】ガラス溶融炉11に、酸化珪素(Si
2)52重量パーセント、酸化鉛(PbO)34重量
パーセント、酸化カリウム(K2O)6重量パーセン
ト、残部が微量成分からなる重フリントガラスを125
0℃で溶融し、加熱ヒータ13により750℃に保持し
たノズル12から供給する。
【0032】受け型(カーボン)14で供給した溶融ガ
ラスを受けるが、受け型上の溶融ガラスはノズル先端径
と温度コントロールにより約705mgに安定して供給
される。所望の重量が受け型内に供給された時、受け型
を横移動しガラス溶融炉から流れ出る溶融ガラスと分離
する。
【0033】この段階で形成されるガラス素材16は、
図2に示すように自由面21と受け型14との接触面2
2とを有したものになる。自由面21は、溶融ガラスの
表面張力により形成される中心点平均粗さ0.01μm
以下の極めて良好な鏡面であり、接触面22は受け型1
4を加熱ヒータ15で600℃に加熱することで、しわ
状の粗面が中心点平均粗さ1.6μm以下に改善され
る。また、このしわ状の粗面は局部的にみると0.1μ
m以下の鏡面性を維持しており、光学素子成形用のガラ
ス素材としては充分利用できるものである。
【0034】その後、ガラス素材16を移動しながら徐
冷し、ガラス素材温度が軟化点以下に達したら取り出し
を行うが、この時、ガラス素材の重量を自動計測し、ガ
ラス溶融炉のノズル先端温度または、受け型の待機時間
にフィードバックをかけ、所望の重量精度を管理する。
【0035】その結果、図6に示すように重量コントロ
ールされたガラス素材を得ることができる。図6は製造
工程での15個に1個のサンプリングによる重量精度の
ばらつきをグラフにしたもので、横軸に時間、縦軸に重
量をとったものである。目標重量705mgに対し、±
20mg(±3%)以内に製造されている。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、光学素子の製造に用い
られるガラス素材を安価な装置で、しかも数秒という短
いタクトで製造でき、従来の研磨法によるガラス素材に
比べてはるかに安く製造できることより、工業的価値の
極めて高い光学素子成形用ガラス素材と製造方法を提供
する。
【0037】さらに、重量計測のフィードバックを行う
ことで、所望の重量の±3%以内の重量ばらつきで光学
素子成形用ガラス素材が得られ、光学素子に形成した時
の光学的性能が得られやすく、ひいては光学素子の生産
性の向上と製造コストの低減に著しい効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガラス素材製造方法の一実施例の工程
を示す断面図
【図2】同実施例により形成されたガラス素材の断面図
【図3】本発明のガラス素材製造方法の他の実施例の工
程を示す断面図
【図4】図1の実施例において使用したインデックスの
外観図
【図5】本発明で使用可能な他のインデックスの外観図
【図6】本発明の更に他の実施例における重量精度を示
す重量管理図
【図7】従来例のガラス素材加工工程図
【図8】従来例のガラス素材製造方法を示す要部断面図
【符号の説明】
11 ガラス溶融炉 12 溶融ガラスの流出口(ノズル) 13 加熱ヒータ 14 受け型 15 溶融ガラス 16 ガラス素材 17 受け型 18 インデックス 19 コンベア 20 ガラス素材 21 ガラス素材自由面 22 ガラス素材受け型との接触面 23 ガラス切断刃 24 成形型 25 細孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 室井 寿彦 東京都千代田区内神田3丁目15番10号 株式会社住田光学ガラス内 (56)参考文献 特開 平2−34525(JP,A) 特開 平5−279057(JP,A) 特公 昭51−24525(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 11/00 C03B 7/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラス溶融炉のノズルから流下する溶融ガ
    ラスを受け型に受け、冷却して成る光学素子成形用ガラ
    ス素材製造方法において、所定量の溶融ガラスが成形型
    内に鋳込まれた時に、ノズル先端から流下する溶融ガラ
    ス流の速度より早く、かつ溶融ガラスの表面張力により
    自然に切断される位置にまで受け型を横方向に移動し、
    ノズル先端から流下する溶融ガラスと受け型内に鋳込ま
    れた溶融ガラスとを分離することを特徴とする光学素子
    成形用ガラス素材の製造方法。
  2. 【請求項2】製造されたガラス素材の重量を計測し、所
    定量の溶融ガラスが成形型内に鋳込まれるように、ノズ
    ル先端温度、または、受け型の待機時間の少なくともど
    ちらか一方を制御することを特徴とする請求項1記載の
    光学素子成形用ガラス素材の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の製造方法により製造された
    光学素子成形用ガラス素材であって、溶融ガラスと受け
    型との接触面に生じる熱収縮しわの深さが、2μm以下
    であることを特徴とする光学素子成形用ガラス素材。
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