JP3323556B2 - 光学ガラス素子のプレス成形方法 - Google Patents

光学ガラス素子のプレス成形方法

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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/12Cooling, heating, or insulating the plunger, the mould, or the glass-pressing machine; cooling or heating of the glass in the mould
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P40/50Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レンズやプリズムなど
の高精度な光学ガラス素子を、プレス成形型によって、
熱間でプレス成形する光学ガラス素子のプレス成形方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光学ガラスレンズは、光学機器の
レンズ構成の簡略化とレンズ部分の軽量化の両方を同時
に達成するために、その形状を非球面化する方向で、開
発が進められている。この非球面レンズの製造に際して
は、従来の光学レンズの製造方法である研磨方法では、
加工および量産化が困難であると言う事情から、寧ろ、
直接プレス成形法が有望視されている。
【0003】この直接プレス成形法は、所望の面品質お
よび面精度に型表面を仕上げた非球面状のモールドに、
光学ガラスの塊状物を装填し、加熱・加圧・成形する
か、あるいは、予め加熱した光学ガラスの塊状物を装填
し、加圧・成形を行い、それ以後に、研磨工程などを必
要としないで、光学ガラスレンズを製造する方法である
(例えば、特公昭54−38126号公報参照)。一般
に、非球面レンズ、プリズムなどの光学ガラス素子の場
合、非常に高い面精度であることが要求されるため、プ
レス成形に使用する光学ガラスの塊状物の形状、重量、
とりわけ表面状態の管理が重要であり、このためのコス
トが掛かり、その結果として、プレス成形した光学ガラ
ス素子が高価なものになっていた。
【0004】換言すれば、光学ガラスの塊状物の表面に
欠陥がない状態(例えば、表面粗さを0.1ミクロン以
下、好ましくは、0.01ミクロン以下の鏡面状態)に
するためには、通常、研磨、熱加工、または、エッチン
グ処理を施す必要があり、所要の光学ガラスの塊状物を
得るためにコスト高となっている。そこで、低コストで
高精度な光学ガラス素子の成形素材を得る方法の開発が
強く望まれていた。
【0005】この光学ガラス素子の成形素材(光学ガラ
スの塊状物)を低コストで製作するための発明として
は、既に、特開昭61−132526号公報(オリンパ
ス)、特開昭60−118639号公報(ホーヤ)、特
公平4−22857号公報(松工)所載の技術が知られ
ている。
【0006】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記公報は、何れも、技術的開示が不充分で、以下に示す
ような問題がある。すなわち、特開昭61−13252
6号公報に所載の提案では、最終形状に近似の予備成形
ガラスを、溶融ガラスから直接得ることにより、成形用
素材のコストダウンを図っているが、最終形状に近似の
予備成形ガラスを作るためには、溶融ガラスを十分に変
形させ、また、成形後の変形を防ぐために、ガラスを比
較的長時間、成形型内に保持する必要がある。そのため
に、タクトが伸び、生産性が低下し、コストアップとな
る。また、この提案では、製造されるべき光学レンズの
大きさがどのようなものであり、成形に際しての押しし
ろがどの程度であるかなどの技術的な提示がないため、
実際には、必ずしも、提案通りに予備成形ガラスの表面
粗さが、最終成形段階で消えるとは限らないという疑問
が残る。
【0007】特公平4−22857号公報には、表面に
うねりのある光学ガラス塊をプレスすることが提案され
ている。この提案では、うねりの高さ、大きさに関し
て、実施例が示されているが、最終成形品の大きさ、押
ししろなどの条件が不明確であり、うねりの大きさ、高
さに対してレンズの大きさが小さい場合や、押ししろが
小さい場合には、うねりが消失しない可能性があり、ま
た、うねりとうねりの間にガスが閉じ込められて、所
謂、ガス残りが発生する可能性がある。このように、こ
の提案では、うねりの大きさ、高さに対するレンズの大
きさ、押ししろなどの条件が提示されていないため、実
現性に欠ける。すなわち、どんなに小さなうねりであっ
ても、押ししろが少なすぎれば、最終段階で、成形品の
表面粗さが消失しない可能性を否定できないのである。
【0008】特開昭60−118639号公報の提案で
は、しわ、ヒケのあるガラス塊のプレス成形方法が、実
施例−3に示されているが、この場合にも、最終成形品
の大きさ、押ししろと、ガラス塊のしわ、ヒケの大きさ
との関係が不明確である。従って、しわ、ヒケの大き
さ、高さに対して、レンズの大きさが小さい場合や、押
ししろが小さい場合には、しわ、ヒケが消失しない可能
性があり、しわとしわの間にガスが閉じ込められて、所
謂、ガス残りが発生する可能性がある。また、中間成形
を行うため、工程が増えるので、その分、コストアップ
となる。
【0009】以上述べたように、しわ、ヒケを確実に消
失し、最終段階で、面精度、面粗さが所定値以下にな
り、良好な光学レンズを成形する方法は、実際には、未
だ、完成されておらず、結果的に、光学ガラスの塊状物
のコストを下げることができない状態である。
【0010】
【発明の目的】本発明は、上記事情に基いてなされたも
ので、しわまたはヒケのある光学ガラス塊を成形用型に
よってプレス成形する際に、所要の条件を与え、これに
よって、しわ及びヒケを確実に消失し、常に、良好な面
精度、面粗さを持つ光学ガラスレンズを製造する方法を
提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
表面にしわまたはヒケのある光学ガラス塊を、予め、高
温に加熱されたプレス成形用型に装填し、光学ガラス塊
の表面を瞬間的に昇温し、その後、プレス成形し、その
際、前記光学ガラス塊のしわまたはヒケの高さが押しし
ろの15%以内であるように条件を付けている。
【0012】
【作用】従って、このようなしわまたはヒケがある光学
ガラス塊を高温のプレス成形用型でプレス成形した場
合、光学ガラス塊にプレス成形用型が接した瞬間に、光
学ガラス塊の表面が瞬間的に昇温し、光学ガラス塊の表
面が軟化する。この場合、光学ガラスは、その熱伝導性
が低いために、光学ガラス塊は、その内部まで瞬間的に
昇温して軟化されることがないので、しわまたはヒケが
つながらない状態で、光学ガラス塊表面の変化が先行
し、その後に、全体の成形が徐々に進み、しわまたは
ケの間にガスを閉じ込めることなく、所望の光学ガラス
素子にプレス成形することができる。
【0013】因に、実験によれば、光学ガラス塊の表面
に、高さが押ししろの15%より大きなしわまたはヒケ
がある場合、この光学ガラス塊を高温のプレス成形用型
でプレス成形すると、しわまたはヒケが、熱的にひきの
ばされる前に、成形が終了してしまい、あるいは、光学
ガラス塊の変形途中で、しわのつぶれ具合などの理由に
より、しわまたはヒケの間にガスがとじこめられ、所
謂、ガス残りなどのある不良品が発生する。
【0014】
【実施例】以下、幾つかの実施例により、本発明を具体
的に説明する。図1は本発明に用いたガラスプレス成形
用型および光学ガラス塊の断面を示しており、ここで
は、プレス成形用型の母材として超硬合金を用いてい
る。下型1及び上型2には、型を閉じたとき、その合わ
せ面の上下に、内部にレンズ形状となる空間を形成する
ような凹部1a及び2aが形成されている。そして、上
記成形型の凹部1a及び2aの表面は、プレス成形に際
して、レンズの光学機能面を形成するために、表面粗さ
max =0.01μm程度に仕上げられている。さら
に、型の耐久性を上げるために、凹部1a及び2aの表
面には、PVD法で、窒化チタン(TiN)の薄膜を被
覆している。符号3及び4は、下型1及び上型2のため
の温度調整用ヒーターを示し、各型部材の周囲、又は、
型部材自体に適宜に設けたヒーター用挿通孔内で巻回さ
れている。
【0015】光学ガラス塊5は、シリカ(SiO2 )が
46重量パーセント、酸化バリウム(BaO)が22重
量パーセント、酸化ホウ素(B23 )が12重量パー
セント、酸化リチウム(Li2 O)が8重量パーセン
ト、酸化ナトリウム(Na2 O)が3重量パーセント、
酸化亜鉛(ZnO)が4重量パーセント、酸化アルミニ
ウム(Al23 )が4重量パーセント、残部が酸化チ
タン(TiO2 )、酸化ストロンチウム(SrO)、酸
化アンチモン(Sb23 )などの微量成分からなる光
学ガラスを、1350℃で溶融した後、温度900℃の
ノズルから滴下して、表1に示すような温度に加熱した
成形型(これは、図2及び図6に示すようなオーステナ
イト鋼で作られた型である)で受け、上型7を降下させ
て、1〜5秒間、プレス成形し(Sample =1〜
5参照)、あるいは、型6で受けたままプレスはせず
に、5秒間保持した後、型からとり出し、放冷して(S
ample =6〜10参照)得たものである。なお、
後者の場合(Sample =6〜10)には、光学ガ
ラス塊5の上面が、ガラスの表面張力により、丸みをお
びたものとなり、ヒケのみの発生条件(上面が型と接触
していない)である。
【0016】つぎに、この光学ガラス塊を、550℃に
昇温させた型部材1及び2の間に挿入し、プレス圧力=
80kg/cm2 、プレス時間=90秒の条件で、プレ
ス成形し、中心厚=4.5mmに成形された光学レンズ
8を得る。この場合の光学ガラス塊5および成形レンズ
8の表面粗さ、中心厚、押ししろの測定結果を、表1に
示す。
【0017】
【表1】
【0018】先述の実施例と同じ方法であるが、別の実
施例が、次に示されている。ここでは、光学ガラス塊を
以下のように設定した。ここでは、光学ガラスとして、
シリカ(SiO2 )が16重量パーセント、酸化ホウ素
(B23 )が27重量パーセント、酸化ランタン(L
23 )が24重量パーセント、酸化カルシウム(C
aO)が11重量パーセント、酸化バリウム(BaO)
が8重量パーセント、残部が酸化ナトリウム(Na2
O)、酸化ジルコニウム(ZrO2 )、酸化アルミニウ
ム(Al23 )、酸化リチウム(Li2 O)、酸化ス
トロンチウム(SrO)、酸化タンタル(Ta25
などの微量成分からなるランタン系ガラスが採用されて
おり、そのテストの結果からは、先の実施例1と同様の
効果が得られることが判明している。
【0019】なお、図中、符号9は下型1に設けた測温
熱電対、10は上型2に設けた測温熱電対、11はガラ
ス塊作成用下型6の上に滴下された光学ガラス、12は
光学ガラス塊作成用下型6に設けた加熱ヒーター、13
は光学ガラス塊作成用下型6に設けた測温熱電対、14
は光学ガラス塊作成用上型7に設けた加熱ヒーター、1
5は光学ガラス塊作成用上型7に設けた測温熱電対、1
6は白金るつぼであり、ここに溶融ガラス20が入って
いる。また、符号17はそのノズルである。また、るつ
ぼ16及びノズル17の回りには、加熱用ヒーター18
及び19が設けられている。
【0020】なお、本発明の光学素子のプレス成形方法
は、高さが押ししろの15%以内のしわまたはヒケがあ
る光学ガラス塊を、高温加熱のプレス成形用型によっ
て、プレス成形して、光学ガラス素子を作成することを
特徴とするものであり、プレス成形用型の材質、光学ガ
ラス塊の種類、製造方法、その他のプレス成形条件など
は本実施例に限定されるものではない。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学ガラ
ス素子のプレス成形方法は、高さが押ししろの15%以
内であるしわまたはヒケをもつ光学ガラス塊を、プレス
成形用型によって、熱間でプレス成形して、光学ガラス
素子を作成するが、高温のプレス成形用型でプレス成形
したため、光学ガラス塊にプレス成形用型が接した瞬間
に光学ガラス塊の表面が瞬間的に昇温し、光学ガラス塊
の表面が軟化する。この場合、光学ガラスは、その熱伝
導性が低いために、光学ガラス塊は、その内部まで瞬間
的に昇温して軟化されることがないので、しわまたは
ケがつながらない状態で光学ガラス塊表面の変形が先行
し、その後、徐々に変形が進み、しわまたはヒケの消失
に先立って、それらの間で空気が取り込まれるおそれが
なく、所望の光学ガラス素子がプレス成形される。すな
わち、本発明によって、高精度な光学ガラス素子の大量
生産が可能になり、生産性の向上と製造コスト低減に著
しい効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例で、しわまたはヒケのある光学
ガラス塊を成形用型でプレスする工程を(A)(B)
(C)で説明するための断面図である。
【図2】本発明の実施例で、しわまたはヒケのある光学
ガラス塊を作成する工程を(A)(B)(C)で説明す
るための断面図である。
【図3】本発明の実施例で、しわまたはヒケのある光学
ガラス塊をプレスして、できた成形光学レンズの断面図
である。
【図4】本発明に係る、しわまたはヒケのある光学ガラ
ス塊のしわ及びヒケの高さを、模式的に示す断面図であ
る。
【符号の説明】 1 ガラスプレス成形用下型 2 ガラスプレス成形用上型 3 下型温度調整用ヒーター 4 上型温度調整用ヒーター 5 光学ガラス塊 6 光学ガラス塊作成用下型 7 光学ガラス塊作成用上型 8 成形光学レンズ 9 下型測温熱電対 10 上型測温熱電対 11 滴下された光学ガラス 12 光学ガラス塊作製用下型加熱ヒーター 13 光学ガラス塊作製用下型測温熱電対 14 光学ガラス塊作製用上型加熱ヒーター 15 光学ガラス塊作製用上型測温熱電対 16 白金るつぼ 17 ノズル 18 白金るつぼ加熱用ヒーター 19 ノズル加熱用ヒーター 20 溶融ガラス

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面にしわまたはヒケのある光学ガラス
    塊を、予め、高温に加熱されたプレス成形用型に装填
    し、光学ガラス塊の表面を瞬間的に昇温し、その後、プ
    レス成形し、その際、前記光学ガラス塊のしわまたは
    ケの高さが押ししろの15%以内であることを特徴とす
    る光学ガラス素子のプレス成形方法。
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