JP3614902B2

JP3614902B2 - ガラス成形レンズ用プリフォーム及びその製造方法

Info

Publication number: JP3614902B2
Application number: JP30408294A
Authority: JP
Inventors: 稔明鈴木; 弘伊藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-12-07
Filing date: 1994-12-07
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: JPH08165122A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガラスレンズを成形型でプレス成形する際に用いるガラス成形レンズ用プリフォーム及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、非球面レンズ製造は、加熱軟化せしめたガラス素材をレンズの面形状にした成形型でプレス成形する方法（リヒートプレス）が当たり前となっている。その１つに、本出願人考案の特公平４−４３８５２号公報に開示の方法がある。このプレス成形方法は、図８に示すように、鏡面のガラス素材３１（これをプリフォームと呼ぶ）をヒータ３３で加熱軟化せしめ、加熱軟化したプリフォーム３１を一対の成形型３４でプレス成形するという方法であり、ヒータ３３による加熱工程から成形型３４によるプレス工程へのプリフォーム３１の搬送は、リング状の搬送皿３２でプリフォーム３１の外周下面を支持しつつ行われる点に特徴がある。従って、これに用いるプリフォーム３１の径は、成形型３４の径よりも大きいものを用いる必要がある。
【０００３】
従来、前記レンズの成形方法に用いるプリフォームの製造方法としては、特開平４−１４９０３２号公報に開示された方法がある。このプリフォームの製造方法は、図９に示すようにレンズ１個に計量された溶融ガラスゴブ４１をノズル４４から滴下して、まず第１の熱加工治具４２ａに受け、次に反転させて第２の熱加工治具４２ｂに移し変え、最後に反転面４１ａをヒータ４３で加熱した後、溶融ガラスゴブ４１を冷却固化させて、溶融ガラスゴブ４１をリヒートプレス用のガラス素材、すなわちプリフォームとして用いるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平４−１４９０３２号公報の方法にて製造されるプリフォームの径は、図１０に示す如く、溶融ガラス４１が熱加工治具４２の表面に濡れ広がろうとする力及び自重変形によって広がろうとする力Ａと、表面張力及び界面張力によって縮まろうとする力Ｂ及びＣとの釣り合いによって決まる。しかしながら、熱加工治具４２は溶融ガラス４１に濡れにくい材質が用いられるので、溶融ガラス４１の縮まろうとする力Ｂ，Ｃが勝り、製造されたプリフォームは近似球形状となって径の小さいものとなる。これに対し、特公平４−４３８５２号公報のレンズ成形方法に用いるプリフォーム３１は、図８に示したように偏平形状をしており、搬送皿３２に載置するためにプリフォーム３１の径は成形型３４の外径よりも大きくなければならない。
【０００５】
したがって、特開平４−１４９０３２号公報のプリフォーム製造方法にあっては簡単にプリフォームが製造できるものの、球状レンズ等、特殊な形状のレンズを除外すれば、プリフォームの径が小さすぎて特公平４−４３８５２号公報のレンズ成形方法に用いることができない。なお、熱加工治具に滴下する溶融ガラスの量を所望のレンズ体積よりかなり多くするとプリフォームの径は大きくなるが、余剰ガラスが多くなり経済性の問題が生じる。また、予め一対の成形型間にプリフォームを配置してから加熱・プレスする等温成形法では、成形型に密着するまでの押圧成形時間が長くなり、生産性が良くない。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、請求項１の発明は、搬送皿に載置してプレス成形するレンズ成形方法に使うことができる、すなわち、成形型からの余剰ガラスを激減できる成形型の径より大きな径のプリフォームを提供することを目的とする。また、等温成形の場合でも押圧成形時間を短縮できるプリフォームを提供することを目的とする。
【０００７】
請求項２，３は、レンズ１個分に計量された溶融ガラスゴブから、成形型の径より大きくて搬送皿に載置されてプレス成形するレンズ成形方法に使える、すなわち成形型からの余剰ガラスを激減でき、また等温成形の場合でも押圧成形時間を短縮できるガラス成形レンズ用プリフォームを製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項２の方法にあって、肉厚に偏りのないガラス成形レンズ用プリフォームを製造する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】
前記課題を解決するために、本発明は以下のように構成した。
請求項１の発明は、一方の面を成形型の成形面により成形し、他方の面を溶融状態での自由表面として製造したガラス成形レンズ用プリフォームにあって、溶融ガラスゴブを成形型上に供給した後、前記成形型上の溶融ガラスゴブの自由面方向に前記成形型を加速運動させることにより、（中肉（中心厚さ））／（外径）＜０．７とした。
【００１０】
請求項２の発明は、溶融ガラスゴブを成形型上に供給する工程と、この溶融ガラスゴブを前記成形型上で冷却固化する工程とからなるガラス成形レンズ用プリフォームの製造方法において、前記溶融ガラスゴブを成形型上に供給した後、前記成形型上の溶融ガラスゴブの自由面方向に前記成形型を加速運動させる工程を設けて製造することとした。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２にあって、成形型を垂直上向きに加速直線運動させることとした。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項２または３にあって、成形型上における溶融ガラスゴブの外周を、供給時には成形型の外周よりも小さい内径の円筒で規制し、成形型の加速運動時には成形型の外周よりも大きい内径の円筒で規制するようにした。
【００１３】
【作用】
本発明の作用を図１の概念図を用いて説明する。
請求項１の構成にあっては、ガラス成形レンズ用プリフォーム１ａは成形型２上に供給された初期の溶融ガラスゴブ１より大きい径に平担化して成形されているので、最終成形品の押圧成形時間の短縮及び余剰ガラスの低減ができる。なお、成形型で成形された成形面の面精度はＰＶ（ＰｅａｋｔｏＶａｌｌｅｙ：成形面の設計形状からの誤差の最大値から最小値を引いた値）≦２０μｍが良い。
【００１４】
請求項２の構成にあっては、溶融ガラスゴブ１を乗せた成形型２を溶融ガラスゴブ１の自由表面方向に加速度ａで運動させると、溶融ガラスゴブ１は加速度ａの方向と反対方向の力、すなわち、加速度ａに比例するＦ＝ｍａ（ｍは溶融ガラスゴブ１の質量）の慣性力が働く。これにより溶融ガラスゴブ１は、その自由表面側から力を受けて偏平化して径が広がるとともに、成形型２との接触面は受け面２ａの形状に倣った形状になる。
したがって、成形型２の加速度ａを適宜調節することによって溶融ガラスゴブ１を所望の径に偏平させて冷却固化することで、所望の径のガラス成形レンズ用プリフォーム１ａを得ることができる。
【００１５】
請求項３の構成にあっては、成形型１を垂直上向きに加速度ａで加速直線運動させると、慣性力Ｆ＝ｍａが成形型１上に載置した溶融ガラスゴブ１の自由表面を垂直下向きに押す力として働き、請求項２と同様な作用が得られる。
【００１６】
請求項４の構成にあっては、溶融ガラスゴブの供給時には、小径の円筒により溶融ガラスゴブが成形型の中心に位置するように外周規制される。これにより、成形型の加速運動により溶融ガラスゴブが成形型の中心からズレることなく中心対称に成形されるとともに、大径の円筒により外周は規制されたガラス成形レンズ用プリフォームが得られる。
【００１７】
【実施例１】
図２は本発明に係る実施例１のガラス成形レンズ用プリフォームの製造方法の実施に用いる製造装置を示す正面図、図３は成形型を収納したバケットを示す中央縦断面図である。
【００１８】
図２において３は基台で、この基台３上には支柱４が立設固定されている。支柱４の一側面にはガイドレール５が鉛直方向に固設されており、ガイドレール５にはアーム６を介してバケット７が上下方向へ移動自在に支持されている。
【００１９】
アーム６にはロープ８の一端が連結され、このロープ８の他端は支柱４の上部に設けた滑車９によって、ガイドレール５を設けた反対側の支柱４側面に案内されている。ロープ８の他端には、バケット７に加速運動を与える重り１８が連結されており、この重り１８は重力加速度を受けて落下自在となっている。
【００２０】
バケット７には、図３に示すように、その内部にスリーブ１０と成形型１１が配置されている。スリーブ１０の内部には中空部１０ａが形成されており、この中空部１０ａに成形型１１が成形型１１の外周面と中空部１０ａの内周面を接するようにして嵌合されている。中空部１０ａの上部には、成形型１１上に溶融ガラスゴブ１２を供給するための孔１０ｂが形成されており、この孔１０ｂに連通するすり鉢状のテーパ１０ｃがスリーブ１０の上部に設けられている。
【００２１】
前記基台３上には、バケット７が最下部に降下した際に、バケット７を加熱する型ヒータ１３が設けられている。また、バケット７の側方には、バケット７内の成形型１１上に溶融ガラスゴブ１２を滴下供給するためのパイプ１４を保持するスタンド１５が配置されている。パイプ１４はアーム１５ａを介してスタンド１５に保持されており、スタンド１５は、その軸回りに回転自在となっており、スタンド１５を回転することにより、パイプ１４の先端が前記スリーブ１０の孔１０ｂのほぼ中心に位置し、かつバケット７の移動を阻害しない位置にパイプ１４が退避されるようになっている。
【００２２】
また、パイプ１４の近傍には、パイプ１４内のガラス素材を所定の粘度まで加熱溶融するためのガスバーナー１６が設けられている。さらに、支柱４の上部側方にはバケット７内の溶融ガラス１２ａを成形型１１に押し付けつつアニールするためのガスノズル１７がバケット７の孔１０ｂに向けて配置されている。
【００２３】
次に、上記構成からなる装置を用いた、本実施例のガラス成形レンズ用プリフォームの製造方法を説明する。
予め鏡面の成形型１１を収めたバケット７を型ヒータ１３で、使用するガラス素材のガラス転移点温度Ｔｇ−１００℃〜Ｔｇ＋７０℃の温度に加熱しておく。次に、パイプ１４に投入したガラス素材をガスバーナー１６で１０² ポアズ以下の粘度まで加熱溶融し、ガラス素材をパイプ１４の下端（先端）から自然流出させて、バケット７内の成形型１１上に溶融ガラスゴブ１２を滴下する。成形型１１上に溶融ガラスゴブ１２が供給された後、パイプ１４をスタンド１５の回転によりバケット７の上方から退避させ、重り１８の支持を解除して重力により落下させることで、重り１８の荷重でロープ８を介しバケット７を牽引して等加速直線運動で上昇させる。その後、支柱４上部に位置するガスノズル１７から噴射する熱風で、バケット７内の溶融ガラス１２ａを成形型１１に押し付けつつアニールする。
【００２４】
次に、本実施例の作用を説明する。
パイプ１４から滴下した直後の溶融ガラスゴブ１２は、成形型１１の上で成形に適した１０² ポアズの粘度に加熱溶融されているので、バケット７が重り１８に牽引されて上昇すると、成形型１１は上向きに等加速直線運動するため、成形型１１上の溶融ガラスゴブ１２は下向きの慣性力Ｆで成形型１１に押し付けられて偏平する。この慣性力Ｆは、溶融ガラスゴブの質量をＭG 、バケット全体の質量をｍ、重りの質量をＭ、重力加速度をｇとすると
ｆ＝ＭG ｇ（Ｍ−ｍ）／（Ｍ＋ｍ）・・・（１）
となる。
【００２５】
このため、慣性力Ｆの大きさが十分大きければ、溶融ガラスゴブ１２はその外周を規制するスリーブ１０の内壁まで成形型１１上で押し広げられ、図３に示すような形状の溶融ガラス１２ａになる。したがって、重り１８を適宜選択して所望の慣性力Ｆを溶融ガラス１２ａに働かせ、かつ成形型１１の外径及びスリーブ１０の内径を所望するガラス成形レンズ用プリフォームの大きさに対応して設定使用しておくことにより、溶融ガラス１２ａ（以下、溶融ガラスゴブ１２ａという）は成形型１１上で所望する径に成形される。
【００２６】
次に、バケット７の上昇は支柱４の上部で停止する（バケット７の停止は、図示を省略したストッパに行われる。ストッパはバケット７側あるいは重り１８側に設ける）。バケット７が停止した時に、成形型１１上のガラスが高温軟化状態にある場合、溶融ガラスゴブ１２ａの径は表面張力で元の形状に戻ろうとするが、この時、溶融ガラスゴブ１２ａはガスノズル１７からの熱風で上方から押圧保持された状態でアニールされつつ冷却され、所望の径のまま偏平して固化する。これにより、レンズのプレス成形に適したガラス成形体（プリフォーム）が得られる。ここで、スリーブ１０、成形型１１の温度を予めＴｇ−１００℃〜Ｔｇ＋７０℃に加熱しておくことによって、前記ガラス成形体は割れることなく、また成形型１１に融着することなく、容易にバケット７から取り出すことができる。
【００２７】
以上のようにして所望の径のガラス成形体が得られるが、このガラス成形体は溶融ガラスより得られたものであるから鏡面を有しており、プリフォームとして利用することができる。
【００２８】
次に、前記本実施例の製造方法により、ＬａＳＦ０３の溶融ガラスゴブ０．３ｇからφ７ｍｍの円盤状のプリフォームを成形した場合について説明する。
【００２９】
まず、ＬａＳＦ０３のガラスペレットをパイプ１４の内部でガスバーナー１６により１２００℃で溶融した。この温度における溶融ガラスの粘度は１０ポアズ以下であり、成形に適している。この溶融ガラスをφ５ｍｍのパイプ１４の下端から自然流出させたところ、０．３ｇの溶融ガラス滴となって、パイプ１４の下に位置するバケット７内の成形型１１上に滴下した。なお、成形型１は予め型ヒータ１３でＴｇ温度に相当する６１０℃の温度に加熱しておいた。
【００３０】
次に、１０Ｋｇの重り１８を落下させ、その荷重で２５０ｇのバケット７を上方へ牽引した。この時、バケット７は、前述の（１）式から０．９５Ｇの加速度で加速上昇し、成形型１１上の溶融ガラスゴブ１２ａには０．２８ｇ重（＝０．９５×０．３ｇ重）の慣性力Ｆが鉛直下方に働くことになる。そして、上昇しながら、バケット７内の成形型１１上で雰囲気により冷却固化する。
【００３１】
以上のようにしてバケット７が支柱４の上端である高さ２ｍまで上昇すると、バケット７の内部にガスノズル１７からＴｇ温度に相当する６１０℃の熱風を吹き込み、バケット７内の溶融ガラスゴブ１２ａをアニールした。
【００３２】
１分後、バケット７から成形されたガラスを取り出してみると、ガラスは成形型１１上の全面に広がっており、その外周がスリーブ７の内壁に規制されて所望の径φ７ｍｍの円盤状に成形されていた。かかる円盤状のガラス成形体は、片面が成形型１１の受け面７ａの形状が転写され、もう片面は多少のうねりがあるものの、両面とも表面粗さＲｍａｘ≦０．１μｍの鏡面となっており、リヒートプレス用プリフォームとして使用するには申し分のないものであった。
【００３３】
図４に前記ガラス成形体（プリフォーム）１２ｂの形状を示した。
また、比較のため、図５には従来のように溶融ガラスゴブを滴下し、成形型で受けただけのガラス成形体（プリフォーム）１２ｃの形状を示した。従来のプリフォーム１２ｃは偏平率ｄ／φ＝０．７の近似球形状で、その径はφ＝５ｍｍと本実施例によるプリフォーム１２ｂより小さく、また成形型との接触面には大きなヒケが見られ、その面精度はＰＶ２４μｍであった。これに対し、本実施例のプリフォーム１２ｂは偏平率ｄ／φ＝０．２８の円盤状で、所望の径φ７ｍｍを有し、成形型との接触面の面精度はＰＶ３．９μｍであった。
【００３４】
本実施例によれば、溶融ガラスゴブ１２ａは慣性力により成形型１１上でつぶされ、従来の方法では得られなかった大径である所望の径を有し、面精度の良いプリフォームを製造することができる。
【００３５】
次に、実施例１の変形例を説明する。
成形型１１の受け面７ａを、最終成形レンズの曲率に近い形状で、かつ表面粗さＲｍａｘ≦０．１μｍに鏡面加工する。これにより、成形型面側は受け面７ａの形状により自由に形状を賦与できるので、さらに、最終成形品の押圧成形時間の短縮、あるいは余剰ガラスの低減ができる。成形型１１の受け面７ａの形状精度は、最終成形レンズの形状に近い程、最終成形レンズ形状と受け面球面部との球欠深さの差で０．５ｍｍ以内にすることが望ましい。但し、０．５ｍｍを超えても加熱温度を高くすることで、最終成形レンズを得ることが可能である。
【００３６】
【実施例２】
本発明の実施例２の製造方法は、成形型上の溶融ガラスゴブを、供給時にはその外周を成形型の外周よりも小さい内径の円筒で規制し、成形型の加速運動時には成形型の外周よりも大きい内径の円筒で規制するようにしたことを特徴とする。
【００３７】
具体的には、例えば、図６，図７に示すように、成形型２１を収めるバケット２２を構成する。すなわち、実施例１ではスリーブ１０にテーパー１０ｃを形成した１体構成としたが、本実施例に用いるバケット２２内にはスリーブ部材２３とテーパー部材２４の２体が設けられている。スリーブ部材２３は中空円筒形に形成され、その内径部に成形型２１がスライド自在に嵌合されている。テーパー部材はスリーブ部材２３の上端に配置されており、テーパー面２４ａの下端に設けた孔２４ｂの内径は、成形型２１の外径より小さく、かつ成形型２１上に滴下した場合の溶融ガラスゴブ１２の径よりも若干大きく形成されている。また、バケット２１の底部には、スリーブ２３に嵌合した成形型２１の底面に対応するように孔２２ａが設けられており、支柱４（図２参照）の下端に位置する（例えば、基台３上に取り付ける）突き上げ台２５が貫通して成形型２１を上方に移動し得るようになっている。
【００３８】
次に、本実施例の作用を説明する。
バケット２２が支柱４（図２参照）の下部に位置する場合、図６に示すように突き上げ台２５がバケット２２の底部の孔２２ａを貫通して成形型２１を持ち上げた状態で支持する。この状態で溶融ガラスゴブ１２を成形型２１上に供給すると、溶融ガラスゴブ１２は、その外周がテーパー部材２４の孔２４ｂに規制され、成形型２１上の中心部に保持される。
【００３９】
次に、ロープ８、アーム６を介して実施例１と同様にバケット２２を加速上昇させると、バケット２２は突き上げ台２５から離れる方向に移動するので、図７に示すように成形型２１は自重でスリーブ部材２３内をスライドしてバケット２２の底部に下降する。これにより、成形型２１上の溶融ガラスゴブ１２ａは今度は成形型２１に嵌合するスリーブ部材２３の内径で外周を規制されつつ、実施例１と同様に慣性力Ｆで偏平し成形される、その他の作用は実施例１と同様である。
【００４０】
本実施例によれば溶融ガラスゴブ１２を成形型に供給したとき、溶融ガラスゴブ１２が成形型２１の中心部に位置するよう外周規制されているので、成形型２１に図６のような凸型を用いた場合でも溶融ガラスゴブ１２が中心からズレることなく、中心対称に成形される。すなわち、本実施例の製造方法を用いれば、実施例１と同様、所望の径を有するだけでなく、肉厚に偏りのないプリフォームの成形を行うことができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば以下の効果が得られる。
請求項１のガラス成形レンズ用プリフォームによれば、偏平率を０．７未満にしたので、最終成形品（例えばガラスレンズ）の押圧成形時間が短く、あるいは成形後の余剰ガラスの発生が少なく、さらに最終成形品の転写精度を良好にすることができる。
【００４２】
請求項２，３のガラス成形レンズ用プリフォームの製造方法によれば、成形型上の溶融ガラスゴブに上方から慣性力を働かせて製造しているので、溶融ガラスゴブが受け面上で広がり、搬送皿に載置することができる所望の径のガラス成形レンズ用プリフォームを得ることができる。
【００４３】
請求項４のガラス成形レンズ用プリフォームの製造方法によれば、溶融ガラスゴブを成形型上に供給したとき、溶湯ガラスゴブは小径の内筒で成形型の中心部に位置するように外周規制され、成形型を加速運動する時には大径の内筒で外周を規制するようにしたので、凸状の成形型を用いた場合にあっても、肉厚に偏りのない中心対称なガラス成形レンズ用プリフォームを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラス成形レンズ用プリフォームの製造方法を示す概念図である。
【図２】本発明の実施例１の製造方法に用いる製造装置を示す正面図である。
【図３】本発明の実施例１の製造方法に用いる製造装置におけるバケットを示す中央縦断面図である。
【図４】本発明の実施例１の製造方法により製造したプリフォームを説明するための説明図である。
【図５】従来の技術により製造したプリフォームを説明する説明図である。
【図６】本発明の実施例２の製造方法における溶融ガラスゴブの供給時を示すバケットの中央縦面図である。
【図７】本発明の実施例２の製造方法におけるプリフォーム成形時を示すバケットの中央縦断面図である。
【図８】ガラス成形レンズ用プリフォームを用いてレンズを成形する工程を説明するための説明図である。
【図９】従来のガラス成形レンズ用プリフォームを成形する工程を説明するための説明図である。
【図１０】溶融ガラスゴブに作用する力を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１，１２溶融ガラスゴブ
１ａ，１２ｂガラス成形レンズ用プリフォーム
２，１１，２１成形型
７，２２バケット
１０スリーブ
２３スリーブ部材
２４テーパー部材

Claims

一方の面を成形型の成形面により成形し、他方の面を溶融状態での自由表面として製造したガラス成形レンズ用プリフォームにあって、
溶融ガラスゴブを成形型上に供給した後、前記成形型上の溶融ガラスゴブの自由面方向に前記成形型を加速運動させることにより、（中肉）／（外径）＜０．７としたことを特徴とするガラス成形レンズ用プリフォーム。
溶融ガラスゴブを成形型上に供給する工程と、この溶融ガラスゴブを前記成形型上で冷却固化する工程とからなるガラス成形レンズ用プリフォームの製造方法において、前記溶融ガラスゴブを成形型上に供給した後、前記成形型上の溶融ガラスゴブの自由面方向に前記成形型を加速運動させる工程を設けたことを特徴とするガラス成形レンズ用プリフォーム製造方法。
成形型は垂直上向きに加速直線運動させることを特徴とする請求項２記載のガラス成形レンズ用プリフォーム製造方法。
成形型上の溶融ガラスゴブは、その外周を、供給時には成形型の外周よりも小さい内径の円筒で規制し、成形型の加速運動時には成形型の外周よりも大きい内径の円筒で規制することを特徴とする請求項２または３に記載のガラス成形レンズ用プリフォーム製造方法。