JP3965627B2

JP3965627B2 - ガラス成形体の製造方法および光学素子の製造方法

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Publication number: JP3965627B2
Application number: JP2003185071A
Authority: JP
Inventors: 昌弘吉田; 義包新熊; 学禄鄒
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: JP2005015301A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融ガラスから直接、質量精度の高い精密プレス成形用プリフォームなどのガラス成形体を製造する方法、ならびに前記方法により作製したプリフォームを用いて精密プレス成形し、光学素子を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、精密プレス成形などに使用するプリフォームを成形する方法としては、例えば、流出パイプから流出する溶融ガラスを成形型で受け、成形型上で風圧を加えて浮上させながら精密プレス成形に使用されるプリフォームに成形する方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法は高品質のプリフォームを生産する方法として非常に優れているものである。
これまでの精密プレス成形ではレンズ面などの光学機能面は精密プレス成形により形成し、非光学機能面については研削加工、研磨加工によって作製するのが一般的であったが、近年、最終製品の非光学機能面も精密プレス成形によって形成する技術への需要が高まっている。この需要に対する要求に応えるためには精密プレス成形によって作製しようとする光学素子の体積にプリフォームの体積を精密に一致させること、すなわちプリフォームの質量精度をより高くすることが必要である。以上のような理由等により精密プレス成形用プリフォームには高い質量精度が求められている。
ところで、上記特許文献１に記載の方法において、成形型を複数個用意して順次流出パイプの下方に運び、溶融ガラスを次々と受けて成形を行う場合、成形型上でガラスを浮上させるために上向きに噴出するガスが流出パイプに吹きかかる。特に、成形型の中央に溶融ガラス滴を滴下する場合、流出パイプの真下にガス噴出口が来るのでガスが流出パイプを直撃してしまう。この状態では流出パイプの温度が変動したり、滴下しようとする溶融ガラスの挙動が不安定になり、高い質量精度のガラス成形体が得にくいという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−５１４４６号公報
【０００４】
【発明の解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、高品質かつ高い質量精度のガラス成形体を製造する方法、および高品質かつ高い質量精度のガラス成形体を作製し、前記ガラス成形体を加熱、精密プレス成形して光学素子を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記目的を達成するため鋭意検討を進めた結果、溶融ガラス滴の滴下を妨げることなく、かつ成形型から噴出するガスから流出パイプを遮蔽することによりその目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）流出パイプより溶融ガラス滴を滴下し、ガスを噴出する成形型で受けて浮上させながら成形するガラス成形体の製造方法において、溶融ガラス滴の滴下経路を横切るように遮蔽体を設けて流出パイプを前記成形型より噴出するガスから遮蔽するとともに、溶融ガラス滴の滴下に同期して前記滴下経路から前記遮蔽体を取り除くことを特徴とするガラス成形体の製造方法（以下、ガラス成形体の製造方法１という。）、
（２）遮蔽体を複数の割部材で構成し、前記割部材同士を密着させて噴出するガスから流出パイプを遮蔽するとともに、溶融ガラス滴の滴下に同期して前記割部材を相互に離間して、離間した割部材の間を溶融ガラス滴が落下するよう遮蔽体を配置する上記（１）項に記載のガラス成形体の製造方法、
（３）流出パイプより溶融ガラス滴を滴下し、ガスを噴出する成形型で受けて浮上させながら成形するガラス成形体の製造方法において、溶融ガラス滴の滴下経路を横切るように支持体を設けて流出パイプを前記成形型より噴出するガスから遮蔽するとともに、滴下した溶融ガラス滴を直接受けた後、前記支持体を取り除くことにより、鉛直下方に落下する溶融ガラス塊を成形型で受け、成形することを特徴とするガラス成形体の製造方法（以下、ガラス成形体の製造方法２という。）、
（４）支持体を複数の割部材で構成し、前記割部材同士を密着させて噴出するガスから流出パイプを遮蔽するとともに、前記割部材同士を密着させた位置に滴下した溶融ガラス滴を直接受けた後、前記割部材を相互に離間して、離間した割部材の間を前記溶融ガラス滴が落下するよう支持体を配置する上記（３）項に記載のガラス成形体の製造方法、
（５）成形型のガス噴出口が設けられた成形部に溶融ガラス滴を滴下する上記（１）〜（４）項のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（６）Ｎｂ_２Ｏ_５含有燐酸塩ガラス、ＴｉＯ_２含有燐酸塩ガラス、ＢａＯ含有燐酸塩ガラス、Ｌｉ_２Ｏ含有燐酸塩ガラス、Ｎａ_２Ｏ含有燐酸塩ガラス、Ｋ_２Ｏ含有燐酸塩ガラス、Ｂ_２Ｏ_３およびＬａ_２Ｏ_３含有ガラス、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３およびＷＯ_３含有ガラス、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＢａＯ含有ガラス、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２およびＷＯ_３含有ガラス、ＳｉＯ_２、アルカリ金属酸化物および弗素含有ガラス、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物含有弗燐酸塩ガラス、アルカリ金属酸化物およびＺｎＯ含有弗燐酸塩ガラスのいずれかを用いる上記（１）〜（５）項のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（７）粘度が０．５〜５０ｄＰａ・ｓの溶融ガラスを流出し、滴下する上記（１）〜（６）項のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（８）ガラス成形体が精密プレス成形用プリフォームである上記（１）〜（７）項のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（９）ガラス製プリフォームを加熱、軟化し、精密プレス成形する工程を備える光学素子の製造方法において、前記プリフォームを上記（８）項に記載の製造方法により作製することを特徴とする光学素子の製造方法、
（１０）光学素子の全面を精密プレス成形により形成する上記（９）項に記載の光学素子の製造方法、
（１１）プレス成形型にプリフォームを導入し、プレス成形型と前記プリフォームをともに加熱し、精密プレス成形する上記（９）または（１０）項に記載の光学素子の製造方法、および
（１２）プレス成形型の温度よりも高温に予熱されたプリフォームをプレス成形型に導入して精密プレス成形する上記（９）または（１０）項に記載の光学素子の製造方法、
を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明のガラス成形体の製造方法１に関する実施の形態について説明する。
まず、清澄、均質化した溶融ガラスを用意し、温度制御された、例えば白金合金製の流出パイプから一定の流出速度で溶融ガラスを流出させる。そして流出パイプの下方で待機する成形型のガス噴出口が設けられた成形部に溶融ガラス滴を滴下する。成形型は複数用意し、流出パイプの下方の溶融ガラス滴を受ける位置（滴下位置という。）で溶融ガラス滴を受けると滴下位置から搬出され、空の成形型が滴下位置に搬送される。このようにして複数の成形型を順次、滴下位置に搬送して溶融ガラス滴を次々と受ける。成形型上の溶融ガラス滴はガス噴出口から上向きに噴出するガス（浮上ガスという。）により上向きの風圧が加えられ、浮上しながらガラス成形体に成形される。固化したガラス成形体は成形型から取り出され、該成形型は再度、滴下位置に戻される。
【０００７】
このように複数の成形型を循環して使用するが、ガス噴出口からは浮上ガスが噴出しているため、成形型が滴下位置に来ると浮上ガスが流出パイプに吹きかかり、流出条件、滴下条件を不安定にする。
ここで流出条件が不安定になるという意味を具体的に説明する。浮上ガスが流出パイプの先端に吹きかかると、ガスにより流出パイプ先端が冷やされるため、流出パイプの温度が変動し、ガラスの流出量が変動する。但し滴下質量は、ガラスの流出量の変動幅が小さい場合は大きくは変動しない（理由は後述する）。一方、流出パイプ先端の温度が低下すると、流出口で溶融ガラスの結晶が析出することがあり、この場合は、滴下質量が大きくなったり、ガラス成形体に脈理が発生したりする。前記したガラス組成は、一般に流出温度域で結晶化しやすいため、流出パイプ先端の温度低下は大きな問題である。
【０００８】
次に滴下条件が不安定になるという意味を具体的に説明する。液滴の質量は、下記式（１）で示されるように、流出口の外径（Ｄ）、ガラスの表面張力（γ）、重力加速度（g）により決まる。
液滴質量＝πＤγ／ｇ …（１）
厳密にはガラス流量が多いほど液滴質量は重くなるが、流量変化が小さい場合は液滴質量の変動要因とはならず影響は無視できる。一方、γは温度に依存するので、温度変動が大きいと、液滴質量が変動する原因となる。ｇは地球上では一定であるが、浮上ガスが液滴先端にかかると液滴を持ち上げる力となるので、みかけ上、ｇが小さくなったのと同じ影響を受ける。つまり液滴の下方から浮上ガスがかかると、液滴質量は重くなる。但し浮上ガスの流れが乱れており、液滴を持ち上げる力が一定でないため、浮上ガスを遮断した場合より液滴質量が変動しやすくなる。
【０００９】
本発明の製造方法１では浮上ガスが流出パイプに吹きかからないようにするため、流出パイプと成形型の間に遮蔽体を設け、流出パイプを浮上ガスから遮蔽する。前記遮蔽を十分なものにするため、遮蔽体は溶融ガラス滴の滴下経路を横切るように配置し、滴下に同期して滴下経路から遮蔽体を取り除くようにする。具体的には、遮蔽体を複数の割部材で構成し、前記割部材同士を密着させて噴出するガスから流出パイプを遮蔽するとともに、溶融ガラス滴の滴下に同期して前記割部材を相互に離間して、離間した割部材の間を溶融ガラス滴が落下するよう遮蔽体を配置する。確実かつ容易に上記操作を行うには２つの割部材により遮蔽体を構成することが好ましい。
このように浮上ガスから流出パイプを遮蔽することにより、溶融ガラスの流出条件、溶融ガラス滴の滴下条件を安定させ、ガラス成形体の質量精度を向上させることができる。なお、前記質量精度としては目標とする質量の±１％以内の範囲とすることが望ましい。
【００１０】
次にガラス成形体の製造方法２に関する実施の形態について説明する。この方法では流出パイプより溶融ガラス滴を滴下し、ガスを噴出する成形型で受けて浮上しながら成形するガラス成形体の製造方法である点はガラス成形体の製造方法１と同様である。溶融ガラス滴の滴下経路を横切るように支持体を設けて流出パイプを前記成形型より噴出するガスから遮蔽するとともに、滴下した溶融ガラス滴を前記支持体で直接受けた後、前記支持体を取り除くことにより、鉛直下方に落下する溶融ガラス塊を成形型で受け、成形する。上記支持体はガラス成形体の製造方法１における遮蔽体の機能とともに滴下した溶融ガラス滴を直接受けて支持する機能も果たす。
【００１１】
なお、上記支持体を構成する割部材との接触で溶融ガラス塊の粘性が上昇するので、以下に説明する成形型に溶融ガラス塊を移す際に発生しやすいガラスの折れ込みを効果的に防止することも可能となる。割部材は溶融ガラスとの融着を防止するとともに上記効果を得やすくするため、冷却することが好ましい。冷却方法としては割部材を水冷する方法、割部材を空冷する方法、割部材表面を黒色として放射率を高める方法、前記方法の組合せなどを例示することができる。割部材を水冷や空冷する場合、割部材内部に流路を設け、その中に冷却水や冷却ガスを流せばよい。また、溶融ガラス支持体としては耐熱性の金属、カーボン、セラミックスなどを例示することができる。なかでも耐熱性、熱伝導性を考慮すると耐熱性ステンレス鋼が好ましい。
【００１２】
ガラス成形体の製造方法１および２において、遮蔽体あるいは支持体を構成する割部材の数は特に制限はなく幾つでもよいが、上記一連の動作を確実かつ容易に行うという観点から２つの割部材で構成することが好ましい。その際、割部材を密着させた状態における割部材の境界は直線とすることが両部材を密着させる上から好ましい。また２つの割部材の上面を平面にするとともに、前記２つの上面がなす角度を９０°〜１８０°、２つの割部材の境界を通る仮想的な平面に対し、上記２つの面が対称であることが望ましい。このような割部材の使用はガラス成形体の製造方法２において特に有効であり、溶融ガラス滴を安定して支持できるとともに、割部材を離間した際に溶融ガラス滴を鉛直下方に落下することができる。
【００１３】
ガラス成形体の製造方法１において、成形型のガス噴出口が設けられた成形部に流出パイプから溶融ガラス滴を滴下することが好ましく、ガラス成形体の製造方法２において、成形型のガス噴出口が設けられた成形部に支持体で受けた溶融ガラス滴を滴下することが好ましい。なお、ガラス成形体の製造方法１および２において、流出パイプから成形型に至る間に滴下あるいは落下するガラスが固化することもあるが、そのような場合も含めて滴下あるいは落下するガラスを溶融ガラス滴と呼ぶことにする。
なお浮上ガスとしては空気、不活性ガス、炭酸ガスなどを例示することができる。浮上ガスによってガラスを回転浮上させながら球状に成形することができる。
【００１４】
成形型の材質としては、ステンレス鋼などの耐熱性金属、カーボン、セラミックスなどを用いることができる。また成形型に移された溶融ガラス塊は流出時よりも低温になっているが、依然として高温であり、融着のおそれがある。そのため成形型の温度を３００℃以下にコントロールして確実に融着を防止することが好ましい。また、融着を防止するために成形型の表面にはダイヤモンド様カーボン膜などの膜を設けることが望ましい。また、上記面を鏡面仕上げすることが望ましい。
成形型の移送は、ターンテーブル上に複数の成形型を等間隔に配置し、溶融ガラス滴の滴下時に空の成形型が滴下位置で待機するようにすればよい。このようにして複数の成形型に溶融ガラス滴を分配し、ガラス成形体を成形する。
【００１５】
上記方法は溶融ガラスの流出条件、溶融ガラス滴の滴下条件の変動により質量精度や品質が低下しやすいガラスの成形にも適しており、流下時の粘度が０．５〜５０ｄＰａ・ｓのものに好適である。
得られるガラス成形体の形状としては球状、回転対称軸を一つ有し前記回転対称軸を含む断面における輪郭が外側に凸になっている回転体などを例示することができる。
また光学ガラスからなるガラス成形体を製造することにより、ボールレンズや光学素子を精密プレス成形するためのプリフォームを作ることもできる。
【００１６】
次に上記ガラス成形体の成形に好適なガラス材料について説明する。上記方法が流下時の粘度が０．５〜５０ｄＰａ・ｓの範囲のものにも好適であることは既に説明したとおりであるが、流出、成形時にガラスの失透を防ぐためには流下時の溶融ガラスの温度を液相温度よりも高くすることが肝要である。ガラス成形体そのものを光学素子として使用する場合やガラス成形体を精密プレス成形用プリフォームとし、このプリフォームを用いて精密プレス成形により光学素子を製造する場合、分散を一定に保ちながら従来よりも高い屈折率のガラス材料が求められている。このような光学ガラスには失透を防止する上から流下時の粘度が０．５〜５０ｄＰａ・ｓの範囲のものが多い。このような光学ガラスとしては、例えば、Ｎｂ_２Ｏ_５含有燐酸塩ガラス、ＴｉＯ_２含有燐酸塩ガラス、ＢａＯ含有燐酸塩ガラス、Ｌｉ_２Ｏ含有燐酸塩ガラス、Ｎａ_２Ｏ含有燐酸塩ガラス、Ｋ_２Ｏ含有燐酸塩ガラス、Ｂ_２Ｏ_３およびＬａ_２Ｏ_３含有ガラス、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３およびＷＯ_３含有ガラス、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＢａＯ含有ガラス、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２およびＷＯ_３含有ガラス、ＳｉＯ_２、アルカリ金属酸化物および弗素含有ガラス、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物含有弗燐酸塩ガラス、アルカリ金属酸化物およびＺｎＯ含有弗燐酸塩ガラスなどがある。
【００１７】
このように流下時の粘度が低いガラス材料で精密プレス成形用プリフォームを成形する場合、以下のような問題が生じやすい。例えば球状のプリフォームを成形する場合、後述の図１で示されるようなロート状穴を有する成形型に溶融ガラスを挿入し球状化を行う。溶融ガラスの挿入時において、型中央に溶融ガラスを挿入できれは、吹き上げるガス流に支えられ着地するため、溶融ガラスが折れ込んで泡や脈理が発生する危険性は低くなる。しかしロート状の穴の入り口や壁に当たる状態で溶融ガラスが落下した場合は、壁とガラスの摩擦抵抗や瞬間的な融着により、溶融ガラスが引き伸ばされることがある。このような場合は、着地までにガラスが折れ込み、泡や脈理を生じやすくなる。このような問題は、流下時の粘度が低いガラス材料に特有の問題であり、粘度が５０ｄＰａ・ｓより高いガラスでは殆ど問題にならない。そこで本発明では、流出口の真下に成形型を配置し、溶融ガラスを型に挿入する際の折れ込みや泡の発生を防いでいる。しかし前記のように、成形型からの浮上ガスが流出口にかかると、質量変動やガラスの品質低下などの問題が発生するため、本発明を考案するに至った。この場合のように、成形型からの浮上ガスを遮蔽する目的だけのために使用する遮蔽体は、薄い板状のものとし、溶融ガラスの落下距離を可能な限り小さくすることが望ましい。遮蔽板の材質は、溶融ガラスが接触した場合を考慮し、耐熱性金属材料などを使用すればよい。また滴下と同期させ高速で遮蔽と除去を行うため、移動距離が少ない割部材とすることが望ましい。
【００１８】
一方、滴下した溶融ガラス滴を支持体で受けて支持し、ある程度冷却した後、前記支持体を取り除き、溶融ガラス塊を鉛直下方の成形型に落下させ、成形する方法では以下のような利点がある。流下時の粘度が極端に低いガラス材料を、ガスを吹き出している成形型に直接挿入した場合、型中央に挿入したとしても折れ込みや脈理や泡が発生する場合がある。特に球状のプリフォームを成形する場合には、成形型内で溶融ガラスを高速回転させる必要があるので、折れ込みや脈理や泡が発生する可能性がある。そこで成形型で球状化する前に、溶融ガラスの粘性を少しでも増大させておくことが肝要である。本発明では、溶融ガラスを成形型に挿入する前に支持体上に保持し、接触面から溶融ガラスの熱を奪うことで溶融ガラスを冷却する。冷却の手段は他にも考えられるが、例えばガスを吹きかける方法では、流出口を冷やしてしまう危険性がある。また多孔質材料からなる支持体を用い、多孔質材料から吹き出すガスで溶融ガラスを非接触状態で支持し冷却する方法も考えられる。しかしガスで流出口を冷やしてしまう危険性がある他、非接触状態だと冷却速度が小さいため、滴下間隔を遅くしなければならず、生産性が低下してしまう問題がある。つまり溶融ガラスの粘度を短時間で確実に増大させ、流出口を冷やす可能性が無いという理由から、本方法が好適である。また前記のように、溶融ガラスを成形型に落下挿入する際には、型の中央にできるだけ遅い速度即ち自然落下させることが望ましい。このような条件を実現するため、本発明では、支持体を複数の割部材で構成し、前記割部材同士を密着させて密着部で溶融ガラスを受け、割部材を相互に離間して、離間した割部材の間を溶融ガラス滴が落下させる方法を用いる。本方法では、液滴の落下距離を小さくできる他、溶融ガラスを自然落下させることができ、以下に説明する手段により、溶融ガラスに衝撃を与えることなく真下に自然落下させることができる。
【００１９】
まず割部材は耐熱性がある金属材料、カーボン、セラミックスから構成し薄板状に加工する。溶融ガラスとの接触部は内部に水またはガスを流して冷却し、ガラスとの融着を防ぐ。また滴下された溶融ガラス塊の位置が安定するよう、割部材は密着部に向けて傾斜させ、溶融ガラスの支持位置を低くする。面は平面である必要はなく、曲面であってもよい。また溶融ガラスとの接触部に窪みを形成してもよい。
また割部材の離間時に溶融ガラスに加わる水平方向の力を低減するため、溶融ガラスを支持する面は研磨面とし、融着防止と低摩擦特性を有するコーティングを行うことが望ましい。
【００２０】
上記ガラス成形体の製造方法によれば、目的とするガラス成形体の質量に対し、実際に作製するガラス成形体の質量を確実に±１％の範囲内に収めることができる。また４００ｍｇ以下の小容量のガラスについては、±０.３〜０.５％の範囲に収めることもできる。また、脈理、傷、失透などの欠陥のないガラス成形体を量産することもできる。なお、ガラス成形体を光学素子や精密プレス成形用プリフォームとして使用する上から、表面が滑らかなものが好ましく、全面が自由表面からなるガラス成形体が好ましい。
精密プレス成形用プリフォームを製造する場合、溶融ガラスから成形、徐冷して得られたプリフォームに必要に応じて洗浄及び乾燥処理を行う。また、離型作用やガラスがプレス成形型表面で広がりやすくなるよう潤滑作用を有する膜を形成してもよい。
【００２１】
次に光学素子の製造方法について説明する。本発明の光学素子の製造方法は、ガラス製プリフォームを加熱、軟化し、精密プレス成形する工程を備える光学素子の製造方法において、前記プリフォームを上記方法により作製することを特徴とするものである。上記光学素子としてはレンズ、プリズム、レンズ付きプリズム、回折格子、ポリゴンミラーなどを例示することができる。またレンズとしては球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズ、ピックアップレンズ、レンズアレイなどを例示することができる。光学素子の光を屈折させたり、反射させたり、回折させたりする面、光学素子に光学的機能を付与する面を光学機能面と言うが、光学機能面をプレス成形によって形成するプレス成形を精密プレス成形と言う。この精密プレス成形はモールドオプティクス成形とも呼ばれる。
【００２２】
質量精度が高いプリフォームを使用することにより、光学素子の全面を精密プレス成形により形成することもできる。光学素子全面を精密プレス成形により形成することにより、精密プレス成形品に研削、研磨などの機械加工を施こす必要がなくなる。レンズの光学機能面の周囲にある非光学機能面（レンズ周辺部と言う。）はレンズをホルダーに固定する場合に使用することがある。このレンズ周辺部をホルダーに固定する際の位置決めの基準として使用するには、レンズの光軸とレンズ周辺部の相対的位置関係ならびに角度が所定の関係に精度よく形成される必要がある。光学機能面とレンズ周辺部を精密プレス成形で同時に成形すれば、上記レンズの位置決め基準の機能をプレス成形と同時にレンズに付与することが可能である。
なお、光学素子の全面を精密プレス成形により形成する場合、使用する精密プレス成形用プルフォームの質量精度は目標値の±１％以内にすることが望ましい。
【００２３】
次に精密プレス成形の態様について説明する。
第一の態様は、プレス成形型にプリフォームを導入し、プレス成形型と前記プリフォームをともに加熱し、精密プレス成形する方法である。この方法では、プレス成形型の温度、プリフォームの温度をともにプリフォームを構成するガラスが１０^８〜１０^１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度にすることが好ましい。また、上記ガラスが１０^１２ｄＰａ・ｓを超える粘度を示す温度にまで冷却してからプレス成形型から取り出すことが好ましく、上記ガラスが１０^１４ｄＰａ・ｓ以上の粘度を示す温度にまで冷却してからプレス成形型から取り出すことがさらに好ましく、１０^１６ｄＰａ・ｓ以上の粘度を示す温度にまで冷却してからプレス成形型から取り出すことがより一層好ましい。
【００２４】
第二の態様は、プレス成形型の温度よりも高温に予熱されたプリフォームをプレス成形型に導入して精密プレス成形する方法である。この態様において、プレス成形後、プリフォームを構成するガラスの粘度が１０^１２ｄＰａ・ｓよりも高くなってから離型することが好ましい。
また、プリフォームを浮上させながら予熱することが好ましく、上記ガラスが１０^５．５〜１０^９ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度にまで予熱することがより好ましい。また、プレス開始と同時又はプレスの途中からガラスの冷却を開始することが好ましい。
上記プリフォームの予熱では、予熱温度をガラスが１０^９ｄＰａ・ｓ以下の粘度を示す温度とすることが好ましく、１０^5.5〜１０^９ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度とすることがより好ましい。なお、プレス成形型の温度は上記ガラスが１０⁹ｄＰａ・ｓより高く１０^１２ｄＰａ・ｓ以下を示す温度とするのが好ましい。
【００２５】
上記第一の態様、第二の態様のいずれにおいても、ＳｉＣ製、超硬合金製、耐熱性金属製などの型材を用い、成形面には必要に応じて炭素膜、貴金属膜などの離型膜を設けたプレス成形型を使用することができ、窒素、窒素と水素の混合ガス、不活性ガスなどの雰囲気中でプレス成形を行うことができる。プレス成形された光学素子には徐冷された後、必要に応じて反射防止膜などの光学薄膜を設けてもよい。
以上のように本発明の光学素子の製造方法によれば、高品質な精密プレス成形用プリフォームを使用するので表面欠陥、内部欠陥のない良好な光学素子を作製することができる。さらに、プリフォームの質量精度が高いので光学機能面以外の面に機械加工を施すことなく光学素子を作ることもできる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１
最終的に所望の屈折率、分散、透過率などの光学特性が得られるように調合されたガラス原料を加熱溶融し、脱泡清澄、攪拌均質化して得られた溶融ガラスを温度制御された白金合金製パイプから一定の流出速度で連続して流下する。この際のガラスの引き上げ量を１２ｋｇ／日とした。
流出パイプの先端から滴下する溶融ガラス滴は図１に示された製造工程図により精密プレス成形用プリフォームに成形される。この方法は上記ガラス成形体の製造方法１に相当するものである。
本実施例で用いた遮蔽体は２つの平板状の割部材により構成されている。前記割部材は相互に密着し、下方から来るガスや空気の流れから流出パイプの先端を遮蔽しているが、流出パイプ先端から溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせて割部材が相互に離間し、離間した割部材の間を通って溶融ガラス滴が成形型へと落下する。溶融ガラス滴が割部材の間を通過したら直ちに、割部材を相互に密着してガスから流出パイプを遮蔽する。
成形型上に落下した溶融ガラス滴は浮上ガスにより回転しながら浮上した状態で球状のガラス成形体に成形される。次いで冷却、固化したガラス成形体を吸引して成形型から取り出し、パレット上に移送し徐冷する。このようにして連続流出する溶融ガラスを滴下し、所定質量のガラス成形体を次々と製造していく。
このようにして、光学ガラスよりなる３５０±１.４ｍｇの球状ガラス成形体を作製し、精密プレス成形用プリフォームとした。
精密プレス成形用プリフォームにはカンワレその他の傷、脈理、失透などの欠陥は認められなかった。また質量精度も上記のように目標値の±１％以内に入る高いものであった。
実施例２
次に、流出パイプの先端から滴下する溶融ガラス滴は図２に示された製造工程図により精密プレス成形用プリフォームに成形される。この方法は上記ガラス成形体の製造方法２に相当する。
本実施例で用いた支持体は２つの平板状の割部材により構成されている。前記割部材は相互に密着し、下方から来るガスや空気の流れから流出パイプの先端を遮蔽しているとともに、流出パイプ先端から溶融ガラス滴が支持体に滴下した後、ある程度ガラス溶融液滴を冷却させたあと、割部材が相互に離間し、離間した割部材の間を通って溶融ガラス滴が成形型へと落下する。溶融ガラス滴が割部材の間を通過したら直ちに、割部材を相互に密着してガスから流出パイプを遮蔽する。
成形型上に落下した溶融ガラス滴は浮上ガスにより回転しながら浮上した状態で球状にガラス成形体に成形される。次いで冷却、固化したガラス成形体を吸引して成形型から取り出し、パレット上に移送し徐冷する。このようにして連続流出する溶融ガラスを滴下し、所定質量のガラス成形体を次々と製造していく。
このようにして、光学ガラスよりなる３５０±１.４ｍｇの球状ガラス成形体を作製し、精密プレス成形用プリフォームとした。
精密プレス成形用プリフォームにはカンワレその他の傷、脈理、失透などの欠陥は認められなかった。また質量精度も上記のように目標値の±１％以内に入る高いものであった。
実施例１および２において、使用したガラスは表１に示す燐酸塩ガラス１〜３、Ｂ_２Ｏ_３−Ｌａ_２Ｏ_３含有ガラス１〜３、ＳｉＯ_２、アルカリ金属酸化物および弗素含有ガラス、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物含有弗燐酸塩ガラス、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＢａＯ含有ガラス、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＴｉＯ_２−ＷＯ_３含有ガラスである。
【００２７】
【表１】

【００２８】
なお、表１のガラス成分を示す欄における（Ｙ_２Ｏ_３），（Ｎｂ_２Ｏ_５）は、ガラス成分としてＹ_２Ｏ_３およびＮｂ_２Ｏ_５を含む場合、Ｙ_２Ｏ_３を含み，Ｎｂ_２Ｏ_５を含まない場合、Ｙ_２Ｏ_３を含まず，Ｎｂ_２Ｏ_５を含む場合、Ｙ_２Ｏ_３もＮｂ_２Ｏ_５も含まない場合があることを示すものである。
いずれのガラスにおいても上記のような良好な結果を得ることができた。
実施例３
実施例１および２で成形されたプリフォームを洗浄、乾燥した後、精密プレス成形を行って非球面レンズを作製した。上記プレス成形ではＳｉＣ製の型材表面に炭素膜を形成したプレス成形型を用い、雰囲気を窒素雰囲気とした。プレス成形は、プリフォームを６３５℃まで加熱し、６０秒間、９．８ＭＰａの圧力でプレスして行った。プレス成形後、非球面レンズをプレス成形型から取り出し徐冷した。得られたレンズは内部、表面とも良好な状態であった。レンズは芯取り加工を行う必要がなく、精密プレス成形によって形成されたレンズ周辺部をホルダーに固定する際に位置決め基準に使用できるものであった。このようにして得られた表面に反射防止膜を形成してもよい。
また、上記精密プレス成形では、プリフォームをプレス成形型に導入し、プリフォームとプレス成形型を同時に加熱してもよいし、予熱されたプレス成形型に加熱されたプリフォームを投入してプレスしてもよい。
本実施例は非球面レンズの製造方法に関するものであるが、その他の光学素子、例えばプリズムや回折格子などの製造にも適用できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のガラス成形体の製造方法によれば、高品質かつ高い質量精度のガラス成形体を作製することができる。
また本発明の光学素子の製造方法によれば、高品質かつ研削、研磨加工が全く必要のない、研削、研磨加工を最小限にできる光学素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１におけるプレス成形用プリフォームの製造工程図である。
【図２】実施例２におけるプレス成形用プリフォームの製造工程図である。

Claims

流出パイプより溶融ガラス滴を滴下し、ガスを噴出する成形型で受けて浮上させながら成形するガラス成形体の製造方法において、溶融ガラス滴の滴下経路を横切るように遮蔽体を設けて流出パイプを前記成形型より噴出するガスから遮蔽するとともに、溶融ガラス滴の滴下に同期して前記滴下経路から前記遮蔽体を取り除くことを特徴とするガラス成形体の製造方法。
遮蔽体を複数の割部材で構成し、前記割部材同士を密着させて噴出するガスから流出パイプを遮蔽するとともに、溶融ガラス滴の滴下に同期して前記割部材を相互に離間して、離間した割部材の間を溶融ガラス滴が落下するよう遮蔽体を配置する請求項１に記載のガラス成形体の製造方法。
流出パイプより溶融ガラス滴を滴下し、ガスを噴出する成形型で受けて浮上させながら成形するガラス成形体の製造方法において、溶融ガラス滴の滴下経路を横切るように支持体を設けて流出パイプを前記成形型より噴出するガスから遮蔽するとともに、滴下した溶融ガラス滴を直接受けた後、前記支持体を取り除くことにより、鉛直下方に落下する溶融ガラス塊を成形型で受け、成形することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
支持体を複数の割部材で構成し、前記割部材同士を密着させて噴出するガスから流出パイプを遮蔽するとともに、前記割部材同士を密着させた位置に滴下した溶融ガラス滴を直接受けた後、前記割部材を相互に離間して、離間した割部材の間を前記溶融ガラス滴が落下するよう支持体を配置する請求項３に記載のガラス成形体の製造方法。
成形型のガス噴出口が設けられた成形部に溶融ガラス滴を滴下する請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
Ｎｂ_２Ｏ_５含有燐酸塩ガラス、ＴｉＯ_２含有燐酸塩ガラス、ＢａＯ含有燐酸塩ガラス、Ｌｉ_２Ｏ含有燐酸塩ガラス、Ｎａ_２Ｏ含有燐酸塩ガラス、Ｋ_２Ｏ含有燐酸塩ガラス、Ｂ_２Ｏ_３およびＬａ_２Ｏ_３含有ガラス、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３およびＷＯ_３含有ガラス、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＢａＯ含有ガラス、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２およびＷＯ_３含有ガラス、ＳｉＯ_２、アルカリ金属酸化物および弗素含有ガラス、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物含有弗燐酸塩ガラス、アルカリ金属酸化物およびＺｎＯ含有弗燐酸塩ガラスのいずれかを用いる請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
粘度が０．５〜５０ｄＰａ・ｓの溶融ガラスを流出し、滴下する請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
ガラス成形体が精密プレス成形用プリフォームである請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
ガラス製プリフォームを加熱、軟化し、精密プレス成形する工程を備える光学素子の製造方法において、
前記プリフォームを請求項８に記載の製造方法により作製することを特徴とする光学素子の製造方法。
光学素子の全面を精密プレス成形により形成する請求項９に記載の光学素子の製造方法。
プレス成形型にプリフォームを導入し、プレス成形型と前記プリフォームをともに加熱し、精密プレス成形する請求項９または１０に記載の光学素子の製造方法。
プレス成形型の温度よりも高温に予熱されたプリフォームをプレス成形型に導入して精密プレス成形する請求項９または１０に記載の光学素子の製造方法。