JP4425233B2 - 精密プレス成形用プリフォームの量産方法、プリフォーム成形装置および光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、精密プレス成形用プリフォームの量産方法、プリフォーム成形装置および光学素子の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、表面の曲率半径のばらつき、あるいは質量のばらつきを低減し、精密プレス成形によって作製するガラス成形品の生産性を高めるための精密プレス成形用プリフォームの量産方法、該プリフォームの成形装置および前記方法で作製したプリフォームを精密プレス成形する光学素子の製造方法に関するものである。

特許文献１に開示されているように、熔融ガラスを流出して所要質量のガラスを分離し、成形型上でガラスが冷却する過程で精密プレス成形に使用するプリフォームに成形する方法が知られている。この方法ではターンテーブルなどの上に複数個の成形型を配し、テーブルをインデックス回転して連続して流出する熔融ガラスを次々と受けてプリフォームに成形し、プリフォームを取り出した成形型で再び熔融ガラスを受けるという操作を繰り返し、プリフォームを量産する。

ところで、近年、撮像光学系を構成するレンズの非球面化が進んでいるが、このような非球面レンズは生産性を考慮し、ガラス製プリフォームを精密プレス成形して生産される。そして、撮像光学系の高性能化、小型化によりメニスカス形状の非球面レンズなど精密プレス成形前後におけるガラスの変形量が比較的大きいガラスの需要が高まっている。

このようなレンズを成形するには、従来にも増して表面の曲率半径のばらつきが極めて少ないプリフォームが必要とされる。例えばプリフォーム表面が外側に凸であり、曲率半径が小さいプリフォームを凸状成形面を有するプレス成形型でプレスすると、プレス成形型の中心軸からプリフォームの中心軸が外れやすくなり、その結果、偏肉したレンズが成形されるなどして生産性が低下するという問題が生じる。

また、近年、レンズを光学系に組み込む際、レンズの光学機能面以外の面を位置決め基準面として使用する方法が用いられており、このようなレンズでは位置決め基準面として使用する面も光学機能面と一緒に精密プレス成形で形成するのが有利である。

上記のようなレンズを成形する場合、プレス成形型で囲まれる空間内にガラスが満たされるように精密プレス成形するが、質量がわずかに過剰のプリフォームを使用すると上記空間からガラスがはみ出し、プレス成形型を構成する型部材間にガラスが入り込み成形ばりになって型が壊れたり、生産を停止しなければならなくなる。一方、プリフォームの質量が不足していると、ガラスが位置決め基準面となる部分まで充填されずに、所要のレンズを成形できないという問題が生じる。

このように、近年、プリフォーム表面の曲率半径、質量のばらつき低減に対する要求が急速に高まっている。
特開２００３−４０６３２号公報

本発明は、このような事情のもとで、表面の曲率半径のばらつき、あるいは質量のばらつきを低減し、精密プレス成形によって作製するガラス成形品の生産性を高めるための精
密プレス成形用プリフォームの量産方法、該プリフォームの成形装置および前記方法で作製したプリフォームを精密プレス成形する光学素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定の方法に基づくプリフォームの量産方法、および特定の構成のプリフォーム成形装置により、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）複数個の成形型を循環使用して連続流出する熔融ガラスを次々に受けて精密プレス成形用プリフォームに成形する工程を有する精密プレス成形用プリフォームの量産方法において、
成形型毎に成形されたプリフォームの表面の曲率半径を評価し、所要の曲率半径範囲外になっている成形型を特定し、前記特定した成形型上において成形中のガラス表面の曲率半径を前記評価結果に基づき、成形中のガラス上面を加圧するか、前記ガラス上面の近傍に負圧を発生させて制御し、前記特定した成形型上で成形されるプリフォーム表面の曲率半径を所要の範囲内とすることを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの量産方法（プリフォーム量産法１という）、
（２）成形に用いた成形型毎にプリフォームを分類し、分類したプリフォーム群からサンプリングしたプリフォームの表面曲率半径を評価する上記（１）項に記載の精密プレス成形用プリフォームの量産方法、
（３） 上記（１）または（２）項に記載の方法で精密プレス成形用プリフォームを量産し、得られた精密プレス成形用プリフォームの一部または全部を精密プレス成形する光学素子の製造方法、
を提供するものである。

本発明によれば、表面の曲率半径のばらつき、あるいは質量のばらつきを低減し、精密プレス成形によって作製するガラス成形品の生産性を高めるための精密プレス成形用プリフォームの量産方法、該プリフォームの成形装置および前記方法で作製したプリフォームを精密プレス成形する光学素子の製造方法を提供することができる。

本発明者は、精密プレス成形用プリフォームの表面の曲率の僅かなばらつき、質量のわずかなばらつきの要因を分析した結果、特定の成形型で成形されたプリフォームだけが他の成形型で成形されたプリフォームの曲率半径あるいは質量からずれることによるものであることを突き止めた。

例えば、成形型の温度が複数の成形型間で僅かにばらついていたり、成形する際に成形型上でガラスを浮上させるために噴出するガスの量が成形型間で僅かにばらつくことにより、プリフォーム表面の曲率半径にばらつきが生じる。

あるいは流出する熔融ガラスからプリフォーム１個分に相当する熔融ガラス塊を分離する際の成形型の急降下のタイミングが特定の成形型でずれることにより、プリフォームの質量がばらつく。

このようなばらつきを抑えるには、複数の成形型のうち、どの成形型がばらつきの原因になっているかつきとめる必要がある。そのためには、成形型毎に成形したプリフォームを分類し、成形型との対応付けがされた状態でプリフォームの表面の曲率半径や質量を評価する必要がある。このようにして評価した結果に基づき、ばらつきの原因となっている成形型における成形条件を修正して曲率半径や質量のばらつきの少ないプリフォームを量産するという思想に基づき、本発明を完成した。

本発明のプリフォームの量産方法においては、以下に示すプリフォーム量産法１およびプリフォーム量産法２の二つの態様がある。

まず、プリフォーム量産法１について説明する。
［プリフォーム量産法１］
プリフォーム量産法１は、複数個の成形型を循環使用して連続流出する熔融ガラスを次々に受けて精密プレス成形用プリフォームに成形する工程を有する精密プレス成形用プリフォームの量産方法において、
成形型毎に成形されたプリフォームの表面の曲率半径を評価し、所要の曲率半径範囲外になっている成形型を特定し、前記特定した成形型上において成形中のガラス表面の曲率半径を前記評価結果に基づき制御し、前記特定した成形型上で成形されるプリフォーム表面の曲率半径を所要の範囲内とすることを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの量産方法である。

この方法は、複数個の成形型を循環使用して連続流出する熔融ガラスを次々に受けて精密プレス成形用プリフォームに成形する工程によって、プリフォーム表面の曲率半径をほぼ一定としつつ、さらに成形に使用した成形型に起因する曲率半径の僅かなばらつきを抑えるために、成形型毎に成形されたプリフォームの表面の曲率半径を評価し、所要の曲率半径範囲外になっている成形型を特定し、特定した成形型上の成形中のガラスに対し、表面の曲率半径を制御する操作を行う。その結果、表面の曲率半径が所要の範囲内のプリフォームを得ることができるようになる。

プリフォームの量産では、熔融ガラスを次々に受けて精密プレス成形用プリフォームに成形する工程を長時間にわたって継続する。そのため、制御によって曲率半径を変化させる量も変動し得るし、制御対象となるガラスをのせる成形型も変わり得る。そこで、成形に用いた成形型毎にプリフォームを分類し、分類したプリフォーム群からサンプリングしたプリフォームの表面曲率を評価することによって、成形型毎に成形したプリフォームが判るようにし、随時、制御対象となるガラスをのせる成形型を特定可能にする。

したがって、プリフォームの分類は時間経過とともに成形されたプリフォームがわかるように行うことが望ましい。例えば、プリフォームを配置する位置が格子状に配された収容器を用いて上記分類を行うこともできる。その場合、成形型の個数または成形型の個数の倍数に相当する数の格子位置列を一つのユニットとして、前記ユニットが収容器上に二次元的に配される収容器を使用し、前記ユニットの格子位置に成形型から取り出したプリフォームを順番に配置する。このようにすればユニットの特定の格子位置に特定の成形型で成形したプリフォームが置かれることになるため、成形型毎に成形したプリフォームを分類することができるとともに、時間経過とともに成形されたプリフォームを配置する位置が特定されるので、配置位置からいつ成形したプリフォームかが容易にわかる。

このような例としては、成形型の数をｎとし、ｐを１以上の整数、ｑを２以上の整数とした場合、ｑ行ｎ×ｐ列のマトリックス状に格子位置を配置した収容器をあげることができる。収容器を平面視したとき、上記行と列が直交していてもよいし、所定の角度をなすように配置されていてもよい。このようにプリフォームを分類することにより、成形後のプリフォームがどの成形型でいつ成形したものか知ることができる。

プリフォーム表面のうち、成形型上で下方を向いていた面は成形型凹部の形状を反映した形状になっており比較的曲率半径のばらつきが生じにくいが、成形型上で上方を向いていた面は自由表面であり、成形型の温度、ガラスを浮上させるためのガス噴出量のばらつきの影響を受けやすい。そのため、曲率半径の評価にあたっては成形型上で上方を向いていた面、あるいは自由表面の曲率半径を測定し、その結果に基づいて成形型上のガラス上面の曲率半径を制御することが好ましい。

プリフォーム表面の曲率の測定は、例えば図３、図４のようにプリフォームにＲゲージをあてて行う。曲率半径の上限値と下限値のＲゲージを用意し、下限値のＲゲージで中スキ、上限値のＲゲージで外スキになっていれば、所定の規格に入っていることがわかる。

つまり、Ｒゲージの中心がプリフォームの曲率半径を測定したい面の中心に一致するようにＲゲージをあてて、Ｒゲージの中心とプリフォームの曲率半径を測定したい面の中心に隙間がある場合（中スキ）は、Ｒゲージの曲率半径よりもプリフォームの測定対象面の曲率半径のほうが大きく、Ｒゲージの中心とプリフォームの測定対象面の中心から離れた部分の間に隙間がある場合（外スキ）は、Ｒゲージの曲率半径よりもプリフォームの測定対象面の曲率半径のほうが小さいから、この判別方法を利用して曲率半径が所要の範囲に入っているか、前記範囲よりも大きいか、小さいかを評価することができる。なお、プリフォームの測定対象面が厳密に球面でなくても上記規格の範囲で球面と見なせれば、何ら問題はない。

プレス成形時にはガラスとプレス成形型の間に雰囲気ガスが閉じ込められないよう、プリフォームの回転対称軸がプリフォーム表面と交わる２点からプレス成形型によるプレスが開始されるようプリフォーム表面の曲率半径を規定することが望まれる。そして、上記２つの交点のうちの一方が上記プリフォームの測定対象面の中心に相当するから、所定のプレス成形型に対し、上記ガスの閉じ込めを回避できるかどうかはプリフォームの測定対
象面の中心付近の曲率半径によって決まる。したがって、曲率半径の評価はプリフォームの測定対象面の中心からプリフォーム外径の１０〜５０％の範囲で行えばよい。ここで外径とは回転対称軸方向から見たときのプリフォームの直径を意味する。したがって、ガラス成形時の曲率半径の調整、制御も成形型上のガラスを平面視したときの上面中心を含む部分に対して行うことが望ましい。

ここで、特定の成形型で成形したプリフォームのみが所定の曲率半径よりも大きい場合は、プリフォーム上面の曲率半径を減少させるために成形中のガラス上面付近に負圧を発生させ、上面を盛り上げる。負圧の発生方法としてはガラス塊上面中央に近づけたノズルでガラス上面付近の雰囲気を吸引する方法、ガラス上面中央部を囲むように上方からガスを円錐状に噴射し、円錐によって囲まれた領域に負圧を発生させる方法などを用いればよい。

特定の成形型で成形したプリフォームのみが所定の曲率半径よりも小さい場合は、プリフォーム上面の曲率半径を増加させるために成形中のガラス上面を加圧する。ガラス上面を加圧する方法としては、ガラス上面にガスを噴きつけ、その風圧によって加圧する方法が好ましい。この方法は、ガスの噴出量を調整することにより加圧条件を調整可能であるから好都合である。上記曲率半径の調整は、ばらつきを調整するものであり、このばらつきは成形したプリフォームの表面曲率を評価してみないと予想できないものであるから、予め所定形状の型を作り、その型でガラス上面を加圧する方法では対応しにくいし、曲率半径の調整量も時間とともに変化する可能性があるから、時間変化に対応して曲率半径を調整する場合には対応が難しい。これに対し、ガス噴出量を調整するだけで曲率半径の調整量を変えることができる上記方法は便利である。

風圧によりガラス上面の曲率半径を調整する方法は、物品による加圧とは異なり、ガラス上面にシワができない。また、非接触による加圧のため、ガラスに汚れがつかない。そして、連続して流出するガラスを成形するような、停留時間の短い成形でもガラス上面を加圧することもできる。

ガラス上面の曲率半径の調整はガラスが熔融状態にあるか、軟化状態にある間に行う。そのため、上記状態にあるガラスが停留する位置においてガラス上面近傍に負圧を発生させて曲率半径を増加させる、あるいはガラス上面を加圧して曲率半径を減少させることが好ましい。そして、この操作は、曲率半径の評価によって曲率半径を調整する必要があると認められた成形型上のガラスに対して行う。例えば、上記停留位置に曲率半径の調整が必要と認められた成形型が停留しているときに、前記成形型上のガラスに対して行うことが好ましい。

なお、ガスを噴射して加圧する方法は、ガス噴射によるガラス上面の冷却促進効果が得られる点でも好ましい。ガラス上面は加圧が解除された状態でもとの形状に戻る、すなわち、曲率半径が再び減少することが起こり得る。ガス噴射による冷却促進効果は加圧状態の形状が維持される程度にまでガラスの粘度を上昇させる働きをするから、加圧を解除しても目的とする曲率半径を維持させるのに好都合である。

なお、曲率は曲率半径の逆数として定義されるから、上記曲率半径の測定、評価、調整、制御という操作は、曲率の測定、評価、調整、制御という操作と等価である。また、上記説明はガラス上面やプリフォーム表面が外側に凸または平面という条件を前提としているが、成形型上のガラス上面やプリフォーム測定対象面の中心付近を凹ます（内側に凸にする）場合もある。この場合も曲率、曲率半径の符号を負にとれば上記説明を適用することができる。

次にプリフォーム量産法２について説明する。
［プリフォーム量産法２］
プリフォーム量産法２は、複数個の成形型を循環使用してパイプから連続流出する熔融ガラスを次々に受けて精密プレス成形用プリフォームに成形する工程を有する精密プレス成形用プリフォームの量産方法において、
パイプに成形型を近づけて熔融ガラスの下端を受けた後、前記成形型を急降下して熔融ガラスを分離して成形型上に熔融ガラス塊を受ける操作を行うこと、
パイプに成形型を近づける際のパイプと成形型の距離が各成形型で等しくなるように前記距離を成形型毎に精密に調整する操作を行うこと、
を特徴とする精密プレス成形用プリフォームの量産方法である。

パイプに成形型を近づけて熔融ガラスの下端を受けることによりパイプ側の熔融ガラスと熔融ガラスの下端との間にくびれが生じ、前記成形型を急降下することにより前記くびれにおいて熔融ガラスがパイプ側と成形型側に分離して、成形型上に熔融ガラスが得られる。熔融ガラスの流出速度を一定にし、パイプに成形型を近づけるタイミング、成形型を急降下するタイミング、パイプに成形型を近づける際のパイプと成形型の距離を一定に保つことにより、プリフォームの質量を一定にする。その上で、プリフォーム質量の僅かな変動要因である、パイプに成形型を近づける際のパイプと成形型の距離がどの成形型でも精密に等しくなるように上記距離を調整する。この調整によって、プリフォーム質量の僅かなばらつきを抑えることができる。

上記距離のばらつきを抑えるには、前記距離を１０μｍ以内の精度で調整することが望ましい。

次に、プリフォーム量産法１、２に共通する事項について説明する。

まず、熔融ガラス塊をプリフォームに成形する成形型を複数個用意する。これら成形型は同一仕様とし、ターンテーブルなどの搬送手段上に配置し、ターンテーブルをインデックス回転することにより、決められた停留位置に順次、移動しながら周回する。

上記停留位置の一つに停留する成形型の上方には熔融ガラスを流出するパイプの流出口が配されている。この停留位置はキャスト位置と呼ばれる熔融ガラスを成形型に供給する位置となる。キャスト位置に停留する成形型は例えば下部から突き上げ棒で突き上げられ、パイプの流出口に近づけられる。パイプ流出口からは公知の方法で清澄、均質化した熔融ガラスが一定流量で連続して流出する。この熔融ガラスの下端を突き上げ状態の成形型で受けて支持した後、所定のタイミングで突き上げを解除することにより成形型を鉛直に急降下させる。そうすることにより熔融ガラスは流出口側と成形型に受けられた部分の間で分離し、成形型上に熔融ガラス塊が得られる。パイプと成形型の距離の調整は、突き上げ量を所定単位、例えば１０〜１００μｍの単位で調整する方式が精度よく距離調整を行うという観点から好ましい。

成形型上の熔融ガラス塊は成形型とともにキャスト位置から搬出されるが、ガラスは移動、停留を繰り返す成形型上で冷却する過程でプリフォームに成形される。プリフォーム表面のシワ発生防止、カン割れと呼ばれるガラスの割れを防止する上から成形型からガスを噴出し、そのガスによりガラスに上向きの風圧を加えガラスを浮上させながら成形することが好ましい。

このようにしてガラスが変形しない温度域にまで冷却した後、成形型からプリフォームを取り出して徐冷する。プリフォームを取り出して空になった成形型をキャスト位置に搬入して上記工程を繰り返す。このように各成形型について上記工程を繰り返し行うことに
より連続流出する熔融ガラスからプリフォームを次々と成形する。

上記方法は同一のガラスを使用して、同一形状、等質量のプリフォームを量産することを目的とするから、どの成形型で成形したプリフォームかを一見して見分けることは困難であるから、前述のようにプリフォームを分類すればよい。

成形したプリフォームは分類した状態でアニールし、室温まで冷却する。その後、表面の曲率半径を前述の方法などにより測定する。この測定結果により成形中のガラス表面の曲率半径を制御することは前述のとおりである。

本発明によれば、プリフォーム表面の曲率半径を個々の成形型に応じて調整することができるので、個々の成形型の温度を調整する必要がなくなり、簡便な装置で高精度なプリフォームを量産することができる。

また、曲率半径が時間とともに変動する場合であっても、変動によって生じるばらつきを量産の最中に補正することもできる。

次に、本発明のプリフォーム成形装置について説明する。
本発明のプリフォーム成形装置には、以下に示すプリフォーム成形装置１およびプリフォーム成形装置２の二つの態様がある。

［プリフォーム成形装置１］
プリフォーム成形装置１は、複数個の成形型と前記複数個の成形型を循環移動する成形型移動装置を備え、複数個の成形型で順次、連続流出する熔融ガラスを受けてプリフォームに成形するプリフォーム成形装置において、
成形型上のガラス上面を加圧する加圧装置または前記ガラス上面近傍に負圧を発生させる負圧発生装置と、
成形型に応じて、ガラス上面の加圧量を制御する加圧制御機構またはガラス上面近傍に発生させる負圧を制御する負圧制御機構と、
を備えたことを特徴とする。
このプリフォーム成形装置１については、後述の実施例１において詳述する。

［プリフォーム成形装置２］
プリフォーム成形装置２は、複数個の成形型と前記複数個の成形型を循環移動する成形型移動装置を備え、複数個の成形型で順次、連続流出する熔融ガラスを受けてプリフォームに成形するプリフォーム成形装置において、
連続流出する熔融ガラスを受ける位置において各成形型を所定の距離、上昇、急降下させる成形型上昇降下機構と、
前記距離を各成形型によって調整する調整機構と、
を備えたことを特徴とする。
このプリフォーム成形装置２については、後述の実施例２において詳述する。

次に、本発明の光学素子の製造方法について説明する。
［光学素子の製造方法］
本発明の光学素子の製造方法は、上記各方法で量産した精密プレス成形用プリフォームの一部または全部を精密プレス成形する方法である。

精密プレス成形は、モールドオプティクス成形法とも呼ばれ、プレス成形によって光学機能面の形状を形成する方法であり、既に当該発明の属する技術分野においてはよく知られたものである。光学素子の光線を透過したり、屈折させたり、回折させたり、反射させ
たりする面を光学機能面と呼ぶ。例えばレンズを例にとると非球面レンズの非球面や球面レンズの球面などのレンズ面が光学機能面に相当する。精密プレス成形法は、プレス成形型の成形面を精密にガラスに転写することにより、プレス成形で光学機能面を形成する方法である。つまり光学機能面を仕上げるために研削や研磨などの機械加工を加える必要がない。

精密プレス成形法に使用するプレス成形型としては、公知のもの、例えば炭化珪素、超硬材料などの型材の成形面に離型膜を設けたものを用いることができる。中でも、炭化珪素製のプレス成形型を用いることが好ましい。離型膜としては、炭素含有膜、貴金属合金膜などを使用することができ、耐久性、コストの面などから、炭素含有膜を用いることが好ましい。

精密プレス成形法では、プレス成形型の成形面を良好な状態に保つため、成形時の雰囲気を非酸化性ガス雰囲気にすることが望ましい。非酸化性ガスとしては、窒素、窒素と水素の混合ガスなどを用いることが好ましい。

次に本発明の光学素子の製造方法に特に好適な精密プレス成形法について説明する。
（精密プレス成形法１）
この方法は、プレス成形型に前記プリフォームを導入し、前記成形型とプリフォームを一緒に加熱し、精密プレス成形するというものである。

この精密プレス成形法１において、プレス成形型と前記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１０^６〜１０^１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に加熱して精密プレス成形を行うことが好ましい。

また前記ガラスが１０^１２ｄＰａ・ｓ以上、より好ましくは１０^１４ｄＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは１０^１６ｄＰａ・ｓ以上の粘度を示す温度にまで冷却してから精密プレス成形品をプレス成形型から取り出すことが望ましい。

上記の条件により、プレス成形型成形面の形状をガラスにより精密に転写することができるとともに、精密プレス成形品を変形することなく取り出すこともできる。
（精密プレス成形法２）
この方法は、 前記プリフォームを加熱した後に、プレス成形型に導入し、精密プレス成形する、すなわち、プレス成形型とプリフォームを別々に予熱し、予熱し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というものである。

この方法によれば、前記プリフォームをプレス成形型に導入する前に予め加熱するので、サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度の光学素子を製造することができる。

なおプレス成形型の予熱温度をプリフォームの予熱温度よりも低く設定することが好ましい。このようにプレス成形型の予熱温度を低くすることにより、前記型の消耗を低減することができる。

また、この方法によれば、プリフォーム加熱をプレス成形型内で行う必要がないので、使用するプレス成形型の数を少なくすることもできる。

精密プレス成形法２において、前記プリフォームを構成するガラスが１０^９ｄＰａ・ｓ以下、より好ましくは１０^９ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に予熱することが好ましい。

また、前記プリフォームを浮上しながら予熱することが好ましく、さらに前記プリフォームを構成するガラスが１０^５．５〜１０^９ｄＰａ・ｓ、より好ましくは１０^５．５ｄＰａ・ｓ以上１０^９ｄＰａ・ｓ未満の粘度を示す温度に予熱することがさらに好ましい。

またプレス開始と同時また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。

なおプレス成形型の温度は、前記プリフォームの予熱温度よりも低い温度に調温されるが、前記ガラスが１０^９〜１０^１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度を目安にすればよい。

この方法において、プレス成形後、前記ガラスの粘度が１０^１２ｄＰａ・ｓ以上にまで冷却してから離型することが好ましい。

本発明では、少なくとも上型と下型を有し、上型成形面の形状と下型成形面の形状が異なるプレス成形型を用い、予め加熱したプリフォームを前記下型上に供給してプレス成形を行うことができる。本発明によれば、上面、下面とも所望の面形状を有するプリフォームを製造することができるので、このプリフォームを用いることにより、上型、下型の成形面形状が異なるプレス成形型を用いても、ガストラップなどの問題を引き起こすことなく、光学素子を高い生産性のもとに製造することができる。

精密プレス成形された光学素子はプレス成形型より取り出され、必要に応じて徐冷される。また、レンズを成形した場合には、心取り加工を行ってもよい。

このようにして、本発明によれば、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズなどの各種のレンズ、回折格子、回折格子付のレンズ、レンズアレイ、プリズムなどの各種光学素子、用途としてはデジタルカメラやフィルム内蔵カメラの撮像光学系を構成するレンズ、カメラ付携帯電話搭載の撮像レンズ、ＣＤやＤＶＤをはじめとする光記録式媒体のデータ読取および／またはデータ書込み用に使用する光線を導光するためのレンズなどの各種光学素子を作製することができる。また、銅含有ガラス製のプリフォームを使用すれば、半導体撮像素子の色補正機能を有する光学素子を作製することもできる。中でもデジタルカメラ搭載のレンズを製造する方法として好適である。

なお、これら光学素子には必要に応じて、反射防止膜、全反射膜、部分反射膜、分光特性を有する膜などの光学薄膜を設けることもできる。

以下、本発明を実施例に基づき更に説明する。但し、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。
実施例１
図１は、本発明のプリフォーム成形装置の一例を部分的に示した概略図であり、（ａ）が平面視図、（ｂ）が側面図である。ターンテーブル１上には１２個の成形型２がターンテーブル１の回転軸の周りに等間隔に配置されている。これらの成形型２は、図示しない回転装置によりターンテーブル１をインデックス回転することによって、１２箇所の停留位置に順次、移動と停留を繰り返しながら移送される。

１２箇所の停留位置のうちの一つの位置の上方に熔融ガラスを流出するパイプ３が配置されており、パイプ上端には図示しない熔融ガラス槽を設けてあり、ここで清澄、均質化した熔融ガラスを加熱、蓄積する。熔融ガラス槽内の熔融ガラスはパイプ３から連続して一定流量で流出する。供給位置に停留する成形型２は流出するガラス流の下端を受けるため上方に持ち上げられ、パイプ３のガラス流出口に近い位置で待機する。待機中の成形型
２の凹部で上記熔融ガラス流の下端を受け、熔融ガラス流の下端とパイプ３のガラス流出口側の間にくびれを形成する。次に、前記成形型２を鉛直下方に急降下して熔融ガラス流のくびれ部から下の部分を分離して、熔融ガラス塊５を上記成形型２の凹部上に載せる。このようにして熔融ガラス塊５を成形型２の凹部上に供給した後、ターンテーブル１を図１において矢印方向に回転させ、熔融ガラス塊５を載せた成形型２を次の停留位置に水平方向に移送する。このような動作を成形装置が繰り返すことにより、凹部上に熔融ガラス塊５を載せた成形型が水平方向に、かつ図１で示すように矢印方向に回転移送される。成形型２の移送の過程で凹部上の熔融ガラス塊はプリフォームに成形される。

成形型２の凹部の内面全域にわたり、図示しないガス噴射孔が複数設けられている。これらのガス噴出孔からガスを噴出して凹部上のガラスに上向きの風圧を加えて、ガラスを凹部から浮上させ、あるいは断続的に浮上させてガラスと成形型の接触時間を短くする。

供給位置の次の停留位置以降の上方にはガスを噴出するノズル４が適宜配置されている。

まず、ノズルからガスを噴出しないで熔融ガラスを流出し、成形型を循環使用してプリフォームを成形する。成形型から取り出したプリフォームをアニールした後、トレー上に並べていくが、トレー上にはどの成形型で成形したプリフォームかが直ぐに判別できるようプリフォームを配列する。そして、各成形型で成形したプリフォームを検査試料として抜き取り、Ｒゲージを使用して成形型上で上面になっていた側のプリフォーム表面の曲率半径を評価する。図３、４はＲゲージをプリフォーム表面に当接した状態を現したものである。図３のＲゲージは、試料当接面の曲率半径が評価対象のプリフォーム表面の曲率半径の規格下限に等しく選ばれ、図４のＲゲージは、試料当接面の曲率半径が評価対象のプリフォーム表面の曲率半径の規格上限に等しく選ばれている。

図３は中スキ状態、図４は外スキ状態を示す。図３も図４も同じ試料の表面の曲率半径を評価しており、図３は中スキ状態、図４は外スキ状態を示す。この例では図３で使用したＲゲージの曲率半径よりもプリフォーム表面の曲率半径が大きく、図４で使用したＲゲージの曲率半径よりもプリフォーム表面の曲率半径が小さい。つまり、試料の表面の曲率半径は規格内になっている。

もし、図３、４で使用したＲゲージをそれぞれ試料に当接したとき、どちらも中スキであれば試料の曲率半径が規格上限を超えており、逆にどちらも外スキであれば試料の曲率半径が規格下限を達していないことが判る。

このようにして、どの成形型で成形したプリフォームの表面の曲率半径が規格から外れているかが判る。

本実施例ではプリフォーム表面の曲率半径の規格を１０．０ｍｍ±２．０ｍｍとする。測定対象面は成形型上にあるときに上方を向いていた側の面とし、測定範囲は前記測定対象面の中心から半径２ｍｍの範囲とする。当接面の曲率半径が８．０ｍｍのＲゲージと当接面の曲率半径が１２．０ｍｍのＲゲージを用意し、成形型番号１〜１２の番号がそれぞれつけられた成形型で成形したプリフォームを測定したところ、成形型番号（５）、（８）の２つの成形型で成形したプリフォームが２種類のＲゲージに対して外スキになっていた。このことから金型番号（５）、（８）で成形したプリフォームの測定対象面の曲率半径が規格よりも小さいことが判った。

図２は、成形型上のガラス塊上面に、ノズルから窒素ガスを噴射して加圧する状態の１例を示す側面図である。

そこで、ノズル４の下方の停留位置に成形型番号（５）と（８）が停留するタイミングでノズルから窒素ガスを噴出するよう、成形型番号（５）と（８）が上記停留位置に停留するのをモニターし、そのモニター信号によりノズル４からガラス塊５上面に窒素ガスを噴出して加圧し、前記停留位置から成形型番号（５）、（８）の成形型が移動開始するときにノズル４からの窒素ガス噴出を停止するよう成形装置を調整した。

なお、ガス噴出量は成形したプリフォーム表面の曲率半径を評価し、規格内になるように調整する。

調整前および調整後の各成形型におけるＲ判定結果を、それぞれ表１および表２に示す。

調整後の表２から判るようにすべての成形型で曲率半径が規格内に入るプリフォームを成形することができた。

この例は、特定の成形型で成形したプリフォームの曲率半径が規格よりも小さい場合の対処法であるが、逆に規格よりも大きい場合には、ノズルからガスを噴出するのではなく、ノズルでガラス上面付近の雰囲気を吸い込み、ガラス上面付近に負圧を発生させてガラス上面を盛り上げる。負圧を発生させる成形型の特定方法、負圧を発生させるタイミングと負圧発生を解除するタイミングの設定方法、負圧の程度の設定方法は前記方法を転用することができる。

実施例２
図５は、本発明のプリフォーム成形装置の別の例を部分的に示した概略図であり、（ａ）が平面視図、（ｂ）が側面図である。
実施例１のようにトレー上に配置したプリフォームの中から各成形型で成形したプリフォームを抜き取り、質量を測定する。実施例２では質量の規格を５００ｍｇ±５ｍｇ、成形型番号（３）では質量が規格を超過し、成形型番号（１０）では質量が規格に達していないことがわかった。そこで、パイプ直下で成形型番号（３）の成形型が停留したときに、成形型上昇機構６により前記成形型を上昇してパイプのガラス流出口に近づけたときの成形型の位置を５／１００ｍｍ低くし、成形型番号（１０）の成形型では５／１００ｍｍ高くなるよう成形装置の設定を行った。

調整前および調整後の各成形型の判定結果を、それぞれ表３および表４に示す。

表４から分かるように、調整後の全７の成形型で規格内に入る質量のプリフォームを成形することができた。

次に実施例１、実施例２で作製した精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形してレンズ面のメニスカス形状の非球面レンズを得た。得られたレンズには偏肉は見られず、レンズ面の外縁部およびレンズ側面にレンズをホルダーに固定する際の位置決め基準面を精密プレス成形によって形成することができた。また、プリフォームの質量超過によってプレス成形型で囲まれる空間からガラスがはみ出し、プレス成形型を構成する型部材間にガラスが入り込み成形ばりになって型が壊れるようなトラブルはおきなかった。

本発明の精密プレス成形用プリフォームの量産方法は、表面の曲率半径のばらつき、あるいは質量のばらつきを低減し、精密プレス成形によって作製する各種光学素子の生産性を高めることができる。

本発明のプリフォーム成形装置の一例を部分的に示した概略図であり、（ａ）が平面視図、（ｂ）が側面図である。 成形型上のガラス塊上面に、ノズルから窒素ガスを噴射して加圧する状態の１例を示す側面図である。 プリフォームの曲率の測定を行うためにＲゲージ（規格下限）をプリフォーム表面に当接した状態を示す図である。 プリフォームの曲率の測定を行うためにＲゲージ（規格上限）をプリフォーム表面に当接した状態を示す図である。 本発明のプリフォーム成形装置の別の例を部分的に示した概略図である。

符号の説明

１ ターンテーブル
２ 成形型
３ パイプ
４ ノズル
５ ガラス塊
６ 成形型上昇機構

Claims (3)

1. 複数個の成形型を循環使用して連続流出する熔融ガラスを次々に受けて精密プレス成形用プリフォームに成形する工程を有する精密プレス成形用プリフォームの量産方法において、
   成形型毎に成形されたプリフォームの表面の曲率半径を評価し、所要の曲率半径範囲外になっている成形型を特定し、前記特定した成形型上において成形中のガラス表面の曲率半径を前記評価結果に基づき、成形中のガラス上面を加圧するか、前記ガラス上面の近傍に負圧を発生させて制御し、前記特定した成形型上で成形されるプリフォーム表面の曲率半径を所要の範囲内とすることを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの量産方法。
2. 成形に用いた成形型毎にプリフォームを分類し、分類したプリフォーム群からサンプリングしたプリフォームの表面曲率半径を評価する請求項１に記載の精密プレス成形用プリフォームの量産方法。
3. 請求項１または２に記載の方法で精密プレス成形用プリフォームを量産し、得られた精密プレス成形用プリフォームの一部または全部を精密プレス成形する光学素子の製造方法。

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