JP5414222B2 - Preform for precision press molding and method for manufacturing optical element - Google Patents
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Description
本発明は、精密プレス成形用プリフォーム、及びこのプリフォームを用いた光学素子の
製造方法に関する。
The present invention relates to a precision press-molding preform and an optical element manufacturing method using the preform.
光学ガラス製のプリフォームを加熱し、プレス成形して型の成形面の形状をガラスに精密に転写し、非球面レンズなどの光学素子を生産する方法として精密プレス成形法（モールドプレス法ともいう。）が知られている。レンズなどの光学素子は、回転対称形状を有するため、プリフォームの形状も回転対称形状とし、対称軸方向からプリフォームをプレスしてプレス成形型内にガラスを均等に押し広げる。特許文献１、２には、このようなプリフォームと精密プレス成形法による光学素子の製造方法の一例が記載されている。 A precision press molding method (also called a mold press method) is a method for producing optical elements such as aspherical lenses by heating an optical glass preform and press molding to precisely transfer the shape of the molding surface of the mold onto the glass. .)It has been known. Since optical elements such as lenses have a rotationally symmetric shape, the shape of the preform is also rotationally symmetric, and the preform is pressed from the direction of the symmetric axis to uniformly spread the glass into the press mold. Patent Documents 1 and 2 describe an example of a method for manufacturing an optical element using such a preform and a precision press molding method.
近年、凹メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズなどの少なくとも一方の光学機能面が凹形状のレンズの需要が高まっている。特許文献３および４は、こうした一方または両方の光学機能面が凹形状のレンズの製造方法について開示する。特許文献３には、第１の型部材と第２の型部材とからなる１対の成形型を用いて、加熱下でガラスをプレス成形することによりメニスカス状の光学素子を製造する方法が記載されている。この方法は、光学素子成形用ガラス素材として、平面部を鏡面とした円柱状ガラスを、１０3 Ｐａ以下の雰囲気で、前記ガラスの屈伏点以上の温度に加熱し、自重変形により、片面が凸形状、他面が凹形状になるように、熱変形させたものを用いることを特徴とする。特許文献４には、互いに対向する第１の型と第２の型とからなる一対の成形用型を用いて、ガラス素材を加熱下でプレス成形する光学素子の成形法が記載され、前記ガラス素材は、直径の異なる円柱状のガラス素材を２個以上、前記両型の間で、重ねられて、プレス成形されることを特徴とする。
凹メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズなどの少なくとも一方の光学機能面が凹形状のレンズの需要が高まっていることは、前述のとおりである。このようなレンズは、両凸レンズや平凸レンズと比較して、レンズ全体の体積中、光軸付近よりも光軸から離れた部分（レンズの周辺部分）の占める体積の割合が高い。つまり、こうしたレンズを成形する際、成形型内の空間は型の中心軸（成形されるレンズの光軸と一致する。）付近で狭く、軸から離れるにつれて広くなる。この空間内にガラスを押し広げようとすると、ガラスが成形面に沿って広がらず、側面方向に逃げてしまう。その結果、成形面全域にガラスが十分行き渡らず、光学機能面全域にわたり高い面精度を有するレンズが得られない。こうした傾向は、凹状の光学機能面の周辺部で特に顕著になる。 As described above, there is an increasing demand for lenses having at least one optical function surface such as a concave meniscus lens, a biconcave lens, and a plano-concave lens. In such a lens, the proportion of the volume occupied by the part (peripheral part of the lens) away from the optical axis is higher than the vicinity of the optical axis in the entire volume of the lens compared to the biconvex lens and the plano-convex lens. That is, when molding such a lens, the space in the mold is narrow near the center axis of the mold (which coincides with the optical axis of the lens to be molded) and becomes wider as the distance from the axis increases. When trying to spread the glass into this space, the glass does not spread along the molding surface and escapes in the side direction. As a result, the glass does not sufficiently spread over the entire molding surface, and a lens having high surface accuracy over the entire optical functional surface cannot be obtained. Such a tendency becomes particularly remarkable in the peripheral portion of the concave optical functional surface.
成形の際に上記のような問題がある凹メニスカスレンズ等について、面精度の優れたレンズを作製するためには、例えば、レンズ形状に近似する形状にプリフォームを加工し、精密プレス成形する方法が考えられる（第一の方法）。しかし、この方法では、プリフォームの被プレス面、すなわち、精密プレス成形時に成形型によって加圧される面の形状を精密に加工しないと、ガラスと成形面の間に雰囲気ガスが閉じ込められ（ガストラップという。）、その部分で成形面の形状をガラスに転写できないため、面精度が低下してしまうという問題がある。 In order to produce a lens with excellent surface accuracy, such as a concave meniscus lens that has the above-mentioned problems during molding, for example, a method of processing a preform into a shape approximating the lens shape and precision press molding Can be considered (first method). However, in this method, if the shape of the surface to be pressed of the preform, that is, the surface pressed by the mold during precision press molding is not precisely processed, atmospheric gas is trapped between the glass and the molding surface (gas This is called a strap.) Since the shape of the molding surface cannot be transferred to the glass at that portion, there is a problem that the surface accuracy is lowered.
他の方法として、中心肉厚の大きいプリフォームを使用する方法が考えられる（第二の方法）。この方法は、精密プレス成形時のガラス変形量を積極的に大きくすることにより、成形面全域にガラスを行き渡らせ、それにより、成形面全域をガラスに転写する方法である。しかし、この方法では、レンズの体積に比べてプリフォームの体積を大幅に大きくしなければならず、成形面の外側にはみ出すガラス（余肉という。）も多くせざるを得ない。こうした余肉が多い成形品を冷却すると、ヒケと呼ばれる現象によって余肉部分の体積収縮が大きくなり、光学機能面の余肉に近い部分が変形し、レンズの面精度が低下してしまう。 As another method, a method using a preform having a large center thickness can be considered (second method). In this method, the amount of glass deformation during precision press molding is positively increased to spread the glass over the entire molding surface, thereby transferring the entire molding surface to the glass. However, in this method, the volume of the preform must be significantly increased compared to the volume of the lens, and the amount of glass (referred to as surplus) that protrudes outside the molding surface must be increased. When such a molded product with a large surplus is cooled, the volume shrinkage of the surplus portion increases due to a phenomenon called sink, the portion close to the surplus of the optical function surface is deformed, and the surface accuracy of the lens decreases.
さらに、余肉部分が大きいと、プレス成形品を収容するため、プレス成形型を構成するスリーブ型の内径を大きくせざるを得ず、プレス成形型全体も大きくせざるを得なくなる。しかし、プレス成形型を大きくすると型の均熱性が低下し、レンズの面精度を十分高められない。また、プレス成形型はＳｉＣや超硬材など高価な材料から作られるため、型の大型化は型材費用の増加につながる。また、型を大型化することにより加工費もアップしてしまう。 Furthermore, if the surplus portion is large, the press-molded product is accommodated, so the inner diameter of the sleeve mold constituting the press mold must be increased, and the entire press mold must be increased. However, when the press mold is enlarged, the heat uniformity of the mold is lowered, and the surface accuracy of the lens cannot be sufficiently increased. Further, since the press mold is made of an expensive material such as SiC or cemented carbide, an increase in size of the mold leads to an increase in mold material cost. Further, the processing cost is increased by increasing the size of the mold.
さらに、余肉が多いと芯取り加工に要する時間が増加し、生産コストを押し上げることになってしまう。さらに、精密プレス成形法の特長の一つであるガラスの利用率を高める観点からも、余肉の多い成形は好ましいとはいえない。 Furthermore, if there is a lot of surplus, the time required for the centering process increases, which increases the production cost. Furthermore, from the viewpoint of increasing the utilization rate of glass, which is one of the features of the precision press molding method, it cannot be said that molding with a large surplus is preferable.
また、レンズ体積に比べてプリフォーム体積を大幅に大きくしなければならないので、プリフォームの加熱や精密プレス成形品の冷却に要する時間を長くしなければならず、スループットが低下してしまう、という問題も生じる。 Also, since the preform volume must be significantly increased compared to the lens volume, the time required to heat the preform and cool the precision press-molded product must be lengthened, resulting in reduced throughput. Problems also arise.
こうした事情に照らして前記特許文献３及び４に記載の方法を検討すると、特許文献３に記載の方法は、加熱による自由変形を利用する方法であるため、直径に対して肉厚を大きく取れない。従って、特許文献３に記載の方法は、上記第２の方法に適さない。また、自由変形を利用する方法であるため、レンズ形状に極めて近似した形状のガラス素材を作ることも難しいため、第１の方法にも適さない。 In light of such circumstances, the methods described in Patent Documents 3 and 4 are examined. The method described in Patent Document 3 is a method that utilizes free deformation by heating, and thus cannot increase the wall thickness relative to the diameter. . Therefore, the method described in Patent Document 3 is not suitable for the second method. Moreover, since it is a method using free deformation, it is difficult to produce a glass material having a shape very close to the lens shape, so that it is not suitable for the first method.
特許文献４に記載の方法では、重ね合わせるガラスの枚数が多いと研磨時の手間やコストが増加し、反対に少ない場合には精密プレス成形のときの余肉が増えてレンズの面精度が低下したり、芯取り時の手間とコストが増加する。 In the method described in Patent Document 4, if the number of stacked glass sheets is large, the labor and cost for polishing increase. On the other hand, if the number of glass sheets is small, the surplus at the time of precision press molding increases and the surface accuracy of the lens decreases. And the labor and cost for centering increase.
精密プレス成形時に成形型によって加圧される面の形状を精密に加工することなしに、光学素子の体積に比べてプリフォーム体積を大幅に大きくすることなく、所定の面精度を有する光学素子、特にメニスカスレンズや両凹レンズなど凹状の光学機能面を備える光学素子を効率よく生産する新たな技術が必要とされているが、そのような技術が存在しないのが現状である。 An optical element having a predetermined surface accuracy without significantly increasing the volume of the preform compared to the volume of the optical element without precisely processing the shape of the surface pressed by the mold during precision press molding, In particular, new technologies for efficiently producing optical elements having concave optical functional surfaces such as meniscus lenses and biconcave lenses are required, but there is no such technology at present.
さらに、上記のような凹形状の光学機能面を備えるレンズにおいては、光学設計上、高屈折率のガラスを用いることが好ましい。屈折率の高いガラスとしては、例えば、Ｂ2Ｏ3−Ｌａ2Ｏ3系ガラスに代表される高屈折率中低分散ガラス、リン酸系ガラスに代表される高屈折率高分散ガラスが挙げられる。 Further, in a lens having a concave optical function surface as described above, it is preferable to use a glass having a high refractive index in terms of optical design. Examples of the glass having a high refractive index include a high refractive index medium / low dispersion glass represented by B 2 O 3 —La 2 O 3 glass, and a high refractive index / high dispersion glass represented by phosphate glass. .
高屈折率中低分散ガラスは、精密プレス成形に適した粘性に相当する温度幅が狭いので、プレス成形時の温度制御が難しい。温度が低すぎると必要なレンズの面精度が得られず、あるいはカン、割れが生じることがある。一方、温度が高すぎると、プレス成形型との融着を引き起こす。 High refractive index medium and low dispersion glass has a narrow temperature range corresponding to the viscosity suitable for precision press molding, and therefore it is difficult to control the temperature during press molding. If the temperature is too low, the required lens surface accuracy may not be obtained, or cracks may occur. On the other hand, if the temperature is too high, it causes fusion with the press mold.
高屈折率高分散ガラスは、プレス成形型との反応性が高く、型との融着を引き起こしやすい。また、型との反応によると思われる放射状の傷がレンズ表面に生じやすい。ガラスと型との反応を抑えるには、プレス成形時の温度を下げて、前記反応性を低下させることが望まれる。 The high refractive index and high dispersion glass has high reactivity with the press mold and tends to cause fusion with the mold. In addition, radial flaws that appear to be due to reaction with the mold tend to occur on the lens surface. In order to suppress the reaction between the glass and the mold, it is desirable to lower the reactivity by lowering the temperature during press molding.
こうしたトラブル（融着や放射傷の発生）を解消するには、精密プレス成形時のガラスの温度をなるべく低くすることが望ましい。そのため、高粘度状態のガラスをプレスすることになる。前述のようにプリフォーム表面に研削痕などの微細な傷が存在すると、精密プレス成形時にガラスの破損などの不良が生じやすい。また、ガラスの研磨では、水などの液体をガラス表面に適用しながら研磨を行うが、リン酸ガラスの場合、特に表面に水和層などの変質層が形成されやすく、この変質層が精密プレス成形時に型成形面との融着を助長してしまう。 In order to eliminate such troubles (occurrence of fusion and radiation flaws), it is desirable to lower the temperature of the glass during precision press molding as much as possible. Therefore, high viscosity glass is pressed. If fine scratches such as grinding marks are present on the preform surface as described above, defects such as glass breakage are likely to occur during precision press molding. In polishing glass, polishing is performed while applying a liquid such as water to the surface of the glass. In the case of phosphate glass, a modified layer such as a hydrated layer is likely to be formed on the surface. During molding, the fusion with the mold forming surface is promoted.
こうした傾向は、高屈折率中低分散ガラスでは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５４０℃以上を超えるか屈折率（ｎｄ）が１．７５以上になると顕著になり、高屈折率高分散ガラスでは、屈折率（ｎｄ）が１．７５以上になると顕著になる。 Such a tendency becomes remarkable when the glass transition temperature (Tg) exceeds 540 ° C. or higher or the refractive index (nd) exceeds 1.75 in the high refractive index medium / low dispersion glass, It becomes remarkable when the refractive index (nd) is 1.75 or more.
いずれにしても面精度の高い光学素子を得るにあたり、ガラスの破損防止を確実に行う必要がある。 In any case, in order to obtain an optical element with high surface accuracy, it is necessary to surely prevent the glass from being damaged.
本発明はこうした問題を解決するためになされたものであり、
（１）精密プレス成形時に成形型によって加圧される面の形状を精密に加工することなしに、
（２）レンズ体積に比べてプリフォーム体積を大幅に大きくすることなく、
（３）ガラスを破損させることなく、
（４）所定の面精度を有する光学素子を効率的に生産することができる
精密プレス成形用プリフォームを提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve these problems,
(1) Without precisely processing the shape of the surface pressed by the mold during precision press molding,
(2) Without significantly increasing the preform volume compared to the lens volume,
(3) Without damaging the glass
(4) An object of the present invention is to provide a precision press-molding preform capable of efficiently producing an optical element having a predetermined surface accuracy.
さらに、本発明は、上記精密プレス成形用プリフォームを用いた光学素子の製造方法を提供することを目的とする。 Furthermore, this invention aims at providing the manufacturing method of the optical element using the said preform for precision press molding.
本発明は以下のとおりである。
［１］回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える、ガラス製の精密プレス成形用プリフォームであって、
前記２つの端面は、被プレス面であり、かつ独立に凸面または凹面であり、
前記回転対称軸に一致する軸を有し、かつ前記プリフォームに外接する仮想的な円柱を想定したときに、当該円柱の高さｈに対する直径φの比（φ／ｈ）が１以上かつ３以下であり、
前記円柱の容積V0に対する前記プリフォームの体積Vの比（Ｖ／V0）が６８％以上であり、
前記側面に、前記２つの端面の一方側から他方側に向けて形成された複数の溝が形成されており、かつ、
前記側面は、裁頭円錐の側面形状に近似する形状を有する、精密プレス成形用プリフォーム。
［２］前記側面は熔融状態のガラスを固化して得られた面からなる［１］に記載の精密プレス成形用プリフォーム。
［３］前記ガラスのガラス転移温度（Ｔｇ）が５４０℃以上である［１］または［２］に記載の精密プレス成形用プリフォーム。
［４］前記ガラスの屈折率（ｎｄ）が１．７５以上である［１］〜［３］のいずれかに記載の精密プレス成形用プリフォーム。
［５］前記2つの端面の一方または両方が、熔融状態のガラスを固化して得られた面からなることを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の精密プレス成形用プリフォーム。
［６］前記2つの端面の一方または両方が凸面であり、前記凸面の回転対称軸との交点を含む領域に凹部を備えることを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載の精密プレス成形用プリフォーム。
［７］前記裁頭円錐の側面を側面の一部とする仮想的な円錐の頂角は、４°〜６°の範囲である［１］〜［６］のいずれかに記載の精密プレス成形用プリフォーム。
［８］少なくとも上型の成形面が凸形状である成形型を用いて、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズのいずれかを成形するために用いられる、［１］〜［７］のいずれかに記載の精密プレス成形用プリフォーム。［９］［１］〜［８］のいずれかに記載の精密プレス成形用プリフォームを、プレス成形型を用いて精密プレス成形することを含む、光学素子の製造方法。
［１０］少なくとも上型の成形面が凸形状である成形型を用いて、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズのいずれかを成形する［９］に記載の光学素子の製造方法。
The present invention is as follows.
[1] A precision press-molding preform made of glass having a rotational symmetry axis and comprising two end faces each intersecting with the rotational symmetry axis and one side face connected to the outer periphery of the two end faces. ,
The two end surfaces are pressed surfaces and are independently convex or concave surfaces,
Assuming a virtual cylinder having an axis coinciding with the rotational symmetry axis and circumscribing the preform, the ratio (φ / h) of the diameter φ to the height h of the cylinder is 1 or more and 3 And
The ratio of the volume V of the preform to the volume V 0 of the cylinder (V / V 0 ) is 68% or more,
A plurality of grooves formed from one side of the two end surfaces to the other side are formed on the side surface , and
The side surface is a precision press-molding preform having a shape approximating a side shape of a truncated cone .
[2] The precision press-molding preform according to [1], wherein the side surface is a surface obtained by solidifying molten glass.
[3] The precision press-molding preform according to [1] or [2], wherein the glass transition temperature (Tg) of the glass is 540 ° C. or higher.
[4] The precision press-molding preform according to any one of [1] to [3], wherein the refractive index (nd) of the glass is 1.75 or more.
[5] One or both of the two end faces are made of a surface obtained by solidifying molten glass, and the precision press molding process according to any one of [1] to [4] Renovation.
[6] One or both of the two end surfaces are convex surfaces, and a concave portion is provided in a region including an intersection with the rotational symmetry axis of the convex surface, according to any one of [1] to [5] Preform for precision press molding.
[7] The precision press-molding according to any one of [1] to [6], wherein an apex angle of a virtual cone having a side surface of the truncated cone as a part of the side surface is in a range of 4 ° to 6 °. Preform for.
[8] Any one of [1] to [7], which is used for molding any one of a concave meniscus lens, a convex meniscus lens, and a biconcave lens using a molding die having a convex shape on at least the upper mold surface. Preform for precision press molding according to crab. [9] A method for producing an optical element, comprising: performing precision press molding of the precision press molding preform according to any one of [1] to [8] using a press mold.
[10] The method for manufacturing an optical element according to [9], wherein at least one of a concave meniscus lens, a convex meniscus lens, and a biconcave lens is molded using a molding die having a convex molding surface of at least the upper mold.
本発明によれば、高精度な光学素子を効率よく生産するための精密プレス成形用プリフォームとこのプリフォームを用いた光学素子の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the optical element using the preform for precision press molding for producing a highly accurate optical element efficiently, and this preform can be provided.
本発明において、以下と記し、範囲を特定する場合、上限も前記範囲に含めることとし、以上と記し、範囲を特定する場合、下限も前記範囲に含めることとする。 In the present invention, when specifying the range as described below, the upper limit is also included in the range, and when specifying the range as described above, the lower limit is also included in the range.
［精密プレス成形用プリフォーム］
本発明の精密プレス成形用プリフォームは、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える、ガラス製の精密プレス成形用プリフォームである。さらに、本発明のプリフォームの前記２つの端面は、被プレス面であり、かつ独立に凸面または凹面である。さらに、本発明のプリフォームは、前記回転対称軸に一致する軸を有し、かつ前記プリフォームに外接する仮想的な円柱を想定したときに、当該円柱の高さｈに対する直径φの比（φ／ｈ）が１以上かつ３以下である。さらに、前記円柱の容積V0に対する前記プリフォームの体積Vの比（Ｖ／V0）が６８％以上である。
[Preform for precision press molding]
The precision press-molding preform of the present invention has a rotational symmetry axis, and has two end faces each intersecting with the rotational symmetry axis and one side connected to the outer periphery of the two end faces. This is a preform for press molding. Furthermore, the two end surfaces of the preform of the present invention are pressed surfaces and are independently convex or concave surfaces. Furthermore, when the preform of the present invention is assumed to be a virtual cylinder having an axis coinciding with the rotational symmetry axis and circumscribing the preform, the ratio of the diameter φ to the height h of the cylinder ( φ / h) is 1 or more and 3 or less. Furthermore, the ratio (V / V 0 ) of the volume V of the preform to the volume V 0 of the cylinder is 68% or more.
本発明のプリフォームは、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える。 The preform of the present invention includes two end faces each having a rotational symmetry axis and intersecting the rotational symmetry axis, and one side face connected to the outer periphery of the two end faces.
レンズのように光学機能面の形状が極めて高い回転対称性を有する光学素子を成形するには、回転対称軸を有するプリフォームを用いることが適切である。回転対称軸のまわりに任意の角度だけ回転する操作に対し、回転前後のプリフォームの輪郭を重ね合わせることができる。ただし、この回転対称性は、幾何学的に厳密である必要はなく、精密プレス成形によって所望の光学素子を作製できる程度であればよい。 In order to form an optical element having an extremely high rotational symmetry such as a lens and having a very high optical function surface shape, it is appropriate to use a preform having a rotationally symmetric axis. The contour of the preform before and after the rotation can be superimposed on the operation of rotating by an arbitrary angle around the rotational symmetry axis. However, this rotational symmetry does not need to be exact geometrically, and it is sufficient if it can produce a desired optical element by precision press molding.
本発明のプリフォームの典型的な形状は、円筒形であるが、純粋に円筒形であるものもみならず、2つの端面の一方または両方が凸面であることができる。さらに、側面が、回転対称軸と並行である場合と非並行である場合のいずれであることもできる。 The typical shape of the preform of the present invention is cylindrical, but not purely cylindrical, and one or both of the two end faces can be convex. Further, the side surface can be either parallel or non-parallel to the rotational symmetry axis.
精密プレス成形によってガラスを均等に押し広げ、偏肉の少ない光学素子を得るには、回転対称軸の方向を向く面、すなわち、端面を精密プレス成形時の被プレス面とする。端面は凸面または凹面とすることができる。例えば、２つの端面とも凸面としたり、２つの端面と凹面としたり、２つの端面のうち、一方を凸面、他方を凹面とする。端面を凸面とするか凹面とするかは、成形するレンズなどの光学素子の形状を考慮して決めればよく、例えば、凹メニスカスレンズや凸メニスカスレンズを成形する場合は、２つの端面とも凸面とするか、２つの端面のうち、一方を凸面、他方を凹面とすることが好ましく、両凹レンズを成形する場合は、２つの端面とも凸面とするか、２つの端面とも凹面とするか、２つの端面のうち、一方を凸面、他方を凹面とすることが好ましい。そして、端面の曲率をプレス成形型の成形面の形状にあわせて決めることにより、精密プレス成形時のガストラップを防止することができる。 In order to obtain an optical element that spreads the glass evenly by precision press molding and has a small thickness deviation, the surface facing the direction of the rotational symmetry axis, that is, the end surface is used as a surface to be pressed during precision press molding. The end face can be convex or concave. For example, both end surfaces are convex surfaces, two end surfaces and concave surfaces, or one of the two end surfaces is convex and the other is concave. Whether the end surface is a convex surface or a concave surface may be determined in consideration of the shape of an optical element such as a lens to be molded. For example, when molding a concave meniscus lens or a convex meniscus lens, both end surfaces are convex surfaces. It is preferable that one of the two end surfaces is a convex surface and the other is a concave surface. When a biconcave lens is molded, either the two end surfaces are convex surfaces or the two end surfaces are concave surfaces. Of the end surfaces, it is preferable that one is a convex surface and the other is a concave surface. And the gas trap at the time of precision press molding can be prevented by determining the curvature of the end face according to the shape of the molding surface of the press mold.
端面が凸面または凹面である場合、その曲率は、プレス成形型の成形面が球面の場合には当該球面、前記成形面が非球面の場合には当該非球面の非球面式の基準曲率等を考慮して、適宜決定できる。2つの端面の曲率は、同一または異なることができる。 When the end surface is a convex surface or a concave surface, the curvature is the spherical surface when the molding surface of the press mold is a spherical surface, and the aspherical reference curvature of the aspherical surface when the molding surface is an aspheric surface. It can be determined as appropriate in consideration. The curvatures of the two end faces can be the same or different.
さらに、前記凸面には、凸面の回転対称軸との交点を含む領域に凹部を備えることもできる。凹部の大きさ（凸面に対する割合）は、レンズの光学機能面が球面であれば当該球面の曲率、非球面であれば当該非球面の非球面式の基準曲率等を考慮して適宜決定できる。例えば、前記レンズの光学機能面の直径をｄとすると前記凹部の直径はｄ/3〜ｄ/2の範囲とすることができる。凹部の深さはレンズの球欠等を考慮して適宜決定できる。例えば、高さhとすると凹部の深さはｈ/５〜ｈ/４とすることができる。 Further, the convex surface may be provided with a concave portion in a region including an intersection with the rotational symmetry axis of the convex surface. The size of the concave portion (ratio to the convex surface) can be appropriately determined in consideration of the curvature of the spherical surface if the optical functional surface of the lens is a spherical surface, and the reference curvature of the aspherical surface of the aspherical surface if the surface is aspherical. For example, when the diameter of the optical functional surface of the lens is d, the diameter of the concave portion can be in the range of d / 3 to d / 2. The depth of the concave portion can be determined as appropriate in consideration of a lens notch or the like. For example, when the height is h, the depth of the recess can be set to h / 5 to h / 4.
また、端面（被プレス面）が凸面の場合、前記端面の回転対称軸との交点を含む領域に凹部を設けることにより、前記被プレス面を凸形状の型成形面でプレスする際、成形面の中心とプリフォームの中心を位置合せしやすくなる。また、精密プレス成形品の量産時、プレス成形型内にプリフォームを導入し、上記被プレス面の凹部を凸形状の成形面の頂部で押さえることにより、プリフォームを導入したプレス成形型を移動しても型内のプリフォームの位置を固定状態に保つこともできる。端面が凹面の場合であって、凹面の中心、すなわち、最も窪んだ部分が端面の回転対称軸との交点を含む領域である場合にもこうした効果を得ることができる。 Further, when the end surface (surface to be pressed) is a convex surface, a concave surface is provided in a region including the intersection with the rotational symmetry axis of the end surface, so that when the surface to be pressed is pressed with a convex mold surface, the molding surface It becomes easy to align the center of the preform and the center of the preform. Also, during mass production of precision press-molded products, the preform is introduced into the press mold, and the press mold with the preform introduced is moved by pressing the concave portion of the pressed surface with the top of the convex molding surface. Even so, the position of the preform in the mold can be kept fixed. Such an effect can also be obtained when the end surface is concave and the center of the concave surface, that is, the most depressed portion is a region including the intersection with the rotational symmetry axis of the end surface.
本発明のプリフォームの側面の２つの外周縁は、２つの端面の外周のそれぞれに接続する。接続部分は、角を形成しているか、あるいは曲面であってもよい。あるいは、側面の２つの外周縁と端面の外周との間に、側面の２つの外周縁と端面の外周のそれぞれと接続する接続面が形成されていてもよい。 The two outer peripheral edges of the side surface of the preform of the present invention are connected to the outer peripheries of the two end faces. The connecting portion may form a corner or may be a curved surface. Alternatively, a connection surface connected to each of the two outer peripheral edges of the side surface and the outer periphery of the end surface may be formed between the two outer peripheral edges of the side surface and the outer periphery of the end surface.
本発明のプリフォームの側面は、円柱の側面形状または円柱の側面形状に近似する形状、もしくは裁頭円錐の側面形状または裁頭円錐の側面形状に近似する形状であることができる。このような形状のプリフォームによれば、充填率（Ｖ／V0）を一層高めることができる。円柱の側面形状とは、円柱断面の直径が断面のどの位置でも等しく、かつ側面の表面はなめらかな円柱に則したなめらかな曲面（曲平坦面）である。それに対して、円柱の側面形状に近似する形状とは、プリフォームの側面に後述する溝を備える場合など、幾何学的観点から厳密には円柱の側面形状ではないが、精密プレス成形やプリフォームの製造工程等の観点から円柱の側面形状と同等と見なせる形状を意味する。具体的には、円柱の側面形状に近似する形状とは、側面の表面に凹凸や溝（波状構造）を有するが、円柱断面のこれら凹凸や溝に外接または内接する円の直径が断面のどの位置でも等しい、形状を意味する。凹凸や溝の形状及び寸法は、成形するプリフォームの体積や当該円柱の高さｈに対する直径φの比、および下面側の曲率を考慮して適宜決定できる。プリフォームの側面に凹凸や溝（及び山脈）を有することで、後工程である成形工程において、プリフォームの側面がガストラップになることを防止でき、あるいはなめらかな曲面（曲平坦面）である場合に比べて、変形に対する抵抗が大きくなり、余肉形成抑制に効果がある。 The side surface of the preform of the present invention can be a cylindrical side shape or a shape approximating a cylindrical side shape, or a side shape of a truncated cone or a shape approximating a side shape of a truncated cone. According to the preform having such a shape, the filling rate (V / V 0 ) can be further increased. The side surface shape of the cylinder is a smooth curved surface (curved flat surface) in which the diameter of the cylinder cross section is equal at any position in the cross section and the surface of the side surface conforms to a smooth cylinder. On the other hand, the shape that approximates the shape of the side surface of the cylinder is not strictly the shape of the side surface of the cylinder from a geometrical point of view, such as when a groove that will be described later is provided on the side surface of the preform. This means a shape that can be regarded as equivalent to the side shape of a cylinder from the viewpoint of the manufacturing process. Specifically, a shape that approximates the shape of a side surface of a cylinder has irregularities and grooves (wave structures) on the surface of the side surface, but the diameter of a circle that circumscribes or inscribes these irregularities and grooves on the cylinder cross section It means a shape that is equal in position. The shape and dimensions of the unevenness and the groove can be appropriately determined in consideration of the volume of the preform to be molded, the ratio of the diameter φ to the height h of the cylinder, and the curvature on the lower surface side. By having irregularities and grooves (and mountain ranges) on the side surface of the preform, it is possible to prevent the side surface of the preform from becoming a gas trap in the subsequent molding process, or a smooth curved surface (curved flat surface). Compared to the case, the resistance to deformation is increased, and it is effective in suppressing the formation of surplus.
また、裁頭円錐の側面形状は、円柱断面の直径が、一方の端面から他方の端面に向かって、減少または増加し、かつ側面の表面はなめらかな円柱に則したなめらかな曲面（曲平坦面）である。円柱断面の直径の減少または増加の程度は、プリフォームに要求される形状を考慮して適宜決定されるが、裁頭円錐の側面を側面の一部とする仮想的な円錐の頂角（全角２α）を４°〜６°の範囲にすることが、プリフォームの徐冷工程へ取り出しやすさという観点から適当である。なお、上記αは仮想的な円錐の中心軸と母線のなす角度（内角）である。 In addition, the side shape of the truncated cone is such that the diameter of the cross section of the cylinder decreases or increases from one end face to the other end face, and the side surface is a smooth curved surface (curved flat surface conforming to a smooth cylinder). ). The degree of decrease or increase in the diameter of the cylindrical section is appropriately determined in consideration of the shape required for the preform, but the apex angle (full angle) of a virtual cone with the side face of the truncated cone as a part of the side face It is appropriate that 2α) be in the range of 4 ° to 6 ° from the viewpoint of easy removal into the slow cooling step of the preform. Note that α is an angle (inner angle) formed by a central axis of a virtual cone and a generatrix.
さらに、裁頭円柱の側面形状に近似する形状とは、プリフォームの側面に後述する溝を備える場合など、幾何学的観点から厳密には裁頭円柱の側面形状ではないが、精密プレス成形やプリフォームの製造工程等の観点から裁頭円柱の側面形状と同等と見なせる形状を意味する。具体的には、円柱の側面形状に近似する形状の場合と同様に、側面の表面に凹凸や溝（波状構造）を有するが、円柱断面のこれら凹凸や溝に外接または内接する円の直径が一方の端面から他方の端面に向かって、減少または増加する形状を意味する。凹凸や溝の形状及び寸法は、プリフォームの徐冷工程へ取り出しやすさを考慮して適宜決定できる。プリフォームの側面に凹凸や溝（及び山脈）を有することで、後工程である成形工程において、プリフォームの側面がガストラップになることを防止でき、あるいはなめらかな曲面（曲平坦面）である場合に比べて、変形に対する抵抗が大きくなり、余肉形成抑制に効果がある。 Furthermore, the shape approximated to the side shape of the truncated cylinder is not strictly the side shape of the truncated cylinder from a geometrical point of view, such as when a groove described later is provided on the side of the preform. It means a shape that can be regarded as equivalent to the side shape of the truncated cylinder from the viewpoint of the manufacturing process of the preform. Specifically, as in the case of a shape that approximates the shape of a side surface of a cylinder, the surface of the side surface has irregularities and grooves (wave structures), but the diameter of a circle that circumscribes or inscribes these irregularities and grooves on the cylinder cross section is small. It means a shape that decreases or increases from one end face toward the other end face. The shape and dimensions of the unevenness and the groove can be appropriately determined in consideration of ease of taking out into the slow cooling process of the preform. By having irregularities and grooves (and mountain ranges) on the side surface of the preform, it is possible to prevent the side surface of the preform from becoming a gas trap in the subsequent molding process, or a smooth curved surface (curved flat surface). Compared to the case, the resistance to deformation is increased, and it is effective in suppressing the formation of surplus.
プレス方向に対して直交する方向にガラスが逃げてしまう、すなわち、プレスしたときにガラスが前記直交する方向に専ら広がり、ガラスが成形面に十分行き渡らないことも、光学素子の面精度を低下させる要因となる。こうしたプレス時のガラスの挙動を抑制する上から、側面において、２つの端面の一方側から他方側に向けて形成された複数の溝が形成されているプリフォームが好ましい。上記溝が側面に存在することにより、プレス時にガラスが型成形面に行き渡りながらプレス成形型内の空間に広がっていくため、面精度の高い光学素子をいっそう容易に製造することができる。側面の複数の溝は等間隔に配列していることが好ましい。こうすることにより、精密プレス成形時、プリフォームの回転対称軸を中心にして等方にガラスの広がりを制御することができる。なお、上記溝は回転対称軸に平行に形成されていてもよいし、回転対称軸に対して各々一定の方向に形成されていてもよいが、精密プレス成形時、前記回転対称軸を中心にして等方にガラスの広がりを制御する上から上記溝は前記回転対称軸に平行に形成されていることが好ましい。なお、上記溝は後述する方法により得ることができる。 The glass escapes in a direction orthogonal to the pressing direction, that is, when the glass is pressed, the glass spreads exclusively in the orthogonal direction, and the glass does not sufficiently spread over the molding surface. It becomes a factor. From the viewpoint of suppressing the glass behavior during pressing, a preform in which a plurality of grooves formed from one side of the two end faces toward the other side is formed on the side surface is preferable. The presence of the groove on the side surface allows the glass to spread over the space in the press mold while spreading over the mold surface during pressing, so that an optical element with high surface accuracy can be manufactured more easily. The plurality of side grooves are preferably arranged at equal intervals. By doing so, it is possible to control the spread of the glass isotropically around the rotational symmetry axis of the preform during precision press molding. The grooves may be formed parallel to the rotational symmetry axis, or may be formed in a fixed direction with respect to the rotational symmetry axis. However, during precision press molding, the groove is centered on the rotational symmetry axis. From the viewpoint of controlling the spread of the glass in an isotropic manner, the groove is preferably formed in parallel to the rotational symmetry axis. In addition, the said groove | channel can be obtained by the method mentioned later.
精密プレス成形では、高粘度のガラスを高い圧力でプレスする。そして、本発明のプリフォームはプレス時の変形量が大きいため、プリフォーム表面に研削痕や傷が存在すると、その部分を起点としてガラスが破損しやすい。こうしたトラブルを防ぐ上から、好ましくは少なくともプリフォームの側面を熔融状態のガラスを固化して得られた面、より好ましくは前記側面に加えて２つの端面（被プレス面）も熔融状態のガラスを固化して得られた面とする。熔融状態のガラスを固化して得られた面とは、プリフォーム全体あるいはプリフォームの母材となるガラス成形体全体を、熔融ガラスを冷却、固化して作ったときに得られるガラス表面を意味し、後述する火作り面、すなわち、ガラス表面のみを加熱、再熔融した後に固化して得られる面とは異なる。熔融状態のガラスを固化して得られた面には研削、研磨などの冷間加工が施されていないので、研削痕や研磨痕が存在せず、上記破壊の起点が存在しない。特に、上記観点から全表面が熔融状態のガラスを固化して得られた面であるプリフォームが好ましい。また、ガラス表面を再熔融した後、冷却、固化して得られる火作り面も、再熔融によって研削痕や研磨痕が修復されて、微視的にも平滑な面になるので、上記破壊の起点が存在しない。 In precision press molding, high-viscosity glass is pressed at high pressure. And since the preform of the present invention has a large amount of deformation at the time of pressing, if there are grinding marks or scratches on the surface of the preform, the glass tends to be damaged starting from that portion. In order to prevent such troubles, it is preferable that at least the side surface of the preform is obtained by solidifying the molten glass, and more preferably, in addition to the side surface, two end surfaces (surfaces to be pressed) are also made of molten glass. The surface obtained by solidification. The surface obtained by solidifying molten glass means the glass surface obtained by cooling and solidifying the entire preform or the glass molded body that is the preform base material. However, it is different from the fire-making surface described later, that is, the surface obtained by heating and remelting only the glass surface and then solidifying. Since the surface obtained by solidifying the glass in the molten state is not subjected to cold working such as grinding and polishing, there is no grinding mark or polishing mark, and there is no origin of the destruction. In particular, a preform whose surface is obtained by solidifying glass in a molten state is preferable from the above viewpoint. In addition, after re-melting the glass surface, the fire-making surface obtained by cooling and solidifying the ground surface will be repaired by re-melting, so that the surface becomes microscopically smooth. There is no starting point.
火作り面はファイヤーポリッシュと呼ばれる方法で得られる。しかし、火作り面ではガラス表面を高温に再加熱するため、ガラス表面が変質するおそれがある。特に、Ｂ2Ｏ3、アルカリ金属、フッ素、塩素などの揮発しやすい成分を含むガラスでは、ファイヤーポリッシュ時に揮発によってガラス表面が変質しやすい。また、一端、所望の形状に成形したガラスを再加熱、再熔融するため、ガラスが所望形状から変形してしまう。このような理由で、火作り面と熔融状態のガラスを固化して得られた面とを比較すると後者のほうが格段優れている。鏡面研磨面は、荒ずり、砂かけなどのラッピング工程を経た後、ポリシングされた面である。ラッピングされた面には多数の研削痕、研磨痕が存在し、これらが上記破壊の起点になる。鏡面研磨面では、こうした起点のうち大きなものは除去されるが、潜傷と呼ばれる極めて微細な傷が存在するため、鏡面研磨面を有するプリフォームは、熔融状態のガラスを固化して得られた面や火作り面によって全表面が構成されるプリフォームに比べて耐破損性が低くなる。エッチング面も研削痕や研磨痕がエッチングにより除去されるので、表面がエッチング面のプリフォームも耐破壊性に優れている。ただし、潜傷がある表面をエッチングすると、傷が顕在化することにより耐破壊性が低下することがある。いずれにしても熔融状態のガラスを固化して得られる面とすることが格段と好ましい。 The fire-making surface is obtained by a method called fire polish. However, since the glass surface is reheated to a high temperature on the fire-making surface, the glass surface may be altered. In particular, in a glass containing a component that tends to volatilize such as B 2 O 3 , alkali metal, fluorine, and chlorine, the glass surface is likely to be altered by volatilization during fire polishing. Moreover, since the glass shape | molded at the end and the desired shape is reheated and remelted, glass will deform | transform from a desired shape. For this reason, when comparing the fire-making surface with the surface obtained by solidifying glass in the molten state, the latter is much better. The mirror-polished surface is a polished surface after a lapping process such as roughening or sanding. There are a number of grinding marks and polishing marks on the lapped surface, and these are the starting points of the destruction. On the mirror-polished surface, large ones of these starting points are removed, but because there are very fine scratches called latent scratches, a preform having a mirror-polished surface was obtained by solidifying molten glass. Breakage resistance is lower than a preform whose entire surface is composed of a surface and a fire-making surface. Since the grinding marks and polishing marks are also removed by etching on the etched surface, the preform whose surface is the etched surface is also excellent in fracture resistance. However, if a surface having a latent flaw is etched, the flaw resistance may be reduced due to the appearance of the flaw. In any case, it is particularly preferable to obtain a surface obtained by solidifying molten glass.
なお、熔融状態のガラスを固化して得られた面の例としては、自由表面、型成形面を熔融ガラスに転写して得られる型転写面などをあげることができる。自由表面は、例えば、熔融ガラス塊を浮上しながら成形することによって形成することができる。型転写面はプレス成形型でガラスをプレスしたり、熔融ガラスを鋳型に流し込むことによって形成することができる。 Examples of the surface obtained by solidifying the molten glass include a free surface and a mold transfer surface obtained by transferring the mold forming surface to the molten glass. The free surface can be formed, for example, by forming a molten glass lump while floating. The mold transfer surface can be formed by pressing glass with a press mold or pouring molten glass into a mold.
本発明のプリフォームは、形状を、プリフォームに外接する仮想的な円柱の高さｈに対する直径φの比（φ／ｈ）が１以上かつ３以下となるように調整したものである。比（φ／ｈ）が１より小さいと、側面部分または側面と端面（被プレス面）の境界部分がレンズの有効径内に入ってしまい、レンズ表面の品質を低下させるおそれが高くなる。一方、比（φ／ｈ）が３より大きいと、精密プレス成形時のガラスの変形量が小さくなり、ガラスを成形面全域に行き渡らせるのが難しくなる。また、プリフォームがプレス成形型の中で傾いて、レンズの偏肉・偏芯の原因になるおそれがある。したがって、比（φ／ｈ）を上記範囲にするが、比（φ／ｈ）の好ましい範囲は１〜2.6、より好ましい範囲は１〜2.4、さらに好ましい範囲は１〜2.0とする。 In the preform of the present invention, the shape is adjusted so that the ratio (φ / h) of the diameter φ to the height h of the virtual cylinder circumscribing the preform is 1 or more and 3 or less. When the ratio (φ / h) is smaller than 1, the side surface portion or the boundary portion between the side surface and the end surface (pressed surface) falls within the effective diameter of the lens, and there is a high possibility that the quality of the lens surface is deteriorated. On the other hand, if the ratio (φ / h) is larger than 3, the amount of deformation of the glass during precision press molding becomes small, and it becomes difficult to spread the glass over the entire molding surface. In addition, the preform may be tilted in the press mold, which may cause lens thickness deviation or eccentricity. Therefore, the ratio (φ / h) is set to the above range, but the preferable range of the ratio (φ / h) is 1 to 2.6, more preferably 1 to 2.4, and still more preferably 1 to 2.0.
全表面が熔融状態のガラスを固化して得られた面であるプリフォームを作製する上からも、本発明のプリフォームの形状は好都合である。全表面が熔融状態のガラスを固化して得られた面であるプリフォームの作製では、後述するように熔融ガラス塊に風圧を加えて浮上させながら成形する。このとき、ガラス塊底面にガスを吹き付けて浮上させる風圧を得るが、φ／ｈが大きすぎると前記ガスがガラス塊の底面から側面に沿って抜けにくくなり、ガラス塊を安定して浮上させるのが困難になる。一方、φ／ｈが小さすぎるとガラス塊の底面に加わる風圧だけでガラス塊を浮上させることが困難になる。φ／ｈが本発明の範囲にあることにより、ガラス塊を安定して浮上させながら成形することもできる。なお、ガラス塊の浮上の安定化の観点からもφ／ｈの好ましい範囲は前述の範囲となる。 The shape of the preform of the present invention is also advantageous from the viewpoint of producing a preform whose entire surface is a surface obtained by solidifying molten glass. In preparation of a preform whose entire surface is a surface obtained by solidifying glass in a molten state, the molten glass lump is molded while being floated by applying wind pressure as described later. At this time, a wind pressure is obtained by blowing a gas to the bottom surface of the glass lump to obtain a wind pressure. However, if φ / h is too large, the gas is difficult to escape from the bottom surface of the glass lump along the side surface, and the glass lump is stably floated. Becomes difficult. On the other hand, if φ / h is too small, it is difficult to float the glass lump only by the wind pressure applied to the bottom surface of the glass lump. When φ / h is in the range of the present invention, the glass lump can be molded while being stably floated. From the viewpoint of stabilizing the floating of the glass lump, the preferable range of φ / h is the above-described range.
このようにして精密プレス成形時のガラスの変形量を確保した上で、ガラスの成形面からのはみ出し量を低減、抑制する上から、前記円柱の容積V0に対するプリフォームの体積Vの比（Ｖ／V0）を６８％以上とする。比（Ｖ／V0）は仮想的円柱内のガラスの充填率とも言える量であり、光学機能面全域の面精度を良好にしつつ、使用するガラスの量を低減するための指標と考えることができる。上記効果を高める上から、比（Ｖ／V0）を６９％以上にすることが好ましく、７０％以上にすることがより好ましく、７１％以上にすることがさらに好ましく、７２％以上にすることが一層好ましい。充填率（Ｖ／V0）の上限は９６％程度であり、後述する側面の溝や端面が曲面であることによる充填率の減少を考慮すると、前記充填率の上限を９４％とすることが好ましく、９２％とすることがより好ましく、９０％とすることがさらに好ましく、８８％とすることが一層好ましい。 The ratio of the volume V of the preform to the volume V 0 of the cylinder (from the viewpoint of reducing and suppressing the amount of protrusion of the glass from the molding surface while ensuring the amount of deformation of the glass during precision press molding in this way ( V / V 0 ) is set to 68% or more. The ratio (V / V 0 ) is an amount that can be said to be the filling rate of the glass in the virtual cylinder, and can be considered as an index for reducing the amount of glass to be used while improving the surface accuracy of the entire optical functional surface. it can. In order to enhance the above effect, the ratio (V / V 0 ) is preferably 69% or more, more preferably 70% or more, further preferably 71% or more, and 72% or more. Is more preferable. The upper limit of the filling rate (V / V 0 ) is about 96%, and the upper limit of the filling rate may be set to 94% in consideration of the reduction of the filling rate due to the side grooves and end faces described later being curved. Preferably, it is 92%, more preferably 90%, still more preferably 88%.
プリフォームが回転楕円体の場合、充填率（Ｖ／V0）は２／３（６６．７％）となり、プリフォームが球の場合も充填率（Ｖ／V0）は２／３（６６．７％）となる。したがって、これらの形状のプリフォームでは精密プレス成形時のガラスの変形量を増加させるためにスケールアップしても、充填率（Ｖ／V0）は一定のため、ガラスの変形量を大きくできても、成形面からはみ出るガラスの量、すなわち、余肉の量も増加してしまう。その結果、余肉部分のヒケによってレンズの面精度が低下してしまう。また、余肉部分が大きいと、ガラスを収容するスリーブ型も大きくせざるを得ず、プレス成形型全体も大きくなるため、型の均熱性が低下して、光学機能面全域にわたり高い面精度の光学素子を作るのが難しくなる。 When the preform is a spheroid, the filling rate (V / V 0 ) is 2/3 (66.7%), and when the preform is a sphere, the filling rate (V / V 0 ) is 2/3 (66 .7%). Therefore, with preforms of these shapes, even if scaled up to increase the amount of glass deformation during precision press molding, the filling rate (V / V 0 ) is constant, so the amount of glass deformation can be increased. However, the amount of glass that protrudes from the molding surface, that is, the amount of surplus, also increases. As a result, the surface accuracy of the lens decreases due to sink marks in the surplus part. In addition, if the surplus portion is large, the sleeve mold that accommodates the glass must be enlarged, and the entire press mold becomes large, so that the heat uniformity of the mold is reduced, and high surface accuracy is achieved over the entire optical functional surface. It becomes difficult to make optical elements.
一方、本発明では、比（φ／ｈ）を１以上かつ３以下とし、かつ（Ｖ／V0）を６８％以上とするので、余肉の少ないプレス成形が可能になり、その結果、光学機能面全域にわたり面精度の高い光学素子を得ることができる。また、所定の光学素子に対してプレス成形型の大型化を抑えることができるので、型材費用や型の加工費を低減することもできる。さらに、芯取り加工によって除去されるガラスの量を削減するとともに、芯取り加工に要する時間を短縮化すること、ガラスの利用率を高めることができる。また、プリフォームの加熱や精密プレス成形品の冷却に要する時間を短縮し、スループットを上げることもで
きる。
On the other hand, in the present invention, since the ratio (φ / h) is 1 or more and 3 or less and (V / V 0 ) is 68% or more, it is possible to perform press molding with less surplus, and as a result, optical An optical element with high surface accuracy can be obtained over the entire functional surface. Moreover, since the enlargement of the press mold can be suppressed with respect to a predetermined optical element, the mold material cost and the mold processing cost can be reduced. Furthermore, the amount of glass removed by the centering process can be reduced, the time required for the centering process can be shortened, and the utilization rate of the glass can be increased. In addition, the time required for heating the preform and cooling the precision press-molded product can be shortened, and the throughput can be increased.
φが成形面を平面視したときの直径よりも小さいプリフォームを使用すると、プリフォーの側面が精密プレス成形によって光学機能面になることがある。その場合でも、側面を鏡面にすることにより、平滑かつ面精度の高い光学機能面を成形することができる。ただし、平滑かつ面精度の高い光学機能面を成形し、精密プレス成形時のガラスの破損を低減、防止する上から、被プレス面と側面とが交わる稜を曲面とし、前記曲面も鏡面にしておくことが望ましい。ただし、平滑かつ面精度の高い光学機能面を成形する上から、φが成形面を平面視したときの直径よりも大きくなるようにすることが望ましい。 If a preform having a diameter φ smaller than the diameter when the molding surface is viewed in plan is used, the side surface of the preform may become an optical functional surface by precision press molding. Even in such a case, a smooth and highly accurate optical functional surface can be formed by making the side surface a mirror surface. However, from the viewpoint of molding a smooth and highly accurate optical function surface and reducing or preventing glass breakage during precision press molding, the ridge where the pressed surface and the side surface intersect is a curved surface, and the curved surface is also a mirror surface. It is desirable to keep it. However, it is desirable that φ be larger than the diameter when the molding surface is viewed in plan, from the viewpoint of molding a smooth and highly accurate optical functional surface.
なお、側面の最大高さＲｙ（ＪＩＳ Ｂ0601-1994による）に比べて、被プレス面の最大高さＲｙを小さくすることが平滑な光学機能面を形成する上から好ましい。具体的には、側面の最大高さＲｙは、好ましくは1μm以下、概ね0.3μm〜1μmの範囲とし、被プレス面である端面の最大高さＲｙは、0.02μm以下、概ね0.01μm〜0.02μmの範囲とする。 It is preferable that the maximum height Ry of the pressed surface is smaller than the maximum height Ry of the side surface (according to JIS B0601-1994) from the viewpoint of forming a smooth optical functional surface. Specifically, the maximum height Ry of the side surface is preferably 1 μm or less, generally in the range of 0.3 μm to 1 μm, and the maximum height Ry of the end surface that is the pressed surface is 0.02 μm or less, generally 0.01 μm to 0.02 μm. The range.
なお、本発明のプリフォームは後述する方法で作製できる他、ガラスを研削、研磨する方法によっても作製できるし、ガラスをプレス成形してから研削、研磨する方法などによっても作製することができる。 In addition, the preform of the present invention can be produced by a method to be described later, can be produced by a method of grinding and polishing glass, or can be produced by a method of grinding and polishing glass after press molding.
本発明のプリフォームは、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズの成形に好適に使用することができ、凹メニスカスレンズ、両凹レンズの成形に特に好適である。 The preform of the present invention can be suitably used for molding concave meniscus lenses, convex meniscus lenses, and biconcave lenses, and is particularly suitable for molding concave meniscus lenses and biconcave lenses.
凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズ等の材料として好ましいガラスは、ガラス成分としてＢ2Ｏ3およびＬａ2Ｏ3を含有するガラスである。こうしたガラスは、高屈折率低分散ガラスあるいは高屈折率中分散ガラスであり、前述のように精密プレス成形に適した粘度が得られる温度域が狭く、ガラス転移温度も高い。したがって、プレス成形温度が僅かに変動しただけで、プリフォーム側面に存在する破壊の起点から破壊がおきやすい。また、ガラス転移温度が高いガラスは、精密プレス成形時のプリフォーム加熱温度、プレス成形型の加熱温度も高くなるが、プレス成形型や型成形面に設ける離型膜の消耗を低減、防止する上から、プリフォーム、プレス成形型の両加熱温度をできるだけ低く抑えることが好ましい。こうした要望に応えると、ガラス変形量が大きい精密プレス成形において、高粘度のガラスをプレスすることになる。そのとき、表面に前述の破壊の起点が存在しない上記プリフォームであれば破損することなく、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズといった光学素子を成形することができる。 A preferable glass as a material for a concave meniscus lens, a convex meniscus lens, a biconcave lens, or the like is a glass containing B 2 O 3 and La 2 O 3 as glass components. Such a glass is a high refractive index low dispersion glass or a high refractive index medium dispersion glass. As described above, the temperature range in which a viscosity suitable for precision press molding can be obtained is narrow, and the glass transition temperature is also high. Therefore, even if the press molding temperature fluctuates slightly, the breakage easily occurs from the starting point of breakage existing on the side surface of the preform. In addition, glass with a high glass transition temperature increases the preform heating temperature during precision press molding and the heating temperature of the press mold, but reduces and prevents wear of the release film provided on the press mold and mold surface. From the top, it is preferable to keep both the heating temperatures of the preform and the press mold as low as possible. In response to such a demand, high-viscosity glass is pressed in precision press molding with a large amount of glass deformation. At that time, an optical element such as a concave meniscus lens, a convex meniscus lens, and a biconcave lens can be molded without being damaged if the preform does not have the above-described destruction starting point.
本発明のプリフォームの好ましい第１の具体例としては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５４０℃以上の光学ガラスにより構成されるプリフォーム、より好ましくはガラス転移温度（Ｔｇ）が５７０℃以上の光学ガラスにより構成されるプリフォーム、さらに好ましくはガラス転移温度（Ｔｇ）が５９０℃以上のガラスにより構成されるプリフォーム、より一層好ましくはガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃以上のガラスにより構成されるプリフォームである。ただし、ガラス転移温度（Ｔｇ）が余りに高温になると精密プレス成形が困難になるおそれがあることから、ガラス転移温度（Ｔｇ）を６９０℃以下にすることが好ましい。 A preferred first specific example of the preform of the present invention is a preform composed of an optical glass having a glass transition temperature (Tg) of 540 ° C. or higher, more preferably an optical having a glass transition temperature (Tg) of 570 ° C. or higher. A preform made of glass, more preferably a preform made of glass having a glass transition temperature (Tg) of 590 ° C. or higher, and even more preferably made of glass having a glass transition temperature (Tg) of 600 ° C. or higher. It is a preform. However, if the glass transition temperature (Tg) is too high, precision press molding may be difficult, and therefore the glass transition temperature (Tg) is preferably 690 ° C. or lower.
本発明の精密プレス成形用プリフォームを構成するガラスとして好ましいものは、例えば、以下の光学ガラスである。 Preferred examples of the glass constituting the precision press-molding preform of the present invention include the following optical glasses.
本発明のプリフォームは、メニスカスレンズ、両凹レンズなど凹状のレンズ面を有するレンズの成形に適しているが、中でも凹メニスカスレンズ、両凹レンズといった負の屈折力を有するレンズの成形に好適である。こうしたレンズは、正の屈折力を有するレンズと組み合わせて色消しを行うのに適しており、正の屈折力を有するレンズを構成するガラスよりも低分散のガラスを使用することが望ましい。また、光学系のコンパクト化、およびレンズ面の曲率の絶対値を低減して精密プレス成形型の型加工や精密プレス成形を容易にする上から屈折率の高いガラスが望ましい。 The preform of the present invention is suitable for molding a lens having a concave lens surface such as a meniscus lens or a biconcave lens, but is particularly suitable for molding a lens having negative refractive power such as a concave meniscus lens or a biconcave lens. Such a lens is suitable for achromatization in combination with a lens having a positive refractive power, and it is desirable to use a glass having a lower dispersion than the glass constituting the lens having a positive refractive power. In addition, a glass having a high refractive index is desirable in order to make the optical system compact and to reduce the absolute value of the curvature of the lens surface, thereby facilitating mold processing of the precision press mold and precision press molding.
こうした観点から、本発明のプリフォームを構成するガラスとしては、アッベ数νdが３５以上の範囲では屈折率ｎdが１．７０以上、アッベ数νdが３５未満の範囲では、下記（１）式を満たす屈折率ｎdを有する光学ガラスが好ましい。
ｎd≧２．４−０．０２×νd …… （１）
From this point of view, as the glass constituting the preform of the present invention, when the Abbe number νd is 35 or more, the refractive index nd is 1.70 or more and the Abbe number νd is less than 35, the following formula (1) is satisfied. An optical glass having a refractive index nd that satisfies is preferable.
nd ≧ 2.4−0.02 × νd (1)
より好ましくは上記範囲内で屈折率ｎdが１．７５以上のガラスが好ましい。
ただし、低分散性を維持しつつ屈折率をいっそう高めるとガラス安定性が低下するため、前記範囲内の光学特性のうち、下記（２）式を満たす範囲にすることが好ましく、下記（３）式を満たす範囲にすることがより好ましい。
ｎd≦２．４８−０．０１２×νd（ただし、屈折率ｎdが２．２以下）…… （２）
ｎd≦２．４２−０．０１２×νd（ただし、屈折率ｎdが２．２以下）…… （３）
More preferably, a glass having a refractive index nd of 1.75 or more within the above range is preferable.
However, if the refractive index is further increased while maintaining low dispersibility, the glass stability is lowered. Therefore, among the optical characteristics within the above range, the range satisfying the following formula (2) is preferable, and the following (3) More preferably, the range satisfies the formula.
nd ≦ 2.48−0.012 × νd (however, the refractive index nd is 2.2 or less) (2)
nd ≦ 2.42−0.012 × νd (however, the refractive index nd is 2.2 or less) (3)
（注）
（１）式はｎd＝１．９０、νd＝２５とｎd＝１．７、νd＝３５を結ぶ直線
（２）式はｎd＝２．００、νd＝４５とｎd＝１．７、νd＝６５を結ぶ直線
（３）式はｎd＝２．００、νd＝３５とｎd＝１．７、νd＝６０を結ぶ直線
(note)
Formula (1) is nd = 1.90, straight line connecting νd = 25 and nd = 1.7, νd = 35. Formula (2) is nd = 2.00, νd = 45, nd = 1.7, νd = A straight line connecting 65 (3) is a straight line connecting nd = 2.00, νd = 35, nd = 1.7, νd = 60.
光学特性に加えて精密プレス成形用のガラスには比較的低いガラス転移温度を示すガラスが好ましい。こうした性質を実現するガラスとして、モル％表示において、ガラス成分として、
Ｂ2Ｏ3 ５〜７０％、
ＳｉＯ2 ０〜５０％、
ＺｎＯ １〜５０％、
Ｌａ2Ｏ3 ５〜３０％、
Ｇｄ2Ｏ3 ０〜２２％、
Ｙ2Ｏ3 ０〜１０％、
Ｙｂ2Ｏ3 ０〜１０％、
Ｌｉ2Ｏ ０〜２０％、
Ｎａ2Ｏ ０〜１０％、
Ｋ2Ｏ ０〜１０％、
ＭｇＯ ０〜１０％、
ＣａＯ ０〜１０％、
ＳｒＯ ０〜１０％、
ＢａＯ ０〜１０％、
ＺｒＯ2 ０〜１５％、
Ｔａ2Ｏ5 ０〜２０％、
ＷＯ3 ０〜２０％、
Ｎｂ2Ｏ5 ０〜１５％、
ＴｉＯ2 ０〜４０％、
Ｂｉ2Ｏ3 ０〜１０％、
ＧｅＯ2 ０〜１０％、
Ｇａ2Ｏ3 ０〜１０％、
Ａｌ2Ｏ3 ０〜１０％、
を含む光学ガラスを例示することができる。
In addition to the optical properties, a glass exhibiting a relatively low glass transition temperature is preferred as the glass for precision press molding. As a glass that realizes these properties, as a glass component in mol% display,
B 2 O 3 5~70%,
SiO 2 0-50%,
ZnO 1-50%,
La 2 O 3 5-30%,
Gd 2 O 3 0-22%,
Y 2 O 3 0-10%,
Yb 2 O 3 0-10%,
Li 2 O 0-20%,
Na 2 O 0-10%,
K 2 O 0-10%,
MgO 0-10%,
CaO 0-10%,
SrO 0-10%,
BaO 0-10%,
ZrO 2 0-15%,
Ta 2 O 5 0-20%,
WO 3 0~20%,
Nb 2 O 5 0-15%,
TiO 2 0-40%,
Bi 2 O 3 0-10%,
GeO 2 0-10%,
Ga 2 O 3 0~10%,
Al 2 O 3 0-10%,
The optical glass containing can be illustrated.
上記光学ガラスについて、以下に説明する。尚、以下、特記しない限り各成分の量はモル％にて表示するものとする。 The optical glass will be described below. Hereinafter, unless otherwise specified, the amount of each component is expressed in mol%.
Ｂ2Ｏ3は必須成分であり、ガラス網目を形成する酸化物の役割を果たす。Ｌａ2Ｏ3などの高屈折率成分を多く導入する場合、ガラスの形成のためにＢ2Ｏ3を５％以上導入して主なネットワーク構成成分とし、失透に対する十分な安定性を付与するとともに、ガラスの熔融性を維持する必要があるが、７０％を超えて導入すると、ガラスの屈折率が低下し、高屈折率ガラスを得るという目的に適さなくなる。したがって、Ｂ2Ｏ3の導入量は５〜７０％、好ましくは１０〜６５％、より好ましくは１０〜６０％、更に好ましくは１５〜６０％である。 B 2 O 3 is an essential component and serves as an oxide that forms a glass network. When a large amount of high refractive index component such as La 2 O 3 is introduced, 5% or more of B 2 O 3 is introduced as a main network component for forming glass, and sufficient stability against devitrification is given. At the same time, it is necessary to maintain the meltability of the glass. However, if it is introduced in excess of 70%, the refractive index of the glass is lowered, and it is not suitable for the purpose of obtaining a high refractive index glass. Therefore, the amount of B 2 O 3 introduced is 5 to 70%, preferably 10 to 65%, more preferably 10 to 60%, and still more preferably 15 to 60%.
ＳｉＯ2は任意成分であり、Ｌａ2Ｏ3などの希土類酸化物成分を多量に含有するガラスに対して、ガラスの液相温度を低下させ、高温粘性を向上させ、さらにガラスの安定性を大きく向上させるが、過剰の導入により、ガラスの屈折率が下がることに加え、ガラス転移温度が高くなり精密プレス成形が困難になる。そのため、ＳｉＯ2の導入量は０〜５０％、好ましくは０〜４０％、より好ましくは０〜３０％、更に好ましくは０〜２５％である。 SiO 2 is an optional component, and lowers the liquidus temperature of glass, improves high-temperature viscosity, and increases the stability of glass relative to glass containing a large amount of rare-earth oxide components such as La 2 O 3. Although it is improved, in addition to the decrease in the refractive index of the glass due to the excessive introduction, the glass transition temperature becomes high and precision press molding becomes difficult. Therefore, the amount of SiO 2 introduced is 0 to 50%, preferably 0 to 40%, more preferably 0 to 30%, and still more preferably 0 to 25%.
ＺｎＯは必須成分であり、ガラスの熔融温度や液相温度及び転移温度を低下させ、屈折率の調整にも欠かせない。その含有量が１％未満だと上記効果が弱く、５０％を超えて導入すると、分散が大きくなり、失透に対する安定性も悪化し、化学的耐久性も低下するので、その導入量は１〜５０％の範囲とし、好ましい範囲は３〜４５％、より好ましい範囲は５〜４０％、更に好ましい範囲は１０〜３５％である。 ZnO is an essential component and is indispensable for adjusting the refractive index by lowering the melting temperature, liquidus temperature and transition temperature of glass. When the content is less than 1%, the above effect is weak. When the content exceeds 50%, the dispersion increases, the stability against devitrification deteriorates, and the chemical durability also decreases. The preferred range is 3 to 45%, the more preferred range is 5 to 40%, and the still more preferred range is 10 to 35%.
Ｌａ2Ｏ3も必須成分であり、ガラスの失透に対する安定性を低下させずに、または分散を高めずに、屈折率を高くし、化学的耐久性を向上させる。しかし、５％未満では十分な効果が得られず、３０％を超えると失透に対する安定性が著しく悪化するため、その導入量は５〜３０％、好ましくは５〜２５％、より好ましくは５〜２２％、更に好ましくは５〜２０％とする。 La 2 O 3 is also an essential component, and increases the refractive index and improves the chemical durability without decreasing the stability of the glass against devitrification or without increasing the dispersion. However, if it is less than 5%, a sufficient effect cannot be obtained, and if it exceeds 30%, the stability against devitrification is remarkably deteriorated. Therefore, the introduction amount is 5 to 30%, preferably 5 to 25%, more preferably 5 -22%, more preferably 5-20%.
Ｇｄ2Ｏ3は、Ｌａ2Ｏ3と同様、ガラスの失透に対する安定性や低分散性を悪化させずにガラスの屈折率や化学的耐久性を向上させる成分である。Ｇｄ2Ｏ3は、２２％を超えて導入すると失透に対する安定性が悪化し、ガラス転移温度が上昇して精密プレス成形性が悪化する傾向があるため、その導入量は０〜２２％、好ましくは０〜２０％、より好ましくは０〜１８％、更に好ましくは０〜１５％とする。 Gd 2 O 3 , like La 2 O 3 , is a component that improves the refractive index and chemical durability of glass without deteriorating the stability to glass devitrification and low dispersibility. When Gd 2 O 3 is introduced in excess of 22%, the stability against devitrification deteriorates, and the glass transition temperature tends to increase and precision press formability tends to deteriorate. Preferably it is 0 to 20%, more preferably 0 to 18%, still more preferably 0 to 15%.
Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3は、高屈折率・低分散なガラスを実現する任意成分であり、少量導入する場合、ガラスの安定性を高め、化学的耐久性を向上させるが、過剰の導入によりガラスの失透に対する安定性を大きく損ない、ガラス転移温度や屈伏点温度を上昇させる。そのため、Ｙ2Ｏ3の含有量は０〜１０％とし、Ｙｂ2Ｏ3の含有量は０〜１０％とする。 Y 2 O 3 and Yb 2 O 3 are optional components that realize a glass having a high refractive index and low dispersion. When introduced in a small amount, the stability of the glass is improved and the chemical durability is improved. By introducing it, the stability of the glass against devitrification is greatly impaired, and the glass transition temperature and yield point temperature are increased. Therefore, the Y 2 O 3 content is 0 to 10%, and the Yb 2 O 3 content is 0 to 10%.
Ｌｉ2Ｏはガラス転移温度を低下させる効果が大きいが、過剰導入により屈折率が低下するとともに、ガラス安定性も低下する。したがって、Ｌｉ2Ｏの量を０〜２０％、好ましくは０〜１５％、より好ましくは０〜１０％、更に好ましくは０〜８％とする。なお、低温軟化性の付与を優先させる場合はＬｉ2Ｏの量を０．１％以上とする。 Li 2 O has a great effect of lowering the glass transition temperature. However, when it is excessively introduced, the refractive index is lowered and the glass stability is also lowered. Therefore, the amount of Li 2 O is 0 to 20%, preferably 0 to 15%, more preferably 0 to 10%, and still more preferably 0 to 8%. Incidentally, the amount of Li 2 O is the case of prioritizing the low-temperature softening property of imparting to 0.1% or more.
Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏは熔融性を改善させる働きがあるが、過剰導入により屈折率やガラス安定性が低下するため、それぞれの導入量を０〜１０％とする。 Na 2 O and K 2 O have a function of improving the meltability. However, since the refractive index and the glass stability are reduced by excessive introduction, the respective introduction amounts are set to 0 to 10%.
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯも熔融性を改善させる働きがあるが、過剰導入により屈折率やガラス安定性が低下するため、それぞれの導入量を０〜１０％とする。 MgO, CaO, and SrO also have a function of improving the meltability. However, since the refractive index and the glass stability are reduced by excessive introduction, the respective introduction amounts are set to 0 to 10%.
ＢａＯは屈折率を高める働きをするが過剰導入により、ガラス安定性が低下するため、その導入量を０〜１０％とする。 BaO functions to increase the refractive index, but the glass stability decreases due to excessive introduction, so the amount introduced is 0 to 10%.
ＺｒＯ2は、高屈折率なガラスを実現し、かつガラスの低分散性を維持するために使われる必須成分である。ＺｒＯ2を導入することにより、ガラスの屈折率を低下させずに、高温粘性や失透に対する安定性を改善する効果が得られるが、１５％を超えて導入すると液相温度が急激に上昇し、失透に対する安定性も悪化するので、その導入量は０〜１５％、好ましくは０〜１２％、より好ましくは０〜１０％、更に好ましくは０〜８％とする。 ZrO 2 is an essential component used to realize a glass having a high refractive index and maintain the low dispersibility of the glass. By introducing ZrO 2 , the effect of improving the stability against high temperature viscosity and devitrification can be obtained without lowering the refractive index of the glass, but when introduced over 15%, the liquidus temperature rises rapidly. Since the stability against devitrification is also deteriorated, the introduction amount is 0 to 15%, preferably 0 to 12%, more preferably 0 to 10%, and further preferably 0 to 8%.
Ｔａ2Ｏ5は、高屈折率・低分散なガラスを実現する任意成分である。Ｔａ2Ｏ5を導入することにより、ガラスの屈折率を低下させずに、高温粘性や失透に対する安定性を改善する効果があるが、２０％を超えて導入すると液相温度が急激に上昇し、分散が増大するので、その導入量は０〜２０％、好ましくは０〜１７％、より好ましくは０〜１４％、更に好ましくは０〜１０％とする。 Ta 2 O 5 is an optional component that realizes a glass having a high refractive index and low dispersion. By introducing Ta 2 O 5 , there is an effect of improving the stability against high temperature viscosity and devitrification without lowering the refractive index of the glass, but when introduced over 20%, the liquidus temperature rapidly increases. Since the dispersion increases, the introduction amount is 0 to 20%, preferably 0 to 17%, more preferably 0 to 14%, and still more preferably 0 to 10%.
ＷＯ3は、ガラスの安定性、熔融性を改善し、屈折率を向上させるために適宜導入される成分であるが、その導入量が２０％を超えると、分散が大きくなり、必要な分散特性が得られなくなり、ガラスの着色も増大するため、その導入量は０〜２０％、好ましくは０〜１８％、より好ましくは０〜１６％、更に好ましくは０〜１４％とする。 WO 3 is a component that is introduced as appropriate in order to improve the stability and meltability of the glass and improve the refractive index. However, if the amount introduced exceeds 20%, the dispersion becomes large and the necessary dispersion characteristics are required. Is not obtained, and the coloration of the glass also increases. Therefore, the introduction amount is 0 to 20%, preferably 0 to 18%, more preferably 0 to 16%, and still more preferably 0 to 14%.
Ｎｂ2Ｏ5は、ガラスの安定性を維持しつつ屈折率を高める任意成分であるが、過剰導入により分散が増大するため、その導入量は０〜１５％、好ましくは０〜１３％、より好ましくは０〜１０％、更に好ましくは０〜８％とする。 Nb 2 O 5 is an optional component that increases the refractive index while maintaining the stability of the glass. However, since dispersion increases due to excessive introduction, the introduction amount is 0 to 15%, preferably 0 to 13%. Preferably it is 0 to 10%, more preferably 0 to 8%.
ＴｉＯ2は、ガラスの屈折率の向上のため導入可能な任意成分であるが、過剰の導入によって分散が大きくなり、目的とする光学恒数を得ることができなくなったり、ガラスの着色が増大するため、その導入量は０〜４０％。好ましくは０〜３５％、より好ましくは０〜３０％、更に好ましくは０〜２５％とする。 TiO 2 is an optional component that can be introduced to improve the refractive index of the glass, but excessive introduction increases the dispersion, making it impossible to obtain the desired optical constant or increasing the coloration of the glass. Therefore, the introduction amount is 0 to 40%. Preferably it is 0 to 35%, more preferably 0 to 30%, and still more preferably 0 to 25%.
Ｂｉ2Ｏ3は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの安定性を向上する働きをする任意成分であるが、過剰導入によりガラスの安定性が低下し、液相温度が上昇する。そのため、その導入量は０〜１０％とする。 Bi 2 O 3 is an optional component that functions to increase the refractive index of the glass and improve the stability of the glass. However, excessive introduction reduces the stability of the glass and raises the liquidus temperature. Therefore, the introduction amount is set to 0 to 10%.
ＧｅＯ2は、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの安定性を向上させる働きをする任意成分であり、その導入量は０〜１０％とし、０〜８％とするのが好ましい。ただし、他の成分に比べて桁違いに高価であるため導入しないことがより好ましい。 GeO 2 is an optional component that functions to increase the refractive index of the glass and improve the stability of the glass, and its introduction amount is 0 to 10%, preferably 0 to 8%. However, it is more preferable not to introduce since it is extremely expensive compared with other components.
Ｇａ2Ｏ3も、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの安定性を向上させる働きをする任意成分であり、その導入量は０〜１０％とし、０〜８％とするのが好ましい。ただし、他の成分に比べて桁違いに高価であるため導入しないことがより好ましい。 Ga 2 O 3 is also an optional component that functions to increase the refractive index of the glass and improve the stability of the glass, and its introduction amount is 0 to 10%, preferably 0 to 8%. However, it is more preferable not to introduce since it is extremely expensive compared with other components.
Ａｌ2Ｏ3は、ガラスの高温粘性を高めるとともに液相温度を低下させ、ガラスの成形性を向上する働きをし、化学的耐久性を向上させる働きもする任意成分である。しかし過剰導入により屈折率が低下し、失透に対する安定性も低下するので、その導入量は０〜１０％とする。 Al 2 O 3 is an optional component that increases the high temperature viscosity of the glass and lowers the liquidus temperature, improves the moldability of the glass, and also improves the chemical durability. However, the refractive index decreases due to excessive introduction, and the stability against devitrification also decreases, so the introduction amount is set to 0 to 10%.
この他、Ｓｂ2Ｏ3が脱泡剤として任意に添加されるが、全ガラス成分の合計含有量に対してＳｂ2Ｏ3の添加量が１重量％を超えると、精密プレス成形時にプレス成形型の成形面が損傷を受けるおそれが生じるため、Ｓｂ2Ｏ3は全ガラス成分の合計含有量に対して０〜１重量％添加することが好ましく、０〜０．５重量％添加することがより好ましく、０〜０．１重量％添加することがさらに好ましい。 In addition, Sb 2 O 3 is optionally added as a defoaming agent. However, if the amount of Sb 2 O 3 added exceeds 1% by weight with respect to the total content of all glass components, press molding is performed during precision press molding. Since the molding surface of the mold may be damaged, Sb 2 O 3 is preferably added in an amount of 0 to 1% by weight, preferably 0 to 0.5% by weight, based on the total content of all glass components. It is more preferable to add 0 to 0.1% by weight.
一方、ガラス成分として導入しないことが好ましいものとして、ＰｂＯが挙げられる。ＰｂＯは有害であるとともに、ＰｂＯを含むガラスからなるプリフォームを非酸化性雰囲気中で精密プレス成形すると、成形体の表面に鉛が析出して光学素子としての透明性が損なわれたり、析出した金属鉛がプレス成形型に付着するといった問題が生じる。 On the other hand, PbO is mentioned as a preferable material that is not introduced as a glass component. PbO is harmful, and when a preform made of glass containing PbO is precision press-molded in a non-oxidizing atmosphere, lead is deposited on the surface of the molded body and transparency as an optical element is impaired or deposited. There arises a problem that metallic lead adheres to the press mold.
Ｌｕ2Ｏ3は、０〜３％と少量であれば導入することができる。しかし、一般に光学ガラスの成分としては、他の成分に比べて使用頻度が少なく、また、希少価値が高く光学ガラス原料としては高価であるため、コスト面から導入しないことが好ましい。 Lu 2 O 3 can be introduced as little as 0 to 3%. However, in general, the component of the optical glass is less frequently used than the other components, and is rare and expensive as an optical glass raw material.
カドミウム、テルルなどの環境上問題となる元素、トリウムなどの放射性元素、ヒ素などの有毒な元素も導入しないことが望ましい。また、ガラス熔融時の揮発などの問題からフッ素も導入しないことが望ましい。 It is desirable not to introduce environmental elements such as cadmium and tellurium, radioactive elements such as thorium, and toxic elements such as arsenic. Moreover, it is desirable not to introduce fluorine because of problems such as volatilization during glass melting.
前述の範囲で所望の光学特性を得るため、上記説明にしたがって、上記組成範囲内で各成分の導入量を定めればよい。 In order to obtain desired optical characteristics within the above range, the amount of each component introduced may be determined within the above composition range in accordance with the above description.
上記のように屈折率が高いガラスを精密プレス成形する場合、成形型の温度やガラスの温度が高くなると、ガラス中の成分、特に高屈折率付与成分と成形型の成形面、あるいは前記成分とプリフォーム表面にコーティングした膜とが化学反応をおこし、ガラス表面にクモリや傷が生じたり、ガラスが成形型に貼りつくといったトラブルが生じやすい。こうしたトラブルを回避するには、プレス成形時の成形型やガラスの温度を低く抑えること、すなわち、粘度が比較的高いガラスをプレス成形することが望まれる。したがって、上記のガラスは、屈折率が低いガラスに比べてプレス成形時の許容温度域が狭い。 In the case of precision press-molding a glass having a high refractive index as described above, when the temperature of the mold or the temperature of the glass increases, the components in the glass, particularly the high refractive index imparting component and the molding surface of the mold, or the above components The film coated on the preform surface undergoes a chemical reaction, and troubles such as spiders and scratches on the glass surface and glass sticking to the mold are likely to occur. In order to avoid such troubles, it is desired to keep the temperature of the mold or glass at the time of press molding low, that is, press-mold glass having a relatively high viscosity. Accordingly, the above glass has a narrow allowable temperature range during press molding compared to a glass having a low refractive index.
また、上記ガラスは、屈折率が低いガラスに比べて温度変化に対する粘度変化が大きく、温度が僅かに低下しただけで粘度が大幅に上昇し、硬いガラスをプレスすることになり、カン、割れがおきやすい。 In addition, the glass has a large viscosity change with respect to the temperature change compared to a glass having a low refractive index, and the viscosity is greatly increased only by a slight decrease in the temperature, and the hard glass is pressed. Easy to make.
その上、本発明は精密プレス成形におけるガラスの変形量が大きいため、尚更カン、割れがおきやすい。そこで、プリフォーム表面の傷や潜傷を無くすことにより、カン、割れを低減、防止することが望まれる。 In addition, since the amount of deformation of the glass in precision press molding is large according to the present invention, the can and crack are more likely to occur. Therefore, it is desired to reduce or prevent cans and cracks by eliminating scratches and latent scratches on the preform surface.
前述のように高屈折率付与成分を含む上記ガラスは、成形型成形面との化学反応やプリフォーム表面をコーティングする膜との化学反応を抑えるため、ガラス転移温度Ｔｇを低くすることが望まれる。ガラス転移温度の好ましい範囲は６５０℃以下、より好ましい好ましく、６３０℃以下がより好ましい。また、前述のように上記ガラスは高屈折率付与成分を含むため、精密プレス成形用の光学ガラスの中ではガラス転移温度が比較的高く、その転移温度は目安として５２０℃以上となる。屈折率がより高いガラスあるいは分散がより低いガラスでは、更にガラス転移温度が高く、５４０℃以上、ガラスによっては５５０
℃以上、更には５８０℃以上、６００℃以上となる。
As described above, the glass containing a high refractive index-imparting component is desired to have a low glass transition temperature Tg in order to suppress a chemical reaction with the molding surface of the mold and a film with the film coating the preform surface. . The preferable range of the glass transition temperature is 650 ° C. or lower, more preferably 630 ° C. or lower. Further, as described above, since the glass contains a component having a high refractive index, the glass transition temperature is relatively high in the optical glass for precision press molding, and the transition temperature is 520 ° C. or more as a guide. A glass with a higher refractive index or a glass with lower dispersion has a higher glass transition temperature, 540 ° C. or higher, and 550 depending on the glass.
More than ℃, further 580 ℃ or more, 600 ℃ or more.
上記ガラスとしては、モル％表示にて、Ｂ2Ｏ3 ２０〜４３％、Ｌａ2Ｏ3 ５〜２４％、ＺｎＯ ２２〜４２％、Ｌｉ2Ｏ ０〜１５％、Ｇｄ2Ｏ3 ０〜２０％、ＳｉＯ2 ０〜２０％、ＺｒＯ2 ０〜１０％、Ｔａ2Ｏ5 ０〜１０％、ＷＯ3 ０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5 ０〜１０％、ＴｉＯ2 ０〜１０％、Ｂｉ2Ｏ3 ０〜１０％、ＧｅＯ2 ０〜１０％、Ｇａ2Ｏ3 ０〜１０％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％、Ｙ2Ｏ3 ０〜１０％、Ｙｂ2Ｏ3 ０〜１０％、Ｓｂ2Ｏ3 ０〜１％を含むガラスを例示することができる。 As the glass, in mol%, B 2 O 3 20~43%, La 2 O 3 5~24%, ZnO 22~42%, Li 2 O 0~15%, Gd 2 O 3 0~20 %, SiO 2 0-20%, ZrO 2 0-10%, Ta 2 O 5 0-10%, WO 3 0-10%, Nb 2 O 5 0-10%, TiO 2 0-10%, Bi 2 O 3 0-10%, GeO 2 0-10%, Ga 2 O 3 0-10%, Al 2 O 3 0-10%, BaO 0-10%, Y 2 O 3 0-10%, Yb 2 O 3 0 to 10%, it can be exemplified glass containing Sb 2 O 3 0~1%.
上記範囲の組成を有し、前述のようにガラス転移温度が高い光学ガラスを用いた上記プリフォームにより、高屈折率低分散ガラス製の凹メニスカスレンズ、両凹レンズなどの光学素子を精密プレス成形で高精度に作製することができる。 With the above-mentioned preform using the optical glass having the composition in the above range and having a high glass transition temperature as described above, an optical element such as a concave meniscus lens and a biconcave lens made of high refractive index and low dispersion glass can be precision press molded. It can be manufactured with high accuracy.
上記ガラスは屈折率（ｎｄ）が１．７５以上、アッベ数（νｄ）が２５〜５５の光学特性を実現するガラスとして好適である。 The above glass is suitable as a glass that realizes optical characteristics having a refractive index (nd) of 1.75 or more and an Abbe number (νd) of 25 to 55.
本発明のプリフォームを構成するガラスの第２の具体例としては、リン酸ガラスを挙げることができる。高屈折率高分散特性を得るために、Ｐ2Ｏ5のほか、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、ＷＯ3、Ｌｉ2Ｏを含むリン酸ガラス、Ｐ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、Ｂｉ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏを含むリン酸ガラス、Ｐ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏを含むリン酸ガラス、Ｐ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＷＯ3、Ｌｉ２Ｏを含むリン酸ガラスなどを例示することができる。これらのリン酸ガラスは、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、ＷＯ3といった高屈折率高分散付与成分が含まれているので、プレス成形型と反応し、前述のようにガラスと型との融着、光学素子表面の放射状の傷などが発生しやすい。 As a second specific example of the glass constituting the preform of the present invention, phosphate glass can be mentioned. To obtain a high refractive index and high dispersion characteristics, other P 2 O 5, Nb 2 O 5, TiO 2, Bi 2 O 3, WO 3, phosphate glass containing Li 2 O, P 2 O 5 , Nb 2 Phosphate glass containing O 5 , Bi 2 O 3 , Li 2 O, P 2 O 5 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , Bi 2 O 3 , phosphate glass containing Li 2 O, P 2 O 5 , Nb Examples thereof include phosphate glass containing 2 O 5 , TiO 2 , WO 3 , and Li 2 O. Since these phosphate glasses contain high refractive index and high dispersion imparting components such as Nb 2 O 5 , TiO 2 , Bi 2 O 3 , WO 3 , they react with the press mold, and as described above Fusing with the mold and radial flaws on the optical element surface are likely to occur.
こうしたトラブル（融着や放射傷の発生）を解消するには、精密プレス成形時のガラスの温度をなるべく低くすることが望ましい。そのため、高粘度状態のガラスをプレスすることになる。前述のようにプリフォーム表面に研削痕などの微細な傷が存在すると、精密プレス成形時にガラスの破損などの不良が生じやすい。また、ガラスの研磨では、水などの液体をガラス表面に適用しながら研磨を行うが、リン酸ガラスの場合、特に表面に水和層などの変質層が形成されやすく、この変質層が精密プレス成形時に型成形面との融着を助長してしまう。本発明によれば、プリフォームの側面、好ましくは前記側面に加えて２つの端面のうち一方、より好ましくは前記側面と２つの端面、さらに好ましくは全表面を熔融状態のガラスを固化して形成される面とすることにより、前記研削痕や変質層による精密プレス成形時の不具合を低減、解消することができる。 In order to eliminate such troubles (occurrence of fusion and radiation flaws), it is desirable to lower the temperature of the glass during precision press molding as much as possible. Therefore, high viscosity glass is pressed. If fine scratches such as grinding marks are present on the preform surface as described above, defects such as glass breakage are likely to occur during precision press molding. In polishing glass, polishing is performed while applying a liquid such as water to the surface of the glass. In the case of phosphate glass, a modified layer such as a hydrated layer is likely to be formed on the surface. During molding, the fusion with the mold forming surface is promoted. According to the present invention, the side surface of the preform, preferably one of the two end surfaces in addition to the side surface, more preferably the side surface and the two end surfaces, more preferably the entire surface is formed by solidifying molten glass. By adopting the surface to be processed, it is possible to reduce and eliminate problems during precision press molding due to the grinding marks and the altered layer.
なお、リン酸ガラスは屈折率（ｎｄ）が１．７５以上、アッベ数（νｄ）が２５未満の光学特性を実現するガラスとして好適である。 Note that phosphate glass is suitable as a glass that realizes optical characteristics with a refractive index (nd) of 1.75 or more and an Abbe number (νd) of less than 25.
［精密プレス成形用プリフォームの製造方法］
本発明の精密プレス成形用プリフォームは、底部と前記底部の周囲を囲ように立設された側壁とを有する凹状のガラス成形部を備え、かつ前記底部は、前記ガラス塊に風圧を加えて浮上させるためのガスを噴出する複数のガス噴出口を有する成形型を用いて製造することができる。
[Precision press molding preform manufacturing method]
The precision press-molding preform of the present invention comprises a concave glass molding part having a bottom part and a side wall erected so as to surround the bottom part, and the bottom part applies wind pressure to the glass lump. It can manufacture using the shaping | molding die which has several gas jet nozzle which ejects the gas for making it float.
全成形型は、より具体的には、ガラス塊に風圧を加えて浮上させるためのガスを噴出するガス噴出口を有する底部と、前記底部の周囲を囲む側壁により構成される凹状のガラス成形部を備え、前記側壁の形状が円柱の側面形状または円柱の側面形状に近似する形状、もしくは、裁頭円錐の側面形状または裁頭円錐の側面形状に近似した形状であり、前記側壁に、前記ガス噴出口から噴出するガスを前記ガラス成形部の開口方向に向けて流すガス流路が設けられている成形型であることができる。 More specifically, the entire molding die is a concave glass molding part constituted by a bottom part having a gas ejection port for ejecting a gas for applying a wind pressure to the glass lump to float and a side wall surrounding the periphery of the bottom part. And the shape of the side wall is a side surface shape of a cylinder or a shape that approximates the side surface shape of a cylinder, or a shape that approximates a side surface shape of a truncated cone or a side surface shape of a truncated cone, and the side wall has the gas It can be a molding die provided with a gas flow path for flowing gas ejected from the ejection port toward the opening direction of the glass molding part.
前記成形型では、ガラス塊を浮上させるための風圧を、底部に設けたガス噴出口から噴出するガスによって得るため、底部に面するガラス表面に均等にガスを噴出することが好ましい。こうしたガス噴出を行うため、底部を多孔質体で形成ことが好ましく、多孔質体の背面にガスを供給するためのガス流路を備えることが好ましい。多孔質体の背面に高圧のガスを供給して多孔質体を透過させることにより、その表面から均等にガスを噴出させることができる。 In the said shaping | molding die, in order to obtain the wind pressure for levitation | floating of a glass lump with the gas spouted from the gas spout provided in the bottom part, it is preferable to eject gas equally to the glass surface which faces a bottom part. In order to perform such gas ejection, the bottom is preferably formed of a porous body, and preferably provided with a gas flow path for supplying gas to the back surface of the porous body. By supplying a high-pressure gas to the back surface of the porous body and allowing the porous body to permeate, the gas can be uniformly ejected from the surface.
底面と同様、側壁も多孔質体で構成し、多孔質体の背面にも高圧のガスを供給すると、側面から噴出するガスにより底面からの噴出ガスの抜け道が塞がれやすい。その結果、底面への十分な風圧が得られずガラスの浮上状態が悪化するおそれがある。そこで、底面と側壁のうち、底面のみにガス噴出口を設けることが好ましい。底面のみにガス噴出口を設けることで、ガラス塊を安定して浮上させることもできる。 Similar to the bottom surface, the side wall is also made of a porous material, and when high-pressure gas is supplied to the back surface of the porous material, the gas ejected from the side surface tends to block the passage of the ejected gas from the bottom surface. As a result, sufficient wind pressure on the bottom surface cannot be obtained, and the floating state of the glass may be deteriorated. Therefore, it is preferable to provide the gas outlet only on the bottom surface of the bottom surface and the side wall. By providing the gas ejection port only on the bottom surface, the glass lump can be stably floated.
上記の成形型では、側壁の形状をまたは円柱の側面形状に近似する形状、もしくは、裁頭円錐の側面形状または裁頭円錐の側面形状に近似した形状とする。充填率の大きいプリフォームを成形するには、側壁が垂直または垂直に近い成形型が望ましい。こうした成形型では、ガラス成形部からプリフォームを円滑に取り出せるよう、側壁を上開き、すなわち、側壁の形状を裁頭円錐の側面形状または前記形状に近似する形状とし、開口部を底部よりも大きくすることが好ましい。こうすることにより、ガラス成形部からスムースにプリフォームを取り出すことができる。 In the above mold, the shape of the side wall or the shape approximating the side shape of the cylinder, or the shape approximating the side shape of the truncated cone or the side shape of the truncated cone. In order to mold a preform having a high filling rate, a mold having a side wall that is vertical or nearly vertical is desirable. In such a mold, the side wall is opened upward so that the preform can be smoothly taken out from the glass molding part, that is, the side wall has a side face shape of the truncated cone or a shape similar to the above shape, and the opening part is larger than the bottom part. It is preferable to do. By carrying out like this, preform can be taken out smoothly from a glass forming part.
あるいは、成形型の底部と側壁を別部材で構成し、熔融ガラス塊収容時、あるいはガラスを成形している時は、底部と側壁を合体してガラス成形部を構成し、プリフォームを取り出す時に、プリフォームを載せた底部と側壁とを分離し、プリフォームを取り出すようにしてもよい。このとき、底部と側壁は鉛直方向に分離するが、プリフォームを底部上に残すために側壁の形状を裁頭円錐の側面形状または前記形状に近似する形状とし、開口部を底部よりも小さくする、すなわち、側壁を下開き形状にすることが好ましい。こうすることにより、側壁からプリフォームをスムースに抜き出すことができる。 Alternatively, when the bottom and side walls of the mold are made of separate members and when the molten glass lump is accommodated, or when glass is being molded, the bottom and side walls are combined to form the glass molding part and the preform is taken out. The preform may be separated from the bottom and the side wall, and the preform may be taken out. At this time, the bottom and the side wall are separated in the vertical direction, but in order to leave the preform on the bottom, the shape of the side wall is the side shape of the truncated cone or a shape approximating the shape, and the opening is made smaller than the bottom. That is, it is preferable to make the side wall open downward. By doing so, the preform can be smoothly extracted from the side wall.
あるいは、側壁を複数の部材で構成し、熔融ガラス塊収容時、あるいはガラスを成形している時は、前記部材同士を合体してガラス成形部を構成し、プリフォームを取り出す時に、上記部材を分離して、プリフォームを取り出すようにしてもよい。 Alternatively, the side wall is composed of a plurality of members, and when the molten glass lump is accommodated or when glass is formed, the members are combined to form a glass molded part, and when the preform is taken out, You may make it isolate | separate and take out a preform.
このような各種成形型を用いることにより、本発明のプリフォームまたはプリフォームの母材を高い生産性のもとに製造することができる。 By using such various molds, the preform of the present invention or the preform base material can be manufactured with high productivity.
成形型の側壁には、底部に設けられたガス噴出口から噴出するガスをガラス成形部の開口方向に向けて逃がすガス流路が設けられていることが好ましい。このガス流路はガラス成形部にガラス塊を導入したとき、ガラス塊と側壁の間に底面の噴出口から噴出するガスがガラス成形部の開口部から抜けるようにするためのものである。好ましいガス流路は側壁をセレーション状にすることによって得られる。なお、このような成形型の側壁にはガス噴出口やガス吸気口は形成されていない。 The side wall of the molding die is preferably provided with a gas flow path for letting gas ejected from a gas ejection port provided at the bottom part toward the opening direction of the glass molding part. This gas flow path is for allowing the gas ejected from the outlet on the bottom surface between the glass mass and the side wall to escape from the opening of the glass molding portion when the glass mass is introduced into the glass molding portion. A preferred gas flow path is obtained by making the side walls serrated. It should be noted that no gas outlet or gas inlet is formed on the side wall of such a mold.
上記以外の成形型としては、側壁を多孔質体で形成した成形型を例示することができる。この態様は２つに大別される。一つは、成形型の底部と同様、側壁を構成する多孔質体からガスを噴出する方式である。この方式によれば、ガラスと側壁の融着を防止し、底部から噴出するガスの抜け道を確保できる。そのためには、底部のガス噴出圧力を側壁のガス噴出圧力よりも大きくすることが好ましい。底部から噴出するガスがガラスを浮上させるための大きな風圧を発生させるものであるのに対し、側壁から噴出するガスは、上記効果を得るための補助的なものである。なお、第１の方式では、成形型上のガラスを軟化状態にある間に、上方からプレスしてプリフォーム上面、すなわち、被プレス面の一方の形状を所望の形状に成形することもできる。例えば、凸状成形面を有するプレス型で上記ガラスを上方からプレス成形することにより、ガラス上面を凹面に成形することができる。他方の被プレス面の形状は成形型の成形部の底面を反転した形状に成形される。成形部の底面を凹面にすることにより、他方の被プレス面を凸面に成形することができ、成形部の底面を凸面にすることにより、他方の被プレス面を凹面に成形することができる。プレス後、プレス型をガラスから離せば、ガラス（プリフォームに成形されている。）は再び浮上し、プレスによってガラス表面が急冷されて皺が生じたとしても、ガラス内部の熱によってガラス表面が再加熱され、皺を消失させ、滑らかな表面を有するプリフォームを作製することができる。この方法では、上記ガス噴出圧力が高い場合、プレス時にガスがガラス中に進入せず、ガラスが多孔質体中に進入しない程度にプレス時のガス噴出圧力を調整することが好ましい。ただし、ガラスの浮上が可能であって、プレス時にガスがガラス中に進入せず、ガラスが多孔質体中に進入しない場合、プレス時にガス噴出圧力を調整しなくてもよい。 Examples of molds other than the above include molds in which the side walls are formed of a porous body. This aspect is roughly divided into two. One is a system in which gas is ejected from the porous body constituting the side wall, similarly to the bottom of the mold. According to this method, it is possible to prevent the glass and the side wall from being fused and to ensure a passage for the gas ejected from the bottom. For this purpose, it is preferable that the gas ejection pressure at the bottom is larger than the gas ejection pressure at the side wall. The gas ejected from the bottom generates a large wind pressure for floating the glass, whereas the gas ejected from the side wall is an auxiliary material for obtaining the above effect. In the first method, while the glass on the mold is in a softened state, it can be pressed from above to form one shape of the upper surface of the preform, that is, the pressed surface into a desired shape. For example, the upper surface of the glass can be formed into a concave surface by pressing the glass from above with a press mold having a convex forming surface. The shape of the other pressed surface is formed into a shape obtained by inverting the bottom surface of the forming part of the forming die. By making the bottom surface of the forming portion concave, the other pressed surface can be formed into a convex surface, and by making the bottom surface of the forming portion convex, the other pressed surface can be formed into a concave surface. After pressing, when the press mold is separated from the glass, the glass (which has been formed into a preform) rises again, and even if the glass surface is rapidly cooled by the press to cause wrinkles, the glass surface is heated by the heat inside the glass. It can be reheated to eliminate wrinkles and produce a preform with a smooth surface. In this method, when the gas ejection pressure is high, it is preferable to adjust the gas ejection pressure at the time of pressing so that the gas does not enter the glass during pressing and the glass does not enter the porous body. However, if the glass can float and the gas does not enter the glass during pressing and the glass does not enter the porous body, the gas ejection pressure does not need to be adjusted during pressing.
第２の方式は、多孔質体の微細な孔に存在するガスが高温のガラスが供給されることによって加熱され、急激に膨張することにより、側壁表面から噴出する現象を利用するものである。この方式でも、第１の方式と同様、軟化状態のガラスを上方からプレスし、被プレス面を所望の形状に成形することもできる。
ただし、より確実な成形を行う上から、側壁にガス流路を有する成形型が最も好ましい。
The second method utilizes a phenomenon in which the gas present in the fine pores of the porous body is heated when high-temperature glass is supplied and rapidly expands, thereby ejecting from the sidewall surface. Also in this method, as in the first method, the softened glass can be pressed from above and the pressed surface can be formed into a desired shape.
However, from the viewpoint of performing more reliable molding, a molding die having a gas flow path on the side wall is most preferable.
ガス流路は、側壁に等間隔に複数の溝を設けることにより形成することが好ましい。溝を等間隔に設けることで、ガラス成形部中のガラスの周りから均等にガスを逃がすことができ、より安定したガラスの浮上が可能になり、プリフォームなど高品質のガラス成形体をより安定して生産することができる。 The gas flow path is preferably formed by providing a plurality of grooves at equal intervals on the side wall. By providing grooves at equal intervals, gas can escape evenly from around the glass in the glass forming part, enabling more stable floating of the glass and more stable high-quality glass moldings such as preforms. Can be produced.
ガラス成形部の底部および側壁は、軸対称形状であることが望ましい。軸対称形状のプリフォームやガラス成形体を成形しやすいからである。側壁の溝は上記対称軸に平行または前記軸に対して各々一定方向を向くように形成されていることが望ましい。こうすることにより更にガラスの安定した浮上が可能になる。 As for the bottom part and side wall of a glass forming part, it is desirable for it to be an axisymmetric shape. This is because it is easy to form an axisymmetric preform or glass molded body. It is preferable that the groove on the side wall is formed so as to be parallel to the axis of symmetry or directed in a certain direction with respect to the axis. This makes it possible to float the glass more stably.
こうした成形型を用いることにより、側壁の溝の奥にはガスが流れているため、ガラスは溝の奥までは進入しにくいが、溝の一部に熔融状態のガラスが入り込み、側壁の形状が大まかにガラスに転写される。したがって、プリフォームやガラス成形体の側面において、側壁の溝が転写された部分は一方の端面から他方の端面に向かう山部になり、山部同士の間の谷が前述の溝になり、プレス時のガラスの伸びを制御する役割を果たすことになる。 By using such a mold, the gas flows in the back of the groove on the side wall, so that the glass does not easily enter the back of the groove, but the glass in the molten state enters a part of the groove, and the shape of the side wall is Roughly transferred to glass. Therefore, on the side surface of the preform or glass molded body, the portion where the groove on the side wall is transferred becomes a peak from one end face to the other end face, and the valley between the peaks becomes the aforementioned groove, and the press It will play a role in controlling the elongation of the glass.
上記製造方法により精密プレス成形用プリフォームの母材を作製した場合には、前記母材の少なくとも一部を研磨して精密プレス成形用プリフォームを製造できる。研磨は、両方の端面のみ行ってもよし、一方の端面のみ行ってもよい。こうした研磨は、予めガラス成形体を生産しておき、その後に、プリフォームの質量が光学素子の仕様から決まった後、ガラスの質量をプリフォームの質量に正確に一致させる質量調整工程として利用することもできる。なお、研磨は公知の方法を適用すればよい。 When a preform for a precision press-molding preform is produced by the above production method, at least a part of the preform can be polished to produce a precision press-molding preform. Polishing may be performed only on both end surfaces or only one end surface. Such polishing is used as a mass adjustment step in which a glass molded body is produced in advance, and then the preform mass is determined from the specifications of the optical element, and then the glass mass is accurately matched to the preform mass. You can also For polishing, a known method may be applied.
精密プレス成形用プリフォームまたは精密プレス成形用プリフォームの母材の製造方法は、熔融ガラスを流出して熔融ガラス塊を分離し、前記ガラス塊を成形型に設けられたガラス成形部で浮上状態にて保持し、前記ガラス塊が冷却する過程で精密プレス成形用プリフォームまたは精密プレス成形用プリフォームの母材に成形することで行われる。 Precise press molding preform or manufacturing method of precision press molding preform, molten glass is flowed out to separate molten glass lump, and the glass lump is floated in the glass forming part provided in the mold It is carried out by molding into a preform for precision press molding or a preform for precision press molding in the course of cooling the glass lump.
ガラス成形部に保持したガラス塊の上面形状は、熔融ガラス塊の表面張力と自重などのバランスにより定まる形状が冷却、固化した形状になるが、前記上面形状を所望の形状に変えたい場合は、ガラス成形部に保持したガラス塊の上面をプレスして所望の形状に成形することもできる。特に熔融ガラス塊の表面張力と自重などのバランスにより定まる形状は緩やかな凸面になるため、上面を凹面にしたり、ガラス塊の回転対称軸と上面の交点付近に凹部を形成したいときに上記方法は有効である。上面はプリフォームあるいはガラス成形体の端面（被プレス面）の一方になる面であり、その形状については前述のとおりである。 The shape of the upper surface of the glass lump held in the glass forming part is a shape determined by the balance of the surface tension of the molten glass lump and its own weight, which is cooled and solidified, but if you want to change the upper surface shape to the desired shape, It is also possible to press the upper surface of the glass lump held in the glass forming part to form a desired shape. In particular, the shape determined by the balance between the surface tension of the molten glass lump and its own weight becomes a gentle convex surface.Therefore, the above method is used when making the upper surface concave, or when forming a recess near the intersection of the rotational symmetry axis of the glass lump and the upper surface. It is valid. The upper surface is a surface that becomes one of the end surfaces (pressed surfaces) of the preform or the glass molded body, and the shape thereof is as described above.
なお、ガラス成形部の容積に対するガラス塊の体積の比率（ガラス塊の体積／ガラス成形部の容積）を４０〜６５％の範囲にすることが望ましい。前記比率が４０％未満だと、成形型が不必要に大きくなり、型の上下動機構や移送機構に過剰な負担がかかるなどの問題が生じる。また、ガラス成形部の容積を大きくするとガラス成形部が深くなる。その結果、流出パイプから流出する熔融ガラスをガラス成形部に供給する際、流出パイプ先端をガラス成形部の奥まで入れなければならなくなる。しかし、パイプには、ガラスの粘度を適正範囲に保つため、加熱装置が取り付けられていたり、保温材で保温されているので、パイプ先端をガラス成形部の奥まで入れるのは困難である。したがって、前記比率を４０％以上にしてこうした不都合を解消することが望ましい。一方、前記比率が６５％を超えると、ガラス成形部内でガラス塊を安定して浮上させにくくなるため、上記比率を６５％以下にすることが望ましい。 In addition, it is desirable that the ratio of the volume of the glass lump to the volume of the glass forming portion (volume of the glass lump / volume of the glass forming portion) is in the range of 40 to 65%. If the ratio is less than 40%, the molding die becomes unnecessarily large, and problems such as excessive load on the vertical movement mechanism and transfer mechanism of the die arise. Further, when the volume of the glass forming part is increased, the glass forming part is deepened. As a result, when the molten glass flowing out from the outflow pipe is supplied to the glass forming part, the tip of the outflow pipe has to be inserted deep into the glass forming part. However, in order to keep the viscosity of the glass within an appropriate range, the pipe is attached with a heating device or is kept warm by a heat insulating material, so that it is difficult to put the pipe tip to the back of the glass forming portion. Therefore, it is desirable to eliminate these disadvantages by setting the ratio to 40% or more. On the other hand, if the ratio exceeds 65%, it is difficult to stably float the glass lump in the glass forming part. Therefore, the ratio is preferably set to 65% or less.
［光学素子の製造方法］
本発明の光学素子の製造方法は、上記本発明の精密プレス成形用プリフォームを、プレス成形型を用いて精密プレス成形する光学素子の製造方法である。
プレス成形型は、例えば、プリフォームをプレスする互いに対向する押し型と押し型の成形面を収容し、プレス時に押し型を案内するスリーブ型により構成する。一対の押し型のうち、一方を上型、他方を下型とすると、プリフォームの被プレス面の一方が上型成形面を向き、被プレス面の他方が下型成形面を向くように、かつ、プリフォームの回転対称軸が加圧方向に平行かつ、上下型の成形面の中心に一致するようにプレス成形型内にプリフォームを配置してプレス成形を行う。
[Method for Manufacturing Optical Element]
The optical element manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing an optical element in which the precision press-molding preform of the present invention is precision press-molded using a press mold.
The press mold is constituted by, for example, a pressing mold that presses the preform and a molding surface of the pressing mold that are opposed to each other, and a sleeve mold that guides the pressing mold during pressing. Of the pair of pressing dies, when one is an upper mold and the other is a lower mold, one of the pressed surfaces of the preform faces the upper mold forming surface, and the other of the pressed surfaces faces the lower mold forming surface, In addition, the preform is placed in the press mold so that the axis of rotational symmetry of the preform is parallel to the pressing direction and coincides with the center of the molding surface of the upper and lower molds, and press molding is performed.
前述のように、余肉が少ないほうが余肉部分のヒケによる悪影響を低減することができるが、上下型成形面からのガラスのはみ出しが全く無くても、成形面全域を精密にガラスに転写することが難しくなる。そこで、スリーブ型内部の上下型成形面の外側に、前記成形面からはみ出したガラス、すなわち、余肉部分を収容する空間を設けることが望ましい。ただし、この空間を必要以上に大きくするとプレス成形型全体が大きくなり、型を均熱する上から好ましくないので、余肉部分を収容する空間を小さくすることが望ましい。 As mentioned above, the smaller the surplus, the less adverse effects caused by the sinking of the surplus part can be reduced, but the entire molding surface is precisely transferred to the glass even if the glass does not protrude from the upper and lower mold surfaces. It becomes difficult. Therefore, it is desirable to provide a space for accommodating the glass protruding from the molding surface, that is, the surplus portion, outside the upper and lower mold molding surfaces inside the sleeve mold. However, if this space is made larger than necessary, the entire press mold becomes large, which is undesirable from the standpoint of soaking the die, so it is desirable to reduce the space for accommodating the surplus portion.
本発明は、レンズ、中でも凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズの製造に好適であり、特に凹メニスカスレンズ、両凹レンズの製造に好適である。少なくとも一方の光学機能面が凹面となるレンズ、特に凹メニスカスレンズや両凹レンズのようにレンズ中心の肉厚に比べてコバ厚と呼ばれる周辺部分の肉厚が厚いレンズでは、中心から周辺に行くにつれて成形面を精密に転写することが難しくなるが、本発明によれば、成形面全域をガラスに精密に転写することができ、その後の冷却過程におけるヒケによる面精度の低下も低減、防止することができる。したがって、本発明の好ましい態様は、こうした光学素子を製造するための方法であり、プレス成形型を構成し、プリフォームを加圧するための対向する型部材の少なくとも一方の成形面が凸面である方法である。 The present invention is suitable for manufacturing a lens, particularly a concave meniscus lens, a convex meniscus lens, and a biconcave lens, and particularly suitable for manufacturing a concave meniscus lens and a biconcave lens. Lenses with at least one optical functional surface being concave, especially lenses with a thickened peripheral part called the edge thickness compared to the thickness at the center of the lens, such as concave meniscus lenses and biconcave lenses, go from the center to the periphery. Although it becomes difficult to accurately transfer the molding surface, according to the present invention, the entire molding surface can be precisely transferred to the glass, and the deterioration of surface accuracy due to sink marks in the subsequent cooling process can be reduced and prevented. Can do. Accordingly, a preferred embodiment of the present invention is a method for manufacturing such an optical element, and is a method in which at least one molding surface of a facing mold member for forming a press mold and pressurizing a preform is a convex surface. It is.
この方法では、プリフォームの被プレス面中央に凹部を設け、前記被プレス面を凸面の成形面でプレスすることが好ましい。被プレス面の凸面を凸面の成形面でプレスすると、プレス成形型内の適正な位置、方向からプリフォームが逃げて、加圧方向とプリフォームの回転対称軸がずれたり、成形面の中心とプリフォームの回転対称軸とがずれるなどして偏肉・偏芯の原因となるおそれがある。上記好ましい態様によれば、こうした不具合を防止することができる。ただし、ガストラップを防止する上から凸状の成形面の曲率半径の絶対値をプリフォーム被プレス面の凹部の曲率半径の絶対値よりも小さくしておくことが好ましい。 In this method, it is preferable that a recess is provided in the center of the preform surface to be pressed and the surface to be pressed is pressed with a convex molding surface. When the convex surface of the pressed surface is pressed with the convex molding surface, the preform escapes from the proper position and direction in the press mold, and the pressing direction and the rotational symmetry axis of the preform are shifted, or the center of the molding surface There is a possibility of causing uneven thickness and eccentricity due to deviation of the rotational symmetry axis of the preform. According to the preferable aspect, such a problem can be prevented. However, from the standpoint of preventing gas trapping, it is preferable that the absolute value of the radius of curvature of the convex molding surface be smaller than the absolute value of the radius of curvature of the concave portion of the preform pressed surface.
なお、プリフォームをプレス成形型内にセットして搬送したときに、プリフォームが適正な位置、方向からずれないようにするため、上型の自重あるいは上型とプリフォームの自重によりプリフォーム被プレス面の凹部を凸状の成形面で押さえるようにしてもよい。 In order to prevent the preform from being displaced from the proper position and direction when the preform is set in the press mold and transported, the weight of the upper mold or the weight of the upper mold and the preform is reduced. You may make it hold | suppress the recessed part of a press surface with a convex shaped surface.
プレス成形型としては、ＳｉＣ製型、タングステンカーバイドなどの超硬型材を用いた型、サーメット製型などを用い、成形面に炭素含有膜、白金合金などの貴金属合金膜などを離型膜として適宜、成膜したものを使用すればよいが、高い耐熱性を有するＳｉＣ製型を使用することが好ましく、その成形面に炭素含有膜を設けたものが好ましい。精密プレス成形の一連の工程でプレス成形型が高温に晒される工程ではプレス成形型の酸化による劣化を防止するため、フォーミングガスなどの非酸化性雰囲気中で上記工程を行うことが好ましい。 As press molds, SiC molds, molds using carbide molds such as tungsten carbide, cermet molds, etc. are used as mold release films with carbon-containing films and noble metal alloy films such as platinum alloys on the molding surface. What is necessary is just to use what was formed into a film, but it is preferable to use the SiC mold | die which has high heat resistance, and what provided the carbon containing film | membrane in the molding surface is preferable. In the process of exposing the press mold to a high temperature in a series of steps of precision press molding, it is preferable to perform the above process in a non-oxidizing atmosphere such as forming gas in order to prevent deterioration of the press mold due to oxidation.
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、プレス成形型にプリフォームを導入し、プレス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（精密プレス成形法1とういう）。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106〜1012ｄPa・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1012ｄPa・ｓ以上、より好ましくは1014ｄPa・ｓ以上、さらに好まくは1016ｄPa・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。
Next, a precision press molding method particularly suitable for the method for producing an optical element of the present invention will be described.
(Precision press molding method 1)
In this method, a preform is introduced into a press mold, the press mold and the preform are heated together, and precision press molding is performed (referred to as precision press molding method 1). In precision press molding method 1, both the temperature of the press mold and the preform are heated to a temperature at which the glass constituting the preform exhibits a viscosity of 10 6 to 10 12 dPa · s to perform precision press molding. preferable. The glass is cooled to a temperature showing a viscosity of 10 12 dPa · s or more, more preferably 10 14 dPa · s or more, more preferably 10 16 dPa · s or more, and then a precision press-molded product is formed into a press mold. It is desirable to remove from. Under the above conditions, the shape of the molding surface of the press mold can be accurately transferred with glass, and the precision press molded product can be taken out without being deformed.
（精密プレス成形法2）
この方法は、プレス成形型に予熱したプリフォームを導入し、精密プレス成形することを特徴とするものである（精密プレス成形法2という）。この方法では、プレス成形型とプレス成形用プリフォームを別々に予熱し、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ことが好ましい。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。
(Precision press molding method 2)
This method is characterized by introducing a preheated preform into a press mold and performing precision press molding (referred to as precision press molding method 2). In this method, it is preferable that the press mold and the press molding preform are separately preheated, and the preheated preform is introduced into the press mold and precision press molding is performed. According to this method, since the preform is preliminarily heated before being introduced into the press mold, it is possible to manufacture an optical element with good surface accuracy free from surface defects while shortening the cycle time.
プレス成形型の予熱温度は前記プリフォームの予熱温度よりも低くすることが好ましい。このような予熱によりプレス成形型の加熱温度を低く抑えることができるので、プレス成形型の消耗を低減することができる。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109ｄPa・ｓ以下、より好ましくは109ｄPa・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105.5〜109ｄPa・ｓ、より好ましくは105.5ｄPa・ｓ以上109ｄPa・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。 The preheating temperature of the press mold is preferably lower than the preheating temperature of the preform. Since the heating temperature of the press mold can be kept low by such preheating, the consumption of the press mold can be reduced. In the precision press molding method 2, it is preferable to preheat the glass constituting the preform to a temperature exhibiting a viscosity of 10 9 dPa · s or less, more preferably 10 9 dPa · s. The preform is preferably preheated while floating, and the glass constituting the preform has a viscosity of 10 5.5 to 10 9 dPa · s, more preferably 10 5.5 dPa · s to 10 9 dPa · s. It is more preferable to preheat to a temperature indicating
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せるが、前記ガラスが109〜1012ｄPa・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1012ｄPa・ｓ以上にまで冷却してから離型することが好ましい。
Moreover, it is preferable to start cooling the glass simultaneously with the start of pressing or in the middle of pressing.
The temperature of the press mold is adjusted to a temperature lower than the preheating temperature of the preform, and the temperature at which the glass exhibits a viscosity of 10 9 to 10 12 dPa · s may be used as a guide.
In this method, it is preferable that after the press molding, the glass is cooled to a viscosity of 10 12 dPa · s or more and then released.
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。成形品がレンズなどの光学素子の場合には、必要に応じて表面に光学薄膜をコートしてもよい。 The precision press-molded optical element is taken out from the press mold and gradually cooled as necessary. When the molded product is an optical element such as a lens, an optical thin film may be coated on the surface as necessary.
次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
（実施例１）
図１に、本発明のプリフォームを回転対称軸を含む平面で切ったときの断面形状（左）と、従来の熔融ガラス塊を浮上状態で成形したプリフォームの断面形状（右）と、これらプリフォームを精密プレス成形して得られるプレス成形品（非球面凹メニスカスレンズ）の断面形状（中）を示す。プレス成形品の破線で示した輪郭が余肉部分に相当する。
Example 1
FIG. 1 shows a cross-sectional shape (left) when the preform of the present invention is cut along a plane including a rotationally symmetric axis, a cross-sectional shape (right) of a preform formed by floating a conventional molten glass lump, and these The cross-sectional shape (middle) of a press-molded product (aspherical concave meniscus lens) obtained by precision press-molding a preform is shown. The outline indicated by the broken line of the press-formed product corresponds to the surplus portion.
これらプリフォームは、図２に示す側壁に等間隔に溝を形成した成形型を用いて、ガラス成形部に所望量の熔融ガラス塊を供給し、多孔質体で形成したガラス成形部の底部からガスを噴出してガラス塊を安定的に浮上しながら成形したものである。 These preforms use a mold having grooves formed on the side wall shown in FIG. 2 at equal intervals, and supply a desired amount of molten glass lump to the glass molded part, from the bottom of the glass molded part formed of a porous body. It is formed while gas is blown out and the glass lump is stably floated.
図2の(A)に示すのは、本発明の成形型の一実施態様である成形型20である。成形型20は、底部基部材21、底部基部材21の中央の開口部に設けた多孔質材料により構成される底部形成部22及び、側壁構成部材23から構成される。側壁構成部材23は、内壁が、成形部の側壁を構成する。側壁構成部材23の下部は、底部基部材21の上部に設けられた凹部と対応する形状を有し、前記凹部に脱着可能に組み込んで組み立てることができる。さらに、底部基部材21の上部に設けられた凹部の内部には、磁石24を設け、側壁構成部材23を固定することもできる。さらに、側壁構成部材23の開口内部の側壁を構成する面23aには、縦方向に切られた溝からなるガス流路が成形されている。さらに、図2の(C)に示すように、側壁構成部材23の開口内部は、下側の開口が上側の開口より大きくなった、裁頭円錐形状（仮想の頂点が側壁構成部材23の上方にある）を有し、円錐の頂角の1/2に相当する角度αは、成形後、底部基部材21から側壁構成部材23を分離する際に、ガラス成形体が共に分離することがないように成形体の大きさを考慮して適宜決定でき、例えば、2〜3°の範囲にすることができる。なお、上記仮想の頂点とは、前記裁頭円錐の側面を側面の一部とする仮想的な円錐の頂点を意味し、円錐の頂角とは前記仮想的な円錐の頂角を意味する。成形後のガラス成形体の取り出しの際には、(B)に示すように、側壁構成部材23は取り外し、その後に、ガラス成形体搬入を容易にすることができる。 FIG. 2A shows a mold 20 that is an embodiment of the mold of the present invention. The mold 20 includes a bottom base member 21, a bottom forming portion 22 made of a porous material provided in an opening at the center of the bottom base member 21, and a side wall constituent member 23. In the side wall constituting member 23, the inner wall constitutes the side wall of the molded part. The lower part of the side wall constituting member 23 has a shape corresponding to a recess provided in the upper part of the bottom base member 21, and can be assembled by being detachably incorporated into the recess. Further, a magnet 24 may be provided inside the recess provided in the upper part of the bottom base member 21 to fix the side wall constituting member 23. Further, a gas flow path including a groove cut in the vertical direction is formed on the surface 23a constituting the side wall inside the opening of the side wall constituting member 23. Furthermore, as shown in FIG. 2 (C), the inside of the opening of the side wall constituting member 23 has a truncated conical shape (the virtual apex is above the side wall constituting member 23, the lower opening being larger than the upper opening). The angle α corresponding to ½ of the apex angle of the cone is not separated when the side wall constituting member 23 is separated from the bottom base member 21 after molding. Thus, it can be appropriately determined in consideration of the size of the molded body, and can be set in the range of 2 to 3 °, for example. In addition, the said virtual vertex means the vertex of the virtual cone which makes the side surface of the said truncated cone a part of side surface, and the vertex angle of a cone means the vertex angle of the said virtual cone. When taking out the glass molded body after molding, as shown in (B), the side wall constituting member 23 can be removed, and then the glass molded body can be easily carried in.
ガラス成形部への熔融ガラス塊の供給は、清澄、均質化した熔融ガラスを温度調整した流出パイプから一定流量で流出し、成形型のガラス成形部をパイプのガラス流出口に近づけて流出する熔融ガラス流の下端を受けて支持し、熔融ガラス流の途中に表面張力によってくびれを形成し、所定のタイミングで成形型を急降下することにより、ガラスの表面張力によりくびれ部分で熔融ガラスを分離し、分離部分より下の熔融ガラス塊をガラス成形部に得るという方法で行った。 The molten glass lump is supplied to the glass forming part by flowing the clarified and homogenized molten glass from the outflow pipe adjusted in temperature at a constant flow rate, and the glass forming part of the mold close to the glass outlet of the pipe. Receiving and supporting the lower end of the glass flow, forming a constriction due to surface tension in the middle of the molten glass flow, and by rapidly dropping the mold at a predetermined timing, the molten glass is separated at the constricted portion by the surface tension of the glass, It was carried out by a method of obtaining a molten glass lump below the separation part in the glass forming part.
成形したプリフォームを成形型から取り出す際は、ガラス成形部が上に向かって広がっている場合は、プリフォームの上面を吸引保持し、真上に持ち上げて取り出す。 When the molded preform is taken out of the mold, if the glass forming part is spread upward, the upper surface of the preform is sucked and held and taken up and taken out.
ガラス成形部が下に向かって広がっている場合は、成形型を側壁部と底部とに分けられるような構造とし、その上で、側壁部を上方に移動するか、底部を下方に移動するかして側壁からプリフォームを抜き出し、底部上に残されたプリフォームを吸引保持して取り出す。取り出したプリフォームはアニールした後、洗浄し、必要に応じて表面に炭素含有膜、例えば水素化炭素膜などを成膜して精密プレス成形工程へと送る。 If the glass forming part spreads downward, the mold should be divided into a side wall part and a bottom part, and then the side wall part should be moved upward or the bottom part should be moved downward. Then, the preform is extracted from the side wall, and the preform remaining on the bottom is sucked and held. The preform taken out is annealed and then washed, and if necessary, a carbon-containing film such as a hydrogenated carbon film is formed on the surface and sent to the precision press molding process.
なお、プリフォーム側面には図には省略した溝が等間隔に複数、回転対称軸に平行に形成されている。この溝は精密プレス成形時にガラスの広がりを制御する役割を果たすものである。 Note that a plurality of grooves, not shown in the figure, are formed on the preform side surface at equal intervals and parallel to the rotational symmetry axis. This groove plays a role of controlling the spread of the glass during precision press molding.
表１に、各プリフォームの質量、体積、プリフォームを構成するガラスの比重、プリフォームに外接する仮想的円柱の直径、高さ、容積および充填率を示す。 Table 1 shows the mass and volume of each preform, the specific gravity of the glass constituting the preform, the diameter, height, volume, and filling rate of a virtual cylinder circumscribing the preform.
上記の方法で以下の表２に示すガラスＮｏ．１〜１１、ならびに比重が４．４２１のリン酸ガラス１、比重が５．１１のリン酸ガラス２の各ガラスについてガラス成形体（プリフォーム）を調製した。また、図３に表２に示すガラスの内、Ｎｏ．５、９及び１２のガラスの粘性曲線を示す。 Glass No. shown in Table 2 below by the above method. A glass molded body (preform) was prepared for each glass of 1 to 11 and phosphate glass 1 having a specific gravity of 4.421 and phosphate glass 2 having a specific gravity of 5.11. Of the glasses shown in Table 2 in FIG. The viscosity curves of 5, 9 and 12 glasses are shown.
精密プレス成形時のガラスの粘度が、例えば107ｄＰａ・ｓとなるようにプレス成形型やプリフォームの加熱温度を設定すると、図３より明らかなように、温度変化に対する粘度変化の割合の絶対値（グラフの傾きの絶対値）はＮｏ．１２のガラスに比べると、Ｎｏ．５、９のガラスのほうが大きくなっている。つまり、Ｎｏ．５、９のガラスは温度が僅かに変化しただけで粘度が大幅に変化するという性質を有している。したがって、Ｎｏ．５、９のガラスはＮｏ．１２のガラスに比べて、精密プレス成形時の適正な温度域が狭く、成形時のカン、割れを低減、防止する上から本発明の適用がより一層好ましいガラスと言うことができる。 When the heating temperature of the press mold and preform is set so that the viscosity of the glass during precision press molding is, for example, 10 7 dPa · s, the absolute ratio of the viscosity change to the temperature change is clear from FIG. The value (absolute value of the slope of the graph) is No. Compared to No. 12 glass, Glasses 5 and 9 are larger. That is, no. The glasses Nos. 5 and 9 have the property that the viscosity changes drastically with only a slight change in temperature. Therefore, no. Nos. 5 and 9 are No. Compared to glass No. 12, the appropriate temperature range at the time of precision press molding is narrow, and it can be said that the application of the present invention is more preferable in terms of reducing and preventing cans and cracks at the time of molding.
これらのプリフォームを下型成形面が凹面、上型成形面が凸面の成形型内に配置し、精密プレス成形した後、アニールして余肉部分を芯取り加工により除去して非球面凹メニスカスレンズ、非球面凸メニスカスレンズ、非球面両凹レンズの各種非球面レンズを得た。 These preforms are placed in a mold having a concave lower mold surface and a convex upper mold surface, precision press-molded, and annealed to remove surplus portions by centering and aspheric concave meniscus. Various aspherical lenses were obtained: lenses, aspherical convex meniscus lenses, and aspherical biconcave lenses.
上記方法で得られたプリフォームを、プレス成形型を構成する下型および上型の間に設置した後、石英管内を窒素雰囲気としてヒーターに通電して石英管内を加熱した。プレス成形型内部の温度を成形されるガラスが１０6〜１０10ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒を降下させて上型を押して成形型内にセットされたプリフォームをプレスした。プレスの圧力は８ＭＰａ、プレス時間は３０秒とした。プレスの後、プレスの圧力を解除し、プレス成形されたガラス成形品を下型および上型と接触させたままの状態で前記ガラスの粘度が１０12ｄＰａ・ｓ以上になる温度まで徐冷し、次いで室温まで急冷してガラス成形品を成形型から取り出し非球面レンズを得た。下型と上型とは、スリーブ型により位置合せされており、スリーブ型によって上型、下型の移動が案内されるようになっている。 The preform obtained by the above method was placed between the lower mold and the upper mold constituting the press mold, and then the quartz tube was heated by energizing the heater with a nitrogen atmosphere in the quartz tube. The temperature inside the press mold is set to a temperature at which the glass to be molded exhibits a viscosity of 10 6 to 10 10 dPa · s, and while maintaining the same temperature, the push bar is lowered and the upper mold is pushed into the mold. The set preform was pressed. The press pressure was 8 MPa, and the press time was 30 seconds. After pressing, the pressure of the press is released, and the glass molded product that has been press-molded is gradually cooled to a temperature at which the viscosity of the glass reaches 10 12 dPa · s or more while still in contact with the lower mold and the upper mold. Then, it was rapidly cooled to room temperature, and the glass molded product was removed from the mold to obtain an aspheric lens. The lower mold and the upper mold are aligned by the sleeve mold, and the movement of the upper mold and the lower mold is guided by the sleeve mold.
このようにして非球面凹メニスカスレンズ、非球面両凹レンズを作製した。上記レンズは撮像光学系を構成するレンズとして好適なものであった。これらの各レンズの面精度はP-V値で中心部0.25μｍ以下、周辺部0.35μｍ以下の規格内の結果であった。表１に各プリフォームを用いて得られた非球面凹メニスカスレンズの面精度を中央部におけるP-V値、周辺部におけるP-V値として示す。P-V値は、非球面レンズの非球面に関して、非球面式（設計式）で表される理論（ｘ，ｙ）座標と成形したレンズの前記非球面を実測して得られた（ｘ，ｙ）座標の差で、非球面式に対して最も出っ張った点と、最も凹んだ点の差に相当する。なお、これらレンズを成形する際に、ガラスの破損はおきなかった。また、非球面両凹レンズについても非球面凹メニスカスレンズと同様の結果を得た。ここで、非球面凹メニスカスレンズを成形する場合、下型成形面は凹面、上型成形面は凸面とし、非球面両凹レンズを成形する場合、下型成形面および上型成形面は凸面とした。 Thus, an aspherical concave meniscus lens and an aspherical biconcave lens were produced. The above lens was suitable as a lens constituting the imaging optical system. The surface accuracy of each of these lenses was within the standard of P-V value of 0.25 μm or less at the center and 0.35 μm or less at the periphery. Table 1 shows the surface accuracy of the aspherical concave meniscus lens obtained by using each preform as a PV value in the central portion and a PV value in the peripheral portion. The PV value is obtained by actually measuring the theoretical (x, y) coordinates represented by the aspherical expression (design formula) and the aspherical surface of the molded lens with respect to the aspherical surface of the aspherical lens (x, y). The difference in coordinates corresponds to the difference between the most protruding point and the most concave point with respect to the aspherical expression. When these lenses were molded, the glass was not damaged. The same result as that of the aspherical concave meniscus lens was obtained for the aspherical biconcave lens. Here, when molding an aspheric concave meniscus lens, the lower mold molding surface is concave and the upper mold molding surface is convex. When molding an aspheric biconcave lens, the lower mold molding surface and the upper mold molding surface are convex. .
（比較例）
一方、充填率が６６．７％のプリフォームを使用して同様のレンズを作製したところ、面精度はP-V値で中心部0.25μｍ以下だったが、周辺部では0.4μｍと面精度の低下が見られた。表２に示すガラスＮｏ．１〜１１、ならびにリン酸ガラス１、リン酸ガラス２の各ガラスからなり、充填率が６８％未満であるか、比（φ／ｈ）が３を超えるプリフォームを精密プレス成形して得た非球面凹メニスカスレンズの面精度を中央部におけるP-V値、周辺部におけるP-V値として示す。結果を表３に示す。これらレンズは、中央部においてP-V値が中心部0.25μｍ以下であったが、周辺部では0.4μｍ以上と面精度の低下が見られた。なお、非球面両凹レンズについても上記非球面凹メニスカスレンズと同様の結果であった。
(Comparative example)
On the other hand, when a similar lens was manufactured using a preform with a filling rate of 66.7%, the surface accuracy was 0.25 μm or less in the center in terms of PV value, but the surface accuracy decreased to 0.4 μm in the periphery. It was seen. Glass No. shown in Table 2 1 to 11 and each glass of phosphate glass 1 and phosphate glass 2 and obtained by precision press molding a preform having a filling rate of less than 68% or a ratio (φ / h) exceeding 3. The surface accuracy of the aspherical concave meniscus lens is shown as the PV value at the center and the PV value at the periphery. The results are shown in Table 3. These lenses had a PV value of 0.25 μm or less in the central part, but a decrease in surface accuracy of 0.4 μm or more in the peripheral part. The result for the aspherical biconcave lens was the same as that of the aspherical concave meniscus lens.
（実施例２）
実施例１と同様、表２に示すガラスＮｏ．１〜１１、リン酸ガラス１、リン酸ガラス２の各ガラスを用いて、表４に示すプリフォームを作製した。ただし、本実施例では成形型の成形部上にあるガラスを、ガラスが軟化状態にある間に上方から凸状の成形面を有する上型でプレスし、プリフォーム上面を凹面に成形した。プレス成形後、ガラスを再び浮上しながら冷却した。プリフォームの側面、下面は実施例１と同様の形状である。こうして得た各プリフォームに関するデータを表４に示す。表４に示すように、一方の被プレス面が凸面で、他方の被プレス面が凹面のプリフォームを加熱し、凸状成形面を有する上型と凹状成形面とスリーブ型を有する下型を備えたプレス成形型で精密プレス成形し、非球面凹メニスカスレンズを得た。各レンズの面精度を実施例１と同様の記法により表４に示す。精密プレス成形では、プリフォーム上面、すなわち、凹面が上型側、プリフォーム下面、すなわち、凸面が下型側を向くようにプリフォームをプレス成形型内に導入し、上型成形面の頂部でプリフォーム上面、すなわち、凹面の中心を押さえ、プリフォームがプレス成形型の中心位置からずれないようにした。なお、上型成形面の頂部でプリフォーム上面、すなわち、凹面の中心を押さえる際、プリフォームに加わる力は上型の自重のみとした。この状態でプリフォームとプレス成形型を一緒に加熱し、精密プレス成形を行った。さらに、プレス成形型を非球面両凹レンズのプレス成形用のものに換えて、非球面両凹レンズを作製した。非球面両凹レンズにおいても非球面凹メニスカスレンズと同様、良好な面精度のレンズを得ることができた。
(Example 2)
As in Example 1, the glass No. shown in Table 2 was used. Preforms shown in Table 4 were prepared using 1 to 11, phosphate glass 1 and phosphate glass 2. However, in this example, the glass on the molding part of the mold was pressed with an upper mold having a convex molding surface from above while the glass was softened, and the upper surface of the preform was molded into a concave surface. After press molding, the glass was cooled while being floated again. The side and bottom surfaces of the preform have the same shape as in the first embodiment. Table 4 shows data relating to the preforms thus obtained. As shown in Table 4, one preformed surface is a convex surface and the other pressed surface is a concave preform, and an upper mold having a convex molding surface and a lower mold having a concave molding surface and a sleeve mold are obtained. Precision press molding was performed with the press mold provided, and an aspheric concave meniscus lens was obtained. The surface accuracy of each lens is shown in Table 4 using the same notation as in Example 1. In precision press molding, the preform is introduced into the press mold so that the upper surface of the preform, that is, the concave surface faces the upper mold side, and the lower surface of the preform, that is, the convex surface faces the lower mold side, and at the top of the upper mold surface. The upper surface of the preform, that is, the center of the concave surface is pressed so that the preform does not deviate from the center position of the press mold. Note that when pressing the upper surface of the preform, that is, the center of the concave surface at the top of the upper mold forming surface, the force applied to the preform was only the weight of the upper mold. In this state, the preform and the press mold were heated together to perform precision press molding. Furthermore, an aspherical biconcave lens was produced by replacing the press mold with that for aspherical biconcave lens press molding. As with the aspherical concave meniscus lens, the aspherical biconcave lens was able to obtain a lens with good surface accuracy.
（実施例３）
実施例２と同様にして、２つの被プレス面がともに凹面のプリフォームをプレス成形により得た。本実施例では、プリフォーム成形型の成形部を凸面とした。このように、表２に示すガラスＮｏ．１〜１１、リン酸ガラス１、リン酸ガラス２の各ガラスを用いてプリフォームを作製した。こうして得た各プリフォームに関するデータは表４に示すデータと概ね等しい。次に、２つの被プレス面がともに凹面のプリフォームを加熱し、凸状成形面を有する上型および下型を備えたプレス成形型で精密プレス成形し、非球面両凹レンズを得た。各レンズの面精度は実施例２と同様であった。精密プレス成形では、上下型成形面の頂部でプリフォーム上下面の中心を押さえ、プリフォームがプレス成形型の中心位置からずれないようにした。なお、上下型成形面の頂部でプリフォームの被プレス面の中心を押さえる際、プリフォームに加わる力は上型の自重のみとした。この状態でプリフォームとプレス成形型を一緒に加熱し、精密プレス成形を行った。このようにして、良好な面精度を有する非球面両凹レンズを得ることができた。
(Example 3)
In the same manner as in Example 2, a preform having both concave surfaces to be pressed was obtained by press molding. In this example, the molding part of the preform mold was a convex surface. Thus, the glass No. 2 shown in Table 2 was used. The preform was produced using each glass of 1-11, phosphate glass 1, and phosphate glass 2. The data regarding each preform obtained in this way is almost equal to the data shown in Table 4. Next, a preform having two concave surfaces to be pressed was heated and precision press-molded with a press mold having an upper mold and a lower mold having convex molding surfaces to obtain an aspherical biconcave lens. The surface accuracy of each lens was the same as in Example 2. In precision press molding, the center of the upper and lower surfaces of the preform was pressed at the top of the upper and lower mold surfaces to prevent the preform from shifting from the center position of the press mold. When pressing the center of the pressed surface of the preform at the top of the upper and lower mold forming surfaces, the force applied to the preform was only the weight of the upper mold. In this state, the preform and the press mold were heated together to perform precision press molding. In this way, an aspherical biconcave lens having good surface accuracy could be obtained.
なお、実施例１〜３において、プリフォームの全表面が熔融状態のガラスを固化して得られた面としたので、プリフォームを成形してから精密プレス成形するまで、プリフォームが破損することはなかった。また、実施例２、３においてプリフォームを上型で押さえても、プリフォームが破損することもなかった。 In Examples 1 to 3, since the entire surface of the preform was a surface obtained by solidifying molten glass, the preform was damaged from the time the preform was molded until the precision press molding. There was no. In Examples 2 and 3, even if the preform was pressed with the upper mold, the preform was not damaged.
本発明は、精密プレス成形用プリフォームを製造するに適した成形型及びこの成形型を用いる精密プレス成形用プリフォーム等の成形体の製造分野に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful in the field of manufacturing a molding die suitable for manufacturing a precision press molding preform and a molded body such as a precision press molding preform using the molding die.
Claims (10)
前記２つの端面は、被プレス面であり、かつ独立に凸面または凹面であり、
前記回転対称軸に一致する軸を有し、かつ前記プリフォームに外接する仮想的な円柱を想定したときに、当該円柱の高さｈに対する直径φの比（φ／ｈ）が１以上かつ３以下であり、
前記円柱の容積V0に対する前記プリフォームの体積Vの比（Ｖ／V0）が６８％以上であり、
前記側面に、前記２つの端面の一方側から他方側に向けて形成された複数の溝が形成されており、かつ、
前記側面は、裁頭円錐の側面形状に近似する形状を有する、精密プレス成形用プリフォーム。 A precision press-molding preform made of glass, comprising two end faces each having a rotationally symmetric axis and one side face connected to the outer periphery of each of the two end faces,
The two end surfaces are pressed surfaces and are independently convex or concave surfaces,
Assuming a virtual cylinder having an axis coinciding with the rotational symmetry axis and circumscribing the preform, the ratio (φ / h) of the diameter φ to the height h of the cylinder is 1 or more and 3 And
The ratio of the volume V of the preform to the volume V 0 of the cylinder (V / V 0 ) is 68% or more,
A plurality of grooves formed from one side of the two end surfaces to the other side are formed on the side surface , and
The side surface is a precision press-molding preform having a shape approximating a side shape of a truncated cone .
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