JP5888328B2 - 光学素子の製造装置及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子の製造装置及び光学素子の製造方法に関し、特にガラス滴を用いて光学素子を形成するのに適した製造装置及び製造方法に関する。

光学ガラスを溶融した後に、ノズル先端から適量のガラス滴やガラス流を落下させ、受け部材で受け止めて成形前駆体のガラスゴブを作製し、そのガラスゴプを成形することで光学素子を作製する再加熱法や、滴下ガラスを直接金型で受けて成形して光学素子を作製するダイレクトプレス法にて、高精度のガラス製光学素子が製作されている。

ここで、溶融ガラスを滴下する工程において、空調や熱源の存在等による空気の流れや、人や機械の動作による空気の揺らぎなどによる周辺空気の外乱が、ガラス滴の滴下位置の乱れを招いているが、これがガラスゴブ及び最終成形品の品質ばらつきの原因の一つとして、問題となっている。

特に高精度ガラス成形体、あるいはその前駆体のガラスゴブの場合、ｍｇオーダーで重量が制御された微小滴が必要になる。しかるに、ガラス滴の重量を精度良く制御しても、滴下時の滴下位置にばらつきが発生すると、金型などの受け部材で受ける位置がばらついてしまい、ガラスの冷却具合が不均一となる。これにより、ガラスゴブあるいは成形品の内部応力のばらつきや形状のばらつきが発生し、光学素子の光学性能のばらつき(特に収差ばらつき)が発生し,収率を落とす原因となる。

特許文献１には、光学素子の製造装置全体を囲う全体囲いと、全体囲いで囲われた内部雰囲気の温度を所定温度の±５℃以内に収まるように制御する制御手段と、を備えることによって、成形雰囲気全体が気流の変化に起因した温度変動の影響を受けにくくなるようにし、その結果、良品の光学ガラス素子を再現性よく製造できる技術が開示されている。

特開２００７−１８６３５７号公報

ところが、本発明者らの研究によれば、上述した特許文献１の技術にて、成形雰囲気全体を囲っても、若干のガラス滴の滴下位置のばらつきが残存することが判明した。このように僅かであっても滴下位置のばらつきが残存すると、光学素子の精密成形が困難になる。又、特許文献１の技術では、製造装置全体を囲う必要があり、装置が大型化し、コストが増大するという問題がある。

本発明は、上述の課題を解決することを目的としたものであり、安価且つ簡素な構成でありながら、ガラス滴の滴下位置のばらつきを抑制できる光学素子の製造装置及び光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光学素子の製造装置は、ノズルから滴下する溶融したガラス滴を受ける入口と、前記入口から侵入した前記ガラス滴が通過する通路と、前記ガラス滴が排出される排出口とを有する収斂部材を有し、
前記ノズルから滴下するガラス滴の位置に応じて前記収斂部材を前記ガラス滴の落下方向に対して交差する方向に移動させ、
前記通路を通過するガラス滴は、前記通路の壁面より非接触で所定の力を付与されることにより前記排出口から排出される位置を制御されることを特徴とする。

本発明によれば、前記通路を通過するガラス滴は、前記通路の壁面より非接触で所定の力を付与されることにより前記排出口から排出される位置を制御されるので、製造装置全体を囲うことなくガラス滴の滴下位置のばらつきを抑制できるため、安価且つ簡素な構成ながら、高精度な光学素子を製造できる。また、ガラス滴をノズルから一定時間滴下させていると、徐々に滴下位置のばらつき中心がずれる場合でも、前記ノズルから滴下するガラス滴の位置に応じて、前記収斂部材を前記ガラス滴の落下方向に対して交差する方向に移動させることにより、長期間にわたって前記ガラス滴が前記排出口から排出される位置を一定に制御できる。本発明による収斂部材を配置することで、高精度な形状精度を要求されるガラス製の光学素子を生産する際に、成形転写面精度から光学素子の外形形状寸法精度までを向上させることができ、光学素子生産効率を上昇させることができる。また、本発明を用いることで、ガラスの温度を高く維持したまま、不純物の混入を防ぎつつ溶融滴下ガラスの位置を任意に制御することが可能になる。

請求項２に記載の光学素子の製造装置は、請求項１に記載の発明において、前記所定の力とは、前記ガラス滴が前記通路を通過する間に、前記ガラス滴と前記通路の壁面との間に作用する空気圧であることを特徴とする。

落下する前記ガラス滴と前記通路の壁面との間隔が小さくなると、前記ガラス滴と前記壁面との間の流速が増大するため、前記壁面から受ける力が増大し、一方、落下する前記ガラス滴と前記通路の壁面との間隔が大きくなると、前記ガラス滴と前記壁面との間の流速が低下するため、前記壁面から受ける力が減少する。これを利用して、前記ガラス滴が前記排出口から排出される位置を制御できる。

請求項３に記載の光学素子の製造装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記所定の力とは、前記ガラス滴が前記通路を通過する間に、前記ガラス滴と前記通路の壁面との間に作用する静電気力であることを特徴とする。

前記ガラス滴と前記通路の壁面とで正負同じ符号の電荷が帯電していた場合、落下する前記ガラス滴と前記通路の壁面との間隔が小さくなると、前記ガラス滴と前記壁面との間の斥力が増大するため、前記壁面から受ける力が増大し、一方、落下する前記ガラス滴と前記通路の壁面との間隔が大きくなると、前記ガラス滴と前記壁面との間の斥力が低下するため、前記壁面から受ける力が減少する。これを利用して、前記ガラス滴が前記排出口から排出される位置を精度良く制御できる。

請求項４に記載の光学素子の製造装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記通路の断面積をＡ、前記ガラス滴の最大断面積をＢとしたときに、以下の式を満たすことを特徴とする。
１．１＜Ａ／Ｂ＜１００ （１）

条件式（１）の値が下限値を上回れば、空気抵抗により前記通路を通過する前記ガラス滴の落下速度が抑えられ過ぎることがなく、迅速な供給を実現できる。一方、条件式（１）の値が上限値を下回れば、前記通路の壁面より前記ガラス滴に付与される所定の力が十分となり、高精度に前記排出口から排出される位置を制御できる。尚、好ましくは以下の式を満たすのがよい。
１．３＜Ａ／Ｂ＜１０ （１’）

請求項５に記載の光学素子の製造装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記ノズルから滴下するガラス滴の位置を検出する検出装置を有し、前記検出装置が検出した前記ノズルから滴下するガラス滴の位置に応じて、前記収斂部材を前記ガラス滴の落下方向に対して交差する方向に移動させることを特徴とする。

ガラス滴を前記ノズルから一定時間滴下させていると、徐々に滴下位置のばらつき中心がずれて来ることが分かっている。そこで、前記ノズルから滴下するガラス滴の位置を検出する検出装置を有し、前記検出装置が検出した前記ノズルから滴下するガラス滴の位置に応じて、前記収斂部材を前記ガラス滴の落下方向に対して交差する方向に移動させることにより、長期間にわたって前記ガラス滴が前記排出口から排出される位置を一定に制御できる。

請求項６に記載の光学素子の製造装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記収斂部材は樹脂、ガラス、金属、セラミックのいずれかより形成されていることを特徴とする。

前記収斂部材としては、透明な樹脂又はガラスを用いると、滴下状態を目視で確認できるため,セッティングが容易となる。透明な樹脂としては、最も廉価で扱いやすいアクリル、ポリカーボネートなどが好ましい。このような樹脂は、溶融したガラス滴に触れると瞬時に溶けるため、貼りつきなどが生じにくい上、ガラス滴が部材に接触していることが一目瞭然であり検知しやすい。一方、ガラス材は、石英,パイレックス（登録商標）が入手しやすい上、内径の精度が比較的高く望ましい。又、金属あるいはセラミックスを用いることで、扱いやすく耐熱性を収斂部材に持たせることができる。樹脂・ガラスをセッティングして滴下状況や滴下位置を確認後,金属あるいはセラミックス製の部材と置換してもよい。または金属あるいはセラミックス部材に微小な覗き窓を設け、滴の位置を確認しながらセッティングしてもよい。

請求項７に記載の光学素子の製造装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記収斂部材の内周面は円筒状であることを特徴とする。溶融したガラス滴は落下中に球形に近づくので、前記収斂部材の内周面は円筒状であるのが好ましい。前記収斂部材を円筒形状にすると、中心軸に対して軸対称形状となり、とくに滴下位置ばらつきが安定する。円筒には楕円筒も含む。又、通路は先細り状のテーパ形状であっても良い。

請求項８に記載の光学素子の製造装置は、請求項７に記載の発明において、前記収斂部材の内周面に螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする。これにより、前記ガラス滴が前記排出口から排出される位置を更に精度良く制御できる。

請求項９に記載の光学素子の製造装置は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記収斂部材の内周面は多角形状であることを特徴とする。前記収斂部材の内周面は多角形状でも、一定の効果がある。

請求項１０に記載の光学素子の製造方法は、ノズルから滴下する溶融したガラス滴を、そのガラス滴を受ける入口と前記入口から侵入した前記ガラス滴が通過する通路と前記ガラス滴が排出される排出口とが一体に構成され、且つ、前記ガラス滴の落下方向に対して交差する方向に移動可能に構成された収斂部材を介して所定位置に向けて排出させるステップと、
ノズルから滴下する溶融したガラス滴の位置を検出するステップと、
検出された前記ノズルから滴下するガラス滴の位置に応じて、前記ガラス滴の滴下位置が前記所定位置になるように前記収斂部材を前記ガラス滴の落下方向に対して交差する方向に移動させるステップとを有することを特徴とする。

ガラス滴を前記ノズルから一定時間滴下させていると、徐々に滴下位置がずれて来ることが分かっている。そこで、ノズルから滴下する溶融したガラス滴の位置を検出し、検出された前記ノズルから滴下するガラス滴の位置に応じて、前記収斂部材を前記ガラス滴の落下方向に対して交差する方向に移動させることにより、長期間にわたって前記ガラス滴が前記排出口から排出される位置を一定に制御できる。

請求項１１に記載の光学素子の製造方法は、請求項１０に記載の発明において、前記収斂部材の移動は、前記ノズルから最初にガラス滴が滴下したときから、所定時間経過後、又は所定数の滴下が行われた後に、実行されることを特徴とする。

請求項１２に記載の光学素子の製造方法は、請求項１０又は１１に記載の光学素子の製造方法において、前記収斂部材の移動量に応じて、滴受け部材もしくは金型を移動させることを特徴とする。前記収斂部材を移動させた量に応じた量、滴受け部材もしくは金型を移動させて調整することで、常にガラス滴は滴受け部材もしくは金型の狙った位置に高精度に滴下することが可能となる。

本発明によれば、安価且つ簡素な構成でありながら、ガラス滴の滴下位置のばらつきを抑制できる光学素子の製造装置及び光学素子の製造方法を提供することができる。

本実施の形態に係る光学素子の製造装置の模式図であり、（ａ）は溶融ガラス供給部ＧＳを示し、（ｂ）は溶融ガラス供給部ＧＳの保持部材５２とプレス成形部ＰＭの下型３０を示し、（ｃ）（ｄ）はプレス成形部ＰＭを示し、（ｅ）は変形例を示し、（ｆ）は別な変形例を示す。 本実施の形態に係る光学素子の製造装置の要部を示し、（ａ）滴下、（ｂ）滴ズレ発生、（ｃ）滴ズレ収斂、（ｄ）任意の位置に滴下、の各機能を説明する図である。 別な実施の形態にかかる本実施の形態に係る光学素子の製造装置の模式図である。 収斂部材の有無による滴下位置のばらつきの変化を示す図である。 収斂部材を水平方向に移動させた場合の滴下位置のばらつきの変化を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る光学素子の製造装置の模式図であり、図２は、本実施の形態に係る光学素子の製造装置の要部を説明する図である。本実施の形態に係る光学素子の製造装置は、光学素子としてのレンズを形成するのに好適である。

図１に示すように、本実施の形態に係る光学素子の製造装置は、溶融ガラス滴ＧＤを下型３０に供給する溶融ガラス供給部ＧＳと、上下一対の金型３０，４０で溶融ガラス滴ＧＤをプレス成形するプレス成形部ＰＭと、を備えている。

溶融ガラス供給部ＧＳは、加熱溶融されたガラスを保持する溶融タンク（不図示）の底部に設けられ溶融ガラス滴ＧＤを下端から滴下させるノズル２０と、ノズル２０の下端から自然落下した溶融ガラス滴ＧＤを一時的に保持する保持部５０と、を有する。

溶融ガラスのタンクおよびノズル２０を加熱するためには、ヒータ、高周波コイルあるいは赤外線ランプ等を用いることもできる。特に、１０００℃以上の高温に加熱する場合には、高周波加熱が有効である。

保持部５０は、中空円筒状の収斂部材５１と、収斂部材の下方に配置された保持部材５２とを有する。収斂部材５１は、ノズル２０から滴下する溶融したガラス滴ＧＤを受ける入口５１ａと、入口５１ａから侵入したガラス滴が通過する円筒面である通路５１ｂと、ガラス滴ＧＤが排出される排出口５１ｃとを有する。通路５１ｂの内周面は単純な円筒面であるが、ここに螺旋状溝を形成しても良い。

保持部材５２は、上方に向かって拡径した漏斗状の受け部５２ａを有し、外部から供給された高温の空気流を下方から吹き付けて、ガラス滴ＧＤを非接触で保持する機能を有する。尚、このような保持部材は、例えば特開2004-231494号公報に記載されている。

本実施の形態に係る光学素子の製造装置の動作を説明する。図１（ａ）に示すように、ノズル２０の下端に溶融ガラスＧＤを供給すると、供給された溶融ガラスＧＤがノズル２０の下端に留まったまま成長を始めるが、所定の重量まで成長した時点で、溶融ガラス滴ＧＤは自重により自然落下する。自然落下したガラス滴ＧＤは、自身の表面張力で球形〜涙形に変化し、収斂部材５１を通過することで排出位置を制御され、保持部材５２の受け部５２ａ内に排出される。このとき、ガラス滴ＧＤは、受け部５２ａ内で非接触にて保持される間に、形を整えられ、且つ適度に冷却される。その後、図１（ｂ）に示すように、ガラス滴ＧＤを保持した保持部材５２を、下型３０の上方に移動させ、受け部５２ａへの空気を停止させると、ガラス滴ＧＤは受け部５２ａを通過して下端から排出され、その滴下位置にある下型３０の凹面状の下型成形面３２の上で、ガラスゴブとして受け止められる。

下型３０の温度は、室温であってもよく、特に温度制御を要しない。しかしながら、下型３０の温度が低すぎる場合にはガラスゴブにシワが発生しやすくなるため、温度制御装置による温度制御が有効である。一方、上型４０も特に温度制御を要しないが、温度制御装置による温度制御が有効である。

下型３０及び上型４０としては、セラミック、超硬合金、カーボン、金属等の耐熱性材料が使用可能であるが、熱伝導率が良好でガラスとの反応性が低い点を考慮するとカーボンやセラミックが好ましい。

滴下位置でガラス滴ＧＤを受け取った下型３０は、図１（ｃ）に示すように、上型４０の待機している成形位置に水平方向にスライド移動する。滴下位置と成形位置との間で下型３０が水平移動する空間は、ステンレス等の耐熱性を有する金型移動空間用囲い（不図示）で囲われることによって、気流の変化及びそれに起因した温度変動の影響を受けにくくなっている。但し、このような囲いを設けないこともできる。又、保持部材５２は、上型４０と下型３０との間に移動させても良く、これにより下型３０のスライド移動が不要になる。

図１（ｄ）に示すように、下型３０が上型４０の下方における成形位置に対向配置されたとき、上型４０はプレス成形手段によって上下方向に駆動される。下型３０の下型成形面３２上に載置されたガラス滴ＧＤが、下型３０の下型成形面３２と上型４０の上型成形面４２との間で加圧成形される。その後型開きすることにより、成形されたレンズＬＳを取り出すことができる。尚、保持部材５２を用いることなく、直接、下型３０上にガラス滴ＧＤを排出しても良い。

図１（ｅ）は、変形例にかかる光学素子の製造工程を示しており、ここでは、収斂部材５１から直接、下型３０にガラス滴ＧＤが供給される。滴下位置でガラス滴ＧＤを受け取った下型３０は、図１（ｃ）に示すように、上型４０の待機している成形位置に水平方向にスライド移動する。

図１（ｆ）は、別な変形例にかかる光学素子の製造工程を示しており、ここでは、収斂部材５１と下型３０との間には、開口５６ａを有するプレート部材５６が配置されている。ノズル２０から自然落下したガラス滴ＧＤは、プレート部材５６の上面に落下するが、開口５６ａを通過する際に絞られて、適量だけ下型３０に落下するようになる。プレート部材５６については、特開２００２−１５４８３４号に記載されている。

次に、図２を参照して、収斂部材５１の機能について説明する。尚、ここでは、収斂部材５１の軸線は、保持部材５２の受け部５２ａの軸線と一致しているものとする。まず、図２（ａ）に示すように、ノズル２０の下端で所定の重量まで成長した溶融ガラス滴ＧＤが、自重により自然落下する瞬間に、空気の対流や揺らぎなどによって僅かな外力Ｆを受けることで、ノズル２０の軸線から離れて落下を開始したものとする。

落下したガラス滴ＧＤは、図２（ｂ）に示すように、すぐに収斂部材５１の入口５１ａから通路５１ｂへと進入する。通路５１ｂを通過するガラス滴ＧＤは、通路５１ｂの壁面より非接触で力を付与される。この力の１つは、ガラス滴ＧＤが通路５１ｂを通過する間に、ガラス滴ＧＤと通路５１ｂの壁面との間に作用する空気圧である。

例えば収斂部材５１の内周形状が円筒形の場合、円筒形の通路５１ｂ内をガラス滴ＧＤが通過することにより、ガラス滴ＧＤの側面に空気の流量差による圧力差が発生する。この圧力差が発生することにより、ガラス滴ＧＤを中央にセンタリングする力が発生し、ガラス滴ＧＤの排出位置即ち滴下位置ばらつきを抑えることができるのである。よって通路５１ｂの断面は軸対称形が好ましく、特にガラス滴ＧＤの表面と壁面との距離が均一になる円筒状であると、滴下位置ばらつきが安定する。

又、ガラス滴ＧＤが付与される別な力は、ガラス滴ＧＤの表面と、通路５１ｂの壁面との間に、正負同じ符号の電荷が帯電した場合に生じる静電気による斥力である。

収斂部材５１が、例えばアクリル・ポリカーボネート・塩化ビニル管,ガラス管,石英管などによる不導体で構成されている場合、容易に静電気を帯電する。ガラス滴ＧＤと通路５１ｂの壁面とで正負同じ符号の電荷が帯電していた場合、そこを溶融されたガラスが通過すると,溶融ガラスは静電気による斥力を受けて中央にセンタリングされる。これによりガラス滴ＧＤの排出位置即ち滴下位置ばらつきを抑えることができるのである。同様に、収斂部材５１が、例えばステンレスや鉄,アルミ,銅などによる金属材料により形成されている場合は,正か負のどちらかに帯電させてやることで同様の効果を得ることができる。

但し、通路５１ｂが円筒形状であると、最初の位置合わせが難しくなる場合も予想される。これに対し、通路５１ｂの断面を楕円形状とすれば、その断面における短軸方向のセンタリング効果が強くなる一方、長軸方向に寸法的に余裕があるため、最初の位置合わせが容易となる。又、通路５１ｂに螺旋状の溝を設ければ、軸対称形であるから滴下位置のばらつきを招くことがなく、また、螺旋状の溝を空気の抜け道にできるため、保持部材５２などのように、下方から気流が上がってくる装置を設ける場合や、気流による外乱が多い装置に用いる場合に有効である。

更に、収斂部材５１の内周断面を多角形形状とした場合、内周に平面が存在するため,部材に測定窓を設け、内面の位置をレーザー光等を用いて測定することで収斂部材の精密な位置決めを行うことができる。また、内周面を鏡面にすれば、レーザー光が反射しやすくなり、より高精度にガラス滴ＧＤの位置測定が可能となる。また内周断面を多角形形状とすることで、角部が気流の乱れを逃がし,面中心部がガラス滴ＧＤの整流効果をもつので, 保持部材５２などのように、下方から気流が上がってくる装置を設ける場合や、気流による外乱が多い装置に用いる場合に有効である。

以上のようにして、ガラス滴ＧＤは、通路５１ｂを通過中に、収斂部材５１の軸線に近づくようにセンタリングされることとなる（図２（ｃ）参照）。従って、図２（ｄ）に示すように、ガラス滴ＧＤは、収斂部材５１の排出口５１ｃから排出される時点で、ほぼ収斂部材５１の軸線に近い位置に収斂して排出されるので、保持部材５２の受け部５２ａにより適切な位置で受けられることとなる。

ガラス滴ＧＤが、受け部５２ａの軸線からずれていると、受け部５２ａの周面に当たって変形したり、ゴミが混入するなどの恐れがある。又、受け部５２ａに触れるほど大きく滴下位置がばらつかなったとしても、できるだけ滴下位置は受け部５２ａの中心付近に集める方が好ましい。なぜならば、受け部５２ａ中心から外れることによって、ガラス滴ＧＤにあたるエアの流れに偏りが生じ、ガラス滴ＧＤ表面の冷え方が方向によって異なってしまうからである。ガラス滴ＧＤの表面の冷え方が偏ると、ガラス滴ＧＤの内部応力分布のばらつきが発生する。応力分布のばらつきが大きい場合、ガラス滴ＧＤ内部にヒビや表面に皺が発生して、そのガラスゴブが不良となる恐れがある。また、不良とならないまでも、応力分布のばらつきを有したガラスゴブを成形に用いて光学素子を作製すると、その光学素子に無視できない複屈折分布ばらつきが各々に発生する恐れがある。この複屈折分布ばらつきが最終的な光学素子のレンズ性能ばらつきを発生させ。光学素子の成形収率を悪化させる恐れがある。これに対し、本実施の形態の収斂部材５１を用いることで、かかる不具合を回避できる。

図３は、別な実施の形態にかかる溶融ガラス供給部ＧＳの概略断面図である。本実施の形態においては、ノズル２０から滴下するガラス滴ＧＤの位置を検出する検出装置５３と、収斂部材５１を駆動するアクチュエータ５４と、検出装置５３からの信号によりアクチュエータ５４を駆動制御する制御装置５５とを設けている。

より具体的には、検出装置は、ノズル２０から滴下するガラス滴ＧＤに向かって水平に検査光束を投射する出射部ＬＤと、ガラス滴ＧＤを通過した検査光束を入射する受光部ＰＤとを有する。又、アクチュエータ５４は、収斂部材５１及び保持部材５２を同期して水平方向に駆動できるようになっている。

本実施の形態によれば、ノズル２０から滴下する直前のガラス滴ＧＤの位置を、受光部ＰＤが検査光束を受光することで検出し、受光部ＰＤからの信号を受信した制御装置５５は、滴下する直前のガラス滴ＧＤの位置に応じて、例えば軸線に対するガラス滴ＧＤのズレ方向とは反対側に、アクチュエータ５４により収斂部材５１及び保持部材５２を駆動することにより、より高精度にガラス滴ＧＤの排出位置を制御することができる。尚、このような収斂部材５１及び保持部材５２の位置制御は、毎回行っても良いし、例えば製造開始からの時間や、ショット数などに応じて、所定のタイミングで行うこともできる。又、図１（ｅ）に示すようなダイレクトプレスの場合、アクチュエータ５４は、収斂部材５１及び下型３０を同期して水平方向に駆動することとなる。

収斂部材５１を移動させた量に応じた量だけ、滴受け部材としての保持部材５２もしくは金型３０を移動させて調整することで、常にガラス滴ＧＤは保持部材５２もしくは金型３０の狙った位置に高精度に滴下することが可能となる。例えば、検出した滴下ズレ量が計測された滴下位置ばらつき量の1/3未満であれば、あえて保持部材５２もしくは金型３０を調整させる必要はない。滴下位置ズレ量が1/３以上となった場合、収斂部材５１を移動させた量に応じた量、保持部材５２もしくは金型３０を移動させて調整する必要がある。このような微調整を行うことで、高温のガラス滴ＧＤを常に狙った位置に高精度に滴下することが可能となる。

本発明が適用される製造装置は、溶融されたガラスを取り扱う装置であるため、周辺にガラス溶融炉や冷却チラー、空調などが配置・稼働している。熱的や外的な要因により周囲空気の乱れが発生しやすく、ガラス滴下位置の変動が発生する。また、周辺機器による振動や電気的ノイズが装置に伝播し、それらの複合した影響が滴下ノズルやガラス滴経路に影響を及ぼし、ガラス滴下位置精度が乱れやすくなる。従って、突発的に滴下位置が乱れることに加えて、数時間〜数日・数週間の長周期で計時的に変化してゆく場合もある。
本発明によれば、突発的な変化に加えて、経時的な滴下位置の変化に応じて収斂部材を移動することで常に狙いとする位置にガラス滴下位置を保つことができる。

本発明者らの行った検討結果について説明する。図４は、収斂部材の有無による滴下位置のばらつきの変化を示す図である。ここでは、ガラス滴の直径を約φ7ｍｍ、収斂部材の通路径をφ９ｍｍとした。よって、両者の断面面積比Ａ／Ｂ＝約１．７である。図４における比較例１は、本発明の収斂部材を設けることなく、ノズルから複数のガラス滴を落下させてバラツキを求めた例であり、比較例２は、本発明の収斂部材を設ける代わりに、例えば特願2007-186357号公報に記載されたような風よけ（１辺１００ｍｍの正方形筒状）を、ノズルの下方周囲に設けた例であり、実施例は、本発明の収斂部材をノズルの下方に設けた例である。

図４に示す通り、本実施例の場合、比較例１と比較してばらつき範囲（面積換算）は1/6になり,比較例２と比較しても、ばらつき範囲が1/4以下になっていることが確認できる。つまり本発明によれば、周辺空気による外乱を排除するだけでなく、収斂部材の通路内に生じるばらつき抑制力をガラス滴に付与することで、積極的に滴下位置のばらつきを低減することが可能となることがわかった。尚、本発明者らの検討結果によれば、断面面積比Ａ／Ｂ＝１．１〜１００（ガラス滴径：φ2ｍｍ〜φ２１ｍｍ）で、十分な効果が得られることが判明した。

図５は、収斂部材を水平ＸＹ方向に移動させた場合の滴下位置のばらつきの変化を示す図である。従来は、１０００℃近い溶融したガラス滴を任意の位置に落下させることは困難であった。これに対し、本発明によれば、加熱溶融したガラス滴を任意の位置に落下させることが可能になる。図５において、収斂部材をＸ方向にのみ−２．５ｍｍ移動させた場合、及び収斂部材をＸ方向に−１．５ｍｍ、Ｙ方向に＋１．０ｍｍ移動させた場合、移動させない場合と比べて、ばらつきの増大は確認されなかった。つまり、収斂部材を移動させることにより、ばらつきの範囲を維持しつつ、滴下位置を任意に移動させることができる。

本発明者らの検討結果によれば、収斂部材の移動量とガラス滴の排出位置との関係は、以下の式で表されることが分かった。
ΔＹ＝Ａ・ΔＸ （２）
但し、
ΔＹ：ガラス滴の排出位置のシフト量
ΔＸ：収斂部材の移動量
Ａ：係数（０．２〜０．８）

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば光学素子とはレンズに限られない。

２０ ノズル
３０ 下型
３２ 下型成形面
４０ 上型
４２ 上型成形面
５０ 保持部
５１ 収斂部材
５１ 通路
５１ａ 入口
５１ｂ 通路
５１ｃ 排出口
５２ 保持部材
５２ａ 受け部
５３ 検出装置
５４ アクチュエータ
５５ 制御装置
ＧＤ ガラス滴
ＧＳ 溶融ガラス供給部
ＬＤ 出射部
ＰＤ 受光部
ＰＭ プレス成形部

Claims (12)

1. ノズルから滴下する溶融したガラス滴を受ける入口と、前記入口から侵入した前記ガラス滴が通過する通路と、前記ガラス滴が排出される排出口とを有する収斂部材を有し、
   前記ノズルから滴下するガラス滴の位置に応じて前記収斂部材を前記ガラス滴の落下方向に対して交差する方向に移動させ、
   前記通路を通過するガラス滴は、前記通路の壁面より非接触で所定の力を付与されることにより前記排出口から排出される位置を制御されることを特徴とする光学素子の製造装置。
2. 前記所定の力とは、前記ガラス滴が前記通路を通過する間に、前記ガラス滴と前記通路の壁面との間に作用する空気圧であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造装置。
3. 前記所定の力とは、前記ガラス滴が前記通路を通過する間に、前記ガラス滴と前記通路の壁面との間に作用する静電気力であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子の製造装置。
4. 前記通路の断面積をＡ、前記ガラス滴の最大断面積をＢとしたときに、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の製造装置。
   １．１＜Ａ／Ｂ＜１００ （１）
5. 前記ノズルから滴下するガラス滴の位置を検出する検出装置を有し、前記検出装置が検出した前記ノズルから滴下するガラス滴の位置に応じて、前記収斂部材を前記ガラス滴の落下方向に対して交差する方向に移動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子の製造装置。
6. 前記収斂部材は樹脂、ガラス、金属、セラミックのいずれかより形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子の製造装置。
7. 前記収斂部材の内周面は円筒状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子の製造装置。
8. 前記収斂部材の内周面に螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の光学素子の製造装置。
9. 前記収斂部材の内周面は多角形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子の製造装置。
10. ノズルから滴下する溶融したガラス滴を、そのガラス滴を受ける入口と前記入口から侵入した前記ガラス滴が通過する通路と前記ガラス滴が排出される排出口とが一体に構成され、且つ、前記ガラス滴の落下方向に対して交差する方向に移動可能に構成された収斂部材を介して所定位置に向けて排出させるステップと、
    ノズルから滴下する溶融したガラス滴の位置を検出するステップと、
    検出された前記ノズルから滴下するガラス滴の位置に応じて、前記ガラス滴の滴下位置が前記所定位置になるように前記収斂部材を前記ガラス滴の落下方向に対して交差する方向に移動させるステップとを有することを特徴とする光学素子の製造方法。
11. 前記収斂部材の移動は、前記ノズルから最初にガラス滴が滴下したときから、所定時間経過後、又は所定数の滴下が行われた後に、実行されることを特徴とする請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
12. 前記収斂部材の移動量に応じて、滴受け部材もしくは金型を移動させることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光学素子の製造方法。

Images