JPH10139454A - 弗燐酸系光学ガラスの射出成形方法 - Google Patents
弗燐酸系光学ガラスの射出成形方法Info
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Abstract
に当って、成形型の内面とガラス成形品との間にハロゲ
ンないしハロゲン化合物からなる離型ガス層を形成させ
ることにより、ガラス成形品の成形型からの型離れを良
好にする。 【構成】 弗素化合物と燐酸とを必須成分とし、ハロゲ
ン含有量が10〜45重量%のロッド状の光学ガラス
を、先端に射出ノズル12を備えた射出用カートリッジ
10内でほぼ104 poiseの粘度ないしそれ以下の
粘度になるまで加熱させて溶融させた状態で、成形型1
にピストン14によって所定の圧力で射出して、この成
形型1のキャビティ4,ゲート5及びスプル6内面とガ
ラスの表面との間にハロゲンないしハロゲン化合物から
なる離型ガス層を形成させる。
Description
燐酸系ガラスを射出成形によりレンズ等の精密光学部品
を製造する方法に関するものである。
造はガラスを研磨することにより行う方式が古くから用
いられているが、製造効率が悪く、非球面レンズの製造
が困難である等といった問題点がある。このために、近
年においては、所定の形状にプリフォームしたガラスを
成形型内に装着して、このプリフォームを加熱して軟化
させた状態で、プレスすることにより、型形状の転写を
行うようにしたプレス成形方式が用いられている。ま
た、ガラスを加熱溶融させることにより流動状態になる
まで粘度を低下させて、この溶融ガラスを成形型に注入
することによって、成形型の型形状に転写するようにし
た射出成形方式も開発されている。射出成形方式では、
プリフォームを形成するという煩わしさのない点から、
製造が容易であり、安価に製造できる等、プレス成形と
比較して、生産性の向上、生産コストの低減等が図られ
る点で有利である。
成形により光学部品を製造する方式は極めて優れた点が
あるが、この射出成形による光学部品の製造を工業的な
規模で行うには、いくつかの未解決の問題点があり、こ
のためにこの方式が実用化されていないのが現状であ
る。
を加熱軟化させた状態でプレス成形する方式等とは異な
り、ガラスを完全に溶融状態にして成形型に注入する必
要がある。特に、射出成形に当っては、成形型に成形品
の転写面を有する型形状を持ったキャビティが形成され
るだけでなく、このキャビティに向けてガラスを送り込
むために、少なくともスプル及びゲートを設けなければ
ならず、これらスプルやゲートは形状が複雑な通路であ
る。従って、ガラスの粘度が低ければ低い程、成形型へ
の注入が円滑となり、キャビティの全体にわたって完全
が行きわたり、気泡等の発生を防止できる。
ートからなる経路を通って極めて低粘度の溶融ガラスを
供給した後に、所定の温度まで冷却する間には、ガラス
が成形型の内面に溶着してしまうおそれがある。特に、
スプルやゲートは複雑な凹凸形状となっているから、こ
れらの部位が溶着する可能性が高く、溶着を起こすと、
成形品の取り出しが困難になり、割れ欠け等の破損を生
じるおそれがある。勿論、成形型におけるキャビティ
や、スプル及びゲートには離型膜のコーティングを行う
が、それでもなお溶着が発生するのを完全には防止でき
ない。7そこで、本発明者は、以上の課題を解決すべく
鋭意研究を行った結果、成形型から成形品の離型性を促
進するためには、成形型内におけるガラス成形品と転写
面との間に離型用のガス層を形成させることができれ
ば、型離れが良好になり、ガラスの組成によっては、所
定の粘度状態にまで加熱すると、ガスが揮発することを
知見して、本発明を完成するに至った。而して、本発明
の目的とするところは、射出成形を行うに当って、ガラ
ス成形品の成形型からの型離れを良好にすることにあ
る。
めに、本発明は、弗素化合物と燐酸とを必須成分とし、
ハロゲン含有量が10〜45重量%の光学ガラス素材
を、先端に射出ノズルを備えた閉鎖チャンバ内に装着し
て、その射出ノズル及びその近傍を加熱して、ほぼ10
4 poiseの粘度ないしそれ以下の粘度になるまで溶
融させた状態で、成形型に所定の圧力で射出することに
よって、この成形型の内面とガラス成形品との間に、ハ
ロゲンないしハロゲン化合物からなる離型ガス層を形成
させるようにしたことをその特徴とするものである。
iseの粘度になる温度はできるだけ低い温度とするの
が好ましい。一般に成形型、特にその離型膜等に対する
ダメージは600℃を越すと極めて高くなる。そこで、
ガラスが104 poiseの粘度になる時の温度を、成
形型の耐久性にとって必要な600℃以下に抑制するに
は、光学ガラスの成分中に含まれる燐酸の含有量をa、
アルカリ金属酸化物とアルカリ金属弗化物との合計含有
量をbとしたときに、a+bを5〜55重量%、b/a
を0〜0.8とすれば良い。
光学ガラスは、弗素化合物と燐酸とを必須成分とした弗
燐酸系のものを用いる。この弗燐酸系の光学ガラスにお
いて、弗素を主成分とするハロゲンが10〜45重量%
含むものとする。ハロゲン含有量が10重量%以下であ
ると、ガラス成形品の型離れを行わせるのに十分な量の
離型ガス層が形成されない。また、ハロゲン含有量が4
5重量%を越えると、ガラス化が困難になる。から好ま
しくはない。
噴射ノズルを備えた閉鎖形状のチャンバで加熱する。開
放空間で加熱すると、離型ガス層を形成するのに必要な
弗素または弗素化合物等からなるガスの放散が激しくな
り、成形型内で離型ガス層の形成に支障を来すことにな
る。
ズル及びその近傍でほぼ104 poiseないしそれ以
下の粘度となるまで加熱して溶融状態にして、成形型内
に射出する。光学ガラス素材がほぼ104 poiseの
粘度となるまで加熱すると、それに含まれる弗素を主成
分とするハロゲンないしハロゲン化合物が急速にガス化
する。チャンバは閉鎖形状となって、溶融したガラスは
チャンバ内に封じ込められるから、チャンバ内に所定の
圧力を加えることにより、ガス化の度合いを抑制でき
る。チャンバを加熱・加圧状態で成形型内に射出する
と、成形型内で、ガラスの表面からハロゲンないしハロ
ゲン化合物のガスが揮発して、ガラス成形品と成形型の
内面、即ち転写面及びスプルとゲートとの間に離型ガス
層が形成される。ここで、離型ガス層は弗素ないし弗素
化合物のガスであるため、離型性に優れている。従っ
て、弗素ないし弗素化合物からなるガスで離型ガス層が
形成されるのは、極めて都合が良い。
104 poiseの粘度は、ガラスの作業点粘度であ
る。この作業点粘度となる温度については、光学ガラス
素材の組成により異なってくるが、通常、ガラスの作業
点粘度となる温度、即ち作業点温度は700℃乃至それ
以上のものが多い。種々用いられる光学ガラス素材のう
ち、比較的作業点温度が低いのが、弗燐酸系のガラスで
ある。しかしながら、成形型は、通常、タングステンカ
ーバイト(WC)で形成され、その表面には離型膜のコ
ーティング材としては白金系の合金が積層される。この
成形型も実質的にガラスの作業点温度に近い温度となっ
ていなければ、溶融ガラスがスプル及びゲートを介して
キャビティ内に供給されるまでの間にその粘度が上昇し
て、キャビティ内全体にガラスを行きわたらせなくな
る。従って、光学ガラスの射出成形を行う時には、成形
型も非常に高い温度となるが、そうすると、成形型の材
質としてのタングステンカーバイトにクリープ変形が発
生し、また白金系コートに肌荒れが発生する等、成形型
の寿命を著しく短縮させてしまう。
としては、できるだけ作業点粘度での温度を極力低くす
る必要がある。このためには、光学ガラスの成分中に含
まれる燐酸の含有量をaとし、アルカリ金属酸化物とア
ルカリ金属弗化物との合計含有量をbとしたときに、a
+bを5〜55重量%、b/aを0〜0.8の条件を備
えたものとする。a+bが5重量%より少ない場合は、
ガラス化が困難であり、55重量%を越えると作業温度
が高くなってしまう。またb/aが0.8を越えるとガ
ラス化が困難になると共に、科学的耐久性が低下する。
めの射出成形装置の構成の一例を図1に示す。図中にお
いて、1は成形型を示し、この成形型1は上型2及び下
型3を有し、これら上型2と下型3との間にキャビティ
4が形成される。キャビティ4にはゲート5が設けら
れ、このゲート5にはスプル6が連通しており、このス
プル6は成形型1の側面に開口している。そして、この
成形型1は、上型2と下型3とを型締めした状態で、溶
融ガラスが注入されるようになっている。
出用カートリッジ10は、閉鎖したチャンバであるシリ
ンダ室11を有し、このシリンダ室11の先端側には射
出ノズル12が接続され、またシリンダ室11の基端側
には流体圧が作用する加圧室13が連設されている。シ
リンダ室11にはピストン14が軸線方向に摺動可能に
設けられると共に、ガラス素材をロッド状に形成したロ
ッドガラス15が着脱可能に収容されるようになってい
る。そして、射出ノズル12からシリンダ室11の先端
部分までの部位にはヒータ16が装着されており、この
ヒータ16によってロッドガラス15は、その先端側の
一部が加熱されて、溶融状態になる。そこで、加圧室1
3に圧力を作用させて、ピストン14を介してロッドガ
ラス15を押動させると、射出ノズル12内の溶融ガラ
スが成形型1に所定の圧力で供給される。
ガラスが隈なく行きわたると、成形型1の全体を冷却す
ることによって、ガラスはキャビティ4による型形状が
転写された状態で固形化される。従って、成形型1を分
解してガラス成形品を取り出した後に、スプル6及びゲ
ート5に相当する部位を切断除去すると、所要の形状の
光学部品が形成される。
のシリンダ室11の先端側の部位から射出ノズル12に
かけての部位にヒータ16による加熱領域を形成するこ
とによって、ガラスロッド15の先端部分だけが加熱に
より粘度が低下して、104poiseないしそれ以下
の粘度状態になる。シリンダ室11にはピストン14が
設けられているから、射出ノズル12が成形型1の側面
に開口するスプル6に接続されると、ロッドガラス15
をピストン14で押動することによって、所定の圧力で
溶融ガラスがスプル6からゲート5を経てキャビティ4
内に供給される。ここで、成形型1の温度が低いと、溶
融ガラスがキャビティ4に至るまでの間に冷却されて、
粘度が低下することになるから、成形型1を射出ノズル
12に接続する前の段階で、実質的に溶融ガラスの温度
またはその近傍の温度にまで加熱させておく。
うのに適した温度状態になっているから、溶融ガラスは
キャビティ4の隅々まで円滑に行きわたるようになる。
キャビティ4内に完全に溶融ガラスが行きわたると、成
形型1と共にキャビティ4内のガラスを冷却する。10
4 poise付近では、素材であるガラスに10〜45
重量%含まれる弗素を主成分とするハロゲンないしハロ
ゲン化合物が揮発してガス化することになり、キャビテ
ィ4,ゲート5及びスプル6内面とガラスの表面との間
に揮発したハロゲンないしハロゲン化合物からなる離型
ガス層が形成されることになる。この結果、ガラス成形
品の成形型1からの離型性が良好になり、ガラス成形品
が完全に冷却されて、成形型1を分離した後に、このガ
ラス成形品を成形型1から容易に取り出すことができ
る。
する。まず、表1に実施例1〜7における光学ガラス素
材の組成と、それらの成分中に含まれる燐酸,アルカリ
金属酸化物及びアルカリ金属弗化物の合計含有量、燐酸
の含有量とアルカリ金属酸化物及びアルカリ金属弗化物
との合計含有量との比、ハロゲン含有量、104 poi
seの粘度(作業点粘度Tw)になる温度等を示す。
ム,臭化ナトリウム,弗化マグネシウム,弗化カルシウ
ム,弗化ストロンチウム,弗化バリウム,弗化ナトリウ
ム,弗化イットリウム等、表1におけ実施例1の組成に
おける各成分が、全体のガラス量で2.5Kgになるよ
うに、原料バッチを調合した。原料バッチを混合した後
に、1リットル容量の白金製のるつぼに投入し、900
℃で原料を溶解した。弗素成分の揮発が激しいために、
このるつぼに白金製の蓋をかぶせた状態で溶解させた。
るつぼを撹拌させて均質化を図り、るつぼの底部に接続
した白金製のパイプから予熱された金型に流し出して、
板状のガラスブロックを成形した。徐冷したブロックか
ら角材を切り出して、通常の方法でセンタレス加工を行
って、直径が15mmで長さが12mmの丸棒からなる
ガラスロッドを作製した。
装置の射出用カートリッジ10内のシリンダ室11に充
填して、ガラスロッドが104 poiseの粘度となる
温度、即ち560℃に加熱し、その射出ノズル12を、
ほぼ同じ温度にまで予熱した成形型1のスプル6と接続
して、ピストン14により500kgf/cm2の圧力
で射出することによって、直径が12mmの両凸レンズ
の成形を行った。溶融ガラスの射出後に、成形型を冷却
して、ほぼ常温の状態になった時に、成形型1を分離し
て、ガラス成形品を取り出した。このガラス成形品の取
り出し時には、キャビティ4内の部位はもとより、ゲー
ト5及びスプル6内に位置するガラスも成形型1の内面
から極めて容易に剥離された。
ーバイト製のものであって、キャビティ4,ゲート5及
びスプル6の内面には白金系コーティングを施したもの
を使用した。また、表1の光学特性の測定はスペクトロ
メータを用いて行い、104poiseの粘度が560
℃であることは、ローター式粘度計による高温粘性とビ
ームベンデング法による徐冷点、歪点からFulche
r式で内挿して求めた。
って、加熱しながら、発生するガスの量を測定した。そ
の結果を図2に示す。同図から明らかなように、ガラス
を545℃にまで加熱した時に、急激にガスの発生が見
られた。そこで、このガスのの成分分析を四重極質量分
析計(日本真空技術社製TDS)を用いて測定したとこ
ろ、発生したガスはPOF2 +ガスであると特定された。
炭酸リチウム,弗化リチウム,弗化鉛等を、表1の組成
に従って、前述した実施例1と同様の方法でロッドガラ
スを製造した。この実施例2のロッドガラスでは、10
4 poiseの粘度となる温度は425℃である。この
ロッドガラスを図1の射出成形装置により射出成形を行
って、直径が8mmの両凸レンズを成形した。成形後の
型離れは実施例1と同様に良好なものであった。
ガスの量を測定したところ、図3のような結果を得た。
この図からも明らかなように、ガラスの104 pois
eの粘度となる温度425℃に対して、放出ガスが急激
に増加するのは、440℃付近である。なお、発生した
ガスは、その成分分析の結果、実施例1と同様、POF
2 +であった。従って、この実施例2の組成の光学ガラス
素材を用いて射出成形を行う場合には、射出成形を行う
に当っては、ガラスの温度を440℃以上に加熱する必
要がある。一般に、成形型1は600℃を越えると、ダ
メージが大きくなるが、このように440℃程度で射出
成形できることは、成形型1の寿命の観点から何等の問
題もない。
04 poiseの作業点粘度となる作業点温度は420
℃であり、前述した実施例2よりさらに作業点粘度が低
下するので、射出成形を行うに当って、成形型1の寿命
等の観点からはさらに好ましい。しかも、この実施例7
においては、図4に示したように、POF2 +ガスの発生
は320℃付近から発生して、温度の上昇に伴って連続
的にガスの発生が増加する。従って、成形型1のキャビ
ティ4内に隈なくガラスが行きわたることを条件とし
て、ガラスを作業点温度より低い温度に加熱した状態で
も、離型ガス層が生じるので、射出圧等の条件によって
は、ガラスを作業点粘度より僅かに高い粘度状態で射出
することも可能になる。
分とし、ハロゲン含有量が10〜45重量%の光学ガラ
ス素材を、先端に射出ノズルを備えた閉鎖チャンバ内に
装着して、その射出ノズル及びその近傍を加熱して、ほ
ぼ104 poiseの粘度ないしそれ以下の粘度になる
まで溶融させた状態で、成形型に所定の圧力で射出する
ことによって、この成形型の内面とガラス成形品との間
にハロゲンないしハロゲン化合物からなる離型ガス層を
形成させるようにしたので、射出成形を行うに当って、
ガラス成形品の成形型からの型離れが極めて良好にな
り、ガラス成形品の成形型からの取り出しが容易になる
等の効果を奏する。
の光学部品を射出成形するための射出成形装置の一例を
示す構成説明図である。
の関係を示す線図である。
の関係を示す線図である。
の関係を示す線図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 弗素化合物と燐酸とを必須成分とし、ハ
ロゲン含有量が10〜45重量%の光学ガラス素材を、
先端に射出ノズルを備えた閉鎖チャンバ内に装着して、
その射出ノズル及びその近傍を加熱して、ほぼ104 p
oiseの粘度ないしそれ以下の粘度になるまで溶融さ
せた状態で、成形型に所定の圧力で射出することによっ
て、この成形型の内面とガラス成形品との間にハロゲン
ないしハロゲン化合物からなる離型ガス層を形成させる
ようにしたことを特徴とする弗燐酸系光学ガラスの射出
成形方法。 - 【請求項2】 前記光学ガラス素材は、その成分中に含
まれる燐酸の含有量をa重量%、アルカリ金属酸化物と
アルカリ金属弗化物との合計含有量をb重量%としたと
きに、a+bを5〜55重量%、b/aを0〜0.8と
なし、104poiseの粘度になる温度が600℃以
下であることを特徴とする請求項1記載の弗燐酸系光学
ガラスの射出成形方法。 - 【請求項3】 前記アルカリ金属弗化物の一部の弗素を
他のハロゲン元素と置換したものである請求項2記載の
弗燐酸系ガラスの射出成形方法。 - 【請求項4】 前記チャンバ内では、前記ロッド状の光
学ガラスの先端部分を加熱させると共に、非加熱状態に
ある基端側の部分を前記射出ノズルに向けて押動するこ
とによって、光学ガラスを先端側から順次加熱溶融せ
て、前記成形型に射出するようにしたことを特徴とする
請求項1記載の弗燐酸系ガラスの射出成形方法。
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JP31569896A JP3823402B2 (ja) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | 弗燐酸系光学ガラスの射出成形方法 |
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