JPH11268918A - ガラス光学素子の成形方法 - Google Patents
ガラス光学素子の成形方法Info
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- JPH11268918A JPH11268918A JP11036210A JP3621099A JPH11268918A JP H11268918 A JPH11268918 A JP H11268918A JP 11036210 A JP11036210 A JP 11036210A JP 3621099 A JP3621099 A JP 3621099A JP H11268918 A JPH11268918 A JP H11268918A
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Abstract
押圧成形するガラス光学素子の成形方法であって、形状
転写性も良好であり、プレス成形に要するサイクル時間
を大幅に短縮できる方法の提供。 【解決手段】 加熱軟化した被成形ガラス素材を、予熱
した成形型で押圧成形することによりガラス光学素子を
成形する方法であって、前記ガラス素材の加熱の温度を
該ガラス素材の粘度が109ポアズ未満に相当する温度
とし、成形型の予熱の温度を前記ガラス素材の粘度が1
09〜1012ポアズに相当する温度とし、前記加熱軟化
したガラス素材を前記予熱した成形型内で3〜60秒間
初期加圧し、前記初期加圧開始と同時に、または前記初
期加圧の途中で、または前記初期加圧の終了後、前記成
形型の成形面近傍を20℃/分以上の速度で冷却し、前
記成形面近傍の温度が前記ガラス素材の粘度が1012ポ
アズに相当する温度以下になった後に成形型からガラス
成形体を離型するガラス光学素子の成形方法。
Description
削研磨が不要なガラスレンズなどのガラス光学素子の成
形方法に関する。特に、本発明は、良好な光学特性を有
するガラス光学素子を、プレス成形に要するサイクル時
間を大幅に短縮して、比較的速い生産スピードで得るこ
とが可能な成形方法に関する。
ームを、ガラス成形体面に必要な面精度及び面粗度が確
保された成形型でプレス成形し、プレス成形後の研削研
磨を不要とできるガラス光学素子の製造方法が従来より
種々知られている。例えば、特開昭64−72929号
公報あるいは特公平2−16251号公報に記載の方法
は、成形型とガラスプリフォームとを一緒に加熱する方
式の方法である。即ち、上型と下型とこれらをガイドす
る案内型からなる成形型内にガラスプリフォームを挿入
し、プリフォームが十分軟化する温度まで成形型と共に
加熱した後に押圧成形する。次に、成形後のガラス成形
体の面精度が損なわれない程度の冷却速度をもってガラ
ス転移点付近まで冷却し(あるいはその後ある時間を要
して室温付近まで冷却し)た後、成形型内からガラス成
形体が取り出される。
た状態で、プリフォームが成形型と共に加熱、成形、冷
却される方法では、ガラスと成形型の温度が常にほぼ等
しくプレス工程が進むことによって、ガラスの表面と内
部の温度差がなくなり、このためヒケが発生し難く安定
した面精度が得られる。しかし、プレスを開始するまで
の昇温時間と、プレス後の取り出しまでに要する冷却時
間が必要であるために、全工程に要するサイクル時間が
著しく長くなるという欠点を有している。更に、加熱か
らプレスの工程におけるガラスと成形型面の接触時間が
長いために、ガラスと成形型面との間で反応を起こし易
く、型寿命が短くなるという欠点も有している。
ォームを、これとは別に加熱した成形型内へ挿入して、
プレス成形後の研削研磨を不要とできるガラス光学素子
の成形方法も知られている〔特開昭61−251529
号、同61−286232号、同62−27334号、
同63−45134号〕。そして、この方法でも、前述
のように、ガラス成形体面に必要な面精度及び面粗度が
確保された成形型を用いる。ところが、これらの方法で
は、ガラス素材を大きく変形させる必要がある場合に
は、所望の形状にまで成形することができない場合があ
り、またヒケや形状歪みが発生し易く、面精度が出にく
いという欠点があった。
て、加熱軟化したガラスプリフォームをプレス成形する
方法では、プレス時間が短時間に済むという利点があ
る。さらに、成形型の温度を比較的低くでき、プレス後
のガラス温度の冷却にある程度の時間を置けば離型が可
能であることから、サイクル時間が大幅に短縮できる。
しかし、前述のような方法では、所望の肉厚までプレス
成形する前にガラスが冷めて固化してしまい安定して成
形品、特にコバ厚の薄い(約1.0〜1.3mm)両凸
レンズやメニスカスレンズ等のガラス成形体が得られな
いという問題や形状転写性が不十分であるという問題が
あった。
するサイクル時間を大幅に短縮できる、加熱軟化したガ
ラスプリフォーム等のガラス素材を予熱した成形型で押
圧成形することによりガラス光学素子を製造する方法で
あって、コバ厚の薄いレンズ等でも安定して得られ、形
状転写性が良好であるガラス光学素子の成形方法を提供
することにある。さらに本発明は、ヒケや面形状の歪み
等の表面欠陥がなく高い面精度を有するガラス光学素子
の成形方法を提供することにある。さらに本発明は、ヒ
ケや面形状の歪み等の表面欠陥がなく高い面精度を有
し、中心肉厚が許容公差内にあるガラス光学素子を製造
できるガラス光学素子の成形方法を提供することにあ
る。
等のガラス素材を予熱した成形型で押圧成形する方法に
おいては、成形面に対してガラスが融着(固着)すると
いう問題もある。そこで本発明の別の発明は、加熱軟化
したガラスプリフォーム等のガラス素材を、予熱した成
形型で押圧成形することによりガラス光学素子を製造す
る方法であって、成形面に対するガラス融着(固着)を
防止でき、形状転写性も良好であり、プレス成形に要す
るサイクル時間を大幅に短縮できるガラス光学素子の成
形方法を提供することにある。
被成形ガラス素材を、予熱した成形型で押圧成形するこ
とによりガラス光学素子を成形する方法であって、前記
ガラス素材の加熱の温度を該ガラス素材の粘度が109
ポアズ未満に相当する温度とし、成形型の予熱の温度を
前記ガラス素材の粘度が109〜1012ポアズに相当す
る温度とし、前記加熱軟化したガラス素材を前記予熱し
た成形型内で3〜60秒間初期加圧し、前記初期加圧開
始と同時に、または前記初期加圧の途中で、または前記
初期加圧の終了後、前記成形型の成形面近傍を20℃/
分以上の速度で冷却し、前記成形面近傍の温度が前記ガ
ラス素材の粘度が1012ポアズに相当する温度以下にな
った後に成形型からガラス成形体を離型することを特徴
とするガラス光学素子の成形方法に関する。
形方法において、さらに、前記成形型の成形面が非晶質
及び/又は結晶質の、グラファイト及び/又はダイヤモ
ンドの、単一成分層又は混合層からなる炭素膜で構成さ
れている、ガラス光学素子の成形方法に関する。以下本
発明について説明する。
を、予熱した成形型で押圧成形することによりガラス光
学素子を成形する方法である。ガラス素材を構成するガ
ラスの種類及び形状等は、従来から公知のものである。
ガラス素材は、例えば、ガラスプリフォームやガラスゴ
ブであることができる。ガラスプリフォームとは、ガラ
ス光学素子を成形する際に前駆体として用いる所定形状
に成形した成形品をいう。ガラスプリフォームは、冷間
成形又は溶融ガラスを熱間成形により成形したもの、さ
らには、これらを鏡面研磨等したものであることかでき
る。さらに表面は鏡面でなく粗面であることもでき、例
えば#800のダイヤモンドで研削した研削品をガラス
プリフォームとして用いることもできる。
ガラス光学素子の大きさ及び容量、成形時の変化量等を
考慮して決定される。さらに、成形の際、ガストラップ
が生じないようにするため、成形品の中心がプリフォー
ムの被成形面と最初に接触するような形状とすることが
好ましい。ガラスプリフォームの形状は、例えば、球
状、マーブル状、円板状、球面状等であることができ
る。一方、ガラスゴブは、溶融ガラスを所定容量に分割
したガラス片であって、通常シワなどの不規則な形状を
有するものである。前記ガラスプリフォームは、このガ
ラスゴブをさらに所定形状に成形したものである。尚、
プリフォーム又はゴブの容量は最終製品の容量よりわず
かに大きくし、後工程で芯取りすることにより、最終外
径を決めることもできる。
該ガラス素材の粘度が109ポアズ未満に相当する温度
に加熱して軟化させる。ガラス素材の粘度が109ポア
ズ未満であることで、109ポアズ以上の粘度に相当す
る温度に予熱した成形型でガラス素材を十分に変形させ
て成形することが可能である。成形型の温度を比較的低
温にして成形するには、ガラス素材は、好ましくは10
5.5〜107.6ポアズに相当する温度に加熱して軟化させ
ることが適当である。成形型の予熱の温度は、前記ガラ
ス素材の粘度が109〜1012ポアズに相当する温度と
する。粘度が1012ポアズに相当する温度未満では、ガ
ラス素材を大きく伸ばして、コバ厚の薄いガラス成形体
を得ることが難しくなり、また、高面精度が得にくく、
粘度が109ポアズに相当する温度を超える温度では、
成形のサイクルタイムが必要以上に長くなり、また、成
形型の寿命が短くなる。
成形型をそのまま用いることができる。但し、成形型の
成形面が非晶質及び/又は結晶質の、グラファイト及び
/又はダイヤモンドの、単一成分層又は混合層からなる
炭素膜で構成されているものを用いることが好ましい。
上記のような炭素膜で構成されている成形面を有する成
形型では、成形型の温度が、ガラス素材のガラス転移点
以上であっても、ガラスの融着(固着)が生じることは
ない。上記の炭素膜は、スパッタリング法、プラズマC
VD法、CVD法、イオンプレーティング法等の手段で
成膜されるものである。スパッタリング法で成膜する場
合には、基盤温度250〜600℃、RFパワー密度5
〜15W/cm2、スパッタリング時真空度5×10-4
〜5×10-1torrの範囲でスパッタガスとしてAr
の如き不活性ガスを、スパッタターゲットとしてグラフ
ァイトを用いてスパッタリングするのが好ましい。マイ
クロ波プラズマCVD法により成膜する場合には、基盤
温度650〜1000℃、マイクロ波電力200W〜1
kW、ガス圧力10-2〜600torrの条件下に、原
料ガスとしてメタンガスと水素ガスを用いて成膜するの
が好ましい。イオンプレーティング法により形成する場
合には、基盤温度を200〜450℃とし、ベンゼンガ
スをイオン化するのが好ましい。これらの炭素膜はC−
H結合を有するものを含む。
化したガラス素材を前記予熱した成形型内で3〜60秒
間初期加圧する。この初期加圧が3秒未満ではガラスの
伸びが不十分であり、所望の形状のガラス光学素子を得
ることはできない。また、初期加圧は、長くなればそれ
だけ面精度等は向上するが、長すぎるとサイクル時間が
短縮できず、また、成形型の寿命にも悪影響を及ぼすこ
とがあり、上限は60秒である。また、成形圧力は、ガ
ラス素材の温度及び成形型の温度等を考慮して適宜決定
することができ、通常30〜300kg/cm2の範囲
の圧力とすることが適当である。
期加圧の途中で、または前記初期加圧の終了後に、前記
成形型の成形面近傍を20℃/分以上の速度で冷却す
る。冷却速度を20℃/分より遅くしてもかまわない
が、不必要に成形のサイクルタイムが長くなるだけであ
る。ガラス成形体の大きさ、形状によって異なるが、高
面精度を得るという観点から、成形面近傍は20〜18
0℃/分の速度で冷却することが好ましい。
の一定圧力で2次加圧し、この圧力を維持しながら成形
面近傍を冷却することが、ひけや面形状に歪みが生じる
ことなく良好な面精度が得られ、かつ中心肉厚も許容公
差内に保てるという観点から好ましい。より好ましく
は、2次加圧は初期加圧の20〜50%とすることが適
当である。さらに、加熱軟化したガラス素材の中心肉厚
を、最終製品の中心肉厚より0.03mm小さく、0.
15mm大きい範囲内になるように初期加圧し、次いで
2次加圧することが、最終製品の中心肉厚の許容公差内
に保つという観点から好ましい。即ち、2次加圧におい
ては一気に減圧され、かつ、ガラスは高粘度となってい
るため、中心肉厚を0.001〜0.12mm程度しか
加圧変形させることができないので、最終的な中心肉厚
を公差±0.03mmの範囲に入れることが容易であ
る。
たガラス素材の初期加圧を、最終製品の中心肉厚より
0.03mm小さく、0.15mm大きい範囲内の所望
の中心肉厚になるように加圧が停止する手段により停止
し、さらに初期加圧停止前又は停止と同時に2次加圧を
開始することにより行うことで、最終製品の中心肉厚が
得られ、かつ、初期加圧と2次加圧の間で、加圧が連続
しているため、面精度が損なわれることがない等という
観点から好ましい。外部ストッパー機構等により所望の
中心肉厚を得て、さらに2次加圧する場合は、加圧が一
瞬間断するため、良好な面精度が得にくい傾向がある。
上記初期加圧及び2次加圧は、2重シリンダー機構によ
り行うことが好ましい。2重シリンダー機構について
は、後述の実施例においてさらに説明する。
れたガラス成形品は、成形面近傍の温度が前記ガラス素
材の粘度が1012ポアズに相当する温度以下になった後
に成形型から離型される。ガラス粘度が1012ポアズを
超えれば、短時間では粘性流動が起こることがなく、ほ
ぼガラスは固結したとみなしてよい。その結果、離型後
にガラス成形体に変形等が生じることがなく、良好な面
精度が得られる。ガラス成形体の離型は、前記成形面近
傍の温度が前記ガラス素材の粘度が1012〜1014.5ポ
アズに相当する温度で行うことが特に好ましい。
形面を除き特に制限はない。さらに、型の加熱には、抵
抗加熱ヒーター、高周波加熱ヒーター、赤外線ランプヒ
ーター等を用いることもできる。特に、成形型温度の回
復時間が短いという観点からは、高周波加熱ヒーター、
赤外線ランプヒーターが好ましい。さらに、成形型の冷
却は、断電冷却や成形型内部を流通する冷却ガス等によ
り行うことができる。
示すような上型35、下型34及び案内型36から構成
される成形型39を用いることができる。但し、これら
に限定されるものではない。また、成形型として炭化ケ
イ素、ケイ素、窒化ケイ素、炭化タングステン、酸化ア
ルミニウムと炭化チタンのサーメットや、これらの表面
にダイヤモンド、耐熱金属、貴金属合金、炭化物、窒化
物、硼化物、酸化物などのセラミックスなどを被覆した
ものを使用することができる。特に、炭化ケイ素焼結体
上にCVD法により炭化ケイ素膜を形成して、仕上がり
形状に加工した後、イオンプレーティング法等によりi
−カーボン膜等の非晶質及び/又は結晶質のグラファイ
ト及び/又はダイヤモンドの単一成分層又は混合層から
なる炭素膜を形成したものが好ましい。その理由は、成
形型温度を比較的高温にして成形しても、融着が起こら
ないこと及び、離型性がよいため比較的高温で容易に離
型できることによる。
材の加熱軟化は、該ガラス素材体を気流により浮上させ
ながら行うことができ、加熱軟化したガラス素材は前記
予熱した成形型に移送される。ガラス素材が、その自重
によって変形する程の低粘性域においては、加熱の際に
ガラス素材を保持する治具とガラスの融着を防止するの
は非常に困難である。それに対して、治具の内部よりガ
スを噴出することにより、ガラス素材を気流により浮上
させることで、治具面とガラス両面にガスのレイヤーを
形成し、その結果、治具とガラスが反応することなく、
加熱軟化することが可能である。更にガラス素材がプリ
フォームの場合、プリフォームの形状を維持しつつ加熱
軟化することができる。また、ガラス素材がガラスゴブ
であり、不規則な形状で表面にシワ等の表面欠陥がある
場合でも、加熱軟化しながら気流により浮上させること
で、形状を整え、表面欠陥を消去することも可能であ
る。
用いる気流となるガスとしては、特に制限はない。但
し、加熱したガラス素材が治具と反応しないこと、さら
に、加熱した治具の酸化による劣化を防止するという観
点から、非酸化性ガスであることが好ましく、例えば、
窒素等であることが適当である。また、還元性のガス、
例えば水素ガス等を添加することもできる。気流の流量
は、気流を吹き出す口の形状やガラス素材の形状及び重
量等を考慮して適宜変更できる。通常の場合、ガス流量
は0.005〜20リットル/分の範囲がガラス素材の
浮上に適している。但し、ガス流量が0.005リット
ル/分未満であると、ガラス素材の重量が300mg以
上の場合、ガラス素材を十分に浮上させることができな
い場合がある。また、ガス流量が20リットル/分を超
えると、ガラス重量が2000mg以上の場合でも、浮
上治具上のガラスが大きく揺れて、加熱の際にガラス素
材がプリフォームの場合、その形状が変化することがあ
るからである。
ガラス素材の径より小さい開口径を有する上方開口部か
ら上方に流出する気流により行うことができる。図2に
示すように、浮上治具支持体13に支持された浮上治具
10の上方開口部11は、ガラス素材1の径より小さ
く、浮上治具10の上方開口部11の底12から上方に
流出する気流により、ガラス素材1は上方開口部11上
で浮上して、浮上治具10に接触しないように保持され
る。尚、ガラス素材1は、周囲に設けられたガラス軟化
用ヒーター14により加熱される。また、浮上治具10
は、図6に示すように2つに分割可能な構造(各部分を
10a、10bで示す)を有することもできる。
ラス素材の外径の曲率に近似する球面又は平面を有する
多孔質面から流出する気流により行うこともできる。特
に、ガラス素材がプリフォームである場合に、プリフォ
ームの形状の維持が極めて容易であることから有効であ
る。さらに、ガラス素材がガラスゴブの場合、多孔質面
からの気流により浮上させながら加熱することで、ガラ
スゴブの表面欠陥を除去することもできる。例えば、図
3に示すように、浮上治具支持体19に支持された、ガ
ラス素材1の曲率に近似する球面を有する多孔質面18
を有する浮上治具17上に、多孔質面18から流出する
気流によって、ガラス素材1が浮上した状態で保持され
る。尚、浮上治具支持体14及び浮上治具15は、図6
の場合と同様に、分割可能な構造を有することもでき
る。
定温度に加熱する場合、ある程度の温度のガラス素材を
用いさらに加熱する場合、さらに所定温度に既に加熱さ
れているガラス素材を用いる場合を含む。例えば、ガラ
ス素材がガラスゴブの場合、溶融ガラスから作製された
ガラスゴブを冷却することなく用いることもできる。
熱した成形型への移送は、例えば、前記被成形ガラス素
材を吸引保持することにより、または軟化したガラス素
材を落下させることにより行うことができる。ガラス素
材の吸引保持は、例えば、図2に示す移動可能な下方開
口部16を有する吸引保持装置15により行うことがで
きる。下方開口部16は内部に吸引する、例えば減圧ポ
ンプや真空ポンプ等に連絡しており、下方開口部16に
ガラス素材を吸引保持することができる。浮上治具10
の上で加熱されて軟化したガラス素材1は、移動可能な
吸引保持装置15の下方開口部16に吸引保持され、図
4に示すように成形型の下型34の成形面40上に移送
する。次いで図5に示すように軟化したガラス素材1を
前記下型34の成形面40と上型35の成形面41とで
押圧成形することでガラス成形体2を得ることができ
る。
ス素材を落下させることにより行うこともできる。ガラ
ス素材の落下は、例えば、ガラス素材を加熱するために
用いる浮上治具が2つ以上に分割移動して、下方が開口
することにより行うことができる。例えば、図6に示す
ように、浮上治具10上でガラス素材1を加熱してガラ
ス素材1が軟化したら、図7に示すように浮上治具10
が水平に2つの部分10aと10bに分かれて、相互に
反対方向(図中では左右)に移動することで、ガラス素
材1は落下する。その際、落下するガラス素材1の受け
として成形型の下型34を設置しておくことで、下型3
4の成形面40上にガラス素材1を移送することができ
る。
素材を所定の成形面上に落下移動させる目的で、ガイド
手段を用いることができる。例えば、図6、7に示すよ
うに、浮上治具10の上部に、ガラス素材1の最外径と
適度なクリアランスが保てる内径寸法を有する筒形のガ
イド手段50(分割可能な部分50a、50bからな
る)を設けることで、成形型の中心にガラス素材1を落
下させることができる。但し、ガイド手段は、浮上治具
の分割移動の際に生じるガラス素材のずれを防止できる
ものであれば、構造等に特に制限はない。例えば、筒形
に限らず、格子状に配置された複数のパイプや対向する
2枚以上の板であることもできる。また、ガイド手段
は、成形の際に上型がガラス素材を保持した下型の上に
移動して押圧成形することを考慮して、分割移動可能な
構造とすることもできる。
具の分割移動の方式には特に制限はない。例えば、上記
のように水平に浮上治具が移動する場合、浮上治具は3
つ又は4つに分割し、3方向(120°づつ異なる方
向)又は4方向(90°づつ異なる方向)に移動して、
ガラス素材を落下させることもできる。加熱軟化したガ
ラス素材を落下移動させることで、ガラス素材を短時間
で成形型内に移送することが可能である。
イクル時間を大幅に短縮できる、加熱軟化したガラスプ
リフォーム等のガラス素材を予熱した成形型で押圧成形
することによりガラス光学素子を製造する方法であっ
て、コバ厚の薄いレンズ等でも安定して得られ、形状転
写性も良好であるガラス光学素子の成形方法を提供する
ことができる。さらに本発明によれば、ヒケや面形状の
歪み等の表面欠陥がなく高い面精度を有するガラス光学
素子の成形方法を提供することができる。さらに本発明
によれば、ヒケや面形状の歪み等の表面欠陥がなく高い
面精度を有し、中心肉厚が許容公差内にあるガラス光学
素子を製造できるガラス光学素子の成形方法を提供する
ことができる。即ち、本発明によれば、成形型とガラス
プリフォームを一緒に加熱する方式の従来技術(5〜2
0分/サイクル)に比べれば、プレス成形に要するサイ
クル時間を大幅に短縮して、かつ表面欠陥がなく高い面
精度のガラス光学素子を製造することができる。また、
本発明によれば、成形面に対するガラス融着(固着)を
完全に防止しつつガラス光学素子の成形方法を提供する
ことができる。
1−1〜1−5プレス成形用型 プレス成形用型は、図1に示すように、基盤材料として
炭化ケイ素(SiC)焼結体31を用い、研削によりプ
レス成形型形状に加工後、更に成形面側にCVD法によ
り炭化ケイ素膜32を形成して、更に研削研磨して製造
されるべきガラス成形体に対応する形状に鏡面仕上げし
て成形型基盤を得た。更に成形型基盤の炭化ケイ素膜3
2上に、i−カーボン(ダイヤモンドライクカーボン)
膜33をイオンプレーティング法により500オングス
トローム成膜して成形面40を有する、φ18mm(芯
取後φ15mm)両凸ガラスレンズ用の下型34を得
た。図5に示す上型35も、上記下型34と同様の方法
によって得られた。上型35及び下型34は、図5に示
すように、同軸上にセットされ、プレス成形の際には、
上型35と下型34とこれをガイドする案内型36から
成形型39が構成されている。さらに上型35の上面の
上には、2次加圧用の押し棒45が設けられている。下
型34及び上型35の加熱は、胴型37外周に取り付け
た成形型ヒーター44で行い、成形型支持台38の下部
より下型34内に挿入した型測温用熱電対42にて制御
される。更に胴型37の温度は、胴型37内に挿入した
胴型測温用熱電対43にて測温される。
示せず)内には、図2に示す浮上治具及び移送手段も設
けられている。まず、ガラス素材(プリフォーム)1を
加熱軟化するガラス軟化ヒーター14が設けられ、この
ガラス軟化ヒーター14内には浮上治具支持台13にセ
ットされたグラッシーカーボン浮上治具10(以下、G
C浮上治具と呼ぶ)が配置されている。さらに、ガラス
素材1は、浮上治具支持台13の内部からGC浮上治具
10下部へと供給される表1に示される流量の98%N
2+2%H2ガス(例1−1〜1−3)又はN2 ガス(例
1−4〜1−5)の噴出によって、浮上保持される。ま
た、ガラス軟化ヒーター14外には、垂直及び水平方向
に移動可能なグラッシーカーボンバキュームパッド15
(以下、GCバキュームパッドと呼ぶ)があり、通常
は、GC浮上治具10上方で待機している。
成形機の密閉チャンバー(図示せず)内を真空排気した
後、前記98%N2 +2%H2 ガス又はN2 ガスを導入
し、密閉チャンバー内を同ガス雰囲気とした。次に、バ
リウム硼珪酸塩光学ガラスからなるプリフォーム1(表
面欠陥のない鏡面を有するマーブル形状の熱間成形品、
重量1000mg、転移点534℃、屈伏点576℃)
を用いた例を示す。成形型ヒーター44にて、型測温用
熱電対43で測温した上型35及び下型34の温度(成
形型温度)が、表1に示すガラスの粘度に相当する温度
になるまで加熱し同温度で保持した。尚、ガラスの粘度
と温度との関係は以下のとおりである。 ガラスの粘度 温度 109 ポアズ 614℃ 1010ポアズ 592℃ 1011 ポアズ 572℃ 1012 ポアズ 554℃ 1012.7ポアズ 543℃ 1013.4ポアズ 534℃ 1014.5ポアズ 518℃
浮上治具10上のガラスプリフォーム9の温度を、ガラ
スの粘度が表1に示す粘度に相当する温度まで加熱し、
浮上軟化させる。尚、ガラスの粘度と温度との関係は以
下のとおりである。 ガラスの粘度 温度 105.5 ポアズ 718℃ 106.4 ポアズ 686℃ 107.3 ポアズ 658℃ 108.2 ポアズ 634℃ 108.8 ポアズ 619℃ そして、浮上軟化したプリフォーム1を、ガラス軟化ヒ
ーター14外のGC浮上治具10上方で待機していたG
Cバキュームパッド15が、プリフォーム1のところま
で下降し吸引保持する。この際、GCバキュームパッド
の温度は、ガラス軟化ヒーター14からの輻射熱によっ
て、300〜400℃に加熱されているが、低温である
ためガラスが融着することはない。
を保持したGCバキュームパッド15は、下型34上方
まで速やかに移動し、再び下型34の成形面40近傍ま
で下降すると同時に吸引を停止して、下型34の成形面
40上にプリフォーム1を載せる。その後、GCバキュ
ームパッド15は下型34上方より退き、元の待機位置
まで戻るので下型34上部には何ら障害物がなくなり、
瞬時に成形型支持台38が下型34を、下型34の同軸
上方に成形型支持台38ごと固定セットしてある上型3
5まで上昇させる。図5に示すように、上型35と下型
34及びこれをガイドする案内型36で構成される成形
型39内で、プリフォーム1を10秒間100kg/c
m2の圧力にて加圧成形して、下型34のフランジ部と
案内型36の底面が接触したところをもって最終製品の
肉厚よりも30μm大きい肉厚とする。その一方で、第
1のシリンダーにて加圧開始した5秒後から第1のシリ
ンダーの内側にある第2のシリンダーに接続された押し
棒45にて上型35の裏面に20kg/cm2(1−1
〜1−5)の圧力でガラス成形体2及び成形型39を加
圧保持する。次いで、成形型ヒーター44を断電するこ
とで放冷して、表1に成形時間(初期加圧時間(10秒
間)+2次加圧時間)として示す時間の経過後に、型測
温用熱電対42で測温した上型35及び下型34の温度
が表1に離型時型温度として示す温度になり、ガラス成
形体2が所定の肉厚になったところで、成形型39から
ガラス成形体2を離型し取り出した。尚、ガラスの粘度
と温度との関係は前記のとおりである。
(外径φ18mm、肉厚2.9mm、コバ厚1.0mm
の両凸レンズ)のアニール後の性能を、干渉計による面
精度と、目視外観及び実体顕微鏡による表面状態につい
て評価し、結果を表1に1−1〜1−5として示す。評
価は、同一方法で得られた5個のレンズについて行った
(以下の実施例でも同様である)。その結果、いずれの
レンズも良好なものであった。
と同様の図8に示すものを用いた。浮上治具 上述の成形型加熱機構を有する同一密閉チャンバー(図
示せず)内には、図6に示す浮上治具10(10a、1
0b)、ガイド手段50(50a、50b)、ガラス素
材を加熱軟化するガラス軟化ヒーター(図示せず))が
設けられている。浮上治具10は、グラッシーカーボン
からなる分割浮上治具(以下、GC分割浮上治具と呼
ぶ)であり、ガイド手段50も同材質による分割円筒形
ガイド(以下GC分割円筒形ガイドと呼ぶ)である。さ
らに、ガラス素材1は、GC分割浮上治具内部から供給
される表1に示す流量の98%N2 +2%H2 ガスの噴
出によって、浮上保持される。
成形機の密閉チャンバー内を真空排気した後、98%N
2 +2%H2 ガスを導入し、密閉チャンバー内を同ガス
雰囲気とした。次に、図8に示す成形型ヒーター44に
て、型測温用熱電対43で測温した上型35及び下型3
4の温度が、実施例1と同様のガラス素材1の粘度が1
011ポアズに相当する572℃(例2−1〜2−3、2
−5)又は1012ポアズに相当する554℃(例2−
4)になるまで加熱し同温度で保持した。尚、このとき
は、上型と下型は別の位置でそれぞれ加熱され、成形の
際に図8に示すように、一体の成形型として組み立てら
れる。一方、ガラス軟化ヒーターにて、GC分割浮上治
具10上のガラス素材1の温度を、表1に示すように、
ガラスの粘度105.5ポアズに相当する温度である71
8℃まで加熱保持する。
持したGC分割浮上治具10は下型34直上まで速やか
に移動し、次いで、図7に示す如く、GC分割浮上治具
10aとGC分割浮上治具10bがそれぞれ左右水平方
向へ瞬時に移動して開口することで、下型34の成形面
40にガラス素材1を落下させて載せる。この時、GC
分割浮上治具10の直上には、ガラス素材1の最外径に
対して適度なクリアランスを保つような内径寸法を有す
るGC分割円筒形ガイド50が設置されており、GC分
割浮上治具10が開口してガラス素材1が落下する際
に、ガラス素材1と下型34とのセッティングズレ量が
最小限となるようなガイドの役目を果たす。
0aともう一方の50bがそれぞれ左右水平方向へ移動
して開口する。そのため、下型34上部には何ら障害物
がなくなり、瞬時に成形型支持台38が下型34を、下
型34の同軸上法に成形型支持台38ごと固定セットし
てある上型35まで上昇させ、図8に示すように上型3
5と下型34をガイドする案内型36で構成される成形
型内で、ガラス素材1を10秒間100kg/cm2 の
圧力にて加圧成形して所定の肉厚とした後、圧力を一気
に50kg/cm2 とすると同時に、この圧力で保持し
たガラス成形体2及び成形型を、成形型ヒーター14を
断電することで放冷して、表1に成形時間(初期加圧時
間(10秒間)+2次加圧時間)として示す時間経過秒
後に型測温用熱電対43で測温した上型35及び下型3
4の温度が、表1に離型時型温度として示す粘度に相当
する温度になったところで、成形型からガラス成形体2
を離型し取り出した。
(外径φ18mm、肉厚2.9mm、コバ厚1.0mm
の両凸レンズ)のアニール後の性能を、干渉計による面
精度と、目視外観及び実体顕微鏡による表面状態につい
て評価し、結果を表1に示す。評価は、同一方法で得ら
れた5個のレンズについて行った。表1には、軟化した
ガラス素材1の温度、ガラス素材1の形状、GC分割浮
上治具から流出するガス流量、成形型温度、離型温度を
変化させて得られたガラス成形体の評価結果を示す。そ
の結果、いずれの成形体(レンズ)も良好なものであっ
た。
又は55秒(例3−3)とした以外は、実施例1−1と
同様にしてガラス成形体(外径φ18mm、肉厚2.9
mm、コバ厚1.0mmの両凸レンズ)を得た。アニー
ル後のガラス成形体の性能を、干渉計による面精度と、
目視外観及び実体顕微鏡による表面状態について評価し
た。結果を表1に示す。
力での加圧)と同時(例4−1)または初期加圧開始5
秒後(例4−2)に開始した以外は実施例1−1と同様
に操作してガラス成形体(外径φ18mm、肉厚2.9
mm、コバ厚1.0mmの両凸レンズ)を得た。アニー
ル後のガラス成形体の性能を、干渉計による面精度と、
目視外観及び実体顕微鏡による表面状態について評価し
た。結果を表1に示す。
た。 面精度 ○:アス、くせ 0.5本以下 ◎:アス、くせ 0.2本以下 表面状態 ◎:良好
は成形時間と型温度の回復時間(離型時の温度から成形
開始時温度までの昇温時間)との合計である。本実施例
では成形型の加熱に抵抗加熱を用いたため、上記回復時
間は約35秒であった。従って、サイクルタイムは約8
5〜165秒間であった。尚、成形型の加熱を高周波加
熱や赤外線加熱を用いることにより、上記回復時間は約
10秒にすることができ、サイクルタイムをその分短縮
することが可能である。
ある。
ォームの浮上軟化及び移送方法の概略説明図である。
ォームの浮上軟化方法の概略説明図である。
送方法の概略説明図である。
明図である。
送方法の概略説明図である。
送方法の概略説明図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 加熱軟化した被成形ガラス素材を、予熱
した成形型で押圧成形することによりガラス光学素子を
成形する方法であって、 前記成形型の予熱温度よりも高い温度に加熱軟化した前
記ガラス素材を、該予熱した成形型で押圧成形し、 該押圧成形の開始と同時に、または押圧成形の途中で、
前記成形型の成形面近傍の温度を、前記ガラス素材の粘
度が1012ポアズに相当する温度になるように制御し、 前記成形面近傍の温度が前記ガラス素材の粘度が1012
ポアズに相当する温度以下になった後に成形型からガラ
ス成形体を離型することを特徴とするガラス光学素子の
成形方法。 - 【請求項2】 前記ガラス素材を該ガラス素材の粘度が
105.5〜107.6ポアズに相当する温度になるように加
熱軟化させる請求項1に記載の成形方法。したとし、 - 【請求項3】 加熱軟化した被成形ガラス素材を、予熱
した成形型で押圧成形してガラス光学素子を成形する方
法であって、下記工程(a)〜(f)を繰り返してガラス光学
素子を連続的に製造する方法。 (a)被成形ガラス素材を加熱して軟化させる工程、(b)成
形型を、前記ガラス素材の温度よりも低い温度である所
定温度に予熱する工程、(c)前記加熱軟化されたガラス
素材を、前記予熱された成形型で押圧成形する工程、
(d)前記押圧成形開始と同時にまたは押圧成形の途中
で、前記成形型の成形面近傍の温度を、ガラス素材の粘
度が1012ポアズに相当する温度になるように制御する
工程、(e)該成形型の成形面近傍が、前記ガラスの粘度
が1012ポアズに相当する温度以下になった後に前記成
形型からプレス成形されたガラス成形体を離型する工
程、及び(f)前記ガラスを離型した成形型を工程(b)に戻
す工程。 - 【請求項4】 前記工程(a)において前記ガラス素材
は、該ガラス素材の粘度が105.5〜107.6ポアズとな
る温度に加熱する請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 成形型の成形面が非晶質及び/又は結晶
質のグラファイト及び/又はダイヤモンドの単一成分層
又は混合層からなる炭素膜で構成されている請求項1〜
4のいずれか1項に記載の成形方法。 - 【請求項6】 ガラス成形体の離型を、前記成形面近傍
の温度が前記ガラス素材の粘度が1012〜1014.5ポア
ズに相当する温度で行う請求項1〜5のいずれか1項に
記載の成形方法。 - 【請求項7】 被成形ガラス素材がガラスプリフォーム
又はガラスゴブである請求項1〜6のいずれか1項に記
載の成形方法。 - 【請求項8】 被成形ガラス素材を気流により浮上させ
ながら加熱することにより軟化させる請求項1〜7のい
ずれか1項に記載の成形方法。 - 【請求項9】 加熱軟化した被成形ガラス素材の予熱し
た成形型への移送を、前記被成形ガラス素材を吸引保持
することにより、または落下させることにより行う請求
項8記載の成形方法。 - 【請求項10】 加熱軟化した被成形ガラス素材の落下
を、ガラス素材を加熱するために用いる浮上治具が2つ
以上に分割移動することにより行う請求項9記載の成形
方法。 - 【請求項11】 加熱軟化した被成形ガラス素材を一定
方向に落下させるためのガイド手段を用いる請求項10
記載の成形方法。 - 【請求項12】 加熱軟化した被成形ガラス素材を、予
熱した成形型で押圧成形することによりガラス光学素子
を成形する方法であって、 前記ガラス素材の加熱の温度を該ガラス素材の粘度が1
09ポアズ未満に相当する温度とし、 成形型の予熱の温度を前記ガラス素材の粘度が109〜
1012ポアズに相当する温度とし、 前記加熱軟化したガラス素材を前記予熱した成形型内で
3〜60秒間初期加圧し、 前記初期加圧開始と同時に、または前記初期加圧の途中
で、または前記初期加圧の終了後、前記成形型の成形面
近傍を20℃/分以上の速度で冷却し、 前記成形面近傍の温度が前記ガラス素材の粘度が1012
ポアズに相当する温度以下になった後に成形型からガラ
ス成形体を離型することを特徴とするガラス光学素子の
成形方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03621099A JP3246728B2 (ja) | 1994-10-07 | 1999-02-15 | ガラス光学素子の成形方法 |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP21036295 | 1995-08-18 | ||
JP6-243901 | 1995-08-18 | ||
JP7-210362 | 1995-08-18 | ||
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JPH11268918A true JPH11268918A (ja) | 1999-10-05 |
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ID=27289019
Family Applications (1)
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JP03621099A Expired - Lifetime JP3246728B2 (ja) | 1994-10-07 | 1999-02-15 | ガラス光学素子の成形方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3246728B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7232779B2 (en) | 2002-08-20 | 2007-06-19 | Hoya Corporation | Optical glass, precision press molding preform and method of manufacturing the same, optical element and method of manufacturing the same |
JP2007197317A (ja) * | 2002-08-20 | 2007-08-09 | Hoya Corp | 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム及びその製造方法、光学素子及びその製造方法 |
CN106477856A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-03-08 | 上海麦万工业自动化有限公司 | 一种光学镜片自动离型设备 |
-
1999
- 1999-02-15 JP JP03621099A patent/JP3246728B2/ja not_active Expired - Lifetime
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US7232779B2 (en) | 2002-08-20 | 2007-06-19 | Hoya Corporation | Optical glass, precision press molding preform and method of manufacturing the same, optical element and method of manufacturing the same |
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JP4691056B2 (ja) * | 2002-08-20 | 2011-06-01 | Hoya株式会社 | 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム及びその製造方法、光学素子及びその製造方法 |
CN106477856A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-03-08 | 上海麦万工业自动化有限公司 | 一种光学镜片自动离型设备 |
CN106477856B (zh) * | 2016-12-07 | 2022-10-28 | 上海银杉工业品销售有限公司 | 一种光学镜片自动离型设备 |
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