KR20090031834A - 정밀 프레스 성형용 프리폼, 성형형, 이 성형형을 이용하는글래스 성형체의 제조 방법 및 광학 소자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

용융 글래스 덩어리를 부상 상태에서 냉각하면서 성형하여 글래스 성형체를 얻기 위한 성형형을 개시한다. 상기 성형형은 저부와 저부의 주위를 둘러싸도록 세워 설치된 측벽을 갖는 오목 형상의 글래스 성형부를 구비하고, 저부는 글래스 덩어리에 풍압을 가하여 부상시키기 위한 가스를 분출하는 가스 분출구를 갖는다. 용융 글래스를 유출하여 용융 글래스 덩어리를 분리하고, 글래스 덩어리를 성형형에 설치된 글래스 성형부에서 부상 상태로 냉각하면서 성형하여 글래스 성형체를 얻는 글래스 성형체의 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 성형형을 이용하여, 하기 본 발명의 프리폼을 성형할 수 있다. 회전 대칭축을 갖고, 또한 상기 회전 대칭축과 각각 교차하는 2개의 끝면 및 상기 2개의 끝면의 외주에 접속하는 1개의 측면을 구비하는, 글래스제의 정밀 프레스 성형용 프리폼을 개시한다. 상기 2개의 끝면은 피프레스면이고, 또한 독립적으로 볼록면 또는 오목면이며, 상기 회전 대칭축에 일치하는 축을 갖고, 또한 상기 프리폼에 외접하는 가상적인 원주를 상정하였을 때에, 그 원주의 높이 h에 대한 직경 ø의 비(ø/h)가 1 이상이고 3 이하이며, 상기 원주의 용적 V₀에 대한 상기 프리폼의 체적 V의 비(V/V₀)가 68％ 이상이다. 이 정밀 프레스 성형용 프리폼을, 프레스 성형형을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 것을 포함하는 광학 소자의 제조 방법을 개시한다.

성형형, 저부 기초 부재, 저부 형성부, 측벽 구성 부재, 자석, 내벽

Description

정밀 프레스 성형용 프리폼, 성형형, 이 성형형을 이용하는 글래스 성형체의 제조 방법 및 광학 소자의 제조 방법{PREFORM FOR PRECISION PRESS FORMING, FORMING DIE, GLASS COMPACT MANUFACTURING METHOD USING THE DIE, AND OPTICAL ELEMENT MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 정밀 프레스 성형용 프리폼, 성형형, 이 성형형을 이용하는 글래스 성형체의 제조 방법 및 광학 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

광학 글래스제의 글래스 소재(프리폼이라고도 칭함)를 가열하고, 프레스 성형하여 형의 성형면의 형상을 글래스에 정밀하게 전사하고, 비구면 렌즈 등의 광학 소자를 생산하는 방법으로서 정밀 프레스 성형법(몰드 프레스법이라고도 함)이 알려져 있다. 렌즈 등의 광학 소자는 회전 대칭 형상을 갖기 때문에, 프리폼의 형상도 회전 대칭 형상으로 하고, 대칭축 방향으로부터 프리폼을 프레스하여 프레스 성형형 내에 글래스를 균등하게 펴서 넓힌다. 특허 문헌 1, 2에는, 이와 같은 프리폼과 정밀 프레스 성형법에 의한 광학 소자의 제조 방법의 일례가 기재되어 있다.

특허 문헌 1 및 2에 개시되어 있는 용융 글래스로부터 프리폼을 직접 만드는 방법에서는, 원활한 표면을 갖는 글래스를 성형하기 위해, 성형형 상에서 글래스 덩어리에 풍압을 가하여 부상시킨 상태에서 글래스를 성형하고, 성형 종료 후에 성형형으로부터 글래스 성형체를 취출하고, 비어진 성형형에 재차, 용융 글래스 덩어리를 공급하여 성형을 행한다. 복수의 성형형을 턴테이블에 배치하여 테이블을 인덱스 회전함으로써, 연속해서 유출하는 용융 글래스로부터 글래스 성형체를 잇달아 만들어 낼 수 있다.

그런데, 근년 오목 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈, 평 오목 렌즈 등 중 적어도 한쪽의 광학 기능면이 오목 형상인 렌즈의 수요가 높아지고 있다. 특허 문헌 3 및 4는, 이러한 한쪽 또는 양쪽의 광학 기능면이 오목 형상인 렌즈의 제조 방법에 대해 개시한다. 특허 문헌 3에는, 제1 형 부재와 제2 형 부재로 이루어지는 한 쌍의 성형형을 이용하여, 가열 하에서 글래스를 프레스 성형함으로써 메니스커스 형상의 광학 소자를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법은, 광학 소자 성형용 글래스 소재로서, 평면부를 경면으로 한 원주 형상 글래스를, 10³Pa 이하의 분위기에서, 상기 글래스의 굴복점 이상의 온도로 가열하고, 자중 변형에 의해, 편면이 볼록 형상, 타면이 오목 형상으로 되도록, 열 변형시킨 것을 이용하는 것을 특징으로 한다. 특허 문헌 4에는, 서로 대향하는 제1 형과 제2 형으로 이루어지는 한 쌍의 성형용 형을 이용하여, 글래스 소재를 가열 하에서 프레스 성형하는 광학 소자의 성형법이 기재되고, 상기 글래스 소재는 직경이 서로 다른 원주 형상의 글래스 소재를 2개 이상, 상기 양 형 사이에서 겹쳐져 프레스 성형되는 것을 특징으로 한다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2007-99529호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2003-40632호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 평9-295817호 공보

[특허 문헌 4] 일본 특허 공개 평9-249424호 공보

오목 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈, 평 오목 렌즈 등 중 적어도 한쪽의 광학 기능면이 오목 형상인 렌즈의 수요가 높아지고 있는 것은, 전술한 바와 같다. 이와 같은 렌즈는, 양 볼록 렌즈나 평 볼록 렌즈와 비교하여, 렌즈 전체의 체적 중, 광축 부근보다도 광축으로부터 떨어진 부분(렌즈의 주변 부분)이 차지하는 체적의 비율이 높다. 즉, 이러한 렌즈를 성형할 때, 성형형 내의 공간은 형의 중심축(성형되는 렌즈의 광축과 일치함) 부근에서 좁고, 축으로부터 떨어짐에 따라서 넓게 된다. 이 공간 내에 글래스를 펴서 넓히고자 하면, 글래스가 성형면을 따라서 넓어지지 않아, 측면 방향으로 빠지게 된다. 그 결과, 성형면 전역에 글래스가 충분히 널리 퍼지지 않아, 광학 기능면 전역에 걸쳐 높은 면 정밀도를 갖는 렌즈가 얻어지지 않는다. 이러한 경향은, 오목 형상의 광학 기능면의 주변부에서 특히 현저하게 된다.

성형 시에 상기한 바와 같은 문제가 있는 오목 메니스커스 렌즈 등에 대해서, 면 정밀도가 우수한 렌즈를 제작하기 위해서는, 예를 들면 렌즈 형상에 근사하는 형상으로 프리폼을 가공하고, 정밀 프레스 성형하는 방법이 생각된다(제1 방법 ). 그러나, 이 방법에서는 프리폼의 피프레스면, 즉 정밀 프레스 성형 시에 성형형에 의해 가압되는 면의 형상을 정밀하게 가공하지 않으면, 글래스와 성형면 사이에 분위기 가스가 가두어져(가스 트랩이라고 함), 그 부분에서 성형면의 형상을 글래스에 전사할 수 없기 때문에, 면 정밀도가 저하되게 된다고 하는 문제가 있다.

다른 방법으로서, 중심 두께가 큰 프리폼을 사용하는 방법이 생각된다(제2 방법). 이 방법은, 정밀 프레스 성형 시의 글래스 변형량을 적극적으로 크게 함으로써, 성형면 전역에 글래스를 널리 퍼지게 하고, 그에 의해 성형면 전역을 글래스에 전사하는 방법이다. 그러나, 이 방법에서는 렌즈의 체적에 비해 프리폼의 체적을 대폭 크게 해야만 하며, 성형면의 외측에 비어져 나오는 글래스(잔여물이라고 함)도 많을 수밖에 없다. 이러한 잔여물이 많은 성형품을 냉각하면, 쭈글어진다라고 하는 현상에 의해 잔여물 부분의 체적 수축이 커지고, 광학 기능면의 잔여물에 가까운 부분이 변형되어, 렌즈의 면 정밀도가 저하되게 된다.

또한, 잔여물 부분이 크면, 프레스 성형품을 수용하기 위해, 프레스 성형형을 구성하는 슬리브형의 내경을 크게 하지 않을 수 없어, 프레스 성형형 전체도 크게 하지 않을 수 없게 된다. 그러나, 프레스 성형형을 크게 하면 형의 균열성이 저하되어, 렌즈의 면 정밀도를 충분히 높일 수 없다. 또한, 프레스 성형형은 SiC나 초경재 등 고가의 재료로 만들어지기 때문에, 형의 대형화는 형재 비용의 증가로 이어진다. 또한, 형을 대형화함으로써 가공비도 업하게 된다.

또한, 잔여물이 많으면 심취 가공에 요하는 시간이 증가되어, 생산 코스트를 상승시키게 된다. 또한, 정밀 프레스 성형법의 특장 중 하나인 글래스의 이용율을 높이는 관점으로부터도, 잔여물이 많은 성형은 바람직하다고는 말할 수 없다.

또한, 렌즈 체적에 비해 프리폼 체적을 대폭 크게 해야만 하므로, 프리폼의 가열이나 정밀 프레스 성형품의 냉각에 요하는 시간을 길게 해야만 하여, 스루풋이 저하되게 된다고 하는 문제도 생긴다.

이러한 사정을 감안하여 상기 특허 문헌 3 및 4에 기재된 방법을 검토하면, 특허 문헌 3에 기재된 방법은 가열에 의한 자유 변형을 이용하는 방법이기 때문에, 직경에 대해 두께를 크게 취할 수 없다. 따라서, 특허 문헌 3에 기재된 방법은, 상기 제2 방법에 적합하지 않다. 또한, 자유 변형을 이용하는 방법이기 때문에, 렌즈 형상에 매우 근사한 형상의 글래스 소재를 만드는 것도 어려우므로, 제1 방법에도 적합하지 않다.

특허 문헌 4에 기재된 방법에서는, 서로 겹치게 하는 글래스의 매수가 많으면 연마 시의 수고나 코스트가 증가되고, 반대로 적을 경우에는 정밀 프레스 성형 시의 잔여물이 증가되어 렌즈의 면 정밀도가 저하되거나, 심취 시의 수고와 코스트가 증가된다.

정밀 프레스 성형 시에 성형형에 의해 가압되는 면의 형상을 정밀하게 가공하지 않고, 광학 소자의 체적에 비해 프리폼 체적을 대폭 크게 하는 일 없이, 소정의 면 정밀도를 갖는 광학 소자, 특히 메니스커스 렌즈나 양 오목 렌즈 등 오목 형상의 광학 기능면을 구비하는 광학 소자를 효율적으로 생산하는 새로운 기술이 필요로 되고 있지만, 그와 같은 기술이 존재하지 않는 것이 현상이다.

또한, 상기한 바와 같은 오목 형상의 광학 기능면을 구비하는 렌즈에서는, 광학 설계상, 고굴절률의 글래스를 이용하는 것이 바람직하다. 굴절률이 높은 글래스로서는, 예를 들면 B₂O₃-La₂O₃계 글래스로 대표되는 고굴절률 중저분산 글래스, 인산계 글래스로 대표되는 고굴절률 고분산 글래스를 들 수 있다.

고굴절률 중저분산 글래스는 정밀 프레스 성형에 적합한 점성에 상당하는 온도 폭이 좁으므로, 프레스 성형 시의 온도 제어가 어렵다. 온도가 지나치게 낮으면 필요한 렌즈의 면 정밀도가 얻어지지 않거나, 혹은 틈, 균열이 생기는 경우가 있다. 한편, 온도가 너무 높으면, 프레스 성형형과의 융착을 일으킨다.

고굴절률 고분산 글래스는 프레스 성형형과의 반응성이 높고, 형과의 융착을 일으키기 쉽다. 또한, 형과의 반응에 의한다고 생각되는 방사 형상의 흠이 렌즈 표면에 생기기 쉽다. 글래스와 형의 반응을 억제하기 위해서는, 프레스 성형 시의 온도를 내리어, 상기 반응성을 저하시키는 것이 요망된다.

이러한 트러블(융착이나 방사 흠의 발생)을 해소하기 위해서는, 정밀 프레스 성형 시의 글래스의 온도를 가능한 한 낮게 하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 고점도 상태의 글래스를 프레스하게 된다. 전술한 바와 같이 프리폼 표면에 연삭 흔적 등의 미세한 흠이 존재하면, 정밀 프레스 성형 시에 글래스의 파손 등의 불량이 생기기 쉽다. 또한, 글래스의 연마에서는, 물 등의 액체를 글래스 표면에 적용하면서 연마를 행하지만, 인산 글래스의 경우, 특히 표면에 수화층 등의 변질층이 형성되기 쉬워, 이 변질층이 정밀 프레스 성형 시에 형 성형면과의 융착을 조장하게 된다.

이러한 경향은, 고굴절률 중저분산 글래스에서는, 글래스 전이 온도(Tg)가 540℃ 이상을 초과하든가 굴절률(nd)이 1.75 이상으로 되면 현저하게 되고, 고굴절률 고분산 글래스에서는, 굴절률(nd)이 1.75 이상으로 되면 현저하게 된다.

어느 것이든 면 정밀도가 높은 광학 소자를 얻을 때에, 글래스의 파손 방지를 확실하게 행할 필요가 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로,

(1) 정밀 프레스 성형 시에 성형형에 의해 가압되는 면의 형상을 정밀하게 가공하지 않고,

(2) 렌즈 체적에 비해 프리폼 체적을 대폭 크게 하는 일 없이,

(3) 글래스를 파손시키지 않고,

(4) 소정의 면 정밀도를 갖는 광학 소자를 효율적으로 생산할 수 있다

정밀 프레스 성형용 프리폼을 제공하는 것 및 그와 같은 정밀 프레스 성형용 프리폼을 제조하기 위해 이용할 수 있는 성형형을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 정밀 프레스 성형용 프리폼을 이용한 광학 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 성형형을 이용한 정밀 프레스 성형용 프리폼 또는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 모재로서 사용할 수 있는 성형체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 회전 대칭축을 갖고, 또한 상기 회전 대칭축과 각각 교차하는 2 개의 끝면 및 상기 2개의 끝면의 외주에 접속하는 1개의 측면을 구비하는, 글래스제의 정밀 프레스 성형용 프리폼으로서,

상기 2개의 끝면은 피프레스면이고, 또한 독립적으로 볼록면 또는 오목면이며,

상기 회전 대칭축에 일치하는 축을 갖고, 또한 상기 프리폼에 외접하는 가상적인 원주를 상정하였을 때에, 그 원주의 높이 h에 대한 직경 ø의 비(ø/h)가 1 이상이고 3 이하이며,

상기 원주의 용적 V₀에 대한 상기 프리폼의 체적 V의 비(V/V₀)가 68％ 이상인 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼에 관한 것이다(청구항 1).

또한 본 발명은, 상기 본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼을, 프레스 성형형을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 것을 포함하는 광학 소자의 제조 방법에 관한 것이다(청구항 24).

또한 본 발명은, 용융 글래스 덩어리를 부상 상태에서 냉각하면서 성형하여 글래스 성형체를 얻기 위해 이용되는 성형형으로서,

상기 성형형은, 저부와 상기 저부의 주위를 둘러싸도록 세워 설치된 측벽을 갖는 오목 형상의 글래스 성형부를 구비하고,

상기 저부는, 상기 글래스 덩어리에 풍압을 가하여 부상시키기 위한 가스를 분출하는 복수의 가스 분출구를 갖는

것을 특징으로 하는 성형형에 관한 것이다(청구항 10).

또한 본 발명은 용융 글래스를 유출하여 용융 글래스 덩어리를 분리하고, 상기 글래스 덩어리를 성형형에 설치된 글래스 성형부에서 부상 상태로 냉각하면서 성형하여 글래스 성형체를 얻는 글래스 성형체의 제조 방법으로서,

상기 성형형으로서, 상기 본 발명의 성형형을 이용하고, 또한 상기 성형형의 글래스 성형부에서 상기 용융 글래스 덩어리를 부상 상태로 유지함으로써, 회전 대칭축을 갖고, 또한 상기 회전 대칭축과 각각 교차하는 2개의 끝면 및 상기 2개의 끝면의 외주에 접속하는 1개의 측면을 구비하는, 글래스 성형체를 성형하는 것을 특징으로 하는 글래스 성형체의 제조 방법에 관한 것이다(청구항 18).

또한 본 발명은, 상기 본 발명의 방법에 의해 글래스 성형체를 제작하고, 상기 성형체의 적어도 일부를 연마하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법이다(청구항 23).

또한 본 발명은, 상기 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 글래스 성형체 또는 정밀 프레스 성형용 프리폼을, 프레스 성형형을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 것을 포함하는 광학 소자의 제조 방법이다(청구항 26).

본 발명에 따르면, 고정밀도의 광학 소자를 효율적으로 생산하기 위한 정밀 프레스 성형용 프리폼과 이 프리폼을 이용한 광학 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 고정밀도의 광학 소자를 효율적으로 생산하기 위한 정밀 프레스 성형용 프리폼을 제조하기 위해 사용되는 성형형을 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 상기 성형형을 이용한 정밀 프레스 성형용 프리폼 또는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 모재로서 사용할 수 있는 성형체의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 상기 제조 방법에 의해 제조된 정밀 프레스 성형용 프리폼을 이용한 광학 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명에서, 이하로 기재하여, 범위를 특정하는 경우, 상한도 상기 범위에 포함시키는 것으로 하고, 이상으로 기재하여, 범위를 특정하는 경우, 하한도 상기 범위에 포함하는 것으로 한다.

<정밀 프레스 성형용 프리폼>

본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼은, 회전 대칭축을 갖고, 또한 상기 회전 대칭축과 각각 교차하는 2개의 끝면 및 상기 2개의 끝면의 외주에 접속하는 1개의 측면을 구비하는, 글래스제의 정밀 프레스 성형용 프리폼이다. 또한, 본 발명의 프리폼의 상기 2개의 끝면은 피프레스면이고, 또한 독립적으로 볼록면 또는 오목면이다. 또한, 본 발명의 프리폼은, 상기 회전 대칭축에 일치하는 축을 갖고, 또한 상기 프리폼에 외접하는 가상적인 원주를 상정하였을 때에, 그 원주의 높이 h에 대한 직경 ø의 비(ø/h)가 1 이상이고 3 이하이다. 또한, 상기 원주의 용적 V₀에 대한 상기 프리폼의 체적 V의 비(V/V₀)가 68％ 이상이다.

본 발명의 프리폼은, 회전 대칭축을 갖고, 또한 상기 회전 대칭축과 각각 교차하는 2개의 끝면 및 상기 2개의 끝면의 외주에 접속하는 1개의 측면을 구비한다.

렌즈와 같이 광학 기능면의 형상이 매우 높은 회전 대칭성을 갖는 광학 소자를 성형하기 위해서는, 회전 대칭축을 갖는 프리폼을 이용하는 것이 적절하다. 회전 대칭축의 주위에 임의의 각도만큼 회전하는 조작에 대해, 회전 전후의 프리폼의 윤곽을 서로 겹치게 할 수 있다. 단, 이 회전 대칭성은, 기하학적으로 엄밀할 필요는 없으며, 정밀 프레스 성형에 의해 원하는 광학 소자를 제작할 수 있는 정도이면 된다.

본 발명의 프리폼의 전형적인 형상은 원통형이지만, 순수하게 원통형인 것뿐만 아니라, 2개의 끝면의 한쪽 또는 양쪽이 볼록면일 수 있다. 또한, 측면이 회전 대칭축과 병행인 경우와 비병행인 경우 중 어느 하나일 수도 있다.

정밀 프레스 성형에 의해 글래스를 균등하게 펴서 넓히고, 편육이 적은 광학 소자를 얻기 위해서는, 회전 대칭축의 방향을 향하는 면, 즉 끝면을 정밀 프레스 성형 시의 피프레스면으로 한다. 끝면은 볼록면 또는 오목면으로 할 수 있다. 예를 들면, 2개의 끝면 모두 볼록면으로 하거나, 2개의 끝면과 오목면으로 하거나, 2개의 끝면 중 한쪽을 볼록면, 다른 쪽을 오목면으로 한다. 끝면을 볼록면으로 할지 오목면으로 할지는, 성형하는 렌즈 등의 광학 소자의 형상을 고려해서 결정하면 되고, 예를 들면 오목 메니스커스 렌즈나 볼록 메니스커스 렌즈를 성형하는 경우에는, 2개의 끝면 모두 볼록면으로 하거나, 2개의 끝면 중 한쪽을 볼록면, 다른 쪽을 오목면으로하는 것이 바람직하고, 양 오목 렌즈를 성형하는 경우에는, 2개의 끝면 모두 볼록면으로 하거나, 2개의 끝면 모두 오목면으로 하거나, 2개의 끝면 중 한쪽을 볼록면, 다른 쪽을 오목면으로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 끝면의 곡률을 프레스 성형형의 성형면의 형상에 맞추어 결정함으로써, 정밀 프레스 성형 시의 가스 트랩을 방지할 수 있다.

끝면이 볼록면 또는 오목면인 경우, 그 곡률은 프레스 성형형의 성형면이 구면인 경우에는 해당 구면, 상기 성형면이 비구면인 경우에는 해당 비구면의 비구면식의 기준 곡률 등을 고려해서, 적절히 결정할 수 있다. 2개의 끝면의 곡률은, 동일 또는 서로 다를 수 있다.

또한, 상기 볼록면에는 볼록면의 회전 대칭축과의 교점을 포함하는 영역에 오목부를 구비할 수도 있다. 오목부의 크기(볼록면에 대한 비율)는 렌즈의 광학 기능면이 구면이면 해당 구면의 곡률, 비구면이면 해당 비구면의 비구면식의 기준 곡률 등을 고려해서 적절히 결정할 수 있다. 예를 들면, 상기 렌즈의 광학 기능면의 직경을 d로 하면 상기 오목부의 직경은 d/3∼d/2의 범위로 할 수 있다. 오목부의 깊이는 렌즈의 구결(球缺) 등을 고려해서 적절히 결정할 수 있다. 예를 들면, 높이 h로 하면 오목부의 깊이는 h/5∼h/4로 할 수 있다.

또한, 끝면(피프레스면)이 볼록면인 경우, 상기 끝면의 회전 대칭축과의 교점을 포함하는 영역에 오목부를 형성함으로써, 상기 피프레스면을 볼록 형상의 형성형면에서 프레스할 때, 성형면의 중심과 프리폼의 중심을 위치 정렬하기 쉬워진다. 또한, 정밀 프레스 성형품의 양산 시, 프레스 성형형 내에 프리폼을 도입하고, 상기 피프레스면의 오목부를 볼록 형상의 성형면의 꼭대기부에서 누름으로써, 프리폼을 도입한 프레스 성형형을 이동하여도 형 내의 프리폼의 위치를 고정 상태로 유지할 수도 있다. 끝면이 오목면인 경우로서, 오목면의 중심, 즉 가장 우묵하 게 들어간 부분이 끝면의 회전 대칭축과의 교점을 포함하는 영역인 경우에도 이러한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 프리폼의 측면의 2개의 외주연은, 2개의 끝면의 외주의 각각에 접속한다. 접속 부분은, 각을 형성하고 있거나, 혹은 곡면이어도 된다. 혹은, 측면의 2개의 외주연과 끝면의 외주 사이에, 측면의 2개의 외주연과 끝면의 외주의 각각과 접속하는 접속면이 형성되어 있어도 된다.

본 발명의 프리폼의 측면은, 원주의 측면 형상 또는 원주의 측면 형상에 근사하는 형상, 혹은 재두 원추의 측면 형상 또는 재두 원추의 측면 형상에 근사하는 형상일 수 있다. 이와 같은 형상의 프리폼에 따르면, 충전율(V/V₀)을 한층 높일 수 있다. 원주의 측면 형상이란, 원주 단면의 직경이 단면의 어느 위치에서도 동등하고, 또한 측면의 표면은 매끄러운 원주에 의거한 매끄러운 곡면(곡 평탄면)이다. 그에 대해, 원주의 측면 형상에 근사하는 형상이란, 프리폼의 측면에 후술하는 홈을 구비하는 경우 등, 기하학적 관점으로부터 엄밀하게는 원주의 측면 형상은 아니지만, 정밀 프레스 성형이나 프리폼의 제조 공정 등의 관점으로부터 원주의 측면 형상과 동등하다고 간주할 수 있는 형상을 의미한다. 구체적으로는, 원주의 측면 형상에 근사하는 형상이란, 측면의 표면에 요철이나 홈(파상 구조)을 갖지만, 원주 단면의 이들 요철이나 홈에 외접 또는 내접하는 원의 직경이 단면의 어느 위치에서도 동등한 형상을 의미한다. 요철이나 홈의 형상 및 치수는, 성형하는 프리폼의 체적이나 그 원주의 높이 h에 대한 직경 ø의 비 및 하면측의 곡률을 고려해서 적 절히 결정할 수 있다. 프리폼의 측면에 요철이나 홈(및 산맥)을 가짐으로써, 후공정인 성형 공정에서, 프리폼의 측면이 가스 트랩으로 되는 것을 방지할 수 있거나, 혹은 매끄러운 곡면(곡 평탄면)인 경우에 비해, 변형에 대한 저항이 커져, 잔여물 형성 억제에 효과가 있다.

또한, 재두 원추의 측면 형상은 원주 단면의 직경이, 한쪽의 끝면으로부터 다른 쪽의 끝면을 향하여, 감소 또는 증가하고, 또한 측면의 표면은 매끄러운 원주에 의거한 매끄러운 곡면(곡 평탄면)이다. 원주 단면의 직경의 감소 또는 증가의 정도는, 프리폼에 요구되는 형상을 고려해서 적절히 결정되지만, 재두 원추의 측면을 측면의 일부로 하는 가상적인 원추의 정각(전각 2α)을 4°∼6°의 범위로 하는 것이, 프리폼의 서냉 공정에 취출하기 쉽다고 하는 관점으로부터 적당하다. 또한, 상기 α는 가상적인 원추의 중심축과 모선이 이루는 각도(내각)이다.

또한, 재두 원주의 측면 형상에 근사하는 형상이란, 프리폼의 측면에 후술하는 홈을 구비하는 경우 등, 기하학적 관점으로부터 엄밀하게는 재두 원주의 측면 형상은 아니지만, 정밀 프레스 성형이나 프리폼의 제조 공정 등의 관점으로부터 재두 원주의 측면 형상과 동등하다고 간주할 수 있는 형상을 의미한다. 구체적으로는, 원주의 측면 형상에 근사하는 형상의 경우와 마찬가지로, 측면의 표면에 요철이나 홈(파상 구조)을 갖지만, 원주 단면의 이들 요철이나 홈에 외접 또는 내접하는 원의 직경이 한쪽의 끝면으로부터 다른 쪽의 끝면을 향하여, 감소 또는 증가하는 형상을 의미한다. 요철이나 홈의 형상 및 치수는 프리폼의 서냉 공정에 취출하기 쉬움을 고려해서 적절히 결정할 수 있다. 프리폼의 측면에 요철이나 홈(및 산 맥)을 가짐으로써, 후공정인 성형 공정에서, 프리폼의 측면이 가스 트랩으로 되는 것을 방지할 수 있거나, 혹은 매끄러운 곡면(곡 평탄면)인 경우에 비해, 변형에 대한 저항이 커져, 잔여물 형성 억제에 효과가 있다.

프레스 방향에 대해 직교하는 방향으로 글래스가 빠지게 되는, 즉 프레스하였을 때에 글래스가 상기 직교하는 방향으로 한결같이 넓어지고, 글래스가 성형면에 충분히 널리 퍼지지 않는 경우도, 광학 소자의 면 정밀도를 저하시키는 요인으로 된다. 이러한 프레스 시의 글래스의 거동을 억제하는 점에서, 측면에서, 2개의 끝면의 일방측으로부터 타방측을 향하여 형성된 복수의 홈이 형성되어 있는 프리폼이 바람직하다. 상기 홈이 측면에 존재함으로써, 프레스 시에 글래스가 형 성형면에 널리 퍼지면서 프레스 성형형 내의 공간에 넓어져 가기 때문에, 면 정밀도가 높은 광학 소자를 한층 더 용이하게 제조할 수 있다. 측면의 복수의 홈은 등간격으로 배열하고 있는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 정밀 프레스 성형 시, 프리폼의 회전 대칭축을 중심으로 하여 등방으로 글래스의 넓어짐을 제어할 수 있다. 또한, 상기 홈은 회전 대칭축에 평행하게 형성되어 있어도 되고, 회전 대칭축에 대해 각각 일정한 방향으로 형성되어 있어도 되지만, 정밀 프레스 성형 시, 상기 회전 대칭축을 중심으로 하여 등방으로 글래스의 넓어짐을 제어한 후에 상기 홈은 상기 회전 대칭축에 평행하게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 홈은 후술하는 방법에 의해 얻을 수 있다.

정밀 프레스 성형에서는, 고점도의 글래스를 높은 압력으로 프레스한다. 그리고, 본 발명의 프리폼은 프레스 시의 변형량이 크기 때문에, 프리폼 표면에 연삭 흔적이나 흠이 존재하면, 그 부분을 기점으로 하여 글래스가 파손되기 쉽다. 이러한 트러블을 방지한 후에, 바람직하게는 적어도 프리폼의 측면을 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면, 보다 바람직하게는 상기 측면 외에 2개의 끝면(피프레스면)도 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면으로 한다. 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면이란, 프리폼 전체 혹은 프리폼의 모재로 되는 글래스 성형체 전체를, 용융 글래스를 냉각, 고화하여 만들었을 때에 얻어지는 글래스 표면을 의미하고, 후술하는 가열 연마면, 즉 글래스 표면만을 가열, 재용융한 후에 고화하여 얻어지는 면과는 서로 다르다. 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면에는 연삭, 연마 등의 냉간 가공이 실시되어 있지 않으므로, 연삭 흔적이나 연마 흠이 존재하지 않고, 상기 파괴의 기점이 존재하지 않는다. 특히, 상기 관점으로부터 전체 표면이 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면인 프리폼이 바람직하다. 또한, 글래스 표면을 재용융한 후, 냉각, 고화하여 얻어지는 가열 연마면도, 재용융에 의해 연삭 흔적이나 연마 흠이 수복되어, 미시적으로도 평활한 면으로 되므로, 상기 파괴의 기점이 존재하지 않는다.

가열 연마면은 파이어 폴리시라고 불리는 방법으로 얻어진다. 그러나, 가열 연마면에서는 글래스 표면을 고온으로 재가열하기 때문에, 글래스 표면이 변질될 우려가 있다. 특히, B₂O₃, 알칼리 금속, 불소, 염소 등의 휘발하기 쉬운 성분을 함유하는 글래스에서는, 파이어 폴리시 시에 휘발에 의해 글래스 표면이 변질되기 쉽다. 또한, 일단 원하는 형상으로 성형한 글래스를 재가열, 재용융하기 때문에, 글 래스가 원하는 형상으로부터 변형되게 된다. 이와 같은 이유에서, 가열 연마면과 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면을 비교하면 후자의 쪽이 현격히 우수하다. 경면 연마면은 거친 연마, 모래 뿜칠 등의 랩핑 공정을 거친 후, 폴리싱된 면이다. 랩핑된 면에는 다수의 연삭 흔적, 연마 흠이 존재하고, 이들이 상기 파괴의 기점으로 된다. 경면 연마면에서는, 이러한 기점 중 큰 것은 제거되지만, 잠상이라고 불리는 매우 미세한 흠이 존재하기 때문에, 경면 연마면을 갖는 프리폼은 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면이나 가열 연마면에 의해 전체 표면으로 구성되는 프리폼에 비해 내파손성이 낮아진다. 에칭면도 연삭 흔적이나 연마 흠이 에칭에 의해 제거되므로, 표면이 에칭면인 프리폼도 내파괴성이 우수하다. 단, 잠상이 있는 표면을 에칭하면, 흠이 현재화됨으로써 내파괴성이 저하되는 경우가 있다. 어느 쪽이든 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어지는 면으로 하는 것이 현격히 바람직하다.

또한, 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면의 예로서는, 자유 표면, 형 성형면을 용융 글래스에 전사하여 얻어지는 형 전사면 등을 들 수 있다. 자유 표면은, 예를 들면 용융 글래스 덩어리를 부상하면서 성형함으로써 형성할 수 있다. 형 전사면은 프레스 성형형에 의해 글래스를 프레스하거나, 용융 글래스를 주형에 유입시킴으로써 형성할 수 있다.

본 발명의 프리폼은, 형상을, 프리폼에 외접하는 가상적인 원주의 높이 h에 대한 직경 ø의 비(ø/h)가 1 이상이고 3 이하로 되도록 조정한 것이다. 비(ø/h)가 1보다 작으면, 측면 부분 또는 측면과 끝면(피프레스면)의 경계 부분이 렌즈의 유효 직경 내에 들어가게 되어, 렌즈 표면의 품질을 저하시킬 우려가 높아진다. 한편, 비(ø/h)가 3보다 크면, 정밀 프레스 성형 시의 글래스의 변형량이 작아져, 글래스를 성형면 전역에 널리 퍼지게 하는 것이 어렵게 된다. 또한, 프리폼이 프레스 성형형 내에 치우쳐, 렌즈의 편육ㆍ편심의 원인으로 될 우려가 있다. 따라서, 비(ø/h)를 상기 범위로 하지만, 비(ø/h)의 바람직한 범위는 1∼2.6, 보다 바람직한 범위는 1∼2.4, 더욱 더 바람직한 범위는 1∼2.0으로 한다.

전체 표면이 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면인 프리폼을 제작하는 점에서도, 본 발명의 프리폼의 형상은 바람직하다. 전체 표면이 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면인 프리폼의 제작에서는, 후술하는 바와 같이 용융 글래스 덩어리에 풍압을 가하여 부상시키면서 성형한다. 이 때, 글래스 덩어리 저면에 가스를 내뿜어 부상시키는 풍압을 얻지만, ø/h가 지나치게 크면 상기 가스가 글래스 덩어리의 저면으로부터 측면을 따라서 빠지기 어렵게 되어, 글래스 덩어리를 안정적으로 부상시키는 것이 곤란하게 된다. 한편, ø/h가 지나치게 작으면 글래스 덩어리의 저면에 가해지는 풍압만으로 글래스 덩어리를 부상시키는 것이 곤란하게 된다. ø/h가 본 발명의 범위에 있는 것에 의해, 글래스 덩어리를 안정적으로 부상시키면서 성형할 수도 있다. 또한, 글래스 덩어리의 부상의 안정화의 관점으로부터도 ø/h의 바람직한 범위는 전술한 범위로 된다.

이와 같이 하여 정밀 프레스 성형 시의 글래스의 변형량을 확보한 후에, 글래스의 성형면으로부터 비어져 나오는 양을 저감, 억제하는 점에서, 상기 원주의 용적 V₀에 대한 프리폼의 체적 V의 비(V/V₀)를 68％ 이상으로 한다. 비(V/V₀)는 가상적 원주 내의 글래스의 충전율이라고도 할 수 있는 양이며, 광학 기능면 전역의 면 정밀도를 양호하게 하면서, 사용하는 글래스의 양을 저감하기 위한 지표라고 생각할 수 있다. 상기 효과를 높이는 면에서, 비(V/V₀)를 69％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 70％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 71％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 72％ 이상으로 하는 것이 한층 더 바람직하다. 충전율(V/V₀)의 상한은 96％ 정도이며, 후술하는 측면의 홈이나 끝면이 곡면인 것에 의한 충전율의 감소를 고려하면, 상기 충전율의 상한을 94％로 하는 것이 바람직하고, 92％로 하는 것이 보다 바람직하고, 90％로 하는 것이 더욱 바람직하고, 88％로 하는 것이 한층 더 바람직하다.

프리폼이 회전 타원체인 경우, 충전율(V/V₀)은 2/3(66.7％)로 되고, 프리폼이 구인 경우도 충전율(V/V₀)은 2/3(66.7％)로 된다. 따라서, 이들 형상의 프리폼에서는 정밀 프레스 성형 시의 글래스의 변형량을 증가시키기 위해 스케일 업하여도, 충전율(V/V₀)은 일정하므로, 글래스의 변형량을 크게 할 수 있어도, 성형면으로부터 비어져 나오는 글래스의 양, 즉 잔여물의 양도 증가하게 된다. 그 결과, 잔여물 부분의 쭈글어짐에 의해 렌즈의 면 정밀도가 저하되게 된다. 또한, 잔여물 부분이 크면, 글래스를 수용하는 슬리브형도 클 수밖에 없어, 프레스 성형형 전체도 커지므로, 형의 균열성이 저하되어, 광학 기능면 전역에 걸쳐 높은 면 정밀도의 광학 소자를 만드는 것이 어렵게 된다.

한편, 본 발명에서는 비(ø/h)를 1 이상이고 3 이하로 하고, 또한 (V/V₀)을 68％ 이상으로 하므로, 잔여물이 적은 프레스 성형이 가능하게 되고, 그 결과 광학 기능면 전역에 걸쳐 면 정밀도가 높은 광학 소자를 얻을 수 있다. 또한, 소정의 광학 소자에 대해 프레스 성형형의 대형화를 억제할 수 있으므로, 형재 비용이나 형의 가공비를 저감할 수도 있다. 또한, 심취 가공에 의해 제거되는 글래스의 양을 삭감함과 함께, 심취 가공에 요하는 시간을 단축화할 수 있고, 글래스의 이용율을 높일 수 있다. 또한, 프리폼의 가열이나 정밀 프레스 성형품의 냉각에 요하는 시간을 단축하여, 스루풋을 올릴 수도 있다.

ø가 성형면을 평면에서 보았을 때의 직경보다도 작은 프리폼을 사용하면, 프리폼의 측면이 정밀 프레스 성형에 의해 광학 기능면으로 되는 경우가 있다. 그 경우에서도, 측면을 경면으로 함으로써, 평활하면서 면 정밀도가 높은 광학 기능면을 성형할 수 있다. 단, 평활하면서 면 정밀도가 높은 광학 기능면을 성형하고, 정밀 프레스 성형 시의 글래스의 파손을 저감, 방지하는 점에서, 피프레스면과 측면이 교차하는 모서리를 곡면으로 하고, 상기 곡면도 경면으로 해 두는 것이 바람직하다. 단, 평활하면서 면 정밀도가 높은 광학 기능면을 성형하는 점에서, ø가 성형면을 평면에서 보았을 때의 직경보다도 커지도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 측면의 최대 높이 Ry(JIS B0601-1994에 의한)에 비해, 피프레스면의 최대 높이 Ry를 작게 하는 것이 평활한 광학 기능면을 형성하는 점에서 바람직하 다. 구체적으로는, 측면의 최대 높이 Ry는, 바람직하게는 1㎛ 이하, 대략 0.3㎛∼1㎛의 범위로 하고, 피프레스면인 끝면의 최대 높이 Ry는 0.02㎛ 이하, 대략 0.01㎛∼0.02㎛의 범위로 한다.

또한, 본 발명의 프리폼은 후술하는 방법으로 제작할 수 있는 것 외에, 글래스를 연삭, 연마하는 방법에 의해서도 제작할 수 있고, 글래스를 프레스 성형하고 나서 연삭, 연마하는 방법 등에 의해서도 제작할 수 있다.

본 발명의 프리폼은 오목 메니스커스 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈의 성형에 바람직하게 사용할 수 있어, 오목 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈의 성형에 특히 바람직하다.

오목 메니스커스 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈 등의 재료로서 바람직한 글래스는 글래스 성분으로서 B₂O₃ 및 La₂O₃을 함유하는 글래스이다. 이러한 글래스는 고굴절률 저분산 글래스 혹은 고굴절률 중분산 글래스이며, 전술한 바와 같이 정밀 프레스 성형에 적합한 점도가 얻어지는 온도 영역이 좁고, 글래스 전이 온도도 높다. 따라서, 프레스 성형 온도가 약간 변동된 것만으로, 프리폼 측면에 존재하는 파괴의 기점으로부터 파괴가 일어나기 쉽다. 또한, 글래스 전이 온도가 높은 글래스는 정밀 프레스 성형 시의 프리폼 가열 온도, 프레스 성형형의 가열 온도도 높아지지만, 프레스 성형형이나 형 성형면에 형성하는 이형막의 소모를 저감, 방지하는 점에서, 프리폼, 프레스 성형형의 양 가열 온도를 가능한 한 낮게 억제하는 것이 바람직하다. 이러한 요망에 부응하면, 글래스 변형량이 큰 정밀 프레 스 성형에서, 고점도의 글래스를 프레스하게 된다. 그 때, 표면에 전술한 파괴의 기점이 존재하지 않는 상기 프리폼이면 파손되지 않고, 오목 메니스커스 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈 등의 광학 소자를 성형할 수 있다.

본 발명의 프리폼의 바람직한 제1 구체예로서는, 글래스 전이 온도(Tg)가 540℃ 이상인 광학 글래스에 의해 구성되는 프리폼, 보다 바람직하게는 글래스 전이 온도(Tg)가 570℃ 이상인 광학 글래스에 의해 구성되는 프리폼, 더욱 바람직하게는 글래스 전이 온도(Tg)가 590℃ 이상인 글래스에 의해 구성되는 프리폼, 보다 한층 더 바람직하게는 글래스 전이 온도(Tg)가 600℃ 이상인 글래스에 의해 구성되는 프리폼이다. 단, 글래스 전이 온도(Tg)가 너무 고온으로 되면 정밀 프레스 성형이 곤란하게 될 우려가 있으므로, 글래스 전이 온도(Tg)를 690℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼을 구성하는 글래스로서 바람직한 것은, 예를 들면 이하의 광학 글래스이다.

본 발명의 프리폼은 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈 등 오목형의 렌즈면을 갖는 렌즈의 성형에 적합하지만, 그 중에서도 오목 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈 등의 마이너스의 굴절력을 갖는 렌즈의 성형에 바람직하다. 이러한 렌즈는 플러스의 굴절력을 갖는 렌즈와 조합하여 색 지우기를 행하는 데에 적합하며, 플러스의 굴절력을 갖는 렌즈를 구성하는 글래스보다도 저분산의 글래스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 광학계의 컴팩트화 및 렌즈면의 곡률의 절대값을 저감하여 정밀 프레스 성형형의 형 가공이나 정밀 프레스 성형을 쉽게 하는 점에서 굴절률이 높은 글래스가 바람직하다.

이러한 관점으로부터, 본 발명의 프리폼을 구성하는 글래스로서는, 아베수 νd가 35 이상인 범위에서는 굴절률 nd가 1.70 이상, 아베수 νd가 35 미만인 범위에서는, 하기 수학식 1을 충족시키는 굴절률 nd를 갖는 광학 글래스가 바람직하다.

보다 바람직하게는 상기 범위 내에서 굴절률 nd가 1.75 이상인 글래스가 바람직하다.

단, 저분산성을 유지하면서 굴절률을 한층 더 높이면 글래스 안정성이 저하되므로, 상기 범위 내의 광학 특성 중, 하기 수학식 2를 충족시키는 범위로 하는 것이 바람직하고, 하기 수학식 3을 충족시키는 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

(주)

수학식 1은 nd=1.90, νd=25와 nd=1.7, νd=35를 연결하는 직선

수학식 2는 nd=2.00, νd=45와 nd=1.7, νd=65를 연결하는 직선

수학식 3은 nd=2.00, νd=35와 nd=1.7, νd=60을 연결하는 직선

광학 특성 외에 정밀 프레스 성형용의 글래스에는 비교적 낮은 글래스 전이 온도를 나타내는 글래스가 바람직하다. 이러한 성질을 실현하는 글래스로서, 몰％ 표시에서, 글래스 성분으로서,

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％

를 함유하는 광학 글래스를 예시할 수 있다.

상기 광학 글래스에 대해, 이하에 설명한다. 또한, 이하 특기하지 않는 한 각 성분의 양은 몰％로 표시하는 것으로 한다.

B₂O₃는 필수 성분이며, 글래스 메쉬를 형성하는 산화물의 역할을 한다. La₂O₃ 등의 고굴절률 성분을 많이 도입하는 경우, 글래스의 형성을 위해 B₂O₃을 5％ 이상 도입하여 주된 네트워크 구성 성분으로 하고, 실투에 대한 충분한 안정성을 부여함과 함께, 글래스의 용융성을 유지할 필요가 있지만, 70％를 초과하여 도입하면, 글래스의 굴절률이 저하되고, 고굴절률 글래스를 얻는다고 하는 목적에 적합하 지 않게 된다. 따라서, B₂O₃의 도입량은 5∼70％, 바람직하게는 10∼65％, 보다 바람직하게는 10∼60％, 더욱 바람직하게는 15∼60％이다.

SiO₂는 임의 성분이며, La₂O₃ 등의 희토류 산화물 성분을 다량으로 함유하는 글래스에 대해, 글래스의 액상 온도를 저하시키고, 고온 점성을 향상시키고, 또한 글래스의 안정성을 크게 향상시키지만, 과잉의 도입에 의해, 글래스의 굴절률이 내려 가는 것 외에, 글래스 전이 온도가 높아져 정밀 프레스 성형이 곤란하게 된다. 그 때문에, SiO₂의 도입량은 0∼50％, 바람직하게는 0∼40％, 보다 바람직하게는 0∼30％, 더욱 바람직하게는 0∼25％이다.

ZnO는 필수 성분이며, 글래스의 용융 온도나 액상 온도 및 전이 온도를 저하시켜, 굴절률의 조정에도 빠뜨릴 수 없다. 그 함유량이 1％ 미만이면 상기 효과가 약하고, 50％를 초과하여 도입하면, 분산이 커져, 실투에 대한 안정성도 악화되고, 화학적 내구성도 저하되므로, 그 도입량은 1∼50％의 범위로 하고, 바람직한 범위는 3∼45％, 보다 바람직한 범위는 5∼40％, 더욱 바람직한 범위는 10∼35％이다.

La₂O₃도 필수 성분이며, 글래스의 실투에 대한 안정성을 저하시키지 않고, 또는 분산을 높이지 않고, 굴절률을 높게 하여, 화학적 내구성을 향상시킨다. 그러나, 5％ 미만에서는 충분한 효과가 얻어지지 않고, 30％를 초과하면 실투에 대한 안정성이 현저하게 악화되므로, 그 도입량은 5∼30％, 바람직하게는 5∼25％, 보다 바람직하게는 5∼22％, 더욱 바람직하게는 5∼20％로 한다.

Gd₂O₃는 La₂O₃와 마찬가지로 글래스의 실투에 대한 안정성이나 저분산성을 악화시키지 않고 글래스의 굴절률이나 화학적 내구성을 향상시키는 성분이다. Gd₂O₃는 22％를 초과하여 도입하면 실투에 대한 안정성이 악화되고, 글래스 전이 온도가 상승하여 정밀 프레스 성형성이 악화되는 경향이 있기 때문에, 그 도입량은 0∼22％, 바람직하게는 0∼20％, 보다 바람직하게는 0∼18％, 더욱 바람직하게는 0∼15％로 한다.

Y₂O₃, Yb₂O₃는 고굴절률ㆍ저분산의 글래스를 실현하는 임의 성분이며, 소량 도입하는 경우, 글래스의 안정성을 높여, 화학적 내구성을 향상시키지만, 과잉의 도입에 의해 글래스의 실투에 대한 안정성을 크게 손상시켜, 글래스 전이 온도나 굴복점 온도를 상승시킨다. 그 때문에, Y₂O₃의 함유량은 0∼10％로 하고, Yb₂O₃의 함유량은 0∼10％로 한다.

Li₂O는 글래스 전이 온도를 저하시키는 효과가 크지만, 과잉 도입에 의해 굴절률이 저하됨과 함께, 글래스 안정성도 저하된다. 따라서, Li₂O의 양을 0∼20％, 바람직하게는 0∼15％, 보다 바람직하게는 0∼10％, 더욱 바람직하게는 0∼8％로 한다. 또한, 저온 연화성의 부여를 우선시키는 경우에는 Li₂O의 양을 0.1％ 이상으로 한다.

Na₂O, K₂O는 용융성을 개선시키는 기능이 있지만, 과잉 도입에 의해 굴절률이나 글래스 안정성이 저하되므로, 각각의 도입량을 0∼10％로 한다.

MgO, CaO, SrO도 용융성을 개선시키는 기능이 있지만, 과잉 도입에 의해 굴절률이나 글래스 안정성이 저하되므로, 각각의 도입량을 0∼10％로 한다.

BaO는 굴절률을 높이는 기능을 하지만 과잉 도입에 의해, 글래스 안정성이 저하되므로, 그 도입량을 0∼10％로 한다.

ZrO₂는 고굴절률의 글래스를 실현하고, 또한 글래스의 저분산성을 유지하기 위해 사용되는 필수 성분이다. ZrO₂를 도입함으로써, 글래스의 굴절률을 저하시키지 않고, 고온 점성이나 실투에 대한 안정성을 개선하는 효과가 얻어지지만, 15％를 초과하여 도입하면 액상 온도가 급격히 상승하고, 실투에 대한 안정성도 악화되므로, 그 도입량은 0∼15％, 바람직하게는 0∼12％, 보다 바람직하게 0∼10％, 더욱 바람직하게는 0∼8％로 한다.

Ta₂O₅는 고굴절률ㆍ저분산의 글래스를 실현하는 임의 성분이다. Ta₂O₅를 도입함으로써, 글래스의 굴절률을 저하시키지 않고, 고온 점성이나 실투에 대한 안정성을 개선하는 효과가 있지만, 20％를 초과하여 도입하면 액상 온도가 급격히 상승하고, 분산이 증대되므로, 그 도입량은 0∼20％, 바람직하게는 0∼17％, 보다 바람직하게는 0∼14％, 더욱 바람직하게는 0∼10％로 한다.

WO₃는 글래스의 안정성, 용융성을 개선하고, 굴절률을 향상시키기 위해 적절히 도입되는 성분이지만, 그 도입량이 20％를 초과하면, 분산이 커져, 필요한 분산 특성이 얻어지지 않게 되어, 글래스의 착색도 증대되므로, 그 도입량은 0∼20％, 바람직하게는 0∼18％, 보다 바람직하게는 0∼16％, 더욱 바람직하게는 0∼14％로 한다.

Nb₂O₅는 글래스의 안정성을 유지하면서 굴절률을 높이는 임의 성분이지만, 과잉 도입에 의해 분산이 증대되므로, 그 도입량은 0∼15％, 바람직하게는 0∼13％, 보다 바람직하게는 0∼10％, 더욱 바람직하게는 0∼8％로 한다.

TiO₂는 글래스의 굴절률의 향상을 위해 도입 가능한 임의 성분이지만, 과잉의 도입에 의해 분산이 커져, 목적으로 하는 광학 항수를 얻을 수 없게 되거나, 글래스의 착색이 증대되므로, 그 도입량은 0∼40％, 바람직하게는 0∼35％, 보다 바람직하게는 0∼30％, 더욱 바람직하게는 0∼25％로 한다.

Bi₂O₃는 글래스의 굴절률을 높여, 글래스의 안정성을 향상시키는 기능을 하는 임의 성분이지만, 과잉 도입에 의해 글래스의 안정성이 저하되어, 액상 온도가 상승된다. 그 때문에, 그 도입량은 0∼10％로 한다.

GeO₂는 글래스의 굴절률을 높임과 함께, 글래스의 안정성을 향상시키는 기능을 하는 임의 성분이며, 그 도입량은 0∼10％로 하고, 0∼8％로 하는 것이 바람직하다. 단, 다른 성분에 비해 현격한 차이에 고가이므로 도입하지 않는 것이 보다 바람직하다.

Ga₂O₃도, 글래스의 굴절률을 높임과 함께, 글래스의 안정성을 향상시키는 기능을 하는 임의 성분이며, 그 도입량은 0∼10％로 하고, 0∼8％로 하는 것이 바람직하다. 단, 다른 성분에 비해 현격한 차이로 고가이므로 도입하지 않는 것이 보 다 바람직하다.

Al₂O₃는 글래스의 고온 점성을 높임과 함께 액상 온도를 저하시켜, 글래스의 성형성을 향상시키는 기능을 하고, 화학적 내구성을 향상시키는 기능도 하는 임의 성분이다. 그러나 과잉 도입에 의해 굴절률이 저하되고, 실투에 대한 안정성도 저하되므로, 그 도입량은 0∼10％로 한다.

이 밖에, Sb₂O₃가 탈포제로서 임의로 첨가되지만, 전체 글래스 성분의 합계 함유량에 대해 Sb₂O₃의 첨가량이 1 중량％를 초과하면, 정밀 프레스 성형 시에 프레스 성형형의 성형면이 손상을 받을 우려가 생기기 때문에, Sb₂O₃는 전체 글래스 성분의 합계 함유량에 대해 0∼1 중량％ 첨가하는 것이 바람직하고, 0∼0.5 중량％ 첨가하는 것이 보다 바람직하고, 0∼0.1 중량％ 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 글래스 성분으로서 도입하지 않는 것이 바람직한 것으로서, PbO를 예로 들 수 있다. PbO는 유해함과 함께, PbO를 포함하는 글래스로 이루어지는 프리폼을 비산화성 분위기 속에서 정밀 프레스 성형하면, 성형체의 표면에 납이 석출하여 광학 소자로서의 투명성이 손상되거나, 석출한 금속납이 프레스 성형형에 부착된다고 하는 문제가 생긴다.

Lu₂O₃는 0∼3％로 소량이면 도입할 수 있다. 그러나, 일반적으로 광학 글래스의 성분으로서는, 다른 성분에 비해 사용 빈도가 적고, 또한 희소 가치가 높고 광학 글래스 원료로서는 고가이므로, 코스트면으로부터 도입하지 않는 것이 바람직 하다.

카드뮴, 텔루륨 등의 환경상 문제로 되는 원소, 토륨 등의 방사성 원소, 비소 등의 유독한 원소도 도입하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 글래스 용융 시의 휘발 등의 문제로부터 불소도 도입하지 않는 것이 바람직하다.

전술한 범위에서 원하는 광학 특성을 얻기 위해, 상기 설명에 따라서, 상기 조성 범위 내에서 각 성분의 도입량을 정하면 된다.

상기한 바와 같이 굴절률이 높은 글래스를 정밀 프레스 성형하는 경우, 성형형의 온도나 글래스의 온도가 높아지면, 글래스 중의 성분, 특히 고굴절률 부여 성분과 성형형의 성형면, 혹은 상기 성분과 프리폼 표면에 코팅한 막이 화학 반응을 일으켜, 글래스 표면에 흐림이나 흠이 생기거나, 글래스가 성형형에 들러붙거나 하는 등의 트러블이 생기기 쉽다. 이러한 트러블을 회피하기 위해서는, 프레스 성형 시의 성형형이나 글래스의 온도를 낮게 억제하는 것, 즉 점도가 비교적 높은 글래스를 프레스 성형하는 것이 요망된다. 따라서, 상기의 글래스는 굴절률이 낮은 글래스에 비해 프레스 성형 시의 허용 온도 영역이 좁다.

또한, 상기 글래스는, 굴절률이 낮은 글래스에 비해 온도 변화에 대한 점도 변화가 크고, 온도가 약간 저하된 것만으로 점도가 대폭 상승하고, 딱딱한 글래스를 프레스하게 되어, 틈, 균열이 일어나기 쉽다.

게다가, 본 발명은 정밀 프레스 성형에서의 글래스의 변형량이 크기 때문에, 또한 틈, 균열이 일어나기 쉽다. 따라서, 프리폼 표면의 흠이나 잠상을 없앰으로써, 틈, 균열을 저감, 방지하는 것이 요망된다.

전술한 바와 같이 고굴절률 부여 성분을 함유하는 상기 글래스는 성형형 성형면과의 화학 반응이나 프리폼 표면을 코팅하는 막과의 화학 반응을 억제하기 위해, 글래스 전이 온도(Tg)를 낮게 하는 것이 요망된다. 글래스 전이 온도의 바람직한 범위는 650℃ 이하, 보다 바람직하게는 630℃ 이하이다. 또한, 전술한 바와 같이 상기 글래스는 고굴절률 부여 성분을 함유하므로, 정밀 프레스 성형용의 광학 글래스 중에서는 글래스 전이 온도가 비교적 높고, 그 전이 온도는 목표로서 520℃ 이상으로 된다. 굴절률이 보다 높은 글래스 혹은 분산이 보다 낮은 글래스에서는, 글래스 전이 온도가 더욱 높고, 540℃ 이상, 글래스에 따라서는 550℃ 이상, 나아가서는 580℃ 이상, 600℃ 이상으로 된다.

상기 글래스로서는, 몰％ 표시로, 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％를 함유하는 글래스를 예시할 수 있다.

상기 범위의 조성을 갖고, 전술한 바와 같이 글래스 전이 온도가 높은 광학 글래스를 이용한 상기 프리폼에 의해, 고굴절률 저분산 글래스제의 오목 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈 등의 광학 소자를 정밀 프레스 성형에 의해 고정밀도로 제작할 수 있다.

상기 글래스는 굴절률(nd)이 1.75 이상, 아베수(νd)가 25∼55인 광학 특성을 실현하는 글래스로서 바람직하다.

본 발명의 프리폼을 구성하는 글래스의 제2 구체예로서는, 인산 글래스를 예로 들 수 있다. 고굴절률 고분산 특성을 얻기 위해, P₂O₅ 외에, Nb₂O₅, TiO₂, Bi₂O₃, WO₃, Li₂O를 함유하는 인산 글래스, P₂O₅, Nb₂O₅, Bi₂O₃, Li₂O를 함유하는 인산 글래스, P₂O₅, Nb₂O₅, TiO₂, Bi₂O₃, Li₂O를 함유하는 인산 글래스, P₂O₅, Nb₂O₅, TiO₂, WO₃, Li₂O를 함유하는 인산 글래스 등을 예시할 수 있다. 이들 인산 글래스는 Nb₂O₅, TiO₂, Bi₂O₃, WO₃ 등의 고굴절률 고분산 부여 성분이 함유되어 있으므로, 프레스 성형형과 반응하고, 전술한 바와 같이 글래스와 형의 융착, 광학 소자 표면의 방사 형상의 흠 등이 발생하기 쉽다.

이러한 트러블(융착이나 방사 흠의 발생)을 해소하기 위해서는, 정밀 프레스 성형 시의 글래스의 온도를 가능한 한 낮게 하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 고점도 상태의 글래스를 프레스하게 된다. 전술한 바와 같이 프리폼 표면에 연삭 흔적 등의 미세한 흠이 존재하면, 정밀 프레스 성형 시에 글래스의 파손 등의 불량이 생기기 쉽다. 또한, 글래스의 연마에서는 물 등의 액체를 글래스 표면에 적용하면서 연마를 행하지만, 인산 글래스의 경우, 특히 표면에 수화층 등의 변질층이 형성되기 쉽고, 이 변질층이 정밀 프레스 성형 시에 형 성형면과의 융착을 조장하게 된다. 본 발명에 따르면, 프리폼의 측면, 바람직하게는 상기 측면 외에 2개의 끝면 중 한쪽, 보다 바람직하게는 상기 측면과 2개의 끝면, 더욱 바람직하게는 전체 표면을 용융 상태의 글래스를 고화하여 형성되는 면으로 함으로써, 상기 연삭 흔적이나 변질층에 의한 정밀 프레스 성형 시의 문제점을 저감, 해소할 수 있다.

또한, 인산 글래스는 굴절률(nd)이 1.75 이상, 아베수(νd)가 25 미만인 광학 특성을 실현하는 글래스로서 바람직하다.

<성형형>

다음으로, 용융 글래스 덩어리를 부상 상태에서 냉각하면서 성형하여 글래스 성형체를 얻기 위해 이용되는 본 발명의 성형형에 대해서 설명한다. 본 발명의 성형형은 저부와 상기 저부의 주위를 둘러싸도록 세워 설치된 측벽을 갖는 오목형의 글래스 성형부를 구비하고, 또한 상기 저부는, 상기 글래스 덩어리에 풍압을 가하여 부상시키기 위한 가스를 분출하는 복수의 가스 분출구를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 성형형은, 전술한 바와 같이, 특정한 형상을 갖는 프리폼 등의 성형체, 예를 들면 본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼 중의 일 양태를 성형하는 데에 적합한 성형형이다. 그와 같은 성형체는 회전 대칭축을 갖고, 또한 상기 회전 대칭축과 각각 교차하는 2개의 끝면 및 상기 2개의 끝면의 외주에 접속하는 1개의 측면을 구비하는 글래스 성형체이다. 또한, 이 성형체는 2개의 끝면이 독립적으로 볼록면 또는 오목면이며, 상기 측면은 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면으로 이루어지고, 상기 회전 대칭축에 일치하는 축을 갖고, 또한 상기 프리폼에 외접하는 가상적인 원주를 상정하였을 때에, 그 원주의 높이 h에 대한 직경 ø의 비(ø/h)가 1 이상이고 3 이하이며, 상기 원주의 용적 V₀에 대한 상기 프리폼의 체적 V의 비(V/V₀)가 68％ 이상인 것이 바람직하다. 이 성형체에 대해서는 후술한다.

본 발명의 성형형은, 저부와 상기 저부의 주위를 둘러싸도록 세워 설치된 측벽을 갖는 오목형의 글래스 성형부를 구비한다. 또한, 글래스 성형부의 저부는, 상기 글래스 덩어리에 풍압을 가하여 부상시키기 위한 가스를 분출하는 복수의 가스 분출구를 갖는다.

지금까지 알려져 있는 프리폼 등의 글래스 성형체를 부상 성형하기 위해 이용되어 가는 성형형에도, 가스 분출구를 갖는 저부와 이 저부로부터 그대로 측벽이 연속되어 있는 구조의 오목형의 글래스 성형부를 구비하는 것은, 예를 들면 특허 문헌 2에 기재가 있다. 그러나, 본 발명의 성형형은 저부에 설치된 가스 분출구가 복수이며, 또한 상기 저부의 주위를 둘러싸도록 세워 설치된 측벽을 갖는 오목형의 글래스 성형부를 구비하는 점이 특징이며, 이와 같은 글래스 성형부를 구비하는 성형형은 알려져 있지 않다.

상기 복수의 가스 분출구를 갖는 저부는, 예를 들면 통기성을 갖는 다공질 재료에 의해 구성될 수 있다. 혹은, 비다공질 재료로서 규칙적 또는 불규칙으로 가스 분출구가 설치된 것이어도 된다. 복수의 가스 분출구를 갖는 부상 성형용의 성형형은, 지금까지도 알려져 있다.

구체적으로는, 글래스 성형부의 저부는 다공질체로 만들고, 그 다공질체의 배면, 즉 글래스 덩어리와 대면하는 면의 배면에 고압의 가스를 공급하고, 다공질 체를 통과시켜 글래스 덩어리와 대면하는 면으로부터 가스를 분출시키는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 저부의 글래스 덩어리와 대면하는 면 전역으로부터 균등하게 가스를 분출할 수 있어, 글래스 덩어리의 하면에 비교적 균등하게 상향의 풍압을 가할 수 있다. 그 때문에, 점도가 낮은 상태의 글래스 덩어리 하면의 국부에 가스 분출에 의한 풍압이 집중되어, 글래스 덩어리 하면에 요철이 생기는 것을 방지할 수 있다.

상기 성형형에서는, 글래스 덩어리를 부상시키기 위한 풍압을, 저부에 설치한 가스 분출구로부터 분출하는 가스에 의해 얻으므로, 저부에 면하는 글래스 표면에 균등하게 가스를 분출하는 것이 바람직하다. 이러한 가스 분출을 행하기 위해, 저부를 다공질체로 형성하는 것이 바람직하고, 다공질체의 배면에 가스를 공급하기 위한 가스 유로를 구비하는 것이 바람직하다. 다공질체의 배면에 고압의 가스를 공급하여 다공질체를 투과시킴으로써, 그 표면으로부터 균등하게 가스를 분출시킬 수 있다.

저면과 마찬가지로 측벽도 다공질체로 구성하고, 다공질체의 배면에도 고압의 가스를 공급하면, 측면으로부터 분출하는 가스에 의해 저면으로부터 분출 가스가 빠져나가는 길이 막히기 쉽다. 그 결과, 저면에의 충분한 풍압이 얻어지지 않아 글래스의 부상 상태가 악화될 우려가 있다. 따라서, 저면과 측벽 중, 저면에만 가스 분출구를 형성하는 것이 바람직하다. 저면에만 가스 분출구를 형성함으로써, 글래스 덩어리를 안정적으로 부상시킬 수도 있다.

저부의 형상은, 성형체인 프리폼의 피프레스면 혹은 피프레스면에 가공되는 프리폼 모재의 저면의 형상을 반전한 형상 혹은 상기 형상에 근사하는 형상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 글래스 성형부의 저부의 형상이 오목면인 경우, 상기 형상의 측벽이 없으면 글래스 덩어리는 흔들리기 쉬워지지만, 본 발명에 따르면, 저부의 형상이 오목면인 경우라도 글래스 덩어리를 안정적으로 부상시킬 수 있다.

측벽의 형상은, 원주의 측면 형상 혹은 재두 원추의 측면 형상, 혹은 원주의 측면 형상에 근사하는 형상 혹은 재두 원추의 측면 형상에 근사하는 형상 중 어느 하나일 수도 있다. 여기서, 원주의 측면 형상에 근사하는 형상, 재두 원추의 측면 형상에 근사하는 형상이란, 전술한 바와 같이 측벽에 홈이나 볼록부를 형성하는 경우가 있기 때문이다. 측벽은 글래스 덩어리 혹은 글래스 성형체의 흔들림을 억제하는 기능을 하지만, 이러한 기능을 발휘하는 범위에서, 원주의 측면 형상에 근사한 형상, 혹은 재두 원추의 측면 형상에 근사한 형상이면 된다.

충전율이 큰 프리폼을 성형하기 위해서는, 측벽이 수직 또는 수직에 가까운 성형형이 바람직하다. 이러한 성형형에서는 글래스 성형부에서 프리폼을 원활히 취출할 수 있도록, 측벽을 위 열림, 즉 측벽의 형상을 재두 원추의 측면 형상 또는 상기 형상에 근사하는 형상으로 하고, 개구부를 저부보다도 크게 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 글래스 성형부로부터 스무드하게 프리폼을 취출할 수 있다.

상기 측벽에는, 가스 분출구로부터 분출하는 가스를 상기 글래스 성형부의 개구 방향을 향하여 흘리는 가스 유로를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 가 스 유로는 저부로부터 글래스 성형부의 개구의 방향에 수직으로, 또는 경사져 연장되는 복수의 홈일 수 있고, 가스 유로를 갖는 측벽의 표면은 연속면으로 이루어지는 파형 또는 단속면으로 이루어지는 파형일 수 있다. 연속면으로 이루어지는 파형이란, 각이 없는 홈과 산맥이 교대로 나타나는 형상이며, 그에 대해 단속면으로 이루어지는 파형이란, 홈과 산맥이 교대로 나타나는 형상이며, 또한 홈과 산맥의 접선이 각을 형성하고 있는 형상이다. 이 양자의 중간적인 형상(예를 들면, 단속면으로 이루어지는 파형이며, 홈과 산맥의 접선인 각이 둥글게 되어 있는 형상)일 수도 있다.

본 발명의 성형형이란, 전술한 바와 같이 회전 대칭축을 갖고, 또한 상기 회전 대칭축과 각각 교차하는 2개의 끝면 및 상기 2개의 끝면의 외주에 접속하는 1개의 측면을 구비하는, 글래스 성형체를 성형하기 위해 이용된다. 성형체의 한쪽의 끝면은, 특히 성형형의 저부에 상응하는 형상으로 성형되고, 측면은 성형형의 측벽에 상응하는 형상으로 성형된다. 본 발명의 성형형이, 측벽에 가스 유로를 가짐으로써, 가스 분출구로부터 분출된 가스의 적어도 일부는 가스 유로를 경유하여 개구에 이르고, 글래스 덩어리를 안정적으로, 글래스 성형부에 유지하는 것을 가능하게 한다. 또한, 가스 유로 및 가스 유로 이외의 측벽과 글래스 덩어리의 간극을 통과하는 가스는, 글래스 덩어리와 측벽의 접촉을 회피 또는 완화하여, 글래스 성형체의 측면을 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면으로 할 수 있다.

본 발명의 성형형을 도 1 내지 도 3에 기초하여, 더욱 설명한다.

도 1의 (a)에 도시하는 것은, 본 발명의 성형형의 일 실시 양태인 성형 형(10)이다. 성형형(10)은 저부 기초 부재(11), 저부 기초 부재(11)의 중앙의 개구부에 형성한 다공질 재료에 의해 구성되는 저부 형성부(12) 및 측벽 구성 부재(13)로 구성된다. 측벽 구성 부재(13)는 내벽이, 성형부의 측벽을 구성한다. 또한, 측벽 구성 부재(13)는, 복수의 부분으로 분할 가능하게 할 수 있어, 성형 후의 글래스 성형체의 취출 시에, 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 외측으로 이동하여, 취출을 쉽게 할 수 있다.

도 2의 (a)에 도시하는 것은, 본 발명의 성형형의 일 실시 양태인 성형형(20)이다. 성형형(20)은 저부 기초 부재(21), 저부 기초 부재(21)의 중앙의 개구부에 형성한 다공질 재료에 의해 구성되는 저부 형성부(22) 및 측벽 구성 부재(23)로 구성된다. 측벽 구성 부재(23)는 내벽이, 성형부의 측벽을 구성한다. 측벽 구성 부재(23)의 하부는, 저부 기초 부재(21)의 상부에 형성된 오목부와 대응하는 형상을 갖고, 상기 오목부에 탈착 가능하게 짜 넣어져 조립할 수 있다. 또한, 저부 기초 부재(21)의 상부에 형성된 오목부의 내부에는 자석(24)을 설치하여, 측벽 구성 부재(23)를 고정할 수도 있다. 또한, 측벽 구성 부재(23)의 개구 내부의 측벽을 구성하는 면(23a)에는, 종방향으로 잘려진 홈으로 이루어지는 가스 유로가 성형되어 있다. 또한, 도 2의 (c)에 도시하는 바와 같이, 측벽 구성 부재(23)의 개구 내부는, 하측의 개구가 상측의 개구보다 커진 재두 원추 형상(가상의 정점이 측벽 구성 부재(23)의 상방에 있음)을 갖고, 원추의 정각의 1/2에 상당하는 각도 α는 성형 후, 저부 기초 부재(21)로부터 측벽 구성 부재(23)를 분리할 때에, 글래스 성형체가 모두 분리되는 일이 없도록 성형체의 크기를 고려해서 적절히 결 정할 수 있고, 예를 들면 2∼3°의 범위로 할 수 있다. 또한, 상기 가상의 정점이란, 상기 재두 원추의 측면을 측면의 일부로 하는 가상적인 원추의 정점을 의미하고, 원추의 정각이란 상기 가상적인 원추의 정각을 의미한다. 성형 후의 글래스 성형체의 취출 시에는, (b)에 도시하는 바와 같이, 측벽 구성 부재(23)는 제거하고, 그 후에 글래스 성형체 반입을 쉽게 할 수 있다.

도 3의 (a)에 도시하는 것은, 본 발명의 성형형의 일 실시 양태인 성형형(30)이다. 성형형(30)은 저부 기초 부재(31), 저부 기초 부재(31)의 중앙의 개구부에 형성한 다공질 재료에 의해 구성되는 저부 형성부(32)로 구성된다. 저부 기초 부재(31)의 저부 형성부(32)의 상방은 내벽이, 성형부의 측벽을 구성한다. 저부 기초 부재(31)의 내벽(33)의 내부는, 하측의 내경이 상측의 개구보다 작아진, 재두 원추 형상(가상의 정점이 내벽(33)의 상방에 있음)을 갖고, 원추의 정각의 1/2에 상당하는 각도 α는 글래스 성형체를 상방에 수직으로 취출할 때에 걸림에 의해 저항으로 되지 않도록, 또한 성형체의 크기를 고려해서 적절히 결정할 수 있고, 예를 들면 2∼3°의 범위일 수 있다. 도 3의 (b)에는, X-X'에서의 저부 기초 부재(31)의 단면 형상을 도시한다. 내벽(33)의 내부에 종방향으로 형성된 홈으로 이루어지는 가스 유로의 요철을 나타내고 있다.

측벽은 회전축 대칭 형상 혹은 대략 회전축 대칭 형상으로 되어 있지만, 저면도 회전축 대칭 형상으로 하고, 측벽의 대칭축과 저면의 대칭축이 공통된 축으로 되도록 하는 것, 즉 글래스 성형부의 형상도 회전축 대칭 형상 혹은 대략 회전축 대칭 형상으로 하는 것이 바람직하다.

이렇게 함으로써, 글래스 성형체의 형상도 회전축 대칭 형상 혹은 대략 회전축 대칭 형상으로 할 수 있다. 글래스 성형체를 연마하여 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 가공하는 경우, 즉 글래스 성형체를 프리폼 모재로 하는 경우도, 글래스 성형체의 회전축 대칭성을 살리어, 회전축 대칭 형상 혹은 대략 회전축 대칭 형상의 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 가공하는 것이 바람직하다.

렌즈 등으로 대표되는 회전축 대칭 형상의 광학 소자를 정밀 프레스 성형에 의해 제작하는 경우, 프리폼의 형상도 회전축 대칭 형상인 것이 바람직하다. 프리폼을 대칭축 방향으로부터 프레스함으로써 글래스를 상기 축의 주위에 대칭으로 펴서 넓혀 편육이 없거나 혹은 매우 적은 렌즈로 대표되는 광학 소자를 만들 수 있다.

글래스 성형부의 저부의 형상은 오목면으로 하고, 저부에 형성한 가스 분출구로부터 분출하는 가스가 저부와 글래스의 간극, 측벽과 글래스의 간극으로부터 글래스 성형부의 개구부에 원활히 빠져나가도록 하는 것이 바람직하다. 글래스 덩어리에 작용하는 중력이 상기 간극을 좁히고자 하는 것에 대해, 가스 분출구로부터 분출하는 가스는 상기 간극을 형성하고자 하므로, 글래스 덩어리에 상향 방향의 풍압이 정상적으로 작용하게 된다.

상기한 바와 같이 글래스 성형부의 측벽은 우뚝 솟아 있기 때문에, 글래스 성형부 내의 용융 글래스 덩어리는, 그 측면이 측벽에 의해 규제되고, 액적 형상으로부터 크게 벗어나게 된다. 이와 같은 상태에서는, 표면 장력에 의해 용융 글래스 덩어리가 액적 형상으로 되고자 하여, 글래스와 측벽의 간극이 좁아져, 저부로 부터 분출한 가스가 글래스와 측벽 사이에서 빠지기 어렵게 되기 쉽다. 이와 같은 상태를 해소하기 위해, 측벽에 저면측으로부터 글래스 성형부의 개구 방향을 향하여 홈을 형성한 성형형을 이용하는 것이 바람직하다. 글래스는 표면 장력에 의해 홈 속까지 진입하기 어려우므로 홈 속에 상기 가스가 흐르는 간극이 생기기 쉽다. 국소적으로 가스가 빠지기 쉬운 부분을 만듦으로써, 그 부분에는 글래스가 더욱 진입하기 어려워져, 가스의 유로로 되는 글래스와 측벽의 간극이 안정적으로 확보된다. 그 결과, 가스가 글래스와 글래스 성형부 사이에 머물러, 글래스 성형체의 형상을 변형시키거나, 혹은 글래스가 불안정한 거동을 취하지 않도록 할 수 있다.

측벽의 바람직한 형상은 글래스 성형부의 저부측으로부터 글래스 성형부의 개구부를 향하여 신장하는 홈을 복수 구비하고, 각 홈이 일정한 간격으로 나열하여, 각 홈의 폭, 깊이가 서로 동등한 형상이며, 각 홈이 서로 평행한 형상이 보다 바람직하다. 이 경우, 대칭축에 대해 직교하는 측벽의 단면 형상은, 원주 상에 등간격으로 깊이, 폭이 서로 동등한 홈이 형성되어 있는 형상으로 된다. 측면 형상을 이러한 형상으로 함으로써, 성형형의 저부로부터 분출한 가스가 글래스 덩어리 측면의 어느 부분에 치우쳐 흐르는 일이 없으므로, 글래스 성형체나 프리폼의 축 대칭성이 저하되지 않거나, 혹은 충전율(V/V₀)이 저하되지 않는다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

측벽에 상기한 바와 같이 홈을 형성한 경우, 글래스 성형체의 측면에는 상기 홈의 형상을 반영한 요철부 혹은 파형 형상이 형성된다. 측벽에 홈이 복수 있는 경우에는, 글래스 성형체의 측면에 복수의 볼록부가 형성되고, 이들 볼록부의 사이에 홈이 생긴다. 이러한 글래스 성형체의 볼록부는 성형형의 측벽의 홈에 끼움으로써 글래스 성형체의 흔들림을 한층 억제하는 기능을 한다.

<글래스 성형체의 제조 방법>

이하, 본 발명의 글래스 성형체의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 글래스 성형체의 제조 방법은, 용융 글래스를 유출하여 용융 글래스 덩어리를 분리하고, 상기 글래스 덩어리를 성형형에 설치된 글래스 성형부에서 부상 상태로 냉각하면서 성형하여 글래스 성형체를 얻는 방법이다. 이와 같은 공정에서 글래스 성형체를 얻는 방법은, 잘 알려져 있다. 그러나, 본 발명은, 상기 성형형으로서, 상기 본 발명의 성형형을 이용하고, 또한 상기 성형형의 글래스 성형부에서 상기 용융 글래스 덩어리를 부상 상태로 유지함으로써, 회전 대칭축을 갖고, 또한 상기 회전 대칭축과 각각 교차하는 2개의 끝면 및 상기 2개의 끝면의 외주에 접속하는 1개의 측면을 구비하는, 글래스 성형체를 성형하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼 중의 일 양태를, 상기 본 발명의 글래스 성형체의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.

우선, 글래스 원료를 내열성 용기 내에서 가열, 용융하고, 청등, 균질화한 후, 상기 용기에 접속된 파이프로부터 용융 글래스를 연속적으로 일정 스피드로 유출한다. 한편, 복수의 성형형을 인덱스 회전하는 턴테이블 상에 테이블의 회전축을 중심으로 하는 원주 상에 일정 간격으로 배치하고, 상기 파이프의 바로 아래를 포함하는 복수의 위치에서 각 성형형이 정류를 반복하면서 한 방향으로 회전하도록 한다.

성형형이 파이프의 바로 아래 위치(캐스트 위치라고 함)에 정류하고 있을 때에 성형형에 용융 글래스 덩어리를 공급하고, 성형형이 테이블의 회전에 의해 일주하여 캐스트 위치로 되돌아가기 전에 상기 글래스 덩어리를 글래스 성형체로 성형하고, 성형형으로부터 취출한다. 글래스 성형체의 취출에 의해 비어진 성형형을 다시 캐스트 위치에 이송, 정류시켜 상기 공정을 반복한다. 복수의 성형형에 대해 마찬가지의 조작을 행함으로써, 연속해서 유출하는 용융 글래스로부터 글래스 성형체를 잇달아 제조한다.

성형형에의 용융 글래스 덩어리의 공급의 일례는 다음과 같다. 캐스트 위치에 정류하는 성형형을 상승하여 용융 글래스 흐름을 유출하는 파이프의 하단에 근접하고, 용융 글래스 흐름의 하단을 성형형으로 받아, 용융 글래스 흐름의 도중에 가운데가 잘록한 부분을 형성하고, 성형형을 급강하하여 가운데가 잘록한 부분으로부터 아래의 용융 글래스를 분리하여 성형형 위에 용융 글래스 덩어리를 얻는다. 용융 글래스 흐름 하단을 받을 때의 파이프 하단과 성형형의 거리, 성형형을 급강하시키는 타이밍 등을 조정함으로써, 용융 글래스 덩어리의 양을 원하는 양으로 조정할 수 있다. 또한, 상기 방법은 일례이며, 그 밖의 공지의 용융 글래스 덩어리의 분리 방법을 적절히 이용할 수 있다.

성형형에의 용융 글래스 덩어리의 공급 시에, 글래스 성형부 안에 용융 글래스 덩어리를 측벽의 하단보다도 위의 높이까지, 예를 들면 측벽의 하단과 상단의 사이의 높이까지 채운다. 그리고, 저부의 가스 분출구로부터 가스를 분출하고, 글 래스 덩어리에 상향의 풍압을 가하여 부상시킨 상태에서 성형, 냉각한다. 이렇게 함으로써, 글래스 덩어리의 측면이 측벽에 의해 둘러싸여진 상태에서 성형된다.

본 발명의 제조 방법에서는, 성형형의 글래스 성형부에서 용융 글래스 덩어리를 부상 상태로 유지함으로써, 회전 대칭축을 갖고, 또한 상기 회전 대칭축과 각각 교차하는 2개의 끝면 및 상기 2개의 끝면의 외주에 접속하는 1개의 측면을 구비하는, 글래스 성형체를 성형한다. 전술한 바와 같이, 성형체의 한쪽의 끝면은, 특히 성형형의 저부에 상응하는 형상으로 성형되고, 측면은, 성형형의 측벽에 상응하는 형상으로 성형된다. 성형형의 글래스 성형부의 용적에 대한 글래스 덩어리의 용적의 비율이 일정한 범위의 이상인 경우에, 성형체의 측면이, 성형형의 측벽에 상응하는 형상으로 성형된다. 이 비율은, 성형형의 저부의 평면적에 의해서도 변화하지만, 예를 들면 글래스 덩어리의 용적은 글래스 성형부의 용적의 약 40％ 이상의 범위로 하는 것이 적당하다. 단, 글래스 덩어리의 용적이 글래스 성형부의 용적의 약 40％ 미만이어도, 성형형의 저부의 평면적에 따라서는, 측면은 성형형의 측벽에 상응하는 형상으로 성형되는 경우도 있다.

또한, 상기 비율이 40％ 미만이면, 성형형이 불필요하게 커지게 되어, 형의 상하 이동 기구나 이송 기구에 과잉의 부담이 든다고 하는 문제도 생긴다. 또한, 글래스 성형부의 용적을 크게 하면 글래스 성형부가 깊어진다. 그 결과, 유출 파이프로부터 유출하는 용융 글래스를 글래스 성형부에 공급할 때, 유출 파이프 선단을 글래스 성형부의 속까지 넣어야만 한다. 그러나, 파이프에는 글래스의 점도를 적정 범위로 유지하기 위해, 가열 장치가 부착되어 있거나, 보온재로 보온되어 있 으므로, 파이프 선단을 글래스 성형부의 속까지 넣는 것은 곤란하다. 따라서, 상기 비율을 40％ 이상으로 하여 이러한 문제점을 해소하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 비율이 65％를 초과하면, 글래스 성형부 내에서 글래스 덩어리를 안정적으로 부상시키기 어려워지게 되기 때문에, 상기 비율을 65％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 성형형의 저부로부터의 가스의 분출량은, 상기 가스의 유량을 단계적으로 조정하여 프리폼이나 글래스 성형체를 시작하고, 얻어진 시작품의 2개의 끝면 중, 성형형의 저부측을 향하고 있던 면의 곡률이 원하는 범위로 되어 있는지의 여부를 조사하고, 범위 외로 되어 있는 경우에는 가스 유량을 조정하여 적정한 범위로 하고, 상기 가스 유량에 대응하는 가스 분출량으로 유지하여 제조를 행한다. 또한, 가스 분출량은 측벽이 없고, 글래스 성형부 전체가 다공질체로 구성된 저부로 이루어지는 종래의 성형형에서 글래스 덩어리를 부상하는 데에 요하는 가스 분출량을 대폭으로는 서로 다르지 않기 때문에, 우선 종래의 가스 분출량으로 시작을 행하고, 전술한 바와 같이 가스 분출량을 조정하면, 원하는 성형을 행할 수 있다.

용융 상태의 글래스는 점성이 낮기 때문에, 부상 상태에서, 글래스 성형부의 저부 및 측벽을 따르도록 변형하고, 상기 저부와 측벽 사이에 상기 가스로 이루어지는 얇은 가스층이 형성된다. 이 상태에서는, 글래스 덩어리의 측면이 글래스 성형부의 측벽에 의해 둘러싸여진 상태로 되고, 글래스 덩어리가 글래스 성형부 내에서 부상 상태를 유지하면서 유지된다. 따라서, 글래스 덩어리에 수평 방향으로 큰 가속도가 작용하여도, 글래스 덩어리가 원주의 측면 형상 혹은 재두 원추의 측면 형상의 글래스 성형부 측벽에 의해 지지되어, 글래스 덩어리의 흔들림을 억제할 수 있다.

종래의 성형형은, 글래스 덩어리의 흔들림을 억제하는 상기 형상의 측벽이 없기 때문에, 글래스 덩어리에 수평 방향으로 큰 가속도가 작용하면 글래스 덩어리가 성형형 상에서 흔들리게 된다. 특히, 턴테이블을 인덱스 회전하면 글래스 덩어리에 주기적인 가속도가 가해지게 되지만, 이 가속도와 성형형 상의 글래스 덩어리의 흔들림이 공진하면 글래스 덩어리의 흔들림은 더욱 커진다. 한편, 본 발명에서는 측벽이 글래스 덩어리의 흔들림을 억제하는 기능을 하므로, 주기적인 가속도가 글래스 덩어리에 가해져도 흔들림이 커지는 일이 없다.

전술한 바와 같이, 글래스 성형부 내의 용융 글래스 덩어리는, 그 측면이 글래스 성형부가 우뚝 솟아 있던 측벽에 의해 규제되고, 액적 형상으로부터 크게 벗어나게 된다. 이와 같은 상태에서는, 표면 장력에 의해 용융 글래스 덩어리가 액적 형상으로 되고자 하여, 글래스와 측벽의 간극이 좁아지고, 저부로부터 분출한 가스가 글래스와 측벽 사이에서 빠지기 어렵게 되기 쉽다. 측벽에 저면측으로부터 글래스 성형부의 개구 방향을 향하는 가스 유로를 형성한 성형형을 이용하면, 글래스는 표면 장력에 의해 홈 속까지 진입하기 어려우므로 홈 속에 상기 가스가 흐르는 간극이 생기기 쉽다. 국소적으로 가스가 빠지기 쉬운 부분을 만듦으로써, 그 부분에는 글래스가 더욱 진입하기 어려워져, 가스의 유로로 되는 글래스와 측벽의 간극이 안정적으로 확보된다. 그 결과, 가스가 글래스와 글래스 성형부 사이에 머물러, 글래스 성형체의 형상을 변형시키거나, 혹은 글래스가 불안정한 거동을 취하 지 않도록 할 수 있다.

글래스 성형부에 유지한 글래스 덩어리의 상면 형상은, 용융 글래스 덩어리의 표면 장력과 자중 등의 밸런스에 의해 정해지는 형상이 냉각, 고화한 형상으로 되지만, 상기 상면 형상을 원하는 형상으로 바꾸고자 하는 경우에는, 글래스 성형부에 유지한 글래스 덩어리의 상면을 프레스하여 원하는 형상으로 성형할 수도 있다. 특히 용융 글래스 덩어리의 표면 장력과 자중 등의 밸런스에 의해 정해지는 형상은 완만한 볼록면으로 되기 때문에, 상면을 오목면으로 하거나, 글래스 덩어리의 회전 대칭축과 상면의 교점 부근에 오목부를 형성하고자 할 때에 상기 방법은 유효하다. 상면은 글래스 성형체의 끝면(피프레스면)의 한쪽으로 되는 면이며, 그 형상에 대해서는 전술한 바와 같다. 상기 프레스는, 성형 형상의 글래스가 연화 상태에 있는 동안에 행한다. 예를 들면, 볼록형 성형면을 갖는 프레스형으로 상기 글래스를 상방으로부터 프레스 성형함으로써, 글래스 상면을 오목면으로 성형할 수 있다. 다른 쪽의 피프레스면의 형상은 성형형의 성형부의 저면을 반전한 형상으로 성형된다. 성형부의 저면을 오목면으로 함으로써, 다른 쪽의 피프레스면을 볼록면으로 성형할 수 있고, 성형부의 저면을 볼록면으로 함으로써, 다른 쪽의 피프레스면을 오목면으로 성형할 수 있다. 프레스 후, 프레스형을 글래스로부터 분리하면, 글래스(프리폼에 성형되어 있음)는 다시 부상하고, 프레스에 의해 글래스 표면이 급냉되어 주름이 생겼다고 하여도, 글래스 내부의 열에 의해 글래스 표면이 재가열되어, 주름을 소실시켜, 원활한 표면을 갖는 프리폼을 제작할 수 있다. 이 방법에서는, 상기 가스 분출 압력이 높은 경우, 프레스 시에 가스가 글래스 내에 진입하 지 않고, 글래스가 다공질체 내에 진입하지 않는 정도로 프레스 시의 가스 분출 압력을 조정하는 것이 바람직하다. 단, 글래스의 부상이 가능하며, 프레스 시에 가스가 글래스 내에 진입하지 않고, 글래스가 다공질체 내에 진입하지 않은 경우, 프레스 시에 가스 분출 압력을 조정하지 않아도 된다.

상기한 바와 같이 성형형 내에서 성형된 글래스 성형체는 성형형으로부터 취출된다. 성형형으로부터의 취출은, 측벽을 갖는 성형형의 형상을 감안하여, 글래스 성형체를 협지하여 취출하는 것보다도, 글래스 성형체의 상면을 흡착하여 유지하고, 바로 위방향으로 성형형으로부터 취출하는 방법이 바람직하다. 이러한 방법에 따르면 측벽에 의해 글래스 성형체의 취출이 방해되지 않고, 글래스 성형체의 취출을 실시할 수 있다.

혹은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 성형형의 저부와 측벽을 별도의 부재로 구성하고, 용융 글래스 덩어리 수용 시, 혹은 글래스를 성형하고 있을 때에는, 저부와 측벽을 합체하여 글래스 성형부를 구성하고, 프리폼을 취출할 때에, 프리폼을 실은 저부와 측벽을 분리하여, 프리폼을 취출하도록 하여도 된다.

이 때, 도 1에 도시한 바와 같이, 측벽을 복수의 부재로 구성하고, 용융 글래스 덩어리 수용 시, 혹은 글래스를 성형하고 있을 때에는, 상기 부재끼리를 합체하여 글래스 성형부를 구성하고, 프리폼을 취출할 때에, 상기 부재를 수평 방향으로 분리하여, 프리폼을 취출하도록 하여도 된다. 혹은, 도 2에 도시한 바와 같이, 저부와 측벽은 연직 방향으로 분리하지만, 프리폼을 저부 위에 남기기 위해 측벽의 형상을 재두 원추의 측면 형상 또는 상기 형상에 근사하는 형상으로 하고, 개구부 를 저부보다도 작게 하는, 즉 측벽을 아래 열림 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 측벽으로부터 프리폼을 스무드하게 뽑아낼 수 있다.

성형형으로부터 취출한 글래스 성형체는 어닐링한 후에 실온까지 냉각한다.

또한, 본 발명의 글래스 성형체의 제조 방법에 의해, 본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼을 제조할 수 있다.

<글래스 성형체>

본 발명의 제조 방법에서 얻어지는 글래스 성형체의 형상은, 상기 본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼의 형상과 동등하다. 글래스 성형체의 상면(글래스 성형부 내에 있는 상태에서 위를 향하고 있는 면)은 프레스하거나, 가스를 내뿜거나 하지 않으면, 자유 표면으로 되고, 중앙부가 솟아오른 완만한 볼록면으로 된다. 상면을 평면으로 하거나, 오목면으로 하거나, 볼록면이어도 곡률을 제어하고자 하는 경우에는, 글래스가 변형 가능한 상태에 있을 때에 상면을 프레스하거나, 가스를 내뿜어 원하는 형상으로 하면 된다. 정밀 프레스 성형 시, 상기 상면과 저면은 프레스 성형형에 의해 프레스되는 피프레스면으로 된다.

정밀 프레스 성형에서는, 고점도의 글래스를 높은 압력으로 프레스한다. 그리고, 본 발명의 제조 방법에서 얻어지는 성형체는 프레스 시의 변형량이 크기 때문에, 성형체 표면에 연삭 흔적이나 흠이 존재하면, 그 부분을 기점으로서 글래스가 파손되기 쉽다. 이러한 트러블을 방지하는 점에서, 적어도 성형체의 측면을 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면, 바람직하게는 상기 측면 외에 2개의 끝면(피프레스면)도 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면으로 한다. 용융 상태 의 글래스를 고화하여 얻어진 면이란, 성형체 전체 혹은 프리폼의 모재로 되는 글래스 성형체 전체를, 용융 글래스를 냉각, 고화하여 만들었을 때에 얻어지는 글래스 표면을 의미하고, 후술하는 가열 연마면, 즉 글래스 표면만을 가열, 재용융한 후에 고화하여 얻어진 면과는 서로 다르다. 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면에는 연삭, 연마 등의 냉간 가공이 실시되어 있지 않으므로, 연삭 흔적이나 연마 흔적이 존재하지 않아, 상기 파괴의 기점이 존재하지 않는다. 특히, 상기 관점으로부터 전체 표면이 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면인 성형체가 바람직하다. 또한, 글래스 표면을 재용융한 후, 냉각, 고화하여 얻어진 가열 연마면도, 재용융에 의해 연삭 흔적이나 연마 흔적이 수복되어, 미시적으로도 평활한 면으로 되므로, 상기 파괴의 기점이 존재하지 않는다.

가열 연마면은 파이어 폴리시라고 불리는 방법으로 얻어진다. 그러나, 가열 연마면에서는 글래스 표면을 고온으로 재가열하기 때문에, 글래스 표면이 변질될 우려가 있다. 특히, B₂O₃, 알칼리 금속, 불소, 염소 등의 휘발하기 쉬운 성분을 함유하는 글래스에서는, 파이어 폴리시 시에 휘발에 의해 글래스 표면이 변질되기 쉽다. 또한, 일단 원하는 형상으로 성형한 글래스를 재가열, 재용융하기 때문에, 글래스가 원하는 형상으로부터 변형되게 된다. 이러한 이유에서, 가열 연마면과 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면을 비교하면 후자의 쪽이 현격히 우수하다. 경면 연마면은 거친 연마, 모래 뿜칠 등의 랩핑 공정을 거친 후, 폴리싱된 면이다. 랩핑된 면에는 다수의 연삭 흔적, 연마 흔적이 존재하고, 이것들이 상기 파괴의 기 점으로 된다. 경면 연마면에서는, 이러한 기점 중 큰 것은 제거되지만, 잠상이라고 불리는 매우 미세한 흠이 존재하기 때문에, 경면 연마면을 갖는 성형체는 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면이나 가열 연마면에 의해 전체 표면이 구성되는 성형체에 비해 내파손성이 낮아진다. 에칭면도 연삭 흔적이나 연마 흔적이 에칭에 의해 제거되므로, 표면이 에칭면의 성형체도 내파괴성이 우수하다. 단, 잠상이 있는 표면을 에칭하면, 흠이 현재화됨으로써 내파괴성이 저하되는 경우가 있다. 어느 쪽이든 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면으로 하는 것이 현격히 바람직하다.

또한, 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면의 예로서는, 자유 표면, 형성형면을 용융 글래스에 전사하여 얻어지는 형 전사면 등을 들 수 있다. 자유 표면은, 예를 들면 용융 글래스 덩어리를 부상하면서 성형함으로써 형성할 수 있다. 형 전사면은 프레스 성형형에 의해 글래스를 프레스하거나, 용융 글래스를 주형에 유입시킴으로써 형성할 수 있다.

전체 표면이 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면인 성형체를 제작하는 점에서도, 본 발명의 성형체의 형상은 형편이 좋다. 전체 표면이 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면인 성형체의 제작에서는, 후술하는 바와 같이 용융 글래스 덩어리에 풍압을 가하여 부상시키면서 성형한다. 이 때, 글래스 덩어리 저면에 가스를 내뿜어 부상시키는 풍압을 얻지만, ø/h가 지나치게 크면 상기 가스가 글래스 덩어리의 저면으로부터 측면을 따라서 빠지기 어려워져, 글래스 덩어리를 안정적으로 부상시키는 것이 곤란하게 된다. 한편, ø/h가 지나치게 작으면 글래스 덩 어리의 저면에 가해지는 풍압만으로 글래스 덩어리를 부상시키는 것이 곤란하게 된다. ø/h가 본 발명의 범위에 있음으로써, 글래스 덩어리를 안정적으로 부상시키면서 성형할 수도 있다. 또한, 글래스 덩어리의 부상의 안정화의 관점으로부터도 ø/h의 바람직한 범위는 전술한 범위로 된다.

본 발명의 성형체는, 오목 메니스커스 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈의 성형의 프리폼으로서 바람직하게 사용할 수 있어, 오목 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈의 성형에 특히 바람직하다.

오목 메니스커스 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈 등의 재료로서 바람직한 글래스는, 글래스 성분으로서 B₂O₃ 및 La₂O₃를 함유하는 글래스이다. 이러한 글래스는, 본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼을 구성하는 글래스로서 바람직한 B₂O₃-La₂O₃ 함유 글래스와 마찬가지이다. 이 밖에, 인산 글래스, 예를 들면 굴절률(nd)이 1.75 이상, 아베수(νd)가 25 미만인 광학 특성을 갖는 인산 글래스도 바람직하다.

<광학 소자의 제조 방법>

다음으로, 본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 광학 소자의 제조 방법은 2개의 양태로 대별된다.

<광학 소자의 제법 Ⅰ>

본 발명의 광학 소자의 제조 방법의 제1 양태(이하, 광학 소자의 제법 Ⅰ이라고 말함)는, 상기 본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼을, 프레스 성형형을 이 용하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법이다.

프레스 성형형은, 예를 들면 프리폼을 프레스하는 서로 대향하는 누름형과 누름형의 성형면을 수용하고, 프레스 시에 누름형을 안내하는 슬리브형으로 구성한다. 한 쌍의 누름형 중, 한쪽을 상형, 다른 쪽을 하형으로 하면, 프리폼의 피프레스면의 한쪽이 상형 성형면을 향하고, 피프레스면의 다른 쪽이 하형 성형면을 향하도록, 또한 프리폼의 회전 대칭축이 가압 방향으로 평행 또한, 상하형의 성형면의 중심에 일치하도록 프레스 성형형 내에 프리폼을 배치하여 프레스 성형을 행한다.

전술한 바와 같이, 잔여물이 적은 쪽이 잔여물 부분의 쭈글어짐에 의한 악영향을 저감할 수 있지만, 상하형 성형면으로부터 글래스의 비어져 나옴이 전혀 없어도, 성형면 전역을 정밀하게 글래스에 전사하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 슬리브형 내부의 상하형 성형면의 외측에, 상기 성형면으로부터 비어져 나온 글래스, 즉 잔여물 부분을 수용하는 공간을 형성하는 것이 바람직하다. 단, 이 공간을 필요 이상으로 크게 하면 프레스 성형형 전체가 커져, 형을 균열하는 점에서 바람직하지 못하므로, 잔여물 부분을 수용하는 공간을 작게 하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 렌즈, 그 중에서도 오목 메니스커스 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈의 제조에 바람직하며, 특히 오목 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈의 제조에 바람직하다. 적어도 한쪽의 광학 기능면이 오목면으로 되는 렌즈, 특히 오목 메니스커스 렌즈나 양 오목 렌즈와 같이 렌즈 중심의 두께에 비해 널판지 두께라고 불리는 주변 부분의 두께가 두꺼운 렌즈에서는, 중심으로부터 주변으로 감에 따라서 성형면을 정밀하게 전사하는 것이 어렵게 되지만, 본 발명에 따르면, 성 형면 전역을 글래스에 정밀하게 전사할 수 있어, 그 후의 냉각 과정에서의 쭈글어짐에 의한 면 정밀도의 저하도 저감, 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 양태는, 이러한 광학 소자를 제조하기 위한 방법으로서, 프레스 성형형을 구성하고, 프리폼을 가압하기 위한 대향하는 형 부재 중 적어도 한쪽의 성형면이 볼록면인 방법이다.

이 방법에서는, 프리폼의 피프레스면 중앙에 오목부를 형성하고, 상기 피프레스면을 볼록면의 성형면으로 프레스하는 것이 바람직하다. 피프레스면의 볼록면을 볼록면의 성형면으로 프레스하면, 프레스 성형형 내의 적정한 위치, 방향으로부터 프리폼이 빠져나와, 가압 방향과 프리폼의 회전 대칭축이 어긋나거나, 성형면의 중심과 프리폼의 회전 대칭축이 어긋나는 등으로 하여 편육ㆍ편심의 원인으로 될 우려가 있다. 상기 바람직한 양태에 따르면, 이러한 문제점을 방지할 수 있다. 단, 가스 트랩을 방지하는 점에서 볼록 형상의 성형면의 곡률 반경의 절대값을 프리폼 피프레스면의 오목부의 곡률 반경의 절대값보다도 작게 해 두는 것이 바람직하다.

또한, 프리폼을 프레스 성형형 내에 세트하여 반송하였을 때에, 프리폼이 적정한 위치, 방향으로부터 어긋나지 않도록 하기 위해, 상형의 자중 혹은 상형과 프리폼의 자중에 의해 프리폼 피프레스면의 오목부를 볼록 형상의 성형면으로 누르도록 하여도 된다.

프레스 성형형으로서는, SiC제형, 텅스텐 카바이드 등의 초경형재를 이용한 형, 시멘트제형 등을 이용하여, 성형면에 탄소 함유막, 백금 합금 등의 귀금속 합 금막 등을 이형막으로서 적절히, 성막한 것을 사용하면 되지만, 높은 내열성을 갖는 SiC제형을 사용하는 것이 바람직하고, 그 성형면에 탄소 함유막을 형성한 것이 바람직하다. 정밀 프레스 성형의 일련의 공정에서 프레스 성형형이 고온에 노출되는 공정에서는 프레스 성형형의 산화에 의한 열화를 방지하기 위하여, 포밍 가스 등의 비산화성 분위기 속에서 상기 공정을 행하는 것이 바람직하다.

다음으로 광학 소자의 제법 Ⅰ에 특히 바람직한 정밀 프레스 성형법에 대해서 설명한다.

<정밀 프레스 성형법 1>

이 방법은, 프레스 성형형에 프리폼을 도입하여, 프레스 성형형과 프리폼을 모두 가열하고, 정밀 프레스 성형한다고 하는 것이다(정밀 프레스 성형법 1이라고 함). 정밀 프레스 성형법 1에서, 프레스 성형형과 상기 프리폼의 온도를 모두, 프리폼을 구성하는 글래스가 10⁶∼10¹²dPaㆍs의 점도를 나타내는 온도로 가열하여 정밀 프레스 성형을 행하는 것이 바람직하다. 또한 상기 글래스가 10¹²dPaㆍs 이상, 보다 바람직하게는 10¹⁴dPaㆍs 이상, 더 바람직하게는 10¹⁶dPaㆍs 이상의 점도를 나타내는 온도까지 냉각하고 나서 정밀 프레스 성형품을 프레스 성형형으로부터 취출하는 것이 바람직하다. 상기의 조건에 의해, 프레스 성형형 성형면의 형상을 글래스에 의해 정밀하게 전사할 수 있음과 함께, 정밀 프레스 성형품을 변형하지 않고 취출할 수도 있다.

<정밀 프레스 성형법 2>

이 방법은, 프레스 성형형에 예열한 프리폼을 도입하여, 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다(정밀 프레스 성형법 2라고 함). 이 방법에서는, 프레스 성형형과 프레스 성형용 프리폼을 따로따로 예열하고, 예열된 프리폼을 프레스 성형형에 도입하여 정밀 프레스 성형하는 것이 바람직하다. 이 방법에 따르면, 상기 프리폼을 프레스 성형형에 도입하기 전에 미리 가열하므로, 사이클 타임을 단축화하면서, 표면 결함이 없는 양호한 면 정밀도의 광학 소자를 제조할 수 있다.

프레스 성형형의 예열 온도는 상기 프리폼의 예열 온도보다도 낮게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 예열에 의해 프레스 성형형의 가열 온도를 낮게 억제할 수 있으므로, 프레스 성형형의 소모를 저감할 수 있다. 정밀 프레스 성형법 2에서, 상기 프리폼을 구성하는 글래스가 10⁹dPaㆍs 이하, 보다 바람직하게는 10⁹dPaㆍs의 점도를 나타내는 온도로 예열하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 프리폼을 부상하면서 예열하는 것이 바람직하고, 또한 상기 프리폼을 구성하는 글래스가 10^5.5∼10⁹dPaㆍs, 보다 바람직하게는 10^5.5dPaㆍs 이상 10⁹dPaㆍs 미만의 점도를 나타내는 온도로 예열하는 것이 보다 바람직하다.

또한 프레스 개시와 동시 또는 프레스의 도중으로부터 글래스의 냉각을 개시하는 것이 바람직하다.

또한 프레스 성형형의 온도는, 상기 프리폼의 예열 온도보다도 낮은 온도로 온도 조절시키지만, 상기 글래스가 10⁹∼10¹²dPaㆍs의 점도를 나타내는 온도를 목표 로 하면 된다.

이 방법에서, 프레스 성형 후, 상기 글래스의 점도가 10¹²dPaㆍs 이상까지 냉각하고 나서 이형하는 것이 바람직하다.

정밀 프레스 성형된 광학 소자는 프레스 성형형으로부터 취출되고, 필요에 따라서 서냉된다. 성형품이 렌즈 등의 광학 소자인 경우에는, 필요에 따라서 표면에 광학 박막을 코팅하여도 된다.

<광학 소자의 제법 Ⅱ>

본 발명의 광학 소자의 제조 방법의 제2 양태(이하, 광학 소자의 제법 Ⅱ라고 함)는, 상기 본 발명의 제조 방법으로 얻어진 성형체로 이루어지는 정밀 프레스 성형용 프리폼 또는 성형체를 연마 가공 등으로 하여 얻어진 정밀 프레스 성형용 프리폼을, 프레스 성형형을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법이다.

프레스 성형형은, 예를 들면 프리폼을 프레스하는 서로 대향하는 누름형과 누름형의 성형면을 수용하고, 프레스 시에 누름형을 안내하는 슬리브형으로 구성한다. 한 쌍의 누름형 중, 한쪽을 상형, 다른 쪽을 하형으로 하면, 프리폼의 피프레스면의 한쪽이 상형 성형면을 향하고, 피프레스면의 다른 쪽이 하형 성형면을 향하도록, 또한 프리폼의 회전 대칭축이 가압 방향으로 평행하면서, 상하형의 성형면의 중심에 일치하도록 프레스 성형형 내에 프리폼을 배치하여 프레스 성형을 행한다.

전술한 바와 같이, 잔여물이 적은 쪽이 잔여물 부분의 쭈글어짐에 의한 악영 향을 저감할 수 있지만, 상하형 성형면으로부터의 글래스의 비어져 나옴이 전혀 없어도, 성형면 전역을 정밀하게 글래스에 전사하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 슬리브형 내부의 상하형 성형면의 외측에, 상기 성형면으로부터 비어져 나온 글래스, 즉 잔여물 부분을 수용하는 공간을 형성하는 것이 바람직하다. 단, 이 공간을 필요 이상으로 크게 하면 프레스 성형형 전체가 커져, 형을 균열(均熱)하는 점에서 바람직하지 못하므로, 잔여물 부분을 수용하는 공간을 작게 하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 렌즈 중에서도 오목 메니스커스 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈의 제조에 바람직하며, 특히 오목 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈의 제조에 바람직하다. 적어도 한쪽의 광학 기능면이 오목면으로 되는 렌즈, 특히 오목 메니스커스 렌즈나 양 오목 렌즈와 같이 렌즈 중심의 두께에 비해 널판지 두께라고 불리는 주변 부분의 두께가 두꺼운 렌즈에서는, 중심으로부터 주변으로 감에 따라서 성형면을 정밀하게 전사하는 것이 어렵게 되지만, 본 발명에 따르면 성형면 전역을 글래스에 정밀하게 전사할 수 있어, 그 후의 냉각 과정에서의 쭈글어짐에 의한 면 정밀도의 저하도 저감, 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 양태는, 이러한 광학 소자를 제조하기 위한 방법으로서, 프레스 성형형을 구성하고, 프리폼을 가압하기 위한 대향하는 형 부재의 적어도 한쪽의 성형면이 볼록면인 방법이다.

이 방법에서는, 프리폼의 피프레스면 중앙에 오목부를 형성하고, 상기 피프레스면을 볼록면의 성형면으로 프레스하는 것이 바람직하다. 피프레스면의 볼록면을 볼록면의 성형면으로 프레스하면, 프레스 성형형 내의 적정한 위치, 방향으로부 터 프리폼이 빠져나와, 가압 방향과 프리폼의 회전 대칭축이 어긋나거나, 성형면의 중심과 프리폼의 회전 대칭축이 어긋나는 등으로 하여 편육ㆍ편심의 원인으로 될 우려가 있다. 상기 바람직한 양태에 따르면, 이러한 문제점을 방지할 수 있다. 단, 가스 트랩을 방지하는 점에서 볼록 형의 성형면의 곡률 반경의 절대값을 프리폼 피프레스면의 오목부의 곡률 반경의 절대값보다도 작게 해 두는 것이 바람직하다.

또한, 프리폼을 프레스 성형형 내에 세트하여 반송하였을 때에, 프리폼이 적정한 위치, 방향으로부터 어긋나지 않도록 하기 위하여, 상형의 자중 혹은 상형과 프리폼의 자중에 의해 프리폼 피프레스면의 오목부를 볼록 형상의 성형면으로 누르도록 하여도 된다.

프레스 성형형으로서는, SiC제형, 텅스텐 카바이드 등의 초경형재를 이용한 형, 시멘트제형 등을 이용하고, 성형면에 탄소 함유막, 백금 합금 등의 귀금속 합금막 등을 이형막으로서 적절히, 성막한 것을 사용하면 되지만, 높은 내열성을 갖는 SiC제형을 사용하는 것이 바람직하고, 그 성형면에 탄소 함유막을 형성한 것이 바람직하다. 정밀 프레스 성형의 일련의 공정에서 프레스 성형형이 고온에 노출되는 공정에서는 프레스 성형형의 산화에 의한 열화를 방지하기 위하여, 포밍 가스 등의 비산화성 분위기 속에서 상기 공정을 행하는 것이 바람직하다.

광학 소자의 제법 Ⅱ에서도 특히 바람직한 정밀 프레스 성형법은, 상기 정밀 프레스 성형법 1과 정밀 프레스 성형법 2이다. 그 이유는, 광학 소자의 제법 Ⅰ과 마찬가지이다.

정밀 프레스 성형된 광학 소자는 프레스 성형형으로부터 취출되고, 필요에 따라서 서냉된다. 성형품이 렌즈 등의 광학 소자인 경우에는, 필요에 따라서 표면에 광학 박막을 코팅하여도 된다.

<실시예>

다음에 실시예에 의해 본 발명을 더 상세하게 설명한다.

<실시예 1>

도 4에, 본 발명의 프리폼을 회전 대칭축을 포함하는 평면에서 절단하였을 때의 단면 형상(좌)과, 종래의 용융 글래스 덩어리를 부상 상태에서 성형한 프리폼의 단면 형상(우)과, 이들 프리폼을 정밀 프레스 성형하여 얻어지는 프레스 성형품(비구면 오목 메니스커스 렌즈)의 단면 형상(가운데)을 나타낸다. 프레스 성형품의 파선으로 나타낸 윤곽이 잔여물 부분에 상당한다.

이들 프리폼은, 도 2에 도시한 측벽에 등간격으로 홈을 형성한 성형형을 이용하여, 글래스 성형부에 원하는 양의 용융 글래스 덩어리를 공급하고, 다공질체로 형성한 글래스 성형부의 저부로부터 가스를 분출하여 글래스 덩어리를 안정적으로 부상하면서 성형한 것이다.

도 2의 (a)에 도시된 것은, 본 발명의 성형형의 일 실시 양태인 성형형(20)이다. 성형형(20)은 저부 기초 부재(21), 저부 기초 부재(21)의 중앙의 개구부에 형성한 다공질 재료에 의해 구성되는 저부 형성부(22) 및 측벽 구성 부재(23)로 구성된다. 측벽 구성 부재(23)는 내벽이, 성형부의 측벽을 구성한다. 측벽 구성 부재(23)의 하부는, 저부 기초 부재(21)의 상부에 형성된 오목부와 대응하는 형상을 갖고, 상기 오목부에 탈착 가능하게 짜 넣어져 조립할 수 있다. 또한, 저부 기초 부재(21)의 상부에 형성된 오목부의 내부에는 자석(24)을 설치하고, 측벽 구성 부재(23)를 고정할 수도 있다. 또한, 측벽 구성 부재(23)의 개구 내부의 측벽을 구성하는 면(23a)에는, 종방향으로 잘려진 홈으로 이루어지는 가스 유로가 성형되어 있다. 또한, 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이, 측벽 구성 부재(23)의 개구 내부는, 하측의 개구가 상측의 개구보다 커진, 재두 원추 형상(가상의 정점이 측벽 구성 부재(23)의 상방에 있음)을 갖고, 원추의 정각의 1/2에 상당하는 각도 α는 성형 후, 저부 기초 부재(21)로부터 측벽 구성 부재(23)를 분리할 때에, 글래스 성형체가 모두 분리되는 일이 없도록 성형체의 크기를 고려하여 적절히 결정할 수 있고, 예를 들면 2∼3°의 범위로 할 수 있다. 또한, 상기 가상의 정점이란, 상기 재두 원추의 측면을 측면의 일부로 하는 가상적인 원추의 정점을 의미하고, 원추의 정각이란 상기 가상적인 원추의 정각을 의미한다. 성형 후의 글래스 성형체의 취출 시에는, (b)에 도시한 바와 같이 측벽 구성 부재(23)는 제거하고, 그 후에 글래스 성형체 반입을 쉽게 할 수 있다.

글래스 성형부에의 용융 글래스 덩어리의 공급은, 청등, 균질화한 용융 글래스를 온도 조정한 유출 파이프로부터 일정 유량으로 유출하고, 성형형의 글래스 성형부를 파이프의 글래스 유출구에 가깝게 하여 유출하는 용융 글래스 흐름의 하단을 받아 지지하고, 용융 글래스 흐름의 도중에 표면 장력에 의해 가운데가 잘록한 부분을 형성하고, 소정의 타이밍에서 성형형을 급강하함으로써, 글래스의 표면 장력에 의해 가운데가 잘록한 부분에서 용융 글래스를 분리하고, 분리 부분으로부터 아래의 용융 글래스 덩어리를 글래스 성형부에 얻는다고 하는 방법에서 행하였다.

성형한 프리폼을 성형형으로부터 취출할 때에는, 글래스 성형부가 위로 향해 넓어져 있는 경우에는, 프리폼의 상면을 흡인 유지하고, 바로 위로 들어올려 취출한다.

글래스 성형부가 아래로 향해 넓어져 있는 경우에는, 성형형을 측벽부와 저부로 나누어지도록 하는 구조로 하고, 그 위에 측벽부를 상방으로 이동하거나, 저부를 하방으로 이동하거나 하여 측벽으로부터 프리폼을 뽑아내고, 저부 위에 남겨진 프리폼을 흡인 유지하여 취출한다. 취출한 프리폼은 어닐링한 후, 세정하고, 필요에 따라서 표면에 탄소 함유막, 예를 들면 수소화 탄소막 등을 성막하여 정밀 프레스 성형 공정에 보낸다.

또한, 프리폼 측면에는 도면에는 생략한 홈이 등간격으로 복수, 회전 대칭축에 평행하게 형성되어 있다. 이 홈은 정밀 프레스 성형 시에 글래스의 널어짐을 제어하는 역할을 하는 것이다.

이하의 표 1에, 각 프리폼의 질량, 체적, 프리폼을 구성하는 글래스의 비중, 프리폼에 외접하는 가상적 원주의 직경, 높이, 용적 및 충전율을 나타낸다.

상기의 방법에서 이하의 표 2에 나타내는 글래스 번호 1∼11 및 비중이 4.421인 인산 글래스 1, 비중이 5.11인 인산 글래스 2의 각 글래스에 대해 글래스 성형체(프리폼)를 조제하였다. 또한, 도 5에 표 2에 나타내는 글래스 중, 번호 5, 9 및 12의 글래스의 점성 곡선을 나타낸다.

정밀 프레스 성형 시의 글래스의 점도가, 예를 들면 10⁷dPaㆍs로 되도록 프레스 성형형이나 프리폼의 가열 온도를 설정하면, 도 5로부터 명백한 바와 같이, 온도 변화에 대한 점도 변화의 비율의 절대값(그래프의 기울기의 절대값)은 번호 12의 글래스에 비교하면, 번호 5, 9의 글래스의 쪽이 커지게 되어 있다. 즉, 번호 5, 9의 글래스는 온도가 약간 변화한 것만으로 점도가 대폭 변화한다고 하는 성질을 갖고 있다. 따라서, 번호 5, 9의 글래스는 번호 12의 글래스에 비해, 정밀 프레스 성형 시의 적정한 온도 영역이 좁아, 성형 시의 틈, 균열을 저감, 방지하는 점에서 본 발명의 적용이 보다 한층 더 바람직한 글래스라고 할 수 있다.

이들 프리폼을 하형 성형면이 오목면, 상형 성형면이 볼록면인 성형형 내에 배치하고, 정밀 프레스 성형한 후, 어닐링하여 잔여물 부분을 심취 가공에 의해 제거하여 비구면 오목 메니스커스 렌즈, 비구면 볼록 메니스커스 렌즈, 비구면 양 오목 렌즈의 각종 비구면 렌즈를 얻었다.

상기 방법으로 얻어진 프리폼을, 프레스 성형형을 구성하는 하형 및 상형의 사이에 설치한 후, 석영관 내를 질소 분위기로서 히터에 통전하여 석영관 내를 가열하였다. 프레스 성형형 내부의 온도를 성형되는 글래스가 10⁶∼10¹⁰dPaㆍs의 점도를 나타내는 온도로 설정하고, 동일 온도를 유지하면서, 누름 막대를 강하시켜 상형을 눌러서 성형형 내에 세트된 프리폼을 프레스하였다. 프레스의 압력은 8㎫, 프레스 시간은 30초로 하였다. 프레스 후, 프레스의 압력을 해제하고, 프레스 성형된 글래스 성형품을 하형 및 상형과 접촉시킨 상태에서 상기 글래스의 점도가 10¹²dPaㆍs 이상으로 되는 온도까지 서냉하고, 다음으로 실온까지 급냉하여 글래스 성형품을 성형형으로부터 취출하여 비구면 렌즈를 얻었다. 하형과 상형이란, 슬리브형에 의해 위치 정렬되어 있고, 슬리브형에 의해 상형, 하형의 이동이 안내되도록 되어 있다.

이와 같이 하여 비구면 오목 메니스커스 렌즈, 비구면 양 오목 렌즈를 제작하였다. 상기 렌즈는 촬상 광학계를 구성하는 렌즈로서 바람직한 것이었다. 이들 각 렌즈의 면 정밀도는 P-V값에서 중심부 0.25㎛ 이하, 주변부 0.35㎛ 이하의 규격 내의 결과이었다. 표 1에 각 프리폼을 이용하여 얻어진 비구면 오목 메니스커스 렌즈의 면 정밀도를 중앙부에서의 P-V값, 주변부에서의 P-V값으로서 나타낸다. P-V값은, 비구면 렌즈의 비구면에 관하여, 비구면식(설계식)으로 표현되는 이론(x, y) 좌표로 성형한 렌즈의 상기 비구면을 실측하여 얻어진 (x, y) 좌표의 차이며, 비구면식에 대해 가장 뛰어나온 점과, 가장 움푹 팬 점의 차에 상당한다. 또한, 이들 렌즈를 성형할 때에, 글래스의 파손은 일어나지 않았다. 또한, 비구면 양 오목 렌즈에 대해서도 비구면 오목 메니스커스 렌즈와 마찬가지의 결과를 얻었다. 여기서, 비구면 오목 메니스커스 렌즈를 성형하는 경우, 하형 성형면은 오목면, 상형 성형면은 볼록면으로 하고, 비구면 양 오목 렌즈를 성형하는 경우, 하형 성형면 및 상형 성형면은 볼록면으로 하였다.

<비교예>

한편, 충전율이 66.7％인 프리폼을 사용하여 마찬가지의 렌즈를 제작한 바, 면 정밀도는 P-V값에서 중심부 0.25㎛ 이하이었지만, 주변부에서는 0.4㎛와 면 정밀도의 저하가 보여졌다. 표 2에 나타낸 글래스 번호 1∼11 및 인산 글래스 1, 인산 글래스 2의 각 글래스로 이루어지고, 충전율이 68％ 미만이든가, 비(ø/h)가 3을 초과하는 프리폼을 정밀 프레스 성형하여 얻은 비구면 오목 메니스커스 렌즈의 면 정밀도를 중앙부에서의 P-V값, 주변부에서의 P-V값으로서 나타낸다. 결과를 표 3에 나타낸다. 이들 렌즈는, 중앙부에서 P-V값이 중심부 0.25㎛ 이하이었지만, 주변부에서는 0.4㎛ 이상으로 면 정밀도의 저하가 보여졌다. 또한, 비구면 양 오목 렌즈에 대해서도 상기 비구면 오목 메니스커스 렌즈와 마찬가지의 결과이었다.

<실시예 2>

실시예 1과 마찬가지로, 표 2에 나타내는 글래스 번호 1∼11, 인산 글래스 1, 인산 글래스 2의 각 글래스를 이용하여, 표 4에 나타내는 프리폼을 제작하였다. 단, 본 실시예에서는 성형형의 성형부 위에 있는 글래스를, 글래스가 연화 상태에 있는 동안에 상방으로부터 볼록 형상의 성형면을 갖는 상형으로 프레스하여, 프리폼 상면을 오목면으로 성형하였다. 프레스 성형 후, 글래스를 다시 부상하면서 냉각하였다. 프리폼의 측면, 하면은 실시예 1과 마찬가지의 형상이다. 이렇게 얻은 각 프리폼에 관한 데이터를 표 4에 나타낸다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 한쪽의 피프레스면이 볼록면이고, 다른 쪽의 피프레스면이 오목면인 프리폼을 가열하고, 볼록 형 성형면을 갖는 상형과 오목형 성형면과 슬리브형을 갖는 하형을 구비한 프레스 성형형으로 정밀 프레스 성형하여, 비구면 오목 메니스커스 렌즈를 얻었다. 각 렌즈의 면 정밀도를 실시예 1과 마찬가지의 기법에 의해 표 4에 나타낸다. 정밀 프레스 성형에서는 프리폼 상면, 즉 오목면이 상형측, 프리폼 하면, 즉, 볼록면이 하형측을 향하도록 프리폼을 프레스 성형형 내에 도입하고, 상형 성형면의 꼭대기부에서 프리폼 상면, 즉 오목면의 중심을 누르고, 프리폼이 프레스 성형형의 중심 위치로부터 어긋나지 않도록 하였다. 또한, 상형 성형면의 꼭대기부에서 프리폼 상면, 즉 오목면의 중심을 누를 때, 프리폼에 가해지는 힘은 상형의 자중만으로 하였다. 이 상태에서 프리폼과 프레스 성형형을 모두 가열하여, 정밀 프레스 성형을 행하였다. 또한, 프레스 성형형을 비구면 양 오목 렌즈의 프레스 성형용의 것으로 바꾸어, 비구면 양 오목 렌즈를 제작하였다. 비구면 양 오목 렌즈에서도 비구면 오목 메니스커스 렌즈와 마찬가지로, 양호한 면 정밀도의 렌즈를 얻을 수 있었다.

<실시예 3>

실시예 2와 마찬가지로 하여, 2개의 피프레스면이 모두 오목면인 프리폼을 프레스 성형에 의해 얻어졌다. 본 실시예에서는, 프리폼 성형형의 성형부를 볼록면으로 하였다. 이와 같이, 표 2에 나타내는 글래스 번호 1∼11, 인산 글래스 1, 인산 글래스 2의 각 글래스를 이용하여 프리폼을 제작하였다. 이렇게 얻은 각 프리폼에 관한 데이터는 표 4에 나타내는 데이터와 대략 동등하다. 다음으로, 2개의 피프레스면이 모두 오목면인 프리폼을 가열하고, 볼록 형성형면을 갖는 상형 및 하형을 구비한 프레스 성형형으로 정밀 프레스 성형하여, 비구면 양 오목 렌즈를 얻었다. 각 렌즈의 면 정밀도는 실시예 2와 마찬가지이었다. 정밀 프레스 성형에서는, 상하형 성형면의 꼭대기부에서 프리폼 상하면의 중심을 눌러, 프리폼이 프레스 성형형의 중심 위치로부터 어긋나지 않도록 하였다. 또한, 상하형 성형면의 꼭대기부에서 프리폼의 피프레스면의 중심을 누를 때, 프리폼에 가해지는 힘은 상형의 자중만으로 하였다. 이 상태에서 프리폼과 프레스 성형형을 모두 가열하여, 정밀 프레스 성형을 행하였다. 이와 같이 하여, 양호한 면 정밀도를 갖는 비구면 양 오목 렌즈를 얻을 수 있었다.

또한, 실시예 1∼3에서, 프리폼의 전체 표면이 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면으로 하였으므로, 프리폼을 성형하고 나서 정밀 프레스 성형할 때까지, 프리폼이 파손되는 일은 없었다. 또한, 실시예 2, 3에서 프리폼을 상형으로 눌러도, 프리폼이 파손되는 일도 없었다.

본 발명은, 정밀 프레스 성형용 프리폼을 제조하는 데에 적합한 성형형 및 이 성형형을 이용하는 정밀 프레스 성형용 프리폼 등의 성형체의 제조 분야에 유용하다.

도 1은 본 발명의 성형형의 일 양태를 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 성형형의 일 양태를 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 성형형의 일 양태를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 프리폼을, 회전 대칭축을 포함하는 평면에서 절단하였을 때의 단면 형상(좌측 도면)과, 종래의 용융 글래스 덩어리를 부상 상태에서 성형한 프리폼의 단면 형상(우측 도면)과, 이들 프리폼을 정밀 프레스 성형하여 얻어지는 정밀 프레스 성형품(비구면 렌즈)의 단면 형상(중앙)을 도시하는 도면.

도 5는 표 2에 나타낸 글래스 내, 번호 5, 9 및 12의 글래스의 점성 곡선을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 20, 30 : 성형형

11, 21, 31 : 저부 기초 부재

12, 22, 32 : 저부 형성부

13, 23 : 측벽 구성 부재

24 : 자석

33 : 내벽

Claims (27)

1. 회전 대칭축을 갖고, 또한 상기 회전 대칭축과 각각 교차하는 2개의 끝면 및 상기 2개의 끝면의 외주에 접속하는 1개의 측면을 구비하는, 글래스제의 정밀 프레스 성형용 프리폼으로서,

   상기 2개의 끝면은 피프레스면이고, 또한 독립적으로 볼록면 또는 오목면이며,

   상기 회전 대칭축에 일치하는 축을 갖고, 또한 상기 프리폼에 외접하는 가상적인 원주를 상정하였을 때에, 그 원주의 높이 h에 대한 직경 ø의 비(ø/h)가 1 이상이고 3 이하이며,

   상기 원주의 용적 V₀에 대한 상 기 프리폼의 체적 V의 비(V/V₀)가 68％ 이상인 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼.
2. 제1항에 있어서,

   상기 측면은 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면으로 이루어지는 정밀 프레스 성형용 프리폼.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 글래스의 글래스 전이 온도(Tg)가 540℃ 이상인 정밀 프레스 성형용 프 리폼.
4. 제1항에 있어서,

   상기 글래스의 굴절률(nd)이 1.75 이상인 정밀 프레스 성형용 프리폼.
5. 제1항에 있어서,

   상기 2개의 끝면의 한쪽 또는 양쪽이, 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼.
6. 제1항에 있어서,

   상기 2개의 끝면의 한쪽 또는 양쪽이 볼록면이며, 상기 볼록면의 회전 대칭축과의 교점을 포함하는 영역에 오목부를 구비하는 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼.
7. 제1항에 있어서,

   상기 측면은, 원주의 측면 형상 또는 원주의 측면 형상에 근사하는 형상, 혹은 재두 원추의 측면 형상 또는 재두 원추의 측면 형상에 근사하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼.
8. 제1항에 있어서,

   적어도 상형의 성형면이 볼록 형상인 성형형을 이용하여, 오목 메니스커스 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈 중 어느 하나를 성형하기 위해 이용되는 정밀 프레스 성형용 프리폼.
9. 제1항에 있어서,

   상기 측면에서, 2개의 끝면의 일방측으로부터 타방측을 향하여 형성된 복수의 홈이 형성되어 있는 정밀 프레스 성형용 프리폼.
10. 용융 글래스 덩어리를 부상 상태에서 냉각하면서 성형하여 글래스 성형체를 얻기 위해 이용되는 성형형으로서,

    상기 성형형은, 저부와 상기 저부의 주위를 둘러싸도록 세워 설치된 측벽을 갖는 오목 형상의 글래스 성형부를 구비하고,

    상기 저부는, 상기 글래스 덩어리에 풍압을 가하여 부상시키기 위한 가스를 분출하는 복수의 가스 분출구를 갖는

    것을 특징으로 하는 성형형.
11. 제10항에 있어서,

    상기 측벽은, 상기 가스 분출구로부터 분출하는 가스를 상기 글래스 성형부의 개구 방향을 향하여 흘리는 가스 유로를 갖는 성형형.
12. 제11항에 있어서,

    상기 가스 유로는, 저부로부터 글래스 성형부의 개구의 방향에 수직으로, 또는 경사져 연장되는 복수의 홈인 성형형.
13. 제12항에 있어서,

    상기 가스 유로를 갖는 측벽의 표면은, 연속면으로 이루어지는 파형 또는 단속면으로 이루어지는 파형인 성형형.
14. 제10항에 있어서,

    상기 복수의 가스 분출구를 갖는 저부는, 통기성을 갖는 다공질 재료에 의해 구성되는 성형형.
15. 제10항에 있어서,

    상기 글래스 성형체가, 정밀 프레스 성형용 프리폼 또는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 모재인 성형형.
16. 제10항에 있어서,

    상기 글래스 성형체가, 회전 대칭축을 갖고, 또한 상기 회전 대칭축과 각각 교차하는 2개의 끝면 및 상기 2개의 끝면의 외주에 접속하는 1개의 측면을 구비하는 성형형.
17. 제16항에 있어서,

    상기 글래스 성형체의 측면은, 상기 글래스 성형부의 측벽에 의해 성형되는 성형형.
18. 용융 글래스를 유출하여 용융 글래스 덩어리를 분리하고, 상기 글래스 덩어리를 성형형에 설치된 글래스 성형부에서 부상 상태로 냉각하면서 성형하여 글래스 성형체를 얻는 글래스 성형체의 제조 방법에서,

    상기 성형형으로서, 제10항의 성형형을 이용하고, 또한 상기 성형형의 글래스 성형부에서 상기 용융 글래스 덩어리를 부상 상태로 유지함으로써, 회전 대칭축을 갖고, 또한 상기 회전 대칭축과 각각 교차하는 2개의 끝면 및 상기 2개의 끝면의 외주에 접속하는 1개의 측면을 구비하는, 글래스 성형체를 성형하는 것을 특징으로 하는 글래스 성형체의 제조 방법.
19. 제18항에 있어서,

    상기 글래스 성형체는, 정밀 프레스 성형용 프리폼 또는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 모재인 글래스 성형체의 제조 방법.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서,

    상기 글래스 덩어리의 용적은, 상기 글래스 성형부의 용적의 40∼65％의 범 위로 하는 글래스 성형체의 제조 방법.
21. 제18항에 있어서,

    글래스 성형부에 유지한 글래스 덩어리의 상면을 프레스하는 것을 포함하는 글래스 성형체의 제조 방법.
22. 제18항에 있어서,

    상기 글래스 성형체는, 2개의 끝면이 독립적으로 볼록면 또는 오목면이며,

    상기 측면은 용융 상태의 글래스를 고화하여 얻어진 면으로 이루어지고,

    상기 회전 대칭축에 일치하는 축을 갖고, 또한 상기 프리폼에 외접하는 가상적인 원주를 상정하였을 때에, 그 원주의 높이 h에 대한 직경 ø의 비(ø/h)가 1 이상이고 3 이하이며,

    상기 원주의 용적 V₀에 대한 상기 프리폼의 체적 V의 비(V/V₀)가 68％ 이상인 글래스 성형체의 제조 방법.
23. 제18항의 방법에 의해 글래스 성형체를 제작하고, 상기 성형체의 적어도 일부를 연마하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법.
24. 제1항의 정밀 프레스 성형용 프리폼을, 프레스 성형형을 이용하여 정밀 프레 스 성형하는 것을 포함하는 광학 소자의 제조 방법.
25. 제24항에 있어서,

    적어도 상형의 성형면이 볼록 형상인 성형형을 이용하여, 오목 메니스커스 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈 중 어느 하나를 성형하는 광학 소자의 제조 방법.
26. 제18항의 제조 방법에서 얻어지는 글래스 성형체 또는 정밀 프레스 성형용 프리폼을, 프레스 성형형을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 것을 포함하는 광학 소자의 제조 방법.
27. 제26항에 있어서,

    프레스 성형형을 구성하고, 프리폼을 가압하기 위한 대향하는 형 부재의 적어도 한쪽의 성형면이 볼록면인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.

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