JPH0455980B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は光学ガラス部品の成形素材を加熱軟化
した後、成形用金型にて押圧成形する光学ガラス
部品の成形方法に関するものである。 従来技術 従来、レンズ、プリズム、フイルター等の光学
ガラス部品の多くは、ガラス等の光学ガラス部品
の成形素材の研磨処理を主とした方法によつて形
成されてきた。しかしながら、この研磨処理には
相当な時間および熟練技術が必要とされ、特に、
非球面レンズを研磨処理によつて形成するには、
一層高度な研磨技術が要求され、かつ処理時間も
長くなり、短時間に大量の光学ガラス部品を製造
することは因難であつた。 そこで、一対の成形用金型内に光学ガラス部品
の成形素材を挿入配置し、これを加圧するだけで
レンズ等の光学ガラス部品を形成する方法が開発
実施され注目されている。 而して、光学ガラス部品の加圧成形法には、一
般的にリヒートプレス法とダイレクトプレス法が
ある。リヒートプレス法は、予め溶融固化した光
学ガラス部品の成形素材としての例えばガラス素
材の必要量を計りとり、これを所定の温度に加熱
して軟化させてから成形用金型内に投入しこれを
加圧して光学ガラス部品を形成する方法である。 しかるに、このリヒートプレス法は、ガラス粘
度と金型温度の関係について明確にされていなか
つたため、固着やヒケ及び折れ込み等の各種問題
を引き起し安定した高精度光学ガラス部品の成形
が不可能であつた。 他方、ダイレクトプレスによる成形方法は従来
第１図示の方法により実施されるもので以下にそ
の具体的な方法について説明する。 先づ、方法を実施するための装置について説明
すると、ガラス溶融炉（図示省略）と接続構成さ
れたオリフイス１の下方位置には主軸２を介して
回転駆動、停止自在に構成されたロータリーテー
ブル３が配設されており、このロータリーテーブ
ル３上には溶融ガラス成形用の下型４，５，６，
７が円周を４等分する位置にそれぞれ４個配設さ
れている。そして、ロータリーテーブル３が停止
した状態、即ち、レンズ成形開始前においては、
下型４（図において左側の下型）の上方位置には
前記オリフイス１の開口部８が臨むように設定構
成されており、この下型４と隣接する下型５の上
方位置には、下型５と協働して下型５内の溶融ガ
ラス９を押圧成形するためのプランジヤー１０が
上下方向摺動自在に配設されている。また、前記
オリフイス１の開口部８とその下方位置の下型４
との間には、開口部８から流動垂下する溶融ガラ
ス９を所定量にて切断すべく開閉動作自在に構成
された切断挾１１が配設されている。前記ロータ
リーテーブル３は、45度づつ回転、停止を繰り返
すように制御されており、下型４が45度づつ４回
回転、停止を繰り返して元の位置に復元された際
に、１行程が終了するように構成されている。 前記装置によりレンズを形成する方法について
説明すると、まず、オリフイス１から溶融ガラス
９を下型４内に流動垂下せしめ、適量にて切断挾
１１を介して溶融ガラス９を切断する。次に、ロ
ータリーテーブル３を図において反時計方向に45
度回転させた後に停止させ、溶融ガラス９を充填
した下型４をプランジヤー１０の真下位置まで移
動せしめる。そして、その状態でプランジヤー１
０を下動せしめ、このプランジヤー１０と下型４
との協働作用により溶融ガラス９を押圧せしめ、
溶融ガラス９の押圧成形を行なう。この場合に
は、溶融ガラス９の熱はプランジヤー１０により
奪われる。 押圧成形後は、プランジヤー１０を上動せしめ
た後にロータリーテーブル３を図において反時計
方向に45度回転せしめて停止する。即ち、図にお
ける下型６の位置にて下型４が停止することにな
る。この停止位置では何の作業も行なわず、成形
ガラス（成形レンズ）９の形状維持のみを行な
う。 そして、ロータリーテーブル３をさらに45度回
転させた位置、即ち、図における下型７の位置に
て下型４を停止せしめ、下方から下型４内の成形
レンズ９を突き上げて成形レンズ９を取り出して
レンズの成形方法が完了する。 前記レンズの成形方法は、各下型４，５，６，
７にてそれぞれ行なわれるものであり、それによ
り、レンズが連続的に成形されるものである。 下型４から取り出された成形レンズ９は、図示
を省略している徐冷炉中に入れられ、温度勾配を
つけて歪を防止しつつ常温にまで冷却される。 しかしながら、前記ダイレクトプレスによる成
形方法においては、次の如き問題点があつた。 第１に溶融ガラスを10³ポアズ程度の高温状態
で下型中に流動垂下せしめなければならず、その
ために、オリフイス１、切断挾１１、下型４，
５，６，７及びプランジヤー１０等の各部材が酸
化し易く、これら各部材の寿命が短命化するとい
う問題点があつた。 第２に成形時に溶融ガラス９から熱を均一に奪
いにくく、落下ガラス流表面は、外気に接して低
温となり、粘度が増大し、このことと自由落下ガ
ラス流の比較的速い落下速度とあいまつて、ガラ
ス流が流入位置で陥没流を形成して折れ込みや泡
等を生じ易いという問題点があつた。 第３にガラスの粘度が低粘度（高温）であるた
め、金型表面が酸化され反応し易い、そのため、
金型の劣化が激しく、成形後の光学ガラス部品が
離型しにくく、生産効率が悪いという問題点があ
る。 第４に、プランジヤー１０を成形温度（成形に
適した温度）に保ちにくく、そのためにプランジ
ヤー１０を冷却する装置が必要となり、装置が複
雑化するという欠点があつた。 発明の目的 本発明は、前記従来の成形方法における問題点
に鑑みて開発されたもので、成形用金型の寿命を
延命化させるとともに離型性を向上させ、かつ成
形条件を一定にすることにより、光学特性の安定
した光学ガラス部品を大量、安価に製造すること
のできる光学ガラス部品の成形方法を提供せんと
するものである。 発明の概要 本発明は、予備成形された成形面を有するガラ
ス成形素材を離型性の良い搬送台上に載置し、予
備加熱炉および本加熱炉を介して前記ガラス成形
素材を（クニツク点温度）〜（クニツク点温度−
30℃）の範囲で加熱軟化す工程と、それぞれの外
周に離型部材を摺動自在に配備して、成形素材の
転移点付近の温度に加熱した上下一対の金型間に
前記加熱軟化したガラス成形素材を搬入する工程
と、前記成形素材を下側金型により搬送台から突
き上げ、非酸化性雰囲気中で上下金型により光学
ガラス部品に押圧成形する工程と、光学ガラス部
品の外周縁に前記下側の離型部材を当接させると
ともに下側金形の成形面を光学ガラス部品より離
型し、上側金型に光学ガラス部品を付着保持した
状態で、下側金型と下側金型と下側離型部材とを
下動する工程と、前記本加熱炉に対向する徐冷炉
内に前記光学ガラス部品を搬送する搬送部材を上
側金型の下方に配置する工程と、光学ガラス部品
の外周縁に上側の離型部材を当接させるとともに
上型の成型面から光学ガラス部品を離型する工程
と、光学ガラス部品を載置した搬送部材を徐冷炉
内に搬入して、徐歪温度領域を通過する工程とを
有することを備えているものである。 実施例 以下本発明の成形方法を図面とともに説明す
る。 第４図は本発明成形方法の実施に直接使用する
装置の概要を示すもので、同図において、２０は
上型２１、下型２２の一対の金型から成る光学ガ
ラス部品としてのガラスレンズ５０の押圧成形用
金型で、当型金型２０の上下両型２１，２２は、
それぞれの外周において上下方向に摺動自在な離
型部材２３，２４を具備するとともに上下両型２
１，２２自体が上下方向に摺動自在に、それぞれ
ガイド部材２５，２６に支持されつつ対向配置さ
れている。 また、上下両型２１，２２はそれぞれの対向方
向に可動する図示しない駆動部に連結されてい
る。 さらに、上下両型２１，２２は、その表面を窒
化クロムまたは窒化チタン等の被膜にて被覆され
た13クロム系ステンレス部材またはその他の超硬
質部材にて形成するとともに離型部材２３，２４
は、上下両型２１，２２の成形面にて押圧成形後
のガラスレンズ５０の外周縁５１との接触面２３
ａ，２４ａにカーボンおよびガラス繊維から成る
織布部またはアルミナウールから成る織布部を設
けた弾性の少ない剛体部材にて形成してある。 ３０は成形素材としてのガラスゴブ５２を、当
該ガラスゴブ５２のゴブ台３１を介して支持する
載置台で、前記押圧成形用金型２０の上下両型２
１，２２間に架設されている。 また、ゴブ台３１は中央に、前記押圧成形用金
型２０の下型２１の外径より大径の通孔３２を設
けるとともに通孔３２の上側開口縁部に段部から
成るガラスゴブ５２の係止縁を形成して、ガラス
ゴブ５２の受部３３を形成してある。 さらに、このゴブ台３１は、後述する如く加熱
炉中において、これの受部３３に受けて保持する
ガラスゴブ５２とともにガラスゴブ５２のクニツ
ク点付近の温度に加熱されるものであるから、こ
れに耐え得る耐熱性を有する材料にて形成すると
ともに加熱軟化されるガラスゴブ５２との離型性
を有する受部３３の構成から成るものである。 すなわち、このゴブ台３１はガラスと濡れにく
い性質を有する材料、例えばBN（窒化ホウ素）
や一部カーボンと高分子が複合した複合材料によ
り形成されている。 ３４，３５は、ガラスゴブ５２の載置台３０の
左右両側部に対向配置されたガラスゴブ５２の加
熱炉および押圧成形用金型２０の上下両型２１，
２２間にて押圧成形された後のガラスレンズ５０
の徐冷炉である。 また、加熱炉３４には予備加熱炉３６および本
加熱炉３７を装備するとともに加熱炉３４と徐冷
炉３５にはガラスゴブ５２を受部３３に係合した
ゴブ台３１を先端の挾持部３８ａ，３９ａにて挾
持しつつ搬送する一対の搬送部材３８，３９をそ
れぞれ前後方向に移動自在に内装し、かつ徐冷炉
３５には押圧成形用金型２０の上下両型２１，２
２にて押圧成形し離型後のガラスレンズ５０を徐
冷炉３５中に搬送する搬送部材４０を前後方向に
移動自在に内装してある。 また、搬送部材４０の先端部４０ａには、第５
図に示す如く離型されるガラスレンズ５０を受け
入れる受け台４１を有するとともに受け台４１内
には離型後のガラスレンズ５０との離型性を考慮
してカーボンとガラス繊維の織布部を設けてあ
る。 以上の構成から成る成形装置により、本発明の
成形方法を適用しつつガラスレンズ５０を成形す
る場合には、ゴブ台３１の受部３３にガラスゴブ
５２を係止せしめつつ載置するとともにこれを一
対の搬送部材３８，３９の挾持部３８ａ，３９ａ
間に挾持しつつ加熱炉３４中に搬入するとともに
加熱炉３４の予備加熱炉３６および本加熱炉３７
を介して、ガラスゴブ５２を加熱軟化せしめた後
第４図示の状態のようにゴブ台３１を載置台３０
上側に載置し、ゴブ台３１のガラスゴブ５２を押
圧成形用金型２０の上下両型２１，２２間に搬入
する。 このガラスゴブ５２の搬入に関連して、押圧成
形用金型２０の上下両型２１，２２の駆動部が作
動を開始し、まず、上型２１に先行して下型２２
が上型２１との対向方向にガイド部材２６に沿つ
て上動し、前記一対の搬送部材３８，３９の挾持
部３８ａ，３９ａにて挾持されつつゴブ台３１の
受部３３に係止されているガラスゴブ５２を下型
２２の成形面２２ａにて受け止めつつゴブ台３１
より突き上げる。 この下型２２の成形面２２ａに受け止めつつガ
ラスゴブ５２をゴブ台３１上より突き上げる下型
２２の上動に対応して、前記上型２１がガイド部
材２５に沿つて下動し、その上下両型２１，２２
の成形面２１ａ，２２ａ間にてガラスゴブ５２が
押圧成形され、第５図ａに示す通り、ガラスレン
ズ５０が成形される。 そして、上下両型２１，２２の押圧成形後、第
５図ａに示す通り、下型２２の下動に関連して離
型部２４が下型２２の外周において上方に摺動
し、その接触面２４ａがガラスレンズ５０の外周
縁５１に当接し、成形後のガラスレンズ５０を下
型２２の成形面２２ａより離型する。 但し、この時、成形後のガラスレンズ５０は上
型２１の成形面２１ａ側に付着して保持されてい
る。 因て、前記上下両型２１，２２の協動によるガ
ラスゴブ５２の押圧成形動作に関連して、前記一
対の搬送部材３８，３９は加熱炉３４および徐冷
炉３５内に後退するとともに、前記下型２２の離
型部材２４によるガラスレンズ５０の離型動作に
伴つて、下型２２は上型２１に先行して再度下動
し、第５図ｂに示す如く載置台３０の下側におけ
る第４図示の状態に復帰する。 また、この下型２２がゴブ台３１の通孔３２中
より下方に下動するのを待つて、徐冷炉３５内よ
り搬送部材４０が前方に移動し、その先端部４０
ａに備える受け台４１が上型２１の下側にセツト
され、同時に上型２１の離型部材２３が、上型２
１の外周において下方に摺動し、その当接面２３
ａがガラスレンズ５０の外周縁５１に当接してガ
ラスレンズ５０の成形面２２ａより離型する。 従つて、離型されたガラスレンズ５０は、下側
にセツトされる搬送部材４０の受け台４１内にて
受け止められ、かつ搬送部材４０の後退動により
徐冷炉３５内に搬入されて徐冷され、その後、図
示しない搬出部材による所定位置への搬出作業に
よりガラスレンズ５０の成形を完了することがで
き、以下同様にして連続したガラスレンズ５０の
成形を遂行することができる。 尚、前記ガラスレンズ５０の徐冷炉３５内にお
ける徐冷は、徐歪温度領域（転移温度より徐歪点
温度に設定された領域）を15分間通過させること
により、20℃／mmで室温まで降温された。 また、前記成形装置によるガラスレンズ５０の
成形に当つては、特に、以下に述べる実験結果に
より、押圧成形を非酸化性雰囲気中にて遂行す
る、例えば、押圧成形用金型２０の成形部を脱気
しつつヘリウム、アルゴン、キセノン、窒素ある
いは水素−窒素混合気体を導入することにより非
酸化性雰囲気を構成して成形を遂行する（但し、
前記実施例では窒素（N₂）を５／mm流入する
ことにより実施した）とともに、ガラスゴブ５２
は側圧切断した割断面又はダイレクトプレス等の
加工方法により予備成形された成形面を有するガ
ラスゴブ５２を使用し、これを貫入法により求め
た粘度−温度曲線のクニツク点付近の温度に加熱
軟化し、さらに押圧成形用金型２０についてはガ
ラス転移温度付近の温度に加熱しつつ遂行するこ
とが成形条件として要求されることが判明した。 すなわち、リヒートプレス法におけるガラス素
材の成形温度を決定するために各硝材について、
貫入法により求めた粘度−温度曲線のうち、重フ
リント系ガラス（SFSO1）とバリウムランタン
系ガラス（BaLF3）の特性を示すのが第２図ａ，
ｂである。 尚、貫入法の場合、貫入ピンおよびホルダーは
ニツケル金属を用いた。 第２図ａ，ｂより明らかな通り、PbO量のもつ
とも多い重フリント系ガラス（SFSO1）は10^5.3
ボアズ付近にクニツク点を示し、バリウムランタ
ン系ガラス（BaLF3）のクニツク点の粘度は
10^7.5ポアズ付近であつた。 加えて、各硝材によりクニツク点の粘度は異な
るが、クニツク点の粘度範囲はほゞ105.3〜10^7.5
ポアズ内であつた。 また、各硝材のクニツク温度と成形用金型温度
の関係を下記の表に示す。

【表】

【表】 さらに、第３図は重フリント系ガラス
（SFSO1）の各種材料に対する濡れ特性を示した
もので、特に、SFSO1の成形温度であるクニツ
ク点付近の温度490℃での濡れ角は、各材料に対
し、135℃以上で濡れにくいことを示している。 つまり、これは、押圧成形用金型２０の成形材
料との関係上、クニツク点付近の粘度で成形する
ならば、押圧成形用金型２０に固着せず離型し易
いことが判明した。 また、成形温度を、第２図ａ，ｂの粘度−温度
曲線のクニツク点以上の温度に上がると濡れやす
くなり、各材料と固着し、離型しにくいこととな
り、押圧成形後の光学ガラス部品の面品質を劣化
させることになる。 加えて、粘度−温度曲線のクニツク点以上の温
度では、ガラス構造中の酸素アニオン状態が変化
することがガラマン分光解析により確認され、ガ
ラス成形の再現性は、凝似ニユートニアン領域の
ほうが非ニユートニアン領域での成形よりも優れ
ていることが判明した。 而して、かゝる成形条件を適用しつつ、前記成
形装置により、各ガラス素材、SFSO1（第６図
ａ）、BaLF3（第６図ｂ）、SF8（第６図ｃ）、BK7
（第６図ｄ）を使用して成形したガラスレンズの
フイゾー干渉計による干渉像を第６図ａ〜ｄの各
干渉パターンにより示した。 かゝる干渉パターンによつて判明する如く、前
記成形条件により成形したガラスレンズは、押圧
成形用金型の成形面か、それ以上の面形状をもつ
ことが明らかであるとともにこれを同じ屈折率の
浸液につけ偏光顕微鏡で検討した結果、歪が認め
られなかつた。 さらに、SFSO1を成形素材として適用し、こ
れのクニツク点以上の温度、520℃に加熱軟化さ
せて成形した場合の面形状には第７図ａの干渉パ
ターンに示される通り、アスが認められるととも
にこれ以上の温度540℃にした場合には成形後の
ガラスレンズの型への付着が認められた。 加えて、押圧成形用金型２０の温度を、30℃低
い温度にして成形した場合、中おちしたフイゾ−
干渉像が得られた。これを第７図ｂの干渉パター
ンにて示した。 発明の効果 本発明の光学ガラス部品の成形方法によれば、
成形粘度が各種硝材の種類により異なるが10^5.3ポ
アズ以上となり従来技術の溶融したガラスよりも
高粘度であること及び粘度−温度曲線のクニツク
点以下の温度であるため、ガラス構造中の酸素ア
ニオンが活性化せず、酸素アニオンの金型に対す
る攻撃が少なく、その結果として金型表面を強く
酸化しないため金型寿命を延命化させ離型性を向
上させた。また、凝似ニユートニアン流体下の温
度により成形されるため、成形条件を一定にすれ
ば安定した光学特性の光学ガラス部品が得られ
る。 更に、金型温度をガラス転移温度付近に設定し
たことと、ガラスの加熱温度を粘度−温度のクニ
ツク点に設定することにより、成形素材としての
ガラスの急激な構造変化がなく、かつ金型温度が
歪をとり易い温度に設定してあるため、従来技術
よりも歪の少ない光学ガラス部品が簡単に得られ
る。 以上の点を換言するに、第１にニユートニアン
流体で成形されるため、従来技術に比してヒケや
折れ込み及び泡等の発生が防止できる。 第２の従来技術のように長時間徐冷する必要も
なく、屈折率調整をあまり必要としないため、短
時間での成形を可能ならしめる。 第３にこの成形方法によれば、従来技術のよう
に溶融する程度まで加熱する必要がなく、従つて
上下型及びその周辺装置部材を急激に酸化するこ
となく部材の延命化ができる。 第４に総合的な結果として、短時間で成形を可
能とし、再研磨等の後工程を必要とせず、製造コ
ストを大幅に安価にし品質の安定した光学ガラス
部品の製造を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガラスレンズの成形方法を示す
成形装置の斜視図、第２図ａ，ｂはSFSO1、
BaLF3の貫入法による粘度の温度依存性を示す
線図、第３図はSFSO1の各材料に対する濡れ特
性を示す線図、第４図は本発明成形方法に使用す
る成形装置の概要図、第５図ａ，ｂは押圧成形用
金型による押圧成形状態と押圧成形後のガラスレ
ンズの離型状態を示す説明図、第６図ａ，ｂ，
ｃ，ｄは本発明成形方法によつて得られた
SFSO1、BaLF3、SF8およびBK7の各成形素材
により成形された各ガラスレンズにおける表面形
状の干渉像を示す干渉パターン、第７図ａ，ｂ
は、本発明成形方法の成形条件よりずれた成形条
件によつてSFSO1を成形素材として成形された
ガラスレンズの表面形状の干渉像を示す干渉パタ
ーンである。 ２０……押圧成形用金型、２１……上型、２２
……下型、２３，２４……離型部材、２５，２６
……ガイド部材、３０……載置台、３１……ゴブ
台、３２……通孔、３３……受部、３４……加熱
炉、３５……徐冷炉、３６……予備加熱炉、３７
……本加熱炉、３８，３９，４０……搬送部材、
４１……受け台、５０……ガラスレンズ、５１…
…外周縁、５２……ガラスゴブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予備成形された成形面を有するガラス成形素
   材を離型性の良い搬送台上に載置し、予備加熱炉
   および本加熱炉を介して前記ガラス成形素材を
   （クニツク点温度）〜（クニツク点温度−30℃）
   の範囲で加熱軟化す工程と、 それぞれの外周に離型部材を摺動自在に配備し
   て、成形素材の転移点付近の温度に加熱した上下
   一対の金型間に前記加熱軟化したガラス成形素材
   を搬入する工程と、 前記成形素材を下側金型により搬送台から突き
   上げ、非酸化性雰囲気中で上下金型により光学ガ
   ラス部品に押圧成形する工程と、 光学ガラス部品の外周縁に前記下側の離型部材
   を当接させるとともに下側金形の成形面を光学ガ
   ラス部品より離型し、上側金型に光学ガラス部品
   を付着保持した状態で、下側金型と下側離型部材
   とを下動する工程と、 前記本加熱炉に対向する徐冷炉内に前記光学ガ
   ラス部品を搬送する搬送部材を上側金型の下方に
   配置する工程と、 光学ガラス部品の外周縁に上側の離型部材を当
   接させるとともに上型の成型面から光学ガラス部
   品を離型する工程と、 光学ガラス部品を載置した搬送部材を徐冷炉内
   に搬入して、徐歪温度領域を通過する工程とを有
   することを特徴とする光学ガラス部品の成形方
   法。