JP3246728B2

JP3246728B2 - ガラス光学素子の成形方法

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Publication number: JP3246728B2
Application number: JP03621099A
Authority: JP
Inventors: 慎一郎広田; 賢宇野
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2002-01-15
Anticipated expiration: 2015-10-05
Also published as: JPH11268918A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレス成形後に研
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。

【０００２】

【従来の技術】被成形ガラス素材であるガラスプリフォ
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。

【０００３】成形型内にガラスプリフォームが保持され
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。

【０００４】一方、あらかじめ軟化させたガラスプリフ
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】予熱した成形型におい
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。

【０００６】そこで、本発明の目的は、プレス成形に要
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。

【０００７】さらに、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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、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。

【０００９】さらに本発明は、前記ガラス光学素子の成
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。

【００１０】本発明は、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。

【００１１】ガラスプリフォームの形状は、製品である
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。

【００１２】本発明の成形方法では、前記ガラス素材を
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
^5.5〜１０^7.6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。

【００１３】本発明に用いる成形型は、従来から公知の
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。

【００１４】本発明の成形方法においては、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。

【００１５】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。

【００１６】また、初期加圧後、初期加圧の５〜７０％
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。

【００１７】上記初期加圧及び２次加圧は、加熱軟化し
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。

【００１８】上記のように加圧成形され、次いで冷却さ
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１０¹²〜１０^14.5ポ
アズに相当する温度で行うことが特に好ましい。

【００１９】本発明の成形方法に用いる成形型には、成
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。

【００２０】本発明に用いる成形型は、例えば、図５に
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。

【００２１】本発明の成形方法において、前記ガラス素
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。

【００２２】本発明においてガラス素材の浮上のために
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。

【００２３】ガラス素材の気流による浮上は、例えば、
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。

【００２４】また、ガラス素材の気流による浮上は、ガ
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。

【００２５】さらに、ガラス素材の加熱は、常温から所
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。

【００２６】本発明では、加熱軟化したガラス素材の予
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。

【００２７】加熱軟化したガラス素材の移送は、該ガラ
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。

【００２８】さらに、本発明では、加熱軟化したガラス
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。

【００２９】ガラス素材を加熱するために用いる浮上治
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。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、プレス成形に要するサ
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。

【００３１】

【実施例】次に実施例により本発明を説明する。実施例
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。

【００３２】浮上治具及び移送手段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。

【００３３】予備加熱及びプレス工程上述のプレス成形機構及びガラス加熱機構が収められた
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℃ １０^12.7ポアズ５４３℃ １０^13.4ポアズ５３４℃ １０^14.5ポアズ５１８℃

【００３４】一方、ガラス軟化ヒーター１４にて、ＧＣ
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１０^5.5ポアズ７１８℃ １０^6.4ポアズ６８６℃ １０^7.3ポアズ６５８℃ １０^8.2ポアズ６３４℃ １０^8.8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。

【００３５】次に、図４に示すように、プリフォーム１
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。

【００３６】このようにして得られたガラス成形体２
（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。

【００３７】実施例２−１〜２−５プレス成形用型プレス成形用型は、押し棒４５を有さない以外実施例１
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。

【００３８】加熱軟化及びプレス工程上述のプレス成形機構及びガラス加熱機構が収められた
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１０^5.5ポアズに相当する温度である７１
８℃まで加熱保持する。

【００３９】次に、加熱軟化したガラス素材１を浮上保
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。

【００４０】ガラス落下後は、ＧＣ分割円筒形ガイド５
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。

【００４１】このようにして得られたガラス成形体２
（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。

【００４２】実施例３−１〜３−３初期加圧時間を５秒（例３−１）、３０秒（例３−２）
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。

【００４３】実施例４−１〜４−２成形型３９の放冷を初期加圧（１００ｋｇ／ｃｍ²の圧
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。

【００４４】

【表１】

【００４５】ガラス成形体の評価は、以下のように行っ
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

【００４６】上記実施例１〜４においてサイクルタイム
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いた成形型の下型の概略説明図で
ある。

【図２】本発明で用いた浮上治具上でのガラスプリフ
ォームの浮上軟化及び移送方法の概略説明図である。

【図３】本発明で用いた浮上治具上でのガラスプリフ
ォームの浮上軟化方法の概略説明図である。

【図４】軟化したガラスプリフォームの成形型への移
送方法の概略説明図である。

【図５】本発明で用いた成形型での押圧成形の概略説
明図である。

【図６】軟化したガラスプリフォームの成形型への移
送方法の概略説明図である。

【図７】軟化したガラスプリフォームの成形型への移
送方法の概略説明図である。

【図８】成形型での押圧成形の概略説明図である。

【符号の説明】

１・・・ガラス素材２・・・ガラス成形体１０、１７・・・浮上治具１０ａ、１０ｂ・・・分割浮上治具１１・・・浮上治具の上方開口部１２・・・浮上治具の上方開口部の底１３、１９・・・浮上治具支持体１４・・・ガラス軟化用ヒーター１５・・・吸引保持装置１６・・・下方開口部１８・・・多孔質面３４・・・下型３５・・・上型３６・・・案内型３７・・・胴型４０、４１・・・成形面４５・・・押し棒５０ａ、５０ｂ・・・ガイド手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−203732（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−84134（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−183134（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−14146（ＪＰ，Ａ) 特開平３−197328（ＪＰ，Ａ) 特開平７−10556（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C03B 11/00 - 11/16 C03B 40/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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冷
却を開始し、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
１０^5.5〜１０^7.6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。
【請求項３】前記押圧成形は、被成形ガラス素材の肉
厚が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行う請求項１または
２に記載の成形方法。
【請求項４】前記押圧成形に連続して２次加圧成形を
行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項５】前記２次加圧成形は、前記押圧成形の５
〜７０％の圧力で行う請求項４に記載の成形方法。
【請求項６】前記成形面近傍の冷却は、２０℃／分以
上の冷却速度で行う請求項１〜５のいずれか１項に記載
の成形方法。
【請求項７】前記成形型の加熱は、高周波加熱ヒータ
ーにより行い、成形面近傍の冷却は、該高周波加熱ヒー
ターを断電冷却することにより行う請求項１〜６のいず
れか１項に記載の成形方法。
【請求項８】前記成形型の予熱は、前記被成形ガラス
素材の粘度が１０⁹〜１０¹²ポアズに相当する温度とす
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】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〜
８のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項１０】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１０¹²〜１０^14.5ポ
アズに相当する温度で行う請求項１〜９のいずれか１項
に記載の成形方法。
【請求項１１】被成形ガラス素材がマーブル状のガラ
スプリフォームである請求項１〜１０のいずれか１項に
記載の成形方法。
【請求項１２】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１〜１１
のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項１３】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１２記載の成形方法。
【請求項１４】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１３記載の成
形方法。
【請求項１５】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１４
記載の成形方法。
【請求項１６】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。