(57)【要約】【課題】光学素子のプレス成形に適した、表面に凹凸がないガラスゴブを低コストで製造する。【解決手段】光学素子のプレス成形に用いるガラスゴブ８を製造するための成形型は、溶融ガラス塊７を受けるための多孔質材料からなるゴブ型１を有し、ゴブ型１の面２からガスを吹き出すことによって、溶融ガラス塊７を浮上させて、冷却固化させる。ゴブ型１を構成する多孔質材料は、気孔率（体積比）が２５％より大きく４０％未満である粒子の集合体であって、粒径（直径）３０〜３００μｍの粒子が占める割合（粒子数）が全体の８０％以上である粒子の集合体である。このような多孔質材料を用いることによって、面２から吹き出すガスによって溶融ガラス塊７を安定して浮上させ、面２との接触による凹凸の発生を防ぐことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を成形するためのガラスゴブの製造方法において、
気孔率が体積比で２５％より大きく４０％未満である粒子の集合体からなり、粒径３０〜３００μｍの粒子が占める割合が、全体の粒子数の８０％以上である多孔質材料によってゴブ型を作製する工程と、
前記ゴブ型の表面から気体を吹き出しながら溶融ガラス塊を前記表面に受けて、冷却固化させることで、プレス成形用のガラスゴブを得る工程と、を有することを特徴とするガラスゴブの製造方法。
【請求項２】
前記ゴブ型を構成する粒子がカーボン粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載のガラスゴブの製造方法。
【請求項３】
気孔率が体積比で２５％より大きく４０％未満である粒子の集合体からなり、粒径３０〜３００μｍの粒子が占める割合が、全体の粒子数の８０％以上である多孔質材料によってゴブ型を作製する工程と、
前記ゴブ型の表面から気体を吹き出しながら溶融ガラス塊を前記表面に受けて、冷却固化させることで、プレス成形用のガラスゴブを得る工程と、
得られたガラスゴブを用いて光学素子をプレス成形する工程と、を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ等の光学素子のプレス成形に用いるガラスゴブを、溶融ガラスから製造するガラスゴブの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、非球面レンズを安いコストで作る方法として、溶融ガラスから得られたガラスゴブを一対の成形型でプレス成形して光学素子を得る技術が注目されている。
【０００３】
このようなプレス成形用のガラスゴブを製造する方法として、滴下する溶融ガラスを金属製の型に受けた後、ガラスをプレスすることでガラスゴブを得る方法が知られている（特許文献１参照）。この方法で作ったガラスゴブの表面にはひけに相当するうねり（凹凸）があって、成形型でプレスするとレンズ表面に微細な凹凸が欠陥として残ってしまう場合があった。
【０００４】
このひけ（うねり）が発生する原因は、特許文献１に開示されたように、溶融ガラスを滴下するノズル温度は８００℃であるのに対し、型の温度は４５０℃と低いことによる。高温のガラスがそれより低温の型に接触すると、ガラスの接触部分が冷えて周囲のガラスより先に固化する。その後、周囲のまだ熱い部分がたれてきて型に接触する。これを繰り返すことで、型に接触して先に冷える部分が凸部となり、凸部と凸部の間は少し凹んだ形状になる。このように比較的冷たい型に接触して、順次、冷却固化してできる凹凸を前述のようにひけと呼んでいる。
【０００５】
これに対して、溶融ガラス塊を成形する型として多孔質材料からなる型を用い、型の背部から高圧のガスを送り、成形型と溶融ガラスとのすき間に薄いガス層を形成することにより、型とガラスの融着を防止できることが古くから知られている（特許文献２参照）。
【０００６】
この方法によれば、多孔質材料で型を作り背部からガスを送って、流下する溶融ガラスを型から浮上させた状態で受けることで、特許文献１に記載されているようなひけの発生を防止できることが期待される。
【０００７】
【特許文献１】特公平４−２２８５７号公報
【特許文献２】特公昭４８−２２９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方で最近は、カメラやビデオなどの光学機器のデジタル化に伴って機器の大幅な小型化が著しい。レンズの硝材の屈折率を高くすることは、レンズの厚みを薄くしたり曲率をゆるくし易いという光学設計上のメリットが大きく、機器の小型化に貢献できる。しかしながら、高屈折率の硝材は、ホウ酸、ケイ酸、リン酸などのガラス形成酸化物をできるだけ少なくして、屈折率を高める成分を多く含有する傾向にあるため、溶融ガラスの粘度が概して低めなのが特徴である（２０［ｄＰａ・ｓｅｃ］以下）。このような低粘度の溶融ガラスを、薄いガス層を介して多孔質材料の型で受けようとすると、うまく浮上させる条件を探すのが容易ではないという未解決の課題があった。
【０００９】
本発明は、溶融したときに低粘度となる高屈折率のガラス材料であっても、表面に凹凸のないガラスゴブを容易に製造できるガラスゴブの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のガラスゴブの製造方法は、光学素子を成形するためのガラスゴブの製造方法において、気孔率が体積比で２５％より大きく４０％未満である粒子の集合体からなり、粒径３０〜３００μｍの粒子が占める割合が、全体の粒子数の８０％以上である多孔質材料によってゴブ型を作製する工程と、前記ゴブ型の表面から気体を吹き出しながら溶融ガラス塊を前記表面に受けて、冷却固化させることで、プレス成形用のガラスゴブを得る工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
ゴブ型の表面から気体を均一に吹き出して溶融ガラス塊を受け、確実に浮上させながら冷却固化してプレス成形用のガラスゴブを作ることができる。これにより、溶融した時に低粘度となる高屈折率のガラスに対しても、表面に凹凸のないガラスゴブを７０％以上の割合で得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、一実施形態によるガラスゴブの製造方法を説明するものである。図１（ａ）に示すゴブ型１を作る多孔質材料として、気孔率が２５％より大きく４０％未満である粒子の集合体を選択し、さらに、粒径（直径）３０〜３００μｍの粒子が占める割合が全体の粒子数の８０％以上の粒子の集合体を選んでゴブ型１を作製する。粒子の材質は溶融ガラスを受けることができるものであればよく、例えばグラファイトやグラッシーカーボンなどのカーボンが挙げられる。カーボン粒子の形状はほぼ球形のものを使用し、これに、焼結用の助剤として有機物を添加して焼結したものをゴブ型１に加工する。
【００１４】
ゴブ型１の溶融ガラス塊を受ける面２は、作られるガラス素材が所望の形状になるように、適当な曲率をもった凹面に加工する。ゴブ型１は耐熱金属製（ステンレス）のホルダー３に取り付けられていて、カートリッジヒーター４でホルダー３ごと所定の温度に加熱できるようになっている。ゴブ型１の背面にはガス供給室５があって、浮上ガス（気体）を導入するために配管６が設けられている。浮上ガスは、例えば窒素ガスを使用する。所定の流量のガスを凹面であるゴブ型１の面２から吹き出すことによって、溶融ガラス塊７がほとんど凹面と接触することなく凹面から浮上した状態で冷却固化させることができる。こうして、図１（ｂ）に示すように、光学素子等を得るためのプレス成形用のガラスゴブ８が作られる。
【００１５】
ここで、多孔質材料で作られたゴブ型の気孔率だけでなく、材料を構成する粒子の大きさが変わると、溶融ガラス塊の浮上の具合が大きく違うことが以下の実施例１，２を含む実験によって判明している。
【実施例１】
【００１６】
多孔質材料を作るカーボン粒子の粒径（直径）の範囲が異なる７種類の材料を用意した。
【００１７】
粒径１６〜３９μｍの材料Ａ：気孔率２５％
粒径３１〜２７１μｍの材料Ｂ：気孔率３０％
粒径４２〜３１２μｍの材料Ｃ：気孔率３２％
粒径２４３〜４４０μｍの材料Ｄ：気孔率４０％
粒径１２〜１１５μｍの材料Ｅ：気孔率３１％
粒径７〜４１０μｍの材料Ｆ：気孔率２６％
粒径１２６〜３７７μｍの材料Ｇ：気孔率３８％
この７種類の材料を用いてそれぞれ同じ形状のゴブ型を作った。
【００１８】
カーボン粒子の粒径の計測は、多孔質材料を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で１００倍から３００倍に拡大して撮影し、画像の中に見えるカーボン粒子の直径を定規で計測して行った。計測結果について、３０μｍ刻みでその範囲に入る粒子数を数えて粒度分布を調べた。すなわち、３０μｍ未満、３０μｍ以上６０μｍ未満、６０μｍ以上９０μｍ未満、・・・、３９０μｍ以上４２０μｍ未満、そして４２０μｍ以上である。こうして調べた粒度分布を図２に示す。また、図２から求めた粒径３０〜３００μｍの粒子が占める割合を末尾の表１に示す。
【００１９】
それぞれの型について、浮上の具合が最も良くなるように、凹面から吹き出す窒素ガスの流量を調整した。浮上の具合が最も良いというのは、溶融ガラス塊が多孔質材料と接触してできる凹凸が、冷却固化後のガラスゴブの表面を見たときにほとんど発生していないことを意味する。
【００２０】
材料Ａ〜Ｇの７種類の多孔質カーボンで図１（ａ）に示すゴブ型１を作った。材料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇで作った型をそれぞれ型Ａ、型Ｂ、型Ｃ、型Ｄ、型Ｅ、型Ｆ、型Ｇと呼ぶ。ゴブ型１の凹面である面２の曲率はいずれも１６．０ｍｍとした。
【００２１】
１０００℃に加熱したバリウムホウケイ酸系ガラスを白金製の流出パイプから毎分１０．０ｇの流出量で流下させ、いずれの型においても６秒に１個づつの間隔で溶融ガラス塊７を受けてガラスゴブ８の製造テストを行った。いずれの型もヒーター４によりホルダー３の温度が１００℃になるように加熱し、それぞれの型について、溶融ガラス塊７の浮上の具合が最も良くなるように凹面から吹き出す窒素ガスの流量を調整した。窒素ガスの流量は、型Ａでは毎分３．２リットル、型Ｂでは毎分３．５リットル、型Ｃでは毎分４．０リットル、型Ｄは毎分５．０リットル、型Ｅは毎分４．０リットル、型Ｆは毎分３．５リットル、型Ｇは毎分４．０リットルとした。
【００２２】
いずれの型についても３０個以上のガラスゴブを作り、その外観品質を調べて良品（型の凹凸の痕がほとんどなく表面が滑らかなもの）の割合を集計した。この結果を末尾の表１に示す。
【００２３】
表１から、粒径３０〜３００μｍの粒子が占める割合が全体の粒子数の８０％以上の粒子の集合体からなる型Ｂ，型Ｃ，型Ｆ，型Ｇではいずれも良品ゴブの割合が９０％を超えることがわかる。また、型Ｂ，型Ｃ，型Ｆ，型Ｇで良品となったガラスゴブは、外径が１２．１０ｍｍ±０．０８ｍｍで、重量は１．００ｇ±９ｍｇ（±０．９％）の精度を満たしていた。
【実施例２】
【００２４】
実施例１と同じ、材料Ａ〜Ｇの７種類の多孔質カーボンを用いて図１（ａ）に示すゴブ型１を作った。本実施例では凹面である面２の曲率半径はいずれも１９．０ｍｍとした。
【００２５】
１０２０℃に加熱したランタンホウ酸系ガラスを白金製の流出パイプから毎分１８．５ｇの流出量で流下させ、いずれの型においても７．４秒に１個づつの間隔で溶融ガラス塊７を受けてガラスゴブ８の製造テストを行った。いずれの型もヒーター４によりホルダー３の温度が１５０℃になるように加熱し、それぞれの型について、溶融ガラス塊７の浮上の具合が最も良くなるように凹面から吹き出す窒素ガスの流量を調整した。窒素ガスの流量は、型Ａでは毎分０．８リットル、型Ｂでは毎分０．８リットル、型Ｃでは毎分１．５リットル、型Ｄは毎分２．０リットル、型Ｅは毎分１．２リットル、型Ｆは毎分１．０リットル、型Ｇは毎分１．２リットルとした。
【００２６】
いずれの型についても３０個以上のガラスゴブを作り、その外観品質を調べて良品（型の凹凸の痕がほとんどなく表面が滑らかなもの）の割合を集計した。この結果を末尾の表１に示す。
【００２７】
型Ｂ，型Ｃ，型Ｆ，型Ｇではいずれも良品の割合が７０％を超えるが、型ＡとＤでは全く良品が得られないことがわかる。また、型Ｂ，型Ｃ，型Ｆ，型Ｇで良品となったガラスゴブは、外径が１３．４０ｍｍ±０．０４ｍｍで、重量は２．２８ｇ±１８ｍｇ（±０．８％）の精度を満たしていた。
【００２８】
なお、実施例１で使用したバリウムホウケイ酸系ガラスは、１０００℃における粘度が４０［ｄＰａ・ｓｅｃ］（４０ポアズ）であり、実施例２で使用したランタンホウ酸系ガラスは、１０２０℃における粘度が７［ｄＰａ・ｓｅｃ］（７ポアズ）のガラスである。
【００２９】
末尾の表１から、実施例１、実施例２のいずれのガラスにおいても、材料Ｂ、材料Ｃ、材料Ｆ、材料Ｇの４種類の材料のうち、いずれかの材料で作られたゴブ型を用いると、良品ゴブの割合が７０％以上になることがわかる。一方、材料Ａ、Ｄ、Ｅを用いると、良品ゴブの割合が５５％以下にとどまってしまう。
【００３０】
すなわち、ゴブ型を作る多孔質材料として、気孔率（体積比）が２５％より大きく４０％未満である粒子の集合体を選択し、そのなかで粒径（直径）３０〜３００μｍの粒子が占める割合（粒子数）が全体の８０％以上の粒子の集合体を用いればよいことが分かる。
【００３１】
【表１】
2010037167.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一実施形態によるガラスゴブの製造方法を説明するもので、（ａ）はガラスゴブを成形するゴブ型を示す断面図、（ｂ）は成形されたガラスゴブを示す図である。
【図２】多孔質カーボン材料の粒度分布を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１    ゴブ型
２    面
３    ホルダー
４    カートリッジヒーター
５    ガス供給室
６    配管
７    溶融ガラス塊
８    ガラスゴブ
【図１】
2010037167.tif 000004
【図２】
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