(57)【要約】【課題】効率良く高精度に光学素子のブランクを製造できるようにする。【解決手段】溶融光学硝子２０を流出させるための硝子流出部３と、硝子流出部から流出される溶融光学硝子２１を受ける凹形状の受け型５と、受け型に振動を加えるための振動発生装置１６と、受け型に受けられた所定量の溶融光学硝子を、受け型との間でプレスして成形するためのプレス型６とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量の溶融光学硝子を凹形状の受け型に受ける硝子受け工程と、
前記溶融光学硝子を前記受け型の凹形状の隅部まで充填させる充填工程と、
前記受け型に受けられた前記所定量の溶融光学硝子を、前記受け型に対向するプレス型によりプレスするプレス工程と、
を具備することを特徴とする光学素子のブランク製造方法。
【請求項２】
前記充填工程では、前記受け型に周波数１〜５００Ｈｚの振動を加えることを特徴とする請求項１に記載の光学素子のブランク製造方法。
【請求項３】
前記充填工程における前記受け型に対する振動の付加は、前記硝子受け工程における溶融光学硝子を前記受け型で受ける動作と並行して行なわれることを特徴とする請求項２に記載の光学素子のブランク製造方法。
【請求項４】
前記充填工程における前記受け型に対する振動の付加は、該受け型内の溶融光学硝子の粘度がｌｏｇη＝１〜５となる温度域において行われることを特徴とする請求項２に記載の光学素子のブランク製造方法。
【請求項５】
溶融光学硝子を流出させるための硝子流出手段と、
該硝子流出手段から流出される前記溶融光学硝子を受ける凹形状の受け型と、
該受け型に振動を加えるための振動発生手段と、
前記受け型に受けられた所定量の溶融光学硝子を、前記受け型との間でプレスして成形するためのプレス型と、
を具備することを特徴とする光学素子のブランク製造装置。
【請求項６】
前記振動発生手段は、圧電素子を用いて振動を発生させることを特徴とする請求項５に記載の光学素子のブランク製造装置。
【請求項７】
前記振動発生手段は、前記受け型に周波数１〜５００Ｈｚの振動を加えることを特徴とする請求項５に記載の光学素子のブランク製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仕上げ加工を行なうことによりレンズ、プリズム等の高精度な光学素子に仕上げられる硝子ブランクを、高精度かつ高効率で製造する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、硝子レンズは所定寸法の硝子ブロックを研削、研磨により所定形状になるように加工することにより製造されていた。しかし、非球面形状および自由曲面を有するレンズの製造は、非常に高精度な加工技術を必要とするとともに、研削、研磨共に多くの加工時間を費やし、多大な費用を要していた。
【０００３】
そこで近年、非球面形状および自由曲面を有する成形型を用いて加熱軟化した硝子素材を非酸化性の雰囲気中でプレス加工することにより、低コストの非球面形状レンズを得る製造方法が考案されている。
【０００４】
また、更に安価なプレス成形品を得るために、硝子素材をるつぼ内で高均質に溶融し、るつぼに接続されたパイプより所望の硝子粘度範囲に調節された溶融硝子流を滴下流出させ、受け型等で受けて高精度な光学素子成形品を得る製造方法が数多く提案されている。
【０００５】
特に、異形の光学素子を製造する際に、異形(長方形形状等)の凹形状受け型を、溶融硝子流より早い速度で横方向へ移動させ、その受け型移動の時間と、受け型の温度と、流出温度の制御を行い、精密な長形ゴブ（上面自由表面）を製造する方法が提案されている。例えば、特開平７−１７７２５号公報（特許文献１）にその製造方法が記載されている。
【特許文献１】特開平７−１７７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような溶融硝子流を流出パイプから滴下流出させ、異形の光学素子を連続的に得る製造方法では、光学硝子をより効率的かつ高精度に成形する上で、下記のような問題点があった。
【０００７】
硝子流を所望の異形状（例えば、長方形、長楕円形等）に加工された凹型上に受け取る際に、溶融硝子流の先端は、その硝子の表面張力によりＲ形状（丸みを持った形状）になっており、所望の異形状凹型の４隅及び底面の稜線隅部で直接硝子を受け取ることが出来ない。すなわち、硝子流の型上への流動の様子は、凹型の底面中心付近で受けた硝子流が隅部などに流れ込んでくるか、あるいは中心付近に或る量の硝子流が蓄積され、その自重、または上方向からの外圧(上型プレス圧力)により押し広げられて、展延するという状態となる。
【０００８】
この時、硝子流の展延速度の差（硝子流内の外周表面と内部の粘度差、流下した硝子の下端部とパイプ付近の部分の粘度差による）、型と硝子流の熱伝達速度の差等により、型界面部における硝子の冷却速度差が発生し、波状のシワ、ウネリ等が残ってしまう。このことは、その後の精密プレス成形時のガス残り不良、面粗さ不良へと繋がり、成形品歩留の低下を引き起こす。
【０００９】
また、硝子流の展延速度差が最も大きくなる異形状凹型の各稜線隅部においては、未充填ならびに、形状不均一が発生し、上型でプレスする時に稜線隅部のワレ、欠け等の成形品不良を引き起こし、量産性が低下するという問題がある。
【００１０】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、効率良く高精度に光学素子のブランクを製造できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる光学素子のブランク製造方法は、所定量の溶融光学硝子を凹形状の受け型に受ける硝子受け工程と、前記溶融光学硝子を前記受け型の凹形状の隅部まで充填させる充填工程と、前記受け型に受けられた前記所定量の溶融光学硝子を、前記受け型に対向するプレス型によりプレスするプレス工程と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
また、この発明に係わる光学素子のブランク製造方法において、前記充填工程では、前記受け型に周波数１〜５００Ｈｚの振動を加えることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明に係わる光学素子のブランク製造方法において、前記充填工程における前記受け型に対する振動の付加は、前記硝子受け工程における溶融光学硝子を前記受け型で受ける動作と並行して行なわれることを特徴とする。
【００１４】
また、この発明に係わる光学素子のブランク製造方法において、前記充填工程における前記受け型に対する振動の付加は、該受け型内の溶融光学硝子の粘度がｌｏｇη＝１〜５となる温度域において行われることを特徴とする
また、本発明に係わる光学素子のブランク製造装置は、溶融光学硝子を流出させるための硝子流出手段と、該硝子流出手段から流出される前記溶融光学硝子を受ける凹形状の受け型と、該受け型に振動を加えるための振動発生手段と、前記受け型に受けられた所定量の溶融光学硝子を、前記受け型との間でプレスして成形するためのプレス型と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
また、この発明に係わる光学素子のブランク製造装置において、前記振動発生手段は、圧電素子を用いて振動を発生させることを特徴とする。
【００１６】
また、この発明に係わる光学素子のブランク製造装置において、前記振動発生手段は、前記受け型に周波数１〜５００Ｈｚの振動を加えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、効率良く高精度に光学素子のブランクを製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
まず、実施形態の概要について説明する。
【００２０】
本発明の実施形態では、光学硝子を溶融るつぼの流出パイプから溶融流出させ、凹形状の受け型に所定量の溶融硝子流を受けた後、上方向よりプレス圧力を加え光学素子の完成形状に近似した形状のブランク（後に研削・研磨加工あるいはプレス成形等の仕上げ加工をすることにより光学素子へと完成される）を成形する際において、受け型に対し、溶融硝子流が十分に充填された状態で、上面プレス力を付加させる。
【００２１】
そのために実施形態のガラスブランクの成形装置は、光学硝子の溶融るつぼと、このるつぼに接続された温度制御可能な流出パイプから硝子を流出させる流出手段と、流出パイプ出口部に出入り自在な、位置出し制御及び温度制御可能な受け型と、この受け型に所定の振動力を付加させる振動付加手段とを具備している。
【００２２】
この構成によれば、溶融炉を用いて、光学硝子を溶融流出させ、凹形状の受け型に所定量の溶融硝子流を受けた後、上方向よりプレス圧力を加え光学素子の完成形状に近似した形状のブランクを成形する際に、凹形状の受け型に対して、その型内の硝子粘度に合わせた所望の周波数の振動力を付加させ、受け型内への溶融硝子流の充填を制御する（溶融硝子流の粘度がｌｏｇη＝1〜５の範囲内で所望の振動力を与えることにより、硝子の展延速度差を是正する）ことにより、冷却時または、上型プレス時における各稜線部の展延不良、ワレ、欠け不良を防止でき、高精度且つ確実な光学素子のブランク製造が可能となる。
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、硝子溶融炉と成形部とを備える、光学素子のブランク製造装置の第１の実施形態の構成を示した図である。
【００２５】
図１において、１は内部の溶融硝子２０の均質化を行なうとともに硝子の流出を行なう均質・流出槽である。２は流出パイプであり、均質・流出槽１に連結されている。均質・流出槽１は周囲を不図示の炉本体（内壁はすべて耐熱、断熱部材）に囲われており、不図示の加熱用のヒ−タにより、適宜、各機能を満足する加熱温度が得られるようになっている。流出パイプ２には、直接通電加熱するための電極端子部２ａ、２ｂが取り付け（溶接固定）られており、不図示の供給電力部より供給された電力により流出パイプ２が加熱される。また、流出パイプ２には不図示の熱電対等の温度計測装置が取り付けられており、その計測温度に基づいて、電極端子２ａ，２ｂに加えられる電力が制御され、流出パイプ２の温度制御がなされる。これにより、流出パイプ２の下端のオリフィス部３より、所望の硝子粘度に調温された溶融硝子流を流出させることが可能となる。４は攪拌ペラであり、均質・流出槽１内の溶融硝子２０の均質化のために、不図示の駆動機構によって矢印で示す方向に回転され、溶融硝子２０を撹拌する。なお、均質・流出槽１、流出パイプ２、電極端子部２ａ，２ｂ、オリフィス部３、撹拌ペラ４の各部材は、白金あるいは白金合金製である。
【００２６】
５は受け型（下型）、６は上型、７，８は受け型及び上型の加熱用ヒータ、９，１０は受け型及び上型の測温用熱電対、１１，１２，１３は受け型及び上型の支持部材であり、支持部材１１と１３は締結部材により連結されている。また、受け型５と支持部材１１、上型６と支持部材１２もそれぞれ連結されている。受け型５と上型６は、それぞれの熱電対９，１０の計測温度に基づき、ヒ−タ７，８の各出力値を制御することにより、所定の温度に温度制御される。
【００２７】
また、２０は溶融硝子、２１は流出パイプ２のオリフィス部３から流出し、受け型５に受け取られた溶融硝子である。２２は受け型５内の溶融硝子２１を上型６でプレスして成形された硝子塊（プレスゴブ成形品＝光学素子のブランク）である。
【００２８】
また、１６は振動発生装置であり、適宜、所望の周波数に制御された振動力を発生することが可能である。１４は支持部材１３と振動発生装置１６を支持する支持台であり、振動発生装置１６を固定的に支持するとともに、支持部材１３を平面内で摺動可能に支持する。１７は振動発生装置１６と支持部材１３とを連結する振動伝達ロッドであり、受け型５へ振動発生装置１６の振動力を伝達する。
【００２９】
また、１５は支持台１４の支持ロッドである。１８，１９は支持ロッド１５を介して支持台１４を上下方向（Ｚ軸方向）、及び水平方向（Ｘ軸方向）に移動するためのＮＣ駆動装置である。すなわち、ＮＣ駆動装置１８，１９により、受け型５を上下、水平各方向に所定量、所定速度で移動させることができる。
【００３０】
また、支持部材１２には不図示の上下移動ＮＣ駆動装置が連結されており、上型６を上下方向に所定量、所定速度で移動させることができる。
【００３１】
硝子溶融炉での硝子溶融、流出工程として、まず、不図示の投入部より投入された硝子原料は、均質・流出槽（るつぼ）１に入り、不図示の加熱ヒータで所定の溶融温度に温度制御され、溶解、清澄の各工程を経て溶融状態になる。その後、溶融硝子２０は、攪拌ペラ４により十分均質化された後、電極端子部２ａ，２ｂによる直接通電加熱で所定の流出温度（成形後工程に最適な温度条件）に制御され、流出パイプ２から溶融硝子２１として流出される。また、この時、溶融硝子２１が一定量流出されるように、その流出量に合わせて、不図示の投入部に、一定量の硝子原料が連続的または間欠的に不図示の投入装置を用いて投入される。
【００３２】
その後、流出された溶融硝子２１は、流出パイプ２のオリフィス３の下方にて受け型５により所定量の硝子塊（後にプレスゴブ成形品２２となる）として受け取られる。
【００３３】
この時、受け型５はＮＣ駆動装置１８，１９により所望の位置制御がなされ、溶融硝子２１の受け取り動作が行なわれる。
【００３４】
なお、受け型５を振動させるための振動発生装置１６は、圧電アクチュエータ素子（ピエゾ素子）を備え、不図示の駆動用電源および電圧制御により振動周波数１〜５００ＨＺまでの振動を発生可能である。
【００３５】
次に、上記の装置を使用して、流出パイプ２内を流出してくる溶融硝子２１を受け型５に受け、上型６にてプレス成形をする方法について、具体的に説明する。
【００３６】
なお、溶融硝子には、カメラ、ビデオカメラ等の光学系に使用可能な光学特性を持つ光学硝子を使用した。また、バッチ式の均質・流出槽１、流出パイプ２には、円筒形状のものを使用し、攪拌ペラ４にはヘリカル状のものを使用した。
【００３７】
ここで、バッチ式の均質・流出槽（るつぼ）１における硝子溶融、および流出パイプ２の硝子流出条件について、以下に記載する。
・加熱ヒータ仕様；セラミックヒータ
・るつぼ加熱ヒータ制御温度；
投入・溶解・清澄工程段階：１２００℃〜１５００℃
均質・流出工程段階：１０００℃〜 １３００℃
・流出パイプ断面形状；内径：ｄ１＝φ４ｍｍ、外径：ｄ２＝φ６ｍｍ
・流出パイプ制御温度；９００℃〜１０５０℃
上記の制御条件で硝子流出を行い、その時の硝子流出量Ｑは、Ｑ＝２０．０ｇｒ／分であった。
【００３８】
また、受け型、上型の寸法の概略仕様について、 図２の詳細図を参照して以下に説明する。
・受け型；長方形凹形状
平面（底部）寸法：長手Ｌ１＝４７．５ｍｍ、短か手Ｌ２＝１８．０ｍｍ、座ぐり深    さＴ１＝７．０ｍｍ、座ぐりテ−パ角θ＝１５°（４辺共）
・上 型；長方形凸形状
平面（先端）寸法：長手Ｌ３＝５０．３ｍｍ、短か手Ｌ４＝２０．８ｍｍ、突起高さ    Ｔ２＝３．０ｍｍ、突起テ−パ角θ＝１５°（４辺共）
・型材質；貴金属合金
・型表面仕上げ精度；０．５Ｓ以上
次に成形条件の概略仕様を以下に記載する。
・上型プレス圧力；Ｐ＝５〜１０ｋｇ／ｃｍ2（上下移動ＮＣ駆動装置の位置    決め精度による肉圧制御）
・型温度；上型Ｔ０＝２５０℃（成形品取り出し）〜５００℃（プレス時）
受け型Ｔ１＝２５０℃（成形品取り出し）〜５００℃（硝子受け／プレス時）
・振動力付加；受け型が硝子流を受け始めてから（接触開始から）２秒後から７秒間、周    波数１０〜２０ＨＺを付加し、それ以降より硝子流を流出パイプ２から引き離す（受    け型の下方向への移動により硝子流切断）まで、周波数２００〜４００ＨＺを付加
・型移動；硝子流を受け取った受け型が、Ｘ方向へ所定の位置（上型プレス位置）まで移    動し（移動速度３０〜５０ｍｍ／秒）、その後上型、受け型各々が所定成形品肉圧に    なる位置までＺ方向移動をし（移動速度５〜５０ｍｍ／秒）、硝子流をプレス成形す    る
なお、上記の条件では、受け型に振動を加えるのは、受け型内の硝子粘度がｌｏｇη＝1〜５となる温度域である。
【００３９】
以上の硝子流出、硝子受け、およびプレス成形の手順で、硝子プレス成形を連続的に行った結果、図３に示す様に、プレス成形品外形寸法：長辺＝５０.０±０.１５ｍｍ、短辺＝１９．９±０.１ｍｍ、プレス成形品厚さ：Ｔ＝５.０±０.０５ｍｍ、各稜線隅部のＲダレ形状：上端(鋭角)部Ｒ０＝０.１〜０.５ｍｍ、下端(鈍角)部Ｒ１＝０.０８〜０.３ｍｍ、プレス成形品表面の平面精度：ウネリ０.０５ｍｍ以下、であり、所定のプレスブランク形状精度、外観精度（キズ、カケ、ワレ等の少なさ）を満足する歩留り９０％以上の良品率で、硝子プレス成形を行うことができた。
【００４０】
また、上記の受け型への振動付加条件にて、硝子流の受け始めから１０秒以上経ったタイミングで１０〜１００ＨＺの振動付加を行なった場合、その表面ウネリ精度は０.１〜０.２ｍｍに悪化した。また、ワレ不良も２０％以上増加した。
【００４１】
なお、本実施形態では、振動発生方式として圧電素子アクチュエータを使用したが、エアー等の流体式の振動発生装置を使用することも勿論可能である。
【００４２】
本実施形態によれば、光学硝子を溶融るつぼの流出パイプから溶融流出させ、凹形状の受け型に所定量の溶融硝子を受けた後、上方向よりプレス圧力を加え光学素子の完成形状に近似した形状のブランクを成形する際に、下記の特有な効果がある。
【００４３】
溶融硝子流が受け型に対し十分に充填された状態で、上面プレスをすることにより、硝子プレス成形品の端部のワレ、欠け不良、ならびにウネリの非常に少ない高精度で高品質な光学素子のブランクを効率的に生産することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
本実施形態においては、第１の実施形態の硝子溶融・流出装置ならびに振動発生装置と同様のものを使用し、大口径丸レンズのブランクをプレス成形した。そして、次のような結果が得られた。
【００４５】
まず、硝子流の受け型（凹型）として、球Ｒ１００ｍｍ、口元外径φ４８．６ｍｍのものを用い、プレス上型（凹型）として、球Ｒ１６０ｍｍ、口元外径φ４３．７ｍｍのものを用いた。型材質は貴金属合金、型表面仕上げ精度は０．５Ｓ以上である。そして、下記概略仕様成形条件で成形を実施した。
・上型プレス圧力：Ｐ＝５〜１５ｋｇ／ｃｍ2（上下移動ＮＣ駆動装置の位置    決め精度による肉圧制御）
・型温度；上型Ｔ０＝２５０℃（成形品取り出し）〜５００℃（プレス時）
受け型Ｔ１＝２５０℃（成形品取り出し）〜５００℃（硝子受け／プレス時）
・振動力付加；受け型が硝子流を受け始めてから（接触開始から）２秒後から硝子流を流    出パイプ２より引き離す（受け型の下方向への移動により硝子流切断）まで、周波数    ５０〜３００ＨＺを可変的に平面ＸＹ方向（直交２方向）より付加。
・型移動；第１の実施形態と同様
以上の硝子流出、硝子受け、およびプレス成形の手順で、硝子プレス成形を連続的に行った。
【００４６】
その結果、プレス成形品（両凸形状）外形寸法：φ４６.０±０.１０ｍｍ、プレス成形品厚さ：Ｔ＝５．５±０．０３ｍｍ、プレス成形品表面の平面精度：ウネリ０．０２〜０．０５ｍｍの範囲内、であり、所定のプレスブランク形状精度、外観精度（キズ、カケ、ワレ等の少なさ）を満足する歩留り９５％以上の良品率で、硝子プレス成形を行うことができた。
【００４７】
本実施形態によれば、光学硝子を溶融流出させ、凹形状の受け型に所定量の溶融硝子流を振動力を加えながら受けた後、上方向よりプレス圧力を加え光学素子の完成形状に近似した形状のブランクを成形する際に、下記の特有な効果がある。
【００４８】
溶融硝子流が受け型に対し十分に充填された状態で、上面プレスをすることにより、硝子プレス成形品のウネリの非常に少ない高精度で高品質な光学素子のブランクを非常に安価に生産することができる。
【００４９】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、溶融るつぼに接続された流出パイプより所定量の溶融硝子流を、凹形状の受け型で受けた後、上方向よりプレス圧力を加え近似形状ブランクを成形する際に、凹形状の受け型に所定の振動力を付加制御し、凹形状の受け型上の溶融硝子を十分に展延させた状態でプレス成形を行なうことにより、光学硝子のプレス成形品の高精度および高効率な生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態に係わる光学素子のブランク製造装置を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における成形型の構成を説明するための概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるプレス成形品を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  均質・流出槽
２  流出パイプ
２ａ，ｂ  電極端子部
３  オリフィス部
４  攪拌ペラ
５  受け型（下型）
６  上型
７，８  ヒータ
１６  振動発生装置
１８，１９  ＮＣ駆動装置
２１  溶融硝子
２２  プレス成形品
【図１】
2005219999.tif 000003
【図２】
2005219999.tif 000004
【図３】
2005219999.tif 000005