(57)【要約】【課題】プレス成形によって高精度なガラス製の光学素子を成形する。【解決手段】下型４の温度をガラス転移点以下に温度調節しておき、溶融炉１から軟化したガラス塊２を下型４へ滴下する。ガラス塊２は、ガラス転移点以下の下型４との接触によって急速に冷却され、下型４から離間する。これによって下型４が高温にさらされる時間を短縮するとともに、下型４に対するガラスの融着を防ぐことができる。ガラス塊２を下型４上で再加熱後、上型３を下降させてプレス成形する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型を用いたプレス成形によって光学素子を成形する光学素子の成形方法において、
軟化したガラス塊を、ガラス転移点より低い温度に制御された前記下型で受けて冷却する冷却工程と、
冷却したガラス塊を、ガラス粘度が１０5 ないし１０11ｄＰａ・ｓの範囲内になるまで前記下型上で再加熱する再加熱工程と、を有し、
再加熱されたガラス塊を前記上型と前記下型によってプレス成形することを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】
前記冷却工程において、軟化したガラス塊は、前記下型の上方から滴下されることを特徴とする請求項１記載の光学素子の成形方法。
【請求項３】
前記冷却工程において、ガラス塊を、冷却によって収縮させることで前記下型から離間させることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子の成形方法。
【請求項４】
前記冷却もしくは再加熱工程において、ガラス塊のガラス粘度が１０13ｄＰａ・ｓ以上のときに、前記下型の周辺を真空引きすることを特徴とする請求項３に記載の光学素子の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形によってガラス製のレンズ等の光学素子を成形する光学素子の成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特許文献１に開示されているように、溶融ガラスを直接光学素子に成形するダイレクトプレス成形方法が知られている。しかしながら、比較的長い時間、高温のガラスを型に接触させながら成形するため、型へのダメージが大きくなり、型の表面状態が悪化することで、光学素子の外観品質が低下する傾向があった。さらに、成形品の形状が複雑であれば、ガラス塊を型で受けたときに、ガラス塊と型との間に気体が巻き込まれ、成形品にガス残りが生じることがあった。また、ガラス塊を受ける型の温度が低い場合には、ガラス塊の表面に凹凸ができ、同様に成形品にガス残りが生じることがあった。
【０００３】
そのため、成形品を成形する前のプリフォームとしてゴブを作成する工程を新たに分け、専用のゴブ成形用の型で、高温のガラスを非接触で成形品に近い形状へ成形する方法も行われている。しかしながら、専用のゴブ型からゴブを精密成形用の型へ移動させる機構を必要とするために、装置構成が複雑になり、また、移動中にゴブの温度が低下してしまいサイクルタイムが長くなるという問題が生じることがある。さらに、ゴブと精密成形用の型との位置合わせが困難になるという問題もある。
【特許文献１】特公平３−７２０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術によれば、前述のように、軟化したガラスを光学素子にプレス成形するに至るまでの工程で、接触による型へのダメージや成形品のガス残り不良が生じるおそれがある。また、ゴブ型を用いる方法では、ゴブを精密成形用の型へ移すときの位置決め機構の複雑さ、移動搬送中のゴブ温度の低下によるサイクルタイムの延長等の問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、軟化した高温のガラスによる型へのダメージを低減し、しかも、効率的に光学素子をプレス成形することのできる光学素子の成形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】
【０００６】
本発明の光学素子の成形方法は、上型と下型を用いたプレス成形によって光学素子を成形する光学素子の成形方法において、軟化したガラス塊を、ガラス転移点より低い温度に制御された前記下型で受けて冷却する冷却工程と、冷却したガラス塊を、ガラス粘度が１０5 ないし１０11ｄＰａ・ｓの範囲内になるまで前記下型上で再加熱する再加熱工程と、を有し、再加熱されたガラス塊を前記上型と前記下型によってプレス成形することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
軟化したガラス塊を、ガラス転移点以下に低温制御された下型に接触させることでガラス塊を急速冷却し、瞬間的に下型から離間させる。これによって、下型が高温にさらされる時間が短縮され、ガラスが下型に融着することや、型の表面の荒れを防止することができる。
【０００８】
軟化したガラスを下型に滴下した場合は、下型へ衝突したガラス塊が下型の形状に倣うように変形するため、ガラスと下型との位置決めを容易に行うことができる。
【０００９】
このように、ガラス転移点以下で生じるガラスの熱収縮を利用して、確実にガラスを下型から離間させることで、下型が高温にさらされる時間を短縮し、かつ、高い融着防止効果を得ることで、高精度な光学素子を安価に製造することができる。
【００１０】
また、ガラス塊が下型から離間した後に真空引きを行うことで、ガラス塊と下型との間の気体を排除し、成形品のガス残り不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１は、一実施の形態による光学素子の成形方法を概略的に示す工程図であり、溶融炉１はガラスが液相温度以上になるように温度制御がなされている。軟化したガラス塊２は、溶融炉１から伸びたパイプから溶融炉１内のガラスが滴下されてできたものである。上下一対に配置された上型３と下型４は、双方ともにプレス面には、離型膜として、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）が成膜されている。また、２つの型３、４は精密成形用の型であり、型のプレス面の表面は、成形品の被プレス面の表面粗さが光学素子の要求値を満足するレベルに滑らかである。下型４上のガラス塊２を加熱するためのヒータ５は、伝導、輻射等の何れの伝熱形態でもよい。製作される光学素子６の材質は、ＳＫ１２（ガラス転移点Ｔｇ＝５０５℃）等のガラスである。
【００１３】
光学素子６の成形方法は以下の通りである。
【００１４】
図１の（ａ）に示すように、溶融炉１から伸びるパイプから所定重量の軟化したガラス塊２を落下させる。パイプと下型の位置関係は、ガラス塊２と下型４との中心位置ズレが５００μｍ以下となるように調整しておくと、表面張力により球体となっているガラス塊２の軸対称性を崩さずに冷え固めることができる。これにより、特に軸対称レンズにおいて、高精度な成形品を安定して得ることができる。
【００１５】
図１の（ｂ）に示すように、落下したガラス塊２が下型４へ衝突し、ガラス塊２が持っていた運動エネルギーによって下型４の表面へ衝撃力が加わる。また、これと同時に下型４からの反力がガラス塊２に作用する。これらの力のバランスにより、ガラス塊２は下型４へ押し付けられ、下型４の表面の形状に倣うように変形する。このとき、滴下したガラス塊２を受ける下型４の温度をガラス転移点Ｔｇ以下に制御し、下型４の熱容量を大きくしておくことで、ガラス塊２の表面温度を急激に低下させることができる。
【００１６】
このような急速冷却により、ガラス塊２が下型４に接触した瞬間にガラスの熱収縮が起こり、その力でガラス塊２が下型４から離間する。このようにして離間させることで、ガラス塊２と下型４とが長時間高温で接触することで生じる界面反応を防止する。また、急激にガラス塊２を冷却することで、ガラス塊２から発生しているガラス成分の揮発を止め、下型４の表面へのダメージを防止する。
【００１７】
その結果、ガラス塊２は、下型４と融着することなく、また、下型４の型表面の粗度が悪化することもなく、下型４との位置合わせが高精度に行われた状態で下型４の上に戴置される。
【００１８】
図１の（ｃ）に示す工程では、ガラス塊２と下型４との位置関係を変化させずに、そのままヒータ５により、下型４上のガラス塊２を再加熱する。次いで、図１の（ｄ）に示すように、ガラス粘度が例えば１０9 ｄＰａ・ｓになったところで、上型３を下降させてプレス成形を行い、ガラス塊２を下型４のプレス面に倣わせながら変形させることで、上型３と下型４の間の空間へガラスを充填させる。
【００１９】
図１の（ｅ）に示すように、ガラスの冷却工程を経て、（ｆ）に示すように上下の型３、４を離間させて、成形された光学素子６を取り出す。次のサイクルを開始する前に、下型４の温度が設定温度になるまで温度調整する。
【００２０】
上記の工程を繰り返し単位として、サイクルを実行することで、光学素子を連続的に成形していくことができる。
【００２１】
図２は、上記の光学素子の成形方法における、図１の（ａ）〜（ｆ）に示した工程ごとの温度勾配を示す。
【００２２】
図１の（ａ）に示す第１工程では、ガラス塊が滴下されたことで、雰囲気との熱交換が行われ、ガラス塊の温度が比較的緩やかに低下する。ここでは、下型の温度は、例えばガラス転移点Ｔｇより１５０℃低い温度に温度調節されている。この下型の温度は、下型からの急激な冷却で、ガラス表面に過大な凹凸（ＰＶ値＝５００μｍ以上）が形成されるのを防ぎ、かつ、図１の（ｂ）に示す第２工程において、ガラスが下型から確実に離間する温度とする。
【００２３】
第２工程では、ガラス塊と下型とが接触することで、瞬間的にガラス塊の熱が下型に移動し、ガラス塊の温度は急激に低下し、一方、下型の温度は、急激に上昇する。このとき、ガラス塊の熱容量が下型の熱容量より小さくなるように設定しておくと、ガラス塊を急激に冷却することができるため、融着防止効果が大きくなる。
【００２４】
ガラス塊と下型との接触により生じた熱交換が次第に平衡状態に近づいたときに、ガラスの温度がガラス転移点Ｔｇより高くなると、ガラスが下型から離れようとする熱応力が緩和される。そのため、ガラス塊と下型とを離間させることができなくなり、ガラス塊と下型との間に封じ込まれた気体があると、プレス成形後の成形品である光学素子の表面にガス残り不良ができる。これを防止するために、下型の温度を調節して、上記平衡状態に近づいたときにガラスの温度がガラス転移点Ｔｇ以下となるようにしておき、ガラスが確実に離間するようにする。例えば、ガラスが下型から離間したときの下型の温度をガラス転移点Ｔｇより１１０℃低い温度に設定する。
【００２５】
図１の（ｃ）に示す第３工程では、ヒータによる再加熱を行い、ガラス転移点Ｔｇ以下のガラス塊と下型の温度を上昇させる。上昇させる温度の上限値は、ガラスをプレス変形させることのできるガラス粘度、下限値は、ガラスと下型とが短時間で反応しないガラス粘度に対応させる。つまり、ガラス粘度が１０5 〜１０11ｄＰａ・ｓの範囲になるように温度調整を行う。
【００２６】
図１の（ｄ）に示す第４工程では、ガラスと下型との温度を所定の時間で安定させ、プレス成形を行う。
【００２７】
図１の（ｅ）に示す第５工程では、ガラスの成形品を再冷却し、上、下型との熱膨張係数の差による熱応力を発生させ、自然にガラスの成形品が離型するようにする。
【００２８】
図１の（ｆ）に示す第６工程では、型開きを行い、成形品であるガラスの光学素子を取り出しつつ、下型の温度を次のサイクルの第１工程の設定温度になるまで温度調整する。第６工程が終了すると、再び、第１工程を開始する。
【００２９】
このようにして、軟化したガラスから、高品質な光学素子を効率的に成形することができる。
【実施例１】
【００３０】
本実施例では、図２に示す第２工程開始時点での下型の温度をガラス転移点Ｔｇより２００℃以上低い温度に設定し、ガラス塊の温度をより急激に下げた。第３工程においては、下型から離間しているガラス塊の粘度が１０15ｄＰａ・ｓ以上のときに真空引きを行い、離間したガラス塊の凹凸と下型との間の気体を排除した状態で再加熱を続け、第４工程の充填（プレス成形）を行った。
【００３１】
本実施例では、下型の温度をガラス転移点Ｔｇより２００℃以上低い温度に設定したことで、第２工程での離間後のガラス塊の凹凸が大きくなった場合でも、真空引きを行ったことでガス残りを生じることなく、高精度な光学素子をプレス成形することができた。なお、真空引きのタイミングはガラス粘度が１０13ｄＰａ・ｓ以上であれば、自重変形により、離間したガラスが再び軟化して型に密着することがないので、同様のガス残り防止効果が得られる。
【実施例２】
【００３２】
実施例１の第３工程において、ガラス塊をランプヒータからの赤外線により再加熱しながら、真空引きを行い、離間したガラス塊の凹凸と下型との間にある気体を排除した。その後、真空状態のまま、ガラス粘度が１０9 ｄＰａ・ｓになったところで、プレス成形を行い、光学素子を得た。
【００３３】
本実施例において、赤外線による再加熱を行ったことで、ガス残りを防止するために真空引きをしていても、昇温時間を短くすることができ、タクト短縮の効果が得られた。なお、ここでは赤外線により加熱を行ったが、これが、マイクロ波程度の波長の電磁波であっても、ガラスが吸収する帯域の電磁波であればガラスを直接加熱することができるため、同様のタクト短縮効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一実施の形態による光学素子の成形方法を示す工程図である。
【図２】図１の各工程におけるガラス塊と下型の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１    溶融炉
２    ガラス塊
３    上型
４    下型
５    ヒータ
６    光学素子
【図１】
2007284286.tif 000003
【図２】
2007284286.tif 000004