(57)【要約】      （修正有）【課題】ガラス素材の融着を抑えるとともに、空気溜りが生じることを防止して良好なガラス成形体を得ることができるガラス成形体の成形方法を提供する。【解決手段】ガラス素材１を上型３０及び下型２０との型間で成形するガラス成形体の成形方法であって、下型２０の下型成形面２２上に、ガラス素材１の表面と下型成形面２２との間に隙間が存在するように該ガラス素材１を配置する工程と、ガラス素材１に上型３０が接触していない状態で、該ガラス素材１を加熱する工程と、加熱後、型間でガラス素材１を挟み込んでプレスする工程と、を有し、ガラス素材１を配置したとき、上型３０の上型成形面３２は断面が所定の曲率半径を有する凸面であって、ガラス素材１は上型成形面３２と対向する部位が平坦面、又は、上型成形面３２の曲率半径より大きい曲率半径を有する凹面である。【選択図】図２
2012051763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス素材を上型及び下型との型間で成形するガラス成形体の成形方法であって、
前記下型の下型成形面上に、前記ガラス素材の表面と前記下型成形面との間に隙間が存在するように該ガラス素材を配置する工程と、
前記ガラス素材に前記上型が接触していない状態で、該ガラス素材を加熱する工程と、
加熱後、前記型間で前記ガラス素材を挟み込んでプレスする工程と、を有し、
前記ガラス素材を配置したとき、前記上型の上型成形面は断面が所定の曲率半径を有する凸面であって、前記ガラス素材は前記上型成形面と対向する部位が平坦面、又は、前記上型成形面の前記曲率半径より大きい曲率半径を有する凹面であるガラス成形体の成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガラス成形体の成形方法であって、
前記ガラス素材を配置する工程において、前記ガラス素材の表面と前記下型成形面との隙間を閉空間とするガラス成形体の成形方法。
【請求項３】
請求項１に記載のガラス成形体の成形方法であって、
前記ガラス素材を加熱する工程において、該ガラス素材の表面のうち周縁部のみが前記下型成形面に接触するガラス成形体の成形方法。
【請求項４】
請求項１に記載のガラス成形体の成形方法であって、
前記型間で前記ガラス素材を挟み込んでプレスする工程において、前記上型成形面の中央部を先に前記ガラス素材に接触させるガラス成形体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス成形体の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子、例えば、光学レンズなどのガラス成形体の成形方法には、光学機能転写面を有する転写面を備える上型及び下型と、上型及び下型の水平方向の位置を規定する胴型からなる成形型を用いる方法がある。この方法では、ガラス素材、例えばプリフォームを加熱しながら、成形型を押圧して光学素子を成形する。
【０００３】
加熱によって軟化したガラス素材は、高温になることからガラスが下型に融着することがある。そこで、下記特許文献１では、ガラス素材における成形型の転写面に側の表面を凹形状とすることで、成形型とガラス素材が接触する時間を調整することで、融着を抑えている。
【０００４】
しかし、ガラス素材と成形型の転写面との間に隙間を設けた場合には、成形時、隙間において空気が閉じ込められてしまう、所謂、空気溜りが生じて、成形後のガラス成形体の形状や光学特性が劣化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−１０９０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ガラス素材の融着を抑えるとともに、空気溜りが生じることを防止して良好なガラス成形体を得ることができるガラス成形体の成形方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ガラス素材を上型及び下型との型間で成形するガラス成形体の成形方法であって、
前記下型の下型成形面上に、前記ガラス素材の表面と前記下型成形面との間に隙間が存在するように該ガラス素材を配置する工程と、
前記ガラス素材に前記上型が接触していない状態で、該ガラス素材を加熱する工程と、
加熱後、前記型間で前記ガラス素材を挟み込んでプレスする工程と、を有し、
前記ガラス素材を配置したとき、前記上型の上型成形面は断面が所定の曲率半径を有する凸面であって、前記ガラス素材は前記上型成形面と対向する部位が平坦面、又は、前記上型成形面の前記曲率半径より大きい曲率半径を有する凹面であるガラス成形体の成形方法。
【０００８】
このガラス成形体の成形方法は、ガラス素材における上型成形面側の面を凸面とした場合には、ガラス素材と下型成形面との間に空気溜りが生じやすいという観点に基づき、ガラス素材は上型成形面と対向する部位が平坦面、又は、凹面としている。また、ガラス素材の表面を凹面とするとき、上型成形面の曲率半径より大きい曲率半径を有する形状とする。すると、空気溜りが生じることを抑えることができる。また、別の観点として、ガラス素材と成形型との融着は型間の荷重が大きい部位で特に生じやすいため、下型の下型成形面上に、ガラス素材の表面と下型成形面との間に隙間が存在するようにガラス素材を配置し、ガラス素材に上型が接触していない状態で、該ガラス素材を加熱することとした。こうすることで、軟化したガラス素材の融着を抑えることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガラス素材の融着を抑えるとともに、空気溜りが生じることを防止して良好なガラス成形体を得ることができるガラス成形体の成形方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】成形型を備えた成型装置の構成を示す図である。
【図２】上型と下型との間にガラス素材を配置した状態を示す図である。
【図３】図２の例の効果と比較するための比較例であって、上型と下型との間にガラス素材を配置した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、成形型を備えた成型装置の構成を示す図である。成型装置１０は、下型２０と、上型３０と、胴型４０とからなる成形型を備えている。
【００１２】
下型２０は略円柱形状の部材である。下型２０の上側の端面に、下型成形面２２が形成されている。下型成形面２２は、その中央部に向かって窪みの深さが深くなるように形成された凹面である。
【００１３】
上型３０は、下型２０と同じ径寸法を有する略円柱形状の部材である。上型３０の下側の端面に、上型成形面３２が形成されている。上型成形面３２は、その中央部に向かって突出する高さが高くなるように形成された凸面である。
【００１４】
胴型４０は円筒形を有し、胴型４０の内周面に、下型２０及び上型３０の周面が嵌め合わされている。この胴型４０の内周面と、下型２０の下型成形面２２と、上型３０の上型成形面３２とによって空間が区画され、この空間が成形型のキャビティとなる。
【００１５】
また、成型装置１０は、下型２０を保持する下型駆動ユニット２４と、上型３０を保持する上型駆動ユニット３４とを備えている。下型駆動ユニット２４及び上型駆動ユニット３４はそれぞれ、上下に駆動することで、下型成形面２２と上型成形面３２との型間の距離を適宜調整することができる。
【００１６】
更に、成型装置１０は、図示しない加熱機構を有している。加熱機構は、一例としては、成形型の近傍に配置されたヒータなどの加熱手段を備えた構成であり、加熱工程の際に、成形型の型間のガラス素材１に熱を供給して軟化させるのに十分な熱量を供給するものである。なお、加熱機構は、その一部又は全部が、下型２０や上型３０の内部に内蔵された構成であってもよい。
【００１７】
下型駆動ユニット２４、上型駆動ユニット３４、及び加熱機構は、不図示の制御部によってそれぞれ制御され、所定のタイミングで駆動制御される。
【００１８】
次に、成型装置１０の成型手順を説明する。最初に、胴型４０に下型２０を取り付け、下型２０の下型成形面２２にガラス素材１を配置する。なお、ガラス素材１を下型成形面２２に配置した後で、胴型４０を下型２０に取り付けてもよい。ここで、ガラス素材１は、その下側の表面と下型成形面２２との間に隙間が存在するように配置されている。ガラス素材１の表面形状と下型成形面との形状の関係については、後述する。
【００１９】
ガラス素材１を下型成形面２２に配置した後、上型３０の上型成形面３２をガラス素材１に接触しない位置で保持する。そして、加熱機構によってガラス素材１を加熱する。そして、ガラス素材を屈伏点以上、つまり、プレスによって変形が可能となる温度まで加熱する。なお、予めガラス素材１を加熱してから、下型成形面２２に配置してもよい。
【００２０】
次いで、上型３０を駆動制御し下降させる。このとき、上型３０の上型成形面３２の中央部を最初にガラス素材１に接触させる。そして、上型３０の下降とともに、上型成形面３２全体をガラス素材１に接触させる。こうして、下型２０と上型３０との型間でガラス素材１を挟み込んでプレスする。よって、軟化したガラス素材１は、プレスの圧力によって、下型成形面２２及び上型成形面３２の面形状に倣って変形し、光学成形面が形成される。そして、ガラス素材１の転移点以下となる温度まで冷却される。
【００２１】
その後、上型３０を上方へ駆動し、成形型を開放させて、成形されたガラス素材１からなるガラス成形体を取り出す。
【００２２】
次に、軟化したガラス素材と成形型との間の融着と、型間に生じる空気溜りとを抑えるため、下型、上型、ガラス素材の好ましい形状を説明する。
【００２３】
上型３０の上型成形面３２は断面視において所定の曲率半径を有する凸面である。ここで、曲率半径は上型成形面３２における凸面（又は下型成型面２２をいう場合には、その凸面又は凹面）の近軸曲率半径である。なお、以下の説明における曲率半径についても同様とする。そして、型間に配置するガラス素材１は、上型成形面３２と対向する部位が平坦面、又は、上型成形面３２の曲率半径より大きい曲率半径を有する凹面である形状とする。
【００２４】
下型２０とガラス素材１の関係については、下型２０の下型成形面２２にガラス素材１を配置した状態で、ガラス素材１の表面と下型成形面２２との間に隙間が存在するように、ガラス素材１の表面と下型成形面２２のそれぞれの形状を規定している。
【００２５】
上述したガラス成形体の成形方法を用いて得られる成形体を、実施例と比較例を比較して検証した。
図２は、上型，下型，及びガラス素材について上述したように好ましい形状を有する実施例を示し、図３は、実施例の効果と対比するため比較例を示している。なお、図２及び図３では、下型２０と上型３０との間にガラス素材１を配置した状態を示す図である。また、図２及び図３では、成形型のうち上型２０と下型３０のみを示し、胴型については図示せず省略している。また、ガラス素材１は、基本的な形状としては円盤状に形成されたものを使用する。また、ガラス素材１は、基本的に、下型２０の下型成形面２２の平面視において中央に配置する。成形時にガラス素材１に加える荷重は実施例及び比較例のいずれも等しく、９８０Ｎ（≒１００ｋｇｆ）とした。
【００２６】
（実施例１）
図２Ａに示す成形型は、下型２０の下型成形面２２を下方に窪んだ凹面とし、上型３０の上型成形面３２を下方に突出する凸面としている。また、上型３０の上型成形面３２の断面視における曲率半径Ｒが２５０ｍｍであって、下型２０の下型成形面２２の曲率半径Ｒが６００ｍｍである。
ガラス素材１は、下型成形面２２側の表面、及び上型成形面３２側の表面がいずれも平坦面である。
【００２７】
（実施例２）
図２Ｂに示す成形型は、下型２０と上型３０の形状が実施例１と同じである。
ガラス素材１は、ガラス素材１の断面視において、下型成形面２２側の表面が凸面であって、その曲率半径Ｒが６５０ｍｍである。また、ガラス素材１の上型成形面３２側の表面が凹面であって、その曲率半径Ｒが５５０ｍｍである。
【００２８】
（実施例３）
図２Ｃに示す成形型は、下型２０と上型３０の形状が実施例１と同じである。
ガラス素材１は、ガラス素材１の断面視において、下型成形面２２側の表面が凹面であって、その曲率半径Ｒが５５０ｍｍである。また、ガラス素材１の上型成形面３２側の表面が平坦面である。
【００２９】
（実施例４）
図２Ｄに示す成形型は、上型３０の上型成形面３２を凸面とし、その断面視における曲率半径Ｒを２５ｍｍとし、下型２０の下型成形面２２を凸面とし、その断面視における曲率半径Ｒを３２０ｍｍとした。
ガラス素材１は、ガラス素材１の断面視において、下型成形面２２側の表面が凹面であって、その曲率半径Ｒが１７０ｍｍである。また、ガラス素材１の上型成形面３２側の表面が平坦面である。
【００３０】
（実施例５）
図２Ｅに示す成形型は、下型２０と上型３０の形状が実施例４と同じである。
ガラス素材１は、ガラス素材１の断面視において、下型成形面２２側の表面が凹面であって、その曲率半径Ｒが１７０ｍｍである。また、ガラス素材１の上型成形面３２側の表面が凹面であって、その曲率半径が５５０ｍｍである。
【００３１】
（実施例６）
図２Ｆに示す成形型は、下型２０と上型３０の形状が実施例４と同じである。
ガラス素材１は、ガラス素材１の断面視において、下型成形面２２側の表面が凹面であって、その曲率半径Ｒが６５ｍｍである。また、ガラス素材１の上型成形面３２側の表面が平坦面である。
【００３２】
（比較例１）
図３Ａに示す成形型は、下型２０と上型３０の形状が実施例１と同じである。
ガラス素材１は、下型成形面２２側の表面が凸面であって、その曲率半径Ｒが２０ｍｍである。また、ガラス素材１の上型成形面３２側の表面が凸面であって、その曲率半径Ｒが９ｍｍである。
【００３３】
（比較例２）
図３Ｂに示す成形型は、下型２０と上型３０の形状が実施例１と同じである。
ガラス素材１は、下型成形面２２側の表面が凸面であって、その曲率半径Ｒｍｍが６５０である。また、ガラス素材１の上型成形面３２側の表面が凸面であって、その曲率半径Ｒが９ｍｍである。
【００３４】
（比較例３）
この例の成形型は、図３Ａに示す成形型の下型２０と上型３０の形状と同じ、つまり、実施例１の下型及び上型の形状と同じである。ガラス素材は、下型成形面側の表面が凸面であって、その曲率半径Ｒが６５０ｍｍである。また、ガラス素材１の上型成形面３２側の表面が凹面であって、その曲率半径Ｒが２００ｍｍである。  
【００３５】
（比較例４）
図３Ｃに示す成形型は、下型２０と上型３０の形状が実施例４と同じである。
ガラス素材１は、下型成形面２２側の表面が平坦面である。また、ガラス素材１の上型成形面３２側の表面が凸面であって、その曲率半径Ｒが１００ｍｍである。
【００３６】
（比較例５）
図３Ｄに示す成形型は、下型２０と上型３０の形状が実施例４と同じである。
ガラス素材１は、下型成形面２２側の表面が凹面であって、その曲率半径Ｒが１７０ｍｍである。また、ガラス素材１の上型成形面３２側の表面が凸面であって、その曲率半径Ｒが１００ｍｍである。
【００３７】
（比較例６）
この例の成形型は、図３Ｃに示す成形型の下型２０と上型３０の形状と同じ、つまり、実施例４の下型及び上型の形状と同じである。ガラス素材は、下型成形面側の表面が凹面であって、その曲率半径Ｒが１７０ｍｍである。また、ガラス素材１の上型成形面３２側の表面が凹面であって、その曲率半径Ｒが２０ｍｍである。
【００３８】
ガラス材料については、次に説明する材料１と、材料２のいずれかを用いた。実施例１〜３及び比較例１〜３では、ガラス材料１からなるガラス素材１を使用した。実施例４〜６及び比較例４〜６では、ガラス材料２からなるガラス素材１を使用した。
【００３９】
（ガラス材料１の組成比率）
酸化シリコン（ＳｉＯ２）           ４３重量％
酸化チタン（ＴｉＯ２）             ２９重量％
酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）         １５重量％
酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）               ８重量％
酸化タングステン（ＷＯ３）           ５重量％
【００４０】
（ガラス材料２の組成比率）
酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）           ４０重量％
酸化リン（Ｐ２Ｏ５）               ２２重量％
酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）         １７重量％
酸化タングステン（ＷＯ３）         １５重量％
酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）         ６重量％
【００４１】
ここで、成形温度は、ガラス素材への荷重により変形しているときの温度をいう。なお、ガラス成形ではガラス素材・成形面が、ほぼ等しい温度になるまで、一定温度で保持してからプレスするため、部材は全て等温と扱うことができる。実施例１〜３及び比較例１，２の成形温度は５８０℃であり、実施例４〜６及び比較例３，４の成形温度は、５７０℃である。
【００４２】
上述した実施例及び比較例の成形型及びガラス素材、また、成形時の状態を表１にまとめる。
【００４３】
【表１】
2012051763.tif 000003
【００４４】
実施例及び比較例について、融着と空気溜りの状態を観察し、次のように評価した。
【００４５】
融着の評価については、１００ショット成形後に成形体・金型を顕微鏡で観察して融着が生じなかったものを融着が少なく良好であるとして「○」とした。融着が観られたものは、「×」とし、表１ではそのショット数を示した。
【００４６】
空気溜りについては、空気溜りが全く観察されなかった場合には「○」とし、空気溜りが観察された場合には「×」とし、空気溜りが生じたのが上型側の場合「上」と示し、空気溜りが生じたのが下型側の場合「下」と示した。
【００４７】
実施例及び比較例について、成形されたガラス成形体の状態について説明する。
【００４８】
実施例１，３，４，及び６については、ガラス素材は上型成形面（凸面）と対向する面が平坦面である。このため、ガラス素材と下型成形面との間で空気が抜けやすく、空気溜りが生じなかった。また、ガラス素材を下型成形面に配置した状態で、両者の間に隙間が形成され、融着が生じなかった。
【００４９】
実施例２，５については、ガラス素材は上型成形面（凸面）と対向する面が凹面であるものの、ガラス素材の上側の表面の曲率半径が上型成形面の曲率半径より大きいため、プレスの際に、上型成形面の中央部が他の部位より先にガラス素材に接触し、ガラス素材と下型成形面との間で空気が抜けることが促される。このため、空気溜りが生じなかった。また、ガラス素材を下型成形面に配置した状態で、両者の間に隙間が形成され、融着が生じなかった。
【００５０】
比較例１、４については、ガラス素材は全体として上型成形面からの圧力が強くかかりやすい形状である。このため、加熱によって軟化したがガラス素材が下型成形面２２や上型成形面３２に融着してしまう状態が観察された。
【００５１】
比較例２，３，５及び６については、ガラス素材の下側の面と下型成形面との間で空気溜りが生じた。また、比較例３及び６については、上型成形面における凹面の曲率半径よりもガラス素材の上側表面における凹面の曲率半径が小さいため、上型成形面とガラス素材の上側表面との間で空気溜りが生じた。
【００５２】
ガラス素材を配置する工程においては、ガラス素材の表面と下型成形面との隙間を閉空間とすることが好ましい。こうすることで、上側成形面をガラス素材にプレスしたときにガラス素材の中央に荷重が過度にかかることを避けることができる。
【００５３】
また、ガラス素材を加熱するにおいては、該ガラス素材の表面のうち周縁部のみが下型成形面に接触することが好ましい。こうすることで、上側成形面をガラス素材にプレスしたときにガラス素材の中央に荷重が過度にかかることを避けることができる。
【００５４】
型間でガラス素材を挟み込んでプレスする工程において、上型成形面の中央部を先にガラス素材に接触させることで、ガラス素材の下側表面と下型成形面との間の隙間からより確実に空気を抜くことができるため、好ましい。
【００５５】
本明細書は、以下の事項を開示するものである。
（１）ガラス素材を上型及び下型との型間で成形するガラス成形体の成形方法であって、
前記下型の下型成形面上に、前記ガラス素材の表面と前記下型成形面との間に隙間が存在するように該ガラス素材を配置する工程と、
前記ガラス素材に前記上型が接触していない状態で、該ガラス素材を加熱する工程と、
加熱後、前記型間で前記ガラス素材を挟み込んでプレスする工程と、を有し、
前記ガラス素材を配置したとき、前記上型の上型成形面は断面が所定の曲率半径を有する凸面であって、前記ガラス素材は前記上型成形面と対向する部位が平坦面、又は、前記上型成形面の前記曲率半径より大きい曲率半径を有する凹面であるガラス成形体の成形方法。
（２）（１）に記載のガラス成形体の成形方法であって、
前記ガラス素材を配置する工程において、前記ガラス素材の表面と前記下型成形面との隙間を閉空間とするガラス成形体の成形方法。
（３）（１）に記載のガラス成形体の成形方法であって、
前記ガラス素材を加熱する工程において、該ガラス素材の表面のうち周縁部のみが前記下型成形面に接触するガラス成形体の成形方法。
（４）（１）に記載のガラス成形体の成形方法であって、
前記型間で前記ガラス素材を挟み込んでプレスする工程において、前記上型成形面の中央部を先に前記ガラス素材に接触させるガラス成形体の成形方法。
【符号の説明】
【００５６】
１    ガラス素材
１０    成形装置
２０    下型
２２    下型成形面
３０    上型
３２    上型成形面
【図１】
2012051763.tif 000004
【図２】
2012051763.tif 000005
【図３】
2012051763.tif 000006