(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラス滴を、上方向に吹き出されたガス流によって浮遊させながら冷却する冷却工程、および冷却された溶融ガラス滴を第１金型上に落下させた後、第１金型と該金型に対向する第２金型によってプレス成形する成形工程を含むガラスレンズの製造方法であって、
前記冷却工程では、ラッパ形状を有する凹部と、該凹部の下端に設けられた開口部と、該開口部からガス流を上方向に吹き出すためのガスパイプと、を備える冷却部材によって、溶融ガラス滴を受け、
前記開口部からのガス流の吹き出しを停止させることにより、前記溶融ガラス滴を前記開口部を通して前記第１金型上に落下させることを特徴とする、ガラスレンズの製造方法。
【請求項２】
前記冷却工程では、前記凹部の内壁に滴下した溶融ガラス滴が、前記内壁上を転がって前記開口部に至り、浮上することを特徴とする、請求項１に記載のガラスレンズの製造方法。
【請求項３】
前記開口部の直径は、前記溶融ガラス滴の直径以上乃至前記溶融ガラス滴の直径の１．５倍以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガラスレンズの製造方法。
【請求項４】
前記冷却部材が冷却されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のガラスレンズの製造方法。
【請求項５】
ガラス材料として、ＬａＦ系、ＰＫＳ系、ＳＦＬ系、ＬａＫ系およびＳＫ系ガラスからなる群から選択される１またはそれ以上のガラス材料を用いることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のガラスレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスレンズの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、坩堝内部で溶融された溶融ガラスをノズル先端から滴下し、滴下された溶融ガラス滴を直接的に鏡面金型で受け、プレス成形することによりガラスレンズを得る方法が知られている（特公平４−１６４１４号公報）。この方法は研摩工程なしで性能の良いガラスレンズを得ることができるため、実用上非常に価値の高いものである。しかしながら、この方法を適用できるガラス種は限定され、比較的失透性の低いものを使用する必要があった。失透とは、溶融ガラスの冷却中にガラス中の成分からなる結晶体がガラス中で、分離、析出する現象をいう。
【０００３】
すなわち、上記方法に、ＬａＦ系、ＰＫＳ系、ＬａＫ系およびＳＫ系ガラス等の比較的失透性の高いガラス種を適用すると、ガラス滴が成形可能な粘性を有するような低い温度でノズルの先端で溜めたとき、当該ガラス滴は失透して滴下できないという問題があった。一方で、失透させることなく、ガラス滴をノズル先端から滴下するためには、比較的高い温度（液相温度より高い温度）で滴下する必要があるため、当該温度で直接的に金型上に滴下すると、粘度が低すぎて所望の厚みを有するガラスレンズが得られないという問題があった。また、金型上での急激な熱収縮による形状不良（ヘソ等の発生）が起こったり、高温による金型劣化が起こるといった問題があった。
【０００４】
そこで、ノズルから滴下した溶融ガラス滴が金型に達する前に、ガラス滴表面の一部を冷却板に一時的に接触させることにより強制冷却（急冷）して、所望の粘性を達成し、その後金型に落下させる方法が知られている（特開平４−３３１７２７号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような方法ではガラス滴が所望の粘度を有するまで充分に冷却することは困難であり、ガラス滴の温度制御に問題があった。このため、上記問題を完全に解決するには至っていないのが現状である。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、比較的失透性の高いガラス種を用いた場合であっても、失透やレンズの形状不良および金型の劣化を生じさせることなく、所望の厚みおよび形状のガラスレンズをガラスモールド法を用いて容易に製造できるガラスレンズの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶融ガラス滴を、上方向に吹き出されたガス流によって浮遊させながら冷却する工程、および冷却された溶融ガラス滴を第１金型上に落下させた後、第１金型と該金型に対向する第２金型によってプレス成形する工程を含むガラスレンズの製造方法に関する。
【０００８】
本発明においては、坩堝の下部に形成されたノズルから滴下された溶融ガラス滴を金型で受け、プレス成形するガラスモールド法において、溶融ガラス滴を滴下した後、当該ガラス滴を金型で受ける前に、溶融ガラス滴を一旦、上方向に吹き出されたガス流によって浮遊させながら冷却することを特徴とする。本発明の方法においてはこのように、溶融ガラス滴をガス流によって浮遊させながら冷却（急冷）するため、ガラス滴を所望の粘度および温度まで充分に冷却することが可能になるだけでなく、ガラス滴の温度制御が容易になり、比較的失透性の高いガラス種を用いた場合であっても、失透やレンズの形状不良および金型の劣化を生じさせることなく、所望の厚みおよび形状のガラスレンズを容易に製造できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法を図面を用いて説明する。図１は、本発明のガラスレンズの製造方法を実施するガラスレンズの製造装置の一例の概略図を示す。この装置は基本的にはガラス材料を溶融する坩堝１、該坩堝の下部に形成され、溶融したガラス２をガラス滴４として外部に導くノズル３、該ノズルから滴下された溶融ガラス滴を、上方向に吹き出されたガス流によって浮遊させながら冷却するための冷却部材５、ならびに冷却された溶融ガラス滴をプレス成形するための第１金型１１および第２金型１２を含んでなる。なお、図１においては複数のガラス滴が示されているが、全てのガラス滴が同時に存在することを意味するものではなく、それらのガラス滴はガラス滴の経時的な動きを示すために便宜的に表されているにすぎない。
【００１０】
本発明においてはまず、ガラス材料を坩堝１内で溶融する。坩堝１内には溶融ガラス２を均質化させるための撹拌棒（図示しない）が備えられていてもよい。坩堝１およびノズル３の温度は通常、図示されない加熱ヒータを調節することにより所望の温度に設定される。坩堝１およびノズル３の温度は、ノズルから滴下されるガラス滴の大きさ、ガラス材料の種類および性質、ノズル寸法等に応じて適宜設定すればよく、通常、７００〜１４００℃の範囲内である。特に、ガラス材料として後述する失透性の高い材料を使用する場合においては、当該材料の液相温度より高い温度に設定される。液相温度とは降温する際、失透（結晶化）が起こりはじめる温度をいう。
【００１１】
本発明で使用可能なガラス材料としては従来から光学素子の材料として用いられている公知のガラス材料が挙げられるが、本発明においては従来、成形が困難であった、比較的失透性の高いガラス材料、例えば、ＬａＦ系、ＰＫＳ系、ＬａＫ系、ＳＦＬ系およびＳＫ系ガラスを使用することが有効である。
【００１２】
本発明においては次いで、溶融状態のガラスを坩堝１の下部に形成されたノズル３から滴下し、該溶融ガラス滴４を、上方向に吹き出されたガス流によって浮遊させながら冷却する。図１においては、ガラス滴を捕集するためのラッパ形状を有する凹部６および該凹部の下端に設けられた開口部７からガス流を上方向に吹き出すためのガスパイプ８からなる冷却部材５によって、溶融ガラス滴を受け、該溶融ガラス滴をガス流によって浮遊させながら冷却する構成を示しているが、ガス流を上方向に吹き出すためのガスパイプのみからなる冷却部材を用いて、ガス流によって直接的に溶融ガラス滴を受け、当該ガス流によって浮遊させながら冷却する構成であってもよい。溶融ガラス滴をガス流によって直接的に受け、浮遊させながら冷却する場合、例えば、ガラス滴が落下し始めるのをセンサーで検知する等して、ガラス滴を受けるときにガス流の流量を瞬間的に比較的大きくし、その後は定常的にガラス滴が浮遊できるようにガス流の流量を小さくする手段等を設けて、ガス流の流量を制御すればよい。なお、このときノズルがガス流に吹き付けられ、ノズル先端温度が低下するのを防止するため、ノズルの先端からガス流発射口までの間に水平にシャッター（間仕切り板）を設置し、当該シャッターにおけるガラス滴落下路に開閉口を設けて、ガラス滴が通過するときのみ当該開閉口を開けるようにすることが好ましい。
【００１３】
以下、図１に示す構成を有する冷却部材を用いて、溶融ガラス滴を受け、該溶融ガラス滴をガス流によって浮遊させながら冷却する場合について詳しく説明する。
【００１４】
図１において、滴下された溶融ガラス滴はラッパ形状を有する凹部６の内壁を転がって該凹部下端の開口部７に至り、当該開口部下方に設けられたガスパイプ８から上方向に吹き出されたガス流によって浮遊されつつ回転されながら冷却される。本発明においては、このように滴下された溶融ガラス滴の第１金型への到達に先だって、該ガラス滴をガス流によって浮遊状態で冷却し、ガラス滴の温度および粘度を容易に制御できるため、失透性の高いガラス種を用いた場合であっても、失透やレンズの形状不良および金型の劣化を生じさせることなく、所望の厚みおよび形状を有するガラスレンズを容易に製造できる。
【００１５】
浮遊状態において、ガラス滴の浮遊位置は特に制限されないが、通常、安定性の観点から、ガラス滴が凹部６の内壁を転がって開口部７に至ったとき、はじめてガス流と接触する位置の近辺とされる。このとき、ガラス滴は開口部の周辺にほとんど接触せずに浮遊する。
【００１６】
当該冷却工程においては、後述のプレス成形工程においてレンズの形状不良や金型の劣化を引き起こすことなく所望の厚みおよび形状を有するガラスレンズが成形され得る程度の粘度および温度を、冷却後のガラス滴が有し、かつガラス滴に失透が生じないように、溶融ガラス滴は冷却（急冷）される。すなわち、冷却後のガラス滴の粘度および温度は、使用されるガラス材料の種類、ガラス滴の大きさ（所望のレンズ重量）、後述の第１金型および第２金型の温度、レンズ形状等に依存して適宜設定されるため、一概に規定できないが、直後のプレス成形工程においてレンズの形状不良や金型の劣化を引き起こすことなく、所望の厚みおよび形状を有するガラスレンズを成形できるような粘度および温度とする。冷却後のガラス滴の温度が低すぎると、粘度が高くなりすぎて金型の転写面が転写され難くなるだけでなく、ガラス滴の所望形状への成形が困難になる。一方、冷却後のガラス滴の温度が高すぎると金型劣化が起こるだけでなく、粘度が低くなりすぎてレンズにヘソ等の形状不良が生じ、また所望厚みのレンズが得られない。
【００１７】
上記のような冷却はガス流の流量と温度、冷却時間（浮遊時間）、ノズル温度等を適宜選択することによって達成される。ガス流の温度は、当該ガス流を用いた冷却によってガラス滴に失透が生じない程度に急冷できれば特に制限されないが、製造コストの観点から室温を採用することが好ましい。ただし、滴重量が小さい場合等、急冷されすぎて時間による制御が困難になる場合には、予め加熱したガスを用いるのが好ましい。冷却時間、すなわちガラス滴の浮遊時間は、使用されるガラス種、ガラス滴の大きさ（所望のレンズ重量）、ガス流の温度、金型温度、レンズ形状等に依存して適宜設定される。例えば、約１５０ｍｇのLaF系ガラス滴を温度２０℃のガス流で浮遊させながら冷却する場合、冷却時間は０．５〜５秒、好ましくは１〜２秒とすることが望ましい。
【００１８】
使用されるガス種は特に制限されず、例えば、空気、窒素、およびアルゴン、ヘリウム、ネオン等の不活性ガス等を使用できる。なお、金型の劣化防止の観点から、本発明の一連の工程を非酸化性雰囲気中で行う場合においては、使用される非酸化性雰囲気のためのガスと同一のガスが使用される。
【００１９】
ガス流の流量は、所定のガラス滴を当該ガス流によって浮遊させながら保持できる程度の流量とする。
【００２０】
上記凹部６は滴下されたガラス滴をガス流が吹き出す開口部に捕集できれば特に制限されず、図１に示される円錐形状のほか、例えば、図２（ａ）に示されるような放物面形状や図２（ｂ）に示されるような球面形状を有していてよい。凹部６の材料としては、当該凹部は比較的高温のガラス滴と接触するため、ガラスと濡れにくく、かつ耐熱性を有する材料を用いることが好ましい。そのような材料として、例えば、カーボン、窒化ホウ素（ＢＮ）、白金等の材料のほか、これらの材料またはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の保護膜をステンレス等の金属に設けたものも使用できる。
【００２１】
凹部６の下端に設けられている開口部７は、ガス流吹き出し用と冷却後のガラス滴落下用を兼ねているため、得ようとするガラス滴の直径以上の直径を有していれば特に制限されないが、あまり大きく設定すると滴下位置がばらつく原因となるほか、ガス流の流速が低下し、ガラス滴の浮遊を確保するためにガス流の流量を上げる必要があるため、ガラス滴の直径の約１．５倍以下とすることが好ましい。
【００２２】
上記のように溶融ガラス滴が冷却された後は、当該ガラス滴を第１金型１１上に落下させた後、第１金型１１と該金型に対向する第２金型１２によってプレス成形する。ガラス滴を落下させるに際して、その手段は、冷却されたガラス滴を第１金型上に移動させることができれば特に制限されず、例えば、ガス流の供給を停止し、ガスパイプ８を速やかに移動させることによって、ガラス滴に開口部７を通過させながらガラス滴を自重によって、当該開口部の真下に位置する第１金型１１上に落下させてよい。このとき、ガスパイプとして図３に示されるようなタイプのものを使用することが好ましい。詳しくは、図３に示されるようなタイプのガスパイプには弁９が設けられており、供給口Ａよりガス流が供給されたときは弁９は水平になり、ガス流は上方向Ｂ（開口部７方向）に吹き出すようになっており、ガス流の供給が停止すると弁９は直立し、パイプ上下方向の通路を確保するようになっている。このため、ガス流の供給を停止した後は、パイプを移動しなくても、ガラス滴の落下路は確保され、ガラス滴を第１金型１１上に落下させることができる。なお、このとき図３におけるＣ方向に適度に吸引することが好ましい。
【００２３】
ガラス滴を落下させた後、プレス成形するに際しては、公知の方法によって、第１金型１１および第２金型１２を用いて加圧・成形される。成形温度、すなわち第１金型１１および第２金型１２の温度は、冷却されたガラス滴を所望の形状を有するよう成形でき、また転写面を転写できれば、特に制限されないが、面精度確保の観点からガラス材料のガラス転移点より低い温度であることが好ましい。成形圧は特に制限されず、冷却されたガラス滴を所望の形状および厚みを有するよう成形できる圧力とする。
【００２４】
第１金型および第２金型の形状は得ようとするガラスレンズの形状に応じて適宜選択され、例えば、平面状、曲面状（凹状、凸状）、球面状（凹状、凸状）等いかなる形状を有していて良い。また、これらの金型の転写面は鏡面加工されていることが好ましく、本発明においてはそのような転写面が良好に転写される。
【００２５】
また、第１金型および第２金型の材料としては、例えば、超硬合金等の耐熱合金やＣｒ2Ｏ3、ＳｉＣ等のセラミックスのほか、カーボン、白金、ＢＮ等からなる保護膜をステンレス等の金属に設けたものも使用できる。
【００２６】
本発明においては、ガラス滴をノズルから直接的に第１金型上に滴下（落下）させる場合と異なり、ガラス滴は上述した冷却によって適度な粘度および温度を有するため、当該プレス成形工程において、失透やレンズの形状不良および金型の劣化を引き起こすことなく、所望の厚みおよび形状を有するガラスレンズを有効に得ることができる。
【００２７】
以上のようなガラスレンズの一連の製造工程を連続的に行った場合には、冷却部材５、特に凹部６の温度が上昇し、ガラス滴となじみが良くなり、良好な浮遊状態の確保が困難になるおそれがあるため、冷却部材を冷却することが好ましい。冷却方法としては、例えば、ガラス滴を浮遊させていない場合においても、ガスパイプ８によってガス流を開口部７に供給し続けることによって冷却部材を冷却してもよいし、またはガスパイプ８由来のガス流とは別に冷却部材冷却用のエアーを冷却部材に周囲から吹き付けることによって冷却部材を冷却しても良い。いかなる冷却方法を採用する場合であっても、冷却部材５とともにノズル３も冷却されてノズル３の先端温度が低下するのを防止するため、少なくともノズルが冷却されないよう、例えば、ノズルの先端と冷却部材との間に水平にシャッター（間仕切り板）を設置し、当該シャッターにおけるガラス滴落下路に開閉口を設け、ガラス滴が通過するときのみ当該開閉口を開けるようにすることが好ましい。
【００２８】
図１の装置は、ノズル３から滴下されたガラス滴を凹部６の内壁を転がして該凹部下端の開口部７に至らせ、ガス流によって浮遊させながら冷却する構成を有しているが、ノズル３の真下に開口部７が位置すること以外、図１の装置と同様の構成とし、溶融ガラス滴をガス流に直接的に滴下し、浮遊させてもよい。この場合において、ガス流がノズルを冷却し、ノズル先端でガラス滴が固化するのを防止するため、上述のようにノズルの先端と冷却部材との間に水平に開閉口付きシャッター（間仕切り板）を設置することが好ましい。
本発明を以下の実施例によりさらに詳しく説明する。
【００２９】
【実施例】
実施例１
図１に示す構成を有する装置を用いてガラスレンズを作製した。
底部に外径２ｍｍ、内径０．５ｍｍの円筒形白金製ノズル３を有する白金製坩堝１にLaF系ガラスを入れ、撹拌しながら１２００℃に加熱し、溶融した。ノズル部分を１２３０℃に加熱し、溶融ガラス滴４を自然落下させた。このとき、溶融ガラスはノズル先端に約２００ｍｇ溜まった時点で自重が表面張力にまさってガラス滴となり落下した。ノズル先端から凹部６までの距離は約２０ｃｍであった。
【００３０】
次いで、滴下された溶融ガラス滴を、ラッパ形状を有する凹部（カーボン製）６で受けた。ガラス滴は凹部６の内壁を転がりながら該凹部下端の開口部（開口面積３０ｍｍ2）７に至ると、当該開口部下方に設けられたガスパイプ８から上方向に継続して吹き出されているガス流によって浮遊した。詳しくは、溶融ガラス滴は開口部７の周辺にほとんど接触せずに浮遊した状態で回転しながら２秒間保持され冷却された。
【００３１】
溶融ガラス滴を冷却した後、ガスパイプ８を外してガス流をにがすことにより、ガラス滴を、開口部７の真下に位置する５５０℃に加熱された第１金型１１上に落下させた。ガラス滴の浮遊位置から第１金型１１までの距離は１０ｃｍであった。落下されたガラス滴が載った第１金型１１を、５５０℃に加熱された第２金型１２の位置まで移動し、これらの金型によってガラス滴を５秒間プレス成形し圧力０．６ｋｇ/ｍｍ2、ガラスレンズ（平−凹形状）を得た。得られたガラスレンズは所望の形状および厚み（２．５ｍｍ）を有し、金型の転写面が良好に転写されており、当該レンズには失透や急激な熱収縮による形状不良（ヘソ等）は見られなかった。また、金型の劣化は起こらなかった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の方法により、比較的失透性の高いガラス種を用いた場合であっても、失透やレンズの形状不良および金型の劣化を生じさせることなく、所望の厚みおよび形状のガラスレンズをガラスモールド法を用いて容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法を実施する装置の一例の概略縦断面図を示す。
【図２】  （ａ）および（ｂ）は本発明で使用可能な冷却部材を構成する凹部の一例の概略縦断面図を示す。
【図３】  本発明で使用可能なガスパイプの一例の概略縦断面図を示す。
【符号の説明】
１：坩堝、２：溶融ガラス、３：ノズル、４：溶融ガラス滴、５：冷却部材、６：凹部、７：開口部、８：ガスパイプ、９：弁、１１：第１金型、１２：第２金型。
【図１】
0004051843.tif 000002
【図２】
0004051843.tif 000003
【図３】
0004051843.tif 000004