(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラスを第１の型に供給した後に、該第１の型に第２の型をかぶせて、前記溶融ガラスを前記第１の型と第２の型で挟み込むことにより、ガラス体を成形する方法であって、
外周部に前記第１の型の溶融ガラスを受ける受け面によってできる空間に近似した形状を有する壁部が配置されたガラス流出口を、前記第１の型の受け面に接近させ、溶融ガラスを前記受け面に流下させる流下工程と、
前記ガラス流出口と前記第１の型の少なくとも一方を、相対的に離れる方向に移動させて、溶融ガラスを自然切断させる切断工程と、
前記第１の型に前記第２の型をかぶせて、前記第１の型に供給された溶融ガラスを前記第１の型と第２の型で挟み込んでガラス体を成形する成形工程とを具備することを特徴とするガラス体の成形方法。
【請求項２】
前記流下工程では、前記ガラス流出口を、前記壁部の下端の前記第１の型の受け面からの距離が３ｍｍ以下になるまで、前記受け面に接近させることを特徴とする請求項１に記載のガラス体の成形方法。
【請求項３】
前記成形工程で得られたガラス体をさらに精密成形する精密成形工程を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のガラス体の成形方法。
【請求項４】
前記ガラス体は、前記精密成形工程で成形された精密成形体と近似した形状であることを特徴とする請求項３に記載のガラス体の成形方法。
【請求項５】
前記精密成形体が光学素子であることを特徴とする請求項３に記載のガラス体の成形方法。
【請求項６】
前記精密成形体が３面以上の光学機能面を有することを特徴とする請求項５に記載のガラス体の成形方法。
【請求項７】
前記精密成形体の光学機能面が自由曲面を有することを特徴とする請求項５に記載のガラス体の成形方法。
【請求項８】
溶融ガラスを第１の型に供給した後に、該第１の型に第２の型をかぶせて、前記溶融ガラスを前記第１の型と第２の型で挟み込むことにより、ガラス体を成形する方法であって、
前記第１の型の溶融ガラスを受ける受け面によってできる空間に近似した形状を有すると共に、溶融ガラスの流出を抑制する機能を有する流出抑制部材が配置されたガラス流出口を、前記第１の型の受け面に接近させ、溶融ガラスを前記受け面に流下させる流下工程と、
前記ガラス流出口と前記第１の型の少なくとも一方を、相対的に離れる方向に移動させて、溶融ガラスを自然切断させる切断工程と、
前記第１の型に前記第２の型をかぶせて、前記第１の型に供給された溶融ガラスを前記第１の型と第２の型で挟み込んでガラス体を成形する成形工程とを具備することを特徴とするガラス体の成形方法。
【請求項９】
前記流下工程では、前記ガラス流出口を、前記流出抑制部材の下端の前記第１の型の受け面からの距離が５ｍｍ以下になるまで、前記受け面に接近させることを特徴とする請求項８に記載のガラス体の成形方法。
【請求項１０】
前記成形工程で得られたガラス体をさらに精密成形する精密成形工程を更に具備することを特徴とする請求項８に記載のガラス体の成形方法。
【請求項１１】
前記ガラス体は、前記精密成形工程で成形された精密成形体と近似した形状であることを特徴とする請求項１０に記載のガラス体の成形方法。
【請求項１２】
前記精密成形体が光学素子であることを特徴とする請求項１０に記載のガラス体の成形方法。
【請求項１３】
前記精密成形体が３面以上の光学機能面を有することを特徴とする請求項１２に記載のガラス体の成形方法。
【請求項１４】
前記精密成形体の光学機能面が自由曲面を有することを特徴とする請求項１２に記載のガラス体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融ガラス流出口から流出する溶融ガラス流を、この溶融ガラス流出口に近接した位置に設置した受け型の上に受け、所望重量の溶融ガラスを得た後、溶融ガラス流を自然切断しガラス体を得るガラス体の成形方法に関する。特に、成形光学素子の成形素材として用いるガラス体の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス光学素子の製造素材であるガラス体を溶融ガラスから得る方法として、比較的高粘度（低温）の溶融ガラス流をシャー（はさみ）で切断し、所望量のガラス体を得る方法が古くから知られている。この方法では、ガラスの粘度は約１０5ｄＰａ・ｓで、そのガラス温度は約７００℃である。また、このガラス体をプレス成形して成形ガラス体を得る場合、型温度約４５０℃で成形を行うと、ガラス温度と型温度との差が小さいため、得られた成形ガラス体の成形面は、ウネリの小さい比較的滑らかな成形面が得られた。しかしながら、シャーでガラスを切断する場合、切断位置にシャーマークと呼ばれる微細な泡が発生するため、その部分を除去する必要があった。
【０００３】
一方、成形ガラス素子を得るための成形素材を、上記のシャーマークを発生させずに溶融ガラス流を切断させて製造する技術も近年開発されている。すなわち、切断時の溶融ガラスの粘度をより低く（高温）にした状態で、溶融ガラスの表面張力に起因する流動により、溶融ガラスを切断する技術である。具体的には、溶融ガラス流にクビレ部を作り、このクビレを表面張力により進展させ、ガラス流を自然切断させる。このようなガラス流の自然切断に関する公知技術としては、特公昭５１-２４５２５号公報に開示されている技術などがある。
【０００４】
一方、大型のガラス体を得るための公知技術としては、特公昭５７-５７４１５号公報に開示されているものが知られている。ここでは、溶融ガラス流出口に、溶融ガラスの流出を抑制する流出抑制部材が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように自然切断して得たガラス体は、型との接触面に大きなウネリが発生する。このウネリの発生原因としては、自然切断状態ではガラス温度が高くなり、型との温度差が大きくなり、型との接触面でガラスに大きな温度差が形成され、その影響で大きなウネリが発生すると考えられている。
【０００６】
また、従来の成形光学素子は、主に回転軸対称形状の非球面レンズであったが、最近ではプリズム状の反射光学素子への展開も進んでいる。軸対称形状の非球面レンズ成形用の成形素材の形状は、球形状または略球形状で可能であったが、プリズム状の反射光学素子の成形用素材は、その形状が成形光学素子に近似している必要がある。
【０００７】
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、プリズム等の異形光学素子の成形用素材であるガラス成形体を、表面に大きなうねりのない状態で得ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わるガラス体の成形方法は、溶融ガラスを第１の型に供給した後に、該第１の型に第２の型をかぶせて、前記溶融ガラスを前記第１の型と第２の型で挟み込むことにより、ガラス体を成形する方法であって、外周部に前記第１の型の溶融ガラスを受ける受け面によってできる空間に近似した形状を有する壁部が配置されたガラス流出口を、前記第１の型の受け面に接近させ、溶融ガラスを前記受け面に流下させる流下工程と、前記ガラス流出口と前記第１の型の少なくとも一方を、相対的に離れる方向に移動させて、溶融ガラスを自然切断させる切断工程と、前記第１の型に前記第２の型をかぶせて、前記第１の型に供給された溶融ガラスを前記第１の型と第２の型で挟み込んでガラス体を成形する成形工程とを具備することを特徴としている。
【０００９】
また、この発明に係わるガラス体の成形方法において、前記流下工程では、前記ガラス流出口を、前記壁部の下端の前記第１の型の受け面からの距離が３ｍｍ以下になるまで、前記受け面に接近させることを特徴としている。
【００１０】
また、この発明に係わるガラス体の成形方法において、前記成形工程で得られたガラス体をさらに精密成形する精密成形工程を更に具備することを特徴としている。
【００１１】
また、この発明に係わるガラス体の成形方法において、前記ガラス体は、前記精密成形工程で成形された精密成形体と近似した形状であることを特徴としている。
【００１２】
また、この発明に係わるガラス体の成形方法において、前記精密成形体が光学素子であることを特徴としている。
【００１３】
また、この発明に係わるガラス体の成形方法において、前記精密成形体が３面以上の光学機能面を有することを特徴としている。
【００１４】
また、この発明に係わるガラス体の成形方法において、前記精密成形体の光学機能面が自由曲面を有することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明に係わるガラス体の成形方法は、溶融ガラスを第１の型に供給した後に、該第１の型に第２の型をかぶせて、前記溶融ガラスを前記第１の型と第２の型で挟み込むことにより、ガラス体を成形する方法であって、前記第１の型の溶融ガラスを受ける受け面によってできる空間に近似した形状を有すると共に、溶融ガラスの流出を抑制する機能を有する流出抑制部材が配置されたガラス流出口を、前記第１の型の受け面に接近させ、溶融ガラスを前記受け面に流下させる流下工程と、前記ガラス流出口と前記第１の型の少なくとも一方を、相対的に離れる方向に移動させて、溶融ガラスを自然切断させる切断工程と、前記第１の型に前記第２の型をかぶせて、前記第１の型に供給された溶融ガラスを前記第１の型と第２の型で挟み込んでガラス体を成形する成形工程とを具備することを特徴としている。
【００１６】
また、この発明に係わるガラス体の成形方法において、前記流下工程では、前記ガラス流出口を、前記流出抑制部材の下端の前記第１の型の受け面からの距離が５ｍｍ以下になるまで、前記受け面に接近させることを特徴としている。
【００１７】
また、この発明に係わるガラス体の成形方法において、前記成形工程で得られたガラス体をさらに精密成形する精密成形工程を更に具備することを特徴としている。
【００１８】
また、この発明に係わるガラス体の成形方法において、前記ガラス体は、前記精密成形工程で成形された精密成形体と近似した形状であることを特徴としている。
【００１９】
また、この発明に係わるガラス体の成形方法において、前記精密成形体が光学素子であることを特徴としている。
【００２０】
また、この発明に係わるガラス体の成形方法において、前記精密成形体が３面以上の光学機能面を有することを特徴としている。
【００２１】
また、この発明に係わるガラス体の成形方法において、前記精密成形体の光学機能面が自由曲面を有することを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
第１の実施形は、溶融ガラス流出口に、溶融ガラスの流出を抑制する流出抑制部材が設けられていない実施形態である。
【００２４】
図１は、第１の実施形における溶融ガラス流出口の形状を説明する図である。図１において、（ａ）は溶融ガラス流出口の正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図を示している。
【００２５】
図１において、１は溶融ガラス流出路、２は溶融ガラス流出口の外周部を構成する外周板である。図１（ｃ）に示すように、本実施形態での溶融ガラス流出口の平面形状は、長方形である。図１（ａ）に示すように、外周板２の下面の高さは、その左右方向の位置により変化している。また、図１（ｂ）に示すように、溶融ガラス流出部は、外周部の外周板２を除けば、下方に開放された形状である。
【００２６】
また、図２は、第１の実施形における、成形ガラス体を得る工程を説明する図である。図２において、３は受け型、４はガラス体、５は上型である。
【００２７】
図２に示すように、受け型３の受け面形状と溶融ガラス流出口の外周板の側面形状は近似した形状である。
【００２８】
溶融ガラスを受け型３に所望量受けるために、受け型３を最上昇させた時点で、溶融ガラス流出口の外周部において、外周板２と受け型３の間に形成される隙間高さが、所望範囲内（具体的には３ｍｍ以下）になるように、外周板２の下面形状は設計され、また、受け型３の最上昇位置が設定される。
【００２９】
溶融ガラス流出路１を通って溶融ガラスが流出し、受け型３の上に溶融ガラスが溜まり始めると、受け型３を微速で下降させ、所望量の溶融ガラスが得られた時点で、受け型３を更に所定距離下降させ、溶融ガラス流にクビレを生じさせ、溶融ガラスの表面張力でクビレを進展させて溶融ガラスを自然切断する。
【００３０】
このようにして、受け型３の上に溶融状態のガラス体４が得られる。
【００３１】
このようにして得られたガラス体４の下面（受け型との接触面）は、滑らかであった。本実施形態によれば、溶融ガラスを自然切断できる条件で溶融ガラスからガラス体を得ても、型との接触面に大きなウネリが生じることは無かった。
【００３２】
本実施形態における作用は、次の２つが考えられる。
【００３３】
最初に、流出口と受け型３の間に形成される隙間が小さいため、高温の流出口からの熱が、受け型３および受け型に受けられた溶融ガラスに伝わり、ガラス体の下面の温度が比較的高温に保たれ、その結果、型との接触面で大きなウネリが発生しなかったと考えられる。また、流出口と受け型３の間に形成される隙間が小さいため、その部分の溶融ガラスに、溶融ガラスのヘッド圧力が作用し、その結果、型との接触面で大きなウネリが発生しなかったとも考えられる。
【００３４】
このようにして受け型３の中に得られた溶融状態のガラス体４を直ちに上型５で成形し、成形ガラス体を得る。さらに、この成形ガラス体を精密成形型でプレス成形し、成形光学素子を得る。このとき、成形ガラス体と成形光学素子の形状は近似しているので、プレス量は少しでよく、また加熱時間も短い。
【００３５】
なお、上記の実施形態では、受け型を下降させて溶融ガラスを自然切断するように説明したが、ガラス流出口側を上昇させるようにしても良いし、ガラス流出口側を上昇させると同時に受け型を下降させるようにしても良い。
【００３６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、溶融ガラス流出口に、溶融ガラスの流出を抑制する流出抑制部材が設けられている実施形態である。
【００３７】
図３は、第２の実施形態における溶融ガラス流出口の形状を説明する断面図である。
【００３８】
図３において、１は溶融ガラス流出路、６は溶融ガラス流出口に設けられた、溶融ガラスの流出を抑制する流出抑制部材である。流出抑制部材６の下面は、多面体形状になっている。
【００３９】
また、図４は、第２の実施形態において、成形ガラス体を得る工程を説明する図である。図４において、３は受け型、４はガラス体、５は上型、７は流出抑制部材の下面に流出してきた溶融ガラスである。
【００４０】
図４に示すように、受け型３の受け面形状と溶融ガラス流出口の流出抑制部材６の下面の形状は近似した形状である。
【００４１】
溶融ガラスを受け型３に所望量受けるために受け型３を最上昇させた時点で、溶融ガラス流出口の流出抑制部材６の下面において、流出口と受け型の間に形成される隙間高さが、所望範囲内（具体的には５ｍｍ以下）になるように、流出抑制部材６の下面形状は設計され、また、受け型３の最上昇位置が設定される。
【００４２】
続いて、第１の実施形態と同様に、溶融ガラスを自然切断し、受け型３の上に溶融状態のガラス体４を得る。
【００４３】
このようにして得られたガラス体４の下面（受け型との接触面）は、滑らかであった。本実施形態によれば、溶融ガラスを自然切断できる条件で溶融ガラスからガラス体を得ても、型との接触面に大きなウネリが生じることは無かった。
【００４４】
本実施形態における作用は、第１の実施形態と同様と考えられる。
【００４５】
このようにして受け型３の中に得られた溶融状態のガラス体４を直ちに上型５で成形し、成形ガラス体を得る。さらに、この成形ガラス体を精密成形型でプレス成形し、成形光学素子を得る。このとき、成形ガラス体と成形光学素子の形状は近似しているので、プレス量は少しでよく、また加熱時間も短い。
【００４６】
【実施例】
（実施例１〜実施例４）
実施例１〜実施例４では、第１の実施形態の具体的実施例について説明する。
【００４７】
実施例１〜実施例４において、最終的に得られる成形光学素子は、５面の反射面と入射面と出射面を有する反射光学素子である。この成形光学素子の光学面は、自由曲面形状である。この光学素子の長さは３５ｍｍであり、平均厚さは８ｍｍである。硝材はリン酸系の低軟化ガラスを用いた。受け型３および上型５の材料として、金とニッケルの合金を用いた。受け型３の受け面には、３面の光学面相当面が形成され、これらの光学面相当面は、自由曲面に形成されている。また、上型５の成形面には、４面の光学面相当面が形成されている。受け型３は常時４００℃に、また、上型５は常時３５０℃に加熱されている。
【００４８】
ガラスは白金るつぼ（図示せず）内で１０００℃で溶融され、白金製の流出パイプ（図示せず）を通って流出する。流出パイプの温度は１０００℃であり、溶融ガラス流出口からは１０００℃の溶融ガラスが液滴状に流出する状態である。なお、この溶融ガラスのヘッド高さ（白金るつぼ内の溶融ガラスの液面高さと流出口高さとの差）は、５００ｍｍである。
【００４９】
受け型３は、ＮＣ（数値制御）駆動装置（図示せず）に連結され、所定の位置まで所定の速度で移動することができる。
【００５０】
実施例１〜実施例４では、溶融ガラスを受け型３に受けるために受け型３を最上昇させた時点で、溶融ガラス流出口の外周部において、外周板２と受け型３の間に形成される最小隙間高さが、３ｍｍ（実施例１）、２ｍｍ（実施例２）、１ｍｍ（実施例３）、０.５ｍｍ（実施例４）の４つの実施例を検討した。また、隙間高さが、４ｍｍ（比較例１）と５ｍｍ（比較例２）の２つの比較例を検討した。その結果を後述する図５に示す。
【００５１】
１０ｇの溶融ガラスを受け型３の中に受け、溶融ガラス流を自然切断し、溶融状態のガラス体４を得、これを直ちに上型５でプレス成形し、成形ガラス体を得た。この成形ガラス体の下面のウネリ量（Ｐ−Ｖ値）を図５に示す。
【００５２】
このようにして得た成形ガラス体を、精密成形型（図示せず）でプレス成形して、成形光学素子（図示せず）を得た。精密成形型は、ガラスを素材としてプレス成形されて製造されており、このガラス製の精密成形型の成形面には、貴金属系の離型膜が形成されている。この上下一対の精密成形型の間に成形ガラス体を挟み、４２０℃の成形温度まで加熱し、３０００Ｎのプレス力でプレス成形し、成形光学素子を得た。このとき、成形ガラス体と成形光学素子の形状が近似しているので、プレス量は０.５ｍｍでよく、加熱時間も２分で十分であった。
【００５３】
実施例１〜実施例４と比較例１、比較例２について、成形光学素子の成形面の外観評価を行なった結果を図５に示す。
【００５４】
この結果、流出口と受け型の間の最小隙間が３ｍｍ以下のとき、成形ガラス体の下面のウネリ量が小さく、それを精密成形して得られた成形光学素子の成形面の外観も良好であることがわかった。
【００５５】
このようにして得られた成形光学素子の反射面には銀の反射層をつけ、入出射面には反射防止膜をつけ、反射光学素子を得た。
【００５６】
（実施例５〜実施例８）
実施例５〜実施例８では、第２の実施形態の具体的実施例について説明する。
【００５７】
実施例５〜実施例８において、最終的に得られる成形光学素子は、ペンタプリズムである。この光学素子の長さは３５ｍｍであり、高さは３０ｍｍである。硝材はＳＦ系光学ガラスを用いた。受け型３および上型５の材料として、黄銅を用い、その上にニッケル系メッキと金メッキを施した。受け型３は常時４７０℃に、また、上型５は常時４００℃に加熱されている。
【００５８】
ガラスは白金るつぼ（図示せず）内で１１００℃で溶融され、白金製の流出パイプ（図示せず）を通って流出する。流出パイプ（図示せず）の温度は１１００℃であり、溶融ガラス流出口からは１１００℃の溶融ガラスが液滴状に流出する状態である。なお、この溶融ガラスのヘッド高さ（白金るつぼ内の溶融ガラスの液面高さと流出口高さとの差）は、１０００ｍｍである。
【００５９】
受け型３は、ＮＣ（数値制御）駆動装置（図示せず）に連結され、所定の位置まで所定の速度で移動することができる。
【００６０】
実施例５〜実施例８では、溶融ガラスを受け型３に受けるために受け型３を最上昇させた時点で、溶融ガラス流出口の流出抑制部材６の下面において、流出抑制部材６の下面と受け型３の間に形成される最小隙間高さが、５ｍｍ（実施例５）、４ｍｍ（実施例６）、２ｍｍ（実施例７）、１ｍｍ（実施例８）の４つの実施例を検討した。また、隙間高さが、６ｍｍ（比較例３）と７ｍｍ（比較例４）の２つの比較例を検討した。その結果を、後述する図６に示す。
【００６１】
５０ｇの溶融ガラスを受け型３の中に受け、溶融ガラス流を自然切断し、溶融状態のガラス体４を得、これを直ちに上型５でプレス成形し、成形ガラス体を得た。この成形ガラス体の下面のウネリ量（Ｐ−Ｖ値）を図６に示す。
【００６２】
このようにして得た成形ガラス体を、精密成形型（図示せず）でプレス成形して、成形光学素子（図示せず）を得た。精密成形型は、超硬合金で製造されており、成形面は研磨加工された後、カーボン系の離型膜が形成されている。この上下一対の精密成形型の間に成形ガラス体を挟み、５７０℃の成形温度まで加熱し、５０００Ｎのプレス力でプレス成形し、成形光学素子を得た。このとき、成形ガラス体と成形光学素子の形状が近似しているので、プレス量は１ｍｍでよく、加熱時間も３分で十分であった。
【００６３】
実施例５〜実施例８と比較例３、比較例４について、成形光学素子の成形面の外観評価を行なった結果を図６に示す。
【００６４】
この結果、流出口と受け型の間の最小隙間が５ｍｍ以下のとき、成形ガラス体の下面のウネリ量が小さく、それを精密成形して得られた成形光学素子の成形面の外観も良好であることがわかった。
【００６５】
このようにして得られた成形光学素子の反射面には銀の反射層をつけ、入出射面には反射防止膜をつけ、反射光学素子を得た。
【００６６】
以上のように上記の第１及び第２の実施形態によれば、反射光学素子等の異形光学素子を成形によって得る場合の成形素材を、安価に製造することができるので、これらの異形光学素子の製造コストを下げることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プリズム等の異形光学素子の成形用素材であるガラス成形体を、表面に大きなうねりのない状態で得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態での溶融ガラス流出口の構造を説明する図である。
【図２】第１の実施形態でのガラス成形体の製造工程を説明する図である。
【図３】第２の実施形態での溶融ガラス流出口の構造を説明する図である。
【図４】第２の実施形態でのガラス成形体の製造工程を説明する図である。
【図５】実施例１〜実施例４と比較例１、比較例２の成形結果を示す図である。
【図６】実施例５〜実施例８と比較例３、比較例４の成形結果を示す図である。
【符号の説明】
１  溶融ガラス流出路
２  外周板
３  受け型
４  ガラス体
５  上型
６  流出抑制部材
７  溶融ガラス
【図１】
0003826060.tif 000002
【図２】
0003826060.tif 000003
【図３】
0003826060.tif 000004
【図４】
0003826060.tif 000005
【図５】
0003826060.tif 000006
【図６】
0003826060.tif 000007