JP2000016819A - 光学素子成形型と光学素子製造方法 - Google Patents

光学素子成形型と光学素子製造方法

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JP2000016819A
JP2000016819A JP10187178A JP18717898A JP2000016819A JP 2000016819 A JP2000016819 A JP 2000016819A JP 10187178 A JP10187178 A JP 10187178A JP 18717898 A JP18717898 A JP 18717898A JP 2000016819 A JP2000016819 A JP 2000016819A
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molding
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Hiroaki Iguchi
裕章 井口
Mitsumasa Negishi
光正 根岸
Jun Takano
潤 高野
Kazuo Kitazawa
和雄 北沢
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Nikon Corp
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    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • C03B11/082Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses having profiled, patterned or microstructured surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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Abstract

(57)【要約】 【課題】熱膨張係数の極端に小さい石英ガラスなどを素
材として用いた場合には、胴型の熱収縮量がガラスのそ
れを上回るためヤキバメの状態となり光学素子が取り出
せなくなるばかりか、胴型の破損に繋がる可能性もあっ
た。 【解決手段】胴型6と、胴型6内に配置され、光学材料
8の成形面をプレス成形するための成形型9,10と、
胴型6と光学材料8との間に、胴型6の熱膨張係数α1
よりも大きな熱膨張係数α2を有するスペーサ7が配置
されることを特徴とする光学素子成形型。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は石英ガラスに代表さ
れる低熱膨張光学素子の成形方法に関するものである。
さらに詳しくはプレス成形に用いる金型構造と、これを
用いた光学素子の製造法に関するものである。
【0002】
【従来技術】近年、高精度レンズ(特に非球面レンズ)
や特殊形状光学素子(プリズムやフライアイレンズ等)
の製造法として、研磨工程を必要とせずプレス成形によ
り製造する方法が使われるようになって来た。これによ
り従来、光学素子製造で行われてきた複雑な工程は省か
れ、同形状の物を多量且つ安価に製造することが出来る
ようになった。
【0003】以下に従来行われていた光学素子成形方法
の一例について説明する。図5は光学素子成形型により
直方体ガラス素材をフライアイ形状に成形した状態を示
す断面図である。1は胴型、2は上成形型,3は下成形
型、4は光学素子、5はプレスヘッドである。平面研磨
したガラス素材を上成形型2及び下成形型3で挟み胴型
1内に配置する、これらを加熱機構を備えた真空チャン
バー内にセットする。所望の真空度が得られた後、ガラ
ス素材が変形可能な温度まで加熱しプレスヘッド5で押
圧成形する。光学素子4は取り出し可能温度まで徐々に
冷却される。大気を導入した後、胴型1から上成形型
2、下成形型3を取り外し最終的な光学素子4が得られ
る。このような成形に使われるガラス素材は一般的に成
形用胴型より大きな熱膨張係数を有している。そのため
冷却時の熱収縮差によって光学素子は胴型から自然に離
れる。このような胴型を用いた成形の利点は、成形型
2,3と胴型1の精度が確保されれば、上下成形面の軸
ズレは容易に回避されるということである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、熱膨張係数の極端に小さい石英ガラ
スなどを素材として用いた場合には、胴型の熱収縮量が
ガラスのそれを上回るためヤキバメの状態となり光学素
子が取り出せなくなるばかりか、胴型の破損に繋がる可
能性もあった。
【0005】この発明は、このような問題に鑑みてなさ
れたものであり、低熱膨張材料の加熱成形でヤキバメや
胴型の破損等の不具合を生じず、効率よく成形するため
の光学素子成形用金型とこれを用いた光学素子製造方法
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、胴型と、前記胴型内に配置され、光学
材料の成形面をプレス成形するための成形型と、前記胴
型と前記光学材料との間に、前記胴型の熱膨張係数α1
よりも大きな熱膨張係数α2を有するスペーサが配置さ
れることを特徴とする光学素子成形型(請求項1)であ
る。
【0007】本手段に置いては胴型よりも熱膨張係数の
大きなスペーサを成形すべき光学材料と胴型の間に介在
させるため、光学材料として低熱膨張係数のものを用い
たとしても、冷却時にスペーサが大きく収縮するため、
胴型の熱収縮の影響を低減させることができる。従っ
て、ヤキバメにより成型品が取り出せなくなったり、胴
型の破損が生じることを低減させることができる。
【0008】前記課題を解決するための第2の手段は、
第1の手段であって、光学材料の熱膨張係数をα3、さ
らに成形品の断面の長さをtとしたとき、
【0009】
【数2】
【0010】の関係を満たす事を特徴とする光学素子成
形型(請求項2)である。このようにすると冷却時にお
ける胴型の熱収縮量と成形素材の熱収縮量の差以上にス
ペーサが縮むため、胴型の熱収縮によってヤキバメや胴
型の破損等の不具合が生じなくなる。前記課題を解決す
るための第3の手段は、第1の手段または第2の手段で
あって、前記スペーサは離型膜が被覆されている事を特
徴とする光学素子成形型(請求項3)である。
【0011】このようにすることによって、成形素材
(光学材料)とスペーサとが融着することを防止するこ
とができ、カンや割れによる不良品を減らすことができ
る。前記課題を解決するための第4の手段は、第1、2
または3の手段であって、前記スペーサは4枚のスペー
サーが互いの側面を押さえる形で胴型内に配置されるこ
とを特徴とする光学素子成形型。
【0012】このようにすることによって、加熱時の熱
膨張により4枚のスペーサがお互いを胴型内壁に押し当
てる形態をとり、胴型内に固定される。固定されたスペ
ーサは加圧成形時、下型移動による力を効率よくガラス
だけに伝えることが可能となり、安定した成形が行える
ようになる。前記課題を解決するための第5の手段は、
前記第1〜4のいずれか一つの光学素子成形型を使用し
て成型品を作る光学素子製造方法である。
【0013】このようにすることによって、良好な成型
品を作ることが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて本発
明の光学素子成形型と光学素子の製造方法を説明する。
図1a,図1bは本発明の実施の形態で使用した金型を
それぞれ垂直及び水平方向に切断したときの断面図あ
る。図2は本発明で作成したD20mm×W20mm×H1
9mmの石英光学素子の概略図である。また、表1は本実
施の形態で用いた材料の熱膨張係数である。
【0015】
【表1】
【0016】まず内径がD40mm×W40mm×H40mm
及びD20mm×W20mm×H20mmの段付き構造を持っ
たSiC製胴型6の内部にD10mm×W29.5mm×H
20mmのAl23系セラミック製スペーサ7を図2のよ
うに配置する。このときスペーサ7はイオンプレーティ
ング法によって表面にモリブデンを5000の厚みでコ
ーティングして離型効果を持たしてある。なお、スペー
サの厚みDは胴型の熱膨張係数をα1、スペーサの熱膨
張係数をα2、光学材料の熱膨張係数をα3、成型品の
断面の長さをtとしたときに(3)式を満たしている。
【0017】
【数3】
【0018】またスペーサ7自体が熱膨張により胴型を
破損することの無いように幅Wの長さも考慮してある。
尚、加熱の際に幅方向にスペーサ7が膨張しても胴型6
を破損しないように、図1bでは各々間隙を設けてい
る。続いてD19.5mm×W19.5mm×H20mmの上
下成形面を平面研磨した石英ガラスブランク8をSiC
製の上下成形型9,10で挟み込むように胴型6内に配
置する。上成形型9及び下成形型10の成形面は研削研
磨により曲率R8の凹面が25面鏡面加工され、その成
形面にはイオンプレーティング法によりタングステンが
厚さ2μmでコーティングしてある。この石英ガラスブ
ランク8、上成形型9、下成形型10、スペーサ7、胴
型6がセットされた状態のものは図3にワーク11とし
て示されており、載せ台12上に配置される。
【0019】バルブ17を開き油回転ポンプ13により
チャンバー19を粗引きする。粗引き後バルブ17を閉
じ、バルブ15及びバルブ16を開き、油拡散ポンプ1
4にて本引きする。真空計20の真空度が5×10ー5
orr以下になったら図4の加熱スケジュールでセラミ
ックス製ヒーター21により加熱を開始する。温度を5
0分で1450℃まで上昇させ10分間1450℃で保
持する。保持開始後5分後に加圧シリンダー22を作動
させ300kg/cm2の圧力で加圧する。加圧開始後
5分間でヒーター21による加熱を終了し温度を降下す
る。温度降下開始後5分後に加圧を終了する。加圧終了
時点で温度は1100℃以下になっている。その後放冷
し、室温になったらバルブ16を閉じ、リークバルブ1
8を開き大気を導入する。大気導入後ワーク11を取り
出し、上型9及び下型10、スリーブ7及び胴型6をは
ずせば図2の様な光学素子が完成する。
【0020】なお実施の形態で示した型は複数の凹面形
状を有するものであったが、この形状は光学性能を満足
するものであれば平面形状、凸面形状等を有するもので
も問題はない。また、光学素子材料の形状も直方体に限
らず円柱、球等使い分けることも可能であり、光学素子
材料の種類も用途により適宜変更することができること
は言うまでもない。
【0021】比較のためスペーサを設けない従来の金型
を作成して同様の成形実験を行ったところ、成形品が胴
型内に残り取り出すことが出来なかった。
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば低熱膨張
材料であっても冷却時に胴型内でヤキバメや胴型破損と
いった不具合が生じることを低減させることができる。
またスペーサにコーティングした離型膜で融着反応も起
きることがないので、高精度な光学素子を安定的に量産
できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】aは本発明の光学素子成形用金型の断面図
(縦)であり、bは本発明の光学素子成形用金型の断面
図(横)である。
【図2】は本発明により成形された光学素子である。
【図3】は成形の模式図である。
【図4】は成形のスケジュールである
【図5】は従来の光学素子成形用金型の断面図である。
【符号の説明】
1:胴型 2:上成形型 3:下成形型 4:光学素子 5:プレスヘッド 6:胴型 7:スペーサ 8:石英
ブランク 9:上成形型 10:下成形型 11:ワーク 12:
載せ台 13:油回転ポンプ 14:油拡散ポンプ 15:バル
ブ 16:バルブ 17:バルブ 18:リークバルブ 1
9:チャンバー 20:真空計 21:セラミックヒータ 22:シリン
ダ 23:上軸 24:下軸 25:遮蔽板 26:本体
27:排気手段
フロントページの続き (72)発明者 北沢 和雄 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】胴型と、 前記胴型内に配置され、光学材料の成形面をプレス成形
    するための成形型と、 前記胴型と前記光学材料との間に、前記胴型の熱膨張係
    数α1よりも大きな熱膨張係数α2を有するスペーサが
    配置されることを特徴とする光学素子成形型。
  2. 【請求項2】請求項1の光学素子成形型において、光学
    材料の熱膨張係数をα3、さらに成形品の断面の長さを
    tとしたとき、 【数1】 の関係を満たす事を特徴とする光学素子成形型。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2の光学素子成形型
    において、 前記スペーサは離型膜が被覆されている事を特徴とする
    光学素子成形型。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光
    学素子成形型において、 前記スペーサは4枚のスペーサが互いの側面を押さえる
    形で胴型内に配置されることを特徴とする光学素子成形
    型。
  5. 【請求項5】請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光
    学素子成形型を使用して成型品を作る光学素子製造方法
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