JP2651260B2 - ガラス光学部品の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガラス光学部品の製造方法に関し、特に溶融
状態にあるガラスを流下させながらその両側から成形用
型部材でプレスして光学部品を得る方法に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ ガラス素材からプレス成形により光学部品を得る方法
としては、いわゆるリヒートプレス法とダイレクトプレ
ス法とがある。

上記リヒートプレス法では、一旦最終成形品の形状に
近似するガラスブランクを形成しておき、該ブランクを
成形用型装置内に収容して加熱及び加圧し、該型装置の
型部材により形成されるキャビティの形状に対応した最
終成形品を得る。

上記ダイレクトプレス法では、溶融ガラスを成形用型
装置内に導入し加圧して、該型装置の型部材により形成
されるキャビティの形状に対応した最終成形品を直接得
る。

ダイレクトプレス法としては、たとえば特開昭63−24
8727号公報及び特開平１−133948号公報に記載されてい
る様に、溶融ガラスをノズルから流下させながら、その
両側から水平方向に対向する１対の成形用型部材を用い
て上記溶融ガラスを挟み、かくして形成されるキャビテ
ィ内でガラスを冷却硬化させ、所定の形状の成形品を得
る方式がある。この方式では、片側の成形用型部材の光
学面成形面の外周にリング状切断部材を配置して、これ
を型部材前進と同時または型部材前進後に前進させて、
はみ出したガラスを切断除去して所望の形状の光学部品
を形成している。この方式によれば、流下する溶融ガラ
スの切断痕を光学面に残留させずに光学部品が得られる
ので、好ましい。

しかして、上記方式では、リング状切断部材によりガ
ラスを切断する際に、該切断部材と他方の型部材との接
触により粉塵が発生し、該粉塵が成形品離型後に型部材
の成形面に付着し、次のプレスの際に光学面となるガラ
ス表面に付着して、成形品の光学的特性を劣化させるこ
とがある。

更に、以上の様に、上記リング状切断部材は他方の型
部材と接触するので寿命が短く、その頻繁な交換が必要
であり、製造能率の向上の妨げとなっていた。

また、上記方式では、プレス中にガラスに収縮（ヒ
ケ）が生じやすく、得られる光学部品の面精度は型部材
の成形面精度に比べてかなり低いという難点があった。

そこで、本発明は、上記の如き従来技術に鑑み、特に
片面の表面精度が良好で光学的特性が良好な光学部品が
得られるガラス光学部品の製造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］ 本発明によれば、上記目的を達成するものとして、 流下する溶融ガラスをその両側から１対の成形用型部
材によりプレスし該型部材の成形面と対応する表面を有
する光学部品を製造する方法において、上記１対の成形
用型部材のうちの一方を複数部材により構成し、ガラス
がその歪点以下の温度になるまで上記１対の成形用型部
材間の周囲を閉じることなしにプレスし続け、該プレス
の際に上記１対の成形用型部材のうちの一方の複数部材
を異なるストロークで移動させ、流下する溶融ガラスを
上記プレスされている部分の上方にて切断し、上記成形
用型部材間に形成される光学部品本体部に対し外側には
み出した耳部を付属させたガラス成形品を得ることを特
徴とする、ガラス光学部品の製造方法、 が提供される。

本発明においては、上記一方の成形用型部材の複数の
構成部材の異なるストロークでの移動により、成形途中
においてヒケの生ずる部分のガラスを部分的に追加プレ
スする形態がある。

本発明においては、上記一方の成形用型部材の複数の
構成部材が中央部構成部材と外周部構成部材とからなる
形態がある。

本発明においては、上記１対の成形用型部材の他方の
成形面の周囲に溝形成リングを設け、該溝形成リングに
より上記プレス時に溶融ガラスに溝を形成する形態があ
る。

本発明においては、上記方法により得られた光学部品
の上記耳部を除去する形態がある。

本発明においては、上記方法により得られた光学部品
の本体部の上記１対の成形用型部材の一方に対応する面
を更に所望の形状及び精度に加工するとともに所望の厚
さの光学部品となす形態がある。

本発明によれば、上記方法により、少なくとも上記１
対の成形用型部材の他方に対応する面が非球面である、
ガラス光学部品、が提供される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明によるガラス光学部品の製造方法の一
実施例の概略工程及び型部材の構成を示す断面図であ
る。

図において、２は不図示のガラス溶融装置に接続され
ている溶融ガラス流出ノズルであり、４は該ノズルから
連続的に流下せしめられる溶融ガラスである。６は上記
ノズル４の直下にあって流下溶融ガラス４を適宜のタイ
ミングで切断するためのシャー（切断刃）である。

12,12′は上記流下溶融ガラスの両側に配置された１
対の成形用型部材であり、本実施例では凹面が非球面の
凸メニスカスレンズを成形するためのものである。12a,
12a′はその両面形成のための成形面を示し、12aは鏡面
に仕上げられており、12a′は研削仕上面とされてい
る。これら型部材は回転対称形であり、成形面を対向さ
せて同軸状に配置されている。上記各型部材12,12′を
含んで１対の型セットが構成されている。

上記型部材12は、内駒12−１の外周に外駒12−２がス
ライド可能に取付けられた構造をなしている。そして、
外駒12−２は内駒12−１に対し圧縮バネ13により前方へ
と付勢されている。また、外駒12−２には、クランク形
のガイド溝14が形成されており、該溝内に内駒12−１に
突設されたガイドピン15が係合して係止されている。

上記型部材12（内駒12−1,外駒12−２）,12′として
は、Ni基超耐熱合金母材の成形面を表面粗さRmax0.01μ
ｍ且つ所望の形状精度に研摩仕上げし、その表面に窒化
物セラミックス被覆層を約0.8μｍ厚にコーティングし
たものを用いることができる。型母材としては、その他
Mo基耐熱性合金、Fe基耐熱性合金、ステンレス系耐熱性
合金、Mo、Ta、炭素、及び炭素複合材等を用いることが
できる。被覆層は母材の熱間強度を補うために用いられ
るのであり、BN、TiN及びAIN等の窒化物の他に、TiC、S
iC及びTaC等の炭化物やＣ（ダイヤモンド）その他を用
いることができる。これらは各種成膜技術を用いて付す
ることができる。該被覆層は単一層である必要はなく、
密着強度や耐熱性を向上させるために中間層を設けるこ
ともできる。また、CVD法により成膜された被覆層の場
合には該被覆層自体の表面を良好な表面精度となすため
に超精密研削や研摩等の処理を施すことができる。更
に、母材の熱間強度が大きくプレス成形を十分な回数行
っても形状精度を維持できる場合には、被覆層として軟
質材料である白金、白金系合金、Ni、及びその合金等を
用いることができる。

左側の型セットにおいて、上記成形用型部材12の内駒
12−１は取付け部材16に取付けられている。

尚、上記型部材12の内駒12−１の内部にはヒータ22及
び温度測定のための熱電対24が内蔵されている。

そして、図示はされていないが、上記取付け部材16は
Ａ−Ｂ方向に往復移動可能に不図示の基台により支持さ
れている。該往復移動は不図示の駆動手段によりなされ
る。

一方、右側の型セットにおいて、上記成形用型部材1
2′は取付け部材16′に取付けられている。また、上記
型部材12′の周囲にはボルトで溝形成リング18′が取付
けられている。該リングの先端は刃形状とされており、
型部材成形面12a′から適宜量だけ突出している。尚、
該溝形成リングを取付けない場合もある。

尚、上記型部材12′の内部にはヒータ22′及び温度測
定のための熱電対24′が内蔵されている。

そして、図示はされていないが、上記取付け部材16′
はＡ−Ｂ方向に往復移動可能に不図示の基台により支持
されている。該往復移動は不図示の駆動手段によりなさ
れる。但し、右側の型セットにおいて、Ｂ方向の最前進
停止位置は不図示のストッパにより設定される。該スト
ッパの位置を可変としておき、その位置を調節すること
により、上記停止位置を適宜設定できる。

以下、図面に従い、製造工程を説明する。

先ず、第１図（ａ）に示される様に、左右の型セット
を所定の間隔に開き更にシャー６を開いた状態を維持し
つつ、型部材12,12′間にノズル２から溶融ガラス４を
流下させる。この際、第１図（ｂ）に示される様に型部
材12の外駒12−２に形成されているクランク形のガイド
溝14と内駒12−１に突設されたガイドピン15とが係合し
ていて、外駒12−２は内駒12−１に対するＡ−Ｂ方向相
対移動のＡ方向最前進位置にある。そして、第１図
（ａ）に示される様に該溶融ガラス４の下端が型部材間
より下方へと到達したことを不図示のセンサで検知す
る。

次に、該検知信号に基づき、上記右側型セットをスト
ッパに当接するまでＢ方向に前進させる。該前進動作に
対し極くわずかだけ遅延して上記左側型セットをＡ方向
に前進させる。これにより、第１図（ｃ）に示される様
に、１対の型部材12,12′及び溝形成リング18′により
形成されるキヒャビティに対応して溶融ガラスがプレス
される。尚、この時、第１図（ｃ）に示される様に、溝
形成リング18′の先端は型部材12とは接触しておらず、
適宜の間隔で隔てられている。また、プレスの初期にお
いては、ガラス粘度が比較的低いため、圧縮バネ13が更
に圧縮されることはなく、外駒12−２は内駒12−１に対
するＡ−Ｂ方向相対移動のＡ方向最前進位置にある。

次に、第１図（ｄ）に示される様に、シャー６を閉
じ、溶融ガラス４を切断する。更に、プレスの進行にと
もない、型部材間においてガラスは厚さの薄い外周部か
ら中央部へと順次硬化するので、先ず外駒12−２の最前
進位置が決まり、次いで内駒12−１が圧縮バネ13に抗し
て更に前進し未硬化中央部をプレスする。これにより、
型部材12′の成形面12a′に対応する成形品表面（非球
面）はヒケを生ずることなしに十分良好な表面精度が得
られる。尚、プレス圧力は最初比較的低い値に設定して
おき次第に又は段階的に比較的高い値へと変化させるこ
とができる。

これにより、ガラス光学部品本体部30の外側に上記溝
形成リング18′により形成された耳部32がはみ出した形
状の成形品が得られる。

そして、ガラス温度が歪点以下となるまでプレスを続
ける。この間、左側型セットはストッパ等により停止せ
しめられることがなく、ガラスに対しプレス圧力を印加
し続ける。

その後、第１図（ｅ）に示される様に、左右の型セッ
トを開き更にシャー６を開いて、成形品を取出す。該取
出しには不図示のテークアウトロボットが利用される。
この際、外駒12−２は圧縮バネ13により内駒12−１に対
するＡ方向最前進位置に復元する。

第２図は以上の工程で得られた成形品を示す正面図で
ある。

尚、上記工程において、型部材12,12′は熱電対24,2
4′による温度測定結果に基づき定点温度にPID制御され
ている。該定点温度は適宜設定変更することができる。

以上の様にして成形された成形品は、耳部32を除去す
ることなしに鏡筒に組込んで使用することもできるし、
耳部32を除去して使用することもできる。

この除去は、溝34が形成されているため、所望の位置
に引張り応力を発生せしめ容易に機械的に行うことがで
きる。即ち、たとえば手指にて力をかけて割ることによ
り除去できるし、あるいはわずかな高さからの落下衝撃
により除去することもできるし、更に専用の治具を用い
て本体部30を支持しつつ耳部32に力をかけて除去するこ
ともできる。

また、以上の様にして成形された成形品は、非球面側
に反射膜を形成することにより他面側を加工することな
く表面反射鏡として使用することができるし、上記他面
側を更に所望の形状及び精度に加工し所望の厚さとなす
ことにより非球面レンズとして使用することができる。

以上のプレスにおいて、左側型セットはストッパ等に
より停止せしめられず且つ一方の型部材12の内駒12−１
が外駒12−２よりも大きなストロークで移動するので、
ガラスが硬化し成形品の最終形状が決定されるまでガラ
スに対し良好にプレス圧力を印加でき、これによりヒケ
を生ずることなしに片方の型部材成形面の精度を十分良
好に成形品に転写することができる。尚、上記内駒12−
１と外駒12−２とをそれぞれ別々の油圧シリンダで駆動
することができ、右側型セットは左側型セットの押圧に
対し後退しない様に停止位置において十分大きな力で支
えることができる。

成形品の厚さは、供給される溶融ガラスの粘度、型部
材の温度及びプレス圧力その他の成形条件により決ま
り、これらを適宜調節することにより所望の厚さの成形
品を得ることができる。上記供給溶融ガラスの粘度は、
たとえば10⁶〜10²ポアズの範囲で調節できる。上記型部
材の温度は、たとえば初期にガラスの転移点〜歪点の範
囲に設定しておき以後必要に応じて変化させることがで
きる。上記プレス圧力は、たとえば１〜500Kg/cm²の範
囲で調節できる。

そして、上記成形品の厚さは、上記溝形成リング18′
の上記型部材成形面12a′からの突出量を変化させるこ
とによっても調節でき、突出量が大きいほど成形品の厚
さが厚くなる。

次に、以上の様な方法を用いて、具体的にガラス光学
部品を製造した結果を以下に示す。

実施例1: 上記第１図に示される様な装置を用いて、外径25.6mm
φ、最大光線有効口径23.4mmφ、コバ厚1.02mm、肉厚差
1.29mmの凹面側が回転対称非球面の凸メニスカスレンズ
を、以下のとおり製造した。

溝形成リング18′の突出量を0.5mmとした。

転移点温度430℃で歪点温度373℃の重フリントガラス
を、内径15mmφの白金製ノズル２から粘度10^4.0ポアズ
として安定化させ流下させた。

プレス条件は、型部材温度を330℃とし、プレス圧力
をプレス当初10Kg/cm²としプレス開始７秒後に40Kg/cm²
とし、プレス時間18秒間とし、該時間経過時に型部材温
度が360℃となり離型した。

以上の様にして得られた成形品の耳部を除去し、凸面
側の形状測定を行った結果、外駒と内駒の成形面に相当
する球面精度は型に対しニュートン２〜３本で良好であ
り、内駒と外駒との境界の段差は2.2μｍであった。し
かし、この段差が光線有効口径内に存在するので、更に
凸面側の研削、ラッピング及びポリシングを行い、芯取
り加工した。

かくして得られた非球面レンズの非球面の表面精度を
測定した結果、十分良好に型部材成形面の形状精度を転
写したものであることがわかった。また、該非球面レン
ズの結像評価を行った結果、十分実用的な性能が得られ
ていることが判明し、屈折率の均質性も良好であった。

尚、本実施例では、成形面12aが所定精度に鏡面加工
された型部材12を用いているが、プレス終了後に該成形
面に対応するレンズ面を更に加工する場合には、内駒12
−１及び外駒12−２のうちの双方またはいずれか一方の
成形面を粗面としておくことができる。

以上の実施例では、成形光学部品が片面非球面である
場合が示されているが、両面とも非球面または球面とす
ることができることはもちろんである。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、ガラスの歪点以
下の温度になるまで１対の成形用型部材間の周囲を閉じ
ることなしにプレスし続け上記成形用型部材間に形成さ
れる光学部品本体部に対し外側にはみ出した耳部を付属
させたガラス成形品を得ることにより、プレス時におい
て粉塵の発生がないため型部材成形面に粉塵が付着して
表面精度を劣化させる様なことがなく良好な光学的特性
の光学部品が得られる。また、ガラスが硬化し成形品の
最終形状が決定されるまでガラスに対し均等にプレス圧
力を印加でき、特に一方の型部材の複数の構成部材を異
なるストロークで移動させて、成形途中においてヒケの
生ずる部分のガラスを部分的に追加プレスし、ヒケを生
ずることなしに片方の型部材成形面の精度を十分良好に
成形品に転写することができ、所望の形状及び精度の光
学部品が容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガラス光学部品の製造方法の一実
施例の概略工程及び型部材の構成を示す断面図である。 第２図は成形品を示す正面図である。 2:ノズル、4:溶融ガラス、6:シャー、12,12′：成形用
型部材、12a,12a′：成形面、12−1:内駒、12−2:外
駒、18′：溝形成リング、22,22′：ヒータ、24,24′：
熱電対、30:光学部品本体部、32:耳部、34:溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 剛 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 久保 裕之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−164738（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−133948（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−248727（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流下する溶融ガラスをその両側から１対の
   成形用型部材によりプレスし該型部材の成形面と対応す
   る表面を有する光学部品を製造する方法において、上記
   １対の成形用型部材のうちの一方を複数部材により構成
   し、ガラスがその歪点以下の温度になるまで上記１対の
   成形用型部材間の周囲を閉じることなしにプレスし続
   け、該プレスの際に上記１対の成形用型部材のうちの一
   方の複数部材を異なるストロークで移動させ、流下する
   溶融ガラスを上記プレスされている部分の上方にて切断
   し、上記成形用型部材間に形成される光学部品本体部に
   対し外側にはみ出した耳部を付属させたガラス成形品を
   得ることを特徴とする、ガラス光学部品の製造方法。
2. 【請求項２】上記一方の成形用型部材の複数の構成部材
   の異なるストロークでの移動により、成形途中において
   ヒケの生ずる部分のガラスを部分的に追加プレスする、
   請求項１に記載のガラス光学部品の製造方法。
3. 【請求項３】上記一方の成形用型部材の複数の構成部材
   が中央部構成部材と外周部構成部材とからなる、請求項
   １に記載のガラス光学部品の製造方法。
4. 【請求項４】上記１対の成形用型部材の他方の成形面の
   周囲に溝形成リングを設け、該溝形成リングにより上記
   プレス時に溶融ガラスに溝を形成する、請求項１に記載
   のガラス光学部品の製造方法。
5. 【請求項５】請求項１に記載の方法により得られた光学
   部品の上記耳部を除去する、ガラス光学部品の製造方
   法。
6. 【請求項６】請求項１に記載の方法により得られた光学
   部品の本体部の上記１対の成形用型部材の一方に対応す
   る面を更に所望の形状及び精度に加工するとともに所望
   の厚さの光学部品となす、ガラス光学部品の製造方法。
7. 【請求項７】上記請求項１〜６のいずれかに記載の方法
   により得られた、少なくとも上記１対の成形用型部材の
   他方に対応する面が非球面である、ガラス光学部品。