JP2806947B2 - 光学部品の成形型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学部品の成形型に係り、特にガラスまた
はプラスチックからなるレンズやプリズム等の光学部品
をプレス成形するための光学部品の成形型に関する。

〔従来の技術〕

近年、レンズやプリズム等の光学部品は、主にガラス
素材を研削，研磨し、芯取りを行って製造していた。と
ころが、近年の光学製品においては、光学系の高性能
化、コンパクト化の要請が強く、非球面光学系採用の必
要性が高まってきた。このため、従来の研削，研磨によ
る製造方法では、上記要求に適合した安価で高精度の非
球面レンズ等を大量に製造することが困難であった。

そこで、近年、上記問題を解決する手段として、ガラ
ス素材等の光学部品素材を加熱軟化させ、これを成形型
によりプレス成形するだけで、研磨等を必要とせずに所
望の形状精度および面精度を有した光学部品を製造する
方法が確立されつつある。かかる製造技術の例として
は、例えば特開昭58−84134号公報に開示されるよう
に、所望の最終製品の形状に近似した形状を有するガラ
スプリフォーム（光学部品素材）を加熱軟化させてプレ
ス成形する方法が知られている。この方法によれば、あ
る限定範囲においては充分に満足できる高い形状精度お
よび面精度の光学部品を得ることができる。

しかし、上記従来法により凸状の成形品を製造する場
合、例えば第５図に示すように、ガラスからなるプリフ
ォーム１の両端形状を上型２および下型３の各成形面2
a,3aに対してそれぞれ中心当たりとなるようにしておく
必要があった。すなわち、プリフォーム１が上下型2,3
の各成形面2a,3aに対して胴型４側で周辺当たりとなっ
ている場合には、プリフォーム１と上下型2,3との間に
ガスが閉じ込められ、プレスが進行していったときに閉
じ込められたガスが逃げ場を失ってしまい、成形された
レンズの表面に小さな凹部となって残ってしまうからで
ある。

成形面に対してプリフォームを中当たりさせる強さの
程度は、弱いほど、所望の最終製品の形状にプレスされ
るまでのプリフォームの変化量が小さくなって都合がよ
い。しかし、このような形状にプリフォームを製作する
には、プリフォームの堆積が精密に制御されている必要
があるとともに、必ず中当たりとさせるためのプリフォ
ームの形状作り込みの煩わしさのために、プリフォーム
製作が高価なものになってしまい、量産する上での課題
となっていた。

一方、上記従来法により凹状の光学部品を製造する場
合、円柱状のプリフォームを用いて上下型の各成形面に
対して中当たりさせることはできたが、逆に、プリフォ
ーム周辺部では上下型と胴型とで囲まれた空気にガスだ
まりが生じてしまった。このため、そのガスが速やかに
逃げるように、上下型と胴型との嵌合を少し緩めにせざ
るを得なく、上下型の光軸合わせ精度が劣化してしまっ
た。

以上のような問題点を解消すべく、例えば特開昭62−
297230号公報に開示されるように、凸状の光学部品を製
造するにあたり、上下型の各成型面の中心部に直径10〜
20μｍの穴を設け、閉じ込められたガスを逃がす方法が
行われている。この方法によれば、確かに、成形中に上
下型とプリフォームとの間にガスを閉じ込めることなく
成形することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、かかる従来法では、成形された光学部品の表
面に、上下型のガス逃げ穴に対応する部分に直径10〜20
μｍの突起部が形成され、光学部品としての形状精度を
損なうという問題があった。また、色補正のためにレン
ズを貼り合わせて使用することが一般的に行われている
が、上記突起部を有したレンズでは、接合レンズとして
の使用は不可能であり、使用範囲の限定を余儀なくされ
ていた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みなされたもので
あって、安価にして、平滑な表面を有した光学部品を得
ることができ、成形した光学部品の使用範囲を大幅に拡
大できる光学部品の成形型を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、表面の一部を
平滑に仕上げた光学部品素材を加熱軟化させてプレス成
形し、所望形状の光学部品を得る際に用いる光学部品の
成形型において、上記平滑面に接する成形面の少なくと
も一部を、研磨仕上げした多孔質材料で形成したことを
特徴とする。

本発明において用いる多孔質材料としては、成形型と
しての高温耐酸化性を満足しかつ多孔質の程度を自由に
調節することができるセラミックスが最適である。具体
的には、炭化珪素の立方晶体等であり、気孔率を５〜30
％程度とするのが好ましい。また、多孔質材料として
は、上記セラミックスの他に、これと同程度の気孔率を
有する焼結ニッケル鋼や焼結ステンレス鋼等も適用でき
る。いずれの場合においても、成形面の仕上げ面精度が
最小となるように研磨仕上げをしておく必要があり、通
常では表面粗さが0.07μｍ程度に仕上げられていれば十
分である。

〔作用〕

上記構成の光学部品の成形型によれば、成形型と光学
部品素材との間におけるガスは、成形型の無数の微細孔
内に逃げ、成形品に悪影響を与えることがない。

〔実施例〕

（第１実施例） 第１図は本発明の第１実施例を示す縦断面図である。
第１図において、５は略円柱状に形成されたガラスから
なるプリフォームで、その両端面は予め平滑に仕上げら
れている。この平滑化の手段としては、ガラス丸棒を割
断する方法や平面研磨またはバレル研磨等がある。上型
６および下型７は、それぞれ成形面6a,7aが凹面に形成
されている。上下型6,7は、気孔率10％の炭化珪素（多
孔質材料）により形成されている。また、上下型6,7に
は、中心部に軸方向の排気穴6b,7bが設けられている。
８は胴型であり、上下型6,7の光軸を合わせる機能と成
形されたレンズの外径を規制する機能とを有している。

上記構成の成形型（上下型6,7および胴型８）によれ
ば、プリフォーム５が軟化状態となる適切な温度状態の
もとで上型６にプレス圧力が加えられることによって、
プリフォーム５は上下型6,7の成形面6a,7aによりその周
辺部から変形され始める。ここに、成形は、上下型6,7
等の酸化を防止するために窒素ガス等の非酸化性雰囲気
中で行われているので、プリフォーム５と成形面6a,7a
とで囲まれた空間には非酸化性ガスが閉じ込められる。

成形が進行していったとき、閉じ込められたガスは、
多孔質材料で形成された上下型6,7の無数の微細孔を通
り抜けて排出されてしまい、成形が完全に終了したと
き、ガスはすべて追い出されている。特に本実施例で
は、上下型6,7の中心に成形面6a,7a近傍まで排気穴6b,7
bが設けられているの、ガスの排出がより効果的に行わ
れる。

成形されたレンズは、上下型6,7の各成形面6a,7aの形
状が正確に転写されていたが、面の表面粗さについては
上下型6,7の微細孔を完全に転写することなく、成形面6
a,7aの表面粗さよりも良好な0.05μｍ以下の面精度を得
ることができ、通常の光学部品としての使用に十分満足
できるものであった。一方、成形に際し、ガスが閉じ込
まれることがないので、プリフォーム５の形状を製作が
安価な円柱状にすることができた。また、従来のような
突起部が形成されることはないので、成形レンズでも接
合レンズを製作することが可能となり、成形レンズの使
用範囲を拡大することができた。

（第２実施例） 第２図は本発明の第２実施例を示す縦断面図である。
プリフォーム５は、第１実施例と同様に略円柱状に形成
されている。上型９および下型10は、それぞれ比較的薄
い厚さの円板状に形成され、上型９の成形面9aは凹面
に、下型10の成形面10aは凸面にそれぞれ形成されてい
る。上下型9,10は、気孔率15％の炭化珪素（多孔質材
料）により形成されている。また、上下型9,10は、排気
穴11a,12aを有する円筒状の型支持台11,12にそれぞれ一
体的に固定されている。固定方法はろう付け等が適用で
き、偏心精度を出すために、予め上下型9,10を型支持台
11,12にろう付けしてから成形面9a,10aの加工を行うと
よい。さらに、本実施例においては、胴型13も上下型9,
10と同様に多孔質材料により形成されている。

上記構成の成形型（上下型9,10および胴型13）によれ
ば、プリフォーム５と上型９の成形面9aとに囲まれた空
間のガスの逃げ方については第１実施例と同様である。

一方、プリフォーム５の周縁部と下型10の成形面10a
と胴型13とによって囲まれた空間のガスも下型10の無数
の微細孔から排出される。ところが、成形が進行するに
従って、閉じ込められたガスは、下型10の周辺部に押し
やられて型支持台12の排気穴12aまでの距離が長くな
り、ガスを完全に排出し終わるまでに長時間を要すると
いう不具合が生じる虞れがある。しかし、本実例におい
ては、胴型13も多孔質材料で形成しているので、閉じ込
められたガスを胴型13の微細孔からも排出させることが
でき、より速やかなガスの追い出しが可能となる。

また、上下型9,10と型支持台11,12とを一体的に固定
する構成としたのは、型支持台11,12を多孔質材料で形
成する必要がなくなることによって、材料の選択範囲が
広くなり、プリフォーム５の成形温度において、胴型13
を形成している多孔質材料との線膨張の差をある程度自
由に組み合わせた材料選択ができるからである。これに
より、上下の型支持台11,12の材料をそれぞれ別々に選
定することによって、成形温度において胴型13と型支持
台12とがしまりばめとなり、胴型13と型支持台12との光
軸を完全に一致させた成形が可能となる。

上型９はプレスが進行するにつれて移動する必要があ
るので、胴型13と型支持台11とは、わずかのクリアラン
スが生じる材料選定をする必要がある。どちらの型支持
台11,12ともに、室温においては、胴型13とのクリアラ
ンスが広がって出し入れが自由になり、プリフォーム５
のセッティングや成形されたレンズの取り出しが容易に
なる。すなわち、型支持台11,12の材料の線膨張係数が
胴型13のそれよりも大きな材料を選別すればよい。

本実施例においても、第１実施例と同様の効果を得る
ことができ、特に成形されたレンズの偏心精度の向上を
図ることができる。

（第３実施例） 第３図および第４図は、それぞれ本発明の第３実施例
を示す斜視図および縦断面図であり、本実施例の成形型
は三角プリズムを成形するものである。

図において、14は略円柱状に成形されたガラスからな
るフリフォームで、その成形される面（周面）は予め平
滑に仕上げられている。平滑化の手段としては、丸棒を
研削，研磨してもよいが、火焔によるファイアーポリッ
シュ面でもよい。上型15および下型16の各成形面15a,16
aは、上下型15,16が嵌合した際に三角柱の空間を形成す
るように設けられている。上型15には、直方体状の排気
穴15bが設けられている。17,18は下型16の両側に固着さ
れた側型である。側型17,18は、成形されたプリズム19
（第４図Ｂ参照）の長さ寸法を規制するための部材であ
るので、上下型15,16の成形面15a,16aのように表面粗さ
を0.07μｍ程度に仕上げておく必要はなく、それより粗
い面であってもよい。

本実施例においては、上下型15,16および側型17,18
が、気孔率20％の炭化珪素（多孔質材料）により形成さ
れている。

上記構成の成形型（上下型15,16および側型17,18）に
よれば、第４図Ａに示すように、プリフォーム14が軟化
状態となる適切な温度状態のもとで上型15にプレス圧力
が加えられることによって、プリフォーム14は上下型1
5,16の成形面15a,16aによりその外周部から変形され始
める。そして、プリフォーム14と上下型15,16と側型17,
18とによって囲まれた空間に閉じ込められたガスは、成
形の進行とともに、上下型15,16および側型17,18の無数
の微細孔を通り抜けて排出され、成形が完全に終了した
第４図Ｂの状態では、ガスはすべて追い出されており、
良好なプリズム19が成形される。

本実施例においても、第１実施例と同様の効果を得る
ことができる。

なお、上記各実施例においては、少なくとも上下型全
体を多孔質材料により形成することとしたが、本発明は
かかる実施例に限定されるものではなく、成形型におけ
るガスだまり部の表面の一部を多孔質材料にて形成して
あれば、ガスを逃がすことができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の光学部品の成形型によれば、
少なくとも表面の一部を気孔率５〜30％の多孔質材料で
形成しているので、成形型とプリフォームとの間にガス
を閉じ込めることなく成形することができ、従来のよう
に予めプリフォーム形状を中当たり形状となるように前
加工する必要がなく、プリフォーム製作上の自由度が高
まって安価にして光学部品を得ることができる。また、
成形された光学部品の表面にガス抜き穴に対応した突起
部が形成されることはなく、平滑な表面とすることがで
き、光学部品の使用範囲を大幅に拡大できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学部品の成形型の第１実施例を示す
縦断面図、第２図は本発明の第２実施例を示す縦断面
図、第３図および第４図A,Bはそれぞれ本発明の第３実
施例を示す斜視図および成形前の縦断面図、成形後の縦
断面図、第５図は従来の光学部品の成形型を示す縦断面
図である。 5,14……プリフォーム（光学部品素材） 6,9,15……上型 7,10,16……下型 8,13……胴型 17,18……側型

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め表面を平滑に仕上げた光学部品素材を
   加熱軟化させてプレス成形し、所望形状の光学部品を得
   る際に用いる光学部品の成形型であって、上記光学部品
   素材の平滑面に接する成形面の少なくとも一部を、気孔
   率が５〜30％の多孔質材料で形成したことを特徴とする
   光学部品の成形型。