JP3109251B2 - 光学素子の成形方法 - Google Patents
光学素子の成形方法Info
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
- C03B11/16—Gearing or controlling mechanisms specially adapted for glass presses
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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- C03B2215/72—Barrel presses or equivalent, e.g. of the ring mould type
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- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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- Materials Engineering (AREA)
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- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学素子の成形方法及び
光学素子に係わり、特に形状精度及び面精度に優れ、安
価で大量生産に適した光学素子の成形方法に関するもの
である。
光学素子に係わり、特に形状精度及び面精度に優れ、安
価で大量生産に適した光学素子の成形方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、レンズ、プリズム等の光学素子は
ガラスなどの光学素子用素材を研磨で製造する変わり
に、金型内に光学素子用素材を投入し加熱加圧すること
によって成形する方法が数多く提案されている。重量を
正確に制御するためには最も予備加工が簡単で安価な円
柱形状が好ましい。
ガラスなどの光学素子用素材を研磨で製造する変わり
に、金型内に光学素子用素材を投入し加熱加圧すること
によって成形する方法が数多く提案されている。重量を
正確に制御するためには最も予備加工が簡単で安価な円
柱形状が好ましい。
【０００３】円柱形状のガラス素材の成形方法について
は例えば特開昭６０−２４６２３１号公報がある。以
下、図面を参照しながら成形法について説明する。
は例えば特開昭６０−２４６２３１号公報がある。以
下、図面を参照しながら成形法について説明する。
【０００４】一般にプレス成形によって光学素子を製造
する場合、光学素子用素材を所定の大きさに切断しガラ
ス軟化点付近まで予備加熱する。次に光学素子用材料を
型閉めしたとき、光学素子の完成品とほぼ同一形状とな
るように加工された上型と下型の間に予備加熱された光
学素子用素材を供給し、所定の温度で加圧成形を行なっ
ている。
する場合、光学素子用素材を所定の大きさに切断しガラ
ス軟化点付近まで予備加熱する。次に光学素子用材料を
型閉めしたとき、光学素子の完成品とほぼ同一形状とな
るように加工された上型と下型の間に予備加熱された光
学素子用素材を供給し、所定の温度で加圧成形を行なっ
ている。
【０００５】光学素子成形用素材の形状は、前述のよう
にできるかぎり簡単な形状が製造工程あるいは材料の加
工コストの面でも望ましく、例えばセンタレス加工で所
定の硝材外径に加工した棒材を所定の幅で切断した円柱
体のものがある。しかしこの用な素材を用いて成形する
と、図５に示すように材料の角部４３が先に変形し上型
４１と下型４２と接触する部分がなじんでしまい、密閉
空間４４ができる。一旦密閉空間ができると成形完了時
まで密閉空間が存在し、型の加工面が素材に十分転写さ
れず不良光学素子となる。
にできるかぎり簡単な形状が製造工程あるいは材料の加
工コストの面でも望ましく、例えばセンタレス加工で所
定の硝材外径に加工した棒材を所定の幅で切断した円柱
体のものがある。しかしこの用な素材を用いて成形する
と、図５に示すように材料の角部４３が先に変形し上型
４１と下型４２と接触する部分がなじんでしまい、密閉
空間４４ができる。一旦密閉空間ができると成形完了時
まで密閉空間が存在し、型の加工面が素材に十分転写さ
れず不良光学素子となる。
【０００６】こういった未転写不良を防止する従来の方
法について図４を用いて説明する。下型３２は連結棒３
２Ａを介してベース３２Ｂに固定されており、上型３１
は連結棒３１Ａを介してピストン棒３１Ｂに取り付けら
れている。光学素子用素材１はまず加熱ヒータ３５より
成形温度まで加熱される。所望の成形温度に達した時点
で上型３１が油圧シリンダによって下降し、素材と接触
する。
法について図４を用いて説明する。下型３２は連結棒３
２Ａを介してベース３２Ｂに固定されており、上型３１
は連結棒３１Ａを介してピストン棒３１Ｂに取り付けら
れている。光学素子用素材１はまず加熱ヒータ３５より
成形温度まで加熱される。所望の成形温度に達した時点
で上型３１が油圧シリンダによって下降し、素材と接触
する。
【０００７】その後、上型が上下に振動加圧するが、例
えばサーボパルサを使ってこれを実行する。振動加圧は
例えば総変形量の９割まで行い、残りの１割を成形温度
に加熱した状態で定常加圧で成形する。総変形量の全て
の成形が終了した時点で通電をやめ、所望の温度に降温
したところで型を開き、冷却後光学素子を取り出す。
えばサーボパルサを使ってこれを実行する。振動加圧は
例えば総変形量の９割まで行い、残りの１割を成形温度
に加熱した状態で定常加圧で成形する。総変形量の全て
の成形が終了した時点で通電をやめ、所望の温度に降温
したところで型を開き、冷却後光学素子を取り出す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の成形方法にあっ
ては、総変形量の全ての成形が終了するまで所望の成形
温度に保持した状態である。その後所望の温度まで冷却
する間に、成形された光学素子が不均一な収縮により所
望の形状から大きく変化するために、光学性能を満たす
ことが難しかった。
ては、総変形量の全ての成形が終了するまで所望の成形
温度に保持した状態である。その後所望の温度まで冷却
する間に、成形された光学素子が不均一な収縮により所
望の形状から大きく変化するために、光学性能を満たす
ことが難しかった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の光学素子の成形方法は、第一の型と第二の型
とからなる成形型の間に切断面、研磨面あるいは割断面
を有する円柱状の光学素子素材を挿入し、加熱軟化させ
て加圧成形することにより光学素子を得る成形方法に於
て、加熱しながら途中に圧力を少なくとも一回以上減圧
するか零にして総変形量の略半分を加圧成形した後、冷
却中に残りの略半分の変形量を加圧成形することを特徴
とするものである。
に本発明の光学素子の成形方法は、第一の型と第二の型
とからなる成形型の間に切断面、研磨面あるいは割断面
を有する円柱状の光学素子素材を挿入し、加熱軟化させ
て加圧成形することにより光学素子を得る成形方法に於
て、加熱しながら途中に圧力を少なくとも一回以上減圧
するか零にして総変形量の略半分を加圧成形した後、冷
却中に残りの略半分の変形量を加圧成形することを特徴
とするものである。
【００１０】
【作用】上記のような構成であれば、成形後の光学素子
は光学特性に非常に優れたものとなる。
は光学特性に非常に優れたものとなる。
【００１１】
【実施例】以下第１の実施例について図１〜図３を参照
しながら説明すると、図１において、本発明の成形方法
に係わる成形装置は、上型１１と下型１２の軸ずれをな
くし、かつ所定の光学素子の厚みになるように任意の高
さに調整した胴型１４と、上型、下型及び胴型で囲まれ
る空間に両端面が上下型に接するように縦向きに供給さ
れた光学素子素材１とを有している。また上ヒータブロ
ック１５はシリンダロッドに連結されており、エアーシ
リンダによって上ヒータブロック１５を介して上型１１
に所望の圧力がかけられるようになっている。
しながら説明すると、図１において、本発明の成形方法
に係わる成形装置は、上型１１と下型１２の軸ずれをな
くし、かつ所定の光学素子の厚みになるように任意の高
さに調整した胴型１４と、上型、下型及び胴型で囲まれ
る空間に両端面が上下型に接するように縦向きに供給さ
れた光学素子素材１とを有している。また上ヒータブロ
ック１５はシリンダロッドに連結されており、エアーシ
リンダによって上ヒータブロック１５を介して上型１１
に所望の圧力がかけられるようになっている。
【００１２】光学素子素材は図２に示すような円柱体で
あり、直径３mm×長さ４mmの光学ガラスＳＦ−８（ガラ
ス転移温度４２０℃、屈伏温度４５４℃、軟化温度５５
１℃、線膨張率１００℃〜３００℃で９０×１０-7／
℃）である。また、側面はセンタレス加工により仕上げ
られており、表面粗さは３μｍである。端面は研磨によ
り鏡面に仕上げてあり、表面粗さは０．１μｍである。
光学素子素材を加圧成形し、成形が完了するまでの総変
形寸法は、２ｍｍである。
あり、直径３mm×長さ４mmの光学ガラスＳＦ−８（ガラ
ス転移温度４２０℃、屈伏温度４５４℃、軟化温度５５
１℃、線膨張率１００℃〜３００℃で９０×１０-7／
℃）である。また、側面はセンタレス加工により仕上げ
られており、表面粗さは３μｍである。端面は研磨によ
り鏡面に仕上げてあり、表面粗さは０．１μｍである。
光学素子素材を加圧成形し、成形が完了するまでの総変
形寸法は、２ｍｍである。
【００１３】型内に光学素子素材を型と研磨面が向き合
うようにして投入する。このとき成形型転写面１１ａ、
１２ａと光学素子素材端面で囲まれた密閉空間１１ｂ、
１２ｂができる。
うようにして投入する。このとき成形型転写面１１ａ、
１２ａと光学素子素材端面で囲まれた密閉空間１１ｂ、
１２ｂができる。
【００１４】次に、型を成形機内の成形ステージ１６に
移送し、上ヒータブロック１５を上型１１に接触させ
る。上ヒータブロックと下ヒータブロックは硝材が型の
押圧力に対して十分変形可能な温度まで上げる必要があ
るが、必要以上に温度を上げすぎると所望の性能を満足
しない光学素子となるため、素材の屈伏温度と軟化温度
の間に設定すると良い。本実施例では上ヒータブロック
と下ヒータブロックの温度は５３０℃に設定した。光学
素子素材の温度が５３０℃になった時点で、光学素子素
材の粘度は１０10ポアズとなっている。
移送し、上ヒータブロック１５を上型１１に接触させ
る。上ヒータブロックと下ヒータブロックは硝材が型の
押圧力に対して十分変形可能な温度まで上げる必要があ
るが、必要以上に温度を上げすぎると所望の性能を満足
しない光学素子となるため、素材の屈伏温度と軟化温度
の間に設定すると良い。本実施例では上ヒータブロック
と下ヒータブロックの温度は５３０℃に設定した。光学
素子素材の温度が５３０℃になった時点で、光学素子素
材の粘度は１０10ポアズとなっている。
【００１５】次に上ヒータブロックで上型を介して素材
を押圧する。この時の圧力は２Ｋｇ／ｍｍ2以上が良
い。成形途中、総変形寸法２ｍｍのうち１.６ｍｍを加
圧成形する。加圧開始後０．８ｍｍ変形したところで一
旦成形圧力を零にし、上ヒータブロックを上昇して上型
から離す。圧力を零にする直前、正圧になっていた成形
型と光学素子素材端面で囲まれる空間は常圧に戻る。成
形圧力を零にした時にも、成形型と光学素子素材は接触
したままである。
を押圧する。この時の圧力は２Ｋｇ／ｍｍ2以上が良
い。成形途中、総変形寸法２ｍｍのうち１.６ｍｍを加
圧成形する。加圧開始後０．８ｍｍ変形したところで一
旦成形圧力を零にし、上ヒータブロックを上昇して上型
から離す。圧力を零にする直前、正圧になっていた成形
型と光学素子素材端面で囲まれる空間は常圧に戻る。成
形圧力を零にした時にも、成形型と光学素子素材は接触
したままである。
【００１６】次に再び上ヒータブロックを下降し、上型
に密着させる。この時成形型と光学素子素材端面で囲ま
れる空間はなくなっている。そして冷却しながら加圧を
開始し、残りの変形量０.４ｍｍを成形する。４００℃
になった時点で加圧を終了し、上ヒータブロックを上昇
させる。続いて成形型を成形機から取り出し、そして常
温まで冷却後、型開きを行い光学素子を取り出す。成形
された光学素子は、設計通りの形状を有する光学特性に
優れたものであった。
に密着させる。この時成形型と光学素子素材端面で囲ま
れる空間はなくなっている。そして冷却しながら加圧を
開始し、残りの変形量０.４ｍｍを成形する。４００℃
になった時点で加圧を終了し、上ヒータブロックを上昇
させる。続いて成形型を成形機から取り出し、そして常
温まで冷却後、型開きを行い光学素子を取り出す。成形
された光学素子は、設計通りの形状を有する光学特性に
優れたものであった。
【００１７】以下第２の実施例について説明する。図３
に示す成形装置２０は各ステージが任意の設定温度に一
定に保持され、型は搬送装置によって各ステージに順次
搬送され予備加熱、成形、冷却が行われる。
に示す成形装置２０は各ステージが任意の設定温度に一
定に保持され、型は搬送装置によって各ステージに順次
搬送され予備加熱、成形、冷却が行われる。
【００１８】本実施例の詳細を述べる。光学素子素材は
図２に示すような円柱体であり、直径４mm×長さ４.５m
mの光学ガラスＳＦ−８（ガラス転移温度４２０℃、屈
伏温度４５４℃、軟化温度５５１℃、線膨張率１００℃
〜３００℃で９０×１０-7／℃）である。また、側面は
センタレス加工により仕上げられており、表面粗さは３
μｍである。端面は応力割断によりできた面であり、表
面粗さは０．１μｍである。
図２に示すような円柱体であり、直径４mm×長さ４.５m
mの光学ガラスＳＦ−８（ガラス転移温度４２０℃、屈
伏温度４５４℃、軟化温度５５１℃、線膨張率１００℃
〜３００℃で９０×１０-7／℃）である。また、側面は
センタレス加工により仕上げられており、表面粗さは３
μｍである。端面は応力割断によりできた面であり、表
面粗さは０．１μｍである。
【００１９】光学素子素材を加圧成形し、成形が完了す
るまでの総変形寸法は、２.５ｍｍである。型内に前述
の光学素子素材を型と研磨面が向き合うようにして投入
する。このとき成形型と光学素子素材端面で囲まれる密
閉された空間ができる。
るまでの総変形寸法は、２.５ｍｍである。型内に前述
の光学素子素材を型と研磨面が向き合うようにして投入
する。このとき成形型と光学素子素材端面で囲まれる密
閉された空間ができる。
【００２０】次に、型を成形装置２０内のの５００℃に
設定された予備加熱ステージ２１に移送し、上ヒータス
テージ２５を下降させて１分間保持する。このとき上ヒ
ータステージ２５と金型は接触しないように、わずかに
隙間をもたせている。
設定された予備加熱ステージ２１に移送し、上ヒータス
テージ２５を下降させて１分間保持する。このとき上ヒ
ータステージ２５と金型は接触しないように、わずかに
隙間をもたせている。
【００２１】次に上ヒータステージ２５を上昇させてか
ら型を次の５２０℃に設定された成形ステージ２２に搬
送する。上ヒータステージ２６を下降させて加圧する。
加圧力は素材が充分変形するように設定しておく。本実
施例では５Ｋｇ/ｃｍ2とした。総変形寸法２.５ｍｍの
うち２ｍｍを加圧成形する。加圧開始後１ｍｍ変形した
時点で一旦成形圧力を上ヒータステージ２６を上昇させ
てから再び下降させて型と接触し加圧する。１分間でこ
の動作を行う。この時点で成形型と光学素子素材端面で
囲まれる空間はなくなっている。
ら型を次の５２０℃に設定された成形ステージ２２に搬
送する。上ヒータステージ２６を下降させて加圧する。
加圧力は素材が充分変形するように設定しておく。本実
施例では５Ｋｇ/ｃｍ2とした。総変形寸法２.５ｍｍの
うち２ｍｍを加圧成形する。加圧開始後１ｍｍ変形した
時点で一旦成形圧力を上ヒータステージ２６を上昇させ
てから再び下降させて型と接触し加圧する。１分間でこ
の動作を行う。この時点で成形型と光学素子素材端面で
囲まれる空間はなくなっている。
【００２２】次に上ヒータステージ２６を上昇させてか
ら型を４２５℃に設定された冷却ステージ２３に搬送す
る。冷却ステージにおいても上ヒータステージ２７で加
圧を行い、残りの変形量を使って成形する。このとき素
材は冷却されながら表面形状が整えられる。次に１６℃
の温度に保たれた水冷ステージ２４に搬送し、１分間経
過後成形装置から取り出し、型開きを行い、光学素子を
取り出す。
ら型を４２５℃に設定された冷却ステージ２３に搬送す
る。冷却ステージにおいても上ヒータステージ２７で加
圧を行い、残りの変形量を使って成形する。このとき素
材は冷却されながら表面形状が整えられる。次に１６℃
の温度に保たれた水冷ステージ２４に搬送し、１分間経
過後成形装置から取り出し、型開きを行い、光学素子を
取り出す。
【００２３】以上に述べたように、冷却時に残りの変形
量を使って素材の表面形状を整えることにより、素材の
収縮によるひけを最小限にとどめることができる。本実
施例では総変形寸法２．５ｍｍのうち２ｍｍすなわち８
割を加熱加圧変形させたが、６割以下であると素材と型
で囲まれた密閉空間を除去できない可能性があり危険で
ある。また、９割を超える寸法を加熱加圧変形させる
と、冷却加圧時の変形量が不足し、光学素子形状精度が
悪くなるために望ましくない。
量を使って素材の表面形状を整えることにより、素材の
収縮によるひけを最小限にとどめることができる。本実
施例では総変形寸法２．５ｍｍのうち２ｍｍすなわち８
割を加熱加圧変形させたが、６割以下であると素材と型
で囲まれた密閉空間を除去できない可能性があり危険で
ある。また、９割を超える寸法を加熱加圧変形させる
と、冷却加圧時の変形量が不足し、光学素子形状精度が
悪くなるために望ましくない。
【００２４】（表１）に円柱状の光学素子素材を使用し
た従来の加熱加圧中に総変形量を全て使用して成形した
光学素子の表面形状の設計値からのズレ量と、本発明の
成形方法で成形した光学素子の表面形状の設計値からの
ズレ量を示す。
た従来の加熱加圧中に総変形量を全て使用して成形した
光学素子の表面形状の設計値からのズレ量と、本発明の
成形方法で成形した光学素子の表面形状の設計値からの
ズレ量を示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】表１に示されるように本発明の光学素子の
設計値からのズレ量は従来の光学素子に比べて非常にズ
レ量の少ないものとなっている。また、本発明の光学素
子の光学特性は６３３ｎｍの測定波長で０.０２５λが
得られた。
設計値からのズレ量は従来の光学素子に比べて非常にズ
レ量の少ないものとなっている。また、本発明の光学素
子の光学特性は６３３ｎｍの測定波長で０.０２５λが
得られた。
【００２７】
【発明の効果】本発明は以上に説明した成形方法である
ために、以下に記載されるような効果を奏する。第一の
型と第二の型とからなる成形型の間に切断面、研磨面あ
るいは割断面を有する円柱状の光学素子素材を挿入し、
加熱軟化させて加圧成形することにより光学素子を得る
成形方法に於て、加熱しながら途中に圧力を少なくとも
一回以上減圧するか零にして総変形量の略半分を加圧成
形した後、冷却中に残りの略半分の変形量を加圧成形す
ることで、冷却時の光学素子の収縮によるひけがほとん
どなく型の形状を保っているために、光学特性に優れた
光学素子を得ることができた。
ために、以下に記載されるような効果を奏する。第一の
型と第二の型とからなる成形型の間に切断面、研磨面あ
るいは割断面を有する円柱状の光学素子素材を挿入し、
加熱軟化させて加圧成形することにより光学素子を得る
成形方法に於て、加熱しながら途中に圧力を少なくとも
一回以上減圧するか零にして総変形量の略半分を加圧成
形した後、冷却中に残りの略半分の変形量を加圧成形す
ることで、冷却時の光学素子の収縮によるひけがほとん
どなく型の形状を保っているために、光学特性に優れた
光学素子を得ることができた。
【図１】本発明の成形方法を具現化した成形装置の断面
図
図
【図２】同成形装置を用いた成形に使用する光学素子素
材の外観図
材の外観図
【図３】本発明の成形方法を具現化した他の成形装置の
断面図
断面図
【図４】従来における成形装置の断面図
【図５】従来の成形方法における課題の説明図
１ 光学素子素材 １１ 上型 １１ａ 成形型転写面 １１ｂ 密閉空間 １２ 下型 １２ａ 成形型転写面 １２ｂ 密閉空間 １４ 胴型 １５ 上ヒータブロック １６ 下ヒータブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−69522（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−187528（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−246231（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−221664（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03B 11/00
Claims (3)
- 【請求項１】第一の型と第二の型とからなる成形型の間
に切断面、研磨面あるいは割断面を有する円柱状の光学
素子素材を挿入し、加熱軟化させて加圧成形することに
より光学素子を得る成形方法に於て、加熱しながら途中
に圧力を少なくとも一回以上減圧するか零にして総変形
量の略半分を加圧成形した後、冷却中に残りの略半分の
変形量を加圧成形することを特徴とする光学素子の成形
方法。 - 【請求項２】屈伏点温度と軟化温度の間に設定されたス
テージで略半分を加圧成形したあと、ガラス転移点温度
近傍の温度に設定されたステージで残りの略半分の成形
量を加圧成形することを特徴とする請求項１記載の光学
素子の成形方法。 - 【請求項３】冷却中に総変形量の２割の変形量を加圧変
形させることを特徴とする請求項１または２記載の光学
素子の成形方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04168794A JP3109251B2 (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 光学素子の成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04168794A JP3109251B2 (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 光学素子の成形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH069228A JPH069228A (ja) | 1994-01-18 |
| JP3109251B2 true JP3109251B2 (ja) | 2000-11-13 |
Family
ID=15874600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04168794A Expired - Fee Related JP3109251B2 (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 光学素子の成形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3109251B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11278853A (ja) * | 1998-03-31 | 1999-10-12 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 光学部品成形方法 |
| CN100419468C (zh) | 2004-02-12 | 2008-09-17 | Hoya株式会社 | 制造玻璃光学元件的装置和方法及由此制造的玻璃光学元件 |
-
1992
- 1992-06-26 JP JP04168794A patent/JP3109251B2/ja not_active Expired - Fee Related
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