JPH01160835A - 両凸レンズ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、大きすぎるガラス容積を有するレンズブラン
クを金属製ホルダと一緒にガラス処理温度に加熱し、こ
の金属製ホルダを前記レンズブランクと共に成形型の加
熱されたダイス型の間に配置し、前記ダイス型として成
形表面において成形すべきガラスレンズの凸面形状に対
応する凹面形状を有するものを使用し、次いでこれらの
２個のダイス型を圧縮行程において互いに近づけ、前記
レンズブランクを前記ホルダ内にふいて両凸ガラスレン
ズに成形し、成形中に過剰量のガラスを押出し、このよ
うにして得たガラスレンズおよびホルダを具えるレンズ
素子を冷却することにより、両凸ガラスレンズおよび金
属製ホルダを具える両凸レンズ素子を製造する方法に関
するものである。

このような方法は米国特許第４３９８９３５号明細書に
開示されている。この方法によれば、さらに後処理を行
わなくても、形状および大きさに対する精度に関する高
度の要件を満たす両凸レンズを製造することができる。

この既知方法では、過剰量のガラスはダイス型の間の半
径方向の間隙を通って押出されて、冷却後に成形された
生成物上に半径方向のフランジを形成するので、レンズ
ブランクの重量変動を中和することができる。このよう
な半径方向のフランジを有する両凸レンズは、例えば、
米国特許第４３９１６２２号明細書に開示されている。

半径方向の間隙中のガラスが早すぎる時期に冷却し、固
化する場合には、固化したガラスはガラス物体中の圧力
増加を阻止する。これは、ダイス型が固化したガラスに
衝突し、さらにガラスを圧縮することができなくなるか
らである。圧力の増加は最適でなくなる。

処理温度は、ガラスがガラス成形処理を所望のように行
うことができる粘度になる温度である。

使用するのに適当な光学ガラスは１０２・５〜１０５・
０Ｐａ、ｓ　（１０３・Ｓｍ２Ｏ３・０ポイズ）の粘度
において処理される。

本発明の目的は上述の欠点がなく、形状および大きさに
対する精度を増大し、成形された生成物の表面の性質を
高めることができ、成形処理の再現性を改善することが
できる方法を提供することにある。

本発明においては、互いに抜差自在に滑り込ませること
ができ、異なる直径を有する２個の共軸の金属製リング
を具える２個の部分に分かれるホルダを使用し、前記リ
ングによって環状間隙を包囲し、前記ホルダを前記ガラ
スブランクと共に前記リングの抜差自在に伸ばした位置
において前記成形型内に配置し、前記圧縮行程中に前記
２個のリングを互いに抜差自在に滑り込ませ、次いで過
剰量のガラスを前記レンズブランクの中央部から前記環
状間隙中に押出すことにより、上述の目的を達成する。

ホルダは内側リングと外側リングとからなる。

成形処理においては、先ずガラスを２個のリングおよび
ダイス型によって完全に包囲する。ガラス容積をさらに
小さくすると、先ず最大の空いているスペースがガラス
で満たされる。次いで、ガラスを圧縮する。過剰量のガ
ラスはレンズブランクの比較的温度の高い中央部から環
状間隙中に押出される。２個のリング間の環状間隙は、
所定の粘度と関連した圧力を得ることができるように決
めることができる。この間隙によって、成形処理中に高
い圧力をガラス内に実現させることができる。

次いで、ガラスの容量をさらに小さくすると、ガラスは
ダイス型によって生じる圧力の影響下に間隙から流出す
る。２個のリングはダンパーとして作用し、２個のダイ
ス型は反対圧力によって減速されるので、成形処理を達
成するための時間が得られる。２個のリングは、多少の
ガラスが押出されるように伸ばした位置に配置すること
ができる。

レンズブランクのガラス重量は成形物の理論的重量より
重くする必要がある。１％以下の限界内の重量の変動は
許容できる。

押出された過剰量のガラスは、ガラスがなお成形するこ
とができかつ環状間隙内で固化しないように、環状間隙
の温度の高い区域内に集められる。

ホルダはいくつかの機能を果たす２個のリングからなる
。ホルダは圧力を増大させるのに役立ち、またガラスを
取り扱うのに役立つ。最終の出来上がった成形物におい
て、ホルダは取付台として作用する。実用を考慮すると
、ガラスレンズの光学軸線がホルダの中心線と一致して
いるのが望ましい。

本発明方法の好適例においては、２個の凸面形状を有し
、これらの曲率半径がそれぞれ成形型のダイス型の曲率
半径より小さいレンズブランクを使用する。この場合に
は、レンズブランクは先ずダイス型の中央部と接触する
ので、成形型キャビティは内側から外側に半径方向に満
たされ、これはガラス表面を漸次均一に成形する上で好
ましいことである。しかも、この場合には成形中に成形
型中に空気が吸蔵されるのを回避することができる。

所定の生成物の場合および所定のホルダを使用する場合
の少なくとも一方において、上述のすべての欠点を有す
るガラスフランジがダイス型の間に形成する危険がある
。フランジの形成は、レンズブランクの凸面形状の程度
がダイス型の対応する凹面形状の程度より小さい本発明
方法の他の例において回避される。従って、成形型キャ
ビティが内側から外側に満たされる間に、ガラスはホル
ダとダイス型との間で圧縮されず、固化するフランジを
形成しない。

成形処理の再現性ならびに成形物の形状及び大きさに対
する精度は、レンズブランクをこれが最終生成物の形状
にできるだけ近づくように予備成形することにより良い
影響を受ける。このようなレンズブランクは、中実の円
柱形ガラスプレフォームを抜差自在に伸ばしたホルダ内
に配置し、該ホルダを前記ガラスプレフォームと共にガ
ラス処理温度に加熱し、前記ホルダをガラスプレフォー
ムと共に、前記ホルダの中心線に対して直角をなす軸線
の回りで約１８０°の角にわたって数回傾斜させて、比
重および表面張力の作用によってガラスを前記ホルダに
関して二つの軸線方向でたるませ、前記ホルダに接着し
ていて両凸面形状を有するレンズブランクを得ることに
より、前記ホルダ内でレンズブランクを予備成形する本
発明方法の他の好適例において得られる。

実験の結果、本発明方法によりレンズブランクを再現性
のある方法で所望の形状、すなわち最終ガラスレンズの
凸形にできるだけ近い凸形に製造することができるが、
大ざっばに予備成形したガラス生成物の曲率半径はガラ
スレンズの曲率半径より小さいことが分かった。

レンズブランクを予備成形する上述の方法は何回も繰り
返し使用する、例えば回分的に使用するのに適している
。この方法は、予備成形したレンズブランクを成形処理
前に制御することができ、予備成形処理および成形処理
を別個に最適に実施できるという利点を有する。特に、
約１分のサイクル時間の成形処理を行う場合には、約５
分のサイクル時間の予備成形処理を考慮する必要はない
。

中実の円柱形ガラスプレフォームは種々の方法、例えば
、所望の直径を有するガラス棒を既知技術により、例え
ば引っ掻きとへき開の組合せにより、引っ掻きと熱的衝
撃との組合せにより、所要に応じてさらにこれと組み合
わせてぬらすことなどにより、等しい部分に正確に細分
する方法によって得ることができる。破断表面は全く清
浄であることが保証される。実際にどのような不純物も
最終生成物中に入ることはあり得ない。また、ガラス棒
も種々の方法、例えば、ガラスブロックを中ぐりして棒
を切出した後に研磨操作を行う方法、引抜き方法などに
よって得ることができる。

成形操作後にガラス表面の形状が再加熱によって、換言
すれば固化した外側部分がまだ温度の高い芯部により加
熱されることによって変化するのを回避するために、本
発明方法の他の好適例においては、閉じた成形型内にお
いて圧縮行程後にレンズ素子を、ガラスレンズが収縮に
よって成形型から離れる温度まで冷却する。

収縮によってガラスレンズが離れる時点におけるダイス
型の形状がガラス表面の最終的形状を決める。このダイ
ス型の形状もガラス温度およびガラスとの接触時間によ
って決まる。

環状間隙内の過剰量のガラスがホルダの全周囲に沿って
できるだけ均一に押出されるのを保証するために、ホル
ダの２個のリングをスペーサによって互いに同心に位置
させる。このような手段を講することにより、２個のリ
ングの間の環状間隙は全周囲に沿って同じ幅になる。ス
ペーサは例えば内側リング好ましくは外側リングの上の
カムの形態にして、摩擦抵抗を小さく、かつ２個のリン
グを抜差しするのに比較的小さい圧力のみが必要であっ
て実際上軸線方向に力を加えなくてもよいようにするこ
とができる。

本発明方法のさらに他の好適例においては、２個のリン
グがＮｉ合金で作られているホルダを使用する。この材
料は次の必要条件：半径方向の大きい剛性、すなわち１
００〜２５ＯＮの成形圧力に耐えることができるのに十
分な変形抵抗性；あとで取付台として作用するホルダと
ガラスとの信頼できる結合を得るのに十分なガラスに対
する接着性；応力が増大することができる温度範囲内に
おける被処理ガラスの膨脂係数とは大きく相違しない膨
脂係数；および約７００〜８００℃の使用ガラス温度お
よび約４００〜４５０℃のダイス型温度を考慮した耐熱
性の組合せを満たすことが分かった。

成形型には別の材料を使用する。成形型は少なくともそ
の成形表面がＣｒ鋼から作られているものを使用するの
が好ましい。この材料は比較的高い硬度、高い弾性係数
および比較的高い熱伝導率を有する。

本発明方法によって製造したレンズ素子は、互いにこれ
らの長さの部分にわたって抜差自在に滑り込ませる２個
の共軸の円筒形リングからなる金属製取付台内に保持さ
れている両凸ガラスレンズである。２個のリングは少な
くとも一部分にガラスが満たされている環状間隙を形成
する。レンズ素子の光学的軸線は取付台の中心線と一致
している。

本発明方法は両部球面ガラスレンズを具えるガラス素子
を制御され再現性のある方法で製造するのに特に適して
いることが分かった。

次に本発明を図面を参照して例について説明する。

以下に説明する本発明の両凸レンズ素子の製造方法の例
においては、２個の部材すなわちホルダ１およびガラス
プレフォーム３から出発する。ホルダ１は第７図に拡大
して示されており、内側リング５と外側リング７とから
なる。これら２個の円筒形リングは互いに異なる直径゛
を有し、外側リング７の内径りは内側リング５の外径ｄ
より大きく；これらのリングは互いに抜差自在に滑り込
ませることができ、環状間隙９を形成する。これらの２
個のリングは一方のリング上の複数個のカム１１によっ
て互いに共軸に配置され、これらのカムはスペーサとし
て作用する。外側リング７上には周囲全体にわたって数
個のカム１１を均一に分布するように設けるのが好まし
い。第１図に示す抜差自在に伸ばした位置におけるホル
ダ１の高さ、すなわち長さはジグ（図示せず）によって
調整することができる。

ガラスプレフォーム３はガラス棒をへき関させることに
よって製造する。先ずガラス棒を炉内で局部加熱する。

次いで、このガラス棒を周囲温度まで冷却する。すると
、ガラス棒の表面において引張応力が軸線方向に発生す
る。これと同時に、応力が発生している所定区域におい
て引っ掻き車によってガラス表面に切り込み線を付け、
この切り込み線の近くに水分を供給する。この切り込み
線のためにガラスの引張強さは著しく低下し、この結果
切り込み線の区域において破断が起こる。

冷却および水分のために切り込み線が次第に進行する。

生成するプレフォームの重量は引っ掻き車に対するガラ
ス棒の位置によって調整することができる。このプレフ
ォーム製造方法によって極めて清浄な表面を得ることが
できる。多くの他の方法においては、この方法とは異な
り、処理によって不純物が生成物中に入ることがある。

また、ガラスプレフォームは他の適当な方法によって製
造することもできる。

第１図〜第４図はレンズブランク１５を製造する方法の
各段階を示す。第１段階では、適当な直径を有する円筒
形ガラスプレフォーム３をホルダ１内に配置し、２個の
リング５および７を第１図に示すように抜差自在に伸ば
した位置にしておく。

第２段階では、炉内でホルダ１をガラスプレフォーム３
と一緒に加熱してガラスをたるませる。

この状態を第２図に示す。ガラスがたるんで第３図に示
すようにホルダ１を貫通すると直ちに、ホルダ１をその
中心線Ｘ−Ｘに対して直角をなす軸線の回りで約１８０
°の角にわたって数回傾斜させる。この結果、比重およ
び表面張力の作用によってガラスは対向する二つの軸線
方向でたるむ。第４図はホルダ１内においてこのように
して予備成形したレンズブランク１５を示す。

次いで温度のまだ高いレンズブランク１５を処理温度ま
で直接加熱し、成形処理することができる。

しかし、この例ではレンズブランクを冷却し、点検する
。上述の方法はレンズブランクを回分的に製造するのに
適している。得られるガラスの形状、すなわち表面上に
おけるガラスの分布はホルダを傾斜させる操作およびガ
ラスプレフォームの重量によって決まる。

レンズ素子を製造するには、レンズブランクを比較的迅
速に、すなわち３０〜９０秒の間、均一に例えば高周波
炉内において、実際に７００〜８００℃の成形温度まで
加熱する。この加熱方法によって、成形ダイス型に対す
るレンズブランクの満足できる配置を達成することがで
きる。

ガラス温度より低い実際に４００〜５００℃の温度のダ
イス型の間でレンズブランクを成形することにより所望
のガラスレンズ形状が得られる。ガラスとダイス型とが
接触しているため、ガラス表面は直ちに固化する。しか
し、所要の精度は、可能な最短時間の間に成形型を満た
してガラスの成形を固化より迅速に行うことにより得ら
れる。しかも、レンズブランクの曲率半径ｒ、及びＲ２
（第４図）が成形ダイス型１７および１９の曲率半径Ｒ
，およびＲ２（第５図）より小さいため、成形用キャビ
ティは内側から外側に半径方向に満たされる。

ガラスの満足できる成形を達成するためには、成形型に
ガラスを満たした後に、表面の固化中にしばらくの間ガ
ラスに圧力を作用させる必要があるっこれはホルダ１に
よって実現される。ガラスは成形圧力の作用下に間隙９
を通って流れるので、ガラス内において内圧を増大させ
ることができ、この内圧は間隙９による圧力降下によっ
て決まる。

内側リング５および外側リング７はそれぞれ互いに抜差
自在である。

この段階において、凸形表面２３はダイス型への熱伝達
によって固化するが、中央部材ではガラスは間隙９を通
って押出されるのに十分な粘稠状態を維持している。成
形時間はこの段階の継続時間であって、実際には約１秒
である。第６図はこのようにして得た成形されたレンズ
素子２１を示す。

過剰量のガラスは環状間隙９を通って押出され、レンズ
素子２１においてカラー２５を形成する。

凸レンズ表面の形状が再加熱によって、すなわち固化し
た外側が温度の高い芯部により加熱されることによって
変化するのを防止するために、生成物をダイス型の間で
なお暫くの間すなわち約５秒の間冷却する必要がある。

この処理工程において、生成物は収縮によりダイス型か
ら離れる。収縮によって離れる時点におけるダイス型の
形状が表面の最終形状を決定する。このダイス型の形状
は成形中のガラス温度およびガラスとの接触時間によっ
て決まる。成形された生成物がダイス型から離れた後に
、これを脱型し、冷却する。

成形された生成物は、生成物中に応力が導入されないよ
うに、また収縮ができるだけ制御されて行われるように
、冷却する必要がある。これは、応力が増大することが
できる温度範囲内にふいて、すなわちガラスの転移温度
付近にふいて、生成物を注意して冷却する必要があるこ
とを意味する。

収縮およｄガラスに導入された応力は共に常温と応力増
大温度との間の範囲内におけるホルダ材料とガラス材料
との膨脹の差によって影響を受ける。この膨脹の差はで
きるだけ小さくする必要がある。生成物は炉内で制御し
て冷却する必要がある。

本発明方法により両部球面ガラスレンズと２個の部分に
分かれた取付台とからなるレンズ素子を製造した。この
際次の材料およびパラメータを使用したニ ガラス　　　　　　ニスコツト（Ｓｃｏｔｔ）社のＬＦ
５光学ガラス ホルダの材料　　　：Ｎｉ合金 成形ダイス型の材料：Ｃｒ鋼 ガラス部分の重量　：０．３ｇ ガラス部分の直径　＝６ｆｆ１ｍ ガラスの処理温度　ニア２５℃ 環状間隙の幅　　　：０．２ｍｍ 成形ダイス型の温度：４５０℃ 圧力　　　　　　　　：１２ＯＮ 成形時間　　　　　：１秒 成形型内の冷却時間：５秒 成形時間　　　　　＝６秒

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明方法に使用するレンズブランク
を予備成形する方法の一例の逐次の工程を示す説明図、 第５図および第６図は本発明方法の一例における逐次の
工程を示す説明図、 第７図は本発明方法によって製造したレンズ素子の一例
の拡大断面図である。 １・・・ホルダ ３・・・ガラスプレフォーム　５・・・内側リング７・
・・外側リング　　　　　９・・・環状間隙１１・・・
カム　　　　　　　　１５・・・レンズブランク１７、
１９・・・ダイス型 ２１・・・成形されたレンズ素子 ２３・・・凸形表面　　　　　　２５・・・カラーｄ・
・・内側リング５の外径 Ｄ・・・外側リング７の内径 ｒＩｎ　ｒ２・・・レンズブランクの曲率半径Ｒ，，Ｒ
２・・・成形ダイス型の曲率半径特許出願人　　　エヌ
・ベー・フィリップス・フルーイランペンファブリケン ＦｌＧ、Ｉ Ｘ ＦｌＯ，３ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、４ （り ＝　　　　　　　　匡

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、−大きすぎるガラス容積を有するレンズブランクを
   金属製ホルダと一緒にガラス処理温度に加熱し、 −この金属製ホルダを前記レンズブランク と共に成形型の加熱されたダイス型の間に配置し、 −前記ダイス型として成形表面において成 形すべきガラスレンズの凸面形状に対応する凹面形状を
   有するものを使用し、 −次いでこれらの２個のダイス型を圧縮行 程において互いに近づけ、 −前記レンズブランクを前記ホルダ内にお いて両凸ガラスレンズに成形し、 −成形中に過剰量のガラスを押出し、 −このようにして得たガラスレンズおよび ホルダを具えるレンズ素子を冷却する ことにより、両凸ガラスレンズおよび金属製ホルダを具
   える両凸レンズ素子を製造するに当り、 −互いに抜差自在に滑り込ませることがで き、異なる直径を有する２個の共軸の金属製リングを具
   える２個の部分に分かれるホルダを使用し、 −前記リングによって環状リングを包囲し、−前記ホル
   ダを前記ガラスブランクと共に 前記リングの抜差自在に伸ばした位置において前記成形
   型内に配置し、 −前記圧縮行程中に前記２個のリングを互 いに抜差自在に滑り込ませ、 −次いで過剰量のガラスを前記レンズブラ ンクの中央部から前記環状間隙中に押出す ことを特徴とする両凸レンズ素子の製造方法。 ２、２個の凸面形状を有し、これらの曲率半径がそれぞ
   れダイス型の曲率半径より小さいレンズブランクを使用
   する請求項１記載の方法。 ３、レンズブランクの凸面形状の程度がダイス型の対応
   する凹面形状の程度より小さい請求項２記載の方法。 ４、−中実の円柱形ガラスプレフォームを抜差自在に伸
   ばしたホルダ内に配置し、 −該ホルダを前記ガラスプレフォームと共 にガラス処理温度に加熱し、 −前記ホルダをガラスプレフォームと共に、前記ホルダ
   の中心線に対して直角をなす軸線の回りで約１８０°の
   角にわたって数回傾斜させて、比重および表面張力の作
   用によってガラスを前記ホルダに関して二つの軸線方向
   でたるませ、 −前記ホルダに接着していて両凸面形状を 有するレンズブランクを得る ことにより、前記ホルダ内でレンズブランクを予備成形
   する請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の方法。 ５、閉じた成形型内において圧縮行程後にレンズ素子を
   ガラスレンズが収縮によって成形表面から離れる温度ま
   で冷却する請求項１〜４のいずれか一つの項に記載の方
   法。 ６、ホルダの２個のリングをスペーサによって互いに同
   心に配置する請求項１〜５のいずれか一つの項に記載の
   方法。 ７、２個のリングがＮｉ合金で作られているホルダを使
   用する請求項１〜６のいずれか一つの項に記載の方法。 ８、少なくとも成形表面がＣｒ鋼で作られている成形型
   を使用する請求項１〜７のいずれか一つの項に記載の方
   法。 ９、互いに抜差自在に滑べり込ませた２個の共軸の円筒
   形リングからなる金属製取付台内に保持されている両凸
   ガラスレンズであることを特徴とする請求項１〜８のい
   ずれか一つの項に記載の方法によって製造したレンズ素
   子。