JPH02137740A - 光学素子の成形方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、光学機器に使用されるガラスレンズ等の光学
素子を精密ガラス成形により形成する光学素子の成形方
法に関する。

（従来の技術） 近年、光学ガラス等の光学素子を研磨工程を経ずに一発
成形で成形する試みがなされている。その方法としては
、ガラス素Ｎを溶融状態から型に流し込み加圧成形する
方法が最も能率的とされているが、冷却時のガラスの収
縮を制御することが難しく、精密なガラス成形には適し
ない。従って、ガラス素材を予め一定の形状に予備加工
しておいてこれを型の間に供給し、加熱して抑圧成形す
るのが一般的な方法である。（例えば、特開昭５８−８
４１３４号公報） その際、高精度ガラス成形品を得るためには。

金型の成形面形状が確実にガラスに転写されることが必
要であるが、このためには変形終了後の冷却過程におい
て、金型の成形面がガラス成形品に密着していることが
特に重要である。これを、達成する手段として特開昭６
０−１４５９１９号公報には、ガラスより熱膨張の大き
い間隔規制部材を上下型の間に用いる方法が開示されて
いる。

以下、この従来の成形方法について図面を参照しながら
説明する。

第６図は上記従来法によりガラス素材を成形して、レン
ズが形成された状態を示す概略断面図である。

４４は成形されたレンズ、４１と４２は一対の成形型（
上型４１．下型４２）、４３は間隔規制部材、４５は支
持部材である。このような部材を用いて、ガラス素材を
支持部材４５で保持して適当な方法でガラスの軟化点近
傍の温度まで加熱した後、これを上型４１と下型４２の
間に供給し。

不図示の加圧機構により上型４１と下型４２に圧力を加
えて加圧成形する。成形後の冷却過程においては、型、
レンズ等すべての部材が収縮する。

しかるに、第６図のような構成で、間隔規制部材４３と
して一般的な材料を用いると、ガラスの収縮は他の要素
に比べて大きいので、上型４Ｉ、下型４２の圧力が有効
にレンズ４４に伝わらない。

そこで、間隔規制部材４３をレンズ４４の熱膨張係数よ
り大きい材料で構成し、この間隔規制部材４３の冷却を
精密に制御すれば、上２欠点は克服される。即ち、成形
終了後、加圧状態をガラスの歪点以下まで維持して間隔
規制部材の温度を正確に測定し、この間隔規制部材が予
め設定した温度に達した時に加圧を停止して冷却すれば
、間隔規制部材はガラスよりも大きく収縮するから、ガ
ラスは上型４１及び下型４２の成形面からの圧力を十分
に与えられて該成形面の転写をｉＥ確に行なうことがで
きる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のような方法では、精密な光学面の
転写を実現するため、間隔規制部材の温度を精密に制御
しなければならず、そのため長い成形時間を必要とする
。これは、ガラスの熱膨張が下記のように特殊の変化を
するためである。

ここで、ガラスの熱膨張の状態を第７図を用いて説明す
る。第７図においてａはガラスの熱膨張を表わし、ｂは
ガラスの熱膨張と比較するために金属の熱膨張を示す。

第７図に示すように、ガラスはガラス転移点までは金属
材料などと同じように、温度−Ｌ昇に対して略直線的に
膨張する。そして、転移点を越えると急激に膨張が大き
くなり、転移点以下に比べて数倍になる。更に温度が上
り屈伏点を越えると膨張はより大きくなるが、ガラスが
変形を開始して見かけ上の膨張はしなくなる。

しかるに、このような熱膨張を示すガラスの加圧成形は
、屈伏点又は転移意思−Ｌの温度で行なわれ、金型とガ
ラスとは上記のように冷却時の収縮状況が異なるため、
成形終了後の冷却時において、ガラスの収縮を精密に制
御し、金型とガラス成形品を長時間加圧状態にして徐々
に冷却しなければならない。

本発明は上記のような事情に鑑み、型の４度制御を容易
にし、且つ短時間に高精度の光学素子を成形する方法を
提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記従来の課題を解決するために、本発明の光学素子の
成形方法は、一対の成形型と胴型とから形成されるキャ
ビティ内にガラス素材を配置して加圧することにより光
学素子を成形する方法であって、前記一対の成形型のい
ずれか一方又はその両方が成形時の加圧動作に拘らず前
記胴型内で…１記光学素イの光軸方向に摺動でき、前記
加圧成形後の冷却時に前記ガラス素材の粘度が１０″〜
１００ポアズにおける前記ガラスと前記成形型との密着
力により当該冷却時のガラスの収縮に伴って前記成形型
が前記ガラスに密着したまま前記胴型内を光軸方向に移
動することを特徴とする。

（作　用） １述したように、ガラスの加圧成形はガラスの屈伏点又
は転移点以上の温度に加熱された状態で行なわれ、その
後の冷却過程において、ガラスは金型の収縮より大きく
収縮する。従って、ガラスの被成形面は金型の成形面か
ら分離した状態で冷却せしめられるので、充分な転写が
成されず、不均一な機能面を形成しつつ硬化する。この
ような、ガラスの収縮は、特にガラスの屈伏点から転移
点に至る冷却過程において発生する。従って、少なくと
も加圧成形後の冷却開始時から転移点間、即ちガラスの
粘度が１００〜１０１３ボアズにおいて金型の成形面が
ガラスの被成形面に密着した状態で冷却せしめられれば
、ガラスの被成形面に−Ｆ記のような不均一な収縮が生
じることはない。

ところで、本発明者等は加熱したガラスを金型で押圧し
た後冷却すると、この金型の成形面がガラスに密着した
ままガラスの収縮に追従するという事実を確認している
。このガラスの金型に対する密着力は、金型を密着した
まま持ち上げる程の力を有する。

しかして本発明は、加圧成形後の冷却時において、一対
の成形型のいずれか一方又はその両方かが胴型内でガラ
スの光軸方向に移動可能とされている。このような構成
において、例えば上型が胴型内て移動可能とすると、加
圧成形後の冷却時において該上型はガラスの上方被成形
面に密着したままこのガラスの収縮に追従して下方に移
動する。この時、下型はガラスの下方被成形面に密着し
た状態にあり、ガラスの内被成形面は金型の成形面から
充分に転写されて不均一な収縮を生じることなく冷却硬
化する。又、下型が胴型内で移動可能とすると、下型は
ガラスの下方被成形面に密着したままこのガラスの収縮
に追従して」１方に移動する。この時、上型はガラスの
上方被成形面に密着した状態にあり、ガラスの内被成形
面は、上記同様に不均一な収縮を生じることなく冷却硬
化する。

このように、本発明は、粘度が１００〜１０ポアズにお
けるガラスと金型の密着力を利用して、上記のように成
形品の被成形面を形成する一対の成形型のいずれか一方
又は両方を加圧成形後の冷却に伴うガラスの収縮に追従
して胴型内で光軸方向に移動することにより、上型及び
下型の成形面を成形品の被成形面に常に接触させてこれ
ら成形面の転写を充分に行なうことを可能としている。

又、上記のような方法では、金型はガラスの収縮に追従
して該ガラスに密ｎしたまま自由に移動するから、冷却
時の収縮を精密に制御する必要がなく、又成形終了後の
冷却時間を長くする必要がない。

（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、本発明の光学素ｒの成形方法を適用した成形
胴型の一実施例め概略断面図である。

第２図は、第１図に示す成形胴型の加圧前の状態を示す
概略断面図である。

第３図は、第１図に示す成形胴型の加圧後の冷却時にお
ける状態を示す概略断面図である。

第４図及び第５図は、本発明の他の実施例を示す成形胴
型の概略断面図である。

本実施例の成形胴型は、プレート４ヒに固設された胴型
３内にて」−型態と下型２とが摺動可能に設けられて成
るものである。上型１及び下を２の夫々には、胴型３の
上端部３ｂに当接するつば部１ａ及び胴型３の内周に設
けられた溝部３Ｃ内でクリアランス３ｄを有して係合す
るつば部２ａが設けられている。このような構成により
、下型２は、上型ｌに対する加圧動作に拘らず、上記ク
リアランス３ｄの範囲内でガラス成形品５の光軸方向に
移動することができる。成形品の肉厚は、プレス時に、
つば部１ａが３ｂに突き当たることにより決定される。

プレス時の温度を一定としておけば、冷却による収縮量
も一定となるため、成形品の肉厚は安定する。又、プレ
ス温度の多少のバラツキはプレスから冷却までの温度差
に比較して充分に小さなものであるため許容される。

」１記のような構成において、成形１１１（第２図）に
は下型２はプレート４上に載置された状態にあり、−ト
型２上にガラス素材６が載置せしめられる。押圧成形時
にはシリンダーにより昇降する不図示のロッドを作動さ
せて上型ｌをド降する。このとき上型ｌは、つば部１ａ
が胴型３の上端部３ｂに当接するまで胴型３の内径を摺
動し、ガラス素材６が押圧され、上型ｌと下型２がガラ
ス成形品６の被成形面に密着し、面形状の転写と成形品
の肉厚が決定される。かくして成形されたガラス成形品
５は、冷却時において、成形胴型内で冷却され、この降
温に伴い収縮する。ガラスの熱膨張は、成形温度からガ
ラス転移点と呼ばれるガラスが変形する温度までの間で
、おおよそ２０ＸＩＯ−６Ｘ℃〜１００ＸＩＯ−”／’
Ｃにもなり型の材料に比べて１０倍も大きい膨張率を有
し、冷却収縮の過程でガラスの収縮量が型の収縮量より
大きく型から離れようとする。ところが、高温において
ガラスと型の間には適当な密着力を有し、ガラスの収縮
に伴い下型２が持ち上げられる。この時、下型２と胴型
３の間のクリアランス３ｄの範囲内でＴ：１Ｍ２が上方
に移動し、成形品５と下型２及び上型雪が接触したまま
冷却される。かくして、上型ｌ及び下型２の成形面は正
確に成形品５に転写され、かつ上型と下型間の距離で規
制される一定厚さの成形品５が得られる。

以下、本発明のより具体的な実施例について、素材とし
て５Ｆ−８を使用した光学レンズの成形について説明す
る。

ここで、第１図に示す成形型の胴型３の内径を、同軸度
２μｍ程度に加工して上型１と下型２の軸心のずれを最
小にし、又胴型３の上面３ｂと胴型３の内径３ａは直角
度１０秒以内、上型ｌのつば部１ａ下面は上型ｌの軸に
対して直角度１０秒以内に加工し、光学偏心の小さいレ
ンズが得られるように構成しておく。

５Ｆ−８の熱膨張率は１００〜３００℃においては８．
２Ｘ　Ｉ　Ｏ−’／’Ｃ１５８０℃付近では６０ｘ＋ｏ
−’／’Ｃであり、屈伏点は４７０℃であり、軟化点は
５６７℃である。レンズ外形は、２０ａｆｆｉ、厚さは
２．５開である。成形型ｌ及び２は熱膨張率が５ＸｌＯ
−’／’Ｃの超硬合金、胴型３及びプレート４は熱膨張
率が０℃〜５５０℃で５，６ＸＩＯ−’／”Ｃのモリブ
デンである。

このような構成の成形を用いて上記ガラス素材を５３０
℃まで加熱し、１００にｇの注力で５分間プレスする。

次いで、プレス圧を除去したまま冷却し、型の中から成
形品を取出した。成形されたレンズは面積度Ｏ１１μｍ
の高精度を得ることができた。

第４図に、本発明の他の実施例の概略断面図が示しであ
る。

この実施例の成形胴型は、上記の実施例と略同様に構成
されたプレート１４と、胴型１３と、上型Ｉｔと、胴型
１３の内径を摺動する下型１２とから成る。上型１１は
、上記実施例のように胴型１３の内径を摺動する形式の
ものてはなく、該上型成形面の外周部がそのまま胴型１
３１端部の突き当て面＋３ａに当接するように構成され
ている。

本実施例においても、上記実施例と同様に、加圧成形後
の冷却時に下型１２がガラス１６に密着して、該ガラス
の収縮に伴い胴型１３内を移動する。

さらに、本発明の他の実施例について、第５図を参照し
ながら説明する。

この実施例は下型２２が胴型２３に対して固定され、上
型２１の外周保持部材２８が胴型２３に当接するように
構成され、さらにこの外周保持部材２８内に沿って上型
２１が成形品２６の光軸方向に摺動可能にされて成るも
のである。又、外周保持部材２８の胴型２３に当接する
部分は上型２１がプレート２５に突き当たった状態にお
いて、上型２１の成形面と同Ｒとなるように構成されて
おり、実施例２と同様に４−型２１は胴型２３に当接す
ることで」二型２１と胴型２・３は調芯され、成形品２
６の光軸の精度が保障される。又、上型２１と外周保持
部材２８の合せ精度は実施例１と同様である。

加圧成形時においては、外周保持部材２８内で摺動する
上型２１はこの上型」：面のプレート２５に当接したま
ま下方向に加圧されてガラス素材２６の加圧成形を行な
う。そして、冷却時のガラスの収縮に伴い、Ｊ：［２１
の成形面がガラスに密着したままガラスの収縮方向に移
動する。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は、冷却時の成形品の収縮
に伴いガラスと型の密着力により上型及び／又は下型が
胴型内で成形品に常に接触した状態で移動することがで
きるから、成形面の転写を完全に行なうことができ、高
精度の光学素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の光学素子の成形方法を適用した成形
胴型の一実施例の概略断面図である。 第２図は、第１図に示す成形胴型の加圧１１；１の状態
を示す概略断面図である。 第３図は、第１図に示す成形胴型の加圧後の冷却時にお
ける状態を示す概略断面図である。 第４図及び第５図は、本発明の他の実施例を示す成形胴
型の概略断面図である。 第６図は上記従来法によりガラス土材を成形して、レン
ズが形成された状態を示す概略断面図である。 第７図は、ガラスと金属の熱膨張を示すグラフである。 １．１１．２１・・・上型 ２．１２．２２・・・下型 ３．１３．２３・・・胴型 ３ｂ・・・クリアランス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の成形型と胴型とから形成されるキャビティ
   内にガラス素材を配置して加圧することにより光学素子
   を成形する方法であって、前記一対の成形型のいずれか
   一方又はその両方が成形時の加圧動作に拘らず前記胴型
   内で前記光学素子の光軸方向に摺動でき、前記加圧成形
   後の冷却時に前記ガラス素材の粘度が１００〜１０＾１
   ＾３ポアズにおける前記ガラスと前記成形型との密着力
   により当該冷却時のガラスの収縮に伴って前記成形型が
   前記ガラスに密着したまま前記胴型内を光軸方向に移動
   することを特徴とする光学素子の成形方法。