JPH03228835A - 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】 本発明は光学素子の成形方法に関するものである。レン
ズ、プリズム、フィルターなどの光学素子は従来、多く
はガラスの研摩処理によって製造されている。しかし研
摩処理には相当な時間と技能を要するものである。また
、非球面レンズを研摩処理で製造するには一層硬度の研
摩技術が必要でまた処理時間も長くならざるを得ないも
のである。このような研摩処理による光学素子の製造方
法に対して、加熱加圧による成形によって光学素子を製
造する方法がある。

この成形方法によれば、短時間に光学素子を製造するこ
とができ、また、非球面レンズも球面レンズと同じよう
に容易且つ短時間に製造することができるものであるが
、加熱加圧による成形方法においてもなお改善されるべ
き問題点がある。それは、光学素子として必要な表面精
度を有する光学素子を型で作るのは容易でなかったこと
および成形後に光学素子を支障なく型から離型するには
、充分長い冷却時間をとらねばならないと考えられてい
たことである。即ち、従来、この型としてはグラファイ
トから形成されたものが多く使用されてきたが、グラフ
ァイト製型を用いた場合には、良好な表面精度を有する
光学ガラス素子を製造することができなかった。

また、ガラス成形用の金型の成形表面に炭化タングステ
ンとコバルトを主成分とする材料を溶射して表面被覆を
形成したものも提案されたが、このような金型において
は成形表面に存在しているコバルト粒子がガラス中の鉛
と反応し鉛を析出させて最終レンズ製品の性能に悪影響
を与える。また、成形用型の成形表面に傷を生じ、これ
が次のレンズ成形時にレンズに転移されて、不良品を生
しる恐れがある。

本発明を実施するに当って使用する光学素子の成形用型
として、炭化タングステンとコバルトを主成分とし且つ
炭化タングステン１００重量部に対して少なくともコバ
ルト３〜６重量部を含む材料を型部材の形状に焼結成形
し、さらに、これに熱間静圧ブレス処理（旧ＰＩＡ理）
を加えて、炭化タングステンがｍｓに配置された成形表
面を形成したものを使用することができる。このような
成形用型を使用することによって、加熱加圧により高い
表面精度を有する光学素子を製造することができる。前
述のように、光学素子をつくる型として、従来、グラフ
ァイトから形成されたものが多く使用されているが、グ
ラファイトは多孔性であるために、いかに研摩しても、
光学素子として充分な表面精度をもつ素子をつくるに充
分な表面粗さの内壁表面をもつ型を得ることができなか
ったが、上記した炭化タングステンおよびコバルトを主
成分とする成形用型を使用することによって、表面粗さ
Ｒｍａｘ　５／１１００ｐ以下の内壁表面をもつ型を得
ることができ、且つこのような表面粗さに正確に対応す
る表面精度をもつ光学素子をつくることができる。従っ
て、上記成形用型の内壁の表面粗さは、通常Ｒｍａｘ　
５／１００μｍ以下、特にはＲｍａｘ　３／１００μｍ
以下に設定されたものが好適である。このような高い表
面精度を有する型として、炭化タングステントとコバル
トの焼結体の表面に高い圧力をかけて表面に表面精度に
支障となるようなボア（巣）がない状態にし、さらに研
摩して製造したものが好適である。型を形成する炭化タ
ングステントとコバルトの組成比は適宜設定されるが、
炭化タングステン　１００重量部に対して、コバルトは
３〜６部の範囲が好適である。また必要に応じてニッケ
ルなどの他の成分を適宜加えてもよい。

このように、炭化タングステンにコバルトを加えること
によって、より緻密で且つ高温において形状変化を生じ
ない型を得ることができる。然して、炭化タングステン
およびコバルトを主成分とする材料は、線膨張係数が５
　Ｘ　１０−６でプリント系光学ガルス（ＳＦ１４）の
８．２Ｘ　１０−６より小さくいわゆる焼ぎじめが起こ
らないこと、ガラスが型にくっつかないこと（離型性良
）、熱伝導度がセラミックスに比べ高いこと（０，９１
ｃａｌ／ｓｅｃ／ｃａｌ）硬度が高＜　（Ｈｖ　１５０
０）耐久性が優れていること、及び前述した高い鏡面性
が得られること、という利点を有している。

以上の説明された成形用型によって加熱加圧により成形
された光学素子は後研摩が不要で、そのまま光学素子と
してい用いることができるものである。また成形工程で
ある、加熱加圧条件は使用する各種ガラスやＭｇＦ２．
ＣａＦ２．ＴｉＯ，ＺｎＳなどの結晶材料の種類によっ
て適宜設定されるが、ガラスの場合には加圧の際のガラ
スの温度は、ガラス転移点以上である。型に収容する前
に予め加熱しておいてもよいし、型に収容後に型と共に
加熱しても良い。

然して、加熱によって酸化を生ずるのを防止するために
、この成形工程は、真空中または窒素ガス、ヘリウム等
の不活性雰囲気中にて行なうのがよい。

ところで、以上に説明したような光学レンズの機能面に
形成する成形表面を有する成形用型に光学ガラスを入れ
、前記の光学ガラスおよび型部材を加熱・加圧し前記型
部材の成形表面を前記光学ガラスの表面に転写すること
によってレンズを成形するに当って、従来成形後に光学
素子を支障なく型から離型するには、充分に長い冷却時
間をとらねばならないと考えられていたのであるが、こ
のように充分長い冷却時間をとることにすると成形によ
る光学素子の生産性を損するという問題点がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その
要旨は、光学ガラスを光学レンズの機能面に形成する成
形表面を有する成形用型に入れ、前記の光学ガラスおよ
び型部材を加熱・加圧し前記型部材゛の成形表面を前記
光学ガラスの表面に転写することによってレンズを成形
する光学素子の成形方法において、前記光学ガラスの所
定の加圧温度に達した後に加圧を行ない、その後、前記
光学ガラスが転移点以下になるまでは第一次冷却速度に
したがって冷却し、その後、前記第一次冷却速度より速
度を増した第二次冷却速度にしたがって冷却するように
したことを特徴とする光学素子の成形方法にある。

以下、本発明による光学素子の成形方法の実施例につい
て説明する。

火盗■ユ １〜２μの粒径に粉砕した炭化タングステン（Ｗｅ）１
００重量部にコバルト（Ｇｏ）　５重量部を混合し外径
１７ｍｍ厚さ１５ｍｍにプレス後、焼結した素材を、熱
間静圧プレス法（）ＩＩＰ）により気体（アルゴン）を
圧力媒体として５０００ｋｇ／ｃｍ２の高圧をかけてｍ
密化した。

次にカーブゼネレータ（球面創成機）を使用しレンズの
球面を創成するのと同じ要領で研削し表面粗さをＲｍａ
ｘ　１０μｍ程度にした。ざらに粒径１０μｍのアルミ
ナ砥粒を使ってラッピングして１ｕＩｎ程度の表面粗さ
にしこれに粒径０．５μｍのダイヤによって磨き上げて
第１図（イ）に示すようにＲｍａｘを０．０３ｇｍ以下
とした。

レンズの成形装置と加工手順を第２図によって説明する
。

第２図中、１は密閉容器、２はその蓋、３は光学素子を
成形するための上型、４はその下型、５は上型をおさえ
るための上型おさえ、６は用型、７は型ホルダ−８はヒ
ータ、９は下型なつき上げるつき上げ棒、１０は該つき
上げ棒を作動するエアシリンダ、１１は油回転ポンプ、
１２，１３．１４はバルブ、１５は窒素ガス導入パイプ
、１６はバルブ、１７は排出パイプ、１８はバルブ、１
９は温度センサ、２０は水冷パイプ、２１は密閉容器を
載せる台を示す。

光学素子を製造するにあたって、前準備としてフリント
系光学ガラス（ＳＦ１４）を外径１５．８ｍｍ厚さ２ｍ
ｍの円板状にしたものを両面磨いておく（これをブラン
クと呼ぶ）。密閉容器１の蓋２をあけ、ブランク２２を
下型４の上にのせて型３をセットしてから密閉容器の蓋
２を閉じ水冷パイプ２０に水を流してヒータ８に通電す
る。

このとき窒素ガス用バルブ１６および１８は閉じ排気系
バルブ１２，１３．１４も閉じている。尚油回転ポンプ
１１は常に回転している。

バルブ１２を開は排気をはじめ１Ｇ−２Ｔｏｒｒ以下に
なったらバルブ１２を閉じバルブ１６を開いて窒素ガス
をボンベより密閉容器内に導入する。温度が６５０℃に
なったらエアシリンダ１０を作動させて１０　ｋｇ／ａ
ｍ２の圧力で成形する。転移点以下になるまで加圧をつ
づけこの間は冷却速度を第一次冷却速度として１０℃／
ｍｉｎ位に制御する。その後は第二次冷却速度として２
０”Ｃ／ｍｉｎ以上の速度で冷却を行い２００℃以下に
下がったらバルブ１６を閉じバルブ１３を開いて密閉容
器１内に空気を導入する。それから蓋２を開は上型おさ
え５をはずして成形物を取り出す。

上記のようにして、フリント系光学ガラス（ＳＦ１４）
　（軟化点５Ｐ−５８６℃、転移点Ｔｇ−４８５℃）を
使用して、第３図に示す形状および寸法のレンズを成形
した結果、第１図（イ）に示す表面粗さの型とほぼ同じ
表面粗さのレンズを得ることができた。

この時の成形条件すなわち時間−温度関係図を第４図に
示す。

すなわち、第４図から明らかなように第一次冷却速度と
して１０　ｔ／ｍｉｎ位に制御して光学素子を成形用型
から離型する温度（約３５℃）までこの第一次冷却速度
のみで冷却する場合には、−成形サイクルとして約９０
分を要するが、本実施例においては約７２分で冷却が完
結することになり、−成形サイクル当り約１８分が節約
される。このことはこの種光学素子の成形方法における
著しい生産性の向上をもたらすこととなる。

釆】１」ｌ 実施例１と同様に１〜２μｍの粒径に粉砕した炭化タン
グステン１００重量部に、コバルト５重量部およびニッ
ケル５重量部より成る材料を使用して、実施例１と同様
にして表面粗さＲｍａｘｏ、０３μｍ以下の型をつくっ
た。

実施例１と全く同じレンズ成形装置および加工手順によ
ってレンズの成形をしたところ、実施例１と同様の結果
が得られる。

本発明の光学素子の成形方法によれば、光学ガラスを光
学レンズの機能面に形成する成形表面を有する成形用型
に入れ、前記の光学ガラスおよび型部材を加熱・加圧し
前記型部材の成形表面を前記光学ガラスの表面に転写す
ることによってレンズを成形するに際し、前記光学ガラ
スの所定の加圧温度に達した後に加圧を行ない、その後
、前記光学ガラスが転移点以下になるまでは第一次冷却
速度にしたがって冷却し、その後、前記第一次冷却速度
より速度を増した第二次冷却速度にしたがって冷却する
ようにしたので、精密な光学素子を高い生産性をもって
成形することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は、本発明の実施に当り使用する成形用型
の表面粗さの例を示す図、第１図（ロ）（八）は従来の
グラファイトの型の表面粗さおよび成形されたレンズの
表面粗さを示す図、第２図はレンズの成形装置を示す断
面図、第３図は成形されるレンズの一例の形状および寸
法を示す図、第４図は本発明による成形の際における時
間−温度関係図である。 １・・・密閉容器　　　　　２・・・蓋３・・・上型　
　　　　　　４・・・下型５・・・上型おさえ　　　　
６・・・胴７・・・型ホルダ−８・・・ヒータ ９・・・つき上げ棒　　　　１０・・・エアンシリンダ
１１・・・油回転ポンプ １２．１３．１４・・・バルブ １５・・・窒素ガス導入パイプ １６・・・バルブ　　　　　１７・・・排出パイプ１８
・・・バルブ　　　　　１９・・・温度センサ２０・・
・水冷パイプ　　　２１・・・台６・・・胴

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光学ガラスを光学レンズの機能面に形成する成形表
   面を有する成形用型に入れ、前記の光学ガラスおよび型
   部材を加熱・加圧し前記型部材の成形表面を前記光学ガ
   ラスの表面に転写することによってレンズを成形する光
   学素子の成形方法において、 前記光学ガラスの所定の加圧温度に達した後に加圧を行
   ない、 その後、前記光学ガラスが転移点以下になるまでは第一
   次冷却速度にしたがって冷却し、その後、前記第一次冷
   却速度より速度を増した第二次冷却速度にしたがって冷
   却するようにしたことを特徴とする光学素子の成形方法
   。 ２　前記第二次冷却速度は前記第一次冷却速度の略２倍
   以上の速度で冷却することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の光学素子の成形方法。