JPH0345523A - 光学ガラス素子の製造方法並びに該方法に用いる製造装置 - 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、レンズやプリズム等の高精度な光学ガラス素
子および前記光学ガラス素子のリヒートプレス成形用素
材の光学ガラス成形体等の光学ガラス素子の製造方法お
よびその製造方法に用いる製造装置に関する。

従来の技術 近年、光学ガラスレンズは光学機器のレンズ構成の簡略
化とレンズ部分の軽量化の両方を同時に達成しうる非球
面化の方向にある。この非球面レンズの製造にあたって
は、従来の光学レンズの製造方法である研磨法では、加
工および量産化が困難であり、金型を用いた成形法が有
望視されている。

この金型を用いた成形法というのは、予め所望の面品質
および面精度に仕上げた金型上に水酸化アルミニウム、
炭酸マグネシウム、カーボン等の離型剤を塗布あるいは
被覆した状態で、光学ガラスの塊状物を加熱成形するか
、あるいは溶融状態の光学ガラスの塊状物を加熱成形を
行なう方法である。（例えば、特公昭５４−６０３１２
号公報）発明が解決しようとする課題 非球面レンズ、プリズム等の光学ガラス素子の場合、欠
陥あるいは離型剤の付着のない表面、面粗度、および面
精度であることが要求されるため、光学ガラス素子およ
び前記光学ガラス素子のリヒートプレス成形用素材の光
学ガラス成形体は非常に高価なものになっていた。

すなわち光学ガラス威形体の表面に欠陥がない状Ｂｉ（
例えば表面粗さＲＭＳで０．００５ミクロン以下の鏡面
状態）にするために、研磨またはエツチング処理を施す
必要があり光学ガラス成形体が高価なものになっており
、低コストで高精度な光学ガラス成形体が製造できる方
法の開発が強く望まれていた。

課題を解決するための手段 本発明は前記課題を解決するために、非酸化性雰囲気中
で、溶融ガラスを第一の熱加工治具で受ける工程、第二
の熱加工治具に溶融ガラスを接着させた状態で溶融ガラ
スと第二の熱加工治具とを反転させて置換する工程、第
二の熱加工治具で熱変形により光学ガラス成形体を作製
する工程、光学ガラス成形体をプレス成形用金型で加熱
加圧成形する工程を含む光学ガラス素子の製造方法並び
に該方法に用いる第一の熱加工治具で受けた溶融ガラス
に第二の熱加工治具を溶融させて、溶融ガラスを第二の
熱加工治具に付着させ、溶融ガラスが第二の熱加工治具
に付着した状態で第二の熱加工治具を反転させて、溶融
ガラスを第一の熱加工治具から第二の熱加工治具に置換
する手段を備えた光学ガラス素子の製造装置を提供する
ものである。

作用 高温の溶融ガラスは化学的に極めて活性な状態にあるた
め、熱加工治具に非常に大きなダメージを与え、光学ガ
ラスと反応あるいは融着した。このことを防ぐために熱
加工治具を加熱せずに使用することは有効であるが、熱
加工治具と接した光学ガラス面には熱収縮に起因するし
わ状の大きな欠陥が発生する。

熱加工治具と接した光学ガラス面のしわ状の欠陥を取り
除くために、溶融ガラスを比較的低温の第一の熱加工治
具で受けた後、溶融ガラスに第一の熱加工治具を接触さ
せて、溶融ガラスを第二の熱加工治具に付着させ、溶融
ガラスが第二の熱加工治具に付着した状態で第二の熱加
工治具を反転させて、溶融ガラスを第一の熱加工治具か
ら第二の熱加工治具に安定して置換し、第二の熱加工治
具で光学ガラスのしわ状の面を上にして熱変形を行う。

さらにこの光学ガラス成形体をプレス成形用金型で加熱
加圧成形することにより、表面に欠陥のない光学ガラス
素子を製造することができる。

溶融ガラスを直接受ける第一の熱加工治具は、溶融ガラ
スと濡れ性が悪く、離型性が優れている材料、例えばカ
ーボン、ボロンナイトライド、窒化アルミ、窒化クロム
、ステンレス鋼等が適している。また、第二の熱加工治
具及びプレス成形用金型に被覆する薄膜は、非酸化性雰
囲気中で光学ガラスと反応あるいはわずかに付着する貴
金属タングステン、タンタル、レニウム、ハフニウムの
単体あるいはそれらの合金であることが望ましい。

本発明において、光学ガラスとこれらの薄膜とが反応あ
るいは融着しない非酸化性雰囲気は、窒素、アルゴン、
ヘリウム等の不活性ガス、およびこれらの不活性ガスに
水素、あるいは−酸化炭素。

二酸化炭素の炭素酸化物、メタン、エタン、エチレン、
トルエン等の炭化水素類、トリクロロエチレン、トリク
ロルトリフルオルエタン等のハロゲン化炭化水素類、エ
チレングリコール、グリセリン等のアルコール類、Ｆ−
１１３，Ｆ−１１等のフルオロカーボン類を適宜混合し
たものである。

これらの雰囲気は、光学ガラス組成、熱加工治具に被覆
する薄膜組成、熱変形の温度と時間、プレス成形の温度
と時間、あるいは光学ガラス成形体の形状等の条件によ
って適宜選択する。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を用いて、説明す
る。

実施例１ 第１図は本発明に爪いた第一の熱加工治具、第二の熱加
工治具及びプレス成形用金型の断面図である。第一の熱
加工治具としてカーボンを使用し、曲率半径が１５園の
凹形に加工した。第二の熱加工治具の母材として超硬合
金（ＷＣ−５ＴｉＣ８ＣＯ）を用いて曲率半径が１５１
ｍの凹形の光学面ｌを形成した。この光学面ｌをさらに
超微細なダイヤモンド粉末を用いてラッピングし、約１
時間で表面の表面粗さ（ＲＭＳ）が約３０人の鏡面にし
た。鏡面となった熱加工治具表面に、スパッタ法で白金
−イリジウムーオスミウム合金（ｐｔ−１ｒ−Ｏｓ）の
薄＃２を被覆した。第二の熱加工治具と同様に母材とし
て超硬合金（ＷＣ５ＴｉＣ８Ｃｏ）を用いて曲率半径が
２０＋＋ｕａの凹形の光学面１を形成し、スパッタ法で
白金−イリジウム−オスミウム合金（Ｐｔ−１ｒ−Ｏｓ
）のｙｉ膜２を被覆し、プレス成形用金型とした。

溶融ガラス１４は、シリカ（Ｓｉｎ２）３０重量パーセ
ント、酸化バリウム（ＢａＯ）５０重量パーセント、ホ
ウ酸（Ｂａ２０３）１５重量パーセント、残部が微１ｍ
分からなるホウケイ酸バリウムガラスを用いた。このガ
ラスを１２００°Ｃで溶融したあと、８００℃に保持し
たノズル１２から約３グラムの溶融ガラス１４を窒素ガ
ス２０リツタ一／分、水素ガス２リツタ一／分の割合で
混合した雰囲気の成形機内に保持した第一の熱加工治具
２４に滴下した。第一の熱加工治具２４は予め２００　
’Ｃに加熱しておき、滴下後直ちに溶融ガラス１４に第
二の熱加工治具２４を溶融させて第二の熱加工治具２４
に溶融ガラス１４を付着させた。溶融ガラス１４の付着
した第二の熱加工治具２４をアーム２５によって反転さ
せ、第二の熱加工治具１６に第２図のように溶融ガラス
１４を置換した。第二の熱加工治具１６で６３０　’Ｃ
１１０分間熱変形させたあと、プレス成形用金型２０で
プレス成形した。プレス成形条件は金型温度５６０°Ｃ
プレス圧力３０ｋｇ／ｃｄ、プレス時間２分であった。

その後３００°Ｃまで徐冷し、取り出し口２３から光学
ガラス素子２２を取り出した。

このような工程によって作製した光学ガラス素子２２に
おいて、プレス成形面の表面粗さ（ＲＭＳ）は約２５人
の光学的鏡面であり、気泡。

傷、あるいは剥離跡といった欠陥は認められず、面精度
もニュートンリング２本以内、デス５分の１本以内であ
り、その光学性能は極めて優れていた。

実施例２ 第一の熱加工治具としボロンナイトライドを使用し、曲
率半径が４５ｍｏ＋の凹形に加工した。第二の熱加工治
具の母材としてオーステナイト調（ＳＵＳ３１６）を用
いて曲率半径が４５鴫の凹形の光学面１を形成した。こ
の光学面１をさらに超微細なダイヤモンド粉末を用いて
ラッピングし、約１時間で表面の表面粗さ（ＲＭＳ）が
約３０人の鏡面にした。鏡面となった熱加工治具表面に
、スパッタ法で白金−イリジウム−オスミウム合金（Ｐ
ｔ−Ｔｒ−〇Ｓ）の薄膜２を被覆した。第二の熱加工治
具と同様に母材としてオーステナイトｊｌ！］　（ＳＵ
Ｓ３１６）を用いて曲率半径が１５０　＋ｎｍの凹形の
光学面ｌを形威し、スパッタ法でロジウム−金−タング
ステン合金（Ｒｈ−Ａｕ−Ｗ）の薄膜２を被覆し、プレ
ス成形用金型とした。

溶融ガラス１４は、ジルコニア（Ｚｒ０２）ＢｆＥ量パ
ーセント、酸化ランタン（Ｌａｓ２０ｇ）重量パーセン
ト、ホウ酸（Ｂ２０３）４２重量パーセント、酸化カル
シウム（ＣａＯ）１０重量パーセント、残部が微量成分
からなるランタン系ガラスを用いた。このガラスを１４
００°Ｃで熔融したあと、９５０°Ｃに保持したノズル
１２から約３グラムの溶融ガラス１４を窒素ガス２０り
ンター／分、トリクロルトリフルオルエタン（０２Ｃ１
３Ｆ３）ガス１リツタ一／分の割合で混合したハロゲン
化炭化水素雰囲気の成形機内に保持した第一の熱加工治
具２４に滴下した。第一の熱加工治具２４は予め４００
°Ｃに加熱しておき、滴下後直ちに溶融ガラス１４に第
二の熱加工治具２４を接触させて第二の熱加工治具２４
に溶融ガラス１４を付着させた。溶融ガラス１４の付着
した第二の熱加工治具２４をアーム２５によって反転さ
せ、第二の熱加工治具１６に第２図のように溶融ガラス
１４を置換した。第二の熱加工治具１６で７８０°Ｃｌ
２Ｏ分間熱変形させたあと、プレス成形用金型２０でプ
レス成形した。プレス成形条件は金型温度６８０°Ｃ５
プレス圧力３０ｋｇ／ｃ４、プレス時間２分であった。

その後４００°Ｃまで徐冷し、取り出し口２３から光学
ガラス素子２２を取り出した。

このような工程によって作製した光学ガラス素子２２に
おいて、プレス成形面の表面粗さ（ＲＭＳ）は約２０人
の光学的鏡面であり、気泡、傷、あるいは剥離跡といっ
た欠陥は認められず、面精度もニュートンリング２本以
内、デス５分の１本以内であり、その光学性能は極めて
優れていた。

実施例３ 第一の熱加工治具として窒化アルミを使用し、曲率半径
が２００ｍ５の凹形に加工した。第二の熱加工治具の母
材としてサーメット（Ｔｉｃ−１０Ｍｏ−９Ｎｉ）を用
いて曲率半径が２００閣の凹形の光学面１を形成した。

この光学面１をさらに超微細なダイヤモンド粉末を用い
てラッピングし、約１時間で表面の表面粗さ（ＲＭＳ）
が約３０人の鏡面にした。

鏡面となった熱加工治具表面に、スパッタ法で白金−タ
ンタル−レニウム合金（ＰＬ−Ｔａ−Ｒｅ）の薄膜２を
被覆した。第二の熱加工治具と同様に母材としてサーメ
ット（Ｔｉｃ−１０Ｍｏ−９Ｎｉ）を用いて曲率半径が
５００ｍ１１１の凹形の光学面ｌを形成し、スパッタ法
で白金−タンタル−レニウム合金（Ｐｔ−Ｔａ−Ｒｅ）
の薄膜２を被覆し、プレス成形用金型とした。

溶融ガラス１４は、シリカ（Ｓｉｎ２）６５重量パーセ
ント、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）９重量パーセント、ホウ
酸（Ｂ２０３）１０重量パーセント、酸化ナトリウム（
Ｎａ２０）１０重量パーセント、残部が微量成分からな
るホウケイ酸ガラスを用いた。

このガラスを１３５０°Ｃで？容融したあと、９２０°
Ｃに保持したノズル１２から約３グラムの溶融ガラス１
４をアルゴンガス２０リンタ一／分ミエチレン（Ｃ２Ｈ
，）ｌリッター７分の割合で混合した炭化水素雰囲気の
成形機内に保持した第一の熱加工治具２４に滴下した。

第一の熱加工治具２４は予め５５０°Ｃに加熱しておき
、滴下後直ちに溶融ガラス１４に第二の熱加工治具２４
を接触させて第二の熱加工治具２４に溶融ガラス１４を
付着させた。溶融ガラス１４の付着した第二の熱加工治
具２４をアーム２５によ弓て反転させ、第二の熱加工治
具１６に第２図のように溶融ガラス１４を置換した。第
二の熱加工治具１６で７８０℃、５分間熱変形させたあ
と、プレス成形用金型２０でプレス成形した。プレス成
形条件は金型温度６８０°Ｃ、プレス圧力８０ｋｇ／ｃ
れプレス時間１分であった。その後３８０　”Ｃまで徐
冷し、取り出し口２３から光学ガラス素子２２を取り出
した。

このような工程によって作製した光学ガラス素子２２に
おいて、プレス成形面の表面粗さ（ＩＩＭｓ）は約２０
入の光学的鏡面であり、気泡１面積度もニュートンリン
グ２本以内、デス５分の１以内であり、その光学性能は
極めて優れていた。

実施例４ 第一の熱加工治具としてマルテンサイト系ステンレス鋼
（ＳＵＳ４２０）を使用し、曲率半径が４５鴫の凹形に
加工した。第二の熱加工治具の母材としてシリコンを用
いて曲率半径が５５ｆｆＩＩ１１の凹形の光学面ｌを形
成した。この光学面ｌをさらに超微細なダイヤモンド粉
末を用いてラッピングし、約１時間で表面の表面粗さ（
ＲＭＳ）が約２０人の鏡面にした。鏡面となった熱加工
治具表面に、スパッタ法でロジウム−金−タングステン
合金（Ｒｈ−Ａｕ−Ｗ）の薄膜２を被覆した。第二の熱
加工治具と同様に母材としてシリコンを用いて曲率半径
が１００ｍｍの凹形の光学面ｌを形成し、スパッタ法で
ロジウム−金−タングステン合金（Ｒｈ−Ａｕ−Ｗ）の
薄ｌｌ１２を被覆し、プレス成形用金型とした。

溶融ガラス１４は、シリカ（Ｓｉ０２）５２重量パーセ
ント、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）６重量パーセント、酸化
鉛（ｐｂ○）３５重量パーセント、酸化ナトリウム（Ｎ
ａ２０）５重量パーセント、残部が微量成分からなる重
フリントガラスを用いた。

このガラスを１２５０°Ｃで溶融したあと、７５０°Ｃ
に保持したノズル１２から約５グラムの溶融ガラス１４
をヘリウムガス２０リツター／分、二酸化炭素ガス２リ
ツタ一／分の割合で浜合した雰囲気の成形機内に保持し
た第一の熱加工治具２４に滴下した。第一の熱加工治具
２４は加熱せずにおき、滴下後直ちに溶融ガラス１４に
第二の熱加工治具２４を接触させて第二の熱加工治具２
４に溶融ガラス１４を付着させた。溶融ガラス１４の付
着した第二の熱加工治具２４をアーム２５によって反転
させ、第二の熱加工治具１６に第２図のように溶融ガラ
ス１４を置換した。第二の熱加工治具１６で６１０°Ｃ
１５分間熱変形させたあと、プレス成形用金型２０でプ
レス形成した。

プレス成形条件は金型温度５５０°Ｃ、プレス圧力８０
ｋｇ／ｃｄ、プレス時間１分であった。その後３８０°
Ｃまで徐冷し、取り出し口２３から光学ガラス素子２２
を取り出した。

このような工程によって作製した光学ガラス素子２２に
おいて、プレス成形面の表面粗さ（ＲＭＳ）は約２０人
の光学的鏡面であり、気泡、傷、あるいは剥離跡といっ
た欠陥は認められず、面精度もニュートンリング２本以
内、７１５分の１本以内であり、その光学性能は極めて
優れていた。

なお本発明の光学ガラス素子の製造方法並びに該方法に
用いる製造装置は、非酸化性雰囲気中で、溶融ガラスを
第一の熱加工治具で受ける工程、第二の熱加工治具に溶
融ガラスを接着させた状態で溶融ガラスと第二の熱加工
治具とを反転させて置換する工程、第二の熱加工治具で
熱変形により光学ガラス成形体を作製する工程、光学ガ
ラス成形体をプレス成形用金型で加熱加圧成形する工程
を含む光学ガラス素子の製造方法並びに該方法に用いる
第二の熱加工治具で受けた溶融ガラスに第二の熱加工治
具を接触させて、溶融ガラスを第二の熱加工治具に付着
させ、溶融ガラスが第二の熱加工治具に付着した状態で
第二の熱加工治具を反転させて、熔融ガラスを第一の熱
加工治具から第一の熱加工治具に置換する手段を備えた
光学ガラス素子の製造装置であることを特徴とするもの
であり、成形の雰囲気、光学ガラス組成、熱加工治具に
被覆する薄膜組成、熱変形の温度と時間、あるいは光学
ガラス成形体の形状等の条件は本実施例に限定されるも
のではない。

発明の詳細 な説明したように、本発明の光学ガラス素子の製造方法
並びに該方法に用いる製造装置は、溶融ガラスを比較的
低温の第一の熱加工治具で受けた後、溶融ガラスに第二
の熱加工治具を接触させて、熔融ガラスを第二の熱加工
治具に付着させ、溶融ガラスが第二の熱加工治具に付着
した状態で第二の熱加工治具を反転させて、溶融ガラス
を第一の熱加工治具から第二の熱加工治具に安定して置
換し、第二の熱加工治具で光学ガラスのしわ状の面を上
にして熱変形を行う。さらにこの光学ガラス威形体をプ
レス成形用金型で加熱加圧成形することにより、表面に
欠陥のない光学ガラス素子を製造することができる。

すなわち、本発明によって高梢度な光学ガラス素子の大
量生産が可能になり、生産性の向上と製造コストの低減
に著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明に用いた第一の熱加工治
具、第二の熱加工治具、プレス成形用金型の断面図、第
２図は光学ガラス素子の製造装置を示す本発明の一実施
例の断面図である。 １・・・・・・光学面、２・・・・・・薄膜、１０・・
・・・・ガラス溶融炉、１１・・・・・・加熱ヒータ、
１２・・・・・・ノズル、１３・・・・・・ノズル加熱
ヒータ、１４・・・・・・溶融ガラス、１５・・・・・
・加熱ヒータ、１６・・・・・・第二の熱加工治具、１
７・・・・・・ガス入口、１８・・・・・・光学ガラス
成形体、１９・・・・・・プレシリンダ、２０・・・・
・・プレス成形用金型、２１・・・・・・コンベア、２
２・・・・・・光学ガラス素子、２３・・・・・・取り
出し口、２４・・・・・・第１の熱加工治具、２５・・
・・・・アーム。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）非酸化性雰囲気中で、溶融ガラスを第一の熱加工
   治具で受ける工程、第二の熱加工治具に溶融ガラスを接
   着させた状態で溶融ガラスと第二の熱加工治具とを反転
   させて置換する工程、第二の熱加工治具で熱変形により
   光学ガラス成形体を作製する工程、光学ガラス成形体を
   プレス成形用金型で加熱加圧成形する工程とを含む光学
   ガラス素子の製造方法。
2. （２）第一の熱加工治具が溶融ガラスと濡れ性が悪い請
   求項（１）記載の光学ガラス素子の製造方法。
3. （３）第二の熱加工治具及びプレス成形用金型が、所望
   の形状および光学面に加工され、かつ溶融ガラスと濡れ
   性が良く化学的に安定な薄膜で被覆された請求項（１）
   記載の光学ガラス素子の製造方法。
4. （４）薄膜が貴金属、タングステン、タンタル、レニウ
   ム、ハフニウムの単体あるいはそれらの合金である請求
   項（３）記載の光学ガラス素子の製造方法。
5. （５）第一の熱加工治具で受けた溶融ガラスに第二の熱
   加工治具を接触させて、溶融ガラスを第二の熱加工治具
   に付着させ、溶融ガラスが第二の熱加工治具に付着した
   状態で第二の熱加工治具を反転させて、溶融ガラスを第
   一の熱加工治具から第二の熱加工治具に置換する手段を
   備えた光学ガラス素子の製造装置。
6. （６）第一の熱加工治具が溶融ガラスと濡れ性が悪い請
   求項（５）記載の光学ガラス素子の製造装置。
7. （７）第二の熱加工治具が、所望の形状および光学面に
   加工され、かつ溶融ガラスと濡れ性が良く化学的に安定
   な薄膜で被覆された請求項（５）記載の光学ガラス素子
   の製造装置。
8. （８）薄膜が貴金属、タングステン、タンタル、レニウ
   ム、ハフニウムの単体あるいはそれらの合金である請求
   項（７）記載の光学ガラス素子の製造装置。