JPH0352414B2 - - Google Patents

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光学ガラス素子
の製造において、プレス成形後の研磨工程を必要
としない高精度な光学ガラス素子の成形方法に関
するものである。

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
製造にあたつては、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、直接プレス成形法が有望視されている。

この直接プレス成形法というのは、予め所望の
面品質および面精度に仕上げた非球面形状の成形
用型内で、溶融した光学ガラスをプレス成形する
か、あるいは予め所望の光学ガラス素子に近い形
状まで加工した光学ガラス素材を加熱加圧成形し
て光学ガラス素子を製造する方法である。（例え
ば、特公昭54−38126号公報）。

発明が解決しようとする問題点 上記の光学ガラス素子の製造において、プレス
成形によつて得られた光学ガラス素子の像形成性
能は従来の研磨法による光学ガラス素子のそれに
くらべてより優れている必要があり、特に非球面
レンズの場合、非常に高い面精度であることが要
求される。例えば高精度カメラレンズの場合は、
面精度ニユートンリング５本程度、アス１本以
内、面粗さ0.02μｍ以下であることが要求される。

直接プレス成形法の中で溶融した光学ガラスを
プレス成形する方法では、溶融したガラスを切断
した跡が光学ガラス表面に残つたり、溶融したガ
ラスからの熱を均一にうばいにくく、ガラスの内
部と表面との温度差によつてヒケを生じやすかつ
た。また、溶融したガラスは成形用型と融着し易
く、成形用型の材料としてガラスと融着しにくい
材料を選定する必要がある。

また、特開昭47−11277号公報のプレスレンズ
の成形方法では、ガラスを成形用型内に保持した
状態で昇温してプレス成形し、ガラスが転移温度
以下になるまでプレスした状態で成形用型ととも
に冷却する方法が記載されている。しかしながら
この方法では、ガラスを冷却するときの詳細な条
件が明示されていない。ガラスを冷却する際に、
成形用型を開いてガラスが加圧されていない状態
で冷却すると、前述したようにガラスにヒケの現
象が起こる。

従つて、高精度の光学ガラス素子をプレス成形
によつて製造する場合、ガラスを冷却する工程が
重要であり、プレス成形直後の冷却過程において
ガラスに圧力を加えない状態で成形用型とともに
冷却してガラスを固化したならば、ガラスにヒケ
が発生して高精度な成形用型のプレス面を非常に
忠実に転写させることが不可能になる。

問題点を解決するための手段 本発明は前記問題点を解決するために、被成形
ガラス素材を予め表面処理する工程と、一定温度
に保持した成形用型で前記被成形ガラス素材を加
圧成形する工程と、前記被成形ガラス素材に加え
る圧力を前記加圧成形する工程より増圧し、かつ
前記被成形ガラス素材を前記成形用型に保持した
状態で前記成形用型を冷却する工程と、前記被成
形ガラス素材への圧力を除去し、かつ前記被成形
ガラス素材を前記成形用型とともに冷却して前記
被成形ガラス素材を前記成形用型から取り出す工
程とからなる光学ガラス素子の成形方法を提供す
るものである。

作 用 前述したように従来から光学ガラス素子の成形
は、熱軟化したガラス素材を加圧変形させて所望
の光学ガラス素子形状に成形する方法で行なわれ
ているが、より高精度な光学ガラス素子を成形す
るために重要なことは、光学ガラス素子の冷却工
程であることを見いだした。例えば10⁵ポアズ程
度に熱軟化した光学ガラスを成形用型で変形した
後、無加圧状態で光学ガラス素子を冷却すると光
学ガラス素子にヒケの現象が起こり、高い形状精
度の光学ガラス素子を得ることはできない。高精
度な光学ガラス素子というのは、面精度ニユート
ンリング５本以内、アス１本以内である。

これらの問題点を解決するために、前記特開昭
47−11277号公報に見られるように、成形用型内
に光学ガラス素材を置き、成形用型とともに昇
温、プレス、冷却し、かつ冷却時においてガラス
の転移温度以下になるまでガラスをプレスし続け
るという方法が記載されている。しかしながらこ
の方法は、ガラスの冷却時にプレス成形時の圧力
と等しいかまたは小さな圧力をガラスに対して加
え続けているため、ヒケは発生しにくくなつてい
るものの、ヒケの発生を完全に除去するにいたつ
ていない。

高精度な光学ガラス素子を作製するためには、
冷却時の加圧力を調節してガラスを適度に粘性流
動させてヒケによる変形をコントロールする必要
がある。

本発明は、熱可塑性状態のガラスをプレス成形
する時には比較的小さな圧力を加えて光学ガラス
素材を変形させて所望の素子形状に概略一致さ
せ、ガラスの冷却時にはヒケの発生を防止できる
程度の圧力すなわちプレス成形時より増圧した圧
力を加えながらガラス転移点付近までガラスを冷
却させることにより、高精度な光学ガラス素子を
成形するものである。

また高精度な光学ガラス素子を作製するために
は、使用する被成形ガラス素材の形状および表面
状態が重要である。被成形ガラス素材の形状はで
きるだけ成形用型の形状に適合するようにし、例
えば凸面形状の光学ガラス素子を作製する場合、
被成形ガラス素材の曲面は成形用型の成形面より
曲率半径を大きくする必要がある。被成形ガラス
素材の概略の形状を出し、かつ重量を合わせるた
めに研削砂で研削処理を施した後、表面を円滑化
するために研磨処理、エツチング処理あるいは熱
処理を行なう。被成形ガラス素材の種類に応じて
適宜これらの表面処理を行なつて表面を円滑化し
た被成形ガラス素材を用いることにより、表面状
態のすぐれた高精度の光学ガラス素子が成形され
る。

被成形ガラス素材を加圧成形する工程で、成形
用型の温度（Ｔ℃）および圧力が特許請求の範囲
第３項記載の範囲内であれば、被成形ガラス素材
が粘性流動あるいは塑性流動を起こして高精度に
加工した成形用型のプレス面を転写する。次に一
定温度で加圧成形した被成形ガラス素材を成形用
型内に保持した状態で、特許請求の範囲第４項記
載の温度まで冷却する。この時被成形ガラス素材
には前記加圧成形時より増圧した圧力を加えるこ
とにより、被成形ガラス素材をごくわずかずつ変
形させてガラスおよび成形用型の収縮を制御す
る。そのあと、被成形ガラス素材への圧力を取り
除き、成形用型の温度が被成形ガラスの徐冷点以
下まで冷却した後、成形用型から被成形ガラス素
材を取り出す。このような工程を経ることによ
り、面精度ニユートンリング５本以内、アス１本
以内の高精度な光学ガラス素子が成形される。

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 使用したガラスは、重フリント系光学ガラス
SF−８であり、ゴブ状のガラス素材を研削処理
して所望の光学ガラス素子に近い形状に加工した
後、酸化セリウムによつて研磨処理し、第１図に
示すようなプリフオーム１０を作製した。所望の
光学ガラス素子は、径15mm、中心肉厚８mmの両凸
形状のレンズである。このレンズの曲率半径は、
一方が200mm、他方が100mmである。成形用型とし
ては、超硬合金（WC）に白金−イリジウム−オ
スミウム合金をコーテイングしたものを用いた。
第２図に示すように、成形用上型１２を上型ブロ
ツク１１に固定した。成形用上型１２の内部に熱
電対２０をそう入して、上型ブロツク１１内部に
埋設したヒータ１９の熱量を調節して成形用上型
１２の温度を高精度にコントロールした。成形用
下型１３にプリフオーム１０を置いて成形用上型
１２と成形用下型１３とを同時に加熱して金型温
度を520℃にした。金型温度が520℃に達した時
に、プランジヤー１６を下向きに作動させて、プ
リフオーム１０をプレス成形した。プレス圧力は
50Kg/cm²、プレス時間は120秒である。プレス成形
後、成形用上型１２と成形用下型１３とを冷却し
た。この時、プレス圧力を150Kg/cm²に増圧し、レ
ンズの中心肉厚を位置決めセンサ１８でモニタし
ながら、金型温度が420℃になるまで冷却した。
金型温度が420℃になつた時にプレスの圧力を取
り除き、ガラスを成形用型中に保持した状態で、
さらに金型温度が350℃になるまで冷却した。以
上のような方法によつて得られたレンズの面精度
はニユートンリング２本以内、アス３分の１本以
内、面粗さ0.01μｍであり、非常に高精度なレン
ズであると言える。

実施例 ２ 実施例１と同様に、SF−８ガラスを研削処理
して所望の光学ガラス素子に近似した形状に加工
した。これをフツ酸と濃硫酸の混合液に約10秒、
５回浸漬してつや出しを行ない、第１図に示すよ
うなプリフオーム１０を作製した。所望の光学ガ
ラス素子は、径15mm、中心肉厚８mmの両凸形状の
レンズである。このレンズの曲率半径は、一方が
200mm、他方が100mmである。成形用型としては、
シリコンに白金−ロジウム−ルテニウム−オスミ
ウム合金をコーテイングしたものを用いた。第２
図に示すように、成形用上型１２を上型ブロツク
１１に、成形用下型１３を下型ブロツク１４に固
定した。成形用上型１２および成形用下型１３の
内部に熱電対２０をそう入して、上型ブロツク１
１および下型ブロツク１４の内部に埋設したヒー
タ１９，２２によつて成形用上型１２および成形
用下型１３の温度を高精度にコントロールした。
成形用下型１３にプリフオーム１０を置いた状態
で金型温度が510℃になるまで加熱した。金型温
度が510℃になると同時に、プランジヤー１６を
下向きに作動させてプリフオーム１０をプレス成
形した。プレス圧力は350Kg/cm²、プレス時間は
180秒である。プレス成形後、成形用上型１２と
成形用下型１３とを降温速度約15℃／分で冷却し
た。この時プレス圧力を1000Kg/cm²に増圧し、レ
ンズの中心肉厚を位置決めセンサ１８でモニタを
しながら、金型温度が400℃になるまで冷却した。
金型温度が400℃になつた時にプレス圧力を取り
除き、ガラスを成形用型１２および１３の中に保
持した状態で、金型温度が320℃になるまで冷却
した。金型温度が320℃に達したならば、プラン
ジヤー１６を上向きに作動させてプレスレンズを
取り出した。以上の方法によつて得られたレンズ
の面精度はニユートンリング２本以内、アス３分
の１本以内、面粗さ0.01μｍであり、レンズとし
て非常に優れていると言える。

実施例 ３ 使用したガラスはn_d＝1.603、ν_d＝60.7、T_g＝
645℃、T_s＝680℃の重クラウンガラスである。
所望の光学ガラス素子に近似した形状に研削処理
したガラス素材を780℃で60秒間熱処理してガラ
ス表面を円滑化し、第１図に示すようなプリフオ
ーム１０を作製した。所望の光学ガラスは、径12
mm、中心肉厚６mmの両凸形状のレンズである。こ
のレンズの曲率半径は、一方が150mm、他方が100
mmである。成形用型は、超硬合金の上にα型の炭
化ケイ素をコーテイングしたものである。第２図
に示すように、成形用上型１２を上型ブロツク１
１に、成形用下型１３を下型ブロツク１４にそれ
ぞれ固定した。成形用上型１２および成形用下型
１３の内部に熱電対２０をそう入し、上型ブロツ
ク１１および下型ブロツク１４の内部に埋設した
ヒータ１９，２２によつて成形用上型１２および
成形用下型１３の温度を高精度にコントロールし
た。成形用下型１３にプリフオーム１０を置い
て、金型温度が740℃になるまで加熱した。金型
温度が740℃になつた時点で、プランジヤー１６
を下向きに作動させてプリフオーム１０をプレス
成形した。プレス圧力は100Kg/cm²、プレス時間は
150秒である。プレス成形後、成形用上型１２と
成形用下型１３とを降温速度約20℃／分で冷却し
た。この時プレス圧力を850Kg/cm²に増圧した状態
で、レンズの中心肉厚を位置決めセンサ１８でモ
ニタしながら、金型温度が570℃になるまで冷却
した。金型温度が570℃になつた時にプレス圧力
を取り除き、ガラスを成形用型１２および１３の
中に保持したままで金型温度が400℃になるまで
さらに冷却した。金型温度が400℃に達したなら
ば、プランジヤー１６を上向きに作動させてプレ
スレンズを取り出した。以上の方法によつて得ら
れたレンズの面精度はニユートンリング２本以
内、アス２分の１本以内、面粗さ0.01μｍであり、
レンズとして非常に優れた性能を有していた。

比較例 重フリントガラスSF−８を所望の光学ガラス
素子に近い形状に研削加工した。これをフツ酸と
濃硫酸の混合液に約10秒、５回浸漬してつや出し
を行ない、このプリフオームを実施例１と同様の
成形用型を用いて、金型温度520℃、プレス圧力
50Kg/cm²、プレス時間120秒の条件でガラスをプレ
ス成形した。プレス成形後、金型温度が350℃に
なるまで無加重状態で冷却した。以上の方法によ
つて作製したレンズの面精度はニユートンリング
４本、アス１本、面粗さ0.02μｍであり、本発明
の成形方法にくらべて劣つていた。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明の光学
ガラス素子の成形方法は、被成形ガラス素材を予
め表面処理する工程と、一定温度に保持した成形
用型で前記被成形ガラス素材を加圧成形する工程
と、前記被成形ガラス素材に加える圧力を前記加
圧成形する工程より増圧し、かつ前記被成形ガラ
ス素材を前記成形用型に保持した状態で前記成形
用型を冷却する工程と、前記被成形ガラス素材へ
の圧力を除去し、かつ前記被成形ガラス素材を前
記成形用型から取り出す工程とからなることを特
徴とする光学ガラス素子の成形方法である。

プレス成形後の冷却過程で、プレス成形時より
増加した圧力を加えながらガラスを冷却すること
により、ガラスのヒケが防止され、非常に表面精
度のすぐれた光学ガラス素子を成形することがで
きる。また、研磨処理、エツチング処理、あるい
は熱処理で表面を円滑化させたガラス素材をプレ
ス成形することにより表面粗度のすぐれた光学ガ
ラスを成形することができる。

したがつて、本発明の光学ガラス素子の成形方
法により、非常に容易にかつ安価で高精度な光学
ガラス素子を製造することが可能となり、その工
業的価値は極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における成形用型の
側断面図、第２図は同一実施例で用いた成形装置
の側断面図である。 １０……プリフオーム、１１……上型ブロツ
ク、１２……成形用上型、１３……成形用下型、
１４……下型ブロツク、１５……被成形ガラス、
１６……プランジヤー、１７……ストツパー、１
８……位置決めセンサ、１９，２２……ヒータ、
２０，２１……熱電対、２３……おおい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被成形ガラス素材を予め表面処理する工程
   と、一定温度に保持した成形用型で前記被成形ガ
   ラス素材を加圧成形する工程と、前記被成形ガラ
   ス素材に加える圧を前記加圧成形する工程より増
   圧し、かつ前記被成形ガラス素材を前記成形用型
   に保持した状態で前記成形用型を冷却する工程
   と、前記被成形ガラス素材への圧力を除去し、か
   つ前記被成形ガラス素材を前記成形用型とともに
   冷却して前記被成形ガラス素材を前記成形用型か
   ら取り出す工程とからなることを特徴とする光学
   ガラス素子の成形方法。 ２ 被成形ガラス素材を予め表面処理する工程
   で、被成形ガラス素材を研削処理を行なつた後研
   磨処理、エツチング処理、あるいは熱処理を行な
   うことにより所望の光学ガラス素子に近い形状に
   加工することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の光学ガラス素子の成形方法。 ３ 一定温度に保持した成形用型で被成形ガラス
   素材を加圧成形する工程で、成形用型の温度（Ｔ
   ℃）が、 T_s−40≦Ｔ≦T_s＋50 T_s：被成形ガラスの軟化点 であり、かつ被成形ガラス素材に加える圧力が、
   約0.1〜500Kg/cm²の範囲であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の光学ガラス素子の成
   形方法。 ４ 被成形ガラス素材に加える圧力を加圧成形す
   る工程より増圧し、かつ被成形ガラス素材を成形
   用型に保持した状態で成形用型を冷却する工程
   で、被成形ガラス素材に加える圧力が、約１〜
   1000Kg/cm²の範囲であり、成形用型の温度
   （T′℃）が、 T_g−50≦T′≦T_g＋20 T_g：被成形ガラスの転移点 の温度範囲まで冷却することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の光学ガラス素子の成形方
   法。 ５ 被成形ガラス素材への圧力を除去し、かつ被
   成形ガラス素材を成形用型とともに冷却して被成
   形ガラス素材を成形用型から取り出す工程で、被
   成形ガラス素材を成形用型から取り出すときの成
   形用型の温度が、被成形ガラスの徐冷点以下であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   光学ガラス素子の成形方法。