JPH04187530A - 光学部品の製造法 - 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、例えば、非球面レンズなどの高精度な光学部品をプレス成形で形成するようにした光学部品の製造法に関する。 【従来の技術】

近時、この種の光学部品の製造法では、最終成形品の形
状に近似したガラス素材（ガラスブランク）を、予め用
意して、所要の高精度な成形面を有する成形用型部材内
に収容し、加熱して、上記ガラス素材の粘度が１０８〜
１０１２ポアズの範囲の成形可能な温度になった時、上
記型部材で上記ガラス素材を加圧し、キャビティ形状、
特に成形面に対応した表面を有する最終成形品としての
光学部品を得るようにしている。このようなリヒートプ
レス成形法によれば、成形後の研削、研磨などの後加工
が不要となる。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、高精度な成形表面を必要とする、例えば
、非球面レンズなどの光学部品を製造する場合、ブラン
クの形状やその熱特性管理、型構造と型部材の最適化、
非酸化性雰囲気の制御、成形時のガラスおよび型部材の
温度測定と温度制御、成形時の加圧手段と圧力制御、成
形後の成形物の冷却速度、その取出し温度、などの様々
な留意すべき事項が含まれていて、製造上のトラブルや
品質の問題解決に当っては、これら複雑な要因を分析し
、対処する必要がある。 特に、この発明で問題にしているのは、ブランクをプレ
ス成形した後の冷却過程で、型部材内で起こる表面割れ
の現象である。すなわち、非球面レンズなどの成形物で
は、その成形表面に、部分的な輪帯状のクラックが発生
するのである。また、上記成形物の、最終成形品として
の品質上、歩留りを左右する問題として、成形面の形状
転写性とそのバラツキ（アス・クセやＲ精度）をあげる
ことができる。上述の歩留り向上のために、光学素子と
しての精度上の品質規格を弛める方向での問題処理は、
本質的な解決方法ではない。そこで、品質規格をクリア
するためには、最終成形品の肉厚やＲ形状を設計変更せ
ざるを得ない場合すらある。 本発明者は、鋭意、努力した結果、ガラス素材の粘度と
密接に関係して、冷却過程での型部材の温度制御及び、
離型の際の温度条件が、また、型部材内の温度分布、離
型の際の熱応力などが、成形型内で起こる輪帯状クラッ
ク、成形表面の形状転写性、品質のバラツキに関与して
いる点を確認した。

【発明の目的】

本発明は上記事情に基いてなされたもので、成る特定の
条件を設定して、これを実施することで、型部材内で起
こるクラックを防止し、成形表面の形状転写性を向上し
、その品質のバラツキを極度に抑制できるようにした光
学部品の製造法を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

このため、本発明では、軟化状態にあるガラス素材を成
形用型部材を用いてプレスし、上記型部材の成形面に対
応した表面を上記ガラス素材に形成するようにした光学
部品の製造方法において、加圧成形後の冷却過程で、上
記型部材の温度を制御し、ガラスの粘度ｌｏｇηが１３
〜１６の範囲で固着または接触状態にある上記ガラス素
材を上記型部材から強制的に分離するのである。 また、要すれば、上記型部材は少なくとも対向する成形
面を有する二つの型部材より構成され、各型部材の温度
は、決められたガラスの粘度ｌｏｇηが１３〜１６の範
囲となる温度に対して、ガラスの粘度変化量Δｌｏｇη
が±０．５以内の温度誤差の範囲で制御され、かつ、上
記成形面の温度分布も同じ温度誤差範囲になるように制
御される。 また、上記型部材からのガラス素材の分離に際して、各
型部材、胴室の少なくとも１つに対して、上記成形面に
ついて水平または垂直方向の振動を、周波数１００ＨＺ
〜ｌ　０ＯＫＨｚの範囲かつ振動力１〜１．０００ｋｇ
の範囲で与えるのである。

【実施例］ 以下、本発明を図示の実施例にもとすいて具体的に説明
する。第１図において、符号１は成形されたガラス素材
（ガラスブランク）であり、上下の型部材２及び３の間
に位置している。そして、上記型部材２及び３は、胴室
４の中で光軸が合うような嵌合構造になっており、いず
れもその外周を上下に摺動できるようにしである。上記
胴室４は下プレート１３にボルト１４で固定され、上記
下プレート１３はポルト１７によって熱絶縁リング１５
を介して基準台１６上に設置されている。上記胴室４に
は熱源５が内蔵されていて、胴型内に形成されたキャビ
ティに対する熱の供給を行うようにしである。この熱の
制御は上下の型部材２及び３内に配置した熱電対６乃至
９からの測定温度で行われる。上記熱電対はその測定先
端を各型部材２及び３の成形面近傍に位置しており、そ
れぞれ、複数本を適当な間隔で分散配置している。上記
下型部材３はその高さ調節のために下プレート１３との
間にスペーサ１９を介装している。また、上型部材２と
胴室４の頂部との間には上型部材２の高さ設定用のスペ
ーサ１８が介装しである。 上記上型部材２は型保持体１０に取付けられ、左右一対
の支持バー２０で上方向に吊持されており、上記支持バ
ー２０にはフック型のジヨイント２１がボルト２２を介
して取付けられており、上記ジヨイント２１はラム２３
で吊持されている。なお、型保持体１０が潤製４上に降
下した状態で、更に上記ラム２３が降下したとき、上記
ラムで型保持体１０を押しても、上型部材２をその中心
で押圧できるように、上記型保持体１０の頂部中心には
ビート１１が形成しである。また、上記ラム２３にはロ
ーラバイブレータのような振動手段が設けられている（
図示せず）。また、上記のような構成のプレス機は上記
ガラス素材ｌを所定の雰囲気内に保持するための構造を
持っている。 第１図は、このようなプレス機で、プレス成形したあと
、冷却過程で、上記ガラス素材ｌを強制的に型部材２．
３の成形面から分離させる瞬間の状態を示している。 次に、このような構成のプレス機を用いて、具体的に本
発明の光学部品の製造法を説明する。 非酸化雰囲気内に搬入されるガラス素材（ブランク）は
、例えば、第２図に示すような粘度特性のもの（重クラ
ウンガラス）を採用する。なお、１０１６ボアズ以上に
ついてはビームベンディング法によって得られたデータ
を外挿する形で採用している（点線で表示）。ブランク
形状は球であり、以下に述べる実験には、１０φ〜１１
φｍｍの範囲で必要な幾種類かの水準で用意している。 上記ブランクは先ず４００°Ｃに加熱され、また、上下
の型部材２及び３は共に６２０°Ｃに温度調節される。 そして、搬送機（図示せず）を介して、上記ブランクが
胴室４に設けた開口４Ａから型内に挿入される。上記ブ
ランクはそれ自体の形から得られる求心性で、下の型部
材３の成形面の中心に静止される。この状態で、上記ラ
ム２３を動作し、上の型部材２を降下し、約４分間をか
けてプレス成形される。次の冷却過程では、熱源５の出
力調節がなされ、一方、直接的な冷却制御は、流量調節
しながら、窒素ガスを上配胴型４に対して吹き付けるこ
とで行われる。そして、成る所定の温度範囲において上
の型部材２は強制的に上昇され、成形物（ガラスレンズ
）を成形面から分離する。なお、この実施例では、上記
型部材２及び３はバインダーレスのＷＣ系超硬合金を用
いる。また、成形面には約１μの厚さで、ＡＩＮを蒸着
する。これによって、上記成形面は光学的に鏡面になり
、その曲率半径は、例えば、下側が−１２，１６１″ｆ
ｆｌ、上側が３０．８４ＩＮ′″である。なお、成形さ
れるガラスレンズの肉厚は上記スペーサ１８の厚さを選
択することで予め決定できるが、これによって、上記ガ
ラス素材（ブランク）は、例えば、下の型部材３の口径
１６，０φから僅かにはみ出す直径になる。 実験に際しては、レンズ肉厚、冷却速度、強制的に離型
する温度、上記ラム２３を介して与える外部振動の方向
、強弱などのファクターを変え、それに対応する成形物
表面のワレ発生頻度、成形面の形状転写性、そのＲ精度
のバラツキを評価した。 【実験例１】 第３図には、レンズ肉厚が５．２０６″″、コバ厚約１
．０”のレンズを成形した場合の強制離型温度とフレ（
クラック）頻度の関係を示しており、各水準で、２０回
、成形した結果を示す。冷却速度は３０″ｅ１八＋ｎで
、上下の型部材２及び３の温度は等しい。この時の型部
材２及び３内の成形面の温度分布は±６°Ｃ以内であり
、バラツキはガラス粘度で示すと、Δｌｏｇη＝±０．
３以内である。ワレ発生率は強制離型温度がガラス粘度
で示すと１０１６以上になる温度に低下するとき、増大
し、例えば、１０１６では全数がワレを生じ、また、４
００°Ｃで冷却を止めて放冷し、型部材２及び３の温度
が３００°Ｃ以下になってから上の型部材２を上げ、成
形物を取出した場合、５回について全数、ワレを生じて
いた。上記のワレは下の型部材３の鍔部の境界から生じ
た場合もあったが、殆どが下の型部材３の有効径内に起
点を有する輪帯状のものである。また、稀に上の型部材
２の有効径内からも同様に発生している。なお、強制離
型温度が、ガラス粘度ｌｏｇηで示す場合、１３以下で
あるような高温での２水準については、ワレ発生がなか
った。しかし、この場合には、上下の成形面の形状転写
性が著しく悪（、光学的用途としては使用できないこと
が解った。

【実験例２］ 上述の強制離型温度をガラス粘度で１ｏ１４５ポアズと
決めて、その作用した温度範囲を±１００Ｃ以内の誤差
に留めた場合、これをガラス粘度Δｌｏｇηとして示す
と、±０．５以内となるが、成形されたレンズの上下表
面は、そのＲ精度がニュートンのバラツキとして３本以
内であり、評価も良好であった。次に、実験として、強
制離型のタイミングを、ガラス粘度Δｌｏｇηとして示
す±０．２以内の温度誤差の場合と、±１．０以内の場
合とで、それぞれ１０回、計４０回、成形して、同じく
レンズの上下表面のＲ精度の変化を調べたところ、前者
の場合（±０．２　）　、ニュートンのバラツキが１本
以内となり、品質のバラツキを極端に抑制でき、良好な
品質保証ができることが明らかになったが、後者の場合
（±１．０　）　、ニュートンのバラツキが６〜ｌＯ本
となり、品質が安定しないことが明かになった。 比較例として、強制離型をしない従来例を実験対象とし
た場合、その条件に、型部材の材質を耐久性の劣るバイ
ンダー含有のＷＣ系超硬合金とし、上型の上昇する時点
の温度をガラス粘度として１０１８より低温の４００°
Ｃとした場合には５０回の連続成形したとき、成形され
たレンズのＲ精度は、経時変化と各成形ごとのバラツキ
を含めて、ニュートンのバラツキが６〜１０本となり、
約１割の成形品に微小な輪帯状のクラックが発生してい
た。 これらの現象は、成形されたガラス製品と型部材との間
の冷却過程で起こる熱収縮に対し、上記ガラスの強度を
上回る部分応力が発生し、上記のクラックを発生するも
のと理解できる。そのワレ発生の開始される温度以上で
ガラスと型部材の成形面とが自然に分離した場合にはワ
レを生じないことがこれを証明している。しかし、そこ
での温度分布にバラツキがあると、それが大きいはどＲ
精度のバラツキも太き（なり、成形品の品質を左右する
ことになる。 この点、本発明では、上述のようなワレ発生の上限温度
以上で、しかも、ガラスと型部材とを互いに固着または
接触した状態での温度のバラツキを上述の実験のように
所定条件に維持したうえで、強制的に分離するから、ワ
レを防止し、品質を安定させ、歩留りを向上できるので
ある。 【実験例３］ 更に、上述した「実験例１」において、成形したレンズ
の肉厚を４．８′″′″　（コバ要約０．６”′）及び
５．６′″″′（コバ要約１．４″″′）とした場合、
条件として、強制離型温度を上の型部材の方が下の型部
材より高い温度となるように、両型部材の加熱に温度差
を付けると、その温度差がガラス粘度Δｌｏｇηとして
１．０で、しかも上の型部材の温度をガラス粘度で１０
１３〜１０１６の範囲で各４水準につき各２０回、成形
した結果、後者の場合（５，６″″）では全くワレが無
（、また、前者の場合（４，８”″）も、上の型部材の
強制離型温度をガラス粘度ｌｏｇηで１５．２より高温
とした場合、ワレの発生がなく、ｌｏｇηで１６の場合
、３割しかワレを生じないことが明かとなった。これに
対し、前述したような従来例では、この程度の肉厚にな
ると、殆どがワレを発生しており、この事実から、本発
明ではリヒートプレス法で、十分薄い肉厚のレンズも安
定して製造できることが理解できる。 【実験例４】 また、「実験例２」における強制離型温度をガラス粘度
で１ｏ−４，６として、強制離型のタイミングをガラス
粘度Δｌｏｇηで±０．２の範囲として、冷却速度をそ
れぞれ１０．６０，１００”’／ｍｉｎとした場合、各
２０回、連続成形した結果、全ての場合でワしを発生し
なかった。しかし、成形面の型状転写性として「アス」
と「クセ」を評価した結果、１０°、３０°ではニュー
トンのバラツキは１本以内で良好であるが、５０°では
それが１．５本以内、１００°では３本以上であった。 この時の型内の温度分布はそれぞれ約±４°、±６°、
±ｌθ°、±１８°であった。−船釣な光学レンズの品
質を考慮すると、上記ニュートンのバラツキは１．５本
が許容限界であり、このことから、強制離型時の上下の
型部材内の温度分布はガラス粘度△ｌｏｇηで±０．５
以内とすべきことが明かとなった。

【実験例５】 更に、強制離型の問題として、下の型部材とガラスとが
先に離れる場合と、上の型部材とガラスとが先に離れる
場合とがある。ここでは、いずれか一方の型部材がガラ
スから離れるとき、他方は熱応力から開放され、自然に
離れることになる。なお、上の型部材を上昇させるとき
の引張力は、４００ｋｇ　　（プレス時、５００〜ｌ、
０００ｋｇ　）に達することがあり、離型の瞬間にレン
ズが躍ることがあり、次工程で型から成形品を取出す際
に、吸着取出しが困難になり、特に、球形のブランクで
はない、例えば、芯取り加工したプリフォームを成形す
る際、下型部材の成形面と成形品のコバ部が当り、ガラ
ス屑が型内に落ちたりする不都合がある。これらの問題
を回避するために、前述の「実施例３」において、上下
の型部材に温度差を与え、上の型とガラスとを先に剥が
れるようにする場合が考えられる。この時の強制離型の
補助手段として上下いずれかの型部材、あるいは中間の
胴室に強制的な振動を与えるようにしてもよい。このた
めの振動手段には、例えば、ローラバイブレータを用い
るとよい。 また、「実施例２」において、バイブレータの条件を振
動数１００８Ｚ〜１００ｋ）１２、好ましくは３０ｋＨ
２、振動力１〜ｌ、０００ｋｇ　、好ましくは１６０ｋ
ｇとした場合、その力はラムを介して減衰されたあと、
ガラスと上の型部材との間に作用するが、強制離型開始
の２０秒前から外力を与えながら離型した場合、前述し
た引張力が５０ｋｇ以下の値に設定すると、容易に離型
でき、ガラスが型内で躍ることなく、下の型部材の上に
残る。この補助的効果はその振動方向にはあまり関係な
く、従って、上述の振動手段にはバイブレータ以外にも
、例えば、ハンマーなどを用いることができる。 なお、上記実施例においては、１種類のガラス種と型材
質が示されているが、これに限られることなく、この強
制離型時のガラス粘度に対応する適正な温度制御を行え
ば、同等の効果を期待できることは当然であって、これ
らの変形は本発明の範ちゅうに属するものである。更に
、上記実施例では、強制離型の方法が上の型部材を上昇
させる形になっているが、下の型部材を降下するように
してもよい。また、例えば、冷却中に、下の型部材が上
方に補圧され、ガラス粘度ｌｏｇηが１０１３〜］０１
６の範囲の決められた定点で、圧力を解除し、下の型部
材の重量がガラスに掛がり、強制離型できるのである。

【発明の効果】

本発明は以上詳述したようになり、所定の温度条件で、
強制離型するとともに、その直前での型部材内の温度を
均等にし、これによって、成形型面の形状転写性を向上
し、しかも、製品の表面に輪帯状などのクラックを生じ
させないようにすることができる。これにより、品質を
向上し、歩留りを良くすることが可能である。また、強
制離型の際に、補助手段として上下の型部材の少なくと
も一つまたは胴室を振動させ、これによって、離型を用
意にし、ガラス素材が下の型部材の上で躍るのを防止し
、安定的にガラス製品を製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための概略構成図
、第２図は実験例１及び２で用いた重クラウンガラスの
温度と粘度との関係を示す特性曲線のグラフ、第３図は
強制離型温度とワレ頻度との関係を実験プロットで示す
図表である。 １・・・ガラス素材 ２．３・・・型部材 ４・・・胴型 ５・・・熱源 ６〜９・・・熱電対 ２３・・・ラム 代理人　　弁理士　　山　下　積　平 箔１図 第２図 憂クラウンガラスの粘度 １戊　（０Ｃ） 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）軟化状態にあるガラス素材を成形用型部材を用い
   てプレスし、上記型部材の成形面に対応した表面を上記
   ガラス素材に形成するようにした光学部品の製造方法に
   おいて、加圧成形後の冷却過程で、上記型部材の温度を
   制御し、ガラスの粘度ｌｏｇηが１３〜１６の範囲で固
   着または接触状態にある上記ガラス素材を上記型部材か
   ら強制的に分離することを特徴とする光学部品の製造法
   。
2. （２）上記型部材は少なくとも対向する成形面を有する
   二つの型部材より構成され、各型部材の温度は、決めら
   れたガラスの粘度ｌｏｇηが１３〜１６の範囲となる温
   度に対して、ガラスの粘度変化量Δｌｏｇηが±０．５
   以内の温度誤差の範囲で制御され、かつ、上記成形面の
   温度分布も同じ温度誤差範囲になるように制御されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の光学部品の製造法。
3. （３）上記型部材からのガラス素材の分離に際して、各
   型部材、胴型の少なくとも１つに対して、上記成形面に
   ついて水平または垂直方向の振動を、周波数１００ＨＺ
   〜１００ＫＨＺの範囲かつ振動力１〜１，０００ｋｇの
   範囲で与えることを特徴とする請求項１に記載の光学部
   品の製造法。