JPH0585749A - 光学素子の成形方法及び光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 形状精度及び面精度に優れ、安価で大量生産
に適した光学素子及び光学素子の成形方法を提供する。 【構成】 レンズの光学面のうち曲率半径の小さい方の
面の成形型を可動側に近い型、すなわち上型２とし、上
型２と下型３の間に光学素子用素材１を投入して成形を
行なう。 【効果】 曲率半径の小さい方の光学面を可動側に近い
型で成形することによって、転写性が向上し、性能の良
い光学素子が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学素子の成形方法及び
光学素子に係わり、特に形状精度及び面精度に優れ、安
価で大量生産に適した光学素子及び光学素子の成形方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、レンズ、プリズム等の光学素子は
ガラスなどの光学素子用素材を研磨で製造する変わり
に、金型内に光学素子用素材を投入し加熱加圧すること
によって成形する方法が数多く提案されている。重量を
正確に制御するためには最も予備加工が簡単で安価な円
柱形状が好ましい。

【０００３】円柱形状のガラス素材の成形方法について
は、例えば特開昭６０−２４６２３１号公報に記載のも
のがある。以下、図面を参照しながら成形法について説
明する。一般にプレス成形によって光学素子を製造する
場合、光学素子用素材を所定の大きさに切断しガラス軟
化点付近まで予備加熱する。次に光学素子用材料を型閉
めしたとき、光学素子の完成品とほぼ同一形状となるよ
うに加工された上型と下型の間に予備加熱された光学素
子用素材を供給し、所定の温度で加圧成形を行なってい
る。

【０００４】光学素子成形用素材の形状は、前述のよう
にできるかぎり簡単な形状が製造工程あるいは材料の加
工コストの面でも望ましく、例えばセンタレス加工で所
定の硝材外径に加工した棒材を所定の幅で切断した円柱
体のものがある。しかしこの用な素材を用いて成形する
と、図６に示すように材料の角部１４が先に変形し上型
１２と下型１３と接触する部分がなじんでしまい、密閉
空間１５ができる。一旦密閉空間ができると成形完了時
まで密閉空間が存在し、型の加工面が素材に十分転写さ
れず不良光学素子となる。こういった未転写不良を防止
する従来の方法について図５を用いて説明する。

【０００５】下型１３は連結棒１３Ａを介してベース１
３Ｂに固定されており、上型１２は連結棒１２Ａを介し
てピストン棒１２Ｂに取り付けられている。光学素子用
素材１はまず加熱ヒータ１６より成形温度まで加熱され
る。所望の成形温度に達した時点で上型１２が油圧シリ
ンダによって下降し、素材と接触する。その後、上型が
上下に振動加圧するが、例えばサーボパルサを使ってこ
れを実行する。振動加圧は例えば全加圧ストロークの９
割まで行い、残りの１割を定常加圧で成形する。全加圧
ストロークに達したところで通電をやめ、所望の温度に
降温したところで型を開き、冷却後光学素子を取り出
す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の成形方法にあっ
ては、光学素子成形用素材の側面は表面粗さが大きく、
光学素子の光学有効面の一部分の表面粗さが悪くなるた
めに透過率が劣化するといった課題があった。さらに、
上記の成形方法で製造された光学素子は、光学素子の型
面の形状を決定する上型が、成形途中に於て光学素子と
密着、型離れを繰り返すために空気を巻き込み、成形途
中の素材に気泡がたまるという問題が生じやすく、型の
形状を十分転写しにくいといった問題を有していた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の光学素子及び光学素子の成形方法は、第一の
型と第二の型とからなる成形型の間に円柱状の光学素子
素材を端面が型と向き合うように挿入し、加熱軟化させ
て加圧成形することにより光学素子を得る方法に於て、
光学素子形状を形成する型面の曲率半径の小さい方の型
あるいは、サグ寸法の大きい方の型を成形装置の可動側
に配置したことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】上記のような構成であれば、曲率半径の小さな
面に、成形圧力が良好に伝達されるとともに、金型の光
学素子形状転写面と光学素子素材との間に未接触部分を
発生させる事なく成形でき、光学素子素材側面の表面粗
さが光学素子性能に影響することもない。

【０００９】

【実施例】以下実施例について図１〜図４を参照しなが
ら説明すると、図１において、本発明の成形方法に係わ
る成形装置は、上型２と下型３の軸ずれをなくし、かつ
所定の光学素子の厚みになるように高さが調整された胴
型４と、上型、下型及び胴型で囲まれる空間に、両端面
が上下型に接するように縦向きに供給された光学素子素
材１とを有している。

【００１０】また上ヒータブロック５はシリンダロッド
７に連結されており、エアーシリンダによって上ヒータ
ブロック５を介して上型２に所望の圧力がかけられるよ
うになっている。

【００１１】本実施例で成形しようとする光学素子は、
図２に示すように片面の曲率半径Ｒ１が５ｍｍ、サグ寸
法Ｓａは１ｍｍ、もう一方の面の曲率半径Ｒ２が１０ｍ
ｍ、サグ寸法Ｓｂは０．５ｍｍの形状である。従って、
成形型の形状転写面の寸法も光学素子の面形状に加工さ
れている。我々は、曲率半径が５ｍｍ、サグ寸法が１ｍ
ｍに加工された型を上型に配置して成形した。

【００１２】光学素子素材は図３に示すような円柱体で
あり、直径７mm×長さ８mmの光学ガラスＳＦ−８（ガラ
ス転移温度４２０℃、屈伏温度４５４℃、軟化温度５５
１℃、線膨張率１００℃〜３００℃で９０×１０^-7／
℃）である。また、側面はセンタレス加工により仕上げ
られており、表面粗さは５μｍである。端面は鏡面であ
り表面粗さは０．１μｍである。光学素子素材を加圧成
形し、成形が完了するまでの総変形寸法は、３．５ｍｍ
である。

【００１３】型内に図３に示す光学素子素材１を投入
後、上ヒータブロック５を上型２に接触させる。上ヒー
タブロック５と下ヒータブロック６は、硝材が型の押圧
力に対して十分変形可能な温度まで上げる必要がある
が、温度が高すぎると性能の満足できないレンズとなる
ため、素材の屈伏温度と軟化温度の間に設定すると良
い。本実施例では上ヒータブロック５と下ヒータブロッ
ク６の温度は５３０℃に設定した。光学素子素材１の温
度が５３０℃になった時点で、光学素子素材１の粘度は
１０¹⁰ポアズとなっている。

【００１４】次に上ヒータブロック５で上型を介して素
材１を押圧する。この時の圧力は２Ｋｇ／ｍｍ²以上が
良い。成形途中、所定の時間が経過後、一旦、成形圧力
を零にし、上ヒータブロック５を上昇して上型２から離
す。圧力を零にする直前、正圧になっていた成形型２、
３と光学素子素材１端面で囲まれる空間は常圧に戻る。
成形圧力を零にした時にも、成形型と光学素子素材は密
着したままである。

【００１５】次に再び上ヒータブロック５を下降し、上
型２に密着させる。この時、成形型２、３と光学素子素
材１端面で囲まれる空間は、成形開始直後の空間よりも
かなり小さい容積となっている。

【００１６】次に再び上ヒータブロック５で光学素子素
材１を押圧する。胴型４と上型２が密着した時点で上ヒ
ータブロック５と下ヒータブロック６の温度を徐々に降
温する。４００℃になった時点で押圧を終了し、上ヒー
タブロック５を上昇させる。続いて成形型を取り出し、
そして常温まで冷却後、型開きを行い、成形された光学
素子を取り出す。図４に成形された光学素子を示す。点
の部分は光学素子素材１の側面の回り込み部分である。

【００１７】本実施例において曲率半径の小さい方の型
を上型にして成形する場合、この型は可動側に近いた
め、成形圧力が損失を受けることなく正確に光学素子素
材１に伝えられ、光学素子上面の転写性が非常に向上す
ることが、以下の通り判明した。

【００１８】（表１）に、光学素子素材１側面の表面粗
さの回り込み径φＭ（図４参照）の寸法を示す。曲率半
径の小さい方の型を上型にして成形した場合（表中の記
号ａ）と、曲率半径の小さい方の型を下型にして成形し
た場合（表中の記号ｂ）の比較を示している。光学素子
第１面とは曲率半径の小さい方の面を示し、光学素子第
２面とは曲率半径の大きい方の面を示している。

【００１９】曲率半径の小さい方の型を上型すなわち可
動側にして成形した場合の方が、光学素子素材側面の表
面粗さの回り込み径φＭが広がり、図４のように光学素
子有効径φＥの外側に回り込み部分φＭが止まってい
る。特に総変形寸法がサグ寸法に比べて充分でない場
合、可動側に曲率半径の小さい方の型を配置することに
より、曲率半径の小さい方の型の転写性を向上させるこ
とができる。

【００２０】同様に、サグ寸法の大きい方の型は転写性
を上げる事が難しいが、可動側に配置することによりサ
グ寸法の大きい方の型の転写性を向上させることができ
ることがわかった。。さらに曲率半径の小さい方の型を
下型にして成形した場合、光学素子有効径内に素材側面
の表面粗さが回り込んで透過率を低下させるという問題
があったが、曲率半径の小さい方の型を上型にして成形
することによって透過率が低下するという問題を解決す
ることができた。

【００２１】

【表１】

【００２２】また（表２）に第１面（曲率半径の小さい
方の型）の転写性を示す。曲率半径、サグ寸法の異なる
型と素材を用意してｈ＝３ 〜 ｈ＝５についての転写性
を評価した。曲率半径の小さい方の型を下型にして成形
した場合、ｈ＝４倍までの転写性が不良となり、光学素
子の性能を満足しないものとなった。

【００２３】一方、曲率半径の小さい方の型を上型（可
動側）にして成形した場合ｈの値に関係なく転写性の良
いものが得られた。

【００２４】従って、特にｈ＝４倍以下の関係を有する
場合、曲率半径の小さい方の型を上型にして成形すれば
転写性が良くなることが明らかになった。

【００２５】

【表２】

【００２６】（表３）に第２面（曲率半径の大きい方の
型）の転写性を示す。第２面（曲率半径の大きい方の
型）の転写性は上型、下型のいずれの配置においても転
写性は良好であった。

【００２７】

【表３】

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上に説明した成形方法である
ために、以下に記載されるような効果を奏する。光学素
子形状を形成する型面の曲率半径の小さい方の型を成形
装置の可動側に配置したので、従来発生していた密閉空
間による未転写不良がなくなった。またサグ寸法の大き
い方の型を成形装置の可動側に配置することによって転
写性を上げることができた。また光学素子素材側面の表
面粗さが光学素子有効径の外側で止まるために光学性能
に影響がない。さらに第１面、第２面の両面において形
状精度、面精度に優れた光学素子を成形できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形方法を具現化した成形装置の断面
図

【図２】同成形装置により成形しようとする光学素子の
断面図

【図３】同成形装置において、光学素子の成形に用いる
光学素子素材の斜視図

【図４】同成形装置により成形された光学素子の側面図

【図５】従来の成形装置の断面図

【図６】同従来装置における成形状態を説明するための
装置要部の断面図

【符号の説明】

１ 光学素子素材 ２ 上型 ３ 下型 ４ 胴型 ５ 上ヒータブロック ６ 下ヒータブロック ７ シリンダロッド

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一の型と第二の型とからなる成形型の間
   に円柱状の光学素子素材を端面が型と向き合うように挿
   入し、加熱軟化させて加圧成形することにより光学素子
   を得る光学素子の成形方法に於て、光学素子形状を形成
   する型面の曲率半径の小さい方の型を成形装置の可動側
   に配置したことを特徴とする光学素子の成形方法。
2. 【請求項２】光学素子素材を加圧成形し成形が完了する
   までの総変形寸法が、光学素子の曲率半径の小さい方の
   面のサグ寸法の４倍以下である時、光学素子の曲率半径
   の小さい方の面を成形する型を成形装置の可動側に配置
   して成形することを特徴とする請求項１記載の光学素子
   の成形方法。
3. 【請求項３】第一の型と第二の型とからなる成形型の間
   に円柱状の光学素子素材を端面が型と向き合うように挿
   入し、加熱軟化させて加圧成形することにより光学素子
   を得る光学素子の製造方法に於て、光学素子の一方の面
   のサグ寸法Ｓａともう一方の面のサグ寸法Ｓｂの関係が
   Ｓａ＞Ｓｂであるとき、Ｓａの方の面を成形する型を成
   形装置の可動側に配置したことを特徴とする光学素子の
   成形方法。
4. 【請求項４】光学素子素材の端面は割断面かあるいは切
   断面、または研磨面のいずれかであることを特徴とする
   請求項１または請求項３記載の光学素子の成形方法。
5. 【請求項５】曲率半径の小さな光学面が、成形装置の可
   動側に配置された型により成形されてなる光学素子。
6. 【請求項６】光学素子の一方の光学面のサグ寸法Ｓａと
   もう一方の光学面のサグ寸法Ｓｂの関係がＳａ＞Ｓｂで
   あるとき、Ｓａの方の光学面が、成形装置の可動側に配
   置した型により成形されたことを特徴とする光学素子。