JPH0624764A - 光学素子保持部材 - Google Patents

光学素子保持部材

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JPH0624764A
JPH0624764A JP20719992A JP20719992A JPH0624764A JP H0624764 A JPH0624764 A JP H0624764A JP 20719992 A JP20719992 A JP 20719992A JP 20719992 A JP20719992 A JP 20719992A JP H0624764 A JPH0624764 A JP H0624764A
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JP
Japan
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holding member
optical element
ceramic
fiber
sic
Prior art date
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Withdrawn
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JP20719992A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Hayashi
俊明 林
Takeshi Kawamata
健 川俣
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0624764A publication Critical patent/JPH0624764A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06Construction of plunger or mould
    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B35/00Transporting of glass products during their manufacture, e.g. hot glass lenses, prisms

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミックス特有のクラック発生を防止する
ために保持部材の靭性強化を図り、高精度の光学素子を
安定にかつ多量に得る。 【構成】 粉末焼結セラミックス基材(ZrO2 粉末
2)にセラミックス繊維(Al2 3 繊維3)を原子比
で4〜50%含有させ、焼結させて光学素子保持部材2
を形成する。ここに、上記セラミックス基材はAl2
3 ,ZrO2 ,SiC,Si3 4 ,AlN,サイアロ
ン,Si3 4 −BNまたはAlN−BNが主成分であ
ることが好ましい。また、上記セラミックス繊維はAl
2 3 ,ZrO2 ,SiC,Si3 4 またはBである
ことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学ガラス素子成形品
を製造する際に用いる光学素子保持部材に関する。
【0002】
【従来の技術】光学ガラス素子成形品の製造には、予め
ガラスを研削、研磨加工して所望と近似した形状に仕上
げた後、加熱軟化させ、一対の高精度に加工された成形
用型にて押圧成形し、光学ガラス素子を得る方法が採ら
れている。この方法で製造される光学素子は、上下面の
光軸精度を得るために、前記一対の成形用型の軸ずれを
防止する必要がある。その防止方法として、例えば特公
平3−55420号公報には、成形用型と保持部材との
クリアランスの精度を高めるためにセラミックス材料を
用い、成形用型と保持部材とガラスとの線膨張率の関係
をガラス>保持部材>成形用型とし、高温状態でクリア
ランスを約15μmにすることにより、光軸と外周の振
れを5μm以下に抑える方法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特公平3−5
5420号公報に記載された従来の焼結セラミックス材
料を用いた成形方法では、破壊靭性が低いことにより、
連続使用すると保持部材にクラックが発生する問題があ
った。そして、クラックが発生すると、成形用型と保持
部材とのクリアランスの精度が得られず、光学素子の所
望の精度が得られないという問題が生じてしまった。
【0004】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、セラミックス特有のクラック発生を防止
するために保持部材の靭性強化を図り、高精度の光学素
子を安定にかつ多量に得ることができる光学素子保持部
材を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、粉末焼結セラミックス基材にセラミック
ス繊維を原子比で4〜50%含有させ、焼結させて光学
素子保持部材を形成することとした。
【0006】ここに、上記セラミックス基材はAl2
3 ,ZrO2 ,SiC,Si3 4,AlN,サイアロ
ン,Si3 4 −BNまたはAlN−BNが主成分であ
ることが好ましい。また、上記セラミックス繊維はAl
2 3 ,ZrO2 ,SiC,Si3 4 またはBである
ことが好ましい。
【0007】
【作用】前記問題である靭性の低さについては、セラミ
ックス特有の問題である。セラミックス材料の結合状態
は、イオン結合または方向性の強い共有結合で構成され
ている。その結合性から高温強度、高融点等の特徴が得
れるものである。しかし、前記結合と結晶構造のゆえ
に、転位の移動度が低く、すべり系が少なくかつ亀裂が
生成し、成長エネルギーが小さいことにより靭性が問題
になってくる。この靭性を向上させるためには、破壊エ
ネルギーを向上させるとよい。そして、その破壊エネル
ギーを向上させるためには、亀裂が生じた時の亀裂先端
と分散相との相互作用により亀裂の偏向を起こさせる方
法、または亀裂先端の応力を分散させる方法などがあ
る。
【0008】本発明では、その方法として前記粉末を焼
結する際に、粉末焼結セラミックス基材にセラミックス
繊維を原子比で4〜50%含有させて焼結することとし
た。セラミックス繊維を基材に分散させると、亀裂の偏
向や引き抜きにより破壊エネルギーが増加する特性があ
る。そのため、前記作用により材料の靭性が増加するこ
とになる。また、セラミックス繊維を添加することによ
り、熱的特性は変化しない。
【0009】
【実施例1】本実施例では、ZrO2 粉末とAl2 3
繊維とを原子比で8:2の割合で焼結した光学素子保持
部材の例を示し、この保持部材で凸レンズを成形した。
【0010】(1) 保持部材製造方法 粒径1μm以下の高純度ZrO2 粉末と繊維径約3μ
m、繊維長約50μmの短繊維であるAl2 3 繊維と
を原子比で8:2の割合とし、焼結助剤を添加した後、
均一になるまで混合した。混合した粉末を型にて400
kgf/cm2 の圧力で圧粉し、約1300℃で仮焼結
させてブランクを作成した。次に、そのブランクを所定
の形状に研削加工し、約1600℃にて本焼結した。そ
の形状を図1に示す。同図において、光学素子保持部材
1中の2はZrO2 粉末を示し、3はAl2 3 繊維を
示している。
【0011】上記本実施例の光学素子保持部材1は、曲
げ強度が950MPaから1200MPaに向上し、か
つ靭性も4MPaから5.5MPaに向上した。
【0012】(2) 成形方法 成形方法を図2に示す。SF11の硝材を図示を省略し
た溶融ルツボ内で1300℃に加熱溶融させ、供給ノズ
ル4より排出し、シャー5により切断して光学素子保持
部材1に滴下した。図1に示すように光学素子保持部材
1のガラス入口はテーパー形状になっているため、図2
(a)に示すようにガラス塊6は光学素子保持部材1の
中心部に入る。
【0013】ガラス滴下後、光学素子保持部材1を搬送
アーム7により一対の成形用型8,9間に搬送した。搬
送後にSF11のガラス粘度を107 〜109 ポアズま
で冷却し、図2(b)に示すようにSF11の転移点よ
り15℃低い温度に加熱保持した成形用型8,9で圧力
100kgf/cm2 にて18秒押圧成形後、離型し
た。
【0014】(3) 効果 上記光学素子保持部材1にて凸レンズを成形した結果、
従来の保持部材では1個あたり800ショット成形が限
界であったものが、本実施例の光学素子保持部材1では
2000ショット成形しても劣化が生じなかった。
【0015】また、凸レンズは中心部の肉厚が厚く外周
部は薄い。そのため、冷却は外周部および表面が早く冷
却され、中心部は遅い。この温度分布により中心部のみ
ヒケが生じ、形状精度が得られない。しかし、熱伝導率
が悪いAl2 3 ベースの保持部材により外周部の冷却
速度が遅くなるため、外周部と中心部の温度差が生じに
くく、この効果によりヒケのない高精度の光学素子が成
形可能となった。
【0016】なお、上記セラミックス基材とセラミック
ス繊維の組み合わせ以外の組み合わせとして、熱伝導率
が悪いAl2 3 ,Si3 4 ,Si3 4 −BN基材
とAl2 3 ,ZrO2 ,SiC,Si3 4 ,Bのい
ずれか一種の繊維、サイアロン基材とSiC,Si3
4 ,Bのいずれか一種の繊維の組み合わせでも同様な効
果が得られた。
【0017】また、本実施例では原子比で20%のセラ
ミックス繊維を添加したが、実験から繊維添加量が4%
未満になると、破壊エネルギーが低下し、靭性が低下し
て成形中にクラックが生じてしまった。一方、セラミッ
クス繊維の添加量が50%を越えると、繊維が多くなる
ためにセラミックス特有のイオン結合または方向性の強
い共有結合の特性が低下し、基材の硬度および強度が低
下して上記成形圧力に耐えられず、クラックが生じてし
まった。
【0018】
【実施例2】本実施例では、SiC粉末とSiC繊維と
を原子比で8.3:1.7の割合で焼結した光学素子保
持部材の例を示し、この保持部材で凹レンズを成形し
た。
【0019】(1) 保持部材製造方法 粒径1μm以下の高純度SiC粉末と繊維径約3μm、
繊維長約50μmの短繊維であるSiC繊維とを原子比
で8.3:1.7の割合とし、焼結助剤を添加した後、
均一になるまで混合した。混合した粉末を型にて450
kgf/cm2の圧力で圧粉し、約1100℃で仮焼結
させてブランクを作成した。次に、そのブランクを所定
の形状に研削加工し、約1400℃にて本焼結した。そ
の形状を図3に示す。同図において、光学素子保持部材
11中の12はSiC粉末を示し、13はSiC繊維を
示している。
【0020】上記本実施例の光学素子保持部材11は、
破壊靭性および曲げ強度が約25%向上した。
【0021】(2) 成形方法 成形方法を図4に示す。BK7の硝材を図示を省略した
溶融ルツボ内で1350℃に加熱溶融させ、供給ノズル
14より排出し、シャー15により切断して光学素子保
持部材11に滴下した。図3に示すように光学素子保持
部材11のガラス入口はテーパー形状になっているた
め、図4(a)に示すようにガラス塊16は光学素子保
持部材11の中心部に入る。
【0022】ガラス滴下後、光学素子保持部材11を搬
送アーム17により一対の成形用型18,19間に搬送
した。搬送後にBK7のガラス粘度を107 〜109
アズまで冷却し、図4(b)に示すようにBK7の転移
点より20℃低い温度に加熱保持した成形用型18,1
9で圧力150kgf/cm2 にて20秒押圧成形後、
離型した。
【0023】(3) 効果 上記光学素子保持部材11にて凹レンズを成形した結
果、従来の保持部材では1個あたり700ショット成形
が限界であったものが、本実施例の光学素子保持部材1
1では2000ショット成形しても劣化が生じなかっ
た。
【0024】また、凹レンズは外周部の肉厚が厚く中心
部は薄い。そのため、冷却は中心部および表面が早く冷
却され、外周部は遅い。この温度分布により中心部の薄
肉部に応力が発生し、割れが生じる。しかし、熱伝導率
の良いSiCベースの保持部材によりガラス接触部から
熱を奪うため、外周部の冷却速度が早くなり、外周部と
中心部の温度差が生じにくく、中心部に応力が発生せ
ず、高精度の光学素子が成形可能となった。
【0025】なお、上記セラミックス基材とセラミック
ス繊維の組み合わせ以外の組み合わせとして、AlN,
AlN−BN基材とAl2 3 ,ZrO2 ,SiC,S
34 ,Bのいずれか一種の繊維の組み合わせでも同
様な効果が得られた。
【0026】また、本実施例では原子比で17%のセラ
ミックス繊維を添加したが、実験から4〜50%の繊維
添加量でも本実施例と同レベルの強度が得られ、同様の
効果が得られた。しかし、繊維添加量が4%未満になる
と、破壊エネルギーが低下し、靭性が低下して成形中に
クラックが生じてしまった。一方、セラミックス繊維の
添加量が50%を越えると、繊維が多くなるためにセラ
ミックス特有のイオン結合または方向性の強い共有結合
の特性が低下し、基材の硬度および強度が低下して上記
成形圧力に耐えられず、クラックが生じてしまった。
【0027】
【発明の効果】以上のように、本発明の光学素子保持部
材によれば、粉末焼結セラミックス基材にセラミックス
繊維を4〜50%含有させて焼結することとしたので、
耐熱性を低下させることなく、破壊靭性を向上させるこ
とが可能となり、耐久性が向上し、高精度の光学素子を
安定にかつ多量に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の光学素子保持部材を示す縦
断面図である。
【図2】同実施例1の光学素子保持部材を用いた成形装
置を示す縦断面図である。
【図3】本発明の実施例2の光学素子保持部材を示す縦
断面図である。
【図4】同実施例1の光学素子保持部材を用いた成形装
置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 光学素子保持部材 2 ZrO2 粉末 3 Al2 3 繊維 11 光学素子保持部材 12 SiC粉末 13 SiC繊維

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粉末焼結セラミックス基材にセラミック
    ス繊維を原子比で4〜50%含有させ、焼結させたこと
    を特徴とする光学素子保持部材。
  2. 【請求項2】 上記セラミックス基材はAl2 3 ,Z
    rO2 ,SiC,Si3 4 ,AlN,サイアロン,S
    3 4 −BNまたはAlN−BNが主成分であること
    を特徴とする請求項1記載の光学素子保持部材。
  3. 【請求項3】 上記セラミックス繊維はAl2 3 ,Z
    rO2 ,SiC,Si3 4 またはBであることを特徴
    とする請求項1または2記載の光学素子保持部材。
JP20719992A 1992-07-10 1992-07-10 光学素子保持部材 Withdrawn JPH0624764A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5922400A (en) * 1997-01-09 1999-07-13 The Gillette Company Correction fluid

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5922400A (en) * 1997-01-09 1999-07-13 The Gillette Company Correction fluid

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Effective date: 19991005