JPH06247725A - 光学部品の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラスモールド成形のための型の材料として
サファイアを用いて従来の型に原因する問題を解決した
光学部品の成形方法を提供する。 【構成】 ガラスが軟化させられる高い温度雰囲気にお
いてガラス素材を型により加圧成形してレンズ等の光学
部品を製造する。大気中に配置されたサファイアからな
る一対の型２，３内に光学部品の素材硝子１または溶融
ガラスを配置し、ガラスの軟化温度で前記型を加圧し光
学部品を成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレンズ成形方法、さらに
詳しくえいばガラスが軟化させられる高い温度雰囲気に
おいてガラスを型により加圧成形してレンズ等の光学部
品を製造する光学部品の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラスを型を用いて成形しレンズ等の光
学部品を成形する方法については各種の提案がなされて
いる。最も一般的なものは、窒素雰囲気中でガラスの軟
化点まで加熱し、型でプレスする。型の材料としては超
高硬質な金属が用いられる。この場合大気中で加熱する
と金属が酸化したり、ガラス中の成分が金属と結合した
りして不都合が生ずる。そこで、不活性ガスである窒素
の雰囲気中で加熱をする。また軟化点が高温であると、
型を傷めるために、低軟化点ガラスが用いられる。また
この種のガラスも種々開発され、型成形用のガラス材料
として推奨されて広く利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の成形方法について種々の問題が指摘されている。 ・大気中で成形することができない。そのため特殊雰囲
気内で型またはガラスの挿入または引き出しを行う必要
があり操作が煩瑣である。 ・金型製作工程が複雑で時間がかかる。 ・金型の寿命が短い。 ・温度による線膨張係数が大きいために成形時と冷却時
とで形状が異なる。この分補正を必要とする。 ・成形できるガラスの種類が限定される（低融点ガラ
ス）。 本発明の目的は、ガラスモールド成形のための型の材料
として新規な材料を用いることにより前記問題を解決し
た光学部品の成形方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明による光学部品の成形方法は、ガラスが軟化さ
せられる高い温度雰囲気においてガラス素材を型により
加圧成形してレンズ等の光学部品を製造する光学部品の
成形方法において、大気中に配置されたサファイアから
なる一対の型内に光学部品の素材硝子または溶融ガラス
を配置し、ガラスが軟化させられる高い温度雰囲気にお
いてガラス素材を型により加圧成形してレンズ等の光学
部品を製造するように構成されている。

【０００５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明方法を光学部品
がレンズである場合を例にしてさらに詳しく説明する。
図１と図２は本発明による方法を実施するための型装置
の縦断面図である。図１は加圧前の状態、図２は加熱
し、圧力を加えた状態を示している。成形されるべきガ
ラス材料１はあらかじめ完成寸法と近い形状に加工（い
わゆるプリホーム加工）されている。レンズの直径が５
ｍｍ以下程度の小さなものは球形のガラス素材を用いる
ことができる。

【０００６】成形用の上型２と下型３はサファイアを加
工して設けたものである。サファイア（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）は
引き上げ方でほぼ希望する径の物を容易に得ることがで
きる。サファイアの融点は２，０５０℃と高く、加熱し
ても型の表面が侵されることがない。また型の形状を計
算通りに製造できる。線膨張係数（＝０．４×１０^-6）
が低く加熱成形時と、冷却時とで型形状の変化が小さい
ので型の設計は容易である。サファイア（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）
は結晶体であって加工された表面が緻密のため、形状加
工し、研磨した面をそのまま型の面として用いることが
できる。

【０００７】前述のようにして製造された成形用の上型
２と下型３は図１に示されているように型台６に支持さ
れたガイド用の筒４に案内されて保持されている。圧力
を加えるための重り５は押し棒１０により上型２に押し
つけられる。前記各型およびガイド用の筒は型全体を載
せる台６の上に載置され、台６には車輪７が設けられて
おり、前記型装置は炉内に配置されている。８は炉壁を
示す。図２は炉内の温度を上げて加熱し、圧力を加えた
状態を示している。ガラス材料１は上型２の上にある重
り５の重量もしくはモータ９の回転により押し下げられ
（ねじジャッキの原理により）上型２と下型３が密着さ
れレンズが成形された状態を示している。

【０００８】図３は多数個同時に成形する場合の型装置
の配列を示す斜視図である。基本構造は図１に示したも
のと同様で図１の台６に相当する台３６には、上型２，
ガラス１，下型３がそれぞれ挿入されるガイド用の筒３
４が１２個設けられている。上側のラム３３には、前記
ガイド用の筒３４内の上型２を押す押し棒３５が１２個
設けられている。上側のラム３３に設けられている軸は
図１のねじ軸１０に相当するものであって、図示しない
モータ等により微速上下駆動される。

【０００９】図４、図５は４組の電気炉Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
を備えた量産用の成形設備を説明するための図であっ
て、図４は平面図、図５は電気炉の部分の正面断面図で
ある。各図においてＡは予備加熱をするための炉、Ｂは
ガラス材料が軟化する直前まで加熱する炉、Ｃは軟化点
を僅かに越える温度まで加熱し、加圧成形する炉であっ
て型に圧力を加える機能が設けられている。Ｄはガラス
材料および型の温度を徐々に下げるための炉である。図
４においてＩの示す位置は型の内部にあるレンズを取り
出す作業をする作業位置４１、IIの示す位置は、型にガ
ラス材料を装填するための作業位置４２である。なお炉
の中および移動経路にはレール４３，４４があり型を載
せる台には図１，２に示されているように車７が付いて
いる。

【００１０】次に前記設備を用いた光学部品の成形工程
について詳しく説明する。 （ガラス材料のセット）前記Ｉの示す位置で、図１，に
示されているようにガラス材料１を型２，３の中に入れ
る。 （事前加熱） 前述のようにしてガラス材料１がセット
された型２，３を図４の炉Ａに入れる。ここで１５０〜
２００℃まで加熱する。炉Ｂで硝子の軟化点（５５０〜
６５０℃）よりわずかに低い温度５００℃まで加熱す
る。 （加熱成形） 炉Ｃに移してガラスの軟化点まで加熱
し、炉室の上部に配置したモータ９によって駆動される
押し軸１０により型を押す。 （アニーリング） 前記成形後型を炉Ｄに移し、加熱成
形されたレンズを徐々に冷却する。また必要に応じて別
に設けられた炉を用いて燒鈍（アニーリング）を行うこ
とができる。 （取り出し） 冷却の後に前述したIIの位置でとりだ
す。

【００１１】次に前記本発明方法において成形された型
やレンズの形状の制御について説明する。成形されたレ
ンズの厚さ（肉厚）はレンズの性能を規定する重要な要
素である。本発明方法においてもこの肉厚を規定するた
めに２つの方式を採用することができる。その一つの方
式は、図６に示す上型と下型をぴったり合わせることに
より所定の厚みを確保する方法である。６７の面は上型
２と下型３が密着するあわせ面を示す。この場合、単に
上型と下型が密着するまで圧力を加えるだけでよいか
ら、制御および構造が簡単に構成できる特徴がある。こ
の方法によれば型の精度で一義的にレンズの厚さが決定
される。サファイアの型は温度膨張係数が小さいために
伸縮の変化が少ない。単に押しつけるだけであるから、
加圧するほうの条件は厳しく制御する必要が無い。ガラ
スが厚いときは高温で成形し冷却するのにしたがって収
縮をするがこの場合は予め型の形状は収縮を見込んだ形
状にしておけばよい。

【００１２】他の方法である型間隔を正確に制御する方
法を図７を参照して説明する。図７は型間隔調節手段を
備える型装置の実施例を示す図である。７２は上型２の
下の面、７３は下型３の上の面である。サファイアの型
２，３等の全体を乗せる台６には測長器７５からの光お
よび前記型の面７２，７３で反射された反射光を通過さ
せる穴７６が設けられている。測長器７５からの光は反
射鏡７４を介して各型の反射面に導かれ戻される。型の
面７２および７３からの反射光から距離の差を測定する
ことにより上型２と下型３の間隔を知ることができる。
このデータにもとづきレンズの厚さを微妙に制御するこ
とができる。また、成形時にもこのデータをフイードバ
ックすることにより最適な成形条件を与えることができ
る。簡単な方法としては先に説明した上型と下型を密着
する方法でよいが、型の合わせ面にゴミ等が付着して僅
かにできる誤差をも避けたい場合に有効である。さら
に、上型と下型の間隔を制御する方法として一組の測長
器を使用した例を示したが３組の測長器を使用し、型の
外周３箇所を別々に押す構成を採用することによりさら
に微妙に型の平行状態を制御することができる。

【００１３】本発明による方法では型の心合わせについ
てのデータを容易に得ることができる。サファイアが透
明であることを積極的に活用した本方式は他の手段より
精度良く測定できる。例えば型に圧力を掛けるための軸
の位置の変化を検出する方法は測定点との距離が離れて
いるため、温度変化等により誤差が生じやすい。上型と
下型との心ずれを検出する従来の技術は上型と下型を夫
々別々に測定して心ずれを推定するか、実際に成形して
みてその製品から心ずれを測定する方法を採用してい
る。前者の方法であると、型自体は精度がでていても組
み上げられた状態で精度が保証されているかどうかは直
接的には分からない。後者の方法であると、一々成形し
てみないと心合わせができているかどうか分からない。
すなわち、そのつど成形して確認する必要がある。図８
は本発明方法において使用する型を光学的に測定する方
法を示す図である。図において８１は上型２、３下型の
曲面によって形成される空気レンズ部分を示している。
型２、３はサファイアで形成されているゆえ透明であり
かつ空気とは屈折率が異なる。このことを利用して空気
レンズの２つの面の透過、反射を測定することができ
る、すなわち透過心ずれ、反射心ずれ、いずれも測定で
きる。

【００１４】以上詳しく説明した実施例について本発明
の範囲内で種々の変形を施すことができる。前記実施例
ではガラスを予め最終成形品に近い形に加工しておいて
から、成形する例を示したが、ガラス材料を別の炉で溶
融しておき、所要重量分だけ溶融したガラスを型に入れ
て成形することもできる。また前記実施例では通常使用
されている電気炉を用いて空気の伝導と熱源の放射を利
用しているが、型に密着したヒータを用いて加熱しても
よい。また前記実施例では型は全て両凸レンズ製造用の
ものについて示したが凸凹、凹凹のレンズについても適
用できる。連続成形に適した装置を例にして説明した
が、本発明方法はいわゆるバッチ処理方式で実施可能で
ある。

【００１５】

【発明の効果】従来のガラスが軟化させられる高い温度
雰囲気においてガラス素材を型により加圧成形するレン
ズ等の成形方法においては、金属の型を用いていたの
で、不活性雰囲気（例えば窒素ガス雰囲気）で成形が行
われていた。本発明による方法は新規なサファイアの型
を用いているので大気中で成形が可能である。サファイ
アは融点が高く（２，０５０℃）加熱しても型の表面が
侵されることがないからである。またサファイアは型の
材料として次のような特徴を持っている。すなわち、サ
ファイアの線膨張係数が低く加熱成形時と、冷却時とで
型形状の変化が小さいから型の設計が容易である。他の
材料によると、型形状の変化を予測して形状を決定した
り、試行錯誤で形状を決定したりする必要があった。サ
ファイア（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）は結晶体であって加工された表
面が緻密のため、形状を加工し、研磨した面をそのまま
型の面として用いることができる。従来の技術では金属
にせよ、その他の材料にせよ、加工された表面が緻密で
ないため一度概略型加工したうえ硬質の鍍金をほどこ
し、さらに仕上げの研磨をしている。Ａｌ₂ Ｏ₃ は化学
的に安定であるため、型表面にゴミ、ほこりあるいはガ
ラスの小片が付着した場合容易に、塩酸溶液等で除去で
きる。金属の型の場合、化学的手段で型の表面を清掃す
ることが困難であり、物理的に除去しようとすると型表
面を傷つけ易い、その場合再度型表面を研磨する必要が
生じ費用，時間が掛かる。また、ファイア（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）は引き上げ法により任意の太さのものを得るこ
とができる。したがって工業的に安定した素材を入手す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法を実施するための型装置のガ
ラス素材挿入状態を示す縦断面図である。

【図２】図１に示した型装置を成形終了状態で示した縦
断面図である。

【図３】本発明方法を用いて多数個の光学部品を同時に
成形する場合に利用する型装置の実施例を示す斜視図で
ある。

【図４】４組の電気炉Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを備えた量産用の
成形設備を説明するための平面図である。

【図５】図４に示す設備の電気炉の部分の正面断面図で
ある。

【図６】上型と下型をぴったり合わせることにより光学
部品の厚みを一定つ例を示す断面図である。

【図７】型間隔調節手段を備える型装置の実施例を示す
断面図である。

【図８】本発明方法において使用する型の測定方法を示
す図である。

【符号の説明】

１ ガラス材料 ２ 上型 ３ 下型 ４ ガイドの筒 ５ 加圧用の重り ６ 型全体を乗せる台 ７ 台移動用の車輪 ８ 加熱炉壁 ９ モータ １０ 送りねじつき押し棒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスが軟化させられる高い温度雰囲気
   においてガラス素材を型により加圧成形してレンズ等の
   光学部品を製造する光学部品の成形方法において、 大気中に配置されたサファイアからなる一対の型内に光
   学部品の素材硝子または溶融ガラスを配置し、 ガラスの軟化温度で前記型を加圧し成形する光学部品の
   成形方法。