JPH06263456A - 成形用素材およびその製造方法並びに光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ガラス化された粉体もしくは粒状
の材料を用いることで材料収率の高い成形用素材を実現
し、高精度でかつ安価な光学素子を提供することを目的
とする。 【構成】 成形用素材２１は、粉体もしくは粒状に調整
されたガラス素材２２を、所望重量に秤量したのち金型
内に充填し、ガラス転移点近傍で加熱圧縮することによ
り、ガラス素材２２は相互を溶着して、所望形状に形成
される。 【効果】 かかる成形用素材をプレス成形することによ
り、高精度で安価な光学素子を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学機器に使用されるレ
ンズ、プリズム等の光学素子を成形によって得るための
成形用素材およびその製造方法と、前記成形用素材を用
いて光学素子を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学レンズ等を研磨工程なしの一
発成形により形成する試みが多くなされ、現在、各社で
は量産段階にある。レンズなどの光学素子を構成する材
料がガラスである場合、溶融状態から成形型に流しこみ
加圧成形する方法が最も能率的であるが、冷却時の収縮
を制御することが難しく、精密なレンズ成形には適さな
い。従ってガラス素材を一定の形状に予備加工して、こ
れを型の間に供給し、加熱、押圧成形するのが一般的な
方法である（例えば、特開昭５８−８４１３号公報、６
０−２００８３３号公報等）。

【０００３】図４は発明者らが行っていた従来法のひと
つにより、円板状でガラスからなる成形用素材を成形し
てレンズを形成した状態を示す断面図である。５４は成
形されたレンズ、５１、５２は一対の成形型、５３は胴
型である。５５は加熱板、５６はヒ−タ−、５７は加圧
機構、５８は冷却板、５９は基台で構成された成形装置
を用いてレンズ成形を行う。レンズ素材を成形型の中に
供給しヒ−タ−５６、により加熱された加熱板５５、を
用いて型およびレンズ素材をガラスの軟化点近傍の温度
まで加熱し、５１、５２の型により加圧変形する。

【０００４】変形が終了後は成形されたレンズを徐々に
冷却してレンズの取り出せる温度になると型を開きレン
ズを取り出し成形を完了する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した成形に用いる
成形用素材は、精密成形に適するように所望の形状を機
械加工法や溶融法によって得ていた。前述した二つの方
法で、機械加工法においては切断代や研磨代に材料の多
くが失われ材料収率が低く、高価な原料を用いるほど最
終製品のコスト高に跳ね返る。また、不要となった切断
屑や研磨屑は環境問題を充分考えて廃棄せねばならず、
いずれも産業上好ましくない。さらに溶融法では材料の
組成によっては失透（ガラスの結晶化）や脈理現象が発
生して得ようとする素材に制限を加えるなどの課題を有
していた。したがって上述した成形用素材を用い、精密
成形を行っても得られた光学素子はコストが高く改善が
望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑
み、材料収率が高く、用いる材料に制限を加える事な
く、また環境問題に対しても有効な手段を提供するもの
であり、その主旨は、溶融してガラス化されたガラス魂
を粉砕した粉体もしくは粒状の粒子が、前記粒子間相互
には連通する気孔が存在するように粒子相互が溶融固化
されて、所望の形状となされた成形用素材を光学素子の
成形に用いるものである。

【０００７】かかる成形用素材によって光学素子を得る
には、この成形用素材を一対の光学機能面を有する金型
と該金型を案内する胴型とで構成されたキャビティ−内
に充填し、成形ブロック全体を前記精密成形用素材の屈
伏点以上に予熱し、前記上下型を介して前記精密成形用
素材を変形せしめ、変形完了後、成形ブロック全体を冷
却するものである。

【０００８】なお、上記精密成形用素材は、例えば、ガ
ラス化された光学材料を粉体もしくは粒状に調整する工
程、調整された材料を所望する光学素子の体積に相当す
る重量に秤量する工程、秤量された材料を所望する形状
の上下型および胴型で構成する金型内に充填する工程、
充填した材料を、該材料のガラス転移点近傍で加熱圧縮
成形する工程とが具備された製造方法によって製造する
ことができる。

【０００９】

【作用】本発明で構成される精密成形用素材は、ガラス
化された材料を粉砕して用いることにより材料収率を大
巾に高めることに作用し、出発原料費が高いほどその効
果大きい。また、粒子間相互を溶着固化し所望する形状
にすることで、光学素子を精密成形する際においてその
取り扱いを容易にし、かつ、成形品のばりの発生を防ぐ
ことに作用する。さらに、連通する気孔を存在させるこ
とは精密成形における光学素子の密度を高めることに作
用するものである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を、図１〜図３を用いて詳細に
説明する。

【００１１】（実施例１）図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発
明の成形用素材の一実施例を示し、粉体もしくは粒状の
ガラス素材２２と、連通する気孔２３により成形用素材
２１が構成されており、その形状は球形状や俵形状をし
たものである。粉体もしくは粒状の粒子は互いに若干溶
着され形状は維持され崩れない。したがって精密成形時
の取扱いに充分に耐えうる強度を有するものである。

【００１２】用いた材料は真空溶解された非酸化物ガラ
スであり、ガラス化されたセレン化ゲルマニュウム（Ｓ
ｅＧｅ４）で約９グラムのインゴット（φ９×３３ｍ
ｍ）を乳鉢で粉砕して粒径が５０〜２００μｍの粒状に
した。粉砕後に重量測定したところ８．８グラムで材料
収率は９８％であった。

【００１３】同様のインゴットを用いて従来の機械加工
によって最終の光学素子に必要な球形状（φ５．１）の
成形用素材を作成する場合では、材料収率が約２０％で
あった。

【００１４】したがって本実施例では、約４〜５倍に材
料の効率を高めることが可能となった。求める成形用素
材の形状は球形状や俵形状を図示したが、上記素材を用
いて精密成形する光学素子の形状を考慮し最適なものを
選べばよい。したがって、粉体もしくは粒状のガラス材
料を光学素子として利用できるならば極めて安価な素子
が提供できる。

【００１５】（実施例２）図２は、図１（Ａ）に示した
成形用素材２１を得るための製造方法を説明するもの
で、素材の形状は上下金型２、３および胴型４で規定さ
れる。必要とする光学素子の体積に相当する重量に素材
を秤量し、前記金型内に充填する。充填された金型を上
下ヒ−タ７、８を内蔵する上下加熱板５、６でガラス素
材２２のガラス転移点近傍で加熱し、加圧機構９を用い
て圧縮成形し、冷却した後、図１（Ａ）に示す成形用素
材２１を得る。

【００１６】加熱圧縮成形する温度をガラス転移点近傍
とする理由は、（ａ）粒子相互をある程度溶着をさせ成
形用素材としての形状を維持させること。（ｂ）成形さ
れた素材の内部に密閉された気孔を存在させない理由と
による。

【００１７】成形用素材２１には連通する気孔２３がな
い方が望ましいが、粉体もしくは粒状の材料から形状を
構成する場合（粉末成形の場合）、どうしても一定の密
度分布を得ることが難しく、上記した加熱圧縮成形の場
合でも中心よりも外周部分の方が密度が高い。したがっ
て成形する温度を高く設定すると外周部はより密度が高
くなるが、中心部には密閉された気孔が存在するため、
上記した成形用素材を用いて所望する光学素子を成形し
た場合、中心部に存在し密閉された気孔がそのまま残さ
れて光学素子としての性能を著しく低下させる。

【００１８】用いたガラス材料は実施例１と同様であ
り、材料のガラス転移点１６０℃に対し１８０〜２００
℃の範囲で、押圧力１００ｋｇｆで成形を行った。その
結果、形状が維持される程度に溶着が行えることがで
き、（Ａ）（Ｂ）いずれも所望する形状の成形用素材を
得ることができた。

【００１９】（実施例３）図３は、実施例２で得られた
成形用素材２１を用いて、所望する光学性能を有した光
学素子を得るための精密成形による製造方法を説明する
ものである。尚、製造するための方法は実施例２とほぼ
同様の構成であるため同符号を用いて説明する。

【００２０】上下の成形型２、３には所望する光学性能
が得られるように光学機能面２ａ、３ｂを設けている。
これら上下型を案内するように胴型４を配し、上下型
２、３と胴型４との空間に成形用素材２１を充填し、成
形ブロック１１を構成する。その後ヒ−タ７、８を内蔵
する上下加熱板５、６で成形ブロック１１全体を、成形
用素材２１の屈伏点近傍まで加熱したのち、加圧機構９
により素材を変形させる。変形完了後に成形ブロック１
１全体を冷却して所望する光学素子１を得る。

【００２１】成形用素材２１中に存在する気孔２３は、
本実施例における場合、変形時点で徐々に外部に押し出
されて、得られる光学素子１の密度はほぼ均一となる。
成形用素材として用いた材料は実施例１で用いたものと
同様のセレン化ゲルマニュウム（ＳｅＧｅ４）で、得ら
れた光学素子は、赤外線透過に用いるレンズである。成
形温度は２２０〜２６０℃の範囲で行った。

【００２２】上記の温度範囲において高いほどレンズの
外観は向上するが、気孔を皆無にするためには特に変形
速度に注意を払わなければならない。本実施例によって
得られたレンズと、バルクの素材を用いて得られたレン
ズを比較したところ、透過率の低下はあるものの充分使
用に耐える光学素子を得ることができた。また、成形用
素材中に存在する気孔を皆無にする方法として、減圧環
境下の中もしくは真空中（図示せず）で加熱および変形
を行ったところ若干、透過率の改善を図ることができ
た。

【００２３】尚、実施例３で用いた金型に直接、粉末あ
るいは粒状の材料を秤量して同様の成形を行ったとこ
ろ、２ａ、３ｂの平坦部にバリの発生がみられ、金型か
らうまくレンズを取り出すことが難しく、透過率も極端
に低いことが確認された。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明の効果は、材料の収
率が著しく高い精密成形用素材を提供することが可能と
なり、高価な原料であればある程その効果は大きく、強
いては光学素子を安価に提供することができ、産業上利
用価値の高いものである。さらに、機械加工しないため
研削液などの廃液処理が不必要なだけでなく地球環境の
観点からも望ましいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形用素材の一実施例を示す断面図

【図２】図１の成形用素材を得るための製造方法の説明
図

【図３】本発明の成形用素材を用いた光学素子の製造方
法を示す要部断面図

【図４】従来の成形方法を示す要部断面図

【符号の説明】

１ 光学素子 ２ 上型 ３ 下型 ２ａ、３ａ 光学機能面 ２ｂ、３ｂ 平坦部 ４ 胴型 ５、６ 加熱板 ７、８ ヒ−タ ９ 加圧機構。 ２１ 成形用素材 ２２ ガラス素材 ２３ 気孔

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス化された粉体もしくは粒状の粒子
   が、前記粒子間相互には連通する気孔が存在するように
   粒子相互が溶着固化されて所望の形状となされた成形用
   素材。
2. 【請求項２】粉体もしくは粒状を構成する材料が、非酸
   化物ガラスからなることを特徴とする請求項１記載の成
   形用素材。
3. 【請求項３】ガラス化された光学用材料を粉体もしくは
   粒状に調整する工程と、調整された材料を最終所望する
   光学素子の体積に相当する重量に秤量する工程と、秤量
   された材料を所望する形状の上下型および胴型で構成す
   る金型内に充填する工程と、充填された材料を、該材料
   のガラス転移点近傍で加熱圧縮成形する工程とが具備さ
   れたことを特徴とする成形用素材の製造方法。
4. 【請求項４】ガラス化された粉体もしくは粒状を用いて
   所望形状に構成され、前記粉体もしくは粒状の粒子相互
   が溶着固化され、かつ、前記粒子間相互に連通する気孔
   が存在する成形用素材を、一対の光学機能面を有する金
   型と、該金型を案内する胴型とで構成されたキャビティ
   −内に充填して成形ブロックを構成する工程と、該成形
   ブロック全体を前記成形用素材の屈伏点以上に予熱する
   工程と、前記上下型を介し前記成形用素材を変形する変
   形工程と、変形完了後、前記成形ブロック全体を冷却す
   る冷却工程とを具備し、前記予熱、変形、冷却の各工程
   を上記の順序で実施することを特徴とする光学素子の製
   造方法。
5. 【請求項５】少なくとも予熱工程および変形工程が減圧
   中もしくは真空中で行うことを特徴とする請求項４記載
   の光学素子の製造方法。