JPH072534A

JPH072534A - 光学素子の成形用型

Info

Publication number: JPH072534A
Application number: JP16847693A
Authority: JP
Inventors: Sunao Miyazaki; 直宮崎; Yasushi Taniguchi; 靖谷口; Keiji Hirabayashi; 敬二平林; Masaaki Yokota; 正明横田; Tetsuo Kuwabara; 鉄夫桑原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-06-15
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 1995-01-06

Abstract

(57)【要約】【目的】胴型あるいは上・下型部材の摺動面に材質的
な工夫をして、高温時においても、摺動性が良く、かじ
りなどの支障がないように改良した光学素子の成形用型
を提供する。【構成】型部材２、４相互の中心軸を維持するよう
に、胴型６に対して摺動する型部材を用いて、ガラス素
材Ｇをプレス成形し、所要の光学素子を製造する成形用
型において、少なくとも胴型あるいは型部材の一方の摺
動部分４ａおよび／あるいは６ａに、炭素膜が被覆され
ていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス素材をプレス成
形して、所要の光学素子を製造する成形用型に関し、特
に、プレス成形時における高温下での型部材の摺動性を
配慮した光学素子の成形用型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レンズ、プリズム、ミラー、フ
ィルタなどの光学素子は、ガラスの素材を研削して、先
ず、所望の形状とした後に、その光学機能面、即ち、光
が通過および／または反射する面を研磨することにより
製造されている。

【０００３】以上のような光学素子の製造方法において
は、研削加工、および、研磨による光学機能面の所望の
表面精度を得るために、熟練した作業者が、相当の時
間、加工に携わることが必要であった。また、光学機能
面が非球面である光学素子を製造する場合には、一層高
度な研削および研磨の技術が要求され、また、加工時間
も長くならざるを得なかった。

【０００４】そこで、最近では、上記のような伝統的な
光学素子製造方法に代って、所定の表面精度を有する成
形用型内に、ガラスなどの光学素子の材料を収容して、
加熱しながら加圧するプレス成形法が採用され、プレス
成形加工にて、直ちに所望の光学機能面を含む全体的形
状を形成するようになった。この方法は、光学機能面が
非球面である場合においてさえも、比較的簡単に、しか
も、短時間で成形できる点で、光学素子の連続製造に適
している。

【０００５】以上のようなプレス成形で使用される型に
対して要求される性質としては、十分な硬度、良好な耐
熱性、良好な熱間加工性、および、成形時において光学
素子材料と融着を起さないことなどがあげられる。

【０００６】また、成形用型は、高精度な光学素子を成
形する必要上（例えば、光軸に対する偏心を避けるた
め）、胴型と上・下型部材との摺動部分のクリアランス
が極めて小さくなるように、作られている。通常、この
ようにクリアランスが小さい部分には、所謂、かじり、
焼き付きを防ぐために、潤滑剤が不可欠であるが、上述
のように、光学素子の成形用型では、高温下で成形する
ため、潤滑剤（例えば、グリース、オイルなど）が使用
できないだけでなく、上記潤滑剤の使用で、成形された
光学素子が汚染されるという問題もある。また、高温に
対して、セラミックス系の潤滑剤（例えば、ＢＮ粉な
ど）の使用も考えられるが、これも、光学素子の汚染の
問題を避けることができない。

【０００７】そこで、潤滑剤を用いることなく、かじり
などを防止するため、機械的な手段も提案されている。
例えば、胴型内で摺動する上型部材をフックでつり、ユ
ニバーサルジョイントを介して動作する方法が既に提案
されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ユニバ
ーサルジョイントを用いる上述の方法では、成形の回数
が少ない内は、かなり有効であるが、プレス成形を重ね
る内に、不活性ガス雰囲気の作業空間を構成するチャン
バー内の極く微量の残留酸素によって、成形用型の露出
部分が酸化し、次第に摺動状態が悪くなる欠点がある。
そして、たとえ、かじりの発生には至らないとしても、
型部材の摺動不良によって、成形品であるレンズなどの
光学素子にワレが発生するおそれがある。

【０００９】これは、通常、正常な状態では、冷却に伴
ってガラス成形品が収縮する際のガラスと成形用型の熱
膨張差によるひずみを、胴型の摺動部分内での、型部材
側の僅かな移動動作で緩和しているのが、上記酸化の結
果によって、型部材の上記移動動作が妨げられるためと
思われる。

【００１０】そのため、上記型構造を用いた場合でも、
定期的（およそ、プレス成形５００ショット毎）に、成
形用型の摺動部分を、紙やすりで擦るなどのメンテが必
要であった。

【００１１】

【発明の目的】本発明は上記事情に基いてなされたもの
で、胴型あるいは上・下型部材の摺動面に材質的な工夫
をして、高温時においても、摺動性が良く、かじりなど
の支障がないように改良した光学素子の成形用型を提供
しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、本発明によれ
ば、型部材相互の中心軸を維持するように、胴型に対し
て摺動する型部材を用いて、ガラス素材をプレス成形
し、所要の光学素子を製造する成形用型において、少な
くとも胴型あるいは型部材の一方の摺動部分に、炭素膜
が被覆されている。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら、具体的に説明する。なお、以下の実施例で
は、ガラス光学素子としてのレンズのプレス成形に、本
発明の成形用型を適用している。

【００１４】図１（ａ）は、本発明によるプレス成形用
型の構造の一実施例を示す縦断面図であり、図１（ｂ）
は、そのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。なお、図１
（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面において、図１（ａ）が示
されている。

【００１５】上記実施例において、符号２は下型部材で
あり、その上端の成形面は、レンズの第１の光学機能面
を転写し、形成するために、所要の表面精度に仕上げら
れているもので、例えば、この成形面は非球面の形状に
仕上げられる。また、符号４は上型部材であり、その下
端の成形面は、レンズの第２の光学機能面を転写し、形
成するために、所要の表面精度に仕上げられているもの
で、この成形面も、例えば、非球面の形状に仕上げられ
ている。これら上・下の型部材２、４が、この実施例で
は、一対の成形用型を構成している。

【００１６】また、上記成形用型の一部として、スリー
ブ状のガイド部材（胴型）６が、両型部材を囲むように
して配設してあり、該ガイド部材６の内壁面により、上
記下型部材２および上型部材４を上下の方向に関して摺
動自在にガイドするようになっている。該ガイド部材６
の側部には、ガラス成形用素材の導入およびプレス成形
後の成形品の取出しのための開口部７が形成されてい
る。

【００１７】ガイド部材６の下部は、支持プレート８に
固定されている。そして、上記下型部材２の下部に形成
したフランジ部が、上記支持プレート８により、下方へ
の移動を制限されている。なお、図示はしないが、該支
持プレート８は、プレス成形機の基台に取付けられてい
る。

【００１８】また、符号１０は上記上型部材４を保持す
るためのホルダーであり、上型部材４の上部フランジ部
と係合可能である。また、１２は上記上型部材４を下方
へと押圧するための押圧ロッド（プレス・ラム）であ
り、上記ホルダー１０および押圧ロッドは、プレス成形
機側に設けられている。また、図中、Ｇはガラス成形用
素材（ガラス成形品）である。

【００１９】図１（ｂ）に示されているように、上記ガ
イド部材６の上端面には３つのピン２０ａ，２０ｂ，２
０ｃが取付けられており、これらの上端は、球面形状に
なっている。これら３つのピンは、平面視で、ガイド部
材６の摺動孔の中心を、その中心点として、角度１２０
度づつずれた位相に配置されており、その上端のレベル
は同一水平面内にある。

【００２０】図１（ａ）に示されているように、上記上
型部材４の上部には、上記ガイド部材６の上端面に対応
して、半径方向に張り出したフランジ部が形成されてお
り、その下面が上記ピンに対向する突き当て面２２とな
っている。この突き当て面のレベルもどういつ水平面内
にある。

【００２１】次に、上記実施例の使用態様を説明する。
図２は、プレス前における成形用型へのガラス成形用素
材Ｇの導入の際の状態を示している。即ち、押圧ロッド
１２およびホルダー１０を上方へと引き上げることによ
り、上型部材４のフランジ部をホルダー１０の下端に形
成したフック部で保持して、上方へと移動させる。そし
て、搬送アーム３０の先端に設けられた吸着部３２に真
空力を作用させ、成形用素材Ｇを吸着し、この状態で、
上記アーム３０を水平方向に移動させて、上記吸着部３
２をガイド部材６の開口部７から成形型内へと挿入し、
更に、下方へと降下してから上記吸着を解除し、成形用
素材Ｇを下型部材２の上端の成形面上に置く。そして、
上記アーム３０を、若干持ち上げ、水平な逆の方向に移
動させ、上記吸着部３２を開口部７を介して成形用型外
へと退避させる。

【００２２】図１（ａ）はプレス状態を示しており、押
圧ロッド１２およびホルダー１０を下方へと移動させ
て、押圧ロッド１２に加わるプレス圧力により、上型部
材４を下方へと押圧する。この時には、ホルダー１０に
よる上型部材４の保持は解除されており、また下型部材
２が支持プレート８により下方への移動を制限されて、
定位置に固定されている。かくして、下型部材２と上型
部材４との間に置かれたガラス成形用素材Ｇがプレスさ
れるが、上記上型部材４の突き当て面２２が上記ピン２
０ａ〜２０ｃに突き当てられることにより、下方への移
動が制限されているので、これにより成形品の肉厚が設
定される。

【００２３】なお、成形用型からのガラス成形品の取出
しは、上記成形用素材の導入とほぼ同じような方法で行
われる。即ち、押圧ロッド１２およびホルダー１０を上
方へと引き上げることにより、上型部材４をホルダ１０
で保持して上方へと移動させる。そして、搬送アーム３
０を開口部７を介して成形用型内に水平移動させて、吸
着部３２を成形品の上に導き、更に下方へ少し移動させ
て、上記成形品を吸着する。次に、上記アーム３０を少
し上方へと移動させ、逆の方向に水平移動させて、上記
吸着部３２を成形品と共に、成形用型外へと搬出させる
のである。

【００２４】なお、本実施例では、下型部材２がガイド
部材６に対して上下方向に移動可能な構成にしているの
で、プレス後の冷却過程で、仮に、熱膨張率の差で、ガ
ラス成形品の収縮があっても、該下型部材２が上方に追
従でき、従って、成形品の適度な硬化まで、成形面との
接触を維持するから、面精度を良好なものとし、成形品
のワレも回避することができる。

【００２５】上記のような順序で、プレス成形を行なう
際、上型部材４の摺動部４ａに炭素膜を付けたもの、胴
型６の摺動部６ａに炭素膜を付けたもの、両摺動部４ａ
および６ａに炭素膜を付けたもの、更に、比較例とし
て、上記摺動部に何も付けなかったものの４種につい
て、それぞれ、５０００回、繰返した実験結果は表１の
通りである。なお、炭素膜としては、水素化アモルファ
ス炭素膜を使用した。

【００２６】

【表１】表１に示すように、摺動部に炭素膜を被覆した成形用型
は、メンテなしでも、連続５０００ショットの成形につ
いて良好な結果を示した。一方、被覆のない成形用型
は、５００ショット毎にメンテが必要であった。

【００２７】なお、上記実施例では、上型部材の摺動部
および／または胴型の摺動部に炭素膜を被覆したが、型
構造の違いや、必要に応じて、下型部材の摺動部に被覆
してもよい。即ち、炭素膜を被覆する部分は、本実施例
の場合に特定されるものではなく、成形用型の摺動部分
であれば、どの個所でもよい。また、本実施例では、炭
素膜として水素化アモルファス炭素膜（ａ−Ｃ：Ｈ膜）
を用いたが、この膜に限定されることはなく、ダイヤモ
ンド膜、ダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ膜）、硬質炭素
膜などでもよい。

【００２８】上記ダイヤモンド膜は、マイクロ波プラズ
マＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、プラズマ・ジエ
ット法、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ法など
によって、また、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜
は、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム・スパッタ法、イ
オンビーム蒸着法、プラズマ・スパッタ法、などによっ
て形成される。また、膜の形成に際して用いられるガス
には、含炭素ガスであるメタン、エタン、プロパン、エ
チレン、ベンゼン、アセチレンなどの炭化水素：塩化メ
チレン、四塩化炭素、クロロホルム、トリクロルエタン
などのハロゲン化炭化水素：メチルアルコール、エチル
アルコールなどのアルコール類：（ＣＨ₃ ）₂ ＣＯ、
（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₂ ＣＯなどのケトン類、ＣＯ、ＣＯ₂ など
のガス、および、これらのガスにＮ₂ 、Ｈ₂ 、Ｏ₂ 、Ｈ
₂ Ｏ、Ａｒなどのガスを混合したものが挙げられる。

【００２９】また、上・下型部材、胴型の母材は、Ｗ
Ｃ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＢＮ、Ｓｉ₃ Ｎａ₄ 、Ｔ
ｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ
₂ 、Ｗ、Ｔａ、Ｗｏ、サーメット、サイアロン、ムライ
ト、カーボン・コンポジット（Ｃ／Ｃ）、カーボン・フ
ァイバー（ＣＦ）、ＷＣ−Ｃｏ合金、アンビロイ、モリ
ブデン、ステンレスなどから選ばれる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したようになり、成
形用型の摺動部分に炭素膜を被覆することにより、プレ
ス成形の際の型のかじりを生ずること無く、連続したプ
レス成形ができるという効果がある。その結果、型の交
換、メンテ回数が大幅に減り、高精度な光学ガラス素子
の大量生産を可能にし、生産性の向上と製造コストの低
減に著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプレス成形用型の構造を示し、図
中、（ａ）でその縦断面を、また、（ｂ）で、そのＢ−
Ｂ線に沿う断面を示す。

【図２】本実施例でのプレス前における成形型への成形
用素材Ｇの導入状態を示す断面図である。

【符号の説明】

２下型部材４上型部材４ａ摺動部６ガイド部材６ａ摺動部７開口部８支持プレート１０ホルダ１２押圧ロッド２０ａピン２０ｂピン２０ｃピン２２突き当て面３０搬送アーム３２吸着部Ｇ成形用素材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横田正明東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者桑原鉄夫東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】型部材相互の中心軸を維持するように、
胴型に対して摺動する型部材を用いて、ガラス素材をプ
レス成形し、所要の光学素子を製造する成形用型におい
て、少なくとも胴型あるいは型部材の一方の摺動部分
に、炭素膜が被覆されていることを特徴とする光学素子
の成形用型。