JPH09286623A

JPH09286623A - 光学素子の成形方法、および、これを用いた成形装置

Info

Publication number: JPH09286623A
Application number: JP8098483A
Authority: JP
Inventors: Mitsumasa Negishi; 光正根岸; Jun Takano; 潤高野; Hiroaki Iguchi; 裕章井口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】スムーズに離型が行える光学素子の成形方法、
および、これを用いた成形装置を提供する。【解決手段】スリーブ内に納められた上下一対の成形型
の間に成形素材としてのガラス製ボールプリフォームが
配置されているものをワーク２０とし、これを支持する
載せ台２１と、成形型内のボールプリフォームを加熱軟
化するためのヒータ２３と、上下一対の成形型の開閉を
行う駆動用シリンダ２５と、加熱軟化したボールプリフ
ォームを一対の成形型でプレスするためのプレス指示
と、プレスされたボールプリフォームを一対の成形型の
一方から離間する離間指示を駆動用シリンダ２５に交互
に与える制御回路２７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学ガラス素材を
加熱軟化して一対の成形型でプレスする光学素子の成形
方法、および、これを用いた成形装置に関する。

【０００２】に関する。

【０００３】

【従来の技術】近年、ガラス素材で形成された光学素
子、特に、非球面レンズやフライアイレンズ等の特殊形
状光学素子の製造に、後工程に研磨を必要としないプレ
ス成形が用いられるようになってきた。これにより、従
来行われていた複雑な工程が省かれ、同一形状の光学素
子を大量且つ安価に製造できるようになった。

【０００４】このようなプレス成形で使用される成形用
型には、高温下での化学的耐久性や成形素材との摩擦に
耐え得る物理的耐久性のほか、成形品と成形型の離れ易
さ、いわゆる離型性が求められる。ガラス素材を加熱軟
化して成形型でプレスする際、ガラス転移点（Ｔｇ点）
以上で圧力をかけている間は、ガラス素材と成形型と
は、互いに形状が等しく、また、これらは、オプティカ
ルコンタクトあるいは化学的作用により、相互に強固に
密着している状態にある。したがって、光学素子として
成形されたガラス素材を成形型から取り外す場合には、
これらの密着を解消し、離型する必要がある。従来で
は、成形型に離型膜をコートする等して離型性を確保し
ていた。

【０００５】また、従来のプレス成形は、例えば、図５
に示すようなスケジュールで行われていた。対象とする
ガラス素材の転移点は、６９０℃である。そして、図５
のスケジュールでは、３０分間で型温度を７５０℃まで
上昇させ、この温度を６分間保つことで、成形型とガラ
ス素材との均熱化を図る。この後は、１００分間かけて
冷却を行う。一方、成形型による加圧は、７５０℃に達
した時点から３分後に開始し、その６分後、すなわち、
型温度が６５０℃まで下がった時点で終了する。Ｔｇ点
以上では、ガラス素材が塑性変形してしまうため、Ｔｇ
点より下の弾性変形域で加圧を終了させるのである。な
お、ガラス転移点以上で圧力をかけている間は、ガラス
素材と成形型とは、互いに形状が等しく、また、これら
は、オプティカルコンタクトあるいは化学的作用によ
り、相互に強固に密着している状態にある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術においては、成形開始から成形終了まで常に圧力をか
け続けているため、成形型とガラス素材との反応性が高
まり、これらが融着しやすくなる。加圧時間を短くする
には、光学ガラスの粘度を低くすればよいわけである
が、これを実現するには、成形温度を上げる必要があ
る。成形温度を上げてしまっては、成形型とガラス素材
との反応性を高まり意味がない。

【０００７】また、光学ガラスには、１００を越える種
類があるが、この中には、成形温度が８００℃に近いも
のもある。このような高温軟化ガラスは、反応性が高
く、成形の粘度が高いものであっても、成形時間が長け
れば、成形型と光学ガラスが融着してしまうことが多
い。

【０００８】以上のような問題点を鑑み、本発明の目的
は、成形型から光学素子をスムーズに離型できる光学素
子の成形方法、および、これを用いた成形装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の成形方法の一態様によれば、光学ガラス素材
を加熱軟化して一対の成形型でプレスする光学素子の成
形方法において、前記一対の成形型で前記ガラス素材を
プレスするステップと、前記一対の成形型の少なくとも
一方を、前記ガラス素材から離間するステップとを含む
工程を、少なくとも２回繰返すことを特徴する光学素子
の成形方法が提供される。

【００１０】上記目的を達成するための本発明の成形装
置の一態様によれば、加熱軟化した光学ガラス素材を成
形するための成形装置において、一対の成形型と、前記
一対の成形型を開閉する駆動手段と、前記一対の成形型
の間に配置された前記ガラス素材を加熱軟化するための
加熱手段と、加熱軟化した前記ガラス素材を前記一対の
成形型でプレスするためのプレス指示と、プレスされた
前記ガラス素材を前記一対の成形型の一方から離間する
離間指示を前記駆動手段に交互に与える制御手段と、を
備えたことを特徴とする成形装置が提供される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施形態に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００１２】図１は、本実施形態の成形装置の構成図で
ある。本成形装置は、本体部２０と排気部３０とから成
る。図２は、本体部２０の成形型周辺部の構成図であ
る。

【００１３】本実施形態の成形装置では、図２に示すよ
うに、スリーブ１３内に納められた上下一対の成形型
（上型１１、下型１２）の間に成形素材としてのボール
プリフォーム１４を配置し、これを加熱軟化してプレス
する。ボールプリフォーム１４は、光学ガラス材料を球
形に形成したものである。図１では、これら（上型１
１、下型１２、スリーブ１３、ボールプリフォーム１
４）をワーク１０として表している。ワーク１０は、チ
ャンバー２６内の載せ台２１の上に配置されている。ワ
ーク１０の周囲には、ボールプリフォーム１４を加熱軟
化するためのヒータ２３が配置されている。上型１１に
は、上型軸２２が設けられている。上型軸２２は、駆動
用シリンダ２５が連結している。駆動用シリンダ２５に
は、制御回路２７が接続されている。駆動用シリンダ２
５は、制御回路２７の指示にしたがって、上型軸２２を
介して上型１１を上下に移動させる。上型軸２２の途中
には、軸シール部を熱から保護するための遮蔽板２４が
設けられている。チャンバー２６には、真空計３７と前
述した排気部３０が設けられている。排気部３０は、チ
ャンバー２６に連結した配管と、該配管の途中に設けら
れたバルブ３１、３２、３３、３４と、チャンバー２６
内を低真空状態にするための油回転ポンプ３６と、チャ
ンバー２６内を中、高真空状態にするための油拡散ポン
プ３５とを備える。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）図１の成形装置を用いて以下の作業を行っ
た。なお、駆動用シリンダ２５の動きは、前述したよう
に制御回路２７によって制御される。

【００１５】本実施例では、直径が１０ｍｍのランタン
系ガラスのボールプリフォーム１４を用いる。ランタン
系ガラスのガラス転移点（Ｔｇ点）は、６９０℃であ
る。上型１１、下型１２には、成形面をＲ１５ｍｍに研
磨仕上げされたセラミックス製のものを用いる。

【００１６】そして、まず、バルブ３１を開き、油回転
ポンプ３６により、チャンバー２６内を粗引きする。粗
引き後、バルブ３１を閉る。その後、バルブ３２、３３
を開き、油拡散ポンプ３５にて本引きする。真空計３７
でチャンバー２６内の真空度が５×１０^-5Ｔｏｒｒ以下
になったことを確認し、図３のスケジュールで作業を行
った。

【００１７】すなわち、ヒータ２３による加熱を行い、
３０分間で型温度を７５０℃まで上げ、６分間、この温
度を保ち、ボールプリフォーム１４を加熱軟化した。そ
の後は、ヒータ２３を切って放冷を行い、温度を降下さ
せた。

【００１８】一方、型温度が７５０℃に達したら、駆動
用シリンダ２５で上型１１を押し下げ、７０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²の圧力で３分間加圧した。その後、駆動用シリンダ
２５で上型１１を上方に移動させ、ある程度成形された
ボールプリフォーム１４から上型１１を一旦離した。こ
の際、ボールプリフォーム１４と上型１１とが密着状態
にあり、ボールプリフォーム１４が下型１２から離れ
て、上型１１と共に上方に移動する場合もあるが、何れ
にせよ、上型１１、下型１２の少なくとも一方を、ボー
ルプリフォーム１４から離間する。そして、この状態を
３分間保持したら、再び、駆動用シリンダ２５で上型１
１を押し下げ、７０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で３分間加圧
した。なお、この２回目の加圧の終了時の型温度は、６
５０℃である。型温度が６５０℃まで下がった時点で加
圧を終了させるのは、Ｔｇ点との兼ね合いによる。すな
わち、Ｔｇ点以上では、ボールプリフォーム１４が塑性
変形してしまうため、Ｔｇ点より下の弾性変形域で加圧
を終了させるのである。

【００１９】そして、本実施例にように短時間の加圧を
２回繰り返すようにすれば、長時間の加圧を一回行う場
合と比較して、これらの間の融着が低減される。一般
に、融着は、成形温度、成形圧力、一回のプレスに要す
る成形時間等に基づくものであるが、このうち、成形時
間を本例のように短縮すれば、融着の度合いが著しく低
減する。

【００２０】その後、型温度が室温になったら、バルブ
３３を閉じて、バルブ３４を開き、チャンバー２６内に
大気を導入する。大気導入後、ワーク１０をチャンバー
２６から取り出す。そして、上型１１、下型１２をスリ
ーブ１３から抜き取って、成形された光学レンズを取り
出した。この光学レンズを原器を用いてテストしたとこ
ろ、ニュートンリングのバラつきが±２本以内となり、
表面欠陥は特に存在しなかった。また、この光学レンズ
を実際の光学系に組込み、性能評価をしたところ、光学
性能は十分達成されていた。

【００２１】また、上型１１、下型１２については、剥
離等の損傷が見受けられず、良好な成形面が維持されて
いることを確認できた。

【００２２】（実施例２）ここでは、実施例１で使用し
た図３の成形スケジュールに代えて、図４の成形スケジ
ュールで作業を行った。使用するボールプリフォーム１
４をはじめ、その他の条件は、実施例１と同様である。
また、図４の成形スケジュールのうち、温度スケジュー
ルについては、実施例１と同様である。すなわち、３０
分間で型温度を７５０℃まで上げ、６分間、この温度を
保ち、ボールプリフォーム１４を加熱軟化した。その後
は、ヒータ２３を切って放冷を行い、温度を降下させ
た。

【００２３】そして、実施例２では、型温度が７５０℃
に達したら、駆動用シリンダ２５で上型１１を押し下
げ、７０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で１分間加圧した。その
後、駆動用シリンダ２５で上型１１を上方に移動させ、
ある程度成形されたボールプリフォーム１４から上型１
１を一旦離した。この際、ボールプリフォーム１４と上
型１１とが密着状態にあり、ボールプリフォーム１４が
下型１２から離れて、上型１１と共に上方に移動する場
合もあるが、何れにせよ、上型１１、下型１２の少なく
とも一方を、ボールプリフォーム１４から離間する。そ
して、この状態を１分間保持したら、再び、駆動用シリ
ンダ２５で上型１１を押し下げ、７０ｋｇｆ／ｃｍ²の
圧力で１分間加圧した。

【００２４】以上の動作を５回繰り返した。前述と同
様、短時間の加圧を繰り返せば、長時間の加圧を一回行
う場合と比較して、これらの間の融着が低減される。

【００２５】なお、５回目の加圧の終了時の型温度は、
６５０℃である。型温度が６５０℃まで下がった時点で
加圧を終了させるのは、前述した通り、Ｔｇ点との兼ね
合いによる。

【００２６】その後、型温度が室温になったら、前述と
同様、バルブ３３を閉じて、バルブ３４を開き、チャン
バー２６内に大気を導入する。大気導入後、ワーク１０
をチャンバー２６から取り出す。そして、上型１１、下
型１２をスリーブ１３から抜き取って、成形された光学
レンズを取り出した。この光学レンズを原器を用いてテ
ストしたところ、ニュートンリングのバラつきが±２本
以内となり、表面欠陥は特に存在しなかった。また、こ
の光学レンズを実際の光学系に組込、性能評価をしたと
ころ、光学性能は十分達成されていた。

【００２７】そして、上型１１、下型１２については、
剥離等の損傷が見受けられず、良好な成形面が維持され
ていることを確認できた。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、長時間のプレスを一回
行う従来の成形手法として比較して、離型効果が格段に
向上する。また、成形型から光学素子をスムーズに離型
できるので、光学素子の生産性をも向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る成形装置の一実施形態の構成図。

【図２】図１の成形装置の成形型周辺部分の構成図。

【図３】本発明に係る成形装置の一実施形態の成形スケ
ジュールの一例を示したグラフ（その１）。

【図４】本発明に係る成形装置の一実施形態の成形スケ
ジュールの一例を示したグラフ（その２）。

【図５】従来の成形スケジュールの一例を示したグラ
フ。

【符号の説明】

１０：ワーク、１１：上型、１２：下型、１３：スリーブ、１４：ボールプリフォーム、２０：本体部、２１：載せ台、２２：上型軸、２３：ヒータ、２４：遮蔽板、２５：駆動用シリンダ、２６：チャンバー、２７：制御回路、３０：排気部、３１、３２、３３、３４：バルブ、３５：油拡散ポンプ、３６：油回転ポンプ、４０：排気部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学ガラス素材を加熱軟化して一対の成形
型でプレスする光学素子の成形方法において、前記一対の成形型で前記ガラス素材をプレスするステッ
プと、前記一対の成形型の少なくとも一方を、前記ガラ
ス素材から離間するステップとを含む工程を、少なくと
も２回繰返すことを特徴する光学素子の成形方法。
【請求項２】加熱軟化した光学ガラス素材を成形するた
めの成形装置において、一対の成形型と、前記一対の成形型を開閉する駆動手段と、前記一対の成形型の間に配置された前記ガラス素材を加
熱軟化するための加熱手段と、加熱軟化した前記ガラス素材を前記一対の成形型でプレ
スするためのプレス指示と、プレスされた前記ガラス素
材を前記一対の成形型の一方から離間する離間指示を前
記駆動手段に交互に与える制御手段と、を備えたことを
特徴とする成形装置。