JPS59195541A - ガラスレンズの製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、成形金型内でレンズ素材を熱間加工するガラ
スレンズの製造方法及びその装置に関する。

〔発明の背景〕

従来、ガラスから仕上光学要素を製造するには、予備モ
ールディン７、形削り（シェービング）、研摩およびつ
や出しくポリッシング）などの複雑で時間のかかる不経
済な一連の工程が必要であった。これらの各工程は、複
雑でかつ高価な装置、および熟練作業者を必要とする別
個の作業である。

また、最終製品を形成するためには、ブランクから相当
量のガラスが除去され、その結果、多数のブランクを処
理する場合には、費用が相当に増大する。さらに、非球
面を要求される設計の場合には、その最終研摩およびつ
や出しを各要素について個々に行なわなければならず、
このため製造工程はより複雑になり、ｆｉ’＋密な測定
と熟利くしだ手作ノたによる修正とのコンビネーション
を必要としていた。

そこで、近年、上記の荒摺りゃ研摩のような後加工を必
要としないで寸法：ｆｉ’；度の高いレンズを製造する
方法として、プレスによる成形が注目されている。これ
は、軟化あるいは溶融状態のガラス（レンズ素材）を成
形金型内で加圧し、成形金型表面の形状を正確に写し取
ってレンズを成形し、その後冷却して型からレンズを取
り出す方法である。しかし、７００〜８００°Ｃに加熱
された軟化ガラスは成型金′ｍ衣面と融着し易（、レン
ズ表面や成形金型底面を傷つけるという問題がある。こ
のため、成形金型表面を軟化ガラスと接融させながらレ
ンズ面を仕上げるには、成形金型材料としてガラスと融
着しない性質を吻する物質、例えば、ガラス状炭素やシ
リコンカーバイドなどを辷択する必要があり、しかも、
レンズ面が成形金型表面の形状を正確に転写するため、
成形金工の表面な最終レンズに関して定められた許容限
度に達するまで研削しかつつや出しする必」みがある。

しρ１しながら、上述したガラス状炭素やシリコンカー
バイドは、レンズ面精度と同等もしくはそれ以上に機様
加工することが困難であり、高精度のガラスレンズヒ得
るだめの妨げとなっていた。

また、上述した製造方法は、溶融状態にあるガラスを冷
却するとぎに生ずる体４Ｊｉ収縮によって、レンズ表面
にひけと呼ばれる四部を生ずる。丁な゛わち、ガラスが
型内で成形され、型からＩＩＶり出される時点において
、ガラスの表面温度は形をくずさない程度に冷却されて
いるが、１）１部温度は高く、温反分布も不均一である
。このため、型から取り出された後の冷却工程で体積収
縮が均一に行われず、比較的温度の高い部分に集中して
レンズの表面が内側に引張られ、表面にひけを生じ、こ
れもまた、高精度のガラスレンズを得るための妨げとな
っていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上述した従来技術の欠点をなくし、高精
度のガラスレンズをプレス成形するための製造方法およ
びその装置を提供１−ることにある。

〔発明のづ既製〕

この目的を達成するために、本発明は、成形金型にレン
ズ形状面を有する多孔質部材ビ用い、このレンズ形状面
の反対側か＼ら加圧ガスを供給することにより、レンズ
素材ン成形金型に接触することなくガスフィルムに支持
してガラスを所要の形状に成形し、レンズ表面と内部温
度が均一になるよう冷却を行うことをｌ酊徴としている
。

本発明に係わる改善された新規なガラスレンズの圧縮成
形法を完成するに除して、圧縮成形するガラスレンズの
形状、レンズ素材の特性、圧縮成形条件等を第４々に変
化せしめ、成形金型内におけるレンズ素栃の変動挙動に
ついて検討を行なった。

その結果、エアーフィルムのサスペンションにより、レ
ンズＺ成形金型と非接触状態で成形できることを羅認し
た。すなわち、第１図で示すように、多孔質な素材で成
形金ルリ１を構成し、レンズ面を形成する面の反対側よ
り圧縮空気を供給すると、レンズ面に負荷される圧縮力
Ｆが一定の：１５合には、エアーフィルムのＪｉｔさｈ
は供給エアー圧力Ｐの３乗に比例して増加する傾向にあ
る。また供給エアー圧力Ｐが一定の場合には、エアーフ
ィルムの厚さｈはレンズ面に負荷される圧縮力Ｆに比例
して″減少する傾向にある。このエアーフィルムの変動
挙動の概略を第２図に示す。

具体的には、５μｍ以下の粒子を通過させる連続気泡を
有する素材で、外径−６０ｍの凸しイズ面形状を形成す
る成形金型゛を製作し、金型レンズ面の反対側から７ｋ
ｇ／ｉの圧縮空気を供給すると共に、レンズ面に約２０
０　ｋｇ重の圧縮力を負荷した条件のもとで、５０μｍ
のエアーフィルムの厚さが確保されていることが把握さ
れた。この圧縮力はガラスレンズの適正圧縮条件の範囲
にあり、レンズ面の圧縮工程においてもエアーフィルム
が確保されていることが明らかとなった。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面について説明する。

第３図は、本発明に係わる成形金型の説明図である。す
なわち、成形金型１は多孔質の素材で形成され、ス梨−
サ２を介して架体３に固定されている。圧縮空気は架体
３に設けられた空気（Ｊ’；給孔４を通って、成形金型
１と架体３とから構成される空気室５内に供給される。

空気室５に供給された圧縮空気は、多孔質で形成された
成形金型１を通過し、成形金型１のレンズ面にエアーフ
ィルムを形成する。またレンズ素材６ば、ガラス供給孔
７からレンズ重量に応じて狗断刃８により割貴切断され
、成形金型１上に供給される。供給されたレンズ素材６
は、成形金型１のレンズ面に直接接触することな（、成
形金型１のレンズ面に形成されたエアーフィルムにより
保持される。

第４図は本発明によるガラスレンズの製造装置の一実施
例を示す構成図である。

成形金型１は第３図で説明したものと同様な構造で、上
型９、下ｍ１０によりレンズ形状を構成し、プレス装置
の上下の金型取付盤１１にそれぞれ固定されている。上
方の金型取付盤１１は、圧縮シリンダ１２に連結されて
おり、作動油圧力供給源１３かもの作動油を油圧電気制
御弁１４により調整し、成形金型１に負荷される圧縮力
をｆｌｒ制御できるようになっている。金型レンズ面に
エアーフィルムを供給する圧縮空気は、エアー供給源１
５、エアーアキュムレータ１６、空気圧電気制御弁１７
を経由して空気供給孔４より空気室５に供給される。

また、本実施例における製造装置には、レンズ形状精度
の向上を図る目的で、金型レンズ面に供給されるエアー
フィルムの厚さあるいはレンズ素材の冷却状態を監視し
、それに応じて圧縮圧力あるいは空気室５に供給される
圧縮空気を調整す゛る機構が装備されている。この調整
機構は、その機能により、検出部、演算部、制御部の３
つの機’ｔ７’ｔに大別することができる。

検出部はエアーフィルムの温度を計測する温度センサー
１８、温度アンプ１９、上型９と下型１０の間隙を計測
する変位センサー２０、・変位アンプ２１及びエアーフ
ィルムの形成する圧縮空気圧力を計測する圧力センサー
２２、及び圧力アンプ２３の から構成され、レンズの成形状態を把握するた詔−機能
を有している。なお前述の各アンプ類は、いずれもコン
トローラ２４に接続され、このコントローラ２４に入力
信号を供給する。

演算部はレンズ素材、レンズ形状に対応した圧縮圧力、
圧縮時間、エアーフィルムの厚さ等の成形条件を規定す
るための成形条件設定器２５と、前記検出部からの入力
信号を茫に演算７行い、エアーフィルム厚さあるいは成
形金型１に負荷される圧縮力の調被信号を出力する前記
コントローラ２４からイ１．タ成され、成形条件の制御
信号ン出力する機能を有している。

さらに、制御部は、空気室５に供給される圧縮空気の圧
力を調整する前記空圧電気制御弁１７、この空圧電気ｆ
ｔ１ｌＪ御弁１７の駆動アンプ２６及び前記圧縮シリン
ダ１２に供給される作動油圧力を調整する前記油圧電気
制御弁１４、この油圧電気制御弁１４の駆動アンプ２７
から構成され、前記演算部より出力された制御信号を圧
縮空気あるいは作動油の状態量に変換する機能娶有して
いる。

このように構成した製造装置におけるレンズ成形プロセ
スは以下の通りである。１−なわち、第５図に本発明の
実施例により成形したレンズ形状の概略図を示す。ガラ
スレンズは外形ａが６Ｏｒ＠、レンズ上面の曲率半径す
が１７０　ｍａｎ　、サグ量Ｃが２、７　ｍｍ　、レン
ズ下面の曲率半径ｄが５０ｒｒｒｍ、ラグ量ｅが１０關
である。レンズ中心部の肉厚ｆ′ｈ″−１５瓢であるの
で、コバ厚さは２，３問となっている。

レンズ素材６は、ガラス粘度の温度依存性より、バリウ
ム光学ガラスとした。従って、レンズ重量はその比重か
ら約６０ｇである。

成形金ｉ１の素材としては、炭化珪素の立方晶体乞約１
４５００Ｃの温反で処理し、気孔率３０〜４０％のセラ
ミックを用いである。また成形金型１の素材として焼結
ステンレス伺あるいは焼結ニッケル等を用いることがで
きる。いずれの素材においても、レンズ面が直接成形金
型１の素材に接触することがないため、：２３面あうさ
を０．１〜０．０５μｍ５度に仕上けることにより、光
学・範囲を有するレンズ面を得ることができる。

まず、始めに、レンズ素材６のバリウム光学ガンダ１２
に供給される作動油圧力を油圧電気：Ｉｉ！、制御弁１
４を介して一、、、（７６整し、成形金型１に負荷され
る圧ね力を１００ｋｇ重まで増加すると共に、壁気室５
に供給される圧縮空気の圧力を、空圧電気制御弁１７を
介して７ｋｉ９／α））まで〃ｉ圧する。これにより、
成形金型ｌに形成されるエアーフィルムの厚さは５０μ
ｍまで減少する。この圧縮工程を１２０秒保持すること
により、レンズはレンズ素材６のガラス転移点６２２°
Ｃ以Ｔの５５０°Ｃ前後まで冷却固化されると共に、良
好なレンズ面形状に賦形される。

また、本実施例においては、レンズ素材６の供給量のバ
ラツキによるし／ズル”さの変動を補正するための（条
構が装備されている。レンズの厚さの変動はレンズの焦
点距離のバラツキに直接影響を及ぼすが、本実施例にお
いては、上型９と下振１゜の間隙が一定値になるよう制
御することにより、レンズ厚さの変動を防止することが
可能である。

すなわち、レンズ素材６の予備成形工程あるいは圧縮成
形工程において、前記成形金型１で形成される間隙がレ
ンズ近さに対応した一定値になるように、空気電気制御
弁］７、この空気圧電気制御弁１７の、ワ動ア／プ２６
を介して空り宰５の供給圧力な１．；制御すると共に、
油圧電気ｉ１ｉ＋制御弁１４、この油圧電気制御弁の駆
動アンプ２７を介して圧縮シリンダ１２に供給される作
動圧力を制御する。

〔発明の効果〕

Ｕ上ｈ１ｂ明したように、本発明によれば、レンズ素材
を成形金型に直接触することなく、ガスフィルムに支持
することにより、短時間にガラスレンズを圧縮成形する
ことが可能になり、このため、成形金型表面との融着に
より発生する疵等の光学不良を防止でき、良好なレンズ
を短時間に製作することができるし、また、成形金型表
面の母型転写を利用しているため、非球面レンズも安価
に製作することができるものであって、上記従来技術の
欠点を除いて優れた機能のガラスレンズの製造方法及び
その装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエアーフィルムのサスペンション
の説明図、第２図はエアーフィルムの変動挙動を示す説
明図、第３図は本？Ｇ明に係る成形金型の謂、明図、第
４図は本発明によるガラスレンズの製造装置の説明図、
第５図は本発明により成形したレンズ形状の説明図であ
る。 １・・・成形金型、５・・・空気室、６・・・レンズ素
材、９・・・上型、１０・・・下型、１５−・・エアー
供給源。 ４゛３図 一’、１−　Ｊ　　Ｉ２Ｉ ′７２図 λ共？＠−Ｌアー圧、ｎＰ 第４図 ２ 才、！５′口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　成形金型内で熱間加工することによりガラス
   レンズを成形する方法において、レンズ形状面を有する
   多孔質部材から成る上下一対の成形金型にレンズ素材を
   供給し、この成形金型の前記レンズ形状面の表面に加圧
   ガスを供給することにより、前記レンズ素材を前記成形
   金型の表面に接触することなくガスフィルム上に支持し
   、さらに゛前記成形金型に圧縮力を負荷して前記レンズ
   素材をガラス転移点以下の温度に冷却し、所要のレンズ
   形状に成形することを特徴とするガラスレンズの製造方
   法。 （り　成形金型内で熱間加工することによりガラスレン
   ズを成形する装置において、レンズ形状面を有する多孔
   質部材から成る上下一対の成形金型と、成型金型にレン
   ズ素材を供給する手段と、成形金型のレンズ形状面の表
   面に加圧ガスを供給する手段と、成形金型に圧縮力を負
   荷する手段とを備えたことを特徴とするガラスレンズの
   製造装置。