JPS61183132A - ガラスレンズの製造方法 - 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、ガラスレンズの製造方法に係り、特に研摩加
工等を必要としないモールド成形によるガラスレンズの
製造方法に関するものである。

〔発明の背景〕

従来から光学レンズの多くはガラス素材を荒削り、研摩
等の多くの加工工程を経て製作されているが、近年１通
常の球面レンズと異なり複雑な形状を非球面レンズに対
する要求が高まるにつれ研摩処理に極めて多くの時間と
経費が要求される旧来技術に代って、研摩加工を必要と
しないモールド成形によるレンズ成形法が開発されてき
た。

モールド成形によるレンズの直接成形法は、複雑な形状
を型成形により容易に成形し得るため製造コスト上の利
点はあるが、成形面の精度、成形の際発生する内部歪み
等に問題があり、その光学的性能において未だ研摩加工
によるレンズ成形に比べ不十分である。

例えば、レンズ素材としてのプラスチック材料は軽量で
モールド成形性は良好であっても、成形の際の内部歪み
の除去が困難であり、用途によっては光学的性能が不十
分であるという欠点を有している。

一方、ガラス材料は、内部歪みはアニール処理等によっ
て比較的容易に取り除くことが可能なため、光学的性質
は一応の水準に達しているものの、融点が高いため、金
型の材質の選定が難かしく。

またガラスが金型と融着して取り出しが困難なことなど
成形上の問題が多い。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、研摩加工を
必要とせず、精度が高く転写性のよい加工の容易なガラ
スレンズの製造方法の提供を目的としている。

〔発明の鷹要〕

上記目的を達成するための構成として１本発明は、相対
向する平坦面とこの平坦面のいずれか一方に形成した球
面状の凹部とを備えた一対の可動型、固定型の間にガラ
スからなるレンズ素材を充填し、可動型、固定型間に設
けられたスペーサを介してプレス成形することにより、
一方を平坦面、他方を球面状とする所定厚、所定形状の
レンズの容量を定める第一次プレス工程と、その第一次
プレス工程の押圧力を保持した状態での冷却過程におい
て前記所定容量のレンズ素材を更に押圧して所望の転写
面を得る第一次プレス工程とを経るようにしたことを特
徴としている。

〔発明の実施例〕

以下１図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図ならびに第２図は１本発明に用いられる金型の基
本的構造を示す断面図である。

第１図において１は可動型、２は固定型である。

可動型ｌは円柱状の先端部１ａの先端面を平坦面１ｂと
し、固定型２は前記平坦面１ｂと対向する平坦面２ａの
中央に球面状の回部２ｂを有し、平坦面２ａの外周部に
角度α＝１０°〜１５°のテーパ部２ｃを有する周壁２
ｄを形成している。

レンズ形成時における可動型、固定型１．２の平坦面１
ｂ、２ａ間め距離をＡとすると、成形されるレンズの平
行な平坦面間の厚さはＡであり。

外形は周壁２ｄの内径と同一であり、レンズ成形時に形
成される余肉部の厚さはＡｔａｎαである。

第２Ｗｉにおいては可動型１の平坦面１ｂに球面状の凹
部ｒｃを形成し、固定型２の平坦面２ａは全面に亘って
平坦部とした一対の金型の例を示している。

第３図（ａ）　、　（ｂ）は、第１図、第２図に例示さ
れる一対の金型によって成形されるレンズ３の形状を示
している。いずれも平行な一対の平坦面３ａ。

３ｂを有し、平坦面３ａ、３ｂ間の厚さは可動型１、固
定型２間の距ＭＡに等しく、また固定型２の周壁２　ｄ
　ｌ：設けたテーパ面２ｃによる外形及び余肉部３ｃと
、凹部２ｂ又は１ｃの球面形状と一致する凸部３ｄを有
し、ている。

第４図（ａ）〜（・１）は成形されたレンズの保持構造
例を示すもので、同図（ａ）は凸面３ｄを形成した平坦
面３ａを保持リング４に接着剤にて接着した構造である
。

同図（ｂ）は、全面に亘って平坦な面とした平坦面３ａ
の外周部を保持リング４に接着した構造である。

また同図（ｃ）、（ｄ）は、一対の保持ケース５ａ。

５ｂによってレンズ３を挾持するようにしたもので、同
図（ｃ）は上ケース５ａの凹部内にレンズ３の平坦面の
３８を落し込み、ケース５ａの凹部を螺合により塞ぐ下
ケース５ｂに突起５Ｃを形成し。

この突起５Ｃでレンズ３の他の平坦面３ｂ（凸面３ｄの
外周部）を押圧する構造である。同図（ｄ）は、上ケー
ス５ａの凹部内に落し込んだレンズ３の凸部３ｄの外周
面に、前記下ケース５ｂにあけた開口５ｄの内縁部５ｅ
を当接させ、ケース５　ａ　ｔ５ｂ間にレンズ３を挾持
するものである。

尚、上記第３図（ａ）、　（ｂ）では球面状の凸面３ｄ
を形成しない平坦面３ｂ、３ａは全面に亘って平坦面と
したが、第５図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）に示す如く
、平坦面３ｂ、３ａの中央部に段部３ｅを設けて、中央
部は周辺部に対し突出する平坦面３ｆとすることもでき
る。この様にすれば第６図（ａ）　、　（ｂ）　。

（ｃ）に示す様に、前記段部３ｅがケース５ａ開口縁に
係合して、ケース５ａに対する位置決めを行なうことが
できるとともに、平坦面３ａ、３ｂに対して予めレンズ
の光軸は定められているから。

レンズの光軸をケース５ａに対して精度よく組み込むこ
とができる。

上記レンズの成形に用いられる金型材料としては、一般
にＮｉ系の耐熱合金、カーボン系耐熱合金、酸化物系セ
ラミックス、チッソ化合物系セラミックス等があげられ
る。しかし、Ｎｌ系耐熱合金は硬度が低く、プレス加工
時に変形し易く、カーボン系耐熱合金では、大気中の高
温域では酸化消耗するため、不活性ガス雰囲気中での加
工が必要となる。また酸化物系ビラミックスではレンズ
素材であるガラスも酸化物であるためレンズ素材と金型
とが融着するおそれがあり、ＴｉＮ、ＳｉＮ等チッソ化
合物系セラミックスでは金型自身の加工が困野であるな
どの欠点を有する。

そこで本実施例では、炭化物系焼結合金材料であるＧＴ
ｉ３０Ｃ（Ｍ成；　ＷＣ８４％、ＮｉｌＯ％。

Ｃｒ６％）（三菱金属社１ｆｉｌりを用いた。Ｇ’ｌ’
１３０Ｃは酸化物を含まず低融点ガラス（融点４００℃
以下）と融着することはない。尚、この材料の物理的、
機械的性質はｆ記の通りである。

結合相量　　　　　　　　　　１６（％〕重密度　　　
　　　　１３．９　（ｇ／ｃｎｆ）硬さ　　　　　　　
　　８４．０　　（ＨＲＡ）熱伝導率　０　、　１５　
（Ｃａｌ／ｃｍ、　ｓｅｃ、　”Ｃ）熱膨張係数　　６
．ＯＸＩ　Ｏ−’　　［／”Ｃ）ヤング率　５．３Ｘ１
０’　　［Ｋｇ／膿２〕ポアソン比　　　　０．２２ 抗折力　　　　　　２３０　（Ｋ　ｇ／Ｗｌ”　）圧縮
強さ　　　　　３６０　（Ｋｇ／ｎｌ１１”　）引張強
さ　　　　　ｌ　８０　（Ｋｇ／ｍａｄ’　）レンズ素
材であるガラス材料としては、低融点ガラス（融点４０
０℃以下）が好ましく１本実施例では５ＦＳＯＩ　　（
小原光学社製）を用いた。５ＦＳＯ１のガラス転移点’
ｒｇは３９３Ｃ’Ｃ）、熱膨張係数は８．８Ｘ１０−“
／”Ｃ（−３０℃〜７０℃）、ｌ０ＸＩＯ−’　／”Ｃ
（ｔｏｏ℃〜３００℃）であって、成形時に型材との融
着は見られなかった。

次にレンズの製造工程について説明する。

第７１！！！１．第８図はレンズ成型工程を示すもので
。

第７図は従来の成形工程、第８図は本発明の実施例にお
ける成形工程である。

第７図に示す如く、従来の成形工程では、ガラス転移点
近傍まで加熱されて軟化したガラス素材は、前述の可動
型、固定型間に移送され、所定位置に充填される。次に
可動型あるいは固定型を移動して相対向する平坦面及び
球面状の凹部間においてレンズ素材をプレス加工し、一
定時間保圧して゛冷却した後、可動型、固定型間を離間
させて型開きし、成形されたレンズ素材を取り出す。

この工程は従来の成形方法でも用いられているのである
が、本発明では上記工程中、特にプレス工程に特徴があ
る。

そこで本発明においては、第８図に示すようにプレス工
程を更に２つのステップに分け、−次プレス、二次プレ
スを順に行なう。

この工程を第９図、第１０図によって説明すると、まず
第９図に示すように可動型１に対して固定型２を相対的
に移動させて両者間に充填されたレンズ素材３を一部プ
レスする。この際、固定型２の平坦面２ａ周囲には周壁
２ｄが設けられているが、この周壁２ｄの先端は平坦な
当接面となっており、可動型１の平坦面１ｂと当接する
。即ち。

周壁２ｄは可動型１．固定型２間のスペーサ６を構成し
、これによって成形されるレンズ３の平行な平坦面間の
厚みでは所望寸法に定められるとともに、スペーサ６の
内周Ｍ６　ａによってレンズ３の外形が定められる。ま
たこのスペーサ６にはその一部において、溝５間隙、孔
等の開口（図示せず）が設けられており、上記−次プレ
ス成形時に余剰のレンズ素材３をここより流出させて余
肉部３ｃを形成させることにより、レンズ３本体の形状
、容量等を定める作用をしている。

上記−次プレス工程の後、レンズ素材３は漸次冷却され
ていくが、その過程で二次プレスを行なう。

第１Ｏ図に示すように、固定型２の平面部２ａは、その
周辺部を形成する外型７と、中央部を形成する内型８と
から構成されており、内ｙＪ１８は外型７に対し軸方向
に摺動可能となっている。

そこで、上記冷却工程中に、第１０図に示す如く、内型
８を僅かに内方へ移動させる。これにより冷却工程で収
縮コれている【ノンズ素材３は再びその型面に押圧さｆ
ｔ、＠写精度が向上する。この際、前記スペーサ６には
開口が設けら右ているため、一部は開口より再び流出す
ることが想定されるが、型の冷却速度、内型８の先端部
の径及び移動距離、押圧力等を適当にコントロールする
ことにより、　１ノンズ形状を変えることなく転写精度
を高めることができる。

本実施例では、内型８の先端押圧部の外径ｄ１を、相対
向する可動型１の球面状の凹部１ｅの外径と鴫等しくし
、更に内型先端部の移動量Ｘを。

０．０１〜０．０５ｒｒｍとすることにより、成形され
るレンズ３の凸面３ｄの形状を０．３ｆｔｍ以下の誤差
にて転写することができた。

転写精度を向上させるためには、内型先端部の外径ｄ１
をできるだけ小さくシ１．且つレンズ凸面３ｄに対して
集中的に押圧力を作用させるのが好ましいがレンズ内部
に残る歪みを小さくするためには、押圧力は小さくレン
ズ全体に対し均等に加えることがよいと考えられる。従
って、レンズ精度上置も重要な凸面３ｄの形を正確に転
写し、光学的歪みを残さないように二次プレスを行なう
には、内型８の先端部の径ｄ１はレンズ凸面３ｄの外径
ｄ２と略等しいかそれ以下であって、レンズ有効径６３
以上であるのが好都合である。

但し、レンズ素材、レンズ形状、冷却速度等の様々な条
件によっては、内型先端部の径ｄ１及び形状、あるいは
レンズ素材３に対する二次プレスの押圧方向等を変更す
ることはもちろん可能である。

尚１本発明の説明中１球面状のＵ部あるいは凸面と記載
したものは、完全な球面形状のみを指すものではなく、
所謂非球面レンズ形状をも含むものとする。

〔発明の効果〕

本発明は以上の如くであり、第一次プレス工程でレンズ
素材の容量及び概略的形状を定め、これに続く冷却過程
で第一次プレスを行なうことにより転写面を得るように
したから、レンズ素材の収縮による転写面不良を除去し
、精度の高い転写面を得ることができる。しかも成形は
プレス成形であるから極めて安価に大量に製造すること
が可能であるとともに、レンズ素材はガラスを用いてい
るから、内部歪みを小さくして光学的性質を研磨レンズ
の如く高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に用いる金型の基本構造を示す
図、第３図（ａ）、　（ｂ）は第１図、第２図の金型に
よって成形されたレンズ形状を示す図、第４図（ａ）〜
（ｄ）はレンズの保持構造の様々な態様を示す説明図、
第５図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）は他のレンズ形状を
示す図、第６図は第５図のレンズの保持構造を示す図、
第７図は従来のレンズ加工工程図、第８図は本発明の実
施例におけるレンズ加工工程図、第９図は本発明の実施
例における一部プレス工程を説明する図、第１０図は本
発明の実施例における二次プレス工程を説明する図であ
る６１・・・・・・可動型、１ｂ・・・・・・平坦部、
１ｃ・・・・・・凹部。 ２・・・・・・固定型、２ａ・・・・・・平坦部、２ｂ
・・・・・・凹部。 ３・・・・・・レンズ、６・・・・・・スペーサ。 （。）　第４図 （ｂ） （Ｃ）　　　　　　　　　　　　　　（ｄ）第５図 ′（Ｃ） 第６図 第７図　　　　　第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 相対向する平坦面とこの平坦面のいずれか一方に形成し
   た球面状の凹部とを備えた一対の可動型、固定型の間に
   ガラスからなるレンズ素材を充填し、可動型、固定型間
   に設けられたスペーサを介してプレス成形することによ
   り、一方を平坦面、他方を球面状とする所定厚、所定外
   形のレンズの容量を定める第一次プレス工程と、その第
   一次プレス工程の押圧力を保持した状態での冷却過程に
   おいて前記所定容量のレンズ素材を更に押圧して所望の
   転写面を得る第一次プレス工程と経るようにしたことを
   特徴とするガラスレンズの製造方法。