JPS6221733B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学素子成形用型に関するものであ
る。

レンズ、プリズム、フイルターなどの光学素子
は従来、多くはガラスの研摩処理によつて製造さ
れている。しかし、研摩処理には相当な時間と技
能を要するものである。また、非球面レンズを研
摩処理で製造するには一層高度の研摩技術が必要
で、また処理時間も長くならざるを得ないもので
ある。このような研摩処理による光学素子の製造
方法に対して、加熱加圧による成形によつて光学
素子を製造する方法がある。この成形方法によれ
ば、短時間に光学素子を製造することができ、ま
た非球面レンズも球面レンズと同じように容易且
つ短時間に製造することができるものであるが、
加熱加圧による成形方法においてもなお改善され
るべき問題点がある。その１つとして、型の耐久
性の改善がある。型は高温加圧下で使用されるた
めに、酸化を受けて型精度が低下したり、機械的
な損傷を受けて長く繰り返し使用できないことが
多かつた。

従来、このような光学素子成形用型として、モ
リブデン、ステンレス、チタン、タングステン等
より成る型母材が提案されている。しかし例え
ば、炭化タングステンによつて型母材を形成した
場合、炭化タングステン自体はガラス中の鉛と反
応しないが、そのバインダーとして使用される材
料がガラス中の鉛と反応し鉛を析出させて、光学
素子としての性能に悪影響を与える。また、加熱
加圧の際に、光学ガラスの型部材の成形表面への
融着を生じ勝ちである。

本発明は、型母材の表面保護層としてチツ化チ
タン層を設けることによつて光学ガラスの型部材
の成形表面への融着および腐食を防止して耐久性
に優れた光学素子成形用型を提供しようとするも
のである。

光学素子は、その光学素子の形成材料が収容さ
れる型の内壁の表面粗さに対応する精度で形成さ
れる。そこで型の内壁の表面粗さは、通常Ｒ_nax
5/100μｍ以下、特にはＲ_nax3/100μｍ以下に設
定されるのが好適である。チツ化チタン層は緻密
な層であり、上記のような高い表面粗さを容易に
実現できるものである。

本発明による光学素子成形用型は、予備成形し
た光学ガラスのブランクを成形用型部材に入れ、
該ブランクおよび型部材を前記光学ガラスの転移
点以上に加熱し、前記型部材の成形表面粗さをＲ
_nax1/100μｍ程度に保つて前記型部材の加圧によ
つて該ブランクを最終光学素子製品に加工する光
学素子成形用型において、型母材をモリブデン、
チタン、タングステンのいずれかにより形成し、
該型母材の成形表面にチツ化チタンを被覆して、
前記加熱および加圧の際における光学ガラスの型
部材成形表面への融着および腐食を防止するよう
にしたことを特徴とする。このように、モリブデ
ン、チタン、タングステンにより形成した型母材
の成形表面に、ガラス中の鉛と反応しないチツ化
チタン層を設けることによつて光学素子のガラス
材中の鉛の析出現象を抑制し、加熱および加圧の
際における光学ガラスの型部材成形表面への融着
および腐食を有効に防止できる。チツ化チタン層
の厚さは適宜設定されるが、通常１μ以上の範囲
が好適である。チツ化チタン層の代表的な形成方
法を挙げると、四塩化チタン（TiCl₄）とチツ素と
水素を型材が配置されている内に導入し、約
900〜1050℃で反応させて型材表面にチツ化チタ
ンを沈着させる方法、また、蒸着槽内に型材を配
置し、アンモニアを蒸着槽内に導入して、アンモ
ニア雰囲気とし、そこにチタンを蒸発させ、放電
エネルギー（放電条件：50W〜500W，10〜20
Å／sec）によつてチタンとアンモニアを反応さ
せてチツ化チタンを型材表面に沈着させる方法が
ある。

本発明による型によつて加熱加圧により成型さ
れた光学素子は後研摩が不要で、そのまま光学素
子として用いることができるものである。また成
形工程の加熱加圧条件は使用する各種ガラスや
MgF₂，CaF₂，TiO₂，ZnSなどの結晶材料の種類
によつて適宜設定されるが、ガラスの場合には加
圧の際のガラスの温度は、ガラス転移点以上であ
り、型に収容する前に予め加熱しておいてもよい
し、型に収容後に型と共に加熱してもよい。然し
て、加熱によつて酸化を生ずるのを防止するため
に、成形工程は窒素ガス、ヘリウム等の不活性雰
囲気中にて行なうのがよい。

以下、本発明による型を使用する光学素子の製
造の実施例について説明する。

実施例 １ モリブデンで型の形状を作り必要な面は研磨し
て、第１図イに示すように、触針式粗さ測定法に
よつて測定した最大粗さＲ_naxを0.03μｍ以下と
した。次に窒化チタンを５μｍコーテイングし
た。このコーテイング方法は真空炉内に型材を配
置してから、炉内を高温（約1000℃）に加熱し、
この中に塩化チタン、窒素、及び水素の混合ガス
を導入して窒化チタンの膜を型の表面に強固に付
着させるものであつた。この時の反応は次に示す
通りである。

2TiCl₄＋N₂＋4H₂→2TiN＋8HCl その後再び表面を粒径0.5μｍのダイヤによつ
て磨き上げて第１図ロに示すように、Ｒ_naxを
0.01μｍとした。

レンズの成形装置と加工手順を第２図によつて
説明する。

第２図中、１は密閉容器、２はその蓋、３は光
学素子を成形するための上型、４はその下型、５
は上型をおさえるための上型おさえ、６は胴型、
７は型ホルダー、８はヒータ、９は下型をつき上
げるつき上げ棒、１０は該つき上げ棒を作動する
エアシリンダ、１１は油廻転ポンプ、１２，１
３，１４はバルブ、１５は不活性ガス流入パイ
プ、１６はバルブ、１７は流出パイプ、１８はバ
ルブ、１９は温度センサ、２０は水冷パイプ、２
１は密閉容器を支持する台を示す。

前準備としてフリント系光学ガラス（SF14）
を外径15.8mm、厚さ２mmの円板状にしたものを両
面磨いておく（これをブランクと呼ぶ）。

ブランクを下型４の上にのせ上型３をセツトし
てから密閉容器１の蓋２を閉じ水冷パイプ２０に
水を流しヒータ８に通電する。このとき窒素ガス
用バルブ１６および１８は閉じ排気系バルブ１
２，１３，１４も閉じている。尚油廻転ポンプ１
１は常に廻転している。

バルブ１２を開け排気をはじめ10^-2Torr以下
になつたらバルブ１２を閉じ、バルブ１６を開い
て窒素ガスをボンベより密閉容器内に導入する。
温度が650℃になつたらエアシリンダ１０を作動
させて10Kg／cm²の圧力で成形する。転移点以下に
なるまで加圧をつづけこの間は冷却速度を10℃／
min位に制御する。その後は20℃／min以上の速
度で冷却を行い、200℃以下に下がつたらバルブ
１６を閉じ、バルブ１３を開いて密閉容器１内に
空気を導入する。それから蓋２を開け上型おさえ
５をはずして成形物を取り出す。

上記のようにして、フリント系光学ガラス
（SF14）（軟化点SP＝586℃、転移点Tg＝485℃）
を使用して、第３図に示す形状および寸法のレン
ズを成形した結果、第１図ハに示すように表面粗
さＲ_nax0.04μｍのレンズを得ることができた。
この時の成形条件すなわち時間―温度関係図を第
４図に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図イ，ロおよびハは、それぞれ、モリブデ
ンの型の面、モリブデンの型の表面に窒化チタン
を５μコーテイングした後研磨した面および上記
の型で成形したガラス面の表面粗さを示す図、第
２図はレンズの成形装置を示す図、第３図は成形
されるレンズの形状を示す図、第４図はその成形
条件を示す図である。 １…密閉容器、２…蓋、３…上型、４…下型、
５…上型おさえ、６…胴型、７…型ホルダー、８
…ヒータ、９…つき上げ棒、１０…エアシリン
ダ、１１…油廻転ポンプ、１２，１３，１４…バ
ルブ、１５…流入パイプ、１６…バルブ、１７…
流出パイプ、１８…バルブ、１９…温度センサ、
２０…水冷パイプ、２１…台。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予備成形した光学ガラスのブランクを成形用
   型部材に入れ、該ブランクおよび型部材を前記光
   学ガラスの転移点以上に加熱し、前記型部材の成
   形表面粗さをＲ_nax1/100μｍ程度に保つて前記型
   部材の加圧によつて該ブランクを最終光学素子製
   品に加工する光学素子成形用型において、型母材
   をモリブデン、チタン、タングステンのいずれか
   により形成し、該型母材の成形表面にチツ化チタ
   ンを被覆して、前記加熱および加圧の際における
   光学ガラスの型部材成形表面への融着および腐食
   を防止するようにしたことを特徴とする光学素子
   成形用型。