JPS62226826A - プレスレンズ成形用型 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、研削、研磨による仕上げを行なわず。

軟化したガラス体をプレス成形することにより直接レン
ズを形成する際に用いられるプレス成形型に関する。

〔従来の技術〕

このようなプレスレンズの製造方法は、予め精密加工さ
れた型の底面形状がそのままレンズに転写されるもので
１球面レンズにもとより非球面しンズの製造も自在で、
広範な利用が可能である。

反面、型自体の材料には、型の底面がレンズの仕上シ表
面としてそのまま転写されることから、気孔等の欠陥が
なく緻密で光学鏡面に加工できること、高温における表
面硬度および強度が十分であることならびにプレス温度
において軟化し流動性をもつに至ったレンズ用ガラスと
融着しないことなどの厳しい要件が必要とされる。

従来この種のガラスレンズ成形用型としては。

ＳＩＣまたはＳｉ３Ｎ４からなるもの（米国特許第４．
１３９．６７７号公報）の他、ガラス状炭素、炭化タン
グステン、サファイアあるいはＴｉＢｚ等からなるもの
が提案されている。

また、熱膨張係数が６×１０　よシ小さい石英ガラスや
ガラスセラミックを用いること（％開昭５７−２２１２
４号公報）、さらに強化ガラスを用いること（％開昭５
７−１４５０５８号公報）も提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、Ｓｉ（、？５ｉｓＮ４あるいはガラス状炭素な
どは、いずれも非常に高価な材料である。

また、石英ガラスやガラスセラミックあるいは強化ガラ
ス等の特殊ガラスも１通常のガラスに比較して製造工程
が長く高価になり、さらに、特に前者においては熱膨張
係数が小さすぎるために。

プレス温度に昇温すると取付治具との熱膨張差によって
取付治具との間にゆるみが生じ、被成形レンズに偏心が
生じやすいという難点を有している。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は型用材料として、酸化ケイ素（Ｓｉ２０）を５
１〜６４重量％、酸化アルミニウム（Ａｔｚ０３）を１
０〜１９重量％、酸化亜鉛（ｚｎｏ）ｔ２〜１５ｉｔｓ
、＃化−ｒグ＄シｒ７ム（ＭｇＯ）ｔ−２〜１４重量％
、酸化ホウ素（Ｂｚｏ３）を０〜９重量係含有するガラ
スを用いたものである。

ここで、各成分の限定理由は次の通シである。

ｔｆ−８ｉ（ｈおよびＡｔ２０．は高強度低膨張ガラス
を得るためのガラス形成酸化物であり、５１０２は尚強
度・低膨張を得るためと化学的耐久性を良くするために
５１％以上必要でおるが、６４％を越えると粘性が高く
な９溶解が困難になる。Ａｔ２　ｏｓは安定化のための
必須成分で１０％以上必要であるが、１９％を越えると
かえって不安定となる。

ＺｎＯはガラスを柔かくシ、熱膨張係数を低くするため
に２〜１５％必要である。

ＭｇＯはガラスを柔かくする修飾酸化物であや。

２％より少ないとガラスの粘度が高く、１４％を越える
とガラスとして不安定になる。

以上の必須成分に対し、Ｂ２Ｏ３は必ずしも用いなくて
もよい任意成分であるが、ガラスを安定にする効果を有
する。ただし９％を越えると加工やプレス成形時にチッ
ピングが起こシやすくなる。

他に任意成分としては、ＣａＯｒ　ＳｒＯ＋　ＢａＯお
よびＰｂＯがある。これらはＭｇＯ、ＺｎＯとの関連で
ガラスの安定性と化学的耐久性を向上させる効果がある
。さらに、ガラスの粘度を下げるために。

Ｌｉ　！　Ｏ＊　Ｎａ　２０　ｒ　Ｋｇ　Ｏ等のアルカ
リ成分あるいはフッ素を少量添加してもよい。

〔作用〕

本発明の型用ガラスは、従来用いられている一般的な光
学ガラスに比較して、３５〜５５Ｘ１０／℃と低い熱膨
張係数を有し、表面硬度および強度も高いが、従来の光
学レンズの加工および研磨技術によって容易に光学鏡面
をもった型を作ることができる。なお、この型用ガラス
の転移温度は６００〜８００℃である。

上述した範囲の熱膨張係数は、型としての急熱・急冷に
耐えるに十分なだけ小さいと同時に、型を保持するため
の取付治具の選択に不自由するほどＫは小さすぎない。

つまり、前述した石英ガラスのように熱膨張係数が極端
に小さいと、取付治具の材料としてこれに類似した熱膨
張係数の材料が見出し難くなるのに対し、上述した範囲
では、炭化タングステン、窒化ケイ素その他の材料が利
用できる。

なお、プレス時の型温は、それを樋底するガラスの転移
温度よシ低く設定される。

Ｌ実施例〕 （実施例１） 原料組成が′Ｎ量％で５ｉ０２　：　５４．１　、　Ａ
１．ｚ　Ｏａ　：１４．０　＋　ＺｎＯ：　１０．８　
＋　ＭｇＯ：　６．７　、ＣａＯ：　９．３　＋ＰｂＯ
：　５．１のガラスを１５００℃で溶解し、徐冷した後
第１図に示すプレス機の上型１１および下型１２の形状
に加工し、レンズに転写される表面を凹球面状に精密鏡
面研磨加工した。従来のガラスレンズの研磨技術によシ
表面粗さが１００　Ｘ　Ｒｍａｘ以下の光学鏡面を有す
る型が得られた。このガラスはガラス転移温度が７３０
℃で、熱膨張係数は４３Ｘ１０　７℃である。

この上・下型１１．１２は案内型」３内を滑動する。案
内型１３は、ここでは炭化タングステンによシ形成した
が、上述した上・下型と同一組成のガラスを用いてもよ
いことはいうまでもない。

１４はプレス成形時に上型１１に荷重を加えるステンレ
ス製の押し棒、１５は同じくステンレス製の支持台、１
６はこれらの構造体を収容する石英ガラスチューブ、１
７は石英ガラスチューブ１６の外周に配設された誘導加
熱コイル、１８は下型１２内に埋設しその温度を測定す
る熱電対である。

被成形ガラスとして、原料組成が重量％で５ｉ０２：６
８．９＋ＢｘＯｓ：１０．１＋Ｎ＆＊Ｏ：８．８．ＫＩ
Ｏ；８．４＋ＢａＯ：　２．８　＋　Ａａ　１０ｓ　：
　１．　Ｏのアルカリホウケイ酸塩光学ガラスＢＫ７（
転移温度５５５℃、熱膨張係数８７Ｘ１０　　／１：、
屈折率ｎｄ１．５１７）を用い、これを第２図に示すよ
うに直径６．３ｍの球状ガラス体１に予備成形した。次
にこの球状ガラス体１の全表面に、炭素粉末を蒸発源と
し、公知の真空蒸着法によシ炭素膜２を３００　Ｘの厚
さに形成し、プレス成形の対象となる被成形物３とした
。

このような被成形物３を上記型内にセットし。

２％Ｈｚ＋９３％Ｎ、ガス（Ｒ元性ガス）雰囲気中で誘
導加熱コイル１７によシ型１１．１２．１３とともに被
成形物３を６７０℃（ガラス体１を構成するガラスの粘
度が１０８・７ボアズとなる温度）に加熱し、その状態
で押し棒１４を降下させ、５９Ｋｙ／ｃｍ２の圧力で６
０秒間プレスを行なう。

次に、押い１４を後退させて荷重を除去し。

そのま筐加工成形物ｔ−型で包囲した状態でガラス体１
を構成するＢＫ７ガラスの転移温度である５５５℃まで
容置（約３０℃７／分）し、しかる後急冷した。その後
、５５０℃でアニールすることによシ炭素膜を酸化させ
て除去して得られたレンズは。

高面精度を有する直径８、Ｏ園の両凸球面レンズであり
、炭素膜の介在によシ型との融着もなく、光学的にも欠
陥は認められなかった。

融着防止層の炭素膜２は、上、下型１１，１２に設けて
もよい。

このように型に炭素膜を形成した場合には、被成形物３
の方には特に融着防止膜を設ける必要がない。さらに案
内型１３の内周面にも融着防止層を設けてもよい。

もちろん、上・下型の一方を凸または凹球面とし、他方
を平面とすれば平凸または平凹のレンズが形成できるし
１曲率半径の異なる凸球面と凹球面とを組合せることも
自由である。いずれにしても型はガラスであるため加工
Ｖｉ答易で、安価に製作することが可能である。なお、
第１図において被成形物３を球状としであるが、これ金
例えば円板状とすると、プレス時に被成形ガラスが凹球
面状の上・下型の間で円滑に外周方向に移動しずらく、
内部に気泡などが閉じ込められることが起こシ得るため
、被成形物を外側に押し出されるような形とすることが
望ましい。したがって、平凸レンズを形成する場合など
も同様で１球状には限らないが、中央部がふくらんだ形
状に予備成形したものを用いることが望ましい。また、
凹レンズを形成する場合には円板状に予備成形したもの
を用いることができる。一般的な予備成形の形状は。

レンズの仕上シ形状に近似した形状であることが好まし
い。

融着防止層としては、上述した炭素の他にも。

例えば酸化ケイ素（ＳｉＯＪもしくは被成形ガラスに比
してガラス転移温度の高いガラス（つまル上述した型材
として用いられるようなガラスも含まれる）などを用い
ることができる。これらの２種を組合せて１例えば被成
形ガラス体に酸化ケイ素または＾転移温度のガラスをコ
ーティングし、型に炭紫金コーティングしてもよい。な
お、高転移温度のガラスを用いる場合、被成形ガラスに
対する転移温度差は、１５℃程度あれば十分である。

つまシ、この程度あれば、被成形ガラスは軟化するが融
着防止層ガラスは未軟化である温度を選んでプレスする
ことができる。ここで、融着防止層ガラスの転移温度が
被成形ガラスの転移温度より１５℃高いというのは、さ
らに厳密には、第５図に示すように被成形ガラス（第１
のガラス）および融着防止層ガラス（第２のガラス）の
粘度温度特性についてそれぞれ上限曲線ａおよび下限１
腺すで表わしたとき、第１のガラスの上限転移温度ｔｌ
　よシも第２のガラスの下限転移温Ｕｔｚが１５℃以上
高いことを意味する。なお、ガラスの転移温度に相当す
るガラスの粘度は１０　ポアズ付近である。

プレス時の雰囲気は、融着防止層として酸化ケイ素やガ
ラスを用いた場合には必ずしも非酸化性にすることｔ′
要しないが１通常は周辺に与える影響も：に慮して非酸
化性雰囲気で行なう、）また、酸化ケイ素やガラスを被
成形ガラス体にコーティングした場合には、これらのコ
ーチイン”グ層はその１まレンズの表層部を構成するも
のとなることから、熱膨張係数や屈折率が内部のガラス
にほぼ等しいことが望ましい。

なお、融着防止層としての酸化ケイ素やガラスの膜厚は
、５０〜２０００　（好ましくは１００〜１０００）Ｘ
の範囲とすることが実用的である。５０Ｘ未満では均一
な膜の形成が困難で、融着防止効果が十分には得られな
い。２０００　Ｘを越えると、加圧成形時においてクラ
ンク等の欠陥が発生しやすく。

透過率や屈折率などのレンズの光学的品ＪＸｔ−低下さ
せる原因となる。

同じく炭素の場合には、５０〜５０００　（好ましくは
１００〜１０００　）　ｌの範囲に膜厚を設定すること
が実用的である。５０Ｘ未満では均一な膜の形成が困難
でろ９、逆に５０００　Ｘを越えると加圧成形による面
精度が低下する。

プレス時の温度等の条件によっては、このような融着防
止層を不要とすることも可能である。

（実施例２） 原料組成が重量％で５ｔ（ｈ　：　５９．０　＊　Ａｔ
ｔ　Ｏｓ　：１５．４．ＺｎＯ：６．１９Ｍｇ０：９．
０＋ＢｓＯｓ　；　５．１　。

Ｆ：０．２　、Ｎａ１Ｏ：１．２．ＣａＯ：１．２　、
ＢａＯ：１．０　＋Ｐｔ）０　：　１−０　＋　Ｋｇ　
Ｏ：　０．８　　のガラス（転移温就り９０℃、熱膨張
係数３８Ｘ１０　７℃）ｔ−加工し、レンズに転写され
る表面を凸球面状に精密鏡面研磨加工して第３図に示す
ような上型２１および下型２２を得た。上記凸球面の表
面粗さは１００　Ｘ　Ｒｍａｘ以下である。

一方、原料組成が重量％ＳＩＯ！　：　２７．８　＊　
Ａｔ２０３　：２．０　＋　Ｎａ１Ｏ：　１．８　ｒ　
Ｋｇ０　：　１．２　＋　ＰｂＯ：６５．２　＋ＴｉＯ
２：　２．０　での重７リント系光学ガラスである５Ｆ
１１（転移温度４３５℃、熱膨張係数９１Ｘ１０　／℃
、屈折率ｎｄ　１．７８５）を第４図に示すように直径
１０．８閣、厚さ１．９ｍの円板状ガラス体４に予備成
形して被成形物５とした。

この被成形物５を、第３図に示したような炭化タングス
テンからなるリング状ホルダー２３にのせ、Ｎ！ガス（
中性ガス）雰囲気中で約５７０℃（被成形物５のガラス
粘度か１０・ポアズに相当する温度）に加熱し、次いで
軟化した被成形物５を、適当なトランスファーデバイス
（図示せず）を用いてリング状ホルダー２３とともに、
第３図（ａ）に示すように案内型２４に設けた窓を通し
て型内に移送する。上・下型２１．２２は外部ヒーター
（図示せず）により４１５℃に保持しておき、この状態
で第３図（ｂ）に示すように実施例１と同様に５　ＱＫ
ｙ／ｃｍ２の圧力で４５秒間プレスを行ない、リング状
ホルダー２３とともに、プレスされたレンズを取り出し
た。型温か比較的低く保たれていることによシ、プレス
されたガラスと型との融着は起こらず、良好な面精度の
レンズが得られた。光学的にも欠陥は認められなかった
。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、原料組成を規定
することにより、従来昼価であった型が安価なガラスに
よってかつ比較的容易な加工で形成でき、きわめて安価
にプレスレンズを製造スることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す型の断面図。 第２図はそれによシブレス成形される被成形物の構成例
を示す断面図、第３図は本発明の他の実施例の型を示す
断面図、第４図はそれによりプレス成形ちれる被成形物
の構成例を示す断面図、第５図は被成形ガラスと融着防
止層用ガラスとの粘度温度特性を示す図である。 ３．５・・・・被成形物、１１．２１・・・・上型、１
２　、２２・・・・下型。 特許出願人　　ホ　−　ヤ　株　式　会　社代　理　人
　　山　川　政　樹（ほか２名）第１図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガラスレンズをプレス成形するための型において、酸化
   ケイ素を５１〜６４重量％、酸化アルミニウムを１０〜
   １９重量％、酸化亜鉛を２〜１５重量％、酸化マグネシ
   ウムを２〜１４重量％、酸化ホウ素を０〜９重量％含有
   するガラスからなるプレスレンズ成形用型。