JPS63222024A - 光学素子成形用プレス型材 - 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、従来のカラスレンズ等の光学素子製造におい
て不可欠な工程である冷間研摩工程を必要とせず、高度
な面精度及び形状精度を有する光学素子を、精密プレス
法により製造する際に用いる光学素子成形用プレス型材
に関するものである。

従来の技術 光学素子を得る方法として従来は、所定重量のガラス塊
を加熱軟化させてプレス成形したり、カーブジェネレー
ター等により粗研削したものを所望の面精度および形状
精度を得るために冷間研摩工程を施すというものであっ
た。　このため、研摩工程に時間がかかり、大量生産が
むつかしいという難点があった。　また非球面について
も研摩法では大量生産ができないという欠点があった。

しかし近年冷間研摩工程を必要としない精密プレス法が
提案され、実用化されつつある。　この精密プレス法と
は、光学素子素材を所望の光学素子の形状および面精度
に対応する型面を偏えた一対のプレス成形用型内に投入
し、成形可能な状態になったところで加圧し、成形され
た光学素子を冷却して光学素子を成型する方法である。

（例えは、特開昭４７−１１２７７等） 発明が解決しようとする問題点 上記の成形方法により形成される光学素子の表面特性は
、プレス型材の表面特性に全く依存するものである。　
従って型表面の光学素子成形部分は得ようとする光学素
子と同等が、もしくはそれ以上の表面特性が必要とされ
る。

精密プレス法に用いられる型の材質としては、炭化珪素
（Ｓ　ｉ　Ｃ）や、窒化珪素（Ｓｉ２Ｎ３）（特開昭５
２−４−５６１３）等が挙げられる。

これらは、原料粉末をポットプレス法（ＨＯＴ　）若し
くは、熱間静圧プレス法（ＨＩＰ）により製造された焼
結体であるために、とうしても結晶粒界、粒界気孔が存
在し、これらを使用した型材て光学的鏡面を得る加工に
おいて、その表面に微少な欠陥を生しやすい。　また、
硬度が非常に高いため難加工材料で高度な加工技術も必
要となる。

さらに光学カラスは、一般的にその線膨張係数（α）が
５０−］　］５０Ｘ１０−７／の範囲にあるが、精密プ
レス成形時に型材と被成形用素材の線膨張係数の差が大
きいと、プレス成形後の冷却過程で収縮量の相違により
、高精度の光学素子が得られにくい。　このため被成形
用素材の有する線膨張係数に対し、適切な線膨張係数を
有する型材の選定が必要とされる。

発明の目的 本発明の目的は、精密プレス用型材の加工性および型の
欠陥を改善し、型の複雑な形状、例えば非球面等の加工
を容易にし、被成形材料の利用分野を広げ、また型の低
価格化をはかり、従来の光学素子製造工程である冷間研
摩を必要とせず、高度な面精度および形状精度を有する
光学素子の大量生産と低コスト化を可能とする光学素子
成形用プレス型材を提供するものである。

本発明の光学素子プレス成形用型材は、基材として被成
形用素材の成形温度以上の転移温度（Ｔｇ）を有し、線
膨張係数が５Ｏ−１５０Ｘ１０−７／℃の範囲内のガラ
スまたは、前記膨張係数を有する結晶化ガラスセラミッ
クス、化学切削性感光性ガラスセラミックス（以下両者
をガラスセラミックスという）を用い、それぞれの基材
の少なくとも光学素子成形面に相当する型表面を、酸化
物系セラミックスの薄膜で被覆したことを特徴とするも
のである。

本発明における基材のガラス及びガラスセラミックスは
、その組成を変更することて線膨張係数をコントロール
でき、被成形用素材の線膨張係数に合った適切な型材を
選択することが可能である。

また、カラスを基材とする光学素子成形ヤにおいて、被
成形用素材の成形温度より高い転移温度を有する必要か
あるのは、カラスは転移温度な境界に高温側では異常膨
張性を示し、粘性が急激に小さくなるため、もはや型材
としての機能を保つことができなくなるからである。

本発明の光学素子プレス成形用型材は、加工性の良いカ
ラスおよび気孔率がセロのガラスセラミックスを、プレ
ス型の材料として用いることにより、従来の研摩技術で
非球面等の高精度な加工を容易に、しかも単時間で可能
とするものである。

結晶化ガラスセラミックスは、加工性の良いカラス状態
において粗研削加工を行い、その後熱処理により結晶化
させ、仕上げ加工を行うことができる。　また化学切削
性感光性ガラスセラミックスは、カラス状態で全体を紫
外線露光後、熱処理を行い結晶化させて結晶化ガラスセ
ラミックスと同様の仕」二げを行う加工方法と、感光性
を利用して、感光性カラスの表面に所望のパターンを紫
外線露光し、熱処理、紫外線露光、酸処理、熱処理の工
程を行うことで、複雑形状のプレス型を容易にしかも単
時間で製作し、この後同様の仕上げ加工を行う方法があ
る。

ガラスセラミックスは、機械的強度および熱的強度に優
れ、熱伝導率が大きい。　このためプレス成形工程の時
間短縮が計れ、かつ高寿命の型材が製作できる。　また
、ガラス及びガラスセラミックスのカラス状態で内部を
検査することは、他の材料ではできないことて、気泡、
異物等の内部欠陥を精密に検査でき、欠陥の無い型材を
容易に得ることができる。　さらにガラスセラミックス
の結晶構造は均一かつ緻密なものであり、結晶粒の大き
さは、２００−３００オングストロームにすることが可
能である。　このため光学素子成形用型材として必要な
特性である、ピンボールの無い面精度２００オングスト
ローム以下の光学的鏡面を有する精密な型材を容易に得
ることができる。

光学素子成形用型材として満足しなければならない条件
としては、被成形用素材との膨張係数の適合、被成形用
素材との化学反応性が、皆無か極微中であること、耐酸
化性に優れること、硬度が高いこと等があげられる。　
本発明者は型材としてのカラス及びガラスセラミックス
の表面を、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ２）、酸化チタ
ン（Ｔｉ０２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）のうち
少なくとも一種の酸化物系セラミックスからなる薄膜で
、化学的蒸着または物理的蒸着法等の周知の方法によっ
て被覆することで、被成形用素材との化学的反応性を皆
無に近く抑えることができることを発見した。　さらに
カラスおよびガラスセラミックスと酸化物系セラミック
スの薄膜とは、両者共に酸化物であるために密着強度や
被膜の耐酸化性、高温耐熱性が非常に優れており、プレ
ス成形時に薄膜の剥離や被成形用素材のプレス型への付
着が無い、等の型としての劣化がないことから、高寿命
の型材を得ることができる。

実施例 次に本発明の詳細な説明する。

実施例　１ 本発明における型の重要な特徴の−っである型の加工性
の難易度と被成形物の精度をみるため、先ず型材として
ガラスおよびガラスセラミックスで、直径１５　ｍ　ｒ
ｎ、肉厚１０ｍｍ、光学素子成形部は曲率半径３０．Ｏ
ＯＯｍｒｒ＋の凹面を持つプレス成形型を作成した。　
その加工方法は、粗研削された素材を”５００、”１２
００のダイヤベレットで研摩し粗仕上げを行い、酸化セ
リウムにてボリシングし、光学鏡面を得るという従来の
研摩技術で行った。

結晶化ガラスセラミックスについては、カラス状態にお
いて、粗研削加工を行い、その後、熱処理により結晶化
させ、上記の従来の研摩技術で光学鏡面を得た。　また
化学切削性感光性ガラスセラミックスについては、感光
性ガラスの表面に所望のパターンを描き、紫外線露光、
熱処理、紫外線露光、酸処理、熱処理の工程を行い、粗
加工をし、上記従来の研摩技術で光学鏡面を得た。

表−１にその測定結果を示す。

この結果、得られた光学鏡面は、面積度２０二〇オング
ストローム以下、形状精度１／４人以内という光学素子
に要求される精度を十分満足する高精度な光学素子成形
面であった。　型材としての加工性も容易で、しかも短
時間で製作できるという良好な加工特性を示した。

実施例　２ 酸化物系セラミックス被膜の基材として転移温度６５０
℃、線膨張係数約７０　Ｘ　１０−１／°Ｃと、約１２
０　Ｘ　１０−７／’Ｃの２種類のガラス、および」−
記膨張係数を持つガラスセラミックスで、実施例１と同
様の基材を製作した。　その後、上記基材それぞれの型
表面の光学素子成形部を化学的蒸着、物理的蒸着法等の
周知の方法によって、酸化アルミニウム（Ａ　ｌ　２０
３）　、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（
ＺｒＯ２）の３種類の酸化物セラミックスをそれぞれの
基材に被覆し、プレス型を製作した。　得られた型の表
面特性は基材の表面特性と同等のものであった。

上記型材を用いて、線膨張係数１２０Ｘ１０−７／℃を
有するフリント系ガラス塊を一対の型の光学素子成形面
にはさんで、窒素雰囲気中で成形温一度６００°Ｃ１成
形圧力１００Ｋｇ／ｃｒｎ２にてプレス成形を行った。

表−２に結果を示す。

作用 これらの実験の結果、本発明の型材は、５００回成形後
も被成形用素材との化学反応性がなく、酸化物系セラミ
ックス被膜の型材からの剥離や被精度１８０オングスト
ローム以下、形状精度１／８λ以内と成形前と比べてあ
まり変化が無く、型の劣化も認められなかった。　また
型材の線膨張係数は、プレス成形された光学素子の曲率
、形状精度に影響を与えていることが確認され、光学素
子の線膨張係数よりも５０　Ｘ　１０−７／℃はと小さ
い型材でプレス成形された光学素子は、曲率において、
０．２％小さくなり、形状精度は約３倍程度悪くなり、
所望の精度が得られなかった。　このことから、型材と
光学素子の線膨張係数を合せる必要のあることが確認で
き、本発明の型の有効性が確認された。

発明の効果 本発明の効果として、光学素子用素材の線膨張係数に合
った適切な型材を選択することが可能なことから、成型
材料の利用分野を広げることができ、また被膜として、
酸化物系セラミックスを用いることにより、光学素子用
素材との化学的反応性を微少におさえることおよび、基
材との密着強度に優れること、耐酸化性にも優れること
から、プレス成形時に被膜の剥離、被成形素材の付着が
なく、型としての寿命を大きく伸ばす効果がある。

一方、型材としてのガラスおよびガラスセラミックスは
、従来の研摩技術により、非球面等の高度な加工が容易
で、精密プレス用型材としての欠陥が無く、しかも短時
間で製作可能なことから、型精度の向上と低価格化が可
能である。

本発明の型材を用いることにより、従来の光学素子製造
工程である、冷間研摩工程を必要とせず、高精度な面精
度及び形状精度を有する光学素子を容易にしかも安価に
製造することができ、産業上大いに有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）成形される光学素子素材の成形温度以上の転移温
   度（Ｔｇ）を有し、線膨張係数（α）が、５０−１５０
   ×１０＾−＾７／℃の範囲のガラスを型材として用い、
   少なくとも型表面の光学素子成形部を酸化物系セラミッ
   クスの薄膜で被覆した光学素子成形用プレス型材。
2. （２）線膨張係数が５０−１５０×１０＾−＾７／℃の
   範囲内の結晶化ガラスセラミックス、または前記条件を
   有する化学切削性感光性ガラスセラミックスを型材とし
   て用い、少なくとも型表面の光学素子成形部を酸化物系
   セラミックスの薄膜で被覆した光学素子成形用プレス型
   材。