JPH01147084A - 光学素子用成形型の作製方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、例えばレンズ、プリズム及びその他の光学
素子を押圧成形により作製する際に用いられる光学素子
用成形型の作製方法に間する。

（従来の技術） 例えばレンズ等の光学ガラスから成る光学素子を作製す
るための方法として、加熱炉中て軟化させた光学素子形
成用材料（以下、単に光学材料と称する場合も有る。）
を押圧して成形する方法か広く知られている。この方法
では、転移点以上の温度に加熱して軟化せしめた光学材
料を、例えば、上型と下型とから成る成形型で押圧成形
して光学素子を作製する。従って、光学材料を直接研磨
して行なわれる方法に比して、上述の方法は個々の製品
の品質が高い再現性を有し、量産性に優れた製造技術と
して注目されている。

上述した方法に用いるための光学素子用成形型（以下、
単に成形型と称する場合も有る。）を構成する型材料と
して、例えば特開昭５２−４５６１３号公報及び特開昭
６０−１９５０２６号公報に開示される技術ではカーバ
イド系の化合物、特開昭５９−１２３６３１号公報では
炭化タングステンとコバルトとを主成分とする材料、ま
たは窒化シリコン（ＳｉＮのやその他、種々の超硬合金
が知られている。

即ち、例えば光学ガラスのような軟化する温度が比較的
高い光学材料を用いで、上述の抑圧成形により光学素子
を作製する場合、高温条件での硬度低下が低い超硬合金
により成形型を構成する。

このような材料から成る母材を、例えば球面創成機（カ
ーブジェネレーター）等の工作機械を用いて直接研磨加
工し、設計に応じた曲率で光学素子を製造するための有
効成形面を形成して成形型が作製される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した従来の光学素子用成形型の作製
方法では、当該成形型の有効成形面の加工性に乏しい超
硬合金から成る母材を研磨することにより行なわれる。

これがため、特に、上述した有効成形面を非球面として
形成する必要が有る場合、極めて硬い母材を研削及び研
磨することは非常に困難であるという問題点が有った。

これに対して、例えばプラスチック等の、軟化する温度
か低い光学材料では、比較的加工性に優れた母材が用い
られているが、係る材料では光学ガラスのように軟化す
る温度が比較的高い光学材料の押圧成形に耐え得る成形
型が得られないという問題か有る。

この発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、例え
ば光学ガラスのような軟化する温度の高い光学材料に用
いる成形型であっても、光学素子の設計に応じた有効成
形面を高精度で形成することか可能な光学素子用成形型
の作製方法を提供することに有る。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の光学素子用成形
型によれば、 加熱により軟化した光学素子形成用材料を押圧成形して
光学素子を形成するための有効成形面を有する光学素子
用成形型を作製するに当り、マスター型の、少なくとも
、上述の有効成形面に対応する曲面に第一電鋳層を成長
させて形成する工程と、 上述した第一電鋳層の上側に芯材を載ゴした後、当該第
一電鋳層と芯材との表面上に第二電鋳層を成長させて形
成する工程と を含むことを特徴としている。

（作用） この発明の光学素子用成形型の作製方法の構成によれば
、有効成形面を電鋳層として形成するため、光学素子の
設計に応じた曲面の形成か容易となり、かつ実質的に同
一な有効成形面を有する複数の成形型を繰り返し作製す
ることができる。

（実施例） 以下、図面ヲ参照して、この発明の光学素子用成形型の
作製方法の実施例につき説明する。尚、以下の説明で参
照する図面は、この発明の理解が容易となる程度に概略
的に示しであるにすぎず、この発明は、これら図示例に
のみ限定されるものではない。また、以下の説明におい
て、この発明の理解を容易とするため、数値的条件、形
状、材料　配フ蘭係またはその他特定の条件の下でゝＪ 説明するが、この発明は、これら特定の条件にのみ限定
されるものではないことを理解されたい。

ます始めに、この実施例の作製方法で用いたマスター型
の作製につき説明する。

この発明の方法で用いるマスター型は、光学素子の押圧
成形で有効成形面を担う第一電鋳層を堆積し得るもので
ある。これがため、当該マスター型を構成する材料の要
件としては、■電鋳による金属の堆積が可能である ■光学素子用成形型の有効成形面に対応する曲面を形成
するに当って加工性に優れているといった点が挙げられ
る。

このような要件を満たす材料としで、例えばニッケル、
無酸素銅、ワシ青銅、鉛、アルミニウムまたはその他、
種々のものか考えられるか、この実施例では、ニッケル
を用いてマスター型を構成した場合につき説明する。

以下、第１図（Ａ）〜（Ｅ）を参照しで、この発明の実
施例につき説明する。

第１図（Ａ）〜（Ｅ）は、この発明の詳細な説明するた
め、夫々の作製工程毎に、作製途中の光学素子用成形型
の概略的断面により示す説明図である。

まず始めに、ニッケルから成る型材料を超精肥旋盤で研
削加工した後、研磨を行ない、第１図（△）に示すよう
な、曲面１０ヲ有するマスター型１２ヲ得る。この曲面
１０は、所望とする光学素子の形状と実質的に同一な凸
形状として形成されるものであり、この実施例では非球
面として形成した。

次に、上述のマスター型１２ヲ電解層中に浸漬し、従来
周知の電鋳法により所定の層厚と成るまで電着して第一
電鋳層１４を被着形成する（第１図（Ｂ））。

ここで、上述した第一電鋳層１４ヲ構成する材料につき
説明する。

既に説明したように、この発明を適用して作製される成
形型は、例えばガラスを始めとする光学材料を軟化させ
た状態で抑圧成形するために用いられる。これがため、
上述の第一電鋳層１４を構成する材料の要件としては、
光学素子の設計に応した光学材料の転移温度で充分な硬
度（強度）８維持することか必要となる。このような要
件を満たし、かつ前述したマスター型１２（曲面１０）
の表面に、電鋳法によって堆積せしめることか可能な物
質の一例としで、次のような種々の合金か考えられる。

ます、第一電鋳層１４の主成分として、約４０重１％以
上のニッケルを含有せしめ、残りの約６０重量％未満（
以下、残部と称する。）を、クロム（Ｃｒ）、コバルト
（Ｇｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、鉄（
Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、またはアルミニウム（ＡＱ　
）のうちから選ばれた１種類或いは２種類以上の合金で
構成する。この際、上述した残部を占めるため１こ選ば
れる７種類の金属は、以下に記載する組成範囲内（但し
、単位は第一電鋳層における重量％により示す。）で含
有せしめるのか好適である。

０．５≦Ｃｒ≦３０　　　　０．５≦Ｇｏ≦３０１．０
≦Ｍｏ≦２５　　　　０．５≦Ｎｂ≦５．００．５≦Ｆ
ｅ≦２０　　　　０．５≦Ｔ１≦５．００．５≦ＡＱ、
≦６．０ このような組成の一例として、この実施例では、Ｎ１か
約７０重量％、Ｃｒが約２０重量％及びＣｏが約１０重
量％の電着液を電解槽に入れ、第１図（Ｂ）に示すよう
な第一電鋳層１４を形成した。

この第一電鋳層１４がマスター型１２の上側に成長する
ことによって、前述の凸形状の球面１０に対応する凹形
状の有効成形面１６が形成されることとなる。

続いて、第１図（Ｂ）に示す状態のマスター型１２を電
解層から取り出した後、形成された第一電鋳槽１４の上
側に、補強を目的とする芯材１８をＲフする。ここで、
箇−電鋳層１４と同様に高温における強度維持を考慮し
、上述の芯材１８をステンレスにより構成した。また、
芯材１８と第一電鋳層１４との密着注を良好なものとす
るため、これら２つの成分同士が当接する当該芯材１８
の一方の面を予め研削研磨加工して、前述した曲面１０
に対する近似球面形状として行なった。

然る後、マスター型１２の上側に形成された第一電鋳層
１４の上側に芯材１８を載置した状態で、前述の電着液
を用いて再度電Ｒを行ない、第１図（Ｃ）に示すような
第二電鋳層２０を形成して、母材２２を得る。

この第二電鋳層２０の形成に当っては、前述の第一電鋳
層１４と、この工程で得られる第二電鋳層２０とによっ
て、上述した芯材１８か完全に包囲されるまで行なうの
か良い。換言すれば、このような第二電鋳層２０の形成
により、上述の芯材１８かインサート加工されることと
なる。また、第一電鋳層１４の上に芯材１８を載置せし
め、第二電鋳層２０を形成するに当り、当該第一電鋳層
１４と芯材１８との圧着またはその他の手段によって、
充分な密着性を有する母材２２ヲ得ることができる。

次に、マスター型１２がら上述した母材２２を取り　　
外した後、後述する押圧成形装置に装着するための加工
を母材２２に対して行ない、第１図（Ｄ）に示す、この
発明の実施例としての光学素子用成形型２４か得られる
。

この実施例では、実際の押圧成形に上述の工程を経て得
られた成形型２４を用いた場合、当該成形型２４と成形
後の光学素子との離型性、或いは成形型２４の耐酸化性
を良好とするため、上述した成形型２４の有効成形面１
６に薄膜２６を被着させた。

この薄膜２６の被着は白金（Ｐｔ）ｔターゲットとして
スパッタリング法によって行ない、約２（ｕｍ）の膜厚
で均一な薄膜２６が得られた（第１図（Ｅ））。

以下、上述した薄膜につき説明する。

従来、押圧成形により光学素子を成形するに当り、酸化
による成形型の劣化を防ぐため、成形型を還元ガス雰囲
気中で使用する技術が知られでいる。上述した成形型の
劣化は、成形型の有効成形面１６の変形をもたらす。従
って、この実施例では、当該有効成形面１６に耐酸化性
に優れた材料を被着せしめ、成形型２４の寿命を伸ばす
と共に、光学素子の製造に当っての離型′Ｉ！を高める
構成とした。

上述の目的を果す薄膜構成材料としては、前述した白金
（Ｐｔ）、または、金（＾Ｕ）、ロジウム（Ｒｈ）等を
始めとする貴金属、或いは窒化チタン（ＴｉＮ）、アル
ミナＣＡＱ−７０３）、窒化珪素（ＳｉＪ４）等のセラ
ミックス材料が考えられる。また、この薄膜の被着技術
として、夫々の物性に応じで、スパッタリング法、蒸着
法、イオンブレーティング法等、任意好適な技術により
薄膜を被着すれば良い。

以下、図面ヲ参照して、この発明により作製された成形
型を実際に用いた光学素子の製造工程につき説明する。

第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の実施例に係る成形
型により、非球面を有する凸レンズの製造工程の説明に
供する図である。これら図中、第１図（Ｅ）を参照して
説明した成形型２４及び薄膜２６は、同一の構成成分と
して包括的に示すと共に、上型としての成形型に２４ａ
、また、下型としての成形型に２４ｂの、夫々の符号を
付して示しである。これら２つの成形型は、いずれも第
１図（Ａ）〜（Ｅ）！？照して説明した、この発明の実
施例により作製されたものである。

第２図（Ａ）に示す押圧成形装置の構成につき簡単に説
明すれば、２８ａ及び２８ｂは押圧成形装置の加熱路中
に設けられた油圧シリンダを示し、上側の油圧シリンダ
２８ａに成形型２４ａ、及び上側の油圧シリンダ２８ｂ
に成形型２４ｂが各々装着される。３０は成形型２４ａ
または２４ｂの温度を測定するための熱電対を示し、当
該熱電対３０が上述の油圧シリンダ２８ａ及び２８ｂの
夫々に配設される。

また、３２は加熱炉内に設けられるヒーター、３４は成
形部、３６は成形部に連通するガス送入口を示す。

始めに、光学素子形成材料の一例として、光学ガラス３
８（ＳＦＳ旧、小原光学硝子製：転移点約３９３°Ｃ）
を用意し、当該光学ガラス３８を球形に研磨加工する。

この研磨加工に当り、重量を体積に換算して体積調整を
行なった。

然る後、成形型２４１）の有効成形面を構成する凹部の
上側に、上述の体積調整を行なった光学ガラス３８を載
置し、成形部３４ヲ外気と隔絶して、成形型２４ａ及び
２４ｂの温度を熱電対３０によって測定しながら、当該
両成形型の温度が約４シＯ℃となるまで、ヒーター３２
により加熱を行なう。

この際、成形型２４ａ及び２４ｂの劣化を軽減するため
、前述したように、ガス送入口３６を介して成形部３４
に窒素ガスを導入し、還元性雰囲気として加熱を行なっ
た。

続いて、上述の加熱により成形型２４ａ及び２４ｂの温
度か約４２０℃に達した後、第２図（Ｂ）からも理解で
きるように、約８０（ｈ／ｃｍ２）の圧力で画成形型同
士を油圧シリンダ２８ａ及び２８ｂにより圧接させ、前
述の光学ガラス３８ヲ押圧成形する。

続いて、ヒーター３２ヲ停止して押圧成形直後の光学ガ
ラス３８と、成形型２８ａ及び２８ｂとを放冷する。そ
の後、熱電対３０により、成形型２４ａ及び２４ｂの温
度が、用いた光学材料の転移点よりも低いこと（約３９
０℃以下）を確認した時点で、当該押圧成形装百から成
形品を取ったすことにより第２図（Ｃ）に示すような光
学素子４０を得る。

このようにして得られた光学素子４０は、前述したマス
ター型１２に形成される曲面１１と実質的に同−の非球
面を有し、この発明の方法により作製された成形型が、
極めて高精度に仕上がっていることか確認できた。

また、上述の成形型２４ａ及び２４ｂを用いで、光学素
子を繰り返し押圧成形したところ、高い再現性を以って
光学素子を製造することかできた。

以上、この発明の実施例につき、作製された成形型を用
いた光学素子の製造工程をも参照して説明した。しかし
ながら、この発明の光学素子用成形型の作製方法は上述
の実施例にのみ限定されるものではなく、数値的条件、
形状、材料、配百問係またはその他の条件は、この発明
の目的の範囲内で任意好適な設計の変更及び変形を行な
い得ること明らかである。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の光学素
子用成形型の作製方法によれば、成形型の有効成形面を
電鋳層として形成する。これがため、光学素子の設計に
応じた曲面の形成が容易な加工性の高い材料から成るマ
スター型を利用して成形型の有効成形面の形成が容易と
なり、かつ実質的に同一な有効成形面を有する複数の成
形型を繰り返し作製することができる。

従って、軟化する温度の高い光学材料であっても、光学
素子の設計に応じた有効成形面を高精度で形成すること
が可能となり、優れた光学素子用成形型を簡単かつ容易
に作製することにより、優れた特性を有する光学素子を
安価に提供することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｅ）は、この発明の詳細な説明するた
め、光学素子用成形型の作製工程毎の概略的な断面によ
り示す説明図、 第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例により作製された成形
型の使用例を説明する図である。 １０・・・・曲面（非球面）、１２・・・・マスター型
１４・・・・第一電鋳層、１６・・・・有効成形面（非
球面）１８・・・・芯材、２０・・・・第二電鋳層、２
２・・・・母材２４、２４ａ、　２４ｂ・・・・光学素
子用成形型２６・・・・薄膜、２８ａ、　２８ｂ・・・
・油圧シリンダ３０・・・・熱電対、３２・・・・ヒー
ター、３４・・・・成形部３６・・・・ガス送入口、３
８・・・・光学ガラス４０・・・・光学素子。 特許出願人　　　　旭光学工業株式会社第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱により軟化した光学素子形成用材料を押圧成
   形して光学素子を形成するための、有効成形面を有する
   光学素子用成形型を作製するに当り、 マスター型の、少なくとも、前記有効成形面に対応する
   曲面に第一電鋳層を堆積する工程と、前記第一電鋳層の
   上側に芯材を載置した後、第二電鋳層を堆積する工程と を含むことを特徴とする光学素子用成形型の作製方法。