JPH02157128A - 光学素子成形方法 - 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−１−の利用分野］ 本発明は、レンズ、プリズム等のガラスよりなる光学素
子を、ガラス素材のブレス成形により製造する光学素子
成形方法に関するものである。

［従来の技術］ 研磨工程を必要としないでガラス素材のブレス成形によ
ってレンズを製造する技術は従来のレンズの製造におい
て必要とされた複雑な上程をなくし、簡単且つ安価にレ
ンズを製造することを可能とし、近来、レンズのみなら
ずプリズムその他のガラスよりなる光学素子の製造に使
用されるようになってきた。

このようなガラスの光学素子のブレス成形に使用される
ｒ４ｖ材に要求される性質としては、硬さが挙げられる
。従来、この種の型材として、金属、セラミックス及び
それらをコーディングした材料等、数多くの提案がされ
ている。いくつかの例を挙げるならば、特開昭４９−５
］１１２には１３Ｃｒマルデンサイト鋼が、特開昭５２
−４５６１３にはＳｉＣ及びＳｉ、ＩＮ＜が提案されて
いる。

し発明が解決しようとする課題］ しかし、１３ｃｒマルテンサイト鋼は酸化しやすく、さ
らに高温でＦｃが硝子中に拡散して硝子が着色する欠点
をもつ。Ｓ＋Ｃ，Ｓｉ３Ｎ４は一般的に、は酸化されに
くいとされているが、高温ではやはり酸化がおこり表面
にＳｉＯ□の膜が形成される為硝子と融着を起こし、さ
らに高硬度の為型自体の加−■゛性が極めて悪いという
欠点を持つ。

従って、本発明の目的は、ガラスの光学素ｒ−の成形に
適した光学素子成形力法を提供することで、特に、高温
でガラスと型が融着なおこさず、型が酸化されに＜＜、
鉛が析出せず得られる光ｑ゛素子透過率が低トしない光
学素子成形力法を提供することにある。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明に従って、ガラス素材を成形用１−リを用いてブ
レス成形することによる光学素子成形力法において、該
ブレス成形をＪｌ−酸化性ガスと炭化水素ガスとの混合
ガス雰囲気十で行なうことを特徴とする光学素子成形方
法が提供される。。

本発明の方法によりガラスと成形用型との優れた離形性
が得られる機構は、必ずしも明らかではないが、混合ガ
ス中の炭化水素が成形用型の表面及びガラス表面に吸着
し、ガラス素材との間に１９さ１０人程度の炭化水素の
膜を形成することによると考えられる。

本発明について具体的に説明する。

非酸化性ガン、としては、例えばＮＯ，Ａｒ笠の不活性
ガス、Ｎ２ガスが挙げられる。、炭化水素ガスとしては
、例えばＣ１１４、Ｃ２ＩＩ　Ｉ＋、Ｃ：ｌＩＩ　、、
が＞％げられる１、また、混合ガス中の炭化水素ガスの
濃度は０５〜４千…％であることが々ｒましい。炭化水
素ガスがＱ、５？９９％未満であるとガラスと成形用！
（すの密着力が増ずことににる融着が起こり易くなる傾
向があり、４重量％を越えるとガラスの強度が低トする
ことによると思われる融ｒ１が起こり易くなる傾向があ
る。

成形用型の材質としては、例えばＳｉＣ，５ｌｌＮ４、
Ａｌ２Ｏ□、ＢＮ、’ｌ’　ｉ　Ｎ等の鏡面性、耐熱性
に優れたヤラミック材料が挙げられる。

［実施例］ 本発明を実施例に２辷り具体的に説明する。

実施例１ 本発明の成形方法に用いる成形装置の例を第１図に小す
１゜ 第１図中、１は真空槽本体、２はそのフタ、３は光′！
Ｉ゛素丁を成形する／′５の１型、４はそのト型、５は
」二型をおさえるための−Ｌ型おさえ、６は版型、７は
型ホルダ−，８はヒーター、９は下型なつき上げるつき
−１−げ棒、１０は該つきにげ棒を作動するエアシリン
ダ、１１は油回転ポンプ、１２゜３．１４はバルブ、１
５はへｒ４Ｃｌ１４混合ガス流入バイブ、１６はバルブ
、１７はリークバイブ、１８はバルブ、１９は温度セン
サー、２０は水冷パイプ、２１は真空槽を支持する台を
示す。

レンズを製作する工程を次に述へる。。

まず、型のＩｕ）材ＳｉＣを所定の形状に加下し、レン
ズ成形面を鏡面研磨する。次にスパッタリング法により
ＳｉＣの被覆を形成する。膜厚は１．０メＬｍとした。

次にフラン１〜系光学硝子（ＳＦ−’＋４）を所定の量
に調整し、球状にした硝子素材を型のギヤビティー内に
置き、これを装置内に設置前する。

ガラス素材を投入した型を装置内に設置してから真空槽
１のフタ２を閉じ、水冷パイプ２０に水を流し、ヒータ
ー８に？Ｌ流を通ず。この時Ａｒ”Ｃｌ１ａ混合ガス用
バルブ１６及び１８は閉じ、排気系バルブ１２．１３．
１４も閉じている。尚油回転ポンプ１１は常に回転して
いる。

バルブ１２を開は排気をはじめＩ　０−２Ｔｏｒｒ以ト
になったらバルブＩ２を閉じ、バルブ１６を開いて（Ａ
ｒ＋　１％（重量％、以下同じ）　ＣＩ＋４＋ガスをボ
ンへより真空槽内に導入する。所定温度になったらエア
シリンダ１０を作動させてｌ　Ｏｋｇ／ｃｍ２の圧力で
５分間加圧する。圧力を除去した後、冷却温度を一５°
Ｃ／ｍｉｎで転位点以下になるまで冷却し、その後は一
り０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却を行ない、２００　’
Ｃ以下に下がったらバルブ１６を閉じ、リーグバルブ１
３を開いて真空槽１内に空気を導入する。それからフタ
２を開は旧型おさえをはずして成形物を取り出す。

」−記のようにして、フリント系光学硝子Ｓ［？１４（
軟化点５ｐ＝５８６℃、転位点１−　ｇ　＝４８５°Ｃ
）を使用して、レンズを成形した。この時の成形条件す
なわち時間−温度関係図を第２図にボす。

このようにして行った成形において、型とガラスの融着
は発生せず、良好な成形向がｊ′ｔられた。

また、成形雰囲気を（Ａｒ＋４％ＣＩ＋　４）ガス、（
Ａｒ＋５％ｃ　ｕ　４１ガスに代えた以外は１゛記と同
様にしてガラス素材ｓ　Ｆ］　４を使用してレンズを成
形した。（Ａｒ−１−４％ＣＨ４）ガスの場合、型とガ
ラスの融着は起きず、良好な成形向が１！、７．られた
。（八「＋５％ＣＨ４１ガスの場合、名士の融着が起き
ていた。

次に、上記成形雰囲気におけるガラスと型と密着力の測
定、上記で得られたレンズの透過率の測定を行った。。

く密着力の測定〉 Ａｒ　＋Ｃｌ１４　　］　　％、　八ｒ＋　Ｃｌ１４４
　％、　八ｒ＋ｃｌ１４５　％、比較としてＮ２　　Δ
「雰囲気での密着力を測定した。

その結果を第３図に示す、。

第３図から明らかな様に、Ｎ２中、Ａｒ中に較へて非酸
化性ガスＡｒと炭化水素ガスＣ！１４の混合ガス中では
ガラスと型との密着力が小さいことがわかル３．従って
、Ａｒ　＋　Ｃｌ１ａガス雰囲気では１１１１記レンズ
成形で述へた優れた離型性が得られることになる。なお
Ｎ２ガス中５３０　’Ｃの密着力が５１０°ＣＪ：り低
下しているのは、融着によりガラスの剥れが牛したため
である。また、Ａｒ＋Ｃｌ１４ガス雰囲気においてはｃ
１４ｅ４度が高い程密着力は減少するものの、５％ては
ガラスの強度低トによると思われる割れが発生ずること
もあり、好ましい濃度範囲は０５〜４％である。。

密着力測定に用いた装置を第４図に示す。

第４図中、３１は真空槽、３２は水冷管、３３．３４は
架台、３５は真空ポンプ、３６は給気管、３７は真空排
気管、３３８はリーク管、３９．４０゜４１．４２はバ
ルブ、４３はエアーシリンダー、４４はロードセル、４
５はロット、４６．４７は熱電対、４８は断熱体、４９
はヒーター、５０は架台、５１は」二型保持リング、５
２は供試材の上型、５３は版型、５４は硝子素材、５５
は下型、５６は台座、５７は架台を示す。

次に、密４９力測定の手順を述へる。

第４図に示すように、フリント系のガラス素材（ＳＦ］
４）５４を下型５５の１゛に１戒せ、供試材の」−型５
２をロッド４５の平面に上型保持リング５１で装着する
。真空ポンプ３５は常に回転している。給気用バルブ３
９、リークバルブ４２、排気系バルブ４０．４１が閉じ
た状態から、バルブ４０を開の真空槽内の排気を開始す
る。真空槽内がＩ　０−２Ｔｏｒｒ以下になったらバル
ブ４０を閉じ、バルブ３６を開いてボンへより（Ａｒ＋
　Ｉ％ＣＩＬＩがスな真空槽内に導入する６、次に、水
冷管３２に水を流し、ヒーター４９に電流を通す。上型
、ドｌｌ；１１の温度が５３０℃になったらエアシリン
ダー４３を作動さ七ロット４５を下降させＩ　ＯＪ／ｃ
ｍ”の１力で５分間加圧する。加圧後の状態を第５図に
示す。第５図中、５８は成形体を示す。次に、エアシリ
ンダーを作動させ圧力を除去した後ロットな徐々に」二
貸させる。この時成形体５８とＬ型の離型に要する力を
ロードセル４４により測定する。

〈透過率の測定〉 前記レンズ成形で得られた３種のレンズについて透過率
を「Ｉ　ｕ製作所製自記記録分光光度計３４０により測
定した。その結果を第６図に小ず。ｄ線（５８７，５６
ｍｍ１における透過率は（Ａｒ＋１％ＣＵ、　）ガス、
（Ａｒ＋　４％Ｃ１１４）ガス、（Δｒ＋５％Ｃ０４）
ガスのいずれの場合にも約８６％でガラス素材Ｓ　ｌ−
’　ｌ　４と同じであり、成形にＪ：る劣化はなかった
。これは成形時にガラス中の酸化鉛の還元が全と起きて
いないことを示すものである。

透過率測定条件。

送り速度：　３ｍ１ｎ　／　ＩＱＯ−８５０％ｍ　　（
波長域）スリット幅：２ｎｍ 縦倍率・１００％ 測定子−ト：ＵＶ−ＶＩＳ（紫外−可視）センサ：フ」
トマル 実施例２ 第７図〜第１２図は、本発明の成形方法に用いる他の装
置を示す図である。

この装置の全体的構成は、素材取入室６１、加熱部６２
、素材移替部６３、ブレス部６５、徐冷部６６及び成形
品取出室６７から成るものである。素材取入室６１、加
熱部６２、素材移替部６３及びブレス部６５は同一ライ
ン状にあり、これらのラインと並列して徐冷部６６が配
設されている。

加熱部６２の入口近傍には第１の移送室８１が構成され
、この第１の移送￥８１に上記素材取入室６１が設けら
れている。ブレス部６５の出［二１近傍には第２の移送
室８２が構成され、徐冷部（３（３の人１−１には第３
の移送室８３が構成され、これら第２と第３３の移送室
は移送路８５で連結されている。、又、徐冷部６〔３の
出［］近傍には第４の移送室８４が構成され、この第４
の移送室８４には移動された成形品取出室６７が設けら
れ、第４の移送室８４と十記第１の移送４５ｓ＋とけ回
送路８６で連結されている１、このＪ：つな構成により
本成形装置は連続的な循環路を成して成形室９９を構成
している。。

７１は、この成形室９９を移送せしめられるパレットで
あり、該パレット７１上には素材載置台７２とブレス成
形用の−１１（”　７３及び下型７４とが定の間隔を有
して配設されている。又、ｌ；’　！ｆｉｌ！７４の外
周には、」−型７３の載に１動作を案内するとともに下
型７３３の位置決め川としてガイド部材８７が下型７４
の上端部よりやや突出するように固設されている。１−
型７３及び下ｊ（：４７４のブレス成形面は、夫々光学
素子機能面を成形するための鏡面７３　ａ、７４ａが施
されている。

パレット７１を上記径路中にて移送せしめる手段として
、第１の移送室８１には押出しシリンダ９１が設けられ
、この押出しシリンダーによりパレット７１はブレス部
〔３５に移動せしめられる。第２の移送室８２には押出
しシリンダー９３と引出しシリンダー９２とが設けられ
、引出しシリンダー　９２によりブレス部６５に移動せ
しめられたパレット７１が第２の移送室８２に引出され
、押出しシリンダー９３により該第２の移送室に移動さ
れたパレット７１が第３の移送室８３にまで押出される
。第３の移送室８３には押出しシリンダー９４が設けら
れ、この押出しシリンダにより当該第３の移送室８３に
移動せしめられたパレット７１が第４の移送室８４直前
まで押１１１される１、第４の移送室８４には押出しシ
リンダ９５と引出しシリンダー９６とが設４−．ｌられ
ており、引出しシリンダー９６により第４の移送室８４
直０１ｊまで移動されたパレット７１が該第４の移送室
８４まで引出される。２次いで、この第４の移送室８４
に移動されたパレット７Ｉは押出しシリンダー９５によ
り再び第１の移送室８１まで押出される。

かくして、パレット７１は−１一連したシリンダの押出
し或は引出し動作により各１７稈に移送され、本装置の
成形室９９内を移動することができる。なお、パレット
７１は成形室９９内に設けられた不図示のレール上に載
置され、シリンダーの押出し或は引出しによりレール上
を移動する。

次に、−１−記成形室の各部に−）い゛Ｃ説明Ｊる。

素材移替部６２及び成形品取出室０７には−１１４；＋
１７３を下型７４に所要間隔をあけて持にげるための持
Ｉ−げハント７６．８０（第１０図）が設けられている
。この持トげハントは、不図示のリフト１；３ 手段により−１−下動する。さらに、素材移替部（３３
には、素材取入室６１にて素材載置台７２１−に配置さ
れた素材７５を下Ｉ−Ｉ、ｌｊ　７４−１−に移替える
ための吸着フィンガー６４が設けられており（台１０図
）、ト記持十げハンド７６の作動によりｔｒ、型７３が
　Ｆノ持十げられた後、該吸イクハント６４が作動し、
素材７５が下型７４十の所定位置に移替えられる。この
吸着フィンガー６４は、上記のにうな素材７５の移替時
に、該素材７５が正確にト型７４七−の所定位置に配置
されるよう、パレット７１＋の素材載置台７２と下型７
４とが有する所定間隔の長さだけ１−１ミ確に平行移動
する一定のストロークを有して作動するように構成され
ている。

又、素材取入室６１及び成形品取出室６７には、素材７
５を載置台７２−１−に配置したり、成形品７８を１−
型７４から取出すための吸着フィンガー７９が設ＧＪら
れている（第１２図）。

ブレス部６５には、ブレス成形時に１−型７３を押圧す
るためのブレス用ロッＩ・７７が設けられている（第１
１図）。

なお、本装置において成形室９９の内部は、１−Ｆｌｌ
　７３及び１リーシ７４を形成する型材が高ｄ１、じト
て酸化されるのを防１１−するよう、真空り［気の後、
雰囲気ガスを充填する必要があるため、上記の持手げハ
ント７〔３、吸着フィンガー６４及びブレス四ツ１〜フ
フ笠と炉体９９外壁との摺動部分には充分のシールドを
施しておく必要がある１、 叉、本装置においては、図示は省略しであるが、素材７
５を素材取入’［６１に取入れる際、外気が成形室９９
の内部に侵入しない」：うに、雰囲気置換室を設ける必
要がある。雰囲気のＣＩ＋４ガス濃度を調整するため赤
外線式ガス分析；？１１００を成形室に設けである。

次に１一連のように構成された装置の動作について第８
図〜第１２図に示すブレス成形−「稈＋＋＋ｎに従って
説明する。第８図は素材７５が配ｆｉｌされていない状
態のパレット７５を示す９、 まず、上記したように、Ｉ゛ド型７３．７４のペリ材の
酸化防止のために、成形室９９の内部を不図示の真空ポ
ンプによりＩ　Ｘ　］　０−２Ｔｏｒｒまで真空排気し
た後、（Ａｒ＋　１％ｃｎ４）ガスを充填する。

Ｃ１１４ガス濃度は、赤外線式ガス分析計１００を用い
てｒ「容値内にプロセスコントロールする。

次いで、ヒーター９７．９８に通電し、炉内温度を所定
値にまで冒温する。界温完−ｒ後、素材取入室６１にて
１−記雰囲気置換室を通し、吸着フィンガー７９により
第９図に示すように素材７５を素材取入室６１にあるパ
レット７１の載置台７２上に配置する。

次に、子連した如く押出しシリンダー９１．９３．９４
．９５及び引出しシリンダー９２．９６を作動して順次
パレット７１が成形品取出室６７から素材取入室６１に
送られてくるたびに素材７５を上記の方法で各々の載置
台７２十に配置する。

このような動作を繰り返し１−ｉうことにより、最初の
パレット７１に供給された素）イア５と一１′、型７３
及び−上型７４が素材移替部６３付近においてブレス成
形に必要な温度にまで加熱された時点で素材７５のＦ型
７４への移替えを１１う。

なお、この時、素材７５とＬ型７３及び上型７４とは略
同ｄ１１度にまて加熱されていることが望ましい。こう
することにより、移替後の素材７５の温度が１型７３或
は下２（す７４の温度によって変化することなく最適な
ブレスｔｉＡ度条件下でブレス成形を行うことができる
１、 そして、素材移咎部６：３において、第１０図に示すよ
うに、持１−げハント７６により１型７：３を持１ユげ
、次いで吸着フィンガー６４により素材７５を吸着して
上型７４＋に移替える。この後、押出しシリンダー９１
を押出して素材７５の移替えが完工したパレット７１を
ブレス部６５の位１〆イに移動させる。この時、持手、
げハント７６を除去すると共に、ブレス用ロット７７を
作動さセ、所定のブレス斤にて、上型７；３を押圧し、
素材７５に対するブレス成形を行なう。

次いで、ブレス用ロット７７の押圧を解除し、十、型７
３はブレス時における状態を紺持したまま、押出しシリ
ンダー９１の作動により、このパレット７１はブレス部
６５から該ブレス部６５の出Ｍｌ　（＝Ｊ近に移動せし
められる。

さらに、このパレット７１を引出しシリンダー９２によ
り引出して第２の移送室８２に移動した後、押出しシリ
ンダー９３により押出し、移送路８５を経て移送室８３
に移送する。

次いで、パレット７１は押出しシリンダー９４の押出し
により、成形品の取出室６７の方向に押出されるが、押
出し方向の０ｉ」方には他のパレット７Ｉが配列された
状態にあるので、１述のような動作が継続する中で、当
該パレット７１が徐冷部６６の出口（＝Ｊ近に至る間七
型７３と上型７４内で保持された成形品７８は徐冷部６
６を通過し、ここで徐々に冷却せしめられる１、こうし
て、徐冷部６６の先頭位置まで移動したパレット７１は
引出しシリンダー９６により成形品取出室６７に至る。

次に、持−１げハント８０が作動して上型７３が除去さ
れ、次いで吸着フィンガー７９により成形品７８が取出
される。そして、この成形品取出しの完ｒしたパレット
７１は押出しシリンダー９５の押出しにより回送路８６
を経て素材取入室６１に移送される。

」−記装置は、素材１５はブレス成形の直曲の素材移替
え時まで素材載面台１２−１−に配置６され１−１型７
３及び下型１４から分離された状態にあるため、素材１
５と型７３．７４との反応が極力防雨される構造になっ
ている。

このようにして行った成形において、Ｉｆ、１１とガラ
スの融着は発生せず、良好な成形面が／ｊＩられた。

また、得られたレンズの透過率も（ｊ線（５８７，５６
ｎｍ）て８６％と良！Ｉｆであった。

［発明の効果］ 本発明の方法によれば、高氾１でガラスと型が融着な起
さず、をが酸化されに＜＜、鉛が析出せず得られる光学
素子の透過率が低−トしない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学素子成形方法に用いる成形装置の
断面図である。第２図はレンズ成形の際の時間温度関係
図である。第；３図はガラスと型の密着力成形温度関係
図であり、第４図は密着力測定に用いる装置であり、第
５図は測定の際の力旧二に後の状態を示す拡大図である
。第６図は成形体の透過率測定図である。第７図〜第１
２図は本発明の方法に用いる他の成形装置の断面図であ
り、第７図はその全体的平面図、第８図〜第１２図は各
上程におけるパレットの概略断面図である。 ｌ・・・真空槽本体、　　　２・・・フタ、３・・・旧
型、　　　　　　４・・・下型、５・・・」−型おさえ
、　　　６・・・用型、７・・・型ホルダ−、８・・・
ヒーター９・・・つき上げ棒、　　　　１０・・・エア
シリンダ、１１・・・１１１１回転ポンプ、　１２．１
３．１４・・・バルブ、１５・・・流入パイプ、　　Ｉ
６・・・バルブ、１７・・・流出パイプ、　　　１８・
・・バルブ、１９・・・温度センサー、　２０・・・冷
水パイプ、２１・・・台、　　　　　　　３１・・・真
空槽、３２・・・水冷管、　　　　３３．３４・・・架
台、３５・・・真空ポンプ、　　３６・・・給気管、３
７・・・真空排気管、　　３８・・・リーク管、３９．
４０．４１．４２・・・バルブ、４３・・・エアーシリ
ンダー４４・・・ロードセル、 ４６、４７・・・熱電対、 ４９・・・ヒータ ５１・・・十型保持リング、 ５３・・・用型、 ５５・・・下型、 ５７・・・架台、 ６１・・・素材取入室、 ６３・・・素材移替部、 ６６・・・徐冷部、 ７２・・・素材載着台、 ７４・・・下型。 ４５・・・ロット、 ４８・・・断熱体、 ５０・・・架台、 ５２・・・」−型、 ５４・・・（１肖丁素材、 ５６・・・台座、 ５８・・・成形体、 ６２・・・加熱部、 ６５・・・ブレス部、 ７１・・・パレット、 ７３・・・」−型、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガラス素材を成形用型を用いてブレス成形すること
   による光学素子成形方法において、該ブレス成形を非酸
   化性ガスと炭化水素ガスとの混合ガス雰囲気下で行なう
   ことを特徴とする光学素子成形方法。 ２、混合ガス中の炭化水素ガスの濃度が ０．５〜４重量％である請求項１記載の光学素子成形方
   法。