JPH03228837A - ガラス光学部品の製造方法 - 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］ 本発明はガラス光学部品の製造方法に関し、特 に溶融状態にあるガラスを流下させながらその両側から
成形用型部材でプレスして光学部品を得る方法に関する
。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ガラス
素材からプレス成形により光学部品を得る方法としては
、いわゆるリヒートプレス法とダイレクトプレス法とが
ある。

上記リヒートプレス法では、−旦最終成形品の形状に近
似するガラスブランクを形成しておき、該ブランクを成
形用型装置内に収容して加熱及び加圧し、該型装置の型
部材により形成されるキャビティの形状に対応した最終
成形品を得る。

上記ダイレクトプレス法では、溶融ガラスを成形用型装
置内に導入し加圧して、該型装置の型部材により形成さ
れるキャビティの形状に対応した最終成形品を直接得る
。

ところで、上記リヒートプレス法に使用するガラスブラ
ンクは形状精度及び表面精度がある程度良好であること
が好ましいので、ガラス素材な研削及び研摩して所定の
精度のものを得ることもある。しかし、これでは研削及
び研摩に手間がかかるので、上記ガラスブランク製造の
ために、上記ダイレクトプレス法を利用することがある
。

ダイレクトプレス法としては、たとえば特開昭６３−２
４８７２７号公報及び特開平１−１３３９４８号公報に
記載されている様に、溶融ガラスをノズルから流下させ
ながら、その両側から水平方向に対向する１対の成形用
型部材を用いて上記溶融ガラスを挟み、かくして形成さ
れるキャビティ内でガラスを冷却硬化させ、所定の形状
の成形品を得る方式がある。この方式では、片側の成形
用型部材の光学面成形面の外周にリング状切断部材を配
置して、これを型部材前進と同時または型部材前進後に
前進させて、はみ出したガラスを切断除去して所望の形
状の光学部品を形成している。この方式によれば、流下
する溶融ガラスの切断痕を光学面に残留させずに光学部
品が得られるので、好ましい。

しかして、上記方式では、リング状切断部材によりガラ
スを切断する際に、該切断部材と他方の型部材との接触
により粉塵が発生し、該粉塵が成形品離型後に型部材の
成形面に付着し、次のプレスの際に光学面となるガラス
表面に付着して、成形品の光学的特性を劣化させること
がある。

更に、以上の様に、上記リング状切断部材は他方の型部
材と接触するので寿命が短く、その頻繁な交換が必要で
あり、製造能率の向上の妨げとなっていた。

また、上記方式では、プレス中にガラスに収縮（ヒケ）
が生じやす（、得られる光学部品の面精度は型部材の成
形面精度に比べてかなり低いという難点があった。

そこで、本発明は、上記の如き従来技術に鑑み、表面精
度を含む光学的特性が良好な光学部品が得られ、且つ製
造能率を向上させ得る、ガラス光学部品の製造方法を提
供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、上記目的を達成するものとして、 流下する溶融ガラスをその両側から１対の成形用型部材
によりプレスし該型部材の成形面と対応する表面を有す
る光学部品を製造する方法において、ガラスがその歪点
以下の温度になるまで上記１対の成形用型部材間の周囲
を閉じることなしにプレスし続け、流下する溶融ガラス
を上記プレスされている部分の上方にて切断し、上記成
形用型部材間に形成される光学部品本体部に対し外側に
はみ出した耳部を付属させたガラス成形品を得ることを
特徴とする、ガラス光学部品の製造方法、 が提供される。

本発明においては、上記成形用型部材の少なくとも一方
の成形面の周囲に溝形成リングを設け、該溝形成リング
により上記プレス時に溶融ガラスに溝を形成し、該溝形
成リングの上記型部材成形面からの突出量を変化させる
ことにより成形ガラス光学部品の厚さを調節する。態が
ある。

本発明においては、上記方法により得られた光学部品の
上記耳部を除去する形態がある。

本発明においては、上記方法により得られた光学部品の
本体部の一面を更に所望の形状及び精度に加工するとと
もに所望の厚さの光学部品となす形態がある。

本発明によれば、上記方法により、少なくとも片面が非
球面である、ガラス光学部品、が提供される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明によるガラス光学部品の製造方法の一実
施例の概略工程を示す断面図である。

図において、２は不図示のガラス溶融装置に接続されて
いる溶融ガラス流出ノズルであり、４は該ノズルから一
連続的に流下せしめられる溶融ガラスである。６は上記
ノズル４の直下にあって流下溶融ガラス４を適宜のタイ
ミングで切断するためのシャー（切断刃）である。

１２．１２’は上記流下溶融ガラスの両側に配置された
１対の成形用型部材であり、本実施例では凸メニスカス
レンズを成形するためのものである。１２ａ、１２ａ’
はその光学面形成のための成形面を示し、該成形面は鏡
面に仕上げられている。これら型部材は回転対称形であ
り、成形面を対向させて同軸状に配置されている。上記
各型部材１２，１２°を含んで１対の型セットが構成さ
れている。

上記型部材１２．１２’　としては、Ｎｉ基超超耐熱合
金母材成形面を表面粗さＲｍａｘＯ，０１μｍ且つ所望
の形状精度に研摩仕上げし、その表面に窒化物セラミッ
クス被覆層を約０．８μｍ厚にコーティングしたものを
用いることができる。

型母材としては、その他ＭＯ基耐熱性合金、Ｆｅ基耐熱
性合金、ステンレス系耐熱性合金、ＭＯｌＴａ、炭素、
及び炭素複合材等を用いることができる。被覆層は母材
の熱間強度を補うために用いられるのであり、ＢＮ％Ｔ
ｉＮ及びＡＩＮ等の窒化物の他に、Ｔｉｃ、ＳｉＣ及び
ＴａＣ等の炭化物やＣ（ダイヤモンド）その他を用いる
ことができる。これらは各種成膜技術を用いて付するこ
とかできる。該被覆層は単一層である必要はな（、密着
強度や耐熱性を向上させるために中間層を設けることも
できる。また、ＣＶＤ法により成膜された被覆層の場合
には該被覆層自体の表面を良好な表面精度となすため（
超精密研削や研摩等の処理を施すことができる。更に、
母材の熱間強度が太き（プレス成形を十分な回数行って
も形状精度を維持できる場合には、被覆層として軟質材
料である白金、白金系合金、Ｎｉ、及びその合金等を用
いることができる。

左側の型セットにおいて、上記成形用型部材１２は支持
部材１４に固定されており、該支持部材は取付は部材１
６に取付けられている。また、上記型部材１２の周囲に
は溝形成リング１８が取付けられている。該リングの先
端１”；］形状とされている。該リング１８は上記取付
１〕て゛ＳＳｉ２０対しボルトで固定されており、該固
定に際しスペーサリング２０が介在せしめられている。

該スペーサリングの厚さに応じて型部材成形面１２ａか
らのリング１８の刃の突出量が設定される。尚、核力を
型部材成形面１２ａから突出させない場合（突出量０）
及び上記溝形成リングを取付けない場合もある。

尚、上記型部材１２の内部にはヒータ２２及び温度測定
のための熱電対２４が内蔵されている。

そして、図示はされていないが、上記取付は部材１６は
Ａ−Ｂ方向に往復移動可能に不図示の基台により支持さ
れている。該往復移動は不図示の駆動手段によりなされ
る。

以上左側の型セットに関し述べたが、右側の型セットも
型部材成形面１２ａ゛の形状を除き実質上同一であり、
対応する部材には「°」が付されている。但し、図示は
されていないが、右側の型セットにおいて、Ｂ方向の最
前進停止位置は不図示のストッパにより設定される。該
ストッパの位置を可変としておき、その位置を調節する
ことにより、上記停止位置を適宜設定できる。

以下、図面に従い、製造工程を説明する。

先ず、第１図（ａ）に示される様に、左右の型セットを
所定の間隔に開き更にシャー６を開いた状態を維持しつ
つ、型部材１２．１２’間にノズル２から溶融ガラス４
を流下させる。そして、第１図（ａ）に示される様に該
溶融ガラス４の下端が型部材間より下方へと到達したこ
とを不図示のセンサで検知する。

次に、該検知信号に基づき、上記右側型セットをストッ
パに当接するまでＢ方向に前進させる。

該前進動作に対し極くわずかだけ遅延して上記左側型セ
ットをＡ方向に前進させる。これにより、第１図（ｂ）
に示される様に、１対の型部材１２．１２°及び溝形成
リング１８．１８’　により形成されるキャビティに対
応して溶融ガラスがプレスされる。尚、この時、第１図
（ｂ）に示される様に、溝形成リング１８．１８’の先
端どうしは接触しておらず間隔りをもって隔てられてお
り、従ってプレスされた溶融ガラスの左右両面には型部
材成形面１２ａ、１２ａ’に対応する面の周囲に溝が形
成される。そして、該溝の内側にガラス光学部品本体部
３０が形成される。

次に、第１図（Ｃ）に示される様に、シャー６を閉じ、
溶融ガラス４を切断する。これにより、上記ガラス光学
部品本体部３０の周囲に、上記溝の外側にはみ出した耳
部３２が形成される。

そして、ガラス温度が歪点以下となるまでプレスを続け
る。この間、左側型セットはストッパ等により停止せし
められることなく、ガラスに対しプレス圧力を印加し続
ける。

その後、第１図（ｄ）に示される様に、左右の型セット
を開き更にシャー６を開いて、成形品を取出す。該取出
しには不図示のテークアウトロボットが利用される。

第２図は以上の工程で得られた成形品を示す正面図であ
り、第３図はその部分断面概略図である。

１ これらの図において、３０は光学部品本体部であり、３
２はその外側にはみ出しまた耳部であり、３４．３６は
上記本体部３０と耳部３２との間において両面に形成さ
れた溝である。該溝の断面形状は、第３図に示されてい
る様に、くさび形であり、レンズ光軸と平行な方向に対
し、左面側で内側が角度θ１且つ外側が角度θ２をなし
、右面側で内側が角度θ１°で外側が角度θ２゛をなす
。

これら角度は、たとえばθ１＝３０°、θ２＝１５６　
θ１°＝４５’　、θ２°＝１５°である。

尚、上記工程において、型部材１２．１２’は熱電対２
４，２４°による温度測定結果に基づき定点温度にＰＩ
Ｄ制御されている。該定点温度は適宜設定変更すること
ができる。

以上の様にして成形された成形品は、そのままで鏡筒に
組込んで使用することも出来るし、その後耳部３２を除
去して使用することもできる。

この除去は、溝３４．３６が形成されているため、所望
の位置に引張り応力を発生せしめ容易に機械的に行うこ
とができる。即ち、たとえば手指にて力をかけて割るこ
とにより除去できるし、あるいはわずかな高さからの落
下衝撃により除去することもできるし、更に専用の治具
を用いて本体部３０を支持しつつ耳部３２に力をかけて
除去することもできる。

第４図は耳部３２の除去された光学部品本体部３０を示
す部分概略断面図である。

図示されている様に、光学部品本体部３０は、その外周
部に上記溝３４．３６の一部たる斜面３５．３７と上記
耳部除去の際の破断面４０とを有する。該破断面は耳部
除去の際に溝３４の底部から溝３６の底部へと安定して
破断が発生するため、所望の位置に形成される。

尚、上記斜面３５．３７は、ちょうど光学部品本体部３
０の両面の面取り部としての機能を発揮している。

以上のプレスにおいて、左側型セットはストッパ等によ
り停止せしめられないので、ガラスが硬化し成形品の最
終形状が決定されるまでガラスに対し均等にプレス圧力
な印加でき、これにより少なくとも片面にヒケを生ずる
ことなしに型部材成形面の精度を十分良好に成形品に転
写することができる。尚、右側型セットは左側型セット
の抑圧に対し後退しない様に、停止位置において十分大
きな力で支えることができる。

成形品の厚さは、供給される溶融ガラスの粘度、型部材
の温度及びプレス圧力その他の成形条件により決まり、
これらを適宜調節することにより所望の厚さの成形品を
得ることができる。上記供給溶融ガラスの粘度は、たと
えば１０６〜１０”ポアズの範囲で調節できる。上記型
部材の温度は、たとえば初期にガラスの転移点〜歪点の
範囲に設定しておき以後必要に応じて変化させることが
できる。上記プレス圧力は、たとえば１〜５００Ｋｇ／
ｃｍ”の範囲で調節できる。

そして、上記成形品の厚さは、上記溝形成リング１８．
１８°の上記型部材成形面１２ａ、１２ａ゛からの突出
量を変化させることによっても調節でき、突出量が大き
いほど成形品の厚さが厚くなる。

第５図は本発明によるガラス光学部品の製造方法の上記
実施例の変形例を示す断面図である。本図は上記第１図
（ｂ）に対応する図であり、同図におけると同様の部材
には同一の符号が付されている。

本変形例は、右側の型部材１２°の周囲に溝形成リング
が設けられておらず、型部材１２゛の外径が大きい点の
み上記第１図の実施例と異なる。

また、第５図では、右側の型セットのＢ方向の最前進停
止位置設定のためのストッパ５０が図示されている。

次に、以上の様な方法を用いて、具体的にガラス光学部
品を製造した結果を以下に示す。

塞１１肌１： 上記第１図に示される様な装置を用い、但し溝形成リン
グ１８．１８°を取り外して、外径１６．０ｍｍφ、最
大光線有効口径１４．８ｍｍφ、コバ厚１．３３ｍｍ、
肉厚差０．５５ｍｍの両球面の凹メニスカスレンズを、
以下のとおり製造した。

型部材１２，１２°の径をいずれも１６．０ｍｍφとし
た。

転移点温度４５５℃で歪点温度３７８℃の重フリントガ
ラスを、内径１５ｍｍφの白金製ノズル２から粘度１０
６１ポアズとして安定化させ流下させた。

プレス条件は、初期型部材温度を３６０℃としプレス開
始２秒後に加熱を停止し、プレス圧力を５０Ｋｇ／ｃｍ
”とし、プレス時間を９秒間とし、その後離型し、この
プレスサイクルを連続的に行った。

か（して、６００個の成形品を得た。該成形光学部品の
本体部の両面は表面欠陥がな（外観良好な光学面であり
、その面精度のばらつきも凸面がニュートン３本以内で
あり凹面がニュートン１゜５本以内であった。また、厚
さのばらつきは±０．０９ｍｍであった。これは光学レ
ンズとして十分実用可能なものである。

本実施例で得られた成形品は、所望により芯取り加工を
行うことにより、通常の形状の光学レンズとすることが
できる。

塞］ｌ肌λ： 上記第５図に示される様な装置を用いて、外径２１．０
ｍｍφ、最大光線有効口径２０．０ｍｍφ、コバ厚１．
７８ｍｍ、肉厚差１．４２ｍｍの両球面の凸メニスカス
レンズを、以下のとおり製造した。

型部材１２の径を２１．０ｍｍφとし、型部材１２゛の
径を２６．０ｍｍφとし、溝形成リング１８の先端の突
出量を１．２０ｍｍとした。

転移点温度４３０℃で歪点温度３７３℃の重フリントガ
ラスを、内径１５ｍｍφの白金製ノズル２から粘度１０
４７ボアズとして安定化させ流下させた。

プレス条件は、初期型部材温度を３８０℃としプレス開
始３．５秒後に３３０℃とし、プレス圧力を４０　Ｋ　
ｇ　／　ｃ　ｍ　”とし、プレス時間を１４秒間とし、
その後離型した。

かくして得た成形光学部品の本体部３０の凹面は表面欠
陥がな（外観良好な光学面であり、その面精度はニュー
トン１本程度と十分に高いものであった。また、凸面は
中心部に若干のヒケが認められた程度であった。従って
、この光学部品は、凹面に反射膜を形成して表面反射鏡
として良好に使用できる。また、凸面を更に良好な表面
精度に加工して、光学レンズとして使用することもでき
る。

次に、上記溝形成リング１８の先端の突出量を変化させ
て成形品の厚さ変化を測定した。尚、同一の突出量につ
き１００回の成形を行った。その結果を第６図に示す。

第６図から分かる様に、溝形成リング１８の上■ 記型部材成形面１２ａからの突出量を変化させることに
より成形ガラス光学部品の厚さを調節することができる
。

夾」ｌ壓鼻； 上記第１図に示される様な装置を用いて、外径２８．８
ｍｍφ、最大光線有効口径２７．０ｍｍφ、コバ厚２．
１８ｍｍ、肉厚差０．８９ｍｍの両球面の凸メニスカス
レンズを、以下のとおり製造した。

型部材１２の径をいずれも２８．８ｍｍφとし、溝形成
リング１８．１８”の先端の突出量をいずれも０．４５
ｍｍとした。

転移点温度６５９℃で歪点温度６０２℃の重クラウンガ
ラスを、２５ｍｍＸ５ｍｍの開口を有する白金製ノズル
２から粘度１０３７ボアズとして安定化させ流下させた
。

プレス条件は、型部材温度を５５０℃とし、プレス圧力
を１１３Ｋｇ／ｃｍ”とし、プレス時間を８秒間とし、
その後離型した。

　０ かくして得た成形光学部品の本体部３００両面は表面欠
陥がなく外観良好な光学面であり、その面精度はニュー
トン３本以内であった。また、成形光学部品のコバ厚は
目標値２．１８ｍｍに対し、±０．０５ｍｍ内であった
。

尚、上記３つの実施例においては、プレス時間経過時に
ガラス温度が歪点以下になることを測定確認した上でプ
レス時間の設定を行った。

以上の実施例では、成形光学部品の両面が球面である場
合が示されているが、片面または両面とも非球面とする
ことができることはもちろんである。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、ガラスの歪点以下
の温度になるまで１対の成形用型部材間の周囲を閉じる
ことなしにプレスし続は上記成形用型部材間に形成され
る光学部品本体部に対し外側にはみ出した耳部を付属さ
せたガラス成形品を得ることにより、プレス時において
粉塵の発生がないため型部材成形面に粉塵が付着して表
面精度を劣化させる様なことがなく良好な光学的特性の
光学部品が得られる。また、ガラスが硬化し成形品の最
終形状が決定されるまでガラスに対し均等にプレス圧力
な印加でき、これにより少なくとも片面にヒケを生ずる
ことなしに型部材成形面の精度を十分良好に成形品に転
写することができ、所望の形状及び精度の光学部品が容
易に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガラス光学部品の製造方法の一実
施例の概略工程を示す断面図である。 第２図は成形品を示す正面図であり、第３図はその部分
断面概略図である。 第４図は耳部の除去された光学部品本体部を示す部分概
略断面図である。 第５図は本発明によるガラス光学部品の製造方法の変形
例を示す断面図である。 第６図は溝形成リングの先端の突出量を変化させて得ら
れる成形品の厚さ変化の測定結果を示すグラフである。 ２：ノズル、　　　４：溶融ガラス、 ６：シャー １２．１２°　：成形用型部材、 １２ａ、１２ａ　　：成形面、 １８．１８°　：溝形成リング、 ２２．２２”　：ヒータ、 ２４．２４°　：熱電対、 ３０：光学部品本体部、 ３２；耳部、　　　３４，３６：溝、 ３５．３７：面取り部、 ４０：破断面。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）流下する溶融ガラスをその両側から１対の成形用
   型部材によりプレスし該型部材の成形面と対応する表面
   を有する光学部品を製造する方法において、ガラスがそ
   の歪点以下の温度になるまで上記１対の成形用型部材間
   の周囲を閉じることなしにプレスし続け、流下する溶融
   ガラスを上記プレスされている部分の上方にて切断し、
   上記成形用型部材間に形成される光学部品本体部に対し
   外側にはみ出した耳部を付属させたガラス成形品を得る
   ことを特徴とする、ガラス光学部品の製造方法。
2. （２）上記成形用型部材の少なくとも一方の成形面の周
   囲に溝形成リングを設け、該溝形成リングにより上記プ
   レス時に溶融ガラスに溝を形成し、該溝形成リングの上
   記型部材成形面からの突出量を変化させることにより成
   形ガラス光学部品の厚さを調節する、請求項１に記載の
   ガラス光学部品の製造方法。
3. （３）請求項１に記載の方法により得られた光学部品の
   上記耳部を除去する、ガラス光学部品の製造方法。
4. （４）請求項１に記載の方法により得られた光学部品の
   本体部の一面を更に所望の形状及び精度に加工するとと
   もに所望の厚さの光学部品となす、ガラス光学部品の製
   造方法。
5. （５）上記請求項１〜４のいずれかに記載の方法により
   得られた、少なくとも片面が非球面である、ガラス光学
   部品。