JPH0360975A - ガラス光学素子の成形方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レンズ等の光学素子を押圧成形により製造す
るガラス光学素子の成形方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ガラス光学素子の成形方法の押圧成形に用いられ
るガラス素材を得る方法として、以下の様な発明が開示
されている。

例えば、特公昭６３−３７０４３号公報記載の発明にお
いては、研磨皿を用いた一般的な研磨加工により、ガラ
ス素材の表面を円滑加工するものであり、特開昭６１−
１４６７２３号公報記載の発明においては、球面形状に
研削仕上げしたレンズ素材の表面を酸処理により所定の
鏡面とするもので、さらには、特開昭６１−１４６７２
１号公報記載の発明においては、ノズル先端がら溶融ガ
ラスを滴下し、該ガラス滴の表面温度が軟化温度より低
い温度になるまで落下させて、無研磨のガラスゴブを得
る方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、前記従来技術には、以下の様な欠点がある。

特公昭６３−３７０４３号公報記載の発明においては、
ガラス素材の円滑加工工程には、貼り付は工程、研磨工
程、はがし工程等の繁雑な工程を要するとともに、ガラ
ス素材の形状によっては１個加工となる場合もあり加工
コストが高い欠点を有する。

特開昭６１−１４６７２３号公報記載の発明においては
、酸処理前の素材面のクランクから選択的に侵食され、
表面にうねりを生じ易い、また、酸の取り扱い等におけ
る安全上の問題や、酸処理液の廃棄に係わるコストの問
題がある。

特開昭６１−１４６７２１号公報記載の発明においては
、ガラスゴブは球形状であり、最終製品形状とするには
押圧成形時に大きな流動をさせる必要がある。このため
押圧成形時間が長くなり、型寿命も短くなることで成形
コストが上昇する。

因って、本発明は前記従来技術における欠点に鑑みて開
発されたもので、従来技術の欠点を解消するとともに加
工コストの低いガラス光学素子の成形方法の提供を目的
とするものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明は、後
述するカーブジェネレータ方式の球面創成研削加工法に
てガラス表面を最終形状に近似させ、かつ円滑加工した
ガラス素材を加熱軟化し一対の成形型間に位置せしめた
のち所定の形状に押圧成形し、所定温度まで冷却する成
形方法である。

第１図ａは、カーブジェネレータ方式の球面創成研削加
工に用いた装置の概念図であり、第１図すは同装置にお
ける工具保持軸と電極の配置図である。

回転自在なコレット１の先端には球面部材２が同軸上に
係止されている。球面部材２の加工面２ａは曲率ＲＡの
所望曲率加工上り面となっている。

回転自在の工具保持軸３は、その回転軸の軸線が球面部
材２の軸線、に対してαのスイベル角になるように対向
配設されている。工具保持軸３の先端にはダイヤモンド
粉末等の砥粒とＣｕ−３ｎ−Ｆｅ等の金属粉末を混合し
熱処理した焼結合金の導電性研削工具４が係着されてい
る。この導電性研削工具４の加工面４ａは球面部材２の
加工面２ａと対応するように曲率ＲＡに形成されている
。また、工具保持軸３にはブラン５が接触するように設
けられており、このプラン５を介し直流電源６からの（
＋）極を導電性研削工具４に印加することができるよう
になっている０球面部材２の加工面２ａの曲率ＲＡと近
似形状な曲率ＲＡ−１に形成された電極７が導電性研削
工具４の加工面４ａとわずかな隙間ｌを隔てて設けられ
ており、直流型ａ６からの（−）極が印加されるように
なっている。さらに、導電性研削工具４と電極７との隙
間ｌに弱電性のクーラントを噴出させるバイブ８が設け
られている。

以上の構成より戒る創成研削加工法に用いた装置による
研削加工は、バイブ８より弱電性のクーラントを噴出さ
せつつ導電性研削工具４と電極７に印加し、導電性研削
工具４の加工面４ａを球面部材２に当接し、切込軌跡９
（矢印方向）に従って導電性研削工具４を移動させて研
削加工を行う。

この際、導電性研削工具４の加工面４ａが電解によって
ドレッシングされる。これにより導電性研削工具４の偏
摩耗が無くなり上部（ヘソ）が回避できる。さらに、隙
間ｌの間隔は導電性研削工具４の加工面４ａの曲率に沿
って常に一定に保たれていることで導電性研削工具４の
加工面４ａは、まんべんなく均一にドレッシングでき安
定した加工ができる。

従来、細かなダイヤモンド砥粒を用いた研削工具は目詰
りにより加工能力が著しく減少してしまうものであった
が、上記方法によれば、まんべんなく均一にドレッシン
グができることにより加工能力を維持しつつ加工物の表
面粗さを飛躍的に向上させることができる。

また、カーブジェネレータ方式であることで、創成する
ガラス素材の曲率半径、中肉等を最終形状に近似した所
定の値に一定に形成することが可能である。このガラス
素材は加熱したのち押圧成形して型形状を精密転写させ
て得るガラスプレスレンズ用のプリフォームとして使用
することができるので、このガラス素材を加熱軟化させ
一対の成形型で所定の形状に押圧成形し、所定温度まで
冷却することにより型形状を反転した任意の面形状のガ
ラス光学素子を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明ガラス光学素子の成形方法の実施例につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施例） 第２図ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、本発明ガラス光学素子の
成形方法の第１実施例を示す側面図である。

回転自在なコレット１の先端には押生地等の球面部材２
が同軸上に係止されている０球面部材２の加工面２ａは
曲率ＲＡの所望曲率加工上り面となっている。回転自在
の工具保持軸３は、その回転軸の軸線が球面部材２の軸
線に対してαのスイベル角になるように対向配設されて
いる。工具保持軸３の先端にはダイヤモンド粉末等の砥
粒（砥粒は＃６０００〜＃８０００が望ましい）とＣｕ
。

Ｓｕ、Ｆｅ等の金属や導電性樹脂を結合材とし全体が導
電性を有するカップ型に形成された導電性研削工具４が
同軸上に係着されている。この導電性研削工具４の加工
面４ａは球面部材２の加工面２ａと対応するように曲率
ＲＡに形成されている。

また、工具保持軸３にはブラシ５が接触するように設け
られており、このブラシ５を介し直流電源６からの（＋
）極を導電性研削工具４に印加することができるように
なっている。直流型１！Ｘ６は電解加工用の直＠電源で
パルス電圧を発生する。球面部材２の加工面２ａの曲率
ＲＡと近似形状な曲率ＲＡ＋ｆに形成された電極７が導
電性研削工具４の加工面４ａとわずかで均一な隙間ｌ（
隙間２は０．１〜０．２ｍｍが好ましい）を隔てて設け
られており、直流電源６からの（−）極が印加されるよ
うになっている。さらに、導電性研削工具４と電極７と
の隙間ｌに弱電性のクーラントを噴出させるバイブ８が
設けられている。

以上の構成より戒る創成研削加工法に用いた装置による
研削加工は、パイプ８より弱電性のクーラントを噴出さ
せつつ導電性研削工具４と電極７に直流電源６からのパ
ルス電圧を印加し、導電性研削工具４の加工面４ａを球
面部材２の加工面２ａに当接し、切込軌跡９（矢印方向
）に従って導電性研削工具４を移動させて研削加工を行
う。この際、導電性研削工具４の加工面４ａが電解によ
ってドレッシングされる。

このようにして研削加工を行うと、導電性研削工具４の
加工面４ａが加工初期より球面部材２の加工面２ａの曲
率ＲＡと同し曲率ＲＡに形成されているため、導電性研
削工具４の加工面４ａの変位が少く、かつ球面部材２の
中心部における上部（ヘソ）が回避できる。また、導電
性研削工具４の加工面４ａが一定形状を保てる事で、加
工面４ａと電極７との隙間ｉは常に均一な間隔を保持で
きるため、導電性研削工具４の加工面４ａは常に一定で
まんべんなくドレッシングができ安定した球面創成研削
加工ができる。

このようにして創成された球面部材２の加工面２ａの表
面粗さはＲ□、０．０３μｍの鏡面状態となる。次に、
球面部材２の裏面も同様に球面創成研削加工を行い、所
定の曲率半径ＲＢで表面粗さがＲ１，０，０３μ国の鏡
面状態に加工する。切込み量を設定することにより第２
図（ｂ）に示す如く、所定の中肉ｔに形成されたプリフ
ォームｌＯが得られる。

第２図ｃ、　　ｄは、上記球面創成研削加工で得られた
プリフォーム１０からプレス加工により非球面形状の光
学素子を得る工程を示す。

１１は加熱炉で、この加熱炉１１はヒータ１２を内設し
ている。加熱が１１には同軸的に対向配置された上型１
３と上下動自在な下型１４とからなる一対の成形用金型
が連設されている。１５は搬送アームで、この搬送アー
ム１５は載置穴１５ａにプリフォーム１０を載置し、図
示を省略した駆動装置により加熱炉１１および成形用金
型１３゜１４間を移動自在に構成されている。

以上の構成よりなるプレス加工の工程は、まず搬送アー
ム１５の載置穴１５ａにプリフォーム１０を載置する。

プリフォーム１０は載置穴１５ａの内部に形成された段
部１５ｂに係止され載置穴１５ａ内に収容される。次に
、プリフォームｌＯは加熱炉１１により軟化点付近の所
定温度に加熱軟化された後、搬送アーム１５で形成用金
型１３゜１４間に搬送される。形成用金型の上型１３．
下型１４の成形頭１３ａ、１４ａは（例えば非球面形状
に）精密に鏡面加工が施こされており、ガラスの転移温
度あるいはそれに近い温度に図示を省略したヒータによ
り一定に加熱されている。そして、成形用金型の下型１
４は駆動機構（図示省略）により上昇し、プリフォーム
１０は突上げられ成形用金型の上型１３に圧接されて押
圧成形される。

所定の保持時間を経過させ、プリフォームＩＯを成形用
金型１３．１４間で冷却固化させた後、下型１４を下降
させて、第２図（ｅ）に示すガラス光学素子１６が得ら
れる。

本実施例によれば、ガラス素材表面を最終形状に近似さ
せる工程と円滑に加工する工程を大幅に簡略化すること
ができる。

尚、本実施例は凸メニス形状について示したが、他の形
状でも同様に実施可能である。

（第２実施例） 第３図は、本発明ガラス光学素子の成形方法の第２実施
例を示す側面図である。

当該実施例に示されるガラス光学素子の成形方法は、前
記第１実施例における加熱炉１１の構成と加熱条件を異
にし、他の構成は同一の構成から成るもので、他の構成
については同一番号を付してその説明を省略する。

２０は加熱炉で、この加熱炉２０はヒータ２１を内設す
るとともに、加熱炉２０の内部２０ａがプリフォーム１
０のＲ面１０ａ、１０ｂに近接するように構成されてい
る。

以上の構成から戒る加熱炉２０のヒータ２１の温度は、
所定の加熱温度より十分高い温度（例えば、所定の加熱
温度よりも２００°Ｃ高い温度）に設定されている。従
って、プリフォーム１０の加熱は前記第１実施例より短
時間で行われ、プリフォーム１０の表面のみ１０３″″
６ボアズの粘度に加熱軟化される結果となる。

これにより、本実施例における球面創成加工を施した研
削面の面精度が前記第１実施例の面精度よりも粗い場合
でも、加熱工程にて光学素子として問題のない表面粗さ
に改善することが可能となる。

本実施例によれば、球面創成研削工程にて加工除去量が
多く、表面粗さが十分低下しない場合でも対応できる。

（第３実施例） 第４図は、本発明ガラス光学素子の成形方法の第３実施
例を示す側面図である。

当該実施例に示されるガラス光学素子の成形方法は、前
記第１実施例におけるプレス加工の工程が異なるもので
、ガラス素材表面を最終形状に近似させる工程の説明は
省略する。

３０はスリーブで、このスリーブ３０はガラスより線膨
張係数の小さい材質（例えば、超合金等）により円筒状
に形成されている。

そして、スリーブ３０には同軸的に対向配置された上型
３１と下型３２とからなる一対の成形用金型が摺動自在
に嵌挿されている。上型３１および下型３２の成形頭３
１ａ、３２ａは（例えば、非球面形状に）精密に鏡面加
工が施こされている。

また、スリーブ３０の外周面にはコイル状のヒータ３３
が取着され、所定温度に制御可能となっている。

以上のｔｊＩ戒から成るプレス加工装置に、前記第１実
施例と同様のガラス素材表面を最終形状に近似させる工
程により加工したプリフォーム１０を酸形用金型３１．
３２間にセットし、その成形用金型３１．３２をスリー
ブ３０に嵌挿する。

次に、ヒータ３３によりスリーブ３０を加熱し、プリフ
ォーム１０および成形用金型３１．３２を、はぼガラス
の屈伏点付近の所定温度に均一になるように加熱する。

そして、成形用金型の上型３１の自重または図示を省略
した加圧機構により上型３１を押圧し、所定の保持時間
が経過後、ヒータ３３を制御して徐冷し、加圧を除去し
冷却固化させてガラス光学素子３４を取り出す。

本実施例によれば、第１実施例と同様に成型用金型を反
転した任意形状のガラス光学素子を得ることができる。

また、本実施例においても凸メニス形状以外の形状でも
同様な実施が可能である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明ガラス光学素子の成形方法によれば
、ガラス素材表面を最終形状に近似させ、かつ円滑に加
工する工程を大幅に簡略化することが可能になることに
より加工コストの低いガラス光学素子の底形が実現され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明ガラス光学素子の成形方法の概念図、
第２図ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは同−第１実施例を示す側面
図、第３図は同第２実施例を示す側面図、第４図は同第
３実施例を示す側面図であ１・・・コレット ２・・・球面部材 ３・・・工具保持軸 ４・・・導電性研削工具 ６・・・直流電源 ７・・〜電極 ８・・・バイブ ト・・加熱炉 ２．１３・・・ヒータ ３．３１・・・上型 ４．３２・・・下型

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）加工面をワークの所望曲率と同一形状に形成した
   導電性研削工具に陽極を印加するとともに、前記導電性
   研削工具の加工面との間に一定距離を保つ電極に陰極を
   印加し、かつ導電性研削工具と陰極の間に弱電性クーラ
   ントを介しながら表面を最終形状に近似させ、かつ円滑
   加工したガラス素材を加熱軟化した後、一対の成形型間
   に位置せしめるとともにこの成形型により所定の形状に
   押圧成形し、所定温度まで冷却することを特徴とするガ
   ラス光学素子の成形方法。
2. （２）加工面をワークの所望曲率と同一形状に形成した
   導電性研削工具に陽極を印加するとともに前記導電性研
   削工具の加工面との間に一定距離を保つ電極に陰極を印
   加し、導電性研削工具と陰極の間に弱電性クーラントを
   介しながら表面を最終形状に近似させ、かつ円滑加工し
   たガラス素材を一対の成形型間に位置せしめたのち、成
   形型と同時に加熱軟化させて押圧成形し、所定温度まで
   冷却することを特徴とするガラス光学素子の成形方法。