JPH0696458B2 - 光学ガラス成形体およびその成形方法 - Google Patents

光学ガラス成形体およびその成形方法

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JPH0696458B2 JP1007249A JP724989A JPH0696458B2 JP H0696458 B2 JPH0696458 B2 JP H0696458B2 JP 1007249 A JP1007249 A JP 1007249A JP 724989 A JP724989 A JP 724989A JP H0696458 B2 JPH0696458 B2 JP H0696458B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レンズやプリズム等の高精度な光学ガラス素
子および前記光学ガラス素子のリヒートプレス成形用素
材の光学ガラス成形体およびその成形方法並びにその方
法に用いる熱加工治具に関する。
従来の技術 近年、光学ガラスレンズは光学機器のレンズ構の簡略化
とレンズ部分の軽量化の両方を同時に達成しうる非球面
化の方向にある。この非球面レンズの製造にあっては、
従来の光学レンズの製造方法である研磨法では、加工お
よび量産化が困難であり、金型を用いて成形法が有望視
されている。
この金型を用いて成形法というのは、予め所望の面品質
および面精度に仕上げた金型上に水酸化アルミニウム,
炭酸マグネシウム,カーボン等の離型剤を塗布あるいは
被覆した状態で、光学ガラスの塊状物を加熱成形する
か、あるいは溶融状態の光学ガラスの塊状物を加熱成形
を行なう方法である(例えば、特公昭54−60312号公
報)。
発明が解決しようとする課題 非球面レンズ,プリズム等の光学ガラス素子の場合、欠
陥あるいは離型剤の付着のない表面,面粗度および面精
度であることが要求されるため、光学ガラス素子および
前記光学ガラス素子のリヒートプレス成形用素材の光学
ガラス成形体は非常に高価なものになっていた。
すなわち光学ガラス成形体の表面に欠陥がない状態(例
えば表面粗さRMSで0.005ミクロン以下の鏡面状態)にす
るために、研磨またはエッチング処理を施す必要があり
化学ガラス成形体が高価なものになっており、低コスト
で高精度な光学ガラス成形体が製造できる方法の開発が
強く望まれていた。
課題を解決するための手段 本発明は前記課題を解決するために、一面が化学的に安
定な薄膜で被覆された1つの熱加工治具の光学面の転写
面であり、他面が自由表面である光学ガラス成形体およ
び非酸化性雰囲気中で、化学的に安定な薄膜で被覆され
た熱加工治具の光学面上でガラス塊を熱変形させた光学
ガラス成形体の成形方法並びに該方法に用いる化学的に
安定な薄膜で被覆され、かつ所望の形状および光学面を
有した熱加工治具を提供するものである。
熱加工治具に被覆する薄膜は、非酸化性雰囲気中で光学
ガラスと反応あるいは融着しない貴金属,タングステ
ン,タンタル,レニウム,ハフニウムの単体あるいはそ
れらの合金であることが望ましい。
作用 従来熱加工治具を用いた成形法というのは、予め所望の
面品質および面精度に仕上げた熱加工治具に水酸化アル
ミニウム,炭酸マグネシウム,カーボン等の離型剤を塗
布あるいは被覆していたため、光学ガラス成形体の表面
に離型剤が異物として残り、光学ガラス成形体の光学面
の品質に大きな問題があった。
この問題を解決するために光学ガラスと反応あるいは融
着しない薄膜(貴金属,タングステン,タンタル,レニ
ウム,ハフニウムの単体あるいはそれらの合金)を熱加
工治具に被覆することを考案した。これらの薄膜は空気
中で高温の光学ガラス塊を熱変形させた場合、光学ガラ
ス塊とこれらの薄膜とがぬれやすくなり光学ガラスと反
応あるいは融着した。しかしながらこれらの薄膜を被覆
した熱加工治具を非酸化性雰囲気中で使用した結果、化
学ガラス塊とこれらの薄膜とがぬれにくくなり光学ガラ
スと反応あるいは融着しないことを見いだした。
本発明において、光学ガラス塊とこれらの薄膜とがぬれ
にくい非酸化性雰囲気は、窒素,アルゴン,ヘリウム等
の不活性ガスに水素、あるいは一酸化炭素,二酸化炭素
の炭素酸化物,メタン,エタン,エチレン,トルエン等
の炭化水素類,トリクロロエチレン,トリクロルトリフ
ルオルエタン等のハロゲン化炭化水素類,エチレングリ
コール,グリセリン等のアルコール類、F−113,F−11
等のフルオロカーボン類を適宜混合したものであった。
これらの雰囲気は、光学ガラス組成、熱加工治具に被覆
する薄膜組成、熱変形の温度と時間、あるいは光学ガラ
ス成形体の形状等の条件によて適宜選択する。
このように化学的に安定しな薄膜で被覆された熱加工治
具の光学面上でガラス塊を熱変形させると、一面が熱加
工治具の光学面の転写面であり、他面が自由表面である
光学ガラス成形体を得ることができる。
実施例 以下本発明の一実施例について、図面を用いて、詳細に
説明する。
実施例1 第1図は本発明に用いた熱加工治具の断面図である。熱
加工治具の母材として超硬合金(WC−5TiC−8Co)を用
いて曲率半径が20mmの凹形の光学面1を形成した。この
光学面1をさらに超微細なダイヤモンド粉末を用いてラ
ッピングし、約1時間で表面の表面粗さ(RMS)が約30
Åの鏡面にした。鏡面となった熱加工治具表面に、スッ
パッタ法で白金−イリジウム−オスミウム合金(Pt−Ir
−Os)の薄膜2を被覆して光学ガラス成形体の熱加工治
具を作製した。
光学ガラス塊3は、シリカ(SiO2)30重量パーセント、
酸化バリウム(BaO)50重量パーセント、ホウ酸(B
2O3)15重量パーセント、残部が微量成分からなるホウ
ケイ酸バリウムガラスを用いた。このガラスを1200℃で
溶融したあと、ノズル温度800℃で3グラムの光学ガラ
ス塊3を窒素ガス20リッター/分、水素ガス2リッター
/分の割合で混合した雰囲気の成形機内に保持した上記
の熱加工治具に滴下した。熱加工治具は予め640℃に加
熱しておき、第2図のように光学ガラス塊3を熱化工治
具に載せて10分間熱変形させたあと、直ちに徐冷炉にい
れて徐冷し300℃で取り出して第3図に示した形状の光
学ガラス成形体を得た。
このような工程によって作製した光学ガラス成形体にお
いて、熱加工治具の転写面5は表面粗さ(RMS)が約25
Åの光学的鏡面であり、気泡,傷,あるいは剥離跡とい
った欠陥は認められず、面精度もニュートンリング2本
以内、アス5分の1本以内であり、その光学性能は極め
て優れていた。
一方他面はガラスの表面張力によりファイヤーポリッシ
ュ状の自由表面4が得られ、表面粗さ(RMS)が約20Å
の光学的鏡面であり、欠陥も認められなかった。
実施例2 熱加工治具の母材としてオーステナイト鋼 (SUS316)を用いて曲率半径が45mmの凹形の光学面1を
形成した。この光学面1をさらに超微細なダイヤモノド
粉末を用いてラッピングし、約1時間で表面の表面粗さ
(RMS)が約30Åの鏡面にした。鏡面となった熱化工治
具表面に、スパッ法でロジウム−金−タングステン合金
(Rh−Au−W)の薄膜2を被覆して光学ガラス成形体の
熱加工治具を作製した。
光学ガラス塊3は、ジルコニア(ZrO2)8重量パーセン
ト、酸化ランタン(La2O3)30重量パーセント、ホウ酸
(B2O3)42重量パーセント、酸化カルシウム(CaO)10
重量パーセント、残部が微量成分からなるランタン系ガ
ラスを用いた。
このガラスを1400℃で溶融したあと、ノズル温度950℃
で4グラムの光学ガラス塊3を雰囲気コントロールした
成形機内に保持した加熱工治具に滴下した。成形機内は
窒素ガスをキャリア−ガスにしたトリクロルトリフルオ
ルエタン(C2Cl3F3)蒸気を導入したハロゲン化炭化水
素雰囲気であった。熱加工治具は予め780℃に加熱して
おき、第2図のように光学ガラス塊3を熱加工治具に載
せて20分間熱変形させたあと、直ちに徐冷炉にいれて徐
冷し400℃で取り出して第3図に示した形状の光学ガラ
ス成形体を得た。
このような工程によって作製した光学ガラス成形体にお
いて、熱加工治具の転写面5は表面粗さ(RMS)が約25
Åの光学的鏡面であり、気泡,傷,あるいは剥離跡とい
った欠陥は認められず、面精度もニュートリング2本以
内、アス5分の1本以内であり、その光学性能は極めて
優れていた。
一方他面はガラスの表面張力によりファイヤーポリッシ
ュ状の自由表面4が得られ、表面粗さ(RMS)が約20Å
の光学的鏡面であり、欠陥も認められなかった。
実施例3 熱加工治具の母材としてサーメット(TiC−10Mo−9Ni)
を用いて曲率半径が200mmの凹形の光学面1を形成し
た。この光学面1をさらに超微細なダイヤモンド粉末を
用いてラッピングし、約1時間で表面の表面粗さ(RM
S)が約30Åの鏡面にした。鏡面となった熱加工治具表
面に、スパッタ法で白金−タンタル−レニウム合金(Pt
−Ta−Re)の薄膜2を被覆して光学ガラス成形体の熱加
工治具を作製した。
光学ガラス塊3は、シリカ(SiO2)65重量パーセント、
酸化カリウム(K2O)9重量パーセント、ホウ酸(B
2O3)10重量パーセント、酸化ナトリウム(Na2O)10重
量パーセント、残部が微量成分からなるホウケイ酸ガラ
スを用いた。
このガラスを1350℃で溶融したあと、ノズル温度920℃
で3グラムの光学ガラス塊3を雰囲気コントロールした
成形機内に保持した熱加工治具に滴下した。成形機内は
アルゴンガス20リッター/分、エチレン(C2H4)1リッ
ター/分の割合で混合した炭化水素雰囲気であった。熱
加工治具は予め780℃に加熱しておき、第2図のように
光学ガラス塊3を熱加工治具に載せて5分間熱変形させ
たあと、直ちに徐冷炉にいれて徐冷し380℃で取り出し
て第3図に示した形状の光学ガラス成形体を得た。
このような工程によって作製した光学ガラス成形体にお
して、熱加工治具の転写面5は表面粗さ(RMS)約25Å
の光学的鏡面であり、気泡,傷,あるいは剥離跡といっ
た欠陥は認められず、面精度もニュートリング2本以
内、アス5分の1本以内であり、その光学性能は極めて
優れていた。
一方他面はガラスの表面張力によりファイヤーポリッシ
ュ状の自由表面4が得られ、表面粗さ(RMS)が約20Å
の光学的鏡面であり、欠陥も認められなかった。
実施例4 熱加工治具の母材としてシリコンを用いて曲率半径が45
mmの凹形の光学面1を形成した。この光学面1をさらに
超微細なダイヤモンド粉末を用いてラッピングし、約1
時間で表面の表面粗さ(RMS)が約20Åの鏡面にした。
鏡面となった熱加工治具表面に、スパッタ法でロジウム
−金−タングステン合金(Rh−Au−W)の薄膜2を被覆
して第一図のような光学ガラス成形体の熱加工治具を作
製した。
光学ガラス塊3は、シリカ(SiO2)52重量パーセント、
酸化カリウム(K2O)6重量パーセント、酸化鉛(PbO)
35重量パーセント、酸化ナトリウム(Na2O)5重量パー
セント、残部が微量成分からなる重フリントガラスを用
いた。
予め冷間で前加工した光学ガラス塊3を、ヘリウムガス
20リッター/分、二酸化炭素ガス2リッター/分の割合
で混合した雰囲気の成形機内に保持した上記の熱加工治
具に静置した。第2図のように光学ガラス塊3を熱加工
治具に載せた状態で650℃まで昇温させたあと10分間保
持して熱変形させた。熱変形後、直ちに徐冷炉にいれて
徐冷し300℃で取り出して第3図に示した形状の光学ガ
ラス成形を得た。
このような工程によって作製した光学ガラス成形体にお
いて、熱加工治具の転写面5は表面粗さ(RMS)が約20
Åの光学的鏡面であり、気泡,傷,あるいは剥離跡とい
った欠陥は認められず、面精度もニュートリング2本以
内、アス5分の1本以内であり、その光学性能は極めて
優れていた。
一方他面はガラスの表面張力によりファイヤーポリッシ
ュ状の自由表面4が得られ、表面粗さ(RMS)が約18Å
の光学的鏡面であり、欠陥も認められなかった。
なお本発明の光学ガラス成形体およびその成形方法並び
に該方法に用いる熱加工治具は、一面が化学的に安定な
薄膜で被覆された熱加工治具の光学面の転写面であり、
他面が自由表面である光学ガラス成形体および非酸化性
雰囲気中で、化学的に安定な薄膜で被覆された熱加工治
具の光学面上でガラス塊を熱変形させた光学ガラス成形
体の成形方法並びに該方法に用いる化学的に安定な薄膜
で被覆され、かつ所望の形状および光学面を有した熱加
工治具であることを特徴とするものであり、成形の雰囲
気、光学ガラス組成、熱加工治具に被覆する薄膜組成、
熱変形の温度と時間、あるいは光学ガラス成形体の形状
等の条件は本実施例に限定されるものではない。
発明の効果 以上説明したように、本発明の光学ガラス成形体および
その成形方法並びにその方法に用いる熱加工治具は、化
学的に安定な薄膜で被覆され、かつ所望の形状および光
学面を有した熱加工治具の光学面上でガラス塊を非酸化
性雰囲気中で熱変形させることから、一面が化学的に安
定な薄膜で被覆された熱加工治具の光学面の転写面であ
り、他面が自由表面である光学ガラス成形体を得ること
ができる。光学ガラスと反応あるいは融着しない薄膜
(貴金属,タングステン,タンタル,レニウム,ハフニ
ウムの単体あるいはそれらの合金)を被覆した熱加工治
具を非酸化性雰囲気中で使用することにより、光学ガラ
ス塊とこれらの薄膜とがぬくにくくなり光学ガラスと反
応あるいは融着を防ぐことができ、一面が熱加工治具の
光学面の転写面であり、他面が自由表面であり、またい
ずれの面にも異物付着あるいは欠陥のない光学ガラス成
形体を得ることができる。
すなわち、本発明によって高精度な光学ガラス成形体の
大量生産が可能になり、生産性の向上と製造コストの低
減に著しい効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は熱加工治具の断面図、第2図は光学ガラス塊の
熱変形を示す本発明実施例の断面図、第3図は光学ガラ
ス成形体の断面図である。 1……光学面、2……薄膜、3……光学ガラス塊、4…
…自由表面、5……転写面。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一面が化学的に安定な薄膜で被覆された1
    つの熱加工治具の光学面の転写面であり、他面がガラス
    の表面張力により形成された自由表面である光学ガラス
    成形体。
  2. 【請求項2】薄膜が貴金属、タングステン、タンタル、
    レニウム、ハフニウムの単体あるいはそれらの合金であ
    る請求項1記載の光学ガラス成形体。
  3. 【請求項3】非酸化性雰囲気中で、化学的に安定な薄膜
    で被覆された1つの熱加工治具の光学面上でガラス塊を
    熱変形させる光学ガラス成形体の成形方法。
  4. 【請求項4】薄膜が貴金属、タングステン、タンタル、
    レニウム、ハフニウムの単体あるいはそれらの合金であ
    る請求項3記載の光学ガラス成形体の成形方法。
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