JPH0794328B2 - 光学素子用ガラスプリフォーム及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光学機器等における光学素子に使用される光
学素子用ガラスプリフォームと光学素子の製造方法に関
するものである。

従来の技術 近年、レンズ、プリズム等の光学素子はガラスなどの光
学素子用材料を研磨で製造する変わりに、金型内の光学
素子用材料を投入し加熱加圧することによって成形する
方法が数多く提案されている。

研磨法に変わる成形方法については、例えば特開昭60−
246231号公報に記載のものがある。以下、図面を参照し
ながら成形法について第３図〜第５図を用いて説明す
る。

一般にプレス成形によって光学素子を製造する場合、光
学素子用材料を所定の大きさに切断しガラス軟化点付近
まで予備加熱し、この加熱された光学素子用材料を型閉
めしたとき、レンズの完成品とほぼ同一形状となるよう
に加工された上型と下型の上下型の間に供給し、所定の
温度で加圧成形を行なっている。

光学素子用材料１の形状は、できるかぎり簡単な形状が
製造工程あるいは材料の加工コストの面でも望ましく、
例えば第４図に示されるようなセンタレス加工で所定の
硝材外径に加工した棒材を所定の幅で切断した円柱体の
ものがある。

しかしこの用な材料を用いて成形すると、第５図示す材
料の角部６が先に変形し上型２と下型３と接触する部分
がなじんでしまい、密閉空間７ができる。

一旦密閉空間ができると成形完了時まで密閉空間が存在
し、金型の加工面が素材に十分転写される不良レンズと
なる。

こういった未転写不良を防止する従来の方法について第
３図を用いて説明する。

下型３は連続棒3aを介してベース3bに固定されており、
上型２は連結棒2aを介してピストン棒2bに取り付けられ
ている。

材料１は加熱ヒータ８より成形温度まで加熱される。所
望の成形温度に達した時点で上型２がピストン９によっ
て加工し、材料と接触する。

その後、上型が上下に振動加圧するが、例えばサーボパ
ルサ10を使ってこれを実行する。振動加圧は例えば全加
圧ストローク９割まで行い、残りの１割を定常加圧で成
形する。全加工ストロークに達したところで通電をや
め、所望の温度に降温したところで型を開き冷却後レン
ズを取り出す。

発明が解決しようとする課題 しかしこの様な光学素子用材料を用いて成形するとき、
金型内に光学素子用材料を投入する際に、金型と接触す
るエッジ部分にクラックが入ったり、割れたりするとい
った現象が発生する。

こういった状態で成形すると、破損した材料が金型を傷
つけたり、成形された光学素子の表面に破損した材料が
残ったままであったり、形状精度不良となることが多
い。

又、光学素子用材料の側面はセンタレス加工面であるた
め表面粗さが大きく、光学素子の光学有効面の一部分の
表面粗さが悪くなるために透過率が劣化するといった課
題があった。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明は、光学素子用ガラ
ス材料を予備加熱することにより、その角部を熱加工処
理して表面張力によって丸みを持たせるとともに、その
側面も鏡面に変化させて光学素子用プリフォームとな
す。

そして、このプリフォームを上型と下型の間に投入して
行なう光学素子の成形工程においては、その成形工程の
途中において、成形圧力を１回以上減圧するかあるいは
零にするものである。

作 用 上記手段によって得た光学素子用ガラスプリフォームで
は、角部には丸みが形成されているために、成形金型に
はこのプリフォームを投入した際にも成形金型と接する
部分は面接触となるためにチッピングを起こしたり割れ
たりすることなく成形できる。

また、成形時に、上記の様に成形圧力を減圧にすること
により、成形型とガラスプリフォームとので形成される
密閉空間中の空気は排除されて、型の転写面はガラスプ
リフォームに密着することができ、良好な成形を行なう
ことが可能となる。

実施例 以下、本発明を実施例に基づき説明する。

第１図は、本発明の成形方法に係る成形装置の要部断面
図であり、上型11と下型12の軸ずれをなくし、かつ所定
の光学素子の厚みになるように任意の高さに調整した胴
型14を具備している。そして、前記上下型11、12と胴型
14で囲まれる空間にはガラスプリフォーム13が供給され
ている。

ガラスプリフォームは第２図に示すような円柱体であ
り、側面はセンタレス加工により表面粗さ10μｍ程度と
なっている。

両端面は鏡面に研磨加工され、さらに両端面の角部Ａは
電気炉において所定の温度と時間で熱加工処理し所望の
Ｒに熱加工されている。

さらにこの熱加工によってガラスプリフォームの側面は
鏡面となされる。

本実施例ではSF8硝材を使用し、500℃の温度で30分加熱
することでR0.1mmが得られた。

角部ＡのＲの大きさは0.05mm未満であると金型にガラス
プリフォームを投入した際や上金型をガラスプリフォー
ムに接触させた際にチッピングを起こす可能性があり、
角部Ｒは0.05mm以上が良い。

又Ｒを1mm以上の大きな寸法にしようとすると、熱加工
時間が非常に長くなるため量産性に乏しい。

従ってガラスプリフォームの端面の中央部は平面部が残
っている。

このガラスプリフォームを両端面が上下金型の転写面11
a,12aに接するように型内に供給する。15は加熱源を内
蔵した加圧ステージであり、図示していないが例えば油
圧ポンプなどによる加圧力が印加される。

又加圧ステージは成形途中に任意の圧力に減圧あるいは
零にできるようになっている。

16は加熱源を内蔵した成形ステージであり、固定されて
いる。

以上のように構成された成形装置を用いてガラスプリフ
ォームを成形する方法を説明する。

ガラスプリフォームは直径6mmφ×長さ6mmの光学ガラス
SF8の円柱体であり、両端面の角部は上記の如くR0.1mm
であり側面は鏡面である。又端面の中央部は平面部が残
っている。

このガラスプリフォームを下型12の転写面12aに立て置
きに投入し、その後上型11を胴型14に合わせて挿入しガ
ラスプリフォームに接触させる。

このとき金型転写面11a,12aとガラスプリフォーム端面
で囲まれる空間11b,12bができる。

その後、加熱源に通電してガラスプリフォームの温度を
530℃に加熱する。530℃に達してからしばらくして、ガ
ラスプリフォームの粘度は10¹⁰ポアズとなっている。

次に加圧ステージに圧力が供給され、上型11がガラスプ
リフォームを押圧し始める。この時の圧力は2Kg/mm²以
上が望ましい。

上型ツバ部11cと胴型14の端面が接するまでの全加圧ス
トローク5mmのうち2.5mmまで押圧したところで一旦圧力
供給を停止し、加圧ステージを上昇させ上金型11と離
し、上金型11に印加される圧力を零にする。このときガ
ラスプリフォームの粘度は10⁹ポアズとなっている。

又このとき正圧になっていた金型転写面11a,12aとガラ
スプリフォーム端面で囲まれる空間11b,12bは常圧に戻
る。

次に再び加圧ステージ15を上金型11に密着させた後加圧
を開始し、全加圧ストローク5mmまで成形する。

この時空間11b,12bは完全になくなっており、金型転写
面の形状がガラスプリフォームに十分に転写されてい
る。

その後通電を停止し加圧した状態で430℃まで加圧冷却
し、その後圧力を零にする。そして室温になったところ
で型開きを行い光学素子を取り出す。

本実施例では、成形途中において圧力を零にしたが、光
学素子の材料の種類と大きさによっては減圧するだけで
常圧に戻るので、減圧するだけでもよい。

ガラスプリフォームをつくる熱加工の条件は、成形素子
用材料の種類によって適宜変える必要がある。

又、光学素子用材料の端面は鏡面が必要であり、研磨面
と同等の表面粗さを持つ割断面を利用しても良い。本実
施例では円柱状の光学素子用材料を使用したが、直方体
や立方体等の加工し易い形状のものを使用しても良い。

発明の効果 以上、本発明によれば、金型内にガラスプリフォームを
投入した際に金型と面接触するために角部でチッピング
を起こしたり割れたりすることがない。

また面接触であるために、角部がエッジのある場合に比
べて熱の伝わり方が良くなり、加圧成形可能な状態にな
るまでの時間を短縮できる。又、ガラスプリフォーム内
の温度分布をほとんどなくなるために、冷却時のガラス
の収縮も均一になり光学素子の形状精度も良くなる。更
に本発明のガラスプリフォームは側面が鏡面であるため
に得られる光学素子の透過率も良好となる。

また、金型転写面とガラスプリフォーム端面で囲まれる
空間がなくなり、金型形状がガラスプリフォームに良く
転写され、光学性能の良い光学素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の成形方法を具現化した成形装置の要部
断面図、第２図は本発明の光学素子用ガラスプリフォー
ムの外観図、第３図は従来の成形装置の構成図、第４図
は従来の光学素子用材料の外観図、第５図は従来の成形
方法を示す断面図である。 １……光学素子用材料、２……上型、３……下型、６…
…材料の角部、７……密閉空間、８……加熱ヒータ、９
……ピストン、10……サーボパルサ、11……上型、11a
……金型転写面、11b……空間、12……下型、12a……金
型転写面、12b……空間、13……ガラスプリフォーム、1
4……胴型、15……加圧ステージ、16……成形ステー
ジ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学素子を加圧成形で得るための光学素子
   用ガラスプリフォームであって、前記光学素子用ガラス
   プリフォームは、光学素子用材料を熱加工処理によって
   角部に丸みをもたせると共に側面を鏡面になしたもので
   あることを特徴とする光学素子用ガラスプリフォーム。
2. 【請求項２】光学素子用材料は切断面あるいは割断面を
   有する円柱状ガラス材料であることを特徴とする請求項
   １記載の光学素子用ガラスプリフォーム。
3. 【請求項３】光学素子用ガラスプリフォームの端面の中
   央部に平面部があることを特徴とする請求項１記載の光
   学素子用ガラスプリフォーム。
4. 【請求項４】光学素子用材料は直方体かあるいは立方体
   であることを特徴とする請求項１記載の光学素子用ガラ
   スプリフォーム。
5. 【請求項５】熱加工処理によって角部に丸みをもたせる
   ことにより角部のＲが0.05mm以上となされたことを特徴
   とする請求項１記載の光学素子用ガラスプリフォーム。
6. 【請求項６】光学素子を成形するための上型と下型の間
   に、請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学素子
   用ガラスプリフォームを投入し、その後、前記光学素子
   用ガラスプリフォームを成形する成形工程において、成
   形圧力を１回以上減圧するかあるいは零にすることを特
   徴とする光学素子の製造方法。