JPS60200833A - 高精度ガラスレンズの成形方法 - 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】 本発明は精密研磨を必要としない高精度ガラスレンズの
成形方法に関するものである。

従来高精度ガラスレンズを作るには第１工程として光学
ガラスを適当な大きさに切断し秤量し重量を所望の範囲
内に入れ、第２工程として上記ガラス素材を加熱し適当
な形状の金型でプレスし、第３工程として上記のプレス
されたガラス素材をカーブジェネレーター（例えばダイ
ヤモンド粒子を埋込んだ研削リング）により大体の形に
仕上げ、第４工程としては第３工程で研削されたガラス
素材の複数個を鋳鉄製の皿にはりつけて研磨砂で研削し
、その砂を次第に細くして行き研削仕上げを行い、第５
工程としてはつや出しをするために研削仕上げの終わっ
たガラス素材をベニガラ又は酸化セリウムでピンチ研磨
またはパット研磨を行う。

カメラなどの精密光学系に用いるレンズの場合には高度
の面品質と高度の面精度を保持する必要があり上記の各
工程においで多大の時間、手間、熟練が必要となる。非
球面ガラスレンズの場合は１個づつ研磨する必要があり
、更に多大の時間、手間、熟練が必要となる。

上記の面品質とはレンズの仕上げに関するもので、スリ
キズ、突き傷、口み、オレンヂピール、その他の欠点の
程度を示すもので高精度カメラレンズにおいては殆ど皆
無にする必要がある。面精度は表面の寸法特性に関する
もので、表面の曲面の半径の値と均一性に関し、一般に
ニュートンリングの数と形により示される。高精度カメ
ラレンズの場合はニュートンリングは６以下とされてい
る。

上記の欠点に対する改良方法としては溶融したガラスを
直接プレスする方法があるが、プレスしたガラスの表面
と内部との熱履歴の違いにより表面にしわや凹凸が出来
ることがあり精密ｒＩＩＴ磨せずに高精度ガラスレンズ
を作ることは難しい。又ガラスの代わりにプラスチック
も考えられるが現在利用し得るプラスチックは比較的軟
かくかつ傷つき易い。また熱膨張係数が非常に高く、屈
折率も変化しやすいなどの理由により高精度レンズには
現在の所、不適当である。

又成形型として金属の代わりにガラス状炭素を使用して
ガラスと成形型との離型を容易にし、更に金属の場合に
発生する表面の粒状組織模様の欠点を除去する方法（特
公昭５４−３８１２６号、米国特許第３，９００，３２
８号）が開示されているが、ガラス状カーボンは酸化し
やすい、構造的に弱い、表面にきずができやすい、弾性
係数が低い、亀裂が入りやすい、衝撃強度が弱い、熱伝
導性が小さいなど多くの欠点をもって層り量産用にはあ
まり適当でない。

成形型として炭化珪素又は窒化珪素を使用する方法（米
国特許第４，１３９，６７７号）、成形型として炭化珪
素と炭素の混合物を用いる方法（米国特許第４．１６８
．９６１号）が開示されている。この場合はガラス状カ
ーボン物質の欠点は殆ど改良されて居り耐亀裂性大、高
温度における衝撃強変人、物理的強変人、熱伝導慶大、
又非酸化性雰囲気中では耐酸化性大となりこれらの点に
おいては申分ない特性を示している。

それ故上記の成形型を用いて成形する場合には比較的容
易に高面品質、高面積度を有する高精度ガラスレンズの
面を作ることができる。しかし高温においてガラスと付
着しにくい材料であるガラス状カーボン、炭化珪素、窒
化珪素、サイアロンなどは程度の差はあるが高温におい
て酸化しやすいため非酸化性又は還元性雰囲気で操作す
る必要がある。

非酸化性又は還元性雰囲気を作る方法としては（１）ガ
ラスレンズ用成形型をガラス円筒とベローズ内に収容し
て気密室を作り雰囲気を非酸化性又は還元性に保持する
方法（特公昭５４−３８１２６号）、又（２）ガラスレ
ンズ用成形型を水平に保持して開口部をもつガラス円筒
内に収容して開口部においてガスを燃焼させて焔のカー
テンを作り雰囲気を非酸化性又は還元性に保持すると同
時にガラス素材を自由に出し入れ出来る方法（米国特許
第３、９００．３２８号）が開示されている。（１）の
場合はガラス素材の出し入れが非常に不便であり、（２
）の場合はガラスレンズ用成形型を水平に保持する必要
があり棒状ガラスを用いるなどガラス素材に制限を受け
る。又垂直にして用いた場合は開口部の周囲の一部が加
熱されて非常に高温になり装置が破損する恐れがある。

本発明は上記の欠点を除去するためになされたもので、
その目的とするところは高温において酸化しやすい材料
にて作ったガラスレンズ用成形型の表面に非酸化性又は
還元性の雰囲気を作りガラスレンズ用成形型の酸化を防
止すると同時にガラス素材を自由に出し入れすることが
できる方法を提供するものである。

即ち本発明は第１工程として所望の重量範囲の最終のガ
ラスレンズに近い面品質を具えた高精度ガラスレンズ予
備成形品を作り、第２工程として上記予備成形品を加熱
し、第３工程として上記加熱した予備成形品を高温にて
ガラスに付着しに（くかつ高温にて酸化しやすい材料に
て作った加熱されたガラスレンズ用成形型に装入し、加
圧、成形し、第４工程としては成形型を加圧した状態で
徐冷しその後成形型の圧力を除去し、第５工程として成
形型より高精度ガラスレンズ成形品を取り出すようにし
た高精度ガラスレンズの成形方法において、少なくとも
第３及び第５工程時に上記成形型の成形層表面に向けて
その表面の酸化防止用の非酸化性または還元性ガスを吹
きつけるようにしたことを特徴とする高精度ガラスレン
ズの成形方法に関するものである。

本発明を添付図面を参照しながら詳細に説明する。

第１工程としては所望の重量範囲の最終のガラスレンズ
にちがい面品質を具えた高精度ガラスレンズ予備成形品
（第１図１）を作る。第２工程としては上記予備成形品
１を離型層２（第２図）を介して耐熱型３　（第２図）
の上に載せて軟化点（１０１１〜２ポイズ）より７０〜
８０”Ｃ高い温度に加熱する。例えばＳ　Ｆ　Ｓ　３　
（ｎｄ＝　１．７８４７０、Ｖｃｌ＝　２６．１　、転
移点４３８°Ｃ１軟化点４７５℃）の場合は５５０°Ｃ
にて充分である。

離型層としては、ガラス状炭素、炭化珪素、窒化珪素、
サイアロン、窒化硼素などを用いる。又本実施例では耐
熱型３の離型層を蒸着あるいは塗布等により層状として
使用しているが、耐熱型３の材質を離型Ｎ２と同一とし
、両者をブロック状の一体成形品としても良い。予備成
形品１の加熱装置は非酸化性雰囲気にするのが望ましい
。

第３工程としては上型６、下型５　（第３図）の開閉自
在のガスシャッター２６．２６ａを閉じた状態としガス
圧入口１４．１４ａより非酸化性又は還元性ガスを上下
方向に伸縮自在の箱状のガスガイド２３．２３ａ内に圧
入して上型６、下型５内を非酸化性又は還元性雰囲気と
する。

下型５の場合は圧入されたガスの一部は押上げプランジ
ャー１９の出入口２８より噴出するが大部分は成形層４
の酸化防止に役立つ。この出入口２８には必要に応じて
開閉自在のガスシャッターを設けてもよい。

以上のように成形層４の酸化防止を行って後に加熱素子
９により成形用下型２０を予備成形品１の転移点（１０
１３〜４ボイズ）より２０〜３０℃高い温度に加熱し前
記の加熱された予備成形品１を下型５のガスシャッター
２６を開き、成形用下型２０の口部に成形層４を介して
装入し暫時ガスシャッター２６をとじる。次に加熱素子
９により成形用下型２０とほぼ等しい温度に加熱された
成形用上型２１を降下させ押し拡げ用くさび２７．２７
ａにてガスシャッター２６．２６ａを押し拡げると同時
にスプリング２２．２２ａにより上下方向に伸縮自在と
した上下の箱状のガスガイド２３．２３ａを互いに接触
させ、更に反対方向に移動させ案内ピン７．７ａ、案内
孔８．８ａを介して成形用下型２０に密着させ、その後
中型１５を押上げプランジャー１９にて押上げプランジ
ャーの出入口２８を通して押上げて加圧成形する（第４
図）。

上記の上下の箱状のガスガイド２３．２３ａは成形用上
型２１、下型２０の成形層４の外周付近までのびている
フランチ３０．３０ａ、を具備して層り、これにより非
酸化性又は還元性ガスを出来るだけ多く成形層４に吹き
つけて成形層の酸化を防止する。

フランチ３０．３０ａの内周の縁部は切欠き部２４．２
４ａに収容されて成形用上型、下型の密着を完全にする
。

本実施例においてはフランチ３ｏ、３０ａの内周縁部は
成形層４の外周までのびているがその中を適当に短縮し
てもよい。又内周の縁部を成形層の方向に曲げて更に効
率よくガスを成形層に吹きつけることもできる。またガ
スシャック−を併用しない場合は上記のフランチは必須
となるが、ガスシャッターを併用する場合には使用条件
に応じて除去してもよい。

加圧成形の圧力は圧力を加えている時間、予備成形品の
温度などにより相当変化するものである。

加熱素子９は防塵のためにシーズヒーターなどが望まし
い。又成形型は伝熱面積を大にして熱効率をよくし更に
コンパクトにするために成形型の外周に溝１０を作りこ
の中にシーズヒーターを通す。

成形型の温度制御は熱電対１１により行う。また成形型
は上下の嵌合を正確にするために案内ビン７．７ａ、案
内孔８．８ａｓを具備している。なお案内ピン７．７ａ
ｓ案内孔８．８ａは熱膨張などによる不都合を避けるた
め酸化アルミニウムなどにて作るのがのぞましい。

成形用上下型の内面の少なくとも予備成形品１と接触す
る部分はガラス状炭素、炭化珪素、炭化珪素」−炭素、
窒化珪素、サイアロンのように高温にてガラスに付着し
に（くて、しかも高い面品質、面精度を保持することが
できる素材を蒸着、塗布などにより被覆するか、支持部
材を成形層と同一の素材にて作りブロック状として用い
てもよい。

上記成形層用素材としては耐酸化性、耐磨耗性の優れて
いるサイアロンが最も望ましいがこれらの成形層用素材
は程度の差はあるが高温度において酸化しやすい欠点を
もっている。この欠点を除くために前記の如き酸化防止
を施してから加熱するのであるが更に加熱中に外部から
の空気または酸化性ガスの侵入を防止するために成形用
上型２１とジャケット１２とを耐熱性バンキング２９と
ワッシャー１７、を介して締め金具１８により締め付け
る。また必要に応じて下型５の押上げプランジャーの出
入口２８に開閉自在のガスシャッターを設けて型の内外
を出来るだけ完全に分離する。

上記においてはガスシャッターを用いる実施例について
述べたが、比較的小さいガラスレンズの場合などにはガ
スシャッターを用いなくても上下方向に伸縮自在の箱状
のガスガイドのみにて充分である。

第４工程としては予備成形品１に圧力を加えた状態で転
移点（１０１３〜４ボイズ）未満の温度まで徐冷する。

前記の５ＦＳ３の場合は約４２０℃まで徐冷しその後成
形型の圧力を除去する。最後に第５工程として成形型よ
り高精度ガラスレンズ成形品を取出す。又、必要に応じ
て割れを防止するため更に簡単な徐冷をすることがある
。

次に、取出すための操作としては、まず上型６を持ち上
げた後ガスシャッター２６を用いた場合はこれを開き、
押上げプランジャー１９、中型１５を更に若干押上げて
成形済レンズ１を取出す。

なお上型６を持上げた際には上下型のガスガイド２３．
２３ａは元の状態に戻り成形層付近の雰囲気は非酸化性
又は還元性となり酸化を防止する。

ガスシャッターを用いた場合は閉じた状態となる。

上記の実施例においては球面レンズについて述べたが非
球面レンズの場合も全く同一の効果を奏するものである
。

前記実施例のガスガイドに吹き込むガスは窒素、窒素９
５％十水素５％などを用いる。しかしこれに限定するも
のではない。父上記の非酸化性又は還元性ガスは適当な
温度（例えば５０°Ｃ〜７００℃）に加熱したものを用
いるのが望ましい。温度が低い場合には成形型の温度が
不安定となり、温度が高すぎる場合は成形層の温度が上
りすぎてガラスと密着して離れなくなることがある。

今まで述べた実施例においては非酸化性または還元性ガ
スはジャケント１２．１３の圧入口１４．１４ａに供給
しガスガイド２３．２３ａから吹き出して成形層にガス
を吹きつけていたが、ガスシャッター２６．２６ａにガ
ス吹き出し口を設けて成形層表面に向けてガスを吹きつ
けることにより積極的に成形層の酸化を防止することも
可能であり、又シャッターを用いた時に成形層表面にガ
スを吹きつけるガス吹き出し口とシャッターを閉じた時
に、同様に成形層表面にガスを吹きつけるガス吹き出し
口をそれぞれ別個にシャッターの上に配置することも可
能である。

この時はシャッターの開閉に応じて、それぞれのガス吹
き出し口からガス吹き出しを行うことは極めて簡単な切
換手段で実施でき、シャッター開あるいは閉時に、成形
層表面の積極的な酸化防止を行うことができる。又成形
層４に吹きつける非酸化性または還元性ガスの加熱に関
しては成形用型２０．２１の内部又は外周に接して設け
たガス圧入パイプ（図示せず）にガスを通し途中にて加
熱素子９で加熱しながら上型あるいは下型の適当な位置
に設けた吹き出し口から成形層の表面の方向にガスを吹
き出すようにすると成形層の酸化防止とガスの加熱を同
時に行うことができ、非常に効率よく高精度ガラスレン
ズを成形することができる。

以上述べた如く本発明は所望の重量範囲の高精度ガラス
レンズ予備成形品を非酸化性又は還元性雰囲気中で高温
にてガラスに付着しにくくかつ高温にて酸化しやすい素
材で作ったガラスレンズ用成形型にて加圧成形し、精密
研磨せずに高精度ガラスレンズを作る場合、非酸化性又
は還元性雰囲気を作る手段として従来のガラス円筒又は
ガスのカーテンの代わりに成形型の成形層表面に向けて
その表面の酸化防止用の非酸化性または還元性ガスを吹
き付けて非酸化性又は還元性の雰囲気を作ることにより
成形層の酸化のおそれなく成形品の出し入れを簡単に行
うことができるようになり高精度ガラスレンズを従来の
方法に比して非常に短時間に効率よく作ることができる
。更にこの方法を用いることにより装置全体を非常にコ
ンパクトにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガラス素材。 第２図は離型層を介して耐熱型の上に載せたガラス素材
。 第３図は一定の距離を保持して上下相対する成形型の下
型にガラス素材を装入する工程の概略図。 第４図は成形型により最終製品を加圧成形する工程の概
略図。 第５図は成形型の下型の平面図にてガスシャッターを開
いた工程の概略図。 第６図は成形型の下型の底面図。 第７図は成形型の上型の平面図。 第８図は成形型の上型の底面図にてガスシャッターを閉
じた工程の概略図。 １・・・・・・高精度ガラスレンズ予備成形品２・・・
・・・離型層　３・・・・・・耐熱型４・・・・・・成
形層　５・・・・・・下型６・・・・・・上型　７．７
ａ・・・・・・案内ピン８．８ａ・・・・・・案内孔　
９・・・・・・加熱素子１０・・・・・・溝　１１・・
・・・・熱電対１２．１３・・・・・・ジャケット １４．１４ａ・・・・・・ガス圧入口 １５・・・・・・中型 １６・・・・・・ジャケットのスペーサー１７・・・・
・・ワンシャー　１８・・・・・・締め金具１９・・・
・・・押上げプランジャー ２０・・・・・・成形用下型　２１・・・・・・成形用
上型２２．２２ａ・・・・・・スプリング ２３．２３ａ・・・・・・ガスガイド ２４．２４ａ・・・・・・ガスガイド２３．２３ａの端
部を収容する切欠き部 ２５・・・・・・ジャケット取付は金具２６．２６・旧
・・ガスシャッター ２７．２７ａ・・・・・・押し拡げ用くさび２８・・・
・・・押上げプランジャーの出入口２９．２９ａ・・・
・・・スプリング ３０．３０ａ・・・・・・フランチ ３１．３１ａ・・・・・・フランチの繰出願人　富士写
真光機株式会社 乃４霞 第４図 躬３図 手続補正書珈０ ■鼾；ｔ＋ｓ９年　７月／θＬ１ ■、＠牛の４すＲＯ計口５９何４寺許剛υら　５７５５
４号２、発明の名称　高精度ガラスレンズの成形方法３
、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　埼玉県大宮市植竹町１丁目３２４番地（発送口
）　ロ計ロ５９年６月２６０ ５、補正の対象　明細書 ６、補正の内容　明細書全文を沖皿の通り補正しまず。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１第１工程として所望の重量範囲の最終のガラスレ
   ンズに近い面品質を具えた高精度ガラスレンズ予備成形
   品を作り、第２工程として上記予備成形品を加熱し、第
   ３工程として上記加熱した予備成形品を高温にてガラス
   に付着しにく（かつ高温にて酸化しやすい材料にて作っ
   た加熱されたガラスレンズ用成形型に装入し、加圧、成
   形し、第４工程としては成形型を加圧した状態で徐冷し
   その後成形型の圧力を除去し、第５工程として成形型よ
   り高精度ガラスレンズ成形品を取り出すようにした高精
   度ガラスレンズの成形方法において、少なくとも第３及
   び第５工程時に上記成形型の成形層表面に向けてその表
   面の酸化防止用の非酸化性または還元性ガスを吹き付け
   るようにしたことを特徴とする高精度ガラスレンズの成
   形方法。 （２）　前記ガラスレンズ用成形型の材料としてガラス
   状炭素、炭化珪素、炭化珪素＋炭素、窒化珪素、サイア
   ロン、を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の高精度ガラスレンズの成形方法。