JPS6081032A - 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
内に入れる。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する。第３工程として上記のガ
ラスされたガラス素材をカーブデエネレータ−（ダイヤ
モンド粒子を埋込んだ研削リング）によシ犬体の形に仕
上げる。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シ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う。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った
ガラス素材をベニガラ又は酸化セリウムでピッチ研磨、
またはラシャ研磨を行う。

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ｓｂ上記の各
工程において多大の時間、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シ
、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、凹み、オレンデピール、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んど
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ヨシ示される。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。

上記の欠点を改良する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シャーマーク（溶融ガラスを
切った跡）が残ったシ、又はプレスしたガラスの表面と
内部との熱履歴の違いによシ表面にしわに凹凸が出来る
ことがあり精密研磨をせずに高精度ガラスレンズを作る
ことは難しい。又ガラスの代シにプラスチックも考えら
れるが現在利用し得るグ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いＬＷ屈折率が
変化しやすいなどの理由によシ高精度レンズには現在の
所不適尚である。又成形型として金属の代シにガラス状
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の欠点を除去す
る方法（特公昭５４−３８１２６号、米国特許第３．９
００．３２８号）が開示されているがガラス状カーボン
は酸化されやすい、構造的に弱い、表面にきすができや
すい、弾性係数が低い、亀裂が入シやすい、衝撃強度が
弱い、熱伝導性が小であるなど多くの欠点をもって居シ
量産用には不適当である。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がン物質の欠点は舊んど改
良されて居シ、耐酸化性大、耐亀裂性大、高温度におけ
る衝撃強慶大、物理的硬変人、熱伝導変人となシこれら
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、高面精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。

しかし高精度ガラスレンズがその固有の特性を発揮する
ためにはその厚さを設計値通シにする必要がある。カメ
ラなどの精密光学系に用いるレンズの場合はその許容範
囲は±０．１閣以下とされている。±０．１　ｍの許容
範囲を重量に換算すると次の如し。

光学ガラスに３　（ｎｄ　：１．５１８２３、Ｖｄ：５
９．０、比重２．５５　＞　を用いて直径１０簡、厚さ
３ｍｍ、Ｒ１＝２１ｍｍ、Ｒ，＝２１＋＋＋ｍの凸レン
ズを作る場合重量は０．４８ｒｒで、厚さの許容範囲±
０．１　ｍの重量換算値は±０．０２ｆｒとなる。上記
の凸レンズ用のガラス素材と秤量によシ作る場合（１）
量産用上皿天秤にて秤量する、（２）精密天秤で秤量し
て荒摺シで重量調整をする、（３）精密天秤で秤量して
ハンマーで重量調整をする、（４）ボールミルに研削剤
とが−ルを入れて重量調整をする、（５）溶融ガラスを
直接プレスして重量調整をする、（６）適当な直径のガ
ラス棒の一端を加熱して球状としこれを直接プレス成形
する、（７）溶融ガラスを直接プレス成形する場合両端
のシャーマークを型の外に出してプレス成形する（米国
特許第３．３０６．７２３号）、などの方法があるが、
（１）の量産用上皿天秤の秤量精度は±０．１ｒｒにて
精度不足である。（２）の荒摺シで重量調整する場合は
表面の一部が荒摺面となシゾレス成形後鏡面とならぬ。

（３）ハンマーで重量調整する場合には肉眼で検出し難
いクラックを生じやすくプレス成形後に集合小泡を発生
する。（４）テールミルを用いる場合には表面を鏡面と
することができない。（５）溶融ガラスを直接ガラスす
る場合にはシャーマーりが残る。（６）ガラス棒の先端
部に切断跡が残る、又成形型の周縁部に軟化ガラスを挟
み込むためガラスの軟化状態によって厚さのばらつきが
犬となる、又周縁部からクラックが入シやすい。（７）
この場合も軟化ガラスを成形型の周縁部に挟み込むため
に厚さのばらつきが犬となる、又周縁部からクラックが
入シやすい。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先づ高速度荒摺、
研磨によシ最終のガラスレンズに近い所望の重量範囲の
ガラス素材を作り、これを直接プレスして高精度ガラス
レンズを短時間に効率よく作る方法を提供するものであ
る。

即ち、本発明は第１工程としてガラス小塊を荒摺研磨し
て最終のガラスレンズに近い所望の重量範囲のガラス素
材を作るみ第２工程として上記がラス素材を軟化点（ｘ
ｏ、１１〜″ポイズ）以上の温度に加熱嚇ミニ第３工程
として上記加熱したガラス素材を転移点（１゜１ｓ〜１
４ポイズ）以上の温度に加熱したガラス状炭素、炭化珪
素、窒化珪素、サイアロンのような高温度にてガラスに
付着しにくい材料にて作りｆｃガラスレンズ用成形型に
装入し加圧し　、 成形Ｍヮ第４工程としては成形型を加圧した状態で転移
点（１０１１１〜ｍ４ポイズ）未満の温徐 度まで徐冷し、その彼成形型の圧力を除去してガラスレ
ンズを作る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工程としてはガラスを切断秤量して普通の方法でプ
レスしてプレス製品（第１図１）を作る。

次に鋳鉄皿２（第２図）にプレス製品１ａを貼シ付けて
カーブシネレータ−４によシ研削成形し、研削成形後研
磨皿５（第３図）で高速度荒摺研磨をして最終のガラス
レンズに近い所望の重量範囲のガラス素材（第４図１ｃ
）を作る。

高速度荒摺、研磨の場合は一般の精密荒摺研磨に比較し
て作業時間は非常に短くなシ面品質も良好であるが、面
精度は悪くそのまま高精度ガラスレンズとしては使用出
来ない。

第２工程としては上記ガラス素材１ｃを離型層１８（第
４図）を介して耐熱皿１１（第４図）の上に載せて軟化
点よ、９７０〜８０℃高い温度に加熱する。５ＦＳ３（
ｎｄ＝１．７８４７０、Ｖ　ｄ　＝　２６．１、転移点
４３８℃、軟化点４７５℃）の場合は５５０℃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。

又本実施例では離型層は層状として使用しているがブロ
ック状としてもよい。ガラス素材１ｃの加熱装置は非酸
化性雰囲気にするのが望ましい。第３工程としては第５
図に示す如く上記の加熱されたガラス素材１ｃを、加熱
素子８によυ転移点よシ２ｏ〜３０℃高い温度に加熱さ
れた成形用下型１５の凹部に成形用上型１６を案内ビン
１４，１４＆、案内孔１３，１３ａを介して成形用下型
１５に密着させ、次に中型１２を押上げて加圧成形する
。加えられる圧力は約９　ＫｌＦ／　ｃ１１！であるが
、との圧力は圧力を加えている時間、ガラス素材１ｃの
温度などによシ相当変化するものである。

加熱素子８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
コンノ母りトにするために成形型の外周に溝１８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９によシ行う。また成形型は上下の嵌合を精確にす
るために案内ビン１４．１４ｍ、案内孔１３．１３ａを
具備している。なお案内ビン１４．１４ｍ１案内孔１３
，１３＆は熱膨張による不都合を避けるため酸化アルミ
ニラムなどにて作るのが望ましい。成形型の上。

下型の内面の少くともガラス素材１Ｃと接触する部分は
ガラス状炭素、炭化珪素、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くて、しかも高い面品質
、面精度を保持することが出来る材料を核種するかブロ
ックとして用いる。窒化硼素は離型剤としてはよいが高
い面品質、面精度を保持することが難しいため好ましく
ない。又成型層１０の酸化を防ぐため成型層附近を非酸
化性雰囲気加えた状態で転移点未満の温度まで徐冷する
。

前記の５ＦＳ３の場合は約４２０℃まで徐冷する。次に
圧力を除去し更に必要に応じて簡単な徐冷して取シ出す
。上記の実施例においてはガラス素材１ｃは両凸レンズ
状のものについて述べたがこれは両面Ｒのない円板状の
ものにてもよい、又球形状にてもよい。

父上記実施例においては球面レンズについて述ペアこが
非球面レンズの場合は本発明の効果は更に大きなものと
なる。即ち、最終の７ｆラスレンズの非球面に近い所望
の重量範囲の球面又は平面のガラス素材を高速度荒摺研
磨によシ作り、これを高温にてガラスに刺着しにくい材
料にて作った高面品質、筋向精度の非球面の成形型で直
接プレスすることにより非常に短時間に効率よく非球面
レンズを量産することができる。

以上述べた如く本発明は高速度荒摺研磨により最終のガ
ラスレンズに近い所望の重量範囲のガラス素材を作り、
これを高温にてガラスに付着しにくい材料にて作った高
面品質、高面精度の成形型で直接プレスすることを特徴
としているため、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は荒摺研磨前のガラス小塊。 第２図はガラス小塊をカーブゼネレーク−によりイυ（
削成形する工程の概略Ｖ００ｃ図はガラス／Ｊ％塊を研
磨皿によシ荒摺研に９する工程の概略図。 第４図は荒摺研磨済みの所望の重量範囲のガラス素材を
ＡＩＩ型層型層ケイ耐熱押の上に載せて加熱する工程の
概略図。加熱装置は省略する。 ｆＡＥ　５図は成形型の下型にガラス素材を装入する工
程の概略図。 第６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。 １・・・荒摺研磨前のガラスプレス製品、’Ｉｎ、１ｂ
・・・荒摺研磨中のガラスプレス製品、１ｃ・・・荒摺
研磨後のガラス素材、 １ｄ・・・最終の高精度ガラスレンズ、２．２ａ・・・
鋳鉄皿、３．３ａ・・・ピッチ、４・・・カーブジェネ
レーター、５・・・研磨皿、６・・・ラシャ又はピッチ
、８・・・加熱素子、９・・・熱電対、１０・・・成形
層、１２・・・中型、１３．１３ｍ・・・案内孔、１４
．１４ｍ・・・案内ビン、１５・・・成形型の一ト型、 １６・・・成形型の上型、１７・・・耐熱押、１８・・
・姉、 ２ 男１膳　躬２図 も３ｍ　男４図 １ 第５国　第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１工程としてガラス小塊を荒摺、研磨して最終の
   ガラスレンズに近い所望の重量す 範囲のガラス素材を作る；第２工程として上記ガラス素
   材を軟化点（ｌｏｌｌ″″′１ポイズ）し。 以上の製置に加熱−ｆ＝ｉｓ、第３工程として上記加熱
   したガラス素材を転移点（１０１″４４ポイズ）以上の
   温度に加熱したガラス状炭素、炭火珪素、窒化珪素、サ
   イアロンのような高温にてガラスに付着しにくい羽村に
   て作ったガラスレンズ用成形型に装入し加ン　１ 圧成形囁ゐ。第４工程としては成形型を加圧した状態で
   転移点（１０１″４ポイズ）未満の製置まで徐冷しその
   後成形型の圧力を除去してガラスレンズを作ることを特
   徴トする高精度ガラスレンズの成形方法。