JPS63319218A - 光学素子製造方法 - 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、光学素子を加圧成形によシ製造する光学素子
製造方法に関する。よシ詳細には、加圧成形のみによシ
研削加工を不要とするような高い面精度を有する光学素
子を製造する方法に関する。

（従来の技術） 従来、レンズ８プリズム、フィルター等の光学素子の多
くは、ガラス等の光学素子成形用素材の研磨処理によっ
て成形されてきた。ところが、この研磨処理には、相当
な時間と熟練技術が必要でありて、短時間に大量の光学
素子を製造することは困難であった。

そこで、近年、一対の成形用屋内に光学素子成形用素材
を収容配置し、これを加圧することによシレンズ等の光
学素子を成形する方法が開発されている。

ここで、この方法によりｘ学素子を成形する従来の具体
例について、第５図及びｗｃＧ図を参照しながら説明す
る。

同図に示す光学素子成形用型は、凹レンズを成形するも
のであシ、上世１６と、下型１７と、用型１８とから成
るものである。上型１６は成形しようとしてｂる光学素
子の片側機能面を成形するよう鏡面仕上げされた凸状の
内面１６＆を有している。下型１７は光学素子の反対側
の機能面を成形するよう同様に鏡面仕上げされた凹状の
内面１７ｍを有している。又、用型工８は光学素子の側
面を成形する。

この成形型で光学素子を成形するには、まず、下を１７
の内面１７ａ上に成形用素材１３を載置し、さらにその
上に上型１６を設ける。次に、この状態で加熱し、加圧
装置（図示せず）にセットする。そして、成形用素材１
３全体を成形に必要な温度まで加熱した後、第６図に示
すように加圧棒１５で上型１６を加圧して光学素子１４
を成形する。次いで、成形用素材１３が光学素子１４に
成形されるに充分な時間にわたって圧力を加えた後、型
全体を冷却し、その後、屋内の光学素子１４を取出す。

このような加圧成形法によれば、成形後研削加工をする
ことなく面精度の高い光学素子を得ることができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような加圧成形法は、成形用素材を
型で加圧する際、この素材全体をガラス転移点以上の温
度まで加熱して軟化せしめるため、次のような問題点が
あった。即ち、成形用素材を上記のように加熱するに要
する時間として１５分〜２０分間を必要としていた。又
、加圧に要する時間本素材全体を変形することから、数
分〜１０分程度を必要としていた。さらに、加圧後、こ
の素材全体を冷却するのに急冷すると成形品内部に歪が
生じ易く、複屈折の原因となったり、又わずかの力で割
れ易くなったシする。このような歪の発生を防ぐには毎
分３℃〜数１０℃で所定の温度まで徐冷する必要があシ
、加熱から冷却まで相当の時間を必要とするものであっ
た。

本発明は、上記のような問題点を解決するために成され
たもので、加熱から冷却までに要する時間を短縮し、し
かも得られた成形品に歪、変形等の欠陥が生じない光学
素子製造方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） そこで、上記した従来の問題点を解決するために、本発
明の光学素子製造方法は、上型と下型の間に光学素子成
形用素材を配置してこれを加圧成形する光学素子製造方
法において、前記成形用素料を加圧成形するにあたり、
この成形用素材の加圧されるべき面の表面付近のみをガ
ラス転移点以上の温度にまで加熱し、この面に対して加
圧すべき型の温度を前記加熱した成形用素材の表面温度
以上として加圧成形することを特徴とする。

（作　用） 上記のように構成された本発明の作用について説明する
。

本発明による光学素子製造方法においては、成形用素材
の表面のめが加熱される。この素材表面については、所
望の光学素子の片側機能面のみでも良いし、又反対側機
能面を含めた両側機能面でも良い。いずれにしろ、所望
の成形表面のみがガラス転移点以上の温度にまで加熱さ
れ軟化せしめられる。このための加熱手段としては、成
形用素材全体が加熱されるニクロム線を使用したヒータ
ーよシは、赤外線によるヒーターの方が好適する。

そして、このように表面が加熱軟化せしめられた成形用
素材を加圧成形せしめる型の温度は、この加熱された素
材表面の温度以上とされることによシ成形時間の短縮が
図られている。

このような本発明の成形法においては、加熱、加圧及び
冷却すべき加工物が成形用素材表面に限られているため
、それに要する時間が大幅に短縮される。又、この素材
を急冷するについても、素材表面が硬化されるだけであ
るから、成形品に歪又は変形が生ずるおそれは極めて少
ない。

このような成形法において供給される成形用素材として
は、所望する成形品に概ね近似した形状のものが好適す
る。即ち１本発明は、例えば比較的研削の容易な球面加
工が施された成形用素材を研削の困難な非球面とする加
圧成形に特に好適する。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

Ｗｃ１図は本発明の第１実施例を説明するだめの図であ
シ、ここには片側機能面のみを加圧成形するに好適する
プレス用金型の概略断面図が示しである。

同図において、このプレス用金型は上屋３、下型２及び
組型５から成シ、下型２上には成形用素材ｌが設置され
ている。

成形用素材１は、所望の成形品として片側機能面に非球
面を有する凹メニスカスレンズに砥ね近似した形状、即
ち従来の研削法によシ容易に製造される両機能面が球面
加工された凹メニスカスレンズ成形用素材である。

下型２は、この上側に上記成形用素材の凸面１６に対応
した凹面を保合面２ａとして有している。この保合面２
ａによっては成形用素材１の成形は行なわれず、該素材
が加圧された際、これを受は取める役目をする。

上盤３は、この下側に所望の非球面を有する凸面をプレ
ス作用面３ｍとして有している。このプレス作用面３ａ
は、成形用素材１の凹面１ａを非球面状の機能面に成形
するための面でアシ、所定の面精度を有する。

このように構成された装置において、本発明方法を適用
するには、まず、上記のような成形用素材１をその凸面
１６が下方に向くようにして下型２上に設置する。この
状態において、下型２の保合面２ａと成形用素材１の凸
面１６とは均等に接触した状態となる。

次いで、成形用素材１の凹面１ａの近傍からこの成形用
素材１を加熱する。この加熱手段としては、成形用素材
１の表面付近のみを急速に加熱軟化せしめる例えば赤外
線を使用したヒータ（不図示）を用いると良い。このヒ
ーターによシ、成形用素材１の凹面１＆における加熱深
度が所望のデビエイシ、ンの２．５倍程度で、ガラス転
移点以上の導度になるまで加熱する。

そして、との加熱と共に上屋３を加熱しておく。

上型３の加熱温度は、上記成形用素材１の凹面１ａの加
熱温度以上とし、この上型３を成形用素材１の凹面１ｍ
に押圧した際の加圧成形に要する時間を短縮するのに有
益なものとする。

しかる後、上記上型３の加熱温度を保ったまま、不図示
の加圧棒によシ上厘３を押圧し、成形用素材１の凹面１
１を加圧せしめる。そして、上屋３のプレス作用面３轟
を転写するのに十分な時間加圧した後、型全体を冷却し
、加圧成形が完了した成形品を取シ出す。

なお、上記したように、成形用素材１の凹面１ａの表面
付近のみを短時間で加熱軟化するのに、この表面に炭素
蒸着を施すと、該表面は黒色となって熱の吸収が良好と
々る。ただし、炭素蒸着を施した成形用素材１を空気中
で加熱すると炭素が燃えてしまうので、このような場合
は、窒素ガス等の不活性雰囲気、或いは真空中で作業を
行なう必要がある。

蒸着した炭素は、冷却の途中で空気を導入することによ
シ焼失するので成形品に不都合を生じることはない。

本実施例特有の効果としては、成形用素材の片側面だけ
を成形することができる点にある。

次に本発明の第２実施例について第２図を参照しながら
説明する。同図は、この実施例に用いられるプレス用金
型の断面図であシ、上型８と下型７と成形用素材６を上
型８と下型７の中間にあってこれらに接触することなく
保持するヤトイ９とから成るものである。このプレス用
金型が第１実施例と相異する点は、成形用素材６の両側
機能面を成形可能とする点にある。従って、上型８、下
型７は夫々プレス作用面８ｍ、７ｍを備えている。

そして、本実施例においては、成形用素材６の凹面６ａ
が加熱軟化されるだけでなく、同案材６の凹面６ｂも加
熱軟化され、夫々が上型８、下型７によシ加圧成形され
る。この成形用素材６として供給されるものは、第１実
施例同様、所望の成形品に概ね近似した形状を有するも
のであって、夫夫の機能面は通常の研削によシ容易に成
形される球面である。これに、上型８、下型７のプレス
作用面８　ａ　ｅ　７　ｍを所望の成形品の各機能面に
対応する非球面として第１実施例と同様に加圧成形せし
めることにより、両側機能面の夫々に非球面を有する凹
メニスカスレンズが得られる。

又、本発明によれば、第３実施例を示す第３図（−）及
び（ｂ）から理解されるように、レンズアレイ等に用い
るロッし状レンズを得ることができる。

第３図（、）において、１１はプレス作用面１１ａを有
する型１１であシ、この型１１を第１実施例と同様に、
ロッド状素材１０の端面に対して加圧成形することによ
シ、第３図（ｂ）に示す光学素子１２が得られる。

この方法は又１元ファイバーの先端を加工するのに好適
する。

この第３実施例においては、成形用素材がロッド状のも
のであシ、このような素材において必要な成形箇所は先
端の面だけである。従って、本発明のように加工すべき
面のみを加熱軟化して盤でプレス成形する方法がこの実
施例においても好適する。

なお、本発明においては、加圧成形される面の形状は限
定されるものでなく、凹凸いずれの球面についてもこれ
に非球面を成形することが可能であシ、光学素子の両機
能面について種々の球面。

非球面を形成することによシ各種元学素子を得ることが
できる。

次に、上述した各実施例に共通する効果について実数結
果に基づき説明する。

従来、成形用素材全体を加熱するのに１５〜２０分程度
を度合ていたのに対し、本発明のように成形すべき表面
のみの加熱だと３０秒程度で良い。又、加圧に要する時
間も成形用素材の全体を変形するのではなく、素材表面
の変形であるから、数分〜１０分程度合要していたのが
数秒で済むようになった。さらに、加圧後の冷却時にお
いて発生する歪を抑生ずるのに、従来法では毎分３℃〜
数１０℃で所定の温度まで徐冷をしていたのに対して、
本発明では歪の発生を考慮する必要がないため急冷が可
能となった。これによって、冷却に要する時間も、従来
のＩＡ〜１１５程度に短縮されるようになった。

第４図（１）には、これらの結果に基づき、従来法によ
る場合と、本発明法による場合のプレス成形サイクルが
示しである。このプレス成形に使用した成形用素材は、
光学ガラスの中でも重フリント５Ｆ１４であり、この成
形条件はＴｇ　（ガラス転移点）：４８５℃、Ａｔ　（
成形温度）：５２６℃、ｓｐ（軟化点）：５８６℃であ
る。

同図から理解されるように、従来方法では、加熱から冷
却までの１サイクルに５０分を要するのに対して、本発
明方法では１サイクル１５分と大幅な時間の短縮が実現
されている。

なお、よシ詳細な実験結果について説明すれば、第４図
（ｂ）に断面で示すような左側機能面の曲率半径が４２
．６７、右側機能面の曲率半径が３６．２７の球面レン
ズ（硝材は上記した５Ｆ１４）を成形用素材として、こ
の左側面を下溢に設置し、右側面に本発明（第１実施例
）による成形を加重圧力１００　Ｈｇ／ｍ２、加圧時間
１０秒の基で行なった場合、参照Ｒ３６，２２、デビエ
イション５０μｍの非球面レンズを得ることができた。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の光学素子製造方法によれ
ば、加熱、加圧、冷却の夫々に要する時間が大幅に短縮
されたプレス成形法を得ることができ、この方法によシ
歪及び変形のない成形品が得られる。

本発明は、従来高度の熟練技術を要していた非球面レン
ズの大量生産に特に好適するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に用いるプレス用金型の断
面図、第２図は本発明の第２実施例に用いるプレス用金
型の断面図、第３図は本発明の第３実施例を説明するた
めの図、第４図（ａ）は従来法と本発明方法の１サイク
ルに要する時間を比較した図、第４図Ｃ）は実験結果を
示すのに用いた成形用素材の断面図、第５図及び第６図
は従来の加圧成形装置の断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）上型と下型の間に光学素子成形用素材を配置して
   これを加圧成形する光学素子製造方法において、 前記成形用素材を加圧成形するにあたり、この成形用素
   材の加圧されるべき面の表面付近のみをガラス転移点以
   上の温度にまで加熱し、この面に対して加圧すべき型の
   温度を前記加熱された成形用素材の表面温度以上として
   加圧成形することを特徴とする光学素子製造方法。
2. （２）前記上型と下型の間に配置される光学素子成形用
   素材は、所望の成形品の形状に近似した形状を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学素子製
   造方法。