JP3199825B2 - 光学素子の成形方法 - Google Patents
光学素子の成形方法Info
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- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【利用分野】本発明は、レンズ、プリズム等の光学素子
を押圧成形によって成形する方法に関する。
を押圧成形によって成形する方法に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】光学素子を製造する方法と
しては、従来、種々の材料から成る成形型に光学素子の
設計に応じた有効成形面を形成し、光学素子材料を加熱
軟化させ、上型と下型から成る一対の成形型と胴型の間
で押圧し、有効成形面に応じた所定の形状に成形する押
圧成形法が知られている。この方法で用いられる光学素
子材料については、表面を研磨面とするため、また、量
の調整がしやすいため、通常、ボール形状に研磨された
ものが使用されている。
しては、従来、種々の材料から成る成形型に光学素子の
設計に応じた有効成形面を形成し、光学素子材料を加熱
軟化させ、上型と下型から成る一対の成形型と胴型の間
で押圧し、有効成形面に応じた所定の形状に成形する押
圧成形法が知られている。この方法で用いられる光学素
子材料については、表面を研磨面とするため、また、量
の調整がしやすいため、通常、ボール形状に研磨された
ものが使用されている。
【０００３】しかしながら、ボール形状の光学素子材料
は、揺れて成形型の中心に設置するのが困難であり、特
に、下型が凸面である場合には、使用できなかった。ま
た、胴型内径に比して光学素子径が小さすぎると、中心
に設置するのが困難であり、偏って成形され、偏芯、偏
肉が生じる恐れが大きい。必要とされる偏芯の精度は数
ミクロンであり、極めて僅かな偏肉により成形型と胴型
の間に肉が入り込み、離型性が悪くなり、成形品の取り
出しが困難であったり、成形品に欠けを生じてしまう。
また、胴型への当たりが強すぎて胴型とも付着を起こ
す。
は、揺れて成形型の中心に設置するのが困難であり、特
に、下型が凸面である場合には、使用できなかった。ま
た、胴型内径に比して光学素子径が小さすぎると、中心
に設置するのが困難であり、偏って成形され、偏芯、偏
肉が生じる恐れが大きい。必要とされる偏芯の精度は数
ミクロンであり、極めて僅かな偏肉により成形型と胴型
の間に肉が入り込み、離型性が悪くなり、成形品の取り
出しが困難であったり、成形品に欠けを生じてしまう。
また、胴型への当たりが強すぎて胴型とも付着を起こ
す。
【０００４】さらに、胴型材の熱膨張係数と光学素子材
料の熱膨張係数の差によって胴型及び光学素子材料に著
しい寸法変化が生じ、不良品の発生原因となったり、成
形効率を低下したりする。そのため、光学素子材料（以
下、プリフォームと称することもある）の径や胴型の内
径などにかなり高い精度が要求され、プリフォーム径で
は１０μｍ程度の精度が要求され、胴型の内径では１〜
２μｍの精度が必要である。しかしながら、これらの寸
法を、胴型材及び光学素子材料の熱膨張係数と関連させ
て精密に算定することは、従来、なされていなかった。
料の熱膨張係数の差によって胴型及び光学素子材料に著
しい寸法変化が生じ、不良品の発生原因となったり、成
形効率を低下したりする。そのため、光学素子材料（以
下、プリフォームと称することもある）の径や胴型の内
径などにかなり高い精度が要求され、プリフォーム径で
は１０μｍ程度の精度が要求され、胴型の内径では１〜
２μｍの精度が必要である。しかしながら、これらの寸
法を、胴型材及び光学素子材料の熱膨張係数と関連させ
て精密に算定することは、従来、なされていなかった。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、光学素子材料を偏りなく成形
型と胴型内に設置でき、離型性に優れた成形ができ、偏
芯のない所望寸法の光学素子を効率よく製造しうる成形
方法を提供することを目的とする。
型と胴型内に設置でき、離型性に優れた成形ができ、偏
芯のない所望寸法の光学素子を効率よく製造しうる成形
方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の構成】本発明は、光学素子材料の径寸法を光学
素子の所望径寸法と同一にし、熱膨張係数が相互に適切
な関係にある胴型材及び光学素子材料を用い、成形温度
で胴型の内径寸法と光学素子材料の径寸法とが等しくな
るように決定することによって上記目的を達成したもの
である。
素子の所望径寸法と同一にし、熱膨張係数が相互に適切
な関係にある胴型材及び光学素子材料を用い、成形温度
で胴型の内径寸法と光学素子材料の径寸法とが等しくな
るように決定することによって上記目的を達成したもの
である。
【０００７】すなわち、本発明による光学素子の成形方
法は、光学素子材料を加熱軟化させ、一対の成形型及び
胴型の間で押圧成形する光学素子の成形方法において、
成形前の光学素子材料の径寸法を成形後の光学素子の設
計径寸法とほぼ同一にし、この光学素子の設計径寸法を
ｘで示し、光学素子材料の熱膨張係数をα1 、胴型材の
熱膨張係数をα2 、成形温度と室温の差をＴとしたと
き、α1 ＞α2 となる材料を用い、胴型の内径寸法ｙを
下記の数式（Ｉ）： ｙ＝ｘ（１＋α1 Ｔ）／（１＋α2 Ｔ） ・・・（Ｉ） から算出される寸法とすることを特徴とする。
法は、光学素子材料を加熱軟化させ、一対の成形型及び
胴型の間で押圧成形する光学素子の成形方法において、
成形前の光学素子材料の径寸法を成形後の光学素子の設
計径寸法とほぼ同一にし、この光学素子の設計径寸法を
ｘで示し、光学素子材料の熱膨張係数をα1 、胴型材の
熱膨張係数をα2 、成形温度と室温の差をＴとしたと
き、α1 ＞α2 となる材料を用い、胴型の内径寸法ｙを
下記の数式（Ｉ）： ｙ＝ｘ（１＋α1 Ｔ）／（１＋α2 Ｔ） ・・・（Ｉ） から算出される寸法とすることを特徴とする。
【０００８】本発明の方法において用いる成形型及び胴
型の材料としては、公知の任意のものを用いることがで
き、例えば、タングステンカーバイド等のカーバイド系
化合物、ステンレス、ニッケルを主成分とする種々の耐
熱合金、種々のセラミックスなどが用いられる。成形型
としては、耐酸化性やぬれ性を考慮して、母材の成形面
が種々のセラミックスや、金、白金、白金族金属を始め
とする貴金属の薄膜で被覆されたもの、特開平３−２３
７０２４号公報に記載されているような構造を有するも
のなどを用いることができる。
型の材料としては、公知の任意のものを用いることがで
き、例えば、タングステンカーバイド等のカーバイド系
化合物、ステンレス、ニッケルを主成分とする種々の耐
熱合金、種々のセラミックスなどが用いられる。成形型
としては、耐酸化性やぬれ性を考慮して、母材の成形面
が種々のセラミックスや、金、白金、白金族金属を始め
とする貴金属の薄膜で被覆されたもの、特開平３−２３
７０２４号公報に記載されているような構造を有するも
のなどを用いることができる。
【０００９】本発明においては、胴型材及び光学素子材
料を選択する際に、それぞれの熱膨張係数を考慮し、光
学素子材料の熱膨張係数をα1 、胴型材の熱膨張係数を
α2としたとき、α1 ＞α2 となる材料を選択する。α
1 ＜α2 であると、成形温度で胴型の内径寸法と光学素
子材料の径寸法とが等しくならず、光学素子材料が胴型
内で偏って存在し、偏芯した成形品が生成する可能性が
高い。α1 ＝α2 であると、ｙ＝ｘとなり、光学素子材
料を下型上にセットする際（室温）、困難が生じる。ま
た、α1 ＝α2 の場合及びα1 ＜α2 の場合、成形後に
徐冷したあとの光学素子の径が胴型の内径と同一となっ
てしまうので、成形品の取り出しが困難になる。
料を選択する際に、それぞれの熱膨張係数を考慮し、光
学素子材料の熱膨張係数をα1 、胴型材の熱膨張係数を
α2としたとき、α1 ＞α2 となる材料を選択する。α
1 ＜α2 であると、成形温度で胴型の内径寸法と光学素
子材料の径寸法とが等しくならず、光学素子材料が胴型
内で偏って存在し、偏芯した成形品が生成する可能性が
高い。α1 ＝α2 であると、ｙ＝ｘとなり、光学素子材
料を下型上にセットする際（室温）、困難が生じる。ま
た、α1 ＝α2 の場合及びα1 ＜α2 の場合、成形後に
徐冷したあとの光学素子の径が胴型の内径と同一となっ
てしまうので、成形品の取り出しが困難になる。
【００１０】また、本発明においては、光学素子材料を
成形後の光学素子の設計径寸法とほぼ同一の径寸法を有
するプリフォームとしておくことが必要である。光学素
子材料の径寸法が成形後の設計径寸法ｘよりも大きい
と、数式（Ｉ）から算出される値ｙに基づいて胴型内径
寸法を選択した場合、成形時に光学素子が胴型に強く当
たるため、離型性が悪くなる。また、光学素子材料の径
寸法がｘよりも小さいと成形時に胴型内径寸法と光学素
子材料の径寸法が一致しないので、光学素子材料がずれ
て偏肉・偏芯した成形品が生成する可能性がある。
成形後の光学素子の設計径寸法とほぼ同一の径寸法を有
するプリフォームとしておくことが必要である。光学素
子材料の径寸法が成形後の設計径寸法ｘよりも大きい
と、数式（Ｉ）から算出される値ｙに基づいて胴型内径
寸法を選択した場合、成形時に光学素子が胴型に強く当
たるため、離型性が悪くなる。また、光学素子材料の径
寸法がｘよりも小さいと成形時に胴型内径寸法と光学素
子材料の径寸法が一致しないので、光学素子材料がずれ
て偏肉・偏芯した成形品が生成する可能性がある。
【００１１】さらに、本発明においては、胴型の内径寸
法ｙを上記の数式（Ｉ）から算出される寸法とする。こ
の条件を満たさない場合には、成形温度で胴型の内径寸
法と光学素子材料の径寸法とが等しくならず、光学素子
材料が胴型内で偏って存在し、偏芯した成形品が生成す
る。
法ｙを上記の数式（Ｉ）から算出される寸法とする。こ
の条件を満たさない場合には、成形温度で胴型の内径寸
法と光学素子材料の径寸法とが等しくならず、光学素子
材料が胴型内で偏って存在し、偏芯した成形品が生成す
る。
【００１２】次に、図面を参照して、本発明をさらに詳
細に説明する。図１は、光学素子成形型を用いた押圧成
形前の成形部の状態を示す概略説明図である。図１にお
いて、上型１及び下型２の母材の有効成形面には、薄膜
３が被着されている。４は胴型であり、５は成形品の肉
厚調整部材である。上型１及び下型２の母材の有効成形
面は、超精密旋盤等の工作機械を用いて非球面形状に削
った後、ダイヤモンドペースト研磨材等を用いて表面粗
さＲmax が0.０２μｍ以下になるまで研磨され、次い
で、スパッタリング法、イオンプレーティング法、化学
的気相成長（ＣＶＤ）法など、任意の方法で成形型の有
効成形面と表面形状が実質的に同一の薄膜３を被着する
ことができる。
細に説明する。図１は、光学素子成形型を用いた押圧成
形前の成形部の状態を示す概略説明図である。図１にお
いて、上型１及び下型２の母材の有効成形面には、薄膜
３が被着されている。４は胴型であり、５は成形品の肉
厚調整部材である。上型１及び下型２の母材の有効成形
面は、超精密旋盤等の工作機械を用いて非球面形状に削
った後、ダイヤモンドペースト研磨材等を用いて表面粗
さＲmax が0.０２μｍ以下になるまで研磨され、次い
で、スパッタリング法、イオンプレーティング法、化学
的気相成長（ＣＶＤ）法など、任意の方法で成形型の有
効成形面と表面形状が実質的に同一の薄膜３を被着する
ことができる。
【００１３】胴型４の材料と用いる光学素子材料６を、
熱膨張係数がα1 ＞α2 となるように選択し、数式
（Ｉ）によりｙを決定する。光学素子材料６は、径寸法
が成形後の光学素子の径寸法ｘとほぼ同一であること以
外は、形状に制限はない。
熱膨張係数がα1 ＞α2 となるように選択し、数式
（Ｉ）によりｙを決定する。光学素子材料６は、径寸法
が成形後の光学素子の径寸法ｘとほぼ同一であること以
外は、形状に制限はない。
【００１４】上記のようにして材料及び寸法を決定し、
下型２及び胴型４を組み合わせた後、下型２上に光学素
子材料６を載せ、上型１をセットし、光学素子材料の加
熱工程に移る。５は肉厚調整部材である。
下型２及び胴型４を組み合わせた後、下型２上に光学素
子材料６を載せ、上型１をセットし、光学素子材料の加
熱工程に移る。５は肉厚調整部材である。
【００１５】次に、押圧成形中の成形部の状態を図２を
参照して説明する。図１に示したように上型１及び下型
２と胴型３との間に置かれた光学素子材料６を、図２に
示したように、ヒーター７によって加熱軟化させる。加
熱温度は、熱電対１０によって測定される。高温時に
は、酸化による型部材の劣化を防ぐため雰囲気ガス供給
口９から不活性ガス、例えば窒素ガスを供給することが
できる。光学素子材料６が軟化したら、シリンダー８を
降下させて所望の圧力で押圧し、成形する。その後、徐
冷し、成形部の温度が光学素子材料の転移点より低くな
ったときに圧力を除き、成形品を離型性よく取り出すこ
とができる。こうして、偏芯のない良好な光学素子成形
品が得られる。
参照して説明する。図１に示したように上型１及び下型
２と胴型３との間に置かれた光学素子材料６を、図２に
示したように、ヒーター７によって加熱軟化させる。加
熱温度は、熱電対１０によって測定される。高温時に
は、酸化による型部材の劣化を防ぐため雰囲気ガス供給
口９から不活性ガス、例えば窒素ガスを供給することが
できる。光学素子材料６が軟化したら、シリンダー８を
降下させて所望の圧力で押圧し、成形する。その後、徐
冷し、成形部の温度が光学素子材料の転移点より低くな
ったときに圧力を除き、成形品を離型性よく取り出すこ
とができる。こうして、偏芯のない良好な光学素子成形
品が得られる。
【００１６】
【発明の実施例】次に、実施例に基づいて本発明をさら
に具体的に説明するが、本発明はこれによって制限され
るものではない。
に具体的に説明するが、本発明はこれによって制限され
るものではない。
【００１７】実施例１ タングステンカーバイドＷＣを超精密旋盤で所望の非球
面形状に削った後、ダイヤモンドペースト研磨材で有効
成形面の表面粗さが 0.0２μｍ以下になるように研磨し
た母材の有効成形面に耐酸化性及び耐ぬれ性を目的とし
てスパッタリングにより白金膜を１μｍの厚さに形成し
て成形型とした。
面形状に削った後、ダイヤモンドペースト研磨材で有効
成形面の表面粗さが 0.0２μｍ以下になるように研磨し
た母材の有効成形面に耐酸化性及び耐ぬれ性を目的とし
てスパッタリングにより白金膜を１μｍの厚さに形成し
て成形型とした。
【００１８】胴型は、成形型母材と同じＷＣから成る。
また、使用した光学素子材料は、ＬＦ５ガラス（小原光
学硝子社製）で、成形温度までの平均熱膨張係数
（α1 ）は１３０×１０-7／deg である。胴型材である
ＷＣの平均熱膨張係数（α2 ）は、５０×１０-7／deg
である。成形後の光学素子の設計径寸法は、直径１5.０
００mmであり、成形温度が５００℃、室温が２０℃であ
るから、両者の差は４８０℃である。そこで、成形時の
胴型内径寸法（ｙ）は、前記の数式（Ｉ）より ｙ＝１５.0（１＋１３０×１０-7×４８０）／（１＋５
０×１０-7×４８０）＝１5.０５７となり、１5.０５７
mmとした。
また、使用した光学素子材料は、ＬＦ５ガラス（小原光
学硝子社製）で、成形温度までの平均熱膨張係数
（α1 ）は１３０×１０-7／deg である。胴型材である
ＷＣの平均熱膨張係数（α2 ）は、５０×１０-7／deg
である。成形後の光学素子の設計径寸法は、直径１5.０
００mmであり、成形温度が５００℃、室温が２０℃であ
るから、両者の差は４８０℃である。そこで、成形時の
胴型内径寸法（ｙ）は、前記の数式（Ｉ）より ｙ＝１５.0（１＋１３０×１０-7×４８０）／（１＋５
０×１０-7×４８０）＝１5.０５７となり、１5.０５７
mmとした。
【００１９】下型の有効成形面の形状は、曲率半径１８
mmの凹面であり、上型の有効成形面の形状は、曲率半径
５０mmの凹面である。また、光学素子材料としては、Ｌ
Ｆ５ガラス（小原光学硝子社製）から成り、下型に接す
る面が曲率半径１６mmの凸面、上型に接する面が曲率半
径３８mmの凸面であり、中心厚４mm、直径１5.０００mm
のレンズ状プリフォームを用いた。
mmの凹面であり、上型の有効成形面の形状は、曲率半径
５０mmの凹面である。また、光学素子材料としては、Ｌ
Ｆ５ガラス（小原光学硝子社製）から成り、下型に接す
る面が曲率半径１６mmの凸面、上型に接する面が曲率半
径３８mmの凸面であり、中心厚４mm、直径１5.０００mm
のレンズ状プリフォームを用いた。
【００２０】まず、胴型と下型を組み合わせた後、下型
上に上記プリフォームを載せ、その上に上型を載せてセ
ットした。このとき、胴型径＞プリフォーム径であり、
問題なくセットできた。その後、ヒーターにより５００
℃まで加熱した。温度は、熱電対で測定した。高温時に
酸化による型部材の劣化を防ぐため、雰囲気ガス供給口
より窒素ガスを流入した。
上に上記プリフォームを載せ、その上に上型を載せてセ
ットした。このとき、胴型径＞プリフォーム径であり、
問題なくセットできた。その後、ヒーターにより５００
℃まで加熱した。温度は、熱電対で測定した。高温時に
酸化による型部材の劣化を防ぐため、雰囲気ガス供給口
より窒素ガスを流入した。
【００２１】５００℃に達した時点でシリンダーを降下
させてプリフォームを約１００kg／cm2 の圧力で押圧成
形した。５００℃の時点では胴型内径＝光学素子材料径
となり、圧力をかける前に胴型内にプリフォームが偏芯
なく置かれるため、圧力をかける時も均等に圧力がかか
って成形できる。
させてプリフォームを約１００kg／cm2 の圧力で押圧成
形した。５００℃の時点では胴型内径＝光学素子材料径
となり、圧力をかける前に胴型内にプリフォームが偏芯
なく置かれるため、圧力をかける時も均等に圧力がかか
って成形できる。
【００２２】その後、徐冷し、成形部温度がプリフォー
ムの転移点を下回った４００℃に達した時点で圧力を除
き、成形品を取り出した。得られた成形品は、胴型との
間で偏った圧もかからないため離型性が良く、偏芯もな
く、成形品の外径も所望値どおりのものとなり、後から
の心取り作業の必要がなく、良好なレンズを得ることが
できた。
ムの転移点を下回った４００℃に達した時点で圧力を除
き、成形品を取り出した。得られた成形品は、胴型との
間で偏った圧もかからないため離型性が良く、偏芯もな
く、成形品の外径も所望値どおりのものとなり、後から
の心取り作業の必要がなく、良好なレンズを得ることが
できた。
【００２３】
【発明の効果】本発明の方法によれば、成形温度で胴型
の内径寸法と光学素子材料の径寸法が等しくなるため、
胴型内に光学素子材料が偏りなく収まり、偏肉・偏芯の
ない所望寸法の光学素子が得られる。偏芯のない光学素
子が得られるため、その後の工程で芯取り工程を省くこ
とができ、大幅にコストを削減することができる。ま
た、成形時に光学素子材料のコバ部と胴型内径とに均一
な圧力がかかり、偏って強い圧力がかかることがないた
め、両者の間での融着が起きず、離型性に優れた成形が
可能である。
の内径寸法と光学素子材料の径寸法が等しくなるため、
胴型内に光学素子材料が偏りなく収まり、偏肉・偏芯の
ない所望寸法の光学素子が得られる。偏芯のない光学素
子が得られるため、その後の工程で芯取り工程を省くこ
とができ、大幅にコストを削減することができる。ま
た、成形時に光学素子材料のコバ部と胴型内径とに均一
な圧力がかかり、偏って強い圧力がかかることがないた
め、両者の間での融着が起きず、離型性に優れた成形が
可能である。
【図１】光学素子材料の押圧成形前の成形部の状態を示
す概略説明図である。
す概略説明図である。
【図２】光学素子材料の押圧成形中の成形部の状態を示
す概略説明図である。
す概略説明図である。
１ 上型 ２ 下型 ３ 薄膜 ４ 胴型 ５ 肉厚調整部材 ６ 光学素子材料 ７ ヒーター ８ シリンダー ９ 雰囲気ガス供給口 １０ 熱電対
Claims (1)
- 【請求項１】 光学素子材料を加熱軟化させ、一対の成
形型及び胴型の間で押圧成形する光学素子の成形方法に
おいて、成形前の光学素子材料の径寸法を成形後の光学
素子の設計径寸法と同一にし、この光学素子の設計径寸
法をｘで示し、光学素子材料の熱膨張係数をα1、胴型
材の熱膨張係数をα2、成形温度と室温の差をＴとした
とき、α1＞α2となる材料を用い、胴型の内径寸法ｙを
次式 ｙ＝ｘ（１＋α1Ｔ）／（１＋α2Ｔ） から算出される寸法とすることを特徴とする光学素子の
成形方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09085392A JP3199825B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 光学素子の成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09085392A JP3199825B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 光学素子の成形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05286727A JPH05286727A (ja) | 1993-11-02 |
| JP3199825B2 true JP3199825B2 (ja) | 2001-08-20 |
Family
ID=14010136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09085392A Expired - Fee Related JP3199825B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 光学素子の成形方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3199825B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4813305B2 (ja) * | 2006-09-19 | 2011-11-09 | オリンパス株式会社 | 光学素子の製造方法 |
-
1992
- 1992-04-10 JP JP09085392A patent/JP3199825B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH05286727A (ja) | 1993-11-02 |
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