JP3217153B2 - 光学素材成形型、それを使用する光学素材成形方法およびそれにより得られる光学素材 - Google Patents

光学素材成形型、それを使用する光学素材成形方法およびそれにより得られる光学素材

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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B2215/76Pressing whereby some glass overflows unrestrained beyond the press mould in a direction perpendicular to the press axis
    • C03B2215/77Pressing whereby some glass overflows unrestrained beyond the press mould in a direction perpendicular to the press axis with means to trim off excess material

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学機器に使用される
レンズ、プリズム等の高精度光学素子や成形用光学素材
等を超精密成形法により形成する光学素材成形型、それ
を使用する光学素材成形方法およびそれにより得られる
光学素材に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高精度光学レンズ、特に非球面ガ
ラスレンズ等の製造法として、研磨工程無しの一発成形
により形成する試みが多くなされ、具現化されつつあ
る。その成形法の一つには、所望の形状に加工された供
給ガラス素材を変形可能な温度、例えば、軟化点近傍の
温度に加熱し、押圧成形等の手段を用いて成形する方法
がある(例えば、特開昭61−21927号公報)。
【0003】図9は、従来の光学ガラス成形型により球
状の供給ガラス素材を成形して、光学ガラス素子を形成
した状態を示す断面図である。胴型31の中に成形型2
9,30が、その成形型面が対向するように配置され、
胴型31と成形型29,30とで供給ガラス素材を保持
可能とされている。成形型29,30の台部側にはそれ
ぞれ、加熱加圧機構を備えたプレスヘッド27,28が
設置されている。
【0004】上記のような構成において、重量及び形状
調整された供給ガラス素材を成形型29,30、胴型3
1の中に供給し、プレスヘッド27,28で加熱および
押圧成形する。変形が終了したら、成形型29,30、
胴型31、形成された光学ガラス素子32を徐々に冷却
し、光学ガラス素子32が取り出せる温度になった後
に、成形型29を開いて、光学ガラス素子32を取り出
す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな成形方法では、押圧成形型の型面全面がガラス素材
と接触するため、高精度の面形状と構造とを有する成形
型が必要である。そのため、所望の光学ガラス素子を形
成する場合はもちろん、成形用の供給ガラス素材を得る
場合においても、成形型の型面全面の精密加工が必要で
あり、加工時間も多くかかるため、成形型のコストアッ
プ等の要因になっていた。
【0006】また、ガラス素材と成形型面との融着が生
じた場合には、型面全面の再加工が必要となり、非常に
大きな労力やコストを要していた。さらに、供給ガラス
素材が加圧前に成形型面に接触することによって、接触
部分の成形型面に劣化が生じたり、接触部分の成形ガラ
ス素材に悪影響を及ぼすことがあった。
【0007】また、凹面を有した成形型面で平板形状の
ガラス素材を成形すると、型面とガラス素材表面との間
に転写成形されないギャップ部分が生じ、所望の形状を
有した光学ガラス素子はもちろん、成形用のガラス素材
も得ることができない。このため、このような成形型で
所望の光学ガラス素子を得るには、あらかじめ供給ガラ
ス素材の重量及び形状を調整する加工が必要となり、こ
れも供給ガラス素材や成形された光学ガラス素子が非常
に高価になる要因となる等の問題点を有していた。
【0008】本発明は上記問題を解決するもので、成形
型の成形型面において加工すべき面積が少なく、しかも
供給光学素材の形状や重量の調整を可能とした光学素材
成形型、それを使用する光学素材成形方法およびそれに
より得られる光学素材を提供することを目的とするもの
である。
【0009】
【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、光学素材成形型の成形型面に、空間部と
素材形状制御面と光学素材支持面とを併設した。
【0010】また本発明は、少なくとも一方の成形型面
に空間部と光学素材形状制御面と光学素材支持面とが併
設された光学素材成形型を用い、光学素材支持面に供給
光学素材を保持した後に光学素材成形型で加圧し、空間
部に形成される光学素材自由面の形状を光学素材形状制
御面により制御する方法によって光学素材を成形する。
【0011】
【作用】成形型面を、空間部と光学素材形状制御面と
素材支持面とが併設された構成にすることにより、成
形型面の全面を加工する必要がなくなり、これによって
型面の加工、修正を短時間、かつ少労力で行うことがで
きる。供給光学素材は光学素材支持面にのみ接触し、空
間部によって面形状が決定されるため、成形型面や光学
素材表面に悪影響を及ぼさない。また、光学素材形状制
御面によって、空間部に形成される自由面の形状を制御
する事ができ、また型面に空間部があるため、ギャップ
部分のない、表面状態の良好な成形品が得られる。さら
に、光学素材支持面に光学素材を安定して保持できると
ともに、この支持面により光学素材に応力等が加わるた
め、重量制限されていない供給光学素材を加工して、所
望重量に制限された光学素材を得る事が可能となる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例の光学素材成形型と
学素材成形方法と光学素材を図面を参照しながら光学ガ
ラスについて説明する。
【0013】(実施例1)図1は本発明の第1の実施例
の光学ガラス成形型を示す断面図であって、(a)は全
体図、(b)は(a)におけるA部の拡大図である。図
2は、図1の光学ガラス成形型で供給ガラス素材を保持
した状態を示す断面図であり、図3はその加圧成形完了
後の状態を示す断面図であり、図4は成形により得られ
た光学ガラス素材の断面図である。
【0014】光学ガラス成形型は円筒状に構成され、そ
の一方には開口3aが形成され、他方には台部3bが形
成されている。開口3a側の端面にはガラス素材支持面
1とガラス素材形状制御面2とが形成され、内部は空間
部3となっていて、ガラス素材支持面1で供給ガラス素
材11を支持可能とされている。ガラス素材支持面1は
R曲面に加工され、ガラス素材形状制御面2は円錐形状
に加工されるとともに、ガラス素材支持面1とガラス素
材形状制御面2との境界面はR面加工が施されて滑らか
な形状となっている。
【0015】このような構成の光学ガラス成形型9,1
0を、図2および図3に示したように、対向するように
配置し、その間に平板形状の供給ガラス素材11を配置
保持する。供給ガラス素材11は、成形型9,10のガ
ラス素材支持面1にのみ接触するように保持される。
【0016】次に、供給ガラス素材11及び成形型9,
10を、加熱加圧機構を備えたプレスヘッド7,8もし
くは図示していない何らかの加熱手段で加熱する。供給
ガラス素材11が所望の温度になったら、プレスヘッド
7,8を用いて成形型9,10で供給ガラス素材11を
加圧する。供給ガラス素材11は、表面張力等による自
然変形と成形型9,10の加圧とにより次第に変形す
る。この段階で、これまで成形型面のガラス素材支持面
1にしか接触していなかった供給ガラス素材11が、次
第にガラス素材形状制御面2に接触する。そして、成形
型面に形成された空間部3の部分では、供給ガラス素材
11が成形型面に接触する事なく自由曲面を形成する。
空間部3で形成される自由曲面は、ガラス素材形状制御
面2における供給ガラス素材11との接触面の面積や、
その角度等の形状により、所望の形状に制御可能であ
る。
【0017】加圧が完了すると、図3に示す光学ガラス
素材12の形状となる。その後、成形型9,10及び光
学ガラス素材12を冷却する。このとき、ガラス素材形
状制御面2が円錐形状であり、ガラス素材支持面1とガ
ラス素材形状制御面2との境界面がR面加工されて滑ら
かな形状を有しているため、冷却過程での応力の集中が
防止される。一方、冷却過程において、成形型9,10
のガラス素子支持面1を介して光学ガラス素材12を加
圧すると、ガラス素材支持面1に対応する部分より外側
に位置する余剰部分のガラス素材が、集中応力によって
分割割断される。
【0018】これによって、図4に示すような形状、つ
まり空間部3で得られた自由面15とガラス素材形状制
御面2で得られた押圧成形面14とガラス素材支持面1
で得られた割断面16とを有する光学ガラス素材13と
なる。光学ガラス素材13は、余剰部分が割断されて所
望の重量になっている。この実施例では加圧の集中応力
により余剰部分を分割割断したが、ガラス素材の収縮力
により自然に分割する方法、あるいはガラス素材と成形
型の温度差を大きくすることで熱応力を加えて分割する
方法のいずれかを行ってもよい。
【0019】(実施例2)図5は本発明の第2の実施例
の光学ガラス成形型を示す断面図であって、(a)は全
体図、(b)は(a)におけるB部の拡大図である。図
6は、図5の光学ガラス成形型で供給ガラス素材を保持
した状態を示す断面図であり、図7はその加圧成形完了
後の状態を示す断面図であり、図8は成形により得られ
た光学ガラス素材の断面図である。
【0020】光学ガラス成形型は図1に示した光学ガラ
ス成形型と同様に構成されているが、ガラス素材支持面
4は楔形状に加工され、ガラス素材形状制御面5は球面
の一部分の形状を有するとともに、ガラス素材支持面4
とガラス素材形状制御面5との境界面はR面加工が施さ
れて滑らかな形状となっている。
【0021】このような構成の光学ガラス成形型19,
20を、図6および図7に示したように、対向するよう
に配置し、その間に両凸形状の供給ガラス素材21を配
置保持する。供給ガラス素材21は、成形型19,20
のガラス素材支持面4にのみ接触するように保持され
る。
【0022】次に、供給ガラス素材21及び成形型1
9,20を、加熱加圧機構を備えたプレスヘッド17,
18もしくは図示していない何らかの加熱手段で加熱す
る。供給ガラス素材21が所望の温度になったら、プレ
スヘッド17,18を用いて成形型19,20で供給ガ
ラス素材21を加圧する。供給ガラス素材21は、表面
張力等による自然変形と成形型19,20の加圧とによ
り次第に変形する。この段階で、これまで成形型面のガ
ラス素材支持面4にしか接触していなかった供給ガラス
素材21が、次第にガラス素材形状制御面5に接触す
る。そして、成形型面に形成された空間部6の部分で
は、供給ガラス素材21が成形型面に接触する事なく自
由曲面を形成する。空間部6で形成される自由曲面は、
ガラス素材形状制御面5における供給ガラス素材21と
の接触面の面積や、その角度等の形状により、所望の形
状に制御可能である。
【0023】加圧が完了すると、図7に示す光学ガラス
素材22の形状となる。その後、成形型19,20及び
光学ガラス素材22を冷却する。このとき、冷却過程に
おいて、図示していない何らかの方法によりプレスヘッ
ド17,18及び成形型19,20をガラス素材22の
温度より低い温度に急冷して成形型面のガラス素材支持
面4を介して熱応力を与えることにより、ガラス素材支
持面4に対応する部分より外側に位置する余剰部分のガ
ラス素材が分割割断する。
【0024】これによって、図8に示すような形状、つ
まり空間部6で得られた自由面25と押圧成形面24と
割断面26とを有する光学ガラス素材23となる。得ら
れた光学ガラス素材23は、光学ガラス素子の成形用の
供給ガラス素材として用いることはもちろんのこと、光
学ガラス素子の精度を満たしていれば光学ガラス素子と
しても使用することができる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、成形型面の全面を精密
加工することなく、ガラス素材形状制御面とガラス素材
支持面との極僅かな面積を加工するのみでよいため、加
工時間の短縮および修正時間の短縮が可能となる。また
ガラス素材形状制御面によって、空間部に形成される自
由面の形状を制御する事が可能となる上、型面に空間部
があるためギャップ部分等の表面欠陥のない良好な面を
持った光学ガラス素材が得られる。さらに重量制限され
ていない供給ガラス素材を用いて、所望重量に制限され
た状態の光学ガラス素材を得る事が可能となるため、ガ
ラス素材加工費、さらには成形された光学ガラス素材及
び素子の価格が大幅に低下される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の光学ガラス成形型の断面図
である。
【図2】図1の光学ガラス成形型で供給ガラス素材を保
持した加圧成形直前の光学ガラス成形型と供給ガラス素
材の状態を示す断面図である。
【図3】図1の光学ガラス成形型で供給ガラス素材を加
圧成形完了時の光学ガラス成形型と供給ガラス素材の状
態を示す断面図である。
【図4】図1の光学ガラス成形型で得られる光学ガラス
素材の断面図である。
【図5】本発明の他の実施例の光学ガラス成形型の断面
図である。
【図6】図5の光学ガラス成形型で供給ガラス素材を保
持した加圧成形直前の光学ガラス成形型と供給ガラス素
材の状態を示す断面図である。
【図7】図5の光学ガラス成形型で供給ガラス素材を加
圧成形完了時の光学ガラス成形型と供給ガラス素材の状
態を示す断面図である。
【図8】図5の光学ガラス成形型で得られる光学ガラス
素材の断面図である。
【図9】従来の光学ガラス成形型と光学ガラス素子の加
熱加圧完了時の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 ガラス素材支持面 2 ガラス素材形状制御面 3 空間部 4 ガラス素材支持面 5 ガラス素材形状制御面 6 空間部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−48749(JP,A) 特開 昭61−21927(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 11/00 - 11/16

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 供給光学素材を押圧成形するための光学
    素材成形型において、成形型面に空間部と光学素材形状
    制御面と光学素材支持面とが併設されたことを特徴とす
    る光学素材成形型。
  2. 【請求項2】 空間部と光学素材形状制御面の境界面も
    しくは、光学素材形状制御面と光学素材支持面の境界面
    もしくは、光学素材支持面の最外周の少なくとも一つの
    部分が曲面処理されていることを特徴とする請求項1記
    載の光学素材成形型。
  3. 【請求項3】 光学素材支持面の断面形状の少なくとも
    一部分が曲面もしくは楔形状であることを特徴とする請
    求項1または請求項2記載の光学素材成形型。
  4. 【請求項4】 光学素材形状制御面の形状が球面、円錐
    面、非球面のいずれかの一部分であることを特徴とする
    請求項1から請求項3のいずれか1項記載の光学素材
    形型。
  5. 【請求項5】 少なくとも一方の成形型面に空間部と
    素材形状制御面と光学素材支持面とが併設された光学
    素材成形型を用い、光学素材支持面に供給光学素材を保
    持した後に前記光学素材成形型で加圧し、空間部に形成
    される光学素材自由面の形状を光学素材形状制御面によ
    り制御することを特徴とする光学素材成形方法。
  6. 【請求項6】 光学素材成形型で供給光学素材を加圧す
    るかまたは、光学素材成形型と供給光学素材とに温度差
    を与えることにより、光学素材成形型の光学素材支持面
    を介して供給光学素材に集中応力と熱応力との両者また
    はいずれか一方を与えることを特徴とする請求項5記載
    光学素材成形方法。
  7. 【請求項7】 供給光学素材を加熱し光学素材成形型で
    押圧成形することにより形成され、自由面と押圧成形面
    と割断面とを有したことを特徴とする光学素材
  8. 【請求項8】 押圧成形面の形状が球面、円錐面、非球
    面のいずれかの一部分であることを特徴とする請求項7
    記載の光学素材
  9. 【請求項9】 自由面と押圧成形面との境界面が曲面で
    あることを特徴とする請求項7または請求項8記載の
    学素材
  10. 【請求項10】 少なくとも一方の成形型面に空間部と
    光学素材形状制御面と光学素材支持面とが併設された光
    素材成形型を用い、光学素材支持面に供給光学素材を
    保持した後に前記光学素材成形型で加圧し、空間部に形
    成される光学素材自由面の形状を光学素材形状制御面に
    より制御することによって得られたことを特徴とする請
    求項7記載の光学素材
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