JP3869507B2

JP3869507B2 - 光学ガラス素子の成形方法

Info

Publication number: JP3869507B2
Application number: JP32850496A
Authority: JP
Inventors: 美喜夫渡辺
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2016-12-09
Also published as: JPH10167738A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、ガラスモールド法で成形する光学ガラス素子であって、特に中心曲面部の回りに周縁平面部を有する光学ガラス素子の成形方法に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
光学素子（レンズ）として、レンズ作用をする中心曲面部の回りに、レンズ保持を容易にする光軸と直交する周縁平面部を形成するタイプが知られている。このタイプの光学素子は従来、成形性に優れたプラスチックからなっており、ガラス素子を加熱軟化させて成形するガラスモールド法による成形は行なわれていなかった。従来のガラスモールド法で、中心曲面部と周縁平面部を有する光学素子を成形すると、曲面部と、曲面部と平面部の境界部分が型に沿った形状にならない。
【０００３】
しかし、プラスチックレンズは、光学ガラスに比べて、耐熱性に乏しく耐用温度が低い、耐水性、耐食性はあるが有機溶剤に弱い、周囲環境の温度や湿度変化により光学性能が変化する等の欠点がある。例えば、ガラス転移点で比較すると、光学ガラスに比べ、プラスチックレンズは３００℃以上も低いことから、耐熱性に欠けていることが分かる。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、特に中心曲面部の回りに周縁平面部を有する光学素子を、光学ガラスを用いたガラスモールド法によって成形することができる成形方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明の成形方法は、その第一の態様によれば、少なくとも一面に、凸面からなる中心曲面部と、該中心曲面部の回りに位置する周縁平面部とを有する光学ガラス素子を成形する方法であって、モールド型は、凸面からなる中心曲面部に対応する凹面からなる曲面部成形型と、この曲面部成形型に対して相対移動可能な、周縁平面部に対応する平面部成形型とを備え、このモールド型にガラスプリフォームをセットし、加熱して軟化させるステップ；平面部成形型に成形圧力を及ぼして、ガラスプリフォームの一部を曲面部成形型内に移動させるステップ；及び平面部成形型と曲面部成形型の双方に成形圧力を及ぼして、ガラスプリフォームに曲面部成形型と平面部成形型の形状を転写するステップ；を有することを特徴としている。
【０００７】
本発明の成形方法は、第二の態様によれば、少なくとも一面に、中心曲面部と、該中心曲面部の回りに位置する周縁平面部とを有する光学ガラス素子を成形する方法であって、モールド型は、中心曲面部に対応する曲面部成形型と、この曲面部成形型に対して相対移動可能な、周縁平面部に対応する平面部成形型とを備え、このモールド型にガラスプリフォームをセットし，加熱して軟化させるステップ；この曲面部成形型に成形圧力を及ぼして、ガラスプリフォームの一部を平面部成形型内に移動させるステップ；及び平面部成形型と曲面部成形型の双方に成形圧力を及ぼして、ガラスプリフォームに曲面部成形型と平面部成形型の形状を転写するステップ；を有することを特徴としている。この第二の態様は、中心曲面部が凹面でも凸面でも適用できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による成形方法に用いるモールド型の一例を示している。この例は、簡単のため、成形するガラス光学素子の一方の面は平面で、他方の面の中心部に中心凸曲面部（球面部）、この中心凸球面の回りに、光軸と直交する周縁平面部を有する場合を想定している。図１の下方は、平面型１１であり、上方に、中心曲面部を成形するための曲面部成形型１２と、この曲面部成形型１２の回りに相対摺動自在に位置する平面部成形型１３とを有する本発明の特徴とするモールド型１０が位置している。つまり、平面部成形型１３には、その中心に摺動孔１４が穿設されており、この摺動孔１４に、曲面部成形型１２が摺動自在に嵌まっている。
【０００９】
平面型１１、曲面部成形型１２、平面部成形型１３はそれぞれ、通常のガラスモールド型と同様に、母材１１ａ、１２ａ、１３ａの成形面上に、耐熱性、耐酸化性、ガラスとの離型性等を向上させる厚さ０．５μｍ前後の成形薄膜１１ｂ、１２ｂ、１３ｂを付着形成してなっている。すなわち、平面型１１と平面部成形型１３の成形面は、この成形薄膜１１ｂと１３ｂによって形成される、光軸と直交する平面成形面であり、曲面部成形型１２の成形面は、この成形薄膜１２ｂによって形成される曲面（凹面）成形面である。
【００１０】
母材は、例えば、超硬合金タングステンカーバイド、炭化珪素、サーメット、ジルコニア、アルミナ等からなり、この母材の成形面を超精密旋盤で所望の形状に加工した後、ダイヤモンド研磨剤等を用いて表面粗さＲ_max ＝０．０２μｍ以下の所望の形状に研磨し、その上に成形薄膜を付着させる。成形薄膜としては、各種セラミックス、硬質カーボン薄膜、ＤＬＣ薄膜、金、白金等の貴金属薄膜、これらの組み合わせ等が用いられる。
【００１１】
成形されるガラス光学素子の光軸方向に相対摺動可能な曲面部成形型１２と平面部成形型１３は、その上端の基準平面１２ｃ、１３ｃを一平面上に位置させたとき、その曲面成形面１２ｂと平面成形面１３ｂとにより、一連の成形面が形成される。この曲面部成形型１２と平面部成形型１３は、それぞれ、図３に示す中心プレスシリンダー２１と、周縁プレスシリンダー２２により、個別にプレス圧力を及ぼすことができるが、中心プレスシリンダー２１の押圧平面２１ａは、曲面部成形型１２の径より大きく形成され、曲面部成形型１２だけを平面部成形型１３内に押し込むことはできない。つまり、曲面部成形型１２の平面部成形型１３に対する下降位置は、基準平面１２ｃが基準平面１３ｃに一致する高さで規制される。
【００１２】
上記構成の本モールド型は、平面型１１の外周に、図２に示すように胴型スぺーサ１６をセットして両者を固定する。モールド型１０の平面部成形型１３は、正しくセンター位置を出した状態で、この胴型スぺーサ１６内に摺動自在に嵌められ、かつ、平面部成形型１３の平面型１１に対する最大接近位置が、平面部成形型１３に形成したフランジ１５と胴型スぺーサ１６との当接によって規制される。
【００１３】
次に以上のモールド型を用いた成形方法を説明する。図３に示すように、モールド型１０、平面型１１及び胴型スぺーサ１６は、石英管２３とヒーター２４を有する加熱装置内にセットされ、平面型１１とモールド型１０の間には、予め計量したガラスプリフォーム３０がセットされる。ガラスプリフォーム３０は、モールド型１０の曲面部成形型１２と平面部成形型１３に跨る大きさに成形されている。石英管２３内に、窒素ガス（不活性ガス）を導入した状態で、ヒーター２４によって加熱して、ガラスプリフォーム３０を軟化させる。このときの加熱温度は、ガラスプリフォーム３０が軟化してプレスできる温度（通常のガラスモールド法における温度；Ｔｇ（ガラス転移点）＋５０〜７０℃）よりも、１０℃程度高い温度とし、プリフォームを従来のガラスモールド法より柔らかくするのがよい。具体的には、Ｔｇ＋６０〜８０℃程度に設定するのがよい。
【００１４】
このガラスプリフォーム３０の軟化状態において、まず平面部成形型１３の成形面１３ｂと曲面部成形型１２の成形面１２ｂが一連の成形面になった状態のまま、モールド型１０をガラスプリフォーム３０に近付け、周縁プレスシリンダー２２により平面部成形型１３に成形圧力を及ぼす。すると、軟化しているガラスプリフォーム３０は、曲面部成形型１２の曲面成形面１２ｂ内に移動する。好ましくは、ガラスプリフォーム３０が曲面成形面１２ｂに全面的に接触する迄、周縁プレスシリンダー２２による成形を行なった後、中心プレスシリンダー２１によって曲面部成形型１２にも成形圧力を及ぼす。すると、今度は、曲面部成形型１２側から平面部成形型１３側へのガラスプリフォーム３０の移動が生じ、さらに中心プレスシリンダー２１の押圧平面２１ａが、曲面部成形型１２の基準平面１２ｃと平面部成形型１３の基準平面１３ｃに同時に当接した状態になり、曲面部成形型１２による成形と平面部成形型１３による成形とが同時に生じる。最終的には、図４に示すように、平面部成形型１３のフランジ１５が胴型スぺーサ１６に当接し、成形が終了する。成形終了後、冷却してから成形ガラス光学素子を取り出すと、曲面成形面１２ｂと平面成形面１３ｂの境界部分に、ひけ等の異常のない正しい形状のガラス光学素子が得られる。
【００１５】
以上の例では、ガラスプリフォーム３０を最初に曲面部成形型１２と平面部成形型１３に跨らせてセットしたが、最初は、曲面部成形型１２のみに接触するようにセットすることもできる。図５、図６は、その成形態様を示すものである。、この成形態様では、最初に周縁プレスシリンダー２２により平面部成形型１３をある基準位置迄下げておき、次に中心プレスシリンダー２１により曲面部成形型１２に成形圧力を及ぼして、平面型１１の間に挟まれたガラスプリフォーム３０を、曲面成形面１２ｂに沿わせるとともに、その一部を平面部成形型１３側にはみ出させて移動させる。その後、周縁プレスシリンダー２２により平面部成形型１３に成形圧力を及ぼすと、図３、図４の成形方法と同様に、成形することができる。
【００１６】
上記実施形態では、平面部成形型１３の平面成形面１３ｂが光軸と直交するとしたが、厳密に直交しない平面である場合にも本発明は適用できる。また、曲面部成形型１２の曲面成形面１２ｂは、凹面であった（成形ガラス素子が凸面）が、逆に凸面（成形ガラス素子が凹面）である場合にも本発明は適用できる。
【００１７】
図７、図８は、この成形態様を示している。曲面成形型１２の曲面成形面１２ｂ’は、凸面（成形素子が凹面）であり、この他の構成は、先の実施例と同じである。この態様では、最初に中心部の曲面部成形型１２によりガラスプリフォーム３０を加工し（図７）、次に周縁部の平面部成形型１３による加工を行なう（図８）。この態様で、図１ないし図４のように、ガラスプリフォーム３０に対して、その平面部成形型１３による加工を最初に及ぼすと、曲面部成形型１２とプリフォーム３０の間の空間が閉じられて気体の逃げ場所がなくなるので、好ましくない。
【００１８】
また、以上は成形ガラス素子の一面を平面としたが、両面ともに、中心曲面部と周縁平面部を有する場合にも、本発明は適用できる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、中心曲面部と周縁平面部を有する光学ガラス素子を、正しい設定形状に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による成形方法に用いる光学ガラス素子のモールド型の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１のモールド型と胴型スぺーサをセットした状態の縦断面図である。
【図３】図２のモールド型を用いた成形状態を示す縦断面図である。
【図４】同異なる成形状態を示す縦断面図である。
【図５】図１ないし図４の成形態様とは異なる成形状態を示す、成形初期の縦断面図である。
【図６】同成形終期の縦断面図である。
【図７】曲面部成形型が凸面の場合の成形態様を示す、成形初期の縦断面図である。
【図８】同成形終期の縦断面図である。

Claims

少なくとも一面に、凸面からなる中心曲面部と、該中心曲面部の回りに位置する周縁平面部とを有する光学ガラス素子を成形する方法であって、
モールド型は、凸面からなる中心曲面部に対応する凹面からなる曲面部成形型と、この曲面部成形型に対して相対移動可能な、周縁平面部に対応する平面部成形型とを備え、
モールド型にガラスプリフォームをセットし、加熱して軟化させるステップ；平面部成形型に成形圧力を及ぼして、ガラスプリフォームの一部を曲面部成形型内に移動させるステップ；及び
平面部成形型と曲面部成形型の双方に成形圧力を及ぼして、ガラスプリフォームに曲面部成形型と平面部成形型の形状を転写するステップ；
を有することを特徴とする光学ガラス素子の成形方法。
少なくとも一面に、中心曲面部と、該中心曲面部の回りに位置する周縁平面部とを有する光学ガラス素子を成形する方法であって、
モールド型は、中心曲面部に対応する曲面部成形型と、この曲面部成形型に対して相対移動可能な、周縁平面部に対応する平面部成形型とを備え、
モールド型にガラスプリフォームをセットし、加熱して軟化させるステップ；曲面部成形型に成形圧力を及ぼして、ガラスプリフォームの一部を平面部成形型内に移動させるステップ；及び
平面部成形型と曲面部成形型の双方に成形圧力を及ぼして、ガラスプリフォームに曲面部成形型と平面部成形型の形状を転写するステップ；
を有することを特徴とする光学ガラス素子の成形方法。