JPH02102136A - 光学素子の成形用型とその製造方法 - 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、光学素子成形用型とその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、レンズ、プリズム、フィルター等の光学素子を
得るには、一対の光学素子成形用型間に光学素子の成形
素子を配置し、これを熱間にて押圧成形する方法が行わ
れている。

従来、このような成形方法で使用する光学素子成形用型
、特に非球面成形用型を製造するには、高精度でかつ高
剛性の超精密ＣＮＣ旋盤により超精密に研削あるいは切
削して高い形状精度を確保し、その後必要によって、短
時間の研摩を施して完全な鏡面とする方法が採られてい
た。

しかしながら、例えば光ピツクアップ用非球面対物レン
ズ成形用型等のように０．ＩｔＩｍ以下の形状精度を要
求される型を製造するには、上記従来の製造方法では、
バイトまたは砥石の摩耗等のために、多数個の成形用型
を連続して高精度に加工することが困難であった。また
、成形用型の形状精度のバラツキが大きく、最終的に得
られる光学素子の性能にもバラツキを生じ、歩留りも低
かった。さらに、加工に要する時間が非常に長く、極め
て高価なものとなってしまった。

因って前記欠点を解消すべく、本出願人は特願昭６２−
１８６８１６号にて、ガラスよりなる成形用型素材を、
熱間にて成形母型で押圧成形することにより、成形用型
素材に成形母型を転写させて光学素子成形用型を得る光
学素子成形用型の製造方法を提案した。

また、本出願人はガラスよりなる光学素子成形用型とし
て、特願昭６２−１３４５８０号には窒素およびフッ素
を含有するガラス又はガラスセラミックスよりなるガラ
ス製品の成形用型を提案した。さらに、特願昭６２−１
３４５８１号には、成形保持温度よりも高いデーパージ
ング温度を有するガラスよりなり、成形面に離型被膜を
被覆されていることを特徴とするガラス製品の成形用型
を提案した。

また、特開昭６２−２２６８２５号公報記載の発明にお
いては、プレス温度より転移点温度の裔いガラス型を用
い、被成形ガラス体と該ガラス型間に融着防止層を介在
させたプレスレンズの製造方法が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

光学素子成形用型は、成形される光学素子の光学面相互
の偏芯をおさえるための、一定の長さの衝面を必要とす
るものである。

しかしながら、前記従来技術における成形型は、成形型
のすべてがガラス又はガラスセラミックスで一体に成形
されている。

このため、カケや摩耗が生じ易く、衝面の耐久性に問題
を有し、光学素子の偏芯精度を長期間維持することが困
難な欠点があった。

また、成形型に衝面を設けて成形することは、成形型の
厚みが増すことになり、特にカメラレンズの成形型など
では顕著である。

しかるに、ガラスはガラス特有の耐熱衝撃性に弱点を有
するものであり、成形型の厚みが増すことで、成形型の
成形面自身の成形工程や、これを用いた光学素子の成形
工程の、特に冷却過程において、いわゆるカンが生じ、
ガラスよりなる成形型の寿命が短くなる欠点を有してい
た。

因って、本発明は前記従来技術における欠点に鑑みて開
発されたもので、偏芯防止用術部が耐久性を有するとと
もに、熱衝撃性に優れることで、総合的に耐久性を有す
る、熱間により押圧成形したガラスより成る光学素子成
形用型とその製造方法の提供を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、第１図の概念図に示す如く、筒状の加熱リン
グ１に嵌合する各成形母型２．３の間に載置された光学
素子成形用型の型素材４をヒータｌａにて成形可能な温
度に加熱するとともに、成形母型２，３で押圧成形して
成形用型本体５を得る。

接合体６は、光学素子成形時の偏芯を小さくするための
衝面６ａを有し、前記成形用型本体５とほぼ線膨脹係数
の等しい耐熱性を有する金属あるいはセラミックスで形
成されている。

そして、前記成形用型本体５の成形面５ａの光学的中心
軸と、該接合体６の衝面６ａの中心軸を一致させた状態
で一体的に構成したものである。

〔作　用〕

本発明による光学素子の成形用型とその製造方法によれ
ば、厚さの薄い成形用型本体と、衝面を必要な長さだけ
設けることのできる耐久性を有する接合体との二層構造
に構成したことにより、長期間にわたり成形用型を使用
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明による光学素子の成形用型とその製造方法
の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施例） 第２図乃至第５図は、本発明の第１実施例を示す断面図
である。

第２図ａは、本発明の実施例において使用する押圧成型
装置を示すもので、ヒータ１ａを内設した筒状の加熱リ
ング１には、上方に接合体６、下方に成形母型３が嵌合
されている。

そして、この接合体６．成形母型３は、リング１の軸芯
と一致した軸芯を有している。

接合体６は、図示を省略した加圧装置、例えばエアシリ
ンダに連結配置した押圧板により押圧力を発生すべく軸
方向に移動自在に設けられている。

さらに接合体６は、後述する型素材Ｌａ５ＦＯ１６の線
膨張係数６．０ＸＩＯ−’（常温）とほぼ等しい線膨張
係数６．５ＸＩＯ−’（常温）を有するＷＣ−Ｎｉ系超
硬合金により形成され、その接合面６ａのみ酸化雰囲気
中での加熱処理等により酸化処理が施されている。

下型の成形母型３は、第３図（ａ）、　（ｂ）に示すよ
うに、成形母型本体３ａはＷＣ−Ｎｉ系超硬合金からな
り、その成形面３ｂは所望の光学素子の形状に対応した
形状、本実施例においては、非球面形状に形成されてい
る。この成形面３ｂの加工は、従来から非球面の創成に
用いられている方法で、高精度かつ高剛性の超精密ＣＮ
Ｃ旋盤により超精密に研削あるいは切削加工して高い形
状精度を確保し、その後短時間の研磨を施して完全な鏡
面とした。

前述の高い形状精度とは、例えばピ・２クアンプ用非球
面対物レンズ成形用型を製造する成形母型３にあっては
、設計形状からのズレ量が０．１μｍ以下でかつ表面粗
さが０．０７μｍ以下程度を示すものである。

また、成形母型本体３ａの成形面３ｂには、イオンブレ
ーティング法によって０．１μｍのＣｒＮの離型被膜３
ｃが形成されている。

一方、光学素子成形用型の型素材４は、本実施例で最終
的に得ようとする光学素子の成形素材がＳＦ６であるの
で、その成形素材の屈伏点温度約４８０　’Ｃよりも高
い屈伏点温度をもったＬａ５Ｆ０１６からなっている。

ここで、型素材４の形状は、所望の非球面に近似した球
面形状に研磨（前加工、）シておくと良い。

また、加熱リング１に用いる材料は、加熱時も接合体６
と成形母型３との軸芯を一致させるために、接合体６、
成形母型３の材料よりも線膨張係数が同等か、わずかに
小さい材料で形成されている。

接合体６．成形母型３間には、光学素子成形用型の型素
材４と、型素材４の外周を形成する胴型８が嵌挿されて
いる。

この胴型８は、型素材４の外周を規制し、第４図に示す
如く、型素材４を成形した成形用型７の型素材部外径５
ｂを、接合体術部６ｂより小さくする機能を有するもの
で、成形後分離可能なように型素材４より線膨張係数の
小さい（４，０ｘ１０−６）ＳｉＣにより形成されてい
る。

このような構成の押圧成形装置によって、光学素子成形
用型を製造するには、加熱温度をＬａ５Ｆ０１６からな
る型素材４の軟化点付近の７４０　’Ｃとし、加圧装置
に連結した接合体６の作用により型素材４に対し５０ｋ
ｇ／Ｃ−の圧力が加わるようにして約１時間保持した。

かかる押圧成形後、約２００°Ｃまで徐冷し、型素材４
の成形後の状態である光学素子成形用型の本体７を取出
したところ、成形母型３の離型被膜３ｃへの型素材４の
融着は全くなく、また、成形用型本体７の熱衝撃（冷却
時）によるカンの発生もなく、成形母型３の有する高い
形状精度がそのまま転写された光学素子成形用型本体７
を得ることができた。この成形用型本体７の接合体６と
、型素材４とは、強固な融着状態で一体的に接合される
とともに、上記のように内部応力による転写精度の劣化
も認められなかった。

光学素子成形用型本体７は、成形用型本体７の成形面５
ａに真空蒸着法によって０．１μｍのＮｇＦｔの離型被
膜５ｃを形成したもので、光学素子成形用型本体７の成
形面５ａにおける表面粗さは、０．０２μｍ程度であり
、成形母型３の表面粗さの１／２以下であった。

このようにして得られた光学素子成形用型７は、高い形
状精度と面精度とを兼ね備えており、またこの押圧成形
により同品質の成形用型をバラツキなく、かつ安価に量
産できた。−船釣な製品ライフを考慮すると、型寿命を
Ｎショットとした場合、一つの成形母型３を製造してお
けば、実質的な型寿命はＮＸＮとなり、十分に量産を行
うことができる。例えばＮ＝１０００で１００万シヨツ
トが可能であり、Ｎ＝１００００では１億シヨツトが可
能である。

次に、本実施例により得られた光学素子成形用型７を用
いて、第５図に示すように、光学素子を押圧成形した。

第５図において、９はヒータ９ａを内設した加熱リング
で、この加熱リング９には、本発明に係る一対の成形用
型７１．７２が嵌合されている。

また、上型の成形用型７１は、図示を省略した加圧装置
に連結されており、軸方向に移動して押圧可能になって
いる。そして、画成形用型７１゜７２の間には、予め所
望の非球面に近似の球面形状に研磨等の前加工をしたＳ
Ｆ６からなる光学素子の成形素材１０が設けられている
。

このような押圧成形装置により、加熱温度を成形素材１
０の軟化点付近の５３０°Ｃとし、成形素材１０に対し
２０ｋｇ／ｃｄの圧力が加わるように加圧しながら約３
０分保持した。この押圧成形後、約２００°Ｃまで徐冷
して光学素子を取出した。この光学素子は、成形用型７
１．７２の高い形状精度と面精度とがそのまま転写され
た良好なものであった。そして、成形用型７１．７２は
、連続使用しても、その南部６ｂは摩耗したり破損した
りすることがなく、十分な耐久性を有するものであった
。

なお、本実施例においては、成形母型３の成形温度は、
型素材４の軟化点付近としたが、本発明はかかる実施例
に限定されるものではなく、型素材４の屈伏点以上であ
れば、成形圧力も数十ｋｇ／ｃｉで成形可能となり、成
形用型として十分な強度を得ることができる。また、成
形母型３の材料は、超硬合金に限定されるものではなく
、ＳｉＣ。

５ｉｘＣａ、単結晶Ｗ、Ｃｒ３Ｃ，合金９石英ガ合金等
石英ガラスさらに、成形母型３の形状は、非球面に限定
されず、球面または平面であっても適用できる。

成形母型３の離型被膜３Ｃは、ＴｉＮ、ＣｒＣＮ、ｃ−
ＢＮ、ａ−ＢＮ、ＡｎＮ、ＳｉＣ，ＷＣ。

ＴｉＢ２．Ｔｉｃ、Ｂ、Ｃ等のセラミックス膜でも実施
例と同等の効果を得ることができる。

また、接合体６の材料においても、超硬合金に限定され
るものではなく、ＳｉＣ，Ｓｉ３　Ｃ，。

単結晶Ｗ、Ｃｒ、Ｃ，合金、耐熱性ステンレス鋼等の型
素材とほぼ線膨張係数の等しい金属あるいはセラミック
スであれば実施例と同等の効果が得られるものである。

（第２実施例） 第６図は、本発明の第２実施例を示す断面図である。

当該実施例に示される光学素子の製造に用いる成形用型
は、前記第１実施例の接合体６の接合面６ａに凹部６Ｃ
を設けて形成した点が異なり、他の構成は同一の構成か
ら成るもので、他の構成については同一番号を符してそ
の説明を省略する。

成形用型本体１１における接合体６の接合面６ａに、凹
部６Ｃを設けて形成したことにより、成形時に型素材４
が凹部６ｃ内に流入し、成形用型本体１１の型素材部１
１ａと接合体６との接合が一体的に成形される。

本実施例では、凹部６ｃを設けたことにより、型素材部
１１ａと接合体６の接触面積が大きくなることで、より
強固に接合する効果が得られる。

なお、凹部６ｃの側面を逆勾配にしたり、凹部６ｃの断
面をＬ形、上形にして、型素材部１１ａと接合体６が分
離しにくい形状にすることにより、更に上記効果を顕著
にすることができる。

（第３実施例） 第７図は、本発明の第３実施例を示す断面図である。

当該実施例に示される光学素子の製造に用いる成形用型
は、前記第１実施例の接合体６の接合面６ａに、成形母
型３の離型被膜３ｃの形状に対応し、型素材４の成形後
の厚みがほぼ等厚となる凸形状の接合部６ｄを設けて形
成した点が異なり、他の構成は同一の構成から成るもの
で、他の構成については同一番号を符してその説明を省
略する。

本実施例では、接合部６ｄを設けたことで、成形用型本
体１２の型素材部１２ａがほぼ等厚に成形されつつ成形
面１２ｂへの転写が行われる。

成形用型本体１２の型素材１２ａが等厚に成形されるこ
とにより、型素材１２ａ内の温度分布が均一化されるこ
とで、成形面１２ｂへの転写精度が向上するとともに、
バラツキを一層少なくする効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上、説明したように本発明による光学素子の成形用型
とその製造方法によれば、押圧成形で長期間にわたり使
用可能な光学素子成形用型が得られることにより、非球
面形状等の高精度な光学素子を、安価に量産できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光学素子の成形用型とその製造
方法の概念図を示す断面図、第２図乃至第５図は同第１
実施例を示し、第２図は押圧装置を示す断面図、第３図
は成形母型を示す断面図、第４図は成形用型を示す断面
図、第５図は押圧装置を示す断面図、第６図は同第２実
施例を示す断面図、第７図は同第３実施例を示す断面図
である。 １・・・加熱リング　　２．３・・・成形用母型４・・
・型素材　　　　５・・・成形用型本体６・・・接合体 １・・・加熱ＩＩノグ ２．３・・・成形用母型 ４・・・型素材 ５・・成形用型本体 ６・・・接合俸 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱間にて押圧成形したガラスより成る成形用型本
   体と、光学素子成形時における衝面を有し、前記成形用
   型本体とほぼ線膨張係数が等しく耐熱性を有する金属又
   はセラミックスから成る接合体を、一体的に構成したこ
   とを特徴とする光学素子成形用型。
2. （２）光学素子の成形用型を製造するにあたり、成形用
   型本体の押圧成形工程において、同時に成形用型本体と
   接合体を一体的に接合することを特徴とする光学素子成
   形用型の製造方法。