JPH11157853A

JPH11157853A - 光学素子の成形方法および成形型

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Publication number: JPH11157853A
Application number: JP33166797A
Authority: JP
Inventors: Masashi Mashige; 雅志真重; Takeshi Nomura; 剛野村; Kiyoshi Yamamoto; 潔山本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】プレス成形時に軟化状態にあるガラス素材
が、予定の形状より薄く変形しようとするのを、強制的
に抑制し、所望の肉厚形状を確保した光学素子を得るた
めの、光学素子の成形方法および成形型を提供する。【解決手段】少なくとも２つ以上の型要素を組み合わ
せて１つの型部材を構成し、上記型部材、もしくは、こ
れと１つの型要素からなる型部材の組合せを用いて、軟
化状態にあるガラス素材をプレス成形する光学素子の成
形方法において、上記型要素の接合面間からプレス成形
されるガラス素材に吸引力を作用させながらプレス成形
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、非球面レ
ンズなどの複雑な形状を有する光学素子を高精度にプレ
ス成形することができる光学素子の成形方法および成形
型に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学機器の小型化、軽量化にとも
ない、光学系に使用されるガラスレンズとして、非球面
形状のレンズが望まれている。上記非球面形状を有する
ガラスレンズの製造方法として、所定の表面精度を有す
る成形用型内に光学素子材料を挟み込み、プレス成形す
ることで所望精度の光学素子を製造する方法が、既に数
多く提唱されている。

【０００３】この方法は、例えば、特公昭６１−３２２
６３号公報に開示してあるように、所望の光学素子の最
終形状に対して、正確に対応する成形面を有する鋳型の
中にガラス素材を挟み込み、上記ガラス素材を、その粘
度が１０⁸〜５×１０¹⁰ｄＰａ・ｓに相当する温度の範
囲で、プレス成形し、その後、上記ガラス素材と鋳型の
温度差が、少なくとも２０℃以上にならないように冷却
を行い、上記ガラス素材が、その粘度が１０¹²ｄＰａ・
ｓよりも小さくなる温度領域で、鋳型間から取り出すの
である。このことにより、高精度な光学素子を得ること
ができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例（特公昭６１−３２２６３号）の方法でも、例え
ば、総重量で１５ｇを越えるような、大容量なガラス素
材を用いて、大口径な光学素子を成形する必要がある場
合、ガラス素材の温度が、プレス可能な軟化温度に達し
た際に、本来なら、厚めの肉厚が必要な凹メニスカス形
状の光学素子の外周部や、凹形状の光学素子の外周部に
おいて、ガラス素材の自重による変形などが生じてしま
い、必要な厚みが得られず、予定した形状にならず、そ
れより扁平な薄い形状に成形されてしまう事態が、屡
々、発生してしまう。

【０００５】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その目的とするところは、プレス成形時に軟化状
態にあるガラス素材が、予定の形状より薄く変形しよう
とするのを、強制的に抑制し、所望の肉厚形状を確保し
た光学素子を得るための、光学素子の成形方法および成
形型を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
少なくとも２つ以上の型要素を組み合わせて１つの型部
材を構成し、上記型部材、もしくは、これと１つの型要
素からなる型部材の組合せを用いて、軟化状態にあるガ
ラス素材をプレス成形する光学素子の成形方法におい
て、上記型要素の接合面間からプレス成形されるガラス
素材に吸引力を作用させながらプレス成形することを特
徴とする。

【０００７】また、本発明では、軟化状態にあるガラス
素材をプレス成形する際に、少なくとも２つ以上の型要
素を組み合わせて１つの型部材を構成し、上記型部材、
もしくは、これと１つの型要素からなる型部材の組合せ
を用いる光学素子の成形型において、上記型要素の接合
面間からプレス成形されるガラス素材に吸引力を作用さ
せるための吸引手段を具備していることを特徴とする。

【０００８】この場合、型要素を組み合わせた型部材に
おける成形面に対して連通する個所で、上記接合面間の
間隙を５０μｍ以下とすることで、上記間隙へのガラス
素材の吸い込みを防止することができる。また、上記接
合面は、その縁を、型要素を組み合わせて構成された型
部材の成形面における非連続面の境界線に沿って、上記
成形面上に位置していることで、縁が肉厚の凹メニスカ
ス形状の光学素子などの成形を、予定した形状におい
て、確実に達成することができる。なお、上述のような
非球面レンズなどの光学素子の成形においては、少なく
とも、前記非連続面の一つは、光学機能面転写面を含ん
でおり、また、上記境界線は、ガラス素材の肉厚の個所
に位置していることが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照にして、詳細に説明する。ここで
は、ガラス素材に重クラウンガラス（ＳＫ１２）を使用
し、成形対象として、図１に示すような凹メニスカス形
状の光学素子を提示する。なお、図２は、凹メニスカス
レンズを成形加工するための成形型の構成を示してい
る。

【００１０】図２において、成形用胴型１は、その中央
に、これを上下に貫通した状態で、摺動貫通穴を形成し
ており、摺動貫通穴の上側部分には、上型部材２が上下
方向に沿って摺動可能に挿入されており、また、その下
側部分にも、下型部材３が上下方向に沿って摺動可能に
挿入されている。特に、本発明に係わる部分として、上
型部材２は、少なくとも、２つの型要素２−１、２−２
で構成されている。

【００１１】型要素２−１は、成形される光学素子の周
辺部に対応する成形面部分２Ａを形成した環状体であ
り、型要素２−２は、同じく、成形される光学素子の中
心部に対応する成形面部分２Ｂを形成した円柱体であ
る。特に、この実施の形態では、成形面部分２Ｂが凹レ
ンズの光学機能面転写面を含む大きさ（図１の必要形状
径に相当）になっていて、成形面部分２Ａとは非連続面
（この実施の形態では、鋭角で分離された隣接面）とな
っている。

【００１２】そして、両型要素２−１、２−２の接合面
の間には、例えば、５０μｍ以下の間隙６が形成されて
おり、これが、丁度、成形面部分２Ａ、２Ｂの境界線
（即ち、非連続面の境界線）に沿っている。換言すれ
ば、上型部材の成形面（両成形面部分２Ａ、２Ｂを含
む）に接する両型要素２−１、２−２の接合面の縁（パ
ーティングライン）は、図２において［Ａ］で示すよう
に、成形される光学素子の肉厚部分に対応する境界線に
沿っている。

【００１３】なお、図示していないが、型要素２−１、
２−２は、適当な手段で、一体に動作するようになって
いる。また、型要素２−１の上端部には、円盤状のフラ
ンジ部が形成されており、このフランジ部が、レンズの
厚みを調整するスペーサ７を介して、成形用胴型１の上
面に、上方から当接する。これにより、上型部材２、即
ち、型要素２−１、２−２のプレスストロークが規定さ
れる。

【００１４】一方、摺動貫通穴の下側に嵌挿された下型
部材３は、この実施の形態では、一つの型要素からなる
通常の円柱体の形状の型部材であり、図２に示される型
部材としては、その上端に若干の凹型をなした成形面３
Ａを備えていて、ガラス素材４の下面に所望の形状を転
写する。即ち、この転写によって、成形される光学素子
の一方の光学機能面を形成するのである。

【００１５】また、成形された凹メニスカスレンズ（ガ
ラス素材４からの成形品）の厚みは、上述したように、
上型部材２（特に、この実施の形態では、型要素２−
１）に形成したフランジ部が、成形用胴型１の上面に当
接することで規定され、加工する毎に、凹メニスカスレ
ンズの厚みが変化しないようになされている。

【００１６】なお、成形用胴型１の側面には、前記摺動
貫通孔と交差するように、開口１Ａが形成されており、
この開口１Ａを介して、成形用胴型１の内部にガラス素
材４を供給し、また、成形の完了した凹メニスカスレン
ズを成形用胴型１の内部から取り出すようになってい
る。また、この実施の形態では、成形用胴型１内に、そ
の四隅に位置した状態で、この成形用胴型１、上型部材
２（型要素２−１、２−２）、下型部材３を加熱すると
共に、これら成形用胴型１、上型部材２、下型部材３を
介して、ガラス素材４を加熱するためのヒータ５が配置
されている。

【００１７】而して、本発明では、型要素２−１、２−
２の接合面間からプレス成形されるガラス素材４に吸引
力を作用させながらプレス成形する。このため、間隙６
には真空吸引機構（例えば、吸引ポンプ）などの吸引手
段（図示せず）が、適当な経路を介して接続される。

【００１８】

【実施例】（実施例１）次に、本発明の成形プロセスを
実施例１について説明する。まず、上型部材２を成形用
胴型１に対して上方にスライドさせておく。この状態
で、オートハンドなどにより、所定の温度に加熱された
ガラス素材４を、下型部材３の成形面上に供給する。な
お、予め、成形用胴型１及び上型部材２（型要素２−
１、２−２）、および、下型部材３は、所定の成形条件
に対応した温度に加熱されている。特に、この実施例で
は、ガラス素材４は、その粘度で１０^9.5ｄＰａ・ｓに
相当する温度：６２０℃に加熱される。

【００１９】次に、プレス成形に際しては、上型部材２
を介して、４０００Ｎの荷重をガラス素材４に負荷す
る。その結果、ガラス素材４は、次第に水平方向に押し
つぶされて、最終的には、図１に示したような状態とな
る。その際の、図２中の［Ａ］の部分の拡大を図３に示
すが、このように拡大してみると、型要素２−１、２−
２の間には、上述したように、５０μｍ以下ではある
が、間隙が残されており、これによって、上型部材２の
成形面に位置し、両者の接合面の縁（パーティングライ
ン）が、非連続面の境界線に沿って位置される。特に、
この実施例では、上記境界線が成形面部分２Ａ、２Ｂを
鋭角に区切っており、成形される光学素子の肉厚部分に
対応している。

【００２０】そして、例えば、４０００Ｎの荷重を負荷
して、ガラス素材４をプレス成形する間、間隙６には、
上述のように真空吸引装置などの適当な吸引手段で、吸
引力が作用している。従って、これにより、ガラス素材
４は、その粘度が１０^9.5ｄＰａ・ｓと、非常に低粘度
な状態にあるため、その肉厚部分を鋭角な、境界線の部
分（パーティングライン）に引きつけて、保持するか
ら、だれを生じることもなく、扁平化されず、しかも、
所望の形状（上下型部材２、３の成形面から光学機能面
などが転写される）にガラス素材４から所要の光学素子
を成形することができる。

【００２１】この後、成形された凹メニスカスレンズは
冷却される。なお、この冷却過程において、ガラス素材
４が上型部材２、下型部材３の間で不均等に剥離してし
まうことを防ぐために、ガラス素材４の粘度で１０^10.5
ｄＰａ・ｓに相当する温度（６００℃）になった時点か
ら、３２００Ｎの荷重を負荷した状態で、ガラス素材４
の粘度で１０^13.5ｄＰａ・ｓ以上に相当する温度（５３
０℃）まで、冷却を行う。

【００２２】以上の工程の後、所定の温度まで温度が低
下したときに、オートハンドなどにより、凹メニスカス
レンズを外部に取り出す。特に、この実施例では、ガラ
ス素材４の粘度が１０¹⁴ｄＰａ・ｓに相当する温度（５
００℃）で凹レンズを取り出すが、その冷却速度は、約
８０℃／ｍｉｎである。

【００２３】このように、本発明の成形方法で成形した
凹メニスカスレンズについて、実際の成形品の光学機能
面を、フィゾー干渉計によって調べた結果、図４に示す
ように、Ｒ＝１４の凹面に干渉縞が写し出された。これ
は、上型部材２（型要素２−２）の成形面部分２Ｂとガ
ラス素材４とが接触していることを示している。そこ
で、フィゾー干渉計の結果から、干渉縞の写っている光
学機能面の寸法を測定した結果、直径φ：２３．４２ｍ
ｍであった。これは、図１に示す光学素子設計寸法の必
要形状径を満たしており、所望の形状を確保できてい
る。

【００２４】また、本発明の方法によって、実際に、連
続的に凹メニスカスレンズを成形した結果、すべてのレ
ンズの光学機能面において、必要形状径φ：２３ｍｍを
満たしていることが、既に確認できている。

【００２５】（実施例２）他の実施例として、ガラス素
材をフリントガラス（Ｆ８）にし、成形する光学素子形
状を図５に示す両面凹形状として成形を行った場合を説
明する。成形するレンズ形状が実施例１と異なるため、
使用した成形装置は、図６に示すように、上型部材２’
（型要素２−１′、２−２′）、下型部材３′の各光学
機能面の成形面形状が違っているが、その他の部位は、
実施例１についてと同様である。

【００２６】ここでは、上記の型構造によって成形を行
ったが、実施例１に比較して、そのガラス素材４′がフ
リントガラス（Ｆ８）であるため、加熱温度は５２０℃
で、やはり、上記ガラス素材４′の形状が凹形状で、比
較的変形が容易な形状であるため、３０００Ｎの荷重負
荷で十分成形可能である。そして、ここでも、型要素２
−１′と２−２′との間に生じている間隙６’（パーテ
ィングライン）から吸引を行いながらガラス素材４’を
プレス成形した。次に、ガラス素材４’が５００℃にな
った時点から、１５００Ｎの荷重を負荷した状態で、４
５０℃まで冷却を行い、その後、成形された光学素子を
取り出した。

【００２７】以上の本発明の方法のプロセスによって成
形した凹レンズの光学機能面を、フィゾー干渉計によっ
て調べた結果を図７に示す。ここでは、Ｒ＝３０ｍｍの
面を示しているが、干渉縞の写っている光学機能面の寸
法を測定した結果、直径φ：１５．２７ｍｍであった。
これは、図５に示す光学素子設計寸法の必要形状径を満
たしており、所望の形状を確保できていることがわか
る。また、本発明の方法によって連続的に凹レンズを成
形した結果、すべてのレンズの光学機能面において、必
要形状径φ：１５ｍｍを満たしていることが確認できて
いる。

【００２８】以上説明したように、本発明の成形方法に
よれば、また、そのための成形型を用いることで、上述
の実施の形態に示したように、従来では確保が困難であ
った凹レンズなどの光学素子の必要形状径を、十分に確
保することができる。なお、本発明は、その主旨を逸脱
しない範囲で、種々の実施の形態において、即ち、この
明細書に記述したような事例を修正または変形したもの
についても、適用することができる。

【００２９】即ち、例えば、上述の実施の形態、実施例
においては、凹レンズとメニスカスレンズを成形する場
合について説明したが、本発明は、その他の形状の光学
素子、例えば、凸メニスカスレンズにも適用可能であ
る。また、本発明の主旨は『型要素の接合面間の間隙か
らガラス素材を吸引しながらプレス成形する』ことであ
るから、型要素の組合せよりなる型部材は、上述の実施
の形態における上型部材に限らず、例えば、下型部材に
対しても型要素の組合せを適応することが可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
必要形状径が確保しにくい形状を有する、例えば、大径
の光学素子においても、十分に正確な形状転写が、容易
に実現できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す光学素子形状の模式
的な概略断面図である。

【図２】同じく、本発明に係わる成形型の模式的な構成
図である。

【図３】同じく、図２の［Ａ］部分の部分拡大図であ
る。

【図４】同じく、本発明の成形方法、成形型の使用によ
って得られた、レンズの光学機能面をフィゾー干渉計に
よって調べた結果を示す図である。

【図５】本発明を別の実施の態様として、示した光学素
子の形状の概略断面図である。

【図６】同じく、そのための成形型の構成を示した図で
ある。

【図７】同じく、この別の実施の態様において得られ
た、レンズの光学機能面をフィゾー干渉計によって調べ
た結果を示す図である。

【符号の説明】

１成形胴型２上型部材２−１型要素（周辺部）２−２型要素（中心部）２Ａ、２Ｂ成形面部分３下型部材３Ａ成形面４ガラス素材５昇温用ヒータ６間隙（その縁：パーティングライン）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つ以上の型要素を組み合わ
せて１つの型部材を構成し、上記型部材、もしくは、こ
れと１つの型要素からなる型部材の組合せを用いて、軟
化状態にあるガラス素材をプレス成形する光学素子の成
形方法において、上記型要素の接合面間からプレス成形
されるガラス素材に吸引力を作用させながらプレス成形
することを特徴とする光学素子のプレス成形方法。
【請求項２】軟化状態にあるガラス素材をプレス成形
する際に、少なくとも２つ以上の型要素を組み合わせて
１つの型部材を構成し、上記型部材、もしくは、これと
１つの型要素からなる型部材の組合せを用いる光学素子
の成形型において、上記型要素の接合面間からプレス成
形されるガラス素材に吸引力を作用させるための吸引手
段を具備していることを特徴とする光学素子のプレス成
形型。
【請求項３】型要素を組み合わせた型部材における成
形面に対して連通する個所で、上記接合面間の間隙を５
０μｍ以下としたことを特徴とする請求項２に記載の光
学素子の成形型。
【請求項４】上記接合面は、その縁を、型要素を組み
合わせて構成された型部材の成形面における非連続面の
境界線に沿って、上記成形面上に位置していることを特
徴とする請求項２あるいは３に記載の光学素子のプレス
成形型。
【請求項５】少なくとも、前記非連続面の一つは、光
学機能面転写面を含んでおり、また、上記境界線は、ガ
ラス素材の肉厚の個所に位置していることを特徴とする
請求項４に記載の光学素子のプレス成形型。