JP2006021417A - ホルダ付き光学部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レンズなど光学部品に用いる素材を貫通孔を有する光学部品用ホルダの貫通孔内に挿入した状態で加熱し、２つの成形型間で加圧して変形させ、ホルダ内面に圧着させるとともに光学部品所定の光学面を形成するホルダ付き光学部品の製造方法において、レンズ用の素材などの光学部品用素材とレンズホルダなど光学部品用ホルダを同時に、かつ安定に成形型内に搬入し、正しく設置することのできる製造方法を提供する。
【解決手段】 光学部品用ホルダの貫通孔はその一部分を光学部品用素材が通過できないように予め狭めておき、光学部品用素材をこの貫通孔の狭められていない部分に挿入し、狭められた部分を上方にした状態で、光学部品用素材のみ、または光学部品用素材と光学部品用ホルダとを上方から真空吸着し、光学部品用ホルダと光学部品用素材とを同時に搬送し、成形面が上方になるように設置した第一の成形型上に光学部品用素材を載置する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、型成形による光学部品の製造方法に関し、とくにホルダと一体成形する製造方法に関する。

レンズなどの光学部品は金属などからなる支持部材（ホルダ）に納めて使用されることが多い。光学部品は汚れや傷によってその機能が損なわれる恐れがあるので、取り扱いが難しい。予めホルダを設けておくことにより、機器等への組み込みに際しても光学部品に直接触れて取り扱う必要がなくなり、汚れや傷の発生を減らすことが可能になる。

ガラスまたは樹脂などの素材を用いて作製されるレンズなどの光学部品をホルダ内に固定したホルダ付き光学部品は、ホルダと光学部品をそれぞれ作製し接着固定してもよいが、光学部品用素材をホルダ内で加圧変形させ、ホルダ内に圧着固定すると同時に光学面を形成する方法によって製造される場合がある（例えば、特許文献１または２参照）。

このような成形法によって非球面レンズを製造する従来の手順を図１に示す。なお、以下同一部材は同一符合によって示し、説明を省略する場合がある。まず図１（ａ）に示すように円筒状の胴型１０の中に下型１２を成形面１５が上方を向くように組み込む。下型は段差１３を有し下部１４の直径が大きくなっている。その段差１３上に円筒状の補助部材であるインナースリーブ１８を設置する。この状態でまず胴型１０上部から金属製のレンズホルダ１３０を挿入し、インナースリーブ１８の上の所定位置に載置する。次いで図１（ｂ）に示すようにレンズ素材１２０をレンズホルダ１３０の貫通孔内に挿入し、下型１２の成形面１５上に載置する。

レンズ素材１２０はガラス材料からなり、図２（ａ）に示すように球形に成形加工されている。またレンズホルダ１３０は図２（ｂ）に示すように円筒状で、断面が円形の貫通孔を備えている。この貫通孔の内径Ｂはレンズ素材１２０の直径Ａより大きくなければならない。ＡとＢの関係は成形後のレンズがレンズホルダに密着し、かつ素材に余剰がでないように設計する必要がある。

この状態で図１（ｃ）に示すように上型１１６を胴型１０の上部に挿入して降下させ、所定の温度に加熱して軟化させたレンズ素材１２０を押圧する。以上の手順により、図２に示すように上下型１２、１１６とレンズホルダ１３０の形状によって規定された成形体１２２が形成される。この成形体１２２はレンズホルダ１３０とは固着するが、予め離型処理が施された上下型１２．１１６とは固着することなく、離型が可能である。

成形完了後、図１（ｄ）に示すように、上型を抜き去り、ホルダ付き非球面レンズ１５０を取り出す。新たにホルダとレンズ素材を用意し、同様の手順を経ることによりさらに繰り返しホルダ付き非球面レンズを製造することができる。この装置によれば、上型だけを抜き、他の部材を組み立て直す必要がないため、短時間で繰り返し生産を行うことができる。

ところで、レンズホルダをインナースリーブ上まで搬送するためには通常、機械的に把持するか、真空吸着によって吸着させて搬送する。しかしレンズホルダ１３０は貫通孔１３６を有するため、機械的に把持するためには、図３（ａ）のようにピンセット状の把持具１６０によって外周部１３２を掴むか、または同図（ｂ）のように内周部１３４を外側に押すようにして支持するか、の手段が採られる。

また真空吸着を用いる場合には、同図（ｃ）に示すようにその側面１３２を、または同図（ｄ）に示すように中心からずれた面積の小さい端面１３８に吸着口１８０を接触させて吸引するなどの方法が選択される。
特開昭６１−１１４８２２号公報 特開平３−２６５５２９号公報

しかし、上記従来の方法では、レンズホルダをインナースリーブ上に載置し、ついでレンズ素材をレンズホルダの貫通孔内の下型表面まで搬送するという２回の搬送作業が必要で、作業効率が悪いという問題点があった。

また、図３に示したレンズホルダの搬送方法はそれぞれ問題点を有している。図３（ａ）の方法では、把持具１６０がレンズホルダ１３０の外側にくるため、レンズホルダ１３０の外径と胴型の内周の径の間に把持具１６０が通るだけの余裕が必要となり、上下型等をこのために大型に製作する必要が生じ、製造装置のコストが上昇してしまう。図３（ｂ）の方法は支持が不安定で、搬送中の落下等が起こりやすい。

図３（ｃ）のようにレンズホルダ１３０の側面１３２を吸着する場合は、胴型内でレンズホルダを９０°回転させる必要があり、図４に示すようにレンズホルダ１３０が正しく載置されないことが起こりやすい。図３（ｄ）の場合は吸着口１８０を胴型内周面に近接して挿入する必要があり、そのための余裕を設ける必要があり、また支持が不安定になりやすい。したがってこの場合も図４に示したような問題が生じやすい。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、レンズ用の素材などの光学部品用素材とレンズホルダなど光学部品用ホルダを同時に、かつ安定に成形型内に搬入し、正しく設置することのできる製造方法を提供することを目的とする。また成形型内に光学部品用ホルダを搬入するための特別なスペースを不要とし、製造装置が大型化するのを避けることをも目的とする。

本発明が対象とするホルダ付き光学部品の製造方法は、基本的につぎの手順で実施される。あらかじめ所定の形状に加工された光学部品用素材を貫通孔を有する光学部品用ホルダの貫通孔内に挿入した状態で加熱し、２つの成形型間で加圧して変形させ、ホルダ内面に圧着させるとともに光学部品所定の光学面を形成する。その際、光学部品用ホルダの貫通孔はその一部分を光学部品用素材が通過できないように予め狭めておき、光学部品用素材をこの貫通孔の狭められていない部分に挿入し、狭められた部分を上方にした状態で、光学部品用素材のみ、または光学部品用素材と光学部品用ホルダとを上方から真空吸着し、光学部品用ホルダと光学部品用素材とを同時に搬送し、成形面が上方になるように設置した第一の成形型上に光学部品用素材を載置する。

この方法によれば、光学部品用素材のみを真空吸着して持ち上げる際、この素材はホルダの貫通孔の狭められた部分に引っ掛かるためホルダもともに持ち上げることができる。また光学部品用素材と光学部品用ホルダとを共に吸着する場合には、光学部品用素材はホルダの貫通孔に狭められた部分が存在するためにホルダから抜け出ることがない。

したがって光学部品用素材とホルダを同時に、かつ安定に成形型内に搬入することができ、正しく載置することができる。また吸着口の外径はホルダの外径より小さくてよいため、吸着口を成形型内に挿入するための特別なスペースを必要としない。なお、ここで上方とは重力のはたらく方向と反対の方向を意味する。

また第一の成形型を固定し、この成形型上に成形面に対して光学部品用ホルダを所定位置に固定するための貫通孔を有する補助部材を設置し、この補助部材上の所定位置に搬送した光学部品用ホルダを載置することが望ましい。

上記の構成により、同時に搬送した素材とホルダを固定した第１の成形型上と補助部材上にそれぞれ同時に正確に載置することができ、光学部品をホルダ内の所定の位置に正確固定したホルダ付き光学部品を容易に製造できる。

上記光学部品用ホルダの貫通孔は断面を円形とし、その内周面の一部分に貫通孔の中心に向かって張り出した部分が設けられ、その部分における貫通孔の断面形状は中心に関して対称であり、かつ中心を通る差し渡し距離の最小値が光学部品用素材の外形の最大値より小さくする。

貫通孔の断面が円形の場合には、上記の関係があれば、光学部品用素材が光学部品用ホルダを抜け出ることがない。また中心対称であれば、素材を吸着して持ち上げる際、ホルダ端面を水平に近い状態に保ちやすく、成形型内に正しく載置することができる。

光学部品用素材は球形、円筒形または回転楕円体形であることが望ましい。このような素材の形状であれば、レンズなどのように光学部品が軸対称である場合にホルダに密着した成形体を構成しやすい。なお、ここで言う球形等の形状の名称は、通常の成形加工によって生じる形状誤差程度の変形は考慮していない。

本発明の製造方法によれば、レンズなどの光学部品の素材とレンズホルダなど光学部品用ホルダを同時に、かつ安定に成形型内に搬入し、正しく設置することができる。したがってホルダ付き光学部品の生産効率を向上させることができる。またホルダの貫通孔内にある光学部品用素材のみを真空吸着し、そのまま成形型内に搬入するため、真空吸着具を成型型内に挿入するための特別なスペースを必要とせず、成型装置が大型化するのを避けることができる。

以下に本発明の製造方法を用いてホルダ付き非球面レンズを作製する方法について具体的に説明する。

レンズの成形に用いる成形装置は基本的に図１に示した従来の装置と同様で、２つの成形型により、レンズ素材を加圧することによって変形させてレンズを形成する。したがって成形型の成形面は予め設計された非球面レンズの表面形状に合わせて加工されている。

レンズ素材とレンズホルダを挿入する前の状態は図１（ａ）に示すように、円筒状の胴型１０の貫通孔内に下型１２（第１の成形型）を挿入し、成形面１５が上方に向くように設置する。この下型１２は成形過程で移動しない。下型１２は成形面１５の下方に段差１３を有し、段差１３より下側の下部１４では成形面１５のある上部より断面積が大きくなっている。この段差１３部分に貫通孔を有する補助部材であるインナースリーブ１８を設置する。このときインナースリーブ１８の貫通孔に下型１２の上部が挿入される。

この状態でレンズ素材（光学部品用素材）とレンズホルダ（光学部品用ホルダ）を成形型内に投入するが、その際、本発明の特徴となる方法を用いる。
レンズ素材２０はガラス材料からなり、図５（ａ）に示すように予め球形（直径Ａ）に成形加工されている。

使用するレンズホルダ３０は金属材料からなり、図５（ｂ）に示すように円筒状で断面が円形の貫通孔を有している。レンズ素材を挿入するための目的だけであれば、図２（ｂ）に示したような従来例の形状でよいが、本発明の製造方法を採用するためにはレンズホルダ３０の貫通孔はその一部分をレンズ用素材が通過できないように狭めておく必要がある。

図５（ｂ）の例では貫通孔の孔径がその一方の端部で小さくなるように内側に張り出した部分３３が設けられている。他の部分に比して小さくなるように狭められている。レンズ素材２０として同図（ａ）に示すように直径Ａの球状に成形されたものを使用する場合、レンズホルダ３０の貫通孔の狭められた部分の直径Ｃはレンズ素材２０の直径Ａより小さくする（Ｃ＜Ａ）。勿論、レンズ素材２０を挿入する部分の貫通孔の直径Ｂはレンズ素地の直径Ａより大きい必要がある。

レンズ素材２０およびレンズホルダ３０は図６に示すようにパレット７０に入れて準備しておく。パレット７０は球形のレンズ素材２０を支持する部分とレンズホルダ３０を支持する部分とが段差状になった窪みまたは孔部分７２を複数有し、複数のレンズ素材とレンズホルダを載せて保持できるようになっている。パレット上には図６に示すように球形のレンズ素材２０に被せるようにレンズホルダ３０を貫通孔の狭められた側が上になるように置く。

成形工程の初めにパレット上のレンズ素材２０とレンズホルダ３０とを同時に成形装置内に搬送する。搬送には真空吸着を使用する。真空吸着器の吸着口８０は図７（ａ）に示すように平坦で必要な垂直度を有する端面８２を有する。図７（ｂ）に示すようにレンズホルダ３０の外径にほぼ一致した外径をもつ吸着口８２を使用する場合はレンズ素材とレンズホルダとをともに吸引、吸着する。レンズホルダの貫通孔上端が狭められているので、吸引してもレンズ素材２０がレンズホルダ３０から抜け出てしまうことはない。

レンズホルダの貫通孔の径より小さい外径をもつ吸着口８４を使用する場合には、レンズ素子２０のみを吸引、吸着する。レンズホルダ３０の貫通孔の上端が狭められているので、レンズ素材２０だけを吸引して持ち上げても、レンズホルダ３０はレンズ素材２０に引っ掛かって落下することがない。

いずれの場合も、図６に示すようにレンズ素材２０とレンズホルダ３０を同時に胴型１０内部の所定位置まで移動することができ、そこで吸引を解除し、場合によっては逆吹き出し（バックブロー）を行うことにより、レンズ素材２０およびレンズホルダ３０を吸着口８０の端面から離脱させる。以上によりレンズ素材２０は下型１２の成形面上に、レンズホルダ３０はインナースリーブ１８上の所定位置に同時に精度良くセットされる。

その後、図８に示すように上型（第２の成形型）１６を成形面が下向きになるように胴型１０に挿入し、降下させる。レンズ素材２０をそれが軟化する温度に加熱し、上下の成形型１６、１２間で加圧する。予めレンズ素材２０の体積を所定値に設定しておくことにより、レンズ素材２０は加圧により変形し、レンズホルダ３０の内周面に密着するとともに、図９に示すように成形型の成形面によって定められた非球面レンズの表面形状に成形された成形体２２が得られる。

なお、図９では下型１２の成形面が非球面、上型１６の成形面は平面の平−凸レンズの成形を示している。しかしこれは一例であって、下型が平面、上型が非球面であってもよく、また両面が凸のレンズであってもよい。

上記の実施例のより次の効果が得られる。
（１）レンズホルダの貫通孔がレンズ素材によって塞がれることで吸着可能な真空を得られ、レンズ素材と同時にレンズホルダを貫通孔の方向に吸着することができ、レンズ素材とレンズホルダを同時に搬送できる。
（２）吸着口の端面の外径はレンズホルダの外径以下にできるためレンズホルダが挿入できるスペースがあれば搬送、挿入が可能である。
（３）吸着の際に吸着口端面をレンズホルダ端面に突き当てて位置決め固定できるので、成形型内にレンズホルダをセットする際の位置や傾きなどについて高い精度を得ることができる。

なお、上記の製造方法は非球面レンズまたは球面レンズ以外のホルダ付き光学部品にも適用できる。例えば、微細な凹凸構造を有するフレネルレンズ、回折格子などの回折光学素子、あるいはプリズムなどが例示できる。

また光学部品用素材の形状は球形に限られず、図１０（ａ）に示す円筒状、円板状、あるいは同図（ｂ）に示す回転楕円体状などであってもよい。この場合、円筒、円板の直径を図５（ａ）に示した球の直径Ａと同様に考え、同図（ｂ）に示すホルダの狭められた部分の貫通孔の直径ＣがＣ＜Ａの関係を満たしていればよい。また回転楕円体の場合は、その最大幅をＡと考えれば同様である。

さらにホルダの貫通孔の断面形状は保持する光学部品の形状によっては、必ずしも円形である必要はないが、押圧による成形には中心対称であることが望ましい。
また貫通孔の狭められた部分は必ずしも図５（ｂ）に示すホルダ３０のように貫通孔の他の部分の断面と相似形である必要はない。光学部品用素材が少なくとも１つの向きで貫通孔を直線的に通りぬけられない構造であればよい。

例えば図１１（ａ）に示すホルダ２３０のように、貫通孔内周面にその中心に向かって張り出した複数の凸部２３３を貫通孔の中心に対して対称に設けてもよい。この凸部の先端を結ぶ距離、すなわち中心を通る差し渡し距離の最小値をＤとし、Ｄ＜Ａの関係を満たすようにすれば、素材は貫通孔を通過できない。また同図（ｂ）に示すホルダ３３０のように断面が正方形状の開口３３３としてもよい。この場合も正方形状開口の貫通孔の中心を通る差し渡し距離の最小値をＥとし、ＥがＥ＜Ａの関係を満たしていればよい。

貫通孔を狭める手段としてこの他の形状を採用してもよいが、光学部品用素材の傾きや位置ずれを避けるために、貫通孔の中心に対して対称な形状とすることが望ましい。

図１は従来のホルダ付きレンズの製造手順を説明する図である。 図２は従来のレンズ素材およびレンズホルダの一例を示す図である。 図３は従来のレンズホルダの搬送方法を示す図である。 図４は従来の製造方法の問題点を説明する図である。 図５は本発明のレンズ素材およびレンズホルダの一例を示す図である。 図６は本発明のレンズホルダおよびレンズ素材の搬送方法を説明する図である。 図７は真空吸着器の吸着口の断面模式図である。 図８は本発明の成形装置の概略図である。 図９は本発明におけるレンズの成形過程を示す図である。 図１０はレンズ素材の形状の他の例を示す図である。 図１１はレンズホルダの形状の他の例を示す図である。

符号の説明

１０ 胴型
１２ 下型
１６ 上型
１８ インナースリーブ
２０、２２０、３２０ レンズ素材
３０、２３０、３３０ レンズホルダ
７０ パレット
８０、８４ 吸着口

Claims (5)

1. 所定の形状に加工された光学部品用素材を貫通孔を有する光学部品用ホルダの該貫通孔内に挿入した状態で加熱し、２つの成形型間で加圧して変形させ、前記ホルダ内面に圧着させるとともに光学部品所定の光学面を形成するホルダ付き光学部品の製造方法において、前記光学部品用ホルダの貫通孔はその一部分を前記光学部品用素材が通過できないように予め狭め、前記光学部品用素材を前記貫通孔の狭められていない部分に挿入し、前記狭められた部分を上方にした状態で前記光学部品用素材のみ、または該光学部品用素材と光学部品用ホルダとを上方から真空吸着し、前記光学部品用ホルダと光学部品用素材とを同時に搬送し、成形面が上方になるように設置した第一の成形型上に前記光学部品用素材を載置することを特徴とするホルダ付き光学部品の製造方法。
2. 前記第一の成形型を固定し、該成形型上に該成形面に対して前記光学部品用ホルダを所定位置に固定するための貫通孔を有する補助部材を設置し、該補助部材上の所定位置に搬送した前記光学部品用ホルダを載置することを特徴とする請求項１に記載のホルダ付き光学部品の製造方法。
3. 前記光学部品用ホルダの貫通孔は断面が円形であってその内周面の一部分に前記貫通孔の中心に向かって張り出した部分が設けられ、該部分における貫通孔の断面形状は前記中心に関して対称であり、かつ中心を通る差し渡し距離の最小値が前記光学部品用素材の外形の最大幅より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のホルダ付き光学部品の製造方法。
4. 前記光学部品用素材は球形、円筒形または回転楕円体形であることを特徴とする請求項３に記載のホルダ付き光学部品の製造方法。
5. 前記光学部品はレンズであることを特徴とする請求項４に記載のホルダ付き光学部品の製造方法。
   

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