JP2006151788A - 光学レンズ成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第一金型コア、第二金型コア、二つの内部スリーブ、および外部スリーブを備えた光学レンズ成形装置を提供する。
【解決手段】第一および第二金型コアは第一熱膨張係数を有する。第一金型コアおよび第二金型コアと同軸的に組み立てられる二つの内部スリーブは、第二熱膨張係数を有する。さらに、外部スリーブは第一内径および第二内径を有する。第一金型コアおよび第二金型コアは、二つの金型コアの間にキャビティが形成されるように、第一内径を有する外部スリーブ内に同軸的に組み立てられる。二つの内部スリーブは、第二内径を有する外部スリーブ内に同軸的に組み立てられる。外部スリーブは、第一および第二熱膨張係数より小さい第三熱膨張係数を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学レンズ成形装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、光軸の傾斜と偏心を軽減する光学レンズ成形装置に関する。

従来、非球面光学レンズを作製するプロセスは、金型および一対の金型コアで金型キャビティを形成し、次いで金型キャビティの中のガラスの塊を加熱して、ガラスを所望するどんな形状にでも軟化させ、冷却後に光学レンズを得ることを含む。一般的に、金型コアと金型との間には、組立てを容易にするために小さい間隙が設けられる。しかし、高い成形温度では、金型および金型コアの両方が膨張し、より大きい間隙ができる。その結果、金型コアの傾斜または偏心が発生することがあり、したがって成形された光学レンズは傾斜または偏心した光軸を持つことがある。

図１は、従来の光学レンズ成形装置の構造を示す略断面図である。図１の従来の光学レンズ成形装置１００は主として上部金型コア１１０、下部金型コア１２０、および外部スリーブ１４０を含む。外部スリーブ１４０は内径Ｄを有する。上部金型コア１１０および下部金型コア１２０は、上部金型コア１１０と下部金型コア１２０との間にキャビティ１５０が形成されるように、内径Ｄを有する外部スリーブ１４０内に同軸的に組み立てられる。加えて、外部スリーブ１４０は、上部金型コア１１０および下部金型コア１２０の両方の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する。

上部金型コア１１０および下部金型コア１２０を外部スリーブ１４０により組み立てるプロセスを容易にするために、間隙１６２が設けられる。光学レンズを成形するプロセスは、成形装置のセットを約５２５℃の温度まで加熱して、ガラスの塊５０を軟化させる必要がある（図２Ａに示す通り）。そのような高温環境では、上部金型コア１１０、下部金型コア１２０、および外部スリーブ１４０は、熱のため膨張する。上部金型コア１１０および下部金型コア１２０の外方膨張度は、外部スリーブ１４０の外方膨張度より小さいので、間隙１６２の幅は拡大する。その結果、上部金型コア１１０を下方に押圧するプロセスで、拡大した間隙１６２のため、上部金型コア１１０の傾斜または偏心が生じることがある。

図２Ａおよび２Ｂは、従来の光学レンズ成形装置を使用して成形された光学レンズの二つの可能な形状を示す略図である。図１および２Ａに示すように、上部金型コア１１０が偏心した場合、成形された光学レンズ５０ａの上面５２の光軸Ｃ１は偏心する。換言すると、上面５２の光軸Ｃ１と下面５４の光軸Ｃ２との間にある量のずれδが存在する。したがって、光学レンズ５０ａは偏心光軸を維持する。

さらに、図１および２Ｂに示すように、上部金型コア１１０が傾斜した場合、成形された光学レンズ５０ａの上面の光軸Ｃ１は左に傾斜する。換言すると、上面５２の光軸Ｃ１は、下面５４の光軸Ｃ２と挟角θを形成する。したがって、光学レンズ５０ａは傾斜光軸を維持する。

要するに、高い成形温度および外部スリーブに対する上部金型コアおよび下部金型コアのより小さい熱膨張度のため、金型コアと外部スリーブとの間の間隙が増大する。したがって、上部金型の傾斜または偏心が容易に発生する。換言すると、従来の成形装置を使用して作成される光学レンズは、傾斜または偏心の問題を抱える傾向がある。これは、心取りプロセスで中心を見出す際に多少の困難を導く。光軸の正確な位置を決定できなければ、往々にして製品の組立ての歩留まりの著しい低下につながる。

したがって、本発明の少なくとも一つの目的は、外部スリーブと金型コアとの間にスリーブを追加することによって、成形レンズの光軸の傾斜または偏心を最小化するための光学レンズ成形装置を提供することである。追加スリーブは、外部スリーブの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する。

これらおよび他の利点を達成するため、および本発明の目的に従って、本書で具現しかつ大まかに説明するように、本発明は光学レンズ成形装置を提供する。該成形装置は主として第一金型コア、第二金型コア、二つの内部スリーブ、および外部スリーブを含む。第一金型コアおよび第二金型コアは第一熱膨張係数を有する。第一金型コアおよび第二金型コアは、第二熱膨張係数を有する二つの内部スリーブ内にそれぞれ同軸的に組み立てられる。外部スリーブは第一内径および第二内径を有する。第一金型コアおよび第二金型コアは、第一金型コアと第二金型コアとの間に金型キャビティが形成されるように、第一内径を有する外部スリーブ内に同軸的に組み立てられる。二つの内部スリーブは、第二内径を有する外部スリーブ内に同軸的に組み立てられる。外部スリーブは第三熱膨張係数を有し、さらに第一および第二熱膨張係数は両方とも第三熱膨張係数より大きい。

本発明では、二つの内部スリーブは光学レンズ成形装置の中に配置される。金型コアに対する二つの内部スリーブの密嵌により、成形プロセスの高温環境での第一金型コアの傾斜または偏心は軽減される。したがって光学レンズ成形装置により、光軸の傾斜および偏心の問題に対する著しい改善が提供される。

上記の概略説明および以下の詳細な説明はどちらも例証であって、請求の範囲の本発明についてさらに説明するものであることを理解されたい。

添付の図面は本発明のさらなる理解をもたらすために含めるものであって、本明細書に組み立てられ、その一部を構成する。図面は本発明の実施形態を示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。

本発明の好適な実施形態について以下詳細に説明する。その実施例が添付の図面に示されている。可能な限り、図面および説明で同一または同様の部品を指す場合、同一参照番号を使用する。

図３は、本発明の一実施形態に係る光学レンズ成形装置の構造を示す略断面図である。本発明の光学レンズ成形装置は主として、材料の塊を光学レンズに成形するのに役立つ。光学レンズに成形される材料は一般的にガラスまたは光学ポリマである。本実施形態では、成形材料はガラスの塊である。しかし、光学レンズ成形装置によって成形できる材料はガラスに限らない。図３に示すように、本実施形態は、基本的に上部金型コア２１０、下部金型コア２２０、二つの内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂ、および外部スリーブ２４０を含む光学レンズ成形装置２００ａを提供する。上部金型コア２１０および下部金型コア２２０は、相互に対面する対応成形部２１２および２２２を有する。上部金型コア２１０および下部金型コア２２０は、第一熱膨張係数を有する同一材料を使用して作製される。二つの内部スリーブ２３０ａおよび２３０ｂは、上部金型コア２１０および下部金型コア２２０と個別に同軸的に組み立てられる。二つの内部スリーブ２３０ａおよび２３０ｂは第二熱膨張係数を有する。外部スリーブ２４０は第一内径Ｄ１および第二内径Ｄ２を有する。さらに、上部金型コア２１０および下部金型コア２２０は、上部金型コア２１０と下部金型コア２２０との間に金型キャビティ２５０が形成されるように、第一内径Ｄ１を有する外部スリーブ２４０内に同軸的に組み立てられる。二つの内部スリーブ２３０ａおよび２３０ｂは内径Ｄ２を有する外部スリーブ２４０内に同軸的に組み立てられる。さらに、外部スリーブ２４０は第三熱膨張係数を有し、第一および第二熱膨張係数は両方とも第三熱膨張係数より大きい。

上記の光学レンズ成形装置２００ａで、上部金型コア２１０、下部金型コア２２０、内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂ、および外部スリーブ２４０の組立てを容易にするために、上部金型コア２１０、下部金型コア２２０、および外部スリーブ２４０の間、ならびに内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂおよび外部スリーブ２４０の間に、加工公差として第一間隙２６２および第二間隙２６４を設けなければならない。第一間隙２６２および第二間隙２６４の幅は、例えば約７〜９μｍである。

本実施形態では、上部金型コア２１０および下部金型コア２２０は、別個の部分に第一直径Ｅ１および第二直径Ｅ２を持つ円筒体を有する。第一直径Ｅ１は第二直径Ｅ２より小さい。外部スリーブ２４０は、二つの別個の部分に第一内径Ｄ１および第二内径Ｄ２を有する中空スリーブである。第一内径Ｄ１は第二内径Ｄ２より小さい。しかし、本発明の光学レンズ成形装置は、単一の内径しか持たない中空スリーブを外部スリーブとして使用することができる。加えて、内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂは、上部金型コア２１０および下部金型コア２２０の第一直径Ｅ１にほぼ等しい内径の環状体を有する。さらに、内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂの外径は、外部スリーブ２４０の第二内径Ｄ２にほぼ等しい。

本発明の一つの好適な実施形態では、上部金型コア２１０および下部金型コア２２０は、５．２×１０^-6／Ｋの熱膨張係数を持つタングステンカーバイドを使用して作製される。二つの内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂは、８．１×１０^-6／Ｋの熱膨張係数を持つステンレス鋼を使用して作製される。内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂは上部および下部金型コア２１０、２２０の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有するので、内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂは、高温環境下で上部および下部金型コア２１０、２２０が外方膨張するよりも大きく外方膨張する。さらに、内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂの外方膨張は、外部スリーブ２４０の外方膨張度と同一であることが好ましい。換言すると、内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂと外部スリーブ２４０との間の間隙は、その後の光学レンズ成形プロセスを容易にするために、加熱プロセス中ずっと７〜９μｍの間の一定値に維持することができる。

図４Ａないし４Ｄは、本発明の光学レンズ成形装置を使用して成形光学レンズを形成するためのステップを示す略断面図である。図４Ａに示すように、下部金型コア２２０が、内径Ｄ１を有する外部スリーブ２４０内に同軸的に組み立てられ、次いで内部スリーブ２３０ｂが、第二内径Ｄ２を有する外部スリーブ２４０内に同軸的に組み立てられる。したがって、内部スリーブ２３０ｂは下部金型コア２２０と外部スリーブ２４０との間に配置される。その後、ガラスの塊が下部金型コア２２０の成形部２２２に配置される。

図４Ｂに示すように、上部金型コア２１０が、第一内径Ｄ１を有する外部スリーブ２４０内に同軸的に組み立てられ、次いで内部スリーブ２３０ａが、第二内径Ｄ２を有する外部スリーブ２４０内に同軸的に組み立てられる。したがって、内部スリーブ２３０ａは上部金型コア２１０と外部スリーブ２４０との間に配置される。その後、上部金型コア２１０は徐々に下方に押圧されて、ガラスの塊が成形される。光学レンズ成形プロセスは、ガラスの塊５０を軟化させるために、高温で実行されることに注目されたい。成形が行なわれる温度は例えば約５２５℃である。

図４Ｃに示すように、上部金型コア２１０、下部金型コア２２０、および外部スリーブ２４０の間の第一間隙２６２の幅は温度と共に増大する。しかし、内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂおよび外部スリーブ２４０の間の第二間隙２６４の幅は、内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂの第二熱膨張係数が第一および第三熱膨張係数の両方より大きいので、依然として約７〜９μｍに維持することができる。したがって、内部スリーブ２３０ａ、２３０ｂは、上部金型コア２１０および下部金型コア２２０上に個別に緊密に配置されるので、上部金型コア２１０または下部金型コア２２０が偏心または傾斜する可能性は大幅に減少する。

上記の通り、上部金型コア２１０を下方に押圧しても傾斜または偏心が生じないので、成形光学レンズ５０ａの上面の光軸Ｃ１と下面の光軸Ｃ２との間の偏心量δ（図２Ａに示す）、または挟角θの傾斜は、非常に小さい。換言すると、光学レンズ５０ａの上面５２の光軸Ｃ１および下面５４の光軸Ｃ２は、同一光軸Ｃ（図４Ｄに示す）と容易に整列させることができる。

その後、図４Ｄに示すように、成形光学レンズ５０ａは金型から離型され、ついで心取りプロセスが実行される。光学レンズ５０ａの光軸の傾斜または偏心の問題はいまや最小化されているので、心取りプロセスで中心を見出す際の困難さはかなり軽減される。光軸Ｃの正しい位置は容易に見出すことができるので、組立てプロセスの歩留まりが高まる。

光学レンズ成形装置２００ａによって成形される光学レンズ５０ａは、図４Ｄに示す凹／凸型の光学レンズに限定されないことに注目されたい。上部金型コア２１０および下部金型コア２２０の成形部２１２、２２２（図３に示す）を変えることにより、他の型の光学レンズを成形することができる。換言すると、上部金型コア２１０および下部金型コア２２０の成形部２１２、２２２は凹面、凸面、一対の凹面、または一対の凸面とすることができる。

要するに、光学レンズ成形装置の中に配置された二つの内部スリーブは、高温時の上部金型コアの傾斜または偏心の程度がかなり軽減されるように、密に係合された金型コア（上部金型コアおよび下部金型コア）を配置するために利用される。したがって、本発明の光学レンズ成形装置は、光軸の傾斜または偏心の問題を軽減することができる。その結果、その後の心取りプロセスで中心を見出す際の困難さは最小化される。光学レンズの正しい位置を容易に見出すことができるので、生産歩留まりが高まる。加えて、本発明はまた、光学レンズの成形技術を改善する手段、偏心に敏感な用途の要求を満たす成形光学レンズを製造する方法、および精密光学レンズを大量に成形する手段をも提供する。

本発明の範囲または精神から逸脱することなく、本発明の構造に様々な変化および変形を施すことができることが、当業者には明瞭であろう。上記に鑑みて、本発明は、請求の範囲に記載する範囲およびそれらの均等物に該当することを前提として、この発明の変化および変形を含むつもりである。

従来の光学レンズ成形装置の構造を示す略断面図である。 従来の光学レンズ成形装置を使用して成形された光学レンズの二つの可能な形状を示す略図である。 従来の光学レンズ成形装置を使用して成形された光学レンズの二つの可能な形状を示す略図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズ成形装置の構造を示す略断面図である。 本発明の光学レンズ成形装置を使用して成形光学レンズを形成するためのステップを示す略断面図である。 本発明の光学レンズ成形装置を使用して成形光学レンズを形成するためのステップを示す略断面図である。 本発明の光学レンズ成形装置を使用して成形光学レンズを形成するためのステップを示す略断面図である。 本発明の光学レンズ成形装置を使用して成形光学レンズを形成するためのステップを示す略断面図である。

符号の説明

５０ ガラスの塊
５０ａ 成形光学レンズ
５２ 光学レンズの上面
５４ 光学レンズの下面
１００ 光学レンズ成形装置
１１０ 上部金型コア
１２０ 下部金型コア
１４０ 外部スリーブ
１５０ キャビティ
１６２ 間隙
２００ａ 光学レンズ成形装置
２１０ 上部金型コア
２１０ 下部金型コア
２１２，２２２ 対応成形部
２２０ 下部金型コア
２３０ａ 内部スリーブ
２３０ｂ 内部スリーブ
２４０ 外部スリーブ
２５０ 金型キャビティ
２６２ 第一間隙
２６４ 第二間隙
Ｃ 光軸
Ｃ１ 光軸
Ｃ２ 光軸
Ｄ 内径
Ｄ１ 第一内径
Ｄ２ 第二内径
Ｅ１ 第一直径
Ｅ２ 第二直径
δ 偏心量
θ 挟角

Claims (7)

1. 第一成形部を有し、第一熱膨張係数を有する第一金型コアと、
   前記第一成形部に対面する第二成形部を有し、第一熱膨張係数を有する第二金型コアと、
   第二熱膨張係数を有し、前記第一金型コアおよび前記第二金型コアと同軸的に組み立てられる二つの内部スリーブと、
   第一内径および第二内径を有する外部スリーブと、を備え、
   前記第一金型コアと前記第二金型コアとの間に金型キャビティが形成されるように、前記第一金型コアおよび前記第二金型コアが前記第一内径を有する前記外部スリーブ内に同軸的に組み立てられ、前記二つの内部スリーブが第二内径を有する前記外部スリーブ内に同軸的に組み立てられ、
   前記外部スリーブが第三熱膨張係数を有し、前記第一および第二熱膨張係数が個々に前記第三熱膨張係数より大きい、光学レンズ成形装置。
2. 前記第二熱膨張係数が前記第一熱膨張係数より大きい、請求項１に記載の光学レンズ成形装置。
3. 前記第一内径が前記第二内径より小さい、請求項１に記載の光学レンズ成形装置。
4. 前記第一金型コアおよび前記第二金型コアを構成する材料がタングステンカーバイドを含む、請求項１に記載の光学レンズ成形装置。
5. 前記二つの内部スリーブを構成する材料がステンレス鋼を含む、請求項１に記載の光学レンズ成形装置。
6. 前記第一成形部が凹面または凸面を有する、請求項１に記載の光学レンズ成形装置。
7. 前記第二成形部が凹面または凸面を有する、請求項１に記載の光学レンズ成形装置。

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