JP2007269602A - 光学部品の製造方法とその成形用型 - Google Patents

Abstract

【課題】成形素材の拡がりに応じて枠部材の内周を倣わせ、最もバランスの良い位置での成形を可能とする。
【解決手段】光学部品の成形用型１０は、対向する１対の上型１１及び下型１２の間に挟み込まれた成形素材１４と、この成形素材１４の近傍に配置された枠部材１６と、を成形素材１４の加熱軟化後に押圧して一体的に接合するものであり、そのために、枠部材１６が成形型の押圧方向（光軸方向）と略直交する方向に移動するのを規制する枠規制部材１５を設けている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、成形型内に配置した光学素子素材と枠部材とを一体的に接合して得られる光学部品の製造方法とその成形用型に関する。

近年、光学機器に使用されるレンズ等の光学素子を成形手段により成形する技術が多用されている。一方、光学機器の薄型化に伴い、光学素子としての例えばレンズ自体の薄肉化も求められている。しかし、芯出しのためにレンズの周縁部を除去する芯取り作業や、鏡枠に実装することを考慮すると、レンズ厚をそれほど薄くすることはできない場合が多いのが実情である。

これに対し、例えば、特許文献１には、金属枠体に円筒状の開口部及び開口部から内側に向く係止部を一体形成し、開口部内にレンズ素材を配置して開口部の内面と係止部の内面との段差部にレンズ素材を配置し、このレンズ素材を加熱して加圧成形し、金属枠体の開口部内の段差部にレンズと金属枠体とを一体成形する技術が開示されている。
特許２８７８３７２号公報（第２頁、図１）

しかしながら、特許文献１では、金属枠と一体成形されたレンズにアス（Astigmatism）と呼ばれる形状誤差が発生する。なお、このアスとは、レンズのある断面とその断面に直交する断面とで曲率半径が異なる状態をいう。

また、特許文献１の図面から推定する限りでは、レンズ周辺厚（コバ厚）とレンズ中心厚の比やレンズ周辺厚と枠体厚の比等を考慮すると、上記で問題としているような応力が存在しても、アスの問題は発生しない。なぜなら、これらは金属枠及びレンズ素材を薄くすればするほど顕在化してくる問題であるからである。

一方、理想的には、非対称性の発生を抑えるために、金型、金属枠、レンズ素材の中心を合致させる必要がある。そのためには、金属枠を金型の中心に対して略同軸となるように固定した状態で成形するのが望ましい。

例えば、図９（ａ）（ｂ）に示すように、下型１２に載置された穴付き円板状の枠部材１６を、枠規制部材１５により光軸方向及びこれと略直交方向に移動できないように規制することとすれば、上型１１、下型１２、光学素子素材１４、及び金属製の枠部材１６の中心が合致して理想的な成形が可能となるように思われる。

しかしながら、実際には上下型自身には若干の偏心があり、上下型間にも相対的な偏心がある。また、上型１１、下型１２、及び光学素子素材１４には温度分布が存在し、必ずしも枠部材１６の中心と同軸に成形されない状況が発生する。

このような状態では、枠部材１６に加わる応力が均等でなくなるので、このことが光学素子の非対称性、すなわちアスにつながる。このため、例えば上型１１が光軸に対し傾斜した状態で下型１２に接近移動すると、光学素子素材１４には、他の部分よりも拡がり易い部分ができる。

これにより、図９（ａ）の矢印で示すように、穴付き円板状の枠部材１６の内周に応力が加わらない断面と、加わる断面とが発生する。そして、応力が加わる断面と加わらない断面とでは、夫々の曲率半径が異なるため、アスが生じてしまう。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、光学素子素材の拡がりに応じて枠部材の内周を倣わせ、最もバランスの良い位置での成形が可能な光学部品の製造方法とその成形用型を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
対向する１対の成形型の間に挟み込まれた光学素子素材と、該光学素子素材の近傍に配置された枠部材と、を前記光学素子素材の加熱軟化後に押圧して一体的に接合する光学部品の成形用型において、
前記枠部材が前記押圧方向と略直交する方向に移動するのを規制する枠規制部材を設けたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学部品の成形用型において、
前記枠規制部材は、前記枠部材が前記押圧方向に移動するのを規制する規制部を有していることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の光学部品の成形用型において、
前記１対の成形型のうち前記枠部材と対向する側の成形型は、前記枠部材が前記押圧方向に移動するのを規制する規制部を有していることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光学部品の成形用型において、
前記枠部材は金属製からなることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、
対向する１対の成形型の間に挟み込まれた光学素子素材を加熱軟化後に押圧して成形する際に、前記光学素子素材の近傍に配置された枠部材を、該光学素子素材と一体的に接合する光学部品の製造方法において、
前記枠部材が、軟化した前記光学素子素材に押されて、前記押圧方向と略直交する方向に移動しながら成形されることを特徴とする。

本発明によれば、光学素子素材の拡がりに応じて枠部材の内周を倣わせ、最もバランスの良い位置での成形が可能なため、アスのない薄い光学素子を得ることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、光学部品の成形用型の第１の実施の形態を示す図である。なお、上述した従来例と同一又は相当する部材には、同一の符号を付して説明する。

図１において、成形用型１０は、上型１１と下型１２、及び円筒状のスリーブ１３を含んでいる。上型１１と下型１２は、スリーブ１３の内部で、夫々の凸状の成形面１１ａ、凹状の成形面１２ａが対向するようにスリーブ１３の両端側から嵌挿され、上型１１はスリーブ１３の軸方向に摺動自在となっている。また、上型１１の成形面１１ａと下型１２の成形面１２ａの間には、例えばガラスやアクリル、ポリカーボネイト等の熱可塑性素材からなる成形素材（光学素子素材）１４が配置されている。

本実施の形態では、上型１１と下型１２は、例えばタングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金を研磨して製作されている。また、成形素材１４は、例えばボール形状（球形状）をなしている。なお、ここでは説明の便宜上、全体を通じてボール形状の成形素材と、この成形素材を成形して得られるレンズとを、同一の符号１４を付して説明する。

また、本実施の形態では、下型１２は、小径の柱状部（略円柱形状）１１２ａと大径の柱状部（略円柱形状）１１２ｂとを有し、これらの境界に段部１１２ｃが形成されている。そして、この小径の柱状部１１２ａに円筒状の枠規制部材１５が嵌挿されている。この枠規制部材１５は、スリーブ１３の内径よりも小さい外径を有し、その底面は段部１１２ｃに当接支持されている。

また、この枠規制部材１５の上端部には、浅く抉られた座ぐり穴１１５が形成されている。そして、この座ぐり穴１１５の周囲の壁面１１５ａが、後述する枠部材１６が上型１１の押圧方向と略直交方向（径方向）に移動するのを規制している。なお、この座ぐり穴１１５の座面は、下型１２の成形面１２ａの外周端部と略同一高さに形成されている。

更に、この座ぐり穴１１５の座面には、該座ぐり穴１１５よりも小径の穴付き円板状の枠部材１６が載置されている。この枠部材１６は、例えば金属製からなり、本実施形態ではステンレス製のものが用いられている。

型セット時には、下型１２の成形面１２ａにボール形状の成形素材１４が載置され、この成形素材１４が中心に位置するように、座ぐり穴１１５の座面に穴付き円板状の枠部材１６を載置する。

成形時には、上述した図１の型セットの状態で、ボール形状の成形素材１４が所定温度に加熱軟化され、上型１１がスリーブ１３内を下型１２に向けて摺動する。すると、ボール形状の成形素材１４が押圧されて押しつぶされ、該成形素材１４に上型１１の成形面１１ａと下型１２の成形面１２ａが転写される。

この場合、図２に示すように、下型１２の中心軸Ｏに対し上型１１の中心軸Ｏ'が傾斜していると、図において、成形素材１４は右側部分の拡がりが多くなり、その拡がった部分が枠部材１６の内周面を右方（径方向）に押していく。これに伴い、枠部材１６は座ぐり穴１１５の座面上を図面右方に移動することになる。

そして、図３に示すように、上型１１の摺動により押圧成形が終了したとき、レンズ１４の外径中心と枠部材１６の中心とが略一致し、枠部材１６の内周面に加わる応力のばらつきが小さく抑えられる。なお、このとき、枠部材１６の右方部分は座面から若干浮き上がるが、これにより枠部材１６の内周面に加わる応力が緩和されるというメリットを有する。

また、図３において、枠部材１６の右方部分が浮き上がったとき、上型１１の成形面１１ａの外周部は、この枠部材１６が所定量以上浮き上がるのを規制している。すなわち、上型１１の成形面１１ａの外周部は、枠部材１６が上型１１の押圧方向（光軸方向）に移動するのを規制する規制部を形成している。

図４（ａ）（ｂ）は、枠規制部材１５と枠部材１６との寸法関係を示している。
すなわち、穴付き円板状の枠部材１６の外周の直径をＡとし、枠規制部材１５に形成された座ぐり穴１１５の直径をＢとすると、
Ｂ＞Ａ
の関係を有している。

これにより、座ぐり穴１１５に載置された枠部材１６は、座ぐり穴１１５の座面を限定された範囲で移動することができる。この際、一般的な注意を払って座ぐり穴１１５の略中心付近に枠部材１６を載置すれば足りる。

なお、本実施形態では、下型１２に円筒状の枠規制部材１５を嵌挿した場合について説明したが、これに限ることなく、例えば下型１２と枠規制部材１５を一体的に固定しても良い。

本実施の形態によれば、枠部材１６が上型１１の押圧方向と略直交する方向（径方向）に移動するのを規制する枠規制部材１５を設けたことで、例えば従来は、成形される光学素子のアスが０．４λ〜１．０λであったのが、０．０５λ〜０．３λに減少することができた（λは光の波長である）。こうして、アスのない薄い光学素子を得ることができる。
（第２の実施の形態）
図６は、光学部品の成形用型の第２の実施の形態を示す図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

本実施形態を説明する前に、例えば、図５に示すように、球穴が深いレンズの場合、枠部材１６に傾きが発生すると、断面によって応力の発生に差が生じてアスが発生する。図５の矢印は、冷却時に枠部材１６が締まってくる様子を示している。これは、レンズの材質よりも枠部材１６の線膨張率が大きな場合に発生しやすい。

そこで、本実施の形態では、必要以上に枠部材１６の径方向の一端が浮き上がって傾斜することでアスが発生しないように、それを阻止する枠規制部材１５を設けて傾きを抑制するものである。

図６において、成形用型１０が第１の実施の形態と相違するのは、下型１２の小径の柱状部１１２ａに円筒状のカラー部材１７が嵌挿され、更に、このカラー部材１７の外周側に枠規制部材１５を嵌挿した点である。

本実施形態では、カラー部材１７の上端面に枠部材１６が載置されていて、このカラー部材１７の外径は枠部材１６の外径よりも若干大きく形成されている。これは、カラー部材１７と枠部材１６の外径の差の範囲内で、枠部材１６を上型１１の押圧方向と略直交方向に移動可能とするためである。

枠規制部材１５には、カラー部材１７を嵌挿する内周面１５ａが形成され、この内周面１５ａの上端部には、中心側に突出するように規制部１５ｂが形成されている。この枠規制部材１５は、その底面が下型１２の段部１１２ｃに当接支持された状態で、ボルト１８によって下型１２に固定されている。そして、このボルト１８を、一回の成形工程のたびに取り外して枠規制部材１５を着脱可能に構成している。

なお、本実施形態では、枠規制部材１５をボルト１８により下型１２に着脱自在に固定した場合について説明したが、これに限ることなく、例えばキー等の他の固定手段によって下型１２に着脱自在としても良い。

本実施形態の枠規制部材１５は、その内周面１５ａにより、枠部材１６が上型１１の押圧方向と略直交方向に移動するのを規制すると共に、規制部１５ｂにより、枠部材１６が上型１１の押圧方向（光軸方向）に移動するのを規制している。

この場合、図７に示すように、カラー部材１７の上端面と枠規制部材１５の規制部１５ｂとの全体の隙間をＨ、枠部材１６の板厚をｔとすると、
Ｈ＝ｔ＋ｃ（クリアランス）
の関係を有している。

このクリアランスｃは、枠部材１６が上型１１の押圧方向と略直交方向に移動可能とするための値であり、理論的には１μ程度あれば良いが、面粗さ等を考慮すると５μ〜１０μ程度あることが好ましい。

また、成形によって得られるレンズの光軸に対する枠部材１６の傾きθに、例えば、製品機能上５′以下の公差が設定された場合、
枠部材１６の外径をＡ、枠部材１６の板厚をｔとし、クリアランスをｃとすると、
θ≧ｔａｎ^-1ｃ／Ａ
の関係を満足する必要がある。

本実施の形態によれば、枠部材１６が上型１１の押圧方向及びこれと略直交方向に夫々移動するのを規制する枠規制部材１５を設けたので、例えば従来は、成形される光学素子のアスが０．４λ〜１．０λであったのが、０．０５λ〜０．２λに減少することができた（λは光の波長である）。
（第３の実施の形態）
図８は、光学部品の成形用型の第３の実施の形態を示す図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

図８に示すように、本実施の形態では、下型１２に枠規制部材１５を設けると共に、この枠規制部材１５に対向するように、上型１１にもボルト１８によって枠規制部材１５'を着脱自在に取り付けたものである。また、枠規制部材１５の上端部には、第１の実施の形態と同様に、浅く抉られた座ぐり穴１１５が形成されている。

なお、本実施形態では、枠規制部材１５'は上型１１にボルト１８によって着脱自在に取り付けられているが、これに限ることなく、例えば上型１１に一体的に固定しても良い。そして、上型１１に取り付けられた枠規制部材１５'の規制部１５ａ'により、枠部材１６が上型１１の押圧方向（光軸方向）に移動するのを規制している。

すなわち、本実施形態では、下側の枠規制部材１５により、枠部材１６が上型１１の押圧方向と略直交方向に移動するのを規制すると共に、上側の枠規制部材１５'により、枠部材１６が上型１１の押圧方向（光軸方向）に移動するのを規制するものである。

本実施の形態によれば、枠部材１６が上型１１の押圧方向（光軸方向）及びこれと略直交する方向（径方向）に移動するのを規制する枠規制部材１５を設けたことで、成形される光学素子のアスを小さくすることができる。

本発明に係る光学部品の成形用型の第１の実施の形態を示す図である。 同上の要部拡大図である。 同上の要部拡大図である。 （ａ）は同上の要部拡大平面図であり、（ｂ）はその正面図である。 同上の要部拡大図である。 光学部品の成形用型の第２の実施の形態を示す図である。 同上の要部拡大正面図である。 光学部品の成形用型の第３の実施の形態を示す図である。 （ａ）は従来の光学部品の成形用型の平面図であり、（ｂ）はその正面図である。

符号の説明

１０ 成形用型
１１ 上型
１１ａ 成形面
１２ 下型
１２ａ 成形面
１１２ａ 小径の柱状部
１１２ｂ 大径の柱状部
１１２ｃ 段部
１３ スリーブ
１４ 成形素材
１５ 枠規制部材
１５ａ 内周面
１５ｂ 規制部
１５' 枠規制部材
１５ａ' 規制部
１１５ 座ぐり穴
１１５ａ 壁面
１６ 枠部材
１７ カラー部材
１８ ボルト

Claims (5)

1. 対向する１対の成形型の間に挟み込まれた光学素子素材と、該光学素子素材の近傍に配置された枠部材と、を前記光学素子素材の加熱軟化後に押圧して一体的に接合する光学部品の成形用型において、
   前記枠部材が前記押圧方向と略直交する方向に移動するのを規制する枠規制部材を設けた、
   ことを特徴とする光学部品の成形用型。
2. 前記枠規制部材は、前記枠部材が前記押圧方向に移動するのを規制する規制部を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学部品の成形用型。
3. 前記１対の成形型のうち前記枠部材と対向する側の成形型は、前記枠部材が前記押圧方向に移動するのを規制する規制部を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学部品の成形用型。
4. 前記枠部材は金属製からなる、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学部品の成形用型。
5. 対向する１対の成形型の間に挟み込まれた光学素子素材を加熱軟化後に押圧して成形する際に、前記光学素子素材の近傍に配置された枠部材を、該光学素子素材と一体的に接合する光学部品の製造方法において、
   前記枠部材が、軟化した前記光学素子素材に押されて、前記押圧方向と略直交する方向に移動しながら成形される、
   ことを特徴とする光学部品の製造方法。

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