JP2010210818A - 光学部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学素子10と、光学素子10の外周部を保持する光学素子保持部材と、を備える光学部品の製造方法であって、光学素子保持部材を成形する金型の内側に、光学素子10を配置するとともに、光学素子10の入射側の光学面10aに、入射側の光学面10aを保護する入射側保護部材8を当接させ、光学素子10の出射側の光学面10bに、出射側の光学面10bを保護する出射側保護部材9を当接させる工程と、金型内に金属材料の溶湯を充填して非晶質合金からなる光学素子保持部材を光学素子10と一体に射出成形する工程と、を備える。
【選択図】図3
Description
樹脂材料を用いた鏡枠は、樹脂の良好な成形性を活かして、射出成形法により製造されており、金属材料を用いた鏡枠に比べて生産性が優れているという特徴がある。このような樹脂材料を用いた鏡枠としては、例えば下記特許文献1に示す内視鏡用の鏡枠が知られている。
金属材料を用いた鏡枠は、切削加工やダイカストにより製造されており、樹脂材料を用いた鏡枠に比べて強度、耐久性に優れているという特徴がある。金属材料を用いた鏡枠としては、例えば下記特許文献2に示す内視鏡用の鏡枠が知られている。
また、樹脂材料または金属材料を用いた鏡枠としては、例えば下記特許文献3から5に示すカメラ用の鏡枠が知られている。
樹脂材料を用いた鏡枠は、金属材料を用いた鏡枠に比べて、強度、耐久性が劣るという問題があった。耐久性の不足や低強度による鏡枠の変形は、鏡枠に組み込まれたレンズの光軸ズレに繋がる。
金属材料を用いた鏡枠は、鏡枠が小型複雑な形状の場合、ダイカストでは寸法精度に問題があり、切削加工では切削に要する工数が増えて、生産性が低下するという問題があった。
また、熱かしめによる接合の場合には、熱かしめされた部分に再び加温されると、レンズと鏡枠との膨張係数差により、公差(中心軸)のズレが発生し、その結果、光軸ズレやレンズの脱落が引き起こされることがあった。
すなわち、本願に係る光学部品の製造方法は、光学素子と、該光学素子の外周部を保持する光学素子保持部材と、を備える光学部品の製造方法であって、前記光学素子保持部材を成形する金型の内側に、前記光学素子を配置するとともに、該光学素子の入射側の光学面に、該入射側の光学面を保護する入射側保護部材を当接させ、前記光学素子の出射側の光学面に、該出射側の光学面を保護する出射側保護部材を当接させる工程と、前記金型内に金属材料の溶湯を充填して非晶質合金からなる前記光学素子保持部材を前記光学素子と一体に射出成形する工程と、を備えることを特徴としている。
ところで、射出成形により光学素子と光学素子保持部材との一体化を行う際、金属材料の溶湯が高温のまま光学素子に接するため光学素子の温度が上昇し、その後、金属材料は金型により冷却され、非晶質合金からなる光学素子保持部材が形成される。このとき、金属材料の冷却速度が速く、光学素子の応力緩和が不十分になる場合がある。この場合、光学素子内に残留応力が発生し、光学素子の光学特性が変化したり光学素子が破損したりするおそれがある。
一方、上記した本願に係る光学部品の製造方法では、入射側保護部材及び出射側保護部材は、光学素子の光学面を溶湯から保護するだけでなく、保護部材を通して光学素子の熱を金型外に逃がすため、光学素子の温度上昇が抑えられ、光学素子の変形や残留応力の発生が抑制される。
以下、本発明に係る光学部品の製造方法の第1から第3の実施の形態について、図面に基いて説明する。
まず、本発明の第1の実施の形態について、図1から図4に基いて説明する。
図1は内視鏡用光学部品1(本発明における光学部品に相当する。)の斜視図であり、図2は内視鏡用光学部品1を製造するための金型2の分解斜視図であり、図3は金型2のコア部5を拡大した縦断面図であり、図4は金型2のコア部5を拡大した横断面図である。
なお、以下の実施の形態において、内視鏡用光学部品1の軸線方向における内視鏡先端側(図3における左側)を「先端側」と記し、その反対側(図3における右側)を「基端側」と記す。
図1に示すように、内視鏡用光学部品1は、図示せぬ内視鏡の挿入部の先端に取り付けられる対物レンズユニット(撮像光学系)や照明ユニット等として用いられる光学部品であり、その概略構成としては、レンズ10と、レンズ10の外周部を保持する円筒形状の鏡枠11と、を備えている。
図2に示すように、金型2は、鏡枠11を成形するための部材であり、分割可能な構成を成している。詳しく説明すると、金型2は、上型台座3と、下型台座4と、コア部5と、を備えている。
上型成形凹部60は、断面視半円形の溝部であり、上型コア6の先端側の側面から上型コア6の中間部分まで延在されている。
上型嵌合凹部61は、上型成形凹部60よりも小径の断面視半円形の溝部であり、上型成形凹部60の軸線延長線上に延設されている。詳しく説明すると、上型嵌合凹部61は、上型成形凹部60の基端側の端面から上型コア6の基端側の側面まで延在されており、上型嵌合凹部61の先端は上型成形凹部60内に向けて開放され、上型嵌合凹部61の基端は閉塞されている。
詳しく説明すると、金属材料を加熱溶解し、溶湯を作製する。ここで前記した金属材料としてZr基合金を用いるが、金属材料としては、以下の3条件を満たしていることが好ましい。
(1)3種以上の金属元素を含むこと。
(2)前記3種以上の金属元素が、12%以上異なる原子径を有すること。例えば、大、中、小の3種類の大きさの金属元素が、互いに12%以上異なる原子径を有すること。
(3)各元素が化合物化しやすいこと。すなわち、それぞれの金属元素が互いに引き合う性質を有すること。
前記(1)〜(3)の条件を満たす金属材料であれば、ガラス遷移領域が20℃以上の非晶質合金(金属ガラス)からなる成形品が得られやすい。
ガラス遷移領域が20℃未満の非晶質合金となる金属材料を用いた場合、後述する金属材料の溶湯を急速冷却する工程において、該溶湯に対する冷却ムラが生じて、前記溶湯が結晶化されやすくなり、均一に非晶質化された成形品を得るのが困難となる。
詳しく説明すると、まず、上型コア6と下型コア7とを重ね合わせてコア部5を形成する。
詳しく説明すると、金型2を図示せぬ射出成形機に設置し、所定温度(例えば25℃)になるように制御する。そして、金属材料の溶湯を溶湯流入口41から流入させ、溶湯注入口72を介して内部空間21内に注入する。内部空間21内に注入された溶湯は、内部空間21の内周面と出射側保護部材9の外周面との間、及び、内部空間21の内周面とレンズ10の外周面10cとの間にそれぞれ形成された空隙に充填される。このとき、レンズ10の光学機能面である入射面10a及び出射面10bは、それぞれ入射側保護部材8及び出射側保護部材9により保護されているので、溶湯が上記入射面10aや出射面10bに接触しない。なお、上記した射出成形機としては、公知の射出成形機を用いることが可能である。
なお、金型2は、溶融から熱を奪うのに十分な熱容量を持つ体積に形成されているので、金型2全体の温度上昇は僅かである。また、溶湯の冷却速度が遅いと、固化の再結晶化が起こり、均一なアモルファス構造を得ることが困難となるため、金型2内に充填された溶湯の冷却速度は10℃/s以上であることが望ましい。
以上により、レンズ10と鏡枠11とが一体化された内視鏡用光学部品1が得られる。
なお、成形された鏡枠11の外周面の形状は、上型成形凹部60及び下型成形凹部70により形成されており、鏡枠11の内周面の形状は、出射側保護部材9の先端部の外周面により形成されている。
また、鏡枠11が、低ヤング率及び高強度の物性を有する非晶質合金(金属ガラス)により形成されるので、鏡枠11は機械的に優れた強度及び耐久性を発揮することができる。
特に、上記した実施の形態では、レンズ10の先端部の外周面10cが入射側保護部材8で保護されており、レンズ10の変形や残留応力の発生がより一層抑制されるので、レンズ10の光学特性をより確実に維持することができ、また、レンズ10の破損をより確実に防止することができる。
次に、本発明の第2の実施の形態について、図5に基いて説明する。
図5は金型2のコア部5を拡大した縦断面図である。
なお、上述した第1の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
次に、本発明の第3の実施の形態について、図6に基いて説明する。
図6は金型2のコア部5を拡大した縦断面図である。
なお、上述した第1の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
例えば、上記した実施の形態では、入射側保護部材8にレンズ嵌合凹部80が形成されており、入射側保護部材8によってレンズ10の入射面10a及びレンズ10の先端部の外周面10cを保護する構成になっているが、本発明は、入射側保護部材8にレンズ嵌合凹部80が形成されてなく、入射側保護部材8がレンズ10の入射面10aのみを保護する構成にすることも可能である。
また、上記した実施の形態では、光学素子保持部材として円筒形状の鏡枠11が例示されているが、本発明における光学素子保持部材の形状は適宜変更可能である。例えば、光学素子保持部材が、開口が形成された板状の部材からなり、前記開口に光学素子(レンズ10)が取り付けられた構成であってもよい。
また、本発明における光学素子は、上記したレンズ10に限定されず、例えばプリズムやフィルタ、平板ガラス、偏光板等の他の部品であってもよい。
その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
2 金型
10 レンズ(光学素子)
10a 入射面(入射側の光学面)
10b 出射面(出射側の光学面)
10c 外周面
11 鏡枠(光学素子保持部材)
Claims (3)
- 光学素子と、該光学素子の外周部を保持する光学素子保持部材と、を備える光学部品の製造方法であって、
前記光学素子保持部材を成形する金型の内側に、前記光学素子を配置するとともに、該光学素子の入射側の光学面に、該入射側の光学面を保護する入射側保護部材を当接させ、前記光学素子の出射側の光学面に、該出射側の光学面を保護する出射側保護部材を当接させる工程と、
前記金型内に金属材料の溶湯を充填して非晶質合金からなる前記光学素子保持部材を前記光学素子と一体に射出成形する工程と、
を備えることを特徴とする光学部品の製造方法。 - 前記金型の内周面のうち、前記光学素子の外周面に対向する部分が縮径されており、
前記光学素子保持部材のうちの前記光学素子を保持する部分が、前記光学素子保持部材の空洞部分よりも薄肉に成形されることを特徴とする請求項1記載の光学部品の製造方法。 - 前記入射側保護部材及び前記出射側保護部材のうちの少なくとも一方は、前記光学素子の光学面に当接されて該光学面を保護するとともに、前記光学素子の外周面の一部に当接されて該光学素子の外周面の一部を保護することを特徴とする請求項1記載の光学部品の製造方法。
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