JP2015067474A - レンズ成形型、及び、ガラスレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】形状精度が確保された、高い調芯性を有するガラスレンズを成形するためのレンズ成形型を提供する。【解決手段】光学機能部と、光学機能部の周方向外方に形成されたレンズテーパ部と、を備えたガラスレンズをプレス成形するためのレンズ成形型であって、上型４０及び下型５０の対向面の外周には、プレス時に互いに対向する環状面５５、５７が形成され、下型５０の対向面の環状面５５の内周側には凹部５１が形成され、凹部５１は、光学機能部形成凹面５２と、光学機能部形成凹面５２の周方向外方に形成され、レンズテーパ部の表面形状に対応し、底部から頂部に向かって拡がるようなテーパ面５４とを有し、プレス時における上型４０及び下型５０の対向面の環状面５５、５７における距離をＡ１とし、プレス時における上型４０及び下型５０の対向面の光学機能部形成凹面５２の外縁における距離をＡ０とした場合に、Ａ１／Ａ０が１／３以下である。【選択図】図４

Description

本発明は、レンズ成形型、及び、ガラスレンズの製造方法に関し、特に、ガラスレンズをプレス成形するための上型及び下型を含むレンズ成形型、及び、このレンズ成形型を用いたガラスレンズの製造方法に関する。

従来より、ガラスレンズを成形する方法として、対向面にそれぞれ凹部が形成された上型と下型との間にプリフォームを配置し、上型と下型との間にプレス荷重を加えて、プリフォームをレンズ形状にプレス成形することが行われている。このようなプレス成形方法では、プリフォームの一部が凹部からはみ出して上型と下型との間に入りこみ、ガラスレンズの光学機能部の周囲に、光軸に対して垂直な平面状に延びるコバ部が形成されることがある。しかしながら、コバ部と光学機能面との間は大きく屈曲しているため、ガラスレンズをプレス成形する際にこの部分に応力が集中しやすく、クラックが発生しやすい。そこで、例えば、特許文献１には、上型又は下型の凹部の側壁面に面取りを設けることが開示されている。

特開２００６−４４９５２号公報

ところで、携帯電話等の小型の電子機器の撮像装置において、鏡筒内で複数のレンズを光軸方向に重ね合わせたレンズ群が光学系として用いられている。このような小型の撮像装置におけるレンズ群では、レンズの光学機能面の径方向外側の部分を互いに当接させることにより、複数のレンズの光軸が一致するようにレンズの位置関係の調整（以下、調芯という）を行っている。ここで、上記のようなプレス成形によりガラスレンズの成形を行う場合には、充分な形状精度を得ることが難しい。充分な形状精度が得られない場合には、ガラスレンズ同士を当接させて重ね合わせる際の調芯の精度が低下してしまうおそれがある。

本発明の一態様は、形状精度が確保された、高い調芯性を有するガラスレンズを成形するためのレンズ成形型、およびガラスレンズの製造方法を提供する。

本発明の成形型は、光学機能部と、光学機能部の周方向外方に形成されたレンズテーパ部と、を備えたガラスレンズをプレス成形するための上型及び下型を含むレンズ成形型であって、上型及び下型の対向面の外周には、プレス時に互いに対向する環状面が形成され、上型及び下型の一方の型の対向面の環状面の内周側には凹部が形成され、凹部は、光学機能部の表面形状に対応する光学機能部形成面と、光学機能部形成面の周方向外方に形成され、レンズテーパ部の表面形状に対応し、底部から頂部に向かって拡がるようなテーパ面とを有し、プレス時における上型及び下型の対向面の環状面における距離をＡ１とし、プレス時における上型及び下型の対向面の前記光学機能部形成面の外縁における距離をＡ０とした場合に、Ａ１／Ａ０が１／３以下である。

また、本発明によれば、Ａ１／Ａ０が１／３以下であるため、プレス時に上型及び下型の対向面の環状面の間の空間内に、ガラスプリフォームが侵入しにくくなる。このため、ガラスプリフォーム（被成形体）がテーパ面を有する凹部内で拘束され、プレス圧がガラスプリフォームに充分に加わり、成形型内に空隙が生じるのを防止し、ガラスレンズの高い形状精度を達成できる。

本発明によれば、形状精度が確保された、高い調芯性を有するガラスレンズを成形するためのレンズ成形型、およびガラスレンズの製造方法を提供することができる。

２つのレンズを光軸方向に当接させて重ね合わせることにより調芯を行ったレンズ群を示す光軸方向断面図である。 本実施形態のレンズ成形型により形成されたガラスレンズの光軸方向断面図である。 ガラスレンズをプレス成形するための成形型を示す鉛直断面図である。 成形型の成形面近傍を拡大して示す鉛直断面図である。 コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０を１／４（実施例１）、１／３（実施例２）、１／２（比較例１）としてガラスレンズを成形した場合における、形状精度、調芯性、及び、応力集中を示す表である。 コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０が、１／５、１／４、１／３、１／２の各条件について、テーパ角θを１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°とした場合の調芯性を示す表である。 レンズの両面に凸状の球面が形成されている実施形態における、成形型の成形面近傍を拡大して示す鉛直断面図である。 レンズの両面に凹状の球面が形成されている実施形態における、成形型の成形面近傍を拡大して示す鉛直断面図である。

以下、本発明のレンズ成形型の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、２つのレンズ１０、２０を光軸方向に当接させて重ね合わせることにより調芯を行ったレンズ群を示す光軸方向断面図である。同図に示すように、一方のレンズ１０には、外周部に円錐台状のテーパ面１３Ａが形成され、他方のレンズ２０には、外周部に逆円錐台状のテーパ面２３Ａが形成されている。テーパ面１３Ａとテーパ面２３Ａのそれぞれは、光軸１５を中心に対称に設けられている。そして、これらレンズ１０、２０のテーパ面１３Ａ、２３Ａ同士を当接させることにより、レンズ１０、２０の軸が同軸となっている。

図２は、本実施形態のレンズ成形型によりプレス成形されて製造されたガラスレンズ１０の光軸方向断面図である。同図に示すように、ガラスレンズ１０は、一方の面（図１の上側の面、以下、上面という）が凹面であり、他方の面（図１の下側の面、以下、下面という）が凸面のガラスレンズであり、図１における上方側のレンズ１０である。

レンズ１０は、集光または拡散などのレンズとしての機能を有する光学機能部１１と、光学機能部１１の径方向外周に形成された平坦部１２と、平坦部１２の径方向外周に形成されたレンズテーパ部１３と、レンズテーパ部の径方向外周に形成されたコバ部１４とを備える。

光学機能部１１は、上面１１Ａが球面状の凹状に形成されており、下面１１Ｂが球面状の凸状に形成されている。平坦部１２は、その上下面がともに平坦に形成されている。レンズテーパ部１３は、上面が、平坦部１２の上面に連続して平坦に形成されており、下面が円錐台形状に形成されている。コバ部１４は、その上下面が平坦に形成されている。レンズテーパ部１３は、光軸１５を中心に対称に設けられている。コバ部１４の端面１６は自由表面となっている。自由表面は成形型が当接していないため、不定型の曲面となっている。また、コバ部１４のテーパ部１３の外周端（コバ部１４の付け根）からの突出し量は、ガラスレンズの形状精度を向上させるとともにガラスプリフォーム（被成形体）の体積ばらつきを吸収するために、コバ部１４の上面と下面間の距離をＡ１とすると、Ａ１の２．０倍以下が好ましく、Ａ１の１．５倍以下がより好ましく、Ａ１の１．０倍以下がさらに好ましい。

図３は、ガラスレンズ１０をプレス成形するための成形型を示す鉛直断面図であり、図４は成形型３０の成形面近傍を拡大して示す鉛直断面図である。図３に示すように、本実施形態の成形型３０は、上型４０と、下型５０と、胴型６０と、により構成される。上型４０及び下型５０は円柱状に形成されており、胴型６０は円筒状に形成されている。上型４０及び下型５０は胴型６０内に収容されており、上型４０の下面と下型５０の上面とが対向している。ガラスレンズを成形する際には、上型４０と下型５０との間にプリフォーム（被成形体）が配置される。この状態でプレス装置のプレスヘッドにより上型４０をプレスすると、プレスヘッドは胴型６０の上端部に当接する。このため、プレス時において、上型４０の下面と下型５０の上面とは所定の距離を開けて、離間している。プレス時に上型４０の下面と下型５０の上面とを離間させることにより、プレス後のガラスレンズの端面が自由表面となるため、ガラスプリフォームの体積ばらつきを吸収することができる。

図４に示すように、上型４０の下面には、下型５０に向かって凸な球面状の光学機能部形成凸面５６が形成されている。この光学機能部形成凸面５６は、レンズ１０の光学機能部１１の上面１１Ａの凹状形状に対応している。上型４０の下面の光学機能部形成凸面５６の径方向外側には、外側環状面５７が形成されている。この外側環状面５７は、レンズ１０の平坦部１２、レンズテーパ部１３、及びコバ部１４の上面に対応している。

下型５０の上面には、凹部５１が形成されており、凹部５１の径方向外周には平坦な外側環状面５５が形成されている。凹部５１の底部には、上型４０に向かって球面凹状の光学機能部形成凹面５２が形成されている。この球面状の光学機能部形成凹面５２の形状は、レンズ１０の光学機能部１１の下面１１Ｂの球面形状に対応している。光学機能部形成凹面５２の径方向外側には、平坦な内側環状面５３が形成されている。この内側環状面５３は、レンズ１０の平坦部１２の下面に対応している。内側環状面５３の径方向外側には逆円錐台状のテーパ面５４が形成されている。このテーパ面５４は、レンズテーパ部１３の下面に対応している。なお、テーパ面５４はレンズの光軸を含む断面において、直線状を呈している。

上述した通り、プレス時において上型４０の下面と下型５０の上面とは所定の距離を開けて、離間している。ここで、プレス時における上型４０の外側環状面５７と、下型５０の外側環状面５５との距離（以下、コバ厚という）をＡ１とし、上型４０の光学機能部形成凸面５６と、下型５０の光学機能部形成凸面５６の外縁における距離（以下、テーパ高さという）をＡ０とする。この場合に、本実施形態では、コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０が１／３以下である。さらに、本実施形態では、Ａ１の下限は、１０〜５０μｍの間の値となっている。Ａ１の上限は、成形されるレンズ形状により適宜調整される。また、テーパ面５４の光軸に対する角度θ（以下、テーパ角という）は、１０°〜３０°の間の値となっている。

本実施形態によれば、このように下型５０に形成された凹部５１において、光学機能部形成凹面５２の外周にテーパ面５４が設けられているため、ガラスレンズ１０の光学機能部１１の径方向外側に調芯のためのレンズテーパ部１３を形成することができる。

また、本実施形態によれば、コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０が１／３以下であるため、プレス時に上型４０の外側環状面５７と下型５０の外側環状面５５との間の空間内に、ガラスプリフォームが侵入しにくくなる。このため、ガラスプリフォームが凹部５１内で拘束され、プレス圧がガラスプリフォームに充分に加わり、成形型内に空隙が生じるのを防止し、ガラスレンズの高い形状精度を達成できる。

さらに、ガラスレンズのコバ厚に対して、テーパ面を大きくとることができるため、他のレンズと重ね合わせて光学系を形成する際の調芯性を向上することができる。

なお、本実施形態の成形型によれば、上述した通り、形状精度、調芯性が向上することを実験により確かめたので以下説明する。
本実験では、上述した成形型においてコバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０を１／４（実施例１）、１／３（実施例２）、１／２（比較例１）としてガラスレンズを成形した場合における、形状精度、調芯性、及び、応力集中によるクラック等の有無について実験を行った。

図５は、本実験の結果を示す表である。同図に示すように、実施例１（Ａ１／Ａ０＝１／４）及び実施例２（Ａ１／Ａ０＝１／３）では、高い形状精度及び調芯性が達成された。また、ガラスレンズをプレス成形する際に、コバ部の付け根は、応力が集中しやすいため、クラックが発生しやすい。しかしながら、実施例１及び実施例２では、このようなクラックが発生することがなく、応力集中を緩和できていることがわかった。

これに対して、比較例１（Ａ１／Ａ０＝１／２）では、プレス時に上型４０の外側環状面５７と下型５０の外側環状面５５との間の空間内にガラスプリフォームが流出するため、プレス圧がガラスプリフォームに充分に伝わらず、形状精度が低下した。また、テーパ面の厚さが小さいため、他のレンズと重ね合わせて光学系を形成する際の調芯性も低下した。さらに、比較例１では、プレス成形する際に、コバ部の付け根にクラックの発生が確認された。

以上の通り、本実験により、コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０を１／３以下とすることにより、形状精度、調芯性が向上することが確認された。

さらに、発明者らは、下型５０に形成されたテーパ面５４のテーパ角θが調芯性に及ぼす影響を検討するべく、コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０が、１／５、１／４、１／３、１／２の各条件について、テーパ角θを１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°とした場合の調芯性を実験的に調べた。図６は、各条件における調芯性を示す表である。

同図に示すように、コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０が１／５の場合には、全てのテーパ角（１０〜６０°）で、良好な調芯性が得られた。これに対して、コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０が１／４の場合には、テーパ角が１０〜５０°では良好な調芯性が得られたものの、テーパ角が６０°では調芯性が低下した。また、コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０が１／３の場合には、テーパ角が１０〜３０°では良好な調芯性が得られたものの、テーパ角が４０〜６０°では、調芯性が低下した。さらに、コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０が１／２の場合には、テーパ角が１０〜５０°では調芯性が低く、テーパ角が６０°では、調芯性が不十分であった。

上記の実験により、コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０が１／５の場合には、テーパ角は１０〜６０°が好ましく、コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０が１／４の場合には、テーパ角は１０〜５０°が好ましく、コバ厚Ａ１／テーパ高さＡ０が１／３の場合には、テーパ角は１０〜３０°が好ましいことがわかった。

なお、本実施形態では、一方の面が凸状に形成され、他方の面が凹状に形成されたガラスレンズをプレス成形する場合について説明したが、これに限らず、両方の面が凸状または凹状に形成されているガラスレンズであっても、本発明を適用することができる。

図７は、レンズの両面に凸状の球面が形成されている実施形態における、成形型の成形面近傍を拡大して示す鉛直断面図である。
同図に示すように、上型１４０の下面には、球面凹状の光学機能部形成凹面１５６が形成されている。また、上型１４０の下面の光学機能部形成凹面１５６の径方向外側には、外側環状面１５７が形成されている。

下型１５０の上面には、凹部１５１が形成されており、凹部１５１の径方向外周には平坦な外側環状面１５５が形成されている。凹部１５１の底部には、球面凹状の光学機能部形成凹面１５２が形成されている。光学機能部形成凹面１５２の径方向外側には、逆円錐台状のテーパ面１５４が形成されている。

本実施形態の成形型によっても、図４を参照して説明した実施形態と同様の効果が得られる。

また、図８は、レンズの両面に凹状の球面が形成されている実施形態における、成形型の成形面近傍を拡大して示す鉛直断面図である。
同図に示すように、上型２４０の下面には、球面凸状の光学機能部形成凹面２５６が形成されている。また、上型２４０の下面の光学機能部形成凹面２５６の径方向外側には、外側環状面２５７が形成されている。

下型２５０の上面には、凹部２５１が形成されており、凹部２５１の径方向外周には平坦な外側環状面２５５が形成されている。凹部２５１の底部には、球面凸状の光学機能部形成凸面２５２が形成されている。光学機能部形成凸面２５２の径方向外側には、逆円錐台状のテーパ面２５４が形成されている。

本実施形態の成形型によっても、図４を参照して説明した実施形態と同様の効果が得られる。

また、上記の各実施形態では、球面レンズについて説明したが、これに限らず、非球面のレンズにも本発明を適用できる。

また、本実施形態では、２枚のレンズからなるレンズ群におけるレンズを成形する成形型について説明したが、これに限らず、３枚以上のレンズからなるレンズ群におけるレンズを成形する成形型についても本発明を適用できる。

なお、上記の各実施形態に係る成形型を用いて、ガラスレンズを製造する製造方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。
図３に示す成形型３０において、下型５０の凹部５１内にガラスプリフォーム（不図示）を配置する。成形型３０とともにガラスプリフォームを加熱し、ガラスプリフォームが例えば１０⁵〜１０⁹ｄＰａ・ｓ程度の粘度になるように昇温する。その後、上型４０を下降させ、適切なプレス荷重によりプレス成形する。

また、ガラスプリフォームを１０⁵〜１０⁹ｄＰａ・ｓの粘度相当の温度に昇温させる一方、ガラスプリフォームの粘度で１０⁹〜１０¹²ｄＰａ・ｓ相当の温度に成形型を昇温しておき、ガラスプリフォームを成形型３０内に配置した後に、直ちにプレス成形するようにしてもよい。

いずれの場合であっても、プレス成形開始後に冷却を開始し、光学機能部形成面５１、５６とガラスプリフォームの密着を維持しながら、１０¹³ｄＰａ・ｓ程度の粘度相当の温度までガラスプリフォームを降温させた後に、上型４０を上昇させてプレス荷重を解除し、成形体であるレンズの取り出しを行う。

最後に、本実施形態を図等を用いて総括する。
本実施形態の成形型は、光学機能部と、光学機能部の周方向外方に形成されたレンズテーパ部と、を備えたガラスレンズをプレス成形するための上型４０及び下型５０を含むレンズ成形型であって、上型４０及び下型５０の対向面の外周には、プレス時に互いに対向する外側環状面５５、５７が形成され、下型５０の対向面の外側環状面５５の内周側には凹部５１が形成され、凹部５１は、光学機能部の表面形状に対応する光学機能部形成凹面５２と、光学機能部形成凹面５２の周方向外方に形成され、レンズテーパ部の表面形状に対応し、底部から頂部に向かって拡がるようなテーパ面５４とを有し、プレス時における上型４０及び下型５０の対向面の外側環状面５５、５７における距離をＡ１とし、プレス時における上型４０及び下型５０の対向面の光学機能部形成凹面５２の外縁における距離をＡ０とした場合に、Ａ１／Ａ０が１／３以下である。

１０ ガラスレンズ
１０ レンズ
１１ 光学機能部
１１Ａ 上面
１１Ｂ 下面
１２ 平坦部
１３ レンズテーパ部
１３Ａ テーパ面
１４ コバ部
１５ 光軸
１６ 端面
２０ レンズ
２３Ａ テーパ面
３０ 成形型
４０、１４０、２４０ 上型
５０、１５０、２５０ 下型
５１、１５１、２５１ 凹部
５２、１５２ 光学機能部形成凹面
５３ 内側環状面
５４、１５４、２５４ テーパ面
５５、１５５、２５５ 外側環状面
５６ 光学機能部形成凸面
５７、１５７、２５７ 外側環状面
６０ 胴型
１５６、２５６ 光学機能部形成凹面
２５２ 光学機能部形成凸面

Claims (3)

1. 光学機能部と、前記光学機能部の周方向外方に形成されたレンズテーパ部と、を備えたガラスレンズをプレス成形するための上型及び下型を含むレンズ成形型であって、
   前記上型及び下型の対向面の外周には、プレス時に互いに対向する環状面が形成され、
   前記上型及び下型の一方の型の対向面の前記環状面の内周側には凹部が形成され、
   前記凹部は、前記光学機能部の表面形状に対応する光学機能部形成面と、前記光学機能部形成面の周方向外方に形成され、前記レンズテーパ部の表面形状に対応し、底部から頂部に向かって拡がるようなテーパ面とを有し、
   プレス時における前記上型及び下型の対向面の環状面における距離をＡ１とし、プレス時における前記上型及び下型の対向面の前記光学機能部形成面の外縁における距離をＡ０とした場合に、Ａ１／Ａ０が１／３以下である、レンズ成形型。
2. 前記テーパ面は、前記レンズの軸を含む断面において、直線状に形成されている、請求項１記載のレンズ成形型。
3. ガラスレンズの製造方法であって、
   請求項１又は２記載のレンズ成形型を用いて、被成形体をプレス成形する、ガラスレンズの製造方法。

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