JP4004446B2 - 光学素子のプレス絞り加工方法及び光学素子のプレス絞り加工用金型 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子のプレス絞り加工方法、特に、金属板をプレスして反射曲面を成形する光学素子のプレス絞り加工方法及び該加工方法に使用される金型に関する。

一般に、レーザビームによる画像形成機能を備えたプリンタにあっては、画像データに基づいて変調発光されたレーザビームを感光体上に結像させ、１ラインずつ描画して２次元の画像を形成している。

この画像形成時においては、変調が開始される前のレーザビームを光検知センサに導いて１ラインの描画開始タイミングを決める同期信号（ＳＯＳ）を取っている。従来では、図８（Ａ）に示すように、レーザビームＬを平面ミラー１で反射させ、レンズ２でセンサ３上に集光させていた。しかし、平面ミラー１及びレンズ２を用いた構成では、部品点数が増加し、調整箇所も多くなることから、あまり好ましい形態ではない。

そこで、図８（Ｂ）に示すように、１枚の集光用ミラー５を用いてレーザビームＬを反射／集光させる構成が採用されている。この種のミラー５は、樹脂成形したコアの表面に金属を蒸着して精度のよい集光機能を有する反射面を形成している。

しかしながら、樹脂成形品の表面に蒸着コーティング膜を形成することはかなり高価につき、樹脂成形のサイクルや蒸着コーティングの歩留まりの悪さからリードタイムが必要となって在庫が発生するなど生産面で問題点を有していた。

一方、特許文献１には、金属板からプレス加工により反射系光学素子を成形する方法が記載されている。金属板をプレス加工して光学素子とすれば、安価に製作することが可能である。しかし、曲げ加工部分のスプリングキックによる反射面の精度低下や、金型の構造が複雑でかつ生産性が低いという問題点を有している。
特開２００２−３１６２２６号公報

そこで、本発明の目的は、集光機能を有する反射面を高精度に加工することのできる光学素子のプレス絞り加工方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、簡単な構成からなり生産性を高めて反射面を高精度に加工することのできる光学素子のプレス絞り加工用金型を提供することにある。

以上の目的を達成するため、第１の発明に係る光学素子のプレス絞り加工方法は、固定型に金属板を取り付け、可動型で該金属板をプレスして反射曲面を成形する光学素子のプレス絞り加工方法であって、前記金属板の非プレス部分と反射曲面プレス部分との境界部分を、前記反射曲面に対して滑らかに連続する曲面形状にて７０〜９０％の圧縮率で圧縮成形することを特徴とする。

第１の発明に係る光学素子のプレス絞り加工方法においては、被加工材である金属板の
非プレス部分と反射曲面プレス部分との境界部分である曲げ加工部分を、前記反射曲面に対して滑らかに連続する曲面形状にて７０〜９０％の圧縮率で圧縮成形するため、該境界部分でのスプリングバック量がほぼ均一になり、高精度な反射曲面を得ることでできる。従って、得られた反射曲面を有するミラーは、レーザビームを光センサに導くために単体で使用される集光用ミラーに最適である。

前記反射曲面は、球面、非球面又はシリンドリカル面などのいずれであってもよい。また、金属板としてアルミ合金を使用すれば、反射効率がよく、精度の高い反射曲面を得ることができる。

特に、前記境界部分を金属板の加工前の板厚に対して少なくとも７０％に、最も好ましくは７０％に圧縮成形することにより、高精度な反射曲面を得ることができる。

第２の発明に係る光学素子のプレス絞り加工用金型は、互いに対向する固定型と可動型とで構成され、固定型に取り付けた金属板を可動型でプレスして反射曲面を成形する光学素子のプレス絞り加工用金型であって、前記金属板の非プレス部分と反射曲面プレス部分との境界部分を、前記反射曲面に対して滑らかに連続する曲面形状にて７０〜９０％の圧縮率で圧縮成形する部分を備えたことを特徴とする。

第２の発明に係る光学素子のプレス絞り加工用金型を用いることにより、前記境界部分でのスプリングバック量がほぼ均一になり、高精度な反射曲面を得ることができる。

しかも、固定型は下型ダイと中子とからなり、可動型は上型ダイとパンチとからなる簡単な構成を採用することができ、能率よく反射曲面を有する光学素子を製作することができる。

以下、本発明に係る光学素子のプレス絞り加工方法及び光学素子のプレス絞り加工用金型の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１に、本発明に係る光学素子のプレス絞り加工方法によって得られた集光機能を有するミラー１０を示す。このミラー１０はアルミ合金板からなり、ほぼ中央部に自由曲面からなる真円の反射曲面１１がプレス絞り加工によって形成されている。このミラー１０は、図８（Ｂ）に示した垂直同期信号を取るための従来の集光用ミラー５に代えて使用されるものである。

また、図２に、本発明に係る光学素子のプレス絞り加工方法によって得られた集光機能を有するいま一つのミラー１５を示す。このミラー１５もアルミ合金板からなり、自由曲面からなる反射曲面１６は一部が切り欠かれた状態でプレス絞り加工によって形成されている。このミラー１５も垂直同期信号を取るために使用され、切欠き部１６ａはレーザビームの主走査方向（矢印ａ方向）に対向して形成されている。

次に、前記ミラー１０の加工用金型及びプレス絞り加工方法について、図３を参照して説明する。

プレス絞り加工用金型２０は、概略、固定型２１と可動型２５とで構成されている。固定型２１は下型ダイ２２と中子２３とからなり、可動型２５は上型ダイ２６とパンチ２７とからなる。パンチ２７の下面（プレス面）は反射曲面１１となる自由曲面形状に精密に形成されている。中子２３の上面（受け面）は、パンチ２７の下面（プレス面）に対して反射曲面１１の板厚分に相当するクリアランスを保持した状態の自由曲面形状に形成されている。

可動型２５を上昇させた状態で、被加工物であるアルミ合金板１０’を固定型２１上に取り付け、可動型２５を下降させてプレス絞り加工を行う。このとき、アルミ合金板１０’の周辺部分はプレス加工されずに元の板厚Ｔのまま残る（非プレス部分１２）。反射曲
面プレス部分１１’は中子２３とパンチ２７とで圧縮されて絞り加工が施され、所定の自由曲面に成形される。ここでは、反射曲面プレス部分１１’の中央部分は元の板厚Ｔの状態で残るように絞り加工される。

そして、非プレス部分１２と反射曲面プレス部分１１’との境界部分１３は、加工前の板厚Ｔに対して所定の圧縮率（例えば、７０〜９０％、加工前の板厚Ｔに対する残った肉厚Ｔ’の割合（Ｔ’／Ｔ）を意味する）で圧縮成形される。そのため、中子２３とパンチ２７の周縁部分は所定の境界部分１３を所定の圧縮率で圧縮成形するための形状とされている。

なお、前記ミラー１５についても、切欠き部１６ａを形成する部分の金型形状が異なるのみで、同様のプレス加工用金型を使用して前記同様の方法で製作される。

ミラーに対する従来のプレス絞り加工においては、境界部分１３が圧縮成形されることはなく、反射曲面プレス部分１１’の残肉形状によって曲げ加工によるスプリングバック量が不均一となり、反射曲面１１の精度が低下していた。しかし、本実施例においては、境界部分１３を圧縮成形することにより反射曲面プレス部分１１’の残肉形状に拘わらずスプリングバック量が均一になり、高精度な反射曲面１１を得ることができる。

また、前記プレス絞り加工用の金型２０は、下型ダイ２２と中子２３とからなる固定型２１、及び、上型ダイ２６とパンチ２７とからなる可動型２５という簡単な構成からなり、能率よくミラー１０，１５を製作することができる。

ここで、本発明者らが試作した反射曲面を有するミラーにおけるビーム集光能力についてのデータを図４〜図７に示す。図３に示した金型２０を使用し、被加工材として厚さ０．５ｍｍのアルミ合金板（住友軽金属社製ＸＬ ＦＳ００３−Ｈ１８）を前述の如くプレス絞り加工を行い、図１に示したミラー１０を製作した。

前記境界部分１３の圧縮率をそれぞれ７０％、８０％、９０％、１００％（圧縮量ゼロ）とし、焦点での光量を測定した。図４は７０％に圧縮した場合、図５は８０％に圧縮した場合、図６は９０％に圧縮した場合、図７は圧縮量ゼロの場合である。図４〜図７において、横軸に主走査方向の光量分布、縦軸に副走査方向の光量分布を示す。

図４に示す７０％圧縮の場合が主走査方向及び副走査方向共に最も好ましい集光状態を示した。図５に示す８０％圧縮の場合及び図６に示す９０％圧縮の場合は、副走査方向に良好な集光状態を示した。図７に示す圧縮量ゼロの場合は、主走査方向及び副走査方向共にばらついた集光状態を示した。

以上のデータから明らかなように、境界部分１３の圧縮率が７０〜９０％での集光状態が良好であることから、その反射曲面１１は高精度に成形されていることが推測される。また、同じ素材であって板厚が１．０ｍｍのアルミ合金板を用いて前記同様の手法でミラーを製作し、焦点での集光状態を測定したところ、図４〜図７に示したのと同じ傾向であった。なお、７０％を下回って圧縮する加工は実際上困難であり、データを収集することはできなかった。

（他の実施例）
なお、本発明に係る光学素子のプレス絞り加工方法及び光学素子のプレス絞り加工用金型は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、金型における固定型や可動型の細部は任意である。また、ミラーの反射曲面は自
由曲面以外に、球面、シリンドリカル面など種々の曲面に加工することができる。さらに、本発明に係る加工方法及び金型を使用することによって得られたミラーは、垂直同期信号を取るための反射素子以外に、集光機能を備えた反射素子として幅広く使用することができる。

本発明に係る加工方法にて得られたミラーの一例を示す斜視図である。 本発明に係る加工方法にて得られたミラーの他の例を示す斜視図である。 本発明に係る加工用金型によって金属板をプレスした状態を示す断面図である。 境界部分を７０％に圧縮加工したミラーにおけるビームの集光状態を示すグラフである。 境界部分を８０％に圧縮加工したミラーにおけるビームの集光状態を示すグラフである。 境界部分を９０％に圧縮加工したミラーにおけるビームの集光状態を示すグラフである。 境界部分の圧縮量がゼロであるミラーにおけるビームの集光状態を示すグラフである。 光センサへレーザビームを集光させる説明図であり、（Ａ）は平面ミラーとレンズを用いた例、（Ｂ）は曲面ミラーを用いた例を示す。

符号の説明

１０，１５…ミラー
１０’…アルミ合金板
１１，１６…反射曲面
１１’…反射曲面プレス部分
１２…非プレス部分
１３…境界部分
２０…金型
２１…固定型
２２…下型ダイ
２３…中子
２５…可動型
２６…上型ダイ
２７…パンチ

Claims (7)

1. 固定型に金属板を取り付け、可動型で該金属板をプレスして反射曲面を成形する光学素子のプレス絞り加工方法であって、前記金属板の非プレス部分と反射曲面プレス部分との境界部分を、前記反射曲面に対して滑らかに連続する曲面形状にて７０〜９０％の圧縮率で圧縮成形することを特徴とする光学素子のプレス絞り加工方法。
2. 前記反射曲面は、球面、非球面又はシリンドリカル面のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子のプレス絞り加工方法。
3. 前記金属板としてアルミ合金を使用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学素子のプレス絞り加工方法。
4. 前記境界部分を金属板の加工前の板厚に対して少なくとも７０％に圧縮成形することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の光学素子のプレス絞り加工方法。
5. 互いに対向する固定型と可動型とで構成され、固定型に取り付けた金属板を可動型でプレスして反射曲面を成形する光学素子のプレス絞り加工用金型であって、前記金属板の非プレス部分と反射曲面プレス部分との境界部分を、前記反射曲面に対して滑らかに連続する曲面形状にて７０〜９０％の圧縮率で圧縮成形する部分を備えたことを特徴とする光学素子のプレス絞り加工用金型。
6. 前記固定型は下型ダイと中子とからなり、前記可動型は上型ダイとパンチとからなることを特徴とする請求項５に記載の光学素子のプレス絞り加工用金型。
7. 前記境界部分を金属板の加工前の板厚に対して少なくとも７０％に圧縮成形することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光学素子のプレス絞り加工用金型。

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