JP4131016B2 - 光学素子成形装置および光学素子の製造方法 - Google Patents
光学素子成形装置および光学素子の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光学素子成形装置、特に対向する一対の成形型の間で光学素子材料を押圧し光学素子を成形する光学素子成形装置およびその装置を用いた光学素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラスレンズ等の光学素子は、光学素子素材（プリフォーム）を加熱・軟化し、これを一対の成形型で加圧することにより製造されている。
【０００３】
このような製造方法の場合、通常、光学素子の径方向については何ら規制されておらず、プリフォームは、その供給量、型の押圧力如何により無秩序に拡がり、成形される光学素子の外径にバラツキが生じていた。このため、光学素子材料を加圧成形した後に研削により、芯取り作業を必要としていたため、煩雑で製造効率が悪く、コストが高くなるという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、成形面の外周面に衝面を形成する胴型等により、光学素子の径方向への拡がりを制限することにより光学素子の外径を規制し、高精度成形を行う方法が提案されている。
【０００５】
しかし、成形部が閉空間を形成するため、光学素子の形状を一定にするためには光学素子材料の厳密な体積管理が必要となる。したがって、プリフォームの供給量を精密に制御する手段等を必要とし、製造工程が煩雑となりコスト高になるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、成形後の芯取り作業を必要とせず、簡易な方法でレンズの外径が高精度に規制された光学素子を製造することができる光学素子成形装置および光学素子の製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（16）の本発明により達成される。
【０００８】
（１） 加熱軟化した光学素子材料を加圧成形する成形面を有する一対の成形型と、
少なくとも一方の前記成形型の外周に装着される環状の外径型とを備える光学素子成形装置において、
前記外径型は成形される光学素子の外径を規制する外径規制部と、前記光学素子の外径を規制しない外径非規制部とを有し、
前記外径規制部と前記外径非規制部とが前記外径型の周方向に沿って交互に設けられ、
前記外径非規制部は１つの大きさが前記外径型内周の全周３６０°に対し中心角が９０°以下となるように形成されていることを特徴とする光学素子成形装置。
（２） 前記外径規制部は、前記１対の成形型のうちに少なくとも一方の成型面の径とほぼ等しい内径を有し、前記外径非規制部は、前記１対の成形型のうちに少なくとも一方の成型面の径よりも大きい内径を有する上記（１）に記載の光学素子成形装置。
【０００９】
（３） 前記外径規制部および前記外径非規制部は各々前記外径型の内周面に周設されている上記（１）または（２）に記載の光学素子成形装置。
【００１０】
（４） 前記外径非規制部は前記外径型の内周面に形成された少なくとも１つの切り欠きにより設けられている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００１２】
（５） 前記外径規制部および前記外径非規制部のうち少なくとも一方は前記外径型の周方向に等間隔に設けられている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００１３】
（６） 少なくとも前記外径規制部の内周面は前記成形面の中心軸と平行な面となるよう形成されている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００１４】
（７） 少なくとも前記外径規制部の内周面に前記外径型の上面から前記成形面に向けて内径が漸減するテーパ部が形成されている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００１５】
（８） 前記テーパ部のテーパ面の傾斜がすべて等しくなるよう設けられている上記（７）に記載の光学素子成形装置。
【００１６】
（９） 前記外径型の外径規制部の高さが０．１mm以上である上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００１７】
（１０） 加熱軟化した光学素子材料を加圧成形する成形面を有する一対の成形型と、
少なくとも一方の前記成形型の外周に装着され、光学素子の外径を規制する外径規制部と、前記光学素子の外径を規制しない外径非規制部とを有する環状の外径型とを備える光学素子成形装置において、
前記光学素子の成形時に余剰の前記光学素子材料を収容可能な空間を有し、
前記外径規制部と前記外径非規制部とが前記外径型の周方向に沿って交互に設けられ、
前記外径非規制部は１つの大きさが前記外径型内周の全周３６０°に対し中心角が９０°以下となるように形成されていることを特徴とする光学素子成形装置。
【００１８】
（11） 前記空間は前記成形面の外周部に設けられている上記（10）に記載の光学素子成形装置。
【００１９】
（12） 前記空間は前記外径型の内周面に形成された少なくとも１つの切り欠きにより設けられている上記（10）または（11）に記載の光学素子成形装置。
【００２０】
（13） 前記空間は１つの大きさが前記外径型内周面の全周３６０°に対し中心角が９０°以下となるように形成されている上記（10）ないし（12）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００２１】
（１４） 前記外径非規制部は前記空間を備える上記（１０）ないし（１３）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００２２】
（15） 上記（１）ないし（14）のいずれかに記載の光学素子成形装置を用いる光学素子の製造方法であって、
余剰の前記光学素子材料を前記成形面の外周部に設けられた空間に収容することを特徴とする光学素子の製造方法。
【００２３】
（16） 前記光学素子材料はガラスを主成分とするものである上記（15）に記載の光学素子の製造方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学素子成形装置を添付図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の光学素子成形装置の一例を示す概略断面図、図２は、図１に示す光学素子成形装置のＡ−Ａ線断面図、図８は図１に示す光学素子成形装置に用いられる外径型の立体斜視図、図９ないし図１１は図１に示す光学素子成形装置に用いられる下型の作製工程を示す断面図である。
【００２６】
図１に示すように、本発明の光学素子成形装置１は、加熱軟化した光学素子材料を加圧成形する成形面２１ｂ、２１ａを有する上下１対の成形型（上型２ｂ、下型２ａ）とを有する。
【００２７】
上型２ｂと下型２ａとは成形面２１ｂ、２１ａが対向するよう配設され、上型２ｂおよび下型２ａの中心軸が一致するよう後述する胴型６ａ、６ｂによって調整されている。
【００２８】
下型２ａは、図１に示すように断面形状が略凸状であって、成形面２１ａの中心軸を中心に同心円状に段差部２２およびフランジ２４とが形成されている。
【００２９】
成形面２１ａは、光学素子の光学機能面を形成する面を構成し、所望の光学素子の反転形状に形成されている。
【００３０】
段差部２２は、下型２ａの外周面に設けられた切り欠きからなり、かかる段差部２２には光学素子の外径を規制する外径型３が装着される。
【００３１】
嵌合用外周部２１２は、その中心軸と成形面２１ａの中心軸とが一致するように形成されている。
【００３２】
フランジ２４は、胴型６ａの凹部６１と嵌合可能な形状をなしており、これにより下型２ａは胴型６ａに固定される。
【００３３】
段差部２２とフランジ２４との間に設けられた外周縁部２１３は、成形面２１ａの中心線を定める基準であって、成形面２１ａの中心線と外周縁部２１３の中心線とは一致するよう形成されている。
【００３４】
下型２ａ（上型２ｂ）は、例えば図９ないし図１１に示すような工程により作製される。以下、下型２ａを例に説明する。
【００３５】
まず、下型２ａを構成する母材に、上述した成形面２１ａ、段差部２２、フランジ２４、嵌合用外周部２１２および外周縁部２１３を形成する。
【００３６】
次に、成形面２１ａの周縁部や段差部２２の欠損、変形、ダレ等を防止するために、図１０に示すような超硬合金（ＷＣ）製の加工ヤトイ４を装着する。
【００３７】
この状態で、成形面２１ａを研削加工により所望の形状（非球面または球面）に形成する。その後、ダイヤモンド研磨材を用いて表面を研磨し、例えば最大表面粗さ（Ｒmax ）＝０．０２μｍ以下とする。
【００３８】
次に、加工ヤトイ４を除去し、成形面２１ａにスパッタリング等により、図１１に示すように例えばＰｔからなる薄膜２１１を積層し、下型２ａが作製される。
【００３９】
このように薄膜２１１を積層することによって、成形面２１ａの耐熱性、耐酸化性、耐濡れ性等をより向上させることができる。薄膜２１１としては、Ｐｔの他、Ａｕ等の貴金属およびこれらの金属を主とする合金、セラミックス等からなる薄膜が好ましい。
【００４０】
薄膜２１１の成膜方法は、特に限定されず、スパッタリングの他に例えばイオンプレーティング等の方法が挙げられる。薄膜２１１の膜厚としては０．１〜５μｍ程度が好ましい。
【００４１】
成形型の構成材料としては、高硬度材料からなるものが好ましく、例えば炭化珪素、窒化珪素、炭化チタン、窒化チタン、炭化タングステン等の炭化物、タングステンカーバイド系の超硬合金、モリブデン、タングステン、タンタル等の金属等やアルミナ、ジルコニア等の酸化物系セラミックス、窒化物セラミックス等を用いることができる。これにより、光学素子成形装置１の耐久性、耐熱性、耐食性等を大幅に向上させることができる。また、光学素子の成形時に成形型の摺動部において生じる、かじり、片当り、噛みつき等を防止することができる。
【００４２】
下型２ａの段差部２２には外径型３が装着される。これにより外径型３は成形面２１ａの外周部に位置し、内周面で光学素子の外径を規制することができる。
【００４３】
外径型３は、図８に示すように断面形状が円形の環状体であって、その内周面は、下型２ａの段差部２２に嵌合する嵌合部３８と、下型２ａに嵌合させた状態で成形面２１ａの外周部に位置する成形部３９とから構成されている。
【００４４】
嵌合部３８の内径は嵌合用外周部２１２とほぼ等しく構成されており、外径型３を下型２ａに固定することができる。
【００４５】
成形部３９には成形される光学素子の外径を規制する外径規制部３５と、光学素子の外径を規制しない外径非規制部３７とが周設されている。
【００４６】
外径非規制部３７は、図８に示すように成形部３９に形成された少なくとも１つの切り欠きにより設けられている。したがって、外径非規制部３７において光学素子材料５の余剰分を収容可能な空間３３が形成される。
【００４７】
光学素子材料の供給量のばらつき等を考慮すると、外径非規制部３７の内径は、成形面２１ａの外径に比べ約３〜１５％程度大きく設けられていることが好ましい。外径非規制部３７の内径があまりに大き過ぎると、外径型３全体が大径化する等の無駄を生じ、一方、外径非規制部３７の内径を成形面２１ａの外径とあまりに近似させると空間３３が十分な大きさをもつことができず余剰の光学素子材料を収容できなくなるおそれがある。
【００４８】
外径規制部３５の内径は、図１等に示すように成形面２１ａの径とほぼ等しくなるように構成されている。これにより、成形面２１ａの周縁に外径規制部３５の内周面によって衝面が形成され、かかる衝面で光学素子は所定の外径に規制される。
【００４９】
このように、本発明の光学素子成形装置は、外径型３が外径規制部３５と外径非規制部３７とを有し、余剰の光学素子材料５を収容可能な空間３３を有することにより、外径規制部３５により光学素子の外径が規制されるとともに、外径非規制部３７から光学素子材料の余剰分が径方向に逃がされ、空間３３に収容される。したがって、常に形状精度に優れた光学素子を形成することができ、後工程において光学素子の芯取り作業を不要とすることができる。また、光学機能面の形状精度の維持・向上を図ることができる。
【００５０】
本実施形態の外径型３は、中心角が３０°に相当する大きさの３つの外径規制部３５と、中心角が９０°に相当する大きさの３つの外径非規制部３７とから構成されており、外径規制部３５と外径非規制部３７とは各々等間隔に配置されている。
【００５１】
このように、外径規制部３５および外径非規制部３７のうち少なくとも一方を等間隔に設けることにより、成形部３９における外径非規制部３７の占める割合をより大きくすることができ、光学素子の偏肉の程度を抑制することができる。
【００５２】
１つの外径非規制部３７は、外径型内周の全周３６０°に対し中心角が９０°以下となるように形成されていることが好ましい。
【００５３】
１つの外径非規制部３７が中心角９０°を超える大きさである場合、成形された光学素子を例えば鏡筒内に挿着した場合、光学素子の外径（形状）と鏡筒の内径とのクリアランスにより生じる最大軸ずれ量が大きくなり、光学的精度が低下する場合がある。これについて図１２を用いて説明する。
【００５４】
図１２は、光学素子の外径と最大軸ずれ量との関係を示す図である。光学素子１００および鏡筒１０３の断面形状が円形の場合を例にとって説明する。
【００５５】
光学素子１００は、中心点Ｏ’から中心角９０°（＜ＰＯ’Ｑ）相当する外周部分は直線ＰＱで構成されている。したがって光学素子１００の外周の直線ＰＱ部分は外径が規定されておらず、その他の外周部は外径が規定されている。なお、点線は鏡筒１０３の中心点と光学素子１００との中心点が一致する場合の光学素子１０３の位置を示す。
【００５６】
この場合、光学素子１００の鏡筒１０３内での最大軸ずれ量Ｓは、鏡筒１０３の中心点Ｏと、実線で示された光学素子１００の中心点Ｏ’との距離で表される。
【００５７】
したがって、光学素子１００の最大軸ずれ量Ｓは、△ＰＯ’Ｏについて余弦定理から下記式（Ｉ）で計算される。
【００５８】
Ｓ＝1/2 ×（φ1cosθ＋（φ1 2cos2θ−φ1 2＋φ2 2）1/2）・・・（Ｉ）
（φ1 は光学素子１００の外径、φ2 は鏡筒１０３の内径、θは＜ＰＯ’Ｏの角度を表す。なお、φ1 ＝２ｒ1 、φ2 ＝２ｒ2 であり、ｒ1 は光学素子１００の半径、ｒ2 は鏡筒１０３の半径を表す。）
【００５９】
光学素子１００の外径φ1 が規定されていない部分（直線ＰＱ部分）が、中心角９０°に相当する場合、＜ＰＯ’Ｑ＝９０°であるから、
θ＝１／２×（３６０°−９０°）＝１３５°となる。
【００６０】
例えば、φ1 ＝１２．００mm、φ2 ＝１２．０１mmとすると、上記式（Ｉ）から、最大軸ずれ量Ｓは０．００７mmとなる。
【００６１】
一方、上記の場合、全外周が外径φ1 で規定された光学素子では最大軸ずれ量Ｓは、
Ｓ＝1/2 ×（φ2 −φ1 ）＝０．００５mmとなる。
【００６２】
このことから、１つの外径非規制部３７が中心角９０°以下となるように形成されていれば、鏡筒に取付けた状態でも十分な光軸精度を維持し得るものといえる。すなわち、１つの外径非規制部３７は、中心角が小さいほど最大軸ずれ量Ｓは小さくなり、全外周にわたって外径を規制する場合のずれ量に近づく。
【００６３】
また、外径非規制部の１つが中心角９０°以下であれば、成形部３９の内周面に複数設けられていてもよい。
【００６４】
一方、１つの外径非規制部３７が外径型内周の全周３６０°に対し中心角９０°を超えると、最大軸ずれ量Ｓが大きくなり、光学素子の光軸精度を十分に満足することができなくなるおそれがある。
【００６５】
このことから、外径非規制部３７の１つの大きさは、外径型内周面の全周３６０°に対し中心角が９０°以下になるように形成されていることが好ましい。
【００６６】
これにともない、空間３３の１つの大きさは外径型内周面の全周３６０°に対し中心角が９０°以下になるように形成されていることが好ましい。
【００６７】
外径型３は、下型２ａと段差部２２において装着した状態で、成形面２１ａの中心軸と外径型３との中心軸（外径軸）とが一致するように構成されていることが好ましい。これにより成形される光学素子の光軸精度の向上を図ることができ、後工程での芯取り加工を不要とすることができる。
【００６８】
外径規制部３５の内周面は、前記成形面２１ａの中心軸と平行な面となるように形成されている。外径規制部３５は、成形面２１ａおよび２１ｂとともに光学素子材料を所定の形状に成形するキャビティーの一部を構成するため、光学素子の取出し方向（成形面２１ａから上面３４）に対して、内径が等しく形成されていることにより、光学素子の取出しを容易に行うことができる。
【００６９】
外径型３の外径規制部３５の高さは０．１mm以上であることが好ましく、０．１mm〜２mm程度であることがより好ましい。外径規制部３５の高さとは、例えば図５に示すように、成形面２１ａの周縁から外径型３の上面３４までの内周面側の高さｈを意味する。
【００７０】
外径規制部３５の高さが０．１mm未満であると、例えば、図５に示すように成形された光学素子を外径が規制された部分のみで鏡筒内に嵌着する場合、固定が不十分でガタツキを生じるおそれがある。一方、外径規制部３５の高さがあまりに大き過ぎる場合、光学素子の型からの取出しが困難になるおそれがある。
【００７１】
外径型３の構成材料としては特に限定されず、下型２ａ（上型２ｂ）と同様の高硬度材料を挙げることができるが、なかでも熱膨張係数が下型２ａと近似するものであることがより好ましい。これにより、成形工程において成形型の加熱、冷却を繰り返し行った場合でも外径型３と下型２ａとの嵌合状態を維持することができ、軸ずれ等を生じるおそれがない。
【００７２】
下型２ａは、円筒状の下部胴型６ａに挿入され、フランジ２４を下部胴型６ａの凹部６１に嵌合させることにより固定されている。下部胴型６ａの内径部の中心軸と成形面２１ａの中心軸とは一致するよう予め調整されている。
【００７３】
上型２ｂは、下型２ａと同様にフランジ２４を上部胴型６ｂの凹部６１に嵌合させることにより上部胴型６ｂに固定されている。そして、両者の中心軸は一致するよう調整されている。
【００７４】
さらに、下部胴型６ａおよび上部胴型６ｂは、各々の中心軸が一致するよう配置されている。これにより成形面２１ａと成形面２１ｂの中心軸が一致し、成形される光学素子の面相互の軸ずれや傾きの発生を抑制することができる。
【００７５】
下部胴型６ａおよび上部胴型６ｂを構成する材料としては特に限定されず、例えばＷＣ等が挙げられるが、加熱時に熱膨張等によるガタつきの発生を防止するために、各々下型２ａ、上型２ｂとほぼ等しい熱膨張係数を有する材料が好ましい。
【００７６】
下部胴型６ａおよび上部胴型６ｂは、図示しないボルト等の固定手段により、各々固定した型支持部材７、可動上型支持部材８に脱着可能に固定されている。
【００７７】
可動上型支持部材８は、駆動機構（図示せず）により中心軸に沿って上下方向に駆動される。
【００７８】
なお、１つの成形装置で複数の光学素子を成形する場合には、例えば下型２ａと固定下型支持部材７との間に光学素子の肉厚を調整するためのスペーサ７１を介在させることがより好ましい。
【００７９】
次に、本発明の光学素子成形装置を用いた光学素子の成形方法の一例を図１ないし図５にしたがって説明する。
【００８０】
光学素子成形装置１に図示しない光学素子材料搬送手段により光学素子材料５が搬送され、下型２ａの成形面２１ａ上に供給される。
【００８１】
光学素子材料５は、ガラス材料、樹脂材料のいずれでもよいが、ガラスを主成分とするものがより好ましい。これにより、より高精度かつ耐熱性の良好な光学素子を成形することができる。
【００８２】
光学素子材料５が供給されたら可動上型支持部材８が移動し、成形面２１ｂが光学素子材料５に接触しない程度に接近する。
【００８３】
可動上型支持部材８の付近には、昇降可能な石英管１０が配設されており、この石英管１０は、図３に示す押圧成形時には下降して成形面２１ａ、２１ｂの周囲に閉空間を形成する。
【００８４】
この状態で、石英管１０の周囲に配設されたヒータ１１に通電し、成形型全体を加熱する。
【００８５】
このとき、石英管１０の閉空間内に不活性ガスを導入することが好ましい。これにより、光学素子材料、型材料の酸化反応等を抑制することができる。導入される不活性ガスとは、例えば希ガスや窒素ガス、およびこれらの混合ガス等が挙げられる。
【００８６】
熱電対１２が所定の温度に達した段階で、さらに可動上型支持部材８が下降し、図３に示すように外径型３の上面３４が上型２ｂに当接するまで上型２ｂを移動させる。このとき、上型２ｂ、下型２ａおよび外径型３とでキャビティーが形成される。
【００８７】
光学素子材料５の加熱温度は、４００〜８００℃程度とすることが好ましい。また、成形時のプレス圧は成形する光学素子の大きさや個数等により適宜設定されるが、５０〜２０００kgf/cm2 程度とすることが好ましい。
【００８８】
このように加熱・加圧されると、図３および図４に示すように光学素子材料５は成形面の径方向に圧延される。圧延された光学素子材料５は、外径規制部３５の内周面に圧接し光学素子の外径が規制される。余剰の光学素子材料が供給された場合には、外径非規制部３７から外周方向にはみ出し、空間３３内へ押し出される。
【００８９】
このように、外径規制部３５で光学素子の外径を規制する一方で外径非規制部３７で余剰の光学素子材料（余肉５１）を空間３３内へ逃がすことにより、光学素子成形装置１に供給される光学素子材料の容量に多少バラツキがあっても、成形される光学素子外径の寸法精度を維持することが可能である。
【００９０】
さらに、余肉５１は光学素子の形状精度を維持する必要のない部分へ押出されるため、光学機能面の精度には影響を与えることはない。
【００９１】
成形終了後および冷却過程においても、光学素子材料の熱収縮により生じるヒケを防止し、光学素子の光学機能面の面精度を保持するために、加圧状態を維持しておく。
【００９２】
成形終了後、石英管１０を上昇させ閉空間を開放し、成形された光学素子を取出す。
【００９３】
図５は、外径が規定された部分のみで光学素子を鏡筒に固定する場合の光学素子の製造方法を示す断面図である。
【００９４】
この場合、外径規制部３５の高さｈに相当する部分で光学素子の外径が規制され、かかる部分は光学素子の鏡筒取付け基準面５２を構成する。
【００９５】
余剰の光学素子材料５が供給された場合には、上記と同様、余剰分は成形面２１ａの外周部に設けられた空間３３に収容されるため、成形される光学素子の外径の寸法精度を維持することが可能である。
【００９６】
また、光学素子の外径を規制し、鏡筒取付け基準面５２を設けることにより、レンズ等の曲率のついた外径（鏡筒取付け基準面）に対する偏芯精度が向上する。
【００９７】
図６および図７は、本発明の光学素子成形装置の他の実施形態を示す断面図である。図１〜図５および図８に示した第１実施形態の光学素子成形装置と同一構成および同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。
【００９８】
本実施形態の光学素子成形装置１では、外径型３は２つの外径規制部３５と２つの外径非規制部３７とを備えている。
【００９９】
２つの外径非規制部３７は、各々成形面２１ｂの外径型内周の全周３６０°に対し中心角９０°に相当する大きさに設けられている。一方、外径規制部３５は、１つが中心角１６０°、他方が中心角２０°に相当する大きさに設けられている。
【０１００】
外径規制部３５の内周面には、図６に示すように外径型３の上面３４から成形面２１ａに向けて内径が漸減するテーパ部３５１が設けられている。これにより、光学素子の離型性が向上し、取出しを容易にすることができる。また、成形面の曲率が大きな場合であっても光学素子は容易に取出すことができる。
【０１０１】
また、テーパ部３５１を鏡筒の取付け部に設けられたテーパ部と嵌合可能に形成することにより、光学素子の組立て上の操作性がより向上する。
【０１０２】
さらに、テーパ部３５１は、テーパ面の傾斜がすべて等しくなるよう設けられていることが好ましい。これによって光学素子外径の規定精度の維持・向上を図ることができる。
【０１０３】
以上、本発明の光学素子成形装置およびこの装置を用いた光学素子の製造方法を図示の各実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各手段の構成は同様の機能を有する任意の構成に置換することができる。
【０１０４】
例えば、本発明の外径型は下型に装着される場合に限定されるものではなく、上型のみまたは上型、下型の両方に装着するものであってもよい。また、上下型を構成する成形型および成形面は任意の構成とすることができ、例えば、成形面を備える別部材が成形型の一部に取付けられた構成としてもよい。
【０１０５】
また、余剰の光学素子材料を収容する空間は、外径型の外径非規制部に設けられている場合に限られるものではなく、その他の部分に設けられているものでもよい。
【０１０６】
さらに、本発明の光学素子成形装置により成形される光学素子は、凸レンズに限られず、凹面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ等、種々の光学素子を成形することができる。
【０１０７】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
【０１０８】
（実施例１）
図１に示す光学素子成形装置１を用いて光学素子を成形した。
【０１０９】
まず、下型２ａを成形面２１ａ側から下部胴型６ａに挿入し、フランジ２４で下部胴型６ａの凹部６１と嵌合させて装着し、固定下型支持部材７に取り付けた。このとき、下型２ａの底面と固定下型支持部材７との間にスペーサ７１を介在させた。
【０１１０】
次に、下型２ａの段差部２２と下部胴型６ａの内周面とで形成された凹部に外径型３を嵌入した。なお、外径型３の外径規制部３５の高さは０．５mmとした。
【０１１１】
上型２ｂを成形面２１ｂ側から上部胴型６ｂに挿入し、フランジ２４で凹部６１と嵌合させて装着し、可動上型支持部材８に取り付けた。
【０１１２】
成形面２１ｂ上に光学ガラスＶＣ７８（住田光学ガラス社製）からなる光学素子材料５（プリフォーム）を載置した。
【０１１３】
次に、上型２ｂの成形面２１ｂと光学素子材料５との距離が０．５mmになるよう可動上型支持部材８を降下させた後、石英管１０を降下させて成形面２１ｂを覆い、石英管１０内をＮ2 ガス雰囲気とした。
ヒータ１１に通電することにより加熱し、型温度は熱電対１２により測定した。
【０１１４】
型温度（光学素子材料の加熱温度）が５８０℃に達した時点で、可動上型支持部材８をさらに下降させて光学素子材料５の加圧成形を開始した。成形時の加圧力は２００kgf/cm2 とした。
【０１１５】
光学素子材料５は加熱により軟化し、上下の型による押圧にしたがって成形面２１ａ、２１ｂに沿って径方向に拡がった。
【０１１６】
外径規制部３５では、光学素子材料５はその内周面に接触し、径方向への拡がりが規制された。余剰のプリフォームは外径非規制部３７から空間３３に流入し、余肉５１として収容された。
【０１１７】
（実施例２）
図６および図７に示すように、外径規制部３５にテーパ部３５１および外径非規制部３７にテーパ部３７１（図示せず）が設けられた外径型３を使用した以外は、実施例１と同様にして光学素子を成形した。
【０１１８】
（比較例）
外径型として外径規制部のみが形成され、外径非規制部が形成されていないものを使用した以外は、実施例１と同様にして光学素子を成形した。
【０１１９】
実施例１および実施例２で製造された各光学素子は、いずれも所望の形状に成形され外径の寸法精度にも優れ、後工程での芯取りが不要であった。また、光学機能面も良好に転写されていた。
【０１２０】
また、各光学素子の光軸と外径軸とが偏芯することなく、容易かつ精密に鏡筒への組み込みを行うことができた。
【０１２１】
さらに実施例２では、外径型にテーパ部が設けられているため、光学素子の取出しが非常に容易であった。
【０１２２】
一方、比較例の光学素子成形装置では、余剰の光学素子材料の収容部が設けられていないため、光学素子材料の供給量のばらつきが成形される光学素子の肉厚のばらつきとなり、形状精度に劣るものとなった。
【０１２３】
また、外径型内に成形品全体が収まるために接触面積が大きく、取出しが非常に困難であった。
【０１２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の光学素子成形装置によれば、光学素子の外径を規制するとともに光学素子材料（プリフォーム）の余剰分を収容することができるため、プリフォームの厳密な体積管理が不要となるだけでなく、光学素子の外径を厳密に確保することができ、高精度の光学機能面を有する光学素子を成形することができる。
また、後工程での芯取りが不要となり、製造コストの低減を図ることができる。
【０１２５】
さらに、本発明の方法で製造された光学素子は外径精度に優れ、後工程で芯取りを行う場合よりも偏芯精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子成形装置の一実施形態の成形部を示す断面図である。
【図２】図１に示す光学素子成形装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す光学素子成形装置において成形過程を示す断面図である。
【図４】図３に示す光学素子成形装置のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１に示す光学素子成形装置において他の成形過程を示す断面図である。
【図６】本発明の光学素子成形装置の他の実施形態の要部を示す断面図である。
【図７】図６に示す光学素子成形装置のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】図１に示す光学素子成形装置の外径型を示す斜視図である。
【図９】本発明の光学素子成形装置の要部の製造工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の光学素子成形装置の要部の製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の光学素子成形装置の要部の製造工程を示す断面図である。
【図１２】光学素子の外径と、鏡筒の中心軸と光学素子と光軸のずれとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 光学素子成形装置
２ａ 下型
２ｂ 上型
２１ａ、２１ｂ 成形面
２２ 段差部
２４ フランジ
２１１ 薄膜
２１２ 嵌合用外周部
２１３ 外周縁部
３ 外径型
３１ 成形面内周面
３２ 外周面
３３ 空間
３４ 上面
３５ 外径規制部
３５１ テーパ部
３７ 外径非規制部
３７１ テーパ部
３８ 嵌合部
３９ 成形部
４ 加工ヤトイ
５ 光学素子材料
５１ 余肉
５２ 鏡筒取付け基準面
６ａ 下部胴型
６ｂ 上部胴型
６１ 凹部
７ 固定下型支持部材
７１ スペーサ
８ 可動上型支持部材
１０ 石英管
１１ ヒータ
１２ 熱電対
１００ 光学素子
１０３ 鏡筒
【発明が属する技術分野】
本発明は、光学素子成形装置、特に対向する一対の成形型の間で光学素子材料を押圧し光学素子を成形する光学素子成形装置およびその装置を用いた光学素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラスレンズ等の光学素子は、光学素子素材（プリフォーム）を加熱・軟化し、これを一対の成形型で加圧することにより製造されている。
【０００３】
このような製造方法の場合、通常、光学素子の径方向については何ら規制されておらず、プリフォームは、その供給量、型の押圧力如何により無秩序に拡がり、成形される光学素子の外径にバラツキが生じていた。このため、光学素子材料を加圧成形した後に研削により、芯取り作業を必要としていたため、煩雑で製造効率が悪く、コストが高くなるという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、成形面の外周面に衝面を形成する胴型等により、光学素子の径方向への拡がりを制限することにより光学素子の外径を規制し、高精度成形を行う方法が提案されている。
【０００５】
しかし、成形部が閉空間を形成するため、光学素子の形状を一定にするためには光学素子材料の厳密な体積管理が必要となる。したがって、プリフォームの供給量を精密に制御する手段等を必要とし、製造工程が煩雑となりコスト高になるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、成形後の芯取り作業を必要とせず、簡易な方法でレンズの外径が高精度に規制された光学素子を製造することができる光学素子成形装置および光学素子の製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（16）の本発明により達成される。
【０００８】
（１） 加熱軟化した光学素子材料を加圧成形する成形面を有する一対の成形型と、
少なくとも一方の前記成形型の外周に装着される環状の外径型とを備える光学素子成形装置において、
前記外径型は成形される光学素子の外径を規制する外径規制部と、前記光学素子の外径を規制しない外径非規制部とを有し、
前記外径規制部と前記外径非規制部とが前記外径型の周方向に沿って交互に設けられ、
前記外径非規制部は１つの大きさが前記外径型内周の全周３６０°に対し中心角が９０°以下となるように形成されていることを特徴とする光学素子成形装置。
（２） 前記外径規制部は、前記１対の成形型のうちに少なくとも一方の成型面の径とほぼ等しい内径を有し、前記外径非規制部は、前記１対の成形型のうちに少なくとも一方の成型面の径よりも大きい内径を有する上記（１）に記載の光学素子成形装置。
【０００９】
（３） 前記外径規制部および前記外径非規制部は各々前記外径型の内周面に周設されている上記（１）または（２）に記載の光学素子成形装置。
【００１０】
（４） 前記外径非規制部は前記外径型の内周面に形成された少なくとも１つの切り欠きにより設けられている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００１２】
（５） 前記外径規制部および前記外径非規制部のうち少なくとも一方は前記外径型の周方向に等間隔に設けられている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００１３】
（６） 少なくとも前記外径規制部の内周面は前記成形面の中心軸と平行な面となるよう形成されている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００１４】
（７） 少なくとも前記外径規制部の内周面に前記外径型の上面から前記成形面に向けて内径が漸減するテーパ部が形成されている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００１５】
（８） 前記テーパ部のテーパ面の傾斜がすべて等しくなるよう設けられている上記（７）に記載の光学素子成形装置。
【００１６】
（９） 前記外径型の外径規制部の高さが０．１mm以上である上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００１７】
（１０） 加熱軟化した光学素子材料を加圧成形する成形面を有する一対の成形型と、
少なくとも一方の前記成形型の外周に装着され、光学素子の外径を規制する外径規制部と、前記光学素子の外径を規制しない外径非規制部とを有する環状の外径型とを備える光学素子成形装置において、
前記光学素子の成形時に余剰の前記光学素子材料を収容可能な空間を有し、
前記外径規制部と前記外径非規制部とが前記外径型の周方向に沿って交互に設けられ、
前記外径非規制部は１つの大きさが前記外径型内周の全周３６０°に対し中心角が９０°以下となるように形成されていることを特徴とする光学素子成形装置。
【００１８】
（11） 前記空間は前記成形面の外周部に設けられている上記（10）に記載の光学素子成形装置。
【００１９】
（12） 前記空間は前記外径型の内周面に形成された少なくとも１つの切り欠きにより設けられている上記（10）または（11）に記載の光学素子成形装置。
【００２０】
（13） 前記空間は１つの大きさが前記外径型内周面の全周３６０°に対し中心角が９０°以下となるように形成されている上記（10）ないし（12）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００２１】
（１４） 前記外径非規制部は前記空間を備える上記（１０）ないし（１３）のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【００２２】
（15） 上記（１）ないし（14）のいずれかに記載の光学素子成形装置を用いる光学素子の製造方法であって、
余剰の前記光学素子材料を前記成形面の外周部に設けられた空間に収容することを特徴とする光学素子の製造方法。
【００２３】
（16） 前記光学素子材料はガラスを主成分とするものである上記（15）に記載の光学素子の製造方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学素子成形装置を添付図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の光学素子成形装置の一例を示す概略断面図、図２は、図１に示す光学素子成形装置のＡ−Ａ線断面図、図８は図１に示す光学素子成形装置に用いられる外径型の立体斜視図、図９ないし図１１は図１に示す光学素子成形装置に用いられる下型の作製工程を示す断面図である。
【００２６】
図１に示すように、本発明の光学素子成形装置１は、加熱軟化した光学素子材料を加圧成形する成形面２１ｂ、２１ａを有する上下１対の成形型（上型２ｂ、下型２ａ）とを有する。
【００２７】
上型２ｂと下型２ａとは成形面２１ｂ、２１ａが対向するよう配設され、上型２ｂおよび下型２ａの中心軸が一致するよう後述する胴型６ａ、６ｂによって調整されている。
【００２８】
下型２ａは、図１に示すように断面形状が略凸状であって、成形面２１ａの中心軸を中心に同心円状に段差部２２およびフランジ２４とが形成されている。
【００２９】
成形面２１ａは、光学素子の光学機能面を形成する面を構成し、所望の光学素子の反転形状に形成されている。
【００３０】
段差部２２は、下型２ａの外周面に設けられた切り欠きからなり、かかる段差部２２には光学素子の外径を規制する外径型３が装着される。
【００３１】
嵌合用外周部２１２は、その中心軸と成形面２１ａの中心軸とが一致するように形成されている。
【００３２】
フランジ２４は、胴型６ａの凹部６１と嵌合可能な形状をなしており、これにより下型２ａは胴型６ａに固定される。
【００３３】
段差部２２とフランジ２４との間に設けられた外周縁部２１３は、成形面２１ａの中心線を定める基準であって、成形面２１ａの中心線と外周縁部２１３の中心線とは一致するよう形成されている。
【００３４】
下型２ａ（上型２ｂ）は、例えば図９ないし図１１に示すような工程により作製される。以下、下型２ａを例に説明する。
【００３５】
まず、下型２ａを構成する母材に、上述した成形面２１ａ、段差部２２、フランジ２４、嵌合用外周部２１２および外周縁部２１３を形成する。
【００３６】
次に、成形面２１ａの周縁部や段差部２２の欠損、変形、ダレ等を防止するために、図１０に示すような超硬合金（ＷＣ）製の加工ヤトイ４を装着する。
【００３７】
この状態で、成形面２１ａを研削加工により所望の形状（非球面または球面）に形成する。その後、ダイヤモンド研磨材を用いて表面を研磨し、例えば最大表面粗さ（Ｒmax ）＝０．０２μｍ以下とする。
【００３８】
次に、加工ヤトイ４を除去し、成形面２１ａにスパッタリング等により、図１１に示すように例えばＰｔからなる薄膜２１１を積層し、下型２ａが作製される。
【００３９】
このように薄膜２１１を積層することによって、成形面２１ａの耐熱性、耐酸化性、耐濡れ性等をより向上させることができる。薄膜２１１としては、Ｐｔの他、Ａｕ等の貴金属およびこれらの金属を主とする合金、セラミックス等からなる薄膜が好ましい。
【００４０】
薄膜２１１の成膜方法は、特に限定されず、スパッタリングの他に例えばイオンプレーティング等の方法が挙げられる。薄膜２１１の膜厚としては０．１〜５μｍ程度が好ましい。
【００４１】
成形型の構成材料としては、高硬度材料からなるものが好ましく、例えば炭化珪素、窒化珪素、炭化チタン、窒化チタン、炭化タングステン等の炭化物、タングステンカーバイド系の超硬合金、モリブデン、タングステン、タンタル等の金属等やアルミナ、ジルコニア等の酸化物系セラミックス、窒化物セラミックス等を用いることができる。これにより、光学素子成形装置１の耐久性、耐熱性、耐食性等を大幅に向上させることができる。また、光学素子の成形時に成形型の摺動部において生じる、かじり、片当り、噛みつき等を防止することができる。
【００４２】
下型２ａの段差部２２には外径型３が装着される。これにより外径型３は成形面２１ａの外周部に位置し、内周面で光学素子の外径を規制することができる。
【００４３】
外径型３は、図８に示すように断面形状が円形の環状体であって、その内周面は、下型２ａの段差部２２に嵌合する嵌合部３８と、下型２ａに嵌合させた状態で成形面２１ａの外周部に位置する成形部３９とから構成されている。
【００４４】
嵌合部３８の内径は嵌合用外周部２１２とほぼ等しく構成されており、外径型３を下型２ａに固定することができる。
【００４５】
成形部３９には成形される光学素子の外径を規制する外径規制部３５と、光学素子の外径を規制しない外径非規制部３７とが周設されている。
【００４６】
外径非規制部３７は、図８に示すように成形部３９に形成された少なくとも１つの切り欠きにより設けられている。したがって、外径非規制部３７において光学素子材料５の余剰分を収容可能な空間３３が形成される。
【００４７】
光学素子材料の供給量のばらつき等を考慮すると、外径非規制部３７の内径は、成形面２１ａの外径に比べ約３〜１５％程度大きく設けられていることが好ましい。外径非規制部３７の内径があまりに大き過ぎると、外径型３全体が大径化する等の無駄を生じ、一方、外径非規制部３７の内径を成形面２１ａの外径とあまりに近似させると空間３３が十分な大きさをもつことができず余剰の光学素子材料を収容できなくなるおそれがある。
【００４８】
外径規制部３５の内径は、図１等に示すように成形面２１ａの径とほぼ等しくなるように構成されている。これにより、成形面２１ａの周縁に外径規制部３５の内周面によって衝面が形成され、かかる衝面で光学素子は所定の外径に規制される。
【００４９】
このように、本発明の光学素子成形装置は、外径型３が外径規制部３５と外径非規制部３７とを有し、余剰の光学素子材料５を収容可能な空間３３を有することにより、外径規制部３５により光学素子の外径が規制されるとともに、外径非規制部３７から光学素子材料の余剰分が径方向に逃がされ、空間３３に収容される。したがって、常に形状精度に優れた光学素子を形成することができ、後工程において光学素子の芯取り作業を不要とすることができる。また、光学機能面の形状精度の維持・向上を図ることができる。
【００５０】
本実施形態の外径型３は、中心角が３０°に相当する大きさの３つの外径規制部３５と、中心角が９０°に相当する大きさの３つの外径非規制部３７とから構成されており、外径規制部３５と外径非規制部３７とは各々等間隔に配置されている。
【００５１】
このように、外径規制部３５および外径非規制部３７のうち少なくとも一方を等間隔に設けることにより、成形部３９における外径非規制部３７の占める割合をより大きくすることができ、光学素子の偏肉の程度を抑制することができる。
【００５２】
１つの外径非規制部３７は、外径型内周の全周３６０°に対し中心角が９０°以下となるように形成されていることが好ましい。
【００５３】
１つの外径非規制部３７が中心角９０°を超える大きさである場合、成形された光学素子を例えば鏡筒内に挿着した場合、光学素子の外径（形状）と鏡筒の内径とのクリアランスにより生じる最大軸ずれ量が大きくなり、光学的精度が低下する場合がある。これについて図１２を用いて説明する。
【００５４】
図１２は、光学素子の外径と最大軸ずれ量との関係を示す図である。光学素子１００および鏡筒１０３の断面形状が円形の場合を例にとって説明する。
【００５５】
光学素子１００は、中心点Ｏ’から中心角９０°（＜ＰＯ’Ｑ）相当する外周部分は直線ＰＱで構成されている。したがって光学素子１００の外周の直線ＰＱ部分は外径が規定されておらず、その他の外周部は外径が規定されている。なお、点線は鏡筒１０３の中心点と光学素子１００との中心点が一致する場合の光学素子１０３の位置を示す。
【００５６】
この場合、光学素子１００の鏡筒１０３内での最大軸ずれ量Ｓは、鏡筒１０３の中心点Ｏと、実線で示された光学素子１００の中心点Ｏ’との距離で表される。
【００５７】
したがって、光学素子１００の最大軸ずれ量Ｓは、△ＰＯ’Ｏについて余弦定理から下記式（Ｉ）で計算される。
【００５８】
Ｓ＝1/2 ×（φ1cosθ＋（φ1 2cos2θ−φ1 2＋φ2 2）1/2）・・・（Ｉ）
（φ1 は光学素子１００の外径、φ2 は鏡筒１０３の内径、θは＜ＰＯ’Ｏの角度を表す。なお、φ1 ＝２ｒ1 、φ2 ＝２ｒ2 であり、ｒ1 は光学素子１００の半径、ｒ2 は鏡筒１０３の半径を表す。）
【００５９】
光学素子１００の外径φ1 が規定されていない部分（直線ＰＱ部分）が、中心角９０°に相当する場合、＜ＰＯ’Ｑ＝９０°であるから、
θ＝１／２×（３６０°−９０°）＝１３５°となる。
【００６０】
例えば、φ1 ＝１２．００mm、φ2 ＝１２．０１mmとすると、上記式（Ｉ）から、最大軸ずれ量Ｓは０．００７mmとなる。
【００６１】
一方、上記の場合、全外周が外径φ1 で規定された光学素子では最大軸ずれ量Ｓは、
Ｓ＝1/2 ×（φ2 −φ1 ）＝０．００５mmとなる。
【００６２】
このことから、１つの外径非規制部３７が中心角９０°以下となるように形成されていれば、鏡筒に取付けた状態でも十分な光軸精度を維持し得るものといえる。すなわち、１つの外径非規制部３７は、中心角が小さいほど最大軸ずれ量Ｓは小さくなり、全外周にわたって外径を規制する場合のずれ量に近づく。
【００６３】
また、外径非規制部の１つが中心角９０°以下であれば、成形部３９の内周面に複数設けられていてもよい。
【００６４】
一方、１つの外径非規制部３７が外径型内周の全周３６０°に対し中心角９０°を超えると、最大軸ずれ量Ｓが大きくなり、光学素子の光軸精度を十分に満足することができなくなるおそれがある。
【００６５】
このことから、外径非規制部３７の１つの大きさは、外径型内周面の全周３６０°に対し中心角が９０°以下になるように形成されていることが好ましい。
【００６６】
これにともない、空間３３の１つの大きさは外径型内周面の全周３６０°に対し中心角が９０°以下になるように形成されていることが好ましい。
【００６７】
外径型３は、下型２ａと段差部２２において装着した状態で、成形面２１ａの中心軸と外径型３との中心軸（外径軸）とが一致するように構成されていることが好ましい。これにより成形される光学素子の光軸精度の向上を図ることができ、後工程での芯取り加工を不要とすることができる。
【００６８】
外径規制部３５の内周面は、前記成形面２１ａの中心軸と平行な面となるように形成されている。外径規制部３５は、成形面２１ａおよび２１ｂとともに光学素子材料を所定の形状に成形するキャビティーの一部を構成するため、光学素子の取出し方向（成形面２１ａから上面３４）に対して、内径が等しく形成されていることにより、光学素子の取出しを容易に行うことができる。
【００６９】
外径型３の外径規制部３５の高さは０．１mm以上であることが好ましく、０．１mm〜２mm程度であることがより好ましい。外径規制部３５の高さとは、例えば図５に示すように、成形面２１ａの周縁から外径型３の上面３４までの内周面側の高さｈを意味する。
【００７０】
外径規制部３５の高さが０．１mm未満であると、例えば、図５に示すように成形された光学素子を外径が規制された部分のみで鏡筒内に嵌着する場合、固定が不十分でガタツキを生じるおそれがある。一方、外径規制部３５の高さがあまりに大き過ぎる場合、光学素子の型からの取出しが困難になるおそれがある。
【００７１】
外径型３の構成材料としては特に限定されず、下型２ａ（上型２ｂ）と同様の高硬度材料を挙げることができるが、なかでも熱膨張係数が下型２ａと近似するものであることがより好ましい。これにより、成形工程において成形型の加熱、冷却を繰り返し行った場合でも外径型３と下型２ａとの嵌合状態を維持することができ、軸ずれ等を生じるおそれがない。
【００７２】
下型２ａは、円筒状の下部胴型６ａに挿入され、フランジ２４を下部胴型６ａの凹部６１に嵌合させることにより固定されている。下部胴型６ａの内径部の中心軸と成形面２１ａの中心軸とは一致するよう予め調整されている。
【００７３】
上型２ｂは、下型２ａと同様にフランジ２４を上部胴型６ｂの凹部６１に嵌合させることにより上部胴型６ｂに固定されている。そして、両者の中心軸は一致するよう調整されている。
【００７４】
さらに、下部胴型６ａおよび上部胴型６ｂは、各々の中心軸が一致するよう配置されている。これにより成形面２１ａと成形面２１ｂの中心軸が一致し、成形される光学素子の面相互の軸ずれや傾きの発生を抑制することができる。
【００７５】
下部胴型６ａおよび上部胴型６ｂを構成する材料としては特に限定されず、例えばＷＣ等が挙げられるが、加熱時に熱膨張等によるガタつきの発生を防止するために、各々下型２ａ、上型２ｂとほぼ等しい熱膨張係数を有する材料が好ましい。
【００７６】
下部胴型６ａおよび上部胴型６ｂは、図示しないボルト等の固定手段により、各々固定した型支持部材７、可動上型支持部材８に脱着可能に固定されている。
【００７７】
可動上型支持部材８は、駆動機構（図示せず）により中心軸に沿って上下方向に駆動される。
【００７８】
なお、１つの成形装置で複数の光学素子を成形する場合には、例えば下型２ａと固定下型支持部材７との間に光学素子の肉厚を調整するためのスペーサ７１を介在させることがより好ましい。
【００７９】
次に、本発明の光学素子成形装置を用いた光学素子の成形方法の一例を図１ないし図５にしたがって説明する。
【００８０】
光学素子成形装置１に図示しない光学素子材料搬送手段により光学素子材料５が搬送され、下型２ａの成形面２１ａ上に供給される。
【００８１】
光学素子材料５は、ガラス材料、樹脂材料のいずれでもよいが、ガラスを主成分とするものがより好ましい。これにより、より高精度かつ耐熱性の良好な光学素子を成形することができる。
【００８２】
光学素子材料５が供給されたら可動上型支持部材８が移動し、成形面２１ｂが光学素子材料５に接触しない程度に接近する。
【００８３】
可動上型支持部材８の付近には、昇降可能な石英管１０が配設されており、この石英管１０は、図３に示す押圧成形時には下降して成形面２１ａ、２１ｂの周囲に閉空間を形成する。
【００８４】
この状態で、石英管１０の周囲に配設されたヒータ１１に通電し、成形型全体を加熱する。
【００８５】
このとき、石英管１０の閉空間内に不活性ガスを導入することが好ましい。これにより、光学素子材料、型材料の酸化反応等を抑制することができる。導入される不活性ガスとは、例えば希ガスや窒素ガス、およびこれらの混合ガス等が挙げられる。
【００８６】
熱電対１２が所定の温度に達した段階で、さらに可動上型支持部材８が下降し、図３に示すように外径型３の上面３４が上型２ｂに当接するまで上型２ｂを移動させる。このとき、上型２ｂ、下型２ａおよび外径型３とでキャビティーが形成される。
【００８７】
光学素子材料５の加熱温度は、４００〜８００℃程度とすることが好ましい。また、成形時のプレス圧は成形する光学素子の大きさや個数等により適宜設定されるが、５０〜２０００kgf/cm2 程度とすることが好ましい。
【００８８】
このように加熱・加圧されると、図３および図４に示すように光学素子材料５は成形面の径方向に圧延される。圧延された光学素子材料５は、外径規制部３５の内周面に圧接し光学素子の外径が規制される。余剰の光学素子材料が供給された場合には、外径非規制部３７から外周方向にはみ出し、空間３３内へ押し出される。
【００８９】
このように、外径規制部３５で光学素子の外径を規制する一方で外径非規制部３７で余剰の光学素子材料（余肉５１）を空間３３内へ逃がすことにより、光学素子成形装置１に供給される光学素子材料の容量に多少バラツキがあっても、成形される光学素子外径の寸法精度を維持することが可能である。
【００９０】
さらに、余肉５１は光学素子の形状精度を維持する必要のない部分へ押出されるため、光学機能面の精度には影響を与えることはない。
【００９１】
成形終了後および冷却過程においても、光学素子材料の熱収縮により生じるヒケを防止し、光学素子の光学機能面の面精度を保持するために、加圧状態を維持しておく。
【００９２】
成形終了後、石英管１０を上昇させ閉空間を開放し、成形された光学素子を取出す。
【００９３】
図５は、外径が規定された部分のみで光学素子を鏡筒に固定する場合の光学素子の製造方法を示す断面図である。
【００９４】
この場合、外径規制部３５の高さｈに相当する部分で光学素子の外径が規制され、かかる部分は光学素子の鏡筒取付け基準面５２を構成する。
【００９５】
余剰の光学素子材料５が供給された場合には、上記と同様、余剰分は成形面２１ａの外周部に設けられた空間３３に収容されるため、成形される光学素子の外径の寸法精度を維持することが可能である。
【００９６】
また、光学素子の外径を規制し、鏡筒取付け基準面５２を設けることにより、レンズ等の曲率のついた外径（鏡筒取付け基準面）に対する偏芯精度が向上する。
【００９７】
図６および図７は、本発明の光学素子成形装置の他の実施形態を示す断面図である。図１〜図５および図８に示した第１実施形態の光学素子成形装置と同一構成および同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。
【００９８】
本実施形態の光学素子成形装置１では、外径型３は２つの外径規制部３５と２つの外径非規制部３７とを備えている。
【００９９】
２つの外径非規制部３７は、各々成形面２１ｂの外径型内周の全周３６０°に対し中心角９０°に相当する大きさに設けられている。一方、外径規制部３５は、１つが中心角１６０°、他方が中心角２０°に相当する大きさに設けられている。
【０１００】
外径規制部３５の内周面には、図６に示すように外径型３の上面３４から成形面２１ａに向けて内径が漸減するテーパ部３５１が設けられている。これにより、光学素子の離型性が向上し、取出しを容易にすることができる。また、成形面の曲率が大きな場合であっても光学素子は容易に取出すことができる。
【０１０１】
また、テーパ部３５１を鏡筒の取付け部に設けられたテーパ部と嵌合可能に形成することにより、光学素子の組立て上の操作性がより向上する。
【０１０２】
さらに、テーパ部３５１は、テーパ面の傾斜がすべて等しくなるよう設けられていることが好ましい。これによって光学素子外径の規定精度の維持・向上を図ることができる。
【０１０３】
以上、本発明の光学素子成形装置およびこの装置を用いた光学素子の製造方法を図示の各実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各手段の構成は同様の機能を有する任意の構成に置換することができる。
【０１０４】
例えば、本発明の外径型は下型に装着される場合に限定されるものではなく、上型のみまたは上型、下型の両方に装着するものであってもよい。また、上下型を構成する成形型および成形面は任意の構成とすることができ、例えば、成形面を備える別部材が成形型の一部に取付けられた構成としてもよい。
【０１０５】
また、余剰の光学素子材料を収容する空間は、外径型の外径非規制部に設けられている場合に限られるものではなく、その他の部分に設けられているものでもよい。
【０１０６】
さらに、本発明の光学素子成形装置により成形される光学素子は、凸レンズに限られず、凹面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ等、種々の光学素子を成形することができる。
【０１０７】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
【０１０８】
（実施例１）
図１に示す光学素子成形装置１を用いて光学素子を成形した。
【０１０９】
まず、下型２ａを成形面２１ａ側から下部胴型６ａに挿入し、フランジ２４で下部胴型６ａの凹部６１と嵌合させて装着し、固定下型支持部材７に取り付けた。このとき、下型２ａの底面と固定下型支持部材７との間にスペーサ７１を介在させた。
【０１１０】
次に、下型２ａの段差部２２と下部胴型６ａの内周面とで形成された凹部に外径型３を嵌入した。なお、外径型３の外径規制部３５の高さは０．５mmとした。
【０１１１】
上型２ｂを成形面２１ｂ側から上部胴型６ｂに挿入し、フランジ２４で凹部６１と嵌合させて装着し、可動上型支持部材８に取り付けた。
【０１１２】
成形面２１ｂ上に光学ガラスＶＣ７８（住田光学ガラス社製）からなる光学素子材料５（プリフォーム）を載置した。
【０１１３】
次に、上型２ｂの成形面２１ｂと光学素子材料５との距離が０．５mmになるよう可動上型支持部材８を降下させた後、石英管１０を降下させて成形面２１ｂを覆い、石英管１０内をＮ2 ガス雰囲気とした。
ヒータ１１に通電することにより加熱し、型温度は熱電対１２により測定した。
【０１１４】
型温度（光学素子材料の加熱温度）が５８０℃に達した時点で、可動上型支持部材８をさらに下降させて光学素子材料５の加圧成形を開始した。成形時の加圧力は２００kgf/cm2 とした。
【０１１５】
光学素子材料５は加熱により軟化し、上下の型による押圧にしたがって成形面２１ａ、２１ｂに沿って径方向に拡がった。
【０１１６】
外径規制部３５では、光学素子材料５はその内周面に接触し、径方向への拡がりが規制された。余剰のプリフォームは外径非規制部３７から空間３３に流入し、余肉５１として収容された。
【０１１７】
（実施例２）
図６および図７に示すように、外径規制部３５にテーパ部３５１および外径非規制部３７にテーパ部３７１（図示せず）が設けられた外径型３を使用した以外は、実施例１と同様にして光学素子を成形した。
【０１１８】
（比較例）
外径型として外径規制部のみが形成され、外径非規制部が形成されていないものを使用した以外は、実施例１と同様にして光学素子を成形した。
【０１１９】
実施例１および実施例２で製造された各光学素子は、いずれも所望の形状に成形され外径の寸法精度にも優れ、後工程での芯取りが不要であった。また、光学機能面も良好に転写されていた。
【０１２０】
また、各光学素子の光軸と外径軸とが偏芯することなく、容易かつ精密に鏡筒への組み込みを行うことができた。
【０１２１】
さらに実施例２では、外径型にテーパ部が設けられているため、光学素子の取出しが非常に容易であった。
【０１２２】
一方、比較例の光学素子成形装置では、余剰の光学素子材料の収容部が設けられていないため、光学素子材料の供給量のばらつきが成形される光学素子の肉厚のばらつきとなり、形状精度に劣るものとなった。
【０１２３】
また、外径型内に成形品全体が収まるために接触面積が大きく、取出しが非常に困難であった。
【０１２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の光学素子成形装置によれば、光学素子の外径を規制するとともに光学素子材料（プリフォーム）の余剰分を収容することができるため、プリフォームの厳密な体積管理が不要となるだけでなく、光学素子の外径を厳密に確保することができ、高精度の光学機能面を有する光学素子を成形することができる。
また、後工程での芯取りが不要となり、製造コストの低減を図ることができる。
【０１２５】
さらに、本発明の方法で製造された光学素子は外径精度に優れ、後工程で芯取りを行う場合よりも偏芯精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子成形装置の一実施形態の成形部を示す断面図である。
【図２】図１に示す光学素子成形装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す光学素子成形装置において成形過程を示す断面図である。
【図４】図３に示す光学素子成形装置のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１に示す光学素子成形装置において他の成形過程を示す断面図である。
【図６】本発明の光学素子成形装置の他の実施形態の要部を示す断面図である。
【図７】図６に示す光学素子成形装置のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】図１に示す光学素子成形装置の外径型を示す斜視図である。
【図９】本発明の光学素子成形装置の要部の製造工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の光学素子成形装置の要部の製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の光学素子成形装置の要部の製造工程を示す断面図である。
【図１２】光学素子の外径と、鏡筒の中心軸と光学素子と光軸のずれとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 光学素子成形装置
２ａ 下型
２ｂ 上型
２１ａ、２１ｂ 成形面
２２ 段差部
２４ フランジ
２１１ 薄膜
２１２ 嵌合用外周部
２１３ 外周縁部
３ 外径型
３１ 成形面内周面
３２ 外周面
３３ 空間
３４ 上面
３５ 外径規制部
３５１ テーパ部
３７ 外径非規制部
３７１ テーパ部
３８ 嵌合部
３９ 成形部
４ 加工ヤトイ
５ 光学素子材料
５１ 余肉
５２ 鏡筒取付け基準面
６ａ 下部胴型
６ｂ 上部胴型
６１ 凹部
７ 固定下型支持部材
７１ スペーサ
８ 可動上型支持部材
１０ 石英管
１１ ヒータ
１２ 熱電対
１００ 光学素子
１０３ 鏡筒
Claims (16)
- 加熱軟化した光学素子材料を加圧成形する成形面を有する一対の成形型と、
少なくとも一方の前記成形型の外周に装着される環状の外径型とを備える光学素子成形装置において、
前記外径型は成形される光学素子の外径を規制する外径規制部と、前記光学素子の外径を規制しない外径非規制部とを有し、
前記外径規制部と前記外径非規制部とが前記外径型の周方向に沿って交互に設けられ、
前記外径非規制部は１つの大きさが前記外径型内周の全周３６０°に対し中心角が９０°以下となるように形成されていることを特徴とする光学素子成形装置。 - 前記外径規制部は、前記１対の成形型のうちに少なくとも一方の成型面の径とほぼ等しい内径を有し、前記外径非規制部は、前記１対の成形型のうちに少なくとも一方の成型面の径よりも大きい内径を有する請求項１に記載の光学素子成形装置。
- 前記外径規制部および前記外径非規制部は各々前記外径型の内周面に周設されている請求項１または２に記載の光学素子成形装置。
- 前記外径非規制部は前記外径型の内周面に形成された少なくとも１つの切り欠きにより設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の光学素子成形装置。
- 前記外径規制部および前記外径非規制部のうち少なくとも一方は前記外径型の周方向に等間隔に設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載の光学素子成形装置。
- 少なくとも前記外径規制部の内周面は前記成形面の中心軸と平行な面となるよう形成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の光学素子成形装置。
- 少なくとも前記外径規制部の内周面に前記外径型の上面から前記成形面に向けて内径が漸減するテーパ部が形成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の光学素子成形装置。
- 前記テーパ部のテーパ面の傾斜がすべて等しくなるよう設けられている請求項７に記載の光学素子成形装置。
- 前記外径型の外径規制部の高さが０．１mm以上である請求項１ないし８のいずれかに記載の光学素子成形装置。
- 加熱軟化した光学素子材料を加圧成形する成形面を有する一対の成形型と、
少なくとも一方の前記成形型の外周に装着され、光学素子の外径を規制する外径規制部と、前記光学素子の外径を規制しない外径非規制部とを有する環状の外径型とを備える光学素子成形装置において、
前記光学素子の成形時に余剰の前記光学素子材料を収容可能な空間を有し、
前記外径規制部と前記外径非規制部とが前記外径型の周方向に沿って交互に設けられ、
前記外径非規制部は１つの大きさが前記外径型内周の全周３６０°に対し中心角が９０°以下となるように形成されていることを特徴とする光学素子成形装置。 - 前記空間は前記成形面の外周部に設けられている請求項１０に記載の光学素子成形装置。
- 前記空間は前記外径型の内周面に形成された少なくとも１つの切り欠きにより設けられている請求項１０または１１に記載の光学素子成形装置。
- 前記空間は１つの大きさが前記外径型内周面の全周３６０°に対し中心角が９０°以下となるように形成されている請求項１０ないし１２のいずれかに記載の光学素子成形装置。
- 前記外径非規制部は前記空間を備える請求項１０ないし１３のいずれかに記載の光学素子成形装置。
- 請求項１ないし１４のいずれかに記載の光学素子成形装置を用いる光学素子の製造方法であって、余剰の前記光学素子材料を前記成形面の外周部に設けられた空間に収容することを特徴とする光学素子の製造方法。
- 前記光学素子材料はガラスを主成分とするものである請求項１５に記載の光学素子の製造方法。
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