JP4269411B2 - レンズ成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスプレス成形によって超小型レンズを作成するレンズ成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、硝材を所定の温度に加熱して軟化させ、光学鏡面を有するプレス型によってプレス加工を行うことにより、光学鏡面を転写してレンズを成形するガラスプレス成形が知られている。
図７は、ガラスプレス成形の加工工程を示す断面図である。
このガラスプレス成形に用いるプレス装置は、上下に互いに対向配置される一対の成形型（いわゆるキャビ）１０、１２と、各成形型１０、１２を保持する一対の型枠（いわゆるダイ）１４、１６とを有している。
各成形型１０、１２の対向面には、中央に非球面状に形成された光学鏡面１０Ａ、１２Ａが設けられ、その周囲に平坦な平坦面１０Ｂ、１２Ｂが形成されている。なお、各成形型１０、１２の対向面には、剥離用のＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜等が形成され、成形後のレンズを容易に離型できるようにしている。
【０００３】
また、型枠１４、１６は、各成形型１０、１２の外周を包囲する状態で設けられており、それぞれ断熱継手１８、２０を介して支持され、上側の型枠１４がプレス用のプレスシリンダ２２に取り付けられ、下側の型枠１６がベース２４上に設置されている。
そして、図７（Ａ）に示すように、各成形型１０、１２の光学鏡面１０Ａ、１２Ａの間に硝材２６を投入し、各成形型１０、１２の両側から加熱して各成形型１０、１２のキャビティ内を昇温する。
そして、図７（Ｂ）に示すように、各成形型１０、１２でプレスし、光学鏡面１０Ａ、１２Ａを転写した後、冷却を行い、図７（Ｃ）に示すように、離型する。
これにより、中央が光学鏡面１０Ａ、１２Ａによるレンズ部２８Ａを有し、外周部に平坦面１０Ｂ、１２Ｂによる平坦な基準面（いわゆるコバ面）を有する円筒部２８Ｂをもったガラスレンズ２８を形成できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようなガラスプレス成形によって後加工を行うことなくガラスレンズを成形するためには、各成形型１０、１２に対して硝材２６のセンタリングを高精度に行うことが非常に重要となる。
すなわち、各成形型１０、１２の中心に対して硝材２６の中心がずれると、成形上りのレンズ２８は、肉厚が偏心（いわゆる偏肉）したものとなり、光学面精度が悪くなったり、片側だけ基準面が確保できなくなる場合がある。
また、図８（Ａ）に示すように、硝材２６の偏心量が大きくなると、図８（Ｂ）に示すように、硝材２６の一部が成形型１０、１２と型枠１４、１６のクリアランス部３０に入り込んだり、パーティング面３２に乗り上げたり、逆に硝材２６の充填量の不足によってレンズ側に未充填部３４が生じる、いわゆるオーバパックの状態となる。
そして、このようなオーバパックが発生すると、レンズと同時に成形型も破損する可能性が極めて高くなる。
【０００５】
このように硝材が型の中心からずれて安定し、その状態で成形することにより引き起こされるオーバパックは、例えば光学ピックアップ（ＯＰ）の対物レンズやコリメータレンズの作成時には発生しなかった。これは、硝材を投入する下側の成形型の光学鏡面の曲率半径が小さい（傾きが大きい）ため、また、硝材自体の重さも比較的大きいものであったため、帯電や静止摩擦力、その他の障害に影響されることなく、自重でセンタリングされていたためである。
ところが、最近では例えば各種の超小型鏡筒用レンズの作成が要求されており、このような超小型レンズでは、それ自体が超小型である上に、硝材を投入する成形型の光学鏡面の曲率半径が非常に大きい（傾きが非常に小さい）ため、上述のような帯電や静止摩擦力、その他のセンタリングを妨げる障害に大きな影響を受けてしまい、硝材が型の中心からずれて安定し、オーバパックが多発するという問題が生じる。
【０００６】
図９は、静止摩擦力によって硝材のセンタリングが妨げられる原理を説明する断面図である。
下側成形型１２の光学鏡面１２Ａが平面に近い場合には、硝材２６の自重Ｗの接線方向分力（Ｗｓｉｎθ）よりも、硝材２６の静止摩擦力（μＷｃｏｓθ、μは摩擦係数）の方が大きくなる点が存在し、この点で硝材２６が安定して静止する場合がある。
また、超小型の硝材では、図１０に示すような微小なゴミ３６や、図１１に示すような小さな凹凸３８の影響を受け易い。なお、下側成形型１２の光学鏡面１２Ａは、通常、非球面状に形成されているため、硝材が安定し易い場所や微視的な凹部が存在する場合がある。
したがって、このような位置で硝材が型の中心からずれて安定する場合があり、上述したオーバパックの要因となる。
【０００７】
なお、上述のようなオーバパックによる問題を抑制するため、例えば上述した成形型１０、１２と型枠１４、１６のクリアランス部３０に、成形型１０、１２の外周縁部を面取り加工することにより溝部を形成し、この溝部に余分な硝材を流し込むことにより、ガラスレンズ２８のレンズ部２８Ａの形状を適正に確保するとともに、余分な硝材によるレンズや成形型の破損を防止する方法を採用することも可能である。
しかしながら、このように溝部を設けて硝材を逃がすようにした場合、図１２に示すように、円筒部２８Ｂに適正な基準面を有する通常のレンズ形状（図１２（Ａ））に対し、異形状な円筒部２８Ｃを有するレンズ形状（図１２（Ｂ））となってしまう。
一般に、円筒部２８Ｂの基準面は、例えばレンズ２８を各種の装置に組み付ける場合の調心作業や、部品搬送時の位置出し等に用いるものであり、この部分を異形状に形成した場合には、後工程における処理が煩雑となってしまう。
また、超小型レンズでは、円筒部（基準面部）自体の面積が小さいため、この部分を硝材の逃げ用に用いること自体が困難となる。
【０００８】
そこで本発明の目的は、超小型レンズを成形するための小型軽量の硝材を成形型内に容易かつ確実にセンタリングでき、適正なレンズプレス作業を行うことができるレンズ成形方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、硝材を所定の温度に加熱して軟化させ、光学鏡面を有するプレス型によりプレスすることにより、前記光学鏡面を転写してレンズを成形するレンズ成形方法において、前記プレスの前に、前記プレス型内に配置された硝材に除電エアを供給することにより、前記除電エアを使用して硝材を揺動させながら除電し、かつ、センタリングを行うようにしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明のレンズ成形方法では、プレス型内に硝材を投入した後、このプレス型内に除電エアを供給する。この除電エアによってプレス型内の硝材が揺動し、静止摩擦力が解除されるとともに、プレス型内の帯電が除去される。
したがって、超小型軽量の硝材であっても、下側成形型の光学鏡面に沿って変位し、最も深い領域にセンタリングされ、適正なレンズプレス作業を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるレンズ成形方法の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるレンズ成形方法を適用したプレス装置の要部の構成を示す断面図である。
このプレス装置は、上下のプレス型の間に硝材を配置してガラスプレス作業を行うものであり、図１では、下側の成形型１００の上に硝材１１０を配置し、上方から除電エアを供給している状態を示しており、その他の構成は省略しているが、プレス型の構成としては、図７に示すものと同様であるものとする。
成形型は、材質としてＳｉＣ等のセラミックスや超硬合金等に研削等によって光学鏡面を形成したものであり、型枠の材質には、超硬合金等が一般的であり、成形型と型枠は、ともに高耐熱性材料により形成されている。また、成形型と硝材は、互いに親和性を有するため、成形型の表面には、ガラス離型のためにＤＬＣ膜等を形成している。
【００１２】
また、成形型１００の中央が窪んだ光学鏡面１０２上に配置された硝材１１０は、重量を制御された球硝材の例を示しているが、不定型な硝材（いわゆるゴブ）を用いることも可能である。
ゴブを用いる場合には、形状が不特定であるので、例えば図７に示すような完全な充填状態で成形を行うことはせず、ゴブの体積に対して十分広いキャビティ空間を有するプレス型を設け、成形後のレンズの円筒部が非限定で形成されるフリーエッジ成形を行い、その後、この円筒部を所定の位置でカットする芯取り加工を行うことにより、所定形状の円筒部を有するレンズを形成するようにしてもよい。
すなわち、プレス成形された後のレンズは、レンズ部が非球面状に形成されており、このレンズ部の非球面を用いたベルクランプによってセンタリング状態でレンズを位置決め保持し、円筒部を所定の半径位置でカットする。
本例においては、硝材１１０に球硝材を用いることにより、成形型１００の光学鏡面１０２上で、より容易にセンタリングを可能とし、また、上述のような芯取り加工を行う必要もない点で有利である。
【００１３】
また、除電エアは、硝材１１０の上部に配置したエア供給ノズル１２０よりエアを供給するとともに、エア供給ノズル１２０の吹き出し口１２０Ａに除電用ピン（放電部材）１３０を配置し、除電用ピン１３０から放出されるイオンを吹き出し口１２０Ａからのエアによって硝材１１０に供給するものである。
本例においては、硝材１１０の真上にエア供給ノズル１２０の吹き出し口１２０Ａと除電用ピン１３０とを配置し、硝材１１０に除電エアを吹き付けて、硝材１１０を揺動させながら除電とセンタリングを行うものである。
また、硝材１１０の除電とセンタリングを行った後、エア供給ノズル１２０と除電用ピン１３０が成形型１００の上部より後退し、上側の型が配置され、プレス成形が実行される。
なお、上述のような除電に加えて、湿度を制御することも有効である。
【００１４】
図２（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態によるレンズ成形方法を適用したプレス装置の要部の構成を示す上面図及びＡーＡ線断面図である。
本形態は、１つの型枠２２０に例えば２つの成形型２１０を設けたものであり、除電エアのエア供給ノズル２３０に２つの吹き出し口２３０Ａ、２３０Ｂを設け、各成形型２１０に配置された硝材２００に対し、それぞれ除電エアを供給して除電とセンタリングを行うようにしたものである。
なお、その他は、図１に示す形態と同様であるので説明は省略する。
【００１５】
図３（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態によるレンズ成形方法を適用したプレス装置の要部の構成を示す上面図及びＢ−Ｂ線断面図である。
本形態においても、１つの型枠３２０に例えば２つの成形型３１０を設けるとともに、除電エアのエア供給ノズル３３０に２つの吹き出し口３３２を設け、各成形型３１０に配置された硝材３００に対し、それぞれ除電エアを供給して除電とセンタリングを行うようにしたものであるが、各吹き出し口３３２を傾斜して形成し、斜め方向から除電エアを供給するようにしたものである。
なお、その他は、図２に示す形態と同様であるので説明は省略する。
【００１６】
図４（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第４の実施の形態によるレンズ成形方法を適用したプレス装置の要部の構成と動作を示す断面図である。
上述した各形態では、除電エアのエア供給ノズルを静止した状態で用いたが、本形態では、エア供給ノズル４３０による除電エアの供給位置をプレス方向と直交する面方向に往復移動させるスイープ機能を設けたものである。
この構成では、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、成形型４１０に配置された硝材４００に対し、除電エアの供給位置をスイープさせることにより、硝材４００の端部から徐々に除電エアを当てて硝材４００を移動させる動作を往復移動によって繰り返すようにしたものである。このような構成により、硝材４００の初期投入位置にかかわらず、確実なセンタリングを行うことができる。
なお、本形態では、エア供給ノズル４３０を直線的に往復移動させるスイープ機能を設けたが、成形するレンズと同心状の円環軌道でエア供給ノズル４３０を移動させるようにしてもよい。さらに確実なセンタリング機能を得ることができる。
また、上述のように１つのノズルに複数の吹き出し口を設けた構成と、本形態によるスイープ機能とを組み合わせてもよい。
【００１７】
図５（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第５の実施の形態によるレンズ成形方法を適用したプレス装置の要部の構成を示す上面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
本形態においても、図３や図４の例と同様に、１つの例えば型枠５２０に２つの成形型５１０を設け、各成形型５１０に配置された硝材５００に対し、それぞれ除電エアを供給して除電とセンタリングを行うようにしたものであるが、本形態では、除電エアのエア供給ノズル５３０に各硝材５００毎に２つずつの吹き出し口５３２Ａ、５３２Ｂを設け、さらに各吹き出し口５３２Ａ、５３２Ｂをレンズの半径方向に一定のオフセット量をもって互いにずれた位置に配置することにより、レンズに対して同心円状の除電エアの渦流を生成して硝材５００を揺動させるようにしたものである。
各硝材５００は、除電エアの渦流によって確実に除電されるとともに、確実にセンタリングを行うことができる。
【００１８】
図６は、本発明の第６の実施の形態によるレンズ成形方法を適用したプレス装置の要部の構成を示す断面図である。
本形態では、下側の成形型６１０に硝材６００を配置した状態で、この硝材６００の上方に位置する空間に、硝材６００の外周を包囲して硝材６００の位置をガイドする略筒状のガイド部材６３０を配置したものである。
このガイド部材６３０は、硝材６００を成形型６１０の中心位置付近にガイドするものであり、天井部６３２に除電エアの供給路６３４が形成されている。この供給路６３４は、成形型６１０の中心位置の真上に位置し、硝材６００に垂直方向に大容量エアを供給するものである。
本例では、供給路６３４からガイド部材６３０内に大容量の除電エアを供給することにより、硝材６００を十分に揺動させて除電とセンタリングを行うようにしたものである。
なお、その他は、図１に示す形態と同様であるので説明は省略する。
【００１９】
また、図６に示す例では供給路６３４を有するガイド部材６３０を設けたが、ガイド部材を、単純な筒形状として上面を開放した構造とし、このガイド部材と上側成形型との間隙に除電エアの供給ノズル（供給路）を配置して除電エアを供給するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のレンズ成形方法では、硝材を所定の温度に加熱して軟化させ、光学鏡面を有するプレス型によりプレスすることにより、光学鏡面を転写してレンズを成形する場合に、プレスの前にプレス型内に配置された硝材に除電エアを供給することにより、除電エアを使用して硝材を揺動させながら除電し、かつ、センタリングを行うようにした。
このため、硝材を揺動させながら除電を行うことができるので、硝材の全表面にわたって有効に除電でき、プレス装置の除電作業で取り切れなかった若干の帯電も確実に除去することができ、超小型硝材に影響の大きい帯電の影響を確実に除去できる効果がある。
また、硝材を揺動させることにより、静止摩擦力を解除でき、自重の小さい超小型硝材のセンタリングを確実に行うことができる。
また、硝材を揺動させることにより、微小なガラス片等のゴミの影響を受ける位置から硝材を移動させ、自重によるセンタリングを可能とすることができ、また、成形型の形状やＤＬＣ抜けに起因する微小な凹凸部分から硝材を移動させ、自重によるセンタリングを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるレンズ成形方法を適用したプレス装置の要部の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態によるレンズ成形方法を適用したプレス装置の要部の構成を示す上面図及びＡーＡ線断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態によるレンズ成形方法を適用したプレス装置の要部の構成を示す上面図及びＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態によるレンズ成形方法を適用したプレス装置の要部の構成と動作を示す断面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態によるレンズ成形方法を適用したプレス装置の要部の構成を示す上面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態によるレンズ成形方法を適用したプレス装置の要部の構成を示す断面図である。
【図７】従来のガラスプレス成形の加工方法を示す断面図である。
【図８】図７に示す従来の加工方法において硝材の偏心によって生成されたオーバパックの具体例を示す断面図である。
【図９】図７に示す従来の加工方法において静止摩擦力によって硝材のセンタリングが妨げられる原理を説明する断面図である。
【図１０】図７に示す従来の加工方法において成形型上のゴミによって硝材のセンタリングが妨げられる原理を説明する断面図である。
【図１１】図７に示す従来の加工方法において成形型上の凹凸によって硝材のセンタリングが妨げられる原理を説明する断面図である。
【図１２】図７に示す従来の加工方法において成形型に溝を設けて余分な硝材を逃がすことにより、オーバパックを防止した場合のレンズ形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１００、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０……成形型、１０２……光学鏡面、１１０、２００、３００、４００、５００、６００……硝材、１２０、２３０、３３０、４３０……エア供給ノズル、１２０Ａ、２３０Ａ、２３０Ｂ、３３２、５３２Ａ、５３２Ｂ……吹き出し口、１３０……除電用ピン、２２０、３２０、５２０……型枠、６３０……ガイド部材、６３２……天井部、６３４……供給路。

Claims (11)

1. 硝材を所定の温度に加熱して軟化させ、光学鏡面を有するプレス型によりプレスすることにより、前記光学鏡面を転写してレンズを成形するレンズ成形方法において、
   前記プレスの前に、前記プレス型内に配置された硝材に除電エアを供給することにより、前記除電エアを使用して硝材を揺動させながら除電し、かつ、センタリングを行うようにした、
   ことを特徴とするレンズ成形方法。
2. 前記プレス型は、互いに対向配置される光学鏡面を有する一対の成形型と、前記成形型を保持する一対の型枠とを有することを特徴とする請求項１記載のレンズ成形方法。
3. 前記除電エアは、エア供給ノズルよりエアを供給するとともに、前記エア供給ノズルの吹き出し口に放電部材を配置し、前記放電部材から放出されるイオンを前記エアによって硝材に供給するものであることを特徴とする請求項１記載のレンズ成形方法。
4. 前記プレス型の光学鏡面は、非球面に形成されるとともに、平面に近い領域を有し、前記平面に近い領域において前記硝材の自重の接線方向分力よりも、前記硝材の静止摩擦力の方が大きくなる点が存在することを特徴とする請求項１記載のレンズ成形方法。
5. 前記プレス型内に配置された硝材に除電エアを複数の方向から直接当てることにより、前記硝材を揺動するようにしたことを特徴とする請求項１記載のレンズ成形方法。
6. 前記除電エアの供給位置をプレス方向と直交する面方向に往復移動させるスイープ機能を設け、前記硝材をプレス型内に投入した後、前記除電エアの供給位置をスイープさせることにより、前記硝材の端部から徐々に除電エアを当てて硝材を移動させる動作を前記往復移動によって繰り返すようにしたことを特徴とする請求項１記載のレンズ成形方法。
7. 前記除電エアの吹き出し口を複数設けるとともに、各吹き出し口を、プレス方向と直交する面方向に一定のオフセット量を有する位置に配置し、各吹き出し口からの除電エアによって渦流を生成して硝材を揺動させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のレンズ成形方法。
8. 前記プレス型内の硝材の上方に位置する空間に、硝材の外周を包囲して硝材の位置をガイドする略筒状のガイド部材を配置し、前記ガイド部材によって硝材をプレス型の中心位置付近にガイドし、かつ、前記ガイド部内に除電エアを供給することにより、硝材の除電とセンタリングを行うようにしたことを特徴とする請求項１記載のレンズ成形方法。
9. 前記ガイド部内に大流量のエアを供給し、前記硝材を十分に揺動させてセンタリングを行うようにしたことを特徴とする請求項８記載のレンズ成形方法。
10. 前記ガイド部に除電エアの供給路を設けたことを特徴とする請求項８記載のレンズ成形方法。
11. 前記ガイド部とプレス型の間に除電エアの供給路を設けたことを特徴とする請求項８記載のレンズ成形方法。

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