JP5196338B2 - 光学部品の成形型、及びその成形方法 - Google Patents
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Description
ここで芯出とは、光学レンズの第1レンズ面を成形する第1成形型(下型)とその第2レンズ面を成形する第2成形型(上型)とが型閉状態で両者の回転対称軸が一致していることをいう。
また型閉直後、レンズ素材が軟化している高温状態から固化する低温状態に移行する際に、成形型及びレンズ素材の熱収縮に対応して、型閉した状態でレンズ素材の熱収縮に追従して上型をプレス方向に移動させるよう上型のプレスストロークを微調節する必要がある場合がある。
しかし、前記した従来技術では、テーパ面が嵌合して型閉状態になった場合、プレスストロークの微調節は、前記した理由により不可能である。
このため、テーパ面を嵌合させる従来の光学レンズの成形技術によれば、光学レンズの芯出精度を向上させるために、その厚み方向の精度が犠牲になるという課題があった。
さらに、凹状の第1テーパ面と凸状の第2テーパ面とが嵌合した状態(芯出がなされた状態)で、前記第1テーパ面が外側に広がるように弾性変形して、さらに前記第2成形型のプレスストロークを微調節することができるので、前記第1成形曲面と前記第2成形曲面の曲面間隔を、適宜調節することができる。
図1を参照して、本発明の実施形態に係る光学レンズ(光学部品)の成形型について説明する。
本実施形態に係る光学レンズの成形型は、図1(a)(b)に示される第1成形型(下型)10と、第2成形型(上型)20とから構成されるものである。
第1成形型(下型)10は、図1(a)に示されるように、第1対称軸Pが回転対称軸として互いに共有される第1基準面11と、第1成形曲面12と、第1テーパ面31とから構成される。このような構造体は、一般に被加工物を、旋盤工作機械の主軸(第1対称軸Pに一致させる)に固定して回転させ、往復台上にある刃物を前後左右に動かし、切削して得られるものである。
第1成形曲面12は、図1(c)に示される光学レンズ40の第1レンズ面41を成形する曲面で、第1レンズ面41の形状に一致するように構成されている。
第1テーパ面31は、下型10の一部が第1成形曲面12の上方向に延出して形成される筒胴部30の内周面に形成されている。そしてこの第1テーパ面31は、円錐の側面形状であるとともに、上方向にいくに従い末広がり形状になるように構成されている。
第2成形曲面22は、図1(c)に示される光学レンズ40の第2レンズ面42を成形する曲面で、第2レンズ面42の形状に一致するように構成されている。
第2テーパ面23は、その円錐側面形状が第1テーパ面31に一致して嵌合するように、上型20の外周面に構成されている。
図1(d)に示されるように、第1テーパ面31と第2テーパ面23が接触する状態で第1成形曲面12と第2成形曲面22の曲面間隔L2は、第1レンズ面41と第2レンズ面42のレンズ厚みL1よりも大きくなるように構成されている。
そして、この状態において、第1対称軸Pと第2対称軸Qとが一致した状態が得られるので、下型10と上型20とは、芯出がなされた状態にあるといえる。
そのようなプレスストロークの変位調節量は、50μmから0.01μmの範囲で設定されることを望まれるところ、そのように第1テーパ面31が弾性変形するためにはテーパ角度θが、0.01°から20°の間、好ましくは0.5°から5°の間で設定されることが望まれる。
テーパ角度θが小さい方が垂直の力に対して横に広がる力が大きくなりセンタリングする力が向上するが、このテーパ角度θが0.01°より小さいと、加工精度を確保することが困難となり、また芯出精度が低下することが懸念され、このテーパ角度θが20°より大きいと、前記した所望とするプレスストロークの変位調節量を得ることができないからである。
光学レンズ40の素材が軟化するような高温において、このような弾性変形を広い領域で確保できる成形型の材料としては、例えば、SUS304、SKH(ハイス鋼)等が挙げられる。
図2(a)に示される光学レンズの成形型は、第3成形型30aを有し、この第3成形型30aに、第2テーパ面23aと嵌合する第1テーパ面31aが形成されている。そして、第3成形型30aは下型10aに対し、第1対称軸Pが共通の回転対称軸となるように固定されている。具体的には、第1テーパ面31a以外の第3成形型30aの内周面32aが下型10aの外周面に焼き嵌めされて、相対位置を固定するとともに分離可能に固着されている。また、第3成形型30aと下型10aとをボルト等の締結部材により締結することによる場合もある。
このように構成されて、下型10b及び上型20bをそれぞれ第3成形型30bの両端に設けられたテーパ面31b、32bに嵌合させることにより、第1対称軸Pと第2対称軸Qとを一致させることができる。さらに、このテーパ面31b、32bが弾性変形することにより上型20bのプレスストロークの変位調節を行うことができる。
なお、これら複数の突起34dは、図2(d)に示されるように、球形のものが第1テーパ面31dに埋め込まれて形成される場合に限定されるものではなく、第1テーパ面31dの表面を波形形状に形成して構成される場合もある。すなわち、第2テーパ面23dを複数の点で支持するように構成されるものであれば突起34dとして適用することができる。
まず、図3(a)に示されるように、加熱軟化したレンズ素材(素材)43を第1成形型(下型)10の第1成形曲面12上に載置する。次に、図3(b)に示されるように、レンズ素材43の上にさらに第2成形型20を載置してこのレンズ素材43をプレスする。なおこの状態において、下型10の第1対称軸Pと上型20の第2対称軸Qとは一致していない。
しかし、第2成形型20のプレスをさらに続けると、図3(c)に示されるように、第1テーパ面31と第2テーパ面23が接触するとともに、第1対称軸Pと第2対称軸Qとが一致することになる。
光学レンズ40が取り出された後の下型10及び上型20は、再び図3(a)の工程に戻って、新たなレンズ素材43が投入されて、繰り返し光学レンズ40を量産していくこととなる。
本実施形態に係るプレス装置50は、図4(a)に示されるように、エアシリンダ51と、ガイドロッド52と、変位プレート53と、スプリング54と、支持体55と、ストッパ56と、固定プレート57とから構成される。このように構成されるプレス装置50は、加熱軟化したレンズ素材43を変形させるのに必要なプレス力を付与するとともに、1回のプレスストロークで下型10と上型20を型閉させて光学レンズ40に成形するものである。
なお以下において、圧縮エアが導入される前、すなわち摺動ロッド51bが突出する前の変位プレート53の位置(図4(a)の位置)を上死点といい、圧縮エアが導入された後、すなわち摺動ロッド51bが突出して変位プレート53がストッパ56の上端に接する位置(図4(b)の位置)を下死点という。
この摺動ロッド51bは、下死点に到達したところで、エア室51aから圧縮エアを解放すると、付与されていたプレス力が解除され、スプリング54の付勢力により変位プレート53とともに上死点に戻るようになっている。
変位プレート53は、このように上死点と下死点との間を揺れなく往復運動するものである。そして、変位プレート53は、図4(b)に示すように、上死点から下死点に向かう往路において、固定プレート57に第1基準面11を接触させて載置している下型10上のレンズ素材43を、上型20の第2基準面21をプレスすることにより変形させて、光学レンズ40の形状に成形するものである。
このようにして、プレス装置50は、エアシリンダ51を動作させて実行される摺動ロッド51bの一回のプレスストロークで、レンズ素材43を光学レンズ40の形状に成形するものである。
本実施形態に係るプレス装置60は、図5(a)に示されるように、リニアスライダ61と、ガイドロッド62と、変位プレート63と、支持体65と、固定プレート67とから構成される。このように構成されるプレス装置60は、加熱軟化したレンズ素材43を変形させるのに必要なプレス力を付与するとともに、冷却過程における収縮に変位プレート63の変位を追従させて高精度の光学レンズ40を成形するものである。
スクリューロッド61aは、その側周面が回転ギア61bの内周面と螺合するとともに、その先端が変位プレート63に固定されているものである。そして、回転ギア61bが回転すると、スクリューロッド61aは、変位プレート63とガイドロッド62により回転が規制されているので、長手方向に変位するものである。
このように構成されてリニアスライダ61は、モータ61dの回転子の回転角度及び回転速度に応じて、変位プレート63を上下方向に、所定量、所定速度で変位させるものである。
変位プレート63は、ガイドロッド62に案内されて上下方向を揺れなく往復運動するものである。そして、変位プレート63は、図5(b)に示すように、加熱軟化したレンズ素材43を変形させて、光学レンズ40の形状に成形するものである。
さらに、変位プレート63は、図5(c)に示されるように、リニアスライダ61の動作により、冷却過程において生じるレンズ素材43の熱収縮に追従するように、プレスストロークの変位をΔLだけ微調節して光学レンズ40が高精度に成形されるように動作するものである。
また、図5に示されるプレス装置60の変位プレート63のプレスストロークは、モータ61dの回転量によって制御される例を示したが、図示しない変位センサを設けて、変位プレート63の変位量を検出して、このプレスストロークをフィードバック制御してもよい。
また、本発明によれば、型閉直後、レンズ素材が軟化している高温状態から、固化する低温状態に移行する際に、成形型及びレンズ素材の熱収縮に対応して、型閉した状態で上型のプレスストロークを微調節することが可能になる。このため、光学レンズの芯出精度を向上させるとともに、その厚み方向の精度も向上させることができる。
11 第1基準面
12 第1成形曲面
20,20a,20b,20c,20d 上型(第2成形型)
21 第2基準面
22 第2成形曲面
23,23a,23b,23c,23d 第2テーパ面
30 筒胴部
30a,30b 第3成形型
31,31a,31b,31c,31d 第1テーパ面
33c スリット
34d 突起
40 光学レンズ(光学部品)
41 第1レンズ面
42 第2レンズ面
43 レンズ素材(素材)
50 プレス装置
L1 レンズ厚み
L2 曲面間隔
P 第1対称軸
Q 第2対称軸
Claims (8)
- 光学部品の第1レンズ面を成形する第1成形曲面を有する第1成形型と、
前記光学部品の第2レンズ面を成形する第2成形曲面を有する第2成形型と、を備える光学部品の成形型において、
前記第1成形曲面に回転対称な第1対称軸を共有する凹状の第1テーパ面と、
前記第2成形曲面に回転対称な第2対称軸を共有するとともに、前記第1対称軸と前記第2対称軸が一致するように前記第1テーパ面に嵌合する凸状の第2テーパ面と、が設けられ、
前記第1テーパ面と前記第2テーパ面が接触する状態で前記第1成形曲面と前記第2成形曲面の曲面間隔は、前記第1レンズ面と前記第2レンズ面のレンズ厚みよりも大きくなるように構成され、
前記第1テーパ面が外側に広がるように弾性変形して前記曲面間隔が前記レンズ厚みに等しくなる位置にまで前記第2テーパ面が嵌合するように構成されることを特徴とする光学部品の成形型。 - 前記第1テーパ面は、前記第1成形型に対して分離可能に固着されている第3成形型に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光学部品の成形型。
- 前記第1成形型と前記第3成形型とは、それぞれに設けられているテーパ面において嵌合していることを特徴とする請求項2に記載の光学部品の成形型。
- 前記第1テーパ面には、スリットが設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光学部品の成形型。
- 前記第1テーパ面には、前記第2テーパ面を支持する突起が多数配列していることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光学部品の成形型。
- 加熱軟化した素材を第1成形型と第2成形型をプレスして行う光学部品の成形方法において、
凹状の第1テーパ面を有する第1成形型に前記素材を載置する工程と、
凸状の第2テーパ面を有する第2成形型により前記素材をプレスする工程と、
前記第1テーパ面と前記第2テーパ面を接触させる工程と、
前記第2成形型をさらにプレスして前記第1テーパ面を外側に広がるように弾性変形させて前記第2テーパ面に嵌合させる工程と、を含むことを特徴とする光学部品の成形方法。 - プレスされた前記素材の冷却過程において、前記第2成形型をプレスして、さらに前記第1テーパ面を弾性変形させて前記第2テーパ面に嵌合させる工程を含むことを特徴とする請求項6に記載の光学部品の成形方法。
- 光学部品の第1レンズ面を成形する第1成形曲面を有する第1成形型と、
前記光学部品の第2レンズ面を成形する第2成形曲面を有する第2成形型と、を備える光学部品の成形型において、
前記第1成形曲面に回転対称な第1対称軸を共有する第1テーパ面と、
前記第2成形曲面に回転対称な第2対称軸を共有するとともに、前記第1対称軸と前記第2対称軸が一致するように前記第1テーパ面に嵌合する第2テーパ面と、が設けられ、
前記第1テーパ面と前記第2テーパ面が接触する状態で前記第1成形曲面と前記第2成形曲面の曲面間隔は、前記第1レンズ面と前記第2レンズ面のレンズ厚みよりも大きくなるように構成され、
前記第1テーパ面が弾性変形して前記曲面間隔が前記レンズ厚みに等しくなる位置にまで前記第2テーパ面が嵌合するように構成され、
前記第1テーパ面は、前記第1成形型に対して分離可能に固着されている第3成形型に設けられており、
前記第1成形型と前記第3成形型とは、それぞれに設けられているテーパ面において嵌合していることを特徴とする光学部品の成形型。
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