JP5339106B2

JP5339106B2 - ガラスレンズのプレス成形方法

Info

Publication number: JP5339106B2
Application number: JP2012270222A
Authority: JP
Inventors: 佳岡田; 剛正黒田
Original assignee: Nalux Co Ltd
Current assignee: Nalux Co Ltd
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: JP2013121909A

Description

本発明は、ガラスレンズのプレス成形方法に関する。

プリフォームからプレス成形によってガラスレンズを製造する場合に、成形型の隙間にガラスが入り込み、いわゆるオーバーパックを生じる場合がある。このようなオーバーパックは、金型の破損や、レンズの割れや欠けの原因となり、光学性能にも悪い影響を与える。

このようなオーバーパックを生じさせないために、ガラスレンズの形状に応じて作成した１次成形用の金型でプリフォームをオーバーパックしにくい形状に１次成形し、その後実際のレンズ形状を有した２次成形用の金型でガラスレンズを成形する方法が開発されている(たとえば、特許文献１)。しかし、この方法では、ガラスレンズの形状に応じて変形した成形型を使用する必要があるので、製造工程が煩雑となり製造コストも増大する。

従来、プリフォームからプレス成形によってガラスレンズを製造する場合に、オーバーパックを生じさせない簡単なガラスレンズのプレス成形方法は開発されていない。

特許文献１特開２００２−９７０２５号公報

したがって、プリフォームからプレス成形によってガラスレンズを製造する場合に、オーバーパックを生じさせない、簡単なガラスレンズのプレス成形方法に対するニーズがある。

本発明によるガラスレンズの成形方法は、プレス成形前にプリフォームの、レンズの有効部分以外の部分に対応する位置に、プレス成形による変形量に応じた容積を備えたオーバーパック防止用の溝を機械加工によって設けるステップを含む。

本発明によれば、プレス成形の際に、ガラスが前記オーバーパック防止用の溝を埋めることにより、成形型の隙間に入り込むことはなくオーバーパックを防止することができる。また、オーバーパック防止用の溝を機械加工によって設けることにより、煩雑な製造工程を必要とすることなく簡単にオーバーパックを防止することができる。

本発明の第１の実施形態によるガラスレンズの成形方法において、前記溝を機械加工によって設けるステップは、前記溝の幅を定めるステップと、プリフォームの長さ(ＰＤ)及び前記レンズのレンズ部の長さ(ＬＤ)から、前記溝の位置を定めるステップと、前記レンズのサグ量(ｓａｇ)、前記レンズの全体長さ(ＯＤ)、前記レンズのレンズ部の長さ(ＬＤ)及び前記溝の幅(Ｗ)から、ｋを定数として、

にしたがって、前記溝の深さ(Ｄ)を定めるステップと、を含む。

本実施形態によれば、上記の式を使用することにより、レンズの形状から適切に溝の深さを定めてオーバーパックを防止することができる。

本発明の第２の実施形態によるガラスレンズの成形方法は、第１の実施形態によるガラスレンズの成形方法であって、ｋが０．０５から０．３の範囲の定数である。

本発明の第３の実施形態によるガラスレンズの成形方法は、プリフォームを作製するためのツールによって溝を機械加工する。

プリフォームを作製するためのツールを使用してプリフォーム作製と同時に溝を形成することにより、製造工程がより簡単になる。

本発明の第４の実施形態によるガラスレンズの成形方法において、機械加工は研削である

ガラスレンズのプレス成形方法を説明するための図である。ダイシングブレードを使用してプリフォームに予め溝を形成する工程を説明するための図である。プリフォームに形成される溝の形状の例を示す図である。溝が形成されたプリフォームの断面、及びプリフォームからプレス成形によって製造されるレンズの断面を示す図である。プリフォームに予め形成する溝の深さＤ及び溝の位置Ｐを決定する方法を示す流れ図である。溝の位置がレンズの有効範囲にかかっていない場合を説明するための図である。溝の位置がレンズの有効範囲にかかっている場合を説明するための図である。溝を備えたプリフォームを使用したガラスレンズのプレス成形方法を説明するための図である。実施例１のプリフォームの形状を示す図である。実施例１のレンズの形状を示す図である。実施例２のプリフォームの形状を示す図である。実施例２のレンズの形状を示す図である。実施例３のプリフォームの形状を示す図である。実施例３のレンズの形状を示す図である。

図１は、ガラスレンズのプレス成形方法を説明するための図である。ガラスレンズは、たとえば、直方体の形状のプリフォーム１０１を、成形型２０１、２０３及び胴型２０５を使用してプレス成形することによって製造される。ここでは、一例として、いわゆる凸のシリンドリカル・レンズを製造する場合について説明する。

図１（ａ）は、プレス成形前のプリフォーム１０１と、成形型２０１、２０３及び胴型２０５との断面を示す図である。該断面は、プリフォームの一つの面と平行な断面である。成形型２０１及び２０３は、図１（ａ）における垂直方向にプリフォーム１０１をプレスする。胴型２０５は、成形型２０１及び２０３の枠である。

図１(ｂ)は、プレス成形前のプリフォーム１０１と、成形型２０１、２０３及び胴型２０５との図１（ａ）の断面と直交する断面Ａを示す図である。

図１（ｃ）は、プレス成形後のプリフォーム１０１と、成形型２０１、２０３及び胴型２０５との断面を示す図である。該断面は、プリフォームの一つの面と平行な断面である。図１（ｃ）において、成形型２０１の成形用面は、曲線状に形成されている。したがって、プリフォーム１０１の対応する面は、曲線状のレンズ面として成形される。

図１(ｄ)は、プレス成形後のプリフォーム１０１と、成形型２０１、２０３及び胴型２０５との図１（ｃ）の断面と直交する断面Ａを示す図である。図１(ｄ)において、変形したプリフォーム１０１の端部には、丸で囲んだ突起部が生じる。この突起部は、オーバーパックと呼ばれるものである。このようなオーバーパックは、金型の破損や、レンズの割れや欠けの原因となり、光学性能にも悪い影響を与える。

上述のように、このようなオーバーパックを生じさせないために、ガラスレンズの形状に応じて作成した１次成形用の金型でプリフォームをオーバーパックしにくい形状に１次成形し、その後実際のレンズ形状を有した２次成形用の金型でガラスレンズを成形する方法が開発されている。しかし、この方法では、ガラスレンズの形状に応じて変形した成形型を使用する必要があるので、製造工程が煩雑となり製造コストも増大する。

そこで、本願の発明者は、プリフォームに予めオーバーパック防止用の溝を機械加工によって形成することに想到した。上記の溝は、たとえば、プリフォームを作製するためのツールであるダイシングブレードやワイヤーを使用して形成することができる。プリフォームを作製するためのツールを使用してプリフォーム作製と同時に溝を形成すれば、製造工程がより簡単になる。

図２は、研削のツールとして好適なダイシングブレードを使用してプリフォームに予め溝を形成する工程を説明するための図である。プリフォーム１０１が固定された状態でダイシングブレード３０１は回転しながら矢印の方向に移動することによりプリフォーム１０１の面に溝が形成される。プリフォーム１０１を切り出すために使用されるダイシングブレード３０１を使用することにより、極めて簡単にプリフォーム１０１に溝を形成することができる。

図３は、プリフォームに形成される溝の形状の例を示す図である。溝の幅Ｗは、ツールの幅と加工の走査回数によって定まり、溝の形状は、ツールの断面形状によって定まる。図３（ａ）は長方形型の溝を示し、図３(ｂ)は楕円型の溝を示し、図３(ｃ)は三角形型の溝を示す。溝の深さはＤで示される。

図４（ａ）は、溝が形成されたプリフォーム１０１の断面を示す図である。溝の幅はＷ、溝の深さはＤで示される。プリフォーム１０１の長さはＰＤで示される。また、溝は、プリフォーム１０１の端部からＰの位置に設けられる。

図４(ｂ)は、プリフォーム１０１からプレス成形によって製造されるレンズ１０３の断面を示す図である。ここでは、レンズ１０３は、図４(ｂ)に示す断面と垂直な方向の任意の位置において図４(ｂ)に示す断面と同じ断面を有するシリンドリカル・レンズとして説明を行う。レンズ１０３の全体の長さをＯＤで示し、レンズのレンズ部分(レンズ曲面を形成している部分)の長さをＬＤで示し、レンズの有効部分(光学面として機能する部分)の長さをＥＤで示す。また、レンズのサグ量をｓａｇで示す。

図５は、プリフォームに予め形成する溝の深さＤ及び溝の位置Ｐを決定する方法を示す流れ図である。

図５のステップＳ０１０において、プリフォームに予め形成される溝の幅Ｗを決定する。決定方法は、一例として、研削のツールとして好適なダイシングブレードを使用する場合、加工の走査回数は１回として、溝の幅Ｗはダイシングブレードの幅とする。。

図５のステップＳ０２０において、溝の深さＤと溝の位置Ｐを仮に定める。

ここで、溝の深さＤを仮に定めるには以下の式を使用する。

ｋは定数であり、０．０５から０．３の範囲の値とする。具体的には、一例として、
ｋ＝０．１５
とする。

式(１)の右辺の

は、プレス成形による変形量に相当する量である。他方、Ｄ・Ｗは、溝の容積に相当する量である。したがって、式(１)を使用することにより、溝が、プレス成形による変形量に応じた容積を備えるように溝の深さＤを定めることができる。

本実施形態においては、シリンドリカル・レンズの場合について説明した。より一般的に、同様の簡単な近似式により、溝が、プレス成形による変形量に応じた容積を備えるように溝の深さを定めることができる。

また、溝の位置Ｐを仮に定めるには以下の式を使用する。

プレス成形の際に、最もオーバーパックを生じやすい個所は、レンズ部分(レンズ曲面を形成している部分)の端部である。そこで、レンズ部分の端部に溝が位置するように上記の位置を使用する。ここで、ｍは、調整項であり、具体的には、一例として、
ｍ＝０
とする。

図５のステップＳ０３０において、溝の位置がレンズの有効範囲にかかっていないか判断する。溝の位置がレンズの有効範囲にかかっていない場合にはステップＳ０５０に進む。溝の位置がレンズの有効範囲にかかっている場合には、ステップＳ０４０に進む。

図６は、溝の位置がレンズの有効範囲にかかっていない場合を説明するための図である。図６において長さの単位はミリメータである。図６（ａ）はプリフォームの平面図と側面図を示し、図６（ｂ）は、レンズの平面図と側面図を示す。図６（ｂ）において斜線を付した部分はレンズの有効範囲を示す。レンズとプリフォームの中心位置を揃えて比較すると、図６(ａ)に示すようにプリフォームの溝の位置はレンズの有効範囲の位置にかかっていない。

図７は、溝の位置がレンズの有効範囲にかかっている場合を説明するための図である。図７において長さの単位はミリメータである。図７（ａ）はプリフォームの平面図と側面図を示し、図７（ｂ）は、レンズの平面図と側面図を示す。図７（ｂ）において斜線を付した部分はレンズの有効範囲を示す。レンズとプリフォームの中心位置を揃えて比較すると、図７(ａ)に示すようにプリフォームの溝の位置はレンズの有効範囲の位置にかかっている。

図５のステップＳ０４０において、式(２)における調整項ｍの値を変えることによって溝の位置がレンズの有効範囲にかからないようにする。

図５のステップＳ０５０において、仮に定められた溝の深さＤと位置Ｐに基づいてプリフォームに溝の機械加工を行う。

図５のステップＳ０６０において、溝の深さＤと溝の位置Ｐを最終的に決定するためにプレス成形を行う。

図５のステップＳ０７０において、オーバーパックが生じたかあるいはオーバーパックが生じそうであるかどうかについて判断する。オーバーパックが生じたかあるいはオーバーパックが生じそうである場合には、ステップＳ０８０に進む。そうでない場合には、ステップＳ０９０に進む。

図５のステップＳ０８０において、式(１)の係数ｋの値を大きくして溝の深さＤを再計算し、ステップＳ０３０に戻る。オーバーパックが生じたかあるいはオーバーパックが生じそうであるのは溝の深さＤが不足しているためであると考えられるので溝の深さＤを大きくする。溝の深さＤを大きくしてもなおオーバーパックを生じる場合は、溝の機械加工のためのツールの幅、加工走査回数などを変更することで溝の幅を大きくすることが効果的である。その際は変更した溝の幅Ｗを用いて、再度ステップＳ０２０から溝の深さＤと溝の位置Ｐを決定する。

図５のステップＳ０９０において、充填不良、割れなど溝に起因する成形不良があるかどうかについて判断する。充填不良、割れなど溝に起因する成形不良がある場合には、ステップＳ０１００に進む。そうでない場合には、処理を終了する。

図５のステップＳ１００において、式(１)の係数ｋの値を小さくして溝の深さＤを再計算し、ステップＳ０３０に戻る。充填不良、割れなど溝に起因する成形不良があるのは溝の深さＤが大きすぎるためであると考えられるので溝の深さＤを小さくする。溝の深さＤを小さくしてもなお成形不良が生じる場合には、溝の機械加工のためのツールの幅、加工走査回数などを変更することで溝の幅を小さくすることが効果的である。その際は変更した溝の幅Ｗを用いて、再度ステップＳ０２０から溝の深さＤと溝の位置Ｐを決定する。

図５のステップＳ０８０及びステップＳ１００において、式(１)の係数ｋの値は、０．０５から０．３０の間の値で調整すればよい。

上述のようにして定めた位置と深さの溝をプリフォームに形成し、このようなプリフォームにプレス成形を行ってガラスレンズを製造する。

図８は、上述の方法によって形成された溝を備えたプリフォームを使用したガラスレンズのプレス成形方法を説明するための図である。ガラスレンズは、溝を備えた直方体の形状のプリフォーム１０１から、成形型２０１、２０３及び胴型２０５を使用してプレス成形することによって製造される。ここでは、一例として、いわゆるシリンドリカル・レンズを製造する場合について説明する。

図８（ａ）は、プレス成形前のプリフォーム１０１と、成形型２０１、２０３及び胴型２０５との断面を示す図である。該断面は、プリフォームの一つの面と平行な断面である。

図８(ｂ)は、プレス成形前のプリフォーム１０１と、成形型２０１、２０３及び胴型２０５との図１（ａ）の断面と直交する断面Ａを示す図である。

図８（ｃ）は、プレス成形後のプリフォーム１０１と、成形型２０１、２０３及び胴型２０５との断面を示す図である。該断面は、プリフォームの一つの面と平行な断面である。図８（ｃ）において、成形型２０１の成形用面は、曲線状に形成されている。したがって、プリフォーム１０１の対応する面は、曲線状のレンズ面として成形される。

図８(ｄ)は、プレス成形後のプリフォーム１０１と、成形型２０１、２０３及び胴型２０５との図６（ｃ）の断面と直交する断面Ａを示す図である。溝の部分に材料が充填されることにより、図１(ｄ)のようにプリフォームに突起部が生じることはない。

以下に本発明のガラスレンズのプレス成形方法を実施例に基づいて説明する。なお、実施例において長さの単位は、ミリメータである。
実施例１
図９は、実施例１のプリフォームの形状を示す図である。図９（ａ）は平面図であり、図９(ｂ)は側面図である。

図１０は、図９に示したプリフォームから形成された実施例１のレンズの形状を示す図である。図１０（ａ）は平面図であり、図１０(ｂ)は側面図である。

溝の幅Ｗは０．３ミリメータとする。式(１)及び式(２)に図９及び図１０に示した数値を代入して、以下のように溝の深さＤ及び位置Ｐを求める。ただし、ｋは、０．１５とし、ｍは−０．１ミリメータとした。

溝の深さＤは、０．６９ミリメータであり、溝の位置Ｐはプリフォームの端部から１．０ミリメータである。なお、図９(ｂ)において溝の深さＤは、０．７ミリメータとした。

実施例２
図１１は、実施例２のプリフォームの形状を示す図である。図１１（ａ）は平面図であり、図１１(ｂ)は側面図である。

図１２は、図１１に示したプリフォームから形成された実施例２のレンズの形状を示す図である。図１２（ａ）は平面図であり、図１２(ｂ)は側面図である。

溝の幅Ｗは０．３ミリメータとする。式(１)及び式(２)に図１１及び図１２に示した数値を代入して、以下のように溝の深さＤ及び位置Ｐを求める。本実施例のレンズは両凸レンズであるので、プリフォームの表面(図１１(ｂ)の上側)及び裏面(図１１(ｂ)の下側)の両面に溝を形成する。ただし、ｋは、０．１５とし、ｍは０ミリメータとした。

表面について

溝の深さＤは、０．８２ミリメータであり、溝の位置Ｐはプリフォームの端部から０．０５ミリメータである。なお、図１１(ｂ)において溝の深さＤは、０．８ミリメータとし、溝の位置Ｐはプリフォームの端部から０ミリメータとした。

裏面について

溝の深さＤは、０．４１ミリメータであり、溝の位置Ｐはプリフォームの端部から０．４５ミリメータである。なお、図１１(ｂ)において溝の深さＤは、０．４ミリメータとし、溝の位置Ｐはプリフォームの端部から０．５ミリメータとした。

実施例３
図１３は、実施例３のプリフォームの形状を示す図である。図１３（ａ）は平面図であり、図１３(ｂ)は側面図である。

図１４は、図１３に示したプリフォームから形成された実施例３のレンズの形状を示す図である。図１４（ａ）は平面図であり、図１４(ｂ)は側面図である。

溝の幅Ｗは０．５ミリメータとする。式(１)及び式(２)に図１３及び図１４に示した数値を代入して、以下のように溝の深さＤ及び位置Ｐを求める。ただし、ｋは、０．１５とし、ｍは−０．２ミリメータとした。

溝の深さＤは、０．４５ミリメータであり、溝の位置Ｐはプリフォームの端部から０．５ミリメータである。なお、図１３(ｂ)において溝の深さＤは、０．５ミリメータとした。

本発明によるガラスレンズのプレス成形方法の利点について以下に説明する。プリフォームに直接機械加工によって溝を形成する方法は、金型による１次成形でプリフォームに溝を形成する方法と比較して製造工程が簡単である。

また、プリフォームに直接機械加工によって溝を形成する本発明の方法によれば、金型による１次成形でプリフォームに溝を形成する場合と比較して、細い溝を作成することができるため、オーバーパックを防止しながらレンズの有効範囲を大きくすることができる。

また、プリフォームに直接機械加工によって溝を形成する本発明の方法によれば、金型による１次成形でプリフォームに溝を形成する場合と比較して、深い溝を作成することができるため、オーバーパックを生じやすいレンズ形状にも容易に対応することができる。

Claims

ガラスレンズのプレス成形方法であって、
プレス成形前にプリフォームの、レンズの有効部分以外の部分に対応する位置に、プレス成形による変形量に応じた容積を備えたオーバーパック防止用の溝を機械加工によって設けるステップを含み、
前記溝を機械加工によって設けるステップは、
前記溝の幅を定めるステップと、
プリフォームの長さ(ＰＤ)及び前記レンズ部の長さ(ＬＤ)から、前記溝の位置を定めるステップと、
前記レンズのサグ量(ｓａｇ)、前記レンズの全体長さ(ＯＤ)、前記レンズ部の長さ(ＬＤ)及び前記溝の幅(Ｗ)から、ｋを定数として、

にしたがって、前記溝の深さ(Ｄ)を定めるステップと、を含み、
ｋが０．０５から０．３の範囲の定数であるガラスレンズのプレス成形方法。
プリフォームを作製するためのツールによって溝を機械加工する請求項１に記載のガラスレンズのプレス成形方法。
機械加工が研削である請求項１または２に記載のガラスレンズのプレス成形方法。