JP5464509B2 - 金型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子を転写形成するのに適した金型の製造方法に関する。

コンパクトで非常に薄型の撮像装置（以下、カメラモジュールとも称す）が、携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等のコンパクトで、薄型の電子機器である携帯電話やＰＤＡ、スマートフォンなどの携帯端末に用いられている。これらの撮像装置に使用される撮像素子としては、ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子が知られている。近年では撮像素子の高画素化が進んでおり、高解像、高性能化が図られてきている。また、これら撮像素子上に被写体像を形成するための撮像レンズは、撮像素子の小型化に対応しコンパクト化が求められており、その要求は年々強まる傾向にある。

このような携帯端末に内蔵される撮像装置に用いる撮像レンズとして、特許文献１に示すように、例えばガラスから複数のレンズを連結したガラスレンズアレイを、金型を用いて成形し、同時に成形したリブを基準としてレンズの光軸合わせをした後に、一対のガラスレンズアレイを貼り合わせ、レンズ毎に切り出すことで、撮像レンズを製造する方法が知られている。

国際公開第２０１１／０９３５０２号パンフレット

特許文献１の技術によれば、ガラスレンズアレイのリブを基準として複数のレンズの光軸合わせを精度良く行える。ところで、ガラスレンズアレイ上に形成された物体側光学面と像側光学面の光軸同士が位置しないと、光学特性に優れたレンズを得られない。しかるに、物体側光学面に対応した転写面を有する金型と、像側光学面に対応した転写面を有する金型とは別体であるので、異なる金型の転写面の光軸ピッチが異なっていれば、いずれかのレンズにおいて両面の光軸ずれが生じることとなる。つまり、ガラスレンズアレイを形成する金型個々に、レンズを転写形成する転写面を高精度に位置決めすることが重要になる。

ここで、金型の転写面を旋削により形成する場合、旋盤のチャックの回転軸線であるＺ軸上に、形成しようとする転写面の光軸が丁度位置するようにすることが望ましい。そこで、金型の素材をチャックに保持する治具に、Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸方向に位置決め用の突き当て面をそれぞれ形成し、金型の素材と突き当て面との間に挟み込むスペーサの厚みを変えながら、異なる箇所をＺ軸上に位置させて転写面を旋削することが考えられる。ところが、かかる方法では以下のような問題が予想される。

金型の素材と突き当て面との間にスペーサを挟み込む方法では、接触する面の数が増えることによる着脱時の誤差要因（ゴミの挟み込み、スペーサの厚み寸法誤差によるずらし量の誤差、スペーサの両面の平行度誤差による金型の素材の傾きの発生等）が加算され、転写面の光軸の位置に誤差が生じやすくなり、多数の金型を加工した場合に安定した加工位置精度を確保することが難しいという問題が生じる。又、冶具部品点数の増加による冶具費の増加、管理の煩雑化という問題も招来する。

これに対し、多軸加工機を用いて,金型の素材に対する工具位置をNC制御することにより、金型の素材を多軸加工機から取り外すことなく、多数面を加工することも考えられる。これにより金型の素材の着脱に起因する誤差要因は排除できる。しかしながら、多軸加工機を使用する加工は、一般的には旋盤での加工と比較し加工面粗さが悪化しやすく、加工時間が長くなりやすく、ワーク材料の制限を受けやすい等の課題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、光軸位置が異なる複数の転写面を有する金型を、旋削によって精度良く形成することができる金型の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の金型の製造方法は、旋盤の回転軸線に平行な第１の基準面と、前記回転軸線に平行で且つ前記第１の基準面に対して交差する方向に延在する第２の基準面とを有する治具に取り付けた、外形が正Ｎ角形状（Ｎは４以上の偶数）の金型の素材に、光学素子の光学面に対応した複数の転写面を、旋盤を用いて加工形成する金型の製造方法において、
前記金型の素材の第ｎ番目（ｎは１以上の整数）の側面を前記治具の第１の基準面に当接させ、前記金型の素材の第（ｎ＋ｋ）番目（ｋは１以上の整数）の側面を前記治具の第２の基準面に当接させて、前記金型の素材を前記治具に固定する第１工程と、
前記旋盤により前記治具と前記金型の素材を一体で回転させながら、前記金型の素材を切削して転写面を形成する第２工程と、
ｎを繰り上げて、前記第１工程と前記第２工程を繰り返すことにより、別の転写面を形成する第３工程とを有することを特徴とする。

ここで「外形が正Ｎ角形状」とは、完全な正Ｎ角形状の他、治具の基準面に当接する側面を延長した延長面同士を交差させた形状が正Ｎ角形状である場合も含む。後者の場合、治具の基準面に当接する側面以外の面は平面（直線状）又は曲面（円弧状）のいずれでも良いし、更には隣接する側面の間に面取りが設けられたものも含む。又、「第ｎ番目の側面」とは、ある側面を１番目としたら、それから旋盤の回転軸線を中心として時計回り又は反時計回りに側面を数えていったときに、ｎ番目の側面が該当する。但し、ｎ＞Ｎとなったときは、（ｎ−Ｎ）番目とする。

具体的に、Ｎ＝４、ｎ＝１，ｋ＝１として、正四角形状の金型の素材に、４つの転写面を形成する場合を考える。まず、金型の素材の１番目の側面（任意の側面であって、ここから時計回りもしくは反時計回りに数えてゆくものとする）を、治具の第１の基準面に当接させ、また金型の素材の２番目の側面を、治具の第２の基準面に当接させて、金型の素材を治具に固定する（第１工程）。更に、旋盤により治具と金型の素材を一体で回転させながら、金型の素材を切削して最初の転写面を形成する（第２工程）。その後、金型の素材を治具から取り外して９０度回転させ（つまりｎを１繰り上げて）、金型の素材の２番目の側面を、治具の第１の基準面に当接させ、また金型の素材の３番目の側面を、治具の第２の基準面に当接させて、金型の素材を治具に固定する（第１工程）。更に、旋盤により治具と金型の素材を一体で回転させながら、金型の素材を切削して次の転写面を形成する（第２工程）。以上が第３工程になる。このようにして旋削を４回繰り返すことで、金型の素材には４つの転写面が形成されることとなる。本発明者が導出した以上のプロセスにより、以下のような効果を得られる。

（１）治具の基準面と金型との間にスペーサ等が介在しないので、転写面の光軸ずれを招く誤差要因を減少させることができ、一つの金型における設計値に対する転写面の光軸位置精度が向上した事に加え、再現性も良好であるから、多数の金型を加工した際にも金型の誤差に関わらず安定した転写面位置を持つ金型を製造できる。
（２）その結果,この方法により加工した一対の金型を使用して、複数のレンズを持つレンズアレイを成形加工したときに、各レンズの物体側光学面及び像側光学面の光軸を同時に合わせる事が容易になった。更に、４つの金型を使用して２つのレンズを含むレンズユニットを複数個同時に形成するような場合にも、各レンズユニットにおける４つの光学面の光軸を同時に整列させることができる。

請求項２に記載の金型の製造方法は、請求項１に記載の発明において、最初に加工形成する１番目の転写面の光軸は、前記治具の前記第１の基準面と前記第２の基準面の２等分線からシフトし、且つ前記正Ｎ角形状の中心を通り前記２等分線に対して直交する線上に存在することを特徴とする。

これにより、金型の素材の外形寸法が,設計値に対して誤差を持っていた場合でも、加工される転写面の光軸間ピッチに、ほとんど影響を与えないようにする事ができる。本発明者の検討結果によれば、従来技術に対して本発明により、光軸のピッチ誤差を１／３以下に抑えることができることがわかった。

請求項３に記載の金型の製造方法は、請求項１に記載の発明において、最初に加工形成する１番目の転写面の光軸は、前記治具の前記第１の基準面と前記第２の基準面の２等分線上に存在することを特徴とする。

これにより、金型の側面に対する光軸の位置を精度良く位置決めすることができる。つまり、冶具の基準面に対し,いずれの位置に転写面を加工するかを選択することにより,転写面の光軸ピッチ誤差を重視するか,基準面に対する回転成分誤差を重視するかを選択することができるのである。

請求項４に記載の金型の製造方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、Ｎ＝４であり、ｋ＝１であることを特徴とする。

請求項５に記載の金型の製造方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、Ｎ＝８であり、ｋ＝２であることを特徴とする。但し、Ｎは６，もしくは８以上の偶数であっても良い。

請求項６に記載の金型の製造方法は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記金型の外形寸法誤差は、前記複数の転写面間の距離の誤差の１／２以下であることを特徴とする。

これにより、所望の転写面間の距離の誤差内で安定した転写面の加工を行うことができる。

請求項７に記載の金型の製造方法は、請求項２，４〜６のいずれかに記載の発明において、前記製造方法により第１の金型と、これに対向する第２の金型とを製造する場合、前記第１の金型の外形寸法精度の公差をマイナスとし、前記第２の金型の外形寸法精度の公差をプラスとすることを特徴とする。

前記第１の金型と前記第２の金型を合わせる際に、転写面の中心が設計位置に対して同一方向に回転していた方が、金型を合わせる際の調整が少なくてすむ。すなわち、前記第１の金型の外形寸法精度の公差をマイナスとし、前記第２の金型の外形寸法精度の公差をプラスとすれば、それぞれ外形寸法誤差が生じていた場合、転写面の中心が設計位置に対して回転する方向が逆になるため、前記第１の金型と前記第２の金型を合わせたときに、加工された転写面同士が近くなり、調整が容易になる。尚、「公差がプラス」とは、設計寸法に対して誤差がプラス（実際の寸法が設計寸法以上）になる場合をいい、「公差がマイナス」とは、設計寸法に対して誤差がマイナス（実際の寸法が設計寸法以下）になる場合をいう。

請求項８に記載の金型の製造方法は、請求項７に記載の発明において、前記第１の金型の外形寸法誤差の絶対値は、前記第２の金型の外形寸法誤差の絶対値とほぼ等しいことを特徴とする。

これにより、前記第１の金型と前記第２の金型を合わせたときに、加工された転写面同士が更に近くなり、調整が一層容易になる。

本発明によれば、光軸位置が異なる複数の転写面を有する金型を、旋削によって精度良く形成することができる金型の製造方法を提供することができる。

光学素子の金型を加工する状態を示す斜視図である。 金型の素材１を治具２で保持した状態をＺ軸方向に見た図である。 第１の態様に関して、図３（ａ）は、金型の素材１の被加工面を模式的に描いた図であり、一点鎖線で、設計値に基づく転写面を示し、実線で、実際に旋削される転写面を示している。図３（ｂ）は、転写面の光軸のシフト方向を模式的に示した図である。 第２の態様に関して、図４（ａ）は、金型の素材１の被加工面を模式的に描いた図であり、一点鎖線で、設計値に基づく転写面を示し、実線で、実際に旋削される転写面を示している。図４（ｂ）は、転写面の光軸のシフト方向を模式的に示した図である。又、図４（ｃ）は、外形寸法の公差を逆にした金型の素材１”の被加工面を模式的に描いた図であり、一点鎖線で、設計値に基づく転写面を示し、実線で、実際に旋削される転写面を示している。図４（ｄ）は、転写面の光軸のシフト方向を模式的に示した図である。 金型を用いて本実施の形態に用いるレンズアレイを成形する工程を示す図であり、（ａ）は下金型２０にガラスを滴下する状態を示す図、（ｂ）は上金型１０を示す図である。 金型を用いて本実施の形態に用いるレンズアレイを成形する工程を示す図であり、金型で成形する状態を示す。 金型を用いて本実施の形態に用いるレンズアレイを成形する工程を示す図であり、離型後の状態を示す。 上金型１０と下金型２０とにより転写形成されたガラスレンズアレイＬＡ１の斜視図である。 ホルダＨＬＤによりガラスレンズアレイＬＡ１を保持した状態での拡大断面図である。 中間生成体ＩＭから得られた撮像レンズの斜視図である。 別な形態にかかる金型の素材１’を、治具２’で保持した状態をＺ軸方向に見た図である。 更に別な実施の形態にかかる金型の製造方法を説明するための図である。 金型の素材の変形例を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、光学素子の金型を加工する状態を示す斜視図である。図１において、旋盤の回転軸３の回転軸線をＺ軸とし、それに直交する方向をＸ軸とし、Ｚ軸及びＸ軸に直交する方向をＹ軸とする。

金型の素材１は、側面が精度良く直交してなる正方形板状（Ｎ＝４）である。金型の素材１を保持する治具２は、本体２Ａと、本体２Ａに固定されＸ軸に直交する高精度な平面である突き当て面（第１の基準面）２ｂを有するＸ軸ブロック２Ｂと、本体２Ａに固定されＹ軸に直交する高精度な平面である突き当て面（第２の基準面）２ｃを有するＹ軸ブロック２Ｃと、本体２ＡからＺ軸に直交する方向に突出したバランサ２Ｄとからなり、これらは一体的に形成されているが、複数の部品から組み立てられていても良い。突き当て面２ｂと、突き当て面２ｃとは離間していると好ましい。又、本体２Ａは、Ｘ軸及びＹ軸に平行な平面である保持面２ａを有している。

金型の素材１の表面に、光学素子の光学面に対応した転写面を複数個（ここでは４つ）加工形成する態様について説明する。まず、図１に示すように、治具２の本体２Ａの中心をＺ軸からシフトさせた状態で、治具２を旋盤の回転軸３上に固定する。かかる状態で、本体２Ａの保持面２ａに、金型の素材１の裏面を当接させ、更に金型の素材１の側面ＳＤ１（１番目の側面とする）を、Ｘ軸ブロック２Ｂの突き当て面２ｂに当接させ、且つ金型の素材１の側面ＳＤ２（２番目の側面とする）を、Ｙ軸ブロック２Ｃの突き当て面２ｃに当接させて、不図示の固定具により、金型の素材１を治具２に保持する（第１工程）。

かかる状態から、旋盤の回転軸３を回転させると、治具２と一体的で金型の素材１が回転するので、バイト４を金型の素材１の表面に接近させることで、点線で示すような１番目の転写面を旋削することができる（第２工程）。このとき、バランサ２Ｄがあるので、金型の素材と治具２の合成重心はＺ軸近傍に位置することとなり、これにより回転軸３の振れ回り等を抑制して安定した旋削を行える。

１つの転写面の旋削が終了した後は、金型の素材１を治具２から取り外し、反時計回り（もしくは時計回り）に９０度回転させた後、再び本体２Ａの保持面２ａに金型の素材１の裏面を当接させ、更に金型の素材１の側面ＳＤ２を、Ｘ軸ブロック２Ｂの突き当て面２ｂに当接させ、且つ金型の素材１の側面ＳＤ３（３番目の側面とする）を、Ｙ軸ブロック２Ｃの突き当て面２ｃに当接させて、不図示の固定具により、金型の素材１を治具２に保持する。

かかる状態から、旋盤の回転軸３を回転させると、治具２と一体的で金型の素材１が回転するので、バイト４を金型の素材１の表面に接近させることで、２番目の転写面を旋削することができる（第３工程）。

２番目の転写面が旋削された後、同様に金型の素材１を反時計回りに回転させ、金型の素材１の側面ＳＤ３を、Ｘ軸ブロック２Ｂの突き当て面２ｂに当接させ、且つ金型の素材１の側面ＳＤ４（４番目の側面とする）を、Ｙ軸ブロック２Ｃの突き当て面２ｃに当接させて、３番目の転写面を旋削することができる。

更に、３番目の転写面が旋削された後、同様に金型の素材１を反時計回りに回転させ、金型の素材１の側面ＳＤ４を、Ｘ軸ブロック２Ｂの突き当て面２ｂに当接させ、且つ金型の素材１の側面ＳＤ１を、Ｙ軸ブロック２Ｃの突き当て面２ｃに当接させて、４番目の転写面を旋削することができる。以上により、４つの転写面の旋削が完了する。

ここで、旋削する位置について考察する。図２は、金型の素材１を治具２で保持した状態をＺ軸方向に見た図である。線Ｌ１は、互いに直交する突き当て面２ｂ、２ｃの二等分線であり、線Ｌ２は、二等分線に直交する線である。線Ｌ１，Ｌ２のいずれかをＺ軸と交差させることで、その効果が異なる。これを具体的に説明する。

（第１の加工態様）
図３（ａ）は、金型の素材１の被加工面を模式的に描いた図であるが、転写面のズレは誇張して示している。金型の素材１の外形寸法Ｗが設計値通りであれば、上述の旋削方法によって、転写面ＰＬ１〜ＰＬ４は、その光軸のピッチＰが設計値通りに形成されることとなる（一点鎖線参照）。これに対し、金型の素材１の外形寸法が設計値Ｗより小さく（Ｗ−ΔＷ）であったものとする。尚、誤差分ΔＷは、転写面の光軸間距離許容誤差の１／２以下とすることが望ましい。これにより光軸間距離だけでなく、金型基準面に対する転写面の絶対位置精度も良好に保つ事ができる。

このような誤差をもった金型の素材１の側面のうち２つの側面を、突き当て面２ｂ、２ｃに突き当てた状態で、突き当て面２ｂ、２ｃの二等分線である線Ｌ１が、Ｚ軸と交差する位置で旋削を行う場合、図３（ａ）では、転写面ＰＬ１又はＰＬ３の位置で旋削することになる。

ここで、例えば転写面ＰＬ３を最初に旋削すると、転写面ＰＬ３の光軸は、本来の位置からＸ軸方向外側（図で右側）にΔＷだけシフトし且つＹ軸方向外側（図で下方）にΔＷだけシフトする。金型の素材１を反時計回りに９０度回転して、同様に旋削を行うと、治具２に対する同じ位置（Ｚ軸上）で転写面ＰＬ４が形成されるが、同様に、転写面ＰＬ４の光軸は、本来の位置からＸ軸方向外側（図で右側）にΔＷだけシフトし且つＹ軸方向外側（図で下方）にΔＷだけシフトする。以上を繰り返して、図３（ａ）に実線で示すような４つの転写面ＰＬ１〜ＰＬ４を形成すると、図３（ｂ）に示すように、各転写面の光軸ＯＡは、設計位置から放射状に、√２・ΔＷだけ離れた位置（ＯＡ’）にシフトする。これは転写面ＰＬ１の位置で旋削した場合も同様である。

つまり、第１の加工態様によれば、金型の素材１の外形寸法が設計値より小さい場合、４つの転写面ＰＬ１〜ＰＬ４の光軸間ピッチは、Ｐ＋２ΔＷとなって大きくなるが、光軸同士を結んだ線は本来の線に対して平行である。言い換えると、旋削された転写面ＰＬ１〜ＰＬ４の光軸を結んだ正方形状は、設計値による転写面の光軸を結んだ正方形状に対して中心が同じであるが、外形の誤差分に応じて放射状に広がるものとなる。よって、光軸がずれても、光軸同士を結んだ線が金型の素材１の側面に対して平行を維持したい用途の場合に、この加工態様が有効となる。同様なことは、金型の素材１の外形寸法が設計値より大きい場合にも言える。

（第２の加工態様）
図４（ａ）は、金型の素材１の被加工面を模式的に描いた図であるが、転写面のズレは誇張して示している。上述と同様に、金型の素材１の外形寸法Ｗが設計値より小さく（Ｗ−ΔＷ）であったものとする。すなわち、外形寸法の公差をマイナスとした場合である。

このような誤差をもった金型の素材１の側面のうち２つの側面を、突き当て面２ｂ、２ｃに突き当てた状態で、突き当て面２ｂ、２ｃの二等分線に直交する線Ｌ２が、Ｚ軸と交差する位置で旋削を行う場合、図４（ａ）では、転写面ＰＬ２又はＰＬ４の位置で旋削することになる。

ここで、例えば転写面ＰＬ４を最初に旋削すると、転写面ＰＬ４の光軸は、本来の位置からＸ軸方向外側（図で右側）にΔＷだけシフトし且つＹ軸方向外側（図で下方）にΔＷだけシフトする。金型の素材１を反時計回りに９０度回転すると、図４（ａ）に示すように、転写面ＰＬ４の光軸はＸ軸方向外側（図で右側）に、Ｙ軸方向内側（図で上方）に向かうようになる。この点が第１の加工態様と異なっている。かかる状態で同様に旋削を行うと、治具２に対して同じ位置（Ｚ軸上）で転写面ＰＬ１が形成されるが、同様に、転写面ＰＬ１の光軸は、本来の位置からＸ軸方向外側（図で右側）にΔＷだけシフトし且つＹ軸方向外側（図で下方）にΔＷだけシフトする。以上を繰り返して、図４（ａ）に実線で示すような４つの転写面ＰＬ１〜ＰＬ４を形成すると、図４（ｂ）に示すように、各転写面の光軸ＯＡは、設計位置に対して、２つの光軸を結んだ方向においては、同じ側にΔＷだけシフトするが、それに直交する方向には逆側にΔＷだけシフトした位置（ＯＡ’）に移動する。これは転写面ＰＬ２の位置で旋削した場合も同様である。

つまり、第２の加工態様によれば、金型の素材１の外形寸法が設計値より小さい場合、４つの転写面ＰＬ１〜ＰＬ４の光軸は金型の素材１上で反時計回りに回転位相が変化するが、光軸間ピッチＰは維持される。このように、金型の素材１上で光軸の位置がずれても、光軸間ピッチＰが維持されれば、成形装置に金型を取り付けたときに、対向する金型間で回転位相をずらすことで、製品における光軸のズレを解消できる。同様なことは、金型の素材１の外形寸法が設計値より大きい場合にも言える。

ここで、図４（ａ），（ｂ）に示す加工態様により第１の金型を製造したものとする。これに対し、第１の金型に対向する第２の金型の製造に適した加工態様について、図４（ｃ）、（ｄ）を参照して説明する。尚、第１の金型とは異なり、金型の素材１”の外形寸法Ｗが設計値より大きく（Ｗ＋ΔＷ’）しているものとする。すなわち、外形寸法の公差をプラスとした場合である。

このような誤差をもった金型の素材１”の側面のうち２つの側面を、図２の突き当て面２ｂ、２ｃに突き当てた状態で、突き当て面２ｂ、２ｃの二等分線に直交する線Ｌ２が、Ｚ軸と交差する位置で旋削を行う場合、図４（ｃ）では、転写面ＰＬ２又はＰＬ４の位置で旋削する。

ここで、例えば転写面ＰＬ４を最初に旋削すると、転写面ＰＬ４の光軸は、本来の位置からＸ軸方向内側（図で左側）にΔＷ’だけシフトし且つＹ軸方向内側（図で上方）にΔＷ’だけシフトする。金型の素材１”を反時計回りに９０度回転すると、図４（ｃ）に示すように、転写面ＰＬ４の光軸はＸ軸方向外側（図で右側）に、Ｙ軸方向外側（図で下方）に向かうようになる。かかる状態で同様に旋削を行うと、治具２に対して同じ位置（Ｚ軸上）で転写面ＰＬ１が形成されるが、同様に、転写面ＰＬ１の光軸は、本来の位置からＸ軸方向内側（図で左側）にΔＷ’だけシフトし且つＹ軸方向内側（図で上方）にΔＷ’だけシフトする。以上を繰り返して、図４（ｃ）に実線で示すような４つの転写面ＰＬ１〜ＰＬ４を形成すると、図４（ｄ）に示すように、各転写面の光軸ＯＡは、設計位置に対して、２つの光軸を結んだ方向においては、同じ側にΔＷ’だけシフトするが、それに直交する方向には逆側にΔＷ’だけシフトした位置（ＯＡ’）に移動する。これは転写面ＰＬ２の位置で旋削した場合も同様である。

このように、金型の素材１”の外形寸法が設計値より大きい場合、図４（ａ），（ｂ）に示す加工態様とは異なり、４つの転写面ＰＬ１〜ＰＬ４の光軸は金型の素材１上で時計回りに回転位相が変化する。但し、光軸間ピッチＰは維持される。

従って、金型の素材１から第１の金型を形成し、金型の素材１”から第２の金型を形成したときに、これらを対向して合わせると、設計位置に対して４つの転写面ＰＬ１〜ＰＬ４の光軸が同じ方向に回転しているので、金型の位置調整が容易になるのである。加えて、第１の金型の寸法誤差（−ΔＷ）と、第２の金型の寸法誤差（＋ΔＷ’）の絶対値が等しければ、設計位置に対する４つの転写面ＰＬ１〜ＰＬ４の光軸の回転角度が、両金型で一致することになり、回転位相に関しては殆ど調整が不要となる。更に、金型の外形寸法誤差ΔＷ’は、転写面間の距離（光軸間ピッチＰ）の誤差の１／２以下であると好ましい。

図５〜７は、上述した製造方法により製造された金型を用いて、レンズアレイを成形する工程を示す図である。上述の金型の素材１に対して、転写面を形成することによって、金型１０，２０が形成されている。より具体的には、上金型１０の下面１１には、上述した加工態様により２行２列で４つの光学面転写面１２が突出して形成されている。各光学面転写面１２の周囲は、下面１１よりも一段突出した円形段部１３となっている。上金型１０は,ガラス成形にも耐えうる硬脆材料、例えば,超硬合金やシリコンカーバイトといった材料を用いることができる。又、以下に述べる下金型２０も同様である。

一方、下金型２０の上面２１には、略正方形状のランド部２２が形成され、ランド部２２の平らな上面２３には、上述した加工態様により２行２列で４つの光学面転写面２４がくぼんで形成されている。ランド部２２の４つの側面には、平面部２５が、それぞれ光学面転写面２４の光軸に対して所定の角度で傾いて形成されている。このような平面部２５は、フライス等を用いた機械加工により精度良く形成できる。尚、ランド部２２上には、方向を示すマークを転写するための凹部を設けても良い。

この時、第２の加工態様で作成した金型の素材１を下金型で用い、上金型に用いる金型の素材１は、第２の加工態様で作成する場合、下金型で用いる金型と加工回転方向を逆にすると、光学面転写面２４が互いに向かい合うようにシフトされて加工されるので、精度良い成形ができる。同様に、第１の加工態様でも加工回転方向を逆転させたほうが、精度良い成形ができる。

次に、レンズアレイの成形について、図５〜７を用いて説明する。まず図５（ａ）に示すように、下金型２０を、ガラスを加熱溶融させた貯蔵部（不図示）に連通する白金ノズルＮＺの下方に位置させ、白金ノズルＮＺから溶融したガラスＧＬの液滴を、複数の光学面転写面２４から等距離の位置に向けて上面２１上に一括滴下させる。かかる状態では、ガラスＧＬの粘度は低いので、落下したガラスＧＬは、ランド部２２を包み込むようにして上面２１上に広がり、ランド部２２の形状を転写する。これに対し、小さな液滴の個別摘下による供給方法もあるが、かかる場合には比較的大きなガラスＧＬの液滴を４つの小孔を通過させて滴下する量を調整した上、４つの小さな液滴に分解して、略同時に上面２１上に供給することが望ましい。なお液状の溶融ガラスを滴下する場合、各成形面との間に空気だまりが生じやすくなるため、その滴下する体積等の滴下条件を十分考慮する必要がある。

次いで、ガラスＧＬが冷却する前に、図５（ｂ）の上金型１０の下方で対向する位置まで、下金型２０を接近させ、上金型１０に整列させる。更に図６に示すように、不図示のガイドを用いて上金型１０と下金型２０とを接近させて成形を行う。これにより、扁平となったガラスＧＬの上面には、上金型１０の光学面転写面１２及び円形段部１３が転写され、その下面には、下金型２０のランド部２２の形状が転写される。このとき、上金型１０の下面１１と下金型２０の上面２１とが、所定の距離で平行に離間するように保持してガラスＧＬを冷却させる。ガラスＧＬは、周囲に回り込んで平面部２５を転写した状態で固化する。

その後、図７に示すように、上金型１０と下金型２０とを離間させ、ガラスＧＬを取り出すことで、ガラスレンズアレイＬＡ１が形成される。

図８は、上金型１０と下金型２０とにより転写形成されたガラスレンズアレイＬＡ１の斜視図である。図に示すように、ガラスレンズアレイＬＡ１は、全体として薄い正方形板状であって、表面ＬＡ１ａと、表面ＬＡ１ａ上に転写形成された４つのレンズ部ＬＡ１ｂと、表面ＬＡ１ａを囲う側面ＬＡ１ｃとを有する。

次に、ガラスレンズアレイＬＡ１と同様な態様で別個に成形したガラスレンズアレイを、ガラスレンズアレイＬＡ１と貼り合わせて、中間生成体ＩＭを形成する（図９参照）。

具体的には、各ガラスレンズアレイＬＡ１の表面にＵＶ硬化性接着剤（不図示）を塗布し、２つのホルダＨＬＤ（図９では一方のみ図示）により保持されたガラスレンズアレイＬＡ１を、間に円形の遮光部材ＳＨを挟みながら接近させて、表面ＬＡ１ａを当接し、外部より紫外線を照射することで、ガラスレンズアレイＬＡ１同士が接着される。

その後、一方のホルダＨＬＤの吸引を停止し、且つ互いに離間させることで、ホルダＨＬＤから、ガラスレンズアレイＬＡ１を貼り合わせた中間生成体ＩＭを取り出すことができるので、図９に示すように、ダイシングブレードＤＢにより、中間生成体ＩＭを切断して、図１０に示すような撮像レンズＯＵを得ることができる。撮像レンズＯＵは、第１レンズＬＳ１と、第２レンズＬＳ２と、第１レンズＬＳ１の周囲の矩形板状フランジＦ１と、第２レンズＬＳ２の周囲の矩形板状フランジＦ２と、第１レンズＬＳ１と第２レンズＬＳ２の間に配置された遮光部材ＳＨとを有する。その後、成形された撮像レンズＯＵを洗浄し、蒸着機にて両面にARコートを施す。以上により高精度な撮像レンズを大量に製造できる。

図１１は、別の形態にかかる金型の素材１’を治具２’で保持した状態をＺ軸方向に見た図である。本実施の形態では、金型の素材１’が八角形状（Ｎ＝８）の板材からなる点が異なっている。

本実施の形態においては、金型の素材１’の第１番目（ｎは１〜８の整数）の側面ＳＤ１を治具２’のＸ軸方向の突き当て面２ｂに当接させ、金型の素材１’の第３番目の側面ＳＤ３を治具２’のＹ軸方向の突き当て面２ｃに当接させて、金型の素材１’を治具２’に固定する。次いで、不図示の旋盤により治具２’と金型の素材１’を一体で回転させながら、金型の素材１’を切削して転写面（ＰＬ２，ＰＬ４，ＰＬ６，ＰＬ８のいずれか）を形成し、次いで４５度ずつ金型の素材１’を治具２’に対して反時計回りに回転させ、上述の工程を７回繰り返すのである。

このとき、突き当て面２ｂ、２ｃの二等分線である線Ｌ１がＺ軸と交差する位置で旋削を行う場合、転写面ＰＬ１〜ＰＬ８の光軸を結んだ八角形状は、設計値による転写面の光軸を結んだ八角形状に対して中心が同じであるが、外形の誤差分に応じて放射状に広がるものとなる。

これに対し、突き当て面２ｂ、２ｃの二等分線に直交する線Ｌ２がＺ軸と交差する位置で旋削を行う場合、転写面ＰＬ１〜ＰＬ８の光軸のピッチは、設計値による転写面の光軸のピッチに等しいが、その光軸を結んだ八角形状は、設計値による転写面の光軸を結んだ八角形状に対して回転位相がシフトしたものとなる。よって、用途に応じて好ましい製法を選択すればよい。

図１２は、更に別な実施の形態にかかる金型の製造方法を説明するための図である。本実施の形態では、正方形状の金型の素材１に、８個の転写面を形成できる。まず、上述の実施の形態と同様にして、図１２（ａ）に示すように、治具の保持面に金型の素材１の裏面を当接させ、更に金型の素材１の側面ＳＤ１を、Ｘ軸ブロック２Ｂの突き当て面２ｂに当接させ、且つ金型の素材１の側面ＳＤ２を、Ｙ軸ブロック２Ｃの突き当て面２ｃに当接させて、不図示の固定具により、金型の素材１を治具２に保持する。かかる状態から、旋盤の回転軸３を回転させて、１番目の転写面ＰＬ１を旋削する。

１番目の転写面の旋削が終了した後は、金型の素材１を治具２から取り外し、反時計回り（もしくは時計回り）に９０度回転させた後、再び本体２Ａの保持面２ａに金型の素材１の裏面を当接させ、更に金型の素材１の側面ＳＤ２を、Ｘ軸ブロック２Ｂの突き当て面２ｂに当接させ、且つ金型の素材１の側面ＳＤ３を、Ｙ軸ブロック２Ｃの突き当て面２ｃに当接させて、不図示の固定具により、金型の素材１を治具２に保持する。かかる状態から、旋盤の回転軸３を回転させて、２番目の転写面ＰＬ２を旋削する。以上を繰り返すことで、上述の実施の形態と同様に４個の転写面ＰＬ１〜ＰＬ４を形成できる。図１２（ａ）は、４個の転写面ＰＬ１〜ＰＬ４を形成した直後の状態を示している。

次いで、転写面ＰＬ１〜ＰＬ４を形成した金型の素材１を別な治具に載せ変える。新たな治具は、図１２（ｂ）に示すように、そのＹ軸ブロック２Ｃについては、図１２（ａ）に示す治具と形状が同一であるが、Ｘ軸ブロック２Ｂ’については、転写面ＰＬ１〜ＰＬ４の光軸間ピッチＰの半分（Ｐ／２）だけ薄くなっている。従って、回転軸３の中心Ｏは、転写面ＰＬ４、ＰＬ３（図１２（ａ）の状態で）の光軸間の中央に位置することとなる。但し、治具を置換する代わりに、Ｘ軸ブロック２Ｂと金型の素材１との間に厚さ（Ｐ／２）のスペーサを挿入して、転写面ＰＬ１〜ＰＬ４の旋削を行った後、かかるスペーサを除去するようにしても良い。

更に、上述と同様にして、治具の保持面に金型の素材１の裏面を当接させ、更に金型の素材１の側面ＳＤ１を、Ｘ軸ブロック２Ｂ’の突き当て面２ｂに当接させ、且つ金型の素材１の側面ＳＤ２を、Ｙ軸ブロック２Ｃの突き当て面２ｃに当接させて、不図示の固定具により、金型の素材１を治具２に保持する。かかる状態から、旋盤の回転軸３を回転させて、点線で示すように５番目の転写面ＰＬ５を旋削する。５番目の転写面ＰＬ５は、転写面ＰＬ１〜ＰＬ４のうち隣接するいずれか２つ（ここではＰＬ４，ＰＬ３）の丁度中間の位置に形成される。

５番目の転写面の旋削が終了した後は、金型の素材１を治具２から取り外し、反時計回り（もしくは時計回り）に９０度回転させた後、再び本体２Ａの保持面２ａに金型の素材１の裏面を当接させ、更に金型の素材１の側面ＳＤ２を、Ｘ軸ブロック２Ｂ’の突き当て面２ｂに当接させ、且つ金型の素材１の側面ＳＤ３を、Ｙ軸ブロック２Ｃの突き当て面２ｃに当接させて、不図示の固定具により、金型の素材１を治具２に保持する。かかる状態から、旋盤の回転軸３を回転させて、６番目の転写面ＰＬ６を旋削する。以上を繰り返すことで、４個の転写面ＰＬ１〜ＰＬ４（実線）に加えて、４個の転写面ＰＬ５〜ＰＬ８（点線）を精度良く形成できる。

本発明は、明細書に記載の実施態様に限定されるものではなく、他の実施態様・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施態様や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、金型の素材は、完全な正Ｎ角形状でなくても良く、例えば、図１３（ａ）に示すように、基準面２ｂ、２ｃに当接する金型の素材１の隣接する側面ＳＤ１〜ＳＤ４の間を円弧面ＣＬで連結しても良い（円形板から側面ＳＤ１〜ＳＤ４を削りだした形状を含む）し、また図１３（ｂ）に示すように、基準面２ｂ、２ｃに当接する金型の素材１の隣接する側面ＳＤ１〜ＳＤ４の間を面取り（斜面）ＴＰで連結してなる形状なども含む。この場合、側面ＳＤ１〜ＳＤ４を延長した延長面（図１３で点線）同士を交差させた形状が正方形状となる。又、本発明の方法により、金型の素材の転写面全てを形成する必要はなく、その一部のみを形成すれば足りる。

１、１’、１” 金型の素材
２、２’ 治具
２Ａ 本体
２Ｂ Ｘ軸ブロック
２Ｃ Ｙ軸ブロック
２Ｄ バランサ
２ａ 保持面
２ａ 本体
２ｂ Ｘ軸方向の突き当て面
２ｃ Ｙ軸方向の突き当て面
３ 回転軸
４ バイト
１０ 上金型
１１ 下面
１２ 光学面転写面
１３ 円形段部
２０ 下金型
２１ 上面
２２ ランド部
２３ 上面
２４ 光学面転写面
２５ 平面部
ＤＢ ダイシングブレード
Ｆ１ 矩形板状フランジ
Ｆ２ 矩形板状フランジ
ＧＬ ガラス
ＨＬＤ ホルダ
ＩＭ 中間生成体
ＬＳ１ レンズ
Ｌ１，Ｌ２ 線
ＬＳ２ レンズ
ＬＡ１ ガラスレンズアレイ
ＬＡ１ａ 表面
ＬＡ１ｂ レンズ部
ＬＡ１ｃ 側面
ＮＺ 白金ノズル
ＯＵ 撮像レンズ
ＰＬ１〜ＰＬ４ 転写面
ＰＬ１〜ＰＬ８ 転写面
ＳＤ１〜ＳＤ４ 側面
ＳＨ 遮光部材

Claims (8)

1. 旋盤の回転軸線に平行な第１の基準面と、前記回転軸線に平行で且つ前記第１の基準面に対して交差する方向に延在する第２の基準面とを有する治具に取り付けた、外形が正Ｎ角形状（Ｎは４以上の偶数）の金型の素材に、光学素子の光学面に対応した複数の転写面を、旋盤を用いて加工形成する金型の製造方法において、
   前記金型の素材の第ｎ番目（ｎは１以上の整数）の側面を前記治具の第１の基準面に当接させ、前記金型の素材の第（ｎ＋ｋ）番目（ｋは１以上の整数）の側面を前記治具の第２の基準面に当接させて、前記金型の素材を前記治具に固定する第１工程と、
   前記旋盤により前記治具と前記金型の素材を一体で回転させながら、前記金型の素材を切削して転写面を形成する第２工程と、
   ｎを繰り上げて、前記第１工程と前記第２工程を繰り返すことにより、別の転写面を形成する第３工程と、を有することを特徴とする金型の製造方法。
2. 最初に加工形成する１番目の転写面の光軸は、前記治具の前記第１の基準面と前記第２の基準面の２等分線からシフトし、且つ前記正Ｎ角形状の中心を通り前記２等分線に対して直交する線上に存在することを特徴とする請求項１に記載の金型の製造方法。
3. 最初に加工形成する１番目の転写面の光軸は、前記治具の前記第１の基準面と前記第２の基準面の２等分線上に存在することを特徴とする請求項１に記載の金型の製造方法。
4. Ｎ＝４であり、ｋ＝１であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の金型の製造方法。
5. Ｎ＝８であり、ｋ＝２であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の金型の製造方法。
6. 前記金型の外形寸法誤差は、前記複数の転写面間の距離の誤差の１／２以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の金型の製造方法。
7. 前記製造方法により第１の金型と、これに対向する第２の金型とを製造する場合、前記第１の金型の外形寸法精度の公差をマイナスとし、前記第２の金型の外形寸法精度の公差をプラスとすることを特徴とする請求項２，４〜６のいずれか１項に記載の金型の製造方法。
8. 前記第１の金型の外形寸法誤差の絶対値は、前記第２の金型の外形寸法誤差の絶対値とほぼ等しいことを特徴とする請求項７に記載の金型の製造方法。

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