JPH11130450A - 光学素子の製造方法および光学素子成形用型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度な光学素子をプレス成形により製造す
る方法およびこの方法に用いるに適した光学素子成形用
型を提供する。 【解決手段】 下型１および上型２を胴型３を介して配
置し、これらの型の突起部を胴型３中央部の穴に挿入
し、下型１と上型２の突起部内に各々形成された光学素
子成形面間の傾きが最小となるように、下型１、上型２
および胴型３を、それぞれの型の切り欠き部１１、２
１、３２に突起材３１をはめ込んで位置決めし、下型１
と上型２とを押し込んで両成形面間に配置した光学素材
を光学素子としてプレス成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子の製造方
法および光学素子成形用型に関するものであり、さらに
詳しくは、光学機器に用いられる光学素子を高精度にプ
レス成形する方法として有用な光学素子の製造方法およ
びこの製造方法の実施に適した光学素子成形用型に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学素子の高精度かつ安価な製造
方法としてプレス成形が実用化されている。この成形方
法は、基本的には光学素子の反転形状が形成された上型
と下型の間に光学素材を配置し加熱して光学素材が変形
可能な温度で型から圧力を加え、光学素材を所定の形状
の光学素子に成形する方法である。

【０００３】さらに具体的には、中心に摺動用の穴を設
けた胴型をこの穴に挿入される突起部を有する下型には
め込み、下型突起部の成形面上に光学素材を配置し、胴
型の穴にこの穴に挿入される突起部を有する上型をはめ
込む。そして、これらの型からなる成形用型を光学素材
が軟化して変形可能な温度にまで加熱し、プレスヘッド
により上型または下型を押圧してこれら上下の型が胴型
の穴を摺動しながら近接するようにし、上型と下型の対
向する両成形面により光学素材をプレスして変形させ、
両成形面が予め定められた一定距離となったところで摺
動を停止させて光学素子の形状を定める。次に、この成
形用型を冷却してから上型と下型とを開放し、光学素子
を取り出す。上型と下型との摺動は、通常、上下型のツ
バ部分が胴型の上下端面と接触した段階で停止される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のようなプレス成
形では、上下型の成形面の精度が光学素子の精度に大き
く影響する。上型の成形面と下型の成形面とが完全に平
行ではなく傾きが存在すると、上下の面が傾いた光学素
子が製造されることになる。この成形面の傾きは、光学
素子の光軸（型の中心軸）に対する成形面自体の傾き、
ツバ部分の傾き、胴型の摺動穴の傾き、成形機のプレス
ヘッドの傾きなどの多くの要素が複合化されて生じるも
のである。これら要素は、型加工の機械精度、剛性、取
り付けセッティング状態、温度分布などの多くの要因に
支配されており、これらの要因を個別に制御し成形面の
傾きを完全に除去することは現実には不可能である。

【０００５】しかしながら、このような傾きが光学素子
にそのまま転写されることを放置すると、プレス成形に
より製造される光学素子の性能を改善することができな
い。本発明は、このような事情に鑑み為されたものであ
って、高精度な光学素子をプレス成形により製造する方
法およびこの方法に用いるに適した光学素子成形用型を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光学素子の製造方法は、上部素子成形面を
有する上型と下部素子成形面を有する下型との間に胴型
を介在させ、これらの型を対向する前記両成形面の間に
配置された光学素材が変形可能な温度にまで加熱し、前
記上型および前記下型を互いに近接する方向に移動させ
て前記両成形面により前記光学素材を光学素子として成
形する光学素子の製造方法であって、前記上型および前
記下型を、それぞれの型に設けられた嵌合部分により、
一方の型を基準として他方の型が前記光学素子の光軸を
中心として回転しないように、かつ前記嵌合部分により
嵌合可能な位置の中では前記両成形面の為す角度が最小
となる位置に位置決めして、前記光学素材を光学素子と
して成形することを特徴とする。

【０００７】このような方法とすることにより、成形面
の傾きの影響を緩和した精度の高い光学素子を製造する
ことができる。前述のように、成形面の傾きの要因を完
全に管理することは困難であるが、本発明によれば、あ
る特定のプレス型に固有の成形面の傾きを緩和するよう
に成形面の相対的な位置を決定して、光学素子の精度を
向上させることができる。

【０００８】また、本発明の光学素子成形用型は、上部
素子成形面を有する上型、下部素子成形面を有する下型
および前記上型と前記下型との間に介在する胴型を備
え、対向する前記両成形面の間の空間が、前記上型およ
び前記下型の互いに近接する方向への移動により狭小と
なって光学素子を成形するための空間となる光学素子成
形用型であって、前記上型および前記下型が、一方の型
を基準として他方の型が前記光学素子の光軸を中心に回
転しないようにそれぞれの型を位置決めする嵌合部分を
有し、かつ前記嵌合部分が前記上型および前記下型を複
数の位置において位置決め可能とするものであることを
特徴とする。

【０００９】このような型を用い、上部素子成形面と下
部素子成形面との傾きが最小となる位置に上型を下型と
を位置決めすることにより、精度の高い素子を成形する
ことができるようになる。

【００１０】前記光学素子成形用型においては、前記胴
型が嵌合部分を有しており、前記上型、前記下型および
前記胴型が、それぞれの嵌合部分を利用して前記光軸を
中心として相対的に回転しないように位置決め可能とさ
れていることが好ましい。このように上型と下型とを胴
型とともに位置決めすることにより、確実に型の相対的
な回転を防止することができる。

【００１１】また、前記光学素子成形用型においては、
前記胴型、前記上型および前記下型の少なくとも１つが
複数の嵌合部分を備えていることが好ましい。このよう
に複数の嵌合部分を準備した型とすることにより、成形
面の傾きが最小となる位置を選択して型の位置決めを行
うことが容易となる。すべての型が複数の嵌合部分を有
していてもよいが、胴型に複数の嵌合部分が用意されて
いる場合には、上型および下型の嵌合部分は単数でもよ
く、上型および下型に複数の嵌合部分が用意されている
場合には、胴型の嵌合部分は単数であってもよい。

【００１２】また、前記嵌合部分は、具体的には、切り
欠き部または凸凹部であることが好ましい。また、前記
光学素子成形用型においては、前記嵌合部分にはめ込ま
れる嵌合部材をさらに備えていることが好ましい。すな
わち、型の位置決めは、嵌合部分同士の直接的なはめ合
いによるものであってよいが、嵌合部材を嵌合部分には
め込むことにより、嵌合部分同士が間接的に固定される
ようにしてもよい。

【００１３】嵌合部材は、具体的には、例えば、上型、
下型および胴型の各側面に設けられた切り欠き部に挿入
される部材や、上型、下型および胴型のそれぞれの接合
面に設けられた凹部に挿入される部材である。前者の例
では、嵌合部材が各型の嵌合部分に同時にはめ込まれ
て、これらの型が互いに回転しないように位置決めし、
後者の例では、嵌合部材が上型および胴型の嵌合部分と
下型および胴型の嵌合部分とに各々はめ込まれ、その結
果これらの型を一体として保持することとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。 （第１の実施形態）図１は本発明の光学素子成形用型の
第１の実施形態を示す斜視図である。この光学素子成形
用型は、下型１のツバ１２の一部に切り欠き部１２が設
けられている。同様に、上型２のツバ２２にも切り欠き
部２２が設けられている。一方、胴型３の側部には、互
いに等間隔となるように（型の中心軸からみて９０°の
等間隔で）４つの溝部３２が設けられている。この溝部
３２は、円柱状の胴型の側面の高さ方向全長に亘って形
成され、切り欠き部１１、２１と、ほぼ同じ幅を有して
いる。

【００１５】溝部３２の一つには突起材３１が挿入固定
されている。この突起材３１は、溝部３２にはめ込まれ
る四角柱部分とその四角柱部分から上下に突き出した２
つの頭部を備えており、溝部３２に固定された状態で、
胴型３の上下端面から頭部が突き出した状態となるよう
に調整されている。

【００１６】上下の型１、２の中央部に設けられた突起
部分を胴型３の中央部の穴に差し込み、上下の型を押し
込んでいくと、上下の型のツバ１２、２２が胴型の端面
に当接して図２に示したような状態となる。この状態で
は突起材３１の頭部が上下の型１、２の切り欠き部１
２、２２に挿入され、上下の型１、２が、型の軸方向
（形成される光学素子の光軸方向）に沿って動くことは
できるが、この軸を中心として回転はできないように保
持されている。この状態で、図２には図示しない、上下
の型の突起部間に形成される光学素子成形のための空間
を利用して光学素材が光学素子に成形される。

【００１７】光学素子成形のための空間は、上下の型の
成形面の間に形成されるが、この成形面が互いに傾いて
いると光学素子にその傾きが転写されることとなる。図
３に成形面の傾きの一例を模式的に示す。下型１の成形
面１３は型の軸方向に垂直な面と傾き１５を有してい
る。上型２の成形面２３は型の軸方向に垂直な面と傾き
２５を有している。また、胴型３の成形面３３は型の軸
方向に垂直な面と傾き３５を有している。図３に示した
ように、ある側面から見て、上型成形面２３が右上が
り、胴型成形面３３が右上がり、下型成形面１３が右下
がりの傾きを有する状態でこれらの型を組合わると、成
形した光学素子には、傾き１５、２５、３５が加算され
た傾きが転写されることとなる。ある型について実測し
たところ、傾き１５が０．６分、傾き２５が０．３分、
傾き３５が０．１分であった。従って、加算された傾き
は１．０分にも及ぶ。

【００１８】これに対して、図３に示した状態から、下
型１および上型２を、胴型に対して１８０°回転した状
態とすると（図３において反転させると）、光学素子の
上下面間の傾きは０．８分となる。さらに、下型１のみ
を、胴型に対して１８０°回転した状態とすると、光学
素子の上下面間の傾きは０．２分となって最小化され
る。本実施形態では、このような型の成形面の傾きが最
小となる位置で固定材３１が切り欠き部１２、２２、３
２にはめ込まれ、各型の回転が規制される。

【００１９】なお、前述の実施形態において、下型１と
上型２を共に反転させる場合には突起材３１は図２に示
したように１カ所に嵌合すればよいが、下型１のみを反
転させる場合には突起材を２本用意し、各々の突起材が
下型１と上型２をそれぞれ胴型３に固定するようにす
る。

【００２０】図４は、以上に説明した型を用いた光学素
子の製造方法の概略を示す断面図である。胴型３に固定
された突起材３１が、上下の型の成形面の傾きが最小と
なる位置で切り欠き部１１、１２、３２に挿入されてい
る。また、上型と下型の成形面の間に光学素材９がセッ
トされている（図４（ａ））。

【００２１】この素子型を下プレスヘッド７１の上に載
置し、プレスシリンダ７５により上プレスヘッド７３を
上型に接触させる。上下のプレスヘッドに内蔵のヒータ
７２、７４により型を加熱し、型の温度を光学素材が軟
化し変形可能な温度にまで上昇させる。上プレスヘッド
７３により上型２を押圧して下降させ、光学素材９を成
形面間に挟み込んで変形させ、上型と下型の成形面に形
成された凹部が転写された光学素子７とする（図４
（ｂ））。この製造工程においては、押圧による成形の
前後、さらには成形中にも突起材３１が上型２および下
型１の双方の切り欠き部１２、２２に挿入されているか
ら、これらの型の相対的な回転が確実に防止されるよう
になっている。

【００２２】このようにして、１００個の光学素子を成
形した。これらの光学素子の上下面間の傾きを測定した
結果、０．１分から０．３分の範囲で安定した高精度の
形状の光学素子が得られていることがわかった。一方、
比較のために同一の型で上型、下型および胴型の回転に
規制をかけずに、これらの型が相対的に回転し得る状態
で１００個の光学素子を成形した。この光学素子の傾き
を測定すると０．１分から１．２分の範囲内に分布して
いてバラツキが大きく、光学性能においてもバラツキが
大きくなっていた。

【００２３】（第２の実施形態）図５は、本発明の光学
素子用成形型の第２の実施形態を示す斜視図である。下
型４のツバ４２と上型５のツバ５２には、貫通孔が形成
されて位置決め穴５１、５２とされている。胴型として
は、外胴型６と内胴型８の２つに分離された型が用いら
れている。外胴型６は、主として上型と下型との間隔を
保持する役割を担い、上型および下型のツバ４２、５２
と接触する端面には、４つの凹部が位置決め穴６２とし
て設けられている。これらの位置決め穴６２は、型の軸
方向を中心として各々が９０°の等間隔を為すように配
置されている。内胴型８の中央部に設けられた穴には上
型および下型の突起部分が挿入され、上型および下型は
この穴に沿って軸方向に摺動し得る状態となる。

【００２４】位置決め穴４１、５１、６２を利用した各
型の位置決めには、位置決めピン６１が用いられる。位
置決めピン６１は、上下の型の成形面が為す角度が最小
となる位置に上型、下型および外胴型を保持するように
位置決め穴に挿入され、これらの型が相対的に回転しな
いように保持する役割を果たす。位置決めピン６１は、
その一端がテーパー状に加工され、この先細状となった
端部が上型または下型側とされている。

【００２５】図６は、この型を用いて光学素子を成形す
るときの状態を示す断面図である。図６に示したよう
に、下型４および外胴型６の位置決め穴に挿入された位
置決めピン６１と、上型および胴型の位置決め穴に挿入
された位置決めピン６１は、型の中心軸について対称と
なる位置に配置されている。

【００２６】この型を用い、第１の実施形態と同様にし
て、１００個の光学素子の成形を実施したところ、上下
面の傾きが０．２分から０．４分程度とバラツキの少な
い精度の高い光学素子を得ることができた。また、位置
決めピンを用いずに各型の回転を規制しないで光学素子
１００個を成形したところ、上下面の傾きが最大１．７
分で傾きのバラツキも大きい光学素子となった。

【００２７】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の光学素
子の製造方法によれば、形状のバラツキが少なく精度が
高い光学素子を得ることができる。本発明の光学素子成
形用型は、本発明の製造方法を実施するに適したもので
あって、単に幾何学的に優れているばかりではなく、成
形面間の傾きが小さいために、例えば成形時の光学素材
の熱分布の不均一性も小さくなり、光学素材内の粘度分
布の偏りによる変形状態の不均一、冷却時の不均一な収
縮、材料密度の不均一など光学素子の性能を悪化させる
要因を排除し、歩留まりの向上と高い生産性を実現し得
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光学素子成形用型の例を示す斜視図
である。

【図２】 図１に示した光学素子成形用型を組み合わせ
た状態を示す斜視図である。

【図３】 光学素子成形用型を構成する各型の面の傾き
を模式的に示す型断面図である。

【図４】 図１に示した光学素子成形用型を用いて光学
素子を成形する方法の例を示す断面図である。

【図５】 本発明の光学素子成形用型の別の例を示す斜
視図である。

【図６】 図５に示した光学素子成形用型を用いて光学
素子を成形する方法の例を示す断面図である。

【符号の説明】 １、４ 下型 ２、５ 上型 ３ 胴型 ６ 外胴型 ８ 内胴型 ７ 光学素材 ９ 光学素子 １５、２５、３５ 型の面の傾き １３、２３ 成形面 １１、２１ 切り欠き部 ３１ 突起材 ４１、５１、６２ 位置決め穴 ６１ 位置決めピン ７１ 下プレスヘッド ７３ 上プレスヘッド ７２、７４ ヒータ ７５ プレスシリンダ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部素子成形面を有する上型と下部素子
   成形面を有する下型との間に胴型を介在させ、これらの
   型を対向する前記両成形面の間に配置された光学素材が
   変形可能な温度にまで加熱し、前記上型および前記下型
   を互いに近接する方向に移動させて前記両成形面により
   前記光学素材を光学素子として成形する光学素子の製造
   方法であって、 前記上型および前記下型を、それぞれの型に設けられた
   嵌合部分により、一方の型を基準として他方の型が前記
   光学素子の光軸を中心として回転しないように、かつ前
   記嵌合部分により嵌合可能な位置の中では前記両成形面
   の為す角度が最小となる位置に位置決めして、前記光学
   素材を光学素子として成形することを特徴とする光学素
   子の製造方法。
2. 【請求項２】 上部素子成形面を有する上型、下部素子
   成形面を有する下型および前記上型と前記下型との間に
   介在する胴型を備え、対向する前記両成形面の間の空間
   が、前記上型および前記下型の互いに近接する方向への
   移動により狭小となって光学素子を成形するための空間
   となる光学素子成形用型であって、 前記上型および前記下型が、一方の型を基準として他方
   の型が前記光学素子の光軸を中心に回転しないようにそ
   れぞれの型を位置決めする嵌合部分を有し、かつ前記嵌
   合部分が前記上型および前記下型を複数の位置において
   位置決め可能とするものであることを特徴とする光学素
   子成形用型。
3. 【請求項３】 前記胴型が嵌合部分を有しており、前記
   上型、前記下型および前記胴型が、それぞれの嵌合部分
   を利用して前記光軸を中心として相対的に回転しないよ
   うに位置決め可能とされている請求項２に記載の光学素
   子成形用型。
4. 【請求項４】 前記胴型、前記上型および前記下型の少
   なくとも１つが複数の嵌合部分を備えている請求項３に
   記載の光学素子成形用型。
5. 【請求項５】 前記嵌合部分が切り欠き部または凸凹部
   である請求項２〜４のいずれかに記載の光学素子成形用
   型。
6. 【請求項６】 前記嵌合部分にはめ込まれる嵌合部材を
   さらに備えた請求項２〜５のいずれかに記載の光学素子
   成形用型。
7. 【請求項７】 前記嵌合部材が、前記上型、前記下型お
   よび前記胴型の嵌合部分に同時にはめ込まれる請求項６
   に記載の光学素子成形用型。
8. 【請求項８】 前記嵌合部材が、前記上型および前記胴
   型の嵌合部分と前記下型および前記胴型の嵌合部分とに
   はめ込まれる請求項６に記載の光学素子成形用型。