JPH11157854A

JPH11157854A - 光学素子の成形方法及びその装置

Info

Publication number: JPH11157854A
Application number: JP9324717A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nomura; 剛野村; Nobuhiro Yamamichi; 伸浩山道; Masashi Mashige; 雅志真重
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 1999-06-15
Anticipated expiration: 2017-11-26
Also published as: JP3618983B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光軸調整を確実、容易に行って、光軸に平行
偏心や倒れなどのない、優れた光学機能面を持ったレン
ズなどの光学素子を得ることができる光学素子の成形方
法及びその装置を提供する。【解決手段】成形素材をプレス成形して、型部材の成
形面を被成形光学素子の光学機能面に転写する光学素子
の成形方法及びその装置において、前記型部材の押圧動
作中に、前記光学機能面の光軸方向と交差する方向から
前記型部材の外周部を挟み込むように加圧して、前記光
学機能面の光軸を調整を行う調整手段を具備すること
で、前記型部材の押圧動作により前記光学素子を成形す
る時、また、成形された前記光学素子を冷却する際に、
その収縮に応じて、前記型部材を移動すると同時に、前
記光学機能面の光軸を再度、調整することを特徴とす
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、主として、加熱さ
れたガラス素材などの成形素材からプレス加工によって
光学素子を成形する成形方法及びその装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラス素材をプレス加工して、レ
ンズなどの光学素子（精研削や研磨などの加工を残した
半製品を含む）を得る方法として、通常、上下一対の型
部材と前記型部材を摺動保持するための胴型とからなる
型セットが用いられているが、両側に光学機能面を有す
るレンズなどの光学素子を成形する場合、一方の光学機
能面の光軸と、他方の光学機能面の光軸とにずれや相対
的な傾きが生じないように成形する必要がある。そのた
め、各々の型部材を精度良く仕上げるのは勿論、胴型と
上型部材および下型部材との組込み精度も高くすること
が必要で、その対応策が種々、講じられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
レンズなどの光学素子のプレス成形における精度および
製造コストに対する要求は、ますます厳しくなってお
り、従来の方法では、対応できない場合が出てきてお
り、レンズの２面間の光軸のずれも、その一つに数えら
れている。

【０００４】即ち、前述の従来の成形装置の構成では、
胴型に形成された穴の中に、上下の各々の型部材が摺動
可能に組み込まれており、レンズなどの光学素子の光軸
精度を上げるために、型部材と胴型との嵌合精度を厳し
くする必要があったが、各々の型加工精度およびプレス
時の高温状態での摺動性を考慮すると、その構成による
光軸精度の向上には限界があった。

【０００５】例えば、特公平４−２１６１０号公報に所
載のガラスレンズ成形装置では、下型部材とスライドコ
ア部とが当接されているために、この両者の安定した位
置関係は確保されているが、上型部材に関しては、それ
をスライドコア部の中で移動可能とするための嵌合隙間
が必要となり、上型部材と下型部材の光軸を厳密に合わ
せることが困難であった。

【０００６】また、実開昭６３−１４００３５号公報
（実願昭６２−３００４３号明細書）に所載の成形型装
置では、型とそれをガイドする部材の熱膨張率に差を設
け、また、ガイドには、転動体（ベアリング）を用いて
いて、常温では存在するところの、型とガイドとの隙間
を、プレス温度ではゼロとなるように設定して、型部材
の移動に際して、光軸ズレのない状態を確保しようとし
ているが、実際上、隙間をゼロと設定するのは難しく、
試行錯誤を繰り返して、常温での隙間寸法や型部材の温
度制御で、設定する必要がある。また、仮に、その隙間
がゼロ以下になった場合には、ガイドが型部材を締め付
ける形となり、プレスのための型移動ができないことに
なるため、予め、安全を考慮して、若干の隙間が確保さ
れるように設定しなければならないから、結局、光軸ズ
レの発生を完全に除くことができない。

【０００７】そこで、問題解決のため、本発明者らは、
既に、ガラス成形品の成形方法及びその装置を提唱した
が、この段階では、プレス成形後に光軸調整をしている
ために、調整のための時間がかかる上、冷却時のプレス
成形後の調整では、ガラス粘度が高く、表面の変形調整
がしづらくなっているため、十分に、光軸調整ができな
い。また、高精度な軸合わせをするためには、光軸調整
手段の位置決め精度を厳しくする必要があり、装置が複
雑かつ高価になるなどの問題を残している。

【０００８】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、光軸調整を確実、容易に行って、光軸に平行偏心
や倒れなどのない、優れた光学機能面を持ったレンズな
どの光学素子を得ることができる光学素子の成形方法及
びその装置を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、成形素材をプレス成形して、型部材の
成形面を被成形光学素子の光学機能面に転写する光学素
子の成形方法において、前記型部材の押圧動作により前
記光学素子を成形すると同時に、前記光学機能面の光軸
方向と交差する方向から前記型部材の外周部を挟み込む
ように加圧して、前記光学機能面の光軸を調整し、さら
に、成形された前記光学素子を冷却する際に、その収縮
に応じて、前記型部材を移動すると同時に、前記光学機
能面の光軸を再度、調整することを特徴とする。

【００１０】また、本発明では、成形素材としてのガラ
ス素材をプレス成形して、型部材の成形面を被成形光学
素子の光学機能面に転写する光学素子の成形方法におい
て、ガラス素材を加熱して、ガラス粘性が１０^5.5〜１
０¹⁰ポアズになる第１の温度に設定し、この温度で前記
型部材の押圧により前記光学素子を成形すると同時に、
前記光学機能面の光軸の平行偏心および倒れを規制する
ように型部材に対して位置制御を行い、その後、成形さ
れた前記ガラス素材のガラス粘性が１０^8.5〜１０^13.5
ポアズになる第２の温度の範囲内で前記光学素子を加圧
保持すると同時に、前記光学機能面の光軸を規制するよ
うに再度、前記型部材に対して位置制御を行うことを特
徴とする。

【００１１】これにより、プレス工程と冷却工程の押圧
動作時における光学機能面、例えば、レンズ面の光軸が
調整され、従来から問題となった光軸の平行偏心や倒れ
が除かれる。しかも、その光軸調整は、簡単且つ確実に
実現できる。

【００１２】更に、本発明では、光学素子の光学機能面
を成形するための成形面を有する一対の型部材で、成形
素材をプレス成形する光学素子の成形装置において、前
記型部材を駆動して前記成形素材を押圧成形するための
型部材駆動手段と、前記型部材の押圧動作中に、前記光
学機能面の光軸方向と交差する方向から前記型部材の外
周部を挟み込むように加圧して、前記光学機能面の光軸
調整を行う調整手段とを具備していることを特徴とす
る。

【００１３】この場合、前記調整手段は、前記型部材
を、被成形光学素子の光軸と交差する方向から押圧する
押圧部材を前記型部材の外周部に対向して備えており、
光軸を調整する際に、一対の前記型部材を同時に光軸に
向けて押圧する構成、更には、前記型部材の外周部に対
向して、成形品の外周側面を形成するためのリング部材
を設け、このリング部材の外径を前記型部材と同じ径と
し、前記調整手段の押圧部材で、前記型部材およびリン
グ部材を押圧するように構成とすることができる。

【００１４】また、前記調整手段の押圧部材と前記型部
材との間には、転動体が配置され、前記転動体を介し
て、光軸に関する前記型部材の移動調整が行われる構成
としてもよく、更に、前記転動体は、前記型部材の外周
部に接触しており、前記調整手段により、前記押圧部材
および転動体を介して、光軸に関する前記型部材の移動
調整が行われる構成としてもよい。

【００１５】そして、このような成形方法で得られる光
学素子（精研削や研磨などの加工を残した半製品を含
む）は、その光学機能面の光軸調整が所望に達成され
る。なお、本発明の他の構成上の特徴およびそれに伴う
作用効果は、以下に述べる本発明の実施の形態の中で明
らかにされるであろう。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１〜図７には、本発明の実施の
形態としての光学素子の成形方法及びその装置が示され
ており、特に、図１および図２は、本発明の第１の実施
の形態を、図３は、本発明の第２の実施の形態を、図４
および図５は、本発明の第３の実施の形態を、更に、図
８および図９は、それぞれ、他の実施の形態を示してい
る。

【００１７】（第１の実施例）図１および図２に示され
る装置は、光学素子の光学機能面を成形するための成形
面を有する上下、一対の型部材１、２で、ガラスなどの
成形素材をプレス成形するもので、型部材１、２を駆動
して前記成形素材を押圧成形するための型部材駆動手段
と、型部材１、２の押圧動作中に、前記光学機能面の光
軸方向と交差する方向から型部材１、２の外周部を挟み
込むように加圧して、前記光学機能面の光軸を調整を行
う調整手段とを具備している。

【００１８】更に、この実施の形態について詳述する
と、この成形装置の成形型の外殻部を構成する胴型３
は、支持基板４上に載置されている。胴型３は、上面視
において略正方形の、所謂、角柱状に形成されており、
その中心軸上には、この胴型３を上下に貫通した状態
で、貫通穴が形成されている。これらの貫通穴の内で、
上側の貫通穴には、円柱状に形成された上型部材１が嵌
挿され、この状態で、上下方向に沿って摺動できるよう
になっている。その際、上型部材１と胴型３の間には、
ガラスのプレス温度においても、上型部材１が摺動可能
な、十分な隙間５として、例えば、それぞれの径寸法の
差として、２０〜５０μｍの隙間を設けてある。

【００１９】上型部材１の上端部には、円板状のフラン
ジ部が形成されており、このフランジ部の下面が胴型３
の上面に上方から当接することにより、上型部材１の下
方への移動を阻止される構成になっていて、これによっ
て、上型部材１の下方へのプレスストロークが規定され
ている。また、上型部材１の下面中央には、ガラスなど
の成形素材を押圧して、その表面に所望の形状を転写し
て、光学機能面を形成するための成形面が、上型部材１
の外径に対して、精度良く形成されており、例えば、光
学機能面の光軸と上型部材１の外径の同軸度が、２μｍ
以内に納まる許容範囲で、形成されている。

【００２０】なお、上型部材１の上方には、ガラスなど
の成形素材に印加するプレス圧を発生させるための駆動
手段６（例えば、液圧あるいは気圧によるピストン・シ
リンダ機構）が配置されており、この駆動手段６が、そ
のピストンロッドを下方に向けて押し出すことにより、
成形素材にプレス圧を印加するのである。

【００２１】また、この実施の形態では、上型部材１に
加熱用ヒータ７を、また、成形面近傍の温度を測定する
ためのセンサー（図示せず）を、それぞれ、設置してお
り、制御手段（図示せず）は、その制御プログラムに従
って、前記センサーの検出結果によって、ヒータ７を付
勢制御し、上型部材の温度調整を行っている。更に、上
型部材１を所要時に冷却するために、上型部材１には、
Ｎ₂ガス供給源（図示せず）からＮ₂噴出管（図示せ
ず）を通して、冷媒を供給する冷却手段が設置してあ
り、これも上述の制御手段で制御される。

【００２２】一方、胴型３の下側の貫通穴には、円柱状
に形成された下型部材２が、上型部材１の外径寸法とほ
ぼ同寸法（例えば、寸法差２μｍ以内）に調整された状
態で、上下方向に摺動可能に挿入されている。この場合
も、下型部材２と胴型３の間には、上型部材１のそれと
同様に、隙間５が存在している。

【００２３】下型部材２の下部には、円板状のフランジ
部が形成されており、このフランジ部の下面は、胴型３
が載置されている支持基板４の上面に当接している。そ
して、この支持基板４により、上型部材１から成形素材
を介して下型部材２に加えられる下方へのプレス圧を受
けるようになっている。

【００２４】下型部材２の上面中央には、ガラスなどの
成形素材の下面に所望の形状を転写して光学機能面を形
成するための成形面が、下型部材２の外径に対して、上
型部材１と同様に、精度良く形成されており、例えば、
光学機能面の光軸と下型部材２の外径の同軸度が、２μ
ｍ以内に納まる許容範囲で、形成されている。

【００２５】したがって、ガラスなどの成形素材には、
上型部材１および下型部材２の各々の成形面により、光
学機能面が転写されることとなる。

【００２６】また、プレス変形時の成形品の厚みは、上
述したように、上型部材１のフランジの下面が、胴型３
の上面に当接することにより規定され、加工する毎に成
形品の厚みが変化しないようになされている。

【００２７】更に、下型部材２の下面には、上型部材１
の場合と同様に、駆動手段８が設置されており、支持基
板４に形成された貫通穴を介して下型部材２の下面に当
接される。また、駆動手段８は、成形品Ａのプレス変形
動作が終了した後の冷却過程において、成形品Ａの面形
状が崩れることを防止するために、下型部材２を上方に
押し上げて、成形品Ａに圧力を作用させるためのもので
ある。

【００２８】また、下型部材２には、上型部材１の場合
と同様に、加熱用ヒータ９及び成形面近傍の温度を測定
するためのセンサー（図示せず）が設置されており、更
に、Ｎ₂ガス供給源（図示せず）よりＮ₂噴出管（図示
せず）を通して下型部材２を冷却するための冷却手段、
前記センサーの検出結果で、これらのヒータ９や冷却手
段を制御する制御手段（図示せず）が装備されている。

【００２９】一方、胴型３の側面には、開口穴１０が形
成されており、該開口穴１０を介して、成形型の内部に
ガラスなどの成形素材が供給されると共に、成形の完了
した成形品、即ち、光学素子Ａ（精研削や研磨などの加
工を残した半製品を含む）が成形型の内部から取り出さ
れる。

【００３０】更に、この実施の形態においては、前記調
整手段は、型部材１、２を、被成形光学素子Ａの光軸と
交差する方向から押圧する押圧部材１１、１２を前記型
部材の外周部に対向して備えており、光軸を調整する際
に、前記型部材の外周部を光軸に向けて同時に押圧する
構成が装備されている。

【００３１】これを詳述すれば、胴型３の側面には、開
口穴１０と直交する方向に貫通穴が設けられており、こ
の貫通穴にはプレス動作中に上型部材１と下型部材２の
それぞれの外径部側面を、それら型部材の中心に向け
て、押圧部材１１、１２を同時に加圧し、光学素子の光
軸のずれを修正するためのである。この時の、胴型３の
貫通穴と調整手段の押圧部材１１、１２との隙間は、胴
型３と上型部材１、および、胴型３と下型部材２とのそ
れぞれの隙間５より大きくなるように設定してある。つ
まり、胴型３の貫通穴は、調整手段の押圧部材１１、１
２を、概略の位置において、摺動保持するためのもので
あり、調整手段の押圧部材１１、１２の最終的な位置
は、それぞれが、上型部材１の外周部と下型部材２の外
周部とに当接した時点で、決定される。

【００３２】なお、この実施の形態では、前記調整手段
の押圧部材１１、１２と前記上下、型部材との間には、
転動体（ベアリング）１３が配置され、転動体１３を介
して、光軸に関する前記型部材の移動調整が行われる構
成になっている。即ち、調整手段の押圧部材１１、１２
は、それぞれ、上型部材１、下型部材２と接する部分
が、図１に示すように、開角：ほぼ９０度の、Ｖ字形状
に形成してあり、上型部材１、下型部材２とは、それぞ
れ、４個の転動体１３の列にて接触するようになってい
る。

【００３３】この場合、Ｖ字形状の面及び接触部での転
動体１３は、寸法及び表面が高精度に仕上げられてお
り、上型部材１、下型部材２を加圧する際の、転動体１
３で構成される接触面の平面度が、例えば、１μｍ以下
に調整されている。また、調整手段の押圧部材１１、１
２や転動体部１３は、その接触箇所での高温耐久性や圧
縮強度などを考慮して、その材質を決定するが、例え
ば、超硬や窒化珪素のようなセラミック材料が好まし
い。

【００３４】従って、上型部材１及び下型部材２の外径
は、前述したように、予め、精度良く、同寸法に仕上げ
られているため、調整手段の押圧部材１１、１２が、そ
れぞれ、上型部材１と下型部材２の両方に、同時に接し
た状態で保持することができる。

【００３５】一方、調整手段の押圧部材１１、１２の、
型部材と接する側とは反対側には、ピストン・シリンダ
機構などの駆動手段１４、１５が設置されており、この
駆動手段１４、１５は、ほぼ同期して、例えば、同一油
圧制御系あるいは気圧制御系によって、動作するように
してあり、押圧部材１１、１２を、それぞれ、型中心方
向に前進あるいは後退させることができる。

【００３６】次に、上記のように構成された成形装置に
より、光学素子としてのガラスレンズを成形する手順に
ついて説明する。ここでは、成形素材をプレス成形し
て、型部材１、２の成形面を被成形光学素子の光学機能
面に転写するのに、型部材１、２の押圧動作により前記
光学素子を成形すると同時に、前記光学機能面の光軸方
向と交差する方向から前記型部材１、２の外周部を挟み
込むように押圧部材１１、１２を加圧して、前記光学機
能面の光軸を調整し、さらに、成形された前記光学素子
を冷却する際に、その収縮に応じて、前記型部材を移動
すると同時に、前記光学機能面の光軸を再度、調整す
る。

【００３７】特にこの実施の形態では、成形素材として
のガラス素材をプレス成形して、型部材１、２の成形面
を被成形光学素子の光学機能面に転写するのに、ガラス
素材を加熱して、ガラス粘性が１０^5.5〜１０¹⁰ポアズ
になる第１の温度に設定し、この温度で型部材１、２の
押圧により前記光学素子を成形すると同時に、前記光学
機能面の光軸の平行偏心および倒れを規制するように型
部材１、２に対して位置制御を行い、その後、成形され
た前記ガラス素材の、ガラス粘性が１０^8.5〜１０^13.5
ポアズになる第２の温度の範囲内で、前記光学素子を加
圧保持すると同時に、前記光学機能面の光軸を規制する
ように再度、前記型部材に対して位置制御を行うのであ
る。

【００３８】この実施の形態を更に詳述すると、まず、
駆動手段６を引き込み動作させて、上型部材１を胴型３
に対し上方にスライドさせ、下型部材２から離間してお
く。また、駆動手段１４、１５についても、引き込み動
作させ、調整手段の押圧部材１１、１２を、型部材の外
周部から外方向に逃がしておく。

【００３９】この状態において、胴型３の開口穴１０を
介して、オートハンドなどの搬送手段（例えば、真空吸
着手段）により、所定の温度に加熱されたガラス素材を
下型部材２の成形面上に供給する。また、上型部材１、
下型部材２は、それぞれ、制御手段の働きで、予め、所
定の成形条件に対応した温度に調整されている。

【００４０】ガラス素材は、下型部材２の成形面上に供
給されると、ヒータ７、９によって、更に加熱される。
そして、上型部材１、下型部材２及びガラス素材が所定
の温度（上述の第１の温度範囲）に到達した後に、駆動
手段６を押し出し動作させて、ガラス素材の上面に上型
部材１の成形面を当接させ、ガラス素材にプレス圧を印
加させる。

【００４１】なお、上型部材１の成形面がガラス素材に
接触する位置の近傍まで下降した時点で、初めて、駆動
手段１４、１５を押し出し動作させ、押圧部材１１、１
２を上型部材１および下型部材２の外周部の側面に突き
当て、加圧を開始する。

【００４２】この状態のままで、更に、上型部材１にプ
レス圧が印加され、上型部材１が徐々に下方に移動する
と、ガラス素材は、次第に水平方向に押しつぶされて、
最終的には、上型部材１のフランジ部が胴型３の上面に
当接し、上下、型部材によるガラス素材の成形動作が終
了する。

【００４３】この際の調整手段の動作（押圧部材１１、
１２の働き）により、プレス成形終了時点での、胴型３
と上型部材１、および、胴型３と下型部材２との間に存
在している隙間５により生じるであろう上型部材１と下
型部材２との径方向の位置ずれや光軸倒れを修正するこ
とができ、各々の成形面の光軸を一致させることができ
る。

【００４４】その後、駆動手段６による上型部材１の押
圧動作、および、調整手段の押圧部材１１、１２の突き
当て動作を保持したままの状態で、冷却工程に移るが、
図１及び図２はこの時の状態を示しており、ここでは、
被成形光学素子（成形品）Ａの厚みは、所望の厚みに成
形されており、また、この時、上型部材１と下型部材２
は、それぞれ、Ｎ₂噴出管を通して供給されるＮ₂ガス
によって、第２の温度範囲内で、冷却が促進される。

【００４５】冷却開始後、数秒経過した後に、成形品Ａ
の面形状が崩れないように、駆動手段８を押し出し動作
させ、下型部材２を下方から押圧し、成形品Ａに圧力を
印加する。そして、所定の温度まで低下した時に、駆動
手段１４、１５を引き込み動作させて、調整手段の押圧
部材１１、１２を型部材の外周部から外方向に逃がし、
さらに、駆動手段８を引き込み動作させて、下型部材２
にかかる圧力を解除する。

【００４６】よって、冷却時の下型部材２の押圧動作の
時にも、調整手段の押圧部材１１、１２の突き当て動作
により、上型部材１および下型部材２の両成形面の光軸
を一致させることができる。その後、駆動手段６を引き
込み動作させて、上型部材１を上方に移動させ、成形品
Ａをオートハンドなどの搬送手段により、胴型３の開口
穴１０を介して、外部に取り出すのである。

【００４７】なお、この実施の形態では、上型部材１及
び下型部材２は、調整手段の押圧部材１１、１２によ
り、突き当てられた状態であっても、その転動体１３を
介して、圧力を受けているため、それぞれのプレス動作
を容易に、継続することができる。

【００４８】ここで、この成形方法を適用して、カメラ
に使用されるレンズを成形する場合について、具体例を
挙げて、詳細に説明する。ここでは、ガラス素材に重ク
ラウンガラス（屈折率：１．５８、アッベ数：５９．
４、転移点温度：５０６℃）を使用し、両面とも、凸非
球面（近似Ｒ：９ｍｍ）で外径φ：７ｍｍ、中心肉厚：
３．０ｍｍ、外周肉厚：１．６ｍｍの凸レンズを成形す
る。

【００４９】まず、上型部材１および下型部材２の温度
が４７０℃（ガラス粘度が、それぞれ、１０^15.2ポアズ
に相当する温度）の時に、成形型内にガラス素材を投入
し、この状態で、上型部材１および下型部材２の温度が
５８０℃（ガラス粘度が１０ ^9.0ポアズに相当する温
度）になり、なお、加熱ヒータ７、９にて、ガラス素材
が所定の温度になるまで待機した後に、上型部材１によ
り、３４００Ｎ（ニュートン）の力で押圧成形し、型の
成形面をガラスに転写すると共に、レンズの肉圧を決定
した。

【００５０】この時、前述のように、調整手段の押圧部
材１１、１２を押し出し動作させ、上型部材１および下
型部材２の各外周部の側面に２９００Ｎの力をかけ、成
形面の光軸について位置調整を行った。

【００５１】次に、冷却を開始し、５６０℃（１０^9.8
ポアズに相当する温度）で下型部材２により、成形品Ａ
に、２９００Ｎの力を加え、４９０℃（１０^13.5ポアズ
に相当する温度）になった時点で、調整手段の押圧部材
１１、１２の押し出し動作を解除し、さらに、下型部材
２の圧力も解除した。

【００５２】その後、４７０℃（１０^15.2ポアズに相当
する温度）で上型部材１を上昇させて成形型を開き、成
形品Ａの取出しを行った。上記のような一連の動作によ
り、レンズが成形加工される。

【００５３】この方法により得られた成形品Ａは、平行
偏心で３μｍ以下、光軸倒れで２０秒以下となり、コン
パクトカメラのレンズの中でも、光軸精度の要求の高い
クラスのレンズを得ることができた。

【００５４】因みに、このレンズをカメラに組込んで、
評価を行った結果では、投影解像力で、中心部分／周辺
部分とも、１００本／ｍｍ以上となり、所望の良品が得
られたが、これを、従来の方法にてレンズ成形した場合
には、当該レンズの平行偏心：２０μｍ、光軸倒れ：６
分であって、中心部分は１００本／ｍｍ以上であった
が、周辺部分については３０本／ｍｍ以下の部分が発生
し、所望の良品とならなかった。

【００５５】このように、プレス成形動作中に、上下、
型部材の光軸を修正するように、型部材の外周部を、光
軸方向と交差する方向から、同時に加圧することで、光
軸精度の極めて、高い光学素子（成形品）を得ることが
できる。

【００５６】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態を以下に説明する。図３において、下型部材２の
成形面に近い外周部には、リング部材１６が配置されて
いるが、この構成を除いては、第１の実施の形態の構成
とほぼ同様であるため、重複する部分については、同一
符号を付して、その説明は省略する。

【００５７】下型部材２の上端側には、外径が一段細く
なったリング装着部が形成されており、その外周に成形
品（被成形光学素子）Ａの外径側面を形成するためのリ
ング部材１６が装着されているが、下型部材２のリング
装着部とリング部材１６の間には、若干の隙間（例え
ば、径寸法で２０μｍ程度）があり、リング部材１６は
下型部材２に対して径方向に移動可能に装着されてい
る。

【００５８】また、リング部材１６の外形寸法は、上型
部材１および下型部材２の外径寸法とほぼ同寸法（例え
ば、寸法差で２μｍ以内）に調整されており、更に、リ
ング部材１６の外径に対応して成形品Ａの外径側面を形
成するための内径部は、精度良く形成されており、例え
ば、その同軸度が２μｍ以内になるように形成されてい
る。

【００５９】従って、調整手段の押圧部材１１、１２
は、それぞれ、上型部材１、下型部材２及びリング部材
１６の３部材の外径部の側面に、同時に接した状態で保
持される。また、リング部材１６の軸方向の厚みは、成
形時に、ガラス素材がプレスによって変形されると、更
には、冷却時に下型部材２でプレスされても、上型部材
１とは突き当たらないように、その時点で、例えば、１
０μｍ程度の隙間があくように調整されている。

【００６０】次に、上記のように構成された成形型によ
り、レンズを成形する手順について説明する。ここで
は、工程そのものは、第１の実施の形態と全く同様であ
るから、その部分の説明は省略する。そして、相違する
のは、調整手段の押圧部材１１、１２を、上型部材１お
よび下型部材２のみでなく、リング部材１６の外周部側
面にも、同時に突き当て、加圧する点である。つまり、
上型部材１によるガラス素材のプレス変形時と、下型部
材２による冷却時のプレス保持の時との、両工程におい
て、調整手段（押圧部材１１、１２）により、上型部材
１、下型部材２及びリング部材１６の３部材について、
同時に、光軸の調整がなされる点である。なお、図３は
第１の実施の形態と同様に、プレス変形終了時の状態を
示している。

【００６１】ここで、第１の実施の形態と同じレンズ
を、全く同じ成形条件にて、その外径部と共に成形した
ところ、得られた成形品Ａは、上下面の平行偏心で３μ
ｍ以下、その光軸倒れで２０秒以下となり、また、上下
面と外径部との平行偏心も３μｍ以下とすることができ
た。従って、後加工で芯取りして、外径精度を出すより
も高い精度で、レンズを得ることができた。これは、コ
ンパクトカメラのレンズの中でも、外径部との光軸精度
の要求度が高いクラスのレンズを得る上で、有効であ
る。

【００６２】このように、プレス変形動作中に、上下、
型部材およびリング部材の光軸を修正するように、光軸
と交差する方向から、型部材およびリング部材の外周部
を、光軸中心に向けて、例えば、上下型部材およびリン
ク部材の３つを同時に加圧することで、上下面の光軸調
整のみならず、外径部と上下面の光軸も調整でき、光軸
精度の極めて高い成形品を得ることができる。なお、こ
の調整部材は、実施例１と同じ形状、即ち、Ｖ字形とな
っている（図１を参照）。

【００６３】（第３の実施の形態）図４、図５の第３の
実施の形態は、その調整手段の構成が一部異なる場合を
示しており、それ以外の構成については、第１の実施の
形態とほぼ同様であるため、重複する部分については、
同一符号を付して、その説明は省略する。

【００６４】調整手段は、図４に示すように、その押圧
部材１１、１２の、上型部材１及び下型部材２との接触
部位では、先端接触部材１１Ａ、１２Ａが直接、型部材
の外周部と密着するように、上型部材１及び下型部材２
の両外径に等しいか、わずかに大きいＲ形状（例えば、
＋０〜２μｍの寸法差）となっており、また、図５に示
すように、上型部材１および下型部材２の摺動方向に、
それぞれ、独立して移動できるように、それら先端接触
部材１１Ａ、１２Ａを、上下に分離した構成にしてあっ
て、光軸調整をしない場合には、押圧部材１１、１２に
より、比較的弱い付勢力により、それぞれ、転動体（ベ
アリング）１７を介して、最上端、最下端の位置にあっ
て、上下、型部材１、２の外周部に接している。

【００６５】なお、接触部材１１Ａ、１２ＡのＲの面、
及び、転動体１７は、高精度に仕上げられており、上型
部材１及び下型部材２を加圧する際の、上型部材１側の
先端接触部材１１Ａ、１２Ａ及び下型部材２側の先端接
触部材（図５には、符号１１Ａ’、１２Ａ’で示す）の
両方を含めた接触面の面精度（凹凸形状）が、例えば、
１μｍ以下になるように調整されている。

【００６６】従って、上型部材１及び下型部材２の外径
部は、前述のように、精度良く、同寸法に仕上げられ、
このために、調整手段の押圧部材１１、１２によって、
それぞれ、上型部材１と下型部材２との両方とは、先端
接触部材１１Ａ、１２Ａに同時に接した状態で保持され
る。

【００６７】なお、この実施の形態では、調整手段の先
端接触部材１１Ａ、１２Ａには、上型部材１側の部材、
下型部材２側の部材の何れにも、それぞれに、ヒータ１
８、冷却穴１９および温度センサー（図示せず）が設け
てあり、上下、別々に温度制御できるようにしてある。
また、冷却穴１９にはＮ₂噴出管（図示せず）を通し
て、Ｎ₂ガスが供給され、これによって、上下、型部材
の先端部での冷却が促進される。

【００６８】次に、上記のように構成された成形型によ
り、レンズを成形する手順について説明するが、工程そ
のものは、第１の実施の形態と全く同様であるから、そ
の部分については説明を省略する。そして、その相違す
る点は、調整手段の先端接触部材１１Ａ、１２Ａが、上
型部材１及び下型部材２と、ほぼ同様に、温度調節され
ており、その状態で、光軸の調整時に、上型部材１及び
下型部材２の外周部側面に対して面接触で加圧されるこ
とであり、また、光軸の調整時の上型部材１及び下型部
材２がプレス動作により移動する際に、先端接触部材１
１Ａ、１２Ａが、それぞれ、上型部材１及び下型部材２
に密接加圧した状態のままで、ベアリング１７を介し
て、押圧部材１１、１２と相対的に移動でき、それぞれ
の型部材の動きに合わせて移動することができることで
ある。

【００６９】つまり、上型部材１によるガラスのプレス
変形時と、下型部材２の上昇・保持の状態での冷却時と
の、プレス保持の両工程において、調整手段により、上
型部材１、下型部材２の両方について、同時に光軸の調
整がなされるとともに、型部材の外周面より温度調整が
なされるのである。従って、型の温度分布にバラツキが
生じ易い、例えば、口径の大きなレンズや、温度分布の
変化に敏感な高面精度のレンズ、あるいは、側面が冷え
易い外周部の肉厚の薄いレンズにおいて、高い光軸精度
を保持するのに厳しい場合にも、本実施の形態が有効で
ある。

【００７０】なお、図４及び図５は、第１の実施の形態
と同様に、プレス変形終了時の状態を示している。ここ
で、カメラに使用されるレンズを、例に挙げて、さらに
詳細な説明を行うことにする。ここでは、ガラス素材に
ランタン系ガラス（屈折率：１．６７、アッベ数：５
５．４、転移点温度：５３０℃）を使用し、下面側の凸
非球面（近似Ｒ：２１ｍｍ）、上面側の凹Ｒ４６で、外
径φ：２２．０ｍｍ、中心肉厚：２．８ｍｍ、外周肉
厚：１．０ｍｍの凸メカニカルレンズを成形する。

【００７１】まず、上型部材１および下型部材２の温度
が４８５℃（１０^14.9ポアズに相当する温度）のときに
ガラス素材を投入し、この状態で、上型部材１、下型部
材２および調整手段の接触部材１１Ａ、１２Ａの温度が
５９０℃（１０^9.0ポアズに相当する温度）になり、し
かも、加熱ヒータにて、ガラス素材が所定の温度になる
まで、待機する。その後に、上型部材１により４９００
Ｎ（ニュートン）の力で押圧成形し、型部材の成形面を
ガラスに転写するとともに、レンズの肉圧を決定した。

【００７２】この時、前述のように、調整手段の押圧部
材１１、１２を押し出し動作させて接触部材１１Ａ、１
２Ａを上型部材１と下型部材２の外周側面に当接させる
とともに、３４００Ｎの力をかけ、成形面の光軸位置調
整を行った。

【００７３】次に、冷却を開始し、上型部材１、下型部
材２と共に接触部材１１Ａ、１２Ａも冷却を行い、５７
０℃（１０^9.8ポアズに相当する温度）になった時点
で、下型部材２により、成形品（被成形光学素子）Ａ
に、３４００Ｎの力を加えると共に、５１０℃（１０
^13.2ポアズに相当する温度）で、調整手段の押圧部材１
１、１２の押し出し動作を解除し、さらに、下型部材２
の圧力も解除した。その後に、４８０℃（１０^15.2ポア
ズに相当する温度）で上型部材１を上昇させて型を開
き、成形品Ａの取出しを行った。上述のような一連の動
作により、レンズが成形加工される。

【００７４】この方法により得られた成形品は、冷却時
の収縮応力によるワレの発生もなく、また、レンズ周辺
部のクセも、ニュートン縞：０．５本以内の面精度とな
り、かつ、平行偏心で３μｍ以下、光軸倒れで２０秒以
下である。このようにして、光軸精度の高いレンズを得
ることができた。

【００７５】このように、本発明のこの実施の形態での
方法によれば、プレス変形動作中、上下、型部材の光軸
を修正するように、型部材の外周部を、上下、同時に加
圧するとともに、温度調節することで、比較的口径の大
きなレンズや外周肉厚の薄いレンズにおいても光軸精度
および面精度の極めて高い成形品を得ることができ、ま
たワレの発生も防止できる。

【００７６】（他の実施の形態）本発明の他の実施の形
態について、以下に説明する。図６には、調整手段の接
触部材１１Ｂ、１２Ｂの形状が、第１の実施の形態にお
ける調整手段の押圧部材１１、１２の先端形状と同様の
Ｖ字形状となっている構成が示されており、それ以外は
第３の実施の形態と同じである。この成形装置は、前述
よりもより簡易な構造であり、小径レンズなどの光学素
子の成形、特に、成形中にワレも発生せず、また、面精
度においても問題がないような、条件の厳しくない場合
に好適である。なお、本発明の成形方法及び装置では、
更に、条件によって、より簡易構造な接触部材を採用す
ることもできる。即ち、その調整手段の押圧部材、ある
いは、接触部材の形状は、光軸の位置さえ決まれば、接
触面積を変えるなど、自由に設計できるものである。

【００７７】また、図７に示す実施の形態は、本発明を
実用に供する場合の、４個取りの成形に適用したもので
あり、中央の調整手段（受け部材）２０は板状で、胴型
３に固定されており、一方の調整手段の押圧部材１１、
１２を押し出し移動させることにより、光軸の位置出し
を行っている。

【００７８】このように、生産ライン上では、取り個数
についての限定はなく、また、調整手段の押し出し動作
も、必ずしも、型部材の両側から行うのではなく、片側
からのみでもよく、更に、場合によっては、バランスよ
く、円周を等分割した３方向以上から光軸中心に向けて
の押し出し動作で行うようにしてもよい。

【００７９】更に、上下一対の型部材に接触する転動体
２１の数も、図７に示すものでは３点当たりになってい
るが、特に、限定されるものではなく、第１の実施の形
態のように、４点当たりにしてもよいことは勿論であ
る。

【００８０】なお、この実施の形態では、接触部材にベ
アリングなどの転動体を用いて、型部材のプレス動作を
妨げないようにしているが、これとても、特に限定され
るものではなく、摺動抵抗の少ない材料（例えば、カー
ボン材）を使用して、型部材と押圧部材との接触面で、
摺動させる構成にしてもよい。更に、この実施の形態で
は、プレス動作時以外は、胴型により上下型部材を保持
しているが、調整手段の押圧部材に胴型を兼用させ、胴
型を廃止して、押圧部材の動作する位置のみを調整し
て、常に、上下型部材を保持するようにしてもよい。

【００８１】なお、以上の本発明の各実施の形態では、
成形素材として、ガラスを挙げているが、光学素子の成
形方法及びその装置としての本発明の特徴は、温度条件
などを考慮すれば、プラスチックレンズなどの成形にも
適用でき、有効であることは明らかである。

【００８２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、成形素
材をプレス成形して、型部材の成形面を被成形光学素子
の光学機能面に転写する光学素子の成形方法において、
前記型部材の押圧動作により前記光学素子を成形すると
同時に、前記光学機能面の光軸方向と交差する方向から
前記型部材の外周部を挟み込むように加圧して、前記光
学機能面の光軸を調整し、さらに、成形された前記光学
素子を冷却する際に、その収縮に応じて、前記型部材を
移動すると同時に、前記光学機能面の光軸を再度、調整
することを特徴とする。

【００８３】また、本発明では、成形素材としてのガラ
ス素材をプレス成形して、型部材の成形面を被成形光学
素子の光学機能面に転写する光学素子の成形方法におい
て、ガラス素材を加熱して、ガラス粘性が１０^5.5〜１
０¹⁰ポアズになる第１の温度に設定し、この温度で前記
型部材の押圧により前記光学素子を成形すると同時に、
前記光学機能面の光軸の平行偏心および倒れを規制する
ように型部材に対して位置制御を行い、その後、成形さ
れた前記ガラス素材のガラス粘性が１０^8.5〜１０^13.5
ポアズになる第２の温度の範囲内で前記光学素子を加圧
保持すると同時に、前記光学機能面の光軸を規制するよ
うに再度、前記型部材に対して位置制御を行うことを特
徴とする。

【００８４】これにより、プレス工程と冷却工程の押圧
動作時における光学機能面、例えば、レンズ面の光軸が
調整され、従来から問題となった光軸の平行偏心や倒れ
が除かれる。しかも、その光軸調整は、簡単且つ確実に
実現できる。

【００８５】従って、従来の工程時間を延ばすことな
く、更に、光軸精度の厳しい光学素子の成形が可能とな
り、かつ、型部材と胴型の隙間の量の細かい制御や、成
形装置のプレス軸の軸精度に神経を使うことなく成形が
できるようになる。つまり、成形時に決定してしまう光
軸精度について、型部材に光軸調整を行いながら成形す
ることで、高価な成形機も必要なく、かつ、従来の工程
時間内に確実に、より光軸精度の高い成形品が得られる
ため、コスト、精度ともに優れた成形方法となり、その
効果は大きい。

【００８６】更に、本発明では、光学素子の光学機能面
を成形するための成形面を有する一対の型部材で、成形
素材をプレス成形する光学素子の成形装置において、前
記型部材を駆動して前記成形素材を押圧成形するための
型部材駆動手段と、前記型部材の押圧動作中に、前記光
学機能面の光軸方向と交差する方向から前記型部材の外
周部を挟み込むように加圧して、前記光学機能面の光軸
を調整を行う調整手段とを具備していることを特徴とす
る。

【００８７】従って、光軸を調整する際に上下型の相対
位置を規制することができ、光軸の平行偏心と倒れとを
同時にかつ容易に修正することができる装置となり、そ
の効果は大きい。

【００８８】この場合、前記調整手段は、前記型部材
を、被成形光学素子の光軸と交差する方向から押圧する
押圧部材を前記型部材の外周部に対向して備えており、
光軸を調整する際に、一対の前記型部材を同時に光軸に
向けて押圧する構成、更には、前記型部材の外周部に対
向して、成形品の外周側面を形成するためのリング部材
を設け、このリング部材の外径を前記型部材と同じ径と
し、前記調整手段の押圧部材で、前記型部材およびリン
グ部材を押圧するように構成とすることができる。

【００８９】また、前記調整手段の押圧部材と前記型部
材との間には、転動体が配置され、前記転動体を介し
て、光軸に関する前記型部材の移動調整が行われる構成
としてもよく、更に、前記転動体は、前記型部材の外周
部に接触しており、前記調整手段により、前記押圧部材
および転動体を介して、光軸に関する前記型部材の移動
調整が行われる構成としてもよい。

【００９０】従って、光軸を調整する際、上下の型部材
と調整手段の押圧部材との摺動性が確保でき、光軸調整
中の、型部材のプレス方向への移動が容易となる。この
ために、プレス動作が最後まで確実に行え、プレス時の
光軸調整と、プレス動作とを両立させた装置とすること
ができる。これにより、光軸精度は勿論、肉厚精度も安
定し、冷却時のヒケの発生も抑制され、より面精度の高
い成形品が得られる。

【００９１】そして、このような成形方法で得られる光
学素子（精研削や研磨などの加工を残した半製品を含
む）は、その光学機能面の光軸調整が所望に達成され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を概略的に示す平面
断面図である。

【図２】同じく、正面縦断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す正面縦断面図
である。

【図４】本発明の第３の実施の実施の形態を示す平面断
面図である。

【図５】同じく、正面縦断面図である。

【図６】その他の実施の形態を示す成形装置の構成を示
した平面断面図である。

【図７】更に他の実施の形態を示す４個取りの成形型に
ついての平面断面図である。

【符号の説明】

１上型部材２下型部材３胴型４支持基板５隙間６、８駆動手段７、９加熱用ヒータ１０貫通穴１１、１２押圧部材１１Ａ、１２Ａ先端接触部材１１Ｂ、１２Ｂ先端接触部材１３転動体（ベアリング）１４、１５駆動手段１６リング部材１７転動体（ベアリング）１８ヒータ１９冷却穴２０調整手段２１転動体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形素材をプレス成形して、型部材の成
形面を被成形光学素子の光学機能面に転写する光学素子
の成形方法において、前記型部材の押圧動作により前記
光学素子を成形すると同時に、前記光学機能面の光軸方
向と交差する方向から前記型部材の外周部を挟み込むよ
うに加圧して、前記光学機能面の光軸を調整し、さら
に、成形された前記光学素子を冷却する際に、その収縮
に応じて、前記型部材を移動すると同時に、前記光学機
能面の光軸を再度、調整することを特徴とする光学素子
の成形方法。
【請求項２】成形素材としてのガラス素材をプレス成
形して、型部材の成形面を被成形光学素子の光学機能面
に転写する光学素子の成形方法において、ガラス素材を
加熱して、ガラス粘性が１０^5.5〜１０¹⁰ポアズになる
第１の温度に設定し、この温度で前記型部材の押圧によ
り前記光学素子を成形すると同時に、前記光学機能面の
光軸の平行偏心および倒れを規制するように型部材に対
して位置制御を行い、その後、成形された前記ガラス素
材のガラス粘性が１０^8.5〜１０^13.5ポアズになる第２
の温度の範囲内で前記光学素子を加圧保持すると同時
に、前記光学機能面の光軸を規制するように再度、前記
型部材に対して位置制御を行うことを特徴とする光学素
子の成形方法。
【請求項３】光学素子の光学機能面を成形するための
成形面を有する一対の型部材で、成形素材をプレス成形
する光学素子の成形装置において、前記型部材を駆動し
て前記成形素材を押圧成形するための型部材駆動手段
と、前記型部材の押圧動作中に、前記光学機能面の光軸
方向と交差する方向から前記型部材の外周部を挟み込む
ように加圧して、前記光学機能面の光軸調整を行う調整
手段とを具備していることを特徴とする光学素子の成形
装置。
【請求項４】前記調整手段は、前記型部材を、被成形
光学素子の光軸と交差する方向から押圧する押圧部材を
前記型部材の外周部に対向して備えており、光軸を調整
する際に、一対の前記型部材を同時に光軸に向けて押圧
することを特徴とした請求項３記載の光学素子の成形装
置。
【請求項５】前記型部材の外周部に対向して、成形品
の外周側面を形成するためのリング部材を設け、このリ
ング部材の外径を前記型部材と同じ径とし、前記調整手
段の押圧部材で、前記型部材およびリング部材を押圧す
るように構成したことを特徴とする請求項３あるいは４
に記載の光学素子の成形装置。
【請求項６】前記調整手段の押圧部材と前記型部材と
の間には、転動体が配置され、前記転動体を介して、光
軸に関する前記型部材の移動調整が行われることを特徴
とする請求項３あるいは４に記載の光学素子の成形装
置。
【請求項７】前記転動体は、前記型部材の外周部に接
触しており、前記調整手段により、前記押圧部材および
転動体を介して、光軸に関する前記型部材の移動調整が
行われることを特徴とする請求項６に記載の光学素子の
成形装置。
【請求項８】請求項１あるいは２に記載の成形方法に
より得られ、その光学機能面の光軸調整が所望に達成さ
れたことを特徴とする光学素子。