(57)【要約】【課題】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可能で、かつ型耐久性の高い光学素子の成形用型を提供する。【解決手段】一対の成形用型と、該一対の成形用型を収納している胴型と、から少なくともなる光学素子成形用型において、前記一対の成形用型のいずれかの軸方向における外側面を光学素子成形面側に向かって押圧することで押圧成形がなされ、前記成形用型の押圧される外側面は、押圧成形完了時に前記胴型によって覆われている範囲内にあるように形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の成形用型と、該一対の成形用型を収納している胴型と、から少なくともなる光学素子成形用型において、
前記一対の成形用型のいずれかの軸方向における外側面を光学素子成形面側に向かって押圧することで押圧成形がなされ、
前記成形用型の押圧される外側面は、押圧成形完了時に前記胴型によって覆われている範囲内にあるように形成されていることを特徴とする光学素子成形用型。
【請求項２】
前記成形用型の押圧される外側面は、該成形用型に軸方向に外側から光学素子成形面側に向かって形成された凹陥部の底部であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用型。
【請求項３】
前記一対の成形用型と前記胴型との間に、該一対の成形用型の軸方向と同一方向において該一対の成型用型のそれぞれに対して転動体が２列以上配置され、
前記凹陥部は、押圧成形完了時に、該凹陥部の底部が、前記軸方向において前記２列以上配置された転動体の列間にあるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学素子成形用型。
【請求項４】
胴型に覆われた一対の成形用型によって形成されたキャビティ内で被成形材料を加熱軟化させた後、該一対の成形用型のいずれかを成形用型移動手段によって軸方向に光学素子成形面側に向かって移動させることにより該被成形材料を押圧成形する、光学素子の成形方法において、
移動させる側の前記成形用型の軸方向における外側面には、外側から光学素子成形面側に向かって凹陥部が設けられ、
前記成形用型移動手段は、移動させる側の前記成形用型の軸方向における外側面を光学素子成形面側に向かって押圧し、押圧成形完了に該成形用型の押圧される外側面が前記胴型に覆われている範囲内にあることを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項５】
前記成形用型の押圧される外側面は、該成形用型に軸方向に外側から光学素子成形面側に向かって形成された凹陥部の底部であることを特徴とする請求項４に記載の光学素子の成形方法。
【請求項６】
前記一対の成形用型と前記胴型との間には、該一対の成形用型の軸方向と同一方向において該一対の成型用型のそれぞれに対して転動体が２列以上配置され、
前記成形用型移動手段は前記凹陥部の底部を押圧し、押圧成形完了時に前記凹陥部の底部は該２列以上配置された転動体の列間にあることを特徴とする請求項５に記載の光学素子の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の成形用型に関する。より詳しくは、例えばカメラ・ビデオ用レンズ又は画像形成装置用の光学走査用レンズ等の軸対称形状光学素子の成形用型に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨工程を必要とせずガラス素材のプレス成形によりレンズを製造する技術は、従来の製造において存在した複雑な工程を無くし、簡単かつ安価にレンズを製造することを可能にした。
【０００３】
このようなプレス方法では、一般に、成形用上型と成形用下型とが用いられる。そして、この上下型によって作られたキャビティ内にガラス素材を挿入し、型部材の酸化防止のために雰囲気を非酸化性雰囲気、例えば窒素雰囲気として成形に適した所定温度、すなわち成形用素材粘度がｌｏｇη＝８〜１２となるまで加熱する。この加熱時にガラス材料は成形用下型からの熱伝導と、成形用上型、成形用下型及び胴型からの熱放射とにより加熱される。その後、所定圧力でプレス成形を行い、成形用型の成形面の形状を成形用ガラス素材の表面に転写する。それから、型と成形済みガラス光学素子とをガラス素材の転移温度に十分近い温度まで不活性ガスを吹き付けて冷却し、その後プレス圧力を除去し成形用型を開いて成形済みガラス光学素子を取り出す。
【０００４】
このような方法で成形される成形品は、一般に円筒形の成形用上型と成形用下型とで成形される軸対称形状成形品が多い。この軸対称形状成形品においては、上下面の光軸の平行偏心や倒れが極力少ないことが求められる。
【０００５】
従来、この成形品の上下面の軸ずれや軸方向傾きを少なくするため、上下一対の成形用型と、該一対の成形用型を摺動保持するための円筒状に精密加工された貫通穴を有する胴型とからなる型セットが用いられている。軸精度を上げるためには、成形用型と胴型貫通穴の嵌合精度を厳しくすることが必要である。
【０００６】
しかし、プレス時の高温状態では、成形用型と胴型貫通穴とのクリアランスを小さくし過ぎると、成形用型が胴型貫通穴内で摺動しにくくなり、プレス成形が困難となってしまう。例えば、特許文献１に記載のガラスレンズ成形装置では、成形用下型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。しかし、成形用上型に関しては、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、成形用上型と成形用下型の光軸を厳密に合わせることが困難であった。他にも、特許文献２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、ガイドには、転動体（ベアリング）を用いている。これによって、常温で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、成形用型の移動に際して、光軸ズレのない状態を確保しようとしている。しかし、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、常温での隙間寸法や成形用型の温度制御で設定する必要がある。
【０００７】
この問題を解決するため、特許文献３に記載の成形型装置は、プレス動作と同時に、光学機能面の光軸方向と交差する方向から前記成形用型の外周部を挟み込むように、ガラス成形時のプレス動作を行うプレス手段とは別の加圧装置を有している。これによって加圧を行い、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、前記成形用型を移動すると同時に、前記光学機能面の光軸を再度、調整している。
【特許文献１】特公平４−２１６１０号公報
【特許文献２】実開昭６３−１４００３５号公報
【特許文献３】特開平１１−１５７８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献のいずれの方法でも、プレス動作時に押圧させる成形用型の押圧の力点が、押圧方向に対して前記胴型により収納されている範囲の外部にあるため、力点がズレたり押圧方向が傾いたりした場合に、次のような問題が生じた。すなわち、胴型により支持されている力の方向（押圧方向に対してほぼ垂直方向）において、胴型及び転動体に大きなモーメントがかかり、胴型及び転動体に大きな変形が起こる可能性があった。このような変形は、成形される光学素子の光軸精度低下や型耐久の低下などにつながる。
【０００９】
本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、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可能で、かつ型耐久性の高い光学素子の成形用型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、一対の成形用型と、該一対の成形用型を収納している胴型と、から少なくともなる光学素子成形用型において、前記一対の成形用型のいずれかの軸方向における外側面を光学素子成形面側に向かって押圧することで押圧成形がなされ、前記成形用型の押圧される外側面は、押圧成形完了時に前記胴型によって覆われている範囲内にあるように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、胴型に覆われた一対の成形用型によって形成されたキャビティ内で被成形材料を加熱軟化させた後、該一対の成形用型のいずれかを成形用型移動手段によって軸方向に光学素子成形面側に向かって移動させることにより該被成形材料を押圧成形する、光学素子の成形方法において、移動させる側の前記成形用型の軸方向における外側面には、外側から光学素子成形面側に向かって凹陥部が設けられ、前記成形用型移動手段は、移動させる側の前記成形用型の軸方向における外側面を光学素子成形面側に向かって押圧し、押圧成形完了に、該成形用型の押圧される外側面が前記胴型に覆われている範囲内にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によって、胴型より支持されている力の方向（押圧方向からほぼ垂直方向）において、胴型及び転動体に大きなモーメントがかかることがなくなるので、胴型及び転動体に大きな変形を起こすことなく、被光学素材を押圧成形することが可能となる。よって、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可能となり、また、光学素子成形用型の型耐久も良好となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
これより、本発明の光学素子成型用型の実施形態について、図を参照しながら説明する。
【００１４】
最初に、本発明の光学素子成形用型の実施形態の構造について説明する。図１には本発明の光学素子成形用型の実施形態、図２には従来の光学素子成形用型の一例が示されている。
【００１５】
本実施形態において光学素子成型用型は、軸対称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成形用型１及び２を有している。本実施形態においては、例として、前記光学機能面は凸メニスカスレンズ形状をしており、転移点温度は５０６℃、屈服点温度５３８℃、軟化点温度は６０７℃の重クラウンガラスをプレス成形するものであるが、それ以外も可能である。そして、成型用上型１には、該成型用上型１の軸方向における外側面から光学素子成形面側に向かって凹陥部１ａが形成されている。また、この成形用上型１及び成型用下型２を挟持して収納するように胴型３が構成されており、該胴型３は転動体（本実施形態では、球形ベアリング部材４）を介して前記成形用型１及び２と点接触している。また、前記転動体４は、成形用上型１と胴型３の間、及び成型用下型２と胴型３の間で、軸方向と同一方向に２列以上配置されている。この転動体があることにより、成形用上型１は成形素材をプレス成形する光軸方向に摺動可能となっている。また、胴型３は転動体を介さずに直接前記成形用型１及び２と接触していてもかまわず、この場合は、成形用上型１は成形素材をプレスする光軸方向に摺動可能となっている。
【００１６】
この胴型３には、成形素材であるガラス素材及びガラス成形品をハンドリングするための開口部が設けられている。また、胴型３の内部にはそれぞれ加熱用ヒータ７が挿入されており、上下それぞれで独立して温度制御を行うことが可能である。ここで、一対の成形型における前記成型用上型及び成型用下型の上下の区別は便宜的なものであり、どちらの成形用型を可動とするかは適宜決定することが可能である。
【００１７】
プレス成形するために、ガラス材料５と、光学素子成形用上下型１及び２と、胴型３と、球形ベアリング部材４とが加熱された状態では、該成形用上下型１及び２、該胴型３及び該球形ベアリング部材４にはガタは無く、常時当接した状態である。また、光軸に平行偏心や倒れなども無い状態であり、球形ベアリング部材４があることにより、成形用上型１は成形素材をプレス成形する光軸方向に摺動可能となっている。そして、成形用上型１を摺動及び押圧するために、例えば油圧や気圧によるピストン・シリンダ機構、又は電動モータ駆動機構といった駆動手段（不図示）と連結した成形型移動手段（本実施形態では、プレス軸６）が成型用上型１の凹陥部１ａに導入されている。そして、該成形型移動手段は、該凹陥部１ａの底部を押圧する。また、胴型３及び成形用上下型１及び２にはそれぞれ、ガラス成形後の冷却過程において、冷却手段としてＮ２が導入管（不図示）を通して吹き付けられる。
【００１８】
この成形用上下型１及び２と、胴型３と、球形ベアリング部材４とは、それぞれタングステンカーバイト系超硬よりなっており、その膨張係数は５．０×１０−６である。ただし、これらの材料は上記の限りではなく、線膨張係数、高温耐久性、圧縮強度などを考慮して、窒化珪素等その他のセラミックや、タングステン系超重合金等を用いてもよい。
【００１９】
次に、上記構造の光学素子の成形用型を用いた光学素子の成形方法について、具体的に説明する。
【００２０】
まず、被成形素材であるガラス素材がハンドリング装置（不図示）に吸着された状態で、胴型３の開口部を通って成形型内空間であるキャビティ内に入れられ、成形用下型２の上に置かれる。このとき、本実施形態においては、ガラス素材の温度はガラス転移点温度である５０６℃以下であるが、これは選択した材料等によって変更可能である。次に、ガラス素材加熱装置（不図示）を、前記投入時のガラス素材温度以上（本実施形態ではガラス素材の軟化点以上である８００℃）に保った状態で、胴型３の開口部よりガラス素材上側へ近接させることで加熱する。また、それと同時に胴型３内のヒータ７により、成形用上型１と成形用下型２とが成形に最適な温度、例えばガラスの粘度でｌｏｇη＝８〜１０となる温度（本実施形態では５８０℃）まで加熱する。これによって、被成形材料が加熱軟化する。
【００２１】
ガラス素材と成形用上下型１及び２が成形に適した温度、例えばガラス粘度でｌｏｇη＝８〜１２の温度（本実施形態では５８０℃）になったら、前記加熱装置を胴型開口部より退避させる。そして、成形用上型１を、例えば油圧や気圧によるピストン・シリンダ機構、あるいは電動モータ駆動機構といった駆動手段（不図示）と連結しているプレス軸６により動かし、ガラス素材を（本実施形態では２０ＭＰａにて）押圧成形する。
【００２２】
このとき、成形用上型１とプレス軸６との接点である押圧の力点Ｆの位置は、成形用上型１に設けられている凹陥部１ａ内にある。及び、該力点Ｆは成形用型の押圧方向（図１では縦方向）において、球形ベアリング４を介して胴型３により支持されている領域の範囲Ｄ内、すなわち球形ベアリング４の列間にある。
【００２３】
従来においては、図２に示されているように、この押圧の力点Ｆが球形ベアリング４を介して胴型３により支持されている範囲Ｄから、外に向かって外れた位置にある。すなわち、成型用上型と成型用型移動手段とが接触している部分が、胴型に収納されていない外部領域に存在している。この場合、何かの原因により力点Ｆの位置がズレたり押圧方向が傾いたりしたときに、胴型３より支持されている力の方向（押圧方向に対してほぼ垂直な方向、図１では横方向）で、胴型３及び球形ベアリング４に大きなモーメントがかかる。これによって、胴型３及び球形ベアリング４に大きな変形が生じてしまい、成形される光学素子の光軸精度低下や型耐久の低下などにつながる可能性があった。
【００２４】
それに対し、本実施形態では、この力点Ｆが、押圧成形完了時に成形用型１の押圧方向（図１では縦方向）に対して、球形ベアリング４を介して胴型３により支持されている範囲Ｄ内にあるため、胴型３及び球形ベアリング４に大きなモーメントがかからない。よって、胴型３及び球形ベアリング４は大きく変形せず、成形される光学素子の光軸精度低下や型耐久の低下などが起こりにくい。より一般的には、この効果は成型用上型と成型用型移動手段とが接触している部分が胴型に収納されている領域内に存在することで得ることが可能である。また、成形用型移動手段とそれによって動かされる成形用型との接点を胴型に覆われている範囲内に配置することが可能であれば、凹陥部を設ける以外の構成を取ることも可能である。
【００２５】
そして、成形温度にて任意の形状までガラス素材をプレス成形した後、プレス圧力を１ＭＰａまで低下させ、冷却工程に入る。この冷却工程中に、成形品の面精度を向上させるためガラス転移点付近（本実施形態では４９０〜５４０℃の間）で再度２０ＭＰａの圧力で２次プレス成形を行う。
【００２６】
その後、２次プレスを終えた後に成形用下型２を下降させ、ガラス成形品をハンドリング装置（不図示）によって胴型３の開口部を通じて成形型内空間であるキャビティ内から真空吸着させて取り出す。
【００２７】
この方法により得られたガラス成形品は、光軸に平行偏心や倒れなどがなく、優れた光学機能面を持っている。例えば、上記実施形態の例では、平行偏心で２μｍ以下、光軸倒れで２０秒以下という優れた品質を有しており、さらに面精度についても規格値を満足しているレンズを得ることができた。このように、デジタル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であり、面精度の良いレンズを得ることができる。
【００２８】
以上のように、本実施形態にしたがう成形型を用いることで、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られ、また、光学素子成形用型の型耐久も良好となる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の光学素子成形用型を用いることで、例えば、光軸に平行偏心や倒れなどのない、優れた光学機能面を必要とする、カメラ・ビデオ用レンズ等を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の成形型の実施の形態を示す成形型の構造平面図である。
【図２】従来の成形型の実施の形態を示す成形型の構造平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  成形用上型
１ａ  凹陥部
２  成形用下型
３  胴型
４  球型ベアリング部材
５  被成形材料（ガラス材料）
６  プレス軸
７  ヒータ
Ｆ  力点
Ｄ  力点範囲
【図１】
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【図２】
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