(57)【要約】  本発明は、生産性を損なうことなく、ガラス成形体の形状に係わらず、所望の形状の非球面レンズを高精度に製造することが可能な非球面レンズの製造方法を提供する。ガラス材料をプレス加工および機械加工して非球面レンズを形成する非球面レンズの製造方法であって、ガラス材料をプレスして、非球面、該非球面の周縁の平坦面、並びに該平坦面に連続する側面とを同時に成形してガラス成形体を形成するプレス加工工程と、プレス加工工程で形成されたガラス成形体の平坦面および側面に当接し、該ガラス成形体を保持し位置決めする加工ホルダーにガラス成形体を装着する装着工程と、装着工程で加工ホルダーに装着されたガラス成形体の他方の面を機械加工して所定の面形状に形成する機械加工工程と、を有する。
2010058740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス材料をプレス加工および機械加工して非球面レンズを形成する非球面レンズの製造方法であって、
前記ガラス材料をプレスして、非球面、該非球面の周縁の平坦面、並びに該平坦面に連続する側面とを同時に成形してガラス成形体を形成するプレス加工工程と、
前記プレス加工工程で形成された前記ガラス成形体の前記平坦面および前記側面に当接し、該ガラス成形体を保持し位置決めする加工ホルダーに前記ガラス成形体を装着する装着工程と、
前記装着工程で前記加工ホルダーに装着された前記ガラス成形体の他方の面を機械加工して所定の面形状に形成する機械加工工程と、
を有することを特徴とする非球面レンズの製造方法。
【請求項２】
前記プレス加工に用いられる成形金型は、上型および下型と、前記側面を成形する側面型と、を有することを特徴とする請求項１に記載の非球面レンズの製造方法。
【請求項３】
前記プレス加工工程では、前記下型の上に溶融ガラスを貯留した後、前記下型の上の溶融ガラスを前記上型および前記側面型でプレスすることを特徴とする請求項２に記載の非球面レンズの製造方法。
【請求項４】
前記プレス加工工程では、前記下型に供給される溶融ガラスの温度が前記下型の温度よりも高いことを特徴とする請求項３に記載の非球面レンズの製造方法。
【請求項５】
前記側面型は、前記上型または前記下型に固定されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の非球面レンズの製造方法。
【請求項６】
前記加工ホルダーは、前記ガラス成形体の前記平坦面に当接するガラス成形体保持部材Ａと、前記ガラス成形体の前記側面に当接するガラス成形体保持部材Ｂとを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の非球面レンズの製造方法。
【請求項７】
前記平坦面は前記非球面の光軸に垂直であり、前記側面は前記非球面の光軸に平行であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の非球面レンズの製造方法。
【請求項８】
前記機械加工工程は、切削加工、研削加工、研磨加工のうち少なくとも１つの加工方法を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の非球面レンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非球面レンズの製造方法に関し、特にプレス加工と機械加工とを用いた非球面レンズの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非球面レンズは、デジタルカメラ用レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、携帯電話用カメラレンズ、光通信用のカップリングレンズ、各種ミラー等として利用されるようになり、その用途は広範囲に及んでいる。かかる非球面レンズの製造方法としては、プレス加工、機械加工（切削加工、研削加工、研磨加工の総称）等が知られている。【０００３】
プレス加工は、加熱軟化したガラス材料を上型と下型とでプレス成形する加工法である。このプレス成形法は、レンズの一方の面を短時間で成形することができる反面、成形条件が非常に厳しく、両方の面を高精度に成形することは容易ではなかった。【０００４】
一方、機械加工は、高い精度で加工することができる反面、高価で高精度の特殊工作機を使用して長時間かけて研磨加工等を行わなければならないので、プレス加工以上の作業時間を要するという欠点があった。そこで、このような問題に対応する為、従来から用いられているプレス加工と高精度の機械加工とのそれぞれの長所を採用した非球面レンズの製造法が、特許文献１で提案されている。【０００５】
特許文献１に記載の方法では、最初に、ガラス材料をプレス加工して一方の面が凸で非球面、他方の面が平坦な略平凸状のガラス成形体をプレス成形する。次に、このガラス成形体を特殊な芯決めホルダーに嵌入し、然る後、ガラス成形体の平坦な他面を機械加工して凹面の球面にすることによりメニスカスレンズを製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２０６１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、最初にプレス成形されるガラス成形体の形状が、一方の面が凸面で非球面、他方の面が平坦な略平凸状のガラス成形体を前提とし、該ガラス成形体の他面を機械加工して凹面の球面にすることにより形成される、メニスカスレンズの製造方法にしか採用できないといった問題がある。【０００８】
また、ガラス成形体の平坦な他面を上型のレンズ押さえに重合し、ガラス成形体の非球面の周縁部に、レンズ光軸固定部を当接させて非球面の光軸を固定することにより、非球面の光軸と芯決めホルダーの中心部とを合致させる構成としている。この為、ガラス成形体の非球面と平坦な面との平行度等の相対位置関係が高い精度で保証されていなければ、球面の機械加工に際し、非球面と球面との光軸がずれて偏芯してしまうという問題がある。【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、生産性を損なうことなく、ガラス成形体の形状に係わらず、所望の形状の非球面レンズを高精度に製造することが可能な非球面レンズの製造方法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】
上記目的は、下記の１から８のいずれか１項に記載の発明によって達成される。【００１１】
１．ガラス材料をプレス加工および機械加工して非球面レンズを形成する非球面レンズの製造方法であって、
前記ガラス材料をプレスして、非球面、該非球面の周縁の平坦面、並びに該平坦面に連続する側面とを同時に成形してガラス成形体を形成するプレス加工工程と、
前記プレス加工工程で形成された前記ガラス成形体の前記平坦面および前記側面に当接し、該ガラス成形体を保持し位置決めする加工ホルダーに前記ガラス成形体を装着する装着工程と、
前記装着工程で前記加工ホルダーに装着された前記ガラス成形体の他方の面を機械加工して所定の面形状に形成する機械加工工程と、
を有することを特徴とする非球面レンズの製造方法。【００１２】
２．前記プレス加工に用いられる成形金型は、上型および下型と、前記側面を成形する側面型と、を有することを特徴とする前記１に記載の非球面レンズの製造方法。【００１３】
３．前記プレス加工工程では、前記下型の上に溶融ガラスを貯留した後、前記下型の上の溶融ガラスを前記上型および前記側面型でプレスすることを特徴とする前記２に記載の非球面レンズの製造方法。【００１４】
４．前記プレス加工工程では、前記下型に供給される溶融ガラスの温度が前記下型の温度よりも高いことを特徴とする前記３に記載の非球面レンズの製造方法。【００１５】
５．前記側面型は、前記上型または前記下型に固定されていることを特徴とする前記２から４のいずれか１項に記載の非球面レンズの製造方法。【００１６】
６．前記加工ホルダーは、前記ガラス成形体の前記平坦面に当接するガラス成形体保持部材Ａと、前記ガラス成形体の前記側面に当接するガラス成形体保持部材Ｂとを有することを特徴とする前記１から５のいずれか１項に記載の非球面レンズの製造方法。【００１７】
７．前記平坦面は前記非球面の光軸に垂直であり、前記側面は前記非球面の光軸に平行であることを特徴とする前記１から６のいずれか１項に記載の非球面レンズの製造方法。【００１８】
８．前記機械加工工程は、切削加工、研削加工、研磨加工のうち少なくとも１つの加工方法を含むことを特徴とする前記１から７のいずれか１項に記載の非球面レンズの製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ガラス材料をプレス加工する際に、非球面、該非球面の周縁の平坦面、並びに側面を同時に成形するようにしたので、非球面と平坦面および側面との相対位置関係は保証されることとなる。換言すれば、非球面の光軸と平坦面および側面との相対位置関係は保証される。そして、このように非球面の光軸と相対位置関係が保証された平坦面および側面を、加工ホルダーにそれぞれ当接させてガラス成形体を保持し位置決めするようにしたので、加工ホルダーの芯に対するガラス成形体の非球面の光軸の傾きおよび中心のずれが規制され、非球面の光軸が加工ホルダーの芯すなわち加工中心に合致することとなる。これにより、ガラス成形体の他方の面を機械加工し例えば球面に形成する際には、該球面の光軸を非球面の光軸に容易に一致させることができる。【００２０】
また、プレス加工工程で成形されたガラス成形体の平坦面および側面を保持する構成としたので、成形されるガラス成形体の他方の面形状は、従来のように平坦な面に限定されることなく、凸面や凹面であってもよい。また、同様に、非球面の形状も凸面や凹面であってもよい。これにより、ガラス成形体の形状に限定されることなく所望の形状の非球面レンズを製造することができる。【００２１】
これらの結果、生産性を損なうことなく、ガラス成形体の形状に係わらず、所望の形状の非球面レンズを高精度に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係わる成形金型の概略構成を示す断面模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係わるガラス成形体を示す断面模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係わる加工ホルダーの概略構成を示す断面模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係わる加工ホルダーにガラス成形体が装着された状態を示す断面模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係わる成形装置の一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下図面に基づいて、本発明に係る非球面レンズの製造方法の実施の形態を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００２４】
本発明の実施形態に係る非球面レンズの製造方法は、先ず、ガラス材料をプレスして、非球面、該非球面の周縁の平坦面、並びに該平坦面に連続する側面とを同時に成形してガラス成形体を形成する（プレス加工工程）。次に、プレス加工工程で成形されたガラス成形体の平坦面および側面にそれぞれ当接して、該ガラス成形体を保持する加工ホルダーにガラス成形体を装着する（装着工程）。然る後、プレス加工されたガラス成形体の他方の面を機械加工して所定の面に形成する（機械加工工程）ことにより非球面レンズを製造するものである。以下にその詳細を説明する。
（プレス加工工程）
最初に、プレス加工に用いられる成形金型の構成を図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係わる一例による成形金型３の概略構成を示す断面模式図である。
【００２５】
成形金型３は、図１に示すように、上型３１、下型３３、及び側面型３５等から構成される。
【００２６】
上型３１には、非球面形状の成形面３１ａ、及び成形面３１ａの周縁に平坦な面形状の成形面３１ｃが形成されている。成形面３１ｃは、成形面３１が成形する非球面の光軸に垂直な平坦面である。下型３３、及び側面型３５には、それぞれ凹面形状の成形面３３ａ、成形面３５ａが形成されている。側面型３５の成形面３５ａは、成形面３１が成形する非球面の光軸を中心とする円筒面である。また、側面型３５は、リング状の形状をなし上型３１に嵌め込まれ固定されている。尚、本実施形態においては、上型３１の成形面３１ａは凹面の非球面、下型３３の成形面３３ａは凹面に形成されているが、いずれの面形状もこれらに限定されることなく凸面であってもよい。また、本実施形態においては、上型３１に非球面、及び非球面の周縁に平坦面の成形面を形成し、下型３３に凹面の成形面を形成する構成としたが、逆に、下型３３に非球面、及び非球面の周縁に平坦面の成形面を形成し、上型３１に凹面の成形面を形成する構成とし、側面型３５を下型３３に嵌め込み固定する構成としてもよい。
【００２７】
上型３１、下型３３、及び側面型３５の材料は、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、カーボン等、ガラス製光学素子を加圧成形する為の成形金型として公知の材料の中から適宜選択して用いることができる。また、これらの材料の表面に各種金属やセラミックス、カーボン等の保護膜を形成したものを用いることもできる。上型３１、下型３３、及び側面型３５を同一の材質としてもよいし、それぞれ別の材質としてもよい。
【００２８】
プレス加工方法としては、溶融ガラスを成形金型で直接加圧成形するダイレクトプレス法やその他周知の方法を用いることができる。また、加圧手段は、特に限定されることなく、エアシリンダ、油圧シリンダ、サーボモータを用いた電動シリンダ等の公知の加圧手段を適宜選択して用いることができる。加圧手段で駆動するのは上型３１、下型３３の何れでもよいし、両方を駆動してもよい。
【００２９】
また、ガラス材料は、特に限定されることなく、光学的用途に用いられる周知のガラスを用途に応じて選択して用いることができる。例えば、リン酸系ガラス、ランタン系ガラス等が挙げられる。
【００３０】
ここで、ガラス成形体の成形方法の概要を図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施形態に係わるガラス成形体の製造装置である成形装置の一例を示す断面模式図である。
【００３１】
本実施形態においては、溶融ガラスの温度よりも低い所定温度に加熱された成形金型３の下型３３の受け面（成形面３３ａ）に、溶融槽７の下部に設けられたノズル７１より溶融ガラス１０を供給する。このとき、溶融槽７とノズル７１は図示しないヒーターによってそれぞれ所定の温度に加熱されている。溶融ガラス１０を貯留した下型３３は上型３１の下方まで移動し、下型３３と上型３２並びに側面型３５とで溶融ガラス１０を加圧成形して、それぞれの成形面が転写されたガラス成形体を得る。
【００３２】
ところで、このような成形方法においては、成形の過程で溶融ガラス１０が冷却される速度が溶融ガラス１０の上面と下面、或いは中心と端部で異なり、冷却による収縮量が不均一になる。特に、下型３３については、その受け面（成形面３３ａ）の中心に溶融ガラス１０が着地した後、溶融ガラス１０が供給されるにつれて徐々に受け面の周囲に広がっていくことになるので、溶融ガラス１０の下面側の収縮量は不均一になりやすい。この為、下面側は高精度に成形することは困難である。一方、溶融ガラス１０の上面側は下型３３からの冷却作用が低く、上型３１および側面型３５への接触も略同時に行われる。この為、溶融ガラス１０の上面側は温度が比較的安定し、上面側の光学面は高精度に成形することができる。そこで、本発明においては、プレス成形されたガラス成形体の下面側は、後工程で機械加工により高精度に仕上げるものである。
【００３３】
図２に、このような構成の成形装置６を用いて成形されたガラス成形体の一例を示す。図２は、ガラス成形体１の一例を示す断面模式図である。
【００３４】
図２に示すように、ガラス成形体１の一方の面には、上型３１による非球面の転写面１ａ、及び転写面１ａの周縁に平坦面の転写面１ｄ、また、他方の面には、下型３３による凸面の転写面１ｂ、さらに側面には、側面型３５による円筒面の転写面１ｅが形成されている。尚、側面の転写面１ｅは、ガラス成形体１の側面全体に形成されてもよいし、側面の一部のみに形成されてもよい。また、以下の説明において、転写面１ａ、転写面１ｄ、転写面１ｂ、及び転写面１ｅを、それぞれ非球面１ａ、周縁平坦面１ｄ、凸面１ｂ、及び側円筒面１ｅとも称す。
【００３５】
ここで、一方の面の非球面１ａ、及び周縁平坦面１ｄは上型３１により、また側円筒面１ｅは上型３１に固定された側面型３５より、同時に形成されている。したがって、非球面１ａと周縁平坦面１ｄおよび側円筒面１ｅとの相対位置関係は保証されることとなる。換言すれば、非球面１ａの光軸と周縁平坦面１ｄおよび側円筒面１ｅとの相対位置関係は保証される。
（装着工程）
最初に、プレス加工工程で成形されたガラス成形体１を保持する加工ホルダーの構成を図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態に係わる一例による加工ホルダー５の概略構成を示す断面模式図である。
【００３６】
加工ホルダー５の要部は、図３に示すように、チャック５１、ワークアダプターＡ５３、及びワークアダプターＢ５５等から構成される。
【００３７】
チャック５１は、チャック５１に装着されたワークアダプターＡ５３、及びワークアダプターＢ５５を介して、ガラス成形体１（ワーク）を高精度に把持する。チャック５１としては、例えばダイヤフラムチャック等の周知チャックを用いることができる。
【００３８】
ワークアダプターＡ５３は、本発明におけるガラス成形体保持部材Ａに該当し、その上面には、載置されたガラス成形体１の周縁平坦面１ｄに当接しガラス成形体１を保持する平坦な保持面Ａ５３ａが形成されている。非球面１ａの光軸と相対位置関係が保証された周縁平坦面１ｄに保持面Ａ５３ａが当接することにより、加工ホルダー５の芯に対する非球面１ａの光軸の傾きが規制される。
【００３９】
ワークアダプターＢ５５は、本発明におけるガラス成形体保持部材Ｂに該当し、その内面上部には、ガラス成形体１の円筒面１ｅに当接しガラス成形体１を保持する円筒状の保持面Ｂ５５ａが形成されている。非球面１ａの光軸と相対位置関係が保証された側円筒面１ｅに保持面Ｂ５５ａが当接することにより、加工ホルダー５の芯に対する非球面１ａの中心のずれが規制される。
【００４０】
図４は、加工ホルダー５にガラス成形体１が装着された状態を示す断面模式図である。前述のように、ガラス成形体１の非球面１ａの光軸と相対位置関係が保証された周縁平坦面１ｄおよび側円筒面１ｅを、加工ホルダーの保持面Ａ５３ａ、保持面Ｂ５５ａにそれぞれ当接させてガラス成形体１を保持するようにしたので、加工ホルダー５の芯に対するガラス成形体１の非球面１ａの光軸の傾きおよび中心のずれが規制され、図４に示すように、非球面１ａの光軸が加工ホルダー５の芯すなわち加工中心に合致することとなる。
（機械加工工程）
加工ホルダー５にガラス成形体１が装着された図４に示す状態で、ガラス成形体１の他方の面である凸面１ｂを機械加工し、例えば、破線で示すような凸面（機械加工面１ｃ）に形成して、非球面レンズ１Ａを得る。尚、本実施形態においては、機械加工面１ｃは凸面に形成されているが、凸面に限定されることなく凹面であってもよい。
【００４１】
機械加工方法としては、切削加工、研削加工、研磨加工等の周知の加工方法を用いることができる。
【００４２】
ここで、前述のように、ガラス成形体１の非球面１ａの光軸は、加工ホルダー５の芯すなわち加工中心に合致している。したがって、このような状態で、ガラス成形体１の凸面１ｂを機械加工することにより、凸面（機械加工面１ｃ）の光軸を非球面１ａの光軸に容易に一致させることができる。
【００４３】
このように本発明の実施形態に係わる非球面レンズ１Ａの製造方法においては、ガラス材料をプレス加工する際に、一方の面の非球面１ａおよび周縁平坦面１ｄと側面の側円筒面１ｅとを同時に成形するようにしたので、非球面１ａと周縁平坦面１ｄおよび側円筒面１ｅとの相対位置関係は保証されることとなる。換言すれば、非球面１ａの光軸と周縁平坦面１ｄおよび側円筒面１ｅとの相対位置関係は保証される。そして、このように非球面１ａの光軸と相対位置関係が保証された周縁平坦面１ｄおよび側円筒面１ｅを、加工ホルダー５の保持面Ａ５３ａ、保持面Ｂ５５ａにそれぞれ当接させてガラス成形体１を保持するようにしたので、加工ホルダー５の芯に対するガラス成形体１の非球面１ａの光軸の傾きおよび中心のずれが規制され、非球面１ａの光軸が加工ホルダー５の芯すなわち加工中心に合致することとなる。これにより、ガラス成形体１の他方の面を機械加工し例えば球面に形成する際には、該球面の光軸を非球面の光軸に容易に一致させることができる。
【００４４】
また、プレス加工工程で成形されたガラス成形体１の周縁平坦面１ｄおよび側円筒面１ｅを保持する構成としたので、成形されるガラス成形体１の他方の面形状は、従来のように平坦な面に限定されることなく、凸面や凹面であってもよい。また、同様に、非球面１ａの形状も凸面や凹面であってもよい。これにより、ガラス成形体の形状に限定されることなく所望の形状の非球面レンズを製造することができる。
【００４５】
これらの結果、生産性を損なうことなく、ガラス成形体の形状に係わらず、所望の形状の非球面レンズを高精度に製造することが可能となる。
【００４６】
尚、以上の説明では非球面レンズの一方の光学機能面が非球面である例を説明したが、両方の光学機能面が非球面である非球面レンズにも本発明は適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１  ガラス成形体
１Ａ  非球面レンズ
１ａ  転写面（非球面）
１ｂ  転写面（凸面）
１ｄ  転写面（周縁平坦面）
１ｅ  転写面（側円筒面）
１ｃ  機械加工面
３  成形金型
３１  上型
３１ａ、３１ｃ  成形面
３３  下型
３３ａ  成形面
３５  側面型
３５ａ  成形面
５  加工ホルダー
５１  チャック
５３  ワークアダプターＡ
５３ａ  保持面Ａ
５５  ワークアダプターＢ
５５ａ  保持面Ｂ
６  成形装置
７  溶融槽
７１  ノズル
１０  溶融ガラス
【図１】
2010058740.tif 000003
【図２】
2010058740.tif 000004
【図３】
2010058740.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010058740.tif 000007
【国際調査報告】
2010058740.tif 000008
2010058740.tif 000009
2010058740.tif 000010
2010058740.tif 000011