(57)【要約】【課題】軸心ズレや傾きを除いた光学素子を成形し、高精度な光学素子を得る。【解決手段】上型１，下型２にそれぞれ成形面１ａ，成形面２ａが形成され、光学素子形状に超精密加工されている。上型１の成形面１ａの外側に所定角度θでテーパ部１ｂが、成形面１ａと同時加工される。同様に、下型２の成形面２ａの外側にも所定角度θで凹のテーパ部２ｂが、成形面２ａと同時加工される。上型１の加圧板７に接触する圧面部分１ｃは、頂点が上型１の成形面１ａの中心を通る球形状であり、光学素子成形時の加重が１点に加わる。成形される光学素子の厚みは、テーパ部１ｂとテーパ部２ｂの当接で決定される。光軸のズレおよび傾きは、下型２に上型１を組み合わせ時にテーパ部２ｂに沿ってテーパ部１ｂを合わせることででき、上型１の圧面部分１ｃの球形状により、テーパ部２ｂにテーパ部１ｂが沿う形で加圧され、成形後の光学素子の光軸のズレおよび傾きをなくす。【選択図】図１
2006321168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型により加圧して光学素子を成形する光学素子成形金型において、
前記上型および前記下型の光学素子成形面の外側に、規制形状部を設けたことを特徴とする光学素子成形金型。
【請求項２】
前記上型および前記下型の規制形状部が、半円状あるいはテーパ状のいずれかの断面形状、または半円状およびテーパ状を組み合わせた断面形状であることを特徴とする請求項１記載の光学素子成形金型。
【請求項３】
前記上型を加圧する加圧手段と接触する前記上型の圧面部分を球形状として、前記球形状の中心が前記上型の光学素子成形面の光軸上にあることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子成形金型。
【請求項４】
前記上型および前記下型の規制形状部は、テーパ状の断面形状であり、前記テーパ状の断面と光学素子の加圧成形方向に垂直な面とのなす角度が５°以上７５°以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子成形金型。
【請求項５】
前記上型および前記下型の規制形状部が、エアー抜き用の溝部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子成形金型。
【請求項６】
前記上型および前記下型の材料が、タングステンカーバイト（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、またはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）、またはチタンナイトライド（ＴｉＮ），チタンカーバイド（ＴｉＣ），クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２），アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするサーメット、またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３），サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３），クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２），窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４），窒化硼素（ＢＮ）を主成分とするセラミックスのいずれかを用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子成形金型。
【請求項７】
前記上型および前記下型の規制形状部の規制形状を、前記上型と前記下型のそれぞれにおいて光学素子成形面と同時加工することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学素子成形金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機器に使用される光学素子を成形するための光学素子成形金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学機器に使用される光学素子は光学素子成形金型を用いて成形されており、各社で量産されている。光学機器の大容量化，高性能化，小型化に伴って、光学素子の各部精度は厳しくなってきており、それに追従するように光学素子成形金型の各部精度、および組み合わせ時の精度も厳しくなってきている。
【０００３】
光学素子として光軸のズレや傾きの少ない高精度な光学素子成形品を得るためには、成形金型における成形面同士の軸心のズレや傾きを抑えることが重要である。これを達成するための手段として、例えば特許文献１に記載されるように、成形金型の軸心のズレおよび軸心の傾きを、胴型によって規制する方法が開示されている。
【０００４】
図７には、特許文献１に示される、従来法により光学素子を成形する成形金型の断面図を示す。図７に示すように、胴型３は所定のセラミックス材料で形成されており、軸心に貫通穴３ａが設けられている。貫通穴３ａは、光学素子素材４を所望の光学素子形状に成形するキャビティの役割を果たすとともに、両端開口部より胴型３に嵌合する上型１および下型２を所定の位置関係に維持する。すなわち、下型２と上型１の軸心のズレおよび傾きを、所望の精度に収める機能を有している。
【０００５】
また、上型１の挿入深さは、胴型ホルダー５の上面に上型１のフランジ部６が当接してきまる。つまり、上型１のフランジ部６と胴型ホルダー５によって、成形後の光学素子素材４の肉厚が規制され制御される構成となっている。
【特許文献１】特公平６−４９５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の光学素子成形装置では、以下のような課題があった。図７に示すように、胴型３の貫通穴３ａ内を上型１が摺動する部分によって、成形する光学素子の軸ズレや傾きを規制する構成となっている。したがって、成形する光学素子の軸心ズレや傾きが所望の精度に収まっていない場合には、胴型３および上型１の調整あるいは作り直しが必要となる。
【０００７】
また、この場合、胴型３の貫通穴３ａと上型１および下型２を摺動させて組合すことになり、そのためのクリアランスが必要となる。これによって完成した成形品は、そのクリアランス分の軸心のズレや傾きを持つことになるという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、軸心ズレや傾きを取り除いた光学素子を成形し、高精度な光学素子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】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した光学素子成形金型は、上型と下型により加圧して光学素子を成形する光学素子成形金型において、上型および下型の光学素子成形面の外側に、規制形状部を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載した光学素子成形金型は、請求項１の光学素子成形金型において、上型および下型の規制形状部が、半円状あるいはテーパ状のいずれかの断面形状、または半円状およびテーパ状を組み合わせた断面形状であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３，４に記載した光学素子成形金型は、請求項１，２の光学素子成形金型において、上型を加圧する加圧手段と接触する上型の圧面部分を球形状として、球形状の中心が上型の光学素子成形面の光軸上にあること、上型および下型の規制形状部は、テーパ状の断面形状であり、テーパ状の断面と光学素子の加圧成形方向に垂直な面とのなす角度が５°以上７５°以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５〜７記載した光学素子成形金型は、請求項１〜４の光学素子成形金型において、上型および下型の規制形状部が、エアー抜き用の溝部を有すること、さらに、上型および下型の材料が、タングステンカーバイト（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、またはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）、またはチタンナイトライド（ＴｉＮ），チタンカーバイド（ＴｉＣ），クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２），アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするサーメット、またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３），サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３），クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２），窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４），窒化硼素（ＢＮ）を主成分とするセラミックスのいずれかを用いること、さらに、上型および下型の規制形状部の規制形状を、上型と下型のそれぞれにおいて光学素子成形面と同時加工することを特徴とする。
【００１３】
前記構成によれば、上型と下型の光学素子成形面の外側に規制形状を設けることによって、光学素子の上型と下型における成形時の軸心のズレと傾きとを制御することが可能となり、光学素子成形面と規制形状を同時加工することにより光学素子の肉厚の微調整も制御することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、成形時の光学素子の上型，下型の軸心のズレや傾きをなくすことができ、また光学素子の肉厚も微調整することが可能なので、光学素子を用いる機器の高性能化にも対応した高精度な光学素子を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態１における光学素子成形金型の概略構成を示す断面図である。ここで、前記従来例を示す図７において説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示し、以下の各図においても同様とする。
【００１７】
図１に示すように光学素子成形金型は、上型（第１金型）１，下型（第２金型）２、胴型３により構成されている。上型１，下型２は、例えばタングステンカーバイト（ＷＣ）を主成分とする超硬合金よりなり、それぞれ成形面１ａ，成形面２ａが形成され、所望の光学素子形状に超精密加工されている。また、上型１の成形面１ａの外側に規制形状部として、所定のテーパ角度θを持った断面形状がテーパ状である凸のテーパ部１ｂが、成形面１ａと同時加工されている。
【００１８】
同様に、下型２の成形面２ａの外側にも規制形状部として、上型１のテーパ部１ｂと同じテーパ角度θを持った断面形状がテーパ状である凹のテーパ部２ｂが、成形面２ａと同時加工にて形成されている。ここで、本実施の形態１において、テーパ部１ｂの面とテーパ部２ｂの面とのテーパ角度θは同じ角度としたが、必ずしもその限りではない。
【００１９】
図２に光学素子形状の超精密加工時における金型と砥石の配置および砥石の軌跡を示し、下型を加工する加工時の一例であって（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図を表す。下型２と加工工具の砥石１０を図２（ａ），（ｂ）のように被加工物である下型２の回転軸１１に対して、砥石１０の砥石回転軸１２を所定の角度傾けて配置し、下型２は回転軸１１を中心として回転させ、砥石１０は砥石回転軸１２を中心として高速回転させる。そして、砥石１０を下型２に対して、相対的に軌跡１０ａ上を移動させ、下型２の成形面２ａおよび下型２のテーパ部２ｂを同時加工する。この際、成形面２ａの面精度をより向上させるために、砥石１０を２本以上取り付け、成形面２ａとテーパ部２ｂを別々の砥石１０により加工してもよい。ただし、１回の取り付けで同時に加工することとする。
【００２０】
以上の構成により、光学素子の肉厚を制御する成形面２ａと、光学素子の軸心合わせに用いるテーパ部２ｂを同時に加工することで、光学素子の肉厚を制御し、軸心のズレと傾きを取り除くことができる。
【００２１】
図１に示すように、加圧手段９により上型１を加圧する加圧板７に接触する上型１の圧面部分１ｃには、頂点が上型１の中心線上、すなわち光学素子の成形面１ａの中心を通る所定の球形状（本実施の形態１においては、直径「１６ｍｍ」の平面に対して半径「１６ｍｍ」の球面）を設け、光学素子成形時の加重が１点に掛かるようになっている。さらに、成形時の上型１，下型２のガイドの役目として胴型３があり、上型１，下型２の外径より所定の公差を持った貫通穴３ａが形成されている。
【００２２】
以上の光学素子成形金型を用いて、成形された光学素子の厚みは、上型１のテーパ部１ｂと下型２のテーパ部２ｂとが当接することによって決定される。また光軸のズレおよび傾きは、下型２に上型１を組み合わせて行くときに、テーパ部２ｂに沿ってテーパ部１ｂを組み合わすことによってなくすことができる。また、上型１の圧面部分１ｃに設けた所定の球形状により、成形時に下型２のテーパ部２ｂに上型１のテーパ部１ｂが沿う形で、加圧されるようになっているため、より成形後の光学素子の光軸のズレおよび傾きをなくす構成になっている。
【００２３】
また、テーパ角度θの下限値は上型１，下型２の軸心合わせ機能が最小限得られる角度として、諸実験の結果、テーパ角度θは５°となっている。上限値は金型素材の強度と成形加重の関係より導くことができ、本実施の形態１では、金型素材が超硬合金で成形加重が約１００ｋｇなので、図３のような結果が得られ、テーパ角度θは７５°となる。よって、テーパ角度θは５°〜７５°の範囲であればよい。比較例として、テーパ角度θが８０°の金型を用いて成形すると金型は破壊し、テーパ角度θが３°の金型を用いて成形すると十分な軸心合わせ機能が得られず、所定の光学素子性能を満足することができなかった。
【００２４】
また、図４および図５には光学素子成形時のエアーを抜くための溝部の１例を示す図である。図４および図５は下型２の規制形状部のテーパ部２ｂに所定のエアー抜き用の溝２ｃを加工した（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図を示す。図４（ａ），（ｂ）では幅０．６ｍｍの溝を４本放射線状に設けて、成形時のエアーの排出を行った。また、図５（ａ），（ｂ）では光学素子の全方位からエアーが抜けるように円弧状の幅０．４ｍｍの溝２ｄより、幅０．６ｍｍの溝２ｃを４本、外周に向けて放射線状に設けて、成形時のエアーの排出を行っている。
【００２５】
なお、エアー抜き用の溝２ｃの形状は必ずしもこの限りではないことはいうまでもない。また、本実施の形態１においては下型２のみにエアー抜き用の溝２ｃを設けたが、上型のみ、もしくは両方に設けてもよい。しかしながら、光学素子の成形に置いて特に必要でないとき、例えば光学素子素材４の充填率が低いときはエアー抜き用の溝２ｃはなくてもよいものとする。
【００２６】
本実施の形態１の光学素子成形金型と、比較例として図７に示す従来の光学素子成形金型を使用してレンズを成形したところ、本実施の形態１の成形金型において得られたレンズの１面，２面の軸ズレは１μｍ以下と良好であったが、従来の光学素子成形金型により得られたレンズは上型１と下型２と胴型３とのクリアランスが原因で軸ズレが２〜４μｍあり、所定の光学性能を得ることができなかった。
【００２７】
図６は本発明の実施の形態２における光学素子成形金型の概略構成を示す断面図である。図６に示すように光学素子成形金型は、上型１，下型２，胴型３により構成されている。この上型１，下型２はシリコンカーバイド（ＳｉＣ）よりなり、それぞれ成形面１ａ，成形面２ａが形成され、所望の光学素子形状に超精密加工されている。また、上型１の成形面１ａの外側に規制形状部として、所定の半径を持った断面形状が半円状である凹の半円部１ｅが、成形面１ａと同時加工されている。同様に、下型２の成形面２ａの外側にも規制形状部として、所定の半径を持った断面形状が半円状である凸の半円部２ｅが、成形面２ａと同時加工にて形成されている。
【００２８】
成形時の上型１，下型２のガイドの役目として胴型３があり、上型１，下型２の外径より所定の公差を持った貫通穴３ａが形成されている。
【００２９】
以上の光学素子成形金型を用いて、成形された光学素子の厚みは、上型１の半円部１ｅと下型２の半円部２ｅとが当接することによって決定される。また、光軸のズレおよび傾きは、下型２に上型１を組み合わせて行くときに、下型２の半円部２ｅと上型１の半円部１ｅを組み合わすことによりなくすことができる。
【００３０】
ここで、本実施の形態２においても、前述の実施の形態１と同様に光学素子成形金型を使用してレンズを成形したところ、得られたレンズの１面，２面の軸ズレは１μｍ以下と良好であった。
【００３１】
また、実施の形態１，２における金型素材の例として、タングステンカーバイト（ＷＣ）を主成分とする超硬合金，シリコンカーバイド（ＳｉＣ）を使用したが、光学鏡面が得られ、光学素子素材の成形温度に耐えることのできる素材、例えばチタンナイトライド（ＴｉＮ），チタンカーバイド（ＴｉＣ），クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２），アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするサーメット、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３），クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２），窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４），窒化硼素（ＢＮ）を主成分とするセラミックス等の金型を使用しても同様の効果を得ることができた。
【００３２】
なお、実施の形態１，２において、軸心のズレや傾きを規制する形状として、所定の角度を持ったテーパ部または半円部の形状を用いたが、テーパ部と半円部の形状を組み合わせて構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る光学素子成形金型は、成形時の光学素子の上型，下型の軸心のズレや傾きをなくし、光学素子の肉厚も微調整でき、光学機器に使用される光学素子を成形するために有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１における光学素子成形金型の概略構成を示す断面図
【図２】本実施の形態１における光学素子形状の超精密加工時における金型と砥石の配置および砥石の軌跡を示し、下型を加工する加工時の一例の（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図
【図３】本実施の形態１における成形金型の成形加重と超硬素材の関係を示す図
【図４】本実施の形態１におけるエアー抜け用の溝の配置例を示す（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図
【図５】本実施の形態１におけるエアー抜け用の溝の他の配置例を示す（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図
【図６】本発明の実施の形態２における光学素子成形金型の概略構成を示す断面図
【図７】従来の光学素子を成形する成形金型の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００３５】
１  上型
１ａ，２ａ  成形面
１ｂ，２ｂ  テーパ部
１ｅ，２ｅ  半円部
２  下型
２ｃ，２ｄ  溝
３  胴型
３ａ  貫通穴
４  光学素子素材
５  胴型ホルダー
６  フランジ部
７  加圧板
８  ヒータ
９  加圧手段
１０  砥石
１０ａ  軌跡
１１  回転軸
１２  砥石回転軸
【図１】
2006321168.tif 000003
【図２】
2006321168.tif 000004
【図３】
2006321168.tif 000005
【図４】
2006321168.tif 000006
【図５】
2006321168.tif 000007
【図６】
2006321168.tif 000008
【図７】
2006321168.tif 000009