(57)【要約】【課題】簡単かつ安価に高品質の光学素子を成形することができる光学素子成形用プリフォームおよびこのようなプリフォームを用いた光学素子の成形方法を提供する。【解決手段】光学素子成形用プリフォームは、素子本体形成部１２と、その外周部に配置された環状のフランジ形成部１４と、フランジ形成部１４の外周部に配置されフランジ形成部１４の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差Ｓ１、Ｓ２を形成する環状のコバ形成部１６とを備え、加熱圧縮されて変形したときに、双方の段差を残しながらコバ形成部１６の外周部が胴型の内周面に当接する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型と胴型とで囲まれる空間内に配置されて加熱圧縮されることにより光学素子に成形されるプリフォームであって、
光学面を有する素子本体を形成するための素子本体形成部と、
前記素子本体形成部の外周部に配置された第１の厚さを有する環状のフランジ形成部と、
前記フランジ形成部の外周部に配置されると共に前記第１の厚さより小さい第２の厚さを有して前記フランジ形成部の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差を形成する環状のコバ形成部と
を備え、加熱圧縮されて変形したときに、双方の前記段差を残しながら前記コバ形成部の外周部が前記胴型の内周面に当接することを特徴とする光学素子成形用プリフォーム。
【請求項２】
前記素子本体成形部は前記光学素子の光学面に対応する表面および裏面を有し、その少なくとも一方が凸面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プリフォーム。
【請求項３】
前記素子本体成形部は前記光学素子の光学面に対応する表面および裏面を有し、その少なくとも一方が凹面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プリフォーム。
【請求項４】
前記素子本体成形部は前記光学素子の光学面に対応する表面および裏面を有し、その少なくとも一方が平面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プリフォーム。
【請求項５】
加熱圧縮されて変形したときに、前記コバ形成部の外周部が、前記胴型の内周面に当接する複数の当接部と、前記胴型の内周面に当接しない複数の非当接部とを形成する請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子成形用プリフォーム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子成形用プリフォームを上型と下型と胴型とで囲まれる空間内に配置し、
双方の前記段差を残しながら前記コバ形成部の外周部が前記胴型の内周面に当接するように前記光学素子成形用プリフォームを加熱圧縮して変形させる
ことを特徴とする光学素子成形方法。
【請求項７】
前記上型と前記下型との間にスペーサを配置することにより、加熱圧縮したときの前記光学素子成形用プリフォームの変形量を規制することを特徴とする請求項６に記載の光学素子成形方法。
【請求項８】
前記上型と前記下型の少なくとも一方は、前記空間に対して突出した凸状の成形面を有し、
前記空間内に配置された前記光学素子成形用プリフォームは、前記凸状の成形面に対向した凹部を有する請求項６または７に記載の光学素子成形方法。
【請求項９】
前記上型と前記下型の少なくとも一方は、前記空間に対して窪んだ凹状の成形面を有し、
前記空間内に配置された前記光学素子成形用プリフォームは、前記凹状の成形面に対向した凸部を有する請求項６または７に記載の光学素子成形方法。
【請求項１０】
前記上型と前記下型の少なくとも一方は、平面状の成形面を有し、
前記空間内に配置された前記光学素子成形用プリフォームは、前記平面状の成形面に対向した平面部分を有する請求項６または７に記載の光学素子成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮成形により光学素子を成形する光学素子成形法において、中間体となる光学素子成形用プリフォームおよびそのプリフォームを用いた光学素子の成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学機器などで使用するレンズ、プリズムなどの光学素子を製造する従来の方法が例えば特許文献１に開示されている。図１４に示されるように、プラスチックやガラスなどの光学素材からプリフォーム１を作った後、このプリフォーム１を光学素子に対応した金型２の内部で加熱圧縮成形を行うことで、例えば、図１５に示されるように、光学素子本体３と光学素子本体３を支持するフランジ部４とを有する光学素子５が製造される。
【０００３】
しかし、従来の方法では、プリフォーム１の分量の過不足あるいは金型２内への設置位置の偏りに起因し、加熱圧縮時にプリフォーム１が金型２のクリアランス、すなわち、金型２を構成する上型６、下型７および胴型８の互いの接合部分に流入してバリＢを発生したり、フランジ部４の一部４ａが胴型８にまで到達せずにコバ部を形成することができないおそれがあった。このような場合には、成形された光学素子をカメラ等の機器に正確に位置決めすることができなくなってしまう。
【０００４】
近年、特に、携帯電話等に内蔵されたデジタルカメラや医療機器に用いられるカメラ等、小型化したカメラのレンズに対する需要が高まっており、このように携帯電話や医療機器等に用いられるレンズは、超小型のレンズであり、高い光学精度が要求される。
【０００５】
このため、機器内に正確に位置決めすることができないような、品質の低下した光学素子は、光学精度に重大な欠陥をもたらす。
特に、超小型カメラ等に搭載されるレンズは、複数枚組み合わされて利用される場合が多く、バリがあるとレンズの位置決め基準面がずれ、レンズ同士の光軸を合わせるのが困難となる。
【０００６】
そこで、レンズがバリを備えて成形されるという問題点を解消する方法が、特許文献２および３に提案されている。特許文献２に開示された方法においては、プリフォームの温度および加圧圧力を調整することにより、プリフォームの変形速度を制御することでバリの発生を防止している。一方、特許文献３では、金型を構成する上型及び下型の線膨張係数と胴型の線膨張係数とを互いに異ならせる方法を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１７７７２５号
【特許文献２】特開平８−１２７０７７号
【特許文献３】特開２０００−３２６３５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、これら特許文献２及び３の方法では、成形条件および金型の構成が複雑になり、光学素子の成形に多大の手間と費用がかかるという問題があった。
【０００９】
上記従来技術の問題点を解決するべく、本発明は、簡単かつ安価に高品質の光学素子を成形することができる光学素子成形用プリフォームおよびこのようなプリフォームを用いた光学素子の成形方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光学素子成形用プリフォームは、上型と下型と胴型とで囲まれる空間内に配置されて加熱圧縮されることにより光学素子に成形されるプリフォームであって、光学面を有する素子本体を形成するための素子本体形成部と、前記素子本体形成部の外周部に配置された第１の厚さを有する環状のフランジ形成部と、前記フランジ形成部の外周部に配置されると共に前記第１の厚さより小さい第２の厚さを有して前記フランジ形成部の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差を形成する環状のコバ形成部とを備え、加熱圧縮されて変形したときに、双方の前記段差を残しながら前記コバ形成部の外周部が前記胴型の内周面に当接することを特徴とするものである。
【００１１】
なお、素子本体成形部は光学素子の光学面に対応する表面および裏面を有し、その少なくとも一方を凸面、凹面、平面のいずれかとすることができる。
【００１２】
また、本発明に係る光学素子成形用プリフォームは、加熱圧縮されて変形したときに、コバ形成部の外周部が、胴型の内周面に当接する複数の当接部と、胴型の内周面に当接しない複数の非当接部とを形成することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る光学素子成形方法は、上記の光学素子成形用プリフォームを上型と下型と胴型とで囲まれる空間内に配置し、双方の前記段差を残しながら前記コバ形成部の外周部が前記胴型の内周面に当接するように前記光学素子成形用プリフォームを加熱圧縮して変形させる方法である。
【００１４】
上型と下型との間にスペーサを配置することにより、加熱圧縮したときの光学素子成形用プリフォームの変形量を規制することができる。
【００１５】
上型と下型の少なくとも一方が、前記空間に対して突出した凸状の成形面を有する場合には、前記空間内に配置された光学素子成形用プリフォームは、凸状の成形面に対向した凹部を有することが好ましい。
【００１６】
また、上型と下型の少なくとも一方が、前記空間に対して窪んだ凹状の成形面を有する場合には、前記空間内に配置された光学素子成形用プリフォームは、凹状の成形面に対向した凸部を有することが好ましい。
【００１７】
さらに、上型と下型の少なくとも一方が、平面状の成形面を有する場合には、前記空間内に配置された光学素子成形用プリフォームは、平面状の成形面に対向した平面部分を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、成形条件および金型の構成を複雑化することなく、簡単かつ安価に高品質の光学素子を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光学素子成形用プリフォームを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光学素子成形方法で用いられるプリフォーム圧縮成形機の全体図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るプリフォームの圧縮成形前の側面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るプリフォームの圧縮成形完了時の側面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るプリフォームを、図３および図４に示すとおり圧縮成形して作られた光学素子の全体図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るプリフォームが、その中心を上型および下型の成形面の中心からずれて配置された場合における圧縮成形前の側面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るプリフォームが、その中心を上型および下型の成形面の中心からずれて配置された場合の圧縮成形完了時の側面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るプリフォームを、図６および図７に示すとおり圧縮成形して作られた光学素子の全体図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るプリフォームの変形例であって、上型の成形面が凸であり、プリフォームの成形面に対応する面が凹である場合の側面断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るプリフォームの他の変形例であって、上型の成形面が凹であり、プリフォームの成形面に対応する面が凸である場合の側面断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係るプリフォームの更に他の変形例であって、上型の成形面が平面であり、プリフォームの成形面に対応する面が平面である場合の側面断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る光学素子成形用プリフォームの変形例であって、圧縮方向から見たフランジ形成部およびコバ形成部が三角形状であるプリフォームを示す平面図である。
【図１３】図１２に示した光学素子成形用プリフォームの圧縮成形完了時の様子を示す平面図である。
【図１４】従来の光学素子成形用プリフォームをプリフォーム圧縮成形機に配置した際の側面断面図である。
【図１５】従来のプリフォームの圧縮成形完了時の拡大側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に、本発明の一実施の形態に係る光学素子成形用プリフォーム１０を示す。このプリフォーム１０は、光学面を有する素子本体を形成するための、その表面および裏面が略球面状の素子本体形成部１２と、素子本体形成部１２の外周部に配置された第１の厚さＴ１の環状のフランジ形成部１４と、フランジ形成部１４の外周部に配置された第２の厚さＴ２の環状のコバ形成部１６とを備えている。
コバ形成部１６の第２の厚さＴ２は、フランジ形成部１４の第１の厚さＴ１よりも薄く、コバ形成部１６は、フランジ形成部１４の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差Ｓ１およびＳ２を形成している。
【００２１】
光学素子成形用プリフォーム１０の素材は特に限定されず、熱可塑性のプラスチック材、ガラス等、成形しようとする光学素子に対応した各種の光学材料を使用することができる。
【００２２】
次に、プリフォーム１０を光学素子に成形する方法について説明する。
【００２３】
プリフォーム１０の成形には、図２に示されるようなプリフォーム圧縮成形機３０が用いられる。成形機３０は、位置固定された下型３４と、下型３４に対して上下方向に移動自在に配置された上型３２とを備えている。下型３４および上型３２の外周部には、これら下型３４および上型３２を囲むように円筒形状の胴型３６が配置され、さらに胴型３６の外周部には上型３２の移動量を規制するための円筒形状のスペーサ３８が配置されている。
【００２４】
まず最初に、上型３２および下型３４の成形面ならびに胴型３６の内周面によって形成される空間であるキャビティ４０内に、図１に示したプリフォーム１０が配置される。
プリフォーム１０は、素子本体形成部１２の表面および裏面が上型３２および下型３４の成形面の略中心に対向するように配置され、成形機３０に内蔵された図示しないヒータにより加熱される。
【００２５】
プリフォーム１０が変形可能なほど十分に加熱されたところで、図３に示されるように、上型３２を下型３４に向けて下降し、上型３２と下型３４の成形面に従ったプリフォーム１０の圧縮成形が行われる。
【００２６】
予め、成形しようとする光学素子の形状および厚さに対応してスペーサ３８のサイズが決められており、上型３２がスペーサ３８に当接するまで下降することにより、プリフォーム１０の圧縮による変形が完了し、光学素子の形状が形成される。
【００２７】
図４に示すように、プリフォーム１０の圧縮変形が完了した後、変形されたプリフォーム１０を冷却することで光学素子が製造される。光学素子は、上型３２を上昇させて型を開いた状態で、取り出すことができる。
【００２８】
このようにして製造された光学素子２０を図５に示す。光学素子２０は、素子本体２２を有しており、素子本体２２を支持するための環状のフランジ２４が素子本体２２の外周部に配置されている。さらに、フランジ２４の外周部には環状のコバ部２６が形成されている。光学素子２０をカメラ等の光学機器に設置する際には、フランジ２４によって素子本体２２の支持が行われ、コバ部２６の外側面によって素子本体２２の位置決めが行われる。
【００２９】
コバ部２６の厚さＴ１２は、フランジ２４の厚さＴ１１よりも薄く、コバ部２６は、フランジ２４の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差Ｓ１１およびＳ１２を形成している。
【００３０】
次に、図３において、上型３２および下型３４の成形面ならびに胴型３６に着目し、圧縮成形の様子を詳細に述べる。
プリフォーム圧縮成形機３０はそれぞれ異なる複数の型部材を組み合わせて構成されるため、隣接する型部材と型部材との間、特に、上型３２および下型３４と胴型３６との間には、クリアランス６０と呼ばれる間隙の形成を余儀なくされている。
【００３１】
プリフォーム１０が十分に加熱され、変形が可能となった後、上型３２が下型３４に向かって移動する。
【００３２】
ここで、上型３２が移動するにつれ、上型３２および下型３４の成形面によって、プリフォーム１０の素子本体形成部１２が圧縮される。この圧縮により、前記成形面に沿ってプリフォーム１０が変形し、素子本体形成部１２に光学面が成形され始める。
【００３３】
さらに、プリフォーム１０のフランジ形成部１４が上型３２および下型３４の成形面によって圧縮される。この圧縮で、フランジ形成部１４は、薄くなりながら上型３２および下型３４の成形面に沿って変形し、胴型３６に向かって放射状に広がることとなる。
【００３４】
また、プリフォーム１０のコバ形成部１６は、フランジ形成部１４の広がりに応じて、その厚さを略変えずに胴型３６方向に接近するが、フランジ形成部１４の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差Ｓ１およびＳ２が形成されているため、上型３２および下型３４の成形面に当接することなく胴型３６に当接してコバ部２６を形成する。
換言すれば、プリフォーム１０のフランジ形成部１４は、その表面側および裏面側の双方の周縁部に形成された環状の段差Ｓ１およびＳ２を残したまま胴型３６方向に広がり、フランジ部２４として成形される。
【００３５】
このように、プリフォーム１０のコバ形成部１６は、上型３２および下型３４の成形面に当接することなく、外側面が胴型３６に当接してコバ部２６を形成し、フランジ形成部１４は、胴型３６に当接することなくフランジ部２４を形成するため、プリフォーム１０の素材が、上型３２および下型３４と胴型３６との間のクリアランス６０に入ることは無く、バリのない光学素子２０を製造することが可能となる。
【００３６】
また、本発明のプリフォーム１０は、上型３２および下型３４ならびに胴型３６によって形成される空間であるキャビティ４０内に配置される際に、その配置位置が、上型３２および下型３４の成形面の略中心から若干ずれたとしても、光学面を備える素子本体２２および光学面を位置決めするコバ部２６を正確に形成することができる。
【００３７】
図６に示すとおり、プリフォーム１０の中心が、上型３２および下型３４の成形面の中心からΔＸだけ右方向へずれて配置されたとする。
【００３８】
ずれの無い場合と同様に、プリフォーム１０が、成形機３０に内蔵された図示しないヒータにより加熱され、変形が可能となった段階で、上型３２および下型３４によって圧縮成形される。
上述した実施の形態と同様にして図７に示されるように、素子本体形成部１２は、上型３２および下型３４の成形面に当接して変形し、図８に示されるように、光学面を有する素子本体２２を形成する。
【００３９】
また、プリフォーム１０が若干右にずれて配置されていたため、図８に記載のとおり、フランジ２４は若干右方に偏って形成される。
フランジ２４は、素子本体２２を支持して光軸方向に位置決めできれば十分であるため、若干の偏りがあっても問題とならない。
また、プリフォーム１０の中心がずれて配置された場合も、コバ形成部１６が圧縮成形時に胴型３６の内周面に当接してコバ部２６を形成し、コバ部２６の外周面によって素子本体２２の位置決めが行われ、フランジ２４の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差Ｓ１１およびＳ１２を形成するため、成形後の光学素子２０の位置決め基準面がずれることはなく、光学精度が影響を受けることはない。
【００４０】
なお、上記の実施の形態で示したプリフォーム１０は、素子本体形成部１２の表面および裏面が両方とも平面であるが、もちろん、これに限定されるものではない。
【００４１】
図９に示すとおり、上型３２と下型３４との少なくとも一方が、キャビティ４０に対して突出した凸状の成形面４２を有する場合、キャビティ４０内に配置されるプリフォーム１０は、凸状の成形面４２に対して曲率半径が大きい凹部４４を有することが好ましい。その場合、圧縮成形時の変形量が小さくなり、歪みを小さくすることができる。また、圧縮成形時に成形面４２と凹部４４との間で起きるエアートラップがより回避しやすくなる。
【００４２】
同様に、図１０に示すとおり、上型３２と下型３４との少なくとも一方が、キャビティ４０に対して窪んだ凹状の成形面４６を有する場合、キャビティ４０内に配置されるプリフォーム１０は、凹状の成形面４６に対して曲率半径が小さい凸部４８を有することが好ましい。その場合、圧縮成形時の変形量が小さくなり、歪みを小さくすることができる。また、圧縮成形時に成形面４６と凸部４８との間で起きるエアートラップがより回避しやすくなる。
【００４３】
また、図１１に示すとおり、上型３２と下型３４との少なくとも一方が、平面状の成形面５０を有する場合、キャビティ４０内に配置されるプリフォーム１０は、平面状の成形面５０に対して幅が狭く高い平面部分５２を有することが好ましい。その場合、圧縮成形時の変形量が小さくなり、歪みを小さくすることができる。また、圧縮成形時に成形面５０と平面部分５２との間で起きるエアートラップがより回避しやすくなる。
【００４４】
図９〜１１については、成形機３０の上型の成形面のみを記載し、プリフォーム１０についても素子本体形成部１２の上表面のみを具体的に示している。
【００４５】
金型の成形面に応じた形状を有する光学素子成形用プリフォーム１０を使用することで、成形時におけるプリフォーム１０の変形量を少なくし、バリや著しい偏りがさらに生じにくい光学素子２０を形成することができる。
【００４６】
また、図１に示したプリフォーム１０は、フランジ形成部１４およびコバ形成部１６が円形の平面形状を有していたが、これに限るものではない。
例えば、図１２に示されるように、フランジ形成部１４およびコバ形成部１６の平面形状を三角形状とし、圧縮成形機の金型内で圧縮変形を完了したときに、図１３に示されるように、段差を残したままコバ形成部１６が、三角形の頂点部分においてそれぞれ胴型３６の内周面に当接する３つの当接部１７と、胴型３６の内周面に当接しない３つの非当接部１８とを形成するように構成することもできる。
【００４７】
このようなプリフォーム１０を用いて成形された光学素子は、当接部１７に対応して３つのコバ部を備え、これら３つのコバ部により素子本体の位置決めが行われる。圧縮変形完了時に、プリフォーム１０の非当接部１８と胴型３６の内周面との間には樹脂が存在しない空隙部が形成されるため、プリフォーム１０の分量のばらつきが大きい場合であっても、バリのない高品質の光学素子を製造することが可能となる。
【００４８】
なお、フランジ形成部１４およびコバ形成部１６の形状は、三角形に限られず、四角形、ひし形、五角形以上の多角形、楕円形、または円の互いに反対方向を向いた一対の円弧部分を切り欠いた形状等、各種の形状とすることができる。
【００４９】
また、図１に示したプリフォーム１０では、素子本体形成部１２が円柱形状を有していたが、これに限るものではなく、製造しようとする光学素子に対応して各種の形状とすることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  光学素子成形用プリフォーム
１２  素子本体形成部
１４  フランジ形成部
１６  コバ形成部
１７  当接部
１８  非当接部
２０  光学素子
２２  素子本体
２４  フランジ
２６  コバ部
３０  プリフォーム圧縮成形機
３２  上型
３４  下型
３６  胴型
３８  スペーサ
４０  キャビティ
４２  凸状の成形面
４４  凹部
４６  凹状の成形面
４８  凸部
５０  平面状の成形面
５２  平面部分
６０  クリアランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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