(57)【要約】      （修正有）【課題】型を開いた際に、レンズ部材を上型から確実に分離でき、かつ、必要なガラス材料の量を低減できるレンズの成形方法及び成形装置の提供。【解決手段】上方に凹状又は平面である第１レンズ成型面１１１と、第１レンズ成型面１１１の径方向外側に位置し平面である第１外周面１１２と、第１外周面１１２の径方向外側に位置し、環状であり、上方に凹状である環状溝１１３と、を含む上型１１、及び、下方に凹状である第２レンズ成型面１２１と、第２レンズ成型面１２１の径方向外側に位置し、平面である第２外周面１２２と、を含む下型１２、とし、成型工程において、第１レンズ成型面１１１と第２レンズ成型面１２１との間から第１外周面１１２と第２外周面１２２との間にはみ出したガラス材料の外周端９２が、平面視において環状溝１１３及び第２外周面１２２と重なり、かつ、はみ出したガラス材料が第１外周面１１２の全体と接する様にするレンズ成形方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向を向く中心軸に沿って配置された上型および下型と、前記上型と前記下型との間の距離を変更する間隔変更機構と、を備えるレンズ成型装置におけるレンズ成型方法であって、
前記上型は、
上方に向かって凹となる、または、平面である第１レンズ成型面と、
前記第１レンズ成型面の径方向外側に位置し、前記中心軸に垂直な平面である第１外周面と、
前記第１外周面の径方向外側に位置し、前記中心軸を中心とする環状であり、上方に向かって凹となる環状溝と、
を含み、
前記下型は、
下方に向かって凹となり、曲率半径が前記第１レンズ成型面の曲率半径以下の第２レンズ成型面と、
前記第２レンズ成型面の径方向外側に位置し、前記中心軸に垂直な平面である第２外周面と、
を含み、
前記レンズ成型方法は、
ａ）前記下型の前記第２レンズ成型面上にガラス材料を配置する工程と、
ｂ）前記ａ）工程の前または後に前記ガラス材料を加熱する工程と、
ｃ）前記上型と前記下型とを相対的に近づけ、前記ガラス材料を前記上型と前記下型との間で変形させてレンズ部材を成型する工程と、
ｄ）前記上型と前記下型とを相対的に離間する工程と、
を備え、
前記ｃ）工程において、前記第１レンズ成型面と前記第２レンズ成型面との間から前記第１外周面と前記第２外周面との間にはみ出したガラス材料の外周端が、平面視において前記環状溝および前記第２外周面と重なり、かつ、前記はみ出したガラス材料が前記第１外周面の全体と接する、レンズ成型方法。
【請求項２】
前記中心軸を含む面における前記環状溝の断面が、前記中心軸に平行な線に関して対称である円弧または楕円弧である、請求項１に記載のレンズ成型方法。
【請求項３】
前記環状溝の径方向の幅は、前記ｃ）工程における前記第１外周面と前記第２外周面との間の距離の１／２よりも大きい、請求項１または２に記載のレンズ成型方法。
【請求項４】
前記上型は、前記第１レンズ成型面、前記第１外周面および前記環状溝の複数の第１組合せを含み、
前記下型は、前記第２レンズ成型面および前記第２外周面の複数の第２組合せを含み、前記複数の第１組合せと前記複数の第２組合せとは、それぞれ適合する、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のレンズ成型方法。
【請求項５】
上下方向を向く中心軸に沿って配置された上型および下型と、
前記上型と前記下型との間の距離を変更する間隔変更機構と、
を備え、
前記上型は、
上方に向かって凹となる、または、平面である第１レンズ成型面と、
前記第１レンズ成型面の径方向外側に位置し、前記中心軸に垂直な平面である第１外周面と、
前記第１外周面の径方向外側に位置し、前記中心軸を中心とする環状であり、上方に向かって凹となる環状溝と、
を含み、
前記下型は、
下方に向かって凹となり、曲率半径が前記第１レンズ成型面の曲率半径以下の第２レンズ成型面と、
前記第２レンズ成型面の径方向外側に位置し、前記中心軸に垂直な平面である第２外周面と、
を含み、
前記間隔変更機構により前記上型と前記下型とを相対的に近づけて、加熱された前記ガラス材料を前記上型と前記下型との間で変形させてレンズ部材を成型する際の前記第１外周面と前記第２外周面との間の距離は、前記第１レンズ成型面と前記第２レンズ成型面との間から前記第１外周面と前記第２外周面との間にはみ出したガラス材料の外周端が、平面視において前記環状溝および前記第２外周面と重なり、かつ、前記はみ出したガラス材料が前記第１外周面の全体と接する状態となる距離として設定されている、レンズ成型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスレンズを成型する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス製のレンズを成型する方法の一つとして、上型と下型との間に光学ガラス材料の玉を配置し、加熱した後、上型と下型とを閉じて成型する方法がある。この手法の場合、金型を分離した後にレンズが上型に付着した状態になると、レンズの取り出し作業が煩雑になる。離型時にレンズが下型に付着した状態になるか、下型に付着した状態になるかが不明であると、レンズの製造を自動化することができない。
【０００３】
そこで、例えば、特開２００７−１５３６７７号公報に開示される装置では、上型に空気溜り部が設けられる。型を開いた後に上型の周囲を減圧することにより、空気溜り部内の空気の圧を利用して光学ガラス素子が上型から確実に分離される。
【特許文献１】特開２００７−１５３６７７号公報
【０００４】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上型のレンズの成型に利用される領域外に空気溜り部を設ける場合、成形時に上型と下型との間にてガラス材料を空気溜り部よりも径方向外方に広げる必要がある。そのため、材料の無駄になる量が多くなる。なお、型には超硬材料が使用されるため、特開２００７−１５３６７７号公報に開示される空気溜り部のように、折れ線状の断面形状の溝を設けると、加工コストが増大する。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、型を開いた際に、レンズ部材を上型から確実に分離することを実現しつつ、成型に必要なガラス材料の量を低減することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の実施形態に係る例示的なレンズ成型方法は、上下方向を向く中心軸に沿って配置された上型および下型と、前記上型と前記下型との間の距離を変更する間隔変更機構と、を備えるレンズ成型装置に採用される。前記上型は、上方に向かって凹となる、または、平面である第１レンズ成型面と、前記第１レンズ成型面の径方向外側に位置し、前記中心軸に垂直な平面である第１外周面と、前記第１外周面の径方向外側に位置し、前記中心軸を中心とする環状であり、上方に向かって凹となる環状溝と、を含む。前記下型は、下方に向かって凹となり、曲率半径が前記第１レンズ成型面の曲率半径以下の第２レンズ成型面と、前記第２レンズ成型面の径方向外側に位置し、前記中心軸に垂直な平面である第２外周面と、を含む。
【０００８】
前記レンズ成型方法は、ａ）前記下型の前記第２レンズ成型面上にガラス材料を配置する工程と、ｂ）前記ａ）工程の前または後に前記ガラス材料を加熱する工程と、ｃ）前記上型と前記下型とを相対的に近づけ、前記ガラス材料を前記上型と前記下型との間で変形させてレンズ部材を成型する工程と、ｄ）前記上型と前記下型とを相対的に離間する工程と、を備える。
【０００９】
前記ｃ）工程において、前記第１レンズ成型面と前記第２レンズ成型面との間から前記第１外周面と前記第２外周面との間にはみ出したガラス材料の外周端は、平面視において前記環状溝および前記第２外周面と重なり、かつ、前記はみ出したガラス材料が前記第１外周面の全体と接する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、型を開いた際に、レンズ部材を上型から確実に分離することを実現しつつ、成型に必要なガラス材料の量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係るレンズ成型装置を示す縦断面図である。
【図２】図２は、レンズ成型の流れを示す図である。
【図３】図３は、レンズ部材が成型される状態を示す図である。
【図４】図４は、上型と下型とが最も近づけられた状態を拡大して示す図である。
【図５】図５は、上型の底面図である。
【図６】図６は、レンズ成型装置の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係るレンズ成型装置１を示す縦断面図である。図１では、成型されるレンズ部材の中心軸に一致する中心軸に符号Ｊ１を付している。中心軸Ｊ１は、上下方向を向く。レンズ成型装置１は、上型１１と、下型１２と、ガイド１３と、間隔変更機構１４と、チャンバ１５と、基台１６と、減圧部１７と、ガス供給部１８と、を含む。上型１１および下型１２は、中心軸Ｊ１に沿って配置され、上型１１は、下型１２の重力方向上方に位置する。上型１１は、下面に、上方に向かって凹となる第１レンズ成型面１１１を含む。第１レンズ成型面１１１は、平面でもよい。下型１２は、上面に、下方に向かって凹となる第２レンズ成型面１２１を含む。第２レンズ成型面１２１の曲率半径は、第１レンズ成型面１１１の曲率半径以下である。
【００１３】
間隔変更機構１４は、上型１１と下型１２との間の距離を変更する。図１では、間隔変更機構１４は、上型１１の上部に接続された軸１４１を昇降することにより、上型１１を上下に移動させる。間隔変更機構１４は、下型１２を上下に移動してもよく、上型１１および下型１２を上下に移動してもよい。ガイド１３は、上型１１の移動を案内する。上型１１および下型１２は、チャンバ１５内に配置される。軸１４１とチャンバ１５との間にはシール１５１が設けられる。チャンバ１５は図示省略の扉を有する。扉が閉じられると、チャンバ１５は密閉される。
【００１４】
減圧部１７は、チャンバ１５が密閉された状態でチャンバ１５内を減圧する。ガス供給部１８は、上型１１と下型１２との間に窒素ガスを供給する。
【００１５】
図２は、レンズ成型装置１によるレンズ成型の流れを示す図である。まず、図１に二点鎖線にて示すように、チャンバ１５の扉を介して下型１２の第２レンズ成型面１２１上にガラス材料９０が配置される（ステップＳ１１）。扉は閉じられ、チャンバ１５内が減圧される（ステップＳ１２）。
【００１６】
間隔変更機構１４により、ガラス材料９０に接触しない範囲で上型１１がガラス材料９０に近づけられ（ステップＳ１３）、ガス供給部１８により、上型１１と下型１２との間の空間に窒素がパージされる（ステップＳ１４）。ステップＳ１４と並行して、上型１１および下型１２の少なくとも一方に設けられたヒータにより、上型１１および下型１２が加熱され、これにより、ガラス材料９０は加熱される（ステップＳ１５）。なお、ガラス材料９０は、下型１２上に配置される前に加熱されてもよいし、下型１２上に配置された直後から加熱されてもよい。
【００１７】
間隔変更機構１４は、上型１１と下型１２とを相対的にさらに近づけ、図３に示すように、ガラス材料９０を上型１１と下型１２との間で変形させる。これにより、レンズ部材９１が成型される（ステップＳ１６）。なお、窒素ガスは図示両略の流路を経由して外部へと導かれる。その後、間隔変更機構１４により、上型１１と下型１２とが相対的に離間する（ステップＳ１７）。詳細な原理については後述するが、ステップＳ１７において上型１１とレンズ部材９１とが分離し、レンズ部材９１は下型１２上に位置する。
【００１８】
チャンバ１５内の減圧は解除されて扉が開き、吸着アームを有する搬送機構により、レンズ部材９１はチャンバ１５外へと搬出される（ステップＳ１８）。
【００１９】
図４は、ステップＳ１６において上型１１と下型１２とが最も近づけられた状態を拡大して示す図である。図５は上型１１の底面図である。上型１１の第１レンズ成型面１１１は、レンズ部材９１のレンズとして機能する一方の面を形成する。下型１２の第２レンズ成型面１２１は、レンズ部材９１のレンズとして機能する他方の面を形成する。
【００２０】
第１レンズ成型面１１１の中心軸Ｊ１を中心とする径方向外側には、中心軸Ｊ１に垂直な平面である第１外周面１１２が位置する。以下、中心軸Ｊ１を中心とする径方向を、単に「径方向」という。第１外周面１１２は中心軸Ｊ１を中心とする環状である。第１外周面１１２の径方向外側には、中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、上方に向かって凹となる環状溝１１３が位置する。環状溝１１３の縦断面は円弧状である。図４に示す例では、環状溝１１３の縦断面は半円弧状である。環状溝１１３の径方向外側は、第１外周面１１２と高さ方向の位置が同じである最外周面１１４が位置する。
【００２１】
第２レンズ成型面１２１の径方向外側には、中心軸Ｊ１に垂直な平面である第２外周面１２２が位置する。第１レンズ成型面１１１の外周と第２レンズ成型面１２１の外周とは、好ましくは平面視において一致するが、これらの大きさは異なってもよい。平面視した場合、第２外周面１２２は、第１外周面１１２の外周よりも径方向外側まで存在する。
【００２２】
なお、第１レンズ成型面１１１が平面である場合、上型１１の下面のうち、平面視にて第２レンズ成型面１２１に重なる領域を第１レンズ成型面１１１と捉え、その径方向外側かつ環状溝１１３の内側の領域を第１外周面１１２として捉える。第１レンズ成型面１１１が凹面の場合、レンズ成型装置１により両凸レンズが成型される。第１レンズ成型面１１１が平面の場合、レンズ成型装置１により平凸レンズが成型される。
【００２３】
図４に示すように、レンズ部材９１が成型される際には、第１レンズ成型面１１１と第２レンズ成型面１２１との間から第１外周面１１２と第２外周面１２２との間にはみ出したガラス材料の外周端９２は、平面視において環状溝１１３および第２外周面１２２と重なる。また、はみ出したガラス材料は第１外周面１１２の全体と接する。
【００２４】
換言すれば、間隔変更機構１４により上型１１と下型１２とを相対的に近づけて、加熱されたガラス材料９０を上型１１と下型１２との間で変形させてレンズ部材９１を成型する際の第１外周面１１２と第２外周面１２２との間の距離は、第１レンズ成型面１１１と第２レンズ成型面１２１との間から第１外周面１１２と第２外周面１２２との間にはみ出したガラス材料の外周端９２が、平面視において環状溝１１３および第２外周面１２２と重なり、かつ、はみ出したガラス材料が第１外周面１１２の全体と接する状態となる距離に設定される。
【００２５】
これにより、ガラス材料は十分に環状溝１１３の下方へと進出するが、最外周面１１４には至らない。レンズ部材９１と第１外周面１１２との接触面積、すなわち、第１外周面１１２の面積は、レンズ部材９１と第２外周面１２２との接触面積以下である。
【００２６】
加えて、第２レンズ成型面１２１の曲率半径は、第１レンズ成型面１１１の曲率半径以下であるため、第１レンズ成型面１１１とレンズ部材９１との間の付着力は、第２レンズ成型面１２１とレンズ部材９１との間の付着力以下となる。さらに、重力は、第１レンズ成型面１１１とレンズ部材９１とを分離する方向に作用する。その結果、上型１１と下型１２とを離間した際に、レンズ部材９１は確実に第１レンズ成型面１１１から分離し、第２レンズ成型面１２１上に位置する。
【００２７】
レンズ部材９１の外周部は、後工程で一部を残して削り取られる。そのため、第１外周面１１２の径方向の幅はある程度の大きさが要求される。しかし、両型からはみ出したガラス材料の外周端９２が、環状溝１１３の径方向外側まで到達すると、後工程で除去する量が多くなる。これに対し、図４では、ガラス材料の外周端９２は、第１外周面１１２から径方向外側に僅かにはみ出すだけであり、後工程でレンズ部材９１の外周部から除去するガラス材料の量を削減することができる。本実施形態の場合、第１外周面１１２よりも径方向外側に存在するガラス材料が削り取られるが、第１外周面１１２と重なる部位までガラス材料が削り取られてもよい。
【００２８】
以上のように、レンズ成型装置１では、型を開いた際に、レンズ部材９１を上型１１から確実に分離することを実現しつつ、成型に必要なガラス材料の量を低減することができる。
【００２９】
図４の例では、環状溝１１３の縦断面、すなわち、中心軸Ｊ１を含む面における環状溝１１３の断面は円弧である。環状溝１１３の断面は円弧には限定されないが、好ましくは、中心軸Ｊ１に平行な線に関して対称である円弧または楕円弧である。型には超硬材料が用いられるため、複雑な形状の加工にはコストが掛かる。しかし、上型１１の製造時に中心軸を中心に上型を回転させつつ、先端が球状または回転楕円体状のダイヤモンド砥石を、上型１１の中心軸に平行な軸を中心に自転させつつ上型１１に接触させることにより、上記断面形状の環状溝１１３を低コストにて形成することができる。なお、環状溝１１３の断面形状は、厳密な意味での円弧状または楕円弧状である必要はなく、およそ円弧状または楕円弧状であればよい。
【００３０】
好ましくは、環状溝１１３の径方向の幅Ｗ１（図４参照）は、成型時（ステップＳ１６）における第１外周面１１２と第２外周面１２２との間の距離Ｗ２の１／２よりも大きい。ガラス材料の先端の断面形状が略半円状であると考えた場合、第１外周面１１２から径方向外方にガラス材料のはみ出す距離は、最低でも距離Ｗ２の１／２になるからである。より好ましくは、環状溝１１３の径方向の幅Ｗ１は、成型時の第１外周面１１２と第２外周面１２２との間の距離Ｗ２よりも大きい。これにより、ガラス材料の外周端９２の位置を平面視で環状溝１１３内に容易に位置させることができる。幅Ｗ１の上限は特に定められないが、不必要に大きくする必要はないため、距離Ｗ２の５倍以下、好ましくは２倍以下に設計される。
【００３１】
図６は、レンズ成型装置１の他の例を示す図である。図６のレンズ成型装置１は、一度に複数のレンズ部材９１を成型する。上型１１および下型１２が複数のレンズ部材９１を一度に成型する構造を有する点を除き、図１と同様である。図６では、図１と同様の構成要素には、同符号を付している。減圧部１７およびガス供給部１８の図示は省略している。
【００３２】
上型１１は、下面に、複数の第１レンズ成型面１１１を含む。各第１レンズ成型面１１１の径方向外方には、図４の場合と同様に、第１外周面１１２、環状溝１１３および最外周面１１４が径方向外方に向かって順に位置する。図６では、符号１１２，１１３，１１４の記載を省略している。このように、上型１１は、第１レンズ成型面１１１、第１外周面１１２および環状溝１１３の複数の第１組合せを含む。最外周面１１４は、複数の環状溝１１３の間に存在する１つの面である。
【００３３】
下型１２は、上面に、複数の第２レンズ成型面１２１を含む。各第２レンズ成型面１２１の径方向外方には、第２外周面１２２が位置する。図６では、符号１２２の記載を省略している。このように、下型１２は、第２レンズ成型面１２１および第２外周面１２２の複数の第２組合せを含む。ただし、実際には、第２外周面１２２は、複数の第２レンズ成型面１２１の間に存在する１つの共通の面である。
【００３４】
各第１レンズ成型面１１１の中心軸は、いずれかの第２レンズ成型面１２１の中心軸と一致する。上記複数の第１組合せと上記複数の第２組合せとは、それぞれ上下に適合する。これにより、各第２レンズ成型面１２１にガラス材料９０が配置された後、図２に示す動作により、上型１１と下型１２とが近づけられ、複数のレンズ部材９１が同時に成型される。
【００３５】
既述のように、レンズ成型装置１ではレンズ部材９１は上型１１から自然に外れるため、レンズ成型装置１の上型１１および下型１２の構造は、複数のレンズ部材９１を一度に成型する際の自動化に特に適している。
【００３６】
上記レンズ成型装置１およびレンズ成型方法は様々に変更可能である。
【００３７】
間隔変更機構１４は、上型１１の上方に位置する必要はない。間隔変更機構１４は上型１１の側方に位置してもよく、チャンバ１５内に位置してもよい。図２におけるチャンバ１５内の減圧や窒素ガスのパージは適宜省かれてもよい。レンズ成型装置１においてチャンバ１５は省略されてもよい。
【００３８】
ガイド１３として機能する部位が存在すれば、ガイド１３の形態は様々に変更可能である。上型１１または下型１２にガイドとして機能する部位が存在してもよい。
【００３９】
上型１１の作製に費用を掛けることができるのであれば、環状溝１１３の縦断面形状は円弧状や楕円弧状には限定されない。
【００４０】
上型１１の最外周面１１４は存在しなくてもよい。すなわち、環状溝１１３が上型１１の外周部であってもよい。また、図６のように上型１１に複数の第１レンズ成型面１１１が設けられる場合、幅の広い環状溝１１３が設けられて環状溝１１３が隣接する環状溝１１３と繋がってもよい。
【００４１】
上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係るレンズ成型方法およびレンズ成型装置は、様々な用途の両凸レンズまたは平凸レンズの製造に利用される。
【符号の説明】
【００４３】
１    レンズ成型装置
１１    上型
１２    下型
１４    間隔変更機構
９０    ガラス材料
９１    レンズ部材
９２    （ガラス材料の）外周端
１１１    第１レンズ成型面
１１２    第１外周面
１１３    環状溝
１２１    第２レンズ成型面
１２２    第２外周面
Ｊ１    中心軸
Ｓ１１，Ｓ１５〜Ｓ１７    ステップ
【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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