(57)【要約】【課題】メニスカスレンズなどの、外形に対して中心厚みの小さい薄肉のレンズであっても割れなく高精度に成形するレンズの成形装置を提供する。【解決手段】移動手段１１と、この移動手段による移動量を測定する移動量測定手段１２とを有し、対向して設けられた一対の基台１３、１４と、この基台の対向面に載置され硝材１７を成形するための一対の金型１５、１６と、少なくともこの一対の金型を加熱するための加熱手段１８と、前記移動手段１１、移動量測定手段１２、加熱手段１８と接続され金型１５、１６の移動量または温度を制御するための制御装置２０とからなり、前記一対の金型の一方には、制御装置２０と接続された温度測定手段１９を、他方には歪み測定手段２１を備え、この歪み測定手段による測定結果を、前記制御装置に出力して算出された応力値が一定値を越えないように、移動手段１１または加熱手段１８の移動量と温度とを制御しながら成形を行う。【選択図】図１
2008303092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動手段と、この移動手段による移動量を測定する移動量測定手段とを有し、対向して設けられた一対の基台と、この基台の対向面に載置され、硝材を成形するための一対の金型と、少なくともこの一対の金型を加熱するための加熱手段と、前記移動手段、移動量測定手段、加熱手段と接続され、金型の移動量または温度を制御するための制御手段とからなり、前記一対の金型の一方には、制御手段と接続された温度測定手段を、他方には歪み測定手段を備え、この歪み測定手段による測定結果を、前記制御手段に出力して算出された応力値が一定値を越えないように、移動手段または加熱手段の移動量と温度とを制御しながら成形を行うレンズの成形装置。
【請求項２】
歪み測定手段を備えた金型は、硝材の成形面を有する成形部と、この成形部を支持する基部とからなり、前記成形部直下に歪み測定手段を設けた請求項１に記載のレンズの成形装置。
【請求項３】
歪み測定手段は、同心円状に複数設けられた請求項２に記載のレンズの成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップや撮像素子に搭載されるレンズの成形装置に関するものであり、メニスカスレンズなどの、特に外形に対して中央部の厚みが薄い薄肉レンズの成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤやＭＤなどの光記録・再生用のピックアップ装置、デジタルカメラや携帯電話に搭載される撮像装置には、耐熱、耐衝撃性などの使用環境を考慮してガラスレンズが用いられている。これらの機器の小型化・薄型化に対応するため、搭載されるガラスレンズとして、非球面レンズが要求されている。
【０００３】
このような、小型の非球面レンズは、重量や外形などを規定した硝材を加熱して軟化させた後、非球面形状を形成した一対の金型で成形することでその形状を転写していた。
【０００４】
図３は、従来のレンズの成形装置における要部断面図を示している。まず初めに、非球面を形成した成形面１ａ、２ａを有する一対の金型１、２それぞれを、スリーブ３、４に挿入固定した後、ダイプレート５、６を介して加圧部７、８とボルト９で締結し、加圧部７、８と金型１、２とを一体固定する。そして、成形部１ａ、２ａ間に硝材１０を挟持した後、少なくともガラス転移温度（Ｔｇ）以上に昇温して一定時間維持し、硝材１０を軟化させ、加圧部７、８により互いに加圧することで成形を行う。最後に金型１、２を徐冷した後、成形した硝材１０をレンズとして取り出すものである。
【０００５】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
【特許文献１】特開平８−１３３７６６号公報
【特許文献２】特開平８−２３１２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、硝材１０をガラス転移温度（Ｔｇ）以上に加熱した後、加圧して成形を行う。このとき、硝材１０は、一対の金型１、２とともに、少なくとも４００度以上に加熱されることになる。そのため、硝材１０には、成形時に加圧部７、８からの圧力とともに、加熱に伴う一対の金型１、２やその周辺からの、線膨張係数の差により生じる応力が付加されることとなる。その結果、硝材１０に限界値以上の応力がかかることにより、特にメニスカスレンズのようなその外形に対して中心厚みが小さい薄肉レンズを成形する際には、割れが発生しやすくなるという課題があった。
【０００７】
そこで本発明は、薄肉レンズであっても割れることなく高精度に成形が可能な成形装置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】
【０００８】
そして上記目的を達成するために、本発明は、移動手段と、この移動手段による移動量を測定する移動量測定手段とを有して、対向して設けられた一対の基台と、この基台の対向面に載置されて、硝材を成形するための一対の金型と、少なくともこの一対の金型を加熱するための加熱手段と、前記移動手段、移動量測定手段、加熱手段と接続されて、金型の移動量または温度を制御するための制御手段とからなり、前記一対の金型の一方には、制御手段と接続された温度測定手段を、他方には歪み測定手段を備え、この歪み測定手段による測定結果を、前記制御手段に出力して算出された応力値が一定値を越えないように、移動手段または加熱手段の移動量と温度とを制御しながら成形を行うものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るレンズの成形装置は、移動手段と、この移動手段による移動量を測定するための移動量測定手段とを有する一対の基台と、硝材を成形するための一対の金型と、少なくともこの一対の金型を加熱するための加熱手段と、これら移動手段、移動量測定手段、加熱手段とに接続されて、その温度または移動量を制御するための制御装置とから構成されている。そして一対の金型は、一方には温度測定手段を、他方には歪み測定手段を前記制御装置に接続して設けられており、成形中に金型にかかる歪みを制御装置に出力してその応力値を算出し、その応力値が一定値を越えないように、移動手段または加熱手段とを制御しながら成形を行うものである。上記により、硝材に破壊応力以上の応力がかかることがなく、その結果、メニスカスレンズなどの、外形に対して中心厚みの小さい薄肉レンズであっても、割れることなく高精度に成形できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態におけるレンズの成形装置について、図を用いて説明する。
【００１１】
図１は、本発明のレンズの成形装置を説明する構成図である。特に重要な金型近傍は断面図としている。
【００１２】
本実施の形態のレンズの成形装置は、移動手段１１と、この移動手段１１の移動量を測定するための移動量測定手段１２とを備えた基台１３上に、固定の基台１４を一定の間隔で対向して設けている。そしてこれら両基台１３、１４の対向面１３ａ、１４ａ上に金型１５、１６を、それぞれの成形面１５ａ、１６ａどうしが対向するように載置、固定されている。このように、両基台１３、１４上に載置された金型１５、１６は、各成形面１５ａ、１６ａが上下に対をなして、その硝材１７を挟持する。また、少なくとも金型１５、１６の周囲には、カーボンヒータやセラミックヒータ、または電磁加熱式などの加熱手段１８を設け、金型１５、１６とともに硝材１７を一定の温度に加熱する。成形面１５ａ、１６ａに挟持された硝材１７は、加熱手段１８により一定温度に加熱された後、移動手段１１をさらに上昇させることにより加圧されて、成形面１５ａ、１６ａに沿った形状のレンズに成形されるものである。
【００１３】
また、上記の一対の金型１５、１６の一方には、熱電対などからなる温度測定手段１９が設けられており、移動量測定手段１２、移動手段１１、加熱手段１８とともに制御装置２０に接続されている。制御装置２０は、主に加熱温度、加圧、そしてこれらの保持時間などからなる成形プロファイルを記憶し、温度測定手段１９および移動量測定手段１２からの出力信号を監視しながら、設定された成形プロファイルに沿って上記移動手段１１および加熱手段１８の温度や移動量を制御するものである。
【００１４】
また、上記の一対の金型１５、１６の他方には、成形中に金型１５、１６にかかる歪みを測定するための歪み測定手段２１が設けられており、上記と同様に制御装置２０に接続されている。この歪み測定手段２１から出力されたデータにより、制御装置２０は成形中に硝材１７にかかる応力値を算出する。本実施の形態では、上側の金型１６に温度測定手段１９を、下側の金型１５に歪み測定手段２１を設けた例である。この歪み測定手段２１を設けた下側の金型１５は、さらに成形面１５ａを有する成形部１５ｂと、この成形部を支持するための基部１５ｃとから構成されており、歪み測定手段２１はこの成形部１５ｂ直下の基部１５ｃに埋め込むようにして設けられている。
【００１５】
ここで重要なのが成形部１５ｂの厚みＡである。この厚みＡを、基部１５ｃの厚みよりも充分に薄くすることで、成形中に硝材１７にかかる歪みを減衰させることなく歪み測定手段２１で測定することが可能となる。この成形部１５ｂの厚みＡは、成形するレンズの形状に依存するが、概ね基部１５ｃの１／５以下とする。また、成形部１５ｂと基部１５ｃとは同じ材料で構成することにより、線膨張係数の差により生じる歪みを歪み測定手段２１が受けることなく、正確に測定することができる。
【００１６】
尚、歪み測定手段２１としては抵抗素子などからなり、金型１５、１６とともに成形時に３００〜８００℃と高温になることから、タングステン合金や白金合金などを選択する。また、この抵抗素子を形成する基材も、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの高耐熱性の材料を選択する。このような歪み測定手段２１を、ペルチェ素子などからなる冷却手段２２でその周囲を覆うことで、成形時の熱の影響を低減させることができる。
【００１７】
上記の歪み測定手段２１は、成形部１５ｂに対して同心円状に複数配置しておくことで、成形時の割れをさらに低減することができる。また、予め成形するレンズの形状、すなわち厚みが薄い箇所や、形状の変化量が大きくなる箇所などの、応力が集中しやすい個所に複数配置しておいても同等の効果が得られるものである。
【００１８】
次に上記の成形装置を用いたレンズの成形フローを図２に示す。
【００１９】
まず初めに、硝材１７や成形するレンズの形状精度を考慮した成形条件を仮設定する（２３）。この成形条件は、硝材１７の加熱温度、加圧やそれらの保持時間からなる成形プロファイルである。
【００２０】
次に、硝材１７と、上下に一対の金型１５、１６とを同軸上に配置した後、成形を開始する（２４）。そして（２３）で設定された仮成形条件となるように、制御装置２０により、加熱手段１８および移動手段１１を制御する。すなわち、加熱手段１８により金型１５、１６とともに硝材１７を加熱して一定温度に保持しながら、移動手段１１によって下側の基台１３と金型１５とを上昇させる。こうすることにより、金型１５、１６で硝材１７を挟持するとともに、一定の圧力で硝材１７を加圧する。このとき、基台１３の移動量を移動量測定手段１２で測定する。さらにこの加圧時に、歪み測定手段２１によって金型１５の、表面近傍の歪みを測定して、それを制御装置２０へ出力する。
【００２１】
このとき、歪み測定手段２１の配置は、レンズの形状に合わせて、金型１５、１６の中心軸上とその同心円状に複数配置しておく。こうすることにより、レンズの形状に応じて最大応力が発生する位置が異なっても、正確に測定することができる。
【００２２】
次に、制御装置２０で歪みの測定結果から、成形部１５ｂを通じて硝材１７に発生している応力を算出する（２５）。この算出した応力の最大値が、成形する硝材１７の割れ発生閾値を越えているかどうかを判定する（２６）。このとき、制御装置２０の内部の記憶部に、予めシミュレーションや実験により求めた硝材１７の割れ発生閾値（破壊応力）のデータをライブラリ（２７）として保存し、その値と比較することで判定する。このデータは、常温のデータのみでなく、成形時の各温度におけるデータを準備、保存しておくことで、成形時の割れの発生を防止することができる。この判定において、成形中に発生している最大応力が、ライブラリ（２７）に保存している割れ発生閾値以下であれば、そのまま成形を進めて、常温まで冷却する（２８）。閾値を越えている場合は、制御装置２０を介して加熱手段１８および移動手段１１を制御して、割れ発生閾値を越えないように加熱温度または移動量を制御しながら成形条件を変更し、成形を続行する（２９）。
【００２３】
上記の制御は、あらかじめ入力しておいた、温度や加圧などの成形条件と割れ発生閾値のライブラリ（２７）によって成形中のワレ発生有無を推定し、割れ発生の閾値を越えないように温度や移動量（加圧）を調節してもよい。この場合、応力の推定を一定間隔Δtで行い、現在の応力値をσE1、このときの割れ発生の閾値をσC1、現在から一定間隔Δtだけ遡った時点での応力値をσE0、このときの割れ発生の閾値をσC0、現在の成形条件における一定間隔Δt後の応力予測値をσE2、このときの割れ発生の閾値をσC2、現在の温度をT1、硝材１７の屈伏点をTATとしたときに、
T1＜TAT＋７０
｜σE2−σC2｜／｜σE1−σC1｜＜１
0.7・σC2＜（σE1−σE0）＋σE1＜0.9・σC2
上記の式で表される関係を満たすように温度と移動量の制御を行う。
【００２４】
最後に常温まで冷却した後、金型１５、１６からレンズを取り出して成形を終了する（３０）。上記の工程を繰り返し、成形したレンズの形状精度を評価して、仮成形条件を調整するものである。
【００２５】
上記は、歪みゲージなどからなる歪み測定手段２１を、一対の金型１５、１６の一方に設けた例であるが、両方の金型１５、１６にそれぞれ設けることで、歪みの測定精度をさらに高めることができる。また、それぞれの金型１５、１６に設けた歪み測定手段２１を、それぞれ非対称な位置に設けることで、硝材１７の各位置において生じる歪みを高い位置分解能で、かつ高精度に測定することができる。
【００２６】
上述した成形装置を用いることにより、外形に対して中心部が薄いメニスカスレンズなどの薄肉レンズを、割れや欠けを発生させることなく、高い精度で成形することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明に係るレンズの成形装置は、移動手段と、この移動手段による移動量を測定するための移動量測定手段とを有する一対の基台と、硝材を成形するための一対の金型と、少なくともこの一対の金型を加熱するための加熱手段と、これら移動手段、移動量測定手段、加熱手段とに接続されて、その温度または移動量を制御するための制御装置とから構成されている。そして一対の金型は、一方には温度測定手段を、他方には歪み測定手段を前記制御装置に接続して設けられており、成形中に金型にかかる歪みを制御装置に出力してその応力値を算出し、その応力値が一定値を越えないように、移動手段または加熱手段とを制御しながら成形を行うものである。上記により、硝材に破壊応力以上の応力がかかることがなく、その結果、メニスカスレンズなどの、外形に対して中心厚みの小さい薄肉レンズであっても、割れることなく高精度に成形できる効果を奏するので、メニスカスレンズなどの、特に外形に対して中央部の厚みが薄い薄肉レンズの成形装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態を説明するレンズの成形装置の構成図
【図２】上記装置を用いたレンズの成形方法を説明するフロー図
【図３】従来のレンズの成形装置を説明する要部断面図
【符号の説明】
【００２９】
１１  移動手段
１２  移動量測定手段
１３  基台
１４  基台
１５  金型
１５ｂ  成形部
１５ｃ  基部
１６  金型
１７  硝材
１８  加熱手段
１９  温度測定手段
２０  制御装置
２１  歪み測定手段
【図１】
2008303092.tif 000003
【図２】
2008303092.tif 000004
【図３】
2008303092.tif 000005