(57)【要約】【課題】成形型素材の製造リードタイム及びコストを抑えて、更には、成形用型としての成形面精度の高精度化への対応と併せ成形型の総合的な精度確保が可能な成形用型の製造方法を提供して、高品質・高性能の光学素子を素早く廉価に提供できるようにする。【解決手段】円柱形状である基準型部２よりも直径が大きい円柱形状の成形用型部３の端面と基準型部２の端面とを固着して成形用型部３と基準型部２とを一体化し、光学素子成形用型１を構成する。この光学素子成形用型１を加工機に取り付け、基準型部２の基準面である側面を衝として該加工機の主軸と同軸に芯出し調整し、回転する研削砥石１８により成形用型部３を加工して成形用型部３の直径を基準型部２と同径にする。その後、成形用型部３の成形面を所望の形状に加工する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子の成形時における基準面を有する基準型部と、前記光学素子を成形する成形面を有する成形用型部と、を一体的に構成する光学素子成形用型の製造にあたり、
前記基準型部よりも外径が大きい前記成形用型部の一端面と前記基準型部の端面とを一体化する工程と、
前記基準型部の基準面を衝として加工機の主軸に取り付け、前記成形用型部を前記加工機で加工することにより、前記基準型部の中心軸と前記成形用型部の中心軸とを一致させる工程と、
前記成形用型部の他端面に前記成形面を加工する工程と、
を有することを特微とする光学素子成形用型の製造方法。
【請求項２】
前記基準型部と前記成形用型部は円柱形状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型の製造方法。
【請求項３】
前記基準型部は耐熱性を有した金属、超硬またはセラミックスからなり、前記成形用型部は前記基準型部と線膨張係数がほぼ等しいガラスからな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用型の製造方法。
【請求項４】
前記成形用型部と前記基準型部とを一体化する工程は、加熱した融着接合部材を成形用型部の端面と前記基準型部の端面とで押圧して固着することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の光学素子成形用型の製造方法。
【請求項５】
前記成形用型部と前記基準型部とを一体化する工程は、前記成形用型部の端面と前記基準型部の端面とを接着剤で接着して固着することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の光学素子成形用型の製造方法。
【請求項６】
前記成形用型部を前記加工機で加工する工程は、前記成形用型部の外径を前記基準型部の外径以下とすることを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の光学素子成形用型の製造方法。
【請求項７】
前記成形用型部と前記基準型部とを一体化する前に、前記成形用型部の他端面を前記光学素子に対応した形状に近似した球面形状に予め加工しておくことを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の光学素子成形用型の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のうちのいずれか１項に記載の光学素子成形用型の製造方法を使用して製造された一対の光学素子成形用型の間に、成形材料を配置し、これを熱間にて成形して光学素子を得ることを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形技術に関し、レンズ等の光学素子を成形する光学素子成形用型の製造方法および光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ等の光学素子を得るために、ガラス若しくはプラスチックである光学素子の成形材料を一対の光学素子成形用型間に配置し、これを熱間にて成形（押圧成形若しくは射出成形）する手法が広く行われている。
【０００３】
このような成形で用いられる成形用型を作成する手法としては、例えば、超硬合金、セラミックス、あるいはＳＵＳ材に無電解ニッケルメッキを施したものを超精密旋盤で研削・切削し研磨して加工する手法、成形型が所望形状に得られるようにした成形母型を製作し、この成形母型によりガラス材料を押圧成形して得られたガラス成形用型を用いる手法、などがある。
【０００４】
このような手法に関し、例えば特許文献１には、ガラス材料に型成形面を転写させる工程では胴型との摺動外形は規制しないように成形するガラス成形用型の製造方法が開示されている。特許文献１には、このようにすることで、型成形面が先に成形されたガラス成形型基材を得ることができるので、型成形面を基準として芯取り加工をすることでガラス成形用型としてのトータル精度が向上し、品質の安定化が図れると開示されている。
【特許文献１】特開２００５−９７００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、成形用型の製造方法についての上述した従来技術には次のような問題がある。
まず、超硬合金、セラミックス、あるいはＳＵＳ材に無電解ニッケルメッキを施したものを超精密旋盤で研削・切削し研磨して加工する手法では、成形面の精度、成形面と型基準部との位置精度（偏芯精度）、成形面に直交する胴型との摺動部等の型として総合精度は満足できるものであるが、成形型素材の製作リードタイムが長く、またコストも高いものとなってしまっている。
【０００６】
また、上掲した特許文献１に開示されている手法は、母型の転写による成形面の確保であるため、高い精度が要求される成形用型としての精度確保が十分でない。つまり、仮に高い精度に対応する場合でも、母型の加工を超高精度で行う必要があり、その精度確保は困難である。また、成形型はガラス一体であるため、特に型可動側での摺動面のカケや摩耗が生じやすく、ガラス型基準面と成形面との位置精度（偏芯精度）の十分な確保が難しい。
【０００７】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、成形型素材の製造リードタイム及びコストを抑えて、更には、成形用型としての成形面精度の高精度化への対応と併せ成形型の総合的な精度確保が可能な成形用型の製造方法を提供して、高品質・高性能の光学素子を素早く廉価に提供できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様のひとつである光学素子成形用型の製造方法は、光学素子の成形時における基準面を有する基準型部と、前記光学素子を成形する成形面を有する成形用型部と、を一体的に構成する光学素子成形用型の製造にあたり、前記基準型部よりも外径が大きい前記成形用型部の一端面と前記基準型部の端面とを一体化する工程と、前記基準型部の基準面を衝として加工機の主軸に取り付け、前記成形用型部を前記加工機で加工することにより、前記基準型部の中心軸と前記成形用型部の中心軸とを一致させる工程と、前記成形用型部の他端面に前記成形面を加工する工程と、を有することを特微とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。
【０００９】
なお、上述した本発明に係る光学素子成形用型の製造方法において、前記基準型部と前記成形用型部は円柱形状であってもよい。
また、前述した本発明に係る光学素子成形用型の製造方法において、前記基準型部は耐熱性を有した金属、超硬またはセラミックスからなり、前記成形用型部は前記基準型部と線膨張係数がほぼ等しいガラスからなっていてもよい。
【００１０】
また、前述した本発明に係る光学素子成形用型の製造方法において、前記成形用型部と前記基準型部とを一体化する工程は、加熱した融着接合部材を成形用型部の端面と前記基準型部の端面とで押圧して固着するようにしてもよい。
【００１１】
また、前述した本発明に係る光学素子成形用型の製造方法において、前記成形用型部と前記基準型部とを一体化する工程は、前記成形用型部の端面と前記基準型部の端面とを接着剤で接着して固着するようにしてもよい。
【００１２】
また、前述した本発明に係る光学素子成形用型の製造方法において、前記成形用型部を前記加工機で加工する工程は、前記成形用型部の外径を前記基準型部の外径以下とするようにしてもよい。
【００１３】
また、前述した本発明に係る光学素子成形用型の製造方法において、前記成形用型部と前記基準型部とを一体化する前に、前記成形用型部の他端面を前記光学素子に対応した形状に近似した球面形状に予め加工しておくようにしてもよい。
なお、前述した本発明に係る光学素子成形用型の製造方法を使用して製造された一対の光学素子成形用型の間に、成形材料を配置し、これを熱間にて成形して光学素子を得ることを特徴とする光学素子の製造方法も、本発明に係るものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、以上のようにすることにより、成形型素材の製造リードタイム及びコストを抑えられ、更には、成形用型としての成形面精度の高精度化への対応と併せ成形型の総合的な精度確保が可能な成形用型の製造方法が提供される結果、高品質・高性能の光学素子が素早く廉価に提供できるようにな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、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本実施例における被加工物である光学素子成形用型１の最終的な仕上がり状態を示している。この光学素子成形用型１は円柱形状であり、母材であるＳＵＳ（ステンレス鋼）材の基準型部２と、線膨張係数が基準型部２にほぼ等しいガラスよりなる成形用型部３とが一体的に構成されている。なお、本実施例では、基準型部２の側面が光学素子成形用型１の成形基準面になる。
【００１７】
図２は、基準型部２の端面と成形用型部３の一端面を融着させて光学素子成形用型１を形成するための押圧成形装置４の概略構成を示す断面図である。
図２において、ヒータ５が内設されている筒状の加熱リング６には上成形型７と基準型部２とが嵌合されており、上成形型７は上下に（同図に示されている矢印の向きに）摺動可能である。
【００１８】
基準型部２の接合面２ａには、基準型部２とほぼ同径の融着接合部材８と、直径が基準型部２よりも大きいガラスよりなる成形用型部３とがセットされている。加熱リング６に設けられているヒータ５により押圧成形装置４全体を加熱した状態の下で、上成形型７に接続されている図示しないプレス機構による所望の押圧力で上成形型７を下方に摺動させると、成形用型部３と基準型部２とが融着接合部材８により強固に融着する。
【００１９】
図１に示した光学素子成形用型１の成形用型部３における外径（外周面）３ｂ及び成形面３ａの加工に使用する超精密加工機９の構成を、図３に斜視図で示す。
この超精密加工機９はＸ軸及びＺ軸の２軸方向にそれぞれスライド可能なＸ軸テーブル１０及びＺ軸テーブル１１を超精密加工機ベース１５上に有しており、更に、主軸１２を回転させる主軸回転モータ１６と工具回転スピンドル１３を回動させるＢ軸回転テーブル１４とを有している。つまり、超精密加工機９は、スライド軸であるＸ軸及びＺ軸と回転軸であるＢ軸とで３軸制御が可能な構成を有している。
【００２０】
光学素子成形用型１はＺ軸テーブル１１上に設置されている主軸１２に固定されている。なお、ここで、Ｚ軸は主軸１２の回転軸１２ａと平行な軸となっており、Ｘ軸はこの回転軸１２ａに対して垂直な軸となっている。
【００２１】
工具回転スピンドル１３は、このＺ軸と対向したＸ軸テーブル１０上のＢ軸回転テーブル１４上に設置されている工具回転スピンドルホルダ１７に固定されている。ここで、Ｂ軸はＸ軸とＺ軸によって形成される面に対して垂直な軸であり、工具回転スピンドル１３は主軸１２の回転軸１２ａに対して水平方向に回動可能な状態に設置されている。
【００２２】
図４は研削砥石１８を取り付けた工具回転スピンドル１３の上面図である。
研削砥石１８は、超精密加工機９のＢ軸回転テーブル１４上に設置された工具回転スピンドル１３に取付けられる。ここで、研削砥石１８の加工作用点１８ａと、Ｂ軸回転テーブル１４の回転軸１４ａとを工具スピンドルホルダ１７の図示しない調整機構により合致させておく。なお、工具回転スピンドル１３の回転軸１３ａと主軸１２の回転軸１２ａも、工具スピンドルホルダ１７の図示しない調整機構により水平に合致させておく。
【００２３】
次に、光学素子成形用型１の加工の工程を、図５に示した工程図に沿って説明する。
まず、光学素子成形用型１を超精密加工機９の主軸１２に固定する。このとき、光学素子成形用型１の成形基準となる基準型部２の外径（側面）２ｂ（図１参照）を衝として主軸１２の回転軸１２ａと同軸に芯出し調整しておく。
【００２４】
次に、図５に（１）として示すように、工具回転スピンドル１３に取付けられた研削砥石１８により、円柱形状である成形用型部３の外径３ｂ（図１参照）を、同じく円柱形状である基準型部２の外径２ｂと同径になるように研削加工する。すなわち、基準型部２の中心軸と成形用型部３の中心軸とを一致させる。なお、このときには、工具回転スピンドル１３の回転軸１３ａと主軸１２の回転軸１２ａとが平行となるように、若しくは、研削砥石１８の側面が成形用型部３の側面に食い込まない範囲に、Ｂ軸回転テーブル１４で調整しておく。
【００２５】
次に、図５に（２）として示すように、光学素子成形用型１の成形用型部３の他端面の成形面３ａ（図１参照）を平面から研削砥石１８で研削加工する。この加工は、Ｂ軸回転テーブル１４の回転軸１４ａと主軸１２の回転軸１２ａと位置合わせしてある研削砥石１８の加工作用点１８ａを、図示しない超精密加工機９のＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置によるＸ、Ｚ、Ｂ軸の３軸制御で所望の形状に走査させることにより行う。
【００２６】
その後、必要に応じ、図５に（３）として示すように、研磨工具１９を用いて研磨加工を行い、成形面３ａを高精度に仕上げる。
以上のように、本実施例によれば、単純形状である基準型部２とガラス材からなる成形用型部３とを用いることにより、光学素子成形用型１としての素材の製造コストやリードタイムを抑えることができる。また、基準型部２における成形基準である外径２ｂを衝にして基準型部２の直径と成形用型部３の直径とを同軸加工した上で、成形用型部３の成形面３ａを所望の形状に加工して光学素子成形用型１を製造することにより、成形面３ａの精度、成形面３ａと型基準部２との位置精度、成形面３ａに直交する胴型との摺動部の合わせ等、成形型としての高い総合精度を得ることができる。
【実施例２】
【００２７】
図６は、本実施例における被加工物である光学素子成形用型２０の最終的な仕上がり状態を示している。この光学素子成形用金型２０は、母材であるＳＵＳ材の基準型部２１と、線膨張係数がほぼ基準型部２１に等しいガラスよりなる成形用型２２とが一体的に構成されている。この点においては実施例１における光学素子成形用金型１と同様である。但し、光学素子成形用金型２０は、円柱形状である成形用型部２２の直径が、同じく円柱形状である基準型部２１の直径よりも小さく形成される点において、成形用型部３と基準型部２との直径が同一になるように形成される実施例１の光学素子成形用金型１と異なっている。
【００２８】
なお、本実施例では、基準型部２１の側面が光学素子成形用型１０の成形基準面になる。
図７は光学素子成形用金型２０のブランク状態を示している。成形用型部２２は、一方の端面（他端面）である成形面２２ａが所望の形状に近い近似Ｒ（球面）で予め加工されており、成形面２２ａに対向しているもう一方の端面が基準型部２１の端面に耐熱性接着剤２３で強固に接着されている。なお、このときの成形用型部２２の直径は基準型部２１よりも大きい。
【００２９】
図６に示した光学素子成形用金型２０の成形用型部２２における成形面２２ａの加工に使用する超精密加工機９’の構成を、図８に斜視図で示す。
この超精密加工機９’の構成と図３に示した超精密加工機９とは、工具回転スピンドル１３及び工具スピンドルホルダ１７が、振動切削装置２４に置換されている点において相違している。超精密加工機９’のＢ軸回転テーブル１４上に設置されている振動切削装置２４は振動を用いて切削を行う装置であり、芯出しされたダイヤモンド工具２５を具備している。
【００３０】
図９は、ダイヤモンド工具２５が取り付けられている振動切削装置２４の上面図である。ここで、ダイヤモンド工具２５の切刃作用点２５ａと、Ｂ軸回転テーブル１４の回転軸１４ａとを図示しない調整機構により合致させておく。なお、ダイヤモンド工具２５の切刃すくい面と主軸１２の回転軸１２ａも、図示しない調整機構により水平に合致させておく。
【００３１】
図８に示した超精密加工機９’におけるその他の構成は、図３に示した超精密加工機９と同様である。
次に、光学素子成形用型２０の加工の工程を、図１０に示した工程図に沿って説明する。
【００３２】
まず、光学素子成形用型２０を超精密加工機９’の主軸１２に固定する。このとき、光学素子成形用型２０の成形基準となる基準型部２１の外径２１ａ（図７参照）を衝として主軸１２の回転軸１２ａと同軸に芯出し調整しておく。
【００３３】
次に、図１０に（１）として示すように、振動切削装置２４に取付けられたダイヤモンド工具２５により、成形用型部２２の外径２２ｂ（図７参照）を基準型部２１の外径２１ａよりマイナスになるように（すなわち、成形用型部２２の直径が基準型部２１の直径よりも小さくなるように）切削加工する。なお、このときにマイナスとする数値としては、光学素子の成形時に樹脂が入り込むことがない程度の値とすることが好ましく、具体的には５０μｍ以下が望ましい。
【００３４】
次に、図１０に（２）として示すように、光学素子成形用型２０の成形用型部２２の成形面２２ａ（図７参照）をダイヤモンド工具２５で切削加工する。この加工は、位置合わせがされているダイヤモンド工具２５を、図示しない超精密加工機９’のＣＮＣ装置によるＸ、Ｚ、Ｂ軸の３軸制御で所望の形状に走査させることにより行う。
【００３５】
その後、必要に応じ、図１０に（３）として示すように、研磨工具１９を用いて研磨加工を行い、成形面２２ａを高精度に仕上げる。
以上のように、本実施例によれば、実施例１と同様に、高い総合精度をもつ光学素子成形用型２０を得ることができる。更に、本実施例によれば、成形用型部２２の直径を基準型部２１の直径よりも小さくなるように加工して光学素子成形用型２０を製造することにより、成形型可動側に光学素子成形用型２０を用いても摺動面にカケや摩耗が生じることがなく、成形面２２ａの位置精度が確保できる。また、基準型部２１との一体化の前に成形面２２ａが所望の形状である光学素子形状の近似Ｒに予め加工されている成形用型部２２を用いて光学素子成形用型２０を製造することにより、成形面２２ａの加工リードタイムを削減することができる。
【００３６】
ところで、以上のようにして製造された光学素子成形用型１若しくは２０を用いて光学素子を製造するには、ガラス若しくはプラスチックである光学素子の成形材料を、一対の光学素子成形用型１若しくは２０の間に配置し、これを熱間にて成形（押圧成形若しくは射出成形）すればよい。
【００３７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
例えば、上述した各実施例においては、ＳＵＳ材である基準型部２及び２１を用いたが、光学素子成形時における耐熱性を有しているものであれば、基準型部２及び２１の材質として、金属、超硬合金、セラミックスなどのいずれであってもよい。
【００３８】
また、上述した実施例２においては、成形用型部２２の直径を基準型部２１の直径よりも小さくなるように加工して光学素子成形用型２０を製造したが、成形用型部２２の直径を基準型部２１と同径になるように加工して光学素子成形用型２０を製造することも、もちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１における光学素子成形用型の最終的な仕上がり状態を示す図である。
【図２】押圧成形装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】実施例１で使用する超精密加工機の構成を示す斜視図である。
【図４】研削砥石を取り付けた工具回転スピンドルの上面図を示す図である。
【図５】実施例１における光学素子成形用型の加工の工程を示す工程図である。
【図６】実施例２における光学素子成形用型の最終的な仕上がり状態を示す図である。
【図７】実施例２における光学素子成形用金型のブランク状態を示す図である。
【図８】実施例２で使用する超精密加工機の構成を示す斜視図である。
【図９】ダイヤモンド工具が取り付けられている振動切削装置の上面図である。
【図１０】実施例２における光学素子成形用型の加工の工程を示す工程図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、２０  光学素子成形用型
２、２１  基準型部
２ａ  基準型部接合面
２ｂ、２１ａ  基準型部外径
３、２２  成形用型部
３ａ、２２ａ  成形用型部成形面
３ｂ、２２ｂ  成形用型部外径
４  押圧成形装置
５  ヒータ
６  加熱リング
７  上成形型
８  融着接合部材
９、９’  超精密加工機
１０  Ｘ軸テーブル
１１  Ｚ軸テーブル
１２  主軸
１２ａ  主軸回転軸
１３  工具回転スピンドル
１３ａ  工具回転スピンドル回転軸
１４  Ｂ軸回転テーブル
１４ａ  Ｂ軸回転テーブル回転軸
１５  超精密加工機ベース
１６  主軸回転モータ
１７  工具回転スピンドルホルダ
１８  研削砥石
１８ａ  研削砥石加工作用点
１９  研磨工具
２３  耐熱性接着剤
２４  振動切削装置
２５  ダイヤモンド工具
２５ａ  ダイヤモンド工具切刃作用点
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図５】
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【図１０】
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