(57)【要約】【課題】上下型と胴型の嵌合クリアランスを実質小さくして光軸精度の向上を図る。【解決手段】下型２はガラス材料からなり、円筒状に精密加工され胴型３の貫通孔に嵌合され、上端には光学素子を得る成形面５が設けられ、所望の形状と表面粗さとに機械加工されている。上型１と胴型３はタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金などの材料で構成されており、互いに精密な嵌合状態で、摺動可能な所望のクリアランスが設けられ、上型１の下端には光学素子を得る他方の成形面６が下型と同様に所望形状と表面粗さとに機械加工されている。また、下型２の材料と胴型３の材料との熱膨張係数の大小関係は、成形する温度領域では、下型２は胴型３に完全に焼きばめ状態になる。【選択図】  図１
2004277242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子材料を押圧成形するための上下型と、前記上下型を摺動案内する胴型とで構成された光学素子成形型であって、前記胴型の材料がタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、サーメット、セラミックッスおよび石英から選択されたいずれかであり、前記下型の材料がガラス材料であり、前記胴型と前記下型における熱膨張量の関係が、前記光学素子を押圧成形する温度領域で、前記下型の熱膨張量が前記胴型の熱膨張量より大となる、焼きばめ状態となることを特徴とする光学素子成形型。
【請求項２】
上型は、光学素子を押圧成形する温度領域で、胴型と摺動する関係で最小であることを特徴とする請求項１記載の光学素子成形型。
【請求項３】
上下型と、前記上下型を摺動案内する胴型とで構成される内部空間に光学素子材料を投入し、前記光学素子材料の軟化温度近傍で前記下型と前記胴型とを焼きばめ状態で押圧成形した後、冷却することを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項４】
上下型と、前記上下型を摺動案内する胴型とで構成される内部空間に光学素子材料を投入した成形型を、上下に配置した加熱板の間に設置し、前記光学素子材料の軟化温度近傍で押圧して光学素子を成形する光学素子成形装置であって、前記胴型および前記上下型の両端面と前記加熱板とが接触した状態で前記光学素子材料を加熱軟化させることを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項５】
上加熱板に保温スリーブを連接し、前記保温スリーブは胴型の周囲に配設することを特徴とする請求項４記載の光学素子成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学機器に使用される光学素子（例えば、カメラレンズや光ディスク装置に用いる集光レンズ）を精密成形法により形成するための光学素子成形型およびその成形方法と成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学レンズを研磨工程なしの一発成形により形成する提案が数多くされており、例えば、上下型と胴型とで構成される内部空間にガラス素材を投入して押圧成形しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。また、複数個の上下型と貫通孔が複数個設けられた胴型で構成された成形型を用いて光学素子を成形するものある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
前者は高い形状精度と高い面精度の確保および生産性を加味した低コストレンズを提供し、また後者は、生産性の向上と光学素材の重量許容巾を拡大できる余剰逃げ部を形成した金型と、この金型を用いた成形方法を提供するものである。しかし、カメラレンズや光ディスク装置に用いるレンズは年々、更なる高精度化が要求されており、カメラレンズでは特にレンズ両面の軸偏芯精度、光ディスク装置としてもレーザー光源の短波長化によるレンズ両面の光軸精度向上が必須である。
【０００４】
図３は特許文献１の第１図に開示されている成形型であり、上型１０，下型１１，胴型１２およびガラス素材１３とで構成した成形ブロックＡを示し、該成形ブロックＡの上下からヒータ１５を埋設した加熱ブロック７を介して加熱と加圧を行うものである。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−６４５７１号公報（第１図）
【特許文献２】
特開平９−１６５２２６号公報
しかし、成形型を構成する上下型と胴型の部材構成や、加熱の最適な方法や、成形された光学素子の収差性能については開示されておらず不明確であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の課題に鑑み、上述したレンズ両面の偏芯精度と光軸精度の向上を行う、光学素子成形型と、この成形型を用いて成形される光学素子の成形方法と、成形装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る光学素子成形型は、光学素子材料を押圧成形するための上下型と上下型を摺動案内する胴型とで構成された光学素子成形型であって、胴型の材料がタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、サーメット、セラミックッスおよび石英から選択されたいずれかであり、下型の材料がガラス材料であり、胴型と下型における熱膨張量の関係が前記光学素子を押圧成形する温度領域では、下型の材料の熱膨張量が胴型の材料の熱膨張量より大となる、すなわち、下型の熱膨張量＞胴型の熱膨張量となる、焼きばめ状態としている。
【０００８】
また、上型は、光学素子を押圧成形する温度領域で前記胴型と摺動する関係で最小とする。
【０００９】
本発明の請求項３に係る光学素子の成形方法は、上下型と上下型を摺動案内する胴型とで構成される内部空間に光学素子材料を投入し、光学素子材料の軟化温度近傍で下型と胴型とが焼きばめ状態で押圧成形した後、冷却することにより光学素子を得る。
【００１０】
本発明の請求項４記載の光学素子成形装置は、上下型と上下型を摺動案内する胴型とで構成される内部空間に光学素子材料を投入した成形型を、上下に配置した加熱板の間に設置し、光学素子材料の軟化温度近傍で押圧して光学素子を成形する光学素子成形装置であって、胴型および上下型の両端面と加熱板とが接触した状態で光学素子材料を加熱軟化させる。
【００１１】
また、上加熱板に保温スリーブを連接し、保温スリーブは胴型の周囲に配設するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本実施の形態に於ける光学素子成形型と、この型を用いた成形方法および成形装置を図１を用いて説明する。
【００１３】
図１（Ａ）は成形型の構成を説明する正断面図を示し、上型１、下型２、胴型３およびこれら上下型と胴型３とで構成される内部空間に光学素子材料４を投入した室温での状態を示している。下型２は、ガラス材料からなり、円筒状に精密加工され胴型３の貫通孔に嵌合され、上端には光学素子を得る成形面５が設けられ、所望の形状と表面粗さとに機械加工されている。一方、上型１および胴型３はタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、サーメット、セラミックスおよび石英などの材料から任意に選択できる材料の組み合わせで構成されており、互いに精密な嵌合状態で摺動可能な所望のクリアランスが設けられ、上型１の下端には光学素子を得る他方の成形面６が下型と同様に所望形状と表面粗さとに機械加工されている。
【００１４】
図１（Ｂ）は、上記した成形型を成形装置に載置した状態図を示し、同図（Ａ）に示す成形型が、ヒータ２１が埋設され、上下に配置した下加熱板２２および上加熱板２３の間に置かれている。上加熱板２３には上下自在に可動できる嵌合状態にフランジ形状の加熱ブロック２４が設けられ、上加熱板２３の下端面よりも突出している。また、上加熱板２３は上下に駆動するプレス軸２５に連結され、さらにプレス軸は図示しないエアーシリンダーなどの駆動源に連結され図中の加圧力Ｆが発生できる構成にしている。プレス軸２５の下端と加熱ブロック２４の上端との間にはバネ２６が配置されている。上加熱板２３および下加熱板２２には温度検知を行う熱電対を埋設し、温度制御を行う制御手段を備えているが図示は省略している。
【００１５】
図１（Ｃ）は、プレス軸２５を下降させて所定位置で停止させた状態を示し、成形型を上下から均等加熱する状態を図示している。プレス軸２５の下降により、上型１の上端面の相対位置は、加熱ブロック２４が持ち上げられた状態となる。従って、上型１の上端面と加熱ブロック２４の下端面とが接触し、バネ２６の圧縮力による圧力が加わっており、光学素子材料４にもその圧力は伝播している。さらに、バネ２６の圧縮力にうち勝ってプレス軸２５を下降させると、バネ２６はさらに圧縮され、プレス軸２５の加圧力Ｆは上型１を介して光学素子材料４に伝播させて成形が行えるものである。
【００１６】
本実施の形態では、下型２の材料に熱膨張係数が６７×１０−７／Ｋの光学ガラスを用い、その成形面には光学素子材料との溶着防止膜を形成している。また、胴型３と上型１の材料には５５×１０−７／Ｋのタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金を用い、互いに嵌合するクリアランスは室温状態で３ミクロンに設定した。また、光学素子材料４には硼珪酸バリューム系（ガラス転移点：５１６℃、屈伏点：５５３℃）を所望体積に加工した球形状のものを準備した。成形する光学素子は、焦点距離＝３．０ｍｍ、ＮＡ＝０．５の両凸レンズである。
【００１７】
まず、図１（Ａ）の状態に準備した成形型を、図１（Ｂ）の成形装置に投入し、図１（Ｃ）の状態で、上下加熱板の温度を５８５℃まで昇温し、約２分間保持した後に、加圧力Ｆを６００Ｎで押圧変形を行う。その後、成形型全体を冷却してから、成形された光学素子を型分解して取り出し、フィゾー型干渉計で透過波面収差を測定したところ０．０２λＲＭＳ以下の収差性能を確認した。これは、上下型と胴型を同じ材料で構成した成形型を用いて成形したものより、特にコマ収差の低減が顕著にみられた。
【００１８】
本実施の形態では、下型２の材料と胴型３の材料との熱膨張係数の大小関係で、成形する温度領域では、下型２は胴型３に完全に焼きばめ状態になるような嵌合のクリアランスに設定され、かつ固定している。即ち、（下型であるガラス材料の熱膨張量）＞（胴型の熱膨張量の関係）を満足することで下型２の光軸の傾斜が減少し、光学素子の上下面の光軸精度が向上した理由である。
【００１９】
なお、本実施の形態では、胴型３と上型１が互いに嵌合するクリアランスは室温状態で３ミクロンに設定したが、これに限定するものではなく、上型が光学素子を押圧成形する温度領域で胴型と摺動する関係で最小であればよい。
【００２０】
（実施の形態２）
実施の形態２では下型２を実施の形態１と同様のガラス材料を用い、上型１と胴型３にＴｉＮからなるサーメットを用いて成形型を作成する。用いたサーメットの熱膨張係数は７６×１０−７／Ｋであり、上型１と胴型３の嵌合クリアランスを３ミクロン、上型１に形成した成形面６の形状も実施の形態１と同様にしている。また、光学素子材料４も同様の球形状に加工したものを用いている。
【００２１】
上加熱板２３の温度を５９５℃、下加熱板２２を５７５℃に設定して押圧成形を行い、下型２と胴型３の嵌合は、ほぼ零になるように設定して加工する。その理由は下型２の熱膨張係数が６７×１０−７／Ｋであるために成形温度領域において理論上は胴型３に焼きばめ出来ないためである。しかし、成形された光学素子の収差性能を数十個測定したが特にコマ収差は安定性を示した。また、トータルの波面収差は０．０２３λＲＭＳを示し、実施の形態１よりも若干悪化したものの実用上問題のない光学素子を得ることが出来た。
【００２２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、下型２の材料を固定し、上型１と胴型３の組み合わせを、（表１）の超硬合金、サーメット、セラミックスおよび石英の中から選択し、それぞれの組み合わせにおいて最適な嵌合クリアランスを熱膨張係数（成形温度領域に於ける膨張量）と加工寸法を設定した。（表１）は、上下型と胴型材料に用いた熱膨張係数と、成形温度が６００℃、胴型の内径寸法を４ｍｍとして熱膨張量を算出したものである。
【００２３】
【表１】
2004277242.tif 000003
【００２４】
実施の形態１および実施の形態２と同様の成形型を準備し、同様の光学素子を同様の成形条件で押圧成形すると、波面収差の内、球面収差および非点収差については成形型固有の数値を示したが、光軸精度の指標であるコマ収差については、いずれも下型を胴型に焼きばめする成形型で得られた光学素子の方が低減と安定性を示した。
【００２５】
図２に本実施の形態で用いた成形装置を示す。図２に示すように、上加熱板２３に連結した金属製の保温スリーブ２７を配接し、成形型全体の加熱効率を高めて成形を行う。その結果、設定した上加熱板２３，下加熱板２２の設定温度を実施の形態１よりも約６℃低く行えることができ、成形型の長寿命化に対して効果出来ることが判明した。ここで、加圧力Ｆは実施の形態１と同様である。
【００２６】
以上のことから、実施の形態１および実施の形態３で説明したように、上下型と胴型で構成される光学素子成形型において、下型と胴型が成形温度領域で焼きばめ状態となるように熱膨張係数の異なる材料と、嵌合クリアランスの組み合わせで実現すれば光軸精度の高い光学素子の成形が行うことができる。
【００２７】
また、上型と胴型との嵌合クリアランスにおいても成形温度領域で上型が摺動する範囲で小さく設定すれば、光軸精度および偏芯精度の向上が図れるものである。
【００２８】
さらに、押圧成形においては加圧機構や上下加熱板とは分離されたチャンバー内で不活性ガス中で行なったことを付記する。
【００２９】
なお、本実施の形態では、胴型と上型の材料としてタングステンカーバイン（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、ＴｉＮからなるサーメット、を用いたが、これに限定するものではなく、成形温度領域の範囲において、最小のクリアランスで、勘合と摺動ができれば別段ガラス材料であっても良いことは言うまでもない。また、胴型と下型における熱膨張量の関係が、光学素子を押圧成形する温度領域で、下型の熱膨張量が前記胴型の熱膨張量より大となる材料であればよい。
【００３０】
また、下型の材料として熱膨張係数が６７×１０−７Ｋの光学ガラスを用いたが、胴型と下型における熱膨張量の関係が、光学素子を押圧成形する温度領域で、下型の熱膨張量が前記胴型の熱膨張量より大となる他のガラス材料でも同様の効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、成形型の一方を成形温度領域において、下型と胴型とを焼きばめ状態に設定することで、光学素子の性能安定性を実現し、歩留まり向上と安価な光学素子を市場に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における光学素子成形型、光学素子、および光学素子成形装置を示す正断面図
【図２】本発明の実施の形態３における光学素子成形装置の構成を示す正断面図
【図３】従来の光学素子成形型の構成を示す正断面図
【符号の説明】
１  上型
２  下型
３  胴型
４  光学素子材料
２２  下加熱板
２３  上加熱板
２４  加熱ブロック
２５  プレス軸
２６  バネ
２７  保温スリーブ
【図１】
2004277242.tif 000004
【図２】
2004277242.tif 000005
【図３】
2004277242.tif 000006