(57)【要約】【課題】成形型とスリーブのクリアランス規制を不要とすると共に成形型とスリーブとの嵌合長を長くするなどのサイズ変更を不要とし、さらに偏芯精度の高い光学素子を成形する。【解決手段】加熱軟化された光学素子素材３をスリーブ４内で一対の成形型１，２により押圧成形することにより所望の光学素子とする光学素子の成形方法である。一対の成形型１，２及びスリーブ４の寸法による一対の成形型１，２の偏芯量に基づいて、一対の成形型１，２の少なくとも一方をスリーブ４内で傾き調整する調整工程と、調整工程後の一対の成形型１，２によって光学素子素材を押圧成形する成形工程とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱軟化された光学素子素材をスリーブ内で一対の成形型により押圧成形することにより所望の光学素子とする光学素子の成形方法において、
前記一対の成形型及びスリーブの寸法による一対の成形型の偏芯量に基づいて、一対の成形型の少なくとも一方をスリーブ内で傾き調整する調整工程と、
調整工程後の一対の成形型によって光学素子素材を押圧成形する成形工程と、
を有することを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】
前記一対の成形型の寸法は、スリーブに嵌合する部分の嵌合長及び外径を含み、スリーブの寸法は、長さ及び外径を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形方法。
【請求項３】
加熱軟化された光学素子素材をスリーブ内で一対の成形型により押圧成形することにより所望の光学素子とする光学素子の成形方法において、
前記光学素子素材を一対の成形型によって押圧成形し、成形された光学素子の偏芯量を測定する測定工程と、
測定した偏芯量に基づいて一対の成形型の少なくとも一方をスリーブ内で傾き調整する調整工程と、
を有することを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項４】
加熱軟化された光学素子素材を一対の成形型により押圧成形することにより所望の光学素子とする光学素子の成形装置において、
前記一対の成形型の少なくとも一方が傾き可能な隙間を有して一対の成形型の外側に配置されるスリーブと、
前記一対の成形型及びスリーブの寸法による一対の成形型の偏芯量に基づいて、一対の成形型の少なくとも一方をスリーブ内で傾き調整する軸心調整機構と、
を具備することを特徴とする光学素子の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱軟化したガラス素材等の光学素子素材を一対の成形型によりプレス成形してレンズ等の光学素子とする成形方法及び成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高精度ガラスレンズ等の光学素子では、レンズ面の偏芯（光軸に対する垂直方向のズレ（シフト）や傾き（チルト））を高い精度で維持しなければならない。このため、ガラスレンズの成形時には、スリーブ（胴型）の内面と上下型の外側面とを嵌合させ、嵌合状態で摺動させることによりガラスレンズの光軸方向に対する上下のレンズ面のズレを規制することが従前より行われている。以下、スリーブの内周面と上下の成形型の外周面との寸法差を嵌合クリアランス（あるいは単にクリアランス）という。
【０００３】
この嵌合クリアランスを小さくするため、特開平６２−２９２６４１号公報には、成形型を構成する材料の熱膨張係数をスリーブの熱膨張より大きくすることが記載されている。このような構成とすることにより、常温では成形型とスリーブとのクリアランスが大きく、成形時の高温下ではクリアランスが狭まるため、高い精度で偏芯精度を確保している。
【特許文献１】特開平６２−２９２６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スリーブと成形型とを嵌合させた状態で摺動させることにより、成形品の偏芯を確保するためには、その偏芯に対する要求精度が高くなればなるほど、スリーブと成形型とのクリアランスを非常に小さくする必要がある。しかしながら、クリアランスを小さくすると、挿入時における成形型とスリーブとの僅かな傾きにより、かじりやそれに起因する変形が発生するため、取り扱いが難しくなる。一方、スリーブと成形型とのクリアランスを大きくすると、押圧成形時のスリーブに対する成形型の傾きを小さくするために、長い嵌合長を必要とし、このため成形型及びスリーブが大型化する問題を有している。
【０００５】
特開平６２−２９２６４１号公報の構造では、常温でのクリアランスを大きく確保できる反面、成形型及びスリーブの材料選択に規制が生じ、しかもこのような規制は、限られた成形条件を実現する際における致命的な制限条件となる。また、成形型及びスリーブの加工誤差は常に発生するものであり、クリアランスだけ規制しても、加工誤差に基づく偏芯量が常に存在している。このため、高い偏芯精度とすることに限界がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を考慮してなされたものであり、成形型とスリーブとを用いて光学素子を成形する場合において、成形型とスリーブのクリアランス規制を不要とすると共に成形型とスリーブとの嵌合長を長くするなどのサイズ変更を不要とすることができ、しかも偏芯精度の高い光学素子を成形することが可能な光学素子の成形方法及び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】
【０００７】
請求項１記載の発明は、加熱軟化された光学素子素材をスリーブ内で一対の成形型により押圧成形することにより所望の光学素子とする光学素子の成形方法において、前記一対の成形型及びスリーブの寸法による一対の成形型の偏芯量に基づいて、一対の成形型の少なくとも一方をスリーブ内で傾き調整する調整工程と、調整工程後の一対の成形型によって光学素子素材を押圧成形する成形工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発明では、一対の成形型及びスリーブの寸法を測定して一対の成形型の偏芯量（シフト＆チルト）を得、この偏芯量に基づいて一対の成形型の一方をスリーブ内で傾き調整するため、偏芯精度の高い光学素子を成形することができる。
【０００９】
このような発明では、一対の成形型とスリーブのクリアランスの規制が不要となるばかりでなく、成形型とスリーブとの嵌合長を長くする必要もなくなる。また、傾き調整では、加工誤差に基づく偏芯量を加味した調整となるため、加工誤差が発生しても高い偏芯精度で加工を行うことができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の光学素子の成形方法であって、前記一対の成形型の寸法は、スリーブに嵌合する部分の嵌合長及び外径を含み、スリーブの寸法は、長さ及び外径を含むことを特徴とする。
【００１１】
このような構成とすることにより、請求項２記載の発明では、スリーブ内での成形型の傾き調整を高精度に行うことができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、加熱軟化された光学素子素材をスリーブ内で一対の成形型により押圧成形することにより所望の光学素子とする光学素子の成形方法において、前記光学素子素材を一対の成形型によって押圧成形し、成形された光学素子の偏芯量を測定する測定工程と、測定した偏芯量に基づいて一対の成形型の少なくとも一方をスリーブ内で傾き調整する調整工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明では、光学素子素材を実際に押圧成形して得られた光学素子を測定することにより偏芯量を測定するため、実際の成形と同様な偏芯量を得ることができる。そして、測定した偏芯量に基づいて一対の成形型の一方をスリーブ内で傾き調整するため、偏芯精度の高い光学素子を成形することが可能となる。
【００１４】
このような請求項３記載の発明においても、一対の成形型とスリーブのクリアランスの規制が不要となるばかりでなく、成形型とスリーブとの嵌合長を長くする必要もなくなる。また、傾き調整では、加工誤差に基づく偏芯量を加味した調整となるため、加工誤差が発生しても高い偏芯精度で加工を行うことができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、加熱軟化された光学素子素材を一対の成形型により押圧成形することにより所望の光学素子とする光学素子の成形装置において、前記一対の成形型の少なくとも一方が傾き可能な隙間を有して一対の成形型の外側に配置されるスリーブと、前記一対の成形型及びスリーブの寸法による一対の成形型の偏芯量に基づいて、一対の成形型の少なくとも一方をスリーブ内で傾き調整する軸心調整機構と、を具備することを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明では、一対の成形型及びスリーブの寸法を測定して得られた一対の成形型の偏芯量に基づいて、軸芯調整機構が一対の成形型の一方をスリーブ内で傾き調整するため、偏芯精度の高い光学素子を成形することができる。従って、成形型とスリーブのクリアランス調整や成形型とスリーブの嵌合長を長くするなどのサイズ変更が不要となると共に、加工誤差が発生しても高い偏芯精度で加工を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光学素子の成形方法によれば、成形型とスリーブのクリアランス調整や成形型とスリーブの嵌合長を長くするなどのサイズ変更が不要となるばかりでなく、加工誤差があっても偏芯精度の高い光学素子を成形することができる。
【００１８】
本発明の光学素子の成形装置によれば、測定した偏芯量に基づいて軸芯調整機構が一対の成形型の一方をスリーブ内で傾き調整するため、偏芯精度の高い光学素子を成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を図示する実施の形態により具体的に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における成形装置の断面図を示す。この成形装置は、上ベース１０と、下ベース１６と、加熱炉壁１７とによって成形室が構成され、この成形室内で光学素子素材３（以下、ガラス素材３）を押圧して光学素子（以下、ガラスレンズ）を成形するようになっている。この場合、成形室は密閉可能となっており、内部を非酸化性雰囲気に保った状態で成形を行う。
【００２１】
成形室の内部には、ガラス素材３を押圧する一対の成形型としての上型１及び下型２と、上下型１，２の外周部分に配置されることにより上下型１，２の位置を決定するスリーブ４とが配置されている。スリーブ４は、上型１の上部に設けられた溝部１ｂ、１ｃに固定ねじ５ａ、５ｂを螺合させることによって、固定ねじ５ａ、５ｂに支持されている。これにより、スリーブ４は、上型１と下型２の型間及び傾き、水平方向のズレを規制している。
【００２２】
上型１、下型２の対向面は、ガラス素材３と接触する成形面１ａ、２ａとなっている。これらの成形面１ａ、２ａは、ガラスレンズを成形するに充分な形状精度（ＰＶ（ｐｅａｋ  ｔｏ  ｖａｌｌｅｙ）０．１μｍ以下）に加工されている。
【００２３】
上型１は、固定ねじ８ａ、８ｂによって上型固定軸６に固定された固定冶具７ａ、７ｂを介して上型固定軸６に取り付けられている。上型固定軸６は、円周上の１２０°等分位置に配置されたチルト調整ボルト９ａ、９ｂ、９ｃと、上型固定軸６の上面で且つ中心軸上に設置したボール１１を介して上ベース１０から垂下するように上ベース１０に取り付けられている。
【００２４】
チルト調整ボルト９ａ、９ｂ、９ｃは、それぞれのねじ込み量を変化させることによりボール１１が支点となり上ベース１０に対して上型固定軸６及び上型１を任意に傾き調整するものであり、これにより、チルト調整ボルト９ａ、９ｂ、９ｃは軸心調整機構１２を構成している。
【００２５】
下型２は、固定ねじ１５ａ、１５ｂによって下型駆動軸１３に固定された固定冶具１４ａ、１４ｂを介して下型駆動軸１３に取り付けられている。下型駆動軸１３は図示しないエアシリンダーなどの駆動手段に連結されることにより、上下動可能となっている。
【００２６】
上型１と下型２の内部には、カートリッジヒータ１８、１９が埋設されており、成形に必要な温度に加熱調整及び冷却調整されるようになっている。
【００２７】
次に、この実施の形態における上下型１，２の傾き調整を説明する。図２〜４は、図１の成形装置における上下型１，２及びスリーブ４の状態を説明する断面図である。この実施の形態では、上下型１，２及びスリーブ４の寸法を測定するものであり、上下型１，２に対しては、スリーブ４に嵌合する嵌合長及び外径を測定し、スリーブ４に対しては、長さ及び内径を測定する。
【００２８】
上型１は、型母材が超硬合金（熱膨張係数（α１）４．６５×１０−６）からなり、形状加工後の主要寸法精度が３次元測定機により精密測定される。測定の結果、外径（Ｄ１）が３９．９９４ｍｍ、スリーブ嵌合長（Ｌ１）が３１．０４５ｍｍ、成形面１ａの偏芯精度は、シフト（δ１）が０．５μｍ、チルト（θ１）が０．１６分となっている。
【００２９】
下型２は、型母材が超硬合金（熱膨張係数（α２）４．６５×１０−６）からなり、形状加工後の主要寸法精度が３次元測定機により精密測定される。測定の結果、外径（Ｄ２）が３９．９９５ｍｍ、スリーブ嵌合長（Ｌ２）が４８．４４４ｍｍ、成形面２ａの偏芯精度は、シフト（δ２）が０．９μｍ、チルトが（θ２）０．１分となっている。
【００３０】
スリーブ５は、母材が超硬合金（熱膨張係数（α３）４．６５×１０−６）からなり、形状加工後の主要寸法精度が３次元測定機により精密測定される。測定の結果、内径（ｄ３）が４０．００６ｍｍ、長さ（Ｌ３）が１０５．１ｍｍとなっている。
【００３１】
なお、この実施の形態では、作用を説明する上で不要な他の主要寸法は省略している。
【００３２】
この寸法の上下型１，２及びとスリーブ４を用いて、成形温度４９０℃で成形する場合、上下型１，２それぞれのスリーブ４内での傾きは次のように計算できる。なお、室温は２０℃である。
【００３３】
上型１のスリーブ４内での最大傾き量β１（最大チルト）は、クリアランスｋ１＝［ｄ３＋（４９０−２０）×α３×ｄ３］−［Ｄ１＋（４９０−２０）×α１×Ｄ１］から、チルトβ１（分）＝ｔａｎ−１（ｋ１／Ｌ１）×１８０／π×６０＋θ１で求められる。この式に対して上述した数値を代入して計算すると、クリアランスｋ１＝０．０１２ｍｍ、チルトβ１＝１．４９分となる。
【００３４】
上型１のスリーブ４内での最大シフト量γ１は、シフトγ１＝ｋ１／２＋δ１で求められ、この式に上述した数値を代入して計算すると、シフトγ１＝６．５１μｍとなる。
【００３５】
下型２のスリーブ４内での最大傾き量β２（最大チルト）は、クリアランスｋ２＝［ｄ３＋（４９０−２０）×α３×ｄ３］−［Ｄ２＋（４９０−２０）×α２×Ｄ２］から、チルトβ２（分）＝ｔａｎ−１（ｋ２／Ｌ２）×１８０／π×６０＋θ２で求められる。この式に上述した数値を代入して計算すると、クリアランスｋ２＝０．０１１ｍｍ、チルトβ２＝０．８８分となる。
【００３６】
下型２のスリーブ内での最大シフト量γ２は、シフトγ２＝ｋ２／２＋δ２で求められる。この式に上述した数値を代入して計算すると、シフトγ２＝６．４１μｍとなる。
【００３７】
以上の計算により、スリーブ４内で上下型１，２がとり得るチルトとシフトの最大値が決まる。
【００３８】
この実施の形態で使用した上下型１，２及びスリーブ４によりガラスレンズを成形した場合、スリーブ４内での上下型１，２の姿勢により、理論上両面の非球面軸がチルト値＝０、シフト値＝０の最小値から、第１面のチルトβ１、シフトγ１と、第２面のチルトβ２、シフトγ２の組み合わせで求まる最大値まで偏芯値が変化することになる。
【００３９】
成形される非球面ガラスレンズのようなガラスレンズの偏芯は、図５に示すように定義される。すなわち、図５に示すように、非球面ガラスレンズ２０の第１面２１の近軸中心２１ａ及びそれを通る非球面軸２１ｂとし、非球面ガラスレンズ２０の第２面２２の近軸中心２２ａ及びそれを通る非球面軸２２ｂとしたとき、第１面２１の近軸中心２１ａと第２面２２の近軸中心２２ａを通る軸２３を光軸とし、この光軸２３に対する非球面軸２１ｂと２２ｂの傾きε１、ε２をそれぞれの面の傾き（チルト）とし、それぞれの非球面面頂から光軸２３に垂線を降ろした距離δ１、δ２をシフトとして定義される。
【００４０】
なお、片面のみに非球面が形成されたガラスレンズでは、非球面側のみのチルトが定義され、両面球面レンズの場合は、光軸しか定義できないため、上述した定義は当てはまらない。
【００４１】
上記定義より、例えば両面凸レンズ形状の非球面レンズ（第１面の近軸曲率Ｒ１＝２１．１７６７ｍｍ、第２面の近軸曲率Ｒ２＝３７．３７８ｍｍ、レンズ厚ｔ＝５．３１ｍｍ）においては、通常、両面の非球面軸が反対方向に向いた状態が最悪値となる。
【００４２】
ここにおいて、軸心調整機構１２によって、上型１の姿勢を一定方向にしか傾かないように傾き調整する。これにより、最悪値となることを防止できる。従って、軸芯調整機構１２による調整の後、スリーブ４内で上下型１，２によりガラス素材３を押圧成形することにより、高精度の偏芯精度を有するガラスレンズを成形することができる。
【００４３】
このような実施の形態では、従来のようなクリアランスを規制したり、嵌合長を長くすることなく、上下型１，２及びスリーブ４の形状加工時に生じる加工誤差による偏芯量と、上下型１，２とスリーブ４のクリアランスから生じる偏芯量とを小さくすることができる。
【００４４】
（実施の形態２）
この実施の形態に用いる成形装置は、図１に示す実施の形態１と同様であるため説明は省略する。この実施の形態では、ガラスレンズを実際に押圧成形し、成形したガラスレンズを測定し、測定結果を次の成形に用いるものである。
【００４５】
まず実施の形態１と同様にして、ガラス素材３をスリーブ５内の上下型１，２で狭持し、非酸化性雰囲気中でカートリッジヒータ１８，１９を用いて、ガラス素材３及び上下型１，２とスリーブ４とを室温から加熱する。この加熱によってガラス素材３が加熱軟化するため、加熱軟化した時点で、図示しないエアシリンダにより加圧を行って所定のガラスレンズ（実施の形態１の両面非球面凸レンズ）を押圧成形する。成形後は、上下型１，２及びスリーブ４と共に冷却したガラスレンズを取り出す。
【００４６】
次に、成形されたガラスンズの偏芯量を測定する。この測定は、例えば、特公平８−１２１２６号公報に記載された図６の偏芯測定装置を用いて測定することができる。
【００４７】
図６に示すように、偏芯測定装置５１は、測定されるガラスレンズ５２を回転自在に保持するための回転ホルダー（図示を省略している回転駆動部を介して回転駆動される）５３と、ガラスレンズ５２における第１面５２ａの近軸曲率中心５２ｃの回転軸５４に対する偏芯量を検出するための近軸偏芯測定部５５と、回転軸５４に対する第１面５２ａの非球面軸５６の傾き角αを測定するための非球面軸測定部５７とを有している。回転ホルダー５３におけるガラスレンズ５２との接触部は回転軸５４に対して同心状に加工してある。符号５８は、非球面軸の検出軸、符号５２ｅは、第２面５２ｂの曲率中心である。
【００４８】
この測定装置５１においては、ガラスレンズ５２を回転ホルダー５３で支持しながら回転ホルダー５３を回転させると、ガラスレンズ５２の第２面５２ｂの曲率中心５２ｅは理論的に常に回転軸５４の軸線上となるように調心される。また、近軸偏芯測定部５５を介して第１面５２ａの近軸曲率中心５２ｃの回転軸５４に対する偏芯量を検出し、この偏芯量が０となるようにガラスレンズ５２の位置を調整することにより、第１面５２ａの曲率中心５２ｃを第２面５２ｂの曲率中心５２ｅと同様に回転軸５４の軸線上に一致させることができる。
【００４９】
従って、第１面５２ａの近軸曲率中心５２ｃ及び第２面５２ｂの曲率中心５２ｅを結ぶ直線をガラスレンズ５２の基準軸とすると、この基準軸は回転軸５４と一致する。ここで、非球面軸測定部５７で回転軸５４に対する第１面５２ａの非球面軸５６の傾き角度αを測定すると、傾き角度αは上記基準軸に対する非球面軸５６の傾き角度となり、第２面５２ｂが球面，第１面５２ａが非球面の場合の非球面軸５６の基準軸に対する傾きαを測定できる。
【００５０】
同様にして第１面５２ａ，第２面５２ｂとも非球面である場合にも、第１面と同様に第２面５２ｂの非球面軸の傾きαを測定できる。第２面５２ｂが平面である場合にも、第１面５２ａの近軸曲率中心５２ｃを通る第２面への垂線を基準軸とすることにより傾きαを測定できる。
【００５１】
以上によって測定されたガラスレンズの偏芯量の結果に基づいて、軸心調整機構１２により上型１を傾けてガラスレンズの偏芯量が減少する方向に偏芯させ、この状態でガラス素材３を押圧成形する。
【００５２】
このような実施の形態によれば、使用する上下型１，２及びスリーブ４の形状加工時に生じる加工誤差による偏芯量をあらかじめ測定しなくても、上下型１，２及びスリーブ４の形状加工時に生じる加工誤差による偏芯量と、上下型１，２とスリーブ４のクリアランスから生じる偏芯量の両方をキャンセルすることができる。従って、高精度の偏芯精度を有するガラスレンズを成形することができる。
【００５３】
以上の実施の形態では、上型１を傾き調整しているが、本発明では、下型２を傾き調整しても良く、上型１及び下型２の双方を傾き調整しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の光学素子の成形装置を示す断面図である。
【図２】実施の形態１によって測定する上下型及びスリーブの寸法を示す断面図である。
【図３】スリーブに対する上下型のチルトを示す断面図である。
【図４】スリーブに対する上下型のシフトを示す断面図である。
【図５】光学素子の偏芯を説明する説明図である。
【図６】光学素子の偏芯測定装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  上型
２  下型
３  ガラス素材
４  スリーブ
９ａ，９ｂ，９ｃ  チルト調整ボルト
１２  軸心調整機構
【図１】
2005306644.tif 000003
【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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