(57)【要約】【課題】フライアイレンズの裏面の研削加工の際に、研削鏡面や鏡面の外周縁に傷や欠けを生じさせない。【解決手段】レンズ曲面11、レンズ全側面12、該レンズ全側面に連続する面取り部13及び該面取り部の全周に亘って連続しレンズ曲面11から遠ざかる方向に延びる棄て凸部14を一体に有するレンズ半完成品10を形成する押圧成形工程、該レンズ半完成品10に対して、その棄て凸部14を研削によって削り取って面取り部13に連続する鏡面16を形成する。【選択図】 図１
2007147672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に金型押圧成形によりレンズ曲面が形成され、その裏面が研磨による平坦な鏡面に形成され、該鏡面の周縁の全周に亘って金型押圧成形による面取り部が形成されているガラスレンズ。
【請求項２】
フライアイレンズである請求項１に記載のガラスレンズ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガラスレンズの製法であって、レンズ曲面、レンズ全側面、該レンズ全側面に連続する面取り部及び該面取り部の全周に亘って連続しレンズ曲面から遠ざかる方向に延びる棄て凸部を一体に有するレンズ半完成品を形成する押圧形成工程、押圧成形した半完成品に対して、その棄て凸部を除去すると共に、面取り部に連続する鏡面を形成する研磨工程を経るガラスレンズの製法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のガラスレンズの製法であって、レンズ曲面に対応する成形面を有する第１金型と、該第１金型に対向して相対的に接近離間可能に配備された第２金型と、第１、第２の両金型が接近離間する方向に対して直交する面内で接近離間可能であり、ガラスレンズの側面、面取り部及び棄て凸部の外周面に対応する成形面を有する分割式第３金型とを、真空雰囲気中で型締めして形成されるキャビティ内で加熱ガラス材料を押圧成形してレンズ半完成品を形成する請求項３に記載のガラスレンズの製法。
【請求項５】
第３金型は２つの金型半体からなる２分割式であり、両金型半体は夫々レンズ半完成品の外周４側面の内、隣り合う２つの側面に対応する成形面を有し、両金型部材が突き合わさることによって、レンズ半完成品の全側面に対応する成形面が形成される請求項４に記載のガラスレンズの製法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のガラスレンズの製法であって、レンズ曲面に対応する型面及びレンズの全側面に対応する成形面を有する第１金型と、該第１金型に対向して相対的に接近離間可能に配備されレンズ半完成品の棄て凸部のレンズ曲面に対する裏面を形成するための第２金型と、面取り部及び棄て凸部の全側面に対応する成形面を有する第３金型とを、真空雰囲気中で型締めして形成されるキャビティ内で加熱ガラス材料を押圧成形してレンズ半完成品を形成する請求項３に記載のガラスレンズの製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライアイレンズ等、一面がレンズ曲面に形成され、その裏面が平坦面であるガラスレンズ及びその製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス製のフライアイレンズは、レンズ曲面に対応する型面を有する金型内に、加熱し軟化させたガラス材を収容し、押圧成形によって製造される。
押圧成形の際に金型も加熱され、加熱による空気酸化で金型が劣化し易いため、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で成形が行われる場合もある。
大気中や不活性ガス雰囲気中で上記押圧成形を行えば、金型キャビティの形状により、空気や不活性ガスがキャビティから抜けきらずに、金型型面と加熱軟化されたガラス材との間にエア溜まりを生じ、成形されたフライアイレンズにエア溜まりによる窪み生じさせる問題がある。
【０００３】
このエア溜まりによる欠陥を無くすため、真空雰囲気で押圧成形する方法が実施されている。この方法では、加熱軟化されたガラス材と金型型面との間にエア溜まりが生じることはなく、ガラス材は型面の全面に接することになり、成形されたレンズにエア溜まりによる窪み等の欠陥を無くすことができる。
しかし、この方法においても、押圧成形時には加熱軟化されたガラス材の一部が金型分割面にはみ出るため、成形されたレンズに対して、このはみ出た余分な部分を取り除くための研削や研磨の工程が実施されている。
【０００４】
フライアイレンズはプロジェクター等の光学機器に使用され、レンズ曲面のみならず、光学機器が要求する正確な位置に取り付けできるように、レンズの位置決め基準面、レンズの全厚み等に高い精度が要求される。
レンズの全厚の精度出しや、光を正しく収束させるために、レンズ曲面の反対側は、後加工による研削及び研磨を施して鏡面に仕上げられる。
更に、レンズの割れや欠けを防ぐため、及び光学機器へのレンズ取付けの際の該光学機器や手指への傷つきを防止するために、上記鏡面の外周縁に研削による面取り加工が施される。
【０００５】
この研削による面取り加工は、高精度が要求され手間がかかるのみならず、その研削工程で発生する研削屑により、レンズ曲面や鏡面を傷付ける虞れがある。
【０００６】
フライアイレンズの基準面の外周縁に対する研削による面取り加工を省略するために、特許文献１の方法が知られている。この方法では、フライアイレンズの基準面の外周縁に相当する部分を面取り加工したプレフォームを予め製作しておき、該プレフォームを加熱軟化させた状態で押圧成形することで、押圧成形後における研削による面取り工程をなくしている。
【特許文献１】特開２００５−５３７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方法では、プレフォームが必要であり、該プレフォームは精密に計算された重量、高い寸法精度、面取り加工されていることが必要である。このため、プレフォームの作成に手間と大きなコストがかかるという問題点がある。更に、プレフォームの重量のバラツキを０とすることは出来ず、この重量のバラツキは、押圧成形されたレンズの面取り部で吸収されるため、該面取り部の形状が不安定となる問題点もある。
本発明は、上記問題を解決したガラスレンズ及びその製法を明らかにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のガラスレンズは、一面に金型押圧成形によりレンズ曲面(11)が形成され、その裏面が研磨による平坦な鏡面(16)に形成され、該鏡面の周縁の全周に亘って金型押圧成形による面取り部(13)が形成されている。
【０００９】
本発明のガラスレンズの製法は、レンズ曲面(11)、レンズ全側面(12)、該レンズ全側面に連続する面取り部(13)及び該面取り部の全周に亘って連続しレンズ曲面(11)から遠ざかる方向に延びる棄て凸部(14)を一体に有するレンズ半完成品(10)を形成する押圧成形工程、該レンズ半完成品(10)に対して、その棄て凸部(14)を研削により除去し、更に研磨によって面取り部(13)に連続する鏡面(16)を形成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のガラスレンズの製法では、レンズ半完成品(10)のレンズ曲面(11)に対して裏面の棄て凸部(14)を研削及び研磨によって除去すると共に鏡面(16)に形成するため、研削屑や研磨屑がレンズ曲面(11)を傷つけることを可及的に防止できる。
即ち、研削、研磨面は、レンズ曲面(11)の裏側であるから、レンズ半完成品を、研削及び研磨の加工が必要な面を上向きにし、レンズ曲面(11)を下向きにして研削装置及び研磨装置にセットし、レンズ曲面(11)を保護する状態でそれらの加工ができる。
又、被研磨面の周縁の面取り部(13)が研磨工程でのレンズ側面(12)や裏面への割れや欠けの発生を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図３は、本発明のレンズを示している。
実施例のレンズ(１)は略正方形の板状フライアイレンズであって、一面に、縦横にレンズ曲面(11)(11)が並び、レンズ曲面群の外周を平坦な取付け基準面(18)が包囲している。
レンズ(１)の裏面は、研磨加工による平坦な鏡面(16)に形成されている。該鏡面(16)の外周縁には全周に亘って、面取り部(13)が形成されている。
【００１２】
図１は、上記レンズ(１)を形成する前のレンズ半完成品(10)を示している。
レンズ半完成品(10)は、上記レンズ(１)の裏面側に棄て凸部(14)をレンズ(１)と一体に突出している。棄て凸部(14)の側面(17)は、レンズ(１)の側面(12)と同じ輪郭の矩形であり、４つの側面(17)は、前記レンズ(１)の各面取り部(13)に連続する面取り部(15)が形成され、両面取り部(13)(15)によってＶ溝(19)を形成する様に面取り部(15)が形成されている。
【００１３】
レンズ半完成品(10)は、ガラス材料を後記する押圧成形装置によって押圧成形され、該レンズ半完成品(10)の棄て凸部(14)が研削及び研磨によって除去され、レンズ(１)の裏面が面取り部(13)に連続する鏡面(16)に形成される。
従って、レンズ(１)は、レンズ曲面(11)、基準面(18)、側面(12)及び面取り部(13)は押圧成形のままであり、裏面の鏡面(16)のみが研磨加工されたものである。
研磨加工されたか否かは、表面の顕微鏡観察によって容易に判別できる。
【００１４】
図４は、上記レンズ半完成品(10)を形成するための押圧成形装置を示している。
真空チャンバーを兼用する中空筺体のフレーム(２)は作業開口(21)を有し、該開口(21)は蓋(図示せず)で密閉可能である。
フレーム(２)には真空ポンプ(図示せず)が連繋されて、内部を真空に保つことができる。
フレーム(２)内に、第１金型(３)、第２金型(４)及び第３金型(５)によって構成される押圧成形金型が配備される。
【００１５】
第１金型(３)は、四角軸体に形成され下面にレンズ半完成品(10)のレンズ曲面(11)に対応する成形面(30)を有している。
第１金型(３)は、フレーム(２)の天井板(23)を貫通した下向き支持軸(31)に取付けブロック(35)を介して取り付けられて定位置に保持されている。
上記支持軸(31)には、第１金型(３)の上方にて下向きコ字状のガイド部材(32)も取り付けられている。
【００１６】
第２金型(４)は前記第１金型(３)の真下位置にて第１金型(３)に対して接近離間可能に配備され、上面が平坦な成形面(40)となっている。
第２金型(４)は、フレーム(２)の底板(22)を昇降可能に貫通した昇降軸(41)に載せ台(42)を介して取り付けられる。
昇降軸(41)には昇降駆動装置(図示せず)が連繋され、実施例の昇降駆動装置はエアーシリンダである。
【００１７】
第３金型(５)は、レンズ半完成品(10)の上面と下面を除く全側面を形成するものであって、第２金型(４)の昇降方向と直交する面内で接近離間可能な２つの金型半体(51)(51)によって構成される。
両金型半体(51)(51)は、互いに接近離間する面内で点対称となる様にＬ字状に屈曲しており、金型半体(51)(51)が接近して突き合わさった状態でレンズ半完成品(10)の全側面を包囲する型面が形成される。従って、各金型半体(51)(51)は、レンズ半完成品(10)の４つの側面の内、隣り合う２面に対応する成形面(52)を有し、該成形面(52)には前記レンズ半完成品(10)の側面のＶ溝(19)に対応する突条(53)が形成されている。
金型半体(51)(51)の突合せ当接面(54)(54)は、４５°のカット面である。
各金型半体(51)(51)は、フレーム(２)の側板(24)をスライド可能に貫通して対向配備されたスライド軸(56)(56)の内端に、取付けブロック(55)(55)を介して取り付けられている。
【００１８】
前記第１金型(３)を支持した支持軸(31)上のガイド部材(32)は、その両端の下向き片(33)(33)の下面を上記各取付けブロック(55)の上面に摺接可能に当てて、金型半体(51)(51)のスライド移動のガイドの役割を成している。
【００１９】
上記第１金型(３)、第２金型(４)、第３金型(５)、或いはそれらを取り付けるための部材にはヒータ(図示せず)が内蔵されている。
【００２０】
然して、図４に示す如く、成形金型を型開きし、金型をヒータで加熱しておき、加熱軟化させたガラス材料Ｇを第２金型(４)の上面に載せる。
ガラス材料Ｇは、レンズ半完成品(10)の重量に対応する重量に調整されているが、後記する理由により、ガラス材料Ｇの重量は厳密にレンズ半完成品(10)の重量に揃える必要はない。
【００２１】
フレーム(２)内を真空雰囲気とし、第２金型(４)を上昇させると共に、金型半体(51)(51)を閉じる方向に移動させて型締めを行う。
真空雰囲気中での押圧成型であるから金型キャビティ内にエアー溜まりは生じず、図５に示す如く、第２金型(４)の上昇によって、ガラス材料Ｇは金型キャビティに隙間なく充満し、レンズ半完成品(10)を成形できる。
レンズ半完成品(10)のレンズ曲面(11)及び基準面(18)を形成する第１金型(３)は定位置に保持され、レンズ半完成品(10)の側面を形成する金型半体(51)(51)は、ガイド部材(32)によって正しい高さ位置に位置決めされるから、レンズ半完成品(10)は基準面(18)から側面のＶ溝(19)までの高さにバラツキは生じない。
ガラス材料Ｇの重量の過不足は、Ｖ溝(19)の底から下方の部分、即ち、レンズ半完成品(10)の棄て凸部(14)の高さに吸収される。このため、ガラス材料Ｇの重量を高い精度で揃える必要はない。
【００２２】
押圧成形終了後、フレーム(２)内の真空を解除し型開きして、レンズ半完成品(10)を取り出す。
次に、レンズ半完成品(10)を基準面(18)を正にして、レンズ曲面(11)の裏側である棄て凸部(14)を上向きにして研削装置にセットし、該棄て凸部(14)をＶ溝(19)の溝底を越え、所定高さまで研削する。棄て凸部(14)は除去される。次いで、凸部(14)を研削除去したレンズ半完成品(10)を研磨装置にセットして、研削面、即ち、レンズ曲面(11)の反対側面を研磨して鏡面(16)に加工する。
実施例では、研磨剤として酸化セリウムを用いた。
基準面(18)と平行な鏡面(16)を有し、鏡面(16)の外周縁には、面取り部(13)が連続しているレンズ(１)が完成する。
【００２３】
上記本発明のガラスレンズの製法では、レンズ半完成品(10)のレンズ曲面(11)に対して裏面の棄て凸部(14)を研削及び研磨によって除去すると共に鏡面(16)に形成するため、研削屑がレンズ曲面(11)を傷つけることを可及的に防止できる。
又、レンズ曲面(11)を包囲する基準面(18)を正にして、該基準面(18)に対して裏面を研磨して鏡面(16)を形成するから、基準面(18)と鏡面(16)間の厚み、即ち、レンズ曲面(11)の頂部と鏡面(16)との間のレンズ全厚みを高精度に仕上げることができる。
研削、研磨面は、レンズ曲面(11)の裏側であるから、レンズ半完成品を、研削及び研磨の加工が必要な面を上向きにし、レンズ曲面(11)を下向きにして研削装置及び研磨装置にセットし、レンズ曲面(11)を保護する状態でそれらの加工ができる。
又、被研削、被研磨面の周縁の面取り部(13)が研削、研磨工程でのレンズ側面(12)への割れや欠けの発生を防ぐことができる。
尚、レンズ(１)には、レンズ半完成品(10)の成形の際に、第３金型(５)の金型半体(51)(51)の当接パーティングラインにより、隣り合うレンズ側面(12)の境界角部に微細な筋状模様が形成されているが、これは研削除去せずとも、レンズ性能を左右するものではない。
【００２４】
図６はレンズ半完成品(10)の他の実施例を示し、前記図１に示すレンズ半完成品(10)に較べて、棄て凸部(14)の形状が異なっているだけで、他の部分は同じである。
図６のレンズ半完成品(10)の棄て凸部(14)は、レンズ側面(12)に連続する面取り部(13)が下向きに短く延びている。
【００２５】
図７は、図６に示すレンズ半完成品(10)を押圧成形するための押圧成形装置の他の実施例を示している。
前記同様にして、真空チャンバーを兼用する中空筺体のフレーム(２)内に、第１金型(３)、第２金型(４)及び第３金型(５)からなる押圧成形金型が配備される。
ここでの該第３金型(５)は分割式ではなく１つもののブロック体であり、定位置に固定配備される。第３金型(５)は、レンズ半完成品(10)の棄て凸部(14)の輪郭に対応する貫通四角孔(57)を縦向きに有し、該四角孔(57)の上端に、レンズ半完成品(10)の面取り部(13)に対応して面取り(58)を施し、四角孔(57)と面取り(58)によって型面(52a)を形成している。
【００２６】
第１金型(３)は、フレーム(２)の天井板(23)を昇降可能に貫通した支持軸(31)に取り付けられ、該支持軸(31)に昇降駆動装置(図示せず)が連繋される。
第１金型(３)の下面にはレンズ半完成品(10)の上面、即ち、レンズ曲面(11)(11)及び基準面(18)を形成するための型面(30)とレンズ側面(12)を形成する型面(52b)が形成される。
第１金型(３)の型面(52b)と前記第３金型(５)の型面(52a)とによって、レンズ半完成品(10)の棄て凸部(14)を形成する成形面(52)が形成される。
【００２７】
第２金型(４)は、第３金型(５)の四角孔(57)にスライド可能に嵌まる角軸体に形成され、上面が平坦な成形面(40)となっている。
第２金型(４)は、昇降駆動装置(図示せず)によって昇降する。
【００２８】
第１金型(３)の昇降駆動装置と第２金型(４)の昇降駆動装置は、夫々独立しており、第１金型(３)の昇降駆動装置は、第１金型(３)の下面が第３金型(５)の上面に当接する様に押圧する。
第２金型(４)の昇降駆動装置は、エアーシリンダー等で形成され、第１金型(３)の昇降駆動装置よりも押圧力が弱い。
【００２９】
図７に示す如く、フレーム(２)内を真空雰囲気にし、第３金型(５)の四角孔(57)に侵入している第２金型(４)の上面にガラス材料Ｇを載せ、第１金型(３)を下降させて、第２金型(４)に当接させる共に、第２金型(４)を上昇させて型締めすれば、金型キャビティに対応する形状のレンズ半完成品(10)を得ることができる。
レンズ半完成品(10)には、第１金型(３)と第３金型(５)のテーパライン、即ちレンズ半完成品(10)のレンズ側面(12)と面取り部(13)との境界角部に微細な筋模様が生じるが、これは研削除去せずとも、レンズ性能を左右するものではない。
【００３０】
レンズ半完成品(10)に対して、前記同様にして、棄て凸部(14)を研削除去し、更にレンズ裏面を研磨して鏡面(16)に仕上げる。
【００３１】
（実験例）
幅約５０mm、奥行き約５０mm、厚さ約２mmのホウ珪酸の矩形板状ガラス材料Ｇを、８７０℃に設定した加熱炉で軟化させ、次いで、この軟化させたガラス材を前記図４に示す押圧成形装置で成形し、レンズ半完成品(10)を得た。
レンズ半完成品(10)のＶ溝(19)は、深さ３００μｍ、レンズ側面(12)とレンズ面取り部(13)の成す角度は４５°、レンズ面取り部(13)と棄て凸部面取り部(15)の成す角度９０°である。
フレーム(２)内の真空度を、０(大気圧力)、−２００、−３００、−４００、−５００mmHgの条件で、１０個づつレンズ半完成品(10)を製作した。
真空度の差により、レンズ曲面(11)に対するエア溜まり跡の発生の違いが見られ、−２００mmHg以下の真空度ではエア溜まりが見られるのに対し、−３００mmHg以上の真空度では、エア溜まりがなく良好に押圧成形させることが判明した。
本発明による押圧成形では−３００mmHg以上の真空度の雰囲気で実施するのが望ましく、より好ましくは−５００mmHg以上の真空雰囲気中で実施するのが望ましい。
【００３２】
上記寸法のレンズ半完成品(10)の棄て凸部(14)を、面取り部(13)に達するまで研削除去し、更に研磨して鏡面(16)に仕上げた。レンズ(１)のレンズ曲面(11)や鏡面(16)に傷や、欠けは殆んど生じなかった。
比較例として、レンズ曲面(11)の裏面の周縁が面取りされていないレンズ半完成品(10)の該裏面に研削加工及び研磨加工を施した結果、得られたレンズの内、約３０％程度が、研磨面やレンズ側面に傷や欠けによる製品不良がみられた。
又、押圧成形後に、研削によって面取り部(13)を形成してから、レンズ曲面(11)の裏面を研削によって鏡面(16)に加工した場合、約２０％程度に、傷や欠けによる製品不良がみられた。
【００３３】
上記実施例の説明は本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは該範囲を減縮する様に解すべきではない。本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で、種々の変形が可能であることは勿論である。
【００３４】
例えば、本発明は、フライアイレンズに限らず、レンチキュラーレンズ等、一面にレンズ曲面(11)、その裏面が平坦な鏡面(16)を有するレンズおよびその製法に実施可能であるのは勿論である。
【００３５】
又、本発明において、レンズ曲面の裏面を研削加工することなく研磨加工のみで鏡面に形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】レンズ半完成品の斜面図である。
【図２】図１Ａ−Ａ、及びＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】レンズの斜面図である。
【図４】押圧成形装置の斜面図である。
【図５】型締め状態の押圧成形装置の断面図である。
【図６】他の実施例のレンズ半完成品の斜面図である。
【図７】他の実施例の押圧成形装置の型開き状態の断面図である。
【図８】同上の型締め状態の断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  レンズ
10  レンズ半完成品
13  面取り部
14  棄て凸部
16  鏡面
２  フレーム
３  第１金型
４  第２金型
５  第３金型
【図１】
2007147672.tif 000003
【図２】
2007147672.tif 000004
【図３】
2007147672.tif 000005
【図４】
2007147672.tif 000006
【図５】
2007147672.tif 000007
【図６】
2007147672.tif 000008
【図７】
2007147672.tif 000009
【図８】
2007147672.tif 000010