(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック機能素子の一部を保持部材に嵌めて両者を組み合わせ、それを転写金型内において該保持部材が転写金型の支持面で支持されるように装着し、転写用入れ子の転写面で該プラスチック機能素子の光学面を転写加工する、複合光学素子の製造方法において、
転写のために転写用入れ子で機能素子を挟圧させたとき、上記保持部材を転写金型から浮かせて、転写金型により上記保持部材が挟持されない状態で、転写を行うようにした複合光学素子の製造方法。
【請求項２】
上記保持部材が転写金型から浮いた状態にあるとき、該転写金型の保持部材に対する支持面から気体を吹き出させ、この気体流により上記保持部材を支持させるようにした、請求項１の複合光学素子の製造方法。
【請求項３】
上記保持部材が金型から浮いた状態にあるとき、上記金型に設けた磁気浮上手段によりこの保持部材を支持させるようにした、請求項１の複合光学素子の製造方法。
【請求項４】
上記保持部材の自重による撓みの影響を無視し得ない場合に、この撓みによる影響を排除するために、複合光学素子を縦にした状態で複合光学素子を上記金型に配置し、この状態で転写を行う請求項１の複合光学素子の製造方法。
【請求項５】
プラスチック機能素子の一部を保持部材に嵌めて両者を組み合わせ、それを転写金型内において該保持部材が転写金型の支持面で支持されるように装着し、転写用入れ子の転写面で該プラスチック機能素子の光学面を転写加工する、複合光学素子の製造方法において、
転写のために転写用入れ子で機能素子を挟圧させたとき、上記保持部材を転写金型から浮かせ、支持手段により上記保持部材を中立位置に保持させた状態で転写を行うようにした複合光学素子の製造方法。
【請求項６】
上記転写金型の保持部材支持面に、上下動する上下一対の支持棒の複数組を配置し、この支持棒の複数組で上記保持部材を挟持させた状態で転写を行う、請求項５の複合光学素子の製造方法。
【請求項７】
上記保持部材に隣接して配置されていて、下から押し出される押圧ピンによって、上記機能素子の光学面を除く周辺部分であって、該保持部材に嵌合されるフランジ部分を部分的に押し上げて、当該フランジ部分を保持部材に部分的に押し付けて一時的に保持部材に固定した状態で転写を行う、請求項６の複合光学素子の製造方法。
【請求項８】
上記保持部材に対する転写金型の支持面にバネを複数配置し、このバネで、保持部材を中立位置に支持させた状態で転写を行う、請求項５の複合光学素子の製造方法。
【請求項９】
プラスチック機能素子の一部を保持部材に嵌めて両者を組み合わせ、プラスチック機能素子の光学面を転写加工する、複合光学素子の製造装置において、
保持部材に対する転写金型の支持面に複数の気体ノズルを配置し、当該ノズルから吹き出す気体によって上記保持部材を金型から浮いた状態に保持し、この状態で機能素子を転写するようにした複合光学素子の製造装置。
【請求項１０】
プラスチック機能素子の一部を保持部材に嵌めて両者を組み合わせ、プラスチック機能素子の光学面を転写加工する、複合光学素子の製造装置において、
上記保持部材に対する転写金型の支持面に複数の磁気浮上手段を配置し、当該磁気浮上手段によって上記保持部材を該転写金型の保持部材に対する支持面から浮いた状態に保持し、この状態で機能素子を転写加工するようにした複合光学素子の製造装置。
【請求項１１】
プラスチック機能素子の一部を保持部材に嵌め込んで両者を組み合わせ、プラスチック機能素子の光学面を転写加工する、複合光学素子の製造装置において、
転写金型の保持部材に対する支持面に、該金型とは別の支持手段を複数配置し、この支持手段で上記保持部材を支持して、当該保持部材を該転写金型の保持部材に対する支持面から浮かせるようにした複合光学素子の製造装置。
【請求項１２】
上記保持部材に対する上記支持手段が、保持部材に対する転写金型の支持面に対して上下動する上下一対の支持棒である、請求項１１の複合光学素子の製造装置。
【請求項１３】
上記保持部材に隣接して、下から押し出される押圧ピンを配置してあり、上記機能素子の光学面を除く周辺部分であって、該保持部材に嵌合されるフランジ部分を上記押圧ピンで部分的に押し上げて、上記フランジ部分を保持部材に部分的に押し付けて一時的に保持部材に固定するようにした、請求項１２の複合光学素子の製造装置。
【請求項１４】
上記保持部材に対する転写金型の支持面に複数のバネを配置してあり、該バネで保持部材を中立位置に支持させるようにした請求項１１の複合光学素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、高精度なプラスチック成形品（特に光学レンズ、光学ミラー等の光学素子）、殊にこれらの複合部材の転写加工に適した製造方法及び製造装置に関するものであり、複写機、ファクシミリ、固体操作型プリンタ等の光走査系に用いられる、比較的長尺のプラスチックレンズなどの精密プラスチック製品の製造に利用して極めて有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学レンズ等に使用される光学素子はその真直度の仕様が厳しい（例えば、３０μｍ以下）ので、光学素子をプラスチックだけで形成すると、プラスチック材は比較的変形しやすいためその仕様を満たすことは極めて困難であり、このことが比較的長尺のものの場合に特に問題になる。このような比較的長尺の光学素子（例えば長尺のプラスチックレンズ）については、機能素子３（プラスチックレンズの部分）と該機能素子３を保持する保持部材２（金属製補強部材）を組み合わせて複合光学素子を構成することによって、その剛性を向上させることが考えられている。
そして、光学素子の鏡面加工は転写によって行われるが、上記複合光学素子に上記転写加工を施すときは、図１（ａ）に示すように、それを転写金型内に装着し、その保持部材２を上下の金型Ｄ，Ｄで挟んで固定し、上下の転写用入れ子１，１で機能素子３（例えばレンズ）の機能部（例えばレンズ部）をプレスして、転写用入れ子１の転写面をレンズ面に転写して鏡面にする。他方、保持部材２は金属部材であり、光学素子に求められる真直度仕様に比してその真直度が極めて低いのが一般的である（保持部材の成形加工精度の関係から）。このため、金型Ｄ，Ｄの中に複合光学素子（厳密には複合光学素子母材であるが）を装着すると、例えば、図１（ｂ）に示すように保持部材２の両端が金型Ｄの支持面に当たって上方に凸のままで支持され、金型を閉じて保持部材２を上下から挟圧すると、保持部材２が金型Ｄ，Ｄの真直性によって、図２（ｂ）に示すように真っ直ぐに矯正（変形）され、この状態でレンズ部が転写用入れ子１，１で挟圧されて転写加工が行われる。そして、図３（ａ）に示すように、転写加工後に転写用入れ子１，１による挟圧が解放され、また、金型Ｄ，Ｄによる保持部材に対する挟圧が解除されると、保持部材２が図３（ｂ）に示すように弾性復元し、この弾性復元により機能素子（例えばレンズ）が逆に変形されてしまうという不具合を生じる。
【０００３】
【解決しようとする課題】
そこでこの発明は、機能素子に保持部材を組み合わせた光学素子の上記機能素子の鏡面を転写加工で成形する、複合部材の製造方法及びその製造装置について、転写加工時に、金型による上記保持部材の変形を無くし、保持部材に保持された機能素子の真直度が上記保持部材の変形により損なわれることを回避できるように、金型内での保持部材の保持の仕方を工夫することをその課題とするものである。
【０００４】
【課題解決のために講じた手段】
【解決手段その１】
上記課題解決のために講じた手段１は、プラスチック機能素子の一部を保持部材に嵌めて両者を組み合わせ、それを転写金型内において該保持部材が転写金型の支持面で支持されるように装着し、転写用入れ子の転写面で該プラスチック機能素子の光学面を転写加工する、複合光学素子の製造方法を前提として、転写加工のために転写用入れ子で機能素子を挟圧させたとき、転写金型により上記保持部材が挟持されないようにして上記保持部材を転写金型から浮かせ、その状態で転写を行うようにしたことである。
【０００５】
【作用】
転写金型に上記複合光学素子を装着して当該金型を閉じた状態で、保持部材は金型に対して浮いた状態にあるので、金型によって強圧されることはなく、したがって、金型によって弾性変形されるということはない。
したがって、金型によって弾性変形されたその変形が金型解放に伴って復元し、上記弾性復元によって転写加工された機能素子に歪みをもたらすことはない。
保持部材を金型に対して浮かせた結果、保持部材の自重が機能素子にかかり、これによって機能素子の一部に微小な歪みを生じるが、機能素子の本体部（例えば、光学素子が光学レンズの場合はレンズ本体部）が転写用入れ子の転写面によって挟持されているので、保持部材の自重による機能素子本体部への影響は極めて軽微である。
【０００６】
【実施態様１】
実施態様１は、上記保持部材が転写金型から浮いた状態にあるとき、該転写金型の保持部材に対する支持面から気体を吹き出させ、この気体流により、この保持部材を支持させるようにしたことである。
【作用】
この実施態様１は、上記解決手段１において、転写金型の支持面から浮いた保持部材重量の機能素子の本体部への影響が無視し得ない場合に有効な実施態様であり、転写金型の支持面から吹き出す気体流によって保持部材を支持させることにより、保持部材重量による上記影響をほとんどゼロに低減することができる。
また、保持部材が長尺であるときは、これを転写金型の支持面に単純に載せると、保持部材がもともと歪んでいるため、その両端が転写金型の支持面に当接し、自重で中央部が下方に撓む傾向がある。他方、極めて高精度が求められる光学素子においては、転写時の上記のように撓み（変形）が転写面の精度に影響するので、このことが問題になりかねないが、自重による中央部の上記撓みを考慮して、保持部材全長についての気体流による支持力の分布を調整することにより、上記問題も解消される。
【０００７】
【実施態様２】
実施態様２は上記保持部材が金型から浮いた状態にあるとき、金型に設けた磁気浮上手段により、この保持部材を支持させるようにしたことである。
【作用】
この実施態様２は、上記解決手段１において転写金型の支持面から浮いた保持部材の自重の影響を無視し得ない場合に有効な実施態様であり、金型に設けた磁気浮上手段による浮上力で保持部材を支持させることにより、保持部材の自重による上記影響を可及的に低減することができる。
また、保持部材が長尺であり、これが歪んでいるときは、その両端が転写金型の支持面に当接し、その自重で中央部が下方に撓む傾向があり、極めて高精度が求められる光学素子においては、このことが転写精度に影響するため問題になりかねないのは上記のとおりであるが、しかし、この実施態様２によれば、保持部材全長について、上記支持棒による支持位置が決まり、これによって上記撓みが阻止されるので、上記問題は解消される。
【０００８】
【実施態様３】
この実施例３は、解決手段１において保持部材の自重による上記撓みの影響を無視し得ない場合に、もっぱらこの撓みによる影響を排除するのに有効な実施態様であり、複合光学素子を縦にした状態（図７参照）で転写金型に配置し、この状態で転写を行うことである。
【作用】
上記複合光学素子が極めて長尺（例えば全長３８０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ１２ｍｍの光学レンズ）の物である場合、その厚さは長さに比して極めて小さいので、保持部材の自重による撓みが大きくなるが、これを縦にした状態で転写金型に装着すると、長さは同じでも、自重による撓みはほとんどゼロになる。
したがって、複合光学素子の自重による撓みの影響は完全に排除される。
【０００９】
【解決手段その２】
上記課題解決のために講じた手段２は、プラスチック機能素子の一部を保持部材に嵌めて両者を組み合わせ、それを転写金型内において該保持部材が転写金型の支持面で支持されるように装着し、転写用入れ子の転写面で該プラスチック機能素子の光学面を転写加工する、複合光学素子の製造方法を前提として、転写加工のために転写用入れ子で機能素子を挟圧させたとき、他の支持部材により保持部材を中立位置に保持させて上記保持部材を転写金型から浮かせた状態で、転写を行うようにしたことである。
【００１０】
【作用】
転写金型に上記複合光学素子を装着して当該金型を閉じた状態でも上記保持部材は上記支持部材により中立位置に保持されて金型に対して浮いた状態にあるので、金型が閉じられたときこれによって挟圧されることはなく、したがって、金型によって挟圧されて弾性変形されることはない。
したがって、金型によって弾性変形され、この変形が金型解放に伴って復元し、この弾性復元によって転写加工された機能素子に歪みをもたらす、ということはない。
また、保持部材は上記支持部材によって中立位置に保持されるので、保持部材の自重による機能素子本体部（例えば、光学レンズ部）への影響はない。
【００１１】
【実施態様１】
実施態様１は、上記保持部材に対する上記支持手段を、保持部材に対する転写金型の支持面に対して上下動する上下一対の支持棒とし、この一対の支持棒の複数組で保持部材を挟持させて、中立位置に保持することである。
【作用】
転写金型に複合光学素子を装着し、転写用入れ子で機能素子本体部を挟圧させた状態において、上下動する上下一対の支持棒で保持部材を中立位置に保持するから、保持部材の自重による機能素子本体部（例えば、光学レンズ部）への影響はない。
【００１２】
【実施態様２】
実施態様２は、保持部材が上下動する上下一対の支持棒で挟持されて中立位置に保持される実施態様１を前提とする実施態様であり、下から押し出される押圧ピンによって、保持部材と嵌合して組み合わされた機能素子における光学面を除く周辺のフランジ部分を部分的に押し上げて、当該フランジ部分を保持部材に部分的に押し付けて一時的に保持部材に固定した状態で、転写加工を行うことである。
【作用】
転写加工中は、機能素子部が保持部材に一時的に固定され、その相対的な移動が阻止されるから、転写加工精度が向上する。
【００１３】
【実施態様３】
実施態様３は、上記保持部材に対する転写金型の支持面に複数のバネを配置し、このバネで、保持部材を中立位置に支持させた状態で転写加工を行うことである。
【作用】
複合光学素子を転写金型に装着したときは、その保持部材は上記バネを介して転写金型の保持部材支持面に支持される。
そして金型が閉じられ、転写用入れ子によって機能素子本体部が挟持されるとき、保持部材は上記バネによって中立位置に保持される。したがって、保持部材の自重による機能素子本体部（例えば、光学レンズ部）への影響はない。
また、保持部材が長尺であるときは、その自重により中央部が下方に撓む傾向があり、極めて高精度が求められる光学素子においてはこのことが問題になりかねないが、保持部材全長について、上記バネによる支持位置が決まり（上記撓みを考慮してバネ力の分布を決める）、上記自重による撓みが阻止されるので、上記問題は解消される。なお、ここでいうバネは弾性支持部材を意味し、したがって、コイルバネ、板バネはもちろん、弾性ゴム、空気バネ等もこれに含まれる。
【００１４】
以上、この発明を転写加工される複合光学素子の製造方法、製造装置に適用するものとして説明したが、プラスチック製品と補強部材との複合構造物であって、精密鏡面加工を要するその他の部材であって、上記課題が存在するものにもこの発明を適用し得る。したがって、このようなものにこの発明を適用するときは、その成形品の特性、形状構造を勘案し、求められる転写加工精度とコストとの兼ね合いで、上記実施態様のいずれかを適宜選択して用いればよい。
したがって、プラスチック製品と補強部材との複合構造物であって、精密鏡面加工を要するその他の部材にこの発明を適用した実施の形態は、この発明の技術的範囲内のものである。
【００１５】
【実施例】
実施例１
この実施例の複合光学素子は、全長３８０ｍｍ、幅Ｂ：２０ｍｍの長尺光学レンズを対象とする例である。そしてこの複合光学素子の断面形状は図４に示すとおりであり、その光学機能部の幅Ｂ１：１１ｍｍ、厚さがＴ１：４ｍｍで、フランジ３ａの厚さは２ｍｍである。また、端面コ字状の保持部材の厚さＴ２：１２ｍｍ、幅Ｂ２：６ｍｍ，自重１５０ｇである。
なお、この例の機能素子３のフランジ３ａの上下両面に多数の半球状突起３ｂを設けてあり、これによってフランジ３ａの保持部材内面に対する摺動抵抗（機能素子と保持部材との熱膨張差による相対的な伸縮などによる摺動）を低減し、あるいは摺動面に摩耗粉などが噛み込んで摺動抵抗が増大されることを防止している。
上記複合光学素子を金型に装着したとき、その保持部材２は、図１（ｂ）と同様に金型Ｄの支持面に支持されているが、金型Ｄを閉じ、上下の転写用入れ子１を閉じて機能素子３のレンズ部を挟持させると、複合光学素子全体が若干押し上げられ、図５（ａ）に示すように保持部材２が金型Ｄの支持面から浮き上がった状態になる。このとき保持部材２は、図５（ｂ）に示すように、自然形状のままであり、この状態で光学機能に対する転写加工がなされる。
【００１６】
実施例２
保持部材２の自重による上記撓みが大きく、光学素子に最終的に求められる真直度に影響を与える場合、あるいは、その自重のためにフランジ３ａの変形が大きく、これが光学素子の精度に影響を与える場合は、保持部材２を金型内で全くフリーにすることはできない。この場合は、図８に示すように、保持部材２に対する金型の支持面にノズル１０（あるいは磁気浮上手段）を長手方向に複数設け、ノズル１０から吹き出される気体流（あるいは磁気）による浮上力で保持部材２を下方から支えさせるとよい。この場合、気体流による支持力（あるいは磁気浮上力）が長手方向に均等であれば、保持部材の自重による撓みは無い。
【００１７】
実施例３
この実施例３は、解決手段２の実施態様１の例であり、図９に示すように、転写金型Ｄに上下動する上下の支持棒１１，１１の対を複合光学素子の長手方向に複数設けたものであり、この例においては、支持棒１１の直径は１ｍｍであり、この上下支持棒の対を、金型の長手方向両端と中央部とに配置している。
上下の支持棒１１，１１を引っ込めておいて、金型Ｄに複合光学素子を装着する。転写用入れ子１，１でレンズ部を挟持させるとき、支持棒を突き出して保持部材２を挟持させ、これを中立位置に保持させる。
このとき、長手方向に並んだ３つの支持棒１１による支持力が均等になるように調整することによって、保持部材２は自然状態で保持されることになる。
この支持棒１１，１１による上下方向の支持位置制御は、各支持棒による支持位置を予め選定しておいて、ポテンシオメータなどの位置検出手段２１で支持棒１１の押し出し位置を検出し、予め選定した位置を基準にして、制御装置２２で駆動コイル２３を駆動し、押し出し位置をフィードバック制御するようにしてもよい（図１１参照）。また、長手方向に配置した３つの支持棒１１で保持部材２を中立位置まで押し上げ、その後、各支持棒による押上力がほぼ均等になるように、その支持高さを調整し、その後、上方の支持棒を下げて保持部材を挟持させて中立位置に固定すれば、保持部材２のもともとの歪みに対する調整がなされ、保持部材は自然形状のままで支持棒によって保持されることになる。このような制御を行う場合は、上記手順のようにシーケンス制御し、保持部材の自然形状に合うように中央の支持棒による支持位置の微調整を行えばよい。
さらに、この実施例３においては、長手方向に２つの押圧ピン３１を設け、保持部材２の支持位置が一旦決められてから、この押圧ピン３１を押し上げて、これによって機能素子３のフランジ３ａを部分的に突き上げて、これを保持部材２の内面に押し付け、機能素子３を保持部材２に、少なくとも転写加工の間一時的に固定するようにしている。
【００１８】
実施例４
この実施例４は、上記解決手段２の実施態様３の例であって、保持部材２をバネ４０によって中立位置に保持させる例であり、図１０に示すように金型Ｄの保持部材２に対する支持面の両端と中央部とにバネ（コイルバネ、板バネ、弾性ゴムなど）４０を配置し、このバネによって保持部材の両端と中央部との３点を支持して、中立位置に保持するものである。この場合、中央のバネのバネ力を両端のものよりも幾分強くすることによって、保持部材の自重による撓みを補償することもできる。
バネを空気バネにするときは、このバネ力の調整はその空気圧力を制御することで容易に加減できるので、保持部材の自重による撓みを補償する場合は好都合であり、転写加工される複合光学素子の種類の違いに対する調整を比較的容易に行える。
しかし、空気バネの空気圧を全て均等にすることで実用上は十分である。
また、バネによる支持力と保持部材の撓み量との相関を予め定めておけば、両端のバネによる支持高さを制御し、中央の空気バネのバネ力を制御することによって保持部材の撓み量をさらに精緻に補償することも可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上のとおり、この発明は、プラスチック機能素子の一部を保持部材に嵌めて両者を組み合わせ、プラスチック機能素子の光学面を転写加工する、複合光学素子の製造方法及び製造装置について、転写加工時に金型によって保持部材を挟持させないで、保持部材を基本的には金型から浮かした状態で転写加工するものであるから、金型によって保持部材を挟持することによる保持部材の歪み発生が回避され、この歪みの弾性復元による機能素子本体部への影響を完全に回避することができる。したがって、転写加工された機能素子の高精度を保った、複合光学素子を製造することができる。
また、保持部材を金型から浮かせた状態で転写加工することを基本としつつ、さらに、保持部材を下から支えさせて中立位置に保持することによって、保持部材の自重による撓みの転写精度への影響を排除するものであるから、保持部材の撓みによる微小な悪影響をも完全に防止することも可能である。
したがって、光学素子を保持部材で補強した複合部材にすることに伴う、転写加工における転写精度の阻害要因を完全に払拭することができ、単一部材からなる光学素子と同等の転写精度を確保することができる。
各請求項に係る発明の大方は上記実施態様に対応するが、その作用効果は、それぞれの作用の項に記載したとおりである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、複合光学素子の従来の転写加工装置に複合光学素子を装着した状態の断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）における金型、保持部材、機能素子の関係を模式的に示す縦断面図である。
【図２】（ａ）は、図１の金型を閉じた状態の断面図であり、（ｂ）は図２（ａ）における金型、保持部材、機能素子の関係を模式的に示す縦断面図である。
【図３】（ａ）は、図１（ａ）の金型の解放状態の断面図であり、（ｂ）は図３（ａ）の金型から取り出された転写加工後の複合光学素子の断面図である。
【図４】は、実施例に用いる複合光学素子の断面図である。
【図５】（ａ）は、実施例１の金型に複合光学素子を装着した状態の断面図であり、（ｂ）は図５（ａ）における金型、保持部材、機能素子の関係を模式的に示す縦断面図である。
【図６】（ａ）は、図５（ａ）の金型を解放した状態の断面図であり、(ｂ)は図６（ａ）の金型から取り出された転写加工後の複合光学素子の断面図である。
【図７】は、複合光学素子を縦にした状態で転写金型に装着した状態の断面図である。
【図８】は、実施例２の転写金型の断面図である。
【図９】（ａ）は、実施例３の金型の断面図であり、（ｂ）は図９（ａ）における金型、保持部材、機能素子、支持棒、押圧ピンの関係を模式的に示す断面図である。
【図１０】（ａ）は、実施例４の金型の断面図であり、（ｂ）は図１０（ａ）における金型、保持部材、機能素子、バネの関係を模式的に示す断面図である。
【図１１】は、実施例３における支持棒の押し出し位置の制御装置の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
Ｄ：転写用金型
１：転写用入れ子
２：保持部材
３：機能素子
１１：支持棒
３１：押圧ピン
４０：バネ
【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５】
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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１０】
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【図１１】
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