(57)【要約】【課題】  傾斜その他の必然的な加工誤差がある上型、下型及び胴型を用いても、高光軸精度を有する光学素子を簡単かつ安定的に得ることができるプレス成形方法を提供する。【解決手段】  上型11、下型12及び胴型2からなる金型装置を用いて光学素子をプレス成形により製造する方法であって、上型11の側面11eのプレス基準面11cに対する傾きの方向、下型12の側面12eのプレス基準面12cに対する傾きの方向、及び胴型2の内面2aの底面に対する傾きの方向を求め、これらの傾きの方向が一致するように、下型12と胴型2、及び胴型2と上型11とを位置決めする方法。【選択図】  図4(b)
2009107918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型、下型及び胴型からなる金型装置を用いて光学素子をプレス成形により製造する方法であって、前記上型のプレス基準面に対する側面の傾きの方向、前記下型のプレス基準面に対する側面の傾きの方向、及び前記胴型の底面に対する内面の傾きの方向を求め、前記上型、前記下型及び前記胴型の傾きの方向を一致させた状態でプレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子の製造方法において、前記上型及び下型の各プレス基準面及び胴型の底面をテーブル上に載置し、三次元形状測定器により前記上型及び下型の側面及び前記胴型の内面を両端面に近い位置で一周分測定し、得られた円周のデータを数値解析して各型の円周の中心O1、O2を求め、各型における中心O1及びO2を結ぶ線分の垂線に対する傾きの方向を求めることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項３】
請求項2に記載の光学素子の製造方法において、前記上型、下型及び胴型の各々に予め仮マークを付けた後で前記傾きの方向を求め、各型について前記傾きの方向と前記仮マークとのずれ角を求め、前記仮マークから前記ずれ角の分だけずれた各型の位置に本マークを付け、本マークが一致するように前記下型と前記胴型を組合せた後、本マークが一致するように前記胴型内に前記上型を挿入す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、上型、下型及び胴型に加工誤差として傾斜があっても簡単に高精度な光学素子をプレス成形により製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ等の光学機器の高性能化・小型化に伴い、非球面レンズ等の光学素子はより高い形状精度を必要とし、特に機械的中心軸に対する光軸の傾き（光軸のずれ）が小さいことが求められている。上型、下型及び胴型を用いたプレス成形により得られる非球面レンズ等の光学素子において、光軸のずれを小さく（高光軸精度で）するには、上型及び下型と胴型とのクリアランスを小さくする必要がある。クリアランスが大きいと、プレス成形された光学素子の光軸にばらつき（偏芯誤差）がおおきくなる。また、光軸のばらつき（偏芯誤差）を抑えるためにクリアランスを小さくしすぎると、上型及び下型の端縁部が胴型の内面と接触して胴型の内面が摩耗したりカジリが生じたりして、部材を破損したり、光学素子の成形精度が低下する恐れがある。
【０００３】
クリアランスの低減の障害になるのは上型、下型及び胴型に必然的にある加工誤差であり、なかでもプレス基準面に対する上型及び下型の傾きは最も重大である。この傾きの度合いは直角度で表される。簡単化のために上型及び下型をまとめて金型と呼んで、その傾きの影響を検討する。例えば図6(a) に誇張して示すように、高さHの金型1及び胴型2にそれぞれ傾きθ1，θ2があるとすると、傾き以外の誤差（真円度からのずれ等）を吸収するのに必要なクリアランスを無視しても、上端では垂直な軸線からそれぞれC1，C2だけ離間することになる。C1，C2をそれぞれ金型1及び胴型2の最大傾斜隙間（直角度）と呼ぶ。
【０００４】
金型1の傾きを考慮せずに金型1と胴型2とのクリアランスを決めると、図6(b) に示すように金型1の傾きの方向と胴型2の傾きの方向が正反対の場合でも金型1が胴型2にスムーズに入るためには、クリアランスの合計は（C1＋C2）より大きい必要がある。実用的にはC1及びC2以外にもクリアランスに影響を与える誤差はあるが、それらの影響はC1及びC2と比較して小さい。
【０００５】
このように胴型2に対する金型1の傾きを考慮していない現在では、例えば高さが約10 mmの金型1及び胴型2の場合、クリアランスを数μm以内とするには金型1及び胴型2の直角度C1，C2を約１μmにまでする必要がある。さらなる高精度化の要求に応じるためには金型1及び胴型2の直角度C1，C2を１μm未満にまで低減しなければならないが、加工精度に限界があり、仮にできたとしても加工コストが高すぎるという問題がある。そこで、高光軸精度の光学素子を低コストで成形する技術が望まれている。
【０００６】
特開平９-20525号（特許文献１）は、レンズをプレス成形する型の成形面の曲率中心軸線とプレス軸線とのずれによる成形誤差を抑える方法として、上型の成形面の曲率中心軸線とプレス軸線とのずれ角α、及び下型の成形面の曲率中心軸線とプレス軸線とのずれ角βをそれぞれ測定し、上型及び下型のプレス軸に対する回転位置を調整することによりずれ角をキャンセルする（ずれ角の合計を│α−β│とする）方法を開示している。しかしこの方法は、上型と下型の回転位置の調整しか行わず、上型及び下型と胴型との傾きを考慮していない。そのため、例えば図7に示すように上型11と下型12の中心軸線Xの傾きと胴型2の傾きが一致しない場合も許容されるように、上型11及び下型12と胴型2とのクリアランスは大きくならざるを得ず、やはり高光軸精度の光学素子が得られないという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平９-20525号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の目的は、傾斜その他の必然的な加工誤差がある上型、下型及び胴型を用いても、高光軸精度を有する光学素子を簡単かつ安定的に得ることができるプレス成形方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、上型の傾きの方向、下型の傾きの方向、及び胴型の傾きの方向を全て一致させると、傾きを考慮しないでプレス成形を行った場合よりも著しく高い光軸精度を有する光学素子が簡単かつ安定的に得られることを発見し、本発明に想到した。
【００１０】
すなわち、本発明の方法は、上型、下型及び胴型からなる金型装置を用いて光学素子をプレス成形により製造するもので、前記上型の側面のプレス基準面に対する傾きの方向、前記下型の側面のプレス基準面に対する傾きの方向、及び前記胴型の内面の底面に対する傾きの方向を求め、前記上型、前記下型及び前記胴型の傾きの方向を一致させた状態でプレス成形することを特徴とする。
【００１１】
上型及び下型の各プレス基準面及び胴型の底面をテーブルに載置し、三次元形状測定器により前記上型及び下型の側面及び前記胴型の内面を両端面に近い位置で一周分測定し、得られた円周のデータを数値解析して各型の円周の中心O1、O2を求め、各型における中心O1及びO2を結ぶ線分の垂線に対する傾きの方向を求めるのが好ましい。
【００１２】
上型、下型及び胴型の各々に予め仮マークを付けた後で前記傾きの方向を求め、各型について前記傾きの方向と前記仮マークとのずれ角を求め、前記仮マークから前記ずれ角の分だけずれた各型の位置に本マークを付け、本マークが一致するように前記下型と前記胴型を組合せた後、本マークが一致するように前記胴型内に前記上型を挿入するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の方法は、クリアランスの小さな既存の上型、下型及び胴型を用いても、それらの傾きの方向を一致させることにより、高光軸精度を有する光学素子を安定的にプレス成形することができる。またクリアランスが小さくても胴型の内面にカジリが起こるのを防止することができる。さらに上型、下型及び胴型に傾きの方向を示すマークを付与しておけば、それらの位置決めを簡単に行うことができ、もって高い光軸精度を有する光学素子を簡単かつ安定的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
[1] 光学素子
本発明の方法により成形する光学素子は、光学機能面として光軸を回転中心とする曲面を有する光学素子であり、特にピックアップレンズ等の両非球面レンズが好ましい。「光軸」は、例えばレンズの場合、対向する両曲面の曲率中心を結ぶ直線である。
【００１５】
光学素子の素材はプレス成形可能なガラス又はプラスチックであるのが好ましい。ガラスの具体例としては、L-BAL35，L-BAL42，L-LAL13（株式会社オハラ製）等が挙げられ、プラスチックの具体例としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリオレフィン等が挙げられる。
【００１６】
[2] 成形用金型装置
本発明の方法に用いる成形用金型装置の一例を図１(a) に示す。この金型装置は、円柱状の上型11及び下型12からなる成形金型1と、上型11を下型12に対して同軸的に昇降させるための円筒状の胴型2とを有する。上型11の成形面11a及び下型12の成形面12aにはそれぞれ光学機能面に対応する凹曲面状のキャビティ11b、12bを有する。上型11はプレス基準面11c側にフランジ11dを有し、下型12はプレス基準面12c側にフランジ12dを有する。上型11のフランジ11dの下面11fは上型11のプレス基準面11cと十分に平行であり、下型12のフランジ12dの上面12fは下型12のプレス基準面12cと十分に平行である。成形金型1及び胴型2は、高温高圧下でも変形しない超硬、サーメット、セラミックス（SiC，ZrO2，TiC等）等により形成するのが好ましい。
【００１７】
[3] 金型及び胴型の傾き
図2に示すように、上型11、下型12及び胴型2は、高精度に加工しても僅かながら傾きを有する。なお上型11、下型12及び胴型2の傾きは明瞭化のため実際より誇張している。そのため、上型11、下型12及び胴型2の傾きの方向を特定しなければならない。そのためには、上型11及び下型12の側面11e，12e、及び胴型2の内面2aを測定し、得られた測定データを数値解析するのが好ましい。上型11及び下型12の傾きの測定は本質的に同じであるので、下型12の傾きの測定についてのみ図３を参照して詳細に説明する。
【００１８】
下型12のフランジ12dの側面上端部に仮マーク12fを付けた後、水平なテーブル（図示せず）に載置し、三次元形状測定器（図示せず）によりプレス基準面12cに近い高さ位置での側面12eの円周B12、及び成形面12aに近い高さ位置での側面12eの円周T12を測定する。測定した円周B12の中心O1及び円周T12の中心O2を数値解析により求め、中心O1と中心O2とを結ぶ線分Ｘの垂線Ｚに対する傾きの方向を求める。線分Ｘの傾きの方向と仮マーク12fの方向とのずれ角Aを求め、仮マーク12fからずれ角Aの分だけずれた位置にダイヤペンやレーザ等を用いて本マーク12gを設ける。胴型2を組み立てた後でも本マーク12gを認識できるように、本マーク12gの位置はフランジ12dの側面の上端部であるのが好ましい。胴型2の内面2aの傾きの方向を測定する場合、円筒体の内面を測定可能な三次元形状測定器（図示せず）を用いる以外、上記と同じ方法で良い。ただし、胴型2の位置決めは下型12及び上型11の両方に対して行うので、胴型2の側面の上下端部に本マーク2g，2gを設けるのが好ましい。
【００１９】
なお、上記仮マークを基準マークとし、本マークを形成しなくても良い。この場合、下型12の傾きの方向と基準マークの方向とのずれ角A12、上型11のずれ角A11、及び胴型2のずれ角A2に基づき、下型12の基準マークと胴型2の基準マークとの角度差をA2−A12とし、胴型2の基準マークと上型11の基準マークとの角度差をA11−A2とし、上下型11，12及び胴型2の傾きの方向を一致させることができる。しかし、上型11、下型12及び胴型2に本マーク11g，12g，2gを設けておいた方が、傾きの方向を一致させるのが容易で好ましい。
【００２０】
[4] 金型装置の組み立て
図4(a) に示すように、本マーク2gが本マーク12gと一致するように下型12に胴型2を組み立てる。図4(b) に示すように下型12のキャビティ12bに加熱した被成形材（例えば加熱したガラス球）13を載置した後、本マーク11gが本マーク2gと一致するように胴型2に上型11を挿入する。図4(c) は、下型12、胴型2及び上型11の傾きの方向が一致するように本マーク12g及び2g、及び本マーク2g及び11gを一致させた状態を示す。この状態で上型11を押し下げると、図1(b) に示すように光学素子13’がプレス成形される。
【００２１】
本発明では図5に示すように上下型11，12の傾きの方向と胴型2の傾きの方向を一致させるので、上下型11，12と胴型2とのクリアランスの合計は（│C1−C2│）より大きければ良く、上下型11，12の外径を胴型2の内径により近づけることができる。その結果、カジリ等の問題を起こさずにクリアランスを小さくできる。
【００２２】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２３】
実施例１
加熱したガラス球13をプレス成形するために、図１(a) に示す上型11（外径D11：13.999 mm、側面の長さL11：10.000 mm）、下型12（外径D12：13.999 mm、側面の長さL12：10.000 mm）、及び胴型2（内径D2：14.001 mm、内面の長さL2：23.000 mm）を用いた。まず下型12のプレス基準面12cにインクで仮マーク12fを付けた。図３に示すように、レーザ式三次元形状測定器（図示せず）を用いて、下型12の側面12eの一周をプレス基準面12cから2.0 mmの高さで測定し、その高さでの円周B12を求め、数値解析により円周B12の中心O1を求めた。同様に成形面12aから1.0 mmの高さの円周T12の中心O2を求めた。中心O1及びO2を結ぶ線分Xの垂線Zに対する傾きの方向を求め、仮マーク12fにより表される直径方向と線分Xの傾きの方向とのずれ角Aを求めた。仮マーク12fから角Aだけずれたフランジ12dの側面上端部の位置にレーザで本マーク12gを形成した。上型11についても同様に傾きの方向を求め、フランジ11dの側面上端部の位置にレーザで本マーク11gを形成した。さらに胴型2の内面2aの傾きの方向を求め、側面の上下端部に本マーク2g，2gを設けた。
【００２４】
下型12の本マーク12gと胴型2の本マーク2gが一致するように下型12に胴型2を組み立てた後、下型12のレンズ状キャビティ12bに加熱したガラス球13を載置した。次いで、胴型2の本マーク2gと上型11の本マーク11gが一致するように胴型2にレンズ状キャビティ11bを有する上型11を挿入し、加熱したガラス球13のプレス成形を行った。上型11を上昇させ、プレス成形したレンズ13’を取り出した。検査の結果、レンズ13’には成形不良が認められなかった。胴型2は下型12に対して動かないので、下型12のレンズ状キャビティ12bに再度加熱したガラス球13を載置し、胴型2の本マーク2gと上型11の本マーク11gが一致するように胴型2に上型11を挿入し、加熱したガラス球13のプレス成形を行った。このようにして続けたプレス成形により得られた複数のレンズを検査した結果、歩留まりは９割以上であった。
【００２５】
これに対して、上型11、下型12及び胴型2を傾きの方向を考慮せずに組合せて加熱したガラス球13をプレス成形した場合、歩留まりは６割程度と低かった。また胴型2の内面2aにカジリが生じ、胴型2の寿命が短かった。
【００２６】
実施例2
上型11（外径D11：7.998 mm、側面の長さL11：12.00 mm）、下型12（外径D12：7.998 mm、側面の長さL12：12.00 mm）、及び胴型2（内径D2：8.001 mm、内面の長さL2：24.00 mm）を用いた以外実施例１と同じ方法で加熱したガラス球13のプレス成形を行った。ただし、上型11，下型12及び胴型2の傾きの方向を求めるために用いた円周T11，T12，T2及び円周B11，B12，B2の位置は以下の表１の通りであった。
【表１】
2009107918.tif 000003
【００２７】
上記の方法でプレス成形したレンズの歩留まりは９割以上と高かった。これに対して上型11、下型12及び胴型2を傾きの方向を考慮せずに組合せて加熱したガラス球をプレス成形した場合、歩留まりは７割程度と低かった。また胴型2の内面2aにカジリが生じ、胴型2の寿命が短かった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１（ａ）】成形用金型装置を示す分解断面図である。
【図１（ｂ）】組み立てた状態の成形用金型装置を示す断面図である。
【図２】上型、下型及び胴型の傾きを示す斜視図である。
【図３】下型の傾きの方向の求め方を示す斜視図である。
【図４（ａ）】下型に胴型を組合せる状態を示す斜視図である。
【図４（ｂ）】胴型に上型を挿入する状態を示す斜視図である。
【図４（ｃ）】上型、下型及び胴型の傾きの方向を一致させた状態を示す側面図である。
【図５】上下型と胴型の組合せにおいて上下型の傾きの方向と胴型の傾きの方向とが一致した場合を示す概略図である。
【図６（ａ）】金型及び胴型の傾きを示す概略図である。
【図６（ｂ）】金型と胴型の組合せにおいて金型の傾きの方向と胴型の傾きの方向とが正反対の場合を示す概略図である。
【図７】上型、下型及び胴型の組合せにおいて上型及び下型の傾きの方向は一致しているが、胴型の傾きの方向とは正反対の場合を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
１・・・金型
11・・・上型
12・・・下型
11a，12a・・・成形面
11b，12b・・・キャビティ
11c，12c・・・プレス基準面
11d，12d・・・フランジ
11e，12e・・・側面
11f，12f・・・仮マーク
11g，12g，2g・・・本マーク
2・・・胴型
2a・・・内面
O1，O2・・・円周の中心
13・・・被成形材
13’・・・光学素子
【図１（ａ）】
2009107918.tif 000004
【図１（ｂ）】
2009107918.tif 000005
【図２】
2009107918.tif 000006
【図３】
2009107918.tif 000007
【図４（ａ）】
2009107918.tif 000008
【図４（ｂ）】
2009107918.tif 000009
【図４（ｃ）】
2009107918.tif 000010
【図５】
2009107918.tif 000011
【図６（ａ）】
2009107918.tif 000012
【図６（ｂ）】
2009107918.tif 000013
【図７】
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