(57)【要約】【課題】光学部材の形状精度の向上を図りつつ製造コストを低減する上で有利な光学部材の成形型および光学部材の製造方法を提供する。【解決手段】成形型１０は、胴型１２と上型１４と下型１６とを備える。胴型１２は、成形室１８の周方向に分割されそれぞれが成形室１８を形成する成形室壁面２０Ａを有する複数の分割体２０と、複数の分割体２０を連結する連結部材２２とで構成されている。常温で複数の分割体２０を連結して複数の分割体２０の各成形室壁面２０Ａを上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２に当接させた状態から成形時の温度に上昇させると、成形室壁面２０Ａと、上型１４および下型１６との間に、上型１４、下型１６、分割体２０、連結部材２２との間の熱膨張差により、それら上型１４および下型１６が成形室壁面２０Ａに対して摺動できるに足る隙間を生じる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴型と上型と下型とを備え、前記胴型の成形室内で上型と下型の少なくとも一方を摺動させそれら上型と下型とにより光学部材を成形する成形型であって、
前記胴型は、前記成形室の周方向に分割されそれぞれが前記成形室を形成する成形室壁面を有する複数の分割体と、前記複数の分割体を連結する連結部材とで構成され、
前記上型、下型、分割体、連結部材の線膨張係数は、常温で前記複数の分割体を連結して前記複数の分割体の各成形室壁面を前記上型および前記下型に当接させた状態から成形時の温度に上昇させると、前記成形室壁面と、前記上型および前記下型との間に、それら上型および下型が前記成形室壁面に対して摺動できるに足る隙間を生じさせる値に選定されている、
ことを特徴とする光学部材の成形型。
【請求項２】
前記上型と下型と複数の分割体とは同一の線膨張係数を有する材料で形成され、前記連結部材は、前記上型、下型、分割体よりも大きい線膨張係数を有する材料で形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光学部材の成形型。
【請求項３】
前記上型と下型とは同一の線膨張係数を有する材料で形成され、前記複数の分割体と前記連結部材は、前記上型、下型よりも大きい線膨張係数を有する材料で形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光学部材の成形型。
【請求項４】
前記上型と下型と連結部材とは同一の線膨張係数を有する材料で形成され、前記複数の分割体は、前記上型、下型、連結部材よりも大きい線膨張係数を有する材料で形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光学部材の成形型。
【請求項５】
前記上型および下型は、それぞれ前記成形室内を摺動する円筒面状の外周面と、前記外周面に交差する方向に延在する成形面とを有し、
前記常温の温度をＴ０とし、前記光学部材の成形時の温度をＴ１とし、前記上型および下型の線膨張係数をσ１とし、前記複数の分割体の線膨張係数をσ２とし、前記連結部材の線膨張係数をσ３とし、前記上型および下型の外周面の直径をdとした場合に、
２×10-3≦（σ２＋σ３−σ１）×（T１−T0）×d／10≦８×10-3……式（１）
上記の式（１）を満たしている、
ことを特徴とする請求項１記載の光学部材の成形型。
【請求項６】
前記上型は、前記成形室内を摺動する円筒面状の外周面と、前記外周面に交差する方向に延在する成形面とを有し、
前記下型は、前記外周面と同一の直径の外周面と、前記外周面に交差する方向に延在し前記成形面に対向する成形面とを有し、
前記複数の分割体の各成形室壁面は、前記外周面の直径と同一の寸法を有する内径で、または、前記外周面の直径よりも大きい寸法の内径で円筒面状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光学部材の成形型。
【請求項７】
前記連結部材は、前記複数の分割体にその周方向に異なった箇所がそれぞれ連結される環状の単一の部材で構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光学部材の成形型。
【請求項８】
前記連結部材は、前記周方向に隣り合う前記分割体相互を連結する複数の部材で構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光学部材の成形型。
【請求項９】
前記複数の分割体の各成形室壁面を前記上型および前記下型に当接させた状態から成形時の温度に上昇させ、前記成形室壁面と、前記上型および前記下型との間に、それら上型および下型が前記成形室壁面に対して摺動できるに足る隙間を生じさせた状態で、前記胴型の、前記摺動する方向における移動を阻止する阻止部材が設けられている、
ことを特徴とする請求項１記載の光学部材の成形型。
【請求項１０】
前記光学部材は、ガラス製のレンズである、
ことを特徴とする請求項１記載の光学部材の成形型。
【請求項１１】
胴型の成形室内で上型と下型の少なくとも一方を摺動させ、前記成形室内でそれら上型と下型とにより光学部材を成形する製造方法であって、
前記胴型を、前記成形室の周方向に分割されそれぞれが前記成形室を形成する成形室壁面を有する複数の分割体で構成し、
常温において、前記複数の分割体の各成形室壁面を、前記上型および前記下型とに当接させ、この当接状態を前記複数の分割体に連結した連結部材により保持し、
前記上型、下型、分割体、連結部材の成形時の温度上昇による熱膨張差を利用して、前記成形室壁面と、前記上型および前記下型との間に、それら上型および下型が前記成形室壁面に対して摺動できるに足る隙間を生じさせ、それら上型と下型の少なくとも一方を摺動させて光学部材を成形するようにした、
ことを特徴とする光学部材の製造方法。
【請求項１２】
前記摺動できるに足る隙間を生じさせ、前記上型と下型の少なくとも一方を摺動させて光学部材を成形する際に、前記胴型の、前記摺動する方向における移動を阻止する、
ことを特徴とする請求項１１記載の光学部材の製造方法。
【請求項１３】
前記光学部材は、ガラス製のレンズである、
ことを特徴とする請求項１１記載の光学部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学部材の光学部材の成形型および光学部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、加熱され軟化したガラス材料を成形することでレンズなどの光学部材が製造されている。
このような光学部材の成形においては、600℃以上の高温領域において、成形時の金型（成形型）の摺動性が要求される。
この摺動性を確保するためには、はめあい公差（以下クリアランス）をある程度大きくする必要がある。
一方、クリアランスが大きくなると、成形型の傾きおよび摺動方向と直交する方向への位置ずれにより、成形された光学部材の形状精度の低下が発生する。
摺動性を確保しつつ、クリアランスを小さくするためには、極めて限定されたクリアランス精度を維持する必要があり、そのため高い金型加工精度が要求され、結果として加工コストが高くなり、長い加工時間を必要としていた。
このような問題に対応するために、光学部材を成形する上型、下型と、それら上型、下型をそれぞれ保持する２つの胴型と、２つの胴型の位置決めを行う傾き規制部材とを設けた成形装置が提案されている（特許文献１参照）。
また、光学部材を成形する上型、下型の相対位置ずれを画像処理によって検出し、検出された相対位置ずれに基づいて上型、下型の位置調整を行う成形方法も提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−２７２１８０
【特許文献２】特開平０５−７７２６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前者の従来技術では、上型、下型、各胴型、傾き規制部材を高精度に仕上げる必要があり、また、後者の従来技術では、画像処理や位置調整を行うための機器や設備が大掛かりであることから、何れの技術も製造コストの低減を図る上で不利があった。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目的は、光学部材の形状精度の向上を図りつつ製造コストを低減する上で有利な光学部材の成形型および光学部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の目的を達成するため、本発明は、胴型と上型と下型とを備え、前記胴型の成形室内で上型と下型の少なくとも一方を摺動させそれら上型と下型とにより光学部材を成形する成形型であって、前記胴型は、前記成形室の周方向に分割されそれぞれが前記成形室を形成する成形室壁面を有する複数の分割体と、前記複数の分割体を連結する連結部材とで構成され、前記上型、下型、分割体、連結部材の線膨張係数は、常温で前記複数の分割体を連結して前記複数の分割体の各成形室壁面を前記上型および前記下型に当接させた状態から成形時の温度に上昇させると、前記成形室壁面と、前記上型および前記下型との間に、それら上型および下型が前記成形室壁面に対して摺動できるに足る隙間を生じさせる値に選定されていることを特徴とする。
また本発明は、胴型の成形室内で上型と下型の少なくとも一方を摺動させ、前記成形室内でそれら上型と下型とにより光学部材を成形する製造方法であって、前記胴型を、前記成形室の周方向に分割されそれぞれが前記成形室を形成する成形室壁面を有する複数の分割体で構成し、常温において、前記複数の分割体の各成形室壁面を、前記上型および前記下型とに当接させ、この当接状態を前記複数の分割体に連結した連結部材により保持し、前記上型、下型、分割体、連結部材の成形時の温度上昇による熱膨張差を利用して、前記成形室壁面と、前記上型および前記下型との間に、それら上型および下型が前記成形室壁面に対して摺動できるに足る隙間を生じさせ、それら上型と下型の少なくとも一方を摺動させて光学部材を成形するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の成形型によれば、胴型に対する上型および下型の摺動性を確保しつつ、胴型と上型および下型との間のクリアランスを小さくでき、上型と下型の相対的な位置精度を確保することができる。
したがって、成形される光学部材の形状精度を高めることができる。
また、胴型を高精度に加工する必要が無くなるため、胴型に要する製造コストを低減する上で有利となる。
また、本発明の製造方法によれば、上型、下型、分割体、連結部材の成形時の温度における熱膨張差を利用して上型、下型が摺動する際のクリアランスを形成するようにしたので、胴型を高精度に加工することなく、上型と下型の相対的な位置精度を確保することができ、製造コストの低減を図りつつ、成形される光学部材の形状精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
（第１の実施の形態）
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明により製造される光学部材は、ガラス製のレンズであり、その厚さ方向の両面がそれぞれ所望の形状とされた光学面として形成されている。
まず、成形型から説明する。
図１は第１の実施の形態の成形型１０の構成を示す分解斜視図、図２は第１の実施の形態の成形型１０の断面図を示す。
図１、図２に示すように、成形型１０は、胴型１２と上型１４と下型１６とを備える。
胴型１２は成形室１８を有し、成形室１８はほぼ円柱状の空間を呈し、上型１４と下型１６はそれぞれ昇降動可能である。
そして、成形型１０は、胴型１２の成形室１８内で上型１４と下型１６の少なくとも一方を摺動させそれら上型１４と下型１６とにより光学部材を成形するものである。
【０００７】
図２に示すように、上型１４は、成形室１８内を摺動する円筒面状の外周面１４０２と、外周面１４０２に交差する方向に延在する成形面１４０４とを有している。この成形面１４０４は、前記レンズの一方の光学面を成形するためのものである。
下型１６は、上型１４の外周面１４０２と同一の直径の外周面１６０２と、外周面１６０２に交差する方向に延在し上型１４の成形面１４０４に対向する成形面１６０４とを有している。この成形面１６０４は、前記レンズの他方の光学面を成形するためのものである。
【０００８】
図１に示すように、胴型１２は、成形室１８の周方向に分割されそれぞれが成形室１８を形成する成形室壁面２０Ａを有する複数の分割体２０と、複数の分割体２０を連結する連結部材２２とで構成されている。
本実施の形態では、上型１４および下型１６は同一の材料で形成され、分割体２０および連結部材２２は、それら上型１４、下型１６よりも大きい線膨張係数を有する材料で形成されている。
ここで、成形室１８の周方向とは、成形室１８の軸心の周囲方向であり、あるいは、上型１４または下型１６が摺動する方向の周囲方向である。
図１、図２に示すように、複数の分割体２０の各成形室壁面２０Ａは、上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２の直径と同一の寸を有する内径で形成され、または、外周面１４０２、１６０２の直径よりも大きい寸法の内径で円筒面状に形成されている。
また、各分割体２０に、上型１４または下型１６が摺動する方向と平行する方向にねじ挿通孔２００２が貫通形成されている。
ねじ挿通孔２００２の断面形状は、成形室１８をなす円柱状の空間の径方向に細長い長孔状を呈しており、ねじ挿通孔２００２に挿通されるねじ３０に対して各分割体２０を成形室１８をなす円柱状の空間の径方向に移動調節できるようになっている。
【０００９】
連結部材２２は、複数の分割体２０にその周方向に異なった箇所がそれぞれ連結される環状の単一の部材で構成され、連結部材２２は、成形室１８をなす円柱状の空間の内径よりも大きい内径の中央孔２２０２を有する環板状を呈している。
そして、連結部材２２は、中央孔２２０２の延在方向と直交する面上を延在する環状の取り付け面２２０４を有している。
取り付け面２２０４の周方向に間隔をおいた複数箇所でねじ挿通孔２００２に対応する箇所に雌ねじ２２０６が形成されている。
【００１０】
また本実施の形態では、胴型１２の、上型１４または下型１６が摺動する方向における移動を阻止する阻止部材２４が設けられている。
阻止部材２４は胴型１２の下端に係合する下端部２４０２と、胴型１２の上端に係合する上端部２４０４とを有している。
【００１１】
そして、上型１４、下型１６、複数の分割体２０、連結部材２２の線膨張係数は、常温（例えば１８℃〜２０℃）で複数の分割体２０を連結して複数の分割体２０の各成形室壁面２０Ａを上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２に当接させた状態からガラス製のレンズの成形時の温度であるガラス転移点（Tg点）（例えば、６００℃程度）に上昇させると、成形室壁面２０Ａと、上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２との間に、それら上型１４および下型１６が成形室壁面２０Ａに対して摺動できるに足る隙間を生じさせる値にそれぞれ選定されている。詳細には、図２に示すように、上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２の直径をＲＡとし、成形室壁面２０Ａで形成される成形室１８の内径をＲＢとした場合、成形時の温度でＲＢ−ＲＡの値が２μｍ〜８μｍ程度になるように上型１４、下型１６、複数の分割体２０、連結部材２２の線膨張係数がそれぞれ選定されている。
本実施の形態では、上型１４、下型１６の線膨張係数は同一で、複数の分割体２０、連結部材２２の線膨張係数は、上型１４、下型１６の線膨張係数よりも大きな値を有している。
【００１２】
次に成形型１０を用いたガラス製のレンズの製造方法について説明する。
図３（Ａ）乃至（Ｆ）はその工程図を示す。
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、常温において、複数の分割体２０の各成形室壁面２０Ａを、上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２に当接させ、この当接状態を連結部材２２により保持する。
すなわち、連結部材２２の雌ねじ２２０６に螺合され各分割体２０のねじ挿通孔２００２に挿通されたねじ３０に対して各分割体２０を成形室１８の径方向内方に移動させ、各成形室壁面２０Ａを上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２に当接させ、この当接状態でねじ３０を雌ねじ２２０６に締め付ける。
【００１３】
次に、成形型１０をガラス製のレンズの成形時の温度に上昇させる。詳細には、成形型１０の周囲に配置された不図示のヒータにより成形型１０を加熱する。このとき、成形型１０の酸化を防止するため、窒素雰囲気にすることが好ましい。
この温度上昇により、成形室壁面２０Ａと、上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２との間に、それら上型１４および下型１６が成形室壁面２０Ａに対して摺動できるに足る隙間が生じる。
図３（Ｃ）に示すように、ここで、阻止部材２４を胴型１２に係合させ、胴型１２の、上型１４または下型１６が摺動する方向における移動を阻止する。
そして、例えば、上型１４を上昇させ、成形室１８を開放する。
【００１４】
次に、図３（Ｄ）に示すように、下型１６の成形面１６０４上にガラス塊（以下プリフォーム３２という）を載せる。
次に、図３（Ｅ）に示すように、上型１４を下降させ、成形室１８内で上型１４と下型１６の成形面１４０４、１６０４によりガラス製のレンズを成形する。
レンズを成形したならば、決められた温度勾配で成形型１０を冷却した後、図３（Ｆ）に示すように、上型１４を上昇させ、成形室１８を開放して成形されたレンズを取り出し、常温まで冷却する。なお、冷却後、成形面１４０４、１６０４からはみ出たガラス部分は、例えば、研削加工などにより取り除かれ、図１に示すように、ガラス製のレンズ３４が得られる。
【００１５】
以上説明したように本実施の形態によれば、常温で複数の分割体２０を連結して複数の分割体２０の各成形室壁面２０Ａを上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２に当接させた状態から成形時の温度に上昇させると、成形室壁面２０Ａと、上型１４および下型１６との間に、それら上型１４および下型１６が成形室壁面２０Ａに対して摺動できるに足る隙間を生じるので、胴型１２に対する上型１４および下型１６の摺動性を確保しつつ、胴型１２と上型１４および下型１６との間のクリアランスを小さくでき、上型１４の成形面１４０４と下型１６の成形面１６０４の相対的な位置精度を確保することができる。
したがって、成形される光学部材の形状精度を高めることができることは無論のこと、従来のように胴型を高精度に加工する必要が無いため、胴型に要する製造コストを低減する上で有利となる。
また、複数の分割体２０の各成形室壁面２０Ａを上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２に当接させて複数の分割体２０を連結するに際しては簡単な手作業で済み、専用の調整装置や調整治具を用いる必要が無いため、製造コストを低減する上でより有利となる。
また、光学部材を成形する毎に複数の分割体２０と連結部材２２との連結をやり直す必要はなく、いったん複数の分割体２０と連結部材２２とを連結すれば光学部材を連続的に成形することができるため、工数の削減を図る上でも有利となる。
【００１６】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
図４は第２の実施の形態の成形型１０の構成を示す分解斜視図である。
第１の実施の形態と同一の箇所、部材に同一の符号を付して説明すると、第１の実施の形態では、連結部材２２が単一の部材で構成されていたのに対し、第２の実施の形態では、連結部材４２が、周方向に隣り合う分割体２０相互をそれぞれ連結する複数の部材で構成されている。
胴型１２は、成形室１８の周方向に分割されそれぞれが成形室１８を形成する成形室壁面２０Ａを有する複数の分割体２０と、隣り合う分割体２０相互を連結する複数の連結部材４２とで構成されている。
各分割体２０の外周面２０１０には雌ねじ２０１２が形成されている。
連結部材４２は断面が円弧の板状に形成されており、連結部材４２は、分割体２０の外周面２０１０に係合する円筒面状の内周面４２０２を有している。
連結部材４２の内周面４２０２を、隣り合う分割体２０の外周面２０１０に係合させた状態で雌ねじ２０１２に対応する連結部材４２の箇所にねじ挿通孔４２０４が形成されている。
ねじ挿通孔４２０４は、連結部材４２の周方向に細長い長孔状に形成されている。
【００１７】
上型１４、下型１６、複数の分割体２０、連結部材４２の線膨張係数は、複数の分割体２０の各成形室壁面２０Ａを上型１４、下型１６の外周面１４０２、１６０２に当接させ、ねじ挿通孔４２０４を挿通したねじ５０を雌ねじ２０１２に締め付けてその当接状態を保持し、成形時の温度に上昇させると、成形室壁面２０Ａと、上型１４および下型１６との間に、それら上型１４および下型１６が成形室壁面２０Ａに対して摺動できるに足る隙間を生じさせる値に選定されている。
本実施の形態では、上型１４、下型１６の線膨張係数は同一で、複数の分割体２０、連結部材４２の線膨張係数は、上型１４、下型１６の線膨張係数よりも大きな値を有している。
このような第２の実施の形態によっても第１の実施の形態と同様の効果が奏される。
【００１８】
なお、上型１４、下型１６、分割体２０、連結部材２２、４２の線膨張係数の関係について説明すると、下記の通りである。
常温の温度をＴ０とし、光学部材の成形時の温度をＴ１とする。
温度Ｔ１時における上型１４および下型１６の線膨張係数をσ１（10-6／K）とし、温度Ｔ１時における複数の分割体２０の線膨張係数をσ２（10-6・K）とし、温度Ｔ１時における連結部材２２、４２の線膨張係数をσ３（10-6・K）とする。
上型１４および下型１６のうち、摺動する方の型の直径をdとする。
以下の式（１）を満たすように上型１４、下型１６、複数の分割体２０、連結部材２２、４２の材料を選定する。
２×10-3≦（σ２＋σ３−σ１）×（T１−T0）×d／10≦８×10-3……式（１）
具体例を示す。
ｄ=10（mm)
σ１＝4.8×10-6
σ２＝6.0×10-6
σ３＝6.0×10-6
上型１４および下型１６の材料：冨士ダイス株式会社製の超硬材である商品名「J05」
複数の分割体２０の材料：冨士ダイス株式会社製の超硬材である商品名「M50」
連結部材２２、４２の材料：冨士ダイス株式会社製の超硬材である商品名「M50」
【００１９】
このような材料を選定することにより、式（１）を満たすことができた。
この場合、常温で上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２と、成形室壁面２０Ａとのクリアランスが零に設定された成形型１０をT１＝600℃に昇温すると、上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２と成形室壁面２０Ａとのクリアランス、すなわち、上型１４および下型１６の外周面１４０２、１６０２の直径ＲＡと、成形室壁面２０Ａで形成される成形室１８の内径ＲＢとの差であるＲＢ−ＲＡの値が4.3μｍとなった。
【００２０】
なお、式（１）を満たせば、上述のように上型１４、下型１６の線膨張係数を同一とし、分割体２０、連結部材２２の線膨張係数を上型１４、下型１６の線膨張係数よりも大きな値に設定する他に、上型１４、下型１６、分割体２０の線膨張係数を同一とし、連結部材２２の線膨張係数をそれら線膨張係数よりも大きな値に設定してもよく、あるいは、上型１４、下型１６、連結部材２２の線膨張係数を同一とし、分割体２０の線膨張係数をそれら線膨張係数よりも大きな値に設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施の形態の成形型１０の構成を示す分解斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の成形型１０の断面図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｆ）は成形型１０を用いた光学部材の製造工程を示す工程図である。
【図４】第２の実施の形態の成形型１０の構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０……成形型、１２……胴型、１４……上型、１６……下型、１８……成形室、２０Ａ……成形室壁面、２０……分割体、２２……連結部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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