説明

光学素子成形用プリフォーム及び光学素子成形方法

【課題】簡単かつ安価に高品質の光学素子を成形することができる光学素子成形用プリフォームおよびこのようなプリフォームを用いた光学素子の成形方法を提供する。
【解決手段】光学素子成形用プリフォームは、素子本体形成部12と、その外周部に配置された環状のフランジ形成部14と、フランジ形成部14の外周部に配置されフランジ形成部14の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差S1、S2を形成する環状のコバ形成部16とを備え、加熱圧縮されて変形したときに、双方の段差を残しながらコバ形成部16の外周部が胴型の内周面に当接する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧縮成形により光学素子を成形する光学素子成形法において、中間体となる光学素子成形用プリフォームおよびそのプリフォームを用いた光学素子の成形方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
光学機器などで使用するレンズ、プリズムなどの光学素子を製造する従来の方法が例えば特許文献1に開示されている。図14に示されるように、プラスチックやガラスなどの光学素材からプリフォーム1を作った後、このプリフォーム1を光学素子に対応した金型2の内部で加熱圧縮成形を行うことで、例えば、図15に示されるように、光学素子本体3と光学素子本体3を支持するフランジ部4とを有する光学素子5が製造される。
【0003】
しかし、従来の方法では、プリフォーム1の分量の過不足あるいは金型2内への設置位置の偏りに起因し、加熱圧縮時にプリフォーム1が金型2のクリアランス、すなわち、金型2を構成する上型6、下型7および胴型8の互いの接合部分に流入してバリBを発生したり、フランジ部4の一部4aが胴型8にまで到達せずにコバ部を形成することができないおそれがあった。このような場合には、成形された光学素子をカメラ等の機器に正確に位置決めすることができなくなってしまう。
【0004】
近年、特に、携帯電話等に内蔵されたデジタルカメラや医療機器に用いられるカメラ等、小型化したカメラのレンズに対する需要が高まっており、このように携帯電話や医療機器等に用いられるレンズは、超小型のレンズであり、高い光学精度が要求される。
【0005】
このため、機器内に正確に位置決めすることができないような、品質の低下した光学素子は、光学精度に重大な欠陥をもたらす。
特に、超小型カメラ等に搭載されるレンズは、複数枚組み合わされて利用される場合が多く、バリがあるとレンズの位置決め基準面がずれ、レンズ同士の光軸を合わせるのが困難となる。
【0006】
そこで、レンズがバリを備えて成形されるという問題点を解消する方法が、特許文献2および3に提案されている。特許文献2に開示された方法においては、プリフォームの温度および加圧圧力を調整することにより、プリフォームの変形速度を制御することでバリの発生を防止している。一方、特許文献3では、金型を構成する上型及び下型の線膨張係数と胴型の線膨張係数とを互いに異ならせる方法を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平5−177725号
【特許文献2】特開平8−127077号
【特許文献3】特開2000−326354号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、これら特許文献2及び3の方法では、成形条件および金型の構成が複雑になり、光学素子の成形に多大の手間と費用がかかるという問題があった。
【0009】
上記従来技術の問題点を解決するべく、本発明は、簡単かつ安価に高品質の光学素子を成形することができる光学素子成形用プリフォームおよびこのようなプリフォームを用いた光学素子の成形方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る光学素子成形用プリフォームは、上型と下型と胴型とで囲まれる空間内に配置されて加熱圧縮されることにより光学素子に成形されるプリフォームであって、光学面を有する素子本体を形成するための素子本体形成部と、前記素子本体形成部の外周部に配置された第1の厚さを有する環状のフランジ形成部と、前記フランジ形成部の外周部に配置されると共に前記第1の厚さより小さい第2の厚さを有して前記フランジ形成部の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差を形成する環状のコバ形成部とを備え、加熱圧縮されて変形したときに、双方の前記段差を残しながら前記コバ形成部の外周部が前記胴型の内周面に当接することを特徴とするものである。
【0011】
なお、素子本体成形部は光学素子の光学面に対応する表面および裏面を有し、その少なくとも一方を凸面、凹面、平面のいずれかとすることができる。
【0012】
また、本発明に係る光学素子成形用プリフォームは、加熱圧縮されて変形したときに、コバ形成部の外周部が、胴型の内周面に当接する複数の当接部と、胴型の内周面に当接しない複数の非当接部とを形成することが好ましい。
【0013】
また、本発明に係る光学素子成形方法は、上記の光学素子成形用プリフォームを上型と下型と胴型とで囲まれる空間内に配置し、双方の前記段差を残しながら前記コバ形成部の外周部が前記胴型の内周面に当接するように前記光学素子成形用プリフォームを加熱圧縮して変形させる方法である。
【0014】
上型と下型との間にスペーサを配置することにより、加熱圧縮したときの光学素子成形用プリフォームの変形量を規制することができる。
【0015】
上型と下型の少なくとも一方が、前記空間に対して突出した凸状の成形面を有する場合には、前記空間内に配置された光学素子成形用プリフォームは、凸状の成形面に対向した凹部を有することが好ましい。
【0016】
また、上型と下型の少なくとも一方が、前記空間に対して窪んだ凹状の成形面を有する場合には、前記空間内に配置された光学素子成形用プリフォームは、凹状の成形面に対向した凸部を有することが好ましい。
【0017】
さらに、上型と下型の少なくとも一方が、平面状の成形面を有する場合には、前記空間内に配置された光学素子成形用プリフォームは、平面状の成形面に対向した平面部分を有することが好ましい。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、成形条件および金型の構成を複雑化することなく、簡単かつ安価に高品質の光学素子を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の一実施の形態に係る光学素子成形用プリフォームを示す図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る光学素子成形方法で用いられるプリフォーム圧縮成形機の全体図である。
【図3】本発明の実施の形態に係るプリフォームの圧縮成形前の側面図である。
【図4】本発明の実施の形態に係るプリフォームの圧縮成形完了時の側面図である。
【図5】本発明の実施の形態に係るプリフォームを、図3および図4に示すとおり圧縮成形して作られた光学素子の全体図である。
【図6】本発明の実施の形態に係るプリフォームが、その中心を上型および下型の成形面の中心からずれて配置された場合における圧縮成形前の側面図である。
【図7】本発明の実施の形態に係るプリフォームが、その中心を上型および下型の成形面の中心からずれて配置された場合の圧縮成形完了時の側面図である。
【図8】本発明の実施の形態に係るプリフォームを、図6および図7に示すとおり圧縮成形して作られた光学素子の全体図である。
【図9】本発明の実施の形態に係るプリフォームの変形例であって、上型の成形面が凸であり、プリフォームの成形面に対応する面が凹である場合の側面断面図である。
【図10】本発明の実施の形態に係るプリフォームの他の変形例であって、上型の成形面が凹であり、プリフォームの成形面に対応する面が凸である場合の側面断面図である。
【図11】本発明の実施の形態に係るプリフォームの更に他の変形例であって、上型の成形面が平面であり、プリフォームの成形面に対応する面が平面である場合の側面断面図である。
【図12】本発明の実施の形態に係る光学素子成形用プリフォームの変形例であって、圧縮方向から見たフランジ形成部およびコバ形成部が三角形状であるプリフォームを示す平面図である。
【図13】図12に示した光学素子成形用プリフォームの圧縮成形完了時の様子を示す平面図である。
【図14】従来の光学素子成形用プリフォームをプリフォーム圧縮成形機に配置した際の側面断面図である。
【図15】従来のプリフォームの圧縮成形完了時の拡大側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
図1に、本発明の一実施の形態に係る光学素子成形用プリフォーム10を示す。このプリフォーム10は、光学面を有する素子本体を形成するための、その表面および裏面が略球面状の素子本体形成部12と、素子本体形成部12の外周部に配置された第1の厚さT1の環状のフランジ形成部14と、フランジ形成部14の外周部に配置された第2の厚さT2の環状のコバ形成部16とを備えている。
コバ形成部16の第2の厚さT2は、フランジ形成部14の第1の厚さT1よりも薄く、コバ形成部16は、フランジ形成部14の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差S1およびS2を形成している。
【0021】
光学素子成形用プリフォーム10の素材は特に限定されず、熱可塑性のプラスチック材、ガラス等、成形しようとする光学素子に対応した各種の光学材料を使用することができる。
【0022】
次に、プリフォーム10を光学素子に成形する方法について説明する。
【0023】
プリフォーム10の成形には、図2に示されるようなプリフォーム圧縮成形機30が用いられる。成形機30は、位置固定された下型34と、下型34に対して上下方向に移動自在に配置された上型32とを備えている。下型34および上型32の外周部には、これら下型34および上型32を囲むように円筒形状の胴型36が配置され、さらに胴型36の外周部には上型32の移動量を規制するための円筒形状のスペーサ38が配置されている。
【0024】
まず最初に、上型32および下型34の成形面ならびに胴型36の内周面によって形成される空間であるキャビティ40内に、図1に示したプリフォーム10が配置される。
プリフォーム10は、素子本体形成部12の表面および裏面が上型32および下型34の成形面の略中心に対向するように配置され、成形機30に内蔵された図示しないヒータにより加熱される。
【0025】
プリフォーム10が変形可能なほど十分に加熱されたところで、図3に示されるように、上型32を下型34に向けて下降し、上型32と下型34の成形面に従ったプリフォーム10の圧縮成形が行われる。
【0026】
予め、成形しようとする光学素子の形状および厚さに対応してスペーサ38のサイズが決められており、上型32がスペーサ38に当接するまで下降することにより、プリフォーム10の圧縮による変形が完了し、光学素子の形状が形成される。
【0027】
図4に示すように、プリフォーム10の圧縮変形が完了した後、変形されたプリフォーム10を冷却することで光学素子が製造される。光学素子は、上型32を上昇させて型を開いた状態で、取り出すことができる。
【0028】
このようにして製造された光学素子20を図5に示す。光学素子20は、素子本体22を有しており、素子本体22を支持するための環状のフランジ24が素子本体22の外周部に配置されている。さらに、フランジ24の外周部には環状のコバ部26が形成されている。光学素子20をカメラ等の光学機器に設置する際には、フランジ24によって素子本体22の支持が行われ、コバ部26の外側面によって素子本体22の位置決めが行われる。
【0029】
コバ部26の厚さT12は、フランジ24の厚さT11よりも薄く、コバ部26は、フランジ24の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差S11およびS12を形成している。
【0030】
次に、図3において、上型32および下型34の成形面ならびに胴型36に着目し、圧縮成形の様子を詳細に述べる。
プリフォーム圧縮成形機30はそれぞれ異なる複数の型部材を組み合わせて構成されるため、隣接する型部材と型部材との間、特に、上型32および下型34と胴型36との間には、クリアランス60と呼ばれる間隙の形成を余儀なくされている。
【0031】
プリフォーム10が十分に加熱され、変形が可能となった後、上型32が下型34に向かって移動する。
【0032】
ここで、上型32が移動するにつれ、上型32および下型34の成形面によって、プリフォーム10の素子本体形成部12が圧縮される。この圧縮により、前記成形面に沿ってプリフォーム10が変形し、素子本体形成部12に光学面が成形され始める。
【0033】
さらに、プリフォーム10のフランジ形成部14が上型32および下型34の成形面によって圧縮される。この圧縮で、フランジ形成部14は、薄くなりながら上型32および下型34の成形面に沿って変形し、胴型36に向かって放射状に広がることとなる。
【0034】
また、プリフォーム10のコバ形成部16は、フランジ形成部14の広がりに応じて、その厚さを略変えずに胴型36方向に接近するが、フランジ形成部14の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差S1およびS2が形成されているため、上型32および下型34の成形面に当接することなく胴型36に当接してコバ部26を形成する。
換言すれば、プリフォーム10のフランジ形成部14は、その表面側および裏面側の双方の周縁部に形成された環状の段差S1およびS2を残したまま胴型36方向に広がり、フランジ部24として成形される。
【0035】
このように、プリフォーム10のコバ形成部16は、上型32および下型34の成形面に当接することなく、外側面が胴型36に当接してコバ部26を形成し、フランジ形成部14は、胴型36に当接することなくフランジ部24を形成するため、プリフォーム10の素材が、上型32および下型34と胴型36との間のクリアランス60に入ることは無く、バリのない光学素子20を製造することが可能となる。
【0036】
また、本発明のプリフォーム10は、上型32および下型34ならびに胴型36によって形成される空間であるキャビティ40内に配置される際に、その配置位置が、上型32および下型34の成形面の略中心から若干ずれたとしても、光学面を備える素子本体22および光学面を位置決めするコバ部26を正確に形成することができる。
【0037】
図6に示すとおり、プリフォーム10の中心が、上型32および下型34の成形面の中心からΔXだけ右方向へずれて配置されたとする。
【0038】
ずれの無い場合と同様に、プリフォーム10が、成形機30に内蔵された図示しないヒータにより加熱され、変形が可能となった段階で、上型32および下型34によって圧縮成形される。
上述した実施の形態と同様にして図7に示されるように、素子本体形成部12は、上型32および下型34の成形面に当接して変形し、図8に示されるように、光学面を有する素子本体22を形成する。
【0039】
また、プリフォーム10が若干右にずれて配置されていたため、図8に記載のとおり、フランジ24は若干右方に偏って形成される。
フランジ24は、素子本体22を支持して光軸方向に位置決めできれば十分であるため、若干の偏りがあっても問題とならない。
また、プリフォーム10の中心がずれて配置された場合も、コバ形成部16が圧縮成形時に胴型36の内周面に当接してコバ部26を形成し、コバ部26の外周面によって素子本体22の位置決めが行われ、フランジ24の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差S11およびS12を形成するため、成形後の光学素子20の位置決め基準面がずれることはなく、光学精度が影響を受けることはない。
【0040】
なお、上記の実施の形態で示したプリフォーム10は、素子本体形成部12の表面および裏面が両方とも平面であるが、もちろん、これに限定されるものではない。
【0041】
図9に示すとおり、上型32と下型34との少なくとも一方が、キャビティ40に対して突出した凸状の成形面42を有する場合、キャビティ40内に配置されるプリフォーム10は、凸状の成形面42に対して曲率半径が大きい凹部44を有することが好ましい。その場合、圧縮成形時の変形量が小さくなり、歪みを小さくすることができる。また、圧縮成形時に成形面42と凹部44との間で起きるエアートラップがより回避しやすくなる。
【0042】
同様に、図10に示すとおり、上型32と下型34との少なくとも一方が、キャビティ40に対して窪んだ凹状の成形面46を有する場合、キャビティ40内に配置されるプリフォーム10は、凹状の成形面46に対して曲率半径が小さい凸部48を有することが好ましい。その場合、圧縮成形時の変形量が小さくなり、歪みを小さくすることができる。また、圧縮成形時に成形面46と凸部48との間で起きるエアートラップがより回避しやすくなる。
【0043】
また、図11に示すとおり、上型32と下型34との少なくとも一方が、平面状の成形面50を有する場合、キャビティ40内に配置されるプリフォーム10は、平面状の成形面50に対して幅が狭く高い平面部分52を有することが好ましい。その場合、圧縮成形時の変形量が小さくなり、歪みを小さくすることができる。また、圧縮成形時に成形面50と平面部分52との間で起きるエアートラップがより回避しやすくなる。
【0044】
図9〜11については、成形機30の上型の成形面のみを記載し、プリフォーム10についても素子本体形成部12の上表面のみを具体的に示している。
【0045】
金型の成形面に応じた形状を有する光学素子成形用プリフォーム10を使用することで、成形時におけるプリフォーム10の変形量を少なくし、バリや著しい偏りがさらに生じにくい光学素子20を形成することができる。
【0046】
また、図1に示したプリフォーム10は、フランジ形成部14およびコバ形成部16が円形の平面形状を有していたが、これに限るものではない。
例えば、図12に示されるように、フランジ形成部14およびコバ形成部16の平面形状を三角形状とし、圧縮成形機の金型内で圧縮変形を完了したときに、図13に示されるように、段差を残したままコバ形成部16が、三角形の頂点部分においてそれぞれ胴型36の内周面に当接する3つの当接部17と、胴型36の内周面に当接しない3つの非当接部18とを形成するように構成することもできる。
【0047】
このようなプリフォーム10を用いて成形された光学素子は、当接部17に対応して3つのコバ部を備え、これら3つのコバ部により素子本体の位置決めが行われる。圧縮変形完了時に、プリフォーム10の非当接部18と胴型36の内周面との間には樹脂が存在しない空隙部が形成されるため、プリフォーム10の分量のばらつきが大きい場合であっても、バリのない高品質の光学素子を製造することが可能となる。
【0048】
なお、フランジ形成部14およびコバ形成部16の形状は、三角形に限られず、四角形、ひし形、五角形以上の多角形、楕円形、または円の互いに反対方向を向いた一対の円弧部分を切り欠いた形状等、各種の形状とすることができる。
【0049】
また、図1に示したプリフォーム10では、素子本体形成部12が円柱形状を有していたが、これに限るものではなく、製造しようとする光学素子に対応して各種の形状とすることができる。
【符号の説明】
【0050】
10 光学素子成形用プリフォーム
12 素子本体形成部
14 フランジ形成部
16 コバ形成部
17 当接部
18 非当接部
20 光学素子
22 素子本体
24 フランジ
26 コバ部
30 プリフォーム圧縮成形機
32 上型
34 下型
36 胴型
38 スペーサ
40 キャビティ
42 凸状の成形面
44 凹部
46 凹状の成形面
48 凸部
50 平面状の成形面
52 平面部分
60 クリアランス

【特許請求の範囲】
【請求項1】
上型と下型と胴型とで囲まれる空間内に配置されて加熱圧縮されることにより光学素子に成形されるプリフォームであって、
光学面を有する素子本体を形成するための素子本体形成部と、
前記素子本体形成部の外周部に配置された第1の厚さを有する環状のフランジ形成部と、
前記フランジ形成部の外周部に配置されると共に前記第1の厚さより小さい第2の厚さを有して前記フランジ形成部の表面側および裏面側の双方の周縁部にそれぞれ環状の段差を形成する環状のコバ形成部と
を備え、加熱圧縮されて変形したときに、双方の前記段差を残しながら前記コバ形成部の外周部が前記胴型の内周面に当接することを特徴とする光学素子成形用プリフォーム。
【請求項2】
前記素子本体成形部は前記光学素子の光学面に対応する表面および裏面を有し、その少なくとも一方が凸面であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子成形用プリフォーム。
【請求項3】
前記素子本体成形部は前記光学素子の光学面に対応する表面および裏面を有し、その少なくとも一方が凹面であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子成形用プリフォーム。
【請求項4】
前記素子本体成形部は前記光学素子の光学面に対応する表面および裏面を有し、その少なくとも一方が平面であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子成形用プリフォーム。
【請求項5】
加熱圧縮されて変形したときに、前記コバ形成部の外周部が、前記胴型の内周面に当接する複数の当接部と、前記胴型の内周面に当接しない複数の非当接部とを形成する請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学素子成形用プリフォーム。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学素子成形用プリフォームを上型と下型と胴型とで囲まれる空間内に配置し、
双方の前記段差を残しながら前記コバ形成部の外周部が前記胴型の内周面に当接するように前記光学素子成形用プリフォームを加熱圧縮して変形させる
ことを特徴とする光学素子成形方法。
【請求項7】
前記上型と前記下型との間にスペーサを配置することにより、加熱圧縮したときの前記光学素子成形用プリフォームの変形量を規制することを特徴とする請求項6に記載の光学素子成形方法。
【請求項8】
前記上型と前記下型の少なくとも一方は、前記空間に対して突出した凸状の成形面を有し、
前記空間内に配置された前記光学素子成形用プリフォームは、前記凸状の成形面に対向した凹部を有する請求項6または7に記載の光学素子成形方法。
【請求項9】
前記上型と前記下型の少なくとも一方は、前記空間に対して窪んだ凹状の成形面を有し、
前記空間内に配置された前記光学素子成形用プリフォームは、前記凹状の成形面に対向した凸部を有する請求項6または7に記載の光学素子成形方法。
【請求項10】
前記上型と前記下型の少なくとも一方は、平面状の成形面を有し、
前記空間内に配置された前記光学素子成形用プリフォームは、前記平面状の成形面に対向した平面部分を有する請求項6または7に記載の光学素子成形方法。

【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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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【公開番号】特開2011−168411(P2011−168411A)
【公開日】平成23年9月1日(2011.9.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−31329(P2010−31329)
【出願日】平成22年2月16日(2010.2.16)
【出願人】(306037311)富士フイルム株式会社 (25,513)
【出願人】(000005430)フジノン株式会社 (2,231)