JP2009069221A - 光学部品 - Google Patents

Abstract

【課題】内周がテーパ状に形成された高剛性の金属枠と光学素子とを一体成形する。
【解決手段】光軸（Ｏ−Ｏ）中心よりも外周部の肉厚が厚い光学素子３３と金属枠２４とが一体的に形成された光学部品４０において、金属枠２４の内周に、光軸（Ｏ−Ｏ）に対し傾斜したテーパ部２６を形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学素子と金属枠とが一体的に形成された光学部品に関する。

従来から、図９に示すように、レンズ等の光学素子１００を成形した後に、その外径Ｄの中心と光軸Ｏとを一致させるための芯取りが行われている。なお、図９の光学機能面に示された矢印Ａ１，Ａ２は、光学的に転写が求められる最小の光学機能面径Ｄ_１、Ｄ_２を示している。また、光学素子１００の外径Ｄは、設計上定められた値である。

これに対し、最近、芯取り工程及びその前後工程に関わるリードタイムの削減、芯取りで捨てられるガラスの無駄を削減するため、金属枠の中でレンズを成形するという技術が提案されている。

例えば特許文献１には、金属枠が環状で断面コ字状に形成され、この断面コ字状の部分にガラス素材の余剰ガラスを収容して、金属枠付きの凸レンズを一体成形する点が開示されている。
特許第３１６１６２４号公報

しかしながら、特許文献１の技術を、例えば凹レンズに適用しようとすると、金属枠の肉厚を薄くしなければならず、該金属枠の変形が問題となる。これは、例えば図１０に示すように、金属枠１０１を含めた光学部品全体の外径Ｄは予め定められているため、光学機能面径Ｄ_１、Ｄ_２を確保しようとすると、金属枠１０１の肉厚を薄くしなければならないためである。

詳しくは、図１０において、凹レンズの外形部には溶融ガラスの広がりによる自由面１０２，１０３が残るため、転写させたい光学機能面径Ｄ_１、Ｄ_２のぎりぎりの位置に金属枠１０１の内径を設定することはできない。そこで、光学機能面径Ｄ_１、Ｄ_２に自由面１０２，１０３の分を加算しておく必要がある。

しかし、そうすると、金属枠１０１の肉厚が薄くなってしまい、溶融ガラスの広がりによる押圧力により金属枠１０１が変形するおそれがある。しかし、これでは芯取りと同様の凹レンズの寸法精度を確保することは困難である。よって、このままでは芯取りの代替技術としては好ましくない。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、内周がテーパ状等に形成された高剛性の金属枠と光学素子とが高精度に一体成形された光学部品を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
光軸中心よりも外周部の肉厚が厚い光学素子と金属枠とが一体的に形成された光学部品において、
前記金属枠の内周に、前記光軸に対し傾斜したテーパ部と前記光軸に対し傾斜した階段状部の少なくとも一方を形成したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学部品において、
前記テーパ部と前記階段状部の少なくとも一方に切欠き部を形成したことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の光学部品において、
前記金属枠の内周に、前記テーパ部と前記階段状部の両方を形成し、前記テーパ部と前記階段状部とは前記光軸に対し異なる傾斜角を有していることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の光学部品において、
前記金属枠の内周に、前記光軸に対し異なる傾斜角の２つのテーパ部を形成したことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の光学部品において、
前記金属枠の内周の小径側の端縁に面取り加工を施したことを特徴とする。

本発明によれば、内側にテーパ部等を形成したことにより、金属枠の剛性が高められ、この高剛性の金属枠と光学素子とが高精度に一体成形された光学部品を得ることができる。これにより、成形後の芯取り工程を削減することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態の光学部品の成形用金型の断面図であり、図２は、この成形用金型により光学部品を成形したときの断面図である。

成形用金型１０は、上型１２、下型１４、及びスリーブ１６を有している。上型１２は下型１４よりも大径の円柱状に形成されている。この上型１２と下型１４は、夫々曲率半径の異なる凸球面状の成形面１２ａ、１４ａを有している。

スリーブ１６は円筒状をなし、側面に空気孔１８が形成され、底部には下型１４が嵌挿される貫通孔１７が形成されている。上型１２及び下型１４は、スリーブ１６の内側で、成形面１２ａと成形面１４ａとが対向するようにスリーブ１６の両端側から嵌挿されている。

上型１２は、不図示のシリンダによりスリーブ１６の軸方向に摺動可能に配置されている。また、上型１２の成形面１２ａと下型１４の成形面１４ａとの間には、球形状のプリフォーム３２が配置されている。本実施形態では、このプリフォーム３２としてガラス素材が用いられている。なお、上型１２及び下型１４には不図示の加熱板が当接されている。そして、この加熱板により、プリフォーム３２が所定温度に加熱される。

また、下型１４の外周部とスリーブ１６の内周部との間には、概略円筒状の枠保持部材２０が密接するように配置されている。この枠保持部材２０は、下部の枠保持面２３及びテーパ面２２を介して形成された枠収容孔２１を有している。この枠収容孔２１の上部には、段差を介して該枠収容孔２１よりも大径の開口部１９が形成されている。

そして、この枠保持部材２０の内側に、プリフォーム３２と一体成形される金属枠２４が嵌挿される。この金属枠２４は、詳しくは後述するが、内周のテーパ部の小径側が下型１４を向くように配置される。

なお、上型１２、下型１４、及びスリーブ１６は、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金を研磨して仕上げられている。また、枠保持部材２０も、超硬合金又は炭素工具鋼等を研磨して作製されている。さらに、金属枠２４の材質としては、例えばステンレスが用いられている。

図２において、下型１４に対し上型１２を接近移動させると、加熱により軟化したプリフォーム３２が押圧成形される。こうして成形された光学素子３３は、２つの光学機能面の曲率半径が夫々異なる凹状の両凹レンズである。そして、この成形された光学素子３３と金属枠２４とが成形により一体的に接合されて光学部品４０が得られる。

なお、光軸中心よりも外周部の肉厚が厚い光学素子３３としては、両凹レンズに限らない。例えば、平凹レンズでもよいし、凹平メニスカスレンズでもよい。
また、下型１４に対し上型１２が接近移動した状態では、上型１２の成形面１２ａの外周面と枠保持部材２０の開口部１９の内周面との間に、空隙部３４が形成されている。この空隙部３４は、溶融ガラスの余剰分がはみ出す空間となる。

図３は、金属枠２４の縦断面図を示している。
この金属枠２４は概略円筒状をなし、その内周に型中心に対し傾斜したテーパ部２６が形成されている。すなわち、金属枠２４は、断面略直角三角形の底辺２７と、この底辺２７と外周面２８との接続部（角部）が角面取りされた面取り部２５と、底辺２７に対し略６０°に傾斜するテーパ部２６と、を有している。

このテーパ部２６の６０°という傾斜角は光学機能面径Ｄ_１と、光学機能面径Ｄ_２と、光学素子３３の中心厚により概ね決定される数値であり、個々の製品により異なる。
（「第２の実施の形態」中の説明でも同様）
金属枠２４を、このような構造とすることにより、図４に示すように、成形される光学素子３３の下型１４に面する側（図の下方側）は、上型１２の押付け圧の作用で溶融ガラスが外径側に広がっていく。そして、このように溶融ガラスが広がることにより、光学素子３３の光学機能面径Ｄ_１が十分に確保される。

この場合、金属枠２４は、内周のテーパ部２６の小径側が下型１４を向くように配置されているので、下型１４に面する側の内部容積は小さくなっている。このため、下型１４に面する側には十分に圧力が加えられて金属枠２４の隅々にまで溶融ガラスが行き渡る。このため、下型１４に面する側の溶融ガラスと、金属枠２４のテーパ部２６の下部との間には自由面は生じない。よって、光学機能面径Ｄ_１のぎりぎりの位置に金属枠２４を設定することができる。

なお、金属枠２４の内周のテーパ部２６と底辺２７との接続部、すなわち金属枠２４の内周の小径側の端縁にＲ面取り又は角面取りを施してもよい。この場合は、面取り部に溶融ガラスが入り込んでこれが金属枠２４の下縁に強固に接合される。同様に、テーパ部２６と外周面２８との接続部にＲ面取り又は角面取りを施してもよい。

また、成形される光学素子３３の上型１２に面する側は、上型１２の押付け圧の作用で溶融ガラスが光学機能面径Ｄ_２を超えて外径側に広がる。さらに、図２に示したように、押付け圧の作用により、上型１２と枠保持部材２０との間に形成された空隙部３４に、溶融ガラスがはみ出すように広がっていく。このため、光学機能面径Ｄ_２を十分に確保することができるとともに、このはみ出し部分３６が金属枠２４の上縁に強固に接合される。

すなわち、成形される光学素子３３は光学機能面径Ｄ_２よりも光学機能面径Ｄ_１の方が小径であるから、溶融ガラスは下型１４に面する側から先に充填され、次いで斜め上方の上型１２に面する側が充填される。

なお、本実施形態では、金属枠２４の内周にテーパ部２６を形成した場合について説明したが、これに限らない。例えば、金属枠２４の内周に、傾斜した階段状部を形成してもよい。また、テーパ部と階段状部を混在させて形成してもかまわない。

本実施形態によれば、光学部品４０は、その金属枠２４の外周面２８が型中心に平行で内周にテーパ部２６が形成されているので、金属枠２４の肉厚を大きくとることができる。このため、金属枠２４を高剛性とすることができ、該金属枠２４の変形を防止することができる。

また、金属枠２４の内周にテーパ部２６を形成したので、内周が型中心に平行な面に比べて溶融ガラスとの接触長さが長くなり、光学素子３３と金属枠２４とを十分な接着力で接合することができる。

さらに、金属枠２４の内周にテーパ部２６を形成したので、光学素子３３は直径が小さくなる方向（下型１４の方向）には抜けにくくなる。よって、光学素子３３と金属枠２４との接合強度は特に直径が小さくなる方向には強くなる。
［第２の実施の形態］
図５は、第２の実施の形態の金属枠２４の縦断面図を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態では、金属枠２４の内周に、傾斜した階段部２９とテーパ部３０の両方が形成されている。また、これら階段部２９とテーパ部３０の傾斜角は異なっている。階段部２９は、その傾斜線（階段の先端を結ぶ二点鎖線）が底辺２７に対し略６０°に傾斜している。また、テーパ部３０は、その傾斜面が底辺２７に対し略３０°に傾斜している。すなわち、階段部２９はテーパ部３０よりも大きい傾斜角を有している。

また、前述した第１の実施の形態と同様に、金属枠２４は、内周のテーパ部２６の小径側が下型１４を向くように配置される。
このように、金属枠２４は階段部２９とテーパ部３０とを有することから、下型１４に面する側は、上型１２の押付け圧の作用で溶融ガラスの広がりにより光学機能面径Ｄ_１を十分に確保することができる。また、上型１２に面する側は、溶融ガラスが階段部２９に沿って流動が促進されて光学機能面径Ｄ_２を超えて外径側に広がる。さらに、溶融ガラスはなだらかな傾斜のテーパ部３０に沿って外側に広がるため、光学機能面径Ｄ_２の転写もきっちりと行われる。

また、図示は省略するが、階段部２９とテーパ部３０の一方又は両方に、後述する図８の切欠き部３８を形成することもできる。これにより、成形される光学素子３３と金属枠２４とが容易には抜けないように一体的に接合される。

次に、図６及び図７に基づき、金属枠２４の構造と溶融ガラスの流れとの関係を説明する。
図６は、従来技術のように、内周に光軸Ｏ−Ｏと平行な面が形成された金属枠２４を用いて成形する場合を示している。

なお、プリフォーム３２は、光学機能面径Ｄ_１の転写が得られるぎりぎりの体積Ｖを用いている。
この場合、下型１４に面する側の光学機能面径Ｄ_１は小径であるため、溶融ガラスが外径側に広がって光学機能面径Ｄ_１は転写されるが、上型１２に面する側の光学機能面径Ｄ_２は全く転写されない。また、溶融ガラスは金属枠２４の内周面にも到達していない。溶融ガラスは、光学機能面径Ｄ_１の転写が得られるぎりぎりの体積Ｖを用いているためである。

これに対し、図７は、内周にテーパ部２６が形成された金属枠２４を用いて光学部品４０を成形する場合を示している。
なお、プリフォーム３２は、図６の場合と同じ体積Ｖを用いて成形した。

図７において、金属枠２４がその内周に２つのテーパ部２６、テーパ部３０を有することにより、溶融ガラスの上型１２の方向への流動が促される。すなわち、上型１２が下型１４に接近移動することにより、下型１４に面する側の溶融ガラスは、上型１２の押付け圧の作用で外径側に広がって光学機能面径Ｄ_１を十分に確保することができる。

また、上型１２に面する側の溶融ガラスは、上型１２の押付け圧の作用で溶融ガラスには光軸と直交方向に力Ｐが作用し、そのテーパ部２６の面に沿って上向きに分力Ｐ_１が作用する。これにより、溶融ガラスはテーパ部２６に沿って分力Ｐ_１の方向への流動が促進される。

このため、溶融ガラスは光学機能面径Ｄ_２を超えて緩やかなテーパ部３０に沿って外側にはみ出してはみ出し部分３６が形成される。このため、光学機能面径Ｄ_１のみならず光学機能面径Ｄ_２に対してもきっちりと転写が行われる。

また、図示は省略するが、２つのテーパ部２６、３０の一方又は両方に、後述する図８の切欠き部３８を形成することもできる。これにより、成形される光学素子３３と金属枠２４とが容易には抜けないように一体的に接合される。

本実施形態によれば、金属枠２４の内周に階段部２９とテーパ部３０とを有することにより、一体成形される光学素子３３と金属枠２４の階段部２９及びテーパ部３０が強固に結合される。
［第３の実施の形態］
図８は、第３の実施の形態の金属枠２４の縦断面図を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

この金属枠２４は、その内周に２つのテーパ部２６及びテーパ部３０が形成されている。一方のテーパ部２６の傾斜角は、他方のテーパ部３０の傾斜角よりも大きい。そして、一方のテーパ部２６に切欠き部３８を形成している。この切欠き部３８は、断面略コ字状で円筒状の金属枠２４の内側全周に亘って形成されている。

本実施形態によれば、この切欠き部３８に溶融ガラスが入り込み、成形される光学素子３３と金属枠２４とが容易には抜けないように一体的に接合される。
なお、切欠き部３８は断面略コ字状のものについて説明したが、これに限らない。例えば、溝部、凸部、丸穴や角穴であってもよい。

また、本実施形態では、金属枠２４の内周にテーパ部２６を形成し、このテーパ部２６に切欠き部３８を形成した場合について説明したが、これに限らない。例えば、金属枠２４の内周に階段部２９（図５参照）を形成し、この階段部２９に切欠き部３８を形成してもよい。

その他の効果は、第２の実施の形態の場合と同様である。

第１の実施の形態の光学部品の成形用金型の断面図である。 成形用金型により光学部品を成形したときの断面図である。 金属枠の縦断面図である。 溶融ガラスが外径側に広がって成形される状態を示す図である。 第２の実施の形態の金属枠の縦断面図である。 内周に光軸と平行な面が形成された金属枠を用いて成形する場合を示す図である。 内周にテーパ部が形成された金属枠を用いて成形する場合を示す図である。 第３の実施の形態の金属枠の縦断面図である。 芯取りを行った後の光学素子の従来例の断面図である。 金属枠と光学素子を一体成形した従来例を示す図である。

符号の説明

１０ 成形用金型
１２ 上型
１２ａ 成形面
１４ 下型
１４ａ 成形面
１６ スリーブ
１７ 貫通孔
１８ 空気孔
１９ 開口部
２０ 枠保持部材
２１ 枠収容孔
２２ テーパ面
２３ 枠保持面
２４ 金属枠
２５ 面取り部
２６ テーパ部
２７ 底辺
２８ 外周面
２９ 階段部
３０ テーパ部
３２ プリフォーム
３３ 光学素子
３４ 空隙部
３６ はみ出し部分
３８ 切欠き部
４０ 光学部品
Ｄ_１ 光学機能面径
Ｄ_２ 光学機能面径

Claims (5)

1. 光軸中心よりも外周部の肉厚が厚い光学素子と金属枠とが一体的に形成された光学部品において、
   前記金属枠の内周に、前記光軸に対し傾斜したテーパ部と前記光軸に対し傾斜した階段状部の少なくとも一方を形成した
   ことを特徴とする光学部品。
2. 前記テーパ部と前記階段状部の少なくとも一方に切欠き部を形成した
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
3. 前記金属枠の内周に、前記テーパ部と前記階段状部の両方を形成し、前記テーパ部と前記階段状部とは前記光軸に対し異なる傾斜角を有している
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部品。
4. 前記金属枠の内周に、前記光軸に対し異なる傾斜角の２つのテーパ部を形成した
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部品。
5. 前記金属枠の内周の小径側の端縁に面取り加工を施した
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学部品。