JP4493472B2 - 光学素子の成形方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光学レンズ、ミラーなどの光学素子の成形方法に関する。
従来、光学レンズ、ミラーなどの光学素子の成形手法として、押圧成形（プレス成形）が知られている。この押圧成形は、光学素材であるプリフォームを金型の成形位置に配置した状態で加熱し、上型と下型を互いに接近させるように移動させて型締めを行うことにより、光学素子を成形するものである。しかしながら、このような成形方法にあっては、成形すべき光学素子の光学機能面が非回転対称な曲面である場合、良好な成形が行えないという問題がある。この押圧成形を用いて、非回転対称な曲面である光学機能面を有する光学素子（例えばプロジェクターミラー）を成形する場合、特許文献１のような成形方法が知られていた。プロジェクターミラーを成形する場合、このようなミラーは、非回転対称な光学機能面を有し、最初に成形用型の転写面の中央部と光学素材の中央部とを当接させ、次いで光学素材の中央部の周囲を転写面に転写させるようにしていた（特許文献１）。
特開２００１−２７８６２９号公報（第２頁、図１）
特許文献１に記載の光学素材の平面形状が長方形である場合、その中心部分Ｘからコアの転写面が当接し、次いで周囲に当接させてゆくが、この中心部分Ｘから長辺までの距離ａよりも角部までの距離ｂの方が長い（ａ＜ｂ）ので、角部近傍での転写性が悪かった（図８参照）。また、図９に示すように、このようなミラー１００では、非回転対称な光学機能面１０１を有し、成形後に角部が「オレ」や「ダレ」といった変形を生じ、光学機能面１０１にも悪い影響を及ぼすことがあった。これは、図８のａ＜ｂの関係から、光学素子に型が接触している時間がａとｂとで異なり、光学素材の各部位における温度分布の違いやコアで圧縮したときの光学素材の各部位における内部応力の違い、冷却時のヒケが各部位で異なることなどが、角部近くでの転写性悪化の原因と考えられている。
そこで、本発明は、多角形状の光学素材から非回転対称な光学機能面を有する光学素子を成形するとき、光学素材の中央部から一番遠い部分の転写性も良好にした光学素子の成形方法を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明は、上型と下型との間に平面形状が多角形の厚みを有する平板状の光学素材を、前記平面多角形状の２面を前記上型および下型の転写面に対面させてセットし、前記上型と前記下型とを接近させる方向に移動して、この光学素材の中央部に前記上型と下型のうちの少なくとも一方の転写面を当接させるようにした後に、次いでこの転写面を前記光学素材の周囲に当接させるようにプレス成形して非回転対称な光学機能面を有する光学素子を成形する方法において、前記多角形状の光学素材の角部を前記上型と下型とを接近させる方向で予め面取り加工したものである。
本発明によれば、上型と下型との間に平面形状が多角形の厚みを有する平板状の光学素材を、前記平面多角形状の２面を前記上型および下型の転写面に対面させてセットし、前記上型と前記下型とを接近させる方向に移動して、この光学素材の中央部に前記上型と下型のうちの少なくとも一方の転写面を当接させるようにした後に、次いでこの転写面を前記光学素材の周囲に当接させるようにプレス成形して非回転対称な光学機能面を有する光学素子を成形する方法において、前記多角形状の光学素材の角部を前記上型と下型とを接近させる方向で予め面取り加工したので、成形時の光学素材の温度分布や内部応力がより均一になり、冷却時のヒケも場所による差が小さくなり、転写性が良好となる。面取り加工をしていない光学素材を用いたものでは、不良率が３０％を超えていたが、本願発明では５％以下となった。
以下に本発明の実施形態を図面を参照にして説明する。
図１乃至図３に示す実施形態において、多角形状の光学素材１（例えばプリフォーム）を上型１０と下型２０との間にセットし、上型１０のコア１１により加熱した光学素材１を圧縮することによりコア１１の転写面１１Ａを転写させる。上型１０は型板１２とコア１１とから成り、下型２０は型板２２と中板２１とからなっている。加熱した光学素材１は中板２１に囲まれた個所（成形空間）に載置され、光学素材１の中央部にコア１１の転写面１１Ａを当接させ、次いでこの転写面１１Ａを光学素材１の中央部の周囲に当接させてゆき、非回転対称な光学機能面３を有する光学素子２を成形する。この成形された光学素子２は図１において２点鎖線で示す。上記下型２０の中板２１に囲まれて型板２２上に載置される光学素材１の角部は予め面取り加工して、面取り部１Ａを形成しておく。光学素材１の中央部Ｘから面取り部１Ａまでの距離ｂ´は従来の距離ｂよりも短くなる。光学素材１の角部に面取り部１Ａを形成しておくことにより、成形後の光学素子２は中板２１で囲まれた空間の各隅角部に間隙Ｓを残すようになる。この間隙Ｓ以外の個所は、中板２１に当接する場合もあるし、当接しない場合もある。
図４は加熱した光学素材１をコア１１で押圧して、非回転対称な光学機能面３を有する光学素子２を成形する状態の断面であり、最初に光学素材１の中央部Ｘにコア１１の転写面１１Ａを当接させ、徐々に中央部Ｘから周囲に転写面１１Ａを当接させてゆくことにより、光学機能面３を転写する。光学素材１として３５．５×４５（ｍｍ）、厚さ８ｍｍのプリフォームを用い、面取り加工は、Ｃ２．５ｍｍとし、金型温度を約５８０℃、型締め力を３００ｋｇｆ／５分としてミラーを成形したところ、面取り部１Ａ近傍での転写の悪化は見られなかった。
図５及び図６は、図３及び図４の方法により成形された光学素子２を示し、面取り部１Ａからの距離が近くなった光学機能面３も支障なく確実に成形される。
図７は、面取り部１Ａの大きさを示し、光学素材１の角部を４５°の傾斜角度で切断したとき、角部から切断個所までの長さ（単位ｍｍ）をＣ２．５とした例を示す。この面取り加工の大きさは、Ｃ０．５〜Ｃ５．０の範囲が好ましい。なお、この面取り個所を平坦ではなく曲面にしても良い。
この光学素子２は、非回転対称な光学機能面３を有するものであり、ここで非回転対称な光学機能面３とは、光学機能面３の中央部（中心）Ｘを中心に回転させた時に対称でない形状の光学機能面３をいう。つまり、中央部Ｘを中心とした円形状以外の形状は全て非回転対称形状であるが、本発明の効果が顕著に表れる形状としては、長方形、正方形等の多角形状のものである。
上述した金型についてさらに詳しく述べると、上型１０を固定側の型とし、型板１２が型締め装置の固定盤に取り付けられる。この型板１２には、コア１１が型締め方向に摺動自在に嵌め込まれる。このコア１１に形成された転写面１１Ａは、成形すべき光学素材２の光学機能面３を反転させて同一形状の凸面としたものである。下型２０は可動側の型とし、例えば、下型２０の型板２２が型締め装置の可動盤に取り付けられる。型板２２は上型１０に対し進退自在となっている。中板２１は型板２２に対してネジ止めなどにより取り付けられる。この中板２１で取り囲まれた空間が成形空間すなわちキャビティとなる。この実施形態では凹面を光学素材１に成形したが、反対に凸面を成形素材１に成形する方法でも、上述したと同様の方法が採用可能である。
本発明の光学素材１では距離ｂ´が従来の距離ｂよりも短くなり、中央部Ｘから周辺に向けて徐々にコア１１で押圧していくときに、温度分布もより均一化され、内部応力も均一になり、冷却時のヒケも場所による差が小さくなるため、面取り部１Ａの個所に近い部分での転写性が良好となり、製品の面形状精度も向上するものである。本実施例においては、型板１２及びコア１１を別部材として、コア１１で転写するようにした型構造で説明したが、この型構造に限定されるものではなく、一般的な上型、下型、胴型だけからなる型構造でも適用可能である。
下型に光学素材をセットした状態の平面図。 本発明で用いられる光学素材の斜視図。 成形初期段階の金型断面図。 コアによる圧縮時の金型断面図。 成形された光学素子の平面図。 図５の右側面図。 面取り加工の単位を説明する図。 従来用いられる光学素材の平面図。 従来の成形された光学素子の平面図。
符号の説明
１ 光学素材
１Ａ 面取り部
２ 光学素子
３ 光学機能面
１０ 上型
１１ コア
１１Ａ 転写面
１２ 型板
２０ 下型
２１ 中板
２２ 型板

Claims (2)

  1. 上型と下型との間に平面形状が多角形の厚みを有する平板状の光学素材を、前記平面多角形状の２面を前記上型および下型の転写面に対面させてセットし、前記上型と前記下型とを接近させる方向に移動して、この光学素材の中央部に前記上型と下型のうちの少なくとも一方の転写面を当接させるようにした後に、次いでこの転写面を前記光学素材の周囲に当接させるようにプレス成形して非回転対称な光学機能面を有する光学素子を成形する方法において、
    前記多角形状の光学素材の角部を前記上型と下型とを接近させる方向で予め面取り加工したことを特徴とする光学素子の成形方法。
  2. 前記光学素材の平面形状を長方形状とし、角部から切断個所までの長さをＣ０．５ｍｍ〜Ｃ５．０ｍｍの範囲としたことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形方法。
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