JPH05254862A

JPH05254862A - 樹脂接合型非球面レンズの製造方法

Info

Publication number: JPH05254862A
Application number: JP5214092A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kusano; 正明草野; Hideo Takino; 日出雄瀧野; Atsushi Taguchi; 淳田口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-03-11
Filing date: 1992-03-11
Publication date: 1993-10-05

Abstract

(57)【要約】【目的】形状精度の高い樹脂接合型非球面レンズを低
コストで製造する。レンズの樹脂層に気泡が入らないよ
うに製造する。【構成】主体となるガラス部材１とその表面に一体成
形された樹脂層２とからなる中間体を用意する。そし
て、前記樹脂層を切断、研削することにより表面に所望
の非球面を創生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、「主体となるガラス部
材と非球面を有する樹脂層とからなる樹脂接合型非球面
レンズ」を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カメラ、顕微鏡などの光学製品に使用さ
れるレンズは、主としてガラスレンズが用いられてい
る。ガラスレンズは、溶融状態のガラスからプレス成
形してガラスブロック（レンズブランクと呼ばれる）を
作る工程、レンズブランクを研削加工機で研削加工す
ることにより、所望の曲率を有する粗面レンズを製造す
る工程、粗面レンズを研磨することにより、研削加工
時の工具痕やクラック層を除去する工程、を経て製造さ
れる。

【０００３】ところで、レンズには非球面レンズがあ
り、このレンズはその表面形状が非球面である。この非
球面レンズは、球面レンズでは得られない優れた性能を
有することから重用されている。しかし、非球面レンズ
は、球面でないことからガラスのレンズブランクから製
造しようとすると、レンズブランクをこんぴゅーた制御
による超精密な研削加工機（ＮＣ加工機）で１個１個加
工するにより製造せざるを得ない。そのため、製造コス
トが球面レンズよりも相当に高いものとなる欠点があ
る。

【０００４】そこで、ガラスに代えて樹脂を用い、プレ
ス成形、射出成形、注型などの方法で非球面レンズを製
造する方法が実用化されている。この方法は、一度金型
を製作しておけは、それを用いて大量のレンズを複製量
産できることから、非球面レンズに比べ製造コストが安
くなるという特徴がある。しかし、樹脂レンズは、温度
や湿度の変化により光学性能が大きく変動するという致
命的欠点があり、この樹脂レンズの使用は、これらの変
動が製品の性能に大きく影響しないものに限られてい
た。

【０００５】この欠点を解決するため、図２、図３に示
すような樹脂接合型非球面レンズが開発された。これ
は、ガラスレンズ（本発明で言う「ガラス部材」の一
種）とそれに一体に成形された「非球面を有する樹脂
層」とからなる。ガラスレンズが主体であり、樹脂層は
薄い（例えば、厚さ５〜100 μm ）。主体となるガラス
レンズは、球面（図３：特開昭60-56544号参照）または
粗い非球面（図４：特開昭63−157103号参照）を有す
る。このような樹脂接合型非球面レンズは、例えば、次
の第１〜第６工程からなる製法により製造される。図５
を参照されたい。第１工程：所望の非球面を有する金型（３）を水平に置
く工程；第２工程：金型（３）の中央部に所定量の放射線硬化型
樹脂液（２ａ）を垂らす工程；第３工程：球面又は粗い非球面を有するガラスレンズ
（１）を金型（３）の上に載せる工程；第４工程：ガラスレンズ（１）と金型（３）との間隔を
所定値まで接近させる工程；第５工程：ガラスレンズ（１）と金型（３）との間に挟
まれた樹脂液（２ａ）に放射線（例えば、紫外線）を照
射することにより硬化させる工程；第６工程：硬化して得られた非球面の樹脂層（２）をガ
ラスレンズ（１）と共に金型（３）との界面から剥離す
る工程；この場合、樹脂液（２ａ）は紫外線硬化性樹脂である。
このような樹脂層（２）の成形方法は分類で言うと「注
型成形」に当たる。樹脂液に代えて熱可塑性樹脂を使用
し、射出成形により樹脂接合型非球面レンズを製造する
方法も開発されている。例えば、特開昭60−205401号、
特開昭61−203401号、特開平３−133611号等を参照され
たい。射出成形では、熱可塑性樹脂は、射出成形機のシ
リンダ内で加熱され流動化（可塑化）する。そして、流
動化した樹脂は、図２に示すように、金型３（予めガラ
スレンズ１が配置されている）のキャビティ５内に射出
され、そこを満たす。その後、冷却されると、樹脂は、
固化して流動性を失い樹脂層（２）を形成する。このと
き、樹脂層（２）はガラスレンズ（１）と一体化してお
り、一体化したものが樹脂接合型非球面レンズである。

【０００６】いずれにせよ、樹脂接合型非球面レンズの
製造には、樹脂層の形成の際に、樹脂液または流動化し
た樹脂の硬化または固化が伴う。樹脂接合型非球面レン
ズは、主体がガラスレンズ（本発明で言うガラス部材の
一種）であるので、温度や湿度の変化に強い。しかし、
硬化又は固化により樹脂層が形成されるとき、どうして
も収縮する。そのため、非球面の形状精度が低下し易
い。そこで、樹脂層をできるだけ薄くし、かつ、全体に
均一な厚さとする必要があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、従来の製法
は、樹脂層を薄くせざるを得ないので、樹脂液を原料
とする方法では、樹脂層に泡（気泡）が入り易いと言う
第１の問題点を有し、熱可塑性樹脂を原料とする方法
では、可塑化した樹脂の粘度が依然として高いので樹脂
が狭いキャビティ内に流れず、樹脂層の形状精度が低い
と言う第２の問題点を有していた。また、樹脂層を全体
に均一な厚さとする必要から、非球面量の大きいレンズ
を作る場合には、ガラスレンズもある程度の非球面（粗
い非球面と呼ぶ）にしておく必要があり、そのため、製
造コストが高くなると言う第３の問題点があった。本発
明の目的は、これらの問題点の解決にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、第
１に、球面または平面の形状を有する主体となるガラス
部材とその表面に一体に成形された樹脂層とからなる中
間体を用意する第１の工程と、前記樹脂層を切断、研磨
することにより、表面に所望の非球面を創生する第２の
工程、からなる「主体となるガラス部材と非球面を有す
る樹脂層とからなる樹脂接合型非球面レンズ」を製造す
る方法（請求項１）を提供する。

【０００９】また、本発明は、第２に、前記ガラス部材
が球面の表面を有するガラスレンズであることを特徴と
する請求項１記載の方法（請求項２）を提供する。

【００１０】

【作用】本発明で使用する中間体は、主体となるガラス
部材とその表面に一体に成形された樹脂層とからなる。
樹脂層は、ガラス部材の片面だけに存在しても、両面に
存在してもよい。また、樹脂層がガラス部材全体を包み
込んでいてもよい。樹脂層は、ガラス部材の側面から外
に突出したリブや支持部を有していてもよい。ガラス部
材は、平面好ましくは球面の表面を有する。この場合、
球面は特に所望の非球面に近い曲率の球面が好ましい。
樹脂層は、最終的に欲しい樹脂層より厚くなければなら
ない。しかし、最終レンズにおいて、厚い樹脂層は温度
や湿度の変化を受け易いので、薄い方が好ましい。従っ
て、切削量を減らすため、中間体の樹脂層も薄い方が好
ましい。樹脂層は、ガラス部材と屈折率が一致していな
くとも良いが、一致していることが好ましい。中間体の
樹脂層の表面形状は、特に制限はないが、やはり所望の
非球面に近い曲率の球面であることが好ましい。その方
が切削量が少なくて済む。

【００１１】樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポ
リエステル、ポリウレタン、ＣＲ−３９などの架橋硬化
性樹脂、またはポリカーボネート、ポリサルホン、ポ
リアリレート、エラストマー、アイオノマー、フッ素樹
脂、非晶質ポリオレフィン、ポリスチレン、アクリル樹
脂、変成アクリル樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられ
る。

【００１２】中間体を製造する方法は、基本的には従来
の樹脂液を原料とする特開昭60−56544 号や熱可塑
性樹脂を原料とする特開昭60−205401号、特開昭61−20
3401号、特開平３−133611号等の方法で良い。もちろ
ん、これら以外に熱可塑性樹脂を原料とするプレス成
形を用いてもよい。樹脂層との接着力を向上させるため
に、ガラス部材は中間体の製造前に予めシランカップリ
ング処理しておくことが好ましい。

【００１３】本発明の第２工程は、中間体の樹脂層を切
削、研磨することにより、表面に所望の非球面を創生す
る工程である。切削は、コンピュータ制御による超精密
な切削加工機（ＮＣ加工機）を使用すれば、簡単に実行
できる。この点、ガラス製のレンズブランクから研削加
工機で研削加工し、研磨するガラス製非球面レンズの製
法と似ている。しかし、樹脂層の方がガラスより硬度が
低く、クラック層の発生もないので、切削の後の研磨が
簡単である。つまり、切削による工具痕が研磨により簡
単に除去できる。それに対して、ガラスは研削の後の研
磨が大変である。研削による工具痕やクラック層を研磨
で除去することは、大変で時間がかかる。さらに、切削
加工機は超精密と言えども研削加工機に比べれば構造が
簡単で安価である。そのため、非球面レンズ全体で考え
ても、全体をガラスで作るより、本発明の方法で樹脂接
合型非球面レンズを作る方が製造コストが安くなる。

【００１４】以下、実施例により本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれに限られるものではない。

【００１５】

【実施例】図１は、本実施例で製造された樹脂接合型非
球面レンズの概略垂直断面図である。２点破線（想像
線）は、中間体の樹脂層（２ｂ）の最外形状を示す。第１ａ工程：図２に示すようなキャビティ中子（３）を
用意し、これを射出成形機にセットする。キャビティ中
子（３）は可動側の型と固定側の型２つからなり、両者
の間にキャビティ（５）が形成される。固定側の型のキ
ャビティ（５）側の面は、所望の非球面に近い球面を形
成している。キャビティ中子（３）は母型（６）に囲ま
れており、母型（６）内を貫いて樹脂供給路（７）が形
成されている。樹脂供給路（７）の入口は、射出成形機
のシリンダ（８）の出口に接合しており、樹脂供給路
（７）の出口はキャビティ（５）に開口している。

【００１６】キャビティ（５）内に、ガラス部材の一種
であるガラスレンズ（１）を置く。ガラスレンズ（１）
は、メニスカスレンズであり、外径がφ15〜φ40mmで、
中心厚が３〜10mmである。ガラスレンズ（１）は、樹脂
層（２ｂ）が形成される第１面と、形成されない第２面
を有する。第１面は、樹脂層（２ｂ）との接着力を向上
させるため表面を予めシランカップリング処理を施して
ある。シランカップリング剤として、例えば商品名KBM5
03（信越化学株式会社製）を２wt％エタノール溶液に稀
釈して使用する。第２面は、製品設計の許容値内の形状
精度（例えば、0.5 μｍ）と表面粗さ（例えば、10nm）
を有する。それに対して、第１面のそれらは、許容値外
の形状精度（例えば、５μｍ）でもよい。

【００１７】第１ｂ工程：射出成形機にアクリル樹脂
（商品名：アクリペットＶＨ、三菱レーヨン株式会社
製）を充填し、この樹脂を200 ℃〜280 ℃に加熱するこ
とにより可塑化する。可塑化した樹脂を、シリンダー
（８）から樹脂供給路（７）を経てキャビティ（５）に
射出する。射出後、10〜60秒もすると、可塑化した樹脂
は自然に冷えて固化する。固化するとき、樹脂はガラス
レンズ（１）に密着して樹脂層（２ｂ）を形成する。樹
脂層（２ｂ）の厚さは、ここでは１〜３mmである。こう
して中間体が製造されるので、母型（６）およびキャビ
ティ中子（３）を開放して、中間体を取り出す。射出か
ら取り出しまでの時間は、約60〜120 秒である。こうし
て、第１工程が終了する。

【００１８】第２ａ工程：ＮＣ切削加工機を用意し、前
工程で製造した中間体をセットする。この加工機で、樹
脂層（２ｂ）を所望の非球面形状に切削する。１個当た
り約60〜180 秒で切削が完了する。第２ｂ工程：プラスチック用研磨機を用意し、これに切
削した中間体をセットし、研磨を行なう。この研磨機で
樹脂層表面に残っている「切削による工具痕」を除去す
ることにより、目的とする非球面の樹脂層（２）を形成
する。１個当たり約３〜５分で研磨が完了する。こうし
て、第２工程が終了し、図１に示すレンズが製造され
る。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、中間体の樹脂層を厚
く作ることができるので、樹脂液を原料と樹脂液を原料
とする方法では、樹脂層に泡（気泡）が入り難い。一
旦、樹脂層の厚い中間体を作り、それから切削、研磨に
より非球面を作るので、非球面は、形状精度が高い。つ
まり、樹脂層がどんなに厚くとも、固化または硬化時の
収縮に起因する形状精度の低下を気にする必要がなくな
る。非球面量の大きいレンズを製造する場合でも、ガ
ラス部材として球面のガラスレンズを使用できるので、
製造コストが低くなる。樹脂層の方がガラスより硬度
が低いので、研削、研磨による非球面の創生を安価にで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の実施例で製造した樹脂接合型非球
面レンズの概略垂直断面図である。

【図２】は、キャビティ中子等の側面とその一部を切り
欠いた垂直断面を示す概略図である。

【図３】は、従来の樹脂接合型非球面レンズの概略垂直
断面図である。

【図４】は、従来の別の樹脂接合型非球面レンズの概略
垂直断面図である。

【図５】は、従来の製造方法の各工程に於けるガラス部
材、金型等の垂直断面を示す概略図である。

【符号の説明】

１ガラス部材（またはその一種であるガラスレンズ）２樹脂層２ａ硬化前の樹脂液２ｂ中間体の樹脂層（研削前の樹脂層）３キャビティ中子（従来方法の説明では金型）４紫外線５キャビティ６母型７樹脂供給路８射出成形機のシリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｋ 105:20 Ｂ２９Ｌ 11:00 4Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】球面または平面の形状を有する主体とな
るガラス部材とその表面に一体に成形された樹脂層とか
らなる中間体を用意する第１の工程と、前記樹脂層を切断、研磨することにより、表面に所望の
非球面を創生する第２の工程、からなる「主体となるガ
ラス部材と非球面を有する樹脂層とからなる樹脂接合型
非球面レンズ」を製造する方法。
【請求項２】前記ガラス部材が球面の表面を有するガ
ラスレンズであることを特徴とする請求項１記載の方
法。