JP4532382B2 - レンズ製造方法及びレンズ両面精密加圧成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス溶融液滴を凹状の成形型中へ供給し、次いで前記成形型中の前記ガラス溶融液滴の両面を加圧成形ダイを用いて同時に精密加圧成形する、第一凸レンズ面及び第二レンズ面を有する例えば自動車ヘッドライト用レンズの製造方法に関する。本発明はさらに、前記レンズの両面を精密加圧成形するための装置または成形型に関する。

多くのレンズ、特に自動車ヘッドライト用レンズには、光学レンズにおいて対物レンズに求められる規格のような最も厳しい規格は必要とされない。他方において、組立てに考慮を払わなければならないレンズの寸法に変化があってはならない。さらに、レンズは低コストで製造できなければならない。

これらレンズは通常片面精密加圧成形方法によって製造される。すなわち、ブランクが加熱され、レンズの非球面側が加圧され、そして平坦あるいは平面側が研削あるいは研磨によって後処理される。自動車の主ヘッドライト用の片面精密加圧成形光学部品の製造技術は成熟しているが、生産性の高い大量生産には適しない。この生産技術は下記順序で製造が行われる多くの製造工程から構成されている。
Ａ．バッチ準備
Ｂ．溶融
Ｃ．熱成形
Ｄ．半完成品の焼入れ後冷却
Ｅ．品質管理
Ｆ．包装及び製作所への搬送
１．再加熱
２．加圧成形（片面から最終形状まで）
３．焼入れ後冷却
４．研削（第二側面）
５．研磨（第二側面）
６．ファセット作製
７．包装

供給装置からは正確な一定重量の溶融液滴が与えられないことが示されている。前記液滴の重量変動は１００〜２００ｇの範囲内であり、その比率は最大±２％である。加圧成形加工中には容積の収縮も起こる。このような変動によって作製されるレンズの据付寸法が損なわれてはならない。

光学部品の精密加圧成形方法はＤＥ１００４３０６５Ａ１から公知であり、この方法においては過剰の材料は上下の成形型部分間に存在する制限のない自由空間中へ漏出される。ガラス部分上に同心円状のリングが生ずるが、このリングは精密加圧成形されたガラス部分の光学的性質に対しては何ら影響がない。１個に分けられたガラス部分の容積差は縁部の幅を相違させることにより問題なく釣り合わされ、あるいは補正される。精密加圧成形されたガラス部分の縁部の幅は、該縁部の厚さの場合と異なり、レンズの光学的機能には殆ど影響を与えない。但し、前記縁部はレンズ面の平面から突き出しているわけではない。ＵＳ特許４，６９８，０８９Ａには、２つのレンズ面が曲面状であるレンズが作製される全く同様な方法に関する記載がある。

本発明はレンズの対向する両面に第一凸レンズ面及び第二レンズ面をもち、低コストで製造でき、かつ一定の据付寸法が保証可能な自動車ヘッドライト用レンズの製造方法を提供することを目的とする。

本発明はさらに、前記方法によって作製されたレンズの対向面上へ第一凸レンズ面及び第二レンズ面を精密加圧成形する装置を提供することを目的とする。

以下に記載された説明からより明らかにされる上記目的及び他の目的は、
ａ）垂直方向に移動可能な下側成形型部分（２）としての凹状の成形型中へガラス溶融液滴を導入すること、
ｂ）前記凹状成形型中において静止した加圧成形ダイを用いて前記ガラス溶融液滴の両面を同時に精密加圧成形すること、
ｃ）その際、精密加圧成形によって移動されたガラス材料によって前記第二レンズ面の最も高い点を越えて突き出る所定の寸法をもつ支持縁部がレンズ上へ形成されるように前記下側成形型部分を垂直方向に移動することにより、前記ガラス溶融液滴中へ前記加圧成形ダイを漬けることから構成される、第一凸レンズ面及び第二レンズ面を有するレンズの製造方法において達成される。

前記第二レンズ面の最も高い部分を超えて突き出す支持縁部を備えたレンズはＤＥ１０２１６７０６Ａから公知である。しかしながら、この特許出願には製造方法に関する詳しい記載はない。

前記第二レンズ面は凸状、凹状、あるいは平面状のいずれであってもよい。凸レンズ面の場合、その頂点が前記第二レンズ面の最も高い点であると理解される。凹レンズ面の場合、レンズ面の縁部が最も高い点となる。前記支持縁部が突き出る距離には、レンズ面が平面である場合、前記第二レンズ面との相関関係がある。この場合、前記支持縁部が支持基部上へ支えられているならば、前記第二レンズ面は該支持基部とは接触していない。前記加圧成形ダイは、製造あるいは作製される第二レンズ面の形状次第で平面状、凸状、あるいは凹状のいずれかの加圧成形ダイ面をもつ。

据付寸法は、支持縁部の寸法（Ｒ_Ｈ＝縁部の高さ、Ｒ_Ｂ＝縁部の幅）及びレンズの全高Ｈ_Ｇによって限定される。レンズの全高Ｈ_Ｇは、前記支持縁部の支持面から前記第一凸レンズ面の頂点までに至るレンズの高さである。

前記支持縁部は前記第二レンズ面の最も高い点から少なくとも約０．２ｍｍを越えて（Ｈ）突き出ている。この特徴は、両面に対する精密加圧成形によって溶融物から成形されたレンズが次いで冷却コンベヤ上へ置かれ、冷却コンベヤ上において行われる焼入れ後冷却中に第二レンズ面に損傷を生じないために必要なものである。

本発明方法には、据付寸法がガラス溶融液滴の量的変動による影響を受けないという利点がある。加圧成形ダイがガラス溶融液中へ漬けるため、ガラス溶融液は放射状に動き、支持縁部の形成のために設けられた通常凹状である成形型の中空の小室内へ入り込む。材料の変動が非球面状面及び第二レンズ面の変化間の距離だけに起き、移動したガラス溶融液は常にレンズ等の高さを維持する目的で設けられた中空な小室中において加圧成形されるため、レンズの全高Ｈ_Ｇ及びレンズ縁部の寸法はそのまま同じ状態に保持される。

つまり、ガラス溶融液滴材料の変動によってレンズの光学的部分にのみ影響が生ずるが、かかる影響は、これらレンズは例えば自動車の投影レンズとして用いられるためこれらレンズには対物レンズの厳格な規格を満たすことが要求されないことから許容されるものである。

本発明方法にはさらに、最初に半完成品を作成して、その後で該半完成品を精密加圧成形する必要がないという利点がある。かかる方法による場合、例えば半完成品を加熱することが必要とされる。

レンズ両面を精密加圧成形する新規な製造方法を用いることにより、製造工程の減少とそれによる加工処理コストの低減が可能となる。この製造方法は下記から構成される。
１．ガラス溶融液滴供給、
２．加熱成形（レンズ両面の精密加圧成形）、
３．調温冷却、
４．品質管理及び包装。

以前コストを要したレンズ両面の精密加圧成形は、ガラス溶融液から直接精密加圧成形を行うことによって迅速かつ安価な大量生産方法へと転換される。支持縁部及び冷却工程が当然さらに必要とされるが、これらは、この支持縁部を用いて据付寸法を確立することができること、及び製造中における量的変動によって何ら変化は生じないことから不利な要素とはならない。

本発明方法の好ましい一実施態様においては、レンズ両面の精密加圧成形は、ガラス溶融液の初期粘度が１０^４〜１０^６ｄＰａｓの範囲内であるときに実施される。ここで用語「初期粘度」とは、ガラス溶融液の精密加圧成形開始時における加圧成形ダイを漬ける前のガラス溶融液の粘度のことである。

レンズ両面は好ましくは５０〜８０ｍｍの直径で精密加圧成形される。

本発明に従ったレンズの精密加圧成形装置には、凹状の液溜め、前記凹状液溜めと連結した周囲水平肩部、及び前記水平肩部から延びる垂直周縁部から成る、垂直方向へ移動可能の下側成形型部分が備えられている。この装置の上側成形型部分は垂直方向に移動可能であり、その下側成形型部分の対向面上に支えられ、前記水平肩部全体に亘って内側へ及び／またはその近接部へ突き出している。さらに、前記装置には上側成形型部分（１０）をガイドする静止した加圧成形ダイが備えられている。レンズの支持縁部の高さは前記肩部及び上側成形型部分によって規定される。

上部、下部、及び加圧成形ダイの３部分から構成される装置がＪＰ６０−０９２３１Ａの抄約から公知である。しかしながら、特記すべき点として、ガラスと接触する表面部分には肩部及び垂直周縁部は設けられていない。

レンズ精密加圧成形装置の好ましい一実施態様では、加圧成形ダイが固定部をなす一方、下側成形型部分は縦方向へ可動である。好ましくは、上側成形型部分もまた縦方向へ可動であり、前記加圧成形ダイが上側成形型部分をガイドする。つまり、前記上側成形型部分の内径と前記加圧成形ダイの外径が一致する。かかる配置とすることにより、レンズ両面の光軸が傾くことを防止できるため、作製されるレンズの光学特性を保証できる利点がある。

好ましくは、前記加圧成形ダイの直径は前記凹状液溜めの直径より小さいか、あるいは同等である。前記支持縁部の幅は前記上側成形型部分の直径あるいは前記加圧成形ダイの直径を変えることにより調節可能である。

好ましくは、前記加圧成形ダイの下面は平面である。

本発明の目的、特徴及び利点について、添付図面を参照しながら以下に記載の好ましい実施態様を用いてより詳細に説明する。

図１の左側には精密加圧成形装置が断面図で示されている。この精密加圧成形装置は下側成形型部分２、上側成形型部分１０、及び半径Ｄ２の加圧成形ダイ２０ら構成される。この精密加圧成形装置を用いて自動車用ヘッドライトに用いることができる平凸レンズ３０が作製される。

前記下側成形型部分２には、非球面状の凹状液溜め３、前記凹状の液溜めの周囲に広がる周囲水平肩部４、及び前記水平肩部４から上方へ延びる垂直周縁部５が設けられている。前記上側成形型部分１０には、前記下側成形型部分２の対向面６上へ支えられ、かつ前記水平肩部４の全体に亘って内側へ及びその近接部へ延びる成形型リングが含まれている。水平肩部４と前記成形型リングの下側との間の間隔によってレンズ３０の支持縁部３４の高さが規定される。

レンズ３０の光学特性を保証するため、及びレンズ光軸が頂部側から底部側へ傾くことを防ぐため、前記加圧成形ダイは固定型とするか、あるいは加圧成形装置中の一定位置へ取り付けられる。上側成形型部分１０は前記加圧成形ダイ外側上へ取り付けられた弾力性のある吊り下げ器具を用いて前記装置へ取り付けられる。ガラス溶融液滴で満たされた後、下側成形型部分２は上側成形型部分１０に対して傾くことなく垂直方向へ加圧成形ダイ２０に向かって上方へ移動し、次いで前記加圧成形ダイの下面を越えて進み、上側成形型部分１０を当接する。上側成形型部分１０は、加圧成形ダイがガラス溶融液中に漬かるように、加圧成形ダイによってガイドされる際に前記弾力性のある吊り下げ器具の作用に抗して上方へ押し上げられる。

加圧成形ダイ２０の下面２１がガラス溶融液滴中へ漬かることにより、ガラス溶融液は肩部４と上側成形型部分１０の下面１１との間に介在する隙間へ押し出される。前記ガラス溶融液滴の容積は前記凹状液溜め３の容積より大きくなるように選択されている。前記加圧成形ダイ２０は、ガラス溶融液滴中の材料量とは無関係に前記成形型リングと肩部４は常に同一間隔を取り、平レンズ面と非球面レンズ面との間の間隔だけが変化して支持縁部３４の寸法は変化しないようにするため、材料量の変動あるいは変化を考慮してガラス溶融液中に幾分深く漬けられる。

ここで、図２ａ及び２ｂを用いて、加圧成形ダイ２０を漬ける程度によってレンズ完成品３０ａ及び３０ｂにどのような顕著な相違が見られるかについて説明する。

図２ａには直径がＤ_１であるレンズ３０ａが示されている。非球面部分３２の高さはＡであり、平レンズ面３３との間隔はＢ_１である。前記レンズの全高はＨ_Ｇとなる。支持縁部３４の高さはＲ_Ｈであり、また平レンズ面３３までの高さはＨ_１である。

図２ａに示したレンズ３０ａに用いた材料に比較してレンズの作製により多くの材料が使用可能である場合には、図２ａのレンズ３０ａの寸法と同じ寸法Ａ、Ｈ_Ｇ、Ｒ_Ｂ及びＲ_Ｈをもつ図２ｂに従ったレンズ３０ｂが作製される。材料の変化は、レンズ３０ａの高さＢ_１及び高さＨ_１に関して変わるものとして、レンズ３０ｂの高さＢ_２及び支持縁部３４の高さＨ_２においてのみ確認できる。これら寸法の変化は図２ａ及び２ｂでは誇張して図示されている。変化が光学部分、すなわち平レンズ面２３とレンズの非球面部分３２の頂点３１の間の部分においてのみ起こり、レンズの取り付けにおける組合せ位置に関して寸法Ｒ_Ｂ、Ｒ_Ｈ及びＨ_Ｇは変化のないままであることが分かる。

例えば、直径７０ｍｍの加圧成形ダイ及び２．５ｇ／ｃｍ^３のガラス密度を用いた場合の溶融液滴重量の変動が±１ｇである場合、光学平面に対する支持縁部の高さ変動ΔＨ＝Ｈ１−Ｈ２は±０．１ｍｍとなる。

本発明はレンズ製造方法及びレンズ両面の加圧成形装置として具現化されて図示及び説明されているが、本発明の精神から何ら逸脱することなく本発明へ種々変更及び変形を加えることが可能であることより、本発明を上記詳細へ限定する意図ではない。

本発明要旨は、さらなる分析を必要とせず、上記説明によって十分開示されているため、第三者は、最新の知識を適用することにより、先行技術の見地に立って本発明の全般的あるいは特定の態様の必須な特徴を明らかに構成している特徴を漏らすことなく本発明を種々用途へ容易に適合させることが可能である。

レンズ完成品作製の一工程における精密加圧成形装置及び該装置中のレンズを示す断面図である。 本発明方法に従って作製された自動車ヘッドライト用レンズの実施態様を示した図である。 本発明方法に従って作製された自動車ヘッドライト用レンズの別の実施態様を示した図である。

符号の説明

１．精密加圧成形装置
２．下側成形型部分
３．非球面状液滴溜め
４．水平肩部
５．周縁部
６．対向面
１０．上側成形型部分
１１．下面
１５．介在空き間隔
２０．加圧成形ダイ
２１．加圧成形ダイ下面
３０ａ、３０ｂ．レンズ
３１．非球面レンズ部分頂点
３２．第一レンズ面
３３．第二レンズ面
３４．支持縁部
Ｄ１．レンズ直径
Ｄ２．加圧成形ダイ直径

Claims (7)

1. ａ）第一凸レンズ面及び第二レンズ面を有するレンズの製造方法であって、垂直方向に移動可能な下側成形型部分（２）としての凹状の成形型中へガラス溶融液滴を導入すること、
   ｂ）前記凹状成形型中に入れたまま前記ガラス溶融液滴の両面を静止した加圧成形ダイと前記凹状成形型との間で精密加圧成形すること、
   ｃ）その際、前記第二レンズ面の最も高い点を越えて突き出す所定の寸法をもつ支持縁部が精密加圧成形によって移動されたガラス材料によってレンズ上へ形成されるように、前記下側成形型部分を垂直方向に移動することにより、前記ガラス溶融液滴中へ前記加圧成形ダイを漬けることから構成される第一凸レンズ面及び第二レンズ面を有するレンズの製造方法。
2. 前記加圧成形ダイが前記支持縁部によって取り囲まれたガラス溶融液滴部分中へ漬けられることを特徴とする請求項１項記載の方法。
3. 前記ガラス溶融液滴の粘度が１０^４〜１０^６ｄＰａｓの範囲内にある時に前記ガラス溶融液滴両面の精密加圧成形が行われることを特徴とする請求項１項記載の方法。
4. レンズの直径が５０〜８０ｍｍであることを特徴とする請求項１項記載の方法。
5. 凹状の液溜め（３）、前記液溜めへ連結された周囲水平肩部（４）、及び前記水平肩部から延びる垂直周縁部（５）から構成される、垂直方向へ移動可能の下側成形型部分（２）、
   前記下側成形型部分（２）の対向面（６）上に支えられ、かつ前記水平肩部（４）の上部全体に亘って内側へ延びる、垂直方向へ移動可能の上側成形型部分（１０）、及び
   前記上側成形型部分（１０）をガイドする静止した加圧成形ダイ（２０）を備えて構成される第一凸レンズ面及び第二レンズ面を有するレンズの精密加圧成形装置。
   
6. 前記加圧成形ダイ（２０）の直径が前記凹状の液溜め（３）の直径よりも小さいかあるいは同等であることを特徴とする請求項５項記載の装置。
7. 前記加圧成形ダイ（２０）の下面が平面であることを特徴とする請求項５項記載の装置。

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