JP7532011B2 - 光学部品の製造方法、光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、他の部材と当接する摺動部を備えた光学部品の製造方法、光学機器に関する。

従来、カメラなどの光学機器に用いられる光学製品（光学部品）、例えば特に焦点距離が長く大型の望遠レンズなどの光学製品では、その可搬性や撮影時の機動性から、レンズ鏡筒部の軽量化、あるいは小型化の要求が強くなっている。そのためレンズを保持する鏡筒部を構成する部品の樹脂化や薄肉化などが進められている。

従来、各種工業製品を構成する部品の小型化軽量化のために、それまで金属製であった部品全体ないしその一部をより比重の軽い樹脂に変更する手法が知られている。また、その場合、同時に、金属部や樹脂部の寸法、特に厚みを薄肉化する配慮が取られることがある。例えば、下記の特許文献１には、鏡筒の剛性や強度と軽量化を考慮し、金属部材と樹脂部材を一体成形加工により一体化する構造が開示されている。また、光学鏡筒などにおいては、下記の特許文献２のように、軽量かつ変形しづらい網目構造の突出部分を持つ筒部品が提案されている。

特開２００３－１６７１８０号公報 特開２００４－４２６９号公報

例えば焦点距離が５００ｍｍ～１０００ｍｍを超えるような長焦点距離かつ大口径のレンズを搭載する望遠レンズでは、総重量がＫｇオーダに及ぶ構成となることがある。このような光学製品は、例えばミラー式ないしミラーレスの一眼レフカメラの交換レンズなどとして存在する。このような光学製品は、携行性、取り扱いを容易にするため、できるだけ軽量に構成できれば好適である。しかしながら、この種の交換レンズのような光学製品では、光学素子や機構部品それ自体が大型であり自重が大きいため、強度や摺動部の耐摩耗性の観点から、鏡筒部の筺体部品を単純に金属から樹脂に置き換えることが困難である場合がある。

また、一般に、レンズ鏡筒では、迷光によるゴーストやフレアが発生する部位に筺体部品の内面には遮光線と呼ばれるＶ字状の溝を形成する構造が必要になることがある。このような溝加工を行う場合には、樹脂部分の薄肉化が難しくなる場合がある。また、レンズ鏡筒のような光学製品では、外乱光がレンズ内に照射されるのを防止するため、その筺体と、内部の光軸付近の空間との間には厳重な遮光性が必要である。従って、レンズ鏡筒の筺体部品の要部は必要な遮光性を有している必要がある。例えば、レンズ鏡筒を構成する案内筒やカム筒などの光学部品には、軽量化を目的として、内外を貫通する開口部を含む構造を採用することが事実上、不可能なものがある。

本発明の課題は、上記の問題点に鑑み、必要な強度や耐摩耗性を備えた小型軽量な光学部品ないし同光学部品を備えた光学機器を提供することにある。

本発明の第１の態様は、第１の金属材料から成る部分を有する基材部に対して、前記第１の金属材料とは主体が異なる第２の金属材料によって肉盛り造形を行う工程と、前記基材部のうちの前記第１の金属材料から成る第１部位と、前記基材部のうちの前記第２の金属材料で覆われた第２部位の前記第１の金属材料から成る第１部分と、前記第２の金属材料のうちの前記第１部分を覆う第２部分と、を残しつつ、前記第２部位の第３部分と、前記第２の金属材料のうちの前記第３部分を覆う第４部分と、前記基材部のうちの第３部位と、を除去するように前記基材部に貫通口を形成する工程と、を含み、前記第１部位および前記第３部位は、前記第３部分と前記第４部分とが並ぶ方向において前記第２の金属材料で覆われておらず、前記第１部位は前記第１部分に連続しており、前記第２部分は前記第４部分に連続している光学部品の製造方法である。

上記の構成により、本発明によれば、必要な強度や耐摩耗性を有し、小型軽量な光学部品ないし同光学部品を備えた光学製品を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る鏡筒の筺体部品の外観斜視図である。 本発明の実施形態１に係るカメラの構成を示した説明図である。 （Ａ）は本発明の実施形態１に係る鏡筒の筺体部品、特にフォーカスユニットの金属部位の組み立て構造を示す外観斜視図、（Ｂ）はフォーカスレンズを含むフォーカスユニットの構造を示す断面図である。 図３のフォーカスユニットの構造を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る鏡筒の筺体部品、特に案内筒の内面遮光部を含んだ第１の工程により形成される部品を示す外観斜視図である。 本発明の実施形態１に係る鏡筒の筺体部品、特に案内筒の骨格構造部と摺動部を異なる金属材料から第２の工程により形成される部品を示す外観斜視図である。 本発明の実施形態１に係る鏡筒の筺体部品、特に案内筒の３Ｄプリンタを用いた製造手法を示した説明図である。 本発明の実施形態１に係る鏡筒の筺体部品、特に案内筒の不要部位の除去などを行う第３の工程の製造手法を示した断面図であり、（Ａ）は第３の工程前、（Ｂ）は第３の工程後を示す。 本発明の実施形態２に係る鏡筒の筺体部品の外観斜視図である。 本発明の実施形態２に係る鏡筒の筺体部品、特にカム筒の第１の工程により形成される第２の工程で必要な母材を示す外観斜視図である。 本発明の実施形態２に係る鏡筒の筺体部品、特にカム筒の骨格構造部と摺動部を異なる金属材料から第２の工程により形成される部品を示す外観斜視図である。 本発明の実施形態２に係る鏡筒の筺体部品、特にカム筒の３Ｄプリンタを用いた製造手法を示した説明図である。 本発明の実施形態２に係る鏡筒の筺体部品、特にカム筒の不要部位の除去などを行う第３の工程の製造手法を示した断面図であり、（Ａ）は第３の工程前、（Ｂ）は第３の工程後を示す。 本発明の実施形態１によって製造された光学部品の材料、比重、体積、重量を示した表図である。 本発明の実施形態２によって製造された光学部品の材料、比重、体積、重量を示した表図である。 本発明の実施形態３に係るカメラの構成を示した説明図である。 本発明の実施形態３に係るクイックリターンミラーの筺体部品の外観斜視図である。 本発明の実施形態３に係るクイックリターンミラーの筺体部品、特に主ミラーホルダの第１の工程により形成される形状を示す外観斜視図である。 本発明の実施形態３に係るクイックリターンミラーの筺体部品、特に主ミラーホルダの摺動部を他の部位とは異なる金属材料から第２の工程により形成される部品を示す外観斜視図であり、３Ｄプリンタを用いた製造手法を示した説明図である。 本発明の実施形態３によって製造された光学部品の材料、比重、体積、重量を示した表図である。 本発明の実施形態３に係るクイックリターンミラーの揺動特性を示したグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。

＜実施形態１＞
本実施形態では、低比重な第１の金属材料から成る内面遮光部と、この内面遮光部に対して結合され、所定の強度と耐摩耗性を有する異なる第２の金属材料からなる骨格構造部および摺動部を備えた光学部品とその製造方法を例示する。以下の実施形態では、この光学部品の一例として鏡筒部品を示す。

本実施形態では、光学部品の内面遮光部は、押出し成形や鋳造（たとえばダイキャスト）の工程で、あるいはさらに鋳造後の切削、プレス加工などにより形成する。内面遮光部の形成される部位は、光学部品の剛性ないし強度を保つ機能の一部を構成するとともに、遮光性や反射防止特性などの光学特性を付与するための部位として機能する。このうち、遮光性は不透明材料である金属を用いることにより付与される。反射防止特性は、後加工により遮光線（遮光溝）を形成することや、静電植毛や艶消し塗装などの反射防止表面処理を必要な部位に形成することにより付与される。

一方、光学部品の骨格構造部および摺動部は内面遮光部上に粉末供給法による異なる金属材料の３Ｄプリントにより形成し、３Ｄプリント後の切削によって精度や表面性を付与する。骨格構造部は、主に当該の光学部品の剛性ないし強度を維持し、摺動部は主に当該の光学部品の耐摩耗性を維持する。なお、骨格構造部には上記３Ｄプリントによって網目状に骨格を形成する。これにより骨格構造部の体積を削減し、当該の光学部品の軽量化を図ることができる。なお、以下実施形態では、内面遮光部と骨格構造部を基材部と称する場合がある。

本実施形態１では、上記の光学部品として、鏡筒部品（鏡筒筐体部品）を示す。本実施形態の鏡筒部品の内面遮光部は、その後の３Ｄプリンタによる積層形成が可能な骨格構造部や摺動部に融点が近いもしくは高い金属により構成される。

一方、強度を保ちつつ軽量化するためビス締結部を含む剛性が必要な領域を残した骨格構造部は、摺動部よりも低比重な第１の金属材料から作製する。そして耐摩耗性が必要となる他部品との摺動部や結合部は、骨格構造部よりも耐摩耗性の高い第２の金属材料から作製する。本実施形態の製造方法の第２の工程では、この骨格構造部と摺動部を粉末供給法による３Ｄプリントすることにより異種材料から形成する。

具体的には、本実施形態の光学部品は光学鏡筒の鏡筒を構成する鏡筒部品である。本実施形態の鏡筒部品は、鏡筒内で光学素子、特に合焦レンズを可動支持するフォーカスユニットの内筒（案内筒）である。この内筒（案内筒）では、フォーカスユニットの直進カム部やカム筒と摺動する嵌合部付近のような摺動部を耐摩耗性の高い金属から構成する。これら摺動部には耐摩耗性を向上するため、表面処理を加えてもよい。

その他の部位は耐摩耗性の高い金属よりも比重の低い金属で形成し、強度を損なわない程度に肉抜きした骨格構造部とする。また、内筒（案内筒）は、外光が撮影（観察）光路に入射しないよう、円周面は遮光性を有する光学特性部となっている必要がある。また、内筒（案内筒）の内面部は、光学特性部では光が反射しゴーストやフレアが発生するのを防止するため、内面部には、遮光線（遮光溝）を形成する、あるいは静電植毛、艶消し塗装などの表面処理を施すなどとして、反射防止面とする。この反射防止面に関しては、遮光線よりも静電植毛、艶消し塗装などの表面処理の方が金属の厚みを薄くでき、鏡筒部品の厚みを薄くでき、より軽量化が図れる可能性がある。

図２は、本実施形態の鏡筒部品を用いることができる光学機器として、一眼レフデジタルカメラの構成を示している。図２において、撮影レンズ１にカメラ本体２が接続されている。被写体からの光は撮影レンズ１に含まれるレンズ３などの光学レンズを介して撮影される。撮影前は主ミラー７により反射され、プリズム１１を透過後、ファインダーレンズ１２を通して撮影者に撮影画像が映し出される。また、主ミラー７はハーフミラーとなっており、主ミラーを透過した光はサブミラー８によりＡＦ（オートフォーカス）ユニット１３の方向に反射され、例えばこの反射光は測距に使用される。

撮影時には、不図示の駆動機構を介して、主ミラー７とサブミラー８を光路外に移動させ、シャッター９を開き、撮像素子１０に撮影レンズ１から入射した撮影光像を結像させる。また、絞り６は、開口面積を変更することにより撮影時の明るさや焦点深度を変更するために用いられる。なお、図２の一眼レフカメラの撮像素子１０に替えて銀塩フィルムに変更する場合でも、本実施形態の鏡筒部品に関しては、後述同様の構成を実施することができる。また、撮影レンズ１は、カメラ本体２に固定的に装着されていてもよいが、この種の光学機器では、多くの場合、撮影レンズ１はカメラ本体２のボディに対して着脱可能な交換レンズとして構成される。

撮影レンズ１は、フォーカスユニット４の内部のフォーカスレンズ５の位置を光軸方向に可変移動させることで、合焦状態を調節することができるよう構成される。なお、本実施形態の鏡筒部品はこの焦点距離を調節するフォーカスユニット４を構成するものであるが、同様の鏡筒部品の構成を、倍率を可変調節するズームユニットなどに適用することもできる。本実施形態のフォーカスユニット４の構成例について図３（Ａ）、（Ｂ）、および図４に示す。

図３（Ａ）、（Ｂ）、図４に示すように、本実施形態のフォーカスユニット４は、外筒であるカム筒１４と、本実施形態の鏡筒部品に相当する内筒としての案内筒１５を備える。カム筒１４、案内筒１５は斜めカム（斜めカム）および直進カムをそれぞれ備え、フォーカスレンズ５をユニット内の光軸上で前進または後退させることができるよう構成される。カム筒１４は、撮影者によって回転操作が可能な撮影レンズ１のフォーカスリング（不図示）などと結合される。これにより、撮影者は、例えばファインダーレンズ１２（図２）を介して合焦状態を観察しながらフォーカスリングを操作してフォーカス調整を行うことができる。

カム筒１４には、例えばその円周上の１２０°間隔の配置で斜めカム１７が形成され、一方、案内筒１５には１２０°間隔配置で直進カム１８が形成されている。フォーカスレンズ５は、フォーカスレンズホルダ１６により内筒側の案内筒１５に固定されている。フォーカスレンズホルダ１６には例えば１２０°間隔でベアリング１９が取り付けられている。

ベアリング１９は斜めカム１７と直進カム１８に係合し位置が固定されている。カム筒１４の内面は案内筒１５の摺動部２４、２５（図８）と係合している。また、案内筒１５にはベアリング２２がビス締結穴２３にビス締結されており、ベアリング２２はカム筒１４にも係合する。

図４に示すように、案内筒１５に接触しているワッシャースプリング２１により、チャージ筒２０はカム筒１４を光軸方向に付勢する。これにより、ベアリング２２とチャージ筒２０によりカム筒１４は図３における斜め右下方向に付勢された状態で、フォーカスレンズ５の光軸方向の位置が維持されることになる。案内筒１５はビス締結部２８（図３（Ａ））により、フォーカスユニット４の外側の鏡筒部品、例えば外装部（不図示）に締結される。

一方、カム筒１４はキー溝２６、２７を介して、光軸を中心に回転駆動するフォーカスキー部品としてのフォーカスリング（不図示）に係合し、ユーザにより回転操作される。このカム筒１４の回転動作により、直進カム１８に係合しているベアリング１９が斜めカム１７に沿って光軸方向に移動し、フォーカスレンズ５が光軸方向に移動し、これによりピント調整が行われる。

本実施形態の案内筒１５は、鏡筒部品の基材部となる中空の円筒状の母材に対して、耐摩耗性を有する直進カム１８の摺動部、摺動部２４、２５を、異なる金属材料から、３Ｄプリントによって作製する。また、鏡筒部品ないし完成した鏡筒全体の強度を保つための骨格構造部も３Ｄプリントによって作製してもよいが、骨格構造部は、ダイキャストや母材に対する切削加工など、別の方法で作製してもよい。この３Ｄプリントの方式には、例えば粉末供給法を用いる。

ここで、本実施形態の鏡筒部品に相当する案内筒１５について詳細に説明する。案内筒１５の要部である基材部は、図５に示す中空円筒状の母材６１から作製する。この母材６１の一部は、本実施形態では、その完成後に、ほぼ全体には遮光性、および内面には反射防止特性のような光学特性を有する光学特性部の主要部を含むことになる。母材６１は、鋳造、あるいは旋盤を用いた棒状の金属材料の中空切削などにより、形成される。あるいは、中空円筒状の母材６１は、平板を両端部を溶接し筒状に形成するような手法によって形成してもよい。この母材６１の加工は、案内筒１５の所定の光学特性を有する光学特性部の主要形状部の形成工程（第１の工程）に相当する。

続いて、母材６１の外側の円周面に、図６に示ように、骨格構造部６２（図１では６５）と、同図中に斜線で示した摺動部６３、６４と、を３Ｄ造形により肉盛り造形することで作製する（第２の工程）。この３Ｄ造形には、粉末供給法による３Ｄプリンタを利用し、骨格構造部６２（図１では６５）と、摺動部６３、６４とでは異なる金属を材料粉末に用いる。また、摺動部６３、６４は、余肉を考慮した形状で３Ｄ造形する。例えば、摺動部６３は、直進カム１８の縁部を含む長穴形状に３Ｄ造形し、その後、下記のようにカム縁部を残して切削、除去される。また、摺動部６４は、後の切削除去により最終的な寸法（高さ）となるよう、余裕を持った高さに３Ｄ造形される。

その後、母材６１の内周と、外周面側の骨格構造部６２、ないし摺動部６３、６４の直進カム１８の長穴の貫通口の部分を例えば切削により除去する（第３の工程）二次加工を行うことにより、完成した案内筒１５は図１の状態になる。

図１に示すように、案内筒１５の骨格構造部６５は、案内筒１５の強度特性（例えば剛性）を維持するための格子による骨格構造を円筒外周面に備える。このような格子状構造によって、案内筒１５に、径方向、ないし軸芯（通常フォーカスレンズ５の光軸と同軸）と平行な方向に沿った圧縮や、直進カム１８のカム溝を介して加わる捩れ方向の外力に関する剛性を付与することができる。

この格子構造は、例えば、規則的に画成、配置された複数の三角形、または四辺形形状の凹部６６により構成される。この凹部６６は、肉抜きによって全体の重量を低減する軽量化部を構成する。即ち、規則的に配置された凹部６６によって、骨格構造部６５の円筒構造のほぼ全体が肉抜きされ、骨格構造部６５は著しく軽量化される。

さらに、骨格構造部６５は、ベアリング２２がビス締結されるビス締結穴２３と座面３５、３６、ユニット外の鏡筒部品とのビス締結部２８の座面と逃げ、ワッシャースプリング２１との当接面３２、チャージ筒２０との係合する当接面３３などを備える。

図１に示す程度の複雑さを有する形状であれば、骨格構造部６５と、直進カム１８の摺動部、摺動部２４、２５は、粉末供給法の３Ｄプリンタ３０１を用いて、それぞれ異なる金属材料から好適に作製することができる。一般に、粉末供給法での３Ｄプリンタによる部品作製では、切削加工に比べ精度が劣ることから、切削加工による二次加工後に所望の特性を有する材料で構成されるよう余肉などを考慮し３Ｄプリントデータ３０２を作成することが望ましい。

図７において、３Ｄプリンタ３０１によって、骨格構造部６５と直進カム１８の摺動部、摺動部２４、２５を造形する場合、例えば、円筒状の母材６１の外周面から造形を開始する。その場合、例えば、母材６１の軸芯を中心に母材６１を回転させながら材料を切り替えつつ、肉盛り造形を繰り返す。

この３Ｄ造形時には、３Ｄプリンタ３０１には、骨格構造部６５と直進カム１８、摺動部２４、２５を造形するための３Ｄプリントデータ３０２を供給しておく。この３Ｄプリントデータ３０２は、例えば上述の余肉を考慮した骨格構造部６５と摺動部６３、６４の３ＤＣＡＤデータなどである。その場合、３Ｄプリンタ３０１が、３ＤＣＡＤデータを元に材料毎に肉盛り造形を行うための層（スライス）データに分解して用いる。このような層（スライス）データは、３Ｄプリントデータ３０２として３Ｄプリンタ３０１に供給してもよい。なお、サーバやホスト装置（不図示）から３Ｄプリンタ３０１に３Ｄプリントデータ３０２を供給する場合、３Ｄプリントデータ３０２はネットワーク通信によって送信してもよい。あるいは、各種の光ディスクやフラッシュメモリデバイスのようなコンピュータ読み取り可能な記録媒体に３Ｄプリントデータ３０２を格納して３Ｄプリンタ３０１に供給することもできる。その場合、これらのコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明の記録媒体を構成する。

図７の例では、骨格構造部６２の軸芯（通常フォーカスレンズ５の光軸と同軸）と平行な方向と、上記の傾斜した格子がなす角度は格子の傾斜角度（α）はほぼ４５°に取られている。これにより、案内筒１５は、上記の各方向のどの外力に対しても良好な強度特性（剛性）を維持することができる。

以上のように、円筒状の母材６１上に、後の切削（第３の工程）を行うのに充分な余肉を考慮した厚みで骨格構造部６２と摺動部６３、６４を異なる金属を粉末供給法により肉盛り３Ｄ造形する。その後、例えば母材６１の内周と、外周面側の骨格構造部６２、ないし摺動部６３、６４の直進カム１８の長穴の貫通口の部分を、例えば切削によって除去する二次加工（第３の工程）を施す。

図８（Ａ）は、３Ｄ造形により骨格構造部６２と摺動部６３、６４を肉盛り造形した直後の母材６１の断面を示している。また、図８（Ｂ）は、切削により二次加工を施した直後の図１の案内筒１５の断面を示している。

図８（Ｂ）において、案内筒１５の内面遮光部２９、３０は、円筒状の母材６１から形成されているため、案内筒１５の主要部である光学特性部に確実な遮光特性を付与することができる。また、内面遮光部２９は、静電植毛や艶消し塗装などの反射防止表面処理が施すことができる。この内面遮光部２９により、鏡筒内部で不要な光が反射しゴーストやフレアが発生することを防止することができる。また、この例では内面遮光部３０は、切削加工などにより形成した遮光線により構成されている。しかしながら、内面遮光部３０には、遮光線の構造を用いると、案内筒１５の肉厚を大きく取る必要があり、薄型、軽量化を図るには静電植毛や艶消し塗装による反射防止表面処理の方がより好ましい可能性がある。

案内筒１５に３Ｄ造形した直進カム１８の摺動部６３、摺動部２４、２５、６４および骨格構造部６５の最終形状は、切削による二次加工により形成される。摺動部６３、６４（図８（Ａ））の部位に対しては長穴の貫通口の部分の切削を行い、直進カム１８（図１、図３）が形成される。３Ｄ造形した摺動部６３、６４の金属材料は、直進カム１８の長穴縁部の構造として残る。

本実施形態１の案内筒１５では、内面遮光部２９、３０および骨格構造部６５は、図１４に示すように、例えば比重が１．８のマグネシウム合金で、一方、直進カム１８の摺動部、摺動部２４、２５は、比重が２．６８のアルミニウム合金で形成する。この場合、同図のように本実施形態１の内面遮光部２９、３０の体積は４．９５ｃｍ＾３（＾はべき乗を示す）、その重量は８．９１ｇであり、骨格構造部６５の体積は１０．２３ｃｍ＾３、重量が１８．４１ｇとなっている。また、直進カム１８の摺動部、摺動部２４、２５の体積は０．３５ｃｍ＾３、最終重量が０．９４ｇとなっており、この例では、案内筒１５の総重量は２８．２６ｇである。

一方、比較例（１）（１２０３）は、本実施形態の凹部６６を肉埋めした格子構造のない一般的な案内筒の形状を、耐摩耗性の観点からアルミニウム合金のみで作製した場合の例である。この比較例（１）（１２０３）の総重量は５８．５６ｇとなっており、本実施形態１の構造によると、総重量で約５２％の軽量化を達成できている。

なお、案内筒１５の外周などで光が反射し、ゴーストやフレアが発生する可能性があるため、この骨格構造部６２（６５：図１）の露出部位に必要に応じて塗装やアルマイト処理、メッキ処理などを行い、反射防止特性を付与してもよい。

また、以上では、骨格構造部６５は直線的な格子構造によって画成され、規則的に配置された肉抜き部としての凹み部を有するものとした。しかしながら、必要な軽量化を達成するための規則的に配置された肉抜き部としての凹み部の形状として、位相最適化解析などによって求めた形状を採用してもよい。この種の位相最適化ソフトウェアにはＡｌｔａｉｒ社のＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ（商品名）などが知られており、この種の位相最適化ソフトウェアを用いることにより、強度的に必要な部位と不必要な部位を見分けることができる。

なお、以上では鏡筒部品として、フォーカスユニット４の内筒の案内筒１５の構造を例示したが、上記案内筒１５の構造は、例えば固定筒などの鏡筒部品に実施してもよい。また、以上で例示したフォーカスユニット４の構造は、ズーム光学系を操作するためのズームユニットでも同様であり、本実施形態の鏡筒部品の構造は、ズームユニットを構成する鏡筒部品に実施してもよい。

以上のようにして、他の部材と当接する摺動部と、摺動部に対して一体化され、それぞれ摺動部の金属材料よりも低比重な金属材料から成る、基材部を備えた鏡筒部品を得る。基材部は、所定の強度特性を有し規則的に配置された複数の凹部を有する骨格構造部を有し、光学素子であるフォーカスレンズは、母材に骨格構造部が一体化された構造体である基材部によって、堅固に保持される。

本実施形態の鏡筒部品によれば、要求仕様を満たす強度や耐摩耗性を確保でき、しかも、遮光性や不要光の反射防止特性など、必要な光学特性を兼ね備えた小型軽量な鏡筒実現できる。また、本実施形態の鏡筒を用いて、例えば要求仕様を満たす光学特性を兼ね備えた小型軽量なレンズユニット、さらにそのレンズユニットを含むデジタルないし銀塩カメラなどの光学機器を実現することができる。本実施形態においては、骨格構造部を３Ｄプリントによって形成する例を示したが、骨格構造部は、他の製造方法（たとえばダイキャスト）で製造してもよい。

＜実施形態２＞
本実施形態では、本発明を採用した光学部品の構成例として、図３、図４に基本構造を示した斜めカムを備えたカム筒１４に相当するカム筒の構造を示す。図９は、本実施形態のカム筒７０の構成を示している。なお、本実施形態２～実施形態４では、上述の実施形態１と同一ないし相当する部材ないし部位には同一の参照符号を用い、特に必要がない限りそれらについての詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態の鏡筒部品に相当するカム筒７０では、円筒状に形成（第１の工程）された母材に対して、耐摩耗性が必要な斜めカム１７の摺動部６３、７２、７３と、骨格部と、を粉末供給法の３Ｄプリントによって異なる金属にて肉盛り造形する（第２の工程）。その後、母材６１の例えば内周面、骨格構造部６５、ないし斜めカム１７の長穴部などを切削などにより除去する（第３の工程）。特に、カム筒７０のほぼ全体に亘る格子状の骨格部は、肉盛り造形の後、円筒状の母材を貫通、除去することで形成される。

本実施形態のカム筒７０では、まず、鏡筒部品の基材部を構成する図１０に示すような円筒形状の母材７４を形成する（第１の工程）。続いて、図１１に示ように、骨格構造部７７と、図中斜線で示した摺動部７５、７６と、摺動部７８（図１３（Ａ））と、を異なる金属を３Ｄプリントにより肉盛り３Ｄ造形する（第２の工程）。この３Ｄ造形には、実施形態１と同様の粉末供給方式による３Ｄプリンタを用いることができる。３Ｄ造形のための３Ｄプリントデータの供給方式などは上記実施形態１と同様で良い。

その後、摺動部７５の長穴部の除去、円筒状の母材７４の内側の除去、３Ｄ造形した骨格構造部の外面の一部などの除去を行う二次加工（第３の工程）を行う。これにより、図９に示すような所期の寸法、形状を有するカム筒７０が完成する。なお、母材７４は骨格構造部や摺動部が肉盛り造形できるならば材質は問わないが、本実施形態ではアルミニウム合金で作製（第１の工程）する。

図９に示すように、カム筒７０の骨格構造部７１は、カム筒７０の剛性、強度を維持するための格子による骨格構造を円筒面に備える。このような格子の構造によって、カム筒７０に、径方向、ないし軸芯（通常フォーカスレンズ５の光軸と同軸）と平行な方向に沿った圧縮や、斜めカム１７のカム溝を介して加わる捩れ方向の外力に関する剛性を付与することができる。

上記の格子によって画成される部位はこれらの格子によって規則的に画成、配置された複数の三角形または四辺形形状の貫通した開口部７９からなる。これらの規則的に配置された開口部７９によって、骨格構造部７１の円筒構造のほぼ全体が肉抜きされ、これにより、骨格構造部７１を大きく軽量化することができる。

さらに、骨格構造部７１は、フォーカスキー部品としてのフォーカスリングと係合するキー溝部やその周辺の固定ビス穴部を備える。特に、摺動部７３はベアリング２２（図４）と係合し、内面の摺動部７２（下記の図１３（Ｂ））は、案内筒１５（図１）の摺動部２４、２５と係合する。

図９に示した程度の複雑さを有する形状であれば、骨格構造部７１と、斜めカム１７の摺動部７５、摺動部７２、７３は、図１２に示すように、粉末供給法の３Ｄプリンタ３０１を用いて、それぞれ異なる第１、第２の金属材料から好適に作製することができる。３Ｄプリンタ３０１によって骨格構造部７１と摺動部７５、７６、７８を造形する場合は、例えば図１２の円筒状の母材７４の外周面から造形を開始し、母材７４の軸芯を中心に回転させながら材料を切り替えつつ肉盛り造形を繰り返す。

骨格構造部７１（７７：図１１、図１２）の造形は、図７の骨格構造部６２の場合と同様に行うことができる。即ち、図１２の構成でも、骨格構造部７７の軸芯（通常、フォーカスレンズ５の光軸と同軸）と平行な方向と、上記の傾斜した格子がなす角度は格子の傾斜角度（α）はほぼ４５°に取られている。これにより、上記の各方向のどの外力に対しても良好な剛性維持が可能となる。

以上のように、円筒状の母材７４上に、後の切削（第３の工程）に係る余肉を考慮した厚みで骨格構造部７７と摺動部７５、７６、７８を異なる金属を粉末供給法により肉盛り３Ｄ造形する。その後、例えば母材７４の内周と、外周面側の摺動部７５の長穴の貫通口の部分を、例えば切削によって除去する二次加工（第３の工程）を施す。

図１３（Ａ）は、３Ｄ造形により骨格構造部７７と摺動部７５、７６、７８を肉盛り造形した直後の母材７４の断面を示している。また、図１３（Ｂ）は、図１１の状態から、切削により二次加工を施した直後の図９のカム筒７０の断面を示している。

カム筒７０は、図３（Ａ）のカム筒１４に換えて、案内筒１５が係合させて用いることができる。その場合、カム筒７０の内側には、案内筒１５が係合し、上述の通り案内筒１５は、内面遮光部２９、３０（図１）を備えている。一方、カム筒１４は、完成鏡筒を構成する光学部品ではあるが、基本的には、機械的な機能を有していればよく、案内筒１５に必要とされるような遮光性などの光学特性は必ずしも必要ない。そこで、カム筒１４では、母材７４を二次加工し、除去し、骨格構造部７１（図１３（Ｂ））を形成する場合、凹部ではなく、貫通した開口部７９を形成するようにしてもよい。これにより、著しい軽量化が可能となる。

本実施形態２の鏡筒部品において、骨格構造部７１は、例えば、図１５に示すように、比重が１．８のマグネシウム合金から、また、斜めカム１７の摺動部、摺動部７２、７３は、比重が２．６８のアルミニウム合金から形成することができる。この場合、本実施形態２の骨格構造部７１の重量は１６．７５ｇ、斜めカム１７の摺動部、摺動部７２、７３の最終重量が０．８６ｇであり、この例でのカム筒７０の総重量は１７．６１ｇである。一方、比較例（２）（１２０４）は、肉抜きを加えた一般的なカム筒の形状を、耐摩耗性の観点からアルミニウム合金のみで作製した場合の例である。この比較例（２）（１２０４）の総重量は３９．８６ｇとなっており、本実施形態２の構造によると、総重量で約５６％の軽量化を達成できている。

なお、以上では鏡筒部品としてフォーカスユニット４の外筒のカム筒７０の構造を例示したが、上記案内筒１５の構造は、例えば固定筒などの鏡筒部品に実施してもよい。また、以上で例示したフォーカスユニット４の構造は、ズーム光学系を操作するためのズームユニットでも同様であり、本実施形態の鏡筒部品の構造は、ズームユニットを構成する鏡筒部品に実施してもよい。

以上のようにして、本実施形態によれば、鏡筒部品の要求仕様を満たす強度や耐摩耗性を確保できる小型軽量な鏡筒部品を実現できる。また、本実施形態の鏡筒部品を用いて、例えば要求仕様を満たす光学特性を兼ね備えた小型軽量なレンズユニット、さらにそのレンズユニットを含むデジタルないし銀塩カメラなどの光学機器を実現することができる。

＜実施形態３＞
本実施形態では、本発明を採用した光学部品の一例として、クイックリターンミラーを示す。以下では、特にクイックリターンミラーの主ミラーホルダの部分の特徴的な構成につき説明する。

図１６は、本実施形態のクイックリターンミラーを備えた光学機器として、一眼レフデジタルカメラの構成を示している。撮影レンズ１にカメラ本体２が接続されている。被写体からの光は撮影レンズ１に含まれるレンズ３などの光学レンズを介して撮影される。撮影前は主ミラー７により反射され、プリズム１１を透過後、ファインダーレンズ１２を通して撮影者に撮影画像が映し出される。

本実施形態でも、主ミラー７はハーフミラーとなっており、主ミラーを透過した光はサブミラー８によりＡＦ（オートフォーカス）ユニット１３の方向に反射され、例えばこの反射光は測距に使用される。不図示の駆動機構を介して、撮影時には主ミラー７とサブミラー８を光路外に移動させ、シャッター９を開き、撮像素子１０に撮影レンズ１から入射した撮影光像を結像させる。また、絞り６は、開口面積を変更することにより撮影時の明るさや焦点深度を変更できるよう構成される。

なお、図１６の一眼レフカメラの撮像素子１０に替えて銀塩フィルムに変更する可能性がある。その場合、本実施形態のミラーホルダは、後述同様の構成を実施することができる。また、撮影レンズ１は、カメラ本体２に固定的に装着されていてもよく、あるいは撮影レンズ１はカメラ本体２のボディに対して着脱可能な交換レンズとして構成されていてもよい。

主ミラー７は、図１７に示す主ミラーホルダ８０に接着などによって装着、支持され、主ミラーホルダ８０を介して揺動位置が制御される。図１６の主ミラー７および主ミラーホルダ８０の揺動位置は、撮影時とは異なるファインダーレンズ１２の方向へ観察光を反射させる観察位置である。撮影時には、シャッター９の開放と同期的に、矢印で示すように、主ミラー７および主ミラーホルダ８０を図の水平位置まで不図示の駆動機構により揺動させる。この際、同時にサブミラー８は、主ミラーホルダ８０とほぼ面一になるよう同期して折り疊まれる。

主ミラーホルダ８０を揺動させる目的は、主ミラーホルダ８０は主ミラー７を撮影光路外に移動させること、また、ファインダーレンズ１２の方向から入ってくる光によるゴーストを防止すべくファインダーレンズ１２との間の光路を遮蔽することにある。撮影後、即ち、撮像素子１０に必要な露光を行った後、シャッター９を閉成させるが、これに同期してファインダーに撮影画像を映すために図１６に図示した位置に素早く戻る機構となっている。このため、主ミラーホルダ８０を介して揺動される主ミラー７ないしその周囲の機構はクイックリターンミラーなどと呼ばれることがある。

主ミラー７、サブミラー８を含む主ミラーホルダ８０のユニットは、揺動速度や制止時間といった（クイックリターン）駆動特性を向上させるため軽量化が望まれている。一方で、従来構成では、駆動時の衝撃に対する強度や主ミラー７の確実な保持、撮影時とその前後での無駄な光の遮光性の観点から、主ミラーホルダ８０に対して例えば大胆な肉抜きなどを行って軽量化を行うのが困難な場合があった。

これに対して、本実施形態３の主ミラーホルダ８０は例えば図１７に示すように構成される。図１７は、本実施形態３の主ミラーホルダ８０を下面後方左側から示した斜視図であり、特にサブミラー８を取り外した状態で主ミラーホルダ８０を図示している。強度、剛性を保つための骨格構造部１８１、および遮光性あるいはさらに反射防止特性を有する光学特性部８６は、摺動部よりも低密度な金属で作製する。本実施形態の主ミラーホルダ８０の基材部は、骨格構造部１８１、あるいはさらに光学特性部８６と一体であり、骨格構造部１８１は主ミラーホルダ８０の基材部と言い換えてもよい。骨格構造部１８１ないし光学特性部８６は、主ミラーホルダ８０の基材部を構成する母材に対するダイキャスト加工、基材部を構成する母材に対する切削加工を行うことにより構成することができる。

この主ミラーホルダ８０の基材部を構成する母材には、低比重（低密度）な第１の金属材料、たとえばマグネシウム合金を用いる。また、主ミラーホルダ８０の摺動部（８１～８５）は、第１の金属材料よりも耐摩耗性の高い第２の金属材料の肉盛り加工によって作製する。

例えば、本実施形態では、骨格構造部１８１と光学特性部８６に対して摺動部（８１～８５）を、骨格構造部よりも耐摩耗性の高い金属材料から、３Ｄプリントによって作製する。この３Ｄプリントの方式には、例えば粉末供給法を用いる。即ち、本実施形態のクイックリターンミラー、即ち、主ミラーホルダ８０の骨格構造部１８１と光学特性部８６と摺動部（８１～８５）が結合されて成る構造体によって、主ミラー７、あるいはさらにサブミラー８を支持する。

図１７において、主ミラーホルダ８０は回転軸８１を有し、この回転軸８１廻りに上記の揺動駆動が行われる。回転軸８１、８１の根元には、カメラ本体２側の軸受（不図示）と当接、摺動し、図の左右方向の動きを規制する受け面８２、８２が設けられる。

上記のように、主ミラーホルダ８０は、シャッター駆動時を除き、図１６のように傾斜した姿勢でカメラの主光路中に挿入された姿勢を維持する。この時、主ミラーホルダ８０の受け面８３、８３は背面先端のカメラ本体２の位置決め部材（不図示）と当接する。

サブミラー８も、主ミラー７と同様に、図１６において水平姿勢を取るよう、主光路から退避させる必要がある。このため、主ミラーホルダ８０には、サブミラー８を主ミラーと平行な姿勢になるよう揺動駆動するための回転軸８４、８４が設けられ、その根元にはサブミラー８を保持するホルダ（不図示）と当接、摺動する受け面８５、８５が配置されている。なお骨格構造部１８１の中央の部位は、ハーフミラーから成る主ミラー７を介してサブミラー８方向に進む光を通過させる開口部となっている。

また、主ミラーホルダ８０が光路外に移動した時に背面部に光が反射して発生するゴーストやフレアを防止する必要がある。このため、主ミラーホルダ８０の背面の必要な部位に遮光線から成る反射防止特性を備えた光学特性部８６を形成する。また、光学特性部８６により構成した反射防止特性は、マット処理による艶消しや塗装などの後加工によって形成してもよい。なお、撮影時に図１６の水平位置に移動した時、主光軸方向を向く姿勢となる受け面８３、８３にも、例えば塗装によって同様の反射防止面を形成しておくことができる。

上記の８１～８５で示した回転軸や受け面は、本実施形態の光学部品である主ミラーホルダ８０の摺動部に相当する。以下ではこれら各部を「摺動部（８１～８５）」のように総称することがある。

本実施形態の主ミラーホルダ８０の製造では、まず、骨格構造部１８１と光学特性部８６を構成する図１８に示すような形状を、例えばダイキャストにより形成する（第１の工程）。続いて、図１９に示ように、図中斜線で示した摺動部（８１～８５）を骨格構造部１８１および光学特性部８６とは異なる金属を３Ｄプリントにより肉盛り３Ｄ造形する（第２の工程）。この３Ｄ造形には、実施形態１と同様の粉末供給方式による３Ｄプリンタを用いることができる。３Ｄ造形のための３Ｄプリントデータの供給方式などは上記実施形態１と同様で良い。

その後、３Ｄプリント時に付与した余肉の除去を行う二次加工（第３の工程）を行う。これにより、図１７に示すような所期の寸法、形状を有する主ミラーホルダ８０が完成する。なお、この骨格構造部１８１、摺動部（８１～８５）で光が反射しゴーストやフレアが発生する可能性がある。その場合、塗装やアルマイト処理により着色などを行い、反射防止特性を付与してもよい。

本実施形態３の主ミラーホルダ８０において、骨格構造部１８１と光学特性部８６は、例えば、図２０に示すように、比重が１．８１のマグネシウム合金から、また、摺動部（８１～８５）は、比重が２．６８のアルミニウム合金から形成することができる。この場合、本実施形態３の骨格構造部１８１と光学特性部８６の合算重量は１．６５ｇ、摺動部（８１～８５）の合算重量が０．０５ｇであり、この例での主ミラーホルダ８０の総重量は１．６５ｇである。一方、比較例（３）（１２０５）は、一般的な主ミラーホルダの形状を、耐摩耗性の観点からアルミニウム合金のみで作製した場合の例である。この比較例（３）（１２０５）の総重量は２．３６ｇとなっており、本実施形態３の構造によると、総重量で約３０％の軽量化を達成できている。

図２１に、本実施形態３と比較例（３）の主ミラーホルダの比較結果を示す。図２１は、各々の主ミラーホルダについて、回転軸８１を中心としてトルクバネ定数０．０１Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ程度のトルク・スプリング（詳細不図示）を、９０°揺動させてチャージした状態から解放した場合の主ミラーホルダの回転角度の変化を示している。図２１から明らかなように、本実施形態３の主ミラーホルダは、比較例（３）の主ミラーホルダに比べて、水平位置から観察位置まで４５°回転するために必要な時間が７ｍｓ短く、軽量化によって揺動速度が高速化されていることが判る。

以上、説明したように、本実施形態によれば、要求仕様を満たす強度や耐摩耗性を確保でき、しかも、遮光性や不要光の反射防止特性など、必要な光学特性を兼ね備えた小型軽量なクイックリターンミラーを実現できる。また、本実施形態のクイックリターンミラー用いて、高性能なデジタルないし銀塩カメラなどの光学機器を実現することができる。

１…撮影レンズ、２…カメラ本体、３…レンズ、４…フォーカスユニット、５…フォーカスレンズ、６…絞り、７…主ミラー、８…サブミラー、９…シャッター、１０…撮像素子、１１…プリズム、１２…ファインダーレンズ、１３…ＡＦユニット、１４…カム筒、１５…案内筒、１６…フォーカスレンズホルダ、１７…斜めカム、１８…直進カム、１９…ベアリング、２０…チャージ筒、２１…ワッシャースプリング、２２…ベアリング、２４、２５、７２、７３…摺動部、２９、３０…内面遮光部、３２…当接面、３５、３６…ビス座面、６１…母材、６２、６５、７７…骨格構造部、６３、６４、７５、７６、７８…摺動部、３０１…３Ｄプリンタ、３０２…３Ｄプリントデータ、８０…主ミラーホルダ、１８１…骨格構造部、８１～８５…摺動部、８６…光学特性部。

Claims (20)

1. 第１の金属材料から成る部分を有する基材部に対して、前記第１の金属材料とは主体が異なる第２の金属材料によって肉盛り造形を行う工程と、
   前記基材部のうちの前記第１の金属材料から成る第１部位と、前記基材部のうちの前記第２の金属材料で覆われた第２部位の前記第１の金属材料から成る第１部分と、前記第２の金属材料のうちの前記第１部分を覆う第２部分と、を残しつつ、前記第２部位の第３部分と、前記第２の金属材料のうちの前記第３部分を覆う第４部分と、前記基材部のうちの第３部位と、を除去するように前記基材部に貫通口を形成する工程と、を含み、
   前記第１部位および前記第３部位は、前記第３部分と前記第４部分とが並ぶ方向において前記第２の金属材料で覆われておらず、前記第１部位は前記第１部分に連続しており、前記第２部分は前記第４部分に連続している光学部品の製造方法。
2. 請求項１に記載の光学部品の製造方法において、前記除去を切削によって行う光学部品の製造方法。
3. 請求項１また２に記載の光学部品の製造方法において、前記貫通口を介して前記第２部分の複数部が互いに対向し、前記第２部分の前記複数部が前記第１部分の複数部の間に位置する光学部品の製造方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法において、前記第１の金属材料は前記第２の金属材料よりも低比重である光学部品の製造方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法において、前記第１の金属材料がマグネシウム合金である光学部品の製造方法。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法において、前記第２の金属材料がアルミニウム合金である光学部品の製造方法。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法において、前記基材部が円筒状である光学部品の製造方法。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法において、前記基材部が、前記光学部品に所定の強度特性を付与する骨格構造部を含む光学部品の製造方法。
9. 請求項８に記載の光学部品の製造方法において、前記骨格構造部が、前記基材部を構成する母材に対する切削加工または肉盛り造形によって形成される光学部品の製造方法。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法において、前記肉盛り造形を３Ｄプリンタによって行なう光学部品の製造方法。
11. 第１の金属材料から成る基材部と、
    前記基材部に支持および固定された、第２の金属材料から成る部分と、
    前記部分に摺動するベアリングと、を有し、
    前記第１の金属材料は前記第２の金属材料よりも低比重である光学機器。
12. 前記第２の金属材料から成る前記部分を第１部分として、
    第３の金属材料から成る第２部分を有し、
    前記ベアリングは、前記第１部分が前記第２部分に対して移動するように、前記第２部分に摺動し、
    前記第１の金属材料は前記第３の金属材料よりも低比重である、請求項１１に記載の光学機器。
13. 第１の金属材料から成る第１基材部と、
    前記第１基材部に支持および固定された、第２の金属材料から成る第１部分と、
    前記第１部分に摺動する、第３の金属材料からなる第２部分と、
    前記第２部分を支持および固定する、第４の金属材料からなる第２基材部と、を有し、
    前記第１基材部が前記第２基材部に対して移動し、
    前記第１の金属材料は前記第２の金属材料および前記第３の金属材料よりも低比重であり、前記第４の金属材料は前記第３の金属材料よりも低比重である光学機器。
14. 前記第１の金属材料から成る前記基材部を第１基材部とし、
    前記第２部分を支持および固定する、第４の金属材料からなる第２基材部を有し、
    前記第１基材部が前記第２基材部に対して移動し、
    前記第４の金属材料は前記第３の金属材料よりも低比重である、請求項１２に記載の光学機器。
15. 前記基材部によって支持された光学素子を備える、請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の光学機器。
16. 前記第１の金属材料から成る前記基材部は鏡筒部品に含まれる、請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の光学機器。
17. 請求項１１から１６のいずれか１項に記載の光学機器において、前記第１の金属材料がマグネシウム合金である光学機器。
18. 請求項１１から１７のいずれか１項に記載の光学機器において、前記第２の金属材料がアルミニウム合金である光学機器。
19. 請求項１４に記載の光学機器において、前記第４の金属材料がマグネシウム合金である光学機器。
20. 請求項１２から１４のいずれか１項または請求項１９に記載の光学機器において、前記第３の金属材料がアルミニウム合金である光学機器。

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