(57)【要約】【課題】余分なコストを発生させることなく、成形後の光学素子の金型への貼り付きを抑制することができる光学素子の成形方法および光学素子成形用型セットを提供すること。【解決手段】光学素子の製造方法は、上型１１および下型１２によって成形素材Ｍを押圧することにより、上型１１および下型１２によって成形素材Ｍの上下面を成形し、側型１３によって成形素材Ｍの外径を成形し、成形素材Ｍを下型１２および側型１３に残したまま上型１１を退避させることにより、上型１１を成形素材Ｍから離間させ、側型１３によって成形素材Ｍを保持したまま、かつ上型１１、下型１２および側型１３から構成される型セット１０を閉じたまま、側型１３を下型１２から退避させることにより、成形素材Ｍを下型１２から離間させ、成形素材Ｍを冷却することにより外径を収縮させ、成形素材Ｍを側型１３から離間させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型および下型によって成形素材を押圧することにより、前記上型および前記下型によって前記成形素材の上下面を成形し、側型によって前記成形素材の外径を成形し、
前記成形素材を前記下型および前記側型に残したまま前記上型を退避させることにより、前記上型を前記成形素材から離間させ、
前記側型によって前記成形素材を保持したまま、かつ前記上型、前記下型および前記側型から構成される型セットを閉じたまま、前記側型を前記下型から退避させることにより、前記成形素材を前記下型から離間させ、
前記成形素材を冷却することにより外径を収縮させ、前記成形素材を側型から離間させる、
光学素子の成形方法。
【請求項２】
前記上型、前記下型および前記側型を内側に収容するスリーブを上昇させ、前記スリーブの内側に配置したリング部材によって前記側型を持ち上げることにより、前記成形素材を前記下型から離間させる請求項１に記載の光学素子の成形方法。
【請求項３】
成形素材を挟んで対向して配置された上型および下型と、
前記上型の外縁部または前記下型の外縁部に嵌合された筒状の側型と、
前記上型、前記下型および前記側型を内側に収容する筒状のスリーブと、
前記スリーブの内周面と、前記上型の外周面または前記下型の外周面との間であって、かつ前記側型の下端部と対向する位置に配置されたリング部材と、
を備え、
前記リング部材は、前記スリーブよりも線膨張係数が大きい材料で構成されており、
前記リング部材は、前記成形素材の押圧時および徐冷時の温度では膨張して前記スリーブと当接し、かつ前記成形素材の冷却時の温度では収縮して前記スリーブと離間する線膨張係数を有する材料で構成されている光学素子成形用型セット。
【請求項４】
前記リング部材の外径および前記スリーブの内径は、前記成形素材の押圧時および徐冷時の温度において、前記リング部材の外径が前記スリーブの内径以上となる値にそれぞれ設定されている請求項３に記載の光学素子成形用型セット。
【請求項５】
前記スリーブの内周面において、前記リング部材の外周面と対向する位置に溝部が形成されている請求項３または請求項４に記載の光学素子成形用型セット。
【請求項６】
前記側型は、前記上型および前記下型のうち、凸状の成形面を有する側の外縁部に嵌合されている請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の光学素子成形用型セット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の成形方法および光学素子成形用型セットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学素子の成形方法では、金型に配置した成形素材を加熱、押圧、冷却することにより光学素子を成形した後、例えば図７に示すような吸着治具５０を用いて、下型１１２および側型１１３に保持された光学素子Ｏを取り出している。
【０００３】
しかしながら、ガラス等の成形素材は、金型を構成する材料よりも線膨張係数が大きいため、成形後の光学素子Ｏの収縮が金型の収縮よりも大きくなり、その結果、光学素子Ｏが下型１１２に貼り付く現象が発生する。そして、光学素子Ｏが下型１１２に対して貼り付く力が、吸着治具５０の吸着力よりも大きい場合、光学素子Ｏを取り出すことができなくなり、生産効率が低下してしまう。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１では、成形素材に溝を形成し、空気を入りやすくすることにより、金型への貼り付きを防止する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２１５４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で提案された方法では、予め成形素材に加工を施す必要があるため、加工コストが余分にかかるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、余分なコストを発生させることなく、成形後の光学素子の金型への貼り付きを抑制することができる光学素子の成形方法および光学素子成形用型セットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学素子の成形方法は、上型および下型によって成形素材を押圧することにより、前記上型および前記下型によって前記成形素材の上下面を成形し、側型によって前記成形素材の外径を成形し、前記成形素材を前記下型および前記側型に残したまま前記上型を退避させることにより、前記上型を前記成形素材から離間させ、前記側型によって前記成形素材を保持したまま、かつ前記上型、前記下型および前記側型から構成される型セットを閉じたまま、前記側型を前記下型から退避させることにより、前記成形素材を前記下型から離間させ、前記成形素材を冷却することにより外径を収縮させ、前記成形素材を側型から離間させる。
【０００９】
また、本発明に係る光学素子の成形方法は、上記発明において、前記上型、前記下型および前記側型を内側に収容するスリーブを上昇させ、前記スリーブの内側に配置したリング部材によって前記側型を持ち上げることにより、前記成形素材を前記下型から離間させてもよい。
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学素子成形用型セットは、成形素材を挟んで対向して配置された上型および下型と、前記上型の外縁部または前記下型の外縁部に嵌合された筒状の側型と、前記上型、前記下型および前記側型を内側に収容する筒状のスリーブと、前記スリーブの内周面と、前記上型の外周面または前記下型の外周面との間であって、かつ前記側型の下端部と対向する位置に配置されたリング部材と、を備え、前記リング部材は、前記スリーブよりも線膨張係数が大きい材料で構成されており、前記リング部材は、前記成形素材の押圧時および徐冷時の温度では膨張して前記スリーブと当接し、かつ前記成形素材の冷却時の温度では収縮して前記スリーブと離間する線膨張係数を有する材料で構成されている。
【００１１】
また、本発明に係る光学素子成形用型セットは、上記発明において、前記リング部材の外径および前記スリーブの内径は、前記成形素材の押圧時および徐冷時の温度において、前記リング部材の外径が前記スリーブの内径以上となる値にそれぞれ設定されていてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る光学素子成形用型セットは、上記発明において、前記スリーブの内周面において、前記リング部材の外周面と対向する位置に溝部が形成されていてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る光学素子成形用型セットは、上記発明において、前記側型は、前記上型および前記下型のうち、凸状の成形面を有する側の外縁部に嵌合されていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、成形素材の押圧後かつ冷却前に成形素材を金型から離間させることができるため、余分なコストを発生させることなく、成形後の光学素子の金型への貼り付きを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形装置の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る光学素子成形用型セットの構成を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形方法において、押圧工程における型セットの状態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形方法において、第二の離間工程における型セットの状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形方法において、冷却工程における型セットの状態を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る光学素子成形用型セットの変形例の構成を示す断面図である。
【図７】図７は、従来の光学素子の成形方法において、成形後の光学素子の金型への貼り付きを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る光学素子の成形方法および光学素子成形用型セットの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものも含まれる。
【００１７】
［成形装置］
本発明の実施の形態に係る成形装置１の構成について、図１を参照しながら説明する。成形装置１は、光学素子成形用型セット（以下、「型セット」という）１０と、押圧機構２０と、プレート３０と、ヒータ４０と、を備えている。
【００１８】
押圧機構２０は、型セット１０を押圧するエアシリンダであり、型セット１０の上型１１の上部に固定されている。プレート３０は、型セット１０を載置するためのものである。ヒータ４０は、型セット１０の周囲に配置されている。ヒータ４０は、型セット１０の周囲から、型セット１０内に配置された成形素材Ｍを加熱する。
【００１９】
［型セット］
本発明の実施の形態に係る型セット１０の構成について、図１および図２を参照しながら説明する。型セット１０は、上型１１と、下型１２と、側型１３と、スリーブ１４と、リング部材１５と、を備えている。
【００２０】
上型１１および下型１２は、それぞれ段付きの円柱形状（凸状）に形成されており、成形素材Ｍを挟んで対向して配置されている。上型１１は、平面状の成形面１１ａを有している。また、下型１２は、凸状（曲面状）の成形面１２ａを有している。また、下型１２の外周面には、後記する光学素子の成形方法の押圧工程の際に、リング部材１５が収容される環状の切欠部１２ｂが形成されている。
【００２１】
側型１３は、筒状に形成されており、下型１２の外縁部に嵌合されている。また、側型１３と下型１２の外周面とは、図示しない連結部材（例えばボルト）によって連結されている。なお、側型１３および下型１２は、固定されているものの、両者の間には、後記する光学素子の成形方法の第二の離型工程の際に、側型１３が少し持ち上がる程度のガタが存在する。
【００２２】
スリーブ１４は、筒状に形成されており、上型１１、下型１２および側型１３を内側に収容している。また、スリーブ１４と上型１１とは、図示しない連結部材（例えばボルト）によって連結されている。従って、スリーブ１４および上型１１は、押圧機構２０の動きに連動して上下動する。スリーブ１４の材料としては、例えば線膨張係数が６×１０−6／℃程度のタングステンカーバイドを用いることができる。
【００２３】
リング部材１５は、環状に形成されており、スリーブ１４の内周面と下型１２の外周面との間であって、かつ側型１３の下端部１３ａと対向する位置に配置されている。すなわち、リング部材１５は、スリーブ１４の内周面と下型１２の外周面との間の空間、かつ側型１３の下端部１３ａと下型１２の切欠部１２ｂとの間の空間に配置されている。このリング部材１５は、後記するように、光学素子の成形方法の各工程における温度に応じて膨張または収縮し、径が変化する。
【００２４】
リング部材１５は、スリーブ１４よりも線膨張係数が大きい材料で構成されている。また、リング部材１５は、成形素材Ｍの加熱時（加熱工程）、押圧時（押圧工程）および徐冷時（徐冷工程）の温度では膨張してスリーブ１４と一体となり、かつ成形素材Ｍの冷却時（冷却工程）の温度では収縮してスリーブ１４とは別体となる線膨張係数を有する材料で構成されている。
【００２５】
前記したように、スリーブ１４の材料として線膨張係数が６×１０−６／℃程度のタングステンカーバイドを用いた場合、リング部材１５の材料としては、耐熱温度が５００℃程度あり、かつ線膨張係数がタングステンカーバイドよりも大きい材料を用いることが好ましい。この場合、リング部材１５の材料としては、例えば線膨張係数が１０〜１７×１０−６／℃程度のステンレス材料を用いることが好ましい。
【００２６】
また、リング部材１５の外径およびスリーブ１４の内径は、成形素材Ｍの押圧時（押圧工程）および徐冷時（徐冷工程）の温度において、リング部材１５の外径がスリーブ１４の内径以上となる値にそれぞれ設定することが好ましい。これにより、押圧時および徐冷時はリング部材１５とスリーブ１４とが一体となるため、後記するように、リング部材１５によって側型１３を押し上げて、成形素材Ｍを下型１２の成形面１２ａから引きはがすことが可能となる。
【００２７】
［光学素子の成形方法］
本発明の実施の形態に係る型セット１０を用いた光学素子の成形方法について、図２〜図５を参照しながら説明する。光学素子の成形方法は、加熱工程と、押圧工程と、徐冷工程と、冷却工程と、取出工程と、をこの順で行う。また、徐冷工程では、第一の離間工程と、第二の離間工程と、をこの順で行う。また、以下では、光学素子として、下型１２への貼り付きが発生しやすい凹レンズを成形する場合について説明を行う。
【００２８】
（加熱工程）
加熱工程では、ヒータ４０によって型セット１０を加熱することにより、型セット１０内に配置した成形素材Ｍを加熱し、成形素材Ｍを軟化させる。また、加熱工程では、図２に示すように、リング部材１５がスリーブ１４よりも大きく膨張することにより、リング部材１５の外径がスリーブ１４の内径以上となり、リング部材１５がスリーブ１４に固定された状態となる。
【００２９】
（押圧工程）
押圧工程では、図３に示すように、軟化した成形素材Ｍを、対向配置した上型１１および下型１２によって押圧する。これにより、上型１１の成形面１１ａによって成形素材Ｍの上面を成形し、下型１２の成形面１２ａによって成形素材Ｍの下面を成形し、側型１３によって成形素材Ｍの外径を成形する。また、押圧工程では、リング部材１５がスリーブ１４に固定された状態であるため、上型１１、スリーブ１４およびリング部材１５が一体的に下降し、リング部材１５が下型１２の切欠部１２ｂに収容される。
【００３０】
（徐冷工程）
徐冷工程では、ヒータ４０の温度を低下させることにより、型セット１０内に配置された成形素材Ｍを徐冷する。また、徐冷工程では、成形素材Ｍを徐冷した状態で、第一の離間工程と、第二の離間工程と、を行う。
【００３１】
（第一の離間工程）
第一の離間工程では、成形素材Ｍを下型１２および側型１３に残したまま、上型１１を上方向に退避させることにより、当該上型１１を成形素材Ｍから離間させる。これにより、成形素材Ｍに対する押圧が解除される。なお、第一の離間工程が終了した時点において、リング部材１５は、切欠部１２ｂと側型１３の下端部１３ａとの間に位置した状態となる。
【００３２】
（第二の離間工程）
第二の離間工程では、図４に示すように、側型１３によって成形素材Ｍを保持したまま、かつ型セット１０を閉じたまま、側型１３を下型１２から退避させることにより、成形素材Ｍを下型１２から離間させる。第二の離間工程は、具体的には、第一の離間工程から引き続き、押圧機構２０によって上型１１を上昇させ、同時に上型１１に固定されたスリーブ１４を上昇させることにより、スリーブ１４の内側に配置されたリング部材１５を側型１３の下端部１３ａに当て付ける。そして、リング部材１５によって、側型１３を上方向に持ち上げることにより、成形素材Ｍを下型１２から離間させる。
【００３３】
ここで、前記したように、側型１３は下型１２に嵌合され、かつ固定されているものの、両者にはガタが存在する。第二の離間工程では、このガタ分だけ側型１３を持ち上げることにより、成形素材Ｍを下型１２の成形面１２ａから引きはがす。第二の離間工程では、図４に示すように、リング部材１５によって側型１３を所定時間持ち上げた後、スリーブ１４を下降させて、型セット１０を図２の状態まで戻す。
【００３４】
（冷却工程）
冷却工程では、成形素材Ｍを冷却して外径を収縮させ、成形素材Ｍを側型１３から離間させる。冷却工程では、冷却が進んで例えば２００℃以下になると、図５に示すように、リング部材１５が収縮する。これにより、スリーブ１４との固定が解除され、リング部材１５が自由な状態となる。
【００３５】
（取出工程）
取出工程では、上型１１およびスリーブ１４を取り外して型セット１０を開いた後、図７に示した吸着治具５０を用いて成形後の光学素子を取り出す。取出工程では、前記した冷却工程において、リング部材１５が自由な状態となっているため、上型１１およびスリーブ１４を問題なく取り外すことが可能である。また、取出工程では、前記した第二の離間工程において、成形素材Ｍの下型１２への貼り付きが既に解除されているため、吸着治具５０によって光学素子を容易に取り出すことが可能である。
【００３６】
［変形例］
本実施の形態に係る光学素子の成形方法では、前記した型セット１０に代えて、例えば図６に示すような型セット１０Ａを用いてもよい。この型セット１０Ａの構成は、スリーブ１４Ａ以外は前記した型セット１０と同様である。
【００３７】
スリーブ１４Ａは、図６に示すように、当該スリーブ１４Ａの内周面において、リング部材１５の外周面と対向する位置に、溝部１４ａが形成されている。この溝部１４ａには、成形素材Ｍの加熱時（加熱工程）、押圧時（押圧工程）および徐冷時（徐冷工程）にリング部材１５が膨張した際に、リング部材１５の一部が収容される。これにより、リング部材１５の膨張によるスリーブ１４Ａの破損を抑制することができる。
【００３８】
溝部１４ａの深さは、例えば、成形素材Ｍの加熱時（加熱工程）、押圧時（押圧工程）および徐冷時（徐冷工程）に、図６に示すように、リング部材１５の一部が収容され、かつリング部材１５の一部が側型１３の下端部１３ａに当て付くような深さに設定する。
【００３９】
以上説明したような本実施の形態に係る光学素子の成形方法および型セット１０，１０Ａでは、第二の離間工程において、スリーブ１４，１４Ａの上昇によってリング部材１５を持ち上げて、リング部材１５を側型１３の下端部１３ａに当接させて押し上げることにより、成形素材Ｍと下型１２とを強制的に離間させることができる。
【００４０】
また、リング部材１５は、型セット１０よりも線膨張係数の大きい材料で構成されているため、加熱工程、押圧工程および徐冷工程等の高温の工程では、スリーブ１４，１４Ａよりも大きく膨張してスリーブ１４，１４Ａに当接してと一体となるため、側型１３を押し上げることができる。また、リング部材１５は、冷却工程等の低温の工程では、スリーブ１４，１４Ａよりも大きく収縮してスリーブ１４，１４Ａから離間するため、後段の取出工程で型セット１０，１０Ａを問題なく開くことができる。
【００４１】
このように、本実施の形態に係る光学素子の成形方法および型セット１０，１０Ａによれば、成形素材Ｍの押圧後かつ冷却前に成形素材Ｍを下型１２から離間させることができるため、余分なコストを発生させることなく、成形後の光学素子の下型１２への貼り付きを抑制し、生産効率を向上させることができる。
【００４２】
また、通常、金型への貼り付きによって光学素子の取り出しエラーが発生すると、サイクル停止を行い、光学素子を金型から取り出す必要がある。しかしながら、金型が冷えてしまうことにより貼り付きが強固になった場合、光学素子が破損したり、金型を解体する必要が発生し、多くの時間を費やすことになる。一方、本実施の形態に係る光学素子の成形方法および型セット１０，１０Ａを利用することにより、型セット１０，１０Ａから光学素子を容易に取り出すことができるため、光学素子の取り出しエラーおよび光学素子の不良を回避することができる。
【００４３】
以上、本発明に係る光学素子の成形方法および光学素子成形用型セットについて、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【００４４】
例えば、前記した型セット１０，１０Ａでは、側型１３が下型１２に設けられていたが、上型１１の成形面１１ａが平面状ではなく凸状（曲面状）である場合、側型１３を上型１１に設けてもよい。すなわち、側型１３は、上型１１および下型１２のうち、凸状の成形面を有する側の外縁部に嵌合することが好ましい。このように側型１３を上型１１に設ける場合、リング部材１５は、スリーブ１４，１４Ａの内周面と上型１１の外周面との間であって、かつ側型１３の下端部１３ａと対向する位置に配置する。
【００４５】
また、本実施の形態に係る光学素子の成形方法では、金型への貼り付きが発生しやすい凹レンズの成形を想定して説明を行ったが、例えば凸レンズの場合であっても、曲率半径Ｒが大きい場合は金型への貼り付きが発生しやすい。従って、本実施の形態に係る光学素子の成形方法を曲率半径Ｒの大きい凸レンズの成形に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  成形装置
１０，１０Ａ  型セット（光学素子成形用型セット）
１１  上型
１１ａ  成形面
１２，１１２  下型
１２ａ  成形面
１２ｂ  切欠部
１３，１１３  側型
１３ａ  下端部
１４，１４Ａ  スリーブ
１５  リング部材
２０  押圧機構
３０  プレート
４０  ヒータ
５０  吸着治具
Ｍ  成形素材
Ｏ  光学素子
【図１】
2020011854.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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