(57)【要約】【課題】バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで高精度な光学素子を得る。【解決手段】光学素子の製造装置１は、対向配置された一対の成形型２１，２２と当該一対の成形型間に挟持された成形素材３０とを有し、成形素材３０を加熱・プレスして光学素子を成形するものであり、成形素材３０の加熱時に、加熱により軟化した成形素材３０のキャビティ周囲の空間２６へのはみ出しを防止する圧力制御部材２４を備えている。【選択図】  図１
2010030802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形素材を一対の成形型間に挟んで加熱・プレスし光学素子を成形する光学素子の製造方法において、
前記成形素材を加熱しているときに、加熱により軟化した前記成形素材のキャビティ周囲の空間へのはみ出しを、はみ出し防止手段によって抑制する
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記はみ出し防止手段により、前記成形素材が変形しキャビティ周囲の空間に流動する前の段階で前記空間の内圧を上昇させる
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記はみ出し防止手段は、前記キャビティを形成する成形面の外側に配置され、プレス方向に変形する通気性を有する離型素材である
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
対向配置された一対の成形型と当該一対の成形型間に挟持された成形素材とを有し、前記成形素材を加熱・プレスして光学素子を成形する光学素子の製造装置において、
前記成形素材の加熱時に、加熱により軟化した前記成形素材のキャビティ周囲の空間へのはみ出しを防止するはみ出し防止手段を備えている
ことを特徴とする光学素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形素材を一対の成形型間に挟んで加熱・プレスし光学素子を成形する光学素子の製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、上型及び下型からなる成形型とスリーブ（胴型）を用いて光学素子を成形する技術が採用されるようになっている。この成形技術によれば、成形型内に形成されたキャビティ内に成形素材を配置し、プレスすることで所望形状の光学素子が得られる。しかし、プレスの際に上型及び下型間の距離が小さくなるにつれて、軟化した成形素材が上下型間の成形面外の領域、又は型とスリーブとのクリアランス領域などのガラス転写に望まれない領域に侵入するおそれがある。
【０００３】
そして、クリアランス領域（ガラス転写に望まれない領域）に侵入した成形素材が冷えて固まるとバリが形成される。このバリは、作業者が型から成形品を取り出す際や、後工程でのハンドリング時にカン、カケの原因となる。
【０００４】
これを解決すべく、例えば特許文献１では、上型及び下型材料をスリーブ材料よりも線膨張係数の大きいものを使用して成形する技術が提案されている。これにより、上型又は下型とスリーブとのクリアランスを減少させて、そのクリアランス領域への成形素材の侵入を防止するというものである。
【特許文献１】特開２０００−３２６３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上型又は下型はスリーブとの間で相対移動（摺動）する必要があるため、ある程度のクリアランスを確保しないと上型又は下型とスリーブとの間の摺動が困難となる。
【０００６】
一方、図１１に示すように、上型１２１又は下型１２２とスリーブ１２３とのクリアランスが大きいと、成形素材１３０の体積を光学素子の体積と等しく設定したとしても、成形素材１３０がキャビティ１２５内に充填される前にキャビティ１２５の外にはみ出してしまう。そして、そのクリアランスに、軟化した成形素材１３０が入り込み、前述した不具合が発生する。
【０００７】
さらに、成形室内が窒素雰囲気など非真空状態で成形を行う場合、加熱前の段階で型内を十分に真空引きしないとキャビティ内にガスが残り、成形面に空気溜りが発生するおそれがある。
【０００８】
これに対し、成形素材を低い温度で加熱して高粘度でプレスし、成形素材が上型又は下型とスリーブとの間に侵入しないようにすることも考えられる。しかし、これでは、成形素材を所望形状にプレスするまでに多くの時間を要する。この場合、特に体積の大きい成形素材ほどタクトタイムが大きくなってしまう。
【０００９】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで高精度な光学素子を得ることのできる光学素子の製造方法及びその製造装置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】
【００１０】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
成形素材を一対の成形型間に挟んで加熱・プレスし光学素子を成形する光学素子の製造方法において、
前記成形素材を加熱しているときに、加熱により軟化した前記成形素材のキャビティ周囲の空間へのはみ出しを、はみ出し防止手段によって抑制することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
前記はみ出し防止手段により、前記成形素材が変形しキャビティ周囲の空間に流動する前の段階で前記空間の内圧を上昇させることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
前記はみ出し防止手段は、前記キャビティを形成する成形面の外側に配置され、プレス方向に変形する通気性を有する離型素材であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明は、
対向配置された一対の成形型と当該一対の成形型間に挟持された成形素材とを有し、前記成形素材を加熱・プレスして光学素子を成形する光学素子の製造装置において、
前記成形素材の加熱時に、加熱により軟化した前記成形素材のキャビティ周囲の空間へのはみ出しを防止するはみ出し防止手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで高精度な光学素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［光学素子の製造装置の構成］
図１は、本実施形態の光学素子の製造装置１の概略構成を示す図である。
【００１６】
この製造装置１は成形室２を有し、成形室２内にはプレスステージ３と冷却ステージ４とが設けられている。成形室２の入口と出口には、上下に開閉自在なシャッタ５，６が設けられている。この入口側のシャッタ５を開いて後述する型セット１６を矢印方向に成形室２内に搬入する。また、出口側のシャッタ６を開いて成形完了後の型セット１６を成形室２から矢印方向に外部に搬出する。
【００１７】
成形室２には、気体流入口７と気体流出口８が設けられていて、成形室２内を窒素（Ｎ２）等の不活性ガスにより置換可能な構造になっている。なお、本実施形態では成形室２内にプレスステージ３と冷却ステージ４を設けた場合について説明するが、これに限らない。これらのステージ３，４以外にも、例えば加熱ステージ等を設けてもよい。
【００１８】
プレスステージ３は、離間して上下に対向する一対の上プレート１２及び下プレート１４と、下プレート１４を下方から支持する基台９とを有している。上プレート１２は、上メインプレート１２１と上サブプレート１２２とを有している。そして、これら上プレート１２及び下プレート１４間に型セット１６が搬入載置される。
【００１９】
上プレート１２と下プレート１４には、夫々上カートリッジヒータ１３と下カートリッジヒータ１５が内蔵されている。上カートリッジヒータ１３は、上メインカートリッジヒータ１３１と上サブカートリッジヒータ１３２とを有している。これら上・下カートリッジヒータ１３、１５により、型セット１６内の成形素材３０が所定温度に加熱される。
【００２０】
また、上メインプレート１２１には、この上メインプレート１２１を上下（対向）方向に駆動するメインシリンダ１８が設けられている。同様に、上サブプレート１２２には、この上サブプレート１２２を上下（対向）方向に駆動するサブシリンダ１９が設けられている。これらメインシリンダ１８とサブシリンダ１９は独立して駆動可能となっている。
【００２１】
なお、本実施形態では、サブシリンダ１９はメインシリンダ１８の周囲を囲むように円筒状に形成したものを想定している。ただし、これに限らない。例えば、円周上に複数のシリンダを配置したものでもよい。
【００２２】
こうして、型セット１６は、メインシリンダ１８による上メインプレート１２１の昇降動作、及びサブシリンダ１９による上サブプレート１２２の昇降動作により挟持、挟圧等の動作が行われる。
【００２３】
冷却ステージ４も同様の構成を有している。このため、プレスステージ３と同一又は相当する部材には、その符号に’（ダッシュ）を付してその説明を省略する。
この冷却ステージ４では、上プレート１２’及び下プレート１４’が型セット１６を挟持することで、該型セット１６は所定の温度まで冷却される。これにより、成形された成形品の歪取りや形状安定化が図られる。
［型セットの構成］
図２は、型セット１６の概略構成を示す断面図である。
【００２４】
この型セット１６は、上型２１、下型２２、及びはみ出し防止手段としての圧力制御部材２４を有している。
上型２１は略円柱形状をなし、下型２２との対向側の先端に半球状の成形面２１ａと、その外周側に平坦面２１ｂを有している。
【００２５】
下型２２は、中央上部に大径の筒状孔２２１が形成されたスリーブ部２３と、その下部に同軸状に形成された小径の有底の孔２２２とを有している。この有底の孔２２２の底部には凹状の成形面２２ａが形成され、この孔２２２の周囲壁も成形面として形成されている。また、大径の筒状孔２２１と有底の孔２２２とは、平坦な段差面２２ｂを介して連接されている。
【００２６】
上型２１は、その成形面２１ａと下型２２の成形面２２ａとが対向するようにスリーブ部２３に摺動自在に嵌挿されている。上型２１とスリーブ部２３との間には、所定のクリアランスが形成されている。このクリアランスに圧力制御部材２４が挿入されている。
【００２７】
また、上型２１が下型２２に接近移動して、上型２１の平坦面２１ｂが下型２２の段差面２２ｂに当接した状態での熱間時のキャビティ形状が、熱間時の所望の光学素子形状となるように設計されている。すなわち、上型２１及び下型２２と成形素材３０の熱膨張及び熱収縮を見込んで設計されている。
【００２８】
圧力制御部材２４は薄肉のリング状をなしている。前述したように、この圧力制御部材２４は上型２１とスリーブ部２３との間のクリアランスに挿入される。図２では、圧力制御部材２４の下端面は下型２２の段差面２２ｂに当接している。また、圧力制御部材２４の下端部には、その内周側が抉られてガス受け面２４ａが形成されている。さらに、圧力制御部材２４と型摺動部との間にはグリース２８が塗布され、このグリース２８によりプレスに伴う摺動を良くしている。
【００２９】
こうして、上型２１の成形面２１ａ及び平坦面２１ｂと、下型２２の成形面２２ａ、孔２２２の周囲壁によりキャビティ２５が形成されている。キャビティ２５の周囲には、これに連通する空間２６が形成されている。圧力制御部材２４に塗布したグリース２８は、空間２６の気密性を高める役目をなす。
【００３０】
なお、上型２１及び下型２２は、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金を研磨して仕上げられている。圧力制御部材２４の材質は、特にこだわらないが、例えばＳＵＳ（ステンレススチール）のように耐食性に優れたものが望ましい。また、成形素材３０は、市販の光学ガラスが用いられている。
【００３１】
型セット１６を組み立てるには、下型２２の凹状の成形面２２ａに成形素材３０を配置し、スリーブ部２３の内周に圧力制御部材２４を挿入した状態で、上方から上型２１を挿入する。なお、この場合、例えば上型２１をスリーブ部２３に挿入した後に、上型２１とスリーブ部２３とのクリアランスに圧力制御部材２４を挿入してもよい。
【００３２】
また、圧力制御部材２４は型セット１６内を窒素パージした後に挿入するのが好ましい。ただし、酸化耐性を持つ金型を使用する成形、或いは成形後に研磨する目的の成形においては、必ずしもその必要はない。
【００３３】
また、クリアランスに圧力制御部材２４が挿入されることで、窒素やエアーなどのガスが逃げないような空間２６が形成される。
次いで、組み立てた型セット１６を図１に示した成形室２のプレスステージ３に搬入する。
【００３４】
このプレスステージ３では、上・下カートリッジヒータ１３、１５により型セット１６を加熱するとともに、成形素材３０が変形に十分な加熱温度になった後、メインシリンダ１８により上型２１に荷重を加えて成形素材３０を変形させる。
【００３５】
この場合、サブシリンダ１９により圧力制御部材２４に加える荷重は上型２１に加える荷重よりも小さくする。成形素材３０が変形し、上型２１及び下型２２の型間距離が小さくなると、空間２６内の圧力が上昇する。このとき、圧力制御部材２４が持ち上がり空間２６の内圧は一定に保たれる。なお、例えば、空間２６の内圧が一定に保たれるように圧力制御部材２４に加える荷重を調整するようにしてもよい。
【００３６】
本実施形態では、上型２１によるプレス時に、軟化した成形素材３０が型間のクリアランスに侵入する前の段階で圧力制御部材２４に荷重を加える。こうして、空間２６の内圧を上昇させ、成形素材３０が空間２６（上型２１とスリーブ部２３との間のクリアランス含む）に侵入するのを防止するものである。
【００３７】
なお、圧力制御部材２４に荷重を加えることは、同時に、上型２１のプレス時の抵抗となるが、メインシリンダ１８による上型２１への荷重を増加させることで上型２１と下型２２とを接近させる。これにより、上型２１及び下型２２の型間距離が小さくなっても、軟化した成形素材３０が空間２６に侵入することはない。
【００３８】
こうして、上型２１に所定荷重を加えつづけ、上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとが接触したところで、プレスを終了する。この後、型セット１６を冷却ステージ４に搬送する。この冷却ステージ４では、成形素材３０が冷えて収縮し、面精度が劣化することを防止するため、成形素材３０に確実に転写されるまで所定の温度で上型２１への荷重を加え続ける。このときの所定の温度は、成形時温度よりも低くかつ成形素材３０が変形しうる温度である。
【００３９】
型セット１６が常温になったら、型セット１６を成形室２から取り出し分解し成形品が得られる。
［第１の実施の形態］
次に、図３Ａ〜図３Ｅに基づき、第１の実施の形態の光学素子の製造工程について説明する。本実施形態では、球状の成形素材３０から凹メニスカスレンズを成形する場合を例とする。
【００４０】
図３Ａ〜図３Ｅは、型セット１６が成形室２内に搬入された後の状態を示している。また、本実施形態では、下型２２のスリーブ部２３に、プレス方向（上下方向）と交差する方向にガス放出孔２７が設けられている。
【００４１】
図３Ａにおいて、上型２１は、上型２１の自重及び外気圧と型内の所定の空間２６（上型２１、圧力制御部材２４、下型２２等で囲まれた領域）の内圧とがつれあう高さで静止している。
【００４２】
例えば、上型２１の外径（≒圧力制御部材２４の内径）がφ６．５ｍｍ、上型２１の重量が０．０５ｋｇ、外気圧が１ｋｇ／ｃｍ２のとき、上型２１の荷重０．０５ｋｇｆと外気圧が、空間２６のガスに与える圧力は、１．１５ｋｇｆ／ｃｍ２である。このため、上型２１は、空間２６の内圧が１．１５ｋｇｆ／ｃｍ２になる深さで静止する。
【００４３】
ガス圧縮によるガス温度上昇を無視できるとすると、ボイルシャルルの法則に従い、空間２６（キャビティ２５を含む）の体積が、上型２１の挿入時点から１．１５分の１になる深さ（図の寸法Ａ）である。
【００４４】
次に、図３Ｂに示すように、成形可能な温度以上に成形素材３０を加熱する。
加熱温度が約６００℃（＝９００Ｋ）まで上昇したとすると、ボイルシャルルの法則に従うと、空間２６の内圧と体積の積は、常温時（２７℃＝３００Ｋ）の３倍となる。
【００４５】
圧力制御部材２４の下部には、空間２６の内圧によって軸方向（プレス方向）に浮き上がる力が働くようにガス受け面２４ａが形成されている。このため、上型２１及び圧力制御部材２４が内圧で飛ばされないように、メインシリンダ１８とサブシリンダ１９に十分な荷重を加え続ける。
【００４６】
その後、サブシリンダ１９の荷重をゆっくりと低くしていき、圧力制御部材２４を、ガス受け面２４ａに加わる内圧を利用して持ち上げる。圧力制御部材２４が、下型２２に形成されたガス放出孔２７よりも高い位置まで持ち上がると、高まった内圧がガス放出孔２７から抜け出る。これにより、成形素材３０を変形する際の上型２１に加わる内圧の抵抗がなくなる。
【００４７】
このため、成形に必要なメインシリンダ１８の荷重を大きくせずに済む。また、高まった内圧がガス放出孔２３から抜け出ると、圧力制御部材２４を持ち上げる力はなくなる。このため、圧力制御部材２４は自重により下降し、再びガス放出孔２７を塞ぐ。
【００４８】
次に、図３Ｃに示すように、メインシリンダ１８により上型２１を３０ｋｇｆ程度の荷重によりプレスすることで成形素材３０の変形が始まる。このとき、上型２１が下降し、空間２６の容積が減少すると、内圧が上昇するが、圧力制御部材２４がガス放出孔２７の位置よりも上に再び持ち上がれば、内圧は上昇せずに済む。従って、成形素材３０を変形する際に上型２１に内圧の抵抗は加わらない。
【００４９】
この場合、サブシリンダ１９の荷重は、圧力制御部材２４が内圧によって飛び出さない程度の低荷重に設定しておく。これにより、圧力制御部材２４を、ガス受け面２４ａに加わる内圧を利用してガス放出孔２７よりも高い位置まで持ち上がるようにする。また、圧力制御部材２４がガス放出孔２７よりも高い位置に持ち上がらない場合でも、空間２６の容積は大きくなるため減圧効果となる。これにより、成形素材３０を変形させる際の上型２１に加わる内圧の抵抗を弱めることができる。以下、圧力制御部材２４がガス放出孔２７の位置よりも上に再び持ち上がり、高まった内圧がガス放出孔２７から抜け、内圧と外圧が等しくなっているとする。
【００５０】
次に、図３Ｅに示すように（図３Ｄは後述する）、キャビティ２５の大部分に成形素材３０が充填されている状態において、メインシリンダ１８が上型２１にかける荷重を９．９５ｋｇｆに切り替える。このとき成形素材３０にはφ６の面積（２８．３ｍｍ２）にメインシリンダ１８及び上型２１の荷重０．０５ｋｇｆが加わっており、成形素材３０に加わる圧力は３５ｋｇｆ／ｃｍ２となる。
【００５１】
成形素材３０の圧縮量を無視すると、パスカルの原理に従い、成形素材３０の内圧も３５ｋｇｆ／ｃｍ２となる。
従って、所望の成形品形状の領域（キャビティ２５）の外に成形素材３０が侵入しかける段階で、空間２６の内圧を３５ｋｇｆ／ｃｍ２以上に加圧すれば、成形素材３０の侵入の抵抗となり得る。
【００５２】
また、軟化した成形素材３０が型間クリアランス（空間２６）に侵入するタイミングでは、サブシリンダ１９に荷重を加え、圧力制御部材２４の高さを低くし、圧力制御部材２４の内圧を増加する。なお、ガス放出孔２７からガスが抜けている場合、空間２６の圧力は外気圧と同じ１ｋｇｆ／ｃｍ２になっている。
【００５３】
ボイルシャルルの法則により、空間２６の容積を圧力制御部材２４の高さを低くする前と比べ、１／３５以下にする必要がある。ただし、これは容積圧縮によって発生した熱が、外部へ流れ、温度は一定になっていると考えた場合の計算である。
【００５４】
ここで、軟化した成形素材３０が型間クリアランス（空間２６）に侵入するタイミング直前の段階で、圧力制御部材２４が図３Ｃの寸法Ｂの高さにあったとする。すると、成形素材３０が型間クリアランス（空間２６）に侵入するタイミングで、寸法Ｂの高さの１／３５以下まで降下するようにサブシリンダ１９の荷重を加える（図３Ｅの寸法Ｃ）。圧力制御部材２４の内径がφ６．５、外径がφ７．５の場合、圧力制御部材２４に加える荷重は４ｋｇｆ以上必要となる。
【００５５】
また、ガス放出穴２７から高まった内圧が抜けきれず、空間２６の内圧が１ｋｇｆ／ｃｍ２以上に上がっている場合、例えば２ｋｇｆ／ｃｍ２に上がっている場合は、空間２６の容積を圧力制御部材２４の高さを低くする前と比べ、１／１８以下にする必要がある。ただし、これは容積圧縮によって発生した熱が、外部へ流れ、温度は一定になっていると考えた場合の計算である。
【００５６】
例えば、軟化した成形素材３０が型間クリアランス（空間２６）に侵入するタイミング直前の段階で、圧力制御部材２４が図３Ｄの寸法Ｂ’の高さにあったとする。すると、軟化した成形素材３０が型間クリアランスに侵入するタイミングで、寸法Ｂ’の高さの１／１８以下まで降下するようにサブシリンダ１９の荷重を加える（図３Ｅの寸法Ｃ）。
【００５７】
次に、図３Ｆに示すように、軟化した成形素材３０が型間クリアランス（空間２６）に侵入する抵抗力を空間２６の内圧で与えながら、上型２１を下降する。このとき、サブシリンダ１９の荷重を下げ、圧力制御部材２４を内圧によって持ち上げ、内圧を下げて上型２１の下降の抵抗を減らす。このように、サブシリンダ１９の荷重を下げながら、メインシリンダ１８の荷重を上げて上型２１を最後まで押し切る。
【００５８】
以上説明したように、圧力制御部材２４を、成形素材３０が変形しキャビティ２５の周囲の空間２６に流動する前の段階で空間２６の内圧を上昇させるように制御するので、軟化した成形素材３０が空間２６にはみ出すのを防止することができる。
【００５９】
すなわち、本実施形態によれば、成形素材３０を加熱しているときに、軟化した成形素材３０のキャビティ２５の周囲の空間２６へのはみ出しを圧力制御部材２４によって抑制することで、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで高精度な光学素子を製造することができる。
【００６０】
本実施形態によれば、低い温度に制御してプレスするよりも速いタクトタイムで光学素子を得ることができる。この点は、特に大きな体積の成形素材３０を用いた場合に顕著である。
［第２の実施の形態］
図４Ａ〜図４Ｄは、第２の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【００６１】
本実施形態では、球状の成形素材３０から凹メニスカスレンズを成形する場合を例として説明する。また、以下の各実施形態では、第１の実施の形態におけるガス放出孔２７を設けない場合について説明する。この場合は、真空状態で成形することが望ましい。そのとき、型組み時は、型内を真空引きした後に圧力制御部材２４をスリーブ部２３に挿入し、成形室２内を真空引きしておく必要がある。
【００６２】
図４Ａに示すように、成形室２内において球状の成形素材３０を所定の高温状態にまで加熱する。このとき、圧力制御部材２４の下端面は下型２２の段差面２２ｂに当接している。
【００６３】
次いで、図４Ｂに示すように、メインシリンダ１８により上型２１による成形素材３０のプレスを開始し、変形させる。このとき、上型２１が下降した分だけ圧力制御部材２４が図の上方に持ち上がり、型セット１６内の圧力は一定に保たれる。
【００６４】
次いで、図４Ｃに示すように、成形素材３０が変形してその一部が型間のクリアランス（空間２６）に浸入する際に、サブシリンダ１９により圧力制御部材２４を加圧する。このとき、クリアランス（空間２６）内の圧力は高まり、軟化した成形素材３０のクリアランス（空間２６）内への侵入が防止される。この際も、メインシリンダ１８の荷重を増加させ、上型２１を下降し続ける。
【００６５】
次に、図４Ｄに示すように、クリアランス（空間２６）内の圧力は上型２１の抵抗ともなるため、適時、サブシリンダ１９の荷重を減少させて圧力制御部材２４の高さを高くする。このとき、圧力制御部材２４の高さを上げすぎて、クリアランス（空間２６）内に、軟化した成形素材３０が侵入しないように、メインシリンダ１８とサブシリンダ１９の荷重のバランスをとる。
【００６６】
こうして、成形素材３０がクリアランス（空間２６）に侵入しないようにして、上型２１を下型２２に当接するまで下降させる。
本実施形態によれば、第１の実施の形態と同様に、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで高精度な光学素子を成形することができる。
［変形例１］
図５Ａ〜図５Ｄは、第２の実施の形態の変形例１を示す図である。なお、第２の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００６７】
本実施形態では、立方体形状の成形素材３０をボール形状に成形する場合を示す。
本実施形態において、上型２１は半球状の凹状の成形面２１ａと、その周囲の平坦面２１ｂとを有している。また、下型２２も略半球状の凹状の成形面２２ａと、その周囲の段差面２２ｂとを有している。これらの上型２１の成形面２１ａと下型２２の成形面２２ａとでボール形状のキャビティ２５が形成される。
【００６８】
図５Ａに示すように、立方体形状の成形素材３０を所定の高温状態にまで加熱する。このとき、圧力制御部材２４の下端面は下型２２の段差面２２ｂに当接している。
次いで、図５Ｂに示すように、メインシリンダ１８により上型２１をプレスし、成形素材３０を変形させる。このとき、上型２１が下降した分だけ圧力制御部材２４が持ち上がり、キャビティ２５の周囲の空間２６の圧力は保たれる。
【００６９】
次いで、図５Ｃに示すように、成形素材３０が変形してその一部が空間２６（型間のクリアランス）に達する際に、サブシリンダ１９により圧力制御部材２４を加圧する。このとき、空間２６（クリアランス）内の圧力は高まり、軟化した成形素材３０の空間２６（クリアランス）内への侵入が防止される。この際も、メインシリンダ１８の荷重を増加させ、上型２１の下降を続行する。
【００７０】
次に、図５Ｄに示すように、空間２６（クリアランス）内の圧力は上型２１の抵抗ともなるため、適時、サブシリンダ１９の荷重を減少させて圧力制御部材２４の高さを高くする。圧力制御部材２４の高さを高くしすぎて、空間２６（クリアランス）内に軟化した成形素材３０が侵入しないように、メインシリンダ１８とサブシリンダ１９の荷重のバランスをとる。
【００７１】
このようにして、成形素材３０が空間２６（クリアランス）に侵入しないように上型２１を下型２２に当接するまで下降させる。
本実施形態によれば、立方体形状の成形素材３０を用いて、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムでボール形状を成形することができる。
［変形例２］
図６Ａ及び図６Ｂは、第２の実施の形態の変形例２を示す図である。なお、第２の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００７２】
本実施形態では、メインシリンダ１８が下降したとき、サブシリンダ１９により圧力制御部材２４を上方（反プレス方向）に強制的に持ち上げるようにした。これは、メインシリンダ１８が下降したとき、圧力制御部材２４がスリーブ部２３との抵抗等の原因により持ち上がらない場合が考えられるからである。このとき圧力制御部材２４は、サブシリンダ１９により持ち上げ可能なため、ガス受け面２４aは必要ない。
【００７３】
図６Ａに示すように、球形状の成形素材３０を所定の高温状態にまで加熱する。このとき、圧力制御部材２４の下端面は下型２２の段差面２２ｂに当接している。
次いで、図６Ｂに示すように、メインシリンダ１８により上型２１をプレスし、成形素材３０を変形させる。このとき、上型２１が下降した分だけ圧力制御部材２４をサブシリンダ１９で持ち上げ、キャビティ２５の周囲の空間２６の圧力を一定に保つようにする。
【００７４】
本実施形態によれば、圧力制御部材２４をサブシリンダ１９で強制的に持ち上げるようにしたので、圧力制御部材２４に不用意な摩擦力が作用した場合においても、キャビティ２５の周囲の空間２６の圧力を一定に保つことができる。これにより、速いタクトタイムで所望の光学素子を成形することができる。
［第３の実施の形態］
図７Ａ〜図７Ｄは、第３の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００７５】
本実施形態では、はみ出し防止手段として離型素材３２を用いた制御により、略球状の成形素材３０から凹メニスカスレンズを成形する場合を例とする。
また、本実施形態では、圧力制御部材２４を用いないためメインシリンダ１８のみでよく、サブシリンダ１９は省略することができる。
【００７６】
図７Ａに示すように、下型２２の段差面２２ｂに、ＢＮ（窒化ホウ素）などの成形素材３０との離型性のよい離型素材３２を載置する。この離型素材３２は固体でも粉体でもよい。
【００７７】
本実施形態では、離型素材３２としてリング状の固体ＢＮを用いている。なお、離型素材３２として固体の素材を用いる場合は、その素材が微細な穴構造を有して通気性がよく、また、成形に必要な荷重を加えると粉砕するものが好ましい。さらに、離型素材３２は、型内でつぶれて圧縮されたとき、プレス完了時の上型２１及び下型２２の接触面の厚みが小さく（例えば５０μｍ）なるような体積・形状のものがよい。また、成形素材３０を加熱し変形に十分な温度とする。
【００７８】
次いで、図７Ｂに示すように、メインシリンダ１８により上型２１に荷重を加えて成形素材３０をプレス変形させる。上型２１が下型２２に接近移動させると、上型２１は離型素材３２と接触する。これにより、キャビティ２５の周囲に密閉された空間２６が形成される。
【００７９】
窒素雰囲気などの非真空状態で成形した場合、図７Ｃに示すように、さらに成形素材３０が変形を続けたとしても、成形素材３０に押しのけられた空間２６内のエアー（ガス）が離型素材３２を通過する。このため、このエアー（ガス）が成形品に空気だまりとして残ることはない。
【００８０】
離型素材３２は、上型２１のプレス移動に対しては抵抗部材となるが、離型素材３２が固体の場合には粉砕される。また、離型素材３２が粉体の場合には押しつぶされて圧縮され、プレス方向に薄くなる。
【００８１】
次いで、図７Ｄに示すように、上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとの間の距離は、成形に必要な値にまで小さくすることができる。また、成形素材３０の変形中において、離型素材３２は上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとの間のクリアランス（空間２６）を塞いでいるため、軟化した成形素材３０はこのクリアランス（空間２６）に侵入することはできない。
【００８２】
特に、成形素材３０がクリアランス（空間２６）に侵入しうる段階では、離型素材３２は圧縮され、密度が高くなり、適度な強度をもっている。このため、離型素材３２は軟化した成形素材３０の侵入に対して強い抵抗力となる。
【００８３】
ただし、離型素材３２を配置する位置が上型２１及び下型２２の成形面２１ａ，２２ａに近すぎると、上型２１が下降した際に、離型素材３２が型軸中心側に延びてキャビティ２５内に入り込むおそれがある。このため、離型素材３２の配置位置を慎重に選択する必要がある。
【００８４】
図８は、離型素材３２を下型２２に組み込むときの断面図を示している。なお、下型２２の形状は図７とは若干相違している。
前述したように、離型素材３２は上型２１により潰れて広がるが、その粉末がキャビティ２５内に入らないような位置に置くことが必要である。
【００８５】
このため、下型２２に組み込み治具３４を挿入する。次に、この組み込み治具３４の内周面に沿って離型素材３２を挿入し段差面２２ｂに正確に載置する。
こうして、軟化した成形素材３０がクリアランス（空間２６）に侵入するタイミングで離型素材３２が成形面２２ａの縁部を塞ぐような位置に、離型素材３２を設置する。
【００８６】
本実施形態によれば、上型２１と下型２２間のクリアランス（空間２６）の入り口部、上型２１又は下型２２とスリーブ３８とのクリアランス（空間２６）の入り口部に、ガラス離型性と通気性を有する離型素材３２で塞ぐこととしたため、成形素材３０の所望の光学素子形状への変形を阻害することなく、軟化した成形素材３０のクリアランス（空間２６）への侵入を防止することができる。
【００８７】
すなわち、本実施形態によれば、下型２２の段差面２２ｂに離型素材３２を配置したことで、圧力制御部材２４のような部材を用いることなく、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで高精度な光学素子を得ることができる。
［変形例］
図９Ａ〜図９Ｄは、第３の実施の形態の変形例を示す図である。なお、第３の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００８８】
本実施形態では、立方体形状の成形素材３０をボール形状に成形する場合を示す。なお、離型素材３２として固体ＢＮ（窒化ホウ素）を用いた制御を示す。
本実施形態においても、圧力制御部材２４を用いないため、メインシリンダ１８のみでよくサブシリンダ１９は必要ない。
【００８９】
本実施形態では、上型２１は略半球状の凹状の成形面２１ａと、その周囲の平坦面２１ｂとを有している。また、下型２２も略半球状の凹状の成形面２２ａと、その周囲の段差面２２ｂとを有している。これらの上型２１の成形面２１ａと下型２２の成形面２２ａとでボール形状のキャビティ２５が形成される。
【００９０】
また、下型２２の段差面２２ｂにリング状の固体ＢＮからなる離型素材３２が配置されている。
図９Ａに示すように、下型２２の段差面２２ｂに、成形素材３０との離型性のよい離型素材３２を載置する。また、離型素材３２は、型内でつぶれて圧縮されたとき、プレス完了時の上下平面間の厚み（例えば５０μｍ）になるような体積・形状のものを用いている。この状態で、成形素材３０を変形に十分な温度になるまで加熱する。
【００９１】
その後、図９Ｂに示すように、メインシリンダ１８により上型２１に荷重を加え、プレスにより成形素材３０を変形させる。成形素材３０が変形をし続けると、やがて上型２１は離型素材３２と接触する。
【００９２】
この場合、図９Ｃに示すように、さらに変形を続けたとしても、成形素材３０に押しのけられたエアー（ガス）が離型素材３２を通過する。このため、このエアー（ガス）が成形品に空気だまりとして残ることはない。
【００９３】
離型素材３２は、上型２１に対しては抵抗部材となるが、離型素材３２が固体の場合には粉砕される。また、離型素材３２が粉体の場合には押しつぶされて圧縮され、プレス方向に薄くなる。
【００９４】
このため、図９Ｄに示すように、上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとの間の距離を、成形に必要な値まで小さくすることができる。
また、成形素材３０の変形中において、離型素材３２は上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとの間のクリアランス（空間２６）を塞いでいるため、軟化した成形素材３０がこのクリアランス（空間２６）に侵入することはできない。
【００９５】
本実施形態によれば、離型素材３２を下型２２の段差面２２ｂに配置したことで、圧力制御部材２４のような部材を用いることなく、立方体形状の成形素材３０を用いて、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで空気だまりのないボール形状を成形することができる。
［第４の実施の形態］
図１０Ａ〜図１０Ｃは、第４の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００９６】
本実施形態では、立方体形状の成形素材３０をボール形状に成形する場合を示す。なお、離型素材３２として固体ＢＮ（窒化ホウ素）を用いた制御を示す。
本実施形態においては、型セット１６は、上型２１、下型２２、及びスリーブ３８を有している。上型２１及び下型２２は円柱状をなしていて、夫々の対向側の端面に半球状の成形面２１ａ，２２ａと、その周囲に平坦面２１ｂ及び段差面２２ｂが形成されている。上型２１及び下型２２は、スリーブ３８の内部で夫々の成形面２１ａ，２２ａが対向するようにスリーブ３８の両端側から嵌挿されている。上型２１はスリーブ３８の軸方向に摺動自在となっている。
【００９７】
そして、上型２１の成形面２１ａと下型２２の成形面２２ａとの間に成形素材３０が配置される。この成形素材３０は略立方体形状をなしている。
図１０Ａに示すように、下型２２の段差面２２ｂに、固体ＢＮなどの成形素材３０との離型性のよい離型素材３２を載置する。本実施形態では、離型素材３２は固体でリング状をなしている。また、離型素材３２は、型内でつぶれて圧縮されたとき、プレス完了時の上下平面間の厚み（例えば５０μｍ）になるような体積・形状のものを用いている。
【００９８】
図１０Ｂに示すように、成形素材３０を加熱し変形に十分な温度とする。その後、メインシリンダ１８により上型２１に荷重を加え、プレスにより成形素材３０を変形させる。成形素材３０が変形をし続けると、上型２１は離型素材３２と接触する。
【００９９】
この場合、図１０Ｃに示すように、さらに成形素材３０が変形を続けたとしても、成形素材３０に押しのけられたエアー（ガス）は離型素材３２を通過する。このため、このエアー（ガス）が成形品に空気だまりとして残ることはない。
【０１００】
離型素材３２は、上型２１に対しては抵抗部材となるが、離型素材３２が固体の場合には粉砕され、また、粉体の場合には押しつぶされて圧縮され、プレス方向に薄くなる。
そして、上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとの間の距離は、成形に必要な値まで小さくすることができる。
【０１０１】
また、成形素材３０の変形中において、離型素材３２は上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとの間のクリアランス（空間２６）を塞いでいるため、軟化した成形素材３０はこのクリアランス（空間２６）に侵入することはできない。
【０１０２】
本実施形態によれば、離型素材３２を下型２２の段差面２２ｂに配置したことで、圧力制御部材２４のような部材を用いることなく、立方体形状の成形素材３０を用いて、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで空気だまりのないボール形状を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本実施形態の光学素子の製造装置の概略構成を示す図である。
【図２】型セットの概略構成を示す断面図である。
【図３Ａ】第１の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図３Ｂ】第１の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図３Ｃ】第１の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図３Ｄ】第１の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図３Ｅ】第１の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図３Ｆ】第１の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図４Ａ】第２の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図４Ｂ】第２の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図４Ｃ】第２の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図４Ｄ】第２の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図５Ａ】第２の実施の形態の変形例１の光学素子の製造工程を示す図である。
【図５Ｂ】第２の実施の形態の変形例１の光学素子の製造工程を示す図である。
【図５Ｃ】第２の実施の形態の変形例１の光学素子の製造工程を示す図である。
【図５Ｄ】第２の実施の形態の変形例１の光学素子の製造工程を示す図である。
【図６Ａ】第２の実施の形態の変形例２の光学素子の製造工程を示す図である。
【図６Ｂ】第２の実施の形態の変形例２の光学素子の製造工程を示す図である。
【図７Ａ】第３の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図７Ｂ】第３の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図７Ｃ】第３の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図７Ｄ】第３の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図８】離型素材を下型に組み込むときの断面図を示す図である。
【図９Ａ】第３の実施の形態の変形例の光学素子の製造工程を示す図である。
【図９Ｂ】第３の実施の形態の変形例の光学素子の製造工程を示す図である。
【図９Ｃ】第３の実施の形態の変形例の光学素子の製造工程を示す図である。
【図９Ｄ】第３の実施の形態の変形例の光学素子の製造工程を示す図である。
【図１０Ａ】第４の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図１０Ｂ】第４の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図１０Ｃ】第４の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【図１１】従来の型セットの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１        光学素子の製造装置
２        成形室
３        プレスステージ
４        冷却ステージ
５        シャッタ
６        シャッタ
７        気体流入口
８        気体流出口
９        基台
１２      上プレート
１２１    上メインプレート
１２２    上サブプレート
１３      上カートリッジヒータ
１３１    上メインカートリッジヒータ
１３２    上サブカートリッジヒータ
１４      下プレート
１５      下カートリッジヒータ
１６      型セット
１８      メインシリンダ
１９      サブシリンダ
２１      上型
２１ａ    成形面
２１ｂ    平坦面
２２      下型
２２ａ    成形面
２２ｂ    段差面
２２１    筒状孔
２２２    有底孔
２３      スリーブ部
２４      圧力制御部材
２４ａ    ガス受け面
２５      キャビティ
２６      空間
２７      ガス放出孔
２８      グリース
３０      成形素材
３２      離型素材
３４      組み込み治具
３８      スリーブ
【図１】
2010030802.tif 000003
【図２】
2010030802.tif 000004
【図３Ａ】
2010030802.tif 000005
【図３Ｂ】
2010030802.tif 000006
【図３Ｃ】
2010030802.tif 000007
【図３Ｄ】
2010030802.tif 000008
【図３Ｅ】
2010030802.tif 000009
【図３Ｆ】
2010030802.tif 000010
【図４Ａ】
2010030802.tif 000011
【図４Ｂ】
2010030802.tif 000012
【図４Ｃ】
2010030802.tif 000013
【図４Ｄ】
2010030802.tif 000014
【図５Ａ】
2010030802.tif 000015
【図５Ｂ】
2010030802.tif 000016
【図５Ｃ】
2010030802.tif 000017
【図５Ｄ】
2010030802.tif 000018
【図６Ａ】
2010030802.tif 000019
【図６Ｂ】
2010030802.tif 000020
【図７Ａ】
2010030802.tif 000021
【図７Ｂ】
2010030802.tif 000022
【図７Ｃ】
2010030802.tif 000023
【図７Ｄ】
2010030802.tif 000024
【図８】
2010030802.tif 000025
【図９Ａ】
2010030802.tif 000026
【図９Ｂ】
2010030802.tif 000027
【図９Ｃ】
2010030802.tif 000028
【図９Ｄ】
2010030802.tif 000029
【図１０Ａ】
2010030802.tif 000030
【図１０Ｂ】
2010030802.tif 000031
【図１０Ｃ】
2010030802.tif 000032
【図１１】
2010030802.tif 000033