(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子材料を、該光学素子材料との接触面積が異なる上下の成形型間に挟着し、該光学素子材料を加熱軟化させて該一対の成形型により押圧成形する光学素子成形方法において、
上記上下の成形型のうち、該光学素子材料との接触面積の大きい側の成形型を、上型として成形し、
該光学素子材料の熱膨張係数α１と、上記上下の成形型の熱膨張係数α２との間には、α１＞α２の関係が成立し、
上記上下の成形型は、共に凹面をなし、かつ、
該上下の成形型の曲率半径をＲ１とＲ２（Ｒ２＞Ｒ１）としたとき、Ｒ２−Ｒ１＞Ｒ１・Ｒ２／１００を満足することを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】
光学素子材料を、該光学素子材料との接触面積が異なる上下の成形型間に挟着し、該光学素子材料を加熱軟化させて該一対の成形型により押圧成形する光学素子成形装置において、
上記上下の成形型のうち、光学素子材料との接触面積の大きい側の成形型が、上型として配置され、
該光学素子材料の熱膨張係数α１と、上記上下の成形型の熱膨張係数α２との間には、α１＞α２の関係が成立し、
上記上下の成形型は、共に凹面をなし、かつ、
上記上下の成形型の曲率半径をＲ１とＲ２（Ｒ２＞Ｒ１）としたとき、Ｒ２−Ｒ１＞Ｒ１・Ｒ２／１００を満足することを特徴とする光学素子の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、光学素子材料を上下一対の成形型で成形する成形方法及び装置に関し、特にその成形型からの成形品の取出を容易にする方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び問題点】
従来のガラスモールド法においては、加熱軟化した光学素子材料を押圧成形し、冷却した後、上型又は下型を移動させ、成形された光学素子をロボットハンドにより吸着又は挟んで取り出すことが行なわれている。ところが、成形光学素子は、開いた上下の成形型の特定の一方に常に付着しているとは限らない。このため、ロボットハンドの吸着又は挟み治具が成形光学素子を取り出すことができず、さらには、光学素子のない型表面に治具があたって型を傷付けてしまうおそれがあった。
【０００３】
その対策として、特開平５−４３２５９号公報には、センサによって成形品の位置を検出し、上型に付着しているときには、さらに冷却して下型上に落下させ、下型に成形品があることを検出してから成形品を取り出すことが提案されている。しかしながら、これにはセンサ及びその回路が必要であり、設備費が高くなる。
【０００４】
また、特開平５−７０１５４号公報には、上型と下型との間に温度差を設け、成形品を成形型の温度まで冷却した後に離型する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、光学素子の上下で温度差を生じるため成形品の形状に不良を生じたり、歪を生じたりすることがある。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、特別の機器やセンサを要することなく、成形後の成形光学素子を高い確率で下型上に位置させることができる方法及び装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、光学素子材料との接触面積が上下の成形型で異なる場合には、接触面積の大きい側の成形型の方が小さい側の成形型より成形光学素子から離脱しやすいという事実を発見してなされたものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、光学素子材料を、該光学素子材料との接触面積が異なる上下の成形型間に挟着し、該光学素子材料を加熱軟化させて該一対の成形型により押圧成形する光学素子成形方法及び装置において、上下の成形型のうち、光学素子材料との接触面積の大きい側の成形型を、上型として配置し、光学素子材料の熱膨張係数α１と、上下の成形型の熱膨張係数α２との間には、α１＞α２の関係が成立し、上下の成形型は、共に凹面をなし、かつ、上下の成形型の曲率半径をＲ１とＲ２（Ｒ２＞Ｒ１）としたとき、Ｒ２−Ｒ１＞Ｒ１・Ｒ２／１００を満足することを特徴としている。
【０００８】
また、経験的に、上下の成形型の曲率半径をＲ１とＲ２（Ｒ２＞Ｒ１）としたとき、
Ｒ２−Ｒ１＞Ｒ１・Ｒ２／１００
を満足すると、より好ましい結果が得られる。
【０００９】
【発明の実施例】
以下図示実施例について本発明を説明する。図１は、本発明を適用した光学素子成形装置を示す。本装置は、上胴型１０と下胴型２０を備えており、この上胴型１０と下胴型２０にはそれぞれ、上下位置を対応させて、複数個（この実施例では５個）の光学素子成形型の挿入固定孔１１と２１が穿設されている。この挿入固定孔１１と２１には、それぞれ光学素子成形用の上型１２と下型２２が挿入固定されている。上成形型１２はその上端部にフランジ１２ａを有し、同下型２２は下端部にフランジ２２ａを有している。フランジ１２ａは、上胴型１０の上端面と上型基台１３との間に挟着固定され、フランジ２２ａは、スぺーサ２４を介して、下胴型２０の下端面と下型基台２３との間に挟着固定されている。スぺーサ２４は、上成形型１２と下成形型２２の間隔を設定するものである。上型基台１３は、昇降シリンダロッド１５に接続されており、下型基台２３は同昇降シリンダロッド２５に接続されている。
【００１０】
図２は、下成形型２２の単体形状を示している。この下成形型２２の母材は、例えば超硬合金タングステンカーバイドＷＣからなるもので、その成形面を超精密旋盤で研削した後ダイヤモンド研磨材を用いてさらに面粗さを整え、その上に、スパッタリングにより１μｍ厚程度の白金膜２２ｂを形成している。白金膜２２ｂは、母材の耐熱性、耐酸化性、耐濡れ性を改善する。上成形型１２側の構造も同様である。
【００１１】
この上下の成形型１２、２２の成形面は、本実施例では共に凹面であり、その曲率半径は互いに異なっている。つまり成形される光学素子（レンズ）は、表裏の曲率半径が異なる両凸レンズである。そして、本発明は、図５、図６に示すように、この上下の成形型のうち、成形光学材料との接触面積が大きい型、つまり曲率半径が小さい方の型を上型１２とし、接触面積が小さい、曲率半径が大きい方の型を下型２２とした点に特徴がある。
【００１２】
上記構成の装置は、次のようにして光学素子（レンズ）の成形を行なう。図４のように上胴型１０と下胴型２０を開いた状態で、プリフォーム（光学素子材料）３１を各下成形型２２の白金膜２２ｂ上に載せ、上成形型１２がプリフォーム３１に接触しないレベル迄、上胴型１０を下降させる。次に、上胴型１０と下胴型２０の周囲に、石英管３２とヒータ３３を下降させる。石英管３２は上胴型１０と下胴型２０の周囲に密閉室を形成するもので、この石英管３２内に窒素ガスを充填するとともに、ヒータ３３により加熱を開始し、上胴型１０と下胴型２０の温度が適当な温度になった時点で、昇降シリンダロッド１５により、上胴型１０を下胴型２０に対してさらに下降させる。上胴型１０と下胴型２０の温度は、熱電対２９により検出される。
【００１３】
成形が終了すると、温度がガラス転移点以下となった時点で、石英管３２内の窒素ガスを抜き、昇降シリンダロッド１５により上胴型１０を上昇させて、上胴型１０と下胴型２０を開く。
【００１４】
本発明によると、この際、上下の成形型１２と２２で成形された光学成形品３１Ｍが、常に下成形型２２上に残され、上成形型１２側に付着することがない。その理由は、次のように推論される。成形直後の光学成形品３１Ｍと、上下の成形型１２、２２は僅かな力でくっついている。プリフォーム３１の熱膨張係数α１と、上下の成形型１２、２２の熱膨張係数α２とは、α１＞α２の関係があり、このため、押圧成形後の冷却に伴う収縮量は、成形品＞成形型である。ガラスモールドレンズでは、型と成形品との接触面積が大きいということは、曲率半径Ｒが小さいことと同義であり、曲率半径Ｒが大きいものと小さいものとでは、光学素子外周での収縮量は、曲率半径Ｒが小さいものの方が大きい。言い替えれば、成形された光学素子中心への引張力が大きく、従って、成形型から離れやすい。図６の破線は、収縮後の光学成形品３１Ｍの形状を誇張して描いたもので、曲率半径Ｒの小さい上成形型１２側の方が大きい下成形型２２側よりも形状変化が大きい。つまり、光学成形品３１Ｍ内で、上成形型１２側に生じる光学成形品３１Ｍの中心への引張力Ｆ１の方が、下成形型２２側に生じる力Ｆ２より大きい。この力の差により、成形後に上下の成形型を分離させる際、成形品は曲率半径Ｒの小さい上型１１からは離れ、曲率半径Ｒの大きい下成形型２２に残る。
【００１５】
なお、曲率半径Ｒの大きい接触面積の小さい型を上型としても、常に上型に成形品が付着するとは限らない。なぜなら、曲率半径Ｒの大きい接触面積の小さい型と成形品との付着力は、常に成形品の重量に打ち勝つことができる程大きいとは限らないからである。
【００１６】
具体的な実施例について説明する。
上下の成形型１２、２２を共に超硬合金タングステンカーバイドＷＣ（熱膨張係数；４５×１０−７ｄｅｇ  ）から構成し、その成形面の表面粗さをＲｍａｘ＝０．０２μｍとし、その上にスパッタリングにより、厚さ１ミクロンｍの白金膜１２ｂを形成した。上成形型１２の曲率半径Ｒは近軸で１７ｍｍ、下成形型２２の曲率半径Ｒは同５０ｍｍであった。プリフォーム３１として、『ＶＣ７８ガラス』（熱膨張係数；９５×１０−７ｄｅｇ  、住田光学ガラス製）を用い、成形温度５８０℃、成形圧力１００ｋｇｆ／ｃｍ２  で成形した。この成形を１０，０００回繰り返したが、すべて下成形型２２側に光学成形品３１Ｍが残り、上成形型１２側に光学成形品３１Ｍが付着したことは一度もなかった。『ＰＳＫ５０ガラス』（熱膨張係数；１１２×１０−７ｄｅｇ  、住田光学ガラス製）を用い、同一条件で成形を行なった場合も同様であった。
【００１７】
以上の実施例のように、本発明によれば、接触面積の大きい曲率半径Ｒの小さい型を上型とすることにより、成形品を下型に残すことができる。上下の型の接触面積（曲率半径Ｒ）の差が小さい場合でも、成形品には一定の重量があるため、重量と本発明による離型特性との相乗効果により、常に下型上に成形品を残すことを期待できる。もっとも、確実な効果を得るには、上下の型の曲率半径をＲ１とＲ２（Ｒ２＞Ｒ１）としたとき、
Ｒ２−Ｒ１＞Ｒ１・Ｒ２／１００
を満足するときに、本発明を適用することが好ましい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、上下の成形型のうち、光学素子成形材料との接触面積が大きい方の型を上型にするという簡単な構成により、成形終了後の成形品を下型に残す確率を高めることができ、成形品の取出作業性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光学素子成形装置の成形部の縦断面図である。
【図２】図１に示した成形装置の下型の詳細な縦断面図である。
【図３】図１に示した下胴型の平面図である。
【図４】図１の装置の成形状態の縦断面図である。
【図５】本発明による上下の成形型の配置例を示す縦断面図である。
【図６】図５の要部拡大図である。
【符号の説明】
１２  上成形型
２２  下成形型
３１  プリフォーム
３１Ｍ  成形品
【図１】
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【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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