(57)【要約】光学素子を構成する素材を成形する型に対して気体を逃がすための溝を設けると、当該素材から成形されるレンズなどの光学素子に対して歪んだ形状が転写されることがある。また、型の外周面の外側に配置された中空の胴型に貫通孔を設けると、胴型の強度が著しく低下する。本発明では、胴型の型と対向する内周面の少なくとも一部に、気体を逃がすための溝を設ける。
2010055763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子を成形する素子成形用部材であり、
成形を行なうための１対の型と、
前記型の外周面を囲むように配置された中空の胴型と、
前記１対の型の間において、前記素子を構成する素材の位置を調整する枠型とを備えており、
前記胴型の、前記型の外周面と対向する内周面の少なくとも一部の領域に、凹部が形成される、素子成形用部材。
【請求項２】
前記型と前記胴型と前記枠型との長軸方向に交差する断面の外形は円形状である、請求項１に記載の素子成形用部材。
【請求項３】
前記型の長軸方向に交差する方向に広がる前記凹部の幅を２Ｄ（ｍｍ）、前記型の前記断面がなす円形の中心から、前記型の外周面までの半径をＲｍ（ｍｍ）、前記胴型の前記断面がなす円形の中心から、前記胴型の内周面までの半径をＲｓ（ｍｍ）とすれば、前記胴型および前記型の前記断面がなす円形の径方向に関して、前記型が前記凹部に嵌挿する距離Ｌ（ｍｍ）として、
Ｌ＝Ｒｍ−√（Ｒｍ２−Ｄ２）−｛Ｒｓ−√（Ｒｓ２−Ｄ２）｝≦０．００１
が成立する、請求項２に記載の素子成形用部材。
【請求項４】
前記素材を成形する際に焼結する温度をＴ（℃）、前記胴型の前記長軸方向に交差する断面がなす円形の内側の径をＤｉ（ｍｍ）、前記型の、前記長軸方向に交差する断面がなす円形の外側の径をＤｐ（ｍｍ）、前記枠型の前記長軸方向に交差する断面がなす円形の外側の径をＤｒ（ｍｍ）とし、前記素材を前記１対の型の間に配置した室温からＴ（℃）における前記胴型の平均熱膨張係数をα１（／℃）、室温からＴ（℃）における前記型の平均熱膨張係数をα２（／℃）、室温からＴ（℃）における前記枠型の平均熱膨張係数をα３（／℃）、前記焼結する温度であるＴ（℃）と前記室温との差をΔＴ（℃）とすれば、
α１＜α２
α１＜α３であり、かつ、
０．０３０≧（α１Ｄｉ−α２Ｄｐ）ΔＴ＋（Ｄｉ−Ｄｐ）≧０．００５
０．１５０≧（α１Ｄｉ−α３Ｄｒ）ΔＴ＋（Ｄｉ−Ｄｒ）≧０．０１５
の関係を満たす、請求項２または３に記載の素子成形用部材。
【請求項５】
前記凹部は、前記胴型の長軸方向に沿った方向に延在する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の素子成形用部材。
【請求項６】
前記凹部は、前記胴型の長軸方向に対して交差する方向に延在する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の素子成形用部材。
【請求項７】
前記凹部は、前記胴型の内周面上において螺旋形状を描くように配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の素子成形用部材。
【請求項８】
前記凹部は、前記胴型の内周面上において複数本形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の素子成形用部材。
【請求項９】
前記複数本形成された凹部は、前記胴型の内周面の周方向において等間隔に配置される、請求項８に記載の素子成形用部材。
【請求項１０】
前記胴型は、熱膨張係数が１．０×１０−７（／℃）以上３．５×１０−６（／℃）以下の材料を少なくとも９０質量％以上含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の素子成形用部材。
【請求項１１】
前記胴型は、石英ガラスを少なくとも９０質量％以上含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の素子成形用部材。
【請求項１２】
前記胴型は、窒化珪素を少なくとも９０質量％以上含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の素子成形用部材。
【請求項１３】
前記型の、少なくとも前記胴型の内周面と対向する摺動面は、炭素を含む材料にて形成されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の素子成形用部材。
【請求項１４】
前記炭素を含む材料は、グラファイト、ガラス状カーボン、ＤＬＣ及びダイヤモンドからなる群から選択されるいずれか１つを含む、請求項１３に記載の素子成形用部材。
【請求項１５】
前記型の、前記摺動面と、前記素材を押圧する押圧面とが交差するエッジ部は、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のＲ面またはＣ面を備える、請求項１３または１４に記載の素子成形用部材。
【請求項１６】
前記枠型は、曲げ強度３００ＭＰａ以上のセラミックスにて構成される、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の素子成形用部材。
【請求項１７】
前記枠型は、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、炭化ボロン、ジルコニア及び炭化タンタルからなる群から選択されるいずれか１つを含む材料にて構成される、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の素子成形用部材。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の素子成形用部材を用いた素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の素子成形用部材を用いて形成した素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスレンズなどの光学素子を成形するための素子成形用部材および当該素子成形用部材を用いた素子の製造方法に関するものである。より特定的には、成形不良を抑制する素子成形用部材および当該素子成形用部材を用いた素子の製造方法、並びに当該部材や製造方法を用いて形成させた素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえばデジタルカメラや携帯電話など、各種光学機器や光学通信機器などに用いる光学素子としてのレンズは、ますます高性能が要求されている。そのため、前記レンズとしては、非球面レンズが用いられている。非球面レンズを研磨加工により製造することは非常にコストがかかるため、素子成形用部材を用いて成形加工を行なうことが主流である。【０００３】
成形加工により光学素子などの素子を成形する技術においては、素子成形用部材のうち、成形を行なうための１対の型を加熱する。ところがこの加熱を行なうときに、当該１対の型の加熱した部分と、型に配置した当該素子を構成する素材との間に空気などの気体が発生し、留置することがある。この気体が型と素材との間に挟まったまま加工を続けると、たとえば成形される素材が気体に圧迫されるため、当該素材から成形される素子が形状不良などの成形不良を起こすことがある。【０００４】
そこで、型と素材との間に留置する気体を有効に外部に放出するため、たとえば特開平８−３３７４２８号公報（以下、「特許文献１」という）には、上下１対の型のうち素子を構成する素材を配置する下側の型において、素材が配置される領域（光学有効径）の外側の領域に、気体を抜くための空気溝を形成する技術が開示されている。この技術では、素材が配置される最も外側の領域がなす円周から外側に向かって放射状に、気体を外部に放出するための空気溝を、上記円周の周方向において等間隔に４箇所配置している。これにより、気体が型と素材との間に滞留することなく放出されるため、当該素材から成形されるレンズなどの光学素子に対して形状不良などの成形不良を抑制することができ、その結果、成形されるレンズの光学的特性を損なわない。【０００５】
また、たとえば特開２００７−３１４３８５号公報（以下、「特許文献２」という）には、上下１対の型のうち光学素子を構成する素材を配置する下側の型において、上側の型と下側の型とに拘束されて光学素子本体を形成する領域（光学機能面転写範囲）の外側の、光学素子の素材が配置される領域に粗面を形成する技術が開示されている。この粗面は、下側の型の光学機能面転写範囲と、光学機能面転写範囲における素材との間に滞留した気体を、当該粗面を介して型の外部に放射状に放出させるための面である。これにより、気体が型と素材との間に滞留することなく放出されるため、当該素材から成形されるレンズなどの光学素子に対して形状不良などの成形不良を抑制させることができ、その結果、成形されるレンズの光学的特性を損なわない。【０００６】
さらに、たとえば特開２００７−１７６７０７号公報（以下、「特許文献３」という）にて開示されている素子成形用部材は、上下１対の型の噛み合う、光学素子の素材が配置される領域には周囲に一定の空間（キャビティ）が存在する。そのキャビティが、型の外周面を覆うように複数台配置された中空の胴型の外周面に設けられた貫通孔（連通孔）の少なくとも一部と相互に重なることにより、キャビティと胴型の外部の領域とが連通される。したがって、型と素材との間に滞留した気体は、当該連通された貫通孔を介して胴型の外部の領域へと放出される。このようにして気体を型と素材との間に滞留することなく放出する技術が特許文献３には開示されている。特許文献３においても、当該素材から成形されるレンズなどの光学素子に対して形状不良などの成形不良を抑制させることができるため、成形されるレンズの光学的特性を損なわない。【０００７】
また、たとえば特開２００５−１４５７７７号公報（以下、「特許文献４」という）には、下側の型の外周面に段差を伴う溝形状を設けることにより、型と素材との間に滞留した気体を、当該段差を伴う溝形状を介して型の外部に放出させる素子成形用部材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３３７４２８号公報
【特許文献２】特開２００７−３１４３８５号公報
【特許文献３】特開２００７−１７６７０７号公報
【特許文献４】特開２００５−１４５７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、たとえば特許文献１および特許文献４に開示するような、光学素子を構成する素材を配置する型に対して気体を逃がすための溝を設ける場合には、型を加熱して素材を成形する過程において型や素材に加わる応力状態が不均一となることが考えられる。すると、型に配置した光学素子を構成する素材には、微小な弾性変形が発生することがある。
また特に、型に溝を設けることにより、当該型が長軸方向に沿った、断面の中心を通る軸に対して非対称になることがある。この場合、成形加工を行なう際に型や素材に加わる応力が、素材の領域によって不均衡に印加される。その結果、素材の変形が不均衡となることにより、当該素材から成形されるレンズなどの光学素子に対して歪んだ形状が転写されるため、形状不良などの成形不良を発生させる可能性がある。【００１０】
また、たとえば特許文献２に開示されるように、粗面を設けることを含め、素子成形用素材の型に傷（たとえば凹凸部）を形成することは、たとえその傷が光学機能面転写範囲の外側の領域に形成したものであっても、型の耐久性を劣化させることがある。耐久性が劣化することにより短寿命となる結果、型の製作費用が増大する可能性がある。また、粗面の上に光学素子を構成する素材を配置するため、素材の配置が不安定な状況になる場合がある。さらに、そのような不安定な状況で成型加工を行なおうとすると、型の芯出しが困難となり、結果として当該素材から成形されるレンズなどの光学素子に対して形状不良などの成形不良を発生させる可能性がある。【００１１】
さらに、たとえば特許文献３に開示されているように、型の外周面の外側に配置された中空の胴型に貫通孔を設けると、胴型の強度が著しく低下する。胴型は中空で外周面部のみ剛体成分として形成されているため、たとえ貫通孔が存在しないとしても、中空でない円筒形状の物体よりも強度が低い。したがって、このような貫通孔の存在する強度が充分でない胴型を用いて成形加工を行なう際には、胴型に応力が加えられることにより、胴型が破損する可能性がある。【００１２】
本発明は、上述した各問題に鑑みなされたものであり、その目的は、型と素材との間に滞留する気体や、素子成形用部材の構造に起因する成形不良を抑制する素子成形用部材、素子成形用部材を用いた製造方法、および当該部材や製造方法を用いて形成された素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る素子成形用部材は、素子を成形する素子成形用部材であり、成形を行なうための１対の型と、当該１対の型の外周面を囲むように配置された中空の胴型と、１対の型の間において、当該素子を構成する素材の位置を調整する枠型とを備えている。そして、その胴型の、型の外周面と対向する内周面の少なくとも一部の領域に、凹部が形成される、素子成形用部材である。【００１４】
１対の型は、通常の使用状態において上下方向に１対存在する型であり、上下方向を長軸方向として、その長軸方向に交差する断面はたとえば円形をなす円筒形状である。その型の長軸方向に伸び、外面を覆う曲面をここでは外周面と定義する。上述した特許文献において開示されている素子成形用部材は、型と、素子を成形するための素材との間に滞留する気体を放出するための溝を、素材を配置する型に設ける。これに対し、本発明に係る素子成形用部材においては、当該溝（凹部）を、型の外周面を囲むように配置された中空の胴型に設ける。したがって、素子を成形するための素材を配置する型には溝を設けないので、素材に対して成形加工を行なう際に型や素材に加わる応力状態の均一を保つことができる。【００１５】
また、中空の胴型については、１対の型の外周面を覆うように配置されているため、型の外周面から放出される気体を素子成形用部材の外部に放出するための溝（凹部）を、型の外周面に対向する、胴型の内周面の少なくとも一部の領域に形成する。ここで内周面とは、胴型の長軸方向に伸び、内面を覆う曲面のことをいう。このようにすれば、胴型の内周面の溝を介して効率よく、気体を素子成形用部材の外部に放出させることができる。【００１６】
なお、胴型に凹部を設けた場合は、貫通孔を設けた場合のように、胴型の強度が低下する程度は小さい。したがって、適度な耐久性を有し、効率よく気体を放出させる素子成形用部材を提供することができる。このような部材によれば、形状不良などの成形不良の発生を抑制することができる。【００１７】
なお、先述したように、型と胴型と枠型との長軸方向に交差する断面の外形は円形状であることが好ましい。ここでは交差とは、たとえば長軸方向に直交している場合を指す。
本発明に係る素子成形用部材は、各種光学機器や光学通信機器などに用いる光学素子としてのレンズを成形するため、円形のレンズを成形するためには円形状の断面を有することが好ましい。【００１８】
上述した、胴型の内周面に形成される溝（凹部）の寸法については、型の長軸方向に交差する方向に広がる凹部の幅を２Ｄ（ｍｍ）、型の断面がなす円形の中心から、型の外周面までの半径をＲｍ（ｍｍ）、胴型の断面がなす円形の中心から、胴型の内周面までの半径をＲｓ（ｍｍ）とすれば、胴型および型の断面がなす円形の径方向に関して、型が凹部に嵌挿する距離Ｌ（ｍｍ）として、
Ｌ＝Ｒｍ−√（Ｒｍ２−Ｄ２）−｛Ｒｓ−√（Ｒｓ２−Ｄ２）｝≦０．００１
が成立することが好ましい。【００１９】
対向する上下１対の型が胴型の長軸方向に交差する断面の中心に関して点対称となるように配置されておれば、成形加工を行なうことにより形成される素子は、偏芯の存在しない理想の形状となる。しかし実際は、胴型の内周面に溝が存在するため、型の外周面近傍の領域が溝に嵌挿される場合がある。型が溝に嵌挿されると、型は胴型に対して偏芯を生じることになるため、成形加工を行なうことにより形成される素子は、一定の偏芯が存在する形状となる。型が溝に嵌挿される領域を極力少なくするためには、上述した胴型が凹部に嵌挿する距離Ｌが０．００１ｍｍ以下であることが好ましく、０．０００５ｍｍ以下であることがより好ましい。【００２０】
また、素材を成形する際に焼結する温度をＴ（℃）、胴型の長軸方向に交差する断面がなす円形の内側の径をＤｉ（ｍｍ）、型の、長軸方向に交差する断面がなす円形の外側の径をＤｐ（ｍｍ）、枠型の長軸方向に交差する断面がなす円形の外側の径をＤｒ（ｍｍ）とし、素材を１対の型の間に配置した室温からＴ（℃）における胴型の平均熱膨張係数をα１（／℃）、室温からＴ（℃）における型の平均熱膨張係数をα２（／℃）、室温からＴ（℃）における枠型の平均熱膨張係数をα３（／℃）、焼結する温度であるＴ（℃）と、素材を１対の型の間に配置した室温との差をΔＴ（℃）とすれば、
α１＜α２
α１＜α３であり、かつ、
０．０３０≧（α１Ｄｉ−α２Ｄｐ）ΔＴ＋（Ｄｉ−Ｄｐ）≧０．００５
０．１５０≧（α１Ｄｉ−α３Ｄｒ）ΔＴ＋（Ｄｉ−Ｄｒ）≧０．０１５
の関係を満たすことが好ましい。【００２１】
上述したように、対向する１対の型は、胴型に対して偏芯が存在しない状態で成形加工が行なわれることが好ましいが、実際に型を加熱する際における、当該１対の型と、胴型との間の熱膨張差を有効に利用することにより、成形を行なう加熱温度Ｔ（℃）にて、偏芯精度を非常に良好とすることができる。しかしここで、Ｔ（℃）にて断面で見た場合の胴型の内側の径Ｄｉ（ｍｍ）が、１対の型の断面の外径Ｄｐ（ｍｍ）よりも小さくなると、焼き嵌め状態となり、素子成形用部材としての摺動性が著しく低下することがある。そこで、Ｔ（℃）において胴型と１対の型との間を断面で見た場合に一定以上の隙間が存在することが好ましい。ただし、Ｔ（℃）にて断面で見た場合の胴型の内側の径Ｄｉ（ｍｍ）が、１対の型の断面の外形Ｄｐ（ｍｍ）よりも大きくなりすぎると、素子の偏芯精度が悪化する。この隙間が、０．００５ｍｍ以上０．０３０ｍｍ以下であることが好ましいことを示すのが、上述した数式である。【００２２】
また同様に胴型と枠型との間にもＴ（℃）にて、断面で見た場合に一定以上の隙間が存在することが好ましい。枠型は素子を構成する素材を配置する位置を調整するために用いるものであり、高強度（高曲げ強度）な材料を用いて形成された部材である。このため、枠型が胴型に対して焼き嵌めを発生すると、胴型の耐久性が非常に問題となる。したがって枠型は、先述した１対の型よりも、胴型に対してさらに広い隙間が存在することが好ましい。ただし、当該隙間が非常に大きくなると、素子の位置決め精度が悪化する。この隙間が、０．０１５ｍｍ以上０．１５０ｍｍ以下であることが好ましいことを示すのが、上述した数式である。【００２３】
上述した胴型の凹部は、胴型の長軸方向に沿った方向に延在することが好ましい。たとえば胴型の凹部が、長軸方向に対して交差する方向（すなわち胴型の内周面の周方向にほぼ沿った方向）となるよう加工するよりも、長軸方向に沿った方向に延在するように加工する方が容易であり、加工のコストメリットも高い。【００２４】
ただし、上述した胴型の凹部は、胴型の長軸方向に対して交差する方向に延在してもよい。ここでは交差とは、たとえば胴型の長軸方向に対してある一定角度を有し、斜め方向に凹部が延在する構造、および胴型の長軸方向にほぼ垂直な方向に凹部が延在する構造の両方を含む。このように凹部が胴型の長軸方向に対して交差する方向に延在していれば、凹部の幅がたとえば先述した胴型の長軸方向に沿った方向に延在する凹部とほぼ同じだったとしても、型が凹部に嵌挿する量が少なくなる。このため、偏芯精度を適正に保つことができる。これは、たとえば凹部が胴型の内周面上において螺旋形状を描くように配置されていてもよい。この場合も、上述した胴型の凹部が胴型の長軸方向に対して交差する方向に延在する場合と同様に、型が凹部に嵌挿する量を少なくすることができる。【００２５】
この、胴型の内周面に配置される凹部は、胴型の内周面上において複数本形成されていてもよい。この場合、当該凹部は、胴型の内周面の周方向において等間隔に配置されることが好ましい。なお、ここで等間隔とは、ほぼ等間隔である（たとえば、複数本の凹部間の、胴型の周方向での距離の誤差が、平均値に対して±１５％以内になっている）場合も含まれる。このように、凹部を等間隔に配置すれば、型と素材との間に滞留する気体を放出する作用を型全体において均等に行なうことができる。また、成形加工を行なう際に素子成形用部材全体に加わる応力を均一にすることができる。【００２６】
本発明に係る素子成形用部材の各構成要素を構成する材質に関して説明する。まず胴型は、先述した数式を満足するためには、熱膨張係数が１．０×１０−７（／℃）以上３．５×１０−６（／℃）以下の材料を少なくとも９０質量％以上含むことが好ましく、たとえば石英ガラスを少なくとも９０質量％以上含むことが好ましい。胴型の材料としては一般的に、石英ガラスを用いることが多い。また、熱膨張係数の値が上述した範囲内に存在する他の材質として、たとえばガラス状カーボンや、リチウム・アルミニウムケイ酸塩（ＬｉＡｌＳｉ２Ｏ６）とケイ灰石（ＣａＯ・ＳｉＯ２）との複合セラミックスであるアドセラムなどを挙げることができ、これらの材質を胴型の材料として用いてもよい。【００２７】
あるいは、当該胴型の材料として、窒化珪素を９０質量％以上含むものを用いてもよい。胴型の材料として、窒化珪素を含むものを用いることにより、上述した石英ガラスを含むものを用いる場合よりも、形成される胴型の強度を高くすることができる。【００２８】
また、１対の型の、少なくとも胴型の内周面と対向する摺動面は、炭素を含む材料にて形成されていることが好ましい。ここで、炭素を含む材料とは、グラファイト、ガラス状カーボン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）及びダイヤモンドからなる群から選択されるいずれか１つを含むことが好ましい。【００２９】
１対の型は、胴型の内周面と対向する摺動面のみでなく、型全体が、炭素を含む材料で形成されていることが好ましい。炭素を含ませることにより、素子を成形した後に、形成した素子を型から外す脱型の程度（離型性）を高くすることができる。ただし、特に少なくとも胴型の内周面と対向する摺動面を優先的に炭素を含む材料により形成することにより、当該型と胴型との摺動性を向上させ、上述した離型性をより高くすることができる。なお、ここで、炭素の同素体として、黒鉛、ガラス状カーボン、ＤＬＣ、及びダイヤモンドを挙げることができる。上述した１対の型の、少なくとも胴型の内周面と対向する摺動面は、これら同素体を含む材料にて形成されていてもよい。【００３０】
本発明に係る素子成形用部材においては、素子成形用部材を構成する上下１対の型の、摺動面と、素材を押圧する押圧面とが交差するエッジ部は、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のＲ面またはＣ面を備えることが好ましい。ここでＲ面とは、２つの面の境界部がある半径（Ｒ）を有する曲面状の形状を形成した面をいう。Ｃ面とは、２つの交差する面に交差するよう設けられた面をいう。Ｒ面の場合、上述した半径（Ｒ）が０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。Ｃ面の場合、Ｃ面部分が２つの交差する面のそれぞれを横切る領域の長さが０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。【００３１】
このようなＲ面またはＣ面を設けることにより、型と胴型との摺動性を向上させることができる。また、Ｒ面やＣ面といった面取りは、型の胴型に対するカジリやカミコミを抑制する役割をも有する。【００３２】
枠型は、曲げ強度３００ＭＰａ以上のセラミックスを少なくとも９０質量％以上含むことが好ましい。より具体的には、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、炭化ボロン、ジルコニア及び炭化タンタルからなる群から選択されるいずれか１つを含む材料にて構成されることが好ましい。【００３３】
枠型は、１対の型の間において素子を構成する素材を配置する位置を調整するために用いるものである。成形時に押圧する圧力が側圧として枠型に直接的に負荷される。このため、枠型は、高強度（高曲げ強度）な材料を用いて形成されることが好ましい。したがって、枠型は、上述したような材料群から選択されるいずれか１つを含む材料にて構成されることが好ましい。また、枠型は、一般的には上述した強度の材質を含むことが好ましい。【００３４】
以上に述べた素子成形用部材を用いた素子の製造方法は、素材を準備する工程と、素材を型に配置する工程と、型を加熱する工程と、素材を押圧する工程とを備える。先述したように、素材を押圧する工程において、型が胴型の内周面に設けた溝（凹部）に嵌挿しても、型を加熱する工程において型を加熱すれば、型と胴型との熱膨張係数の差により、型の胴型に対する位置を修正しうる。このため、当該工程を経て形成される素子は、その偏芯精度が非常に良好である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の素子成形用部材によれば、型と素材との間に滞留する気体や、素子成形用部材の構造に起因する、形成される素子の成形不良を抑制することができる。その結果、本発明の素子成形用部材を用いて形成された素子は、その偏芯精度が非常に良好なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に係る素子成形用部材の外観を示す概略図である。
【図２】図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける概略断面図である。
【図３】上型外周面の近傍の領域の一部が溝に嵌挿された状態を示す概略図である。
【図４】型が溝に嵌挿する距離Ｌを計算するための図形である。
【図５】上型と下型との断面がなす円形の中心と、胴型の断面がなす円形の中心とが一致した状態を示す概略図である。
【図６】溝が存在しない胴型の内周面に上型の外周面が接触した状態を示す、概略図である。
【図７】図６の丸点線で囲んだ要部「ＶＩＩ」を拡大した概略図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る素子成形用部材のうち、室温における１対の型と胴型と枠型との配置や寸法、熱膨張係数を示す概略断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る素子成形用部材のうち、成形温度Ｔ（℃）における１対の型と胴型と枠型との配置や寸法、熱膨張係数を示す概略断面図である。
【図１０】Ｒ面が施された、上型の外周面と、上型の押圧面とが交差するエッジ部の状態を示す概略図である。
【図１１】Ｃ面が施された、上型の外周面と、上型の押圧面とが交差するエッジ部の状態を示す概略図である。
【図１２】長軸方向に沿った方向に溝が存在する胴型の展開図である。
【図１３】胴型の上側半分にのみ長軸方向に沿った溝が存在する胴型の展開図である。
【図１４】胴型の下側半分にのみ長軸方向に沿った溝が存在する胴型の展開図である。
【図１５】胴型の下側半分にのみ長軸方向に沿った溝が存在し、溝の下端に溝から外部へ通じる水平溝が存在する胴型の展開図である。
【図１６】長軸方向に交差する方向に溝が存在する胴型の展開図である。
【図１７】胴型の上側半分にのみ長軸方向に交差する方向に溝が存在する胴型の展開図である。
【図１８】胴型の下側半分にのみ長軸方向に交差する方向に溝が存在する胴型の展開図である。
【図１９】胴型の下側半分にのみ長軸方向に交差する溝が存在し、溝の下端に溝から外部へ通じる水平溝が存在する胴型の展開図である。
【図２０】胴型の内周面上において螺旋形状を描くように溝が配置される胴型の展開図である。
【図２１】胴型の内周面上において溝が複数本配置される胴型の展開図である。
【図２２】本発明に係る素子成形用部材を用いた素子の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態が説明される。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす部位には同一の参照符号が付されており、その説明は、特に必要がなければ、繰り返さない。
【００３８】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る素子成形用部材の外観を示す概略図である。また、図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける概略断面図である。すなわち、図２は図１の長軸方向（上下方向）に沿った方向の断面を表わしている。図１および図２に示すように、本発明の実施の形態に係る素子成形用部材１０は、通常の使用状態において上下方向に１対存在する、成形を行なうための型である上型１１および下型１２を備えている。また、型（上型１１および下型１２）の外周面を囲むように配置された中空の胴型１４が配置される。この胴型１４は、上型１１および下型１２を収納し、当該胴型１４の内周面の内部にて上型１１および下型１２の位置決めを行ない、かつ摺動させるために設けられる。下型１２の上面には、素子を構成する素材の位置を調整するための枠型１６（リング）が配置される。また、特に図２の断面図に示すように、胴型１４の左側の内周面には、内周面に沿った方向に一定の幅を有する凹部としての溝１４ｃが、胴型１４の上面から下面まで、胴型１４の長軸方向に沿った方向に配置されている。この溝１４ｃには、上型１１および下型１２の位置によっては、胴型１４および型（上型１１および下型１２）の断面がなす円形の径方向に、上型１１および下型１２のそれぞれの外周面である、上型外周面１１ｃおよび下型外周面１２ｃの近傍の領域の一部が嵌挿される。
【００３９】
図１および図２に示す素子成形用部材１０は、たとえばカメラ（可視光カメラ、赤外線カメラ）や携帯電話、ウィンドウ（可視光透過、赤外線透過、可視光カット）などの各種光学機器や光学通信機器などに用いる光学素子としてのレンズやウィンドウの成形に用いる。レンズの主面が円形である場合、リングである枠型１６の内周面の内部の領域に、素子を構成する素材を配置する。この場合、素子の外面が円形状となるよう成形するために、枠型１６および、素子成形用部材１０を構成する、上型１１と下型１２と胴型１４との長軸方向（図１および図２における上下方向）に交差する断面の外形は円形状であることが好ましい。
【００４０】
そして図２の断面図に示すように、下型１２に配置された枠型１６の内部の領域には、素子を構成する素材１３が配置される。図２に示すように、素材１３を上側から押圧するために上型１１を下型１２にセットした際に、この素材１３は、上型１１と下型１２とに上下方向に挟まれる構成となる。したがって、下型１２のうち素材１３が配置される下型成形面１２ｄおよび、素材１３を押圧するために上型１１のうちこれを下型１２にセットした際に素材１３が密着する上型成形面１１ｄは、成形したいレンズの形状に沿った形状としている。
【００４１】
図１および図２に示すように、胴型１４の外周面の全面を覆うように、スリーブ１５が配置されている。上型１１や下型１２、素材１３を急激に加熱すると温度制御が困難となる。このため、加熱光を遮断して輻射熱や伝熱を用いて上型１１や下型１２、素材１３を加熱する目的で、スリーブ１５が配置される。
【００４２】
図３は、上型外周面の近傍の領域の一部が溝に嵌挿された状態を示す概略図である。すなわち図３は、図１および図２を図の上側の平面から見た状態、または素子成形用部材１０の長軸方向（図の上下方向）に交差する断面を見た状態を示すものである。図３においては、胴型１４の胴型外周面１４ａ、胴型内周面１４ｂおよび溝１４ｃを示している。なお、胴型内周面１４ｂのうち、図３において点線で示す部分は、溝１４ｃが存在しないと仮定した場合における胴型内周面１４ｂを示している。図３に示すように、胴型１４および上型１１の断面が示す円形の径方向（図における右側から左側）に関して、溝１４ｃが存在しないと仮定した場合における胴型内周面１４ｂに対して、上型１１の上型外周面１１ｃの近傍の領域が溝１４ｃに嵌挿する距離Ｌが大きいと、上型１１および下型１２が胴型１４に対して溝１４ｃの存在する側（図３においては左側）に大きく偏芯する。その状態で成形を行なえば、成形された素子においても大きな偏芯が発生することになる。このため、Ｌを極力少なくすることが好ましい。
【００４３】
図４は、型が溝に嵌挿する距離Ｌを計算するための図形である。先述した図３と図４とを対比して、図３におけるＬは図４においては以下に述べる部分にあたる。まず、溝１４ｃに嵌挿した上型外周面１１ｃが溝１４ｃの深さ方向（図４における左側）に最も深く嵌挿した点Ａと、上型１１の断面がなす円形の中心点Ｏとを結ぶ直線を考える。このとき、胴型１４に溝１４ｃが存在しないと仮定した場合における胴型内周面１４ｂと、直線ＡＯとの交点Ａ’を考えたときにおけるＡＡ’の距離がＬである。
【００４４】
図４に示すように、上型１１の断面がなす円形の半径をＲｍ（ｍｍ）、胴型内周面１４ｂの半径をＲｓ（ｍｍ）（胴型内周面１４ｂの中心はＯ’）とする。すなわち、上型１１の断面がなす円形の中心点Ｏから、上型外周面１１ｃまでの半径がＲｍ（ｍｍ）であり、胴型１４の断面がなす円形の中心Ｏ’から、胴型内周面１４ｂまでの半径がＲｓ（ｍｍ）である。すると、上型外周面１１ｃと胴型内周面１４ｂとの交点２点間の距離は、図４において図示しない溝１４ｃ（図３参照）の、上型１１の長軸方向に交差する方向に広がる幅である。たとえば点Ａと点Ｏとを結ぶ直線により溝１４ｃは２等分されるため、図４に示すように溝１４ｃの幅は２Ｄ（ｍｍ）で表わせる。ここで、図４に示すように、上型外周面１１ｃと胴型内周面１４ｂとの２つの交点のうち一方（図４においては上側の交点）を点Ｐ、当該２つの交点のうち他方（図４においては下側の交点）を点Ｑとする。ここで、直線ＰＱと直線ＡＯとの交点をＢとすれば、点Ｂは溝１４ｃを２等分する点である。したがって、ＰＢ＝Ｄとなる。ここで、直角三角形ＢＯＰに着目すれば、三平方の定理より、
ＢＯ＝√（Ｒｍ２−ＰＢ２）＝√（Ｒｍ２−Ｄ２）
となる。また、直角三角形ＢＯ’Ｐに着目すれば、
ＢＯ’＝√（Ｒｓ２−ＰＢ２）＝√（Ｒｓ２−Ｄ２）
である。また、Ａ’Ｏ’＝Ｒｓであることから、
Ａ’Ｂ＝Ａ’Ｏ’−ＢＯ’＝Ｒｓ−√（Ｒｓ２−Ｄ２）である。
ＡＯ＝Ｒｍであることから、
Ｌ＝ＡＡ’＝ＡＯ−ＢＯ−Ａ’Ｂ＝Ｒｍ−√（Ｒｍ２−Ｄ２）−｛Ｒｓ−√（Ｒｓ２−Ｄ２）｝である。
【００４５】
この、上型１１が溝１４ｃに嵌挿する距離Ｌは、０．００１ｍｍ以下、すなわち１μｍ以下となるように、溝１４ｃの幅や１対の型の断面の半径などの寸法を設計することが好ましい。成形するレンズなどの素子の偏芯量が大きくなると、レンズとしての性能が低下する。具体的にはレンズを通して結像した画像の鮮明度を保つためには、成形する素子の偏芯量が存在しない（ゼロである）ことが理想である。図５は、上型と下型との断面がなす円形の中心と、胴型の断面がなす円形の中心とが一致した状態を示す概略図である。図５に示す状態においては、上型１１と、図示しない下型１２との断面がなす円形の中心と、胴型１４の断面がなす円形の中心とが一致している。このため、素材１３を押圧するために上型１１が下型１２にセットされて上型１１と下型１２とが１対の型として配置された状態を考えても、１対の型の断面がなす円形の中心と、胴型１４の断面がなす円形の中心とは一致する。この状態において成形加工を行なえば、成形する素子の偏芯量はゼロとなる。
【００４６】
図６は、溝が存在しない胴型の内周面に上型の外周面が接触した状態を示す、概略図である。また、図７は、図６の丸点線で囲んだ要部「ＶＩＩ」を拡大した概略図である。光学シミュレーションの結果から決定することができる、当該レンズの偏芯の許容量は１０μｍ程度である。しかし、たとえば偏芯量の設計値をゼロにして成形を行なうと、加工誤差や成型時の温度分布の影響を受けて、成形を行なった後にたとえば胴型内周面１４ｂ（溝１４ｃを含む）の径が上型外周面１１ｃの径よりも小さくなり、いわゆる焼き嵌め状態となる可能性がある。そこで、これを回避するためには図６に示すように、上型１１（および図示しない下型１２）の外周面の示す半径は、胴型１４の内周面の示す半径よりも小さいことが好ましい。すると図６および図７に示すように、上型１１（および図示しない下型１２）の断面がなす円形の中心が、胴型１４の断面がなす円形の中心に対して偏芯を生じる（図６および図７においては左側に偏芯を生じている）。しかし、ここでは胴型１４には溝１４ｃ（図２〜図４参照）が存在しないため、仮に胴型１４に溝１４ｃが存在する場合において、上型１１の上型外周面１１ｃが図６または図７に示すように胴型１４の胴型内周面１４ｂに接する位置に来るよう偏芯しても、先述した定義に基づくＬの値はゼロとなる。すなわち、上述した数式によるＬの値よりも、実際の上型１１（下型１２）の胴型１４に対する偏芯量は大きいということである。
【００４７】
以上の事実ならびに、上型１１や下型１２などの素子成形用部材１０の各構成要素の加工精度や、上型１１を下型１２にセットする際のハンドリングの精度などを考慮すれば、溝１４ｃに上型外周面１１ｃが嵌挿することによる偏芯量の基準となるＬに割ける余裕は、許容される偏芯量１０μｍのうちせいぜい１μｍとなる。したがって、Ｌは１μｍ以下とすることが好ましいため、上述したようにＬ≦０．００１（ｍｍ）とすることが好ましい。なお、Ｌ≦０．０００５（ｍｍ）、すなわちＬを０．５μｍ以下とすることがさらに好ましい。したがって、上述したように実際の偏芯量はＬよりも大きいことが考えられる。
【００４８】
成形を行なった後に胴型内周面１４ｂが上型外周面１１ｃに対して焼き嵌め状態になる可能性について上述したが、胴型１４や１対の型など、素子成形用部材１０の各構成要素の材質が有する熱膨張係数の差を有効に利用して、焼き嵌め状態の発生を抑制することができる。ここで、図８は、本発明の実施の形態に係る素子成形用部材のうち、室温における１対の型と胴型と枠型との配置や寸法、熱膨張係数を示す概略断面図である。また、図９は、本発明の実施の形態に係る素子成形用部材のうち、成形温度Ｔ（℃）における１対の型と胴型と枠型との配置や寸法、熱膨張係数を示す概略断面図である。
【００４９】
図８に示すように、たとえば成形のための加熱を行なう前（素材１３を押圧する際など）の室温における素子成形用部材１０のうち、胴型１４の長軸方向（図の上下方向）に交差する断面がなす円形の内側の径をＤｉ（ｍｍ）、上型１１および下型１２の、長軸方向に交差する断面がなす円形の外側の径をＤｐ（ｍｍ）、枠型１６の長軸方向に交差する断面がなす円形の外側の径をＤｒ（ｍｍ）とし、室温からＴ（℃）における胴型１４の平均熱膨張係数をα１（／℃）、室温からＴ（℃）における上型１１および下型１２の平均熱膨張係数をα２（／℃）、室温からＴ（℃）における枠型１６の平均熱膨張係数をα３（／℃）とする。このとき図８に示すように、先述した焼き嵌めの問題を回避するためには、Ｄｉ＞Ｄｐ＞Ｄｒであることが好ましい。
【００５０】
ここで、図８の素子成形用部材１０を、成形時の加熱温度Ｔ（℃）まで昇温した場合の素子成形用部材１０の各構成要素の寸法について説明する。室温とＴ（℃）との温度差をΔＴ（℃）とすれば、たとえば胴型１４の断面がなす円形の内側の径はＤｉ＋α１ＤｉΔＴ（ｍｍ）となる。同様に、上型１１および下型１２の断面がなす円形の外側の径はＤｐ＋α２ＤｐΔＴ（ｍｍ）、枠型１６の断面がなす円形の外側の径はＤｒ＋α３ＤｒΔＴ（ｍｍ）となる。成形時の加熱温度Ｔ（℃）において、図９に示すように、胴型１４と上型１１および下型１２との間に一定の隙間が存在することが、上述した焼き嵌めの問題を回避するために好ましい。すなわち、（Ｄｉ＋α１ＤｉΔＴ）＞（Ｄｐ＋α２ＤｐΔＴ）となる。さらに、当該隙間は
０．０３０≧（Ｄｉ＋α１ＤｉΔＴ）−（Ｄｐ＋α２ＤｐΔＴ）＝（α１Ｄｉ−α２Ｄｐ）ΔＴ＋（Ｄｉ−Ｄｐ）≧０．００５（ｍｍ）、すなわち５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。このようにすれば、上述した焼き嵌めの問題や、素子の偏芯精度の悪化を抑制することができる。
【００５１】
同様に胴型１４と、リングである枠型１６との間にも、一定の隙間が存在することが好ましい。しかも枠型１６はその内周面の内部の領域に配置する、成形したい素材１３の位置決めに用いるものであり、かつ高強度な材料を用いるため、成形時の加熱により焼き嵌め状態になると、胴型１４の耐久性を著しく低下させる可能性がある。そこで、胴型１４と枠型１６との間には、胴型１４と上型１１（下型１２）との間以上に広い隙間を設けることが好ましい。具体的には、
０．１５０≧（Ｄｉ＋α１ＤｉΔＴ）−（Ｄｒ＋α３ＤｒΔＴ）＝（α１Ｄｉ−α３Ｄｒ）ΔＴ＋（Ｄｉ−Ｄｒ）≧０．０１５（ｍｍ）、すなわち隙間を１５μｍ以上１５０μｍ以下となるように設けることが好ましい。以上の寸法以上の隙間を設けることにより、成形時に焼き嵌め状態となることや、素子の位置決め精度の悪化を抑制することができる。
【００５２】
またここで、胴型１４と上型１１（下型１２）と枠型１６とのそれぞれの材質を選定するにあたっては、α１＜α２、α１＜α３であることが好ましい。このようにすれば、熱膨張係数の差を利用して、たとえば室温においては胴型１４と枠型１６、胴型１４と上型１１（下型１２）との間に適度に広い隙間を設けることにより、素材１３を配置させる工程を容易にすることができる。同時にたとえば成形温度Ｔ（℃）においては胴型１４と枠型１６、胴型１４と上型１１（下型１２）との間の隙間を適度に狭くすることにより、偏芯精度を高く保つことができる。
【００５３】
ここで、素子成形用部材１０の各構成要素を形成する具体的な材質について述べる。まず胴型１４は、熱膨張係数が１．０×１０−７（／℃）以上３．５×１０−６（／℃）以下の材料を少なくとも９０質量％以上含む材料を用いて形成することが好ましい。中でも特に、熱膨張係数が５．０×１０−７（／℃）である石英ガラスを少なくとも９０質量％以上含む材料を用いることが好ましい。ただし、上述した石英ガラスからなる（石英ガラスを１００質量％含む）材料を、胴型１４の材料として用いることがより好ましい。
【００５４】
胴型１４として石英ガラスを用いれば、石英ガラスは熱膨張係数が小さいため、たとえば室温においては胴型１４と上型１１（下型１２）との間に適度に広い隙間を設けることにより、素材１３を配置させる工程を容易にすることができる。また、加熱光または輻射光が石英ガラス内を透過するために型一式全体の温度制御が容易となるという効果を奏する。
【００５５】
あるいは、胴型１４として窒化珪素を少なくとも９０質量％以上含む材質を用いてもよい。胴型１４の材料として、窒化珪素を含むものを用いることにより、上述した石英ガラスを含むものを用いる場合よりも、形成される胴型１４の強度を高くすることができる。
【００５６】
また、胴型１４の長軸方向の外周面を覆うように配置されたスリーブ１５は、たとえばガラス状カーボン、グラファイト、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、炭化ボロン、ジルコニア、炭化タンタル、モリブデン及びタングステンからなる群から選択されるいずれか１つを材料として用いることが好ましい。スリーブ１５としてこれらの材質を用いることにより、加熱光を遮断して輻射熱や伝熱を用いて上型１１、下型１２及び素材１３を含む素子成形用部材１０全体を加熱するという効果を奏する。
【００５７】
また、上型１１および下型１２の１対の型については、炭素を含む材料にて形成されていることが好ましい。ここで、炭素を含む材料とは、グラファイト、ガラス状カーボン、ＤＬＣ及びダイヤモンドからなる群から選択されるいずれか１つを含むことが好ましい。
【００５８】
胴型内周面１４ｂと対向する摺動面、たとえば上型外周面１１ｃ（下型外周面１２ｃ）のみでなく、１対の型全体が、上述したような炭素を含む材料で形成されていることが好ましい。炭素を含ませることにより、加熱を行なう構成要素である上型１１および下型１２が素材１３を成形した後に、形成した素子を上型１１（下型１２）から外す脱型の程度（離型性）を高くすることができるためである。また、たとえばガラス状カーボンの熱膨張係数は２．８×１０−６（／℃）、ダイヤモンドの熱膨張係数は１．１×１０−６（／℃）であるため、１対の型の熱膨張係数を、上述したα１＜α２にすることが容易となる。
【００５９】
ただし、特に少なくとも胴型１４の内周面と対向する摺動面、たとえば上型外周面１１ｃ（下型外周面１２ｃ）を優先的に炭素を含む材料にて形成することにより、当該１対の型と胴型１４との摺動性を向上させ、上述した離型性をより高くすることができる。
なお、ここで、炭素の同素体として、黒鉛、ガラス状カーボン、ＤＬＣ、ダイヤモンドを挙げることができる。上述した１対の型の、少なくとも胴型１４の内周面と対向する摺動面である上型外周面１１ｃ（下型外周面１２ｃ）は、これら同素体を含む材料にて形成されていても、胴型１４に対して充分な摺動性を確保することができる。
【００６０】
リングである枠型１６には、成形時に素材を押圧する工程において、上型１１の下型１２と対向する面が大きな側圧を加える。このため枠型１６には強度、特に側方より大きな応力が加わった場合を想定して曲げ強度が高い材料を用いることが好ましい。具体的には、曲げ強度３００ＭＰａ以上のセラミックスにて形成されていることが好ましく、少なくとも９０質量％以上のセラミックスを含むことが好ましい。このような材料を用いて枠型１６を形成させれば、成形時（押圧時）に大きな圧力が加わっても高い耐久性を維持することができる。
【００６１】
具体的には、枠型１６は、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、炭化ボロン、ジルコニア及び炭化タンタルからなる群から選択されるいずれか１つを含む材料にて構成されることが好ましい。
【００６２】
図１０は、Ｒ面が施された、上型の外周面と、上型の押圧面とが交差するエッジ部の状態を示す概略図である。また図１１は、Ｃ面が施された、上型の外周面と、上型の押圧面とが交差するエッジ部の状態を示す概略図である。特に上型１１および下型１２と、胴型１４との摺動性をさらに向上させるためには、図１０および図１１に示すように、たとえば上型１１の、摺動面である上型外周面１１ｃと、素材１３を押圧する押圧面とが交差するエッジ部には、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のＲ面１７またはＣ面１８を備えることがより好ましい。エッジ部がＲ面１７やＣ面１８のような加工がされていない鋭利な角部となっていれば、型が長軸方向に沿った方向に摺動する際に、エッジ部が胴型１４の内周面と干渉したり、エッジ部が胴型１４の内周面との間で異物を捕捉する結果、カジリやカミコミといわれる現象を誘発する可能性がある。この現象を抑制するため、Ｒ面１７やＣ面１８を施した構造とすることが好ましい。
【００６３】
このようにすれば、たとえ上型外周面１１ｃが胴型１４の内周面と接触したとしても、エッジ部には胴型１４の内周面に対して空間（逃げ）が発生するため、エッジ部が胴型１４の内周面と干渉する可能性を小さくすることができる。また、たとえば成形加工を行なうために１対の型を加熱した際に上型１１と下型１２との間に発生する気体を、Ｒ面１７やＣ面１８の形成された部分に存在する空間（逃げ）を介して、溝１４ｃ（図２、図３参照）へ放出させることが容易となる。
【００６４】
なお、図１０に示すように、エッジ部のＲ部分の半径（図１０における寸法Ａ）は０．２ｍｍ以上が好ましい。図１１に示すように、エッジ部のＣカット部分の寸法（図１１における寸法Ｂ）は０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００６５】
ただし当該Ｒ部分の半径やＣカット部分の寸法を大きくしすぎると、加工コストが高くなることがあるという問題がある。さらに、当該Ｒ部分の半径やＣカット部分の寸法を大きくしすぎると、たとえば上型１１のうち長軸に交差する断面がなす円形の外側の径（たとえば図８におけるＤｐ（ｍｍ））の値がＤｐよりも小さくなっている部分の割合が大きくなる。すなわち上型１１の上述した径の値がＤｐとなっている部分の割合が小さくなる。このため、上型１１の長軸方向が胴型１４の長軸方向に対して傾きやすくなるという問題がある。以上より、当該Ｒ部分の半径は１．０ｍｍ以下が好ましい。また、当該Ｃカット部分の寸法は１．０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００６６】
以上に述べた各構成により、素子成形用部材１０は、胴型１４に対する上型１１や下型１２の摺動性が良好で、かつ成形加工にて加熱を行なう際に上型１１と下型１２との間に滞留した気体を容易に放出することができる。上型１１と下型１２との間に滞留した気体を上型１１ないし下型１２の外部に放出した後、さらに容易に胴型１４の外部に放出するために、胴型１４の内周面の少なくとも一部の領域に対しては、凹部である溝１４ｃが配置されている。
【００６７】
図１２は、長軸方向に沿った方向に溝が存在する胴型の展開図である。図１２に示す胴型展開図２４は、胴型１４の内周面の展開図である。上下方向が胴型１４の長軸方向、左右方向が胴型１４の内周方向を示す。図１２に示す溝１４ｃは、先述した図２にて説明した溝１４ｃと同様に、胴型１４の長軸方向（図１２の上下方向）に沿った方向に延在する構造となっている。そして内周方向に一定の幅を有することにより、先述した図４に示す幅２Ｄ（ｍｍ）を有する構造となっている。
【００６８】
たとえば図２に示す上型１１と下型１２との間の、素材１３が配置された領域が、素材１３を成形加工するために加熱されると、加熱時にたとえば吸着ガスの脱離や揮発（蒸発）および化学反応を起こすことにより、空気などの気体が発生する。発生した気体は、図２に示す上型１１の上型成形面１１ｄと下型１２の下型成形面１２ｄとに挟まれた、素材１３が配置された領域に滞留する。このように気体が滞留すれば、素材１３を成形する際に素材１３に応力が加わる。そのため、素子が成形される素材１３の形状に歪みが発生したり、成形物（素子）内に気泡が残留したり、焼結を伴う成形の際には緻密に焼結されないことがある。その結果、成形物（素子）には形状不良などの成形不良を発生することがある。胴型１４の内周面に配置された、一定の（胴型１４の断面のなす円形の径方向の）深さを有する溝１４ｃは、この滞留した気体を効率よく素子成形用部材１０の外部へ放出する役割を有する。
【００６９】
なお、図１２に示すように、溝１４ｃは、胴型１４の長軸方向の全体（すなわち胴型１４の上端から下端まで）にわたって形成されることが好ましい。このようにすれば、たとえば上型１１と下型１２とに挟まれた、気体の滞留する領域は長軸方向で見れば中央付近に存在するが、中央付近に存在する溝１４ｃが長軸方向に沿った構造である溝１４ｃに沿って胴型１４の上端または下端まで移動し、その上端または下端から気体を放出させることが容易となる。気体が外部へ放出されるために、上方向への放出と、下方向への放出との２通りが存在するため、効率よく気体を外部に放出させることができる。
【００７０】
図１３は、胴型の上側半分にのみ長軸方向に沿った溝が存在する胴型の展開図である。
図１３に示すように、胴型１４の長軸方向の中央付近（すなわち上型１１と下型１２とに挟まれた領域）から上側（すなわち上型１１の外周面である上型外周面１１ｃと対向する領域）にのみ、一定の幅を有する溝１４ｃが、胴型１４の長軸方向に沿った方向に配置されている。このような構成にしても、上型１１と下型１２とに挟まれた領域に滞留している気体を、当該領域付近の溝部分（すなわち溝１４ｃの下端付近）から溝１４ｃを上方向に向かって通過させ、胴型１４の上端部分から素子成形用部材１０の外部へ放出させることができる。胴型１４の上端部分には、気体の放出を遮るものが存在しないため、上型１１の上端から効率よく気体を外部へ放出させることができる。
【００７１】
また、胴型１４の上側半分にのみ溝１４ｃが配置されることにより、たとえば図１２に示す、胴型１４の上端から下端まで溝１４ｃが配置されている場合に比べて、溝１４ｃに対向する１対の型（上型１１）が溝１４ｃに嵌挿する量が少なくなる。上型１１が溝１４ｃに嵌挿しようとしても、溝１４ｃが下方向に延在する部分には下型１２が嵌挿するための溝１４ｃが存在しないため、１対の型全体の溝１４ｃへの嵌挿が遮られる。したがって、図１３に示すように、溝１４ｃを配置する延在方向の長さを短くすることにより、１対の型の溝１４ｃへの嵌挿を抑制することができ、その結果、成形する素子の偏芯の量を少なくすることができる。
【００７２】
図１４は、胴型の下側半分にのみ長軸方向に沿った溝が存在する胴型の展開図である。
図１４に示すように、胴型１４の長軸方向の中央付近（すなわち上型１１と下型１２とに挟まれた領域）から下側（すなわち下型１２の外周面である下型外周面１２ｃと対向する領域）にのみ、一定の幅を有する溝１４ｃが、胴型１４の長軸方向に沿った方向に配置されている。このような構成にしても、上型１１と下型１２とに挟まれた領域に滞留している気体を、当該領域付近の溝部分（すなわち溝１４ｃの上端付近）から溝１４ｃを下方向に向かって通過させ、胴型１４の下端部分から素子成形用部材１０の外部へ放出させることができる。
【００７３】
このようにすれば、溝１４ｃに導入された気体は、効率よく素子成形用部材１０の外部へ放出される。また、溝１４ｃに導入された気体は溝１４ｃを下方向へ流れるため、重力の作用によりスムーズに外部へ放出させることができる。
【００７４】
また、この場合も図１３に示す溝１４ｃと同様に、たとえば図１２に示す溝１４ｃと比べて溝１４ｃを配置する延在方向の長さが短くなっている。このため、１対の型の溝１４ｃへの嵌挿を抑制することができ、その結果、成形する素子の偏芯の量を少なくすることができる。
【００７５】
図１５は、胴型の下側半分にのみ長軸方向に沿った溝が存在し、溝の下端に溝から外部へ通じる水平溝が存在する胴型の展開図である。先述した図１４に示す、胴型１４の長軸方向の中央付近から下側にのみ溝１４ｃが配置された胴型１４の場合、たとえば溝１４ｃの上端付近から溝１４ｃに導入された、上型１１と下型１２とに挟まれた領域に滞留する気体は、溝１４ｃを下方向に向かって通過し、胴型１４の下端部分に達する。しかし、胴型１４を設置する床や台に遮られ、胴型１４の下端部分に達した気体が胴型１４の外部（素子成形用部材１０の外部）に放出する効率が悪くなることがある。そこで図１５に示すように、胴型１４の下端付近から、溝１４ｃを水平方向に沿った方向に配置させることにより、気体を胴型１４およびスリーブ１５を貫通させ、素子成形用部材１０の外部へ放出させる構成としている。
【００７６】
なお、先述した図１２に示す、長軸方向に沿った方向に胴型１４の上端から下端まで貫通する溝１４ｃにおいても、図１５に示す溝１４ｃと同様に、胴型１４の下端付近から、溝１４ｃを水平方向に沿った方向に設けてもよい。このようにすれば、溝１４ｃを下方向に流れる気体をより効率よく外部に放出させることができる。
【００７７】
図１６は、長軸方向に交差する方向に溝が存在する胴型の展開図である。図１６に示す胴型展開図２４における溝１４ｃは、先述した図１２〜図１５に示す溝１４ｃと異なり、溝１４ｃは、長軸方向（図１６の上下方向）に対して交差する方向に、すなわち長軸方向に対して斜めに延在する構成となっている。ただし胴型１４における溝１４ｃの幅は図１２〜図１５における溝１４ｃと同様に２Ｄ（ｍｍ）である。図１６における溝１４ｃは、上述したように長軸方向に対して斜めに延在している点に関してのみ、図１２における溝１４ｃと異なる。
【００７８】
このように溝１４ｃが長軸方向に対して斜めに延在していても、溝１４ｃが長軸方向に沿った方向に延在している場合と同様に、上型１１と下型１２との間に滞留する気体を放出する機能を有する。また、たとえば図１６における溝１４ｃの幅が、図１２における溝１４ｃの幅と同様に２Ｄ（ｍｍ）であったとしても、図１６における溝１４ｃのように長軸方向に対して斜めに延在している方が、図１２における溝１４ｃのように長軸方向に沿った方向に延在している場合よりも、溝１４ｃに対向する１対の型（上型１１および下型１２）が溝１４ｃに嵌挿する量が少なくなる。１対の型は長軸方向に沿った方向に延在する形状を有する。そのため、１対の型が長軸方向に交差する形状を有する溝１４ｃに嵌挿しようとしても、長軸方向に沿った方向に見れば溝１４ｃの長さは短いため、溝１４ｃの存在しない部分が、１対の型が溝１４ｃに嵌挿することに対して機械的に干渉する。したがって、溝１４ｃが長軸方向に対して大きな角度を有するほど、溝１４ｃに対する１対の型の干渉が起こりやすくなるため、１対の型の溝１４ｃへの干渉を抑制することができる。
【００７９】
図１７は、胴型の上側半分にのみ長軸方向に交差する方向に溝が存在する胴型の展開図である。図１７に示すように、胴型１４の長軸方向の中央付近（すなわち上型１１と下型１２とに挟まれた領域）から上側（すなわち上型１１の外周面である上型外周面１１ｃと対向する領域）にのみ、一定の幅を有する溝１４ｃが、胴型１４の長軸方向に交差する方向に配置されている。このような構成にしても、上型１１と下型１２とに挟まれた領域に滞留している気体を、当該領域付近の溝部分（すなわち溝１４ｃの下端付近）から溝１４ｃを上方向に向かって通過させ、胴型１４の上端部分から素子成形用部材１０の外部へ放出することができる。胴型１４の上端部分には、気体の放出を遮るものが存在しないため、上型１１の上端から効率よく気体を外部へ放出させることができる。
【００８０】
図１７における溝１４ｃは、上述した図１３における溝１４ｃと同様に、溝１４ｃの延在方向の長さが短くなっていることにより、１対の型が溝１４ｃに嵌挿することを抑制することができる。さらに、上述した図１６における溝１４ｃと同様に、溝１４ｃが長軸方向に交差する方向に延在することにより、１対の型が溝１４ｃに嵌挿することを抑制することができる。両者の効果により、図１７における溝１４ｃは、先述した溝１４ｃよりもさらに、１対の型が溝１４ｃに嵌挿することを抑制することができる。その結果、成形する素子の偏芯の量をさらに少なくすることができる。
【００８１】
図１８は、胴型の下側半分にのみ長軸方向に交差する方向に溝が存在する胴型の展開図である。図１８に示すように、胴型１４の長軸方向の中央付近（すなわち上型１１と下型１２とに挟まれた領域）から下側（すなわち下型１２の外周面である下型外周面１２ｃと対向する領域）にのみ、一定の幅を有する溝１４ｃが、胴型１４の長軸方向に交差する方向に配置されている。このような構成にしても、上型１１と下型１２とに挟まれた領域に滞留している気体を、当該領域付近の溝部分（すなわち溝１４ｃの上端付近）から溝１４ｃを下方向に向かって通過させ、胴型１４の下端部分から素子成形用部材１０の外部へ放出させることができる。また、このようにすれば、溝１４ｃに導入された気体は溝１４ｃを下方向へ流れるため、重力の作用によりスムーズに外部へ放出させることができる。
【００８２】
図１８における溝１４ｃは、上述した図１４における溝１４ｃと同様に、溝１４ｃの延在方向の長さが短くなっていることにより、１対の型が溝１４ｃに嵌挿することを抑制することができる。さらに、上述した図１６における溝１４ｃと同様に、溝１４ｃが長軸方向に交差する方向に延在することにより、１対の型が溝１４ｃに嵌挿することを抑制することができる。両者の効果により、図１８における溝１４ｃは、図１７における溝１４ｃと同様に、１対の型が溝１４ｃに嵌挿することを抑制することができる。その結果、成形する素子の偏芯の量をさらに少なくすることができる。
【００８３】
図１９は、胴型の下側半分にのみ長軸方向に交差する溝が存在し、溝の下端に溝から外部へ通じる水平溝が存在する胴型の展開図である。図１９における溝１４ｃは、先述した図１５に示す溝１４ｃと同様に、図１８における溝１４ｃに対して、胴型１４の下端付近から、溝１４ｃを水平方向に沿った方向に配置させることにより、気体を胴型１４およびスリーブ１５を貫通させ、素子成形用部材１０の外部へ放出させる構成としている。
【００８４】
なお、先述した図１６に示す、長軸方向に交差する方向に胴型１４の上端から下端まで貫通する溝１４ｃにおいても、図１９に示す溝１４ｃと同様に、胴型１４の下端付近から、溝１４ｃを水平方向に沿った方向に設けてもよい。このようにすれば、溝１４ｃを下方向に流れる気体をより効率よく外部に放出させることができる。
【００８５】
図２０は、胴型の内周面上において螺旋形状を描くように溝が配置される胴型の展開図である。図２０における溝１４ｃは、胴型１４の内周面上において螺旋形状を描く構成となっている。図２０における螺旋形状を描く２本の溝１４ｃの場合、それぞれは胴型１４の長軸方向の上側半分、および下側半分に配置される。このため、たとえば胴型１４の長軸方向の上側半分に存在する溝１４ｃの下端付近（胴型１４の長軸方向の中央付近）から溝１４ｃに導入された、上型１１と下型１２とに挟まれた領域に滞留する気体は、胴型１４の長軸方向の上側半分に存在する溝１４ｃに沿って胴型１４の上端に達し、そこから素子成形用部材１０の外部へ放出される。また同様に、たとえば胴型１４の長軸奉公の下側半分に存在する溝１４ｃの上端付近（胴型１４の長軸方向の中央付近）から溝１４ｃに導入された、上型１１と下型１２とに挟まれた領域に滞留する気体は、胴型１４の長軸方向の下側半分に存在する溝１４ｃに沿って胴型１４の下端に達し、そこから素子成形用部材１０の外部へ放出される。このように気体が外部へ放出されるために、上方向への放出と、下方向への放出との２通りが存在するため、効率よく気体を外部に放出させることができる。
【００８６】
また、図２０における溝１４ｃが描く螺旋形状は、先述した図１６〜図１９における溝１４ｃと同様に、溝１４ｃが長軸方向に交差する方向に延在する。しかも図１６〜図１９における溝１４ｃ以上に、胴型１４の長軸方向に対する溝１４ｃの延在方向の角度が大きい。このため、図１６〜図１９における溝１４ｃ以上に、溝１４ｃが胴型１４の長軸方向に交差していることに起因して、１対の型が溝１４ｃに嵌挿することを抑制することができる。また、長軸方向に関する各溝１４ｃの長さが、図２０における溝１４ｃの場合、胴型１４の長軸方向の長さの半分と短くなっている。このため、上述した図１３〜図１５、図１７〜図１９における溝１４ｃと同様に、溝１４ｃの延在方向の長さが短くなっていることにより、１対の型が溝１４ｃに嵌挿することを抑制することができる。両者の効果により、図２０における溝１４ｃは、１対の型が溝１４ｃに嵌挿することを抑制することができる。その結果、成形する素子の偏芯の量をさらに少なくすることができる。
【００８７】
図２１は、胴型の内周面上において溝が複数本配置される胴型の展開図である。図２１に示すように、溝１４ｃが、胴型１４の内周面上に複数本配置されていてもよい。このようにすれば、溝１４ｃが１本の場合に比べて、より効率よく、外部への気体の放出を行なうことができる。
【００８８】
図２１に示すように、溝１４ｃが、胴型１４の内周面上に複数本配置される場合には、胴型１４の内周方向に関して、それぞれの溝１４ｃが等間隔に配置されることが好ましい。ここでいう等間隔とは、完全に等間隔の場合のみならず、たとえば間隔の誤差が間隔の平均値の１５％以内など、ほぼ等間隔である場合も含む。このように溝１４ｃを等間隔に配置すれば、１対の型と素材１３との間に滞留する気体を放出する作用を、１対の型、ひいては素子成形用部材１０全体においてほぼ均等に行なうことができる。その結果、成形加工を行なう際に素子成形用部材１０全体に加わる応力をほぼ均一にすることができるため、成形させる素子に対する形状不良などの成形不良を抑制させることができる。
【００８９】
なお、図２１においては先述した図１２に示したような、胴型１４の長軸方向に延在する溝１４ｃが複数本存在する場合の胴型展開図２４を示している。しかし、たとえば図１３〜図１９に示したような溝１４ｃが複数本存在してもよい。また、図１３〜図１９に示したような溝１４ｃを適宜組み合わせた構成を有する胴型１４としてもよい。このようにすれば、たとえば１対の型が溝１４ｃに嵌挿することを抑制させることができる。
【実施例１】
【００９０】
本発明の実施の形態に係る、胴型１４の内周面上の少なくとも一部に、先述した凹部である溝１４ｃを配置させた素子成形用部材１０と、溝１４ｃを配置させない素子成形用部材１０とを用いて形成させた素子の成形状態を確認する試験を行なった。【００９１】
先述した図２、図３に示す、胴型１４の長軸方向に延在する溝１４ｃが有る素子成形用部材１０と、当該溝１４ｃが無い素子成形用部材とを準備した。以下の表１は、実施例１におけるそれぞれの素子成形用部材の各構成要素の材質と寸法を示す表である。表１に示すように、溝１４ｃが有る素子成形用部材１０と、溝１４ｃが無い素子成形用部材のいずれも、図２〜図４を参照して、上型１１および下型１２については、それらが胴型１４と対向する面である上型外周面１１ｃおよび下型外周面１２ｃを含めて、ガラス状カーボンを用いて形成した。この上型１１および下型１２の、長軸方向に交差する断面がなす円形の外径（図８におけるＤｐ参照）は１９．９４４ｍｍである。また、胴型１４は石英ガラスで形成されており、その長軸方向に交差する断面がなす円形の内径（図８におけるＤｉ参照）は２０．０１ｍｍであり、胴型の断面がなす円形の肉厚は１０．００ｍｍである。
また、溝１４ｃが有る素子成形用部材１０について、胴型１４の内表面に形成させた溝１４ｃの幅２Ｄ（図４参照）は２．０ｍｍである。そして、枠型１６は窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）で形成されており、その断面がなす円形の外径（図８におけるＤｒ参照）は１９．９１５ｍｍである。また、１対の型および胴型１４の長軸方向の長さ（すなわち上下方向の高さ）は４０ｍｍである。【００９２】
【表１】
2010055763.tif 000003
【００９３】
なお、表１中、たとえば上型１１および下型１２の内径（ｍｍ）については、上型１１や下型１２の構造上、内径が存在しないため、記載を割愛している。さらに、たとえば枠型１６の内径（ｍｍ）や胴型１４の外径（ｍｍ）などは、本発明に係る実施例を実施するにあたりポイントとなる要件ではないため、記載を割愛している。【００９４】
上述したそれぞれの素子成形用部材を用いて、実際に素子の成形を行なった。図２２は、本発明に係る素子成形用部材を用いた素子の製造方法を示すフローチャートである。図２２に示すように、まず素材を準備する工程（Ｓ１０）を実施する。本実施例１において具体的には、表１に示すように、素材１３として、ＺｎＳ（硫化亜鉛）を準備した。そして図２２に示すように、素材を型に配置する工程（Ｓ２０）を実施する。本実施例１において具体的には、下型１２のうち、上型１１と対向する面である上面に配置させた枠型１６の断面をなす円形の内部の領域に、上述した素材１３を配置させた。次に型を加熱する工程（Ｓ３０）を実施した。実施例１において具体的には、１対の型を１０００℃に加熱した。続いて図２２に示すように、素材を押圧する工程（Ｓ４０）を実施する。本実施例１において具体的には、先の工程（Ｓ３０）にて１対の型を１０００℃に加熱した状態で、図２に示すように上型１１を下型１２にセットし、上下１対の型が噛み合うように配置した上で、上型１１の上面の上側から、図２において図示しない装置の加圧軸を用いて上型１１側から下型１２側へ圧力を５０ＭＰａ印加した。このようにして、先の工程（Ｓ２０）にて下型１２の上面に配置させた素材１３（ＺｎＳ）に圧力を５０ＭＰａ印加した。【００９５】
以上の各工程により形成させた素子の状態を、アルキメデス法で相対密度を測定することにより評価した。表２は溝１４ｃの存在する素子成形用部材１０と溝１４ｃの存在しない素子成形用部材とを用いて形成した素子のサンプルの測定結果を示す表である。「有り」は溝１４ｃの有る素子成形用部材１０を用いて形成させた素子のサンプルにおける測定結果を示し、「無し」は溝１４ｃの無い素子成形用部材を用いて形成した素子のサンプルにおける測定結果を示す。表２に示すように、それぞれの素子成形用部材を用いて１００個ずつ形成した合計２００個の素子のサンプルの全てに対して素材の相対密度を測定し、相対密度が９９％以上であるサンプルを合格とした。相対密度が９９％以上で合格となったサンプルの個数を表２に示している。【００９６】
【表２】
2010055763.tif 000004
【００９７】
表２に示すとおり、溝１４ｃの有る素子成形用部材１０を用いて形成した素子のサンプルは、１００個中１００個すべてが相対密度が９９％以上の「合格」サンプルであった。これに対し、溝１４ｃの無い素子成形用部材を用いて形成させた素子のサンプルは、１００個中０個が相対密度が９９％以上の「合格」サンプル、すなわちサンプル１００個中１００個すべてが相対密度が９９％未満であった。【００９８】
以上の結果から、本発明に係る、胴型１４の内周面の少なくとも一部の領域に対して溝１４ｃを配置させた素子成形用部材１０を用いて素子を形成させた方が、素子を成形する過程において１対の型に挟まれた領域に発生する気体を、溝１４ｃを介して効率よく外部に放出することができる。そのため、形成される素子中に気体が含有される割合が少なくなるといえる。したがって、本発明に係る素子成形用部材１０を用いて素子を形成した方が、胴型に溝の存在しない素子成形用部材を用いて素子を形成した場合よりも、相対密度の大きい、高品質な素子を形成させることができるといえる。
【実施例２】
【００９９】
実施例２においては、胴型１４に溝１４ｃが有る素子成形用部材１０を用いて形成した素子における偏芯量を評価する試験を行なった。【０１００】
実施例２においては、先述した図２〜図４に示す、胴型１４の長軸方向に延在する溝１４ｃが有る素子成形用部材１０を準備した。以下の表３は、実施例２において準備した素子成形用部材の各構成要素の材質と寸法とを示す表である。表３に示すように、実施例２において準備した素子成形用部材１０は、溝１４ｃが有るものであり、その材質は、先の実施例１において使用した、溝１４ｃが有る素子成形用部材１０とほぼ同様であるが、寸法は先の実施例１において使用した素子成形用部材１０の約半分の大きさである。そして、胴型１４の内周面に形成した溝１４ｃの幅２Ｄ（図４参照）の大きさが、１．５ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍという、４種類の胴型１４を準備した。【０１０１】
【表３】
2010055763.tif 000005
【０１０２】
そして、先の実施例１と同様に、図２２のフローチャートの手順に基づき、溝１４ｃの幅が異なるそれぞれの胴型１４を用いて、素材１３としてＺｎＳを用いた素子のサンプルを１００個ずつ形成した。形成した各サンプルの偏芯量（素子であるレンズ両面の中心のズレの量）を、非接触三次元形状測定装置（三鷹光器）を用いて測定した。使用した胴型１４ごとの、測定した偏芯量の平均値を算出し、評価を行なった。評価結果は、溝１４ｃがない素子成形用部材を用いて形成した素子の偏芯量の平均値と比較して、実施例２にて形成した各サンプルの偏芯量の増加量の平均値が０．５μｍ以下であれば◎（最良）、当該偏芯量の増加量の平均値が０．５μｍを超え１．０μｍ以下であれば○（良）、１．０μｍを超えれば×（不良）という方法で表記した。表４は、実施例２における、溝１４ｃの幅が異なる各胴型を用いて形成した素子の偏芯量の増加量の平均値を評価した結果を示す表である。【０１０３】
【表４】
2010055763.tif 000006
【０１０４】
表４に示すように、溝１４ｃの幅が１．５ｍｍまたは２ｍｍの胴型１４を有する素子成形用部材１０を用いて形成した素子については、サンプル１００個の偏芯量の増加量の平均値がそれぞれ０．２μｍ、０．３μｍと最良の結果となった。また、溝１４ｃの幅が３ｍｍの胴型１４を有する素子成形用部材１０を用いて形成した素子においては、サンプル１００個の偏芯量の増加量の平均値が０．７μｍであり、偏芯量の増加量の許容量である１μｍ以下に収まった。それに対し、溝１４ｃの幅を４ｍｍとした胴型１４を用いて形成した素子においては、サンプル１００個の偏芯量の増加量の平均値が１μｍを超える結果となった。【０１０５】
以上より、本発明に係る素子成形用部材１０を用いて素子を形成すれば、胴型１４の溝１４ｃの幅が３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下であれば、形成される素子の偏芯量の増加量を許容範囲内に収めた、高品質な素子を形成することができるといえる。
【実施例３】
【０１０６】
実施例３においては、１対の型や胴型、枠型の材質や寸法を実施例２に対して変更した素子成形用部材１０を用いて、実施例２と同様の試験を実施した。以下の表５は、実施例３において準備した素子成形用部材の各構成要素の材質と寸法とを示す表である。表５に示すように、実施例３において準備した素子成形用部材１０は、溝１４ｃが有るものであり、図２〜図４を参照して、上型１１および下型１２については、炭化珪素を用いて形成した。ただし上型１１、下型１２ともに、その外周面であるそれぞれ上型外周面１１ｃおよび下型外周面１２ｃとしては、これらが胴型１４と対向する摺動面となることから、ＤＬＣを成膜した。当該ＤＬＣの薄膜は、その厚みを３μｍとした。なお、摺動面として成膜させる薄膜は、その厚みを１μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましく、２μｍ以上４μｍ以下とすることがさらに好ましい。このように、上型１１と下型１２との外周面に薄膜を形成することにより、たとえば図２２に示す素材を押圧する工程（Ｓ４０）において上型１１や下型１２を移動させる際に、胴型１４に対する摺動抵抗が低減される。このため、上型１１や下型１２の胴型１４に対するカジリやカミコミを抑制するという効果を奏する。【０１０７】
また、この上型１１および下型１２の、長軸方向に交差する断面がなす円形の外径（図８におけるＤｐ参照）は１１．９４７ｍｍである。また、胴型１４はガラス状カーボンで形成させており、その長軸方向に交差する断面がなす円形の内径（図８におけるＤｉ参照）は１１．９９６ｍｍである。なお、胴型１４は、その内表面の溝１４ｃの幅２Ｄ（図２参照）の大きさが２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍである、４種類の胴型１４を準備した。そして、枠型１６は炭化珪素（ＳｉＣ）で形成されており、その断面がなす円形の外径（図８におけるＤｒ参照）は１１．８５３ｍｍである。また、１対の型および胴型１４の長軸方向の長さ（すなわち上下方向の高さ）は４０ｍｍである。【０１０８】
【表５】
2010055763.tif 000007
【０１０９】
そして、先の実施例２と同様に、図２２のフローチャートの手順に基づき、溝１４ｃの幅が異なるそれぞれの胴型１４を用いて、素材１３としてＺｎＳを用いた素子のサンプルを１００個ずつ形成した。形成した各サンプルの偏芯量を、非接触三次元形状測定装置（三鷹光器）を用いて測定した。そして使用した胴型１４ごとの、偏芯量の平均値を算出し、評価を行なった。評価結果は、先の実施例２と同様の方法で表記している。表６は、実施例３における、溝の幅が異なる各胴型を用いて形成した素子の偏芯量の増加量の平均値を評価した結果を示す表である。【０１１０】
【表６】
2010055763.tif 000008
【０１１１】
表６に示すように、溝１４ｃの幅が２ｍｍまたは３ｍｍの胴型１４を有する素子成形用部材１０を用いて形成した素子については、サンプル１００個の偏芯量の増加量の平均値がそれぞれ０．２μｍ、０．５μｍと最良の結果となった。また、溝１４ｃの幅が４ｍｍの胴型１４を有する素子成形用部材１０を用いて形成した素子においては、サンプル１００個の偏芯量の増加量の平均値が０．９μｍであり、偏芯量の増加量の許容量である１μｍ以下に収まった。それに対し、溝１４ｃの幅を５ｍｍとした胴型１４を用いて形成した素子においては、サンプル１００個の偏芯量の平均値が１μｍを超える結果となった。【０１１２】
以上より、本発明に係る素子成形用部材１０を用いて素子を形成すれば、胴型１４の溝１４ｃの幅が４ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下であれば、形成される素子の偏芯量の増加量を許容範囲内に収めた、高品質な素子を形成することができるといえる。
【実施例４】
【０１１３】
実施例４は、素子成形用部材１０を構成する各構成要素に用いることができる材質の範囲を検証するために行なった試験である。表７は、本発明の実施例４の一の局面において準備した素子成形用部材の各構成要素の材質と寸法、および評価結果を示す表である。表７に示すように、本発明の実施例４の一の局面において準備した素子成形用部材１０は、上型１１および下型１２については、超硬を用いて形成した。ただし上型１１、下型１２ともに、その外周面であるそれぞれ上型外周面１１ｃおよび下型外周面１２ｃとしては、これらが胴型１４と対向する摺動面となることから、ダイヤモンドの薄膜を成膜した。当該ダイヤモンドの薄膜は、その厚みを３μｍとした。また、この上型１１および下型１２の、長軸方向に交差する断面がなす円形の外径（図８におけるＤｐ参照）は１９．９０１ｍｍである。また、胴型１４は窒化珪素で形成されており、その長軸方向に交差する断面がなす円形の内径（図８におけるＤｉ参照）は１９．９３０ｍｍである。なお、胴型１４は、その内表面の溝１４ｃの幅２Ｄ（図２参照）の大きさが５ｍｍのものを用いた。そして、枠型１６はＢ４Ｃ（炭化ボロン）で形成されており、その断面がなす円形の外径（図８におけるＤｒ参照）は１９．８９５ｍｍである。また、１対の型および胴型１４の長軸方向の長さ（すなわち上下方向の高さ）は４０ｍｍである。【０１１４】
そして、先の実施例３と同様に、図２２のフローチャートの手順に基づき、上述した素子成形用部材１０を用いて、素材１３としてＺｎＳを用いた素子のサンプルを１００個形成し、形成した各サンプルの偏芯量を、非接触三次元形状測定装置（三鷹光器）を用いて測定した。そして使用した胴型１４ごとの、測定した偏芯量の平均値を算出し、評価を行なった。評価結果は、先の実施例２および３と同様の方法で表記している。【０１１５】
【表７】
2010055763.tif 000009
【０１１６】
表７に示すように、偏芯量の増加量の平均値は０．１μｍであり、これは０．５μｍ以下であるため、評価結果は◎（最良）であった。すなわち、１対の型としてはガラス状カーボンのほかにたとえば超硬を用い、１対の型の外周面にダイヤモンドの薄膜を成膜させることによっても、型の本体および外周面には炭素を含む材料を用いている。そのため、上述した本発明の実施例４の一の局面における各構成要素の材質を用いて素子成形用部材１０を構成しても、当該素子成形用部材１０は、偏芯量の増加量の少ない、良好な素子を形成することができる。【０１１７】
表８は、本発明の実施例４の第二の局面において準備した素子成形用部材の各構成要素の材質と寸法、および評価結果を示す表である。表８に示すように、本発明の実施例４の一の局面において準備した素子成形用部材１０は、上型１１および下型１２については、上型外周面１１ｃおよび下型外周面１２ｃを含めて、グラファイトを用いて形成した。この上型１１および下型１２の、長軸方向に交差する断面がなす円形の外径（図８におけるＤｐ）は７．９５６ｍｍである。また、胴型１４は石英で形成されており、その長軸方向に交差する断面がなす円形の内径（図８におけるＤｉ）は８．０１６ｍｍである。なお、胴型１４は、その内表面の溝１４ｃの幅２Ｄの大きさが２ｍｍのものを用いた。そして、枠型１６はＡｌ２Ｏ３（アルミナ）で形成されており、その断面がなす円形の外径（図８におけるＤｒ参照）は７．９０８ｍｍである。その他の条件は先述した本発明の実施例４の一の局面と同様である。また、素子の製造方法や評価方法についても、先述した本発明の実施例４の一の局面と同様である。【０１１８】
【表８】
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【０１１９】
表８に示すように、偏芯量の増加量の平均値は０．３μｍであり、これは０．５μｍ以下であるため、評価結果は◎（最良）であった。１対の型としてはガラス状カーボンや超硬の代わりにグラファイトを用いても、型の本体および外周面には炭素を含む材料を用いている。このため、上述した本発明の実施例４の第二の局面における各構成要素の材質を用いて素子成形用部材１０を構成しても、当該素子成形用部材１０は、偏芯量の増加量の少ない、良好な素子を形成することができる。【０１２０】
表９は、本発明の実施例４の第三の局面において準備した素子成形用部材の各構成要素の材質と寸法、および評価結果を示す表である。表９に示すように、本発明の実施例４の一の局面において準備した素子成形用部材１０は、上型１１および下型１２については、超硬を用いて形成した。ただし、上型外周面１１ｃおよび下型外周面１２ｃには、厚みが３μｍのＤＬＣを形成した。上型１１および下型１２の、長軸方向に交差する断面がなす円形の外径（図８におけるＤｐ）は２４．８７６ｍｍである。また、胴型１４はガラス状カーボンで形成されており、その長軸方向に交差する断面がなす円形の内径（図８におけるＤｉ）は２４．９６ｍｍである。なお、胴型１４は、その内表面の溝１４ｃの幅２Ｄの大きさが６．５ｍｍのものを用いた。そして、枠型１６はジルコニアで形成されており、その断面がなす円形の外径（図８におけるＤｒ参照）は２４．６７６ｍｍである。その他の条件は先述した本発明の実施例４の一の局面と同様である。また、素子の製造方法や評価方法についても、先述した本発明の実施例４の一の局面と同様である。【０１２１】
【表９】
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【０１２２】
表９に示すように、偏芯量の増加量の平均値は０．６μｍであり、これは１．０μｍ以下であるため、評価結果は○（良）であった。１対の型としてはガラス状カーボンのほかにたとえば超硬を用い、１対の型の外周面にＤＬＣの薄膜を成膜させることによっても、型の本体および外周面には炭素を含む材料を用いている。このため、上述した本発明の実施例４の第三の局面における各構成要素の材質を用いて素子成形用部材１０を構成しても、当該素子成形用部材１０は、偏芯量の増加量の少ない、良好な素子を形成することができる。
【実施例５】
【０１２３】
実施例５は、胴型１４に形成する溝１４ｃの形状、本数を様々に変更させたときの効果を試験したものである。表１０は、実施例５において準備した素子成形用部材の各構成要素の材質と寸法とを示す表である。表１０に示すように、本発明の実施例５において素子を形成するために準備した素子成形用部材１０は、各構成要素の材質や寸法は全て同じとし、溝１４ｃの形状のみを様々に変更した形態としている。具体的には、表１０に示すように、各構成要素の材質や寸法（外径、内径）はすべて、先述した実施例２において準備した素子成形用部材１０と同様である。また、実施例５において形成した素子の素材１３も、先述した実施例１〜４と同じくＺｎＳである。ただし、形成した溝１４ｃの幅についてはすべて２ｍｍとしている。また、先述した実施例１〜４と同様に、図２２に示すフローチャートの手順に基づき、素子を形成した。【０１２４】
【表１０】
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【０１２５】
表１１は、実施例５における各胴型の溝の形状や本数、およびそれぞれを用いて形成した素子の偏芯の評価結果を示す表である。溝の形状は表１１に示すように、先述した図１２〜図２０の胴型展開図２４のそれぞれの溝１４ｃの形状のいずれかである。また、溝１４ｃを胴型１４に設けた本数を示しているが、複数本存在する場合はいずれも、内周面の周方向に関してほぼ等間隔になるよう配置させている。【０１２６】
それぞれの溝１４ｃ形状を有する胴型１４を用いて、素子のサンプルを１００個ずつ形成し、形成した各サンプルの偏芯量を、非接触三次元形状測定装置（三鷹光器）を用いて測定した。そして使用した胴型１４ごとの、測定した偏芯量の平均値を算出し、評価を行なった。評価結果は、先の実施例２〜４と同様の方法で表記している。【０１２７】
なお、表１１に示すように、図１６、１７、１９、２０のように溝１４ｃの延在方向が胴型１４の長軸方向（図の上下方向）に対して交差方向（斜め方向）となっている場合においては、鉛直に対する溝傾斜角度（すなわち長軸方向に対する溝傾斜角度）を示している。【０１２８】
【表１１】
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【０１２９】
表１１に示すように、図１２〜図２０に示したいずれの形状を用いて、幅が２ｍｍの溝１４ｃを形成した胴型１４を用いても、当該胴型１４を用いた素子成形用部材１０にて形成した素子は、その偏芯量の増加量の平均値が０．３μｍ以下となり（評価結果は◎）、偏芯量の増加量の少ない、良好な素子を形成することができた。また、図１６、図１７、図１９、図２０に示す、溝１４ｃの延在方向が胴型１４の長軸方向に対して交差方向（斜め方向）となっている場合には、先述したように溝１４ｃへの１対の型の嵌挿が発生しにくくなるため、偏芯量の増加量の平均値が０．１μｍ以下となり、さらに偏芯量の増加量を減少させた良好な素子が形成できた。特に図２０に示す、溝１４ｃが螺旋形状を描く構成とした胴型１４を用いた場合においては、偏芯量の増加量の平均値をほぼゼロとすることができた。【０１３０】
今回開示された実施の形態および各実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、相対密度が高く高品質で、偏芯の量が少ない良好な素子を形成する技術として、特に優れている。
【符号の説明】
【０１３２】
１０  素子成形用部材、１１  上型、１１ｃ  上型外周面、１１ｄ  上型成形面、１２  下型、１２ｃ  下型外周面、１２ｄ  下型成形面、１３  素材、１４  胴型、１４ａ  胴型外周面、１４ｂ  胴型内周面、１４ｃ  溝、１５  スリーブ、１６  枠型、１７  Ｒ面、１８  Ｃ面、２４  胴型展開図。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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