(57)【要約】【課題】異なる複数の型部材を一体的に固定し、複雑な形状の成形品を成形する。【解決手段】成形品素材１４ａよりも可塑状態となる温度が高い型基材１を配置する工程と、型基材１が可塑状態となる温度域では変形しない素材から成り、その一部が転写面３ａとなる型本体３を型基材１上に載置する工程と、型基材１及び型本体３を加熱する工程と、型基材１の中心軸と型本体３の中心軸とを略一致させ、かつ型本体３の転写面３ａに接触しないように、型本体３を型基材１側に加圧する工程と、型本体３の転写面３ａを除く部分を型基材１内に埋没させ、冷却し、型本体３と型基材１を一体的に固定する工程と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品素材よりも可塑状態となる温度が高い型基材を配置する工程と、
前記型基材が可塑状態となる温度域では可塑状態とならない素材から成り、かつ所定形状に加工されてその一部が転写面となる型本体を前記型基材上に載置する工程と、
前記型基材を加熱する工程と、
前記型基材の中心軸と前記型本体の中心軸とを略一致させた状態で、前記型本体を前記型基材側に所定圧で加圧する工程と、
前記型本体を前記型基材内に埋没させ、その状態で冷却し、前記型本体と前記型基材とを一体的に固定する工程と、
を備えていることを特徴とする成形用型の製造方法。
【請求項２】
成形品素材よりも可塑状態となる温度が高い型基材を配置する工程と、
前記型基材が可塑状態となる温度域では可塑状態とならない素材から成り、かつ所定形状に加工されてその一部が転写面となる型本体を前記型基材上に載置する工程と、
前記型基材を加熱する工程と、
前記前記型基材の中心軸と前記型本体の中心軸とを略一致させた状態で、前記型本体を前記型基材側に所定圧で加圧する工程と、
前記型本体を前記型基材内に埋没させ、その状態で前記型基材に紫外線を照射して該型基材を硬化させ、前記型本体と前記型基材とを一体的に固定する工程と、
を備えていることを特徴とする成形用型の製造方法。
【請求項３】
成形品素材よりも可塑状態となる温度が高い型基材を配置する工程と、
前記型基材が可塑状態となる温度域では可塑状態とならない素材から成り、かつ所定形状に加工されてその一部が転写面となる型本体を前記型基材上に載置する工程と、
前記型基材を加熱する工程と、
前記型基材の中心軸と前記型本体の中心軸とを略一致させた状態で、前記型本体を前記型基材側に所定圧で加圧する工程と、
前記型本体を前記型基材内に埋没させ、その状態で冷却し、前記型本体と前記型基材とを一体的に固定する工程と、
前記型本体と前記型基材とを一体化した後に、前記型基材の上方から所定厚さの可塑性素材を前記型本体の周囲との間に隙間のないように密着させて一体的に固定する工程と、
を備えていることを特徴とする成形用型の製造方法。
【請求項４】
前記一体的に固定する工程は、前記型基材と前記型本体とを融着することにより行う、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成形用型の製造方法。
【請求項５】
前記一体的に固定する工程は、前記型基材と前記型本体とを接着剤又は固定具にて固定することにより行う、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成形用型の製造方法。
【請求項６】
前記型本体と前記型基材とを一体固定した後に、前記型基材を所定の形状に加工する、
ことを特徴とする請求項１，２，４，５のいずれかに記載の成形用型の製造方法。
【請求項７】
前記型本体と前記型基材、及び前記可塑性素材を一体固定した後に、前記型基材を所定の形状に加工する、
ことを特徴とする請求項３に記載の成形用型の製造方法。
【請求項８】
所定形状に加工され、かつ成形品素材を成形する転写面が鏡面加工された型本体と、
該型本体の前記転写面を除く部分を一体的に固定保持する保持部を有する型基材と、を備えている、
ことを特徴とする成形用型。
【請求項９】
前記型本体は球体をなしている、
ことを特徴とする請求項８に記載の成形用型。
【請求項１０】
前記型本体は載頭円錐状をなしている、
ことを特徴とする請求項８に記載の成形用型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形用型及びその製造方法に関し、特に型基材に型本体を埋没させて両者を一体的に固定した成形用型及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、転写面として半球部を有するものを成形する成形用型は、半球部と該半球部から続く平面部とから構成されるが、従来は、この半球部と平面部との接続部分を、型製作時にグラインダ等を用いた研削加工により仕上げていた。しかし、このような複雑な曲面形状を有する部分の研削加工は困難であるため、完成した成形用型によって得られた成形品は、必ずしも十分な要求精度・機能を備えたものではなかった。この点に鑑み、複雑な部分の形状であっても、良好な曲面形状が得られるような成形用型として、例えば異なる複数の型部材を一体的に固定して成形用型を作成する技術が提案されている。
【０００３】
すなわち、特許文献１には、研磨加工等により全球面を鏡面加工された炭化タングステン（ＷＣ）製等の球体を、この球体と同じ曲率半径にて凹形状に形成された受け型に載置し、この受け型の中心軸上に、例えば球体を吸引する吸入部を設け、更に、受け型に載置された球体を、吸入部を介して真空吸引することで受け型上に保持する旨が開示されている。この特許文献１によれば、球体の表面にはキズが入る余地はなくなり、球体のいずれの部分も転写面として使用できるというものである。
【特許文献１】特開平１１−１９９２４８号公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した特許文献１の技術によれば、受け型に球体を真空吸引して保持したり、その他、受け型に球体をホルダーにて機械的に固定する手段が記載されているが、いずれの手段においても、受け型と球体とがわずかでも形状が一致しない場合は、受け型と球体との間に隙間が生じ、これによって球体が受け型上で回転したり、又は球体が位置ずれを起こしてしまう等の課題があった。そして、このように、球体が受け型上で回転したり位置ずれを起こしたりすると、球体に傷が付いたり転写面の形状が変化したりして、均質な成形品を得ることができなかった。
【０００５】
本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、異なる複数の型部材を一体的に固定することで、複雑な形状を有する成形品を高精度で成形することのできる成形用型及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、成形品素材よりも可塑状態となる温度が高い型基材を配置する工程と、
前記型基材が可塑状態となる温度域では可塑状態とならない素材から成り、かつ所定形状に加工されてその一部が転写面となる型本体を前記型基材上に載置する工程と、
前記型基材を加熱する工程と、
前記型基材の中心軸と前記型本体の中心軸とを略一致させた状態で、前記型本体を前記型基材側に所定圧で加圧する工程と、
前記型本体を前記型基材内に埋没させ、その状態で冷却し、前記型本体と前記型基材とを一体的に固定する工程と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、成形品素材よりも可塑状態となる温度が高い型基材を配置する工程と、
前記型基材が可塑状態となる温度域では可塑状態とならない素材から成り、かつ所定形状に加工されてその一部が転写面となる型本体を前記型基材上に載置する工程と、
前記型基材を加熱する工程と、
前記前記型基材の中心軸と前記型本体の中心軸とを略一致させた状態で、前記型本体を前記型基材側に所定圧で加圧する工程と、
前記型本体を前記型基材内に埋没させ、その状態で前記型基材に紫外線を照射して該型基材を硬化させ、前記型本体と前記型基材とを一体的に固定する工程と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、成形品素材よりも可塑状態となる温度が高い型基材を配置する工程と、
前記型基材が可塑状態となる温度域では可塑状態とならない素材から成り、かつ所定形状に加工されてその一部が転写面となる型本体を前記型基材上に載置する工程と、
前記型基材を加熱する工程と、
前記型基材の中心軸と前記型本体の中心軸とを略一致させた状態で、前記型本体を前記型基材側に所定圧で加圧する工程と、
前記型本体を前記型基材内に埋没させ、その状態で冷却し、前記型本体と前記型基材とを一体的に固定する工程と、
前記型本体と前記型基材とを一体化した後に、前記型基材の上方から所定厚さの可塑性素材を前記型本体の周囲との間に隙間のないように密着させて一体的に固定する工程と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の成形用型の製造方法において、前記一体的に固定する工程は、前記型基材と前記型本体とを融着することにより行う、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の成形用型の製造方法において、前記一体的に固定する工程は、前記型基材と前記型本体とを接着剤又は固定具にて固定することにより行う、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項１，２，４，５のいずれかに記載の成形用型の製造方法において、前記型本体と前記型基材とを一体固定した後に、前記型基材を所定の形状に加工する、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る発明は、請求項３に記載の成形用型の製造方法において、前記型本体と前記型基材、及び前記可塑性素材を一体固定した後に、前記型基材を所定の形状に加工する、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項８に係る発明は、所定形状に加工され、かつ成形品素材を成形する転写面が鏡面加工された型本体と、
該型本体の前記転写面を除く部分を一体的に固定保持する保持部を有する型基材と、を備えている、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の成形用型において、前記型本体は球体をなしている、ことを特徴とする。
請求項１０に係る発明は、請求項８に記載の成形用型において、前記型本体は載頭円錐状をなしている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、型基材と型本体の中心軸を略一致させた状態で、型本体を型基材側に加圧し、型本体の一部を型基材内に埋没させて両者を一体的に固定して成形するので、複雑な形状を有する成形品用の成形用型を簡単に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１乃至図５は、本実施の形態による成形用型の製造工程を示す図である。図１に示すように、成形品素材（例えば合成樹脂）よりも可塑状態となる温度が高い型基材（例えばガラス）１を、円筒状のスリーブ枠２内に配置し、更に、該スリーブ枠２の略中心軸上で型基材１の上面に、前記型基材１が可塑状態となる温度域では可塑状態とならない素材から成る型本体３を載置する。このとき、スリーブ枠２の中心軸Ｃ（型基材１の中心軸と略一致）と前記型本体３の中心軸Ｃとが略一致した状態となるようにする。そのためには、例えばスリーブ枠２内に型基材１を隙間のないように配置し、かつスリーブ枠２の略中心軸に一致するように型本体３を配置する。また、型本体３の素材としては、例えば炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする超硬合金やセラミックス等からなる鏡面加工例えば研磨加工された球体が用いられ、かつ、少なくとも光学面３ａ（図２参照）は研磨加工されている。
【００１７】
次いで、図２に示すように、型本体３の上方のスリーブ枠２内に、加圧部材４を上下に摺動自在に配置する。この加圧部材４には、型本体３との対面側に断面円形の逃げ穴５が形成されている。この逃げ穴５は、加圧部材４が型本体３の光学面（転写面）３ａに接触しないようにして、傷を付けないようにするためのもので、逃げ穴５の中心線（図示せず）は、型本体３の中心線（図示せず）と略一致するように形成されている。この状態で、ヒータ６に通電して型基材１及び型本体３を加熱する。このときの加熱温度は、型基材１が可塑状態となるような温度まで加熱する。
【００１８】
次に、加圧部材４を型基材１に対し接近する方向に若干摺動させ、加圧部材４の前記逃げ穴５を型本体３に当接させる。このとき、当初は型本体３の中心軸がスリーブ枠２の中心軸と若干変位した位置に載置されていたとしても、型本体３に当接する逃げ穴５の作用により、型本体３はスリーブ枠２の中心軸と略一致した位置に位置決めされる。この状態で、図３に示すように、加圧部材４が型本体３の光学面３ａに接触しないように、該型本体３を型基材１側に所定圧で加圧し、加圧部材４の加圧面４ａ（図２参照）が型基材１の表面１ａ（図２参照）に密接した位置で停止させる。なお、加圧部材４の摺動量は図示しないモータ等により精密な精度で制御されている。
【００１９】
この図３の状態では、型本体３の型基材１に対面する側の一部（光学面３ａを除く部分）が、可塑状態となっている型基材１内に埋没し、型基材１内に形成された保持部９に隙間のないように保持される。なお、型基材１が完全に溶融した状態では、型本体３が自重で型基材１内に落下してしまうので、ある程度粘性が残る状態まで型基材１の加熱を行う。この状態で、ヒータ６への通電を停止し、型本体３及び型基材１を冷却して、型本体３を型基材１に融着させて一体的に固定する。これにより、型本体３と型基材１との間に隙間が生じることはなく、両者が強固に結合される。よって、型本体３が、型基材１の前記保持部９内で回転したり位置ずれを起こしたりすることはない。なお、型本体３と型基材１とは融着により固定される他、接着剤やネジ等の固定具により固定することもできる。
【００２０】
次いで、図４に示すように、一体化された型本体３及び型基材１から成る成形用型１０をスリーブ枠２から取り出す。こうして得られた成形用型１０は、球状の型本体３と型基材１との接続部分の複雑な形状を正確に表現しており、よってこの部分を研削等により仕上げ加工をする必要はない。なお、成形用型１０の表面に形成される光学面（転写面）１３は、離型又は酸化防止等を目的として、例えば、Ｎｉ，Ｃ，Ｃｒ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｔｉ，Ｂ，Ｎのいずれか１つを含む物質からなる膜によってコーティングされている。また、成形用型１０は、スリーブ枠２から取り出された後、型本体３の中心Ｃを基準線として型基材１の端面１ｂが所定の精度に加工されて仕上げられる。
【００２１】
図５は、前述により得られた成形用型１０を用いて、成形品素材（例えば合成樹脂）１４ａ（図５参照）を成形する方法を示す図である。同図に示すように、成形用型１０を上型及び下型とし、これら上型及び下型をスリーブ型１２内に摺動自在に配置し、上型と下型の間に成形品素材１４ａを配置する。次に、図６に示すように、図示しないヒータで成形品素材１４ａを可塑状態となる温度まで加熱し、続いて、例えば下型に対し上型を接近する方向に摺動させれば、成形品（例えば光学素子）１４が成形される。
［第２の実施の形態］
この実施の形態では、前述と同様に、図７において、成形品素材（例えば合成樹脂）よりも可塑状態となる温度が高い型基材２１をスリーブ枠２２内に配置し、更に、型基材２１の上面に、型基材２１が可塑状態となる温度域では可塑状態とならない素材（ＷＣ等）から成る型本体２３を載置する。なお、この実施の形態では、型基材２１として紫外線硬化型の合成樹脂を用いている。また、スリーブ枠２２は紫外線を透過する部材で構成されている。
【００２２】
次いで、型本体２３の上方のスリーブ枠２２内に、加圧部材２４を上下に摺動自在に配置する。この加圧部材２４には、前述と同様に、型本体２３との対面側に、加圧部材２４が型本体２３の光学面（転写面）２３ａに接触しないように断面円形の逃げ穴２５が形成されている。また、この逃げ穴２５の中心線（図示せず）は、スリーブ枠２２の中心線（図示せず）と略一致するように形成されている。この状態で、ヒータ２６に通電して型基材２１及び型本体２３を加熱する。このときの加熱温度は、型基材２１が可塑状態となるような温度にまで加熱する。
【００２３】
次いで、図８に示すように、加圧部材２４を型基材２１に対し接近する方向に摺動させ、加圧部材２４の逃げ穴２５を型本体２３に当接させて、型本体２３をスリーブ枠２２の中心軸と略一致した位置に位置決めする。この状態で、加圧部材２４が型本体２３の光学面２３ａに接触しないように、該型本体２３を型基材２１側に所定圧で加圧し、加圧部材２４の加圧面２４ａ（図７参照）が型基材２１の表面に密接した位置で停止させるようにする。この状態では、型本体２３の型基材２１に対面する側の一部（光学面２３ａを除く部分）が、可塑状態となっている型基材２１内に埋没し、型基材２１内に形成された保持部２９に隙間のないように保持される。但し、型基材２１が完全に溶融した状態では、型本体２３が自重で型基材２１内に落下してしまうので、ある程度粘性が残る状態まで型基材２１の加熱を行う。
【００２４】
次に、紫外線ランプ２７を点灯させて型基材２１に向けて紫外線を照射する。この型基材２１は、紫外線硬化型の合成樹脂であるので型基材２１は硬化し、型基材２１と型本体２３とが一体的に固定される。この場合も、型本体２３と型基材２１とを融着により固定する他、接着剤やネジ等の固定具により固定することもできる。こうして、図４に示した成形用型１０と同様の成形用型が得られる。
［第３の実施の形態］
この実施の形態では、図９において、前述した工程により、型基材３１と型本体３３とを一体的に固定して成形用型３０を成形した後、更に、型基材３１の上方から所定厚さの可塑性素材３８を、型本体３３の周囲との間に隙間のないように密着させて一体的に固定するものである。そのために、成形用型３０における型基材３１の上面に、可塑性素材３８を配置し、図示しないヒータでこの可塑性素材３８が可塑状態になる温度まで加熱する。このとき、可塑性素材３８の素材として、該可塑性素材３８が可塑状態となる温度域では型基材３１が可塑状態とならないような素材を用いるのが好ましい。次に、加圧部材３４を型基材３１に対し接近する方向に摺動させ、加圧部材３４の加圧面３４ａを可塑性素材３８に密接させ、その後に冷却する。すると、図１０に示すような成形用型１３０が得られる。最後に、成形用型１３０は、型本体３３の中心Ｃを基準線として型基材３１の端面３６が所定の精度に加工されて仕上げられる。
【００２５】
本実施の形態によれば、図１１に示すように、若しも、型基材３１と型本体３３との間に、冷却時のひけ等により空隙部３９が生じることがあったとしても、表面の光学面（転写面）３７には何ら影響がなく、型としての性能に影響は生じない。なお、可塑性素材３８と成形用型３０とは、融着により固定される他、接着剤やネジ等の固定具により固定することもできる。このような工程により、複雑な形状の成形用型をも簡単に得ることができる。
［第４の実施の形態］
この実施の形態では、図１２に示すように、成形品素材（例えば合成樹脂）よりも可塑状態となる温度が高い型基材（例えばガラス）４１を、スリーブ枠４２内に配置し、更に、該スリーブ枠４２の略中心軸上でかつ型基材４１の上面に、前記型基材４１が可塑状態となる温度域では可塑状態とならない素材から成る載頭円錐状の型本体４３を載置する。この型本体３は、炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする超硬合金やセラミックスからなり、載頭円錐状の部分の表面は研磨加工されている。
【００２６】
次いで、型本体４３の上方のスリーブ枠４２内に、加圧部材４４を上下方向に摺動自在に配置する。前述と同様に、この加圧部材４４には、型本体４３との対面側に、加圧部材４４が型本体４３の光学面（転写面）４３ａに接触しないように断面円形の逃げ穴４５が形成されている。この逃げ穴４５の中心線は、スリーブ枠４２の中心線と略一致するように形成されている。この状態で、図示しないヒータに通電して型基材４１及び型本体４３を加熱する。このときの加熱温度は、型基材４１が可塑状態となるような温度まで加熱する。
【００２７】
次に、加圧部材４４を型基材４１に対し接近する方向に摺動させ、加圧部材４４の前記逃げ穴４５を型本体４３に当接させる。この状態で、加圧部材４４が型本体４３の光学面４３ａに接触しないように、該型本体４３を型基材４１側に所定圧で加圧し、型本体４３の型基材４１に対面する側を、可塑状態となっている型基材４１内に埋没させる。更に、型本体４３の底面がスリーブ枠４２の底面に当接した位置で、加圧部材４４による加圧を停止させる。
【００２８】
なお、型基材４１が完全に溶融した状態では、型本体４３が自重で型基材４１内に落下してしまうので、ある程度粘性が残る状態まで型基材４１の加熱を行う。この状態で、ヒータ（不図示）への通電を停止し、型本体４３と型基材４１を冷却して、この型本体４３を型基材４１に融着させて一体的に固定する。この場合、型基材４１と型本体４３とは、融着により固定される他、接着剤やネジ等の固定具により固定することもできる。次いで、図１３に示すように、一体化された型本体４３と型基材４１から成る成形用型４０をスリーブ枠４２から取り出す。更に、この成形用型４０は、型本体４３の中心Ｃを基準線として型基材４１の端面４６が所定の精度に加工されて仕上げられる。
［第５の実施の形態］
図１４は、前述した実施の形態の変形例であり、この実施の形態では、スリーブ枠５２の略中心軸上でかつ型基材５１の上面に、底部側にアンカー５５を有する載頭円錐状の型本体５３を載置する。そして、前記と同様に、図示しないヒータに通電して型基材５１及び型本体５３を加熱し、次に、加圧部材５４を型基材５１に対し接近する方向に摺動させ、加圧部材５４が型本体５３の光学面（転写面）５３ａに接触しないように、該型本体５３を型基材５１側に所定圧で加圧する。そして、型本体５３の底面がスリーブ枠５２の底面に当接した位置で、加圧部材５４による加圧を停止させる。この状態で、ヒータ（不図示）への通電を停止し、型本体５３と型基材５１を冷却して、この型本体５３を型基材５１に融着させて一体的に固定する。この場合も、型基材５１と型本体５３とは、融着により固定される他、接着剤やネジ等の固定具により固定することもできる。
【００２９】
次いで、図１５に示すように、一体化された型本体５３と型基材５１から成る成形用型５０をスリーブ枠５２から取り出す。更に、この成形用型５０は、型本体５３の中心Ｃを基準線として型基材５１の端面５６が加工されて仕上げられる。この実施の形態によれば、型本体５３はアンカー５５を有しているので、成形後に型基材５１から型本体５３が容易に離脱することはない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】スリーブ枠内に型基材を配置した工程を示す図である（第１の実施の形態）。
【図２】型基材上に型本体を載置した工程を示す図である（第１の実施の形態）。
【図３】型本体を型基材側に加圧した工程を示す図である（第１の実施の形態）。
【図４】得られた成形用型を示す図である（第１の実施の形態）。
【図５】成形用型により成形品素材を成形する状態を示す図である（第１の実施の形態）。
【図６】成形用型により成形品素材を成形する状態を示す図である（第１の実施の形態）。
【図７】型基材上に型本体を載置した工程を示す図である（第２の実施の形態）。
【図８】型本体を型基材側に加圧した工程を示す図である（第２の実施の形態）。
【図９】型基材上に型本体を載置した工程を示す図である（第３の実施の形態）。
【図１０】得られた成形用型を示す図である（第３の実施の形態）。
【図１１】得られた成形用型を示す図である（第３の実施の形態）。
【図１２】型基材上に型本体を載置した工程を示す図である（第４の実施の形態）。
【図１３】得られた成形用型を示す図である（第４の実施の形態）。
【図１４】型基材上に型本体を載置した工程を示す図である（第５の実施の形態）。
【図１５】得られた成形用型を示す図である（第５の実施の形態）。
【符号の説明】
【００３１】
１      型基材
１ｂ    端面
２      スリーブ枠
３      型本体
３ａ    光学面
４      加圧部材
９      保持部
１０    成形用型
１４    成形品
１４ａ  光学素子素材
２１    型基材
２２    スリーブ枠
２３    型本体
２３ａ  光学面
２４    加圧部材
２７    紫外線ランプ
２９    保持部
３０    成形用型
３１    型基材
３３    型本体
３６    端面
３９    保持部
４０    成形用型
４１    型基材
４２    スリーブ枠
４３    型本体
４３ａ  光学面
４６    端面
５０    成形用型
５１    型基材
５２    スリーブ枠
５３    型本体
５３ａ  光学面
５６    端面
【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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