(57)【要約】  コア支持部材１２，２２の熱膨張係数が、金型スリーブ１０，２０の熱膨張係数よりも大きくなるような素材を選定しているので、転写成形時に、熱膨張によって金型スリーブ１０，２０の開口径１０ａ、２０ａが拡大するが、それ以上にコア支持部材１２，２２の外径も拡大し、開口１０ａ、２０ａとの間の隙間を消失させるようになるので、コア１３，２３に形成された成形転写面の光軸は、開口１０ａ、２０ａの軸に対して精度良く位置決めされることとなり、これにより高精度な光学素子等を成形できることとなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する少なくとも一対の金型スリーブと、
前記金型スリーブのうち少なくとも一方の開口に嵌合する嵌合部を備えたコア支持部材と、
前記コア支持部材に連結され、成形転写面を有するコアと、を有し、
前記コア支持部材の熱膨張係数は、当該コア支持部材が取り付けられた前記金型スリーブの熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする成形金型。
【請求項２】
前記コア支持部材の熱膨張係数は、当該コア支持部材が取り付けられた前記金型スリーブの熱膨張係数より２倍以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の成形金型。
【請求項３】
前記開口は前記金型スリーブに複数形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の成形金型。
【請求項４】
少なくとも一対の前記金型スリーブのうち、一つの金型スリーブの開口と他の金型スリーブの開口とは、同時に機械加工されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形金型。
【請求項５】
前記コアは前記コア支持部材に接着されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成形金型。
【請求項６】
常温では前記コア支持部材の嵌合部の外径が前記コアの最外径よりも小さく、かつ成形時には前記コア支持部材の嵌合部の外径が前記コアの最外径よりも大きくなるような外径寸法となっていることを特徴とする請求項１、２、５のいずれかに記載の成形金型。
【請求項７】
前記金型スリーブの素材がＷＣであり、前記コア支持部材の素材がＳＴＡＶＡＸであり、前記コアの素材がＳｉＣであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の成形金型。
【請求項８】
開口を有する少なくとも一対の金型スリーブと、前記金型スリーブのうち少なくとも一方の開口に嵌合する嵌合部を備えたコア支持部材と、前記コア支持部材に連結され、成形転写面を有するコアと、を有し、前記コア支持部材の熱膨張係数は、当該コア支持部材が取り付けられた前記金型スリーブの熱膨張係数よりも大きい成形金型の加工方法において、
少なくとも一対の前記金型スリーブのうち、一つの金型スリーブの開口と他の金型スリーブの開口とを、同時に機械加工することを特徴とする成形金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形金型及び成形金型の製造方法に関し、特に光学素子を成形するのに用いると好適な成形金型及び成形金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップ装置などの光学機器においては、レンズなどの光学素子が用いられている。このような光学素子は、プラスチックやガラスなどを素材とし、成形金型によって成形することができる。ところで、近年においては、光ピックアップ装置において、情報の高密度記録／再生の要求が高まり、より高精度な光学素子を成形することが望まれている。【０００３】
一般的には、例えば対物レンズを成形する光学素子成形金型においては、非球面形状を有する上型と下型とを対向させ、その間に溶融した樹脂を射出し、或いは加熱したガラスのプリフォームを挿入し加圧し、その後冷却させることで所望の形状の対物レンズを得ることができる。また、転写成形面の損耗に合わせて交換できるように、上型と下型に対向して形成した開口内に、それぞれ転写面を有するコアを嵌合させることが多い。しかるに、対向する開口を可能な限り精度良く形成できたとしても、開口とコアとの間にはコアの出し入れのために必要な微小な隙間（例えば５μｍ程度）が存在するために、それに応じて開口とコアの間で軸線のズレが生じる恐れがある。このような軸線のズレが生じると、光学素子の光学面に芯ズレが生じ、要求される光学性能を満足できない恐れがある。これは、一度に複数の光学素子を成形する場合に特に問題となる。【０００４】
これに対し、特許文献１には、ステージ上に配置した複数の型を、ピエゾ素子を用いて個々に位置決めする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６７０９６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に示す技術では成形金型が複雑で大がかりなものとなり、そのコストが高いという問題がある。そこで、より簡素な構造で成形転写面の芯ズレを抑制する機構が望まれている。【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、より簡素な構造で成形転写面の芯ズレを抑制できる成形金型及び成形金型の製造方法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】
本発明に係る第１の形態の成形金型は、
開口を有する少なくとも一対の金型スリーブと、
前記金型スリーブのうち少なくとも一方の開口に嵌合する嵌合部を備えたコア支持部材と、
前記コア支持部材に連結され、成形転写面を有するコアと、を有し、
前記コア支持部材の熱膨張係数は、当該コア支持部材が取り付けられた前記金型スリーブの熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする。【０００９】
成形転写時に加熱することによってコアの温度は４００℃程度に加熱されるため、熱膨張によって金型スリーブの開口径は拡大し、またコアの外径も拡大するが、従来技術のように金型スリーブの開口内にコアを直接嵌合させる構成においては、一般的な金型スリーブの素材は熱膨張係数が比較的大きなＷＣ（超硬）であり、コアの素材は同じＷＣ（超硬）か熱膨張係数が比較的小さなセラミックスであるため、転写成形時には金型スリーブの開口とコアとの隙間がより拡大することとなり、コアの軸心のズレを招く。この軸心のズレを小さくするために金型スリーブの開口とコアとの隙間をより小さくすると、常温時においては隙間が減少するので嵌合させての組立が困難になる。このようにコアに熱膨張係数が小さな素材を使用しようとすると、金型スリーブ素材としてさらに熱膨張係数の小さな材料を選択したくなるが、熱膨張係数以外の特性も満足した材料を選定する事は難しい。【００１０】
そこで、本発明においては、前記金型スリーブの開口と前記コアとの間に、コア支持部材を介在させ、更に前記コア支持部材の熱膨張係数が、前記金型スリーブの熱膨張係数よりも大きくなるような素材を選定したのである。これにより、常温時において前記コアと前記コア支持部材とが嵌合が容易な程度の隙間を設けたとしても、転写成形時に、熱膨張によって金型スリーブの開口径が拡大する以上に、コア支持部材の外径も拡大することによって、嵌合している隙間を消失させるようになるので、コアに形成された成形転写面は、開口に対して精度良く位置決めされることとなるのである。これにより高精度な光学素子等を成形できるのである。【００１１】
特に、金型光学面をもつコアの部材について、成形条件上使用したい材料が限定される場合がある。例えば、コアの材料としてＳｉＣが最適であることが多いが、ＳｉＣの熱膨張係数は比較的小さいので、熱膨張を利用して嵌合隙間を埋めようとすると、金型スリーブの材料は更に小さな熱膨張係数のものを使用しなくてはならない。ところが、単に熱膨張係数がＳｉＣより小さい素材は存在するが、実際に成形に使用する事を考えると熱膨張係数以外の条件も考慮せざるを得ず、すると材料の選定が困難になる。一方、視点を変えると、ＳｉＣが必要なのは成形転写面部分なので嵌合部分に必ずしもＳｉＣを用いる必要はないともいえる。そこで、ピンの構造を光学面転写に必要な機能を有する部分と、熱膨張による嵌合隙間を埋めるための機能を有する部分とに分けることで、ＳｉＣを用いながらも軸線ズレの問題を回避できることとなる。これにより、熱膨張を利用して調心する機構を利用しつつ、光学面に使用したい材料選択の自由度が広がり、より成形に有利な金型を製作する事が出来る。【００１２】
また、コア支持部材の熱膨張係数は、当該コア支持部材が取り付けられた金型スリーブの熱膨張係数の２倍以上であることが好ましい。係る構成により嵌合させるために必要な隙間の確保と熱膨張により隙間を消失させることを両立させることが容易となる。【００１３】
また、前記開口は前記金型スリーブに複数形成されていることが好ましい。係る構成により各開口に取り付けられるコアの位置が定まるので、複数の金型コアの位置の調整が容易になる。【００１４】
また、少なくとも一対の前記金型スリーブのうち、一つの金型スリーブの開口と他の金型スリーブの開口とは、同時に機械加工されることが好ましい。これにより、互いの開口の相対位置を理論上一致させることが出来、さらに開口に対してコアの位置が高精度で開口の軸に位置付けられるようになるため、高精度な成形が可能になる。機械加工としてはドリルや放電等の通し加工が好ましいが、これに限られない。【００１５】
また、前記コアは前記コア支持部材に接着されていることが好ましい。但し、ねじ等により機械的に固定しても良い。【００１６】
また、常温では前記コア支持部材の嵌合部の外径が前記コアの最外径よりも小さく、かつ成形時には前記コア支持部材の嵌合部の外径が前記コアの最外径よりも大きくなるような外径寸法となっていることが好ましい。係る構成により熱膨張後の前記コアの外径とコア支持部材の外径の差を小さくする事ができ、金型スリーブ開口部とコアの隙間をより小さくする事ができる。【００１７】
更に前記金型スリーブの素材がＷＣであり、前記コア支持部材の素材がＳＴＡＶＡＸであり、前記コアの素材がＳｉＣであると好ましい。【００１８】
本発明に係る第１の形態の成形金型の製造方法は、開口を有する少なくとも一対の金型スリーブと、前記金型スリーブのうち少なくとも一方の開口に嵌合する嵌合部を備えたコア支持部材と、前記コア支持部材に連結され、成形転写面を有するコアと、を有し、前記コア支持部材の熱膨張係数は、当該コア支持部材が取り付けられた前記金型スリーブの熱膨張係数よりも大きい成形金型の加工方法において、
少なくとも一対の前記金型スリーブのうち、一つの金型スリーブの開口と他の金型スリーブの開口とを、同時に機械加工することを特徴とする。【００１９】
本発明により、互いの開口の相対位置を理論上一致させることが出来、さらに開口に対してコアの位置が高精度で開口の軸に位置付けられるようになるため、高精度な成形が可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、より簡素な構造で成形転写面の芯ズレを抑制できる成形金型及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】成形金型の断面図であり、図１（ａ）は型開きした状態を示し、図１（ｂ）は型締めした状態を示す。
【図２】コアとコア支持部材とを示す図である。
【図３】金型スリーブを加工する状態を示す斜視図である。
【図４】変形例にかかるコアとコア支持部材とを示す図である。
【図５】別な変形例にかかるコアとコア支持部材とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、成形金型の断面図であり、図２はコアとコア支持部材とを示す図であり、図３は金型スリーブを加工する状態を示す斜視図である。
【００２３】
図１において、上部ホルダ１１に支持された上型（金型スリーブ）１０は、複数（ここでは３列３行に並んでいる）の円筒状の開口１０ａを有する。開口１０ａ内には、コア支持部材１２が嵌合している。上型１０は、熱膨張係数が５．７×１０−６／ＫであるＷＣを素材としている。
【００２４】
図２に示すように、中空円筒状のコア支持部材１２は、大径部１２ａと小径部（嵌合部）１２ｂとを直列に連結した一体形状を有し、また軸線方向に貫通孔１２ｃを有しており、素材はＳＴＡＶＡＸ（プリハードン鋼）からなる。ＳＴＡＶＡＸの熱膨張係数は、１．２×１０−５／Ｋである。
【００２５】
図２において、コア１３は、端面に成形転写面１３ａを形成した頭部１３ｂと、頭部１３ｂに連結した軸部１３ｃとを有する。円筒状の軸部１３ｃを小径部１２ｂの貫通孔１２ｃに挿入して、耐熱性の接着剤で固定することによって、コア１３はコア支持部材１２の端部に取り付けられている。尚、コア１３は、熱膨張係数が４．７×１０−６／ＫであるＳｉＣ（炭化ケイ素）を素材としている。
【００２６】
図１において、下部ホルダ２１に支持された上型（金型スリーブ）２０は、複数（ここでは３列３行に並んでいる）の円筒状の開口２０ａを有する。開口２０ａ内には、コア支持部材２２が嵌合している。下型２０は、下型１０と同様にＷＣを素材としている。
【００２７】
中空円筒状のコア支持部材２２も、コア支持部材１２と同様な形状を有し、素材はＳＴＡＶＡＸ（プリハードン鋼）からなる。又、コア２３も、コア１３と同様な形状を有し同様にコア支持部材２２に取り付けられており、コア１３と同様にＳｉＣ（炭化ケイ素）を素材としている。
【００２８】
上型１０の開口１０ａと下型２０の開口２０ａとを形成する場合、図３に示すように、不図示のアライメントマークを基準に互いに位置決めして重ねた上型１０と下型２０に対し、ドリルＤＲを用いて開口１０ａ、２０ａを一度に形成することが望ましい。これにより、開口１０ａ、２０ａをほぼ同軸に形成できる。
【００２９】
その後、上型１０と下型２０とを分離して、上型ホルダ１１に取り付けた上型１０の開口１０ａに、それぞれコア１３を取り付けたコア支持部材１２の小径部１２ｂを嵌合させる。同様に、下型ホルダ２１に取り付けた下型２０の開口２０ａに、それぞれコア２３を取り付けたコア支持部材２２の小径部を嵌合させる。その後、対向する複数の開口１０ａ、２０ａ同士を、同心に整列させる。尚、上部ホルダ１１の開口１１ａと、コア支持部材１２の大径部１２ａとの間には比較的大きな隙間が形成され、下部ホルダ２１の開口２１ａと、コア支持部材２２の大径部との間には比較的大きな隙間が形成される。
【００３０】
次に、本実施の形態の成形金型を用いた成形について説明する。図１（ａ）に示すように、上型１０と下型２０とを離間させ、外部コイル３０で加熱した状態で、対向する成形転写面間にガラスのプリフォームＰＦを配置し、更に図１（ｂ）に示すように、上型１０と下型２０とを接近させて、成形転写面によりプリフォームＰＦを加圧変形させる。これにより、成形転写面の形状が精度良くプリフォームＰＦに転写される。その後、金型を冷却した上で、上型１０と下型２０とを離間させることで、成形された複数の光学素子を取り出すことができる。
【００３１】
本実施の形態によれば、コア支持部材１２，２２の熱膨張係数が、金型スリーブ１０，２０の熱膨張係数よりも大きくなるような素材を選定しかつ転写成形温度にて所望の寸法になるようにコア支持部材１２，２２の外径および金型スリーブ１０，２０の開口径の寸法を決定しているので、転写成形時に、熱膨張によって金型スリーブ１０，２０の開口径１０ａ、２０ａが拡大するが、それ以上にコア支持部材１２，２２の外径も拡大し、開口１０ａ、２０ａとの間の隙間を消失させるようになるので、コア１３，２３に形成された成形転写面は、同心に整列した開口１０ａ、２０ａの軸に対して高精度で位置決めされるようになるため、これにより高精度な光学素子等を成形できることとなる。
【００３２】
本実施の形態によれば、常温ではコア支持部材１２，２２の小径部１２ｂの外径がコア１３，２３の最外径よりも小さく、かつ成形時にはコア支持部材１２，２２の小径部１２ｂの外径がコア１３，２３の最外径よりも大きくなるような外径寸法となっている。このようなコア１３，２３とコア支持部材１２，２２とを使用することにより、成形加熱時には、嵌合部分に使用したコア支持部材１２，２２が金型スリーブ１０，２０の開口１０ａ、２０ａよりも膨張し、嵌合隙間を小さくもしくは隙間が無い状態とすることが出来るので、開口１０ａ、２０ａとコア１３，２３の軸ズレがほぼ無い状態を作ることが出来る。
【００３３】
この手法は、成形レンズの両面を成形する一対の金型スリーブ１０，２０で、複数のコア１３，２３をセットできるような多数面金型スリーブにおいて、より効果を発揮する。多数面金型スリーブの場合、それぞれの対面する複数対のコア１３，２３の軸線が全て一致することが重要である。従って、一対の金型スリーブ１０，２０の開口１０ａ、２０ａを同時加工することにより、開口１０ａ、２０ａの位置を完全に一致させることが出来る。さらに、本実施の形態のコア支持部材１３、２３を用いることにより、全てのコア１３，２３の軸線をほぼ一致させることができるため、全ての成形品を高精度とすることが可能となる。即ち本実施の形態によれば、各コアが嵌合隙間の範囲で位置ズレが生じ、ある位置の成形品で軸位置を合わせこんでも、他の位置の成形品は軸位置を合わせることが出来ないという従来技術の問題を解決できる。
【００３４】
図４は、変形例にかかるコアとコア支持部材とを示す図である。本変形例においては、コア支持部材１２を中実形状とし、短円筒状のコア１３をコア支持部材１２の端面に接着している。本変形例によれば、熱膨張差によるコア１３とコア支持部材１２の軸線直交方向の位置ズレを抑制できる。
【００３５】
図５は、別な変形例にかかるコアとコア支持部材とを示す図である。本変形例においては、コア支持部材１２の端面にテーパ状の凹部１２ｖを設け、コア１３の端面にテーパ状の凸部１３ｔを形成している。凹部１２ｖに凸部１３ｔを係合させことで、コア支持部材１２に対してコア１３をセンタリングさせることができるため、この状態で両者を接着すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、本発明はガラスの転写成形に限らず、樹脂の射出成形に適用しても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１０  上型
１０ａ  開口
１１  上部ホルダ
１１ａ  開口
１２  コア支持部材
１２ａ  大径部
１２ｂ  小径部
１３  コア
１３ａ  成形転写面
１３ｂ  頭部
１３ｃ  軸部
２０  下型
２０ａ  開口
２１  下部ホルダ
２１ａ  開口
２２  コア支持部材
２３  コア
３０  コイル
ＤＲ  ドリル
ＰＦ  プリフォーム
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図３】
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【国際調査報告】
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