(57)【要約】【課題】上型と成形体との界面に少量の液体を導入することで上型に付着した成形体を容易に分離することができる成形体の製造方法を提供する。【解決手段】プリフォーム材を下型に載置するステップと、上型１０１でプリフォーム材を加圧して上型１０１に対して凹面を有する光学素子２０２を形成するステップと、光学素子２０２が付着した上型１０１を取り出すステップと、上型１０１と光学素子２０２との界面の少なくとも一部に液体３０２を導入するステップと、上型１０１と光学素子２０２とを分離するステップとを備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型とを備えた成形型を用いた成形体の製造方法であって、
成形素材を前記下型に載置するステップと、
前記上型で前記成形素材を加圧して前記上型に対して凹面を有する前記成形体を形成するステップと、
前記成形体が付着した前記上型を取り出すステップと、
前記上型と前記成形体との界面の少なくとも一部に液体を導入するステップと、
前記上型と前記成形体とを分離するステップとを備えたことを特徴とする成形体の製造方法。
【請求項２】
前記成形体が付着した前記上型を取り出すステップ終了後、前記上型と前記成形体とを分離するステップ終了までに、さらに前記下型に成形素材を載置するステップとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の成形体の製造方法。
【請求項３】
前記液体がフッ素またはシリコーンを含む溶剤であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成形体の製造方法。
【請求項４】
前記上型で前記成形素材を加圧して前記上型に対して凹面を有する前記成形体を形成するステップにおいて、
前記成形体は前記下型に対して凹面を有しかつ前記上型で形成された凹面の曲率半径が前記下型で形成された凹面の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形型を用いた成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラス製や樹脂製の光学素子は、デジタルカメラ用レンズ、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）などのピックアップ、携帯電話用カメラレンズなどに広く利用されている。
【０００３】
従来、このような光学素子は、ガラスや樹脂などの素材を切削研磨加工して製造されていた。しかし、今日では成形型を用いた量産性に優れる加圧成形方法によって成形体を製造することが多くなってきた。一般的に成形型は上型と下型とから構成され、上型と下型とによって素材が加圧成形された後、成形体は成形型から分離される。
【０００４】
しかし、加圧成形後は成形体と成形型とが付着しているため、成形体を成形型から分離することが困難な場合があった。一方、分離を容易にするために、油脂などの離型剤を成形サイクル毎に、成形型に塗布することが広く行われている。
【０００５】
しかし、加圧成形時に離型剤が成形体に転写することによって、成形体の表面が汚染されるという問題があった。また、成形型に塗布した離型剤が成形型に固着して、成形体の形状異常を発生させるという問題があった。このために、成形体および成形型を洗浄する工程を設ける必要があり、成形体の製造工程を煩雑にしていた。
【０００６】
一方、離型剤の使用を避けるために、成形型本体のキャビティ面にセラミクス層が形成されている成形型に、ポリウレタン成形原料を注入または射出し、成形体の分離前に水および／またはアルコール含有気体（水蒸気かアルコール蒸気を含有する空気など）または液体を導入する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−９６５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記技術では成形型全体に水および／またはアルコール含有気体を導入する必要があった。そのため、気体または液体の使用量が多くなるという課題があった。本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、上型と成形体との界面に液体を少量導入することで上型に付着した成形体を容易に分離することができる成形体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】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明は、上型と下型とを備えた成形型を用いた成形体の製造方法であって、成形素材を下型に載置するステップと、上型で成形素材を加圧して上型に対して凹面を有する成形体を形成するステップと、成形体が付着した上型を取り出すステップと、上型と成形体との界面の少なくとも一部に液体を導入するステップと、上型と成形体とを分離するステップとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
このような方法によれば、上型と成形体との界面に液体を少量導入することで上型に付着した成形体を容易に分離することができる。
【００１１】
また、成形体が付着した上型を取り出すステップ終了後、上型と成形体とを分離するステップ終了までに、さらに下型に成形素材を載置するステップとを備えても良い。このような方法によれば、成形体製造ステップの一部を並行して実施できるので、成形体の製造効率を向上できる。
【００１２】
また、液体はフッ素またはシリコーンを含む溶剤であっても良い。このような方法によれば、上型と成形体との界面への浸透性が良い液体を用いるので、より容易に上型と成形体を分離することができる。
【００１３】
また、上型で成形素材を加圧して上型に対して凹面を有する成形体を形成するステップにおいて、成形体は下型に対して凹面を有しかつ上型で形成された凹面の曲率半径が下型で形成された凹面の曲率半径よりも小さくても良い。このような方法によれば、上型を成形型から取り出すステップにおいて、下型と成形体との付着力が上型と成形体との付着力よりも小さいため、成形体と下型を容易に分離することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の成形体の製造方法によれば、上型と成形体との界面に液体を少量導入することで上型に付着した成形体を容易に分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１で用いる成形型の断面模式図である。
【図２】実施の形態１における光学素子の製造ステップを示すフローチャートである。
【図３】同製造ステップの成形型の断面模式図である。
【図４】同製造ステップの成形型の断面模式図である。
【図５】同製造ステップの成形型の断面模式図である。
【図６】同製造ステップの成形型の断面模式図である。
【図７】同製造ステップの成形型の断面模式図である。
【図８】同製造ステップの成形型の断面模式図である。
【図９】実施の形態２における光学素子の製造ステップを示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態３で用いる成形型の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、成形素材であるガラスのプリフォーム材を加圧成形して、成形体である光学素子の製造方法を例にとり説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１で用いる成形型の断面模式図である。図１に示すように、成形型１００は、上型１０１と下型１０２と内胴型１０３と外胴型１０４とベース板１０５とから構成される。上型１０１は、光学素子２０２の一方の面を凹面に加工するための凸面１０１ａおよびツバ部１０１ｂを有している。また、上型１０１は、プレス軸を介して接続された加圧手段であるシリンダ（図示せず）によって上下に駆動される。下型１０２は、ベース板１０５に固定され、光学素子２０２の他方の面を凸面に加工するための凹面１０２ａおよびツバ部１０２ｂを有している。外胴型１０４は、下型１０２の外寸よりも大きい内寸の円筒形状を有し、下型１０２を囲ってベース板１０５上に配置される。内胴型１０３は、外胴型１０４の内寸よりも小さい外寸の円筒形状を有し、外胴型１０４の内部かつ下型１０２のツバ部１０２ｂに配置される。また、内胴型１０３の内寸は上型１０１の外寸よりも大きく、加圧成形時に上型１０１が内胴型１０３に組み込まれる。加圧成形時における上型１０１の下方向への駆動は、上型１０１の上部と外胴型１０４の上部とが同じ高さで停止する。すなわち、このときの上型１０１の凸面１０１ａと下型１０２の凹面１０２ａとの間隔で、光学素子２０２の厚みが決定される。
【００１８】
成形型１００の材質としては、機械的強度特性に優れているものが好適である。例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）などのセラミクス材料、超硬合金などのサーメット材料、モリブデン（Ｍｏ）鋼、ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）鋼、ステンレス鋼などの耐熱鋼が好ましい型材質として挙げられる。本実施の形態においては、成形型１００として炭化ケイ素を切削研磨加工したものを用いた。
【００１９】
図２は、実施の形態１における光学素子の製造ステップを示すフローチャートである。
【００２０】
図３〜図８は、実施の形態１における各製造ステップの成形型の断面模式図である。以下、図２に示すフローチャートに沿って実施の形態１における光学素子２０２の製造方法を詳しく説明する。
【００２１】
まず、成形素材載置ステップＳ１において、図３に示すように成形素材であるガラスのプリフォーム材２０１を下型１０２の中央部に載置する。本ステップでは、プリフォーム材２０１として、予め所定の形状に加工されたガラスを用いているが、溶融ガラスを成形素材として用いることもできる。
【００２２】
次に、上型組み込みステップＳ２において、図４に示すように上型１０１を外胴型１０４と内胴型１０３との内部に組み込む。本ステップでは、成形型１００およびプリフォーム材２０１をＴｇ（ガラス転移点温度）以上に加熱し、プリフォーム材２０１を加工可能な状態に保持する。
【００２３】
次に、加圧成形ステップＳ３において、図５に示すようにプリフォーム材２０１を上型１０１により所定の時間加圧して、上型１０１に対して凹面を有する光学素子２０２を形成する。上型１０１を加圧した状態で、成形型１００をＴｇ（ガラス転移点温度）以下に冷却し、所定の時間保持する。これにより、光学素子２０２の形状を固定する。上型１０１と光学素子２０２とは線膨張係数に違いがあり、成形型１００の冷却の過程で、光学素子２０２の凹面は、凸面１０１ａを包み込む方向に収縮する。特に光学素子２０２は、Ｔｇ（ガラス転移点温度）以下に冷却されるときに急激に収縮する。そのため光学素子２０２の凹面側が上型１０１に付着する。また、光学素子２０２と凹面１０２ａとは成形型１００の冷却過程で分離する方向に光学素子２０２が収縮する。したがって、凹面１０２ａと、光学素子２０２との付着力は弱いものとなる。
【００２４】
次に、上型取り出しステップＳ４において、図６に示すように上型１０１を引き上げて、取り出す。このとき光学素子２０２と下型１０２とは容易に分離できるので、凸面１０１ａに光学素子２０２を付着させたまま、上型１０１を取り出すことができる。
【００２５】
次に、液体導入ステップＳ５において、図７に示すように上型１０１と光学素子２０２の境界の少なくとも一部に液体３０２を塗布する。本ステップでは、ノズル３０１を上型１０１と光学素子２０２の境界に近づけ、液体３０２を吐出することにより塗布する。塗布された液体３０２は、上型１０１と光学素子２０２との界面の少なくとも一部に浸透し、導入される。これにより光学素子２０２が上型１０１から分離しやすくなる。なお、液体３０２を一定量で吐出するためには、ディスペンサなどの定量吐出装置を用いることが好ましい。また、液体３０２は、表面張力が小さく、微細な隙間に導入しやすいフッ素またはシリコーンを含む溶剤を用いることが好ましい。
【００２６】
次に、成形体分離ステップＳ６において、図８に示すように、上型１０１と光学素子２０２を分離する。本ステップでは、まず、真空吸着機構を有する取出治具３０３で光学素子２０２を吸着保持する。続いて、上型１０１を上方向に駆動することにより、上型１０１と光学素子２０２を分離する。その後、取出治具３０３を回収位置（図示せず）に移動し、光学素子２０２を回収する。なお、取出治具３０３には機械的保持機構などを設けることもできる。
【００２７】
また、液体３０２の導入により光学素子２０２が重力によって上型１０１から分離する場合も想定し得る。この場合には、取出治具３０３には光学素子２０２の保持機能を具備しなくても良い。
【００２８】
上述のように、実施の形態１はプリフォーム材２０１を下型１０２に載置するステップＳ１と、上型１０１でプリフォーム材２０１を加圧して上型１０１に対して凹面を有する光学素子２０２を形成するステップＳ３と、光学素子２０２が付着した上型１０１を成形型１００から取り出すステップＳ４と、上型１０１と光学素子２０２との界面の少なくとも一部に液体３０２を導入するステップＳ５と、上型１０１と光学素子２０２とを分離するステップＳ６とを備えている。そのため上型１０１と光学素子２０２との界面に液体３０２を少量導入することで、液体が潤滑剤のような作用をし、上型１０１と光学素子２０２との摩擦力が緩和され上型１０１に付着した光学素子２０２を容易に分離することができる。
【００２９】
（実施の形態２）
実施の形態２は、複数の光学素子を連続して製造する場合において、製造ステップの一部を並行して実施する光学素子の製造方法である。実施の形態２で用いる成形型は、実施の形態１で用いる成形型と同じ構成なので説明を省略する。
【００３０】
図９は、実施の形態２における光学素子の製造ステップを示すフローチャートである。以下、図９に示すフローチャートに沿って２つの製造シーケンス（シーケンスＡ、シーケンスＢ）を有する光学素子２０２の製造方法を詳しく説明する。
【００３１】
シーケンスＡでは、成形素材載置ステップＳ１から上型取り出しステップＳ４までを実施の形態１と同様に実施する。上型取り出しステップＳ４の終了時点では、下型１０２から光学素子２０２が分離されている。すなわち、成形素材載置ステップＳ１における、プリフォーム材２０１載置前の状態である。上型取り出しステップＳ４の終了後、シーケンスＢの成形素材載置ステップＳ２１を実施する。シーケンスＡとシーケンスＢとの並行ステップ期間に、シーケンスＡでは液体導入ステップＳ５および成形体分離ステップＳ６が実施され、シーケンスＡの成形体形成が完了する。成形体分離ステップＳ６の終了後、シーケンスＢでは、上型組み込みステップＳ２２を実施する。その後、シーケンスＢの残りのステップを実施し、シーケンスＢの成形体形成が完了する。
【００３２】
図示していないが、シーケンスＢの上型取り出しステップＳ４終了後に、あらたなシーケンスの成形素材載置ステップＳ２１を実施し、繰り返し連続して光学素子２０２を製造することもできる。
【００３３】
実施の形態２によれば、上型取り出しステップＳ４終了後、成形体分離ステップＳ６終了までに、さらに成形素材載置ステップＳ２１を実施することができる。したがって、複数の光学素子２０２を連続して製造する場合には、製造ステップの一部を並行して実施できるので、光学素子２０２の製造効率を向上できる。
【００３４】
（実施の形態３）
実施の形態１および実施の形態２では、下型１０２に対して凸面を有する光学素子２０２の製造方法について説明した。
【００３５】
実施の形態３は、光学素子の両面に凹面を形成する場合の光学素子の製造方法である。図１０は、実施の形態３で用いる成形型の断面模式図である。実施の形態１で用いる成形型１００と同じ構成は同じ符号を付し、説明を適宜省略する。また光学素子２１２の製造ステップは実施の形態１と同じなので、説明を省略する。
【００３６】
図１０に示すように、成形型１１０は、上型１１１と下型１１２と内胴型１０３と外胴型１０４とベース板１０５とから構成される。上型１１１は、光学素子２１２の一方の面を凹面に加工するための凸面１１１ａを有している。また、下型１１２は、光学素子２１２の他方の面を凹面に加工するための凸面１１２ａを有している。上型１１１の凸面１１１ａの曲率半径は、下型１１２の凸面１１２ａの曲率半径よりも小さいことが特徴である。
【００３７】
実施の形態３によれば、光学素子２１２の上型１１１によって形成される凹面の曲率半径は、下型１１２によって形成される凹面の曲率半径よりも小さくなる。そのため、加圧成形ステップＳ３において成形型１１０を冷却したときの光学素子２１２と上型１１１および下型１１２との付着力にも違いが生じる。すなわち、光学素子２１２における凹面の曲率半径が小さい上型１１１側の面の方が、下型１１２側の面よりも付着力が強くなる。したがって、上型取り出しステップＳ４において、上型１１１を取り出す際に容易に光学素子２１２を下型１１２から分離することができる。
【００３８】
また、複数の光学素子２１２を連続して製造する場合には、実施の形態２で説明したように製造ステップの一部を並行して実施することもできる。
【００３９】
（他の実施の形態）
本発明の実施の形態として、実施の形態１〜実施の形態３を例示した。しかし、本発明はこれには限られない。そこで、本発明の他の実施の形態を以下まとめて説明する。なお、本発明は、これらには限られず、適宜修正された実施の形態に対しても適用可能である。
【００４０】
実施の形態１〜３において、ガラス素材のプリフォーム材を用いて光学素子を形成する製造方法を例示したが、本発明はこれには限られない。アクリルなどの樹脂を成形素材として成形体を製造することもできる。
【００４１】
実施の形態１において、上型と光学素子の境界部分に液体を塗布して、上型と光学素子の界面の一部に液体を導入するステップを例示したが、本発明はこれには限られない。光学素子の周縁部かつ上型と付着する領域の一部に切り欠きなどの液体導入部分が設けられるような上型を用いても良い。このようにすれば上型と光学素子との界面により容易に液体を導入することができるので、上型と光学素子をより容易に分離することができる。
【００４２】
実施の形態２において、上型取り出しステップ終了後、成形体分離ステップ終了までに、さらに成形素材載置ステップを実施するものを例示したが、本発明はこれには限られない。複数の上型を備えることによって、成形体分離ステップが終了するまでに、さらに上型組み込みステップ、加圧成形ステップなどを実施することができる。このようにすれば成形体の製造効率をより向上することができる。
【００４３】
実施の形態３において、両面に凹面を有する光学素子の製造方法について例示したが、本発明はこれには限られない。例えば、光学素子の周辺部分を光学的に利用しない光学設計の場合、下型の中央部分が上型よりも曲率半径が小さい凸面であっても、下型の周辺部が凹面を有するように形成する。このような下型を用いることによって、上型取り出しステップにおいて、光学素子と下型との付着力が小さくなるため光学素子と下型を容易に分離することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の成形体の製造方法によれば、上型と成形体との界面に少量の液体を導入することで上型に付着した成形体を容易に分離することができるので、成形型を用いて光学素子などを製造する際に広く有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１００，１１０    成形型
１０１，１１１    上型
１０２，１１２    下型
１０１ａ，１１１ａ，１１２ａ    凸面
１０１ｂ，１０２ｂ    ツバ部
１０２ａ    凹面
１０３    内胴型
１０４    外胴型
１０５    ベース板
２０１    プリフォーム材
２０２，２１２    光学素子
３０１    ノズル
３０２    液体
３０３    取出治具
【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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