(57)【要約】【課題】光学素子の割れおよび焼き付きを抑制し、かつ光学素子の外周部と成形面外周部の面精度を確保することができる光学素子の成形方法を提供すること。【解決手段】光学素子の成形方法は、成形素材を押圧することにより、上型および下型による光学面と、側型による側面とが転写された光学素子を成形する方法であり、予め設定された第一の押圧力を加えた際に、上型と側型との隙間および下型と側型との隙間に成形素材が入り込まない第一の粘度となる第一の温度に成形素材の温度がなるよう、成形型を加熱する加熱工程と、上型および下型の型間距離の縮小速度が所定速度以下となるまで、または型間距離の縮小が停止するまで、成形素材に第一の押圧力を加える第一の押圧工程と、第一の粘度よりも低い第二の粘度となる第二の温度に成形素材の表面の温度がなるよう成形型を加熱し、成形素材に第一の押圧力を加える第二の押圧工程と、を含む。【選択図】図２
2019131444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型、下型および側型から構成される成形型内に配置された成形素材を押圧することにより、前記上型および前記下型による光学面と、前記側型による側面とが転写された光学素子を成形する光学素子の成形方法であって、
予め設定された第一の押圧力を加えた際に、前記上型と前記側型との隙間および前記下型と前記側型との隙間に前記成形素材が入り込まない第一の粘度となる第一の温度に前記成形素材の温度がなるよう、前記成形型を加熱する加熱工程と、
前記上型および前記下型の型間距離の縮小速度が所定速度以下となるまで、または前記型間距離の縮小が停止するまで、前記成形素材に前記第一の押圧力を加える第一の押圧工程と、
前記第一の粘度よりも低い第二の粘度となる第二の温度に前記成形素材の表面の温度がなるよう前記成形型を加熱し、前記成形素材に前記第一の押圧力を加える第二の押圧工程と、
を含むことを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】
前記第二の押圧工程において、前記第一の粘度よりも低い第二の粘度となる第二の温度に前記成形素材の表面の温度がなるよう前記成形型を加熱し、前記成形素材に前記第一の押圧力よりも小さい第二の押圧力を加えることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形方法。
【請求項３】
前記加熱工程と前記第一の押圧工程との間、または前記第一の押圧工程の最中に、前記上型、前記下型および前記側型のうちの一つ以上の温度を低下させることにより、素材表面の活性度を下げるとともに、前記成形素材の表面の粘度を前記第一の粘度よりも高くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上型、下型および側型から構成される成形型内のキャビティに配置された成形素材を押圧することにより、上型および下型による光学面と、側型による側面とが転写された光学素子を成形する方法が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１では、成形素材の押圧変形の際に、下型に対する上型の接近速度を監視することにより、接近速度の低下に基づいてキャビティ内に成形素材が充填されたことを検知し、充填の検知後に押圧変形を終了して冷却硬化させる光学素子の成形方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４９２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１で開示された成形方法では、キャビテイ内に成形素材が充填された後に成形型を冷却して成形素材を硬化させる。そのため、成形素材の押圧変形の際に、例えば図４のＡ部に示すように、上型１１と側型１３との隙間および下型１２と側型１３との隙間に軟化した成形素材Ｍが入り込む場合があった。その結果、隙間に入り込んだ成形素材Ｍが冷却硬化後にバリとなり、取り出し時にバリが引っ掛かって光学素子に割れが発生するおそれがあった。
【０００６】
また、特許文献１で開示された成形方法では、成形素材Ｍの外周側の温度が中心部の温度よりも低い状態で押圧するため、成形素材Ｍと側型１３の内面との接触位置が局所的に高圧となり、成形素材Ｍが側型１３の内面に焼き付くおそれがあった。また、特許文献１で開示された成形方法では、キャビティ内に成形素材Ｍは充填されるものの、側型１３の内面とその近傍の成形面外周部に対する成形素材Ｍの接触時間が、上型１１の成形面１１ａの中心部分および下型１２の成形面１２ａの中心部分に対する成形素材Ｍの接触時間よりも短いため、成形後の光学素子の外周部と成形面外周部の面精度を確保することができないおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光学素子の割れおよび焼き付きを抑制し、かつ光学素子の外周部と成形面外周部の面精度を確保することができる光学素子の成形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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学素子の成形方法は、上型、下型および側型から構成される成形型内に配置された成形素材を押圧することにより、前記上型および前記下型による光学面と、前記側型による側面とが転写された光学素子を成形する光学素子の成形方法であって、予め設定された第一の押圧力を加えた際に、前記上型と前記側型との隙間および前記下型と前記側型との隙間に前記成形素材が入り込まない第一の粘度となる第一の温度に前記成形素材の温度がなるよう、前記成形型を加熱する加熱工程と、前記上型および前記下型の型間距離の縮小速度が所定速度以下となるまで、または前記型間距離の縮小が停止するまで、前記成形素材に前記第一の押圧力を加える第一の押圧工程と、前記第一の粘度よりも低い第二の粘度となる第二の温度に前記成形素材の表面の温度がなるよう前記成形型を加熱し、前記成形素材に前記第一の押圧力を加える第二の押圧工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光学素子の成形方法は、上記発明において、前記第二の押圧工程において、前記第一の粘度よりも低い第二の粘度となる第二の温度に前記成形素材の表面の温度がなるよう前記成形型を加熱し、前記成形素材に前記第一の押圧力よりも小さい第二の押圧力を加えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光学素子の成形方法は、上記発明において、前記加熱工程と前記第一の押圧工程との間、または前記第一の押圧工程の最中に、前記上型、前記下型および前記側型のうちの一つ以上の温度を低下させることにより、素材表面の活性度を下げるとともに、前記成形素材の表面の粘度を前記第一の粘度よりも高くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、成形素材の成形中に、素材表面の活性度を下げて成形型との焼き付き性を抑制するとともに、上型と側型との隙間および下型と側型との隙間に成形素材が入り込むことを抑制することができるため、成形素材の入り込みによってバリが生じることによる光学素子の割れやすさを抑制することができる。また、本発明によれば、成形後の光学素子の外周部および成形面外周部の面精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形方法で用いる成形型の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形方法において、押圧後の成形素材を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、従来技術に係る光学素子の成形方法において、押圧後の成形素材を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る光学素子の成形方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものも含まれる。
【００１４】
本実施の形態に係る光学素子の成形方法は、上型、下型および側型から構成される成形型内に配置された成形素材を押圧することにより、上型および下型による光学面と、側型による側面とが転写された光学素子を成形する方法である。本実施の形態に係る光学素子の成形方法では、図１に示すように、成形型１と、位置ゲージ２と、タイマー３と、制御部４と、を用いる。
【００１５】
成形型１は、一端に成形面１１ａが形成された上型１１と、一端に成形面１２ａが形成された下型１２と、側型（スリーブ）１３と、を備えている。成形型１の内部には、上型１１、下型１２および側型１３によって囲まれた空間であるキャビティＣａが形成されており、キャビティＣａ内に成形素材Ｍが配置される。
【００１６】
上型１１および下型１２は、それぞれの成形面１１ａ，１２ａが成形素材Ｍを挟んで対向して配置されている。側型１３は、上型１１および下型１２を摺動させて案内するためのものである。側型１３は、全体として円筒状に形成されており、上型１１および下型１２を抜き差し自在に保持している。なお、上型１１と側型１３との間、および下型１２と側型１３との間には、型動作時の摺動に必要な隙間が形成されている。
【００１７】
また、成形型１を構成する各型は、図示しないヒータユニットによって加熱可能に構成されており、成形型１内部に配置される成形素材Ｍを間接的に加熱することが可能となっている。後記するように、成形型１によって加熱され軟化した成形素材Ｍは、上型１１と下型１２との接近動作によって変形し、光学素子の形状に成形される。
【００１８】
位置ゲージ２、タイマー３および制御部４は、成形素材Ｍの押圧時において、上型１１および下型１２の型間距離が縮小する速度を監視するためのものである。位置ゲージ２は、上型１１が下型１２に対して接近している際に、下型１２に対する上型１１の相対的な距離を測定し、その情報を制御部４に対して出力する。また、タイマー３は、上型１１が下型１２に対して接近している際の時間を測定し、その情報を制御部４に対して出力する。そして、制御部４は、これらの情報に基づいて、型間距離が縮小する速度を算出し、上型１１および下型１２の型間距離の縮小速度が所定速度以下となったか否か、または型間距離の縮小が停止したか否かを検知する。
【００１９】
以下、本実施の形態に係る光学素子の成形方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。光学素子の成形方法では、加熱工程と、第一の押圧工程と、第二の押圧工程と、冷却工程と、離型工程と、を行う。また、光学素子の成形方法では、必要に応じて、加熱工程と第一の押圧工程との間、または第一の押圧工程の最中に、表面温度（粘度）調整工程を行う。
【００２０】
（加熱工程）
加熱工程では、予め設定された第一の押圧力を加えた際に、成形素材Ｍが成形型１の型間の隙間に入り込まない第一の粘度となる第一の温度に成形素材Ｍの温度がなるよう、成形型１を加熱する（図２のステップＳ１参照）。なお、前記した「成形型１の型間の隙間」とは、具体的には上型１１と側型１３との隙間および下型１２と側型１３との隙間のことを意味している。
【００２１】
加熱工程では、具体的には、図示しないヒータユニットによって成形型１を加熱することにより、成形型１のキャビティＣａ内に配置した成形素材Ｍを第一の温度まで加熱し、成形素材Ｍを第一の粘度まで軟化させる。この第一の温度は、成形素材ＭのＴＧ点（ガラス転移点）以上ＳＰ点（軟化点）以下の範囲であり、後記する第一の押圧工程における第一の押圧力に対し、成形型１の型間の隙間に軟化した成形素材Ｍが侵入できない粘度（第一の粘度）となる温度である。なお、加熱工程では、上型１１および下型１２に設けられたヒータユニットの設定温度を変えることにより、形状要因や型の形状による成形性の上下差を調整することもできる。
【００２２】
ここで、第一の温度（第一の粘度）は、第一の押圧力に対する、成形素材Ｍの加熱温度および粘度変化の傾向を考慮して予め実験的に求めて決定する。本実施の形態で利用する第一の温度（第一の粘度）および第一の押圧力の組み合わせは、後記する第一の押圧工程において、成形型１の型間の隙間に成形素材Ｍが侵入しないような組み合わせとなっている。例えばある温度（粘度）において、ある押圧力では成形素材Ｍの侵入が発生する場合、それよりも押圧力を低くすることにより成形素材Ｍの侵入を抑制することができる。逆に、ある押圧力において、ある温度（粘度）では成形素材Ｍの侵入が発生する場合、それよりも温度を低く（粘度を高く）することにより成形素材Ｍの侵入を抑制することができる。本実施の形態では、これらの傾向を考慮して、成形目的に応じて第一の温度（第一の粘度）および第一の押圧力の組み合わせを決定する。
【００２３】
（表面粘度調整工程）
表面粘度調整工程では、成形型１の温度、すなわち上型１１、下型１２および側型１３のうちの一つ以上の温度を低下させることにより、成形素材Ｍの表面の粘度を第一の粘度よりも高くする（図２のステップＳ２参照）。なお、前記した成形素材Ｍの「表面」には、成形素材Ｍの表面のみならず、表面から所定深さの表層も含まれる。
【００２４】
表面粘度調整工程では、具体的には、加熱工程で成形素材Ｍを加熱軟化させた後に、成形型１の温度を少し下げることにより、成形型１に接触している成形素材Ｍの表面の粘度を若干上昇させる。この表面粘度調整工程を行うことにより、成形型１の型間の隙間に成形素材Ｍが入り込む可能性をより低下させることができる。なお、表面粘度調整工程における成形型１の温度の下げ幅の値は、予め実験的に求めて決定する。また、表面粘度調整工程は、加熱工程の後に独立した工程として行ってもよく、あるいは後工程の第一の押圧工程において成形素材Ｍを押圧している最中に行ってもよい。
【００２５】
（第一の押圧工程）
第一の押圧工程では、上型１１および下型１２の型間距離の縮小速度が所定速度以下となるまで、または上型１１および下型１２の型間距離の縮小が停止するまで、成形素材Ｍに第一の押圧力を加える（図２のステップＳ３参照）。
【００２６】
第一の押圧工程では、具体的には、下型１２に対して上型１１を相対的に接近させ、成形型１内の成形素材Ｍに第一の押圧力を加える。その際、位置ゲージ２、タイマー３および制御部４によって、上型１１および下型１２の型間距離の縮小速度を監視し、型間距離の縮小速度が所定速度以下となり、上型１１および下型１２の接近動作が急激に減速するか、あるいは型間距離の縮小が停止し、上型１１および下型１２の接近動作が停止するまで、成形素材Ｍを押圧する。
【００２７】
ここで、上型１１および下型１２の接近動作の急激な減速および停止は、成形型１のキャビティＣａ内に成形素材Ｍが充填されたこと、すなわち成形素材Ｍが上型１１の成形面１１ａ、下型１２の成形面１２ａおよび側型１３の内面に接触したことを意味している。この状態では、成形素材Ｍをこれ以上押し込むことはできない。また、前記した加熱工程および表面粘度調整工程において、成形素材Ｍの粘度を調整しているため、図３に示すように、成形素材Ｍが成形型１の型間の隙間に入り込むこともない。
【００２８】
（第二の押圧工程）
第二の押圧工程では、第一の粘度よりも低い第二の粘度となる第二の温度に成形素材Ｍの表面の温度がなるよう成形型１を加熱し、成形素材Ｍに第一の押圧力を加える（図２のステップＳ４参照）。
【００２９】
第二の押圧工程では、具体的には、成形型１の温度を少し上げることにより、上型１１の成形面１１ａ、下型１２の成形面１２ａおよび側型１３の内面に接触している成形素材Ｍの表面を再加熱し、当該成形素材Ｍの表面の粘度を第一の粘度よりも若干低下させる。そして、この状態で成形素材Ｍを押圧することにより、上型１１の成形面１１ａ、下型１２の成形面１２ａおよび側型１３の内面と、成形素材Ｍとの密着性を向上させ、成形後の光学素子の上下の光学面および側面の面精度を確保することができる。なお、第二の押圧工程では、成形素材Ｍの表面だけを加熱しており、成形素材Ｍ全体の大きな変形は生じないため、当該成形素材Ｍが成形型１の型間の隙間に入り込むこともない。
【００３０】
ここで、第二の押圧工程では、成形素材Ｍの再加熱後に、第一の押圧力よりも小さい第二の押圧力で成形素材Ｍを押圧することが望ましい。これにより、成形素材Ｍの押圧の際に成形型１の型間の隙間に成形素材Ｍが入り込む可能性をより低下させることができる。また、より低圧にすることにより、無理な応力が無く面精度をより向上させることができる。なお、第二の押圧工程における成形型１の温度の上げ幅の値および押圧力の下げ幅の値は、予め実験的に求めて決定する。また、第二の押圧工程は、主に成形後の光学素子の面精度を確保するために行うが、本工程を行うことにより、光学素子の外周部の稜線の尖り具合の調整も可能である。
【００３１】
また、本実施の形態に係る光学素子の成形方法では、第一の押圧工程において上型１１および下型１２の接近動作が急激に減速するか、あるいは型間距離の縮小が停止したと判定された後に速やかに第二の押圧工程に移行し、成形型１の温度を上昇させ、必要に応じて押圧力を第一の押圧力から低下させることが望ましい。また、第二の押圧工程の完了後も、速やかに冷却工程に移行することが望ましい。
【００３２】
（冷却工程）
冷却工程では、第二の押圧工程よりも押圧力および成形型１の温度を低下させ、形状と面精度が確定した成形素材Ｍを冷却して硬化させる（図２のステップＳ５参照）。冷却工程では、ヒートショックによる光学特性の急激な変化を防ぐために、成形素材Ｍを段階的に冷却するか徐冷する。
【００３３】
（離型工程）
離型工程では、成形後の光学素子を成形型１から取り出す（図２のステップＳ６参照）。
【００３４】
以上説明したような本実施の形態に係る光学素子の成形方法によれば、成形素材Ｍの成形中に、素材表面の活性度を下げて成形型１との焼き付き性を抑制するとともに、成形型１の型間の隙間に成形素材Ｍが入り込むことを抑制することができるため、成形素材Ｍの入り込みによってバリが生じることによる光学素子の割れやすさを抑制することができる。また、本実施の形態に係る光学素子の成形方法によれば、成形後の光学素子の外周部および成形面外周部の面精度を確保させることができる。
【００３５】
以上、本発明に係る光学素子の成形方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【００３６】
例えば、本実施の形態に係る光学素子の成形方法は、基本的には単軸による条件変動式の成形方法に適用されるが、循環式の成形方法にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  成形型
１１  上型
１１ａ，１２ａ  成形面
１２  下型
１３  側型
２  位置ゲージ
３  タイマー
４  制御部
Ｃａ  キャビティ
Ｍ  成形素材
【図１】
2019131444.tif 000003
【図２】
2019131444.tif 000004
【図３】
2019131444.tif 000005
【図４】
2019131444.tif 000006