(57)【要約】【課題】全面積に対する光学有効総面積が大きく光量損失の少ない光学素子を得る。【解決手段】光学素子の製造装置１０は、対向する１対の上型１２及び下型１４、これら上型１２及び下型１４を加熱する上伝熱板１６及び下伝熱板１８、上型１２を下型１４に向けて移動させるエアシリンダ２０を有している。また、下型１４と上型１２には、それぞれ複数の凹状の成形面１４ａ，１２ａが連続して形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形面を有する型成形部と、該型成形部とは異なる材質からなる型基材部と、を一体的に接合した成形用型の製造方法において、
前記型成形部の線膨張率αｇと前記型基材部の線膨張率αｋとがαｇ＜αｋの関係を有し、
前記型成形部と前記型基材部との接合部外周に、線膨張率αｃがαｃ＜αｋの関係を有する規制部材を嵌挿し、
前記型基材部と前記型成形部、及び前記規制部材を加熱し、前記型成形部が軟化した状態で該型成形部と前記型基材部とを押圧して接合する
ことを特徴とする成形用型の製造方法。
【請求項２】
前記型成形部と前記型基材部との間に、これら型成形部及び型基材部よりも軟化温度が低い接合部材を挟持し、前記型基材部と前記型成形部を押圧して接合する
ことを特徴とする請求項１に記載の成形用型の製造方法。
【請求項３】
前記型成形部はガラスからなり、前記型基材部は金属からなる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の成形用型の製造方法。
【請求項４】
前記型成形部及び前記接合部材はガラスからなり、前記型基材部は金属からなる
ことを特徴とする請求項２に記載の成形用型の製造方法。
【請求項５】
前記型成形部を、光学転写面を有するマスタ型で前記型基材部に向けて押圧する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成形用型の製造方法。
【請求項６】
光学素子を成形する成形用型において、
成形面を有する型成形部と、
該型成形部よりも大きな線膨張率を有し該型成形部と接合される型基材部と、
該型基材部の外周に接合状態で配置され該型基材部よりも小さな線膨張率を有する規制部材と、を備えている
ことを特徴とする成形用型。
【請求項７】
前記規制部材は、前記型基材部と前記型成形部との接合部の外周を覆っている
ことを特徴とする請求項６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、光学素子を成形するための異種材料でハイブリッド構成された成形用型及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高品質な画質が要求される情報機器の発展に伴い、非球面等の複雑な形状を有する光学素子のニーズが高まり、このような高精度な光学素子を大量に生産するために成形手段が採用されるようになった。
【０００３】
この成形手段に用いられる成形型として、例えば特許文献１には、ハイブリッド成形型に関する技術が開示されている。このハイブリッド成形型は、図７に示すように、超硬合金（型基材）１０１の成形面側にガラス（型成形部）１０２が融着されている。このように、成形型の材質として、光学素子と同質のガラス（型成形部）１０２を用いれば、両者の線膨張率等が近似しているため高精度な光学素子を得ることができるというものである。
【特許文献１】特開２００５−１５２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、型基材（超硬合金）と型成形部（ガラス）との接合部に、両者の線膨張率の差によって発生するせん断応力は、外径が大きくなればなるほど大きくなる。一方、発生するせん断応力を型成形部（ガラス）の厚みで応力緩和できる大きさには限界がある。このため、製造可能な型成形部の形状及び大きさが、型基材及び型成形部の材料により限定される。
【０００５】
このため、特許文献１では、図７に示すように、型成形部（ガラス）１０２の周辺部分１０３を薄くしているが、これは、同図のように型成形部（ガラス）１０２が凸形状の場合は可能である。しかし、図８に示すように、型成形部１０４が凹形状の場合は、周辺部分１０５が厚くなるため適用は難しい。
【０００６】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、線膨張率の異なる異種材料を熱間で接合する場合の接合面に発生する応力を低減し得る成形用型及びそ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】
【０００７】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
成形面を有する型成形部と、該型成形部とは異なる材質からなる型基材部と、を一体的に接合した成形用型の製造方法において、
前記型成形部の線膨張率αｇと前記型基材部の線膨張率αｋとがαｇ＜αｋの関係を有し、
前記型成形部と前記型基材部との接合部外周に、線膨張率αｃがαｃ＜αｋの関係を有する規制部材を嵌挿し、
前記型基材部と前記型成形部、及び前記規制部材を加熱し、前記型成形部が軟化した状態で該型成形部と前記型基材部とを押圧して接合することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の成形用型の製造方法において、
前記型成形部と前記型基材部との間に、これら型成形部及び型基材部よりも軟化温度が低い接合部材を挟持し、前記型基材部と前記型成形部を押圧して接合することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の成形用型の製造方法において、
前記型成形部はガラスからなり、前記型基材部は金属からなることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の成形用型の製造方法において、
前記型成形部及び前記接合部材はガラスからなり、前記型基材部は金属からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の成形用型の製造方法において、
前記型成形部を、光学転写面を有するマスタ型で前記型基材部に向けて押圧することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、
光学素子を成形する成形用型において、
成形面を有する型成形部と、
該型成形部よりも大きな線膨張率を有し該型成形部と接合される型基材部と、
該型基材部の外周に接合状態で配置され該型基材部よりも小さな線膨張率を有する規制部材と、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の成形用型において、
前記規制部材は、前記型基材部と前記型成形部との接合部の外周を覆っていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、線膨張率の異なる異種材料を熱間で接合する場合の接合面に発生する応力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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は、第１の実施形態における成形用型の製造装置の断面正面図である。
【００１５】
この製造装置１０は、枠体を構成する上ベース１２、下ベース１４、及び支柱１６を有し、下ベース１４上には台座１８が配置されている。この台座１８には、型基材部２０が規制部材２４に隙間のないように嵌挿された状態で載置されている。型基材部２０の上端面には、型成形部としてのガラスプリフォーム２６が載置されている。また、下ベース１４と上ベース１２との間の空間で、台座１８の外側方には加熱ヒ一夕２８が設けられている。
【００１６】
また、上ベース１２にはプレス軸３０が挿通可能な穴３２が形成されており、プレス軸３０の先端にはプレス型３４が取付けられている。更に、上ベース１２には、プレス軸ガイド３６が取付けられ、プレス軸３０は、このプレス軸ガイド３６を介して上下に摺動自在に取付けられている。これにより、プレス軸３０の先端に取り付けたプレス型３４は、図示しないアクチュエータによりガラスプリフォーム２６を押圧可能となっている。
【００１７】
本実施形態では、ガラスプリフォーム２６は、Ｓ−ＢＳＬ７（ＯＨＡＲＡ、線膨張率８６×１０―7、ガラス屈伏点６２５℃）を用い、型基材部２０はＳＵＳ４２０Ｊ２（線膨張率１２０×１０―7）を用い、規制部材２４はアンビロイ１１５０（線膨張率５２×１０―7）を使用している。
【００１８】
すなわち、ガラスプリフォーム２６の線膨張率αｇと型基材部２０の線膨張率αｋとは、αｇ＜αｋの関係を有している。また、ガラスプリフォーム２６と型基材部２０との接合部外周に、線膨張率αｃの規制部材２４を嵌挿している。そして、この規制部材２４の線膨張率αｃと型基材部２０の線膨張率αｋとは、αｃ＜αｋの関係を有している。
【００１９】
次に、成形用型の製造方法について説明する。
まず、加熱工程では、加熱ヒ一夕２８により型基材部２０と規制部材２４、及びガラスプリフォーム２６を６２０℃に加熱する。このとき、型基材部２０と規制部材２４は共に膨張するが、それぞれの線膨張率の差によりしまりばめ状態（圧接状態）となる。これは、規制部材２４よりも型基材部２０の方が大きく膨張するためである。
【００２０】
次に、成形工程では、温度を６２０℃に維持したままでガラスプリフォーム２６をプレスする。すると、型基材部２０とガラスプリフォーム２６との接合部３８に接合層（図示せず）が形成される。その後、冷却工程では、冷却に伴い型基材部２０と規制部材２４、及びガラスプリフォーム２６は収縮する。この際、冷却初期には、型基材部２０は規制部材２４とのしまりばめ状態が緩和され、次に収縮が始まるまでの間は、外径寸法の変化は線膨張率による収縮量よりも小さい。
【００２１】
すなわち、本実施形態では、型基材部２０の外周部に該型基材部２０よりも線膨張率の小さい規制部材２４を配置し、この状態で全体を加熱したときに型基材部２０の熱膨張を抑制する。この時点で、型基材部２０とガラスプリフォーム２６とを接合することにより、冷却時の型基材部２０の径の収縮量は外周部を規制していない場合の収縮量よりも小さくなる。このため、型基材部２０とガラスプリフォーム２６との収縮量の差は小さくなり、接合面に発生するせん断応力も小さくなる。よって、接合面に割れが発生するのが防止される。
【００２２】
そして、冷却後半になって、型基材部２０は線膨張率による収縮量に移行していく。これにより、型基材部２０とガラスプリフォーム２６との間に発生する応力発生を抑えながら接合することが可能となる。最後に、ガラスプリフォーム２６の成形面を所望の形状に二次加工する。
【００２３】
本実施形態によれば、接合温度（６２０℃）から冷却した場合に、この冷却による型基材部２０の外形の収縮量は、規制部材２４を使用しない場合に比較して小さくなる。このため、型基材部２０よりも線膨張率の小さいガラスプリフォーム２６の材質の収縮量に近づけることが可能となる。
【００２４】
これにより、ガラスプリフォーム２６に割れを発生させることなく、ガラスプリフォーム２６を型基材部２０に接合することができる。ひいては、ガラスプリフォーム２６及び型基材部２０の外形を大きくすることができる。また、接合する材料として多種類の材料を採用することができる。
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態における成形用型の製造装置の断面正面図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
この製造装置１０では、台座１８上に載置されたガラスプリフォーム２６と型基材部２０との接合部に、接合部材４０が介装されている。
この接合部材４０としては、リン酸系ガラスＫ−ＰＳＫ１００（住田光学ガラス、ガラス屈伏点４１５℃）を使用し、ガラスプリフォーム２６にはＳ−ＢＡＬ４２（ＯＨＡＲＡ、線膨張率７６×１０―7、ガラス転移点５５０℃、ガラス屈伏点５８８℃）を使用した。そして、この接合部材４０は、ガラスプリフォーム２６及び型基材部２０よりも軟化温度が低いものが用いられている。
【００２６】
その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
すなわち、ガラスプリフォーム２６の線膨張率αｇと型基材部２０の線膨張率αｋとは、αｇ＜αｋの関係を有している。また、ガラスプリフォーム２６と型基材部２０との接合部外周に、線膨張率αｃの規制部材２４を嵌挿している。この規制部材２４の線膨張率αｃと型基材部２０の線膨張率αｋとは、αｃ＜αｋの関係を有している。
【００２７】
このように配置した型基材部２０と規制部材２４、及びガラスプリフォーム２６を５６０℃に加熱し、プレス型３４で押圧する。このとき、型基材部２０と規制部材２４は、熱間で線膨張率の差によりしまりばめの状態となる。この状態で、ガラスプリフォーム２６を一定の圧力で加圧保持することにより、ガラスプリフォーム２６と型基材部２０間には、接合部材４０が軟化、活性化し、強い接合層が形成されて接合される。
【００２８】
更に、冷却段階において、型基材部２０と規制部材２４との線膨張率を比較すると、型基材部２０の収縮量の方が大きいが、型基材部２０と規制部材２４との間のしまりばめ状態が緩和され、次に収縮が始まるため、線膨張による収縮量に比較して収縮量は小さくなる。これにより、ガラスプリフォーム２６と型基材部２０との間に発生する応力発生を抑えながら、両者を接合することができる。
【００２９】
本実施形態によれば、第１の実施の形態と比較して、ガラスプリフォーム２６と型基材部２０とを、より強固に接合することができる。
（第３の実施の形態）
図３は、第３の実施の形態における成形用型の製造装置の断面正面図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
この製造装置１０では、プレス型３４のかわりに、凹状の成形面を転写可能な光学転写面４２ａを有するマスタ型４２を取付けている。また、この実施形態では、規制部材２４の外径とマスタ型４２の外径を略等しくし、これら規制部材２４とマスタ型４２の外周側に、これらを嵌挿するスリーブ４４が配置されている。
【００３１】
また、ガラスプリフォーム２６の線膨張率αｇと型基材部２０の線膨張率αｋとは、αｇ＜αｋの関係を有している。更に、ガラスプリフォーム２６と型基材部２０との接合部外周に、線膨張率αｃの規制部材２４を嵌挿している。そして、この規制部材２４の線膨張率αｃと型基材部２０の線膨張率αｋとは、αｃ＜αｋの関係を有している。
【００３２】
その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
すなわち、成形工程で、温度を６２０℃に維持したままガラスプリフォーム２６をマスタ型４２でプレスすると、型基材部２０とガラスプリフォーム２６との接合部３８に接合層（図示せず）が形成される。また、冷却工程の初期には、型基材部２０は規制部材２４とのしまりばめ状態が緩和される。そこで、この時点で型基材部２０とガラスプリフォーム２６とを接合する。
【００３３】
本実施形態によれば、ガラスプリフォーム２６の成形面を二次加工することなく、必要な凸状の成形面２６ａを、成形と同時に得ることができる。
（変形例）
図4は、第３の実施の形態の変形例を示す図である。
【００３４】
この製造装置１０では、凸状の成形面を転写可能な光学転写面４２ｂを有するマスタ型４２を取付けている。また、ガラスプリフォーム２６と型基材部２０との接合部に、接合部材４０が介装されている。この接合部材４０は、ガラスプリフォーム２６及び型基材部２０よりも軟化温度が低い、例えばガラスが用いられている。なお、支柱１６は図示を省略している。
【００３５】
その他の構成は、第３の実施の形態と同様である。
すなわち、ガラスプリフォーム２６の線膨張率αｇと型基材部２０の線膨張率αｋとは、αｇ＜αｋの関係を有している。また、ガラスプリフォーム２６と型基材部２０との接合部外周に、線膨張率αｃの規制部材２４を嵌挿している。そして、この規制部材２４の線膨張率αｃと型基材部２０の線膨張率αｋとは、αｃ＜αｋの関係を有している。
【００３６】
この変形例によれば、ガラスプリフォーム２６に凹状の成形面を形成することができ、その場合も、ガラスプリフォーム２６が型基材部２０に保護されて型使用時にガラスのエッジが欠けるのを防止することができる。また、二次加工を行うことなく、必要な凹状の成形面２６ｂを、成形と同時に得ることができる。
（成形用型について）
図5は、第３の実施の形態により得られた成形用型４６の構成を示す図である。なお、第３の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００３７】
同図において、この成形用型４６は、円柱形の型成形部２６と、この型成形部２６に接合される円柱形状の型基材部２０と、この型基材部２０の外周に配置される円筒形状の規制部材２４と、を有している。
【００３８】
型成形部２６は、光学素子を成形する成形面２６ａを有し、型基材部２０は型成形部２６よりも大きな線膨張率を有している。また、規制部材２４は、型基材部２０よりも小さな線膨張率を有している。この規制部材２４は、型基材部２０と型成形部２６との接合部３８の外周を覆っている。
【００３９】
この規制部材２４により、型成形部２６は保護され、型使用時に型成形部２６のエッジが欠けることがない。
図６は、この成形用型４６を射出成形用の金型装置５０に用いた実施の形態を示す図である。
【００４０】
すなわち、この金型装置５０は、中央にスプルー５６とランナ５８、及びゲート６０が形成された固定側型板６２と、パーティングラインＰＬを介して対向配置された可動側型板６６とを有している。固定側型板６２には、固定側の鏡面駒６４が嵌挿されている。また、可動側型板６６には、前述した鏡面駒６４と同心状に可動側の鏡面駒としての成形用型４６が摺動自在に嵌挿されている。
【００４１】
そして、固定側の鏡面駒６４の光学転写面と可動側の鏡面駒としての成形用型４６の成形面２６ａで囲まれた空間にキャビティ７０が形成されている。
本実施形態の成形用型４６を用いることにより、製品としての光学素子と同じ材料からなる型で成形することができ、熱膨張等も近似するため、高精度な光学素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施形態における成形用型の製造装置の断面正面図である。
【図２】第２の実施の形態における成形用型の製造装置の断面正面図である。
【図３】第３の実施の形態における成形用型の製造装置の断面正面図である。
【図４】第３の実施の形態の変形例を示す成形用型の製造装置の断面正面図である。
【図５】本実施形態により得られた成形用型の構成を示す図である。
【図６】本実施形態により得られた成形用型を射出成形用の金型装置に用いた実施の形態を示す図である。
【図７】型成形部が凹形状をなす従来の成形型の断正面図である。
【図８】型成形部が凹形状をなす成形型の断正面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０      製造装置
１２      上ベース
１４      下ベース
１６      支柱
１８      台座
２０      型基材部
２４      規制部材
２６      型成形部（ガラスプリフォーム）
２６ａ    成形面
２６ｂ    成形面
２８      加熱ヒータ
３０      プレス軸
３２      穴
３４      プレス型
３６      プレス軸ガイド
３８      接合部
４０      接合部材
４２      マスタ型
４２ａ    光学転写面
４２ｂ    光学転写面
４４      スリーブ
４６      成形用型
５０      金型装置
５６      スプルー
５８      ランナ
６０      ゲート
６２      固定側型板
６４      鏡面駒
６６      可動側型板
６８      鏡面駒
７０      キャビティ
αｇ      型成形部（ガラスプリフォーム）の線膨張率
αｋ      型基材部の線膨張率
αｃ      規制部材の線膨張率
【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７】
2008137874.tif 000008
【図８】
2008137874.tif 000009
【図６】
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