(57)【要約】【課題】  上型、下型、胴型などの摺動部位に、優れた耐久性及び摺動性を付与することにより、偏心精度が高く、かつ、パーティクルによる汚染などのない光学素子を効率良く生産できるようにする。【解決手段】  モールドプレス成形装置は、少なくとも一方が上下動可能な上型１０及び下型２０と、上型１０及び／又は下型２０を摺動ガイドする胴型３０とを含み、上型１０、下型２０及び／又は胴型３０における摺動部位の少なくとも一部に、固体表面処理材を高速噴射する表面処理が施されている。表面処理剤として、炭素や二硫化モリブデンを用いると好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が上下動可能な上型及び下型と、前記上型及び／又は前記下型を摺動ガイドする胴型とを含むモールドプレス成形装置において、
前記上型、前記下型、及び／又は前記胴型における摺動部位の少なくとも一部に、固体表面処理材を高速噴射させて表面処理を施した
ことを特徴とするモールドプレス成形装置。
【請求項２】
前記固体表面処理材が、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素の少なくとも一つを含む請求項１記載のモールドプレス成形装置。
【請求項３】
前記摺動部位の表面粗さが、０．０５〜１０μｍである請求項１又は２記載のモールドプレス成形装置。
【請求項４】
前記摺動部位のクリアランスが、０．１〜１０μｍである請求項１〜３のいずれかに記載のモールドプレス成形装置。
【請求項５】
前記摺動部位が、多結晶を有するセラミックである請求項１〜４のいずれかに記載のモールドプレス成形装置。
【請求項６】
摺動部位の少なくとも一部に、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素を高速噴射して表面処理を施した上型、下型、及び／又は胴型とを含むモールドプレス成形装置を用いた光学素子の製造方法であって、
前記モールドプレス成形装置に成形素材を供給し、非酸化雰囲気において前記上型と下型の少なくとも一方を上下動させて前記プレス成形を行う
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記摺動部位の少なくとも一部に施す表面処理が、二硫化モリブデンを高速噴射する表面処理であって、
前記モールドプレス成形装置における前記プレス成形が、非酸化雰囲気において５００℃以上の成形温度で行うものである
請求項６記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ、プリズムなどの光学素子をプレス成形するためのモールドプレス成形装置及び光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような光学素子の製造方法として、加熱により軟化した状態の成形素材、例えばガラスプリフォームを、得ようとする光学素子の形状をもとに精密加工された上型と下型の間でプレス成形して、光学素子を製造する方法が知られている。
【０００３】
例えば、少なくとも胴型又は型部材の摺動部分に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法などによる水素化アモルファス炭素膜を被覆形成した成形用型が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような成形用型によれば、高温下でも良好な摺動性を確保できるとともに、炭素膜によって摺動面の酸化を抑制し、摺動面のメンテナンス回数を減らすことができるとされている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたマイクロ波プラズマＣＶＤ法などによって被覆形成される炭素膜は、基体との一体性に乏しいため、熱膨張と熱収縮及び型同士の機械的摩擦を繰り返しながら連続プレスを行う成形用型の摺動面に適用した場合、剥離して摺動性を低下させるだけでなく、剥離したパーティクルが光学素子を汚染したり、表面欠陥を引き起こす可能性がある。
【０００６】
また、上記の炭素膜は、比較的消耗が速いため、プレス回数の増加に伴い、摺動性が低下したり、摺動部位のクリアランスが経時的に大きくなるという問題がある。
また、上記の成膜法では、膜厚をモニタリングしながら制御する必要があるため、成膜に手間がかかり、また、胴型内周面などの成膜が困難である。
【０００７】
ところで、光学素子、例えばレンズは、撮像機器、光ピックアップなどに多用され、その画素数や記録密度の増大に伴い、偏心精度などの必要精度が極度に高くなってきている。光学素子の偏心精度は、光学素子の光学機能面の第１面を成形する型の軸と、第２面を成形する型の軸とのシフト距離（ディセンタ）、第１面の軸と第２面の軸との傾き（ティルト）などによって左右される（図４参照）。例えば、高画素数のデジタル撮像機器や、高密度の光ピックアップ光学機器に適用するレンズでは、ティルトを２分以内に抑えた成形条件が必要となってきている。
【０００８】
光学素子の製造に用いられるモールドプレス成形装置は、通常、少なくとも一方が上下動可能な上型及び下型と、上型及び／又は下型を摺動ガイドする胴型とを備えて構成されている。このようなモールドプレス成形装置では、摺動部位（型同士が摺接する部分）のクリアランスを大きくすると、ディセンタ及びティルトが大きくなり、成形された光学素子の光学性能が劣化してしまうため、高い偏心精度を要求する光学素子の成形に際しては、摺動部位のクリアランスを極度に小さくする必要がある。例えば、その摺動部位のクリアランスを１０μｍ以下にする必要が生じている。
【０００９】
しかしながら、摺動部位のクリアランスを極度に小さくすると、摺動時に噛み込み（がじり）が生じるだけでなく、摩擦によって型材が磨耗し、摩耗により発生したパーティクルが光学素子を汚染するなどの問題が生じる。また、このような条件で連続プレスを行なうと、摩耗によりクリアランスが徐々に大きくなり、偏心精度が経時的に劣化してしまう。
なお、摺動部位の摩擦や磨耗を低減するために、公知の潤滑剤を用いることが考えられる。しかし、光学素子の成形温度が５００〜８００℃程度であるため、潤滑剤としてグリース、オイルに分散させるものや、有機溶媒を使用すると、熱により分解し、かつ光学素子を汚染する原因となるので適用できない。
【００１０】
本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、上型、下型、胴型などの摺動部位に、優れた耐久性及び摺動性を付与することにより、偏心精度が高く、かつ、パーティクルによる汚染などのない光学素子を効率良く生産できるようにしたモールドプレス成形装置及び光学素子の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明のモールドプレス成形装置は、少なくとも一方が上下動可能な上型及び下型と、前記上型及び／又は前記下型を摺動ガイドする胴型とを含むモールドプレス成形装置において、前記上型、前記下型、及び／又は前記胴型における摺動部位の少なくとも一部に、固体表面処理材を高速噴射させて行う表面処理を施した構成としてある。
【００１２】
このように構成すると、上型、下型、胴型などの摺動部位に、優れた耐久性及び摺動性を付与することができる。特に、固体表面処理材を高速噴射によって表面処理を施すと、摺動部位となる基体に高速噴射された固体表面処理材は、少なくとも粒子の一部が基体表面に取り込まれて基体と一体化されるので、マイクロ波プラズマＣＶＤ法などによって被覆形成される炭素膜のように、光学素子の連続プレス成形において剥離したり、早期に消耗されることなく、長期にわたって良好な摺動性を維持することができる。
【００１３】
これにより、偏心精度が高く、かつ、パーティクルによる汚染などのない光学素子を効率良く生産することができる。特に、摺動部位のクリアランスを１０μｍ以下にする必要がある高精度の光学素子であっても、安定したモールドプレス生産を実現でき、さらに、摺動限界である１μｍ以下のクリアランスでも成形が可能になる。また、得ようとする光学素子のティルトを１分以下、さらには３０秒以下とするために、摺動部位を長くとる場合においても、安定した生産が可能になる。
また、上記の表面処理法は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法などのように、膜厚をモニタリングしながら制御する必要がなく、また、胴型内周面などでも処理できるという利点がある。
【００１４】
また、本発明のモールドプレス成形装置は、前記固体表面処理材が、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素の少なくとも一つを含む構成としてある。
このように構成すると、炭素が有するグラファイト構造、二硫化モリブデンや窒化ホウ素が有する層状の結晶構造により、上記の摺動部位に良好な摺動性を付与することができる。
また、固体表面処理材の平均粒径は、グラファイト（炭素）の場合で１５〜２５μｍ、二硫化モリブデンの場合で１０〜１５μｍ、ｈ−ＢＮ（窒化ホウ素）の場合で１２〜１８μｍとすることが好ましい。この粒径を用いると、噴射時に固体表面処理材に与える運動エネルギーが適切な範囲となり、固体表面処理材が基体表面に取り込まれ易くなるので、摺動時における固体表面処理材の離脱、消耗が抑制され、本発明の効果を得るのに適切である。
【００１５】
また、本発明のモールドプレス成形装置は、前記摺動部位の表面粗さを、０．０５〜１０μｍとしてある。
このように構成すると、固体表面処理材を基体表面に噴射したとき、固体表面処理材が基体表面に取り込まれ易くなるので、摺動部位の耐久性や摺動性を高めることができる。
【００１６】
また、本発明のモールドプレス成形装置は、前記摺動部位のクリアランスを、０．１〜１０μｍとしてある。
このように構成すると、偏心精度の高い光学素子を効率良く成形することができる。さらに、摺動部位を長くとれば、成形ティルトが１分以下、さらには３０秒以下の条件で光学素子を生産することが可能になる。
【００１７】
また、本発明のモールドプレス成形装置は、前記摺動部位を、多結晶を有するセラミックで構成してある。
このように構成すると、基体表面に噴射した固体表面処理材が基体表面に取り込まれ易くなるので、摺動部位の耐久性や摺動性を高めることができる。
【００１８】
本発明の光学素子の製造方法は、摺動部位の少なくとも一部に、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素を高速噴射して表面処理を施した上型、下型、及び／又は胴型とを含むモールドプレス成形装置を用いた光学素子の製造方法であって、前記モールドプレス成形装置に成形素材を供給し、非酸化雰囲気において前記上型と下型の少なくとも一方を上下動させて前記プレス成形を行う方法としてある。
【００１９】
このようにすると、固体表面処理材を高速噴射する表面処理によって、上型、下型、胴型などの摺動部位に、優れた耐久性及び摺動性が付与されるので、偏心精度が高く、かつ、パーティクルによる汚染などのない光学素子を効率良く生産することができる。
しかも、非酸化雰囲気においてプレス成形を行うので、高温下であっても、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素の酸化や分解を抑制し、良好な耐久性及び摺動性を維持することができる。
なお、所定のプレスショットごとに高速噴射による表面処理を施すことも可能であり、このようにすると、常に、良好な偏心精度を維持して光学素子を製造することができる。
【００２０】
また、本発明の光学素子の製造方法は、前記摺動部位の少なくとも一部に施す表面処理が、二硫化モリブデンを高速噴射する表面処理であって、前記モールドプレス成形装置における前記プレス成形が、大気中においては５００℃以上の成形温度で行う方法としてある。
このようにすると、酸化雰囲気において４００℃程度で熱分解し、５００℃程度で昇華するという性質を有する二硫化モリブデンを用いて、摺動部位を表面処理することが可能になり、５００℃以上の高温下で成形を行う必要のあるガラス素材を用いた光学素子の製造においても上記問題を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、上型、下型、胴型などの摺動部位に、優れた耐久性及び摺動性を付与することにより、偏心精度が高く、かつ、パーティクルによる汚染などのない光学素子を効率良く生産することができる。
しかも、本発明が用いる表面処理法によれば、マイクロ波プラズマＣＶＤ法や熱フィラメントＣＶＤ法などのように、膜厚をモニタリングしながら制御することなく、固体表面処理材の材質、粒径及び噴射速度を選択するだけで、耐久性及び摺動性に優れる摺動面を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、以下では、本発明をガラス光学素子の製造装置に適用した実施形態に沿って説明するが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、樹脂製光学素子の製造、あるいは、ガラス及び樹脂製の光学素子以外の部品製造にも適用できる。
【００２３】
［モールドプレス成形装置］
図１は、本発明に係るモールドプレス成形装置の概略縦断面図である。
この図に示すように、モールドプレス成形装置は、少なくとも一方が上下動可能な上型１０及び下型２０と、上型１０及び／又は下型２０を摺動ガイドする胴型３０とを備えて構成されている。
【００２４】
上型１０及び下型２０は、上型１０と下型２０の間でプリフォーム（ガラス素材）４０をプレス成形するために、あるいは、プリフォーム４０の供給や成形品の取り出しに際して成形型を開放するために、上下動可能となっている。上型１０は下面が成形面１３を形成しており、下型２０は上面が成形面２３を形成している。
胴型３０は、その内周面で上型１０及び下型２０を摺動自在にガイド（位置規制）するように形成されている。
【００２５】
上記のモールドプレス成形装置を用いて、高精度な光学素子をプレス成形する場合、型同士が摺接する摺動部位のクリアランスを極度に小さくしつつ、円滑な摺動を維持することが要求される。本発明では、このような要求を満たすために、上型１０、下型２０、及び／又は胴型３０における摺動部位の少なくとも一部に、固体表面処理材を高速噴射する表面処理を行い、摺動部位に優れた耐久性及び摺動性を付与している。
【００２６】
具体的には、上型１０の外周面１１、下型２０の外周面２１、胴型３０の内周面３１などに上記の表面処理を施すことができる。ただし、上型１０の外周面１１や下型２０の外周面２１に表面処理を施す場合は、精密加工された成形面１３，２３への噴射による汚染、損傷を防止する必要が生じるため、胴型３０の内周面３１に表面処理を施すことが簡便であり、好ましい。
【００２７】
上記の表面処理を行うと、摺動部位となる基体に高速噴射された固体表面処理材は、少なくとも粒子の一部が基体表面に取り込まれて基体と一体化されるので、マイクロ波プラズマＣＶＤ法などによって被覆形成される炭素膜のように、光学素子の連続プレス成形において剥離したり、早期に消耗されることなく、長期にわたって良好な摺動性を確保することができる。
【００２８】
固体表面処理材としては、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素を用いることができる。これらは、いずれも優れた潤滑効果をもたらす。これらのうち、炭素は、グラファイト構造を有するものが好ましい。これは、グラファイト構造によって、基体表面に優れた滑り性を付与するからである。また、二硫化モリブデンも、層状の結晶構造により、基体表面に優れた滑り性を与えることができる。また、窒化ホウ素の場合には、ｈ−ＢＮが好ましい。ｈ−ＢＮは、上記と同様の結晶構造により、基体表面に優れた滑り性を付与するからである。
【００２９】
これらのうち、グラファイトは、耐熱性に優れている点から、特に高温下でプレス成形を行う本発明の成形装置における固体表面処理材として好適である。一方、二硫化モリブデンは、グラファイトと比較して、比重が大きいため、噴射時に十分な運動エネルギーをもって基体表面に衝突し、少なくとも粒子の一部分が基体表面中に取り込まれる確率が高い。この点から、二硫化モリブデンは、好ましい固体表面処理材として用いられる。
【００３０】
固体表面処理材の平均粒径は、グラファイトの場合で１５〜２５μｍ、二硫化モリブデンの場合で１０〜１５μｍ、ｈ−ＢＮの場合で１２〜１８μｍが好ましい。この粒径を用いると、固体表面処理材が噴射時に有する運動エネルギーが適切な範囲となり、基体表面に取り込まれやすくなるので、摺動時の離脱、消耗を抑制することができる。
【００３１】
固体表面処理材を高速噴射する際には、固体表面処理材をオイル、グリースに分散させたり、有機溶媒に溶解させる必要はない。圧縮した大気、又は窒素などの不活性ガスなどとともに、公知の噴射装置を用いて噴射することができる。噴射速度は、５０〜１５０ｍ／ｓが好ましい。
【００３２】
このような表面処理を行うと、固体表面処理材は、十分な運動エネルギーをもって基体表面に到達し、少なくともその一部、好ましくは大半が、基体表面を構成する結晶の隙間に取り込まれ、あるいは基体を構成する原子の間から内部に取り込まれる。このように、固体表面処理材が基体側に取り込まれるためには、基体の表面が所定範囲の粗面であることが好ましい。すなわち、基体の表面粗さは、Ｒａで０．０５〜１０μｍ、好ましくは、０．１〜５μｍである。
【００３３】
例えば、基体がセラミックであれば、結晶の隙間（例えば粒界）に固体表面処理材が取り込まれるような表面状態のものが好ましく、多結晶のものが特に好ましい。基体を構成するセラミックの好ましい製法としては、燒結によるものが挙られる。化学蒸着法などによるものでは、表面が緻密で平滑になりすぎ、本発明の効果が得られにくい場合があるからである。
【００３４】
本発明では、成形しようとする光学素子の形状にもとづき、精密に形状加工した成形面を有する上型と下型を用意する。成形面部分の型母材としては、公知のもの（ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＢＮ、ＴｉＮ、ＺｒＯ２、サーメット、ステンレスなど）を用いることができる。特に、高い成形温度に耐え、かつ緻密であって成形面を精密加工できることから、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＷＣが好ましい。
なお、本発明の摺動部位を、上型、下型の少なくとも一部に設ける場合には、摺動部位は、多結晶のＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４又はＷＣとすることが好ましい。例えば、焼結による上記素材の型母材の成形面近傍に、ＣＶＤ法などにより緻密な層を堆積させてもよい。胴型も同様の素材から選択して用いることができる。
【００３５】
基体表面が平滑である場合には、固体表面処理材が取り込まれにくいため、粗面化処理を予め施すことが好ましい。例えば、基体が金属の場合などには、表面が鏡面であると、固体表面処理材が取り込まれにくいため、ブラスト法、化学的エッチングなどの粗面化処理を予め施すことが好ましい。ブラスト法では、圧縮空気と共に研磨剤を高速で被加工材に衝突させる。また、化学的エッチングでは、リン酸、強酸、強アルカリなどによって表面処理することにより、表面を粗面化することができる。
【００３６】
このような表面処理によって基体に取り込まれた固体表面処理材は、基体表面における深さ１００〜数百ｎｍ程度の領域までの表面層を改質する。改質された表面層は、表面に近づくほど固体表面処理材の濃度が高くなる。この改質層は、耐久性が高く、連続プレスにおいて繰り返し行われる摺動に耐え、かつパーティクルの発生が抑えられる。例えば、数千回の連続プレスにおいて、良好な摺動性を示した。
【００３７】
なお、上型１０、下型２０の成形面１３，２３には、成形品の離型を促すための離型膜を設けることが好ましい。離型膜としては、ダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ）、水素化ダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ：Ｈ）、テトラヘドラルアモルファス炭素膜（ｔａ−Ｃ）、水素化テトラヘドラルアモルファス炭素膜（ｔａ−Ｃ：Ｈ）、アモルファス炭素膜（ａ−Ｃ）、水素化アモルファス炭素膜（ａ−Ｃ：Ｈ）、窒素を含有するカーボン膜等の炭素系膜、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、及びタンタル（Ｔａ）から選ばれる少なくとも一つの金属を含む合金膜が適用できる。
【００３８】
また、成形面１３，２３への離型膜の成膜は、ＤＣ−プラズマＣＶＤ法、ＲＦ−プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ−プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法などのプラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法などのイオン化蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、蒸着法やＦＣＡ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｃａｔｈｏｄｉｃ  Ａｒｃ）法などの手法を用いることができる。
【００３９】
［光学素子の製造方法］
つぎに、上記のモールドプレス成形装置を用いた光学素子の製造方法について説明する。
光学素子の成形に用いる成形素材としては、例えば、予備成形されたガラスプリフォームを用いることができる。ガラスプリフォームは、予めガラスを溶融固化又は冷間加工して所定の体積、形状に形成される。ガラスプリフォームの表面には、プレス成形に先立ち、離型機能を持つ膜を設けておくことが好ましい。このような膜としては、炭素膜、炭化水素膜、自己組織化膜（分子中に特定の官能基を有する有機物を、自己的にガラスプリフォーム表面上に配列、組織化して形成した膜）などが挙られる。
【００４０】
成形工程では、成形に適した粘度に加熱軟化したガラスプリフォームを、上型と下型との間で、適切な荷重をかけてプレス成形し、成形面を転写する。荷重を維持したまま、又は荷重を減じた状態で、成形された光学素子と成形型の密着を保ち、例えば、ガラスの粘度で１０１２ｄＰａ・ｓ相当の温度以下になるまで冷却したのち、上型と下型を離間し、離型する。離型温度は、好ましくは、ガラス粘度で１０１２．５〜１０１５．０ｄＰａ・ｓ相当、より好ましくは、１０１３〜１０１５．０ｄＰａ・ｓ相当である。そして、離型後、光学素子を取り出す。
【００４１】
なお、ガラスプリフォームを上下型間に配置してから、成形型と共に所定の温度（例えば、ガラス粘度で１０７〜１０９ｄＰａ・ｓに相当する温度）まで昇温、加熱したのちに、プレス成形してもよく（以下、成形方法１）、又は、型外で所定の温度（例えばガラス粘度で１０６〜１０９ｄＰａ・ｓ相当の温度）まで加熱したガラスプリフォームを、加熱された成形型に供給し、プレス成形してもよい（以下、成形方法２）。後者の場合は、型外で加熱した成形素材を、それより低い温度（例えば、ガラス粘度で１０８〜１０１２ｄＰａ・ｓ相当の温度）に加熱した成形型に供給し、ただちに上下成形型を接近させ、荷重をかけてプレス成形することができる。
【００４２】
型外で加熱したプリフォームを、加熱した上下型に供給する方法（成形方法２）においては、加熱され、開かれた上下型間に、型外で加熱されたプリフォームを供給したのち、プリフォームの温度が下がらないよう、ただちに上下型を胴型にて位置規制した上で接近させ、閉じる必要がある（このとき胴型も上下型温度又はそれに近い温度に加熱されている）。従来、このような高温下において、熱膨張した上下型の位置規制及び摺動を胴型内でスムーズに行うには、摺動部位のクリアランスを極度に小さくすることが困難であった。
【００４３】
しかしながら、上型、下型、及び／又は胴型における摺動部位の少なくとも一部に、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素を高速噴射する表面処理を施し、その後、プレス成形を行ったところ、摺動部位のクリアランスが１０μｍ以下であっても、連続プレスを行うことが可能であった、これにより、十分に偏心精度の高い光学素子（例えば、ティルト２分以内）が成形できた。
【００４４】
また、プリフォームを上下型間に配置してから、成形型と共に昇温、加熱したのちに、プレス成形を行う方法（成形方法１）においては、熱膨張前に上下型と胴型を組み立てることができるため、摺動部分のクリアランスは、５μｍ以下とすることが可能であった。これにより、さらに偏心精度の高い光学素子（例えば、ティルト６０秒以内）が得られるようになった。
【００４５】
さらに、本発明における光学素子の製造方法では、上記の成形工程における成形雰囲気を非酸化雰囲気としている。例えば、窒素ガス、又は窒素ガスと水素ガスの混合雰囲気などを用いることができる。これにより、成形型の摺動部位に施された固体表面処理材の酸化や分解を抑止することができた。
特に、本発明の固体表面処理材のうち、二硫化モリブデンは、酸化雰囲気において、４００℃付近で熱分解し、５００℃付近で昇華するため、５００℃以上の高温で成形を行う成形装置に適用することは不可能であると思われたが、発明者らの検討により、成形型の摺動部位に二硫化モリブデンの高速噴射によって表面処理したものを用い、非酸化性雰囲気でプレス成形を行ったところ、５００℃以上の高温でも表面処理が損なわれず、良好にプレス成形を行うことができた。
【００４６】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されないことは勿論である。例えば、本発明の表面処理は、以下のモールドプレス成形装置にも適用することもできる。
このモールドプレス成形装置は、上型又は下型の成形面に付着した成形体を離型させる強制離型手段を備え、この強制離型手段が、上型の外周面又は下型の外周面の少なくとも一部との摺動により、上型又は下型と相対的に移動するモールドプレス成形装置であって、前記強制離型手段、上型、及び／又は下型の摺動部位の少なくとも一部に、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素を高速噴射する表面処理が施されている。
【００４７】
つまり、上記のモールドプレス成形装置では、成形された光学素子を離型する際、上型又は下型の成形面上に貼りつきが生じると、自動取り出しに支障が生じるため、成形後の光学素子を確実に成形面から離型させるために強制離型手段が設けられる。この強制離型手段は、上型又は下型の外周付近に設けられ、プレス成形後に上下型が離間したとき、上型又は下型から光学素子を離型させ、これを下型上に落下させる。このとき、強制離型手段は、上型又は下型の外周と摺動することにより、上型又は下型の成形面と相対的に位置移動するため、強制離型手段と上下型との摺動部位に本発明の表面処理を施すと、強制離型手段の動作が円滑になり、光学素子の離型や自動取出しを確実に行うことが可能になる。
【００４８】
［実施例及び比較例］
つぎに、本発明の実施例及び比較例について、図２及び図３を参照しながら説明する。
図２は、実施例１〜３及び比較例の実施条件及び結果を示す表、図３は、実施例４〜７の実施条件及び結果を示す表である。
ただし、これらの図において、噛み込み停止回数は、同一型において５０００回のプレスを行ったときの噛み込みによる停止の回数、パーティクルによる外観不良は、同一型において５０００回のプレスを行ったときのパーティクルによる外観不良率（○：不良率が０．５％未満、△：不良率が０．５％〜２％、×：不良率が２％超）、偏心性能は、５０００個のプレス成形品から無作為に１０個選出した光学素子の偏心性能を示す。
【００４９】
[実施例１]
成形素材としては、ホウ酸塩系光学ガラスA（ガラス転移温度（Ｔｇ）は５２０℃、屈伏点（Ｔｓ）は５６０℃）からなるガラスプリフォームを用い、両凸レンズを成形した。上下型としては、ＣＶＤ法により作製した多結晶ＳｉＣの成形面をＲｍａｘ＝１８ｎｍ（ＡＦＭ測定）に鏡面研磨した後、イオンプレーティング法成膜装置を用いて、成形面にＤＬＣ：Ｈ膜（水素化ダイヤモンド状炭素膜）を成膜したものを用いた。胴型は、ＳｉＣ焼結体から、上下型との摺動部とのクリアランスを３μｍになるように加工したものを用いた。
【００５０】
胴型内周面の摺動部位に、速度１００ｍ／ｓで炭素（グラファイト）粒子（平均粒径：２０μｍ）を噴射した。表面粗さは、Ｒａで０．５μｍであった。噴射面を光学顕微鏡及び電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果、ＳｉＣ基材に炭素粒子が埋め込まれていることを確認した。
【００５１】
これらの胴型及び上下型を用いて、窒素ガス雰囲気のプレス室内において、モールドプレスを行った。すなわち、上下成形型間にプリフォームを設置し、６１０℃まで加熱して１５０ｋｇ／ｃｍ２の圧力で１分間加圧した。圧力を解除した後、冷却速度を−５０℃／ｍｉｎで４８０℃になるまで冷却し、その後は−１００℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却を行い、プレス成形物の温度が２００℃以下に下がったら、成形物を取り出した。
【００５２】
同一型でプレスショット５０００回まで連続プレス成形した結果、噛み込みなどの摺動不良は無く、また、成形したレンズの表面には、パーティクルによるポツ（点状の外観不良）などの外観不良は認められなかった。
また、プレス成形後に上下型及び胴型を観察したところ、こすれ等の摺動不良にもとづく欠陥は認められなかった。また、噴射面を光学顕微鏡及び電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果、ＳｉＣ基材に埋め込まれた炭素成分が残存していることを確認した。
【００５３】
さらに、上記モールドプレス法にて作製した５０００個の両凸レンズから１０個を無作為に選び出し、これら１０個の両凸レンズの非球面偏心性能からティルトを評価したところ、ティルトは最大４５秒であった。
なお、非球面レンズの偏心精度（ティルト）は公知の非球面偏心測定器（オリンパス製ＡＳＤＭ：測定分解能３０秒以上）を用い、得られた非球面偏心から換算した。
【００５４】
［比較例］
上下型や胴型に炭素粒子の噴射をせずに、実施例１と同様に、同一型でプレス成形を開始したところ、１５０ショット付近で、摺動部位に噛み込みが発生し、４００ショット程度から、こすれパーティクルによるポツなどの外観不良が発生した。
１０００ショットまで同一型でプレスを行ったが、途中、噛み込み停止が７回発生した。また、モールドプレス成形した１０００個の両凸レンズの外観不良率は２４％に達した。
さらに、プレス成形後に上下型の外周及び胴型の内面を観察したところ、ともに摺動部位の一部にこすれが認められた。
【００５５】
[実施例２]
ホウケイ酸塩系光学ガラスＢ（ガラス転移温度（Ｔｇ）５００℃、屈伏点（Ｔｓ）は５４０℃）からなるプリフォームを用いて、凸メニスカスレンズを成形した。上下型及び胴型としてはＷＣ材を用いた。上下型は、成形面をＲｍａｘ＝２２ｎｍ（ＡＦＭ測定）に鏡面研磨した後、スパッター法成膜装置を用いて、成形面にＤＬＣ膜（ダイヤモンド状炭素膜）を成膜したものを用いた。胴型は、上下型との摺動部位とのクリアランスを７μｍに加工したものを用いた。
【００５６】
上下型外周の摺動部位及び胴型内面の摺動部位に、速度１００ｍ／ｓでＭｏＳ２粒子（粒径１２μｍ）を噴射した。ＷＣ材の摺動面の表面粗さは、Ｒａ０．５μｍであった。
噴射面を光学顕微鏡及び電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果、ＷＣ基材にＭｏＳ２粒子が埋め込まれていることを確認した。
【００５７】
これらの胴型及び上下型を用いて、窒素ガス雰囲気であるプレス室内において、モールドプレスを行った。あらかじめ型外で６５０℃まで加熱したプリフォームを、６００℃に加熱した上下型の下型成形面上に供給し、上下型を接近させた後、１５０ｋｇ／ｃｍ２の圧力で１分間加圧した。圧力を解除した後、冷却速度を−５０℃／ｍｉｎで４８０℃になるまで冷却し、その後は−１００℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却を行い、プレス成形物の温度が２００℃以下に下がったら、離型して成形物を取り出した。
【００５８】
同一型でプレスショット５０００回まで連続プレス成形した結果、噛み込みによる摺動不良は発生せず、成形したレンズ表面にはパーティクルによるポツなどの外観不良は認められなかった。また、プレス成形後に上下型及び胴型を観察したところ、こすれ等の摺動不良にもとづく欠陥は認められなかった。また、噴射面を光学顕微鏡および電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果、ＷＣ基材に埋め込まれたＭｏＳ２成分が残存していることを確認した。
【００５９】
さらに、上記モールドプレス法にて作製した５０００個の両凸レンズから１０個を無作為に選び出し、これら１０個の両凸レンズの偏心性能を評価したところ、ティルトは最大１２０秒であった。
【００６０】
［実施例３〜６］
上下型及び胴型の材質、噴射処理、プリフォームのガラスなどを図２及び３の表のとおり変更した以外は、実施例１と同様に、成形装置内において同一型でプレス回数５０００回まで連続プレスを行った。図２及び３に示すように、摺動不良は発生せず、また、成形した光学素子の表面には、パーティクルによるポツなどの外観不良は認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、レンズ、プリズムなどの光学素子をプレス成形するためのモールドプレス成形装置及び光学素子の製造方法に適用される。特に、高い偏心精度を要求する光学素子の製造に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係るモールドプレス成形装置の概略縦断面図である。
【図２】実施例１〜３及び比較例の実施条件及び結果を示す表１である。
【図３】実施例４〜６の実施条件及び結果を示す表２である。
【図４】偏心性能の説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  上型
１３  成形面
２０  下型
２３  成形面
３０  胴型
４０  プリフォーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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