(57)【要約】【課題】ガラスからなる成形用型と成形素材とが冷却時の収縮の際に離型力を発生させることなく、容易に転写精度の高い成形品を得る。【解決手段】補強ガラス型１００は、光学ガラスからなる第１プリフォーム１４ａと第２プリフォーム１４ｂとの間に、ガラスとは異なる材質の例えばアルミナ（Al2O3）からな井桁状の補強部材１３が埋め込まれた状態で一体となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性材料からなる成形用型において、
前記熱可塑性材料とは異なる材質の補強部材を一部に備えている、
ことを特徴とする成形用型。
【請求項２】
前記熱可塑性材料はガラスである、
ことを特徴とする請求項１に記載の成形用型。
【請求項３】
前記補強部材は前記熱可塑性材料よりも靭性が高い材料である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の成形用型。
【請求項４】
前記補強部材は前記熱可塑性材料よりも線膨張係数が大きい材料である、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形用型。
【請求項５】
熱可塑性材料からなる成形用型の製造方法において、
前記熱可塑性材料の近傍に、前記熱可塑性材料とは異なる材質の補強部材を配置する第１工程と、
前記熱可塑性材料を加熱してマスタ型で押圧成形することにより、前記熱可塑性材料に成形転写面を転写すると共に前記熱可塑性材料と前記補強部材とを一体化する第２工程と、を有する、
ことを特徴とする成形用型の製造方法。
【請求項６】
前記熱可塑性材料は、第１熱可塑性材料と第２熱可塑性材料とから構成され、
前記第１工程は、第１熱可塑性材料と第２熱可塑性材料との間に前記補強部材を配置する、
ことを特徴とする請求項５に記載の成形用型の製造方法。
【請求項７】
前記補強部材は、筒状であり、
前記第１工程は、前記熱可塑性材料の周囲に前記補強部材を配置する、
ことを特徴とする請求項５に記載の成形用型の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載された成形用型によって押圧成形された、
ことを特徴とする成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性材料からなる成形用型とその製造方法、及びこの成形用型によって押圧成形された成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス等の熱可塑性材料からなる成形用型（以下、ガラス型という）を用いて、熱間押圧成形によりガラス型に形成された転写面を成形素材に転写させ、成形品を得る方法は従来から知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、対向配置された超硬合金等からなる成形母型を用いて、熱間押圧成形により、ガラス素材に成形母型の転写面を転写させ、ガラス型を得る提案がなされている。
【特許文献１】特開昭６４−３３０２２号公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、ガラス型によって成形される成形素材と該ガラス型との転写精度が高くなると、成形素材とガラス型とが「オプティカルコンタクト（光学接合）」を起こし、冷却収縮時の変形量の差により強力な離型力が発生してガラス型に割れが発生するおそれがあった。なお、「オプティカルコンタクト」とは、高精度に研磨された２つの素材表面が接着剤等なしに接合されることをいう。
【０００５】
このため、特許文献１では、転写精度の高い成形品を得ることは困難であるという課題があった。
本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、熱可塑性材料からなる成形用型と成形素材とが冷却時の収縮の際に離型力を発生させることなく、容易に転写精度の高い成形品を得ることが可能な成形用型とその製造方法、及び成形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
熱可塑性材料からなる成形用型において、
前記熱可塑性材料とは異なる材質の補強部材を一部に備えていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の成形用型において、
前記熱可塑性材料はガラスであることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の成形用型において、
前記補強部材は前記熱可塑性材料よりも靭性が高い材料であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の成形用型において、
前記補強部材は前記熱可塑性材料よりも線膨張係数が大きい材料であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に係る発明は、
熱可塑性材料からなる成形用型の製造方法において、
前記熱可塑性材料の近傍に、前記熱可塑性材料とは異なる材質の補強部材を配置する第１工程と、
前記熱可塑性材料を加熱してマスタ型で押圧成形することにより、前記熱可塑性材料に成形転写面を転写すると共に前記熱可塑性材料と前記補強部材とを一体化する第２工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の成形用型の製造方法において、
前記熱可塑性材料は、第１熱可塑性材料と第２熱可塑性材料とから構成され、
前記第１工程は、第１熱可塑性材料と第２熱可塑性材料との間に前記補強部材を配置することを特徴とする。
【００１１】
請求項７に係る発明は、請求項５に記載の成形用型の製造方法において、
前記補強部材は、筒状であり、
前記第１工程は、前記熱可塑性材料の周囲に前記補強部材を配置することを特徴とする。
【００１２】
請求項８に係る発明は、成形品は、請求項１〜４のいずれかに記載された成形用型によって押圧成形されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、成形用型に熱可塑性材料とは異なる材質の補強部材を一部に備えたことで、該成形用型と成形素材とが冷却時の収縮の際に離型力を発生させることなく、容易に転写精度の高い成形品を得ることができる。すなわち、転写精度の高い成形を行った場合においても、補強部材により冷却時の離型力による変形を抑制して、高精度な成形品を得ることができる。
【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、プリフォームと補強部材を一体成形する際の型組立体の構成を示す図であり、図２は、成形後の型組立体の構成を示す図であり、図３は、補強ガラス型を用いて成形する際の型組立体の構成を示す図である。
【００１５】
図１において、マスタ型１１、スリーブ１２、補強部材１３、及びプリフォーム１４によって型組立体１０が構成されている。マスタ型１１は、炭化タングステンを主成分とした超硬合金からなり、プリフォーム１４との対向面側に凸状の成形転写面１５が形成されている。また、スリーブ１２は、炭化タングステンを主成分とした超硬合金からなり、略円筒状をなしている。
【００１６】
更に、補強部材１３は、プリフォーム１４よりも靭性が高い材料が用いられている。すなわち、補強部材１３は、プリフォーム１４のヤング率よりも大きい値のヤング率Ｅ２＝４０００（１０8Ｎ／ｍ2）のアルミナ（Al2O3）からなっている。また、この補強部材１３は、スリーブ１２に内挿可能な大きさの井桁状（後述する）をなしている。
【００１７】
プリフォーム１４は、Ｂａを主成分としヤング率Ｅ１＝８４９（１０8Ｎ／ｍ2）の特性を持った光学ガラスからなり、円柱状に加工されたものを２個用いる。すなわち、プリフォーム１４は、熱可塑性材料としての光学ガラスからなり、第１プリフォーム（第１熱可塑性材料）１４ａと第２プリフォーム（第２熱可塑性材料）１４ｂとを有している。
【００１８】
図２に示すように、上下１対の加圧プレート１６ａ，１６ｂは、夫々ヒータ１８を内蔵している。上側の加圧プレート１６ａは、マスタ型１１を押圧してスリーブ１２内を上下動するように構成されている。
【００１９】
そして、マスタ型１１と補強部材１３、及びプリフォーム１４は、スリーブ１２に嵌挿された状態で、マスタ型１１がスリーブ１２の軸方向に摺動することによりプリフォーム１４が所定形状に成形される。
【００２０】
この第１プリフォーム１４ａと第２プリフォーム１４ｂは、いずれも円柱状をなしており、両者の中間には補強部材１３が配置されている。この補強部材１３は、略平行に配置された２本の棒部材と、この２本の棒部材に対し同一平面内で略直交するように配置された２本の棒部材とから構成されている（以下、この形状を「井桁状」と称する）。
【００２１】
なお、本実施の形態では、補強部材１３は、４本の棒部材からなる井桁状としたが、これに限ることなく、棒部材の本数や形状などは、補強の度合いにより適宜変更してもかまわない。
【００２２】
そして、補強部材１３が、第１プリフォーム１４ａと第２プリフォーム１４ｂに挟まれた状態で、成形転写面１５を有するマスタ型１１を摺動させて熱間押圧成形を行う。これにより、成形転写面１５が転写されかつ補強部材１３を備えた成形用型としての補強ガラス型１００が作成される。
【００２３】
以下に、本実施形態の作用について説明する。
型組立体１０の型セット時には、図１に示したように、スリーブ１２内に、第２プリフォーム１４ｂ、補強部材１３、第１プリフォーム１４ａの順で重ねていく。次に、成形転写面１５を下向きにしたマスタ型１１をスリーブ１２内に摺動可能に挿入する。
【００２４】
次に、図２に示すように、スリーブ１２、第２プリフォーム１４ｂ、補強部材１３、第１プリフォーム１４ａ、及びマスタ型１１からなる型組立体１０を、下側の加圧プレート１６ｂに載置する。次いで、上下の加圧プレート１６ａ、１６ｂを加熱し、この加熱された上側の加圧プレート１６ａを下降させ、マスタ型１１の基端面（成形転写面１５とは反対側の面）に当接させる。
【００２５】
これにより、型組立体１０は、加熱された上側の加圧プレート１６ａ及び下側の加圧プレート１６ｂで挟まれ、プリフォーム１４の押圧成形可能な温度にまで加熱される。
その後、加熱されている上側の加圧プレート１６ａを更に下降させることで、マスタ型１１を下降させ、第１プリフォーム１４ａと第２プリフォーム１４ｂを加圧変形させる。これにより、第１プリフォーム１４ａの上面にマスタ型１１の成形転写面１５が転写されると同時に、第１プリフォーム１４ａと第２プリフォーム１４ｂとの間に補強部材１３が埋め込まれた状態で一体となり、補強ガラス型１００が得られる。
【００２６】
次に、図３を用いて、この補強ガラス型１００によって、成形品としてのガラス光学素子を成形する方法を説明する。この場合、補強ガラス型１００は、対向配置された略対称な補強ガラス上型１００ａと補強ガラス下型１００ｂとを有している。
【００２７】
まず、スリーブ１２内に、補強ガラス下型１００ｂ、ガラス素材１７、補強ガラス上型１００ａの順で挿入する。このとき、ガラス素材１７は、補強ガラス下型１００ｂの成形転写面１５ｂと補強ガラス上型１００ａの成形転写面１５ａとで挟み込まれている。
【００２８】
そして、この補強ガラス下型１００ｂ、ガラス素材１７、補強ガラス上型１００ａ、及びスリーブ１２からなる型組立体１０'を、図３に示すように、下側の加圧プレート１６ｂ上に載置する。次に、加熱された上側の加圧プレート１６ａを下降させ、補強ガラス上型１００ａの基端面（成形転写面１５ａとは反対側の面）に当接させる。
【００２９】
これにより、型組立体１０'は、加熱された上側の加圧プレート１６ａと下側の加圧プレート１６ｂとの間に挟まれ、ガラス素材１７の押圧成形可能な温度にまで加熱される。
その後、加熱されている上側の加圧プレート１６ａを更に下降させることで、補強ガラス上型１００ａを下降させ、ガラス素材１７が押圧成形される。成形後は、ヒータ１８を制御することにより、成形されたガラス素材１７（ガラス光学素子）を冷却する。
【００３０】
このとき、本実施の形態によれば、補強ガラス下型１００ｂ及び補強ガラス上型１００ａは、ガラス素材１７の冷却収縮に伴い変形しようとするが、補強部材１３の作用によって変形が抑制され、ガラス素材１７との間で発生する離型力が増大する前に離型する。その結果、ガラス光学素子を型から容易に離型させることができ、転写精度の高いガラス光学素子を得ることができる。
【００３１】
なお、補強部材１３は、補強ガラス型１００内に埋め込まれているため、該補強ガラス型１００の外径が大きくなることはなく、成形の邪魔になることもない。
（第２の実施の形態）
図４は、プリフォームと補強部材を一体成形する際の型組立体の構成を示す図であり、図５は、成形後の型組立体の構成を示す図であり、図６は、補強ガラス型を用いて成形する際の型組立体の構成を示す図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には、１０を加えた番号を付して説明する。
【００３２】
本実施形態では、型組立体２０は、スリーブ２２、プリフォーム２４、補強部材２３、及びマスタ型２１からなっている。そして、円筒状の補強部材２３内に熱可塑性材料としての光学ガラスからなるプリフォーム２４を配置し、成形転写面２５を有するマスタ型２１を用いて熱間押圧成形を行う。これにより、補強部材２３を備え成形転写面２５が転写された成形用型としての圧縮ガラス型２００が得られる。
【００３３】
マスタ型２１は、炭化タングステンを主成分とした線膨張係数ｈ１＝４．９（１０-6／℃）の特徴を持った超硬合金からなり、プリフォーム２４との対向面側に圧縮ガラス型２００に転写させる成形転写面２５が形成されている。このマスタ型２１の外径は、ｄ１＝φ１５ｍｍに加工されている。
【００３４】
スリーブ２２は、炭化タングステンを主成分とした線膨張係数ｈ３＝４．９（１０-6／℃）の特徴を持った超硬合金からなり、内側径が大径のｄ３＝φ１５．１１６ｍｍと、小径のｄ２＝φ１５．００５ｍｍの段状に形成されている。マスタ型２１は、スリーブ２２の小径部ｄ２との間で摺動され、嵌合クリアランスｓ１＝０．００５ｍｍとなるように加工されている。
【００３５】
また、補強部材２３は、スリーブ２２の大径部ｄ３との間で摺動され、熱間押圧成形時の温度ｔ＝６８０℃で嵌合クリアランスｓ２＝０ｍｍとなるように加工されている。
補強部材２３は、ヤング率Ｅ２＝１９３０（１０8Ｎ／ｍ2）、線膨張係数ｈ４＝１６．３（１０-6／℃）の特性を持ったステンレスよりなり、外径ｄ４＝φ１５ｍｍ、内径ｄ５＝φ１３ｍｍに加工されている。
【００３６】
そして、マスタ型２１の外径ｄ１及び補強部材２３の外径ｄ４と、スリーブ２２の内径ｄ２、ｄ３との関係は、下記の式により求められる。
マスタ型２１とスリーブ２２との間の摺動部は、
ｄ２＝ｄ１＋ｓ１
補強部材２３とスリーブ２２との間の嵌合部は、
ｄ３＝[ｄ４＋（ｄ４×ｈ４×ｔ）−ｓ２]／[１＋（ｈ３×ｔ）]
また、プリフォーム２４の材質は、Ｂａを主成分としヤング率Ｅ１＝８４９（１０8Ｎ／ｍ2）、線膨張係数ｈ１＝７．３（１０-6／℃）の特徴を持った光学ガラスからなる。これにより、補強部材２３の線膨張係数ｈ４はプリフォーム２４の線膨張係数ｈ１よりも大きい。
【００３７】
更に、上下１対の上側の加圧プレート２６ａと下側の加圧プレート２６ｂは、夫々ヒータ２８を備えており、上側の加圧プレート２６ａはマスタ型２１を押圧可能に上下動する。
【００３８】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
まず、図４に示すように、円筒状の補強部材２３に円柱状のプリフォーム２４を挿入する。次に、このプリフォーム２４が挿入された補強部材２３を、下方からスリーブ２２に嵌挿する。その後、凸状の成形転写面２５を下向きにしたマスタ型２１を、スリーブ２２の上方から摺動可能に挿入し、成形転写面２５とプリフォーム２４の上面とが当接するようにする。
【００３９】
次いで、図５に示すように、型組立体２０を下側の加圧プレート２６ｂ上に載置する。そして、加熱された上側の加圧プレート２６ａを下降させ、マスタ型２１の基端面（成形転写面２５とは反対側の面）に当接させる。
【００４０】
これにより、型組立体２０は、加熱された上側の加圧プレート２６ａと下側の加圧プレート２６ｂとで挟まれ、プリフォーム２４の押圧成形可能温度（６８０℃）まで加熱される。その結果、補強部材２３が膨張し、補強部材２３の外周面（外径ｄ４）がスリーブ２２の下側内周面（内径ｄ３）に当接する。
【００４１】
その後、加熱されている上側の加圧プレート２６ａを更に下降させることで、マスタ型２１を下降させ、プリフォーム２４を加圧変形させる。これにより、プリフォーム２４の上面にマスタ型２１の成形転写面２５が転写されると同時に、プリフォーム２４が押圧方向に対して略直交する方向に拡がり、補強部材２３と接触して一体となる。
【００４２】
その後、補強部材２３とプリフォーム２４を冷却することにより、ガラスよりも線膨張係数の大きい補強部材２３によってプリフォーム２４が圧縮され、圧縮ガラス型２００が得られる。
【００４３】
図６は、こうして得られた圧縮ガラス型２００を用いて、成形品としてのガラス光学素子を成形する方法を説明する。この場合、補強ガラス型２００は、対向配置された略対称な補強ガラス上型２００ａと補強ガラス下型２００ｂとを有している。
【００４４】
まず、スリーブ２２'内に、圧縮ガラス下型２００ｂとガラス素材２７、及び圧縮ガラス上型２００ａの順で挿入する。このとき、ガラス素材２７は、圧縮ガラス下型２００ｂの成形転写面２５ｂと圧縮ガラス上型２００ａの成形転写面２５ａとで挟み込まれている。
【００４５】
そして、圧縮ガラス下型２００ｂとガラス素材２７、及び圧縮ガラス上型２００ａからなる型組立体２０'を、図６に示すように、下側の加圧プレート２６ｂ上に載置する。次に、加熱された上側の加圧プレート２６ａを下降させ、圧縮ガラス上型２００ａの基端面（成形転写面２５とは反対側の面）に当接させる。
【００４６】
これにより、型組立体２０'は、加熱された上側の加圧プレート２６ａと下側の加圧プレート２６ｂとで挟まれ、ガラス素材２７の押圧成形可能な温度にまで加熱される。
その後、加熱されている上側の加圧プレート２６ａを更に下降させることで、圧縮ガラス上型２００ａを下降させ、ガラス素材２７が押圧成形される。成形後は、ヒータ２８を制御することにより、成形されたガラス素材２７を冷却する。
【００４７】
本実施の形態によれば、この冷却時に、圧縮ガラス下型２００ｂ及び圧縮ガラス上型２００ａは、補強部材２３の作用によって夫々の成形転写面２５ｂ、２５ａが変形するため、ガラス素材１７との間で発生する離型力が緩和される。その結果、ガラス光学素子を型から容易に離型することができ、転写精度の高いガラス光学素子を得ることができる。
【００４８】
なお、圧縮ガラス型２００ｂ、２００ａは、ガラス部分が補強部材２３によって覆われているため、該ガラス部分がスリーブ２２'に接触することがなくなり、耐久性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１の実施の形態におけるプリフォームと補強部材を一体成形する際の型組立体の構成を示す図である。
【図２】同上の成形後の型組立体の構成を示す図である。
【図３】同上の成形によって得られた補強ガラス型を用いて成形する際の型組立体の構成を示す図である。
【図４】第２の実施の形態におけるプリフォームと補強部材を一体成形する際の型組立体の構成を示す図である。
【図５】同上の成形後の型組立体の構成を示す図である。
【図６】同上の成形によって得られた補強ガラス型を用いて成形する際の型組立体の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０      型組立体
１０'      型組立体
１１      マスタ型
１２      スリーブ
１３      補強部材
１４      プリフォーム
１４ａ    第１プリフォーム
１４ｂ    第２プリフォーム
１５      成形転写面
１６      加圧プレート
１６ａ    上側の加圧プレート
１６ｂ    下側の加圧プレート
１７      ガラス素材
１８      ヒータ
２０      型組立体
２０'      型組立体
２１      マスタ型
２２      スリーブ
２３      補強部材
２４      プリフォーム
２５      成形転写面
２６      加圧プレート
２６ａ    上側の加圧プレート
２６ｂ    下側の加圧プレート
２７      ガラス素材
２８      ヒータ
１００    補強ガラス型
１００ａ  補強ガラス上型
１００ｂ  補強ガラス下型
２００    圧縮ガラス型
２００ａ  圧縮ガラス上型
２００ｂ  圧縮ガラス下型
【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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