(57)【要約】【課題】成形時の成形型内における光学素材の充填の偏りを防止するとともに、過熱による光学素材表面の焼けの発生を抑制乃至防止する。【解決手段】成形すべき光学素子の上面に対応する形状の成形面１１ａを有する上型１１と、成形すべき光学素子の下面に対応する形状の成形面１２ａを有し、この成形面１２ａを上型１１の成形面１１ａに対向させて配置される下型１２とを備え、上型１１及び下型１２の間に配置した光学素材１を加熱軟化させ、プレス成形して光学素子を製造する装置であって、上型１１の成形面１１ａの周囲に上側環状部材１５を備え、この上側環状部材１５は、光学素材１が上型１１の成形面１１ａと非接触で上側環状部材１５と下型１２で挟持された状態でプレス成形が開始されるように配置されている光学素子の製造装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形すべき光学素子の上面に対応する形状の成形面を有する上型と、前記成形すべき光学素子の下面に対応する形状の成形面を有し、この成形面を前記上型の成形面に対向させて配置される下型とを備え、前記上型及び下型の間に配置した光学素材を加熱軟化させ、プレス成形して光学素子を製造する装置であって、
前記上型の成形面の周囲に上側環状部材を備え、この上側環状部材は、前記光学素材が前記上型の成形面と非接触で当該上側環状部材と前記下型で挟持された状態でプレス成形が開始されるように配置されていることを特徴とする光学素子の製造装置。
【請求項２】
前記上側環状部材は、前記上型に着脱自在に固定されている請求項１記載の光学素子の製造装置。
【請求項３】
前記上側環状部材は、前記上型にスペーサを介して固定されている請求項１または２記載の光学素子の製造装置。
【請求項４】
前記下型の成形面の周囲に下側環状部材を備え、この下側環状部材は、前記光学素材が前記下型の成形面と非接触で当該下側環状部材と前記上側環状部材で挟持された状態でプレス成形が開始されるように配置されている請求項１乃至３のいずれか１項記載の光学素子の製造装置
【請求項５】
前記下側環状部材は、前記下型に着脱自在に固定されている請求項４記載の光学素子の製造装置。
【請求項６】
前記下側環状部材は、前記下型にスペーサを介して着脱自在に固定されている請求項４または５記載の光学素子の製造装置。
【請求項７】
前記光学素子は、両凸、両凹、凸メニスカス、及び凹メニスカスのいずれかの形状を有する請求項１乃至６のいずれか１項記載の光学素子の製造装置。
【請求項８】
成形すべき光学素子の上面に対応する形状の成形面を有する上型と、前記成形すべき光学素子の下面に対応する形状の成形面を有する下型を、それぞれの成形面が対向するように配置し、これらの上型及び下型の間に光学素材を配置した後、前記光学素材を加熱軟化させ、プレス成形して光学素子を製造する方法であって、
前記上型の成形面の周囲に上側環状部材を設け、この上側環状部材を、前記光学素材が前記上型の成形面と非接触で当該上側環状部材と前記下型で挟持された状態となるように配置して、前記光学素材を加熱軟化させ、プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記下型の成形面の周囲に下側環状部材を設け、この下側環状部材を、前記光学素材が前記下型の成形面と非接触で当該下側環状部材と前記上型環状部材で挟持された状態となるように配置して、前記光学素材を加熱軟化させ、プレス成形する請求項８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、光学素子の製造装置及び光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、精密に加工した上型及び下型からなる成形型を用いて高精度のガラス光学素子を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、一般に、下型の上に成形材料のガラス材料からなる光学素材を置き、この光学素材に上型を当接させて位置決め固定した後、成形型を加熱して内部の光学素材を軟化させ、次いで、プレス成形して光学素材に所定の形状を付与する。その後、光学素材を冷却し固化させて成形型を開放し、光学素子を得る。
【０００３】
しかしながら、この方法では、光学素材の形状や、得ようとする光学素子の形状によっては、プレス成形前の光学素材が上型下面の中心と下型上面の中心の２点で保持されることになるため、わずかな衝撃を受けただけでも位置ずれが生じやすいという問題があった。位置ずれが生ずると、光学素材の充填に偏りが生じ、割れ等が発生するおそれがある。また、上記の２点から上型及び下型の熱が光学素材に伝熱されるため、得られる光学素子の上面及び下面の中心に過熱による「焼け（表面が白く見える現象）」が生じるという問題があった。この焼けの問題は、例えば、成形後に光学素材の表面の研磨によって改善できるが、生産性低下やコスト上昇等の問題を生ずる。特に、非球面レンズ等の非球面を有する光学素子の場合の生産性低下やコスト上昇の程度は顕著である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の事情に対処したもので、光学素材を加熱軟化させ、プレス成形して光学素子を製造する方法に用いられる成形型において、光学素材や得ようとする光学素子の形状にかかわらず、成形時の成形型内における光学素材の充填の偏りを防止できるとともに、過熱による光学素材表面の焼けの発生を抑制乃至防止できる光学素子の製造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】
【０００６】
本発明の光学素子の製造装置は、成形すべき光学素子の上面に対応する形状の成形面を有する上型と、前記成形すべき光学素子の下面に対応する形状の成形面を有し、この成形面を前記上型の成形面に対向させて配置される下型とを備え、前記上型及び下型の間に配置した光学素材を加熱軟化させ、プレス成形して光学素子を製造する装置であって、前記上型の成形面の周囲に上側環状部材を備え、この上側環状部材は、前記光学素材が前記上型の成形面と非接触で当該上側環状部材と前記下型で挟持された状態でプレス成形が開始されるように配置されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の光学素子の製造方法は、成形すべき光学素子の上面に対応する形状の成形面を有する上型と、前記成形すべき光学素子の下面に対応する形状の成形面を有する下型を、それぞれの成形面が対向するように配置し、これらの上型及び下型の間に光学素材を配置した後、前記光学素材を加熱軟化させ、プレス成形して光学素子を製造する方法であって、前記上型の成形面の周囲に上側環状部材を設け、この上側環状部材を、前記光学素材が前記上型の成形面と非接触で当該上側環状部材と前記下型で挟持された状態となるように配置して、前記光学素材を加熱軟化させ、プレス成形することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光学素子の製造装置及び光学素子の製造方法によれば、光学素材や得ようとする光学素子の形状にかかわらず、成形時の成形型内における光学素材の充填の偏りを防止できるとともに、過熱による光学素材表面の焼けの発生を抑制乃至防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に使用される成形型の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に使用される成形型の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に使用される成形型の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に使用される成形型の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に使用される成形型の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に使用される成形装置を示す概略構成図である。
【図７】本発明の一実施形態に使用される成形型のさらに他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、説明は図面に基づいて行うが、それらの図面は単に図解のために提供されるものであって、本発明はそれらの図面により何ら限定されるものではない。また、以下の図面の記載において、共通する部分または同様の個所で主な機能が同一である部分には、同一符号を付している。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態の光学素子の製造装置に使用される成形型の一例を示す断面図であり、その中心軸の右半分は光学素材をプレス成形する前の成形型を示し、中心軸の左半分は光学素材をプレス成形した後の成形型を示している。なお、後述する図２〜図５及び図７に示す成形型においても、図１と同様、各中心軸の右半分は光学素材をプレス成形する前の成形型を示し、中心軸の左半分は光学素材をプレス成形した後の成形型を示している。
【００１２】
図１に示すように、成形型１０は、光学素子の上面を成形する上型１１と、光学素材の下面を成形する下型１２と、上型１１及び下型１２を内挿し摺動させて、それらの中心軸の位置合わせを行う円筒状の内胴１３と、内胴１３の外周に嵌合され、上型１１及び下型１２の上下方向の距離を規制する円筒状の外胴１４とを備えている。
【００１３】
上型１１及び下型１２は、それぞれ円柱状の胴部を基本形状とする部材であり、これらの上型１１及び下型１２は光学素子を成形するため、上型１１には光学素子の上面を形成する成形面１１ａが、下型１２には光学素子の下面を形成する成形面１２ａが形成されている。以下、上型１１の成形面１１ａを、上成形面、下型１２の成形面１２ａを、下成形面と称する。上型１１及び下型１２は、これらの上成形面１１ａと下成形面１２ａを対向させて配置される。
【００１４】
内胴１３は、中空円筒形状に形成されており、その中空部分は上記した上型１１及び下型１２の円柱状の胴部が嵌合可能になっている。この内胴１３は、上型１１及び下型１２を嵌合してプレスする際に、これら上型１１及び下型１２をそれぞれ上下の開口から摺動可能に挿入され、それらの光学中心軸を同軸上に規制するように位置合わせして、形成される光学素子の光学機能面を同軸のものとする。
【００１５】
外胴１４は、内胴１３と同様に中空円筒形状であるが、その中空部分に内胴１３が嵌合され、上型１１及び下型１２間の距離を規制する。具体的には、この外胴１４は、プレス成形時において、上型１１及び下型１２を互いに接近させて下型１２上に置かれた光学素材１を加圧するときに、その加圧のための図示しないプレス手段の加圧面間の距離を規制することで、上型１１及び下型１２の距離を規制する。
【００１６】
そして、本発明においては、上型１１の上成形面１１ａの周囲に、上側環状部材１５が設けられている。この上側環状部材１５は、プレス成形時、上型１１及び下型１２を互いに接近させて下型１２上に置かれた光学素材１の加圧を開始するとき、図１の中心軸の右半分に示すように、光学素材１の上面が上型１１の成形面１１ａと接触せず、上側環状部材１５とのみ面で接触するようになっている。すなわち、上側環状部材１５の下面は内側から外側下方に向けて傾斜するテーパ面で形成されており、このテーパ面で光学素材１と面で接している。図１ではテーパ面としたが、これに限定されるものではなく、適宜、平面、逆テーパ面等に変更できる。また、上側環状部材１５は、その上面及び内周面を上型１１に密着させるとともに、その外周から上型１１に向けて径方向に固定ピン１６を挿入することにより、上型１１に固定されている。図１において、符号１７は、上側環状部材１５及び上型１１に穿設した固定ピン挿入用の透孔を示している。
【００１７】
なお、非接触とされる上型１１の成形面１１ａと光学素材１との離間距離は、０．１〜０．３ｍｍ程度が適当である。０．１ｍｍ未満では、加熱中に自重変形を起こして上金型と光学素材が接触する可能性が高くなる。また、０．３ｍｍを超えると、成形型１０Ａの各成形面１１ａ，１１ｂの光学素材１への転写が少なくなったり、上側環状部材１５と下型１２が接触するおそれがある。
【００１８】
また、上記成形型１０を構成する各部材、すなわち、上型１１、下型１２、内胴１３、外胴１４及び上側環状部材１５は、いずれも超硬合金、タングステン基合金等の耐熱合金、セラミック等により形成できる。外胴１４は、それら以外にも、ステンレス鋼、インコネル（大同スペシャルメタル株式会社製、商品名）等の金属を使用できる。ステンレス鋼製とすると、加工が容易で、熱膨張量が大きく安価である点で好ましい。
【００１９】
図１では、成形型１０として凹メニスカス形状の光学素子を製造するものを図示しているが、光学素子形状はこれに限定されず、両凹形状、両凸形状、凸メニスカス形状、平凸形状、平凹形状のいずれの形状を成形する成形型であってもよい。図２〜図４はその例を示したもので、図２に示す成形型１０２は、凸メニスカス形状の光学素子を製造するための成形型の例、図３に示す成形型１０３は、両凹形状の光学素子を製造するための成形型の例、図４に示す成形型１０４は両凸形状の光学素子を製造するための成形型の例である。なお、図示は省略したが、上型１１と上側環状部材１５の間には、外部に連通する脱気用の孔が設けられている。
【００２０】
また、図１では、上側環状部材１５の上型１１への固定は、固定ピン１６により行っているが、図５の成形型１０５の例に示すように、螺着による固定も可能である。図５において、符号１８ａ、１８ｂは、上型１１の外周面及び上側環状部材１５の内周面にそれぞれ形成されたネジ溝を示している。
【００２１】
さらに、図５の例では、上側環状部材１５と上型１１の間に環状のスペーサ１９を設けている。このような環状のスペーサ１９を用いることにより、上側環状部材１５の上型１１の軸方向の高さの調節が可能となり、適切な高さに微調整できる。さらに、１種の上側環状部材１５で形状の異なる光学素子を成形する場合の対応が容易となる。
【００２２】
次に、上記成形型１０を用いた本発明の光学素子の製造方法について説明する。
まず、この光学素子の製造方法に用いる成形装置について説明する。
【００２３】
図６は、光学素子の成形装置の概略構成図である（チャンバー２２のみ断面で示している）。
【００２４】
図６に示すように、光学素子の成形装置２０は、光学素子を成形するための成形室となるチャンバー２２と、該チャンバー２２の内部に設けた光学素材を収容した成形型を加熱して光学素材を軟化させる加熱ステージ２３と、加熱軟化した光学素材をプレス成形するプレスステージ２４と、プレス成形により光学素子形状が付与された光学素材を冷却する冷却ステージ２５と、を有する。
【００２５】
ここで、成形室であるチャンバー２２は、その内部において、光学素子の成形操作を行う場を提供する。このチャンバー２２には、光学素子の成形型１０を内部に取り入れる取入れ口と、光学素子の成形が終了した後、成形型１０を取り出す取出し口が設けられ、この取入れ口及び取出し口には、それぞれ取入れシャッター２６及び取出しシャッター２７が設けられる。必要に応じて、これらシャッター２６，２７を開閉することで、成形型１０をチャンバー２２から出し入れできるようになっており、チャンバー２２内の雰囲気が維持される。また、この取入れ口及び取出し口には、そのチャンバー２２外部にそれぞれ成形型１０を載置できる成形型載置台２８及び２９が設けられている。
【００２６】
このチャンバー２２の内部には、光学素子を成形するための加熱ステージ２３、プレスステージ２４及び冷却ステージ２５が設けられており、これらの各ステージ２３，２４，２５により成形操作を行う。実際には、光学素材を収容した成形型１０が、取入れ口からチャンバー２２内に取り入れられ、上記の各ステージ２３，２４，２５において所定の処理を施されながら順番に移動し、所定の処理が終了したら成形型１０は、取出し口からチャンバー２２の外部に取出される。
【００２７】
このチャンバー２２の内部において、成形型１０は光学素材を軟化し、変形を容易にするもので高温に加熱されるため、成形型１０が酸化されないように、チャンバー内雰囲気を窒素等の不活性ガス雰囲気とできる。この不活性ガス雰囲気とするには、チャンバー２２を密閉構造として内部雰囲気を置換して達成できるが、半密閉構造とし、不活性ガスを常時チャンバー２２内に供給して、チャンバー２２内を陽圧にしながら外部の空気が流入しないようにして不活性ガス雰囲気を維持してもよい。上記した取入れシャッター２６及び取出しシャッター２７は、チャンバー２２内部を簡便な構成で半密閉状態とするのに効果的である。なお、これらチャンバー２２及びシャッター２６，２７は、ステンレス、合金鋼等の高温下において、ガス、不純物が析出しない素材とするのが好ましい。
【００２８】
次に、本発明の成形操作を行う各ステージについて説明する。
【００２９】
加熱ステージ２３は、成形型１０に収容された光学素材を軟化させるものであり、その内部にカートリッジヒータ２３ａが埋め込まれた上下一対の加熱プレート２３ｂから構成される。この加熱プレート２３ｂは、上下一対の加熱プレート２３ｂを成形型の上型、下型にそれぞれ接触させることにより、上型及び下型を加熱でき、さらに成形型内部に収容されている光学素材をも加熱できる。
【００３０】
より具体的には、加熱ステージ２３において、下側の加熱プレート２３ｂはチャンバー２２の底板に、断熱板２３ｃ、プレスプレート２３ｂがこの順番に積層して固定されており、下側のプレスプレート２３ｂの熱をチャンバー２２に伝達しない。
【００３１】
上側の加熱プレート２３ｂは上下移動が可能となっており、こちらも上側の加熱プレート２３ｂ自体の熱をそのまま伝えないように断熱板２３ｃを介してシャフト２３ｄと接続され、このシャフト２３ｄは図示しないシリンダーによって加熱プレート２３ｂを上下移動可能としている。このように、加熱プレート２３ｂを上下移動可能とすれば、上側の加熱プレート２３ｂの成形型１０の上型への接触・非接触を制御でき、所望のタイミングで成形型１０と光学素材を加熱できる。
【００３２】
プレスステージ２４は、上下のプレスプレート２４ｂ間の距離を狭めて成形型１０の上型と下型との距離をも狭め、成形型１０内に収容された光学素材を軟化状態のまま押圧して変形させ、上型及び下型の成形面形状を光学素材に付与して光学素子を成形する。その内部にカートリッジヒータ２４ａが埋め込まれた上下一対のプレスプレート２４ｂから構成される。このプレスプレート２４ｂを用いたプレスは前段階の加熱温度を維持しながら行われる。
【００３３】
より具体的には、このプレスステージ４において、下側のプレスプレート２４ｂはチャンバー２２の底板に、断熱板２４ｃ、プレスプレート２４ｂがこの順番に積層して固定されており、下側のプレスプレート２４ｂの熱をチャンバー２２に伝達しない。
【００３４】
上側のプレスプレート２４ｂは上下移動が可能となっており、こちらも上側のプレスプレート２４ｂ自体の熱をそのまま伝えないように断熱板２４ｃを介してシャフト２４ｄと接続され、このシャフト２４ｄは図示しないシリンダーによってプレスプレート２４ｂを上下移動可能としている。このように、プレスプレート２４ｂを上下移動可能とすれば、この上側のプレスプレート２４ｂを下降させ、下側のプレスプレート２４ｂに載置された成形型１０を用いたプレス成形ができる。このとき所定の圧力でプレス成形ができ、光学素材に高精度に光学素子形状を付与できる。
【００３５】
冷却ステージ２５は、成形型１０を冷却して光学素子形状が付与された光学素材をも冷却し、固化させるものであり、その内部に、カートリッジヒータ２５ａが埋め込まれた上下一対の冷却プレート２５ｂから構成される。この冷却プレート２５ｂは、上下一対の冷却プレート２５ｂを成形型の上型、下型にそれぞれ接触させて、上型及び下型を冷却でき、さらに成形型内部に収容されている光学素材をも冷却できる。
【００３６】
より具体的には、この冷却ステージ２５において、下側の冷却プレート２５ｂはチャンバー２２の底板に、断熱板２５ｃ、冷却プレート２５ｂがこの順番に積層されて固定されており、下側の冷却プレート２５ｂの熱をチャンバー２２に伝達しないように構成されている。
【００３７】
上側の冷却プレート２５ｂは上下移動が可能となっており、こちらも上側の冷却プレート５ｂ自体の熱をそのまま伝えないように断熱板２５ｃを介してシャフト２５ｄと接続され、このシャフト２５ｄは図示しないシリンダーによって冷却プレート２５ｂを上下移動可能としている。このように、冷却プレート２５ｂを上下移動可能とすれば、この上側の冷却プレート２５ｂの成形型１０の上型への接触・非接触を制御でき、所望のタイミングで成形型１０と光学素材を冷却できる。
【００３８】
なお、ここでの光学素材の固化は、その素材のガラス転移点以下、より好ましくは歪点以下に冷却すればよく、十分に冷却されると光学素材の形状は安定し、変形が抑制される。ここでの冷却とは、光学素材のプレス形状を安定して付与できるように光学素材を固化する温度まで下げることをいい、その温度は、プレスプレートよりも５０〜１５０℃程度低いだけで、依然として高温であるため、この冷却プレート２５ｂにもその内部にヒータ２５ａが埋め込まれている。
【００３９】
また、これら各ステージの上側の加熱プレート２３ｂ、プレスプレート２４ｂ及び冷却プレート２５ｂは、上記したように断熱板を介してシャフトに固定されており、このシャフトがシリンダーに接続されているが、ここでシリンダーは、各プレートを上下動させることができればよく、例えば、エアシリンダー、電動サーボシリンダー、油圧シリンダー、電動油圧シリンダー等のシリンダーが使用できる。
【００４０】
上記した、加熱プレート２３ｂ、プレスプレート２４ｂ、冷却プレート２５ｂは、その成形型との接触面が水平面となっており、特に、プレスプレート２４ｂ、冷却プレート２５ｂにおいては、プレスプレート２４ｂ、冷却プレート２５ｂの成形型との接触面が傾いていた場合、成形型１０の上型及び下型の中心軸が一致しなくなり、このとき製造される光学素子の光軸が一致せず不良品となってしまう。したがって、これら各ステージにおけるプレートの平行度や平面度は厳密に管理される。
【００４１】
これらの各ステージにおいて、プレートはステンレス、超硬合金、合金鋼等の素材の内部にカートリッジヒータを挿入し、固定したものであり、カートリッジヒータを加熱してプレートの温度を上昇させ、所望の温度に維持できる。
【００４２】
また、各ステージの断熱板２３ｃ，２４ｃ，２５ｃは、セラミックス、ステンレス、ダイス鋼、ハイス鋼等の公知の断熱板を用いればよく、硬度が高くプレス成形時の圧力等によっても変形しにくく、ずれを生じることが少ないセラミックスであることが好ましい。
【００４３】
以上説明した加熱ステージ２３、プレスステージ４、冷却ステージ５は、それぞれ所定の処理が行われるステージを形成するものであり、各ステージによる処理を順次円滑に行えるように、成形型１０は、図示しない搬送手段により所定のタイミングで各ステージに移送し搭載されるように制御手段によって制御されている。
【００４４】
より具体的には、加熱プレート２３ｂ、プレスプレート２４ｂ、冷却プレート２５ｂによる処理は、成形型１０を順次上記の順序で各プレート上へと搬送移動させながら所定の処理を行うものであり、成形型１０が次のステージに移動することで、処理の終わったステージは空くため、さらに、そこに別の光学素材を収容した成形型１０を搬送し、連続的に複数個の光学素子の成形操作を行うことができる。
【００４５】
この処理を行うための上記搬送手段は、図示していないが、例えば、ロボットアーム等により構成され、成形型載置台２８から加熱プレート２３ｂへ、加熱プレート２３ｂからプレスプレート２４ｂへ、プレスプレート２４ｂから冷却プレート２５ｂへ、冷却プレート２５ｂから成形型載置台２９へ、成形型を移動させる。
【００４６】
なお、この制御手段は、成形型の移動、加熱・プレス・冷却の各ステージにおける上下一対のプレートの温度や、上下移動のタイミング等をも制御し、一連の成形操作を円滑に、かつ、連続的にできるように制御している。このとき、取入れシャッター及び取出しシャッターの開閉も制御する。さらに、チャンバー２２内の雰囲気が不活性ガスで満たされるように窒素の供給量やタイミング等を制御するのが好ましい。
【００４７】
すなわち、この光学素子の成形装置２１は、１以上のポジションで温度の上げ下げを行いながら所定の処理を行う、成形型の搬送による光学素子の成形装置である。
【００４８】
次に、本発明の光学素子の成形方法について説明する。
まず、成形型１０の内部に光学素材を収容する。このとき、図１の右半分に示すように、成形型１０の下型１２上に光学素材１を置き、上側環状部材１５を固定した上型１１を内胴１３内に、上側環状部材１５が光学素材１に当接するまで挿入し、成形型１０を組み立てる。
【００４９】
次に、この組み立てた成形型１０を、取入れ口側の成形型載置台２８に載置し、取入れシャッター２６を開けて取入れ口を開口させ、成形型１０を搬送手段により加熱プレート２３ｂ上に搬送する。搬送されると、成形型１０の下型は下側の加熱プレート２３ｂに接触するため加熱プレート２３ｂと同じ温度まで昇温される。これと同時に、上型には上方向から上側の加熱プレート２３ｂを接触させて同様に加熱する。
【００５０】
このように上型及び下型が加熱されると、その内部に収容されている光学素材も加熱され、この光学素材は屈伏点以上に加熱されると変形が容易となる。一般に、加熱温度は、軟化点まで温度を上げるとレンズ表面が白濁するので屈伏点（Ａｔ）から軟化点の間の温度に設定する。このとき、昇温速度は０．５〜２．５℃／ｓｅｃ程度が好ましい。
【００５１】
このようにして加熱ステージ２３で十分に加熱された成形型１０及び光学素材は、搬送手段により、下側のプレスプレート２４ｂ上に搬送され載置される。
【００５２】
プレスプレート２４ｂも加熱プレート２３ｂと同程度の温度に加熱されており、光学素材が軟化状態を維持するようにしている。さらに、上側のプレスプレート２４ｂを下降させてプレスプレート２４ｂ間の距離を狭めることにより、上型と下型との距離を狭めて、成形型１０の内部に収容された光学素材に圧力をかけて変形できる。
【００５３】
このプレス工程では、上記したように成形型１０の上下から圧力をかけて光学素材のプレス成形を行い、これにより光学素材には上型及び下型の成形面が転写され、光学素子形状が付与される。
【００５４】
また、このプレス工程におけるプレスは、加熱温度が前段の加熱ステージで加熱した温度と同程度の温度であり、プレス時の圧力はレンズ成形体の単位面積当たり２．５〜３７．５Ｎ／ｍｍ２が好ましく、例えば１０〜２０Ｎ／ｍｍ２が特に好ましい。
【００５５】
そして、このようなプレス工程を行うことで、押切りが完了した成形型１０は、搬送手段によりプレスプレート２４ｂから冷却プレート２５ｂへと搬送される。この搬送手段は、上記した搬送手段と同様のものである。
【００５６】
次に、冷却プレート２５ｂにより成形型１０を冷却するが、これは、上記加熱工程と同様に、下型は下側の冷却プレート２５ｂで、上型は上側の冷却プレート２５ｂを下降させて接触させることで冷却する。これにより光学素材を冷却して、固化させる。このとき冷却温度は、光学素材のガラス転移点（Ｔｇ）以下が好ましく、光学素材の歪点以下がより好ましい。このとき、降温速度は０．１〜２．５℃／ｓｅｃが好ましく、さらに好ましくは０．５〜１．０℃／ｓｅｃである。
【００５７】
加熱プレート２３ｂ、プレスプレート２４ｂ及び冷却プレート２５ｂは、全てプレート内部に熱電対が埋め込まれており、熱電対からの出力をフィードバックしてカートリッジヒータの出力を制御して、所定のプレート温度を維持する。
【００５８】
なお、上記した加熱工程及び冷却工程は、それぞれ段階的に温度を変化させ緩やかに昇温又は降温させるのが好ましく、加熱工程を１以上の加熱ステージを設けることにより、段階的に光学素材の温度を上昇させて、プレスステージの直前の加熱ステージにおいて、成形温度にまでもっていく。また、冷却工程においても１以上の冷却ステージを設け、段階的に光学素材の温度を下降させて、２００℃以下の温度になるようにする。このように、段階的に加熱及び冷却をすると、光学素材の急激な温度変化を抑制し、歪が生じたり、面ワレ等が生じたりする等の光学素子の特性を悪化させずに成形できる。ここで面ワレとは、光学素子が成形型から離型する際に、一部だけが先に離型し、その後に残りが離型した場合に、曲率が不連続な光学面が形成されて非球面形状精度が悪化する不良を生じる離型異常のことをいう。
【００５９】
本発明の光学素子の製造方法においては、図１に示すように、光学素材１が上型１１の成形面１１ａと非接触で上側環状部材１５と下型１２で挟持された状態で、加熱され、プレス成形が開始されることになるため、従来のような、得られる光学素子の上面に過熱による焼けが生じたり、光学素材１の位置ずれが生ずることがない。
【００６０】
すなわち、光学素材１を加熱し軟化させてプレス成形する際、上型１１及び下型１２を加熱し、その熱が光学素材１に伝熱されることによって、光学素材１が加熱されるが、熱の光学素材１への伝熱は、従来のように上型下面の中心と下型下面の中心の２点からではなく、上型からの熱については光学素材１の周縁部で接する上側環状部材１５を介して伝熱されるため、光学素子の上面の中心に過熱による「焼け」が生じることはなく、また、光学素材１と上側環状部材１５は面で接しているため、上型からの熱の伝達効率も良好で、光学素材１の速やかな昇温及び軟化が可能である。
【００６１】
また、光学素材１は、従来のように上型下面の中心と下型下面の中心の２点による保持ではなく、３次元的に保持されるため、成形型載置台２８から加熱プレート２３ｂ上に搬送する際等に光学素材１の位置ずれが生じ難い。このため、位置ずれに起因する光学素材１の充填の偏りが生じ難くなり、割れ等の発生を防止できる。
【００６２】
なお、以上説明した成形型、及び光学素子の製造方法では、上型の上成形面の周囲に、上側環状部材を設け、プレス成形時、上型及び下型を互いに接近させて下型上に置かれた光学素材の加圧を開始するとき、光学素材の上面が上型の上成形面と接触せず、上側環状部材とのみ面で接触するようにしているが、下型の下成形面の周囲に下側環状部材を設け、プレス成形時、上型及び下型を互いに接近させて下型上に置かれた光学素材の加圧を開始するとき、光学素材の下面が下型の成形面と接触せず、下側環状部材とのみ接触するようにしてもよい。
【００６３】
図７は、その一例を示したもので、図３に示した成形型１０３と同様、両凹形状の光学素子を製造するための成形型である。この成形型１０７は、上側環状部材１５に加え、さらに、下型１２の下成形面１２ａの周囲に下側環状部材５５に設けられ、プレス成形時、上型１１及び下型１２を互いに接近させて下型１２上に置かれた光学素材１の加圧を開始するとき、光学素材１の下面が下型１２の成形面１２ａと接触せず、下側環状部材５５とのみ接触するようになっている。下側環状部材５５は、その上面及び内周面を下型１２に密着させるとともに、その外周から下型１２に向けて径方向に固定ピン５６を挿入することにより、下型１１に固定されている。図７において、符号５７は、下側環状部材５５及び下型１２に穿設した固定ピン挿入用の透孔を示している。
【００６４】
この場合には、得られる光学素子の上面のみならず、下面における過熱による焼けも防止できる。すなわち、光学素材１を加熱し軟化させてプレス成形する際、上型１１及び下型１２を加熱し、その熱が光学素材１に伝熱されることによって、光学素材１が加熱されるが、熱の光学素材１への伝熱は、従来のように上型下面の中心と下型面の中心の２点からではなく、上型１１からの熱については光学素材１の上側周縁部で接する上側環状部材１５を介して伝熱され、下型１２からの熱については光学素材１の下側周縁部で接する下側環状部材５５を介して伝熱されるため、光学素子の上面の中心に過熱による「焼け」が生じることはなく、光学素子の下面の中心に過熱による「焼け」も生じることはない。また、上型１１からの熱の伝達効率も、下型１２からの熱の伝達効率も良好となるため、光学素材１の昇温及び軟化をより促進できる。
【００６５】
なお、本発明の実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組合せたり、また実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除する等、種々の変形が可能である。さらに、本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張または変更でき、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の光学素子の製造装置及び光学素子の製造方法は、上型及び下型からなる成形型を用いる光学素子の製造に有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１…光学素材、１０，１０２〜１０５，１０７…成形型、１１…上型、１１ａ…上成形面、１２…下型、１２ａ…下成形面、１３…内胴、１４…外胴、１５…上側環状部材、２０…光学素子の成形装置、２３…加熱ステージ、２４…プレスステージ、２５…冷却ステージ、５５…下側環状部材。
【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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