(57)【要約】【課題】本発明は、光学素材のプレス時、冷却時に、その成形面の径方向温度差をできるだけ小さくし、光学素子を歩留まり良く製造する光学素子用成形型を提供する。【解決手段】対向面が光学素子の成形面とされ、それぞれ円柱状の胴部を有する一対の上型２及び下型３を、加熱ステージ、プレスステージ、冷却ステージに順次移送して、各ステージに設けられた各プレートで処理して光学素子をプレス成形するための光学素子用成形型であって、上型２及び下型３の成形面が共に凹状であり、該上型２及び下型３の各プレートとの接触面の中央部に、それぞれ上型２及び下型３の胴部と同心円状の窪み３ａが形成され、上型２及び下型３の胴部直径（Ｄ１）に対する同心円状の窪み３ａの直径（Ｄ２）の比（Ｄ２／Ｄ１）が０．２２＜Ｄ２／Ｄ１＜０．９０である光学素子用成形型。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向面が光学素子の成形面とされ、それぞれ円柱状の胴部を有する一対の上型及び下型を、加熱ステージ、プレスステージ、冷却ステージにそれぞれ設けられた上下一対の加熱プレート、プレスプレート、冷却プレートの各プレート上に順次移送して光学素子をプレス成形するための光学素子用成形型であって、
前記上型及び下型の成形面が共に凹状であり、該上型及び下型の前記各プレートとの接触面の中央部に、それぞれ前記上型及び下型の胴部と同心円状の窪みが形成され、
前記上型及び下型の胴部直径（Ｄ１）に対する前記同心円状の窪みの直径（Ｄ２）の比（Ｄ２／Ｄ１）が、０．２２＜Ｄ２／Ｄ１＜０．９０であることを特徴とする光学素子用成形型。
【請求項２】
前記光学素子用成形型の前記各プレートとの接触面において、プレートとの接触時に前記同心円状の窪みと外部雰囲気とを通じる通気溝が形成されている請求項１記載の光学素子用成形型。
【請求項３】
前記比（Ｄ２／Ｄ１）が、０．５０より大きい請求項１又は２記載の光学素子用成形型。
【請求項４】
前記通気溝が、前記プレートとの接触面に放射状に４本〜８本設けられた請求項２又は３記載の光学素子用成形型。
【請求項５】
前記通気溝が、半径１〜２ｍｍの半円切り欠き状である請求項２乃至４のいずれか１項記載の光学素子用成形型。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項記載の光学素子用成形型に光学素材を収容し、前記光学素子用成形型を加熱して該成形型内の光学素材を軟化させる加熱工程と、
軟化した光学素材を、プレス手段を用いて前記光学素子用成形型により加圧して光学素子形状を付与するプレス工程と、
プレス工程後、前記光学素子用成形型を冷却し、光学素子形状を付与した光学素材を固化させる冷却工程と、を有することを特徴とする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、光学素子をプレス成形するための光学素子用成形型及びそれを用いた光学素子の成形方法に係り、特に、プレス時及び冷却時の凹状の成形面の温度差を小さくして、形状精度に優れた光学素子を得る光学素子用成形型及び光学素子の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学素子用の成形型内に光学素材を収容し、加熱軟化させてプレス成形するという、光学素子を高精度に成形する方法が一般化してきた。そのような状況の中、製造コストを低減するために、成形型を各処理ステージに搬送し、複数の光学素子を連続的に成形する光学素子の製造装置が提案されている。
【０００３】
これら光学素子の製造装置において、光学素材の加熱軟化時には、光学素材を加工するのに十分な高温条件まで加熱し、プレス時にはその加熱状態を維持しながらプレスし、プレス後は、光学素材を冷却して固化させる。そのため、成形装置における各処理ステージでは、個々のステージが所定の温度に管理されている。
【０００４】
各処理ステージは、一般に、内部にカートリッジヒータを設けた上下一対のプレートで構成されている。この上下一対のプレートは、通常、四角い平板状のプレート内部に複数本の棒状のカートリッジヒータを水平方向に所定の間隔で配置するように構成されている。ところが、このように配置したときのプレート温度は、プレート周辺部では温度が低下しやすく、プレート中央部はヒータに囲まれて温度が上昇しやすい。したがって、プレートにおける加熱状態が場所により異なる温度分布が生じてしまう。このようにプレート内で温度分布が生じると、そのプレート上にある成形型、ひいては光学素材を成形する成形面の温度にまで影響を与えてしまう。
【０００５】
そこで、プレート上の温度分布を改善するために、超硬合金の表面を所定の合金薄膜で被覆した特定の大きさからなる均熱板をプレート上に設けたり（特許文献１参照）、プレート表面の成形に対応する周辺部分と内側部分との温度差を所定範囲に保持するために内側と外側のカートリッジヒータの出力を制御する温度制御手段を設けたり（特許文献２参照）、する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２５９２４０号公報
【特許文献２】特開２００８−６９０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のようにプレート内での温度分布に加え、光学素子を成形する成形型に起因する温度差も生じる。すなわち、凸状のレンズを成形する場合には、成形型の成形面は凹状となるため、成形面の中央部は成形型の加熱面（プレートとの接触面）までの距離が短く、中央部から外周へ近づくほど加熱面までの距離が長くなる。また、外周部が成形型よりも低温の外気と接触するため放熱しやすく、中央部は放熱しにくい。そのため、成形型の形状として中央部が昇温しやすい構造であり、これが成形面における温度分布を生じる一因となる。
【０００８】
このような場合、特許文献１や特許文献２のように、プレートの均熱化を考慮しただけでは不十分で、プレートとの接触面から成形面までの距離が成形面によって異なるという成形型の形状をも考慮しなければならない。
【０００９】
プレートをいくら均熱化しても、成形型はその形状から中央部が昇温しやすく、結果として成形面に温度分布が生じてしまうと光学素材表面の加熱状態が不均一となる。すなわち、光学素材の中央部と外周部で温度差が生じ、その表面温度が異なったままプレス成形される。特に、冷却時には、場所によって冷却速度が変わると光学素子の特性に大きく影響を与え、所望の形状を得られず歩留まりが低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は、この問題点を解決するためになされたもので、光学素子の製造にあたって、プレス時や冷却時に、光学素材の表面温度差をできるだけ小さくし、光学素子を歩留まり良く製造する光学素子用成形型及びそれを用いた光学素子の成形方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光学素子用成形型は、対向面が光学素子の成形面とされ、それぞれ円柱状の胴部を有する一対の上型及び下型を、加熱ステージ、プレスステージ、冷却ステージにそれぞれ設けられた上下一対の加熱プレート、プレスプレート、冷却プレートの各プレート上に順次移送して光学素子をプレス成形するための光学素子用成形型であって、前記上型及び下型の成形面が共に凹状であり、該上型及び下型の前記各プレートとの接触面の中央部に、それぞれ前記上型及び下型の胴部と同心円状の窪みが形成され、前記上型及び下型の胴部直径（Ｄ１）に対する前記同心円状の窪みの直径（Ｄ２）の比（Ｄ２／Ｄ１）が、０．２２＜Ｄ２／Ｄ１＜０．９０であることを特徴とする。
【００１２】
この光学素子用成形型において、上記比（Ｄ２／Ｄ１）を０．５より大きくするのが好ましい。また、光学素子用成形型のプレートとの接触面において、プレートとの接触時にも同心円状の窪みと外部雰囲気とを通じる通気溝を形成するのが好ましい。
【００１３】
本発明の光学素子の成形方法は、上記光学素子用成形型に光学素材を収容し、加熱プレートと接触させ前記光学素子用成形型を加熱して該成形型内の光学素材を軟化させる加熱工程と、軟化した光学素材を、プレスプレートを用いて前記光学素子用成形型により加圧して光学素子形状を付与するプレス工程と、プレス工程後、前記光学素子用成形型を冷却プレートと接触させて冷却し、光学素子形状を付与した光学素材を固化させる冷却工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光学素子用成形型及び光学素子の成形方法によれば、光学素子の成形操作において、凹状の成形面の中央部と外周部との温度差を小さくして、得られる光学素子の形状精度を向上させ、製品の歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態である光学素子用成形型の（ａ）側断面図及び（ｂ）底面図である。
【図２】図１の光学素子用成形型を用いた光学素子の成形方法を説明する図である。
【図３】本発明の他の実施形態である下型の（ａ）側断面図及び（ｂ）底面図である。
【図４】実施例１及び比較例１において、成形面径方向の温度差の推移を示した図である。
【図５】成形型の比（Ｄ２／Ｄ１）と冷却開始時における成形面径方向の温度低減率との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
〔第１の実施形態〕
ここで、図１は本発明の一実施形態である光学素子用成形型の（ａ）側断面図及び（ｂ）底面図を示し、図２は、図１の光学素子用成形型を用いた光学素子の成形方法を説明する図である。
【００１８】
図１に示した光学素子用成形型１は、光学素子の上面を成形する上型２、光学素子の下面を成形する下型３、上型２及び下型３を内挿し摺動させて、光学素子の中心軸の位置合わせを行う円筒状の内胴４と、内胴の外周に被嵌され、上型及び下型の上下方向の距離を規制するための円筒状の外胴５と、から構成され、上型２及び下型３のプレートとの接触面の中央部には、それぞれプレートと接触しないように円形状の窪み２ａ及び３ａが設けられている。
【００１９】
本実施形態において、上型２及び下型３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２及び下型３は光学素子を成形するため、上型２には光学素子の上面を形成する上成形面２ｂが、下型３には光学素子の下面を形成する下成形面３ｂが形成されており、上型２及び下型３は、これら上成形面と下成形面とを対向させてなる一対の成形型として使用される。また、上型２及び下型３には、プレートとの接触面はフランジが設けられ安定するようになっている。
【００２０】
この発明の光学素子用成形型１は、型移動方式の光学素子成形に用いられる。後述する光学素子の成形方法で詳細に説明するが、この光学素子用成形型１は上型２及び下型３を、それぞれ上下一対の加熱プレート、プレスプレート、冷却プレートと順次接触させながら温度を所定の温度に調節し、光学素子の成形に用いられる。このとき、各プレートと接触するのは、上型２ではその上面、下型３ではその下面であり、接触させた際のプレート温度により成形面の温度が調節される。
【００２１】
上型２及び下型３は、その成形面２ｂ及び３ｂが共に凹状であり、成形される光学素子形状は両凸状の光学素子となる。本発明においては成形面が凹状の上型２及び下型３のプレートとの接触面に、窪みを設けて受熱面積及び受熱位置を所定のものとすることで、熱伝達による成形面の径方向の温度差を小さくするものである。
【００２２】
この窪み２ａ，３ａは、熱伝導による成形面の径方向の温度差を小さくするために、上型２及び下型３の胴部の外周に合わせた円形の窪みとし、その位置は、胴部と同心円状に接触面の中央部に設ける。
【００２３】
このとき、上型２及び下型３において、その胴部直径Ｄ１に対する同心円状の窪みの直径Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）が、０．２２＜Ｄ２／Ｄ１＜０．９０の関係を有する。この比を０．２２より大きくすると、成形面の中央部と外周部の温度差を小さくでき、０．５０より大きくするのが温度差の低減効果を有効に発揮する点で好ましい。また、この比を０．９０より小さくすると、成形型の強度を十分に確保できる。プレス成形時にかかる圧力が大きいため、この比を大きくすると、成形型が破損する虞がある。
【００２４】
この円形状の窪み２ａ，３ａは、各プレートと接触しないようにするだけで、成形面の温度分布改善に効果がある。そのため、この窪みの深さは０．５〜５．０ｍｍ程度とすればよく、必要以上に深くする必要はない。
【００２５】
なお、光学素子の成形における上型２及び下型３の寸法は、一定の範囲にあり、胴部の直径は３〜８０ｍｍ、高さは５〜６０ｍｍであり、成形面の直径は３〜８０ｍｍである。また、胴部直径に対する成形面の直径の比は０．１〜１であり、得られる光学素子の厚みは０．１〜３０ｍｍである。
【００２６】
さらに、上型２及び下型３のプレートとの接触面側にはフランジを設けてもよく、設ける場合には、その直径は胴部直径よりも１〜３０ｍｍ大きく、厚みは１〜１０ｍｍとするのが好ましい。
【００２７】
また、内胴４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２及び下型３の円柱状の胴部が嵌合可能なようになっている。この内胴４は、上型２及び下型３を嵌合してプレスする際に、これら上型２及び下型３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。
【００２８】
次に、外胴５は、内胴４と同様に中空円筒形状であるが、その中空部分は内胴４に被嵌され、上型２及び下型３間の距離を規制する。具体的には、この外胴５は、プレス成形時において、上型２及び下型３を互いに接近させて下型の成形面３ｂ上に置かれた光学素材を加圧する際、プレスプレートの加圧面間の距離を規制して、上型２及び下型３の距離を規制する。ここで、外胴５は、内胴４と同一の中心軸を有する。
【００２９】
この成形型は、超硬合金、セラミックス等の素材からなり、上型２及び下型３には、成形する光学素子の面形状を転写するための成形面２ｂ，３ｂがそれぞれ対向する面に形成されている。
【００３０】
なお、外胴５は、上記セラミックス以外にも、ステンレス、インコネル（大同スペシャルメタル株式会社製、商品名）等の耐熱性のある金属を使用でき、ステンレス製とすると、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。また、このとき、室温からプレス成形の成形温度における、外胴の上下方向における熱膨張量を、光学素材の上下方向の熱膨張量よりも大きくすると、成形操作において光学素子に圧力が抜ける時間を生じさせず、成形の安定性の点から好ましい。
【００３１】
次に、この光学素子用成形型１を用いた光学素子の成形方法について説明する。
【００３２】
まず、本発明の光学素子の成形方法に用いる成形装置について説明するが、この成形装置は光学素子を成形するための成形室となるチャンバーと、該チャンバーの内部に設け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と、加熱軟化した光学素材をプレス成形させるプレスステージと、プレス成形による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と、が、この順番に並べられてなる。
【００３３】
ここで、成形室であるチャンバーは、その内部において、光学素子を成形するもので、光学素材を軟化し、変形を容易にするため高温に加熱される。このとき、光学素子用成形型が酸化されないように、チャンバー内雰囲気は窒素等の不活性ガス雰囲気とされる。この不活性ガス雰囲気とするには、チャンバーを密閉構造として内部雰囲気を置換して達成できるが、半密閉構造として、不活性ガスを常時チャンバー内に供給して、チャンバー内を陽圧にしながら外部の空気が流入しないように不活性ガス雰囲気を維持してもよい。
【００３４】
ここで、加熱ステージは、光学素子用成形型に収容された光学素材を軟化させるものであり、その内部にヒータが埋め込まれた上下一対の加熱プレートで構成される。この加熱プレートを成形型の上型、下型にそれぞれ接触させ、上型及び下型を加熱すると、さらに成形型内部に収容されている光学素材が加熱され軟化する。
【００３５】
また、プレスステージは、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の成形を行うものであり、その内部にヒータが埋め込まれた上下一対のプレスプレートから構成される。上下のプレスプレート間の距離を狭め、そのプレートの加圧面を成形型と接触させ、さらに上型と下型との距離を狭めていき、成形型内に収容された光学素材を軟化状態に保持したまま押圧して変形させる。このプレスプレートを用いたプレスは、光学素材を軟化状態とする加熱温度を維持しながら行われる。
【００３６】
最後に、冷却ステージは、成形型を冷却して光学素子形状が付与された光学素材を冷却、固化するものであり、その内部に、ヒータが埋め込まれた上下一対の冷却プレートから構成される。この冷却プレートは、上下一対の冷却プレートを成形型の上型、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も冷却できる。
【００３７】
そして、光学素子用成形型は、これら加熱ステージ、プレスステージ、冷却ステージの各ステージ間を順次移動しながら所定の処理が施されるものであり、この手段間の移動は図示していないがロボットアーム等により行われる。
【００３８】
なお、本発明において用いる光学素材は、特に限定されず、光学素子用として使用される光学素材であればよい。例えば、ホウ酸ランタン系ガラス、リン酸ビスマス系ガラス等の光学素材が挙げられる。
【００３９】
以下、本発明の光学素子の成形方法について図２を参照しながら具体的に説明する。
【００４０】
まず、上記した光学素子の製造装置を用い、光学素子用成形型１の内部に光学素材３０を収容し、光学素子用成形型１を加熱プレート１１ｂ上に移動し、載置する。加熱プレート１１ａ、１１ｂをそれぞれ上型２及び下型３と接触させて光学素子用成形型を加熱して、予め所定の温度まで熱して光学素材を軟化させる（図２：加熱ステージ）。
【００４１】
次いで、光学素子用成形型１に収容した光学素材３０をプレス成形するために、まず、加熱された光学素子用成形型１をプレス手段であるプレスプレート１２ｂ上に移動させ、載置する（図２：プレスステージ（ａ））。
【００４２】
その後、プレスプレート１２ａを押し下げてプレスプレート１２ａ及び１２ｂによりプレス成形するが、プレスプレート１２ａを下降させると、プレスプレート１２ａは上型２と接触して上型２を押し下げていく。上型２が押し下げられると、光学素材３０はその圧力により変形し、プレス成形が行われる。このプレス成形では、プレスプレート１２ａが外胴５により規制されるまで下降させて押し切って行われ、プレスプレート１２ａ，１２ｂ間の距離は、外胴５の高さにより決定され、このとき、光学素材３０が所定の厚みになる（図２：プレスステージ（ｂ））。
【００４３】
この加熱及びプレス工程において、光学素材は、変形が容易な屈伏点以上に加熱されるが、一般的には、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。
【００４４】
この加熱温度は、光学素材が加圧変形できる温度であればよく、屈伏点と軟化点との中間付近の温度が好ましい。加熱プレート１１ａ，ｂ及びプレスプレート１２ａ，ｂを所定の温度に設定して、加熱すると、これら加熱プレート１１ａ，ｂ及びプレスプレート１２ａ，ｂに接触した上型２及び下型３は、温度が昇温していき設定温度と同じ温度にまで加熱される。
【００４５】
プレス工程で、上記したように成形型の上下から圧力をかけて光学素材３０をプレス成形すると、光学素材には上型２及び下型３の光学成形面２ｂ，３ｂが転写され、光学素子形状が付与される。
【００４６】
このプレス工程においては、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。ここで言うプレス時の圧力とは、光学素材に加わる圧力を指す。
【００４７】
そして、このようにプレス工程で光学素材に光学素子形状を付与した後、光学素子用成形型１を、今度は冷却プレート１３ｂ上に移動させて、冷却プレート１３ａ，ｂと光学素子用成形型１を接触させることで、光学素子用成形型１を冷却し、さらに、光学素材をも冷却し、固化させる（図２：冷却ステージ）。
【００４８】
この冷却工程においては、成形された光学素材３０が、歪点以下になるまで冷却するのが好ましい。この冷却工程においても、光学素材３０への加圧を継続するのが好ましく、上記歪点以下の温度になるまで加圧を続けるのが好ましい。
【００４９】
さらに、この冷却中に、光学素材の温度がガラス転移点以下になったところで、光学素材に加圧する圧力を変化させてもよく、例えば、光学素材３０の温度が、ガラス転移点以上のときにはプレス時の圧力と同じ圧力としておき、ガラス転移点よりも低い温度になってからは圧力を高くして、段階的に加圧してもよい。
【００５０】
ガラス転移点以上の温度において低圧にするのは、肉厚バラツキを抑えるためであり、それ以下の温度域では押込み量がほとんど無いので増圧しても問題ない。すなわち、光学素材が硬化状態に近づくガラス転移点（Ｔｇ）付近までは低い圧力で保圧し、ガラス転移点（Ｔｇ）付近からそれ以下の温度となり光学素材が固化するまで、より高い圧力をかける。このように冷却工程において圧力を継続してかけると光学素子の面形状が安定する。
【００５１】
なお、ここで、低い圧力とは２．５Ｎ／ｍｍ２以下、高い圧力とは２．５Ｎ／ｍｍ２超である。また、光学素材が歪点以下となり、固化した後は、さらに２０Ｎ／ｍｍ２超となるような高い圧力をかけてもよい。このように段階的に圧力を高めると光学素子の面ワレが生じる等の不具合の発生を抑制し、形状精度を高められる。また、固化した後の圧力としては、光学素材にワレが生じる等の不具合が生じない限りはどのような圧力でもよいが、通常、３０Ｎ／ｍｍ２程度が上限である。上記では２段階に圧力を増加させていく例を説明したが、それ以上の多段階として増圧してもよい。本明細書において、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が生じる離型異常をいう。
【００５２】
そして、上記した加熱工程及び冷却工程においては、それぞれ段階的に加熱又は冷却できるように、加熱ステージ、冷却ステージを複数設けてもよい。例えば、加熱ステージとして、第１〜第３の３つの加熱ステージを用意し、徐々にプレス温度にまで昇温できるようにすると、光学素材を安定して加熱できる。また、冷却ステージにおいても同様に第１〜第３の３つの冷却ステージを用意し、徐々に室温にまで冷却できるようにすると、光学素材の急激な冷却（温度変化）を避けられ好ましい。この冷却工程においては、最後の冷却ステージを水冷手段とするのが好ましい。水冷手段による冷却は、冷却工程で冷却された光学素材をさらに段階的に冷却し、光学素材を歪点付近の温度から成形型が酸化しない温度の２００℃以下まで冷却できる。ここで用いる水冷手段は、上記冷却手段の冷却プレート内部に埋め込まれたヒータに換えて冷却水を循環させる構成とすればよい。
【００５３】
このようにして、冷却、固化して得られた光学素子は、必要に応じてアニール工程等に付されて歪み等を除去する等の後処理を施し、さらにその外周部を切削等により所望の径を有する光学素子形状に加工し、反射防止コート等を施して最終的な製品とされる。
【００５４】
〔第２の実施形態〕
この実施形態は、第１の実施形態とは、上型２及び下型３の各プレートとの接触面において、さらに、同心円状の窪み２ａ，３ａと上型２及び下型３との外周部とを通じる通気溝を設けた点が異なるのみである。なお、図３には、第２の実施形態である光学素子用成形型の下型３の側断面図及び底面図を示した。ここでは、下型３のみ示したが、上型２においても同様の形状となる通気溝を形成する。
【００５５】
下型３のプレート接触面（底面）には、その胴部と同心円状の窪み３ａが設けられており、さらに、その窪み３ａと下型３の外周部とを通じる通気溝３ｃが設けられている。この通気溝３ｃは、下型３がプレートと接触した場合に、窪み３ａを密閉された空間とせず、外部雰囲気と通じて気体の流通を可能とする。
【００５６】
すなわち、通気溝３ｃが無い場合には、窪み３ａに空気等の酸素を含む気体が閉じ込められると、チャンバー内は高温条件であるため、成形型が酸化される可能性がある。ところが、図３のように成形型の外部雰囲気と通じる通気溝３ｃを設けておくと、窪み３ａ内に空気等が留まるのを防ぎ、光学素子用成形型１が酸化されるのを防止できる。
【００５７】
この通気溝３ｃは、１本だけ設けてもよいが、複数本設けると、気体が外部雰囲気から窪み３ａ内に流通する経路と、窪み３ａから外部雰囲気に流通する経路と、ができ効果的に気体の滞留を抑制でき好ましい。このとき、通気溝３ｃの本数は２〜１２本が好ましく、４〜８本がより好ましい。複数本の通気溝３を設ける場合には、成形面への熱伝達の観点から、そのプレートとの接触面において放射状に、かつ、均等の間隔となるように設ける。
【００５８】
また、通気溝３ｃは、窪み３ａ内に外部雰囲気が流入、流出できればよいため、その形状は特に限定されないが、加工のし易さから半円切り欠き状が好ましい。このとき、その切り欠きの半径ｒは１〜２ｍｍが好ましい。この幅を大きく設けてしまうと、プレートとの接触面積が少なくなり、光学素子に対する所望の温度まで効果的に加熱できなくなり、小さすぎると外部雰囲気の十分な流通が困難となる。
【実施例】
【００５９】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００６０】
（実施例１）
図１の光学素子用成形型１を用いて、光学素子を以下の通り成形した。
ここで用いた光学素子用成形型は、タングステンカーバイドからなる超硬合金製（冨士ダイス株式会社、商品名：ＦＵＪＩＬＬＯＹ  ＴＪＦ０３）のものであり、プレス成形により、直径３４ｍｍ、中心厚さ６．４ｍｍ、周辺厚さ２．３ｍｍの両凸状の光学素子が得られる。ここで、上型は胴部の直径が４６ｍｍ、フランジの直径が５４ｍｍ、厚みが４ｍｍであり、下型は胴部の直径が４６ｍｍ、フランジの直径が５４ｍｍ、厚みが４ｍｍであり、上型及び下型のプレートとの接触面には、それぞれ直径が３０ｍｍ、深さ１ｍｍの胴部と同心円状の窪みを設けた。この成形型における胴部直径（Ｄ１）と窪み直径（Ｄ２）の比（Ｄ２／Ｄ１）は０．６５である。
【００６１】
また、内胴はその円筒状の内径が４６ｍｍで上型及び下型とはクリアランスを５μｍ設け、外径が５４ｍｍ、高さが４２ｍｍである。なお、外胴はＳＵＳ３１６Ｌ製で、その円筒状の内径が５５ｍｍ、外径が６３ｍｍ、高さが５１ｍｍのものを用いた。
【００６２】
次に、上記した光学素子用成形型を用いて次のようにプレス成形した。
【００６３】
まず、光学素子用成形型の内部に直径３４ｍｍで、中心厚さが８．６ｍｍの両凸レンズ状のホウ酸バリウム系の光学素材を収容し、成形型を第１の加熱プレート（ヒータ温度：４５０℃；上型は加熱プレートと非接触）、第２の加熱プレート（ヒータ温度：５３５℃）、第３の加熱プレート（ヒータ温度：５８５℃）に順次移送して、５８５℃まで加熱した。なお、この光学素材のガラス転移点（Ｔｇ）は５３２℃、屈伏点（Ａｔ）は５７３℃である。
【００６４】
光学素材を収容した成形型を、５８５℃程度に予備加熱した後、搬送手段により５９０℃に加熱されたプレスプレート上に搬送して載置すると同時に、下側のプレスプレートと同じ温度に維持された上側のプレスプレートを下降させて上型に接触させ、上型、下型及び光学素材を十分に加熱し、昇温させて光学素材を軟化状態に保持した。
【００６５】
次に、上型、下型及び光学素材が十分に加熱され、プレスプレートと同程度の温度（５９０℃程度）となったところで、上側のプレスプレートをさらに下降させ、上型及び下型により光学素材をプレス成形した。このとき、成形時の圧力を１．０Ｎ／ｍｍ２とし、押圧して押切った。
【００６６】
次に、光学素子用成形型を搬送手段により冷却手段上に搬送して載置させ、成形型全体を冷却し、光学素材を冷却した。このとき、冷却は第１の冷却プレート、第２の冷却プレート、第３の冷却プレートを用い段階的に行った。ここで、プレートのヒータ温度は、第１の冷却プレート（上側：５３０℃、下型：５２５℃）、第２の冷却プレート（上側：５２０℃、下型：５１５℃）とし、光学素材の歪点（４９５℃）以下となったところで、水冷プレートである第３の冷却プレート（冷却水温度２０℃）で、光学素材を室温程度にまで冷却した。光学素材が十分に冷却したところで、成形型から取り出し、光学素子を得た。なお、この実施例においてタクトタイムは４００秒で成形した。
【００６７】
（比較例１）
上型及び下型における円形状の窪みを設けなかった以外は実施例１と同一の条件で、光学素子を成形した。
【００６８】
（試験例）
実施例１及び比較例１において、加熱開始時から冷却して光学素子を得るまでの成形面の温度変化を測定した。温度変化は、下型の中央部と中央部から１２ｍｍ外周寄りの部分において成形面から５ｍｍ下側に熱電対を設け測定し、中央部の温度（ｔ１）から外周寄りの部分の温度（ｔ２）を引いた温度差（ΔＴ：ｔ１−ｔ２）により表わした。その結果を図４に示した。なお、プレスプレートから第１の冷却プレートへの成形型の移送はプレス成形操作の開始から１６００秒後であり、その時点を点線で示した。
【００６９】
次いで、実施例１の結果と一致するようにそれぞれ熱伝達、輻射を考慮した解析モデルを構築し、有限要素法を用いて、実施例１の円形状の窪みの直径を変化させたときのシミュレーションを行った。このとき、メッシュ分割数は２５０００（ノード３００００）とした。光学素子、成形型、第１の冷却プレートの物性値は用いた素材の物性値（表１参照）を用いた。
【００７０】
なお、第１の冷却プレートは、直径１５ｍｍのヒータカートリッジ３本を埋め込んだ、７８ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ２４ｍｍのステンレス製のヒータプレートに、光学素子用成形型との接触面側に７８ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの超硬合金製の均熱板（富士ダイス株式会社、商品名：ＦＵＪＩＬＬＯＹ  Ｄ２０）を設けて構成されている。
【００７１】
【表１】
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【００７２】
上記条件において、上型及び下型のプレート接触面における円形状の窪みの直径を、それぞれ０ｍｍ（０；比較例１）、１０ｍｍ（０．２１７）、３０ｍｍ（０．６５２；実施例１）、４０ｍｍ（０．８７０）とした。なお、カッコ内には、胴部直径（Ｄ１）と窪み直径（Ｄ２）の比（Ｄ２／Ｄ１）を表わした。この窪み直径を変化させたときの冷却開始時（図４の１６００秒付近；プレス成形終了直後）の成形面の径方向温度差をシミュレーションしたところ、窪み直径が０ｍｍのとき２．２℃、１０ｍｍのとき２．２℃、３０ｍｍのとき１．８℃、４０ｍｍのとき１．５℃と、窪み直径を大きくすると成形面の径方向温度差を小さくできた。このとき、窪みのないときの温度差に対して窪みを設けたときの温度差の比をとることで温度低減の割合を算出し、その結果を図５に示した。
【００７３】
この結果から、円形状の窪みを所定の範囲とすれば、冷却開始時において、成形面の中央部と外周部での温度差を小さくできることがわかった。
【００７４】
以上に示したように、本発明の光学素子用成形型及び光学素子の成形方法により、光学素材をプレス成形する際に、成形面径方向の温度差を小さくできる。このように成形時における温度差を低減すれば、得られる光学素子の形状安定性が増し、歩留まりも向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の光学素子用成形型及び光学素子の成形方法は、プレス成形による光学素子の製造に用いられる。
【符号の説明】
【００７６】
１…光学素子用成形型、２…上型、３…下型、４…内胴、５…外胴、２ａ，３ａ…窪み、１１ａ，１１ｂ…加熱プレート、１２ａ，１２ｂ…プレスプレート、１３ａ，１３ｂ…冷却プレート、３０…光学素材
【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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