(57)【要約】【課題】本発明は、型移動方式の成形方法において、光学素子の面形状を安定させ、不具合が生じにくい光学素子の成形方法及び成形装置を提供する。【解決手段】光学素材５０を収容した上型、下型及び胴型からなる成形型２を介して光学素材を予備加熱する加熱プレート３ａ及び３ｂと、予備加熱された光学素材５０を、成形型２を介して温度調節可能とし、かつ、光学素材をプレス温度でプレスして光学素子形状とし、成形型２を介して光学素子形状とされた光学素材５０を冷却し、固化させる温調プレスプレート４ａ及び４ｂと、成形型２を介して光学素材５０をさらに冷却する冷却プレート５ａ及び５ｂと、を有し、さらに、プレスプレート４ａ及び４ｂを、下限値を光学素子５０の光学素材のガラス転移点から［歪点−１００℃］の範囲、上限値をプレス温度とする温度サイクルで温度調節ができる温度調節手段６を有する光学素子の成形装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型、下型及び胴型からなる成形型に光学素材を収容し、加熱プレートにより前記成形型を介して前記光学素材を予備加熱する加熱工程と、
下限値を前記光学素材のガラス転移点から［歪点−１００℃］の範囲、上限値をプレス温度とした温度サイクルで、温度調節可能な温調プレスプレートにより、前記成形型を介して前記光学素材を前記温度サイクルの下限値から上限値まで加熱し、該上限値まで加熱された光学素材を前記成形型によりプレスして光学素子形状とし、光学素子形状とされた光学素材を所望の温度範囲で加圧しながら前記温度サイクルの上限値から下限値まで冷却し固化させる温調プレス工程と、
前記温調プレス工程後、冷却プレートにより前記成形型を介して前記光学素材をヒートショックで割れない程度の速さで冷却する冷却工程と、
を有することを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】
前記温調プレス工程における冷却を、温調プレスプレート内部に冷却ガスを導入して行う請求項１記載の光学素子の成形方法。
【請求項３】
前記冷却ガスを、前記温調プレスプレートの前記成形型の搭載面に沿って、該成形型の搭載面の中央から放射状に設けた流路に導入させる請求項２記載の光学素子の成形方法。
【請求項４】
前記温調プレス工程の冷却時において、前記光学素材を２．５〜４０Ｎ／ｍｍ２の圧力で加圧する請求項１〜３のいずれか１項記載の光学素子の成形方法。
【請求項５】
光学素材を収容した上型、下型及び胴型からなる成形型を介して前記光学素材を予備加熱する加熱プレートと、予備加熱された光学素材を、前記成形型を介して温度調節可能とし、前記光学素材をプレス温度でプレスして光学素子形状とし、かつ、光学素子形状とされた光学素子を固化するまで冷却する温調プレスプレートと、前記成形型を介して光学素子形状とされた光学素材をさらに冷却する冷却プレートと、を有し、前記成形型を前記加熱プレート、前記温調プレスプレート及び前記冷却プレートへ順次移動させる型移動方式の光学素子の成形装置であって、
前記温調プレスプレートを、下限値を前記光学素材のガラス転移点から［歪点−１００℃］の範囲、上限値をプレス温度とする温度サイクルで温度調節できる温度調節手段を有することを特徴とする光学素子の成形装置。
【請求項６】
前記温度調節手段は、前記温調プレスプレートを、前記予備加熱された光学素子を前記温度サイクルの下限値から上限値まで温度調節しながら加熱し、前記温調プレスプレートでプレスする際には前記上限値に維持し、プレス後、光学素子形状とされた光学素子を前記温度サイクルの上限値から下限値まで冷却する、請求項５記載の光学素子の成形装置。
【請求項７】
前記温調プレスプレート内部に、冷却用ガスを導入して前記温調プレスプレートを冷却できる冷却ガスの流路を有する請求項５又は６記載の光学素子の成形装置。
【請求項８】
前記冷却ガスの流路が、前記温調プレスプレートの前記成形型を搭載する面の近傍において、該搭載する面の中央から放射状に設けられている請求項５〜７のいずれか１項記載の光学素子の成形装置。
【請求項９】
前記温調プレスプレートでプレスする際、前記温調プレスプレートをストッパーで所望の位置で停止できるエアシリンダーを用いる請求項５〜８のいずれか１項記載の光学素子の成形装置。
【請求項１０】
前記温調プレスプレートでプレスする際、前記温調プレスプレートのプレス間隔を調整する可動式のスペーサープレートを用いる請求項５〜８のいずれか１項記載の光学素子の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の成形方法及び成形装置に係り、特に、光学素材をプレス成形した直後から光学素子の面形状が安定するまで継続的に光学素材に圧力をかけて冷却でき、形状不良の発生を抑制する光学素子の成形方法及び成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光学素子を製造する方法として、光学素材をプレス成形し、成形面を研磨等せずにそのまま使用できるプレス成形方法がよく用いられている。
【０００３】
このようなプレス成形方法は、光学素材を加熱して軟化させてから、成形型により加圧プレスした後、冷却することにより所定形状の光学素子とするものであるが、このような光学素子には高い形状精度が求められる。
【０００４】
例えば、プレス成形方法としては、光学素材を上型、下型及び胴型からなる成形型に収容し、光学素材を軟化させ、軟化した光学素材を成形型によりプレスして光学素子形状とし、さらに、成形型及び光学素子形状とされた光学素材を冷却して光学素子を製造するのが一般的であり、大きく分けると、１ポジションで上記した一連のプレス成形を行う型固定方式のプレス成形方法と、加熱、プレス、冷却のそれぞれを分け、複数のポジションを設け、成形型を順次各ポジションに移動させながらプレス成形を行う型移動方式のプレス成形方法とが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００５】
型固定方式のプレス成形方法は、１ポジションで一連のプレス成形操作を行うため、成形操作が安定し、面形状も安定するため歩留まりを向上させやすいが、加熱、プレス、冷却の全てを１ポジションで行うため、効率的でない面がある。
【０００６】
一方、型移動方式のプレス成形方法は、加熱、プレス、冷却の各操作を機能的に分離し、順次型を移動させながらプレス成形ができるため、光学素子を大量生産する場合に、非常に効率的でコストの低減等に効果的であるが、型を順次移動させていくため、型固定方式に比べて面形状が安定しない場合がある。
【０００７】
ところで、プレス成形後の冷却工程において、圧力をかけながら冷却すると光学素子の面形状が安定する。冷却中に圧力をかけないと成形品の内部と外側の温度差に起因するヒケと呼ばれる変形が発生する。型固定方式では光学材料への圧力調整が容易であるため安定性に大きく寄与するプレス直後にも必要十分な圧力をかけられ、面形状を安定させやすい。また、型移動方式でも、プレス時に、上型及び下型の上下方向の距離を調整するためのスペーサープレートを設け、冷却時に熱膨張・収縮が生じても問題なく適正な圧力をかけられる発明を本発明者らは既に提案している（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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
【特許文献３】特開２０１１−１１６６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した特許文献３の方法によって、型移動方式で製造される光学素子の面形状は向上したものの、プレス直後、冷却工程への移行の際に、ポジション移動が入るため、光学素子に圧力をかけられない時間がわずかながら生じていた。このわずかな時間が、製造される光学素子の面形状に少なからず影響を及ぼし、その安定性は型固定方式の光学素子と比較するとわずかに劣るものであった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記の問題を解消するために、光学素子の製造において、型移動方式の生産性を維持しながら、型固定方式と同等の面形状の安定性を有する光学素子の成形方法及び成形装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意検討した結果、本発明の光学素子の成形方法及び成形装置により、上記問題を解決できることを見出し、本発明を完成したものである。
【００１２】
すなわち、本発明の光学素子の成形方法は、上型、下型及び胴型からなる成形型に光学素材を収容し、加熱プレートにより前記成形型を介して前記光学素材を予備加熱する加熱工程と、下限値を前記光学素材のガラス転移点から［歪点−１００℃］の範囲、上限値をプレス温度とした温度サイクルで、温度調節可能な温調プレスプレートにより、前記成形型を介して前記光学素材を前記温度サイクルの下限値から上限値まで加熱し、該上限値まで加熱された光学素材を前記成形型によりプレスして光学素子形状とし、光学素子形状とされた光学素材を所望の温度範囲で加圧しながら前記温度サイクルの上限値から下限値まで冷却し固化させる温調プレス工程と、前記温調プレス工程後、冷却プレートにより前記成形型を介して前記光学素材をヒートショックで割れない程度の速さで冷却する冷却工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光学素子の成形装置は、光学素材を収容した上型、下型及び胴型からなる成形型を介して前記光学素材を予備加熱する加熱プレートと、予備加熱された光学素材を、前記成形型を介して温度調節可能とし、前記光学素材をプレス温度でプレスして光学素子形状とし、かつ、光学素子形状とされた光学素子を固化するまで冷却する温調プレスプレートと、前記成形型を介して光学素子形状とされた光学素材をさらに冷却する冷却プレートと、を有する、前記成形型を前記加熱プレート、前記温調プレスプレート及び前記冷却プレートへ順次移動させる型移動方式の光学素子の成形装置であって、前記温調プレスプレートを、下限値を前記光学素材のガラス転移点から［歪点−１００℃］の範囲、上限値をプレス温度とする温度サイクルで温度調節できる温度調節手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光学素子の成形方法及び成形装置によれば、光学素子をプレス直後から面形状が安定するまでの冷却過程において、光学素子への加圧状態を必要に応じて所望の温度範囲で継続して維持できるため、光学素子の面形状の不具合の発生を抑制できる。プレス後の所望の温度から加圧状態が維持され、常に圧力がかかっているため温度履歴が安定し、光学素子形状の安定性（再現性）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の成形装置の概略構成図である。
【図２Ａ】本発明の光学素子の成形装置における、温調プレスプレートの一実施形態を示した透視正面図である。
【図２Ｂ】図２Ａで示した温調プレスプレートにおいて、冷却ガスの導入側流路を透視的に示した平面図である。
【図２Ｃ】図２Ａで示した温調プレスプレートにおいて、冷却ガスの冷却側（排出側）流路を透視的に示した平面図である。
【図３】本発明の他の実施形態である光学素子の成形装置の概略構成図である。
【図４Ａ】成形型の送り機構の一実施形態を示した平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａで示した送り機構の正面図である。
【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）
まず、第１の実施形態について、図１を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態である光学素子の成形装置の概略構成図である。
【００１８】
この図１に示した光学素子の成形装置１は、光学素材５０を内部に収容した上型、下型及び胴型からなる成形型２を介して光学素材５０を予備加熱する加熱プレート３ａ及び３ｂと、予備加熱された光学素材を、成形型２を介して温度調節可能とし、光学素材５０をプレス温度でプレスして光学素子形状とし、かつ、光学素子形状とされた光学素子を固化するまで冷却する温調プレスプレート４ａ及び４ｂと、成形型２を介して光学素子形状とされた光学素材５０を冷却する冷却プレート５ａ及び５ｂと、を有し、成形型２を加熱プレート、温調プレスプレート及び冷却プレートへ順次移動させる型移動方式の光学素子の成形装置であって、温調プレスプレートを、下限値を光学素材のガラス転移点から［歪点−１００℃］の範囲、上限値をプレス温度とする温度サイクルで温度調節できる温度調節手段６を有する。
【００１９】
加熱プレート３ａ及び３ｂ、温調プレスプレート４ａ及び４ｂ、冷却プレート５ａ及び５ｂは、それぞれ所定の処理が行われる場（ステージ）を形成し、各ステージにより順次円滑に処理できるように、成形型２は、搬送手段（図示せず）により所定のタイミングで各ステージを移動する。すなわち、この光学素子の成形装置は、１以上のポジションで温度の上げ下げを行い所定の処理を施す型移動方式の成形装置である。
【００２０】
ここで、成形型２は、上型２１、下型２２及び胴型２３とからなる成形型である。また、胴型２３は、プレス時に、上型２１及び下型２２間の距離を規制する外胴２３ａと、上型２１及び下型２２の光軸を同軸上に規制する内胴２３ｂとからなり、この外胴２３ａ及び内胴２３ｂは、それぞれ中空円筒状である。
【００２１】
また、成形型２は、超硬合金やセラミックス等の素材からなり、上型２１及び下型２２は、成形する光学素子の面形状を転写するための成形面をそれぞれ有している。この図１では、成形型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たが、光学素子形状はこれに限定されず、両凸、両凹、平凸、平凹、凸メニスカス形状のいずれの形状を成形する成形型であってもよい。
【００２２】
本発明の加熱プレート３ａ及び３ｂは、光学素材５０を予備加熱する手段であり、その内部にヒータが埋め込まれたプレートからなる。この加熱プレート３ａ及び３ｂは、それぞれ上型２１、下型２２に接触させ、上型２１及び下型２２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５０をも加熱できる。
【００２３】
本発明の温調プレスプレート４ａ及び４ｂは、予備加熱された光学素子５０を、さらにプレス温度にまで加熱し、次いで、プレス温度で光学素材５０をプレスして光学素子形状とし、最後に、光学素子形状とされた光学素材５０を所定の温度まで冷却する手段である。したがって、温調プレスプレート４ａ及び４ｂの内部には、プレート温度の昇温又は維持を可能とするためヒータが埋め込まれている。また、プレートの降温を効率的に行うために、プレートの外部又は内部に冷却ガスを供給する手段を設けてもよい。
【００２４】
そして、温調プレスプレート４ａ及び４ｂは、プレスに当たっては、それらプレート間の距離を狭めて成形型２の上型２１と下型２２との距離をも狭め、成形型２内に収容された光学素材５０を軟化状態のまま押圧して変形させる。このように変形された光学素材５０は、上型２１及び下型２２の光学形成面形状が転写、付与されたものとなる。変形時には、冷却中のプレス押し代を残してプレスする。
【００２５】
さらに、温調プレスプレート４ａ及び４ｂは、成形型２を冷却することにより光学素子形状とされた光学素材５０を固化させる。これにより光学素子形状を安定化し、変形を抑制する。ここで、冷却とは、光学素子形状を安定して付与できるように光学素材を固化させる温度まで降温するもので、その温度は、ガラスの転移点以下から歪点よりも１００℃程度低い。
【００２６】
本発明の冷却プレート５ａ及び５ｂはヒートショックで割れない程度の冷却速度で固化した光学素子を冷却する手段である。この温度は依然として高温であるため、この冷却プレート５ａ及び５ｂにもその内部にヒータが埋め込まれている。
【００２７】
その後、さらに別工程として冷却を継続し、２００℃以下にまで冷却して光学素子が得られる。このように冷却する際には、例えば、プレート内部に冷却水を循環させて水冷した水冷プレートを使用できる。さらに、冷却して得られた光学素子は、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て最終的な製品とされる。
【００２８】
なお、この加熱プレート３ａ及び３ｂ、温調プレスプレート４ａ及び４ｂ、冷却プレート５ａ及び５ｂによる処理は、成形型２を順次各プレートへと移動させながら処理を行うため、成形型２を移動させるための移動手段が設けられている。この移動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、加熱プレート３ｂから温調プレスプレート４ｂへ、温調プレスプレート４ｂから冷却プレート５ｂへと移動できるようになっている。
【００２９】
また、各ステージの上側の加熱プレート３ａ、プレスプレート４ａ及び冷却プレート５ａは、図示していないが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。ここでシリンダーは、各プレートの上下動が可能となればよく、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挙げられる。
【００３０】
本発明の温度調節手段６は、温調プレスプレート４ａ及び４ｂの温度を所定のタイミングで調節する手段である。温調プレスプレート４ａ及び４ｂを昇温させる際には、温度調節手段６は、所望の温度になるようにヒータの出力を高め、目的の温度となったときには、その温度を維持するように出力を調節する。また、温調プレスプレート４ａ及び４ｂを降温させる際には、所望の温度になるように、ヒータの出力を低くするか又はヒータのスイッチを切る。なお、降温をより効率的に行うには、温調プレスプレート４ａ及び４ｂに、窒素ガス等の冷却ガスを供給して温度を低下させてもよく、その際には、温度調節手段６によって冷却ガスの供給が調節される。
【００３１】
ちなみに、冷却ガスの供給による温度調節が可能な温調プレスプレート４ｂの一実施形態を図２Ａ〜Ｃに示した。ここで、図２Ａは温調プレスプレート４ｂの透視正面図であり、図２Ｂは図２Ａで示した温調プレスプレート４ｂにおいて、冷却ガスの導入側流路を透視的に示した平面図であり、図２Ｃは図２Ａで示した温調プレスプレート４ｂにおいて、冷却ガスの冷却側（排出側）流路を透視的に示した平面図である。
【００３２】
この図２Ａ〜Ｃに示した温調プレスプレート４ｂは、プレート本体４−１と、プレート本体４−１内部に設けられたカートリッジヒータ４−２と、プレート本体の成形型の搭載面側に配置された均熱板４−３と、プレート本体４−１の熱をチャンバー等の他の部材に伝えないようにする断熱板４−４と、冷却ガスの流路４−５（４−５ａ〜４−５ｅ）と、で構成されている。
【００３３】
ここで、プレート本体４−１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４−２を挿入し、固定され、カートリッジヒータの出力によりプレートの温度を変動できる。
【００３４】
均熱板４−３は、超硬合金、ステンレス等の公知の耐熱性があり、硬度が高く熱伝導性が良い材料で構成できる。さらに、均熱板表面に酸化防止膜のコーティングを施すことが好ましく、このコーティングとしては、具体的にはＣｒＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮなどのコーティング処理が挙げられる。
【００３５】
断熱板４−４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型時の圧力等によっても変形しにくく、ずれを生じるおそれが少ないセラミックスが好ましい。
【００３６】
冷却ガスの流路４−５は、断熱板４−４の内部に導入側流路４−５ａが、均熱板４−３のプレート本体４−１との接合面側表面に、冷却側（排出側）流路４−５ｂが設けられ、これら導入側流路４−５ａと冷却側（排出側）流路４−５ｂとは接続流路４−５ｃにより接続されている。
【００３７】
そして、導入側流路４−５ａに冷却ガスを供給するための冷却ガス導入口４−５ｄ、冷却側（排出側）流路４−５ｂから冷却ガスが排出される冷却ガス排出口４−５ｅが設けられている。
【００３８】
このような冷却ガスの流路を設けておくと、冷却ガス導入口４−５ｄから導入された冷却ガスは、冷却ガスの導入側流路４−５ａを満たし、その流路に設けられている４か所の接続流路４−５ｃから冷却側（排出側）流路４−５ｂに流れ込み、成形型２の搭載面中央から放射状に設けられた冷却側（排出側）流路４−５ｂ内を流れて、冷却ガス排出口４−５ｅから排出される。このとき、接続用流路４−５ｃから流れ込んだ冷却ガスは一旦中央に集められ、そこからプレート側面にそれぞれ設けられた４つの冷却ガス排出口４−５ｅから外部へ排出される。冷却ガスは、均熱板４−３の温度を降下でき、特に、成形型の載置される面の温度を同程度に下げるように設計しておく。なお、冷却ガス流路の形状は図２に限定されるものではない。
【００３９】
次に、この光学素子の成形装置１を用いた光学素子の成形方法について説明する。なお、ここで、加熱工程、プレス工程、冷却工程のそれぞれについて、各工程の処理を行う場を、加熱ステージ、プレスステージ、冷却ステージともいう。
【００４０】
まず、成形型２の内部に光学素材５０を収容し、成形型２を搬送手段により加熱プレート３ｂ上に搬送し載置する。搬送されると、下型２２は加熱プレート３ｂに接触しているため加熱プレート３ｂと同程度の温度にまで昇温される。これと同時に、上型２１には上方向から加熱プレート３ａを接触させて同様に加熱する。このように上型２１及び下型２２が加熱されると、その内部に収容されている光学素材５０も伝熱により加熱される。この加熱工程においては、光学素材をガラス転移点（Ｔｇ）未満の温度にまで加熱する予備加熱を行う。この予備加熱においては、［ガラス転移点−１５０℃］から［ガラス転移点−１０℃］の間の温度に設定するのが好ましい。
【００４１】
加熱プレート３ａ、３ｂの設定値がガラス転移点以上であると、光学素材５０の成形型と接触する部分（中央部分）にヤケと呼ばれる曇りが発生する場合があるため、上述の設定温度が好ましい。
また、ガラス転移点未満とするのはプレス前に光学素材５０が自重で変形しプレス時に好ましくない形状に変形するのを防止する目的もある。
【００４２】
このようにして加熱ステージで十分に予備加熱された成形型２及び光学素材５０は、次に、搬送手段により、温調プレスプレート４ｂ上に搬送され載置される。搬送されると、下型２２は温調プレスプレート４ｂに接触しているため温調プレスプレート４ｂと同じ温度まで昇温される。これと同時に、上型２１には上方向から温調プレスプレート４ａを接触させて同様に加熱する。
【００４３】
このとき、温調プレスプレート４ａ及び４ｂは、光学素材のガラス転移点から［歪点−１００℃］の範囲で設定された温度に加熱されている。このときの設定温度は、加熱プレート３ａ及び３ｂの温度以上が好ましく、加熱プレート３ａ及び３ｂの温度に対してプラスの温度が加熱効率の面ではより好ましいが、レンズが高い精度を要求される場合には、前の後述する温度サイクルによる冷却により成形型金型を低い温度まで冷却する必要があり、冷却が終わった直後に次の成形型の加熱を開始するのであるが、次の成形型が移動して来るまでに加熱プレート３ａ及び３ｂの温度よりも高い温度に達しないこともあり得る。
好ましい温度設定は加熱プレート３ａ及び３ｂの温度よりもプラス０℃〜１００℃、より好ましくは２０℃〜５０℃であり、プロセス条件の都合でマイナスになってしまう場合には、マイナス０℃〜１００℃にするのが望ましい。
【００４４】
成形型２が載置された後、温調プレスプレート４ａ及び４ｂのヒータ出力を上げていき、上記温度からプレス温度まで昇温させる。このときのプレス温度は、用いる光学素材が加圧変形できればよく、屈伏点と軟化点との中間付近の温度が好ましい。
【００４５】
次いで、光学素材５０がプレス温度にまで十分に加熱された後、プレス温度を維持しながら、プレス動作を行う。例えば、温調プレスプレート４ａを下降させ、温調プレスプレート４ａ及び４ｂ間の距離を狭めて上型２１と下型２２との距離を狭め、成形型２の内部に収容された光学素材５０に圧力をかけ変形させる。
【００４６】
このプレス動作では、上記したように成形型２の上下から圧力をかけて光学素材５０のプレス成形を行い、これにより光学素材には上型２１及び下型２２の光学形成面が転写され、光学素子形状が付与される。この温調プレス工程におけるプレス時の圧力は２．５〜３７．５Ｎ／ｍｍ２が好ましく、例えば、１０〜１５Ｎ／ｍｍ２が特に好ましい。
【００４７】
プレス動作が終了したら、温調プレスプレート４ａ及び４ｂによって光学素子の温度を下げるため冷却する。冷却中は所望の温度範囲で圧力をかける。この温調プレス工程の冷却により、光学素子をガラス転移点から［歪点−１００℃］の範囲で設定された上記下限値まで冷却する。この下限値の温度は、プレス後の光学素子の面形状を安定させ、ガラスが固化する温度であり、かつ、プレス時の温度サイクルがプレス成形全体において効率的に機能する温度とするため、上記範囲に設定される。
【００４８】
上述の説明で「固化」する下限値としては、成形するレンズに必要な精度に応じて選択する。具体的には、精度があまり高くないレンズであれば、ガラス転移点まで冷却すればよく、一方で非常に高い精度が要求されるレンズであれば、ガラス転移点以下であっても、ごくわずかではあるがガラスは変形可能な状態であるので、歪点以下まで冷却する。すなわち、得られる光学素子の特性に影響を与えない程度まで固化できればよい。
【００４９】
このように温調プレスプレート４ａ及び４ｂにより、プレス直後の冷却まで続けることによって、従来のような型移動における圧力の抜ける状態を回避でき、光学素子の面形状を安定させるのに効果的である。
【００５０】
そして、温調プレス工程における冷却が終了した成形型２は、搬送手段によりプレスステージから冷却ステージへと搬送される。この搬送手段は、上記した搬送手段と同様のものである。
【００５１】
なお、この温調プレス工程は、上記のとおり、設定された所定の温度で加熱−プレス−冷却の一連の操作を行う工程である。その設定温度の下限値をガラス転移点から［歪点−１００℃］の範囲とし、上限値をプレス温度として、温調プレスプレート４ａ及び４ｂは、下限値から上限値まで昇温（加熱）−上限値の維持（プレス）−上限値から下限値まで降温（冷却）という温度サイクルを繰り返す。ここで、冷却された温調プレスプレート４ａ及び４ｂは、次の成形型２を搭載し、すぐに上記の加熱−プレス−冷却の一連の操作が可能で、光学素子の製造を効率良くできる。このとき、昇温速度及び降温速度は５〜１５０℃／分程度が好ましい。
【００５２】
また、この温調プレスにおいては、光学素子へ圧力をかけながら、プレス後の冷却を行う点に特徴を有している。この冷却時の光学素子への圧力は、２．５〜４０Ｎ／ｍｍ２とするのが好ましい。すなわち、圧力が低すぎると、光学素子の内部と最表面の温度差に起因するヒケの発生や、まだ光学素子が変形可能な温度で成形型から離型してしまう現象を防げなくなる。一方、圧力が強すぎて光学素子の破壊強度を上回ると光学素子が割れてしまうため、上記の圧力範囲を設定した。ここでの加圧は多段階に圧力を調節して加圧してもよい。
【００５３】
圧力を付加する温度範囲は、開始温度がガラスの屈伏点（Ａｔ）〜ガラスの転移点＋１０℃、終了温度がガラスの転移点〜ガラスの歪点−１００℃とするのが好ましい。すなわち圧力をかけ始める温度が容易にガラスが変形できるプレス直後であると冷却中のプレス変形量が大きくなりすぎて光学素子の肉厚が公差で定められた適正範囲に入らなかったり、肉厚がばらついたり、より低い温度に達した際に押し代が無くなったりするため好ましくない。また、あまりにも低い温度まで圧力を付加すると光学素子に成形型とガラスの熱膨張率の差で発生する応力が溜りすぎて割れることがある。光学素材の面形状が安定するまで、加圧を継続するのが好ましい。このステージで光学素子５０を冷却して固化させる。
【００５４】
なお、本発明においては、プレスステージで所定の厚みよりも１〜３０μｍ厚いレンズを成形し、冷却工程で１〜３０μｍ押込んで、所定の厚みを有する光学素子が得られるようにする。所定の厚みよりも厚いレンズとするには、位置制御が可能なシリンダーを用いる。
【００５５】
そして、上記の温調プレス工程が終了した成形型２は、搬送手段によりプレスステージから冷却ステージへと搬送される。この搬送手段は、上記した搬送手段と同様である。
【００５６】
次に、冷却ステージにより成形型２をヒートショックで割れない程度の冷却速度でさらに冷却する。この冷却は、温調プレス工程で設定された温度の下限値よりも低い温度であって、ヒートショックで光学素子５０が割れないのであれば、好ましくは３００℃以下、より好ましくは２００℃以下の温度にまで冷却させる。
【００５７】
この冷却工程は、ヒートショックで割れなければ光学素子を［歪点−１００℃］付近の温度から室温にまで冷却する水冷工程としてもよく、この工程により、成形型の非酸化温度の２００℃以下まで確実に冷却できる。なお、ヒートショックで割れない程度の速さは、光学素材によっても異なるが、一般に１５℃／分〜１５０℃／分とすればよい。
【００５８】
上記説明では、外胴及び内胴の２つの胴型を有する成形型を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、１つの胴型を有する成形型であってもよい。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態である第２の実施形態について、図３を参照して説明する。図３は、この第２の実施形態である光学素子の成形装置の概略構成図である。
【００６０】
ここで、図３に示した光学素子の成形装置１１は、光学素材５０をプレス成形できる上型、下型及び胴型からなる成形型２を加熱して光学素材５０を予備加熱する加熱プレート３ａ及び３ｂと、予備加熱された光学素材を温度調節可能とし、プレス温度で加圧して光学素子形状を付与するとともに光学素子形状を付与した光学素材を固化させる温調プレスプレート４ａ及び４ｂと、成形型２を取り出し可能な温度まで冷却する冷却プレート５ａ及び５ｂと、を有し、成形型を加熱プレート、温調プレスプレート及び冷却プレートへ順次移動させる型移動方式の光学素子の成形装置であって、光学素子の温度を、下限値を光学素材のガラス転移点から［歪点−１００℃］の範囲、上限値をプレス温度として設定した温度サイクルによって加熱及び冷却できるように、温調プレスプレートの温度を調整する温度調節手段６と、温調プレス工程において、プレス時の光学素材５０の厚みを調整するスペーサープレート７と、を有する。
【００６１】
第１の実施形態とは、温調プレスプレート４ａ及び４ｂの間にスペーサープレート７を付加する点が異なるのみでその他の構成は同様である。したがって、以下は、相違点であるスペーサープレート７について説明する。
【００６２】
光学素材をプレスする際に、従来は、成形型２の外胴２３ａの高さにより温調プレスプレート４ａ及び４ｂ間の距離を規制することで、上型２１及び下型２２の距離を調整していたが、本発明は、その外胴２３ａに加えて上型２１及び下型２２の距離を調整するスペーサープレート７を用いる。
【００６３】
このスペーサープレート７は、プレス工程時の圧力、加熱温度に耐えられる素材で形成されている必要があり、さらに、耐酸化性、加工性に優れたものが好ましい。このような素材としては、例えば、超硬合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、タングステンを主原料とした焼結合金（例えば、三菱マテリアルシーエムアイ株式会社製、商品名：アンビロイ（登録商標））等が挙げられる。
【００６４】
ただし、本発明では、プレス操作を行う前に、外胴２３ａと温調プレスプレート４ａとの間に可動式のスペーサープレート７が挿入され、温調プレスプレート４ａ及び４ｂ間の距離を、外胴２３ａの高さにスペーサープレート７の厚みを加えた長さに規制して、上型２１と下型２２間の上下方向の距離が所定の距離となるように押切られる。押切が完了したら、シリンダーを上げ、圧力を抜き、可動式スペーサープレート７を抜く。
【００６５】
ここでスペーサープレート７を設置するのは、押切りの際に外胴２３ａが温調プレスプレートへの接触で加熱されて膨張し、当初プレスした位置よりも、膨張により上に押し上げられ、上型２１と温調プレスプレート４ａとの間に隙間が生じて、光学素材に圧力がかけられない事態を回避して、光学素子の面形状における不具合の発生を生じにくくするためである。
【００６６】
本発明のように温調プレスプレート４ａにスペーサープレート７を設置することで、温調プレス時の冷却、及びその後の冷却工程において上型２１を下方に押しこめる隙間が生じ、外胴２３ａが膨張しても、冷却操作において上型２１と上プレート４ａとの間に空間が生じない。すなわち、光学素材には常に上型２１から圧力をかけられるため、光学素子の面形状の不具合を抑制するのに効果的である。
【００６７】
このとき用いるスペーサープレートの厚さは、冷却時に押込む量よりも厚くしておけばよい。このスペーサープレートの厚さは、例えば、０．０５〜５ｍｍ程度が好ましい。
スペーサープレートの駆動方法は、専用のシリンダーを設置してもよいし、図４Ａ及び４Ｂに示すように成形型の送り機構を利用してもよい。
【００６８】
図４Ａは成形型の送り機構の一実施形態を示した平面図であり、図４Ｂはその正面図である（成形型２は上部のみ示した）。これらの図に示したように、この成形型の送り機構３１は、一枚の板状のプレート３２で構成され、この板状のプレート３２には、成形型２を収容し、隣接する処理ステージへ送るための切り欠いた成形型収容部３２ａが設けられている。さらに、この板状のプレート３２には、スペーサープレート３３が設けられている。上記成形型収容部３２ａには、搬送方向の手前側の成形型２を押し出す面にＶ字状の凹みを設けておくと、送る際に成形型２が安定し、かつ、所望の位置へ配置できるため好ましい。この送り機構３１の動作は、成形型２に対して各プレート上での処理が終わった際に、成形型収容部３２ａに成形型２を収容するように成形型２の搬送経路に差し込んだ後、搬送方向に１プレート分移動させると、同時に成形型２も１プレート分移動し、その後、この送り機構３１を抜いて、次の処理操作を行えばよい。また、このとき、スペーサープレート３３をプレスステージに位置させた状態でプレス処理を行えば、スペーサープレート３３により厚み調整ができ、冷却処理での押し込み量を確保できる。
【００６９】
なお、スペーサープレート３３は、その中央部に成形型２の上型上部を通過させるが、外胴型は通過できない大きさの径の穴部３３ａを有し、さらに、プレス処理時にコイルばね等により上下動可能な支持柱３４により支持されている。このような構成により、プレス処理時にプレスプレート４ａは上型の上部と接触して、上型の昇温ができ、かつ、外胴型の高さに加えてスペーサープレート３３の厚みにより、成形型のプレス量を調整でき、冷却時の押し込み量を十分に確保できる。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
（実施例１）
図１の光学素子の成形装置において、冷却プレートの後段に水冷プレート設けた装置を用いて、光学素子の成形を以下の通り行った。なお、この実施例において、温調プレスプレートは図２Ａ〜図２Ｃで示した冷却ガスとして窒素ガス（Ｎ２）を導入してプレートの冷却が可能なものを使用した。
ここで用いた成形型は、タングステンカーバイドからなる超硬合金製であり、プレス成形により、直径φ１６ｍｍ、中心厚さ１ｍｍ、周辺厚さ５ｍｍの凹メニスカス形状の光学素子が得られるものである。
この成形型の内部に直径φ１４ｍｍ、中心厚み５．４ｍｍの断面楕円状のランタン系の光学素材を収容した。なお、この光学素材の歪点は５８０℃、ガラス転移点（Ｔｇ）は６１６℃、屈伏点（Ａｔ）は６６２℃である。
【００７１】
光学素材を収容した成形型を、搬送手段により加熱プレート３ｂ上に搬送し載置すると同時に加熱プレート３ａを下降させ、上型に接触させ、上型、下型及び光学素材を３００秒間加熱した。この加熱プレート３ａ及び３ｂの温度はヤケが発生しないように５５０℃とした。
次に、加熱された成形型を温調プレスプレート４ｂ上に搬送し載置し、温調プレスプレート４ａを下降させ、上型に接触させた。このとき、温調プレスプレート４ａ及び４ｂは昇温中であり、成形型載置直後の５５０℃から目標のプレス温度の６９０℃までは１２０秒で達した。プレート４ａ及び４ｂの温度が６９０℃になったらエアシリンダーの圧力を増圧しプレス成形を行った。成形時の温調プレスプレート４ａを下降させるエアシリンダーの圧力は１０Ｎ／ｍｍ２となるように調整した。押切はレンズの肉厚寸法よりも１〜３０μｍ肉厚が厚くなるように所望の位置で停止可能なシリンダーとした。所望の位置でシリンダーを停止させるには、エアシリンダーの場合には、シリンダーにストッパーを設けることで実現できる。電動サーボモータを利用したプレスの場合には位置制御機能を使う。
【００７２】
押切が完了したら、エアシリンダーの圧力は上型と接触する程度の弱い力とした。次にプレート４ａ及び４ｂを加熱していたカートリッジヒータの出力をゼロとし、Ｎ２冷却を開始した。このときのＮ２流量は上と下ともに８０Ｌ／分とした。このときプレート４ａ及び４ｂの冷却速度は同じ速さであり、−７０℃／分であった。
プレート４ａ及び４ｂの温度がガラスの屈伏点付近の６６０℃に達したら、エアシリンダーのエア圧力を増圧し、成形型に付加される圧力が２０Ｎ／ｍｍ２となるように変更した。
そのまま冷却及びプレスを続け、プレート４ａ及び４ｂの温度がガラスの歪点である５８０℃に達したタイミングでエアシリンダーを上昇させ圧力を解除した。
更に冷却を続け、プレート４ａ及び４ｂの温度が５５０℃になったら成形型を冷却プレート５ｂ上に搬送した。
温調プレスポジションでの所要時間は、昇温に２分、プレス押切に１分、冷却に２分の合計５分であった。したがって本成形機のタクトは３００秒となる。
【００７３】
成形型を冷却プレート５ｂ上に搬送し載置すると同時に冷却プレート５ａを下降させて上型２１に接触させた。このときのエアシリンダーの圧力は上型に接触する程度の弱い圧力とした。このとき、冷却プレート５ａ及び５ｂの温度は３００℃とした。
【００７４】
次にタクトタイムがアップしたら成形型を水冷プレート上に搬送し載置して、光学素材を室温になるまで冷却し、十分に冷却したところで、成形型を成形機から取り出し、成形型から光学素子を取り出し、光学素子を得た。この光学素子の成形を２００ショット行い、得られた光学素子の面ワレ（部分的に成形品が成形型から剥がれる離型不良）の有無を確認したところ、表１に示した結果が得られた。
【００７５】
（比較例１）
加熱ステージを２回行うようにして第１の加熱ステージの設定値を５５０℃、第２の加熱ステージの設定値を６９０℃とした点、プレスステージにおいて、温調せず設定値を６９０℃で一定とし押切後に次のステージに成形型を移動させた点、冷却ステージを２回行うようにし、冷却ステージにおいて冷却プレート５ａを下降させるエアシリンダーの出力が１回目と２回目ともに２０Ｎ／ｍｍ２になるようにエア圧力をかける点、プレスステージ直後の冷却プレート温度を６３０℃で一定とし、２回目の冷却ステージの冷却プレート温度を６２０℃一定とした点、以外は実施例１と同様の操作により、光学素子の成形を行った。
【００７６】
実施例１と同様に、この光学素子の成形を２００ショット行い、得られた光学素子の面ワレの有無を確認したところ、表１に示した結果が得られた。なお、ここで記載の面ワレとは、光学機能面の連続した形状が不連続に変化する境界を持つ離型不良に起因する形状不良である。
【００７７】
【表１】
2013230956.tif 000003
【００７８】
面ワレの有無：面ワレについては、目視で非連続となる面の境界の有無を確認し、比較例１では２００ショット中２０個ランダムに発生し、実施例１では２００ショット中発生ゼロ、という結果であった。
【００７９】
（実施例２）
成形型として、図３に記載のようにスペーサープレートを設けた装置を用いた以外は実施例１と同様にして成形操作を行い、光学素子を得た。ここで用いた成形型は、タングステンカーバイドからなる超硬合金製であり、プレス成形により、直径φ１６ｍｍ、中心厚さ１ｍｍ、周辺厚さ５ｍｍの凹メニスカス形状の光学素子が得られる。なお、ここで使用した装置も水冷プレートを設けている。
加熱された成形型を温調プレスプレート４ｂ上に搬送し載置した。このとき、温調プレスプレート４ａと外胴２３ａの間に厚さ５ｍｍの可動式スペーサープレート６（素材としてアンビロイ（登録商標；三菱マテリアルシーエムアイ株式会社製）を用い形成したもの）を不図示のシリンダーにより挿入した。次に温調プレスプレート４ａを下降させ、上型に接触させた。このとき、温調プレスプレート４ａ及び４ｂは昇温中であり、成形型載置直後の５５０℃から目標のプレス温度の６９０℃までは１２０秒で達した。プレート４ａ及び４ｂの温度が６９０℃になったらエアシリンダーの圧力を増圧しプレス成形を行った。成形時の温調プレスプレート４ａを下降させエアシリンダーの圧力は１０Ｎ／ｍｍ２となるように調整した。
押切が完了したら、エアシリンダーを上昇させ、可動式スペーサープレートを成形型から不図示のシリンダーを駆動させ成形型から取り除き、再びエアシリンダーを下降させた。このときのエアシリンダーの圧力は上型と接触する程度の弱い力とした。次にプレート４ａ及び４ｂを加熱していたカートリッジヒータの出力をゼロとし、Ｎ２冷却を開始した。このときのＮ２流量は上と下ともに８０Ｌ／分とした。このときプレート４ａ及び４ｂの冷却速度は同じ速さであり、−７０℃／分であった。
プレート４ａ及び４ｂの温度がガラスの屈伏点付近の６６０℃に達したら、エアシリンダーのエア圧力を増圧し、成形型に付加される圧力が２０Ｎ／ｍｍ２となるように変更した。
そのまま冷却及びプレスを続け、プレート４ａ及び４ｂの温度がガラスの歪点である５８０℃に達したタイミングでエアシリンダーを上昇させ圧力を解除した。
更に冷却を続け、プレート４ａ及び４ｂの温度が５５０℃になったら成形型を冷却プレート５ｂ上に搬送した。
温調プレスポジションでの所要時間は、昇温に２分、プレス押切に１分、冷却に２分の合計５分であった。したがって本成形機のタクトは３００秒となる。
２００ショット繰り返し成形した際の面割れの発生は実施例１と同様にゼロであった。
【００８０】
（実施例３）
図４に示す送り機構に配置したスペーサープレート３３を用いた以外は実施例２と同じ方法で成形を行った。２００ショットでの面割れの発生はゼロであった。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の光学素子の成形方法及び成形装置は、プレス成形により光学素子を製造する際に使用できる。
【符号の説明】
【００８２】
１…光学素子の成形装置、２…成形型、３ａ，３ｂ…加熱プレート、４ａ，４ｂ…温調プレスプレート、５ａ，５ｂ…冷却プレート、６…温度調節手段、７…スペーサープレート、２１…上型、２２…下型、２３…胴型、５０…光学素材、３１…成形型の送り機構、３２…板状のプレート、３２ａ…成形型収容部、３３…スペーサープレート、３４…支持柱
【図１】
2013230956.tif 000004
【図２Ａ】
2013230956.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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