(57)【要約】【課題】成形工程サイクルにかかる時間を短縮化することが可能な成形装置を提供すること。【解決手段】光学素子を成形する一対の上型１１２及び下型１１４と、上型又は下型の型合わせ面から対向する下型又は上型の方向に突起して形成された突起部１４２、１４４と、上型又は下型の周囲に設置され、突起部に赤外線を照射する加熱部１５０とを備えることを特徴とする。ま、上記上型又は下型の型合わせ面に突起部を収容することができる凹状の凹部１４３、１４５が形成されたものであってもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を成形する一対の上型及び下型と、
前記上型又は前記下型の型合わせ面から対向する前記下型又は前記上型の方向に突起して形成された突起部と、
前記上型又は前記下型の周囲に設置され、前記突起部に赤外線を照射する加熱部と、
を備えることを特徴とする、成形装置。
【請求項２】
前記上型又は前記下型の型合わせ面に前記突起部を収容することができる凹状の凹部が形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の成形装置。
【請求項３】
前記突起部は前記上型又は前記下型に複数形成され、
前記上型又は前記下型の外周側に形成された前記突起部の高さは、前記上型又は前記下型の内部側に形成された前記突起部の高さよりも低いことを特徴とする、請求項１又は２に記載の成形装置。
【請求項４】
前記突起部の表面は、平滑面、粗面又はフレネル加工面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装置。
【請求項５】
前記突起部は、前記上型又は前記下型から取外し可能に形成されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形用金型及び成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子を製造するには、ガラス素材や樹脂素材（以下、総称して「被成形素材」ともいう。）と金型を加熱し、その後プレス成形を行う方法がある。金型を加熱する方法には、例えば、高周波誘導加熱法や放射加熱法がある。高周波誘導加熱法では、加熱装置によって高周波を発生させ、誘導加熱によって金型を昇温させる。高周波誘導加熱法は、加熱効率は高いが、誘導加熱のため出力を大きくする必要があり、大型の電源装置が必要である。
【０００３】
一方、放射加熱法では、赤外線ランプによって赤外線を金型に照射し、放射加熱によって金型を昇温させる。放射加熱法では、例えば、金型周囲に赤外線ランプを配置する。特許文献１及び特許文献２では、放射加熱法を用いて金型を加熱し、光学素子を製造する方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−９１２３７号公報
【特許文献２】特開２００２−１２４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
放射加熱法を適用する場合、金型の加熱速度や冷却速度を速くするため、金型の外表面の表面積を広くする場合がある。特許文献１では、金型のサイズを大きくすることなく、金型の外表面を広くして加熱速度や冷却速度を速くすることが可能な金型の形状が開示されている。
【０００６】
しかし、赤外線ランプを金型の外周に配置した場合、金型は金型の外周部分から加熱されて、金型の内側部分は、外周部分からの伝熱のみによって加熱されるため昇温されにくい。加熱を開始したばかりの時間では、金型全体で見ると金型の温度分布に偏りが発生する。そのため、十分加熱されていない間に成形を行うと、成形される光学素子の性能が個々によって変わってしまう可能性がある。その結果、金型全体が均一に加熱される必要があるが、金型の温度が均一になるまで時間がかかり、成形工程の１サイクルにかかる時間が長時間化するという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、成形工程サイクルにかかる時間を短縮化することが可能な、新規かつ改良された成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、光学素子を成形する一対の上型及び下型と、上型又は下型の型合わせ面から対向する下型又は上型の方向に突起して形成された突起部と、上型又は下型の周囲に設置され、突起部に赤外線を照射する加熱部とを備えることを特徴とする成形装置が提供される。
【０００９】
かかる構成により、一対の上型及び下型は光学素子を成形し、突起部は上型又は下型の型合わせ面から対向する下型又は上型の方向に突起して形成され、加熱部は上型又は下型の周囲に設置され、突起部に赤外線を照射するため、上型又は下型の周囲だけでなく、突起部からも加熱が促進される。その結果、上型又は下型の温度が均一になるまでの時間が短縮化される。
【００１０】
上記上型又は下型の型合わせ面に突起部を収容することができる凹状の凹部が形成されたものであってもよい。かかる構成により、凹部は上型又は下型の型合わせ面に凹状に形成され、突起部を収容することができる。
【００１１】
上記突起部は上型又は下型に複数形成され、上型又は下型の外周側に形成された突起部の高さは、上型又は下型の内部側に形成された突起部の高さよりも低いものであってもよい。かかる構成により、突起部は上型又は下型に複数形成され、上型又は下型の外周側に突起部が形成されている場合であっても、上型又は下型の内部側に形成された突起部に赤外線が照射される。
【００１２】
上記突起部の表面は、平滑面、粗面又はフレネル加工面であってもよい。かかる構成により、突起部は加熱部からの赤外線を吸収したり反射したりすることができる。
【００１３】
上記突起部は、上型又は下型から取外し可能に形成されたものであってもよい。かかる構成により、突起部は、上型又は下型と別体で製造することができ、上型又は下型の形成を簡略化することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、成形工程サイクルにかかる時間を短縮化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
（第１の実施形態の構成）
まず、本発明の第１の実施形態に係る光学ガラス素子の成形装置１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る成形装置１００を示す断面図である。図２は、本実施形態に係る金型ユニット１１０を示す断面図（ａ）及び下型１１４を示す平面図（ｂ）である。
【００１７】
本実施形態に係る成形装置１００は、光学ガラス素材（被成形素材）を加熱、押圧して成形する装置である。成形装置１００は、図１に示すように、チャンバ１０２と、上型１１２及び下型１１４等からなる金型ユニット１１０と、発熱体としての赤外線ランプ１５０と、不活性ガス供給源１６０等からなる不活性ガス供給システムを備える。
【００１８】
成形装置１００は、光学ガラス素材を加熱して、軟化させ、光学ガラス素材を上型１１２及び下型１１４で押圧することで、光学ガラス素子の形状に成形する装置であり、成形用型への不活性ガスの供給を行うこともできる。なお、光学ガラス素子は、光学素子の一例であり、光学ガラス素材は、光学素材の一例である。
【００１９】
チャンバ１０２は、金型ユニット１１０を内部に収容する。チャンバ１０２は、開閉可能であり、開口時に、光学ガラス素材を下型１１４に設置したり、成形された光学ガラス素子を取り出したりすることができる。チャンバ１０２は、光学ガラス素材を成形する際、内部を半密閉状態にし、チャンバ１０２内部を不活性ガスで充満させることができる。チャンバ１０２は、供給配管１６４と接続されて、不活性ガスが内部に供給される。また、チャンバ１０２には、不活性ガスを排出するため排出口（図示せず。）が設けられる。なお、不活性ガスとしては、例えば窒素ガスなどを適用することができる。
【００２０】
金型ユニット１１０は、一対の上型１１２及び下型１１４からなる光学ガラス素子成形用型を有する。金型ユニット１１０は、チャンバ１０２内部に収容され、設置される。
【００２１】
上型１１２と下型１１４は、それぞれ型台部１２２、１２４と、コア部１３２、１３４と、突起部１４２、１４３等からなる。上型１１２は上下方向に移動可能であり、下型１１４は移動せずに位置は固定されている。上型１１２の下面（下型１１４側の面）及び下型１１４の上面（上型１１２側の面）は、型合わせ面である。上型１１２と下型１１４の型合わせ面が互いに接触して型合わせされたとき、光学ガラス素材は光学ガラス素子（成形品）の形状に形成される。
【００２２】
型台部１２２、１２４は、例えば円形の平面を有しており、型台部１２２は上型１１２に設けられ、型台部１２４は下型１１４に設けられる。型台部１２２、１２４は、コア部１３２、１３４が嵌合可能な孔が形成される。型台部１２２、１２４は、例えば超硬合金である。
【００２３】
コア部１３２、１３４は、それぞれ型台部１２２、１２４に形成された孔に嵌合され、コア部１３２は上型１１２に設けられ、コア部１３４は下型１１４に設けられる。コア部１３２、１３４は、例えば円柱形状の胴体部を有しており、一端側には、光学機能転写面１３３、１３５が形成され、他端側には、胴体部の直径よりも大きいフランジ部が形成される。光学機能転写面１３３、１３５は、光学ガラス素子を成形する成形面である。上型１１２側の光学機能転写面１３３と下型１１４側の光学機能転写面１３５は、互いに対向するように配置される。
【００２４】
突起部１４２、１４４は、上型１１２、下型１１４の型合わせ面から突起して設けられる。例えば、突起部１４２は、上型１１２の型台部１２２の中央部に円柱状に突起して形成される。突起部１４４は、下型１１４の型台部１２４の中央部付近に円筒形状に突起して形成される。突起部１４２、１４４は、表面が平滑であってもよいし、粗面であってもよい。粗面であれば受熱効率を向上させることができる。また、表面がフレネル加工で形成されて、赤外線を上型１１２又は下型１１４の型合わせ面に反射するようにしてもよい。
【００２５】
また、突起部１４２、１４４は、図１及び図２に示すように、型台部１２２、１２４と一体に形成される。なお、突起部１４２、１４４は、型台部１２２、１２４と別体の部品としてもよい。その場合、突起部１４２、１４４は嵌め合い又はねじ込みで型台部１２２、１２４に取り付けられる。突起部１４２、１４４が型台部１２２、１２４と別体である場合、突起部１４２、１４４は、型台部１２２、１２４と線膨張係数を同一にするため、超硬合金とすることができる。また、線膨張係数が型台部１２２、１２４より低く、耐熱性が高い材質としてもよく、例えば、シリコンカーバイド（炭化ケイ素：ＳｉＣ）、ガラス状カーボンなどすることができる。
【００２６】
突起部１４２、１４４が形成されることによって、上型１１２と下型１１４が離隔した状態で、上型１１２と下型１１４は、赤外線ランプ１５０からの赤外線を吸収又は反射することができる。その結果、上型１１２及び下型１１４の外周面だけでなく内部側についても、昇温速度を高めることができる。
【００２７】
凹部１４３、１４５は、型合わせ面よりも凹状となるように型台部１２２、１２４に形成される。凹部１４３、１４５は、上型１１２と下型１１４が型合わせした状態で、突起部１４２、１４４を収容できるようにそれぞれ突起部１４２、１４４と対応して形成される。例えば、凹部１４３は、突起部１４２を収容できる筒状の穴であり、凹部１４５は、突起部１４４を収容できる環状の溝である。
【００２８】
赤外線ランプ１５０は、加熱部の一例であり、赤外線を金型ユニット１１０に向けて放射する。金型ユニット１１０は、赤外線を吸収することによって温度が上昇し、光学ガラス素材を加熱することができる。なお、加熱部は赤外線ランプに限定されず、金型ユニット１１０を加熱することができれば、他の装置であってもよい。
【００２９】
不活性ガス供給源１６０は、例えば窒素ガス又は液体窒素を収容することができる容器である。不活性ガス供給源１６０は、供給配管１６４と接続され、金型ユニット１１０が収容されたチャンバ１０２に不活性ガスを供給する。
【００３０】
不活性ガスは、光学ガラス素子を成形する際に、チャンバ１０２に供給され、チャンバ１０２内部及び光学ガラス素材の周囲を、酸素が含まれない不活性ガス雰囲気とすることができる。このような環境下で光学ガラス素子を成形することで、金型表面が酸化し、成形された光学ガラス素子表面にクモリなどが発生することを防ぐことができる。
【００３１】
供給配管１６４は、不活性ガス供給源１６０からチャンバ１０２に不活性ガスを供給する配管である。一端が不活性ガス供給源１６０に接続され、他端がチャンバ１０２に接続される。
【００３２】
開閉弁１６２は、不活性ガス供給源１６０とチャンバ１０２との間の供給配管１６４に設置される。開閉弁１６２は、不活性ガスの供給ができるように供給配管１６４を開放したり、不活性ガスの供給を遮断するため供給配管１６４を閉鎖したりすることができる。
【００３３】
（第１の実施形態の動作）
次に、本発明の第１の実施形態に係る成形装置１００の動作について説明する。図３は、本実施形態の金型ユニット１１０の温度及びプレス圧の時間経過を示すグラフである。図４は、本実施形態の上型１１２又は下型１１４の温度分布を示すグラフである。
【００３４】
まず、金型ユニット１１０が型開きした状態で、チャンバ１０２を開放して、下型１１４の光学機能転写面１３５上に光学ガラス素材を載置する。そして、チャンバ１０２を閉鎖して開閉弁１６２を開放し、チャンバ１０２内部に不活性ガスを供給する。その結果、チャンバ１０２内の雰囲気は、不活性ガス雰囲気となる。
【００３５】
次に、赤外線ランプ１５０を稼動させて、金型ユニット１１０を加熱する。金型ユニット１１０は、図３に示すように昇温する。
【００３６】
そして、赤外線ランプ１５０は、金型ユニット１１０が所定の温度（例えばＡｔ＋α℃）で維持するように制御され、金型ユニット１１０について所定の温度を所定時間（待ち時間）だけ維持させてから、上型１１２を下方向へ移動させる。上型１１２と下型１１４が型合わせされることにより、光学ガラス素材がプレスされ、光学ガラス素子として成形される。金型ユニット１１０のプレス圧は図３に示すように変化させる。
【００３７】
プレスが完了した後は、開閉弁１６２を開放して不活性ガスを流通させ、金型ユニット１１０を徐冷させる。そして所定の温度（例えばＴｇ−α℃）に達した後は、自然冷却などによって急冷させる。金型ユニット１１０は図３に示すように冷却される。
【００３８】
本実施形態によれば、突起部１４２、１４４が形成されているため、上型１１２と下型１１４の外周部だけでなく、上型１１２と下型１１４の内側部分についても昇温速度を高めることができる。図４に示すように、従来（二点鎖線で示す。）の金型では、突起部が形成されていないため、上型及び下型の温度分布は、外周部が高く中心部が低かった。そのため、金型を均一に加熱するには時間がかかった。一方、本実施形態（実線で示す。）の金型ユニット１１０では、加熱を開始すると、突起部１４２、１４４又はその周辺が熱線を吸収して中心部も高温となるため、金型ユニット１１０を均一に昇温させるまでの時間を短縮することができる。
【００３９】
また、金型ユニット１１０を所定の温度で維持させる待ち時間も短縮できるため、光学ガラス素子の成形の１サイクルにかかる時間も短縮することができる。
【００４０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る成形装置２００について説明する。図５は、本実施形態に係る金型ユニット２１０を示す断面図である。
【００４１】
第１の実施形態では、上型１１２及び下型１１４の中心部分付近に突起部１４２、１４４が形成される場合について説明したが、本実施形態では、突起部２４２、２４４、２４６、２４８が上型１１２及び下型１１４の中心部分よりも外周側に形成される。
【００４２】
突起部２４２、２４４は、突起部２４６、２４８よりも内側に形成される。突起部２４２、２４４の型合わせ面からの高さは、突起部２４６、２４８よりも高く、突起部１４２、１４４よりも低い。内側に配置された突起部を高く形成することで、内側に配置された突起部は、金型ユニット２１０の外周に配置された赤外線ランプ１５０から放射された赤外線を吸収又は反射しやすくなる。
【００４３】
突起部２４２、２４４、２４６、２４８は、例えば、上型１１２又は下型１１４の中心部を中心とした環状の突起として形成される。突起部２４２、２４４、２４６、２４８は、同心円状に配置されたコア部１３２、１３４の間に設けられる。突起部２４２、２４６は上型１１２の型台部１２２に同心円の関係で配置され、突起部２４４、２４８は下型１１４の型台部１２４に同心円の関係で配置される。
【００４４】
突起部２４２、２４４、２４６、２４８は、突起部１４２、１４４と同様に、表面が平滑であってもよいし、粗面であってもよい。粗面であれば受熱効率を向上させることができる。また、表面がフレネル加工で形成されて、赤外線を上型１１２又は下型１１４の型合わせ面に反射するようにしてもよい。
【００４５】
突起部２４２、２４４、２４６、２４８は、例えば、図５に示すように、型台部１２２、１２４と別体に形成される。突起部２４２、２４４、２４６、２４８は嵌め合い又はねじ込みで型台部１２２、１２４に取り付けられる。なお、突起部１４２、１４４は、型台部１２２、１２４と一体に形成されてもよい。
【００４６】
突起部２４２、２４４、２４６、２４８が形成されることによって、上型１１２と下型１１４が離隔し、金型ユニット２１０が型開きした状態で、上型１１２と下型１１４は、赤外線ランプ１５０からの赤外線を吸収又は反射することができる。その結果、上型１１２及び下型１１４の外周面だけでなく内部側についても、昇温速度を高めることができる。
【００４７】
凹部２４３、２４５、２４７、２４９は、型合わせ面よりも凹状となるように型台部１２２、１２４に形成される。凹部２４３、２４５、２４７、２４９は、上型１１２と下型１１４が型合わせした状態で、突起部２４２、２４４、２４６、２４８を収容できるようにそれぞれ突起部２４２、２４４、２４６、２４８と対応して形成される。例えば、凹部２４３、２４５、２４７、２４９は、突起部２４２、２４４、２４６、２４８を収容できる環状の溝である。
【００４８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る成形装置を示す断面図である。
【図２】同実施形態に係る金型ユニットを示す断面図（ａ）及び下型を示す平面図（ｂ）である。
【図３】同実施形態の金型ユニットの温度及びプレス圧の時間経過を示すグラフである。
【図４】同実施形態の上型又は下型の温度分布を示すグラフである。
【図５】同実施形態に係る金型ユニットを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００、２００      成形装置
１０２      チャンバ
１１０、２１０      金型ユニット
１１２      上型
１１４      下型
１２２、１２４      型台部
１３２、１３４      コア部
１３３、１３５      光学機能転写面
１４２、１４４、２４２、２４４、２４６、２４８      突起部
１４３、１４５、２４３、２４５、２４７、２４９      凹部
１５０      赤外線ランプ
１６０      不活性ガス供給源
１６２      開閉弁
１６４      供給配管
【図１】
2009084134.tif 000003
【図２】
2009084134.tif 000004
【図３】
2009084134.tif 000005
【図４】
2009084134.tif 000006
【図５】
2009084134.tif 000007