JP2008266040A - 金型装置と光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】偏心精度を維持しながら全長を短くする。
【解決手段】光学素子素材３０を加熱軟化し、対向する上型２２と下型２４とを相対的に接近させ、光学素子素材３０を押圧、変形して光学素子３１を成形する。そして、光学素子素材３０が加熱軟化するまでは、上型２２に対応して設けられた上スリーブ２６と、下型２４に対応して設けられた下スリーブ２８とが係合し、光学素子素材３０が押圧、変形される過程で、上型２２が相対的に下型２４に接近して、上型２２が下スリーブ２８に嵌合する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学素子素材を加熱軟化し押圧、変形して光学素子を成形する金型装置と光学素子の製造方法に関する。

従来から、光学機器に使用される非球面レンズ等の光学素子を、成形型を用いて一発で高精度に成形する方法が公知である。この種の成形型として、例えば特許文献１には、ガラス容積が変動しても非球面レンズのレンズ厚を保つことができ、また、成形型の加工外径と熱容量を小さくして、成形時間を短縮した点が開示されている。

この特許文献１では、凸状の非球面レンズを成形するものであるため、レンズ素材の成形前と成形後の押圧方向の寸法差は小さい。このため、上型を案内するスリーブの全長も短かくて済んでいる。しかし、レンズ素材として、例えば円柱形状や球形状のプリフォーム（レンズ素材）を用いた場合は、スリーブの全長はもっと長くなることが想定される。

例えば、従来の成形型による場合、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、スリーブ２８０に嵌挿された上型２２０及び下型２４０間に、円柱状の光学素子素材３００を挟持する。上型２２０と下型２４０は、ヒータを内蔵した上側プレート１２０及び下側プレート１４０間に挟持されている。そして、成形時には、上側プレート１２０を下降させることにより、上型２２０を下型２４０に接近移動させ、光学素子素材３００を押圧して凹レンズ３０１を成形する。この際、上型２２０はスリーブ２８０に案内されて移動する。
特開平５−２０８８３４号公報

しかしながら、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示した金型構成を用いた場合、大口径の光学素子を成形しようとすると、金型全長が長くなる。これは、上型とスリーブとの嵌合代を長くとる必要があるためである。すなわち、金型の熱的バランスをとるため、上型２２０及び下型２４０の押圧方向の長さを略等しくし、さらに、金型の加熱効率を良くするため、上側プレート１２０を上型２２０の断面積よりも大きくしている。

特に、光学素子素材３００としてボールプリフォームを用いた場合、上記嵌合代をさらに長くとる必要がある。すると、金型の全長が長くなり熱容量が増加する。金型の熱容量が増加すると、加熱冷却に時間がかかる。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、偏心精度を維持しながら全長を短くした金型装置と光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
光学素子素材を加熱軟化し、対向する第１の金型と第２の金型とを相対的に接近させ、前記光学素子素材を押圧、変形して光学素子を成形する光学素子の製造方法において、
前記光学素子素材が加熱軟化するまでは、前記第１の金型に対応して設けられた第１のスリーブと、前記第２の金型に対応して設けられた第２のスリーブとが係合し、
前記光学素子素材が押圧、変形される過程で、前記第１の金型が相対的に前記第２の金型に接近して、前記第１の金型が前記第２のスリーブに嵌合することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
前記第１の金型と前記第１のスリーブ、及び前記第２の金型と前記第２のスリーブの少なくとも一方が一体的に取り付けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の光学素子の製造方法において、
前記取り付けが、前記第１のスリーブを変形させて行っていることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の光学素子の製造方法において、
前記取り付けが、前記第１の金型と前記第１のスリーブ、又は前記第２の金型と前記第２のスリーブの少なくとも一方の熱膨張を利用していることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子の製造方法において、
多数個取りの金型装置であって、前記第１のスリーブと前記第２のスリーブの少なくとも一方が２個以上一体形成されていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子の製造方法において、
前記第１の金型と前記第２の金型の反成形面側に段差を設けて金型温度をコントロールすることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、
光学素子素材を加熱軟化し、対向する第１の金型と第２の金型とを相対的に接近させ、前記光学素子素材を押圧、変形して光学素子を成形する金型装置において、
少なくとも前記光学素子素材が加熱軟化するまでは、前記第１の金型に対応して設けられた第１のスリーブと、前記第２の金型に対応して設けられた第２のスリーブとが互いに嵌合可能に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、偏心精度を維持しながら金型の全長を短くすることができる。これにより、金型の熱効率が良くなり成形のサイクルタイムを短縮することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。なお、全図を通じて、上スリーブ２６と下スリーブ２８にのみハッチングを施し、他の部材のハッチングは省略して図示している。
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）、（Ｂ）は、本実施の形態における金型装置の全体構成を示す図である。

この金型装置１０は、金型組立体２０を挟んで上下に対向配置された上側プレート１２及び下側プレート１４と、上側プレート１２を下側プレート１４に向けて押圧する不図示の加圧装置を有している。上側プレート１２には、上側カートリッジヒータ１６が内蔵されている。下側プレート１４には、下側カートリッジヒータ１８が内蔵されている。

金型組立体２０は、連続的に配置された不図示の加熱ステージ、成形ステージ、冷却ステージに順次移送され、各ステージにおいてそれぞれ加熱、成形、冷却の各工程が実行される。すなわち、各ステージには、それぞれ上側プレート１２と下側プレート１４が設けられていて、金型組立体２０は、これら上側プレート１２と下側プレート１４との間に挟持される。そして、その挟持された状態で加熱、成形、冷却が行われる。

金型組立体２０は、上下に対向配置された上型（第１の金型）２２と、下型（第２の金型）２４とを有している。下型２４は、円筒状の下スリーブ（第２のスリーブ）２８に嵌挿されている。上型２２には、上スリーブ（第１のスリーブ）２６が一体的に取り付けられている。

この上スリーブ２６は、中央に開口部を有する有底円筒状をなしている。この開口部に、内側から上型２２が嵌入されて、上型２２が上スリーブ２６にノックピン２７で固定されている。但し、固定手段はノックピン２７に限らず、例えば溶接でもよいし、焼き嵌めやしまり嵌めでもよい。また、締結具を用いてもよい。さらに、接着剤等の固定手段を用いてもよい。

本実施形態では、上スリーブ２６の形状として、上述したように、中央に開口部を有する有底円筒状として、この上スリーブ２６に上型２２を一体的に保持している。
なお、上型２２、下型２４、上スリーブ２６、及び下スリーブ２８の材料としては、例えば炭化タングステンなどの合金が使用されている。また、本実施形態では、上型２２と上スリーブ２６とを一体的に取り付けた場合について説明した。しかし、これに限らず、例えば上型２２と上スリーブ２６、及び下型２４と下スリーブ２８をそれぞれ一体的に取り付けてもよい。

上型２２は成形面２２ａを有し、下型２４は成形面２４ａを有している。成形面２２ａと成形面２４ａは、いずれも対向する側に突出した形状を有している。このため、成形される光学素子は凹レンズとなる。これら成形面２２ａと成形面２４ａは、離間して、かつ対向して配置されている。そして、成形面２２ａと成形面２４ａとの間に、光学素子素材３０が配置されている。この光学素子素材３０として、例えば円柱状のガラス塊が用いられている。

図１（Ａ）に示すように、上型２２は、下型２４と離間した状態、すなわち、光学素子素材３０が加熱軟化する以前では、上スリーブ２６の内周面２６ａと下スリーブ２８の外周面２８ｂとが、金型の押圧方向に摺動自在に係合されている。この状態では、上型２２の中心軸と下型２４の中心軸とは粗い精度に位置決めされている。

また、図１（Ｂ）に示すように、上型２２は、光学素子素材３０が押圧、変形される過程では、上型２２の外周面２２ｂと下スリーブ２８の内周面２８ａとが、金型の押圧方向に嵌挿される。この状態では、下スリーブ２８の内径中心軸に対して、上型２２の成形面２２ａの中心軸と下型２４の成形面２４ａの中心軸とが高精度に一致するように仕上げられている。

次に、光学素子３１の製造方法について簡単に説明する。
不図示の加熱ステージにおいて、光学素子素材３０が加熱軟化する以前では、図１（Ａ）に示すように、上型２２と下型２４とが離間して配置されている。また、下型２４の成形面２４ａに光学素子素材３０が載置されている。このとき、上スリーブ２６は、下スリーブ２８と摺動自在に係合している。

この状態で、上側カートリッジヒータ１６と下側カートリッジヒータ１８に通電される。この通電により、光学素子素材３０が加熱される。光学素子素材３０が所定温度に加熱された時点で、金型組立体２０が不図示の成形ステージに移送される。この成形ステージでは、不図示の加圧装置により、上型２２が加圧されて下型２４に接近移動し、光学素子素材３０が押圧変形される。

上型２２が所定量下降すると、図１（Ｂ）に示すように、上型２２の外周面２２ｂが下スリーブ２８の内周面２８ａに嵌合される。この場合、上スリーブ２６と下スリーブ２８とは係合したままである。上型２２の下降量は、不図示の検出手段により検出されている。そして、成形される凹レンズの中心厚が規定値となった位置で、上型２２の移動が停止される。なお、上型２２の下降量を、ストッパにより規制するようにしてもよい。

次いで、金型組立体２０は不図示の冷却ステージに移送される。ここで、成形された凹レンズが冷却され、金型組立体２０から取り出される。
本実施形態によれば、成形工程の全期間において上型２２及び下型２４を下スリーブ２８に摺動自在に嵌合させておく必要はない。このため、金型組立体２０の全長を短くすることができる。金型組立体２０の全長が短いと、金型の熱容量が小さくなり、加熱効率が向上する。これにより、成形のサイクルタイムを短縮することができる。この金型組立体２０の短長化は、成形前と成形後の光軸方向の寸法差が大きい光学素子素材３０、例えばボールプリフォームを用いた場合に特に有効である。

本実施形態によれば、光学素子素材３０が押圧、変形される過程では、上型２２の外周面２２ｂと下スリーブ２８の内周面２８ａとが嵌挿されて、上型２２の成形面２２ａの中心軸と下型２４の成形面２４ａの中心軸とが高精度に一致するので、偏心精度を高精度に維持しながら全長を短くすることができる。

本実施形態によれば、加熱開始時から成形完了まで、上側プレート１２を上型２２及び上スリーブ２６に接触させることができる。このため、上側プレート１２と上型２２及び上スリーブ２６との接触面積が大きくなり、加熱効率が向上すると共に温度コントロールを容易に行うことができる。これに対し、上側プレート１２が上型２２とのみ接触する構成では、上側プレート１２と上型２２との接触面積が小さくなる。この場合は、加熱効率が低下すると共に温度コントロール上、不利となる。
（第２の実施の形態）
図２（Ａ）、（Ｂ）は、本実施の形態の金型装置の全体構成を示す図である。

なお、図１（Ａ）、（Ｂ）で示した上側プレート１２及び下側プレート１４の図示は省略している。また、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

金型組立体２０は、上下に対向配置された第１の金型（下型）２２と第２の金型（上型）２４とを有している。第１の金型２２は、円筒状の第１のスリーブ２６に嵌挿されている。第２の金型２４には、第２のスリーブ２８がノックピン２７で一体的に取り付けられている。但し、固定手段はノックピン２７に限らず、例えば溶接でもよいし、焼き嵌めやしまり嵌めでもよい。また、締結具を用いてもよい。さらに、接着剤等の固定手段を用いてもよい。

なお、第１の金型２２、第２の金型２４、第１のスリーブ２６、及び第２のスリーブ２８の材料としては、例えば炭化タングステンなどの合金が使用されている。また、本実施形態では、第２の金型２４と第２のスリーブ２８とが一体的に取り付けられた場合について説明した。しかし、これに限らず、例えば第２の金型２４と第２のスリーブ２８、及び第１の金型２２と第１のスリーブ２６をそれぞれ一体的に取り付けてもよい。

第１の金型２２は成形面２２ａを有し、第２の金型２４は成形面２４ａを有している。第１の金型２２は、成形面２２ａの外周部に段差が形成されている。この段差により、金型の押圧方向に対し直交する方向の位置を規制する小径の外周面２２ｂと大径の外周面２２ｃが形成されている。大径の外周面２２ｃは、第１のスリーブ２６の内周面２６ａに嵌合している。成形面２２ａと成形面２４ａは、いずれも対向する側にへこんだ凹形状を有している。

このため、成形される光学素子は凸レンズとなる。これら成形面２２ａと成形面２４ａは、離間して、かつ対向して配置されている。そして、成形面２２ａと成形面２４ａとの間に、ボール状の光学素子素材３０が配置されている。この光学素子素材３０として、球状のガラス塊が用いられている。

第２のスリーブ２８には、内周側と外周側の下端部に面取りｃが施されている。また、第１の金型２２には、成形面２２ａと小径の外周面２２ｂとの接続部に面取りｃが施されている。

図２（Ａ）に示すように、第１の金型２２は、第２の金型２４と離間した状態、すなわち、光学素子素材３０が加熱軟化する以前では、第２のスリーブ２８の外周面２８ｂと第１のスリーブ２６の内周面２６ａとが、金型の押圧方向に摺動自在に係合されている。この状態では、第１の金型２２の中心軸と第２の金型２４の中心軸とは粗い精度に位置決めされている。

また、図２（Ｂ）に示すように、第１の金型２２は、光学素子素材３０が押圧、変形される過程では、第１の金型２２の外周面２２ｂと第２のスリーブ２８の内周面２８ａとが、嵌挿される。この状態では、第２のスリーブ２８の内径中心軸に対して、第１の金型２２の成形面２２ａの中心軸と第２の金型２４の成形面２４ａの中心軸とが高精度に一致するように仕上げられている。

以上において、光学素子３１を製造する場合、光学素子素材３０が加熱軟化する以前の加熱ステージでは、図２（Ａ）に示すように、第１の金型２２と第２の金型２４とが離間して配置されている。また、第１の金型２２の成形面２２ａに光学素子素材３０が載置されている。このとき、第２のスリーブ２８は、第１のスリーブ２６に摺動自在に係合している。

この状態で、上側カートリッジヒータ１６と下側カートリッジヒータ１８に通電され、光学素子素材３０が加熱される。所定温度に加熱された時点で、金型組立体２０は成形ステージに移送される。ここで、加圧装置により第２の金型２４が加圧されて第１の金型２２に接近移動し、光学素子素材３０が押圧変形される。

第２の金型２４が所定量下降すると、図２（Ｂ）に示すように、第２のスリーブ２８の内周面２８ａが第１の金型２２の外周面２２ｂに嵌合される。なお、第１のスリーブ２６と第２のスリーブ２８とは係合したままである。第２の金型２４の下降量は、不図示の検出手段により検出されている。そして、成形される光学素子３１としての両凸レンズの中心厚が規定値となった位置で、第２の金型２４の移動が停止される。なお、第２の金型２４の下降量を、ストッパにより規制するようにしてもよい。

次いで、金型組立体２０は冷却ステージに移送され、ここで成形された両凸レンズが冷却されて金型組立体２０から取り出される。
本実施形態によれば、第１のスリーブ２６と第２のスリーブ２８とを互いに嵌合可能に配置したので、第１の実施の形態と同様に、金型組立体２０の全長を短くすることができる。このため、金型の熱容量が小さくなり、加熱効率が向上し、成形のサイクルタイムを短縮することができる。この金型組立体２０の短長化は、成形前と成形後の光軸方向の寸法差が大きい光学素子素材３０、例えばボールプリフォームを用いた場合に特に有効である。

本実施形態によれば、光学素子素材３０が押圧、変形される過程では、第１の金型２２の外周面２２ｂと第２のスリーブ２８の内周面２８ａとが嵌挿されて、第１の金型２２の成形面２２ａの中心軸と第２の金型２４の成形面２４ａの中心軸とが高精度に一致するので、偏心精度を高精度に維持しながら全長を短くすることができる。
（第３の実施の形態）
図３（Ａ）、（Ｂ）は、本実施の形態の金型装置の全体構成を示す図である。なお、図１（Ａ）、（Ｂ）で示した上側プレート１２及び下側プレート１４の図示は省略している。また、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

金型組立体２０は、上下に対向配置された上型２２と下型２４とを有している。下型２４は、円筒状の下スリーブ２８に嵌挿されている。上型２２には、上スリーブ２６が一体的に取り付けられている。この上スリーブ２６は、中央に開口部を有する有底円筒状をなしている。この開口部に、内側から上型２２が嵌入されて、上型２２が上スリーブ２６に適宜の締結手段で固定されている。

本実施形態では、上スリーブ２６の形状として、上述したように、中央に開口部を有する有底円筒状として、この上スリーブ２６に上型２２を一体的に保持している。
なお、上型２２、下型２４、上スリーブ２６、及び下スリーブ２８の材料としては、例えば炭化タングステンなどの合金が使用されている。また、本実施形態では、上型２２と上スリーブ２６とが一体的に取り付けられた場合について説明した。しかし、これに限らず、例えば上型２２と上スリーブ２６、及び下型２４と下スリーブ２８をそれぞれ一体的に取り付けてもよい。

上型２２は成形面２２ａを有し、下型２４は成形面２４ａを有している。成形面２２ａと成形面２４ａは、いずれも対向する側にへこんだ凹形状を有している。このため、成形される光学素子は凸レンズとなる。これら成形面２２ａと成形面２４ａは、離間して、かつ対向して配置されている。そして、成形面２２ａと成形面２４ａとの間に、光学素子素材３０が配置されている。この光学素子素材３０として、球状のガラス塊が用いられている。

上型２２は成形面２２ａの外周部に段差が形成されている。この段差により、金型の押圧方向に対し直交する方向の位置を規制する小径の外周面２２ｂと、大径の外周面２２ｃが形成されている。さらに、この段差により、金型の押圧方向の位置を規制するストッパ面２２ｄが形成されている。

さらに、下スリーブ２８には、上型２２と対向する側の端面に段差が形成されている。この段差により、上型２２のストッパ面２２ｄに当接する受面２８ｃと、上型２２の外周面２２ｃに嵌合する周面２８ｄとが形成されている。

図３（Ａ）に示すように、上型２２は下型２４と離間した状態、すなわち、光学素子素材３０が加熱軟化する以前では、下スリーブ２８の外周面２８ｂと上スリーブ２６の内周面２６ａとが、金型の押圧方向に摺動自在に係合している。この状態では、上型２２の中心軸と下型２４の中心軸とは粗い精度に位置決めされている。

また、図３（Ｂ）に示すように、上型２２は、光学素子素材３０が押圧、変形される過程では、上型２２の外周面２２ｂと下スリーブ２８の内周面２８ａとが嵌挿される。この状態では、下スリーブ２８の内径中心軸に対して、上型２２の成形面２２ａの中心軸と下型２４の成形面２４ａの中心軸とが高精度に一致するように仕上げられている。

以上において、光学素子３１を製造する場合、光学素子素材３０が加熱軟化する以前の加熱ステージでは、図３（Ａ）に示すように、上型２２と下型２４とが離間して配置され、下型２４の成形面２４ａに光学素子素材３０が載置されている。このとき、上スリーブ２６は下スリーブ２８と摺動自在に係合している。

この状態で、上側カートリッジヒータ１６と下側カートリッジヒータ１８に通電され、光学素子素材３０が加熱される。光学素子素材３０が所定温度に加熱された時点で、金型組立体２０は成形ステージに移送される。ここで、加圧装置により上型２２が加圧されて下型２４に接近移動し、光学素子素材３０が押圧変形される。

上型２２が所定量下降すると、図３（Ｂ）に示すように、上型２２の外周面２２ｂが下スリーブ２８の内周面２８ａに嵌合される。同時に、上型２２の外周面２２ｃが下スリーブ２８の周面２８ｄに嵌合される。なお、上スリーブ２６と下スリーブ２８とは係合したままである。

この場合、上型２２が下降すると、上型２２のストッパ面２２ｄが下スリーブ２８の受面２８ｃに当接する。これにより、上型２２の移動が停止される。
次いで、金型組立体２０は冷却ステージに移送される。ここで、成形された光学素子３１としての両凸レンズが冷却され、金型組立体２０から取り出される。

本実施形態によれば、成形工程の全期間において上型２２及び下型２４を下スリーブ２８に摺動自在に嵌合させておく必要はない。このため、金型組立体２０の全長を短くすることができる。金型組立体２０の全長が短いと、金型の熱容量が小さくなり、加熱効率が向上する。これにより、成形のサイクルタイムを短縮することができる。この金型組立体２０の短長化は、成形前と成形後の光軸方向の寸法差が大きい光学素子素材３０、例えばボールプリフォームを用いた場合に特に有効である。

本実施形態によれば、光学素子素材３０が押圧、変形される過程では、上型２２の外周面２２ｂが下スリーブ２８の内周面２８ａに嵌合され、かつ、上型２２の外周面２２ｃが下スリーブ２８の周面２８ｄに嵌合される。このため、上型２２の成形面２２ａの中心軸と下型２４の成形面２４ａの中心軸とが高精度に一致するので、偏心精度を高精度に維持しながら全長を短くすることができる。

また、上型２２が下降したとき、上型２２のストッパ面２２ｄが下スリーブ２８の受面２８ｃに当接するので、上型２２の下降量を検出するための手段や制御を省略することができる。
（第４の実施の形態）
図４（Ａ）（Ｂ）は、本実施の形態の金型装置の全体構成を示す図である。

なお、図１（Ａ）（Ｂ）で示した上側プレート１２及び下側プレート１４の図示は省略している。また、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

金型組立体２０は、上下に対向配置された上型２２と下型２４とを有している。上型２２は成形面２２ａを有し、下型２４は成形面２４ａを有している。成形面２２ａは、成形面２４ａとの対向側に突出する凸面に形成されている。成形面２４ａは、成形面２２ａとの対向側にへこんだ凹形状を有している。このため、成形される光学素子は凸メニスカスレンズとなる。これら成形面２２ａと成形面２４ａは、離間して、かつ対向して配置されている。そして、成形面２２ａと成形面２４ａとの間に、光学素子素材３０が配置されている。この光学素子素材３０として、球状のガラス塊が用いられている。

上型２２は成形面２２ａの外周部に段差が形成されている。この段差により、金型の押圧方向に対し直交する方向の位置を規制する小径の外周面２２ｂと、ストッパ面２２ｄが形成されている。上型２２には、上スリーブ２６が一体的に取り付けられている。この上スリーブ２６は、中央に開口部を有する有底円筒状をなし、この開口部に上型２２が嵌入されて、上型２２が上スリーブ２６に焼き嵌め手段で固定されている。この焼き嵌め手段については後述する。

下型２４は成形面２４ａの外周部に段差が形成されている。この段差により、金型の押圧方向に対し直交する方向の位置を規制する小径の外周面２４ｂと、ストッパ面２ｄが形成されている。そして、この下型２４の外周面２４ｂとストッパ面２ｄに、円筒状の下スリーブ２８が嵌挿されている。このため、下側プレート１４（図１（Ａ）参照）と下スリーブ２８とは、直接的に接触することはない。

なお、上型２２、下型２４、上スリーブ２６、及び下スリーブ２８の材料としては、例えば炭化タングステンなどの合金が使用されている。また、本実施形態では、上型２２と上スリーブ２６とが一体的に取り付けられた場合について説明した。しかし、これに限らず、例えば上型２２と上スリーブ２６、及び下型２４と下スリーブ２８をそれぞれ一体的に取り付けてもよい。

上型２２は、成形面２２ａと反対側に段差部３２を有している。この段差部３２により、上型２２の底面２２ｅは小径に形成されている。同様に、下型２４は、成形面２４ａと反対側に段差部３４を有している。この段差部３４により、下型２４の底面２４ｅは小径に形成されている。この上型２２の底面２２ｅは、上側プレート１２に接触し、下型２４の底面２４ｅは、下側プレート１４に接触する。さらに、下スリーブ２８には、上型２２のストッパ面２２ｄに当接する受面２８ｃが形成されている。

図４（Ａ）に示すように、上型２２は下型２４と離間した状態、すなわち、光学素子素材３０が加熱軟化する以前では、下スリーブ２８の外周面２８ｂと上スリーブ２６の内周面２６ａとが、摺動自在に係合されている。この状態では、上型２２の中心軸と下型２４の中心軸とは粗い精度に位置決めされている。

また、図４（Ｂ）に示すように、上型２２は、光学素子素材３０が押圧、変形される過程では、上型２２の外周面２２ｂと下スリーブ２８の内周面２８ａとが嵌合する。また、上型２２のストッパ面２２ｄと下スリーブ２８の受面２８ｃとが当接する。この状態では、下スリーブ２８の内径中心軸に対して、上型２２の成形面２２ａの中心軸と下型２４の成形面２４ａの中心軸とが高精度に一致するように仕上げられている。

図４（Ｃ）は、上型２２と上スリーブ２６との焼き嵌め手段の詳細を示す図である。
すなわち、上型２２の外周面には凹部２２ｆが形成され、これに対向する上スリーブ２６の開口部の側面には凸部２６ｂが形成されている。そして、常温では上スリーブ２６の開口部の径を小さ目に形成しておき、これを高温で焼き嵌める。なお、この上型２２と上スリーブ２６との固定は、焼き嵌め手段に限らず、他の固定手段であってもよい。

以上において、光学素子３１を製造する場合、光学素子素材３０が加熱軟化する以前の加熱ステージでは、図４（Ａ）に示すように、上型２２と下型２４とが離間して配置されている。また、下型２４の成形面２４ａに光学素子素材３０が載置されている。このとき、上スリーブ２６は下スリーブ２８と摺動自在に係合している。この状態で、上側カートリッジヒータ１６と下側カートリッジヒータ１８に通電され、光学素子素材３０が加熱される。

つまり、上側及び下側カートリッジヒータ１６、１８と上型２２及び下型２との接触部分を中心側に集中させたことで、冷却時において、上型２２と下型２４の中心付近から最初に冷却したい場合等に有効である。

以上において、光学素子３１を製造する場合、光学素子素材３０が加熱軟化する以前の加熱ステージでは、図４（Ａ）に示すように、上型２２と下型２４とが離間して配置され、下型２４の成形面２４ａに光学素子素材３０が載置されている。このとき、上スリーブ２６は下スリーブ２８と摺動自在に係合している。

この状態で、上側カートリッジヒータ１６と下側カートリッジヒータ１８に通電され、光学素子素材３０が加熱される。光学素子素材３０が所定温度に加熱された時点で、金型組立体２０は成形ステージに移送される。ここで、加圧装置により上型２２が加圧されて下型２４に接近移動し、光学素子素材３０が押圧変形される。

上型２２が所定量下降すると、図４（Ｂ）に示すように、上型２２の外周面２２ｂが下スリーブ２８の内周面２８ａに嵌合される。なお、上スリーブ２６と下スリーブ２８とは係合したままである。

上型２２が下降すると、上型２２のストッパ面２２ｄが下スリーブ２８の受面２８ｃに当接する。これにより、上型２２の移動が停止される。
次いで、金型組立体２０は冷却ステージに移送される。ここで、成形された光学素子３１としての凸メニスカスレンズが冷却され、金型組立体２０から取り出される。

本実施形態によれば、成形工程の全期間において上型２２及び下型２４を下スリーブ２８に摺動自在に嵌合させておく必要はない。このため、金型組立体２０の全長を短くすることができる。金型組立体２０の全長が短いと、金型の熱容量が小さくなり、加熱効率が向上する。これにより、成形のサイクルタイムを短縮することができる。この金型組立体２０の短長化は、成形前と成形後の光軸方向の寸法差が大きい光学素子素材３０、例えばボールプリフォームを用いた場合に特に有効である。

本実施形態によれば、光学素子素材３０が押圧、変形される過程では、上型２２の外周面２２ｂと下スリーブ２８の内周面２８ａとが嵌合する。また、上型２２のストッパ面２２ｄと下スリーブ２８の受面２８ｃとが当接する。この状態では、下スリーブ２８の内径中心軸に対して、上型２２の成形面２２ａの中心軸と下型２４の成形面２４ａの中心軸とが高精度に一致するので、偏心精度を高精度に維持しながら全長を短くすることができる。

また、本実施形態によれば、下側プレート１４と下スリーブ２８とは、直接的に接触せず、下型２４とのみ接触する。このため、下側プレート１４から局部的に下型２４に熱が伝導され、温度分布コントロールが容易になる。
（第５の実施の形態）
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施の形態の金型装置の全体構成を示す図である。なお、本実施の形態は、第４の実施の形態の変形例である。また、図１（Ａ）、（Ｂ）で示した上側プレート１２及び下側プレート１４の図示は省略している。さらに、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

本実施の形態では、上スリーブ２６にスリット３６が形成されている。そして、上型２２に上スリーブ２６を取り付けるには、スリット３６の部分で上スリーブ２６を開いて上型２２に嵌入する。これにより、上スリーブ２６の弾性力で上型２２を締め付けて両者が一体的に固定される。

その他の構成は、図４（Ａ）、（Ｂ）と同様であるので説明は省略する。
図５（Ｃ）は、上型２２と上スリーブ２６との締結手段の詳細を示す図である。
すなわち、上型２２の外周面には凹部２２ｆが形成され、これに対向する上スリーブ２６の開口部の側面には凸部２６ｂが形成されている。そして、上スリーブ２６の開口部の径と上型２２の外周面の径とを略等しく形成しておく。なお、この上型２２と上スリーブ２６との固定は、弾性力を利用したものに限らず、他の締結手段を用いてもよい。

本実施形態によれば、上スリーブ２６の弾性を利用して、ロックピン等の固定手段を用いることなく上型２２に上スリーブ２６を取り付けることができる。
（第６の実施の形態）
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施の形態の金型装置の全体構成を示す図である。なお、図１（Ａ）、（Ｂ）で示した上側プレート１２及び下側プレート１４の図示は省略している。また、本実施形態では、多数個取り（２個取り）の場合の金型装置を示している。

本実施形態の金型組立体２０の構成は、上スリーブ対２６’を除いて第３の実施の形態（図３（Ａ）、（Ｂ））と同様である。また、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

金型組立体２０は、それぞれ上下に対向配置された２対の上型２２及び下型２４を有している。下型２４は、円筒状の下スリーブ２８に嵌挿されている。各上型２２には、上スリーブ２６がそれぞれ対応して配置されている。また、２つの上スリーブ２６は一体的に固定されて上スリーブ対２６’を構成している。

この上スリーブ対２６’は、２つの開口部を有する平面視８字形状をなしている。そして、この２つの開口部に、それぞれ内側から上型２２が嵌入されて、２つの上型２２が上スリーブ対２６’に適宜の締結手段で一体的に固定されている。

なお、上型２２、下型２４、上スリーブ２６（上スリーブ対２６’）、及び下スリーブ２８の材料としては、例えば炭化タングステンなどの合金が使用されている。また、本実施形態では、２つの上型２２と上スリーブ対２６’とが一体的に取り付けられている場合について説明した。しかし、これに限らず、例えば１つの下型２４と１つの下スリーブ２８をそれぞれ一体的に取り付けてもよい。また、２つの上型２２と上スリーブ対２６’とを一体的に取り付ける場合に代えて、例えば２つの下型２４と２つの下スリーブ２８とを一体的に取り付けてもよい。

図６（Ａ）に示すように、上型２２は下型２４と離間した状態、すなわち、光学素子素材３０が加熱軟化する以前では、下スリーブ２８の外周面２８ｂと上スリーブ対２６’の内周面２６ａとが、摺動自在に係合されている。この状態では、上型２２の中心軸と下型２４の中心軸とは粗い精度に位置決めされている。

また、図６（Ｂ）に示すように、光学素子素材３０が押圧、変形される過程では、上型２２の外周面２２ｂと下スリーブ２８の内周面２８ａとが、摺動自在に嵌挿される。この状態では、下スリーブ２８の内径中心軸に対して、上型２２の成形面２２ａの中心軸と下型２４の成形面２４ａの中心軸とが高精度に一致するように仕上げられている。

以上において、光学素子３１を製造する場合、光学素子素材３０が加熱軟化する以前の加熱ステージでは、図６（Ａ）に示すように、上型２２と下型２４とが離間して配置されている。また、下型２４の成形面２４ａに光学素子素材３０が載置されている。このとき、上スリーブ対２６’は下スリーブ２８に摺動自在に係合している。この状態で、上側カートリッジヒータ１６と下側カートリッジヒータ１８に通電され、光学素子素材３０が加熱される。光学素子素材３０が所定温度に加熱された時点で、金型組立体２０は成形ステージに移送される。ここで、加圧装置により上型２２が加圧されて下型２４に接近移動し、光学素子素材３０が押圧変形される。

上型２２が所定量下降すると、図６（Ｂ）に示すように、上型２２の外周面２２ｂが下スリーブ２８の内周面２８ａに嵌合される。同時に、上型２２の外周面２２ｃが下スリーブ２８の周面２８ｄに嵌合される。なお、上スリーブ対２６’と下スリーブ２８とは係合したままである。

そして、上型２２が下降すると、上型２２のストッパ面２２ｄが下スリーブ２８の受面２８ｃに当接する。これにより、上型２２の移動が停止される。
次いで、金型組立体２０は冷却ステージに移送される。ここで、成形された凹レンズが冷却され、金型組立体２０から取り出される。

本実施形態によれば、２つの上型２２が上スリーブ対２６’に適宜の締結手段で一体的に固定されているので、金型組立体２０の型の取り付け、取り外しが容易となる。
本実施形態によれば、一度の成形工程で多数個（本実施形態では２個）の光学素子を得ることができる。
（具体例）
図７〜図９は、成形される光学素子３１と上型の下降量との関係を示す図である。

図７では、光学素子素材３０として、直径略１８．５ｍｍの球状のガラス塊を用いている。成形される光学素子（凸メニスカスレンズ）３１の直径は略３６ｍｍ（２×１８ｍｍ）で、中心肉厚は略５ｍｍである。この場合、上型の下降量は、１８．５ｍｍ―５ｍｍ＝１３．５ｍｍとなる。

図８では、光学素子素材３０として、直径略１９ｍｍの球状のガラス塊を用いている。成形される光学素子（両凸レンズ）３１の直径は略３６ｍｍ（２×１８ｍｍ）で、中心肉厚は略５ｍｍである。この場合、上型の下降量は、１９ｍｍ―５ｍｍ＝１４ｍｍとなる。

図９では、光学素子素材３０として、直径略２２．６ｍｍの球状のガラス塊を用いている。成形される光学素子（凹メニスカスレンズ）３１の直径は略３６ｍｍ（２×１８ｍｍ）で、中心肉厚は略５ｍｍである。この場合、上型の下降量は、２２．６ｍｍ―２ｍｍ＝２０．６ｍｍとなる。

すなわち、図７の凸メニスカスレンズを成形する場合を考えると、例えば上型と下型の中心肉厚をそれぞれ５ｍｍ、球状のガラス塊３０の直径を１８．５ｍｍとすると、ガラス塊３０が加熱軟化する以前の金型の押圧方向の全長は、５ｍｍ＋１８．５ｍｍ＋５ｍｍ＝２８．６５ｍｍとなる。

これに対し、従来の金型を用いた場合、スリーブとの嵌合代を上型及び下型で１０ｍｍとすると、ガラス塊が加熱軟化する以前の金型の押圧方向の全長は、５ｍｍ＋１８．５ｍｍ＋５ｍｍ＋１０ｍｍ＝３８．６５ｍｍとなる。このように、本実施形態の金型装置によれば、金型の全長を短くすることができる。

なお、スリーブとの嵌合代を上型及び下型で１０ｍｍとしたのは、若しもスリーブとの嵌合代を上型のみとすると、上型の厚さが下型に比して大きくなる。これでは、上型と下型の熱容量に大きな差が生じるため、成形される光学素子３１の光学面精度が異なってしまう。よって、嵌合代を上型と下型で略等しくとるのが好ましい。

（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態における金型装置の全体構成を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態における金型装置の全体構成を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態における金型装置の全体構成を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本実施形態における金型装置の全体構成を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本実施形態における金型装置の全体構成を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本実施形態における金型装置の全体構成を示す図である。 成形される光学素子と上型の下降量との関係を示す図である。 成形される光学素子と上型の下降量との関係を示す図である。 成形される光学素子と上型の下降量との関係を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、従来例の金型装置の全体構成を示す図である。

符号の説明

１０ 金型装置
１２ 上側プレート
１４ 下側プレート
１６ 上側カートリッジヒータ
１８ 下側カートリッジヒータ
２０ 金型組立体
２２ 上型（第１の金型）
２２ａ 成形面
２２ｂ 外周面
２２ｃ 外周面
２２ｄ ストッパ面
２２ｅ 底面
２２ｆ 凹部
２４ 下型（第２の金型）
２４ａ 成形面
２４ｂ 外周面
２４ｄ ストッパ面
２４ｅ 底面
２５ 段差部
２６ 上スリーブ（第１のスリーブ）
２６’ 上スリーブ対
２６ａ 内周面
２６ｂ 凸部
２７ ノックピン
２８ 下スリーブ（第２のスリーブ）
２８ａ 内周面
２８ｂ 外周面
２８ｃ 受面
２８ｄ 周面
３０ 光学素子素材
３１ 光学素子
３２ 段差部
３４ 段差部
３６ スリット

Claims (7)

1. 光学素子素材を加熱軟化し、対向する第１の金型と第２の金型とを相対的に接近させ、前記光学素子素材を押圧、変形して光学素子を成形する光学素子の製造方法において、
   前記光学素子素材が加熱軟化するまでは、前記第１の金型に対応して設けられた第１のスリーブと、前記第２の金型に対応して設けられた第２のスリーブとが係合し、
   前記光学素子素材が押圧、変形される過程で、前記第１の金型が相対的に前記第２の金型に接近して、前記第１の金型が前記第２のスリーブに嵌合する
   ことを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記第１の金型と前記第１のスリーブ、及び前記第２の金型と前記第２のスリーブの少なくとも一方が一体的に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記取り付けが、前記第１のスリーブを変形させて行っている
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記取り付けが、前記第１の金型と前記第１のスリーブ、又は前記第２の金型と前記第２のスリーブの少なくとも一方の熱膨張を利用している
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学素子の製造方法。
5. 多数個取りの金型装置であって、前記第１のスリーブと前記第２のスリーブの少なくとも一方が２個以上一体形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
6. 前記第１の金型と前記第２の金型の反成形面側に段差を設けて金型温度をコントロールする
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
7. 光学素子素材を加熱軟化し、対向する第１の金型と第２の金型とを相対的に接近させ、前記光学素子素材を押圧、変形して光学素子を成形する金型装置において、
   少なくとも前記光学素子素材が加熱軟化するまでは、前記第１の金型に対応して設けられた第１のスリーブと、前記第２の金型に対応して設けられた第２のスリーブとが互いに嵌合可能に配置されている
   ことを特徴とする金型装置。
   

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