JP2010159182A - 光学素子の製造装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大口径サイズかつ高精度な光学素子用の大型の金型組立体を使った成形において、ステージユニットを構成する均熱部材の表面の温度分布を改善して均熱化を図り高精度な光学素子を製造することができる光学素子の製造装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】光学素子の製造装置１は、加熱工程３、加圧成形工程４、冷却工程５を有し、各工程ごとに温度制御可能に対向配置された一対のステージユニット１２_１，１７_１により型セット２２に収容されたガラス素材３０を加熱加圧して光学素子を製造する。一対のステージユニット１２_１，１７_１は、温度制御ブロック部材１８_１、均熱プレート１９_１及び断熱部品３３を有し、この断熱部品３３は均熱プレート１９_１の側方に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型組立体に組み込まれた成形素材を加熱軟化させ、加圧成形して光学素子を製造する光学素子の製造装置とその製造方法に関する。

レンズ等の光学素子を大量生産する場合、加熱軟化させた成形素材を成形型で押圧して成形する製造方法が知られている。この場合、光学面形状を非球面形状にして光学素子の高性能化と高機能化を図る等の性能改善が図られている。

また、製品の小型化の一方で、基本機能を充実した製品では、大口径化かつ高性能化した光学素子が求められている。この場合、大口径サイズかつ高精度な光学素子の量産対応が必要になる。

例えば量産に向く光学素子の製造装置として、成形素材を組み込んだ金型組立体を、加熱、加圧成形、冷却の各工程へ順次搬送して所望の光学素子を製造する製造装置が知られている。この製造装置内には上下一対のステージユニットが複数配置されている。

例えば特許文献１には、量産に向く光学素子の製造装置が提案されている。
この特許文献１では、各ステージユニットに使用される温度制御ブロックの表面の温度分布を小さくするために、均熱プレートを温度制御ブロックに当接させて用いている。

この場合、均熱化のレベルとして、均熱プレートの表面内側の成形範囲であれば設定温度の約２．５％の温度分布に抑えられている。

特許第３７５９５３３号公報

しかしながら、特許文献１では、温度制御しているステージユニットの表面には温度分布が生じており、外部雰囲気と接するユニット側面側の外周部に向けて温度が低下する現象が残っていることが確認されている。すなわち、外部雰囲気にさらされる部位の温度低下により、より精度よく温度制御しなければならない場面で表面温度の均一化が不十分な状態になっている。

このため、高精度に温度制御されて成形工程で使用できる均熱状態の良い範囲は、表面中心部に近い範囲に限定されている。小型の金型組立体を使用する場合であれば、金型組立体とステージユニットの表面の接触面積が狭くなり、小型の金型組立体の成形範囲では十分な均熱状態として取り扱えることになる。

しかしながら、大口径かつ高精度な光学素子を成形するための大型の金型組立体では、成形範囲が不十分な均熱状態になってしまう。
この場合、特許文献１では、均熱プレートがない従来の基本構成のものと比較して、均熱プレートの表面の均熱化が図られている。しかし、設定温度の約２．５％の温度分布に抑えられていても、光学素子が高精度化した状態のまま大口径化していくと、成形精度への影響として現れてくる。

特に、大口径サイズかつ高精度な光学素子用の大型の金型組立体を使った成形では、温度分布を低減させて、均熱レベルをさらに改善する必要がある。これによって、光学機能面の十分な転写を確保することが可能になる。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、ステージユニットを構成する均熱部材の表面の温度分布を改善して均熱化を図り高精度な光学素子を製造することができる光学素子の製造装置とそ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、
少なくとも加熱工程、加圧成形工程、冷却工程を有し、各工程ごとに温度制御可能に対向配置された一対のステージユニットにより金型組立体に収容された成形素材を加熱加圧して光学素子を製造する光学素子の製造装置において、
前記一対のステージユニットの少なくとも１つは、前記金型組立体と接触する均熱部材と、前記金型組立体を前記均熱部材を介して温度制御する温度制御ブロック部材と、前記均熱部材の少なくとも１ヶ所の側方に配置されている断熱手段と、を具備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装置において、
前記断熱手段は、前記均熱部材に対して接触した状態で配置される断熱部品を有することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の製造装置において、
前記断熱手段は、前記均熱部材に対して離間した状態で配置される断熱部品を有することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の製造装置において、
前記断熱手段は、前記均熱部材の側方全面を取り囲む形に取り付けられ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装置において、
前記温度制御ブロックと接触する側の前記均熱部材の面積は、前記均熱部材と接触する側の前記温度制御ブロック部材の面積よりも小さいことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、
金型組立体に収容された成形素材を成形して光学素子を製造する光学素子の製造方法において、
前記金型組立体に収容された前記成形素材を対向配置された一対のステージユニットによって加熱する加熱工程と、
加熱された前記成形素材を一対のステージユニットによって加圧して成形する加圧成形工程と、
成形された前記成形素材を一対のステージユニットによって冷却する冷却工程と、
を有し、
前記加熱工程、前記加圧成形工程及び前記冷却工程の少なくとも一つの工程では、
前記金型組立体と接触する均熱部材と、前記金型組立体を前記均熱部材を介して温度制御する温度制御ブロック部材と、前記均熱部材の少なくとも１ヶ所の側方に配置されている断熱手段と、を具備するステージユニットによって、前記金型組立体および前記成形素材を温度制御することを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項６に記載の光学素子の製造方法において、
前記断熱手段は、前記均熱部材の側方からの放熱および吸熱を緩和することを特徴とする。

本発明によれば、ステージユニットを構成する均熱部材の表面の温度分布を改善してより均熱化を図り、大口径サイズかつ高精度な光学素子を製造することができる。

光学素子の製造装置の基本構成を示す装置断面の概念図である。 （ａ）は、第１の実施の形態の下ステージユニットの側面図であり、（ｂ）は、その平面図である。 （ａ）は、金型組立体の組み立て状態の断面図であり、（ｂ）は、金型組立体の成形後の断面図であり、（ｃ）は、成形品の外観を示す図である。 （ａ）は、変形例１の下ステージユニットの正面断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。 変形例２の下ステージユニットの正面断面図である。 変形例３の下ステージユニットの正面断面図である。 （ａ）は、第２の実施の形態の光学素子の製造装置における下ステージユニットの側面図であり、（ｂ）は、その平面図である。 （ａ）は、第３の実施の形態の光学素子の製造装置における下ステージユニットの正面図であり、（ｂ）は、その平面図である。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、光学素子の製造装置１の基本構成を示す装置断面の概念図である。
この製造装置１は、予備室１０と成形室２とを有している。なお、予備室１０は、後述する金型組立体としての型セット２２が待機できるようにしたものであり、必要に応じて設けられる。この予備室１０と成形室２は、大気下、又は不活性ガス（Ａｒガス等）や窒素ガス（Ｎ_２ガス）等の置換下、あるいは真空下で稼動する。

不活性ガス又は窒素ガス雰囲気等で成形するのは、成形室２内は高温になるので、型セット２２などの酸化を防止するためである。なお、不活性ガス又は窒素ガス等を使用する場合、後述するように、図示しない管路で成形室２等の内部にガスが供給される。

予備室１０の内部には、断熱プレート３６上に載置台３５が配置されている。この載置台３５のベース面からの高さは、後述する下ステージユニット１７_１等の高さと略等しく設定されている。予備室１０と成形室２との境界は、遮蔽板１１で仕切られている。なお、予備室１０の入口、遮蔽板１１、成形室２の出口には、夫々上下開閉可能なシャッタ７、８、９が設けられている。

成形室２の内部には、加熱工程３、加圧成形工程４及び冷却工程５が、後述する型セット２２の搬送方向（水平の矢印方向）に沿って配設されている。これらの各工程では、個別に加熱時間や加圧成形時間等の制御が可能となっている。なお、本実施の形態では工程数が３つの場合を示しているが、これに限らない。例えば、より細かな制御を行うために細分化することもできる。

加熱工程３では、後述する一対の上ステージユニット１２_１及び下ステージユニット１７_１で型セット２２を挟持して、これを所定温度に加熱する。また、加圧成形工程４では、型セット２２を加圧して内部に収容された成形素材としてのガラス素材３０が成形される。さらに、冷却工程５では、加圧成形されたガラス素材３０を所定温度に冷却してガラス素材３０を固化する。

この加熱工程３は、上下（鉛直方向）に対向する一対の上ステージユニット１２_１と下ステージユニット１７_１とを有している。本実施の形態では、下ステージユニット１７_１に対し、上ステージユニット１２_１が昇降駆動される構成を有している。下ステージユニット１７_１は断熱プレート６上に取付けられている。

この断熱プレート６は、型セット２２の搬送方向（矢印方向）の全長に亘って配置されている。ただし、加熱工程３、加圧成形工程４、冷却工程５の夫々に対応して断熱プレート６を設けてもよい。なお、図示しないが、上ステージユニット１２_１の上端部にも断熱プレートを個別に配置することができる。この断熱プレートは、上ステージユニット１２_１から外部雰囲気への放熱を緩和するために使用される。

上ステージユニット１２_１は、型セット２２の上部と接触可能な均熱部材としての均熱プレート１４_１と、型セット２２を均熱プレート１４_１を介して温度制御する温度制御ブロック部材としての温度制御ブロック１３_１と、後述する断熱手段としての断熱部品３３（図２参照）と、を有している。温度制御ブロック１３_１には、上カートリッジヒータ１５_１が内蔵されている。また、上ステージユニット１２_１の上方には、上ステージユニット１２_１を上下方向（鉛直方向）に駆動するエアシリンダ１６_１が設けられている。

下ステージユニット１７_１は、型セット２２が載置（接触）可能な均熱部材としての均熱プレート１９_１と、型セット２２を均熱プレート１９_１を介して温度制御する温度制御ブロック部材としての温度制御ブロック１８_１と、後述する断熱手段としての断熱部品３３（図２参照）と、を有している。温度制御ブロック１８_１には、下カートリッジヒータ２０_１が内蔵されている。

また、上ステージユニット１２_１と下ステージユニット１７_１との間には、詳しくは後述する型セット２２が矢印方向（水平方向）に搬入配置される。搬入された型セット２２は、加熱工程３において、上ステージユニット１２_１と下ステージユニット１７_１間に挟持される。

そして、前述した上カートリッジヒータ１５_１と下カートリッジヒータ２０_１とにより、型セット２２に収容されたガラス素材３０が加熱される。
型セット２２は、不図示の搬送装置により、成形室２内に矢印方向（水平方向）に搬入される。そして、エアシリンダ１６_１による上ステージユニット１２_１の昇降（上下方向）動作により、型セット２２の挟持、挟圧等の動作が行われる。

なお、各ステージユニットの過熱防止又は温度安定化のために、下ステージユニット１７_１〜１７_３の周辺、又は上ステージユニット１２_１〜１２_３の周辺に管路を設置して冷却水を流してもよい。

加圧成形工程４と冷却工程５も同様の構成を有している。また、冷却工程５よりも、型セット２２の搬送方向（水平方向）の下流側には、載置台３７が設けられている。この載置台３７は、冷却工程５から搬送されてきた型セット２２を載置して待機するために用いられる。

さらに、この製造装置１には制御装置４０が設けられている。この制御装置４０により、製造装置１の全体動作の制御、及び上ステージユニット１２_１〜１２_３と下ステージユニット１７_１〜１７_３の温度制御等が個別に実施される。

なお、以下の説明において、加圧成形工程４では、加熱工程３と同一又は相当する部材には、その番号に２の下付き符号を付して説明し、また、冷却工程５では、加熱工程３と同一又は相当する部材には、その番号に３の下付き符号を付して説明する。

予備室１０と成形室２には、不図示の気体流入口と気体流出口が設けられている。そして、予備室１０と成形室２の内部は窒素（Ｎ_２）等の非酸化性ガス又は不活性ガスにより置換可能な構造になっている。不図示の気体流入口から窒素ガス（Ｎ_２ガス）等の非酸化性ガスを導入して、予備室１０と成形室２の内部雰囲気を窒素ガスで満たした状態にする。これにより、型セット２２及びガラス素材３０等、これらの酸化を防止することができる。なお、この場合、予備室１０と成形室２の内部の酸素濃度は、例えば２０ｐｐｍ以下に設定される。

予備室１０の入口と成形室２の出口には、前述したように、上下に開閉自在なシャッタ７，９が夫々設けられている。型セット２２は、この入口側のシャッタ７を開いて、不図示の搬送装置により矢印方向（水平方向）に予備室１０に搬入される。さらに、予備室１０に搬入された型セット２２は、この予備室１０から成形室２内の加熱工程３の均熱プレート１９_１上に搬入される。

ここで、エアシリンダ１６_１の駆動により、上ステージユニット１２_１が下降移動して、均熱プレート１４_１が型セット２２の上部に当接される。こうして、型セット２２は上ステージユニット１２_１と下ステージユニット１７_１とによって挟持され、型セット２２は所定温度に加熱される。なお、その詳細については後述する。

また、加熱後の型セット２２は加圧成形工程４の均熱プレート１９_２上に移送される。ここで、エアシリンダ１６_２の駆動により、上ステージユニット１２_１が下降移動して、均熱プレート１４_２が型セット２２の上部に当接される。さらに、エアシリンダ１６_２の加圧力により型セット２２の内部のガラス素材３０が所望形状に成形される。

さらに、成形完了後の型セット２２は冷却工程５の均熱プレート１９_３上に移送される。ここで、エアシリンダ１６_３の駆動により、上ステージユニット１２_３が下降移動して、均熱プレート１４_３が型セット２２の上部に当接される。こうして、型セット２２の内部のガラス素材３０は所定の温度にまで冷却される。

冷却された後の型セット２２は、出口側のシャッタ９を開いて矢印方向（水平方向）に成形室２から外部に搬出される。そして、型セット２２を分解して成形品（光学素子）を取り出すことができる。

なお、型セット２２の成形室２内での搬送も、不図示の搬送装置によって行われる。この搬送装置により、成形サイクルの所定時間に合わせて、型セット２２を順次、次工程へ移動させるようになっている。

図２（ａ）は、下ステージユニット１７_１の側面図であり、図２（ｂ）は、その平面図である。
この図２（ａ）及び図２（ｂ）に、加熱工程３、加圧成形工程４、冷却工程５の各工程で使用される温度制御可能な下ステージユニット１７_１の基本構成を示している。

なお、本実施の形態では、下ステージユニット１７_１の構成について説明するが、他の下ステージユニット１７_２，１７_３及び上ステージユニット１２_１〜１２_３の構成についても同様である。

ただし、加熱工程３、加圧成形工程４、冷却工程５における各ステージユニットの構成は、必ずしも全てが同一である必要はなく、異なっている場合も考えられる。
下ステージユニット１７_１は、板状の直方体をなしている温度制御ブロック１８_１と、板状の直方体をなしている均熱プレート１９_１と、棒状の直方体をなしている断熱手段としての２本の断熱部品３３と、を有している。

温度制御ブロック１８_１には、複数個（本実施の形態では３個）の棒状の下カートリッジヒータ２０_１が埋設可能に貫通孔１８ａが形成されている。この下カートリッジヒータ２０_１は、制御装置４０による制御により設定温度に応じて予め出力を制御することができる。

温度制御ブロック１８_１に対し、この下カートリッジヒータ２０_１の挿入方向は、水平面で型セット２２が搬送される方向（図２（ｂ）の矢印方向）に対し交差する方向（本実施の形態では直交方向）に設定されている。

また、下ステージユニット１７_１の均熱プレート１９_１は、型セット２２が載置できるように温度制御ブロック１８_１の上面（図２（ａ）のＡ面）に固定されている。一方、上ステージユニット１２_１の均熱プレート１４_１は、型セット２２に接触できるように温度制御ブロック１３_１の下面に固定されている。

下ステージユニット１７_１の２本の断熱部品３３は、均熱プレート１９_１の側方、すなわち、型セット２２の搬送方向（図２（ｂ）の矢印方向）に対し直交方向の側方に配置され、温度制御ブロック１８_１の上面に固定されている。このとき、下ステージユニット１７_１の断熱部品３３の長手方向は、型セット２２の搬送方向と一致している。一方、上ステージユニット１２_１の２本の断熱部品３３は、均熱プレート１４_１の側方、すなわち、型セット２２の搬送方向（図２（ｂ）の矢印方向）に対し直交方向の側方に配置され、温度制御ブロック１３_１の下面に固定されている。このとき、上ステージユニット１２_１の断熱部品３３の長手方向は、型セット２２の搬送方向と一致している。

なお、ここでの「側方」とは、均熱プレート１９_１の側面に接触して配置されている場合と、均熱プレート１９_１の側面に空気層を介して離間して（非接触で）配置されている場合の両方を含む概念である。

本実施の形態では、均熱プレート１９_１の両側面に断熱部品３３、３３が接触して配置されている。
この断熱部品３３は、一般的に均熱プレート１９_１の側面（図２（ａ）のＢ面とＢ’面）の部分が覆えるような形状を有していればよい。本実施の形態では、断熱部品３３は、その長手方向の寸法が均熱プレート１９_１の左右幅Ｗ（図２（ｂ）の矢印方向の幅）と同一寸法としている。

また、本実施の形態では、断熱部品３３の高さ方向の厚み（図２（ａ）のＨ）寸法は、均熱プレート１９_１の厚み寸法と同一にしているが、断熱性の観点からは均熱プレート１９_１の厚みよりも厚くした方がよい。

本実施の形態では、この断熱部品３３は、均熱プレート１９_１の四方の側面のうち、下ステージユニット１７_１と下ステージユニット１７_２とが隣接していない方向としての、下カートリッジヒータ２０_１の挿入方向の前部と後部（図２（ｂ）参照）に取り付けられている。

なお、均熱プレート１９_１の温度制御ブロック１８_１と接触する側の面積は、温度制御ブロック１８_１の均熱プレート１９_１と接触する側の面積よりも小さく形成されている。これは、断熱部品３３が温度制御ブロック１８_１の均熱プレート１９_１と接触する側の面からはみでないようにするためである。

また、図示しないが、温度センサが、均熱プレート１９_１と温度制御ブロック１８_１に挟まれた状態で、その境界の中央部近傍に取り付けられている。この温度センサにより、均熱プレート１９_１の中央部近傍の温度が検出されるようになっている。

なお、温度制御ブロック１８_１及び均熱プレート１９_１の構成材料は、耐熱性の面からステンレス鋼、超硬合金、炭化珪素、窒化アルミニウム、セラミックスなどから選択することができる。また、均熱プレート１９_１は、これらの材料の中から熱伝導性のよいものを選択するのが好ましい。

さらに、断熱部品３３は、均熱プレート１９_１よりも断熱性を有する材料から選択する。例えば、均熱プレート１９_１の材料として超硬合金を用いた場合、断熱部品３３はステンレス鋼またはセラミックスを選択する。

なお、下ステージユニット１７_１〜１７_３においては、１つの断熱部品３３を複数工程のステージユニットに亘って（例えば、加熱工程３のステージユニット１７_１から冷却工程５のステージユニット１７_３に亘って）取付けてもよい。

図３（ａ）は、型セット２２の組み立て状態の断面図であり、図３（ｂ）は、型セット２２の成形後の断面図であり、図３（ｃ）は、成形品の外観を示す図である。
図３（ａ）において、型セット２２は、上型２４、下型２５及びスリーブ（胴型）２６に加え、補助型２７を備えている。上型２４と下型２５は、スリーブ２６の内部で、それぞれの成形面２４ａ，２５ａが対向するようにスリーブ２６の両端側から嵌挿されている。

上型２４は、大径のフランジ部２４_１と、それよりも小径の本体部２４_２とを有する段付き円柱形状をなしている。
フランジ部２４_１は、スリーブ２６の開口側の上端面に当接する。また、本体部２４_２は、スリーブ２６の内側上半部に嵌挿される。この本体部２４_２には、下型２５との対向面側の端面中央に、球面又は非球面の成形面２４ａが形成されている。

なお、この成形面２４ａの形状は、種々設計変更が可能である。さらに、成形面２４ａの外周部には、平坦面２４ｂが形成されている。
下型２５は、大径のフランジ部２５_１と、それよりも小径の本体部２５_２とを有する段付き円柱形状をなしている。

フランジ部２５_１は、スリーブ２６の開口側の下端面に当接している。また、本体部２５_２は、スリーブ２６の内側下半部に嵌挿される。この本体部２５_２には、上型２４との対向側の端面中央に、球面又は非球面の成形面２５ａが形成されている。

なお、この成形面２５ａの形状は種々設計変更が可能である。さらに、成形面２５ａの外周部には、平坦面２５ｂが形成されている。この下型２５の成形面２５ａに、光学素材としての球状のガラス素材３０が載置される。

スリーブ２６は円筒形状をなしている。このスリーブ２６の上端面と下端面は、型中心軸Ｏ−Ｏと直交方向に平坦な平面に形成されている。
本実施の形態では、上型２４は、下型２５に対しスリーブ２６内でその軸方向（Ｏ−Ｏ軸方向）に摺動自在に嵌挿されている。

補助型２７は、リング形状をなしている。この補助型２７は、下型２５の上面（成形面２５ａの周囲の平坦面２５ｂ）に載置可能で、スリーブ２６内に嵌合されている。
上型２４と下型２５は、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金を研削・研磨して仕上げられている。また、補助型２７は、超硬合金、炭化珪素、ステンレス鋼などで構成されている。さらに、ガラス素材３０は、市販の球状の光学ガラスが用いられている。本実施の形態では、ガラス素材３０として、Ｌ−ＢＳＬ７（（株）オハラ製）を用いた。

このガラス素材３０は、ガラス転移点が４９８℃、屈伏点が５４９℃である。
なお、本実施の形態では、光学素材として球状のガラス素材３０を例として説明したが、これに限らない。例えば、形状は球状以外に円形の平面レンズ形状、レンズ形状などを使用してもよく、材料は熱可塑性材料としての光学ガラスの他に、光学樹脂を用いてもよい。

また、光学素子の成形では、同一構成の型セット２２を複数用意し、これらを製造装置１に順次投入して使用することができる。
次に、図３（ｂ）において、上型２４の成形面２４ａの周囲の平坦面２４ｂは、補助型２７の上端面に当接されている。

この補助型２７の内周面により、光学素子（冷却前）３１の外周部が規制される。こうして、上型２４の成形面２４ａと下型２５の成形面２５ａとが、光学素子（冷却前）３１に精度よく転写される。

次に、図３（ｃ）において、冷却工程５での冷却後、型セット２２は成形室２から取り出される。
取り出した型セット２２を分解すると、光軸方向の両面に光学機能面３２ａ，３２ｂを有する光学素子３２が得られる。この光学素子３２は、均熱プレート１９_１で均一に加熱されたものであり、高精度な成形品としての価値を有する。

次に、光学素子の製造装置１による製造方法を説明する。
本実施の形態による光学素子の製造方法では、型セット２２の、組み立て、加熱、加圧成形、冷却、分解の流れをとる。

通常、型セット２２の組み立てと分解は製造装置１の外で実施される。また、成形室２内では、加熱工程３、加圧成形工程４、冷却工程５が順次実施される。
＜型セット２２の組み立て＞
前述した図３（ａ）に基づき、型セット２２の組み立てについて説明する。

まず、下型２５の上面（平坦面２５ｂ）に補助型２７を載置する。この状態で、ボール形状のガラス素材３０を、補助型２７の中央の貫通孔から下型２５の成形面２５ａの中央に載置する。

次いで、下型２５及び補助型２７の外周にスリーブ２６を嵌合させる。さらに、上型２４を、その成形面２４ａが、下型２５の成形面２５ａ上に載置されたガラス素材３０に対向するように嵌合させる。

このように、スリーブ２６内で対向配置された上型２４の成形面２４ａと下型２５の成形面２５ａとで、ガラス素材３０を挟み込むことで、型セット２２の組立てを完了する。
この後、組み立てられた型セット２２は、製造装置１の入口側のシャッタ７を開いて、不図示の搬送装置により矢印方向（水平方向）に予備室１０に投入される。
＜型セット２２の加熱＞
型セット２２は成形室２に移送される前に、予備室１０において、型セット２２の内部を窒素ガス（Ｎ_２ガス）で置換される。このために、予備室１０の内部は予め窒素ガスで置換されている。

また、予備室１０と成形室２は遮蔽板１１で密閉されている。この遮蔽板１１に設けられたシャッタ８は、型セット２２が成形室２に移送される前段階で開かれ、移送が終了した後の段階で閉じられる。

こうして、型セット２２は、不図示の搬送装置によって予備室１０から成形室２の内部に搬送される。搬送された型セット２２は、加熱工程３の下ステージユニット１７_１上に載置される。

その後、エアシリンダ１６_１が駆動されて、下ステージユニット１７_１に対し上ステージユニット１２_１が下降移動する。これにより、型セット２２は下ステージユニット１７_１と上ステージユニット１２_１との間に挟み込まれた状態で保持される。

このとき、下ステージユニット１７_１と上ステージユニット１２_１の温度は、下カートリッジヒータ２０_１と上カートリッジヒータ１５_１によって、夫々成形温度付近の温度に加熱されている。

このため、下ステージユニット１７_１と上ステージユニット１２_１に挟持されて、型セット２２と内部のガラス素材３０が、その素材に応じた成形温度に達するように所定時間だけ加熱される。

このときの加熱温度は、ガラス素材３０に使用されるガラスの屈伏点（Ａｔ点）温度よりも高い温度に設定される。本実施の形態では、加熱温度はガラス素材３０の屈伏点（Ａｔ＝５４９℃）＋４０℃である。また、本実施の形態では、均熱プレート１９_１の全面が均等に加熱されているので、この成形温度下においてガラス素材３０はムラなく軟化状態になる。

ガラス素材３０の加熱が終了すると、エアシリンダ１６_１が駆動されて上ステージユニット１２_１が上昇し、型セット２２は挟持状態から開放される。
＜型セット２２の加圧成形＞
型セット２２は、不図示の搬送装置によって、加熱工程３の下ステージユニット１７_１上から加圧成形工程４の下ステージユニット１７_２上に搬送される。

加熱工程３と加圧成形工程４とでは、そのステージ温度が等しい温度（５４９℃＋４０℃）に設定されている。
型セット２２が下ステージユニット１７_２上に移動された後、エアシリンダ１６_２が駆動されて上ステージユニット１２_２が下降移動し、型セット２２に当接する。

さらに、型セット２２が成形温度（５４９℃＋４０℃）に保持された状態で、下ステージユニット１７_２に対し上ステージユニット１２_２がさらに下降移動する。こうして、上ステージユニット１２_２が型セット２２を加圧する。

これにより、型セット２２において、下型２５と上型２４で挟圧されるガラス素材３０は変形しながら、下型２５、上型２４、補助型２７で囲まれた成形空間に充満していく。このとき、ガラス素材３０は、屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に均等に加熱されているので適度にムラなく軟化している。このため、ムラなく軟化したガラス素材３０は成形空間内に均等に充填されていく。

ガラス素材３０が加圧され、所望の形状に成形された段階で、エアシリンダ１６_２の駆動による上ステージユニット１２_２の加圧を停止する。こうして、ガラス素材３０の成形が完了し冷却前の光学素子３１が得られる。

なお、本実施の形態では、ガラス素材３０から所望の形状の光学素子３１に成形するため、上ステージユニット１２_２と下ステージユニット１７_２との間で型セット２２を加圧する際に、上ステージユニット１２_２の移動量を制御した。しかし、これに限らない。例えば、上ステージユニット１２_２による加圧力と加圧時間とを設定して制御してもよい。

また、加圧成形工程４が終了すると、エアシリンダ１６_２の駆動により上ステージユニット１２_２は上昇して、型セット２２は解放される。
＜型セット２２の冷却＞
型セット２２は、不図示の搬送装置によって加圧成形工程４の下ステージユニット１７_２から、冷却工程５の下ステージユニット１７_３上に搬送される。

この冷却工程５では、そのステージ温度が隣の加圧成形工程４の温度（５４９℃＋４０℃）よりも低い温度（４７８℃）に設定されている。設定した温度は、ガラス転移点（Ｔｇ＝４９８℃）よりも低い温度（４９８℃−２０℃＝４７８℃）である。

型セット２２が下ステージユニット１７_３上に移動された後、エアシリンダ１６_３が駆動されて上ステージユニット１２_３が下降移動し、型セット２２に当接する。
この冷却工程５では、下ステージユニット１７_３及び上ステージユニット１２_３の温度が冷却可能な温度に均等に保たれている。通常、この冷却温度はガラス素材３０のガラス転移点（Ｌ−ＢＳＬ７の場合は４９８℃）よりも低い、例えば４７８℃の温度に設定されている。

この冷却工程５では、加熱された光学素子３１を軟化状態から固化状態に移行させ、光学素子３１の形状を安定させる役目をなしている。
このために、下ステージユニット１７_３と上ステージユニット１２_３とで型セット２２を挟持して保持しながら、型セット２２を所望の冷却温度まで冷却する。

なお、この冷却時には、成形された光学素子３１の転写精度の確保と歪の低減のため、加圧状態が必要になる場合もある。ただし、この場合の加圧力は成形時よりも低い値である。

また、この冷却時の加圧力は、成形品（光学素子３２）に割れが発生しない程度の範囲で設定する。冷却工程５が終了すると、エアシリンダ１６_３が駆動されて上ステージユニット１２_３は上昇する。

型セット２２は、不図示の搬送装置によって冷却工程５の下ステージユニット１７_３から、搬送下流側の載置台３７に搬送される。そして、ここで型セット２２を所定時間待機させて、十分に冷却してからシャッタ９を開いて外部に搬出される。
＜型セット２２の分解＞
型セット２２は成形室２の出口に送られ、製造装置１から取り出される。

取り出された型セット２２は、組み立て時の手順と逆の手順で分解される。分解された型セット２２からは成形された光学素子３２が得られる。
以上の工程を繰り返すことで、循環的に型セット２２を用いた光学素子３２の製造が実施できる。この場合、複数の型セット２２を連続的に投入して使用すれば、単位時間あたりの光学素子３２の製造数を向上させることができる。
＜加熱工程３、加圧成形工程４、冷却工程５での均熱状態＞
加熱工程３、加圧成形工程４、冷却工程５では、上ステージユニット１２_１〜１２_３及び下ステージユニット１７_１〜１７_３は比較的高温状態に設定されている。

このため、上ステージユニット１２_１〜１２_３及び下ステージユニット１７_１〜１７_３が、成形室２内の雰囲気と接する面は放熱状態になっている。
この場合、各工程３，４，５におけるステージユニットの上下方向（鉛直方向）の雰囲気よりも、ステージユニットの水平方向の側面の雰囲気の温度は低い状態にある。このため、各ステージユニットは側面からの放熱が大きいことになる。

放熱量が大きくなると、各ステージユニット、特に、均熱プレート１４_１〜１４_３又は均熱プレート１９_１〜１９_３の表面に大きな温度分布が生じる。
この場合、上ステージユニット１２_１〜１２_３同士、又は下ステージユニット１７_１〜１７_３同士が隣接する側面方向（図１の矢印方向すなわち型セット２２の搬送方向）では、隣接する上ステージユニット１２_１〜１２_３同士、又は下ステージユニット１７_１〜１７_３同士の設定温度の影響で放熱が少なくなり、高温状態を保ちやすい。

しかし、隣接していない側面方向（図１の矢印方向と直交方向すなわち水平方向で且つ型セット２２の搬送方向に対して直交する方向）では放熱が進み、各ステージユニットが高温状態を保ちにくい。

そこで、本実施の形態では、上ステージユニット１２_１〜１２_３同士、又は下ステージユニット１７_１〜１７_３同士が隣接しない側面方向の均熱プレート１４_１〜１４_３又は均熱プレート１９_１〜１９_３の側面に断熱部品３３を取り付ける。これにより、均熱プレート１４_１〜１４_３又は均熱プレート１９_１〜１９_３の側面部からの放熱を緩和することができる。均熱プレート１４_１〜１４_３又は均熱プレート１９_１〜１９_３の表面の温度分布が低減され、均熱状態のレベルを良好にすることができる。

本実施の形態において、成形範囲にある均熱プレートの表面の温度を測定したところ、断熱部品３３のない均熱プレートのみの場合に対して、側面に断熱部品３３を取り付けた均熱プレートは、温度分布が３／４程度に低減されていた。

さらに、本実施の形態の製造装置１で、大型の型セット２２を使い、大口径かつ高精度な光学素子の成形を実施した。その結果、得られた光学素子（成形品）については品質特性を十分に満足していることが確認できた。

本実施の形態によれば、光学素子の製造装置１の構成を大きく変更することなく、上ステージユニット１２_１〜１２_３又は下ステージユニット１７_１〜１７_３の表面のより広い範囲での温度分布を低減して、均熱プレート１９の均熱状態を改善することができる。

このように、上ステージユニット１２_１〜１２_３又は下ステージユニット１７_１〜１７_３の表面の均熱状態を改善することで、大口径かつ高精度な光学素子を成形することができる。
（変形例１）
図４（ａ）（ｂ）は、本実施の形態の変形例１を示しており、図４（ａ）は、下ステージユニット１７_１の正面断面図であり、図４（ｂ）は、その平面図である。

本変形例では、断熱部品３３は、均熱プレート１９_１の四方の側面のうち、下ステージユニット１７_１と下ステージユニット１７_２同士が隣接している側とその対面側に取り付けられている。すなわち、下ステージユニット１７_１の２本の断熱部品３３は、均熱プレート１９_１の側面すなわち型セット２２の搬送方向（図４（ｂ）の矢印方向）の側面（Ｃ面とＣ’面）に配置され、温度制御ブロック１８_１の上面に固定されている。このとき、下ステージユニット１７_１の断熱部品３３の長手方向は、水平方向で且つ型セット２２の搬送方向に対して直交する方向と一致している。

特に、例えば、加圧成形工程４と冷却工程５との間で設定温度の差が大きい場合、隣接する下ステージユニット１７_２と下ステージユニット１７_３の間で温度の影響を受けてしまうことになる。

この場合、隣接する下ステージユニット１７_２、１７_３間で熱の授受が行われないように、図４（ｂ）と同様に、均熱プレート１９_２の側面（Ｃ面とＣ’面）に断熱部品３３、３３を設けることとした。

なお、加熱工程３における下ステージユニット１７_１の場合は、加圧成形工程４に面する側（Ｃ’面）の放熱の影響を受けるとともに、予備室１０側の吸熱の影響を受けるので、予備室１０に面する側（Ｃ面）にも断熱部品３３を設けることとした。上ステージユニットについても同様である。

なお、本変形例においても、均熱プレート１９_１の温度制御ブロック１８_１と接触する側の面積は、温度制御ブロック１８_１の均熱プレート１９_１と接触する側の面積よりも小さく形成されている。

また、本変形例では、断熱部品３３の高さ方向（鉛直方向）の厚みを、均熱プレート１９_１の高さ方向の厚みと同一寸法にしている。この理由は、型セット２２が、搬送時に断熱部品３３を横切って均熱プレート１９_１〜１９_３の表面上を移動するため、型セット２２が断熱部品３３と接触して転倒するのを防止するためである。

本変形例によれば、下ステージユニット１７_１〜１７_３同士が隣接している均熱プレート１９の両側（Ｃ面とＣ’面）に断熱部品３３、３３を取り付けることで、隣接する下ステージユニットの熱の影響を緩和するようにした。
（変形例２）
図５は、本実施の形態の変形例２を示すもので、下ステージユニット１７_１の正面断面図である。

本変形例では、均熱プレート１９_１と温度制御ブロック１８_１の幅Ｗ（型セット２２の搬送方向（矢印方向）の幅）を等しく設定する。さらに、均熱プレート１９_１と温度制御ブロック１８_１の両方の側面（Ｄ面，Ｄ’面）を覆うように、断熱部品３３、３３を取り付けている。

なお、断熱部品３３、３３の取付け方向の向きは、図２と同様に、型セット２２の搬送方向（矢印方向）に沿って設けてもよい。
本変形例によれば、均熱プレート１９_１の側面だけでなく温度制御ブロック１８_１の側面についても、温度差の影響を緩和することができる。
（変形例３）
図６は、本実施の形態の変形例３を示すもので、下ステージユニット１７_１の正面断面図である。

本変形例では、均熱プレート１９_１の幅Ｗ_２（型セット２２の搬送方向（矢印方向）の幅）を温度制御ブロック１８_１の幅Ｗ_１よりも小さく設定する。さらに、均熱プレート１９_１の片方の側面（Ｅ面）を覆うように断熱部品３３を取り付けている。

なお、本変形例においても、均熱プレート１９_１の温度制御ブロック１８_１と接触する側の面積は、温度制御ブロック１８_１の均熱プレート１９_１と接触する側の面積よりも小さく形成されている。そして、均熱プレート１９_１及び断熱部品３３の温度制御ブロック１８_１と接触する側の面積の和が、温度制御ブロック１８_１の均熱プレート１９_１と接触する側の面積と等しくなるように形成されている。

なお、断熱部品３３、３３の取付け方向の向きは、図２と同様に、型セット２２の搬送方向（矢印方向）に沿って設けてもよい。
本変形例によれば、取り付ける断熱部品３３を必要最小限にすることで、隣接するステージユニットからの温度の影響を緩和するとともに、構成を簡素化することができる。

図７（ａ）は、第２の実施の形態の光学素子の製造装置１における下ステージユニット１７_１の側面図であり、図７（ｂ）は、その平面図である。
なお、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その説明を省略する。

この下ステージユニット１７_１の構成は、加熱工程３の他、加圧成形工程４及び冷却工程５においても適用することができる。
本実施の形態では、断熱手段として、均熱プレート１９_１の側面に設けた空気層３４と断熱部品３３とを有している。この空気層３４は、均熱プレート１９_１と断熱部品３３とで挟まれるように形成されている。

この空気層３４は、均熱プレート１９_１からの伝熱によって高温状態に保たれている。このため、均熱プレート１９_１の断熱性の向上が図られる。この空気層３４の厚さ（隙間）は、特に限定されないが、本実施の形態では、例えば０．５〜１．０ｍｍに設定されている。

なお、本実施の形態の場合は、断熱部品３３は均熱プレート１９_１と同一材料であっても構わない。中間に空気層３４が介在しているため、断熱部品３３の熱伝導率（α）の大小を考慮しなくてもよいためである。

また、均熱プレート１９_１の温度制御ブロック１８_１と接触する側の面積は、温度制御ブロック１８_１の均熱プレート１９_１と接触する側の面積よりも小さく形成されている。これは、断熱部品３３が温度制御ブロック１８_１の均熱プレート１９_１と接触する側の面からはみでないようにするためである。

本実施の形態では、特に、均熱プレート１９_１に対して、放熱を押えたい側面（Ｂ面とＢ’面）に断熱部品３３で遮られた空気層３４を設けている。これにより、均熱プレート１９_１の側面部からの放熱を抑えることができる。

これに伴い、均熱プレート１９_１の表面の温度分布が低減され、均熱プレート１９_１における均熱状態のレベルを向上することができる。
実際に、成形範囲にある均熱プレート１９_１の表面の温度を測定したところ、断熱部品３３のない均熱プレート１９_１のみの従来タイプの場合に対して、側面に空気層３４を設けたことで、温度分布が１／２程度になった。

さらに、本実施の形態の製造装置１を用いて、大型の型セット２２を使い大口径かつ高精度な光学素子の成形を実施したところ、得られた光学素子（成形品）は、品質特性を十分に満足していることが確認できた。

本実施の形態によれば、均熱プレート１９_１と断熱部品３３との間に空気層３４を介在させたことで、製造装置１の構成を大きく変更することなく、上ステージユニット１２_１〜１２_３及び下ステージユニット１７_１〜１７_３の表面のより広い範囲で温度分布を低減することができる。これにより、均熱プレート１９の均熱レベルを改善することができる。

これに伴い、上ステージユニット１２_１〜１２_３及び下ステージユニット１７_１〜１７_３の表面の均熱状態を改善したことで、大口径かつ高精度な光学素子を製造することができる。

図８（ａ）は、第３の実施の形態の光学素子の製造装置１における下ステージユニット１７_１の正面図であり、図８（ｂ）は、その平面図である。
なお、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その説明を省略する。

この下ステージユニット１７_１の構成は、加熱工程３の他、加圧成形工程４及び冷却工程５においても適用することができる。
本実施の形態では、断熱手段として、均熱プレート１９_１の側面の全周囲を取り囲むように形成された空気層３４と断熱部品３３とを有している。この空気層３４は、均熱プレート１９_１と断熱部品３３との間に矩形状の溝を充填するように形成されている。

この空気層３４は、均熱プレート１９_１と断熱部品３３からの伝熱により高温状態に保たれている。このため、均熱プレート１９_１の断熱性の向上が図られる。
なお、本実施の形態の場合、断熱部品３３は均熱プレート１９_１と同一材料であっても構わない。中間に空気層３４が介在しているため、断熱部品３３の熱伝導率（α）の大小を考慮しなくてもよいためである。

また、均熱プレート１９_１の温度制御ブロック１８_１と接触する側の面積は、温度制御ブロック１８_１の均熱プレート１９_１と接触する側の面積よりも小さく形成されている。これは、断熱部品３３が温度制御ブロック１８_１の均熱プレート１９_１と接触する側の面からはみでないようにするためである。

さらに、本実施の形態では、断熱部品３３の高さ方向（鉛直方向）の厚みを、均熱プレート１９_１の厚みよりも低くしている。
これは、型セット２２の矢印方向への搬送時に、型セット２２の底面が断熱部品３３に接触すると、磨耗によって小さな異物が発生するおそれがあるためである。そして、この小さな異物は、高温下で均熱プレート１９_１の表面に付着して、均熱プレート１９_１の表面を荒れた状態にしてしまう。

さらに、均熱プレート１９_１が荒れた表面では、型セット２２との接触状態が悪くなり均熱プレート１９_１と型セット２２との間で熱が伝わりにくくなる。
そこで、この異物の付着を防止するため、型セット２２が断熱部品３３と接触しないようにしたものである。すなわち、断熱部品３３の高さ方向の厚みは均熱プレート１９_１の厚みよりも低くしている。

本実施の形態のように、ステージユニット、特に、均熱プレート１９_１に対して放熱を押えたい側面の全周囲に高温状態の空気層３４を設けることで、均熱プレート１９_１の全ての側面からの熱の流れを抑制することができる。

これにより、均熱プレート１９_１の表面の温度分布が低減され、均熱プレート１９_１の均熱レベルを良好にすることができる。
実際に、成形範囲にある均熱プレート１９_１の表面の温度を測定したところ、断熱部品３３のない均熱プレート１９_１のみの場合に対して、均熱プレート１９_１の側面の全周囲に空気層３４を設けたことで、温度分布が１／２以下になった。

さらに、本実施の形態の製造装置１で、大型の金型組立体を使い、大口径かつ高精度な光学素子の成形を実施したところ、得られた光学素子（成形品）については品質特性を十分に満足していることが確認できた。

本実施の形態によれば、製造装置１の構成を大きく変更することなく、上ステージユニット１２_１〜１２_３及び下ステージユニット１７_１〜１７_３の表面のより広い範囲で温度分布を低減することができる。これにより、均熱プレート１９の均熱レベルを改善することができる。

これに伴い、上ステージユニット１２_１〜１２_３及び下ステージユニット１７_１〜１７_３の表面の均熱状態を改善したことで、大口径かつ高精度な光学素子を製造することができる。

なお、第１及び第２の実施の形態と比較して、均熱レベルを向上させることができる。

１ 光学素子の製造装置
２ 成形室
３ 加熱工程
４ 加圧成形工程
５ 冷却工程
６ 断熱プレート
７ シャッタ
８ シャッタ
９ シャッタ
１０ 予備室
１１ 遮蔽板
１２_１ 上ステージユニット
１２_２ 上ステージユニット
１２_３ 上ステージユニット
１３_１ 温度制御ブロック
１３_２ 温度制御ブロック
１３_３ 温度制御ブロック
１４_１ 均熱プレート
１４_２ 均熱プレート
１４_３ 均熱プレート
１５_１ 上カートリッジヒータ
１５_２ 上カートリッジヒータ
１５_３ 上カートリッジヒータ
１６_１ エアシリンダ
１６_２ エアシリンダ
１６_３ エアシリンダ
１７_１ 下ステージユニット
１７_２ 下ステージユニット
１７_３ 下ステージユニット
１８_１ 温度制御ブロック
１８_２ 温度制御ブロック
１８_３ 温度制御ブロック
１８ａ 貫通孔
１９_１ 均熱プレート
１９_２ 均熱プレート
１９_３ 均熱プレート
２０_１ 下カートリッジヒータ
２０_２ 下カートリッジヒータ
２０_３ 下カートリッジヒータ
２２ 型セット
２４ 上型
２４ａ 成形面
２４ｂ 平坦面
２５ 下型
２５ａ 成形面
２５ｂ 平坦面
２６ スリーブ
２７ 補助型
３０ ガラス素材
３１ 光学素子（冷却前）
３２ 光学素子
３２ａ 光学機能面
３２ｂ 光学機能面
３３ 断熱部品
３４ 空気層
３５ 載置台
３６ 断熱プレート
３７ 載置台
４０ 制御装置

Claims (7)

1. 少なくとも加熱工程、加圧成形工程、冷却工程を有し、各工程ごとに温度制御可能に対向配置された一対のステージユニットにより金型組立体に収容された成形素材を加熱加圧して光学素子を製造する光学素子の製造装置において、
   前記一対のステージユニットの少なくとも１つは、
   前記金型組立体と接触する均熱部材と、
   前記金型組立体を前記均熱部材を介して温度制御する温度制御ブロック部材と、
   前記均熱部材の少なくとも１ヶ所の側方に配置されている断熱手段と、
   を具備することを特徴とする光学素子の製造装置。
2. 前記断熱手段は、前記均熱部材に対して接触した状態で配置される断熱部品を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造装置。
3. 前記断熱手段は、前記均熱部材に対して離間した状態で配置される断熱部品を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造装置。
4. 前記断熱手段は、前記均熱部材の側方全面を取り囲む形に取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の製造装置。
5. 前記温度制御ブロックと接触する側の前記均熱部材の面積は、前記均熱部材と接触する側の前記温度制御ブロック部材の面積よりも小さい
   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装置。
6. 金型組立体に収容された成形素材を成形して光学素子を製造する光学素子の製造方法において、
   前記金型組立体に収容された前記成形素材を対向配置された一対のステージユニットによって加熱する加熱工程と、
   加熱された前記成形素材を一対のステージユニットによって加圧して成形する加圧成形工程と、
   成形された前記成形素材を一対のステージユニットによって冷却する冷却工程と、
   を有し、
   前記加熱工程、前記加圧成形工程及び前記冷却工程の少なくとも一つの工程では、
   前記金型組立体と接触する均熱部材と、前記金型組立体を前記均熱部材を介して温度制御する温度制御ブロック部材と、前記均熱部材の少なくとも１ヶ所の側方に配置されている断熱手段と、を具備するステージユニットによって、前記金型組立体および前記成形素材を温度制御することを特徴とする光学素子の製造方法。
7. 前記断熱手段は、前記均熱部材の側方からの放熱および吸熱を緩和することを特徴とする請求項６に記載の光学素子の製造方法。

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