JP2018172248A - 光学素子製造用型セット - Google Patents

Abstract

【課題】任意の形状の成形素材を用いて、簡易な工程で光学素子を製造することができ、かつ、簡易な構成によって加熱処理前における成形素材へのキズの発生を抑制することができる光学素子製造用型セットを提供すること。
【解決手段】型セット１０は、上型１１および下型１２と、スリーブ１３と、プレス量規制部材１４とを備え、上型１１は、本体部１１２と、スリーブ１３の内周面１３ａよりも外側に突出したフランジ部１１３とを有し、プレス量規制部材１４は、型セット１０が加熱されていない状態では、テーパ部１４ｂをフランジ部１１３に接触させてフランジ部１１３を係止し、上型１１および下型１２の光学創生面１１１，１２１が離間した状態を保持し、型セット１０が加熱されている状態では、テーパ部１４ｂをフランジ部１１３から離間させてフランジ部１１３の係止を解除し、上型１１および下型１２の相対的な近接動を可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学素子製造用型セットに関する。

ガラスレンズ等の光学素子の成形方法の一つとして、一対の金型と、金型の位置決めを行う筒状のスリーブと、スリーブの外周に配置された筒状のプレス量規制部材とを備える型セットを用いた循環式の成形方法が知られている。この成形方法では、異なる温度に加熱された複数のヒータプレート上に型セットを順次搬送し、型セット内の成形素材を押圧することにより、当該成形素材を所望の形状へと徐々に変形させる。

このような循環式の成形方法として、例えば特許文献１には、型セットに対して第１〜第３の加熱処理、メインプレス処理、冷却プレス処理および冷却処理を順番に実施する方法が開示されている。

ここで、特許文献１における成形方法では、成形素材を型セット内に配置した際に、上型の自重によって成形素材が下型の方向に押し付けられるため、成形素材における、上型との接触部にキズが形成されてしまうという問題がある。なお、型セットの上型のサイズおよび重量は、成形する光学素子のサイズに応じて大きくなるため、成形する光学素子のサイズが大きい程、前記したキズ発生の問題は顕著となる。

このような問題を解決するために、例えば特許文献２では、型セットを組み付けた状態において、上型と成形素材とが非接触となるように構成した型セットが提案されている。また、例えば特許文献３では、スリーブに挿入したピンで上型を支持することにより、上型と成形素材とが非接触となるように構成した型セットが提案されている。

特開２０１５−１９３４９８号公報 特開２０１２−１５８４９０号公報 特開２０１２−１８０２５２号公報

しかしながら、特許文献２における型セットは、成形素材の形状がメニス形状に限定されるため、成形可能な光学素子の形状も限定されてしまうという問題がある。また、特許文献３における型セットは、型セットの構成が複雑になり、また、ピンの引き抜きや引き抜き後のピンの回収等の作業が別途必要となるため、製造工程が複雑になるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、任意の形状の成形素材を用いて、簡易な工程で光学素子を製造することができ、かつ、簡易な構成によって加熱処理前における成形素材へのキズの発生を抑制することができる光学素子製造用型セットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、光学素子製造用型セットは、互いに対向する光学創生面を有する第一の金型および第二の金型と、前記第一の金型および前記第二の金型の周囲に設けられた筒状のスリーブと、前記スリーブの周囲に設けられた筒状のプレス量規制部材と、を備える光学素子製造用型セットであって、前記第一の金型は、前記スリーブに挿入された本体部と、前記スリーブの内周面よりも外側に突出したフランジ部と、を有し、前記プレス量規制部材は、前記フランジ部と接触可能な保持部を有し、前記光学素子製造用型セットが加熱されていない状態では、前記保持部を前記フランジ部に接触させて前記フランジ部を係止し、前記第一の金型および前記第二の金型のそれぞれの光学創生面が離間した状態を保持し、前記光学素子製造用型セットが加熱されている状態では、前記保持部を前記フランジ部から離間させて前記フランジ部の係止を解除し、前記第一の金型および前記第二の金型の相対的な近接動を可能とすることを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子製造用型セットは、上記発明において、前記プレス量規制部材は、前記光学素子製造用型セットが加熱されている状態において、熱膨張によって拡径することにより、前記保持部を前記フランジ部から離間させることを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子製造用型セットは、上記発明において、前記プレス量規制部材は、前記第一の金型、前記第二の金型および前記スリーブよりも線膨張係数が大きい材料で構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子製造用型セットは、上記発明において、前記フランジ部および前記保持部の接触部は、それぞれテーパ状であることを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子製造用型セットは、上記発明において、前記保持部は、前記ブレス量規制部材の内周面よりも内側に突出したフランジ部からなることを特徴とする。

本発明によれば、型組み付け時等の、型セットが加熱されていない状態では、第一の金型および第二の金型のそれぞれの光学創生面が離間した状態が保持されているため、加熱処理前における成形素材へのキズの発生を抑制することができる。また、本発明によれば、任意の形状の成形素材へのキズの発生を抑制し、かつ簡易な工程で光学素子を製造することができる。さらに、本発明によれば、プレス量規制部材を利用して上型を保持するため、大幅な改良等を必要とせず、簡易な構成によって、成形素材へのキズの発生を抑制することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る光学素子製造用型セットを備える成形装置の要部の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る光学素子製造用型セットを、押圧方向に沿って切断した断面図である。 図３は、本発明の実施の形態２に係る光学素子製造用型セットを、押圧方向に沿って切断した断面図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係る光学素子製造用型セットを加熱ステージにおいて加熱している際の状態を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態２に係る光学素子製造用型セットを、冷却ステージにおいて冷却している際の状態を示す断面図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態３に係る光学素子製造用型セットの構成を示す平面図である。 図６Ｂは、図６ＡのＡ−Ａ断面図である。 図７Ａは、本発明の実施の形態３に係る光学素子製造用型セットの上型を回転させた状態を示す平面図である。 図７Ｂは、図７ＡのＡ−Ａ断面図である。 図８は、本発明の実施の形態３に係る光学素子製造用型セットによって、成形素材を押圧している際の状態を示す断面図である。

以下、本発明に係る光学素子製造用型セットの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものも含まれる。

［成形装置の構成］
成形装置１は、図１に示すように、加熱軟化させた成形素材（例えばガラス素材）Ｍをプレス成形することにより光学素子（例えばガラスレンズ）Ｏを成形するものである。成形装置１は、光学素子製造用型セット（以下、「型セット」という）１０と、置換室２０と、成形室３０と、を主に備えている。

置換室２０は、型セット１０を収容するチャンバ２１を備えている。この置換室２０では、図示しない搬送アームによって搬送された型セット１０に対して、図１に示すようにチャンバ２１を下降させる。そして、チャンバ２１内を真空引きし、不活性ガス（窒素）を導入することにより、型セット１０の内部の雰囲気を窒素雰囲気に置換する。その後、チャンバ２１を上昇させ、図示しない搬送アームによって型セット１０を成形室３０に搬送する。

成形室３０は、加熱ステージ３１と、プレスステージ３２と、冷却ステージ３３と、を備えている。加熱ステージ３１では、上プレート３４および下プレート３５に設けられたヒータ３６によって、型セット１０内の成形素材Ｍを加熱することにより、成形素材Ｍを軟化させる。また、加熱ステージ３１では、加熱中の成形素材Ｍを押圧（仮プレス）する。プレスステージ３２では、ヒータ３６によって成形素材Ｍを加熱しつつ、型セット１０内の成形素材Ｍを押圧（本プレス）する。また、冷却ステージ３３では、ヒータ３６の加熱温度を低下させることにより、プレス後の成形素材Ｍを冷却する。なお、冷却ステージ３３では、冷却中の成形素材Ｍを押圧（冷却プレス）した後、当該成形素材Ｍを取り出し可能な温度まで冷却する。その後、型セット１０は成形室３０から排出され、型セット１０から成形後の光学素子Ｏが回収された後、型セット１０内に新たな成形素材Ｍが配置され、次の成形が実施される。

加熱ステージ３１、プレスステージ３２および冷却ステージ３３におけるそれぞれの上プレート３４には、シャフト３７を介して、型セット１０を加圧するための加圧シリンダ３８が設けられている。また、成形室３０は、型セット１０を置換室２０から成形室３０に導入する際に開閉する入口シャッター３０１と、型セット１０を成形室３０から排出する際に開閉する出口シャッター３０２と、を備えている。

［型セットの構成（実施の形態１）］
本発明の実施の形態１に係る型セット１０の構成について、図１および図２を参照しながら説明する。型セット１０は、図２に示すように、上型（第一の金型）１１と、下型（第二の金型）１２と、スリーブ１３と、プレス量規制部材１４と、を備えている。

上型１１および下型１２は、それぞれ段付きの円柱形状（凸状）に形成されており、それぞれの光学創生面１１１，１２１が対向するように配置されている。これらの光学創生面１１１，１２１は、光学素子Ｏの光学機能面を創生するための面である。上型１１および下型１２は、図１に示すように成形装置１内に搬送された際に、成形素材Ｍを挟んで互いの光学創生面１１１，１２１が対向する状態となる。

上型１１は、本体部１１２と、本体部１１２とフランジ部１１３と、を備えている。本体部１１２は、上型１１のうち、スリーブ１３に収容（挿入）される部分であり、円柱状に形成されている。前記した光学創生面１１１は、この本体部１１２の下型１２側の端部に形成されている。

フランジ部１１３は、上型１１のうち、スリーブ１３に収容されない部分であり、逆台形状に形成されている。フランジ部１１３は、本体部１１２と一体的に形成されており、上型１１において、光学創生面１１１の反対側に設けられている。また、フランジ部１１３は、スリーブ１３の内周面１３ａよりも外側に突出している。また、台形状のフランジ部１１３の上底は、上型１１の上面１１ａを構成している。

フランジ部１１３の側面には、テーパ状の面からなるテーパ部１１３ａが設けられている。このテーパ部１１３ａは、図２のような型組み付け時の状態、すなわち型セット１０が加熱されていない状態では、プレス量規制部材１４のテーパ部１４ｂと接触しており、当該テーパ部１４ｂによって係止されている。また、テーパ部１１３ａは、押圧方向において下型１２から上型１１に向かう方向、かつ、上型１１の中心から径方向外側に向かう方向に傾斜している。

スリーブ１３は、上型１１および下型１２を支持し、かつ両者の位置決めを行うためのものである。スリーブ１３は、円筒状に形成されており、上型１１および下型１２の周囲に設けられている。また、スリーブ１３は、下型１２に嵌合されている。

プレス量規制部材１４は、加圧シリンダ３８による上型１１のプレス量を規制するためのものである。プレス量規制部材１４は、筒状に形成されており、上型１１、下型１２およびスリーブ１３の周囲に設けられている。プレス量規制部材１４の内周面１４ａと、スリーブ１３の外周面１３ｂとの間には、所定のクリアランスが形成されている。プレス量規制部材１４は、図１に示すように、プレスステージ３２において型セット１０内の成形素材Ｍを押圧した際に、その上面１４ｃが上プレート３４の下面に当て付くことにより、プレス量を規制する。

プレス量規制部材１４は、図２に示すように、内周面１４ａの側にテーパ状の面からなるテーパ部（保持部）１４ｂが設けられている。このテーパ部１４ｂは、プレス量規制部材１４の上面１４ｃから内周面１４ａにかけて形成されており、図２のような型組み付け時の状態、すなわち型セット１０が加熱されていない状態において、上型１１のフランジ部１１３のテーパ部１１３ａと接触している。このように、フランジ部１１３のテーパ部１１３ａと、プレス量規制部材１４のテーパ部１４ｂとの接触部は、それぞれテーパ状に形成されている。また、テーパ部１４ｂは、押圧方向において上型１１から下型１２に向かう方向、かつ、プレス量規制部材１４の径方向外側から中心に向かう方向に傾斜している。なお、テーパ部１１３ａ，１４ｂの角度および長さ等の詳細については後記する。

このような構成を備えるプレス量規制部材１４は、図１に示すように、型セット１０が加熱ステージ３１にまだ搬送されておらず、当該型セット１０が加熱されていない状態（例えば型セット１０が置換室２０内にある状態）では、テーパ部１４ｂを、上型１１のフランジ部１１３のテーパ部１１３ａに接触させて当該フランジ部１１３を係止し、上型１１および下型１２のそれぞれの光学創生面１１１，１２１が離間した状態を保持している。

一方、プレス量規制部材１４は、図１に示すように、型セット１０が加熱ステージ３１に搬送され、当該型セット１０が加熱されている状態では、テーパ部１４ｂを、上型１１のフランジ部１１３のテーパ部１１３ａから離間させてフランジ部１１３の係止を解除し、上型１１および下型１２の相対的な近接動を可能とする。

ここで、プレス量規制部材１４は、上型１１、下型１２およびスリーブ１３よりも線膨張係数が大きい材料で構成されている。例えば上型１１、下型１２およびスリーブ１３が超硬合金で構成されている場合、プレス量規制部材１４は、これよりも線膨張係数が大きいＳＵＳ３１６等で構成する。このように、プレス量規制部材１４を上型１１、下型１２およびスリーブ１３よりも線膨張係数が大きい材料で構成することにより、型セット１０が加熱ステージ３１で加熱されている状態では、プレス量規制部材１４の内外径が熱膨張により拡径し、テーパ部１４ｂが上型１１のフランジ部１１３のテーパ部１１３ａから離間する。

［型セットの作用（実施の形態１）］
以下、本実施の形態に係る型セット１０の作用について、図１および図２を参照しながら説明する。なお、以下では、型セット１０を備える成形装置１を用いた光学素子Ｏの製造方法の説明の中で、型セット１０の作用について説明する。光学素子Ｏの製造方法では、型組み付け工程と、置換工程と、加熱工程と、押圧工程と、冷却工程と、取り出し工程をこの順番で行う。

（型組み付け工程）
型組み付け工程では、図２に示すように、下型１２にスリーブ１３を嵌合した後、下型１２の光学創生面１２１上に成形素材Ｍを配置する。なお、成形素材Ｍとしては、例えばガラス素材である「Ｓ−ＢＡＬ４２」を用いることができる。また、成形素材Ｍは、任意の形状のものを用いることができる。続いて、スリーブ１３の外周側にプレス量規制部材１４を挿入し、スリーブ１３に上型１１の本体部１１２を挿入する。

ここで、スリーブ１３内に上型１１の本体部１１２を挿入していくと、フランジ部１１３のテーパ部１１３ａとプレス量規制部材１４のテーパ部１４ｂとが接触する。その際、テーパ部１１３ａおよびテーパ部１４ｂは、それぞれテーパ状に形成されているため、両者が接触することにより、上型１１の光学創生面１１１の中心軸とプレス量規制部材１４の内径の中心軸とが同軸上に寄り、２つの中心軸が同軸上で一致する。また、上型１１および下型１２も、スリーブ１３によって中心軸が一致するように位置決めされているため、型セット１０を構成する全ての部材の中心軸が一致した状態となる。

型組み付け工程の完了時は、図２に示すように、上型１１および下型１２のそれぞれの光学創生面１１１，１２１が所定の距離をおいて離間しており、かつ上型１１の光学創生面１１１と成形素材Ｍとが所定の距離をおいて離間した状態が保持されている。そして、型セット１０の組み付けおよび成形素材Ｍの配置が完了すると、図示しない搬送アームによって、型セット１０を成形装置１の置換室２０に搬送する。

（置換工程）
置換工程では、図１に示すように、置換室２０において、型セット１０の内部の雰囲気を窒素雰囲気に置換する。そして、図示しない搬送アームによって、型セット１０を成形室３０の加熱ステージ３１に搬送する。

（加熱工程）
加熱工程では、図１に示すように、加熱ステージ３１において、例えば６００℃に加熱された上プレート３４および下プレート３５によって型セット１０を挟み、成形素材Ｍを加熱する。ここで、加熱ステージ３１に搬送された直後の上型１１は、プレス量規制部材１４のテーパ部１４ｂによって支持されているため、成形素材Ｍとは非接触の状態である。

一方、型セット１０の温度が、例えば４３９℃付近に達すると、図１に示すように、熱膨張によってプレス量規制部材１４の内外径が拡径する。そして、上型１１のフランジ部１１３のテーパ部１１３ａとプレス量規制部材１４のテーパ部１４ｂとの接触が解除され、上型１１が未保持状態となる。すなわち、プレス量規制部材１４のテーパ部１４ｂによって上型１１の移動が規制されていた状態が解除され、当該上型１１によって成形素材Ｍを押圧可能な状態となる。

なお、上型１１が未保持状態となる温度（以下、「保持解除温度」という）は、後記する上型１１の再保持温度を考慮して設定することができ、例えば成形素材Ｍの歪点−１００℃より高く設定、あるいは成形素材Ｍの転移点（Ｔｇ）付近に設定することができる。本実施の形態では、一例として、上型１１の保持解除温度を、成形素材Ｍの歪点−１００℃より高い、４３９℃に設定している。なお、前記した保持解除温度は、より具体的には、上型１１が未保持状態となり、かつ上型１１が成形素材Ｍに最初に接触した際の温度のことを示している。

未保持状態となった上型１１は、図１に示すように下型１２に向かって移動し、成形素材Ｍに接触する。その際、上型１１は、プレス量規制部材１４のテーパ部１４ｂに沿って徐々に降下し、成形素材Ｍに対してゆっくりと接触する。そのため、上型１１の接触による成形素材Ｍのキズは、非常に軽微なものとなるか、あるいはキズ自体の発生が抑制される。

加熱工程では、前記したように上型１１が成形素材Ｍに接触した後、型セット１０が６００℃になるまで加熱を継続しつつ、成形素材Ｍを押圧する仮プレスを実施する。そして、型セット１０の加熱が完了すると、図示しない搬送アームによって、型セット１０をプレスステージ３２に搬送する。

（押圧工程）
押圧工程では、図１に示すように、プレスステージ３２において、例えば６２０℃に加熱された上プレート３４および下プレート３５によって型セット１０を挟み、成形素材Ｍを押圧する本プレスを実施する。本工程では、上プレート３４の下面がプレス量規制部材１４の上面１４ｃに当て付くまで押圧を行う。そして、成形素材Ｍの押圧が完了すると、図示しない搬送アームによって、型セット１０を冷却ステージ３３に搬送する。

（冷却工程）
冷却工程では、図１に示すように、冷却ステージ３３において、成形素材Ｍを冷却する。本工程では、成形素材Ｍを冷却しつつ、上プレート３４に設けられた押圧部材３９によって成形素材Ｍを押圧する冷却プレスを実施する。なお、冷却プレスは、成形後の光学素子Ｏの精度を向上させるために実施されるものである。

冷却工程では、型セット１０が例えば４５０℃まで冷却されると、熱収縮によってプレス量規制部材１４の内外径が縮径する。そして、上型１１のフランジ部１１３のテーパ部１１３ａとプレス量規制部材１４のテーパ部１４ｂとが再び接触する。また、更に冷却を継続すると、フランジ部１１３のテーパ部１１３ａがプレス量規制部材１４のテーパ部１４ｂに沿って移動することにより、上型１１が下型１２から離れる方向に移動し、上型１１と成形素材Ｍとの接触が解除される。なお、このように、上型１１が再び保持状態となり、かつ上型１１と成形素材Ｍとの接触が解除された際の温度のことを、「再保持温度」と定義する。

冷却工程では、取り出し可能な温度（例えば１００℃）まで成形素材Ｍを冷却した後、図示しない搬送アームによって、型セット１０を成形室３０から排出する。

（取り出し工程）
取り出し工程では、排出後の型セット１０から上型１１を取り外し、光学素子Ｏを取り出す。そして、光学素子Ｏを引き続き製造する場合は、上型１１を取り外した状態で新たな成形素材Ｍを下型１２に配置して型組み付け工程を実施した後、前記した置換工程〜取り出し工程を繰り返す。

［テーパ部の設定方法（実施の形態１）］
以下、本実施の形態に型セット１０におけるテーパ部１１３ａ，１４ｂの設定方法について説明する。図２に示した上型１１のフランジ部１１３のテーパ部１１３ａのテーパ角ｄ１およびテーパ長ｃ、プレス量規制部材１４のテーパ部１４ｂのテーパ角ｇ１およびテーパ長ｆは、以下の式（１）〜式（５）に基づいて設定する。

ｄ１＝［｛１＋α１（ｔ２−ｚ）｝／｛１＋α２（ｔ２−ｚ）｝］＊［ｅ／｛２（ｂ２−ｂ１）｝］−［ｅ／｛２（ｂ２−ｂ１）｝］ ・・・（１）
ｃ＞ｂ１−ｂ２ ・・・（２）
ｃ＞ｋ ・・・（３）
ｇ１＞ｄ１ ・・・（４）
ｆ−ｉ＞０ ・・・（５）

ここで、上記の式（１）〜式（５）における各パラメータの意味は以下の通りである。
ｚ：室内環境温度
ｔ２：上型１１の再保持温度
ｂ１：成形前における上型１１および下型１２間の距離（図２参照）
ｂ２：成形後における上型１１および下型１２間の距離（図２参照）
ｅ：常温時における上型１１の外径（図２参照）
α１：上型１１、下型１２およびスリーブ１３の線膨張係数
α２：プレス量規制部材１４の線膨張係数
ｉ：冷却プレスのプレス量
ｋ：成形素材Ｍの厚さ

上記のパラメータのうち、上型１１の再保持温度ｔ２、成形前後の上型１１および下型１２間の距離ｂ１，ｂ２以外は、予め判明または設定されている値である。従って、上型１１の再保持温度ｔ２と、成形前後の上型１１および下型１２間の距離ｂ１，ｂ２とを決定した上で、上記式（１）〜式（５）に基づいて、テーパ部１１３ａのテーパ角ｄ１およびテーパ長ｃと、テーパ部１４ｂのテーパ角ｇ１およびテーパ長ｆとを設定する。

以上説明したような型セット１０によれば、型組み付け時等の、型セット１０が加熱されていない状態では、上型１１および下型１２のそれぞれの光学創生面１１１，１２１が離間した状態が保持されているため、加熱処理前における成形素材Ｍへのキズの発生を抑制することができる。また、型セット１０によれば、成形素材Ｍの形状に左右されることなく、任意の形状の成形素材Ｍへのキズの発生を抑制することができ、かつ簡易な工程で光学素子Ｏを製造することができる。さらに、型セット１０によれば、プレス量規制部材１４を利用して上型１１を保持するため、大幅な改良等を必要とせず、簡易な構成によって、成形素材Ｍへのキズの発生を抑制することができる。

［型セットの構成（実施の形態２）］
本発明の実施の形態２に係る型セット１０Ａの構成について、図１および図３を参照しながら説明する。型セット１０Ａは、図３に示すように、上型１１Ａおよびプレス量規制部材１４Ａ以外は、実施の形態１に係る型セット１０と同様の構成を備えている。

上型１１Ａは、本体部１１２Ａと、フランジ部１１３Ａと、を備えている。本体部１１２Ａは、円柱状に形成されており、側周面１１２ａの一部にフランジ部１１３Ａが設けられている。本体部１１２Ａのうち、フランジ部１１３Ａの下側はスリーブ１３に収容される部分であり、フランジ部１１３Ａの上側はスリーブ１３に収容されない部分である。また、本体部１１２Ａの上面は、上型１１Ａの上面１１ａを構成している。

フランジ部１１３Ａは、本体部１１２Ａの側周面１１２ａに沿って突起状に形成されており、本体部１１２Ａの側周面１１２ａから突出している。また、フランジ部１１３Ａは、スリーブ１３の内周面１３ａよりも外側に突出している。

フランジ部１１３Ａの側面には、テーパ状の面からなるテーパ部１１３Ａａが設けられている。このテーパ部１１３Ａａは、図３のような型組み付け時の状態、すなわち型セット１０Ａが加熱されていない状態では、プレス量規制部材１４Ａのフランジ部１４１のテーパ部１４１ａと接触しており、当該テーパ部１４１ａによって係止されている。

プレス量規制部材１４Ａは、内周面１４ａにフランジ部（保持部）１４１が設けられている。このフランジ部１４１は、プレス量規制部材１４Ａの内周面１４ａよりも内側に突出している。

フランジ部１４１の側面には、テーパ状の面からなるテーパ部１４１ａが設けられている。このテーパ部１４１ａは、図３のような型組み付け時の状態、すなわち型セット１０Ａが加熱されていない状態において、上型１１Ａのフランジ部１１３Ａのテーパ部１１３Ａａと接触している。このように、フランジ部１１３Ａのテーパ部１１３Ａａと、フランジ部１４１のテーパ部１４１ａとの接触部は、それぞれテーパ状に形成されている。なお、テーパ部１１３Ａａ，１４１ａの角度等の詳細については後記する。

このような構成を備えるプレス量規制部材１４Ａは、型セット１０Ａが加熱ステージ３１にまだ搬送されておらず、当該型セット１０Ａが加熱されていない状態では、テーパ部１４１ａを、上型１１Ａのフランジ部１１３Ａのテーパ部１１３Ａａに接触させて当該フランジ部１１３Ａを係止し、上型１１Ａおよび下型１２のそれぞれの光学創生面１１１，１２１が離間した状態を保持する。

一方、プレス量規制部材１４Ａは、型セット１０Ａが加熱ステージ３１に搬送され、当該型セット１０Ａが加熱されている状態では、テーパ部１４１ａを、上型１１Ａのフランジ部１１３Ａのテーパ部１１３Ａａから離間させてフランジ部１１３Ａの係止を解除し、上型１１Ａおよび下型１２の相対的な近接動を可能とする。

ここで、プレス量規制部材１４Ａは、前記したプレス量規制部材１４と同様に、上型１１Ａ、下型１２およびスリーブ１３よりも線膨張係数が大きい材料で構成されている。そして、型セット１０Ａが加熱ステージ３１で加熱されている状態では、プレス量規制部材１４Ａの内外径が熱膨張により拡径し、フランジ部１４１のテーパ部１４１ａが上型１１Ａのフランジ部１１３Ａのテーパ部１１３Ａａから離間する。

［型セットの作用（実施の形態２）］
以下、本実施の形態に係る型セット１０Ａの作用について、図１、図３〜図５を参照しながら説明する。なお、以下では、型セット１０Ａを備える成形装置１を用いた光学素子Ｏの製造方法の説明の中で型セット１０Ａの作用について説明する。光学素子Ｏの製造方法では、型組み付け工程と、置換工程と、加熱工程と、押圧工程と、冷却工程と、取り出し工程をこの順番で行う。なお、本実施の形態における型組み付け工程、置換工程および押圧工程は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

（加熱工程）
加熱工程では、加熱ステージ３１において、例えば６００℃に加熱された上プレート３４および下プレート３５によって型セット１０Ａを挟み、成形素材Ｍを加熱する。ここで、加熱ステージ３１に搬送された直後の上型１１Ａは、プレス量規制部材１４Ａのフランジ部１４１のテーパ部１４１ａによって支持されているため、成形素材Ｍとは非接触の状態である。

一方、型セット１０Ａの温度が、例えば５４０℃付近に達すると、熱膨張によってプレス量規制部材１４Ａの内外径が拡径する。そして、上型１１Ａのフランジ部１１３Ａのテーパ部１１３Ａａとフランジ部１４１のテーパ部１４１ａとの接触が解除され、上型１１Ａが未保持状態となる。すなわち、フランジ部１４１のテーパ部１４１ａによって上型１１Ａの移動が規制されていた状態が解除され、当該上型１１Ａによって成形素材Ｍを押圧可能な状態となる。

なお、上型１１Ａの保持解除温度は、実施の形態１よりも高い温度に設定する。上型１１Ａの保持解除温度は、テーパ部１１３Ａａ，１４１ａの設計に応じて設定することができ、例えば成形素材Ｍの歪点以上に設定することができる。また、上型１１Ａの保持解除温度は、保持が解除された上型１１Ａが落下して成形素材Ｍと接触した際に、当該成形素材Ｍへのキズを抑制するために、成形素材Ｍの粘度が急激に低くなる転移点（Ｔｇ）付近に設定してもよい。本実施の形態では、一例として、上型１１の保持解除温度を、成形素材Ｍ（「Ｓ−ＢＡＬ４２」）の歪点である５４０℃に設定している。

未保持状態となった上型１１Ａは、図４に示すように、下型１２に向かって落下し、成形素材Ｍに接触する。その際、成形素材Ｍが歪点以上の温度まで加熱されているため、上型１１Ａは、実施の形態１よりも更に粘度が低い状態の成形素材Ｍに接触する。そのため、本実施の形態では、実施の形態１と比較して、上型１１Ａの接触による成形素材Ｍのキズが、より一層軽微なものとなるか、あるいはキズ自体の発生が抑制される。

加熱工程では、前記したように上型１１Ａが成形素材Ｍに接触した後、型セット１０Ａが６００℃になるまで加熱を継続しつつ、成形素材Ｍを押圧する仮プレスを実施する。そして、型セット１０Ａの加熱が完了すると、図示しない搬送アームによって、型セット１０Ａをプレスステージ３２に搬送する。

（冷却工程）
冷却工程では、冷却ステージ３３において、成形素材Ｍを冷却する。本工程では、成形素材Ｍを冷却しつつ、上プレート３４に設けられた押圧部材３９によって成形素材Ｍを押圧する冷却プレスを実施する。

冷却工程では、型セット１０Ａが例えば４５０℃まで冷却されると、図５に示すように、熱収縮によってプレス量規制部材１４Ａの内外径が縮径する。なお、本実施の形態は、実施の形態１とは異なり、プレス量規制部材１４Ａが縮径しても、上型１１Ａのフランジ部１１３Ａのテーパ部１１３Ａａとフランジ部１４１のテーパ部１４１ａとが再び接触することはなく、上型１１Ａが再び保持状態となることもない。

これにより、本実施の形態に係る冷却工程では、上型１１Ａと成形素材Ｍとの接触が解除されることがないため、取り出し可能な温度（例えば１００℃）まで、冷却プレスの状態を維持し、成形素材Ｍにプレス圧を加えることができる。従って、光学素子Ｏの形状の精度をより向上させることができる。

冷却工程では、取り出し可能な温度まで成形素材Ｍを冷却した後、図示しない搬送アームによって、型セット１０Ａを成形室３０から排出する。

（取り出し工程）
取り出し工程では、排出後の型セット１０Ａからまずプレス量規制部材１４Ａを取り外し、次に上型１１Ａを取り外し、光学素子Ｏを取り出す。そして、光学素子Ｏを引き続き製造する場合は、プレス量規制部材１４Ａおよび上型１１Ａを外した状態で新たな成形素材Ｍを下型１２に配置して型組み付け工程を実施した後、前記した置換工程〜取り出し工程を繰り返す。

［テーパ部の設定方法（実施の形態２）］
以下、本実施の形態に型セット１０Ａにおけるテーパ部１１３Ａａ，１４１ａの設定方法について説明する。図３に示した上型１１Ａのフランジ部１１３Ａのテーパ部１１３Ａａのテーパ角ｄ２、プレス量規制部材１４のフランジ部１４１のテーパ部１４１ａのテーパ角ｇ２は、以下の式（６）および式（７）に基づいて設定する。

ｄ２＝［｛１＋α１（ｔ３−ｚ）｝／｛１＋α２（ｔ３−ｚ）｝］＊｛ｅ／（２＊ｂ３）｝−｛ｅ／（２＊ｂ３）｝ ・・・（６）
ｇ２＞ｄ２ ・・・（７）

ここで、上記の式（６）および式（７）における各パラメータの意味は以下の通りである。
ｚ：室内環境温度
ｔ３：上型１１Ａの保持解除温度
ｂ３：成形前における上型１１Ａと成形素材Ｍとの距離（図３参照）
ｅ：常温時における上型１１Ａの外径（図３参照）
α１：上型１１Ａ、下型１２およびスリーブ１３の線膨張係数
α２：プレス量規制部材１４Ａの線膨張係数

上記のパラメータのうち、上型１１Ａの保持解除温度ｔ３、成形前における上型１１Ａと成形素材Ｍとの距離ｂ３以外は、予め判明または設定されている値である。従って、上型１１Ａの保持解除温度ｔ３と、成形前における上型１１Ａと成形素材Ｍとの距離ｂ３とを決定した上で、上記式（６）および式（７）に基づいてテーパ部１１３Ａａのテーパ角ｄ２と、テーパ部１４１ａのテーパ角ｇ２とを設定する。

以上説明したような型セット１０Ａによれば、実施の形態１と同様に、任意の形状の成形素材Ｍを成形することができ、かつ、簡易な構成によって加熱処理前における成形素材Ｍへのキズの発生を抑制することができる。

また、型セット１０Ａは、実施の形態１のように、上型１１Ａがプレス量規制部材１４Ａによって再保持されることがないため、再保持温度を考慮して上型１１Ａの保持解除温度を設定する必要がない。そのため、型セット１０Ａでは、上型１１Ａの保持解除温度を、実施の形態１よりも高い温度に設定することができる。従って、型セット１０Ａの加熱時に、上型１１Ａが、実施の形態１よりも更に粘度の低い状態の成形素材Ｍに接触するため、成形素材Ｍへのキズの発生がより一層抑制される。

［型セットの構成（実施の形態３）］
本発明の実施の形態３に係る型セット１０Ｂの構成について、図６Ａ〜図７Ｂを参照しながら説明する。型セット１０Ｂは、図６Ａに示すように、上型１１Ｂおよびプレス量規制部材１４Ｂ以外は、実施の形態１に係る型セット１０と同様の構成を備えている。

上型１１Ｂは、本体部１１２Ｂと、フランジ部１１３Ｂと、を備えている。本体部１１２Ｂは、上型１１Ｂのうち、スリーブ１３に収容される部分であり、円柱状に形成されている。フランジ部１１３Ｂは、上型１１Ｂにおいて、本体部１１２Ｂの端部（下型１２と反対側の端部）から成形素材Ｍの押圧方向に連続して設けられている。また、フランジ部１１３Ｂは、スリーブ１３の内周面１３ａよりも外側に突出している。また、フランジ部１１３Ｂの上面は、上型１１Ｂの上面１１ａを構成している。

フランジ部１１３Ｂの側面には、一対の保持ピン１１４が設けられている。この保持ピン１１４は、上型１１Ｂの径方向外側に向かって延伸しており、プレス量規制部材１４Ｂの外側に突出している。また、保持ピン１１４は、後記するように、成形素材Ｍの押圧前において、プレス量規制部材１４Ｂの上面１４ｃに当接しており、当該上面１４ｃによって係止されている。

プレス量規制部材１４Ｂは、上面１４ｃから押圧方向に沿って、所定深さの一対の溝部１４２が設けられている。この溝部１４２の幅は、上型１１Ｂの保持ピン１１４の径以上の幅に形成されている。

このような構成を備えるプレス量規制部材１４Ｂは、型セット１０Ｂがプレスステージ３２にまだ搬送されていない状態では、上面１４ｃに上型１１Ｂの保持ピン１１４を接触させて当該保持ピン１１４を係止し、上型１１Ｂおよび下型１２のそれぞれの光学創生面１１１，１２１が離間した状態を保持する。

一方、プレス量規制部材１４Ｂは、型セット１０Ｂがプレスステージ３２に搬送された後は、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、溝部１４２に保持ピン１１４を落下させて保持ピン１１４の係止を解除し、上型１１Ｂおよび下型１２の相対的な近接動を可能とする。

ここで、プレス量規制部材１４Ｂは、前記したプレス量規制部材１４と同様に、上型１１Ｂ、下型１２およびスリーブ１３よりも線膨張係数が大きい材料で構成してもよく、あるいは上型１１Ｂ、下型１２およびスリーブ１３と同じ材料で構成してもよい。

［型セットの作用（実施の形態３）］
以下、本実施の形態に係る型セット１０Ｂの作用について、図１、図６Ａ〜図８を参照しながら説明する。なお、以下では、型セット１０Ｂを備える成形装置１を用いた光学素子Ｏの製造方法を説明しながら、型セット１０Ｂの作用について説明する。光学素子Ｏの製造方法では、型組み付け工程と、置換工程と、加熱工程と、押圧工程と、冷却工程と、取り出し工程をこの順番で行う。なお、本実施の形態における型組み付け工程、置換工程、冷却工程および取り出し工程は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

（加熱工程）
加熱工程では、加熱ステージ３１において、例えば６００℃に加熱された上プレート３４および下プレート３５によって型セット１０Ｂを挟み、成形素材Ｍを加熱する。ここで、加熱ステージ３１に搬送された上型１１Ｂは、保持ピン１１４によってプレス量規制部材１４Ｂの上面１４ｃに支持されているため、成形素材Ｍとは非接触の状態である。

なお、加熱ステージ３１における加熱温度は、例えば成形素材Ｍの歪点以上に設定してもよく、あるいは成形素材Ｍの転移点（Ｔｇ）付近に設定してもよい。本実施の形態では、一例として、加熱ステージ３１における加熱温度を６００℃に設定している。加熱工程では、型セット１０Ｂの加熱が完了すると、図示しない搬送アームによって、型セット１０Ｂをプレスステージ３２に搬送する。

（押圧工程）
押圧工程では、プレスステージ３２において、例えば６２０℃に加熱された上プレート３４および下プレート３５によって型セット１０Ｂを挟み、成形素材Ｍを押圧する本プレスを実施する。本工程では、本プレスの前に、まず図６Ａおよび図７Ａに示すように、上型１１Ｂの保持ピン１１４に対して突き出しピン４０を突き出し、上型１１Ｂの保持ピン１１４を押す出すことにより、上型１１Ｂを回転させる。これにより、図７Ｂに示すように、保持ピン１１４を、プレス量規制部材１４Ｂの溝部１４２に落下させる。これにより、上型１１Ｂが未保持状態となり、当該上型１１Ｂによって成形素材Ｍを押圧可能な状態となる。

未保持状態となった上型１１Ｂは、図７Ｂに示すように、下型１２に向かって落下し、成形素材Ｍに接触する。その際、成形素材Ｍが６２０℃まで加熱されているため、上型１１Ｂは、実施の形態２よりも更に粘度が低い状態の成形素材Ｍに接触する。そのため、本実施の形態では、実施の形態２と比較して、上型１１Ｂの接触による成形素材Ｍのキズが、より一層軽微なものとなるか、あるいはキズ自体の発生が抑制される。

押圧工程では、図８に示すように、上型１１Ｂが未保持状態となった後に本プレスを実施し、上プレート３４の下面がプレス量規制部材１４Ｂの上面１４ｃに当て付くまで押圧を行う。そして、成形素材Ｍの押圧が完了すると、図示しない搬送アームによって、型セット１０Ｂを冷却ステージ３３に搬送する。

以上説明したような型セット１０Ｂによれば、実施の形態１，２と同様に、任意の形状の成形素材Ｍを成形することができ、かつ、加熱処理前における成形素材Ｍへのキズの発生を抑制することができる。

また、型セット１０Ｂは、実施の形態１，２のように、プレス量規制部材１４，１４Ａの熱膨張差によって上型１１，１１Ａの保持を解除するのではなく、上型１１Ｂの保持ピン１１４をプレス量規制部材１４Ｂの溝部１４２に落下させることにより上型１１Ｂの保持を解除するため、加熱工程における加熱条件を自由に設定することができる。従って、上型１１Ｂを、実施の形態１，２よりも更に粘度の低い状態の成形素材Ｍに接触させることが可能となり、成形素材Ｍへのキズの発生がより一層抑制される。

以上、本発明に係る光学素子製造用型セットについて、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

例えば、型セット１０，１０Ａでは、上型１１，１１Ａのフランジ部１１３，１１３Ａが本体部１１２，１１２Ａの側周面１１２ａの全周に亘って連続的に形成されていたが、本体部１１２，１１２Ａの側周面１１２ａの一部に間欠的に形成されていてもよい。

また、型セット１０Ａでは、プレス量規制部材１４Ａのフランジ部１４１が、プレス量規制部材１４Ａの内周面１４ａの全周に亘って連続的に形成されていたが、プレス量規制部材１４Ａの内周面１４ａの一部に間欠的に形成されていてもよい。

また、型セット１０，１０Ａでは、プレス量規制部材１４，１４Ａを、上型１１，１１Ａ、下型１２およびスリーブ１３よりも線膨張係数が大きい材料で構成していたが、上型１１，１１Ａ、下型１２、スリーブ１３、プレス量規制部材１４，１４Ａを、全て線膨張係数が同じ材料で構成してもよい。この場合、例えば加熱工程において、プレス量規制部材１４，１４Ａのみを集中的に加熱することにより、当該プレス量規制部材１４，１４Ａとその他の部材との間に熱膨張量の差を持たせ、上型１１，１１Ａの保持を解除する。

１ 成形装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ 光学素子製造用型セット（型セット）
１１，１１Ａ，１１Ｂ 上型（第一の金型）
１１ａ 上面
１１１ 光学創生面
１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ 本体部
１１２ａ 側周面
１１３，１１３Ａ，１１３Ｂ フランジ部
１１３ａ，１１３Ａａ テーパ部
１１４ 保持ピン
１２ 下型（第二の金型）
１２１ 光学創生面
１３ スリーブ
１３ａ 内周面
１３ｂ 外周面
１４，１４Ａ，１４Ｂ プレス量規制部材
１４ａ 内周面
１４ｂ テーパ部（保持部）
１４ｃ 上面
１４１ フランジ部（保持部）
１４１ａ テーパ部
１４２ 溝部
２０ 置換室
２１ チャンバ
３０ 成形室
３０１ 入口シャッター
３０２ 出口シャッター
３１ 加熱ステージ
３２ プレスステージ
３３ 冷却ステージ
３４ 上プレート
３５ 下プレート
３６ ヒータ
３７ シャフト
３８ 加圧シリンダ
４０ 突き出しピン
Ｍ 成形素材
Ｏ 光学素子

Claims (5)

1. 互いに対向する光学創生面を有する第一の金型および第二の金型と、
   前記第一の金型および前記第二の金型の周囲に設けられた筒状のスリーブと、
   前記スリーブの周囲に設けられた筒状のプレス量規制部材と、
   を備える光学素子製造用型セットであって、
   前記第一の金型は、
   前記スリーブに挿入された本体部と、
   前記スリーブの内周面よりも外側に突出したフランジ部と、
   を有し、
   前記プレス量規制部材は、
   前記フランジ部と接触可能な保持部を有し、
   前記光学素子製造用型セットが加熱されていない状態では、前記保持部を前記フランジ部に接触させて前記フランジ部を係止し、前記第一の金型および前記第二の金型のそれぞれの光学創生面が離間した状態を保持し、
   前記光学素子製造用型セットが加熱されている状態では、前記保持部を前記フランジ部から離間させて前記フランジ部の係止を解除し、前記第一の金型および前記第二の金型の相対的な近接動を可能とすることを特徴とする光学素子製造用型セット。
2. 前記プレス量規制部材は、前記光学素子製造用型セットが加熱されている状態において、熱膨張によって拡径することにより、前記保持部を前記フランジ部から離間させることを特徴とする請求項１に記載の光学素子製造用型セット。
3. 前記プレス量規制部材は、前記第一の金型、前記第二の金型および前記スリーブよりも線膨張係数が大きい材料で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学素子製造用型セット。
4. 前記フランジ部および前記保持部の接触部は、それぞれテーパ状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学素子製造用型セット。
5. 前記保持部は、前記プレス量規制部材の内周面よりも内側に突出したフランジ部からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学素子製造用型セット。

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