JP3759190B2 - 光学素子の成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、レンズやプリズム等の光学素子の素材を複数個同時に加熱軟化し加圧成形し、異なる光学素子を同じ装置で同時に作製する光学素子の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、成形型内に光学素子素材を収容して加熱軟化させ加圧成形し、高精度の光学素子を成形する方法が一般化する中、レンズコストを低減するために、複数の光学素子を同時に成形する方法や、成形サイクルを短くし連続的にプレス成形することができるレンズの成形方法が開示されている（例えば、特開昭６１ー２２７９２９号公報、特開平４−１６４８２６号公報）。
【０００３】
特開昭６１ー２２７９２９号公報記載の発明においては、貫通穴が複数箇所配設された胴型プレートに成形型と光学素子素材を載置し、加熱し一挙に加圧成形する方法が開示されている。
【０００４】
また、特開平４−１６４８２６号公報記載の発明においては、ガラス素材を挟持した一対の成形型と胴型からなる成形ブロックを、加熱、変形、冷却の各工程順に実施して行きレンズを成形する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来技術には、以下のような問題があった。
【０００６】
特開昭６１ー２２７９２９号公報記載の発明においては、複数個の成形型および光学素子素材を１つの胴型プレートに載置することにより胴型プレートの体積が増大する結果、熱容量が増すことになり、昇温までに要する時間および熱分布が安定するまでに要する時間、また成形後における所定温度に降温する時間が非常に長くなり、成形装置の能率が上がらず、生産性が著しく低いという問題があった。
【０００７】
特開平４−１６４８２６号公報記載の発明においては、加熱、変形、冷却の各工程に分割され生産効率の改善がなされたが、レンズ性能を確保するための必要な成形サイクル（成形タクト）が決まっているため、さらに生産数をアップするためには、いくつもの製造装置が必要となり、設備投資によってレンズコストを充分に下げることができなかった。また、異なるレンズを同時に生産する場合にも、別に製造装置が必要になり、レンズのコストが下がらない要因になっていた。
【０００８】
さらに、特開平４−１６４８２６号公報記載の発明の製造装置おいては、加熱、変形、冷却の各ブロック（ステージ）はヒ−タ−を埋設しただけの構造で、ブロック表面の均熱や酸化に対する処置が無いため、複数個のレンズの同時成形や大口径のレンズの成形でレンズの性能が得られないことや、ブロック表面の酸化によるブロックの劣化で寿命が短く、度々メンテナンスや交換による費用が発生していた。
【０００９】
また、成形ブロックの上成形型とブロックとの吸着あるいは密着によって上方に持ち上げられ成形作業に支障をきたすことを防ぐために、ブロック内に離型ピンや圧縮バネを埋設した構造の離型手段を採用しているが、離型ピンの位置に上成形型を配置する必要があるため複数個同時に成形する場合は、同時成形の数だけピンをブロックに埋設する必要が生じた。
【００１０】
このため、同時に成形する数が離型ピンの数で限定されることや、同時成形の数だけ離型ピン、ピン挿入穴やバネ等が必要になりコストが高くなることや、断熱板に複数の穴加工を施す必要があるため断熱効果が小さくなり、ブロックの温度分布が悪くなる等の問題があった。
【００１１】
本発明は、これらの問題点に着目してなされたもので、複数の独立した成形ブロックに必要な成形温度制御を短時間で遂行することができるとともに、安価で異なる高精度な光学素子を複数個同時に連続して成形することのできる光学素子の成形方法の提供を目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の光学素子の成形方法は、一対の成形型と胴型と熱容量調整用胴型および光学素子素材で構成されている独立した異なる成形ブロックのそれぞれの熱容量を、成形中における前記成形ブロックの温度プロファイルが少なくとも前記光学素子素材の加圧成形温度から、前記光学素子素材の転移温度以下までの冷却工程の成形温度プロファイルに一致するように前記熱容量調整用胴型の熱容量によって調整する工程と、
前記光学素子素材を載置した前記成形ブロックを加熱炉内に搬入する工程と、
加熱手段により前記光学素子素材を加熱軟化する加熱工程と、
加熱軟化した前記光学素子素材を加圧成形する加圧成形工程と、
加圧成形した前記光学素子素材を冷却し加熱炉外へ搬出する冷却工程と、
前記成形ブロックより光学素子を取り出す工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の別の光学素子の成形方法は、一対の成形型と胴型と熱容量調整用胴型および光学素子素材で構成されている複数の独立した異なる成形ブロックを同時に加熱炉内に搬入するに際し、前記成形ブロックのそれぞれの熱容量を、成形中における前記成形ブロックの温度プロファイルが少なくとも前記光学素子素材の加圧成形温度から、前記光学素子素材の転移温度以下までの冷却工程の成形温度プロファイルに一致するように前記熱容量調整用胴型の熱容量によって調整する工程と、
前記光学素子素材を載置した前記成形ブロックを加熱炉内に搬入する工程と、
加熱手段により前記光学素子素材を加熱軟化する加熱工程と、
加熱軟化した前記光学素子素材を加圧成形する加圧成形工程と、
加圧成形した前記光学素子素材を冷却し加熱炉外へ搬出する冷却工程と、
前記成形ブロックより光学素子を取り出す工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明の光学素子の製造方法は、複数の独立した成形ブロック内に載置した光学素子素材を加熱炉内の均熱性の優れた同一の加熱手段により同時に加熱軟化し、加圧成形するため、昇温までに要する時間および熱分布が安定するまでに要する時間、また成形後における所定温度に降温する時間が短くてすむため、製造タクトが短い。
【００１５】
また、光学素子素材によって、成形ブロックの熱容量を変え、適正な光学素子成形温度プロファイルに調整するため、同一の製造装置で異なる光学素子を連続して製造できる。製造装置も、複数個同時加圧成形に対応できる構造になり、安定に成形を行うことができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は本実施例１の光学素子の製造方法及び製造装置を示す、光学素子の製造装置の正面図である。
【００１８】
図１に示す光学素子の製造装置は、架台１上に加熱炉として使用するチャンバー２が設置されている。
【００１９】
チャンバー２には、成形ブロック１１を搬入する入口と冷却後の成形ブロックを搬出する出口が設けられ、それぞれに入口シャッター２２と出口シャッター２３を設置している。チャンバー入口には、供給ステージ１９を設置し、チャンバー出口には取り出しステージ２１を設置している。
【００２０】
また、チャンバー２内に第１の加熱ステージ３、第２の加熱ステージ４、加圧成形ステージ５、冷却ステージ６を設け、各ステージは、上下一対で温度制御可能なヒーター７を取り付けた温度制御ブロック２７を設け、下側の温度制御ブロック２７は、断熱板１０を介してチャンバー２に設置され、上側の温度制御ブロック２７は断熱板１０を介して、上下可動自由なシャフト９に設置され成形ブロック１１を押圧する機能を有する。
【００２１】
また、温度制御ブロック２７の表面には、均熱手段８としてＷＣを主成分とする超硬合金を取り付けている（以降の説明に於て、チャンバーに固定された温度制御ブロック２７と均熱手段８を下ステージ、シャフト９に固定された温度制御ブロック２７と均熱手段８を上ステージと称し、上下一対を表わすときステージと称する。）。
【００２２】
以下、前記均熱手段８を用いる効果を説明する。ステージの成形範囲（成形ブロックが当接する成形に必要な範囲）の中で、設定温度に対して何パーセントの温度分布（表面温度差／設定温度×１００）になっているかで均熱の良否を判断した時、ステージの成形範囲内の温度差が２．５％内でないと、その影響から光学素子の性能が悪くなる。
【００２３】
例えば、ステンレス鋼を同じステージに用いた場合の設定温度に対する温度分布は、図６の曲線４１のように８％と悪く、広範囲の均熱性が得られないため、複数個の成形や大口径の成形ができないことがわかった。この時、前記均熱手段８を用いた場合では、図６の曲線４０のように均熱性が向上し、ステージの成形範囲で設定温度に対し２．５％の温度分布が可能になった。
【００２４】
また、前記均熱手段８の表面には、例えば、耐熱、耐酸化性に優れた白金（Ｐｔ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、チタンカーバイト（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分とする薄膜２６を形成している。前記、薄膜２６を形成することによって、均熱手段８の酸化による劣化を防ぐ効果を有する。
【００２５】
図５は、図１の加圧成形ステージ５のＡ断面図を示し、上ステージには、上成形型１４と上ステージ（均熱手段８）との接触面に所望の溝２５を設けて、離型治具２４が自重で断熱板１０にぶら下がるように設置されている。
【００２６】
この離型治具２４は、例えば 図７（ａ）に示すように上ステージの加圧面より少し突出するように設置して、成形ブロック１１の上成形型１４を加圧している時は、図７（ｂ）に示す様にステージに設けた溝２５に収納できるように、上下の可動を自由にしている。
【００２７】
従来、特に加圧成形ステージでは、加圧力が大きいことと、ステージの成形温度を充分に速く伝達するようにステージ表面と成形ブロック表面を平滑に仕上げていることから、成形ブロックの上成形型と上ステージの密着性が高く、光学素子を成形した後の上ステージ上昇の際、上ステージと上成形型の密着力により、上成形型が成形ブロックから抜け出て上成形型を破損したり、成形を中断する等の問題があった。しかし、図７に示す離型治具２４を設置することにより、前記密着力より大きな力（離型治具の自重）を上成形型１４に付加することができるため、上成形型が成形ブロックより抜け出ることが防止でき前記トラブルを解決できた。
【００２８】
以下、前記光学素子の製造装置を用いた、光学素子の製造方法を図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１に示すように、光学素子素材供給ステージ１９で、上成形型、下成形型、胴型で構成された成形ブロック１１内に円柱状の光学素子素材１７を供給装置２８により載置し、独立した同一の成形ブロック１１を図５に示すように２個並べる。
【００３０】
そして、光学素子素材１７が適正な成形温度プロファイルを辿るように、光学素子の製造装置の各ステージ温度と成形サイクルを設定（制御盤は図示省略）し、その後、搬入プッシャー２０によりチャンバー２内に同一の成形ブロック１１を２個同時に搬入し、同一の加熱手段の第１の加熱ステージ３、第２の加熱ステージ４で２個同時に予備加熱する。
【００３１】
チャンバー内に設置された搬送部材（図示省略）により、成形ブロックは各ステージ間を設定された成形サイクルに従って順次移動し、一対の加圧成形ステージ５で２個の光学素子素材１７を同時に加圧し、所望の形状の光学素子に変形する。
【００３２】
この時、光学素子素材１７が円柱形状の時は加圧成形ステージ５の加圧を、加圧途中少なくとも１回以上加圧力を減圧もしくは零にしながら光学素子素材１７を変形させると、光学素子の成形面に凹み欠陥が生じることがない。
【００３３】
加圧成形後、成形ブロック１１は冷却ステージ６に搬送され所望の冷却温度まで冷却し、チャンバーの出口より搬出する。搬出された成形ブロックは、取り出しステージ２１で成形ブロック１１より光学素子を取り出す。
【００３４】
以下、図１の製造装置を用いた具体例を述べる。均熱手段８に超硬合金（ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ合金）を用い、その表面に白金−タンタル−レニウム合金（Ｐｔ−Ｔａ−Ｒｅ）の薄膜２６を被覆した。
【００３５】
光学素子素材１７は、転移点温度５３０℃の円柱素材を用いた。第１の加熱ステージを５５０℃、第２の加熱ステージを５７５℃、加圧成形ステージを５７５℃、冷却ステージを５１０℃、に温度設定した。また、加圧成形ステージ５で、成形途中に７回の減圧を行った。
【００３６】
図１に示す様にそれぞれ独立した同一の成形ブロック１１を、２個ずつ９０秒間隔で順次ステージを移動し光学素子を作製した結果、欠陥のない所望のレンズ性能の凸レンズを複数個同時に得ることができた。
【００３７】
また、加圧成形ステージにおいて、成形ブロックの上成形型が上ステージに付着することもなく、装置の連続運転が安定に行えた。
【００３８】
（実施例２）
以下、本発明の他の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図２は本実施例２の光学素子の製造方法及び製造装置を示す光学素子の製造装置の正面図である。
【００４０】
図２の光学素子の製造装置は実施例１と同じ構造の装置であり、以下前記装置を用い、異なる形状の成形ブロックで温度特性の同じ光学素材を連続して成形し、それぞれ所望の光学素子を製造する方法を説明する。
【００４１】
本実施例２で説明する、異なる形状の成形ブロックは、図８に示す第１の成形ブロック１１と第２の成形ブロック１２ａで、光学素子素材１７の所望の光学素子成形温度プロファイルを図９（ａ）に示す。なお、図８（ｃ）は本発明の実施例であり、図８（ａ），（ｂ），（ｄ）は参考例である。
【００４２】
例えば、図８(ａ)に示した第１の成形ブロック１１と、同図(ｂ)に示した第２の成形ブロック１２ａのように、光学素子成形面の形状が違い、成形される光学素子の形状が異なっても、光学素子素材１７の温度特性（少なくとも転移温度）が同じであれば、第１の成形ブロック１１と第２の成形ブロック１２ａの熱容量を調整し同等にすることで、それぞれの成形ブロックで成形される光学素子の成形温度プロファイルを同じにすることができる。
【００４３】
前記熱容量を同等に調整する方法として、片方の成形ブロック（例えば第２の成形ブロック１２ａとする）の大きさを変えて、熱容量をもう一方の成形ブロック（例えば第１の成形ブロック１１とする）に合わせる方法がある。
【００４４】
前記成形ブロックの大きさを変えるために、精密な形状を有する上成形型１４や下成形型１５に、加工を施すことや新たに作り直すことは難しくコストがかかるため、胴型１６の大きさを調整することが望ましい。
【００４５】
熱容量は、成形ブロック及び光学素子素材に使用する材料の比熱（Ｊ／（ｋｇ・℃））×前記材料の質量（ｋｇ）で簡単に算出できるため、例えば熱容量調整工程（熱容量調整ステージ（図示省略））において適正な成形ブロックの大きさに調整が容易にできる。
【００４６】
前記光学素子の製造方法によれば、同じ製造装置で同じ成形条件で、第１の成形ブロック１１と第２の成形ブロック１２ａを、混在させて成形を行ったとしても、前記どちらの成形ブロックにおいても、図９（ａ）に示す光学素子素材１７の温度特性（転移温度３４）に合った適正な成形温度プロファイル３０に合わすことができるため、双方で同時に所望の光学素子が得られる。
【００４７】
また、図１に示す製造装置と同様の装置を使用することで、実施例１同様に複数個同時に連続して製造することが可能である。
【００４８】
以下図２の製造装置を用いた具体例を述べる。均熱手段８に超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ合金）を用い、その表面に窒化チタンアルミニウム合金（Ｔｉ−Ｎ−Ａｌ）の薄膜２６を被覆した。
【００４９】
本発明の実施例１と同様に、第１の加熱ステージを５５０℃、第２の加熱ステージを５７５℃、加圧成形ステージを５７５℃、冷却ステージを５１０℃、に温度設定した。また、加圧成形ステージで、成形途中に７回の減圧を行った。
【００５０】
光学素子素材１７を含めた図８(ａ)の第１の成形ブロック１１と同図(ｂ)の第２の成形ブロック１２ａの個々の熱容量を４６Ｊ／℃に、熱容量調整ステージ（図示省略）でそれぞれ調整し、光学素子素材供給ステージ１９で第１の成形ブロック１１と第２の成形ブロック１２ａに転移点温度５３０℃の円柱状の光学素子素材１７を載置し、上記成形条件で、それぞれ独立した成形ブロックを２個ずつ混在させて９０秒間隔で上記成形条件で順次ステージを移動し光学素子を作製した結果、同じ温度特性で形状の異なる凸レンズ、凹レンズ、を複数個同時に欠陥のない所望のレンズ性能で作製することができた。
【００５１】
（実施例３）
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００５２】
図３は、本実施例３の光学素子の製造方法及び製造装置を示す光学素子の製造装置の正面図である。
【００５３】
図３の光学素子の製造装置は、実施例１と同じ構造の装置であり、以下前記装置を用い、実施例２と同様に異なる形状の成形ブロックで、温度特性の同じ光学素材を連続して成形し、それぞれ所望の光学素子を製造する他の方法を説明する。
【００５４】
本実施例３で説明する、異なる形状の成形ブロックは、図８(ａ)に示す第１の成形ブロック１１と同図(ｃ)に示す第２の成形ブロック１２ｂで、光学素子素材１７の所望の光学素子成形温度プロファイルを図９（ａ）に示す。図８(ｃ)に示す第２の成形ブロック１２ｂは、同図(ｂ)に示す第２の成形ブロック１２ａと同じ形状の上成形型１４、下成形型１５を有するが、胴型は、胴型１６とは別に調整用胴型１８も有する。
【００５５】
実施例２で説明した様に、例えば胴型１６の大きさを変えて熱容量の調整する場合、加工を施すか別に胴型１６を新たに作製する方法がある。
【００５６】
しかし、胴型に加工を施す場合は熱容量を小さくする時に限られることや、胴型を新たに作製する場合に光学素子の仕様から、胴型と上下成形型に高精度な加工やはめあい精度を必要とする時は、製作コストが非常に高くなることがある。
【００５７】
実施例２とは別な方法として、図８(ｂ)の第２の成形ブロック１２ａの変わりに、同図(ｃ)の第２の成形ブロック１２ｂのように、熱容量の調整用胴型１８を具備する成形ブロックにする方法がある。胴型１６と調整用胴型１８のはめあいの精度を緩くしてもレンズの性能には影響がなく、低コストで調整用胴型１８を作製できる利点がある。
【００５８】
また、調整用胴型１８は光学素子と当接する部分がないので、ガラスとの反応や酸化等を考慮する必要がなく、素材の選択が自由で、上成形型１４、下成形型１５、胴型１６等の構成材料よりも加工性が良く、安価な材料で製作できる利点もある。調整用胴型１８の構成材料は、例えば、アルミニウム、鉄鋼、ステンレス鋼等でも構わない。
【００５９】
実際に、図８(ｃ)に示す第２の成形ブロック１２ｂを、同図(ｂ)に示す第２の成形ブロック１２ａの変わりに用いても、実施例２ですでに説明したように、成形する光学素子素材１７の温度特性（転移温度３４）が同じであれば、例えば、図８(ａ)に示す第１の成形ブロック１１、同図(ｃ)第２の成形ブロック１２ｂの熱容量を調整し同等にすることで、前記どちらの成形ブロックにおいても、図９（ａ）に示す光学素子素材１７の温度特性（転移温度３４）に合った適正な成形温度プロファイル３０に合わすことができるため、成形される光学素子の形状が異なっても、図３の製造装置で、前記双方の成形ブロック混在して成形しても所望の光学素子が得られる。
【００６０】
また、図１に示す製造装置と同様の装置を使用することで、実施例１同様に複数個同時に連続して製造することが可能である。
【００６１】
以下、図３の製造装置を用いた具体例を述べる。均熱手段８の母材及びその表面の薄膜２６は、実施例２と同じ材質とした。
【００６２】
本発明の実施例１と同様に、第１の加熱ステージを５５０℃、第２の加熱ステージを５７５℃、加圧成形ステージを５７５℃、冷却ステージを５１０℃、に温度設定した。また、加圧成形ステージで、成形途中に７回の減圧を行った。
【００６３】
図８(ａ)の光学素子素材１７を含む第１の成形ブロック１１の熱容量を４６Ｊ／℃、図８(ｃ)の光学素子素材１７を含む第２の成形ブロック１２ｂの熱容量を２９Ｊ／℃とし、熱容量調整ステージ（図示省略）において、熱容量１７Ｊ／℃の調整用胴型１８を第２の成形ブロック１２ｂに装着し、素材供給ステージ１９で転移点温度５３０℃の２種類の円柱形状の光学素子素材を、それぞれの成形ブロックに供給して上記成形条件において、２個ずつ混在して９０秒間隔で順次ステージを移動し光学素子を作製した結果、同じ温度特性で形状の異なる凸レンズ、凹レンズ、を複数個同時に欠陥のない所望のレンズ性能で作製することができた。
【００６４】
（実施例４）
以下、本発明の他の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００６５】
図４は本実施例４の光学素子の製造方法及び製造装置を示す光学素子の製造装置の正面図である。
【００６６】
図４の光学素子の製造装置は、実施例１と同じ構造の装置であり、以下前記装置を用い異なる形状の成形ブロックで、異なる温度特性の光学素材を連続して成形し、それぞれ所望の光学素子を製造する方法を説明する。
【００６７】
本実施例４で説明する、異なる形状の成形ブロックは、図８(ａ)に示す第２の成形ブロック１２ａと同図(ｄ)に示す第３の成形ブロック１３で、例えば第２の成形ブロック１２ａで成形する光学素子素材１７は、図９（ｂ）に示す第１の転移温度３５（転移点３３が高い方）の特性を有し、第３の成形ブロック１３で成形する光学素子素材１７は図９（ｂ）に示す第２の転移温度３６（転移点３３が低い方）の特性を有する。
【００６８】
前記転移点３３が高い方の光学素子素材１７の適正な成形温度プロファイルを図９（ｂ）の３１（太線）に示し、前記転移点３３が低い方の光学素子素材１７の適正な成形温度プロファイルを図９（ｂ）の３２（細線）に示す。
【００６９】
温度特性の異なる光学素子をそれぞれ成形する場合、それぞれの光学素子の特性にあった成形温度プロファイルが必要で、基本的に、前記光学素子を成形する過程の中の冷却工程において、適正な冷却温度プロファイル（プレス温度から光学素子の転移点３３以下までの温度履歴）で光学素子を冷却することにより、所望のレンズ性能を得ることができる。
【００７０】
図８(ａ)の第２の成形ブロック１２ａと同図(ｄ)の第３の成形ブロック１３で成形する温度特性の異なる光学素子を、図４に示す製造装置で同じ成形条件で連続して作製するためには、前記成形ブロックの持つ熱容量を調整し、それぞれの光学素子が図９(ｂ)に示す冷却工程の成形温度プロファイル３１（転移点３３が高い方）と成形温度プロファイル３２（転移点３３が低い方）で冷却をすることが重要である。
【００７１】
例えば、第２の成形ブロック１２ａで第１の転移温度３５の光学素子素材１７を、図９（ｂ）の成形温度プロファイル３１で成形できるように、製造装置の温度条件や成形サイクル等の条件設定をし、その後に第３の成形ブロック１３で第２の転移温度３６の光学素子素材１７を同一の製造装置、同一の成形条件で成形する場合、第３の成形ブロック１３の熱容量を第２の成形ブロック１２ａと同じに調整すると、第３の成形ブロック１３の光学素子は成形温度プロファイル３１を辿ることになり光学素子の性能は出ない。
【００７２】
しかし、第３の成形ブロック１３の大きさを変え熱容量を小さく調整すれば、その分だけ早く冷却ステージで冷却され、冷却勾配を変えることができるため、転移点３３が低い方の温度特性（転移温度３６）に合った成形温度プロファイル３２に合わせることが可能で、所望の光学素子の性能が得られる。従って、同一の製造装置で同一の成形サイクルで異なる温度特性の光学素子を連続して作製することが可能になる。
【００７３】
熱容量は、成形ブロック及び光学素子素材に使用する材料の比熱（Ｊ／（ｋｇ・℃））×前記材料の質量（ｋｇ）で簡単に算出できるため、例えば熱容量調整工程（熱容量調整ステージ（図示省略））において光学素子素材の温度特性に従って、適正な成形ブロックの大きさに調整が容易にできる。
【００７４】
以下図４の製造装置を用いた具体例を述べる。均熱手段８に超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金）を用い、その表面にサーメット（Ｔｉ−Ｃ−Ｍｏ−Ｎｉ）の薄膜２６を被覆した。
【００７５】
第１の加熱ステージを５３０℃、第２の加熱ステージを５６５℃、加圧成形ステージを５６５℃、冷却ステージを４９５℃、に温度設定した。また、加圧成形ステージで、成形途中に５回の減圧を行った。
【００７６】
図８(ｂ)の光学素子素材１７を含めた第２の成形ブロック１２ａの熱容量を４６Ｊ／℃に、同図(ｄ)の光学素子素材１７を含めた第３の成形ブロック１３の熱容量を２５Ｊ／℃に、熱容量調整ステージ（図示省略）でそれぞれ調整し、光学素子素材供給ステージ１９で第２の成形ブロック１２ａに転移温度５１６℃の円柱状の光学素子素材１７を、第３成形ブロック１３に転移温度５０２℃の円柱の光学素子素材１７を載置し、上記成形条件で、それぞれ独立した成形ブロックを１個ずつ混在させて９０秒間隔で上記成形条件で順次ステージを移動し光学素子を作製した結果、温度特性の異なる凹レンズとメニスカスレンズを欠陥のない所望のレンズ性能で連続的に作製することができた。
【００７７】
以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明は、各実施例記載の光学素子素材の温度特性や形状、光学素子を同時成形する数、光学素子の形状、成形ブロックの形状や熱容量、調整用胴型の材質や形状や熱容量、熱容量調整作業の手順や手段、製造装置の構造、製造装置の成形条件やステージの数、均熱手段の材質や形状、均熱手段に被覆する薄膜の材質、上ステージ表面の溝形状や本数、離型治具の形状や数、離型治具の設置方法、等に限定されるものではない。
【００７８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の光学素子の製造方法及び製造装置は、複数の独立した成形ブロック内に載置した光学素子素材を加熱炉内の均熱性の優れた同一の加熱手段により同時に加熱軟化し、加圧成形するため、昇温までに要する時間および熱分布が安定するまでに要する時間、また成形後における所定温度に降温する時間が短くてすみ、製造タクトが短い。また、光学素子素材によって、成形ブロックの熱容量を変え、適正な光学素子成形温度プロファイルに調整するため、異なる光学素子を同時に製造できることから設備コストが安くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の光学素子の製造方法および製造装置を示す図
【図２】本発明の実施例２の光学素子の製造方法および製造装置を示す図
【図３】本発明の実施例３の光学素子の製造方法および製造装置を示す図
【図４】本発明の実施例４の光学素子の製造方法および製造装置を示す図
【図５】本発明の図１に示す光学素子の製造装置のＡ断面図
【図６】本発明の実施例の均熱手段の温度分布を表すグラフ
【図７】本発明の実施例の離型治具の断面図で(ａ)は、加圧を取り除いた状態の図
(ｂ)は、加圧状態の図
【図８】(ａ)は、本発明の参考例における成形ブロックの一断面図
(ｂ)は、本発明の参考例における成形ブロックの他の断面図
(ｃ)は、本発明の実施例における成形ブロックの別の断面図
(ｄ)は、本発明の参考例における成形ブロックの別の断面図
【図９】本発明の実施例の光学素子の成形温度プロファイルで、 ( ａ )は本発明の一実施例における光学素子の成形温度特性図
(ｂ)は、本発明の別の実施例における光学素子の成形温度特性図
【符号の説明】
１ 架台
２ チャンバー
３ 第１の加熱ステージ
４ 第２の加熱ステージ
５ 加圧成形ステージ
６ 冷却ステージ
７ ヒーター
８ 均熱手段
９ シャフト
１０ 断熱板
１１ 第１の成形ブロック
１７ 光学素子素材
１９ 供給ステージ
２０ 投入プッシャー
２１ 取り出しステージ
２２ 入口シャッター
２３ 出口シャッター
２４ 離型治具
２５ 溝
２６ 薄膜
２７ 温度制御ブロック
２８ 光学素子素材供給装置
【産業上の利用分野】
本発明は、レンズやプリズム等の光学素子の素材を複数個同時に加熱軟化し加圧成形し、異なる光学素子を同じ装置で同時に作製する光学素子の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、成形型内に光学素子素材を収容して加熱軟化させ加圧成形し、高精度の光学素子を成形する方法が一般化する中、レンズコストを低減するために、複数の光学素子を同時に成形する方法や、成形サイクルを短くし連続的にプレス成形することができるレンズの成形方法が開示されている（例えば、特開昭６１ー２２７９２９号公報、特開平４−１６４８２６号公報）。
【０００３】
特開昭６１ー２２７９２９号公報記載の発明においては、貫通穴が複数箇所配設された胴型プレートに成形型と光学素子素材を載置し、加熱し一挙に加圧成形する方法が開示されている。
【０００４】
また、特開平４−１６４８２６号公報記載の発明においては、ガラス素材を挟持した一対の成形型と胴型からなる成形ブロックを、加熱、変形、冷却の各工程順に実施して行きレンズを成形する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来技術には、以下のような問題があった。
【０００６】
特開昭６１ー２２７９２９号公報記載の発明においては、複数個の成形型および光学素子素材を１つの胴型プレートに載置することにより胴型プレートの体積が増大する結果、熱容量が増すことになり、昇温までに要する時間および熱分布が安定するまでに要する時間、また成形後における所定温度に降温する時間が非常に長くなり、成形装置の能率が上がらず、生産性が著しく低いという問題があった。
【０００７】
特開平４−１６４８２６号公報記載の発明においては、加熱、変形、冷却の各工程に分割され生産効率の改善がなされたが、レンズ性能を確保するための必要な成形サイクル（成形タクト）が決まっているため、さらに生産数をアップするためには、いくつもの製造装置が必要となり、設備投資によってレンズコストを充分に下げることができなかった。また、異なるレンズを同時に生産する場合にも、別に製造装置が必要になり、レンズのコストが下がらない要因になっていた。
【０００８】
さらに、特開平４−１６４８２６号公報記載の発明の製造装置おいては、加熱、変形、冷却の各ブロック（ステージ）はヒ−タ−を埋設しただけの構造で、ブロック表面の均熱や酸化に対する処置が無いため、複数個のレンズの同時成形や大口径のレンズの成形でレンズの性能が得られないことや、ブロック表面の酸化によるブロックの劣化で寿命が短く、度々メンテナンスや交換による費用が発生していた。
【０００９】
また、成形ブロックの上成形型とブロックとの吸着あるいは密着によって上方に持ち上げられ成形作業に支障をきたすことを防ぐために、ブロック内に離型ピンや圧縮バネを埋設した構造の離型手段を採用しているが、離型ピンの位置に上成形型を配置する必要があるため複数個同時に成形する場合は、同時成形の数だけピンをブロックに埋設する必要が生じた。
【００１０】
このため、同時に成形する数が離型ピンの数で限定されることや、同時成形の数だけ離型ピン、ピン挿入穴やバネ等が必要になりコストが高くなることや、断熱板に複数の穴加工を施す必要があるため断熱効果が小さくなり、ブロックの温度分布が悪くなる等の問題があった。
【００１１】
本発明は、これらの問題点に着目してなされたもので、複数の独立した成形ブロックに必要な成形温度制御を短時間で遂行することができるとともに、安価で異なる高精度な光学素子を複数個同時に連続して成形することのできる光学素子の成形方法の提供を目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の光学素子の成形方法は、一対の成形型と胴型と熱容量調整用胴型および光学素子素材で構成されている独立した異なる成形ブロックのそれぞれの熱容量を、成形中における前記成形ブロックの温度プロファイルが少なくとも前記光学素子素材の加圧成形温度から、前記光学素子素材の転移温度以下までの冷却工程の成形温度プロファイルに一致するように前記熱容量調整用胴型の熱容量によって調整する工程と、
前記光学素子素材を載置した前記成形ブロックを加熱炉内に搬入する工程と、
加熱手段により前記光学素子素材を加熱軟化する加熱工程と、
加熱軟化した前記光学素子素材を加圧成形する加圧成形工程と、
加圧成形した前記光学素子素材を冷却し加熱炉外へ搬出する冷却工程と、
前記成形ブロックより光学素子を取り出す工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の別の光学素子の成形方法は、一対の成形型と胴型と熱容量調整用胴型および光学素子素材で構成されている複数の独立した異なる成形ブロックを同時に加熱炉内に搬入するに際し、前記成形ブロックのそれぞれの熱容量を、成形中における前記成形ブロックの温度プロファイルが少なくとも前記光学素子素材の加圧成形温度から、前記光学素子素材の転移温度以下までの冷却工程の成形温度プロファイルに一致するように前記熱容量調整用胴型の熱容量によって調整する工程と、
前記光学素子素材を載置した前記成形ブロックを加熱炉内に搬入する工程と、
加熱手段により前記光学素子素材を加熱軟化する加熱工程と、
加熱軟化した前記光学素子素材を加圧成形する加圧成形工程と、
加圧成形した前記光学素子素材を冷却し加熱炉外へ搬出する冷却工程と、
前記成形ブロックより光学素子を取り出す工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明の光学素子の製造方法は、複数の独立した成形ブロック内に載置した光学素子素材を加熱炉内の均熱性の優れた同一の加熱手段により同時に加熱軟化し、加圧成形するため、昇温までに要する時間および熱分布が安定するまでに要する時間、また成形後における所定温度に降温する時間が短くてすむため、製造タクトが短い。
【００１５】
また、光学素子素材によって、成形ブロックの熱容量を変え、適正な光学素子成形温度プロファイルに調整するため、同一の製造装置で異なる光学素子を連続して製造できる。製造装置も、複数個同時加圧成形に対応できる構造になり、安定に成形を行うことができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は本実施例１の光学素子の製造方法及び製造装置を示す、光学素子の製造装置の正面図である。
【００１８】
図１に示す光学素子の製造装置は、架台１上に加熱炉として使用するチャンバー２が設置されている。
【００１９】
チャンバー２には、成形ブロック１１を搬入する入口と冷却後の成形ブロックを搬出する出口が設けられ、それぞれに入口シャッター２２と出口シャッター２３を設置している。チャンバー入口には、供給ステージ１９を設置し、チャンバー出口には取り出しステージ２１を設置している。
【００２０】
また、チャンバー２内に第１の加熱ステージ３、第２の加熱ステージ４、加圧成形ステージ５、冷却ステージ６を設け、各ステージは、上下一対で温度制御可能なヒーター７を取り付けた温度制御ブロック２７を設け、下側の温度制御ブロック２７は、断熱板１０を介してチャンバー２に設置され、上側の温度制御ブロック２７は断熱板１０を介して、上下可動自由なシャフト９に設置され成形ブロック１１を押圧する機能を有する。
【００２１】
また、温度制御ブロック２７の表面には、均熱手段８としてＷＣを主成分とする超硬合金を取り付けている（以降の説明に於て、チャンバーに固定された温度制御ブロック２７と均熱手段８を下ステージ、シャフト９に固定された温度制御ブロック２７と均熱手段８を上ステージと称し、上下一対を表わすときステージと称する。）。
【００２２】
以下、前記均熱手段８を用いる効果を説明する。ステージの成形範囲（成形ブロックが当接する成形に必要な範囲）の中で、設定温度に対して何パーセントの温度分布（表面温度差／設定温度×１００）になっているかで均熱の良否を判断した時、ステージの成形範囲内の温度差が２．５％内でないと、その影響から光学素子の性能が悪くなる。
【００２３】
例えば、ステンレス鋼を同じステージに用いた場合の設定温度に対する温度分布は、図６の曲線４１のように８％と悪く、広範囲の均熱性が得られないため、複数個の成形や大口径の成形ができないことがわかった。この時、前記均熱手段８を用いた場合では、図６の曲線４０のように均熱性が向上し、ステージの成形範囲で設定温度に対し２．５％の温度分布が可能になった。
【００２４】
また、前記均熱手段８の表面には、例えば、耐熱、耐酸化性に優れた白金（Ｐｔ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、チタンカーバイト（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分とする薄膜２６を形成している。前記、薄膜２６を形成することによって、均熱手段８の酸化による劣化を防ぐ効果を有する。
【００２５】
図５は、図１の加圧成形ステージ５のＡ断面図を示し、上ステージには、上成形型１４と上ステージ（均熱手段８）との接触面に所望の溝２５を設けて、離型治具２４が自重で断熱板１０にぶら下がるように設置されている。
【００２６】
この離型治具２４は、例えば 図７（ａ）に示すように上ステージの加圧面より少し突出するように設置して、成形ブロック１１の上成形型１４を加圧している時は、図７（ｂ）に示す様にステージに設けた溝２５に収納できるように、上下の可動を自由にしている。
【００２７】
従来、特に加圧成形ステージでは、加圧力が大きいことと、ステージの成形温度を充分に速く伝達するようにステージ表面と成形ブロック表面を平滑に仕上げていることから、成形ブロックの上成形型と上ステージの密着性が高く、光学素子を成形した後の上ステージ上昇の際、上ステージと上成形型の密着力により、上成形型が成形ブロックから抜け出て上成形型を破損したり、成形を中断する等の問題があった。しかし、図７に示す離型治具２４を設置することにより、前記密着力より大きな力（離型治具の自重）を上成形型１４に付加することができるため、上成形型が成形ブロックより抜け出ることが防止でき前記トラブルを解決できた。
【００２８】
以下、前記光学素子の製造装置を用いた、光学素子の製造方法を図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１に示すように、光学素子素材供給ステージ１９で、上成形型、下成形型、胴型で構成された成形ブロック１１内に円柱状の光学素子素材１７を供給装置２８により載置し、独立した同一の成形ブロック１１を図５に示すように２個並べる。
【００３０】
そして、光学素子素材１７が適正な成形温度プロファイルを辿るように、光学素子の製造装置の各ステージ温度と成形サイクルを設定（制御盤は図示省略）し、その後、搬入プッシャー２０によりチャンバー２内に同一の成形ブロック１１を２個同時に搬入し、同一の加熱手段の第１の加熱ステージ３、第２の加熱ステージ４で２個同時に予備加熱する。
【００３１】
チャンバー内に設置された搬送部材（図示省略）により、成形ブロックは各ステージ間を設定された成形サイクルに従って順次移動し、一対の加圧成形ステージ５で２個の光学素子素材１７を同時に加圧し、所望の形状の光学素子に変形する。
【００３２】
この時、光学素子素材１７が円柱形状の時は加圧成形ステージ５の加圧を、加圧途中少なくとも１回以上加圧力を減圧もしくは零にしながら光学素子素材１７を変形させると、光学素子の成形面に凹み欠陥が生じることがない。
【００３３】
加圧成形後、成形ブロック１１は冷却ステージ６に搬送され所望の冷却温度まで冷却し、チャンバーの出口より搬出する。搬出された成形ブロックは、取り出しステージ２１で成形ブロック１１より光学素子を取り出す。
【００３４】
以下、図１の製造装置を用いた具体例を述べる。均熱手段８に超硬合金（ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ合金）を用い、その表面に白金−タンタル−レニウム合金（Ｐｔ−Ｔａ−Ｒｅ）の薄膜２６を被覆した。
【００３５】
光学素子素材１７は、転移点温度５３０℃の円柱素材を用いた。第１の加熱ステージを５５０℃、第２の加熱ステージを５７５℃、加圧成形ステージを５７５℃、冷却ステージを５１０℃、に温度設定した。また、加圧成形ステージ５で、成形途中に７回の減圧を行った。
【００３６】
図１に示す様にそれぞれ独立した同一の成形ブロック１１を、２個ずつ９０秒間隔で順次ステージを移動し光学素子を作製した結果、欠陥のない所望のレンズ性能の凸レンズを複数個同時に得ることができた。
【００３７】
また、加圧成形ステージにおいて、成形ブロックの上成形型が上ステージに付着することもなく、装置の連続運転が安定に行えた。
【００３８】
（実施例２）
以下、本発明の他の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図２は本実施例２の光学素子の製造方法及び製造装置を示す光学素子の製造装置の正面図である。
【００４０】
図２の光学素子の製造装置は実施例１と同じ構造の装置であり、以下前記装置を用い、異なる形状の成形ブロックで温度特性の同じ光学素材を連続して成形し、それぞれ所望の光学素子を製造する方法を説明する。
【００４１】
本実施例２で説明する、異なる形状の成形ブロックは、図８に示す第１の成形ブロック１１と第２の成形ブロック１２ａで、光学素子素材１７の所望の光学素子成形温度プロファイルを図９（ａ）に示す。なお、図８（ｃ）は本発明の実施例であり、図８（ａ），（ｂ），（ｄ）は参考例である。
【００４２】
例えば、図８(ａ)に示した第１の成形ブロック１１と、同図(ｂ)に示した第２の成形ブロック１２ａのように、光学素子成形面の形状が違い、成形される光学素子の形状が異なっても、光学素子素材１７の温度特性（少なくとも転移温度）が同じであれば、第１の成形ブロック１１と第２の成形ブロック１２ａの熱容量を調整し同等にすることで、それぞれの成形ブロックで成形される光学素子の成形温度プロファイルを同じにすることができる。
【００４３】
前記熱容量を同等に調整する方法として、片方の成形ブロック（例えば第２の成形ブロック１２ａとする）の大きさを変えて、熱容量をもう一方の成形ブロック（例えば第１の成形ブロック１１とする）に合わせる方法がある。
【００４４】
前記成形ブロックの大きさを変えるために、精密な形状を有する上成形型１４や下成形型１５に、加工を施すことや新たに作り直すことは難しくコストがかかるため、胴型１６の大きさを調整することが望ましい。
【００４５】
熱容量は、成形ブロック及び光学素子素材に使用する材料の比熱（Ｊ／（ｋｇ・℃））×前記材料の質量（ｋｇ）で簡単に算出できるため、例えば熱容量調整工程（熱容量調整ステージ（図示省略））において適正な成形ブロックの大きさに調整が容易にできる。
【００４６】
前記光学素子の製造方法によれば、同じ製造装置で同じ成形条件で、第１の成形ブロック１１と第２の成形ブロック１２ａを、混在させて成形を行ったとしても、前記どちらの成形ブロックにおいても、図９（ａ）に示す光学素子素材１７の温度特性（転移温度３４）に合った適正な成形温度プロファイル３０に合わすことができるため、双方で同時に所望の光学素子が得られる。
【００４７】
また、図１に示す製造装置と同様の装置を使用することで、実施例１同様に複数個同時に連続して製造することが可能である。
【００４８】
以下図２の製造装置を用いた具体例を述べる。均熱手段８に超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ合金）を用い、その表面に窒化チタンアルミニウム合金（Ｔｉ−Ｎ−Ａｌ）の薄膜２６を被覆した。
【００４９】
本発明の実施例１と同様に、第１の加熱ステージを５５０℃、第２の加熱ステージを５７５℃、加圧成形ステージを５７５℃、冷却ステージを５１０℃、に温度設定した。また、加圧成形ステージで、成形途中に７回の減圧を行った。
【００５０】
光学素子素材１７を含めた図８(ａ)の第１の成形ブロック１１と同図(ｂ)の第２の成形ブロック１２ａの個々の熱容量を４６Ｊ／℃に、熱容量調整ステージ（図示省略）でそれぞれ調整し、光学素子素材供給ステージ１９で第１の成形ブロック１１と第２の成形ブロック１２ａに転移点温度５３０℃の円柱状の光学素子素材１７を載置し、上記成形条件で、それぞれ独立した成形ブロックを２個ずつ混在させて９０秒間隔で上記成形条件で順次ステージを移動し光学素子を作製した結果、同じ温度特性で形状の異なる凸レンズ、凹レンズ、を複数個同時に欠陥のない所望のレンズ性能で作製することができた。
【００５１】
（実施例３）
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００５２】
図３は、本実施例３の光学素子の製造方法及び製造装置を示す光学素子の製造装置の正面図である。
【００５３】
図３の光学素子の製造装置は、実施例１と同じ構造の装置であり、以下前記装置を用い、実施例２と同様に異なる形状の成形ブロックで、温度特性の同じ光学素材を連続して成形し、それぞれ所望の光学素子を製造する他の方法を説明する。
【００５４】
本実施例３で説明する、異なる形状の成形ブロックは、図８(ａ)に示す第１の成形ブロック１１と同図(ｃ)に示す第２の成形ブロック１２ｂで、光学素子素材１７の所望の光学素子成形温度プロファイルを図９（ａ）に示す。図８(ｃ)に示す第２の成形ブロック１２ｂは、同図(ｂ)に示す第２の成形ブロック１２ａと同じ形状の上成形型１４、下成形型１５を有するが、胴型は、胴型１６とは別に調整用胴型１８も有する。
【００５５】
実施例２で説明した様に、例えば胴型１６の大きさを変えて熱容量の調整する場合、加工を施すか別に胴型１６を新たに作製する方法がある。
【００５６】
しかし、胴型に加工を施す場合は熱容量を小さくする時に限られることや、胴型を新たに作製する場合に光学素子の仕様から、胴型と上下成形型に高精度な加工やはめあい精度を必要とする時は、製作コストが非常に高くなることがある。
【００５７】
実施例２とは別な方法として、図８(ｂ)の第２の成形ブロック１２ａの変わりに、同図(ｃ)の第２の成形ブロック１２ｂのように、熱容量の調整用胴型１８を具備する成形ブロックにする方法がある。胴型１６と調整用胴型１８のはめあいの精度を緩くしてもレンズの性能には影響がなく、低コストで調整用胴型１８を作製できる利点がある。
【００５８】
また、調整用胴型１８は光学素子と当接する部分がないので、ガラスとの反応や酸化等を考慮する必要がなく、素材の選択が自由で、上成形型１４、下成形型１５、胴型１６等の構成材料よりも加工性が良く、安価な材料で製作できる利点もある。調整用胴型１８の構成材料は、例えば、アルミニウム、鉄鋼、ステンレス鋼等でも構わない。
【００５９】
実際に、図８(ｃ)に示す第２の成形ブロック１２ｂを、同図(ｂ)に示す第２の成形ブロック１２ａの変わりに用いても、実施例２ですでに説明したように、成形する光学素子素材１７の温度特性（転移温度３４）が同じであれば、例えば、図８(ａ)に示す第１の成形ブロック１１、同図(ｃ)第２の成形ブロック１２ｂの熱容量を調整し同等にすることで、前記どちらの成形ブロックにおいても、図９（ａ）に示す光学素子素材１７の温度特性（転移温度３４）に合った適正な成形温度プロファイル３０に合わすことができるため、成形される光学素子の形状が異なっても、図３の製造装置で、前記双方の成形ブロック混在して成形しても所望の光学素子が得られる。
【００６０】
また、図１に示す製造装置と同様の装置を使用することで、実施例１同様に複数個同時に連続して製造することが可能である。
【００６１】
以下、図３の製造装置を用いた具体例を述べる。均熱手段８の母材及びその表面の薄膜２６は、実施例２と同じ材質とした。
【００６２】
本発明の実施例１と同様に、第１の加熱ステージを５５０℃、第２の加熱ステージを５７５℃、加圧成形ステージを５７５℃、冷却ステージを５１０℃、に温度設定した。また、加圧成形ステージで、成形途中に７回の減圧を行った。
【００６３】
図８(ａ)の光学素子素材１７を含む第１の成形ブロック１１の熱容量を４６Ｊ／℃、図８(ｃ)の光学素子素材１７を含む第２の成形ブロック１２ｂの熱容量を２９Ｊ／℃とし、熱容量調整ステージ（図示省略）において、熱容量１７Ｊ／℃の調整用胴型１８を第２の成形ブロック１２ｂに装着し、素材供給ステージ１９で転移点温度５３０℃の２種類の円柱形状の光学素子素材を、それぞれの成形ブロックに供給して上記成形条件において、２個ずつ混在して９０秒間隔で順次ステージを移動し光学素子を作製した結果、同じ温度特性で形状の異なる凸レンズ、凹レンズ、を複数個同時に欠陥のない所望のレンズ性能で作製することができた。
【００６４】
（実施例４）
以下、本発明の他の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００６５】
図４は本実施例４の光学素子の製造方法及び製造装置を示す光学素子の製造装置の正面図である。
【００６６】
図４の光学素子の製造装置は、実施例１と同じ構造の装置であり、以下前記装置を用い異なる形状の成形ブロックで、異なる温度特性の光学素材を連続して成形し、それぞれ所望の光学素子を製造する方法を説明する。
【００６７】
本実施例４で説明する、異なる形状の成形ブロックは、図８(ａ)に示す第２の成形ブロック１２ａと同図(ｄ)に示す第３の成形ブロック１３で、例えば第２の成形ブロック１２ａで成形する光学素子素材１７は、図９（ｂ）に示す第１の転移温度３５（転移点３３が高い方）の特性を有し、第３の成形ブロック１３で成形する光学素子素材１７は図９（ｂ）に示す第２の転移温度３６（転移点３３が低い方）の特性を有する。
【００６８】
前記転移点３３が高い方の光学素子素材１７の適正な成形温度プロファイルを図９（ｂ）の３１（太線）に示し、前記転移点３３が低い方の光学素子素材１７の適正な成形温度プロファイルを図９（ｂ）の３２（細線）に示す。
【００６９】
温度特性の異なる光学素子をそれぞれ成形する場合、それぞれの光学素子の特性にあった成形温度プロファイルが必要で、基本的に、前記光学素子を成形する過程の中の冷却工程において、適正な冷却温度プロファイル（プレス温度から光学素子の転移点３３以下までの温度履歴）で光学素子を冷却することにより、所望のレンズ性能を得ることができる。
【００７０】
図８(ａ)の第２の成形ブロック１２ａと同図(ｄ)の第３の成形ブロック１３で成形する温度特性の異なる光学素子を、図４に示す製造装置で同じ成形条件で連続して作製するためには、前記成形ブロックの持つ熱容量を調整し、それぞれの光学素子が図９(ｂ)に示す冷却工程の成形温度プロファイル３１（転移点３３が高い方）と成形温度プロファイル３２（転移点３３が低い方）で冷却をすることが重要である。
【００７１】
例えば、第２の成形ブロック１２ａで第１の転移温度３５の光学素子素材１７を、図９（ｂ）の成形温度プロファイル３１で成形できるように、製造装置の温度条件や成形サイクル等の条件設定をし、その後に第３の成形ブロック１３で第２の転移温度３６の光学素子素材１７を同一の製造装置、同一の成形条件で成形する場合、第３の成形ブロック１３の熱容量を第２の成形ブロック１２ａと同じに調整すると、第３の成形ブロック１３の光学素子は成形温度プロファイル３１を辿ることになり光学素子の性能は出ない。
【００７２】
しかし、第３の成形ブロック１３の大きさを変え熱容量を小さく調整すれば、その分だけ早く冷却ステージで冷却され、冷却勾配を変えることができるため、転移点３３が低い方の温度特性（転移温度３６）に合った成形温度プロファイル３２に合わせることが可能で、所望の光学素子の性能が得られる。従って、同一の製造装置で同一の成形サイクルで異なる温度特性の光学素子を連続して作製することが可能になる。
【００７３】
熱容量は、成形ブロック及び光学素子素材に使用する材料の比熱（Ｊ／（ｋｇ・℃））×前記材料の質量（ｋｇ）で簡単に算出できるため、例えば熱容量調整工程（熱容量調整ステージ（図示省略））において光学素子素材の温度特性に従って、適正な成形ブロックの大きさに調整が容易にできる。
【００７４】
以下図４の製造装置を用いた具体例を述べる。均熱手段８に超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金）を用い、その表面にサーメット（Ｔｉ−Ｃ−Ｍｏ−Ｎｉ）の薄膜２６を被覆した。
【００７５】
第１の加熱ステージを５３０℃、第２の加熱ステージを５６５℃、加圧成形ステージを５６５℃、冷却ステージを４９５℃、に温度設定した。また、加圧成形ステージで、成形途中に５回の減圧を行った。
【００７６】
図８(ｂ)の光学素子素材１７を含めた第２の成形ブロック１２ａの熱容量を４６Ｊ／℃に、同図(ｄ)の光学素子素材１７を含めた第３の成形ブロック１３の熱容量を２５Ｊ／℃に、熱容量調整ステージ（図示省略）でそれぞれ調整し、光学素子素材供給ステージ１９で第２の成形ブロック１２ａに転移温度５１６℃の円柱状の光学素子素材１７を、第３成形ブロック１３に転移温度５０２℃の円柱の光学素子素材１７を載置し、上記成形条件で、それぞれ独立した成形ブロックを１個ずつ混在させて９０秒間隔で上記成形条件で順次ステージを移動し光学素子を作製した結果、温度特性の異なる凹レンズとメニスカスレンズを欠陥のない所望のレンズ性能で連続的に作製することができた。
【００７７】
以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明は、各実施例記載の光学素子素材の温度特性や形状、光学素子を同時成形する数、光学素子の形状、成形ブロックの形状や熱容量、調整用胴型の材質や形状や熱容量、熱容量調整作業の手順や手段、製造装置の構造、製造装置の成形条件やステージの数、均熱手段の材質や形状、均熱手段に被覆する薄膜の材質、上ステージ表面の溝形状や本数、離型治具の形状や数、離型治具の設置方法、等に限定されるものではない。
【００７８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の光学素子の製造方法及び製造装置は、複数の独立した成形ブロック内に載置した光学素子素材を加熱炉内の均熱性の優れた同一の加熱手段により同時に加熱軟化し、加圧成形するため、昇温までに要する時間および熱分布が安定するまでに要する時間、また成形後における所定温度に降温する時間が短くてすみ、製造タクトが短い。また、光学素子素材によって、成形ブロックの熱容量を変え、適正な光学素子成形温度プロファイルに調整するため、異なる光学素子を同時に製造できることから設備コストが安くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の光学素子の製造方法および製造装置を示す図
【図２】本発明の実施例２の光学素子の製造方法および製造装置を示す図
【図３】本発明の実施例３の光学素子の製造方法および製造装置を示す図
【図４】本発明の実施例４の光学素子の製造方法および製造装置を示す図
【図５】本発明の図１に示す光学素子の製造装置のＡ断面図
【図６】本発明の実施例の均熱手段の温度分布を表すグラフ
【図７】本発明の実施例の離型治具の断面図で(ａ)は、加圧を取り除いた状態の図
(ｂ)は、加圧状態の図
【図８】(ａ)は、本発明の参考例における成形ブロックの一断面図
(ｂ)は、本発明の参考例における成形ブロックの他の断面図
(ｃ)は、本発明の実施例における成形ブロックの別の断面図
(ｄ)は、本発明の参考例における成形ブロックの別の断面図
【図９】本発明の実施例の光学素子の成形温度プロファイルで、 ( ａ )は本発明の一実施例における光学素子の成形温度特性図
(ｂ)は、本発明の別の実施例における光学素子の成形温度特性図
【符号の説明】
１ 架台
２ チャンバー
３ 第１の加熱ステージ
４ 第２の加熱ステージ
５ 加圧成形ステージ
６ 冷却ステージ
７ ヒーター
８ 均熱手段
９ シャフト
１０ 断熱板
１１ 第１の成形ブロック
１７ 光学素子素材
１９ 供給ステージ
２０ 投入プッシャー
２１ 取り出しステージ
２２ 入口シャッター
２３ 出口シャッター
２４ 離型治具
２５ 溝
２６ 薄膜
２７ 温度制御ブロック
２８ 光学素子素材供給装置
Claims (9)
- 一対の成形型と胴型と熱容量調整用胴型および光学素子素材で構成されている独立した異なる成形ブロックのそれぞれの熱容量を、成形中における前記成形ブロックの温度プロファイルが少なくとも前記光学素子素材の加圧成形温度から、前記光学素子素材の転移温度以下までの冷却工程の成形温度プロファイルに一致するように前記熱容量調整用胴型の熱容量によって調整する工程と、
前記光学素子素材を載置した前記成形ブロックを加熱炉内に搬入する工程と、
加熱手段により前記光学素子素材を加熱軟化する加熱工程と、
加熱軟化した前記光学素子素材を加圧成形する加圧成形工程と、
加圧成形した前記光学素子素材を冷却し加熱炉外へ搬出する冷却工程と、
前記成形ブロックより光学素子を取り出す工程を含むことを特徴とする光学素子の成形方法。 - 一対の成形型と胴型と熱容量調整用胴型および光学素子素材で構成されている複数の独立した異なる成形ブロックを同時に加熱炉内に搬入するに際し、前記成形ブロックのそれぞれの熱容量を、成形中における前記成形ブロックの温度プロファイルが少なくとも前記光学素子素材の加圧成形温度から、前記光学素子素材の転移温度以下までの冷却工程の成形温度プロファイルに一致するように前記熱容量調整用胴型の熱容量によって調整する工程と、
前記光学素子素材を載置した前記成形ブロックを加熱炉内に搬入する工程と、
加熱手段により前記光学素子素材を加熱軟化する加熱工程と、
加熱軟化した前記光学素子素材を加圧成形する加圧成形工程と、
加圧成形した前記光学素子素材を冷却し加熱炉外へ搬出する冷却工程と、
前記成形ブロックより光学素子を取り出す工程を含むことを特徴とする光学素子の成形方法。 - 前記複数かつ同時に加熱炉内に搬入する成形ブロックは、少なくとも同一の光学素子素材、同一の光学素子、異種の光学素子素材、または異種の光学素子を成形するための成形ブロックである請求項２に記載の光学素子の成形方法。
- 熱容量の調整は、前記熱容量調整用胴型の大きさを変えることによって行う請求項１または２に記載の光学素子の成形方法。
- 熱容量の調整は、前記熱容量調整用胴型の構成母材を変えることによって行う請求項１または２に記載の光学素子の成形方法。
- 加熱炉内の、加熱工程、加圧成形工程、冷却工程には、それぞれの温度制御可能な一対のステージを一つもしくは複数具備しており、前記ステージ間を成形ブロックが前記工程順に移動する請求項１または２に記載の光学素子の成形方法。
- 複数のステージの少なくとも一つには、前記ステージに滞留する一対の成形型と胴型からなる成形ブロックと温度制御手段との間に、直接前記成形ブロックに当接するような均熱手段が設けられている請求項６に記載の光学素子の成形方法。
- 加熱軟化した光学素子素材を加圧成形する工程では、加圧途中少なくとも一回以上加圧力を減圧もしくは零にする請求項１または２に記載の光学素子の成形方法。
- 光学素子素材は、円柱体である請請求項１または２に記載の光学素子の成形方法。
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