JP4549820B2 - モールドプレス成形型及びその製造方法、並びに光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスレンズなどの光学素子、特に、光ピックアップや小型撮像機器などに用いることができる、偏心精度、肉厚精度、面精度などが極めて高い高精度な光学素子を成形するためのモールドプレス成形型及びその製造方法、並びに光学素子の製造方法に関する。

ガラスなどの成形素材を、加熱により軟化し、所定形状に精密加工した上下一対の成形型でプレス成形することにより、レンズなどの光学素子を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特許文献１には、加圧前には上型の上面に接触し、加圧時には案内型の上面に接触する押し板を備え、押し板を介して上型を上方から加圧することにより、上下型の軸ずれを抑えて、偏心精度や肉厚精度の良いピックアップレンズなどを成形する方法が記載されている。

特許文献２には、コマ収差が極めて小さいマイクロレンズなどを成形する成形型が記載されている。ここでは、上型及び下型の接近方向を第１の胴型によって規制しながら、第１の胴型の外周に配置された第２の胴型に上型と下型が当接するまで加圧し、成形体と成形型の冷却を、第２の胴型の上下方向の熱収縮量がガラス成形体の熱収縮量以上になる条件下で行うことにより、ガラス成形体をさらに加圧している。

特許文献３には、胴型内径と一対の金型の外径の案内部を二段にし、前記胴型の端部に近い、径の大きな第一の部分の金型とのクリアランスを、キャビティに近い、径の小さな第二の部分に比べて小さくし、さらに、前記胴型の径の大きな第一の部分に比べて、胴型の第一の部分とはめあう金型の長さを短くしたレンズ用金型が開示されている。これによって、一対の金型の中心軸の一致精度を上げたままで、スムーズに組み込みができるようにしている。

特許文献４には、静止型と摺動型の間に、胴型の内周面で位置決めされる筒状の枠型を設けた成形型が記載されている。

特公平２−２８４６０号 特開２００２−２９７６３号 実公平４−１４４２９号 特開２００２−２３４７４２号

光ピックアップや、携帯端末用の小型撮像機器などに用いられる光学素子は、光学的要求性能が極めて高く、その多くは両非球面形状を有する。特に、記録密度の高い大容量光記録用ピックアップにおいては、光源波長を短波長側（４５０ｎｍ以下など）にすることが求められ、また、対物レンズとしては、開口数の大きな（ＮＡ０．７以上など）非球面レンズを用いることが求められている。

このようなレンズは、従来のものに比べて、曲率半径が小さく、光軸に直交する面に対するレンズ面の傾き角が４０度以上、場合によっては５０度以上となる。このため、偏心感度が極めて高くなり、レンズの第１面の軸と、第２面の軸との一致性（同軸性）を厳しく管理しなければならず、製造公差に余裕がない。例えば、第１面の軸と第２面の軸との水平方向への軸ずれは１０μｍ以内、特に、高開口数のものでは０〜５μｍ程度の範囲としなければならず、このような狭い公差範囲で高度の同軸性を確保しなければならない。
さらに、携帯端末用の小型撮像機器などに用いられる光学素子は、小型化の傾向が顕著であり、直径５ｍｍ以下、場合によっては２ｍｍ以下の小径レンズにおいて、上記の精度を達成しなければならない。

これらの小径精密レンズを安定に生産するためには、モールドプレス成形型において、胴型内での上下型の水平方向のずれ（以下、「シフト」という）を抑えるために、胴型と上下型のクリアランスを小さくすることが必要であり、さらに、そのようなタイトなクリアランスでも生じ得る上下型の相対的な倒れ（以下、「ティルト」という）を抑制することも必要となってくる。

例えば、特許文献１に記載された成形型では、押し板の当接によって胴型に対する上型と、下型の倒れをある程度は防止することができる。
しかしながら、さらに精度の高い光学素子とするためには、上型と胴型のクリアランスをさらに小さくするとともに、上型と胴型の摺動長を十分にとらなければ、ティルトが抑止できない。このため上型の摺動部を、レンズに必要とされる偏心精度にあわせて長くする必要があるが、数ｍｍ以内の細径に形成されている上型や下型を長くすると折れやすくなってしまい、プレス時の摺動の繰り返しによって破損してしまう。

また、型素材には、耐熱性に優れたセラミックスや超硬などの高硬度材（難削材）が一般に用いられるため、胴型の内周面が、例えば、径φ３ｍｍ以下の細長い長穴を穿設することによって形成される場合、要求される寸法精度（穴径）や形状精度（穴の真円度、円筒度、直角度など）を満足するように、数ミクロン以下の加工誤差で製作することは容易ではない。
特許文献２に開示された成形型においても、上型の破損や胴型の加工性については同様の問題がある。

特許文献３に記載された金型は、キャビティに近い部分の金型の外径を、他の部分より小さくして二段にし、金型と胴型のはめあいの案内を、クリアランスを適切に設定することにより、キャビティから遠い、外径の大きな部分で行うように構成している。これにより、一対の金型の中心軸の一致精度を上げた状態のままで、スムーズに金型を胴型に組み込むことができるようになっている。
実際、このような構造を用いると、胴型の径の小さな部分では、一対の金型との接触がない状態でプレス成形が行えるため、一対の金型の破損が少なくなると思われる。

ところで、特許文献３に示されるような胴型を製作するには、通常、胴型の内周面を形成する除去加工が行われ、この加工は、加工具を用いた切削加工又は研削加工によって行われる。この際、胴型をチャック保持した状態で回転させながら一端から加工具を接触させることにより、内周面を加工することができる。

しかしながら、この胴型は小径部分と大径部分が一体に形成されていることから、大径部分から小径部分に向かう加工に続けて、小径部分から大径部分に移る加工は、一方向からの加工で行うことができない。この場合には、小径部分を加工した後に胴型のチャック保持を解除し、胴型の向きを反転させて再度チャックしてから、胴型の他端から大径部分の加工を行うというように、胴型をチャックし直す必要がある。すなわち、胴型の一端からの加工を行った後に胴型の保持姿勢を変え、再び他端から加工するのである。
このとき、チャック保持の精度を高く維持したとしても、胴型をチャックし直したときに内周面の一端側と他端側との同軸性が損なわれることは避けられず、これが数μｍ程度のずれであったとしても、この胴型を用いたプレス成形では、一対の成形面の中心軸のずれが、光学素子の偏心精度に悪影響を及ぼしてしまう。
このように、特許文献３に記載された金型には、高度の同軸性を確保する上で避けられない問題がある。

特許文献４の成形型では、光ピックアップや光通信に用いられる光学素子を生産性高く製造できると記載されている。
しかしながら、この成形型では、枠型と摺動型が接触すると成形面が破損するため、枠型と摺動型の間に隙間が設けられているが、隙間にはみ出したガラスが枠型を噛みこみ、レンズと枠型の分離が困難になるという問題がある。また、上型にレンズが貼りつく現象（特に、上型の成形面が凸面の場合に、成形体と型材の熱膨張率の差により生じやすい）を防止することも困難である。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、摺動型、静止型及び胴型の形状により、型破損を抑止しつつ、偏心精度、肉厚精度、面精度などが極めて高い高精度な光学素子を成形することができるモールドプレス成形型及びその製造方法、並びに光学素子の製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため本発明のモールドプレス成形型は、対向する成形面が形成された摺動型及び静止型と、前記摺動型及び前記静止型をそれぞれ両端側から挿入可能とする胴型とを備えたモールドプレス成形型であって、前記摺動型は、前記胴型に収容されて摺動ガイドされる大径部と、先端に成形面が形成された小径部とを備え、前記静止型は、前記胴型に収容される大径部と、先端に成形面が形成された小径部とを備え、前記胴型は、内周面が一定径となるように、又は内周面が一端から他端に向かって縮径するように除去加工された内周大径部を形成する外胴型と、前記外胴型内に収容され、内周小径部を形成する内胴型とを備え、前記外胴型の内周大径部は、前記摺動型の大径部を収容して摺動ガイドするとともに、前記静止型の大径部を収容可能に形成され、前記内胴型の内周小径部は、前記摺動型の小径部、及び前記静止型の小径部を、それぞれ収容可能に形成されているとともに、前記摺動型の小径部を収容可能に形成された部分と、前記静止型の小径部を収容可能に形成された部分の直径を異ならせることによって、これらの部分の境界に段部が形成され、かつ、これらの部分のうち直径が大きい側の内周面が、当該モールドプレス成形型によって成形される成形体の側面を成形する面である構成としてある。

このように構成すれば、摺動型、静止型及び胴型の形状により、型破損を抑止しつつ、偏心精度、肉厚精度、面精度などが極めて高い高精度な光学素子を成形することができる。特に、成形面が小さい成形型であっても、偏心精度に影響する摺動ガイド部分の径を大きくし、成形型の耐久性及び成形体の成形精度を向上させることができる。
しかも、胴型は、外胴型と内胴型とを備え、外胴型の内周面の加工は、外胴型を形成する型素材の保持を維持したまま連続的に加工できるので、胴型の加工誤差に起因する偏心精度の低下を回避し、偏心精度をさらに高めることができる。
さらに、前記特許文献４に記載の発明に潜在するレンズと枠型との分離困難という問題も生じない。
さらに、成形される成形体の側面を成形する面を内胴型の内周面に設けているので、プレス成形後に芯取り加工などの後加工を行うことなく、プレス成形のみで得ようとする光学素子の最終形状とできることから、芯取り加工の困難な小径レンズに極めて適し、生産性を飛躍的に向上させることができることに加え、内胴部の内周小径部に段部を形成することで、プレス成形を行った後、成形体の外縁部を、内周小径部の段部に当接させることにより、成形面に付着した成形体を強制的に離型させることができる。

また、本発明のモールドプレス成形型は、前記摺動型における大径部の軸方向の長さをＬ１とし、前記摺胴型における小径部の軸方向の長さをＬ２とするとき、Ｌ１＞Ｌ２が成り立つ構成としてある。
このように構成すれば、胴型に摺動型を挿入したとき、まず、摺動型の大径部が胴型に摺動ガイドされてから、摺動型の小径部が胴型に接触するので、摺動型の小径部が胴型内に不意に接触して傷つくことが抑制できる。

また、本発明のモールドプレス成形型は、前記外胴型にピン挿通孔を設け、前記ピン挿通孔に通したピンにより前記内胴型を係止した構成としたり、前記外胴型の内径を段付きに加工し、当該段で前記内胴型を係止した構成としたりすることができる。

また、本発明における光学素子の製造方法は、成形素材を軟化した状態でプレス成形する光学素子の製造方法において、上記いずれかのモールドプレス成形型を用いる方法としてある。
このような方法にすれば、型破損を抑止しつつ、偏心精度の高い光学素子を成形することができる。

また、本発明における光学素子の製造方法は、成形素材が軟化した状態でプレス成形を行った後、成形体の外縁部を、前記内胴型の内周小径部に設けられた段部に当接させることにより、成形面に付着した成形体を強制的に離型させる方法としてある。
このような方法にすれば、成形面に対する成形体の貼り付きを防止し、生産性や面精度を向上させることができる。また、プレス成形された成形体を光学素子の最終形状とし、成形体の後加工を省く方法とすれば、芯取り加工などの後加工を不要にし、生産性を高めることができる。このような方法とすることは、特に、後加工のハンドリング性が悪い小径レンズにおいて有利である。

また、本発明におけるモールドプレス成形型は、対向する成形面が形成された摺動型及び静止型と、前記摺動型及び前記静止型をそれぞれ両端側から挿入可能とする胴型とを備えたモールドプレス成形型の製造方法であって、前記胴型に収容されて摺動ガイドされる大径部と、先端に成形面が形成された小径部とを備えた前記摺動型を加工する工程と、前記胴型に収容される大径部と、先端に成形面が形成された小径部とを備えた前記静止型を加工する工程と、前記摺動型の大径部を収容して摺動ガイドするとともに、前記静止型の大径部を収容可能に形成された内周大径部を有する外胴型と、前記外胴型内に収容され、前記摺動型の小径部、及び前記静止型の小径部を、それぞれ収容可能に形成された内周小径部を有する内胴型とを備えた胴型を加工する工程とを有し、かつ、前記胴型を加工する工程において、前記外胴型を形成する型素材の保持を維持した状態で前記型素材の内周面を連続的に除去加工して、前記外胴型の内周大径部を形成する工程を含む方法により製造することができる。

このような方法によりモールドプレス成形型を製造すれば、外胴型が形成する内周大径部の一端側と他端側との同軸性を、胴型に内周大径部と内周小径部とを一体形成する場合の内周大径部の一端側と他端側との同軸性に比べ、よりいっそう高めることができる。したがって、胴型の加工誤差に起因する偏心精度の低下を回避し、偏心精度をさらに高めた高精度な光学素子の成形が可能となる。

以上のように、本発明によれば、摺動型、静止型及び外胴型と内胴型とを備えた胴型の構造により、モールドプレス形成時の型破損を抑止しつつ、偏心精度、肉厚精度、面精度などが極めて高い高精度な光学素子を成形することができる。特に、成形面が小さい成形型であっても、偏心精度に影響する摺動ガイド部分の径を大きくし、成形型の耐久性及び成形体の成形精度を向上させることができる。
しかも、胴型は、外胴型と内胴型とを備え、外胴型の内周面が外胴型を形成する型素材の保持を解除せずに連続的に、すなわち、型素材の保持を維持したままの状態で一方向に除去加工されるので、胴型の加工誤差に起因する偏心精度の低下を回避し、偏心精度をさらに高めることができる。
その上、外径が異なる光学素子を成形する場合には、内胴型、摺動型、静止型のみを変更し、外胴型はそのまま使用することができる。これは、型素材が高価であることや、極めて高い加工精度が要求されることを考慮すると、量産上のメリットはきわめて絶大である。
このような本発明は、例えば、開口数（ＮＡ）０．７以上の光ピックアップにおける対物レンズや、携帯端末用の小型撮像機器における撮像レンズなどに代表される精密光学素子の主要な要求精度の全てに対し、十分に応えることができるものである。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。

［モールドプレス成形型］
本実施形態における具体的な実施例を図１〜図３に示す。図１は、本発明の第一実施例に係るモールドプレス成形型の断面図、図２は、本発明の第二実施例に係るモールドプレス成形型の断面図、図３は、本発明の第三実施例に係るモールドプレス成形型の断面図である。

これらの図に示すように、本実施形態のモールドプレス成形型（以下、単に成形型という）は、上型１０と、下型２０と、胴型３０とを備えて構成されている。
上型１０及び下型２０は、上型１０と下型２０の間で成形素材（プリフォーム）４０をプレス成形するために、あるいは、成形素材４０の供給や成型品の取り出しに際して成形型を開放するために、上下動可能となっている。
なお、本実施形態の成形型では、プレス成形時において、上型１０が摺動し、下型２０が静止しているので、上型１０が摺動型、下型２０が静止型である。

上型１０は、大径部１１と、大径部１１の下端から下方に突出する小径部１２とを備えている。上型１０の成形面１３は、小径部１２の先端に形成されており、成形面中心（非球面の場合、非球面中心）と、大径部１１及び小径部１２の外周面の軸心は一致している。ここで、大径部１１の径はＤ１、小径部１２の径はＤ２である。

胴型３０は、上型１０の大径部１１を収容して、プレス成形時に摺動ガイドする内周大径部３１を形成する外胴型３３と、その内周に配置され、上型１０の小径部１２を収容する内周小径部３２を形成する内胴型３４とから構成されており、胴型３０の内周面（内周大径部３１及び内周小径部３２）の軸心は、すべて上型１０の成形面１３の成形面中心に一致するように加工される。また、後述するように、外胴型３３により形成される内周大径部３１は、下型の大径部を収容可能となるようにも形成されており、内胴型３４により形成される内周小径部３２は、下型の小径部を収容可能となるようにも形成されている。
なお、内周大径部３１の内径はＤ１、内周小径部３２の内径はＤ２である（特記しないかぎり、径の値は摺動クリアランス分を含めずに表記する）。

ここで、上型１０の大径部１１の軸方向の長さをＬ１、小径部１２の軸方向の長さをＬ２とするとき、Ｌ１＞Ｌ２が成り立つことが好ましい。このようにすると、胴型３０の上端開口から上型１０を挿入したとき、まず、上型１０の大径部１１が胴型３０に接触し、胴型３０の内周大径部３１に摺動ガイドされた後に、径の小さい上型１０の小径部１２が胴型３０の内周小径部３２に接触することができる。この条件が確保されることにより、上型１０の小径部１２が胴型３０内に不意に接触して傷つくことが抑制できる。これは、上型１０の小径部１２の径が小さい場合（例えば、得ようとするレンズが５ｍｍ以下の場合など）に、特に有効である。

なお、Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）≧０．６、さらには、Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）≧０．７であることがより好ましい。
また、小径部１２及びその先端の破損をより確実に防ぐためには、Ｄ２／Ｄ１≧０．２５であることが好ましい。

胴型３０を構成する外胴型３３は、次のような加工方法によって作製される。すなわち、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４などのセラミックや、ＷＣ、ＴｉＣなどからなる円柱状の素材中央部をくり抜き加工した型素材、あるいは、鋳造、焼結、鍛造、押出成形などにより、予め円筒状に形成した型素材を用いて、その型素材をチャック保持した状態で回転させながら、刃物、砥石、研磨体などの加工具を型素材の内周面の一端側に接触させつつ、他端側に移動させて連続的に除去加工を行い、内周径（Ｄ１）が予定寸法となるように高精度に加工される。ここで、除去加工とは、型素材の内周面を所望の精度に形成するための機械加工であって、切削、研削、研磨などの加工手段を含むものである。また、胴型３０を構成する外胴型３３の下面は、外胴型３３の軸心と垂直で、かつ、平滑に平面加工されている。

これにより、外胴型３３が形成する内周大径部３１の一端側と、内胴型３４を介して他端側に位置する内周大径部３１の他端側との同軸性を、胴型３０に内周大径部３１及び内周小径部３２を一体形成する場合（胴型の保持姿勢を変え、両端からの加工が必要）の内周大径部３１の一端側と他端側との同軸性に比べ、よりいっそう高めることができる。
したがって、上型１０と下型２０とのシフトやティルトは、実質的に上型１０の大径部１１及び下型２０の大径部２２と、外胴型３３の内周大径部３１との間のクリアランスのみによって発生し、このクリアランスを制御することで、シフトやティルトの発生を抑制することができるようになる。

ここで、外胴型３３に内周大径部３１を形成するには、上下型１０、２０との摺動部を含めて長い距離にわたって除去加工をしなければならないが、除去加工をする部分の内径をレンズ径より相当に大きくできるため、加工精度を高くすることができる。また、レンズ径と同等の小さな内径で除去加工をする必要のある内胴型３４にあっても、その加工距離は短くてすむため、高精度の加工が可能である。

内胴型３４を外胴型３３の内周に配置するにあたり、内胴型３４は外胴型３３の外側から挿入される複数（例えば３〜６）のピン３５で固定することができる。通常、これらのピン３５は、ほぼ同一の高さで、周方向に所定の間隔をあけて設けられ、外胴型３３の外周には、ピン３５を抜け止めする抜け止めリング３６が装着されている（図１参照）。
このとき、内胴型３４と外胴型３３の間のクリアランスは、１〜５μｍとし、外胴型３３内における内胴型３４の水平方向のずれを防止するのが好ましい。

外胴型３３に対する内胴型３４の位置固定構造としては、図２や図３に示すものを用いてもよい。図２に示す成形型では、頭部付きのピン３７を外胴型３３の内側から挿入し、ピン３７の頭部で内胴型３４を位置固定している。また、図３に示す成形型では、外胴型３３の内周面に段部３３ａを形成し、この段部３３ａで内胴型３４を位置固定している。この場合、外胴型３３の内周面は、一定径ではなくなるが、内周面が一端から他端に向かって縮径、すなわち、径が小さくなっているので、除去加工により内周面を形成する場合には、チャック保持を維持したまま連続的に加工し得る形状である。つまり、一端から他端に向かって内周面が縮径し、再び拡径して径が大きくなる部分がないため、このような連続的な加工が可能となる。

下型２０は、フランジ部２１と、大径部２２と、小径部２３とを備え、小径部２３の先端には成形面２４が形成されており、成形面中心（非球面の場合、非球面中心）と大径部２１の軸心とが一致するように加工されている。
下型２０の大径部２２の径はＤ１であり、外胴型３３が形成する内周大径部３１に収容される。このとき、内周大径部３１に対し、外胴型３３の下側から、狭いクリアランスＣ４（１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下）で嵌合することが好ましい。
また、フランジ部２１の上面は、成形面２４の中心軸と垂直で、かつ、平滑に平面加工されており、外胴型３３の下面（外胴型３３の軸心と垂直で、かつ、平滑に平面加工されている）と密着する。
したがって、外胴型３３の下端部開口から下型２０を挿入した状態で、両者の上記平滑面を密着させることによって、外胴型３３と下型２０の相互位置が精度高く規定される。そして、プレス成形時は、下型２０がこの状態で静止しているため、胴型３０と下型２０の間のティルトは実質的にゼロとなる。

上型１０を外胴型３３の上端開口部から挿入すると、上型１０の大径部１１が外胴型３３の内周大径部３１によって摺動ガイドされる。上型１０の大径部１１と外胴型３３の内周大径部３１との間には、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下のクリアランスＣ１を確保し、このクリアランスＣ１を摺動可能な範囲で極力小さくすことにより、上型１０と外胴型３３の間のシフトや、外胴型３３内における上型１０の倒れ（ティルト）を制限することができる。

また、上型１０における大径部１１のプレス軸方向の長さＬ１は、上型１０の倒れ（ティルト）を抑制するために、許容される範囲で可及的に大きい方が好ましい。具体的には、得ようとするレンズに許容される上型１０のティルトの上限をθとするとき、以下の関係が成り立つことが好ましい。このとき、上型１０のティルトの上限θの好ましい値は３ｍｉｎである。
Ｌ１≧Ｃ１／ｓｉｎθ （θ≦３ｍｉｎ）

図示する例において、内胴型３４の内周（内周小径部３２）は、上部が直径Ｄ２、下部が直径Ｄ３（Ｄ２＜Ｄ３）であり、この異なる径によって、その境界には段部３４ａが形成されている。上型１０の小径部１２は、内胴型３４の内周上部（径Ｄ２の部分）に収容され、相互のクリアランスＣ２は、５０μｍ以下の範囲とすることができる。前述したように、クリアランスＣ１を狭くすることによって上型１０と外胴型３３のシフトを厳しく制御しているため、クリアランスＣ２は必ずしも１０μｍ以下とする必要はなく、上型１０の小径部１２を破損から守るためには、１０μｍ以上であることが好ましい。

内胴型３４の内周下部（径Ｄ３の部分）は、上下型１０、２０間で成形される成形体の側面を画定する部分であり、この部分の径Ｄ３は、内胴型３４の内周上部の径Ｄ２よりわずかに大きく、その差は２０〜１００μｍが好ましい。このようにすると、プレス成形後に、段部３４ａを利用して、上型１０の成形面１３に貼りついた成形体を強制的に離型させることができる。なお、詳細な作用は後述する。

内胴型３４の内周下部の径Ｄ３は得ようとする光学素子の寸法に基づいて決定することができる。すなわち、本実施形態の成形型によれば、内胴型３４の内周下部（径Ｄ３の部分）で光学素子の側面を成形するので、プレス成形後に芯取り加工などの後加工を行うことなく、プレス成形のみで得ようとする光学素子の最終形状とできる。これにより、芯取り加工の困難な小径レンズに極めて適し、生産性を飛躍的に向上させることができる。

外胴型３３に上型１０を挿入し、外胴型３３の上面と上型１０の上面を同一平面としたとき、上型１０の大径部１１の下面と、内胴型３４の上面の間には、隙間Ｇが生じるように寸法を定めることが好ましい。隙間Ｇの高さは、成形後の成形体（光学素子）の冷却工程における高さ方向（上型１０の摺動方向）の収縮量を超える長さとする。

上型１０の上面においては、上型１０を外胴型３３内に収容したとき、少なくとも外胴型３３の上面と隣接する外縁部分が、平滑に平面加工されている。また、外胴型３３の上面も同様に平滑に平面加工されている。したがって、上型１０を上部開口から外胴型３３に挿入し、所定量押し込んだ状態で、上型１０の上面（外縁部）と外胴型３３の上面が同一平面を形成する。

プレス成形に際し、上型１０の上面には、プレス荷重印加手段５０のヘッドを直接当接させてもよいし、平滑な下面をもった部材を、プレス荷重を伝達する介在部材として配置してもよい。ただし、いずれの場合も、上型１０の上面には、精度の高い水平面を当接させることが必要であり、これによって、上型１０のティルトを抑止することができる。
なお、外胴型３３には、上記隙間Ｇの高さ付近及び上下成形面１３、２４の高さ付近には、外胴型３３を肉厚を貫通する通気孔３３ｂが形成されている。

下型２０の小径部２３の径はＤ３とし、内胴型３４の内周小径部３２（径Ｄ３の部分）に収容される。
このとき、下型２０の小径部２３と、内胴型３４の内周小径部３２とのクリアランスＣ３は、５０μｍ以下が好ましいが、この部分では、摺動ガイドによる胴型３０と下型２０の倒れの規制は行なわない。このため、下型２０の成形面２４の破損を避ける上で、クリアランスＣ３は、１０μｍ以上が好ましい。
また、下型２０の大径部２２の高さＬ４は、胴型３０との垂直精度を出すために必要な高さであり、下型２０における小径部２３の軸方向の長さＬ３との関係では、下型２０の成形面２４の破損防止のために、Ｌ３＜Ｌ４とするのが好ましい。

［光学素子の製造方法］
つぎに、図１の成形型を用いた光学素子の製造方法について、図４を参照して説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る光学素子の製造方法を示す説明図である。

まず、下型２０を外胴型３３から取り出した状態で、下型２０の成形面２４上に成形素材（ガラスプリフォームなど）４０を供給する（図４（ａ））。これは不図示の吸着パッド付き自動供給装置で行うことができる。成形素材４０は、室温で供給してもよく、また、所定温度に加熱してから供給してもよい。

下型２０を外胴型３３の下側から挿入し（図４（ｂ））、下型２０のフランジ部２１の上面を外胴型３３の下面に当接させる。この状態で成形型全体は、水平な載置台上に載置されている。下型２０を外胴型３３の下側から挿入すると、成形素材４０の厚みにより、上型１０の上面が外胴型３３の上面より上方に突き出た状態となる（図４（ｃ））。

成形素材４０を収容した成形型を加熱手段により加熱し、プレス成形に適した温度域とする。これは、例えば、ガラス素材が粘度にして１０^６〜１０^９ｄＰａ・ｓ相当の温度である。この状態で、成形型を水平な載置台に載置したまま、プレス荷重印加手段５０の下方に配置する。すなわち、上型１０上からプレス荷重印加手段５０を当接させ、エアシリンダなどの加圧により荷重を印加する。成形素材４０が十分軟化しているため、上型１０が押し下げられ、プレス荷重印加手段５０の下面が外胴型３３の上面に当接したところで、上型１０の下降は停止される。
ここで、いったんプレス成形温度における成形素材の肉厚が再現性よく決定される。このとき、上型１０の上面と外胴型３３の上面が同一平面を形成するため、上型１０の外胴型３３に対する倒れ（ティルト）が抑止される（図４（ｄ））。また、上型１０の摺動ガイド長Ｌ１を十分に大きくすれば、偏心精度を確保することができる。

さらに、荷重印加によって、外胴型３３が下型２０のフランジ部２１に圧着され、下型２０と外胴型３３の相互位置関係が正確に維持される。結果的には、荷重印加による型同士の圧着により、下型２０と外胴型３３の相互位置や、外胴型３３と上型１０の相互位置が決定し、成形面１３、２４間のティルトが抑制される。なお、この場合には、下型２０が水平な載置台に対しても圧着されていることが前提である。

その後、成形体４０を収容した状態で成形型を冷却する（図４（ｅ））。冷却の過程では、成形型内の成形体４０も冷却され、体積が収縮するが、成形体４０と上下型１０、２０の成形面１３、２４との密着が解かれると面精度が悪化するため、成形体４０と上下の成形面１３、２４との密着を維持した状態で冷却する。すなわち、成形体４０の収縮に応じて、上型１０が追従して下降する。これにより、冷却途中のガラス転移点以上の温度下における成形体４０の収縮による面精度劣化を防止できる。

この下降を可能にするために、外胴型３３と上型１０の上面を同一平面としたとき、上型１０の大径部１１と、内胴型３４の上面の間には、隙間Ｇが生じる寸法設定となっている。隙間Ｇ付近には、通気孔３３ｂが設けられ（図１参照）、上型１０の下降とともに体積が小さくなる隙間Ｇの雰囲気ガスを流出できるようになっている。
所定温度、例えば転移点付近、又はそれ以下の温度まで降温したのち、下型２０を胴型３０から取り除き（図４（ｆ））、下型２０の成形面２４上から成形体（ガラスレンズなど）４０を取り出す（図４（ｇ））。

なお、成形体４０が上型１０に貼りついた状態のまま下型２０を胴型３０から抜き出すと、成形体４０の取り出しが行えない。特に、上型１０の成形面１３が凸面を有する場合、又は上型１０の曲率が緩い場合に、上型１０に対する貼りつきが生じやすい。このため、下型２０を抜き出す前に、上型１０を上方に移動させ、内胴型３４の段部３４ａと上型１０の成形面１３とがすれ違うようにする。このようにすると、上型１０の成形面１３に貼りついた成形体４０の周縁部が段部３４ａ（図１参照）に当接し、成形体４０が強制的に離型される。

すなわち、成形体４０の外径はＤ３であり、内胴型３４の段部３４ａは、内胴型３４の内径をＤ３からＤ２に減少させるので、成形体４０の周縁部が段部３４ａに接触し、落下を促される。したがって、Ｄ３は成形体４０の外縁部が段部３４ａと確実に接触して力を受けることができ、かつ、成形体（光学素子）４０の光学有効径内に段部３４ａが接触しない範囲を考慮して、Ｄ２とＤ３の差が決定される。これは、前述のとおり、２０〜１００μｍが好ましい。

なお、上型１０の成形面１３から成形体４０を強制離型させるために、上型１０を上方移動させる手段としては、上型１０を機械的に保持して上昇させるもののほか、上型１０の上面を吸引するものでもよく、また、前記通気孔３３ｂから気流を導入することによって、成形型内部を増圧させるものであってもよい。

次に、具体的な実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。

［第一実施例］
図１に示す本実施例に係る成形型では、外胴型３３の内周を一定径とし、外周の下部には、外方へ突出する段部３３ｃを設けている。また、外胴型３３には、通気孔３３ｂとピン挿入孔３３ｄ（例えば４箇所）を貫通孔として設けている。内胴型３４は内径を段付きとし、上部の内径（径Ｄ２）は、下部の内径（径Ｄ３）より小さくなるようにして、その境に段部３４ａが形成されるようになっている。ここで、内胴型３４の内周下部は、成形されるレンズの外径を形成する部分である。内胴型３４の外周には、溝３４ｂを設けており、外胴型３３のピン挿入孔３３ｄに通したピン３５が挿入される。これにより、外胴型３３と下型２０を分離したときに、内胴型３４が落下しないように支持される。リング３６は、ピン３５が抜け落ちないように外胴型３３を包囲するものである。

上型１０及び下型２０の外径Ｄ１と外胴型３３の内径とのクリアランスにより、上下型１０、２０のシフト（水平方向の軸ずれ）やティルト（倒れ）が決まる。また、上下型１０、２０の各成形面１３、２４は、外径Ｄ１を基準として加工されている。
例えば、摺動部各部分の寸法は
上型（大径部）外径：φ９ｍｍ（公差：−１〜０μｍ）
下型（大径部）外径：φ９ｍｍ（公差：−１〜０μｍ）
外胴型（内周大径部）内径：φ９ｍｍ（公差：０〜＋１μｍ）
で仕上げ、外胴型３３内における上下型１０、２０の最大シフトを２μｍとすることができる。

上型１０における摺動部Ｌ１の距離は２３ｍｍで、最大クリアランスを２μｍとすると、外胴型３３内における上型１０の最大ティルトは０．３ｍｉｎとなる。下型２０は、外胴型３３の下端面がフランジ部２１の上面に密着したときの垂直度によりティルトが決まる。外胴型３３の下端面と内径の垂直度を１μｍ以内とすることができる。このとき、例えば外胴型３３の下端面の外径は１６ｍｍとする。このときの下型２０のフランジ部２１に対する胴型３０の最大ティルトは０．２ｍｉｎとなる。したがって、上型１０の成形面１３と下型２０の成形面２４とのシフトは最大２μｍ、最大ティルトは０．５ｍｉｎとなる。

上記のシフト及びティルトは、極めて仕様の厳しい青色レーザー用光ピックアップの対物レンズに用いられるＮＡ０．８５のマイクロレンズに対しても必要な偏心の要求精度を満足するものである。

内胴型３４は、
外径：φ９ｍｍ（公差：−１〜０μｍ）
上部内径：φ３．０６ｍｍ（公差：０〜＋３μｍ）
下部内径：φ３．１ｍｍ（公差：−２〜＋２μｍ）
とすることができる。ここで下部内径（Ｄ３）は、プレスされたレンズの外径を成形する部分である。また、上部内径（Ｄ２）と下部内径（Ｄ３）の境界に形成される段部３４ａは、プレス成形後、上型１０の上昇に伴って成形体４０の外縁部に当接し、上型１０の成形面１３に貼りついた成形体４０を強制的に離型させるためのものである。

内胴型３４の下部内径と、内胴型３４の外径との同軸度は、４μｍ以内とすることができる。内胴型３４の外径と、外胴型３３の内径との最大クリアランスは２μｍとなり、上下型１０、２０により成形されたレンズ面に対する外径の偏心は最大でも６μｍとなる。

ここで、図５は、比較例に係るモールドプレス成形型の断面図である。
この図に示される成形型は、外胴型３３と内胴型３４とが一体に加工されたものに相当する胴型３０を備える。胴型３０の内周は、外径を基準として位置決めした上で、除去加工されたものであるが、一度のチャック保持で連続的に加工することが不可能であるため、胴型素材の一端からの加工を行った後に保持を解除して胴型素材の保持姿勢を変え、再び他端から加工されている。このとき、胴型３０の内周加工精度には、４μｍの同軸度公差が必要となる。したがって、図１に示した本実施例における型構造の最大シフトは２μｍであるのに対して、図５に示す比較例の型構造では最大シフトは６μｍとなる。

以上のような構成の成形型を用い、青色レーザー用光ピックアップに使用する対物レンズをプレス成形によって作製した。プレス成形したレンズの波面収差を測定し、本実施例に係る図１の型構造によるものと、比較例に係る図５の型構造によるものとを、シフト及びティルトによる感度が大きいＣＯＭＡ収差値で比較した。ＣＯＭＡ収差は３６項のｚｅｒｎｉｋｅ多項式に展開し、収差解析を行って求めた。プレス成形したレンズの収差測定により得られたＣＯＭＡ収差の値をヒストグラムとして第６図に示す。この図に示すように、図１に示す型構造（第一実施例）の方が、図５に示す型構造（比較例）よりも明らかにＣＯＭＡ収差値に改善が見られた。

［第二実施例］
図１に示す第一実施例に係る成形型では、内胴型３４をピン３５で保持するとともに、ピン３５が抜け落ちないように、外胴型３３の外周側にリング３６を配置し、さらには、リング３６を係止するために、外胴型３３の外周部に段部３３ｃを設けていた。しかしながら、このような型構造では、外径が大きくなるため、多数個の成形型を用いてプレスする成形装置に用いると、プレス成形装置が大型化する問題点がある。

図２に示す本実施例に係る成形型では、上記の問題を解決するために、頭部付きのピン３７を、外胴型３３に形成したピン挿入孔３３ｄに内側から挿入し、ピン３７の頭部で内胴型３４を係止するようにしてある。これにより、図１の成形型（第一実施例）で最も外径が太い部分がφ２１ｍｍであるのに対し、本実施例ではφ１７ｍｍとなった。

［第三実施例］
図３に示す本実施例に係る成形型では、外胴型３３の内径を段付きに加工し、段部３３ａで内胴型３４を係止するようにしてある。このようにすると、外胴型３３の内径が一定径ではなくなるが、その加工は１回のチャック保持で連続的に行うことができた。これにより、第５図の成形型（比較例）のように、胴型３０の内径をチャック保持の解除を伴って加工したときよりも、優れた同軸度（同軸度１μｍ）で加工できた。

本実施例の成形型は、第一実施例や第二実施例の成形型より同軸度１μｍの分だけシフトが大きくなる反面、成形型を組み立てる際、内胴型３４を保持するピン３５、３７の挿入が不要なため、作業時間が短縮され、生産効率が上がった。実際の１型当たりの組み立てに要する平均所要時間は、第一実施例の場合６０秒、第二実施例の場合６５秒であるのに対し、本実施例の型構造では４０秒であった。

本発明は、ガラスレンズなどの光学素子を成形するためのモールドプレス成形型や光学素子の製造方法に適用される。特に、偏心精度などが極めて高く、光ピックアップや小型撮像機器に用いることができる高精度な光学素子を成形するためのモールドプレス成形型において有用である。

本発明の第一実施例に係るモールドプレス成形型の断面図である。 本発明の第二実施例に係るモールドプレス成形型の断面図である。 本発明の第三実施例に係るモールドプレス成形型の断面図である。 本発明の実施形態に係る光学素子の製造方法を示す説明図である。 比較例に係るモールドプレス成形型の断面図である。 ＣＯＭＡ収差の比較説明図である。

符号の説明

１０ 上型
１１ 大径部
１２ 小径部
１３ 成形面
２０ 下型
２１ フランジ部
２２ 大径部
２３ 小径部
２４ 成形面
３０ 胴型
３１ 内周大径部
３２ 内周小径部
３３ 外胴型
３３ａ 段部
３３ｂ 通気孔
３３ｃ 段部
３３ｄ ピン挿入孔
３４ 内胴型
３４ａ 段部
３４ｂ 溝
３５ ピン
３６ リング
３７ ピン
４０ 成形素材
５０ プレス荷重印加手段

Claims (6)

1. 対向する成形面が形成された摺動型及び静止型と、前記摺動型及び前記静止型をそれぞれ両端側から挿入可能とする胴型とを備えたモールドプレス成形型であって、
   前記摺動型は、前記胴型に収容されて摺動ガイドされる大径部と、先端に成形面が形成された小径部とを備え、
   前記静止型は、前記胴型に収容される大径部と、先端に成形面が形成された小径部とを備え、
   前記胴型は、内周面が一定径となるように、又は内周面が一端から他端に向かって縮径するように除去加工された内周大径部を形成する外胴型と、前記外胴型内に収容され、内周小径部を形成する内胴型とを備え、
   前記外胴型の内周大径部は、前記摺動型の大径部を収容して摺動ガイドするとともに、前記静止型の大径部を収容可能に形成され、
   前記内胴型の内周小径部は、前記摺動型の小径部、及び前記静止型の小径部を、それぞれ収容可能に形成されているとともに、前記摺動型の小径部を収容可能に形成された部分と、前記静止型の小径部を収容可能に形成された部分の直径を異ならせることによって、これらの部分の境界に段部が形成され、かつ、これらの部分のうち直径が大きい側の内周面が、当該モールドプレス成形型によって成形される成形体の側面を成形する面であることを特徴とするモールドプレス成形型。
2. 前記摺動型における大径部の軸方向の長さをＬ１とし、前記摺動型における小径部の軸方向の長さをＬ２とするとき、Ｌ１＞Ｌ２が成り立つことを特徴とする請求項１記載のモールドプレス成形型。
3. 前記外胴型にピン挿通孔を設け、前記ピン挿通孔に通したピンにより前記内胴型を係止したことを特徴とする請求項１又は２記載のモールドプレス成形型。
4. 前記外胴型の内径を段付きに加工し、当該段で前記内胴型を係止したことを特徴とする請求項１又は２記載のモールドプレス成形型。
5. 成形素材を軟化した状態でプレス成形する光学素子の製造方法において、
   請求項１〜４のいずれかに記載のモールドプレス成形型を用いることを特徴とする光学素子の製造方法。
6. 成形素材が軟化した状態でプレス成形を行った後、成形体の外縁部を、前記内胴型の内周小径部に設けられた段部に当接させることにより、成形面に付着した成形体を強制的に離型させることを特徴とする請求項５に記載の光学素子の製造方法。

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