JP4668657B2 - モールドプレス成形装置、及び成形体の製造方法 - 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られる、偏心精度、肉厚精度、面精度などの光学的要求精度のきわめて高い光学素子を、高精度に成形するためのモールドプレス成形装置、及び成形型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１，２参照）。

ここで、特許文献１には、上型の押圧面に押圧突起を設けた光学素子成形用型が開示されている。このような特許文献１では、固定型(胴型)と上型に摺動嵌合部があると、レンズの両機能面の球心が光軸と一致せず、レンズに偏心が生じることになるため、これを避けるために、上型を胴型に設けた傾斜輪帯に圧接するとともに、上型の押圧面に突起を設けることにより、上型の押圧点が中心からずれても傾斜輪帯への圧接を確保するようにしている。

また、特許文献２には、上型、下型、案内型、及び押し板を備え、押し板は、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プレス成形装置が開示されている。このようなプレス成形装置によれば、面精度、偏心、中心肉厚、及び外径精度に超高精度が要求される非球面レンズをプレス加工できると記載されている。

特公平４−４２３３８号公報 特公平２−２８４６０号公報

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。

これらの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」ともいう）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」ともいう）を抑制することも必要となってくる。

ところで、特許文献１に開示された成形型では、摺動嵌合部を設けず、結果として胴型による上下型の位置規制を行わない。このため、球面レンズの成形には差し支えないが、両非球面レンズの成形には不適であるという問題がある。
両非球面レンズを高精度に成形するには、上下型の成形面のそれぞれひとつしかない中心軸をいかに一致させるか（上下型のシフトとティルトをどう抑制するか）が課題となるが、特許文献１の成形型は、上型の倒れを積極的に許容する構造であり、上記課題については何ら検討されていない。

また、特許文献２に開示された成形装置では、押し板を介して上型を上方から加圧し、案内型（胴型）内に滑動させ、押し板の下面を案内型の上面に当接させることにより、上型の上面と案内型の上面とに同一平面を形成させ、上型と下型の傾きを防止できると記載されている。このとき、上型と押し板が一体構造ではないので、プレス成形後の冷却時にレンズの収縮に上型が追従するため、高い面精度のレンズが得られるとの記載もある。

しかしながら、用いるプレス装置の駆動精度に起因し、プレスヘッド（成形装置において、成形型、又は特許文献２でいう押し板を押圧する部材）は、正確に鉛直に動作するとは限らず、プレスヘッドの軸と、成形型の軸心との間には、わずかな倒れ（傾き）が生じる場合がある。さらに、プレスヘッドは、成形装置内において加熱されて熱変形する。このため、特許文献２において、押し板を加圧するプレスヘッドは必ずしも鉛直方向から押し板に当接しない。
したがって、プレスヘッドの押圧面が押し板との間に角度をもって押し付けられると、プレスヘッドの押圧面に影響されて、押し板、及び成形型が傾いてしまう。

このように、高精度の両非球面レンズの成形のためには、上下型の相互の位置規制を厳密に行うとともに、そのような位置規制を行ったとしても、プレス軸の駆動精度、押圧面の水平精度などに起因して、上下型の成形面の中心軸が相互にずれる（シフト、ティルト）のを防止する方策がさらに必要となる。

このため、本出願人は、先に出願した特願２００４−２３７４８１号において、図１０に、その概略を示すように、プレスヘッドに押圧されて、上型１０の上面と、胴型３０の上面とに当接する介在部材４０を備えた成形型を提案している。
この成形型によれば、押圧により介在部材４０の下面が、上型１０の上面と、胴型３０の上面とを一致させることによって、成形体５０の正確な肉厚精度と、偏心精度とを達成することができるだけでなく、介在部材４０と、プレスヘッドとを実質的に点で接触させることにより、プレス装置の駆動精度や、プレスヘッドの倒れが生じた場合にも、それが成形型に与える影響を抑止し、成形偏心精度を高くすることができる。

しかしながら、本発明者らの鋭意検討の結果、このような成形型にあっても、今後、ますます厳しくなってくると思われる光学製品に要求される高い精度に応えるには、未だ改善の余地が残されているという知見を得るに至った。

すなわち、成形型を押し切ったときに（介在部材の下面が、胴型の上面に当接したとき）、さらに荷重をかけることにより、胴型は、下型のフランジに押し付けられることによって、下型との相互位置が定まり、胴型と下型との間の倒れは実質的にゼロになり、また、そのように鉛直に位置が保持された胴型に対して介在部材の下面が当接し、上型の上面と、胴型の上面とを同一平面とすれば、上下型の相互位置が画定して、上下型のティルトは実質的に解消するものと思われるが、図１１（ａ）に示すように、上型１０がプレスヘッド９０により荷重を受けて下方に移動している間、胴型３０には、それが嵌合している下型２０とのクリアランスの範囲内で、若干の倒れが生じる自由度がある。

このような押圧の途中に生じた胴型の倒れは、成形型を押し切ったときに完全に解消するとは限らず、図１１（ｂ）に示すように、胴型３０に倒れが生じたまま押し切った状態となってしまう可能性がある。このときの胴型の倒れδは、実際にはごくわずかなものであり、従来は問題視されることなく見落とされてきたが、本発明者らの鋭意検討の結果、このような胴型の倒れがあり得ることが判明し、高精度のプレス成形に悪影響を及ぼすことが見出された。

そして、このわずかながらの胴型の倒れさえも抑制することができれば、レンズなどの光学素子をより高精度に成形できるという知見を得るに至り、このような知見に基づいてさらなる鋭意検討を重ねたところ、成形型を押し切ったときの胴型の倒れを修正するためには、介在部材とプレスヘッドとの接点が点接触であるだけでなく、その接点が移動することによって、介在部材の姿勢を修正できるようにすることが有効であることを見出した。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、成形型を押圧することによって成形型の内部に配置した成形素材をプレス成形するにあたり、主として、上下型のティルトを効果的に抑制して、偏心精度、肉厚精度、面精度が極めて高い高精度の光学素子（例えば、ガラスレンズ）などの成形体を得ることができるモールドプレス成形装置、及び成形体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装置は、成形型を押圧することにより、前記成形型の内部に配置した成形素材をプレス成形するモールドプレス成形装置であって、駆動手段に連結されて、プレス荷重を与える押圧部材と、前記押圧部材に形成された挿通孔に遊嵌状に挿通されたピンにより、前記押圧部材の先端側に取り付けられ、前記押圧部材に対して揺動可能に接触するとともに、前記押圧部材に押圧されてプレス荷重を伝達する荷重伝達部材とを備える構成としてある。

このような構成とすることにより、成形型を押圧したときの抗力により押圧部材に対する荷重伝達部材の姿勢を揺動させて、プレス荷重を印可する方向を適宜修正し、成形型（胴型）の姿勢を修正することができる。
また、前記荷重伝達部材が、前記押圧部材に形成された挿通孔に遊嵌状に挿通されたピンにより、前記押圧部材の先端側に取り付けられている構成とすることで、成形型を押圧したときに反作用として受ける抗力によって、ピンを回動軸として荷重伝達部材が回動する動きと、挿通孔とピンとの遊びの範囲で荷重伝達部材が回動する動きとが組み合わされて、荷重伝達部材が押圧部材に対して揺動するようになる。

また、本発明のモールドプレス成形装置は、前記押圧部材が、前記荷重伝達部材に対して実質的に一点で接触することにより、前記荷重伝達部材が、前記押圧部材に対して揺動する構成とすることができる。
このような構成とすれば、簡易な構成により、成形型を押圧したときの抗力が作用する方向に応じて、プレス荷重を印加する方向が変化するように荷重伝達部材を揺動させながら、押圧部材が与えるプレス荷重を伝達することができる。

また、本発明のモールドプレス成形装置は、前記押圧部材と前記荷重伝達部材との間に球面を有する硬質部材が設けられ、前記成形型を押圧する際に、前記硬質部材は前記押圧部材と面接触するとともに前記荷重伝達部材と点接触する構成とすることができる。
このような構成とすれば、押圧部材に荷重伝達部材が揺動しながら接触することによって、押圧部材の先端が摩耗・変形してしまうのを避けることができる。

また、本発明の成形体の製造方法は、対向する成形面を有する上型及び下型と、前記上型と前記下型とを収容し、前記上型と前記下型との水平方向の相互位置を規制する胴型とを備えた成形型の内部に成形素材を配置して、プレス成形する成形体の製造方法であって、駆動手段に連結されて前記成形型にプレス荷重を与える押圧部材と、前記押圧部材に形成された挿通孔に遊嵌状に挿通されたピンにより、前記押圧部材の先端側に取り付けられ、前記押圧部材に対して揺動可能に接触するとともに、前記押圧部材に押圧されてプレス荷重を伝達する荷重伝達部材と、前記荷重伝達部材との接触を維持しつつ、前記成形型を押圧する介在部材とを用い、前記押圧部材により、前記荷重伝達部材と前記介在部材とを介して、前記成形型を押圧する方法としてある。
このような方法とすることにより、プレス荷重が印加されて上型が押し下げられる際に胴型の倒れが生じたとしても、プレス荷重を印可する方向を適宜修正し、介在部材の姿勢を成形型に対して水平に維持することによって胴型の倒れを解消し、成形体を形状再現性よく高精度に製造することができる。

また、本発明の成形体の製造方法は、前記押圧部材と、前記荷重伝達部材とが、実質的に一点で接触している方法とすることができる。
このような構成とすれば、簡易な構成により、成形型を押圧したときの抗力が作用する方向に応じて、プレス荷重を印加する方向を変化させることができ、より確実に、介在部材の姿勢を水平にして、胴型の倒れを解消することができる。

また、本発明の成形体の製造方法は、前記成形型を押圧するに際して、前記荷重伝達部材と、前記介在部材との接点を移動させる方法とすることができる。
このような方法とすれば、荷重伝達部材と介在部材との接点、すなわち、介在部材へのプレス荷重の印加点を移動させることで、介在部材にプレス荷重が印加される方向を修正することができる。

また、本発明の成形体の製造方法は、前記成形型を押圧するに際して、前記荷重伝達部材と、前記介在部材との相対角度を変化させる方法とすることができる。
このような方法とすれば、荷重伝達部材と、介在部材との相対角度を変化させることにより、その相対角度の変化に応じて、介在部材にプレス荷重が印加される方向を修正することができる。

また、本発明の成形体の製造方法は、前記介在部材が、前記成形型を押圧する押圧平面を有しており、前記成形型を押圧するに際して、前記押圧平面が、前記胴型の上面と、前記上型の上面とを同一平面とする方法とすることができる。
このような方法とすれば、介在部材の押圧平面を、上型の上面と、胴型の上面とが同一平面を形成するように密着した状態で当接させるだけで、上型と胴型との相互位置を画定することができる。

また、本発明の成形体の製造方法は、前記成形型を押圧するに際して、前記胴型の上面と、前記上型の上面とが同一平面となった後に、さらに、前記成形型を押圧する方法とすることができる。
このような方法とすれば、プレス荷重の印加によるタイトな圧着により、上下型のティルトを高度に抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、成形型を押圧することにより、成形型の内部に配置した成形素材をプレス成形するに際し、プレス荷重が印加されて上型が押し下げられる際に胴型の倒れが生じたとしても、プレス荷重を印可する方向を適宜修正して、介在部材の姿勢を成形型に対して水平に維持することにより、少なくとも成形型を押し切った時点で、胴型の倒れが解消されるようにすることができる。
その結果、上下型の同軸性が高度に確保され、偏心精度、肉厚精度、面精度などが高いレベルで要求される光学素子（例えば、ガラスレンズ）などの成形体を、形状再現性よく高精度に製造することができる。

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。
ここで、図１は、本実施形態において、モールドプレス成形装置（以下、単に「成型装置」という）によりプレス成形を行うに際し、成形型を押し切った状態を示す概略断面図である。

本実施形態における成形装置は、成形型Ｍを押圧してプレス荷重を印加することによって、成形型Ｍの内部に配置された成形素材５０をプレス成形し、所望の形状に成形された成形体５１を得るためのものであり、図１に示すような成形型Ｍを用いて好適に実施できる。

図１に示す成形型Ｍは、上型１０、下型２０、及び胴型３０を備えて構成され、下型２０と、下型２０に対して相対的に近接、離間するように胴型３０により摺動ガイドされる上型１０との間で、成形素材５０がプレス成形されるようにしてある。
成形型Ｍ（上型１０、下型２０、及び胴型３０）は、例えば、炭化ケイ素、ケイ素、窒化ケイ素、炭化タングステン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化チタンなどのサーメット、又はこれらの表面にダイヤモンド、耐熱金属、貴金属合金、炭化物、窒化物、硼化物、酸化物などを被覆したものなどの硬質素材を用いて、所定の形状に形成することができる。

上型１０は、大径部１２、及び小径部１３を備え、小径部１３は、大径部１２と軸心が一致するように、大径部１２の下面中央から下方に突出して形成されており、大径部１２の外周面と、小径部１３の外周面とは、軸心に対して平行としてある。また、小径部１３の下型２０と対向する下面には、成形面１４が形成されており、成形面１４の中心（非球面の場合は、非球面中心をいう）は、大径部１２及び小径部１３の軸心と一致するように形成される。

上型１０の上面は、成形型Ｍを押し切ったとき、すなわち、図１に示す状態において、少なくとも胴型３０の上面と隣接する外縁部分を、上型１０の軸心と垂直で、かつ、平滑に平面加工するとともに、胴型３０上面も同様に、胴型３０の軸心と垂直で、かつ、平滑に平面加工して、これらが同一平面を形成するようにしてある。

一方、下型２０は、フランジ部２１、大径部２２、及び小径部２３を備えている。フランジ部２１は、大径部２２の下側に、水平方向に張り出すように形成されており、フランジ部２１の上面は、下型２０の軸心と垂直で、かつ、平滑に平面加工されており、フランジ部２１の上面が当接する胴型３０の下面についても、胴型３０の軸心と垂直で、かつ、平滑に平面加工されている。
小径部２３は、大径部２２と軸心が一致するように、大径部２２の上面中央から上方に突出して形成され、大径部２２の外周面と、小径部２３の外周面は、軸心に対して平行としてある。また、小径部２３の上型１０と対向する上面には、成形面２４が形成されており、成形面２４の中心は、少なくとも大径部２２及び小径部２３の軸心と一致するように形成される。

このような上下型１０，２０のそれぞれに形成される成形面１４，２４は、成形しようとする光学素子の形状をもとに、精密な形状加工を施すことによって形成することができる。したがって、成形面１４，２４は、図示する例には限られず、凹面、凸面、平面のいずれでであってもよい。また、成形面１４，２４には、成形素材５０との離型性にすぐれた膜を形成するのが好ましく、例えば、貴金属膜、炭素膜、水素化炭素膜などの公知の離型膜を形成することができる。

また、胴型３０には、上型１０の大径部１２を収容して、プレス成形時に上型１０を摺動ガイドするとともに、下型２０の大径部２２を収容可能となるようにされた内周大径部３２、及び上型１０の小径部１３と、下型２０の小径部２３とを収容する内周小径部３３が形成されている。
胴型３０は、成形型Ｍを組み立てる際や、プレス成形の際に、上下型１０，２０の水平方向の相対位置を規制するためのものであり、胴型３０と上下型１０，２０とのクリアランスは、要求される光学素子の偏心精度を考慮すると１０μｍ以下、特に、５μｍ以下とすることが好ましいが、成形しようとするレンズなどの光学素子に要求される光学性能に応じて、さらに小さくすることもできる。

また、内周大径部３２のうち、上型１０の大径部１２が収容される部分は、その軸方向の長さを、上型１０の大径部１２の軸方向の長さよりも長くして、図１に示すように、成形型Ｍを押し切ったとき（上型１０の上面と、胴型３０の上面とがほぼ同一面となったとき）に、上型１０の大径部１２の下面と、内周小径部３２の上面との間に、所定寸法以上の隙間Ｇが形成されるようにするのが好ましい。このような隙間Ｇが形成されることにより、成形型Ｍを押し切って、いったん成形体５１の肉厚を決めた後であっても、成形体５１に必要な荷重（上型１０の自重のみでもよい）を付与し続けることができ、成形体５１の熱収縮に追従した上型１０の下降を許容することができる（後述する図６（５）参照）。

なお、このような空隙Ｇを設ける場合、胴型３０には、隙間Ｇが形成される位置に胴型３０を貫通する通気孔３４を設けておくのが好ましく、これにより、隙間Ｇの体積の増減に対して、隙間Ｇ内の雰囲気ガスの導通が行われるようにすることができる。

本実施形態において、このような成形型Ｍを押圧してプレス成形する際には、図１に示すように、上型１０の上面に介在部材４０を載置させた状態で、プレス荷重を印可する。
介在部材４０は、平滑に平面加工された下面を有している。前述したように、上型１０の少なくとも胴型３０の上面と隣接する外縁部分と胴型３０上面は、同一平面を形成するように平滑に平面加工されており、介在部材４０の下面が、型１０の上面と、胴型３０の上面との両方に密着した状態で当接したとき、すなわち、成形型Ｍを押し切ったときに、上型１０の上面と、胴型３０の上面とを同一平面とする。このように、介在部材４０の下面は、成形型Ｍを押圧する押圧平面として機能する。

介在部材４０を上型１０の上面に載置するにあたっては、図示するように、上型１０の上面に凸部１１を設けるとともに、介在部材４０の下面には、上型１０に設けた凸部１１を収容する凹部４１を設けることによって、介在部材４０の脱落や、位置ずれなどを防止することができる。この場合には、凹部４１を除く介在部材の下面を平滑に平面加工しておけばよい。

また、介在部材４０には、その厚み方向に貫通し、上型１０の上面を型外の空間に連通させる通気孔４２が設けられている。これにより、上型１０と介在部材４０とで囲まれた部分が気密状態になるのを避け、成形素材５０（成形体５１）の体積収縮に追従する上型１０の下降を妨げないようにしてある。
なお、介在部材４０に設ける通気孔４２は、介在部材４０の下面の押圧平面としての機能を損なわない範囲で、介在部材４０の下面に溝や切り欠きなどを形成することによって設けることもできる。

また、介在部材４０の上面のほぼ中央には、球面状の突起４３が形成されており、この突起４３にプレス荷重が印加される。
すなわち、本実施形態において、成型装置は、プレス荷重を与える押圧部材１と、この押圧部材１に押圧されて、押圧部材１が与えるプレス荷重を伝達する荷重伝達部材２とを備えており、図１に示すように、荷重伝達部材２が介在部材４０の上面に形成された突起４３に実質的に点で接触した状態で、介在部材４０にプレス荷重が伝達され、このときの接点がプレス荷重の印加点となる。

成型装置は、荷重伝達部材２と介在部材４０との接触を維持しつつ、荷重伝達部材２と介在部材４０とを介して、押圧部材１により成形型Ｍを押圧する。
図１に示す例において、押圧部材１は、図示しないエアシリンダー、又は油圧シリンダーなどの駆動手段に連結されており、鉛直方向に沿って上下動可能とされた棒状の部材として構成されている。また、荷重伝達部材２は、押圧部材１が荷重伝達部材２を押圧するときに、押圧部材１に対して揺動可能に接触するように構成されており、成形型Ｍを押圧したときの抗力によって押圧部材１に対する姿勢を揺動させながら、押圧部材１が与えるプレス荷重を伝達できるようにされている。

より具体的には、荷重伝達部材２は、図示するように、押圧部材１の先端を覆う断面コの字型の箱状の部材として構成することができ、ピン３によって押圧部材１の先端側に取り付けられている。このとき、押圧部材１、及び荷重伝達部材２のそれぞれには、例えば、縦長の孔とするなどしてピン３を遊嵌状に挿通可能とした挿通孔４ａ，４ｂが形成されており、これらの挿通孔４ａ，４ｂに、ピン３が遊嵌状に挿通されている。
また、押圧部材１の先端面、すなわち、荷重伝達部材２との対向面は、球面状に形成されており、成形型Ｍを押圧する際に、荷重伝達部材２に対して実質的に一点で接触しながら、押圧部材１が荷重伝達部材２を押圧するようにしてある。

このようにして、荷重伝達部材２を押圧部材１に取り付けることにより、成形型Ｍを押圧したときに反作用として受ける抗力によって、ピン３を回動軸として荷重伝達部材２が回動する動き（図２（ａ）参照）と、挿通孔４ａ，４ｂとピン３との遊びの範囲で荷重伝達部材２が回動する動き（図２（ｂ）参照）とが組み合わされて、荷重伝達部材２が押圧部材１に対して揺動する。

ここで、図２（ａ）は、ピン３に平行な方向から荷重伝達部材２を見た断面に相当し、ピン３を回動軸として荷重伝達部材２が回動する状態を概念的に示している。また、図２（ｂ）は、ピン３に直交する方向から荷重伝達部材２を見た断面に相当し、挿通孔４ａ，４ｂとピン３との遊びの範囲で荷重伝達部材２が回動する状態を概念的に示している。

本実施形態において、荷重伝達部材２は、成形型Ｍを押圧したときの抗力によって押圧部材１に対する姿勢を揺動させながら、押圧部材１が与えるプレス荷重を伝達できるものであれば、その具体的な構成は、図１に示す例には限られない。
例えば、押圧部材１と、荷重伝達部材２との間には、図３に示す変形例のように、球面を有するコマ状の硬質部材５を配置することもできる。この硬質部材５は、押圧部材１の硬度と同等以上の硬度を有し、押圧部材１の先端に一体に設けてもよく、図示するように別体としてもよい。また、硬質部材５は押圧部材１と面接触するとともに荷重伝達部材２と点接触する。このような硬質部材５を、押圧部材１と、荷重伝達部材２との間に設けておけば、通常、ステンレスなどで形成される押圧部材１に、荷重伝達部材２が揺動しながら接触することによって、押圧部材１の先端が摩耗・変形してしまうのを避けることができる。

なお、荷重伝達部材２や、これを押圧部材１に取り付けるピン３、さらには、図３に示す変形例において、押圧部材１と荷重伝達部材２との間に配置する硬質部材５は、押圧部材１よりも硬い超硬合金などの素材や、成形型Ｍと同様の素材により形成することができる。また、特に図示しないが、荷重伝達部材２や、硬質部材５は、成形型Ｍを押圧していないときに、みだりに動いてしまうのを防止する目的で、成形型Ｍを押圧するときの荷重伝達部材２の揺動を妨げない程度に、バネなどによって鉛直方向下方に向けて付勢しておくのが好ましい。

また、本実施形態は、図４に示すように変形実施することもできる。
図４に示す変形例において、荷重伝達部材２は、ほぼ円柱状に形成されている。そして、押圧部材１の下端側に形成した収容部１ａに、荷重伝達部材２の一部（上端側）を収容した状態で、荷重伝達部材２を押圧部材１に取り付けるようにしてある。このとき、図１に示す例と同様に、荷重伝達部材２は、挿通孔４ａ，４ｂにピン３を遊嵌状に挿通することによって、押圧部材１に取り付けることができる。また、押圧部材１と荷重伝達部材２とが、実質的に一点で接触するように、押圧部材１と接触する荷重伝達部材２の上端は球面状に加工してもよく、図示するように、球面を有する硬質部材５を、押圧部材１と荷重伝達部材２との間に配置してもよい。

本実施形態は、成形型Ｍを押圧するに際して、上型１０を押し下げる途中で、下型２０と胴型３０とのクリアランスの範囲内で生じ得る胴型３０の倒れを解消するために、介在部材４０へのプレス荷重の印加点を移動させて、少なくとも成形型Ｍを押し切った時点において、介在部材４０の姿勢が修正されるようにするものである。
以下、本実施形態において、プレス成形を行う際の具体的な手順の一例を示しつつ、このような本実施形態の動作について説明する。
ここで、図５〜図６は、本実施形態において、プレス成形を行う際の具体的な手順の一例を示す説明図であり、図７は、本実施形態の動作を概念的に示す説明図である。

まず、プレス成形に先だって、成形型Ｍの内部に、ガラスプリフォームなどの成形素材５０を配置する。

具体的には、胴型３０内に上型１０が組み込まれ、その上に介在部材４０が載置された状態で、胴型３０の位置を支持手段８０により固定しておとともに、載置台７０を下降させて胴型３０から下型２０を抜き出す。そして、下型２０の成形面２４の上に、例えば、図示しない吸着パッド付きのオートハンドなどにより、成形素材５０を供給する（図５（１））。
このとき、載置台７０に設けられた開口部７１から雰囲気ガスを吸引することにより、載置台７０上に下型２０を密着、固定し、下型２０が位置ずれを起こさないようにしておくのが好ましい。また、成形素材５０は室温で供給してもよく、所定温度に加熱してから供給してもよい。

次いで、載置台７０を上昇させ、胴型３０内に下型２０を組み込む。胴型３０内に下型２０が組み込まれ、胴型３０の下面に、下型２０のフランジ部２１の上面が当接すると、成形素材５０の厚みによって、上型１０の上面が、胴型３０の上面より高い位置に押し上げられ、その上に介在部材４０が載置された状態となる（図５（２）参照）。

内部に成形素材５０が配置されて組み立てられた成形型Ｍは、そのまま載置台７０に載置された状態で、又は図示しない把持具などにより、支持台７５に移送されて、その後の処理が施される。
なお、図示する例では、成形型Ｍを支持する面が水平に維持された支持台７５に成形型Ｍを移送して、その後の処理を施す例を挙げている。

次に、成形型Ｍは加熱工程に処され、任意の加熱手段により成形型Ｍごと成形素材５０を加熱して、プレス成形に適した温度とする（図５（３）参照）。このときの加熱条件は、用いる成形素材５０によっても異なるが、成形素材５０の温度が、プレス成形に適した温度域、例えば、粘度にして１０^６〜１０^９ｄＰａ・ｓ相当の温度となるような条件とする。加熱工程での加熱処理が行われた後、支持台７５上に水平に支持された成形型Ｍは、そのままの状態でプレス工程に送られる。

プレス工程では、図示しない駆動手段により押圧部材１を下降させ、成形型Ｍの上方から荷重伝達部材２を介在部材４０に当接させ、成形型Ｍにプレス荷重を印加する。このときのプレス荷重は、通常、５０〜２００ｋｇｆ程度である。
プレス荷重が印可されると、介在部材４０に押圧された上型１０は、胴型３０に摺動ガイドされて押し下げられながら、加熱工程における加熱処理によって十分軟化した状態にある成形素材５０を加圧する。そして、成形型Ｍを押し切ったところで（介在部材４０の下面が胴型３０の上面に当接したところで）、上型１０による成形素材５０への加圧は実質的に停止され、これにより、いったん成形素材５０（成形体５１）の肉厚が決定される（図５（４）参照）。
なお、後述するように、成形素材５０（成形体５１）は、その後の冷却工程において体積が収縮し、そのときの肉厚が最終的な肉厚となる。

このとき、介在部材４０の下面に密着した状態で当接している上型１０の上面と、胴型３０の上面とが同一平面を形成することにより、上型１０と胴型３０との相互位置が画定される。さらに成形型Ｍを押圧して、プレス荷重を印加し続けることによって、胴型３０は、支持台７５上に水平に支持された下型２０のフランジ部２１にタイトに圧着され、下型２０と胴型３０との相互位置関係が画定される。
その結果、プレス荷重の印加によるタイトな圧着が、上型１０と胴型３０との相互位置、及び下型２０と胴型３０との相互位置を画定することになり、これによって、上下型１０，２０のティルトを抑制することができる。

しかしながら、プレス荷重が印加されて上型１０が押し下げられる際に、胴型３０はフリーの状態となっているため、押圧部材１が正確に鉛直方向から成形型Ｍを押圧するように厳格に制御されていないと、胴型３０と下型２０とのクリアランスが許容する範囲で、胴型３０には若干の倒れが生じ得る。このような胴型３０の倒れが生じてしまうと、成形型Ｍを押し切ったときの上下型１０，２０の同軸性を確保することが困難となり、このときに肉厚がいったん決定される成形体５１の偏心精度、肉厚精度、面精度などに悪影響を及ぼしてしまう。
したがって、上下型１０，２０のティルトを抑制し、その同軸性を高めて成形体５１を高精度に成形するには、上型１０を押し下げている途中で胴型３０に倒れが生じたとしても、そのような倒れが、少なくとも成形型Ｍを押し切った時点で解消されている必要がある。

このため、本実施形態では、前述したように、押圧部材１により成形型Ｍを押圧する際に、押圧部材１に対して揺動可能な荷重伝達部材２によりプレス荷重を伝達するようにするとともに、荷重伝達部材２が介在部材４０の上面に形成された突起４３に実質的に点で接触した状態を維持しつつ、荷重伝達部材２と介在部材４０とを介して、押圧部材１により成形型Ｍを押圧するようにしている。

すなわち、成形型Ｍを押し切った後も成形型Ｍを押圧し続け、精度高く平滑に平面加工された介在部材４０の下面を、同様に平面加工された胴型３０の上面と、上型１０の上面とに圧着させることは、胴型３０の倒れを解消し、上下型１０，２０の相互位置を修正するのに有効であるが、図７（ａ）に示すように、胴型３０に倒れが生じていると、その倒れ具合に応じて介在部材４０も水平面に対して傾いた状態で成形型Ｍを押圧することになり、このままでは胴型３０の倒れを解消することができない。
このとき、水平面に対して傾いている介在部材４０の姿勢を、水平に修正できれば、これに伴って胴型３０の倒れも解消することができ、このためには、介在部材４０へのプレス荷重の印加点を、介在部材４０の姿勢を修正する位置に移動させればよい。

本実施形態によれば、荷重伝達部材２が、介在部材４０との接触を維持しつつ、揺動可能に成形型Ｍを水平とされた支持台７５の支持面に押しつけるように、介在部材４０にプレス荷重を伝達する。このため、介在部材４０が支持台７５の支持面に対して平行となる方向（介在部材４０の姿勢が成形型に対して水平となる方向）にプレス荷重が印加されるように、荷重伝達部材２が揺動することによって、荷重伝達部材２と、介在部材４０との相対角度を変化させることができる。
これにより、図７（ｂ）に示すように、荷重伝達部材２と介在部材４０との接触点、すなわち、介在部材４０へのプレス荷重の印加点がスムーズに移動し、このようなプレス荷重の印加点の移動によって、図中矢印方向の成分が生じるように、プレス荷重が印加される方向が変化して、介在部材４０の姿勢が修正される。そして、これに伴って、胴型３０の傾きも解消される。

その後、成形型Ｍは冷却工程に処され、成形素材５０（成形体５１）のガラス転移点付近、又はそれ以下の温度まで降温する。
このとき、成形素材５０（成形体５１）は冷却されて、その体積が収縮するが、前述したように、上型１０の大径部１２の下面と、内周小径部３２の上面との間に、所定寸法以上の隙間Ｇを形成するとともに、胴型３０には、隙間Ｇが形成される位置に通気孔３４を設けておき、隙間Ｇ内の雰囲気ガスの導通が行われるようにしておけば、成形体５１の熱収縮に追従して上型１０が下降し、成形素材５０（成形体５１）と、上下型１０，２０の成形面１４，２４との密着を維持した状態で冷却することができる（図６（５）参照）。
これにより、成形素材５０（成形体５１）と成形面１４，２４との密着が解かれることによる面精度の悪化を防止することができ、成形素材５０（成形体５１）の面精度を良好に維持することができる。

冷却工程を終えると、成形型Ｍは、そのままの位置で、又は図示しない把持具などにより、先に成形型Ｍの内部に成形素材５０を配置する作業を行った載置台７０に移送され、分解されて成形体５１が取り出される。
なお、図示する例では、成形型Ｍを載置台７０に移送して分解する例を挙げている。

成形体５１を成形型Ｍから取り出すには、前述したのと同様にして、胴型３０の位置を支持手段８０により固定しておとともに、載置台７０を下降させて胴型３０から下型２０を抜き出し、図示しない吸着パッド付きのオートハンドなどにより、成形体５１を吸引保持して、下型２０の成形面２４上から取り出せばよい（図６（６），（７）参照）。
成形体５１が取り出された成形型Ｍには、前述したようにして、新たな成形素材５０を配置して、同様の手順を繰り返すことにより、プレス成形を連続的に行うことができる。

このようにしてプレス成形を行えば、成形型Ｍを押圧するに際して、上型１０を押し下げる途中で胴型３０の倒れが生じても、この胴型３０の倒れが、少なくとも成形型Ｍを押し切ったときに解消されているので、上下型１０，２０の同軸性を高めて、偏心精度、肉厚精度、面精度に優れた光学素子などの成形体５１を製造することが可能となり、たとえ、製造しようとする成形体５１（光学素子）が両非球面レンズであったとしても、第１レンズ面と第２レンズ面との同軸性を損なうことなく、高精度に成形することができる。

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。

［実施例］
光学ガラス（屈折率ｎｄ：１．６９３５０、アッベ数νｄ：５３．２、ガラス転移温度Ｔｇ：５２０℃）を溶融状態から滴下して予備成形し、球形状のガラスプリフォームを用意した。
一方、図１に示す成形型を用いて、この成形型に上記ガラスプリフォームを収容し、図１に示すようにして、荷重伝達部材と介在部材とを介して、押圧部材により成形型を押圧してプレス成形を行うことにより、光記録用ピックアップ対物レンズを成形した。

成形工程において、成形型が加熱部を経て、プレス室に到達したときに、成形型近傍の温度がガラス粘度１０^７．５ｄｐ・ｓ（６００℃相当）になるように加熱した。そして、プレス室では、図１に示すような押圧部材１、及び押圧部材１に対して揺動可能に接触するように取り付けられた荷重伝達部材２により成形型を押圧した。このとき、成形型に印加するプレス荷重は６０ｋｇｆとした。
次いで、成形型を冷却部に移送し、ガラス転移温度以下まで降温させた。このとき、ガラスの熱収縮に追従して上型が自重で下降し、成形面とガラスとの密着が保たれていた。その後、成形型を分解して、成形体を取り出した。
このような連続成形により、二十個のレンズを得た。これらのレンズにつて波面透過収差の測定を行い、得られた測定データに基づいて、それぞれのレンズについて第1面と第２面の傾き偏心（ティルト）を求めたところ、図８に示す結果となった。すなわち、本実施例により得られた対物レンズはいずれもティルトが１．２５min以下であり、所定の規定値を満たすものであった。

［比較例］
本発明に係る荷重伝達部材２を備えていない円柱状のプレスヘッドを用いた以外は、実施例と同様の成形を行って二十個のレンズを得、それぞれのレンズについてティルトを求めたところ、図９に示す結果となった。
図９から明らかなように、上記実施例では現れなかったティルト１．５min以上のレンズが３割以上含まれ、ティルトが悪化したことが判る。

以上の結果により、本発明が、ティルト（偏心精度）の抑制に顕著な効果があることがわかる。

以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることはいうまでもない。

例えば、前述した実施形態では、介在部材４０の上面に突起４３を設けて、これをプレス荷重印可部としたが、荷重伝達部材２が介在部材４０に接触した状態を維持しながら揺動し、介在部材４０に対してプレス荷重が印可される方向を変えて、介在部材４０の姿勢を水平に修正することができれば、荷重伝達部材２と介在部材４０との接触態様は特に制限されず、荷重伝達部材の下面に球面状の突起を設け、介在部材４０の上面は平面とすることができる。
また、このとき、荷重伝達部材２と介在部材４０とは、実質的に一点で接触してれば、介在部材４０に対してプレス荷重が印可される方向をスムーズに変えることができるため好ましいが、介在部材４０の姿勢を水平に修正するように、プレス荷重が印加される方向を変えることができれば、荷重伝達部材２と介在部材４０とが一点で接触するものには限られない。

さらに、本発明の成形装置は、種々の様式の成形装置に適用させることができる。例えば、成形型を、加熱室、プレス室、冷却室を含む複数の処理室に移送し、順次、加熱、プレス、冷却を含む処理を施すことにより、成形型の内部に配置した成形素材をプレス成形する、成形型移送式の成形装置に適用してもよく、また、押圧部材１などのプレス手段に成形型Ｍを固定してプレス成形を行う、成形型固定式の成形装置に適用してもよい。

本発明は、光学素子（例えば、ガラスレンズ）などの成形体をプレス成形するためのモールドプレス成形型や成形体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製造するのに好適である。

本発明に係るモールドプレス成形装置の一実施形態によりプレス成形を行うに際し、成形型を押し切った状態を示す概略断面図である。 荷重伝達部材が揺動する状態を概念的に示す説明図である。 本発明に係るモールドプレス成形装置の一実施形態の変形例を示す概略断面図である。 本発明に係るモールドプレス成形装置の一実施形態の他の変形例を示す概略断面図である。 プレス成形を行う際の具体的な手順の一例を示す説明図である。 プレス成形を行う際の具体的な手順の一例を示す説明図である。 本発明に係るモールドプレス成形装置の一実施形態の動作を概念的に示す説明図である。 実施例における測定結果を示すグラフである。 比較例における測定結果を示すグラフである。 成形型の一例を示す概略断面図である。 本発明が解決しようとする課題を概念的に示す説明図である。

符号の説明

１ 押圧部材
２ 荷重伝達部材
１０ 上型
２０ 下型
３０ 胴型
４０ 介在部材
５０ 成形素材
５１ 成形体
Ｍ 成形型

Claims (9)

1. 成形型を押圧することにより、前記成形型の内部に配置した成形素材をプレス成形するモールドプレス成形装置であって、
   駆動手段に連結されて、プレス荷重を与える押圧部材と、
   前記押圧部材に形成された挿通孔に遊嵌状に挿通されたピンにより、前記押圧部材の先端側に取り付けられ、前記押圧部材に対して揺動可能に接触するとともに、前記押圧部材に押圧されてプレス荷重を伝達する荷重伝達部材と
   を備えることを特徴とするモールドプレス成形装置。
2. 前記押圧部材が、前記荷重伝達部材に対して実質的に一点で接触することにより、前記荷重伝達部材が、前記押圧部材に対して揺動することを特徴とする請求項１に記載のモールドプレス成形装置。
3. 前記押圧部材と前記荷重伝達部材との間に球面を有する硬質部材が設けられ、前記成形型を押圧する際に、前記硬質部材は前記押圧部材と面接触するとともに前記荷重伝達部材と点接触することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のモールドプレス成形装置。
4. 対向する成形面を有する上型及び下型と、前記上型と前記下型とを収容し、前記上型と前記下型との水平方向の相互位置を規制する胴型とを備えた成形型の内部に成形素材を配置して、プレス成形する成形体の製造方法であって、
   駆動手段に連結されて前記成形型にプレス荷重を与える押圧部材と、
   前記押圧部材に形成された挿通孔に遊嵌状に挿通されたピンにより、前記押圧部材の先端側に取り付けられ、前記押圧部材に対して揺動可能に接触するとともに、前記押圧部材に押圧されてプレス荷重を伝達する荷重伝達部材と、
   前記荷重伝達部材との接触を維持しつつ、前記成形型を押圧する介在部材とを用い、
   前記押圧部材により、前記荷重伝達部材と前記介在部材とを介して、前記成形型を押圧することを特徴とする成形体の製造方法。
5. 前記押圧部材と、前記荷重伝達部材とが、実質的に一点で接触していることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
6. 前記成形型を押圧するに際して、前記荷重伝達部材と、前記介在部材との接点を移動させることを特徴とする請求項４〜５のいずれか１項に記載の成形体の製造方法。
7. 前記成形型を押圧するに際して、前記荷重伝達部材と、前記介在部材との相対角度を変化させることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の成形体の製造方法。
8. 前記介在部材が、前記成形型を押圧する押圧平面を有しており、前記成形型を押圧するに際して、前記押圧平面が、前記胴型の上面と、前記上型の上面とを同一平面とすることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の成形体の製造方法。
9. 前記成形型を押圧するに際して、前記胴型の上面と、前記上型の上面とが同一平面となった後に、さらに、前記成形型を押圧することを特徴とする請求項８に記載の成形体の製造方法。

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