JP4694446B2 - 成形型 - Google Patents

Description

本発明は、転写面を有する転写部材と基材とを備える成形型に関する。

従来、レンズ、プリズム、ミラー等の光学素子或いはその他の被成形物を成形する際には、例えば上下一対の成形型を用いて、上記の成形型間に光学素子材料等を投入して被成形物を成形している。

成形型としては、被成形物に面形状を転写する転写面を有しガラス等からなる転写部材と、金属材料等からなる基材とが接合されたものが知られている。この成形型を製造（成形）する際には、転写部材を成形温度まで加熱した後、基材に対して加圧することによって転写部材と基材とを接合する手法が採られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３４８１３０号公報

ところで、上記特許文献１記載の成形型は、通常、転写部材の線膨張係数と基材の線膨張係数とが異なるため、光学素子の成形時、成形型自体の製造時等の加熱により、主に転写部材に熱応力が発生し、これに起因して転写部材の基材との接合面からクラックが入りやすかった。

このように転写部材等にクラックが入ると、このクラックが徐々に拡大し、最終的には転写部材等が割れてしまう。更には、転写部材等の割れにより、転写部材と基材との接合が剥がれてしまう。

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、加熱時における成形型の割れを抑える成形型を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の成形型は、被成形物に面形状を転写する転写面を有し、ガラスからなる転写部材と、少なくともこの転写部材を支持し、金属材料からなる基材と、を備え、上記転写部材と上記基材とは、直接又はそれらの中間に位置する中間層部材を介して接合され、上記転写部材の接合面、上記基材の接合面、上記中間層部材の上記転写部材との接合面、及び、上記中間層部材の上記基材との接合面、の中の少なくとも１面は、直接接合しない部分である非接合部を有する構成とする。

また、上記非接合部は、この非接合部を有する接合面のうち直接接合する部分の間隙に設けられている構成とするとよい。
また、上記転写部材と上記基材とは、上記中間層部材を介して接合され、この中間層部材は、一端が上記転写部材に接合されると共に他端が上記基材に接合される複数の柱状部材を有し、上記非接合部は、上記柱状部材間の間隙である構成とするとよい。

また、上記転写部材と上記基材とは、上記中間層部材を介して接合され、上記中間層部材は、一端が上記転写部材に接合されると共に他端が上記基材に接合される１又は２以上の円筒部材を有し、上記非接合部は、上記円筒部材の内側に形成される間隙である構成とするとよい。

また、上記転写部材の接合面、上記基材の接合面、上記中間層部材の上記転写部材との接合面、及び、上記中間層部材の上記基材との接合面、の中の少なくとも１面は、凹凸面に形成され、上記非接合部は、上記凹凸面の凹部である構成とするとよい。

本発明では、転写部材と基材との間の接合面のうちの少なくとも１つに非接合部を設けている。そのため、転写部材の線膨張係数と基材の線膨張係数とが異なることに起因して加熱時に生じる熱応力を弱めて、主に転写部材に生じるクラック、及び接合の剥がれを防止することができる。よって、本発明によれば、加熱時における成形型の割れを抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る成形型について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る成形型を示す断面図である。また、図２は、上記成形型の中間層部材を示す斜視図である。

図１において、成形型１は、不図示の被成形物に面形状を転写する転写面２ａを有する転写部材２、少なくとも転写部材２（本実施形態では更に中間層部材４）を支持する基材３、並びに、これら転写部材２及び基材３の間に位置する中間層部材４を備えている。

本実施形態では、転写部材２としてＳ−ＢＳＬ７（オハラ社製：屈服点温度６２５℃）からなるガラスを、中間層部材４としてＳ−ＮＳＬ５（オハラ社製：屈服点温度５９６℃）からなるガラスを用いる例を説明する。なお、転写部材２及び中間層部材４も含めて材料は限定されないが、基材３としては、強度の観点から、超鋼、ステンレス鋼等の金属部材を用いることが望ましい。

中間層部材４は、図２に示すように、複数の柱状部材としての円柱部材４ａから構成されている。そして、中間層部材４は、各円柱部材４ａの一端である上面の接合面４ｂにおいて転写部材２の接合面２ｂと接合されている。また、中間層部材４は、各円柱部材４ａの他端である下面の接合面４ｃにおいて基材の接合面３ａと接合されている。

ここで、中間層部材４の転写部材２及び基材３との接合面には、各円柱部材４ａの転写部材２及び基材３との接合面４ｂ，４ｃに加え、各円柱部材４ａ間の間隙からなる非接合部４ｄ，４ｅが含まれているものとする。

なお、円柱部材４ａの個数、各円柱部材４ａ間の間隔、中間層部材４の接合面における各円柱部材４ａの接合面４ｂ，４ｃ（又は非接合部）の面積割合等は、成形される被成形物の性質、中間層部材４の材質等から適宜決定されればよい。また、本実施の形態では、柱状部材として円柱状の円柱部材４ａを用いたが、角柱状の部材を用いてもよい。

図３は、上記成形型の製造方法を説明するための説明図である。
まず、同図に示すように、基材３の外周面に胴型５を配設すると共に、胴型５の外周面に、円環状のヒータ６ａ，６ｂが埋設された加熱部材６を配設する。そして、基材３上に中間層４を構成する円柱部材４ａを載置する。

なお、基材３上には円柱部材４ａに嵌合する穴を形成しておくとよい。このようにすることで、円柱部材４ａの基材３上への載置の安定性、及び円柱部材４ａと基材３との融着性が増す。

次に、胴型５内を摺動可能な加圧型７を不図示の加圧手段により降下させ、同図に示すように、転写部材２の転写面２ａに当接させる。この状態で、加熱部材６（ヒータ６ａ，６ｂ）により、胴型５を介して転写部材２及び中間層部材４を加熱する。

そして、転写部材２が屈服点温度（６２５℃）を超えた後に、加圧型７により加圧を開始する。なお、転写部材２の成形温度において中間層部材４が軟化すると、中間層部材４を構成する各円柱部材４ａが互いに融着しやすいため、中間層部材４には転写部材２の成形温度において軟化しない材料を用いることが望ましい。

転写部材２と中間層部材４との接合、基材３と中間層部材４との接合、転写部材２（成形型１）への加圧等が終了した後には、加熱部材６（ヒータ６ａ，６ｂ）による加熱を停止し、冷却を開始する。本実施形態では、自然冷却により転写部材２等を冷却するが、冷風、油等の冷却媒体を用いることで冷却時間を短縮することも可能である。

以上のようにして図１に示す成形型１が製造（成形）される。なお、中間層部材４を円柱部材４ａで構成したため、円柱部材４ａ間の間隙によって各円柱部材４ａがしなり、応力を分散することになる。これによって、加圧型７により形成される転写部材２の転写面２ａが所望の形状と異なる場合があるが、変形を見込んで加圧型７に補正加工をしておけばよい。上記の転写面２ａの変形は、実成形による成形型１を測定して、補正してもよいが、シミュレーションにより予め予測して形状を補正することも可能である。

また、同図では、加圧型７により加圧されて形成される転写部材２の転写面２ａを平面であるかのように図示しているが、転写面２ａの面形状は、凹面、凸面、フレネル面、アレイ面等のその他の面形状であっても何ら問題ない。

以上説明した第１実施形態では、中間層部材４の転写部材２及び基材３との接合面に、円柱部材４ａ間の間隙からなる非接合部４ｄ，４ｅを設けている。そのため、転写部材２の線膨張係数と基材３の線膨張係数とが異なることに起因して加熱時に生じる熱応力を弱めて、主に転写部材２に生じるクラック、及び接合の剥がれを防止することができる。よって、本実施形態によれば、加熱時における成形型１の割れを抑えることができる。

また、本実施形態では、中間層部材４を複数の円柱部材４ａで構成したため、各円柱部材４ａがしなりを持ち応力を分散するので、より有効に熱応力を弱めることができる。したがって、加熱時における成形型１の割れをより一層抑えることができる。

図４は、本発明の第２実施形態に係る中間層部材を示す斜視図である。
本実施形態は、中間層部材１４の構成のみ上記第１実施形態と相違するため、詳細な説明は省略する。

図４において、中間層部材１４は、１又は２以上の円筒部材としての、２つの円筒部材１４ａ，１４ｂから構成されている。中間層部材１４は、上記第１実施形態において説明したように、図３に示す胴型５、加熱部材６、加圧型７等により、図１に示すように成形型１が製造（成形）される。ここで、本実施形態に係る非接合部は、外側に位置する円筒部材１４ａと内側に位置する円筒部材１４ｂとの間の間隙Ｓ１及び内側に位置する円筒部材１４ｂの内側の間隙Ｓ２からなる。

なお、円筒部材１４ａ，１４ｂの個数、各円筒部材１４ａ，１４ｂ間の間隔、中間層部材１４の接合面における円筒部材１４ａ，１４ｂの接合面（又は間隙Ｓ１，Ｓ２）の面積割合等は、成形される被成形物の性質、中間層部材１４の材質等から適宜決定されればよい。

本実施形態によれば、外側に位置する円筒部材１４ａと内側に位置する円筒部材１４ｂとの間の間隙Ｓ１及び内側に位置する円筒部材１４ｂの内側の間隙Ｓ２からなる非接合部により、上記第１実施形態と同様に、加熱時における成形型の割れを抑えることができる。

また、円筒部材１４ａ，１４ｂにより中間層部材１４を構成するため、円筒部材１４ａ，１４ｂにおける図１に示す転写部材或いは基材との接合面積を増やすことが可能であり、接合強度を高めることができる。したがって、加熱時における成形型の割れをより有効に抑えることができる。

図５は、本発明の第３実施形態に係る中間層部材を示す斜視図である。
本実施形態は、上記第２実施形態と同様に、中間層部材２４の構成のみ上記第１実施形態と相違するため、詳細な説明は省略する。

図５において、中間層部材２４は、図１に示す転写部材２との接合面２４ａ、及び、基材３との接合面２４ｂ（同図では見えない）が凹凸面に形成されている。これら凹凸面は、所望の接合強度を考慮して、例えばエッチング、研削等により形成することが可能である。ここで、本実施形態では、凹凸面（接合面２４ａ，２４ｂ）の凹部が転写部材２或いは基材３に接合されない非接合部となっている。

なお、凹凸間の間隔（高さ）、中間層部材２４の接合面における凹部の面積の割合等については、図１に示す転写部材２（又は基材３）が接合時に凹部を完全に埋めない範囲で（即ち、非接合部としての凹部を残せる範囲で）、成形される被成形物の性質、中間層部材２４の材質等から適宜決定されればよい。

本実施形態によれば、中間層部材２４の接合面２４ａ，２４ｂの凹部が非接合部となっているため、上記第１実施形態と同様に、加熱時における成形型の割れを抑えることができる。

また、本実施形態によれば、中間層部材２４を１つの部材から形成したため、成形型の構成が簡略化される。
なお、中間層部材２４の接合面２４ａ，２４ｂを凹凸面としなくとも、溝等の凹部を形成することで、加熱時における成形型の割れを抑えることができる。上記の凹部としては、接合強度を考慮して適宜決定すればよいが、例えば図１に示す転写部材２（成形する光学素子）が回転軸対称である場合には、切削等の手段で同心状の溝を形成するとよい。

また、本実施形態では、中間層部材２４の両側の接合面２４ａ，２４ｂそれぞれに凹凸面を形成したが、中間層部材２４が図１に示す転写部材２の線膨張係数と近いガラス材料等から構成される場合には、中間層部材２４と転写部材２との間に発生する熱応力は緩和されるので、基材３との接合面２４ｂにのみ応力緩和のための凹部を設ければよい。

以上説明した第１〜第３実施形態では、中間層部材４，１４，２４側に非接合部を設ける例を説明したが、中間層部材を設けずに、図１に示す転写部材２或いは基材３の接合面２ｂ，３ａに上記の凹部等による非接合部を設けることでも本発明の効果を得ることは可能である。

また、上記第１実施形態及び第２実施形態で説明した、円柱部材４ａから構成される中間層部材４、及び円筒部材１４ａ，１４ｂから構成される中間層部材１４の接合面に、上記第３実施形態で説明した凹部を設けることで、有効に成形型１の割れを抑えることも可能である。

本発明の第１実施形態に係る成形型を示す断面図である。 上記成形型の中間層部材を示す斜視図である。 上記成形型の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態に係る中間層部材を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る中間層部材を示す斜視図である。

符号の説明

１ 成形型
２ 転写部材
２ａ 転写面
２ｂ 接合面
３ 基材
３ａ 接合面
４ 中間層部材
４ａ 円柱部材
４ｂ 転写部材との接合面
４ｃ 基材との接合面
４ｄ，４ｅ 非接合部（間隙）
５ 胴型
６ 加熱部材
６ａ，６ｂ ヒータ
７ 加圧型
１４ 中間層部材
１４ａ，１４ｂ 円筒部材
２４ 中間層部材
２４ａ，２４ｂ 接合面（凹凸面）

Claims (5)

1. 被成形物に面形状を転写する転写面を有し、ガラスからなる転写部材と、
   少なくとも該転写部材を支持し、金属材料からなる基材と、を備え、
   前記転写部材と前記基材とは、直接又はそれらの中間に位置する中間層部材を介して接合され、
   前記転写部材の接合面、前記基材の接合面、前記中間層部材の前記転写部材との接合面、及び、前記中間層部材の前記基材との接合面、の中の少なくとも１面は、直接接合しない部分である非接合部を有する、成形型。
2. 請求項１記載の成形型において、
   前記非接合部は、該非接合部を有する接合面のうち直接接合する部分の間隙に設けられている、成形型。
3. 請求項１又は２記載の成形型において、
   前記転写部材と前記基材とは、前記中間層部材を介して接合され、
   該中間層部材は、一端が前記転写部材に接合されると共に他端が前記基材に接合される複数の柱状部材を有し、
   前記非接合部は、前記柱状部材間の間隙である、成形型。
4. 請求項１又は２記載の成形型において、
   前記転写部材と前記基材とは、前記中間層部材を介して接合され、
   前記中間層部材は、一端が前記転写部材に接合されると共に他端が前記基材に接合される１又は２以上の円筒部材を有し、
   前記非接合部は、前記円筒部材の内側に形成される間隙である、成形型。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項記載の成形型において、
   前記転写部材の接合面、前記基材の接合面、前記中間層部材の前記転写部材との接合面、及び、前記中間層部材の前記基材との接合面、の中の少なくとも１面は、凹凸面に形成され、
   前記非接合部は、前記凹凸面の凹部である、成形型。