JP5867260B2 - 光学素子用成形型及び光学素子の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスレンズなどの光学素子のプレス成形に用いる光学素子用成形型及び光学素子の成形方法に係り、特に、得られる光学素子の偏心精度を向上できる光学素子用成形型及びそれを用いた光学素子の成形方法に関する。以下、光学素子用成形型は単に成形型ともいう。

ガラス材料等の光学素子成形素材を、加熱により軟化させ、光学素子の形状に対応させて精密加工した上型と下型の間でプレス成形し、これを冷却固化させるようにした光学素子の成形方法が知られている。以下、光学素子成形素材は単に成形素材ともいう。

ところで、光学素子は、撮像機器、光ピックアップなどに多用され、その画素数や記録密度の増大に伴い、偏心精度などの要求精度が極度にきびしくなってきている。光学素子の偏心精度は、光学素子における第一面の中心軸と第二面の中心軸との一致を要求する精度であり、平行偏心（ディセンタ）、傾き偏心（チルト）などによって評価されている。

このような光学素子の偏心精度を向上できる成形型としては、例えば、胴型内に短筒状のリング部材を内挿するとともに、上下型を、それぞれ胴型に収容される大径部と先端に成形面が形成され前記リング部材内に摺動自在に内挿される小径部とで構成したモールドプレス成形用の成形型が知られている。これは、大径部を胴型の内周に、小径部をリング部材の内周にそれぞれ収容させることで上下型の成形面の位置合わせを精度良く行うものである（特許文献１及び２参照）。

特開２００６−１４３４８３号公報 特開２００５−３４３７６０号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示された成形型では、上下型の大径部が摺動可能な胴型と、胴型内に配置され、上下型が摺動可能な内径を有するリング状部材と、を用意し、これら部材を組み立てて成形型を構成しなければならない。また、使用する上型及び下型においても、それぞれ大径部と小径部という胴部に段差を有する形状としなければならない。

しかしながら、このような特殊形状とすると、成形型の製造過程において、上型、下型及び胴型の全ての部材で大径部と小径部とを形成しなければならず加工工程が増え、その製造には手間がかかっている。また、リング部材は胴型と別部材であるため、所定の位置に固定する場合には、工程が煩雑になる。そして、このように製造された上型、下型、胴型は全て対応させた形状となっているため、全て専用の成形型として製造しなければならない。

そこで、本発明は、従来頻繁に使用されている段差を有しない円柱状の上型、下型を有効活用しながら、上下型の中心軸を高い精度で確保して光学素子の偏心精度を高められる光学素子用成形型及び光学素子の成形方法の提供を目的とする。

本発明の光学素子用成形型は、円柱状の胴部からなり、それぞれ対向する面に成形面を有する一対の上型及び下型と、前記上型及び下型の胴部がそれぞれ摺動可能に嵌合され、前記成形面の中心軸の位置合わせを行う円筒状の内胴と、該内胴の外周に間隙を設けて配置され、前記上型及び下型の上下方向の間隔を規制する円筒状の外胴と、を有するプレス成形用の光学素子用成形型であって、前記内胴は、その内周面の所定の高さ領域に、プレス時に前記上型及び下型の成形面側の外周側面と摺接可能な内径を有する段差を設け、前記高さ領域外の内径を、前記段差の内径よりも０．１〜１０μｍ大径としたことを特徴とする。

また、本発明の光学素子の成形方法は、本発明の光学素子用成形型に光学素子成形素材を収容し、前記光学素子用成形型を加熱して該光学素子用成形型内の光学素子成形素材をも加熱する加熱工程と、前記上型及び下型の胴部側面と前記内胴の段差とを接触させながら、加熱した光学素子成形素材を前記光学素子用成形型により加圧して光学素子形状を付与するプレス工程と、プレス工程後、前記光学素子用成形型を冷却し、光学素子形状を付与した光学素子成形素材を固化させる冷却工程と、を有することを特徴とする。

本発明の成形型及び光学素子の成形方法によれば、上型及び下型の胴部側面と内胴の内周面に形成された微小な段差とを接触させながらプレス成形でき、これにより上型及び下型の中心軸のずれが抑制され、得られる光学素子の偏心精度を向上できる。

さらに、本発明は、内胴の形状に特徴を有するが、従来使用していた上型及び下型をそのまま使用できるため、部材の有効活用が図れ、廃棄物等を少なくしつつ、製造する光学素子の精度を向上でき、環境負荷の少ない光学素子の成形型及び製造方法である。

本発明の一実施形態である成形型を模式的に示した側断面図である。 図１の成形型の上型、下型及び内胴の形状を説明する図である。 本発明の光学素子用成形方法の加熱工程を説明する図である。 本発明の光学素子用成形方法のプレス工程を説明する図である。 本発明の成形型のディセンタが生じる状態を説明する図である。 本発明の成形型のチルトが生じる状態を説明する図である。 従来の成形型のディセンタが生じる状態を説明する図である。 従来の成形型のチルトが生じる状態を説明する図である。 本発明の他の一実施形態である成形型の側断面図である。

以下、本発明について図面を参照しながら説明する。ここで、図１は本発明の一実施形態である成形型を模式的に示した側断面図であり、図２は、上型、下型及び内胴の形状を説明する図であり、図３Ａ及びＢは光学素子の成形方法を説明する図であり、図４Ａ及びＢは、図１の成形型によるディセンタ及びチルトの低減効果を説明する図である。

まず、図１に示した成形型１は、成形素材をプレス成形可能であり、光学素子の上面を成形する上型２、光学素子の下面を成形する下型３、上型２及び下型３と摺動させて、光学素子の中心軸の位置合わせを行う円筒状の内胴４と、内胴４の外周に配置されており、上型及び下型の上下方向の距離を規制するための円筒状の外胴５と、からなる。

本実施形態において、上型２及び下型３はそれぞれ円柱状の胴部を基本形状とする部材であり、これらの上型２及び下型３には、使用時にこれらの型が安定するように上型の上端にはフランジ２ａが、下型の下端にはフランジ３ａがそれぞれ設けられている。また、これらの上型及び下型は光学素子を形成するため、上型２には光学素子の上面を形成する成形面が、下型３には光学素子の下面を形成する成形面が形成されており、上型２及び下型３は、これら成形面を互いに対向させて一対の部材として使用する。

また、内胴４は、中空円筒形状に形成されており、その中空部分は上記した上型２及び下型３の円柱状の胴部が嵌合可能なようになっている。なお、この内胴４の内周面の所定の高さ領域には、プレス時に上型２及び下型３の成形面側の外周側面と摺接可能に形成された段差４ａが設けられ、その高さ領域以外は、段差４ａの内径よりも０．１〜１０μｍ大径となっている。この段差４ａは、プレス成形時に、上型２及び下型３と接触しながら位置規制ができるように、内胴４の内周面に沿って輪環状に形成されている。

この内胴４は、上型２及び下型３を嵌合してプレスする際に、これら上型２及び下型３を摺動させながら光学素子の中心軸を位置合わせして、上型２及び下型３で形成される光学素子の光学機能面を同軸上に規制する。

また、外胴５は、内胴４と同様に中空円筒形状であって、内胴４と同一の中心軸を有しており、内胴４を内挿可能とし、上型２及び下型３間の距離を規制する。具体的には、上型２及び下型３をそれぞれプレス手段で押圧してプレス成形する際に、プレス手段間の距離を、この外胴５で規制することで上型２及び下型３の距離を規制する。

そして、本発明は、内胴４の形状に特徴を有するものであり、さらに、内胴４と上型２及び下型３との寸法を特定の関係にすれば、製造される光学素子の偏心精度をさらに向上できる。この点について図２を参照しながら説明する。

図２は、図１の上型２、下型３及び内胴４のみを抜き出したもので、さらに、これら部材がプレス成形による成形素材を押し切ったときの位置関係を示している。この図２において、上型２の胴部直径をＤ１、下型３の胴部直径をＤ２、内胴４の上型挿入側の内径をＤ３、内胴４の段差４ａの内径をＤ４、内胴４の下型挿入側の内径をＤ５とし、上型２の内胴４へ挿入される勘合長をＬ１、下型３の内胴４へ挿入される勘合長をＬ２、勘合長Ｌ１から上型２と内胴４の段差４ａとの接触長さを引いた長さをＬ３、内胴４の段差４ａの長さ（幅）をＬ４、勘合長Ｌ２から下型３と内胴４の段差４ａとの接触長さを引いた長さをＬ５、とした。

ここで、段差４ａの内径はＤ４で、それ以外の内胴内周面の内径はＤ３及びＤ５であるため、段差４ａの高さは（Ｄ３−Ｄ４）及び（Ｄ５−Ｄ４）で表わされ、この段差が上記したように０．１〜１０μｍの範囲にあり、０．５〜５μｍが好ましい。この段差が、１０μｍを超えると内胴４の内面の加工が困難となり、内胴４を１つの部材での形成ができなくなってしまう。また、このように段差が大きくなりすぎると、従来の上型２及び下型３のように胴部が段差のない円柱状に形成された部材の内胴４への挿入時における傾きが大きくなってしまい、内胴４の内部への挿入を円滑にできない場合が生じてしまう。そして、０．１μｍ未満の場合、チルトはＴＡＮ^−１｛｛（Ｄ４−Ｄ１）／２｝／Ｌ１｝とほぼ同等となり、Ｌ１の勘合長が確保できれば高精度のチルトが出せるものの高精度のディセンタが出しづらい。高精度のディセンタを得るためにはＤ４とＤ１、Ｄ２のクリアランスを小さくする必要があり、そうすると金型挿抜が困難になる。

そして、この段差４ａは、内胴４の内周面の所定の高さ領域に形成されているが、この高さ領域は、上型２の成形面と成形素材３０との接触時に、段差４ａと上型２との接触長さが１ｍｍ以上、好ましくは１〜５ｍｍ、段差４ａと下型３との接触長さが０．５ｍｍ以上、好ましくは０．５〜２ｍｍとなるように形成する。
また、Ｌ４の長さは成形後のレンズ厚さ＋２ｍｍ以上が望ましい。

また、内胴４における上型挿入側の内径Ｄ３と下型挿入側の内径Ｄ５とは同じ内径が好ましく、さらに、上型２の胴部直径Ｄ１と下型３の胴部直径Ｄ２とは同じ直径が好ましい。

ここで、上型２及び下型３と胴型４のクリアランスは、胴型４における型挿入側において、それぞれ｛（Ｄ３−Ｄ１）／２｝、｛（Ｄ５−Ｄ２）／２｝で表わされ、これらは共に１０μｍ以下が好ましい。また、段差４ａにおけるクリアランスは、それぞれ｛（Ｄ４−Ｄ１）／２｝、｛（Ｄ４−Ｄ２）／２｝で表わされ、これらは共に３μｍ以下が好ましい。

そして、勘合長Ｌ１、Ｌ２はＬ１≧Ｌ２の関係を満たすことが好ましく、Ｌ１＝Ｌ２であってもよい。また、同様に、内胴４において、上型挿入側の上型２との非接触部分の長さＬ３と下型挿入側の下型３との非接触部分の長さＬ５とは、Ｌ３≧Ｌ５の関係を満たすことが好ましく、Ｌ３＝Ｌ５であってもよい。

さらに、図２に示した成形型である場合に、成形される光学素子の上型側のチルトの最大値はＴＡＮ^−１｛｛（Ｄ４−Ｄ１）／２＋（Ｄ３−Ｄ１）／２｝／Ｌ１｝、下型側のチルトの最大値はＴＡＮ^−１｛｛（Ｄ５−Ｄ２）／２＋（Ｄ４−Ｄ２）／２｝／Ｌ２｝で計算できる。ここで、このチルトの最大値は両者共、０．０１６度以下とすると偏りの少ない光学素子となるため好ましい。

また、成形される光学素子のディセンタの最大値は、上記した上型２及び下型３と胴型４の段差４ａとのクリアランス｛（Ｄ４−Ｄ１）／２｝、｛（Ｄ４−Ｄ２）／２｝で表わされ、上記のとおり３μｍ以下の範囲とするのが好ましい。

なお、それぞれの型挿入側の内径から段差４ａへの接続部分は、傾斜をもったテーパ形状のように徐々に内径が狭まるように形成する。このような形状は、内胴４の加工の際にも容易に対応でき、また、プレス成形時に上型２及び下型３が内胴４に嵌合され、摺動する際に、円滑に所定の位置まで動作させられ、好ましい。

このように上記説明した成形型は、超硬合金やセラミックス等の素材からなり、上型２及び下型３には、成形する光学素子の面形状を転写するための成形面がそれぞれ対向する面に形成されている。図１及び図２では、成形型として両凸形状の光学素子を製造するものを図示したが、光学素子形状はこれに限定されるものではなく、両凹、平凸、平凹、凸メニスカス、凹メニスカス形状のいずれの形状を成形する成形型であっても使用できる。

なお、外胴５は、上記セラミックス以外にも、ステンレス、インコネル（大同スペシャルメタル株式会社製、商品名）等の耐熱性のある金属も使用でき、ステンレス製とすると、加工が容易で、熱膨張量が大きく安価である点で好ましい。また、このとき、室温からプレス成形の成形温度における、外胴の上下方向における熱膨張量を、成形素材の上下方向の熱膨張量よりも大きくすることが、成形操作において光学素子に圧力が抜ける時間を生じさせることなく、安定して成形できる点から好ましい。

次に、この成形型１を用いた光学素子の成形方法について、図３Ａ及びＢを参照しながら説明する。

まず、成形型の内部に成形素材３０を収容し、成形型を加熱して、予め所定の温度まで熱して予備加熱を行っておく。次いで、成形型をプレス手段２０ｂ上に移動させプレス手段２０ｂを下型３に接触させる（図３Ａ）。その後、プレス手段２０ａを押し下げてプレス手段２０ａ及び２０ｂをそれぞれ上型２及び下型３に接触させ、さらに加熱させると、その内部に収容されている成形素材３０も加熱され、これにより成形素材が軟化する。

成形素材は、変形が容易な屈伏点以上に加熱するが、一般的には、軟化点まで温度を上げるとレンズ表面が白濁するので屈伏点（Ａｔ）から軟化点の間の温度に設定する。

この加熱温度は、用いる成形素材が加圧変形できる温度であればよく、屈伏点と軟化点との中間付近の温度が好ましい。プレス手段２０ａ及び２０ｂを所定の温度に設定して、この加熱工程を行うと、上型２及び下型３は、温度が昇温していきプレス手段の設定温度と同じ温度にまで加熱される。

上型２及び下型３が加熱され、成形素材がプレス成形するのに十分な温度となったところで、プレス手段２０ａは、これを下降させプレス手段２０ａ及び２０ｂ間の距離を狭めることにより、上型２と下型３との距離を狭めて、成形型の内部に収容された成形素材３０に圧力をかけて変形させてプレス成形を行う。このとき、上型２及び下型３の間の上下方向の距離は、外胴５の高さにより所定の距離に規制される。

このプレス工程では、上記したように成形型の上下から圧力をかけることで成形素材３０のプレス成形を行い、これにより成形素材には上型２及び下型３の光学形成面が転写され、光学素子形状が付与される（図３Ｂ）。

このプレス工程におけるプレス時の圧力は、１〜３０Ｎ／ｍｍ^２とすることが好ましく、例えば、５〜１５Ｎ／ｍｍ^２が特に好ましい。ここで言うプレス時の圧力とは、成形素材に加わる圧力を指す。

そして、このようにプレス工程で成形素材に光学素子形状を付与した後、成形型１を、今度は冷却手段上に移動させて、冷却手段と成形型１を接触させて、成形型１を冷却することによって、成形素材の冷却、固化を行う。

この冷却工程においては、成形された成形素材３０が、歪点以下になるまで冷却することが好ましい。この冷却工程においても、成形素材３０への加圧は継続して行うことが好ましく、上記歪点以下の温度になるまで加圧を続けることが好ましい。

さらに、この冷却中に、成形素材の温度がガラス転移点以下になったところで、成形素材に加圧する圧力を変化させることもでき、例えば、成形素材３０の温度が、ガラス転移点以上のときにはプレス時の圧力と同じ圧力としておき、ガラス転移点よりも低い温度になってからは圧力を高くして、段階的に加圧してもよい。

ガラス転移点以上の温度を低圧にするのは、肉厚バラツキを抑えるためであり、それ以下の温度域では押込み量がほとんど無いので増圧しても問題ない。すなわち、成形素材が硬化状態に近づくガラス転移点（Ｔｇ）付近までは低い圧力で保圧し、ガラス転移点（Ｔｇ）付近からそれ以下の温度となり成形素材が固化するまで、より高い圧力をかける。このように冷却工程において圧力を継続してかけることにより光学素子の面形状が安定する。

なお、ここで、低い圧力とは２．５Ｎ／ｍｍ^２以下、高い圧力とは２．５Ｎ／ｍｍ^２超である。また、成形素材が歪点以下となり、固化した後は、さらに２０Ｎ／ｍｍ^２超となるような高い圧力をかけてもよい。このように段階的に圧力を高めることで光学素子の面ワレが生じる等の不具合が生じることを抑制し、形状精度を高めることができる。また、固化した後の圧力としては、ガラス素材にワレが生じる等の不具合が生じない限りはどのような圧力でもよいが、通常、３０Ｎ／ｍｍ^２程度が上限である。上記では２段階又は３段階に圧力を増加させていく例を説明したが、それ以上の多段階として増圧してもよい。本明細書において、面ワレとは、光学素子が成形型から離型する際に、一部だけが先に離型し、その後に残りが離型した場合に、曲率が不連続な光学面が形成されて非球面形状精度が悪化する不良が生じる離型異常のことを言う。

そして、このように冷却工程が完了した成形型は、さらに冷却させるために、例えば、水冷手段上へ移動させる。この水冷手段による冷却は、冷却工程で冷却された成形素材をさらに急冷させ、成形素材を歪点付近の温度から成形型が酸化しない温度の２００℃以下まで冷却させる。

このように、従来と同様の操作によりプレス成形をするが、本発明においては図４Ａ及び４Ｂに示したように、ディセンタ及びチルトを有効に抑え、精度の高い光学素子を成形できる。

すなわち、図４Ａに示したように、段差４ａにより上型２の成形面の位置は強制的に中央に寄せられて、ずれが非常に小さくなる。一方、従来良く用いられている成形型の場合には、図５Ａに示したように、内胴５４と上型２とが、そのクリアランスの分だけ水平方向にずれ、ディセンタが大きくなってしまう。

また、同様に、図４Ｂに示したように、段差４ａにより上型２が内胴４内で傾斜した場合でも、その傾斜角度が抑えられずれが非常に小さくなる。一方、従来良く用いられている成形型の場合には、図５Ｂに示したように、内胴５４と上型２とが、より角度をもって傾斜する余地があるため、その分、軸が傾いてチルトが大きくなってしまう。

このように、本発明の成形型においては、ディセンタ及びチルトが効果的に抑制され、精度の高い光学素子を成形できる。また、図４及び図５では、内胴と上型との関係のみを示したが、下型についても同様の効果を奏し、本発明を用いて得られる光学素子は精度が非常に良好なものとなる。

なお、ここで用いたプレス手段２０ａ及び２０ｂは、これらの間の距離を狭めることにより成形型の上型２と下型３との距離を狭めることができ、成形型内に収容された成形素材３０を軟化状態のまま押圧して変形させ、上型２及び下型３の光学形成面形状を成形素材３０に付与することにより光学素子の成形を行う。すなわち、このプレス手段であるプレス手段２０ａ及び２０ｂは、成形型の加熱状態を維持しながらプレス操作ができるもので、その内部にはヒータが埋め込まれている。

このプレス手段２０ａ及び２０ｂは、成形素材をプレスする際に、成形型の外胴５の高さによりプレス手段２０ａ及び２０ｂ間の距離を規制することで、上型２及び下型３の距離を調整する。これにより成形される光学素子の厚みが調整される。

このようにして冷却、固化して得られた光学素子は、その外周部を切削等により所望の径を有する光学素子形状に加工し、さらに、アニール工程等に付されて歪み等を除去する等の後処理を施して最終的な製品とされる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明するが、この実施形態における成形型１１は、図６に示したように、成形素材をプレス成形可能であり、光学素子の上面を成形する上型２、光学素子の下面を成形する下型３、上型２及び下型３と摺動させて、光学素子の中心軸の位置合わせを行う円筒状の内胴１４と、内胴の外周に配置されており、上型及び下型の上下方向の距離を規制するための円筒状の外胴１５と、からなる。

ここで、本実施形態の成形型１１は、内胴１４の下端にフランジ１４ｂを設け、このフランジ１４ｂが下型３のフランジ３ａに対し上方向から重なり、プレス時には外胴１５により内胴１４のフランジ１４ｂが下方向に押圧されて、下型３と互いに圧接できる。すなわち、図１の成形型１とは、内胴１４が下型３を押圧でき、さらに、外胴１５の高さは内胴１４がフランジ１４ｂを有する分、高さが調整されている。それ以外は、第１の実施形態と同様に構成され、それらの機能は全く同一である。

そして、この内胴１４がその円筒形状の外周の下端にフランジ１４ｂを有しているため、成形素材をプレスする際に、外胴１５がそのフランジ１４ｂの上部から押圧して、内胴１４のフランジ１４ｂと下型３のフランジ３ａとを互いに圧接させる。

このように内胴１４が下型３に圧接されると、内胴１４のフランジ１４ｂは、下型３のフランジ３ａ部分に押しつけられ、その上面に隙間なく重なることとなり、内胴１４のフランジ１４ｂ部分を強制的に水平面と平行にできる（下型３が載置されるプレス手段は、その下型３との接触面を厳密に水平になるように管理されている）。そして、この内胴１４のフランジ１４ｂ部分が水平となると、その円筒形状の本体は、鉛直方向に立った形となり、それに伴い、その内部に嵌挿されている上型２及び下型３の中心軸を鉛直方向に一致させる方向に補正する力が働くのである。

このフランジ１４ｂは、内胴１４の内径に対して、その直径を１．１〜６倍の範囲にすることが好ましく、径を大きくすることにより圧接された際の下型３の配置が安定し、光学素子の中心軸の位置合わせの精度を向上できる。

この成形型１１によるプレス成形は、第１の実施形態等同様に操作すればよいが、この第２の実施形態では、プレス工程において、内胴１４はそのフランジ１４ｂが、外胴１５とプレス手段２０ｂに挟まれる形となり、外胴１５により上部から押圧されるため、下型３のフランジ３ａに上から圧接することとなる。

このように圧接された内胴１４は、そのフランジ１４ｂが、下型３のフランジ３ａと隙間なく重なり、これらフランジ３ａ及び１４ｂは、互いに平行となる。このとき、プレス手段２０ｂは、その上面が水平面となるように厳密に管理・調整されているため、その上に載置された下型３のフランジ３ａも水平面に平行となっており、この圧接動作によって内胴１４のフランジ１４ｂも水平面と平行になる。

このようにフランジ１４ｂが水平面となると、内胴１４の円筒形状である本体部分の中心軸は、鉛直方向に対するずれが極めて小さくなる。すなわち、この内胴１４で中心の位置を規制される上型２及び下型３の中心軸が一致するように力が働くのである。

したがって、この第２の実施形態においては、成形される光学素子の上型側のチルトの最大値であるＴＡＮ^−１｛｛（Ｄ４−Ｄ１）／２＋（Ｄ３−Ｄ１）／２｝／Ｌ１｝、下型側のチルトの最大値であるＴＡＮ^−１｛｛（Ｄ５−Ｄ２）／２＋（Ｄ４−Ｄ２）／２｝／Ｌ２｝で計算される値が０．０１６度よりも大きい場合でも、実際のプレス成形時にずれを小さくする力が働く。そのため、例えば、上記計算式で算出される値が、０．０４度程度であっても、フランジ１４ｂの水平面と内径の直角度が０．００２度以下であれば第１の実施形態と同程度の偏りの少ない光学素子が得られる。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

（実施例１）
図６の成形型を用いて、光学素子の成形を以下のとおり行った。
ここで用いた成形型は、タングステンカーバイドからなる超硬合金製のものであり、プレス成形により、直径１２．２ｍｍ、中心厚さ１．５ｍｍ、周辺厚さ０．９ｍｍの両凸形状の光学素子が得られる。ここで、上型は胴部の直径がφ１４．９９５〜１４．９９８５ｍｍ、フランジの直径がφ２０ｍｍ、フランジの厚みが３ｍｍであり、下型は胴部の直径がφ１４．９９５〜１４．９９８５ｍｍ、フランジの直径がφ２６ｍｍ、厚みが３ｍｍであり、内胴はその円筒状の内径がφ１５．００２５ｍｍで精度を出す段差の内周面は上型及び下型とはクリアランスを最大で２．５μｍ、最小で０．５μｍ設け、段差から各型の挿入口までの内周面は上型及び下型とはクリアランスを最大で４μｍ、最小で２μｍとし、外径がφ２０ｍｍ、高さが２４．５ｍｍ、フランジの直径が２５．８ｍｍ、フランジの厚みが３ｍｍであり、フランジの水平面と内径との直角度が ０．００１度である。なお、外胴はＳＵＳ３１６Ｌ製で、その円筒状の内径がφ２０．６ｍｍ、外径がφ２５．６ｍｍ、長さが２５．５ｍｍのものを用いた。

ここで、図２における成形型の関係は、Ｄ１が１４．９９５〜１４．９９８５ｍｍ、Ｄ２が１４．９９５〜１４．９９８５ｍｍ、Ｄ３が１５．００２５ｍｍ、Ｄ４が１５．００１ｍｍ、Ｄ５が１５．００２５ｍｍ、Ｌ１が１３．９６ｍｍ、Ｌ２が７ｍｍ、Ｌ３が１１ｍｍ、Ｌ４が８．５ｍｍ、Ｌ５が５ｍｍであり、このときの上型の最大チルトが０．０１３３度、最大ディセンタが１．２５μｍ、下型の最大チルトが０．０２６６度、最大ディセンタが１．２５μｍである。

この成形型の内部に直径φ５．１ｍｍの球状のリン酸系の成形素材を収容し、成形型を５５０℃に加熱した。なお、この成形素材の歪点は４４５℃、ガラス転移点（Ｔｇ）は４８４℃、屈伏点（Ａｔ）は５１７℃である。

成形素材を収容した成形型を、５２０℃程度に予備加熱した後、搬送手段により５５０℃に加熱されたプレス手段２０ｂ上に搬送して載置すると同時に、プレス手段２０ｂと同じ温度に維持されたプレス手段２０ａを、下降させて上型２に接触させ、上型２、下型３及び成形素材３０を５５秒間十分に加熱し、昇温させて成形素材を軟化状態とした。

次に、上型２、下型３及び成形素材３０が十分に加熱され、プレス手段２０ａ及び２０ｂと同程度の温度（５５０℃程度）となったところで、プレス手段２０ａをさらに下降させ、上型２及び下型３により成形素材３０のプレス成形を行った。成形時の圧力を２２Ｎ／ｍｍ^２とし、５５秒程度押圧して押切った。

次に、成形型１を搬送手段により冷却手段上に搬送して載置させ、成形型全体を冷却した。この冷却の際にも、成形素材３０へ２２Ｎ／ｍｍ^２の圧力をかけるようにして、成形素材の歪点以下になるまで冷却した。

成形素材が歪点以下の温度となったところで、成形型を冷却手段から水冷手段上に搬送させて載置し、成形素材を室温になるまで冷却した。成形素材が十分に冷却したところで、成形型から取り出し、光学素子を得た。

この光学素子の成形操作を１５ショット行い、得られた光学素子のディセンタに対する工程能力指数（ｃｐｋ）と標準偏差及びチルトに対する工程能力指数（ｃｐｋ）と標準偏差を求め、その結果を表１に示した。

（比較例１）
成形型として、図１の内胴の内周面に段差を有しておらず、ストレートな内周面を有し、この内周面において上型及び下型とのクリアランスが最大で４μｍ、最小で２μｍとなっている内胴を用いた以外は、実施例１と同様の操作により光学素子の成形操作を行った。

この光学素子の成形操作を１５ショット行い、得られた光学素子のディセンタに対する工程能力指数（ｃｐｋ）と標準偏差及びチルトに対する標準偏差と工程能力指数（ｃｐｋ）を同一基準で求め、その結果を表１に示した。工程能力指数を求める際に使用した限界値はディセンタが５μｍ、チルトが６０″とした。

以上に示したように、本発明の光学素子の成形方法により、特に、内胴による光学素子の中心軸を、従来に比べて精度よく合わせることができ、形状精度の高い光学素子を得ることができる。

本発明の光学素子の成形方法及び成形装置は、プレス成形による光学素子の製造に使用できる。

１…光学素子用成形型（成形型）、２…上型、３…下型、２ａ，３ａ…フランジ、４…内胴、４ａ…段差、５…外胴、３０…光学素子成形素材（成形素材）

Claims (8)

1. 円柱状の胴部からなり、それぞれ対向する面に成形面を有する一対の上型及び下型と、前記上型及び下型の胴部がそれぞれ摺動可能に嵌合され、前記成形面の中心軸の位置合わせを行う円筒状の内胴と、該内胴の外周に間隙を設けて配置され、前記上型及び下型の上下方向の間隔を規制する円筒状の外胴と、を有するプレス成形用の光学素子用成形型であって、
   前記内胴は、その内周面の所定の高さ領域に、プレス時に前記上型及び下型の成形面側の外周側面と摺接可能な内径を有する段差を設け、前記高さ領域外の内径を、前記段差の内径よりも０．１〜１０μｍ大径としたことを特徴とする光学素子用成形型。
2. 前記段差と前記上型との接触長さが、前記上型の成形面と光学素子成形素材との接触時に１ｍｍ以上であり、前記段差と前記下型との接触長さが、０．５ｍｍ以上である請求項１記載の光学素子用成形型。
3. 前記上型の胴部直径をＤ１、前記下型の胴部直径をＤ２、前記内胴の上型挿入側の内径をＤ３、前記内胴の段差の内径をＤ４、前記内胴の下型挿入側の内径をＤ５とし、前記上型の内胴へ挿入される勘合長をＬ１、前記下型の内胴へ挿入される勘合長をＬ２としたとき、
   ＴＡＮ^−１｛｛（Ｄ４−Ｄ１）／２＋（Ｄ３−Ｄ１）／２｝／Ｌ１｝とＴＡＮ^−１｛｛（Ｄ５−Ｄ２）／２＋（Ｄ４−Ｄ２）／２｝／Ｌ２｝とで表わされる上型のチルトと下型のチルトが、共に０．０１６度以下である請求項１又は２記載の光学素子用成形型。
4. ｛（Ｄ３−Ｄ１）／２｝及び｛（Ｄ５−Ｄ２）／２｝が１０μｍ以下、｛（Ｄ４−Ｄ１）／２｝及び｛（Ｄ４−Ｄ２）／２｝が３μｍ以下である請求項３記載の光学素子用成形型。
5. 前記下型の下端と内胴の下端に、プレス成形時に互いに圧接されるフランジをそれぞれ有し、かつ、プレス成形時に前記外胴が、前記内胴のフランジを上部から押圧する請求項１〜４のいずれか１項記載の光学素子用成形型。
6. 前記内胴のフランジの直径が、前記内胴の内径の１．１〜６倍であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の光学素子用成形型。
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載の光学素子用成形型に光学素子成形素材を収容し、前記光学素子用成形型を加熱して該光学素子用成形型内の光学素子成形素材をも加熱する加熱工程と、
   前記上型及び下型の成形面側の外周側面と前記内胴の段差とを接触させながら、加熱した光学素子成形素材を前記光学素子用成形型により加圧して光学素子形状を付与するプレス工程と、
   プレス工程後、前記光学素子用成形型を冷却し、光学素子形状を付与した光学素子成形素材を固化させる冷却工程と、
   を有することを特徴とする光学素子の成形方法。
8. 前記冷却工程において、前記光学素子成形素材の加圧状態を維持する請求項７記載の光学素子の成形方法。

Images