JP4695404B2 - 成形型の組立装置及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスなどの成形素材を収容して組み立てられた成形型にプレス荷重を印加して、被成形面に対する研削、研磨などの後加工を必要とせずに、レンズなどの光学素子をプレス成形するにあたり、成形素材を供給しつつ成形型を組み立てるための組立装置、及びこの組立装置により組み立てられた成形型を用いて光学素子を製造する方法に関し、特に、両凹レンズなどの光学素子を成形するに際して、凸面を有する下型成形面上への成形素材の供給を良好に行うことができる成形型の組立装置及び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、２参照）。

特許文献１には、成形型内において、一対の位置決め部材を移動させ、光学素材（成形素材）を挟む形で当接させることによって、光学素材を成形型に対して位置決めする成形方法が記載されている。この方法では、加圧時又は加圧直前まで、成形面に対する位置決めをしつつ光学素子を保持することにより、光学素材の位置ずれを防止している。

特許文献２には、ガラスプリフォーム（成形素材）の端面を保持する保持手段により、ガラスプリフォーム（成形素材）を金型から離れた位置に保持した後、このガラスプリフォームを加熱し、続いて、保持手段による保持を解除して、ガラスプリフォームを加圧する方法が記載されている。これによって、加熱時には、ガラスプリフォームと金型との化学反応が避けられ、加圧時には、ガラスプリフォームの径方向の流動を阻害することなく成形できるとしている。

特許第３５０１５８０号公報 特開平９−２８６６２２号公報

成形素材(ガラス素材など)を、精密モールドプレスによって成形し、レンズなどの光学素子を成形する場合、成形素材を、対向する成形面をもつ上下一対の成形型間で押圧、成形することが一般的である。このとき、予め下型成形面上に成形素材を供給、配置する必要があるが、得ようとする光学素子の形状によっては、下型成形面の中心位置に、成形素材を配置することが必ずしも容易でない。

例えば、両凹レンズを成形する場合など、凸面を有する下型成形面上に成形素材を供給、配置しなければならない場合には、例えば、図１４に示すように、下型成形面上に配置した成形素材が、プレス成形に先立って滑落しやすくなっており、下型成形面上に成形素材を配置するには困難が伴われる。そして、成形素材が滑落したり、位置ずれが生じたりすると、成形される光学素子が偏肉し、形状不良となるだけでなく、偏肉に起因する荷重印加の不均一によって、光学機能面の面精度が劣化してしまう。

特許文献１の記載によると、成形型内に光学素材の位置決め部材を配置し、これをラックとピニオンなどの駆動手段によって、基準位置を中心に互いに反対方向に移動させ、光学素材を挟む形で当接、停止させることで、光学素材を成形型に対して位置決めし、プレスの際に成形面が素材に当接するか、その直前に駆動手段によって位置決め部材を退避させている。

しかしながら、この方法によると、成形型内部に位置決め部材を配置するので、成形型が極めて複雑な構造となる。このため、成形型の熱容量が大きくなってしまい、昇温、降温の温度制御を効率的に行うことが困難になる。さらに、ラックとピニオンのような構造体を成形型の近傍に配置すると、装置が大型化するだけでなく、これら構造体の熱変形による影響などを考慮する必要が生じ、装置設計が著しく複雑化する。

さらに、プレス装置に上下型からなる成形型を固定し、昇温、プレス、冷却を同位置で行う場合には、上記のような装置の複雑化を伴う可動部材によって成形素材の位置決めを行うことは、ある程度は可能であるが、プレス装置から分離された成形型に成形素材を収容し、装置内の各処理室を移送させつつ、順次適切な処理を施す成形方法（詳細については後述する）においては、個々の成形型に上記のような大掛かりな可動部材を設けることは著しく不効率であり、実質的に不可能である。

また、特許文献２には、平板状のプリフォームを、凸面を有する上下型によって加圧成形する図面が開示されている。そして、特許文献２では、保持リングの上端にプリフォームを載置した状態で加熱し、次いで、駆動手段によって保持リングを下降させることにより、成形型内部で保持されたプリフォームを、加圧直前に保持リングから離脱させ、プリフォームを下型上に載置してから、上下型によってプリフォームを加圧している。

しかしながら、このような方法にあっても、成形素材が収容された成形型を各処理室に移送しつつ、順次適切な処理を施すような、成形型への成形素材の供給と加圧、成形体の取り出しが同一位置で行われない成形方法においては、保持手段の駆動手段（特許文献２の図２に示される押し棒や、図３に示されるガス供給手段）が設置できないという不都合がある。

さらに、特許文献２に開示されている装置では、上下型の水平方向の相互位置を規制する手段が無いため、上下型の同軸性を得ることができない。このため、成形される光学素子の第１面と第２面の間に偏心（相互の水平方向のシフト、及び相互のティルト）が生じ、十分な光学性能が得られない。

本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、下型成形面が凸面を有する場合であっても、下型成形面上の適切な位置に配置された状態で成形素材を収容して成形型を組み立てることができるモールドプレス成形型の組立装置及び光学素子の製造方法の提供を目的とし、さらに、上下型を備えた成形型が、プレス装置に固定されずに、装置内を移送されながら適切な処理が順次施される成形方法にも適用可能であり、かつ、高精度の光学素子を効率よく量産できるモールドプレス成形型の組立装置及び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成形型の組立装置は、凸面を有する成形面が形成された下型と、前記下型成形面との対向面に成形面が形成された上型と、前記下型と前記上型とをそれぞれ両端側から挿入可能とした胴型とを備えた成形型を、成形素材が収容された状態で組み立てるための組立装置であって、前記胴型と前記下型とを相対的に近接、離間させるための第一駆動手段と、前記下型成形面上に成形素材を供給する供給手段と、前記供給手段により供給された前記成形素材を、前記下型成形面上で保持する保持手段と、前記保持手段による前記成形素材の保持、及び前記保持手段の退避を行うための第二駆動手段と、前記胴型と前記下型との相対的な近接によって前記成形素材の少なくとも最大外径部が前記胴型内に挿入され、前記下型成形面と前記胴型の内周面により前記成形素材が保持されたときに、前記保持手段を前記下型成形面上から退避させるように前記第二駆動手段を作動させる制御手段とを備えた構成としてある。

このような構成にすれば、成形型の内部に成形素材を保持、支承させるための付加的な部材を設けることなく、下型成形面上に供給された成形素材の滑落や、位置ずれを防止し、下型成形面上の適切な位置に配置された状態で成形素材を収容して成形型を組み立てることができる。

また、本発明の光学素子の製造方法は、凸面を有する成形面が形成された下型と、前記下型成形面との対向面に成形面が形成された上型と、前記下型と前記上型とをそれぞれ両端側から挿入可能とした胴型とを備えた成形型を用いて成形素材をプレス成形することにより光学素子を製造する方法であって、前記下型成形面上に供給された成形素材を、前記下型成形面上に配置された保持手段により保持しつつ、前記胴型と前記下型とを相対的に近接させることにより、前記成形素材の少なくとも最大外径部が前記胴型内に挿入され、前記下型成形面と前記胴型の内周面により前記成形素材が保持された後に、前記下型成形面上から前記保持手段を退避させ、次いで、前記下型と前記上型の間で前記成形素材をプレス成形する方法としてある。

このような方法にすれば、成形型の内部に成形素材を保持、支承させるための付加的な部材を設けることなく、下型成形面上に供給された成形素材の滑落や、位置ずれを防止し、下型成形面上の適切な位置に配置された状態で成形素材を収容して成形型を組み立てることができ、成形される光学素子に、偏肉や、形状不良が生じることなく、偏心精度を精密、かつ、容易に制御して光学素子を製造することができる。

また、前記成形素材の少なくとも最大外径部が前記胴型内に挿入され、前記下型成形面と前記胴型の内周面により前記成形素材が保持された後に、前記下型成形面上から前記保持手段を退避させるようにすることで、保持手段が成形型の組み立ての妨げとならないように、保持手段を下型成形面上から退避させても、下型成形面と胴型の内周面とにより、成形素材をより安定に保持することができる。

また、本発明の光学素子の製造方法は、前記成形素材が、円柱形状又は両凸曲面形状とすることができる。そして、前記成形素材が、両凸曲面形状である場合、前記保持手段が、前記成形素材の最大外径部より下側を保持し、最大外径部の周辺に開放空間を確保する方法とすることができる。

このような方法にすれば、保持手段が成形素材の最大外径部に接触せず、最大外径部の周辺に開放空間を確保することができ、成形素材の最大外径部を確実に胴型内に挿入することができる。

また、本発明の光学素子の製造方法は、前記成形素材が収容された状態で組み立てられた前記成形型を、加熱室、プレス室、冷却室を含む複数の処理室に移送し、それぞれの処理室で加熱、プレス、冷却を含む処理を施すことによって、前記成形素材をプレス成形する方法とすることができる。

このような方法にすれば、多数の成形型を同時に使用しつつ、成形型の昇温や降温を効率良く行い、個々の成形に必要な実質時間（成形サイクルタイム）を短縮することができる。そして、本発明方法において成形型を組み立てるに際しては、成形型に大掛かりな可動部材を設けることなく、下型成形面上に供給された成形素材の滑落や、位置ずれを防止できるので、このような製造方法を好適に用いることができる。

以上のように、本発明によれば、成形型の内部に成形素材を保持、支承させるための付加的な部材を設けることなく、下型成形面上に供給された成形素材の滑落や、位置ずれを防止し、下型成形面上の適切な位置に配置された状態で成形素材を収容して成形型を組み立てることができる。
このため、成形される光学素子に、偏肉や、形状不良が生じることなく、偏心精度を精密、かつ、容易に制御して光学素子を製造することができる。

以下、本発明に係る成形型の組立装置及び光学素子の製造方法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］
まず、本発明に好適に用いられるモールドプレス成形型（以下、単に成形型という）の一例について説明する。ここで、図１は、成形型の概略断面図であり、プレス荷重印加時の状態（図１０（１１）参照）を示している。また、図８〜図１２は、後述する本発明に係る光学素子の製造方法の実施形態における各工程を示す説明図である。

図１に示す成形型は、上型１０、下型２０、及び胴型３０を備えて構成され、上型１０と下型２０との間で成形素材５０をプレス成形する。
図示する例において、胴型３０は、成形型を組み立てる際や、プレス成形の際に、上下型１０，２０を摺動ガイドすることにより、これらの水平方向の相対位置を規制して、上下型１０，２０の同軸性を確保する。
このため、胴型３０と上下型１０，２０の摺動クリアランスは、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。上記摺動クリアランスを制御すれば、上下型１０，２０の成形面１１，２１間の偏心（シフト：上下型１０，２０の成形面１１，２１の水平方向のずれ、ティルト：上下型１０，２０の軸の傾き）を高精度に抑制できる。

図示する成形型では、プレス成形の際に、胴型３０内に嵌合された下型２０に対して、上型１０が胴型３０内を摺動ガイドされ、上下型１０，２０が相対的に接近、離間するように構成されているが、これとは逆に構成することもできる。すなわち、胴型３０内に嵌合された上型１０に対して、下型２０が第一胴型３０内を摺動ガイドされるようにしてもよく、上下型１０，２０が、その同軸性を確保しつつ、相対的に近接、離間するようになっていれば、その具体的な構成は制限されない。

このような胴型３０には、上下型１０，２０が接近、離間するときに、型内外の気圧差によって、上下型１０，２０の動きが妨げられないようにするための通気孔３３，３３を設けておくのが好ましい。特に、図示するように、胴型３０の内径が変化して段部となっている部位や、胴型３０の上端面と上型１０の上端面とが、ほぼ同一面上になったときの上型１０の成形面１１の外縁部と同程度の高さとなる位置に通気孔３３を設け、この段部の隙間や、成形素材５０と上下型１０，２０との隙間における体積の増減に対して、成形型内部が常に外圧と等しくなるように、通気孔３３を介して雰囲気ガスの導通が行われるようにするのが好ましい。これにより、プレス成形や成形型の組立・分解をスムーズに行えるようになる。

上型１０は、下型２０と対向する下面に成形面１１が形成されている。図１に示す例において、成形面１１は、凸面となっているが、凹面又は平面であってもよい。また、上型１０の上部には、成形面１１より径の大きいフランジ部１２が形成されており、このフランジ部１２が、胴型３０の上部に形成された大径内周部３１に収容される。

このとき、上型１０の上面と、胴型３０の上面とが同一面となったときに、上型１０に形成されたフランジ部１２の下面と、胴型３０に形成された小径内周部３２の上端との間には、所定寸法以上の隙間Ｇが確保されるようにするのが好ましい。このような隙間Ｇを確保することにより、プレス成形の際に、上型１０を、その上面が胴型３０の上面と一致するまで押し込んで、いったん成形体１５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（図１０（１１），（１２）参照）。

また、下型２０の上型１０と対向する上面には、凸面を有する成形面２１が形成されている。さらに、下型２０の下部には、成形面２１より径の大きいフランジ部２２が形成されている。プレス成形の際に、このフランジ部２２の上面に胴型３０の下面が当接し、かつ、プレス圧によって互いに密着されることにより、下型２０と胴型３０の相互位置が高精度に画定され、これによってもティルトが抑制される。

このような成形型において、上型１０、下型２０、及び胴型３０の素材には特に制限はない。炭化ケイ素、ケイ素、窒化ケイ素、炭化タングステン、酸化アルミニウムや炭化チタンのサーメット又は、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を挙げることができる。
また、上下型１０，２０の成形面１１、２１には、ガラスの融着を防止するために、非晶質及び／又は結晶質のグラファイト及び／又はダイヤモンドの単一成分層又は混合層からなる炭素膜、又は貴金属合金による離型膜などを用いることが好ましい。

［成形型の組立装置］
次に、本発明に係る成形型の組立装置（以下、単に組立装置という）の実施形態について、図１に示す成形型を組み立てる例を挙げて説明する。ここで、図２は、本実施形態に係る組立装置により、図１に示す成形型を組み立てる例の一工程を示しており、図２（ａ），（ｂ）のそれぞれは、図９（５），（６）に対応する。

本実施形態における組立装置は、成形素材５０を下型２０の成形面２１上に供給しながら成形型を組み立てるためのものであり、成形型の組み立て時に胴型３０と下型２０とを相対的に近接させることによって、胴型３０に下型２０を組み込むことができ、また、プレス成形後に、成形型を分解してプレス成形された成形体５１を取り出すときには、胴型３０と下型２０とを相対的に離間させることにより、胴型３０から下型２０を抜き出すことができるように構成される。

図示する例では、成形型を組み立てるにあたり、上型１０を予め胴型３０に組み込んである。そして、上型１０が込み込まれた状態で、胴型３０の位置を保持手段８０により固定し、昇降可能に構成された載置台７０の上に載置された下型２０が（図２（ａ）参照）、載置台７０が昇降することによって、胴型３０に対して載置台７０ごと近接、離間するようにしてある（図２（ｂ）参照）。
このとき、載置台７０には、下型２０を載置する面に開口部７１を設けておき、この開口部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、固定するように構成し、下型２０が載置台７０上で位置ずれを起こさないようにするのが好ましい。

本実施形態において、載置台７０を昇降させるための駆動手段、すなわち、胴型３０と下型２０とを相対的に近接、離間させるための駆動手段（第一駆動手段）としては、胴型３０と下型２０との水平方向の位置関係を維持しつつ、載置台７０を鉛直方向に沿って上下動させることができるものであれば特に制限されない。
例えば、油圧シリンダーやエアシリンダーなどにより載置台７０を昇降させる昇降機構、又は、ねじ軸の回転により、その回転運動を直線運動に変換して載置台７０を昇降させる昇降機構などを適宜採用することができる。

本実施形態では、胴型３０の位置を固定しておき、胴型３０に対して下型２０が近接、離間するように構成された例を挙げるが、これとは逆に、下型２０の位置を固定し、保持手段８０を昇降させるなどして、下型２０に対して胴型３０が近接、離間するように構成することもできる。
このように、本発明における第一駆動手段の具体的な構成は、胴型３０と下型２０とを相対的に近接、離間することができるものであれば、上記した例に限られない。

また、本実施形態における組立装置は、成形型を組み立てるに際して、下型２０の成形面２１上に成形素材５０を供給するための供給手段を備える。
供給手段は、例えば、先端に吸着パッド６１を備えた搬送アーム６０などとすることができるが（図８（３），（４）参照）、所定範囲内の位置精度で、下型２０の成形面２１上に成形素材５０を供給することができるものであれば、その具体的な構成は特に制限されない。

さらに、本実施形態における組立装置は、供給された成形素材５０を、下型２０の成形面２１上で保持する保持手段としての保持部材４０を備える。
保持部材４０は、下型２０の成形面２１上に供給された成形素材５０を安定に保持し（図２（ａ）参照）、成形素材５０の滑落や、位置ずれを防止するためのものである。そして、成形型を組み立てるに際し、胴型３０と下型２０とが近接して両者が所定の位置関係になるまで、下型２０との相対的な位置関係を維持しつつ、下型２０の成形面２１上で成形素材５０を保持し続ける機能を有する（図２（ｂ）参照）。図２に示す例では、胴型３０と下型２０とが近接して、成形素材５０の一部が胴型３０内に挿入され、下型２０の成形面２１と胴型３０の内周面により成形素材５０が保持された状態となるまで、成形素材５０が保持部材４０に保持されるようにしてある。

保持部材４０は、例えば、図３に示すように、先端部分に保持部４１を備えた一対のアーム４５，４５からなるものとすることができるが、上記機能を有するものであれば、保持部材４０の具体的な構成は特に制限されない。
図示する例において、保持部材４０は、下型２０の成形面２１とほぼ等しい水平面上で、アーム４５，４５が互いに近接、離間することにより、保持部４１を開閉できるように構成されている。そして、保持部材４０は、アーム４５，４５を互いに近接させて保持部４１を閉じることにより、下型２０の成形面２１上で、成形素材５０を挟むように保持することができるようになっている。また、保持部材４０は、アーム４５，４５を離間させて保持部４１を開くことにより、成形素材５０の保持を解除するとともに、胴型３０と下型２０との間から退避できるようになっている。
なお、保持部材４０は、載置台７０に取り付けることにより、下型２０との相対的な位置関係を維持させることができる。また、図３では、閉じた状態の保持部４１を破線で示している。

保持部材４０に成形素材５０を保持させるにあたっては、保持部４１を閉じた状態で、下型２０の成形面２１上に保持部材４０を待機させ、搬送アーム６０により成形素材５０を保持部４１に載置することにより、成形素材５０を保持部材４０に保持させるようにすることができる。また、搬送アーム６０により下型２０の成形面２１上に供給された成形素材５０に対し、搬送アーム６０に保持された状態を維持したまま、成形素材５０を対向方向から挟むようにして保持部４１を閉じて、保持部材４０により成形素材５０を保持した後に、又は、保持部材４０により成形素材５０を保持するのと同時に、搬送アーム６０による保持を解除するようにしてもよい。

本実施形態において、保持部４１を開閉するための駆動手段、すなわち、保持部材４０による成形素材５０の保持、及び保持部材４０の退避を行うための駆動手段（第二駆動手段）には、例えば、リニアモーター、ステッピングモーターなどを利用することができるが、胴型３０と下型２０とを相対的に近接、離間させるための第一駆動手段と同期して、胴型３０と下型２０とが所定の位置関係となったときに、保持部材４０が胴型３０と下型２０との間から退避するように、任意の制御手段により制御できるものであれば、特に制限されない。

ここで、第一駆動手段と第二駆動手段とを同期させて制御する例について説明する。図１３は、制御手段の一例を示すブロック図であり、制御手段１００は、第一駆動手段１１０と第二駆動手段１２０の駆動を制御する制御部１０１と、検知部１０２とを備える。

図示する制御手段において、成形素材５０が保持部材４０に保持されると（図９（５）参照）、成形型の組み立てを開始させるためのスタート信号が制御部１０１に入力される。スタート信号が入力されると、制御部１０１が、第一駆動手段１１０を駆動することにより、載置台７０が上昇を開始する。載置台７０の位置は、検知部１０２により検知され、胴型３０と下型２０とが、予め設定された位置関係となるまで、載置台７０が上昇する。そして、胴型３０と下型２０とが所定の位置関係となるまで載置台７０が上昇したときに、検知部１０２は制御部１０１に対して検知信号を出力する。検知信号が入力された制御部１０１は、第一駆動手段１１０の駆動を停止し、載置台７０の上昇を中断する（図９（６）参照）。一方、制御部１０１は、第二駆動手段１２０を駆動して、保持部材４０による成形素材５０の保持を解除するとともに、保持部材４０を退避させる（図９（７）参照）。

検知部１０２が、保持部材４０の退避が完了したのを検知すると、検知信号が制御部１０１に対して出力され、検知信号が入力された制御部１０１は、第二駆動手段１２０の駆動を停止する。一方、制御部１０１は、第一駆動手段１１０を再び駆動し、載置台７０をさらに上昇させる。下型２０が胴型３０に組み込まれると、検知部１０２が制御部１０１に対して検知信号を出力し、検知信号が入力された制御部１０１は、第一駆動手段１１０の駆動を停止して、載置台７０の上昇を止める（図９（８）参照）。
これによって、成形型の組み立てが完了する。

本発明に用いる成形素材５０の材料には特に制限はなく、例えば、ガラスプリフォームなどのガラス素材とすることができる。そして、成形素材５０の形状は、例えば、ブロック状の光学ガラスを、切断、研磨して、円柱形状、球形状などに加工（冷間加工）したもの、又は、溶融状態から受け型上に滴下、又は流下することによって、球状、両凸曲面形状などに予備成形（熱間成形）したものとすることができる。本発明においては、冷間加工した円柱形状のガラス素材、熱間成形した両凸曲面形状のガラス素材、又は、熱間成形の後に、さらに熱間で平面又は凹面を加工するなどの予備成形をしたガラス素材が好ましい。

また、成形素材５０の径は、得ようとする成形体５１の径（胴型３０の内径）より小さいことが必要であり、わずかに小さいことが好ましい。このようにすると、成形型内に収容された成形素材５０が、下型２０上で大きく偏在することがないため、プレス成形時に偏肉が生じにくくなる。具体的には、例えば、得ようとする成形体５１の径に対し、９０〜９９％のものが好ましい。
なお、成形型から取り出された成形体５１は、芯取り加工（成形体の外周を切除するとともに、外径中心を光学的な中心と一致させる）を行うこともできるが、生産効率上、芯取り加工を行わずにそのまま最終光学素子の形状とするのが好ましい。

保持部材４０は、このような成形素材５０の形状や寸法などを考慮して設計されるが、例えば、図２に示すように、成形素材５０が円柱形状の場合には、成形素材５０の保持される部位の垂直断面形状にあわせて、保持部４１に段部４２を設け、この段部４２により成形素材５０の下面側の外周縁部に沿った底面と側面とを支承することによって、成形素材５０を保持部材４０に保持させるのが好ましい。また、図４に示すように、成形素材５０が両凸曲面形状の場合には、保持部４１の先端に、成形素材５０の保持される面に倣った形状のテーパ４３を設け、成形素材５０を水平に保持しやすくすることもできる。

このように、保持部４１は、成形素材５０の保持される部位の形状に応じて、段部４２やテーパ４３などを設けることにより、成形素材５０を保持しやすい形状とし、面接触によって成形素材５０をより安定に保持できるようにするのが好ましいが、このような段部４２やテーパ４３を設けずに、角部によって、実質的に線接触により成形素材５０を保持するような形状であってもよい。また、図示する例では、成形素材５０を、その全周にわたって保持するようにしているが、成形素材５０を安定に保持できる限り、保持部４１の形状は、例えば、成形素材５０と接触する部位が、周方向に沿って等間隔に離間して設けられたものであってもよい。

また、保持部材４０の厚みは、保持部材４０の強度や剛性などを考慮して、供給された成形素材５０を保持、支承するのに十分なものであればよいが、保持部材４０の厚みが大きすぎると、次のような不具合が生じるおそれがある。
例えば、成形素材５０が円柱形状の場合、保持部４１に設ける段部の形状にもよるが、成形素材５０の側面を支承する部分の面積が大きくなり、これに対して、成形素材５０の側面における胴型３０の内周面と接触できる部分の面積が相対的に小さくなると、下型２０の成形面２１と胴型３０の内周面による成形素材５０の保持が安定しなくなる傾向があるという不具合や、保持部材４０が、下型２０の成形面２１と干渉するという不具合が生じるおそれがある。
このため、保持部材４０の最大厚みは、成形素材５０の厚みの半分以下とするのが好ましい。

また、成形素材５０が、両凸曲面形状の場合には、成形素材５０の最大外径部よりも下型２０側の位置で、保持部４１に保持させるのが好ましい（図４参照）。成形素材５０を保持する位置をこのようにすることで、保持部４１が成形素材５０の最大外径部に接触せず、最大外径部の周辺に開放空間を確保することができる。
これにより、胴型３０と下型２０とが近接することによって、胴型３０内に成形素材５０が挿入される際に、成形素材５０の最大外径部が、確実に胴型３０内に挿入され、保持部４０による成形素材５０の保持が解除されても、下型２０の成形面２１と胴型３０の内周面とにより、成形素材５０を安定に保持することができる。

本実施形態において、保持部材４０を胴型３０と下型２０との間から退避させるタイミングは、図２（ｂ）や図４（ｂ）に示すように、成形素材５０の一部（成形素材５０の形状が両凸曲面形状の場合には、成形素材５０の最大外径部）が胴型３０内に挿入され、下型２０の成形面２１と胴型３０の内周面により成形素材５０が保持された状態となったときに、アーム４５，４５を互いに離間する方向に駆動させ、成形素材５０の保持を解除するのと同時に、保持部材４０の退避が開始されるようにしてもよいが、次のようなタイミングで保持部材４０を退避させることもできる。

すなわち、例えば、図５に示すように、図４（ｂ）に示す状態から、下型２０と保護部材４０との相対的な位置関係を維持しつつ、さらに胴型３０と下型２０とを近接させることにより、胴部３０の下面に当接した保持部材４０が、下型２０に対して相対的に押し下げられ、これによって、保持部材４０による成形素材５０の保持が解除された後に、保持部材４０を退避させるようにしてもよい。

保持部材４０が退避するタイミングをこのようにすれば、成形素材５０のより多くの部分が胴型３０内に挿入された状態で、保持部材４０による成形素材５０の保持が解除されることとなり、下型２０の成形面２１と胴型３０の内周面による成形素材５０の保持を、より安定なものとすることができる。

例えば、成形素材５０が両凸曲面形状の場合、保持部材４０を退避させる際に、より確実に、成形素材５０の最大外径部が胴型３０内に挿入された状態とすることができる。また、図５に示す例では、成形素材５０を両凸曲面形状としているが、成形素材５０が円柱形状の場合にもこのような態様は有効である。この場合には、特に図示しないが、保持部材４０を退避させる際に、成形素材５０の全体が胴型３０内に挿入された状態とすることができる。

ここで、図６は、下型２０と上型１０とで狭持することによって成形素材５０を保持する例を示す参考図である。

以上のような保持部材４０の素材には、例えば、樹脂、又はＳＵＳ、アルミニウムなどの金属を用いることができる。また、成形素材５０は、予熱してから成形型に供給することもできるが、このとき、保持部材４０に樹脂を用いる場合には、成形素材５０の予熱温度を考慮して、２００℃程度の耐熱性のものを選択するのが好ましい。また、保持部材４０には、成形素材５０との接触部分（例えば、保持部４１）に、適宜、融着防止のためのコーティングを施してもよい。

［モールドプレス成形装置］
次に、本発明に係る光学素子の製造方法を実施するのに好適なモールドプレス成形装置（以下、単に成形装置という）について説明する。ここで、図７は、このような成形装置の一例として示す回転移送式の成形装置の概略平面図である。

図７に示す成形装置は、取出・挿入室Ｐ１と、周方向に並べて配置された多数の処理室Ｐ２〜Ｐ８を備えている。
取出・挿入室Ｐ１では、成形を終えた成形型の取り出し作業と、新たに成形に供される成形素材を収容した成形型の挿入作業が行われる。取出・挿入室Ｐ１から挿入された成形型は、図中矢印方向に回転する回転テーブルに取り付けられた保持台に保持されるなどして、成形素材（又は成形体）を収容した様態で、常時非酸化性ガスの雰囲気（不活性ガス雰囲気）下にある処理室Ｐ２〜Ｐ８の中を順次通過するようになっている。回転テーブルは、一定時間ごとに間歇的に回転し、この間歇的な回転により、隣設された処理室間を成形型が移動する。そして、この一定時間が、成形サイクルタイムとなる。

ここで、Ｐ２は第一加熱室、Ｐ３は第二加熱室、Ｐ４は第三加熱室（又は均熱室）であり、これらは総称して加熱部ともいう。Ｐ５はプレス室であり、加熱部でプレス成形に適した温度とされた成形型へのプレス荷重の印加が行われる。Ｐ６は第一徐冷室、Ｐ７は第二徐冷室、Ｐ８は急冷室であり、これらは総称して冷却部ともいい、プレス荷重が印加された後の成形型の冷却処理が行われる。これらの処理室Ｐ２〜Ｐ８は、略等間隔に配置されており、それぞれの処理に適した温度に温度制御されるとともに、各処理室内の温度を所定温度に保つために、シャッターＳ１〜Ｓ６によって区画されている。

図７に示すような成形装置を用いれば、成形素材（又は成形体）が収容された成形型を、各処理室を順次移送しながら適切な処理を施すことによって、所望の光学素子を効率よく製造することができる。
すなわち、プレス成形に適した温度への成形型の昇温、プレス荷重の印加、その後の冷却処理が、二次元的に配置された各処理室を成形型が通過することによって行われるため、多数の成形型を同時に使用でき、個々の成形に必要な実質時間(成形サイクルタイム)が短縮される。
なお、前述したように、回転テーブルが間歇的に回転し、隣設された処理室間を成形型が移動するのに要する時間が、成形サイクルタイムとなる。

本発明に係る光学素子の製造方法は、加熱室、プレス室、冷却室などの各処理室に、成形素材（又は成形体）が収容された成形型を移送して、加熱、プレス、冷却を含む適切な処理を順次施す成形装置において好適に実施されるが、このような成形装置の具体的な構成は、上記した例には制限されない。例えば、上記した例では、回転テーブルにより成形型を移送するようにしているが、二次元的（場合によっては三次元的）に配置された各処理室内を所定の時間間隔で通過できるように構成されているものであれば、成形型を移送する手段は特に制限されない。

また、各処理室の配置構成は、成形素材の組成や、得ようとする成形体の形状にあわせて、加熱工程や冷却工程を最適化するために適宜変更することができる。例えば、加熱室を四つにしたり、徐冷室を三つにしたりするなどの変更を行うことができる。また、生産効率をさらに向上させるために、加熱室、プレス室、冷却室などをそれぞれ同数連設し、異なる温度条件、異なる加圧条件を要する複数種類のプレス成形を同時並行的に行うようにしてもよい。

また、生産効率を向上させるためには、例えば、同一の工程に供される複数の保持台が各処理室を同時に通過するようにするなどして、各処理室の中で成形型を複数個ずつ同時に処理することもできる。具体的には、各処理室において、加熱、プレス荷重の印加、冷却処理等の処理が行われるときに、成形型を進行方向に２個以上配列し、それらに対して同時に同じ処理を施すことができる。この場合、プレス室には、進行方向に配列した二以上のプレス手段を設けることが好ましい。

［光学素子の製造方法］
次に、本発明に係る光学素子の製造方法の実施形態について、図１に示す成形型を、図７に示す成型装置に適用して実施する例について説明する。ここで、図８は、本実施形態に係る光学素子の製造方法における工程（１）〜（４）を示す説明図、図９は、同工程（５）〜（８）を示す説明図、図１０は、同工程（９）〜（１２）を示す説明図、図１１は、同工程（１３）〜（１６）を示す説明図、図１２は、同工程（１７）を示す説明図である。

工程（１）〜（５）：成形素材供給工程
本実施形態では、胴型３０に組み込まれた上型１０と、下型２０とが離間した状態で（図８（１）参照）、成形素材５０を下型２０の成形面２１上に供給するが、このとき、保持部材４０は、下型２０の成形面２１上で保持部４１を閉じて待機する（図８（２）参照）。その一方で、吸着パッド６１付の搬送アーム６０によって、成形素材（例えば、ガラスプリフォーム）５０を吸着保持し、成形面２１の上方に搬送する（図８（３）参照）。
そして、吸着パッド６１が、所定範囲内の精度で下型２０の成形面２１上に到達し、保持部材４０（保持部４１）に成形素材５０を載置した後に（図８（４）参照）、その吸着を解除することによって、成形素材５０は、保持部材４０により保持される（図９（５）参照）。

このとき、図示する例では、保持部４１に段部４２を設け、円柱形状の成形素材５０の下面側の外周縁部に沿った底面と側面とを段部４２で支承することによって、成形素材５０を保持部材４０に保持させている。これにより、成形素材５０は、滑落したり、位置ずれを生じたりすることなく、下型２０の成形面２１上に安定に保持される。
また、図示する例において、成形素材５０は、円柱形状としてあるが、両凸曲面形状などの凸曲面を有する形状であってもよい。成形素材５０が両凸曲面形状の場合、前述したように、成形素材５０の最大外径部よりも下型２０側の位置で、保持部材４０に保持させるのが好ましい（図４参照）。

なお、成形素材５０を供給するに際しては、予め吸着パッド６１の中心と成形素材５０の中心の位置合わせが行われた状態で、かつ、吸着パッド６１の中心と下型２０の成形面２１の中心が実質的に一致した状態で、成形素材５０が保持部材４０に載置されるように、搬送アーム６０の動作を制御するのが好ましく、搬送アーム６０は、成形素材５０を供給した後に直ちに退避する。また、上型１０が組み込まれた胴型３０は、保持手段８０により、その位置が固定されている。

工程（６）〜（８）：成形型の組立工程
成形素材５０が保持部材４０に保持されると、胴型３０の位置が保持手段８０により固定されたまま載置台７０が上昇し、保持部材４０と下型２０との相対的な位置関係を維持しつつ、下型２０が胴型３０に近接する。

載置台７０が所定量上昇すると、成形素材５０の一部が胴型３０内に挿入され、成形素材５０は、下型２０の成形面２１と胴型３０の内周面とによっても保持される（図９（６）参照）。次いで、保持部材４０は、成形素材５０の保持を解除し、成形面２１上から退避するが、成形素材５０は、下型２０の成形面２１と胴型３０の内周面により保持されているため、成形面２１から滑落したり、位置ずれが生じたりすることがない（図９（７）参照）。

このとき、成形素材５０が円柱形状の場合には、下型２０の成形面２１と胴型３０の内周面による保持を安定なものとするために、成形素材５０の厚みをｈとするとき、胴型３０内に挿入される部分の長さが０．２ｈ以上であるのが好ましい。

下型２０の成形面２１上から保持部材４０が退避した後、載置台７０を、さらに上昇させることにより、胴型３０内に下型２０が組み込まれる（図９（８）参照）。このとき、胴型３０と下型２０のクリアランスは、５μｍ以下とされていることが好ましい。また、予め組み立てられた上型１０と胴型３０も同様のクリアランスとするのが好ましい。これにより、上下型１０，２０の成形面１１，２１間の偏心を高精度に抑制できる。
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２２の上面が当接すると、図９（８）に示すように、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る。

なお、成形型を組み立てるにあたり、胴型３０と下型２０とを近接させる第一駆動手段と、保持部材４０による成形素材５０の保持、及び保持部材４０の下型２０の成形面２１上からの退避を行う第二駆動手段とは、前述したような制御手段により同期させて制御することができる。また、成形型を組み立てるに際しては、載置台７０を上昇させるかわりに、保持手段８０により上型１０及び胴型３０を下降させるようにしてもよい。

上記の工程（１）〜（８）においては、下型２０が載置台７０上で位置ずれを起こさないように、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、固定することができる。また、後述するように、成形型を分解する際に、雰囲気ガスの吸引により載置台７０上に下型２０を密着、固定し、胴型３０から下型２０を抜き出した時の位置を維持することで、下型２０と胴型３０の水平方向の相対位置がずれてしまうのを避けることができる。
なお、上記の工程（１）〜（８）にしたがって、成形素材５０を収容して組み立てられた成形型は、図７に示す成形装置において、取出・挿入室Ｐ１から成型装置内に挿入されるが、上記の工程（１）〜（８）は、取出・挿入室Ｐ１内で行うようにしてもよい。

工程（９）：加熱工程
成形素材５０が収容され、成形装置内に挿入された成形型を、回転テーブルに取り付けられた保持台７５に保持させるなどして、加熱室Ｐ２〜Ｐ４に順次移送しつつ、加熱する（図１０（９）参照）。これによって、成形型ごと成形素材５０をプレス成形に適した温度に昇温する。
このとき、例えば、第一加熱室Ｐ２は、成形素材５０のプレス温度以上の高温に保ち、成形型及び成形素材５０を急速に加熱する。そして、成形素材５０が収容された成形型は、第一加熱室Ｐ２で所定時間静止した後、回転テーブルの回転に応じて第二加熱室Ｐ３に移送される。この第二加熱室Ｐ３での加熱により、成形型と成形素材５０は、さらに加熱されながら、均熱化されてプレス温度に近づく。次いで、第三加熱室Ｐ４で成形型と成形素材５０を均熱化して、成形素材５０の粘度をプレス成形に適切な１０^６〜１０^９ポアズにするが、好ましくは、成形素材５０の温度が、１０^６〜１０^８ポアズの粘度となる温度となるように設定する。
なお、加熱室Ｐ２〜Ｐ４が備える加熱手段には特に制限はない。例えば、抵抗加熱によるヒータ、高周波誘導コイル等を用いることができる。

工程（１０）〜（１１）：プレス工程
適温になった成形型は、プレス室Ｐ５に移送される（図１０（１０）参照）。プレス室Ｐ５では、成形型の上方からプレスヘッド９０により、所定圧力（例えば、３０〜２００Ｋｇ／ｃｍ^２）、所定時間（例えば、数十秒）で、成形型にプレス荷重が印加される（図１０（１１）参照）。
プレスヘッド９０の下面が胴型３０の上面に当接した時点で成形体５１の肉厚が規定され、その後、プレスヘッド９０を上昇させてプレス荷重の印加を解除することにより、プレス工程を終了する。

工程（１２）：冷却工程
プレス工程終了後、成形型は徐冷室Ｐ６、Ｐ７及び急冷室Ｐ８に順次移送され、冷却処理が施される（図１０（１２）参照）。
急冷室Ｐ８では、冷却用ガスによる急冷を行うことができ、成形体５１がガラス転移点以下の温度となるまで冷却される。このとき、成形型には、上型１０のフランジ部１２の下面と、胴型３０の小径内周部３２の上端との間に、前述したような隙間Ｇを所定の寸法で確保しておくことにより、ガラスの収縮に対して上型１０がその自重によって追随することが可能となり、良好な形状精度が得られる。
なお、ガラスの収縮に追随して上型１０が降下したとき、上型１０のフランジ部１２と、胴型３０の小径内周部３２の上端面との間の隙間Ｇの間隔は狭くなる。

工程（１３）〜（１４）：成形型の分解工程
成形型が取出・挿入室Ｐ１に戻ってくると、成形型は、成型装置外に取り出され、成形型の分解、成形体５１の取出し、さらには、新たな成形素材５０の供給が行われる。
成形型の分解工程では、成形体５１を収容した成形型は、ロボットにより載置台７０に移送され（図１１（１３）参照）、周囲をチャックすることによって位置決めされる。そして、載置台７０の開口部７１から雰囲気ガスを吸引して、載置台７０上に下型２０を一体的に保持した上で、載置台７０を垂直に下降し、胴型３０から下型２０を抜き出して、上型１０と下型２０を離間させる（図１１（１４）参照）。胴型３０から下型２０を抜き出すときに、載置台７０上に下型２０を一体的に保持し、胴型３０から下型２０を抜き出したときの位置を維持することで、下型２０と胴型３０の水平方向の相対位置がずれてしまうのを避けることができる。
このとき、前述した成形素材供給工程や、成形型の組立工程と同様に、上型１０が組み込まれた胴型３０は、保持手段８０により、その位置が固定されている。
なお、不活性ガス雰囲気となっていない取出・挿入室Ｐ１にあっては、成形型の酸化防止を考慮して、成形型の温度が２５０℃以下となるように温度制御するのが好ましい。

工程（１５）〜（１７）：光学素子の取出し工程
胴型３０から下型２０を抜き出した後に、搬送アーム６０を上下型１０，２０間に挿入する（図１１（１５）参照）。そして、先端の吸着パッド６１によって成形体５１を吸引・吸着し（図１１（１６）参照）、下型２０の成形面２１上から成形体５１を取り出す（図１２（１７）参照）。

これらの工程（１）〜（１７）が終了した後は、工程（１）に戻り、上記のサイクルを繰り返すことによって、プレス成形を連続的に行うことができる。

以上のような本実施形態に係る光学素子の製造方法は、下型２０の成形面２１上に供給された成形素材５０を、下型２０の成形面２１上に配置された保持部材４０により保持しつつ、胴型３０と下型２０とを近接させることにより、成形素材５０の少なくとも一部が胴型３０内に挿入された後に、胴型３０と下型２０との間から保持部材４０を退避させ、次いで、下型２０と上型１０の間で成形素材５０をプレス成形するものであるため、成形型の内部に成形素材５０を保持、支承させるための付加的な部材を設けることなく、下型２０の成形面２１上に供給された成形素材５０の滑落や、位置ずれを防止し、下型２０の成形面２１上の適切な位置に配置された状態で成形素材５０を収容して成形型を組み立てることができる。

そして、成形型の内部には付加的な部材を設ける必要がないため、本実施形態において組み立てられる成形型は、上下型１０，２０と胴型３０とが直接接触する構造とすることができる。このため、上下型１０，２０と胴型３０との接触する部分のクリアランスによって、上下型１０．２０相互の水平方向のずれ（シフト）や、倒れ（ティルト）が制限でき、製造される光学素子の偏心精度を精密、かつ、容易に制御することができる。

また、成形型が、加熱室、プレス室、冷却室を含む複数の処理室に移送され、それぞれの処理室で加熱、プレス、冷却を含む処理が施されることによって、成形型の内部に収容した成形素材５０がプレス成形されるので、多数の成形型を同時に使用しつつ、成形型の昇温や降温を効率良く行い、個々の成形に必要な実質時間（サイクルタイム）を短縮することができる。そして、本実施形態において成形型を組み立てるに際しては、成形型に大掛かりな可動部材を設けることなく、下型成形面上に供給された成形素材の滑落や、位置ずれを防止できるので、このような製造方法を好適に用いることができる。

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、上記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言うまでもない。

本発明は、ガラスなどの成形素材を収容して組み立てられた成形型にプレス荷重を印加して、被成形面に対する研削、研磨などの後加工を必要とせずに、レンズなどの光学素子をプレス成形するにあたり、成形素材を供給しつつ成形型を組み立てるための組立装置、及びこの組立装置により組み立てられた成形型を用いて光学素子を製造する方法に適用することができる。

本発明に好適に用いられるモールドプレス成形型の一例を示す概略断面図である。 本発明係る成形型の組立装置の一実施形態により、図１に示す成形型を組み立てる例における一工程を示す説明図である。 保持手段（保持部材）の概略平面図である。 本発明係る成形型の組立装置の他の実施形態により、図１に示す成形型を組み立てる例における一工程を示す説明図である。 本発明係る成形型の組立装置の他の実施形態により、図１に示す成形型を組み立てる他の例における一工程を示す説明図である。 成形素材を上下型で狭持する例を示す参考図である。 本発明に係る光学素子の製造方法を実施するのに好適なモールドプレス成形装置の一例を示す概略平面図である。 本発明に係る光学素子の製造方法の一実施形態における工程（１）〜（４）を示す説明図である。 本発明に係る光学素子の製造方法の一実施形態における工程（５）〜（８）を示す説明図である。 本発明に係る光学素子の製造方法の一実施形態における工程（９）〜（１２）を示す説明図である。 本発明に係る光学素子の製造方法の一実施形態における工程（１３）〜（１６）を示す説明図である。 本発明に係る光学素子の製造方法の一実施形態における工程（１７）を示す説明図である。 第一駆動手段と第二駆動手段を制御する制御手段の一例を示すブロック図である。 凸面を有する下型成形面上に成形素材を配置した状態を示す説明図である。

符号の説明

１０ 上型
１１ 成形面
２０ 下型
２１ 成形面
３０ 胴型
４０ 保持部材（保持手段）
５０ 成形素材
５１ 成形体
６０ 搬送アーム
７０ 載置台
１００ 制御手段
１０１ 制御部
１０２ 検知部
１１０ 第一駆動手段
１２０ 第二駆動手段
Ｐ２ 第一加熱室
Ｐ３ 第二加熱室
Ｐ４ 第三加熱室
Ｐ５ プレス室
Ｐ６ 第一徐冷室
Ｐ７ 第二徐冷室
Ｐ８ 急冷室

Claims (8)

1. 凸面を有する成形面が形成された下型と、前記下型成形面との対向面に成形面が形成された上型と、前記下型と前記上型とをそれぞれ両端側から挿入可能とした胴型とを備えた成形型を、成形素材が収容された状態で組み立てるための組立装置であって、
   前記胴型と前記下型とを相対的に近接、離間させるための第一駆動手段と、
   前記下型成形面上に成形素材を供給する供給手段と、
   前記供給手段により供給された前記成形素材を、前記下型成形面上で保持する保持手段と、
   前記保持手段による前記成形素材の保持、及び前記保持手段の退避を行うための第二駆動手段と、
   前記胴型と前記下型との相対的な近接によって前記成形素材の少なくとも最大外径部が前記胴型内に挿入され、前記下型成形面と前記胴型の内周面により前記成形素材が保持されたときに、前記保持手段を前記下型成形面上から退避させるように前記第二駆動手段を作動させる制御手段と
   を備えたことを特徴とするモールドプレス成形型の組立装置。
2. 前記保持手段の最大厚みが、前記成形素材の厚みの半分以下であ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型の組立装置。
3. 凸面を有する成形面が形成された下型と、前記下型成形面との対向面に成形面が形成された上型と、前記下型と前記上型とをそれぞれ両端側から挿入可能とした胴型とを備えた成形型を用いて成形素材をプレス成形することにより光学素子を製造する方法であって、
   前記下型成形面上に供給された成形素材を、前記下型成形面上に配置された保持手段により保持しつつ、
   前記胴型と前記下型とを相対的に近接させることにより、前記成形素材の少なくとも最大外径部が前記胴型内に挿入され、前記下型成形面と前記胴型の内周面により前記成形素材が保持された後に、前記下型成形面上から前記保持手段を退避させ、
   次いで、前記下型と前記上型の間で前記成形素材をプレス成形する
   ことを特徴とする光学素子の製造方法。
4. 前記成形素材が、円柱形状であることを特徴とする請求項３に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記成形素材が、両凸曲面形状であることを特徴とする請求項３に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記保持手段が、前記成形素材の最大外径部より下側を保持し、最大外径部の周辺に開放空間を確保す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。
7. 前記保持手段の最大厚みが、前記成形素材の厚みの半分以下であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
8. 前記成形素材が収容された状態で組み立てられた前記成形型を、加熱室、プレス室、冷却室を含む複数の処理室に移送し、それぞれの処理室で加熱、プレス、冷却を含む処理を施すことによって、前記成形素材をプレス成形することを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。

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