JP6081630B2 - モールドプレス成形装置、及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、精密加工された成形型によってガラスなどの成形素材をプレス成形し、ガラスレンズなど光学素子を製造するモールドプレス成形装置、及び光学素子の製造方法に関する。

近年、成形面を所定の表面精度に精密加工した成形型内に光学用のガラス素材を収容して、加熱下でプレス成形して成形面を転写することにより、成形後の転写面について研削や研磨などの後加工を必要としない、高精度の光学機能面を有するガラス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には、加熱室、プレス室、冷却室などの処理室が円周方向に並べて配置され、これらの処理室の中を、成形素材を入れた成形型が順次移送されるガラス成形体の製造装置が開示されている。この製造装置では、各処理室が炉体の中でケースによって取り囲まれて形成されているとともに、中央の回転軸回りに間歇的に回転駆動可能に設けられた回転テーブルに試料台が据え付けられており、この試料台に載置された成形型を、回転テーブルの回転駆動に伴って各処理室を移送させることで、ガラス成形体を連続的に成形するようにしている。

また、特許文献２には、加熱ステージ、加圧ステージ、冷却ステージが配置されたプレス機に成形用の金型を順次移送して各ステージにおける所定の作業を行う型移動方式のプレス成形機が開示されている。この成形機では、特許文献１のように成形型を支持台に載置した状態で移送や各種処理を行わず、成形型を型送りアームで後段のステージへ移送し、ヒータブロック上に設けられた均熱板に成形型を直接載置して各種処理を実行している。

また、特許文献３には、成形機内で成形型を移送しない方式のガラスレンズ成形装置であって、成形機の固定部に設けた３つの突起で成形型を支持し、成形型に近接して配置した加圧手段、加熱手段、冷却手段により各種処理を施して所定形状のガラスレンズを成形する装置が開示されている。

また、特許文献４には、下型と下型保持部材との間に複数の転動部材を配設することにより、固定軸側に用意された胴型内に下型を挿入する際、下型の水平方向への円滑な移動を促し、下型をスムーズに胴型内に挿入して上型と下型の同軸性を高めることができるモールドプレス成形型が開示されている。

特公平７−２９７７９号 特開２００３−２５１００号 特開２００４−１４９４１０号 再公表２００８−０５３８６０号

ところで、特許文献１の装置は、各処理室の温度管理を独立に、かつ、精緻に制御することが可能であり、成形型の移送に伴う温度変動が生じないようにすることができ、また、これに加えて、移送時の振動により成形型内での成形素材の位置ずれが生じてしまうと、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、偏肉に起因するプレス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が、特許文献１の装置によれば、成形型に振動を及ぼすことなく回転テーブルによって成形型をスムーズに移送することができる。このように、特許文献１の装置は、高精度の光学機能面を有する光学素子を製造する上で、非常に優れた機能を備えている。

しかしながら、本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、特許文献１の装置では、処理室内の加熱ヒータにより成形型とともに試料台も加熱されるが、このとき、成形型と試料台の熱的特性の相違により両者の間で熱交換が生じ、成形型の温度管理を乱してしまうおそれがあることが見出された。そして、光学素子に要求される精度がますます厳しくなってきているという近年の状況において、成形型を支持する試料台の熱的影響が、高精度の成形に悪影響を及ぼしてしまうという知見を得るに至った。

例えば、デジタルカメラ等の撮像機器や、交換レンズなどに用いられる光学素子は、その光学的要求性能が極めて高い。特に、比較的直径の大きいガラスレンズ（例えば、φ２０ｍｍ以上）を精密モールドプレスによって成形するためには、成形プロセスの各処理工程における温度管理、特に、成形素材を収容する成形型の温度管理を精緻に行う必要があるが、特許文献１の装置をそのまま適用したのでは、より精緻な成形型の温度管理が求められたときに、これに応えられないことが懸念された。

なお、特許文献２の成形機では、ステージ毎に区画がされていないため、隣接するステージからの熱的影響を避けられず、各成形型の精緻な温度管理を行うことができない。しかも、成形型は上下から挟持される均熱板から直接に熱が伝播されるため、成形型と均熱板との間に異物が介在するなどして両者の接触面積が変化すると、成形型が温度変動し、所望の品質の成形体を成型できなくなることがある。

また、特許文献３の装置では、成形機の固定部に設けた３つの突起で成形型を支持することで、成形型の姿勢を一義的に決めることができるとともに、成形型の加熱、冷却時の成形機への熱移動を極力少なくすることができるとしているが、３つの突起を固定部に均等に形成するのは容易でない。しかも、数十〜数百ｋｇｆのプレス荷重を常に３点で受けるため、プレス回数が増えると突起が変形し、成形型に傾きが生じるなどして、プレス開始当初の成形型の姿勢が崩れるおそれがある。

また、特許文献４のプレス成形装置において、下型は、型加熱装置によって誘導加熱された下型保持部材の熱を受けて加熱される。このため、下型と下型保持部材との間に複数の転動部材を配設することで、下型の水平方向の移動をスムーズにすることができるものの下型への加熱効率が悪くなってしまう。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであり、成形型内に収容された成形素材を、支持台に支持された成形型ごと加熱して温度制御しながらプレス成形することによって所望の形状に成形された光学素子を製造するにあたり、成形型を支持する支持台の熱的影響が成形型に及ぶことを抑制し、より精緻に成形型の温度管理をすることで高精度の光学素子を安定して量産することができるモールドプレス成形装置、及び光学素子の製造方法の提供を目的とする。

本発明のモールドプレス成形装置は、成形型内に収容された成形素材を、支持台に支持された前記成形型ごと加熱して温度制御しながらプレス成形するモールドプレス成形装置であって、複数の保持孔が形成された保持板と、前記保持孔内で転動可能に保持される転動体とを少なくとも備え、前記転動体の一部が前記保持板の表面に突出するように前記保持孔内に前記転動体が収容された台座ユニットを介して、前記成形型を前記支持台上に支持させることにより、前記成形型の下面を前記転動体が点接触で支持するようにした構成としてある。

また、本発明の光学素子の製造方法は、成形型内に収容された成形素材を、支持台に支持された前記成形型ごと加熱して温度制御しながらプレス成形することによって光学素子を製造するにあたり、複数の保持孔が形成された保持板と、前記保持孔内で転動可能に保持される転動体とを少なくとも備え、前記転動体の一部が前記保持板の表面に突出するように前記保持孔内に前記転動体が収容された台座ユニットを介して、前記成形型を前記支持台上に支持させることにより、前記転動体が前記成形型の下面を点接触で支持する方法としてある。

本発明によれば、成形型を支持する支持台の熱的影響が成形型に及ぶことを抑制し、より精緻に成形型の温度管理をすることが可能となるため、高精度の光学素子を安定して量産することができる。

本発明に係るモールドプレス成形装置の実施形態を示す概略平面図である。 図１のＡ−Ａ断面に相当する装置内部の説明図である。 台座ユニットの概略を示す説明図である。 図２の一部を拡大して示す要部拡大断面図である。 台座ユニットの他の例を示す説明図である。 実施例について、基準形状に対する周辺領域の形状誤差を五つの支持台ごとに測定した結果を示す分布図である。 実施例について、基準形状に対する周辺領域の形状誤差を横軸に、その頻度を縦軸にとったヒストグラムである。 比較例について、基準形状に対する周辺領域の形状誤差を五つの支持台ごとに測定した結果を示す分布図である。 比較例について、基準形状に対する周辺領域の形状誤差を横軸に、その頻度を縦軸にとったヒストグラムである。

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。

図１は、本発明に係るモールドプレス成形装置（以下、単に「成形装置」という）の実施形態を示す概略平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面に相当する装置内部の説明図である。

本実施形態の成形装置は、成形型Ｍ内に収容された、ガラスプリフォームなどの成形素材Ｐを、支持台３に支持された成形型Ｍごと加熱して温度制御しながらプレス成形することにより、所望の形状に成形された光学素子などの成形体を得るためのものである。

本実施形態で用いる成形型Ｍは、成形素材Ｐを所望の形状にプレス成形できるものであれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、互いに対向する成形面が形成された一対の上型１０及び下型２０と、上型１０及び下型２０の水平方向の相互位置を規制する胴型３０とを備え、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Ｐをプレス成形するようにしたものを用いることができる。

また、本実施形態の成形装置は、成形型Ｍに対して、加熱、プレス、冷却を含む各処理をそれぞれ行う複数の処理室と、成形型Ｍを支持した支持台３を各処理室に移送させる移送機構とを有するようにして、成形素材Ｐが収容された成形型Ｍを移送しながら、順次、加熱処理、プレス処理、冷却処理などの各処理を施すことによって、プレス成形が行われるようにすることができる。

ここで、図１に示す成形装置は、ステンレス、又はその他の耐熱性を有する金属を用いて形成され、例えば、円筒形の上下開口部を密閉した形状とすることにより、内部を非酸化性ガス雰囲気（不活性ガス雰囲気）に保持できる気密構造とされた、チャンバ１を備えている。そして、このチャンバ１内には、周方向に沿ってほぼ等間隔に並べて配置された、取出・挿入室Ｐ１と、処理室Ｐ２〜Ｐ８とが設けられている。

図示する例において、Ｐ１は取出・挿入室である。この取出・挿入室Ｐ１では、処理室Ｐ２〜Ｐ８の設定環境を損なわないようにして、成形を終えた成形型Ｍの取り出し作業と、新たに成形に供される成形素材Ｐを収容した成形型Ｍの挿入作業とが行われる。

また、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）である。これらは総称して加熱部ともいい、成形型Ｍに対して加熱処理が施される。ここでの加熱処理は、成形型Ｍ及び成形素材Ｐをプレス成形に適した温度、例えば、ガラス粘度が１０６〜１０１１ｄＰａ・ｓに相当する温度に達するように行われる。Ｐ５はプレス室である。このプレス室Ｐ５では、加熱部での加熱処理によってプレス成形に適した温度とされた成形型Ｍに対し、プレス機構によりプレス荷重を印加するプレス処理が施される。

また、Ｐ６は第一徐冷室、Ｐ７は第二徐冷室、Ｐ８は急冷室である。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Ｍに対して冷却処理が施される。急冷室Ｐ８には、冷却ガスによる急冷機構を設けておくのが好ましく、成形素材Ｐをプレス成形することによって所望の形状とされた成形体が、大気開放に支障のない温度、例えば、ガラス粘度が１０１２ｄＰａ・ｓに相当する温度以下となるまで成形型Ｍを冷却する。

これらの処理室Ｐ２〜Ｐ８は、それぞれの処理に適した温度にそれぞれ独立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。

また、図示する例では、成形型Ｍを支持して移送する支持台３が、図１中矢印方向に回転する回転駆動機構に連結された、移送機構としての回転テーブル２に取り付けられている。これにより、取出・挿入室Ｐ１から装置内に挿入され、支持台３に支持された成形型Ｍは、成形素材（又は成形体）Ｐを収容した状態で、常時非酸化性ガスの雰囲気（窒素などの不活性ガス雰囲気）下に環境設定された処理室Ｐ２〜Ｐ８に順次移送される。

なお、回転テーブル２は、チャンバ１の内径より小さい径の円板状とし、その回転中心がチャンバ１の中心と一致するように、チャンバ１に対して回転自在に取り付けられる。

回転テーブル２は、特に図示しないが、インデックスマシンを備えた制御機構を中央に備えており、回転テーブル２が一定時間ごとに回転と停止を繰り返して、所定の回転角度分だけ間歇的に回転することにより、成形型Ｍを支持する支持台３が、隣設する処理室間を移動するようになっている。そして、このときの一定時間、すなわち、回転テーブル２の間歇的な回転により、支持台３が移動を開始してから、一旦停止して次の移動が開始されるまでの時間が、成形サイクルタイムとなる。

なお、本実施形態では、回転移送式の成形装置の例を図示して説明するが、支持台３を移送する移送機構は、直線動作を主とする公知の駆動機構に連結して構成することもでき、その具体的な構成は特に限定されない。また、取出・挿入室Ｐ１、処理室Ｐ２〜Ｐ８の配置も図示する例には限定されず、支持台３を移送する移送機構の構成に応じて種々変更することができる。さらに、成形素材Ｐの組成や、得ようとする光学素子などの成形体の形状にあわせて、加熱、プレス、冷却の各処理を最適化するために、例えば、加熱室を四つにしたり、プレス室を二つにしたり、徐冷室を三つにしたりしてもよい。生産効率を向上させるために、同数の加熱室、プレス室、徐冷室を並設し、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することもできる。

図示する例において、第一加熱室Ｐ２、第二加熱室Ｐ３、第三加熱室Ｐ４、プレス室Ｐ５、第一徐冷室Ｐ６、及び第二徐冷室Ｐ７の各処理室は、ケース７によって周囲が取り囲まれており、このケース７は、図示しない適当な手段によってチャンバ１に固定されている。図２に示すように、ケース７の底壁７ａには、成形型Ｍを移送する際の支持台３の移動通路となる周方向に延びるスリット７ｂが形成されており、このスリット７ｂを通って、各処理室内に、支持台３が入り込むようになっている。

ここで、図２は、第一加熱室Ｐ２の内部を代表して示しているが、第二加熱室Ｐ３、第三加熱室Ｐ４、第一徐冷室Ｐ６、第二徐冷室Ｐ７は、設定温度が異なるだけで、第一加熱室Ｐ２と共通の構造とすることができる。また、プレス室Ｐ５も、プレス機構を備えている以外は、他の処理室と共通の構造とすることができる。

図２に示すように、処理室Ｐ２〜Ｐ７の周囲を取り囲むケース７の内側側面には、成形型Ｍの移送路に面して、互いに対向するように加熱部８が設置されている。

処理室Ｐ２〜Ｐ７は、加熱部８の出力を調整することで、各々の設定温度に維持されるが、例えば、支持台３の先端に熱電対を配し、その導線を回転テーブル２の回転軸に導いて、支持台３の先端部、すなわち、成形型Ｍの底部の温度を測定し、その測定結果に基づいて、各処理室に設置された加熱部８の出力を制御することができる。

また、加熱部８の具体的な構成は特に限定されず、例えば、輻射熱を発する抵抗加熱ヒータなどを用いることができる。加熱部８として、抵抗加熱ヒータを用いる場合には、帯状の抵抗加熱発熱体を、ケース７の内側側面に沿って上下方向に数回蛇行した状態で、対向する側面に互いにほぼ対称に取り付けるのが好ましい。このとき、ケース７内には、加熱部８から発せられた輻射熱を反射して、その輻射熱を効率よく成形型Ｍに与えることができるように、ケース７の内面を覆うリフレクタ９を配設しておくのが好ましい。

また、図示する例において、成形型Ｍを支持して、加熱処理、プレス処理、冷却処理が施される各処理室に成形型Ｍを移送する支持台３は、鉛直方向に起立する中空筒形状の起立部３ｂを有している。そして、この起立部３ｂの下端側に設けられた基部３ｃを、回転テーブル２の外周側に形成された穴２ａに嵌合させることによって、回転テーブル２に支持台３が取り付けられている。また、起立部３ｂの上端側には、成形型Ｍを支持する型支持部３ａが設けられており、型支持部３ａには、図示するように、成形型Ｍの倒れを防止する複数のピン６を稙設するのが好ましい。

なお、支持台３は、一つの基部３ｃに対して複数の起立部３ｂを設けて、それぞれの起立部３ｂの上端側に設けられた型支持部３ａに成形型Ｍを支持させて、加熱処理、プレス処理、冷却処理が施される各処理室を、複数の成形型Ｍがひとまとまりで移動できるようにすることもできる。このようにすることで、各処理室に、成形型Ｍを同時に複数ずつ移送して、一つの処理室内に複数の成形型Ｍを配列させて同時に同じ処理を施すことが可能となり、生産効率を向上させることができる。

ところで、このような支持台３は、成形型Ｍを支持した状態で加熱処理、プレス処理、冷却処理が施される各処理室を移動して、成形型Ｍとともに加熱され、成形型Ｍにプレス荷重が印加される際には、プレス荷重に抗して成形型Ｍを支持することになる。このため、支持台３は、通常、プレス荷重に耐え得る強度や、耐熱性、靭性、加工性を有するステンレスなどの金属材料を用いて形成される。

一方、成形型Ｍは、所定の硬度、低熱膨張性、緻密性などの特性を備える必要があることから、通常、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックスや、タングステンカーバイド等の超硬合金などに代表されるセラミックス材を用いて形成されるが、一般に、セラミックス材は、ステンレスなどの金属材料に比べて熱伝導率が高い。

このため、成形型Ｍは、支持台３よりも相対的に熱伝導率が高くなり、加熱処理、プレス処理、冷却処理が施される各処理室を移動するに伴って、その熱的環境の変化により、成形型Ｍと支持台３との間で熱交換が生じてしまう。

例えば、加熱処理がなされる際には、成形型Ｍの方が支持台３よりも温度が上がり易いが、成形型Ｍの温度が支持台３の温度よりも高くなるにつれて、温度の高い成形型Ｍから温度の低い支持台３への熱移動が生じてしまう。また、冷却処理がなされる際には、成形型Ｍの方が支持台３よりも冷え易いが、成形型Ｍの温度が支持台３の温度よりも低くなるにつれて、温度の高い支持台３から温度の低い成形型Ｍへの熱移動が生じてしまう。

このような熱交換が成形型Ｍと支持台３との間でなされると、支持台３に接する下型２０側と、上型１０側とで温度差が生じ、成形型Ｍ全体の温度が均一に変化するように加熱、冷却するのが困難になる。特に、大口径のガラスレンズを成形する場合、成形型Ｍや支持台３の型支持部３ａも大径となり、両者の接触面積が増し、両者が接触する面における部分的な温度分布も起こり易くなるため、成形型Ｍ全体の温度が均一に変化すように加熱、冷却するのがより困難になる。

そして、このような温度差が成形型Ｍに生じると、プレス成形されるガラスレンズの面精度（アス、クセ）が劣化することが懸念される。

また、成形型Ｍを支持して各処理室に移送する複数の支持台３は、それぞれの肉厚や形状のわずかな違いや、経時的に生じる部分的な熱劣化などにより、その熱的特性にバラツキがあることも考慮しなければならない。そして、支持型３に、このような熱的特性のバラツキがあると、成形型Ｍとの間でなされる熱交換も一定にはならず、ガラスレンズなどの光学素子を形状再現性よく、高精度に量産する上での妨げになってしまうことも懸念される。

さらに、支持台３と成形型Ｍとが平滑な面同士で接触すると、成形型Ｍに所定のプレス荷重をかけてプレス成形した後、支持台３に成形型Ｍが貼り付いてしまい、成形型Ｍを支持台３から取り外すことが困難になってしまうことも懸念される。

このため、本実施形態にあっては、支持台１０の型支持部１２に成形型Ｍを支持するにあたり、図２などに示すように、型支持部３ａ上に台座ユニット５を配置し、この台座ユニット５を介して成形型Ｍを支持するようにしている。これにより、成形型Ｍを加熱、冷却する際に、成形型Ｍと支持台３との間の熱交換を抑制して、支持台の熱的影響が成形型に及ばないようにするとともに、支持台３と成形型Ｍとの貼り付きが生じないようにしている。

ここで、図３は、台座ユニットの一例を示す説明図であり、図３（ａ）は、台座ユニットの平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。また、図４は、図２において一点鎖線で囲む部分を示す要部拡大断面図である。

これらの図に示すように、台座ユニット５は、円盤形状の受け板５１と、複数の保持孔５２ａが形成された保持板５２と、保持板５２に形成された各保持孔５２ａ内で転動可能に保持される転動体５３とを備えている。受け板５１と保持板５２は、保持板５２に形成された各保持孔５２ａ内に転動体５３を収容した状態で、例えば、圧入、熔着、螺合などにより結合されている。また、転動体５３としては、直径０．５〜１０ｍｍの真球状の部材を用いるのが好ましい。

保持板５２に形成される保持孔５２ａは、保持板５２の厚み方向に貫通して形成されるが、転動体５３を転動可能に保持できるように、転動体５３の直径よりもわずかに大きい内径となるようにしてある。そして、保持板５２の表面側に開口する部分は、収容された転動体５３の一部が保持板５２の表面に突出し、かつ、保持孔５２ａから離脱しないように、転動体５３の直径よりも小さくなるように縮径されている（図３（ｂ）参照）。

このとき、保持板５２の厚みを転動体５３の直径よりもわずかに小さくし、転動体５３の半径未満であって、好ましくは、０．１〜２ｍｍの高さで、保持板５２の表面から転動体５３の一部が突出するように、各部の形状や寸法を適宜設定するものとする。

このような台座ユニット５を介して成形型Ｍを支持することで、直接的には、保持板５２の表面から突出する転動体５３が成形型Ｍの下面を実質的に点接触で支持、すなわち、点接触状に支持することになり、その接触面積を小さくすることができる。これにより、成形型Ｍと支持台３との間の熱交換を抑制して、支持台の熱的影響が成形型に及ばないようにするとともに、支持台３と成形型Ｍとの貼りつきが生じないようにすることができる。

なお、転動体５３としては、直径０．５〜１０ｍｍの真球状の部材を用いるのが好ましいのは前述した通りであるが、転動体５３の直径が小さすぎると、転動体５３の一部が保持板５２の表面に突出する高さを十分に確保することができず、成形型Ｍと支持台３との間の熱交換を有効に抑制できなくなってしまうおそれがある。一方、転動体５３の直径が大きすぎると、台座ユニット５が備える転動体５３の数を十分なものとすることができず、プレス荷重が印加される際に個々の転動体５３への荷重が大きくなり過ぎて転動体５３が破損するおそれがある。

また、転動体５３を転動可能に保持することで、転動体５３の偏った摩耗を抑止して、その耐用期間を長くし、台座ユニット５を長期にわたって使用できるようにすることができる。しかも、保持板５２に保持された転動体５３は、保持孔５２ａ内での転動が許容されているだけで、それ以外に自由に動くことができないため、支持台３の型支持部３ａの支持面が水平面に対して傾いているなどしても、転動体５３が転がって一定の場所に偏在してしまうことがない。これにより、支持台３上に支持した成形型Ｍの姿勢が傾いたりすることなく、形成体Ｍを常に均等に支持することができる。

転動体５３を転動可能に保持する保持孔５２ａは、図３（ａ）に示すように、部分的に偏在することなく、ほぼ等ピッチの配列で保持板５２に形成されるようにするのが好ましい。保持孔５２ａの配列は、図示するような千鳥状の配列に限らず、例えば、格子状、同心状、放射状の配列としてもよい。

保持孔５２ａの数、すなわち、転動体５３の数は、成形型Ｍと支持第３との間の熱交換を抑制するという観点から適宜設定され、仮に、保持孔５２ａの数を極端に多くして、各保持孔５２ａに転動体５３を保持させた場合、成形型Ｍに当接する転動体５３の数が多くなり、成形型Ｍと支持台３との間の熱交換が生じ易くなってしまうことが懸念される。このため、保持孔５２ａの数、すなわち、転動体５３の数は、プレス処理に際して印加されるプレス荷重を考慮して所定数に留めることが好ましい。

例えば、プレス処理に際して成形型Ｍに印加する最大荷重をＰｍａｘ、使用する転動体５３の数をＮ、各転動体５３に加わる平均荷重をＰｎとしたときに、次の関係式（１）を満たすように転動体５３の数Ｎを設定することが好ましい。

Ｐｎ＝Ｐｍａｘ／Ｎ ≧ ５［ｋｇｆ］・・・（１）

最大荷重Ｐｍａｘが３００ｋｇｆの場合を一例として挙げると、この場合には、上記（１）式より、転動体５３の数Ｎは６０個以下とすることが好ましい。

Ｐｍａｘ／Ｎの値が５ｋｇｆ未満になるよう転動体５３の数Ｎを多くすると、成形型９と支持台１０との熱交換が生じ易くなり、成形型９の精緻な温度管理が困難になる。その一方で、Ｐｍａｘ／Ｎの値が２０ｋｇｆを超えると、個々の転動体５３への荷重が大きくなり過ぎて転動体５３又は受け板５１が破損若しくは変形し、所望の効果が得られないおそれがある。このため、転動体５３の数Ｎの数は、Ｐｍａｘ／Ｎの値が２０ｋｇｆ以下となるようにして、上記関係式（１）とともに次の関係式（２）も満たすように設定することが望ましい。

Ｐｎ＝Ｐｍａｘ／Ｎ ≦ ２［ｋｇｆ］・・・（２）

また、前述したように、転動体５３としては、直径０．５〜５ｍｍの真球状の部材を用いるのが好ましいが、このような転動体５３を転動可能に保持する保持孔５２ａを保持板５２に形成するにあたっては、各保持孔５２ａの面積（縮径された開口部を除く部分の面積）の合計をＳａとし、保持板５２の表面の面積をＳとしたときに、次の関係式（３）を満たすようにすることが好ましい。

Ｓ ≧ Ｓａ × ２ ・・・（３）

保持板５２の半径が２０ｍｍであり、その表面の面積Ｓが４００πｍｍ２である場合を一例として挙げると、この場合には、上記（３）式より、保持孔５２ａの合計面積Ｓａが２００πｍｍ２以下となるように、保持板５２に形成する保持孔５２ａの数を設定することが好ましい。

保持孔５２ａの合計面積Ｓａが、保持板５２の表面の面積Ｓの半分を超えるような数で保持孔５２ａを形成すると、これに収容されて成形型Ｍに当接する転動体５３の数が多くなり、成形型Ｍと支持台３との間の熱交換が生じ易くなり、成形型Ｍの精緻な温度管理が困難になる。

また、転動体５３は、保持板５２に形成した保持孔５２ａの全てに収容させずに、必要に応じて任意に間引くこともできる。例えば、支持台３ごとの熱的特性のバラツキを考慮して、相対的に熱的影響の大きい支持台３に配置する台座ユニット５では、転動体５３を間引いて、その数を少なくすることもできる。特に、大口径のレンズ（例えば、φ３０ｍｍ以上のレンズ）をプレス成形する場合、成形型Ｍも大きくなるため、一つの成形型Ｍにおける温度分布が生じ易くなるが、温度が高い領域の転動体５３を間引くことにより、成形型Ｍの温度分布を調整し低減させることができる。

なお、台座ユニット５が備える転動体５３の数は、成形型Ｍと支持台３との間の熱交換を有効に抑制できるようにすることと、プレス処理に際して印加されるプレス荷重などを考慮して、より具体的には、直径０．５ｍｍ〜５ｍｍの転動体５３を３０〜８０個とするのが好ましい。

このような台座ユニット５を形成する受け板５１と保持板５２は、例えば、タングステン合金、炭化タングステン、炭化チタン、サーメットなどの高硬度、高耐熱性を有する合金を用いて形成することができる。特に、受け板５１は、転動体５３を介して数十〜数百ｋｇｆのプレス荷重を受けても変形・破損しないように高硬度の材料を用いることが好ましい。

また、転動体５３は、受け板５１と同様に、数十〜数百ｋｇｆのプレス荷重を受けても変形・破損しないように、高硬度の材料、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、アルミナなどのセラミックスや、タングステン合金、炭化タングステン、炭化チタン、サーメットなどの高硬度、高耐熱性を有する素材を用いて形成することができる。

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］

図１に示す例と同様とされた既存のモールドプレス成形装置において、図３に示すような台座ユニット５を支持台３の型支持部３ａ上に配置し、取出・挿入室Ｐ１において、成形を終えた成形型Ｍの取り出し作業と、新たに成形に供される成形素材Ｐを収容した成形型Ｍを成形装置内に搬入する挿入作業を行った。成形型Ｍは、台座ユニット５を介して支持台３の型支持部３ａに支持させた。そして、回転テーブル２の回転に伴って、成形型Ｍを各処理室Ｐ２〜Ｐ８へ順次移送しながら、加熱、プレス、冷却の各種処理を経ることによりプレス成形を繰り返し行った。かかるプレス成形により、プレス径３３ｍｍ、中心肉厚１．３ｍｍ、周辺肉厚８ｍｍの凹メニスカスレンズを連続成形した。

なお、成形素材Ｐとしては、ホウ酸ランタン系光学ガラスであるＭ−ＴＡＦ１０１（ＨＯＹＡ株式会社製）を使用した。

また、台座ユニット５としては、外径が５０ｍｍ、受け板５１と保持板５２を結合した厚みが４ｍｍ、保持孔５２ａの数が４０個、各保持孔５２ａに収容した超硬製の転動体５３の直径が２ｍｍのものを用いた。

成形されたガラスレンズについて、基準形状に対する周辺領域の形状誤差（以下、「周辺Ｆ′」という）を五つの支持台ごとに測定した結果を図６に示す。また、周辺Ｆ′を横軸に、その頻度を縦軸にとったヒストグラムを図７に示す。

［比較例］

台座ユニットを介さず、成形型を支持台の型支持部に直接支持させた以外は、実施例と同様にして、同様のガラスレンズを連続成形した。

成形されたガラスレンズについて、周辺Ｆ′を五つの支持台ごとに測定した結果を図８に示す。また、周辺Ｆ′を横軸に、その頻度を縦軸にとったヒストグラムを図９に示す。

上記実施例と上記比較例との対比からわかるように、台座ユニットを介して支持台の型支持部に成形型を支持させることで、複数の支持台間に生じていた形状誤差が改善され、そのバラツキも低減させることができた。また、比較例では、規格範囲に納まらないものもあったが、実施例では、成形された全てのガラスレンズが規格範囲内のものであった。

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言うまでもない。

例えば、前述した実施形態では、台座ユニット５として、受け板５１と、複数の保持孔５２ａを有する保持板５２と、保持孔５２ａ内で転動可能に保持される転動体５３とを備える例を示したが、図５に示すように、受け板５１を省略してもよい。この場合、支持台３に設けた型支持部３ｂが受け板５１の機能を備えるようにすることができる。

なお、図５は、台座ユニット５の他の例を示す説明図であり、図４に対応する要部拡大断面図である。図４に示す例と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

また、前述した実施形態では、加熱、プレス、冷却を含む各処理を行う複数の処理室と、成形型Ｍを支持した支持台３をこれらの処理室へ順次移送する移送機構を備えたモールドプレス成形装置の例を示したが、これに限定されない。本発明は、成形型内に収容された成形素材を、支持台に支持された成形型ごと加熱して温度制御しながらプレス成形するモールドプレス成形装置、及び光学素子の製造方法に適用可能である。

また、前述した実施例では、凹メニスカスレンズを連続成形する例を挙げたが、本発明は、凹メニスカスレンズに限らず、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズなどの各種形状の光学素子をプレス成形する際に適用できる。特に、レンズの直径（プレス径）が３０ｍｍ以上の光学素子を製造する場合、本発明を適用することにより成形面内の温度分布を抑制し、より精緻に成形型の温度管理をすることが可能となるため、高精度の光学素子を安定して量産することができる。

本発明は、ガラスレンズなどの光学素子をプレス成形するための技術として広く利用することができる。

３ 支持台
５ 台座ユニット
５１ 受け板
５２ 保持板
５２ａ 保持孔
５３ 転動体
Ｍ 成形型
Ｐ 成形素材
Ｐ１ 取出・挿入室
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 (9)

1. 成形型内に収容された成形素材を、支持台に支持された前記成形型ごと加熱して温度制御しながらプレス成形するモールドプレス成形装置であって、 複数の保持孔が形成された保持板と、前記保持孔内で転動可能に保持される転動体とを少なくとも備え、前記転動体の一部が前記保持板の表面に突出するように前記保持孔内に前記転動体が収容された台座ユニットを介して、前記成形型を前記支持台上に支持させることにより、前記成形型の下面を前記転動体が点接触状に支持するようにし、
   前記保持板は、前記保持孔から前記転動体が離脱しないように前記保持孔の開口部が前記転動体の直径よりも小さくなるように縮径されていて、前記転動体が前記保持孔内での転動が許容されており、
   前記成形型の温度分布を調整し低減させるために前記台座ユニットに収容する前記転動体が間引かれていることを特徴とするモールドプレス成形装置。
2. 前記台座ユニットが、前記保持板と結合される受け板を備え、前記保持孔内に前記転動体を収容した状態で、前記保持板と前記受け板とが結合されている請求項１に記載のモールドプレス成形装置。
3. 前記成形型に対して、加熱、プレス、冷却を含む各処理をそれぞれ行う複数の処理室と、 前記成形型を支持した前記支持台を前記各処理室へ順次移送させる移送機構とを備える請求項１又は２に記載のモールドプレス成形装置。
4. 前記保持板は前記支持台に固定されている
   ことを特徴とする請求項１又は３に記載のモールドプレス成形装置。
5. 前記保持孔の数は、前記複数の保持孔の合計面積が前記保持板の表面積の半分以下を満たす数である請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のモールドプレス成形装置。
6. 成形型内に収容された成形素材を、支持台に支持された前記成形型ごと加熱して温度制御しながらプレス成形することによって光学素子を製造するにあたり、 複数の保持孔が形成された保持板と、前記保持孔内で転動可能に保持される転動体とを少なくとも備え、前記転動体の一部が前記保持板の表面に突出するように前記保持孔内に前記転動体が収容された台座ユニットを介して、前記成形型を前記支持台上に支持させることにより、前記転動体が前記成形型の下面を点接触状に支持するようにし、
   前記保持板は、前記保持孔から前記転動体が離脱しないように前記保持孔の開口部が前記転動体の直径よりも小さくなるように縮径されていて、前記転動体が前記保持孔内での転動が許容されており、
   前記台座ユニットに収容する前記転動体を間引くことにより、前記成形型の温度分布を調整し低減させることを特徴とする光学素子の製造方法。
7. 前記台座ユニットが、前記保持板と結合される受け板を備え、前記保持孔内に前記転動体を収容した状態で、前記保持板と前記受け板とが結合されている請求項６に記載の光学素子の製造方法。
8. 前記保持板は前記支持台に固定されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の光学素子の製造方法。
9. 前記保持孔の数は、前記複数の保持孔の合計面積が前記保持板の表面積の半分以下を満たす数である
   請求項６又は８に記載の光学素子の製造方法。

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