JP2005281053A - モールドプレス用成形装置、光学素子の製造方法及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 押し切り位置までプレスする以前に上下型の同軸性を確保して、光学素子の偏心精度を高める。また、上下型の同軸性を確保しつつ、プレス荷重の制御を可能にする。さらには、複数同時プレスにおいても、各光学素子の偏心精度を確保する。
【解決手段】 少なくとも一方が上下方向に移動可能な上型６及び下型１０と、上型６や下型１０の移動をガイドする胴型５とを備えるモールドプレス用成形装置において、胴型５の内周に形成される段部５ｂを、下型１０の輪帯部１０ｂに対して、上方から圧接させるバネ７を設ける。
【選択図】 図１

Description

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モールドプレス用成形装置、それを用いた光学素子の製造方法、さらには、それにより得られる光学素子に関する。

加熱により軟化した状態の成形素材、例えばガラス素材を、得ようとする光学素子の形状をもとに精密加工された上型と下型の間でプレス成形して、光学素子を製造する方法が知られている。

ところで、光学素子、例えばレンズは、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、偏心精度などの必要精度が極度に高くなってきている。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（成形ディセンタ）、傾き偏心（成形ティルト）、非球面偏心などによって評価されている（図９参照）。

光学素子の偏心精度を考慮したプレス成形装置としては、特許文献１に開示されたものがある。このプレス成形装置では、上型及び下型に形成される両成形面の間に被成形物を配置し、押し板を介して、上型を上方から加圧することにより、案内型（胴型）の内部で上型を下方へ滑動させ、被成形物をプレスする。そして、押し板の下面が案内型の上面に当接するまで、あるいは、上下の案内型が当接するまで加圧を続けると、案内型を介して上下型の相対位置が確定し、その傾きが抑制される。これにより、プレス成形されたレンズにおいては、各面の軸相互間のティルトやディセンタが小さくなり、高い偏心精度が得られる。

また、特許文献２には、光学素子の生産効率を考慮したプレス成形装置が開示されている。このプレス成形装置は、母型に複数個の成形型を配置し、複数個の被成形ガラス素材を同時にプレス成形するように構成されている。このようなプレス成形装置によれば、光学素子の生産効率が高められ、多量の光学素子を連続生産することが可能になる。
特開昭６２−２２７７３０号公報 特開平１１−２９３３３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたプレス成形装置では、押し板が案内型の上面に当接したとき、あるいは、上下の案内型が当接したときに初めて上下型の相対位置が確定し、その傾きが抑制されるので、成形素材の変形中においては傾きの抑制が不充分である。また、上記当接後は、もはや成形素材にかけるプレス荷重を制御することはできず、単純な押し切りプレスしか行なえないという問題がある。

例えば、中、大口径レンズ、凹メニスカス、両凹レンズなどにおいては、アス、クセが出やすく、面精度を出すことが難いが、プレス荷重を制御して、複数段階のプレスを行なったり、それと併せて温度制御を行うようにすると、所望の面精度を達成する上で極めて有利である。
しかしながら、特許文献１のプレス成形装置において、仮に、プレス中の荷重制御を所望のスケジュールで行なおうとすると、上記当接前に行わざるを得ないため、上記当接による傾きの抑制が行えず、偏心精度が悪化してしまう。すなわち、プレス中においては、下型に対する案内型の傾斜や、案内型に対する上型の傾斜が許容されるため、大きな傾き偏心を発生する可能性がある。

また、特許文献２に記載のプレス成形装置では、母型上に配置された下型の外周面部にスリーブ（胴型）を設け、プレス時にスリーブが上型と嵌合することによって上下型の軸ずれを防止している。
しかしながら、この装置では、多数個を同時にプレス成形できる利点はあるものの、成形型を配置した母型が熱変形したり、プレス軸に傾きが生じると、複数個の成形型の中には、下型にスリーブを当接させることのできないものが生じる可能性がある。この場合には、上下型の位置合わせが不充分になるため、成形されたレンズの偏心精度が悪化するだけでなく、偏心精度に大きなばらつきを生じてしまう。

本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、押し切り位置までプレスする以前に上下型の同軸性を確保して、光学素子の偏心精度を高めることができ、また、上下型の同軸性を確保しつつ、プレス荷重の制御を可能にし、さらには、複数同時プレスにおいても、各光学素子の偏心精度を確保することができるモールドプレス用成形装置及び光学素子の製造方法の提供を目的とする。
また、上記光学素子の製造方法によって製造した偏心精度の高い光学素子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用成形装置は、少なくとも一方が上下方向に移動可能であって、かつ対向する成形面が形成された上型及び下型と、前記上型及び／又は前記下型を位置規制し、かつ前記上型及び／又は前記下型の移動をガイドする胴型とを備え、前記下型の成形面に供給される成形素材を、前記上型と前記下型の接近動作によってプレス成形するモールドプレス用成形装置において、前記胴型を、前記上型又は前記下型の少なくとも一部に対して、上下方向から圧接させる圧接手段を備える構成としてある。
このように構成すれば、胴型を、上型又は下型に対して上下方向から圧接させることにより、押し切り位置までプレスする以前に、胴型を介して上下型の相互位置が確定し、その傾きを抑制することができる。これにより、成形素材の変形中においても上下型の同軸性を確保し、得られる光学素子の偏心精度を高めることができる。

また、本発明のモールドプレス用成形装置は、前記胴型を、前記上型又は前記下型における成形面の外縁部に対して、上下方向から圧接させる構成としてある。
このように構成すれば、圧接による胴型と上下型の位置規制が、成形面の直近位置で行われることになるので、成形面から離れたところで位置規制を行う場合に比べ、各型部材の形状精度や熱膨張などの影響を小さくし、上下型の同軸性をさらに高めることができる。
また、成形面の外縁部は、成形面と同時に精密加工することが可能なので、圧接面の精度不足による上下型の偏心も回避することができる。

また、本発明のモールドプレス用成形装置は、前記胴型を、前記上型又は前記下型の少なくとも一部に対して、上下方向から圧接させた状態で、前記上型と前記下型の接近動作を行わせる構成としてある。
このように構成すれば、胴型の圧接による上下型の位置規制を、成形素材のプレス開始時、または開始直後から行うことが可能になる。これにより、成形素材の変形過程において上下型の同軸性を常に確保し、得られる光学素子の偏心精度をより高めることができる。
また、上下型の同軸性を確保した状態で、プレス荷重の制御が可能になるので、単純な押し切りプレスのみでは十分な面精度が得られない光学素子の成形においても、上下型の同軸性を確保し、得られる光学素子の偏心精度を高めることができる。

また、本発明のモールドプレス用成形装置は、前記胴型の内周部に形成した段部を、前記下型における成形面の外縁部に対して、上方から圧接させる構成としてある。
このように構成すれば、胴型側の圧接面が胴型の内側に位置し、圧接面の汚れや欠損を効果的に防止することができる。これにより、圧接面の汚れや欠損に起因する上下型の偏心を抑制し、経時的な偏心精度の低下を回避できる。

また、本発明のモールドプレス用成形装置は、前記上型と前記下型を所定の間隔まで接近させた状態で、前記上型の下方への自由移動を許容し、前記上型と前記下型の間にある成形体の収縮に前記上型を追随させる構成としてある。
このように構成すれば、プレス後に成形体が収縮しても、成形面を成形体と密着させたまま、上型を追随させることができるので、成形体の収縮による面精度の低下を抑制し、高い面精度を持つ光学素子が得られる。

また、本発明のモールドプレス用成形装置は、前記上型と前記下型の離間動作にともなって、前記胴型が前記上型に対して移動する際に、前記胴型の内周部に形成される強制離型部が、前記上型の成形面に付着した成形体を強制的に離型させる構成としてある。
このように構成すれば、上型に対する成形体の貼り付き現象を防止し、光学素子の生産効率を向上させることができる。しかも、上型に対する胴型の移動は、圧接手段によって確実に行われるので、胴型を自重で移動させる場合に比べ、信頼性の高い強制離型を行うことができる。

また、本発明のモールドプレス用成形装置は、前記上型と前記下型の接近動作に際し、前記上型又は前記下型が、点接触で押圧される構成としてある。
このように構成すれば、押圧部材に対する上型又は下型の傾きが許容され、胴型による位置規制の効果を高めることができる。これにより、押圧部材に傾きが生じても、上下型の同軸性を確保し、偏心精度の高い光学素子が得られる。

また、本発明のモールドプレス用成形装置は、前記上型、前記下型、前記胴型及び前記圧接手段を備えるプレス成形部が、母型に対して複数連設される構成としてある。
このように構成すれば、複数個の同時プレスが可能になり、光学素子の生産効率を高めることができる。しかも、各プレス成形部には、それぞれ圧接手段が設けられるので、仮に母型などが熱変形しても、各プレス成形部において上下型の同軸性を確保することができる。これにより、複数個の同時プレスを行うものであっても、個々の光学素子において高い偏心精度を達成することができる。

また、本発明における光学素子の製造方法は、上記いずれかに記載のモールドプレス用成形装置を用いて、加熱により軟化した状態の成形素材をプレス成形して光学素子を製造する方法としてある。
このような方法にすれば、押し切り位置までプレスする以前から、上下型の同軸性を確保し、偏心精度の高い光学素子を得ることができる。

また、本発明における光学素子の製造方法は、前記プレス成形の工程において、成形素材に加えるプレス荷重を段階的に変化させる方法としてある。
このような方法にすれば、上下型の同軸性を確保しつつ、プレス荷重を段階的に変化させ、より精度の高い光学素子が得られる。

また、本発明における光学素子の製造方法は、前記プレス成形の工程が、少なくとも初期プレス及び二次プレスを含み、前記初期プレスによって、得ようとする光学素子の最終肉厚より所定量大きな肉厚とし、その後に前記二次プレスを行う方法としてある。
このような方法にすれば、上下型の同軸性を確保しつつ、初期プレス及び二次プレスを行い、より精度の高い光学素子が得られる。

また、本発明における光学素子の製造方法は、前記プレス成形の工程が、少なくとも初期プレス及び二次プレスを含み、前記初期プレスの開始時又は前記初期プレス中に冷却を開始する方法としてある。
このような方法にすれば、上下型の同軸性を確保しつつ、成形体の温度を制御し、より精度の高い光学素子が得られる。

また、本発明の光学素子は、上記いずれかに記載の光学素子の製造方法を用いてプレス成形してある。
このようにすれば、例えば、平行偏心が１０μｍ以内、傾き偏心が４分以内という極めて偏心精度の高い光学素子を提供することができる。

以上のように、本発明によれば、胴型を、上型又は下型に対して上下方向から圧接させることにより、押し切り位置までプレスする以前に、胴型を介して上下型の相互位置が確定し、その傾きが抑制される。これにより、成形素材の変形中においても上下型の同軸性を確保し、得られる光学素子の偏心精度を高めることができる。
また、上下型の同軸性を確保した状態で、プレス荷重の制御が可能になるので、押し切りプレスのみでは十分な面精度が得られない光学素子の成形においても、上下型の同軸性を確保し、光学素子の偏心精度を高めることができる。
また、複数の成形素材を同時プレスする場合であっても、各プレス成形部において上下型の同軸性を確保できるので、母型の熱変形などに起因する成形精度の低下を回避し、歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、以下では、本発明をガラス光学素子の製造装置に適用した実施形態に沿って説明するが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、樹脂製光学素子の製造、あるいは、ガラス及び樹脂製の光学素子以外の部品製造にも適用できる。

［モールドプレス成形装置］
まず、本発明の第一実施形態に係るモールドプレス用成形装置について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部を示す縦断面図である。

この図に示すように、モールドプレス用成形装置のプレス成形部Ａは、少なくとも一方が上下方向に移動可能な上ユニット１及び下ユニット２を備えている。
上ユニット１は、上プレート３、上母型４、胴型５、上型６及びバネ（圧接手段）７を備え、下ユニット２は、下プレート８、下母型９及び下型１０を備えて構成されている。

上プレート３は、その下面で上母型４を一体的に支持しており、上母型４の内部に、胴型５、上型６及びバネ７が組み込まれる。
胴型５は、円筒形状であり、上母型４に上下移動自在に支持されている。胴型５の外周面には、外方へ突出するフランジ部５ａが形成され、このフランジ部５ａが、上母型４の内周凸部４ａに係合することによって胴型５が抜け止めされる。また、胴型５は、内周面に段部５ｂを有しており、この段部５ｂによって下方を向く圧接面５ｃが形成されている。

上型６は、円柱形状であり、胴型５の内周面（段部５ｂよりも上側）によって上下方向の移動がガイドされる。上型６の上端部には、外方へ突出するフランジ部６ａが形成され、また、上型６の下端面には、成形面６ｂが形成されている。この成形面６ｂは、光学素子の形状を成形素材に転写する部分であり、得ようとする光学素子の形状をもとに精密加工されている。
バネ７は、例えば、圧縮コイルバネであり、胴型５のフランジ部５ａと上型６のフランジ部６ａとの間に介装されている。これにより、胴型５が下方へ向けて付勢される。

下プレート８は、その上面で下母型９を一体的に支持しており、下母型９の内部に、下型１０が組み込まれる。
下型１０は、上型６よりも大径な円柱形状であり、下母型９に支持され、また、プレス成形時には、胴型５の内周面（段部５ｂよりも下側）によって上下方向の相対的移動がガイドされる。下型１０の上端面には、光学素子の形状を成形素材に転写する成形面１０ａが形成されている。この成形面１０ａは、上型６の成形面６ｂと同様、得ようとする光学素子の形状をもとに精密加工されている。また、成形面１０ａの外縁部には、上方を向く輪帯部１０ｂが形成されている。この輪帯部１０ｂは、胴型５の圧接面５ｃが圧接される部分であり、成形面６ｂとともに精密加工される。

本実施形態では、上ユニット１（上プレート３）を、固定された主軸（図示せず）に取り付け、下ユニット２（下プレート８）を、サーボモータ（図示せず）で上下に移動可能な主軸（図示せず）に取り付けている。
母型４、９の周囲には、母型４、９を誘導加熱するための高周波誘導加熱コイル（図示せず）が配置されており、上型６及び下型１０は、誘導加熱された母型４、９からの熱伝導によって加熱される。このようにすると、上型６及び下型１０の降温、昇温を制御することができる。高周波誘導コイルによって誘導加熱される母型の素材としては、鉄、ニッケル、コバルト、タングステン及びその合金などを用いることができる。

上型６及び下型１０は、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４などのセラミック、超硬合金（ＷＣ）、ＢＮ、ＴｉＮ、ステンレスなど、耐熱性や十分な硬度をもった緻密な素材を、所望の光学素子の面形状をもとに精密加工し、鏡面としたものを用いる。
また、成形面６ｂ、１０ａには、離型性を有する膜を形成することが好ましい。離型膜としては、貴金属（例えば白金属の貴金属）を主成分とするもの、炭素を主成分とするものなどを用いることができる。
胴型５と上下型６、１０との摺動面には、摺動摩擦を小さくするために、滑りを増す加工を施してもよい。
バネ７の素材としては、耐熱性があり、かつ十分な付勢力を与えることができるものが好ましい。例えば、窒化珪素、酸化ジルコニウムなどが用いられる。

また、本実施形態のプレス成形部Ａは、上ユニット１と下ユニット２が完全離間し、対向する成形面６ｂ、１０ａが現れる構造である。これによると、離間部に所望の空間をあけることができるので、成形素材搬入装置（特に浮上搬送の場合）や成形素材の位置修正手段、成形された成形体の取り出し手段などを離間部から挿入したり、退去させることができる。

つぎに、本発明の第一実施形態に係るモールドプレス用成形装置の作用について、図２を参照して説明する。
図２は、本発明の第一実施形態に係るモールドプレス用成形装置の作用を示すプレス成形部の縦断面図である。

これらの図に示すように、モールドプレス用成形装置のプレス成形部Ａにおいて、光学素子をプレス成形する場合は、下型１０の成形面１０ａに成形素材をセットし、上ユニット１又は下ユニット２の上下駆動により、上型６と下型１０の接近動作を行う。この接近動作は、上母型４の下面と下母型９の上面が当接する押し切り位置まで行ってもよいし（図２（ｂ））、押し切り位置の手前までとしてもよい（図２（ａ））。近接動作を押し切り位置まで行う場合は、押し切り位置で上下型６、１０の接近が機械的に規制されるので、再現性よく成形体の肉厚が制御できる。また、近接動作を押し切り位置の手前までとする場合は、上母型４と下母型９の隙間検出を行うことにより成形体の肉厚を制御することができる。

図２に示すように、上型６と下型１０の接近動作を行うと、その過程で、胴型５の段部５ｂが、下型１０の輪帯部１０ｂに上方から当接するとともに、バネ７に付勢力されて圧接状態となる。胴型５の段部５ｂが下型１０の輪帯部１０ｂに圧接すると、胴型５の位置が下型１０に対して確定されるとともに、下型１０に対する胴型５の傾きが規制される。そして、下型１０に対して位置規制された胴型５で上型６をガイドすることにより、上型６と下型１０の軸ずれが防止される。これにより、成形素材の変形中においても上下型６、１０の同軸性を確保し、得られる光学素子の偏心精度を高めることが可能になる。

すなわち、胴型５が下型１０に圧接された状態では、下型１０と胴型５の傾斜が実質的に無くなるので、下型１０と胴型５の軸ずれとしては、水平方向へのずれ（平行偏心）のみしか生じ得ないが、これは、下型１０と胴型５の間のクリアランスを小さくすることで抑制することができる。このクリアランスは、１〜１０μmとすることができ、精度高い光学素子の場合には、１〜５μmとすることができる。
なお、下型１０と胴型５の間の傾斜を防止するために、摺動面の長さを大きくとる方法もあるが、本発明によれば、摺動面の長さが短くても良好な偏心精度が得られるので、摺動不良などの問題が発生しにくいという利点がある。

また、胴型５の圧接による上下型６、１０の位置規制は、成形素材のプレス開始時、または開始直後から行うことができる。これにより、成形素材の変形過程において、常に上下型６、１０の同軸性が確保される。
また、胴型５の圧接により上下型６、１０の同軸性を確保した状態で、プレス荷重の制御が可能である。したがって、押し切りプレスのみでは十分な面精度が得られない光学素子の成形においても、上下型６、１０の同軸性を確保しつつ、プレス荷重の制御を行い、光学素子の成形精度を高めることができる。

また、胴型５は、下型１０における成形面１０ａの外縁部（輪帯部１０ｂ）に対して圧接されるので、成形面１０ａの直近位置を基準として位置規制が行われることになる。したがって、成形面１０ａから離れたところで位置規制を行う場合に比べ、各型部材の形状精度や熱膨張などの影響を小さくし、上下型６、１０の同軸性が高められる。また、輪帯部１０ｂは、成形面１０ａと同時に精密加工することができるので、圧接面の精度不足による上下型６、１０の偏心も回避できる。
また、胴型５側の圧接面５ｃは、胴型５の内側に位置するので、圧接面５ｃの汚れや欠損を効果的に防止することが可能である。これにより、圧接面５ｃの汚れや欠損に起因する上下型６、１０の偏心を抑制し、経時的な偏心精度の低下を回避できる。

つぎに、モールドプレス用成形装置の他の実施形態について、図３〜図７を参照して順次説明する。ただし、第一実施形態と共通の構成については、同じ符号を付け、第一実施形態の説明を援用する。

図３は、本発明の第二実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部を示す縦断面図である。
この図に示すように、第二実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部Ｂは、バネ７の付勢力が上型６に作用しないようにしてあり、この点が第一実施形態と相違している。具体的には、バネ７の上端側を、上型６のフランジ部６ａではなく、上プレート３の下面で支持している。
なお、本実施形態では、バネ７と上プレート３との間に、環状のストッパ部材１１を介装している。このストッパ部材１１は、バネ７の横ずれを防止するとともに、上母型４に対する上型６の下降範囲を規制するストッパとしても機能している。

このように構成された第二実施形態によれば、上型６の下方への自由移動が許容されるので、プレス後の冷却工程において、成形体の熱収縮に上型６を自重によって追随させ、冷却工程を通じて、上下の成形面６ｂ、１０ａと成形体の密着状態を維持することが可能になる。これは、面精度を出す上で非常に有利である。特に、得ようとする光学素子がメニスカスレンズ（特に凹メニスカスレンズ）、両凹レンズである場合など、冷却時における熱収縮の挙動によって、成形体の被成形面にアス、クセが生じやすいが、これを有効に防止できる。

図４は、本発明の第三実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部を示す縦断面図、図５は、本発明の第三実施形態に係るモールドプレス用成形装置の作用を示すプレス成形部の縦断面図である。
この図に示すように、第三実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部Ｃは、胴型５の内周に強制離型部５ｄを有し、この強制離型部５ｄによって成形体を上型６から強制的に離型させる点が前記実施形態と相違している。

つまり、プレス成形後、型内の成形体を冷却し、適切な温度（例えば転移点付近）で離型することが行われるが、このとき、成形体が上型６に貼りつく場合がある。これは、特に成形体の上面が凹形状の場合に顕著である。離型温度を十分に低くすれば、ガラスの密着力は低くなるため、上型６への貼りつき現象は起きにくいが、それでは、成形サイクルタイムが無用に長くなり、成形効率が悪い。すなわち、面精度に悪影響を与えない範囲で、なるべく早く、すなわち温度が比較的高い状態で離型を行うことが有利である。このとき、成形体が下型１０上に無く、上型６の成形面６ｂに貼り付いていると、成形体の取りだし手段（例えば吸着パッドによる吸着搬送手段）が挿入されても、成形体を取出すことができず、工程が停止するなどのトラブルが生じる。したがって、離型時には確実に成形体が下型１０の成形面１０ａ上にあることが重要である。

本実施形態の強制離型部５ｄは、図４に示すように、胴型５の内周における段部５ｂの上側に、第二の段部として形成されている。
図５に示すように、成形素材供給（図５（ａ））及びプレス成形（図５（ｂ））を行った後、成形体の離型（図５（ｃ））に際し、上ユニット１と下ユニット２を離間させると、バネ７の付勢力などで胴型５が上型６に対して下方へ移動する。このとき、強制離型部５ｄが、上型６の径より大きな径に成形された成形体の外周部に当接し、成形体を上型６から強制的に離型させる。

なお、本実施形態では、上ユニット１と下ユニット２を離間させると、胴型５と一緒に上型６も下降するが、上型６の下降がストッパ部材１１で規制された後も、胴型５は、上母型４の内周凸部４ａに当接するまで下降が許容されるので、胴型５が上型６に対して下降し、上型６に貼り付いた成形体を確実に離型させることができる。
また、強制離型部５ｄは、段部に限らず、テーパ状としたり、凸状をしてもよい。すなわち、成形体の外径より内側に張出し、成形体の外周部に接触できるものであればよい。

図６は、本発明の第四実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部を示す縦断面図である。
この図に示すように、第四実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部Ｄは、上型６と下型１０の接近動作に際し、上型６が点接触で押圧されるようにした点が前記実施形態と相違している。本実施形態では、上型６を押圧する上プレート３の下面と、上型６の上面とが点接触となるように、球面状の凸面を有する板部材１２が上型６の上面に設けてあるが、上型６の上面に同様の凸部を加工してもよい。また、上型６の上面中心部にボールなどを配置し、上プレート３と点接触するようにしてもよい。

このように構成すると、上プレート３が多少傾いていても、上型６の傾きを悪化させないという効果が得られる。すなわち、成形素材のプレス成形において、上下型６、１０の間に押圧力を働かせ、上下型６、１０を接近させる場合、この押圧力は、サーボモータなどの駆動手段（図示せず）によって与えられる。しかし、駆動軸が、正確に上下型６、１０の軸と一致していない場合には、これが偏心精度の悪化要因となる。本実施形態では、駆動手段の駆動軸が、仮に上下型６、１０の軸とずれていても、上プレート３に対する上型６の傾きを許容し、胴型５によって確保される上下型６、１０の同軸性に影響させないようにしている。これにより、極めて偏心精度の高い光学素子（例えば、光ピックアップ用対物レンズなど）の成形が好適に行われる。また、駆動軸のずれに起因し、上型６などに無理な荷重が作用することも回避されるので、型の破損も防止することができる。

図７は、本発明の第五実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部を示す縦断面図である。
この図に示すように、第五実施形態に係るモールドプレス用成形装置は、胴型５、上型６、バネ７、下型１０などを備えるプレス成形部が、母型に対して複数連設される点が前記実施形態と相違している。具体的には、第三実施形態と同様のプレス成形部Ｃを、母型中に４個配置し、同時に４個のプレス成形ができるようにしてある。

このように複数のプレス成形部Ｃが連設されたものでは、高温下における各部材の熱膨張や、量産工程における昇温、降温の繰り返しによって、上下母型４、９や上下プレート３、８に反りなどの熱変形が生じることがある。従来、そのような状況では、４個のプレス成形部によって成形される光学素子の偏心精度をすべて制御することは困難であった。しかしながら、本実施形態によれば、各プレス成形部において、胴型５が下型１０に圧接され、それぞれ独立した上下型６、１０の位置規制が行われるので、同時複数プレスにおいても、必要な偏心精度を確保し、歩留の低下を回避することができる。

［光学素子の製造方法］
つぎに、本発明の実施形態に係る光学素子の製造方法について、図５を参照して説明する。
本発明では、成形に適した粘度に加熱軟化したガラスプリフォームを、上下型６、１０間で、適切な荷重をかけてプレス成形し、成形素材（例えば、ガラスプリフォーム）に上下型６、１０の成形面６ｂ、１０ａを転写する。

まず、上下型６、１０間に成形素材を供給する。成形素材は、室温でも良いが、予熱することが好ましい。上下型６、１０を予熱し、下型１０を下降させ、上下型６、１０が離間した状態とし、別の加熱炉で予熱された成形素材を、供給手段（図示せず）により供給する。図５（ａ）は、予熱された型に、予熱された成形素材を供給した状態を示す図である。

この直後、サーボモータにて下型１０を上昇させると、胴型５の下端部内周が下型１０の側面部に嵌合される。それに続いて、胴型５の内周にある段部５ｂが下型１０の輪帯部１０ｂと当接し、バネ７の付勢力によって胴型５が下型１０に圧接される。これにより、胴型５と下型１０との傾きが規制される。その後、胴型５が上昇するとともに、成形素材に荷重が付加され、プレスが開始される。荷重は、付加しながら増減してもよい。すなわち、初期プレスにおいて、第一荷重を付加したのち、それより小さい第二荷重を付加しても良いし、第一荷重を付加したのち、それより小さい第二荷重を付して二次プレスを行っても良く、さらにその後、第一荷重より小さく、第二荷重より大きい第三荷重を付加するプレスを行っても良い。また、初期プレスによって、得ようとする光学素子の最終肉厚より所定量大きな肉厚とし、その後に二次プレスを行うようにすることもできる。

図５（ｂ）は、成形体が所定の肉厚となり、プレスが終了した時点を示す。すなわち、本実施形態では、成形体の肉厚が、上下母型４、９の当接によって制御される。なお、この所定の肉厚は、最終的に得ようとする光学素子の肉厚よりわずかに大きい。予めプリフォーム容量を選定してあるため、上型６の外径よりも少し大きな径にプレスされる。

冷却工程は、プレス終了直後から行ってもよいし、初期プレスの開始時又は初期プレス中に冷却を開始してもよい。冷却の過程で、成形体は熱収縮するが、上型６の自由移動が許容されるため、成形体の熱収縮に上型６が追随し、上型６の成形面６ｂが成形体との密着を維持する。これにより、冷却中における面精度の劣化が防止される。

Ｔｇ（ガラスの転移温度）程度まで冷却された時点で下型１０を下降させ、離型を行う。離型温度は、ガラス粘度で１０^１２．５〜１０^１３．５ｄＰａ・ｓ相当が好ましい。バネ７の力で胴型５が下降し、その強制離型部５ｄが成形体の外周部に当接することにより、成形体を上型６から離型させる。図５（ｃ）は、その状態を示す図である。さらに、下型１０を下降させ、図５（ａ）と同じように上下型６、１０が完全に離間した状態にし、図示しない取り出し治具により成形体を下型１０から取り出す。この後、下型１０を上昇させて、誘導加熱を開始し、次のプレスサイクルに移る。

なお、上記プレス成形に用いるプリフォームは、予熱しない場合には、上下型６、１０間に配置してから、成形型と共に昇温、加熱（例えば、ガラス粘度で１０^７〜１０^９ｄＰａ・ｓ相当の温度に）した後、プレス成形する。ただし、好ましくは、型外で予熱（例えば、ガラス粘度で１０^６〜１０^９ｄＰａ・ｓ相当の温度に）したプリフォームを加熱した成形型間に供給し、プレス成形する。後者の場合は、型外で加熱した成形素材を、それより低い温度に加熱（例えば、ガラス粘度で１０^８〜１０^１２ｄＰａ・ｓ相当の温度に）した成形型間に供給し、ただちに上下成形型を接近させ、荷重をかけてプレス成形することができる。このようにすると、成形サイクルタイムの短縮に有利である。成形雰囲気は、窒素ガスなどの、非酸化性とすることが好ましい。これによって、成形型の表面処理材の酸化や分解を抑止することができる。

また、ガラスプリフォームを上下型６、１０間に供給する際、又は、プレス後の成形体（光学素子）を取出す際には、供給手段や取出し手段を、離間した上下型６、１０間に介挿する。このとき、プリフォームを下型１０上に供給し、又は下型１０上から成形体を取出すためには、上下型６、１０が離間したときに、下型１０の成形面１０ａが露出する構成となっていることが好ましい。

［実施例］
図７に示す４個取りプレス成形装置を用いて、片面が非球面の凹メニスカスレンズ（φ１７ｍｍ、ｔ＝１．５ｍｍ、凹面近軸ｒ＝５ｍｍ、凸面ｒ＝３６ｍｍ）を成形した。用いたガラス素材は、バリウム硼珪酸塩系ガラス（Ｔｇ５１５℃）を使用し、容量４３０ｍｍ^３の熱間成形された扁平球形状のプリフォームであった。型材等及びプレスの手順は本発明の実施形態で説明した条件と同じとした。

用いた型のクリアランス（上型、又は下型と胴型のクリアランス）は上型、下型ともに約１０μmであり、この測定値から計算すると、本発明のバネ７を使用しない場合の傾き偏心（成形ティルト）は最大７′、平行偏心（成形ディセンタ）は最大１０μmと見積もられた。

レンズが凸面にある方を下型とし、下型への供給時のプリフォーム予熱温度は６１０℃、型予熱温度は５８０℃であった。
合計４００個のプレスを行ったが、すべて離型がスムーズになされ、プレスが中断することがなかった。成形されたレンズの非球面偏心を測定した結果を図８に示す。非球面偏心約３．５′以内に収まっていることが分かる。図９に傾き偏心（成形ティルト）と平行偏心（成形デイセンタ）が発生した場合における非球面偏心の計算式を示す。同一平面内に傾き偏心と平行偏心が発生している場合での計算式であり、偏心が発生した場合における非球面偏心の最大値と最小値を示すこととなる。

図１０に同凹メニスカスレンズにおける非球面偏心計算結果を示す。平行偏心は、胴型と上下型のクリアランスより決定され、１０μm以上は発生しないと推測できる。このことから、バネがない状況においては、非球面偏心は最小値でも７．０′は発生する可能性があった（最大値９．４′）。一方、本発明の型構造を用いたプレスにおいては、非球面偏心は最大でも３．５′しか発生していない。このことから、図９を参照すると、同型構造を用いた場合の最大の傾き偏心は４′（平行偏心は１０μm）となり、傾き偏心が約半分まで抑制されたと考えられる。なお、同型構造の最小の傾き偏心は２′となる（平行偏心は１０μm）。また、本条件においてはクリアランスを１０μmとしたが、クリアランスを狭めることで、より偏心性能のよいレンズを製作可能である。

なお、比較のために、バネを用いない以外、上記と同様の装置で成形を試みたところ、下型が胴型内に挿入されずプレスが中断した。下型の胴型への挿入時に、胴型の傾斜による傾き偏心が大きくなりすぎたためと考えられる。
本発明のモールドプレス用成形装置を用いることにより、光学素子成形時のティルトやディセンタを抑制することができた。また、光学素子の離型効果を高めることができ、生産サイクルタイム短縮が可能となった。また、成形された光学素子の面精度はいずれも良好であった。

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モールドプレス用成形装置や、これを用いた光学素子の製造方法に適用できる。特に、高い偏心精度を要求する撮像機器用レンズ、光ピックアップ用レンズなどの成形に好適に用いることができる。

本発明の第一実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部を示す縦断面図である。 本発明の第一実施形態に係るモールドプレス用成形装置の作用を示すプレス成形部の縦断面図である。 本発明の第二実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部を示す縦断面図である。 本発明の第三実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部を示す縦断面図である。 本発明の第三実施形態に係るモールドプレス用成形装置の作用を示すプレス成形部の縦断面図である。 本発明の第四実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部を示す縦断面図である。 本発明の第五実施形態に係るモールドプレス用成形装置のプレス成形部を示す縦断面図である。 本発明の実施例における非球面偏心の測定結果を示すグラフである。 成型時の偏心と非球面偏心の関係式である。 成型時の偏心と非球面偏心の相関表である。

符号の説明

１ 上ユニット
２ 下ユニット
３ 上プレート
４ 上母型
４ａ 内周凸部
５ 胴型
５ａ フランジ部
５ｂ 段部
５ｃ 圧接面
５ｄ 強制離型部
６ 上型
６ａ フランジ部
６ｂ 成形面
７ バネ
８ 下プレート
９ 下母型
１０ 下型
１０ａ 成形面
１０ｂ 輪帯部
１１ ストッパ部材
１２ 板部材
Ａ〜Ｄ プレス成形部

Claims (13)

1. 少なくとも一方が上下方向に移動可能であって、かつ対向する成形面が形成された上型及び下型と、前記上型及び／又は前記下型を位置規制し、かつ前記上型及び／又は前記下型の移動をガイドする胴型とを備え、前記下型の成形面に供給される成形素材を、前記上型と前記下型の接近動作によってプレス成形するモールドプレス用成形装置において、
   前記胴型を、前記上型又は前記下型の少なくとも一部に対して、上下方向から圧接させる圧接手段を備えることを特徴とするモールドプレス用成形装置。
2. 前記胴型を、前記上型又は前記下型における成形面の外縁部に対して、上下方向から圧接させる請求項１記載のモールドプレス用成形装置。
3. 前記胴型を、前記上型又は前記下型の少なくとも一部に対して、上下方向から圧接させた状態で、前記上型と前記下型の接近動作を行わせる請求項１又は２記載のモールドプレス用成形装置。
4. 前記胴型の内周部に形成した段部を、前記下型における成形面の外縁部に対して、上方から圧接させる請求項１〜３のいずれかに記載のモールドプレス用成形装置。
5. 前記上型と前記下型を所定の間隔まで接近させた状態で、前記上型の下方への自由移動を許容し、前記上型と前記下型の間にある成形体の収縮に前記上型を追随させる請求項１〜４のいずれかに記載のモールドプレス用成形装置。
6. 前記上型と前記下型の離間動作にともなって、前記胴型が前記上型に対して移動する際、前記胴型の内周部に形成される強制離型部が、前記上型の成形面に付着した成形体を強制的に離型させる請求項１〜５のいずれかに記載のモールドプレス用成形装置。
7. 前記上型と前記下型の接近動作に際し、前記上型又は前記下型が、点接触で押圧される請求項１〜６のいずれかに記載のモールドプレス用成形装置。
8. 前記上型、前記下型、前記胴型及び前記圧接手段を備えるプレス成形部が、母型に対して複数連設される請求項１〜７のいずれかに記載のモールドプレス用成形装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のモールドプレス用成形装置を用いて、加熱により軟化した状態の成形素材をプレス成形して光学素子を製造することを特徴とする光学素子の製造方法。
10. 前記プレス成形の工程において、成形素材に加えるプレス荷重を段階的に変化させる請求項９記載の光学素子の製造方法。
11. 前記プレス成形の工程が、少なくとも初期プレス及び二次プレスを含み、前記初期プレスによって、得ようとする光学素子の最終肉厚より所定量大きな肉厚とし、その後に前記二次プレスを行う請求項９又は１０記載の光学素子の製造方法。
12. 前記プレス成形の工程が、少なくとも初期プレス及び二次プレスを含み、前記初期プレスの開始時又は前記初期プレス中に冷却を開始する請求項９〜１１のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
13. 請求項９〜１２のいずれかに記載の光学素子の製造方法を用いてプレス成形したことを特徴とする光学素子。

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