JPH11217227A

JPH11217227A - モールド成形用型，その作製方法，及び作製装置

Info

Publication number: JPH11217227A
Application number: JP1756798A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Takahashi; 一幸高橋
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】成形面の形状及び曲率半径如何に関わらず作
製が容易なモールド成形用型，その作製方法，及び作製
装置を、提供する。【解決手段】胴型１４の貫通孔１４ａ内には、その下端
側開口から下型１６の小径部１６ｂが挿入されている。
一方、貫通孔１４ａの上端側開口からは、被転写部材１
８及び転写基板型１５の小径部１５ｂが、順番に挿入さ
れる。型製造装置Ｐは、このようにして形成されたセッ
ト型をヒータ３によって加熱するとともに、押圧力を加
える。このようにして、胴型１４内部において、転写基
板型１５の成形面１５ｃが、被転写部材１８の端面に反
転転写される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モールド成形用型の作
製方法に関し、特に、内視鏡等に用いられる微小レンズ
のモールド成形用型の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学機器の対物レンズ（撮像レン
ズ）には、レンズ構成枚数を少なくしつつ光学性能を向
上させるために（特に、歪曲収差を補正するために）、
非球面レンズが用いられる傾向がある。

【０００３】このような非球面レンズは、作製工程を容
易にしつつ精度を向上させて低コストを実現するため
に、ガラスモールド成形によって作製される場合が多
い。このガラスモールド成形は、ガラスのプリフォーム
を超硬金属製の型によって押し潰してレンズ形状に成形
する方法であるので、所定形状の成形面を有する型を、
予め作製しておかなければならない。

【０００４】この場合、最終的作製目標物が、カメラや
測量機等の光学系中で用いられる比較的大きな（外径及
び曲率半径が夫々数１０ミリ程度以上）レンズであるな
らば、型上に形成される成形面の径及び曲率半径も大き
くなるので、通常のダイヤモンド砥石（先端外半径が数
ｍｍ程度）を用いた研削加工によって、容易に型を作製
することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これに対して、最終的
作製目標物が、医療用内視鏡の対物光学系等として用い
られる微小レンズであるならば、型上に形成される成形
面の径が最大でも１．０ｍｍ程度となるので、研削加工
による型の作製は困難を伴う。

【０００６】特に、凸面を微小レンズに形成するための
型の場合には、型上に形成されるべき成形面が凹面とな
るので、型作製が著しく困難となる。即ち、このような
凹面を研削加工しようとするならば、研削加工に用いら
れるダイヤモンド砥石の先端半径は、加工目標とする曲
率半径の半分以下でなければならない。例えば、曲率半
径１．０ｍｍ程度の凹面を研削加工しようとするなら
ば、これに用いられるダイヤモンド砥石の先端外半径は
０．５ｍｍ以下でなければならない。このように、砥石
の先端が細くなると、磨耗が激しくなり、その加工性が
著しく低下する。また、砥石の先端部が壊れやすくなる
ばかりか、砥石自体の作製も極めて困難となるのであ
る。

【０００７】本発明は、微小レンズのモールド成形にお
けるかかる問題点に鑑みてなされたものであり、成形面
の形状及び曲率半径如何に関わらず、容易に作製するこ
とができるモールド成形用型，その作製方法，及びその
作製装置の提供を、課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、以下の構成を採用した。即ち、請求項１
記載の発明は、所定形状のレンズ面を有するレンズをモ
ールド成形する際に用いられるモールド成形用型の作製
方法であって、前記レンズ面と同形状の成形面を有する
転写基板型を予め作製し、この転写基板型の前記成形面
の形状を被転写部材に反転転写することによって前記モ
ールド成形用型を作製することを、特徴とする。

【０００９】このように構成すると、凸面形状のレンズ
面を有するレンズをモールド成形する場合においては、
転写基板型上に加工すべき成形面の形状は、凸面で良
い。即ち、この成形面の凸面形状が、被転写部材上にお
いて凹面形状として反転転写され、この凹面形状によっ
て凸面形状のレンズ面が作製される。従って、転写基板
型上に成形面を加工する場合には、先端径の細い砥石を
使用する必要は無く、比較的太い砥石を用いることがで
きる。また、凹面形状のレンズ面を有するレンズをモー
ルド成形する場合においても、一個の転写基板型から多
数の同形状のモールド成形用型を作製することができ
る。その結果、成形面の形状及び曲率半径如何に関わら
ず、モールド成形用型を容易に作成することができるの
である。

【００１０】なお、本発明によって得られたモールド成
形用型は、ガラスモールド成形する際に用いられても良
いし、プラスチックのモールド成形に用いられても良
い。転写基板型に加工される成形面の形状は、凸面であ
っても良いし、凹面であっても良い。また、球面であっ
ても良いし、非球面であっても良い。

【００１１】転写基板型の材料は、硬質材料であれば、
面形状を正確に転写することができる。また、耐高温材
料であれば、転写基板型の成形面の形状を被転写部材に
転写するための方法として、加熱又は焼結を用いること
ができる。

【００１２】転写基板型の成形面を被転写材料に転写す
る方法としては、被転写材料が金属粉末であれば焼結を
用いることができる。また、被転写材料如何に依り、様
々な種類の硬化方法を採ることができる。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１の転写基
板型が耐高温且つ硬質の材料からなることで、特定した
ものである。請求項３記載の発明は、請求項２の転写基
板型が炭化タングステンからなることで、特定したもの
である。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１の被転写
部材が加熱下で軟化する材料からなることで、特定した
ものである。請求項５記載の発明は、請求項４の被転写
部材がガラスからなることで、特定したものである。

【００１５】請求項６記載の発明は、請求項１の転写基
板型の成形面には離型膜が形成されていることで、特定
したものである。請求項７記載の発明は、請求項１の転
写基板型の成形面の形状が反転転写された前記被転写部
材の表面に、離型膜を形成することで、特定したもので
ある。

【００１６】請求項８記載の発明は、所定形状のレンズ
面を有するレンズをモールド成形する際に用いられるモ
ールド成形用型の作製装置であって、前記レンズ面と同
形状の成形面を有する転写基板型と、加熱下で軟化する
被転写部材と、前記被転写部材を加熱する加熱装置と、
前記転写基板型の成形面を前記被転写部材に押し付ける
押圧機構とを、備えることを特徴とする。

【００１７】このように構成されると、加熱装置によっ
て被転写部材を加熱すると、この被転写部材が軟化す
る。この状態下で、押圧機構によって転写基板型の成形
面を被転写部材の表面に押し付けると、成形面の形状
が、被転写部材に反転転写される。その後、加熱装置を
停止させて、被転写部材を冷やすと、反転転写された成
形面の形状が被転写部材に定着する。

【００１８】加熱装置は、被転写部材が絶縁部材であれ
ば被転写部材の外側からこの被転写部材を加熱すれば良
く、被転写部材が抵抗体であればこの被転写部材自身に
電流を流すことによってこの被転写部材を直接加熱すれ
ば良い。

【００１９】請求項９記載の発明は、請求項８におい
て、円筒状の胴型を更に備えるとともに、前記転写基板
型が、前記成形面がその先端面に形成されているととも
に前記胴型の貫通孔に挿入される円柱状部分を有し、前
記被転写部材が、前記胴型の貫通孔に挿入される円柱状
形状を有することで、特定したものである。

【００２０】請求項１０記載の発明は、請求項９におい
て、転写基板型との間で前記被転写部材を挟んだ状態で
前記胴型の貫通孔内に挿入される下型を更に備えること
で、特定したものである。

【００２１】請求項１１記載の発明は、請求項８乃至１
０の何れかにおける押圧機構が、前記胴型をその両端か
ら挟み込んで互いに接近する一対の対向押圧面を有する
ことで、特定したものである。

【００２２】請求項１２記載の発明は、請求項１１にお
いて、一対の対向押圧面の接近量を制限するスペーサを
有することで、特定したものである。請求項１３記載の
発明は、請求項１２のスペーサが、前記胴型が挿入され
る貫通孔を有する円筒状部材であり、前記一対の対向押
圧面が、前記スペーサの端面全体に接触することで、特
定したものである。

【００２３】請求項１４記載の発明は、請求項８の転写
基板型が耐高温且つ硬質の材料からなることで、特定し
たものである。請求項１５記載の発明は、請求項１４の
転写基板型が炭化タングステンからなることで、特定し
たものである。

【００２４】請求項１６記載の発明は、請求項８の被転
写部材が加熱下で軟化する材料からなることで、特定し
たものである。請求項１７記載の発明は、請求項１６の
被転写部材がガラスからなることで、特定したものであ
る。

【００２５】請求項１８記載の発明は、請求項８の転写
基板型の成形面には離型膜が形成されていることで、特
定したものである。請求項１９記載の発明は、所定形状
のレンズ面を有するレンズをモールド成形する際に用い
られるモールド成形用型であって、前記レンズ面を反転
した形状を有する成形面が端面に形成されたガラスから
なり、前記成形面に離型膜が形成されていることを特徴
とする。

【００２６】請求項２０記載の発明は、請求項１又は２
の転写基板型が酸化物系セラミックスからなることで、
特定したものである。請求項２１記載の発明は、請求項
１又は２の被転写材料が超硬合金の粉末であり、この被
転写材料に前記転写基板型の前記成形面を押し当てた状
態で焼結することによって、前記モールド成型用金型を
作製することで、特定したものである。

【００２７】請求項２２記載の発明は、請求項２１の被
転写材料が炭化タングステン系の粉末であることで、特
定したものである。請求項２３記載の発明は、請求項２
１の放電プラズマ法により前記被転写材料を焼結するこ
とで、特定したものである。

【００２８】請求項２４記載の発明は、請求項１又は２
の転写基板型がアルミナからなることで、特定したもの
である。請求項２５記載の発明は、請求項１又は２の転
写基板型がジルコニアからなることで、特定したもので
ある。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。

【００３０】

【実施形態１】本発明の第１の実施の形態は、高転移ガ
ラスからガラスモールド成形用型（成形面を含む）を形
成する方法を示すものである。

【００３１】図１は、ガラスモールド成形用型を成形す
るための型製造装置Ｐの要部を示す（一部断面）概略図
である。この図１に示すように、この型製造装置Ｐは、
真空チャンバー５と、この真空チャンバー５内に構築さ
れた機構と、この真空チャンバー５内部の機構を外部か
ら作動させる装置とに、区分される。

【００３２】上記真空チャンバー５は、中心軸を鉛直方
向に向けて据えられた密閉円筒状のガラス容器からな
り、図示せぬ開閉口によって開閉されるとともに、吸引
管を介して連通された真空排気装置６によって排気され
る。

【００３３】この真空チャンバー５の内部における底面
中央には、円柱状の金属ブロックからなる下プレスステ
ージ４が固定されている。また、真空チャンバー５の外
部における上面中央には、加重制御系（制御回路）１３
によって制御される油圧装置８が固定されている。この
油圧装置８は、真空チャンバー５の中心軸に沿ってこの
真空チャンバー５の天頂部５ａを貫通しているピストン
７を進退駆動するとともに、このピストン７に対して、
下プレスステージ４へ向けた押圧力を加える。

【００３４】真空チャンバー５内においてピストン７の
先端には、下プレスステージ４と同心且つ同径の円柱状
の金属ブロックからなる上プレスステージ９が取り付け
られている。これら下プレスステージ４と上プレスステ
ージ９との間には、後述するセット型Ｓが挟み込まれ
る。即ち、これら下プレスステージ４，加重制御系１
３，油圧装置８，及び上プレスステージ９が、押圧機構
を構成している。また、両プレスステージ４，９におけ
る互いに対向する端面が、セット型Ｓ（胴型１４）をそ
の両端から挟み込んで互いに接近する一対の対向押圧面
である。

【００３５】また、真空チャンバー５内において、下プ
レスステージ４及び上プレスステージ９の移動領域は、
円筒状に巻かれたヒータ３によって取り囲まれている。
このヒータ３は、電源装置１によって供給される電力に
応じて熱を発生し、セット型Ｓを加熱する。なお、セッ
ト型Ｓの表面には、このセット型Ｓの温度を検知する熱
電対１０が接触されており、この熱電対１０の出力は温
度制御系（回路）２に供給されている。この温度制御系
（回路）２は、この熱電対１０の出力をフィードバック
情報として用い、セット型Ｓの温度が所定温度を維持す
るように、電源装置１からヒータ３に供給される電力の
大きさを自動制御する。即ち、これらヒータ３，電源装
置１，熱電対１０，及び、温度制御系２が、加熱装置に
相当する。

【００３６】次に、真空チャンバー５内において上下各
プレスステージ９，４の間に挟み込まれるセット型Ｓの
構造を、図２乃至図５を用いて、以下詳細に説明する。
図２は、このセット型Ｓの拡大断面図である。この図２
に示すように、セット型Ｓは、円筒状の胴型１４，胴型
１４の貫通孔１４ａ内にその上端側開口から挿入された
錨型の転写基板型１５，同じく貫通孔１４ａ内にその下
端側開口から挿入された錨型の下型１６，貫通孔１４ａ
内において転写基板型１５と下型１６との間に挟まれた
被転写部材１８，及び、胴型１４の外周を覆う円筒型の
スペーサ１７から、構成されている。

【００３７】これらのうち、胴型１４，転写基板型１
５，及び下型１６は、夫々、耐高温且つ硬質の超硬材
料，即ち、コバルトを含有する炭化タングステン（ＷＣ
−Ｃ_O）のブロックを研削することによって、形成され
ている。

【００３８】胴型１４は、転写基板型１５を上プレスス
テージ４のスライド方向にガイドする機能を果たすとと
もに、転写基板型１５及び被転写部材１８を互いに芯出
しした状態で保持する機能を果たす。

【００３９】転写基板型１５は、被転写部材１８に対し
て型押しを施す母型としての機能を果たす。そのため、
この転写基板型１５は、胴型１４の外径と同径の大径部
１５ａ，及び、胴型１４の内径と略同径の小径部１５ｂ
（円柱状部分）とを一体に有してなり、この小径部１５
ｂの先端面における軸心には、凸状の非球面からなる成
形面１５ｃが形成されている。この成形面１５ｃは、最
終的に作成される微小レンズの面形状と同形状に形成さ
れている。また、この形成面１５ｃには、被転写部材１
８への型押し後においてこの被転写部材１８からの剥離
を容易にするとともに、転写基板型１５の繰り返し使用
に因る曇り等を防止して耐久性を向上させるために、白
金系の離型膜が形成されている。

【００４０】下型１６は、胴型１４内における被転写部
材１８の保持位置を定める台としての機能を果たす。そ
のため、この下型１６は、小径部１６ｂの先端面が平坦
面であることを除き、転写基板型１５と同形状を有して
いる。

【００４１】被転写部材１８は、加熱下で軟化する材
料，即ち、円柱状形状を有する高転移点ガラス（転移点
６００°Ｃ，屈伏点６２０°Ｃ以上，特に、転移点６５
０°Ｃ，屈伏点６７０°Ｃ以上が望ましい）から、構成
されている。高転移点ガラスの例としては、下記のもの
が挙げられる。

【００４２】表株式会社オハラ製ＳＫ５転移点６６３°Ｃ，屈伏点６９４°Ｃ株式会社オハラ製ＳＫ１０転移点６５５°Ｃ，屈伏点６８０°Ｃ株式会社オハラ製ＬａＫ１０転移点６８０°Ｃ，屈伏点７０７°Ｃ株式会社オハラ製ＬａＳＦ０１５転移点７００°Ｃ，屈伏点７１５°Ｃこれらの高転移点ガラスは、何れも、胴型１４をなす炭
化タングステンよりも膨張係数が大きい。

【００４３】被転写部材１８の外径は、使用される高転
移点ガラスの膨張係数と炭化タングステン（ＷＣ−
Ｃ_O）の膨張係数との差に応じて、使用される高転移点
ガラスの屈伏点において、膨張した被転写部材１８の外
周面が胴型１４の貫通孔１４ａの内面に接するように、
設定されている。従って、室温においては、被転写部材
１８の外径は、胴型１４の貫通孔１４ａの内径よりも小
さい。また、被転写部材１８の軸方向長さは、胴型１４
の軸方向長さから、転写基板型１５の小径部１５ｂ（成
形面１５ｃを含まず）の軸方向長さ及び下型１６の小径
部１６ｂの軸方向長さを減じたものよりも長い。従っ
て、被転写部材１８に対する押圧前は勿論のこと、押圧
後においても転写基板型１５の大径部１５ａは胴型１４
には接触しない。

【００４４】また、スペーサ１７は、ＳＵＳ材から構成
されており、その内径は、胴型１４の外径と略同じであ
る。このスペーサ１７の軸方向における長さは、軸方向
における下型１６の全長，転写基板型１５の全長，及び
被転写部材１８の全長の総和よりも、短い。この差が、
被転写部材１８への成形面１５ｃのプレス量（以下、
「形成量」という）を決定する。従って、当該差は、成
形面１５ｃの突出量以下となっている。また、スペーサ
１７の外径は、上下各プレスステージ９，４の外径より
も小径であり、その端面全域においてこれら上下各プレ
スステージ４，９各対向押圧面と接触する。

【００４５】以上のように構成される装置Ｓを用いてガ
ラスモールド成形用型を作製する手順を、以下に、説明
する。先ず最初に、作業者は、最終的な作製目標物であ
る微小レンズよりも十分に大径な、図６に示す様な円柱
状の炭化タングステン（ＷＣ−Ｃ_O）ブロックを旋盤に
セットして、図４に示す錨型形状の型に加工する。そし
て、加工によって得られた２つの型のうちの一方を下型
１６とする。また、他方の型をカーブジェネレータ等の
加工機にセットし、この型の小径部１５ｂの先端面にお
ける軸心に、最終的な作製目標物である微小レンズに形
成されるべき凸状非球面と同形状の成形面１５ｃを、研
削加工する。この研削加工作業は、数ミリ程度の径を有
する通常のダイヤモンド砥石を用いて、行われる。そし
て、研削加工終了後、必要に応じて、成形面１５ｃを研
磨するとともに、この成形面１５ｃ白金系離型膜を形成
して、転写基板型１５を完成させる。

【００４６】また、作業者は、下型１６の大径部１６ａ
及び転写基板型１５の大径部１５ａと同径の円柱状のタ
ングステンカーバイト（ＷＣ−Ｃ_O）ブロックを旋盤に
セットして、その軸心に貫通孔１４ａをくり抜くことに
より、胴型１４を完成させる。同様に、作業者は、胴型
１４の外径よりも十分に大径のＳＵＳを旋盤にセットし
て、その軸心に貫通孔をくり抜くことにより、スペーサ
１７を完成させる。

【００４７】また、作業者は、高転移点ガラス（株式会
社オハラ製ＳＫ５）を所定サイズの円柱型に加工して、
被転写部材１８を完成させる。以上の後に、作業者は、
完成した転写基板型１５，下型１６，被転写部材１８，
胴型１４，及びスペーサ１７を、上述したようにして、
セット型Ｓとして組み上げる。

【００４８】次に、作業者は、型製造装置Ｐの真空チャ
ンバー５を開けるとともに、加重制御系１３を操作して
油圧装置８によってピストン７を縮退させて、下プレス
ステージ４と上プレスステージ９との間にセット型Ｓを
差し入れる。この際、転写基板型１５の大径部１５ａの
外端面は、上プレスステージ９の下プレスステージ４側
の端面の中心に接触され、下型１６の大径部１６ａの外
端面は、下プレスステージ４の上プレスステージ９側の
端面の中心に接触される。また、作業者は、熱電対１０
の先端を、セット型Ｓ（スペーサ１７）の外周面上に接
触させる。

【００４９】以上の準備が完了すると、作業者は、真空
チャンバー５を密閉して、真空排気装置６を動作させ
て、この真空チャンバー５内の空気を吸引する。この真
空排気装置６による吸引量は、真空チャンバー５内の気
圧が０．０１［Torr］を維持するように自動調整され
る。

【００５０】次に、作業者は、電源１０を起動してヒー
タ３に電流を供給し、セット型Ｓを加熱する。そして、
被転写部材１８が軟化する温度を超える温度（７２４°
Ｃ程度）まで、セット型Ｓの温度を上昇させる。この
時、超硬材料である胴型１４よりもガラス材料である被
転写部材１８の方が膨張係数が大きいために、胴型１４
よりも被転写部材１８の方が大きく膨張する。その結
果、被転写部材１８の温度が屈伏点（６９４°Ｃ）に達
した時点においては、被転写部材１８の外周面と胴型１
４の貫通孔１４ａの内周面との間のクリアランスが埋め
られて、両者が密着し、被転写部材１８の中心軸が胴型
１４の貫通孔１４ａに対して芯出しされる（図７参
照）。

【００５１】次に、作業者は、加重制御系１３を操作し
て、油圧装置８によってピストン７を突出させ、０．０
２〜０．１４［ＭＰａ］の押圧力で、上プレスステージ
９を介してセット型Ｓを下プレスステージ４に押し付け
る。すると、セット型Ｓ内部，即ち、胴型１４の貫通孔
１４ａ内部においては、転写基板型１５が下型１６に向
けて移動する。その結果、転写基板型１５の形成面１５
ｃが、被転写部材１８の端面に没入し、この形成面１５
ｃの形状が被転写部材１８の端面に反転転写される。こ
の形成面１５ｃの被転写部材１８の端面への没入は、上
プレスステージ９がスペーサ１７の端面に当接するまで
行われる（図８参照）。

【００５２】スペーサ１７の端面に上プレスステージ９
が当接すると、作業者は、油圧装置８による圧力を抜く
ことなく、電源１のみを停止し、セット型Ｓの温度を下
降させる。その結果、セット型Ｓが十分に冷えると、図
９に示すように、被転写部材１８が胴型１４に対して芯
出しされた状態のまま、被転写部材１８と胴型１４の貫
通孔１４ａとの間が離間する。

【００５３】作業者は、セット型Ｓの温度が室温となる
と、真空排気装置６の図示せぬバルブを開いて真空チャ
ンバー５内の気圧を大気圧に戻すとともに、加重制御系
１３を操作して油圧装置８によってピストン７を縮退さ
せ、真空チャンバー５からセット型Ｓを取り出す。そし
て、このセット型Ｓを分解して、胴型１４の貫通孔１４
ａの中から被転写部材１８を取り出すのである。

【００５４】作業者は、その後、被転写部材１８を図示
せぬ旋盤にセットして、その外周形状を図示せぬモール
ド装置にセットするのに適した形状（図１０（ｂ）参
照）に加工する。また、作業者は、被転写部材１８に形
成された凹面（成形面）１８ａ上に、スパッタリング，
イオンプレーティング等の方法によって、種々のセラミ
ックス，金，白金，白金属金属を始めとする貴金属等か
らなる薄膜を形成する。これにより、ガラスモールド用
ガラス型２８０を完成させる。

【００５５】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、ガラスモールドによって微小レンズに凸面（非球
面）を形成しようとする場合においても、カーブジェネ
レータ等の加工機によってガラスモールド成形用型上に
凹面を直接研削する必要はなく、唯、カーブジェネレー
タ等の加工機によって転写基板型１５上に凸面（成形面
１５ｃ）を研削すれば足りる。従って、カーブジェネレ
ータ等の加工機による研削加工時において、細い先端形
状を有するダイヤモンド砥石を使用する必要がない。し
かも、ガラス材からガラスモールド用ガラス型２８０を
作成しているので、転写基板型１５の成形面１５ｃの形
状を正確に転写することができるとともに、同じ形状の
ガラスモールド成形用金型２８０を大量に得ることがで
きる。

【００５６】

【実施形態２】本発明の第２の実施の形態は、公知のＳ
ＰＳ（放電プラズマ焼結）システムを用いて、超硬合金
粉末からガラスモールド成形用金型（成形面を含む）を
形成する方法を示すものである。

【００５７】図１１は、このＳＰＳシステムを適用した
放電プラズマ焼結装置Ｄの要部を示す（一部断面）概略
図である。この図１１に示すように、放電プラズマ焼結
装置Ｄは、装置全体のフレームをなす上部加圧板２１，
下部加圧板２２，及び、これら両加圧板２１，２２を平
行に離間させた状態で相互に固定するための複数本の支
持柱２３を、有している。

【００５８】上部加圧板２１の下面（下部加圧板２２に
対向する面）には、円柱状の上部電極２４が固定されて
いる。この上部電極２４の先端側半分は、密閉円筒状の
ガラス容器である真空チャンバー２５の上端面を貫通し
て、この真空チャンバー２５内に侵入している。上部電
極２４と真空チャンバー２５との間は気密に固定されて
いるので、真空チャンバー２５は、この上部電極２４を
介して上部加圧板２１に固定される。

【００５９】真空チャンバー２５内の空気は真空排気装
置２６によって吸引され、真空チャンバー２５内は高真
空に維持され得る。一方、真空チャンバー２５の下端面
には、真空チャンバー２５と同軸の円柱状のピストン２
７が、軸方向に進退自在に気密に貫通している。このピ
ストン２７は、下部加圧板２２の上面（上部加圧板２１
に対向する面）に固定された油圧装置２８により、軸方
向に進退駆動される。また、このピストン２７の先端に
は、上部電極２４と同径の円柱形状を有する下部電極２
９が固定されている。

【００６０】真空チャンバー２５の外部に設けられた特
殊電源３０は、両電極２４，２９間にＯＮ−ＯＦＦ直流
パルス電圧を印加する電源である。なお、この特殊電源
３０によって印加されるＯＮ−ＯＦＦ直流パルス電圧の
デューティー比は、温度制御系３１からの指示に応じて
１：１〜１２：１の範囲で可変する。温度制御系３１
は、真空チャンバー２５の内部に設置された熱電対３２
によって検知された温度に基づいてフィードバック制御
を行って真空チャンバー２５内を所定温度に保つ回路で
ある。

【００６１】また、加重制御系３３は、油圧装置２８に
よるピストン２７の進退及び加圧を制御する回路であ
る。真空チャンバー２５内において上下各電極２４，２
９の間には、超硬粉末を焼結させて焼結体（研磨処理前
のガラスモールド成形用金型）を得るためのセット型Ｓ
が、セットされる。このセット型Ｓの構造を、図１２乃
至図１４を用いて、以下詳細に説明する。

【００６２】図１２は、このセット型Ｓの拡大断面図で
ある。この図１２に示すように、セット型Ｓは、円筒状
のカーボン胴型３４，カーボン胴型３４の貫通孔３４ａ
内面にその全周及び全長に亙って密着されたカーボンペ
ーパー３９，このカーボンペーパー３９を介してカーボ
ン胴型３４の貫通孔３４ａに上端側から挿入された円柱
状の上カーボンパンチ３５，同じく貫通孔３４ａに下端
側から挿入された円柱状の下カーボンパンチ３６，貫通
孔３４ａ内において上カーボンパンチ３５と下カーボン
パンチ３６との間に形成された空間内に充填された所定
分量の超硬粉末３８及び転写基板型３７から、構成され
ている。

【００６３】カーボン胴型３４，上カーボンパンチ３
５，及び下カーボンパンチ３６は、夫々、導電性のカー
ボンのブロックを研削することによって形成されてい
る。なお、上カーボンパンチ３５及び下カーボンパンチ
３６の外径は、カーボン胴型３４の貫通孔３４ａの内径
よりも、カーボンペーパー３９の紙厚分だけ僅かに小さ
い。

【００６４】転写基板型３７は、耐高温・硬質材料であ
るアルミナ，ジルコニア等の酸化物系セラミックスから
なり、斜視図である図１３及び縦断面図である図１４に
示すように、上カーボンパンチ３５及び下カーボンパン
チ３６と同径の略円盤形状を有している。この転写基板
型３７の一端面の軸心には、凸状の非球面からなる成形
面３７ａが形成されている。この成形面３７ａは、最終
的に作成される微小レンズの面形状と同形状に形成され
ている。そして、転写基板型３７は、この成形面３７ａ
を下カーボンパンチ３６に向けた状態で、上カーボンパ
ンチ３５の先端に接触している。

【００６５】超硬粉末３８は、コバルトを含有するＷＣ
（炭化タングステン）系の超硬合金の粉末であり、カー
ボン胴型３４の貫通孔３４ａの内面に密着されたカーボ
ンペーパー３９，下カーボンパンチ３６の先端面，及
び、転写基板型３７における成形面３７ａが形成されて
いる端面によって囲まれた空間内に充填されている。こ
の超硬粉末３８が、放電プラズマ焼結装置Ｄによって焼
結されて、金型の元となる焼結体として形成されるので
ある。

【００６６】以上のように構成される放電プラズマ焼結
装置Ｄを用いてガラスモールド成形用金型を作成する手
順を、以下に、説明する。先ず最初に、作業者は、最終
的な作製目標物である微小レンズよりも十分に大径な円
柱状の酸化物系セラミックスブロックをカーブジェネレ
ータ等の加工機にセットし、この酸化物系セラミックス
ブロックの一端面における軸心に、最終的な作製目標物
である微小レンズに形成されるべき凸状非球面と同形状
の成形面３７ａを、研削加工する。この研削加工作業
は、数ミリ程度の径を有する通常のダイヤモンド砥石を
用いて、行われる。そして、研削加工終了後、必要に応
じて、成形面３７ａを研磨して、転写基板型３７を完成
させる。

【００６７】次に、作業者は、予め用意されていたカー
ボン胴型３４の貫通孔３４ａ内に、筒状に丸めたカーボ
ンペーパー３９を挿入する。そして、このカーボンペー
パー３９を拡げて、貫通孔３４ａの内面に密着させる。

【００６８】次に、作業者は、カーボン胴型３４の貫通
孔３４ａの下端側開口から、筒状のカーボンペーパー３
９を介して、下カーボンパンチ３６をその全長の半分程
挿入する。

【００６９】次に、作業者は、未だ開口している貫通孔
３４ａの上端側開口から、筒状のカーボンペーパー３９
内に超硬粉末３８を詰め込む。この時の超硬粉末３８の
嵩は、焼結過程における嵩の縮小の程度等を考慮して、
適宜決定される。

【００７０】次に、作業者は、カーボン胴型３４の貫通
孔３４ａの上側開口から、筒状のカーボンペーパー３９
を介して、転写基板型３７を挿入する。この時、転写基
板型３７に形成された成形面３７ａを、下側に向けて、
超硬粉末３８に押し付ける。

【００７１】次に、作業者は、カーボン胴型３４の貫通
孔３４ａの上端側開口から、筒状のカーボンペーパー３
９を介して、上カーボンパンチ３５をその全長の半分程
挿入する。

【００７２】以上の作業によりセット型Ｓが完成する
が、このセット型Ｓ内においては、カーボン胴型３４の
貫通孔３４ａの内面と、上下両パンチ３５，３６，及び
転写基板型３７の外面との間の隙間は、カーボンペーパ
ー３９によって埋められている。

【００７３】次に、作業者は、放電プラズマ焼結装置Ｄ
の真空チャンバー２５を開けるとともに、加重制御系３
３を操作して油圧装置２８によってピストン２７を縮退
させて、上部電極２４と下部電極２９との間にセット型
Ｓを差し入れる。この際、上カーボンパンチ３５の外端
面は、上部電極２４の先端面の中心に接触され、下カー
ボンパンチ３６の外端面は、下部電極２９の先端面の中
心に接触される。また、作業者は、熱電対１２の先端
を、カーボン胴型３４の外周面上に接触させる。

【００７４】以上の準備が完了すると、作業者は、真空
チャンバー２５を密閉して、真空排気装置２６を動作さ
せて、この真空チャンバー２５内の空気を吸引する。こ
の真空排気装置２６による吸引は、真空チャンバー２５
内の気圧が０．０１［Torr］を維持するように自動調整
される。

【００７５】次に、作業者は、加重制御系３３を操作し
て、油圧装置２８によってピストン２７を突出させ、５
０〜１００［ＭＰａ］の押圧力で、下部電極２９を介し
てセット型Ｓを上部電極２４に押し付ける。すると、セ
ット型Ｓ内部，即ち、カーボン胴型３４の貫通孔３４ａ
内部においては、上カーボンパンチ３５と下カーボンパ
ンチ３６とが互いに接近する方向へ移動し、これら両カ
ーボンパンチ３５，３６の間で転写基板型３７及び超硬
粉末３８が圧縮される。その結果、超硬粉末３８の粒子
同士の間が密となり、転写基板型３７と接する部分にお
いて、超硬粉末３８の各粒子が成形面３７ａに沿って並
ぶようになる。この際、貫通孔３４ａと両カーボンパン
チ３５，３６，転写基板型３７，及び超硬粉末３８との
間にはカーボンペーパー３９が介在しているので、これ
らが互いに食いつくことはなく、スムースな移動が可能
となる。

【００７６】次に、作業者は、特殊電源３０を起動し、
発生したＯＮ−ＯＦＦ直流パルス電圧を上部電極２４と
下部電極２９との間に印可する。このＯＮ−ＯＦＦ直流
パルス電圧の立上り時点においては、超硬粉末３８の各
粒子間の空隙において火花放電現象が生じ、この放電に
よる衝撃圧力やスパッタ作用によって粒子表面の吸着ガ
スや絶縁酸化皮膜が除去されるとともに、放電による自
己発熱によって超硬粉末３８の各粒子の表面が気化・溶
融し、これにより発生したイオンや液化した原子が上記
衝撃圧力によって各粒子間の間隙に移動する（高速拡
散）。なお、この際に、超硬粉末３８とカーボン胴型３
４との間にはカーボンペーパー３９が介在しており両者
間の隙間が埋められているので、これらの間において火
花放電が集中して発生することはない。

【００７７】また、定常状態に移行すると、セット型Ｓ
（カーボン胴型３４，上下両カーボンパンチ３５，３
６）を流れる電流によってジュール熱が発生する。この
ようにして発生した熱は、電流のＯＦＦ時においてセッ
ト型Ｓ全体に拡散し、超硬粉末３８を含むセット型Ｓ全
体が均一温度となる。なお、この際に、超硬粉末３８と
カーボン胴型３４との間にはカーボンペーパー３９が介
在しており両者間の隙間が埋められているので、カーボ
ン胴型３４内部において生じたジュール熱は、カーボン
ペーパー３９を介して均等に超硬粉末３８に伝導され
る。このようにして超硬粉末３８全体が所定温度に加熱
されると、超硬粉末３８の各粒子自体が熱軟化するの
で、両カーボンパンチ３５，３６を介して与えられる押
圧力を受けて、超硬粉末３８の各粒子が塑性変形し、各
粒子間の間隙が埋められるとともに各粒子同士が溶着す
る（塑性流動）。

【００７８】以上の高速拡散及び塑性流動のプロセスが
なされている間、セット型Ｓの温度は、熱電対３２によ
って検知される。温度制御系３１は、熱電対３２によっ
て検知される温度が所定温度（１０００〜１２００
［°］）となるように、特殊電源３０から発生されるＯ
Ｎ−ＯＦＦ直流パルス電圧のデューティー比をフィード
バック制御する。

【００７９】以上のような高速拡散及び塑性流動のプロ
セスが所定時間（５〜１０［分］）継続されると、セッ
ト型Ｓ内において超硬粉末３８が焼結し、転写基板型３
７の成形面３７ａの形状が反転転写された凹面１８０ａ
を有する焼結体１８０（図１５（ａ）参照）が得られ
る。そこで、作業者は、当該所定時間が経過した時点で
特殊電源３０を停止し、セット型Ｓの温度が常温まで降
下するのを待ち、真空排気装置２６の図示せぬバルブを
開いて真空チャンバー２５内の気圧を大気圧に戻すとと
もに、加重制御系３３を操作して油圧装置２８によって
ピストン２７を縮退させ、真空チャンバー２５からセッ
ト型Ｓを取り出す。そして、このセット型Ｓを分解し
て、カーボン胴型３４の貫通孔３４ａの中から焼結体１
８０を取り出すのである。

【００８０】本実施例においては、転写基板型３７が酸
化物系セラミックスから構成され、超硬粉末３８として
のＷＣ（炭化タングステン）系の超硬合金の粉末から焼
結体１８０が生成されているので、転写基板型３７と焼
結体１８０との離型性が極めて良好である。作業者は、
その後、図示せぬ旋盤により、焼結体１８０の外周形状
を、図示せぬモールド装置にセットするのに適した形状
（図１５（ｂ）参照）に加工し、ガラスモールド用金型
１８１を完成させる。

【００８１】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、ガラスモールドによって微小レンズに凸面（非球
面）を形成しようとする場合においても、カーブジェネ
レータ等の加工機によってガラスモールド成形用金型上
に凹面を直接研削する必要はなく、唯、カーブジェネレ
ータ等の加工機によって転写基板型３７上に凸面（成形
面３７ａ）を研削すれば足りる。従って、カーブジェネ
レータ等の加工機による研削加工時において、細い先端
形状を有するダイヤモンド砥石を使用する必要がない。
しかも、超硬粉末３８を焼結することによってガラスモ
ールド成形用金型１８１を作成しているので、転写基板
型３７の成形面３７ａの形状を正確に転写することがで
きると同時に、耐久性に優れた強固なガラスモールド成
形用金型１８１を得ることができる。

【００８２】なお、本実施形態においては、ＳＰＳ（放
電プラズマ）システムを用いて超硬粉末３８を焼結する
が、他の通電ホットプレス法によって超硬粉末３８を焼
結しても良い。

【００８３】

【発明の効果】本発明によるガラスモールド成形用型，
その作製方法，及びその作製装置によれば、成形面の形
状及び曲率半径如何に関わらず、ガラスモールド成形用
型を容易に作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるモールド成形用型作製方法及び
作製装置の第１実施形態である型製造装置の概略図

【図２】図１のセット型の拡大縦断面図

【図３】図２の転写基板型の斜視図及び縦断面図

【図４】図２の下型の斜視図及び縦断面図

【図５】図２の被転写部材の斜視図

【図６】タングステンカーバイト系材料ブロックの斜
視図

【図７】加熱時におけるセット型の拡大縦断面図

【図８】プレス時におけるセット型の拡大縦断面図

【図９】冷却時におけるセット型の拡大縦断面図

【図１０】プレス後における被転写部材及びガラスモ
ールド成形用ガラス型の縦断面図

【図１１】本発明によるモールド成形用型作製方法の
第２実施形態である放電プラズマ焼結装置の概略図

【図１２】図１１のセット型の拡大縦断面図

【図１３】図１２の転写基板型の斜視図

【図１４】図１３の転写基板型の縦断面図

【図１５】焼結体及びガラスモールド成形用金型の縦
断面図

【符号の説明】

１電源３ヒータ４下プレスステージ７ピストン８油圧装置９上プレスステージ１４胴型１５転写基板型１５ａ成形面１６下型１７スペーサ１８被転写部材１８ａ成形面３４カーボン胴型３５上カーボンパンチ３６下カーボンパンチ３７転写基板型３７ａ成形面３８超硬粉末３９カーボンペーパー１８０焼結体１８０ａ成形面１８１ガラスモールド成形用金型２８０ガラスモールド成形用ガラス型Ｄ放電プラズマ焼結装置Ｐ型製造装置Ｓセット型

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定形状のレンズ面を有するレンズをモー
ルド成形する際に用いられるモールド成形用型の作製方
法であって、前記レンズ面と同形状の成形面を有する転写基板型を予
め作製し、この転写基板型の前記成形面の形状を被転写部材に反転
転写することによって前記モールド成形用型を作製する
ことを特徴とするモールド成形用型の作製方法。
【請求項２】前記転写基板型は耐高温且つ硬質の材料か
らなることを特徴とする請求項１記載のモールド成型用
金型の作製方法。
【請求項３】前記転写基板型は炭化タングステンからな
ることを特徴とする請求項２記載のモールド成型用金型
の作製方法。
【請求項４】前記被転写部材は加熱下で軟化する材料か
らなることを特徴とする請求項１記載のモールド成型用
金型の作製方法。
【請求項５】前記被転写部材はガラスからなることを特
徴とする請求項４記載のモールド成型用金型の作製方
法。
【請求項６】前記転写基板型の成形面には離型膜が形成
されていることを特徴とする請求項１記載のモールド成
形用金型の作製方法。
【請求項７】前記転写基板型の成形面の形状が反転転写
された前記被転写部材の表面に離型膜を形成することを
特徴とする請求項１記載のモールド成形用金型の作製方
法。
【請求項８】所定形状のレンズ面を有するレンズをモー
ルド成形する際に用いられるモールド成形用型の作製装
置であって、前記レンズ面と同形状の成形面を有する転写基板型と、加熱下で軟化する被転写部材と、前記被転写部材を加熱する加熱装置と、前記転写基板型の成形面を前記被転写部材に押し付ける
押圧機構とを備えることを特徴とするモールド成形用型
の作製装置。
【請求項９】円筒状の胴型を更に備えるとともに、前記転写基板型は、前記成形面がその先端面に形成され
ているとともに前記胴型の貫通孔に挿入される円柱状部
分を有し、前記被転写部材は、前記胴型の貫通孔に挿入される円柱
状形状を有することを特徴とする請求項８記載のモール
ド成形用型の作製装置。
【請求項１０】前記転写基板型との間で前記被転写部材
を挟んだ状態で前記胴型の貫通孔内に挿入される下型
を、更に備えることを特徴とする請求項９記載のモール
ド成形用型の作製装置。
【請求項１１】前記押圧機構は、前記胴型をその両端か
ら挟み込んで互いに接近する、一対の対向押圧面を有す
ることを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の
モールド成形用型の作製装置。
【請求項１２】前記一対の対向押圧面の接近量を制限す
るスペーサを更に備えることを特徴とする請求項１１記
載のモールド成形用型の作製装置。
【請求項１３】前記スペーサは、前記胴型が挿入される
貫通孔を有する円筒状部材であり、前記一対の対向押圧面は、前記スペーサの端面全体に接
触することを特徴とする請求項１２記載のモールド成形
用型の作製装置。
【請求項１４】前記転写基板型は耐高温且つ硬質の材料
からなることを特徴とする請求項８記載のモールド成型
用金型の作製装置。
【請求項１５】前記転写基板型は炭化タングステンから
なることを特徴とする請求項１４記載のモールド成型用
金型の作製装置。
【請求項１６】前記被転写部材は加熱下で軟化する材料
からなることを特徴とする請求項８記載のモールド成型
用金型の作製装置。
【請求項１７】前記被転写部材はガラスからなることを
特徴とする請求項１６記載のモールド成型用金型の作製
装置。
【請求項１８】前記転写基板型の成形面には離型膜が形
成されていることを特徴とする請求項８記載のモールド
成形用金型の作製装置。
【請求項１９】所定形状のレンズ面を有するレンズをモ
ールド成形する際に用いられるモールド成形用型であっ
て、前記レンズ面を反転した形状を有する成形面が端面に形
成されたガラスからなり、前記成形面に離型膜が形成されていることを特徴とする
モールド成形用型。
【請求項２０】前記転写基板型は酸化物系セラミックス
からなることを特徴とする請求項１又は２記載のモール
ド成型用金型の作製方法。
【請求項２１】前記被転写材料は超硬合金の粉末であ
り、この被転写材料に前記転写基板型の前記成形面を押し当
てた状態で焼結することによって、前記モールド成型用
金型を作製することを特徴とする請求項１又は２記載の
モールド成形用金型の作製方法。
【請求項２２】前記被転写材料は炭化タングステン系の
粉末であることを特徴とする請求項２１記載のモールド
成形用金型の作製方法。
【請求項２３】放電プラズマ法により前記被転写材料を
焼結することを特徴とする請求項２１記載のモールド成
形用金型の作製方法。
【請求項２４】前記転写基板型はアルミナからなること
を特徴とする請求項１又は２記載のモールド成型用金型
の作製方法。
【請求項２５】前記転写基板型はジルコニアからなるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載のモールド成型用金
型の作製方法。