JPH101320A

JPH101320A - 成形型および成形方法

Info

Publication number: JPH101320A
Application number: JP15723496A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Hirota; 慎一郎広田; Masaru Uno; 賢宇野
Original assignee: Hoya Precision Inc
Current assignee: Hoya Precision Inc
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1996-06-18
Publication date: 1998-01-06
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JP3818552B2

Abstract

(57)【要約】【課題】形が揃った多数個の成形品を安定に製造するこ
とができる方法とその方法を実施し得る成形型を提供す
ること。【解決手段】下面に成形面を有する上型、上面に成形面
を有する下型、上下両面に成形面を有する１以上の中間
型、および型間隔決定手段を有する成形型；および、成
形型の隣合う２つの型の向かい合った成形面の間に、予
め加熱軟化させた成形用素材を導入するか、成形用素材
を導入して加熱軟化させる工程、上型、下型またはその
両方に圧力を加えて各型間隔を型間隔決定手段により設
定される間隔にすることによって成形用素材を加圧成形
する工程、および、冷却する工程を含む成形方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形型および成形
方法に関する。とくに、光学レンズや、表面に微細な溝
や凹凸パターンを有するガラス光学素子を精密成形する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、加圧成形後に研磨することなく高
精度のガラスレンズを成形する方法が盛んに実施されて
いる。そのような方法の一例として、特開昭５２−４５
６１３号公報に記載される方法がある。この方法によれ
ば、まず非酸化性雰囲気下でガラス素材と成形型をガラ
スの軟化点近傍まで昇温する。そして、ガラスと型がほ
ぼ等しい温度になったところで型でガラスを加圧する。
その後、加圧を維持しながら型温度をガラス転移点以下
に下げ、さらに常圧下で冷却して成形品を取り出す。こ
の方法は、成形品を取り出した後に研磨する必要がない
とはいえ、成形に要するサイクルタイムが著しく長いと
いう問題があった。

【０００３】そこで、効率よく多くの成形品を製造する
方法が検討され、新たな成形型が開発された。例えば、
特開昭６３−６４９３１号公報には、上型、複数個の中
間型および下型を加圧力の軸方向に順に配置し、これら
を取り囲む胴型を備えた成形型が開示されている。この
成形型の上型と中間型、中間型と下型の間に成形用素材
を導入し、加熱軟化して加圧成形すれば一度に多数個の
成形品を製造することが可能である。また、特開平１−
１７６２４０号公報にも、同様に上型、中間型、下型お
よびこれらを取り囲む胴型を有する成形型が開示されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の成形型を用いて加圧成形すると、加圧力が成形用素材
に対して均等に伝播しないために、成形する場所によっ
て成形用素材の伸びが異なってしまうという問題があ
る。成形用素材が伸び過ぎると、胴型と成形型の境界部
に成形用素材がはみ出して成形型の角部が損傷すること
があり、安定な成形は望めない。また、製造される成形
品も、はみ出した部分が欠けた肉薄の不良品になってし
まう。逆に、成形材料の伸びが少な過ぎると、肉厚で径
が小さい不良品ができてしまう。

【０００５】このような問題があるために、従来技術に
よる方法では、満足の行く成形品を効率よく製造するこ
とはできなかった。また、このような問題に対する解決
法について示唆を与える文献も存在しない。そこで、本
発明者らは、これらの問題点に対処し、満足の行く多数
個の成形品を効率よく製造する方法とその方法を実施し
得る成形型を提供することを目的として鋭意検討を行っ
た。また、本発明者らは、成形時の操作がより簡単で、
形の揃った多数個の成形品を安定に製造することができ
る方法とその方法を実施し得る成形型を提供することを
も目的として、鋭意検討を行った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】これらの目的は、以下の
本発明によって達成された。即ち、本発明は、下面に成
形面を有する上型、上面に成形面を有する下型、上下両
面に成形面を有する１以上の中間型、および型間隔決定
手段を有する成形型に関する。さらに本発明は、成形型
の隣合う２つの型の向かい合った成形面の間に、予め加
熱軟化させた成形用素材を導入するか、成形用素材を導
入して加熱軟化させる工程、上型、下型またはその両方
に圧力を加えて各型間隔を型間隔決定手段により設定さ
れる間隔にすることによって成形用素材を加圧成形する
工程、冷却する工程を含む成形方法に関する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の成形型と成形方
法を順に詳しく説明する。成形型本発明の成形型は、型間隔決定手段を有する点に特徴が
ある。型間隔決定手段は、上型と中間型の間隔、中間型
が複数個存在する場合は中間型とその隣の中間型の間
隔、および中間型と下型の間隔を決定する手段である。
本発明の成形型を用いて成形する場合、まず成形用素材
が型と型の間に導入される。このとき、通常は導入した
成形用素材の厚み分だけ型と型の間は開いている。その
後、加圧すると型と型の間隔は狭められ、やがて型と型
間隔決定手段が接触して一定の型間隔に保持される。こ
のとき、成形用素材は、上方にある型の下面と、下方に
ある型の上面、および型間隔決定手段によって囲まれる
空間内に圧縮される。このように、型間隔決定手段は加
圧成形時における型間隔を決定する。すなわち、型間隔
決定手段は、成形品の肉厚を決定し、加圧成形時に成形
用素材がはみ出すのを防止する役割を果たす。また、型
間隔決定手段は、加圧成形時に中間型が傾いて上下の成
形面がずれるのを防止する役割も果たす。このような型
間隔決定手段は、従来の成形型にはまったく存在しなか
ったものである。

【０００８】型間隔決定手段の形は、型および型に設け
られた成形面の形にあわせて適宜決定される。例えば、
型と成形面が円形であれば、型間隔決定手段はリング状
にするのが一般的である。また、型間隔決定手段は、上
方の型か下方の型のいずれかにあらかじめ固定されてい
ても構わない。また、型間隔決定手段は、各型間ごとに
独立した部材として設けられていてもよいし、一つの部
材が複数の型間を決定するものであってもよい。後者の
例として、例えば中間型の上面と下面の両面に固定され
た単一の部材であって、それによって中間型とその上方
にある型の間隔と、中間型とその下方にある型の間隔を
決定することができるものを挙げることができる。

【０００９】型間隔決定手段の材質は、成形過程におけ
る加熱に耐え得るものの中から選択する。特に、使用す
る成形用素材よりも大きい熱膨張率を有する材料を使用
するのが好ましい。このような材質の型間隔決定手段を
設けておけば、加圧成形後に成形体の上下を型に接触さ
せたまま加圧下で冷却することが可能になる。即ち、冷
却による型間隔決定手段の収縮が成形体の収縮に比べて
大きいため、成形体の上下からの加圧は、型間隔決定手
段ではなく、成形体に向けられるからである。したがっ
て、かかる実施態様を採用することによって、成形体の
上下を型に接触させて加圧状態のまま転移点を経て冷却
することが可能になり、面精度を高めることができるよ
うになる。但し、この場合、成形型に導入する成形用素
材の容量を、加圧成形時に成形体の外周部の一部または
全部が型間隔決定手段の内側に接触しない程度にし、さ
らに、冷却工程において、内径が収縮した型間隔決定手
段に成形体が締め付けられないように注意すべきであ
る。内径が収縮した型間隔決定手段に締め付けられた成
形体は、取り出しが困難になるからである。

【００１０】本発明の成形型を構成する上型、下型、中
間型は、従来より使用されている形状、材質のものを使
用することができる。例えば、特開昭６３−６４９３１
号公報や特開平１−１７６２４０号公報に具体的に記載
される上型、下型、中間型を使用することができる。材
質は、成形過程における加熱によって過度の変形や変質
をしないものの中から選択する。例えば、金属バインダ
ーをほとんど含まない超硬合金を使用することができ
る。上型の下面、中間型の上下両面、下型の上面には成
形面が設けられている。上型の下面と中間型の上面、中
間型の下面とその隣の中間型の上面、中間型の下面と下
型の上面の組み合わせによって、成形品の形状が決定さ
れる。成形面は、上型の下面、中間型の上下両面、下型
の上面のそれぞれに１つずつ設けられているのが一般的
であるが、複数個設けられていても構わない。また、両
面に成形面が設けられている中間型は、片面に成形面を
有する２枚の型を裏面どおしで結合させたものであって
も構わない。成形面は、加熱成形後の成形用素材の収縮
を考慮して設定する。成形面の加工は、本発明の分野で
周知の技術を用いて行うことができ、その実例は後述の
実施例に挙げられている。

【００１１】本発明の成形型を構成する中間型の数は１
以上にする。中間型の数がｍ個であり、型の一面上に設
けられた成形面の数がｎ個であれば、一度に（ｍ＋１）
×ｎ個の成形品を一度に製造することができる。ただ
し、中間型の数ｍを増やし過ぎると、加圧成形時の圧力
伝播にむらが生じたり、成形型の横ずれが生じ易くなっ
て均一な成形品を製造しにくくなるので注意を要する。
但し、後述の型摺動ガイド手段や横ずれ防止手段の併用
は、成形型の横ずれを防止に有効であり、これらの併用
の有無等も考慮して中間型の数ｍは適宜決定できる。

【００１２】本発明の成形型には、型摺動ガイド手段が
設置されていてもよい。型摺動ガイド手段は、成形用素
材導入時や加圧時における型の摺動をガイドする手段で
ある。型摺動ガイド手段を設置することによって、加圧
による力を横方向に逃がすことなく型に均一にかけるこ
とができる。このため、成形型の横ずれを防止でき、か
つ一様な成形品をより確実で効率よく製造することがで
きる。型摺動ガイド手段は型間隔決定手段と結合して１
つの部材として構成してもよいし、異なる単一の部材が
それぞれ型摺動ガイド手段としての機能と型間隔決定手
段としての機能を有するものであってもよい。また、本
発明の成形型には、さらに成形型の横ずれ防止手段が設
置されていてもよい。横ずれ防止手段を設置することに
よって、加圧による成形型全体のたわみと型の横ずれを
防ぐことができる。このため、型摺動ガイド手段の場合
と同じく、横ずれ防止手段を設置することによって一様
な成形品をより確実で効率よく製造することができる。
横ずれ防止手段は、上型、中間型、下型および型間隔決
定手段を取り囲むスリーブのように型摺動をガイドする
機能も併せ持つものであってもよい（実施例３）。

【００１３】成形方法本発明の成形方法は、上記の本発明の成形型を用いて行
う。使用する成形用素材の種類は特に制限されないた
め、ガラス素材などを幅広く用いることができる。１つ
の成形型について１種類の成形用素材を用いるのが典型
的であるが、場合によっては２種類以上の成形用素材を
成形面に応じて使い分けてもよい。成形用素材は、成形
型の隣合う２つの型の向かい合った成形面の間に導入し
て加熱軟化させるか、予め加熱軟化させて導入する。導
入は、成形型を組み立てながら適宜行ってもよいし、予
め組み立ててある成形型に導入してもよい。次に、上
型、下型またはその両方に圧力を加えて各型間隔を型間
隔決定手段により設定される間隔にする。このときの加
圧は、棒状体で上型の中心部を押してもよいし、上型の
面全体に圧力をかけてもよい。加圧中は成形用素材が軟
化していなければならないため、加熱しながら加圧して
も構わない。このようにして加圧成形した後、冷却する
ことによって成形品を得る。加圧成形と冷却は、窒素雰
囲気下で行うのが効率が良くて好ましい。尚、本発明に
おいて成形用素材がガラス素材である場合、ガラス素材
の種類に制限はなく、また、ガラスの種類に応じて、成
形条件（成形時のガラスの軟化温度や加圧時間）や冷却
条件等は、適宜決定できる。また、本発明により得られ
る成形体の形状にも特に制限はなく、これまで、精密プ
レス成形法により成形できることが知られているもので
ありば、同様に成形することができる。

【００１４】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明をさらに説明
する。実施例１図１（ａ）は、ガラス素材１ａ、１ｂ、１ｃを導入した
本発明の成形型の断面図である。この成形型は、重クラ
ウン系光学ガラス（転移点５１５℃、屈伏点５４５℃）
でできている片面が非球面のメニスカスレンズ（外径３
０ｍｍ、中心肉厚４ｍｍ）を加圧成形するための成形型
である。上記重クラウン系光学ガラスは１００〜３００
℃で測定した熱膨張係数が８９×１０^-7／℃である。成
形型は、下面に成形面を有する上型２、上下両面に成形
面を有する中間型３ａ、３ｂ、上面に成形面を有する下
型４、およびリング状部材（型間隔決定手段＋型摺動ガ
イド手段）５ａａ、５ｂ、５ｃで構成される。型２、３
ａ、３ｂ、４に設けられた成形面６は、光学鏡面上に白
金系合金薄膜を形成したものである。上方から見ると、
型２、３ａ、３ｂ、４は円形であり、リング状部材５
ａ、５ｂ、５ｃと、型２、３ａ、３ｂ、４とのクリアラ
ンスは成形品の軸ずれが生じない程度に狭められてい
る。これらの部材には、金属バインダーをほとんど含ま
ない超硬合金が使用されている（熱膨張係数４９×１０
^-7／℃）。

【００１５】各成形面６の外側には平面部７ａ、７ｂ、
７ｃ、９ａ、９ｂ、９ｃが設けられており、平面部７
ａ、７ｂ、７ｃと接するようにリング状部材５ａ、５
ｂ、５ｃがそれぞれ設置されている。上型２、中間型３
ａ、３ｂはリング状部材５ａ、５ｂ、５ｃのリング内面
を上下に摺動することができる。すなわち、リング状部
材は型摺動をガイドする機能をも有する。下向きの摺動
は、成形面の外側にある平面部９ａ、９ｂ、９ｃがリン
グ状部材の平面部８ａ、８ｂ、８ｃと接触するまで行う
ことができる。

【００１６】この成形型を用いて、以下の方法によって
光学ガラスを成形した。成形用素材として、前記ガラス
素材を使用した。このガラス素材１ａ、１ｂ、１ｃを、
図１（ａ）に示すように、上型２と中間型３ａの間、中
間型３ａと中間型３ｂの間、および中間型３ｂと下型４
の間にそれぞれ導入した。導入したガラス素材の容量
は、後述する加圧成形時にガラス素材がリング状部材の
内側端部１０からはみ出さずに周辺部１１が丸みを帯び
る程度の量とした。ガラス素材導入後、窒素雰囲気下で
６００℃にて上型２を下向きに加圧した。１分間の加圧
を経て、成形面の外側にある平面部９ａ、９ｂ、９ｃが
リング状部材の平面部８ａ、８ｂ、８ｃに接触し、図１
（ｂ）に示す状態になった。その後、冷却して光学ガラ
スを取り出した。この成形方法を繰返し行った結果、中
心肉厚が一定となり、高精度レンズに要求される品質性
能がすべて良好な光学レンズを安定に製造することがで
きた。成形品はすべて許容公差内であり、目的とした規
格から外れた欠陥品はなかった。

【００１７】実施例２実施例１に記載される成形型を用いて、以下の条件ａ又
はｂに変更したうえで実施例１に記載される方法にした
がって光学ガラスを成形した。［方法ａ］軟化していないガラス素材の代わりに、予め
６００℃に加熱して軟化させたガラス素材を導入した。［方法ｂ］ガラス素材の加圧工程を、真空状態で行っ
た。本実施例の方法ａおよびｂによる場合も、実施例１と同
様に高品質な光学ガラスを安定に製造することができ
た。

【００１８】実施例３図２は、ガラス素材１ａ、１ｂ、１ｃを導入した本発明
の別の成形型の断面図である。この成形型は、図１に示
した実施例１の成形型の外周にリング状部材５ａ、５
ｂ、５ｃをガイドするスリーブ１２を設けたものであ
る。スリーブ１２は、横ずれ防止手段としての役割を果
たす。この成形型を用いて、実施例１と同様の方法によ
り光学ガラスを成形した。冷却後の成形品の取り出し
は、スリーブを保持し、押し出し棒によって下型２を突
き上げて順次分解することにより行った。その結果、図
２の成形型を用いれば、セットと加圧成形の安定性が高
まることが確認された。

【００１９】（実施例４）図３は、ガラス素材１ａ、１
ｂ、１ｃを導入した本発明のさらに別の成形型の断面図
である。この成形型は、上型２、中間型３ａ、３ｂ、下
型４、リング状部材（型間隔決定手段）５ａ、５ｂ、５
ｃ、スリーブ１２で構成される。スリーブ１２は成形型
の横ずれを防止するとともに、型摺動をガイドする機能
をも有する。また、リング状部材５ａ、５ｂ、５ｃは、
成形品の肉厚を決定し、上下面の傾きを防止する機能を
有する。型２、３ａ、３ｂ、４とスリーブ１２には、金
属バインダーをほとんど含まない超硬合金が使用されて
おり、その熱膨張係数は４９×１０^-7／℃である。リン
グ状部材５ａ、５ｂ、５ｃは、型の外縁にあって円周か
らはみ出さない大きさを有しており、熱膨張係数１８０
×１０^-7／℃のステンレス鋼で形成されている。

【００２０】型２、３ａ、３ｂ、４の各成形面は、光学
鏡面上に白金系合金薄膜を形成したものである。各成形
面６の外側には図１と同様に平面部７ａ、７ｂ、７ｃ、
９ａ、９ｂ、９ｃが設けられている。これらの平面部の
面積は、接触するリング状部材５ａ、５ｂ、５ｃの平面
部の面積よりも大きい。型２、３ａ、３ｂ、４とスリー
ブ１２とのクリアランスは狭く、また、リング状部材５
ａ、５ｂ、５ｃとスリーブ１２とのクリアランスは、加
圧成形時の温度において狭くなるように設定されてい
る。この成形型を用いて、実施例１に記載される方法に
したがって光学ガラスを成形した。ガラス素材は、１０
０〜３００℃で測定した熱膨張係数が８９×１０^-7／℃
のものを使用した。そのガラス素材の容量は、加圧成形
時にガラス素材の周辺部１１がリング状部材の内側端部
１０に接触しない程度の量とした。このため、ガラス成
形体がリング状部材に締め付けられることなく、かつそ
の上下面を各型の成形面に接触させたまま冷却を行うこ
とができた。その結果、実施例１の場合よりも、より面
精度が高い光学ガラスが安定に製造された。

【００２１】実施例５図４（ａ）は、ガラス素材１ａ〜１ｅを導入した本発明
のさらに別の成形型の断面図である。この成形型は、微
細な凹凸表面パターンを有する回折格子付き平板製品
（外径６４ｍｍ、中心肉厚１ｍｍ）を加圧成形するため
に使用するものである。この成形型は、上型２、中間型
３ａ〜３ｄ、下型４、リング状部材（型間隔決定手段）
５ａ〜５ｅ、上支持体１３、下支持体１４および４本の
円柱１５で構成される。このうち、型２、３ａ〜３ｄ、
４、支持体１３、１４の材質は、ＣＶＤ法で調製した炭
化珪素である。図５に示す成形面の形成は、まず平面を
研磨してレジストを塗布し、フォトマスクを用いた密着
露光法により微細パターンをレジストに転写し、反応性
イオンエッチング法で溝幅１〜数μｍ、溝深さ０．２〜
０．３μｍのパターンを形成し（レジストは除去）、表
面層として硬質炭素薄膜を形成することにより行った。
各成形型及び型支持体の外周部には４箇所の穴が開けら
れており、これらに超硬合金の円柱１５が貫通してい
る。これによって、軸ずれと上下の成形面のずれを防止
している。さらに、各円柱１５には、成形品の肉厚を決
め、かつ成形品の上下面の傾きを防止するためのリング
状部材５ａ〜５ｅを挿入してある。リング状部材の例を
図６に示す。リング状部材５ａ〜５ｅの材質は、熱膨張
係数１８０×１０^-7／℃］のステンレス鋼である。

【００２２】鏡面になった平板ガラス素材を用いて、微
細パターン付きガラス製品を調製した。まず、下支持体
１３に円柱１５を挿入、嵌合し、型２、３ａ〜ｄ、４と
リング状部材５ａ〜５ｅおよび熱膨張係数８９×１０^-7
／℃のガラス素材１ａ〜１ｅを交互に積み上げて図４
（ａ）に示す構造を組み立てた。平板ガラス素材は、加
圧成形時にガラス素材がリング状部材の内側端部１０に
接しないように配置した。この操作は、機械的に各成形
型の間に隙間を空けてガラス素材を導入し、導入したガ
ラス素材が型の中央に位置するように外部から機械的に
位置決めすることにより行うこともできる。この状態
で、成形機にセットし、真空下６４０℃で加圧成形し
た。約１分間の加圧によって、各リング状部材の上側平
面部に中間型と上型が接触し、肉厚が決定された。この
肉厚が決定されるまでの伸びは約５０μｍであった。こ
の成形を繰り返して行った結果、得られた成形品は真空
状態で加圧しているためにガストラップがないことが確
認された。また、微細パターンの転写性が極めて良好
で、肉厚をはじめとする必要な品質性能はすべて良好で
あった。また、横ずれと回転の防止も十分であった。

【００２３】

【発明の効果】本発明の成形型および成形方法によれ
ば、中間型が傾くことによる上下の成形面のずれや、成
形箇所によって成形品の形状がばらつくのを防ぐことが
できる。したがって、本発明によれば、形が揃った多数
個の成形品を安定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に記載される本発明の成形型の断面
図。

【図２】実施例３に記載される本発明の成形型の断面
図。

【図３】実施例４に記載される本発明の成形型の断面
図。

【図４】実施例５に記載される本発明の成形型の断面
図。

【図５】実施例５に記載される本発明の成形型の成形面
の拡大断面図。

【図６】実施例５に記載されるリング状部材を装着した
本発明の成形型の平面図。

【符号の説明】

１：成形用素材２：上型３：中間型４：下型
５：リング状部材６：成形面７、８、９：平面部 10：リング状部材の
内側端部 11：成形品の周辺部 12：スリーブ 13：上支持体 1
4：下支持体 15：円柱

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下面に成形面を有する上型、上面に成形
面を有する下型、上下両面に成形面を有する１以上の中
間型、および型間隔決定手段を有する成形型。
【請求項２】型間隔決定手段が、隣合う２つの型の外
縁間に位置する部材である請求項１の成形型。
【請求項３】型摺動ガイド手段をさらに有する請求項
１または２の成形型。
【請求項４】型間隔決定手段が型摺動ガイド手段の内
面に固定されている請求項３の成形型。
【請求項５】成形型の横ずれ防止手段をさらに有する
請求項１〜４のいずれかの成形型。
【請求項６】型間隔決定手段の熱膨張係数が、成形用
素材の熱膨張係数よりも大きい請求項１〜５のいずれか
の成形型。
【請求項７】成形面が鏡面または微細パターンを有す
る請求項１〜６のいずれかの成形型。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかの成形型の隣合
う２つの型の向かい合った成形面の間に、予め加熱軟化
させた成形用素材を導入するか、成形用素材を導入して
加熱軟化させる工程、上型、下型またはその両方に圧力を加えて各型間隔を型
間隔決定手段により設定される間隔にすることによって
成形用素材を加圧成形する工程、および、冷却する工程、を含む成形方法。
【請求項９】成形用素材がガラス素材である請求項８
の成形方法。
【請求項１０】導入する成形用素材の容量を、加圧成
形時に成形体の外周部の一部または全部が型間隔決定手
段と接触しない程度にする請求項８または９の成形方
法。
【請求項１１】成形用素材を減圧下において加圧成形
する請求項８〜１０のいずれかの成形方法。