JP2010143773A - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス素材を成形型の中心で成形することで偏肉不良やバリの発生のない光学素子を得る。
【解決手段】ガラス素材３０を加熱軟化してプレス成形し光学素子を得る光学素子の製造方法において、下型１８の凹状の成形面１８ａにガラス素材３０を載置すると共に、下型１８に載置されたガラス素材３０との間にプレス方向に隙間を設けるように、上型２０をスリーブ２２で保持した状態でその成形面２２ａを下型１８の成形面１８ａに対向配置する型組立て工程と、上型２０を停止した状態で下型１８の上動により上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とを接触させてプレス成形する成形工程とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光学素材を加熱軟化してプレス成形し光学素子を得る光学素子の製造方法に関する。

従来から、加熱軟化したガラス素材などの光学素材を、一対の成形型によりプレス成形して光学素子を得る成形技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１では、例えば図１１に示すように、スリーブ（胴型）１２２内に収められた上型１１８と下型１２０との間に球状のプリフォーム１３０を配置し、これを加熱軟化してプレス成形する旨が開示されている。
特開平９−２８６６２３号公報

しかしながら、前述した特許文献１では、図１２に示すように、成形前にガラス素材１３０が上型１１８及び下型１２０の中心軸Ｏ−Ｏからずれて載置されていると、型中心軸Ｏ−Ｏに対するキャビティ（成形空間）内の充填量の偏りが生じる。

すると、成形された光学素子には、偏肉不良が発生したり、部分的に上型１１８及び下型１２０の側面とスリーブ１２２との間に、軟化したガラス素材１３０が浸入してバリが発生するおそれがある。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、光学素材を成形型の中心で成形することで偏肉不良やバリの発生のない光学素子を得ることのできる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
光学素材を加熱軟化してプレス成形し光学素子を得る光学素子の製造方法において、
第１の成形型の凹状の成形面に前記光学素材を載置すると共に、前記第１の成形型に載置された前記光学素材に対して隙間を設けるように第２の成形型を保持部材で保持し、前記第１の成形型、前記第２の成形型及び前記保持部材を備える型セットを組立てる型組立て工程と、
前記型セット内の前記光学素材を加熱する加熱工程と、
前記第１の成形型の成形面と前記第２の成形型の成形面とによって前記光学素材をプレス成形する成形工程と、を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
前記型組立て工程では、前記第２の成形型が前記保持部材に載置されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の光学素子の製造方法において、
前記成形工程では、前記第１の成形型を上動させることによって前記光学素子をプレス成形することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の製造方法において、
前記加熱工程では、前記光学素材よりも線膨張係数の小さい前記第１の成形型及び第２の成形型と前記保持部材とを用い、前記成形工程の前に前記第１の成形型及び第２の成形型と前記保持部材とを加熱膨張することにより前記第２の成形型の成形面と前記光学素材とを接触させることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の製造方法において、
前記加熱工程では、前記光学素材よりも線膨張係数の小さい前記第１の成形型及び第２の成形型と、前記第１の成形型及び前記第２の成形型よりも線膨張係数の小さい前記保持部材とを用い、前記成形工程の前に前記第１の成形型及び第２の成形型と前記保持部材とを加熱膨張することにより前記第２の成形型の成形面と前記光学素材とを接触させることを特徴とする。

本発明によれば、光学素材を成形型の中心で成形することで偏肉不良やバリの発生のない光学素子を得ることのできる光学素子の製造方法を提供することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、光学素子の製造装置１の概略構成を示す図である。

この製造装置１は、成形室２内にプレスステージ３と冷却ステージ４とを有している。プレスステージ３は、上下（鉛直方向）に対向する一対の上プレート１２及び下プレート１４と、下プレート１４を下方から支持する基台５と、下プレート１４及び基台５をプレス方向（鉛直方向）に移動自在に貫通する突き出し部材１１と、を有している。

また、上プレート１２と下プレート１４との間には、後述する型セット１６が矢印方向（搬送方向である水平方向）に搬入配置される。
突き出し部材１１は、不図示の駆動手段によって上下方向に移動する構成となっており、図１の下方から上方（型セット１６側）に突出駆動されるようになっている。

上プレート１２及び下プレート１４には、夫々上カートリッジヒータ１３及び下カートリッジヒータ１５が内蔵されている。これらの上・下カートリッジヒータ１３、１５により、型セット１６内の光学素材としてのガラス素材３０が加熱される。また、上プレート１２を上下方向（鉛直方向）に駆動するエアシリンダ１７が設けられている。

型セット１６は、成形室２内に矢印方向（水平方向）に搬入され、プレスステージ３の上プレート１２と下プレート１４との間に配置される。そして、エアシリンダ１７による上プレート１２の昇降動作により、型セット１６の挟持、挟圧等の動作が行われる。

冷却ステージ４も同様の構成を有している。ただし、冷却ステージ４には突き出し部材１１は備えていない。この冷却ステージ４では、型セット１６を挟持してその型セット１６を所定の温度まで冷却させる。なお、プレスステージ３と同一又は相当する部材には、その符号にダッシ（’）を付してその説明を省略する。

成形室２には、気体流入口６と気体流出口７が設けられていて、成形室２内を窒素（Ｎ_２）等の非酸化性ガス又は不活性ガスにより置換可能な構造になっている。
すなわち、気体流入口６から窒素ガス（Ｎ_２ガス）等の非酸化性ガスを導入して、成形室２内の雰囲気を窒素ガスで満たすことができる。これにより、型セット１６及びガラス
素材３０等、これらの酸化を防止することができる。なお、成形室２内の酸素濃度は、例えば２０ｐｐｍ以下に設定されている。

成形室２の入口と出口には、上下に開閉自在なシャッタ８，９が夫々設けられている。型セット１６は、この入口側のシャッタ８を開いて矢印方向（水平方向）に成形室２内のプレスステージ３に搬入される。ここで、型セット１６内のガラス素材３０は、エアシリンダ１７の昇降動作及び突き出し部材１１の突き出し動作によりプレス成形される。

また、成形完了後の型セット１６は、冷却ステージ４に移送され、ここで所定の取り出し温度に冷却される。冷却された後の型セット１６は、出口側のシャッタ９を開いて矢印方向に成形室２から外部に搬出される。

なお、型セット１６の搬送は、不図示の搬送装置によって行われる。
図２は、型セット１６の組立てが完了した状態の断面図を示している。
この型セット１６は、第１の成形型としての下型１８、第２の成形型としての上型２０、及び保持部材としてのスリーブ２２を有している。下型１８及び上型２０は、スリーブ２２の内部で、それぞれの成形面１８ａ，２０ａが対向するようにスリーブ２２の両端側から嵌挿されている。

下型１８は円柱形状をなしている。この下型１８は、スリーブ２２の内側下部に嵌挿されている。下型１８の端面には、上型２０との対向側に凹球面状（凹状）の成形面１８ａが形成されている。この成形面１８ａに、光学素材としての球状のガラス素材３０が載置される。また、成形面１８ａの外周部は平坦面１８ｂに形成されている。

なお、本実施の形態では、下型１８の成形面１８ａが凹球面状に形成されている場合について説明するが、これに限らない。例えば、凹非球面状であってもよい。
上型２０は、大径のフランジ部２０_１とそれよりも小径の本体部２０_２とを有する段付き円柱形状をなしている。

上型２０のフランジ部２０_１は、スリーブ２２の開口側の上端面に当接可能で、上型２０の本体部２０_２は、スリーブ２２の内側上部に嵌挿されている。また、本体部２０_２の端面には平坦な成形面２０ａが形成されている。なお、この成形面２０ａの形状は種々設計変更が可能である。

スリーブ２２は円筒形状をなしている。このスリーブ２２の上端面２２ａと下端面２２ｂは、型中心軸Ｏ−Ｏと直交するような平坦な平面に形成されている。
下型１８及び上型２０は、スリーブ２２の軸方向（Ｏ−Ｏ軸方向）すなわち上下方向に摺動自在に嵌挿されている。

なお、下型１８及び上型２０は、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金を研削・研磨して仕上げられている。また、ガラス素材３０は、市販の球状の光学ガラスが用いられている。なお、光学素材としてガラス素材３０を例として説明するが、これに限らない。例えば、ポリカーボネート等の合成樹脂であってもよい。

次に、光学素子の製造工程を、ガラス素材３０を下型１８の成形面１８ａに載置すると共に、成形型（下型１８及び上型２０）を組み立てる組立て工程と、ガラス素材３０の加熱工程及び成形工程とに分けて説明する。
（型セットの組立て工程）
前述した図２は、型セット１６の組立てが完了した状態の断面図を示している。

この場合、下型１８及び上型２０等の組立てが完了した時点で、ガラス素材３０と上型２０の成形面２０ａとが非接触状態となるように、下型１８及び上型２０の寸法（Ｏ−Ｏ軸方向の寸法）とガラス素材３０の寸法（直径）とを設定しておく。

まず、スリーブ２２の下端開口側から、凹球状の成形面１８ａを有する下型１８を挿入し、その成形面１８ａ上に球形状のガラス素材３０を載置する。この場合のガラス素材３０の載置動作は、不図示の搬送ロボットや搬送装置を用いてもよいし、又は手動で行ってもよい。

なお、ガラス素材３０の形状は球形状が好ましいが、これに限らない。例えば、凸レンズ形状やラグビーボール形状のように、素材本体から突出する凸部分を有する形状であってもよい。

次に、スリーブ２２の上端開口側から、上型２０を挿入してスリーブ２２の上端面２２ａに上型２０のフランジ２０_１を当接させて型組立てを行う。すなわち、型組立て状態では、上型２０のフランジ２０_１がスリーブ２２の上端面２２ａに載置され、上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とに隙間が設けられている。

次に、成形工程に移行する。
（加熱工程及び成形工程）
次に、図３〜図５に基づき、本実施の形態の加熱工程及び成形工程について説明する。（１）図３に示すように、不図示の搬送装置を用いて型セット１６を成形室２内のプレスステージ３に搬送する。そして、この型セット１６を、予め所定温度に加熱してある上プレート１２及び下プレート１４間に配置する。上プレート１２及び下プレート１４の加熱は、上カートリッジヒータ１３及び下カートリッジヒータ１５によって行われる。

次いで、エアシリンダ１７の駆動により、上プレート１２を下降させて上型２０の上面に上プレート１２を当接させる。こうして、上プレート１２及び下プレート１４からの熱は、型セット１６に伝達される。こうして、下型１８の成形面１８ａ上に載置されたガラス素材３０は、ガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱される。

この時点では、上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とは接触していない。このため、下型１８の成形面１８ａ上に載置された球状のガラス素材３０は、型セット１６の搬送等による振動があっても、加熱工程中にガラス素材３０の自重による転がりで凹状の成形面１８ａの中心位置に復帰する。これにより、ガラス素材３０の中心が型中心軸Ｏ−Ｏ（図２参照）に一致する。この点が、各実施の形態を通じて共通の特徴点である。

なお、ガラス素材３０の自重による転がりのみでなく、例えばガラス素材３０の滑りによってもガラス素材３０は成形面１８ａの中心位置に復帰することができる。
このとき、上型２０とガラス素材３０との間隙が大きすぎるとガラス素材３０の加熱効率が低下する。上型２０からの伝熱量が少なくなるためである。同様に、この間隙が大きすぎると、後述する突き出し部材１１でガラス素材３０を上動させる際に、ガラス素材３０の中心が型中心軸Ｏ−Ｏからずれるおそれがある。そこで、上型２０とガラス素材３０との間隙は小さい方が望ましい。

なお、ガラス屈伏点（Ａｔ点）とは、例えばガラスの熱膨張曲線において、見かけ上、膨張が停止する温度の意味で使用している。
このように、ガラス素材３０がガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱されることで、プレス成形が可能となる。
（２）次に、図４に示すように、不図示の駆動手段により突き出し部材１１を下方から上
方に向けて突出移動させる。

こうして、上型２０に対し下型１８を上方向に移動（上動）させ、ガラス素材３０を上型２０の成形面２０ａに押し当ててプレス成形を開始する。このとき、ガラス素材３０が上型２０の成形面２０ａに当接した時点においても、ガラス素材３０の中心は型中心軸Ｏ−Ｏ（図２参照）と一致している。

この場合、図示しない測定スケールにて、下型１８によるプレス量を測定しつつガラス素材３０のプレスを行う。さらに、ガラス素材３０が所定肉厚になるまで突き出し部材１１を上動させる。
（３）図５に示すように、ガラス素材３０が所定肉厚に到達した時点で、プレスを完了する。こうして、所望形状の光学素子（冷却前）３１が成形される。次いで、プレスステージ３において型セット１６の冷却を開始する。このときの冷却は、上カートリッジヒータ１３及び下カートリッジヒータ１５の温度を調節することにより行う。そして、ガラス素材３０がガラス転移点（Ｔｇ点）付近の温度になったところで、突き出し部材１１を下げる。さらに、上プレート１２を上昇させて型セット１６を開放する。

なお、ガラス転移点（Ｔｇ点）とは、一般的にはガラスの熱膨張曲線の解析から求められる温度であって、過冷却液体がガラス状態に変わる温度の意味で使用している。
（４）次に、不図示の搬送装置を用いて型セット１６をプレスステージ３から冷却ステージ４に移送する。

この冷却ステージ４では、エアシリンダ１７’の駆動により、上プレート１２’を下降させて上型２０の上面に上プレート１２’を当接させる。こうして、上プレート１２’及び下プレート１４’からの熱が、型セット１６に伝達される。そして、光学素子３１は所定温度に冷却される。この冷却後、上プレート１２’を上昇させ、不図示の搬送装置を用いて型セット１６を成形室２の外部に搬出する。

搬出された型セット１６を分解して、内部の成形品（光学素子３１）が取り出される。
本実施の形態によれば、下型１８の凹状の成形面１８ａにガラス素材３０を載置する載置工程と、載置されたガラス素材３０との間にプレス方向に隙間を設けるように、上型２０をスリーブ２２で保持した状態でその成形面２０ａを下型１８の成形面１８ａに対向配置する型組立て工程と、上型２０を停止した状態で下型１８の上動により上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とを接触させてプレス成形する成形工程とを備えたので、プレス開始時まではガラス素材３０が型に拘束されないので、型セット１６の搬送による振動があったとしても、搬送終了後の加熱工程中にガラス素材３０の自重による転がりでガラス素材３０は型中心に復帰する。

これにより、常にガラス素材３０は型中心で成形され、偏肉不良やバリの発生のない光学素子を歩留まりよく製造することができる。
（変形例）
図６は、本実施の形態の変形例を示す図である。

第１の実施の形態では、下型１８及び上型２０をスリーブ２２に嵌挿することで、下型１８と上型２０の中心軸Ｏ−Ｏを一致させるようにした。また、スリーブ２２の上端面２２ａに上型２０のフランジ部２０_１を当接することで、下型１８と上型２０の成形面１８ａ，２０ａ間の間隔制御を行ったが、これに限らない。

例えば、図６に示すように、円筒状のスリーブ２２の外周側に、このスリーブ２２よりもＯ−Ｏ軸方向に長い保持部材としての規制部材２４を配置する。そして、この規制部材
２４の上端面２４ａに上型２０のフランジ部２０_１を当接させる。すなわち、型組立て状態では、上型２０のフランジ２０_１が規制部材２４の上端面２４ａに載置され、上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とに隙間が設けられている。こうして、上型２０のプレス方向の位置を規制することができる。

なお、この規制部材２４も円筒状をなしている。また、この規制部材２４は、開口側の両端面２４ａ，２４ｂが型中心軸Ｏ−Ｏに対し直交する平面に仕上げられている。また、この規制部材２４は円筒状に限らず、矩形の筒状等であってもよい。

次に、プレス成形に際しては、図４と同様に、不図示の駆動手段により、突き出し部材１１（図４参照）を下方から上方に向けて突出移動させる。次いで、図５と同様に、上型２０に対し下型１８を上動させ、ガラス素材３０を上型２０の成形面２０ａに押し当ててプレス成形を行う。

この変形例によれば、まずスリーブ２２により、下型１８と上型２０の型中心軸Ｏ−Ｏを一致させることができる。次いで、規制部材２４により、下型１８と上型２０の成形面１８ａ，２０ａ間の間隔を任意に調整することができる。

この変形例によれば、下型１８及び上型２０を保持するスリーブ２２の他に、規制部材２４を用いたことで、ガラス素材３０と上型２０の成形面２０ａとの隙間を容易に任意に調整することができる。

すなわち、スリーブ２２を保持部材とした場合、上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０との隙間寸法を変更する毎に新しいスリーブ２２を用意し、下型１８及び上型２０が嵌合するスリーブ２２の内周面、スリーブ２２の上端面２２ａ及びスリーブ２２の下端面２２ｂを高精度に加工する必要が出てきてしまう。

本変形例では、スリーブ２２とは別体の規制部材２４を用いているため、スリーブ２２を変更することなく、上端面２４ａ及び下端面２４ｂのみを高精度に加工した規制部材２４を変更するだけで良くなり、前記隙間寸法の変更が容易となる。
［第２の実施の形態］
（型セットの組立て工程）
図７は、型セット１６の組立てが完了した状態の断面図を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
（１）本実施の形態では、ガラス素材３０よりも線膨張係数の小さい材質の下型１８及び上型２０とスリーブ２２とを準備する。

そして、常温で、ガラス素材３０と上型２０の成形面２０ａとが非接触状態となるように設定する。また、型セット１６の加熱中に、下型１８、上型２０とスリーブ２２に対してガラス素材３０がより一層大きく膨張して、ガラス素材３０と上型２０との隙間がなくなるようにする。

すなわち、ガラス素材３０として、Ｌ−ＢＡＬ４２（（株）オハラ製）を用い、直径がφ５ｍｍ、線膨張係数が８．８×１０^−６とする。このガラス素材３０を常温（２０℃）から温度５７０℃まで加熱すると、２４μｍ膨張する。

次に、下型１８及び上型２０としてタングステンカーバイド（ＷＣ）を用い、図７の下型１８の軸方向の長さＢと、上型２０の本体部２０_２の軸方向の長さＡと、の和（Ａ＋Ｂ）が１４ｍｍ、線膨張係数が４．８×１０^−６とする。このような下型１８及び上型２０を、常温（２０℃）から温度５７０℃まで加熱すると、３７μｍ膨張する。

さらに、スリーブ２２としてタングステンカーバイド（ＷＣ）を用い、軸方向長さが１９ｍｍ、線膨張係数が４．８×１０^−６とする。このスリーブ２２を、常温（２０℃）から温度５７０℃まで加熱すると、５０μｍ膨張する。

合計すると、加熱完了時の下型１８及び上型２０の成形面１８ａ，２０ａの間隔は、１３μｍ拡大し、ガラス素材３０は２４μｍ膨張する。このため、常温時の下型１８及び上型２０の成形面１８ａ，２０ａの間隔を１１μｍ以下に設定するようにする。
（２）次に、スリーブ２２の下端開口側から、凹球状の成形面１８ａを有する下型１８を挿入し、その成形面１８ａ上に球形のガラス素材３０を載置する。

次に、スリーブ２２の上端開口側から、上型２０を挿入してスリーブ２２の上端面２２ａに上型２０のフランジ２０_１を当接させて型組立てを行う。すなわち、型組立て状態では、上型２０のフランジ２０_１がスリーブ２２の上端面２２ａに載置され、上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とに隙間が設けられている。
（加熱工程及び成形工程）
次に、図８〜図１０に基づき、本実施の形態の加熱工程及び成形工程について説明する。
（１）図８に示すように、不図示の搬送装置を用いて型セット１６を成形室２内のプレスステージ３に搬送する。そして、この型セット１６を、予め所定温度に加熱してある上プレート１２及び下プレート１４間に配置する。

この時点では、上型２０とガラス素材３０とは接触していない。このため、下型１８の成形面１８ａ上に載置された球状のガラス素材３０は、型セット１６の搬送等による振動があっても、加熱工程中にガラス素材３０の自重による転がりで下型１８の凹状の成形面１８ａの中心位置に復帰する。これにより、ガラス素材３０の中心が型中心軸Ｏ−Ｏに一致する。

次いで、エアシリンダ１７の駆動により、上プレート１２を下降させて上型２０の上面に上プレート１２を当接させる。こうして、上プレート１２及び下プレート１４からの熱は、型セット１６に伝達される。そして、下型１８の成形面１８ａ上に載置されたガラス素材３０は、ガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱される。

この加熱により、ガラス素材３０が膨張して上型２０の成形面２０ａと接触し、上型２０と上プレート１２とを若干持ち上げる（図８参照）。こうして、上型２０のフランジ部２０_１がスリーブ２２の上端面２２ａからわずかに（寸法ｈ）離れる。これにより、ガラス素材３０は下型１８と上型２０間に挟持される。なお、このとき、上プレート１２を加圧しているエアシリンダ１７の加圧力を低く設定しておく。

さらに時間が経過し、ガラス素材３０が成形可能なガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱されると、上型２０のフランジ部２０_１がスリーブ２２の上端面２２ａに当接するまで下降し、ガラス素材３０は微量に変形する。

なお、上プレート１２を加圧しているエアシリンダ１７の加圧力を低く設定せずに、通常に設定しておいてもよい。この場合は、ガラス素材３０が膨張しても上型２０と上プレート１２を持ち上げることはなく、ガラス素材３０は軟化し上型２０の成形面２０ａと接触して変形する。
（２）次に、図９に示すように、不図示の駆動手段により、突き出し部材１１を下方から上方に向けて突出移動させる。こうして、上型２０に対し下型１８を上動させ、ガラス素材３０を上型２０の成形面２０ａに押し当てて成形を開始する。

このとき、図示しない測定スケールにて、下型１８によるプレス量を測定しつつガラス素材３０のプレスを行う。さらに、ガラス素材３０が所定肉厚になるまで突き出し部材１１を上動させる。
（３）図１０に示すように、ガラス素材３０が所定肉厚に到達した時点で、プレスを完了する。こうして、所望形状の光学素子（冷却前）３１が成形される。

次いで、プレスステージ３での型セット１６の冷却を開始する。このときの冷却は、上カートリッジヒータ１３及び下カートリッジヒータ１５の温度を調節することにより行う。そして、ガラス素材３０がガラス転移点（Ｔｇ点）付近の温度になったところで、突き出し部材１１を降下させる。さらに、上プレート１２を上昇させて型セット１６を開放する。
（４）次に、不図示の搬送装置を用いて、型セット１６をプレスステージ３から冷却ステージ４に移送する。

こうして、前述した場合と同様に、ガラス素材３０を所定温度に冷却した後、不図示の搬送装置を用いて型セット１６を成形室２の外部に搬出する。そして、型セット１６を分解し光学素子３１を取り出す。

本実施の形態によれば、ガラス素材３０よりも線膨張係数の小さい下型１８及び上型２０とスリーブ２２を用い、加圧成形前に下型１８、上型２０、及びスリーブ２２の加熱膨張により上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とを接触させた後に下型１８を上動させるようにしたので、加熱開始時まではガラス素材３０が型に拘束されないため、型セット１６の搬送による振動があったとしても、搬送終了後の加熱工程中にガラス素材３０の自重による転がりで型中心に復帰する。

さらに、加熱時及び下型１８の上動時には、ガラス素材３０は下型１８及び上型２０の成形面１８ａ，２０ａに挟持されているので、その動作振動によってもガラス素材３０が型中心から移動することもない。

これにより、常にガラス素材３０は型中心で成形され、偏肉不良やバリの発生がない光学素子を歩留まり良く製造することができる。
［第３の実施の形態］
（型セットの組立て工程）
本実施の形態では、基本的に第２の実施の形態と同様であるので、前述した図７〜図１０を用いて説明する。
（１）本実施の形態では、ガラス素材３０よりも線膨張係数の小さい材質の下型１８及び上型２０とスリーブ２２とを準備する。また、下型１８及び上型２０よりも線膨張係数の小さい材質のスリーブ２２を用いる。

本実施の形態では、常温で、ガラス素材３０と上型２０の成形面２０ａとが非接触状態となり、型セット１６の加熱中に隙間がなくなるようにする。すなわち、型セット１６の加熱中に、下型１８と上型２０、及びスリーブ２２に対してガラス素材３０がより大きく膨張し、また、スリーブ２２に対して下型１８及び上型２０が大きく膨張するようにした。

例えば、ガラス素材３０としてＬ−ＢＡＬ４２（（株）オハラ製）を用い、直径がφ１ｍｍ、線膨張係数が８．８×１０^−６とする。このガラス素材３０を常温（２０℃）から温度５７０℃まで加熱すると、ガラス素材３０は５μｍ膨張する。

また、下型１８及び上型２０としてタンクステンカーバイド（ＷＣ）を用い、図７の下型１８の軸方向の長さＢと、上型２０の本体部２０_２の軸方向の長さＡと、の和（Ａ＋Ｂ）が１４ｍｍ、線膨張係数が４．８×１０^−６とする。この下型１８及び上型２０を、常温（２０℃）から温度５７０℃まで加熱すると、３７μｍ膨張する。

さらに、スリーブ２２として窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を用い、軸方向長さが１５ｍｍ、線膨張係数が２．１×１０^−６とする。このスリーブ２２を、常温（２０℃）から温度５７０℃まで加熱すると、１７μｍ膨張する。

合計すると、加熱完了時の上型２０及び下型１８の成形面２０ａ，１８ａの間隔は２０μ減少し、ガラス素材３０は５μｍ膨張する。このため、ガラス素材３０と上型２０との常温時の隙間を２５μｍ以下に設定する。
（２）次に、スリーブ２２の下端開口側から、凹球状の成形面１８ａを有する下型１８を挿入し、その成形面１８ａ上に球形のガラス素材３０を載置する。

次に、スリーブ２２の上端開口側から、上型２０を挿入してスリーブ２２の上端面２２ａに上型２０のフランジ部２０_１を当接させて型組立てを行う。
次に、加熱工程及び成形工程に移行する。
（加熱工程及び成形工程）
次に、前述した図８〜図１０に基づき、本実施の形態の加熱工程及び成形工程について説明する。

本実施の形態の加熱・成形工程は、基本的に第２の実施の形態で説明した内容と同様であるため、その一部を重複して説明する。
（１）図８に示すように、不図示の搬送装置を用いて、型セット１６を成形室２内のプレスステージ３に搬送する。そして、この型セット１６を、予め所定温度に加熱してある上プレート１２及び下プレート１４間に配置する。

この時点では、上型２０とガラス素材３０とは接触していない。このため、下型１８の成形面１８ａ上に載置された球形状のガラス素材３０は、型セット１６の搬送等による振動があっても、加熱工程中にガラス素材３０の自重による転がりで下型１８の凹状の成形面１８ａの中心位置に復帰する。これにより、ガラス素材３０の中心が型中心軸Ｏ−Ｏに一致する。

次いで、エアシリンダ１７の駆動により、上プレート１２を下降させて上型２０の上面に上プレート１２を当接させる。こうして、上プレート１２及び下プレート１４からの熱は、型セット１６に伝達される。そして、下型１８の成形面１８ａ上に載置されたガラス素材３０は、ガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱される。

この加熱により、ガラス素材３０が膨張して上型２０の成形面２０ａと接触し、上型２０と上プレート１２とを持ち上げる（図８参照）。こうして、上型２０のフランジ部２０_１がスリーブ２２の上端面２２ａからわずかに（寸法ｈ）離れる。これにより、ガラス素材３０は下型１８と上型２０間に挟持される。なお、このとき、上プレート１２を加圧しているエアシリンダ１７の加圧力は低く設定しておく。

さらに時間が経過し、ガラス素材３０が成形可能なガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱されると、上型２０のフランジ部２０_１がスリーブ２２の上端面に当接するまで下降し、ガラス素材３０は微量に変形する。
（２）次に、図９に示すように、不図示の駆動手段により、突き出し部材１１を下方から上方に向けて突出移動させる。こうして、上型２０に対し下型１８を上動させ、ガラス素
材３０を上型２０の成形面２０ａに押し当てて成形を開始する。

このとき、図示しない測定スケールにて、下型１８によるプレス量を測定しつつガラス素材３０のプレスを行う。さらに、ガラス素材３０が所定肉厚になるまで突き出し部材１１を上動させる。
（３）次に、図１０に示すように、ガラス素材３０が所定肉厚に到達した時点で、プレスを完了する。次いで、プレスステージ３での型セット１６の冷却を開始する。このときの冷却は、上カートリッジヒータ１３及び下カートリッジヒータ１５の温度を調節することにより行う。そして、ガラス素材３０がガラス転移点（Ｔｇ点）付近の温度になったところで、突き出し部材１１を降下させる。さらに、上プレート１２を上昇させて型セット１６を開放する。
（４）次に、不図示の搬送装置を用いて、型セット１６をプレスステージ３から冷却ステージ４に移送する。

こうして、前述したと同様に、ガラス素材３０を所定温度に冷却した後、不図示の搬送装置を用いて型セット１６を成形室２の外部に搬出する。そして、型セット１６を分解し光学素子３１を取り出す。

本実施の形態によれば、ガラス素材３０よりも線膨張係数の小さい下型１８及び上型２０と、この下型１８及び上型２０よりも線膨張係数の小さいスリーブ２２を用い、加圧成形前に下型１８、上型２０、及びスリーブ２２の加熱膨張により上型２０の成形面とガラス素材３０とを接触させた後に下型１８を上動させるようにしたので、加熱完了時の下型１８及び上型２０の成形面１８ａ，２０ａ間の隙間が大きく減少し、下型１８及び上型２０とスリーブ２２の加工を高精度に行う必要がなくなる。このため、型セット１６の各構成部材の加工の歩留まりを向上させることができる。

また、第２の実施の形態の効果と同様に、加熱開始時まではガラス素材３０が型に拘束されないので、型セット１６の搬送による振動があったとしても、搬送終了後の加熱工程中にガラス素材３０の自重による転がりで型中心に復帰する。

さらに、ガラス素材３０の加熱時及び下型１８の上動時には、ガラス素材３０は下型１８及び上型２０の成形面１８ａ，２０ａに挟持されているので、その動作振動によってガラス素材３０が型中心から移動することもない。

これにより、常にガラス素材３０は型中心で成形され偏肉不良やバリの発生がない光学素子を歩留まり良く製造することができる。

光学素子の製造装置の概略構成を示す図である。 型セットの組立てが完了した状態の断面図である。 第１の実施の形態の成形工程を示す図である。 第１の実施の形態の成形工程を示す図である。 第１の実施の形態の成形工程を示す図である。 第１の実施の形態の変形例を示す図である。 第２及び第３の実施の形態の成形型の組立てが完了した状態の断面を示す図である。 第２及び第３の実施の形態の成形工程を示す図である。 第２及び第３の実施の形態の成形工程を示す図である。 第２及び第３の実施の形態の成形工程を示す図である。 型セット内にガラス素材が配置された状態の従来例を示す図である。 型セット内にガラス素材が偏倚して配置された状態の従来例を示す図である。

符号の説明

１ 光学素子の製造装置
２ 成形室
３ プレスステージ
４ 冷却ステージ
５ 基台
６ 気体流入口
７ 気体流出口
８ シャッタ
９ シャッタ
１１ 突き出し部材
１２ 上プレート
１３ 上カートリッジヒータ
１４ 下プレート
１５ 下カートリッジヒータ
１６ 型セット
１７ エアシリンダ
１８ 下型
１８ａ 成形面
１８ｂ 平坦面
２０ 上型
２０_１ フランジ部
２０_２ 本体部
２０ａ 成形面
２２ スリーブ
２２ａ 上端面
２２ｂ 下端面
２４ 規制部材
２４ａ 上端面
２４ｂ 下端面
３０ ガラス素材
３１ 光学素子

Claims (5)

1. 光学素材を加熱軟化してプレス成形し光学素子を得る光学素子の製造方法において、
   第１の成形型の凹状の成形面に前記光学素材を載置すると共に、前記第１の成形型に載置された前記光学素材に対して隙間を設けるように第２の成形型を保持部材で保持し、前記第１の成形型、前記第２の成形型及び前記保持部材を備える型セットを組立てる型組立て工程と、
   前記型セット内の前記光学素材を加熱する加熱工程と、
   前記第１の成形型の成形面と前記第２の成形型の成形面とによって前記光学素材をプレス成形する成形工程と、を有する
   ことを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記型組立て工程では、前記第２の成形型が前記保持部材に載置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記成形工程では、前記第１の成形型を上動させることによって前記光学素子をプレス成形することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記加熱工程では、前記光学素材よりも線膨張係数の小さい前記第１の成形型及び第２の成形型と前記保持部材とを用い、前記成形工程の前に前記第１の成形型及び第２の成形型と前記保持部材とを加熱膨張することにより前記第２の成形型の成形面と前記光学素材とを接触させる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
5. 前記加熱工程では、前記光学素材よりも線膨張係数の小さい前記第１の成形型及び第２の成形型と、前記第１の成形型及び前記第２の成形型よりも線膨張係数の小さい前記保持部材とを用い、前記成形工程の前に前記第１の成形型及び第２の成形型と前記保持部材とを加熱膨張することにより前記第２の成形型の成形面と前記光学素材とを接触させる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。