JP3689586B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、カメラやビデオカメラに用いられる光学レンズなどの光学素子を製造する際に、成形素材の光学機能面を、研削研磨により、形成する、光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学レンズなどの光学素子を製造する方法には、直接、溶融ガラスから必要な重量に分離された溶融ガラス塊を得た後、このガラス塊を冷却して置き、あるいは、研削加工で重量調整されたガラス塊を用意して、これを再加熱して軟化させ、この軟化ガラス塊を、プレス成形により、最終製品である光学素子の近似形状に加工する成形素材の予備工程、あるいは、ガラスブロックより直接ガラス塊を切り出し、これを、最終製品である光学素子の近似形状に研削加工する成形素材の予備工程があり、このようにして得られた成形素材を用いて、製造するべき光学素子の所要の光学機能面を、先ず、研削研磨により加工し、その後に、その加工面を基準として、光学素子の、例えば、光学レンズの外径を決め、レンズ中心とレンズの外径を一致させるような、成形素材の外周部における芯取り加工が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、プレス成形による型肌の転写や、その際に使用する離型剤の影響のため、あるいは／および、溶融ガラスを、その必要重量に合せて切断する際に発生する切断痕などのため、元々、予備工程における成形素材（以下、例示的にレンズ素材と称す）の形状精度が不満足である。そこで、通常、その後の加工工程では、研削研磨に際しての研削による削り代は０．５ｍｍ以上となり、研削によるガラス屑（スラッジ）の発生量が多く、特に、小径、肉薄の光学レンズの製造に際しては、レンズ本体の重量との相対的なスラッジの発生量が非常に多くなる。しかも、光学レンズに使用するガラス素材は、多種の成分を含むので、転用が効かず、前記スラッジによる環境汚染が、大きな問題となっている。
【０００４】
このスラッジ発生の削減のためには、レンズ素材の精度を上げ、研削による削り代を削減するのが、一番の有効な方法ではあるが、従来のような方法では、上記のように、数々の条件があるために、容易にレンズ素材の精度を上げることができない状況にあった。そこで、このレンズ素材の精度を上げるために、本出願の発明者らは、従来の成形型による接触プレス成形に変えて、溶融ガラスを、ガラスの自重と表面張力を利用することにより、表面に切断痕を残すことなく、重量を合せて分離する分離方法と、更に、成形型を多孔質で作り、この多孔質の孔からガスを噴出させ、ガラスと型を非接触の状態、もしくは、それに近い状態でプレス成形し、形状精度が非常に良く、かつ、表面欠陥の無いレンズ素材の成形方法とを提案してきた。
【０００５】
しかしながら、このような新規の方法で作られた、精度の良いレンズ素材においても、以下のような問題が有り、研削代を減少すること、もしくは、無くすことに対しての大きな障害があった。
【０００６】
その障害の一つは、プレス成形時の上下型の偏芯に係わる精度、つまり、光学レンズの光学有効面となる、型の成形面の中心のずれ、および、互いの面の傾きに関することである。即ち、成形面の形状をよくしても、熱間でのプレス成形であるから、型の熱膨張や、熱による成形面上での摺動性の悪化などにより、上下の型の成形面の芯精度および傾き精度を、完成された光学レンズに要求される精度を満足する範囲に維持することが、非常に困難となる。従って、この精度を出すために、レンズ素材の削り代を大きくしなければならない。この傾向は、特にメニスカス形状のレンズに顕著に現れる。
【０００７】
また、それとは別の問題として、研削代を削減するために、レンズ素材の肉厚を薄くすると、光学レンズの外周部に相当するレンズ素材のコバ面が薄くなる。そこで、この部分をプレス成形時にきちんと成形しようとする（成形規制）と、熱歪により、この部分が割れ易くなり、歩留りを低下し、逆に、スラッジの発生量が増えるという事態を引き起こす。また、この割れを防ぐには、コバ面の部分に、成形型による成形規制を与えずに、フリーな状態で成形する方法もあるが、このコバ面の部分をフリーにして成形すると、光学機能面を研削研磨する際の、仮の基準面が得られず、先に述べた問題点と同様に、研削代を増やさなければならない事態となる。
【０００８】
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、上記のような問題を無くし、スラッジの大幅な削減が可能である光学素子の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、従来の光学素子（光学レンズ）の製造法とは逆の手順を用いること、つまり、溶融ガラスを直接成形型により成形することで、うねり成分のピッチがミリオーダーで、うねり成分の高さの差が数十μｍ以下である平滑面を有する成形素材を形成し、該成形素材の外周を該成形素材の光学中心に一致させるように、該成形素材の外周に対して、芯取り加工を行った後、該成形素材の光学機能面についての研磨加工により、該うねり成分を除去することを特徴とする。
【００１０】
このような構成において、芯取りを、光学機能面の研磨前に行うことにより、前述のような成形素材（レンズ素材）の芯のずれや面の傾きをキャンセルすることが可能となり、光学機能面の研削研磨代を大幅に削減することが可能となる。
【００１１】
これをより具体的に述べれば、成形素材（レンズ素材）の両面の芯ずれが、数百μｍも有り、また、両面の傾きが数分あるような、成形素材（レンズ素材）を使用した場合、従来のように、レンズ素材の外周を仮りの外径とし、両面を研削研磨加工し、その後、研磨面を基準として芯出しをすると、両面の加工代が、上述の面ズレおよび傾きをキャンセルするために、仮に、成形素材（レンズ素材）に表面欠陥が存在しなくとも、可成りの量を研削しなければならない。これは、レンズの形状にも大きく左右されるが、メニスカスレンズの場合には、片側で数百μｍ以上を研削しなければならない。しかし、本発明では、先に芯取りを行い、その後に光学機能面を加工するので、この場合には、光学機能面の加工は、成形素材の外径を基準とすることができるために、除去する加工代は、面のうねり成分を除去するだけで良く、その量は、数μｍから、多くても、２０〜３０μｍであるから、従来に比べ、大幅にスラッジを削減することが可能となる。
【００１２】
特に、コバ面の幅（成形素材の外周部の厚さ）の少ない（薄い）凸レンズ、例えば、コバ面の部分の厚さが１ｍｍ以下のレンズの加工においては、成形素材をプレスで成形する際に、コバ面を成形型で規定の形に成形しようとすると、成形型にガラス塊が拘束され、冷却時に、コバ面からの割れを生じてしまうから、コバ面の厚さを薄くすることができず、結果的に、可成り厚い成形素材を用いることになり、削り代を大きく取らなければならない。しかし、コバ面を成形型で形成せず（成形規制）、外周方向にフリーな状態で成形した後、光学機能面の研削研磨を行う本発明では、面の削り代を大幅に削減することができ、更に、前述の場合も含めて、成形素材に表面欠陥が存在しなければ、面の削り代を、その面のうねり量にほぼ等しくすることが可能となるため、従来のように、面の研削加工を必要とせず、研磨加工だけで、十分な精度の光学素子を得ることができる。
【００１３】
即ち、成形素材の光学機能面間の芯ずれや、傾きによる、光学素材の性能に影響する中心厚のバラツキが、始めに、成形素材の肉厚を一定にして置き、最初に芯取りをすることで、ほぼキャンセルさせることができ、それは、サブμｍのバラ付き以内に入る。
【００１４】
また、このように、最初に芯取りを実施するには、芯取りの際に、芯を出すために、成形素材の縁部をクランプしなければならないが、そのためには、成形素材のクランプ面の摩擦係数が少ない、所謂、光沢のある平滑面であることが望ましい。
【００１５】
このために、本発明では、この趣旨に沿うような成形素材（レンズ素材）を得るために、前記成形素材の平滑面は、少なくとも、芯取り加工時のクランプ面に形成されることを特徴とする。
【００１６】
この場合、前記平滑面は、前記成形素材の中心に向けたうねりを有していること、また、前記うねりの高さの変化が、前記成形素材の中心に向けて、ほぼ同心円状になるように、前記平滑面が形成されていることが好ましい。
【００１７】
その一つの具体例では、多孔質材料により作られた成形型の表面より、所要圧力で、ガスを噴出させ、溶融炉などから直接、流出してくる溶融ガラスを、この成形型の一方の成形面で、ガス膜を介して、非接触状態で受ける。そして、この成形型に受けた溶融ガラス塊と、流出してくる溶融ガラスとを、ガラスの表面張力と自重とを利用して、分離させ、その分離した溶融ガラス塊を、更に、多孔質材料により作られた他方の成形型により、ガス膜を介して、非接触状態で、加圧成形することで、表面が平滑で表面欠陥の存在しない成形素材（レンズ素材）が得られる。
【００１８】
なお、ここで、溶融ガラス塊と溶融ガラス流とを、自重および表面張力で分離するのは、得られたガラス塊上に切断痕を残すことが無く、表面に欠陥のない成形素材を得るためである。
【００１９】
また、このようにして、成形素材を得る際に、場合によっては、ガラスを成形型の成形面に軽く接触させて、所要の形状を得ることもあり得ることで、その時には、成形素材の表面には、成形面の表面状態が若干、薄く転写される。このような成形素材を用いる場合は、この素材の表面を火炎処理で溶融・軟化させ、表面を平滑化することも、本発明に係わる成形素材として、有用である。
【００２０】
このように、表面が多少、粗れた素材でも、火炎処理や、酸処理などにより、成形素材の周縁部のクランプ個所を平滑化することにより、そのまま、直ちに芯取りを実施することが可能となる。なお、その処理前の表面粗さは、Ｒｍａｘ．で数十μｍ以下、好ましくは、１０μｍ以下であるとよい。なお、この表面粗さ以内のもので、かつ、部分的に鋭利な切り欠き状の粗れが無く、火炎処理などにより、平滑化できる成形素材であれば、ガラスブロックより切り出したり、直接型に接触させて作られたりしたレンズ素材などでも、本発明の成形素材として用いることは、可能である（但し、本発明の一つの大きな目的である、ガラススラッジの削減の効果が十分期待できない）。
【００２１】
以上説明したように、本発明は、従来のレンズ素材が、その表面が成形型に接触したり、型との融着を防止する目的で離型材を使用するため、粗れており、そのままでは、芯取りにかけることが困難があるものと比較して、遙かに、精度の良い、表面欠陥のない成形素材（レンズ素材）が供給可能である。これは、従来とは全く逆の発想から生まれた新規な加工手順の製造方法である。
【００２２】
また、本発明に係わる成形素材の表面状態が、上述の表面粗さの許容範囲である場合に、前記成形素材の周縁部の平滑面に、緩やかなうねりを持つとしても、これは、芯取りを妨げるものではなく、その後の成形素材の表面（光学機能面となる面）に、前述のような研磨加工を施すだけで、所望の精度の光学機能面を持った光学レンズなどの光学素子を容易に得られるのである。なお、それが、ほぼ同心円状のうねりであれば、うねりの高低差の許容範囲が、前述の数値の２〜３倍の許容値をとり得るのである。
【００２３】
このような許容範囲内のうねりは、芯取り時に、多少の偏芯の要因となりうるが、この範囲内のうねりを持つ成形素材は、芯取りと、表面研磨の加工により、その中心肉厚が、サブμｍ台でのバラツキの中に吸収され得るので、本発明の目的達成に有効である。また、成形素材上のうねりは、非接触成形における成形方法では、ガラスが型表面に接触せずに、即ち、拘束されないため、生じ易く、また、火炎処理などにおいても、発生し易いが、うねりの程度を、前述のような範囲に収めることにより、そのまま、容易に芯取りを行うことができ、その後の研磨加工も少なくて済み、スラッジの発生の少ない、光学レンズなどの光学素子の加工を行うことができる。
【００２４】
また、本発明において、成形素材のコバ面を、成形型に対して拘束されることのないフリースタイルで成形することで、得られた成形素材を用いて、上述の研磨同様の加工を行うことで、光学レンズなどの光学素子を得ることができ、大幅なスラッジの削減および加工時間の短縮を実現できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明で用いられるレンズ素材を成形するための成形装置の概略と、それに用いられる成形型の説明図であり、ここで、成形型は、下型構成部材１と上型構成部材２とよりなり、更に、型構成部材１、２には、それぞれ、下型部材１１と、上型部材２１と、これらを保持する下型ホルダー１２、上型ホルダー２２とが装備されている。
【００２６】
なお、下型ホルダー１２、上型ホルダー２２には、窒素ガスを下型部材１１、上型部材２１に対してバランスよく供給分配するための圧力室１２ａ、２２ａが設けられており、更に、ヒーター１３、２３が、測温手段（図示せず）と共に埋め込まれていて、下型ホルダー１２、上型ホルダー２２、および、窒素ガスの温度を、最終的に調整することができるようになっている。また、符号１１ａおよび２１ａは、それぞれ、成形素材の形状を決定する下型部材１１、上型部材２１の各成形面を示している。
【００２７】
また、下型構成部材１および上型構成部材２には、駆動装置（図示せず）が、それぞれ、取り付けられており、それらが、それぞれ、独立に移動できるようになっている。更に、下型ホルダー１２、上型ホルダー２２には、図示のように、窒素ガス供給用の接続パイプ１４、２４が接続されており、流量圧力調整器（図示せず）により、任意の圧力および流量に制御された窒素ガスを、同様の、制御器（図示せず）により個別に制御される窒素ガスヒータ１６、２６と、耐熱性のあるフレキシブルチューブ１５、２５とを介して、圧力室１２ａ、２２ａに供給できるようになっており、しかも、該圧力室１２ａ、２２ａに供給する窒素ガスの温度、圧力、流量を任意に制御できる構成となっている。
【００２８】
図２ないし図４は、溶融・軟化状態の溶融ガラスを、供給ノズルより成形型へ供給し、更に、供給された溶融ガラスを、供給ノズルより切断分離する時までの工程を説明するためのもので、図２において、符号１０１は、溶融軟化状態の溶融ガラス１０２の供給ノズルであり、図３において、符号１０３ａは、下型部材１１の成形面１１ａの上に供給された切断前の溶融ガラス塊を、また、符号１０３ｂは、切断のための溶融ガラス１０２と切断前の溶融ガラス塊１０３ａとの間に形成される括れを、更に、図４の符号１０４は、成形面１１ａ上に得られた溶融ガラス塊を表わす。
【００２９】
次に、上記の成形装置を使用して、成形素材としてのレンズ素材を成形し、更に、最終製品である光学素子としての光学レンズに仕上げるまでの工程を、図を用いて、具体的に説明する。なお、ここで製造される光学レンズは、外径が２６ｍｍ、レンズ面の曲率が、それぞれ、Ｒ４０ｍｍ、Ｒ５０ｍｍ、また、中心肉厚が４．８ｍｍの両凸形状のレンズである。また、この光学レンズの素材には、その温度が１３００℃の時に、その粘度が１０１．５ ｄＰａ・ｓであり、同じく、その温度が１２００℃の時に１０１．６ ｄＰａ・ｓであり、１１００℃の時に、１０１．８ ｄＰａ・ｓであり、１０００℃の時に、１０２．２ ｄＰａ・ｓであり、８９０℃の時に、１０２．９ ｄＰａ・ｓであり、７２０℃の時に、１０５ ｄＰａ・ｓであり、６１０℃の時に、１０７．６ ｄＰａ・ｓであり、更に、４９８℃の時に１０１３ｄＰａ・ｓとなる粘性特性を持ち、比重が３．０５の光学ガラスを用いた。
【００３０】
また、型部材１１、２１の材料としては、気孔率が３０％であり、最大穴径が８ミクロンである多孔質カーボンを用い、更に、型部材１１の成形面１１ａとレンズ素材のコバ面に対応するコバ規制面１１ｂおよび型部材２１の成形面２１ａとは、その表面が、多孔質の表面を持つ穴部の窪み部分を除いた面を、Ｒｍａｘ．＝ ０．３ミクロン以下となるように、平滑に加工した。
【００３１】
ついで、このように加工準備した型部材１１、２１を、図１に示す成形装置に取り付け、図２〜図４に示すような方法で、溶融ガラス塊を得た。ここで、この工程を、図２〜図４を用いて、より具体的に説明する。まず、ガラス溶融炉（図示せず）で、上記ガラス原料（硝材）を溶融し、脱泡、均質化工程を経て、軟化状態の均質な溶融ガラス１０２を準備し、更に、それをガラス供給ノズル１０１へ導く。この供給ノズル１０１を、適当な加熱手段で、１０５０℃の設定温度に保持し、そこから溶融ガラス１０２を流出させると共に、下型構成部材１を供給ノズル１０１の直下に持って行き、図２に示すように、その成形面１１ａ上に、所定の容量の溶融ガラスを受けた後、図３に示すように、下型構成部材１を、矢印Ａのように、下方へ少し下げる。
【００３２】
これによって、溶融ガラス１０２と、切断前の溶融ガラス塊１０３ａとの間に括れ１０３ｂを発生させ、括れ１０３ｂが、溶融ガラスの自重と表面張力により、切断に至るまで、待機し、図４のように、軟化状態の、所要重量に調整された溶融ガラス塊１０４を分離した。このように、溶融ガラス１０２の切断工程において、下型構成部材１を、一旦、停止させることにより、括れ１０３ｂの部分が冷やされることが少なくなり、自重と表面張力により、自然に切断可能となるために、切断部に、ガラス素材が糸状に固化して残ることがなく、通常ガラスの切断に用いられる切断刃による破断痕も残らないため、溶融ガラス塊１０４の表面には、有害な欠陥が生じない。
【００３３】
また、この時の噴出窒素ガスは、ガラスを成形面１１ａに受ける時点でガラスの転移点以下の温度である３００℃に、その直後には、その転移点近くの温度である５００℃になるように、ヒータ１６と１３の温度を調整し、更に、窒素ガスの流量も、溶融ガラス１０２を、成形面１１ａに受ける直前まで、毎分：２０リッター、その後は、毎分：５リッターとなるように、制御した。このようにすることで、溶融ガラス１０２が成形面１１ａに達する前に、溶融ガラス１０２の先端が、多少、固化し、流動性が少なくなり、また、噴出する窒素ガスの流量も増えるために、溶融ガラス１０２の先端が、全く、成形面１１ａに接触することなく、しかも、前記の切断方法を用いることも併せて、その表面では全く欠陥がない溶融ガラス塊１０４が得られた。
【００３４】
次に、下型構成部材１を上型構成部材２の直下に移動し、溶融ガラス塊１０４を下型構成部材１および上型構成部材２を用いて、成形する工程を、図５、図６によって具体的に説明する。図５は、溶融ガラス塊１０４を下型部材１１と上型部材２１で成形する直前の状態を示す図であり、この時のガラスの粘度は、下型部材１１で受けている下面近傍の粘度が１０５−６．５ ｄＰａ・ｓ、その他の部分が１０３−５ ｄＰａ・ｓであった。次に、成形面１１ａ、２１ａから噴出する窒素ガスの温度を、ガラスの粘度で約１０１３ｄＰａ・ｓに相当する５００℃に、また、流量をそれぞれ毎分：５リッターおよび２０リッターなるように、ヒータ１６、２６、および、ヒータ１３、２３で制御した。その後、上型構成部材２を下降させ、溶融ガラス塊１０４が、ガス膜を介して、下型部材１１および上型部材２１により変形を始めると同時に、成形面１１ａ、２１ａからのガス流量を減少させる。そして、図６に示すように、下型部材１１と上型部材２１とが閉じた時に、ガス流量が、それぞれ、毎分：０．５リッターとなるように、ヒータ１６、２６を制御し、溶融ガラス塊１０４を成形面１１ａ、２１ａの表面形状に倣わせ、コバ面１０５ａを有するレンズ素材１０５を得た。その後、更にレンズ素材１０５を冷却し、成形型より取出した。
【００３５】
この時のレンズ素材１０５の表面（好ましくは、レンズの光学機能面となる領域外の周縁部）には、レンズ中心に向けて、ほぼ同心円状に、ピッチが１〜３ｍｍ、高低差が最大で１０μｍとなるうねりが生じている状態であったが、表面は所望粗度の平滑面を有しており、有害な表面欠陥が観察されないのであって、明らかに、成形面１１ａ、２１ａの形状にほぼ倣った形状を得ることができた。
【００３６】
次に、レンズ素材１０５を、ベルクランプ方式によりクランプした状態で、芯取りを行った。図７は、その時の状態を示しており、符号２０１、２０２は、レンズ素材１０５を、その両面よりクランプし、芯出しおよび固定を行う芯出しホルダーであり、符号２０３は、芯出しされたレンズ素材１０５の外周を研削し、外径およびコバ面の形状を整えるための芯取り砥石である。
【００３７】
図７に示すように、レンズ素材１０５の両面を、好ましくは、レンズの光学機能面となる領域を避けた周縁部に、芯出しホルダー２０１、２０２で挟み込み、芯出しを行い、レンズ素材１０５を、前記ホルダー２０１、２０２でクランプしたまま、回転させると同時に、回転している砥石２０３を外周に接近させ、レンズ素材１０５の外周部の研削を行い、外周部を所望の径およびコバ面の形状に加工された芯取り済みのレンズ素材１０６を得た。
【００３８】
このクランプの際には、レンズ素材１０５に、前述のような、うねりがあり、また、この時のコバ面１０５ａの研削量は、レンズ素材１０５の成形時の下型構成部材１と上型構成部材２の芯ズレ、および、傾きのために、それぞれ、少ない側で、０．２ｍｍ、多い側で、０．５ｍｍと、大きく違っていたが、芯取り研削後のレンズ素材１０６のコバ部の厚さは、ほぼ均一となり、結果的にレンズ素材１０６の芯を、かなりの高精度で、出すことができた。
【００３９】
次に、レンズ素材１０６の両面の研磨加工を行った（図８を参照）。図８において、符号２１１はヤトイであり、レンズ素材１０６の外周を基準として、レンズ素材１０６をヤトイ２１１の回転軸２１１ａの中心に固定するのである。また、符号２１２はレンズ素材１０６の上面を研磨するための研磨皿を示しており、図示のように、ヤトイ２１１は、その回転軸２１１ａを中心として、回転し、研磨皿２１２は、レンズ素材１０６から得られるレンズの上面の曲率中心を中心として、揺動するようになっている。
【００４０】
そして、図８に示すように、レンズ素材１０６を、ヤトイ２１１に取り付け、研磨皿２１２により、その上面の研磨を行い、更に、レンズ素材１０６を反転させ、もう一方の面の研磨を行った。なお、通常のレンズの研削研磨加工は、レンズ素材に切断痕や、成形型とガラスの融着防止の離型剤の痕跡や、成形型との接触による粗れがあり、更に、レンズ素材そのものの偏芯や面の傾きがあるために、研磨前に、最低５００μｍ程、表面を粗研削で除去し、更に、その研削での表面粗れを除去するために、表層を５０μｍ程、精研削で除去した後に、研磨加工を行う必要があるが、本発明の工程で使用する芯取り済レンズ素材１０６は、前工程の芯取りで、ほぼ中心が出ており、表面に僅かのうねりを残すだけであるために、研磨のみで、所望のレンズ形状に仕上げることが可能であり、この時の研磨量は、厚み方向で、最大：１５μｍであり、これで、光学性能を十分満足できるレンズを得ることができた。
【００４１】
また、ここで発生する産業廃棄物としての、その処理に多大の労力が必要で、環境にも悪影響を及ぼすガラススラッジは、本発明では、その発生量も、レンズ面における研削研磨量が非常に少なく、更に、この研磨前に実施される芯取り加工で発生する分も含めても、明らかに、従来の研削研磨方法に比較して１／１０以下とすることが可能となり、ガラススラッジの大幅削減の実現に、大きく寄与することができることが確認された。
【００４２】
（第２の実施の形態）
次に、第１の実施の形態で用いた成形装置を用いて、その直径がφ１０ｍｍ、光学機能面の曲率が、それぞれ、Ｒ＝１５ｍｍ、Ｒ＝３５ｍｍ、中心部の肉厚が２．２ｍｍ、コバ厚が０．９８ｍｍである凸形状のレンズを成形した実施の形態を説明する。
【００４３】
ここでの、第１の実施の形態との相違点は、レンズ形状が違うことと、下型部材１１にコバ規制面１１ｂを成形していないことであり、他は、第１の実施の形態と全く同様の構成の成形装置、および、レンズ素材として、同じ材質のガラス原料（硝材）を用いたことである。
【００４４】
そして、第１の実施の形態と同様にして、溶融ガラス塊１０４を得た後、これも、同様にして、ガラス素材１０５を得た。この時のガラス素材１０５にはコバ規制面１１ｂがないために、外径が約φ１１ｍｍで、コバ面１０５ａの最も薄いことで、およそ０．７２ｍｍであった。因みに、通常のプレス成形で、コバ面を型で形成しようとする場合、この様なレンズ形状であるコバ厚が１ｍｍ以下のものは、冷却時にコバ面から亀裂が発生し、割れを誘引し、ほとんど、成形できないのであるが、本実施の形態のように、コバ面を規制することなく成形することにより、外径の形状が不安定ではあるが、コバ厚が１ｍｍ以下のレンズ素材を容易に成形できた。しかも、ガラス素材１０５の表面は光沢のある平滑面であり、少なくとも、レンズ中心に向けての表面上のうねりの高低差は、平均で、８μｍ程度であった。
【００４５】
次に、このようにして、外径の形状にバラツキが有り、多少のうねりを持つガラス素材１０５を、図７に示すように、砥石２０３の研削で、芯取りを行うと、その外径が１０ｍｍとなる。その結果、第１の実施の形態と同様な外径に対してレンズ素材１０５の肉厚の中心が、ほぼ中心に来るような、芯取り済みレンズ素材１０６を得ることができた。
【００４６】
その後、第１の実施の形態と同様に、図８に示す方法で、レンズ素材１０６の両面を研磨した。この時の研磨量は、両面について、それぞれ、１０μｍであり、表面のうねりを平均的に除去する程度の研磨を施すことにより、光学素子として十分な精度を有する光学レンズを得ることができた。
【００４７】
因みに、通常、この形状のレンズを研削研磨で作る時に用いられるレンズ素材の寸法としては、レンズ寸法に対して、レンズ素材寸法が、その外径で＋０．５ｍｍ以上、中心厚で＋１ｍｍ以上必要であり、このレンズのようにコバ厚が１ｍｍ以下の場合、厚さの半分またはそれに近い量を削らなければならない。
【００４８】
これに比較して、本実施の形態では、芯取り時の削り量も、コバ厚が薄いために、さほど増加せず、また、表面の削り量も、レンズ素材の両面で、１ｍｍから０．０２ｍｍの程度となり、スラッジの大幅な削減ができた。
【００４９】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。ここでは、第１の実施の形態の成形装置例と同じ装置を用いて、外径＝２０ｍｍ、両面の曲率が、それぞれ、Ｒ＝５０ｍｍ、Ｒ＝−１５ｍｍ、中心厚が３．５ｍｍ、コバ厚が６．３ｍｍの凹のメニスカス形状のレンズを成形した。なお、使用した成形型の材料や、ガラス材料は第１の実施の形態において用いたものと同じである。
【００５０】
ここでも、第１の実施の形態と同様にして、溶融ガラス１０２より溶融ガラス塊１０４を得た後、上型構成部材２を下型構成部材１の上方に持って行き、上型構成部材２を下降させて、プレス加工で、溶融ガラス塊１０４を変形させた。この時、溶融ガラス塊１０４の変形の開始から、図６のガラス素材１０５の形状がほぼでき上がるまでの間、成形面１１ａ、２１ａから、毎分：０．６リッターの窒素ガスを流し、非接触状態で、ガラス素材の概略形状を形成した。
【００５１】
そして、ガラス素材１０５の表面の粘度が１０８ ｄＰａ・ｓを超えた時点で、成形面１１ａ、２１ａへの窒素ガスの供給を止め、成形素材１０６と成形面１１ａ、２１ａとが、軽く接触する状態で、下型部材１、上型部材２を閉じ、成形面１１ａ，２１ａの形状に倣ったガラス素材１０６を得た。ここで、成形面１１ａ、２１ａへの窒素ガスの供給を止め、ガラス素材１０６と成形面１１ａ、２１ａとを接触させた。
【００５２】
このようにガラス素材１０６を扱ったのは、所望の光学レンズの肉厚が厚いため、それとほぼ同等の肉厚となるレンズ素材の肉厚が厚く、最後まで、非接触で成形すると、肉厚によるヒケや、固化までのガラスの流動のため、ガラス素材の表面に、大きなうねりを生じてしまうためであって、この方式のように、最後に軽く成形面に接触させることで、成形型の型形状を転写させることで、全体として、うねりの少ない正確な表面を得るためである。従って、でき上がったレンズ素材の形状には、ほとんど、うねりの発生が認められず、成形型の表面状態をガラス素材の表面に転写していたが、上記のように、ある程度ガラスが固化した後で成形面に接触させているため、その粗さは、Ｒｍａｘ．＝１５μｍ以下に収まっていた。
【００５３】
このようにして得られたレンズ素材を、更に、バーナーのフレームを吹き付けることにより、少なくとも、ガラス素材をクランプする面について、その表層を軟化することで、光沢のある平滑面を形成した。なお、平滑化したレンズ素材の表面のうねりは、表面の高低差で、１０μｍ以下の範囲に収まっていた。
【００５４】
その後、図７、８に示すように、芯取りを行い、表面を１５μｍ程、研磨することにより、所望の形状の光学レンズを得ることができた。
【００５５】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について、具体的に説明する。ここでは、外径＝１５ｍｍ、両面の曲率が、それぞれ、Ｒ＝−３５ｍｍ、Ｒ＝３０ｍｍ、中心厚が１．２ｍｍ、コバ厚が１．０６ｍｍの凸メニスカスレンズの成形を行う。なお、ここで、成形装置とガラスの材料は、第１の実施の形態と同じもの用い、流体としては、窒素ガスを用い、型材としては、気孔率が２０から２５％、最大孔径が６μｍの多孔質カーボンを用い、更に、成形面１１ａ、２１ａの形状は、成形完了後のうねりを打ち消すように、補正を加えたものを用意した。また、第２の実施の形態と同様に、下型部材１１にはコバ規制面１１ｂを設けず、レンズ素材のコバ面がフリーの状態で成形できる型を準備した。
【００５６】
また、第２の実施の形態と同様にして、溶融ガラス塊１０４を得た後、成形面１１ａ、２１ａから、５５０℃の温度の窒素ガスを、それぞれ、毎分：０．８リッター、および、１．０リッターづつ流し、溶融ガラス塊１０４が下型部材１１、上型部材２１により変形を始めると、同時に成形面１１ａ、２１ａからのガス流量を減少させ、図６に示すように、下型部材１１と上型部材２１が閉じた時に、ガス流量が、それぞれ、毎分：０．３リッター、および、０．２リッターとなるように窒素ガスヒータ１６、２６を制御し、溶融ガラス塊１０４を成形面１１ａ、２１ａの形状に倣わせ、ガラス素材１０５を得た。その後、更に、ガス流量をそのままにして、窒素ガスの温度を、４００℃とし、ガラス素材１０５を冷却し、その内部の温度が５００℃以下になってから、下型構成部材１と上型構成部材２とを互いに引き離し、ガラス素材１０５を成形型より取出した。
【００５７】
その時のガラス素材１０５の形状は、成形面１１ａ、２１ａに、予め、うねりをキャンセルするように補正を加えて置いたので、うねりはほとんど見られず、成形型と成形されたレンズ素材との形状差が、最大で、５μｍ程度であったが、下型部材１１と上型部材２１の芯ずれ量が０．２ｍｍ、傾きが３分程、生じており、また、外径もフリーで成形したために、１５．８〜１６．２ｍｍと、ややいびつな形状のものとなった。
【００５８】
その後、第２の実施の形態と同様にして、外径の芯取りを行ったところ、表面が平滑であるため、外径のいびつさや成形型のズレや傾きをほとんどキャンセルして、芯取りを実施できた。その後、図９のようにして、レンズ素材の表面を８μｍ程研磨することで、所期のレンズを得た。また、この芯取りにおいて、前記の光学レンズなどのために、中心肉厚が所望の値より１μｍ程薄くなったが、最終的なレンズの交差範囲内に収まり、十分な性能を有するレンズを得ることができ、同時に、スラッジの発生も大幅に抑えることができた。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶融ガラスを直接成形型により成形することで、平滑面を有するレンズ素材を形成し、レンズ外周とレンズの光学中心を一致させる芯取り加工を行った後、レンズの光学機能面である両面を研磨加工し、レンズを製造することにより、加工に要する時間も大幅に削減できると同時に、通常のレンズ加工における研削・研磨よりも、発生するスラッジを大幅に削減することが可能となり、更に、薄肉のレンズなどにおいての、従来では不可能であった、スラッジの削減を可能とし、効率的でかつ環境に優しい条件下で、光学レンズなどの光学素子の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられるレンズ素材を成形するための成形装置の概略図である。
【図２】本発明で用いられる工程の説明図である。
【図３】本発明で用いられる工程の説明図である。
【図４】本発明で用いられる工程の説明図である。
【図５】本発明で用いられるレンズ素材を成形する工程の説明図である。
【図６】本発明で用いられるレンズ素材を成形する工程の説明図である。
【図７】本発明における芯取り工程の説明図である。
【図８】本発明における研磨工程の説明図である。
【符号の説明】
１ 下型構成部材
２ 上型構成部材
１１ 下型部材
１１ａ 成形面
１１ｂ コバ規制面
１２ 下型ホルダー
２１ 上型部材
２１ａ 成形面
２２ 上型ホルダー
１０１ ガラス供給ノズル
１０２ 溶融ガラス
１０４ 溶融ガラス塊
１０５ レンズ素材
１０６ 芯取り済レンズ素材
２０１，２０２ 芯出しホルダー
２０３ 芯取り砥石
２１１ ヤトイ
２１１ａ 回転軸
２１２ 研磨皿

Claims (4)

1. 溶融ガラスを直接成形型により成形することで、うねり成分のピッチがミリオーダーで、うねり成分の高さの差が数十μｍ以下である平滑面を有する成形素材を形成し、該成形素材の外周を該成形素材の光学中心に一致させるように、該成形素材の外周に対して、芯取り加工を行った後、該成形素材の光学機能面についての研磨加工により、該うねり成分を除去することを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記成形素材の平滑面は、少なくとも、芯取り加工時のクランプ面に形成され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. 前記平滑面は、前記成形素材の中心に向けたうねりを有していることを特徴とする請求項２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記うねりの高さの変化が、前記成形素材の中心に向けて、ほぼ同心円状になるように、前記平滑面が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光学素子の製造方法。

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