JP3825978B2

JP3825978B2 - 光学素子の成形方法

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Publication number: JP3825978B2
Application number: JP2001041924A
Authority: JP
Inventors: 剛野村; 雅志真重
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: JP2002249327A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱されたガラス素材を、成形型セットを用いて、プレス成形することにより得られる光学素子の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、研磨工程を必要としないガラスレンズの製造方法として、ガラス素材を加熱し、上下一対の型でプレス成形する方法が行われているが、その際に、レンズの両面のみならず、外径側面も同時に成形して、成形後の芯取り工程を省略し、また、レンズ両面に係わる光軸に対する外径寸法の偏心程度を示す、所謂、外径偏心精度（同心度）の高いガラス成形品を得る方法も行われている。
【０００３】
例えば、特開昭６２−８７４２５号公報には、型閉めした時に形成される、上型、下型および胴型からなるキャビティ（空間）にて、軟化状態のガラス素材を加圧するプレス用金型セットにおいて、径の異なる上下型を使用し、大径側の型の成形面外周部が胴型に突き当たることで、前記キャビティを形成し、その後、小径側の型の成形面でガラス素材を加圧し、同心度が良好で、ばりのないガラスレンズなどの光学素子を成形することが記載されている。
【０００４】
一方、ガラスレンズを成形する場合、肉厚精度も、その機能性の上で重要である。そのために、レンズ機能面を転写するための成形面が形成された上下一対の型が、胴型の貫通穴の両側に摺動自在に挿入される形で、使用されるプレス成形用金型セット（成形型セット）において、例えば、上型に、摺動ストロークを規制する胴型との突き当て部を有し、これにより、ガラス素材をプレス成形する際の上型のプレス量を規制して、安定した成形品肉厚を確保することがなされている。
【０００５】
ただし、この方法では、冷却中にガラス成形品の収縮で、それに対するプレス圧がかからなくなってしまい、ガラス成形品の形状によっては、光学機能面にヒケが発生する畏れがある。このため、実質的に押込み側の規制のない下型を用いて、成形型セットの下側より、冷却中のガラス成形品に補助的に圧力を加える方法などが案出された。なお、この場合に、型内（キャビティ内）へのガラス素材の供給や前記型内からのガラス成形品の取り出しのために、通常、胴型側面に開口部が設けてある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような、ガラス成形品の肉厚精度の良好な方法で、外径側面も同時に成形しようとする場合、つまり、上型のみでガラス素材をプレス変形させる方法では、前述のように、胴型側面に開口部が設けてあり、上型を押し切ることで、上型および下型の各成形面、および側面形成部材（あるいは胴型）の表面で、キャビティ（空間）を形成するため、ガラス成形品の形状によっては、上型でガラス素材を押し切る前に、ガラス素材の一部が、前記キャビティからはみ出して、成形品にバリを発生させ、あるいは上型による押し切りができなくなるという問題点が残される（図７を参照）。
【０００７】
そこで、前述の、特開昭６２−８７４２５号公報の発明のように、下型の位置を予め、プレス成形位置より下げておき、上型が押し切って、密閉空間を形成した後に、下型をプレス成形位置まで上昇するにより、ガラス素材を加圧する方法が検討されたが、この場合、下型には、摺動ストロークを規制する胴型との突き当て部が存在しないため、素材容量のバラツキに対応して、ガラス成形品の肉厚のバラツキが発生してしまうという問題点があった。
【０００８】
そこで、仮に、下型に胴型との突き当て部を設けた場合、今度は、冷却時に収縮するガラス成形品へのプレス圧力を加えて置くことができず、ヒケを防止することができないという問題が生じる。また、下型の押込み位置を高精度に制御することも考えられるが、サイクル的に変化する型温の影響により、プレス軸の寸法も変化する。このため、数マイクロメートルオーダーで成形されるガラス成形品について、プレス軸のストロークの制御を行うことは現実的ではなく、仮に、できたとしても、高価な装置が必要となってしまう。
【０００９】
また、このように、ガラス素材のプレス成形を行う前に、ガラス素材を載せた下型を上下方向に移動する場合、その移動時の振動などにより、下型上のガラス素材が位置ずれてしまう場合がある。もし、位置ずれを起こすと、密閉空間を構成する側面形成部材の表面で、プレスされたガラス素材の周囲の動きを抑制し、位置ずれを修正するとしても、通常のプレス時のガラス粘度では、位置ずれが完全に修正されることはなく、ずれた方にバリなどが発生して、成形に支障をきたすなどの問題も生じた。
【００１０】
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、レンズなどの光学素子の両光学機能面に対向する上下型の成形面とともに、側面形成部材（あるいは胴型）の表面で、光学素子の外径側面も同時に成形する光学素子の成形方法において、プレス成形時に、ガラス素材が型に対して、位置ずれしたり、キャビティ外にはみ出したりすることがなく、かつ、ガラス成形品の肉厚精度が良好な光学素子の成形方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（第１の発明）
上記目的を達成するため、本発明では、上型が下降を終了した時点で、上型、下型の各成形面および側面形成部材の表面で密閉空間を形成するように、前記上型、下型および側面形成部材を含む成形型セットを制御して、下型に置かれた変形可能な加熱ガラス素材を押圧する光学素子の成形方法において、プレス開始時にまず上型を下降させ、該上型により前記密閉空間が形成される前にガラス素材の押圧を開始するが、上型の下降が終了した時点ではガラス素材がまだ変形途中であり、その後、下型を上昇させてガラス素材を押圧し、前記密閉空間内での成形に必要な残りの変形を完了させることを特徴とする。
【００１２】
これにより、上型が押し切った時点で形成される密閉空間は、ガラス素材（成形品）の容量よりも大きく、ガラスが密閉空間に充填しきっていないため、ガラス素材の外径が側面形成部材の内径に到達する前に、密閉空間を形成することが可能となる。また、上型が押し切った時点で形成される密閉空間の中心高さは、ガラス素材の厚みよりも小さいため、下型が上昇する前に、ガラス素材が上下型によって、既に挟まれた状態となる。さらに、プレス成形によるガラス素材の変形を、下型で行う変形以外は、押し切り規制のある上型で行うことができる。
【００１３】
（第２の発明）
また、本発明では、前記発明の成形方法において、上型でガラス素材を押圧開始する時の型温をＴ_uとした時、下型での、押圧開始時の型の温度Ｔ_Lが、Ｔ_U−１５℃＜Ｔ_L≦Ｔ_Uであることを特徴とする。
【００１４】
これにより、第１の発明において、下型でのガラス素材の押圧変形を、より変形が容易な温度範囲で行うことができる。
【００１５】
（第３の発明）
また、本発明では、前記発明の成形方法において、プレス工程で型の温度を一定にしたまま、上型および下型によるガラス素材の押圧を順次行い、かつ、プレス工程における下型でのガラス素材の押圧状態を一旦解除した後に、冷却工程に移り、その後、型の温度が、プレス工程より１５℃以上低くなった時点で、再度、下型による押圧を行うことを特徴とする。
【００１６】
これにより、第１の発明において、下型でのガラス素材の押圧変形を、必要以上に行うことなく、かつ冷却中のガラス成形品に補助的にプレス圧を加え続けることができる。
【００１７】
（第４の発明）
更に、本発明では、前記成形型セットにおいて、前記密閉空間での上型の押圧による変形後で、ガラス素材の外径が、側面形成部材の内径以下に留まるように、上型押圧時の下型高さの位置が調整されていることを特徴とする。
【００１８】
これにより、第１〜３の発明において、上型押し切り時に密閉空間が形成される状態を維持したまま、上型が押し切った時点で形成される密閉空間の中心高さを変化させることができ、上型が押し切る前に変形したガラス素材が、側面形成部材の内径より外側にはみ出さないように、上型によるガラス素材変形量を調整することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明の光学素子の成形方法を、その実施形態において説明するための、成形型セットの縦断面図であり、図４はそのプロセスを示すグラフである。また、図５は本発明の他の実施形態での成形型セットの縦断面図であり、図６はそのプロセスを示すグラフである。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１において、成形型セットの外殻部を構成する胴型４には、この胴型４の中心軸を中心にして、胴型内を上下に連通するように、その上下端に貫通穴が形成されている。これら上下の貫通穴の内、上側の貫通穴には、円柱状に形成された上型部材１が上下方向に沿って摺動可能で、挿脱自在な状態で嵌合されている。
【００２１】
上型部材１の上端部には、円板状のフランジ部１ｃが形成されている。そして、このフランジ部１ｃの下面がスペーサ１１を介して胴型４の上面に上方から当接することにより、上型部材１は、それ以上、下方に移動することを阻止され、下方へのプレスストロークが規定されている。ただし、後述のように、上型部材１が側面形成部材３と当接する場合には、この当接より、上型部材１の、下方へのプレスストロークを規定することができる。その場合は、フランジ部１ｃによる上型部材１の下方へのプレスストスロークの規定は、補助的なものとなる。
【００２２】
なお、どちらを補助的な方法とするかは設計者の意図にもよるが、今回は、上型部材１と側面形成部材３とが、より密着する方法である、後者による方法とした。
【００２３】
また、上型部材１の下面中央には、ガラス素材６を押圧して、その表面に所望の形状を転写して、ガラス成形品である光学素子の光学機能面を形成するための成形面１ａが形成されている。さらに、上型部材１の下面外周部には、上型部材１が押し切った際に、側面形成部材３の上端周縁と当接して、下型部材２、側面形成部材３とともに密閉空間を形成させ、また、上型部材１と側面形成部材３の軸ずれを修正するために、後述するような、傾斜した当接面１ｂが形成されている。
【００２４】
なお、上型部材１の上方には、ガラス素材６に印加するプレス圧を発生させるための、駆動源及びプレス圧を伝える上軸など（いずれも図示せず）が配置されており、この駆動源が、上軸を介して下方に向けて押し出し動作されることにより、ガラス素材６にプレス圧が印加されるようになっている。
【００２５】
また、胴型４の上部には、上型部材１を加熱するためのヒータ７が内設され、上型部材１には、成形面１ａ近傍の温度を測定するためのセンサー（図示せず）が設置されており、さらに、Ｎ₂ガス供給源よりＮ₂噴出管を通して（いずれも図示せず）、上型部材１を冷却するようにしてある。
【００２６】
一方、胴型４の下側の貫通穴には、リング状に形成された側面形成部材３が、嵌合した状態で挿装されており、さらに、側面形成部材３の中心軸を中心として形成された貫通穴には、円柱状に形成された下型部材２が、上下方向に沿って摺動可能に挿入された状態で、嵌合されている。また、側面形成部材３の上面には、前述のように、上型部材１の当接面１ｂに当接するための当接面３ｂが形成されている。
【００２７】
下型部材２の下面は、胴型４が載置されている支持基板５の上面に、スペーサ１２を介して当接していて、この支持基板５により、上型部材１からガラス素材６を介して、下型部材２に伝達される下方へのプレス圧を受けるように構成されている。また、下型部材２の上面には、ガラス素材６の下面に所望の形状を転写して、成形される光学素子の光学機能面を形成するための成形面２ａが形成されている。なお、成形品１６の厚みは、前述のように、上型部材１が側面形成部材３に当接することにより規定され、成形する毎に成形品１６の厚みが変化しないようになされている。
【００２８】
また、この実施の形態では、上型部材の当接面１ｂと側面形成部材３の当接面３ｂとは、それぞれの中心軸に対して精度良く、かつ、対称な形状に形成されていて、お互いが密着できる形状となっている。例えば、ここでは、当接面１ｂが上型部材１の成形面１ａの延長で凸面となっており、当接面３ｂも実質的に同じ曲率の凹面となっているが、当接面１ｂがテーパー面であれば、当接面３ｂも実質的に同じ傾斜のテーパー面としてもよい。さらに、上型部材１と側面形成部材３の軸ずれが問題とならないような時には、当接面１ｂと当接面３ｂが軸線方向と直交する水平面であって、互いに当接するようにしてもよい。
【００２９】
また、下型部材２の下部には、駆動源とこれに接続した下軸（何れも図示せず）が設置されており、この下軸が上方に向けて押し出し動作することにより、支持基板５の貫通穴５ａを通り、スペーサ１２を介して、下型部材２の下面に作用する。このスペーサ１２は、上型部材１が押し切った時点で形成される密閉空間の中心高さを変えて、この時のガラス素材６の変形量を調整するとともに、最終形状の成形品１６の厚みを調整するものであり、この密閉空間の中心高さが、ガラス素材６の厚みよりも小さく、最終形状の成形品１６の厚みよりも大きくなるようにしておく。
【００３０】
このようにして、上下から押圧された成形品１６は、一定の厚みも維持する。このためには、バリ発生を回避する意味でも、光学機能面を転写する範囲外で、側面形成部材３の表面と各成形面１ａ、２ａとが接するコーナー部分に、ガラス素材６の分量誤差を吸収する空隙が残される工夫が必要である（図示せず）。
【００３１】
また、胴型４あるいは側面形成部材３と当接することで下方へのプレスストロークが規定されている上型部材１でガラス素材６を押圧変形する方が、胴型４あるいは側面形成部材３との当接部を実質的に持たない下型部材２でガラス素材６を押圧変形するより、成形品１６の厚みバラツキを少なくできるため、
下型部材２での押圧変形量をできるだけ少なくする方がよく、そのためには、上型部材１で押し切った時点で、ガラス素材６がはみ出すことなく、密閉空間を形成できる最大の、上型部材１での変形量となるように設定することが望ましい。その目安としては、上型部材１の押圧による変形後のガラス素材６の外径が、側面形成部材３の内径より、若干小さくなるように設定する（図２を参照）。
【００３２】
なお、下型部材２の下部の駆動源は、プレス工程で上型部材１がガラス素材６を押圧変形させた後に、プレス圧を下型部材２に印加して、ガラス素材６を押圧変形させるためのものであり、また、押圧変形動作が終了した後の冷却過程においても、プレス圧を下型部材２に印加して、成形品１６の面や形状が崩れるのを防止するためのものである。
【００３３】
また、胴型４の下部には、下型部材２および側面形成部材３を加熱するためのヒータ８が内設され、下型部材２には、成形面２ａ近傍の温度を測定するためのセンサー（図示せず）が設置されており、さらに、Ｎ₂ガス供給源よりＮ₂噴出管（何れも図示せず）を通して下型部材２を冷却するようにしてある。
【００３４】
胴型４の側面には、開口部４ａが形成されており、この開口部４ａより搬送部材（例えば、真空吸着ハンド：図示せず）を介して、成形型内へのガラス素材６の供給や、成形品１６の成形型外への搬出を行う。また、この開口部４ａより加熱部材（図示せず）が挿入され、ガラス素材６の加熱を行う。
【００３５】
なお、前述の胴型４に内設されたヒータ７、８は、それぞれ独立した温度調節機（図示せず）に接続され、それぞれ、上型部材１および下型部材２に設置されたセンサーにより検出された温度に基づいて制御される。
【００３６】
次に、上記のように構成された成形型を用いて、レンズを成形する手順について説明する。まず、上型部材１側の駆動源を引き込み動作させて、上型部材１を胴型４に対して上方にスライドさせ、下型部材２から逃がしておく。この状態において、胴型４の開口部４ａより、前記搬送部材を介して、ガラス素材６を下型部材２の成形面２ａ上に供給する。なお、上型部材１および下型部材２は、所定の成形条件に対応した温度に調整されている。
【００３７】
ガラス素材６が下型部材２の成形面２ａ上に供給されると、胴型４の開口部４ａより前記加熱部材が挿入され、ガラス素材６の加熱を行う。なお、ガラス素材６は、型外であらかじめ加熱され、これを型内に供給してもよい。
【００３８】
上型部材１、下型部材２及びガラス素材６が所定の温度に到達すると、前記加熱部材が胴型４の外側に退避し、直ちに、上型部材１側の駆動源を押し出し動作させて、密閉空間を形成する前に、ガラス素材６の上面に、上型部材１の成形面１ａを当接させ、ガラス素材６にプレス圧を印加させて、押圧成形を行う。
【００３９】
上型部材１の当接面１ｂが側面形成部材３の当接面３ｂに当接し、上型部材１と側面形成部材３との軸ずれが修正される時、下型部材２、側面形成部材３とにより密閉空間を形成するとともに、上型部材１による、ガラス素材６の変形動作が終了する。
【００４０】
次に、下型部材２側の駆動源を押し出し動作させて、下型部材２の成形面２ａからガラス素材６の下面にプレス圧を印加させ、密閉空間内にて、変形途中であったガラス素材６の押圧を、一定時間行い、その後、変形動作を完了した時点で、ガラス素材６の下面側のプレス圧を一旦解除する。この時、下型部材２の成形面２ａがガラス素材６の下面に接触する程度のごく小さな圧力をかけておいてもよい。
【００４１】
また、下型部材２によるガラス素材６の押圧時間は、密閉空間内にガラスが完全に充填するよりも短くなるように設定する。つまり、密閉空間の容量がガラス素材６の容量より若干大きくなるところで、下型部材２による押し込みを停止させる。即ち、この時の成形品の厚みが所望の寸法となるように、ガラス素材６の容量をあらかじめ調整しておく。なお、上型部材１でのガラス素材６の変形動作終了の確認は、前記上軸の動きをセンサーで検知することで、行う。
【００４２】
その後、冷却工程に移り、上型部材１と下型部材２はそれぞれＮ₂噴出管（図示せず）を通して供給されるＮ₂ガスによって冷却が促進される。そして、型がプレス変形時より１５℃より低い所定の温度まで冷却されたとき、成形品１６の面形状が崩れないように、再度下型部材２側の駆動源を押し出し動作させ、下型部材２により成形品１６の下方から圧力を印加する。そのまま冷却を続け、さらに所定の温度まで到達したときに、下型部材２側の駆動源を引き込み動作させて、下型部材２による圧力を解除する。
【００４３】
その後、さらに冷却を行い、所定の温度まで到達したときに、上型部材１側の駆動源を引き込み動作させて、上型部材１を上方に移動させ、搬送部材（図示せず）を介して、成形品１６を胴型４の開口部４ａより外部に取り出させる。この時、再度、下型部材２側の駆動源を押し出し動作させて、下型を上昇させ、側面形成部材３に対して成形品１６を突き出し、成形品１６を取り出させてもよい。
【００４４】
次に、カメラに使用されるレンズを例に詳細な成形条件の説明を行うことにする。ガラス素材は、図１に示すような、外径φ：１１ｍｍ、中心肉厚：６．５ｍｍの形状で、ランタン系ガラス（屈折率１．６８、アッベ数５４．９、転移点５６２℃）を使用し、下面側凹非球面（近似Ｒ３０ｍｍ）、上面側凹Ｒ３０で外径φ：１５ｍｍ、中心肉厚：１．５ｍｍの両凹レンズを成形する。
【００４５】
まず、上型部材１および下型部材２の温度が５３０℃（１０^14.9 ポアズ相当）のときにガラス素材６を投入し、前述のように、加熱部材によりガラス素材６の加熱を行う。この状態で上型部材１および下型部材２の温度が６２５℃（１０^9.0 ポアズ相当）になり、かつガラス素材６の温度も６２５℃（１０^9.0 ポアズ相当）になった時点で、上型部材１側の駆動源を３１００Ｎ（ニュートン）の力で押し出し動作（プレス動作）を開始し、上型部材１により、ガラス素材６の全変形量のほぼ９０％の量を押込んだ時点で（前述のように、下型部材２側のスペーサ１２の厚みは調整してある）、上型部材１の当接面１ｂが側面形成部材３の当接面３ｂに突き当たり、この突き当てにより下型部材２、側面形成部材３とともに密閉空間を形成して、上型の押し込み動作が終了するが、ガラス素材６の側面はまだ側面形成部材３の内径には接していない。また、突き当てた状態の上型部材１の圧力はそのまま保持しておく（図２の状態）。
【００４６】
そして、上軸の動きが毎秒１μｍ（マイクロメートル）以下となった時点をセンサーで感知して、上型の押し込み動作終了とみなし、次に、上型部材１および下型部材２の温度を変えることなく、下型部材２側の駆動源を２２００Ｎ（ニュートン）の力で押し出し動作させて、下型部材２によりガラス素材６に変形を加え、全変形量の残りほぼ１０％の量を数秒間かけて押し込む（図３の状態）。
【００４７】
その後、下型部材２側の駆動源の圧力を下げ、下型部材２によるガラス素材６への実質的な圧力を解除して、冷却工程へ移行する。冷却を開始して、まず６０５℃（１０^10.0ポアズ相当）になった時点で、上型部材１にかかる圧力をそのままとし、下型部材２により、成形品１６に２２００Ｎ（ニュートン）の力を加える。次に、この状態のまま冷却を続け、５４０℃（１０^14.1 ポアズ相当）になった時点で下型部材２の圧力も解除する。その後、５３０℃（１０^14.9 ポアズ相当）まで冷却し、上型部材１を上昇させて型を開き、成形品１６の取出しを行う。
【００４８】
上記のような一連の動作により、レンズの成形を実際に５００ショット行ったところ、面精度はもちろん、肉厚のばらつきも１０μｍ（マイクロメートル）程度に収まり、良好な精度の成形品を得ることができた。また、ガラス素材６の位置ずれや密閉空間からはみ出すようなこともなく、成形を行うことができた。
【００４９】
（第２の実施形態）
この実施の形態では、図５において、上型部材２１、下型部材２２、側面形成部材２３が両凸レンズを成形する形状になっている以外、型の構成については、第１の実施形態の場合と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
この場合も、上型部材２１の当接面２１ｂは成形面２１ａから同じ曲率で延長した凹面形状であり、これと接する側面形成部材２３の当接面２３ｂは同じ曲率の凸面形状となっていて、当接面２１ｂと当接面２３ｂとが当接して密着することにより、上型部材２１と側面形成部材２３の軸ずれを修正するとともに、上型部材２１、下型部材２２、側面形成部材２３とで密閉空間を形成する。
【００５１】
また、下型が凹面形状の場合、下型に置かれるガラス素材の位置が低くなり、上軸でのガラス素材の変形量が比較的大きくても、はみ出す割合が低くなるため、上型部材２１でのガラス素材の変形量が大きくなるように、下型部材２２は、それに対応するスペーサ３２で、位置調整しておく。
【００５２】
次に、上記のように構成された成形型によりレンズを成形する手順について説明する。ガラス素材を型内に供給し、所定の温度に加熱し、上型部材２１でガラス素材を押し込み、上型部材２１の当接面２１ｂが側面形成部材２３の当接面２３ｂに当接することで、上型部材２１でのガラス素材の変形動作を終了する。以上は、第１の実施形態と同様である。
【００５３】
その後、冷却を開始し、まず、プレス時の型の温度から１５℃以内の所定の温度となったときに、下型部材２２側の駆動源を押し込み動作させて、下型部材２２に圧力を印加し、ガラス素材の残りの変形量を変形させて行くが、冷却が進むにつれ、ガラス粘度の上昇とともにその変形量が減少し、その後は、実質的に保持するだけの状態となる。
【００５４】
つまり、ガラス素材を十分に変形させるには、プレス時の型の温度から１５℃以内が望ましく、必要な変形量が小さくてすむ場合は、下型部材２２での押し込みを比較的低い温度から開始する。さらに、冷却中の、成形品１６の面形状の崩れを防ぐために、下型部材２２による変形後の、成形品２６への圧力を保持したまま冷却を続ける。そして、所定の温度まで到達したときに、下型部材２２側の駆動源を引き込み動作させて、下型部材２２による圧力を解除する。これ以降の成形品の取り出しまでの工程は、第１の実施形態の場合と同様であるから、その説明は省略する。
【００５５】
ここで、また、第１の実施形態と同様、カメラに使用されるレンズを例に、詳細な成形条件の説明を行うことにする。ここでは、第１の実施形態と同様、ガラス素材に外径φ：１０．５ｍｍ、中心肉厚：７．０ｍｍの形状で、重クラウンガラス（屈折率１．５８、アッベ数５９．４、転移点５０６℃）を使用し、下面側凸非球面（近似Ｒ１８）、上面側凸Ｒ：１８ｍｍで外径φ：１４ｍｍ、中心肉厚：４．０ｍｍの両凸レンズを成形する。
【００５６】
まず、上型部材２１および下型部材２２の温度が４７０℃（１０^15.2 ポアズ相当）のときにガラス素材を投入し、前述のように加熱部材によりガラス素材の加熱を行う。そして、この状態で上型部材２１および下型部材２２の温度が５８０℃（１０^9.0 ポアズ相当）になり、かつガラス素材の温度も５８０℃（１０^9.0ポアズ相当）になった時点で、上型部材２１側の駆動源を３４００Ｎ（ニュートン）の力で押し出し動作させてプレス動作を開始し、上型部材２１によりガラス素材の全変形量のほぼ９５％の量を押込んだ時点で（前述のように、下型部材２２側のスペーサ３２の厚みが調整してある）、上型部材２１の当接面２１ｂが側面形成部材２３の当接面２３ｂに突き当たり、この突き当てにより下型部材２２、側面形成部材２３とともに密閉空間を形成して、上型の押し込み動作が終了するが、やはり、ガラス素材の側面は、まだ側面形成部材２３の内径には接していない。また、突き当てた状態の上型部材２１の圧力はそのまま保持しておく。
【００５７】
次に、冷却を開始し、まず５７０℃（１０^9.4 ポアズ相当）になった時点で、上型部材２１にかかる圧力はそのままとし、下型部材２２側の駆動源を２５００Ｎ（ニュートン）の力で押し出し動作させて、下型部材２２によりガラス素材に変形を加え、全変形量の残りほぼ５％の量を押し込んで行く（図５の状態）。
【００５８】
この状態のまま冷却し、５６０℃（１０^9.8 ポアズ相当）を越えて冷えて行くと、だんだんと変形量は減少する。そして、変形を終了した成形品２６を下型部材２２により保持した状態となる。さらに、この状態のまま冷却を続けて、４９０℃（１０^13.5 ポアズ相当）になった時点で、下型部材２２の圧力を解除し、その後に、４７０℃（１０^15.2 ポアズ相当）まで冷却して成形品２６の取り出しを行う。
【００５９】
上記のような一連の動作により、レンズの成形を実際に５００ショット行ったところ、面精度はもちろん、肉厚のばらつきも８μｍ（マイクロメートル）以内に収まっており、良好な精度の成形品を得ることができた。また、この場合も、ガラス素材の位置ずれや密閉空間からのはみ出しもなく、成形することができた。
【００６０】
このように、上型部材での変形量が大きくても、はみ出すことのない形状の場合は、下型での変形量を小さくすることにより、肉厚ばらつきについての精度をさらに向上することができる。
【００６１】
（他の実施形態）
以上、説明した実施形態においては、上型部材でガラス素材の変形を終了した時点での、ガラス素材の外径が、いずれも、側面形成部材に接触していない例となっているが、これは一つの目安であり、仮に、ガラス素材が側面形成部材に接触していたとしても、密閉空間からガラス素材がはみ出すことなく変形が終了していれば、本発明の趣旨（技術的範囲）を逸脱するものではない。従って、形状や成形条件によっては、ガラス素材が側面形成部材に接触した状態で、上型部材でのガラス素材の変形が終了する場合も考えられる。
【００６２】
また、これら実施形態においては、レンズの外径側面を成形するために、いずれも、リング状の側面形成部材を使用しているが、特に問題がなければ、側面形成部材の代わりに、胴型の一部にレンズの外径側面を転写する部分を形成して、成形を行ってもよい。
【００６３】
これら実施形態においては、いずれも、成形型について、１個取りの例で説明しているが、もちろん、所謂、多数個取りでも可能であり、また、レンズのみでなく、プリズムなどの、様々な形状の光学素子に応用できることは言うまでもない。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明によれば、まず、上型でプレスを開始し、押し切った時点でガラス素材の変形代を残した状態で密閉空間を形成し、その後下型でプレスすることによりガラス素材の変形を完了させるようにしたため、簡単なプロセスの変更により、上型によるプレス時の密閉空間からのガラス素材のはみ出しを防止することができ、まず型に余分な逃げ部を設ける必要がなくなる。それにより型の余分な加工が減り、また成形されたレンズの後加工が不要となる。また高価な近似形状のガラス素材を使用する必要がなくなり、あらゆる形状のガラス素材に適用することができる。
【００６５】
さらにプレス時の下型動作が原因で起きるガラス素材の型に対するずれもなくなり、素材のずれにより発生する成形品の偏肉（ずれ）不良や、ずれた方に発生するガラスの過密充填によるバリや融着の発生などを防止することができる。
【００６６】
また下型のみでプレスする方法に比べ、一度、上型で押し切って肉厚を決定した後に、残りの変形のみを下型で行うため、高価な装置を使用することなく、肉厚の安定した成形品が得られるなど、その効果は大きい。
【００６７】
また、第２の発明によれば、第１の発明において、下型でガラス素材を押圧開始する時の型の温度を、上型でのプレス温度と同じか、あるいは低くても１５℃より小さい温度差の範囲で行うようにしたため、下型でのガラス素材の押圧変形をより容易な範囲で行うことができるとともに、その変形量を容易に調整することができる。
【００６８】
また、第３の発明によれば、第１の発明において、プレス工程で温度を一定にしたまま、上型および下型でのガラス素材の押圧変形を順次行い、下型での押圧を一旦解除した後に冷却工程に移り、型温がプレス工程より１５℃以上低くなった時点で、再度、下型による押圧を行うようにしたため、下型でのガラス素材の押圧変形を必要以上に行うことなく、冷却中の、成形品の面の崩れを防止することができ、肉厚精度と面精度とも良好な成形品を得ることができる。
【００６９】
また、第４の発明によれば、前記第１〜３の発明において、上型の押圧による変形後のガラス素材の外径が、側面形成部材の内径以下となるように上型押圧時の下型高さの位置を調整するようにしたため、上型が押し切って密閉空間を形成する前の、ガラス素材が側面形成部材の内径より外側にはみ出すことによって起きるバリの発生や、そのバリを挟み込むことで起きる、上型の押し切り不良による成形品肉厚ばらつき不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である光学素子の成形方法を示す型の縦断面図であり、ガラス素材を型に供給した後の、プレス前の工程を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態である光学素子の成形方法を示す型の縦断面図であり、上型でのガラス素材を押し切った状態で示した図である。
【図３】本発明の一実施形態である光学素子の成形方法を示す型の縦断面図であり、下型での押圧変形動作が終了した状態を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態である光学素子の成形方法を示すプロセス線図である。
【図５】本発明の他の実施形態である光学素子の成形方法を示す型の縦断面図であり、下型での押圧変形動作が終了した状態を示した図である。
【図６】本発明の他の実施形態である光学素子の成形方法を示すプロセス線図である。
【図７】従来の方法による光学素子の成形方法を示す型の縦断面図であり、上型でのガラス素材を押し切った状態を示した図である。
【符号の説明】
１，２１上型部材
２，２２下型部材
１ａ，２ａ，２１ａ，２２ａ成形面
１ｂ，３ｂ，２１ｂ，２３ｂ当接部
１ｃ，２１ｃフランジ部
３，２３側面形成部材
４胴型
４ａ開口部
５支持基板
５ａ貫通穴
６，３６ガラス素材
７，８ヒータ
１１，１２，１４，３１，３２スペーサ
１６，２６成形品
３６ａはみ出し部

Claims

上型、下型の各成形面および側面形成部材の表面により密閉空間を形成する成形型セットにより、下型に置かれた加熱されたガラス素材を押圧する光学素子の成形方法において、プレス開始時にまず前記上型を下降させることで前記ガラス素材を押圧し、前記ガラス素材が前記側面形成部材に接触する前に、前記上型を前記側面形成部材の上面に当接することで前記押圧を停止すると同時に前記密閉空間を形成し、前記上型を前記側面形成部材に当接したまま、前記下型を上昇させて前記ガラス素材をプレスし、前記光学素子が前記密閉空間からはみ出すことなく変形させた後、前記成形型セットを冷却することを特徴とする光学素子の成形方法。
前記下型による前記ガラス素材の押圧は、前記冷却の開始以前に一旦解除し、前記成形型セットの冷却中に再度プレスすることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形方法。
前記下型による成形型セットの冷却中の押圧は、前記プレス温度よりも１５℃以上低くなった時点でなされることを特徴とする請求項２に記載の光学素子の成形方法。