JP3875306B2 - 光学素子の成形用型の製造方法及び光学素子の成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の成形用型の製造方法及び光学素子の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高精度の光学ガラス素子を加圧成形して製造するための金型材料としては高温でもガラスに対して化学的に不活性であり、ガラスの成形面となる部分が充分硬く、損傷を受けにくく、高温での成形により成形面が塑性変形や粒成長を起こさずに、繰り返し成形が行えるように耐熱衝撃性に優れ、さらに、超精密加工が行えるように加工性に優れていることが必要である。
【０００３】
これらの条件をある程度満足する金型材料として、例えば、特開昭６０−１７６９２８号公報や特開昭６０−１９５０２６号公報では超硬合金やＳｉＣを母材に用いることが開示されている。
【０００４】
一方、表面層に関しては、特開昭６３−２３８２２号公報において、窒化クロムや炭化クロム等のクロム化合物を用いることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光学ガラス素子の成形用型は母材を焼結により形成した後、外形を研削加工して所定の形状に仕上げ、成形面の研削及び研磨加工を行い、型表面に成膜する必要があり、型が完成するまでの工数が多い。
【０００６】
また、型の母材となる超硬合金及びセラミック材は結晶化されているため、格子欠陥及び粒界等があり、研磨加工により満足な面精度を得るためには困難を要する。
【０００７】
上記に示す通り、型加工は難しく、長時間かかるため、コスト高になり、成形された光学素子も高価になるという課題があった。
【０００８】
請求項１記載の発明は、一つの成形用型で多種の光学素子を安価に成形可能な成形用型の製造方法を提供することを目的とする。請求項２記載の発明は、ガラス遷移挙動を示す非晶質材を用いて成形される光学素子の成形方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明に係る光学素子の成形用型はの製造方法は、加熱軟化したガラス素材を、一対の成形用型で押圧することにより、所望の光学素子とする光学素子の成形用型の製造方法において、ガラス遷移挙動を示す非晶質材を、前記非晶質材のガラス転移温度Ｔｇよりも高く前記非晶質材の結晶化開始温度Ｔｘよりも低い温度Ｔに加熱する工程と、加熱された前記非晶質材を成形し、粗成形型とする工程と、前記光学素子と同形状のブランクを前記粗成形型で押圧することにより、前記粗成形型を所望の成形面が形成された成形用型とする工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明に係る光学素子の成形方法は、加熱軟化したガラス素材を、一対の成形用型で押圧することにより、所望の光学素子とする光学素子の成形方法において、前記成形用型は、ガラス遷移挙動を示す非晶質材からなり、前記ガラス素材のガラス転移温度をＧＴｇ、成形面を形成するためのブランクの融点をＢＴｍ、前記非晶質材の結晶化開始温度をＴｘとすると、前記非晶質材のガラス転移温度Ｔｇが、ＧＴｇ＜Ｔｇ＜ＢＴｍ、Ｔｇ＜Ｔｘで示す範囲であり、前記光学素子と同形状の前記ブランクを押圧することにより得られた前記成形用型を温度Ｔ’（ＧＴｇ≦Ｔ’＜Ｔｇ）に加熱して前記光学素子を成形することを特徴とする。
【００１９】
請求項１記載の発明に係る光学素子の成形用型の製造方法によれば、ブランクを成形用型で押圧する度に、成形用型の成形面を所望の形状に変化させることができ、ブランクを多種用意することで一つの成形用型で多種の光学素子を成形することが可能となる。
【００２１】
請求項２記載の光学素子の成形方法は、上記成形用型でガラス素材を押圧する際、上記成形用型を上記成形用型のガラス転移温度Ｔｇより低い温度で加熱することにより、成形用型が変形することを防止し、上記成形用型をガラス素材のガラス転移温度ＧＴｇより高い温度で加熱することにより、上記成形用型でガラス素材を押圧し、所望の光学素子を成形することを可能とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
（構成）
Ｚｒが５５％、Ｃｕが３０％、Ａｌが１０％、Ｎｉが５％（数値は原子％）の組成を有する、溶融合金を作り、図１に示すように、この溶融合金を鋳造装置１の湯口２より銅製鋳型３に鋳込み急冷させて非晶質成形素材４を得た。冷却終了後、図２に示すように、得ようとするガラス成形用金型７に対応する形状の成形用金型５内に非晶質成形素材４を移し、再度その非晶質成形素材４のガラス転移温度Ｔｇと結晶化温度Ｔｘ間の温度に加熱（本実施の形態１では４７０℃）する。尚、図１、図２中、１６はヒータである。
【００２４】
温度安定後、移動型６を下動させ５０ＭＰａの圧力で成形し、この非晶質成形素材４のガラス転移温度Ｔｇ以下まで冷却させ、この後、成形用金型５内から取り出しガラス成形用金型７とする。成形により得られたガラス成形用金型７は、前記成形用金型５の形状を正確に再現しており、形状精度０．５μｍの形状精度であった。このガラス成形用金型７の成形面７ａを研磨加工により形状精度０．１μｍに仕上げ、ガラス成形用金型７を完成させた。
【００２５】
図３は、上述の工程で得られたガラス成形用金型７を用いたガラス成形装置を示すものであり、加熱炉８、上型９、下型１０、上型用ヒータ１１、下型用ヒータ１２、搬送用アーム１３、搬送皿１４を備えて構成されている。
【００２６】
（作用）
上記構成のガラス成形装置により、直径１０ｍｍで両平面を有するＳＦ系のガラス素材１５を搬送皿１４に載置して搬送アーム１３に保持させ、加熱炉８内で４５０℃まで加熱する。この後、非酸化性雰囲気にされた成形室１７の上型９、下型１０間に搬送用アーム１３の動作でガラス素材１５を搬送する。
【００２７】
搬送終了後、型温４００℃に設定された上型９、下型１０の可動により、８０ＭＰａの圧力で成形される。その後、成形室外に搬出され搬送皿１４から成形された光学素子が取り出される。以上の工程により、成形された光学素子の面精度は高精度であり、微小焼き付きによるガラスの欠落などなく良好であった。ガラス成形用金型７においても損傷、劣化がなかった。
【００２８】
（効果）
本実施の形態１のガラス成形用金型７によれば、金型形状を成形によって高精度に製作することができるので、焼結、研削工程が不要になる。尚、本実施の形態１ではＺｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 をガラス成形用金型の材科として使用したが、ガラス遷移挙動を示す非晶質材であれば他の材料でも良い。また、本実施の形態１では成形面に表面層を施さなかったが必要に応じて成形面に膜付けをしても良い。
【００２９】
（実施の形態２）
（構成）
Ｚｒが５５％、Ｃｕが３０％、Ａｌが１０％、Ｎｉが５％（数値は原子％）の組成を有する、溶融合金を作り、図１に示すように、この溶融合金を鋳造装置１の湯口２より銅製鋳型３に鋳込み急冷させて非晶質成形素材４を得た。冷却終了後、図２に示すように、得ようとするガラス成形用金型７に対応する形状の成形用金型５内に非晶質成形素材４を移し、再度その非晶質成形素材４のガラス転移温度Ｔｇと結晶化温度Ｔｘ間の温度に加熱（本実施の形態２では４７０℃）する。
【００３０】
温度安定後、移動型６を下動させ５０ＭＰａの圧力で成形し、この非晶質成形素材４のガラス転移温度Ｔｇ以下まで冷却させ、この後、成形用金型５内から取り出しガラス成形用金型７とする。成形により得られたガラス成形用金型７は、前記成形用金型５の形状を正確に再現しており、形状精度０．５μｍの形状精度であった。このガラス成形用金型７の成形面７ａを加工により形状精度０．１μｍに仕上げ、ガラス成形用金型７を完成させた。
【００３１】
このガラス成形用金型７を非酸化性雰囲気中で６００℃で２時間熱処理を行い非晶質材を結晶化させた。
【００３２】
（作用）
図３に示す実施の形態１と同様構成のガラス成形装置により、直径１０ｍｍで両平面を有するＬａ系のガラス素材１５を搬送皿１４に載置して搬送アーム１３に保持させ、加熱炉８内で７００℃まで加熱する。この後、非酸化性雰囲気にされた成形室１７の上型９、下型１０間に搬送用アーム１３の動作で、ガラス素材１５を搬送する。
【００３３】
搬送終了後、型温６１０℃に設定された上型９、下型１０の可動により、８０ＭＰａの圧力で成形される。その後、成形室外に搬出され搬送皿１４から成形された光学素子が取り出される。以上の工程により、成形された光学素子の面精度は高精度であり、微小焼き付きによるガラスの欠落などなく良好であった。ガラス成形用金型７においても損傷、劣化がなかった。
【００３４】
（効果）
本実施の形態２のガラス成形用金型７によれば、金型形状を成形によって高精度に製作することができるので、焼結、研削工程が不要になる。尚、本実施の形態２では非晶質材を結晶化させることにより、金型材質のガラス転移温度以上の転移点をもつガラスにおいても金型を変形させずに成形を行うことができる。
【００３５】
本実施の形態２では、Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 をガラス成形用金型の材科として使用したが、ガラス遷移挙動を示す非晶質材であれば他の材料でも良い。また、本実施の形態１では成形面に表面層を施さなかったが必要に応じて成形面に膜付けをしても良い。
【００３６】
（実施の形態３）
（構成）
Ｚｒが５５％、Ｃｕが３０％、Ａｌが１０％、Ｎｉが５％（数値は原子％）の組成を有する、溶融合金を作り、図４に示すように、この溶融合金を鋳造装置１の湯口２よりガラス成形用金型２７の成形面上の非球面形状の近似形状部２３ａを有する銅製鋳型２３に鋳込み急冷させて非晶質成形素材２４を得た。
【００３７】
冷却終了後、図５に示すように、得ようとするガラス成形用金型２７に対応する形状の成形用金型２５内に非晶質成形素材２４を移し、再度その非晶質素材２４のガラス転移温度Ｔｇと結晶化温度Ｔｘ間の温度に加熱（本実施の形態３では４７０℃）する。
【００３８】
温度安定後、所望の非球面形状２６ａを有する移動型２６を下動させ、４０ＭＰａの圧力で押圧成形した後、その非晶質成形素材のガラス転移温度Ｔｇ以下まで冷却させ成形形用金型２５から取り出す。成形により得られたガラス成形用金型２７は、成形用金型２５、移動型２６の形状を正確に再現しており、非球面の形状精度は０．２μｍの形状精度であった。
【００３９】
（作用）
このようにして得られたガラス成形用金型２７を用いて、実施の形態１と同様の成形方法により成形を行った結果、得られた光学素子の面精度は高精度であり、微小焼き付きによるガラスの欠落等なく良好であった。また、ガラス成形用２７においても損傷、劣化がなかった。
【００４０】
（効果）
本実施の形態３のガラス成形用金型２７によれば、金型形状を成形によって高精度に作製することができるので、焼結、研削工程が不要になる。また、成形面も成形により製作することができるので、移動型２６の成形面２６ａを一度加工すれば成形面の研削、研磨加工なしで同形状のガラス成形用金型を繰り返しを製造することが可能となり、金型コストを低減することができる。
【００４１】
尚、本実施の形態３ではＺｒ55.5Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 をガラス成形用金型の材料として使用したが、ガラス遷移挙動を示す非晶質材であれば他の材料でも良い。また、本実施の形態３では成形面に表面層を施さなつかたが必要に応じて成形面に膜付けをしても良い。さらに、実施の形態３では成形面を非球面形状としたが、アナモフィック、回折格子等の加工性の悪い形状を成形面形状とでする場合、更に効果が期待できる。
【００４２】
（実施の形態４）
（構成）
図６、図７は溶融合金１０１から粗成形型（以下、原形成形用型１１６及び１１７と称する）を鋳造する鋳造装置の断面図を示す。図８乃至図１０及び図１１乃至図１３は成形用型及び光学素子の成形装置の断面図を示す。図６において、Ｃｏ６８．８Ｆｅ４．２Ｓｉ１５Ｂ１２（数値は原子％）の組成を有する溶融合金１０１は中空円筒形であり、外周にヒーター１０２を備えたプランジャースリーブ１０３の内部に挿入される。
【００４３】
プランジャー１０４は、プランジャースリーブ１０３の内径に嵌合する形状であり、図示しないエアーシリンダによりプランジャースリーブ１０３内部を上下動する。鋳型１０５は銅製であり、上部に排気口１０６が設けられ、下部はプランジャースリーブ１０３の上部に接合されている。上述した鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７は、図８乃至図１０に示されるブランク１１５を押圧することにより、成形面１１２ａ及び１１３ａを有する上型１１２及び下型１１３になる。
【００４４】
従って、原形成形用型１１６及び１１７のブランク成形により、将来成形面となる部分（押圧面）１１６ａ及び１１７ａは平面もしくは球面でよい。
【００４５】
本実施の形態４では、所望の光学素子が凸型両面非球面レンズであるため、将来成形面となる部分１１６ａ及び１１７ａは上記非球面の近似球面とした。図８乃至図１０において、ブランク１１５は保持部材１０８に載置され、搬送装置１０９により、加熱炉１１０から成形室１１１の内部まで移動可能である。
【００４６】
二つの原形成形用型１１６及び１１７は、成形室１１１の内部で対向配置されており、各々の外周に上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９を備えている。原形成形用型１１７は、図示してないエアーシリンダにより上下動力可能となっている。また、成形室１１１の内部は、非酸化性雰囲気で満たされている。
【００４７】
ブランク１１５は、ニオブ（Ｎｂ）からなりその融点ＢＴｍは２５２０℃である。
また、ブランク１１５の原形成形用型１１６及び１１７の押圧面１１６ａ及び１１７ａに当接する部分１１５ａ及び１１５ｂの形状は所望の光学素子１１８の光学機能面と同形状であり、また、上記ブランク１１５の上記原形成形用型１１６及び１１７の押圧面１１６ａ及び１１７ａに当接する部分１１５ａ及び１１５ｂは研磨されている。
【００４８】
図１１乃至図１３において、ガラス素材１０７は保持部材１０８に載置され搬送装置１０９により、加熱炉１１０から成形室１１１内部まで移動可能となっている。
【００４９】
上型１１２及び下型１１３は成形室１１１の内部で対向配置されており、各々外周に上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９を備えている。下型１１３は図示しないエアーシリンダにより上下動が可能である。また、成形室１１１の内部は非酸化性雰囲気で満たされている。ガラス素材１０７は、重フリント系ガラスであり、そのガラス転移温度ＧＴｇは３９３℃、軟化温度は４４９℃である。
【００５０】
なお、図８乃至図１０及び図１１乃至図１３に示される成形装置は、ブランク１１５とガラス素材１０７、原形成形用型１１６及び１１７と上型１１２及び下型１１３との差異以外は同一の構成となっている。
【００５１】
（作用）
図６において、Ｃｏ68.8Ｆｅ4.2 Ｓｉ15Ｂ12（数値は原子％）の組成を有する溶融合金１０１は、プランジャースリーブ１０３の内部に挿入され、プランジャースリーブ１０３の外周に設けられたヒーター１０２により７８０℃に加熱される。加熱された溶融合金１０１はプランジャー１０４により鋳型１０５の内部へ圧力６０ＭＰａ、最大射出速度２．０ｍ／ｓで押し出される。圧力保持を０．０５秒程行い、鋳型１０５は常温なので溶融合金１０１は急冷される。その後プランジャー１０４の圧力を０Ｐａにして３０分程放置した。
【００５２】
このような鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７はガラス遷移挙動を示す非晶質材であり、ガラス転移温度Ｔｇは４５０℃、結晶化開始温度Ｔｘは５１２℃である。図８において、鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７を成形室１１１の内部に対向配置する。一方、ブランク１１５は保持部材１０８に載置し加熱炉１１０により５１０℃まで加熱される。
【００５３】
次に、図９に示すように、加熱された上記ブランク１１５を対向配置の二つの原形成形用型１１６及び１１７との間に搬送装置１０９により移動する。上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９により原形成形用型１１６及び１１７は各々予め原形成形用型１１６及び１１７が過冷却状態にある温度（ガラス転移温度Ｔｇ４５０℃と結晶化開始温度Ｔｘ５１２℃との間の温度）４９０℃に加熱されている。搬送終了後、原形成形用型１１７が図示されていないエアーシリンダにより上方に移動し、ブランク１１５を上記原形成形用型１１６及び１１７とで圧力１０ＭＰａで押圧する。
【００５４】
次に、図１０に示すように、上記圧力を４０秒間保持し、その後に原形成形用型１１７を図示しないエアーシリンダにより下方に移動しブランク１１５から離型する。すると、原形成形用型１１６及び１１７はブランク１１５の研磨面１１５ａ及び１１５ｂ、即ち、光学素子１１８の光学機能面１１８ａ及び１１８ｂの反転した形状が転写した成形面１１２ａ及び１１３ａを有する成形用型１１２及び１１３になる。接触式表面形状測定機により測定された成形面１１２ａ及び１１３ａの転写精度は０．１μｍ以下であった。
【００５５】
次に、図１１に示すように、上記ブランク成形により得られた上型１１２及び下型１１３を成形室１１１の内部に対向配置する。一方、ガラス素材１０７は保持部材１０８に載置し加熱炉１１０により４４５℃まで加熱される。そして、図１２に示すように、加熱された上記ガラス素材１０７を対向配置する上型１１２及び下型１１３との間に搬送装置９により移動する。
【００５６】
上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９により上型１１２及び下型１１３は各々予めガラス素材１０７が過冷却状態にある温度（ガラス転移温度ＧＴｇ３９３℃以上の温度）４００℃に加熱されている。搬送終了後、下型１１３が図示しないエアーシリンダにより上方に移動し、ガラス素材１０７を上型１１２及び下型１１３とで圧力６５ＭＰａで押圧する。図１３において、上記圧力を１０秒間保持し、その後に下型１１３を図示しないエアーシリンダにより下方に移動しガラス素材１０７から離型する。すると、ガラス素材１０７を基に、上型１１２及び下型１１３の成形面１１２ａ及び１１３ａの反転した形状の、即ち、所望の形状の光学素子１１８が得られる。
【００５７】
接触式表面形状測定機により測定された成形面１１２ａ及び１１３ａの転写精度は０．２μｍ以下であった。また、原形成形用型１１６及び１１７が上型１１２及び下型１１３になる際、原形成形用型１１６及び１１７をブランク１１５により成形するため、上型１１２及び下型１１３の成形面１１２ａ及び１１３ａの周辺に若干の駄肉ができるがガラス素材１０７の成形には支障がない。
【００５８】
（効果）
本実施の形態４によれば、原形成形用型１１６及び１１７がガラス遷移挙動を示す非晶材であるため、上記原形成形用型１１６及び１１７でブランク１１５を押圧することでその成形面を形成すること可能であり、よって、一つの成形用型で多種の光学素子が成形可能となり、型の加工が短時間ですみ、かつ、型材料が効率よく用いられるため、成形用型が安価になるという効果がある。また、型加工コストの安い上記成形用型１１６及び１１７を用いて成形することで、光学素子１１８を安価に製造できる。
【００５９】
（実施の形態５）
（構成）
実施の形態５においては、図６に示す鋳造装置において、Ｃｏ75Ｓｉ10Ｂ15（数値は原子％）の組成を有する溶融合金１０１は中空円筒形であり外周にヒーター１０２を備えたプランジャースリーブ１０３の内部に挿入される。プランジャー１０４はプランジャースリーブ１０３の内径に嵌合する形状であり、図示しないエアーシリンダによりプランジャースリーブ１０３の内部を上下動する。鋳型１０５は銅製であり上部に排気口１０６が設けられ、下部はプランジャースリーブ１０３の上部に接合されている。上記鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７は図８乃至図１０に示されるブランク１１５を押圧することにより、成形面１１２ａ及び１１３ａを有する上型１１２及び下型１１３になる。
【００６０】
従って、原形成形用型１１６及び１１７のブランク成形により、将来成形面となる部分１１６ａ及び１１７ａは平面若しくは球面でよい。実施の形態５では所望の光学素子１１８が光学機能面１１８ａ、１１８ｂを有する凸型両面非球面レンズであるため、将来成形面となる部分１１６ａ及び１１７ａは上記非球面の近似球面とした。上記以外の構成は実施の形態４の場合と同様である。
【００６１】
（作用）
本実施の形態５において、既述した場合と同様、Ｃｏ７５Ｓｉ１０Ｂ１５の組成を有する溶融合金１０１は図６に示すプランジャースリーブ１０３の内部に挿入され、プランジャースリーブ１０３の外周に設けられたヒーター１０２により７５０℃に加熱される。加熱された上記溶融合金１０１はプランジャー１０４により鋳型１０５の内部へ圧力８０ＭＰａ、最大射出速度２．０ｍ／ｓで押し出される。圧力保持を０．０５秒程行い、鋳型１０５は常温なので溶融合金１０１は急冷される。その後プランジャー１０４の圧力を０Ｐａにして３０分程放置した。上記鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７はガラス遷移挙動を示す非晶質材であり、ガラス転移温度Ｔｇは４４０℃、結晶化開始温度Ｔｘは５００℃である。
【００６２】
次に、図９に示すように、上記鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７を成形室１１１の内部に対向配置する。一方、ブランク１１５は保持部材１０８に載置し加熱炉１１０により５００℃まで加熱される。次に、図９に示すように、加熱された上記ブランク１１５を対向配置の二つの原形成形用型１１６及び１１７の間に搬送装置１０９により移動する。上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９により原形成形用型１１６及び１１７は各々予め原形成形用型１１６及び１１７が過冷却状態にある温度（ガラス転移温度Ｔｇ４４０℃と結晶化開始温度Ｔｘ５００℃との間の温度）４８０℃に加熱されている。
【００６３】
搬送終了後、原形成形用型１１７が図示しないエアーシリンダにより上方に移動し、ブランク１１５を上記原形成形用型１１６及び１１７とで圧力２０ＭＰａで押圧する。図１０において、上記圧力を６０秒間保持し、その後に原形成形用型１１７を図示しないエアーシリンダにより下方に移動し、ブランク１１５から離型する。すると、原形成形用型１１６及び１１７はブランク１１５の研磨面１１５ａ及び１１５ｂ、即ち、光学素子１１８の光学機能面１１８ａ及び１１８ｂの反転した形状が転写した成形面１１２ａ及び１１３ａを有する成形用型１１２及び１１３になる。接触式表面形状測定機により測定された成形面１１２ａ及び１１３ａの転写精度は０．１μｍ以下であった。
【００６４】
次に、図１１に示すように、上記ブランク成形により得られた上型１１２及び下型１１３を成形室１１１の内部に対向配置する。一方、ガラス素材１０７は保持部材１０８に載置し加熱炉１１０により４４５℃まで加熱される。図１２において、加熱された上記ガラス素材１０７を上記上型１１２及び下型１１３の間に搬送装置１０９により移動する。上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９により、上型１１２及び下型１１３は、各々予めガラス素材１０７が過冷却状態にある温度(ガラス転移温度ＧＴｇ３９３℃以上の温度)４００℃に加熱されている。搬送終了後、下型１１３が図示しないエアーシリンダにより上方に移動し、上記ガラス素材１０７を上型１１２及び下型１１３とで圧力６５ＭＰａで押圧する。
【００６５】
次に、図１３に示すように、上記圧力を１０秒間保持し、その後に下型１１３を図示しないエアーシリンダにより下方に移動しガラス素材１０７から離型する。すると、ガラス素材１０７を基に、上型１１２及び下型１１３の成形面１１２ａ及び１１３ａの反転した形状、即ち、所望の形状の光学素子１８を得ることができる。接触式表面形状測定機により測定された成形面１１２ａ及び１１３ａの転写精度は０．２μｍ以下であった。また、原形成形用型１１６及び１１７が上型１１２及び下型１１３になる際、原形成形用型１１６及び１１７をブランク１１５により成形するため、上型１１２及び下型１１３の成形面１１２ａ及び１１３ａの周辺に若干の駄肉ができるがガラス素材７の成形には支障がない。
【００６６】
（効果）
本実施の形態５によれば、実施の形態４と同様の効果を発揮させることができる。
【００６７】
（実施の形態６）
（構成）
実施の形態６においては、図６に示す鋳造装置において、Ｚｒ33Ｙ27Ａｌ15Ｎｉ25（数値は原子％）の組成を有する溶融合金１０１は、溶融合金１０１は中空円筒形であり外周にヒーター１０２を備えたプランジャースリーブ１０３の内部に挿入される。プランジャー１０４はプランジャースリーブ１０３の内径に嵌合する形状であり、図示しないエアーシリンダによりプランジャースリーブ１０３の内部を上下動する。鋳型１０５は銅製であり上部に排気口１０６が設けられ、下部はプランジャースリーブ１０３の上部に接合されている。上記鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７は図８乃至図１０に示されるブランク１１５を押圧することにより、成形面１１２ａ及び１１３ａを有する上型１１２及び下型１１３になる。
【００６８】
従って、原形成形用型１１６及び１１７のブランク成形により、将来成形面となる部分１１６ａ及び１１７ａは平面若しくは球面でよい。実施の形態５では所望の光学素子１１８が光学機能面１１８ａ、１１８ｂを有する凸型両面非球面レンズであるため、将来成形面となる部分１１６ａ及び１１７ａは上記非球面の近似球面とした。上記以外の構成は実施の形態４の場合と同様である。
【００６９】
（作用）
本実施の形態６において、既述した場合と同様、Ｚｒ３３Ｙ２７Ａｌ１５Ｎｉ２５の組成を有する溶融合金１０１は図６に示すプランジャースリーブ１０３の内部に挿入され、プランジャースリーブ１０３の外周に設けられたヒーター１０２により７５０℃に加熱される。加熱された上記溶融合金１０１はプランジャー１０４により鋳型１０５の内部へ圧力８０ＭＰａ、最大射出速度２．０ｍ／ｓで押し出される。圧力保持を０．０５秒程行い、鋳型１０５は常温なので溶融合金１０１は急冷される。その後プランジャー１０４の圧力を０Ｐａにして３０分程放置した。上記鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７はガラス遷移挙動を示す非晶質材であり、ガラス転移湿度Ｔｇは４３５℃、結晶化開始温度Ｔｘは５３９℃である。
【００７０】
次に、図９に示すように、上記鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７を成形室１１１の内部に対向配置する。一方、ブランク１１５は保持部材１０８に載置し加熱炉１１０により５４０℃まで加熱される。次に、図９に示すように、加熱された上記ブランク１１５を対向配置の二つの原形成形用型１１６及び１１７の間に搬送装置１０９により移動する。上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９により原形成形用型１１６及び１１７は各々予め原形成形用型１１６及び１１７が過冷却状態にある温度（ガラス転移温度Ｔｇ４３５℃と結晶化開始温度Ｔｘ５３９℃との間の温度）５００℃に加熱されている。
【００７１】
搬送終了後、原形成形用型１１７が図示しないエアーシリンダにより上方に移動し、ブランク１１５を上記原形成形用型１１６及び１１７とで圧力１２ＭＰａで押圧する。図１０において、上記圧力を４０秒間保持し、その後に原形成形用型１１７を図示しないエアーシリンダにより下方に移動し、ブランク１１５から離型する。すると、原形成形用型１１６及び１１７はブランク１１５の研磨面１１５ａ及び１１５ｂ、即ち、光学素子１１８の光学機能面１１８ａ及び１１８ｂの反転した形状が転写した成形面１１２ａ及び１１３ａを有する成形用型１１２及び１１３になる。接触式表面形状測定機により測定された成形面１１２ａ及び１１３ａの転写精度は０．１μｍ以下であった。
【００７２】
次に、図１１に示すように、上記ブランク成形により得られた上型１１２及び下型１１３を成形室１１１の内部に対向配置する。一方、ガラス素材１０７は保持部材１０８に載置し加熱炉１１０により４２５℃まで加熱される。図１２において、加熱された上記ガラス素材１０７を上記上型１１２及び下型１１３の間に搬送装置１０９により移動する。上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９により、上型１１２及び下型１１３は、各々予めガラス素材１０７が過冷却状態にある温度(ガラス転移温度ＧＴｇ３９３℃以上の温度)４１０℃に加熱されている。搬送終了後、下型１１３が図示しないエアーシリンダにより上方に移動し、上記ガラス素材１０７を上型１１２及び下型１１３とで圧力６０ＭＰａで押圧する。
【００７３】
次に、図１３に示すように、上記圧力を１０秒間保持し、その後に下型１１３を図示しいないエアーシリンダにより下方に移動しガラス素材１０７から離型する。すると、ガラス素材１０７を基に、上型１１２及び下型１１３の成形面１１２ａ及び１１３ａの反転した形状、即ち、所望の形状の光学素子１８を得ることができる。接触式表面形状測定機により測定された成形面１１２ａ及び１１３ａの転写精度は０．２μｍ以下であった。また、原形成形用型１１６及び１１７が上型１１２及び下型１１３になる際、原形成形用型１１６及び１１７をブランク１１５により成形するため、上型１１２及び下型１１３の成形面１１２ａ及び１１３ａの周辺に若干の駄肉ができるがガラス素材７の成形には支障がない。
【００７４】
(効果)
本実施の形態６によれば、実施の形態４と同様の効果を発揮させることができる。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ブランクにより成形面が形成可能な光学素子成形用型の製造方法を提供できる。
【００７６】
請求項２記載の発明によれば、所望の形状の光学素子を成形し得る成形方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１または２の鋳造装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１または２におけるガラス成形用金型による成形の状態を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１または２のガラス成形装置を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態３の鋳造装置を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態３におけるガラス成形用金型による成形の状態を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態４、５または６の鋳造装置を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４、５または６の鋳造装置を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４、５または６の光学素子の成形装置を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４、５または６の光学素子の成形装置による成形工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４、５または６の光学素子の成形装置による成形工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４、５または６の光学素子の成形装置による成形工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４、５または６の光学素子の成形装置による成形工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４、５または６の光学素子の成形装置による成形工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 鋳造装置
５ 成形用金型
６ 移動型
９ 上型
１０ 下型
１５ ガラス素材
２３ 鋳型
２４ 非晶質成形素材
２５ 成形用金型
２７ ガラス成形用金型
１０１ 溶融合金
１０５ 鋳型
１１５ ブランク
１１６ 原形成形用型
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の成形用型の製造方法及び光学素子の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高精度の光学ガラス素子を加圧成形して製造するための金型材料としては高温でもガラスに対して化学的に不活性であり、ガラスの成形面となる部分が充分硬く、損傷を受けにくく、高温での成形により成形面が塑性変形や粒成長を起こさずに、繰り返し成形が行えるように耐熱衝撃性に優れ、さらに、超精密加工が行えるように加工性に優れていることが必要である。
【０００３】
これらの条件をある程度満足する金型材料として、例えば、特開昭６０−１７６９２８号公報や特開昭６０−１９５０２６号公報では超硬合金やＳｉＣを母材に用いることが開示されている。
【０００４】
一方、表面層に関しては、特開昭６３−２３８２２号公報において、窒化クロムや炭化クロム等のクロム化合物を用いることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光学ガラス素子の成形用型は母材を焼結により形成した後、外形を研削加工して所定の形状に仕上げ、成形面の研削及び研磨加工を行い、型表面に成膜する必要があり、型が完成するまでの工数が多い。
【０００６】
また、型の母材となる超硬合金及びセラミック材は結晶化されているため、格子欠陥及び粒界等があり、研磨加工により満足な面精度を得るためには困難を要する。
【０００７】
上記に示す通り、型加工は難しく、長時間かかるため、コスト高になり、成形された光学素子も高価になるという課題があった。
【０００８】
請求項１記載の発明は、一つの成形用型で多種の光学素子を安価に成形可能な成形用型の製造方法を提供することを目的とする。請求項２記載の発明は、ガラス遷移挙動を示す非晶質材を用いて成形される光学素子の成形方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明に係る光学素子の成形用型はの製造方法は、加熱軟化したガラス素材を、一対の成形用型で押圧することにより、所望の光学素子とする光学素子の成形用型の製造方法において、ガラス遷移挙動を示す非晶質材を、前記非晶質材のガラス転移温度Ｔｇよりも高く前記非晶質材の結晶化開始温度Ｔｘよりも低い温度Ｔに加熱する工程と、加熱された前記非晶質材を成形し、粗成形型とする工程と、前記光学素子と同形状のブランクを前記粗成形型で押圧することにより、前記粗成形型を所望の成形面が形成された成形用型とする工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明に係る光学素子の成形方法は、加熱軟化したガラス素材を、一対の成形用型で押圧することにより、所望の光学素子とする光学素子の成形方法において、前記成形用型は、ガラス遷移挙動を示す非晶質材からなり、前記ガラス素材のガラス転移温度をＧＴｇ、成形面を形成するためのブランクの融点をＢＴｍ、前記非晶質材の結晶化開始温度をＴｘとすると、前記非晶質材のガラス転移温度Ｔｇが、ＧＴｇ＜Ｔｇ＜ＢＴｍ、Ｔｇ＜Ｔｘで示す範囲であり、前記光学素子と同形状の前記ブランクを押圧することにより得られた前記成形用型を温度Ｔ’（ＧＴｇ≦Ｔ’＜Ｔｇ）に加熱して前記光学素子を成形することを特徴とする。
【００１９】
請求項１記載の発明に係る光学素子の成形用型の製造方法によれば、ブランクを成形用型で押圧する度に、成形用型の成形面を所望の形状に変化させることができ、ブランクを多種用意することで一つの成形用型で多種の光学素子を成形することが可能となる。
【００２１】
請求項２記載の光学素子の成形方法は、上記成形用型でガラス素材を押圧する際、上記成形用型を上記成形用型のガラス転移温度Ｔｇより低い温度で加熱することにより、成形用型が変形することを防止し、上記成形用型をガラス素材のガラス転移温度ＧＴｇより高い温度で加熱することにより、上記成形用型でガラス素材を押圧し、所望の光学素子を成形することを可能とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
（構成）
Ｚｒが５５％、Ｃｕが３０％、Ａｌが１０％、Ｎｉが５％（数値は原子％）の組成を有する、溶融合金を作り、図１に示すように、この溶融合金を鋳造装置１の湯口２より銅製鋳型３に鋳込み急冷させて非晶質成形素材４を得た。冷却終了後、図２に示すように、得ようとするガラス成形用金型７に対応する形状の成形用金型５内に非晶質成形素材４を移し、再度その非晶質成形素材４のガラス転移温度Ｔｇと結晶化温度Ｔｘ間の温度に加熱（本実施の形態１では４７０℃）する。尚、図１、図２中、１６はヒータである。
【００２４】
温度安定後、移動型６を下動させ５０ＭＰａの圧力で成形し、この非晶質成形素材４のガラス転移温度Ｔｇ以下まで冷却させ、この後、成形用金型５内から取り出しガラス成形用金型７とする。成形により得られたガラス成形用金型７は、前記成形用金型５の形状を正確に再現しており、形状精度０．５μｍの形状精度であった。このガラス成形用金型７の成形面７ａを研磨加工により形状精度０．１μｍに仕上げ、ガラス成形用金型７を完成させた。
【００２５】
図３は、上述の工程で得られたガラス成形用金型７を用いたガラス成形装置を示すものであり、加熱炉８、上型９、下型１０、上型用ヒータ１１、下型用ヒータ１２、搬送用アーム１３、搬送皿１４を備えて構成されている。
【００２６】
（作用）
上記構成のガラス成形装置により、直径１０ｍｍで両平面を有するＳＦ系のガラス素材１５を搬送皿１４に載置して搬送アーム１３に保持させ、加熱炉８内で４５０℃まで加熱する。この後、非酸化性雰囲気にされた成形室１７の上型９、下型１０間に搬送用アーム１３の動作でガラス素材１５を搬送する。
【００２７】
搬送終了後、型温４００℃に設定された上型９、下型１０の可動により、８０ＭＰａの圧力で成形される。その後、成形室外に搬出され搬送皿１４から成形された光学素子が取り出される。以上の工程により、成形された光学素子の面精度は高精度であり、微小焼き付きによるガラスの欠落などなく良好であった。ガラス成形用金型７においても損傷、劣化がなかった。
【００２８】
（効果）
本実施の形態１のガラス成形用金型７によれば、金型形状を成形によって高精度に製作することができるので、焼結、研削工程が不要になる。尚、本実施の形態１ではＺｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 をガラス成形用金型の材科として使用したが、ガラス遷移挙動を示す非晶質材であれば他の材料でも良い。また、本実施の形態１では成形面に表面層を施さなかったが必要に応じて成形面に膜付けをしても良い。
【００２９】
（実施の形態２）
（構成）
Ｚｒが５５％、Ｃｕが３０％、Ａｌが１０％、Ｎｉが５％（数値は原子％）の組成を有する、溶融合金を作り、図１に示すように、この溶融合金を鋳造装置１の湯口２より銅製鋳型３に鋳込み急冷させて非晶質成形素材４を得た。冷却終了後、図２に示すように、得ようとするガラス成形用金型７に対応する形状の成形用金型５内に非晶質成形素材４を移し、再度その非晶質成形素材４のガラス転移温度Ｔｇと結晶化温度Ｔｘ間の温度に加熱（本実施の形態２では４７０℃）する。
【００３０】
温度安定後、移動型６を下動させ５０ＭＰａの圧力で成形し、この非晶質成形素材４のガラス転移温度Ｔｇ以下まで冷却させ、この後、成形用金型５内から取り出しガラス成形用金型７とする。成形により得られたガラス成形用金型７は、前記成形用金型５の形状を正確に再現しており、形状精度０．５μｍの形状精度であった。このガラス成形用金型７の成形面７ａを加工により形状精度０．１μｍに仕上げ、ガラス成形用金型７を完成させた。
【００３１】
このガラス成形用金型７を非酸化性雰囲気中で６００℃で２時間熱処理を行い非晶質材を結晶化させた。
【００３２】
（作用）
図３に示す実施の形態１と同様構成のガラス成形装置により、直径１０ｍｍで両平面を有するＬａ系のガラス素材１５を搬送皿１４に載置して搬送アーム１３に保持させ、加熱炉８内で７００℃まで加熱する。この後、非酸化性雰囲気にされた成形室１７の上型９、下型１０間に搬送用アーム１３の動作で、ガラス素材１５を搬送する。
【００３３】
搬送終了後、型温６１０℃に設定された上型９、下型１０の可動により、８０ＭＰａの圧力で成形される。その後、成形室外に搬出され搬送皿１４から成形された光学素子が取り出される。以上の工程により、成形された光学素子の面精度は高精度であり、微小焼き付きによるガラスの欠落などなく良好であった。ガラス成形用金型７においても損傷、劣化がなかった。
【００３４】
（効果）
本実施の形態２のガラス成形用金型７によれば、金型形状を成形によって高精度に製作することができるので、焼結、研削工程が不要になる。尚、本実施の形態２では非晶質材を結晶化させることにより、金型材質のガラス転移温度以上の転移点をもつガラスにおいても金型を変形させずに成形を行うことができる。
【００３５】
本実施の形態２では、Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 をガラス成形用金型の材科として使用したが、ガラス遷移挙動を示す非晶質材であれば他の材料でも良い。また、本実施の形態１では成形面に表面層を施さなかったが必要に応じて成形面に膜付けをしても良い。
【００３６】
（実施の形態３）
（構成）
Ｚｒが５５％、Ｃｕが３０％、Ａｌが１０％、Ｎｉが５％（数値は原子％）の組成を有する、溶融合金を作り、図４に示すように、この溶融合金を鋳造装置１の湯口２よりガラス成形用金型２７の成形面上の非球面形状の近似形状部２３ａを有する銅製鋳型２３に鋳込み急冷させて非晶質成形素材２４を得た。
【００３７】
冷却終了後、図５に示すように、得ようとするガラス成形用金型２７に対応する形状の成形用金型２５内に非晶質成形素材２４を移し、再度その非晶質素材２４のガラス転移温度Ｔｇと結晶化温度Ｔｘ間の温度に加熱（本実施の形態３では４７０℃）する。
【００３８】
温度安定後、所望の非球面形状２６ａを有する移動型２６を下動させ、４０ＭＰａの圧力で押圧成形した後、その非晶質成形素材のガラス転移温度Ｔｇ以下まで冷却させ成形形用金型２５から取り出す。成形により得られたガラス成形用金型２７は、成形用金型２５、移動型２６の形状を正確に再現しており、非球面の形状精度は０．２μｍの形状精度であった。
【００３９】
（作用）
このようにして得られたガラス成形用金型２７を用いて、実施の形態１と同様の成形方法により成形を行った結果、得られた光学素子の面精度は高精度であり、微小焼き付きによるガラスの欠落等なく良好であった。また、ガラス成形用２７においても損傷、劣化がなかった。
【００４０】
（効果）
本実施の形態３のガラス成形用金型２７によれば、金型形状を成形によって高精度に作製することができるので、焼結、研削工程が不要になる。また、成形面も成形により製作することができるので、移動型２６の成形面２６ａを一度加工すれば成形面の研削、研磨加工なしで同形状のガラス成形用金型を繰り返しを製造することが可能となり、金型コストを低減することができる。
【００４１】
尚、本実施の形態３ではＺｒ55.5Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 をガラス成形用金型の材料として使用したが、ガラス遷移挙動を示す非晶質材であれば他の材料でも良い。また、本実施の形態３では成形面に表面層を施さなつかたが必要に応じて成形面に膜付けをしても良い。さらに、実施の形態３では成形面を非球面形状としたが、アナモフィック、回折格子等の加工性の悪い形状を成形面形状とでする場合、更に効果が期待できる。
【００４２】
（実施の形態４）
（構成）
図６、図７は溶融合金１０１から粗成形型（以下、原形成形用型１１６及び１１７と称する）を鋳造する鋳造装置の断面図を示す。図８乃至図１０及び図１１乃至図１３は成形用型及び光学素子の成形装置の断面図を示す。図６において、Ｃｏ６８．８Ｆｅ４．２Ｓｉ１５Ｂ１２（数値は原子％）の組成を有する溶融合金１０１は中空円筒形であり、外周にヒーター１０２を備えたプランジャースリーブ１０３の内部に挿入される。
【００４３】
プランジャー１０４は、プランジャースリーブ１０３の内径に嵌合する形状であり、図示しないエアーシリンダによりプランジャースリーブ１０３内部を上下動する。鋳型１０５は銅製であり、上部に排気口１０６が設けられ、下部はプランジャースリーブ１０３の上部に接合されている。上述した鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７は、図８乃至図１０に示されるブランク１１５を押圧することにより、成形面１１２ａ及び１１３ａを有する上型１１２及び下型１１３になる。
【００４４】
従って、原形成形用型１１６及び１１７のブランク成形により、将来成形面となる部分（押圧面）１１６ａ及び１１７ａは平面もしくは球面でよい。
【００４５】
本実施の形態４では、所望の光学素子が凸型両面非球面レンズであるため、将来成形面となる部分１１６ａ及び１１７ａは上記非球面の近似球面とした。図８乃至図１０において、ブランク１１５は保持部材１０８に載置され、搬送装置１０９により、加熱炉１１０から成形室１１１の内部まで移動可能である。
【００４６】
二つの原形成形用型１１６及び１１７は、成形室１１１の内部で対向配置されており、各々の外周に上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９を備えている。原形成形用型１１７は、図示してないエアーシリンダにより上下動力可能となっている。また、成形室１１１の内部は、非酸化性雰囲気で満たされている。
【００４７】
ブランク１１５は、ニオブ（Ｎｂ）からなりその融点ＢＴｍは２５２０℃である。
また、ブランク１１５の原形成形用型１１６及び１１７の押圧面１１６ａ及び１１７ａに当接する部分１１５ａ及び１１５ｂの形状は所望の光学素子１１８の光学機能面と同形状であり、また、上記ブランク１１５の上記原形成形用型１１６及び１１７の押圧面１１６ａ及び１１７ａに当接する部分１１５ａ及び１１５ｂは研磨されている。
【００４８】
図１１乃至図１３において、ガラス素材１０７は保持部材１０８に載置され搬送装置１０９により、加熱炉１１０から成形室１１１内部まで移動可能となっている。
【００４９】
上型１１２及び下型１１３は成形室１１１の内部で対向配置されており、各々外周に上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９を備えている。下型１１３は図示しないエアーシリンダにより上下動が可能である。また、成形室１１１の内部は非酸化性雰囲気で満たされている。ガラス素材１０７は、重フリント系ガラスであり、そのガラス転移温度ＧＴｇは３９３℃、軟化温度は４４９℃である。
【００５０】
なお、図８乃至図１０及び図１１乃至図１３に示される成形装置は、ブランク１１５とガラス素材１０７、原形成形用型１１６及び１１７と上型１１２及び下型１１３との差異以外は同一の構成となっている。
【００５１】
（作用）
図６において、Ｃｏ68.8Ｆｅ4.2 Ｓｉ15Ｂ12（数値は原子％）の組成を有する溶融合金１０１は、プランジャースリーブ１０３の内部に挿入され、プランジャースリーブ１０３の外周に設けられたヒーター１０２により７８０℃に加熱される。加熱された溶融合金１０１はプランジャー１０４により鋳型１０５の内部へ圧力６０ＭＰａ、最大射出速度２．０ｍ／ｓで押し出される。圧力保持を０．０５秒程行い、鋳型１０５は常温なので溶融合金１０１は急冷される。その後プランジャー１０４の圧力を０Ｐａにして３０分程放置した。
【００５２】
このような鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７はガラス遷移挙動を示す非晶質材であり、ガラス転移温度Ｔｇは４５０℃、結晶化開始温度Ｔｘは５１２℃である。図８において、鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７を成形室１１１の内部に対向配置する。一方、ブランク１１５は保持部材１０８に載置し加熱炉１１０により５１０℃まで加熱される。
【００５３】
次に、図９に示すように、加熱された上記ブランク１１５を対向配置の二つの原形成形用型１１６及び１１７との間に搬送装置１０９により移動する。上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９により原形成形用型１１６及び１１７は各々予め原形成形用型１１６及び１１７が過冷却状態にある温度（ガラス転移温度Ｔｇ４５０℃と結晶化開始温度Ｔｘ５１２℃との間の温度）４９０℃に加熱されている。搬送終了後、原形成形用型１１７が図示されていないエアーシリンダにより上方に移動し、ブランク１１５を上記原形成形用型１１６及び１１７とで圧力１０ＭＰａで押圧する。
【００５４】
次に、図１０に示すように、上記圧力を４０秒間保持し、その後に原形成形用型１１７を図示しないエアーシリンダにより下方に移動しブランク１１５から離型する。すると、原形成形用型１１６及び１１７はブランク１１５の研磨面１１５ａ及び１１５ｂ、即ち、光学素子１１８の光学機能面１１８ａ及び１１８ｂの反転した形状が転写した成形面１１２ａ及び１１３ａを有する成形用型１１２及び１１３になる。接触式表面形状測定機により測定された成形面１１２ａ及び１１３ａの転写精度は０．１μｍ以下であった。
【００５５】
次に、図１１に示すように、上記ブランク成形により得られた上型１１２及び下型１１３を成形室１１１の内部に対向配置する。一方、ガラス素材１０７は保持部材１０８に載置し加熱炉１１０により４４５℃まで加熱される。そして、図１２に示すように、加熱された上記ガラス素材１０７を対向配置する上型１１２及び下型１１３との間に搬送装置９により移動する。
【００５６】
上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９により上型１１２及び下型１１３は各々予めガラス素材１０７が過冷却状態にある温度（ガラス転移温度ＧＴｇ３９３℃以上の温度）４００℃に加熱されている。搬送終了後、下型１１３が図示しないエアーシリンダにより上方に移動し、ガラス素材１０７を上型１１２及び下型１１３とで圧力６５ＭＰａで押圧する。図１３において、上記圧力を１０秒間保持し、その後に下型１１３を図示しないエアーシリンダにより下方に移動しガラス素材１０７から離型する。すると、ガラス素材１０７を基に、上型１１２及び下型１１３の成形面１１２ａ及び１１３ａの反転した形状の、即ち、所望の形状の光学素子１１８が得られる。
【００５７】
接触式表面形状測定機により測定された成形面１１２ａ及び１１３ａの転写精度は０．２μｍ以下であった。また、原形成形用型１１６及び１１７が上型１１２及び下型１１３になる際、原形成形用型１１６及び１１７をブランク１１５により成形するため、上型１１２及び下型１１３の成形面１１２ａ及び１１３ａの周辺に若干の駄肉ができるがガラス素材１０７の成形には支障がない。
【００５８】
（効果）
本実施の形態４によれば、原形成形用型１１６及び１１７がガラス遷移挙動を示す非晶材であるため、上記原形成形用型１１６及び１１７でブランク１１５を押圧することでその成形面を形成すること可能であり、よって、一つの成形用型で多種の光学素子が成形可能となり、型の加工が短時間ですみ、かつ、型材料が効率よく用いられるため、成形用型が安価になるという効果がある。また、型加工コストの安い上記成形用型１１６及び１１７を用いて成形することで、光学素子１１８を安価に製造できる。
【００５９】
（実施の形態５）
（構成）
実施の形態５においては、図６に示す鋳造装置において、Ｃｏ75Ｓｉ10Ｂ15（数値は原子％）の組成を有する溶融合金１０１は中空円筒形であり外周にヒーター１０２を備えたプランジャースリーブ１０３の内部に挿入される。プランジャー１０４はプランジャースリーブ１０３の内径に嵌合する形状であり、図示しないエアーシリンダによりプランジャースリーブ１０３の内部を上下動する。鋳型１０５は銅製であり上部に排気口１０６が設けられ、下部はプランジャースリーブ１０３の上部に接合されている。上記鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７は図８乃至図１０に示されるブランク１１５を押圧することにより、成形面１１２ａ及び１１３ａを有する上型１１２及び下型１１３になる。
【００６０】
従って、原形成形用型１１６及び１１７のブランク成形により、将来成形面となる部分１１６ａ及び１１７ａは平面若しくは球面でよい。実施の形態５では所望の光学素子１１８が光学機能面１１８ａ、１１８ｂを有する凸型両面非球面レンズであるため、将来成形面となる部分１１６ａ及び１１７ａは上記非球面の近似球面とした。上記以外の構成は実施の形態４の場合と同様である。
【００６１】
（作用）
本実施の形態５において、既述した場合と同様、Ｃｏ７５Ｓｉ１０Ｂ１５の組成を有する溶融合金１０１は図６に示すプランジャースリーブ１０３の内部に挿入され、プランジャースリーブ１０３の外周に設けられたヒーター１０２により７５０℃に加熱される。加熱された上記溶融合金１０１はプランジャー１０４により鋳型１０５の内部へ圧力８０ＭＰａ、最大射出速度２．０ｍ／ｓで押し出される。圧力保持を０．０５秒程行い、鋳型１０５は常温なので溶融合金１０１は急冷される。その後プランジャー１０４の圧力を０Ｐａにして３０分程放置した。上記鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７はガラス遷移挙動を示す非晶質材であり、ガラス転移温度Ｔｇは４４０℃、結晶化開始温度Ｔｘは５００℃である。
【００６２】
次に、図９に示すように、上記鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７を成形室１１１の内部に対向配置する。一方、ブランク１１５は保持部材１０８に載置し加熱炉１１０により５００℃まで加熱される。次に、図９に示すように、加熱された上記ブランク１１５を対向配置の二つの原形成形用型１１６及び１１７の間に搬送装置１０９により移動する。上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９により原形成形用型１１６及び１１７は各々予め原形成形用型１１６及び１１７が過冷却状態にある温度（ガラス転移温度Ｔｇ４４０℃と結晶化開始温度Ｔｘ５００℃との間の温度）４８０℃に加熱されている。
【００６３】
搬送終了後、原形成形用型１１７が図示しないエアーシリンダにより上方に移動し、ブランク１１５を上記原形成形用型１１６及び１１７とで圧力２０ＭＰａで押圧する。図１０において、上記圧力を６０秒間保持し、その後に原形成形用型１１７を図示しないエアーシリンダにより下方に移動し、ブランク１１５から離型する。すると、原形成形用型１１６及び１１７はブランク１１５の研磨面１１５ａ及び１１５ｂ、即ち、光学素子１１８の光学機能面１１８ａ及び１１８ｂの反転した形状が転写した成形面１１２ａ及び１１３ａを有する成形用型１１２及び１１３になる。接触式表面形状測定機により測定された成形面１１２ａ及び１１３ａの転写精度は０．１μｍ以下であった。
【００６４】
次に、図１１に示すように、上記ブランク成形により得られた上型１１２及び下型１１３を成形室１１１の内部に対向配置する。一方、ガラス素材１０７は保持部材１０８に載置し加熱炉１１０により４４５℃まで加熱される。図１２において、加熱された上記ガラス素材１０７を上記上型１１２及び下型１１３の間に搬送装置１０９により移動する。上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９により、上型１１２及び下型１１３は、各々予めガラス素材１０７が過冷却状態にある温度(ガラス転移温度ＧＴｇ３９３℃以上の温度)４００℃に加熱されている。搬送終了後、下型１１３が図示しないエアーシリンダにより上方に移動し、上記ガラス素材１０７を上型１１２及び下型１１３とで圧力６５ＭＰａで押圧する。
【００６５】
次に、図１３に示すように、上記圧力を１０秒間保持し、その後に下型１１３を図示しないエアーシリンダにより下方に移動しガラス素材１０７から離型する。すると、ガラス素材１０７を基に、上型１１２及び下型１１３の成形面１１２ａ及び１１３ａの反転した形状、即ち、所望の形状の光学素子１８を得ることができる。接触式表面形状測定機により測定された成形面１１２ａ及び１１３ａの転写精度は０．２μｍ以下であった。また、原形成形用型１１６及び１１７が上型１１２及び下型１１３になる際、原形成形用型１１６及び１１７をブランク１１５により成形するため、上型１１２及び下型１１３の成形面１１２ａ及び１１３ａの周辺に若干の駄肉ができるがガラス素材７の成形には支障がない。
【００６６】
（効果）
本実施の形態５によれば、実施の形態４と同様の効果を発揮させることができる。
【００６７】
（実施の形態６）
（構成）
実施の形態６においては、図６に示す鋳造装置において、Ｚｒ33Ｙ27Ａｌ15Ｎｉ25（数値は原子％）の組成を有する溶融合金１０１は、溶融合金１０１は中空円筒形であり外周にヒーター１０２を備えたプランジャースリーブ１０３の内部に挿入される。プランジャー１０４はプランジャースリーブ１０３の内径に嵌合する形状であり、図示しないエアーシリンダによりプランジャースリーブ１０３の内部を上下動する。鋳型１０５は銅製であり上部に排気口１０６が設けられ、下部はプランジャースリーブ１０３の上部に接合されている。上記鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７は図８乃至図１０に示されるブランク１１５を押圧することにより、成形面１１２ａ及び１１３ａを有する上型１１２及び下型１１３になる。
【００６８】
従って、原形成形用型１１６及び１１７のブランク成形により、将来成形面となる部分１１６ａ及び１１７ａは平面若しくは球面でよい。実施の形態５では所望の光学素子１１８が光学機能面１１８ａ、１１８ｂを有する凸型両面非球面レンズであるため、将来成形面となる部分１１６ａ及び１１７ａは上記非球面の近似球面とした。上記以外の構成は実施の形態４の場合と同様である。
【００６９】
（作用）
本実施の形態６において、既述した場合と同様、Ｚｒ３３Ｙ２７Ａｌ１５Ｎｉ２５の組成を有する溶融合金１０１は図６に示すプランジャースリーブ１０３の内部に挿入され、プランジャースリーブ１０３の外周に設けられたヒーター１０２により７５０℃に加熱される。加熱された上記溶融合金１０１はプランジャー１０４により鋳型１０５の内部へ圧力８０ＭＰａ、最大射出速度２．０ｍ／ｓで押し出される。圧力保持を０．０５秒程行い、鋳型１０５は常温なので溶融合金１０１は急冷される。その後プランジャー１０４の圧力を０Ｐａにして３０分程放置した。上記鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７はガラス遷移挙動を示す非晶質材であり、ガラス転移湿度Ｔｇは４３５℃、結晶化開始温度Ｔｘは５３９℃である。
【００７０】
次に、図９に示すように、上記鋳造により得られた原形成形用型１１６及び１１７を成形室１１１の内部に対向配置する。一方、ブランク１１５は保持部材１０８に載置し加熱炉１１０により５４０℃まで加熱される。次に、図９に示すように、加熱された上記ブランク１１５を対向配置の二つの原形成形用型１１６及び１１７の間に搬送装置１０９により移動する。上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９により原形成形用型１１６及び１１７は各々予め原形成形用型１１６及び１１７が過冷却状態にある温度（ガラス転移温度Ｔｇ４３５℃と結晶化開始温度Ｔｘ５３９℃との間の温度）５００℃に加熱されている。
【００７１】
搬送終了後、原形成形用型１１７が図示しないエアーシリンダにより上方に移動し、ブランク１１５を上記原形成形用型１１６及び１１７とで圧力１２ＭＰａで押圧する。図１０において、上記圧力を４０秒間保持し、その後に原形成形用型１１７を図示しないエアーシリンダにより下方に移動し、ブランク１１５から離型する。すると、原形成形用型１１６及び１１７はブランク１１５の研磨面１１５ａ及び１１５ｂ、即ち、光学素子１１８の光学機能面１１８ａ及び１１８ｂの反転した形状が転写した成形面１１２ａ及び１１３ａを有する成形用型１１２及び１１３になる。接触式表面形状測定機により測定された成形面１１２ａ及び１１３ａの転写精度は０．１μｍ以下であった。
【００７２】
次に、図１１に示すように、上記ブランク成形により得られた上型１１２及び下型１１３を成形室１１１の内部に対向配置する。一方、ガラス素材１０７は保持部材１０８に載置し加熱炉１１０により４２５℃まで加熱される。図１２において、加熱された上記ガラス素材１０７を上記上型１１２及び下型１１３の間に搬送装置１０９により移動する。上型ヒーター１１４及び下型ヒーター１１９により、上型１１２及び下型１１３は、各々予めガラス素材１０７が過冷却状態にある温度(ガラス転移温度ＧＴｇ３９３℃以上の温度)４１０℃に加熱されている。搬送終了後、下型１１３が図示しないエアーシリンダにより上方に移動し、上記ガラス素材１０７を上型１１２及び下型１１３とで圧力６０ＭＰａで押圧する。
【００７３】
次に、図１３に示すように、上記圧力を１０秒間保持し、その後に下型１１３を図示しいないエアーシリンダにより下方に移動しガラス素材１０７から離型する。すると、ガラス素材１０７を基に、上型１１２及び下型１１３の成形面１１２ａ及び１１３ａの反転した形状、即ち、所望の形状の光学素子１８を得ることができる。接触式表面形状測定機により測定された成形面１１２ａ及び１１３ａの転写精度は０．２μｍ以下であった。また、原形成形用型１１６及び１１７が上型１１２及び下型１１３になる際、原形成形用型１１６及び１１７をブランク１１５により成形するため、上型１１２及び下型１１３の成形面１１２ａ及び１１３ａの周辺に若干の駄肉ができるがガラス素材７の成形には支障がない。
【００７４】
(効果)
本実施の形態６によれば、実施の形態４と同様の効果を発揮させることができる。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ブランクにより成形面が形成可能な光学素子成形用型の製造方法を提供できる。
【００７６】
請求項２記載の発明によれば、所望の形状の光学素子を成形し得る成形方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１または２の鋳造装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１または２におけるガラス成形用金型による成形の状態を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１または２のガラス成形装置を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態３の鋳造装置を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態３におけるガラス成形用金型による成形の状態を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態４、５または６の鋳造装置を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４、５または６の鋳造装置を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４、５または６の光学素子の成形装置を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４、５または６の光学素子の成形装置による成形工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４、５または６の光学素子の成形装置による成形工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４、５または６の光学素子の成形装置による成形工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４、５または６の光学素子の成形装置による成形工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４、５または６の光学素子の成形装置による成形工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 鋳造装置
５ 成形用金型
６ 移動型
９ 上型
１０ 下型
１５ ガラス素材
２３ 鋳型
２４ 非晶質成形素材
２５ 成形用金型
２７ ガラス成形用金型
１０１ 溶融合金
１０５ 鋳型
１１５ ブランク
１１６ 原形成形用型
Claims (2)
- 加熱軟化したガラス素材を、一対の成形用型で押圧することにより、所望の光学素子とする光学素子の成形用型の製造方法において、
ガラス遷移挙動を示す非晶質材を、前記非晶質材のガラス転移温度Ｔｇよりも高く前記非晶質材の結晶化開始温度Ｔｘよりも低い温度Ｔに加熱する工程と、
加熱された前記非晶質材を成形し、粗成形型とする工程と、
前記光学素子と同形状のブランクを前記粗成形型で押圧することにより、前記粗成形型を所望の成形面が形成された成形用型とする工程と、
を有することを特徴とする光学素子の成形用型の製造方法。 - 加熱軟化したガラス素材を、一対の成形用型で押圧することにより、所望の光学素子とする光学素子の成形方法において、
前記成形用型は、ガラス遷移挙動を示す非晶質材からなり、前記ガラス素材のガラス転移温度をＧＴｇ、成形面を形成するためのブランクの融点をＢＴｍ、前記非晶質材の結晶化開始温度をＴｘとすると、前記非晶質材のガラス転移温度Ｔｇが、ＧＴｇ＜Ｔｇ＜ＢＴｍ、Ｔｇ＜Ｔｘで示す範囲であり、
前記光学素子と同形状の前記ブランクを押圧することにより得られた前記成形用型を温度Ｔ’（ＧＴｇ≦Ｔ’＜Ｔｇ）に加熱して前記光学素子を成形することを特徴とする光学素子の成形方法。
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