JP4779861B2 - ガラス光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス光学素子の製造方法に関する。

今日、ガラス光学素子は、デジタルカメラ用レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、携帯電話用カメラレンズ、光通信用のカップリングレンズなどとして広範にわたって利用されている。これらのガラス光学素子は、軟化したガラス素材を成形金型で加圧成形するプレス成形法により製造されることが多くなってきた。

また、各種光学機器の小型化、高精度化に伴って、ガラス光学素子に要求される性能もますます高くなってきたこと、及び、製造コスト削減が一層強く要求されるようになってきたこと等から、ガラス光学素子の光学面のみならず、外周側面についても成形によって同時に形成する成形方法の検討が進められている。

このような方法の一つとして、所定質量及び形状を有する成形用ガラス素材を作製し、該成形用ガラス素材をガラス光学素子の外周側面を形成するための側面転写面を有する成形金型とともにガラスが変形可能な温度まで加熱した後、加圧成形してガラス光学素子を得る方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載された２種類の成形方法について、図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８は、加圧成形している状態における成形金型の断面を示す図である。図７は第１の方法に用いる成形金型、図８は第２の方法に用いる成形金型を示している。第１の方法は、図７に示すような上型１、下型２、及び側面転写部材３からなる成形金型を用い、ガラスがキャビティ（成形金型の内部でガラス光学素子の形状を有する空間）を完全に充満するまで上型１が下方に移動してガラスを加圧する成形方法（以下、「従来方法１」という。）である。ガラス光学素子４の厚みはガラスの体積によって決定される。第２の方法は、図８に示すような上型５、下型６、及び側面転写部材７からなる成形金型を用い、上型５は側面転写部材７に当接する位置で停止し、ガラスがキャビティを完全には充満しないため金型によって制限されない幾らかの自由ガラス表面９がガラス光学素子８に存在するような成形方法（以下、「従来方法２」という。）である。ガラス光学素子８の厚みは側面転写部材７の厚みによって決定される。

一方、これら所定質量及び形状を有する成形用ガラス素材を用いる方法とは異なり、上型、下型、及び側面転写部材からなる成形金型を加熱しておき、溶融ガラスを下型に滴下して、ガラスが加圧によって変形可能な温度領域にある間に成形金型によって加圧成形する成形方法も提案されている（例えば、特許文献２、３参照。）。
特開昭５８−８４１３４号公報 特開２００３−２９２３２７号公報 特開２００４−３３９０３９号公報

しかしながら、上記従来方法１では、ガラスがキャビティを完全に充満するまで上型が下方に移動することから、外周側面の両端部（上型で転写される面と外周側面との境界部、及び、下型で転写される面と外周側面との境界部）にバリやカケなどの品質不良が発生しやすいという問題があった。

一方、上記従来方法２では、金型によって制限されない幾らかの自由ガラス表面がガラス光学素子に存在するためバリやカケなどが問題となることはないが、側面転写部材７によって上型５の移動が制限されるため、冷却・収縮の過程においてガラス光学素子を加圧した状態に保つことができないという重大な欠点があり、実際に高精度な光学面を有する光学素子を製造することはできなかった。

また、外径の小さい光学素子や、表裏の光学面の形状が近似している光学素子の場合などには、外周側面の両端部に形状の違いを設けて光学素子の表裏の判別に用いたいという要望があるが、上記従来方法１や上記従来方法２においては、当該部分の形状に差を設けることが困難であり、当該部分の形状を光学素子の表裏判別に用いることはできなかった。

更に、特許文献２又は３においても、高精度な光学面を得ることができ、かつ、外周側面の両端部に発生するバリやカケなどの品質不良を防止するようなガラス光学素子の製造方法は開示されていない。

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高精度な光学面を有しながら外周側面のカケ等の発生が無く、更に表裏判別の容易なガラス光学素子の製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１． ガラス光学素子の第１面を形成するための第１転写面を有する下型と、前記ガラス光学素子の前記第１面に対向する第２面を形成するための第２転写面を有する上型と、前記ガラス光学素子の外周側面を形成するための側面転写面を有し前記下型に組み合わされた側面転写部材と、を有する成形金型を所定温度に加熱する成形金型加熱工程と、加熱された前記下型の上に溶融状態のガラスを滴下して、前記下型の前記第１転写面及び前記側面転写部材の前記側面転写面にガラスを接触させる滴下工程と、加熱された前記上型を前記下型と互いに対向するように配置し、前記上型と前記下型とを相対的に接近させて前記ガラスを加圧する加圧工程と、前記加圧工程の後、加圧を解除してガラス光学素子を取り出す取り出し工程とを備えたガラス光学素子の製造方法において、前記滴下工程における滴下によって、前記成形金型のいずれの面にも接触せずに形成される面であって前記第１面と前記外周側面とを接続する第１自由面が形成され、前記加圧工程の前に、前記ガラスが前記第１転写面及び前記側面転写面に接触した状態で所定の時間待機して、前記加圧工程における加圧によって、前記成形金型のいずれの面にも接触せずに形成される面であって前記第２面と前記外周側面とを接続する第２自由面が形成される温度まで前記ガラスを冷却する待機工程を備え、前記第１面の中心と前記第２面の中心を結んだ中心軸に平行な方向から見た前記第１自由面の幅および前記第２自由面の幅が互いに異なることを特徴とするガラス光学素子の製造方法。
２． ガラス光学素子の第１面を形成するための第１転写面を有する下型と、前記ガラス光学素子の前記第１面に対向する第２面を形成するための第２転写面を有する上型と、前記ガラス光学素子の外周側面を形成するための側面転写面を有し前記上型に組み合わされた側面転写部材と、を有する成形金型を所定温度に加熱する成形金型加熱工程と、加熱された前記下型の上に溶融状態のガラスを滴下して、前記下型の前記第１転写面にガラスを接触させる滴下工程と、加熱された前記上型を前記下型と互いに対向するように配置し、前記上型と前記下型とを相対的に接近させて前記ガラスを加圧する加圧工程と、前記加圧工程の後、加圧を解除してガラス光学素子を取り出す取り出し工程とを備えたガラス光学素子の製造方法において、前記加圧工程の前に、前記ガラスが前記第１転写面に接触した状態で所定の時間待機して、前記加圧工程における加圧によって、前記成形金型のいずれの面にも接触せずに形成される面であって前記第１面と前記外周側面とを接続する第１自由面、及び、前記成形金型のいずれの面にも接触せずに形成される面であって前記第２面と前記外周側面とを接続する第２自由面が形成される温度まで前記ガラスを冷却する待機工程を備え、前記第１面の中心と前記第２面の中心を結んだ中心軸に平行な方向から見た前記第１自由面の幅および前記第２自由面の幅が互いに異なることを特徴とするガラス光学素子の製造方法。

３． 前記中心軸に平行な方向から見た前記第１自由面の幅又は前記第２自由面の幅のうちいずれか大きい方が、小さい方の２倍以上であることを特徴とする１または２記載のガラス光学素子の製造方法。

４．前記中心軸に平行な方向から見た前記第１自由面の幅又は前記第２自由面の幅のうちいずれか大きい方が、０．３ｍｍ以上であることを特徴とする３記載のガラス光学素子の製造方法。

本発明の光学素子の製造方法によれば、溶融状態のガラスを滴下した後所定の時間待機してから加圧して、幅の異なる第１自由面と第２自由面とを形成することによって、高精度な光学面を形成しながら外周側面のカケ等の発生を防止できると共に、容易に表裏判別を行うことができるガラス光学素子を製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

（実施形態１）
本発明の第１の実施形態であるガラス光学素子の製造方法について説明する。図１は本実施形態におけるガラス光学素子の製造方法の工程を示した図であり、図２は主な工程における成形金型及びガラス光学素子の断面図である。以下、各工程毎に順を追って詳細に説明する。

成形金型加熱工程Ｓ１０１は、成形金型を所定温度に加熱する工程である。成形金型加熱工程Ｓ１０１における成形金型１０の断面図を図２（ａ）に示す。本実施形態で用いる成形金型１０は、上型１１、下型１２、及び側面転写部材１３からなる。下型１２はガラス光学素子の第１面を形成するための凹形状を有する第１転写面１４を、上型１１はガラス光学素子の第２面を形成するための凹形状を有する第２転写面１５を、それぞれ有している。また、側面転写部材１３はガラス光学素子の外周側面を形成するための側面転写面１６を有しており、下型１２に組み合わされて固定されている。

上型１１、下型１２、及び側面転写部材１３の材料は、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムなど、ガラス光学素子を加圧成形するための成形金型として公知の材料の中から用途に応じて適宜選択して用いることができる。また、これらの材料の表面に各種金属やセラミックス、カーボンなどの保護膜を形成したものを用いることもできる。上型１１、下型１２、及び側面転写部材１３を全て同一の材料で構成しても良いし、それぞれ別の材料で構成しても良い。

上型１１、下型１２、及び側面転写部材１３は、図示しないヒーターと温度センサーとによって所定温度に加熱することができる。上型１１、下型１２、及び側面転写部材１３がヒーターと温度センサーとをそれぞれ有し、それぞれの部材を独立して温度調節することができる構成としても良いし、成形金型全体を一つ、あるいは複数のヒーターでまとめて加熱するような構成としても良い。ヒーターは、公知のヒーターを適宜選択して用いることができる。例えば、部材の内部に埋め込んで使用するカートリッジヒーターや、部材の外側に接触させて使用するシート状のヒーターなどを用いることができる。また、温度センサーとしては、種々の熱電対の他、白金測温抵抗体、各種サーミスタなど公知の手段を使用することができる。

成形金型加熱工程Ｓ１０１では、溶融ガラスの滴下に先立ち、予め成形金型を所定温度に加熱しておく。成形金型１０のうち、上型１１と下型１２の加熱温度は、ガラスに光学面を良好に転写できる範囲の温度を選択すればよい。一般的には、上型１１や下型１２の温度が低すぎるとガラス素材に光学面を良好に転写させることが困難になってくる。逆に、必要以上に温度を高くしすぎることは、ガラスと成形金型との融着を防止する観点や、成形金型の寿命の観点から好ましくない。通常、ガラスのＴｇ（ガラス転移点）−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度に設定するが、実際には、ガラス素材の材料や、形状、大きさ、成形金型の材料、保護膜の種類、光学素子の形状、大きさ、ヒーターや温度センサーの位置等種々の条件によって適正な温度が異なるため、実験的に適正な温度を求めておくことが好ましい。上型１１と下型１２の加熱温度は同じ温度であっても良いし、異なる温度であっても良い。

成形金型１０のうち、側面転写部材１３の加熱温度も、上型１１や下型１２と同様に、通常はガラスのＴｇ（ガラス転移点）−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度に設定する。側面転写部材１３の温度が低すぎると、ガラスの外周側面部付近の冷却が早く進みすぎることから光学面を良好に転写させることが困難になってくる。逆に、必要以上に温度を高くしすぎることは、ガラスと側面転写部材との融着を防止する観点や、側面転写部材の寿命の観点から好ましくない。実際には、上型１１や下型１２と同様に、実験的に適正な温度を求めておくことが好ましい。

図２（ａ）では、上型１１と、側面転写部材１３が組み合わされた下型１２とが対向しながら離間した状態で加熱を行っているが、成形金型加熱工程Ｓ１０１における両者の位置関係はこれに限られるものではない。例えば、上型１１を下方に移動して側面転写部材１３に挿入された状態で加熱を行っても良いし、下型１２を、次の滴下工程Ｓ１０２で溶融状態のガラスを受ける位置まで移動させた状態で加熱を行っても良い。

滴下工程Ｓ１０２は、加熱された下型１２の上に溶融状態のガラス３１を滴下して、下型１２の第１転写面１４及び側面転写部材１３の側面転写面１６にガラスを接触させる工程である。滴下工程Ｓ１０２における成形金型等の断面を図２（ｂ）に示す。

溶融炉３２は図示しないヒーターによって加熱され、内部に溶融状態のガラス３３が貯蔵されている。溶融炉３２の下部に設けられたノズル３４の先端部に一定質量のガラスが溜まると、ノズル３４の先端部で自然に分離して、一定質量のガラス３１が下方に滴下する。一般的には、滴下する溶融ガラスの質量はノズル３４の先端部の外径によって調整可能であり、ガラスの種類等によるが、０．１ｇから２ｇ程度のガラス滴を滴下することができる。また、ノズル３４の内径、長さ、加熱温度などによってガラス滴の滴下の間隔を調整することができる。従って、これらの条件を適切に設定することで、所望の質量のガラス滴を所望の間隔で滴下させることが可能である。

更に、特開２００２−１５４８３４号公報に記載された、貫通細孔を設けた部材を用いる溶融ガラス微小滴の製造方法を用いることで、例えば、０．０１ｇから０．２ｇといった微小質量の溶融ガラスを滴下することもできる。

使用できるガラスの種類に特に制限はなく、光学的用途に用いられる公知のガラスを用途に応じて選択して用いることができる。例えば、リン酸系ガラス、ランタン系ガラスなどが挙げられる。

加熱された下型１２の上に滴下されたガラス４０は、下型１２に衝突して広がり、下型１２の第１転写面１４及び側面転写部材１３の側面転写面１６に接触する。このとき、成形金型１０のいずれの面にも接触せずガラス光学素子の第１面と外周側面とを接続する第１自由面４１が形成される。下型１２、側面転写部材１３又は溶融状態のガラス３１の温度が高すぎると第１自由面４１がほとんど形成されなかったり、あるいは、第１転写面１４と側面転写面１６の境界部の隙間にガラスが入り込んでバリ等が発生してしまうため好ましくない。このような場合には、下型１２、側面転写部材１３又は溶融状態のガラス３１の温度を下げることによって第１自由面４１が形成されるように滴下を行うことができる。バリ、カケ等を防止する観点から、通常は、得られたガラス光学素子の第１面の中心と第２面の中心を結んだ中心軸に平行な方向から見た第１自由面の幅が０．０５ｍｍ以上あることが好ましく、０．１ｍｍ以上あることが更に好ましい。

待機工程Ｓ１０３は、滴下されたガラス４０が第１転写面１４及び側面転写面１６に接触した状態で所定の時間待機して、次の加圧工程Ｓ１０４における加圧によってガラス光学素子の第２面と外周側面とを接続する第２自由面が形成される温度まで滴下されたガラス４０を冷却する工程である。待機工程Ｓ１０３における成形金型１０と滴下されたガラス４０の断面を図２（ｃ）に示す。

滴下されたガラス４０は、滴下された当初は非常に高温な溶融状態にあるが、第１転写面１４及び側面転写面１６に接触しているため、これらの接触面から熱を奪われて冷却されて、徐々に粘性が高くなっていく。

滴下されてすぐの、まだあまり冷却されていない時点で上型１１を下方に移動させて加圧を行うと、ガラスの粘性が低く変形し易いため、ガラス光学素子の第２面と外周側面とを接続する第２自由面はほとんど形成されない。これに対して、滴下されたガラス４０が第１転写面１４及び側面転写面１６に接触した状態で所定の時間待機した場合には、ガラスが冷却されて粘性が高くなり、加圧によって第２転写面と側面転写面の境界付近にまで十分にガラスが充填されなくなり、ガラス光学素子の第２面と外周側面とを接続する第２自由面が形成される。待機時間を長くするほど、形成される第２自由面の幅は大きくなる。

このように、待機工程Ｓ１０３における待機時間を調整することで、形成される第２自由面の幅を調整することができる。カケ等を防止するという観点からは、ガラス光学素子の第１面の中心と第２面の中心を結んだ中心軸に平行な方向から見た第２自由面の幅が０．０１ｍｍ以上あることが好ましい。また、ガラス光学素子の表裏の判別の際は、通常、ガラス光学素子の第１面の中心と第２面の中心を結んだ中心軸に平行な方向に近い方向から観察することが多いため、ガラス光学素子の表裏の判別を容易にするという観点からは、ガラス光学素子の第１面の中心と第２面の中心を結んだ中心軸に平行な方向から見た第２自由面の幅が、第１自由面の幅の２倍以上であることが好ましく、第２自由面の幅が０．３ｍｍ以上であることが更に好ましい。ただし、第２自由面の幅が大きくなると、上型１２の第２転写面１５が転写されて形成される第２面の領域がその分だけ小さくなってしまうため、第２自由面の幅を必要以上に大きくしすぎることは好ましくない。

かかる第２自由面を形成するために必要な待機時間は、上型１１、下型１２、側面転写部材１３又は溶融状態のガラス３１の温度、ガラスの種類、ガラス光学素子の大きさ、形状、等種々の条件により異なるため、実験的に決定することが好ましい。一般的には数秒から数十秒の待機時間とすることで、必要な幅の第２自由面を形成することができる。

加圧工程Ｓ１０４は、加熱された上型１１を下型１２と互いに対向するように配置し、上型１１と下型１２とを相対的に接近させてガラス４０を加圧する工程である。加圧工程Ｓ１０４における成形金型１０と得られたガラス光学素子４２の断面を図２（ｄ）に示す。

前述のように、待機工程Ｓ１０３においてガラスが冷却されて粘性が高くなってから加圧するため、ガラス光学素子４２の第２面４５と外周側面４６とを接続する第２自由面４３が形成される。一方、ガラス光学素子４２の第１面４４や外周側面４６付近は特に冷却が進んでいるため、滴下工程Ｓ１０２で形成された第１自由面４１は加圧によってほとんど変化せず、そのままの幅で残る。

加圧の手段に特に制限はなく、エアシリンダ、油圧シリンダ、サーボモータを用いた電動シリンダ等の公知の加圧手段を適宜選択して用いることができる。

なお、ガラス光学素子の中心部の厚みは、待機工程Ｓ１０３における待機時間によって変化する。従って、ガラス光学素子の中心部の厚みを一定にするためには、待機時間に応じて、滴下するガラスの質量を調整する必要がある。待機時間を長くする場合はガラスの質量を小さくし、待機時間を短くする場合にはガラスの質量を大きくして調整する。

取り出し工程Ｓ１０５は、加圧工程Ｓ１０４の後、加圧を解除してガラス光学素子４２を取り出す工程である。

加圧工程Ｓ１０４において、ガラス光学素子４２は成形金型１０との接触面から熱を奪われて冷却が進む。加圧を解除しても面形状が崩れない温度にまで冷却されると、加圧を解除し、上型１１を側面転写部材１３から抜き出して、ガラス光学素子４２を取り出す。加圧を解除しても面形状が崩れない温度は、ガラスの種類や、ガラス光学素子の大きさや形状、必要な精度等によるが、通常はガラスのＴｇ近傍の温度まで冷却されていれば良い。ガラス光学素子４２の取り出しは、吸着方式を利用した公知の離型装置等を用いて行うことができる。

ガラス光学素子４２の取り出しが完了して本工程が終了した後、再び滴下工程Ｓ１０２から本工程Ｓ１０５までを繰り返すことで、連続的にガラス光学素子を製造することができる。

なお、本発明は、Ｓ１０１〜Ｓ１０５の工程以外に他の工程を含んでいても良い。例えば、加圧工程Ｓ１０４の後にガラス光学素子の検査工程を設けても良いし、取り出し工程Ｓ１０５の後に成形金型のクリーニング工程を設けても良い。

本実施形態において得られるガラス光学素子の断面図の一例を図３に示す。図３（ａ）は待機工程Ｓ１０３における待機時間が比較的短い場合に得られるガラス光学素子を、図３（ｂ）は待機工程Ｓ１０３における待機時間が比較的長い場合に得られるガラス光学素子をそれぞれ示している。中心部の厚みが一定になるよう、図３（ｂ）の光学素子の方が質量が小さくなるように調整している。

ガラス光学素子の第１面４４は下型１２の第１転写面１４の転写によって形成された面であり、第２面４５は上型１１の第２転写面１５の転写によって形成された面である。また、外周側面４６は側面転写部材１３の側面転写面１６の転写によって形成された面である。

これらのガラス光学素子は、成形金型１０のいずれの面にも接触せずに形成され、第１面４４と外周側面４６とを接続する第１自由面４１と、成形金型１０のいずれの面にも接触せずに形成され、第２面４５と外周側面４６とを接続する第２自由面４３、４３’とを備えている。従って、外周側面のカケ等の発生を防止することができる。

図３（ｂ）の場合は待機時間が比較的長いため、形成される第２自由面４３’をガラス光学素子の第１面４４の中心と第２面４５の中心を結んだ中心軸４７に平行な方向から見たときの幅ｄ２’は、図３（ａ）の場合に形成される第２自由面４３の幅ｄ２よりも大きく、第１自由面４１の３倍程度の大きさとなっている。このため、中心軸４７にほぼ平行な方向から表裏二つの自由面の幅の違いを見比べることによって、光学素子の表裏を容易に判別することが可能である。

（実施形態２）
本発明の第２の実施形態であるガラス光学素子の製造方法について説明する。図４は本実施形態におけるガラス光学素子の製造方法の工程を示した図であり、図５は主な工程における成形金型及びガラス光学素子の断面図である。以下、上述の第１の実施形態と異なる点を中心に各工程を説明する。

成形金型加熱工程Ｓ２０１は、成形金型を所定温度に加熱する工程である。成形金型加熱工程Ｓ２０１における成形金型２０の断面図を図５（ａ）に示す。本実施形態で用いる成形金型２０は、上型２１、下型２２、及び側面転写部材２３からなる。下型２２はガラス光学素子の第１面を形成するための凸形状を有する第１転写面２４を、上型２１はガラス光学素子の第２面を形成するための凸形状を有する第２転写面２５を、それぞれ有している。また、側面転写部材２３はガラス光学素子の外周側面を形成するための側面転写面２６を有しており、上型２１に組み合わされて固定されている。

第１の実施形態の場合と異なるのは、本実施形態では側面転写部材２３が上型２１に組み合わされて固定されているという点であり、その他、各部材の材質や加熱方式、加熱温度などは第１の実施形態の場合と同様である。

滴下工程Ｓ２０２は、加熱された下型２２の上に溶融状態のガラス３１を滴下して、下型２２の第１転写面２４にガラスを接触させる工程である。滴下工程Ｓ２０２における成形金型等の断面を図５（ｂ）に示す。本工程Ｓ２０２では、第１の実施形態の場合と同様に、溶融炉３２の下部に設けられたノズル３４より溶融状態のガラス３１を下型２２の上に滴下する。加熱された下型２２の上に滴下されたガラス５０は、下型２２の第１転写面２４に接触する。

待機工程Ｓ２０３は、滴下されたガラス５０が第１転写面２４に接触した状態で所定の時間待機して、次の加圧工程Ｓ２０４における加圧によってガラス光学素子の第１面と外周側面とを接続する第１自由面、及び、第２面と外周側面とを接続する第２自由面が形成される温度まで滴下されたガラス５０を冷却する工程である。待機工程Ｓ２０３における成形金型２０と滴下されたガラス５０の断面を図５（ｃ）に示す。

滴下されたガラス５０は、滴下された当初は非常に高温な溶融状態にあるが、第１転写面２４に接触しているため、この接触面から熱を奪われて冷却されて徐々に粘性が高くなっていく。しかし、第１の実施形態の場合と異なり側面転写面２６にはまだ接触していないため、滴下されたガラス５０の外周部付近の冷却は第１の実施形態の場合よりもゆっくりと進む。

従って、滴下されてすぐの、まだあまり冷却されていない時点で上型２１を下方に移動させて加圧を行うと、ガラスの粘性が低く変形し易いため、ガラス光学素子の第１面と外周側面とを接続する第１自由面、及び、第２面と外周側面とを接続する第２自由面は、共にほとんど形成されない。これに対して、滴下されたガラス５０が第１転写面２４に接触した状態で所定の時間待機した場合には、ガラスが冷却されて粘性が高くなり、加圧によって第１転写面２４と側面転写面２６の境界付近、及び、第１転写面２５と側面転写面２６の境界付近にまで十分にガラスが充填されなくなり、ガラス光学素子の第１面と外周側面とを接続する第１自由面、及び、第２面と外周側面とを接続する第２自由面が形成される。

このように、待機工程Ｓ２０３における待機時間を調整することで、形成される第１自由面及び第２自由面の幅を調整することができる。本実施形態においては、滴下されたガラス５０のうち、第１転写面２４と接触している下側よりも、接触していない上側の方が比較的冷却が遅く粘性が低い状態にある。従って、通常は、第１自由面の幅の方が第２自由面の幅よりも大きくなり易い。形成される第１自由面や第２自由面の幅は、上型２１、下型２２、側面転写部材２３又は溶融状態のガラス３１の温度、ガラスの種類、ガラス光学素子の大きさ、形状、等種々の条件により異なるため、待機時間の決定は実験的に行うことが好ましい。一般的には数秒から数十秒の待機時間とすることで、適切な幅の第１自由面及び第２自由面を形成することができる。

バリ、カケ等を防止するという観点からは、得られたガラス光学素子の第１面の中心と第２面の中心を結んだ中心軸に平行な方向から見た第１自由面及び第２自由面の幅が０．０１ｍｍ以上あることが好ましい。また、ガラス光学素子の表裏の判別を容易にするという観点からは、得られたガラス光学素子の第１面の中心と第２面の中心を結んだ中心軸に平行な方向から見た第１自由面の幅又は第２自由面の幅のうちいずれか大きい方が、小さい方の２倍以上であることが好ましい。本実施形態においては、上述のように、通常は第１自由面の幅の方が第２自由面の幅よりも大きいため、第１自由面の幅が第２自由面の幅の２倍以上であることが好ましく、第１自由面の幅が、０．３ｍｍ以上であることが更に好ましい。

加圧工程Ｓ２０４は、加熱された上型２１を下型２２と互いに対向するように配置し、上型２１と下型２２とを相対的に接近させてガラス５０を加圧する工程である。加圧工程Ｓ２０４における成形金型２０と得られたガラス光学素子５２の断面を図５（ｄ）に示す。

加圧工程Ｓ２０４における加圧によって、ガラス光学素子５２には、上型２１の第２転写面２５の転写による第２面５５、下型２２の第１転写面２４の転写による第１面５４、及び、側面転写部材２３の側面転写面２６の転写による外周側面５６が形成される。

また、待機工程Ｓ２０３においてガラスが冷却されて粘性が高くなってから加圧するため、ガラス光学素子５２の第１面５４と外周側面５６とを接続する第１自由面５１と、ガラス光学素子５２の第２面５５と外周側面５６とを接続する第２自由面５３とが形成される。

取り出し工程Ｓ２０５は、加圧工程Ｓ２０４の後、加圧を解除してガラス光学素子５２を取り出す工程である。

ガラス光学素子５２の取り出しが完了して本工程が終了した後、再び滴下工程Ｓ２０２から本工程Ｓ２０５までを繰り返すことで、連続的にガラス光学素子を製造することができる。

本実施形態において得られるガラス光学素子の断面図の一例を図６に示す。図６（ａ）は待機工程Ｓ２０３における待機時間が比較的短い場合に得られるガラス光学素子を、図６（ｂ）は待機工程Ｓ２０３における待機時間が比較的長い場合に得られるガラス光学素子をそれぞれ示している。中心部の厚みが一定になるよう、図６（ｂ）の光学素子の方が質量が小さくなるように調整している。

ガラス光学素子の第１面５４は下型２２の第１転写面２４の転写によって形成された面であり、第２面５５は上型２１の第２転写面２５の転写によって形成された面である。また、外周側面５６は側面転写部材２３の側面転写面２６の転写によって形成された面である。

これらのガラス光学素子は、成形金型２０のいずれの面にも接触せずに形成され、第１面５４と外周側面５６とを接続する第１自由面５１、５１’と、成形金型２０のいずれの面にも接触せずに形成され、第２面５５と外周側面５６とを接続する第２自由面５３、５３’とを備えている。従って、外周側面のカケ等の発生を防止することができる。

図６（ｂ）の場合は待機時間が比較的長いため、形成される第１自由面５１’を第１面５４の中心と第２面５５の中心を結んだ中心軸５７に平行な方向から見たときの幅ｄ３’は、図６（ａ）の場合に形成される第２自由面５１の幅ｄ３よりも大きくなっている。一方、図６（ｂ）の第２自由面５３’の幅ｄ４’は、図６（ａ）の第２自由面５３の幅ｄ４よりは大きいものの、第１自由面と比較して変化量は小さい。そのため、ｄ３とｄ４は同程度の大きさであるのに対して、ｄ３’はｄ４’の２．５倍程度の大きさとなっている。従って、図６（ｂ）の場合には、中心軸５７にほぼ平行な方向から表裏二つの自由面の幅の違いを見比べることによって、光学素子の表裏を容易に判別することが可能である。

（実施例１〜３）
図２に示した成形金型１０を用いて、図１に示した工程によりガラス光学素子を製造した。上型１１、下型１２、及び側面転写部材１３の材料には、いずれも炭化タングステンを主成分とする超硬材料を用いた。

製造するガラス光学素子の外径は直径６ｍｍで、中心部の厚みは３．２ｍｍとした。ガラス材料はＴｇが４８０℃のリン酸系ガラスを用いた。

成形金型加熱工程Ｓ１０１における加熱温度は、上型１１が４５０℃、下型１２が５００℃、側面転写部材１３が５００℃とした。滴下工程Ｓ１０２では、１０００℃のガラスを下型に滴下した。待機工程Ｓ１０３における待機時間は、４秒、６秒、８秒の３通りの条件とし、それぞれの条件におけるガラスの質量を１９０ｍｇ、１８０ｍｇ、１７０ｍｇと、待機時間に応じて調整して中心部の厚みを合わせ込んだ。加圧工程Ｓ１０４において、１２００Ｎの力で１０秒間加圧した後、加圧を解除して得られたガラス光学素子を取り出した。

上記３通りの条件で得られたガラス光学素子の、中心軸に平行な方向から見た第１自由面の幅、中心軸に平行な方向から見た第２自由面の幅、カケ発生の有無、表裏判別の容易性について評価を行った。評価結果を表１に示す。表裏判別の容易性については、目視で観察した場合の第１自由面と第２自由面の判別の容易性について、一方の面を見ただけで非常に容易に判別可能な場合を◎、二つの面を見比べることで容易に判別可能な場合を○、熟練によって判別可能な場合を△、判別困難な場合を×とした。

３通りのいずれの条件においてもカケ発生は無く、良好なガラス光学素子を得ることができた。更に、待機時間が８秒、及び、６秒の条件の場合には、表裏判別の容易性が◎又は○と良好な結果が得られた。

（比較例１）
待機時間を２秒（ガラス質量２００ｍｇ）とした以外は実施例１〜３と同様の条件でガラス光学素子を製造し、評価を行った。結果を表２に示す。

待機時間が短すぎたために第２自由面がほとんど形成されずカケが発生し、良好なガラス光学素子を得ることができなかった。

（実施例４〜６）
図５に示した成形金型２０を用いて、図４に示した工程によりガラス光学素子を製造した。上型２１、下型２２の材料には炭化珪素を、また、側面転写部材２３の材料には窒化アルミニウムを用いた。

製造するガラス光学素子の外径は直径８ｍｍで、中心部の厚みは２ｍｍとした。ガラス材料はＴｇが６４０℃のランタン系ガラスを用いた。

成形金型加熱工程Ｓ２０１における加熱温度は、上型２１が５８０℃、下型２２が６２０℃、側面転写部材２３が５８０℃とした。滴下工程Ｓ２０２では、１１００℃のガラスを下型に滴下した。待機工程Ｓ２０３における待機時間は、６秒、８秒、１０秒の３通りの条件とし、それぞれの条件におけるガラスの質量を２３０ｍｇ、２２０ｍｇ、２１０ｍｇと、待機時間に応じて調整して中心部の厚みを合わせ込んだ。加圧工程Ｓ２０４において、１５００Ｎの力で１５秒間加圧した後、加圧を解除して得られたガラス光学素子を取り出した。

上記３通りの条件で得られたガラス光学素子の、第１自由面の幅、第２自由面の幅、カケ発生の有無、表裏判別の容易性について評価を行った。評価結果を表３に示す。表裏判別の容易性については、目視で観察した場合の第１自由面と第２自由面の判別の容易性について、一方の面を見ただけで非常に容易に判別可能な場合を◎、二つの面を見比べることで容易に判別可能な場合を○、熟練によって判別可能な場合を△、判別困難な場合を×とした。

３通りのいずれの条件においてもカケ発生は無く、良好なガラス光学素子を得ることができた。更に、待機時間１０秒、及び、８秒の条件の場合には、表裏判別の容易性が◎又は○と良好な結果が得られた。

（比較例２）
待機時間を４秒（ガラス質量２４０ｍｇ）とした以外は実施例４〜６と同様の条件でガラス光学素子を製造し、評価を行った。結果を表４に示す。

待機時間が短すぎたために第１自由面及び第２自由面がほとんど形成されずカケが発生し、良好なガラス光学素子を得ることができなかった。

第１の実施形態におけるガラス光学素子の製造方法の工程図 第１の実施形態の主な工程における成形金型及びガラス光学素子の断面図 第１の実施形態において得られるガラス光学素子の断面図 第２の実施形態におけるガラス光学素子の製造方法の工程図 第２の実施形態の主な工程における成形金型及びガラス光学素子の断面図 第２の実施形態において得られるガラス光学素子の断面図 従来方法１における成形金型の断面図 従来方法２における成形金型の断面図

符号の説明

１０、２０ 成形金型
１１、２１ 上型
１２、２２ 下型
１３、２３ 側面転写部材
１４、２４ 第１転写面
１５、２５ 第２転写面
１６、２６ 側面転写面
４１、５１ 第１自由面
４２、５２ ガラス光学素子
４３、４３’、５３、５３’ 第２自由面
４４、５４ 第１面
４５、５５ 第２面
４６、５６ 外周側面
４７、５７ 中心軸
ｄ１、ｄ３、ｄ３’ 中心軸に平行な方向から見た第１自由面の幅
ｄ２、ｄ２’、ｄ４、ｄ４’ 中心軸に平行な方向から見た第２自由面の幅
Ｓ１０１、Ｓ２０１ 成形金型加熱工程
Ｓ１０２、Ｓ２０２ 滴下工程
Ｓ１０３、Ｓ２０３ 待機工程
Ｓ１０４、Ｓ２０４ 加圧工程
Ｓ１０５、Ｓ２０５ 取り出し工程

Claims (4)

1. ガラス光学素子の第１面を形成するための第１転写面を有する下型と、前記ガラス光学素子の前記第１面に対向する第２面を形成するための第２転写面を有する上型と、前記ガラス光学素子の外周側面を形成するための側面転写面を有し前記下型に組み合わされた側面転写部材と、を有する成形金型を所定温度に加熱する成形金型加熱工程と、
   加熱された前記下型の上に溶融状態のガラスを滴下して、前記下型の前記第１転写面及び前記側面転写部材の前記側面転写面にガラスを接触させる滴下工程と、
   加熱された前記上型を前記下型と互いに対向するように配置し、前記上型と前記下型とを相対的に接近させて前記ガラスを加圧する加圧工程と、
   前記加圧工程の後、加圧を解除してガラス光学素子を取り出す取り出し工程とを備えたガラス光学素子の製造方法において、
   前記滴下工程における滴下によって、前記成形金型のいずれの面にも接触せずに形成される面であって前記第１面と前記外周側面とを接続する第１自由面が形成され、
   前記加圧工程の前に、前記ガラスが前記第１転写面及び前記側面転写面に接触した状態で所定の時間待機して、前記加圧工程における加圧によって、前記成形金型のいずれの面にも接触せずに形成される面であって前記第２面と前記外周側面とを接続する第２自由面が形成される温度まで前記ガラスを冷却する待機工程を備え、
   前記第１面の中心と前記第２面の中心を結んだ中心軸に平行な方向から見た前記第１自由面の幅および前記第２自由面の幅が互いに異なることを特徴とするガラス光学素子の製造方法。
2. ガラス光学素子の第１面を形成するための第１転写面を有する下型と、前記ガラス光学素子の前記第１面に対向する第２面を形成するための第２転写面を有する上型と、前記ガラス光学素子の外周側面を形成するための側面転写面を有し前記上型に組み合わされた側面転写部材と、を有する成形金型を所定温度に加熱する成形金型加熱工程と、
   加熱された前記下型の上に溶融状態のガラスを滴下して、前記下型の前記第１転写面にガラスを接触させる滴下工程と、
   加熱された前記上型を前記下型と互いに対向するように配置し、前記上型と前記下型とを相対的に接近させて前記ガラスを加圧する加圧工程と、
   前記加圧工程の後、加圧を解除してガラス光学素子を取り出す取り出し工程とを備えたガラス光学素子の製造方法において、
   前記加圧工程の前に、前記ガラスが前記第１転写面に接触した状態で所定の時間待機して、前記加圧工程における加圧によって、前記成形金型のいずれの面にも接触せずに形成される面であって前記第１面と前記外周側面とを接続する第１自由面、及び、前記成形金型のいずれの面にも接触せずに形成される面であって前記第２面と前記外周側面とを接続する第２自由面が形成される温度まで前記ガラスを冷却する待機工程を備え、
   前記第１面の中心と前記第２面の中心を結んだ中心軸に平行な方向から見た前記第１自由面の幅および前記第２自由面の幅が互いに異なることを特徴とするガラス光学素子の製造方法。
3. 前記中心軸に平行な方向から見た前記第１自由面の幅又は前記第２自由面の幅のうちいずれか大きい方が、小さい方の２倍以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガラス光学素子の製造方法。
4. 前記中心軸に平行な方向から見た前記第１自由面の幅又は前記第２自由面の幅のうちいずれか大きい方が、０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３記載のガラス光学素子の製造方法。

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