JP4992035B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融ガラスを成形金型で加圧成形してガラス製の光学素子を得る光学素子の製造方法、及び、製造装置に関する。

今日、ガラス製の光学素子は、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、各種ミラーなどとして広範にわたって利用されている。かかるガラス製の光学素子は、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。特に、光学面として非球面を有する光学素子は、研削・研磨加工による面形成が容易でないことから、成形金型によるプレス成形法による製造が一般的になりつつある。その中でも、溶融ガラスを成形金型で直接加圧成形してガラス製の光学素子を得るダイレクトプレス法は、高い生産効率を期待できることから注目されている。

溶融ガラスを成形金型で直接加圧成形してガラス製の光学素子を得る方法として、ノズル先端からの溶融ガラスを支持部材に滞留させたあと、該支持部材をノズル先端から退避させ、得られたガラスゴブを上型と下型とで加圧成形する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

しかし、成形の過程で溶融ガラスが冷却される速度が、溶融ガラスの上面と下面、あるいは中心部と端部において異なり、冷却による収縮量が不均一になることから、かかる方法により精度の高い光学面を形成することは困難であった。特に、溶融ガラスが最初に支持部材に接触して急冷される下面側に精度の高い光学面を形成することは非常に困難であった。

また、受け型に供給された溶融ガラスを下型の上に搬送した後、上下金型で加圧成形することによって、溶融ガラスの温度が比較的安定する上面側の光学面のみを上型の成形面の転写によって形成し、下面側の光学面は追加工（研削・研磨加工）によって形成してガラスレンズを製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。

特許文献２には、更に、成形されるレンズの肉厚が全面にわたって均一になるように下型の受け面を形成することで、レンズの径方向の冷却速度の分布が小さくなり、レンズの上面側に高精度な光学面が得られる旨が開示されている。
特開平６−２０６７３０号公報 特開平８−２０８２４８号公報

しかしながら、実際には、たとえ成形される光学素子の肉厚が全面にわたって均一になるように下型の受け面を形成したとしても、溶融ガラスを下型の受け面に溜めた状態においては、溶融ガラスの表面張力によって端部よりも中心部の肉厚の方が大きくなるのが一般的である。従って、上型と下型とで加圧成形される段階では、既に中心部よりも端部の方が冷却が進み、端部の温度が低い状態になっている。

また、例えば外径がφ２０ｍｍ以上といった比較的大きな光学素子を製造する場合には、下型の受け面に多量の溶融ガラスを溜める必要があることから、溶融ガラスの外径を規制するための外径規制面を有する外径規制部材を備えた成形金型を使用する必要がある。この場合、供給された溶融ガラスは下型の受け面と接触するだけでなく、外径規制部材の外径規制面とも接触することになる。溶融ガラスは、これら成形金型との接触面から急速に冷却されるため、このような外径規制部材を備えた成形金型を使用する場合には、溶融ガラスの端部の冷却がいっそう急速に進む。

このように、中心部よりも端部の温度が低いという温度分布が溶融ガラスに生じるため、加圧成形の過程において、温度の低い端部が中心部よりも先に固化してしまうことになる。溶融ガラスの端部が先に固化してしまうと、固化した端部が障害となり、成形金型によって中心部を加圧することができなくなる。溶融ガラスの中心部は、冷却に伴って収縮しながら固化していくという、面形状の形成に際して非常に重要な段階において成形金型からの加圧を受けることができないため、成形によって高精度な光学面を得ることは非常に困難であった。

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、溶融ガラスの中心部を十分に加圧することで、高精度な光学面を有する光学素子を高い生産効率で製造することができる光学素子の製造方法及び製造装置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． 溶融ガラスを受けるための受け面を有する下型と、光学素子の第１の光学面を形成するための成形面を有する上型とを備える成形金型を所定温度に加熱する加熱工程と、前記下型の受け面に、前記成形金型よりも高温の前記溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給工程と、前記成形金型で前記溶融ガラスを加圧成形し、前記上型の成形面が転写された第１の光学面を有する成形体を形成する成形工程とを有し、前記下型及び前記上型の少なくとも何れか一方は、前記下型の受け面に供給され、表面張力によって端部より中心部が盛り上がった前記溶融ガラスの端部を加圧するための外型と、前記外型に摺動自在に内挿され、前記下型の受け面に供給され、表面張力によって端部より中心部が盛り上がった前記溶融ガラスの中心部を加圧するための内型とに分割され、前記成形工程は、前記内型に荷重を負荷して前記溶融ガラスの中心部を加圧する工程を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。

２． 前記内型はバネを介して前記外型に支持されており、前記成形工程における前記内型に荷重を負荷して前記溶融ガラスの中心部を加圧する工程は、前記バネの反発力によって前記内型に荷重を負荷する工程であることを特徴とする前記１に記載の光学素子の製造方法。

３． 前記内型又は前記外型の少なくとも何れか一方はバネを介して支持されており、前記成形工程において前記バネが圧縮されることによって前記外型と前記内型の相対位置が変化することを特徴とする前記１に記載の光学素子の製造方法。

４． 前記成形工程の後に、追加工によって前記成形体の第１の光学面の裏面側に第２の光学面を形成する追加工工程を有することを特徴とする前記１乃至３の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。

５． 前記成形金型は、前記溶融ガラスの外径を規制するための外径規制面を有する外径規制部材を備え、前記溶融ガラス供給工程において、前記下型の受け面に供給された前記溶融ガラスが、前記外径規制部材の前記外径規制面に接触することを特徴とする前記１乃至４の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。

６． 溶融ガラスを受けるための受け面を有する下型と、光学素子の第１の光学面を形成するための成形面を有する上型とを備える成形金型と、前記成形金型を所定温度に加熱するための加熱手段と、前記下型の受け面に前記成形金型よりも高温の前記溶融ガラスを供給するための溶融ガラス供給手段と、前記成形金型で前記溶融ガラスを加圧成形し、前記上型の成形面が転写された第１の光学面を有する成形体を形成するための加圧手段とを有し、前記下型及び前記上型の少なくとも何れか一方は、前記下型の受け面に供給され、表面張力によって端部より中心部が盛り上がった前記溶融ガラスの端部を加圧するための外型と、前記外型に摺動自在に内挿され、前記下型の受け面に供給され、表面張力によって端部より中心部が盛り上がった前記溶融ガラスの中心部を加圧するための内型とに分割され、前記加圧手段は、前記内型に荷重を負荷して前記溶融ガラスの中心部を加圧するための手段を有することを特徴とする光学素子の製造装置。

７． 前記内型又は前記外型の少なくとも何れか一方はバネを介して支持されていることを特徴とする前記６に記載の光学素子の製造装置。

本発明によれば、内型と外型とに分割された成形金型を用い、内型に荷重を負荷して溶融ガラスの中心部を加圧するため、高精度な光学面を有する光学素子を高い生産効率で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。

（光学素子及び成形体）
本発明の方法により製造される光学素子の形状に特に制限はなく、両凸形状、メニスカス形状、両凹形状、平面等、各種の形状の光学素子を製造することができる。ここで、光学素子とは、レンズのような透過型の光学素子の他、ミラーのような反射型の光学素子も含む。

図５は、本実施形態で製造する光学素子の一例であるメニスカス形状のレンズ１０を示している。レンズ１０は、成形によって形成される第１の光学面１１と追加工によって形成される第２の光学面１２及びコバ面１３とを有している。第１の光学面１１は凹の非球面であり、第２の光学面１２は凸の球面である。

光学素子の有する二つの光学面のうちいずれの面を成形によって形成される第１の光学面とするかについては、特に制限はない。ただし、レンズ１０のように、一方の面が非球面や回折面などの追加工による形成が困難な形状であり、他方の面が一般的な球面である場合には、前者を成形によって形成される第１の光学面とし、後者を追加工によって形成する第２の光学面とすることが、生産性の観点から好ましい。尤も、製造する光学素子がミラーのような反射型の光学素子であって一つの光学面のみを有する物の場合には、その面を第１の光学面として成形によって形成すれば良い。

図６は、レンズ１０を製造するための成形工程で得られた成形体を示す図である。図６（ａ）に示す成形体１４ａと図６（ｂ）に示す成形体１４ｂは、いずれも、下型を内型と外型からなる分割型とした場合の成形体の例である。内型と外型の高さを厳密に一致させるのは困難であるため、成形体１４ａのように、外型で形成された面１６ａよりも内型で形成された面１５ａの方が出っ張る形状となったり、又は、成形体１４ｂのように、内型で形成された面１５ｂよりも外型で形成された面１６ｂの方が出っ張る形状となる場合が一般的である。本発明の方法で得られる成形体は、何れの形状のものであっても良い。

ただし、成形体１４ｂのように外型で形成された面１６ｂの方が出っ張る形状である場合には、成形後の冷却過程において面１６ｂが内型を抱え込むように収縮するため、内型との離型が困難となったり、成形体にカン、ワレ等が発生する原因となる場合もある。かかる問題を防止する観点からは、成形体１４ａのように外型で形成された面１６ａよりも内型で形成された面１５ａの方が出っ張る形状とすることが好ましい。いずれの場合であっても、図の波線で示すように、追加工によって第２の光学面１２とコバ面１３とを形成することで目的とするレンズ１０が完成する。

図７は、本実施形態で製造する光学素子の別の例である両凸形状のレンズ２０を示している。レンズ２０は、成形によって形成される第１の光学面２１と追加工によって形成される第２の光学面２２及びコバ面２３とを有している。第１の光学面２１は凸の非球面であり、第２の光学面２２は凸の球面である。

図８は、レンズ２０を製造するための成形工程で得られた成形体を示す図である。図８（ａ）に示す成形体２４ａは、下型を内型と外型からなる分割型とした場合の成形体の例であり、図８（ｂ）に示す成形体２４ｂは、上型を内型と外型からなる分割型とした場合の成形体の例である。また、図８（ｃ）に示す成形体２４ｃは、下型及び上型の両方を分割型とした場合の成形体の例である。

成形体２４ｂ、２４ｃのように上型を分割型とした場合、外型で形成された面２７ａと内型で形成された面２１ａの間に段差が生じるのが一般的である。このため、追加工によって第２の光学面２２とコバ面２３とを形成した後の光学素子は、図９に示すレンズ２０ａのように成形で生じた段差がそのまま残ってしまう場合がある。これに対して、成形体２４ａのように下型のみを分割型とした場合、成形体に生じた段差は、成形後の追加工によって除去されるため光学素子に段差が残存することはない。このような段差が光学素子に残存しても問題とならない場合には、上型、下型の何れを分割型としても良く、このような段差を残存させたくない場合には、上型は分割型とせずに下型のみを分割型とすることが好ましい。

（成形金型）
図１は、本発明で用いることができる成形金型の第１の例を示す図である。成形金型３０は、レンズ１０用の成形体１４ａを成形するための成形金型である。図１（ａ）は、溶融ガラス供給工程において溶融ガラス４４が供給された状態を示している。また、図１（ｂ）は、成形工程において溶融ガラス４４を加圧している状態を示している。この成形金型３０は、内型３１及び外型３２からなる下型と、上型３３とを有し、更に、外径規制部材３４を備えている。溶融ガラス４４を受けるための受け面は、内型３１に形成された受け面３５と、外型３２に形成された受け面３６とからなる。上型３３は光学素子の第１の光学面１１を形成するための成形面３７を有している。外径規制部材３４は、溶融ガラス４４の外径を規制するための外径規制面３８を有し、外型３２に組み合わされて固定されている。また、内型３１、外型３２、上型３３、外径規制部材３４は、加熱手段としてのヒーター５１、５２、５３、５４及び温度センサー５５、５６、５７、５８をそれぞれ有している。

内型３１は、外型３２に設けられた貫通孔に摺動自在に内挿されている。内型３１と外型３２とに荷重を負荷し、上型３３との間で溶融ガラス４４を加圧するためにエアシリンダ６２が設けられ、更に、内型３１に荷重を負荷して溶融ガラス４４の中心部を加圧するための手段として、内型３１の下方にエアシリンダ６１が設けられている。

内型３１や外型３２に荷重を負荷するための加圧手段は、エアシリンダに限定されず、油圧シリンダ、サーボモータを用いた電動シリンダ、バネ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。

内型３１の外径は、成形体の径や形状、肉厚、必要な光学面の径、溶融ガラスや成形金型の温度などに応じて、適宜設定すればよい。内型３１の外径が小さすぎると内型３１によって加圧される溶融ガラスの領域が小さくなるため、高精度な光学面が得られる領域が小さくなってしまう。逆に、内型３１の外径が大きすぎると、溶融ガラスの端部で先に固化したガラスに阻害されて溶融ガラスの中心部を適切に加圧することができなくなる場合がある。

成形金型３０においては、下型を内型３１と外型３２の２つの型部材に分割しているが、分割数は２つに限られるものではなく、内型や外型を更に２以上に分割し、合わせて３つ以上の型部材に分割しても良い。また、分割型を上型として用いたり、上型と下型の両方を分割型とすることもできる。

図２は、本発明で用いることができる成形金型の第２の例を示す図である。図２に示す成形金型３０ａは、図１に示した成形金型３０の変形例であり、加圧手段の構成が異なっている。この成形金型３０ａにおいては、上型３３に荷重を負荷し、下型との間で溶融ガラス４４を加圧するため、上型３３の上方にエアシリンダ６５が設けられ、更に、内型３１に荷重を負荷して溶融ガラス４４の中心部を加圧するための手段として、内型３１の下方にエアシリンダ６１が設けられている。

図３は、本発明で用いることができる成形金型の第３の例を示す図である。成形金型７０は、レンズ２０用の成形体２４ａを成形するための成形金型である。図３（ａ）は、溶融ガラス供給工程において溶融ガラス４５が供給された状態を示している。また、図３（ｂ）は、成形工程において溶融ガラス４５を加圧している状態を示している。この成形金型７０は、内型７１及び外型７２からなる下型と、上型７３とを有し、更に、外径規制部材７４を備えている。溶融ガラス４５を受けるための受け面は、内型７１に形成された受け面７５と、外型７２に形成された受け面７６とからなる。上型７３は光学素子の第１の光学面２１を形成するための成形面７７を有している。外径規制部材７４は、溶融ガラス４５の外径を規制するための外径規制面７８を有し、外型７２に組み合わされて固定されている。また、内型７１、外型７２、上型７３、外径規制部材７４は、加熱手段としてのヒーター５１、５２、５３、５４及び温度センサー５５、５６、５７、５８をそれぞれ有している。

内型７１は、外型７２に設けられた凹部に摺動自在に内挿され、内型７１に荷重を負荷して溶融ガラス４５の中心部を加圧するための手段であるバネ６４を介して外型７２に支持されている。エアシリンダ６３によって、内型７１と外型７２とに荷重が負荷され、上型７３との間で溶融ガラス４５が加圧される。更に、バネ６４の反発力によって、内型７１に荷重を負荷して溶融ガラス４５の中心部を加圧することができるように構成されている。

図４は、本発明で用いることができる成形金型の第４の例を示す図である。成形金型８０は、レンズ２０用の成形体２４ａを成形するための成形金型である。図４（ａ）は、溶融ガラス供給工程において溶融ガラス４５が供給された状態を示している。また、図４（ｂ）は、成形工程において溶融ガラス４５を加圧している状態を示している。この成形金型８０は、内型８１及び外型８２からなる下型と、上型８３とを有し、更に、外径規制部材８４を備えている。溶融ガラス４５を受けるための受け面は、内型８１に形成された受け面８５と、外型８２に形成された受け面８６とからなる。上型８３は光学素子の第１の光学面２１を形成するための成形面８７を有している。外径規制部材８４は、溶融ガラス４５の外径を規制するための外径規制面８８を有し、外型８２に組み合わされて固定されている。また、内型８１、外型８２、上型８３、外径規制部材８４は、加熱手段としてのヒーター５１、５２、５３、５４及び温度センサー５５、５６、５７、５８をそれぞれ有している。

内型８１は外型８２に設けられた貫通孔に摺動自在に内挿され、外型８２はバネ６６を介して支持されている。エアシリンダ６７によって、内型８１、及び、バネ６６を介して外型８２に荷重が負荷され、上型８３との間で溶融ガラス４５が加圧される。更に、バネ６６が圧縮されることによって外型８２と内型８１の相対位置が変化し、エアシリンダ６７により内型８１に負荷された荷重によって溶融ガラス４５の中心部を加圧することができるように構成されている。

本発明において、外径規制部材は必ずしも必須の部材ではないが、例えば外径がφ２０ｍｍ以上といった比較的大きな光学素子を製造する場合には、下型の受け面に多量の溶融ガラスを溜める必要があることから、溶融ガラスの外径を規制するための外径規制面を有する外径規制部材を備えていることが好ましい。外径規制部材は、成形金型３０や成形金型７０のように外型と別部材で構成しても良いし、同一部材に受け面と外径規制面とを形成し、外型と外径規制部材の両方の機能を兼ね備えた部材を用いても良い。また、外型と固定せずに脱着可能な構成としても良いし、外型とは別に独立して上下に移動できる機構を備えた構成とすることも好ましい。

下型、上型及び外径規制部材の材質は、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、カーボンなど、ガラス製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。下型、上型、及び外径規制部材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。

上型の成形面は、製造する光学素子の第１の光学面に対応した形状とする。これに対して、光学素子の第２の光学面は成形後の追加工によって形成するため、下型の受け面は第２の光学面に対応した形状とする必要はない。

（加熱工程）
加熱工程は、成形金型を所定温度に加熱する工程である。図１〜図４で示した成形金型３０、３０ａ、７０、８０においては、内型、外型、上型、外径規制部材は、それぞれ加熱手段としてのヒーター５１、５２、５３、５４及び温度センサー５５、５６、５７、５８を有している。このように、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、公知の各種のヒーターの中から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。

上型の加熱温度は、溶融ガラスに成形面の形状を良好に転写できる温度範囲に設定する必要がある。通常、成形するガラスのＴｇ（ガラス転移点）−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度範囲とすることが好ましい。加熱温度が低すぎると溶融ガラスに成形面の形状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。実際には、成形するガラスの材質や、成形体の形状、大きさ、成形金型の材質、保護膜の種類、ヒーターや温度センサーの位置等種々の条件を考慮に入れて適正な温度を決定する。

下型と外径規制部材の加熱温度については、上型とは異なり成形面の転写性を考慮する必要はないが、溶融ガラスの冷却速度に影響することから、上型と同様に、成形するガラスのＴｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度範囲とすることが好ましい。

（溶融ガラス供給工程）
溶融ガラス供給工程は、下型の受け面に、成形金型よりも高温の溶融ガラスを供給する工程である。溶融ガラスは、下型の受け面に供給される直前においては、成形金型よりも高温であるが、一旦下型の受け面に供給されると、下型の受け面に接触して徐々に冷却される。成形金型が、溶融ガラスの外径を規制するための外径規制面を有する外径規制部材を備えている場合には、外径規制面との接触部からも冷却される。

溶融ガラスを供給する方法について特に制限はなく、公知の手法を適宜選択して用いることができる。図１０は、溶融ガラスを供給する方法の一例を示す模式図である。溶融槽４１に溶融ガラスが貯蔵されており、溶融槽４１の下部に設けられたノズル４２の先端から溶融状態のガラス滴が自重により落下する状態となっている。このとき、溶融槽４１とノズル４２はヒーター４３により所定温度に加熱されている。この状態で、下型をノズルの先端に接近させて受け面に所定量の溶融ガラスを滞留させた後、下型を下方に引き下げて溶融ガラスを切断することで溶融ガラスを供給することができる（特許文献１を参照。）。図１０（ａ）は、下型をノズルの先端に接近させた状態を示す図であり、図１０（ｂ）は、下型を下方に引き下げて溶融ガラスを切断した状態を示す図である。また、別の方法として、ノズルの先端から溶融ガラスが液線状態で流出する状態で、下型に所定量の溶融ガラスを滞留させた後、金属ブレードによって溶融ガラスを切断する方法によって溶融ガラスを供給することもできる。

図１０（ｂ）のように、供給された溶融ガラス４４は、内型３１に形成された受け面３５、外型３２に形成された受け面３６、及び外径規制部材３４の外径規制面３８とに接触する。内型３１、外型３２、外径規制部材３４の温度はいずれも供給される溶融ガラス４４よりも低温であることから、溶融ガラス４４は主にこれらとの接触面から冷却される。また、溶融ガラス４４は、表面張力によって中心部が盛り上がった形状となるのが普通である。そのため、供給された溶融ガラス４４には、中心部が高温で端部が低温という温度分布が生じることになる。

なお、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
（成形工程）
成形工程は、成形金型で溶融ガラスを加圧成形し、上型の成形面が転写された第１の光学面を有する成形体を形成する工程であり、更に、内型に荷重を負荷して溶融ガラスの中心部を加圧する工程を含む。

上述の通り、溶融ガラス供給工程で下型の受け面に供給された溶融ガラスには、中心部が高温で端部が低温という温度分布が生じている。このため、加圧成形の過程において、温度の低い端部が中心部よりも先に固化してしまう。本発明の製造方法においては、内型に荷重を負荷して溶融ガラスの中心部を加圧する工程を有しているため、溶融ガラスの端部が先に固化した場合であっても、固化の遅い中心部を適切に加圧し続けることができ、高精度な光学面を得ることができる。

図１に示す成形金型３０や図２に示す成形金型３０ａにおいては、エアシリンダ６１によって内型３１に荷重を負荷して溶融ガラスの中心部を加圧する。上型や、下型全体に荷重を負荷して溶融ガラスを加圧する工程と、内型に荷重を負荷して溶融ガラスの中心部を加圧する工程とは、同時に開始しても良いし、いずれか一方を先に開始しても良い。また、成形工程の途中で溶融ガラスの端部が先に固化した後は、外型によって溶融ガラスの端部を加圧したままでもよいし、外型による溶融ガラスの端部への加圧は解除して、内型によって溶融ガラスの中心部のみを加圧しても良い。この際、外型と溶融ガラスが接触しない状態となっていても良い。

図３に示す成形金型７０においては、バネ６４の反発力によって内型７１に荷重を負荷して溶融ガラスの中心部を加圧する。また、図４に示す成形金型８０においては、外型８２を支持するバネ６６が圧縮されることによって外型８２が下に下がり、外型８２と内型８１の相対位置が変化するため、溶融ガラスの端部が先に固化した場合であっても、エアシリンダ６７によって内型８１に荷重を負荷することで溶融ガラスの中心部を加圧することができる。

溶融ガラスの全体が十分固化する温度まで冷却された後、全ての加圧を解除して成形金型から成形体を取り出す。加圧を解除する際の成形体の温度は、ガラスの種類や、成形体の大きさや形状、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。必要な加圧時間や荷重も種々の条件によって異なる。加圧時間は、通常、１０秒〜３００秒の範囲から選択することが好ましい。また、下型全体に負荷する荷重は５００Ｎ〜２００００Ｎ、溶融ガラスの中心部を加圧するために内型に負荷する荷重は２００Ｎ〜１００００Ｎの範囲の中から適切な値を選択すれば良い。

なお、溶融ガラスと外径規制部材が接触した状態のままで加圧を行っても良いし、成形工程の前に外径規制部材を退避させて溶融ガラスと外径規制部材との接触を解除した後に加圧を行っても良い。後者の場合、溶融ガラスが外部に流れ出さない程度の粘度になるまで冷却された後に外径規制部材を退避させる必要がある。

また、得られた成形体に残存する歪みを除去し、屈折率等の品質を均一化して更に高精度の光学素子とするために、成形体をアニールする工程を設けることもできる。

（追加工工程）
追加工工程とは、成形工程の後に、成形体の第１の光学面の裏面側に第２の光学面を形成する工程である。

一般的には、高速研削機（カーブジェネレータ）等を用いた粗摺工程、ダイヤモンドペレット等を用いた精研削工程、研磨剤で表面を仕上げる研磨工程といった工程によって光学面を形成することができるが、これに限定されることはなく、公知の手法を適宜選択して用いることができる。

また、研削等によって光学素子のコバ面を形成する工程を備えていても良い。

（実施例１）
図１に示した成形金型３０を用いて、図６（ａ）に示す成形体１４ａを作製し、上型３３の成形面３７の転写によって形成された第１の光学面１１の形状精度の評価を行った。第１の光学面１１は、通常、非球面とすることが多いが、ここでは評価を容易にするため曲率半径３０ｍｍの球面とした。

成形体１４ａの外径はφ２５ｍｍ、中心部の肉厚は６ｍｍとした。下型は、外径φ１５ｍｍの内型３１と外型３２とに分割され、内型３１は、外型３２に設けられた貫通孔に摺動自在に内挿されている。内型３１に形成された受け面３５は曲率半径３０ｍｍの凹面であり、外型３２に形成された受け面３６は平面である。また、下型全体に荷重を負荷し、上型３３との間で溶融ガラス４４を加圧するためのエアシリンダ６２と、内型に荷重を負荷して溶融ガラス４４の中心部を加圧するためのエアシリンダ６１が設けられている。内型３１、外型３２、上型３３、外径規制部材３４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。加熱温度は、内型３１、外型３２、外径規制部材３４が５２０℃、上型３２が４６０℃に設定した。

ガラス材料には、Ｔｇが４９５℃のリン酸系ガラスを用いた。ノズルを１０００℃に加熱し、溶融状態のガラス滴が自重により落下する状態で、下型をノズルの先端に接近させて受け面に溶融ガラスを滞留させた後、下型を下方に引き下げて溶融ガラスを切断し、所定量の溶融ガラスを供給した。

その後、下型を上型３３に対向する位置まで移動し、エアシリンダ６２により下型全体に１５００Ｎの荷重を負荷した。更にその１０秒後に、エアシリンダ６１により内型に１２００Ｎの荷重を負荷して溶融ガラスの中心部を加圧した。エアシリンダ６２により下型全体に荷重を負荷してから７０秒後に溶融ガラスに対する加圧を全て解除し、その後成形体を取り出した。

取り出した成形体の光学面１１の形状精度を評価した。評価は、テーラーホブソン株式会社製の表面形状測定器ＰＧＩ８４０を用いて球面からのずれ量の最大値を求め、球面からのずれ量の最大値が１５０ｎｍ以下であり極めて良好な場合を◎、１５０ｎｍより大きく３００ｎｍ以下であり良好な場合を○、３００ｎｍより大きく問題となる場合を×とした。

評価結果を表１に示す。光学面１１の形状精度は７０ｎｍと極めて良好であり、本発明の方法によって高精度な光学面を形成できることが確認された。

（比較例１）
実施例１と同じく成形金型３０を用いて成形体１４ａを作製した。成形工程において、エアシリンダ６２により下型全体に１５００Ｎの荷重を７０秒間負荷した。エアシリンダ６１による内型３１への荷重の負荷は行わなかった。その他の条件は実施例１と同じである。得られた成形体の光学面１１の形状精度を評価した。評価は、実施例１と同様の方法で行った。

評価結果を表１に併せて示す。光学面の形状精度は３４０ｎｍであり、高精度な光学面を形成することはできなかった。

（実施例２）
図４に示した成形金型８０を用いて、図８（ａ）に示す成形体２４ａを作製し、上型８３の成形面８７の転写によって形成された第１の光学面２１の形状精度の評価を行った。第１の光学面２１は、曲率半径３０ｍｍの球面とした。

成形体２４ａの外径はφ４０ｍｍ、中心部の肉厚は８ｍｍとした。下型は、外径φ３０ｍｍの内型８１と外型８２とに分割され、内型８１は、外型８２の中央部に設けられた貫通孔に内挿されている。外型８２はバネ６６を介して支持されている。内型８１に形成された受け面８５は曲率半径３０ｍｍの凹面であり、外型８２に形成された受け面８６は平面である。バネ６６は、バネ定数１００Ｎ／ｍｍの円筒型の圧縮コイルバネを４本用いた。また、下型全体に荷重を負荷し、上型８３との間で溶融ガラス４５を加圧するためのエアシリンダ６７が設けられている。内型８１、外型８２、上型８３、外径規制部材８４の材質は、いずれも炭化珪素とした。加熱温度は、内型８１と外型８２が７１０℃、外径規制部材８４が７３０℃、上型８３が６８０℃に設定した。

ガラス材料には、Ｔｇが６５０℃のランタン系ガラスを用いた。ノズル先端を１２００℃に加熱し、ノズル先端から溶融ガラスが液線状態で流出する状態で下型に溶融ガラスを滞留させた後、金属ブレードによって溶融ガラスを切断し、所定量の溶融ガラスを供給した。

その後、下型を上型８３に対向する位置まで移動し、エアシリンダ６７により下型全体に２５００Ｎの荷重を負荷した。荷重を負荷してから１１０秒後に溶融ガラスに対する加圧を全て解除し、その後成形体を取り出した。荷重を負荷してから１１０秒後の時点でバネ６６は１ｍｍ圧縮されていたことから、外型８２が溶融ガラスを加圧する荷重は４００Ｎであり、内型８１が２１００Ｎの荷重で溶融ガラスの中心部を加圧していたことが分かる。

得られた成形体の光学面２１の形状精度を評価した。評価は、実施例１と同様の方法で行った。評価結果を表１に併せて示す。光学面２１の形状精度は８５ｎｍと極めて良好であった。

（比較例２）
実施例２と同じく成形金型８０を用いて成形体１４ａを作製した。ただし、外型８２の底にはバネ６６の代わりに、ステンレス製の円柱状部材を４本組み込んだ。成形工程において、エアシリンダ６７により下型全体に２５００Ｎの荷重を負荷した。その他の条件は実施例２と同じである。得られた成形体の光学面２１の形状精度を評価した。評価は、実施例２と同様の方法で行った。

評価結果を表１に併せて示す。光学面の形状精度は４６０ｎｍであり、高精度な光学面を形成することはできなかった。

本発明で用いる成形金型の第１の例を示す図 本発明で用いる成形金型の第２の例を示す図 本発明で用いる成形金型の第３の例を示す図 本発明で用いる成形金型の第４の例を示す図 本実施形態で製造する光学素子の一例を示す図 レンズ１０を製造するための成形体を示す図 本実施形態で製造する光学素子の別の例を示す図 レンズ２０を製造するための成形体を示す図 成形で生じた段差がそのまま残ってしまったレンズ２０ａを示す図 溶融ガラスを供給する方法の一例を示す図

符号の説明

１０、２０、２０ａ レンズ（光学素子）
１１、２１ 第１の光学面
１２、２２ 第２の光学面
１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 成形体
３０、３０ａ、７０、８０ 成形金型
３１、７１、８１ 内型
３２、７２、８２ 外型
３３、７３、８３ 上型
３４、７４、８４ 外径規制部材
３５、３６、７５、７６、８５、８６ 受け面
３７、７７、８７ 成形面
３８、７８、８８ 外径規制面
４４、４５ 溶融ガラス
６１、６２、６３、６５、６７ エアシリンダ
６４、６６ バネ

Claims (5)

1. 溶融ガラスを受けるための受け面を有する下型と、光学素子の第１の光学面を形成するための成形面を有する上型とを備える成形金型を所定温度に加熱する加熱工程と、
   前記下型の受け面に、前記成形金型よりも高温の前記溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給工程と、
   前記成形金型で前記溶融ガラスを加圧成形し、前記上型の成形面が転写された第１の光学面を有する成形体を形成する成形工程とを有し、
   前記下型及び前記上型の少なくとも何れか一方は、前記下型の受け面に供給され、表面張力によって端部より中心部が盛り上がった前記溶融ガラスの端部を加圧するための外型と、前記外型に摺動自在に内挿され、前記下型の受け面に供給され、表面張力によって端部より中心部が盛り上がった前記溶融ガラスの中心部を加圧するための内型とに分割され、
   前記成形工程は、前記内型に荷重を負荷して前記溶融ガラスの中心部を加圧する工程を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記内型はバネを介して前記外型に支持されており、
   前記成形工程における前記内型に荷重を負荷して前記溶融ガラスの中心部を加圧する工程は、前記バネの反発力によって前記内型に荷重を負荷する工程であ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. 前記内型又は前記外型の少なくとも何れか一方はバネを介して支持されており、
   前記成形工程において前記バネが圧縮されることによって前記外型と前記内型の相対位置が変化す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。
4. 前記成形工程の後に、追加工によって前記成形体の第１の光学面の裏面側に第２の光学面を形成する追加工工程を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記成形金型は、前記溶融ガラスの外径を規制するための外径規制面を有する外径規制部材を備え、
   前記溶融ガラス供給工程において、前記下型の受け面に供給された前記溶融ガラスが、前記外径規制部材の前記外径規制面に接触することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。

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