JP5263164B2 - ガラス成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種の光学素子等として用いることのできるガラス成形体の製造方法に関する。

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、半導体レーザから出力される楕円形状の出力ビームを円形に整形するためのビーム整形素子等の光学素子として、ガラス素材を成形金型で加圧成形して製造したガラス成形体が多く用いられている。

このようなガラス成形体の製造方法として、予め所定温度に加熱した成形金型の上に溶融ガラス滴を滴下して、滴下した溶融ガラス滴が未だ変形可能な温度にある間に成形金型にて加圧成形する方法（以下、「液滴成形法」ともいう。）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法は溶融ガラス滴から直接ガラス成形体を製造することができるので、１回の成形に要する時間が非常に短く、高い生産効率が期待できる方法である。

また、近年は、光学デバイスの高精度化や低コスト化の要求が高まり、ガラス成形体を光学系に組み込む際の位置決め基準面や、ガラス成形体に後加工（切断加工等）を行うための位置決め基準面として用いることのできる側面成形面を有するガラス成形体が求められるようになってきた。

側面成形面を有するガラス成形体を液滴成形法で製造する方法として、側面成形面を形成するための部材（側面型）の温度をガラスのガラス転移点温度（℃）から１００℃を差し引いた温度より高くして、成形の際の割れ、欠け等を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１−３０８８４０号公報 特開２００４−３３９０３９号公報

特許文献２に記載された方法によれば、側面型との接触部からの放熱による溶融ガラス滴の温度低下を抑制できるため、加圧成形時に発生する側面成形面のワレや欠け等を防止することができる。

しかしながら、側面型との接触面からの放熱による影響は、側面成形面の上下方向の幅等によって異なる。そのため、特許文献２に記載された方法の場合、製造するガラス成形体の形状や寸法によっては、成形金型による加圧を解除した後にガラス成形体の側面成形面と側面型とが密着したまま強固に張り付き、ガラス成形体の回収が困難となる場合があった。このような場合、製造装置の運転をその都度停止せざるを得ないために、生産効率が悪化してしまうという問題があった。

特に、ビーム整形素子のように、側面成形面の上下方向の幅が大きいガラス成形体の場合はこのような問題が顕著であり、解決が望まれていた。

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、側面成形面の上下方向の幅が大きいガラス成形体を製造する場合において、ガラス成形体のワレや欠けを防止すると共に、側面成形面と側面型との張り付きを効果的に防止して効率良く製造することができるガラス成形体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． 上成形面、下成形面及び側面成形面を有するガラス成形体の、上成形面を形成するための上型と、下成形面を形成するための下型と、側面成形面を形成するための側面型とを有する成形金型を用いて溶融ガラス滴を加圧成形するガラス成形体の製造方法において、
前記下型、前記上型及び前記側面型をそれぞれ所定温度に加熱する加熱工程と、
前記側面型と前記下型とで構成される受け部に前記溶融ガラス滴を滴下する滴下工程と、
滴下した前記溶融ガラス滴を前記成形金型で加圧する加圧工程と、を有し、
前記側面成形面の上下方向の幅ｈは、前記側面成形面の上下方向中心部における前記ガラス成形体の水平断面の面積と同じ面積を有する円の直径をＤとしたとき、
０．６Ｄ≦ｈ≦１．５Ｄの範囲であり、
前記溶融ガラス滴が前記受け部に滴下する直前における前記側面型の温度Ｔｓは、前記溶融ガラス滴のガラス転移点温度をＴｇ（℃）としたとき、
Ｔｇ−２５０℃≦Ｔｓ≦Ｔｇ−１０５℃であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。

２． 前記側面型は前記下型からの熱伝導によって昇温するものであって、
前記加熱工程は、前記側面型が前記下型に対して相対移動し、前記下型との接触面積を変更することにより、前記側面型の温度を調整することを特徴とする前記１に記載のガラス成形体の製造方法。

３． 複数のガラス成形体を繰り返し製造する間、前記下型は、Ｔｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃の間の一定の目標設定温度に保たれることを特徴とする前記２に記載のガラス成形体の製造方法。

４． 前記加熱工程は、前記側面型を前記下型に接触させて、前記下型からの熱伝導によって前記側面型を前記温度Ｔｓよりも高い所定温度Ｔｓ１まで加熱する第１工程と、
前記側面型と前記下型とが接触しない状態、又は、前記第１工程よりも接触面積の少ない状態で所定時間待機して、前記側面型を前記温度Ｔｓまで冷却する第２工程と、を有することを特徴とする前記２又は３に記載のガラス成形体の製造方法。

５． 前記ガラス成形体は、半導体レーザから出力される楕円形状の出力ビームを円形に整形するためのビーム整形素子であることを特徴とする前記１乃至４の何れか１項に記載のガラス成形体の製造方法。

６． 前記上成形面及び前記下成形面の少なくとも一方は、シリンドリカル面又はトロイダル面からなる光学面を有することを特徴とする前記５に記載のガラス成形体の製造方法。

本発明によれば、溶融ガラス滴を滴下させる直前における側面型を、ガラス成形体の形状に応じた適切な温度範囲に設定しているため、ガラス成形体のワレや欠けを防止すると共に、側面成形面と側面型との張り付きを効果的に防止することができる。そのため、側面成形面の上下方向の幅が大きいガラス成形体を効率良く製造することができる。

本発明の第１の実施形態を示すフローチャートである。 第１の実施形態で使用する成形金型１０等の、滴下工程における状態を示す模式図である。 第１の実施形態で使用する成形金型１０等の、加圧工程における状態を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態を示すフローチャートである。 第２の実施形態で使用する成形金型１０ｂ等を示す模式図である。 本発明の製造方法により製造されるガラス成形体の１例を示した図である。 本発明の製造方法により製造されるガラス成形体の別の例を示した図である。

符号の説明

１０、１０ｂ 成形金型
１１ 上型
１２ 下型
１３、１３ｂ 側面型
１４ 受け部
２０ａ、２０ｂ ガラス成形体
２１ 上成形面
２２ 下成形面
２３ 側面成形面
２５ 水平断面
２６ 円
２７ 溶融ガラス滴

以下、本発明の実施の形態について図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。

（ガラス成形体）
先ず、本発明が対象とするガラス成形体について、図６、図７を参照しながら詳細に説明する。図６は、本発明の製造方法により製造されるガラス成形体の１例を示した図である。図６（ａ）は正面から見た図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示したＡ−Ａの位置における断面図である。

図６に示すガラス成形体２０ａは、円形の外形を有し、中心軸２４に対して対称な両凸形状の成形体であり、上成形面２１、下成形面２２及び側面成形面２３を有している。また、Ａ−Ａの位置は、側面成形面２３の上下方向中心部を示している。

上述のように、製造過程における側面型との接触面からの放熱による影響は、側面成形面２３の上下方向の幅等によって異なる。本発明者は、鋭意検討の結果、側面成形面２３の上下方向の幅（ｈ）と、側面成形面２３の上下方向中心部におけるガラス成形体２０ａの水平断面の円の直径（Ｄ）との比率が、製造過程における側面型との接触面からの放熱による影響を決定づけていることを見いだした。

本発明者は更に検討を進め、０．６Ｄ≦ｈ≦１．５Ｄを満たすガラス成形体について、側面成形面のワレや欠け等を防止すると共に、側面成形面と側面型との張り付きを効果的に防止することができる製造方法を突き止めた。

ガラス成形体２０ａは、上成形面２１と下成形面２２がともに凸の球面を有しているが、本発明が対象とするガラス成形体はそれに限られるものではない。例えば、上成形面、下成形面の何れか一方、あるいは両方が凹の球面や非球面、平面等であってもよい。

図７は、本発明の製造方法により製造されるガラス成形体の別の例を示した図である。図７（ａ）は斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示したＢ−Ｂの位置における断面図である。

図７に示すガラス成形体２０ｂは、半導体レーザから出力される楕円形状の出力ビームを円形に整形するためのビーム整形素子として用いられる成形体であり、上成形面２１と下成形面２２とを有している。上成形面２１は、溶融ガラス滴を加圧成形する際に上型によって形成された面であり、光学面２１ｃと、その外側の平面部２１ｐとを有している。また、下成形面２２は、下型によって形成された面であり、光学面２２ｃと、その外側の平面部２２ｐとを有している。

また、ガラス成形体２０ｂは、４つの側面成形面２３を有している。ガラス成形体２０ｂの有する側面成形面２３は、側面型によって形成された面であることから、多数のガラス成形体２０ｂを製造する場合においても光学面からの距離のばらつきを非常に小さくすることができる。そのため、いずれかの側面成形面２３を、ガラス成形体２０ｂを光学系に組み込む際の位置決め基準面として用いることで、高精度な組み込みが可能となる。側面成形面２３は、切断加工等の後加工を行うための位置決め基準面として用いることもできる。

ガラス成形体２０ｂは、図６に示したガラス成形体２０ａと異なり、側面成形面２３の上下方向中心部における水平断面が円ではなく、正方形となっている。本発明において、ガラス成形体の側面成形面の上下方向中心部における水平断面の形状に制限はなく、円、正方形、長方形、平行四辺形、六角形等であってもよい。このように水平断面が非円形の場合には、側面成形面２３の上下方向の幅をｈ、側面成形面２３の上下方向中心部におけるガラス成形体２０ｂの水平断面２５の面積と同じ面積を有する円２６の直径をＤとして、０．６Ｄ≦ｈ≦１．５Ｄが成立すれば、本発明の効果を得ることができる。

ガラス成形体２０ｂの光学面２１ｃはシリンドリカル面であり、光軸（図７（ａ）のｚ方向）に垂直な面内における所定方向（ｙ方向）には曲率を有さず、それに垂直な方向（ｘ方向）のみに曲率を有している。光学面２２ｃも同様のシリンドリカル面である。

ガラス成形体２０ｂは、対向する２つの光学面２１ｃ、２２ｃがいずれもシリンドリカル面であるが、これに限られるものではない。例えば、一方の光学面がシリンドリカル面で他方の光学面が平面又は球面のビーム整形素子や、一方の光学面がシリンドリカル面で他方の光学面がトロイダル面であるビーム整形素子等にも適用することができる。

このように、上成形面及び下成形面の少なくとも一方に、シリンドリカル面又はトロイダル面からなる光学面を有するビーム整形素子として用いるガラス成形体は、上式（０．６Ｄ≦ｈ≦１．５Ｄ）を満足する場合が多い。そのため、このようなビーム整形素子として用いるガラス成形体の製造には、本発明の製造方法を特に好ましく用いることができる。

ここで、シリンドリカル面（円筒面）とは、光軸に垂直な面内における所定方向（以下、母線方向という。）には曲率を有さず、それに垂直な方向（以下、子線方向という。）のみに曲率を有する面をいう。母線方向に垂直な断面形状が円弧状の場合はもちろん、非円弧成分を有するものであってもよい。また、トロイダル面とは、シリンドリカル面を母線方向に湾曲させた面であり、母線方向と子線方向とで異なる曲率を有する面をいう。

（ガラス成形体の製造方法）
次に、本発明のガラス成形体の製造方法について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。本発明のガラス成形体の製造方法は、下型、上型及び側面型をそれぞれ所定温度に加熱する加熱工程と、溶融ガラス滴を滴下する滴下工程と、溶融ガラス滴を成形金型で加圧する加圧工程とを有する。溶融ガラス滴からガラス成形体を直接製造する液滴成形法を用いた方法であり、非常に効率よくガラス成形体を製造することが可能である。

（実施形態１）
図１は、本発明のガラス成形体の製造方法の１例を示すフローチャートである。また、図２及び図３は、本実施形態で使用する成形金型等を示す図であり、図２は溶融ガラス滴を滴下する滴下工程における状態を、図３は溶融ガラス滴を加圧する加圧工程における状態を示している。以下、図７に示したガラス成形体２０ｂを製造する場合を例に挙げて説明する。

図２及び図３に示す成形金型１０は、ガラス成形体２０ｂの上成形面２１を形成するための上型１１と、ガラス成形体２０ｂの下成形面２２を形成するための下型１２と、ガラス成形体２０ｂの側面成形面２３を形成するための側面型１３とを備えている。

下型１２は、図示しない駆動手段により、滴下した溶融ガラス滴２７を受けるための位置（滴下位置Ｐ１）と、上型１１と対向して溶融ガラス滴２７を加圧するための位置（加圧位置Ｐ２）との間で移動可能に構成されている。また上型１１は、図示しない駆動手段により、下型１２との間で溶融ガラス滴を加圧する方向（図の上下方向）に移動可能に構成されている。

上型１１、下型１２及び側面型１３の材料は、耐熱合金（ステンレス等）、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、各種セラミックス（炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等）、カーボンを含む複合材料など、ガラス成形体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、及び側面型１３を全て同一の材料で構成してもよいし、それぞれ別の材料で構成してもよい。

また、上型１１、下型１２及び側面型１３は、加熱装置３１、３２、３３によって、それぞれ独立して温度制御することができる構成となっている。加熱装置３１、３２、３３の種類に制限はなく、公知の加熱手段を適宜選択して用いることができる。例えば、被加熱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、被加熱部材の外側に接触させて使用するシート状のヒーター、赤外線加熱装置、高周波誘導加熱装置等を用いることができる。

以下、図１に示すフローチャートに従い、順を追って各工程について説明する。

先ず、上型１１、下型１２及び側面型１３をそれぞれ所定温度に加熱する（加熱工程：Ｓ１１）。本発明の製造方法においては、後述の滴下工程において溶融ガラス滴２７が滴下する直前における側面型１３の温度Ｔｓが、Ｔｇ−２５０℃≦Ｔｓ≦Ｔｇ−１０５℃の範囲となるように側面型１３の加熱を行う。ここで、Ｔｇとは溶融ガラス滴２７のガラス転移点温度（℃）をいう。

０．６Ｄ≦ｈ≦１．５Ｄを満たすガラス成形体を製造する場合、側面型１３の温度ＴｓをＴｇ−１０５℃以下とすることにより、側面型１３とガラス成形体の側面成形面２３との張り付きを効果的に防止することができる。そのため、ガラス成形体の回収を容易に行うことができ、製造装置の連続運転が可能となるために高い生産効率を確保することができる。

しかし、側面型１３の温度ＴｓがＴｇ−２５０℃よりも低い場合には、溶融ガラス滴２７の周辺部の冷却が早く進みすぎることから、ガラス成形体の側面成形面２３や上成形面２１、あるいはその境界部等にワレや欠けといった欠陥が発生しやすくなってしまう。

従って、本発明が対象とする０．６Ｄ≦ｈ≦１．５Ｄを満たすガラス成形体を製造する場合には、後述の滴下工程において溶融ガラス滴２７が滴下する直前における側面型１３の温度Ｔｓが、Ｔｇ−２５０℃≦Ｔｓ≦Ｔｇ−１０５℃の範囲となるように側面型１３の加熱を行うことにより、側面成形面２３のワレや欠け等を防止すると共に、側面成形面２３と側面型１３との張り付きを効果的に防止することができるのである。

上型１１及び下型１２の加熱温度は、ガラス成形体２０ｂに上成形面２１及び下成形面２２を良好に形成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成形面を良好に形成す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１０との融着を防止する観点や、成形金型１０の寿命の観点から好ましくない。通常は、ガラスのＴｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度に設定するが、実際には、ガラスの種類、ガラス成形体の形状や大きさ、成形金型の材料、保護膜の種類、加熱するための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よいし、異なる温度であってもよい。

本発明においては、所定温度に加熱された成形金型１０に溶融ガラス滴２７を滴下して加圧成形することから、成形金型１０の加熱温度を一定に保ったまま一連の工程を行うことができる。更に、成形金型１０の加熱温度を一定に保ったまま、複数のガラス成形体２０ｂを繰り返し製造することもできる。１つのガラス成形体２０ｂを製造する毎に成形金型１０の昇温と冷却を繰り返す必要がないことから、極めて短時間で効率よく光学素子を製造することができる。

ここで、成形金型１０の加熱温度を一定に保つというのは、成形金型１０を加熱するための温度制御における目標設定温度を一定に保つという意味である。従って、各工程実施中における溶融ガラス滴２７との接触等による成形金型１０の温度変動を防止しようとするものではなく、かかる温度変動については許容される。

次に、下型１２を滴下位置Ｐ１に移動し（Ｓ１２）、側面型１３と下型１２とで構成される受け部１４に溶融ガラス滴２７を滴下させる（滴下工程：Ｓ１３）（図２参照）。溶融槽３４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３５が貯留されている。溶融槽３４の下部にはノズル３６が設けられており、溶融状態のガラス３５が自重によってノズル３６の内部に設けられた流路を通過し、表面張力によって先端部に溜まる。ノズル３６の先端部に一定質量の溶融ガラスが溜まると、ノズル３６の先端部から自然に分離して、一定質量の溶融ガラス滴２７が下方に滴下する。

滴下する溶融ガラス滴２７の質量はノズル３６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程度の溶融ガラス滴を滴下させることができる。また、ノズル３６の内径、長さ、加熱温度などによってガラス滴の滴下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、所定の質量の溶融ガラス滴を所定の間隔で滴下させることが可能である。

更に、溶融ガラス滴２７をノズル３６から受け部１４に直接滴下させるのではなく、ノズル３６から滴下させた溶融ガラス滴２７を貫通細孔を設けた部材に衝突させ、衝突した溶融ガラス滴２７の一部を微小滴として貫通細孔を通過させて受け部１４に滴下させてもよい。それにより、例えば１ｍｍ^３〜１００ｍｍ^３といった微小なガラス成形体の製造が可能となる。また、貫通細孔の直径を変更することによって、ノズル３６を交換することなく溶融ガラス滴の体積を調整することができ、多種のガラス成形体を効率よく製造することができるため好ましい。この方法は、特開２００２−１５４８３４号公報に詳細に記載されている。

使用できるガラスの種類に特に制限はなく、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、ホウケイ酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラス、リン酸ガラス、ランタン系ガラス等の光学ガラスが挙げられる。

次に、下型１２を加圧位置Ｐ２に移動し（Ｓ１４）、上型１１を下方に移動して、成形金型１０で溶融ガラス滴２７を加圧する（加圧工程：Ｓ１５）（図３参照）。

溶融ガラス滴２７は、加圧されている間に成形金型１０との接触面からの放熱によって冷却、固化してガラス成形体２０ｂとなる。加圧を解除してもガラス成形体２０ｂに形成された転写面の形状が崩れない温度にまで冷却された後、加圧を解除する。ガラスの種類や、ガラス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よい。

溶融ガラス滴２７を加圧するために負荷する荷重は、常に一定であってもよいし、時間的に変化させてもよい。転写精度を高めるためには、溶融ガラス滴２７が、上述の加圧を解除できる温度に冷却されるまでの間は、溶融ガラス滴２７と、上型１１及び下型１２とが密着した状態を保つことができるよう所定値以上の荷重を負荷していることが好ましい。負荷する荷重の大きさは、製造するガラス成形体のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。また、加圧のための駆動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駆動手段を適宜選択して用いることができる。

最後に、上型１１を上方に移動して退避させ、固化したガラス成形体２０ｂを回収し（Ｓ１６）、ガラス成形体の製造が完成する。本実施形態においては、側面型１３の加熱温度を所定の範囲としているため、側面型１３と側面成形面２３とが強固に張り付くことはなく、ガラス成形体２０ｂの回収をスムーズに行うことができる。その後、引き続いてガラス成形体の製造を行う場合は、下型１２を再度滴下位置Ｐ１に移動し（Ｓ１２）、以降の工程を繰り返せばよい。

なお、本発明のガラス成形体の製造方法は、ここで説明した以外の別の工程を含んでいてもよい。例えば、ガラス成形体２０ｂを回収する前にガラス成形体２０ｂの形状を検査する工程や、ガラス成形体２０ｂを回収した後に下型１２や上型１１をクリーニングする工程等を設けてもよい。

（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、本発明の第２の実施形態を示すフローチャートである。また、図５は本実施形態で使用する成形金型１０ｂ等を示す模式図であり、（ａ）は第１工程（Ｓ１１１）、（ｂ）は第２工程（Ｓ１１２）、（ｃ）は滴下工程（Ｓ１３）、（ｄ）は加圧工程（Ｓ１５）における状態をそれぞれ示している。

本実施形態で使用する成形金型１０ｂは、ガラス成形体２０ｂの上成形面２１を形成するための上型１１と、ガラス成形体２０ｂの下成形面２２を形成するための下型１２と、ガラス成形体２０ｂの側面成形面２３を形成するための側面型１３ｂとを備えている。

上型１１及び下型１２は、加熱装置３１、３２によって、それぞれ独立して温度制御することができる構成となっているが、側面型１３ｂは独立した加熱装置を有していない。また、側面型１３ｂは図示しない駆動手段によって上下移動が可能であり、側面型１３ｂの底面１３ｓが下型１２の当たり面１２ｓに接触する位置（図５（ａ）参照）と、底面１３ｓと当たり面１２ｓとが離間して側面型１３ｂと下型１２とで受け部１４を構成する位置（図５（ｂ）参照）との間を移動することができる。その他の構成、材質等については図２及び図３に示した成形金型１０と同様である。

本実施形態においては、加熱工程（Ｓ１１）は、第１工程（Ｓ１１１）と第２工程（Ｓ１１２）の２つの工程を有している。第１工程（Ｓ１１１）は、側面型１３ｂを下型１２に接触させて、下型１２からの熱伝導によって側面型１３ｂを温度Ｔｓよりも高い所定温度Ｔｓ１まで加熱する工程である（図５（ａ）参照）。また、第２工程（Ｓ１１２）は、側面型１３ｂと下型１２とが接触しない状態、又は、第１工程（Ｓ１１１）よりも接触面積の少ない状態で所定時間待機して、側面型１３ｂを温度Ｔｓまで冷却する工程である（図５（ｂ）参照）。

側面型１３ｂは独立した加熱装置を有していないが、側面型１３ｂの底面１３ｓと下型１２の当たり面１２ｓとを接触させることによって、下型１２からの熱伝導によって加熱することができる。この第１工程（Ｓ１１１）での加熱温度は、後の滴下工程で溶融ガラス滴２７が受け部１４に滴下する直前における側面型１３ｂの温度Ｔｓよりも高い温度Ｔｓ１としておく。

その後、側面型１３ｂを上方に移動させ、側面型１３ｂの底面１３ｓと下型１２の当たり面１２ｓとが離間して側面型１３ｂと下型１２とで受け部１４を構成する位置で所定時間待機する。この位置では、第１工程における位置と比べて側面型１３ｂと下型１２との接触面積が小さい（あるいは接触していない）ために下型１２からの熱伝導が小さく、側面型１３ｂの温度はＴｓ１から次第に下がっていく。

この間に下型１２を滴下位置Ｐ１に移動しておき（Ｓ１２）、側面型１３ｂの温度が所定温度Ｔｓになるタイミングで溶融ガラス滴２７を受け部１４に滴下させる（滴下工程：Ｓ１３）（図５（ｃ）参照）。

このように、側面型１３ｂと下型１２とを接触させて下型１２からの熱伝導によって加熱した後に側面型１３ｂを上方に移動し、所定時間冷却することによって、側面型１３ｂを所定の温度Ｔｓに加熱することができる。この方法によれば、側面型１３ｂを加熱するための独立した加熱装置が不要となるため、成形金型１０ｂの構成を簡易なものにすることができる。特に、製造するガラス成形体２０ｂのサイズが小さい場合には、側面型１３ｂのサイズも微小なものとなり、従来の方法では精密で複雑な加熱装置が必要となる場合があった。そのため、製造するガラス成形体２０ｂのサイズが小さい場合には、このような方法が特に有効である。

溶融ガラス滴２７が受け部１４に滴下する直前における側面型１３ｂの温度を、所定の温度Ｔｓに調整するための方法として、例えば、下記（１）〜（３）の方法が挙げられる。
（１）下型１２の温度を変化させて、第１工程における側面型１３ｂの加熱温度Ｔｓ１を調整する方法。
（２）第２工程における待機時間を変化させて、温度Ｔｓ１からの低下温度を調整する方法。
（３）側面型１３ｂの材質や体積によって熱容量を変化させて、第２工程における待機時間中の単位時間あたりの低下温度を調整する方法。

滴下工程（Ｓ１３）の後、下型１２を加圧位置Ｐ２に移動し（Ｓ１４）、上型１１を下方に移動して、成形金型１０で溶融ガラス滴２７を加圧する（加圧工程：Ｓ１５）（図５（ｄ）参照）。最後に、上型１１を上方に移動して退避させ、固化したガラス成形体２０ｂを回収し（Ｓ１６）、ガラス成形体の製造が完成する。

なお、滴下工程Ｓ１３、加圧工程Ｓ１５等の詳細については、上述の実施形態１の場合と同様である。

（実施例１〜３）
図１に示した実施形態１におけるフローチャートに従って、図７に示したガラス成形体２０ｂを製造した。成形金型は、図２及び図３に示した成形金型１０を用いた。成形金型１０の上型１１、下型１２、及び側面型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。

ガラス成形体２０ｂの光学面２１ｃは、母線に垂直な断面が半径３ｍｍの円弧からなるシリンドリカル面であり、光学面２２ｃは、母線に垂直な断面が半径２ｍｍの円弧からなるシリンドリカル面である。側面成形面２３の上下方向中心部における水平断面２５は、一辺が４ｍｍの正方形であり、同じ面積を有する円２６の直径Ｄは約４．５ｍｍである。また、側面成形面の上下方向の幅ｈは２．７ｍｍとした。従って、ｈ＝０．６Ｄとなる。

加熱工程（Ｓ１１）における加熱温度は、上型１１が４５０℃、下型１２が４７０℃とした。側面型１３の加熱温度Ｔｓは、２３０℃（実施例１）、３００℃（実施例２）、３７５℃（実施例３）の３種類の条件でガラス成形体２０ｂの製造を行った。

溶融ガラス滴２７は、図２のようにノズル３６から受け部１４に直接滴下する方法とした。ガラス材料はＴｇが４８０℃のリン酸系ガラスを用いた。従って、側面型１３の加熱温度Ｔｓは、それぞれ、Ｔｇ−２５０℃（実施例１）、Ｔｇ−１８０℃（実施例２）、Ｔｇ−１０５℃（実施例３）となる。ノズル３６の加熱温度は１０００℃とした。

受け部１４に滴下した溶融ガラス滴を成形金型１０で加圧成形してガラス成形体２０ｂを得た。加圧工程（Ｓ１５）における荷重は２００Ｎ、加圧時間は１０秒とした。

加圧工程の終了後、上型１１を上方に退避させ、真空吸着によりガラス成形体２０ｂの回収を行った（Ｓ１６）。その後、Ｓ１２からＳ１６までの工程を繰り返すことにより、各条件ごとに１００個のガラス成形体２０ｂを製造した。

実施例１〜３の何れの条件においても、加圧工程の後にガラス成形体２０ｂの側面成形面２３と側面型１３とが強固に張り付くことはなく、ガラス成形体２０ｂの回収をスムーズに行うことができた。また、得られたガラス成形体２０ｂを光学顕微鏡で観察し、１００個のガラス成形体２０ｂのうち、０．１ｍｍ以上のワレ、欠けが発生したガラス成形体２０ｂの個数を調べた。その結果、何れの条件においても０．１ｍｍ以上のワレ、欠け等の欠陥は見られず、本発明の方法によってガラス成形体２０ｂのワレや欠けを良好に防止できることが確認できた。製造条件と結果を、表１にまとめて示す。

（比較例１、２）
側面型１３の加熱温度Ｔｓを、２１０℃（比較例１）、４００℃（比較例２）とした以外は実施例１と同じ条件でそれぞれ１００個のガラス成形体２０ｂを作製した。このとき、側面型１３の加熱温度Ｔｓは、それぞれ、Ｔｇ−２７０℃（比較例１）、Ｔｇ−８０℃（比較例２）となる。

比較例１の条件では、ガラス成形体２０ｂの回収はスムーズに行うことができたが、比較例２の条件では、側面成形面２３と側面型１３とが強固に張り付いてガラス成形体２０ｂの回収に失敗するトラブルが１００回の成形中７回発生し、その都度製造装置を停止せざるを得なかった。また、比較例１の条件で得られた１００個のガラス成形体２０ｂのうち、２２個に０．１ｍｍ以上のワレ、欠けが確認された。これらの製造条件と結果を、表１に併せて示す。

（実施例４〜６）
ガラス成形体２０ｂの側面成形面の上下方向の幅ｈを６．８ｍｍとして、実施例１〜３と同様の条件でガラス成形体２０ｂを作製した。側面成形面２３の上下方向中心部における水平断面２５は、一辺が４ｍｍの正方形であり、同じ面積を有する円２６の直径Ｄは約４．５ｍｍであるため、ｈ＝１．５Ｄとなる。側面型１３の加熱温度Ｔｓについても実施例１〜３と同じ条件とした。

製造条件と結果を、表１に併せて示す。実施例４〜６の何れの条件においても、加圧工程の後にガラス成形体２０ｂの側面成形面２３と側面型１３とが強固に張り付くことはなく、ガラス成形体２０ｂの回収をスムーズに行うことができた。また、得られたガラス成形体２０ｂを光学顕微鏡で観察した結果、何れの条件においても０．１ｍｍ以上のワレ、欠け等の欠陥は見られなかった。

（比較例３、４）
側面型１３の加熱温度Ｔｓを、２１０℃（比較例３）、４００℃（比較例４）とした以外は実施例４と同じ条件でそれぞれ１００個のガラス成形体２０ｂを作製した。このとき、側面型１３の加熱温度Ｔｓは、それぞれ、Ｔｇ−２７０℃（比較例３）、Ｔｇ−８０℃（比較例４）となる。

製造条件と結果を、表１に併せて示す。比較例３の条件では、ガラス成形体２０ｂの回収はスムーズに行うことができたが、比較例４の条件では、側面成形面２３と側面型１３とが強固に張り付いてガラス成形体２０ｂの回収に失敗するトラブルが１００回の成形中１６回発生し、その都度製造装置を停止せざるを得なかった。また、比較例３の条件で得られた１００個のガラス成形体２０ｂのうち、１４個に０．１ｍｍ以上のワレ、欠けが確認された。

Claims (6)

1. 上成形面、下成形面及び側面成形面を有するガラス成形体の、上成形面を形成するための上型と、下成形面を形成するための下型と、側面成形面を形成するための側面型とを有する成形金型を用いて溶融ガラス滴を加圧成形するガラス成形体の製造方法において、
   前記下型、前記上型及び前記側面型をそれぞれ所定温度に加熱する加熱工程と、
   前記側面型と前記下型とで構成される受け部に前記溶融ガラス滴を滴下する滴下工程と、
   滴下した前記溶融ガラス滴を前記成形金型で加圧する加圧工程と、を有し、
   前記側面成形面の上下方向の幅ｈは、前記側面成形面の上下方向中心部における前記ガラス成形体の水平断面の面積と同じ面積を有する円の直径をＤとしたとき、
   ０．６Ｄ≦ｈ≦１．５Ｄの範囲であり、
   前記溶融ガラス滴が前記受け部に滴下する直前における前記側面型の温度Ｔｓは、前記溶融ガラス滴のガラス転移点温度をＴｇ（℃）としたとき、
   Ｔｇ−２５０℃≦Ｔｓ≦Ｔｇ−１０５℃であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
2. 前記側面型は前記下型からの熱伝導によって昇温するものであって、
   前記加熱工程は、前記側面型が前記下型に対して相対移動し、前記下型との接触面積を変更することにより、前記側面型の温度を調整することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガラス成形体の製造方法。
3. 複数のガラス成形体を繰り返し製造する間、前記下型は、Ｔｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃の間の一定の目標設定温度に保たれることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のガラス成形体の製造方法。
4. 前記加熱工程は、前記側面型を前記下型に接触させて、前記下型からの熱伝導によって前記側面型を前記温度Ｔｓよりも高い所定温度Ｔｓ１まで加熱する第１工程と、
   前記側面型と前記下型とが接触しない状態、又は、前記第１工程よりも接触面積の少ない状態で所定時間待機して、前記側面型を前記温度Ｔｓまで冷却する第２工程と、を有することを特徴とする請求の範囲第２項又は第３項に記載のガラス成形体の製造方法。
5. 前記ガラス成形体は、半導体レーザから出力される楕円形状の出力ビームを円形に整形するためのビーム整形素子であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項の何れか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
6. 前記上成形面及び前記下成形面の少なくとも一方は、シリンドリカル面又はトロイダル面からなる光学面を有することを特徴とする請求の範囲第５項に記載のガラス成形体の製造方法。