JP5631780B2 - ガラス光学素子の製造方法、及び、ガラス光学素子成形用型セット - Google Patents

Description

本発明は、ガラス光学素子を成形するのに用いられるガラス光学素子の製造方法及びガラス光学素子成形用型セットに関する。

従来、ガラスレンズ等のガラス光学素子の製造方法において、加熱軟化したガラス素材を上型と下型との間で加圧して冷却する手法がとられている。上型及び下型の外周には、これらの偏心を規制するスリーブが配置される（例えば、特許文献１参照）。

図５Ａ〜図５Ｄは、参考技術に係る型セット６０を示す断面図である。
図５Ａに示す型セット６０は、光学素材であるガラス素材１００を挟んで対向して配置された上型６１及び下型６２と、これらの外周に配置されたスリーブ６３と、を備える。

スリーブ６３は、例えば上型６１と一体に上下動し、内周面において下型６２の外周面に沿って摺動する。そのため、スリーブ６３と下型６２との間には、摺動のためのクリアランスが確保されている。

特開２００５−３４３７６０号公報

しかし、スリーブ６３と下型６２との間にクリアランスがあっても、図５Ｂに示すようにスリーブ６３と下型６２とが接触した状態でスリーブ６３が加圧工程時に降下すると、図５Ｃに示すように接触面には摺動抵抗（二点鎖線で示す抵抗部分Ｒ）が生じる。

また、図５Ｄに示すように、スリーブ６３内で下型６２が傾いて部分的に摺動抵抗（二点鎖線で示す抵抗部分Ｒ）が生じることもある。

冷却工程においては、保圧をかけることによって可動側の型である上型６１がガラス素材１００の収縮に追従することになるが、上述のように摺動抵抗が生じると、保圧がガラス素材１００にかからなくなることがある。このように、保圧がガラス素材１００にかかったりかからなかったりすると、離型のタイミングが成形の都度変化し、ガラス素材１００を成形することで製造されるガラス光学素子の面精度がばらつく。

本発明の目的は、ガラス光学素子の面精度のばらつきを抑えることができるガラス光学素子の製造方法及びガラス光学素子成形用型セットを提供することである。

本発明のガラス光学素子の製造方法は、ガラス素材からなる光学素材を加熱する加熱工程と、スリーブにより偏心を規制された第１の成形型及び第２の成形型により、加熱された上記光学素材を加圧する加圧工程と、上記第１の成形型及び上記第２の成形型により上記光学素材を加圧した状態でこの光学素材を冷却する冷却工程と、を含み、上記冷却工程では、上記第１の成形型及び上記第２の成形型のうち少なくとも一方に対する上記スリーブによる上記偏心の規制を緩める。

また、上記ガラス光学素子の製造方法において、上記冷却工程では、上記スリーブと、上記第１の成形型及び上記第２の成形型のうち少なくとも一方とが相対移動して、上記スリーブの凹部に上記第１の成形型及び上記第２の成形型のうち少なくとも一方に形成された凸部が対向することで上記偏心の規制を緩めるようにしてもよい。

また、ガラス光学素子の製造方法において、上記冷却工程では、上記光学素材が歪点温度に到達する前に上記偏心の規制を緩めるようにしてもよい。

本発明のガラス光学素子成形用型セットは、対向して配置された第１の成形型及び第２の成形型と、上記第１の成形型及び上記第２の成形型の外周に配置され、この第１の成形型及びこの第２の成形型の偏心を規制するスリーブと、を備え、上記第１の成形型及び上記第２の成形型のうち少なくとも一方には、外周面に凸部が形成され、上記スリーブの内周面には、上記凸部に対向可能な凹部が形成されている。

また、上記ガラス光学素子成形用型セットにおいて、上記凸部及び上記凹部は、それぞれ複数形成され、複数の上記凸部は、上記外周面の全周に亘って形成され、複数の上記凹部は、上記内周面の全周に亘って形成されているようにしてもよい。
また、上記ガラス光学素子成形用型セットにおいて、上記凸部及び上記凹部は、それぞれ２つずつ形成されているようにしてもよい。

本発明によれば、ガラス光学素子の面精度のばらつきを抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するためのガラス光学素子成形用型セットを示す断面図（その１）である。 本発明の第１実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するためのガラス光学素子成形用型セットを示す断面図（その２）である。 本発明の第１実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するためのガラス光学素子成形用型セットを示す断面図（その３）である。 本発明の第１実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するためのガラス光学素子成形用型セットを示す断面図（その４）である。 本発明の第１実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するためのガラス光学素子成形用型セットを示す断面図（その５）である。 本発明の第２実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するためのガラス光学素子成形用型セットを示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するためのガラス光学素子成形用型セットを示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するためのガラス光学素子成形用型セットを示す断面図（その１）である。 本発明の第４実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するためのガラス光学素子成形用型セットを示す断面図（その２）である。 本発明の第４実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するためのガラス光学素子成形用型セットを示す断面図（その３）である。 本発明の第４実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するためのガラス光学素子成形用型セットを示す断面図（その４）である。 参考技術に係る型セットを示す断面図（その１）である。 参考技術に係る型セットを示す断面図（その２）である。 参考技術に係る型セットを示す断面図（その３）である。 参考技術に係る型セットを示す断面図（その４）である。

以下、本発明の実施の形態に係るガラス光学素子の製造方法及びガラス光学素子の製造装置について、図面を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
図１Ａ〜図１Ｅは、本発明の第１実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するための光学素子成形用型セット１０（以下、単に「型セット１０」と記す）を示す断面図である。なお、図１Ｅでは、便宜上、主要部の拡大図も併せて示してある。

図１Ａに示すように、型セット１０は、光学素材であるガラス素材１００を挟んで対向して配置された上型１１及び下型１２と、これら上型１１及び下型１２の外周に配置され、これら上型１１及び下型１２の偏心を規制するスリーブ１３と、を備える。

上型１１は、円柱形状を呈し、下端中央にはガラス素材１００に凹形状を転写する凸形状の成形面１１ａが形成されている。
下型１２は、円柱形状を呈し、上端中央にはガラス素材１００に凹形状を転写する凸形状の成形面１２ａが形成されている。

下型１２には、その外周面の全周に亘る凸部１２ｂ，１２ｃが上部側と下部側とに計２つ形成されている。なお、凸部は、上型１１のみに設けても、上型１１及び下型１２の両方に設けてもよい。

スリーブ１３は、円筒形状を呈し、上型１１及び下型１２とは独立して上下動する。また、スリーブ１３は、内周面において上型１１及び下型１２の外周面に沿って摺動する。そのため、スリーブ１３と上型１１及び下型１２との間には、摺動のためのクリアランスが確保されている。
スリーブ１３には、その内周面の全周に亘る凹部１３ａ，１３ｂが凸部１２ｂ，１２ｃに対向可能に２つ形成されている。

以下、本実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を、上述の説明と重複する点については適宜省略しながら説明する。
図１Ａに示すように、ガラス素材１００は、下型１２の成形面１２ａ上に載置された状態で、例えばガラス転移点温度以上まで加熱される（加熱工程）。

その後、図１Ｂに示すように上型１１が下降し、図１Ｃに示すように、スリーブ１３により偏心を規制された上型１１及び下型１２によりガラス素材１００が加圧される（加圧工程）。
その後、ガラス素材１００は、図１Ｄに示すように上型１１及び下型１２により加圧された状態で、冷却される（冷却工程）。そして、上述の成形（加熱，加圧，冷却）により製造されたガラス光学素子が上型１１及び下型１２から離型し、型セット１０から取り出される。

図１Ｅに示すように、冷却工程では、スリーブ１３が上型１１及び下型１２とは独立して下降し（下型１２と相対的に移動し）、スリーブ１３の凹部１３ａ，１３ｂが下型１２の凸部１２ｂ，１２ｃにそれぞれ対向する。これにより、スリーブ１３と下型１２とのクリアランスが拡がり、上述した加圧工程におけるスリーブ１３による下型１２の偏心の規制が、この冷却工程において緩められる。

具体的には、下型１２の凸部１２ｂ，１２ｃとスリーブ１３の内周面とのクリアランスが、凸部１２ｂ，１２ｃが凹部１３ａ，１３ｂに対向することで、このクリアランスよりもいずれも大きいクリアランスである、凸部１２ｂ，１２ｃとスリーブ１３の凹部１３ａ，１３ｂとのクリアランス、及び、下型１２の凸部１２ｂ，１２ｃ以外の外周面とスリーブ１３の内周面とのクリアランスに拡大する。このため、スリーブ１３による下型１２の偏心の規制が緩まる。

このようにスリーブ１３の凹部１３ａ，１３ｂが下型１２の凸部１２ｂ，１２ｃに対向して偏心の規制を緩めるのは、冷却工程の全体で行う必要はなく、ガラス素材１００の冷却が開始された後、冷却工程の一部の時間において行うようにしてもよい。

好ましくは、偏心の規制を緩めるのは、少なくとも、ガラス素材１００の冷却が開始した後、ガラス素材１００の温度が歪点温度（粘性流動が事実上起こり得ない温度で、粘度が１０^１４．５ｄＰａ・ｓ｛ｐｏｉｓｅ｝に相当する温度）に到達する前の間の全体又は一部の時間において行うとよい。

より好ましくは、偏心の規制を緩めるのは、少なくとも、ガラス素材１００の温度がガラス転移点温度（又はこの温度付近（±１０°））に到達した後、ガラス素材１００の温度が歪点温度に到達する前の間の全体又は一部の時間において行うとよい。

以上説明した本実施形態では、ガラス光学素子の製造方法は、ガラス素材（光学素材）１００を加熱する加熱工程と、スリーブ１３により偏心を規制された上型（第１の成形型）１１及び下型（第２の成形型）１２によりガラス素材１００を加圧する加圧工程と、上型１１及び下型１２によりガラス素材１００を加圧した状態でガラス素材１００を冷却する冷却工程と、を含み、冷却工程では、下型（少なくとも一方の成形型）１２に対するスリーブ１３による偏心の規制を緩める。

そのため、冷却工程においてスリーブ１３と下型１２との間に摺動抵抗が生じるのを抑え、冷却工程における保圧がガラス素材１００に確実にかかるようになる。これにより、離型のタイミングが安定する。

よって、本実施形態によれば、ガラス光学素子の面精度のばらつきを抑えることができる。

また、本実施形態では、冷却工程において、スリーブ１３と下型（少なくとも一方の成形型）１２とが相対移動してスリーブ１３の凹部１３ａ，１３ｂに下型１２の凸部１２ｂ，１２ｃが対向することで上記偏心の規制を緩める。そのため、簡素な構成でガラス光学素子の面精度のばらつきを抑えることができる。

また、本実施形態では、冷却工程において、ガラス素材１００が歪点温度に到達する前に、偏心の規制を緩める。そのため、ガラス素材１００の粘性流動が起こっている間に、ガラス素材１００の収縮に追従するように保圧を確実にかけることができ、したがって、ガラス光学素子の面精度のばらつきを確実に抑えることができる。

また、本実施形態では、冷却工程において、ガラス素材１００の温度がガラス転移点温度（又はこの温度付近（±１０°））に到達した後、ガラス素材１００の温度が歪点温度に到達する前に、偏心の規制を緩める。厳密には歪点までは粘弾性特性が残っているが、偏心で問題になるようなμｍオーダーの変形をさせることはできないが、面精度ばらつきを抑えるためのサブμｍオーダーの変形は可能である。そのため、ガラス素材１００がガラス転移点まではスリーブ１３により上型１２を規制しておき、ガラス素材１００がガラス転移点から歪点の間にガラス素材１００の収縮に追従するように保圧を掛ければ、偏心不良を確実に抑えつつガラス光学素子の面精度のばらつきを抑えることができる。

また、本実施形態では、下型１２の凸部１２ｂ，１２ｃ及びスリーブ１３の凹部１３ａ，１３ｂは、それぞれ複数形成され、複数の凸部１２ｂ，１２ｃは、下型１２の外周面の全周に亘って形成され、複数の凹部１３ａ，１３ｂは、スリーブ１３の内周面の全周に亘って形成されている。そのため、下型１２が傾いても冷却工程において摺動抵抗が生じるのを確実に抑え、ガラス光学素子の面精度のばらつきを確実に抑えることができる。なお、下型１２の凸部１２ｂ，１２ｃ及びスリーブ１３の凹部１３ａ，１３ｂは、それぞれ２つずつ形成されるのが好ましい。これにより、３つ以上形成される場合に比べ、加圧工程における下型１２とスリーブ１３との摺動抵抗を最も小さくすることができる。

＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するための型セット２０を示す断面図である。

図２に示すように、型セット２０は、光学素材であるガラス素材１００を挟んで対向して配置された上型２１及び下型２２と、これら上型２１及び下型２２の外周に配置され、これら上型２１及び下型２２の偏心を規制するスリーブ２３と、を備える。

本実施形態は、下型２２の外周面の凸部及びスリーブ２３の内周面の凹部を省略し、スリーブ２３を上昇させることで規制を緩める（解除する）点において上述の第１実施形態と相違し、その他の点は概ね同様である。そのため、詳細な説明は省略する。

本実施形態の冷却工程では、スリーブ２３の内周面が下型２２の外周面に当接しない位置までスリーブ２３が上昇することで、スリーブ２３による下型２２に対する規制が解除される。このように、規制を完全に解除することで規制を緩めるようにしてもよい。スリーブ２３が上昇するタイミングについては、上述の第１実施形態と同様である。

以上説明した本実施形態によっても、上述の第１実施形態の効果、例えば、ガラス光学素子の面精度のばらつきを抑えることができるなどの効果を得ることができる。

また、本実施形態では、スリーブ２３が上昇することで、スリーブ２３の下型（少なくとも一方の成形型）２２に対する規制が解除される。そのため、スリーブ２３及び下型２２に凹部や凸部などの加工を行わなくともよくなり、簡素な構成でガラス光学素子の面精度のばらつきを確実に抑えることができる。

＜第３実施形態＞
図３は、本発明の第３実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するための型セット３０を示す断面図である。

図３に示すように、型セット３０は、光学素材であるガラス素材１００を挟んで対向して配置された上型３１及び下型３２と、これら上型３１及び下型３２の外周に配置され、これら上型３１及び下型３２の偏心を規制する複数のスリーブ３３−１，３３−２と、を備える。

本実施形態は、下型２２の外周面の凸部及びスリーブ２３の内周面の凹部を省略し、スリーブ３３−１，３３−２が分割されることで下型３２の規制を緩める（解除する）点において上述の第１実施形態と相違し、その他の点は概ね同様である。そのため、詳細な説明は省略する。

本実施形態の冷却工程では、図示しない支持手段により支持されて一体となっていたスリーブ３３が図示しない支持手段（或いは別の分割手段）により左右２つに分割されることで、スリーブ２３による下型３２に対する規制が解除される。スリーブ３３が２つに分割されるタイミングについては、上述の第１実施形態と同様である。なお、スリーブ３３を分割する数については、複数であれば、３つ以上であってもよい。

以上説明した本実施形態によっても、上述の第１実施形態の効果、例えば、ガラス光学素子の面精度のばらつきを抑えることができるなどの効果を得ることができる。
また、本実施形態では、スリーブ３３が分割されることで、スリーブ３３の下型（少なくとも一方の成形型）３２に対する規制が解除される。そのため、スリーブ３３と下型３２とを摺動させずに規制を緩める（解除する）ことができ、従って、ガラス光学素子の面精度のばらつきを確実に抑えることができる。

＜第４実施形態＞
図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の第４実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を説明するための型セット４０を示す断面図である。なお、図４Ｄでは、便宜上、主要部の拡大図も併せて示してある。

図４Ａに示すように、型セット４０は、光学素材であるガラス素材１００を挟んで対向して配置された上型４１及び下型４２と、これら上型４１及び下型４２の外周に配置され、これら上型４１及び下型４２の偏心を規制するスリーブ４３と、を備える。

本実施形態は、スリーブ４３が上型４１と一体に上下動する点において上述の第１実施形態と相違し、その他の点は概ね同様である。そのため、詳細な説明は省略する。

以下、本実施形態に係るガラス光学素子の製造方法を、上述の説明と重複する点については適宜省略しながら説明する。
図４Ａに示すように、ガラス素材１００は、下型４２の成形面４２ａ上に載置された状態で、例えばガラス転移点温度以上まで加熱される（加熱工程）。

その後、図４Ｂに示すように上型４１が下降し、図４Ｃに示すように上型４１及び下型４２によりガラス素材１００が加圧される（加圧工程）。
その後、ガラス素材１００は、図４Ｄに示すように上型４１及び下型４２により加圧された状態で、冷却される（冷却工程）。そして、上述の成形（加熱，加圧，冷却）により製造されたガラス光学素子が上型４１及び下型４２から離型し、型セット４０から取り出される。

図４Ｄに示すように、冷却工程では、スリーブ４３が上型４１と一体に下降し（下型４２と相対的に移動し）、スリーブ４３の凹部４３ａ，４３ｂが下型４２の凸部４２ｂ，４２ｃに対向することで、スリーブ４３と下型４２とのクリアランスが拡がり、スリーブ４３による下型４２の偏心の規制が緩まる。

スリーブ４３による下型４２の偏心の規制を緩めるタイミングについては、上述の第１実施形態と同様である。

以上説明した本実施形態によっても、上述の第１実施形態の効果、例えば、ガラス光学素子の面精度のばらつきを抑えることができるなどの効果を得ることができる。
また、本実施形態では、スリーブ４３が上型（一方の成形型）４１と一体に移動することでスリーブ３３の下型（他方の成形型）４２に対する規制が解除される。そのため、簡素な構成でガラス光学素子の面精度のばらつきを抑えることができる。

１０ ガラス光学素子成形用型セット
１１ 上型（第１の成形型）
１１ａ 成形面
１２ 下型（第２の成形型）
１２ａ 成形面
１２ｂ，１２ｃ 凸部
１３ スリーブ
１３ａ，１３ｂ 凹部
２０ ガラス光学素子成形用型セット
２１ 上型（第１の成形型）
２１ａ 成形面
２２ 下型（第２の成形型）
２２ａ 成形面
２３ スリーブ
３０ ガラス光学素子成形用型セット
３１ 上型（第１の成形型）
３１ａ 成形面
３２ 下型（第２の成形型）
３２ａ 成形面
３３−１，３３−２ スリーブ
４０ ガラス光学素子成形用型セット
４１ 上型（第１の成形型）
４１ａ 成形面
４２ 下型（第２の成形型）
４２ａ 成形面
４２ｂ，４２ｃ 凸部
４３ スリーブ
４３ａ，４３ｂ 凹部
１００ ガラス素材（光学素材）

Claims (5)

1. ガラス素材からなる光学素材を加熱する加熱工程と、
   スリーブにより偏心を規制された第１の成形型及び第２の成形型により、加熱された前記光学素材を加圧する加圧工程と、
   前記第１の成形型及び前記第２の成形型により前記光学素材を加圧した状態で該光学素材を冷却する冷却工程と、を含み、
   前記冷却工程では、前記スリーブと、前記第１の成形型及び前記第２の成形型のうち少なくとも一方とが相対移動して、前記スリーブの凹部に前記第１の成形型及び前記第２の成形型のうち少なくとも一方に形成された凸部が対向することで、前記第１の成形型及び前記第２の成形型のうち少なくとも一方に対する前記スリーブによる前記偏心の規制を緩める、ガラス光学素子の製造方法。
2. 前記冷却工程では、前記光学素材が歪点温度に到達する前に前記偏心の規制を緩める、請求項１記載のガラス光学素子の製造方法。
3. 対向して配置された第１の成形型及び第２の成形型と、
   前記第１の成形型及び前記第２の成形型の外周に配置され、該第１の成形型及び該第２の成形型の偏心を規制するスリーブと、を備え、
   前記第１の成形型及び前記第２の成形型のうち少なくとも一方には、外周面に凸部が形成され、
   前記スリーブの内周面には、前記凸部に対向可能な凹部が形成されている、ガラス光学素子成形用型セット。
4. 前記凸部及び前記凹部は、それぞれ複数形成され、
   複数の前記凸部は、前記外周面の全周に亘って形成され、
   複数の前記凹部は、前記内周面の全周に亘って形成されている、請求項３記載のガラス光学素子成形用型セット。
5. 前記凸部及び前記凹部は、それぞれ２つずつ形成されている、請求項４記載のガラス光学素子成形用型セット。
   

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