JP6886930B2

JP6886930B2 - 光学素子の製造方法

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Publication number: JP6886930B2
Application number: JP2018016291A
Authority: JP
Inventors: 智仁伊与田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: WO2019150842A1; JP2019131445A

Description

本発明は、光学素子の製造方法に関する。

従来、成形後の光学素子が上型に貼り付くことによる取り出し不良を低減する方法として、上型および下型の光学成形面を相対的に引き離す工程における温度を、その前段の冷却工程において規定する方法が提案されている。

特許第３９２２８３４号公報

しかしながら、成形素材としてフツリン酸系ガラスを用いた場合、前記した特許文献１の方法では上型への貼り付きは低減できるものの、光学素子の表面に微小な窪みが発生する外観不良が高頻度で発生するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、金型への貼り付きおよび外観不良をともに低減することができる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学素子の製造方法は、フツリン酸系ガラスからなる成形素材を押圧し、光学面を備えた光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、前記成形素材を加熱し、前記成形素材を軟化させる加熱工程と、軟化した前記成形素材を、対向配置した一対の金型の光学成形面によって押圧する押圧工程と、前記一対の金型による押圧状態を維持しながら、前記成形素材の温度を、ガラス転移点の温度から−１０℃〜−８０℃の範囲内にある第一の温度へと低下させる第一の冷却工程と、前記一対の金型の型間距離を拡大して非押圧状態とし、前記成形素材の温度を、前記第一の温度より低い第二の温度まで低下させる第二の冷却工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子の製造方法は、上記発明において、外径がφ２５ｍｍ未満の前記成形素材を押圧して前記光学素子を製造する場合、前記第一の冷却工程において、前記第一の温度を、ガラス転移点の温度から−３０℃〜−６０℃の範囲内で設定することを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子の製造方法は、上記発明において、外径がφ２５ｍｍ未満の前記成形素材を押圧して前記光学素子を製造する場合、前記第一の冷却工程において、前記第一の温度を、ガラス転移点の温度から−４０℃〜−６０℃の範囲内で設定することを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子の製造方法は、上記発明において、外径がφ２５ｍｍ未満の前記成形素材を押圧して前記光学素子を製造する場合、前記第一の冷却工程において、前記第一の温度を、ガラス転移点の温度から−４０℃〜−５０℃の範囲内で設定することを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子の製造方法は、上記発明において、外径がφ２５ｍｍ以上の前記成形素材を押圧して前記光学素子を製造する場合、前記第一の冷却工程において、前記第一の温度を、ガラス転移点の温度から−５０℃〜−８０℃の範囲内で設定することを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子の製造方法は、上記発明において、外径がφ２５ｍｍ以上の前記成形素材を押圧して前記光学素子を製造する場合、前記第一の冷却工程において、前記第一の温度を、ガラス転移点の温度から−６０℃〜−８０℃の範囲内で設定することを特徴とする。

また、本発明に係る光学素子の製造方法は、上記発明において、外径がφ２５ｍｍ以上の前記成形素材を押圧して前記光学素子を製造する場合、前記第一の冷却工程において、前記第一の温度を、ガラス転移点の温度から−６０℃〜−７０℃の範囲内で設定することを特徴とする。

本発明によれば、第一の冷却工程における第一の温度を、外観不良の発生および成形型への貼り付き発生の両方が減少する範囲内で設定することにより、外観基準を満たした光学素子を、生産性を損なうことなく安定的に製造することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る光学素子の製造方法で用いる成形装置の要部の構成を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る光学素子の製造方法の手順を示すフローチャートである。図３は、本発明の実施の形態に係る光学素子の製造方法の第二の冷却工程を説明するための断面図である。

以下、本発明に係る光学素子の製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものも含まれる。

［成形装置］
本発明に係る光学素子の製造方法で用いる成形装置１について、図１を参照しながら説明する。成形装置１は、金型固定式の成形装置であり、成形型１０と、ランプヒータ２０と、を備えている。

成形型１０は、フツリン酸系ガラスからなる成形素材Ｍを内部に配置して、光学素子を成形するためのものである。成形型１０は、図１に示すように、上型１１と、下型１２と、スリーブ１３と、を備えている。

上型１１および下型１２は、それぞれの光学成形面１１ａ，１２ａが成形素材Ｍを挟んで対向して配置されている。上型１１の内部には、上型１１を加熱するためのカートリッジヒータ１１１と、上型１１の温度を測定および制御するための熱電対１１２と、が設けられている。また、下型１２の内部には、下型１２を加熱するためのカートリッジヒータ１２１と、下型１２の温度を測定および制御するための熱電対１２２と、が設けられている。なお、熱電対１１２，１２２は、成形素材Ｍになるべく近い位置の上型１１および下型１２の温度を測定する。

スリーブ１３は、上型１１および下型１２を摺動させて案内するためのものである。スリーブ１３は、全体として円筒状に形成されており、上型１１および下型１２を抜き差し自在に保持している。なお、上型１１とスリーブ１３との間、および下型１２とスリーブ１３との間には、型動作時の摺動に必要な隙間が形成されている。

ランプヒータ２０は、成形型１０を加熱するためのものである。ランプヒータ２０は、全体として円筒状に形成されており、内部に成形型１０が配置される。成形装置１は、カートリッジヒータ１１１，１２１によって上型１１および下型１２を加熱し、かつランプヒータ２０によって成形型１０を加熱することにより、成形型１０の内部に配置された成形素材Ｍを加熱可能に構成されている。

［光学素子の製造方法］
以下、成形装置１を用いた光学素子の製造方法について、図２および図３を参照しながら説明する。本実施の形態に係る光学素子の製造方法は、フツリン酸系ガラスからなる成形素材Ｍを押圧し、光学面を備えた光学素子を製造するものであり、加熱工程と、押圧工程と、第一の冷却工程と、第二の冷却工程と、取り出し工程と、を行う。

（加熱工程）
加熱工程では、カートリッジヒータ１１１，１２１およびランプヒータ２０によって成形型１０を加熱することにより、成形型１０内に配置した成形素材Ｍを加熱し、成形素材Ｍを軟化させる（図２のステップＳ１参照）。

（押圧工程）
押圧工程では、軟化した成形素材Ｍを、対向配置した上型１１および下型１２の光学成形面１１ａ，１２ａによって押圧する（図２のステップＳ２参照）。

（第一の冷却工程）
第一の冷却工程では、上型１１および下型１２による押圧状態を維持しながら、成形素材Ｍの温度を、ガラス転移点の温度から−１０℃〜−８０℃の範囲内にある第一の温度へと低下させる（図２のステップＳ３参照）。

ここで、第一の冷却工程では、例えば成形素材Ｍの外径に応じて第一の温度を決定する。例えば、外径がφ２５ｍｍ未満の成形素材Ｍを押圧して光学素子を製造する場合、第一の冷却工程における第一の温度は、ガラス転移点の温度から−３０℃〜−６０℃の範囲内（温度幅３０℃）に設定する。また、外径がφ２５ｍｍ未満の成形素材Ｍを押圧して光学素子を製造する場合の第一の温度は、ガラス転移点の温度から−４０℃〜−６０℃の範囲内（温度幅２０℃）に設定することが好ましく、ガラス転移点の温度から−４０℃〜−５０℃の範囲内（温度幅１０℃）に設定することがより好ましい。

また、例えば、外径がφ２５ｍｍ以上の成形素材Ｍを押圧して光学素子を製造する場合、第一の冷却工程における第一の温度は、ガラス転移点の温度から−５０℃〜−８０℃の範囲内（温度幅３０℃）に設定する。また、外径がφ２５ｍｍ以上の成形素材Ｍを押圧して光学素子を製造する場合の第一の温度は、ガラス転移点の温度から−６０℃〜−８０℃の範囲内（温度幅２０℃）に設定することが好ましく、ガラス転移点の温度から−６０℃〜−７０℃（温度幅１０℃）の範囲内で設定することがより好ましい。

（第二の冷却工程）
第二の冷却工程では、図３に示すように、上型１１および下型１２の型間距離を拡大して非押圧状態とし、成形素材Ｍの温度を、第一の温度より低い第二の温度まで低下させる（図２のステップＳ４参照）。

（取り出し工程）
取り出し工程では、成形型１０を分解し、成形後の光学素子を取り出す（図２のステップＳ５参照）。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。

（比較例）
比較例では、成形装置１を用いた光学素子の製造方法によって、外径φ２３．０ｍｍ、中心厚み６．８２ｍｍ、両凸形状、フツリン酸系ガラスからなる成形素材Ｍ（ＦＣＤ１）の成形を行った。比較例では、加熱工程で成形素材Ｍを５００℃に加熱し、押圧工程で軟化後の成形素材Ｍを押圧した後、第一の温度をガラス転移点の温度＋１０℃相当である４６８℃に設定して第一の冷却工程を実施し、第二の冷却工程および取り出し工程を実施して光学素子を製造した。

比較例では、第一の冷却工程における第一の温度（成形型１０の型間距離拡大時の温度）を、ガラス転移点の温度よりも高い温度に設定して光学素子を製造した。その結果、得られた光学素子の表面に微小な窪み（砂目）が発生する外観不良が多量に発生し、光学素子の外観基準を満たすことができなかった。

ここで、前記した外観不良は、フツリン酸系ガラスの構成元素であるフッ素が化学反応してフッ素化合物となり、このフッ素化合物が光学素子の表面に多量の窪み（砂目）として残ったものである。これを踏まえて、以下の実施例１〜３では、第一の冷却工程における第一の温度を、ガラス転移点の温度から１０℃単位で低下させながら、光学素子の表面にフッ素化合物が発生しにくくなる温度設定を確認した。

（実施例１）
実施例１では、成形装置１を用いた光学素子の製造方法によって、比較例と同様の成形素材Ｍ、すなわち外径φ２３．０ｍｍ、中心厚み６．８２ｍｍ、両凸形状、フツリン酸系ガラスからなる成形素材Ｍ（ＦＣＤ１）の成形を行った。実施例１における加熱工程、押圧工程および第二の冷却工程は、比較例と同じ条件で実施した。実施例１の成形結果を表１に示す。なお、表１の評価欄において、本発明の範囲内となる条件を「◎」または「○」で示し、本発明の範囲外となる条件を「×」で示す（後記する表２，３も同様）。

表１に示すように、第一の冷却工程における第一の温度が低い程、外観不良の発生数が減少し、第一の冷却工程における第一の温度が高い程、光学素子の取り出し不良の原因となる成形型１０への貼り付きの発生数が減少する。

ここで、予め設定される外観不良の発生数および成形型１０への貼り付き発生数の許容範囲を考慮した結果、実施例１では、第一の冷却工程における第一の温度を、「ガラス転移点温度から−３０℃〜−６０℃の範囲内」に設定することにより、外観基準を満たした光学素子を、生産性を損なうことなく安定的に得られることが判明した。なお、実施例１では、第一の冷却工程における第一の温度を、「ガラス転移点温度から−４０℃」に設定することが最も好ましい。

（実施例２）
実施例２では、成形装置１を用いた光学素子の製造方法によって、外径φ２９．２ｍｍ、中心厚み７．５２ｍｍ、両凸形状、フツリン酸系ガラスからなる成形素材Ｍ（ＦＣＤ１）の成形を行った。実施例２における加熱工程、押圧工程および第二の冷却工程は、比較例と同じ条件で実施した。実施例２の成形結果を表２に示す。

ここで、同じフツリン酸系ガラスであっても、成形後の光学素子の外径および形状（成形素材Ｍの外径および形状）によって、外観不良の発生数および成形型１０への貼り付き発生数が異なる。従って、成形後の光学素子の外径および形状に応じて、外観不良の発生数および成形型１０への貼り付き発生数の許容範囲を変更する必要がある。

実施例２では、第一の冷却工程における第一の温度を、「ガラス転移点温度から−５０℃〜−８０℃の範囲内」に設定することにより、外観基準を満たした光学素子を、生産性を損なうことなく安定的に得られることが判明した。

（実施例３）
実施例３では、成形装置１を用いた光学素子の製造方法によって、外径φ１８．１ｍｍ、中心厚み７．４４ｍｍ、両凸形状、フツリン酸系ガラスからなる成形素材Ｍ（ＦＣＤ１）の成形を行った。実施例３における加熱工程、押圧工程および第二の冷却工程は、比較例と同じ条件で実施した。実施例３の成形結果を表３に示す。

実施例３では、第一の冷却工程における第一の温度を、「ガラス転移点温度から−１０℃〜−８０℃の範囲内」に設定することにより、外観基準を満たした光学素子を、生産性を損なうことなく安定的に得られることが判明した。なお、実施例３では、第一の冷却工程における第一の温度を、「ガラス転移点温度から−２０℃〜−７０℃の範囲内」に設定することが最も好ましい。

以上説明したような光学素子の製造方法によれば、第一の冷却工程における第一の温度を、外観不良の発生および成形型１０への貼り付き発生の両方が減少する範囲内で設定することにより、外観基準を満たした光学素子を、生産性を損なうことなく安定的に製造することができる。

以上、本発明に係る光学素子の製造方法について、発明を実施するための形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

１成形装置
１０成形型
１１上型
１１ａ光学成形面
１１１カートリッジヒータ
１１２熱電対
１２下型
１２ａ光学成形面
１２１カートリッジヒータ
１２２熱電対
１３スリーブ
２０ランプヒータ
Ｍ成形素材

Claims

フツリン酸系ガラスからなる成形素材を押圧し、光学面を備えた光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、
前記成形素材を加熱し、前記成形素材を軟化させる加熱工程と、
軟化した前記成形素材を、対向配置した一対の金型の光学成形面によって押圧する押圧工程と、
前記一対の金型による押圧状態を維持しながら、前記成形素材の温度を、ガラス転移点の温度から−１０℃〜−８０℃の範囲内にある第一の温度へと低下させる第一の冷却工程と、
前記一対の金型の型間距離を拡大して非押圧状態とし、前記成形素材の温度を、前記第一の温度より低い第二の温度まで低下させる第二の冷却工程と、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
外径がφ２５ｍｍ未満の前記成形素材を押圧して前記光学素子を製造する場合、
前記第一の冷却工程において、前記第一の温度を、ガラス転移点の温度から−３０℃〜−６０℃の範囲内で設定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。
外径がφ２５ｍｍ未満の前記成形素材を押圧して前記光学素子を製造する場合、
前記第一の冷却工程において、前記第一の温度をガラス転移点の温度から−４０℃〜−６０℃の範囲内で設定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。
外径がφ２５ｍｍ未満の前記成形素材を押圧して前記光学素子を製造する場合、
前記第一の冷却工程において、前記第一の温度を、ガラス転移点の温度から−４０℃〜−５０℃の範囲内で設定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。
外径がφ２５ｍｍ以上の前記成形素材を押圧して前記光学素子を製造する場合、
前記第一の冷却工程において、前記第一の温度を、ガラス転移点の温度から−５０℃〜−８０℃の範囲内で設定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。
外径がφ２５ｍｍ以上の前記成形素材を押圧して前記光学素子を製造する場合、
前記第一の冷却工程において、前記第一の温度を、ガラス転移点の温度から−６０℃〜−８０℃の範囲内で設定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。
外径がφ２５ｍｍ以上の前記成形素材を押圧して前記光学素子を製造する場合、
前記第一の冷却工程において、前記第一の温度を、ガラス転移点の温度から−６０℃〜−７０℃の範囲内で設定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。