JPH11236224A

JPH11236224A - 光学素子の成形方法

Info

Publication number: JPH11236224A
Application number: JP4192498A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Tomisaka; 俊也富阪
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】少なくとも一方の転写面に１または複数の屈
曲部を有する不連続面を備えた光学素子を精度よく成形
できる光学素子の成形方法を提供すること。【解決手段】一対の上下金型により少なくとも一方の
転写面に１または複数の屈曲部を有する不連続面を備え
た光学素子を成形する方法であって、粘度にして１０⁷
〜１０⁴ポアズの状態のガラス素材をプレス成形するこ
と、および前記屈曲部を有する不連続面に対応する側の
金型成形面外周に規制部材を配することを特徴とする光
学素子の成形方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレス成形技術に
よる光学素子の成形方法に関し、特に、屈曲部を有する
不連続面を備えた光学素子の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学技術の発展にともなって、複
雑な形状を有する光学素子の大量生産が可能となった結
果、フレネルレンズや回折光学素子などのパターン素子
や、レンズアレイやフライアイレンズなどの多分割の光
学機能面を有する素子が走査、投影、照明などの光学系
や高精度の位置決め装置などで多用されている。

【０００３】これらの素子は、形状が複雑なため、従来
は、超精密加工機により直接加工するか、又は、プラス
チックの成形により形成されてきたが、ガラス素材によ
るものの需要が急速に伸びてきた。これは、位置決めに
おいては熱膨張係数が低く、また、光学設計的には屈折
率の優位性があるためである。そこで、これまでにはガ
ラス光学素子を高精度に、かつ、安価で大量に生産する
方法が多数検討されている。

【０００４】このような素子の製造方法としては、主と
して、所望の光学素子の形状に近似した形状にあらかじ
め加工されたプリフォームを再加熱して軟化状態にし、
金型間で加圧成形する、いわゆる「再加熱成形法」がよ
く知られている。このような方法は、使用できるガラス
素材種が広範で、成形できる素子の大きさにも制約がな
いので、一般に広く採用されているが（例えば、特開昭
６０−１７１２３３号公報および特開平２−１７５６２
１号公報）、通常、軟化温度（１０⁸〜１０⁷ポアズに相
当）まで再加熱されるにすぎないため、特に、パターン
を有する光学素子や、複数の光学機能面を有する光学素
子を成形する場合においては、ガラス素材の粘性流動が
不十分となって、金型におけるパターンや光学機能面間
の溝等の成形面の屈曲部にガラス素材が入り込みにくく
なり、所望の転写面が得られにくいという問題が生じて
いる。

【０００５】そこで、溶融状態(１０⁷〜１０³ポアズ)の
ガラス素材を下金型または支持部材により保持し、再加
熱することなく、そのまま金型間で直接的にプレス成形
する「ダイレクトプレス法」が提案されている。しかし
ながら、ダイレクトプレス方を用いても、上記問題を完
全に解決するには至っていない。これは、溶融状態のガ
ラス素材は金型の成形面上の微細な凹凸や屈曲部分に入
り込むが、溶融ガラス素材に金型を押し当てることによ
り入り込む量だけでは、金型の細部にまでガラスが充填
されず、形状が転写されないためであると考えられる。
すなわち、溶融ガラスは金型による加圧に対して水平方
向に流動しやすく、加圧しても、圧力が外周部から逃げ
てしまい、屈曲部分に完全には充填されず、特に、不連
続面の傾斜角が大きいときはガラスが奥まで十分に達し
ない場合があると考えられる。

【０００６】一方、特開平４−１１４９２４号公報で
は、パターンに対応する金型部分を他の部分から分割
し、独立して所望の圧力で加圧してパターンの転写性を
向上させる技術が開示されているが、かかる技術では装
置の製造に大きなコストがかかったりして上記問題を完
全に解決するには至っていないのが現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、少なくとも
一方の転写面に１または複数の屈曲部を有する不連続面
を備えた光学素子を精度よく成形できる光学素子の成形
方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、一対の上下金
型により少なくとも一方の転写面に１または複数の屈曲
部を有する不連続面を備えた光学素子を成形する方法で
あって、粘度にして１０⁷〜１０⁴ポアズの状態のガラス
素材をプレス成形すること、および前記屈曲部を有する
不連続面に対応する側の金型成形面外周に規制部材を配
することを特徴とする光学素子の成形方法に関する。

【０００９】本発明においては、上記のように特定粘度
のガラス素材を使用し、かつ、屈曲部を有する不連続面
に対応する側の金型成形面外周に規制部材を配すること
により、金型の加圧力に対して溶融したガラスの水平方
向の流動が抑制され、ガラス表面と金型の成形面との間
の密着性を十分に確保することが出来、その結果、屈曲
部を有する不連続面を備えた光学素子の成形において
も、金型成形面の形状をガラス表面に、精度良く転写さ
せることが出来ることを見いだした。ここで、「屈曲部
を有する不連続面」とは、金型の成形面が平面、球面ま
たは非球面などの連続的な面となっておらず、鋸歯状、
Ｖ字状もしくは凹凸状のパターンや、分割された複数の
光学機能面を構成する面の境界部が屈曲している不連続
な面をいうものとする。

【００１０】本発明の方法においてプレス成形する際の
ガラス素材の粘度は１０⁷〜１０⁴ポアズ、好ましくは１
０⁷〜１０⁵ポアズの範囲内である。当該粘度が１０⁷ポ
アズよりも高いと、粘性流動が不十分であり、金型にお
けるパターンや複数の光学機能面における不連続面間の
溝など、成形面の屈曲部にガラスが十分入り込みにくく
なり、パターンや複数の光学機能面が精度よく転写され
なくなる。一方、１０⁴ポアズよりも低いと、流動量が
増大し、金型の屈曲部にガラスが入り込みやすいが、ガ
ラスが高温状態から常温に冷却されるまでの間のガラス
収縮量が大きくなり、特に屈曲部において割れや金型に
対する融着が生じやすくなる。

【００１１】上記粘度を有するガラス素材を得る手段と
しては、プレス成形に供されるガラス素材を上記粘度に
設定できれば、特に限定されるものではなく、例えば、
ガラス素材を坩堝等の耐熱性容器内で溶融する方法（以
下、単に溶融法という）、ガラス塊を加熱する方法（以
下、単に加熱法という）等が挙げられる。

【００１２】ガラス素材を坩堝等の耐熱性容器内で溶融
するに際しては、具体的には、例えば図１に概略的に示
す装置が使用される。ここで使用される装置は、ガラス
素材を溶融する坩堝５、坩堝内で溶融されたガラス素材
１０を撹拌する撹拌機６、溶融されたガラスを外部に導
くノズル３、溶融ガラス素材を所定粘度に維持する加熱
器４、およびノズル先端部で形成されるガラス滴２を捕
集し、後のプレス成形においても使用される下金型１か
ら構成されている。図１において下金型１の成形面は平
面状であるが、これに制限されることはなく、球面また
は非球面であってもよい。また、坩堝内部の溶融ガラス
素材の粘度は、内部品質を均一化するのに十分な粘度に
設定することが好ましく、詳しくは１０⁴〜１０²ポアズ
である。このときの温度は使用されるガラス素材種によ
って異なり、例えば、ＳＦ５７の場合、９００〜１２０
０℃、ＳＫ５の場合、１０００〜１３００℃、ＢＫ７の
場合、１１００〜１４００℃に設定することが好まし
い。

【００１３】坩堝内で所定粘度に制御された溶融ガラス
素材はガラス滴としてノズル３の先端に１滴又は複数滴
分形成され、下金型１に保持される。後のプレス成形工
程を経て得られる光学素子の重量は、ガラス滴の重量に
より決定されるため、厳密に所定の重量に制御すること
が好ましい。ガラス滴の重量は、滞留するガラス滴の数
で決まり、実際には滞留させる時間で制御している。こ
こで、ガラス滴の滴下間隔は概ね一定であるが、図１の
発光部７と受光部８を備えた滴下センサからの信号を制
御部９から加熱器にフィードバックさせることにより、
さらに正確な滴下制御が可能となる。また、制御部９
は、成形用金型の動作タイミングに関する制御信号を出
力している。なお、ノズル先端部から連続的に複数のガ
ラス滴を落下させ、複数滴のガラスが所定重量になるま
で下金型上で滞留させてもよい。下金型は、ガラス滴の
重量にもよるが、ノズル先端から５〜２０mm下方に設置
することが望ましい。

【００１４】また、上記の装置において、下金型が直接
ガラス滴を受ける構成としているが、図４に示すよう
に、ガラス滴をセラミックスや超硬合金などの支持部材
１５で一旦捕集し、捕集されたガラス滴が所定の大きさ
になった後、支持部材１５を引き下げ又は回動させてガ
ラス素材をノズル先端から切断し、下金型上に移載して
も良い。

【００１５】このような溶融法によって提供された所定
粘度のガラス素材は、高温に加熱されたガラスを直接受
ける金型の損耗が激しいため、当該溶融法を採用する場
合、ガラス素材が低融点材料に限られるという制約があ
るものの、予めガラス塊を所定形状に加工する必要はな
いため、成形サイクルが短く、従来からの再加熱成形法
に比べて極めて低いコストで生産できるという点で有利
である。上記溶融法を採用することができるガラス素材
種としては転移点が５００℃以下、好ましくは４５０℃
以下であることが望ましく、例えば、ＳＦ５７、ＳＦ６
等が挙げられる。

【００１６】一方、所定粘度のガラス素材を得るべく、
ガラス塊を加熱するに際しては、具体的には、例えば、
図８に示すように、予め所定形状に加工したガラス塊１
６を搬送型１７上において誘導加熱源や赤外線等の加熱
体１８による加熱器１９によって加熱する。この場合に
おいてガラス塊への加工は切削、研磨、切断等により行
われ、表面粗さにして０．１〜５μｍに設定されること
が好ましいが、本発明においてはガラス素材は溶融状態
に制御されるため、表面粗さについては特に限定的でな
い。加熱に供されるガラス塊は、加工の際発生した屑を
除去すべく、図８のようにサンウォッシュＬＰＷ−１
(ライオン株式会社)等の水系アルカリ洗剤により洗浄す
ることが好ましい。また、加熱工程においては上記の加
熱体は、ガラス塊の側面と上面との境界における角状部
分を他の部分より集中的に加熱することが好ましい。当
該角状部分が比較的明らかに残っていると後のプレス成
形後、得られる光学素子において当該部分が折れ込んだ
状態となって現れるためであり、プレス成形に供される
ガラス塊の角状部分は曲率半径が約５ｍｍ以上となって
いることが好ましい。

【００１７】なお、図８において、ガラス塊１６は搬送
型１７によって搬送され、後のプレス成形時においては
下金型に移載されるが、加熱器１９内に搬送される段階
からガラス塊を下金型によって支持し、加熱後、そのま
まプレス成形に供してもよい。

【００１８】加熱工程における加熱温度はガラス素材を
上記粘度に制御できれば特に限定的でなく、使用される
ガラス素材によって異なり、例えば、ＳＦ５７の場合、
４８０〜５５０℃、ＳＫ５の場合、６００〜７５０℃、
ＢＫ７の場合、７５０〜９００℃に設定することが好ま
しい。加熱時間については、ガラス塊を表層部だけでな
く、その中心部も上記粘度に制御できれば特に制限され
るものではなく、また、ガラス素材種によっても異なる
が、通常、３０ｍｍ×３０ｍｍ×２０ｍｍ寸法のガラス
塊で２〜６分間、好ましくは３〜４分間である。上記粘
度がガラス塊表層部付近しか達成されていないと、金型
におけるパターンや光学機能面間の溝等の成形面の屈曲
部にガラス素材が入り込みにくくなり、所望の転写面が
得られにくい。

【００１９】このように加熱法によって所定粘度のガラ
ス素材を提供すると、上記溶融法に比べてガラス塊を予
備加工するのに加工費用がかかるが、より口径の大きな
光学素子（例えば直径３０ｍｍ以上のもの）をも成形す
ることができる。すなわち、通常のガラスゴブ作製にお
いては、表面張力や粘度等の関係で決まる滴下条件の制
約を受けないため、均質で大きなガラス塊が得られる。
そのガラス塊から所望の大きさ・形状に切り出して、加
熱し、所定の粘度とする。さらに、使用可能なガラス素
材についてもノズルを通して滴下させる必要がないた
め、低融点のガラス素材に限定されず、例えば、ＢＫ−
７、パイレックス等、様々なガラス素材を使用すること
ができる。

【００２０】以上のようにして粘度および重量を制御さ
れたガラス素材は直ちにプレス成形工程に供される。本
発明の方法において使用されるプレス成形装置において
は、所望の光学素子の不連続面に対応する側の金型成形
面外周に外周規制部材（本明細書中、単に規制部材とい
う）が配置されている。規制部材が、所望の光学素子の
不連続面に対応しない側の金型成形面外周に配置されて
いると不連続面が形成される面近傍でガラスの一部が側
面から水平方向に逃げるので、不連続面で転写不良が生
じやすい。

【００２１】本発明の方法においては、例えば、図２に
概略的に示されるプレス成形装置によってプレス成形さ
れる。図２において、規制部材１１は、上金型１２の成
形面１３の有効径外周に、図示しないネジなどの係合部
材を介して取り付けられている。規制部材１１は素子の
所望形状に応じた形状をとり、素子の上面形状が円形の
場合はリング状（図３参照）、当該上面形状が四角形状
の場合は四角状である。規制部材の寸法について、図３
下方の断面図における内径（規制部材が四角形状の場合
は内側長）Ｒ₁は成形する素子の有効径の５〜１０％増
の径、好ましくは８〜１０％増の径とし、外径（規制部
材が四角形状の場合は外側長）Ｒ₂は、（Ｒ₂−Ｒ₁）／
２が２．５〜８ｍｍ、好ましくは３〜４ｍｍとなるよう
な長さであることが望ましい。

【００２２】また、その厚さ（ｔ）は、所望の光学素子
の最大肉厚より小さく、金型成形面の屈曲部の頂点から
底面迄の深さ以上、好ましくは最大肉厚の９割以下５割
以上、、より好ましくは最大肉厚の２／３以下１／２以
上であることが望ましい。本発明の方法においては、溶
融状態のガラス素材を成形するため、光学素子の側面全
体を囲繞する厚さの規制部材を設けると、高温状態の溶
融ガラスが、比較的低温の外周規制部材に接触する際
に、ガラスの外周部分と中心付近とで大きな温度分布が
発生し、その結果、素子の中心付近が成形温度以上のま
まであるのに対して、外周部分では冷却固化が始まると
いう状態になり、金型による加圧力が固化した外周部に
集中してしまうので、中心付近の加圧が不十分になり、
中心部分の形状がガラスに十分に転写されにくくなるた
めである。即ち、規制部材の厚さが大きいほど、高温状
態の溶融ガラスの外周部との接触面積が大きくなるた
め、冷却過程において温度分布が生じやすくなり、転写
が不十分になり易い。特に、大口径の素子を成形する際
には、この傾向が顕著になる。一方、厚さ（ｔ）が金型
成形面の屈曲部の頂点から底面迄の深さ未満であるとプ
レス成形の際、溶融状態のガラス素材が左右方向に流出
し、所望の転写面を有する光学素子が得られにくい。

【００２３】このような規制部材の材質について特に制
限はないが、耐熱性があり、加圧に対する耐久性のある
材料、例えば、セラミックスや超硬合金などの材料を使
うことが望ましい。

【００２４】また、ここでは、規制部材を金型から独立
した部材として構成させているが、これに限定されず、
例えば、不連続面を形成する側の有効径外周部分に、金
型と一体的に形成する事により、ガラスの流動を規制す
れば、金型に係合する作業を省略することができる。

【００２５】図２においては下金型１は平面状のものを
使用しているが、上述のごとく球面または非球面の成形
面を有していてもよい。一方、上金型１２は所望の屈曲
部を有する不連続面を備えた成形面１３を有している。
屈曲部を有する不連続面を備えた成形面として、詳しく
は、例えば鋸歯状、Ｖ字状（図２の１３参照）、凹凸状
（図５（ｃ）の１３ａ参照）等のパターンを有する場
合、当該パターンを含む成形面の一部が突出した構成を
とる場合（図６（ｂ）の１３ｂ参照）および分割された
複数の光学機能面有し、各々の面の境界部が屈曲してい
る場合（図７（ｃ）の１３ｃ参照）等が挙げられる。そ
れらのピッチは０．１μm〜５０００μm、好ましくは１
００〜５００μmであり、従来からの再加熱成形法を採
用する場合と比較して、より微細なパターンまたは複数
の光学機能面が転写され得る。また、屈曲部の深さは
０．１〜５０００μm、好ましくは１００〜５００μmに
設定することが好ましい。分割された複数の光学機能面
有し、各々の面の境界部が屈曲している場合における単
位面の曲率半径は∞〜Ｒ４ｍｍ、好ましくはＲ９０ｍｍ
〜Ｒ４０ｍｍが望ましい。

【００２６】実際にプレス成形するに際しては、金型成
形面とガラス表面が十分に密着させる必要があり、加熱
法を同様の処理条件を採用することができるが、上下金
型間の圧力については加熱法によるプレス成形工程にお
ける圧力よりも低く設定する必要がある。本発明の方法
においてプレス成形する際のガラス素材粘度は従来から
のプレス成形工程におけるそれより低いためであり、す
なわち、圧力があまり大きすぎると溶融ガラス素材が左
右方向に流動し、所望のガラス素子が得られないためで
ある。具体的には、１〜６ｋｇ／ｃｍ²、好ましくは２
〜４ｋｇ／ｃｍ²であることが望ましい。加圧時間につ
いては短縮化可能で、３〜１５秒間、好ましくは５〜１
０秒間が望ましい。

【００２７】また、プレス成形時の環境について、加熱
法においては、固体状態のガラスが所定の成形温度とな
るまで加熱した後、成形するのに対し、上記の溶融法で
は滴下直後は粘性が低い状態のガラス素材の表面の粘度
が所定粘度となった時点で、比較的低温(Ｔｇ以下)に保
った金型及び規制部材に接触させることにより、表面が
冷却・固化し、金型形状が転写される

【００２８】このようにして得られた光学素子には、金
型成形面の形状がほぼ忠実に転写されており、例えば、
１００μmのピッチの場合、±１．０μm、好ましくは±
０．２μmのピッチ精度で、溝の深さが１００μmの場
合、±１．０μm、好ましくは±０．４μmの精度で、融
着なく良好に転写されている。

【００２９】以上、上面に屈曲部を有する不連続面を備
えた光学素子の成形方法について説明したが、本発明は
下面に当該不連続面を備えた光学素子の成形についても
適用できることは明らかである。その場合において、上
記の規制部材は下金型成形面外周に配される。また、両
面に上記不連続面を備えた光学素子を形成する場合につ
いては、規制部材は少なくとも上下どちらか一方に配さ
れる。

【００３０】また、以上では、本発明の方法を、屈曲部
を有する不連続面を備えた光学素子を成形する場合につ
いて説明したが、不連続面を備えていない、すなわち単
に球面、非球面および／または平面からなる光学素子を
成形する場合にも適用できることは明らかである。以
下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。

【００３１】

【実施例】実施例１本実施例においては、図１の構成の装置および図５
（ｃ）に概略的に示すプレス成形装置を用いて、図５
（ａ）および（ｂ）に示す形状のフレネルレンズを成形
した。なお、ここで成形に使用したガラス素材はＳＦ５
７であった。使用した上金型１２ａのパターン１３ａの
屈折力は、曲率半径４．０mmに相当し、最大厚肉部１．
０mm、有効径は３．２mmであった。また、パターンの周
辺ピッチは、最小１０μm、中心付近は最大２００μmで
あった。そのパターン溝の深さは約１．０μmであっ
た。さらに、このパターンの外周近傍に設けられたリン
グ状規制部材１１ａは内径Ｒ₁（図３参照）が３．５m
m、外径Ｒ₂（図３参照）が１１ｍｍ、厚さｔが０．５mm
であり、セラミックスからなっていた。一方、下金型１
は平面に鏡面加工されており、表面粗さはＲmax０．０
１μmであった。

【００３２】具体的には、坩堝６にＳＦ５７材料を投入
し、坩堝６を加熱器４により加熱し、ノズル３の先端部
からガラス滴を滴下させた。このときの溶融ガラス材料
の粘度は約１０³ポアズであった。これを下金型１で１
滴（約５００ｍｇ）捕集し、溶融状態のガラス滴を下金
型１に載せた状態のまま、ガラスが冷却して約１０⁴ポ
アズ相当になった時点で、上記のパターン１３ａおよび
リング状規制部材１１ａを有する上金型１２ａの下の成
形位置にまで移動させた後、大気中においてプレス成形
を開始した。プレス成形時のガラス素材の粘度は約１０
⁵ポアズであった。加圧圧力は２．５ｋｇ／ｃｍ²、加圧
時間は２５秒間であった。

【００３３】プレス成形終了後、芯取りして図５のフレ
ネルレンズを得た。そのレンズのガラス表面に転写され
たパターン形状を、表面粗さ計(パナソニック３次元測
定器；松下電器産業社製)で測定した。その結果、レン
ズには金型のパターン面１３ａの形状がほぼ忠実に転写
されており、転写されたパターンの深さは平均０．９μ
m、最小ピッチ部分は１０．５μmになっており、融着も
見られなかった。

【００３４】実施例２本実施例においては、図４の構成の装置および図６
（ｂ）に概略的に示すプレス成形装置を用いて、図６
（ａ）に示す形状のグレーティングパターン転写レンズ
を成形した。なお、ここで成形に使用したガラス素材は
ＳＫ５であった。ここで使用した上金型１２ｂは、８ｍ
ｍ四方のパターン１３ｂを有しており、さらにはこのパ
ターンを中心に１０ｍｍ四方が高さ０．５ｍｍで突出し
た構成をとっている。パターンのピッチは１００μmで
あり、そのパターン溝の深さは１００μmであった。さ
らに、このパターンの外周近傍に設けられた四角形状規
制部材１１ｂは内側長Ｒ₁が８．７mm、外側長Ｒ₂が１５
ｍｍ、厚さｔが１mmであり、セラミックスからなってい
た。一方、下金型１は平面に鏡面加工されており、表面
粗さはＲmax０．０１μmであった。

【００３５】具体的には、ノズル３の下にガラス滴を受
けるための凹状支持部材１２（内容積寸法２２ｍｍ×２
２ｍｍ×３ｍｍ）を設け、ノズルより滴下するガラスを
１５〜２０滴分（約７５０ｍｇ）捕集し、ガラスが冷却
して約１０⁴ポアズ相当になった時点で、これを反転さ
せて図６（ｂ）に示す下金型上に落下させ、この下金型
を上記のパターン１３ｂおよび四角形状規制部材１１ｂ
を有する上金型１２ｂの下の成形位置にまで移動させた
後、大気中においてプレス成形を開始した。プレス成形
時のガラス素材の粘度は約１０⁷ポアズであった。加圧
圧力は３ｋｇ／ｃｍ²、加圧時間は２０秒間であった。

【００３６】プレス成形終了後、成形されたグレーティ
ングパターン転写レンズを取り出し、表面粗さ計(パナ
ソニック３次元測定器；松下電器産業社製)で、ガラス
表面に転写されたパターン形状を測定した。その結果、
レンズには金型のパターン面１３ｂの形状がほぼ忠実に
転写されており、１００μmのピッチに対して、±１．
０μmのピッチ精度で、溝の深さもほぼ１００μmと良好
に転写されており、また、融着も見られなかった。

【００３７】実施例３本実施例においては、図８に概略的に示す再加熱法を採
用し、図７（ｃ）に概略的に示すプレス成形装置を用い
て、図７（ａ）および（ｂ）に示すレンズアレイを成形
した。なお、ここで使用したガラス素材はＢＫ７であっ
た。プレス成形において使用した上金型１２ｃの成形面
は非球面からなる単位面を２５個正方形状に配した分割
面からなっていた。単位面の各々の非球面は近似曲率半
径がＲ＝３０mm、有効径が５mmであり、これを５mm四方
の正方形の枠で区切り、単位面とした。各単位面と単位
面との境界は、各単位面の底点からの高さが１．３mmの
山形状を有していた。また、この上金型の外周近傍に設
けられた四角形状規制部材１１ｃは内側長Ｒ₁が２５m
m、外側長Ｒ₂が２８ｍｍ、厚さｔが３mmであり、セラミ
ックスからなっていた。一方、下金型１は平面に鏡面加
工されており、表面粗さはＲmax０．０１μmであった。

【００３８】具体的には、図８に示すように、あらかじ
め四角柱状に研削・研磨加工したガラス塊１６（２０ｍ
ｍ×２０ｍｍ×１５ｍｍ、表面粗さＲmax０．３μm）を
サンウォッシュＬＰＷ−１(ライオン株式会社)により洗
浄した後、搬送型１７に載せ、誘導加熱コイル１８の設
けられた加熱位置に搬送して約４分間加熱し、粘度が１
０⁴ポアズ付近になり、その表面のみならず中心付近が
十分に軟化した後、成形位置まで搬送した。その後、図
７（ｃ）に示すプレス成形装置により、大気中、平面状
の下金型１と、上記の分割面を有する上金型１２ｃとの
間でプレス成形を行った。プレス成形時のガラス素材の
粘度は約１０⁷ポアズであった。加圧圧力は５ｋｇ／ｃ
ｍ²、加圧時間は１２０秒間であった。

【００３９】プレス成形終了後、成形されたレンズアレ
イを取り出し、表面粗さ計(パナソニック３次元測定
器；松下電器産業社製)で、ガラス表面に形成された転
写面を測定した。その結果、各単位面の転写性能は良好
で、波面性能１λ程度で、各境界部分の深さも平均１．
３４mmと良好に転写されており、また、融着も見られな
かった。

【００４０】比較例１リング状規制部材を使用しなかったこと以外、実施例１
と同様にして、フレネルレンズを成形した。その結果、
得られたレンズにおいて転写された凹凸パターンは殆ど
つぶれて丸くなっており、前述の表面粗さ計で測定して
も０．７μm程度の起伏しか転写されていなかった。こ
れは、金型加圧による水平方向へのガラスの逃げが著し
く、パターン面の細部にまでガラスが入りこまなかった
ためと考えられる。

【００４１】比較例２四角形状規制部材を使用しなかったこと以外、実施例３
と同様にして、レンズアレイを成形した。その結果、得
られたレンズにおいて成形された各単位レンズは形状が
転写されておらず、波面収差も測定困難で、光学製品と
しては使用できないレベルであった。また、各単位レン
ズ間の溝も、金型の形状が正確に転写されておらず、単
位レンズ同士の境界が不明瞭になっていた。これは、金
型加圧による水平方向へのガラスの逃げが著しく、転写
面の細部、特に、各レンズの境界部分にまでガラスが入
りこまなかったためと考えられる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によると、金型の加圧力に対して
溶融したガラスの水平方向の流動が抑制され、ガラス表
面と金型の成形面との間の密着性を十分に確保すること
が出来、その結果、金型の不連続面の形状をガラス表面
に転写する精度を大幅に向上させることができる。ま
た、ガラス材料を坩堝内で溶融状態にし、ノズル先端か
ら滴下させ、下金型で保持した後、粘度にして１０⁷〜
１０⁴ポアズとなった時にプレス成形することにより、
短いサイクルで成形することができ、コストを著しく低
減させることができる。また、滴下したガラス滴を複数
滴分支持部材により捕集した後、下金型に移載すること
によって、不連続面を有するものでも比較的口径の大き
なガラスを成形することができる。また、ガラス素材
を、あらかじめ所定形状に加工し、下金型に載置し、加
熱体により前記ガラス材料を加熱した後、粘度にして１
０⁷〜１０⁴ポアズとなった時に、プレス成形することに
より、より大口径の光学素子をも成形することができ
る。また、規制部材の厚さを、成形する素子の最大肉厚
部よりも小さく、かつ、前記屈曲部の頂点から底面迄の
深さ以上とすることにより、成形の際のガラス流動を効
果的に規制でき、また、温度分布も生じにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶融状態のガラス素材を下金型で受ける際の
ノズル部分近傍の構成の一例を示す概略構成図を示す。

【図２】プレス成形工程における上下金型の構成の一
例を示す概略断面図を示す。

【図３】リング状規制部材の平面図及び断面図を示
す。

【図４】溶融状態のガラス素材を支持部材で受ける際
のノズル部分近傍の構成を示す概略構成図を示す。

【図５】（ａ）は実施例１で得られるフレネルレンズ
の平面図を示し、（ｂ）はその断面図を示し、（ｃ）は
実施例１のプレス成形工程における上下金型の構成を示
す概略断面図を示す。

【図６】（ａ）は実施例２で得られるグレーティング
素子の斜視図を示し、（ｂ）は実施例２のプレス成形工
程における上下金型の構成を示す概略断面図を示す。

【図７】（ａ）は実施例３で得られるレンズアレイの
平面図を示し、（ｂ）はその断面図を示し、（ｃ）は実
施例３のプレス成形工程における上下金型の構成を示す
概略断面図を示す。

【図８】実施例３において加熱によって規定粘度にガ
ラス素材を制御する際の概念図を示す。

【符号の説明】

１：下金型、２：ガラス滴、３：ノズル、４：加熱器、
５：坩堝、６：撹拌機、７：発光部、８：受光部、９：
制御部、１０：溶融ガラス、１１：規制部材、１１ａ：
リング状規制部材、１１ｂ、１１ｃ：正方形状規制部
材、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ：上金型、１３：パ
ターン、１４：溶融ガラス素材、１５：支持部材、１
６：ガラス塊、１７：搬送型、１８：加熱体、１９：加
熱器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の上下金型により少なくとも一方の
転写面に１または複数の屈曲部を有する不連続面を備え
た光学素子を成形する方法であって、粘度にして１０⁷
〜１０⁴ポアズの状態のガラス素材をプレス成形するこ
と、および前記屈曲部を有する不連続面に対応する側の
金型成形面外周に規制部材を配することを特徴とする光
学素子の成形方法。
【請求項２】ガラス素材を坩堝内で溶融状態にし、該
坩堝に設けたノズル先端から滴下させて下金型で保持
し、粘度にして１０⁷〜１０⁴ポアズとなった時にプレス
成形することを特徴とする請求項１記載の光学素子の成
形方法。
【請求項３】ガラス素材を坩堝内で溶融状態にし、該
坩堝に設けたノズル先端から滴下させて支持部材により
複数滴分捕集した後、下金型に移載し、粘度にして１０
⁷〜１０⁴ポアズとなった時にプレス成形することを特徴
とする請求項１記載の光学素子の成形方法。
【請求項４】あらかじめ所定形状に加工されたガラス
素材を加熱することによって、粘度にして１０⁷〜１０⁴
ポアズにすることを特徴とする請求項１記載の光学素子
の成形方法。
【請求項５】規制部材の厚さが、成形される光学素子
の最大肉厚よりも小さく、屈曲部の頂点から底面迄の深
さ以上であることを特徴とする請求項１記載の光学素子
の成形方法。