JPWO2009016992A1 - 成形金型及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

成形金型の材質の選択肢を狭めることなく、簡易な構成で偏心量の小さい光学素子を製造することができる成形金型を提供すること、及び、かかる成形金型を用いた光学素子の製造方法を提供することを目的とする。上型と、下型と、ガラス素材を加圧成形する際に上型及び下型の側面に当接する案内面を有する案内部材と、加熱による熱膨張によって上型及び下型を案内面に押圧するための膨張部材と、案内部材及び膨張部材を支持する支持部材とを有する。これらの部材のうち、膨張部材の熱膨張係数が最も大きい。膨張部材の熱膨張によって上型及び下型を案内部材に押圧した状態でガラス素材を加圧成形する。

Description

本発明は、ガラス素材を加圧成形して光学素子を製造するための成形金型、及び、該成形金型を用いた光学素子の製造方法に関する。

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、成形金型を用いてガラス素材を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。ガラス製光学素子のプレス成形法としては、従来、予め所定質量及び形状を有するガラス素材を作製し、該ガラス素材を成形金型とともに加熱した後、成形金型にて加圧成形して光学素子を得る方法が知られている。

近年の各種光学機器の小型化、高精度化に伴って、ガラス製の光学素子に要求される性能もますます高くなり、対向する二つの光学面の光軸ずれ量（以下、「偏心量」という。）についても、要求される性能はますます厳しいものになってきている。

光学素子の偏心量を低減させるため、光学素子の加圧成形後に、成形型部材の外周部を光学素子の光軸と垂直方向に加圧する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、偏心量を低減させるための成形金型として、成形金型の素材の熱膨張係数に注目したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に記載された成形金型について、図９を参照して説明する。図９は、特許文献２記載の成形金型と成形された光学素子の断面を示した図である。この成形金型は、摺動成形型１、非摺動成形型２、胴型３からなり、摺動成形型１の熱膨張係数をα１、非摺動成形型２の熱膨張係数をα２、胴型３の熱膨張係数をα３とするとき、α２＞α１≧α３の関係になるように各部材の材質が選択されている。

成形温度までの加熱による膨張によって、非摺動成形型２と胴型３のクリアランスが実質的に０となるように寸法を設定しておく。また、摺動成形型１と胴型３のクリアランスは摺動可能な程度に残るように寸法を設定しておく。このように各部材の熱膨張係数と寸法を設定することにより、成形される光学素子の偏心量の低減を図ることが可能となるとされている。
特開平１０−１８２１７３号公報 特開２００５−２３１９３３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、複数のプレス機構を複雑に制御する必要があり、製造装置の複雑化、大型化を招くという問題がある。

また、成形金型の材質には種々の制約条件がある。特に、成形金型のうちガラス素材と直接接触する部材の材質は、高温でガラスと反応しにくいこと、酸化しにくいこと、鏡面が得られること、加工性が良いこと、硬いこと、脆くないことなど、多くの条件を満足している必要がある。実際にこれらの諸条件を満足する材料は、炭化タングステンや炭化珪素などを含んだ一部のセラミックス材料や、特殊な耐熱合金などに限られており、特許文献２に記載されているような熱膨張係数の関係を満たすような材料を選択することは困難であった。

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、成形金型の材質の選択肢を狭めることなく、簡易な構成で偏心量の小さい光学素子を製造することができる成形金型を提供すること、及び、かかる成形金型を用いた光学素子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． ガラス素材を加圧成形して対向する２つの光学面を有する光学素子を製造するための成形金型において、前記光学素子の第１の光学面を形成するための第１の加圧面を有する上型と、前記第１の光学面に対向する第２の光学面を形成するための第２の加圧面を有する下型と、前記ガラス素材を加圧成形する際、前記上型及び前記下型の側面に当接して、前記ガラス素材の加圧方向に垂直な面内における該上型と該下型の相対位置を規制するための案内面を有する案内部材と、加熱による熱膨張によって前記上型及び前記下型を前記案内面に押圧するための膨張部材と、前記案内部材及び前記膨張部材を支持する支持部材と、を有し、前記上型、前記下型、前記案内部材、前記膨張部材及び前記支持部材の熱膨張係数の中で、前記膨張部材の熱膨張係数が最も大きいことを特徴とする成形金型。

２． 前記支持部材は内周面を有する筒状の部材であり、前記案内部材及び前記膨張部材は、前記支持部材の前記内周面で支持されていることを特徴とする前記１に記載の成形金型。

３． 前記上型及び前記下型のうち、一方は加圧成形の際にガラス素材の加圧方向に移動する移動金型、他方は加圧成形の際に移動しない固定金型であり、前記膨張部材は、前記上型を押圧するための上膨張部材と、前記下型を押圧するための下膨張部材とを有し、前記膨張部材の熱膨張によって前記移動金型を押圧する押圧力が、前記固定金型を押圧する押圧力よりも小さいことを特徴とする前記１又は２に記載の成形金型。

４． 前記案内部材は、Ｖ字状に配置された２つの前記案内面を有することを特徴とする前記１乃至３のうち何れか１項に記載の成形金型。

５． 前記案内面に当接する前記上型及び前記下型の側面は、略同径の円筒面であることを特徴とする前記１乃至４のうち何れか１項に記載の成形金型。

６． 前記上型は、１つの円筒部材を切断して得られた２つの金型母材のうち、一方に前記第１の加圧面が形成されたものであり、前記下型は、前記２つの金型母材のうち他の一方に前記第２の加圧面が形成されたものであることを特徴とする前記５に記載の成形金型。

７． 成形金型を用いてガラス素材を加圧成形し、対向する２つの光学面を有する光学素子を製造する光学素子の製造方法において、前記成形金型は、前記１乃至６のうち何れか１項に記載の成形金型であり、前記膨張部材の熱膨張によって前記上型及び前記下型を前記案内部材の前記案内面に押圧した状態で前記ガラス素材を加圧成形することを特徴とする光学素子の製造方法。

８． 前記ガラス素材を加圧成形する際の加圧方向に垂直な面内における、前記上型の前記側面の中心から前記第１の加圧面の中心に向かう方向と、前記下型の前記側面の中心から前記第２の加圧面の中心に向かう方向との成す角度が６０°未満であることを特徴とする前記７に記載の光学素子の製造方法。

本発明によれば、膨張部材の熱膨張によって上型及び下型を案内部材に押圧した状態でガラス素材を加圧成形するため、上型と下型の位置ずれを効果的に抑制することができる。従って、成形金型の材質の選択肢を狭めることなく、簡易な構成で偏心量の小さい光学素子を製造することができる。

本発明の第１の実施形態における成形金型の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における成形金型の例を示す図である。 本発明の成形金型の変形例である成形金型２０ａを示す図である。 本発明の成形金型の変形例である成形金型２０ｂを示す図である。 本発明の成形金型の変形例である成形金型２０ｃを示す図である。 上型１１と下型１２の好ましい製造方法の例を示す図である。 発明の光学素子の製造方法の例を示すフローチャートである。 上型１１と下型１２の位置関係を模式的に示す図である。 従来の成形金型の断面を示した図である。

符号の説明

１０ 成形金型
１１ 上型
１１ｃ 第１の加圧面
１１ｓ 上型１１の側面
１２ 下型
１２ｃ 第２の加圧面
１２ｓ 下型１２の側面
１３ 案内部材
１３ｓ 案内部材１３の案内面
１４ 膨張部材
１５ 支持部材
１６ 円筒部材
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 成形金型
２３ 案内部材
２３ａ、２３ｂ 案内部材２０の案内面
２４Ｕ 上膨張部材
２４Ｌ 下膨張部材
３１、３２ ガラス素材
１１０ 上型母材（金型母材）
１２０ 下型母材（金型母材）
Ｃ１１ 第１の加圧面１１ｃの中心
Ｃ１２ 第２の加圧面１２ｃの中心

以下、本発明の実施の形態について図１〜図８を参照しつつ詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の第１の実施形態における成形金型の例を示す図であり、ガラス素材を加圧する工程における状態を示している。図１（ａ）はガラス素材の加圧方向（プレス軸方向）に垂直な断面における断面図であり、図１（ｂ）に示したＢ−Ｂ断面を示している。また、図１（ｂ）はプレス軸方向に平行な断面における断面図であり、図１（ａ）に示したＡ−Ａ断面を示している。

図１に示した成形金型１０は、上型１１、下型１２、案内部材１３、膨張部材１４、支持部材１５を有している。

上型１１は、光学素子の第１の光学面に対応した形状に精密加工された第１の加圧面１１ｃを有し、下型１２は、第１の光学面に対向する第２の光学面に対応した形状に精密加工された第２の加圧面１２ｃを有している。上型１１は、図示しない駆動手段によって加圧方向（図１（ｂ）の矢印方向）に移動できるように構成された移動金型であり、下型１２は、加圧成形の際に移動しない固定金型である。上型１１を下方に移動させ、軟化状態にあるガラス素材３１を、第１の加圧面１１ｃと第２の１２ｃとで加圧することによって、対向する２つの光学面を有する光学素子が得られる。

また、上型１１と下型１２は、円筒状の側面１１ｓと側面１２ｓをそれぞれ有しており、側面１１ｓと側面１２ｓは略同径に加工されていることが好ましい。ここで、同径とは、直径が等しいことをいう。ただし、側面１１ｓの直径と側面１２ｓの直径との差が、厳密に０である必要はなく、光学素子に求められている偏心量の許容幅に応じた値以下であればよい。例えば、偏心量（対向する２つの光学面の光軸ずれ量）の許容幅が５μｍの場合は、側面１１ｓと側面１２ｓの直径の差が１０μｍ以下であればよく、偏心量の許容幅が２μｍの場合は、側面１１ｓと側面１２ｓの直径の差が４μｍ以下であればよい。

案内部材１３は、ガラス素材３１を加圧成形する際、上型１１の側面１１ｓと下型１２の側面１２ｓとに当接して、プレス軸方向に垂直な面内における上型１１と下型１２の相対位置を規制するための案内面１３ｓを有し、筒状の支持部材１５の内周面によって支持されている。上述のように、側面１１ｓと側面１２ｓとは直径が等しいため、側面１１ｓと側面１２ｓとを共に案内面１３ｓに当接させることによって、上型１１と下型１２の位置ずれを効果的に抑制することができる。

成形金型１０は、２つの案内部材１３を用いて上型１１と下型１２の相対位置を規制しているが、案内部材１３の構成としてはこれに限定されるものではない。例えば、上型１１及び下型１２を当接させる複数の案内面が一体的に形成された案内部材を用いてもよいし、上型１１及び下型１２を３つ以上の案内面に当接させる構成としてもよい。

膨張部材１４は、加熱による熱膨張によって上型１１及び下型１２を案内面１３ｓに押圧するための物であり、支持部材１５の内周面によって支持されている。

成形金型１０においては、上型１１、下型１２、案内部材１３、膨張部材１４及び支持部材１５の熱膨張係数の中で、膨張部材１４の熱膨張係数が最も大きくなるように、各部材の材質を選定している。そのため、ガラス素材３１を軟化させるために成形金型１０を加熱する過程において、膨張部材１４の熱膨張によって上型１１及び下型１２が案内部材１３に押圧される。その後、上型１１及び下型１２が案内部材１３に当接した状態のままで上型１１を下方に移動させてガラス素材３１を加圧することにより、偏心量の小さい光学素子を製造することができる。

なお、熱膨張係数は厳密には温度によって異なるが、本発明においては、上型１１と下型１２の間にガラス素材３１を配置して加熱を開始する時点の温度から、加熱後にガラス素材３１を加圧する時点の温度までの平均熱膨張係数のことをいう。

上型１１及び下型１２の材質としては、高温でガラスと反応しにくいこと、酸化しにくいこと、良好な鏡面が得られること等、種々の性質が求められる。これらの性質を有する材質として、例えば、炭化タングステンを主成分とする超硬合金、炭化物や窒化物等の各種セラミックス（炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等）、カーボン、あるいはこれらの複合材料等が挙げられる。また、これらの材質の表面に各種金属やセラミックス、カーボンなどの薄膜を形成したものを用いることも好ましい。上型１１と下型１２とは、同じ材質を用いてもよいし、異なる材質を用いてもよい。

また、案内部材１３や支持部材１５は、高温のガラスと直接接触することはないが、高温下での耐酸化性や耐久性が求められることから、上型１１や下型１２に用いられる材質と同様の材質を用いることが好ましい。

膨張部材１４の材質には、上型１１、下型１２、案内部材１３及び支持部材１５に用いる材質よりも熱膨張係数の大きい材質を用いる。例えば、ステンレス鋼、チタン合金、ニッケル基又はコバルト基の耐熱合金などを用いることができる。ステンレス鋼の中でも、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６などは、他の種類のステンレス鋼と比較して熱膨張係数が大きいため特に好ましい。

上型１１及び下型１２に用いられる材質として上記に例示したものの熱膨張係数は、通常、１０×１０^-6／Ｋ未満である。例えば、炭化タングステンを主成分とする超硬合金は６×１０^-6／Ｋ程度、炭化珪素は４×１０^-6／Ｋ程度である。これに対して、ステンレス鋼の熱膨張係数は１０×１０^-6／Ｋよりも大きく、特に、オーステナイト系ステンレス鋼の熱膨張係数は１８×１０^-6／Ｋ程度と、非常に大きい。

そのため、ステンレス鋼のように熱膨張係数の大きい材質で膨張部材１４を構成することにより、上型１１や下型１２は上記に例示した材質の中から、種々の条件に応じて適宜選択して用いることができる。従って、上型１１や下型１２の材質の選択肢を狭めることなく、簡易な構成で偏心量の小さい光学素子を製造することができるのである。

なお、膨張部材１４の熱膨張によって上型１１及び下型１２が案内面１３ｓに押圧されるように、各部材の熱膨張係数や加熱温度等の条件に応じて、膨張部材１４と上型１１（又は下型１２）との隙間を適切に設定しておく必要がある。

例えば、図１の成形金型１０において、上型１１、下型１２、案内部材１３及び支持部材１５を全て炭化珪素（熱膨張係数：４×１０^-6／Ｋ）、膨張部材１４をＳＵＳ３０４（熱膨張係数：１８×１０^-6／Ｋ）で構成した場合を考える。上型１１と下型１２の間にガラス素材３１を配置して加熱を開始する時点の温度を２５℃、加熱後にガラス素材３１を加圧する時点の温度を５００℃とする。また、膨張部材１４の径方向の長さ（Ｗ）を１０ｍｍとする。この場合、２５℃で上型１１を２つの案内面１３ｓに当接させたとき、上型１１と膨張部材１４との間に生じる隙間が６６μｍ以下であれば、５００℃に加熱したときに上型１１を案内部材１３に押圧することができることになる。

（実施形態２）
図２は本発明の第２の実施形態における成形金型の例を示す図であり、ガラス素材を加圧する工程における状態を示している。図２（ａ）はガラス素材の加圧方向（プレス軸方向）に垂直な断面における断面図であり、図２（ｂ）に示したＢ−Ｂ断面を示している。また、図２（ｂ）はプレス軸方向に平行な断面における断面図であり、図２（ａ）に示したＡ−Ａ断面を示している。

図２に示した成形金型２０は、案内部材２３がＶブロックで構成されている点、及び、膨張部材が上膨張部材２４Ｕと下膨張部材２４Ｌとからなり、スペーサ２６Ｕ、２６Ｌを介して上型１１、下型１２をそれぞれ押圧する構成となっている点が、上述の成形金型１０と異なっている。その他の構成は成形金型１０と同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

成形金型２０の案内部材２３は、いわゆるＶブロックであり、Ｖ字状に配置された２つの案内面２３ａ、２３ｂを有している。このような構成とすることで、２つの案内面２３ａ、２３ｂの位置関係が変化することを防止でき、成形金型をセッティングする度に案内面の位置や角度を精密に調整する必要がなくなるため、偏心量の小さい光学素子を更に効率よく製造することができる。

案内面２３ａと案内面２３ｂの角度θに特に制限はないが、上型１１と下型１２の相対位置を安定して規制するためには、１０°〜１７０°が好ましく、３０°〜１５０°が更に好ましい。

成形金型２０において、上型１１は、加圧成形の際に加圧方向（図２（ｂ）の矢印方向）に移動する移動金型であり、下型１２は、加圧成形の際に移動しない固定金型である。固定金型である下型１２は、加圧成形の際、十分強い力で案内面２３ａ、２３ｂに押圧しておくことが好ましい。一方、移動金型である上型１１は、案内面２３ａ、２３ｂへの押圧力が強すぎると、案内面２３ａ、２３ｂとの間の摩擦力が大きくなりすぎて、ガラス素材を加圧するための移動がスムーズにいかなくなる場合がある。そのため、上型１１（移動金型）を押圧する押圧力を、下型１２（固定金型）を押圧する押圧力よりも小さくすることが好ましい。ただし、上型１１と下型１２の位置ずれを抑制するためには、少なくとも上型１１が案内面２３ａ、２３ｂに当接した状態で加圧成形できるだけの押圧力で、上型１１を押圧する必要がある。

上型１１を押圧する押圧力を、下型１２を押圧する押圧力よりも小さくするため、成形金型２０の膨張部材は、上型１１を押圧するための上膨張部材２４Ｕと、下型１２を押圧するための下膨張部材２４Ｌとを有している。上膨張部材２４Ｕの厚みＷＵが下膨張部材２４Ｌの厚みＷＬよりも薄いため、上膨張部材２４Ｕの方が加熱による膨張量が小さく、押圧力が小さくなる。

また、成形金型２０では、膨張部材を直接上型１１や下型１２に接触させるのではなく、スペーサ２６Ｕ、２６Ｌを介して上型１１及び下型１２を押圧している。このような構成とすることで、上膨張部材２４Ｕの厚みＷＵや、下膨張部材２４Ｌの厚みＷＬを任意に調整することができ、押圧力の微調整を容易に行うことができる。

上型１１を押圧する押圧力を、下型１２を押圧する押圧力よりも小さくするための構成はこれに限定されるものではない。図３〜図５は成形金型の変形例である成形金型２０ａ、２０ｂ、２０ｃを示す図である。

図３は、成形金型２０ａにガラス素材３２を配置した時点の状態であり、加熱を開始する前の状態を示している。成形金型２０と異なり、上膨張部材２４Ｕと下膨張部材２４Ｌが直接上型１１、下型１２に接触して押圧する構成となっている。上膨張部材２４Ｕの厚みＷＵが、下膨張部材２４Ｌの厚みＷＬよりも小さく、加熱を開始する前において、下型１２との隙間よりも上型１１との隙間の方が大きくなっている。そのため、加熱後にガラス素材３２を加圧成形する際には、上型１１を押圧する押圧力が、下型１２を押圧する押圧力よりも小さくなる。

図４は、成形金型２０ｂによってガラス素材３１を加圧成形している状態を示している。成形金型２０ａと異なり、上膨張部材２４Ｕと下膨張部材２４Ｌは同じ厚みを有している。しかし、上膨張部材２４Ｕと下膨張部材２４Ｌは異なる熱膨張係数を有する材質で形成されており、上膨張部材２４Ｕの熱膨張係数αＵの方が、下膨張部材２４Ｌの熱膨張係数αＬよりも小さい。そのため、下膨張部材２４Ｌよりも上膨張部材２４Ｕの方が加熱による膨張量が小さく、上型１１を押圧する押圧力を、下型１２を押圧する押圧力よりも小さくすることができる。

図５は、成形金型２０ｃによってガラス素材３１を加圧成形している状態を示している。成形金型２０ｃの上膨張部材２４Ｕと下膨張部材２４Ｌは、内部にヒーター２６Ｕ、２６Ｌを有し、それぞれ独立した温度に加熱可能となっている。上膨張部材２４Ｕと下膨張部材２４Ｌは、加熱前の厚みが等しく、熱膨張係数も同一である。ヒーター２６Ｕ、２６Ｌの設定温度を調節して、上膨張部材２４Ｕの加熱温度を下膨張部材２４Ｌの加熱温度よりも低温にすることによって、上膨張部材２４Ｕの膨張量が小さくなり、上型１１を押圧する押圧力を、下型１２を押圧する押圧力よりも小さくすることができる。

（上型１１及び下型１２の製造方法）
図６は、上型１１と下型１２の好ましい製造方法の例を示す図である。

上述のように、上型１１の側面１１ｓと下型１２の側面１２ｓは、略同径となるように加工することが好ましい。このような構成の場合、側面１１ｓと側面１２ｓの直径の差が、製造される光学素子の偏心量に影響する。図６に示す方法によれば、側面１１ｓと側面１２ｓの直径の差が小さい上型１１と下型１２を、効率的に製造することができる。

先ず、１つの円筒部材１６の側面１６ｓを加工して所定の直径（φＤ）に仕上げる（図６（ａ））。次に、円筒部材１６を、軸に垂直に切断して２つの金型母材（上型母材１１０と下型母材１２０）を作製する（図６（ｂ））。その後、光学素子の第１の光学面を形成するための第１の加圧面１１ｃと、第１の光学面に対向する第２の光学面を形成するための第２の加圧面１２ｃとを精密加工によって形成して、上型１１と下型１２を得る（図６（ｃ））。

上型１１の側面１１ｓと、下型１２の側面１２ｓは、円筒部材１６の切断前に加工して形成された側面１６ｓがそのまま残された面であり、側面１１ｓと側面１２ｓの直径はいずれもφＤである。従って、このような方法によれば、直径の差が非常に小さい上型１１と下型１２を、効率的に製造することができる。

なお、切断した後の上型１１の側面１１ｓと下型１２の側面１２ｓに対して、直径に影響を与えない範囲で後加工を加えることは問題ない。例えば、直径に影響を与えない範囲で面粗さを低下させる研磨加工や、保護のための薄膜を成膜する加工等を行ってもよい。

（光学素子の製造方法）
図７は、本発明の光学素子の製造方法の例を示すフローチャートである。以下、図１と図７を用いて、成形金型１０を用いた光学素子の製造方法について説明する。

先ず、上型１１を上方に退避させた状態で、下型１２の第２の加圧面１２ｃの上にガラス素材３１を配置する（Ｓ１）。ガラス素材３１の形状は、製造する光学素子の形状等に応じて適宜選択すれば良い。例えば、球状、半球状、平面などを用いることができる。また、使用するガラス素材３１の材質に特に制限はなく、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。

この時、成形金型１０の温度（Ｔ）は、加圧成形時の温度（Ｔ２）よりも低い所定温度（Ｔ１）に保たれている。成形金型１０の温度が高すぎると、膨張部材１４の膨張によって次に上型１１を挿入することが困難となるおそれがあり、低すぎると加熱と冷却のために長い時間が必要となり生産効率が悪くなる場合がある。通常は、室温（２５℃）程度〜ガラス素材３１のガラス転移点温度（Ｔｇ）程度以下の温度を適宜設定すればよい。

次に、上型１１を下降させて、案内部材１３と膨張部材１４の間に挿入する（Ｓ２）。この時、成形金型１０の温度はＴ１であり、まだ膨張部材１４が膨張していないため、上型１１及び下型１２は、案内部材１３に押圧されていない。

この状態で、図１で図示していない加熱装置によって、成形金型１０及びガラス素材３１を加圧成形時の温度（Ｔ２）まで加熱する（Ｓ３）。加熱による熱膨張によって上型１１及び下型１２は、案内部材１３の案内面１３ｓに押圧される。

加圧成形時の温度（Ｔ２）は、加圧成形によってガラス素材３１に良好な転写面を形成できる温度を適宜選択すればよい。一般的には、下型１２や上型１１の温度が低すぎるとガラス素材３１に良好な転写面を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と、ガラスと成形金型との融着が発生したり、成形金型の寿命が短くなるおそれがある。実際には、ガラスの種類や、形状、大きさ、成形金型の材質、保護膜の種類、ガラス素材の形状、大きさ、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。

なお、加熱装置に特に制限はなく公知の加熱装置を用いることができる。例えば、赤外線加熱装置、高周波誘導加熱装置、カートリッジヒーター等が挙げられる。また、加熱による酸化等によって成形金型１０の各部材が劣化することを防止するため、成形金型１０の全体を密閉した上で窒素ガスやアルゴンガスを導入し、非酸化性の雰囲気中で加熱することも好ましい。真空雰囲気中で加熱してもよい。

次に、図示しない駆動手段によって上型１１を下降させてガラス素材３１を加圧する（Ｓ４）。これによってガラス素材３１に上型１１の第１の加圧面１１ｃと下型１２の第２の加圧面１２ｃが転写され、対向する２つの光学面を有する光学素子が形成される。加圧力は、ガラス素材３１のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。また、加圧力を時間的に変化させてもよい。

駆動手段にも制限はなく、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加圧手段を適宜選択して用いることができる。

その後、成形金型１０及びガラス素材３１を初期温度（Ｔ１）まで冷却する（Ｓ５）。冷却の途中、ガラス素材３１への加圧を解除しても転写面の形状が崩れない温度になった時点で上型をガラス素材から離間させて加圧を解除する。加圧を解除する時の温度は、ガラスの種類、ガラス素材の大きさや形状、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。

成形金型１０が初期温度（Ｔ１）まで冷却されたら、上型１１を上方に退避させて作製された光学素子を回収する（Ｓ６）。光学素子の回収は、例えば、真空吸着を利用した公知の離型装置等を用いて行うことができる。その後、引き続いて光学素子の製造を行う場合は、Ｓ１〜Ｓ６の工程を再度繰り返せばよい。

また、本発明の光学素子の製造方法は、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、光学素子を回収する前に光学素子の形状を検査する工程や、光学素子を回収した後に成形金型１０をクリーニングする工程等を設けてもよい。

ここで、上型１１は、その側面１１ｓの中心と第１の加圧面の中心とを厳密に一致させることは困難であり、実際には加工上の制約によってわずかなずれが生じてしまう場合が多い。これは下型１２についても同様である。このような場合、加圧成形の際に上型１１の側面１１ｓの中心と下型１２の側面１２ｓの中心とを一致させたとしても、第１の加圧面１１ｃの中心と第２の加圧面１２ｃとの間にわずかなずれが残存し、製造された光学素子にもわずかな量の光軸ずれが残ってしまう場合がある。

図８は、ガラス素材を加圧成形する際の加圧方向に垂直な面内における上型１１と下型１２の位置関係を模式的に示す図であり、上型１１、下型１２、案内部材１３、膨張部材１４を上方からみた図である。膨張部材１４の熱膨張によって上型１１及び下型１２は案内部材１３の案内面１３ｓに押圧されており、上型１１の側面１１ｓの中心と下型１２の側面１２ｓの中心は一致している。

図８に示すように、側面１１ｓの中心と第１の加圧面１１ｃの中心Ｃ１１、及び、側面１２ｓの中心と第２の加圧面１２ｃの中心Ｃ１２にずれが存在する場合、上型１１と下型１２の相対的な位置関係によって、第１の加圧面１１ｃの中心Ｃ１１と第２の加圧面１２ｃの中心Ｃ１２との間のずれ量（加圧面中心ずれ量ｖ）が異なってくる。

簡単のため、側面１１ｓの中心と第１の加圧面１１ｃの中心Ｃ１１のずれ量、及び、側面１２ｓの中心と第２の加圧面１２ｃの中心Ｃ１２のずれ量が、共にｑであるとする。図８（ａ）のように、側面１１ｓの中心から第１の加圧面１１ｃの中心Ｃ１１に向かう方向と、側面１２ｓの中心から第２の加圧面１２ｃの中心Ｃ１２に向かう方向との成す角度（上下ずれ角θｖ）が１８０°の場合、加圧面中心ずれ量ｖはｑの２倍となる。

これに対し、図８（ｂ）のように、上下ずれ角θｖが６０°未満になると、上型１１に起因するずれ量と下型１２に起因するずれ量とが効果的に打ち消し合い、加圧面中心ずれ量はｑよりも小さな値となる。更に、図８（ｃ）のように上下ずれ角θｖが０°の場合には、加圧面中心ずれ量ｖは完全に打ち消し合って０となる。

このように、本発明の光学素子の製造方法においては、上下ずれ角θｖは小さい方が好ましく、特に上下ずれ角θｖが６０°未満であれば、製造される光学素子に残存する光軸ずれ量を効果的に減少させることができるため好ましい。

上下ずれ角θｖを６０°未満にするためには、上型１１の側面１１ｓの中心から第１の加圧面１１ｃの中心Ｃ１１に向かう方向と、下型１２の側面１２ｓの中心から第２の加圧面１２ｃの中心Ｃ１２に向かう方向とを、顕微鏡等で予め測定しておけばよい。また、これらの方向を直接測定する変わりに、製造した光学素子の性能を評価して上型１１と下型１２の相対位置を決定してもよい。例えば、上型１１と下型１２とを相対的に一定の角度（６０°よりも小さい角度。例えば３０°や４５°）ずつ回転させ、それぞれの角度で光学素子のサンプルを作製し、サンプルの性能（例えば、コマ収差など）を評価して性能がもっともよかった角度に決定すればよい。

Claims (8)

1. ガラス素材を加圧成形して対向する２つの光学面を有する光学素子を製造するための成形金型において、
   前記光学素子の第１の光学面を形成するための第１の加圧面を有する上型と、
   前記第１の光学面に対向する第２の光学面を形成するための第２の加圧面を有する下型と、
   前記ガラス素材を加圧成形する際、前記上型及び前記下型の側面に当接して、前記ガラス素材の加圧方向に垂直な面内における該上型と該下型の相対位置を規制するための案内面を有する案内部材と、
   加熱による熱膨張によって前記上型及び前記下型を前記案内面に押圧するための膨張部材と、
   前記案内部材及び前記膨張部材を支持する支持部材と、を有し、
   前記上型、前記下型、前記案内部材、前記膨張部材及び前記支持部材の熱膨張係数の中で、前記膨張部材の熱膨張係数が最も大きいことを特徴とする成形金型。
2. 前記支持部材は内周面を有する筒状の部材であり、
   前記案内部材及び前記膨張部材は、前記支持部材の前記内周面で支持されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の成形金型。
3. 前記上型及び前記下型のうち、一方は加圧成形の際にガラス素材の加圧方向に移動する移動金型、他方は加圧成形の際に移動しない固定金型であり、
   前記膨張部材は、前記上型を押圧するための上膨張部材と、前記下型を押圧するための下膨張部材とを有し、
   前記膨張部材の熱膨張によって前記移動金型を押圧する押圧力が、前記固定金型を押圧する押圧力よりも小さいことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の成形金型。
4. 前記案内部材は、Ｖ字状に配置された２つの前記案内面を有することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のうち何れか１項に記載の成形金型。
5. 前記案内面に当接する前記上型及び前記下型の側面は、略同径の円筒面であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のうち何れか１項に記載の成形金型。
6. 前記上型は、１つの円筒部材を切断して得られた２つの金型母材のうち、一方に前記第１の加圧面が形成されたものであり、
   前記下型は、前記２つの金型母材のうち他の一方に前記第２の加圧面が形成されたものであることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の成形金型。
7. 成形金型を用いてガラス素材を加圧成形し、対向する２つの光学面を有する光学素子を製造する光学素子の製造方法において、
   前記成形金型は、請求の範囲第１項乃至第６項のうち何れか１項に記載の成形金型であり、
   前記膨張部材の熱膨張によって前記上型及び前記下型を前記案内部材の前記案内面に押圧した状態で前記ガラス素材を加圧成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
8. 前記ガラス素材を加圧成形する際の加圧方向に垂直な面内における、前記上型の前記側面の中心から前記第１の加圧面の中心に向かう方向と、前記下型の前記側面の中心から前記第２の加圧面の中心に向かう方向との成す角度が６０°未満であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の光学素子の製造方法。