WO2013024891A1 - ガラスモールド用の成形金型、光学素子の製造方法、及び光学素子 - Google Patents

ガラスモールド用の成形金型、光学素子の製造方法、及び光学素子 Download PDF

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WO2013024891A1
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mold
storage
gap
glass
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PCT/JP2012/070840
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鷹取康二郎
早川周平
Original Assignee
コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社
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    • C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06—Construction of plunger or mould
    • C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B2215/40—Product characteristics
    • C03B2215/46—Lenses, e.g. bi-convex
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B2215/50—Structural details of the press-mould assembly
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    • C03B2215/72—Barrel presses or equivalent, e.g. of the ring mould type
    • C03B2215/73—Barrel presses or equivalent, e.g. of the ring mould type with means to allow glass overflow in a direction perpendicular to the press axis
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    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00—Press-moulding glass
    • C03B2215/80—Simultaneous pressing of multiple products; Multiple parallel moulds

Definitions

  • the present invention relates to a molding die for a glass mold of an optical element, an optical element manufacturing method using the same, and an optical element.
  • the lower mold uses a mold having a core part having a transfer surface and a sleeve part surrounding the core part, and the core part is displaced with respect to the sleeve part to prevent sink marks. I am letting. Further, in the molding method disclosed in Patent Document 1, it has been proposed to chamfer the outer periphery of the tip of the core or the like, or to provide a protrusion on the inner periphery of the tip of the sleeve.
  • Patent Document 2 describes that the coefficient of thermal expansion of the core part (non-sliding mold 2) is larger than the coefficient of thermal expansion of the storage part (body mold 3).
  • Patent Document 3 by interposing a high expansion member between the core part and the storage part on the base side of the core part, the core part, the high expansion member, and the high expansion member and the storage part are brought into close contact with each other. It is described that the accuracy is improved. In addition, since the optical transfer surface side of the core portion does not adhere to the storage portion, the shape accuracy of the lens is not deteriorated. However, since the high expansion member is interposed, the eccentricity accuracy is not sufficient.
  • Patent Document 4 a molding die that heats and presses the glass disposed between the upper and lower molds by sliding the upper and lower molds close to or away from each other by sliding in the body mold.
  • Patent Document 4 a molding die that heats and presses the glass disposed between the upper and lower molds by sliding the upper and lower molds close to or away from each other by sliding in the body mold.
  • a step portion is provided on the side surface of the end surface so that the protective film does not go around to the sliding portion.
  • the durability of the upper and lower molds is lowered and the eccentric accuracy is also lowered.
  • the present invention has been made in view of the above-described background art, and reduces the occurrence of burrs, improves the eccentric accuracy of the mold, and improves the shape accuracy of the lens.
  • the purpose is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide an optical element manufacturing method using the above-described molding die for glass mold and an optical element obtained thereby.
  • a molding die for a glass mold according to the present invention includes one or more core portions having an optical transfer surface for transferring an optical surface to a glass material at the tip, and one or more storage portions into which the core portions are fitted.
  • the core portion and the storage portion so that, in a non-heating environment, the difference between the outer diameter of the core portion and the inner diameter of the storage portion is larger on the tip side than on the base side of the core portion.
  • the core portion is closely fixed to the storage portion on the base side, and a gap is formed between the distal end side of the core portion and the inner edge portion of the storage portion.
  • the dimension of a core part and an accommodating part is set.
  • a gap is provided to separate the leading end side of the core portion from the inner edge portion of the storage portion, but the clearance width between the core portion and the storage portion or the mold outer shape portion is adjusted.
  • by providing a gap between the core part and the storage part or the mold outer part it is possible to prevent the tip side of the core part from being deformed by receiving pressure due to the fitting with the storage part or the mold outer part. It is possible to prevent the transfer surface from being deformed.
  • transferred the optical transfer surface can be improved.
  • the core portion can be stably supported by securing the fitting amount between the core portion and the storage portion or the mold outer shape portion on the root side.
  • the core portion in the glass mold, in the temperature environment where molding is performed, the core portion is fitted to the storage portion on the root side and melted on the tip side. It is separated from the storage portion with a gap width that can prevent the entry of the.
  • a step gap is formed from the tip side of the core portion to the inner edge portion of the storage portion.
  • the presence of a step in the depth direction between the core portion and the storage portion makes it more difficult for the molten glass material to enter the gap.
  • the depth of the step gap is deeper than the half of the depth of the optical transfer surface with respect to the depth direction of the optical transfer surface. It is possible to more reliably prevent the optical surface from being deformed by receiving pressure due to fitting with the storage portion or the outer shape portion of the mold. Thereby, the precision of the optical element which has the optical surface which transcribe
  • a gap width (gap width) between the outer edge portion on the distal end side of the core portion and the inner edge portion on the opening side of the storage portion is 0.5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less. It is. Thereby, the gap width and gap depth of the step gap portion can be made appropriate, and it is possible to achieve both prevention of burr generation of the optical element and improvement of transfer accuracy of the optical surface at low cost.
  • the main body portion has a plurality of storage portions, and the core portion is stored in each of the plurality of storage portions. Moreover, when supplying glass material with respect to a metal mold
  • the core portion and the storage portion form a surface for receiving glass droplets, and the outer edge portion on the distal end side of the core portion is closer to the optical transfer surface than the inner edge portion on the opening side of the storage portion.
  • the outer edge portion on the distal end side of the core portion is closer to the optical transfer surface than the inner edge portion on the opening side of the storage portion.
  • the step amount in the depth direction of the outer edge portion on the distal end side of the core portion with respect to the inner edge portion on the opening side of the storage portion is 0.5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the molten glass material flows from the storage portion or the outer shape portion of the mold to the core portion.
  • a glass material is supplied to one mold out of a pair of molds, and one mold and the other mold are press-molded together. And at least one mold having at least one core portion having an optical transfer surface for transferring the optical surface to the glass material, and one or more storage portions into which the core portion is fitted.
  • the core part and the storage part in a non-heated environment so that the difference between the outer diameter of the core part and the inner diameter of the storage part is larger on the tip side than on the base side of the core part.
  • the core portion is closely fixed to the storage portion on the base side, and a gap is formed between the distal end side of the core portion and the inner edge portion of the storage portion.
  • the dimensions of the core part and the storage part are set.
  • the supplying step supplies a continuous glass material across a plurality of core portions. That is, once the glass material is supplied, collective shape transfer to a plurality of optical elements becomes possible.
  • the outer edge portion on the distal end side of each core portion recedes in the depth direction of the optical transfer surface rather than the inner edge portion on the opening side of the storage portion.
  • the step in the depth direction of the outer edge portion on the distal end side of the core portion with respect to the inner edge portion on the opening side of the storage portion is 0.5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the molten glass material flows from the mold outer portion to the core portion, there is a step in the depth direction between the core portion and the mold outer portion, so that the molten glass material enters the gap. Can be prevented more reliably.
  • the plate-like glass first comes into contact with a mold outer portion having a relatively high strength. Even in this case, no stress is applied to the core portion having relatively low strength, and as a result, the life of the mold can be extended.
  • the supplying step is a step in which the molten glass material falls between the plurality of core portions and flows into the respective core portions from the dropping position. Glass droplets easily flow from the storage portion to the plurality of core portions, the fluidity of the material that becomes the molded product is improved, and the occurrence of defective products can be prevented.
  • the supplying step is a step of placing a preform covering a plurality of core parts
  • the optical element can be easily manufactured by softening the preform.
  • the optical element according to the present invention is formed by using the above-described optical element manufacturing method. Thereby, it is possible to obtain an optical element that does not require removal of burrs and has good transfer accuracy.
  • FIG. 2A is an end view of the lower mold among the molding dies
  • FIG. 2B is a side sectional view of the lower mold among the molding dies
  • FIG. 3A and FIG. 3B are enlarged side sectional views for explaining the step gap formed at the boundary between the core portion and the lower die outer shape portion in the lower die.
  • FIG. 4A is a side sectional view of the upper mold among the molding dies
  • FIG. 4B is an end view of the upper mold among the molding dies.
  • 5A is a plan view of a glass molded body molded from a molding die
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line GG in FIG. 5A
  • FIG. 5C is a glass lens cut out from the glass molded body in FIG. FIG. It is another figure explaining the shaping
  • 7A and 7B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a glass lens using a molding apparatus.
  • 8A and 8B are cross-sectional views illustrating the state of a glass material that is sandwiched and pressed between a lower mold and an upper mold. It is a figure explaining the modification of the manufacturing method of a glass lens.
  • FIG. 1 a molding die for a glass mold, an optical element manufacturing method, and the like according to an embodiment of the present invention will be described.
  • a molding apparatus 200 shown in FIG. 1 is an apparatus for pressure molding that melts and directly presses glass as a raw material, and incorporates a molding die 10.
  • the molding apparatus 200 has a control drive device 4 for causing the molding die 10 to perform operations such as movement and opening / closing operations in manufacturing the glass lens 100 illustrated in FIG. 5C.
  • a glass droplet forming device 5 (see FIG. 6).
  • molding apparatus 200 can manufacture glass molded object MP as shown to FIG. 5A and FIG. 5B as an aggregate
  • a molding die 10 for glass mold includes a movable-side upper mold 1 and a fixed-side lower mold 2.
  • the lower mold 2 is maintained in a fixed state, and the upper mold 1 is moved so as to face the lower mold 2, and mold closing is performed such that both molds 1 and 2 are brought into contact with each other.
  • the glass molded body MP molded by the molding apparatus 200 includes a plurality (specifically, 2 ⁇ 2) glass lenses 100.
  • the glass lens 100 includes a central portion 100a having an optical function, and a flange portion 100b extending from the central portion 100a in the outer diameter direction.
  • the optical functional surfaces 101a and 102a functioning as the optical surfaces of the glass lens 100 have different curvatures, and in order to prevent air from being accumulated during pressure molding to cause molding defects,
  • the lens is manufactured so that the optical function surface (on the side of which is relatively small) is on the upper side.
  • the optical transfer surface 11a of the upper mold 1 is convex and the optical transfer surface 12a of the lower mold 2 is concave
  • the upper optical functional surface 101a is concave and the lower optical functional surface 102a is It is convex.
  • the plurality of glass lenses 100 are integrally formed via the connecting portion 100c, and the central portion 100a and the periphery thereof are square having a predetermined size using dicing or the like in the connecting portion 100c.
  • the connecting portion 100c are divided into individual independent glass lenses 100.
  • the portion of the connecting portion 100c remaining after the division corresponds to a flat flange portion 100b that supports the glass lens 100 from the periphery, and is used for assembly to an imaging lens or the like.
  • the lower mold 2 includes a mold body 2a, a support part 2b, and a heater part 2c.
  • the mold body 2 a of the lower mold 2 has a mold surface 12 at the upper end.
  • the mold surface 12 has a plurality of optical transfer surfaces 12 a and a connection surface transfer as a transfer surface at the time of molding.
  • Surface 12b The former optical transfer surface 12a is for forming a convex optical functional surface 102a in the central portion 100a of the glass lens 100 of FIG. 5C.
  • the latter connecting surface transfer surface 12b is for forming the connecting surface 102c of the connecting portion 100c (the flange surface 102b of the rear flange portion 100b).
  • the heater part 2c provided at the base of the support part 2b of the lower mold 2 incorporates an electric heater 6b for appropriately heating the mold body 2a.
  • FIG. 2A shows an end face of the mold body 2a of the lower mold 2 shown in FIG. 1, and FIG. 2B shows a side cross section of the mold body 2a.
  • the mold body 2a includes four core portions 22 having optical transfer surfaces 12a and a lower mold outer shape portion (mold outer shape portion) 32 that is a mold outer shape portion having four storage portions 32a for storing these core portions 22.
  • the four core portions 22 are cylindrical members extending in parallel to each other along the axis CX2 of the mold body 2a.
  • the lower die outer shape portion (die outer shape portion) 32 is a columnar portion extending along the axis CX2 of the die main body 2a, and the four storage portions 32a formed in the lower die outer shape portion 32 are arranged on the axis CX2 of the die main body 2a. It is a cylindrical space or portion that extends parallel to each other.
  • the four storage portions 32a provided in the lower mold outer shape portion 32 are formed in an angular direction divided into four equal parts around the axis CX2.
  • the four core portions 22 housed in the housing portions 32a are also arranged in the angular direction divided into four equal parts around the axis CX2.
  • Each of these core portions 22 has a concave optical transfer surface 12a having the same shape on its end surface.
  • These four optical transfer surfaces 12a are arranged at equal intervals along a circumference CS with the center CO of the mold surface 12 as a base point.
  • the four optical transfer surfaces 12a are arranged at the same height position substantially along a surface perpendicular to the axis CX2.
  • the four core portions 22 have substantially the same shape in the depth direction, and include a root portion 22a and a tip portion 22b.
  • the root portion 22a has a relatively large diameter
  • the tip portion 22b has a relatively small diameter.
  • the tip 22b is formed concentrically with the root 22a, and an annular step 22f is formed at the boundary between the two.
  • the diameter of the root portion 22 a is substantially equal to the inner diameter of the storage portion 32 a provided in the lower mold outer shape portion 32.
  • the diameter of the distal end portion 22 b is smaller than the inner diameter of the storage portion 32 a of the lower mold outer shape portion 32.
  • the outer surface 22s of the root portion 22a and the inner side surface 32s of the storage portion 32a provided in the lower mold outer shape portion 32 are in close contact with each other. Alternatively, they face each other in close proximity. That is, the core portion 22 is fitted to the storage portion 32a of the lower mold outer shape portion 32 at the root portion 22a.
  • the core part 22 can secure a sufficient fitting amount by fitting the housing part 32a to the back surface side (not shown) in the root part 22a.
  • each storage portion 32a provided in the lower mold outer shape portion 32, and the storage portion 32a relates to the lateral direction of the core portion 22. Support is performed stably.
  • the diameter of the distal end portion 22b and the inner diameter of the storage portion 32a do not coincide with each other, but the difference between the diameter of the distal end portion 22b and the inner diameter of the storage portion 32a is slight, and the distal end portion 22b is smaller than the root portion 22a. It is arranged concentrically or coaxially, and a uniform and narrow gap GA is formed in a cylindrical shape between the outer surface 22t of the tip 22b and the inner surface 32s of the storage portion 32a.
  • the thermal expansion coefficient [1 / K] of the core portion 22 is close to the thermal expansion coefficient [1 / K] of the lower die outer shape portion 32, but is slightly larger than the thermal expansion coefficient of the lower die outer shape portion 32. Yes. This is because when the die body 2a is heated, the core portion 22 relatively expands in the storage portion 32a of the lower die outer shape portion 32 so that the core portion 22 is fastened to the lower die outer shape portion 32.
  • the holding of the core portion 22 by the mold outer shape portion 32 is made stable. In other words, in a high temperature environment (for example, 300 to 600 ° C.) in which molding is performed, each core portion 22 is compression-fitted into each storage portion 32a of the lower mold outer shape portion 32, and stable support of the core portion 22 is possible. In addition, in a non-heating environment such as room temperature, the core portion 22 can be attached and detached by sliding the core portion 22 in the direction of the axis CX2 in the lower mold outer shape portion 32.
  • Each core part 22 is supported by a mounting plate (not shown) on the base side, and the position in the direction of the axis CX2 can be finely adjusted.
  • the step gap portion 40 is formed by an outer edge portion 41 on the distal end side of the core portion 22 and an inner edge portion 42 on the opening OP side of the storage portion 32a of the lower mold outer shape portion 32.
  • the outer edge portion 41 on the distal end side of the core portion 22 is separated from the inner edge portion 42 on the opening OP side of the lower die outer shape portion 32, and the inner edge portion 42 on the opening OP side of the lower die outer shape portion 32. Compared with the position in the depth direction.
  • the outer edge portion 41 on the distal end side of the core portion 22 is recessed from the inner edge portion 42 on the opening OP side of the lower mold outer shape portion 32, and the upper end surface 41 a of the outer edge portion 41 is above the inner edge portion 42. It is arranged so as to be recessed lower than the end face 42a in the vertical direction parallel to the axis CX2.
  • FIG. 3A shows a state in a temperature environment at the time of molding
  • FIG. 3B shows a state in a non-heating environment such as room temperature
  • the gap width t1 of the step gap portion 40 is 0.5 ⁇ m to 20 ⁇ m (preferably 1 ⁇ m to 10 ⁇ m)
  • the gap depth d2 of the step gap portion 40 is 1 mm to 5 mm.
  • the retraction amount of the outer edge portion 41 on the distal end side of the core portion 22 with respect to the inner edge portion 42 on the opening OP side of the lower mold outer shape portion 32 that is, the outer edge based on the upper end surface 42 a of the inner edge portion 42.
  • the step d3 of the upper end surface 41a of the portion 41 is approximately the same as the gap width t1, and is set to be 0.5 ⁇ m to 20 ⁇ m (preferably 1 ⁇ m to 10 ⁇ m). Note that, in a non-heating environment such as room temperature, for example, the outer surface 22s of the root portion 22a and the inner surface 32s of the storage portion 32a provided in the lower mold outer shape portion 32 are in a non-crimped state.
  • the gap width t0 of the portion 40 is slightly smaller than the gap width t1 in the temperature environment during molding.
  • the gap width t1 in the step gap portion 40 is 0.5 ⁇ m or more (more preferably 1 ⁇ m or more) as described above from the viewpoint of securing a gap for air to enter and allowing the core portion 22 to expand. ing. Moreover, although it depends on the viscosity of the glass material, the gap width t1 is 20 ⁇ m or less as described above in order to prevent the glass material or the gap GA from entering and forming burrs.
  • the gap depth d2 in the step gap part 40 is zero or more from the viewpoint of reducing the influence of stress from the core part 22 and ensuring a gap into which air enters, and more preferably the depth of the optical transfer surface 12a described later.
  • the half of d4 is d4 / 2 or more, and more preferably the depth d4 or more of the optical transfer surface 12a.
  • the gap depth d2 is 1 mm or more as described above.
  • the gap depth d2 is preferably equal to or less than a depth obtained by adding 5 mm to the depth d4 of the optical transfer surface 12a in consideration of the stability of the support of the core portion 22.
  • the depth d2 can be secured by adding 5 mm more than the depth d4 of the optical transfer surface 12a of the glass lens 100 formed of a glass material, the core portion 22 is deformed in a temperature environment at the time of molding.
  • the optical transfer surface provided in the core portion 22 is not affected.
  • the gap depth d2 is 5 mm or more deeper than the depth d4 of the optical transfer surface 12a
  • the base portion 22a of the core portion 22 is supported in contact with the lower die outer shape portion 32 as the die outer shape portion. Therefore, the support of the core portion 22 tends to become unstable.
  • the gap depth d2 in the step gap portion 40 is zero or more, more preferably optical.
  • the depth d4 of the transfer surface 12a is half d4 / 2 or more.
  • the gap depth d2 is preferably 5 mm or less in consideration of the stability of the support of the core portion 22.
  • the step d3 in the step gap portion 40 that is, the retraction amount of the upper end surface 41a of the outer edge portion 41, more reliably prevents the glass material from flowing into the gap GA and forming burrs as will be described later. Therefore, it is 0.5 ⁇ m or more (preferably 1 ⁇ m or more) as described above. Further, in order to prevent the filling from becoming insufficient and the flow of the glass material from being disturbed, the step d3 in the step gap 40 is 20 ⁇ m or less.
  • An optical transfer surface 12a is formed inside the upper end surface 41a of the core portion 22, and the depth d4 of the optical transfer surface 12a is, for example, about 0.1 mm to 4 mm.
  • the connecting surface transfer surface 12b including the upper end surface 42a of the inner edge portion 42 and the like is roughened. Specifically, random irregularities of about 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m are formed on the connecting surface transfer surface 12b by sandblasting or the like. Thereby, it becomes easy to escape air along the connection surface transfer surface 12b of the lower mold outer shape part 32 at the time of pressing, and it is possible to prevent the occurrence of air accumulation. In this case, if the random unevenness is 0.1 ⁇ m or less, it is difficult for air to escape, and if it is 10 ⁇ m or more, the flowing glass is cooled by increasing the surface area, and the fluidity of the glass is deteriorated.
  • the upper mold 1 includes a mold main body 1a, a support portion 1b, and a heater portion 1c.
  • the mold main body 1 a has a mold surface 11 at the lower end, and the mold surface 11 has a plurality of optical transfer surfaces 11 a and connecting surface transfer surfaces 11 b as transfer surfaces at the time of molding.
  • the former optical transfer surface 11a is for forming the concave optical functional surface 101a of the glass lens 100 of FIG. 5C, and faces the optical transfer surface 12a of the lower mold 2 so that the center of the mold surface 11 is centered.
  • Four are formed at equal intervals on the circumference of the base point.
  • the latter connecting surface transfer surface 11b is for forming the connecting surface 101c of the connecting portion 100c (the flange surface 101b of the rear flange portion 100b).
  • the heater part 1c provided at the base of the support part 1b of the upper mold 1 incorporates an electric heater 6a for heating the mold body 1a appropriately.
  • FIG. 4A shows a side cross-section of the mold body 1a of the upper mold 1 shown in FIG. 1, and FIG. 4B shows an end surface of the mold body 1a.
  • the mold body 1a includes four core portions 122 having an optical transfer surface 11a and an upper mold outer shape portion (die outer shape portion) 132 as a mold outer shape portion having four storage portions 32a for storing these core portions 122.
  • the four core portions 122 are columnar members extending in parallel to each other along the axis CX1 of the mold body 1a.
  • the upper die outer portion (die outer portion) 132 is a columnar portion extending along the axis CX1 of the die main body 1a, and the four storage portions 32a formed in the upper die outer portion 132 are arranged on the axis CX1 of the die main body 1a. It is a columnar space extending parallel to each other.
  • the four storage portions 32a provided in the upper die outer shape portion 132 are formed in an angular direction divided into four equal parts around the axis CX1.
  • the four core portions 122 housed in the housing portions 32a are also arranged in the angular direction divided into four equal parts around the axis CX1.
  • Each of the core portions 122 has a concave optical transfer surface 11a having the same shape on its end surface.
  • These four optical transfer surfaces 11a are arranged at equal intervals along a circumference CS having the center CO of the mold surface 11 as a base point.
  • the four optical transfer surfaces 11a are arranged at the same height position substantially along a surface perpendicular to the axis CX1.
  • the four core parts 122 have substantially the same shape in the depth direction, and each includes a root part 22a and a tip part 22b.
  • the root portion 22a has a relatively large diameter
  • the tip portion 22b has a relatively small diameter.
  • the tip portion 22b is formed concentrically with the root portion 22a, and a step 22f is formed at the boundary between the two.
  • the diameter of the root portion 22 a is substantially equal to the inner diameter of the storage portion 32 a provided in the upper mold outer shape portion 132.
  • the diameter of the distal end portion 22 b is smaller than the inner diameter of the storage portion 32 a of the upper mold outer shape portion 132.
  • the outer side surface 22s of the root portion 22a and the inner side surface 32s of the storage portion 32a provided in the upper mold outer shape portion 132 are substantially the same. Opposes in close contact. That is, the core part 122 is fitted to the storage part 32a of the upper outer shape part 132 at the root part 22a. For this reason, the movement of the root portion 22a of each core portion 122 in the direction perpendicular to the axis CX1 is restricted by each storage portion 32a provided in the upper mold outer shape portion 132, and the storage portion 32a relates to the lateral direction of the core portion 122. Support is done.
  • the diameter of the distal end portion 22b and the inner diameter of the storage portion 32a do not coincide with each other, but the difference between the diameter of the distal end portion 22b and the inner diameter of the storage portion 32a is slight, and the distal end portion 22b is smaller than the root portion 22a. It is arranged concentrically or coaxially, and a uniform and narrow gap GA is formed between the outer surface 22t of the tip 22b and the inner surface 32s of the storage portion 32a.
  • the thermal expansion coefficient [1 / K] of the core part 122 is close to the thermal expansion coefficient [1 / K] of the upper die outer part 132, but slightly smaller than the thermal expansion coefficient of the upper die outer part 132. ing. This is because when the mold body 2a is heated, the core part 122 relatively expands in the storage part 32a of the upper mold outer part 132, and the core part 122 is fastened to the upper mold outer part 132. The holding of the core portion 122 by the mold outer shape portion 132 is made stable.
  • a step gap 40 is also provided between the distal end side of the core portion 122 and the distal end side of the upper die outer shape portion 132.
  • the step gap 40 provided in the mold body 1a of the upper mold 1 has the same structure or shape as the step gap 40 provided in the mold body 2a of the lower mold 2.
  • the step gap portion 40 is formed between the outer edge portion 41 on the distal end side of the core portion 122 and the inner edge portion 42 on the opening OP side of the storage portion 32a of the upper mold outer shape portion 132.
  • the outer edge portion 41 on the distal end side of the core portion 122 is separated from the inner edge portion 42 on the opening OP side of the upper mold outer portion 132.
  • the gap GA (gap width t1) may be wider than the lower mold 2 and the step amount d3 may be reduced.
  • the height positions of the upper end surface 41a of the outer edge portion 41 and the upper end surface 42a of the inner edge portion 42 are matched.
  • the upper mold 1 and the lower mold 2 are configured such that the respective transfer surfaces 11 a and 11 b of the upper mold 1 and the corresponding transfer surfaces 12 a and 12 b of the lower mold 2 are coaxial during pressure molding. And is kept in an appropriate positional relationship such as being separated from each other by a predetermined interval during pressing and cooling.
  • the control driving device 4 incorporates a molding die 10 for controlling the power supply to the electric heaters 6a and 6b and for opening and closing the upper die 1 and the lower die 2 in order to mold the glass lens 100 by the molding die 10.
  • the entire molding apparatus 200 is controlled.
  • the upper mold 1 driven by the control drive device 4 is movable in the horizontal AB direction and movable in the vertical CD direction as shown in FIG.
  • the upper mold 1 is first moved to the upper position of the lower mold 2 so that the axes CX1 and CX2 of the both molds 1 and 2 are aligned,
  • the optical transfer surface 11a and the lower optical transfer surface 12a are made to coincide with each other, and the upper die 1 is lowered and pressed against the lower die 2 side with a predetermined force.
  • the glass droplet forming device 5 has a raw material supply unit 51.
  • the raw material supply unit 51 is heated by a heater (not shown) to maintain the glass in the raw material supply unit 51 in a molten state.
  • the raw material supply unit 51 stores molten glass G melted in a crucible (not shown) or the like, and drops glass droplets GD for the optical element obtained from the molten glass G from the nozzle 51a to form the mold surface 12 of the lower mold 2. It is a part to supply on.
  • This raw material supply unit 51 can arrange a drip plate (not shown) (having a hole of an appropriate size for passage of glass droplets) just below the nozzle 51a of the raw material supply unit 51.
  • the size of the glass droplet GD for optical elements can be changed.
  • the dropping plate is formed when, for example, a convex portion 12d for adjusting the glass flow on the mold surface 12 of the lower mold 2 is formed on the mold surface 12 in a preparation step performed before the molding of the glass molded body MP. Can also be used.
  • the nozzle 51a formed in the lower part of the raw material supply unit 51 is arranged above the center along the axis CX2 of the mold surface 12 of the lower mold 2, and the molten glass G is naturally dropped onto the mold surface 12 from the nozzle 51a. (Drip process).
  • the mold surface 12 is heated by the electric heater 6b to a temperature about the glass transition temperature of the optical element glass droplet GD which is a raw material of the glass lens 100.
  • the nozzle 51a is retracted to a position where it does not interfere with the raising and lowering of the upper mold 1.
  • a raw material glass used for the molten glass G for example, phosphate glass can be used.
  • the nozzle 51a may not be retracted, but the molding die 10 may be moved.
  • a convex part 12d is placed in the preparation process before the dropping process.
  • this convex part 12d can be produced separately and mounted on the mold surface 12, it can be directly formed by adjusting the dropping amount using the raw material supply part 51 as described above. .
  • the optical element glass droplet GD dropped from the nozzle 51a onto the mold surface 12 is radially transferred from the connecting surface transfer surface 12b around the convex portion 12d to the respective optical transfers at the convex portion 12d as the dropping point. Spreads to the surface 12a. At this time, the dropped glass droplet GD for optical elements hits the convex portion 12d, so that the flow speed and direction are adjusted.
  • the lower mold 2 is moved below the upper mold 1 while the optical element glass droplet GD is still under pressure-deformable condition.
  • the upper mold 1 that has been heated to the same temperature as the lower mold 2 is lowered, and the upper mold 1 is brought close to the lower mold 2 with the mold surface 11 and the mold surface 12 facing each other.
  • the optical element glass droplet GD on the lower mold 2 is pressure-molded between the upper and lower molds 1 and 2 (molding process).
  • the convex portion 12d provided on the mold surface 12 of the lower mold 2 is crushed by pressing and heating so as to be fused with the optical element glass droplet GD.
  • a glass molded body MP including a glass lens 100 having a surface 102b is molded.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating a state where the glass droplet GD for optical elements is pressed.
  • the optical element glass droplet GD is sandwiched between the mold surface 11 of the upper mold 1 and the mold surface 12 of the lower mold 2 and pressed to receive the shape transfer, but the gap GA of the step gap portion 40 is narrow.
  • the glass droplet GD for optical elements or a glass material does not enter.
  • the front end portions 22b of the core portions 22 and 122 are separated from the surrounding lower mold outer shape portions 32 and 132, even if the lower mold outer shape portion 32 is deformed due to a temperature change in a molding environment, the optical portions are not affected. Since the transfer surfaces 11a and 12a are not affected, the transfer surfaces 11a and 12a are maintained with relatively high accuracy.
  • the glass droplet GD flows along the mold surface 12 as in the flow FL indicated by the arrow, and the upper end surface 41a of the outer edge portion 41 of the core portion 22 from the upper end surface 42a of the inner edge portion 42 of the lower mold outer shape portion 32. Move to. At this time, a step is provided so that the upper end surface 41a on the core portion 22 side is lower than the upper end surface 42a on the lower mold outer shape portion 32 side, and the glass droplet GD is less likely to enter the gap GA. As shown in an enlarged view in FIG. 8B, when the glass droplet GD flows from the lower mold outer shape portion 32 to the core portion 22 side, the glass droplet GD is easily subjected to a force along the flow FL.
  • the protrusion GDp does not completely adhere to the upper end surface 41a, and tends to be disposed away from the gap GA.
  • the glass droplet GD hardly enter the gap GA due to the flow FL of the glass droplet GD, but also the viscosity of the glass droplet GD increases at the time of subsequent pressing, so that the glass droplet GD becomes the inner edge portion of the lower mold outer portion 32. It is difficult to enter the depth of the recess formed by the front end side inner peripheral surface 42d of 42 and the upper end surface 41a of the outer edge portion 41 of the core portion 22, that is, the gap GA.
  • the glass droplet GD flows from the core portion 22 to the lower mold outer shape portion 32 side, since the flow vector of the glass droplet GD is directed upward, the step is not high, so the glass droplet GD is a gap. It goes toward the inner edge portion 42 of the die outer shape portion 32 without entering the GA.
  • the glass molded body MP is divided into four squares by cutting the connecting part 100c using a dicer or the like to obtain a glass lens 100 as shown in FIG. 5C (cut-out process).
  • the mold surface 11 of the upper mold 1 is provided with four optical transfer surfaces 11a
  • the mold surface 12 of the lower mold 2 is also provided with four optical transfer surfaces 12a.
  • the core part 22 of the lower mold 2 is made of STAVAX having a thermal expansion coefficient of 12 ⁇ 10 ⁇ 6 [1 / K] as a base material
  • the mold surface 12 is formed by plating 100 ⁇ m of NiP on the STAVAX base material. It was done.
  • the lower mold outer portion 32 of the lower mold 2 was formed using tungsten carbide having a thermal expansion coefficient of 5.7 ⁇ 10 ⁇ 6 [1 / K] as a base material. Although detailed description is omitted, the core portion 122 and the upper die outer shape portion 132 of the upper die 1 are also formed in the same manner.
  • the gap width t 1 is changed in the range of 0 ⁇ m to 30 ⁇ m, and the upper end surface 41 a of the core portion 22 of the lower mold 2 and the lower mold outer portion 32 are A plurality of steps d3 different from the end face 42a were prepared in a range of 0 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • step difference of the upper end surface 41a and the upper end surface 42a shall be hardly provided.
  • the gap depth d2 was 1 to 3 mm, and the depth d4 of the optical transfer surface 12a was 0.3 to 0.6 mm.
  • the temperature of the lower mold 2 was adjusted so that the viscosity of the optical element glass droplets GD was 10 4 to 10 7 poise.
  • the upper mold 1 was heated in the same manner.
  • Table 1 below explains the molding state of the glass molded body MP obtained by individually changing the gap width t1 and the step depth d3 while using the molding die 10 as described above.
  • the symbol ⁇ means that there is no problem, the symbol ⁇ means that there is a slight distortion, and the symbol ⁇ means that there is a non-transfer tendency.
  • the symbol ⁇ means that there is no problem, the symbol ⁇ means that it is very small, and the symbol x means that it is remarkable.
  • symbol ⁇ means that good products can be molded (long time)
  • symbol ⁇ means that relatively good products can be molded
  • symbol ⁇ means that molding is possible
  • symbol x means defective products Means molding.
  • Table 1 it can be seen that relatively good results are obtained when the gap width t1 of the step gap portion 40 is in the range of 0.5 ⁇ m to 20 ⁇ m. Further, it can be seen that relatively good results are obtained when the step depth d3 of the step gap portion 40 is in the range of 0.5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the step gap portion 40 is provided to separate the outer edge portion 41 from the inner edge portion 42 and at the base of the inner edge portion 42 in the depth direction.
  • the gap between the core portion 22 and the lower die outer shape portion 32 is adjusted by adjusting the gap width between the core portion 22 and the lower die outer shape portion 32 by the step gap portion 40. It is possible to prevent the molten glass material from entering the GA. At this time, the presence of a step between the core portion 22 and the lower mold outer shape portion 32 makes it difficult for the molten glass material to enter the gap GA. As a result, it is possible to prevent burrs from occurring at corresponding positions of the glass lens 100 that is a molded product.
  • step gap portion 40 it is possible to prevent the distal end side of the core portion 22 from being deformed by receiving pressure due to fitting with the lower mold outer shape portion 32, and to prevent the optical transfer surface 12a from being deformed. It becomes possible. Thereby, the shape accuracy of the glass lens 100 which has the optical function surface 102a which transferred the optical transfer surface 12a can be improved.
  • optical element manufacturing method and the like according to the present embodiment have been described above, the optical element manufacturing method and the like according to the present invention are not limited to those described above.
  • FIG. 9 corresponds to FIG. 8A, but is a view for explaining glass molding using the plate-shaped preform as described above.
  • the plate-shaped preform 200 is softened on the mold surface 12 of the lower mold 2, the upper mold 1 is brought close to the lower mold 2, and the preform 200 on the lower mold 2 is placed between the upper and lower molds 1 and 2. It is pressed and molded (molding process).
  • step-difference clearance gap part 40 is not restricted to what forms the cylindrical space of uniform clearance gap width, A clearance gap width decreases as it becomes deep, and a clearance gap width changes along the periphery. And so on.
  • the manner in which the glass drops GD falling on the mold surface 12 of the lower mold 2 are different on the mold surface 12, the ease of entering the gap GA of the glass material also changes depending on the manner of hitting, and the glass material enters the gap GA.
  • the gap width can be reduced in an easy region.
  • the step gap 40 having substantially the same shape is provided in the upper mold 1 and the lower mold 2, but the step gap 40 having the same shape different in the upper mold 1 and the lower mold 2 is provided. You can also. Further, the step gap 40 can be omitted for either the upper mold 1 or the lower mold 2.
  • the number of the optical transfer surfaces 12a and the like is not limited to four or eight, but may be two or more. Even when the number of the optical transfer surfaces 12a and the like is increased, the shape accuracy of all the glass lenses 100 to be molded is improved by arranging them at equal intervals along the circumference CS with the center CO as a base point. be able to.
  • the glass lens 100 is cut out in a square shape, but the cut out shape is an example, and may be cut out in a circular shape, for example.
  • the arrangement of the optical transfer surfaces 11a and 12a can be freely set depending on how the glass lens 100 is cut out. In this case, if the arrangement of the optical transfer surfaces 11a and 12a is set while maintaining a state along a concentric circle or a substantially concentric circle, the shape accuracy of all the glass lenses 100 to be molded is set. Can be kept high.
  • the glass lens 100 is manufactured as an optical element
  • a diffraction element, a prism, and other optical elements can also be manufactured using the molding die 10 for glass mold as described above.
  • the core portions 22 and 122 can be formed.
  • the tip 22b of the housing portion 32a may be made thicker, or the method of making the tip thinner and the method of making the root thicker may be used in combination.
  • the shape that changes the outer diameter or thickness of the core portions 22 and 122 is not limited to a step, and may be a taper.
  • the shape that changes the inner diameter of the housing portion 32a is not limited to a step, and may be a taper.
  • the method of supplying the glass material onto the mold surface 12 of the lower mold 2 is not limited to the method of dropping molten glass droplets, and may be a method of continuously flowing molten glass.

Abstract

バリの発生を低減するとともに、金型の偏心精度を向上させ、レンズの形状精度を向上させることができるガラスモールド用の成形金型を提供する。段差隙間部（４０）を設けて外縁部分（４１）を内縁部分（４２）から離間させるとともに内縁部分（４２）よりも後退させているので、段差隙間部（４０）によるコア部（２２）と型外形部（３２）との隙間幅を調整することで、コア部（２２）と型外形部（３２）との隙間（ＧＡ）に溶融したガラス材が入り込むことを防止できる。この際、コア部（２２）と型外形部（３２）との間に段差が存在することで、溶融したガラス材がより隙間（ＧＡ）に入り込みにくくなる。また、段差隙間部（４０）を設けることで、コア部（２２）の先端側が型外形部（３２）との嵌合によって圧力を受けて変形することを防止でき、光学転写面（１２ａ）を転写した光学機能面を有するガラスレンズの形状精度を向上させることができる。

Description

ガラスモールド用の成形金型、光学素子の製造方法、及び光学素子
　本発明は、光学素子のガラスモールド用の成形金型、並びにこれを利用した光学素子の製造方法及び光学素子に関する。
　ガラスモールドによってレンズその他の光学素子を成形する方法として、例えば所定重量の溶融ガラスを落下させ、落下した溶融ガラス滴を下金型で保持し、この溶融ガラス滴を再加熱せずに金型間でプレスすることによって光学素子を得るものがある（特許文献１参照）。
　特許文献１の成形方法では、下金型が転写面を有するコア部と、コア部を取り囲むスリーブ部とを有する金型を用いており、ひけ防止のため、コア部をスリーブ部に対して変位させている。また、特許文献１の成形方法では、コア部等の先端外周を面取りしたり、スリーブ部の先端内周に突起部を設けたりすることが提案されている。
　しかしながら、特許文献１のように、コア部とスリーブ部とを別体としてコア部の相対位置を調整できるにようする場合、コア部とスリーブ部との嵌合代、すなわちコア部の外径とスリーブ部の内径との間隔を拡げると、成形時に溶融したガラス材がコア部とスリーブ部との間に入り込み、成形後のレンズにバリ（不要な微小な突起）が発生する。逆に、ガラス材の入り込みを防ぐために上記嵌合代を無くした場合、嵌合の圧力で光学面が変形しレンズの形状精度が劣化する。さらに、下金型が同一面内に複数個（例えば２×２）の光学転写面を配置したものである場合、隣接する光学転写面どうしの間には空気の逃げる部分がないので光学転写面に空気溜まりが発生しやすくなる。
　また、ガラスモールドの成形方法に関して、成形金型の線膨張係数に注目した従来技術がある（特許文献２，３）。
　特許文献２には、コア部（非摺動成形型２）の熱膨張率を、収納部（胴型３）の熱膨張率よりも大きくすることが記載されている。これにより、成形を行う温度環境において、コア部と収納部とのクリアランスを実質的に０にし、偏心を抑えている。しかし、コア部と収納部とが突っ張るために、光学転写面が歪んでしまい、レンズの形状精度が劣化するという問題があった。
　特許文献３には、コア部の根元側においてコア部と収納部との間に高膨張部材を介在させることにより、コア部及び高膨張部材、並びに高膨張部材及び収納部をそれぞれ密着させ、偏心精度を向上させることが記載されている。また、コア部の光学転写面側は収納部と密着しないので、レンズの形状精度も劣化しないとされている。しかし、高膨張部材を介在させる分、偏心精度が十分でない。
　その他、上下金型を胴型内で摺動させることによって互いに近接又は離間させ、上下金型間に配置したガラスを加熱し押圧する成形用金型が存在する（特許文献４）。この金型では、端面を覆う型面保護膜の剥離を防止するため、端面側面に段差部を設けることにより、摺動部まで保護膜が回り込まないようにしている。しかし、上下金型を胴型内で摺動させて型締めを行う構造とした場合、上下金型の耐久性が低下し偏芯精度も低下する。
特開平３－１３７０３０号公報 特開２００５－２３１９３３号公報 特開２００７－３３１９６９号公報 特開平５－１６３０２８号公報
　本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、バリの発生を低減するとともに、金型の偏心精度を向上させ、レンズの形状精度を向上させることができるガラスモールド用の成形金型を提供することを目的とする。
　また、本発明は、上記のようなガラスモールド用の成形金型を用いる光学素子の製造方法及びこれによって得られる光学素子を提供することを目的とする。
　本発明に係るガラスモールド用の成形金型は、ガラス材に光学面を転写するための光学転写面を先端に有する１つ以上のコア部と、コア部が嵌入される１つ以上の収納部を有する型外形部とを備え、非加熱環境において、コア部の外径と収納部の内径との差が、コア部の根元側よりも先端側の方で大きくなるようにコア部及び収納部が形成されており、成形を行う温度環境において、コア部が根元側において収納部に密着して固定されるとともに、コア部の先端側と収納部の内縁部分との間に隙間が形成されるように、コア部及び収納部の寸法が設定されたものである。
　上記ガラスモールド用の成形金型によれば、隙間を設けてコア部の先端側を収納部の内縁部分から離間させているが、コア部と収納部又は型外形部との隙間幅を調整することで、コア部と収納部又は型外形部との隙間に溶融したガラス材が入り込むことを防止できる。また、コア部と収納部又は型外形部との間に隙間部を設けることで、コア部の先端側が収納部又は型外形部との嵌合によって圧力を受けて変形することを防止でき、光学転写面が変形するのを防ぐことができる。これにより、光学転写面を転写した光学面を有する光学素子の精度を向上させることができる。さらに、根元側においてコア部と収納部又は型外形部との嵌合量を確保することにより安定してコア部を支持することができる。
　本発明の具体的な態様又は側面では、上記ガラスモールド用の成形金型において、成形を行う温度環境において、コア部が、根元側で収納部に嵌合するとともに、先端側で溶融したガラス材の進入を阻止できる程度の隙間幅で収納部から離間する。
　本発明の別の側面では、コア部の先端側から収納部の内縁部分にかけて段差隙間部を形成している。この場合、コア部と収納部との間に深さ方向に関する段差が存在することで、溶融したガラス材がより隙間に入り込みにくくなる。結果的に、成形品であるレンズ等の光学素子の対応位置にバリが発生することを防止できる。
　本発明のさらに別の側面では、光学転写面の深さ方向に関し、当該光学転写面の深さの半分よりも、段差隙間部の深さの方が深いので、コア部の先端側に形成された光学面が収納部又は型外形部との嵌合によって圧力を受けて変形することをさらに確実に防止できる。これにより、光学転写面を転写した光学面を有する光学素子の精度を向上させることができる。
　本発明のさらに別の側面では、成形を行う温度環境において、コア部の先端側の外縁部分と、収納部の開口側の内縁部分との隙間の幅（隙間幅）が０．５μｍ以上２０μｍ以下である。これにより、段差隙間部の隙間幅や隙間深さを適正にでき、光学素子のバリ発生防止と光学面の転写精度向上とを低コストで両立できる。
　本発明のさらに別の側面では、本体部が収納部を複数有し、複数の収納部のそれぞれにコア部を収納する。また、金型に対してガラス材料を供給する際には、複数のコア部にまたがって連続したガラス材を供給する。この場合、複数の光学素子を一括して成形することができ、低コストで光学素子を製造することが可能となる。また、複数のコア部が独立して設けられており、メンテナンスが行いやすく、加工コストを抑えることができる。
　本発明のさらに別の側面では、コア部と収納部とが、ガラス滴を受ける面を形成し、コア部の先端側の外縁部分が、収納部の開口側の内縁部分よりも光学転写面の深さ方向に関して後退している。これにより、成形される光学素子において、コア部によって形成される中央部と収納部によって形成される周辺部との段差がコア部の対応箇所と噛み合うことを防止でき、このような段差が欠けて不良品が発生することを防止できる。
　本発明のさらに別の側面では、成形を行う温度環境において、収納部の開口側の内縁部分に対するコア部の先端側の外縁部分の深さ方向に関する段差量が、０．５μｍ以上２０μｍ以下である。例えば溶融したガラス材を型上で加圧及び冷却しながらレンズ等の光学素子に成形する成形方法に適用する場合には、溶融したガラス材が、収納部又は型外形部からコア部へと流動する際に、収納部とコア部との間に深さ方向に関する段差量が０．５μｍ以上２０μｍ以下であるものが存在することで、溶融したガラス材が隙間に入り込むことをより確実に防ぐことができる。一方、板状のガラス材を加熱しながらレンズ等の光学素子に加圧する成形方法に適用する場合には、板状のガラスは比較的強度が強い収納部又は型外形部に最初に接触するため、その後加圧成形した場合でも、比較的強度が弱いコア部に対して応力がかからず、結果として型の寿命を長くすることができる。
　本発明に係る光学素子の製造方法は、一対の金型のうち一方の金型に対して、ガラス材料を供給する供給工程と、一方の金型と他方の金型とを合わせてプレス成形する成形工程とを備え、少なくとも一方の金型が、ガラス材に光学面を転写するための光学転写面を先端に有する１つ以上のコア部と、コア部が嵌入される１つ以上の収納部を有する型外形部とを備え、非加熱環境において、コア部の外径と収納部の内径との差が、コア部の根元側よりも先端側の方が大きくなるようにコア部及び収納部が形成されており、成形を行う温度環境において、コア部が根元側において収納部に密着して固定されるとともに、コア部の先端側と収納部の内縁部分との間に隙間が形成されるようにコア部及び収納部の寸法が設定されている。
　本発明のさらに別の側面では、供給工程は、複数のコア部にまたがって連続したガラス材を供給する。つまり、ガラス材を一度供給することにより、複数の光学素子に対する一括した形状転写が可能になる。
　本発明のさらに別の側面では、収納部の開口側の内縁部分よりも、各コア部の先端側の外縁部分の方が、光学転写面の深さ方向に関して後退している。これにより、成形される光学素子において、コア部によって形成される中央部と収納部によって形成される周辺部との段差がコア部と噛み合うことを防止でき、このような段差が欠けて不良品が発生することを防止できる。
　本発明のさらに別の側面では、成形を行う温度環境において、収納部の開口側の内縁部分に対するコア部の先端側の外縁部分の深さ方向に関する段差が、０．５μｍ以上２０μｍ以下である。例えば溶融したガラス材が、型外形部からコア部へと流動する際に、コア部と型外形部との間に深さ方向に関する段差が存在することで、溶融したガラス材が隙間に入り込むことをより確実に防ぐことができる。一方、板状のガラス材を加熱しながらレンズ等の光学素子に加圧する成形方法の場合には、板状のガラスは比較的強度が強い型外形部に最初に接触するため、その後加圧成形した場合でも、比較的強度が弱いコア部に対して応力がかからず、結果として型の寿命を長くすることができる。
　本発明のさらに別の側面では、供給工程が、溶融したガラス材が複数のコア部の間に落下し落下位置から各コア部に流れ込む工程であるので、滴下された溶融ガラスが型外形部又は収納部から複数のコア部へとガラス滴が流れやすくなり、成形品となる材料の流動性がよくなり、不良品の発生を防止することができる。
　本発明のさらに別の側面では、供給工程を、複数のコア部を覆うプリフォームを載置する工程としたので、プリフォームを軟化させることによって光学素子の簡易な製造が可能になる。
　本発明に係る光学素子は、上述の光学素子の製造方法を用いて成形されたものである。これにより、バリの除去が不要で転写精度が良好な光学素子を得ることができる。
本発明の一実施形態に係るガラスレンズの製造方法に用いる成形装置を説明する図である。 図２Ａは、成形金型のうち下型の端面図であり、図２Ｂは、成形金型のうち下型の側方断面図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、下型におけるコア部と下型外形部との境界に形成される段差隙間部を説明する側方拡大断面図である。 図４Ａは、成形金型のうち上型の側方断面図であり、図４Ｂは、成形金型のうち上型の端面図である。 図５Ａは、成形金型から成形されるガラス成形体の平面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＧＧ矢視断面図であり、図５Ｃは、図５Ａのガラス成形体から切り出したガラスレンズの断面図である。 実施形態のガラスレンズの製造方法に用いる成形装置を説明する別の図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、成形装置を用いたガラスレンズの製造工程について説明する断面図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、下型と上型との間に挟まれてプレスされるガラス材の状態を説明する断面図である。 ガラスレンズの製造方法の変形例を説明する図である。
　図１等を参照して、本発明の一実施形態に係るガラスモールド用の成形金型、光学素子の製造方法等について説明する。
　図１に示す成形装置２００は、原材料であるガラスを溶融して直接プレスする加圧成形のための装置であり、成形金型１０を組み込んだものとなっている。成形装置２００は、主要な部材である成形金型１０の他に、図５Ｃに例示するガラスレンズ１００の製造にあたって成形金型１０に移動、開閉動作等の動作を行わせるための制御駆動装置４、ガラス滴形成装置５（図６参照）等をさらに備える。なお、成形装置２００は、図５Ｃに示すような光学素子であるガラスレンズ１００を得るための集合体又は半製品として、図５Ａ及び図５Ｂに示すようなガラス成形体ＭＰを製造することができる。
　図１に示すように、ガラスモールド用の成形金型１０は、可動側の上型１と、固定側の下型２とを備える。ガラスモールド成形の際、下型２は固定状態に維持され、上型１は下型２に対向するように移動して、両型１，２を互いに突き合わせるような型閉じが行われる。ここで、図５Ａ～図５Ｃに示すように、成形装置２００によって成形されるガラス成形体ＭＰは、複数（具体的には２×２）個のガラスレンズ１００を含む。集積型の半製品であるガラス成形体ＭＰを分割するように切り出した個々のガラスレンズ１００は、例えば撮像装置等に用いられる撮像レンズの一部となる。ガラスレンズ１００は、光学的機能を有する中心部１００ａと、中心部１００ａから外径方向に延在するフランジ部１００ｂとを備える。ガラスレンズ１００の光学面として機能する光学機能面１０１ａ，１０２ａは曲率が異なっており、加圧成形時に空気が溜まって成形不良が発生するのを防ぐため、凹側の（両凸の場合、曲率が相対的に小さい側の）光学機能面が上側になるようにレンズ作製を行うこととしている。図示の例では、上型１の光学転写面１１ａが凸であり、下型２の光学転写面１２ａが凹であるから、上側の光学機能面１０１ａが凹となり、下側の光学機能面１０２ａが凸となっている。ガラス成形体ＭＰにおいて、複数のガラスレンズ１００は、連結部１００ｃを介して一体に成形されているが、連結部１００ｃにおいてダイシング等を利用して中心部１００ａ及びその周辺を所定の大きさの方形に切り出すことにより、個々の独立したガラスレンズ１００に分割される。各ガラスレンズ１００において、分割後に残る連結部１００ｃの部分は、ガラスレンズ１００を周囲から支持する平板状のフランジ部１００ｂに相当し、撮像レンズ等への組み付けに利用される。
　まず、図１等を参照しつつ下型２について説明する。下型２は、型本体２ａと、支持部２ｂと、ヒーター部２ｃとを備える。
　図１に示すように、下型２のうち型本体２ａは、上端に型面１２を有し、この型面１２は、成形に際しての転写面として、複数の光学転写面１２ａと、連結面転写面１２ｂとを有する。前者の光学転写面１２ａは、図５Ｃのガラスレンズ１００のうち中心部１００ａにおける凸の光学機能面１０２ａを形成するためのものである。後者の連結面転写面１２ｂは、連結部１００ｃの連結面１０２ｃ（後のフランジ部１００ｂのフランジ面１０２ｂ）を形成するためのものである。
　下型２の支持部２ｂの根元に設けたヒーター部２ｃには、型本体２ａを適度に加熱するための電気ヒーター６ｂが内蔵されている。
　図２Ａは、図１に示す下型２のうち型本体２ａの端面を示し、図２Ｂは、型本体２ａの側方断面を示している。型本体２ａは、光学転写面１２ａを有する４つのコア部２２と、これらのコア部２２を収納する４つの収納部３２ａを有する型外形部である下型外形部（型外形部）３２とを備える。４つのコア部２２は、型本体２ａの軸ＣＸ２に沿って互いに平行に延びる円柱状の部材である。下型外形部（型外形部）３２は、型本体２ａの軸ＣＸ２に沿って延びる柱状の部分であり、下型外形部３２に形成した４つの収納部３２ａは、型本体２ａの軸ＣＸ２に沿って互いに平行に延びる円柱状の空間又は部分となっている。
　下型外形部３２に設けた４つの収納部３２ａは、軸ＣＸ２のまわりにおいて４等分された角度方向に形成されている。結果的に、これらの収納部３２ａに収納される４つのコア部２２も、軸ＣＸ２のまわりにおいて４等分された角度方向に配置されることになる。これらのコア部２２は、その端面に凹の同一形状の光学転写面１２ａをそれぞれ有している。これら４つの光学転写面１２ａは、型面１２の中心ＣＯを基点とする円周ＣＳに沿って等間隔で配置される。４つの光学転写面１２ａは、軸ＣＸ２に垂直な面に略沿って同じ高さ位置に配列されていることになる。
　４つのコア部２２は、奥行き方向にも略同一の形状を有し、根元部２２ａと先端部２２ｂとをそれぞれ備える。根元部２２ａは、相対的に直径が大きく、先端部２２ｂは、相対的に直径が小さい。先端部２２ｂは、根元部２２ａに対して同芯に形成されており、両者の境界に環状の段差２２ｆが形成されている。根元部２２ａの直径は、下型外形部３２に設けた収納部３２ａの内径と略等しい。先端部２２ｂの直径は、下型外形部３２の収納部３２ａの内径よりも小さい。ここで、根元部２２ａの直径と収納部３２ａの内径とが略一致していることから、根元部２２ａの外側面２２ｓと下型外形部３２に設けた収納部３２ａの内側面３２ｓとが密着又は近接した状態で対向する。つまり、コア部２２は、根元部２２ａにおいて下型外形部３２の収納部３２ａと嵌合している。例えば、コア部２２は、根元部２２ａにおいて収納部３２ａと裏面側（不図示）まで嵌合しているものとすることで、十分な嵌合量を確保することができる。このため、各コア部２２の根元部２２ａは下型外形部３２に設けた各収納部３２ａによって軸ＣＸ２に垂直な方向の移動を制限されており、収納部３２ａによってコア部２２の横方向に関する支持が安定して行われる。一方、先端部２２ｂの直径と収納部３２ａの内径とは一致しないが、先端部２２ｂの直径と収納部３２ａの内径との差は僅かであり、かつ、先端部２２ｂは根元部２２ａに対して同芯又は同軸状に配置されており、先端部２２ｂの外側面２２ｔと、収納部３２ａの内側面３２ｓとの間には、一様で狭い隙間ＧＡが円筒状に形成されている。
　なお、コア部２２の熱膨張率〔１／Ｋ〕は、下型外形部３２の熱膨張率〔１／Ｋ〕に近いが、下型外形部３２の熱膨張率よりも僅かに大きくなっている。これは、型本体２ａを加熱したときに、下型外形部３２の収納部３２ａ内でコア部２２が相対的に膨張して、コア部２２が下型外形部３２に締め付けられるようにし、下型外形部３２によるコア部２２の保持が安定するようにしたものである。つまり、成形を行う高温環境（例えば３００～６００℃）において、各コア部２２が下型外形部３２の各収納部３２ａ内に圧縮嵌めされた状態となり、コア部２２の安定した支持が可能になるとともに、室温等の非加熱環境では、下型外形部３２内で軸ＣＸ２方向にコア部２２を摺動させてコア部２２を着脱することも可能になる。
　各コア部２２は、根元側で不図示の取付け板に支持されており、軸ＣＸ２方向に関する位置の微調整が可能になっている。
　図３Ａ及び図３Ｂを参照して、コア部２２の先端側と下型外形部３２の先端側との間に設けた段差隙間部４０について説明する。段差隙間部４０は、コア部２２の先端側の外縁部分４１と、下型外形部３２の収納部３２ａの開口ＯＰ側の内縁部分４２とによって形成されている。段差隙間部４０において、コア部２２の先端側の外縁部分４１は、下型外形部３２の開口ＯＰ側の内縁部分４２から離間しており、下型外形部３２の開口ＯＰ側の内縁部分４２と比較して深さ方向に関する位置が異なっている。具体的には、コア部２２の先端側の外縁部分４１は、下型外形部３２の開口ＯＰ側の内縁部分４２よりも窪んでおり、外縁部分４１の上端面４１ａは、内縁部分４２の上端面４２ａよりも軸ＣＸ２に平行な縦方向に関して低く奥まって配置されている。
　図３Ａは、成形時の温度環境における状態を示し、図３Ｂは、室温等の非加熱環境における状態を示している。図３Ａに示す成形時の温度環境において、段差隙間部４０の隙間幅ｔ１が０．５μｍ～２０μｍ（好ましくは１μｍ～１０μｍ）となり、段差隙間部４０の隙間深さｄ２が１ｍｍ～５ｍｍとなるように設定されている。また、成形時の温度環境において、下型外形部３２の開口ＯＰ側の内縁部分４２に対するコア部２２の先端側の外縁部分４１の引っ込み量、つまり内縁部分４２の上端面４２ａを基準とする外縁部分４１の上端面４１ａの段差ｄ３は、隙間幅ｔ１と同程度であり、０．５μｍ～２０μｍ（好ましくは１μｍ～１０μｍ）となるように設定されている。なお、室温等の非加熱環境において、例えば、根元部２２ａの外側面２２ｓと下型外形部３２に設けた収納部３２ａの内側面３２ｓとが非圧着状態となるので、非加熱環境における段差隙間部４０の隙間幅ｔ０は、成形時の温度環境における隙間幅ｔ１よりも僅かに小さくなる。
　本実施形態において、段差隙間部４０における隙間幅ｔ１は、空気の入り込む隙間を確保しコア部２２の膨張を許容する観点で、上記のように０．５μｍ以上（より好ましくは１μｍ以上）となっている。また、隙間幅ｔ１は、ガラス材の粘度にもよるが、ガラス材か隙間ＧＡに入り込んでバリを形成することを防止するため、上記のように２０μｍ以下となっている。段差隙間部４０における隙間深さｄ２は、コア部２２からの応力の影響を低減し空気の入り込む隙間を確保する観点で、ゼロ以上であって、より好ましくは後述する光学転写面１２ａの深さｄ４の半分ｄ４／２以上とし、さらに好ましく光学転写面１２ａの深さｄ４以上とする。具体的には、隙間深さｄ２は、上記のように１ｍｍ以上となっている。また、隙間深さｄ２は、コア部２２の支持の安定を考慮して、光学転写面１２ａの深さｄ４に５ｍｍ追加した深さ以下とすることが望ましい。一般的に隙間深さｄ２がガラス材によって形成されるガラスレンズ１００の光学転写面１２ａの深さｄ４よりさらに５ｍｍ追加した深さを確保できれば、コア部２２が成形時の温度環境などで変形しても、下型外形部３２の内縁部分４２と干渉しないのでコア部２２に設けられた光学転写面に影響を与えない。また、隙間深さｄ２が光学転写面１２ａの深さｄ４より５ｍｍ以上深くなる場合には、コア部２２の根元部２２aが型外形部としての下型外形部３２と接触して支持される部分が少なくなるので、コア部２２の支持が安定しなくなる傾向が生じやすい。
　以上は、光学転写面１２ａが凹であることを前提として説明したが、光学転写面１２ａが凸である場合、段差隙間部４０における隙間深さｄ２は、ゼロ以上であって、より好ましくは光学転写面１２ａの深さｄ４の半分ｄ４／２以上とする。また、隙間深さｄ２は、コア部２２の支持の安定を考慮して、５ｍｍ以下とすることが望ましい。
　段差隙間部４０における段差ｄ３は、すなわち外縁部分４１の上端面４１ａの引っ込み量は、後述するようにガラス材が流動していく際に隙間ＧＡに入り込んでバリを形成することをより確実に防止するため、上記のように０．５μｍ以上（好ましくは１μｍ以上）となっている。また、充填が不十分になったりガラス材の流れが乱れたりすることを防止するため、段差隙間部４０における段差ｄ３は、２０μｍ以下となっている。なお、コア部２２の上端面４１ａの内側には、光学転写面１２ａが形成されており、光学転写面１２ａの深さｄ４は、例えば０．１ｍｍ～４ｍｍ程度となっている。
　以上の下型外形部３２において、内縁部分４２の上端面４２ａ等を含む連結面転写面１２ｂは、粗面化されている。具体的には、サンドブラスト等によって、連結面転写面１２ｂ上に０．１μｍ～１０μｍ程度のランダムな凹凸が形成されている。これにより、プレス時に下型外形部３２の連結面転写面１２ｂに沿って空気を逃がしやすくなり、空気溜まりの発生を防ぐことができる。この場合、ランダムな凹凸が０．１μｍ以下だと空気が逃げることができにくくなり、１０μｍ以上だと、表面積が増えることにより流動するガラスを冷やしてしまいガラスの流動性が悪くなる。
　図１に戻って、上型１について説明する。図示のように、上型１は、型本体１ａと、支持部１ｂと、ヒーター部１ｃとを備える。
　上型１のうち型本体１ａは、下端に型面１１を有し、この型面１１は、成形に際しての転写面として、複数の光学転写面１１ａと、連結面転写面１１ｂとを有する。前者の光学転写面１１ａは、図５Ｃのガラスレンズ１００のうち凹の光学機能面１０１ａを形成するためのものであり、下型２の光学転写面１２ａに対向して、型面１１の中心を基点とする円周上に等間隔で４つ形成されている。後者の連結面転写面１１ｂは、連結部１００ｃの連結面１０１ｃ（後のフランジ部１００ｂのフランジ面１０１ｂ）を形成するためのものである。
　上型１の支持部１ｂの根元に設けたヒーター部１ｃには、型本体１ａを適度に加熱するための電気ヒーター６ａが内蔵されている。
　図４Ａは、図１に示す上型１のうち型本体１ａの側方断面を示し、図４Ｂは、型本体１ａの端面を示している。型本体１ａは、光学転写面１１ａを有する４つのコア部１２２と、これらのコア部１２２を収納する４つの収納部３２ａを有する型外形部としての上型外形部（型外形部）１３２とを備える。４つのコア部１２２は、型本体１ａの軸ＣＸ１に沿って互いに平行に延びる円柱状の部材である。上型外形部（型外形部）１３２は、型本体１ａの軸ＣＸ１に沿って延びる柱状の部分であり、上型外形部１３２に形成した４つの収納部３２ａは、型本体１ａの軸ＣＸ１に沿って互いに平行に延びる円柱状の空間となっている。
　上型外形部１３２に設けた４つの収納部３２ａは、軸ＣＸ１のまわりにおいて４等分された角度方向に形成されている。結果的に、これらの収納部３２ａに収納される４つのコア部１２２も、軸ＣＸ１のまわりにおいて４等分された角度方向に配置されることになる。これらのコア部１２２は、その端面に凹の同一形状の光学転写面１１ａをそれぞれ有している。これら４つの光学転写面１１ａは、型面１１の中心ＣＯを基点とする円周ＣＳに沿って等間隔で配置される。４つの光学転写面１１ａは、軸ＣＸ１に垂直な面に略沿って同じ高さ位置に配列されていることになる。
　４つのコア部１２２は、奥行き方向にも略同一の形状を有し、根元部２２ａと先端部２２ｂとをそれぞれ備える。根元部２２ａは、相対的に直径が大きく、先端部２２ｂは、相対的に直径が小さい。先端部２２ｂは、根元部２２ａに対して同芯に形成されており、両者の境界に段差２２ｆが形成されている。根元部２２ａの直径は、上型外形部１３２に設けた収納部３２ａの内径と略等しい。先端部２２ｂの直径は、上型外形部１３２の収納部３２ａの内径よりも小さい。ここで、根元部２２ａの直径と収納部３２ａの内径とが略一致していることから、根元部２２ａの外側面２２ｓと上型外形部１３２に設けた収納部３２ａの内側面３２ｓとが略密着した状態で対向する。つまり、コア部１２２は、根元部２２ａにおいて上型外形部１３２の収納部３２ａと嵌合している。このため、各コア部１２２の根元部２２ａは上型外形部１３２に設けた各収納部３２ａによって軸ＣＸ１に垂直な方向の移動を制限されており、収納部３２ａによってコア部１２２の横方向に関する支持が行われる。一方、先端部２２ｂの直径と収納部３２ａの内径とは一致しないが、先端部２２ｂの直径と収納部３２ａの内径との差は僅かであり、かつ、先端部２２ｂは根元部２２ａに対して同芯又は同軸状に配置されており、先端部２２ｂの外側面２２ｔと、収納部３２ａの内側面３２ｓとの間には、一様で狭い隙間ＧＡが形成されている。
　なお、コア部１２２の熱膨張率〔１／Ｋ〕は、上型外形部１３２の熱膨張率〔１／Ｋ〕に近いが、上型外形部１３２の熱膨張率よりも僅かに小大きくなっている。これは、型本体２ａを加熱したときに、上型外形部１３２の収納部３２ａ内でコア部１２２が相対的に膨張して、コア部１２２が上型外形部１３２に締め付けられるようにし、上型外形部１３２によるコア部１２２の保持が安定するようにしたものである。
　詳細な説明を省略するが、コア部１２２の先端側と上型外形部１３２の先端側との間にも段差隙間部４０が設けられている。上型１の型本体１ａに設けた段差隙間部４０は、下型２の型本体２ａに設けた段差隙間部４０と同様の構造又は形状を有する。この場合も、段差隙間部４０は、コア部１２２の先端側の外縁部分４１と、上型外形部１３２の収納部３２ａの開口ＯＰ側の内縁部分４２との間に形成されている。段差隙間部４０において、コア部１２２の先端側の外縁部分４１は、上型外形部１３２の開口ＯＰ側の内縁部分４２とは離間している。なお、上型１の場合、比較的粘度が増した状態のガラス材をプレスする場合が多く、ガラス材が比較的隙間ＧＡに入り込みにくく、比較的隙間ＧＡが広く段差量ｄ３が少なくてもバリの発生を比較的簡易に防止することができる。つまり、下型２よりは隙間ＧＡ（隙間幅ｔ１）を広く段差量ｄ３を少なくしてもよく、例えば外縁部分４１の上端面４１ａと内縁部分４２の上端面４２ａとの高さ位置を一致させることもできる。
　図１に戻って、上型１と下型２とは、加圧成形時において、上型１の各転写面１１ａ，１１ｂと、下型２の対応する各転写面１２ａ，１２ｂとがそれぞれ同軸に配置され、プレス時及び冷却時に互いに所定間隔だけ離間する等、適切な位置関係を保つものとなっている。
　制御駆動装置４は、成形金型１０によるガラスレンズ１００の成形のために、電気ヒーター６ａ，６ｂへの給電の制御や、上型１及び下型２の開閉動作等の成形金型１０を組み込んだ成形装置２００全体の制御を行う。なお、制御駆動装置４に駆動された上型１は、図１に示すように、水平なＡＢ方向に移動可能であるとともに、鉛直のＣＤ方向に移動可能になっている。例えば両型１，２を合わせて型閉じを行う際には、まず下型２の上方位置に上型１を移動させて両型１，２の軸ＣＸ１，ＣＸ２を一致させ、延いては上側の光学転写面１１ａと下側の光学転写面１２ａとをそれぞれ一致させ、上型１を降下させて下型２側に所定の力で押し付ける。
　図６に示すように、ガラス滴形成装置５は、原材料供給部５１を有する。原材料供給部５１は不図示のヒーターにより加熱され、原材料供給部５１内のガラスを溶融状態に維持している。
　原材料供給部５１は、不図示の坩堝等で溶融させた溶融ガラスＧを溜めており、溶融ガラスＧから得た光学素子用ガラス滴ＧＤをノズル５１ａから滴下させて、下型２の型面１２上に供給する部分である。この原材料供給部５１は、原材料供給部５１のノズル５１ａの直下に不図示の（ガラス滴通過のため適当なサイズの孔を有する）滴下プレートを配置することができ、かかる滴下プレートの交換等によって光学素子用ガラス滴ＧＤのサイズを変更できる。また、滴下プレートは、例えばガラス成形体ＭＰの成形の前に行われる準備工程において、下型２の型面１２上でガラス流を調整するための凸部１２ｄを型面１２上に形成する際にも用いることができる。
　以下、図６及び図７Ａ、図７Ｂを参照して、図２Ａ、図４Ｂ等に示す成形金型１０を利用した図５Ａのガラス成形体ＭＰの製造方法について具体的に説明する。
　まず、原材料供給部５１の下部に形成されているノズル５１ａを下型２の型面１２の軸ＣＸ２に沿った中心上方に配置し、溶融ガラスＧをノズル５１ａから型面１２上に自然滴下する（滴下工程）。この際、溶融ガラスＧの滴下に先立って、型面１２を電気ヒーター６ｂにて、ガラスレンズ１００の原材料である光学素子用ガラス滴ＧＤのガラス転移点温度程度の温度に加熱しておく。なお、光学素子用ガラス滴ＧＤの滴下後はノズル５１ａを上型１の昇降の邪魔にならない位置へ退避させておく。溶融ガラスＧに用いる原材料のガラスとしては、例えばリン酸塩系ガラス等を使用できる。また、ノズル５１ａが退避するのではなく、成形金型１０が移動する構成でもよい。
　下型２の型面１２の中心部上には、滴下工程前の準備工程で凸部１２ｄが載置されている。この凸部１２ｄは、別途作製して型面１２上に載置することもできるが、上記のように原材料供給部５１を利用して滴下量を調整することによって直接的に形成することができる。その後の滴下工程で、ノズル５１ａから型面１２に滴下された光学素子用ガラス滴ＧＤは、落下地点である凸部１２ｄにおいて、凸部１２ｄの周囲の連結面転写面１２ｂから放射状に各光学転写面１２ａへ広がる。この際、落下した光学素子用ガラス滴ＧＤは、凸部１２ｄに当たることにより、流れの速さや向きが調整される。
　光学素子用ガラス滴ＧＤを型面１２上に滴下した後、光学素子用ガラス滴ＧＤが未だ加圧変形可能な温度の間に、下型２を上型１の下方へ移動させ、図７Ａに示すように、予め下型２と同程度の温度に加熱しておいた上型１を下降させ、型面１１と型面１２とを互いに対向させた状態で上型１を下型２に近接させて、下型２上の光学素子用ガラス滴ＧＤを上下型１，２間で加圧成形する（成形工程）。成形工程の際、下型２の型面１２に設けられていた凸部１２ｄは、プレス及び加熱により潰れて、光学素子用ガラス滴ＧＤと融合するように成形される。
　上記滴下工程から成形工程にかけて光学素子用ガラス滴ＧＤの温度が漸次低下していくことにより、ガラスレンズ１００の一方側の光学機能面１０１ａ及びフランジ面１０１ｂと、他方側の光学機能面１０２ａ及びフランジ面１０２ｂとを有するガラスレンズ１００を含むガラス成形体ＭＰが成形される。
　図８Ａは、光学素子用ガラス滴ＧＤがプレスされる状態を説明する図である。光学素子用ガラス滴ＧＤは、上型１の型面１１と、下型２の型面１２との間に挟まれて加圧され形状の転写を受けるが、段差隙間部４０の隙間ＧＡは狭く光学素子用ガラス滴ＧＤ又はガラス材が入り込まない。また、コア部２２，１２２の先端部２２ｂは、周囲の下型外形部３２，１３２から離間しているので、下型外形部３２が、成形環境時の温度変化による変形があっても、光学転写面１１ａ，１２ａには影響しないので、比較的高精度に保たれる。
　なお、ガラス滴ＧＤは、矢印で示す流れＦＬのように、型面１２に沿って流動し、下型外形部３２の内縁部分４２の上端面４２ａからコア部２２の外縁部分４１の上端面４１ａへと移動する。この際、下型外形部３２側の上端面４２ａよりもコア部２２側の上端面４１ａの方が低くなるように段差を設けており、ガラス滴ＧＤが隙間ＧＡに入り込みにくい。図８Ｂに拡大して示すように、下型外形部３２からコア部２２側へガラス滴ＧＤが流れる場合、ガラス滴ＧＤは、流れＦＬに沿った力を受けやすいので、ガラス滴ＧＤは、段差隙間部４０において突起するが、この突起ＧＤｐは、上端面４１ａに完全に密着せず、隙間ＧＡから離れて配置される傾向が強い。このように、ガラス滴ＧＤの流れＦＬによってガラス滴ＧＤが隙間ＧＡに入り込みにくいだけでなく、その後のプレス時には、ガラス滴ＧＤの粘度が増して、ガラス滴ＧＤが下型外形部３２の内縁部分４２の先端側内周面４２ｄとコア部２２の外縁部分４１の上端面４１ａとによって形成される窪みの奥すなわち隙間ＧＡまで入り込み難くなる。また、逆にコア部２２から下型外形部３２側へガラス滴ＧＤが流れる場合であっても、ガラス滴ＧＤの流れベクトルが上方に向かっているため、段差が高くないのでガラス滴ＧＤが隙間ＧＡに入り込まずに、型外形部３２の内縁部分４２に向かっていく。
　図７Ｂに示すように、ガラス成形体ＭＰを十分に冷却した後、下型２及び上型１の加圧を解除して、上型１を上昇させることにより、ガラス成形体ＭＰを型外へ取り出す（取出工程）。
　取出工程後、ガラス成形体ＭＰは、連結部１００ｃをダイサー等を利用し切断することによって方形に４分割し、図５Ｃに示すようなガラスレンズ１００を得る（切出工程）。
　以下、具体的な実施例について説明する。成形金型１０の上型１や下型２は、図２Ｂ及び図４Ａに示す形状を有するものを用いた。つまり、上型１の型面１１には、４つの光学転写面１１ａが設けられ、下型２の型面１２にも、４つの光学転写面１２ａが設けられていた。下型２のコア部２２は、熱膨張率が１２×１０－６〔１／Ｋ〕であるＳＴＡＶＡＸを基材とし、型面１２は、ＳＴＡＶＡＸの基材上にＮｉＰを１００μｍメッキしたものから形成された。下型２の下型外形部３２は、熱膨張率が５．７×１０－６〔１／Ｋ〕であるタングステンカーバイドを基材として形成された。詳細な説明は省略するが、上型１のコア部１２２や上型外形部１３２も同様に形成された。下型２や上型１に形成する段差隙間部４０については、隙間幅ｔ１を０μｍ～３０μｍの範囲で変化させ、下型２のコア部２２の上端面４１ａと、下型外形部３２の上端面４２ａとの段差ｄ３は、０μｍ～３０μｍの範囲で変化させたものを複数準備した。なお、上型１については、上端面４１ａと上端面４２ａとの段差をほとんど設けないものとした。また、隙間深さｄ２は、１～３ｍｍであり、光学転写面１２ａの深さｄ４は、０．３～０．６ｍｍであった。下型２は、光学素子用ガラス滴ＧＤの粘度が１０４～１０７ポアズとなるように温度調整された。上型１も同様に加熱された。
　以下の表１は、上記のような成形金型１０を用いつつ、隙間幅ｔ１と段差深さｄ３とを個別に変化させて得たガラス成形体ＭＰの成形状態を説明するものである。表１において、「光学面転写」については、記号○は問題がないことを意味し、記号△は微少歪みが存在することを意味し、記号×は不転写傾向が存在することを意味する。「レンズのバリ」については、記号○は問題がないことを意味し、記号△は微少であることを意味し、記号×は顕著であることを意味する。「総合判定」については、記号◎は良品成形可能（長時間）を意味し、記号○は比較的良品成形可能を意味し、記号△は成形可能であることを意味し、記号×は不良品成形を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表１からも明らかなように、段差隙間部４０の隙間幅ｔ１が０．５μｍ～２０μｍの範囲で比較的良好な結果が得られていることが分かる。また、段差隙間部４０の段差深さｄ３が０．５μｍ～２０μｍの範囲で比較的良好な結果が得られていることが分かる。
　以上のように、本実施形態に係るガラスモールド用の成形金型１０によれば、段差隙間部４０を設けて外縁部分４１を内縁部分４２から離間させるとともに深さ方向に関して内縁部分４２よりも根元側に後退させている（窪ませている）ので、段差隙間部４０によるコア部２２と下型外形部３２との隙間幅を調整することで、コア部２２と下型外形部３２との隙間ＧＡに溶融したガラス材が入り込むことを防止できる。この際、コア部２２と下型外形部３２との間に段差が存在することで、溶融したガラス材がより隙間ＧＡに入り込みにくくなる。結果的に、成形品であるガラスレンズ１００の対応位置にバリが発生することを防止できる。また、段差隙間部４０を設けることで、コア部２２の先端側が下型外形部３２との嵌合によって圧力を受けて変形することを防止でき、光学転写面１２ａが変形するのを防ぐことが可能になる。これにより、光学転写面１２ａを転写した光学機能面１０２ａを有するガラスレンズ１００の形状精度を向上させることができる。
　以上、本実施形態に係る光学素子の製造方法等について説明したが、本発明に係る光学素子の製造方法等は上記のものには限られない。
　例えば、図７Ａや図８Ａに示すガラス滴ＧＤに代えて、ガラス滴ＧＤと同様の体積を有する板状のガラス（プリフォーム）を加熱して溶融することもできる。
　図９は、図８Ａに対応するが、上記のような板状のプリフォームを用いるガラスモールド成形を説明する図である。この場合、板状のプリフォーム２００を下型２の型面１２上で軟化させ、上型１を下型２に近接させて、下型２上のプリフォーム２００を上下型１，２間に挟んで加圧成形する（成形工程）。
　また、上記実施形態において、段差隙間部４０は、一様な隙間幅の筒状空間を形成するものに限らず、奥になるほど隙間幅が減少するもの、円周に沿って隙間幅が変化するもの等とすることができる。例えば、下型２の型面１２上に落下するガラス滴ＧＤの当たり方が型面１２上で異なる場合、当たり方によってガラス材の隙間ＧＡへの入り込み易さも変わり、ガラス材が隙間ＧＡに入り込み易い領域で隙間幅を減少させることができる。
　また、上記実施形態では、上型１と下型２とに略同一形状の段差隙間部４０を設けているが、上型１と下型２とに異なる同一形状の段差隙間部４０を設けることもできる。さらに、上型１又は下型２のいずれか一方について、段差隙間部４０を省略することもできる。
　また、上記実施形態において、光学転写面１２ａ等の数は４つ又は８つに限らず、２つ以上であればよい。なお、光学転写面１２ａ等の数を多くする場合においても、中心ＣＯを基点とする円周ＣＳに沿って等間隔で配置することにより、成形される全てのガラスレンズ１００の形状精度を向上させることができる。
　また、上記実施形態において、ガラスレンズ１００を方形に切り出すとしたが、切り出す形状は例示であり、例えば円形に切り出してもよい。また、ガラスレンズ１００の切り出し方によって光学転写面１１ａ，１２ａの配置は自由に設定することができる。この場合において、光学転写面１１ａ，１２ａの配置を同心円の円周上或いは略同心円の円周上に沿った状態を維持した上で設定を行えば、成形される全てのガラスレンズ１００の形状精度を高い状態に保つことができる。
　以上では、光学素子としてガラスレンズ１００を作製する場合について説明したが、回折素子、プリズムその他の光学素子も、上記のようなガラスモールド用の成形金型１０を利用して作製することができる。
　コア部２２，１２２の根元部２２ａを収容部３２ａの内壁と嵌合させ、先端部２２ｂと収容部３２ａの内壁との間に隙間ＧＡを形成するための形状としては、コア部２２，１２２の先端を相対的に細くする他、収容部３２ａの先端２２ｂを太くしてもいいし、先端を細くする方法と根元を太くする方法とを併用してもよい。以上のようにコア部２２，１２２の外径又は太さを変える形状は、段差に限らず、テーパーなどでもよく、収容部３２ａの内径を変える形状も、段差に限らず、テーパーなどでもよい。
　下型２の型面１２上にガラス材を供給する方法は、溶融ガラス滴を滴下する方法に限らず、溶融ガラスを連続的に流入させる方法などでもよい。

Claims (19)

  1. 　ガラス材に光学面を転写するための光学転写面を先端に有する１つ以上のコア部と、
    　前記コア部が嵌入される１つ以上の収納部を有する型外形部と、を備え、
    　非加熱環境において、前記コア部の外径と前記収納部の内径との差が、前記コア部の根元側よりも先端側の方で大きくなるように、前記コア部及び前記収納部が形成されており、
    　成形を行う温度環境において、前記コア部が根元側において前記収納部に密着して固定されるとともに、前記コア部の先端側と前記収納部の内縁部分との間に隙間が形成されるように、前記コア部及び前記収納部の寸法が設定されていることを特徴とするガラスモールド用の成形金型。
  2. 　成形を行う温度環境において、前記コア部は、根元側で前記収納部に嵌合するとともに、先端側で溶融したガラス材の進入を阻止できる程度の隙間幅で前記収納部から離間することを特徴とする請求項１に記載のガラスモールド用の成形金型。
  3. 　前記コア部の先端側から前記収納部の内縁部分にかけて段差隙間部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガラスモールド用の成形金型。
  4. 　前記光学転写面の深さ方向に関し、当該光学転写面の深さの半分よりも前記段差隙間部の深さの方が深いことを特徴とする請求項３に記載のガラスモールド用の成形金型。
  5. 　成形を行う温度環境において、前記コア部の先端側の外縁部分と、前記収納部の開口側の内縁部分との隙間の幅が０．５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のガラスモールド用の成形金型。
  6. 　前記収納部の開口側の内縁部分よりも、前記コア部の先端側の外縁部分の方が、光学転写面の深さ方向に関して後退しており、
    　前記収納部の開口側の内縁部分に対する前記コア部の先端側の外縁部分の深さ方向に関する段差が、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のガラスモールド用の成形金型。
  7. 　前記型外形部は前記収納部を複数有し、当該複数の収納部のそれぞれに前記コア部を収納していることを特徴とする請求項１に記載のガラスモールド用の成形金型。
  8. 　一対の金型のうち一方の金型に対して、ガラス材を供給する供給工程と、
    　前記一方の金型と他方の金型とを合わせてプレス成形する成形工程と、を備え、
    　少なくとも前記一方の金型は、
    　ガラス材に光学面を転写するための光学転写面を先端に有する１つ以上のコア部と、
    　前記コア部が嵌入される１つ以上の収納部を有する型外形部と、を備え、
    　非加熱環境において、前記コア部の外径と前記収納部の内径との差が、前記コア部の根元側よりも先端側の方で大きくなるように、前記コア部及び前記収納部が形成されており、
    　成形を行う温度環境において、前記コア部が根元側において前記収納部に密着して固定されるとともに、前記コア部の先端側と前記収納部の内縁部分との間に隙間が形成されるように、前記コア部及び前記収納部の寸法が設定されていることを特徴とする光学素子の製造方法。
  9. 　前記成形工程において、前記コア部は、根元側で前記収納部に嵌合するとともに、先端側で溶融したガラス材の進入を阻止できる程度の隙間幅で前記収納部から離間することを特徴とする請求項８に記載の光学素子の製造方法。
  10. 　前記コア部の先端側から前記収納部の内縁部分にかけて段差隙間部が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の光学素子の製造方法。
  11. 　前記光学転写面の深さ方向に関し、当該光学転写面の深さの半分よりも前記段差隙間部の深さの方が深いことを特徴とする請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
  12. 　成形を行う温度環境において、前記コア部の先端側の外縁部分と、前記収納部の開口側の内縁部分との隙間の幅が０．５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子の製造方法。
  13. 　前記型外形部は前記収納部を複数有し、当該複数の収納部のそれぞれに前記コア部を収納していることを特徴とする請求項８に記載の光学素子の製造方法。
  14. 　前記供給工程は、複数のコア部にまたがって連続したガラス材を供給することを特徴とする請求項１３に記載の光学素子の製造方法。
  15. 　前記収納部の開口側の内縁部分よりも、各コア部の先端側の外縁部分の方が、光学転写面の深さ方向に関して後退していることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子の製造方法。
  16. 　前記収納部の開口側の内縁部分に対する前記コア部の先端側の外縁部分の深さ方向に関する段差が、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１５に記載の光学素子の製造方法。
  17. 　前記供給工程は、溶融したガラス材が複数のコア部の間に落下し、落下位置から各コア部に流れ込む工程であることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子の製造方法。
  18. 　前記供給工程は、前記複数のコア部を覆うプリフォームを載置する工程であることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子の製造方法。
  19. 　請求項８に記載の光学素子の製造方法を用いて成形された光学素子。
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