JP2008094654A - 光学素子の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融ガラスの中心部と端部の冷却速度を均一化して、高精度な光学面を有する光学素子を高い生産効率で製造することができる光学素子の製造方法を提供する。
【解決手段】成形金型を所定温度に加熱する加熱工程と、成形金型に溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給工程と、供給された溶融ガラスの上面に冷却部材を接触させることにより溶融ガラスを冷却する冷却工程と、溶融ガラスを加圧成形する成形工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融ガラスを成形金型で加圧成形してガラス製の光学素子を得る光学素子の製造方法及び製造装置に関する。

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、各種ミラー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、ガラス素材を成形金型で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。特に、光学面として非球面を有する光学素子は、研削・研磨加工による面形成が容易でないことから、成形金型によるプレス成形法による製造が一般的になりつつある。その中でも、溶融ガラスを成形金型で直接加圧成形してガラス製の光学素子を得るダイレクトプレス法は、高い生産効率を期待できることから注目されている。

溶融ガラスを成形金型で直接加圧成形してガラス製の光学素子を得る方法として、ノズル先端からの溶融ガラスを支持部材に滞留させたあと、該支持部材をノズル先端から退避させ、得られたガラスゴブを上型と下型とで加圧成形する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

しかし、成形の過程で溶融ガラスが冷却される速度が、溶融ガラスの上面と下面、あるいは中心部と端部において異なり、冷却による収縮量が不均一になることから、かかる方法により精度の高い光学面を形成することは困難であった。特に、溶融ガラスが最初に支持部材に接触して急冷される下面側に精度の高い光学面を形成することは非常に困難であった。

また、受け型に供給された溶融ガラスを下型の上に搬送した後、上下金型で加圧成形することによって、溶融ガラスの温度が比較的安定する上面側の光学面のみを上型の成形面の転写によって形成し、下面側の光学面は追加工（研削・研磨加工）によって形成してガラスレンズを製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。

特許文献２には、更に、成形されるレンズの肉厚が全面にわたって均一になるように下型の受け面を形成することで、レンズの径方向の冷却速度の分布が小さくなり、レンズの上面側に高精度な光学面が得られる旨が開示されている。
特開平６−２０６７３０号公報 特開平８−２０８２４８号公報

しかしながら、実際には、たとえ成形される光学素子の肉厚が全面にわたって均一になるように下型の受け面を形成したとしても、溶融ガラスを下型の受け面に溜めた状態においては、溶融ガラスの表面張力によって端部よりも中心部の肉厚の方が大きくなるのが一般的である。従って、上型と下型とで加圧成形される段階では、既に中心部よりも端部の方が冷却が進んだ状態になっていることから、成形時における収縮量が均一にならず、光学素子の上面側に高精度な光学面を得ることはできないという問題があった。

また、例えば外径がφ２０ｍｍ以上といった比較的大きな光学素子を製造する場合には、下型の受け面に多量の溶融ガラスを溜める必要があることから、溶融ガラスの外径を規制するための外径規制面を有する外径規制部材を備えた成形金型を使用する必要がある。この場合、供給された溶融ガラスは下型の受け面と接触するだけでなく、外径規制部材の外径規制面とも接触することになる。溶融ガラスは、これら成形金型との接触面から急速に冷却されるため、このような外径規制部材を備えた成形金型を使用する場合には、溶融ガラスの端部の冷却がいっそう急速に進むことになる。このように、溶融ガラスの中心部と端部の冷却速度に大きな差が生じることから、成形時における溶融ガラスの収縮量が均一にならず、光学素子の上面側に高精度な光学面を得ることは更に困難となっていた。

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、溶融ガラスの中心部と端部の冷却速度を均一化して、高精度な光学面を有する光学素子を高い生産効率で製造することができる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． 溶融ガラスを受けるための受け面を有する下型、及び、光学素子の第１の光学面を形成するための成形面を有する上型を備える成形金型を、溶融ガラスの温度よりも低い所定温度に加熱する加熱工程と、前記下型の受け面に前記溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給工程と、供給された前記溶融ガラスの上面に冷却部材を接触させることにより前記溶融ガラスを冷却する冷却工程と、前記成形金型で前記溶融ガラスを加圧成形し、前記上型の成形面が転写された第１の光学面を有する成形体を形成する成形工程とを有することを特徴とする光学素子の製造方法。

２． 前記溶融ガラスと前記冷却部材との接触部の直径をφＤ、前記溶融ガラスと前記下型の受け面との接触部の直径をφＧとしたとき、０．３≦φＤ／φＧ≦０．９を満足することを特徴とする前記１に記載の光学素子の製造方法。

３． 前記成形工程の後に、追加工によって前記成形体の第１の光学面の裏面側に第２の光学面を形成する追加工工程を有することを特徴とする前記１又は２に記載の光学素子の製造方法。

４． 前記成形金型は、前記溶融ガラスの外径を規制するための外径規制面を有する外径規制部材を備え、前記溶融ガラス供給工程において、前記下型の受け面に供給された前記溶融ガラスが、前記外径規制部材の外径規制面に接触することを特徴とする前記１乃至３の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。

５． 溶融ガラスを受けるための受け面を有する下型、及び、光学素子の第１の光学面を形成するための成形面を有する上型を備える成形金型と、前記成形金型を溶融ガラスの温度よりも低い所定温度に加熱するための加熱手段と、前記下型の受け面に前記溶融ガラスを供給するための溶融ガラス供給手段と、供給された前記溶融ガラスの上面に冷却部材を接触させることにより前記溶融ガラスを冷却するための冷却手段と、前記成形金型で前記溶融ガラスを加圧成形し、前記上型の成形面が転写された第１の光学面を有する成形体を形成するための加圧手段とを有することを特徴とする光学素子の製造装置。

本発明の光学素子の製造方法によれば、成形工程に先立って溶融ガラスの上面に冷却部材を接触させることで、成形金型に供給された溶融ガラスの温度分布を均一化でき、成形時における溶融ガラスの収縮量を均一化することができる。そのため、成形によって少なくとも上面側の光学面が高精度に形成された成形体を得ることができ、高精度な光学面を有する光学素子を高い生産効率で製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

（光学素子）
本発明の方法により製造される光学素子の形状に特に制限はなく、両凸形状、メニスカス形状、両凹形状、平面等、各種の形状の光学素子を製造することができる。ここで、光学素子とは、レンズのような透過型の光学素子の他、ミラーのような反射型の光学素子も含む。

図３は、本実施形態で製造する光学素子の一例であるメニスカス形状のレンズ１０を示している。レンズ１０は、成形によって形成される第１の光学面１１と追加工によって形成される第２の光学面１２及びコバ面１３とを有している。第１の光学面１１は凹の非球面であり、第２の光学面１２は凸の球面である。

光学素子の有する二つの光学面のうちいずれの面を成形によって形成される第１の光学面とするかについては、特に制限はない。ただし、レンズ１０のように、一方の面が非球面や回折面などの追加工による形成が困難な形状であり、他方の面が一般的な球面である場合には、前者を成形によって形成される第１の光学面とし、後者を追加工によって形成する第２の光学面とすることが、生産性の観点から好ましい。尤も、製造する光学素子がミラーのような反射型の光学素子であって一つの光学面のみを有する物の場合には、その面を第１の光学面として成形によって形成すれば良い。

図４は、レンズ１０を製造するための成形工程で得られた成形体を示す図である。本発明において成形体の肉厚は、必ずしも全面にわたって均一にする必要はない。図４（ａ）は全面にわたって肉厚がほぼ均一な成形体１４ａ、図４（ｂ）は、中心よりも端部の肉厚の方が大きい成形体１４ｂ、図４（ｃ）は、端部よりも中心の肉厚の方が大きい成形体１４ｃを示している。本発明においては、レンズ１０を製造するための成形体として、成形体１４ａ、１４ｂ、１４ｃのいずれを用いても良い。いずれの場合であっても、図の波線で示すように、追加工によって第２の光学面１２とコバ面１３とを形成することで目的とするレンズ１０が完成する。

図５は、本実施形態で製造する光学素子の別の例である両凸形状のレンズ２０を示している。レンズ２０は、成形によって形成される第１の光学面２１と追加工によって形成される第２の光学面２２及びコバ面２３とを有している。第１の光学面２１は凸の非球面であり、第２の光学面２２は凸の球面である。

図６は、レンズ２０を製造するための成形工程で得られた成形体を示す図である。図６（ａ）は肉厚がほぼ均一な成形体２４ａ、図６（ｂ）は、中心よりも端部の肉厚の方が大きい成形体２４ｂ、図６（ｃ）は、端部よりも中心の肉厚の方が大きい成形体２４ｃを示している。この場合も、レンズ２０を製造するための成形体として、成形体２４ａ、２４ｂ、２４ｃのいずれを用いても良い。いずれの場合であっても、図の波線で示すように、追加工によって第２の光学面２２とコバ面２３とを形成することで目的とするレンズ２０が完成する。

（成形金型）
図７は、本実施形態で用いる成形金型３０を示す図である。成形金型３０は、レンズ１０用の成形体１４ａを成形するための成形金型である。この成形金型３０は、下型３１と上型３２とを有し、更に、外径規制部材３３を備えている。下型３１は溶融ガラスを受けるための受け面３７を有し、上型３２は光学素子の第１の光学面を形成するための成形面３８を有している。外径規制部材３３は、溶融ガラスの外径を規制するための外径規制面３９を有し、下型３１に組み合わされて固定されている。また、下型３１、上型３２、外径規制部材３３は、加熱手段としてのヒーター３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及び温度センサー３５ａ、３５ｂ、３５ｃをそれぞれ有している。

外径規制部材３３は、本発明の製造方法において必ずしも必須の部材ではないが、例えば外径がφ２０ｍｍ以上といった比較的大きな光学素子を製造する場合には、下型３１の受け面３７に多量の溶融ガラスを溜める必要があることから、溶融ガラスの外径を規制するための外径規制面３９を有する外径規制部材３３を備えていることが好ましい。外径規制部材は、図７のように下型と別部材で構成しても良いし、同一部材に受け面と外径規制面とを形成し、下型と外径規制部材の両方の機能を兼ね備えた部材を用いても良い。また、下型と固定せずに脱着可能な構成としても良いし、下型とは別に独立して上下に移動できる機構を備えた構成とすることも好ましい。

下型３１、上型３２、及び外径規制部材３３の材質は、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、カーボンなど、ガラス製光学素子を加圧成形するための成形金型として公知の材料の中から用途に応じて適宜選択して用いることができる。また、これらの材料の表面に各種金属やセラミックス、カーボンなどの保護膜を形成したものを用いることもできる。下型３１、上型３２、及び外径規制部材３３を全て同一の材料で構成しても良いし、それぞれ別の材料で構成しても良い。

上型３２の成形面３８は、レンズ１０の第１の光学面１１に対応した形状とする。これに対して、レンズ１０の第２の光学面１２は成形後の追加工によって形成するため、下型３１の受け面３７は第２の光学面１２に対応した形状とする必要はない。

（加熱工程）
加熱工程は、成形金型を溶融ガラスの温度よりも低い所定温度に加熱する工程である。下型３１、上型３２、外径規制部材３３は、加熱手段としてのヒーター３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及び温度センサー３５ａ、３５ｂ、３５ｃをそれぞれ有している。このように、それぞれの部材を独立して温度調節することができる構成としても良いし、成形金型全体を一つ、あるいは複数のヒーターでまとめて加熱するような構成としても良い。ヒーターは、公知の各種のヒーターの中から適宜選択して用いることができる。例えば、部材の内部に埋め込んで使用するカートリッジヒーターや、部材の外側に接触させて使用するシート状のヒーターなどを用いることができる。また、温度センサーとしては、種々の熱電対の他、白金測温抵抗体、各種サーミスタなど公知の手段を使用することができる。

成形金型３０の内、上型３２の加熱温度は、溶融ガラスに成形面３８の形状を良好に転写できる温度範囲に設定する必要がある。通常、成形するガラスのＴｇ（ガラス転移点）−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度範囲とすることが好ましい。加熱温度が低すぎると溶融ガラスに成形面３８の形状を良好に転写させ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ことは、ガラスと成形金型との融着を防止する観点や、成形金型の寿命の観点から好ましくない。実際には、成形するガラスの材質や、成形体の形状、大きさ、成形金型の材質、保護膜の種類、ヒーターや温度センサーの位置等種々の条件を考慮に入れて適正な温度を決定する。

下型３１と外径規制部材３３の加熱温度については、上型３２とは異なり成形面の転写性を考慮する必要はないが、溶融ガラスの冷却速度に影響することから、上型３２と同様に、成形するガラスのＴｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度範囲とすることが好ましい。

（溶融ガラス供給工程）
溶融ガラス供給工程は、下型３１の受け面３７に溶融ガラスを供給する工程である。供給された溶融ガラスは、下型３１の受け面３７に接触して冷却される。成形金型が、溶融ガラスの外径を規制するための外径規制面３９を有する外径規制部材３３を備えている場合には、外径規制面３９にも接触して冷却される。

溶融ガラスを供給する方法について特に制限はなく、公知の手法を適宜選択して用いることができる。図８は、溶融ガラスを供給する方法の一例を示す模式図である。溶融槽４１に溶融ガラスが貯蔵されており、溶融槽４１の下部に設けられたノズル４２の先端から溶融状態のガラス滴が自重により落下する状態となっている。このとき、溶融槽４１とノズル４２はヒーター４３により所定温度に加熱されている。この状態で、下型３１をノズルの先端に接近させて受け面３７に所定量の溶融ガラスを滞留させた後、下型３１を下方に引き下げて溶融ガラスを切断することで溶融ガラスを供給することができる（特許文献１を参照。）。図８（ａ）は、下型３１をノズルの先端に接近させた状態を示す図であり、図８（ｂ）は、下型３１を下方に引き下げて溶融ガラスを切断した状態を示す図である。また、別の方法として、ノズルの先端から溶融ガラスが液線状態で流出する状態で、下型に所定量の溶融ガラスを滞留させた後、金属ブレードによって溶融ガラスを切断する方法によって溶融ガラスを供給することもできる。

図８（ｂ）のように、供給された溶融ガラス４４は、下型３１の受け面３７と外径規制部材３３の外径規制面３９とに接触する。下型３１と外径規制部材３３の温度は供給される溶融ガラス４４よりも低温であることから、溶融ガラス４４は主にこれらの接触面から冷却される。また、溶融ガラス４４は、表面張力によって中心部が盛り上がった形状となるのが普通である。そのため、供給された溶融ガラス４４には、中心部が高温で端部が低温という温度分布が生じることになる。

なお、使用できるガラスの種類に特に制限はなく、光学的用途に用いられる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、リン酸系ガラス、ランタン系ガラスなどが挙げられる
（冷却工程）
冷却工程は、供給された溶融ガラスの上面に冷却部材を接触させることにより溶融ガラスを冷却する工程である。

上述の通り、溶融ガラス供給工程で成形金型に供給された溶融ガラスには、中心部が高温で端部が低温という温度分布が生じている。このような状態の溶融ガラスを直接成形してしまうと、成形時における溶融ガラスの収縮量が均一にならず、高精度な光学面を得ることは困難である。本発明の製造方法においては、成形工程に先立って溶融ガラスの上面に冷却部材を接触させることにより、溶融ガラスの特に中心部が冷却されて溶融ガラスの温度分布を解消することができ、高精度な光学面を得ることができる。

図１は、溶融ガラスに冷却部材が接触している状態を示した模式図である。外径規制部材３３が下型３１に固定されている。図１（ａ）は、端部が平坦な円柱状の冷却部材５１を用いた場合の図であり、図１（ｂ）は、端部が凸の球面であり冷却部材５１よりも径の大きな冷却部材５２を用いた場合の図である。

また、図２は、溶融ガラスに冷却部材が接触している状態の別の例を示した模式図である。図１の場合と異なり、溶融ガラスの端部がある程度冷却されて粘度が高くなった後に外径規制部材を取り外し、その後に冷却部材を接触させている。図２（ａ）は、端部が平坦で径の大きな円柱状の冷却部材５３を用いた場合の図であり、図２（ｂ）は、端部が円錐台形状の冷却部材５４を用いた場合の図である。

溶融ガラスと冷却部材との接触部の径φＤについて特に制限はない。溶融ガラスのうち、特に高温となっている中心部を効果的に冷却するという観点からは、溶融ガラスと冷却部材との接触部の径φＤは、溶融ガラスと下型の受け面との接触部の径φＧよりも小さい方が好ましい。更に、０．３≦φＤ／φＧ≦０．９を満足する範囲とすることが特に好ましい。

なお、一般的に、成形体や下型の受け面は円形の外径を有する場合が多く、溶融ガラスと冷却部材との接触部や、溶融ガラスと下型の受け面との接触部についても円形の場合が多いが、本発明はそれに限定されるものではなく、多角形など円形以外の形状であっても良い。その場合、φＤ、φＧは、それぞれの部分が面積の等しい円形であると仮定した場合における円の直径を意味する。

冷却部材が溶融ガラスに接触する部分の形状に特に制限はなく、平面、球面、円錐、円錐台など種々の形状とすることができる。溶融ガラスの表面付近だけでなく、内部まで効率的に冷却できるという観点からは、球面や円錐、円錐台のように接触部の端部よりも中心部が出っ張っている形状とすることが好ましい。

冷却部材と接触させている時間については、溶融ガラスの種類や温度、成形金型の温度、得ようとする成形体の径や肉厚などの条件を考慮に入れて適切な値を選択する。通常、冷却部材を退避させ溶融ガラスとの接触を解除させると、溶融ガラスは表面張力によって再び中心部の肉厚が厚い液滴状に戻り、冷却部材に接触した痕跡も問題にならない。しかし、接触時間が長すぎて冷却が進みすぎると溶融ガラスの粘性が高くなりすぎ、冷却部材に接触した痕跡がそのまま成形体に残ってしまう場合があり問題となる。逆に、接触時間が短すぎると溶融ガラスの冷却が不十分となり、溶融ガラスの温度分布が解消されない場合がある。一般的には、１秒〜２０秒程度が好ましい範囲である。

冷却部材は、内部に水やオイル等の流体用配管を備えたり、ヒーター、温度センサーを備える等によって、温度調節機構を有していても良い。冷却部材の温度を一定に保つことにより、溶融ガラスの冷却を安定的に行うことができる。冷却部材の温度に特に制限はないが、効果的かつ安定的に冷却を行うという観点から、０℃〜５００℃が好ましく、１０℃〜３００℃が更に好ましい。

冷却部材の材質は、耐熱性が高く、また溶融ガラスとの接触によって劣化しにくいものが好ましい。また、溶融ガラスの熱を効率的に奪うためには、熱伝導率が高く、比熱が高いものが更に好ましい。冷却部材として用いることができる材質として、例えば、ステンレス鋼などの耐熱鋼、ニッケル基やコバルト基の耐熱合金、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、炭化珪素や窒化珪素などのセラミックス、カーボンなどが挙げられる。また、これらの材料の表面に各種金属やセラミックス、カーボンなどの保護膜を形成したものを用いることもできる。

なお、上型を冷却部材として用いることもできるが、冷却部材と上型とを別の部材とする方が好ましい。冷却部材を上型と別の部材とすることで、接触部の形状や温度を自由に設定することができ、また、上型の劣化を最小限に抑えることができる。

（成形工程）
成形工程は、成形金型で溶融ガラスを加圧成形し、上型の成形面が転写された第１の光学面を有する成形体を形成する工程である。

加圧の手段に特に制限はなく、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。

加圧の間に溶融ガラスの冷却が更に進む。溶融ガラスが十分固化する温度まで冷却された後、加圧を解除して成形金型から成形体を取り出す。加圧を解除する際の成形体の温度は、ガラスの種類や、成形体の大きさや形状、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良い。必要な加圧時間、荷重も種々の条件によって異なるが、通常は、加圧時間が１０秒〜３００秒、荷重が５００Ｎ〜２００００Ｎの範囲の中から適切な値を選択すれば良い。

なお、溶融ガラスと外径規制部材が接触した状態のままで加圧を行っても良いし、成形工程の前に外径規制部材を退避させて溶融ガラスと外径規制部材との接触を解除した後に加圧を行っても良い。後者の場合、溶融ガラスが外部に流れ出さない程度の粘度になるまで冷却された後に外径規制部材を退避させる必要がある。

また、得られた成形体に残存する歪みを除去し、屈折率等の品質を均一化して更に高精度の光学素子とするために、成形体をアニールする工程を設けることもできる。

（追加工工程）
追加工工程とは、成形工程の後に、成形体の第１の光学面の裏面側に第２の光学面を形成する工程である。

一般的には、高速研削機（カーブジェネレータ）等を用いた粗摺工程、ダイヤモンドペレット等を用いた精研削工程、研磨剤で表面を仕上げる研磨工程といった工程によって光学面を形成することができるが、これに限定されることはなく、公知の手法を適宜選択して用いることができる。

また、研削等によって光学素子のコバ面を形成する工程を備えていても良い。

（実施例１）
図７に示した成形金型３０を用いて、図４（ａ）に示す成形体１４ａを作製し、上型の成形面の転写によって形成された第１の光学面１１の形状精度の評価を行った。第１の光学面１１は、通常、非球面とすることが多いが、ここでは評価を容易にするため曲率半径３０ｍｍの球面とした。

成形体１４ａの外径はφ２５ｍｍ、中心部の肉厚は６ｍｍとした。下型３１の受け面３７の中心部は曲率半径３０ｍｍの凹面である。下型３１、上型３２、外径規制部材３３は、いずれも炭化タングステンを主成分とする超硬材料を用いた。加熱温度は、下型３１と外径規制部材３３が５２０℃、上型３２が４３０℃に設定した。

ガラス材料には、Ｔｇが４９５℃のリン酸系ガラスを用いた。ノズルを１０００℃に加熱し、溶融状態のガラス滴が自重により落下する状態で、下型３１をノズルの先端に接近させて受け面３７に溶融ガラスを滞留させた後、下型３１を下方に引き下げて溶融ガラスを切断し、所定量の溶融ガラスを供給した。

供給された溶融ガラスに冷却部材を接触させた。冷却部材は、図１（ａ）に示した冷却部材５１を用いた。冷却部材５１の材質はＳＵＳ３１０Ｓとした。冷却部材５１は特に温度制御の手段を備えておらず、溶融ガラスと接触する前の温度は約２８℃であった。溶融ガラスと冷却部材との接触部の径φＤは１０ｍｍ、接触時間は５秒とした。

冷却部材を上昇させて溶融ガラスとの接触を解除すると、溶融ガラスは表面張力によって接触前と同様の液滴状の形状に戻った。その後、下型３１を上型３２に対向する位置まで移動し、１８００Ｎの荷重で７０秒の間溶融ガラスを加圧した。

取り出した成形体の光学面１１の形状精度を評価した。評価は、テーラーホブソン株式会社製の表面形状測定器ＰＧＩ８４０を用いて球面からのずれ量の最大値を求め、球面からのずれ量の最大値が１５０ｎｍ以下であり極めて良好な場合を◎、１５０ｎｍより大きく３００ｎｍ以下であり良好な場合を○、３００ｎｍより大きく問題となる場合を×とした。

評価結果を表１に示す。光学面１１の形状精度は９５ｎｍと極めて良好であり、本発明の方法によって高精度な光学面を形成することができることが確認された。

（実施例２）
冷却部材として図１（ｂ）に示した冷却部材５２を用いた以外は、実施例１と同じ条件で成形体１４ａを作製した。冷却部材５２の溶融ガラスと接触する面は、曲率半径２０ｍｍの凸の球面とした。材質、温度は実施例１で用いた冷却部材５１と同様である。溶融ガラスと冷却部材との接触部の径φＤは１５ｍｍ、接触時間は３秒とした。

得られた成形体の光学面１１の形状精度を評価した。評価は、実施例１と同様の方法で行った。評価結果を表１に併せて示す。形状制度は７０ｎｍであり、実施例１と比較して更に高精度な光学面を形成することができた。

（比較例１）
冷却工程を設けず、供給された溶融ガラスを直接成型して成形体を作製した。その他の条件は実施例１と同じである。得られた成形体の光学面１１の形状精度を評価した。評価は、実施例１と同様の方法で行った。

評価結果を表１に併せて示す。実施例１、２の場合と異なり、光学面の形状精度は３００ｎｍよりも大きく、高精度な光学面を形成することはできなかった。

（実施例３〜７）
図６（ｃ）に示す成形体２４ｃを作製し、上型の成形面の転写によって形成された第１の光学面２１の形状精度の評価を行った。第１の光学面２１は、曲率半径３０ｍｍの球面とした。

成形体２４ｃの外径はφ４０ｍｍ、中心部の肉厚は８ｍｍとした。下型の受け面の中心部は曲率半径３０ｍｍの凹面である。下型、上型、外径規制部材の材質は、いずれも炭化珪素とした。加熱温度は、下型が７１０℃、外径規制部材が７３０℃、上型が６８０℃に設定した。

ガラス材料には、Ｔｇが６５０℃のランタン系ガラスを用いた。ノズル先端を１２００℃に加熱し、ノズル先端から溶融ガラスが液線状態で流出する状態で下型に溶融ガラスを滞留させた後、金属ブレードによって溶融ガラスを切断し、所定量の溶融ガラスを供給した。切断してから約１０秒後に外径規制部材を取り外した。

供給された溶融ガラスに冷却部材を接触させた。冷却部材は、図２（ａ）に示した冷却部材５３を用いた。冷却部材５３の材質は炭化タングステンを主成分とする超硬材料とした。冷却部材５３は内部に温度調節のためのオイルを流す配管が備えられている。オイルの温度を調節し、冷却部材５３の温度を１００℃に設定した。溶融ガラスと冷却部材との接触部の径φＤが１０ｍｍ（実施例３）、１２ｍｍ（実施例４）、２４ｍｍ（実施例５）、３６ｍｍ（実施例６）、４０ｍｍ（実施例７）となる５種類の条件で成形体を作製した。接触時間はいずれも１２秒とした。

冷却部材を上昇させて溶融ガラスとの接触を解除すると、溶融ガラスは表面張力によって接触前と同様の液滴状の形状に戻った。その後、下型を上型に対向する位置まで移動し、３２００Ｎの荷重で１１０秒の間溶融ガラスを加圧した。

得られた成形体の光学面２１の形状精度を評価した。評価は、実施例１と同様の方法で行った。評価結果を表２に示す。光学面２１の形状精度はいずれも良好であった。特に、溶融ガラスと冷却部材との接触部の径をφＤ、溶融ガラスと下型の受け面との接触部の径をφＧとしたとき、０．３≦φＤ／φＧ≦０．９を満足する実施例４、５、６の場合は極めて良好な結果が得られた。

（比較例２）
冷却工程を設けず、供給された溶融ガラスを直接成型して成形体を作製した。その他の条件は実施例３〜７と同じである。得られた成形体の光学面２１の形状精度を評価した。評価は、実施例１と同様の方法で行った。

評価結果を表２に併せて示す。実施例３〜７の場合と異なり、光学面の形状精度は３００ｎｍよりも大きく、高精度な光学面を形成することはできなかった。

溶融ガラスに冷却部材が接触している状態の例を示した模式図 溶融ガラスに冷却部材が接触している状態の別の例を示した模式図 本実施形態で製造する光学素子の一例を示す断面図 レンズ１０を製造するための成形体の断面図 本実施形態で製造する光学素子の別の例を示す断面図 レンズ２０を製造するための成形体の断面図 本実施形態で用いる成形金型の断面図 溶融ガラスを供給する方法の一例を示す模式図

符号の説明

１０、２０ レンズ（光学素子）
１１、２１ 第１の光学面
１２、２２ 第２の光学面
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 成形体
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 成形体
３０ 成形金型
３１ 下型
３２ 上型
３３ 外径規制部材
３７ 受け面
３８ 成形面
３９ 外径規制面
４４ 溶融ガラス
５１、５２、５３、５４ 冷却部材
φＤ 溶融ガラスと冷却部材との接触部の径
φＧ 溶融ガラスと下型の受け面との接触部の径

Claims (5)

1. 溶融ガラスを受けるための受け面を有する下型、及び、光学素子の第１の光学面を形成するための成形面を有する上型を備える成形金型を、溶融ガラスの温度よりも低い所定温度に加熱する加熱工程と、
   前記下型の受け面に前記溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給工程と、
   供給された前記溶融ガラスの上面に冷却部材を接触させることにより前記溶融ガラスを冷却する冷却工程と、
   前記成形金型で前記溶融ガラスを加圧成形し、前記上型の成形面が転写された第１の光学面を有する成形体を形成する成形工程とを有することを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記溶融ガラスと前記冷却部材との接触部の直径をφＤ、前記溶融ガラスと前記下型の受け面との接触部の直径をφＧとしたとき、０．３≦φＤ／φＧ≦０．９を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記成形工程の後に、追加工によって前記成形体の第１の光学面の裏面側に第２の光学面を形成する追加工工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記成形金型は、前記溶融ガラスの外径を規制するための外径規制面を有する外径規制部材を備え、
   前記溶融ガラス供給工程において、前記下型の受け面に供給された前記溶融ガラスが、前記外径規制部材の外径規制面に接触することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。
5. 溶融ガラスを受けるための受け面を有する下型、及び、光学素子の第１の光学面を形成するための成形面を有する上型を備える成形金型と、
   前記成形金型を溶融ガラスの温度よりも低い所定温度に加熱するための加熱手段と、
   前記下型の受け面に前記溶融ガラスを供給するための溶融ガラス供給手段と、
   供給された前記溶融ガラスの上面に冷却部材を接触させることにより前記溶融ガラスを冷却するための冷却手段と、
   前記成形金型で前記溶融ガラスを加圧成形し、前記上型の成形面が転写された第１の光学面を有する成形体を形成するための加圧手段とを有することを特徴とする光学素子の製造装置。

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