(57)【要約】【課題】熱歪みの残留を減らして、加工時に欠けやひびを発生することがない高均質な硝材を得ることができる高均質性小径硝材の加工方法を提供する。【解決手段】高均質性小径硝材の加工方法は、９インチ以下の小径石英ガラス母材１を加熱して透明化し、その後に冷却してから研削加工により成形する。このとき、帯域溶融炉１１を用いて石英ガラス母材１を移動させながらヒータ１２により加熱し、帯域溶融炉１１のピークの温度を石英ガラス母材１がガラス構造を緩和する温度とし、仮想温度の面内分布が均一な状態となるように加熱して、その後に急速に冷却する。これにより、熱歪みの残留を減らして、加工時に欠けやひびを発生することがない高均質な小径硝材を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
９インチ以下の小径石英ガラス母材を加熱して透明化した後に冷却させ、その後に研削加工により成形する高均質性小径硝材の加工方法であって、
帯域溶融炉を用いて前記石英ガラス母材を移動させながらヒータにより加熱し、前記帯域溶融炉のピークの温度を前記石英ガラス母材がガラス構造を緩和する温度とし、仮想温度の面内分布が均一な状態となるように加熱して、その後に急速に冷却することを特徴とする高均質性小径硝材の加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の加工方法により製造したことを特徴とする高均質性小径硝材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、９インチ以下の小径石英ガラス母材を加熱して透明化した後に冷却させてから、研削加工により成形する高均質性小径硝材の加工方法及び高均質性小径硝材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガラスレンズを製造する工程においては、加熱軟化した光学レンズガラス素材を成形しながら冷却固化させる方法が主流である。この方法は、小型のデジタルカメラ等で要求される高性能で且つ安価なレンズに最適である。しかし、ガラス素材の冷却固化過程において、レンズ部分に生じる屈折率分布や歪み等が光学性能に及ぼす影響が懸念され始めている。
【０００３】
通常、硝材である純石英の石英ガラス母材は、大型のガラス素材であるバルク材からレンズの形状に、研削などの加工により成形される。そのため、ガラス素材に応力歪み等が残留していると、加工中に欠けやひびが発生する原因となる。したがって、応力が残留していないガラス素材を使用することが重要である。しかし、一般的に入手できる石英材は、１５００℃程度の高温で処理されるため、冷却過程での熱歪みの残留が避けられなかった。
【０００４】
熱歪みの発生及びその結果として悪化する屈折率の変動を抑えるためには、良好に均熱が保たれた炉内で一定時間保持して仮想温度を均一にして、応力歪みを除去した状態で構造に影響を与えない速度でゆっくりと冷却（徐冷）することが必要である。
【０００５】
これは、仮想温度をある程度まで低下させることにより、冷却による構造緩和の発生を防ぐことができるからである。更に、徐冷については、特に大型材に関し、中心と外周の温度差による物理的な応力差に伴う構造の変動が、最終的に歪みとして残留してしまうことを極力防止することを目的としている。
【０００６】
従来の硝材の冷却方法の一例として、熱歪みの発生及びその結果として悪化する屈折率の変動を抑えるために、アニールの冷却速度を毎時２０℃から１００℃に設定したものがある。また、アニール炉内の最高温度をアニールする硝材の歪み点温度以上で、アニール点温度以下に設定している。そして、最高温度保持時間を５分から１時間に設定している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−４０６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したアニール方法では、高精度の光学性能が要求される光学ガラス素子を製造する上で、十分に熱歪みを除去することが難しく、加工時に割れが生じてしまい、欠けやひびが発生していた。
また、仮想温度を十分に低下させたとしても、特に冷却開始の段階での冷却による応力緩和を防止することは困難であり、応力歪みを完全に取り去って光学的に均質な材料を得ることは難しかった。
さらに、十分に仮想温度を低下させるためには、比較的長い時間、炉内に保持する必要があり、製造コストを低減する上で限界があった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、熱歪みの残留を減らして、加工時に欠けやひびを発生することがない高均質な硝材を得ることができる高均質性小径硝材の加工方法及び高均質性小径硝材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決することができる本発明に係る高均質性小径硝材の加工方法は、９インチ以下の小径石英ガラス母材を加熱して透明化した後に冷却させ、その後に研削加工により成形する高均質性小径硝材の加工方法であって、
帯域溶融炉を用いて前記石英ガラス母材を移動させながらヒータにより加熱し、前記帯域溶融炉のピークの温度を前記石英ガラス母材がガラス構造を緩和する温度とし、仮想温度の面内分布が均一な状態となるように加熱して、その後に急速に冷却することを特徴としている。
また、本発明に係る高均質性小径硝材は、前記加工方法によって製造されることを特徴としている。
【００１１】
このような高均質性小径硝材の加工方法及び高均質性小径硝材によれば、均熱炉を用いずに、帯域溶融炉を用いて石英ガラス母材を移動させながらヒータにより加熱する。このとき、帯域溶融炉のピークの温度を石英ガラス母材がガラス構造を緩和する温度とし、仮想温度の面内分布が均一な状態となるように加熱して、その後に急速に冷却する。これにより、熱歪みの残留を減らして、加工時に欠けやひびを発生することがない高均質な小径硝材を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る高均質性小径硝材の加工方法及び高均質性小径硝材によれば、石英ガラス母材を加熱して透明化した後に冷却させ、その後に研削加工により成形する高均質性小径硝材の加工方法であって、熱歪みの残留を減らして、切削加工時に欠けやひびを発生することがない高品質な小径硝材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る高均質性小径硝材の加工方法を適用した硝材加工装置の断面図である。
【図２】図１の硝材加工装置におけるヒートプロファイル図である。
【図３】図１の高均質性小径硝材の加工方法に適用されるフローチャートである。
【図４】本発明の一実施例を示す屈折率分布のグラフである。
【図５】本発明の一実施例を示す複屈折率分布のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。  
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の硝材加工装置１０は、ヒータ１２を有する帯域溶融炉１１を用いており、帯域溶融炉１１内に石英ガラス母材１を挿入する。
石英ガラス母材１は、長さ寸法Ｌ１であって、９インチ程度の外径寸法Ｄ１を有する小径のガラス母材である。
【００１６】
帯域溶融炉１１は、ＶＡＤすすの焼結などに広く用いられる。帯域溶融炉１１は、ヒートゾーンＨ（図２参照）で温度が高く、ヒートゾーンＨを外れた部分では温度が低い。すなわち、均熱炉が炉体全体を一定温度に保つのに対し、帯域溶融炉は、ヒートゾーンが狭く、被加熱体の一部を加熱するものである。
【００１７】
石英ガラス母材１は、その上部支持棒２を帯域溶融炉１１に装備された把持装置１３に把持されている。把持装置１３はガイド１４に結合されている。石英ガラス母材１は、ガイド１４が移動することにより、ヒータ１２に対して上方から下方へ向けて、或いはヒータ１２に対して下方から上方へ向けて予め定められた速度で移動される。
【００１８】
次に、図２および図３を参照して、硝材加工装置１０を用いた高均質性小径硝材の加工方法について説明する。
【００１９】
[成形工程]
図２に示すように、帯域溶融炉１１は、ヒータ１２の中心から上下に１００ｍｍをそれぞれ有する２００ｍｍのヒートゾーンＨを設定している。帯域溶融炉１１は、ヒートゾーンＨで１２００℃程度の炉温に設定される。
【００２０】
帯域溶融炉１１は、ガイド１４を介して石英ガラス母材１がヒートゾーンＨを通過する際の移動速度を１０ｍｍ／分に設定している。即ち、石英ガラス母材１は、２０分間かけてヒートゾーンＨを通過する。
このとき、石英ガラス母材１は、ヒートゾーンＨを通過する際に、ガラス構造が緩和されて仮想温度の面内分布が均一な状態となるように加熱される。
【００２１】
そして、帯域溶融炉１１は、石英ガラス母材１がヒートゾーンＨを通過した後も、１０ｍｍ／分の移動速度で石英ガラス母材１を移動させる。このため、ヒートゾーンＨを外れた後に急速な冷却が行われる。このとき、石英ガラス母材１は急速な冷却が行われることで、熱歪みの残留が減少することになる。
【００２２】
前述した方法で成形された石英ガラス母材１は、その後加工工程を経てレンズ形状などに加工される。以下にその加工工程について記載する。
【００２３】
[加工工程]
図３に示すように、研磨プロセスフロー５０を実行することで、上述した石英ガラス母材１からレンズ形状に切削・研削加工を行う。その後、研磨加工を行うことで高品質な光学レンズを得ることができる。
【００２４】
先ず、石英ガラス母材１を溶融してから、ディスク形状に切削加工が行われる（ステップ１０１〜１０２）。このとき、石英ガラス母材１は、熱歪みの残留がないために、切削される際に、欠けやひびを発生することなくディスク形状に切削される。
【００２５】
次に、予め定められた温度および時間によるアニールが行われてから、ディスク形状に切削された石英ガラス母材１の上面を研削する。続いて、石英ガラス母材１の下面の研削を行い、洗浄を行う（ステップ１０３〜１０６）。このとき、石英ガラス母材１は、熱歪みの残留がないために、研削される際に、欠けやひびを発生することなく研削が行われる。
【００２６】
次に、レンズ形状に研削された石英ガラス母材１は、両レンズ面を平滑化するために、第１面研磨・洗浄、第２面研磨・洗浄を行う（ステップ１０７〜１１０）。
【００２７】
最後に、研磨工程が完了した石英ガラス母材１は、屈折率の測定等のセンタリング処理を行ってから洗浄を行う。その後、両レンズ面をコーティング処理して仕上げる（ステップ１１１〜１１３）。
【００２８】
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る高均質性小径硝材の加工方法は、均熱炉を用いずに、帯域溶融炉１１を用いて石英ガラス母材１を移動させながらヒータ１２により加熱する。このとき、帯域溶融炉１１のピークの温度を石英ガラス母材１がガラス構造を緩和する温度とし、仮想温度の面内分布が均一な状態となるように加熱して、その後に急速に冷却する。これにより、熱歪みの残留を減らして、加工時に欠けやひびを発生することがない高均質な小径硝材を得ることができる。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明に係る高均質性小径硝材の加工方法の作用効果を確かめるために行った実施例及び比較例について説明する。なお、比較例としては、本発明とは異なる均熱炉を使用し、１３００℃で加熱、その後冷却速度７．０℃／分で冷却して製造された小径硝材を用い、本発明により得られた小径硝材と比較した。
【００３０】
[屈折率測定]
ガラスの光学的特性のうちの歪みの影響により変動する屈折率Δｎの変動を調べた。結果を図４に示す。
【００３１】
[複屈折率測定]
ガラスの光学的特性のうちの歪みの影響により変動する複屈折率の変動を調べた。結果を図５に示す。
【００３２】
図４及び図５より明らかなように、比較例は、屈折率Δｎの変動値が１２ｐｐｍ以下であって、複屈折率の変動値が１３ｎｍ／ｃｍ以下である。これに対して実施例は、屈折率Δｎの変動値が０．４ｐｐｍ以下であって、複屈折率の変動値が４ｎｍ／ｃｍ以下である。したがって、熱歪みの残留が大幅に減少していることがわかる。
【００３３】
これは、帯域溶融炉１１を用いて石英ガラス母材１を移動させながらヒータ１２により加熱する部分において、帯域溶融炉１１のピークの温度を石英ガラス母材１がガラス構造を緩和する温度とし、仮想温度の面内分布が均一な状態となるように加熱して、その後に急速に冷却したことに因ると考えられる。
【００３４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【符号の説明】
【００３５】
１    石英ガラス母材
１０    硝材加工装置
１１    帯域溶融炉
１２    ヒータ
５０    研磨プロセスフロー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010222224.tif 000006
【図５】
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