(57)【要約】【課題】成形後の外観品質に影響する材料欠陥を成形素材の時点で修正する。【解決手段】成形用の素材として研磨レンズを準備する工程（Ｓ１）と、研磨レンズ２０を熱処理する熱処理工程（Ｓ２）と、熱処理後の研磨レンズ２０を洗浄する洗浄工程（Ｓ３）と、洗浄後の研磨レンズ２０を加熱軟化して成形する成形工程（Ｓ４）とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形用の素材として研磨レンズを準備する工程と、
前記研磨レンズを熱処理する熱処理工程と、
熱処理後の前記研磨レンズを洗浄する洗浄工程と、
洗浄後の前記研磨レンズを加熱軟化して成形する成形工程と、
を有することを特徴とする、光学素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
前記熱処理工程は、前記研磨レンズのガラス粘度が、
１０１３ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１５ｄＰａ・ｓ
となる温度で行われることを特徴とする、光学素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学素子の製造方法において、
前記熱処理工程では、最高温度保持時間を５分以上、１時間以下とし、かつ冷却速度を２０℃／Ｈ以上、１００℃／Ｈ以下とすることを特徴とする、光学素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
前記熱処理工程は、前記研磨レンズのガラス粘度が、
１０７．６ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１１ｄＰａ・ｓ
となる温度環境で行われることを特徴とする、光学素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
前記熱処理工程は、前記研磨レンズの外周面とその近傍のガラス粘度が、
１０７．６ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１１ｄＰａ・ｓ
となるように加熱気流を吹き付けて行われることを特徴とする、光学素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光学素子の製造方法において、
前記熱処理工程は、前記研磨レンズのガラス粘度が、
１０１３ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１５ｄＰａ・ｓ
となる温度環境で行われることを特徴とする、光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨レンズを用いて光学素子を成形する光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フツリン酸系ガラスなどのいわゆるＥＤ（Ｅｘｔｒａ−ｌｏｗ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）ガラスは、軟硝材とも呼ばれ、紫外線領域から可視光領域において優れた透過性を有するとともに、低屈折率、低分散率等の特徴を有している。近年、このような高級硝材がレンズなどの光学素子に採用されるようになってきた。
【０００３】
このような軟硝材として、例えば、特許文献１には、フツリン酸塩ガラス等とその製造方法に関する技術が提案されている。すなわち、フツリン酸塩ガラスとして、塩素、臭素及びヨウ素の中から選ばれるハロゲン元素を有するハロゲン化物を、アニオニック％で０．１〜０．５％の範囲で導入してなるガラス原料によって製造されたフッ素含有量がアニオニック％で２５％以上であるとしている。
【０００４】
ところで、ガラスの光学特性を極力損なわずに光学素子を得るために、研磨加工により得られた研磨レンズをプレス成形用の素材として用いる場合がある。これは、目標とする光学素子に近似した形状の研磨レンズを用いることで、高性能な光学素子を得ることができるからである。そして、従来は、このような研磨レンズを洗浄した後、加熱プレスして光学素子を製造していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特にＥＤガラスなどの軟硝材は、洗浄すると加工時の残留応力や微小なキズ、クラックが原因となり、潜傷と呼ばれる傷が目立つようになる。この潜傷は、研磨工程でガラス表面に生じた微小傷が、洗浄工程で洗浄液に含まれる無機ビルダーによって侵食を受け、肉眼でも見える程度にまで成長したものと考えられている。
【０００７】
このような潜傷を有するレンズを、プレス成形用の素材として使用すると、成形後にもこれらの潜傷が消えずに残り、成形レンズとして不良になるという課題がある。
また、これとは別に、芯取り加工を経て砂摺り状のコバ部を持つ研磨レンズの場合、これをプレス成形用の素材として使用する際、コバ部からの微細な脱粒により成形品に点状の不良を発生させるという課題もあった。
【０００８】
本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、成形後の外観品質に影響する材料欠陥を成形素材の時点で修正することのできる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る光学素子の製造方法は、
成形用の素材として研磨レンズを準備する工程と、
前記研磨レンズを熱処理する熱処理工程と、
熱処理後の前記研磨レンズを洗浄する洗浄工程と、
洗浄後の前記研磨レンズを加熱軟化して成形する成形工程と、を有する。
また、本発明は、上記の光学素子の製造方法において、
前記熱処理工程は、前記研磨レンズのガラス粘度が、
１０１３ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１５ｄＰａ・ｓ
となる温度で行うことが可能である。
【００１０】
また、本発明は、上記の光学素子の製造方法において、
前記熱処理工程では、最高温度保持時間を５分以上、１時間以下とし、かつ冷却速度を２０℃／Ｈ以上、１００℃／Ｈ以下とすることが可能である。
さらに、本発明は、上記の光学素子の製造方法において、
前記熱処理工程は、前記研磨レンズのガラス粘度が、
１０７．６ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１１ｄＰａ・ｓ
となる温度環境で行うことが可能である。
【００１１】
また、本発明は、上記の光学素子の製造方法において、
前記熱処理工程は、前記研磨レンズの外周面とその近傍のガラス粘度が、
１０７．６ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１１ｄＰａ・ｓ
となるように加熱気流を吹き付けて行うことが可能である。
また、本発明は、上記の光学素子の製造方法において、
前記熱処理工程は、前記研磨レンズのガラス粘度が、
１０１３ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１５ｄＰａ・ｓ
となる温度環境で行うことが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、成形後の外観品質に影響する材料欠陥を成形素材の時点で修正することのできる光学素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１の光学素子の製造装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】製造工程のフローチャートを示す図である。
【図３】熱処理装置の断面図である。
【図４】洗浄装置の断面図である。
【図５】成形装置の断面図である。
【図６】実施の形態２での心取り工程後の研磨レンズのコバ部を示す図である。
【図７】研磨レンズを金型の成形面に載置した状態を示す図である。
【図８】同上の部分拡大を示す図である。
【図９】実施の形態３での研磨レンズのコバ部に加熱気流を吹き付ける状態を示す図である。
【図１０】加熱気流を吹き付ける前のコバ部の拡大を示す図である。
【図１１】加熱気流を吹き付けた後のコバ部の拡大を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［実施の形態１］
本実施の形態では、研削、研磨工程を経て得られた研磨レンズをプレス成形用の素材として用いる場合、研磨レンズを洗浄する前に研磨レンズに対して熱処理（アニール）を実施する。こうして、研磨レンズの内部応力を除去し潜傷の発生を防止するものである。
【００１５】
図１は、本実施の形態の光学素子の製造装置の全体構成を示す断面図、図２は、製造工程のフローチャートを示す図である。
同図１において、この光学素子の製造装置１０は、熱処理装置１２、洗浄装置１４、及び成形装置１６を有している。
まず、成形用の素材として、研削・研磨加工により研磨レンズ２０を準備する（図２のＳ１）。
次いで、熱処理装置１２では、多数の研磨レンズ２０を一括して所定粘度となる温度にまで加熱し、その後、所定の冷却勾配で冷却する（図２のＳ２）。この熱処理は、主として研磨レンズ２０の内部応力を除去することを目的として行われる。
【００１６】
また、洗浄装置１４では、熱処理後の研磨レンズ２０を複数段階の洗浄槽に浸漬して洗浄する（図２のＳ３）。この洗浄は、研磨レンズ２０の研削、研磨の加工プロセスで付着した研削液や研磨剤、ガラス粒などの残留物や有機汚れを取り除く目的で行われる。さらに、成形装置１６では、洗浄後の研磨レンズ２０を成形型を用いて所望形状に成形する（図２のＳ４）。
【００１７】
なお、この研磨レンズ２０は、研磨工程を経て得られるもので凸メニスカス形状をなしている。また、これら熱処理装置１２、洗浄装置１４、及び成形装置１６は、不図示の隔壁等で区画されているのが好ましい。例えば、各装置ごとに不活性ガスや窒素ガスの雰囲気下で作業を行ったり、所定の温度環境下で作業を行ったりすることが可能となるためである。
また、熱処理装置１２では図示しないが冷却装置も備えている。さらに、図１は、熱処理装置１２等の配置構成の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。例えば、熱処理装置１２、洗浄装置１４、及び成形装置１６を平面的に一列に配設することもできる。さらに、乾燥装置等を付加することもできる。
【００１８】
図３は、熱処理装置１２の断面図である。
同図３において、熱処理装置１２は、処理室２２内の底部にヒータ２４が配置されている。このヒータ２４の上方に、多数の研磨レンズ２０が収容されている。
【００１９】
ここでの、熱処理は、２つの意義を有している。
第１は、研磨レンズ２０を洗浄装置１４で洗浄すると潜傷が発生するため、この潜傷の発生を防止する目的で、洗浄前に研磨レンズ２０の熱処理を行うものであり、第２は、洗浄による潜傷の発生を防止するとともに、砂擦り状のコバ部を持つ研磨レンズ２０に対し、コバ部からの微細な脱粒を防止する目的で、成形前に研磨レンズ２０の熱処理を行うものである。
この熱処理の詳細については、後述する。
【００２０】
図４は、洗浄装置１４の断面図である。
この洗浄装置は、多槽式（本実施の形態では３槽）であり、第１槽２６、第２槽２７、第３槽２８を有する。第１槽２６には洗浄液Ａが収容され、第２槽２７には洗浄液Ｂが収容され、第３槽２８には洗浄液Ｃが収容されている。
研磨レンズ２０は、洗浄ヤトイ（治具）３０に複数個が載置されて各槽の洗浄液に浸漬され、洗浄される。
【００２１】
洗浄液としては、水、アルカリ洗剤、アルコール等が用いられる。なお、超音波により洗浄する方法を用いることもできる。また、図示しないが、洗浄後に研磨レンズ２０を乾燥させる工程を有している。
【００２２】
次に、図５は、成形装置１６の断面図である。
この成形装置１６は、上下に対向する一対の上加熱ブロック３２及び下加熱ブロック３５と、これら上加熱ブロック３２及び下加熱ブロック３５間に配置された型セット４０と、を備えている。
上加熱ブロック３２は、上加熱板３３と上カートリッジヒータ３４とを有している。下加熱ブロック３５は、下加熱板３６と下カートリッジヒータ３７とを有している。上加熱ブロック３２には、これを上下方向（鉛直方向）に駆動するエアシリンダ３８が設けられている。このエアシリンダ３８による上加熱ブロック３２の昇降動作により、型セット４０の挟持、挟圧等の動作が行われる。
【００２３】
型セット４０は、上型４１、下型４２、及びスリーブ４３を有している。上型４１及び下型４３は、スリーブ４３の内部で、それぞれの成形面４１ａ、４２ａが対向するようにスリーブ４３の両端側から嵌挿されている。上型４１はフランジ付きの円柱状をなしている。そして、円柱部の端面に凸球面状（又は凸非球面状）の成形面４１ａが形成されている。
下型４２もフランジ付きの円柱状をなしている。そして、円柱部の端面に凹球面状（又は凹非球面状）の成形面４２ａが形成されている。なお、成形面４１ａと成形面４２ａの曲率半径は相違している。スリーブ４３は円筒状をなしている。
【００２４】
上型４１は、スリーブ４３の軸方向に摺動可能となっている。また、上型４１の成形面４１ａと下型４２の成形面４２ａとの間には、成形素材としての研磨レンズ２０が配置されている。この研磨レンズ２０は、洗浄装置１４によって洗浄された後のクリーンなものである。
なお、上型４１及び下型４２は、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金を研削・研磨して仕上げられている。
【００２５】
次に、本実施の形態では、潜傷の発生防止を目的として、研磨レンズ２０を洗浄装置１４に投入する前に熱処理装置１２によって熱処理を行う点が特徴である。
ここで、熱処理の温度は、研磨レンズ２０の潜傷の発生防止を目的とするため、例えば研磨レンズ２０のガラス粘度が１０１３ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１５ｄＰａ・ｓとなるような温度で行う。なお、１ｄＰａ・ｓ＝１ｐｏｉｓｅとする。
【００２６】
すなわち、熱処理により研磨レンズ２０の残留応力を開放して、洗浄工程での潜傷の発生を防止する。このためには、研磨レンズ２０を、ガラス転移点（Ｔｇ）±１０％の温度で数分から数十分間保持し、その後、２０℃〜１００℃／Ｈの冷却勾配で冷却するのが好ましい。
なお、ガラス粘度を上記の範囲としたのは、ガラス転移点（Ｔｇ）は、およそ１０１３．３ｄＰａ・ｓの粘度に相当する温度とみなされており、熱処理（アニール処理）を行う際の保持温度の目安とされているからである。
【００２７】
また、本実施の形態では、ガラス転移点（Ｔｇ）±１０％の温度で数分から数十分間保持するとしたが、これに限らない。例えば、最高温度での保持時間を５分以上、１時間以下としてもよい。
【００２８】
さらに、本実施の形態において、２０℃／Ｈ以上、１００℃／Ｈ以下の冷却勾配で冷却するとしたのは、以下の理由による。
すなわち、２０℃／Ｈより小さな冷却勾配で冷却した場合は、性能上の問題は生じないが、熱処理時間がかかりすぎる。また、１００℃／Ｈより大きな冷却勾配で冷却した場合は、急冷となり、これでは研磨レンズ２０の残留応力が開放されない。このため、２０℃／Ｈ以上、１００℃／Ｈ以下の冷却勾配で冷却することとした。
【００２９】
本実施の形態によれば、研磨レンズ２０を洗浄装置１４に投入する前に熱処理装置１２によって所定の条件で熱処理を行うことにより、研磨レンズ２０の残留応力が開放されるので、洗浄工程での潜傷の発生を防止することができる。
こうして、成形される光学素子の外観品質に影響する材料欠陥を材料の時点で修正することにより、外観不良のない光学素子を得ることができる。
すなわち、本実施の形態によれば、研磨レンズ２０を熱処理装置１２で熱処理した後、洗浄装置１４で洗浄し、成形装置１６で成形することにより、外観品質の優れた光学素子を得ることができる。
［実施の形態２］
【００３０】
次に、図６は、本実施の形態における心取り工程後の研磨レンズ２０のコバ部２１を示す。なお、ここでの「コバ部２１」には、研磨レンズ２０の外周面２０ｃと、その近傍の面取り部２０ｄ、２０ｅをも含むものとする。
また、研磨レンズ２０は、実施の形態１と同一のものを用いるものとする。
【００３１】
本実施の形態では、洗浄による潜傷の発生を防止するとともに、砂擦り状のコバ部２１を持つ研磨レンズ２０に対し、コバ部２１からの微細な脱粒を防止する目的で、成形前に研磨レンズ２０の熱処理を行うものである。
【００３２】
図６において、研磨レンズ２０は、光軸Ｏ−Ｏを中心として周囲に広がる第１の光学機能面２０ａと第２の光学機能面２０ｂとを有している。
研磨レンズ２０の外周面２０ｃは、輪帯状をなし、心取り加工により光軸Ｏ−Ｏと同心状に形成されている。
また、第１と第２の光学機能面２０ａ，２０ｂと外周面２０ｃとの接続部には、面取り部２０ｄ、２０ｅが輪帯状に形成されている。
【００３３】
図７は、研磨レンズ２０を金型の成形面に載置した状態を示し、図８は、その部分拡大図を示している。
すなわち、研磨レンズ２０をプレス成形用の素材として用いる場合、金型を構成する下型２６の成形面２６ａに研磨レンズ２０を載置する。さらに、上型（図示せず）を下型２６に接近移動させ、研磨レンズ２０を所望の形状に成形する。
【００３４】
ここで、研磨レンズ２０のコバ部２１が砂擦り状である場合、図８に示すように、コバ部２１は粗い面となっている。このため、この粗い面からガラスのかけら４６が脱粒し、下型２６の成形面２６ａに落下する。
このように、研磨レンズ２０のコバ部２１からガラスのかけら４６が脱粒するのを防止するため、本実施の形態では、研磨レンズ２０に熱処理を施す。
【００３５】
この熱処理工程では、研磨レンズ２０のガラス粘度が
１０７．６ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１１ｄＰａ・ｓ
となる温度環境で行う。
なお、ガラス粘度が１０１１ｄＰａ・ｓというのは、研磨レンズ２０の屈伏点（Ａｔ）の温度に相当する。また、ガラス粘度が１０７．６ｄＰａ・ｓというのは、研磨レンズ２０の軟化点（Ｓｐ）の温度に相当する。
【００３６】
本実施の形態では、処理室２２の室温を上記のガラス粘度となるように加熱する。こうして、研磨レンズ２０の砂擦り状のコバ部２１（外周面２０ｃと面取り部２０ｄ、２０ｅ）が、熱により微視的には溶融してガラスのかけら４６が脱粒するのが防止される。
なお、この場合、研磨レンズ２０の屈伏点（Ａｔ）〜軟化点（Ｓｐ）の温度で１５分保持し、その後、室温になるまで冷却する。冷却速度は、実施の形態１の場合と同様に、２０℃〜１００℃／Ｈの冷却勾配で冷却する。
【００３７】
また、本実施の形態では、処理室２２の室温を上記のガラス粘度となるように加熱するため、実施の形態１よりも高温である。このことから、研磨レンズ２０を洗浄したときに潜傷の発生を防止することもできる。
本実施の形態によれば、熱処理装置１２の処理室２２の室温を一括して所定の温度に加熱し、その温度に所定時間保持した後、冷却するようにしたので、多量の研磨レンズ２０をまとめて熱処理することができる。
【００３８】
こうして、研磨レンズ２０の洗浄による潜傷の発生を防止することができるとともに、研磨レンズ２０の砂擦り状のコバ部２１から、ガラスのかけら４６が脱粒するのを防止することができる。
［実施の形態３］
【００３９】
次に、図９は、本実施の形態における研磨レンズ２０のコバ部２１に加熱気流を吹き付ける状態を示す図、図１０は、加熱気流を吹き付ける前のコバ部２１の拡大を示す図、図１１は、加熱気流を吹き付けた後のコバ部２１の拡大を示す図である。
なお、実施の形態２と同様に、コバ部２１には、研磨レンズ２０の外周面２０ｃとその近傍の面取り部２０ｄ、２０ｅを含むものとする。また、研磨レンズ２０は、実施の形態１と同一のものを用いるものとする。
【００４０】
本実施の形態では、洗浄による潜傷の発生を防止するとともに、コバ部２１からガラスのかけら４６が脱粒するのを防止するため、コバ部２１にバーナー４８で直接的に加熱気流４９を吹き付けるようにした点が実施の形態２と相違する。
この熱処理では、研磨レンズ２０のコバ部２１のガラス粘度が
１０７．６ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１１ｄＰａ・ｓ
となるように、コバ部２１に加熱気流を吹き付ける。
【００４１】
図９において、研磨レンズ２０のコバ部２１をバーナー４８で局部的に加熱する。
こうすることで、バーナー４８からの加熱気流４９がコバ部２１に直接的に吹き付けられる。このため、図１０に示すように、加熱気流を吹き付ける前は、コバ部２１は鋭い角部２１ａを有していたのに対し、図１１に示すように、加熱気流を吹き付けた後のコバ部２１は、鋭い角部２１ａが溶解して鈍い角部２１ｂに変化している。
こうして、コバ部２１から微細なかけら４６が脱粒するのを防止することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、熱処理装置１２における処理室２２の温度は、研磨レンズ２０のガラス粘度が
１０１３ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１５ｄＰａ・ｓ
となる温度環境で行う。
【００４３】
すなわち、処理室２２の温度を所定温度に加熱した状態で、コバ部２１にバーナー４８で直接的に加熱気流を吹き付ける。このように、処理室２２の温度を所定温度に加熱するのは、研磨レンズ２０のコバ部２１の温度を短時間で所望の温度まで昇温させるためである。
つまり、温度環境が低ければ研磨レンズ２０は変形しないが、あまりに低いとコバ部２１の温度を上げる際に要する時間が必要となり、生産性が落ちてしまう。
【００４４】
反対に、温度環境が高すぎると研磨レンズ２０は変形してしまい、成形素材としての形状がくずれてしまう。
例えば、具体例として、軟硝材として代表的なＳ−ＦＰＬ５１では、ガラス粘度が１０１３ｄＰａ・ｓ〜１０１５ｄＰａ・ｓというのは、およそ４３５℃〜４５７℃の温度に相当する。
この場合、ガラス粘度１０１３ｄＰａ・ｓというのは、ガラス転移点（Ｔｇ）以下なので、変形は生じない。
【００４５】
本実施の形態によれば、熱処理装置１２の処理室２２の温度を１０１３ｄＰａ・ｓ≦ガラス粘度≦１０１５ｄＰａ・ｓとなる温度環境に設定し、かつ研磨レンズ２０をバーナー４８で加熱気流により局部的に加熱することで、洗浄工程での潜傷の発生を防止することができるとともに、研磨レンズ２０の砂擦り状のコバ部２１から、ガラスのかけら４６が脱粒するのを防止することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０      光学素子の製造装置
１２      熱処理装置
１４      洗浄装置
１６      成形装置
２０      研磨レンズ
２０ａ    第１の光学機能面
２０ｂ    第２の光学機能面
２０ｃ    外周面
２０ｄ    面取り部
２０ｅ    面取り部
２１      コバ部
２１ａ    鋭い角部
２１ｂ    鈍い角部
２２      処理室
２４      ヒータ
２６      第１槽
２７      第２槽
２８      第３槽
３０      洗浄ヤトイ
３２      上加熱ブロック
３３      上加熱板
３４      上カートリッジヒータ
３５      下加熱ブロック
３６      下加熱板
３７      下カートリッジヒータ
３８      エアシリンダ
４０      型セット
４１      上型
４１ａ    成形面
４２      下型
４２ａ    成形面
４３      スリーブ
４４      成形素材
４６      かけら
４８      バーナー
４９      加熱気流
【図２】
2011016675.tif 000003
【図６】
2011016675.tif 000004
【図７】
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【図１０】
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【図１１】
2011016675.tif 000007
【図１】
2011016675.tif 000008
【図３】
2011016675.tif 000009
【図４】
2011016675.tif 000010
【図５】
2011016675.tif 000011
【図８】
2011016675.tif 000012
【図９】
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