(57)【要約】高い性能を有するカルコゲナイド製の光学素子を安価に効率よく製造できる光学素子の製造方法を提供する。カルコゲナイドガラスがシリンジ３１内の少なくともシリンジ先端部３１ａで加熱されて溶融するので、プリフォームを用いたプレス成形のように成形前にガラスをプリフォームに加工する必要がなく、材料を無駄にせず加工時間も短くできる。これにより、カルコゲナイドガラス製の光学素子であるレンズＬＥを安価に効率よく作製することができる。また、本製造方法によれば、シリンジ先端部３１ａから下側成形型１２上に溶融したカルコゲナイドガラスを押し出すので、押し出されたカルコゲナイドガラスに下側成形型１２の転写面１６ａの形状を転写させやすいだけでなく、カルコゲナイドガラスの供給をより正確に制御して短時間で正確な量の供給を行うことができ、短サイクルで精度よく成形を行うことができる。
2015137457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンジ内に収容されたカルコゲナイドガラスの、少なくともシリンジ先端部内に位置する部位を加熱して溶融し、
前記シリンジ先端部を下側成形型に近接させた状態で、前記シリンジ先端部から前記下側成形型上へ溶融したカルコゲナイドガラスを押し出し、
押し出したカルコゲナイドガラスが前記下側成形型に接触した後に、当該下側成形型上のカルコゲナイドガラスの上面近傍に前記シリンジ先端部を位置させた状態を保ちつつ、前記シリンジを前記下側成形型から遠ざける方向に相対的に移動させながら、カルコゲナイドガラスを押し出して前記下側成形型に供給し、
必要量のカルコゲナイドガラスを押し出した後にカルコゲナイドガラスの押し出しを停止し、前記シリンジ及び前記下側成形型のうち少なくとも一方を移動して、前記シリンジを前記下側成形型から退避した退避位置に位置させ、
上側成形型を当該下側成形型に相対的に近づけて溶融したカルコゲナイドガラスを前記上側成形型及び前記下側成形型間でプレス成形する光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記シリンジ先端部から流下するカルコゲナイドガラスの最小径が、前記シリンジ先端部の開口径の４０％以上となるようにカルコゲナイドガラスを押し出す、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
カルコゲナイドガラスの前記下側成形型への供給後、前記下側成形型を前記シリンジとは別の位置にある前記上側成形型のプレス軸上に移動させ、当該プレス軸に沿った位置でプレス成形する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記シリンジ先端部から押し出されるカルコゲナイドガラスの温度が、軟化点以上であって結晶化領域の上限温度＋５０℃以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記シリンジ先端部から押し出されるカルコゲナイドガラスの粘度が、４．０×１０２〜４．５×１０７ポアズである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記下側成形型の温度が、溶融又は流動化したカルコゲナイドガラスの温度よりも低い温度に保たれるように制御されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
少なくとも前記シリンジ先端部が、前記下側成形型へのガラス供給時において、鉛直方向に対して交差する方向に延びるように配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記シリンジ内のカルコゲナイドガラス全体を溶融し、前記シリンジ先端部とは反対側の部位を押圧体で押すことによって前記シリンジ先端部からカルコゲナイドガラスを吐出させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記シリンジ内のカルコゲナイドガラスの少なくとも後端部は固体状であり、固体状の部分を押すことによって前記シリンジ先端部からカルコゲナイドガラスを吐出させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記下側成形型と前記シリンジ先端部との間で局所的な加熱によりカルコゲナイドガラスを切断する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記下側成形型に押し出したカルコゲナイドガラスをプレス成形する前に再度加熱する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の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、カルコゲナイドガラスレンズ等であるカルコゲナイドガラス製の光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
暗視カメラ、サーモグラフィー等として使用される遠赤外線カメラ用のレンズとして、様々なレンズが提案されているが、かかるレンズには、センサーの感度を高めることが容易でないこともあって高い透過率が要求され、さらなる改善が要請されている。赤外光学系用のレンズの候補として、カルコゲナイドガラスを用いたレンズの使用が検討されている。【０００３】
赤外光学系用のカルコゲナイドガラスは、通常のガラス材料とは大きく異なる性質を有しており、カルコゲナイドガラスレンズの作製については、以下のような課題がある。【０００４】
まず、カルコゲナイドガラスを加熱すると成分が揮発し組成が変化して透過率が下がるため、カルコゲナイドガラスについては溶融温度まで加熱することが難しい。また、カルコゲナイドガラスを大気中で加熱すると酸化によって透過率が下がるため、カルコゲナイドガラスについては不活性ガス雰囲気内で成形することが望ましい。また、カルコゲナイドガラスは、結晶化温度が低く結晶化しやすいだけでなく結晶化の速度も速いので、成形できる温度範囲が狭くなってしまう。さらに、カルコゲナイドガラスは、熱伝導率が低く熱膨張係数が大きいことに起因して、熱衝撃に弱く割れやすい。カルコゲナイドガラスは、熱膨張係数が大きいことに起因して、成形に際してヒケが生じすく、面精度を出せる加熱温度の範囲が狭くなってしまう。カルコゲナイドガラスは、材料が高価であり、材料の無駄を減らす必要がある。カルコゲナイドガラスは、柔らかくキズが入りやすいため、加工の歩留まりが低くなってしまう。【０００５】
カルコゲナイドガラスの成形方法としては、プリフォームを用いた再加熱法（特許文献１）や、溶融成形法（特許文献２）が提案されている。
しかしながら、前者の再加熱法では、主に金型からの熱伝導でガラス材料を成形温度まで加熱するが、カルコゲナイドガラスは熱伝導率が低く熱膨張係数が大きいことから熱衝撃に弱く、急激に加熱するとワレの原因となる。そのため、昇温・降温に時間がかかり、成形サイクルタイムが長くなってコストがかかっていた。また、再加熱法では融着を防ぐために屈伏点以上軟化点以下の温度で成形するが、この温度域ではプリフォームの表面のキズ及び粗さが残存してしまうため、鏡面のプリフォームを作製することが必須であった。プリフォームの加工では材料を捨てる部分が発生するため、高価な材料であるカルコゲナイドガラスではコストが高くなる要因となっていた。さらに、カルコゲナイドガラスは柔らかくキズが入りやすいためプリフォーム加工の歩留まりも良くない。以上の課題により、カルコゲナイドガラスのモールドレンズは高価なものとなっている。
また、後者の溶融成形法では、溶かしたカルコゲナイドガラスを型へ流し込むため、カルコゲナイドガラスを高温に保って低粘度にしておく必要があり、ガラスが変質しやすいという問題がある。【０００６】
特許文献３には、カルコゲナイドガラスのインゴットを加熱及び押し出しして棒材を成形することが記載されているが、プレス成形を行うものではなく、鏡面が不要なものであり、加熱温度も低いため、スジが残るという問題がある。
なお、特許文献４には、溶融ガラスを受け面に供給する際に、受け面を降下させることにより、ガラス流の径を一定の太さに整えることが記載されている。特許文献４の装置では、受け面に供給されたガラスが流出口から離れすぎるので、カルコゲナイドガラスのように変質防止の観点から比較的低温で軟化させたい材料に適用する場合、低温化した切断部が十分受け面上のガラスに吸収されず、切断部に起因する痕跡が成形品に残りやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−４８２４号公報
【特許文献２】米国特許第７，１５９，４１９号
【特許文献３】特開平５−２２９８３８号公報
【特許文献４】特開２０１０−２３５４２３号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、高い性能を有するカルコゲナイド製の光学素子を安価に効率よく製造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。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る光学素子の製造方法は、シリンジ内に収容されたカルコゲナイドガラスの、少なくともシリンジ先端部内に位置する部位を加熱して溶融し、シリンジ先端部を下側成形型に近接させた状態で、シリンジ先端部から下側成形型上へ溶融したカルコゲナイドガラスを押し出し、押し出したカルコゲナイドガラスが下側成形型に接触した後に、当該下側成形型上のカルコゲナイドガラスの上面近傍にシリンジ先端部を位置させた状態を保ちつつ、シリンジを下側成形型から遠ざける方向に相対的に移動させながら、カルコゲナイドガラスを押し出して下側成形型に供給し、必要量のカルコゲナイドガラスを押し出した後にカルコゲナイドガラスの押し出しを停止し、シリンジ及び下側成形型のうち少なくとも一方を移動して、シリンジを下側成形型から退避した退避位置に位置させ、上側成形型を当該下側成形型に相対的に近づけて溶融したカルコゲナイドガラスを上側成形型及び下側成形型間でプレス成形する。
【００１０】
上記光学素子の製造方法によれば、カルコゲナイドガラスがシリンジ内の少なくとも先端部で加熱されて溶融するので、プリフォームを用いたプレス成形のように成形前にガラスをプリフォームに加工する必要がなく、材料を無駄にせず加工時間も短くできる。これにより、カルコゲナイドガラス製の光学素子を安価に効率よく作製することができる。また、本製造方法によれば、シリンジ先端部から下側成形型上に溶融したカルコゲナイドガラスを押し出すので、押し出されたカルコゲナイドガラスに下側成形型の転写面の形状を転写させやすいだけでなく、カルコゲナイドガラスの供給をより正確に制御して短時間で正確な量の供給を行うことができ、短サイクルで精度よく成形を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る光学素子の製造方法を実施するための製造装置を説明する概念図である。
【図２】図２Ａ〜２Ｄは、光学素子の製造方法を説明する図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｃは、光学素子の製造方法を説明する図である。
【図４】図４Ａ及び４Ｂは、光学素子の製造方法を説明する図である。
【図５】成形時のガラスの温度変化を説明する図である。
【図６】第２実施形態に係る光学素子の製造方法を説明する図である。
【図７】第３実施形態に係る光学素子の製造方法を説明する図である。
【図８】第４実施形態に係る光学素子の製造方法を説明する図である。
【図９】第５実施形態に係る光学素子の製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
〔第１実施形態〕
図１に示すように、第１実施形態の製造方法を実施するための製造装置１００は、上下一対の成形型１１，１２と、上側成形型１１用の第１型駆動部２１と、下側成形型１２用の第２型駆動部２２と、流体状のカルコゲナイドガラスを吐出可能に収納するシリンジ３１を有するガラス供給部３０と、両成形型１１，１２を加熱するための第１加熱装置４１と、ガラス供給部３０のシリンジ３１を加熱するための第２加熱装置４２と、下側成形型１２から上方に延びるカルコゲナイドガラス又はその内部を加熱するための第３加熱装置４３と、シリンジ３１の下端に設けられているシリンジ先端部３１ａ等の温度を監視するための温度監視装置５０と、成形型１１，１２等を収納するチャンバー６１と、チャンバー６１内の雰囲気を調整する雰囲気調整装置７１と、装置各部を制御する主制御装置１０１とを備える。以上において、上側成形型１１と下側成形型１２とは、型装置又は転写装置を構成する。なお、下側成形型１２については、説明の便宜上同一物を図中２箇所に記載している。
【００１３】
型装置のうち一方の上側成形型１１は、転写面１５ａを設けた転写部材１５を有する。転写部材１５は、これに設けた転写面１５ａによって、下側成形型１２上に載置された軟化ガラス体ＳＧの上側に第１光学面を転写する。図示の転写面１５ａは、凹の鏡面となっているが、凹面に限らず凸面又は平面とすることができる。また転写面１５ａは、球面、非球面、及び自由曲面に限らず、粗面、階段面等の非平滑面とすることができる。転写部材１５は、金属、セラミックス、複合部材等で形成され、具体的には、例えば、ジルコニア、グラッシーカーボン、超硬合金、炭化ケイ素、ステンレス等の材料で形成される。
【００１４】
型装置のうち他方の下側成形型１２は、転写面１６ａを設けた転写部材１６を有する。転写部材１６は、これに設けた転写面１６ａによって、軟化ガラス体ＳＧの下側に第２光学面を転写する。図示の転写面１６ａは、凹状の鏡面となっているが、凹面に限らず凸面又は平面とすることができる。また転写面１６ａは、球面、非球面、及び自由曲面に限らず、粗面、階段面等の非平滑面とすることができる。転写部材１６は、金属、セラミックス、複合部材等で形成され、具体的には、例えば、ジルコニア、グラッシーカーボン、超硬合金、炭化ケイ素、ステンレス等の材料で形成される。
【００１５】
第１型駆動部２１は、上側成形型１１を上下のＡＢ方向（鉛直方向）に所望のタイミングで昇降させることができ、上側成形型１１を下方に配置された下側成形型１２に向けて降下させることにより、上側成形型１１を下側成形型１２に対して所望の圧力で押圧する型締めが可能になる。なお、第１型駆動部２１は、上側成形型１１をＡＢ方向に垂直な横方向（ＣＤ方向）に微動させることで上側成形型１１の横方向の配置を調整することができる。
【００１６】
第２型駆動部２２は、下側成形型１２を左右のＣＤ方向（水平方向）に所望のタイミングで移動させることができ、下側成形型１２を水平移動させることにより、下側成形型１２を上側成形型１１の下方位置であってプレス軸ＡＸ上に配置することができる。これにより、下側成形型１２をシリンジ３１の下方の受取り位置とプレス軸ＡＸに沿った位置（プレス位置）とに配置でき、下側成形型１２がプレス位置に配置された場合、両成形型１１，１２を所望の圧力で押圧する型締めが可能になる。なお、下側成形型１２を上側成形型１１に対向する位置に移動させるのではなく、シリンジ３１を移動させることもできる。この場合、シリンジ３１を下側成形型１２の上方の動作位置と、下側成形型１２の上方から外れた待避位置との間で移動させることになり、シリンジ３１の移動に伴って上側成形型１１を下側成形型１２の上方から外れた待避位置と下側成形型１２の上方の動作位置とに配置することになる。
【００１７】
ガラス供給部３０は、シリンジ３１と圧調整装置３３と供給位置調節装置３７とを有する。シリンジ３１は、チューブ体又は管体であり、例えば石英製のガラス容器である。この場合、後述する第２加熱装置４２等からの加熱用光（例えば赤外光）を効率的に短時間で透過させるものとなる。これにより、シリンジ３１中のガラス材料ＧＭを直接的に加熱することができる。シリンジ３１は、円柱状の本体チューブ３１ｃと、本体チューブ３１ｃの下側に設けられた細径のシリンジ先端部３１ａと、本体チューブ３１ｃを挟んでシリンジ先端部３１ａの反対側に設けられた細径のシリンジ上端部３１ｔとを有する。シリンジ３１内には、ガラス材料ＧＭが収納されており、ガラス材料ＧＭは、第２加熱装置４２によって加熱されて例えば融点以上の溶融状態又はこれに準じた軟化状態となっている。本体チューブ３１ｃ内のガラス材料ＧＭの表面上には、押圧体として押圧部材ＨＧが配置されている。押圧部材ＨＧは、ガラス材料ＧＭの表面を覆ってガラス材料ＧＭのカルコゲナイドガラス成分が揮発、酸化等することを防止している。押圧部材ＨＧは、例えば酸化ホウ素の層で形成される。圧調整装置３３からの加圧ガス（不活性ガスＩＧを含む）を、シリンジ上端部３１ｔを介して本体チューブ３１ｃ内に導入することにより、押圧部材ＨＧを押し下げることができる。これにより、溶融状態のガラス材料ＧＭのうち、シリンジ先端部３１ａ内に位置する部位ＧＭａを、吐出口３１ｂから所望のタイミングで流下部分ＳＨとして外に吐出又は流出させることができる。圧調整装置３３からのガス圧を調節することで吐出口３１ｂから吐出される流下部分ＳＨの吐出量又は流量を調整することができる。押圧部材ＨＧと加圧ガスとを用いた押出しにより、流下部分ＳＨの吐出量すなわちガラス供給の制御が容易となる。押圧部材ＨＧについては、これを省略することができ、不活性ガス又は成分の揮発を抑制できる気体等の流体を押圧体又は押圧物質として使用することもできる。具体的には、流体をシリンジ内に導入してシリンジ内を加圧状態にしたり、流体をガラス材料ＧＭの表面に吹き付けたりすることで同様の吐出制御が可能になる。シリンジ３１を外側から支持する供給位置調節装置３７は、シリンジ３１をＡＢ方向に昇降させ、ＡＢ方向に垂直な横方向（例えばＣＤ方向）に移動させることができる。これにより、シリンジ先端部３１ａを下側成形型１２の転写面１６ａの上方の適切な位置（軸芯又は軸外上）に配置することができ、転写面１６ａ上に溶融状態のガラス材料ＧＭを吐出させつつシリンジ３１を上方に移動させることもできる。
【００１８】
シリンジ３１内のガラス材料ＧＭは、Ｇｅ−Ｓｅ−Ｓｂ、Ａｓ−Ｓｅ等の硝材からなる。ガラス材料ＧＭは、顆粒、きりっぱなしの材料、棒材等、任意の形状のカルコゲナイドガラス材を使用でき、これらをシリンジ３１に投入して加熱溶融することで得られる。カルコゲナイドガラス材は比較的高価であるが、この手法により無駄なく使用することができる。
ガラス材料ＧＭは、シリンジ３１を利用して形成することもできる。すなわち、カルコゲナイドガラス原料をシリンジ３１に真空封入する。そして、シリンジ先端部３１ａの先端とシリンジ上端部３１ｔの先端とを融着によって封止する。その後、シリンジ３１をカルコゲナイドガラス原料の融点以上に加熱して溶融・撹拌し、シリンジ３１全体を徐々に冷却することによって、シリンジ３１内に封入されたカルコゲナイドガラスであるガラス材料ＧＭを製造することができる。なお、シリンジ３１を製造装置１００にセットする際に、シリンジ先端部３１ａの先端とシリンジ上端部３１ｔの先端とが除去されて開封が行われる。この手法によると、シリンジ３１内でカルコゲナイドガラスが生成されるので、不純物混入や酸化等の影響を受けない純粋なカルコゲナイドガラスを供給しやすくなる。
【００１９】
第１加熱装置４１は、一対の成形型１１，１２にそれぞれ埋め込まれたヒーター４１ａを備え、加熱駆動部４５に駆動されて動作する。ヒーター４１ａは、電気的なものに限らず、媒質を循環させるものとできる。第１加熱装置４１は、両成形型１１，１２の転写面１５ａ，１６ａの温度を、下側成形型１２上に供給されるカルコゲナイドガラス製の軟化ガラス体ＳＧの温度以下の適当な温度に加熱することができる。これにより、その後のプレス成形時に転写面１５ａ，１６ａ間に挟まれた軟化ガラス体ＳＧを徐々に冷却することができる。
第２加熱装置４２は、シリンジ３１の周囲に配置されており、加熱駆動部４５に駆動されてシリンジ３１内に収納されたガラス材料ＧＭの温度を融点以上の溶融状態又はこれに準じた軟化状態に調節することができる。この際、シリンジ先端部３１ａの温度を他の部分と同じにし又は異ならせるといった温度設定が可能であり、シリンジ３１のＡＢ方向（鉛直方向）に温度分布を形成することもできる。
第３加熱装置４３は、下側成形型１２とシリンジ先端部３１ａとの間に延びる流下部分ＳＨを局所的に加熱する。より具体的には、第３加熱装置４３は、下側成形型１２の転写面１６ａの直上方位置を囲むように配置されており、加熱駆動部４５に駆動されてシリンジ３１の吐出口３１ｂから吐出されて転写部材１６上に盛られた軟化ガラス体ＳＧから上方に細く延びる流動化した流下部分ＳＨを加熱することができる。これにより、流下部分ＳＨを軟化ガラス体ＳＧから切り離す切断が容易になる。軟化ガラス体ＳＧの供給中又は供給完了後、下側成形型１２に対してシリンジ３１を相対的に上昇させる場合、下側成形型１２上の軟化ガラス体ＳＧから上方に延びる流下部分ＳＨを加熱によって適度な細さにでき、流下部分ＳＨに意図しない糸引きが生じることを防止できる。これにより、シリンジ先端部３１ａに残るカルコゲナイドガラスの軟化ガラス体ＳＧの形状を整えて光学素子の成形品に痕跡が残存することを防止でき、次の成形のためのカルコゲナイドガラスの供給を容易にすることができる。
【００２０】
温度監視装置５０は、シリンジ３１の温度を検出する第１センサー５１と、成形型１１，１２の温度を検出する第２センサー５３と、両センサー５１，５３を動作させる温度監視駆動部５４とを備える。第１センサー５１は、例えば熱電対で構成され、シリンジ３１の周囲の適所の温度を計測する。第１センサー５１は、熱電対に限らず、シリンジ３１内のガラス材料ＧＭの温度を直接的に計測する放射温度計で構成することもできる。第２センサー５３は、例えば熱伝対で構成され、成形型１１，１２の内部温度を計測する。
第１センサー５１を利用することで、シリンジ３１内に収納されたガラス材料ＧＭの温度、シリンジ先端部３１ａ内に位置する部位ＧＭａの温度、吐出口３１ｂから吐出される流下部分ＳＨの温度等を計測する。第１センサー５１を利用することで、シリンジ先端部３１ａから吐出される流下部分ＳＨの温度を、例えばこのカルコゲナイドガラスの軟化点以上であってその結晶化領域の上限温度＋５０℃以下に設定することができる。これにより、流下部分ＳＨの温度が低くなり過ぎることを防止でき、下側成形型１２に供給された軟化ガラス体ＳＧの表面を平滑にできる。また、流下部分ＳＨの温度が高くなり過ぎることを防止でき、流下部分ＳＨ又は軟化ガラス体ＳＧの揮発、酸化又は結晶化といった材料変質が発生しにくくなり、得られるレンズ等の透過率の低下を防止できる。また、別の観点によれば、流下部分ＳＨの温度を適度に設定して、シリンジ先端部３１ａから吐出される流下部分ＳＨの粘度が、４．０×１０２〜４．５×１０７ポアズとなるようにする。揮発をより確実に抑え、安定にガラス材料ＧＭを押し出す観点からは、流下部分ＳＨの粘度を１．０×１０３〜１．０×１０４とする。これにより、シリンジ先端部３１ａからのガラス材料ＧＭの押出しが容易になり、かつ、下側成形型１２に供給された後の軟化ガラス体ＳＧに適度な表面張力が保持され、軟化ガラス体ＳＧに対して確実にプレス成形を行うことができる。さらに、流下部分ＳＨの粘度を調節することにより、シリンジ先端部３１ａから吐出又は流下させるカルコゲナイドガラスの流下部分ＳＨの最小径を、シリンジ先端部３１ａに形成された吐出口３１ｂの開口径の４０％以上となるようにする。これにより、流下部分ＳＨの直径が比較的太くなり、下側成形型１２の転写部材１６上で一体化せずとぐろを巻いたような状態となるのを防止でき、軟化ガラス体ＳＧに脈理の発生や気泡の混入といった欠陥が形成されることを抑制できる。
【００２１】
第２センサー５３を利用することで、成形型１１，１２の転写面１５ａ，１６ａの温度を、下側成形型１２上に供給されるカルコゲナイドガラスの流下部分ＳＨ又は軟化ガラス体ＳＧの温度よりも低い温度以下（好ましくは１０℃低い温度以下）となる範囲で加熱することができる。また、成形型１１，１２の転写面１５ａ，１６ａの温度を、カルコゲナイドガラス又は軟化ガラス体ＳＧのガラス転移温度Ｔｇよりも５０℃低い温度以上の範囲で加熱することができる。以上のような温度範囲で下側成形型１２が温度制御されることにより、カルコゲナイドガラスが下側成形型１２に融着し難くなり、良好な転写性が確保される。なお、上側成形型１１と下側成形型１２とは、異なる温度状態に制御することができる。
【００２２】
チャンバー６１は、両成形型１１，１２を収納することによって、加熱時及びプレス成形時における雰囲気管理を可能にする。
【００２３】
雰囲気調整装置７１は、チャンバー６１内を減圧して所望の不活性ガスＩＧを供給することができ、下側成形型１２上の軟化ガラス体ＳＧ周囲の雰囲気を調整することができる。これにより、軟化ガラス体ＳＧのプレス成形時における雰囲気を例えば窒素ガスとすることができ、大気圧よりも高い加圧状態とすることができる。成形型１１，１２の雰囲気を制御することで、軟化ガラス体ＳＧからの成分揮発を抑制できる。
【００２４】
主制御装置１０１は、製造装置１００の動作状態を適切に設定する。主制御装置１０１は、型駆動部２１，２２を動作させて両成形型１１，１２の開閉を可能にし、上側成形型１１を降下させて下側成形型１２上で軟化又は半硬化した軟化ガラス体ＳＧを両成形型１１，１２間に挟んで型締めすることができ、軟化ガラス体ＳＧに上下の転写面１５ａ，１６ａを反転した形状を形成することができる。主制御装置１０１は、温度監視装置５０を利用して下側成形型１２上の軟化ガラス体ＳＧの温度や両成形型１１，１２の温度を計測又は監視しつつ、第１〜３加熱装置４１，４２，４３の加熱駆動部４５の動作を制御する。主制御装置１０１は、圧調整装置３３からシリンジ３１に不活性ガスＩＧ等を供給してシリンジ３１内を加圧状態とし、シリンジ先端部３１ａからガラス材料ＧＭを所望のタイミングで吐出させることができる。主制御装置１０１は、雰囲気調整装置７１によってチャンバー６１内の雰囲気を不活性かつ加圧状態に制御する。
【００２５】
以下、図２Ａ〜２Ｄ、図３Ａ〜３Ｃ等を参照して、図１の製造装置１００を利用した光学素子の製造方法について説明する。なお、これらの図面においては、図１のうちの要部のみを取り出して図示してある。
【００２６】
図２Ａに示すように、溶融状態又はこれに準じた軟化状態のガラス材料ＧＭを収納するシリンジ３１の下方に下側成形型１２の転写部材１６を配置する。
次に、図２Ｂに示すように、シリンジ３１のシリンジ先端部３１ａを降下させて転写部材１６の転写面１６ａに比較的近い位置まで近接させるとともに、シリンジ先端部３１ａの吐出口３１ｂからガラス材料ＧＭの吐出を行う。これにより、吐出口３１ｂから延びる流下部分ＳＨが転写面１６ａ上に着地して盛り上がるとともに横にも徐々に広がる。結果的に、転写面１６ａ上に軟化ガラス体ＳＧが盛られた状態となり、軟化ガラス体ＳＧから上方に流下部分ＳＨが延びてシリンジ先端部３１ａにつながった状態となる。つまり、軟化ガラス体ＳＧの連続的供給を行う。
軟化ガラス体ＳＧの供給時の流下部分ＳＨの最小径Ｄ１２は、シリンジ先端部３１ａの開口径Ｄ１１の４０％以上となるようにする。なお、最終的に得られる成形品の形状に合わせて、吐出口３１ｂを転写部材１６の水平面に沿って移動させながら吐出を行うことにより、成形空間が確実にガラス材料で充填されるようにしてもよい。
吐出口３１ｂの端から軟化ガラス体ＳＧの頂部ＳＧｓまでの距離Ｄ２１は、略一定に保たれるようにする。具体的には、軟化ガラス体ＳＧのうちシリンジ３１からの流下部分ＳＨに結合する部位以外の最も高い位置と、シリンジ先端部３１ａとの距離Ｄ２１を、シリンジ先端部３１ａの開口径Ｄ１１の３倍以下、より好ましくは１倍以下にした状態を保ちつつ、シリンジ３１を下側成形型１２から徐々に遠ざける方向に相対的に移動させながら、押圧部材ＨＧをシリンジ先端部３１ａに向けて徐々に移動させてカルコゲナイドガラスを押し出す（図２Ｂ及び２Ｃ）。これによって、流下部分ＳＨが横に逸れてとぐろを巻くことを防止できる。
そして、転写面１６ａ上に軟化ガラス体ＳＧがある程度盛られた状態、すなわち転写面１６ａ上に適量の軟化ガラス体ＳＧが載った状態で、ガラス材料ＧＭの吐出を止める（つまり、シリンジ先端部３１ａに対する押圧部材ＨＧの位置を固定する）とともに、図２Ｄに示すように、シリンジ３１を上昇させて流下部分ＳＨを細くし、軟化ガラス体ＳＧの切り離しの準備を始める。なお、シリンジ３１を上昇させないで下側成形型１２を降下させてもよい。
図３Ａに示すように、転写面１６ａ上に盛られた軟化ガラス体ＳＧの量が十分になりシリンジ３１を上昇させた段階で第３加熱装置４３を動作させ、流下部分ＳＨを局所的に加熱する。これにより、流下部分ＳＨの粘度が低下する。なお、シリンジ３１の上昇と流下部分ＳＨの局所的加熱とは並行して行うことができる。
その後、図３Ｂに示すように、シリンジ３１のシリンジ先端部３１ａをさらに上昇させて、軟化ガラス体ＳＧから流下部分ＳＨを切り離す切断が達成される。この際、流下部分ＳＨの粘度を低くしているため、流下部分ＳＨが上下に２分されて表面張力で塊となって流下部分ＳＨが糸引きすることを防止できる。つまり、転写部材１６上の軟化ガラス体ＳＧに角のように突起が残存することを防止でき、軟化ガラス体ＳＧの表面を滑らかな鏡面とできる。一方で、吐出口３１ｂに残ったガラス材料ＧＭについては、その固化を防止しやすくなる。
次に、図３Ｃに示すように、下側成形型１２をシリンジ３１の下方位置から上側成形型１１の下方位置に移動させる。つまり、下側成形型１２を上側成形型１１と共通するプレス軸ＡＸ上に配置することができる。下側成形型１２を基準として上側成形型１１を移動させる場合、シリンジ３１を下側成形型１２から退避した退避位置に位置させることになる。
次に、図４Ａに示すように、成形に適した温度、すなわち、カルコゲナイドガラスが軟化点Ｔｓ以下の温度まで下がったところでプレス成形を行う。具体的には、上側成形型１１を下側成形型１２に相対的に近づけ上側成形型１１に所定圧で押圧する型締めを行い、両成形型１１，１２間で軟化ガラス体ＳＧをプレス成形する。そして、軟化ガラス体ＳＧをプレス成形しながらこれが成形型の温度まで冷却し固化したところでプレスを完了する。軟化ガラス体ＳＧのプレス成形を終了するまでに、両成形型１１，１２の温度を維持することもできるが、温度を徐々に下げることもできる。
次に、図４Ｂに示すように、上側成形型１１を上昇させて下側成形型１２から離間させる。これにより、固化したカルコゲナイドガラスからなる光学素子であるレンズＬＥが離型され外部に取り出される。レンズＬＥは、両成形型１１，１２の転写面１５ａ，１６ａを転写した光学面Ｌａ，Ｌｂを有するものとなっている。なお、製造される光学素子であるレンズＬＥの重量に略対応する必要重量の軟化ガラス体ＳＧを転写部材１６上に供給して成形を行うことで、不必要にガラスを消費することがなく、後加工も不要にすることができる。
【００２７】
図５は、光学素子の製造に際しての熱的工程を説明する図である。シリンジ先端部３１ａの吐出口３１ｂからのガラス材料ＧＭの吐出温度は、結晶化温度領域内の温度とするか（図５の破線及び記号Ａ２参照）、結晶化領域の上限温度Ｔ２を大きく上回らないようにすることが好ましく、例えば実線で示すように、結晶化領域の上限温度＋５０℃までとする（図５の記号Ａ１参照）。いずれの場合も、成分の揮発を抑制するため、成形品のサイズや厚みを必要以上に大きくするのを避ける等して、下側成形型１２上の軟化ガラス体ＳＧの温度を速やかに下げて結晶化温度領域を速く通過させられるようにすることが好ましい（図５の記号Ｂ参照）。また、結晶化領域の温度範囲内に保持し続けることでシリンジ３１内のガラス材料ＧＭが結晶化してしまうことを防止するため、シリンジ３１内のガラス材料ＧＭを結晶化領域の下限温度Ｔ１より低い温度で保持しておき吐出直前に上述した温度まで加熱するか、シリンジ３１内のガラス材料ＧＭを温度Ｔ２より高い温度に保持しておきシリンジ先端部３１ａのみを冷却して通過するガラス材料ＧＭの温度を下げるようにすることが好ましい。加熱温度を高くするほど吐出の最終段階で流下部分ＳＨを切れやすくすることができ、加熱温度を低くするほど成分揮発の問題を防止しやすくなる。ガラス材料ＧＭの吐出温度を、カルコゲナイドガラスの軟化点Ｔｓ以上の温度で結晶化温度領域の下限温度Ｔ１よりも低い温度としてもよい（図５の一点鎖線及び記号Ａ３参照）。この場合、揮発や結晶化を確実に防止することができる。
プレス成形に際しては、カルコゲナイドガラスが軟化点Ｔｓ以下の温度まで下がったところでプレス成形を開始し成形型と同じ温度まで冷却する（図５の二点鎖線で囲まれた領域Ｃを参照）。なお、軟化ガラス体ＳＧのプレス成形を開始する際の両成形型１１，１２の温度は、同様に融着しづらく転写性を落とさない温度範囲である、軟化ガラス体ＳＧの温度Ｔａ−１０℃以下（好ましくは軟化ガラス体ＳＧの温度Ｔａ−３０℃以下）、かつ、軟化ガラス体ＳＧのガラス転移温度Ｔｇ−５０℃以上となるようにする。また、軟化ガラス体ＳＧのプレス成形を完了する際のガラス温度又は型温度は、ガラス転移温度Ｔｇ−５０℃程度以上であってガラス転移温度Ｔｇ未満とする（図５の記号Ｄ参照）。
【００２８】
本実施形態の製造方法によれば、カルコゲナイドガラスがシリンジ３１内の少なくともシリンジ先端部３１ａで加熱されて溶融するので、プリフォームを用いたプレス成形のように成形前にガラスをプリフォームに加工する必要がなく、材料を無駄にせず加工時間も短くできる。これにより、カルコゲナイドガラス製の光学素子であるレンズＬＥを安価に効率よく作製することができる。また、本製造方法によれば、シリンジ先端部３１ａから下側成形型１２上に溶融したカルコゲナイドガラスを押し出すので、押し出されたカルコゲナイドガラスに下側成形型１２の転写面１６ａの形状を転写させやすいだけでなく、カルコゲナイドガラスの供給をより正確に制御して短時間で正確な量の供給を行うことができ、短サイクルで精度よく成形を行うことができる。
【００２９】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の製造方法について説明する。第２実施形態の製造方法は、第１実施形態の製造方法を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態の製造方法と同様である。
【００３０】
図６に示すように、第２実施形態の場合、ガラス供給部３０において、供給位置調節装置３７がシリンジ３１を所望の姿勢に傾斜させる。つまり、シリンジ３１の本体チューブ３１ｃやシリンジ先端部３１ａが延びる軸ＸＳが鉛直方向（ＡＢ方向）に対して交差し鋭角を成している。これにより、下側成形型１２上の軟化ガラス体ＳＧのうち最後にシリンジ先端部３１ａから離れる部位Ｇｋ（射出成形におけるゲートに相当）を周辺に設定して光学面Ｌａとなるべき部分から逃がしやすくなり、最終的に得られるレンズＬＥの屈折率分布を良好にして脈理等の発生を抑制しやすくなる。
【００３１】
なお、シリンジ３１を当初鉛直に配置し、軟化ガラス体ＳＧから流下部分ＳＨを切り離す直前にシリンジ３１を傾斜させてもよい。
【００３２】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態の製造方法について説明する。第３実施形態の製造方法は、第１実施形態の製造方法等を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態の製造方法等と同様である。
【００３３】
図７に示すように、第３実施形態の場合、ガラス供給部３３０に設けたシリンジ３３１が開放型となっている。つまり、シリンジ３３１は、本体チューブ３３１ｃの上側にこの本体チューブ３３１ｃと同径であって先端側で拡径するような形状を有するシリンジ上端部３３１ｔを備える。このシリンジ上端部３３１ｔを介して、シリンジ３３１にガラスロッドＧＲが挿入されている。ガラスロッドＧＲの後端部Ｒａは固体状であり、先端部Ｒｂは軟化している。ガラスロッドＧＲの先端部Ｒｂよりも先端側には、カルコゲナイドガラスが溶融等することによって形成された溜まりＧＭｂが存在する。この溜まりＧＭｂは、図１のガラス材料ＧＭに対応する部分である。溜まりＧＭｂは、第２加熱装置４２による加熱によって形成され、軟化した先端部Ｒｂによって溜まりＧＭｂが外気に触れないようにシールされている。ガラスロッドＧＲをピストンと同様に機能させること、すなわちガラスロッドＧＲを押下げ装置３３３によって徐々に押し下げることにより、溜まりＧＭｂのカルコゲナイドガラスをシリンジ先端部３１ａ側に押し、吐出口３１ｂからガラス材料ＧＭを押し出す吐出が可能になる。なお、シリンジ３３１には、ガラスロッドＧＲ等の動きに対して十分な機械的強度を持たせる必要がある。
【００３４】
第３実施形態のガラス供給部３０の場合、ガラスロッドＧＲの先端部Ｒｂのシール効果を利用することで、シリンジ３１を傾けるだけでなく水平方向に寝かすこともできる。
【００３５】
本実施形態の場合、カルコゲナイドガラス自体を押圧部材とするので、耐熱性の押圧部材を用いないにも関わらず、ガラス材料ＧＭの押し出しが簡単になる。
【００３６】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態の製造方法について説明する。第４実施形態の製造方法は、第１実施形態の製造方法等を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態の製造方法等と同様である。
【００３７】
図８に示すように、本実施形態の製造方法では、ガラス供給部３０の周囲に複数の成形ポジションを設けている。具体的には、２つの成形型１１，１２を一組とする型装置１０を複数設ける。そして、１つの下側成形型（実線等で示すもの）１２を、シリンジ３１の下方の受取り位置と、１つの上側成形型１１の下方のプレス位置（成形ポジション）とに移動できるようにする。別の下側成形型（点線等で示すもの）１２も、シリンジ３１の下方の受取り位置と、別の上側成形型１１下方のプレス位置（成形ポジション）とに移動できるようにする。これにより、１つのシリンジ３１に対して複数の下側成形型１２を順次セット可能となり、複数のガラス受け取り工程やプレス工程を並行して行うことができ、光学素子製造のスループット延いては生産性を向上させることができる。
【００３８】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態の製造方法について説明する。第５実施形態の製造方法は、第１実施形態の製造方法等を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態の製造方法等と同様である。
【００３９】
図９に示すように、本実施形態の製造方法では、第３加熱装置５４３として、赤外ランプ４３ｆ及び赤外ミラー４３ｇを有するものを用いる。赤外ランプ４３ｆは、例えばカルコゲナイドガラスの吸収端又はその近傍にエネルギー分布を有するものとする。赤外ランプ４３ｆは、具体的には例えば波長０．５〜２μｍにエネルギー分布を有するものとする。第３加熱装置５４３は、下側成形型１２上の軟化ガラス体ＳＧから流下部分ＳＨを切り離す際に発光動作し、流下部分ＳＨの適所を非接触で加熱する。流下部分ＳＨは、放熱によってシリンジ先端部３１ａ内に位置する部位ＧＭａよりも冷却されており、例えば軟化点Ｔｓ以上であって結晶化領域の上限温度Ｔ２以下に一旦加熱されるので、流下部分ＳＨを軟化ガラス体ＳＧから確実に切り離すことができる。
【００４０】
第３加熱装置５４３は、赤外ランプ４３ｆ及び赤外ミラー４３ｇを組み合わせるものに限らず、赤外線を局所的に照射することのできる様々な光源（例えばレーザー光源）を利用したものとすることができる。
【００４１】
下側成形型１２上の軟化ガラス体ＳＧをプレス成形する前に再度加熱するようにしてもよい。カルコゲナイドガラスは熱膨張率が大きいため、表面と内部の冷え方に差があると表面が先に固まったあとに内部が収縮し、表面に細かなシワが発生する場合があるが、再度加熱することにより、表面にシワが入ることを防ぐことができる。この場合、軟化点以上であって結晶化温度領域の上限以下、より好ましくは軟化点以上であって結晶化温度領域の下限以下まで再度加熱することが好ましい。
【００４２】
以上では、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限るものではなく、様々な変形が可能である。例えば、カルコゲナイドガラスの組成は、上記に例示されるものに限らず、様々な組成のカルコゲナイドガラスに対して上記同様の製法を適用できる。
【００４３】
また、転写面１５ａ，１６ａの形状を目的に適合させることで、レンズＬＥ以外の光学素子を得ることもできる。
【００４４】
第２加熱装置４２は、赤外光で加熱するものに限らず、シリンジ３１を介して間接的にガラス材料ＧＭを加熱するものであってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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