(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ガラス成形品に割れや中肉不足が生じず、型とガラス素材の融着やヒケなどが発生しない光学素子の成形方法を提供する。【解決手段】ガラス素材と成形型とを加熱する加熱工程と、前記成形型によって前記ガラス素材を押圧成形する押圧成形工程とよりなり、前記加熱工程ではガラス素材の加熱温度と成形型の加熱温度とを、成形型の加熱温度がガラス素材の加熱温度よりも低い温度であり、かつ、前記押圧工程開始直後に、ガラス素材の表面部粘度の中央部粘度に対する比が１より大きく１０３．５以下となるようにガラス素材と成形型との加熱温度を設定することを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス素材と成形型とを加熱する加熱工程と、前記成形型によって前記ガラス素材を押圧成形する押圧成形工程とよりなり、前記加熱工程ではガラス素材の加熱温度と成形型の加熱温度とを、成形型の加熱温度がガラス素材の加熱温度よりも低い温度であり、かつ、前記押圧工程開始直後に、ガラス素材の表面部粘度の中央部粘度に対する比が１より大きく１０３．５以下となるようにガラス素材と成形型との加熱温度を設定することを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】
押圧成形工程開始後に冷却を行う冷却工程を有し、ガラス素材の表面部粘度の中央部粘度に対する比が１より大きく１０２．５未満で、かつガラス転移点に相当する温度にガラス素材表面温度が達する前に前記冷却工程を開始し、成形後にガラス素材の表面部粘度の中央部粘度に対する比が１０１．５以内になるまで冷却を行う請求項１記載の光学素子の成形方法。
【請求項３】
ガラス素材の粘度が当該ガラス素材の転移点での粘度に対して１０−１．５倍の粘度に相当する温度以下のガラス素材表面温度で前記冷却工程を開始する請求項２記載の光学素子の成形方法。
【請求項４】
押圧成形工程開始後に冷却を行う冷却工程を有し、ガラス素材表面部の粘度のガラス素材中央部の粘度に対する比が１より大きく１０２．５未満でかつガラス転移点のガラス粘度に対して１０−１．５倍の粘度に相当する温度以下のガラス素材中心温度で前記冷却工程を開始し、成形後のガラス素材の表面部粘度の中央部粘度に対する比が１０１．５以内になるまで冷却を行う請求項１記載の光学素子の成形方法。
【請求項５】
ガラス素材と成形型とを加熱する第一の加熱工程と、前記成形型によって前記ガラス素材を押圧成形する押圧成形工程と、押圧成形工程開始後にガラス素材と成形型とを加熱する第二の加熱工程とよりなり、前記第一の加熱工程では成形型の温度がガラス素材の温度よりも低い温度となるように加熱温度を設定し、前記第二の加熱工程では押圧成形工程開始後の成形型表面近傍の温度上昇が３°Ｃ以上４０°Ｃ以内となるように加熱を行うことを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項６】
ガラス素材を押圧成形して得られる成形品の押圧される２面の最も厚い部分の厚さよりも成形型表面よりも浅い位置を測定点として、その測定点の温度上昇が３°Ｃ以上４０°Ｃ以内となるように第二の加熱工程における加熱を行う請求項１から請求項５のいずれか一に記載の光学素子の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱軟化したガラス素材を一対の成形型によりプレス成形してガラス光学素子を得るための光学素子の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス光学素子を成形する方法として、特許３２０１８８７号公報、特許２９５２１８５号公報の発明が開示されている。
特許３２０１８８７号公報に記載の方法は、ガラス素材を１０７〜１０９ｄＰａＳの粘度になるように加熱し、ガラスの１０１０〜１０１２ｄＰａＳの粘度相当に加熱した成形用型でプレスして所望の光学素子を得る方法である。この特許３２０１８８７号公報に記載された実施例１には、プレス開始の瞬間にガラス温度は急激に低下し、成形用型の温度はわずかに上昇する事実が記載されている。
【０００３】
特許２９５２１８５号公報に記載の方法は、ガラス素材を１０９ｄＰａＳ未満の粘度になるように加熱し、ガラスの１０９〜１０１２ｄＰａＳの粘度相当に加熱した成形用型でプレスして所望の光学素子を得る方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許３２０１８８７号に記載の方法の場合、成形型の温度上昇を制御していない為に、成形用型の温度上昇が少ないと所望の光学素子の中肉まで押圧できなかったり、割れたりすることがあった。また、逆に温度上昇が高すぎるとガラスと型とに融着が生じたり、ヒケを生じたりすることがあった。
【０００５】
また特許２９５２１８５号公報に記載の条件にて光学素子を成形する場合には、Φ５ｍｍ以下の小径の光学素子を成形する場合には、成形対象となるガラス素材の体積が小さいことに起因して冷却が過度に早くなり、所望の光学素子の中肉部分まで押圧することができなかったり、割れたりする問題がある。
【０００６】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑み、割れや中肉不足や、型とガラス素材の融着やヒケなどが発生しない光学素子の成形方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本出願第１の発明の光学素子の成形方法は、ガラス素材と成形型とを加熱する加熱工程と、前記成形型によって前記ガラス素材を押圧成形する押圧成形工程とよりなり、前記加熱工程ではガラス素材の加熱温度と成形型の加熱温度とを、成形型の加熱温度がガラス素材の加熱温度よりも低い温度であり、かつ、前記押圧工程開始直後に、ガラス素材の表面部粘度の中央部粘度に対する比が１より大きく１０３．５以下となるようにガラス素材と成形型との加熱温度を設定することを特徴とする。
【０００８】
かかる光学素子の成形方法によれば、押圧開始直後のガラス素材の表面部粘度の中央部粘度に対する比を１０３．５以下とすることによって短時間に所望の中肉まで押圧することができ面精度のよい、所望の光学素子を成形することができる。
ここで、ガラスの表面部の中央部に対する粘度の比が１０３．５を超える場合にはヒケが生じ、面精度が悪化して所望の光学素子を得ることができない。
【０００９】
また、押圧成形工程開始後に冷却を行う冷却工程を有し、ガラス素材の表面部粘度の中央部粘度に対する比が１より大きく１０２．５未満でかつガラス転移点に相当する温度にガラス素材表面温度が達する前に前記冷却工程を開始し、成形後にガラス素材の表面部粘度の中央部粘度に対する比が１０１．５以内になるまで冷却を行う。
【００１０】
係る本発明のガラス素材の成形方法によれば、ＮＲ（ニュートンリング）、ヒケ等の欠陥のない面精度のよい、所望の光学素子を成形することができる。
ガラス表面部の中央部に対する粘度の比が１０２．５以上である場合にはガラス素材表面部と中央部とに過剰な熱膨張差が生じ、その後冷却した場合には、その熱膨張差がヒケと称される形状劣化の原因となる。
【００１１】
ガラス素材表面部の温度がガラス素材のガラス転移点に相当する温度に達した後に冷却する場合には、ガラス素材の物性的特性から流動性が失われ、その後冷却した場合には、ガラス素材の表面部は流動性がなく、且つガラス素材表面部と中央部とに熱膨張差が生じることからヒケと称される形状の劣化が起こり、かかる欠陥が得られる光学素子における転写精度の悪化の原因となる。
【００１２】
また、成形後のガラス表面部粘度の中央部粘度に対する比が１０１．５以内になるまで収束させながら冷却することによってガラス表面部と中央部との熱膨張差がなくすことができ、全体としてほぼ相似形の変形を進行させて、ヒケの発生をなくすることができる。成形後のガラス表面部粘度の中央部粘度に対する比が１０１．５以内になるまで冷却しない場合にはガラス表面部と中央部との熱膨張差に起因してヒケが発生する。
【００１３】
また、本発明の光学素子の成形方法は、ガラス素材の粘度が当該ガラス素材の転移点での粘度に対して１０−１．５倍の粘度に相当する温度以下のガラス素材表面温度で前記冷却工程を開始する。
【００１４】
係る本発明のガラス素材の成形方法によれば、より効率よくＮＲ（ニュートンリング）、ヒケ、クセ等の欠陥のない面精度のよい、所望の光学素子を成形することができる。
ここでガラス素材の表面温度がガラス転移点のガラス粘度に対して１０−１．５倍の粘度に相当する温度を超えるガラス素材表面温度で前記冷却工程を開始する場合には、ガラス固有の物性として、ガラス転移点の粘度に対して１０−１．５倍を超える粘度ではガラス素材表面の流動性は完全に消失しないまでも流動性は極めて小さくなり、特にガラス素材の表面部と中央部とに粘度の差がありガラス素材表面部と中央部とに熱膨張差が生じる場合には、その後冷却するとガラス素材の表面部は流動性が極めて低く、且つガラス素材表面部と中央部とに熱膨張差が生じることからヒケと称される形状の劣化が起こり、かかる欠陥が得られる光学素子における転写精度の悪化の原因となる。
【００１５】
以上においてガラス転移点のガラス粘度に対して１０−１．５倍の粘度に相当する温度は、ガラス素材のガラス転移点が、例えばガラス粘度で１０１３．５ｄＰａＳに相当する温度である場合には、ガラス粘度で１０１２ｄＰａＳに相当する温度となる。したがってその場合にはガラス粘度で１０１２ｄＰａＳに相当する温度以下のガラス素材表面温度で前記冷却工程を開始する。
【００１６】
また、本発明の光学素子の成形方法は、押圧成形工程開始後に冷却を行う冷却工程を有し、ガラス素材表面部の粘度のガラス素材中央部の粘度に対する比が１より大きく１０２．５未満でかつガラス転移点のガラス粘度に対して１０−１．５倍の粘度に相当する温度以下のガラス素材中心温度で前記冷却工程を開始し、成形後のガラス素材の表面部粘度の中央部粘度に対する比が１０１．５以内になるまで冷却を行う。
【００１７】
係る本発明のガラス素材の成形方法によれば、上述の各発明と同様により効率よくＮＲ、ヒケ等の欠陥のない面精度のよい、所望の光学素子を成形することができる。
【００１８】
以上においてガラス転移点のガラス粘度に対して１０−１．５倍の粘度に相当する温度は、ガラス素材のガラス転移点が、例えばガラス粘度で１０１３．５ｄＰａＳに相当する温度である場合には、ガラス粘度で１０１２ｄＰａＳに相当する温度となる。したがってその場合にはガラス粘度で１０１２ｄＰａＳに相当する温度以下のガラス素材中心温度で前記冷却工程を開始する。
【００１９】
また、本発明の光学素子の成形方法は、ガラス素材と成形型とを加熱する第一の加熱工程と、前記成形型によって前記ガラス素材を押圧成形する押圧成形工程と、押圧成形工程開始後にガラス素材と成形型とを加熱する第二の加熱工程とよりなり、前記第一の加熱工程では成形型の温度がガラス素材の温度よりも低い温度となるように加熱温度を設定し、前記第二の加熱工程では押圧成形工程開始後の成形型表面近傍の温度上昇が３°Ｃ以上４０°Ｃ以内となるように加熱を行うことを特徴とする。
【００２０】
これにより本発明の光学素子の成形方法によれば所望の光学素子の中肉まで押圧して充分な押圧成形ができできかつその際に成形型へのガラスの融着が生じることを防止することができる。
成形型表面近傍の温度上昇が、３°Ｃ未満では、押圧成形しようとするとガラス素材自身の熱容量が不足して、所望の光学素子の中肉まで押圧成形することができない。一方、押圧開始後の成形型表面近傍の温度上昇が４０°Ｃを超える場合には成形型にガラス素材が融着し、成形を行うことができない。
【００２１】
以上の本発明の光学素子の成形方法においては、ガラス素材を押圧成形して得られる成形品の押圧される２面の最も厚い部分の厚さよりも成形型表面よりも浅い位置を測定点として、その測定点の温度上昇が３°Ｃ以上４０°Ｃ以内となるように第二の加熱工程における加熱を行うようにすることができる。
係る測定点は成形型表面近傍であり、係る測定点において測定することによって、成形型で押圧成形されるガラス素材の挙動をその温度変化として正確に把握することができ、光学素子の成形過程における加熱及び冷却制御を適切に行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に本発明のガラス素材の成形方法の一実施の形態に用いるガラス素材の成形装置を図面を参照して説明する。
本実施の形態のガラス素材の成形方法に用いるガラス素材の成形装置の全体構成を図１に示す。
基台１上にはガラス素材２の加熱を行う加熱部３とガラス素材２に対する成形を行う成形部４とが隣接して配置される。前記成形部４の成形室５には、その上部に上型押さえ部材６が配置され、その上型押さえ部材６と天地方向に対向して下型押さえ部材７が設けられる。前記上型押さえ部材６は成形部４に対し固定され、一方前記下型押さえ部材７と一体な加圧軸８は図示しない駆動機構によって成形部４に対し上下動可能に摺動支持部９を介して取りつけられる。上型押さえ部材６には上型１０が固定され、係る上型１０はガラス素材２に対する上型成形機能面１０ａを有する。一方下型押さえ部材７には下型１１が固定され、係る下型１１はガラス素材２に対する下型成形機能面１１ａを有する。また下型押さえ部材７に固定された下型１１は前記加圧軸８を駆動させることによって上下駆動される。
【００２３】
また上型押さえ部材６には上型１０の外部に突出した部分の外周を取り囲んで上型加熱部１２が設けられる。その上型加熱部１２内側には上型１０側部を囲撓するように上型用ヒータ１３が取り付けられる。この上型用ヒータ１３は、上型１０を加熱するためのヒータであって係る目的から上型用ヒータ１３は上型１０を円周上に囲んで配置される。一方下型押さえ部材７には下型１１の外部に突出した部分の外周を取り囲んで下型加熱部１４が設けられる。その下型加熱部１４内側には下型１１側部を囲撓するように下型用ヒータ１５が取り付けられる。この下型用ヒータ１５は、下型１１を加熱するためのヒーターであって係る目的から下型用ヒータ１５は下型１１を円周上に囲んで配置される。
【００２４】
さらに上型押さえ部材６及び上型１０には、上型押さえ部材６及び上型１０それぞれの略中央部分を貫通する態様で上型用熱電対１６が取り付けられ、この上型用熱電対１６の基端は成形部４上面部分近傍の上型押さえ部材６基端部に固定され、一方上型用熱電対１６先端は上型１０のガラス素材２に対する上型成形機能面１０ａの近傍位置に配置される。この上型用熱電対１６によって上型１０の温度がモニターされ、したがって上型用熱電対１６の先端は、上型１０のガラス素材２に対する上型成形機能面１０ａ近傍に近いほど望ましい。
また上型１０のガラス素材２に対する上型成形機能面１０ａは凹面形状をしており、所望する球面形状に鏡面加工される。上型１０の上型成形機能面１０ａと上型１０の側部外周との連続部分１０ｂは、滑らかに連続するように上型成形機能面１０ａの球面形状の接線と、連続部分１０ｂの面取りＲの接線とが一致するように接続して加工される。連続部分１０ｂの面取りＲの接線と上型成形機能面１０ａの接線とを一致させることで滑らかにつなぐことは、非球面形状、自由曲面でも同様に可能である。
【００２５】
一方下型押さえ部材７及び下型１１には、下型押さえ部材７及び下型１１それぞれの略中央部分を貫通する態様で下型用熱電対１７が取り付けられ、この下型用熱電対１７の基端は成形部４下面部分近傍の下型押さえ部材７基端部に固定され、一方下型用熱電対１７先端は下型１１のガラス素材２に対する下型成形機能面１１ａの近傍位置に配置される。この下型用熱電対１７によって下型１１の温度がモニターされ、したがって下型用熱電対１７の先端は、下型１１のガラス素材２に対する下型成形機能面１１ａ近傍に近いほど望ましい。
【００２６】
また下型１１のガラス素材２に対する下型成形機能面１１ａは凹面形状をしており、所望する球面形状に鏡面加工される。下型１１の下型成形機能面１１ａと下型１１の側部外周との連続部分１１ｂは、滑らかに連続するように下型成形機能面１１ａの球面形状の接線と、連続部分１１ｂの面取りＲの接線とが一致するように接続して加工される。連続部分１１ｂの面取りＲの接線と下型成形機能面１１ａの接線とを一致させることで滑らかにつなぐことは、非球面形状、自由曲面でも同様に可能である。
【００２７】
前記基台１上に成形部４と隣接して配置されたガラス素材２の加熱を行う加熱部３は加熱室１８を備え、その加熱室１８を形成する加熱部３内側壁面に加熱室１８を取り囲む態様で円筒形状のヒーター１９が配置される。
また加熱部３には搬送アーム２０が設けられ、係る搬送アーム２０は加熱部３の加熱室１８内側を図示しない駆動源によって移動可能に配置される。この搬送アーム２０の先端部にはＵ字型のホルダ受け部２０ａが形成され、このホルダ受け部２０ａにガラス素材２を載置するホルダ２１が載置される。ホルダ２１はその内周面にガラス素材２を載置するための段部２１ａを備える。またホルダ２１の上端部は開放されて上型１０の上型成形機能面１０ａの外径よりも大なる径の開口部２１ｂとされ、一方ホルダ２１の段部２１ａ下方の下端部は開放されて下型１１の下型成形機能面１１ａの外径よりも大なる径の開口部２１ｃとされる。
【００２８】
一方、上型１０及び下型１１の酸化を防止することを目的として、ガラス素材２の成形を行う成形部４の前記成形室５内部は図示しない非酸化性ガス導入部材により非酸化性ガスが導入されて非酸化性雰囲気に保たれる。係る成形室５内部を非酸化性雰囲気に保つ非酸化性ガスとしては窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等を適用することができる。また成形室５内部の酸素濃度は成形に使用される上型１０及び下型１１の型材や上型１０及び下型１１の表面を被覆する成膜材の種類に応じて適宜に調整される。例えば、上型１０及び下型１１の型材としてＷＣを用い膜厚３００Å（オングストローム）以下のＷＣ膜で被覆して構成した上型１０及び下型１１を使用する場合の成形室５内部の酸素濃度は、５ｐｐｍ〜２００ｐｐｍの範囲にするのが望ましい。この酸素濃度が２００ｐｐｍを超える場合には、上型１０及び下型１１の酸化が顕著となり、一方、この酸素濃度を５ｐｐｍ未満としても特に酸化防止効果がそれ以上向上するという利益はない。
【００２９】
以上の図１に示すガラス素材の成形装置によれば次のように本発明のガラス素材の成形方法が実施される。
先ずガラス素材２をホルダ２１の内側段部２１ａ上に載置し、その後に、ホルダ２１を搬送アーム２０のホルダ受け部２０ａに載置する。その状態で搬送アーム２０によって加熱部３の加熱室１８内にホルダ２１を搬送し、ヒータ１９によってガラス素材２を加熱する。
一方、前記基台１上に加熱部３と隣接して配置されたガラス素材２の成形を行う成形部４の成形室５内部に非酸化性ガスを導入して非酸化性雰囲気とし、上型１０及び下型１１とをあらかじめ所定温度Ｔ１に加熱する。
ガラス素材２中央部の温度が、所定温度Ｔ２に達した時に、ガラス素材２を対向配置されている上型１０及び下型１１間に搬送する。
【００３０】
次に加圧軸８を駆動させることによって下型押さえ部材７に固定された下型１１を駆動させ、上型１０の上型成形機能面１０ａと下型１１の下型成形機能面１１ａ間でガラス素材２を押圧成形する押圧工程を行う。
【００３１】
以上の工程において、ガラス素材２を押圧成形する押圧工程前にガラス素材２と上型１０及び下型１１を加熱する第一の加熱工程においてはガラス素材２の加熱温度Ｔ２と成形型である上型１０及び下型１１の加熱温度Ｔ１とを、上型１０及び下型１１の加熱温度Ｔ１がガラス素材２の加熱温度Ｔ２よりも低い温度であり（Ｔ２＞Ｔ１）、かつ押圧工程開始直後のガラス素材２表面部粘度はガラス素材２中央部粘度より高く、ガラス素材２表面部粘度とガラス素材２中央部粘度との比が１０３．５以下となるようにガラス素材２の加熱温度Ｔ２と上型１０及び下型１１の加熱温度Ｔ１とを設定する。
【００３２】
次いで押圧成形工程開始後にガラス素材２と上型１０及び下型１１とをさらに加熱する第二の加熱工程を行う。この第二の加熱工程では押圧成形工程開始後の上型１０の上型成形機能面１０ａと下型１１の下型成形機能面１１ａの表面近傍のガラス素材２の温度上昇が３°Ｃ以上４０°Ｃ以内となるように加熱を行う。　この第二の加熱工程では、成形型表面すなわち上型成形機能面１０ａと下型成形機能面１１ａからの距離が図１に示す間隔Ａよりも浅い位置を測定点として、その測定点の温度上昇が３°Ｃ以上４０°Ｃ以内となるように加熱を行うようにする。この図１に示す間隔Ａはガラス素材２を押圧成形して得られる成形品の押圧される２面間の最も厚い部分の厚さであって上型成形機能面１０ａと下型成形機能面１１ａそれぞれの中心間距離である。
【００３３】
次に上型１０の上型成形機能面１０ａと下型１１の下型成形機能面１１ａ間でガラス素材２を押圧成形しさらに加熱する第二の加熱工程の後に冷却工程に移行する。係る冷却工程はガラス素材２のガラス転移点に相当する温度Ｔ３にガラス素材２の表面温度が達する前に開始する。この冷却工程開始温度Ｔ３は、ガラス素材２のガラス転移点がガラス粘度で１０１３．５ｄＰａＳに相当する温度である場合には、１０１３．５ｄＰａＳに相当する温度と設定される。またこの冷却工程開始温度Ｔ３は、実施の態様によってはガラス素材２の表面温度がガラス転移点のガラス粘度に対して１０−１．５倍の粘度に相当する温度以下とする。したがって前述のようにガラス素材２のガラス転移点がガラス粘度で１０１３．５ｄＰａＳに相当する温度と決定される場合には、この冷却工程開始温度Ｔ３はガラス粘度で１０１２ｄＰａＳに相当する温度として設定する。またこの冷却工程では、成形後のガラス素材２表面部の粘度のガラス素材２中央部の粘度に対する比が１０１．５ｄＰａＳ以内になるまで冷却を行う。
【００３４】
【実施例】
次に以上の実施の形態に示したガラス素材の成形装置を用いて本発明のガラス素材の成形方法を実施した実施例を説明する。
（実施例１）
図１に示す全体構成のガラス素材の成形装置を用いて本発明のガラス素材の成形方法を実施した。
本実施例では、上型用ヒータ１３及び下型用ヒータ１５として赤外線ランプヒータ使用した。
【００３５】
本実施例では、上型１０及び下型１１の素材にはＳｉＣ（炭化珪素）を使用し、膜厚２０００Å（オングストローム＝１０−１０ｍ）以下のカーボン膜にて被覆した。上型１０の成形機能面１０ａ中心から上型１０基端部までの距離の９０％に相当する深さまで上型用熱電対１６を挿入し、同様に下型１１の成形機能面１１ａ中心から下型１１基端部までの距離の９０％に相当する深さまで下型用熱電対１７を挿入した。その結果、上型用熱電対１６と上型成形機能面１０ａ及び下型用熱電対１７先端と下型成形機能面１１ａとの間隔は、上型成形機能面１０ａと下型成形機能面１１ａとの間隔の最も大きな部分の間隔Ａ、すなわち成形品の最大肉厚であって、上型成形機能面１０ａと下型成形機能面１１ａとの中心間距離よりも小さくされた。
またガラス素材２の成形を行う成形部の成形室５中央部を非酸化性雰囲気に保つ非酸化性ガスとしては窒素ガスを使用し、成形室５中央部を、酸素濃度１５％以下に保った。
【００３６】
また、本実施例では、ガラス素材２の表面温度と中央部温度とをモニターする為に、ガラス素材２中央部に図示を省略した熱電対を挿入した。測定した結果を図２に示してある。図２のΔｔは、ガラス素材２の表面温度と中央部温度との差を示す。
【００３７】
先ず上型１０及び下型１１とをあらかじめガラス素材２の粘度で１０１３．５ｄＰａＳに相当する５４０℃に加熱し、同時に、ガラス素材２を収納したホルダ２１を搬送アーム２０によって加熱部３の加熱室１８内に搬送し、ヒータ１９によってガラス素材２を加熱して、ガラス素材２中央部の温度が、ガラス素材２の粘度で１０８．５ｄＰａＳに相当する粘度である６４５℃に達した時に、ガラス素材２を対向配置されている上型１０及び下型１１間に搬送した。
【００３８】
次に加圧軸８を駆動させることによって下型押さえ部材７に固定された下型１１を駆動させ、上型１０の上型成形機能面１０ａと下型１１の下型成形機能面１１ａ間でガラス素材２を押圧成形した。
【００３９】
以上の工程において、ガラス素材２を押圧成形する押圧工程前にガラス素材２と上型１０及び下型１１を加熱する第一の加熱工程においてはガラス素材２の加熱温度６４５℃（＝Ｔ２）と成形型である上型１０及び下型１１の加熱温度５４０℃（＝Ｔ１）とを、上型１０及び下型１１の加熱温度Ｔ１がガラス素材２の加熱温度Ｔ２よりも低い温度となるようにした。またガラス素材２の加熱温度Ｔ２と上型１０及び下型１１の加熱温度Ｔ１とを以上のように設定した結果、押圧工程開始直後のガラス素材２表面部の粘度のガラス素材２中央部の粘度に対する比は１０３．５以下であった。具体的には、押圧工程開始直後の成形された瞬間にガラス素材２の表面温度は下がり、ガラス素材２の粘度で１０１２ｄＰａＳに相当する温度である５７０℃となった。また、その時、ガラス素材２の中央部温度はガラス素材２の粘度で１０８．５ｄＰａＳに相当する温度である６４５℃であった。したがって、この時、図２のΔｔすなわちガラス素材２の表面温度と中央部温度との差は７５℃であった。また、この時、上型１０及び下型１１の温度は３℃上昇した。
【００４０】
その後冷却工程に移行した。係る冷却工程はガラス素材２のガラス粘度で１０１２ｄＰａＳに相当する温度である５７０℃にガラス素材２中央部の温度が達する前に開始した。その際、ガラス素材２表面は本実施例で使用したガラス転移点温度である１０１３．５ｄＰａＳであった。またこの冷却工程では、成形後、ガラス素材２表面部粘度の中央部粘度に対する比が１０１．５以内になるまで冷却を行った。
【００４１】
その後ガラス素材２から、熱電対を取り去り、上述と同じ条件でガラス素材２の成形を行い得られた光学素子の検査を行った。
検査はＮＲ（ニュートンリング）、クセにつき行った。
（１）ＮＲ：得られた光学素子の曲率半径と成形に使用した型の曲率半径の差の絶対値を干渉縞本数で記述したパラメータ。
（２）クセ：得られた光学素子の形状の誤差であり、ヒケを定量的に評価したパラメータ。
以上のＮＲとクセについてはそれぞれ成形品の仕様で許容される上限値で規格化し、許容される上限値を１００％とし、得られた結果がこれを下回る数値である場合には良好な結果であるものとして評価した。
係る検査の結果、本実施例によって得られた光学素子がＮＲ８３％、クセ５０％以下の高精度な面形状を持つ光学素子が成形できることを確認した。
【００４２】
以上の実施例において上型１０及び下型１１から離型を行う温度はガラス素材２中央部の粘度がガラス転移点温度以下になった後の方が、より望ましいが、サイクルタイムを短縮するために、ガラス中央部の温度がガラス粘度で１０１２ｄＰａＳに相当する温度になった時に離型しても、ガラス素材２表面部粘度の中央部粘度に対する比が１０１．５以下であれば、得られる光学素子は、十分な光学性能が得られた。
【００４３】
（実施例２）
他は実施例１と同様として、下記ｉ，ｉｉ　の２条件につき異なる数値とする制御を行い光学素子を成形した。
ｉ　　押圧工程開始直後のガラス素材２表面部粘度の中央部粘度に対する比
ｉｉ　　　押圧工程開始後、ガラス素材２中央部の粘度が１０１２ｄＰａＳに達した際の表面部の中央部に対する粘度比
得られた光学素子につきその検査を行った。結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
2004083327.tif 000003
【００４５】
表１に示されるように、押圧工程開始直後のガラス素材２表面部粘度と中央部粘度に対する比（条件ｉ）が１０４．５に達する場合には、押圧工程開始後、ガラス素材２中央部の粘度が１０１２ｄＰａＳに達した際の表面部の中央部に対する粘度比（条件ｉｉ　）のいかんに関わらず、上型１０及び下型１１へのガラス素材２の融着による成形不良である型融着が発生すると共に、クセが許容上限値を超えた。
【００４６】
これに対し、押圧工程開始直後のガラス素材２表面部粘度の中央部粘度に対する比（条件ｉ）が１０３．５以下であれば原則として良好な成形結果が得られる。但し押圧工程開始後、ガラス素材２中央部の温度がガラス粘度で１０１２ｄＰａＳに相当する温度に達した際の表面部の中央部に対する粘度比（条件ｉｉ　）が１０２．５に達する場合には、ＮＲ、クセが許容上限値を超えた。
これは以下の理由による。
すなわちガラス固有の物性として、ガラス転移点に近い１０１２ｄＰａＳを超える粘度では流動性すなわち変形がなくなるという事実がある。さらに詳細には１０１２ｄＰａＳ以上でもわずかに流動性が保たれるにしろほぼガラス転移点であると認められる１０１３．５ｄＰａＳ以上では流動性は失われる。また、ガラス素材２の表面部と中央部とに粘度の差がある場合にはガラス素材２表面部と中央部とに熱膨張差が生じる。以上のことから、ガラス素材２中央部の温度がほぼガラス転移点であると認められる１０１３．５ｄＰａＳに対して１０−１．５倍のガラス粘度である１０１２ｄＰａＳに相当する温度に達すると共に、ガラス素材２の表面が中央部に対して１０２．５倍を超える粘度の違いが生じる場合には、その後冷却すると、ガラス素材２の中央部は流動性が極めて低く、且つガラス素材２表面部と中央部とに熱膨張差が生じることからヒケが起こり、得られる光学素子における転写精度の悪化の原因となる。
【００４７】
（実施例３）
本実施例では、半径Φ２ｍｍのガラス素材２を使用した。その他、用いた成形装置等は実施例１と同様でありその記載を省略する。
尚、図３は本実施例でガラス素材２に熱電対を挿入し測定した結果であり、ΔＳは、プレス開始後の型温度の最高到達点とプレス直前の成形型の温度差を示す。
先ず上型１０及び下型１１とをあらかじめガラス素材２の粘度で１０１３．５ｄＰａＳに相当する５４０℃に加熱し、同時に、ガラス素材２を収納したホルダ２１を搬送アーム２０によって加熱部３の加熱室１８内に搬送し、ヒータ１９によってガラス素材２を加熱して、ガラス素材２中央部の温度が、ガラス素材２の粘度で１０８．５ｄＰａＳａｓに相当する粘度である６３０℃に達した時に、ガラス素材２を対向配置されている上型１０及び下型１１間に搬送した。
【００４８】
次に加圧軸８を駆動させることによって下型押さえ部材７に固定された下型１１を駆動させ、上型１０の上型成形機能面１０ａと下型１１の下型成形機能面１１ａ間でガラス素材２を押圧成形し、成形された瞬間にガラス素材２の表面温度は低下し、表面温度はガラス素材２の粘度で１０１３．７ｄＰａＳに相当する温度である５４５℃となり、一方、中央部温度はガラス素材２の粘度で１０８．８ｄＰａＳに相当する温度である６３０℃であった。この時、同時に上型用ヒータ１３と下型用ヒータ１５の出力を上げ、ガラス素材２と上型１０及び下型１１とをさらに加熱する第二の加熱工程を行った。これにより、上型１０と下型１１との温度が上昇し、上型１０と下型１１の温度は５８０℃となった。図３に示されるように本実施例ではプレス開始後の型温度の最高到達点とプレス直前の成形型の温度差ΔＳは３５℃である。
【００４９】
次に実施例１と同様に冷却工程を行い、その後ガラス素材２から、熱電対を取り去り、上述と同じ条件でガラス素材２の成形を行い得られた光学素子の外観検査を行った。その結果、得られた光学素子がＮＲ８３％、クセ５０％以下の良好な光学素子であることを確認した。
本実施例３の光学素子の成形方法によれば、割れや中肉の加圧不足等の欠陥がない光学素子を成形することができた。
【００５０】
（実施例４）
他は実施例３と同一として、ガラス素材２の中央部温度を１０７ｄＰａＳに相当する６６０℃とし、上型１０及び下型１１の温度をガラス素材２の粘度で１０１１ｄＰａＳに相当する５８０℃に設定して、上型１０と下型１１間でガラス素材２の押圧成形を開始した。また上型用ヒータ１３と下型用ヒータ１５による押圧成形開始後の加熱は行わなかった。しかし、上型１０と下型１１の温度は３５℃上昇し、良好な光学素子が得られた。
【００５１】
（比較例１）
他は実施例３と同様として、上型用ヒータ１３と下型用ヒータ１５の出力を調整することによってガラス素材２を押圧成形する押圧工程開始後に上型用ヒータ１３と下型用ヒータ１５の出力を上げ、上型１０及び下型１１の加熱温度を５８５℃以上とした。したがってガラス素材２押圧成形工程開始後の成形型である上型１０と下型１１の表面近傍の温度上昇は４０℃以上となった。その結果、ガラス素材２の上型１０及び下型１１への融着が起き、光学素子を得ることはできなかった。
（比較例２）
他は実施例２と同様として、ガラス素材２を押圧成形する押圧工程開始後に上型用ヒータ１３と下型用ヒータ１５による出力を行わず上型１０及び下型１１の加熱は行わなかった。この時、上型１０及び下型１１の温度は実質的には上昇せず、温度上昇は３℃未満（２℃）であった。その結果、押圧成形過程でガラス素材２は割れてしまい所望の光学素子は得られなかった。
（比較例３）
他は実施例２と同様として、ガラス素材２を押圧成形する押圧工程前にガラス素材２と上型１０及び下型１１を加熱する第一の加熱工程においてガラス素材２の加熱温度Ｔ２をガラス素材２中央部の温度を１０５．５ｄＰａＳに相当する７００℃とし、上型１０及び下型１１の加熱温度Ｔ１をガラス素材２の粘度で１０１１ｄＰａＳに相当する温度である５８０℃に設定した。その結果上型１０と下型１１の温度は４５℃上昇し、ガラス素材２の上型１０及び下型１１への融着が起き、光学素子を得ることはできなかった。
【００５２】
以上の実施例１、実施例３、実施例４、比較例１〜比較例３につき押圧成形工程開始後の成形型表面近傍の上昇温度と成形結果とを表２に整理して示す。
表２に示されるように、押圧成形工程開始後の成形型表面近傍の上昇温度が３℃である実施例１及び同じく上昇温度が３５℃である実施例３及び実施例４では良好な成形結果が得られた。これに対し上昇温度が４０℃以上である比較例１、比較例３では型融着が生じて良好な成形結果は得られない。また押圧成形工程開始後の成形型表面近傍の温度上昇を行わない比較例２ではガラス素材２に割れが発生し、やはり良好な成形結果は得られない。
【００５３】
【表２】
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【００５４】
【発明の効果】
本発明の光学素子の成形方法によれば、ガラスが型に融着したり、割れたり、所定厚みまで押厚できなかったりすることがなく、高精度な面精度を有する光学素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に用いるガラス素材の成形装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施例１におけるガラス素材２の表面温度と中央部温度との成形過程における変化を測定した結果を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例３におけるガラス素材２の表面温度と中央部温度との成形過程における変化を測定した結果を示す説明図である。
【符号の説明】
２・・・ガラス素材、４・・・成形部、３・・・加熱部、１０・・・上型、１１・・・下型、１６・・・上型用熱電対、１７・・・下型用熱電対。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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