(57)【要約】【課題】ガラス光学素子成形用型セット、及びガラス光学素子の製造方法において、ガラス成形素材と成形型との離型を安定化させることでガラス光学素子を高精度に成形する。【解決手段】ガラス光学素子成形用型セット１００は、ガラス成形素材２０１を挟んで対向するように配置され、ガラス成形素材２０１の光学機能面に面形状を転写する成形面１０１ａ，１０２ａを有する上型１０１（第１の成形型）及び下型１０２（第２の成形型）と、上型１０１と下型１０２との間に配置され、ガラス成形素材２０１の非光学機能面である外周面に面形状を転写する成形面１０４ａを有する補助胴型１０４（第３の成形型）と、を備え、補助胴型１０４の成形面１０４ａの算術平均粗さＲａは、Ｒａ≦２００ｎｍである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス成形素材を挟んで対向するように配置され、前記ガラス成形素材の光学機能面に面形状を転写する成形面を有する第１の成形型及び前記第２の成形型と、
前記第１の成形型と前記第２の成形型との間に配置され、前記ガラス成形素材の非光学機能面である外周面に面形状を転写する成形面を有する第３の成形型と、を備え、
前記第３の成形型の前記成形面の算術平均粗さＲａは、
Ｒａ≦２００ｎｍ
である、ガラス光学素子成形用型セット。
【請求項２】
前記第３の成形型の前記成形面における前記ガラス成形素材の周囲に亘る算術平均粗さＲａの分布は、最大値と最小値との差ΔＲａが、
ΔＲａ≦５０ｎｍ
である、請求項１記載のガラス光学素子成形用型セット。
【請求項３】
前記第３の成形型の前記成形面に形成された保護膜を更に備える、請求項１又は２記載のガラス光学素子成形用型セット。
【請求項４】
ガラス光学素子成形用型セットに収容されたガラス成形素材を加熱する加熱工程と、
加熱された前記ガラス成形素材を加圧成形する加圧成形工程と、
加圧成形された前記ガラス成形素材を冷却する冷却工程と、を含み、
前記ガラス光学素子成形用型セットは、
前記ガラス成形素材を挟んで対向するように配置され、前記ガラス成形素材の光学機能面に面形状を転写する成形面を有する第１の成形型及び前記第２の成形型と、
前記第１の成形型と前記第２の成形型との間に配置され、前記ガラス成形素材の非光学機能面である外周面に面形状を転写する成形面を有する第３の成形型と、を備え、
前記第３の成形型の前記成形面の算術平均粗さＲａは、
Ｒａ≦２００ｎｍ
である、ガラス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、ガラス光学素子成形用型セット、及びこのガラス光学素子成形用型セットを用いるガラス光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レンズ、プリズム、ミラー等のガラス光学素子には、高性能化や高機能化が求められており、例えば、光学面形状を非球面形状にして性能を改善する方法が知られている。特に、非球面形状を有するガラス光学素子の大量生産の場面では、加熱軟化させたガラス成形素材を成形型で加圧成形する製造方法が採られている。
【０００３】
非球面形状を有するガラス光学素子には限られないが、ガラス光学素子の量産に向く製造装置としては次のようなものがある。
例えば、ガラス光学素子成形用型セットに収容されたガラス成形素材を、加熱、加圧成形、及び冷却の各ステージに順次搬送して所望のガラス光学素子を製造するガラス光学素子の製造装置が知られている。ガラス光学素子成形用型セットは、例えば、上型、下型、胴型、及び補助胴型を有する。胴型は、上型及び下型の周囲に位置する筒形状の部材であり、補助胴型は、上型と下型との間に位置する筒形状の部材である。
【０００４】
このようなガラス光学素子成形用型セットにおいて、成形形状のばらつきを少なくし、安定した高精度なガラス光学素子を得るために、光学機能面の算術平均粗さＲａを０．３ｎｍ以上３０ｎｍ以下とする手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ガラス光学素子成形用型セットにおいて、光学機能面の最大高さ粗さＲｍａｘを１００ｎｍ以下（算術平均粗さＲａ２５ｎｍ以下相当）とし、非光学機能面の最大高さ粗さＲｍａｘを１６００ｎｍ以上６３００ｎｍ以下（算術平均粗さＲａ４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下相当）とする手法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３３０１５２号公報
【特許文献２】特開２００１−３３５３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、補助胴型の内周面などの非光学機能面において、最大高さ粗さＲｍａｘが上記の１６００ｎｍ以上６３００ｎｍ以下（算術平均粗さＲａ４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下相当）のような大きい値である場合、ガラス成形素材と補助胴型との接触面積が減少するため、冷却工程における離型が比較的早い段階で発生しやすくなる。一方で、まれにガラス成形素材が補助胴型の粗い部分に充填されると、アンカー効果の影響によって、ガラス成形素材が補助胴型に貼り付きやすい状態になる。そして、貼り付きが発生した部位では、平滑な部位と比較して離型しづらくなる。
【０００８】
このように、最大高さ粗さＲｍａｘが上記の１６００ｎｍ以上６３００ｎｍ以下算術平均粗さＲａ４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下相当）のような大きい値である場合、離型が早くなったり遅くなったりするなど、離型状態が変化しやすくなる。特に、ガラス成形素材が補助胴型に貼り付きやすい状態のとき、ガラス光学素子の外周面にワレ、カン、焼き付きなどが発生するという問題が生じる。
【０００９】
また、ガラス光学素子と補助胴型との離型タイミングが部位により異なることによって、先に離型した部位では後に離型した部位よりも補助胴型とガラス光学素子との熱伝導の時間が短くなる。これにより、先に離型した部位と後に離型した部位とでは温度が変化する。この温度変化は、ガラス光学素子の外周面のみならず、外周面の内側に位置する光学機能面などの領域においても影響を生じる。そのため、高精度化が要求されてきている光学機能面において、面形状のばらつきが生じたり、アス、コマ、クセの発生が増加したりすることになる。
【００１０】
本発明の目的は、ガラス成形素材と成形型との離型を安定化させることでガラス光学素子を高精度に成形することができる、ガラス光学素子成形用型セット、及びガラス光学素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１つの態様では、ガラス光学素子成形用型セットは、ガラス成形素材を挟んで対向するように配置され、前記ガラス成形素材の光学機能面に面形状を転写する成形面を有する第１の成形型及び前記第２の成形型と、前記第１の成形型と前記第２の成形型との間に配置され、前記ガラス成形素材の非光学機能面である外周面に面形状を転写する成形面を有する第３の成形型と、を備え、前記第３の成形型の前記成形面の算術平均粗さＲａは、Ｒａ≦２００ｎｍである。
【００１２】
他の１つの態様では、ガラス光学素子の製造方法は、ガラス光学素子成形用型セットに収容されたガラス成形素材を加熱する加熱工程と、加熱された前記ガラス成形素材を加圧成形する加圧成形工程と、加圧成形された前記ガラス成形素材を冷却する冷却工程と、を含み、前記ガラス光学素子成形用型セットは、前記ガラス成形素材を挟んで対向するように配置され、前記ガラス成形素材の光学機能面に面形状を転写する成形面を有する第１の成形型及び前記第２の成形型と、前記第１の成形型と前記第２の成形型との間に配置され、前記ガラス成形素材の非光学機能面である外周面に面形状を転写する成形面を有する第３の成形型と、を備え、前記第３の成形型の前記成形面の算術平均粗さＲａは、Ｒａ≦２００ｎｍである。
【発明の効果】
【００１３】
前記態様によれば、ガラス成形素材と第３の成形型との離型を安定化させることでガラス光学素子を高精度に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るガラス光学素子成形用型セットを示す断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施の形態における補助胴型を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施の形態の変形例における補助胴型を示す平面図及びＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における補助胴型の成形面の算術平均粗さＲａを示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態における補助胴型の成形面の研削加工の一例を説明するための説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態における補助胴型の成形面の研磨加工の一例を説明するための説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態におけるガラス光学素子の製造装置の内部構造を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る、ガラス光学素子成形用型セットと、光学素子の製造方法とについて、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
＜ガラス光学素子成形用型セットについて＞
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るガラス光学素子成形用型セット（以下、本明細書において単に「型セット」と記す。）１００を示す断面図である。
【００１７】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、型セット１００は、上型１０１と、下型１０２と、胴型１０３と、補助胴型１０４と、を備える。なお、上型１０１及び下型１０２は、第１の成形型及び第２の成形型の一例である。また、補助胴型１０４は、第３の成形型の一例である。
【００１８】
上型１０１と下型１０２とは、ガラス成形素材２０１を挟んで対向するように配置されている。上型１０１及び下型１０２は、例えば円柱形状を呈する。
上型１０１には、例えば凹形状の成形面１０１ａが底面に形成されている。また、下型１０２には、凹形状の成形面１０２ａが上面に形成されている。これらの成形面１０１ａ，１０２ａは、図１（ｂ）に示すガラス光学素子２０２（ガラス成形素材２０１）の光学機能面（光学的特性を発揮する面）に面形状を転写する。なお、成形面１０１ａ，１０２ａは、ガラス光学素子２０２の光学機能面のみならず、その周囲に位置する非光学機能面にも面形状を転写する。
【００１９】
上型１０１の上端には、段付き部１０１ｂが形成されている。また、下型１０２の下端にも、段付き部１０２ｂが形成されている。
胴型１０３は、円筒形状を呈する。また、胴型１０３は、上型１０１の段付き部１０１ｂと下型１０２の段付き部１０２ｂとの間において、上型１０１及び下型１０２の周囲に配置されている。なお、上型１０１は、外周面において胴型１０３の内周面に対し摺動可能である。
【００２０】
平面図である図２（ａ）及びそのＡ−Ａ断面図である図２（ｂ）に示すように、補助胴型１０４は、例えばリング状（又は、筒形状、若しくは、貫通孔が形成された柱形状）を呈する。補助胴型１０４は、胴型１０３の中空部分において、上型１０１と下型１０２との間に配置されている。補助胴型１０４は、胴型１０３と一体に設けられていてもよい。
【００２１】
補助胴型１０４は、ガラス光学素子２０２（ガラス成形素材２０１）の非光学機能面である外周面に面形状を転写する成形面１０４ａを内周面に有する。なお、ガラス成形素材２０１の外周面は、上型１０１及び下型１０２の成形面１０１ａ，１０２ａにより面形状を転写される部分を除く部分である。
【００２２】
図３に示すように、補助胴型１０４の成形面１０４ａには、保護膜１０５（図３では太い実線で示す）が形成されていてもよい。この保護膜１０５の材料は、白金、ルビジウム、イリジウム、パラジウム、ルテニウム、オスニウム、金などの貴金属系や、カーボンなどが例として挙げられる。なお、保護膜１０５は、全体に膜厚がほぼ均一に形成されるため、補助胴型１０４の成形面１０４ａの表面粗さが保護膜１０５上にも少なからず表れる。
【００２３】
図４に示すように、補助胴型１０４の成形面１０４ａの算術平均粗さＲａは、Ｒａ≦２００ｎｍ（図４では０．２［μｍ］）である。より好ましくは、成形面１０４ａの算術平均粗さＲａは、Ｒａ≦６０ｎｍである。なお、図４の−０．０２［μｍ］付近の左右に延びる実線は、基準長さにおける粗さ曲線の平均線である。算術平均粗さＲａの上記の関係は、ガラス成形素材２０１の厚み方向の基準長さ及びこの厚み方向に直交するガラス成形素材２０１の周方向の基準長さのどちらで比較しても満たされる。
【００２４】
成形面１０４ａの算術平均粗さＲａは、１ｎｍ≦Ｒａとするとよい。Ｒａが１ｎｍ未満であってもよいが、成形面１０４ａにガラス成形素材２０１が貼り付きやすくなるためである。なお、上型１０１及び下型１０２の成形面１０１ａ，１０２ａのうちガラス光学素子２０２の光学機能面に面形状を転写する部分の算術平均粗さは、補助胴型１０４の成形面１０４ａの算術平均粗さ以下又は同等とすることが望ましい。
【００２５】
補助胴型１０４の成形面１０４ａにおけるガラス成形素材２０１の周囲に亘る算術平均粗さＲａの分布は、最大値と最小値との差ΔＲａが、ΔＲａ≦５０ｎｍである。より好ましくは、ΔＲａは、ΔＲａ≦３０ｎｍである。なお、このΔＲａの関係は、下記の２つの場合の両方で満たされる。１つ目は、ガラス成形素材２０１の厚み方向の基準長さでの粗さと、この基準長さの位置からガラス成形素材２０１の周方向に離れた他の位置におけるガラス成形素材２０１の厚み方向の基準長さでの粗さとを比較する場合である。また、２つ目は、ガラス成形素材２０１の周方向の基準長さでの粗さと、この基準長さの位置からガラス成形素材２０１の周方向に離れた他の位置におけるガラス成形素材２０１の周方向の基準長さでの粗さと比較する場合である。
【００２６】
なお、後述するように、補助胴型１０４の成形面１０４ａの回転送り方向が成形面１０４ａ（ガラス成形素材２０１）の周方向である場合、この周方向に直交する直線送り方向（ガラス成形素材２０１の厚み方向）において上記のＲａ及びΔＲａが大きくなりやすい。図４に示す算術平均粗さＲａは、直線送り方向であるガラス成形素材２０１の厚み方向の測定結果である。
【００２７】
図５及び図６は、補助胴型１０４の成形面１０４ａの研削加工及び研磨加工の一例を説明するための説明図である。
補助胴型１０４の成形面１０４ａの算術平均粗さＲａやΔＲａを上記の関係を満たすように仕上げるためには、図５に示す研削加工が行われるとよい。図５の例では、補助胴型１０４、又は砥石３０１ａを有する工具３０１が補助胴型１０４の中心軸Ｃ１１を中心に回転し（回転送り）、工具３０１がその中心軸Ｃ１２を中心に回転する。また、適宜、工具３０１又は補助胴型１０４が中心軸Ｃ１１，Ｃ１２と平行に移動する（直線送り）。成形面１０４ａの算術平均粗さＲａを小さくするためには、砥石の選択や、送り速度を遅くすることなどによって適宜調整すればよい。なお、研削加工の前には、例えば切削加工により補助胴型１０４を大まかな筒形状にするなどの加工が適宜行われる。
【００２８】
また、補助胴型１０４の成形面１０４ａの算術平均粗さＲａやΔＲａを小さくするために、研削加工の後に図６に示す研磨加工が行われてもよい。図６の例では、補助胴型１０４、又は当接部３０２ａを有する工具３０２が補助胴型１０４の中心軸Ｃ２１を中心に回転し（回転送り）、工具３０２がその中心軸Ｃ２２を中心に回転する。また、適宜、工具３０２又は補助胴型１０４が中心軸Ｃ２１，Ｃ２２と平行に移動する（直線送り）。なお、補助胴型１０４の成形面１０４ａ上には研磨剤３０３が供給される。
【００２９】
上述の型セット１００（上型１０１、下型１０２、胴型１０３、及び補助胴型１０４）の材料は、耐熱や耐荷重の面から、例えば、超硬合金、炭化珪素、ステンレス鋼などを用いるとよい。また、上型１０１及び下型１０２の成形面１０１ａ，１０２ａには、耐久性、並びに、ガラス成形素材２０１と上型１０１及び下型１０２との離型性の観点から、型膜コートを実施するのがよい。さらに、成形面１０１ａ，１０２ａの離型性を改善させるため、成形面１０１ａ，１０２ａには物理的あるいは化学的な手段で離型剤を使った表面処理を実施しておいてもよい。また、ガラス成形素材２０１としては、あくまで一例であるが、Ｌ−ＢＳＬ７（（株）オハラ製、ガラス転移点４９８℃、屈伏点５４９℃）などが知られている。
【００３０】
＜ガラス光学素子の製造方法について＞
まず、ガラス光学素子の製造方法に用いられるガラス光学素子の製造装置の一例について、図７を参照しながら説明する。
【００３１】
図７は、本発明の一実施の形態におけるガラス光学素子の製造装置１の内部構造を示す正面図である。
図７に示すガラス光学素子の製造装置１は、成形室２と、加熱ステージ１０と、加圧成形ステージ２０と、冷却ステージ３０と、投入側載置台４０と、排出側載置台５０と、を備える。
【００３２】
成形室２は、遮蔽板２ａと、投入側シャッタ２ｂと、排出側シャッタ２ｃと、内部シャッタ２ｄと、を有する。
遮蔽板２ａは、成形室２の内部に配置され、投入側載置台４０が配置される空間（予備室）と、加熱ステージ１０、加圧成形ステージ２０、冷却ステージ３０、及び排出側載置台５０が配置される空間（成形空間）とを仕切る。
【００３３】
投入側シャッタ２ｂは、型セット１００が成形室２内に投入される際に開放するように制御される。また、排出側シャッタ２ｃは、型セット１００が成形室２内から排出される際に開放するように制御される。成形室２は、投入側シャッタ２ｂ及び排出側シャッタ２ｃによって密閉されている。
【００３４】
成形室２内は、大気であるか、又は、不活性ガス（Ａｒガス等）若しくは窒素ガス（Ｎ２等）で置換されている。不活性ガスや窒素ガスを使用する場合、成形室２内には、図示しない配管でガスが供給される。
【００３５】
成形室２内では、複数の型セット１００が、投入側載置台４０、加熱ステージ１０、加圧成形ステージ２０、冷却ステージ３０、排出側載置台５０の順に連続的に移送される。
加熱ステージ１０、加圧成形ステージ２０、及び冷却ステージ３０は、一対の下ステージユニット１１，２１，３１及び上ステージユニット１２，２２，３２と、加圧部１３，２３，３３と、を有する。
【００３６】
下ステージユニット１１，２１，３１と上ステージユニット１２，２２，３２とは、型セット１００を挟むように対向して配置されている。
下ステージユニット１１，２１，３１は、温度制御ブロック１１ａ，２１ａ，３１ａと、均熱部材１１ｂ，２１ｂ，３１ｂと、を有する。同様に、上ステージユニット１２，２２，３２も、温度制御ブロック１２ａ，２２ａ，３２ａと、均熱部材１２ｂ，２２ｂ，３２ｂと、を有する。
【００３７】
温度制御ブロック１１ａ，２１ａ，３１ａ，１２ａ，２２ａ，３２ａには、加熱源の一例であるカートリッジヒータが例えば３本配置されている。
均熱部材１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，１２ｂ，２２ｂ，３２ｂは、例えば板状又はブロック状を呈し、温度制御ブロック１１ａ，２１ａ，３１ａ，１２ａ，２２ａ，３２ａよりも型セット１００側に位置する。均熱部材１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，１２ｂ，２２ｂ，３２ｂは、型セット１００に当接する。
【００３８】
加圧部１３，２３，３３は、上ステージユニット１２，２２，３２を上下動させることで、上ステージユニット１２，２２，３２と下ステージユニット１１，２１，３１との間に搬送される型セット１００ひいては図１（ａ）及び（ｂ）に示すガラス成形素材２０１を加圧する。
【００３９】
なお、下ステージユニット１１，２１，３１は、成形室２内の底面のベース部に固定されている。また、ガラス光学素子の製造装置１の全体に熱が伝わりにくくするよう、下ステージユニット１１，２１，３１とベース部との間、及び、上ステージユニット１２，２２，３２と加圧部１３，２３，３３との間に、断熱ブロックや冷却ブロックを介在させてもよい。
【００４０】
また、ガラス光学素子の製造装置１において、過熱防止、あるいは、温度安定化のために、上記のベース部及び加圧部１３，２３，３３の周辺に冷却水を流す配管を設置してもよい。また、ガラス光学素子の製造装置１は、図示しない制御部によって、各部の動作制御、並びに、下ステージユニット１１，２１，３１及び上ステージユニット１２，２２，３２の温度制御が実施される。
【００４１】
なお、加熱ステージ１０、加圧成形ステージ２０、及び冷却ステージ３０は、より細かな制御を行うために細分化しておいても構わない。例えば、加熱ステージ１０、加圧成形ステージ２０、及び冷却ステージ３０の一部又は全部が複数ずつ配置されていてもよい。或いは、加熱工程と加圧成形工程とを行う単一のステージや加圧成形工程と冷却工程とを兼ねる単一のステージを配置して、ステージ数を２つにしてもよい。
【００４２】
以下、本実施の形態に係る光学素子の製造方法について、図１及び図７を参照しながら説明する。
型セット１００を利用してガラス成形素材２０１からガラス光学素子２０２を製造する工程は、型セット１００の組み立て工程、加熱工程、加圧成形工程、冷却工程、分解工程の流れをとる。通常、型セット１００の組み立て工程と分解工程は、ガラス光学素子の製造装置１の外で実施される。ガラス光学素子の製造装置１では、加熱工程、加圧成形工程、冷却工程が順次実施される。
【００４３】
＜組み立て工程＞
まず、型セット１００の組み立て工程について説明する。
図１（ａ）に示すように下型１０２の上面に補助胴型１０４を載せた状態で、例えばボール形状のガラス成形素材２０１を補助胴型１０４の中空部分に入れて、下型１０２の成形面１０２ａの上に載せる。この状態で、下型１０２及び補助胴型１０４の周囲に胴型１０３を嵌合させ、さらに、上型１０１をその成形面１０１ａが、下型１０２上のガラス成形素材２０１に対向するように配置する。
【００４４】
このように、胴型１０３内に対向して挿入される上型１０１と下型１０２とでガラス成形素材２０１を挟み込むことで、型セット１００の組み立てが完成する。この後、組み立てられた型セット１００は、ガラス光学素子の製造装置１の投入側に配置され、投入側シャッタ２ｂが開放した状態で成形室２内へ順次投入される。
【００４５】
＜加熱工程＞
次に、ガラス成形素材２０１を加熱する加熱工程について説明する。
型セット１００は、成形室２内において、加圧成形ステージ２０等が配置された成形空間に移送される前に、投入側載置台４０が配置される空間（予備室）で型セット１００の内部を窒素ガスにより置換される。
【００４６】
その後、型セット１００が加熱ステージ１０に移送される前段階で遮蔽板２ａの内部シャッタ２ｄが開き、移送が終了した後段階で内部シャッタ２ｄが閉じる。
型セット１００は、移送ロボットによって、投入側載置台４０から加熱ステージ１０の下ステージユニット１１上に移送される。そして、加熱ステージ１０の上ステージユニット１２が加圧部１３の駆動により下降する。
【００４７】
型セット１００は、下ステージユニット１１と上ステージユニット１２とに挟まれた状態で保持される。
図１（ａ）に示す型セット１００及びこの型セット１００に収容されたガラス成形素材２０１は、下ステージユニット１１及び上ステージユニット１２を介して、ガラス成形素材２０１に応じた成形温度に達するように所定時間だけ加熱される。なお、この成形温度は、ガラス成形素材２０１に使用されるガラスの屈伏点温度よりも高い温度に設定される。これにより、成形温度下ではガラス成形素材２０１は軟化状態になる。上述の加熱工程が終了すると、上ステージユニット１２が加圧部１３の駆動により上昇する。
【００４８】
＜加圧成形工程＞
次に、加熱された光学素材２０１を加圧成形する加圧成形工程について説明する。
型セット１００は、移送ロボットによって、加熱ステージ１０の下ステージユニット１１から加圧成形ステージ２０の下ステージユニット２１に移送される。そして、加圧成形ステージ２０の上ステージユニット２２が加圧部２３の駆動により下降する。
【００４９】
図１（ａ）に示す型セット１００は、成形温度に保持された状態で、下ステージユニット２１と上ステージユニット２２との間で加圧される。
図１（ｂ）に示すように、型セット１００において、上型１０１と下型１０２とで挟圧されるガラス成形素材２０１は、変形しながら、上型１０１、下型１０２、及び補助胴型１０４で囲まれた空間部に充満していく。
【００５０】
ボール形状のガラス成形素材２０１からガラス光学素子２０２の所望形状が得られた段階で上ステージユニット２２の加圧を止めれば、加圧成形が完了する。
なお、ガラス光学素子２０２の所望形状を得るためには、上述のように下ステージユニット２１と上ステージユニット２２との間で型セット１００を加圧する際に、上ステージユニット２２の移動量を制御してもよいし、加圧力と加圧時間を設定して制御してもよい。上述の加圧成形工程が終了すると、上ステージユニット２２が加圧部２３の駆動により上昇する。
【００５１】
＜冷却工程＞
次に、加圧成形されたガラス成形素材２０１を冷却する冷却工程について説明する。
型セット１００は、移送ロボットによって、加圧成形ステージ２０の下ステージユニット２１から冷却ステージ３０の下ステージユニット３１に移送される。そして、冷却ステージ３０の上ステージユニット３２が加圧部３３の駆動により下降する。
【００５２】
下ステージユニット３１及び上ステージユニット３２の温度は、上述の温度制御ブロック３１ａ，３２ａによって型セット１００及びガラス成形素材２０１を冷却可能な温度に保たれている。通常、冷却温度はガラス成形素材２０１のガラス転移点よりも低い温度に設定される。
【００５３】
型セット１００は、下ステージユニット３１と上ステージユニット３２とに挟まれた状態で保持されながら、冷却温度まで冷却される。冷却工程においては、軟化状態のガラス成形素材２０１が十分固化するまで上型１０１や下型１０２から離型してしまわないように冷却圧力をかけて保圧する。特に、離型タイミングを制御するため、冷却圧力を高くして、隣接する軸へ搬送される直前に急激に減圧させる方法をとると効果的である。
【００５４】
冷却時は、成形されたガラス光学素子２０２の転写精度の確保のため、加圧状態が必要になる場合もある。なお、この冷却時の加圧力は、成形品であるガラス光学素子２０２が砕けたり、割れたりして破壊が発生しない程度の範囲で設定される。
【００５５】
冷却工程では、ガラス成形素材２０１が軟化状態から固化状態に移行し、ガラス光学素子２０２の形状が安定する。
型セット１００及びガラス成形素材２０１が冷却されると、上ステージユニット３２が加圧部３３の駆動により上昇する。
【００５６】
型セット１００は、移送ロボットによって、冷却ステージ３０の下ステージユニット３１から排出側載置台５０の上に移送される。そして、型セット１００は、排出側載置台５０上で待機するとともに、十分に冷却される。上述の冷却工程において、ガラス成形素材２０１が収縮し、型セット１００の補助胴型１０４等から離型する。
【００５７】
＜分解工程＞
次に、型セット１００を分解して、製造されたガラス光学素子２０２を取り出す分解工程について説明する。
【００５８】
型セット１００は、排出側シャッタ２ｃが開放した状態で排出側載置台５０から成形室２の外へ排出される。その後、型セット１００は、組み立て工程と逆の手順で分解される。分解された型セット１００からは成形されたガラス光学素子２０２が得られる。
【００５９】
以上の工程を繰り返すことで、循環的に型セット１００を利用したガラス光学素子の製造を実施できる。複数の型セット１００を連続的に成形室２に投入して使用すれば、単位時間あたりのガラス光学素子２０２の成形数を向上させることができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、型セット１００を各ステージ１０，２０，３０に循環させるガラス光学素子２０２の製造方法について説明している。しかしながら、単一のステージの上下に上型１０１及び下型１０２がそれぞれ固定されている場合には、このような上型１０１、下型１０２、及びこれらの間において例えば上型１０１上に配置される補助胴型１０４が型セット１００として機能する。
【００６１】
以上説明した本実施の形態では、型セット１００は、ガラス成形素材２０１を挟んで対向するように配置された上型１０１及び下型１０２（第１の成形型及び第２の成形型の一例）と、上型１０１と下型１０２との間に配置された補助胴型１０４（第３の成形型の一例）と、を備える。上型１０１及び下型１０２は、ガラス成形素材２０１の光学機能面に面形状を転写する成形面１０１ａ，１０１ｂを有する。また、補助胴型１０４は、ガラス成形素材２０１の非光学機能面である外周面に面形状を転写する成形面１０４ａを有する。この補助胴型１０４の成形面１０４ａの算術平均粗さＲａは、Ｒａ≦２００ｎｍ（より好ましくはＲａ≦６０ｎｍ）である。
【００６２】
このように算術平均粗さＲａが上記の関係を満たすことで、補助胴型１０４の成形面１０４ａとガラス成形素材２０１との離型が早く或いは遅くなるなどの離型状態の変化の発生を十分に抑えることができることが経験的にわかった。これにより、ガラス光学素子２０２の外周面にワレ、カン、焼き付きなどが発生するのを防ぐことができる。更には、ガラス光学素子２０２の外周面の部位ごとに補助胴型１０４との離型タイミングのズレが発生するのを抑え、ひいては、ガラス光学素子２０２の外周面の部位ごとに温度が変化して温度分布が発生するのを抑えることができる。そのため、ガラス光学素子２０２の外周面のみならず、その内側に位置する光学機能面などの領域においても、面形状のばらつきが生じたり、アス、コマ、クセの発生が増加したりするのを防ぐことができる。
【００６３】
よって、本実施の形態によれば、ガラス成形素材２０１と補助胴型１０４との離型を安定化させることでガラス光学素子２０２を高精度に成形することができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、補助胴型１０４の成形面１０４ａにおけるガラス成形素材２０１の周囲に亘る算術平均粗さＲａの分布は、最大値と最小値との差ΔＲａが、ΔＲａ≦５０ｎｍ（より好ましくはΔＲａ≦３０ｎｍ）である。差ΔＲａが、このような関係を満たすことで、ガラス成形素材２０１の周囲に亘って、離型状態の変化の発生をより十分に抑えることができることが経験的にわかった。したがって、ガラス光学素子２０２をより一層高精度に成形することができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、保護膜１０５が、補助胴型１０４の成形面１０４ａに形成されている。そのため、特に加熱工程や加圧成形工程などの高温下における補助胴型１０４の劣化を防ぐことができる。これにより、補助胴型１０４の成形面１０４ａが劣化することに起因して算術平均粗さＲａが増加するのを防ぎ、ひいては離型状態の変化が発生するのを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００６６】
１      ガラス光学素子の製造装置
２      成形室
２ａ      遮蔽板
２ｂ      投入側シャッタ
２ｃ      排出側シャッタ
２ｄ      内部シャッタ
１０      加熱ステージ
２０      加圧成形ステージ
３０      冷却ステージ
１１，２１，３１      下ステージユニット
１２，２２，３２      上ステージユニット
１１ａ，２１ａ，３１ａ，１２ａ，２２ａ，３２ａ      温度制御ブロック
１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，１２ｂ，２２ｂ，３２ｂ      均熱部材
１３，２３，３３      加圧部
４０      投入側載置台
５０      排出側載置台
１００      型セット（ガラス光学素子成形用型セット）
１０１      上型
１０２      下型
１０１ａ，１０２ａ      成形面
１０１ｂ，１０２ｂ      段付き部
１０３      胴型
１０４      補助胴型
１０４ａ      成形面
２０１      ガラス成形素材
２０２      ガラス光学素子
３０１      工具
３０１ａ      砥石
３０２      工具
３０２ａ      当接部
３０３      研磨剤
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１】
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【図４】
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