説明

ガラス光学素子の製造方法

【課題】ガラス光学素子の製造方法において、ガラス光学素子を高精度に製造する。
【解決手段】ガラス光学素子の製造方法は、ガラス素材を加熱する加熱工程と、加熱された上記ガラス素材を加圧する加圧工程と、上記ガラス素材を冷却する冷却工程と、を含み、上記冷却工程の少なくとも一部は、上記ガラス素材の温度を低温側へ変化させた後に高温側へ変化させる温度変動を1セット以上行う離型促進工程からなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガラス素材に加熱、加圧及び冷却を行うことによりガラス光学素子を製造するガラス光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ガラス素材に加熱、加圧、及び冷却を行うことによりガラス光学素子を製造するガラス光学素子の製造方法が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には、成形型(パンチ型)とスリーブ(胴型)との温度差が生じないようにするため、伝熱板を介して成形型及びスリーブに熱を伝える手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2002−284535号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記特許文献1の手法では、ガラス素材と成形型との温度差が生じ難くなり、ガラス素材と成形型との熱膨張差による離型力が得られなくなる。このように熱膨張差による離型力が得られないと、離型温度が低くなり、ガラス光学素子にクラック、割れ等の不具合が発生しやすいという問題や、ガラス光学素子の面精度が悪化するという問題が生じる。
【0005】
本発明の目的は、ガラス光学素子を高精度に製造することができる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】
【0006】
本発明のガラス光学素子の製造方法は、ガラス素材を加熱する加熱工程と、加熱された前記ガラス素材を加圧する加圧工程と、前記ガラス素材を冷却する冷却工程と、を含み、前記冷却工程の少なくとも一部は、前記ガラス素材の温度を低温側へ変化させた後に高温側へ変化させる温度変動を1セット以上行う離型促進工程からなる。
【0007】
また、上記光学素子の製造方法において、上記離型促進工程では、上記ガラス素材の温度を低温側へ変化させた後に連続的に高温側へ変化させるようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記離型促進工程では、上記温度変動を2セット以上行うようにしてもよい。
【0008】
また、上記光学素子の製造方法において、上記温度変動は、連続して行われるようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記加圧工程では、加熱された上記ガラス素材を第1の成形型及び第2の成形型により加圧し、上記離型促進工程では、上記ガラス素材が上記第1の成形型及び上記第2の成形型のうち少なくとも一方から離型するまで、上記温度変動を行うようにしてもよい。
【0009】
また、上記光学素子の製造方法において、上記離型促進工程の上記温度変動を、上記冷却工程で上記ガラス素材の冷却を開始するのと同時に開始するようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記離型促進工程の上記温度変動を、上記冷却工程で上記ガラス素材の温度が軟化点になったとき以降から開始するようにしてもよい。
【0010】
また、上記光学素子の製造方法において、上記温度変動の開始は、上記ガラス素材の温度がガラス転移点になる前であるようにしてもよい。
また、上記光学素子の製造方法において、上記離型促進工程では、上記ガラス素材の温度を低温側へ変化させた後に、その冷却熱量よりも少ない熱量で上記ガラス素材を加熱して高温側へ変化させるようにしてもよい。
【0011】
また、上記光学素子の製造方法において、上記離型促進工程では、上記ガラス光学素子を成形する成形空間に冷却ガスを吹き付けることにより上記ガラス素材の温度を低温側へ変化させた後に、上記成形空間に加熱ガスを吹き付けることより上記ガラス素材の温度を高温側へ変化させるようにしてもよい。
【0012】
また、上記光学素子の製造方法において、上記離型促進工程では、上記ガラス光学素子を成形する型セットに冷却部材を当接させることにより上記ガラス素材の温度を低温側へ変化させた後に、上記型セットに加熱部材を当接させることより上記ガラス素材の温度を高温側へ変化させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、ガラス光学素子を高精度に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1A】本発明の一実施の形態に係る光学素子の製造方法の加熱工程における光学素子の製造装置を示す部分断面図である。
【図1B】本発明の一実施の形態に係る光学素子の製造方法の加圧工程における光学素子の製造装置を示す部分断面図である。
【図1C】本発明の一実施の形態に係る光学素子の製造方法の冷却工程・離型促進工程における光学素子の製造装置を示す部分断面図(その1)である。
【図1D】本発明の一実施の形態に係る光学素子の製造方法の冷却工程・離型促進工程における光学素子の製造装置を示す部分断面図(その2)である。
【図1E】本発明の一実施の形態に係る光学素子の製造方法の離型工程における光学素子の製造装置を示す部分断面図である。
【図2A】本発明の一実施の形態の変形例に係る光学素子の製造方法の冷却工程・離型促進工程における光学素子の製造装置を示す部分断面図である。
【図2B】図2AのA−A断面図である。
【図3】本発明の一実施の形態の第1実施例におけるガラス光学素材の温度変化を表す図である。
【図4】本発明の一実施の形態の第2実施例におけるガラス光学素材の温度変化を表す図である。
【図5】本発明の一実施の形態の第3実施例におけるガラス光学素材の温度変化を表す図である。
【図6】本発明の一実施の形態の第4実施例におけるガラス光学素材の温度変化を表す図である。
【図7】本発明の一実施の形態の第5実施例におけるガラス光学素材の温度変化を表す図である。
【図8】本発明の一実施の形態におけるガラス光学素子の離型状態を説明するための平面図である。
【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の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図1A〜図1Eは、本発明の一実施の形態に係るガラス光学素子の製造方法の加熱工程,加圧工程,冷却工程・離型促進工程,離型工程におけるガラス光学素子の製造装置1を示す部分断面図である。
【0016】
ガラス光学素子の製造装置1は、第1の成形型の一例である上型2と、第2の成形型の一例である下型3と、スリーブ4と、上型保持部5と、下型保持部6と、上超硬プレート7と、下超硬プレート8と、上ヒータプレート(加熱部,冷却部)9と、下ヒータプレート(加熱部,冷却部)10と、上断熱プレート11と、下断熱プレート12と、上冷却プレート13と、下冷却プレート14と、型駆動部の一例であるサーボモータ(加圧部)15と、ロッド16と、成形室17と、図1C及び図1Dに示す加熱ガス供給部18及び冷却ガス供給部19と、を備える。
【0017】
上型2、下型3、及びスリーブ4は、ガラス光学素子を成形する型セットの一例である。また、成形室17は、ガラス光学素子を成形する成形空間を構成する。
上型2と下型3とは、ガラス素材100を挟んで対向して配置されている。
【0018】
上型2の下端中央には、ガラス素材100に凹形状を転写する凸形状の成形面2aが形成されている。上型2は、上端にフランジ部2bが形成された円柱形状を呈する。
下型3の上端中央には、ガラス素材100に凹形状を転写する凸形状の成形面3aが形成されている。下型3は、下端にフランジ部3bが形成された円柱形状を呈する。
【0019】
スリーブ4は、上型2及び下型3の外周に配置され、上型2と下型3との中心位置を一致させる。スリーブ4は、円筒形状を呈し、本実施の形態では例えば上型2に固定されている。
【0020】
上型保持部5は、上超硬プレート7に固定され、上型2をフランジ部2bにおいて保持することで上型2の上面と上超硬プレート7の底面とを面接触させている。
下型保持部6は、下超硬プレート8に固定され、下型3をフランジ部3bにおいて保持することで下型3の底面と下超硬プレート8の上面とを面接触させている。
【0021】
上ヒータプレート9及び下ヒータプレート10には、それぞれ例えば4本のヒータ9a,10aが挿入されている。
上断熱プレート11は、上ヒータプレート9の上部に固定され、この上ヒータプレート9の熱が上方に伝達するのを防ぐ。
【0022】
下断熱プレート12は、下ヒータプレート10の下部に固定され、この下ヒータプレート10の熱が下方に伝達するのを防ぐ。
上冷却プレート13には、水等の冷媒が配置され、上断熱プレート11が断熱しきれなかった熱を冷却する。
【0023】
下冷却プレート14には、水等の冷媒が配置され、下断熱プレート12が断熱しきれなかった熱を冷却する。
サーボモータ15は、上冷却プレート13に連結されたロッド16によって上型2を上下動させ、ガラス素材100を加圧する。
【0024】
成形室17には、ガラス光学素子の製造装置1のうち、サーボモータ15及びロッド16並びに後述する開閉弁18b,19b以外の上述の部材が配置されている。また、成形室17には、例えば窒素である不活性ガスが充填されている。
【0025】
図1C及び図1Dに示すように、加熱ガス供給部18及び冷却ガス供給部19は、ガス吹き付け部18a,19aと、ガスのON/OFFに用いられる開閉弁18b,19bと、を有する。これら加熱ガス供給部18及び冷却ガス供給部19は、詳しくは後述するが、加熱工程、加圧工程、及び冷却工程ではなく、離型促進工程において用いられる。
【0026】
加熱ガス供給部18は、成形室17内の成形空間に加熱ガスを吹き付けることによりガラス素材100の温度を高温側へ変化させる。
冷却ガス供給部19は、成形室17内の成形空間に冷却ガスを吹き付けることによりガラス素材100の温度を低温側へ変化させる。なお、雰囲気と同一温度以上のガスを吹き付けることでもガラス素材100の温度を低温側へ変化させることは可能であるため、ガスの温度は限定されない。
【0027】
本実施の形態では、加熱ガス供給部18及び冷却ガス19は、スリーブ4に設けられた孔からガラス素材100にガスを吹き付けることにより、或いは、スリーブ4の外周面にガスを吹き付けることにより、ガラス素材100の温度を変化させる。
【0028】
詳しくは後述するが、離型促進工程では、冷却工程の少なくとも一部(即ち、一部又は全部)において、ガラス素材100の温度を低温側へ変化させた後に高温側へ変化させる温度変動を1セット以上行われる。なお、「1セット以上」とは、nセット(nは自然数)に例えば半セット(低温側への変化のみ)を加えた場合を含んでいる。
【0029】
本実施の形態では、冷却ガス供給部19が成形空間に冷却ガスを吹き付けることによりガラス素材100の温度を低温側へ変化させた後に、加熱ガス供給部18が成形空間に加熱ガスを吹き付けることよりガラス素材100の温度を高温側へ変化させる。
【0030】
なお、離型促進工程を行うためには、加熱ガス供給部18及び冷却ガス19を用いず、上ヒータプレート9及び下ヒータプレート10のヒータ9a,10aを用いることも可能である。但し、その場合、ヒータ9a,10aの温度が短時間で調整できることが望ましい。また、上型2(第1の成形型)及び下型3(第2の成形型)のうちの少なくとも一方に急冷回路を設けるようにしてもよい。
【0031】
また、図2A及び図2B(図2AのA−A断面図)に示すように、スリーブ4(型セットの一例)に冷却部材21を当接させることによりガラス素材100の温度を低温側へ変化させた後に、スリーブ4に加熱部材20を当接させることよりガラス素材100の温度を高温側へ変化させるようにしてもよい。
【0032】
図2A及び図2Bに示す例では、加熱部材20及び冷却部材21は、リング状の部材を4分割(複数分割)してなり、スリーブ4の外周面に当接する位置と、後退した位置とに移動する。図2A及び図2Bの状態では、冷却部材21がスリーブ4の外周面に当接している。
【0033】
加熱部材20は、型セットに当接することによりガラス素材100の温度を高温側に変化させることができるものであればよく、冷却部材21は、型セットに当接することによりガラス素材100の温度を低温側に変化させることができるものであればよい。
【0034】
そのため、加熱部材20のスリーブ4との当接部分は、スリーブ4の外周面よりも温度が高く、冷却部材21のスリーブ4との当接部分は、スリーブ4の外周面よりも温度が低い。
【0035】
なお、単一の部材の温度制御を行うことにより、単一の部材が加熱部材及び冷却部材を兼ねるようにしてもよい。また、上述の温度変動に用いられる構成を適宜組み合わせて配置してもよい。
【0036】
以下、本実施の形態に係るガラス光学素子の製造方法について、上述の説明と重複する点については適宜省略しながら説明する。
【0037】
まず、図1Aに示すように、ガラス素材100は、下型3の成形面3a上に載置された状態で、例えば上ヒータプレート9及び下ヒータプレート10からの熱伝導により、ガラス転移点Tg以上の温度になるまで加熱される(加熱工程)。
【0038】
図1Bに示すように、サーボモータ15が上型2に下方への圧力を付与することによって、加熱されたガラス素材100は、上型2及び下型3により加圧される(加圧工程)。
図1C及び図1Dに示すように、ガラス素材100は、加圧工程の途中から又は加圧工程の終了後に、上型2及び下型3により加圧された状態で、例えば、上ヒータプレート9及び下ヒータプレート10の温度が下がることによって例えば離型するまで冷却される(冷却工程)。なお、冷却工程の少なくとも一部は、温度変動を行う離型促進工程からなる。離型促進工程における温度変動については後述する。
【0039】
図1Eに示すように、冷却されたガラス素材100は、収縮することで或いは強制的に、上型2及び下型3のうち少なくとも一方である上型2から離型(全面離型をいう。)する。その後、上型2が上昇し、製造されたガラス光学素子が上型2と下型3との間から取り出される。
【0040】
なお、加熱、加圧及び冷却の3つのうち少なくとも1つを行う複数のステージに対し、ガラス素材100を収容する型セット(本実施の形態では、上型2、下型3、及びスリーブ4)を循環させることでガラス光学素子を製造するようにしてもよい。
【0041】
以下、図3〜図7に示す第1実施例〜第5実施例について、上述の説明と重複する点については適宜省略しながら、図1A〜図1Eを参照しながら説明する。
【0042】
<第1実施例>
図3は、第1実施例におけるガラス光学素材100の温度変化を表す図である。
図3に示すように、図1A〜図1Eに示すヒータ9a,10aが成形型2,3を加熱することで、ガラス素材100を軟化点(Ts)以上の温度になるまで加熱し(加熱工程)、サーボモータ15が作動することで、上下の成形型2,3によりガラス素材100をプレスする(加圧工程)。
【0043】
その後、ガラス素材100が所望肉厚に到達した後にプレス荷重が解除され、ガラス素材100が例えばヒータ9a,10aの温度が降下することにより冷却される(冷却工程)。
【0044】
この冷却工程において、ガラス素材100の温度が軟化点(Ts)よりも降下した後、ガラス転移点(Tg)になる前に、図1Cに示すように、冷却ガス供給部19が成形空間に冷却ガスを吹き付けることによりガラス素材100の温度を低温側へ変化させる(C11)。このときの低温側への温度変化(C11)は、最初の1回の温度変化でガラス素材100が上型2(成形型)から離型しない範囲の温度とするとよい。なお、低温側への温度変化(C11)は、冷却工程における例えば自然冷却などの冷却によるガラス素材100とは別に行われる。
【0045】
そして、低温側への変化(C11)が終了した後、連続的に(例えば1秒未満の間隔で)、図1Dに示すように、加熱ガス供給部18が成形空間に加熱ガスを吹き付けることよりガラス素材100の温度を高温側へ変化させる(H11)。このときの高温側への温度変化(H11)は、変化後の温度がガラス素材100の製造工程における最大温度とならないようにするとよい。
【0046】
その後、少し時間をあけて(例えば数秒)、上述の温度変化(C11,H11)と同様の温度変化がもう1セット(C12,H12)行われる(離型促進工程)。ガラス素材100の温度がガラス転移点(Tg)よりも降下した後、3セット目の冷却を開始するのと同時に、ガラス素材100が上型2から離型された。
【0047】
このように、本実施例の離型促進工程では、ガラス素材100が上型2(第1の成形型及び第2の成形型のうち少なくとも一方)から離型するまで、温度変動が行われる。
【0048】
<離型促進効果の説明>
1セット目の低温側への温度変化(C11)の後の1セット目の高温側への温度変化(H11)では、図8(ガラス光学素子の離型状態を説明するための平面図)に示すように、ガラス素材100の上面である上型2(成形面2a)との密着面の密着力が低下する。これにより、例えば密着面の外周部分(100−1)の部分剥離が生じる。
【0049】
1セット目の高温側への温度変化(H11)では、部分剥離部分100−1に上型2の成形面2aからの形状転写が再度行われる。部分剥離が生じていない部分にも、ガラス素材100に弱い密着力で形状転写が再度行われる。
【0050】
2セット目の低温側への温度変化(C12)では、1セット目の低温側への温度変化(C11)のときよりも密着力が低下する。これにより、例えば、上述の外周部分(100−1)よりも内側(100−2)に部分剥離が生じる。
【0051】
3セット目以降も同様であるが、本実施例では、3セット目の低温側への温度変化を開始する段階でガラス素材100が上型2から完全に離型する。
なお、ガラス素材100は、凸形状の成形面2a,3aを有する上型2及び下型3により両凹形状を転写されるため、部分剥離が外周から中央の凹部分に向かって生じやすくなっている。
【0052】
上述のように低温側への温度変化(C11,C12)と高温側への温度変化(H11,H12)とを繰り返すことにより、密着力が低下していく。
【0053】
低温側への温度変化によって、ガラス素材100には、密着面外周部に微小の界面剥れ箇所が形成され、この部分が部分剥離部(微小離型部)となる。そのままガラス素材100を冷却すると、ガラス素材100は型形状が転写される前に完全に離型してしまうため不適となる。
【0054】
一方で、部分剥離部を形成した後すぐに加熱すると成形型2,3によってガラス素材100の部分剥離部は空気層を間に有しながら成形型2,3と再密着する。結果、ガラス素材100は、冷却開始前に比べて上型2と弱い力で密接することになる(ガラス素材100の内部が柔らかく追従層となり、ガラス素材100の表面形状は、冷却開始前に戻っているが、外周部の密着力だけ下がった状態が得られる)。
【0055】
任意に冷却回数(及び加熱回数)と冷却温度幅とを設定することで、密着力低減領域が徐々に広がり、上型2の成形面2a全体としての密着力は下がることになる。このように離型が促進されることにより、離型温度も上がる。
【0056】
また、冷却変化及び加熱変化の温度変動をセットとすることで部分剥離部が変動し、一定の部分剥離状態が長時間維持されることがない場合には、光学素子の光学機能面に不連続な境界線が形成されるのを抑え、より光学機能に優れた光学素子を得ることができる。
【0057】
以上説明した第1実施例の離型促進工程では、ガラス素材100の温度を低温側(C11,C12)へ変化させた後に高温側(H11,H12)へ変化させる温度変動が1セット以上行われる。
【0058】
そのため、ガラス素材100の面精度を維持しながらガラス素材100と上型2の成形面2aとの間の密着力を低下させることができる。これにより、図3に二点鎖線で示すように離型促進工程を行わない場合よりも、離型温度を高めることが可能となり、ガラス素材100にクラック、割れ等の不具合が発生するのを抑えることができる。
【0059】
よって、本実施例によれば、ガラス光学素子100を高精度に製造することができる。
更には、ガラス素材100を強制離型させる離型手段(例えば、突き出し機構や入れ子(型)の分割)を必要としないため、ガラス光学素子の製造装置1の構成を簡単にすることができる。
【0060】
また、本実施例の離型促進工程では、ガラス素材100の温度を低温側(C11,C12)へ変化させた後に連続的に高温側(H11,H12)へ変化させる。そのため、一定の部分剥離状態が長時間維持されるのを防ぎ、ガラス光学素子100をより高精度に製造することができる。
【0061】
また、本実施例の離型促進工程では、上述の温度変動が2セット以上行われる。そのため、離型温度をより高めることでガラス光学素子100をより高精度に製造することができると共に、離型までの時間が短くなることで製造時間を短縮することもできる。
【0062】
また、本実施例の離型促進工程では、ガラス素材100が上型2(第1の成形型及び第2の成形型のうち少なくとも一方)から離型するまで、温度変動が行われる。そのため、ガラス素材100の形状精度をより確実に維持しながら離型温度を高めることができる。したがって、ガラス光学素子100をより高精度に製造することができる。
【0063】
また、本実施例の離型促進工程では、温度変動が、ガラス素材100の温度が軟化点(Ts)になったとき以降から開始される。そのため、ガラス素材100の形状が安定した状態で離型を促進することで、ガラス素材100の形状精度をより確実に維持しながら離型温度を高めることができる。したがって、ガラス光学素子100をより高精度に製造することができる。
【0064】
また、本実施例の離型促進工程では、温度変動の開始は、ガラス素材100の温度がガラス転移点(Tg)になる前である。そのため、離型による時間を早めることができると共に、離型温度をより高めることができる。したがって、ガラス光学素子100をより高精度に製造することができる。
【0065】
また、本実施例の離型促進工程では、図1C及び図1Dに示すように、冷却ガス供給部19がガラス光学素子を成形する成形空間に冷却ガスを吹き付けることによりガラス素材100の温度が低温側へ変化させる。その後、加熱ガス供給部18が成形空間に加熱ガスを吹き付けることよりガラス素材100の温度が高温側へ変化する。
【0066】
或いは、図2A及び図2Bに示すように、スリーブ4(型セット)に冷却部材21が当接することによりガラス素材100の温度が低温側へ変化した後に、スリーブ4に加熱部材20が当接することよりガラス素材100の温度が高温側へ変化する。
【0067】
そのため、温度変動を確実に行うことができ、ガラス素材100の形状精度をより確実に維持しながら離型温度を高めることができる。したがって、ガラス光学素子100をより高精度に製造することができる。
【0068】
<第2実施例>
図4は、第2実施例におけるガラス光学素材100の温度変化を表す図である。
本実施例では、上述の第1実施例との相違点を中心に説明し、共通点については詳細な説明を省略する。
【0069】
図4に示すように、本実施例では、冷却工程においてガラス素材100の冷却が開始するのと同時に温度変動が開始される。そのため、ガラス素材100の温度が軟化点(Ts)になる前に、図1Cに示すように、冷却ガス供給部19が成形空間に冷却ガスを吹き付けることによりガラス素材100の温度を低温側へ変化させる(C21)。その後、連続的に、図1Dに示すように、加熱ガス供給部18が成形空間に加熱ガスを吹き付けることよりガラス素材100の温度を高温側へ変化させる(H21)。
【0070】
なお、本実施例の離型促進工程では、ガラス素材100の温度は、低温側へ変化した後に、その冷却熱量よりも少ない熱量でガラス素材100が加熱されて高温側へ変化する。つまり、加熱ガス供給部18は、冷却ガス供給部19がガラス素材100の温度を降下させた温度よりも少ない温度だけ上昇させるようにガラス素材100を加熱する。
【0071】
そのため、ガラス素材100は、温度変動が行われない場合に冷却工程において冷却されていたはずの温度よりも、低温側への変化(C21)を開始した後、高温側への変化(H21)が終了したときまでに、加熱量を少なくした分の温度(ΔT−1)だけ温度が下がる。
【0072】
その後、上述の温度変化(C21,H21)と同様の温度変化がもう2セット(C22,H22,C23,H23)、1セットごとに少し時間をあけて(例えば数秒)行われる(離型促進工程)。ガラス素材100の温度がガラス転移点(Tg)よりも降下した後、4セット目の冷却を開始するのと同時に、ガラス素材100が上型2から離型された。
【0073】
このように、本実施例の離型促進工程においても、ガラス素材100が上型2(第1の成形型及び第2の成形型のうち少なくとも一方)から離型するまで、温度変動が行われる。
【0074】
以上説明した第2実施例においても、第1実施例と同様の部分については、第1実施例と同様の効果、例えば、ガラス光学素子を高精度に製造することができるなどの効果を得ることができる。
【0075】
また、本実施例の離型促進工程では、温度変動が、冷却工程でガラス素材100の冷却が開始されるのと同時に開始される。そのため、離型温度をより高めることでガラス光学素子100をより高精度に製造することができると共に、離型までの時間が短くなることで製造時間を短縮することもできる。更には、温度変動を開始するタイミングの制御を容易にすることもできる。
【0076】
また、本実施例の離型促進工程では、ガラス素材100の温度が低温側へ変化した後に、その冷却熱量よりも少ない熱量でガラス素材100が加熱されて高温側へ変化する。そのため、離型温度をより高めることでガラス光学素子100をより高精度に製造することができると共に、離型までの時間が短くなることで製造時間を短縮することもできる。
【0077】
<第3実施例>
図5は、第3実施例におけるガラス光学素材100の温度変化を表す図である。
本実施例では、上述の第1実施例との相違点を中心に説明し、共通点については詳細な説明を省略する。
【0078】
図5に示すように、本実施例では、冷却工程においてガラス素材100の温度が軟化点(Ts)よりも降下した後、ガラス転移点(Tg)になる前に、図1Cに示すように、冷却ガス供給部19が成形空間に冷却ガスを吹き付けることによりガラス素材100の温度を低温側へ変化させる(C31)。その後、連続的に、図1Dに示すように、加熱ガス供給部18が成形空間に加熱ガスを吹き付けることよりガラス素材100の温度を高温側へ変化させる(H31)。
【0079】
なお、本実施例の離型促進工程では、ガラス素材100の温度は、低温側へ変化した後に、その冷却熱量よりも多い熱量でガラス素材100が加熱されて高温側へ変化する。つまり、加熱ガス供給部18は、冷却ガス供給部19がガラス素材100の温度を降下させた温度よりも多く温度上昇させるようにガラス素材100を加熱する。
【0080】
そのため、ガラス素材100は、温度変動が行われない場合に冷却工程において冷却されていたはずの温度よりも、低温側への変化(C31)を開始した後、高温側への変化(H31)が終了したときまでに、加熱量を増やした分の温度(ΔT−2)だけ温度が下がる。
【0081】
その後、本実施例では、上述の温度変化(C31,H31)と同様の温度変化が、もう3セット(C32,H32,C33,H33,C34,H34)連続して(例えば1秒未満の間隔で)、行われる(離型促進工程)。
【0082】
なお、4セット目の高温側への温度変化(H34)は、ガラス素材100に温度変動(離型促進工程)が行われない場合に、冷却工程において冷却されていたはずの温度になるまでガラス素材100が加熱される。ガラス素材100の温度がガラス転移点(Tg)よりも降下した後、温度変動が終了し、その後少し時間をあけて(例えば数秒)、ガラス素材100が上型2から離型された。
【0083】
このように、本実施例の離型促進工程では、ガラス素材100が上型2(第1の成形型及び第2の成形型のうち少なくとも一方)から離型する前に、温度変動が終了する。
以上説明した第3実施例においても、第1実施例と同様の部分については、第1実施例と同様の効果、例えば、ガラス光学素子を高精度に製造することができるなどの効果を得ることができる。
【0084】
また、本実施例の離型促進工程では、温度変動が4セット(2セット以上)連続して行われる。そのため、離型温度をより高めることでガラス光学素子100をより高精度に製造することができる。また、温度変動が連続して行われることで、冷却工程における温度変動以外の時間、つまり、上型2(成形型)とガラス素材100とが密接する時間が長くなり、形状転写性が向上する。したがって、複雑な形状(非球面量が大きい、偏肉度が大きい、大口径、などの難成形形状)のガラス光学素子10を製造するのに適している。
尚、偏肉度とは光学素子の厚み方向における中心部厚さと外周部厚さの比を表したものである。
【0085】
<第4実施例>
図6は、第4実施例におけるガラス光学素材100の温度変化を表す図である。
本実施例では、上述の第1実施例との相違点を中心に説明し、共通点については詳細な説明を省略する。
【0086】
図6に示すように、本実施例では、冷却工程においてガラス素材100の温度が軟化点(Ts)よりも降下し、さらにガラス転移点(Tg)よりも降下した後に、図1Cに示すように、冷却ガス供給部19が成形空間に冷却ガスを吹き付けることによりガラス素材100の温度を低温側へ変化させる(C41)。その後、連続的に、図1Dに示すように、加熱ガス供給部18が成形空間に加熱ガスを吹き付けることよりガラス素材100の温度を高温側へ変化させる(H41)(離型促進工程)。
【0087】
本実施例では、上述の温度変化(C41,H41)は、1セットのみであるため、離型促進工程を行わない場合よりも離型温度が上がるのはわずかであるが、離型温度は多少上がる。
【0088】
その後少し時間をあけて(例えば数秒)、ガラス素材100が上型2から離型された。
以上説明した第4実施例においても、第1実施例と同様の部分については、第1実施例と同様の効果、例えば、ガラス光学素子を高精度に製造することができるなどの効果を得ることができる。
【0089】
また、本実施例のように、温度変動が1セットしか行われない場合や、ガラス素材100の温度がガラス転移点(Tg)よりも降下した後に温度変動が開始される場合でも、ガラス光学素子を高精度に製造することができるという効果を少なからず得ることができる。
【0090】
<第5実施例>
図7は、第5実施例におけるガラス光学素材100の温度変化を表す図である。
本実施例では、上述の第1実施例との相違点を中心に説明し、共通点については詳細な説明を省略する。
【0091】
図7に示すように、本実施例では、冷却工程においてガラス素材100の温度が軟化点(Ts)よりも降下した後、ガラス転移点(Tg)になる前に、図1Cに示すように、冷却ガス供給部19が成形空間に冷却ガスを吹き付けることによりガラス素材100の温度を低温側へ変化させる(C51)。
【0092】
そして、本実施例では、連続的に高温側への変化が行われるのではなく、少し時間をあけて(例えば数秒)、図1Dに示すように、加熱ガス供給部18が成形空間に加熱ガスを吹き付けることよりガラス素材100の温度を高温側へ変化させる(H51)。
【0093】
その後、また少し時間をあけて(例えば数秒)、上述の温度変化(C51,H51)と同様の温度変化がもう1セット(C52,H52)行われる(離型促進工程)。ガラス素材100の温度がガラス転移点(Tg)よりも降下した後、少し時間をあけて(例えば数秒)、ガラス素材100が上型2から離型された。
【0094】
なお、低温側への温度変化(C51,C52)と高温側への温度変化(H51,H52)との間隔は、1秒未満であることが望ましいが、本実施例のように1秒以上の間隔であってもよい。
【0095】
以上説明した第5実施例においても、第1実施例と同様の部分については、第1実施例と同様の効果、例えば、ガラス光学素子を高精度に製造することができるなどの効果を得ることができる。
【0096】
また、本実施例のように、低温側への温度変化(C51,C52)と高温側への温度変化(H51,H52)との間隔が1秒以上であっても、ガラス光学素子を高精度に製造することができるという効果を少なからず得ることができる。
【0097】
なお、以上説明した第1実施例〜第5実施例では、温度変動が1セット〜4セットである場合を例に説明したが、温度変動は、1セット以上であれば、数10セット以上行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【0098】
1 ガラス光学素子の製造装置
2 上型(第1の成形型)
2a 成形面
3 下型(第2の成形型)
3a 成形面
4 スリーブ
5 上型保持部
6 下型保持部
7 上超硬プレート
8 下超硬プレート
9 上ヒータプレート
9a ヒータ
10 下ヒータプレート
10a ヒータ
11 上断熱プレート
12 下断熱プレート
13 上冷却プレート
14 下冷却プレート
15 サーボモータ
16 ロッド
17 成形室
18 加熱ガス供給部
18a 吹き付け部
18b 開閉弁
19 加熱ガス供給部
19a 吹き付け部
19b 開閉弁
20 加熱部材
21 冷却部材
100 ガラス素材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガラス素材を加熱する加熱工程と、
加熱された前記ガラス素材を加圧する加圧工程と、
前記ガラス素材を冷却する冷却工程と、を含み、
前記冷却工程の少なくとも一部は、前記ガラス素材の温度を低温側へ変化させた後に高温側へ変化させる温度変動を1セット以上行う離型促進工程からなる、ガラス光学素子の製造方法。
【請求項2】
前記離型促進工程では、前記ガラス素材の温度を低温側へ変化させた後に連続的に高温側へ変化させる、請求項1記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項3】
前記離型促進工程では、前記温度変動を2セット以上行う、請求項1又は請求項2記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項4】
前記温度変動は、連続して行われる、請求項3記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項5】
前記加圧工程では、加熱された前記ガラス素材を第1の成形型及び第2の成形型により加圧し、
前記離型促進工程では、前記ガラス素材が前記第1の成形型及び前記第2の成形型のうち少なくとも一方から離型するまで、前記温度変動を行う、請求項1から請求項4のいずれか1項記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項6】
前記離型促進工程の前記温度変動を、前記冷却工程で前記ガラス素材の冷却を開始するのと同時に開始する、請求項1から請求項5のいずれか1項記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項7】
前記離型促進工程の前記温度変動を、前記冷却工程で前記ガラス素材の温度が軟化点になったとき以降から開始する、請求項1から請求項5のいずれか1項記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項8】
前記温度変動の開始は、前記ガラス素材の温度がガラス転移点になる前である、請求項7記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項9】
前記離型促進工程では、前記ガラス素材の温度を低温側へ変化させた後に、その冷却熱量よりも少ない熱量で前記ガラス素材を加熱して高温側へ変化させる、請求項1から請求項8のいずれか1項記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項10】
前記離型促進工程では、前記ガラス光学素子を成形する成形空間に冷却ガスを吹き付けることにより前記ガラス素材の温度を低温側へ変化させた後に、前記成形空間に加熱ガスを吹き付けることより前記ガラス素材の温度を高温側へ変化させる、請求項1から請求項9のいずれか1項記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項11】
前記離型促進工程では、前記ガラス光学素子を成形する型セットに冷却部材を当接させることにより前記ガラス素材の温度を低温側へ変化させた後に、前記型セットに加熱部材を当接させることより前記ガラス素材の温度を高温側へ変化させる、請求項1から請求項10のいずれか1項記載のガラス光学素子の製造方法。

【図1A】
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【図1B】
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【図1C】
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【図1D】
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【図1E】
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【図2A】
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【図2B】
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【図8】
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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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