JPH1160251A

JPH1160251A - 光学素子の成形方法

Info

Publication number: JPH1160251A
Application number: JP20890597A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kamata; 善浩釜田; Toshiya Tomisaka; 俊也富阪
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 1999-03-02

Abstract

(57)【要約】【課題】多面体形状を有し、面と面との連結部におい
て境界部分を有するガラスプリフォームであっても、外
観不良がなく光学性能に優れた光学素子を得ることので
きる成形方法を提供すること。【解決手段】成形面と側面とを有し、その面と面との
連結部において境界部分を有するプリフォームを加熱変
形する工程および金型間で加圧成形する工程を含む光学
素子の成形方法において、加熱変形工程でプリフォーム
の境界部分を粘度にして１０³〜１０⁶ポアズに相当する
温度で局部的に加熱して、該境界部分を構成する面を自
由表面化することを特徴とする光学素子の成形方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、球面または非球面
を有する光学レンズもしくはプリズム等の光学ガラス素
子を成形する方法に関する。より詳しくは、棒状、円柱
状、円錐状、三角柱状、ブロック状などの形状に加工さ
れたガラス塊を加熱変形させた後、金型間で成形するこ
とにより、光学ガラス素子を成形する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学素子の従来からの成形方法として
は、鏡面を有する金型対により加圧成形するプレス成形
法がその代表的な方法である。このプレス成形法におい
ては、予めガラス塊を所定の形状に加工してある程度の
面精度を有するプリフォームを形成し、このプリフォー
ムを再加熱して所望の面精度を付与すべく金型により成
形する「再加熱法」が一般的であり、高精度を要求され
るガラスレンズでも大量生産が可能である。

【０００３】この再加熱法によれば、プリフォームの形
状が成形の重要なファクターとなるため、プリフォーム
の製造に関し、これまでに様々な提案がなされてきた。
プリフォームには、大別して溶融したガラス流を所定体
積に管理しつつ切断、または滴下させて形成するゴブプ
リフォームと、ガラス塊を研削・研磨することにより得
られる研磨プリフォームとがある。高精度または大口径
の光学素子の成形には形状の管理が比較的容易な研磨品
が適している。研磨プリフォームの代表的な形状とし
て、円柱状プリフォームがあげられる。円柱状プリフォ
ームは、一般にプリフォーム径に相当する直径を有する
ガラスロッドを切断し、その端面を、成形する光学素子
の形状に応じて曲面状または平面状に研削・研磨加工す
ることによって得られ、特に、比較的安価で大量生産が
可能であるため光学素子の成形用に広く用いられてい
る。

【０００４】ところが、研磨品を使用する場合、プリフ
ォームの表面はほぼ鏡面、即ち、面粗さにしてＲｍａｘ
０．０２μｍ以下となる程度まで仕上げ加工し、表面の
凹凸をなくしておく必要があり、この仕上げが不十分な
場合はプレス成形の際、プリフォーム表面の凹凸部分と
金型との間に閉じこめられたエアにより、光学素子表面
にエア溜まりやクレータ状の凹部が発生し、所望の鏡面
が得られないため、本願出願人の特願平８−３４５０８
２号公報等においては、ガラス材料を軟化点以上にまで
加熱して、Ｒｍａｘ０．１〜５μｍ程度のガラス材料の
表面をＲｍａｘ０．０５μｍ程度にまで鏡面化した後、
プレスする方法が提案されている。

【０００５】しかしながら、ガラス塊を研削・研磨して
得たプリフォームのうち、特に、面と面との連結部に角
状部分を有するプリフォームに上記方法をそのまま適用
すると、鏡面化した後であっても角状部分に相当する部
分が依然として角状に残り、凸面成形時には、この部分
が金型表面に先に接触し他の部分に先行して成形が始ま
る。すると、先行成形部分とまだ接触していない部分と
の間でうねりが生じたり、あるいは、この先行成形部分
が先に固化するので、固化が遅れる他の部分との間で界
面が生じる折れ込みが発生する。また、先に固化した部
分が欠けて線状のキズ等が発生し、外観不良が問題とな
る。また、プリフォーム全体を一様に加熱するため、加
熱温度をさらに上げるとプリフォーム全体が流動化し、
その形状を制御することは困難である。これらの問題は
角状部分を１ミリ程度、面取り加工した場合でも面取り
部分近傍で同様に発生するという問題が生じている。さ
らには、プリフォーム表面に角状の部分が残っている
と、この部分が先に冷却固化され弾性を失ってしまう。
ガラス表面が粘弾性を有していれば、成形が進むにつれ
て、金型とガラスの間に閉じこめられた微量なガスが金
型の端部から送り出されるが、角状部分が先に固化する
と、送り出されてきたエアの排出が遮られ、角状部分近
傍で閉じこめられるため、エア溜まりが発生する。

【０００６】そこで、特開平４−１８７５２８号公報で
はプリフォームの角部を予備加熱により熱変形させる技
術が開示されているが、その実施例では角部を曲率Ｒ
０.１ｍｍに曲面化することが記載されているにすぎ
ず、うねりや折れ込み、線状のキズ、エア溜まり等の外
観不良の問題を完全に解決するには至っていない。

【０００７】また、特開平４−１０８６２０号公報では
プリフォームのエッジ部を面取り、または球面化した
後、ガラスの粘度が約１０¹³ポアズとなる温度で加熱し
て変形させる技術が、特開平８−７３２２８号公報では
その実施例で、ガラスの粘度が約１０⁶ポアズ以下とな
る温度に加熱して軟化させる技術が開示されているが、
いずれの技術においても加熱工程において、それぞれの
上記温度までプリフォーム全体を一様に加熱するため、
プリフォーム全体が流動化し、自重により形状崩れを起
こすことから当該技術による光学素子の成形は非常に困
難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みなされたものであり、多面体形状を有し、面と面との
連結部において境界部分を有するガラスプリフォームで
あっても、外観不良がなく光学性能に優れた光学素子を
得ることのできる成形方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、成形面と側面
とを有し、その面と面との連結部において境界部分を有
するプリフォームを加熱変形する工程および金型間で加
圧成形する工程を含む光学素子の成形方法において、加
熱変形工程でプリフォームの境界部分を粘度にして１０
³〜１０⁶ポアズに相当する温度で局部的に加熱して、該
境界部分を構成する面を自由表面化することを特徴とす
る光学素子の成形方法に関する。

【００１０】本発明は、加熱変形工程において、プリフ
ォームを全体的に均一に加熱するのではなく、プリフォ
ームにおける成形面と側面との連結部における境界部分
を粘度にして１０³〜１０⁶ポアズに相当する温度で局部
的に加熱することを特徴とする。このように境界部分を
局部的に加熱して軟化変形させることにより、当該境界
部分を構成する面は自由表面化されるため、プリフォー
ムの表面に角状部分がない状態で加圧成形することが可
能となる。その結果として、外観不良がなく光学性能の
優れた光学素子を、プレス成形することにより得ること
ができる。

【００１１】本明細書中、「境界部分」とは、例えば、
多面体プリフォームにおける成形面と側面との連結部に
おける、後の加圧成形後、問題となる光学素子表面上の
うねりや折り込み等の原因となり得る角状部分（不連続
面部分）を指し、「自由表面化」とは、後の加圧成形に
よって上記の問題が生じない程度に境界部分を構成する
面を連続的に曲面化することをいうものとする。

【００１２】本発明において使用され得るガラスは、い
かなるガラス材料からなるものであっても良く、例え
ば、白板ガラスＢ２７０、ＢＫ７、ＳＦ１４ガラス、パ
イレックス（耐熱性ガラス）などを用いることができ
る。これらのガラスからなるロッドは所望の厚みに切断
され、一方又は双方の端面を曲面または平面状に切削、
研削され、プリフォームとして使用される。その表面粗
さについてはＲｍａｘ０．１〜５μｍの範囲内であれば
コストもかかりすぎず、また、ガラス表面の凹凸をその
後の加熱処理によって消すことができる。通常、この場
合の切断面の表面粗さはＲｍａｘ３μｍ程度である。

【００１３】本発明の方法において使用されるプリフォ
ームは多面体形状を有し、面と面との連結部において少
なくとも一部に境界部分を有する。また、境界部分が面
とりされているプリフォームにも、さらには境界部分が
曲率半径５ｍｍ程度以下に曲面化されているプリフォー
ムについても本発明の方法を有用に適用することができ
る。具体的には、特にロッド状のガラスを切り出し加工
した棒状、円柱状、円錐状、三角柱状、ブロック状など
の形状のプリフォームが使用される。

【００１４】本発明の光学素子の形成方法は、少なくと
もこのようなガラスプリフォームの境界部分を１０³〜
１０⁶ポアズに相当する温度で局部的に加熱変形する工
程および加熱変形されたプリフォームを加圧成形する工
程を含む。なお、プリフォームは、加熱変形工程に先立
って、切削、研削により生じた表面上の微小ガラス片を
除去する工程に供されるのが好ましい。例えば、図１に
示すような一連の製造工程により本発明の方法は適用さ
れる。以下、プリフォームが円柱形状を有する場合の図
１を参照しながら説明する。

【００１５】本発明においては、まず、プリフォーム１
は洗浄・乾燥装置２に搬送され、プリフォームの切削、
研削により生じる表面上の微小ガラス片を除去して乾燥
させる。その除去方法としては、ガラス表面をほとんど
変質させることなく、その表面上に残存する微小ガラス
片を完全に除去できれば、特に制限されない。

【００１６】例えば、合成洗剤を含む洗浄液を用いる方
法等があげられる。洗浄液としては一般に、完成した光
学素子を超音波洗浄機により洗浄するために用いられる
洗浄液等が好ましく、洗浄液は界面活性効果により機械
油や埃等の汚れを除去するととともに、ガラス表面と微
小ガラス片とが接触する部分の表面をわずかに溶解し、
超音波によるキャビテーション効果と相まって微小ガラ
ス片の表面からの剥離を促進するものと考えられる。従
って、微小ガラス片の除去工程では、ガラス片の付着し
たプリフォームを洗浄液に浸漬しながら超音波洗浄する
ことが望ましい。

【００１７】乾燥方法としては、加熱炉で１００℃以上
に加熱する、あるいは溶剤の揮発作用により乾燥させる
等の方法がある。

【００１８】このように洗浄・乾燥されたプリフォーム
１は加熱変形工程に供される。具体的には上記プリフォ
ーム１を搬送用支持部材（超硬合金製）４に載せて電気
炉３に挿入し、その境界部分が粘度にして１０³〜１０⁶
ポアズとなる温度で５〜２０分間ヒーターで局部的に加
熱する。加熱温度については、その境界部分のガラス粘
度が１０³ポアズに相当する温度より高いとガラス全体
が流動化し、その形状を制御することが困難となる。一
方で、１０⁶ポアズに相当する温度より低いとプリフォ
ーム表面で所望の面精度を得ることができないだけでな
く、熱変形が表面のごく一部にとどまりプリフォーム形
状を変形するには至らないため上面および側面が自由表
面化、すなわち両面が全体にわたって連続的に曲面化し
ない。

【００１９】本発明においてはこのように、プリフォー
ムの境界部分の粘度を上記規定範囲内に設定するため、
プリフォーム全体が流動化して形状の制御が不可能にな
ることなく、プリフォームにおける境界部分以外の部分
の表面から１０〜２０％の深さ付近をほどよく軟化さ
せ、プリフォーム表面を所望の面精度、表面粗さにして
Ｒｍａｘ０.０５μｍ以下にすることが可能となる。こ
の結果、プリフォームにおける当初の境界部分を中心に
変形が起こり、後述する加圧成形工程において所望の面
精度が転写されるべき面（「成形面」という）全体が連
続的に曲面化される。このため、このプリフォームを用
いて製造された光学素子には、従来から問題となってい
るうねりや折れ込み、線状のキズ・エア溜まり等が発生
しないと考えられる。

【００２０】本発明の方法においては境界部分を局部的
に加熱して高温にし、境界部分の粘度が上記範囲内にな
るよう軟化させる。「境界部分を局部的に加熱する」と
は境界部分を中心にその付近を局部的に加熱することを
意図し、プリフォームにおける境界部分以外の部分を加
熱することを排除するものではない。境界部分を加熱炉
内で局部的に加熱する具体的な方法としては、大きく分
けて、１．加熱力で温度勾配を付与することにより、プ
リフォーム表面に所望の面精度を付与すべくプリフォー
ム全体を加熱する工程と同一の工程で加熱する方法、あ
るいは、２．プリフォーム全体を加熱する工程の前後
で、境界部分のみを集中加熱する工程を別途設ける方法
等が挙げられる。前者の具体的方法としては、１．加熱
炉内に複数設置される加熱用ヒーターコイルのうち局部
加熱されるべき部分（境界部分）を加熱する加熱用ヒー
ターコイルの巻き数を増やす、２．局部加熱されるべき
部分（境界部分）を加熱する加熱用ヒーターコイルの設
置位置を他のヒーターコイルに比してプリフォームに接
近させる等の方法が挙げられる。また、加熱ヒーターの
出力が十分高ければ、プリフォームの境界部分に対向す
る位置のみに加熱ヒーターを配置し、十分な温度勾配が
発生するのであれば、他の部分にまでヒーターを配する
必要はない。後者の具体的方法としては、加熱炉内でプ
リフォーム全体を加熱する工程の前又は後に、境界部分
を赤外線ランプなどで加熱する工程を別途設けるなどの
方法が挙げられる。

【００２１】図１における加熱変形工程においては、加
熱力で温度勾配を付与すべく、局部的に加熱されるべき
部分（境界部分）を加熱する加熱用ヒーターコイル３１
Ｅの設置位置を他のヒーターコイル３１に比してプリフ
ォームに接近させる方法が採用されている。かかる方法
を採用した電気炉３内において、プリフォーム１は、そ
の境界部分Ｚが粘度にして１０³〜１０⁶ポアズとなる温
度でヒーターコイル３１、３１Ｅにより５〜２０分間加
熱される。この場合において、「局部的に加熱する」と
は具体的にはプリフォームの境界部分の温度がプリフォ
ームにおける他の部分に比べて５０〜１５０℃程度高く
なっていればよく、好ましくは９０〜１２０℃程度高く
なっている。５０℃未満であると、加熱しても局部的に
加熱する効果が得られず、すなわちプリフォーム全体が
流動化するか、または境界部分が角状に残るおそれがあ
り、１５０℃を越えると局部的に加熱される境界部分の
みが極端に形状崩れするおそれがある。詳しくは、プリ
フォームの境界部分の温度とプリフォームにおける他の
部分の温度差（ｘ）は図２に示される。図２はガラスプ
リフォーム近傍の電気炉内部の高さを横軸にとった温度
分布図である。このような温度管理はプリフォームにお
ける境界部分およびその他の部分の近傍に熱電対又は放
射温度計を配し、当該温度をモニターすることにより可
能となる。

【００２２】加熱変形工程において設定される境界部分
の温度、すなわち粘度が１０³〜１０⁶ポアズとなる温度
はガラス材料によって異なり、例えば、ガラスＢ２７０
の場合は約８９０〜１０３０℃、ＳＦ１４の場合は約７
５０〜８４０℃、ＢＫ７の場合は約８００〜１１００℃
が適当である。従って、境界部分以外の部分の温度につ
いては、例えば、ガラスＢ２７０の場合は約７４０〜９
５０℃、ＳＦ１４の場合は約６５０〜７５０℃、ＢＫ７
の場合は約６５０〜９５０℃が適当である。

【００２３】なお、このように円柱形状プリフォームに
おける上面および側面を自由表面化するに際しては、形
成される自由表面の曲率が、少なくとも後の加圧成形工
程においてその面に対向して使用される金型の曲率より
も大きくなっている必要がある。

【００２４】加熱終了後、放置冷却し、支持部材４から
プリフォーム１を取り出すと、支持部材の反対面には熱
変形により緩やかな自由面８が形成されており、表面粗
さＲｍａｘは０．０１〜０．０５μｍ、好ましくはＲｍ
ａｘは０．０２〜０．０３μｍを確保している。

【００２５】次いでプリフォームは、形状を厳密に制御
すべく、さらにプレス成形工程に供される。加熱変形工
程における支持部材４をプレス成形における下金型とす
ることができる場合は、加熱変形処理後プリフォームを
下金型に載せたまま搬送するだけでプレス成形工程に供
することができる。一方、支持部材が下金型を兼ねない
場合は、加熱変形処理後プリフォームを支持部材上に載
せたまま搬送してから金型間に移載するか、又は、支持
部材上のプリフォームを先に下金型に移載して搬送し、
プレス成形工程に供する必要がある。

【００２６】プレス成形は従来から使用されているプレ
ス成形機により行われ、例えば、得られたプリフォーム
がほとんど冷却されないうちに、これを所望の面精度を
有する金型間に上述のごとく搬送、設置し、金型に圧力
を加え、金型表面の面精度及び形状を転写する。

【００２７】具体的には、図１に示すプリフォーム１を
プレス成形する場合、一般的なプレス成形装置を用いて
リヒートプレス法により光学ガラス素子を作成すること
ができる。図示の例は、支持部材が下金型を兼ねる場合
の例を示す。凹型非球面状に精密鏡面加工された型表面
を有する上金型１４（タングステンカーバイド製）およ
びそれを保持する保持型１６Ａと、平面状に精密加工さ
れた支持部材４、及びそれを保持する保持型１６Ｂ（炭
素製）とを具備している。押し棒１７により保持型１６
Ａは上金型１４と一体になって下方移動して、支持部材
４と一体となった保持型１６Ｂと嵌合する。以上の型構
造体は透明石英管１８の外周部に設置された加熱体１９
により加熱され、保持型１６Ｂ内に埋設した熱電対２０
により温度設定して、温度制御される。

【００２８】前述のプリフォーム１を支持部材４に設置
した後、窒素雰囲気下にして、加熱体１９によりプリフ
ォーム１を転移点＋８０〜１２０℃に加熱した状態で押
し棒１７を降下させ、上金型１４及びそれを保持する保
持型１６Ａに荷重をかけて加圧成形する（荷重：２０〜
２００ｋｇｆ、加圧時間：３０〜１８０秒）。次に、押
し棒１７の圧力を除去し、各型（１４、１６Ａ、１６
Ｂ）内に加圧成形物、すなわち、光学ガラス素子を包囲
したまま放置冷却し、その後、ガラス素子を取り出す。
この光学ガラス素子の表面には金型表面の形状が精度良
く転写されている。

【００２９】金型の面精度については支持部材（金型で
ある場合を除く）の転写面における面精度と同程度か、
又は高いことが望ましい。光学ガラス素子の表面には結
果的に金型の面精度が付与されているため、プリフォー
ムの両精度が高くても金型の両精度が低ければ意味がな
いからである。すなわち、表面粗さにしてＲｍａｘ０.
０１〜０.０５μｍ程度、特に、Ｒｍａｘ０.０１〜０.
０３μｍが好ましい。

【００３０】また、金型形状については、所望の光学素
子の形状に応じて設計される。プレス成形における加熱
温度については、プリフォーム表面は先の加熱変形処理
により所望の鏡面を有しているため、プリフォーム形状
の微調整を行うことのできる温度であれば特に限定され
るものではなく、具体的にはプリフォーム表面付近の粘
度が１０⁶〜１０⁹ポアズ、好ましくは１０⁷〜１０⁸ポア
ズとなるように設定するのが望ましい。

【００３１】上述のごとくプレス成形するにあたって
は、円柱プリフォームの上面と円筒面との連結部におけ
る境界部分が加熱変形により鈍化され、連続的な曲面と
なるため、成形後のガラス表面に円周状のキズが生じる
ことがなく、外観品質の優れた凸状の光学素子を成形す
ることが可能となる。本発明を以下の実施例によりさら
に詳しく説明する。

【００３２】

【実施例】実施例１第１図を参照しながら説明する。本実施例においては、
有効径が３０ｍｍ、心厚が２５ｍｍであって、一方の面
は近似曲率がＲ＝４０ｍｍの凸非球面、他方の面は平面
である平凸型光学ガラス素子を成形した。

【００３３】まず、白板ガラスＢ２７０のロッド材を略
円柱状に切削し、直径４０ｍｍ、厚さ４０ｍｍとした。
市販の表面粗さ計（ワイコ社製）でプリフォームの切削
面およびその他の面の粗さを測定したところ、切削面は
Ｒｍａｘ３μｍ、その他の面はＲｍａｘｌμｍであっ
た。

【００３４】このプリフォーム１を洗浄・乾燥装置２に
供し、プリフォームの表面に残存する微小ガラス片の除
去を行った。再度、表面粗さを測定したところ、切削面
はＲｍａｘ２．９μｍ、その他の面はＲｍａｘｌμｍで
あった。

【００３５】次に、このようにして微小ガラス片の除去
されたプリフォーム１を、平面状で下金型を兼ねる支持
部材４に第１図のごとく設置し、電気炉３に挿入して加
熱変形処理に供した。電気炉３内部には、加熱コイル状
に組み立てた発熱体３１、３１Ｅ（カンタルガデリウス
社製：カンタルスーパーヒータ一）が設置されており、
上面（成形面）と円筒面（側面）との境界部分Ｚ近傍で
は、コイルとプリフォーム表面との距離が他の部分に比
べて接近した配置となるような構造とした。すなわち、
円筒面部分は発熱体３１との距離が３０ｍｍ、境界部分
は発熱体３１Ｅとの距離が１５ｍｍとした。この距離で
あれば、境界部分の温度を所望の温度、即ち、他の部分
の温度より５０〜１５０℃程度高い状態にすることがで
き、境界部分を中心に熱により軟化変形して、成形面お
よび側面を近似曲率Ｒ＝３５ｍｍ程度の自由面とするこ
とができた。電気炉３内では、Ｂ２７０からなるプリフ
ォームにおける境界部分の温度が１０⁴ポアズとなる１
０００℃で７分間維持した。その維持している間のガラ
スプリフォーム近傍の電気炉内部の高さを横軸にとった
温度分布を図２（ｘ＝１５０℃）に示した。

【００３６】加熱終了後、プリフォーム１を支持部材４
に載せたまま、成形位置、即ち、上金型１４の下部に搬
送し、下金型を兼ねる支持部材４と上金型１４との間
で、圧力２０Ｋｇ／ｃｍ²にて１２０秒間加圧成形し
た。成形物は冷却し取り出した。

【００３７】上金型１４はＲｍａｘ０．０３μｍ、近似
曲率Ｒ＝４０ｍｍの転写面を備えた非球面凹型であり、
支持部材４は表面組さＲｍａｘ０．０３μｍの転写面を
有する平面である。取り出した加圧成形物、すなわち光
学ガラス素子１２の上金型１４と当接していた面の表面
組さを触針式表面粗さ計（ワイコ社製）で測定したとこ
ろ、表面租さＲｍａｘ０．０３μｍであった。光学ガラ
ス素子は精度良く転写された転写面形状を有し近似曲率
Ｒ＝４０ｍｍの凸型非球面を有していた。またその反対
面には、表面組さＲｍａｘ０．０３μｍの平面が転写さ
れていた。さらに、これら曲面及び平面を微分干渉顕微
鏡により５０倍で視察したところ、円周状のキズは全く
観察されなかった。以上より、形状が精度よく制御され
ていることがわかる。

【００３８】このようにして有効径が３０ｍｍ、心厚が
２５ｍｍであって、一方の面は近似曲率がＲ＝４０ｍｍ
の凸非球面、他方の面は平面である平凸型光学ガラス素
子を得た。

【００３９】実施例２図３および図４を参照しながら説明する。本実施例にお
いては、有効径が３３ｍｍ、心厚が２５ｍｍであって、
一方の面は近似曲率がＲ＝２５ｍｍの凸非球面、他方の
面は近似曲率がＲ＝３０ｍｍの凸非球面である両凸型光
学ガラス素子を成形した。

【００４０】まず、光学ガラスＢＫ７のロッド材を略円
柱状に切削し、直径３８ｍｍ、厚さ３３ｍｍとした。

【００４１】次いで、一方の端部を約Ｒ＝２８ｍｍの球
面状に研削加工し、他方の端部には幅５ｍｍにわたって
プリフォームの中心軸に対して３０°傾いた面取り部１
１１を研削加工により形成し、さらにその内側に約Ｒ＝
３５ｍｍの球面を研削加工し、図３に示すプリフォーム
１１とした。

【００４２】このプリフォーム１１を洗浄・乾燥装置２
に供し、プリフォームの表面に残存する微小ガラス片の
除去を行った。

【００４３】一方、支持部材４１は、図３のごとく超硬
合金からなる内径３６ｍｍのリング状の部材とし、支持
部材の内周面にはプリフォーム１１の面取り部１１１が
約幅ｌｍｍほどかかるよう当たり面４１１を形成した。

【００４４】リング状の支持部材としたのは、支持部材
と当接する側の面も加熱軟化できるようにするためであ
る。また、面取り部１１１が約幅ｌｍｍほどかかるよう
にしたのは、面取り部１１１とその内側の約Ｒ＝３５ｍ
ｍの球面との境界部分も、反対側と同様、加熱コイルに
直接さらして軟化変形させ、連続的な曲面とするためで
ある。

【００４５】この状態で、プリフォーム１１を、支持部
材４１に設置し、電気炉５（図４）に挿入して加熱変形
処理に供した。電気炉５内部には、図４に示すように、
その両球面の頂点から水平方向に２０ｍｍ離れた位置に
各々、上下発熱体（カンタルガデリウス社製：カンタル
スーパー）５２、５３をパネルヒーター状に設置し、円
筒面部分側には発熱体を設けなかった。

【００４６】このような構成であれば、前記実施例の場
合ほどの正確な温度制御はできないが、円筒面の中心付
近と両端面とで５０〜１５０℃程度の温度分布を形成す
ることができた。

【００４７】電気炉５内では、ＢＫ７からなるプリフォ
ームの角部（境界部分）が１０⁴ポアズとなる８００℃
で７分間維持した。この維持している間のガラスプリフ
ォーム近傍の電気炉内部の高さを横軸にとった温度分布
を図５（ｘ＝１５０℃）に示した。

【００４８】加熱終了後、プリフォーム１１を支持部材
４１に載せたまま、成形位置、即ち、上金型１４の下部
に搬送した。

【００４９】本実施例においては、プリフォームを支持
部材４１により成形位置まで搬送した後、図示しない下
金型上に移載し、上金型との間で加圧成形する構成とし
た。

【００５０】上金型はＲｍａｘ＝０．０３μｍ、近似曲
率Ｒ＝２５ｍｍの転写面を備えた非球面凹型であり、下
金型は近似曲率がＲ＝３０ｍｍの凹非球面に研削研磨加
工したものである。

【００５１】ここで、金型を圧力１．０Ｋｇ／ｃｍ²に
て１２０秒間加圧し、成形物を冷却した後、取り出し
た。取り出した加圧成形物、すなわち光学ガラス素子の
上下金型と当接していた面の表面組さを触針式表面粗さ
計（ワイコ社製）で測定したところ、どちらの面も表面
粗さＲｍａｘ＝０．０３μｍであり、近似曲率Ｒ＝２５
ｍｍ（上金型面）、Ｒ＝３０ｍｍ（下金型面）の両凸型
非球面を有していた。

【００５２】さらに、これらの両曲面を微分干渉顕微鏡
により５０倍で観察したところ、円周状のキズは全く観
察されなかった。

【００５３】このようにして、形状が精度よく制御さ
れ、有効径が３３ｍｍ、心厚が２５ｍｍであって、一方
の面は近似曲率がＲ＝２５ｍｍの凸非球面、他方の面は
近似曲率がＲ＝３０ｍｍの凸非球面である両凸非球面光
学ガラス素子を得た。

【００５４】比較例１前記実施例１のコイルに代えて、一般的な加熱コイル、
すなわち、温度分布が均一なものを配した電気炉でプリ
フォームを加熱変形し、プリフォームの境界部分を視察
したところ、図６に示すように、角部がリング状に明瞭
に残存していた。

【００５５】ここで、他の条件は実施例１と同様にして
このプリフォームを加圧成形し光学ガラス素子を得た。
この光学ガラス素子の外観品質を確認したところ、うね
りや折れ込み、線状のキズなどが発生しており、このよ
うな外観不良が、目視でも容易に判別できた。

【００５６】

【発明の効果】本発明の方法によれば、研削・研磨加工
したプリフォームの少なくとも境界部分をガラスの粘度
にして１０⁶〜１０³ポアズに相当する温度で加熱変形
し、表面をほぼ連続的な曲面とすることにより、境界部
分を有するプリフォームであっても、プレス成形後プリ
フォームの表面に角状部分が生じることなく、結果とし
て、成形された光学ガラス素子にうねりや折れ込み、リ
ング状の線状のキズやエア溜まりが発生することがな
く、外観品質及び光学性能に優れた光学素子を容易に提
供することができる。

【００５７】円柱状プリフォームに本発明を適用すれ
ば、ガラスロツドを切断し、両端面を研削研磨するだけ
で、格別面取り加工などする必要なく円柱状プリフォー
ムを使用した光学素子を成形することができる。

【００５８】ガラスプリフォームの少なくとも一端は曲
面加工されており、前記曲面加工部と円筒面との境界部
分をガラスの粘度にして１０⁶〜１０³ポアズに相当する
温度で加熱し、連続的曲面とすることにより、より所望
の光学素子の形状に近似したガラスプリフォームを使用
して成形することができる。

【００５９】ガラスプリフォームを均一加熱する前、も
しくは、加熱した後、境界部分を再度集中加熱すること
により、加熱装置の構成を簡略化することができる。

【００６０】プリフォームの境界部分に対向する部分の
加熱力が他の部分よりも高くなるよう温度分布を形成
し、境界部分近傍のガラスをその粘度にして１０⁶〜１
０³ポアズに相当する温度とすることにより、別途再加
熱工程を設けることなく、エッジ部分を加熱することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施する工程を説明するため
の概略図を示す。

【図２】実施例１の加熱変形処理工程における電気炉
内部の温度分布図を示す。

【図３】実施例２におけるプリフォーム及び支持部材
の説明図を示す。

【図４】実施例２における加熱変形処理開始直前の電
気炉の内部状態の概略図を示す。

【図５】実施例２の加熱変形処理工程における電気炉
内部の温度分布図を示す。

【図６】比較例における加熱変形処理後のプリフォー
ムの外観形状の概略図を示す。

【符号の説明】

１：プリフォーム、２：洗浄・乾燥装置、３：電気炉、
４：支持部材、５：電気炉、８：自由面、１１：プリフ
ォーム、１２：光学ガラス素子、１４：上金型、１６
Ａ：保持型、１６Ｂ：保持型、１７：押し棒、１８：透
明石英管、１９：加熱体、２０：熱電対、３１：発熱
体、３１Ｅ：境界部分用発熱体、４１：支持部材、５
２：上発熱体、５３：下発熱体、１１１：面取り部、４
１１：当たり面、Ｚ：境界部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形面と側面とを有し、その面と面との
連結部において境界部分を有するプリフォームを加熱変
形する工程および金型間で加圧成形する工程を含む光学
素子の成形方法において、加熱変形工程でプリフォーム
の境界部分を粘度にして１０³〜１０⁶ポアズに相当する
温度で局部的に加熱して、該境界部分を構成する面を自
由表面化することを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】プリフォームが円柱形状を有することを
特徴とする請求項１記載の光学素子の成形方法。
【請求項３】円柱状プリフォームの少なくとも一端は
曲面加工されていることを特徴とする請求項２記載の光
学素子の成形方法。
【請求項４】ガラスプリフォームの加熱変形工程にお
いて、プリフォームの境界部分への加熱力が他の部分へ
のそれよりも高くなるよう温度勾配を付与することを特
徴とする請求項１〜３いずれかに記載の光学素子の成形
方法。
【請求項５】成形面と側面とを有し、その面と面との
連結部において境界部分を有するプリフォームを加熱変
形する工程および金型間で加圧成形する工程を含む光学
素子の成形方法において、加熱変形工程でプリフォーム
の境界部分のみを粘度にして１０³〜１０⁶ポアズに相当
する温度で局部的に集中加熱して、該境界部分を構成す
る面を自由表面化する前、または自由表面化した後、プ
リフォーム全体を均一に加熱することを特徴とする光学
素子の成形方法。