JP2000351636A

JP2000351636A - ガラス光学素子の成形方法

Info

Publication number: JP2000351636A
Application number: JP16437299A
Authority: JP
Inventors: Masaki Omori; 正樹大森; Sunao Miyazaki; 直宮崎; Shigeru Hashimoto; 茂橋本; Keiji Hirabayashi; 敬二平林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラス素材にガラスコートを施すと共に、成
形型の成形面に所要の膜を形成して、離形性および転写
性に優れた、ガラス光学素子の成形方法を提供する。【解決手段】ガラス光学素子のプレス成形に際して用
いるガラス素材は、その表面に、プレス変形温度におけ
る粘度がＬｏｇηで８〜１１ｄＰａ・ｓであって、その
含有成分に、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｐ、を含まず、アルカリ成分
を３ｍｏｌ％以上含むガラスを、５〜１００ｎｍの厚さ
で、コーティングしており、このガラス素材を、成形面
に非晶質硬質炭素膜を形成したプレス成形型を用いて、
成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、非球面レ
ンズなどの高精度な、ガラス光学素子の成形方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、研磨工程を経ずに、成形面が所定
の表面精度を有する成形用型内に光学素子材料を収容し
てプレス成形することにより、光学機器などに使用され
るガラスレンズを製造する方法が提唱されており、特
に、この方法は、例えば、特開昭６１−３２２６３号公
報に、記載されている。

【０００３】このようなガラス光学素子のプレス成形に
使用される型材には、強度、硬度、耐熱性、鏡面性、加
工性、離型性、表面粗さの耐久性などが要求されるが、
これらを満たすために、以下のような型材が多数、提案
されている。

【０００４】・金属、合金系特公昭６３−８０５０号公報などに所載・貴金属系特公昭６３−２８０９１号公報などに所載・炭素系特開昭４９−９１４１９号公報、特開平０５−３３９０１８号公報などに所載・セラミック系特公昭６２−２１７３３号公報、特公昭６３−５９９７１号公報などに所載また、上述のような成形型で満たされない光学素子の性
能に対しては、ガラス素材の方に表面処理を施すこと
で、その性能の改善を図る方法が提案されており、その
中でも、ガラス素材の表面に、そのガラスとは異なった
組成のガラスをコーティングする以下のような提案がな
されている。

【０００５】・特開昭６０−３３２２１号公報ここでは、表面の粗い成形面を有する成形型での成形を
可能にするため、ガラス素材と膨張係数、軟化点が一致
する保護ガラスを、０．５〜１．０ｍｍ厚さでガラス素
材表面に施し、プレス後、その表面のガラスを、酸ある
いはアルカリにより除去している。

【０００６】・特公昭６２−５０５１３号公報ここでは、融着、曇り防止のために、Ａｌ₂Ｏ₃を、ガラ
ス素材表面にコーティングしている。

【０００７】・特開昭６２−１９７３２６号公報ここでは、融着防止のために、酸化珪素を５０〜２００
０Åの厚さで、ガラス素材の表面に被覆する。

【０００８】・特開昭６２−２２６８２５号公報ここでは、融着、Ｐｂ還元防止のために、膨張係数と屈
折率が等しく、ガラス素材より高転移点のガラス（１５
〜７００℃）を、５０〜２０００Åの厚さで、ガラス素
材の表面に被覆する。

【０００９】・特開昭６３−３５４２４号公報ここでは、収縮変形歪を軽減し、形状精度向上、融着防
止のために、低軟化点ガラスをガラス素子の表面に被覆
し、その表面ガラスのみをプレス変形させる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】これらの成形型の材料
の中で、金属、合金は、高温でガラスに対する耐食性に
劣り、表面粗さなどの劣化が大きい。また、貴金属やＳ
ｉＣ，ＴｉＮに代表されるようなセラミック系では、高
温安定性に優れ、ガラスとの反応性も少ないが、それ故
に、サブミクロンオーダーの形状転写を行なうプレス成
形においては、物理的な密着力が大きくなり、離型性が
悪い。

【００１１】従って、貴金属薄膜の型では、膜剥離を起
こしたり、成形材料として、強度の小さいガラスでは層
状剥離を起こし、所謂、融着という現象を起こす。炭素
系の成形型においても、ダイヤモンドやガラス状炭素の
ように、安定性にすぐれていて、炭素間の結合力の大き
いものは、貴金属やセラミックと同様に、離型性が悪
い。

【００１２】ただ、グラファイトを多く含む炭素、例え
ば、等方性黒鉛や、不活性雰囲気中で５００℃以上に加
熱された非晶質硬質炭素膜（ここで「非晶質硬質炭素
膜」とは結晶構造を全く有さないか、または、殆ど無視
できる程度の、ダイヤモンドやグラファイトなどの炭素
結晶層を含有する膜で、通称ｉ−Ｃやａ：Ｃ−Ｈなど、
硬度が高いことからダイヤモンド状炭素膜と呼ばれてい
るものである）では、離型性が良い。

【００１３】しかし、このような炭素系の成形型でも、
実験の結果、Ｐｂを含むガラスではＰｂの析出による成
形品の曇りが避けられない。また、Ｔｉを多く含む高屈
折率ガラスや、Ｐを網目形成酸化物として多く含む低分
散ガラスや、低軟化点ガラスでは、離型性が良くない。

【００１４】一方、離型性の向上や成形品の曇防止など
の目的で、既述のように、ガラス素材の表面に、そのガ
ラスとは異なったガラスコートを施す提案がなされてい
るが、特開昭６０−８０５０号公報に所載のものでは、
離型性は向上せず、逆に、表面が粗い型のために、その
離型性は、材料の如何に関わらず、悪くなる。また、ガ
ラス素材表面に０．５〜１．０ｍｍの厚さのガラスコー
トを施しているので、サブミクロンオーダーの形状転写
は不可能である。

【００１５】特公昭６２−５０５１３号、特開昭６２−
１９７３２６号、特開昭６２−２２６８２５号にそれぞ
れ所載のものは、高融点のガラスコートを施すことによ
り、融着や曇りの防止を図るものであるが、これらの方
法では、ガラスからの揮発物による曇りの防止には効果
があるが、サブミクロンオーダーの形状転写を実現しよ
うとすると、その離型性の向上に効果が期待できない。
そこで、離型性を向上させるために、ガラスコートの膜
厚を厚くしたりすると、そのガラスコートにクラックが
入ったり、サブミクロンオーダーの転写性が得られな
い。

【００１６】更に、特開昭６３−３５４２４号公報に所
載の方法でも、離型性の向上が図れず、逆に、鉛ガラス
などを用いると、成形品の曇りは大きくなる。

【００１７】本発明は、上述の事情に基づいてなされた
もので、その目的とするところは、ガラス素材にガラス
コートを施すと共に、成形型の成形面に所要の膜を形成
して、離形性および転写性に優れた、ガラス光学素子の
成形方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明者らは、様
々な組成のガラスを、非晶質硬質炭素膜を成形面に有す
る成形型で、成形し、その結果を検討したところ、その
メカニズムが明確とは言えないが、以下の結論を得た。・アルカリを含むガラスのみが離型性が良い。・そのガラスの粘度がＬｏｇηで８ｄＰａ・ｓ未満の高
温では、非晶質硬質炭素膜の消耗が激しい。・そのガラスの粘度がＬｏｇηで１１ｄＰａ・ｓより大
の低温では、離型性は良くない。・アルカリを含んでも、Ｔｉを多く含むガラス、あるい
は、Ｐを多く含むガラスは、離型性が悪い。

【００１９】以上のことから、本発明では、その第１の
発明として、ガラス素材の表面に、プレス変形温度にお
ける粘度がＬｏｇηで８〜１１ｄＰａ・ｓの粘度を持
ち、その成分にＰｂ、Ｔｉ、Ｐを含まず、アルカリ成分
を３ｍｏｌ％以上含むガラスを、５〜１００ｎｍの厚さ
で、コーティングし、そのガラス素材を用いると共に、
成形面に非晶質硬質炭素膜を形成した成形型を用いて、
プレス成形することにより、仮に、Ｐｂ，Ｔｉ、Ｐを含
むガラス素材を用いても、曇りを生じることなく、離型
性も優れ、しかも、融着や成形型の表面の膜剥離が防止
できることを特徴とする。

【００２０】一般に、カメラやビデオのレンズなどに使
用される光学素子には、様々な光学定数を有するガラス
が必要であり、それらをプレス成形するには、様々な熱
物性を有するガラスに対応しなければならず、ガラス素
材にコーティングするガラスとしても、それらに対応し
なければならない。

【００２１】上述の熱物性、特に、本発明で必要となる
温度−粘度特性は、アルカリ種とその含有率により容易
に調整できる。しかし、アルカリだけでは、ガラスにな
らないため、本発明では、その第２の発明として、Ｓｉ
Ｏ₂とアルカリを主成分とするガラスコートを用い、そ
のアルカリ種とその含有率を調整することにより、容易
に、様々な熱物性を有するガラスのプレス成形に対応で
きる。

【００２２】特に、プレス変形温度には、そのガラスの
粘度がＬｏｇηで６〜１１ｄＰａ・ｓに相当する温度が
考えられる。粘度が６ｄＰａ・ｓ未満では、柔らかすぎ
て、搬送に問題が出たり、ガラスの反応性が大きくな
り、揮発物も多くなるために、成形に適さない。また、
粘度が１１ｄＰａ・ｓより大きくなると、硬すぎて、変
形に長時間を要するようになる。また、成形サイクルを
考えると、成形型の温度は、なるべく低くし、プレス変
形後に冷却してから成形品を取り出すまでの、温度差を
小さくすることにより、成形サイクルを短くすることが
できるが、成形型の温度を低くすると、プレス変形時間
が長くなる。

【００２３】従って、本発明では、ガラスの温度を、そ
のガラスの粘度がＬｏｇηで６ｄＰａ・ｓ以上、８ｄＰ
ａ・ｓ未満に相当する温度にすることにより、短時間で
のプレス変形が可能となる。しかし、その温度では、成
形型の成形面として、非晶質硬質炭素膜を用いた場合、
その消耗が激しい。

【００２４】そのために、本発明は、その第３の本発明
として、第１の発明での、ガラスコートを用い、そのガ
ラスの粘度が、Ｌｏｇηで、６ｄＰａ・ｓ以上、８ｄＰ
ａ・ｓ未満に相当する温度で成形する。このことによ
り、膜の消耗もなく、短時間での成形が可能となる。こ
こでは、ガラス素材の表面に、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｐを含ま
ず、アルカリを３ｍｏｌ％以上含むガラスコートを施す
が、そのガラスの粘度が、Ｌｏｇηで、８〜１１ｄＰａ
・ｓに相当する温度で成形すれば、融着や非晶質炭素膜
の消耗に関して、問題はない。しかし、成形サイクルが
長くなる。

【００２５】本発明では、その第４、第５の発明とし
て、第１の発明におけるガラスコートを、蒸着やゾルゲ
ル法を用いる。これにより、容易に形成することが可能
となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は、本
発明に関わるガラス光学素子成形方法の一つの実施形態
を示すものである。図１において、符号１はガラス素材
であり、２はその表面にコーティングされたガラス、
３，６はレンズの片面の形状を形成するための型母材、
４，７は、その型母材上にコーティングされた硬質セラ
ミック膜、５，８は、被成形ガラスとの接触面となる、
成形型の成形面（光学素子の光学転写面）にコーティン
グされた非晶質硬質炭素膜である。而して、この成形型
を用いて、図２に示すように、成形型間に置かれたガラ
ス素材をプレス成形することにより、レンズなどの光学
素子９が得られる。

【００２７】次に、本発明の成形方法について詳述す
る。まず成形型について、母材としてバインダレス超硬
合金を、所定の形状に研削加工した後、研磨により、成
形面の表面粗さを、Ｒｍａｘで１０ｎｍ以下まで研磨す
る。その上に、ＴｉＮをイオンプレーティングにより、
１μｍ厚さで形成する。

【００２８】そして、これを、図３に概略的に示すよう
な、ＩＢＤ（ＩｏｎＢｅａｍＤｅｐｏｔｉｏｎ）装
置に載置した。なお、図３において、符号１０は真空
槽、１１はイオンビーム装置、１２はイオン化室、１３
はガス導入口、１４はイオンビーム引き出しグリッド、
１５はイオンビーム、１６は母材、１７は基盤ホールダ
ー、１８は排気口を示す。

【００２９】まず、真空槽内を６．６×１０^-3Ｐａまで
真空引きし、その後、ガス導入口よりアルゴンガス３５
ｓｃｃｍをイオン化室に導入し、イオン化した後、イオ
ンビーム引き出しグリッドに５００Ｖの電圧を印可して
イオンビームを引き出し、母材に１分間照射して、成形
型の成形面の洗浄を行なった。

【００３０】次に、ＣＨ₄：１５ｓｃｃｍ、Ｈ₂：３０ｓ
ｃｃｍをイオン化室に導入して、ガス圧を３．５×１０
^-3Ｐａとし、加速電圧：１０ｋＶで、イオンビームを引
き出し、８分間照射して、５０ｎｍの厚さの非晶質硬質
炭素膜を形成した。

【００３１】ガラス素材については、表１に組成を示す
ような、鉛含有ガラスを所定の形状に加工し、それにＳ
ｉＯ₂：Ｌｉ₂Ｏ：Ｋ₂Ｏが、ｍｏｌ比で、８０：１０：
１０のガラスを、真空蒸着したものを用いる。

【００３２】

【表１】また、この真空蒸着には、図４に概略を示す真空蒸着装
置を用いた。なお、図４において、符号１９は真空槽、
２０は基盤を加熱するためのヒーター、２１はガラス載
置用のドーム、２２は成形用ガラス、２３はガラスクリ
ーニング用の高周波印可用アンテナ、２４はコーティン
グ用ガラス、２５はコーティング用ガラスを蒸発させる
ための電子銃、２６はガス導入口、２７は排気口を示
す。

【００３３】成形用ガラス２２をドーム２１に載置し、
排気口２７から真空排気しながら、ヒーター２０により
３００℃に加熱した。真空度が１×１０^-3Ｐａ以下にな
るまで排気した後、Ａｒガスを、ガス導入口２６から、
真空度が５×１０^-3Ｐａになるまで、導入し、高周波印
可用アンテナ２３に３００Ｗの電力を印可して、高周波
放電を行ない、成形用ガラス２２のプラズマ・クリーニ
ングを５分間、行なった。その後、Ａｒガスの導入を停
止し、１×１０^-3Ｐａ以下の真空度に戻った後、コーテ
ィング用ガラス２４を、電子銃２５により蒸発させ、成
形用ガラス素材に厚さ４０ｎｍのガラスコーティングを
施した。

【００３４】次に、これらの成形型とガラスとを用いた
プレス成形について、図５を用いて説明する。図５にお
いて、符号２８は既述した鉛含有ガラスにＳｉＯ₂−Ｌ
ｉ₂Ｏ−Ｋ₂Ｏガラスをコーティングしたガラス素材、符
号２９，３０は既述したバインダレス超硬合金にＴｉ
Ｎ、非晶質硬質炭素膜を形成した上型、下型、３１は上
下型の軸を合わせるための胴型、３２，３３は胴型３１
に内蔵された上下型加熱用ロッドヒーター、３４はガラ
ス素材の搬送、及び、プレス成形された成形品を取り出
す際に用いられるハンド、３５はハンド加熱用のヒータ
ー、３６は成形されたレンズである。

【００３５】そして、加熱装置（図示せず）により、ガ
ラス素材を５９０℃に加熱し、その温度に保たれたバン
ド３４により、図５（ｂ）に示すように、下型にガラス
素材を載置する。また、ガラス素材の加熱については、
５９０℃より低温のガラス素材を、低温のハンドにより
下型にガラスを載置した後、ハンドの温度を上昇させ、
放射熱により加熱してもよい。ここで、５９０℃は、成
形用ガラスである鉛含有ガラスに対しては、粘度がＬｏ
ｇηで６．５ｄＰａ・ｓに相当し、また、コーティング
してあるＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ｋ₂Ｏガラスに対しては、
Ｌｏｇηで９ｄＰａ・ｓに相当する。

【００３６】上下型は、予めヒーター３２，３３によ
り、４７５℃に調温してある。この温度は、成形用ガラ
スである鉛含有ガラスの粘度がＬｏｇηで１０．５ｄＰ
ａ・ｓに相当する。ここで、図５（ｃ）に示すように、
負荷装置（図示せず）により加圧する。そして、上型の
つば部２９ａが胴型に接触することにより、プレス変形
が終了する。その後、ヒーター３２，３３の出力を絞
り、４３０℃まで冷却した後、上型を上昇させて離型
し、図５（ｄ）のように、ハンドにより、成形されたレ
ンズ３６を取り出す。

【００３７】以上のような工程で成形することにより、
成形品に曇りもなく、ガラスの、成形型への融着、型表
面の膜剥離や消耗もなく、連続：１０００ｓｈｏｔの成
形が可能となった。また、成形に要する時間も１サイク
ルが２．７分で完了した。

【００３８】（比較例１）第１の実施の形態と比較し
て、ガラスコーティングを施さなかったこと以外を全て
同じ条件で成形したところ、１ｓｈｏｔ目から、成形品
は、激しく曇り、型の表面の非晶質硬質炭素膜も、数ｓ
ｈｏｔで中心部（載置時のガラスとの接触部）が消耗し
てしまった。

【００３９】（比較例２）第１の実施の形態と比較し
て、そのガラスコーティングの組成を変え、コーティン
グ材として、プレス変形温度である５９０℃での粘度
が、Ｌｏｇηで７．５ｄＰａ・ｓになるガラス素材Ａ
と、１１．５ｄＰａ・ｓになるガラスＢを用いて、その
他は、全て同じ条件で成形したところ、ガラスＡの方
は、成形品の曇りや融着、型の膜剥離がなかったもの
の、非晶質硬質炭素膜の消耗が大きく、２００ｓｈｏｔ
めで、成形型の中心部が殆ど消耗してしまった。また、
ガラスＢについては、離型性が悪く、数ｓｈｏｔめで、
ガラスが成形型に融着してしまった。

【００４０】（比較例３）第１の実施の形態と比較し
て、成形型の成形面に非晶質硬質炭素膜を施さなかった
こと以外は、全て、同じ条件で成形したところ、１ｓｈ
ｏｔめにガラスが型に融着してしまった。

【００４１】（比較例４）第１の実施の形態と比較し
て、ガラスコーティングの膜厚を３ｎｍ、５ｎｍ、１０
０ｎｍ、１００ｎｍのものを作製し、それぞれについ
て、その他は全て、同じ条件で成形したところ、５ｎ
ｍ、１００ｎｍのものについては、第１の実施の形態と
同様な結果が得られたが、３ｎｍのものについては、成
形品に少し曇りを生じ、これを分析したところ、成形型
の成形面に鉛が析出しており、その転写により、曇って
いるため、３ｎｍでは、鉛の揮発を抑制できなかった
（ガラスコーティングの緻密さが足りない）。また、１
１０ｎｍでは、成形品の周辺に曇りが発生しており、顕
微鏡で観察したところ、クラック状にみえる。これは、
表面のガラスコーティングのワレと思われる。

【００４２】（比較例５）第１の実施の形態と比較し
て、そのプレス変形温度を、成形用ガラスの粘度がＬｏ
ｇηで９ｄＰａ・ｓに相当する５１０℃とし、ガラスコ
ーティングも、その温度で、粘度がＬｏｇηで９ｄＰａ
・ｓになる組成にしたこと以外は、第１の実施の形態と
同じ条件で、成形しようと試みたところ、型温が４７５
℃では、プレス変形において、上型が胴型に突き当た
る、所謂、押し切るまでに、ガラスの温度が低下してし
まい、押し切らなかった。そこで、型温を５００℃に上
昇して、プレス変形したところ、押し切るようになった
が、型の加熱、冷却温度の幅が大きくなり、また、プレ
ス時間も、第１の実施の形態に比較して、長くなったた
めに、１サイクルに要する時間が４分に延びてしまっ
た。

【００４３】（比較例６）ここでの比較例は、ガラス素
材に対するコーティングガラスとして、網目形成酸化物
であるＳｉＯ₂をＢ₂Ｏ₃に変えて、ガラス素材表面をコ
ーティングしたものについての事例であるが、ガラス自
体に安定性がなく、コーティングしてから数分後に表面
が曇ってしまい、使用に不適当であった。

【００４４】以上、説明したように、第１の実施の形態
においては、鉛含有ガラスに、プレス変形温度における
粘度がＬｏｇηで９ｄＰａ・ｓに相当するアルカリ含有
ガラスを、真空蒸着により、４０ｎｍ厚さでコーティン
グし、これをガラス素材として使用し、このガラス素材
を、その表面が非晶質硬質炭素膜の成形面を持つ成形型
で成形することにより、成形品の曇りや融着、成形型の
成形面での膜剥離や消耗のない状態でのプレス成形が可
能となる。

【００４５】また、この実施の形態においては、コーテ
ィングするガラスのプレス変形温度を、ガラスの粘度が
Ｌｏｇηで、６．５ｄＰａ・ｓに相当する温度にするこ
とで、成形品の曇りや型の膜消耗のない状態で、成形サ
イクルの短縮が図れる。さらに、網目形成酸化物として
ＳｉＯ₂を用い、それにアルカリのみを加えた単純組成
のガラスをコーティングすることにより、ガラスに合っ
た熱特性に調整することで、安定したガラスコートの形
成を容易にすることができる。

【００４６】（第２の実施の形態）この実施の形態にお
いて、成形型については、第１の実施の形態と同様に、
バインダレス超硬合金の上に、ＴａＮと非晶質硬質炭素
膜とをコーティングして、成形面（光学転写面）を構成
した。

【００４７】ガラス素材については、表２に組成を示す
ように、Ｔｉ含有ガラスを所定の形状に加工し、それに
ＳｉＯ₂：Ｎａ₂Ｏがｍｏｌ比で９５：５のガラスを、ゾ
ルゲル法により、以下のように形成した。即ち、０．０
３８モルのシリコンテトラエトキシドと０．００２モル
のナトリウムエトキシドとを秤量し、これに、モル比で
５倍のエタノールと５ｗｔ％のＨＣｌを含んだ６倍の水
とを加え、２５℃で、１時間撹拌した。この溶液に、体
積で３倍のエタノールを加えて希釈し、撹拌したもの
を、塗布液として、ディッピング法により、８０ｎｍ厚
さのゲル膜を形成した。その後、４００℃で２０分間、
加熱焼成することにより、５０ｎｍ厚さのＳｉＯ₂−Ｎ
ａ₂Ｏのガラスコーティングがなされた。

【００４８】

【表２】次に、これらの成形型とガラス素材とを用いて、第１の
実施の形態と同様な工程で、プレス成形した。この際、
ガラス素材は６８０℃に、成形型は６３０℃に加熱し
た。ガラス素材の温度６８０℃は、成形用ガラスの粘度
としては、Ｌｏｇηで７．２ｄＰａ・ｓに相当し、ガラ
スコーティングの粘度としては、Ｌｏｇηで８．５ｄＰ
ａ・ｓに相当する。また、成形型の温度６３０℃は、成
形用ガラスの粘度でＬｏｇη、１０．２ｄＰａ・ｓに相
当する。プレス変形が終了した後、５８０℃まで冷却し
て、成形品を取り出した。

【００４９】以上のような工程で、成形することによ
り、成形品の曇りもなく、ガラスの、成形型への融着、
型表面の膜剥離や消耗もなく、連続：１０００ｓｈｏｔ
の成形が可能であった。また、成形に要する時間も１サ
イクルが２．４分で完了した。

【００５０】（比較例７）第２の実施の形態との比較例
を以下に説明する。ここでは、第２の実施の形態とは、
ガラスコーティングを施さなかったこと以外、全て同じ
条件で成形している。その結果、１ｓｈｏｔ目に、成形
型の成形面で、非晶質硬質炭素膜が剥離して、ガラス素
材側に持っていかれた。

【００５１】以上のことから、本発明の第２の実施の形
態において、チタン含有ガラスに、プレス変形温度にお
ける粘度がＬｏｇηで８．５ｄＰａ・ｓに相当するアル
カリ含有ガラスを、ゾルゲル法により、５０ｎｍの厚さ
でコーティングしたガラス素材を用い、その表面が非晶
質硬質炭素膜の成形型の成形面で、プレス成形すること
により、成形品の曇りや融着、型の膜剥離や消耗のない
成形が可能となる。なお、ゾルゲル法でコーティングす
る場合、多成分ガラスでは、一般に困難であるが、この
実施の形態のように、２成分であれば、採用できる。

【００５２】（第３の実施の形態）この実施の形態にお
いて、成形型については、第１の実施の形態と同様に、
バインダレス超硬合金の上に、ＴｉＣと非晶質硬質炭素
膜とをコーティングして、成形面を構成している。ま
た、ガラスについては、表３に組成を示すように、燐酸
ガラスを所定の形状に加工し、それにＳｉＯ₂：Ｌｉ₂Ｏ
がｍｏｌ比で７５：２５のガラスを、真空蒸着法によ
り、３０ｎｍの厚さで形成したものを使用する。

【００５３】

【表３】ここでは、ガラス素材を６００℃に、成形型の温度を５
４５℃にして、プレス変形し、５００℃まで冷却した
後、成形品を取り出した。なお、ガラス素材の温度：６
００℃とは、成形用ガラスの粘度として、Ｌｏｇηで
６．８ｄＰａ・ｓに相当し、また、ガラスコーティング
の粘度として、Ｌｏｇηで８．２ｄＰａ・ｓに相当す
る。更に、成形型の温度：５４５℃とは、成形用ガラス
の粘度でＬｏｇηで１０．８ｄＰａ・ｓに相当する。

【００５４】以上のような工程で成形することにより、
成形品の曇りもなく、ガラスの、成形型への融着、型表
面の膜剥離や消耗もなく、連続：１０００ｓｈｏｔの成
形が可能であった。また、成形に要する時間も、１サイ
クルが２．５分で完了した。

【００５５】（比較例８）第３の実施の形態との対比で
挙げられた、この比較例では、ガラスコーティングを施
さなかったこと以外は、全て同じ条件で成形している。
その結果、プレス成形の１ｓｈｏｔ目に、ガラスが成形
型に融着してしまった。

【００５６】このように、本発明の第３の実施の形態に
おいて、燐酸ガラスに、プレス変形温度における粘度が
Ｌｏｇηで８．２ｄＰａ・ｓに相当するアルカリ含有ガ
ラスを、真空蒸着により、３０ｎｍの厚さでコーティン
グしたガラス素材を、表面が非晶質硬質炭素膜の成形型
の成形面で、プレス成形することにより、成形品の曇り
や融着、型の膜剥離や消耗のない成形が可能となる。

【００５７】（第４の実施の形態）この実施の形態で
は、成形型については、第１の実施の形態と同様に、バ
インダレス超硬合金の上に、ＴａＣと非晶質硬質炭素膜
とをコーティングして成形面を形成した。また、ガラス
素材については、表４に組成を示すように、チタン含有
燐酸ガラスを所定の形状に加工し、それに、ＳｉＯ₂：
Ｋ₂Ｏがｍｏｌ比で９０：１０のガラスを、真空蒸着法
により、１５ｎｍの厚さで形成したものを採用した。

【００５８】

【表４】ここでは、ガラス素材を６８０℃に、成形型の温度を５
９０℃にして、プレス変形し、５４０℃まで冷却した
後、成形品を取り出した。なお、ガラス素材の温度：６
８０℃は、成形用ガラスの粘度としてはＬｏｇηで７ｄ
Ｐａ・ｓに相当し、また、ガラスコーティングの粘度と
してはＬｏｇηで８．６ｄＰａ・ｓに相当する。更に、
成形型の温度５９０℃は、成形用ガラスの粘度でＬｏｇ
η、１０．８ｄＰａ・ｓに相当する。

【００５９】以上のような工程で成形することにより、
成形品の曇りもなく、ガラスの、成形型への融着、型表
面の膜剥離や消耗もなく、連続：１０００ｓｈｏｔの成
形が可能であった。また、成形に要する時間も１サイク
ルが２．４分で完了した。

【００６０】（比較例９）ここでは、第４の実施の形態
とは、そのガラスコーティングを施さなかったこと以外
は、全て同じ条件で成形している。その結果、徐々に非
晶質硬質炭素膜が消耗し、８ｓｈｏｔ目にガラスが成形
型に融着してしまった。

【００６１】このように、本発明の第４の実施の形態に
おいて、チタン含有燐酸ガラスに、プレス変形温度にお
ける粘度がＬｏｇηで８．６ｄＰａ・ｓに相当するアル
カリ含有ガラスを、真空蒸着により、１５ｎｍの厚さで
コーティングしたガラス素材を採用して、その表面を、
非晶質硬質炭素膜の成形型の成形面で、プレス成形する
ことにより、成形品の曇りや融着、型の膜剥離や消耗の
ない成形が可能となる。

【００６２】（第５の実施の形態）ここでの、成形型に
ついては、第１の実施の形態と同様に、バインダレス超
硬合金の上に、ＴｉＮと非晶質硬質炭素膜とをコーティ
ングしたものを用いた。なお、ガラスについては、表５
に組成を示す硼珪酸ガラスを所定の形状に加工し、それ
に、ＳｉＯ₂：Ｌｉ₂Ｏがｍｏｌ比で９０：１０のガラス
を、真空蒸着法により、４５ｎｍの厚さで形成したもの
を採用した。

【００６３】

【表５】ここでは、ガラス素材を６７０℃に、成形型の温度を５
５０℃にして、プレス変形し、５９０℃まで冷却した
後、成形品を取り出した。ガラス素材の温度：６７０℃
は、成形用ガラスの粘度としては、Ｌｏｇηで６．３ｄ
Ｐａ・ｓに相当し、ガラスコーティングの粘度として
は、Ｌｏｇηで９．４ｄＰａ・ｓに相当する。更に、成
形型の温度５５０℃は、成形用ガラスの粘度でＬｏｇ
η、１０．５ｄＰａ・ｓに相当する。

【００６４】以上のような工程で成形することにより、
成形品の曇りもなく、ガラスの、成形型への融着、型表
面の膜剥離や消耗もなく、連続：１０００ｓｈｏｔの成
形が可能であった。また、成形に要する時間も１サイク
ルが２．５分で完了した。

【００６５】（比較例１０）第５の実施の形態とは、ガ
ラスコーティングを施さなかったこと以外、全て同じ条
件で成形したところ、徐々に下型の成形面中心部の非晶
質硬質炭素膜が消耗し、２５ｓｈｏｔ目にガラスが成形
型に融着してしまった。

【００６６】（比較例１１）同じく、第５の実施の形態
とは、同じ成形型を用いるが、ガラスコーティングを施
さなかったガラス素材を用いて成形した。ここでは、ガ
ラス素材を５７０℃に、成形型の温度を５５０℃とし
て、プレス変形させたところ、押し切るのに５分もかか
ったため、成形型の温度を５７０℃に上げて、改めて、
プレス変形を行なった。その後、５００℃まで冷却した
後、成形品を取り出した。なお、ガラス素材の温度５７
０℃は、成形用ガラスの粘度としてはＬｏｇηで９ｄＰ
ａ・ｓに相当する。

【００６７】以上のような工程で成形することにより、
成形品の曇りもなく、ガラスの、成形型への融着、型表
面の膜剥離や消耗もなく、連続：１０００ｓｈｏｔの成
形が可能であった。しかし、ここでは、１サイクルに要
する時間が３．７分に延びてしまった。

【００６８】以上、説明したように、本発明の第５の実
施の形態のように、硼珪酸ガラスについて、プレス変形
温度における粘度がＬｏｇηで９．４ｄＰａ・ｓに相当
するアルカリ含有ガラスを、真空蒸着により、４５ｎｍ
の厚さでコーティングしたガラスを、その表面が非晶質
硬質炭素膜の、成形型の成形面で成形することにより、
成形品の曇りや融着、型の膜剥離や消耗のない成形が、
短時間で可能となる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、その第
１の発明によれば、成形品の曇りや融着、型の膜剥離や
消耗のない成形が可能となる。

【００７０】また、第２の発明によれば、第１の発明で
用いるガラスコートを安定性があり、かつ、熱特性を容
易に調整できるとともに、ゾルゲル法での作製も可能と
なる。

【００７１】更に、第３の発明によれば、成形品の曇り
や融着、型の膜剥離や消耗のなく、成形が短時間で可能
となる。

【００７２】最後に、第４および第５の発明によれば、
第１の発明で使用するガラスコートの形成が容易とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における、成形型と
ガラス素材とを示す概略図である。

【図２】同じく、プレスされた後の成形型とガラスとを
示す概略図である。

【図３】成形型の成形面の表面層を形成するのに用いる
ＩＢＤ装置の概略図である。

【図４】ガラスコートを形成するのに用いる真空蒸着装
置の概略図である。

【図５】成形方法の工程を示す概略図である。

【符号の説明】

１ガラス素材２ガラスコート３，４型母材５，６硬質セラミック膜７，８非晶質炭素膜９成形レンズ１０真空槽１１イオンビーム装置１２イオン化室１３ガス導入口１４イオンビーム引き出しグリッド１５イオンビーム１６母材１７基盤ホールダー１８排気口１９真空槽２０ヒーター２１ドーム２２成形用ガラス２３高周波印可用アンテナ２４コーティング用ガラス２５電子銃２６ガス導入口２７排気口２８ガラス素材２９上型３０下型３１胴型３２上型加熱用ヒーター３３下型加熱用ヒーター３４搬送ハンド３５ヒーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本茂東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者平林敬二東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4G015 HA01 HA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス光学素子のプレス成形に際して用
いるガラス素材は、その表面に、プレス変形温度におけ
る粘度がＬｏｇηで８〜１１ｄＰａ・ｓであって、その
含有成分に、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｐ、を含まず、アルカリ成分
を３ｍｏｌ％以上含むガラスを、５〜１００ｎｍの厚さ
で、コーティングしており、このガラス素材を、成形面
に非晶質硬質炭素膜を形成したプレス成形型を用いて、
成形することを特徴とするガラス光学素子の成形方法。
【請求項２】請求項１に記載のガラス光学素子の成形
方法において、ガラス素材の表面にコーティングされる
ガラスコートには、ＳｉＯ₂とアルカリを主成分とする
ガラスを用いることを特徴とするガラス光学素子の成形
方法。
【請求項３】請求項１に記載のガラス光学素子の成形
方法において、成形ガラスのプレス変形温度を、そのガ
ラスの粘度で、Ｌｏｇηが６ｄＰａ・ｓ以上で、８ｄＰ
ａ・ｓ未満に相当する温度とし、この温度でプレス成形
することを特徴とするガラス光学素子の成形方法。
【請求項４】請求項１に記載のガラス光学素子の成形
方法において、蒸着手段により、ガラス素材の表面にガ
ラスをコーティングすることを特徴とするガラス光学素
子の成形方法。
【請求項５】請求項１に記載のガラス光学素子の成形
方法において、ゾルゲル法により、ガラス素材の表面に
ガラスをコーティングすることを特徴とするガラス光学
素子の成形方法。