JP2005298262A - 光学素子の量産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
高屈折率ガラスからなる高精度の光学素子を、精密プレス成形によって生産性よく量産する。
【解決手段】
アッベ数（νｄ）３０〜４０未満および屈折率（ｎｄ）１．８４超の光学ガラス、またはアッベ数（νｄ）４０〜５０および式（１）
ｎｄ＞２．１６−０．００８×νｄ … （１）
を満たす屈折率（ｎｄ）を有する光学ガラスからなるガラスプリフォームを、６５０℃よりも高い耐熱性を有する材料からなる成形型を用いて、精密プレス成形することにより前記光学ガラスからなる光学素子を作製する工程を繰り返して、前記光学素子を量産する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ガラスプリフォームを加熱、軟化して精密プレス成形することによって光学素子を量産する方法に関する。

光学ガラスからなるプリフォーム（予備成形体）を加熱、軟化したのち、これを、高精度加工が施された成形面を有する成形型に収容して、プレス成形することにより、成形型の成形面の形状が転写された光学素子を製造する方法は、精密プレス成形と呼ばれ、この方法により、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズなどの各種レンズ、回折格子、回折格子付のレンズ、レンズアレイ、プリズム等の光学素子が製造されている。

従来、精密プレス成形に用いられている成形型の代表例として、タングステンカーバイト（ＷＣ）、チタンカーバイト（ＴｉＣ）あるいはチタンナイトライド（ＴｉＮ）を主成分とし、金属を焼結助材（バインダー）として含有する型材（基盤材料）の成形面に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）などの貴金属系離型膜を設けたものが挙げられる（特許文献１参照）。

ところで、上記の成形型の製造に用いられる型材は高価であり、また極めて硬い材料であるため、これに研削、研磨などの機械的加工を施して成形型を得るために多大の時間と手間を必要とする。特に成形型の成形面は、ガラスプリフォームに転写され、得られる光学素子の機能面（光を屈折、回折、透過または部分透過する面）となるため、粗さのない平滑面としなければならず、その精密加工は極めて厄介なものである。
また高温でプレス成形操作を繰り返していくうちに、上記貴金属系離型膜にキズや膜ハゲなどが生じると、一旦離型膜を除去したのち、新たな離型膜を設けなければならず、そのために多大の時間と手間を必要とする。
従って、精密プレス成形に用いる成形型は、一旦作製した後は、可能な限り長期間に亘って使用することができるのが望ましい。

しかしながら、特許文献１に記載の、ＷＣ、ＴｉＣあるいはＴｉＮ系の型材の成形面に貴金属系離型膜を設けた成形型は、耐熱性が比較的低いので、被成形ガラスがガラス転移温度、屈伏点が高く、高温ではじめて軟化する光学ガラスである場合、６５０℃以上の高温で精密プレス成形を繰り返して行うと、成形型、特にその成形面の離型膜が損傷して、キズや膜ハゲ、クモリなどを起してしまい、プレス成形により所望の表面精度を有する光学素子が得られなくなってしまうという問題点があった。
そこで成形型の長寿命化のために、精密プレス成形に使用するガラスは、低温でプレス成形が可能な低温軟化性を有することが望まれている。
一方、近年、光学設計の自由度を大きくするため、より高い屈折率を有する光学ガラス材料が求められている。
従って、このような高屈折率ガラスからなる光学素子を精密プレス成形で製造するには、低温軟化性と高屈折率を兼備するガラス材料が必要とされていた。

特開平７−４１３２６号公報

しかし、低温軟化性と高屈折率を有する、従来のガラスは、低温軟化性を付与するために比較的多量のアルカリ金属酸化物を含有し、またガラス化するために最低限のＢ_２Ｏ_３などの骨格形成成分を含有しているが、これらのアルカリ金属酸化物や骨格形成成分は一般に高屈折率付与に対する寄与が比較的に小さい。そのため、より高い屈折率を有する精密プレス成形用ガラスを作製しようとすると、高屈折率成分の量を増加しなければならないが、低温軟化性を付与する成分が多い組成で高屈折率付与成分の増量は難しかった。
そこで低温軟化性付与成分の量を減少させて高屈折率付与成分の量を増やすと、ガラスが低温で軟化しにくくなり、精密プレス成形を高温で行わなければならず、上述したような成形型の損傷の問題が惹き起こされてしまう。
このような状況により、高い需要はあるものの、極めて高い屈折率を有するガラスを使用して精密プレス成形によって安定して光学素子を量産することは難しかった。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、高屈折率ガラスからなる高精度の光学素子を精密プレス成形によって生産性よく量産するための方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、
（１）アッベ数（νｄ）３０〜４０未満および屈折率（ｎｄ）１．８４超の光学ガラス、またはアッベ数（νｄ）４０〜５０および式（１）
ｎｄ＞２．１６−０．００８×νｄ … （１）
を満たす屈折率（ｎｄ）を有する光学ガラスからなるガラスプリフォームを、６５０℃よりも高い耐熱性を有する材料からなる成形型を用いて、精密プレス成形することにより前記光学ガラスからなる光学素子を作製する工程を繰り返して、前記光学素子を量産することを特徴とする光学素子の量産方法、
（２）アッベ数（νｄ）３０〜４０未満および屈折率（ｎｄ）１．８４超の光学ガラス、またはアッベ数（νｄ）４０〜５０および式（１）
ｎｄ＞２．１６−０．００８×νｄ … （１）
を満たす屈折率（ｎｄ）を有する光学ガラスからなるガラスプリフォームを、型材が炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、炭化タングステン（金属系バインダーを含まないもの）のいずれかからなり、成形面に離型膜が設けられている成形型を用いて、精密プレス成形することにより前記光学ガラスからなる光学素子を作製する工程を繰り返して、前記光学素子を量産することを特徴とする光学素子の量産方法、
（３）前記離型膜が炭素含有膜であることを特徴とする上記（２）に記載の光学素子の量産方法、
（４）精密プレス成形するプリフォームの表面に融着防止膜が設けられていることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光学素子の量産方法、
（５）前記光学ガラスが必須成分としてＢ_２Ｏ_３およびＬａ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光学素子の量産方法、
（６）前記光学ガラスがさらにＧｄ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする上記（５）に記載の光学素子の量産方法、および
（７）前記光学ガラスがさらにＺｎＯを含むことを特徴とする上記（５）または（６）に記載の光学素子の量産方法
を提供するものである。

本発明によれば、高屈折率ガラスからなる光学素子を、精密プレス成形によって高精度に生産性よく量産する方法を提供することができる。

先ず本発明の光学素子の量産方法に用いるガラスプリフォームの材料である光学ガラスについて説明する。
本発明において、精密プレス成形に供されるガラスプリフォームを構成するガラスは、アッベ数（νｄ）３０〜５０の光学ガラスであるが、アッベ数（νｄ）と屈折率（ｎｄ）の範囲により以下の２つに分類することができる。
第１のガラスはアッベ数（νｄ）が３０〜４０未満であって、屈折率（ｎｄ）が１．８４超の範囲であるガラスであり、第２のガラスはアッベ数が４０〜５０であって、屈折率（ｎｄ）が下記（１）式で表わされる範囲であるガラスである。

ｎｄ＞２．１６−０．００８×νｄ … （１）

第１のガラスは屈折率（ｎｄ）が極めて高い範囲にあり、ガラス安定性を損なわずに通常のプレス成形型を使用して精密プレス成形を行うことが一般に難しいガラスである。
アッベ数（νｄ）が３０以上で高屈折率を有するガラスは、一般に一定の屈折率（ｎｄ）に対してアッベ数（νｄ）が小さい方が比較的高い安定性を得ることができるが、アッベ数（νｄ）を大きくしていくと安定したガラスを得ることが難しくなる。そのため、アッベ数が大きい第２のガラスも、第１のガラスと同様に、ガラス安定性を損なわずに通常のプレス成形型を使用した精密プレス成形が難しいガラスである。
第１のガラスと第２のガラスにおけるアッベ数と屈折率の範囲を図１に示す。図１において、（Ａ）の斜線部分が第１のガラスの範囲、（Ｂ）の斜線部分が第２のガラスの範囲である（白地部分との境界を除く）。

本発明における第１のガラス、第２のガラスに属するガラスとしては、例えばＢ_２Ｏ_３およびＬａ_２Ｏ_３を含む組成系のガラスがある。これらの成分は、モル％表示で、それぞれ、Ｂ_２Ｏ_３ ２０〜６０％、Ｌａ_２Ｏ_３ ５〜２２％導入することが好ましい。
また、Ｂ_２Ｏ_３−Ｌａ_２Ｏ_３系ガラスの安定性を損なわずに高屈折率を付与するには、Ｇｄ_２Ｏ_３を導入することが好ましい。Ｇｄ_２Ｏ_３はＬａ_２Ｏ_３とともに高屈折率付与成分であり、Ｌａ_２Ｏ_３と共存することによりガラスの安定性を向上させる成分でもある。Ｇｄ_２Ｏ_３の導入量は、モル％表示で、１〜２０％とすることが好ましい。
上記組成系に加える成分としてＺｎＯも好ましい。ＺｎＯはアルカリ金属酸化物同様、低温軟化性を付与する成分でありながら、屈折率や安定性を低下させにくい成分である。ＺｎＯの導入量は、モル％表示で、５〜３０％とすることが好ましい。

上記ガラスの組成としては、モル％表示で、
B₂O₃ 20〜60％、
La₂O₃ 5〜22％、
Gd₂O₃ 1〜20％、
ZnO 5〜30％、
SiO₂ 0〜10％、
ZrO₂ 0〜6.5％、
Li₂O 0〜10％、
Na₂O 0〜5％、
K₂O 0〜5％、
MgO 0〜10％、
CaO 0〜10％、
SrO 0〜10％、
BaO 0〜10％、
Al₂O₃ 0〜10％、
Y₂O₃ 0〜10％、
Yb₂O₃ 0〜10％、
TiO₂ 0〜8％、
Ta₂O₅ 0〜8％、
Nb₂O₅ 0〜8％、
WO₃ 0〜8％、
Bi₂O₃ 0〜8％、
Sb₂O₃ 0〜1％
を含むガラスが好ましい。

なお、ＰｂＯは環境への影響が懸念される物質であり、精密プレス成形時に還元されてガラス表面に金属鉛として析出し、この金属鉛がプレス成形型に付着して成形面の精度を低下させるため、導入しないことが望ましい。
Ａｓ_２Ｏ_３も清澄剤として使用することはできるが、環境への影響が懸念される物質であり、精密プレス成形時にプレス成形型の成形面を酸化してダメージを与えることが懸念される物質であるため、導入しないことが望ましい。
Ｆは本発明の目的を損なわない範囲で導入することもできるが、屈折率の低下とプリフォームを成形する際に高温のガラスから揮発して脈理発生の原因になるため、導入しないことが望ましい。
この他、Ｌｕ_２Ｏ_３などの成分も導入することは可能であるが、高価な成分であるわりには得られる効果は少なく、導入する必要がない成分である。

以上の点を考慮すると、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、ZnO、SiO₂、ZrO₂、Li₂O、Na₂O、K₂O、MgO、CaO、SrO、BaO、Al₂O₃、Y₂O₃、Yb₂O₃、TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、WO₃、Bi₂O₃、Sb₂O₃の合計量を９５%以上とすることが好ましく、９８％超とすることがより好ましく、９９％超とすることがさらに好ましく、１００％とすることがより一層好ましい。

ガラスの安定性向上は熔融ガラスからプリフォームを成形する際の失透防止だけでなく、精密プレス成形時の結晶析出を防止する上でも必要である。特にプレス成形温度が高くなると成形時の失透の危険性が増すが、安定性の高いガラスを使用すればプレス成形温度が高くても失透を防止しつつ高精度な光学素子を成形することができる。

ガラスの安定性は液相温度の高低によって表わすことができるが、プリフォーム成形時、特に流出する熔融ガラスからプリフォーム１個分の熔融ガラス塊を分離し、この熔融ガラス塊が冷却する過程でプリフォームに成形する時（熔融ガラス塊から直接プリフォームを成形する時）の失透防止のためには、液相温度が１０５０℃以下、より好ましくは１０３０℃以下のガラスを使用することが好ましい。

熔融ガラスを鋳型に流し込み、ガラス板やガラスブロックなどの成形体にした後、ガラス成形体に切断、切削、研磨などの機械加工を行ってプリフォームを製造するためのガラスであれば液相温度が１２００℃以下でもよい。ただし、液相温度における粘性は、２ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。

また、本発明で使用するガラスは、屈伏点が６８０℃以下のものがプレス成形温度を極力低くする上から好ましい。
しかし、上記光学恒数の範囲を維持しつつ、屈伏点を過剰に下げることはガラス安定性を損なう原因となるため、屈伏点を５９０℃以上にすることが好ましく、６００℃超にすることがより好ましい。屈伏点の上限は７６０℃を目処として考えれば良い。

次に、上記光学ガラスからなるガラスプリフォームの作製方法について説明する。
本発明において精密プレス成形に使用するガラスプリフォームは、公知の方法で作製することができる。例えば、熔融ガラスを鋳型に鋳込んで冷却し、ガラスブロックにしてから切断、研削、研磨などの機械加工を行って、表面が平滑かつ重量が目的の精密プレス成形品の重量と等しいプリフォームにする方法（冷間加工法という）、熔融ガラスをパイプから流出し、上記目的重量に等しいガラス塊として滴下する方法（滴下法という）、熔融ガラス流を連続してパイプから流出し、熔融ガラス流の下端部を支持部材で直接またはガスを吹き出して風圧を加えることにより支持し、熔融ガラス流の途中にくびれ部を作り、前記くびれ部から下方の熔融ガラスを分離して上記目的重量の熔融ガラス塊を得、このガラス塊を成形する方法（層流成形法という）、前記方法において支持部材を下降することにより、くびれ部からの分離を行う方法（降下切断法という）などが挙げられる。

上記滴下法、層流成形法および降下切断法は熱間プリフォーム成形法と呼ばれているが、熱間プリフォーム成形法と、熔融ガラス塊に風圧を加えて浮上または略浮上させた状態で成形する方法（浮上成形法という）を採用することにより、表面が滑らかで研削痕のないガラスプリフォームを作製することができる。

ガラスプリフォームはプレス成形品の形状に応じて適当な形状に成形されているが、その形状として、球状、回転楕円体状などを例示することができる。
上記回転楕円体形状も含め、ガラスプリフォームの形状としては回転対称軸を一つ備えるものが好ましい。このような回転対称軸を一つ備える形状としては、前記回転対称軸を含む断面において角や窪みがない滑らかな輪郭線をもつもの、例えば上記断面において短軸が回転対称軸に一致する楕円を輪郭線とするものが挙げられる。また、前記断面におけるプリフォームの輪郭線上の任意の点と回転対称軸上にあるプリフォームの重心を結ぶ線と、前記輪郭線上の点において輪郭線に接する接線とのなす角の一方の角の角度をθとしたとき、前記点が回転対称軸上から出発して輪郭線上を移動するときに、θが90°から単調増加し、続いて単調減少した後、単調増加して輪郭線が回転対称軸と交わる他方の点において９０°になる形状が好ましい。

さらに、高温のガラスはより高い反応性を示すため、ガラスプリフォームの表面、好ましくは全面に融着防止膜を設けることが望ましい。融着防止膜としては、炭素含有膜、自己組織化膜などを例示することができるが、炭素含有膜が好ましい。炭素含有膜としては、炭素の含有量が原子比で５０％超の膜が好ましく、水素化炭素膜や炭素膜がより好ましい。水素化炭素膜はアセチレンを用いたＣＶＤ法などにより形成することができ、また、炭素膜は蒸着法などにより形成することができる。これらの融着防止膜は、融着防止機能だけでなく、プレス成形時にガラスと型成形面の潤滑性を高める機能も果たす。
ガラスプリフォームに設けられる融着防止膜は、後記する成形型の型材が炭化ケイ素である場合も酸化ジルコニウムである場合も炭素膜であるのが好ましい。
ガラスプリフォームに設けられた融着防止膜の酸化を防止するため、加熱または高温状態においては、例えば窒素ガスや窒素と水素の混合ガスなどの非酸化性雰囲気下で取り扱うことが好ましい。

次に上記ガラスプリフォームを精密プレス成形して光学素子を得るためのプレス成形型について説明する。
本発明において、精密プレス成形に使用するプレス成形型は、６５０℃よりも高い耐熱性を有する材料からなり、好ましくは６６０℃超、さらに好ましくは６８０℃超の耐熱性を有する材料からなる。本発明において、６５０℃よりも高い耐熱性を有する材料とは、６５０℃のプレス温度で繰り返し精密プレス成形して光学素子を量産することが可能な材料を意味する（なお、「量産」の意味は後記する）。プレス成形型が離型膜を備えている場合には、離型膜の耐熱性を含めて材料の耐熱性が考慮される。
このようなプレス成形型の型材としては、硬質セラミックス材料を挙げることができ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、炭化タングステン（金属系バインダーを含まないもの）を例示することができる。中でも炭化ケイ素と酸化ジルコニウムが好ましく、炭化ケイ素がより好ましく、ＣＶＤ法により作製した炭化ケイ素が特に好ましい。上記硬質セラミックス材料を用いることにより、６５０℃より高い耐熱性を有する材料からなるプレス成形型を提供することが可能となる。

一方、従来広く使用されているＣｏバインダー（金属系バインダーの一種）を含むＷＣなどの超硬材料は、３００℃付近で金属系バインダーの酸化が始まり、６００℃付近で強度が低下し、７００℃付近でＣＯガスと酸素ガスを発生させるなど、成形型の材料としては耐熱性が低いため、本発明の方法では使用できない。その他、ＮｉやＣｒなどの金属系バインダーを含む超硬材料も不適当である。
また、後記するように、本発明ではプレス成形を、従来の温度よりも高い温度、例えば６５０℃以上の温度で行うため、成形型の型材が高い耐熱性を有するだけでなく、極めて高温のガラスが型材と反応して融着しないようにするため、６５０℃よりも高い、好ましくは６６０℃超、さらに好ましくは６８０℃超の耐熱性を有する離型膜を成形型の成形面に設けることが好ましい。

上記離型膜としては炭素含有膜が好ましく、炭素の含有量が原子比で５０％超の膜がより好ましく、硬質炭素膜が特に好ましい。硬質炭素膜はダイヤモンド様の構造を有し硬度が高く、非酸化性雰囲気下において高い耐熱性を示す。離型膜の酸化を防止するため、プレス成形型は、非酸化性雰囲気中、例えば窒素ガスや窒素と水素の混合ガスなどで満たされた空間で取り扱うことが好ましく、精密プレス成形も、上記雰囲気下で行うことが好ましい。
プレス成形型の型材と離型膜の好ましい組合せとしては、炭化ケイ素型材と炭素含有膜の組み合せまたは酸化ジルコニウム型材と炭素含有膜との組み合せが挙げられる。

次に本発明における精密プレス成形について説明する。
本発明においては、上記ガラスプリフォームが上記成形型内に導入され、高温下で加圧成形される。本発明におけるプレス成形温度は、従来の精密プレス成形で採用されていたプレス成形温度よりも高い温度が望ましいが、６５０℃以上が好ましく、６７０℃以上がより好ましい。

本発明で用いられる精密プレス成形法としては、精密プレス成形法１および精密プレス成形法２を挙げることができる。
（精密プレス成形法１）
この方法は、プレス成形型にガラスプリフォームを導入し、プレス成形型とガラスプリフォームを一緒に加熱した後、精密プレス成形する方法である。
精密プレス成形法１においては、プレス成形型と上記ガラスプリフォームの温度をともに、プリフォームを構成するガラスが１０⁶〜１０¹²ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に加熱して、精密プレス成形することが好ましい。
また、加圧成形後、前記ガラスが１０¹²ｄＰａ・ｓ以上、より好ましくは１０¹⁴ｄＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは１０¹⁶ｄＰａ・ｓ以上の粘度を示す温度まで冷却してから、ガラス成形体をプレス成形型から取り出すことが望ましい。
上記の条件により、プレス成形型の成形面の形状をガラスにより精密に転写することができるとともに、精密プレス成形品を変形することなく取り出すこともできる。

（精密プレス成形法２）
この方法は、プレス成形型とガラスプリフォームを別々に予熱し、予熱したプリフォームをプレス成形型に導入して精密プレス成形するというものである。
精密プレス成形法２によれば、上記ガラスプリフォームをプレス成形型に導入する前に予め加熱するので、成形サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度を有する光学素子を製造することができる。
精密プレス成形法２においては、上記プリフォームを構成するガラスが１０⁹ｄＰａ・ｓ以下、より好ましくは１０⁹ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に予熱することが好ましい。
また、上記プリフォームを浮上させながら予熱することが好ましく、この場合、上記プリフォームを構成するガラスが、１０^5.5〜１０⁹ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に予熱することがより好ましく、１０^5.5ｄＰａ・ｓ以上１０⁹ｄＰａ・ｓ未満の粘度を示す温度に予熱することがさらに好ましい。
さらに、プレス成形型の予熱温度はガラスプリフォームの予熱温度よりも低く設定することが好ましい。このようにプレス成形型の予熱温度を低くすることにより、上記成形型の消耗を低減することができる。プレス成形型の予熱温度は、上記プリフォームを構成するガラスが１０⁹〜１０¹²ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度であることが好ましい。

次いで、ガラスプリフォームのプレス成形が開始されると同時に又はプレス成形の途中から、ガラス成形体の冷却を開始することが好ましい。プレス成形後、前記プリフォームを構成するガラスが１０¹²ｄＰａ・ｓ以上の粘度を示す温度にまで冷却してから、ガラス成形体を離型することが好ましい。
精密プレス成形されたガラス成形体はプレス成形型より取り出され、必要に応じて徐冷される。目的とする光学素子がレンズなどである場合には、必要に応じてガラス成形体の表面に光学薄膜をコートしてもよい。

本発明において重要な構成上の特徴は、上述の精密プレス成形により光学素子を作製する工程を繰り返して光学素子を量産することにある。
本発明によれば、ガラスプリフォームとして、上記したように高い屈折率を有し、かつ比較的に高い温度でしか軟化しない光学ガラスからなるものを用いても、成形型として、６５０℃よりも高い耐熱性を有する材料からなるもの、または型材が炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムから選ばれる硬質セラミックス材料からなり、成形面に離型膜が設けられているものを用いることにより、精密プレス成形を多数回繰り返しても、成形型の型材および成形面の損傷がなく、面精度に優れた光学素子を量産することができる。

ここで「光学素子を量産する」とは、単一の成形型を用いて、精密プレス成形による光学素子の作製工程を繰り返して、多数個の同一の光学素子を製造することを意味し、上記工程の繰り返しの数は、工業的または商業的に引き合うことができる数のことであり、例えば１００回以上、好ましくは３００回以上、特に好ましくは５００回以上である。

このようにして量産される光学素子の具体例としては、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズなどの各種のレンズ、回折格子、回折格子付のレンズ、レンズアレイ、プリズムなどが挙げられる。
なお、これら光学素子には必要に応じて、反射防止膜、全反射膜、部分反射膜、分光特性を有する膜などの光学薄膜を設けることもできる。

実施例１（型材が炭化ケイ素である成形型を用いた実施例）
（ガラスプリフォームの製造）
表１に示す組成のガラスが得られるように各ガラス原料を秤量し、混合して、白金ルツボに入れて、大気中、電気炉で１２５０℃にて２時間加熱しながら、熔融、攪拌して均質な熔融ガラスを得た。
次に得られた熔融ガラスを４０×７０×１５ｍｍのカーボン製金型に鋳込み、ガラス転移温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、転移温度付近で１時間アニールし、アニール炉内で室温まで徐冷して、表１に示す光学ガラス１〜４を得た。得られた各光学ガラスを顕微鏡によって拡大観察したところ、結晶の析出や原料の熔け残りは認められなかった。

得られた各光学ガラスにおける、屈折率（ｎd）、アッべ数（νd）、ガラス転移温度(Tg)、屈伏点（Ts）、液相温度（ＬＴ）を組成とともに表１に示す。なお、上記各特性は以下のようにして測定した。
（１）屈折率（ｎｄ）及びアッべ数（νd）
徐冷降温速度を−30℃／時にして得られた光学ガラスについて測定した。
（２）ガラス転移温度（Tg）、屈伏点（Ts）
理学電機株式会社の熱機械分析装置により昇温速度を４℃／分、荷重を１０ｇｆにして測定した。
（３）液相温度（ＬＴ）
白金ルツボにガラス試料約５０ｇを入れ、加熱、熔融後、一定温度にて２時間保温したものを冷却して結晶析出の有無を顕微鏡により観察する作業を上記保温設定温度を１０℃刻みで変えながら行い、結晶の認められない最低温度を液相温度とした。

次にガラス１〜４については、清澄、均質化した熔融ガラスを滴下法および降下切断法にてそれぞれ分離して目的重量の熔融ガラス塊を得たのち、得られた熔融ガラス塊を浮上成形法で球形状のプリフォームに成形した。
次にガラス５については、熔融ガラスを鋳型に流し込んで板状ガラスを成形し、このガラスを徐冷した後、冷間加工法により球状のプリフォームに加工した。
これらのプリフォームの全表面にＣＶＤ法および蒸着法によりそれぞれ炭素膜を形成して、ＣＶＤ炭素膜付きプリフォームおよび蒸着炭素膜付きプリフォームを製造した。

（精密プレス成形法１による光学素子の製造）
上記のようにして得たガラス４からなる炭素膜付きプリフォームを、図２に示すプレス装置を用いて精密プレス成形法１により精密プレス成形して非球面レンズを得た。具体的には、ガラスプリフォーム４を、上型１、下型2及び胴型３からなるプレス成形型の下型２と上型１の間に導入した。プレス成形型を構成する上型１および下型２としては、ＣＶＤ法により作製した炭化ケイ素からなる型の成形面に硬質炭素離型膜を設けたものを使用した。
次に、石英管１１内を窒素雰囲気としてヒーター１２に通電して石英管１１内を加熱し、プレス成形型内部の温度を、成形されるガラスが１０⁸〜１０¹⁰ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒１３を降下させて上型１を押して成形型内にセットされたガラスプリフォームをプレスした。プレスの圧力は8MPa、プレス時間は30秒とした。プレスの後、プレスの圧力を解除し、プレス成形されたガラス成形体を下型２及び上型１と接触させたままの状態で前記ガラスの粘度が１０¹²ｄＰａ・ｓ以上になる温度まで徐冷し、次いで室温まで急冷してガラス成形体を成形型から取り出して、非球面レンズを得た。

ガラス成形体（非球面レンズ）を取り出した後のプレス成形型に同一材料からなる炭素膜付きプリフォームを導入し、精密プレス成形による非球面レンズを作製する工程を合計１０００回繰り返して非球面レンズを量産した。
精密プレス成形を１０００回繰り返し行ったところ、初期から終期に至るまで融着などは発生せず、いずれの場合もプレス成形型材および成形面のダメージは見られなかった。また、成形された非球面レンズの面精度、外観などすべて良好であった。このようにして屈折率の高い非球面レンズを安定して量産することができた。得られた非球面レンズには、反射防止膜を設けることもできる。
なお、本製造例では、ガラスプリフォームと成形型を一緒に加熱しているので、ガラスの温度も型の温度も概ね等しくなっており、この温度をプレス成形温度として表１に示す。

（精密プレス成形法２による光学素子の製造）
次に上記したと同様の炭素膜付きガラスプリフォームを精密プレス成形法２により精密プレス成形して非球面レンズを得た。
この方法では、プリフォームを構成するガラスの粘度が１０⁸ｄＰａ・ｓになる温度まで、プリフォームを浮上させながら予熱する。一方で前述の上型１、下型２および胴型３を有するプレス成形型を加熱して、上記ガラスプリフォームを構成するガラスが１０^９〜１０^１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度としたのち、予熱されたプリフォームを成形型のキャビティ内に導入して精密プレス成形した。プレスの圧力は１０ＭＰａとした。プレス開始とともにガラスとプレス成形型の冷却を開始し、成形されたガラスの粘度が１０^１２ｄＰａ・ｓ以上となる温度まで冷却した後、ガラス成形体を離型して、非球面レンズを得た。

ガラス成形体（非球面レンズ）を取り出した後のプレス成形型に、同様に予熱された、同一材料からなる炭素膜付きガラスプリフォームを導入し、精密プレス成形による非球面レンズを作製する工程を合計１０００回繰り返して非球面レンズを量産した。
精密プレス成形を１０００回繰り返し行ったところ、初期から終期に至るまで融着などは発生せず、いずれの場合もプレス成形型材および成形面のダメージは見られなかった。また、成形された非球面レンズの形状精度、外観などすべて良好であった。このようにして屈折率の高い非球面レンズを安定して量産することができた。得られた非球面レンズには、反射防止膜を設けることもできる。
なお、本製造例におけるプレス成形温度を表１に示す。この場合、プリフォームの予熱温度は型の予熱温度よりも高いため、プレス成形型が晒される最高温度をもってプレス成形温度とした。

実施例２（型材が窒化ケイ素である成形型を用いた実施例）
成形型を構成する上型１、下型２として窒化ケイ素からなる型を用い、その成形面に硬質炭素離型膜を設けた成形型を使用し、プリフォームとして、ガラス２からなる炭素膜付きプリフォームを使用した以外は、実施例１における精密プレス成形法１と同様に、精密プレス成形して非球面レンズを量産した。
その結果、プレス回数５００回まではレンズの面精度、外観とも良好であり、プレス回数１０００回に達すると５００回のときに比べて面精度および外観良好性がやや低下したが、レンズとしての性能は十分なものであった。

実施例３（型材が酸化ジルコニウムである成形型を用いた実施例）
成形型を構成する上型１、下型２として酸化ジルコニウムからなる型を用い、その成形面に硬質炭素離型膜を設けた成形型を使用し、プリフォームとして、ガラス３からなる炭素膜付きプリフォームを使用した以外は、実施例１における精密プレス成形法１と同様に、精密プレス成形して非球面レンズを量産した。
その結果、プレス回数５００回まではレンズの面精度、外観とも良好であり、プレス回数１０００回に達すると５００回のときに比べて面精度および外観良好性がやや低下したが、レンズとしての性能は十分なものであった。

実施例４（型材が酸化アルミニウムである成形型を用いた実施例）
成形型を構成する上型１、下型２として酸化アルミニウムからなる型を用い、その成形面に硬質炭素離型膜を設けた成形型を使用し、プリフォームとして、ガラス５からなる炭素膜付きプリフォームを使用した以外は、実施例１における精密プレス成形法２と同様に、精密プレス成形して非球面レンズを量産した。
その結果、プレス回数５００回まではレンズの面精度、外観とも良好であり、プレス回数１０００回に達すると５００回のときに比べて面精度および外観良好性がやや低下したが、レンズとしての性能は十分なものであった。

実施例５（型材が炭化タングステン（金属系バインダーを含まない）である成形型を用いた実施例）
成形型を構成する上型１、下型２として炭化タングステン（金属系バインダーを含まない）からなる型を用い、その成形面に硬質炭素離型膜を設けた成形型を使用し、プリフォームとして、ガラス１からなる炭素膜付きプリフォームを使用した以外は、実施例１における精密プレス成形法２と同様に、精密プレス成形して非球面レンズを量産した。
その結果、プレス回数５００回まではレンズの面精度、外観とも良好であり、プレス回数１０００回に達すると５００回のときに比べて面精度および外観良好性がやや低下したが、レンズとしての性能は十分なものであった。

比較例１（型材が炭化タングステン（コバルトバインダーを含む）である成形型を用いた比較例）
成形型を構成する上型１、下型２としてコバルトバインダーを含む炭化タングステンからなる型を用い、その成形面に白金合金離型膜を設けた成形型を使用し、プリフォームとして、ガラス１からなる炭素膜付きプリフォームを使用した以外は、実施例１における精密プレス成形法２と同様に、精密プレス成形して非球面レンズを量産した。
その結果、短時間で離型膜が劣化し、ガラス成形体の表面に曇りが生じたり、ガラスと成形型の融着が多発し、プレス回数１００回で不良品が発生した。

本発明によれば、高屈折率ガラスからなる、各種のレンズ、回折格子、レンズアレイ、プリズムなどの光学素子を、高精度に生産性よく量産することが可能となる。

本発明で用いる光学ガラスの屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）の範囲を示す図である。 本発明の実施例で用いた精密プレス成形装置の概略図である。

１・・・上型
２・・・下型
３・・・胴型
４・・・ガラスプリフォーム
１１・・・石英管
１２・・・ヒーター
１３・・・押し棒

Claims (7)

1. アッベ数（νｄ）３０〜４０未満および屈折率（ｎｄ）１．８４超の光学ガラス、またはアッベ数（νｄ）４０〜５０および式（１）
   ｎｄ＞２．１６−０．００８×νｄ … （１）
   を満たす屈折率（ｎｄ）を有する光学ガラスからなるガラスプリフォームを、６５０℃よりも高い耐熱性を有する材料からなる成形型を用いて、精密プレス成形することにより前記光学ガラスからなる光学素子を作製する工程を繰り返して、前記光学素子を量産することを特徴とする光学素子の量産方法。
2. アッベ数（νｄ）３０〜４０未満および屈折率（ｎｄ）１．８４超の光学ガラス、またはアッベ数（νｄ）４０〜５０および式（１）
   ｎｄ＞２．１６−０．００８×νｄ … （１）
   を満たす屈折率（ｎｄ）を有する光学ガラスからなるガラスプリフォームを、型材が炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、炭化タングステン（金属系バインダーを含まないもの）のいずれかからなり、成形面に離型膜が設けられている成形型を用いて、精密プレス成形することにより前記光学ガラスからなる光学素子を作製する工程を繰り返して、前記光学素子を量産することを特徴とする光学素子の量産方法。
3. 前記離型膜が炭素含有膜であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子の量産方法。
4. 精密プレス成形するプリフォームの表面に融着防止膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の量産方法。
5. 前記光学ガラスが必須成分としてＢ_２Ｏ_３およびＬａ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子の量産方法。
6. 前記光学ガラスがさらにＧｄ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする請求項５に記載の光学素子の量産方法。
7. 前記光学ガラスがさらにＺｎＯを含むことを特徴とする請求項５または６に記載の光学素子の量産方法。

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