JP2006193389A - 光学素子製造用ガラスブランク及びこれを用いた光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】型と成形品の融着がなく、又、プレス用金型の表面を荒らして、くもり等の不良も出さずに良品を提供すること。
【解決手段】光学素子のプレス成形に用いるフッ素が含有されたガラスブランクであって、芯ガラスは製造すべき光学素子の形状に近似する形状に予備形成され、該芯ガラスの少なくとも光学機能面となる面に被覆された表面層から成るガラスブランクにおいて、前記表面層が重量％でＳｉＯ_２：７０以上９０以下、Ｎａ_２Ｏ：３以下、Ａｌ_２Ｏ_３：３以下,Ｂａ_２Ｏ_３：残部より成り、膜厚が、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるように構成した。
【選択図】図３

Description

本発明はレンズ等の光学素子のプレス成形に用いるガラスブランク及びそれを用いた光学素子に関するものである。

従来、ガラス光学素子をプレス成形で得る場合には、ガラスブランクと成形用型表面との融着、或いは、プレス成形後の、光学レンズに生じる曇りを防止するために、次のような手段が提案されている。

即ち、プレス成形時にガラスブランクの表面被覆層を未軟化状態に保つことにより、成形時における成形用型とガラスブランクの融着を防止する方法として、特許文献１及び特許文献２に所載のプレス成形法が知られている。前者は、ガラスブランクの芯となる内部ガラスの表面にガラス転移温度が内部ガラスのそれよりも高いガラスを被覆し、加圧成形する方法であり、後者は、上述の被覆用ガラスにより酸化珪素膜をガラスブランク表面に形成する成形法である。

又、ガラス内部からの揮発成分が成形用型の表面に化学反応して、型表面が粗れ、それが原因で、成形された光学素子の表面に曇りができる点を改善する方法として、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６に記載の方法も知られている。

即ち、特許文献３の方法では、硝酸処理や赤外線集中処理による鉛ガラス処理がなされ、特許文献４の方法では、硝酸、塩酸、酢酸により鉛ガラスが処理され、特許文献５の方法では、成形室の前室で、減圧の下、予備加熱がなされる。又、特許文献６に記載の方法では、ガラスブランクに蒸着用ガラスを被覆し、加圧成形する。又、特許文献７に記載の方法では、ガラスブランクに真空加熱の前処理を施した後、蒸着用ガラスを被覆し、加圧成形する。

特公平２−１７７８号公報 特公平２−１７７９号公報 特開平３−２５２３２１号公報 特開昭６２−２９７２２５号公報 特開平３−１７７３２０号公報 特開平４−８３７２４号公報 特開平８−１９８６３１号公報

しかしながら、最初の２つの従来技術で共通する問題は、これら方法での、芯ガラスの表面被覆に用いられるガラス素材を芯ガラスの表面コーティングのために、電子銃を用いた真空蒸着法による薄膜の形成に用いた場合、蒸着に際して芯ガラスが発泡し、膜中に欠陥が生じ、或いは膜組成の均質化に対して障害となる。このような問題は、芯ガラスをターゲットとした被覆用ガラスのスパッタリングによる膜形成でも起こることである。

又、前述の他の従来技術においても、それぞれ、問題を抱えている。即ち、特許文献４に記載の方法では、その硝酸処理に大掛かりな設備が必要で、その管理も厄介である。又、赤外線集中化熱処理も、大気圧で行なうために、ガラス中からの揮発が極めて遅い速度で行われる欠点がある。

又、特許文献３に記載の方法では、上述同様に、酸処理における問題がある。更に、特許文献５に記載の方法では、成形用型表面とガラスブランクとの間の化学反応を防止し、融着を避けることができるが、特に反応性が強い成分が揮発し易いガラスでは、形成される表面処理層が薄いと所望の効果が期待できない。同じことは、特許文献６、特許文献７に記載の方法でも言える。そして、一度、クラックが生じると、そこから揮発分が出て、型表面と化学反応することがあり、融着及くもりの防止が不可能になる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、型と成形品の融着がなく、又、プレス用金型の表面を荒らして、くもり等の不良も出さずに良品を提供することである。

上記課題を達成するため、本発明は、光学素子のプレス成形に用いるフッ素が含有されたガラスブランクであって、芯ガラスは製造すべき光学素子の形状に近似する形状に予備形成され、該芯ガラスの少なくとも光学機能面となる面に被覆された表面層から成るガラスブランクにおいて、前記表面層が重量％でＳｉＯ_２：７０以上９０以下、Ｎａ_２Ｏ：３以下、Ａｌ_２Ｏ_３：３以下,Ｂａ_２Ｏ_３：残部より成り、膜厚が、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるように構成することを特徴とする。

本発明によれば、プレス成形用ガラスブランクとして蒸着用ガラスを芯フッ化物ガラスに蒸着したものを用いることにより、型と成形品の融着がなく、又、プレス用金型の表面を荒らして、くもり等の不良も出さずに良品を得ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明する。

図１は本発明によるガラスブランクの一実施例を示す断面図である。

図１において、１０１はガラスブランクの芯ガラスであり、フッ化物ガラスより成る。フッ化物ガラスの組成は重量％で、ＳｉＯ_２：５０．５、Ｋ_２Ｏ：１５．４２、Ａｌ_２Ｏ_３：０．３、Ｂａ_２Ｏ_３：２３．０８、Ｆ_２：１０．７である。このガラス転移温度は５１０℃であり、屈折率は１．５である。

２０２は表面層であり、蒸着用ガラス（商品名８３２９、ショット社製）より成る。蒸着用ガラス８３２９の組成は重量％で、ＳｉＯ_２：８４、Ｎａ_２Ｏ：３、Ｂａ_２Ｏ_３：１０、Ａｌ_２Ｏ_３：３である。このガラス転移温度は５６２℃であり、屈折率は１．４６８９である。

次に、本発明における芯ガラスと表面層から成るガラスブランクの製造方法を説明する。

芯ガラス１０１として、フッ化物ガラスを研磨により、最終製品形状として定めた直径２６ｍｍの両凸レンズにほぼ近い形状に仕上げたものを用いた。芯ガラス１０１は、超音波洗浄機を用いて通常のガラス洗浄工程により洗浄した後、図２に示す蒸着蒸着により、表面層１０２を形成した。

図２において、成膜用のドーム２０３に芯ガラス１０１をセットし、真空槽２０１内に載置した。真空排気口２０５から真空排気しながら、加熱ヒーター２０２より芯ガラスを３００℃に加熱した。真空槽２０１内の真空度が１×１０^−５Ｔｏｒｒ以下になるまで排気した後、Ａｒガスをガス導入口２０６から１×１０^−４Ｔｏｒｒまで導入し、高周波印加用アンテナ２０４に３００Ｗの電力を印加して高周波放電を行ない、芯ガラス１０１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^−５Ｔｏｒｒ以上の真空度に戻った後、蒸発源である蒸着用ガラス（商品名８３２９）２０７を電子銃２０８により蒸発させ、芯ガラス１０１上に厚さ３００ｎｍの表面層を形成した。

このようにして形成された表面層は、光学顕微鏡にて４００倍の倍率で観察したところ、クラックの発生は見られず、平滑な膜であった。

次に、上記方法によって得られた芯ガラスと表面層からなるガラスブランクを、図３に示すプレス成形装置により成形を行なった。

上記ガラスブランクを成形用型３０１、３０２のキャビティー内に載置した後、成形用型３０１、３０２を真空槽３０３内に設置した。尚、成形用型３０１、３０２は超硬合金よりなる。

次に、真空槽３０３のフタ１３を閉じ、水冷パイプ３０４に水を流し、ヒーター３０５に電流を通した。この時、窒素ガス用バルブ３０６及び３０７は閉じ、排気系バルブ３０８、３０９、３１０も閉じている。尚、油回転ポンプ３１１は常に回転している。バルブ３０８を開け、排気を始め、１０^−２Ｔｏｒｒ以下になったら、バルブ３０８を閉じ、バルブ３０６を開いて、窒素ガスをボンベより真空槽３０３内に導入した。６００℃になったら、エアシリンダ３１２を作動させて、１００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で５分間の加圧で押し切った。

その後、冷却速度５℃／ｍｉｎで芯ガラスの転移温度５１０℃以下になるまで冷却し、その後は２０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却を行ない、２００℃以下に下がったら、バルブ３０６を閉じ、バルブ３０９を開いて、真空槽３０３内に空気を導入した。その後、フタ３１３を開け、成形物を取り出す。このようにして、図２に示すレンズを成形した。

以下、同様にして同種のガラスブランクを用いて合計１０００個の成形を行なった。

光学顕微鏡（４００倍）による観察の結果、得られた成形品全てにおいて型との融着は発生せず、又、成形品にくもり及びクラックの発生は認められなかった。
＜比較例１＞
芯ガラスとして実施例１と同じフッ化物ガラスを用いた。

ガラスブランク表面被覆層としてＢａＬＦ３を用いた。ＢａＬＦ３の組成は重量％で、ＳｉＯ_２：４４．８、Ｂａ_２Ｏ_３：２１．７、Ｎａ_２Ｏ：５．２６、Ｋ_２Ｏ：１１．１、ＰｂＯ：４．２９、Ｂ_２Ｏ_３：２．７７、ＺｎＯ：８．６９、その他である。このガラス転移温度は４９０℃であり、屈折率は１．５７１３５、線膨張係数は１２０×１０^−７／℃である。

研磨加工した芯ガラス上に、前記実施例と同じ方法でＢａＬＦ３を表面層として形成した。

蒸着直後に、このガラスブランクを肉眼にて観察した結果、表面層にやけが発生しているのが見られた。

次に、このガラスブランクを前記実施例と同様の方法によって成形した。成形時の温度も前記実施例と同じく６００℃とした。

以下、同様にして、同種のガラスブランクを用いて１０個の成形を行なった。

このようにして製造された成形品を肉眼にて観察した結果、何れの成形品もガラスブランク時に発生していたやけがそのまま残っていた。又、クラック及びくもりが発生しており、良品を得ることはできなかった。
＜比較例２＞
実施例１と同じく、芯ガラスとしてフッ化物ガラス、ガラスブランク表面被覆層として蒸着用ガラス（商品名８３２９、ショット社製）を用いた。表面被服層の厚みを１０ｎｍ、５０ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍに変更した以外は、前記実施例と同じ方法で表面層を形成した。

蒸着直後に、このガラスブランクを実施例１と同様に観察した結果、表面層に問題は見られなかった。

次に、このガラスブランクを前記実施例と同様の方法によって成形した。成形時の温度も前記実施例と同じく６００℃とした。

以下、同様にして同種のガラスブランクを膜厚別に各１０００個の成形を行なった。

このようにして製造された成形品を観察した結果及び実施例1、比較例1を合わせて表１にまとめた。膜厚が５０ｎｍのとき、金型表面が微小に荒れているのが確認されたが、成形品に問題となるくもりは認められず、良品であった。これから明らかなように、フッ化物ガラスに対して膜厚を５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下に蒸着することで、良品を得ることができることが分かる。

本発明によるガラスブランクの一実施例を示す断面図である。 本発明によるガラスブランクの製造方法の一実施例に用いられる蒸着装置の概略構成を示す模式図である。 プレス成形が実施される装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０１ 芯ガラス
１０２ 表面層
２０１ 真空槽
２０２ 加熱ヒーター
２０３ ドーム
２０４ 高周波印加用アンテナ
２０５ 真空排気口
２０６ ガス導入口
２０７ 蒸着用ガラス
２０８ 電子銃
３０１、３０２ 成形用型、
３０３ 真空槽
３０４ 水冷パイプ
３０５ ヒーター
３０６、３０７ 窒素ガス用バルブ
３０８、３０９、３１０ 排気系バルブ
３１１ 油回転ポンプ
３１２ エアシリンダ
３１３ フタ

Claims (3)

1. 光学素子のプレス成形に用いるフッ素が含有されたガラスブランクであって、芯ガラスは製造すべき光学素子の形状に近似する形状に予備形成され、該芯ガラスの少なくとも光学機能面となる面に被覆された表面層から成るガラスブランクにおいて、
   前記表面層が重量％でＳｉＯ_２：７０以上９０以下、Ｎａ_２Ｏ：３以下、Ａｌ_２Ｏ_３：３以下,Ｂａ_２Ｏ_３：残部より成り、膜厚が、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする光学素子製造用ガラスブランク。
2. 請求項１記載の光学素子製造用ガラスブランクをプレス成形し、製造されたことを特徴とする光学素子。
3. 請求項２記載の製造方法で成形された光学素子であって、フッ素若しくはアルカリ金属の含有量が表面に向けて減少していることを特徴とする光学素子。

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