JP2007230835A - 精密プレス成形用プリフォームの製造方法および光学素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高屈折率低分散ガラスからなる高品質のプリフォームを安定して生産するための精密プレス成形用プリフォームの製造方法、および前記プリフォームを使用した光学素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 流出する熔融ガラスを分離して熔融ガラス塊を得、冷却する過程で該熔融ガラス塊をプリフォームに成形するガラス製の精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、プリフォームを構成するガラスとして、屈折率（ｎｄ）が１．８３超で、アッベ数（νｄ）が４０以上であり、かつアルカリ金属酸化物を実質上含まないものを用い、前記の分離した熔融ガラス塊を、風圧を加えて浮上させながらプリフォームに成形する精密プレス成形用プリフォームの製造方法、およびこの方法で作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を使用して精密プレス成形する光学素子の製造方法である。
【選択図】 なし
【解決手段】 流出する熔融ガラスを分離して熔融ガラス塊を得、冷却する過程で該熔融ガラス塊をプリフォームに成形するガラス製の精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、プリフォームを構成するガラスとして、屈折率（ｎｄ）が１．８３超で、アッベ数（νｄ）が４０以上であり、かつアルカリ金属酸化物を実質上含まないものを用い、前記の分離した熔融ガラス塊を、風圧を加えて浮上させながらプリフォームに成形する精密プレス成形用プリフォームの製造方法、およびこの方法で作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を使用して精密プレス成形する光学素子の製造方法である。
【選択図】 なし
Description
本発明は、精密プレス成形用プリフォームの製造方法および光学素子の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、熔融ガラスから直接、高屈折率低分散ガラスからなる高品質の精密プレス成形用プリフォームを成形する方法、および前記プリフォームを精密プレス成形する光学素子の製造方法に関するものである。
近年、非球面レンズなどの光学素子を低コストで大量に安定供給する方法として精密プレス成形法（モールドオプティクス成形法とも言う。）が注目されている。
精密プレス成形法では、プレス成形型や前記型の成形面に設けられる離型膜の損傷を低減するとともに高価なプレス成形型の寿命を延ばすため、比較的低いプレス温度で成形が可能な低温軟化性を有する光学ガラスが使用される。このようなガラスは、特許文献１に開示されているようにガラス転移温度や屈伏点を低下させるためにＬｉ２Ｏがガラス成分として導入されている。
一方、精密プレス成形用のガラス素材であるプリフォームを低コストで大量に安定供給する方法として特許文献２に開示されているように、熔融ガラスから直接、プリフォームを成形する方法が知られている。この方法はプリフォーム表面のシワ発生防止やカン割れと呼ばれる冷却時のガラスの破損防止のため、ガラスに風圧を加えて浮上させた状態でプリフォームに成形する方法である。
ところで、屈折率（ｎｄ）が１．８３超でアッベ数（νｄ）が４０以上の高屈折率低分散ガラスは光学設計上、極めて有用な光学材料ではあるが、高温状態において高いガラス安定性を得ることが特に難しいガラスでもある。そのため、失透を防止するには流出時のガラスの温度を十分高くしなければならず、流出時のガラスの粘性も低くなる。
また、高屈折率低分散ガラスを得るには、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３などの希土類酸化物成分を多く導入する必要がある。これらの成分はＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５などに比べて分散を低く抑えつつ屈折率を高める働きをするが、比重を増加させる成分でもある。
その結果、上記ガラスからなるプリフォームを成形する際、次のような問題があった。（ａ）ガラスの流出温度が高温のため、ガラス表面からの揮発によりプリフォームに脈理が発生しやすい。
（ｂ）上記揮発物がプリフォームを成形する成形型に堆積し、堆積した揮発物がプリフォームに融着してプリフォームとして使用できなくなる。
（ｃ）高比重、低粘性のためガラスを成形型に供給する際、ガラスが成形型に融着しやすい。特に揮発物が堆積した成形型では上記融着がおきやすい。
（ｂ）上記揮発物がプリフォームを成形する成形型に堆積し、堆積した揮発物がプリフォームに融着してプリフォームとして使用できなくなる。
（ｃ）高比重、低粘性のためガラスを成形型に供給する際、ガラスが成形型に融着しやすい。特に揮発物が堆積した成形型では上記融着がおきやすい。
本発明は、このような事情のもとで、高屈折率低分散ガラスからなる高品質のプリフォームを安定して生産するための精密プレス成形用プリフォームの製造方法、および前記プ
リフォームを使用した光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
リフォームを使用した光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、次のような知見を得た。
通常、精密プレス成形用の光学ガラスには、特許文献１で示されるようにガラス転移温度を低下させるために比較的多量のＬｉ２Ｏが含まれている。しかし、高温のガラスではＬｉ２Ｏをはじめとするアルカリ金属酸化物を含むガラスは著しい揮発性を示し、脈理の発生や成形型への揮発物付着の原因となる。
通常、精密プレス成形用の光学ガラスには、特許文献１で示されるようにガラス転移温度を低下させるために比較的多量のＬｉ２Ｏが含まれている。しかし、高温のガラスではＬｉ２Ｏをはじめとするアルカリ金属酸化物を含むガラスは著しい揮発性を示し、脈理の発生や成形型への揮発物付着の原因となる。
前述のように、成形型に揮発物が堆積すると、その型を用いて成形したプリフォームに揮発物が融着し、プリフォームとして使用できなくなるおそれがある。さらに、高比重、低粘性のガラスでは成形型にガラスを供給する際にガラスと型の融着が発生しやすいが、揮発物が堆積した成形型では特に上記融着がおきやすい。ガラスと成形型の融着がおきると、生産をストップせざるを得ない状況に陥る場合がある。
さらに多数の細孔からなるガス噴出口を有する成形型を使用する場合、揮発物が細孔を塞いでガラスの安定な浮上を妨げてしまう。また、ガラスを浮上、回転させながら球状に成形する方法では、ガラスと成形型の融着がおきると成形型におけるガラスの浮上、回転が止まり、ガラスを十分に球状に成形することができなくなってしまう。
このような事態を解消するには、揮発性の原因であるアルカリ金属酸化物を実質上含まないガラスを用いてプリフォームを成形すればよいことを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１） 流出する熔融ガラスを分離して熔融ガラス塊を得、冷却する過程で該熔融ガラス塊をプリフォームに成形するガラス製の精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
プリフォームを構成するガラスとして、屈折率（ｎｄ）が１．８３超で、アッベ数（νｄ）が４０以上であり、かつアルカリ金属酸化物を実質上含まないものを用い、前記の分離した熔融ガラス塊を、風圧を加えて浮上させながらプリフォームに成形することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（２） 多孔質材からなるガラス支持面またはガス噴出口を有する成形型を用い、前記のガラス支持面またはガス噴出口からガスを噴出して風圧を加えてガラス塊を浮上させる上記（１）項に記載の方法、
（３） プリフォームを構成するガラスが、室温（２３℃）における比重４．８０以上のものである上記（１）または（２）項に記載の方法、
（４） プリフォームを構成するガラスが、液相温度９５０〜１１００℃のものである上記（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の方法、
（５） 前記ガラスがモル％表示で、Ｂ２Ｏ３ ２０〜６０％、ＳｉＯ２ ０〜２０％、ＺｎＯ ２２〜４２％、Ｌａ２Ｏ３およびＧｄ２Ｏ３を合計で１０〜２５％含む上記（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の方法、
（６） 前記ガラスがモル％表示で、さらに、ＺｒＯ２ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、ＷＯ３ ０〜１０％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、ＴｉＯ２ ０〜１０％、Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、ＧｅＯ２ ０〜１０％、Ｇａ２Ｏ３ ０〜１０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％、Ｙ２Ｏ３ ０〜１０％およびＹｂ２Ｏ３ ０〜１０％を含むとともに、Ｌａ２Ｏ３の含有量が５〜２４％、Ｇｄ２Ｏ３の含有量が０〜２０％である上記（５）項に記載の方法、
（７）前記ガラスのガラス転移温度が６３０℃以下である上記（１）〜（６）項のいずれか１項に記載の方法、
（８） 上記（１）〜（７）項のいずれか１項に記載の方法で作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を使用して精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法、
（９） プリフォームをプレス成形型に導入し、プリフォームとプレス成形型を共に加熱する上記（８）項に記載の光学素子の製造方法、および
（１０） プリフォームを加熱し、予熱したプレス成形型に導入して精密プレス成形する上記（８）項に記載の光学素子の製造方法、
を提供するものである。
（１） 流出する熔融ガラスを分離して熔融ガラス塊を得、冷却する過程で該熔融ガラス塊をプリフォームに成形するガラス製の精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
プリフォームを構成するガラスとして、屈折率（ｎｄ）が１．８３超で、アッベ数（νｄ）が４０以上であり、かつアルカリ金属酸化物を実質上含まないものを用い、前記の分離した熔融ガラス塊を、風圧を加えて浮上させながらプリフォームに成形することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（２） 多孔質材からなるガラス支持面またはガス噴出口を有する成形型を用い、前記のガラス支持面またはガス噴出口からガスを噴出して風圧を加えてガラス塊を浮上させる上記（１）項に記載の方法、
（３） プリフォームを構成するガラスが、室温（２３℃）における比重４．８０以上のものである上記（１）または（２）項に記載の方法、
（４） プリフォームを構成するガラスが、液相温度９５０〜１１００℃のものである上記（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の方法、
（５） 前記ガラスがモル％表示で、Ｂ２Ｏ３ ２０〜６０％、ＳｉＯ２ ０〜２０％、ＺｎＯ ２２〜４２％、Ｌａ２Ｏ３およびＧｄ２Ｏ３を合計で１０〜２５％含む上記（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の方法、
（６） 前記ガラスがモル％表示で、さらに、ＺｒＯ２ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、ＷＯ３ ０〜１０％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、ＴｉＯ２ ０〜１０％、Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、ＧｅＯ２ ０〜１０％、Ｇａ２Ｏ３ ０〜１０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％、Ｙ２Ｏ３ ０〜１０％およびＹｂ２Ｏ３ ０〜１０％を含むとともに、Ｌａ２Ｏ３の含有量が５〜２４％、Ｇｄ２Ｏ３の含有量が０〜２０％である上記（５）項に記載の方法、
（７）前記ガラスのガラス転移温度が６３０℃以下である上記（１）〜（６）項のいずれか１項に記載の方法、
（８） 上記（１）〜（７）項のいずれか１項に記載の方法で作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を使用して精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法、
（９） プリフォームをプレス成形型に導入し、プリフォームとプレス成形型を共に加熱する上記（８）項に記載の光学素子の製造方法、および
（１０） プリフォームを加熱し、予熱したプレス成形型に導入して精密プレス成形する上記（８）項に記載の光学素子の製造方法、
を提供するものである。
本発明によれば、高屈折率低分散ガラスからなる高品質のプリフォームを安定して生産するための精密プレス成形用プリフォームの製造方法、および前記プリフォームを使用した光学素子の製造方法を提供することができる。
まず、本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法について説明する。
［精密プレス成形用プリフォームの製造方法］
本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法は、流出する熔融ガラスを分離して熔融ガラス塊を得、冷却する過程で該熔融ガラス塊をプリフォームに成形するガラス製の精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
プリフォームを構成するガラスとして、屈折率（ｎｄ）が１．８３超で、アッベ数（νｄ）が４０以上であり、かつアルカリ金属酸化物を実質上含まないものを用い、前記の分離した熔融ガラス塊を、風圧を加えて浮上させながらプリフォームに成形することを特徴とする。
［精密プレス成形用プリフォームの製造方法］
本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法は、流出する熔融ガラスを分離して熔融ガラス塊を得、冷却する過程で該熔融ガラス塊をプリフォームに成形するガラス製の精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
プリフォームを構成するガラスとして、屈折率（ｎｄ）が１．８３超で、アッベ数（νｄ）が４０以上であり、かつアルカリ金属酸化物を実質上含まないものを用い、前記の分離した熔融ガラス塊を、風圧を加えて浮上させながらプリフォームに成形することを特徴とする。
この方法においては、熔解、清澄、均質化された熔融ガラスを流出ノズルあるいは流出パイプから流出し、熔融ガラス塊を次々と分離する。複数の成形型を使用して、各成形型上で次々と分離した熔融ガラス塊をプリフォームに成形する。成形したプリフォームを取り出した後の成形型を使用して再度、熔融ガラス塊をプリフォームに成形する。このように複数の成形型を循環して使用する（使いまわしする）ことにより連続して流出する熔融ガラスから次々とプリフォームを生産する。
各成形型には成形型上のガラスに上向きの風圧を加えるためのガスを噴出するガス噴出口を設けてある。例えば、多孔質材からなるガラス支持面を有する成形型を用い、多孔質材を通してガラス支持面からガスを噴出して風圧を加え、ガラスを浮上させるようにしてもよいし、ガラス支持面に多数のガス噴出口を設けてガスを噴出し、ガラスを浮上させるための風圧を加えるようにしてもよい。あるいは、ラッパ状の斜面を有し、この斜面の底部にガス噴出口を設けた成形型を使用し、このガス噴出口から上向きにガスを噴出して斜面で囲まれた空間内でガラスを上下動させながら球状のプリフォームを成形するようにしてもよい。これらの成形型を使用してプリフォームを成形する。
本発明によれば、流出時のガラスの温度をガラスの失透温度領域よりも高温に設定して、屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上のガラスを失透させずに成形しても、揮発性の高いアルカリ金属酸化物成分を実質上含まないガラスを使用するので、高温のガラス表面からの揮発を低減し、脈理を防止することができる。さらに、上記光学恒数の実現により流出粘性が低下し、比重が増大したガラスであっても、ガラスの揮発性を低下させることにより、ガラスと成形型の融着を防止することができる。さらに、ガラス支持面が多孔質材からなる成形型やガラス支持面に多数の細孔からなるガス噴出口を設けた成形型を用いてもガラスからの揮発物によるガス噴出口の目詰まりがおきにくいので、ガラスを安定した浮上状態でプリフォームに成形することができる。
また、上記方法によりガラスを球状に成形する場合でも、ガラスと成形型の融着を防止することができ、ガラスの回転を止めることなく球状に成形することができる。
本発明における熔融ガラス塊は、流出ノズルあるいは流出パイプより流出する熔融ガラスから、次のようにして得ることができる。
本発明における熔融ガラス塊は、流出ノズルあるいは流出パイプより流出する熔融ガラスから、次のようにして得ることができる。
比較的小型のプリフォームを成形するには、熔融ガラスを流出ノズルから所望質量の熔融ガラス滴として滴下し、熔融ガラス塊を得る。
滴下により得られる質量よりも大きい質量の熔融ガラス塊を得るには、流出パイプより熔融ガラス流を流下させ、熔融ガラス流の先端部を受け部材で受け、熔融ガラス流のパイプと受け部材の間にくびれ部を形成した後、くびれ部にて熔融ガラス流を分離して受け部材に所望質量の熔融ガラス塊を受ける。受け部材には成形型を用いてもよいが、成形型とは別個の部材を用いてもよい。この方法では、パイプ流出口と受け部材の距離を一定にした状態で熔融ガラス流の分離を行ってもよいし、受け部材を急降下して熔融ガラス流の分離を行ってもよい。
滴下により得られる質量よりも大きい質量の熔融ガラス塊を得るには、流出パイプより熔融ガラス流を流下させ、熔融ガラス流の先端部を受け部材で受け、熔融ガラス流のパイプと受け部材の間にくびれ部を形成した後、くびれ部にて熔融ガラス流を分離して受け部材に所望質量の熔融ガラス塊を受ける。受け部材には成形型を用いてもよいが、成形型とは別個の部材を用いてもよい。この方法では、パイプ流出口と受け部材の距離を一定にした状態で熔融ガラス流の分離を行ってもよいし、受け部材を急降下して熔融ガラス流の分離を行ってもよい。
熔融ガラス塊の質量はプリフォームの質量に精密に一致するように定めればよい。
ガラスを浮上させるためのガスとしては、空気、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、水蒸気等が挙げられる。
ガラスを浮上させるためのガスとしては、空気、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、水蒸気等が挙げられる。
このようにして、全表面が熔融状態のガラスが固化して形成されたプリフォームや、全表面が熔融状態のガラスが固化して形成されたものであって、機械加工されていないプリフォームや、全表面が自由表面からなるプリフォームを得ることができるが、このようなプリフォームを形成することにより、滑らかな面（研削痕、研磨痕のない面）を得ることができる。
精密プレス成形品（光学素子）は、レンズのように回転対称軸を有するものが多いため、プリフォームの形状も回転対称軸を有する形状が望ましい。具体例としては、球あるいは回転対称軸を一つ備えるものを示すことができる。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などがあり、球を扁平にした形状（球の中心を通る軸を一つ定め、前記軸方向に寸法を縮めた形状）を挙げることもできる。
本発明は比重が大きいガラスからなるプリフォームの製造に適しているが、特に室温（２３℃）における比重が４．８０以上のガラスからなるプリフォームの製造に好適である。このようなガラスとしては、ガラス成分としてＢ２Ｏ３およびＬａ２Ｏ３を含むガラスがある。
また、本発明は液相温度が９５０〜１１００℃であるガラスを用いたプリフォームの製造に好適である。液相温度が９５０℃以上のガラスでは、流出温度を概ね９５０℃以上にして失透を防止するが、このような高い温度で流出しても脈理の原因や成形型との融着の原因になるアルカリ成分をガラスから排除しているので、高品質なプリフォームを高い生産性のもとに製造することができる。ただし、液相温度が１１００℃よりも高いと成形型などの生産設備の消耗が著しくなるとともに、流出時のガラスの粘性が低くなりすぎるので液相温度を上記範囲にすることが好ましい。本発明の適用がより好ましいガラスの液相温度の範囲は９８０〜１０６０℃である。
また、本発明は９５０〜１１００℃の範囲、好ましくは９８０〜１０６０℃の範囲において、２〜２０ｄＰａ・ｓの粘度を示すガラスを用いたプリフォームの製造に好適である
。前記粘度が２０ｄＰａ・ｓより高いガラスでは脈理のないプリフォームを得ることと熔融ガラス塊の良好な分離を行うこととの両立が難しく、２ｄＰａ・ｓ未満のガラスではプリフォームの成形が難しくなる傾向がある。
。前記粘度が２０ｄＰａ・ｓより高いガラスでは脈理のないプリフォームを得ることと熔融ガラス塊の良好な分離を行うこととの両立が難しく、２ｄＰａ・ｓ未満のガラスではプリフォームの成形が難しくなる傾向がある。
次に、成形対象のガラスについて詳説する。
本発明における好ましいガラスは、Ｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３および／またはＧｄ２Ｏ３およびＺｎＯを含み、アルカリ金属酸化物を実質上含まないガラスである。アルカリ成分を含まないとガラス転移温度が上昇するが、精密プレス成形ではプレス成形温度を低くしてプレス成形型の消耗を低減する上から、ＺｎＯを導入してガラス転移温度を低下させることが望ましく、ガラス転移温度を６３０℃以下にすることがより望ましい。なお、ここでアルカリ金属酸化物を実質上含まないとは、不可避的に混入される量は別として、アルカリ金属酸化物を含有しないことを意味する。このような光学ガラスの具体例としては、モル％表示で、Ｂ２Ｏ３ ２０〜６０％、ＳｉＯ２ ０〜２０％、ＺｎＯ ２２〜４２％、Ｌａ２Ｏ３およびＧｄ２Ｏ３を合計で１０〜２５％含むガラスをあげることができる。
本発明における好ましいガラスは、Ｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３および／またはＧｄ２Ｏ３およびＺｎＯを含み、アルカリ金属酸化物を実質上含まないガラスである。アルカリ成分を含まないとガラス転移温度が上昇するが、精密プレス成形ではプレス成形温度を低くしてプレス成形型の消耗を低減する上から、ＺｎＯを導入してガラス転移温度を低下させることが望ましく、ガラス転移温度を６３０℃以下にすることがより望ましい。なお、ここでアルカリ金属酸化物を実質上含まないとは、不可避的に混入される量は別として、アルカリ金属酸化物を含有しないことを意味する。このような光学ガラスの具体例としては、モル％表示で、Ｂ２Ｏ３ ２０〜６０％、ＳｉＯ２ ０〜２０％、ＺｎＯ ２２〜４２％、Ｌａ２Ｏ３およびＧｄ２Ｏ３を合計で１０〜２５％含むガラスをあげることができる。
上記ガラスはアルカリ金属酸化物を含まないため、ガラス転移温度が精密プレス成形に適した温度域よりも高温にならないような配慮が望まれる。Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２はガラスのネットワーク形成成分であるが、ＳｉＯ２を多量に導入するとガラス転移温度が上昇するので、ネットワーク形成成分のうち、Ｂ２Ｏ３をＳｉＯ２より多く導入することが好ましい。Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３は高屈折率低分散性を付与するために導入する。ＺｎＯを導入する理由は上記のとおりである。
上記ガラスにはさらに、ＺｒＯ２ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、ＷＯ３ ０〜１０％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、ＴｉＯ２ ０〜１０％、Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、ＧｅＯ２ ０〜１０％、Ｇａ２Ｏ３ ０〜１０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％、Ｙ２Ｏ３ ０〜１０％およびＹｂ２Ｏ３ ０〜１０％を含むとともに、Ｌａ２Ｏ３の含有量が５〜２４％、Ｇｄ２Ｏ３の含有量が０〜２０％であるガラスをあげることができる。
以下、各成分の作用について説明する。なお、以下、特に言及のない場合は各成分の含有量や合計量はモル％で表示し、成分の含有量の比もモル比で表わすものとする。
Ｂ２Ｏ３は必須成分であり、網目形成酸化物の役割を果たす。Ｌａ２Ｏ３などの高屈折率成分を多く導入する場合、ガラスの形成のためにＢ２Ｏ３を２０％以上導入して主なネットワーク構成成分とすることにより、失透に対する十分な安定性を付与するとともに、ガラスの熔融性を維持することができるが、６０％を超えて導入すると、ガラスの屈折率が低下し、高屈折率ガラスを得るという目的に適さなくなる。したがって、その導入量２０〜６０％とするのがよい。Ｂ２Ｏ３導入の上記効果を高める上から２２〜５８％の導入が好ましく、２４〜５６％の導入がより好ましい。
ＳｉＯ２は任意成分であり、Ｌａ２Ｏ３やＧｄ２Ｏ３を多量に含有するガラスに対して、ガラスの液相温度を低下させると共に、高温粘性を向上させ、さらにガラスの安定性を大きく向上させるが、過剰の導入により、ガラスの屈折率が下がることに加え、ガラス転移温度が高くなり精密プレス成形が困難になる。そのため、ＳｉＯ２の導入量を０〜２０％とするのがよく、好ましくは０〜１８％とする。
ＺｎＯは必須成分であり、ガラスの熔融温度や液相温度及び転移温度を低下させ、屈折率の調整にも欠かせないが、本発明のガラスはＬｉ２Ｏを実質的に含まないため、Ｌｉ２Ｏを含有するガラスよりもＺｎＯの導入量を多くする必要がある。一方、４２％を超えて導入すると、分散も大きくなり、失透に対する安定性も悪化し、化学的耐久性も低下する
ので、その導入量を２２〜４２％の範囲とするのがよく、好ましい範囲は２３〜４１％である。
ので、その導入量を２２〜４２％の範囲とするのがよく、好ましい範囲は２３〜４１％である。
Ｌａ２Ｏ３は、ガラスの失透に対する安定性を低下させずに、または分散を高めずに、屈折率を高くし、化学的耐久性を向上させる。しかし、５％未満では十分の効果が得られず、一方、２４％を超えると失透に対する安定性が著しく悪化するため、その導入量は５〜２４％とするのがよい。上記効果をより高める上からＬａ２Ｏ３の含有量を６〜２３％とすることが好ましく、７〜２２％とすることがより好ましい。
Ｇｄ２Ｏ３はＬａ２Ｏ３と同様、ガラスの失透に対する安定性や低分散性を悪化させずにガラスの屈折率や化学的耐久性を向上させる成分である。Ｇｄ２Ｏ３は、２０％を超えて導入すると失透に対する安定性が悪化し、ガラス転移温度が上昇して精密プレス成形性が悪化する傾向があるため、０〜２０％導入するのがよい。高屈折率を付与しつつ、化学的耐久性を高めるため、Ｇｄ２Ｏ３を１〜１９％導入することが好ましい。より好ましい範囲は２〜１８％である。なお、ガラス安定性を高めるためには、Ｌａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３とがガラス成分として共存する組成が好ましい。特に後述するように熔融ガラスから、ガラスが冷却する過程でガラスを成形して、精密プレス成形用プリフォームを作製するような用途への適用を考える場合には、成形過程でガラスが失透しないようにするため、上記のようにガラスの安定性をより高めることは重要である。
なお、アッベ数（νｄ）を４０以上に維持しつつ、より屈折率が高いガラスを得る上から、Ｌａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３の合計含有量を１０〜２４％とするのがよく、好ましくは１２〜２３％とするのがよい。
ＺｒＯ２は高屈折率・低分散の成分として使われる任意成分である。ＺｒＯ２を導入することにより、ガラスの屈折率を低下させずに、高温粘性や失透に対する安定性を改善する効果が得られるが、１０％を超えて導入すると液相温度が急激に上昇し、失透に対する安定性も悪化するので、その導入量を０〜１０％とするのがよく、好ましくは０〜８％とする。
Ｔａ２Ｏ５は高屈折率・低分散の成分として使われる任意成分である。少量のＴａ２Ｏ５を導入することにより、ガラスの屈折率を低下させずに、高温粘性や失透に対する安定性を改善する効果があるが、１０％を超えて導入すると液相温度が急激に上昇し、分散が増大するので、その導入量を０〜１０％とするのがよく、好ましくは０〜８％とする。
ＷＯ３は、ガラスの安定性、熔融性を改善し、屈折率を向上させるために適宜導入される成分であるが、その導入量が１０％を超えると、分散が大きくなり、必要な低分散特性が得られなくなるため、その導入量を０〜１０％とするのがよく、好ましくは０〜８％とする。
Ｎｂ２Ｏ５は、ガラスの安定性を維持しつつ屈折率を高める任意成分であるが、過剰導入により分散が増大するため、その導入量を０〜１０％とするのがよく、好ましくは０〜８％とする。
ＴｉＯ２は、光学恒数の調整のため導入可能な任意成分であるが、過剰の導入によって分散が大きくなり、目的とする光学恒数を得ることができなくなるため、その導入量を０〜１０％とするのがよく、好ましくは０〜８％、より好ましくは導入しない。
Ｂｉ２Ｏ３は、屈折率を高め、ガラスの安定性を向上する働きをするが、過剰導入によりガラスの安定性が低下し、液相温度が上昇する。そのため、その導入量を０〜１０％と
するのがよく、好ましくは０〜６％とする。
するのがよく、好ましくは０〜６％とする。
ＧｅＯ２は、屈折率を高めるとともに、ガラスの安定性を向上させる働きをする任意成分であり、その導入量は０〜１０％とするのがよく、好ましくは０〜８％とする。ただし、他の成分に比べて桁違いに高価であるため導入しないことがより好ましい。
Ｇａ２Ｏ３も、屈折率を高めるとともに、ガラスの安定性を向上させる働きをする任意成分であり、その導入量は０〜１０％とするのがよく、好ましくは０〜８％とする。ただし、他の成分に比べて桁違いに高価であるため導入しないことがより好ましい。
Ａｌ２Ｏ３はガラスの高温粘性を高めるとともに液相温度を低下させ、ガラスの成形性を向上する働きをし、化学的耐久性を向上させる働きもする。しかし過剰導入により屈折率が低下し、失透に対する安定性も低下するので、その導入量を０〜１０％とするのがよく、好ましくは０〜８％とする。
ＢａＯは高屈折率・低分散の成分として使用される任意成分であり、少量導入する場合、ガラスの安定性を高め、化学的耐久性を向上させるが、１０％より多く導入するとガラスの失透に対する安定性を大きく損ない、転移温度や屈伏点温度を上昇させるため、その導入量を０〜１０％とするのがよく、好ましく、０〜８％とする。
Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３は高屈折率・低分散の成分として使用される任意成分であり、少量導入する場合、ガラスの安定性を高め、化学的耐久性を向上させるが、過剰の導入によりガラスの失透に対する安定性を大きく損ない、ガラス転移温度や屈伏点温度を上昇させる。そのため、Ｙ２Ｏ３の含有量は０〜１０％とするのがよく、好ましくは０〜８％とする。Ｙｂ２Ｏ３の含有量は０〜１０％とするのがよく、好ましくは０〜８％とする。
なお、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の合計含有量は１０〜２４％にすることが好ましい。
この他、Ｓｂ２Ｏ３が脱泡剤として任意に添加されるが、全ガラス成分の合計含有量に対してＳｂ２Ｏ３の添加量が１質量％を超えると、精密プレス成形時にプレス成形型の成形面が損傷を受けるおそれが生じるため、Ｓｂ２Ｏ３は全ガラス成分の合計含有量に対して０〜１質量％添加することが好ましく、０〜０．５質量％添加することがより好ましい。
一方、ガラス成分として導入しないことが好ましいものとして、ＰｂＯが挙げられる。ＰｂＯは有害であるとともに、ＰｂＯを含むガラスからなるプリフォームを非酸化性雰囲気中で精密プレス成形すると成形品の表面に鉛が析出して光学素子としての透明性が損なわれたり、析出した金属鉛がプレス成形型に付着するといった問題が生じる。
Ｌｕ２Ｏ３は、一般に光学ガラスの成分としては、他の成分に比べて使用頻度が少なく、また、希少価値が高く光学ガラス原料としては高価であるため、コスト面から導入しないことが好ましい。上記組成からなる光学ガラスは、Ｌｕ２Ｏ３を導入しなくても精密プレス成形に好適なプリフォームを実現できる。
カドミウム、テルルなどの環境上問題となる元素、トリウムなどの放射性元素、ヒ素などの有毒な元素も含まないことが望ましい。また、ガラス熔融時の揮発などの問題からフッ素も含まないことが望ましい。
次に上記ガラスの光学特性について説明する。まず、アッベ数（νｄ）は上記のとおり
、４０以上であり、プリフォームの成形に適したガラス安定性を付与する上から、上限を５０とすることが好ましい。また上記ガラスは屈折率（ｎｄ）が１．８３超であり、１．８４以上の高屈折率特性を備えることがより好ましく、１．８５以上の高屈折率特性を備えることがより好ましい。ガラスの屈折率を高めるということは、光学素子の設計の自由度を広げることに相当する。
、４０以上であり、プリフォームの成形に適したガラス安定性を付与する上から、上限を５０とすることが好ましい。また上記ガラスは屈折率（ｎｄ）が１．８３超であり、１．８４以上の高屈折率特性を備えることがより好ましく、１．８５以上の高屈折率特性を備えることがより好ましい。ガラスの屈折率を高めるということは、光学素子の設計の自由度を広げることに相当する。
なお、屈折率（ｎｄ）の上限には特に限定はないが、ガラス安定性を維持する上から屈折率（ｎｄ）を１．９０以下にすることがより一層好ましい。
次に上記ガラスの転移温度（Ｔｇ）について説明する。プレス成形型の消耗や前記型の成形面に形成する離型膜の損傷を防止する上から、転移温度（Ｔｇ）が低いことが好ましく、転移温度（Ｔｇ）を６３０℃以下とすることが好ましく、６２０℃以下とすることがより好ましい。転移温度（Ｔｇ）の下限に限定はないが、その目安を５３０℃以上と考えればよい。
なお、上記各光学ガラスは、目的のガラス組成が得られるように、原料である酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物などを秤量、調合し、十分に混合して混合バッチとし、熔融容器内で加熱、熔融し、脱泡、攪拌を行い均質かつ泡を含まない熔融ガラスを作り、これを成形することによって得ることができる。具体的には公知の熔融法を用いて作ることができる。
プリフォームは、加熱して精密プレス成形に供されるガラス予備成形体を意味するが、ここで精密プレス成形とは、周知のようにモールドオプティクス成形とも呼ばれ、光学素子の光学機能面をプレス成形型の成形面を転写することにより形成する方法である。なお、光学機能面とは光学素子において、制御対象の光を屈折したり、反射したり、回折したり、入出射させる面を意味し、レンズにおけるレンズ面などがこの光学機能面に相当する。
プリフォーム表面には精密プレス成形時に型内にガラスが十分伸びるように炭素含有膜を被覆することが好ましい。炭素含有膜としては、炭素を主成分とするもの（膜中の元素含有量を原子％で表した場合、炭素の含有量が他の元素の含有量よりも多い）が望ましい。具体的には、炭素膜や炭化水素膜などを例示することができる。プリフォーム表面を炭素含有膜により被覆することにより、精密プレス成形時にガラスと型成形面の融着を防止することもできる。好ましい炭素含有膜として、グラファイト状の炭素膜を例示することができる。炭素含有膜の成膜法としては、炭素原料を使用した真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の公知の方法や、炭化水素などの材料ガスを使用した熱分解などの公知の方法を用いればよい。
炭素含有膜は上記のように精密プレス成形時に優れた機能を発揮するものの、従来、精密プレス成形したガラス表面におけるクモリやヤケの原因の一つになっていた。これは、高温状態でガラス中のＬｉイオンと膜中の炭素が反応することにより、ガラス表面に炭酸塩が発生することによる。上記各光学ガラスは、アルカリ成分を実質上含まないガラスなので、表面に炭素含有膜を設けて精密プレス成形しても、成形品表面のクモリやヤケの発生を防止することができる。
ガラス表面に発生する炭酸塩は、ガラス表面の膜中に存在する炭素とガラス中のＬｉイオンの反応だけでなく、Ｌｉイオンを含むガラスからなるプリフォームや精密プレス成形品を炭素含有雰囲気中で高温状態にすることによっても発生する。例えば、プリフォームの表面に成膜する際、炭素含有の雰囲気中においてプリフォームを加熱したり、炭素含有の雰囲気、例えば大気中にて精密プレス成形品をアニールする際にも発生し得る。しかし
、このような処理を行ってもアルカリ成分を実質上含まないガラスを用いているため、ガラス表面のクモリやヤケの上記問題を解消することもできる。
、このような処理を行ってもアルカリ成分を実質上含まないガラスを用いているため、ガラス表面のクモリやヤケの上記問題を解消することもできる。
なお、プリフォーム表面を被覆する離型膜は炭素含有膜に限られない。例えば、有機物からなる液体原料や気体原料にプリフォームを接触させることにより、自己組織化膜によってプリフォーム表面を被覆するなどの方法を用いてもよい。
次に、本発明の光学素子の製造方法について説明する。
［光学素子の製造方法］
本発明の光学素子の製造方法は、上記各方法で作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を使用して精密プレス成形する光学素子の製造方法である。
［光学素子の製造方法］
本発明の光学素子の製造方法は、上記各方法で作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を使用して精密プレス成形する光学素子の製造方法である。
精密プレス成形に使用するプレス成形型、成形条件等は公知のものを用いてもよいが、アルカリ成分を実質上含まないガラスからなるプリフォームを精密プレス成形するため、アルカリ成分を含む場合に比べプレス成形温度が高くなる傾向がある。このような状況では耐熱性が極めて高いＳｉＣ製のプレス成形型を使用することが好ましい。ＳｉＣ製型の成形面には離型膜として炭素含有膜、好ましくはガラス状カーボン膜を形成することが好ましい。この成形型を用いる場合、表面を前述の炭素含有膜で被覆したプリフォームを用いることが良好な精密プレス成形を行う上から好ましい。
この方法により得られる光学素子としては、非球面レンズ、球面レンズ、あるいは平凹レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどのレンズ、マイクロレンズ、レンズアレイ、回折格子付きレンズ、プリズム、レンズ機能付きプリズムなどを例示することができる。表面には必要に応じて反射防止膜や波長選択性のある部分反射膜などを設けてもよい。
ＳｉＣ製のプレス成形型、成形面に炭素含有膜を設けたプレス成形型、表面に炭素含有膜を被覆したプリフォームの少なくともいずれかを使用する精密プレス成形では、プレス成形型の成形面あるいは前記成形面に設けた離型膜の酸化防止、プリフォーム表面のコートの酸化防止のため、窒素ガス、あるいは窒素ガスと水素ガスの混合ガスなどのような非酸化性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。非酸化性ガス雰囲気中ではプリフォーム表面を被覆する炭素含有膜は酸化されずに精密プレス成形された成形品の表面に前記膜が残存することになる。この膜は、最終的には除去するべきものであるが、炭素含有膜を比較的容易にしかも完全に除去するには、精密プレス成形品を酸化性雰囲気、例えば大気中において加熱すればよい。精密プレス成形品を構成するガラスがアルカリ成分を実質上含まないので、炭素含有膜中の炭素や大気中の二酸化炭素とガラス中のＬｉイオンが反応してガラス表面に炭酸塩が生成することがないため、クモリやヤケを防止しつつ、炭素含有膜を除去することができる。
なお、炭素含有膜の酸化、除去は、精密プレス成形品が加熱により変形しないような温度以下で行うべきである。具体的には、ガラスの転移温度未満の温度範囲において行うことが好ましい。
精密プレス成形は、成形面が精密に形状加工された対向した一対の上型と下型との間に、予めガラス粘度で１０４〜１０８ｄＰａ・ｓ相当の温度に昇温したプリフォームを供給してこれを加圧成形することによって、成形型の成形面をガラスプリフォームに転写することができる。加圧時の圧力及び時間は、光学ガラスの粘度などを考慮して適宜決定することができ、例えば、プレス圧力は約５〜１５ＭＰａ、プレス時間は１０〜３００秒とすることができる。プレス時間、プレス圧力などのプレス条件は成形品の形状、寸法に合わせて周知の範囲で適宜設定すればよい。
この後、成形型とガラス成形体を冷却し、好ましくは歪点以下の温度となったところで、離型し、成形されたガラス成形体を取出す。なお、光学特性を精密に所望の値に合わせるため、冷却時におけるガラス成形体のアニール処理条件、例えばアニール速度等を適宜調整してもよい。
上記精密プレス成形法は、プリフォームをプレス成形型に導入し、プリフォームとプレス成形型を共に加熱して精密プレス成形する方法であるが、プリフォームを加熱し、予熱したプレス成形型に導入して精密プレス成形するようにしてもよい。この方法ではプレス成形型の予熱温度をプリフォームの加熱温度よりも低温にすることができるので、プレス成形型が曝される温度を低下させることができ、型への負担を軽減することができる。ガラスのアルカリ成分フリー化によってプレス成形温度が上昇した場合でも、この方法によれば型負担を軽減することができる。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
なお、光学ガラスの諸特性は、以下に示す方法により測定した。
なお、光学ガラスの諸特性は、以下に示す方法により測定した。
（１）屈折率（ｎｄ）およびアッベ数（νｄ）
日本光学硝子工業会規格の屈折率測定法により、ガラス転移温度（Ｔｇ）―屈伏点（Ｔｓ）間の温度で保持した光学ガラスを、降温速度−３０℃／時間にして得られた光学ガラスについて、屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）を測定した（カルニュー光学社製「ＧＭＲ−１」使用）。
（２）ガラス転移温度（Ｔｇ）および屈伏点（Ｔｓ）
理学電機株式会社製の熱機械分析装置「ＴＭＡ８５１０」により昇温速度を４℃／分、荷重９８ｍＮとして測定した。
日本光学硝子工業会規格の屈折率測定法により、ガラス転移温度（Ｔｇ）―屈伏点（Ｔｓ）間の温度で保持した光学ガラスを、降温速度−３０℃／時間にして得られた光学ガラスについて、屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）を測定した（カルニュー光学社製「ＧＭＲ−１」使用）。
（２）ガラス転移温度（Ｔｇ）および屈伏点（Ｔｓ）
理学電機株式会社製の熱機械分析装置「ＴＭＡ８５１０」により昇温速度を４℃／分、荷重９８ｍＮとして測定した。
実施例１〜１０
表１〜表３に示すガラス組成になるように、各成分を導入するための原料としてそれぞれ相当する酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物など、例えば、Ｈ３ＢＯ３、Ｌａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｎＣＯ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２などを用いて２５０〜３００ｇ秤量し、十分に混合して調合バッチと成し、これを白金るつぼに入れ、１２００〜１４５０℃に保持した電気炉中において、攪拌しながら空気中で２〜４時間ガラスの熔融を行った。なお、表１〜表３に示すガラス組成において清澄剤であるＳｂ２Ｏ３は外割り添加量にて表示してある。熔融後、熔融ガラスを４０×７０×１５ｍｍのカーボン製の金型に流し、ガラスの転移温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、ガラスの転移温度範囲で約１時間アニール処理した後、炉内で室温まで放冷し光学ガラスを得た。得られた光学ガラス中には、顕微鏡で観察できる結晶は析出しなかった。
このようにして得られた光学ガラスの特性を表１〜表３に示す。
表１〜表３に示すガラス組成になるように、各成分を導入するための原料としてそれぞれ相当する酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物など、例えば、Ｈ３ＢＯ３、Ｌａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｎＣＯ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２などを用いて２５０〜３００ｇ秤量し、十分に混合して調合バッチと成し、これを白金るつぼに入れ、１２００〜１４５０℃に保持した電気炉中において、攪拌しながら空気中で２〜４時間ガラスの熔融を行った。なお、表１〜表３に示すガラス組成において清澄剤であるＳｂ２Ｏ３は外割り添加量にて表示してある。熔融後、熔融ガラスを４０×７０×１５ｍｍのカーボン製の金型に流し、ガラスの転移温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、ガラスの転移温度範囲で約１時間アニール処理した後、炉内で室温まで放冷し光学ガラスを得た。得られた光学ガラス中には、顕微鏡で観察できる結晶は析出しなかった。
このようにして得られた光学ガラスの特性を表１〜表３に示す。
次に上記ガラスを用いて、以下のようにして精密プレス成形用プリフォームを作製した。
まず、電気炉内で１０５０〜１４５０℃に保持された熔融ガラス（ガラス粘度で４〜０．０５ｄＰａ・ｓに相当する）を、１０５０℃（ガラス粘度で４ｄＰａ・ｓに相当する）に温度調節した白金合金製パイプから一定流速で連続して流下し、プリフォーム成形型で熔融ガラス流の先端を受け、所定質量の熔融ガラス塊が前記先端から分離するタイミングで成形型を熔融ガラス流の流下速度よりも十分大きな速度で降下し、熔融ガラス塊を分離した。なお、熔融ガラス滴下時のガラス粘度は、７ｄＰａ・ｓであった。
まず、電気炉内で１０５０〜１４５０℃に保持された熔融ガラス（ガラス粘度で４〜０．０５ｄＰａ・ｓに相当する）を、１０５０℃（ガラス粘度で４ｄＰａ・ｓに相当する）に温度調節した白金合金製パイプから一定流速で連続して流下し、プリフォーム成形型で熔融ガラス流の先端を受け、所定質量の熔融ガラス塊が前記先端から分離するタイミングで成形型を熔融ガラス流の流下速度よりも十分大きな速度で降下し、熔融ガラス塊を分離した。なお、熔融ガラス滴下時のガラス粘度は、７ｄＰａ・ｓであった。
プリフォーム成形型のガラスを支持する面は多孔質材で構成されており、多孔質材の背面に高圧のガスが送られ、多孔質材を通して噴出するようにしている。
分離した熔融ガラス塊を成形型の上記ガラス支持面上で風圧を加えて浮上させながら回転対称軸を一本有するプリフォームに成形し、アニール処理した。各熔融ガラス塊とそれに対応する各プリフォームの質量は等しく、また、設定質量に対する得られたガラスプリフォームの質量精度は±１％以内であった。
上記プリフォームの成形は、熔融ガラスを一定流量で連続して温度制御した白金製のパイプから流出させ、パイプ下方に搬送したプリフォーム成形型を上昇させて流出した熔融ガラス流下端を受ける。この状態で熔融ガラス流の下端とパイプ側の途中にくびれ部を生じさせ、所定のタイミングでプリフォーム成形型を鉛直方向に急降下させる。この操作によってくびれ部で熔融ガラス流が分離し、下端部を含む所定質量の熔融ガラス塊を成形型のガラス支持面上に得ることができる。
複数のプリフォーム成形型を次々とパイプ下方に搬送しては上記工程を行って所要質量の熔融ガラス塊を受けては搬送する。成形型はターンテーブル上に配置されており、このテーブルをインデックス回転させることで上記操作を行う。ガスを連続的に噴出する各成形型のガラス支持面上で熔融ガラス塊を浮上させながらプリフォームに成形する。プリフォームを取り出した成形型を用いて次の熔融ガラス塊を受けてプリフォームに成形する工程を繰り返してプリフォームを製造した。なお、ガラスの浮上はプリフォームを成形型から取り出すまで継続して行った。
上記プリフォームの製造において、ガラスとプリフォーム成形型の融着は発生しなかった。このようにして作製したプリフォームの表面全体は熔融ガラスが固化することにより形成されたものであり、自由表面であった。表面、内部に脈理、失透、割れ、泡などの欠陥は認められなかった。
次にプリフォーム成形型をガラス支持面に多数の細孔を設けた型に交換し、細孔からガスを噴出させながら同様の成形を行ったところ、ガラスとプリフォーム成形型の融着は発生しなかった。また、プリフォームの表面全体は熔融ガラスが固化することにより形成されたものであり、自由表面であった。表面、内部に脈理、失透、割れ、泡などの欠陥は認められなかった。
次に、成形型をラッパ状の斜面と底部にガス噴出口を有する成形型に交換するとともに、パイプ先端がノズルになっているガラス流出装置を用いて、各ガラスを前記斜面の外縁に滴下し、斜面で囲まれた空間内で風圧を加えて上下動および回転させながら熔融ガラス滴を球状のプリフォームの成形したところ、ガラスとプリフォーム成形型の融着は発生しなかった。また、プリフォームの表面全体は熔融ガラスが固化することにより形成されたものであり、自由表面であった。表面、内部に脈理、失透、割れ、泡などの欠陥は認められなかった。
上記各方法で作製した各プリフォームを、図１に示す、成形面に炭素含有膜（ダイヤモンド様カーボン膜）が設けられたＳｉＣ製の上型１及び下型２の間に配置した後、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内を加熱した。成形型内の温度を、被成形ガラスプリフォーム４の粘度が約１０５〜１０９ｄＰａ・ｓとなる温度とした後、この温度を維持しつつ、押し棒１３を降下させて上型１を上方から押して成形型内の被成形ガラスプリフォーム４をプレスした。プレスの圧力は５〜１５ＭＰａ、プレス時間は１０〜３００秒間とした。プレスの後、プレスの圧力を解除し、非球面プレス成形されたガラス成形体を上型１及び下型２と接触させたままの状態でガラス転移温度まで徐
冷し、次いで室温付近まで急冷して非球面に成形されたガラスを成形型から取り出した。なお、図１において、符号３は案内型、１０は支持台、９は支持棒、１４は熱電対である。 得られた精密プレス成形品を大気中にて５６０℃、３時間の条件の下、アニール処理して非球面レンズを得た。得られたレンズの表面には目視によりクモリは認められず、光学顕微鏡による拡大観察でも表面は滑らかであった。なお、上記各レンズの屈折率（ｎｄ）ならびにアッベ数（νｄ）は上記各ガラスプリフォームを形成する各光学ガラスにおける値と一致するものであった。
冷し、次いで室温付近まで急冷して非球面に成形されたガラスを成形型から取り出した。なお、図１において、符号３は案内型、１０は支持台、９は支持棒、１４は熱電対である。 得られた精密プレス成形品を大気中にて５６０℃、３時間の条件の下、アニール処理して非球面レンズを得た。得られたレンズの表面には目視によりクモリは認められず、光学顕微鏡による拡大観察でも表面は滑らかであった。なお、上記各レンズの屈折率（ｎｄ）ならびにアッベ数（νｄ）は上記各ガラスプリフォームを形成する各光学ガラスにおける値と一致するものであった。
なお、本実施例では非球面レンズを作製したが、プレス成形型の形状、寸法を適宜選択することにより、球面レンズ、マイクロレンズ、レンズアレイ、回折格子、回折格子付きレンズ、プリズム、レンズ機能付きプリズムなどの各種光学素子を作製することもできるし、各種光学素子の表面に反射防止膜などの光学多層膜を形成することもできる。
比較例１
表３に示すＬｉ２Ｏを含むガラスを用いてプリフォームを実施例１〜１０と同様に連続的に成形したところ、当初はガラスと成形型の融着は発生しなかったものの、時間の経過とともにガラスと型の融着が発生した。そこで装置を停止して成形型の多孔質材で構成されたガラス支持面を観察したところ、多孔質材表面にガラスからの揮発物が堆積しているのが認められた。このような状態は融着を起こした成形型以外の型でも見られた。また、製造したプリフォームの中には揮発によると思われる脈理が認められるものが存在していた。
表３に示すＬｉ２Ｏを含むガラスを用いてプリフォームを実施例１〜１０と同様に連続的に成形したところ、当初はガラスと成形型の融着は発生しなかったものの、時間の経過とともにガラスと型の融着が発生した。そこで装置を停止して成形型の多孔質材で構成されたガラス支持面を観察したところ、多孔質材表面にガラスからの揮発物が堆積しているのが認められた。このような状態は融着を起こした成形型以外の型でも見られた。また、製造したプリフォームの中には揮発によると思われる脈理が認められるものが存在していた。
実施例１１
実施例１〜１０で作製したプリフォームの表面にカーボン膜をコートし、成形面にカーボン離型膜を形成したＳｉＣ製プレス成形型を用いて精密プレス成形した。まず、プレス成形型の上型と下型の間の空間にプリフォームを導入し、プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱した後、加圧して非球面レンズを精密プレス成形した。
同様に、予熱したプレス成形型に型とは別個に加熱したプリフォームを導入して加圧して非球面レンズを精密プレス成形した。
このようにして作製した非球面レンズ表面に残存するカーボン膜を酸化によって除去し、クモリやヤケなどのないレンズを製造することができた。
実施例１〜１０で作製したプリフォームの表面にカーボン膜をコートし、成形面にカーボン離型膜を形成したＳｉＣ製プレス成形型を用いて精密プレス成形した。まず、プレス成形型の上型と下型の間の空間にプリフォームを導入し、プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱した後、加圧して非球面レンズを精密プレス成形した。
同様に、予熱したプレス成形型に型とは別個に加熱したプリフォームを導入して加圧して非球面レンズを精密プレス成形した。
このようにして作製した非球面レンズ表面に残存するカーボン膜を酸化によって除去し、クモリやヤケなどのないレンズを製造することができた。
比較例２
比較例１で得られたプリフォームを用い、実施例１１と同様に非球面レンズを作製したところ、レンズ表面にクモリが認められた。
比較例１で得られたプリフォームを用い、実施例１１と同様に非球面レンズを作製したところ、レンズ表面にクモリが認められた。
本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法は、熔融ガラスから直接、高屈折率低分散ガラスからなる高品質の精密プレス成形用プリフォームを成形する方法であって、本発明の方法で得られたプリフォームは、非球面レンズ、球面レンズ、あるいは平凹レン
ズ、平凸レンズ、両凹レンズ、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどのレンズ、マイクロレンズ、レンズアレイ、回折格子付きレンズ、プリズム、レンズ機能付きプリズムなどの光学素子の製造に好適に用いられる。
ズ、平凸レンズ、両凹レンズ、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどのレンズ、マイクロレンズ、レンズアレイ、回折格子付きレンズ、プリズム、レンズ機能付きプリズムなどの光学素子の製造に好適に用いられる。
１ 上型
２ 下型
３ 案内型（胴型）
４ プリフォーム
９ 支持棒
１０ 支持台
１１ 石英管
１２ ヒーター
１３ 押し棒
１４ 熱電対
２ 下型
３ 案内型（胴型）
４ プリフォーム
９ 支持棒
１０ 支持台
１１ 石英管
１２ ヒーター
１３ 押し棒
１４ 熱電対
Claims (10)
- 流出する熔融ガラスを分離して熔融ガラス塊を得、冷却する過程で該熔融ガラス塊をプリフォームに成形するガラス製の精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
プリフォームを構成するガラスとして、屈折率（ｎｄ）が１．８３超で、アッベ数（νｄ）が４０以上であり、かつアルカリ金属酸化物を実質上含まないものを用い、前記の分離した熔融ガラス塊を、風圧を加えて浮上させながらプリフォームに成形することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法。 - 多孔質材からなるガラス支持面またはガス噴出口を有する成形型を用い、前記のガラス支持面またはガス噴出口からガスを噴出して風圧を加えてガラス塊を浮上させる請求項１に記載の方法。
- プリフォームを構成するガラスが、室温（２３℃）における比重４．８０以上のものである請求項１または２に記載の方法。
- プリフォームを構成するガラスが、液相温度９５０〜１１００℃のものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記ガラスがモル％表示で、Ｂ２Ｏ３ ２０〜６０％、ＳｉＯ２ ０〜２０％、ＺｎＯ
２２〜４２％、Ｌａ２Ｏ３およびＧｄ２Ｏ３を合計で１０〜２５％含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。 - 前記ガラスがモル％表示で、さらに、ＺｒＯ２ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、ＷＯ３ ０〜１０％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、ＴｉＯ２ ０〜１０％、Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、ＧｅＯ２ ０〜１０％、Ｇａ２Ｏ３ ０〜１０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％、Ｙ２Ｏ３ ０〜１０％およびＹｂ２Ｏ３ ０〜１０％を含むとともに、Ｌａ２Ｏ３の含有量が５〜２４％、Ｇｄ２Ｏ３の含有量が０〜２０％である請求項５に記載の方法。
- 前記ガラスのガラス転移温度が６３０℃以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
- 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法で作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を使用して精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
- プリフォームをプレス成形型に導入し、プリフォームとプレス成形型を共に加熱する請求項８に記載の光学素子の製造方法。
- プリフォームを加熱し、予熱したプレス成形型に導入して精密プレス成形する請求項８に記載の光学素子の製造方法。
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