JP2009137785A - ガラス成形体、精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子それぞれの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 精密プレス成形用プリフォームなどの高品質なガラス物品を作るための母材となるガラス成形体を、質量公差が小さく、かつ高い生産性のもとに効率よく製造する方法、および上記プリフォームの製造方法、ならびプリフォームを使用して光学素子を製造する方法を提供する。
【解決手段】 ガラス原料を熔融して、得られた熔融ガラスをノズルから流出、滴下して成形するガラス成形体の製造方法であって、前記熔融ガラスを滴下し、フッ素化合物および塩基性物質を含む液体中にて成形することを特徴とするガラス成形体の製造方法、この方法で得られたガラス成形体を研磨する精密プレス成形用プリフォームの製造方法、および前記の方法で得られたプリフォームを加熱、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、ガラス成形体の製造方法、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、精密プレス成形用プリフォームなどの高品質なガラス物品を作るための母材となるガラス成形体を、質量公差が小さく、かつ高い生産性のもとに効率よく製造する方法、および得られたガラス成形体から精密プレス成形用プリフォームを製造する方法、ならびに得られたプリフォームから光学素子を製造する方法に関するものである。

非球面レンズなどのガラス製光学素子を量産する方法として、精密プレス成形法が知られている。この方法は、精密プレス成形に先立ち所要量のガラスを予備成形してプリフォームと呼ばれる成形体にする。それからプリフォームを加熱、軟化してプレス成形型を用いてプレス成形し、成形面を精密にガラスに転写して光学素子の光学機能面を形成する。

精密プレス成形法は優れた生産性を有する方法であるが、その生産性をさらに向上させるには、如何に効率よくプリフォームを生産するかという点がポイントになる。こうした要求に応えるため、幾つかのプリフォーム生産法が提案されている。一例としては特許文献１に記載されているように、熔融ガラス滴を液体に滴下して冷却しながらプリフォームに成形する方法が知られている。
特開平１０−２９１８２４号公報

しかしながら、この方法には次のような問題がある。液体中でガラスの固化が始まる時点でガラス塊を急冷すると急激な体積収縮によりガラス塊が破損したり、クラックが入ることがある。こうした破損やクラックはカン、割れと呼ばれるがカン、割れに至らない場合でも、急冷によりヒケと呼ばれる現象がおきてガラス表面の一部が窪んだり、ガラス中に真空泡が発生することがあった。

こうした問題を解決するには、ガラスの熱量で液体が容易に沸騰し、ガラスのまわりを沸騰した液体の蒸気が取り囲むことにより、ガラスをゆっくり冷却すればよい。液体に求められる性質としては、比熱が小さく、常温常圧で液体であって、沸点がさほど高くなく、気化熱が小さいことが求められる。このような条件を満たす液体の代表的なものはフッ素化合物である。

しかし、フッ素化合物は高温のガラスとの接触により一部が熱分解してフッ酸を発生し、このフッ酸が液体中に残留して成形したガラス表面を腐蝕してしまう。腐蝕が著しい場合は、成形したガラス表面を研磨しても高品質なガラスを得ることが難しい。

また、先に滴下、成形したガラスのほうが、後で滴下、成形したガラスよりも液体中の滞在時間が長くなり、フッ酸による腐蝕時間が長くなる。その結果、等量のガラス滴を滴下して成形しても、液体から回収したガラスの質量にバラツキが生じてしまうという問題がある。

質量バラツキのあるガラス成形体を一括研磨して精密プレス成形用プリフォームにしても、プリフォームの質量を高精度に揃えることは難しい。その結果、カン、割れ、真空泡の発生を防止できても質量公差の小さいプリフォームを生産することは難しい。

本発明は、このような状況下になされたものであり、精密プレス成形用プリフォームなどの高品質なガラス物品を作るための母材となるガラス成形体を、質量公差が小さく、かつ高い生産性のもとに効率よく製造する方法、および得られたガラス成形体から精密プレス成形用プリフォームを製造する方法、ならびに得られたプリフォームから光学素子を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ね、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、
（１） ガラス原料を熔融して、得られた熔融ガラスをノズルから流出、滴下して成形するガラス成形体の製造方法であって、
前記熔融ガラスを滴下し、フッ素化合物および塩基性物質を含む液体中にて成形することを特徴とするガラス成形体の製造方法、
（２） フッ素化合物を含む液体の設定温度をＬＴとしたとき、前記液体が、１気圧下における沸点ＢＰが３０〜２００℃の範囲にあり、前記沸点、定圧比熱Ｃｐ［Ｊ／（ｇ・Ｋ）］、気化熱Ｑ［Ｊ／ｇ］が下記関係式（１）を満たすものである上記（１）項に記載のガラス成形体の製造方法、
Ｃｐ×（ＢＰ−ＬＴ）＋Ｑ≦４００Ｊ／ｇ ……（１）
（３） １００〜３００℃における平均線膨張係数が５０×１０^−７Ｋ^−１以上であるガラスを成形する上記（１）または（２）項に記載のガラス成形体の製造方法、
（４） フッ素化合物がＣＦ_３（ＣＦ_２）_５ＣＦ_３および／またはＣＦ_３ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２Ｈである上記（１）〜（３）項のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（５） 塩基性物質がアルカリ金属塩および／またはアルカリ土類金属塩である上記（１）〜（４）項のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（６） 上記（１）〜（５）項のいずれか１項に記載の方法により作製したガラス成形体の表面を研磨してプリフォームを作製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、および
（７） 上記（６）項に記載の方法により作製したプリフォームを加熱、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、
を提供するものである。

本発明によれば、破損やクラック、真空泡の発生、ガラス表面のフッ酸による腐蝕を防止しつつ、質量公差が小さく、かつ高い生産性のもとに効率よくガラス成形体を製造する方法を提供することができる。

また、上記方法で得られたガラス成形体から精密プレス成形用プリフォームを製造する方法、およびこの方法で得られたプリフォームから光学素子を製造する方法を提供することができる。

まず、本発明のガラス成形体の製造方法について説明する。
［ガラス成形体の製造方法］
本発明のガラス成形体の製造方法は、ガラス原料を熔融して、得られた熔融ガラスをノズルから流出、滴下して成形するガラス成形体の製造方法であって、前記熔融ガラスを滴下し、フッ素化合物および塩基性物質を含む液体中にて成形することを特徴とする。

熔融ガラス滴をカン、割れや真空泡を生じないように液体中で成形するには、熔融ガラス滴が有する熱によって液体を加熱、蒸発させてガス化し、このガスによってガラスの周りが取り囲まれるようにする。こうすることによりガラスはゆっくり冷やされて破損、クラック、真空泡を生じることなく成形される。

こうした方法で使用する液体として、常温常圧で液体であること、比熱、気化熱がともに小さいこと、沸点がさほど高くないこと（例えばガラスの転移温度よりも低いこと）が望まれる。このような条件を満たすものとしては、パーフロロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、ペンタフルオロブタンなどのフッ素系有機物がある。

しかし、これらフッ素化合物はガス化時に熱分解によってフッ酸を発生させる。発生したフッ酸は液体中に溶け込み、成形したガラスの表面を腐蝕してしまう。熔融ガラスの滴下を連続的に行うと、液体中のフッ酸濃度は時間とともに増加していくため、ガラス表面の腐蝕も次第に増加していく。また、連続的にガラスを滴下する場合、最初の滴下で得たガラス成形体は、後の滴下で得たガラス成形体よりも液体中の滞在時間が長くなり、その分、表面の腐蝕が著しくなる。その結果、等量のガラス滴を滴下して成形しても、液体から回収したガラスの質量にバラツキが生じてしまうという問題がある。質量バラツキのあるガラス成形体を一括研磨して精密プレス成形用プリフォームにしても、プリフォームの質量を高精度に揃えることは難しい。その結果、カン、割れ、真空泡の発生を防止できても質量公差の小さいプリフォームを生産することは難しい。

本発明によれば、フッ素化合物を含む液体に塩基性物質を加えることにより、前記フッ素化合物のガス化時に生じるフッ酸を中和し、フッ酸によるガラス表面の腐蝕を防止することができる。その結果、腐蝕が抑制された滑らかな表面を有するガラス成形体を製造することができる。また、液体中の滞在時間によらず、ガラス成形体は滴下時のガラスの質量を維持できるので、質量バラツキの小さいガラス成形体を量産することもできる。

次に前記液体について説明する。
なお、本発明においては、前記液体が、その液中においてガラス成形体を作製するのに用いられることから、「成形用液体」とも呼称する。
（成形用液体）
本発明において、フッ素化合物を含む成形用液体の設定温度をＬＴとした場合、前記液体が、１気圧下における沸点ＢＰが３０〜２００℃の範囲にあり、前記沸点、定圧比熱Ｃｐ［Ｊ／（ｇ・Ｋ）］、気化熱Ｑ［Ｊ／ｇ］が下記関係式（１）を満たすものが望ましい。

Ｃｐ×（ＢＰ−ＬＴ）＋Ｑ≦４００Ｊ／ｇ ……（１）
前述のようにカン、割れ、真空泡はガラス塊が急冷されることにより生じる。そこで、カン、割れ、真空泡を防止するには、ガラス塊に接した液体をガラス塊の熱によって沸騰させてガス化し、ガラス塊表面が前記ガスの層によって覆われた状態を作り、ガラス塊の冷却スピードを減少させればよい。ただし、ガス層によりガラス塊表面が覆われていても、ガス層による断熱効果が十分でないと、上記不具合を完全に解消することは難しい。特に、膨張係数が大きいガラスを成形する場合、冷却時の体積収縮が大きくなるので、十分な断熱効果が得られるようにガス層を形成しなければならない。

２０℃の液体１ｇがガラス塊表面に接することにより熱せられて沸騰し、ガス化するために要する熱量はＣｐ×（ＢＰ−ＬＴ）＋Ｑと表される。この熱量を液体のガス化しやすさの指標Ａとして用い、この指標とカン、割れ、真空泡の防止効果の関係を実験的に調査したところ、上記（１）式を満たす液体を用いると良好な結果が得られることが判明した。

表１に幾つかの液体についてＢＰ、Ｃｐ、Ｑ、Ａを示す。

このように、液体により指標Ａの値には大きな差がある。フッ化炭化水素やハイドロフルオロエーテルでは指標Ａが小さく、液体がガス化しやすく、ガス層による十分な断熱効果が得られるが、水のように指標Ａが大きい液体では、ガス層による十分な断熱効果が得られにくい。

特に熔融ガラス塊の質量が小さい場合、例えば本発明のように、熔融ガラス滴を液体に滴下するような場合、熔融ガラス塊がもつ熱量が小さいが、指標Ａが小さい液体を使用することで十分なガス層を形成することができる。中でもフッ化炭化水素やハイドロフルオロエーテルのようなフッ素化合物が指標Ａが小さく、成形に使用する液体に適している。

ガス層形成による十分な断熱効果を得る上から、成形用液体として、指標Ａが４００Ｊ／ｇ以下の液体を使用することが好ましく、２５０Ｊ／ｇ以下の液体を使用することがより好ましい。

成形用液体の沸点については、沸点が高すぎるとガラス塊の冷却とともに液体の沸騰が止まり、ガス層形成に必要なガスが供給されず、ガラス塊をゆっくり冷却することができない。

一方、沸点が低すぎると液体の消耗が著しくなり、常に液体を補給しなければならない。

したがって、本発明では、成形用液体として、沸点が３０〜２００℃の液体を使用するのが有利であり、好ましい液体の沸点は６０〜１５０℃、より好ましくは８０〜１２０℃である。

また、膨張係数が大きいガラスほど冷却時の体積収縮が大きく、カン、割れ、真空泡が生じやすい。したがって、本発明は膨張係数が大きいガラスの成形に好適であり、１００〜３００℃における平均線膨張係数が５０×１０^−７Ｋ^−１以上のガラスの成形により好適であり、８０×１０^−７Ｋ^−１以上のガラスの成形にいっそう好適である。

本発明において、成形用液体に添加される塩基性物質としては、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを例示できる。アルカリ性溶液中に長時間ガラスを浸漬していると表面が腐食してくるので、ガラス塊は１時間以内に液体中から取り出すことが肝要である。なお、上記塩基性物質の添加量は、塩基性物質や成形用液体の種類にもよるが、該液体１００質量部に対して、通常１〜１０質量部、好ましくは３〜７質量部である。
（本発明の方法による効果）
前述したように、本発明のガラス成形体の製造方法は、熔融ガラス滴を液体中に滴下して、ガラス成形体を作製する方法であって、下記の効果を奏する。

本発明の方法では、熔融ガラス塊の液体への投入が、ノズルの流出口から熔融ガラス滴を液体に滴下することにより行われるが、ノズルの温度を一定に保ち、熔融ガラスを一定流量で連続して流出すると滴下の時間間隔が一定となり、熔融ガラス滴の質量が一定となる。

単位時間あたりの熔融ガラスの流出量を引上げ量と呼ぶが、光学ガラスの生産においては、引上げ量が変わると熔融容器内における熔融ガラスの滞在時間が変化するため、清澄条件が最適状態から外れたり、滞在時間が長くなることにより容器を構成する白金などの材料がガラス中に溶け込み、ガラスの着色が強まるなどの問題がおきる。こうした不具合を回避しつつ、所望質量の熔融ガラス滴を得るには引上げ量を一定に維持し、滴下の時間間隔を調整すればよい。

本発明によれば、従来のようにガラスの滴下毎に成形型をノズルの下方に次々に移送する必要がないため、滴下間隔を短くして単位時間あたりのガラス成形体の生産量を高めることができる。熔融ガラス滴の質量が小さいほうが滴下間隔は短くなるから、享受できるメリットはより大きい。

前述のガス化しやすい液体の使用とあわせ、本発明は軽量のガラス成形体の成形に好適であり、特に質量が１００ｍｇ以下の熔融ガラス滴の滴下に好適であり、５０ｍｇ以下の熔融ガラス滴の滴下により好適である。

本発明によれば、フッ素化合物の熱分解により生じるフッ酸を塩基性物質により中和することができるので、フッ酸によるガラス表面の腐蝕を防止することができる。また、熔融ガラス滴を連続して滴下し、液体中で成形する場合、液体中におけるガラスの滞在時間によってガラス成形体の質量にバラツキが生じることもない。

なお、熔融ガラス滴の滴下による方法では、ガラス成形体の形状を決める因子としてガラス滴の表面張力が支配的になるため、ガラス滴を球状に成形できるメリットがある。球状のガラス成形体は研磨がしやすく、プリフォームを効率的に生産する上から好ましいと言える。
（液体の温度制御方法）
本発明においては、熔融ガラス滴を液体に滴下し、液体中で冷却、成形する工程を繰り返してガラス成形体を量産する際、当該液体の温度を０〜２００℃の範囲における所定の温度±１０℃に維持する制御を行うことにより、ガラス成形体を効率よく量産することができる。

すなわち、気化熱が小さい液体を使用して液体中でガラスをゆっくり冷却する場合でも液体の消耗量を減少させることができる。また、ガラス成形体の量産中、液温を一定に保つことにより熱履歴が一定のガラス成形体を量産することができ、研磨によって質量公差が極めて小さいプリフォームを作ることもできる。

さらに、ガラス成形体の品質が安定することによって、多数のガラス成形体を同時に研磨したときの研磨の進行度を一定にすることもできるし、品質が揃ったガラス成形体を研磨することにより、研磨時のガラスの破損を低減、防止することもできる。

上記±１０℃の範囲で維持される液体の所定温度をＴliq［℃］とした場合、当該液体をＴliq［℃］に制御する方法としては、当該液体を上記温度に均一に維持し得る方法であればよく、特に制限はないが、例えば液体の外部循環流路を形成するとともに、前記流路中に熱交換器を設けて循環する液体を冷却し、液温を一定に維持する制御方法が好ましい。その際、熔融ガラス滴を滴下する液面に液体の循環によって流れを生じさせながら次々に熔融ガラス滴を滴下することがより望ましい。滴下距離が短ければ、滴下間隔ｔが短くてもガラス滴同士が空中でくっつくことはないが、ガラス滴が液面に達すると急激に減速するので、次に滴下したガラス滴が液面上のガラス滴にくっついてしまうことがある。上記構成を採用することで、液面に達したガラス滴を液体の循環流によって流し、液面到達時の位置から速やかにずらずことで、こうした不具合を回避することができる。

その他液温の制御方法としては、液体中に熱交換器を浸漬して液温を一定に維持する方法や、液体が収容された容器を周りから冷やして、液温を一定に維持する方法などがある。

いずれの方法でも液体の温度を測定し、測定結果と液温の設定値を比較し、液温のほうが高い場合は熱交換器による液体の冷却を強め、液温のほうが低い場合は熱交換器による液体の冷却を弱めるか停止する。こうしたフィードバック制御を行う上から液体の温度は熱電対などのように温度データが電気信号に変換される測定器を用いることが好ましい。フィードバック制御はマイクロコンピュータなどを用いる公知の制御方法を採用すればよい。

次に、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（以下、単にプリフォームと称することがある。）の製造方法は、前述した方法で作製したガラス成形体の表面を研磨してプリフォームを作製することを特徴とする。

ガラス製の光学素子の生産にあたっては、多種の光学ガラスの中から所望の光学特性に応じたガラスを選択し、光学素子の質量に応じた分量のプリフォームを作ることになる。こうした状況下、ユーザーからの需要に速やかに対応するには、予め、ガラスの種類毎に何種類もの質量のプリフォームを多数個揃えておかなければならない。しかし、このような方法はプリフォームの不必要な在庫を常時かかえることになるため、好ましくない。

本発明によれば、上記状況においてもユーザーの需要に対し、次のように迅速かつ効率的に対応することができる。等質量のガラス成形体を成形して、複数個のガラス成形体からなるロットを作る。ロット毎にガラス成形体１個の質量を変え、前記質量が段階的に異なる複数のロットを作る。具体的には、必要とされるプリフォームの最小質量に研磨しろの質量を加えた質量αをもつガラス成形体のロット、必要とされるプリフォームの最大質量に研磨しろの質量βを加えた質量をもつガラス成形体のロット、そして質量αとβの間の質量をもつガラス成形体からなるロットを１種または複数種作製する。こうして何段階かの質量をもつガラス成形体からなるロットを用意する。需要に応じて特定質量のプリフォームが必要になったとき、前記特定質量より大きくかつ前記質量に最も近い質量のガラス成形体からなるロットを選択し、このロットに含まれるガラス成形体の表面を研磨して前記質量のプリフォームを作製する。こうすることにより、研磨しろの調整によって所望質量のプリフォームを効率的に製造することができる。

なお、前記（１）式を満たしつつ、熱分解によるフッ素発生量が少ないフッ素化合物としては、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_５ＣＦ_３、ＣＦ_３ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２Ｈなどを例示することができる。ハイドロフルオロエーテルの中でもＣＦ_３ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＨはＣＦ_３（ＣＨ_２）_３ＯＣＨ_３［住友スリーエム社製、商品名「ノベック」］と異なり、フッ素発生量が少なく、該ノベックの３０％程度の発生量に抑えることができるため、最小研磨しろを少なく設定することができる。
（研磨処理）
本発明においては、前述のようにして得られたガラス成形体を研磨処理して、所望のプリフォームを作製するが、研磨処理として、以下に示す方法を用いることができる。

断面が円弧上の溝を形成した研磨盤の溝内に球状ガラス成形体を置き、もう一つの研磨盤でガラス成形体を挟むようし、研磨剤を混合したスラリーと呼ばれる液体をかけながらガラス成形体を上記溝に沿って転がしながらガラス成形体の全表面を均等に研磨する。このようにして真球度の高い球状のプリフォームを作ることができる。こうした方法は、ガラス成形体と相似形状のプリフォームが得られるので、球体の直径を測定しながら研磨しろを調整するだけで、比較的簡単に目的質量のプリフォームを作ることができる。研磨によって減少するガラスの質量はガラスの比重と直径、直径の減少量から容易に算出することができる。

なお、上記球状ガラス成形体の研磨では研磨盤の溝内に等質量のガラス成形体を置いて同時に研磨することが望ましい。こうすれば各ワークに均等な圧力が加わり、ワーク毎の研磨しろを均一にすることができ、質量公差が極めて小さいプリフォームを多数、同時に生産することができる。

このような態様も含め、本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法は、上記方法により作製したガラス成形体の全表面を研磨してプリフォームを作製する方法である。研磨方法としては、上記方法の他、公知の方法を利用することもできる。研磨に先立ち、必要に応じてガラス成形体をアニールしてもよい。アニールにより歪が低減されるので、研磨における破損防止効果を得ることができる。

なお、本発明によれば、液体中でガラス塊をゆっくり冷却することができるので、目視によりわかるクラックは勿論、目視では判りにくいクラックの発生も防止できる。微小なクラックが入ったガラス成形体を見逃して研磨工程にかけると研磨中にクラックが急激に成長した破損に至る。前述のように多数のガラス成形体を同時に研磨するので、１個でもガラスが破損するとその破片が他のガラス表面を傷つけてしまい、多数の不良品を出すことになってしまう。上記のように本発明によればこうしたトラブルを回避することもできる。

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においては、前述の方法により製造した精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形して光学素子を製造する。精密プレス成形の方法、条件は、公知の方法、条件を適用し、各ケースに合わせて最適化をすればよい。

精密プレス成形は、モールドオプティクス成形法とも呼ばれ、プレス成形によって光学機能面の形状を形成する方法であり、既に当該技術分野においてはよく知られたものである。光学素子の光線を透過したり、屈折させたり、回折させたり、反射させたりする面を光学機能面と呼ぶ。例えばレンズを例にとると非球面レンズの非球面や球面レンズの球面などのレンズ面が光学機能面に相当する。精密プレス成形法は、プレス成形型の成形面を精密にガラスに転写することにより、プレス成形で光学機能面を形成する方法である。つまり光学機能面を仕上げるために研削や研磨などの機械加工を加える必要がない。

精密プレス成形法に使用するプレス成形型としては、公知のもの、例えば炭化珪素、超硬材料などの型材の成形面に離型膜を設けたものを用いることができる。中でも、炭化珪素製のプレス成形型を用いることが好ましい。離型膜としては、炭素含有膜、貴金属合金膜などを使用することができ、耐久性、コストの面などから、炭素含有膜を用いることが好ましい。

精密プレス成形法では、プレス成形型の成形面を良好な状態に保つため、成形時の雰囲気を非酸化性ガス雰囲気にすることが望ましい。非酸化性ガスとしては、窒素、窒素と水素の混合ガスなどを用いることが好ましい。

次に本発明の光学素子の製造方法に特に好適な精密プレス成形法について説明する。
（精密プレス成形法１）
この方法は、プレス成形型に前述のプリフォームを導入し、上記成形型とプリフォームを一緒に加熱し、精密プレス成形するというものである。

この精密プレス成形法１において、プレス成形型と前記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１０^６〜１０^１２ｄＰａ・ｓ程度の粘度を示す温度に加熱して精密プレス成形を行うことが好ましい。

また上記ガラスが１０^１２ｄＰａ・ｓ以上、より好ましくは１０^１４ｄＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは１０^１６ｄＰａ・ｓ以上の粘度を示す温度にまで冷却してから精密プレス成形品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、前述のプリフォームを加熱した後に、プレス成形型に導入し、精密プレス成形する、すなわち、プレス成形型と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。

この方法によれば、当該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、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の光学素子を製造することができる。

なおプレス成形型の予熱温度を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、上記型の消耗を低減することができる。

また、この方法によれば、プリフォーム加熱をプレス成形型内で行う必要がないので、使用するプレス成形型の数を少なくすることもできる。

精密プレス成形法２において、当該プリフォームを構成するガラスが１０^９ｄＰａ・ｓ以下、より好ましくは１０^９ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に予熱することが好ましい。

また、当該プリフォームを浮上しながら予熱することが好ましく、さらに当該プリフォームを構成するガラスが１０^５．５〜１０^９ｄＰａ・ｓ、より好ましくは１０^５．５ｄＰａ・ｓ以上１０^９ｄＰａ・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。

またプレス開始と同時またはプレスの途中からガラスの冷却を開始することが好ましい。

なおプレス成形型の温度は、当該プリフォームの予熱温度よりも低い温度に調温されるが、上記ガラスが１０^９〜１０^１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度を目安にすればよい。

この方法において、プレス成形後、上記ガラスの粘度が１０^１２ｄＰａ・ｓ以上にまで冷却してから離型することが好ましい。

本発明では、少なくとも上型と下型を有し、上型成形面の形状と下型成形面の形状が異なるプレス成形型を用い、予め加熱したプリフォームを上記下型上に供給してプレス成形を行うことができる。本発明によれば、当該プリフォームを用いることにより、上型、下型の成形面形状が異なるプレス成形型を用いても、ガストラップなどの問題を引き起こすことなく、光学素子を高い生産性のもとに製造することができる。

精密プレス成形された光学素子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。また、レンズを成形した場合には、心取り加工を行ってもよい。

このようにして、本発明によれば、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、プリズムなどの各種光学素子、用途としてはデジタルカメラやフィルム内蔵カメラの撮像光学系を構成するレンズ、カメラ付携帯電話搭載の撮像レンズ、ＣＤやＤＶＤをはじめとする光記録式媒体のデータ読取および／またはデータ書込み用に使用する光線を導光するためのレンズなどの各種光学素子を作製することができる。また、銅含有ガラス製のプリフォームを使用すれば、半導体撮像素子の色補正機能を有する光学素子を作製することもできる。中でもデジタルカメラ搭載のレンズを製造する方法として好適である。

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。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１
（１）ガラス成形体の製造
屈折率ｎｄが１．８０６、アッベ数νｄが４０．７のホウ酸ランタン含有ガラスを１２００℃で熔解し、１０５０℃に温度制御された白金製のパイプを通し、パイプ先端の１０００℃に温度制御された白金製の流出ノズルより、熔融ガラスを滴下した。上記ノズル先端の外径は０．８ｍｍ、内径０．６ｍｍとした。

上記ノズルの外周に鉛直下方に窒素ガスを０．８リットル／分の流量で定常的に流し、上記ノズル先端に垂下する熔融ガラスに、下向きの風圧を加えて、自然に滴下するガラス滴よりも質量の小さいガラス滴を得た。ガラス滴の質量は２０ｍｇ、滴下の時間間隔は０．２秒であった。

ノズルより滴下したガラス滴は、パーフルオロカーボン［住友スリーエム社製、商品名「フロリナートＦＣ−３２８３」、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_７ＣＦ_３、Ａ＝１９７Ｊ／ｇ、ＢＰ＝１２８℃］４リットルに、水酸化カルシウム１００ｇを添加してなる液体が収容された容器（内径８０ｍｍの石英二重管、液体の深さ８００ｍｍ）内の液面に落下させた。ガラス滴が液面から容器の底に到達するまで約４秒間を要した。

液体の温度が２０℃±５℃の範囲になるように温度制御を行った。容器の底には、開閉弁が取り付けられており、５分おきに開閉を行って、ガラス成形体を容器から取り出した。出来上がったガラス成形体は、直径の平均値が２．０３ｍｍ、真球度５０μｍ以内の球形状であった。

上記生産は８時間連続で行い、１４４，０００個のガラス成形体を生産した。ガラス成形体の品質を検査したところ、カン、割れなどの破損、白ヤケなどのガラス表面の変質といった欠陥は認められなかった。

なお、上記真球度は、ミツトヨ社製真円度測定機「ＲＡ−２１００」により測定した。
（２）プリフォームの製造
上記（１）で得られたガラス成形体を取りしろ１００μｍで研磨し、直径１．８３ｍｍとしたところ、表面に一切の欠陥がない球プリフォームが得られた。研磨に要した時間は１２時間であった。
（３）光学素子の製造
上記（２）で得られた球プリフォームロットの中の１００，０００個の球プリフォームについて、以下に示すようにプレス成形型で精密プレス成形を行い、非球面レンズを生産した。

各球プリフォームを、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、被成形球プリフォーム４の粘度が約１０^５〜１０^９ｄＰａ・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球プリフォーム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、アニール炉にて３８０℃まで加熱し、２時間その温度を維持した後に、１時間で常温に降温する条件で、アニール処理して非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、偏肉精度の良い[コバ厚のばらつきが±０．００５ｍｍ以内（レーザ変位計にてコバ厚を１周測定する方法により測定）]ものであった。
実施例２
（１）ガラス成形体の製造
屈折率ｎｄが１．８２、アッベ数νｄが２４の重フリント系ガラスを１１００℃で熔解し、９５０℃に温度制御された白金製のパイプを通し、パイプ先端の９００℃に温度制御された白金製の流出ノズルより、熔融ガラスを滴下した。上記ノズル先端の外径は０．８ｍｍ、内径０．７ｍｍとした。

上記ノズルの外周に鉛直下方に窒素ガスを０．５リットル／分の流量で定常的に流し、上記ノズル先端に垂下する熔融ガラスに、下向きの風圧を加えて、自然に滴下するガラス滴よりも質量の小さいガラス滴を得た。ガラス滴の質量は４０ｍｇ、滴下の時間間隔は０．２５秒であった。

ノズルより滴下したガラス滴は、ハイドロフルオロエーテル［旭硝子社製、商品名「アサヒクリンＡＥ３１００」、ＣＦ_３ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２Ｈ＋エタノール、Ａ＝２４６Ｊ／ｇ、ＢＰ＝５４℃］１０リットルに水酸化カルシウム２００ｇを添加してなる液体が収容された容器（内径１００ｍｍの石英二重管、液体の深さ１２００ｍｍ）内の液面に落下させた。ガラス滴が液面から容器の底に到達するまで約６秒間を要した。

液体の温度が２０℃±５℃の範囲になるように温度制御を行った。容器の底には、開閉弁が取り付けられており、１０分おきに開閉を行って、ガラス成形体を容器から取り出した。出来上がったガラス成形体は、直径の平均値が２．７６ｍｍ、真球度１００μｍ以内の球形状であった。

上記生産は１２時間連続で行い、１７２，８００個のガラス成形体を生産した。ガラス成形体の品質を検査したところ、カン、割れなどの破損、白ヤケなどのガラス表面の変質といった欠陥は認められなかった。

なお、上記真球度は、ミツトヨ社製真円度測定機「ＲＡ−２１００」により測定した。
（２）プリフォームの製造
上記（１）で得られたガラス成形体を取りしろ１５０μｍで研磨処理し、直径２．４６ｍｍとしたところ、表面に一切の欠陥がない球プリフォームロットを得ることができた。なお、研磨処理に要した時間は１２時間であった。
（３）光学素子の製造
上記（２）で得られた球プリフォームロットの中の１００，０００個の球プリフォームについて、実施例１と同様にして、精密プレス成形を行い、精密プレス成形品を得たのち、バッチ式アニール炉で３５０℃まで加熱し、２時間その温度を維持した後に、１時間で常温まで降温する条件で、アニール処理して非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、偏肉精度の良い（コバ厚のばらつきが±０．００５ｍｍ以内）ものであった。

本発明のガラス成形体の製造方法によれば、破損やクラック、真空泡の発生、ガラス表面のフッ酸による腐蝕を防止しつつ、質量公差が小さく、かつ高い生産性のもとに効率よくガラス成形体を製造することができる。

上記ガラス成形体を用いて、精密プレス成形用プリフォームを製造することができ、該精密プレス成形用プリフォームから、各種光学素子を製造することができる。

実施例で使用した精密プレス成形装置の１例の概略断面図である。

符号の説明

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

Claims (7)

1. ガラス原料を熔融して、得られた熔融ガラスをノズルから流出、滴下して成形するガラス成形体の製造方法であって、
   前記熔融ガラスを滴下し、フッ素化合物および塩基性物質を含む液体中にて成形することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
2. フッ素化合物を含む液体の設定温度をＬＴとしたとき、前記液体が、１気圧下における沸点ＢＰが３０〜２００℃の範囲にあり、前記沸点、定圧比熱Ｃｐ［Ｊ／（ｇ・Ｋ）］、気化熱Ｑ［Ｊ／ｇ］が下記関係式（１）を満たすものである請求項１に記載のガラス成形体の製造方法。
   Ｃｐ×（ＢＰ−ＬＴ）＋Ｑ≦４００Ｊ／ｇ ……（１）
3. １００〜３００℃における平均線膨張係数が５０×１０^−７Ｋ^−１以上であるガラスを成形する請求項１または２に記載のガラス成形体の製造方法。
4. フッ素化合物がＣＦ_３（ＣＦ_２）_５ＣＦ_３および／またはＣＦ_３ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２Ｈである請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
5. 塩基性物質がアルカリ金属塩および／またはアルカリ土類金属塩である請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法により作製したガラス成形体の表面を研磨してプリフォームを作製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。
7. 請求項６に記載の方法により作製したプリフォームを加熱、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。

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