JP2739913B2

JP2739913B2 - 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の製造方法

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Publication number: JP2739913B2
Application number: JP11371891A
Authority: JP
Inventors: 鉄夫桑原; 瑞和余語
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1998-04-15
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: JPH04321525A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレンズ等の光学素子のプ
レス成形において成形用素材として用いられるガラスブ
ランクに関し、特にプレス時の型部材との反応を防止し
且つ密着力及び摩擦力を低下させ冷却過程での融着及び
ワレ発生を防止して良好な光学素子を得るためのガラス
ブランク及びそれを用いた光学素子の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
ガラスのリヒートプレスにおいて良好な成形品を得るた
めには、成形用素材ガラスと成形用型部材との間の融着
を防止することが大きな課題であった。このため、従
来、型部材を改良する各種の技術が提案されており、ま
た近年では更に上記融着防止のため、成形用素材の改良
が提案されはじめている。この様な成形用素材の改良に
関する提案としては、例えば、特公平２−１７７８号公
報、特公平２−１７７９号公報、特公平２−１７８０号
公報及び特公昭６１−２９８９０号公報に、ガラス基体
の表面に該ガラス基体よりもガラス転移点温度の高いガ
ラスの被覆、酸化ケイ素被覆または炭素被覆を付与する
ことが開示されている。また、特開平１−２６４９３７
号公報には、ガラス基体の表面に有機物の薄層を配置す
ることが開示されている。

【０００３】以上の様な改良により、型部材との融着防
止の効果はあるが、しかし上記公報に開示の方法には、
以下の様な問題点がある。（イ）ガラス基体の表面に該ガラス基体よりもガラス転
移点温度の高いガラスの被覆を付与した場合には、プレ
ス圧で被覆ガラス層がヒビワレを生じここから基体ガラ
スがにじみ出て表面に部分的なくもりが発生したり部分
的に型部材との融着を生じたり、あるいは冷却過程でガ
ラスブランクと型部材との密着力及び摩擦力が大きくな
りガラスにワレが発生することがある。（ロ）ガラス基体の表面に酸化ケイ素被覆を付与した場
合には、上記（イ）と同様であり、特に酸化ケイ素は型
部材とのなじみがよいために冷却過程でワレが発生しや
すく、また酸化ケイ素は熱膨張係数がガラス基体を構成
する通常の光学ガラスに比べて著しく低いために加熱時
に被覆がヒビワレを生じやすい。（ハ）ガラス基体の表面に炭素被覆を必要以上に厚く付
与した場合には、炭素は還元剤であるためにガラス中の
酸素とも反応してガラス成分を還元し、ガラスを茶色に
着色させる。特に、ガラス基体として鉛含有ガラスを用
いる場合には、該ガラス中のＰｂＯが還元されて、着色
が著しく、透過率が低下する。（ニ）ガラス基体の表面に有機物薄層を配置する場合に
は、該有機物薄層が加熱時に分解し、場合によっては腐
食性のガス（例えば、塩素ガスやフッ素ガス）を発生し
て、プレス成形装置を汚染し型部材を含む装置の耐久性
を損ないやすいという問題がある。また、上記分解は部
分的にランダムに発生するため、表面精度が低下するこ
とがある。

【０００４】上記問題点を解決する手段として、ガラス
基体上に炭化水素被覆が形成されたガラスブランクが提
案されている（特願平２−１８７１４８号明細書）。こ
の提案によれば、炭化水素被覆層は、炭素被覆層に比較
して、同一膜厚では膜中にＣＨ₂ が多量に含まれている
ため、ガラスブランクの透過率をあまり低下させること
がなく、しかも融着及びワレを防止する効果に優れる。

【０００５】しかしながら、上記提案においてもガラス
ブランク中の易反応成分、特にアルカリ金属酸化物と炭
化水素被覆層が反応し、成形品に微小ながら曇りが生ず
るという欠点があった。

【０００６】従って、本発明の目的は、ガラスブランク
と型部材との反応を防止して成形品の着色及びくもりを
著しく防止することに加えて、成形品と型部材との融着
を阻止するとともに、ワレ及び着色を防止することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的を達成するものとして、プレス成形により光学素子を
製造する際に成形用素材として用いられるガラスブラン
クにおいて、該ガラスブランクのガラス基体の表面層は
該ガラス基体の芯部よりアルカリ成分含有量が少なく、
かつ該ガラス基体上に炭化水素被覆層が形成されている
ことを特徴とする光学素子製造用ガラスブランク、並び
にそれを用いた光学素子の製造方法が提供される。

【０００８】以下、本発明をより詳細に説明する。本発
明に用いるガラス基体の材質は、通常、プレス成形の素
材として用いられるガラスであれば特に制限はない。例
えば、フリント系ガラス（ＳＦ，Ｆ）、クラウン系ガラ
ス（ＳＫ，ＢＫ）、ランタンフリント系ガラス（ＬａＳ
Ｆ，ＬａＦ）、ランタンクラウン系ガラス（ＬａＫ）等
がある。ガラス基体は成形後に光学素子として求められ
る所定形状に近い形に研削及び研磨工程で仕上げておく
ことが望ましい。

【０００９】前記の機械加工を行なった後、ガラス基体
の表面にアルカリ成分を減少させた層（以下、脱アルカ
リ層という）を形成する。

【００１０】脱アルカリ層の効果として特開昭６２−２
０７７２８号公報には、ガラスブランクの成形時におい
てアルカリ成分が蒸発し、型や成形品を汚し、また型と
成形品の融着を引き起こすこと等を防止することが開示
されている。しかしながら、本発明においては以下の効
果を付与するために脱アルカリ層を必要としている。即
ち、ガラス内に存在する脱アルカリ層には、型と成形品
の融着防止及び成形品のワレを防止する効果は無いた
め、これとは別に型と成形品の密着力を低下させる層
（本発明における炭化水素被覆層）が必要となる。この
炭化水素被覆層は型汚れあるいは成形品の着色、面転写
性の点でなるべく薄い方が望ましく、本発明ではこの脱
アルカリ層との組合わせにより薄膜化を実現している。

【００１１】脱アルカリ層の厚さは好ましくは１００〜
１０００Åである。１００Åより薄いと成形時に成形品
と炭化水素被覆層が反応し、成形品に着色を生じる。ま
た、それに伴い、型汚れや、レンズのワレ、型と成形品
の付着も生じる。一方、１０００Åより厚いと成形品の
表面にヒビワレを生じる。

【００１２】脱アルカリ層の形成は次の方法により行な
う。ガラスブランクを洗浄用治具にセットし、超音波洗
浄によりブランク表面の清浄化を行なった後連続して酸
浸漬層中に浸漬する。この酸の温度は、形成される脱ア
ルカリ層の厚さを均一に維持するため、２６〜２８℃が
好適である。尚、酸としてはガラス成分中の修飾酸化物
を溶解するものであればよく、例えば、硝酸、塩酸、酢
酸等を用いることができる。酸浸漬後のブランクに付着
した酸を除去するため水洗浄を繰り返し、アルコールで
置換後、溶剤ベーパー槽にて乾燥し、次工程である炭化
水素被覆層の形成に移る。

【００１３】上記炭化水素被覆層は、極く微量の反応ガ
ス層を型部材とガラスブランクとの界面に形成すること
により、型部材とガラスブランクとの密着力を低下さ
せ、融着及びワレを防止するものである。この目的のた
めに、炭化水素被覆層の厚さは、好ましくは通常５〜５
０Åであり、より好ましくは５〜２０Åである。該炭化
水素被覆層の厚さが薄すぎると十分な密着力低下効果が
得られず、また該炭化水素被覆層の厚さが厚すぎると成
形品の着色が著しくなり透過率低下を生ずるだけでなく
面転写性の低下をもたらす。このため、厚さを厚くしす
ぎると、成形後にガラスブランクの表面に残存する炭化
水素被覆層成分及び炭化水素被覆層成分とガラスとの反
応物を、後工程例えばアニール処理工程により、除去す
ることが必要となる。

【００１４】炭化水素被覆層は、炭素被覆層に比較し
て、同一膜厚では膜中にＣＨ₂ が多量に含まれているた
め、ガラスブランクの透過率をあまり低下させることが
なくしかも融着及びワレを防止する効果は極薄層（５〜
５０Å厚）でも十分である。

【００１５】また、炭化水素被覆層を形成する方法は、
炭化水素ガスの高周波放電処理、イオンガン処理あるい
は直流放電処理等の、ガラスブランクに対してつき回り
の良好な方法を用いることができ、且つ上記方法は低コ
ストの処理方法であるという利点がある。

【００１６】

【実施例】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。本実施例は、光学素子が
両凸レンズである例を示す。図１において、２はプレス
成形の素材たるガラス基体である。該ガラス基体として
は、所望の光学的特性のレンズを得るために必要な屈折
率値及び分散値をもつ光学ガラスを用いる。上記ガラス
基体２は目的とするレンズ形状に近似の形状及び寸法に
仕上げられている。ガラス基体２の光学機能面が形成さ
れる表面（上下両面）には脱アルカリ層３及び炭化水素
被覆層４がこの順に付されている。

【００１７】上記脱アルカリ層３としては、例えば３
Ｎ，ＨＮＯ₃ により処理・形成された層を用いることが
できる。該脱アルカリ層３の厚さは好ましくは１００〜
１０００Åである。

【００１８】上記炭化水素被覆層の厚さは、好ましくは
５〜５０Å、より好ましくは５〜２０Åである。該炭化
水素被覆層の厚さは薄すぎると型とガラスブランクの密
着力低減の効果が十分でなく、また厚すぎると成形品の
透過率低下が著しくなり、アニール工程が必要になる。
該炭化水素被覆層４は、プラズマ処理やイオンガン処理
等の簡単な薄膜堆積技術を用いて形成することができ
る。該炭化水素被覆層４における炭素：水素の原子比
は、例えば１０／６〜１０／０．５であり、特に１０／
５〜１０／１が好ましい。

【００１９】図２は上記実施例のガラスブランクの製造
に用いられる薄膜堆積装置の概略構成を示す模式図であ
る。以下、本図を参照しながらブランク製造の例を説明
する。図２において、１２は真空槽であり、１４は該真
空槽に形成されている排気口である。該排気口は不図示
の真空排気源に接続されている。１６は上記真空槽１２
内へガスを導入するためのガス導入口である。該ガス導
入口は不図示のガス源に接続されている。上記真空槽１
２内には、下部に蒸発源１８及びシャッタ２０が配置さ
れており、上部にガラス基体保持のためのドーム状ホル
ダ２２、ガラス基体を加熱するためのヒータ２４及び被
覆厚測定のための水晶膜厚モニタ２６が配置されてい
る。２８は高周波印加用アンテナである。尚、３０は上
記ホルダ２２に保持されているガラス基体である。

【００２０】上記ガラス基体３０（２）の表面に炭化水
素被覆層４を付する際には、上記排気口１４から排気を
行い、真空槽１２内を減圧した後に、ガス導入口１６か
ら炭化水素ガスを例えば５×１０^-2〜５×１０^-4 Ｔｏ
ｒｒとなるまで導入し、高周波印加用アンテナ２８に例
えば１００〜５００Ｗの高周波を印加して、炭化水素プ
ラズマを形成する。真空槽１２内に導入される炭化水素
ガスとしては、例えばメタン、エタン、プロパン、エチ
レン、プロピレン、アセチレンなどが例示できる。炭化
水素被覆層４における炭素：水素の原子比は堆積条件に
よって変化するので、所望の原子比が得られる様に条件
を設定する。

【００２１】次に、以上の様な装置を用いて上記実施例
のガラスブランクを製造した実例を説明する。クラウン
系光学ガラス（ＳＫ１２）を所定の形状に研摩仕上げし
てなるガラス基体３０を酸処理用治具にセットし水洗槽
（１）１００と水洗槽（２）１０２で洗浄後３Ｎ，ＨＮ
Ｏ₃ 酸処理槽１０４で３分間処理し約４００Åの処理層
を形成した後、水洗槽（３）１０６と水洗槽（４）１０
８で洗浄後、アルコール置換槽１１０で水を置換後、ト
リエタンベーパー槽１１２で引上げ乾燥した。その後、
このガラス基体３０をホルダ２２にセットした。ヒータ
２４で３００℃に加熱し、真空槽１２内の真空度が１×
１０^-5Ｔｏｒｒ以下になるまで排気口１４から排気した
後、ガス導入口１６からＡｒガスを５×１０^-4Ｔｏｒｒ
になるまで導入した。そして、高周波印加用アンテナ２
８に３００Ｗの高周波を印加して、高周波放電を行い、
ガラス基体３０のプラズマクリーニングを行った。その
後、ガス導入口１６からＣＨ₄ ガスを１×１０^-3Ｔｏｒ
ｒになるまで導入した。そして、高周波印加用アンテナ
２８に４００Ｗの高周波を印加して高周波放電を行い、
約３０Å厚の炭化水素被覆層４を形成した。尚、上記炭
化水素被覆層４における炭素：水素の原子比は、赤外分
光分析による測定の結果、約１０／２であった。

【００２２】図３は以上の様にして得られたガラスブラ
ンクを用いて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。図３において、３２は真空槽本体であ
り、３４はその蓋である。３６，３８，４０はそれぞれ
レンズをプレス成形するための上型部材、下型部材及び
胴型部材である。４２は型ホルダであり、４４は上型部
材押えである。４６はヒータであり、４８は上記下型部
材を突き上げるための突き上げ棒であり、５０は該突き
上げ棒を作動させるシリンダである。５２は真空排気ポ
ンプであり、５４，５６，５８，６０はバルブであり、
６２は窒素ガス等の非酸化性ガス導入のためのパイプで
あり、６４はリークパイプであり、６６はバルブであ
る。６８は温度センサであり、７０は水冷パイプであ
る。７２は真空槽支持部材である。

【００２３】上記上型部材３６、下型部材３８及び胴型
部材４０としては、例えば、超硬合金、Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，Ｓ
ｉＣ，サイアロン，サーメット，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＺｒＯ
₂ ，Ｃｒ₂ Ｏ₃ 等からなる母材に必要に応じて表面にＳ
ｉ₃ Ｎ₄ ，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＢＮ，ＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｔ
ａＣ，ＷＣ，白金合金等のコーティングを施したものを
用いることができる。

【００２４】次に、以上の様な装置において上記実施例
のガラスブランクを用いてプレス成形した実例を説明す
る。上型部材３６及び下型部材３８としてＳｉ₃ Ｎ₄ 製
のものを用い、これら型部材の光学機能面形成のための
表面を面精度ニュートン３本以内且つ中心線平均表面粗
さ０．０２μｍ以内とした。型内にガラスブランクを配
置し、真空槽内を１×１０^-2Ｔｏｒｒ以下になるまで排
気し、次いで真空槽内に窒素ガスを導入した。５３０℃
まで加熱した後に、シリンダ５０を作動させて１００Ｋ
ｇ／ｃｍ² の圧力で５分間プレスした。その後、２００
℃以下まで徐々に冷却した。そして、真空槽内に空気を
導入し、型を開いて成形品を取出した。

【００２５】以上の様にして１００個のレンズを成形し
た。得られたレンズの機能面を５０００倍の走査型電子
顕微鏡で観察したところ表面欠陥は認められず、両面と
も着色や曇りのないものであった。また、型部材との融
着は全く発生せず、成形品ワレは全く生じなかった。更
に、レンズ両面の表面精度は良好であった。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、ガ
ラス基体の表面に脱アルカリ層を形成し、その上に炭化
水素被覆層を形成することにより、成形品の着色や炭化
水素被覆層成分に起因する成形品の曇りを防ぎ、更に
は、ガラスブランクと型部材との反応を防止するととも
に密着力を低減し、融着及びワレを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】上記実施例のガラスブランクの製造に用いられ
る薄膜堆積装置の概略構成を示す模式図である。

【図３】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。

【図４】脱アルカリ層の形成に用いられる酸処理槽の概
略構成を示す模式図である。

【符合の説明】２：ガラス基体、３：脱アルカリ
層、４：炭化水素被覆層、１２：真空槽、１６：ガス導
入口、１８：蒸発源、２４：ヒータ、２８：高周波印
加用アンテナ、３０：ガラス基体、１０４：酸処理
槽。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−310527（ＪＰ，Ａ) 特開平４−77321（ＪＰ，Ａ) 特開平４−6112（ＪＰ，Ａ) 特開平３−242332（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−274634（ＪＰ，Ａ) 特開平４−77322（ＪＰ，Ａ) 特開平１−264937（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−207728（ＪＰ，Ａ) 特公平２−1780（ＪＰ，Ｂ２) 特公平２−1779（ＪＰ，Ｂ２) 特公平２−1778（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭61−29890（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プレス成形により光学素子を製造する際
に成形用素材として用いられるガラスブランクにおい
て、該ガラスブランクのガラス基体の表面層は該ガラス
基体の芯部よりアルカリ成分含有量が少なく、かつ該ガ
ラス基体上に炭化水素被覆層が形成されていることを特
徴とする光学素子製造用ガラスブランク。
【請求項２】上記炭化水素被覆層の厚さが５〜５０Å
である、請求項１記載の光学素子製造用ガラスブラン
ク。
【請求項３】上記表面層の厚さが１００〜１０００Å
である、請求項１記載の光学素子製造用ガラスブラン
ク。
【請求項４】請求項１記載の光学素子製造用ガラスブ
ランクを用いてプレス成形を行なうことを特徴とする光
学素子の製造方法。