JP5049858B2 - 精密プレス成形用プリフォームの製造方法、光学素子の製造方法 - Google Patents

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。

光学ガラス製のプリフォームを加熱し、プレス成形して型の成形面の形状をガラスに精密に転写し、非球面レンズなどの光学素子を生産する方法として精密プレス成形法（モールドプレス法ともいう。）が知られている。レンズなどの光学素子は、回転対称形状を有するため、プリフォームの形状も回転対称形状とし、対称軸方向からプリフォームをプレスしてプレス成形型内にガラスを均等に押し広げる。特許文献１、２には、このようなプリフォームと精密プレス成形法による光学素子の製造方法の一例が記載されている。

近年、凹メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズなどの少なくとも一方の光学機能面が凹形状のレンズの需要が高まっている。特許文献３および４は、こうした一方または両方の光学機能面が凹形状のレンズの製造方法について開示する。特許文献３には、第１の型部材と第２の型部材とからなる１対の成形型を用いて、加熱下でガラスをプレス成形することによりメニスカス状の光学素子を製造する方法が記載されている。この方法は、光学素子成形用ガラス素材として、平面部を鏡面とした円柱状ガラスを、１０³ Ｐａ以下の雰囲気で、前記ガラスの屈伏点以上の温度に加熱し、自重変形により、片面が凸形状、他面が凹形状になるように、熱変形させたものを用いることを特徴とする。特許文献４には、互いに対向する第１の型と第２の型とからなる一対の成形用型を用いて、ガラス素材を加熱下でプレス成形する光学素子の成形法が記載され、前記ガラス素材は、直径の異なる円柱状のガラス素材を２ヶ以上、前記両型の間で、重ねられて、プレス成形されることを特徴とする。
特開２００７−９９５２９号公報 特開２００３−４０６３２号公報 特開平９−２９５８１７号公報 特開平９−２４９４２４号公報

凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズなどの少なくとも一方の光学機能面が凹形状のレンズの需要が高まっていることは、前述のとおりである。

こうしたレンズを精密プレス成形するには、被プレス面の少なくとも一方が凹面であるプリフォームの使用が好ましい。この凹面を凸形状の成形面をもつプレス成形型でプレスして上記レンズを成形する。

しかし、こうした形状のプリフォームを研磨で作るとなると手間がかかるとともにコストも高くつくことになる。研磨フリーでこうしたプリフォームを作ろうとすると軟化状態のガラスをプレスしてプリフォームに成形するなどの方法が考えられるが、このような方法は生産設備にプレス成形機能を導入する必要があり、生産設備のメンテナンス、コストアップなど負担が大きくならざるを得ない。

プレス成形なしで熔融ガラスから前記形状のプリフォームを直接成形することができれば、生産性の向上、生産コストの低減などの観点から好ましい。

凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズなどのレンズは、両凸レンズや平凸レンズと比較して、レンズ全体の体積中、光軸付近よりも光軸から離れた部分（レンズの周辺部分）の占める体積の割合が高い。つまり、こうしたレンズを成形する際、成形型内の空間は型の中心軸（成形されるレンズの光軸と一致する。）付近で狭く、軸から離れるにつれて広くなる。この空間内にガラスを押し広げようとすると、ガラスが成形面に沿って広がらず、側面方向に逃げてしまう。その結果、成形面全域にガラスが十分行き渡らず、光学機能面全域にわたり高い面精度を有するレンズが得られない。こうした傾向は、凹状の光学機能面の周辺部で特に顕著になる。

こうしたレンズを面精度よく成形するためには、レンズ形状に近似する形状にプリフォームを加工し、精密プレス成形すればよいが、こうした形状への加工は球形状への加工などと異なり、非常に手間とコストがかかり、精密プレス成形法のもつメリットを十分活かせないという問題がある。

他の方法として、中心肉厚の大きいプリフォームを使用する方法が考えられる。この方法は、精密プレス成形時のガラス変形量を積極的に大きくすることにより、成形面全域にガラスを行き渡らせ、それにより、成形面全域をガラスに転写する方法である。しかし、この方法では、レンズの体積に比べてプリフォームの体積を大幅に大きくしなければならず、成形面の外側にはみ出すガラス（余肉という。）も多くせざるを得ない。こうした余肉が多い成形品を冷却すると、ヒケと呼ばれる現象によって余肉部分の体積収縮が大きくなり、光学機能面の余肉に近い部分が変形し、レンズの面精度が低下してしまう。

さらに、余肉部分が大きいと、プレス成形品を収容するため、プレス成形型を構成するスリーブ型の内径を大きくせざるを得ず、プレス成形型全体も大きくせざるを得なくなる。しかし、プレス成形型を大きくすると型の均熱性が低下し、レンズの面精度を十分高められない。また、プレス成形型はＳｉＣや超硬材など高価な材料から作られるため、型の大型化は型材費用の増加につながる。また、型を大型化することにより加工費もアップしてしまう。

さらに、余肉が多いと芯取り加工に要する時間が増加し、生産コストを押し上げることになってしまう。さらに、精密プレス成形法の特長の一つであるガラスの利用率を高める観点からも、余肉の多い成形は好ましいとはいえない。

また、レンズ体積に比べてプリフォーム体積を大幅に大きくしなければならないので、プリフォームの加熱や精密プレス成形品の冷却に要する時間を長くしなければならず、スループットが低下してしまう、という問題も生じる。

こうした事情に照らして前記特許文献３及び４に記載の方法を検討すると、特許文献３に記載の方法は、加熱による自由変形を利用する方法であるため、直径に対して肉厚を大きく取れない。従って、特許文献３に記載の方法は、上記第２の方法に適さない。また、自由変形を利用する方法であるため、レンズ形状に極めて近似した形状のガラス素材を作ることも難しいため、第１の方法にも適さない。

特許文献４に記載の方法では、重ね合わせるガラスの枚数が多いと研磨時の手間やコストが増加し、反対に少ない場合には精密プレス成形のときの余肉が増えてレンズの面精度が低下したり、芯取り時の手間とコストが増加する。

精密プレス成形時に成形型によって加圧される面の形状を精密に加工することなしに、光学素子の体積に比べてプリフォーム体積を大幅に大きくすることなく、所定の面精度を有する光学素子、特にメニスカスレンズや両凹レンズなど凹状の光学機能面を備える光学素子を効率よく生産する新たな技術が必要とされているが、そのような技術が存在しないのが現状である。

上記各問題を解決するには、
（１）熔融ガラスから直接プリフォームを成形する
（２）上記成形工程でガラスをプレス成形することなく、成形型上でガラスを冷却する過程で凹面または平面を有するプリフォームを成形する
（３）レンズ体積に比べてプリフォーム体積を大幅に大きくすることなく、面精度の優れたレンズを効率的に成形する
必要がある。

本発明は、こうした要求に応えるために、プレス成形することなく、比較的容易に精密プレス成形に適した凹面または平面を備えたプリフォームを熔融ガラスから直接製造する精密プレス成形用プリフォームの製造方法ならびに前記方法により作製したプリフォームから精密プレス成形により光学素子を製造する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は以下のとおりである。
[１]
成形型の成形面上で風圧により熔融ガラス塊を浮上させてプリフォームを成形する精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記成形型は、凸状または平面状であって、ガス噴出口を有する成形面を有し、さらにガラス塊側方を規制する規制側面を有し、かつ
前記熔融ガラス塊は、前記ガス噴出口からの、噴出量が前記成形面の中央部よりも周辺部において多くなるように調整された、噴出ガスによる風圧により浮上させて、成形面と対向する熔融ガラス塊の面は成形面の転写形状である凹状または平面状に成形され、熔融ガラス塊の側面は、前記成形型の規制側面に対応した側面に成形され、かつ熔融ガラス塊の上面は成形雰囲気に開放された状態を維持することで、熔融ガラス塊をプレスすることなく、被プレス面の一方が凹状または平面状である対向する２つの被プレス面と側面とを有するプリフォームを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]
前記成形面の中央部と周辺部でのガス噴出量を調整は、前記成形面を多孔質体の表面で構成し、かつ該多孔質体を通してガスを噴出させる構造の成形型であって、成形面中央部における多孔質体の厚みを周辺部における厚みより薄くし、かつ前記中央部の裏面の気孔の一部または全部を塞いだ成形型を用いることで行う、［１］に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
[３]
前記ガラス塊の側面の成形は、ガラス塊の側方を成形型の規制側面に直接接触させ、かつ前記成形面から噴出するガスを、前記規制面を構成する部材の下方の末端と成形面の隙間から成形型の外へ排気しながら実施する、［１］または［２］に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
[４]
前記ガラス塊の側面の成形は、ガラス塊の側方を成形型の規制側面に直接接触させ、かつ前記成形面から噴出するガスを、前記規制面に設けた溝を介して成形型の外へ排気しながら実施する、［１］または［２］に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
[５]
前記規制面の形状が円筒形状または裁頭円錐の側面形状である成形型を用い、側面形状が円筒形状または裁頭円錐の側面形状であるプリフォームを成形する、［３］または［４］に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
[６]
［１］〜［５］のいずれかに記載の方法により精密プレス成形用プリフォームを作製し、作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形する光学素子の製造方法。
[７]
精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入し、前記プリフォームとプレス成形型とを一緒に加熱する［６］に記載の光学素子の製造方法。
[８]
予熱した精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入し、精密プレス成形する［６］に記載の光学素子の製造方法。
[９]
メニスカスレンズまたは両凹レンズを精密プレス成形により作製する［６］〜［８］のいずれかに記載の光学素子の製造方法。

本発明によれば、比較的容易に精密プレス成形に適した凹面または平面を備えたプリフォームを熔融ガラスから直接製造する精密プレス成形用プリフォームの製造方法ならびに前記方法により作製したプリフォームから精密プレス成形により光学素子を製造する方法を提供することができる。

本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法は、成形型の成形面上で風圧により熔融ガラス塊を浮上させてプリフォームを成形することを含むものである。そして、本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法は、以下の特徴を有する。
(1) 前記成形型は、凸状または平面状であって、ガス噴出口を有する成形面を有し、さらにガラス塊側方を規制する規制側面を有する。
(2) 前記熔融ガラス塊は、前記ガス噴出口からの、噴出量が前記成形面の中央部よりも周辺部において多くなるように調整された、噴出ガスによる風圧により浮上させて、成形面と対向する熔融ガラス塊の面は成形面の転写形状である凹状または平面状に成形され、熔融ガラス塊の側面は、前記成形型の規制側面に対応した側面に成形され、かつ熔融ガラス塊の上面は非接触を状態を維持することで、被プレス面の一方が凹状または平面状である対向する２つの被プレス面と側面とを有するプリフォームを成形する。

一般に、熔融ガラス塊を冷却する過程で精密プレス成形用プリフォームに成形する場合、成形型の温度が高すぎると高温のガラスと接触すると融着がおきる。そのため、成形型の温度は高温のガラスと接触しても融着がおきない温度域に保たれる。しかし、融着がおきない温度域に保たれた成形型に高温のガラスが接触すると、接触部位でガラスが局所的に急冷されてプリフォーム表面にシワができてしまい、精密プレス成形に適さないものになってしまう。そこで、高温のガラス塊に風圧を加えて成形型上で浮上させ、上記接触を回避して表面が滑らかなプリフォームを成形する。

こうした成形方法では、ガラス塊に風圧を加えるためのガスがガラス表面と成形型の間に介在して薄いガスの層を形成する。前記ガスの層は成形型の成形面に沿って形成されるため、成形面の形状がガス層を介してガラス表面に転写される。したがって、成形面と対向するガラス表面の形状は、成形面の形状を適宜設定することで制御することができる。成形面に対向しないガラス表面は、成形型と非接触の状態を維持され、成形雰囲気に開放された状態を維持される。その結果、ガラス表面の形状は、ガラスに働く重力、ガラス表面の表面張力などによって決まる凸状の曲面となる。成形面に対向しないガラス表面の形状を自由に操作するには、一般に、例えば、ガラス表面近傍を負圧にする、ガスを吹き付けて風圧により窪みを形成するなどの操作を要する。

本発明では、成形型上のガラス塊上面、すなわち、成形雰囲気に開放されている面ではなく、ガラス塊下面、すなわち、成形面に対向する面の形状を、成形型の成形面を凸面または平面にすることにより、凹面または平面に成形して、被プレス面が凹面または平面のプリフォームを成形する。

しかし、このような形状のプリフォームを成形する場合、ガラス塊下面を凸面に成形する場合と異なり、成形面の中央部（支持面が凸面の場合は支持面の頂部に相当する）に噴出ガスが閉じ込められ易い。噴出ガスが閉じ込められると、ガラス塊下面と成形面の間に均一な厚みのガスクッション形成が困難になり、ガラス塊下面の中央が過剰に窪んでしまう、あるいは、プリフォームの軸対称性が低下してしまうなどの問題が起きることもある。

また、本発明では、成形型上でガラス塊の側面を規制して側面を有するプリフォームを成形する。そのため、成形面から噴出したガスがガラス塊側面に沿って成形型の外に抜けにくくなる。その結果、何の工夫もしなければ、ガラス塊下面中央部と成形面の間にはさらにガスが溜まりやすくなり、上記問題が深刻になる。

そこで、本発明では、成形面からのガス噴出量を、前記成形面の中央部よりも周辺部における多くなるように調整する。これにより、中央部にガスが溜まりにくくなり、かつガラス塊下面を意図した形状、すなわち、凹面または平面に容易に成形することが可能になる。

上記中央部のガス噴出量を少なくしても、本発明者らが検討した結果では、成形面が凸面または平面の場合にはガラス塊下面中央部と成形面の間にガス層がなくなり、ガラスと成形面とが長時間にわたり接触することはなかった。

成形面の中央部よりも周辺部におけるガス噴出量を多くするとは、成形面上にガラス塊がない状態で単位面積あたりに換算したとき単位時間当たりのガス噴出量が成形面中央部より成形面周辺部のほうが大きくなるようにすることを意味する。ここで単位面積あたりに換算したとき単位時間当たりのガス噴出量とは定量的に厳密な意義をもつものではなく、定性的にガス噴出量の多少を規定するものであって、成形面中央部とガラス塊下面の間に、プリフォーム形状を所望形状から悪化させるガス溜まりができない程度にガス噴出量の多少を規定するものである。

成形面の中央部を、成形面の中心から成形面の全面積の50%に相当する範囲の面と定義し、かつ成形面の周辺部を、成形面の周縁から成形面の全面積の50%に相当する範囲の面と定義した場合に、成形面の中央部におけるガス噴出量と成形面の周辺部におけるガス噴出量の違いは、例えば、成形面の周辺部におけるガス噴出量を100としたとき、成形面が凸面の場合には、成形面の中央部におけるガス噴出量は0〜90、好ましくは5〜70、より好ましくは10〜50の範囲であり、また成形面が平面の場合には、成形面の中央部におけるガス噴出量は0〜90、好ましくは5〜70、より好ましくは10〜50の範囲である。尚、ここでのガス噴出量とは、上記のように成形面上にガラス塊がない状態で単位面積あたりに換算したとき単位時間当たりのガス噴出量である。

成形面の中央部よりも周辺部におけるガス噴出量を多くするには、例えば、成形面が中実材料に孔を開けたものである場合、中央部よりも周辺部のガス噴出口の数密度を大きくしたり、中央部のガス噴出圧力を周辺部のガス噴出圧力より小さくしたり、中央部のガス噴出口の開口面積を周辺部のガス噴出口の開口面積より小さくしたり、中央部からガスを噴出せず、周辺部のみからガスを噴出する等の方法を用いることができる。

具体的には、成形面に複数の微細なガス噴出孔を開けて前記孔からガスを噴出し、前記孔の分布密度を前述のように中央部より周辺部で大きくなるようにしたり、中央部のガス噴出孔にガスを供給するガス供給路と周辺部のガス噴出孔にガスを供給するガス供給路を分け、周辺部のガス噴出孔に供給するガスの圧力を中央部に比べて大きくしたり、中央部にはガス噴出孔を設けないなどの例を示すことができる。

あるいは成形面を多孔質体で構成し、成形面の裏面の背圧を高めて多孔質体中の微細な空間（気孔）にガスを通して表面から噴出させる。中心部の気孔率を周辺部の気孔率より小さくする、中心部の気孔を塞ぐなどして中心部よりも周辺部のガス噴出量が大きくなるようにすることもできる。

多孔質体は、中実材料に孔を開けるのと異なり、表面に微細かつ多数のガス噴出口を均一に分布させることができるため、低粘性のガラス塊でもガラスがガス噴出口に進入しにくく、またガラス塊下面と成形面との間に均一な厚みのガスクッションを形成しやすい。したがって、成形面を多孔質体で構成した成形型を用いることが、より平滑かつ形状精度のより優れたプリフォームを成形する上から好ましい。

本発明では、凸状または平面状の形状を有し、かつガス噴出口を有する成形面、さらには、ガラス塊側方を規制する規制側面を有する成形型を用いることで、ガラス塊の側方が規制されて、２つの被プレス面の周囲を囲む側面が成形される。熔融ガラスからプリフォームを直接成形する過程でガラスをプレス成形しない通常の方法で作られるプリフォームは、一般に、２つの被プレス面が外周で直接接続する偏平球状(マーブル形状)をしたものに限られる。これまでに知られている上記方法で作製されたプリフォームは、２つの被プレス面の外周を取り囲む側面を有するものはない。

本発明では、ガラス塊側方を規制して２つの被プレス面の周囲を囲む側面を成形する。本発明で得られる２つの被プレス面の外周を取り囲む側面を有するプリフォームは、体積分布がプリフォームの中心軸付近でより大きくなる。そのため、前述のように精密プレス成形時にプリフォームをプレスするストロークを大きくしても、上下型の成形面からはみ出すガラス（余肉）の量を少なくすることができる。その結果、冷却時の余肉部のヒケ量を減少させることができ、余肉部のヒケによるレンズの面精度低下を防止することができる。また、限られた量のガラスを有効にレンズなどの光学素子に使用することもできる。さらに、レンズの余肉部のガラスは芯取り加工により除去され、最終製品に利用されることはないので、余肉部を減らすことはガラスの利用率を高めることにもなる。また、芯取り加工の時間も短縮することができる。

本発明の好ましい態様は、前記成形面を多孔質体の表面で構成し、該多孔質体を通してガスを噴出するとともに、成形面中央部における多孔質体の厚みを周辺部における厚みより薄くし、前記中央部の裏面の気孔を一部または全部塞いで成形面のガス噴出量を調整するプリフォームの製造方法である。この方法では、成形面の中央部と周辺部でのガス噴出量は、成形型の構造によって調整される。用いる成形型は、成形面を多孔質体の表面で構成し、かつ該多孔質体を通してガスを噴出させる構造の成形型であって、成形面中央部における多孔質体の厚みを周辺部における厚みより薄くし、かつ前記中央部の裏面の気孔の一部または全部を塞いだ成形型である。成形型の例を図1に示す。

図１は、本発明の成形型の平面図(上図)および平面図(上図)のA-O-Bの垂直断面図(下図)である。尚、図中の白抜きの矢印は、ガスの流れを示す。

成形型の本体１の上部にはガラス塊Ａを収容する凹部２があり、凹部２は、底部は多孔質体３で構成され、多孔質体３の孔がガス噴出口となる。底部３−１の中央部がガラス塊Ａの下面を成形する成形面である。凹部２は、筒状の側壁部４を備え、側壁部４は、底部３−１の成形面上方の空間の周囲を囲む。

こうした構造の成形型では、ガラス塊の量を所定量以上とすれば、ガラス塊側面を全周にわたって側壁部内周面と直接接触し、精密に規制することができる。すなわち、ガスクッションを介してガラス塊側面を規制するのとは異なり、ガラス塊の外径を精度よく成形することができる。

側壁部内周面を前述のように円筒形状もしくは裁頭円錐の側面形状など上開き形状にすることで、成形後にガラスを上方に持ち上げて側壁部から円滑に抜き取りやすくすることができる。例えば、側壁部は、ステンレス製とすることができ、表面にメッキを施したものであることが好ましい。特に、側壁部内周面にクロムメッキ等のメッキを施すことで、高温のガラスとの融着を防ぐことができ、好ましい。さらに、こうしたメッキは融着を防止だけでなく、成形したガラスをスムーズに取り出す上からも有効である。尚、本体1もステンレス製とすることができる。

多孔質体３の下部には空洞５が設けることができ、空洞５には図示しないガス供給路から高圧ガスが供給される構造とすることができる。多孔質体３の下面３−２は上記空洞５に接しており、側面３−３および上面の周辺部３−４は、多孔質体３および側壁部４を保持する本体１に密接に当接されている。

本態様においては、多孔質体３により構成した成形面の中央部の気孔を塞ぐ、たとえば目止めすると、目止めがガラス塊下面に転写され、プリフォームの表面平滑性が低下する。上記態様では、成形面の表面性状を中央部と周辺部で同じにし、ガラス塊下面が成形面に接触してもプリフォームの表面平滑性が低下しないよう配慮がなされている。ガス噴出量の調整は成形面中央部の裏面の気孔を一部または全部塞ぐことにより中央部よりも周辺部のガス噴出量を大きくする。成形面周辺部の裏面の気孔は塞がずに中央部よりも多くのガスを周辺部から噴出させる。

多孔質体の表面を出す加工（気孔を潰さずに所要の表面形状に加工）は、放電加工で行われる。一方、多孔質体の表面の「目を潰す」加工は、機械加工にて行う。しかし、多孔質材の粒のレベルまでは旋盤で旋削できないため（もし出来ると粒の形は「雷おこし」のようにきれいな切断面となり気孔がのこる）、粒が潰れて粒と粒の間の気孔部分が埋まって潰された状態となり、その結果、表面が緻密な金属の様な平滑面になり「目潰し」となる。旋削加工以外に「目を潰す」方法としては、多孔質体表面を強圧する方法などがある。しかし、旋削加工、切削加工がより好ましい。

多孔質体の裏面に背圧を加えると、ガスは多孔質体の裏面から成形面に向かって一直線に流れるだけでなく、裏面から成形面に向かって広がりながら流れると考えられる。したがって、成形面中央部の裏面の気孔を塞いだだけでは成形面周辺部の裏面から多孔質体内に流れ込んだガスが回り込んで成形面中央部から噴出することがある。特に多孔質体の厚みが大きいと多孔質体内におけるガスの回り込みが大きく、成形面中央部のガス噴出量を選択的に意図したレベル、すなわち、プリフォームの形状精度を低下させるようなガス溜まりが成形面中央部とガラス塊下面の間にできないレベルにまで減少させにくくなる。特に多孔質体の厚みの増加に伴い、上記ガスの回り込みが大きくなる。ガスの回り込みを低減するには多孔質体を薄くすればよいが機械的強度が低下してしまう。そこで、上記態様では、多孔質体の中央部の厚みを薄くして、成形面中央部へのガスの回り込みを抑える。多孔質体の裏面側に加えるガス圧力を一律にする場合、成形面中央部からのガス噴出量を周辺部の噴出量に対してどの程度少なくするかは、成形面中央部の裏面の気孔をどの程度塞ぐか、多孔質体の周辺部の厚さに対し、多孔質体の中央部の厚さをどの程度薄くするかによって制御すればよく、各ケースにおいて実際に上記各条件を変更、調整しながらプリフォームの形状、表面の平滑性を評価して、形状、平滑性とも問題のない条件を定めて、その条件で生産を行えばよい。

なお、多孔質体の成形面の形状は目的とするプリフォームの形状により定まり、ガス噴出量を制御する上から、成形面の形状を決める自由度がない。したがって、成形面の裏面の中央部を周辺部に対して窪ませることにより、ガス噴出量の分布を調整すればよい。

このようにして多孔質体から噴出するガスによりガラス塊に上向きの風圧が加わり、ガラス塊が浮上して、多孔質体と非接触の状態で成形される。高温のガラス塊が成形型に直接接触すると、型との接触部分が局部的に急冷されてガラス表面にシワが生じる。上記のようにガラス塊を浮上させて高温のガラスが型に実質的に接触しないようにすれば、シワのない滑らかな表面のプリフォームを成形することができる。ガラス塊の下面は多孔質体の成形面と継続的に接触することはないが、上記ガスクッションが均一な厚みになるように、噴出ガスの流量等を調整すれば、成形面の形状がガラス塊下面に転写成形される。したがって、目的とするガラス塊の下面形状の反転形状に成形面を加工することで、所望形状である凹面または平面の下面を有するガラスを成形することができる。

本発明の好ましい態様は、側方からガラス塊に成形型の規制面を直接接触させて該ガラス塊の側面を成形するとともに、前記規制面を構成する部材と成形面の間から該成形面から噴出するガスを成形型の外へ排気するプリフォームの製造方法である。

本発明では、成形型のガラス塊を収容する凹部は上方に開口している。側面を有するプリフォームを成形しようとすると、ガラス塊側面を成形型によって規制することになるが、側面が下面に対して切り立った形状だと、成形面から噴出したガスが成形面とガラス塊下面の間から側面を規制する規制面とガラス塊側面の間に回り込みにくくなり、ガスが成形面とガラス塊下面の間に溜まってしまう。その結果、所望形状のプリフォーム成形が困難になる。そこで上記態様では、前記ガスを規制面と成形面の間から成形型の外へ排気することにより、プリフォームの形状を悪化させるガス溜まりを防止することが好ましい。本態様では、規制面とは別に成形面から噴出するガスを成形型の外へ排気するガス排気路を成形型に設け、規制面と成形面の間に前記ガス排気路を接続して、ガスの排気を円滑に行う。その結果、ガラス塊側面が規制面と直接接触してもガス溜まりは生じなくなり、プリフォームの側面を精度よく成形することができる。

図１に示す成形型において、側壁部４は、凹部２の側面との間の少なくとも一部に隙間７を有する。側壁部４の内側がガラス塊Ａを収容し、成形するスペースとなる。側壁部４の内周面４−１は、例えば、円筒形状または裁頭円錐の側面形状（上方に行くにつれて内径が増加、すなわち上開き形状）とすることができる。また、側壁部４の外周面と本体１の間には、下図では図示しないスペーサにより隙間７を有する。図１の態様では、上図から分かるように、側壁部４は外周面に、セレーションを有し、このセレーションにより成形される上下方向の貫通路が隙間７を形成する。

凹部２の底部３−１は、側壁部４の下方の末端との間の少なくとも一部に隙間６を有する。図１の下図（A-0-B断面）では、描かれている底部３−１と側壁部４との間には、両方とも隙間６が存在するが、A-B断面以外の部分には、底部３−１と側壁部４の下方の末端との間にスペーサ（例えば、側壁部４の下末端から延びる突起部）が設けられ、スペーサと底部３−１との間に隙間がなく直接接触している。但し、凹部２（本体１）の内面を裁頭円錐の側面形状とし、側壁部４の外面も凹部２の内面に対応する裁頭円錐の側面形状とすれば、前記スペーサがなくても、隙間６を設けた状態で、側壁部４を凹部２（本体１）の内部に保持することもできる。

上記ガスクッションの厚みを均一に近づける上からは、隙間６を全周にわたり均等に配置することが望ましく、隙間７も全周にわたり均等に配置することが望ましい。図示しない多孔質体と側壁部の間のスペーサ、本体１と側壁部の間のスペーサは、全周に沿って等間隔に配置することがガスの排出を軸対称にし、ガスクッションの厚さを均等に近づける上から好ましい。

側壁部４と凹部２の側面との間の隙間７および凹部底部と側壁部の一方の末端との間の隙間６は、多孔質体３の上面（凹部底部３−１）が有するガス噴出口より噴出する噴出ガスを凹部外へ導くガス排出路として機能する。

空洞５に高圧ガスを供給すると底部（成形面）３−１より前記ガスが噴出するが、この状態で底部（成形面）３−１上の側壁部４で囲まれた空間に軟化状態のガラス塊を供給すると、ガラス塊は自重により変形し、ガラス塊Ａの側面が側壁部内周面に密着し、多孔質体から噴出するガスは、底部３−１の成形面とガラス塊Ａの間にガスクッションを形成しつつ、隙間６から隙間７を通って凹部２の外へ排出する。このように隙間６、７は多孔質体から噴出したガスの排出路として機能する。

別の好ましい態様は、側方からガラス塊に成形型の規制面を直接接触させて該ガラス塊の側面を成形するとともに、前記規制面と成形面の間から該成形面から噴出するガスを成形型の外へ排気するプリフォームの製造方法である。

上記態様において、規制面に下方から上方に向けて延びる溝、好ましくは間隔をもって下方から上方に延びる複数の溝を設ける。成形型に熔融ガラス塊を供給すると、前記溝にガラスが進入しようとする。また、成形面から噴出するガスはガラス塊下面と成形面の間を通ってガラス塊側面と規制面の間を通って上昇し、成形型の開口部から出て行こうとする。溝にガラスが進入しようとする力、ガラス表面の表面張力、ガラス塊側面と規制面の間をガスが抜けようとする力がバランスして、規制面の溝底部にまでガラスは進入せず、その隙間を噴出ガスが流れて成形型外へと抜け出る。こうすることにより、ガスの流れは安定し、規制面に直接接触して規制される部分と溝底部を流れるガスの圧力とにより規制される部分によりガラス塊の側面が規制され、プリフォームの側面が成形される。

図２は、本発明の上記態様に用いられる成形型の垂直断面図である。図３は、この成形型にガラス塊Ａを収容した状態を示す。尚、図中の白抜きの矢印は、ガスの流れを示す。

成形型の本体１0の上部にはガラス塊Ａを収容する凹部11があり、凹部11は、底部が多孔質体12で構成され、多孔質体12の孔がガス噴出口となる。底部12-1がガラス塊Ａの下面を成形する成形面である。凹部11の内壁には、セレーション13が設けられ、このセレーションの上下方向の溝がガス排出路として機能する。多孔質体12の下部の構造は、図１の成形型と同様に、多孔質体12により構成した成形面の中央部の気孔を塞ぐ加工が施される。

この構造の成形型では、ガラス塊の量を所定量以上とすれば、図３に示すように、ガラス塊側面を全周にわたって側壁部内周面と直接接触し、精密に規制することができる。すなわち、ガスクッションを介してガラス塊側面を規制するのとは異なり、ガラス塊の外径を精度よく成形することができる。

凹部11のセレーションを設けた前記規制面の形状は、円筒形状または裁頭円錐の側面形状として、側面形状が円筒形状または裁頭円錐の側面形状であるプリフォームを成形することが好ましい。

プリフォームを上記形状に成形することにより精密プレス成形品の余肉を少なくすることができ、前述の効果をより高めることができる。また、側面形状を円筒形状または裁頭円錐の側面形状とすることにより、成形型からプリフォームを取り出しやすくすることができる。プリフォームの取り出しは上面を吸引し、真上に持ち上げて取り出すことが好ましい。そのとき、側面が前記形状だと取り出し時にプリフォームを傷つけにくい。

（１）熔融ガラス塊の供給
本発明の製造方法では、成形面上の側壁部で囲まれた空間（成形スペース）に熔融ガラス塊を供給する。例えば、公知の方法により熔解、清澄、均質化された熔融ガラスをパイプから一定流量で流出して熔融ガラス流の下端を上記成形型の成形面で受ける。このとき、成形面からガスを噴出してガスクッションを介して熔融ガラスを受けてもよいし、成形面に直接受けてもよい。この状態で熔融ガラス流には表面張力によるくびれが生じる。次に成形型を下方に急降下させて表面張力によって前記くびれで熔融ガラスを分離する。こうしてくびれより下の熔融ガラスが成形型の凹部に供給される。成形型の代わりに熔融ガラス流の下端を受ける受け具を用い、所定のタイミングで受け具を急降下して熔融ガラス塊を分離し、得られた熔融ガラス塊を成形型の凹部に供給してもよい。

（２）浮上成形
凹部に供給された熔融ガラス塊の粘度は低く、成形型の成形空間内に広がる。凹部の底部からはガスが噴出しているので、前述のようにガラス塊は浮上状態になり、成形面とガラスの間にガスクッションが形成される。しかし、噴出ガスはガス排出路から優先的に排出されるため、ガラスと成形型の内周面の間にはガスクッションは実質的に形成されず、ガラス側面と成形型の内周面とが直接接触する。こうして熔融ガラス塊は、底面は成形面の形状を転写した形状を有し、かつ側面を有するプリフォームに成形される。プリフォームに成形される側面の形状は、内周面の形状を選択することで適宜選択でき、側面の高さは、成形型が同一の場合、供給される熔融ガラス塊の量に応じて、増減する。

ガラス塊の上面は、形状をコントロールするための特段の操作をしないので、ガラスに働く重力と表面張力などによって、凸状の曲面に成形される。こうした形状以外にガラス塊の上面を成形したい場合は、例えば、ガラス上面を非接触で吸引して、ガラス上面の中央に負圧を与えて前記中央を盛り上げること、ガスを前記上面にガスを吹き付けて窪ませることなどの操作を行うことができる。

熔融ガラスの成形型への供給工程における流出時の熔融ガラスの粘度は、例えば、３．８〜４．５ｄＰａ・ｓの範囲であることができ、成形型の凹部に供給される熔融ガラス塊の粘度は９〜６０ｄＰａ・ｓの範囲であることができる。また、浮上成形時のガラス塊の粘度は６０〜１０³ｄＰａ・ｓの範囲であることができる。

ガス噴出量の増加減少量については、実際に成形を行い、噴出量を変化させてガラス塊下面に多孔質体表面の微細な凹凸がガラスに転写されず（プリフォーム表面が滑らかになるよう）、高温のガラス塊と型の接触によるシワが表面にできないように前記増加減少量を調整する。

このようにして側面が円筒形状または裁頭円錐の側面形状であって、対向する２つの端面の一方が平面または凹面のプリフォームを成形することができる。したがって、前記成形面の形状を適宜選択することにより、両端面がともに凹曲面または平面のいずれかのプリフォーム、あるいは、一方の端面が凸曲面で他方の端面が凹曲面、一方の端面が凸曲面で他方の端面が平面、一方の端面が平面で他方の端面が凹曲面、のいずれかのプリフォームを成形することができる。

成形型からプリフォームを取り出すときは、プリフォーム上面を吸引具で吸引して保持し、真上に持ち上げて成形型から取り出し、徐冷する。なお、必要に応じてプリフォーム表面の一部または全部を研磨してもよい。

［精密プレス成形用プリフォーム］
次に本発明の方法で製造されるプリフォームの具体例について説明する。
上記プリフォームの一例は、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する２つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える、ガラス製の精密プレス成形用プリフォームである。さらに、本発明のプリフォームの前記２つの端面は、被プレス面であり、かつ少なくとも一方の端面は、平面または凹面であり、前記側面は熔融状態のガラスを固化して得られた面からなる。さらに、このプリフォームは、前記回転対称軸に一致する軸を有し、かつ前記プリフォームに外接する仮想的な円柱を想定したときに、当該円柱の高さｈに対する直径φの比（φ／ｈ）が１以上かつ３以下である。さらに、前記円柱の容積V₀に対する前記プリフォームの体積Vの比（Ｖ／V₀）が６８％以上である。

上記プリフォームは、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える。

レンズのように光学機能面の形状が極めて高い回転対称性を有する光学素子を成形するには、回転対称軸を有するプリフォームを用いることが適切である。回転対称軸のまわりに任意の角度だけ回転する操作に対し、回転前後のプリフォームの輪郭を重ね合わせることができる。ただし、この回転対称性は、幾何学的に厳密である必要はなく、精密プレス成形によって所望の光学素子を作製できる程度であればよい。

このプリフォームの典型的な形状は、円筒形であるが、純粋に円筒形であるものもみならず、2つの端面の一方または両方が凸面であることができる。さらに、側面が、回転対称軸と並行である場合と非並行である場合のいずれであることもできる。

精密プレス成形によってガラスを均等に押し広げ、偏肉の少ない光学素子を得るには、回転対称軸の方向を向く面、すなわち、端面を精密プレス成形時の被プレス面とする。端面は凸面または凹面とすることができる。例えば、２つの端面とも凸面としたり、２つの端面と凹面としたり、２つの端面のうち、一方を凸面、他方を凹面とする。端面を凸面とするか凹面とするかは、成形するレンズなどの光学素子の形状を考慮して決めればよく、例えば、凹メニスカスレンズや凸メニスカスレンズを成形する場合は、２つの端面とも凸面とするか、２つの端面のうち、一方を凸面、他方を凹面とすることが好ましく、両凹レンズを成形する場合は、２つの端面とも凸面とするか、２つの端面とも凹面とするか、２つの端面のうち、一方を凸面、他方を凹面とすることが好ましい。そして、端面の曲率をプレス成形型の成形面の形状にあわせて決めることにより、精密プレス成形時のガストラップを防止することができる。

端面が凸面または凹面である場合、その曲率は、プレス成形型の成形面が球面の場合には当該球面、前記成形面が非球面の場合には当該非球面の非球面式の基準曲率等を考慮して、適宜決定できる。2つの端面の曲率は、同一または異なることができる。

さらに、前記凸面には、凸面の回転対称軸との交点を含む領域に凹部を備えることもできる。凹部の大きさ（凸面に対する割合）は、レンズの光学機能面が球面であれば当該球面の曲率、非球面であれば当該非球面の非球面式の基準曲率等を考慮して適宜決定できる。例えば、前記レンズの光学機能面の直径をｄとすると前記凹部の直径はｄ/3〜ｄ/2の範囲とすることができる。凹部の深さはレンズの球欠等を考慮して適宜決定できる。例えば、高さhとすると凹部の深さはｈ/５〜h/４とすることができる。

また、端面（被プレス面）が凸面の場合、前記端面の回転対称軸との交点を含む領域に凹部を設けることにより、前記被プレス面を凸形状の型成形面でプレスする際、成形面の中心とプリフォームの中心を位置合せしやすくなる。また、精密プレス成形品の量産時、プレス成形型内にプリフォームを導入し、上記被プレス面の凹部を凸形状の成形面の頂部で押さえることにより、プリフォームを導入したプレス成形型を移動しても型内のプリフォームの位置を固定状態に保つこともできる。端面が凹面の場合であって、凹面の中心、すなわち、最も窪んだ部分が端面の回転対称軸との交点を含む領域である場合にもこうした効果を得ることができる。

このプリフォームの側面の２つの外周縁は、２つの端面の外周のそれぞれに接続する。接続部分は、角を形成しているか、あるいは曲面であってもよい。あるいは、側面の２つの外周縁と端面の外周との間に、側面の２つの外周縁と端面の外周のそれぞれと接続する接続面が形成されていてもよい。

また、このプリフォームの側面は、円柱の側面形状または円柱の側面形状に近似する形状、もしくは裁頭円錐の側面形状または裁頭円錐の側面形状に近似する形状であることができる。このような形状のプリフォームによれば、充填率（Ｖ／V₀）を一層高めることができる。円柱の側面形状とは、円柱断面の直径が断面のどの位置でも等しく、かつ側面の表面はなめらかな円柱に則したなめらかな曲面（曲平坦面）である。それに対して、円柱の側面形状に近似する形状とは、プリフォームの側面に後述する溝を備える場合など、幾何学的観点から厳密には円柱の側面形状ではないが、精密プレス成形やプリフォームの製造工程等の観点から円柱の側面形状と同等と見なせる形状を意味する。

また、裁頭円錐の側面形状は、円柱断面の直径が、一方の端面から他方の端面に向かって、減少または増加し、かつ側面の表面はなめらかな円柱に則したなめらかな曲面（曲平坦面）である。円柱断面の直径の減少または増加の程度は、プリフォームに要求される形状を考慮して適宜決定されるが、裁頭円錐の側面を側面の一部とする仮想的な円錐の頂角（全角２α）を４°〜６°の範囲にすることが、プリフォームの徐冷工程へ取り出しやすさという観点から適当である。なお、上記αは仮想的な円錐の中心軸と母線のなす角度（内角）である。

精密プレス成形では、高粘度のガラスを高い圧力でプレスする。そして、このプリフォームはプレス時の変形量が大きいため、プリフォーム表面に研削痕や傷が存在すると、その部分を起点としてガラスが破損しやすい。こうしたトラブルを防ぐ上から、少なくともプリフォームの側面を熔融状態のガラスを固化して得られた面、好ましくは前記側面に加えて２つの端面（被プレス面）も熔融状態のガラスを固化して得られた面とする。熔融状態のガラスを固化して得られた面とは、プリフォーム全体あるいはプリフォームの母材となるガラス成形体全体を、熔融ガラスを冷却、固化して作ったときに得られるガラス表面を意味し、後述する火作り面、すなわち、ガラス表面のみを加熱、再熔融した後に固化して得られる面とは異なる。熔融状態のガラスを固化して得られた面には研削、研磨などの冷間加工が施されていないので、研削痕や研磨痕が存在せず、上記破壊の起点が存在しない。特に、上記観点から全表面が熔融状態のガラスを固化して得られた面であるプリフォームが好ましい。また、ガラス表面を再熔融した後、冷却、固化して得られる火作り面も、再熔融によって研削痕や研磨痕が修復されて、微視的にも平滑な面になるので、上記破壊の起点が存在しない。

火作り面はファイヤーポリッシュと呼ばれる方法で得られる。しかし、火作り面ではガラス表面を高温に再加熱するため、ガラス表面が変質するおそれがある。特に、Ｂ₂Ｏ₃、アルカリ金属、フッ素、塩素などの揮発しやすい成分を含むガラスでは、ファイヤーポリッシュ時に揮発によってガラス表面が変質しやすい。また、一端、所望の形状に成形したガラスを再加熱、再熔融するため、ガラスが所望形状から変形してしまう。このような理由で、火作り面と熔融状態のガラスを固化して得られた面とを比較すると後者のほうが格段優れている。鏡面研磨面は、荒ずり、砂かけなどのラッピング工程を経た後、ポリシングされた面である。ラッピングされた面には多数の研削痕、研磨痕が存在し、これらが上記破壊の起点になる。鏡面研磨面では、こうした起点のうち大きなものは除去されるが、潜傷と呼ばれる極めて微細な傷が存在するため、鏡面研磨面を有するプリフォームは、熔融状態のガラスを固化して得られた面や火作り面によって全表面が構成されるプリフォームに比べて耐破損性が低くなる。エッチング面も研削痕や研磨痕がエッチングにより除去されるので、表面がエッチング面のプリフォームも耐破壊性に優れている。ただし、潜傷がある表面をエッチングすると、傷が顕在化することにより耐破壊性が低下することがある。いずれにしても熔融状態のガラスを固化して得られる面とすることが格段と好ましい。

なお、熔融状態のガラスを固化して得られた面の例としては、自由表面、型成形面を熔融ガラスに転写して得られる型転写面などをあげることができる。自由表面は、例えば、熔融ガラス塊を浮上しながら成形することによって形成することができる。型転写面はプレス成形型でガラスをプレスしたり、熔融ガラスを鋳型に流し込むことによって形成することができる。

このプリフォームは、形状を、プリフォームに外接する仮想的な円柱の高さｈに対する直径φの比（φ／ｈ）が１以上かつ３以下となるように調整したものである。比（φ／ｈ）が１より小さいと、側面部分または側面と端面（被プレス面）の境界部分がレンズの有効径内に入ってしまい、レンズ表面の品質を低下させるおそれが高くなる。一方、比（φ／ｈ）が３より大きいと、精密プレス成形時のガラスの変形量が小さくなり、ガラスを成形面全域に行き渡らせるのが難しくなる。また、プリフォームがプレス成形型の中で傾いて、レンズの偏肉・偏芯の原因になるおそれがある。したがって、比（φ／ｈ）を上記範囲にするが、比（φ／ｈ）の好ましい範囲は１〜2.6、より好ましい範囲は１〜2.4、さらに好ましい範囲は１〜2.0とする。

全表面が熔融状態のガラスを固化して得られた面であるプリフォームを作製する上からも、本発明のプリフォームの形状は好都合である。全表面が熔融状態のガラスを固化して得られた面であるプリフォームの作製では、後述するように熔融ガラス塊に風圧を加えて浮上させながら成形する。このとき、ガラス塊底面にガスを吹き付けて浮上させる風圧を得るが、φ／ｈが大きすぎると前記ガスがガラス塊の底面から側面に沿って抜けにくくなり、ガラス塊を安定して浮上させるのが困難になる。一方、φ／ｈが小さすぎるとガラス塊の底面に加わる風圧だけでガラス塊を浮上させることが困難になる。φ／ｈが上記の範囲にあることにより、ガラス塊を安定して浮上させながら成形することもできる。なお、ガラス塊の浮上の安定化の観点からもφ／ｈの好ましい範囲は前述の範囲となる。

このようにして精密プレス成形時のガラスの変形量を確保した上で、ガラスの成形面からのはみ出し量を低減、抑制する上から、前記円柱の容積V₀に対するプリフォームの体積Vの比（Ｖ／V₀）を６８％以上とする。比（Ｖ／V₀）は仮想的円柱内のガラスの充填率とも言える量であり、光学機能面全域の面精度を良好にしつつ、使用するガラスの量を低減するための指標と考えることができる。上記効果を高める上から、比（Ｖ／V₀）を６９％以上にすることが好ましく、７０％以上にすることがより好ましく、７１％以上にすることがさらに好ましく、７２％以上にすることが一層好ましい。充填率（Ｖ／V₀）の上限は９６％程度であり、後述する側面の溝や端面が曲面であることによる充填率の減少を考慮すると、前記充填率の上限を９４％とすることが好ましく、９２％とすることがより好ましく、９０％とすることがさらに好ましく、８８％とすることが一層好ましい。

プリフォームが回転楕円体の場合、充填率（Ｖ／V₀）は２／３（６６．７％）となり、プリフォームが球の場合も充填率（Ｖ／V₀）は２／３（６６．７％）となる。したがって、これらの形状のプリフォームでは精密プレス成形時のガラスの変形量を増加させるためにスケールアップしても、充填率（Ｖ／V₀）は一定のため、ガラスの変形量を大きくできても、成形面からはみ出るガラスの量、すなわち、余肉の量も増加してしまう。その結果、余肉部分のヒケによってレンズの面精度が低下してしまう。また、余肉部分が大きいと、ガラスを収容するスリーブ型も大きくせざるを得ず、プレス成形型全体も大きくなるため、型の均熱性が低下して、光学機能面全域にわたり高い面精度の光学素子を作るのが難しくなる。

一方、本発明では、比（φ／ｈ）を１以上かつ３以下とし、かつ（Ｖ／V₀）を６８％以上とするので、余肉の少ないプレス成形が可能になり、その結果、光学機能面全域にわたり面精度の高い光学素子を得ることができる。また、所定の光学素子に対してプレス成形型の大型化を抑えることができるので、型材費用や型の加工費を低減することもできる。さらに、芯取り加工によって除去されるガラスの量を削減するとともに、芯取り加工に要する時間を短縮化すること、ガラスの利用率を高めることができる。また、プリフォームの加熱や精密プレス成形品の冷却に要する時間を短縮し、スループットを上げることもできる。

φが成形面を平面視したときの直径よりも小さいプリフォームを使用すると、プリフォーの側面が精密プレス成形によって光学機能面になることがある。その場合でも、側面を鏡面にすることにより、平滑かつ面精度の高い光学機能面を成形することができる。ただし、平滑かつ面精度の高い光学機能面を成形し、精密プレス成形時のガラスの破損を低減、防止する上から、被プレス面と側面とが交わる稜を曲面とし、前記曲面も鏡面にしておくことが望ましい。ただし、平滑かつ面精度の高い光学機能面を成形する上から、φが成形面を平面視したときの直径よりも大きくなるようにすることが望ましい。

なお、側面の最大高さＲｙ（ＪＩＳ Ｂ0601-1994による）に比べて、被プレス面の最大高さＲｙを小さくすることが平滑な光学機能面を形成する上から好ましい。具体的には、側面の最大高さＲｙは、好ましくは1μm 以下、概ね0.3μm〜1μmの範囲とし、被プレス面である端面の最大高さＲｙは、0.02μm 以下、概ね0.01μm〜0.02μmの範囲とする。

上記プリフォームは、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズの成形に好適に使用することができ、凹メニスカスレンズ、両凹レンズの成形に特に好適である。

凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズ等の材料として好ましいガラスは、ガラス成分としてＢ₂Ｏ₃およびＬａ₂Ｏ₃を含有するガラスである。こうしたガラスは、高屈折率低分散ガラスあるいは高屈折率中分散ガラスであり、前述のように精密プレス成形に適した粘度が得られる温度域が狭く、ガラス転移温度も高い。したがって、プレス成形温度が僅かに変動しただけで、プリフォーム側面に存在する破壊の起点から破壊がおきやすい。また、ガラス転移温度が高いガラスは、精密プレス成形時のプリフォーム加熱温度、プレス成形型の加熱温度も高くなるが、プレス成形型や型成形面に設ける離型膜の消耗を低減、防止する上から、プリフォーム、プレス成形型の両加熱温度をできるだけ低く抑えることが好ましい。こうした要望に応えると、ガラス変形量が大きい精密プレス成形において、高粘度のガラスをプレスすることになる。そのとき、表面に前述の破壊の起点が存在しない上記プリフォームであれば破損することなく、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズといった光学素子を成形することができる。

上記プリフォームの好ましい第１の具体例としては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５４０℃以上の光学ガラスにより構成されるプリフォーム、より好ましくはガラス転移温度（Ｔｇ）が５７０℃以上の光学ガラスにより構成されるプリフォーム、さらに好ましくはガラス転移温度（Ｔｇ）が５９０℃以上のガラスにより構成されるプリフォーム、より一層好ましくはガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃以上のガラスにより構成されるプリフォームである。ただし、ガラス転移温度（Ｔｇ）が余りに高温になると精密プレス成形が困難になるおそれがあることから、ガラス転移温度（Ｔｇ）を６９０℃以下にすることが好ましい。

上記精密プレス成形用プリフォームを構成するガラスとして好ましいものは、例えば、以下の光学ガラスである。

上記プリフォームは、メニスカスレンズ、両凹レンズなど凹状のレンズ面を有するレンズの成形に適しているが、中でも凹メニスカスレンズ、両凹レンズといった負の屈折力を有するレンズの成形に好適である。こうしたレンズは、正の屈折力を有するレンズと組み合わせて色消しを行うのに適しており、正の屈折力を有するレンズを構成するガラスよりも低分散のガラスを使用することが望ましい。また、光学系のコンパクト化、およびレンズ面の曲率の絶対値を低減して精密プレス成形型の型加工や精密プレス成形を容易にする上から屈折率の高いガラスが望ましい。

こうした観点から、プリフォームを構成するガラスとしては、アッベ数νdが３５以上の範囲では屈折率ｎdが１．７０以上、アッベ数νdが３５未満の範囲では、下記（１）式を満たす屈折率ｎdを有する光学ガラスが好ましい。
ｎd≧２．４−０．０２×νd …… （１）

より好ましくは上記範囲内で屈折率ｎdが１．７５以上のガラスが好ましい。ただし、低分散性を維持しつつ屈折率をいっそう高めるとガラス安定性が低下するため、前記範囲内の光学特性のうち、下記（２）式を満たす範囲にすることが好ましく、下記（３）式を満たす範囲にすることがより好ましい。

ｎd≦２．４８−０．０１２×νd （ただし、屈折率ｎdが２．２以下）…… （２）
ｎd≦２．４２−０．０１２×νd （ただし、屈折率ｎdが２．２以下）…… （３）
（注）
（１）式はｎd＝１．９０、νd＝２５とｎd＝１．７、νd＝３５を結ぶ直線
（２）式はｎd＝２．００、νd＝４５とｎd＝１．７、νd＝６５を結ぶ直線
（３）式はｎd＝２．００、νd＝３５とｎd＝１．７、νd＝６０を結ぶ直線

光学特性に加えて精密プレス成形用のガラスには比較的低いガラス転移温度を示すガラスが好ましい。こうした性質を実現するガラスとして、モル％表示において、ガラス成分として、
Ｂ₂Ｏ₃ ５〜７０％、
ＳｉＯ₂ ０〜５０％、
ＺｎＯ １〜５０％、
Ｌａ₂Ｏ₃ ５〜３０％、
Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜２２％、
Ｙ₂Ｏ₃ ０〜１０％、
Ｙｂ₂Ｏ₃ ０〜１０％、
Ｌｉ₂Ｏ ０〜２０％、
Ｎａ₂Ｏ ０〜１０％、
Ｋ₂Ｏ ０〜１０％、
ＭｇＯ ０〜１０％、
ＣａＯ ０〜１０％、
ＳｒＯ ０〜１０％、
ＢａＯ ０〜１０％、
ＺｒＯ₂ ０〜１５％、
Ｔａ₂Ｏ₅ ０〜２０％、
ＷＯ₃ ０〜２０％、
Ｎｂ₂Ｏ₅ ０〜１５％、
ＴｉＯ₂ ０〜４０％、
Ｂｉ₂Ｏ₃ ０〜１０％、
ＧｅＯ₂ ０〜１０％、
Ｇａ₂Ｏ₃ ０〜１０％、
Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１０％、
を含む光学ガラスを例示することができる。

上記光学ガラスについて、以下に説明する。尚、以下、特記しない限り各成分の量はモル％にて表示するものとする。

Ｂ₂Ｏ₃は必須成分であり、ガラス網目を形成する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５％以上導入して主なネットワーク構成成分とし、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必要があるが、７０％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、Ｂ₂Ｏ₃の導入量は５〜７０％、好ましくは１０〜６５％、より好ましくは１０〜６０％、更に好ましくは１５〜６０％である。

ＳｉＯ₂は任意成分であり、Ｌａ₂Ｏ₃などの希土類酸化物成分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、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の導入量は０〜５０％、好ましくは０〜４０％、より好ましくは０〜３０％、更に好ましくは０〜２５％である。

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。その含有量が１％未満だと上記効果が弱く、５０％を超えて導入すると、分散が大きくなり、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、その導入量は１〜５０％の範囲とし、好ましい範囲は３〜４５％、より好ましい範囲は５〜４０％、更に好ましい範囲は１０〜３５％である。

Ｌａ₂Ｏ₃も必須成分であり、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％未満では十分な効果が得られず、３０％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５〜３０％、好ましくは５〜２５％、より好ましくは５〜２２％、更に好ましくは５〜２０％とする。

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、２２％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、その導入量は０〜２２％、好ましくは０〜２０％、より好ましくは０〜１８％、更に好ましくは０〜１５％とする。

Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃は、高屈折率・低分散なガラスを実現する任意成分であり、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％とし、Ｙｂ₂Ｏ₃の含有量は０〜１０％とする。

Ｌｉ₂Ｏはガラス転移温度を低下させる効果が大きいが、過剰導入により屈折率が低下するとともに、ガラス安定性も低下する。したがって、Ｌｉ₂Ｏの量を０〜２０％、好ましくは０〜１５％、より好ましくは０〜１０％、更に好ましくは０〜８％とする。なお、低温軟化性の付与を優先させる場合はＬｉ₂Ｏの量を０．１％以上とする。

Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏは熔融性を改善させる働きがあるが、過剰導入により屈折率やガラス安定性が低下するため、それぞれの導入量を０〜１０％とする。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯも熔融性を改善させる働きがあるが、過剰導入により屈折率やガラス安定性が低下するため、それぞれの導入量を０〜１０％とする。

ＢａＯは屈折率を高める働きをするが過剰導入により、ガラス安定性が低下するため、その導入量を０〜１０％とする。

ＺｒＯ₂は、高屈折率なガラスを実現し、かつガラスの低分散性を維持するために使われる必須成分である。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、１５％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、その導入量は０〜１５％、好ましくは０〜１２％、より好ましくは０〜１０％、更に好ましくは０〜８％とする。

Ｔａ₂Ｏ₅は、高屈折率・低分散なガラスを実現する任意成分である。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、２０％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、その導入量は０〜２０％、好ましくは０〜１７％、より好ましくは０〜１４％、更に好ましくは０〜１０％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２０％を超えると、分散が大きくなり、必要な分散特性が得られなくなり、ガラスの着色も増大するため、その導入量は０〜２０％、好ましくは０〜１８％、より好ましくは０〜１６％、更に好ましくは０〜１４％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、その導入量は０〜１５％、好ましくは０〜１３％、より好ましくは０〜１０％、更に好ましくは０〜８％とする。

ＴｉＯ₂は、ガラスの屈折率の向上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ったり、ガラスの着色が増大するため、その導入量は０〜４０％。好ましくは０〜３５％、より好ましくは０〜３０％、更に好ましくは０〜２５％とする。

Ｂｉ₂Ｏ₃は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの安定性を向上する働きをする任意成分であるが、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、その導入量は０〜１０％とする。

ＧｅＯ₂は、ガラスの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％とし、０〜８％とするのが好ましい。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、ガラスの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％とし、０〜８％とするのが好ましい。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任意成分である。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、その導入量は０〜１０％とする。

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重量％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重量％添加することが好ましく、０〜０．５重量％添加することがより好ましく、０〜０．１重量％添加することがさらに好ましい。

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、成形体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、０〜３％と少量であれば導入することができる。しかし、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。

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導入し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導入しないことが望ましい。

前述の範囲で所望の光学特性を得るため、上記説明にしたがって、上記組成範囲内で各成分の導入量を定めればよい。

上記のように屈折率が高いガラスを精密プレス成形する場合、成形型の温度やガラスの温度が高くなると、ガラス中の成分、特に高屈折率付与成分と成形型の成形面、あるいは前記成分とプリフォーム表面にコーティングした膜とが化学反応をおこし、ガラス表面にクモリや傷が生じたり、ガラスが成形型に貼りつくといったトラブルが生じやすい。こうしたトラブルを回避するには、プレス成形時の成形型やガラスの温度を低く抑えること、すなわち、粘度が比較的高いガラスをプレス成形することが望まれる。したがって、上記のガラスは、屈折率が低いガラスに比べてプレス成形時の許容温度域が狭い。また、上記ガラスは、屈折率が低いガラスに比べて温度変化に対する粘度変化が大きく、温度が僅かに低下しただけで粘度が大幅に上昇し、硬いガラスをプレスすることになり、カン、割れがおきやすい。その上、精密プレス成形におけるガラスの変形量が大きいと、尚更カン、割れがおきやすい。そこで、プリフォーム表面の傷や潜傷を無くすことにより、カン、割れを低減、防止することが望まれる。

前述のように高屈折率付与成分を含む上記ガラスは、成形型成形面との化学反応やプリフォーム表面をコーティングする膜との化学反応を抑えるため、ガラス転移温度Ｔｇを低くすることが望まれる。ガラス転移温度の好ましい範囲は６５０℃以下、より好ましい好ましく、６３０℃以下がより好ましい。また、前述のように上記ガラスは高屈折率付与成分を含むため、精密プレス成形用の光学ガラスの中ではガラス転移温度が比較的高く、その転移温度は目安として５２０℃以上となる。屈折率がより高いガラスあるいは分散がより低いガラスでは、更にガラス転移温度が高く、５４０℃以上、ガラスによっては５５０℃以上、更には５８０℃以上、６００℃以上となる。

上記ガラスとしては、モル％表示にて、Ｂ₂Ｏ₃ ２０〜４３％、Ｌａ₂Ｏ₃ ５〜２４％、ＺｎＯ ２２〜４２％、Ｌｉ₂Ｏ ０〜１５％、Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜２０％、ＳｉＯ₂ ０〜２０％、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％、Ｙｂ₂Ｏ₃ ０〜１０％、Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％を含むガラスを例示することができる。

上記範囲の組成を有し、前述のようにガラス転移温度が高い光学ガラスを用いた上記プリフォームにより、高屈折率低分散ガラス製の凹メニスカスレンズ、両凹レンズなどの光学素子を精密プレス成形で高精度に作製することができる。

上記ガラスは屈折率（ｎｄ）が１．７５以上、アッベ数（νｄ）が２５〜５５の光学特性を実現するガラスとして好適である。

プリフォームを構成するガラスの第２の具体例としては、リン酸ガラスを挙げることができる。高屈折率高分散特性を得るために、Ｐ₂Ｏ₅のほか、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＷＯ₃、Ｌｉ₂Ｏを含むリン酸ガラス、Ｐ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｌｉ₂Ｏを含むリン酸ガラス、Ｐ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｌｉ₂Ｏを含むリン酸ガラス、Ｐ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、ＷＯ₃、Ｌｉ２Ｏを含むリン酸ガラスなどを例示することができる。これらのリン酸ガラスは、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＷＯ₃といった高屈折率高分散付与成分が含まれているので、プレス成形型と反応し、前述のようにガラスと型との融着、光学素子表面の放射状の傷などが発生しやすい。

こうしたトラブル（融着や放射傷の発生）を解消するには、精密プレス成形時のガラスの温度をなるべく低くすることが望ましい。そのため、高粘度状態のガラスをプレスすることになる。前述のようにプリフォーム表面に研削痕などの微細な傷が存在すると、精密プレス成形時にガラスの破損などの不良が生じやすい。また、ガラスの研磨では、水などの液体をガラス表面に適用しながら研磨を行うが、リン酸ガラスの場合、特に表面に水和層などの変質層が形成されやすく、この変質層が精密プレス成形時に型成形面との融着を助長してしまう。本発明によれば、プリフォームの側面、好ましくは前記側面に加えて２つの端面のうち一方、より好ましくは前記側面と２つの端面、さらに好ましくは全表面を熔融状態のガラスを固化して形成される面とすることにより、前記研削痕や変質層による精密プレス成形時の不具合を低減、解消することができる。なお、リン酸ガラスは屈折率（ｎｄ）が１．７５以上、アッベ数（νｄ）が２５未満の光学特性を実現するガラスとして好適である。

［光学素子の製造方法］
本発明の光学素子の製造方法は、上記の精密プレス成形用プリフォームを、プレス成形型を用いて精密プレス成形する光学素子の製造方法である。

プレス成形型は、例えば、プリフォームをプレスする互いに対向する押し型と押し型の成形面を収容し、プレス時に押し型を案内するスリーブ型により構成する。一対の押し型のうち、一方を上型、他方を下型とすると、プリフォームの被プレス面の一方が上型成形面を向き、被プレス面の他方が下型成形面を向くように、かつ、プリフォームの回転対称軸が加圧方向に平行かつ、上下型の成形面の中心に一致するようにプレス成形型内にプリフォームを配置してプレス成形を行う。

前述のように、余肉が少ないほうが余肉部分のヒケによる悪影響を低減することができるが、上下型成形面からのガラスのはみ出しが全く無くても、成形面全域を精密にガラスに転写することが難しくなる。そこで、スリーブ型内部の上下型成形面の外側に、前記成形面からはみ出したガラス、すなわち、余肉部分を収容する空間を設けることが望ましい。ただし、この空間を必要以上に大きくするとプレス成形型全体が大きくなり、型を均熱する上から好ましくないので、余肉部分を収容する空間を小さくすることが望ましい。

本発明は、レンズ、中でも凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズの製造に好適であり、特に凹メニスカスレンズ、両凹レンズの製造に好適である。少なくとも一方の光学機能面が凹面となるレンズ、特に凹メニスカスレンズや両凹レンズのようにレンズ中心の肉厚に比べてコバ厚と呼ばれる周辺部分の肉厚が厚いレンズでは、中心から周辺に行くにつれて成形面を精密に転写することが難しくなるが、本発明によれば、成形面全域をガラスに精密に転写することができ、その後の冷却過程におけるヒケによる面精度の低下も低減、防止することができる。したがって、本発明の好ましい態様は、こうした光学素子を製造するための方法であり、プレス成形型を構成し、プリフォームを加圧するための対向する型部材の少なくとも一方の成形面が凸面である方法である。

この方法では、プリフォームの被プレス面（端面）中央に凹部を設け、前記被プレス面を凸面の成形面でプレスすることが好ましい。被プレス面の凸面を凸面の成形面でプレスすると、プレス成形型内の適正な位置、方向からプリフォームが逃げて、加圧方向とプリフォームの回転対称軸がずれたり、成形面の中心とプリフォームの回転対称軸とがずれるなどして偏肉・偏芯の原因となるおそれがある。上記好ましい態様によれば、こうした不具合を防止することができる。ただし、ガストラップを防止する上から凸状の成形面の曲率半径の絶対値をプリフォーム被プレス面の凹部の曲率半径の絶対値よりも小さくしておくことが好ましい。

なお、プリフォームをプレス成形型内にセットして搬送したときに、プリフォームが適正な位置、方向からずれないようにするため、上型の自重あるいは上型とプリフォームの自重によりプリフォーム被プレス面の凹部を凸状の成形面で押さえるようにしてもよい。

プレス成形型としては、ＳｉＣ製型、タングステンカーバイドなどの超硬型材を用いた型、サーメット製型などを用い、成形面に炭素含有膜、白金合金などの貴金属合金膜などを離型膜として適宜、成膜したものを使用すればよいが、高い耐熱性を有するＳｉＣ製型を使用することが好ましく、その成形面に炭素含有膜を設けたものが好ましい。精密プレス成形の一連の工程でプレス成形型が高温に晒される工程ではプレス成形型の酸化による劣化を防止するため、フォーミングガスなどの非酸化性雰囲気中で上記工程を行うことが好ましい。

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、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1とういう）。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10⁶〜10¹²ｄPa・ｓ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、さらに好まくは10¹⁶ｄPa・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、プレス成形型に予熱したプリフォームを導入し、精密プレス成形することを特徴とするものである（精密プレス成形法2という）。この方法では、プレス成形型とプレス成形用プリフォームを別々に予熱し、予熱され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ことが好ましい。この方法によれば、前記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。

プレス成形型の予熱温度は前記プリフォームの予熱温度よりも低くすることが好ましい。このような予熱によりプレス成形型の加熱温度を低く抑えることができるので、プレス成形型の消耗を低減することができる。精密プレス成形法2において、前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、前記プリフォームを浮上しながら予熱することが好ましく、さらに前記プリフォームを構成するガラスが10^5.5〜10⁹ｄPa・ｓ、より好ましくは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。

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、前記プリフォームの予熱温度よりも低い温度に調温させるが、前記ガラスが10⁹〜10¹²ｄPa・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、前記ガラスの粘度が10¹²ｄPa・ｓ以上にまで冷却してから離型することが好ましい。

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。成形品がレンズなどの光学素子の場合には、必要に応じて表面に光学薄膜をコートしてもよい。

非球面レンズなどの上記光学素子は、高性能かつコンパクトな撮像光学系の部品として好適であり、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話搭載カメラ、車載カメラなどの撮像光学系に好適である。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１
図１はガラスを成形中の成形型の垂直断面を模式的に示したものである。この方法は、ガラス塊の被プレス面の浮上成形面側を凹面あるいは平坦面な下面とし、反対側の自由曲面2が凸面となる成形方法である。成形型は外枠１とスリット6を設けた側壁部4、および浮上型3により構成される。浮上型3は多孔質体製でガラス浮上面3-1および反対側の円柱状の穴の周辺のドーナツ状の部分3-2のわずかに底上げし、噴出ガスが通過できるような面以外の3-4、3-3、3-5は多孔質体表面の気孔を潰してある。裏面には中央部に円柱状の穴を設ける。円柱状の穴3-6は多孔質体の表面の目をつぶすかあるいは噴出ガスの通過量が少なくなる加工を施してある。成形するプリフォームの容量および被プレス面の形状に応じて直径および深さを変更し対応する。この構造によりガラス塊Aが凹み部分に充填されると浮上型の下側より供給された噴出ガス5は3-2の部分より入りガラス浮上面3-1の中央部分に比べより多い量を周辺部分から通過しガラスを安定した状態で浮上させる。そのときの噴出ガスはガラス塊下面とガラス浮上面3-1の間を外側に向かって隙間(スリット)6に抜けガス溜まりの発生はなくガス排気路として機能する隙間7より上方にスムーズに抜ける。また側壁部4とガラス塊Aの間には噴出ガスは通過しないため側壁部4に接触した部分はその表面および形状を精密に転写でき出来上がったプリフォームの側面の形状と寸法が正確なものが得られている。

このように上面を開放し、ガラスをプレスすることなく、一方の被プレス面（図１のガラス塊Aの下面）を凹面に、側面を円柱側面形状に、他方の被プレス面（図１のガラス塊Aの上面２）を凸面に成形したプリフォームを作製した。

プリフォーム成形の条件は、以下のとおりである。
（１）成形型
成形スペースの容量は７５６．５ｍｍ³である。寸法は裁頭円錐の上側の大きい直径を14.68ｍｍとし、片側４°のテーパを付けテーパの最下端の位置までの深さを5mmとした。この位置より上側に向かって中央部で０．８５ｍｍの高さの凸形状の32Rの多孔質体を組み込んである。
（２）ガラス塊のガラス組成
ガラス塊を構成するガラスの組成は、次のとおりである。Ｂ₂Ｏ₃の含有量が３８モル％、ＳｉＯ₂の含有量が５モル％、ＺｎＯの含有量が２３モル％、Ｌａ₂Ｏ₃の含有量が１９モル％、ＺｒＯ₂の含有量が５モル％、Ｔａ₂Ｏ₅の含有量が４％、ＷＯ₃の含有量が６％であり、これら成分の合計含有量が１００モル％である。
（３）ガラス塊の粘度
ガラスの粘度は次のとおりである。
流出時の粘度が３．８〜４．５ｄＰａ・ｓ、
成形型凹部への供給時の粘度が９〜６０ｄＰａ・ｓ、
成形型で浮上しながら成形する時の粘度が６０〜１０³ｄＰａ・ｓ
である。
（４）浮上成形
１個あたりの成形タクトは約７．７秒、ガス噴出量は、成形面の中央部で０．０８〜０．１５リットル/分、周辺部で０．２〜０．３リットル/分とした。
（５）プリフォーム
体積は５５７ｍｍ³、各部のおおよその寸法および曲率半径は図４に示す値である。ここで各部の寸法、曲率半径の単位はともにｍｍである。

熔融ガラスの流出、熔融ガラス塊の分離（熔融ガラス流下端を支持し、熔融ガラス流の途中にガラスの表面張力によるくびれを形成し、支持を取り去ってくびれ部から下の熔融ガラスを分離する。）、ターンテーブル上に配置した複数の成形型を用いてテーブルをインデックス回転し、次々とプリフォームを生産すること、プリフォームが変形しない粘度まで上昇してから成形型からプリフォームを取り出すこと、取り出したプリフォームをアニールすることができ、後工程のプリフォーム表面へのカーボン膜コートを施すこともできる。流出熔融ガラスから熔融ガラス塊の調製等については、公知の方法を適宜利用することができ、例えば、特開２００４−３０００２０号公報に記載の方法や特開平８−８１２２８号公報に記載の方法を適宜用いることができる。

精密プレス成形では、対向する一対の成形面のうち、一方が凹面、他方が凸面の精密プレス成形型を用い（一般には成形面が凹面の型を下型、凸面の型を上型とする。）、側面は規制せずに自由表面となるように非球面凹メニスカスレンズを成形した。

具体的には、実施例１で成形されたプリフォームを洗浄、乾燥した後、精密プレス成形を行って非球面レンズを作製した。上記プレス成形ではＳｉＣ製の型材表面に炭素膜を形成したプレス成形型を用い、雰囲気を窒素雰囲気とした。プレス成形は、プリフォームを635℃まで加熱し、60秒間、100kgf/cm²の圧力でプレスして行った。プレス成形後、非球面レンズを型から取り出し徐冷した。得られたレンズは内部、表面とも良好な状態であった。レンズは必要に応じて芯取り加工を施し、表面に反射防止膜を形成してもよい。本例は非球面レンズの製造方法に関するものであるが、その他の光学素子、例えばプリズムや回折格子などの製造にも適用できる。

上記プリフォームは側面が円柱側面形状をしているので、上記精密プレス成形で側方にはみ出す余肉が小さく、それに伴い、余肉部のヒケ（ガラス冷却時の体積収縮）が少ないので、前記ヒケによるレンズの面精度低下を防止することができた。

図１に示す成形型の基本構造はそのままとし、側壁部４の内径、浮上型３の凸面状のガラス浮上面の曲率を変え、前例の方法と同じようにして上面が凸面、下面が凹面、側面が円柱側面形状のプリフォームを作製し、対向する一対の成形面のうち、一方が凹面、他方が凸面の精密プレス成形型を用い（一般には成形面が凹面の型を下型、凸面の型を上型とする。）、側面は規制せずに自由表面となるように非球面凸メニスカスレンズを成形した。

上記プリフォームは側面が円柱側面形状をしているので、上記精密プレス成形で側方にはみ出す余肉が小さく、それに伴い、余肉部のヒケ（ガラス冷却時の体積収縮）が少ないので、前記ヒケによるレンズの面精度低下を防止することができた。

上記２種の非球面メニスカスレンズに芯取り加工を施し、レンズ面に反射防止膜をコートしてレンズを完成させた。

ガラスレンズ等の光学素子の製造分野に有用である。

本発明で用いる成形型の平面図(上図)および平面図(上図)のA-Bの垂直断面図(下図)である。 本発明で用いる成形型の垂直断面図である。 図２の成形型にガラス塊Ａが収容された状態を示す説明図である。 実施例１で作成したプリフォームの寸法を示す。

Claims (9)

1. 成形型の成形面上で風圧により熔融ガラス塊を浮上させてプリフォームを成形する精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
   前記成形型は、凸状または平面状であって、ガス噴出口を有する成形面を有し、さらにガラス塊側方を規制する規制側面を有し、かつ
   前記熔融ガラス塊は、前記ガス噴出口からの、噴出量が前記成形面の中央部よりも周辺部において多くなるように調整された、噴出ガスによる風圧により浮上させて、成形面と対向する熔融ガラス塊の面は成形面の転写形状である凹状または平面状に成形され、熔融ガラス塊の側面は、前記成形型の規制側面に対応した側面に成形され、かつ熔融ガラス塊の上面は成形雰囲気に開放された状態を維持することで、熔融ガラス塊をプレスすることなく、被プレス面の一方が凹状または平面状である対向する２つの被プレス面と側面とを有するプリフォームを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. 前記成形面の中央部と周辺部でのガス噴出量を調整は、前記成形面を多孔質体の表面で構成し、かつ該多孔質体を通してガスを噴出させる構造の成形型であって、成形面中央部における多孔質体の厚みを周辺部における厚みより薄くし、かつ前記中央部の裏面の気孔の一部または全部を塞いだ成形型を用いることで行う、請求項１に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
3. 前記ガラス塊の側面の成形は、ガラス塊の側方を成形型の規制側面に直接接触させ、かつ前記成形面から噴出するガスを、前記規制面を構成する部材の下方の末端と成形面の隙間から成形型の外へ排気しながら実施する、請求項１または２に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
4. 前記ガラス塊の側面の成形は、ガラス塊の側方を成形型の規制側面に直接接触させ、かつ前記成形面から噴出するガスを、前記規制面に設けた溝を介して成形型の外へ排気しながら実施する、請求項１または２に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
5. 前記規制面の形状が円筒形状または裁頭円錐の側面形状である成形型を用い、側面形状が円筒形状または裁頭円錐の側面形状であるプリフォームを成形する、請求項３または４に記載の精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の方法により精密プレス成形用プリフォームを作製し、作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形する光学素子の製造方法。
7. 精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入し、前記プリフォームとプレス成形型とを一緒に加熱する請求項６に記載の光学素子の製造方法。
8. 予熱した精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入し、精密プレス成形する請求項６に記載の光学素子の製造方法。
9. メニスカスレンズまたは両凹レンズを精密プレス成形により作製する請求項６〜８のいずれかに記載の光学素子の製造方法。

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