JP5160043B2 - モールドプレス用ガラス素材、及びガラス光学素子の製造方法 - Google Patents

モールドプレス用ガラス素材、及びガラス光学素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、精密モールドプレスによって光学素子を得るために用いる、ガラス素材、及びそれを用いた光学素子の製造方法に関する。特に、本発明は、摩耗度が高く、キズがつきやすい硝材からなる光学素子が、光学性能を阻害されることなく安定に生産できるモールドプレス用ガラス素材およびこのガラス素材を用いる光学素子の製造方法に関する。
精密モールドプレスによってガラスレンズ等の光学素子を得ることが知られている。プレス成形によって形成された光学機能面は、研磨等の機械加工を行うことなく、所望の光学性能を有する。
精密モールドプレスによるレンズなどのガラス光学素子は、プレス成形によって得られた成形体の光学機能面（多くは非球面）は、更なる機械加工を施されることなく用いられる。しかし、該成形体の外周部分は、取り付ける光学機器との関係から除去加工が行われることが多い。例えば、外周面を研磨加工して、外周を画定するとともに外周中心と光軸を一致させることが通常行われる。更には、必要に応じて、成形体の第一面、及び/又は第二面の外縁付近を研磨加工し、光軸と垂直な平坦面を形成することもよく行われる。このようにすることで、レンズとそれを設置する光学機器との位置決めを正確に行うことが可能である。
特開平08-277125号公報 特開昭62-226825号公報
ところで、撮像機器などの光学系を構成するレンズの材料として、低屈折、かつ低分散の光学ガラスは極めて有用である。特に、光学恒数として、屈折率の値ｎｄ（１）が１．４０〜１．６０、アッベ数（νｄ）が６７以上であるような光学ガラスは、ズームレンズなどの色収差除去に有効である。本発明者らは、このような光学恒数を有するガラスとして、新たな組成を有するフツリン酸ガラスを開発した。このフツリン酸ガラスは、上記光学特性を達成し得る高付加価値ガラスである。そして、さらにこのフツリン酸ガラスを、精密モールドプレスによりガラス光学素子とする検討を行った。
本発明者らの検討によると、上記光学恒数をもつ光学ガラスは、離型性が比較的よく、プレス成形によって精度高く光学素子を得ることができた。しかしながら、これらのガラスは、摩耗度が大きいものとなりやすく、前述のような機械加工等の成形後の取り扱いによってキズがつきやすいという課題があることが新たに判明した。
また、高屈折率(例えばndが1.7以上) 、高分散（νdが35以下など）の光学ガラスもまた、小型撮像機器等の色収差除去において重用されるため、ニーズが高い。本発明者らはこうした要求に応じえる高屈折率硝材としてリン酸塩ガラスを開発した。ところが、こうした硝材においても、摩耗度が大きくなる傾向がある。その結果、フツリン酸ガラスと同様に、機械加工等の成形後の取り扱いによってキズがつきやすいという課題があることが新たに判明した。
しかし、これまでに、上記のようなフツリン酸ガラスやリン酸塩ガラスについて、機械加工等の成形後の取り扱いによって生ずるキズに対する対応策は、上記のようなフツリン酸ガラスやリン酸塩ガラスが新規なものであることから、知られていない。
本発明者らの検討の結果、機械加工等の成形後の取り扱いによってキズが生じ易いのは、摩耗度が200以上の光学ガラスであり、機械加工、特に、対向するベル部の間で挾持、押圧したレンズの外周を砥石で研磨する芯取工程と呼ばれる工程において、挾持、押圧されたレンズの光学機能面に傷が付き易く、ついた傷が光学性能上無視できないことが判明した。
ところで、プレス成形されるガラス素材の表面に被膜を形成することが知られている。例えば、特許文献１（特開平08-277125号公報）には、ガラスレンズ成形素材の機能面が形成される面に、IIIa族金属酸化物の被膜を形成する方法が記載されている。これによると、成形用素材と型表面との融着が防止されると開示されている。
特許文献２（特開昭62-226825号公報）には、プレス温度よりガラス転移温度の高いガラスからなる成形型を用い、レンズの仕上がり形状の基礎をなす形状を有する被成形ガラス体と上記成形型との間に融着防止層を介在させ、上記ガラス体をその軟化状態で型によりプレス成形する方法が記載されている。
上記特許文献1および2には、ガラス素材と成形型との融着を防止する手段として、ガラス素材の表面に被膜を形成することが記載されている。しかし、これらは、いずれもガラス素材と成形型との融着防止を目的とするものであり、機械加工等の成形後の取り扱いによって生ずるガラスプレス成形品のキズ防止を目的とするものではなかった。
そこで、本発明は、上記問題を解決し、摩耗度の大きい硝材からなる光学素子であっても、ガラスプレス成形品がプレス成形後の取り扱い時に受ける接触によって、光学機能面にキズが生じない手段、又は、たとえキズが生じても、最終的に得られる光学素子の機能になんら影響しない手段を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明は、以下のとおりである。
［1］摩耗度FAが200以上の光学ガラス（以下第一のガラスという）からなる芯部と、前記芯部の表面の少なくとも一部を被覆する、膜厚が0.1〜1000nmの範囲である第二のガラスからなる被覆部とを有し、かつ前記第二のガラスの所定の酸又はアルカリ処理による重量減少率は、前記第一のガラスの前記重量減少率の10倍以上である、モールドプレス用ガラス素材。
［2］前記第二のガラスは、摩耗度FAが200未満である、[1]に記載のガラス素材。［3］前記第一のガラスは、フツリン酸ガラスである、[1]〜[2]のいずれかに記載のガラス素材。
［4］前記フツリン酸ガラスが、カチオン％表示で、以下の成分を含有する、[3]に記載のガラス素材。
Ｐ5+ ５〜５０％、
Ａｌ3+ ０．１〜４０％、
Ｍｇ2+ ０〜２０％、
Ｃａ2+ ０〜２５％、
Ｓｒ2+ ０〜３０％、
Ｂａ2+ ０〜３０％、
Ｌｉ+ ０〜３０％、
Ｎａ+ ０〜１０％、
Ｋ+ ０〜１０％、
Ｙ3+ ０〜５％、
Ｌａ3+ ０〜５％
Ｇｄ3+ ０〜５％
［5］Ｆ-とＯ2-の合計量に対するＦ-の含有量のモル比Ｆ-／（Ｆ-＋Ｏ2-）が０．２５〜０．９５である、[4]に記載のガラス素材。
［6］前記第一のガラスがリン酸塩ガラスである、[1]〜[3]のいずれかに記載のガラス素材。
［7］前記リン酸塩ガラスは、モル％表示で、Ｐ2Ｏ5 ;１５〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5; ０〜３５％、Ｌｉ2Ｏ; ２〜３５％、ＴｉＯ2; ０〜２０％、ＷＯ3; ０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3; ０〜２０％、Ｂ2Ｏ3; ０〜３０％、ＢａＯ; ０〜２５％、ＺｎＯ; ０〜２５％、ＭｇＯ; ０〜２０％、ＣａＯ; ０〜２０％、ＳｒＯ; ０〜２０％、Ｎａ2Ｏ; ０〜４０％、Ｋ2Ｏ; ０〜３０％（但し、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏの合計量が４５％以下）、Ａｌ2Ｏ3; ０〜１５％、ＳｉＯ2; ０〜１５％、Ｌａ2Ｏ3; ０〜１０％、Ｇｄ2Ｏ3; ０〜１０％、Ｙｂ2Ｏ3; ０〜１０％、ＺｒＯ2; ０〜１０％およびＴａ2Ｏ5; ０〜１０％を含む光学ガラスである、[6]に記載のガラス素材。
［8］所定形状に予備成形したガラス素材を加熱により軟化し、成形型を用いてプレス成形を行い、得られた成形体の外周部分を機械加工により除去することを特徴とする、ガラス光学素子製造方法であって、前記ガラス素材として[1]〜[7]のいずれかに記載のガラス素材を用いることを特徴とする、前記製造方法。
［9］前記機械加工後、成形体の表面から、第二のガラスを除去する、[8]に記載の製造方法。
［10］前記機械加工後、成形体の表面上から第二のガラスを除去することなく、更に、光学的機能膜を成膜する、[8]に記載の製造方法。
本発明によれば、キズのつきやすい摩耗度の大きな硝材を用いて、精密モールドプレスによってガラス光学素子を生産する際、プレス成形品がプレス成形後の取り扱い中に受ける接触によって光学機能面にキズがつくことを効果的に防止できる。さらに、例え、プレス成形品の光学機能面に相当する部分にキズがついても、これを容易に除去して、光学性能になんらの影響なく、本来の光学機能面を有するガラス光学素子を得ることができる。
本発明のモールドプレス用ガラス素材は、摩耗度FAが200以上の光学ガラス（第一のガラス）からなる芯部と、前記芯部の表面の少なくとも一部を被覆する、第二のガラスからなる被覆部とを有する。
光学ガラスの摩耗度FAは、日本光学硝子工業規格JOGIS-1975に基づき、以下の方法によって評価する。
測定面積が9cm2の試料を、水平に毎分60回転する鋳鉄製平面皿の中心より80mmの定位置に保持し、平均粒径20μｍのアルミナ砥粒10gに水20mlを添加したラップ液を5分間一様に供給し、9.807Nの荷重をかけてラップする。ラップ前後の試料質量を秤量して摩耗質量Wを求める。同様にして、日本光学硝子工業会で指定された標準試料(BSC7)の摩耗質量W0を測定して、次式により摩耗度(ＦA)を算出する。
FA = （W/S）/（W0/S0）× 100
ここで、Sは試料の比重、S0は標準試料(BSC7)の比重である。
本発明の第一のガラスは、摩耗度が200以上の光学ガラスである。特に、摩耗度が300以上の光学ガラスであるときに、本発明の効果が顕著である。摩耗度の上限はないが、実質的には600程度である。第一のガラスの好ましい摩耗度は、300〜500の範囲である。組成については特に制約は無い。但し、例えば、フツリン酸ガラスであってFA≧400のもの、リン酸ガラスであって、FA≧300のものにおいて、本発明は極めて有利に実施できる。
前記フツリン酸ガラスとしては、以下のものが例示される。
フツリン酸ガラスであって、カチオン％表示で、以下の成分を含有する光学ガラス。
Ｐ5+ ５〜５０％、
Ａｌ3+ ０．１〜４０％、
Ｍｇ2+ ０〜２０％、
Ｃａ2+ ０〜２５％、
Ｓｒ2+ ０〜３０％、
Ｂａ2+ ０〜３０％、
Ｌｉ+ ０〜３０％、
Ｎａ+ ０〜１０％、
Ｋ+ ０〜１０％、
Ｙ3+ ０〜５％、
Ｌａ3+ ０〜５％
Ｇｄ3+ ０〜５％
また、上記ガラスであって、Ｆ-とＯ2-の合計量に対するＦ-の含有量のモル比Ｆ-／（Ｆ-＋Ｏ2-）が０．２５〜０．９５である光学ガラス。
更に、上記ガラスであって、Ｌｉ+を２〜３０カチオン％含む光学ガラス。
更に、上記ガラスであって、屈折率の値ｎｄが１．４０〜１．６０の範囲であり、アッベ数（νｄ）が６７以上であるフツリン酸ガラスにおいて、本発明の効果が特に顕著である。
上記フツリン酸ガラスの具体例を表１に示す。
Figure 0005160043
前記リン酸ガラスとしては、以下のものを例示できる。
モル％表示で、Ｐ2Ｏ5; １５〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5; ０〜３５％、Ｌｉ2Ｏ;２〜３５％、ＴｉＯ2; ０〜２０％、ＷＯ3; ０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3; ０〜２０％、Ｂ2Ｏ3; ０〜３０％、ＢａＯ; ０〜２５％、ＺｎＯ; ０〜２５％、ＭｇＯ; ０〜２０％、ＣａＯ; ０〜２０％、ＳｒＯ; ０〜２０％、Ｎａ2Ｏ;０〜４０％、Ｋ2Ｏ;０〜３０％（但し、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏの合計量が４５％以下）、Ａｌ2Ｏ3; ０〜１５％、ＳｉＯ2; ０〜１５％、Ｌａ2Ｏ3; ０〜１０％、Ｇｄ2Ｏ3; ０〜１０％、Ｙｂ2Ｏ3; ０〜１０％、ＺｒＯ2; ０〜１０％およびＴａ2Ｏ5; ０〜１０％を含む光学ガラス(リン酸塩ガラス)。
上記リン酸ガラスの具体的例を表２に示す。
Figure 0005160043
第一のガラスは、以下のように予備成形されることができる。
本発明に適用できるガラス素材は、第一のガラスを所定の体積、形状に予備成形したものを用いて作製する。この予備成形は、例えば、ブロック状の光学ガラスから切り出したものを、研削や研磨によって所定体積、所定形状に予備成形することができる（予備成形I）。又は、溶融状態のガラスをパイプから滴下、又は流下しつつ分離して所定量のガラス塊とし、このガラス塊の冷却中に予備成形することができる（予備成形II）。ここで、溶融状態のガラスを、底部からガスを噴出する受け型に受け、実質的に浮上させた状態で冷却しつつ予備成形する方法をとることができる。この方法は生産効率高く、表面の平滑なガラス素材を得られることから好ましい。尚、IIの方法は、上述のようにガラス塊の冷却中に予備成形した後、更に研磨等の機械加工を加えて、形状又は体積を微調整する場合も含み、該方法も本発明に好適に適用される。
本発明では、上記のように予備成形された第一のガラスのガラス塊に、第二のガラスを被覆することによってモールドプレス用ガラス素材を得る。
次に、第二のガラスについて説明する。
後述するように、本発明のプレス成形後、被覆部は成形体から除去してもよく、また除去せずにそのまま残しても良い。プレス成形後に被覆部を除去せずに残す場合には、第一のガラスより摩耗度の小さい第二のガラスを用い、これを第一のガラスの表面に被覆することが好ましい。第二のガラスの摩耗度は、200未満であることが好ましく、150以下であることがより好ましい。組成は特に限定されない。第二のガラスの摩耗度の下限は、例えば、30であり、好ましくは50である。
摩耗度が200未満である第二のガラスの具体例を表３および４に示す。
Figure 0005160043
Figure 0005160043
表中「Ｔｇ-TMA」：ガラス転移温度
「Ｔｓ」：屈伏点
「α100-300」：高温域（100-300℃）の線膨張係数
「ＦＡ」：摩耗度（数値が大きいほど摩耗し易い）
「Ｄ-HNO3」：エッチングレート
エッチングレートは、 ５０℃の０.１Ｎ 硝酸（ＨＮＯ3）に１０分〜２５分ひたづけしたときの1分間あたりの平均重量減少率（wt%/min）である。
他方、本発明ではプレス成形後に成形体表面から第二のガラスを除去することもできる。第二のガラスの除去は、エッチングにより行うことができ、具体的には、酸又はアルカリを用いるエッチングにより第二のガラスの除去を行うことができる。酸又はアルカリを用いるエッチングにより第二のガラスの除去を行う場合、第二のガラスの所定の酸又はアルカリ処理による重量減少率は、第一のガラスの重量減少率の10以上であることが好ましい。
エッチングに用いる酸およびアルカリ等に特に制約はない。エッチング液の種類および濃度に特に限定はないが、硝酸、塩酸、硫酸、酢酸、リン酸あるいは水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの水溶液などをそれぞれ適宜希釈して0.1N〜0.0001Nの水溶液として利用したり、市販の混合酸や混合アルカリおよび洗浄液などを目的に合わせて使用することができる。この際、第一のガラスがエッチングされない程度に濃度を調整することが望ましい。特に、ガラス成分との反応による塩の析出のない硝酸や塩酸、水酸化ナトリウム等が望ましい。エッチング液とともに緩衝液、キレート材等も本発明の目的を損なわない程度に添加することができる。
第二のガラスの被覆部位については、プレス成形後に成形体が受ける工程や取り扱いを考慮して選択することができる。例えば、芯取工程において、対向するベル部材により成形体をチャックする際に、一方(例えば固定軸側)が、他方（例えば移動軸側）よりも成形体に与えるダメージが大きい場合には、その面のみに被覆部を設けることも可能である。好ましくは、被覆部は、第一のガラスからなる芯部全体を包むように被覆することができる。
第二のガラスの被覆方法について説明する。
上記のように予備成形された第一のガラスからなる予備成形体に、第二のガラスを被覆する。被覆方法は、スパッタ法、真空蒸着法などの公知の成膜法を用いることができる。例えば、第二のガラスをターゲットとし、アルゴンガスを用いたスパッタ法によって、第二のガラスによる被覆層を形成することができ、好ましい。
膜厚は厚すぎると、ガラス素材をプレス成形する際に、芯部のガラスが変形し、延展するとき、被覆部が追従できず、亀裂が生じやすい。また、膜厚が小さすぎると、傷防止に不十分な場合がある。膜厚範囲は、0.1〜1000nmが好ましく、より好ましくは0.1〜500nm、更に好ましくは、2〜100nmが好適である。被覆部は、芯部全体を包むように被覆することが好ましいが、少なくとも得られる光学素子の有効径となる領域が被覆されていれば、部分的な被覆であってもよい。
本発明のガラス素材は、その表面（すなわち、被覆部の更に外側）に、炭素を含有する膜を有することが好ましい。これはプレスに先立ってガラス素材が成形型に供給される際、成形型との充分な滑り性をもたらし、ガラス素材が成形型の所定位置(中心位置)に滑らかに移動できるようにするとともに、プレスによってガラス素材が軟化し、変形するときに、ガラス素材の表面上でガラス変形に従って伸び、ガラス素材の成形型表面における延展を助ける。更に、プレス後に成形体が所定温度に冷却されたときに、ガラスが成形型表面と離れやすくし、離型を助ける点で、有用である。
この炭素含有膜としては、炭素を主成分とするものが好ましく、炭化水素膜など、炭素以外の成分を含有するものでもよい。成膜方法としては、炭素原料を用いた真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング法、プラズマ処理、イオンガン処理など、公知の成膜方法を用いて行うことができる。また、炭化水素等、炭素含有物の熱分解によって成膜してもよい。
炭化水素の熱分解による場合は、被覆部を設けたガラス塊を収容した反応器に炭化水素ガスを導入して接触させ、炭化水素の熱分解によりガラス素材表面に炭素系膜を形成する。用いられる炭化水素は、アセチレン、エチレン、ブタン、エタン、プロピン、プロパン、ベンゼンなどであるが、アセチレンが、熱分解温度が比較的低い点から好ましい。炭化水素導入時には、反応器中は熱分解温度に昇温されていることが好ましい。温度範囲は炭化水素の熱分解に適切な温度通常250℃〜600℃の範囲内とする。例えば炭化水素がアセチレンの場合、400〜550℃、好ましくは480℃〜510℃である。膜厚は、1〜20nm、好ましくは1〜10nm、更に好ましくは2〜5nmとすることが好適である。
本発明は、所定形状のガラス素材を加熱により軟化し、成形型を用いてプレス成形を行うことによるガラス光学素子の製造方法を包含する。このガラス光学素子の製造方法において、上記本発明のガラス素材を用いる。
プレス成形方法について説明する。プレス成形に用いる成形型としては、充分な耐熱性、剛性を有し、緻密な材料を精密加工したものを用いることができる。例えば、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化タングステン、酸化アルミニウムや炭化チタン、ステンレス等金属、あるいはこれらの表面に炭素、耐熱金属、貴金属合金、炭化物、窒化物、硼化物などの膜を被覆したものを挙げることができる。
成形面を被覆する膜としては、炭素を含有するものが好ましい。該炭素含有膜としては、非晶質及び／又は結晶質の、グラファイト及び／又はダイヤモンドの、単一成分層又は混合層から構成されているものを用いることが好ましい。この炭素膜は、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法等の手段で成膜することができる。例えば、スパッタガスとしてＡｒの如き不活性ガスを、スパッタターゲットとしてグラファイトを用いてスパッタリングにより成膜することができる。或いは、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により原料ガスとしてメタンガスと水素ガスを用いて成膜してもよい。イオンプレーティング法により形成する場合には、ベンゼンガスを用い、イオン化して用いることができる。これらの炭素膜はＣ−Ｈ結合を有するものを含む。
プレス成形は、例えば以下のような方法で行うことができる。
プレス成形にあたっては、成形型（上型、下型、及び胴型を含む）とガラス素材をプレスに適した温度域に昇温する。例えば、ガラス素材と成形型が、ガラス素材の粘度が１０5〜１０10ｄＰａ・ｓになる温度域にあるときプレス成形を行うことが好ましい。ガラス素材を成形型に導入し、ガラス素材と成形型をともに上記温度範囲に昇温してもよく、又はガラス素材と成形型をそれぞれ上記温度範囲に昇温してから、ガラス素材を成形型内に配置してもよい。更に、ガラス素材を１０5〜１０9ｄＰａ・ｓ粘度相当、成形型をガラス粘度で１０9〜１０12ｄＰａ・ｓ相当の温度にそれぞれ昇温し、ガラス素材を成形型に配置して直ちにプレス成形する工程を採用してもよい。この場合、成形型温度を相対的に低くすることができるため、成形装置の昇温／降温サイクルタイムを短縮できるとともに、成形型の熱による劣化を抑制できる効果があり、好ましい。いずれの場合も、プレス成形開始時、又は開始後に冷却を開始し、適切な荷重スケジュールを適用しつつ、成形面とガラス素子の密着を維持しながら、降温する。この後、離型して成形体を取り出す。離型温度は、１０12.5〜１０13.5ｄＰａ・ｓ相当で行うことが好ましい。
プレス成形によって得られた成形体表面から、炭素含有膜を除去することができる。又は、必要に応じて成形体をアニールして、除歪及び/又は屈折率調整を行うことができ、このときに、酸化雰囲気での加熱により炭素含有膜を除去することが可能である。
本発明のガラス光学素子の製造方法においては、プレス成形品から炭素含有膜を除去した後、または炭素含有膜を除去することなく芯取工程等の機械加工を行う。芯取工程においては、レンズの光軸を芯取加工のためのレンズ旋廻軸と一致させる芯出しを行い、次いでレンズの光軸を該旋廻軸に固定し、軸の周りに回転させ、レンズ外周に砥石を接触させる。このとき、レンズは、対向するベル部でベルチャックされ、両ベル部の間でレンズを挾持、押圧される。すなわち、レンズが挾持、押圧される際に、光学機能面がベル面と滑ることを利用して芯出しが行われる。
更に、必要に応じて、成形体表面から本発明の被覆部を除去することができる。除去方法としては、物理的に除去してもよく、又は、化学的に除去しても良い。物理的除去としては、研磨布による方法などを適用でき、化学的除去方法としては、エッチングによることができる。エッチングによって被膜部を除去するためには、前述のように、第二のガラスとして第一のガラスに対して、酸、またはアルカリに対するエッチングレートの高いものを選択することが好適である。
エッチングの工程は、例えば、エッチング→リンス→乾燥の順に行うことができる。例えば、芯取工程等の機械加工後のプレス成形品を治具等にセットし、エッチング液の入った容器に所定時間浸漬（例えば10〜300秒）し、被覆部を除去したのち、水の入った容器に浸漬して成形体表面からエッチング液を除去し、乾燥機にて成形体表面の水を除去し、乾燥した成形体を得る。上記のいずれかの工程の後、洗浄工程によって成形体表面の清浄度を高めることもできるが、成形体表面の清浄度を高める観点からは、乾燥工程の前にレンズ洗浄工程を経ることが望ましい。
エッチング液の種類および濃度に特に限定はないが、硝酸、塩酸、硫酸あるいはそれらの一種以上を含む混合液、又は水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの水溶液などをそれぞれ適宜希釈して0.0001N〜1Nの水溶液として利用するか、あるいは市販の混合酸や混合アルカリおよび洗浄液などを目的に合わせて使用することができる。
尚、上記エッチング工程は、プレス成形品に対し、アニール、及び/又は芯取工程を施した後に、行うことが好ましい。
このようにして得られた成形体表面に光学的機能膜を設けることができる。光学的機能膜としては、例えば、反射防止膜を挙げることができる。成形体表面から被覆部を除去しない場合には、この被覆部を、光学素子の光学的機能膜、又はその一部として用いることができる。その場合は、被覆部を有する成形体に、公知の材料を単層で、又は積層して適宜成膜することによって、所望の反射防止膜とすることができる。
本発明の光学素子の用途は、小径、薄肉の小重量レンズ、例えば、携帯撮像機器などに搭載する小型撮像系用レンズ、通信用レンズ、光ピックアップ用の対物レンズ、コリメータレンズ等とすることができる。但し、これらに限定される意図ではない。
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
第一のガラスとして、前記表１の例１の光学ガラスＡ（Tg＝429℃、ｎd＝1.501、νd＝81.2、FA＝490)を、用いて、径20ｍｍ、凸メニスカス形状のガラスレンズを成形した。
まず、光学ガラスAを、溶融状態から受け型に滴下、冷却し、球形状を扁平にした両凸曲面形状のガラス塊を予備成形した。次いで、表３に示す例２６の多成分ガラスであるガラスB（FA＝110）をターゲットとして用い、スパッタ法により、予備成形された上記ガラス塊の表面に、厚さ15nmの被覆部を形成した。
次に、上記被覆後のガラス塊の表面に、炭素含有膜を形成した。
すなわち、被覆部を設けたガラス塊を収容した反応器を排気後、炭化水素（ここではアセチレンガスを用いた）を導入して接触させ、熱分解させることガラス素材表面に炭素系膜を形成した。
炭素系膜被覆後のものをガラス素材とし、プレス成形を行った。すなわち、SiC製の上下型と、胴型からなる成形型であって、上下型の成形面に、スパッタ法による炭素含有離型膜を形成した成形型を、ガラスAの粘度で108.5dPa・s相当の温度に加熱し、この成形型に、ガラスAの粘度が107.2dPa・sとなる温度に加熱したガラス素材を供給した。供給に際しては、分割可能な型上に、気流を噴出させた状態でガラス素材を保持し、加熱によりガラス素材が軟化した状態で、型を分割させて、下型上に落下供給した。
供給直後に上下型間でガラス素材をプレスし、ガラスと上下型の密着を維持したまま、ガラスAの徐冷温度以下の温度まで冷却し、成形型内から成形体を取り出した。上記プレス成形により、１００個の連続成形を行った。
次に、得られた成形体を加熱炉に２時間保持し、その後−５０℃/ｈで降温し、アニールした。
アニール後の成形体を、芯取機によって芯取し、成形体外周を除去するとともに、外径中心を光軸と一致させた。芯取後の成形体を拡大鏡で評価したところ、芯取時に芯取機のベル部でベルチャックされた部位にリング状のキズが観測された成形体が約１０％あった。
更に、成形体表面の被覆部を除去するエッチングを行った。具体的には、５０℃の０．１Ｎ HNO3水溶液に300秒浸漬し、引き上げた後、純水で洗浄し、乾燥させた。
最後に、洗浄後の成形体に、反射防止膜を形成し、ガラスレンズとした。
以上のようにして得られた１００個のガラスレンズを評価した結果、芯取工程におけるレンズの光学機能面の傷は被覆部とともに除去され、外観、形状精度ともに、光学機器の仕様を十分充足するものであった。
比較例１
比較の目的で、実施例１で予備成形した光学ガラスAからなるガラス塊の表面に、被覆部を設けず、炭素含有膜のみを製膜したサンプルを作製した。この比較サンプルを、上記と同様の連続プレスに供し、プレス成形後の成形体をアニールした後、上記実施例と同様に芯取機によって芯取し、成形体の外周を除去した。芯取後の成形体を拡大鏡で評価したところ、光学機能面にリング状のキズが認められる成形体が約８５％あった。
そして、これらの成形体を洗浄後、表面に反射防止膜を形成し、ガラスレンズとしたが、約８５％の外観不良が発生した。
実施例２
第一のガラスとして、上記表２の例１４の光学ガラスＣ（Tg＝520℃、ｎd＝1.826、νd＝23.1、FA＝370)を、用いて、径18ｍｍ、凸メニスカス形状のガラスレンズを成形した。
まず、光学ガラスＣを、溶融状態から受け型に滴下、冷却し、球形状を扁平にした両凸曲面形状のガラス塊を予備成形した。次いで、表３に示す例３１の多成分ガラスであるガラスＤ（FA＝100）をターゲットとして用い、スパッタ法により、予備成形された上記ガラス塊の表面に、厚さ13nmの被覆部を形成した。
次に、上記被覆後のガラス塊の表面に、炭素含有膜を形成し、このガラス塊をガラス素材とし、上記実施例と同様にプレス成形を行い、１００個の成形体を得た。
次に、得られた成形体を加熱炉に２時間保持し、その後−５０℃/ｈで降温し、アニールした。
アニール後の成形体を、芯取機によって芯取し、成形体外周を除去するとともに、外径中心を光軸と一致させた。芯取後の成形体を拡大鏡で評価したところ、何れの成形体にもキズが観測されなかった。
更に、成形体表面の被覆部を除去するエッチングを行った。具体的には、５０℃の０．１Ｎ HNO3水溶液に300秒浸漬し、引き上げた後、純水で洗浄し、乾燥させた。
最後に、洗浄後の成形体に、反射防止膜を形成し、ガラスレンズとした。
以上のようにして得られた１００個のガラスレンズを評価した結果、外観、形状精度ともに、光学機器の仕様を十分充足するものであった。
比較例２
比較の目的で、実施例２で予備成形した光学ガラスＣからなるガラス塊の表面に、被覆部を設けず、炭素含有膜のみを製膜したサンプルを作製した。この比較サンプルを、上記と同様の連続プレスに供し、プレス成形後の成形体をアニールした後、上記実施例と同様に芯取機によって芯取し、成形体の外周を除去した。芯取後の成形体を拡大鏡で評価したところ、光学機能面にリング状のキズが認められる成形体が約８０％あった。そして、これらの成形体を洗浄後、表面に反射防止膜を形成し、ガラスレンズとしたが、約８０％の外観不良が発生した。
本発明は、ガラスレンズ等のガラス光学素子の製造分野に利用できる。

Claims (10)

  1. 摩耗度FAが200以上の光学ガラス（以下第一のガラスという）からなる芯部と、前記芯部の表面の少なくとも一部を被覆する、膜厚が0.1〜1000nmの範囲である第二のガラスからなる被覆部とを有し、かつ前記第二のガラスの所定の酸又はアルカリ処理による重量減少率は、前記第一のガラスの前記重量減少率の10倍以上である、モールドプレス用ガラス素材。
  2. 前記第二のガラスは、摩耗度FAが200未満である、請求項1に記載のガラス素材。
  3. 前記第一のガラスは、フツリン酸ガラスである、請求項１〜2のいずれか１項に記載のガラス素材。
  4. 前記フツリン酸ガラスが、カチオン％表示で、以下の成分を含有する、請求項3に記載のガラス素材。
    Ｐ5+ ５〜５０％、
    Ａｌ3+ ０．１〜４０％、
    Ｍｇ2+ ０〜２０％、
    Ｃａ2+ ０〜２５％、
    Ｓｒ2+ ０〜３０％、
    Ｂａ2+ ０〜３０％、
    Ｌｉ+ ０〜３０％、
    Ｎａ+ ０〜１０％、
    Ｋ+ ０〜１０％、
    Ｙ3+ ０〜５％、
    Ｌａ3+ ０〜５％
    Ｇｄ3+ ０〜５％
  5. Ｆ-とＯ2-の合計量に対するＦ-の含有量のモル比Ｆ-／（Ｆ-＋Ｏ2-）が０．２５〜０．９５である、請求項4に記載のガラス素材。
  6. 前記第一のガラスがリン酸塩ガラスである、請求項１〜3のいずれか１項に記載のガラス素材。
  7. 前記リン酸塩ガラスは、モル％表示で、Ｐ2Ｏ5 ;１５〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5; ０〜３５％、Ｌｉ2Ｏ; ２〜３５％、ＴｉＯ2; ０〜２０％、ＷＯ3; ０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3; ０〜２０％、Ｂ2Ｏ3; ０〜３０％、ＢａＯ; ０〜２５％、ＺｎＯ; ０〜２５％、ＭｇＯ; ０〜２０％、ＣａＯ; ０〜２０％、ＳｒＯ; ０〜２０％、Ｎａ2Ｏ; ０〜４０％、Ｋ2Ｏ; ０〜３０％（但し、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏの合計量が４５％以下）、Ａｌ2Ｏ3; ０〜１５％、ＳｉＯ2; ０〜１５％、Ｌａ2Ｏ3; ０〜１０％、Ｇｄ2Ｏ3; ０〜１０％、Ｙｂ2Ｏ3; ０〜１０％、ＺｒＯ2; ０〜１０％およびＴａ2Ｏ5; ０〜１０％を含む光学ガラスである、請求項6に記載のガラス素材。
  8. 所定形状に予備成形したガラス素材を加熱により軟化し、成形型を用いてプレス成形を行い、得られた成形体の外周部分を機械加工により除去することを特徴とする、ガラス光学素子製造方法であって、前記ガラス素材として請求項１〜7のいずれか１項に記載のガラス素材を用いることを特徴とする、前記製造方法。
  9. 前記機械加工後、成形体の表面から、第二のガラスを除去する、請求項8に記載の製造方法。
  10. 前記機械加工後、成形体の表面上から第二のガラスを除去することなく、更に、光学的機能膜を成膜する、請求項8に記載の製造方法。
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