JPS62297225A

JPS62297225A - プレスレンズ用ガラスとプレスレンズの製造方法

Info

Publication number: JPS62297225A
Application number: JP7468086A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Hirota; 慎一郎広田
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-03-31
Publication date: 1987-12-24
Also published as: JPH021778B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】３、発明の詳細な説明〔産業上の利用分野〕本発明は、プレスレンズ用ガラスとプレスレンズの製造
方法に関する。このプレスレンズは、精密加工された型
の表面形状がプレス成形により転写されることから、球
面レンズはもとより、非球面レンズを製造することがで
き、広範囲のレンズに利用することができる。

〔従来の技術〕

従来のプレスレンズ用ガラスとプレスレンズの製造方法
は、各種提案されているが、ガラスとしては光学ガラス
が使用され、プレスレンズのＩ！　”？１方法としては
型の表面の酸化を防止するために非酸化性雰囲気中で行
われている。例えば、米国特許第４．１３９．６７７号
明細書では、プレスレンズ用ガラスがフリント（Ｆ）系
ガラスであり、非酸化性雰囲気中で、ＳｉＣ又は５ｉ３
Ｎａの表面層を有する型にフリント系ガラスを置いて、
このガラスを軟化状態にするまで型と共に加熱して、こ
の型で軟化状態のガラスをプレス成形する方法を提案し
ている。ここで、非酸化性雰囲気としては、主として窒
素ガス雰囲気が使用されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、窒素ガスを使用した場合、この窒素ガス
中に存在する数ｐｐｍ程度のわずかな惜の酸素によって
も、型表面上に酸化膜が形成されて、プレス成形時にお
いて軟化状態のガラスが型表面に融着しやすい問題点が
あった。

また、ガラスとして前述したフリント系や重フリント（
ＳＦ、）系ガラスを使用して還元性雰囲気でプレス成形
した場合、ガラス成分中のＰｂＯが還元されて、還元粒
子（Ｐｂ）がプレスレンズ表面に析出してしまう。その
結果、還元粒子（Ｐｂ）がプレスレンズ表面から飛び出
しやすくなり、例えば熱処理を受けると、還元粒子が蒸
発して、プレスレンズ表面に凹部が形成され、面粗度を
著しく低下させる問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のプレスレンズ用ガラスとプレスレンズの製造方
法は、上記問題点を解決するためになされたものであり
、先ず、プレスレンズ用ガラスは、内部ガラスと、前記
内部ガラスの表面に形成されたガラス表面層とを備え、
前記ガラス表面層のガラス転移温度が前記内部ガラスの
ガラス転移温度よりも１５〜７００℃高いことを特徴と
し、プレスレンズの製造方法は、内部ガラスを仕上り形
状の基礎をなす形状に加工し、かつ前記内部ガラスのガ
ラス転移温度よりも１５〜７００℃高いガラス転移温度
を有するガラス表面層を前記内部ガラスの表面に形成し
たプレスレンズ用ガラスを、前記内部ガラスを軟化状態
にし、かつ前記ガラス表面層を未軟化状態にして、型に
よりプレス成形することを特徴とする。

本発明のプレスレンズ用ガラスとプレスレンズの製造方
法は、ガラス転移温度についてガラス表面層の方が内部
ガラスよりも１５〜７００℃高くしている。このガラス
転移温度差は、プレス成形時に内部ガラスを軟化状態に
、ガラス表面層を未軟化状態にするためであり、この内
部ガラスの軟化状態は、所定のプレス時間（数１０秒以
内）でプレス成形することにより、内部ガラスを延ばず
ことのできる状態であり、一方、ガラス表面層の未軟化
状態は、上記プレス成形時において内部ガラスとのガラ
ス転移温度差（１５〜７００℃）に対応した分だけ内部
ガラスよりも粘度が高いことから、内部ガラスの軟化状
態にまで至らないが、内部ガラスの延び変形に追従して
、プレス成形後の表面層を形成することのできる状態で
ある。このような内部ガラスの軟化状態とガラス表面層
の未軟化状態は、型と共にプレスレンズ用ガラスを加熱
するか、又はプレスレンズ用ガラスを型に入れる前に加
熱することにより得られる。

ガラス表面層の厚さの実用的範囲は、５０〜２０００Å
（好ましくは１００〜１０００人）であり、５０人未満
であると、このガラス表面層形成の効果が減少し、２０
００人を越えると、プレス成形時にクラック等の欠陥が
発生しやすくなり、透過率や屈折率などの光学的品質を
低下させる原因となる。このガラス表面層の形成方法と
しては、真空蒸着法、スパッタリング法、又はイオンブ
レーティング法等が使用可能である。

本発明のプレスレンズの製造方法において、「仕上り形
状の基礎をなす形状」とは、加圧成形前のガラスの予備
成形であって、この予備成形の形状が、加圧成形後にレ
ンズの什１ニリ形状にすることのできる基礎的な形状で
あり、例えば、仕上り形状が凸又は凹のレンズである場
合、容積がほぼ等しい円板状、円柱状、球面状又は球形
状であり、好ましくは仕上り形状とほぼ近似した形状で
ある。

本発明のプレスレンズの製造方法において使用する「型
」は、プレスレンズ用ガラスと対向する表面層が重要で
あり、気孔等の欠陥がなく、緻密で鏡面状に精密加工す
ることができ、加熱に対して硬度及び強度を有する等の
型としての一般的要件を具備しているものであれば、本
発明では型の母材とその表面層の材料において特に限定
する必要がなく、例えば、炭化ケイ素、炭化ケイ素と炭
素の混合物、窒化ケイ素、モリブデン、４ｏ０系列のス
テンレス鋼、無電解ニッケル、ベリリウム−ニッケル合
金、炭化タングステン、窒化チタン、炭化チタン、ホウ
化チタン、貴金屈（白金、ロジ’７ム、　金り　、及び
Ｓ　１ｏ２−Ａ　Ｉ２０３−ＣａＯ−ＭａＯ−ＺａｎＯ
−ＰｂＯ系ガラス（転移温度７３０℃、熱膨張係数４３
Ｘ　１０’／”Ｃ）のような転移温度が上記［内部ガラ
ス及びガラス表面層」のそれよりも高い多成分系ガラス
等の広範囲の材料が使用可能である。

また、「プレス成形」の圧力は、型の表面形状がプレス
レンズ用ガラスに転写するのに充分な圧力であればよい
。更にまた、雰囲気については、必ずしも非酸化性雰囲
気にすることを要しないことから、大気中であってもよ
い。

〔作用〕

上記したプレス成形時において、内部ガラスが軟化状態
になり、この内部ガラス成分中のアルカリ金属イオン、
アルカリ土類金属イオン等が拡散してガラス表面層とな
じんで、内部ガラスとガラス表面層の付着力を増加する
。しかし、ガラス表面層は内部ガラスとなじんでいるも
のの、このガラス表面層が未軟化状態であることから、
型の表面が酸化されていたとしても、プレス成形時に型
表面との融着を防止する。

また、ガラス表面層が未軟化状態で内部ガラスの表面を
被覆していることから、内部ガラスがＰｂＯを多母に含
有したフリント系や重フリント系の光学ガラスであって
も、ＰｂＯの還元を防止する。

〔実施例〕

次に、本発明の理解を容易にするため、本発明の実施例
を詳述する。

［実施例１］内部ガラスの材料としてＰｂＯを多串に含有するＳＦ８
ガラス（組成（重量％）：ＳｉＯ２；３６．７．ＰｂＯ
：５７．５．に２　０　：　　４．２．Ｎａ２０　：０
．８．　Ｂ２０３　；　　０．８）　、ガラス表面層の
材料としてＬ　ａ　Ｋ　９ガラス（組成（タロ％）：Ｓ
ｉＯ２：５．０．　Ｂ２０３　：　３７．１．　Ｌ−ａ
２０３　：　３２．９゜ＣａＯ：　　９．６．　ｚｎｏ
　：　１３．４．　Ａｌ２Ｏ３：　　２．０）をそれぞ
れ使用する。ＳＦ８及びＬａＫ９のガラス特性は表１に
示す通りである。

次に、上記ＳＦ８を素材にして第１図（ａ）に示すよう
に円板状の内部ガラス１（直径：　　９．７Ｍ。

厚さ：　　２．５Ｍ）に予備成形して、この円板状の内
部ガラス２の上下面に真空蒸着法（蒸着源：ＬａＫ９の
粉末）によりガラス表面層２（厚さ：２００人）を形成
して、これをプレス成形の対象であるプレスレンズ用ガ
ラス３とする。

本実施例で使用するプレス成形機は第２図に示すように
、凸球面状に精密鏡面加工された型表面を有する上型４
（材料：炭化タングステン）と下型５（材料：炭化タン
グステン）、内周面が精密鏡面加工された案内型６（材
料二炭化タングステン）とを具備し１．上型４が上下移
動して、その外周面が案内型６の内周面と滑動し、下型
５の外周面が案内型６の内周面と滑動支持され、上記型
４゜５．６は支持台８（材料ニステンレス！ＩＩ）によ
り支持されている。押し棒７（材料ニステンレス鋼）は
上型４の上面まで降下して荷重を加える。そして、以上
の型構造体はシリカチューブ９内に収容され、このシリ
カチューブ９の外周に誘導加熱コイル１０を配設し、下
型５内に埋設した熱雷対１１により温度測定して、誘導
加熱コイル１０の温度制御を行う。

次に、前述してプレスレンズ用ガラス３を上・下型４，
５内に置き、２％１−１２＋９８％Ｎ２ガス雰囲気にし
て、誘導加熱コイル１０により型４，５゜６と共にガラ
ス３を４９５℃（内部ガラス１の粘度が１０９ポアズに
相当する温度であって、内部ガラス１を軟化状態にし、
一方、ガラス表面層２は未軟化状態である。）に加熱し
た状態で、押し棒７を降下して上型４に荷重を加えてプ
レス成形する（圧力；　　２０Ｈ９／　ｃｉ　、プレス
時間：３０秒）。

次に、押し棒７の圧力を除去して型４．５．６内にプレ
ス成形物を包囲したまま、内部ガラス１の転移温度（４
２５℃）まで徐冷し、しかる後、急冷して、仕上げ形状
に成形されたレンズ３°となって取り出される。このレ
ンズ３°は、第１図（ｂ）に示すように内部ガラス１°
とガラス表面層２°から成る直径１０ＩＩｔＲの両凹球
面レンズであって、型との融着が起きず、上・下型４，
５の表面の凸球面形状と対応した凹球面形状がそのまま
転写されて、高面精度を得ており、また、ガラス表面層
２の介在によりＰｂｏの還元も起こらず、透過率や屈折
率などの光学的品質を良好に維持していることが認めら
れた。更に、内部ガラス１゜１°とガラス表面層２，２
°の熱膨張係数がほぼ等しいことから、プレス成形時の
加熱温度においてもクラックの発生を防止し、屈折率も
ほぼ等しいことから、一体のレンズとして利用すること
ができる。

［実施例２］内部ガラスの材料としてＰｂＯを多量に含有する５Ｆ１
５ガラス（組成（重量％）：ＳｉＯ２；３６．２．　Ｐ
ｂＯ：５５．６．　Ｋ２０　：　　４．８．　Ｎａ２Ｏ
；１．５．　Ｔ　ｉ　０２　；　　１．９）　、ガラス
表面層の材料としてＬａＬＦ３ガラス（組成（重量％）
：Ｓ　ｉ　０２　：１７．６．８２０３　；１６．５．
　Ｉ−ａ２０３　：１２．３．８２０３　：　１Ｂ、６
．　ＣａＯ；　　７．６，３ｒＱ；２２．８．　Ｚ　ｒ
ｏ２；　　２．４．　Ｔ　ｉ　０２　：　　４．２）を
それぞれ使用する。ＳＦＩ　５及びＬａＬＦ３のガラス
特性は表２に示す通りである。

表２次に、上記５Ｆ１５を素材にして第３図（ａ）に示すよ
うに球状の内部ガラス１２（直径：　　６．３ｍ）に予
備成形して、この球状の内部ガラス１２の全表面に真空
蒸着法（蒸着源：　Ｌ　ａＬＦ３の粉末）によりガラス
表面層１３（厚ざ８４００人）を形成して、これをプレ
スレンズ用ガラス１４とする。

本実施例で使用するプレス成形機は実施例１のものと基
本的には同一であるが、本実施例では、球状のガラス１
４から両凸球面レンズを製作することから、上型４°と
下型５′のそれぞれの型表面が凹球面状に精密鏡面加工
されている点だけ相違している。

次に、上記ガラス１４を上・下型４°、５°内に置き、
大気中で、誘導加熱］イル１０により型４゛。

５゛、６と共にガラス１４を５２４℃（内部ガラス１２
の粘度が１０８．７ボアズに相当する温度であって、内
部ガラス１２を軟化状態にし、一方、ガラス表面層１３
は未軟化状態である。）に加熱した状態で、押し棒７を
降下して、上型４°に荷重を加えてプレス成形する（圧
力；　５０Ｋｇ／　ｃｍ　、プレス時間＝６０秒）。次
に、押し棒７の圧力を除去して、型４°。

５゛、６内にプレス成形物を包囲したまま、内部ガラス
１２の転移温度（４４５℃）まで徐冷した後、急冷して
、仕上り形状に成形された、第３図（ｂ）に示すように
内部ガラス１２°とガラス表面層１３゛とから成る両凸
球面レンズ１４゛（直径：　　８．０ｍ。

中心肉厚：　　２．７ｍｍ）となって取り出される。こ
のレンズ１４°は、型４°１５°、６との融着が起らず
、上・下型４°、５°の表面の凹球面形状と対応した凸
球面形状がそのまま転写されて高面積度を得ており、光
学的品質も良好であり、その他実施例１と同様の効果を
得た。

［実施例３］内部ガラスの材料としてＰｂＯを多量に含有するＦ２ガ
ラス（組成（重量％）　：Ｓ　ｉｏ２：４３．８゜Ｐｂ
Ｏ：４６゜６．　ＣａＯ：　　６．７．　Ｎａ２Ｏ：　
　２．９）、ガラス表面層の材料として硼ケイ酸塩系ガ
ラス（組成（重ｆｆｉ％）　：　Ｓ　ｔ　０２　：　６
５．０．　Ｂ２０３　；５．０．　Ｌｉ２０：　　９．
０．　Ｋ２０：　　４．４．　Ｎａ２０：３．０．　Ｚ
　ｎ　Ｏ：　１３．６）をそれぞれ使用する。上記Ｆ２
及び硼ケイ酸塩系ガラスの特性は表３に示す通りである
。

次に、実施例２と同様、上記Ｆ２を素材にして第３図（
ａ）に示すように球状の内部ガラス１２（直径：　　６
．３ｍｍ）に予備成形して、この内部ガラス１２の全表
面に真空蒸着法（蒸着源；上記硼ケイ酸塩系ガラスの粉
末）によりガラス表面１３（厚さ２８００人）を形成し
て、これをプレスレンズ用ガラス１４とする。

そして、プレス成形機を実施例２の第４図に示したもの
と同様であり、上記ガラス１４を上・下型４°、５°内
に置き、大気中で、誘導加熱コイル１０により上・下型
４°１５°と共にガラス１４を４７２℃（内部ガラス１
２及びガラス表面層１３の粘度がそれぞれ１０１０．５
ポアズ及び１０１２．１ポアズに相当する温度であって
、内部ガラス１２を軟化状態にし、ガラス表面１ｉＷ１
３を未軟化状態にする。）に加熱した状態で、押し棒７
を降下して、上型４°に荷重を加えてプレス成形する（
圧力；　　２００Ｋｇ／　ｃｉ、プレス時間；６０秒）
。

次に、押し棒７の圧力を除去して、型４°、５°。

６内にプレス成形物を包囲したまま、内部ガラス１２の
転移温度（４３５℃）まで徐冷した後、急冷して、仕上
り形状に成形された、第３図（ｂ）に示したような両凸
球面レンズ１４°　（直径：　　８．０＃。

中心肉厚：　　２．７ｍ）となって取り出される。この
レンズ１４°も、実施例２と同様、融着が起らず、裏面
精度を得ており、光学的品質も良好であった。

以上の実施例において、内部ガラスの成分としてＰｂＯ
を含有するものを挙げたが、このＰｂＯを含まないクラ
ウン（Ｋ）系などの光学ガラスから内部ガラス材料を適
宜選択し、使用してもよいことは勿論である。

また、内部ガラスとガラス表面層のガラス転移温度差（
ΔＴＱ＝１５℃〜７００℃）は、実施例以外の各種光学
ガラスの組み合わせにより、また内部ガラスとして各種
光学ガラスを、ガラス表面層として石英ガラス（転移温
度１１００℃）を使用した組み合わせによっても得られ
る。例えば、ΔＴＱ＝１５℃にする場合は、内部ガラス
に実施例２の５Ｆ１５を、ガラス表面層に実施例３の■
ケイ酸塩系ガラスを使用すればよいし、ΔＴｑ＝６７５
℃にする場合は、内部ガラスに実施例１のＳＦ８を、ガ
ラス表面層に石英ガラスを使用すればよい。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、ガラスレンズ用ガラスを
内部ガラスとガラス表面層にして、ガラス表面層のガラ
ス転移温度が内部ガラスのガラス転移温度よりも１５℃
〜１００℃高くしていることから、プレス成形時の型と
の融着を防止し、使用ガラスがＰｂＯを含有したもので
あっても、ＰｂＯの還元を防止することができる。また
、雰囲気について中性ガスや還元性ガスの他に、大気中
でもプレス成形することができ、型材料として高価な材
料の使用を必要とせず、広範囲な型材料から適宜選定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例１によるプレ
ス成形用ガラス及びプレス成形後のレンズを示す断面図
、第２図は本発明の実施例１によるプレス成形機を示す
断面図、第３図（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例２，
３によるプレス成形用ガラス及びプレス成形後のレンズ
を示す断面図、第４図は本発明の実施例２，３によるプ
レス成形機を示す断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部ガラスと、前記内部ガラスの表面に形成され
たガラス表面層とを備え、前記ガラス表面層のガラス転
移温度が前記内部ガラスのガラス転移温度よりも１５℃
〜７００℃高いことを特徴とするプレスレンズ用ガラス
。
（２）ガラス表面層の厚さが５０〜２０００Åであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプレスレン
ズ用ガラス。
（３）内部ガラスとガラス表面層の熱膨張係数がそれぞ
れ実質的に等しいことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のプレスレンズ用ガラス。
（４）内部ガラスとガラス表面層の屈折率がそれぞれ実
質的に等しいことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のプレスレンズ用ガラス。
（５）内部ガラスを仕上り形状の基礎をなす形状に加工
し、かつ前記内部ガラスのガラス転移温度よりも１５〜
７００℃高いガラス転移温度を有するガラス表面層を前
記内部ガラスの表面に形成したプレスレンズ用ガラスを
、前記内部ガラスを軟化状態にし、かつ前記ガラス表面
層を未軟化状態にして、型によりプレス成形することを
特徴とするプレスレンズの製造方法。