JP2002137934A - ガラス光学素子のプレス成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ガラス素材の離型性を向上させ、成形品のワ
レやクラックを防ぐことができるガラス光学素子のプレ
ス成形方法を提供する。 【解決手段】 室温のガラスプレフォム２に噴霧器３を
用いて水を塗布するとともに（ａ）、型温をガラスの粘
度で１０^１３〜１０^８ｄＰａ・ｓに相当する温度まで加
熱した後、表面に微細パターンを有する成形型１（ｂ）
により、型との表面形状差を１００μｍ以下としたガラ
スプレフォームをプレス成形する（ｃ）。成形型を所定
温度まで冷却した後、成形型をガラスの面から剥離し、
成形したガラスを取出す（ｄ）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非球面レンズなど
の高精度なガラス光学素子、特に、回折格子やフレネル
レンズなど、微細パターンを有するガラス光学素子のプ
レス成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、研磨工程を経ずに、所定の表面精
度を有する成形用型内に光学素子材料を収容して、プレ
ス成形することにより、光学機器などに使用されるガラ
スレンズを製造する方法が提唱された。この方法は、例
えば、特公昭６１−３２２６３号公報に記載されてい
る。また、微細パターンを有するガラス光学素子のプレ
ス成形方法は、特公平５−７３７００号公報に記載され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
では、離型性の悪い材料を型材として用いたり、離型性
が良い型材でも、微細パターンを有する光学素子をプレ
ス成形する場合、プレスされたガラス光学素子にワレや
クラックを生じたり、微細パターンを有する型にガラス
が融着するという問題点があった。

【０００４】ここで、微細パターンとは０．１μｍ以上
５０μｍ以下のオーダーを持つ、凹凸形状を意味するも
のとする。例えば、図１０に示すようなフレネルレンズ
や、図１１に示すような回折格子などの光学機能部分で
ある。

【０００５】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その第１の目的とするところは、所要の形状にプ
レフォームされたガラス素材の表面に、液体を塗布する
ことにより、離型性を向上させ、成形品のワレやクラッ
クを防ぐことができるガラス光学素子のプレス成形方法
を提供することである。

【０００６】また、本発明の第２の目的とするところ
は、塗布する液体を水にすることにより、ガラスに対し
て腐食などの悪影響もなく、塗布する液体を安価に適用
できるガラス光学素子のプレス成形方法を提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
ガラス光学素子のプレス成形方法において、プレス成形
されるガラス素材は、その表面に液体を塗布しているガ
ラスプレフォームであることを特徴とする。

【０００８】この場合、本発明の実施の形態として、塗
布する液体が水であること、更に、プレス成形時のガラ
ス素材の温度を室温に設定していること、プレス成形時
の成形型を、プレスするガラスの粘度で１０¹³〜１０⁸
ｄＰａ・ｓに相当する温度に制御し、この成形型でプレ
スすることが、それぞれ、有効である。また、プレス成
形時のガラス素材と成形型との表面形状は、１００μｍ
以下の形状差であることが好ましい。

【０００９】このような構成では、プレス時のガラス素
材を室温（液体の沸点以下）とすることにより、塗布し
た液体の気化による離型効果を向上させ、型温をガラス
の粘度で１０¹³〜１０⁸ ｄＰａ・ｓに相当する温度でプ
レスすることによりガラス表面の変形が可能となり、ま
た、ガラス素材と型の表面形状を１００μｍ以下の形状
差にすることにより、短時間で所要の表面形状へのプレ
ス変形が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は、本
発明に係わるガラス光学素子成形方法についての、一つ
の実施の態様を示すものである。図１（ａ）において、
符号１は、図１（ｂ）に拡大図を示すような、表面に微
細パターンを有する成形型であり、２は円板状のガラス
素材、３は水を塗布する噴霧器、４はその霧状の水、５
はガラス素材を支持する台、６はガラスを押さえる板で
ある。成形型１は母材に超硬を用い、フォトリソ法によ
り微細パターンを形成した後、ＴｉＮをスパッタ法によ
り、１μｍの、さらに、その上にｉ−Ｃをイオンビーム
法により、４０ｎｍのコーティングしたものである。ガ
ラス素材２は、形状が直径：φ１２ｍｍ、厚み：２．５
ｍｍの円板で、その組成を表１に示すホウ珪酸ガラスと
した。

【００１１】 表１ wt% SiO₂ B₂O₃ Al₂O₃ Li₂O Na₂O K₂O BaO ZnO Sb₂O₃ 48.1 9.45 3.9 5.95 1.6 0.6 26.5 3.6 0.3 これら素材を用いて、成形装置（図示せず）により、プ
レス成形するのであるが、その際、窒素中で、成形型１
を６１２℃（ガラスの粘度に１０⁸ ｄＰａ・ｓに相当）
に加熱し、１０ＭＰａの圧力により２０秒間、加圧し
た。そして、成形型を４５０℃（ガラスの粘度で１０¹⁵
ｄＰａ・ｓ以上に相当）まで冷却した後、図１（ｄ）に
示すように、成形型１をガラスの面から剥離し、成形さ
れたガラス７を取出した。

【００１２】成形されたガラスには、ワレやクラック、
型への融着もなく、転写性も良好であった。

【００１３】（比較例１）ガラス素材へ水を噴霧しなか
った以外は、上述の実施の態様と同様に成形したところ
ガラスが型に融着してしまった。

【００１４】（第２の実施の形態）図２（拡大図）に示
すような、微細パターンを有する型を用いて成形を行っ
た。型材としては、超硬に、フォトリソ法により微細パ
ターンを形成した後、ＴｉＮを、スパッタ法により１μ
ｍ施したものを用い、ガラス素材は、上述した第１の実
施の態様と同様のものを用いた。ここでは、第１の実施
の態様と同様に、成形型を窒素中で４９７℃（ガラスの
粘度で１０¹³ｄＰａ・ｓに相当）に加熱し、室温のガラ
ス素材にエタノールを噴霧し、１０ＭＰａの圧力で３０
秒間、加圧した。その後、冷却せず、すぐに成形型１を
ガラスの面から剥離し、ガラス全体が４５０℃（ガラス
の粘度で１０¹⁵ｄＰａ・ｓ以上に相当）以下になるま
で、冷却した後、成形されたガラスを取出した。

【００１５】成形されたガラスには、ワレやクラック、
成形型への融着もなく、転写性も良好であった。

【００１６】（比較例２）第２の実施の態様と同じ、ガ
ラス素材、成形型を用いている。即ち、その成形型を４
８２℃（ガラスの粘度で１０¹⁴ｄＰａ・ｓに相当）に加
熱し、３００秒間、加圧したこと以外は、全て同様に成
形したところ、成形されたガラスには、ワレやクラック
もなく、成形型への融着もなかったが、微細パターン部
の転写が不完全で、エッジが形成されていなかった。

【００１７】（比較例３）第２の実施の態様と同じガラ
ス素材、成形型を用いている。ここでは、成形型を６４
５℃（ガラスの粘度で１０⁷ ｄＰａ・ｓに相当）に加熱
し、１０秒間、加圧した以外は、全て同様に成形したと
ころ、成形されたガラスには、ワレやクラックもなく、
型への融着もなかったが、レンズの肉厚方向の変形が大
きく、所要の寸法より、実際には薄くなっていた。

【００１８】以上、第１、２の実施の形態に示したよう
に、ガラス素材に水やエタノールなどの液体を塗布し、
室温でプレスすることにより、離型性が向上し、ガラス
のワレやクラック、型への融着を防ぐことができる。

【００１９】また、型をガラスの粘度で１０¹³〜１０⁸
ｄＰａ・ｓに相当する温度でプレスすることにより、転
写不良や過度の変形もなく、短時間での、微細パターン
の形成が可能となる。

【００２０】（第３の実施の形態）図３（ａ）に示すよ
うに、凹状を成した成形型８、９を用いて、両凸状の成
形品を、所要のガラス素材１０を用いて、成形した。符
号１１、１２はカーボン粒子が含まれている水を噴霧す
るための噴霧器で、符号１３、１４は、霧状のカーボン
粒子が含まれている水である。また、１５はガラス素材
を支持するとともに型内へ搬送する為の爪である。

【００２１】成形型は、図示の曲率半径に研磨したＳｉ
Ｃを用い、ガラスは第１の実施の態様で用いたものと同
じ材料のものを、図示の曲率半径に研磨したものを用い
た。ここで、ガラスは、最外周で成形型との形状差が１
００μｍである。

【００２２】図３（ｂ）では、成形装置（図示せず）を
用いて、窒素中で成形型を５５５℃（ガラスの粘度で１
０¹⁰ｄＰａ・ｓに相当）に加熱し、カーボン粒子が含ま
れている水を噴霧された、室温のガラス素材１６を、型
内に投入した後、図３（ｃ）に示すように、３秒間だ
け、３ＭＰａで加圧し、その後、１０ＭＰａで３０秒間
加圧した。そして、成形型、ガラス全体を４５０℃（ガ
ラスの粘度で１０¹⁵ｄＰａ・ｓ以上に相当）まで冷却し
た後、成形型をガラスの面から剥離し、成形されたガラ
ス１７を取出した。

【００２３】成形されたガラスには、ワレやクラック、
成形型への融着もなく、転写性も良好であった。

【００２４】（比較例４）ここでは、図４に示すような
ものを用いた以外は、実施例３と同様に、ガラス素材を
成形した。ここで、ガラスと成形型の形状差（厚み方向
の寸法差）としては、１５０μｍであるが、成形された
レンズは、外周部が成形型と接触せず、転写不良であっ
た。

【００２５】そこで、成形型の温度を６４５℃（ガラス
の粘度で１０⁷ ｄＰａ・ｓに相当）に加熱して、６０秒
間、プレスしたところ、最外周まで転写したが、ガラス
が一部、成形型へ融着してしまった。これは、おそら
く、成形型がガラスへ接触するまでに、ガラス素材の最
外周に塗布されていた水が気化してしまったためと思わ
れる。

【００２６】以上のように、ガラスと成形型の形状差を
１００μｍ以下にすることにより、ガラス素材に、室温
で、液体を塗布することにより、ガラス素材の離型性を
向上させることができ、かつ、転写不良のない成形が可
能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
離型性が向上し、成形品のワレやクラック、型への融着
を防ぐことができる。また、安価に提供することもでき
る。更に、ガラス素材が低温でも所要の形状にプレス成
形することができ、熱効率が良く、安価に成形品のワレ
やクラック、成形型への融着のない優れた成形が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態で用いる成形型とプロセスを
示す概略図である。

【図２】第２の実施の形態で用いる成形型に形成されて
いる、微細パターンを示す概略図である。

【図３】第３の実施の形態で用いる成形型とプロセスを
示す概略図である。

【図４】比較例４で用いられるガラス素材の形状を示す
図である。

【図５】フレネルレンズを示す概略図である。

【図６】回折格子に用いられる光学素子を示す概略図で
ある。

【符号の説明】 １ 微細パターンを有する型 １ａ 微細パターン形成部 ２，１０ ガラス素材 ３，１１，１２ 噴霧器 ４ 霧状の水 ５ 支持台 ６ 押さえ板 ７，１７ 成形品 ８，９ 球面型 １３，１４ 霧状のカーボン粒子含有水 １５ 支持爪 １６ カーボン粒子含有水つきガラス素材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 直 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 4G015 HA02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス光学素子のプレス成形方法におい
   て、プレス成形されるガラス素材は、その表面に液体を
   塗布しているガラスプレフォームであることを特徴とす
   るガラス光学素子のプレス成形方法。
2. 【請求項２】 塗布する液体が水であることを特徴とす
   る、請求項１に記載のガラス光学素子の成形方法。
3. 【請求項３】 プレス成形時のガラス素材の温度を室温
   に設定していることを特徴とする、請求項１あるいは２
   に記載のガラス光学素子の成形方法。
4. 【請求項４】 プレス成形時の成形型を、プレスするガ
   ラスの粘度で１０¹³〜１０⁸ ｄＰａ・ｓに相当する温度
   に制御し、この成形型でプレスすることを特徴とする、
   請求項３に記載のガラス光学素子の成形方法。
5. 【請求項５】 プレス成形時のガラス素材と成形型との
   表面形状は、１００μｍ以下の形状差であることを特徴
   とする、請求項４に記載のガラス光学素子の成形方法。