JP2005320199A - 光学ガラス素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 金型への特殊な加工なしに、割れやクラック等の発生が無く、かつ金型成形面が良好に転写された光学ガラス素子を製造する方法、および該方法により製造された光学ガラス素子を提供すること。
【解決手段】 下型１と上型８との間で溶融ガラス９をプレスする光学ガラス素子の製造方法であって、下型１が有する成形面２とその外側に配置される外周面３との境界領域（５、６）と、ガラス９との間で空間１０を確保しながらプレスを行う光学ガラス素子の製造方法、および該方法によって製造された光学ガラス素子。
【選択図】図１
【解決手段】 下型１と上型８との間で溶融ガラス９をプレスする光学ガラス素子の製造方法であって、下型１が有する成形面２とその外側に配置される外周面３との境界領域（５、６）と、ガラス９との間で空間１０を確保しながらプレスを行う光学ガラス素子の製造方法、および該方法によって製造された光学ガラス素子。
【選択図】図１
Description
本発明は、光学ガラス素子、特に光通信用カップリングレンズ、光ピックアップレンズ、内視鏡用レンズ等の微小光学ガラス素子およびその製造方法に関する。
近年、コンパクトカメラ、VTRカメラ、DVD等の光ピックアップレンズの分野に於いて、小型化、高精度化、耐環境性の観点から、所定の形状に成形した微小光学ガラス素子が用いられている。このような微小光学ガラス素子を製造するには、図７に示すように、加熱した下型５１上に、溶融ガラス５３を直接滴下した後、下型５１および上型５２によってプレスする方法がよく採用されている。特にプレス成形時には、下型５１が有する成形面５４とその外周面５５との境界領域５６はガラス５３と接触するのが一般的である。また光学ガラス素子は通常は、製造上の制約からレンズ部５８の周りにコバ部５７が形成される。
しかしながら、この方法でレンズを製造すると、レンズ部とコバ部との境界に割れやクラックが発生することが問題となっている。これは、コバ部の厚みが一般にレンズ部よりも薄いため、プレス成形時のガラス冷却過程においてレンズ部とコバ部との間で、ガラス収縮量に差が生じることが原因と考えられている。詳しくは、レンズ部の収縮量に比べてコバ部の収縮量が小さいため、金型がレンズ部のガラス収縮に追随するように、ガラスに圧力を掛け続けると、コバ部が受ける圧力が増大する。その結果、レンズ部とコバ部との境界に応力が集中し、割れやクラックが発生する。そのような問題は、コバ部の厚みがレンズ中心厚に比べて非常に小さいレンズ、所謂、凸レンズを製造しようとする場合に特に顕著であった。一方、金型がコバ部のガラス収縮に追随するようにガラスに圧力を掛けると、金型成形面がレンズ部に良好に転写されない。
このような問題を解決するために、金型の加工曲面部と平面部の境界部に面取りを施す技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この技術では、金型加工に面取り工程が付加されて手間が掛かる上、面取り量にもよるが砥石の磨耗が激しいので、金型の製造コストが増大する。
また、金型の加工曲面部と平面部の境界部をR形状に加工することで、レンズの割れを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、この技術でも、金型加工に時間がかかる上、金型の製造コストが増大する、および金型加工面とコバ部の同時加工が不可能になる等の問題がある。
特公平3-52417号公報
特開平6-263462号公報
本発明は、金型への特殊な加工なしに、割れやクラック等の発生が無く、かつ金型成形面が良好に転写された光学ガラス素子を製造する方法、および該方法により製造された光学ガラス素子を提供することを目的とする。
本発明は、下型と上型との間で溶融ガラスをプレスする光学ガラス素子の製造方法であって、下型が有する成形面とその外側に配置される外周面との境界領域と、ガラスとの間で空間を確保しながらプレスを行うことを特徴とする光学ガラス素子の製造方法、および該方法によって製造された光学ガラス素子に関する。
本発明の方法によると、金型への特殊な加工なしに、割れやクラック等の発生が無く、かつ金型成形面が良好に転写された光学ガラス素子を低コストで製造可能である。
本発明の光学ガラス素子の製造方法においては、下型と上型との間で溶融ガラスをプレスするに際して、下型が有する成形面とその外側に配置される外周面との境界領域と、ガラスとの間で空間を確保しながらプレスを行うことを特徴とする。成形面と外周面との境界領域とは、図４（Ａ）の下型拡大断面図に示すように、下型１の成形面２における外周面３との境界線を一端とした外縁領域５および下型１の外周面３における成形面２との境界線を一端とした内縁領域６の両方または片方を意味する。以下、図面を用いて本発明を詳しく説明するが、図１〜６中、共通の符号は同じ部材、面、部分または領域を指すものとする。図４（Ａ）中、「４」は成形面２における光学有効領域を示す。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態においては、図１（Ａ）に示すように、下型１における成形面２と外周面３との境界領域と、ガラス９との間で空間を１０を確保しながらプレスを行う。詳しくは、成形面２の外縁領域５（詳しくは図４（Ａ）参照）および外周面３の内縁領域６（詳しくは図４（Ａ）参照）と、ガラス９との間で、全周にわたって連続して空間１０を確保しながらプレスを行う。プレス時に空間を確保でき、かつ本発明の目的を達成できるメカニズムは以下の作用に基づくものと考えられる。すなわち、図１（Ｂ）に示すように下型１に滴下された溶融ガラス９は下型１との接触部分１１から冷却される。そのため、滴下溶融ガラス９は成形面２との非接触部分のうち、下型との接触部分に最も近い部分、すなわち下型の成形面２と外周面３との境界に近い部分（境界近傍部分）１２が、他の非接触部分よりも、冷却され易く、ガラスの流動性が低くなり易い。よって、溶融ガラスを滴下後、所定時間保持すると、境界近傍部分１２の流動性は適度に低くなり、かつ他の非接触部分は比較的高い流動性を維持する。そこで、プレスを行うと、境界近傍部分と他の非接触部分との流動性の差に基づいて、当該他の非接触部分の変形に伴い、境界近傍部分１２がアーチを形成するように変形し、図１（Ａ）に示すような空間１０が形成される。そのように空間を確保しながらプレスを行うと、ガラスには、下型成形面が転写されるレンズ面と下型外周面が転写されるコバ面との境界に空間由来の凹部（溝）が形成される。本発明においては、そのような凹部が形成されるので、プレス時において、従来ではレンズ面とコバ面との境界に集中していた応力が、当該凹部の表面全体に分散され、結果として割れやクラックの発生が抑制されるものと考えられる。またそのように割れやクラックの発生が抑制されると、金型がレンズ部のガラス収縮に追随するようにガラスに圧力を有効に付与できるので、ガラスに対して金型成形面を良好に転写できる。
本発明の第１の実施形態においては、図１（Ａ）に示すように、下型１における成形面２と外周面３との境界領域と、ガラス９との間で空間を１０を確保しながらプレスを行う。詳しくは、成形面２の外縁領域５（詳しくは図４（Ａ）参照）および外周面３の内縁領域６（詳しくは図４（Ａ）参照）と、ガラス９との間で、全周にわたって連続して空間１０を確保しながらプレスを行う。プレス時に空間を確保でき、かつ本発明の目的を達成できるメカニズムは以下の作用に基づくものと考えられる。すなわち、図１（Ｂ）に示すように下型１に滴下された溶融ガラス９は下型１との接触部分１１から冷却される。そのため、滴下溶融ガラス９は成形面２との非接触部分のうち、下型との接触部分に最も近い部分、すなわち下型の成形面２と外周面３との境界に近い部分（境界近傍部分）１２が、他の非接触部分よりも、冷却され易く、ガラスの流動性が低くなり易い。よって、溶融ガラスを滴下後、所定時間保持すると、境界近傍部分１２の流動性は適度に低くなり、かつ他の非接触部分は比較的高い流動性を維持する。そこで、プレスを行うと、境界近傍部分と他の非接触部分との流動性の差に基づいて、当該他の非接触部分の変形に伴い、境界近傍部分１２がアーチを形成するように変形し、図１（Ａ）に示すような空間１０が形成される。そのように空間を確保しながらプレスを行うと、ガラスには、下型成形面が転写されるレンズ面と下型外周面が転写されるコバ面との境界に空間由来の凹部（溝）が形成される。本発明においては、そのような凹部が形成されるので、プレス時において、従来ではレンズ面とコバ面との境界に集中していた応力が、当該凹部の表面全体に分散され、結果として割れやクラックの発生が抑制されるものと考えられる。またそのように割れやクラックの発生が抑制されると、金型がレンズ部のガラス収縮に追随するようにガラスに圧力を有効に付与できるので、ガラスに対して金型成形面を良好に転写できる。
プレス時に形成される空間１０の大きさは本発明の目的が達成される限り特に制限されるものではなく、通常は溶融ガラスの使用量に依存する。例えば、１０〜２００ｍｇの溶融ガラスを使用する場合、図１（Ａ）において下型成形面２と外周面３との境界側から空間１０を見たときの空間の開口高さや奥行きはナノメーターからミリメーターオーダーであってよい。
空間１０は下型成形面の光学有効領域（詳しくは図４（Ａ）参照）と接触して形成されると、得られる素子の光学有効領域内に空間由来の凹部（溝）が形成されることになるので、空間が下型成形面の光学有効領域と接触しないように、ガラス使用量、光学有効径、金型温度、ガラス粘性等を適宜設定すればよい。
なお、溶融ガラスの使用量は前記範囲内に限定されて解釈されるべきではなく、本発明において溶融ガラスの使用量は特に制限されるものではない。
空間１０は下型成形面の光学有効領域（詳しくは図４（Ａ）参照）と接触して形成されると、得られる素子の光学有効領域内に空間由来の凹部（溝）が形成されることになるので、空間が下型成形面の光学有効領域と接触しないように、ガラス使用量、光学有効径、金型温度、ガラス粘性等を適宜設定すればよい。
なお、溶融ガラスの使用量は前記範囲内に限定されて解釈されるべきではなく、本発明において溶融ガラスの使用量は特に制限されるものではない。
図１（Ａ）に示すような空間を確保しながら、プレス成形を行うためには、（1-1）プレス直前のガラス形状、（1-2）プレスのタイミングおよび（1-3）プレス圧を以下に示すように制御する。
（1-1）プレス直前のガラス形状は、図１（Ｂ）に示すように下型成形面の外縁領域５が溶融ガラス９と接触しないような形状であり、プレス直前においてそのような形状を保持できるように、溶融ガラスを下型上に滴下させる。滴下時の各種条件は、プレス直前において上記形状を確保できる限り、特に制限されるものではないが、上記形状を確保するためには、例えば、滴下させる溶融ガラスの粘性、下型温度および下型の濡れ性などを適宜調整することが有効である。
（1-1）プレス直前のガラス形状は、図１（Ｂ）に示すように下型成形面の外縁領域５が溶融ガラス９と接触しないような形状であり、プレス直前においてそのような形状を保持できるように、溶融ガラスを下型上に滴下させる。滴下時の各種条件は、プレス直前において上記形状を確保できる限り、特に制限されるものではないが、上記形状を確保するためには、例えば、滴下させる溶融ガラスの粘性、下型温度および下型の濡れ性などを適宜調整することが有効である。
（１a）滴下ガラスの粘性
滴下させる溶融ガラスの粘性が小さすぎる（ガラス温度が高すぎる）と、下型にガラスが貼り付き、下型の成形面−外周面境界領域にガラスが達し、ガラスにおける境界部が先に形成されてしまうので、クラックの発生が頻発する。逆に滴下ガラスの粘性が大きすぎると、プレスの途中でガラスが固化してしまい、割れが発生する。ノズル先端から滴下される溶融ガラスの粘度は、滴下量、ガラス種類に依存して決定されるため、一概に規定できるものではない。例えば、ガラスがＬａＫ８で滴下量が１０〜２００ｍｇのときで、通常は、１０１〜１０１０poise、特に１０３〜１０７poiseの範囲内で適宜選択される。粘度は、回転粘度計の外筒回転式で測定された値を用いている（ＩＳＯ ７８８４−２）。詳しくは、るつぼ又は外筒を一定速度で回転し、るつぼとスピンドルの間の角速度の差によって発生するトルクを測定する。
滴下させる溶融ガラスの粘性が小さすぎる（ガラス温度が高すぎる）と、下型にガラスが貼り付き、下型の成形面−外周面境界領域にガラスが達し、ガラスにおける境界部が先に形成されてしまうので、クラックの発生が頻発する。逆に滴下ガラスの粘性が大きすぎると、プレスの途中でガラスが固化してしまい、割れが発生する。ノズル先端から滴下される溶融ガラスの粘度は、滴下量、ガラス種類に依存して決定されるため、一概に規定できるものではない。例えば、ガラスがＬａＫ８で滴下量が１０〜２００ｍｇのときで、通常は、１０１〜１０１０poise、特に１０３〜１０７poiseの範囲内で適宜選択される。粘度は、回転粘度計の外筒回転式で測定された値を用いている（ＩＳＯ ７８８４−２）。詳しくは、るつぼ又は外筒を一定速度で回転し、るつぼとスピンドルの間の角速度の差によって発生するトルクを測定する。
（１b）下型温度
下型温度が高すぎると下型にガラスが貼り付き、下型の成形面−外周面境界領域にガラスが達し、ガラスにおける境界部が先に形成されてしまうので、クラックの発生が頻発する。逆に下型温度が低すぎると、ガラスが急激に冷却・固化し、プレスの途中で割れが発生する。下型温度はガラスの種類、滴下量に依存して決定されるため、一概に規定できるものではない。例えば、ガラスがＬａＫ８であり、滴下量が１０〜２００ｍｇのときで、通常は、３００〜７００℃、特に４００〜６００℃の範囲内で適宜選択される。
下型温度が高すぎると下型にガラスが貼り付き、下型の成形面−外周面境界領域にガラスが達し、ガラスにおける境界部が先に形成されてしまうので、クラックの発生が頻発する。逆に下型温度が低すぎると、ガラスが急激に冷却・固化し、プレスの途中で割れが発生する。下型温度はガラスの種類、滴下量に依存して決定されるため、一概に規定できるものではない。例えば、ガラスがＬａＫ８であり、滴下量が１０〜２００ｍｇのときで、通常は、３００〜７００℃、特に４００〜６００℃の範囲内で適宜選択される。
（１c）下型の濡れ性
下型の濡れ性とはガラスに対する濡れ易さであり、当該濡れ性が良すぎると、下型にガラスが貼り付き、下型の成形面−外周面境界領域にガラスが達し、ガラスにおける境界部が先に形成されてしまう。下型成形面の濡れ性は表面粗さでＲａ１０ｎｍ以上、特にＲａ１０〜５０ｎｍの範囲内で適宜選択される。下型の外周面および上型のガラスとの接触面もまた上記と同様の濡れ性を有することが好ましい。表面粗さはＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に基づく値を用いている。
下型の濡れ性とはガラスに対する濡れ易さであり、当該濡れ性が良すぎると、下型にガラスが貼り付き、下型の成形面−外周面境界領域にガラスが達し、ガラスにおける境界部が先に形成されてしまう。下型成形面の濡れ性は表面粗さでＲａ１０ｎｍ以上、特にＲａ１０〜５０ｎｍの範囲内で適宜選択される。下型の外周面および上型のガラスとの接触面もまた上記と同様の濡れ性を有することが好ましい。表面粗さはＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に基づく値を用いている。
（1-2）プレスのタイミングとは、溶融ガラスを下型で受けてから、下型および上型でプレスを開始するまでの待ち時間である。本実施形態において待ち時間は、プレス時において成形面２の外縁領域５および外周面３の内縁領域６とガラスとの間に空間が形成される程度の広さの境界近傍部分１２（図１（Ｂ）参照）が適度な流動性低下を引き起こす時間である。待ち時間が短すぎると、プレス直前のガラス形状が上記のように確保できていても、境界近傍部分１２の流動性低下が十分に起こっていないので、ガラスが下型の成形面−外周面境界領域に達し、ガラスにおける境界部が先に形成されてしまう。よって、クラックの発生が頻発する。待ち時間が長すぎると、ガラス全体の流動性が低下しすぎるので、金型成形面をガラスに転写することが困難となる。待ち時間は、ガラスの種類、滴下量、下型温度に依存して決定されるため、一概に規定できるものではない。例えば、ガラスがＬａＫ８であり、滴下量が１０〜２００ｍｇであり、下型温度が上記範囲内のときで、通常は、３〜１０秒、特に５〜１０秒の範囲内で適宜選択される。
（1-3）プレス圧は、空間を確保しつつも、金型成形面を良好に転写できる範囲内に適宜設定される。そのようなプレス圧範囲はガラスの粘度に依存するため、一概に規定できるものではない。例えば、ガラスの粘度が上記範囲内のときで、通常は、１０〜１００ｋｇ／ｃｍ２、特に１０〜５０ｋｇ／ｃｍ２の範囲内で適宜選択される。
図１（Ａ）において上型のガラスとの接触面は平面形状を有しているが、これに限定されるものではなく、例えば、凹面形状または凸面形状を有していてもよい。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態においては、図２（Ａ）に示すように、下型１における成形面２と外周面３との境界領域と、ガラス９との間で空間２０を確保しながらプレスを行う。詳しくは、外周面３の内縁領域６（詳しくは図４（Ａ）参照）と、ガラス９との間で、全周にわたって連続して空間２０を確保しながらプレスを行う。第２実施形態は、外周面３の内縁領域６と、ガラス９との間で空間２０を確保しながらプレスを行うこと以外、第１実施形態と同様である。すなわち、プレス時において空間を確保でき、本発明の目的を達成できるメカニズム等は第１実施形態においてと同様である。
本発明の第２の実施形態においては、図２（Ａ）に示すように、下型１における成形面２と外周面３との境界領域と、ガラス９との間で空間２０を確保しながらプレスを行う。詳しくは、外周面３の内縁領域６（詳しくは図４（Ａ）参照）と、ガラス９との間で、全周にわたって連続して空間２０を確保しながらプレスを行う。第２実施形態は、外周面３の内縁領域６と、ガラス９との間で空間２０を確保しながらプレスを行うこと以外、第１実施形態と同様である。すなわち、プレス時において空間を確保でき、本発明の目的を達成できるメカニズム等は第１実施形態においてと同様である。
図２（Ａ）に示すような空間を確保しながら、プレス成形を行うためには、（2-1）プレス直前のガラス形状、（2-2）プレスのタイミングおよび（2-3）プレス圧を以下に示すように制御する。
（2-1）プレス直前のガラス形状は、例えば、図２（Ｂ）に示すように下型外周面の内縁領域６が溶融ガラス９と接触しないような形状であり、プレス直前においてそのような形状を保持できるように、溶融ガラスを下型上に滴下させる。図１（Ｂ）に示すように下型成形面の外縁領域５が溶融ガラス９と接触しないような形状であってもよい。滴下時の各種条件は、プレス直前において上記形状を確保できる限り、特に制限されるものではないが、上記形状を確保するためには、例えば、滴下させる溶融ガラスの粘性、下型温度および下型の濡れ性などを、第１実施形態と同様の範囲内で適宜調整することが有効である。
（2-2）プレスのタイミングおよび（2-3）プレス圧は、第１実施形態においてと同様の範囲内で適宜選択されればよい。
（2-1）プレス直前のガラス形状は、例えば、図２（Ｂ）に示すように下型外周面の内縁領域６が溶融ガラス９と接触しないような形状であり、プレス直前においてそのような形状を保持できるように、溶融ガラスを下型上に滴下させる。図１（Ｂ）に示すように下型成形面の外縁領域５が溶融ガラス９と接触しないような形状であってもよい。滴下時の各種条件は、プレス直前において上記形状を確保できる限り、特に制限されるものではないが、上記形状を確保するためには、例えば、滴下させる溶融ガラスの粘性、下型温度および下型の濡れ性などを、第１実施形態と同様の範囲内で適宜調整することが有効である。
（2-2）プレスのタイミングおよび（2-3）プレス圧は、第１実施形態においてと同様の範囲内で適宜選択されればよい。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態においては、図３（Ａ）に示すように、下型１における成形面２と外周面３との境界領域と、ガラス９との間で空間３０を確保しながらプレスを行う。詳しくは、成形面２の外縁領域５（詳しくは図４（Ａ）参照）と、ガラス９との間で、全周にわたって連続して空間３０を確保しながらプレスを行う。第３実施形態は、成形面２の外縁領域５と、ガラス９との間で空間３０を確保しながらプレスを行うこと以外、第１実施形態と同様である。すなわち、プレス時において空間を確保でき、本発明の目的を達成できるメカニズム等は第１実施形態においてと同様である。
本発明の第３の実施形態においては、図３（Ａ）に示すように、下型１における成形面２と外周面３との境界領域と、ガラス９との間で空間３０を確保しながらプレスを行う。詳しくは、成形面２の外縁領域５（詳しくは図４（Ａ）参照）と、ガラス９との間で、全周にわたって連続して空間３０を確保しながらプレスを行う。第３実施形態は、成形面２の外縁領域５と、ガラス９との間で空間３０を確保しながらプレスを行うこと以外、第１実施形態と同様である。すなわち、プレス時において空間を確保でき、本発明の目的を達成できるメカニズム等は第１実施形態においてと同様である。
図３（Ａ）に示すような空間を確保しながら、プレス成形を行うためには、（3-1）プレス直前のガラス形状、（3-2）プレスのタイミングおよび（3-3）プレス圧を以下に示すように制御する。
（3-1）プレス直前のガラス形状および（3-3）プレス圧は、第１実施形態においてと同様の範囲内で適宜選択されればよい。
（3-2）本実施形態におけるプレスのタイミングは第１実施形態と比較して少し早く設定する。すなわち、第１実施形態（図１（Ａ）参照）では、成形面２の外縁領域５とガラスとの間だけでなく、外周面３の内縁領域６とガラスとの間にも連続して空間が形成される程度の比較的広い境界近傍部分１２（図１（Ｂ）参照）が適度な流動性低下を引き起こすまで待ち時間を確保していたが、本実施形態では（図３（Ｂ）参照）、成形面２の外縁領域５とガラスとの間にのみ空間が形成される程度の比較的狭い境界近傍部分１２（図３（Ｂ）参照）が適度な流動性低下を引き起こせばよい。そのような待ち時間は、ガラスの種類、滴下量、下型温度に依存して決定されるため、一概に規定できるものではないが、ガラスがＬａＫ８であり、滴下量が１０〜２００ｍｇであり、下型温度が上記範囲内のときで、通常は、２〜９秒、特に４〜９秒の範囲内で適宜選択される。
（3-1）プレス直前のガラス形状および（3-3）プレス圧は、第１実施形態においてと同様の範囲内で適宜選択されればよい。
（3-2）本実施形態におけるプレスのタイミングは第１実施形態と比較して少し早く設定する。すなわち、第１実施形態（図１（Ａ）参照）では、成形面２の外縁領域５とガラスとの間だけでなく、外周面３の内縁領域６とガラスとの間にも連続して空間が形成される程度の比較的広い境界近傍部分１２（図１（Ｂ）参照）が適度な流動性低下を引き起こすまで待ち時間を確保していたが、本実施形態では（図３（Ｂ）参照）、成形面２の外縁領域５とガラスとの間にのみ空間が形成される程度の比較的狭い境界近傍部分１２（図３（Ｂ）参照）が適度な流動性低下を引き起こせばよい。そのような待ち時間は、ガラスの種類、滴下量、下型温度に依存して決定されるため、一概に規定できるものではないが、ガラスがＬａＫ８であり、滴下量が１０〜２００ｍｇであり、下型温度が上記範囲内のときで、通常は、２〜９秒、特に４〜９秒の範囲内で適宜選択される。
第１〜第３実施形態において、下型の成形面と外周面との境界領域における成形面の外周面に対する傾斜角は特に制限されず、例えば、３０°以上９０°以下、特に４０°以上９０°以下が好ましい。さらに、６０°以上９０°以下、特に６０°以上７０°以下であることがより好ましい。従来では、傾斜角が４０°以上のとき、光学ガラス素子におけるレンズ部とコバ部との境界でクラック等が発生しはじめ、６０°以上のときに顕著に発生していたが、本発明ではそのような問題を有効に防止できるためである。
本明細書中、傾斜角は図４（Ｂ）の境界領域拡大図に示す角度θである。
本明細書中、傾斜角は図４（Ｂ）の境界領域拡大図に示す角度θである。
（光学ガラス素子）
本発明の方法で製造された光学ガラス素子の具体例を図５に示す。図５において（Ａ）は第１実施形態で製造された素子の一例であり、（Ｂ）は第２実施形態で製造された素子の一例であり、（Ｃ）は第３実施形態で製造された素子の一例である。
本発明の方法で製造された光学ガラス素子の具体例を図５に示す。図５において（Ａ）は第１実施形態で製造された素子の一例であり、（Ｂ）は第２実施形態で製造された素子の一例であり、（Ｃ）は第３実施形態で製造された素子の一例である。
本発明の方法で製造された光学ガラス素子は、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、下型成形面が転写されたレンズ面４１および下型外周面が転写されたコバ面４２を有し、レンズ面４１とコバ面４２との間に凹部（溝）（１５、２５、３５）を有することを特徴とする。
凹部（１５、２５、３５）はそれぞれ前記空間（１０，２０，３０）に由来するもので、凹部の大きさは前記空間の大きさおよび溶融ガラスの使用量に依存する。例えば、１０〜２００ｍｇの溶融ガラスを使用する場合で、凹部断面の幅ｗや深さｄ（図５参照）はやはりナノメーターからミリメーターオーダーである。
凹部（１５、２５、３５）の表面は自由面であるので、凹部の表面粗さはＲａ１〜１０ｎｍ、好ましくはＲａ１〜５ｎｍである。また素子のレンズ面４１と凹部（１５、２５、３５）とは滑らかに繋がっている。
またレンズ面４１には金型成形面が良好に転写されている。例えば、金型成形面の表面粗さがＲａ１０ｎｍ程度、特にＲａ５ｎｍ程度まで小さくても、レンズ面には当該成形面が有効に転写されている。このとき、レンズ面における形状誤差は０．１μｍ以下、特に０．０５μｍ以下である。形状誤差とは、成形されたレンズ形状と設計形状との差のことである。
素子のレンズ部（レンズ面を有する部分）とコバ部（コバ面を有する部分）との厚みの差は特に制限されず、例えば、レンズ外径が２〜６ｍｍ程度の場合には、１〜３ｍｍであってよいが、特に１〜２ｍｍであることが好ましい。従来では、厚みの差が１ｍｍ以上のとき、光学ガラス素子におけるレンズ部とコバ部との境界でクラック等が発生し易くなるが、本発明ではそのような問題を有効に防止できるためである。レンズ部の最大厚み（心厚）は通常は１〜４ｍｍ、特に１〜３ｍｍが適当である。コバ部の厚みは通常は０．１〜１ｍｍ、特に０．１〜０．７ｍｍが適当である。上記数値はレンズ外径が２〜６ｍｍ程度の場合であってこれに限るものではない。レンズ外径が異なる場合は、外径の大きさに略比例して上記の値を変えればよい。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
図１（Ａ）および（Ｂ）に示す方法により光学ガラス素子を製造した。下型１および上型８は超硬からなっており、下型の成形面および外周面および上型のガラスとの接触面はいずれも表面粗さＲａ１５ｎｍに精密研磨加工されている。下型１の成形面凹部について、開口径は３．２ｍｍ、深さは１．５ｍｍであり、近似曲率半径１．４ｍｍの凹非球面形状を有していた。また下型における成形面２の外周面３に対する傾斜角は６２°であった。下型１および上型８の温度は４５０℃であった。
（実施例１）
図１（Ａ）および（Ｂ）に示す方法により光学ガラス素子を製造した。下型１および上型８は超硬からなっており、下型の成形面および外周面および上型のガラスとの接触面はいずれも表面粗さＲａ１５ｎｍに精密研磨加工されている。下型１の成形面凹部について、開口径は３．２ｍｍ、深さは１．５ｍｍであり、近似曲率半径１．４ｍｍの凹非球面形状を有していた。また下型における成形面２の外周面３に対する傾斜角は６２°であった。下型１および上型８の温度は４５０℃であった。
詳しくは、図示しないルツボ内において温度１１００℃で溶融させたガラス（ＬａＫ８）７０ｍｇを、１０５０℃に加熱されたノズルより溶融ガラス滴の直径が３．１ｍｍとなるように下型成形面上に滴下させた。滴下時において溶融ガラスは、ノズルの先端に一旦、溜まり、規定の重量になったときに、ノズル先端から分離し、下方に落下するようになっている。１０５０℃でのガラス粘度は１０５poiseである。滴下後、図１（Ｂ）に示す状態で６秒間保持した（待ち時間）。その後、図１（Ａ）に示すように、速やかに下型１および上型８によりガラスを３０ｋｇ／ｃｍ２で５秒間加圧した。加圧終了後、上下型の加熱を終了し、上下型間を開放し、１分間放置冷却して図５（Ａ）に示すような光学ガラス素子を得た。
光学ガラス素子を光学顕微鏡（倍率１００倍）で観察したところ、レンズ部とコバ部との境界には凹部（溝）が形成されており、クラックや割れは全く発生していなかった。また凹部は自由表面を有しており、光学有効領域外に存在していた。凹部の幅ｗは２００μｍ、深さｄは１００μｍであった。
素子におけるレンズ部における外径は４．０ｍｍ、心厚は２．２００ｍｍ、光学有効領域の直径は３．０ｍｍであり、コバ部の厚は０．５ｍｍであった。また素子の両面の表面粗さは１０ｎｍであった。
素子におけるレンズ部における外径は４．０ｍｍ、心厚は２．２００ｍｍ、光学有効領域の直径は３．０ｍｍであり、コバ部の厚は０．５ｍｍであった。また素子の両面の表面粗さは１０ｎｍであった。
（比較例１）
溶融ガラス７０ｍｇを、１２００℃に加熱されたノズルより溶融ガラス滴の直径が３．３ｍｍとなるように滴下させ、図６に示す状態で４秒間保持し、図７に示すように加圧したこと以外、実施例１と同様の方法で光学ガラス素子を得た。図６において成形面２の外縁領域５および外周面３の内縁領域６はガラスと接触している。また１２００℃でのガラス粘度は１０１poiseである。
光学ガラス素子を光学顕微鏡（倍率１００倍）で観察したところ、レンズ部とコバ部との境界にクラックや割れが発生していた。
溶融ガラス７０ｍｇを、１２００℃に加熱されたノズルより溶融ガラス滴の直径が３．３ｍｍとなるように滴下させ、図６に示す状態で４秒間保持し、図７に示すように加圧したこと以外、実施例１と同様の方法で光学ガラス素子を得た。図６において成形面２の外縁領域５および外周面３の内縁領域６はガラスと接触している。また１２００℃でのガラス粘度は１０１poiseである。
光学ガラス素子を光学顕微鏡（倍率１００倍）で観察したところ、レンズ部とコバ部との境界にクラックや割れが発生していた。
（実施例２）
溶融ガラス７０ｍｇを溶融ガラス滴の直径が３．２ｍｍとなるようにノズルより滴下させ、図２（Ｂ）に示す状態で６秒間保持し、図２（Ａ）に示すように加圧したこと以外、実施例１と同様の方法で図５（Ｂ）に示すような光学ガラス素子を得た。
光学ガラス素子を光学顕微鏡（倍率１００倍）で観察したところ、レンズ部とコバ部との境界には凹部（溝）が形成されており、クラックや割れは全く発生していなかった。また凹部は自由表面を有しており、光学有効領域外に存在していた。凹部の幅ｗは２００μｍ、深さｄは１００μｍであった。
素子におけるレンズ部における外径は４．０ｍｍ、心厚は２．２００ｍｍ、光学有効領域の直径は３．０ｍｍであり、コバ部の厚は０．５ｍｍであった。また素子の両面の表面粗さは１０ｎｍであった。
溶融ガラス７０ｍｇを溶融ガラス滴の直径が３．２ｍｍとなるようにノズルより滴下させ、図２（Ｂ）に示す状態で６秒間保持し、図２（Ａ）に示すように加圧したこと以外、実施例１と同様の方法で図５（Ｂ）に示すような光学ガラス素子を得た。
光学ガラス素子を光学顕微鏡（倍率１００倍）で観察したところ、レンズ部とコバ部との境界には凹部（溝）が形成されており、クラックや割れは全く発生していなかった。また凹部は自由表面を有しており、光学有効領域外に存在していた。凹部の幅ｗは２００μｍ、深さｄは１００μｍであった。
素子におけるレンズ部における外径は４．０ｍｍ、心厚は２．２００ｍｍ、光学有効領域の直径は３．０ｍｍであり、コバ部の厚は０．５ｍｍであった。また素子の両面の表面粗さは１０ｎｍであった。
（実施例３）
溶融ガラス７０ｍｇを溶融ガラス滴の直径が３．０ｍｍとなるようにノズルより滴下させ、図３（Ｂ）に示す状態で５．５秒間保持し、図３（Ａ）に示すように加圧したこと以外、実施例１と同様の方法で図５（Ｃ）に示すような光学ガラス素子を得た。
光学ガラス素子を光学顕微鏡（倍率１００倍）で観察したところ、レンズ部とコバ部との境界には凹部（溝）が形成されており、クラックや割れは全く発生していなかった。また凹部は自由表面を有しており、光学有効領域外に存在していた。凹部の幅ｗは２００μｍ、深さｄは１００μｍであった。
素子におけるレンズ部における外径は４．０ｍｍ、心厚は２．２００ｍｍ、光学有効領域の直径は３．０ｍｍであり、コバ部の厚は０．５ｍｍであった。また素子の両面の表面粗さは１０ｎｍであった。
溶融ガラス７０ｍｇを溶融ガラス滴の直径が３．０ｍｍとなるようにノズルより滴下させ、図３（Ｂ）に示す状態で５．５秒間保持し、図３（Ａ）に示すように加圧したこと以外、実施例１と同様の方法で図５（Ｃ）に示すような光学ガラス素子を得た。
光学ガラス素子を光学顕微鏡（倍率１００倍）で観察したところ、レンズ部とコバ部との境界には凹部（溝）が形成されており、クラックや割れは全く発生していなかった。また凹部は自由表面を有しており、光学有効領域外に存在していた。凹部の幅ｗは２００μｍ、深さｄは１００μｍであった。
素子におけるレンズ部における外径は４．０ｍｍ、心厚は２．２００ｍｍ、光学有効領域の直径は３．０ｍｍであり、コバ部の厚は０．５ｍｍであった。また素子の両面の表面粗さは１０ｎｍであった。
１：下型、２：成形面、３：外周面、４：光学有効領域、５：成形面外縁領域、６：外周面内縁領域、８：上型、９：ガラス、１０：２０：３０空間、１１：ガラスにおける成形面接触部分、１２：ガラスにおける境界近傍部分、１５：２５：３５：凹部（溝）、４１：レンズ面、４２：コバ面、５１：下型、５２：上型、５３：ガラス、５４：成形面、５５：外周面、５６：成形面と外周面との境界領域、５７：コバ部、５８：レンズ部。
Claims (4)
- 下型と上型との間で溶融ガラスをプレスする光学ガラス素子の製造方法であって、下型が有する成形面とその外側に配置される外周面との境界領域と、ガラスとの間で空間を確保しながらプレスを行うことを特徴とする光学ガラス素子の製造方法。
- 下型成形面の外縁領域および／または下型外周面の内縁領域とガラスとの間で空間を確保しながらプレスを行うことを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス素子の製造方法。
- 下型の成形面と外周面との境界領域において成形面の外周面に対する傾斜角が４０°以上９０°以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学ガラス素子の製造方法。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の方法によって製造された光学ガラス素子であって、下型成形面が転写されたレンズ面と下型外周面が転写されたコバ面との間に凹部を有することを特徴とする光学ガラス素子。
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