JP2006193389A - 光学素子製造用ガラスブランク及びこれを用いた光学素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】型と成形品の融着がなく、又、プレス用金型の表面を荒らして、くもり等の不良も出さずに良品を提供すること。
【解決手段】光学素子のプレス成形に用いるフッ素が含有されたガラスブランクであって、芯ガラスは製造すべき光学素子の形状に近似する形状に予備形成され、該芯ガラスの少なくとも光学機能面となる面に被覆された表面層から成るガラスブランクにおいて、前記表面層が重量%でSiO2:70以上90以下、Na2O:3以下、Al2O3:3以下,Ba2O3:残部より成り、膜厚が、50nm以上500nm以下であるように構成した。
【選択図】図3
【解決手段】光学素子のプレス成形に用いるフッ素が含有されたガラスブランクであって、芯ガラスは製造すべき光学素子の形状に近似する形状に予備形成され、該芯ガラスの少なくとも光学機能面となる面に被覆された表面層から成るガラスブランクにおいて、前記表面層が重量%でSiO2:70以上90以下、Na2O:3以下、Al2O3:3以下,Ba2O3:残部より成り、膜厚が、50nm以上500nm以下であるように構成した。
【選択図】図3
Description
本発明はレンズ等の光学素子のプレス成形に用いるガラスブランク及びそれを用いた光学素子に関するものである。
従来、ガラス光学素子をプレス成形で得る場合には、ガラスブランクと成形用型表面との融着、或いは、プレス成形後の、光学レンズに生じる曇りを防止するために、次のような手段が提案されている。
即ち、プレス成形時にガラスブランクの表面被覆層を未軟化状態に保つことにより、成形時における成形用型とガラスブランクの融着を防止する方法として、特許文献1及び特許文献2に所載のプレス成形法が知られている。前者は、ガラスブランクの芯となる内部ガラスの表面にガラス転移温度が内部ガラスのそれよりも高いガラスを被覆し、加圧成形する方法であり、後者は、上述の被覆用ガラスにより酸化珪素膜をガラスブランク表面に形成する成形法である。
又、ガラス内部からの揮発成分が成形用型の表面に化学反応して、型表面が粗れ、それが原因で、成形された光学素子の表面に曇りができる点を改善する方法として、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6に記載の方法も知られている。
即ち、特許文献3の方法では、硝酸処理や赤外線集中処理による鉛ガラス処理がなされ、特許文献4の方法では、硝酸、塩酸、酢酸により鉛ガラスが処理され、特許文献5の方法では、成形室の前室で、減圧の下、予備加熱がなされる。又、特許文献6に記載の方法では、ガラスブランクに蒸着用ガラスを被覆し、加圧成形する。又、特許文献7に記載の方法では、ガラスブランクに真空加熱の前処理を施した後、蒸着用ガラスを被覆し、加圧成形する。
しかしながら、最初の2つの従来技術で共通する問題は、これら方法での、芯ガラスの表面被覆に用いられるガラス素材を芯ガラスの表面コーティングのために、電子銃を用いた真空蒸着法による薄膜の形成に用いた場合、蒸着に際して芯ガラスが発泡し、膜中に欠陥が生じ、或いは膜組成の均質化に対して障害となる。このような問題は、芯ガラスをターゲットとした被覆用ガラスのスパッタリングによる膜形成でも起こることである。
又、前述の他の従来技術においても、それぞれ、問題を抱えている。即ち、特許文献4に記載の方法では、その硝酸処理に大掛かりな設備が必要で、その管理も厄介である。又、赤外線集中化熱処理も、大気圧で行なうために、ガラス中からの揮発が極めて遅い速度で行われる欠点がある。
又、特許文献3に記載の方法では、上述同様に、酸処理における問題がある。更に、特許文献5に記載の方法では、成形用型表面とガラスブランクとの間の化学反応を防止し、融着を避けることができるが、特に反応性が強い成分が揮発し易いガラスでは、形成される表面処理層が薄いと所望の効果が期待できない。同じことは、特許文献6、特許文献7に記載の方法でも言える。そして、一度、クラックが生じると、そこから揮発分が出て、型表面と化学反応することがあり、融着及くもりの防止が不可能になる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、型と成形品の融着がなく、又、プレス用金型の表面を荒らして、くもり等の不良も出さずに良品を提供することである。
上記課題を達成するため、本発明は、光学素子のプレス成形に用いるフッ素が含有されたガラスブランクであって、芯ガラスは製造すべき光学素子の形状に近似する形状に予備形成され、該芯ガラスの少なくとも光学機能面となる面に被覆された表面層から成るガラスブランクにおいて、前記表面層が重量%でSiO2:70以上90以下、Na2O:3以下、Al2O3:3以下,Ba2O3:残部より成り、膜厚が、50nm以上500nm以下であるように構成することを特徴とする。
本発明によれば、プレス成形用ガラスブランクとして蒸着用ガラスを芯フッ化物ガラスに蒸着したものを用いることにより、型と成形品の融着がなく、又、プレス用金型の表面を荒らして、くもり等の不良も出さずに良品を得ることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明する。
図1は本発明によるガラスブランクの一実施例を示す断面図である。
図1において、101はガラスブランクの芯ガラスであり、フッ化物ガラスより成る。フッ化物ガラスの組成は重量%で、SiO2:50.5、K2O:15.42、Al2O3:0.3、Ba2O3:23.08、F2:10.7である。このガラス転移温度は510℃であり、屈折率は1.5である。
202は表面層であり、蒸着用ガラス(商品名8329、ショット社製)より成る。蒸着用ガラス8329の組成は重量%で、SiO2:84、Na2O:3、Ba2O3:10、Al2O3:3である。このガラス転移温度は562℃であり、屈折率は1.4689である。
次に、本発明における芯ガラスと表面層から成るガラスブランクの製造方法を説明する。
芯ガラス101として、フッ化物ガラスを研磨により、最終製品形状として定めた直径26mmの両凸レンズにほぼ近い形状に仕上げたものを用いた。芯ガラス101は、超音波洗浄機を用いて通常のガラス洗浄工程により洗浄した後、図2に示す蒸着蒸着により、表面層102を形成した。
図2において、成膜用のドーム203に芯ガラス101をセットし、真空槽201内に載置した。真空排気口205から真空排気しながら、加熱ヒーター202より芯ガラスを300℃に加熱した。真空槽201内の真空度が1×10−5Torr以下になるまで排気した後、Arガスをガス導入口206から1×10−4Torrまで導入し、高周波印加用アンテナ204に300Wの電力を印加して高周波放電を行ない、芯ガラス101のプラズマクリーニングを5分間行なった。その後、Arガスの導入を停止し、1×10−5Torr以上の真空度に戻った後、蒸発源である蒸着用ガラス(商品名8329)207を電子銃208により蒸発させ、芯ガラス101上に厚さ300nmの表面層を形成した。
このようにして形成された表面層は、光学顕微鏡にて400倍の倍率で観察したところ、クラックの発生は見られず、平滑な膜であった。
次に、上記方法によって得られた芯ガラスと表面層からなるガラスブランクを、図3に示すプレス成形装置により成形を行なった。
上記ガラスブランクを成形用型301、302のキャビティー内に載置した後、成形用型301、302を真空槽303内に設置した。尚、成形用型301、302は超硬合金よりなる。
次に、真空槽303のフタ13を閉じ、水冷パイプ304に水を流し、ヒーター305に電流を通した。この時、窒素ガス用バルブ306及び307は閉じ、排気系バルブ308、309、310も閉じている。尚、油回転ポンプ311は常に回転している。バルブ308を開け、排気を始め、10−2Torr以下になったら、バルブ308を閉じ、バルブ306を開いて、窒素ガスをボンベより真空槽303内に導入した。600℃になったら、エアシリンダ312を作動させて、100kg/cm2の圧力で5分間の加圧で押し切った。
その後、冷却速度5℃/minで芯ガラスの転移温度510℃以下になるまで冷却し、その後は20℃/min以上の速度で冷却を行ない、200℃以下に下がったら、バルブ306を閉じ、バルブ309を開いて、真空槽303内に空気を導入した。その後、フタ313を開け、成形物を取り出す。このようにして、図2に示すレンズを成形した。
以下、同様にして同種のガラスブランクを用いて合計1000個の成形を行なった。
光学顕微鏡(400倍)による観察の結果、得られた成形品全てにおいて型との融着は発生せず、又、成形品にくもり及びクラックの発生は認められなかった。
<比較例1>
芯ガラスとして実施例1と同じフッ化物ガラスを用いた。
<比較例1>
芯ガラスとして実施例1と同じフッ化物ガラスを用いた。
ガラスブランク表面被覆層としてBaLF3を用いた。BaLF3の組成は重量%で、SiO2:44.8、Ba2O3:21.7、Na2O:5.26、K2O:11.1、PbO:4.29、B2O3:2.77、ZnO:8.69、その他である。このガラス転移温度は490℃であり、屈折率は1.57135、線膨張係数は120×10−7/℃である。
研磨加工した芯ガラス上に、前記実施例と同じ方法でBaLF3を表面層として形成した。
蒸着直後に、このガラスブランクを肉眼にて観察した結果、表面層にやけが発生しているのが見られた。
次に、このガラスブランクを前記実施例と同様の方法によって成形した。成形時の温度も前記実施例と同じく600℃とした。
以下、同様にして、同種のガラスブランクを用いて10個の成形を行なった。
このようにして製造された成形品を肉眼にて観察した結果、何れの成形品もガラスブランク時に発生していたやけがそのまま残っていた。又、クラック及びくもりが発生しており、良品を得ることはできなかった。
<比較例2>
実施例1と同じく、芯ガラスとしてフッ化物ガラス、ガラスブランク表面被覆層として蒸着用ガラス(商品名8329、ショット社製)を用いた。表面被服層の厚みを10nm、50nm、500nm、600nmに変更した以外は、前記実施例と同じ方法で表面層を形成した。
<比較例2>
実施例1と同じく、芯ガラスとしてフッ化物ガラス、ガラスブランク表面被覆層として蒸着用ガラス(商品名8329、ショット社製)を用いた。表面被服層の厚みを10nm、50nm、500nm、600nmに変更した以外は、前記実施例と同じ方法で表面層を形成した。
蒸着直後に、このガラスブランクを実施例1と同様に観察した結果、表面層に問題は見られなかった。
次に、このガラスブランクを前記実施例と同様の方法によって成形した。成形時の温度も前記実施例と同じく600℃とした。
以下、同様にして同種のガラスブランクを膜厚別に各1000個の成形を行なった。
このようにして製造された成形品を観察した結果及び実施例1、比較例1を合わせて表1にまとめた。膜厚が50nmのとき、金型表面が微小に荒れているのが確認されたが、成形品に問題となるくもりは認められず、良品であった。これから明らかなように、フッ化物ガラスに対して膜厚を50nm以上、500nm以下に蒸着することで、良品を得ることができることが分かる。
101 芯ガラス
102 表面層
201 真空槽
202 加熱ヒーター
203 ドーム
204 高周波印加用アンテナ
205 真空排気口
206 ガス導入口
207 蒸着用ガラス
208 電子銃
301、302 成形用型、
303 真空槽
304 水冷パイプ
305 ヒーター
306、307 窒素ガス用バルブ
308、309、310 排気系バルブ
311 油回転ポンプ
312 エアシリンダ
313 フタ
102 表面層
201 真空槽
202 加熱ヒーター
203 ドーム
204 高周波印加用アンテナ
205 真空排気口
206 ガス導入口
207 蒸着用ガラス
208 電子銃
301、302 成形用型、
303 真空槽
304 水冷パイプ
305 ヒーター
306、307 窒素ガス用バルブ
308、309、310 排気系バルブ
311 油回転ポンプ
312 エアシリンダ
313 フタ
Claims (3)
- 光学素子のプレス成形に用いるフッ素が含有されたガラスブランクであって、芯ガラスは製造すべき光学素子の形状に近似する形状に予備形成され、該芯ガラスの少なくとも光学機能面となる面に被覆された表面層から成るガラスブランクにおいて、
前記表面層が重量%でSiO2:70以上90以下、Na2O:3以下、Al2O3:3以下,Ba2O3:残部より成り、膜厚が、50nm以上500nm以下であることを特徴とする光学素子製造用ガラスブランク。 - 請求項1記載の光学素子製造用ガラスブランクをプレス成形し、製造されたことを特徴とする光学素子。
- 請求項2記載の製造方法で成形された光学素子であって、フッ素若しくはアルカリ金属の含有量が表面に向けて減少していることを特徴とする光学素子。
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2005
- 2005-01-14 JP JP2005008465A patent/JP2006193389A/ja not_active Withdrawn
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