(57)【要約】  本発明は、アニール処理しないプレス成形で所望の屈折率のガラスを得る最適な組成及び成形条件を短時間で選定し、効率よくガラスを製造することを課題とする。本発明では、アニール処理を経た場合に目標屈折率を示すガラスの組成を基本組成とし、目標屈折率＋（１００〜８５０）×１０-5の値を上下限とする範囲を所定範囲として、基本組成の成分比率を変更し、基本組成からの組成変化分に基づいて推測される屈折率推測値が所定範囲内で規則的に変化するガラスの組成を複数準備して候補組成とし、候補組成のガラス成形品を所定の成形条件で調製して屈折率を測定し、目標屈折率と一致又は最も近いガラス成形品の候補組成を実施組成に決定する。屈折率測定値が一致しない場合は成形条件を規則的に変更し、複数の成形条件で実施組成のガラス成形品を得て屈折率を測定し、目標屈折率と一致又は最も近いガラス成形品の成形条件を実施成形条件に決定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の屈折率を示す光学ガラス素子を、アニール処理を伴わないプレス成形により製造する光学ガラス素子の製造方法であって、
前記所望の屈折率を目標屈折率として、プレス成形後にアニール処理を経た時に前記目標屈折率を示すガラスの組成を基本組成とし、前記目標屈折率＋（１００〜８５０）×１０-5の値を上下限とする範囲を所定範囲として、前記基本組成の成分比率を変更し、前記基本組成からの組成変化分に基づいて推測される屈折率推測値が前記所定範囲内で規則的に変化するガラスの組成を複数準備して候補組成とする工程と、
前記候補組成のガラスを調製し、所定の成形条件でプレス成形して前記候補組成のガラス成形品を得る工程と、
前記候補組成のガラス成形品の屈折率を測定して、屈折率測定値が前記目標屈折率と一致又は最も近いガラス成形品の候補組成を実施組成に決定する工程と、
前記実施組成のガラス成形品の屈折率測定値が前記目標屈折率と一致する場合は、前記所定の成形条件を実施成形条件に決定し；  前記実施組成のガラス成形品の屈折率測定値が前記目標屈折率と一致しない場合は、前記所定の成形条件から規則的に変更される複数の成形条件の各々において前記実施組成のガラスをプレス成形して前記複数の成形条件における実施組成のガラス成形品を得て当該ガラス成形品の屈折率を測定し、屈折率測定値が前記目標屈折率と一致又は最も近いガラス成形品の成形条件を実施成形条件に決定する工程と、
前記実施組成のガラスを調製し、前記実施成形条件でプレス成形してガラス成形品を得る工程と
を有する光学ガラス素子の製造方法。
【請求項２】
前記多数の組成における前記基本組成からの組成変化分は、当該組成変化分に基づいて推測される前記屈折率推測値における相互の間隔が、１００×１０-5以下の一定値となるように設定される請求項１記載の光学ガラス素子の製造方法。
【請求項３】
前記組成変化分は、前記基本組成を構成する２種以上の成分間で一方の成分を他方の成分に置換する置換量によって与えられ、前記屈折率推測値は、ガラスの加成性に基づいて前記基本屈折率及び前記置換量を用いて計算される請求項１又は２記載の光学ガラス素子の製造方法。
【請求項４】
前記置換量は、前記候補組成における前記屈折率推定値が、前記基本屈折率＋１００×１０-5の値から前記基本屈折率＋８５０×１０-5の値まで５０×１０-5間隔で変化するように設定される請求項３記載の光学ガラス素子の製造方法。
【請求項５】
前記所定の成形条件から規則的に変更される条件変化は、プレス成形後の冷却速度の変更であり、当該冷却速度は、２０℃／分以下の間隔で変更される請求項１〜４の何れかに記載の光学ガラス素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形によってレンズ等の光学ガラス素子を製造する光学ガラス素子の製造方法に関し、特に、アニール処理を省略したプレス成形によって所望の屈折率を有する光学ガラス素子を得るための諸条件を迅速に決定して効率よく製造できる光学ガラス素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラスレンズなどの光学ガラス素子をプレス成形し、成形面を研磨等せずにそのまま使用することを可能とする直接プレス成形法が注目されている。直接プレス成形法で得られる光学素子は、成形温度でプレスした後に温度が急激に低下するため、屈折率値が成形前の光学ガラスの屈折率(カタログ値)よりも幾分低くなっている。このため、カタログ値に基づいて設計されたレンズは、そのままでは使用できず、屈折率をカタログ値あるいはカタログ値近傍に戻すためのアニール処理が必要となる。つまり、アニール処理を省略してレンズを製造するには、予め、成形後の屈折率（アニールレス屈折率）を調べておいて、その値に基づいてレンズを設計する必要がある。【０００３】
また、従来はアニール処理を行う成形法で製造していたレンズについて、アニール処理のない成形法に切り替えて製造する場合、設計を変更しないで対応するには、従来のアニールを経たレンズと同等の屈折率をアニール処理のない状態で示すようなガラス組成にレンズの組成を変更する必要があり、そのためには、硝材の組成を変更しなければならない。一方、光学設計の分野には、従来から設計者が光学ガラス製品の設計に定番として使用している各種のガラスが存在し、設計を効率よく進行するには、設計者が慣れた数値で設計できるように定番ガラスのカタログ値を利用できることが望ましいが、それらの数値はアニール処理を経たガラスのものであるので、アニール処理を省略する際に直接利用するのは困難である。【０００４】
このような状況において、特許文献１に提案されるアニール処理しない光学ガラス素子の成形方法では、成形後の光学ガラス素子に要求される屈折率の値から、プレス成形によってガラス素材に生ずる屈折率変化分を差し引いた値の屈折率を有するガラス素材を用いてプレス成形を行っている。又、特許文献１と同様の方法を提案する特許文献２では、更に、ガラス素材が有する熱履歴を実質的に解消する条件でプレス成形することが記載されている。【０００５】
【特許文献１】日本特許第３１９６９５２号公報
【特許文献２】日本特許第３８０１１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の特許文献１、２では、目標とする屈折率値からプレス成形によって生ずる屈折率変化分を差し引いた値の屈折率を有するガラス組成を探した後、実際にプレス成形を行って得られる屈折率の測定値と目標値とを比較して、目標値とのズレをなくすためにガラス素材の組成を変化させて、ガラス素材の調製、プレス成形及び屈折率の測定を繰り返す。
しかし、プレス成形による屈折率の変化分は、ガラス組成を変化させると変動するので、最適なガラス組成に到達するまでに組成変更とプレス成形及び測定とを何度も繰り返す必要があり、短時間で最適なガラス組成を決定するのは容易ではない。又、最初に屈折率の変化分を決定するためのガラスサンプルとして熱履歴が不明確な素材を用いると、求めた変化分の妥当性が更に低くなり、ガラス組成の選択における的確さを低下させて作業効率を低下するので、サンプルの採用にも留意する必要がある。【０００７】
本発明は、アニール処理を行わずに、プレス成形によって所望の屈折率の光学ガラス素子を効率よく製造できる光学ガラス素子の製造方法の提供を課題とする。【０００８】
又、本発明は、所望の屈折率の光学ガラス素子を得るのに最適なガラス組成及び成形条件を簡便且つ短時間で決定でき、アニール処理を行わないプレス成形によって光学ガラス素子を効率よく得ることを可能とする光学ガラス素子の製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、光学ガラス素子の製造方法は、所望の屈折率を示す光学ガラス素子を、アニール処理を伴わないプレス成形により製造する光学ガラス素子の製造方法であって、前記所望の屈折率を目標屈折率として、プレス成形後にアニール処理を経た時に前記目標屈折率を示すガラスの組成を基本組成とし、前記目標屈折率＋（１００〜８５０）×１０-5の値を上下限とする範囲を所定範囲として、前記基本組成の成分比率を変更し、前記基本組成からの組成変化分に基づいて推測される屈折率推測値が前記所定範囲内で規則的に変化するガラスの組成を複数準備して候補組成とする工程と、前記候補組成のガラスを調製し、所定の成形条件でプレス成形して前記候補組成のガラス成形品を得る工程と、前記候補組成のガラス成形品の屈折率を測定して、屈折率測定値が前記目標屈折率と一致又は最も近いガラス成形品の候補組成を実施組成に決定する工程と、前記実施組成のガラス成形品の屈折率測定値が前記目標屈折率と一致する場合は、前記所定の成形条件を実施成形条件に決定し；前記実施組成のガラス成形品の屈折率測定値が前記目標屈折率と一致しない場合は、前記所定の成形条件から規則的に変更される複数の成形条件の各々において前記実施組成のガラスをプレス成形して前記複数の成形条件における実施組成のガラス成形品を得て当該ガラス成形品の屈折率を測定し、屈折率測定値が前記目標屈折率と一致又は最も近いガラス成形品の成形条件を実施成形条件に決定する工程と、前記実施組成のガラスを調製し、前記実施成形条件でプレス成形してガラス成形品を得る工程とを有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アニール処理を行わないプレス成形によって所望の屈折率の光学ガラス素子を製造するのに最適なガラス組成及び成形条件を効率よく決定して、迅速に製造を実施できるので、設計変更に素早く対応して、プレス成形後に直接使用可能な光学ガラス素子を所望の屈折率で効率よく製造でき、小量他品種の製造が行い易い光学ガラス素子の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施において用いられる成形型の断面を示す概略図
【図２】本発明の実施において用いられるプレス成形装置の断面を示す概略図
【符号の説明】
【００１２】
１：下型の超硬合金製部分、２：被覆膜、１０：プレス成形装置
１１：上型、１２：下型、１３：チャンバー、
１４，１５：ヒーターブロック、１６：油圧シリンダー、
１７：下軸、１８：被成形物、１９：上軸。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
プレス成形によって得られる光学ガラス素子の屈折率がアニール処理の有無によって変化する変化分は、ガラスの組成によって異なるので、アニール処理を経た状態で目標の屈折率を示すガラス組成における屈折率の変化分を求めても、目標のガラス組成における変化分と一致するわけではない。従って、この変化分に基づいてガラス組成を選択しても、最適なガラス組成に達するまでに、組成変更、調製、プレス成形及び屈折率の測定を繰り返すことになる。つまり、上述の屈折率の変化分に基づいて単一のガラス組成を選択するのは、効率の高い方法ではない。【００１４】
上述の屈折率の変化分は、ガラス組成によって変動するといっても無制限に変動するわけではなく、ある程度の範囲内に留まることは明らかである。従って、屈折率の変化分が想定される範囲に対応する組成の範囲内でガラスサンプルを一度に作成して、プレス成形後の屈折率を纏めて測定すれば、最適なガラス組成を大まかに知ることができる。この際に、ガラスサンプルのプレス成形後の屈折率が光学ガラスの屈折率の公差程度の間隔で変化するようにガラスサンプルの組成を割り振れば、サンプルから選ばれる最適組成と真に最適な組成とのズレは公差の範囲に含まれる。屈折率などのガラスの物性は、狭い範囲内であれば、ガラスの加成性に基づいて、組成の変化分からある程度の確かさで推測可能であるので、屈折率が既知である組成を基本組成として、屈折率の推測値が公差程度の間隔で変化するように組成の変化分を設定して基本組成から割り振ることができ、これらの組成を用いて上述のサンプル作成ができる。また、サンプルから選ばれる最適組成が真に最適な組成から実際にずれている場合、この程度のズレは、プレス成形後の冷却速度等の成形条件によって容易に微調整できる。【００１５】
従って、本発明では、ある程度の組成範囲内でガラスサンプルを纏めて作成し、プレス成形後の屈折率を測定して、一度で実施に最適な組成を決定し、微小な組成のズレによる屈折率のズレは、成形条件の変更・調節による微調整によって解消する。そして、決定した組成に従って調製したガラスを、変更・調節により微調整した成形条件に従ってプレス成形・冷却することにより、目標屈折率を示すガラス成形品が製造され、プレス成形後のアニール処理は不要となる。【００１６】
以下に、本発明に係る光学ガラス素子の製造方法について説明する。目標屈折率を示すガラス成形品は、以下の工程１〜５に従って、プレス成形後にアニール処理を行うことなく製造することができる。【００１７】
工程１：プレス成形後にアニール処理を経た時に目標屈折率を示すガラスの組成を基本組成に設定し、基本組成の成分比率を変更し、基本組成からの組成変化分に基づいて推測される屈折率推測値が所定の範囲内で規則的に変化するガラスの組成を複数準備して候補組成に設定する。【００１８】
工程２：候補組成のガラスを調製し、所定の成形条件でプレス成形して、候補組成のガラス成形品を得る。【００１９】
工程３：候補組成のガラス成形品の屈折率を測定して、屈折率測定値が目標屈折率と一致又は最も近いガラス成形品の候補組成を実施組成に決定する。【００２０】
工程４：実施組成のガラス成形品の屈折率測定値が目標屈折率と一致する場合は、上記所定の成形条件を実施成形条件に決定し、実施組成のガラス成形品の屈折率測定値が目標屈折率と一致しない場合は、成形条件を所定の成形条件から変更して、より適正な成形条件を実施成形条件に決定する。【００２１】
工程５：上記工程で決定した実施組成のガラスを調製し、得られた実施組成のガラスを、上記工程で決定した実施成形条件に従ってプレス成形して光学ガラス素子を得る。【００２２】
上記工程１〜工程４を経て最適な実施組成及び実施成形条件を決定し、工程５においてこれらを用いてガラスのプレス成形を行うことにより、実際に目標屈折率を示す光学ガラス素子を製造することが可能となる。上記工程１〜５の各々について、以下に詳細に説明する。【００２３】
＜工程１：候補組成の設定＞
まず、基本組成として、プレス成形後にアニール処理を経た時に目標屈折率を示すガラスの組成を設定する。従来アニール処理を施して製造していたガラス成形品を、アニール処理せずに製造するためには、その光学ガラス素子の屈折率の設計値、即ち、アニール処理したプレス成形品の屈折率を目標屈折率（ｎ）とし、そのガラス組成をそのまま基本組成とすればよい。また、従来製造経験のないガラス成形品を製造する場合は、従来から設計者が光学ガラス製品の設計に定番として使用している各種ガラスのカタログ値や、ガラスの組成開発において既に取得している屈折率データを利用して、目標屈折率又はこれに最も近い値のガラスを選出して、その組成を基本組成とすることができる。【００２４】
次に、基本組成の成分比率を変更し、屈折率推測値が前記所定範囲内で規則的に変化するガラスの組成を複数準備して候補組成とする。【００２５】
候補組成を準備するために規定する屈折率推測値の範囲、つまり、上記所定の範囲は、目標屈折率＋（１００〜８５０）×１０-5の値を上下限とする範囲とする。成形による屈折率の変動分はガラス組成によって異なるので、この所定範囲は、基本組成に応じて適宜設定を変更することができる。また、組成と屈折率との相関関係を熟知している組成系については、未知の組成系よりも測定を要する範囲を限定することができるので、上記範囲から適宜特定して設定しても良い。【００２６】
基本組成の成分比率を変更し、屈折率推測値が前記所定範囲内で規則的に変化する複数のガラス組成は、基本組成からの組成変化分が一定間隔で変化するように設定され、この組成変化分に対応した割合で屈折率が変化するものとして屈折率値が推測される（加成性）。従って、多数の組成について組成変化分に基づいて推測される屈折率推測値も、相互の間隔が一定値となる。この間隔がガラスの公差程度以下となるように組成変化分を設定する。従って、屈折率測定値の間隔が５０×１０-5程度以下となるように組成変化分を設定する。このような組成変化分は、基本組成を構成する２種以上の成分間で一方の成分を他方の成分に置換する置換量によって与えることができ、屈折率推測値は、ガラスの加成性に基づいて基本組成の屈折率及び置換量を用いて計算される。尚、組成変化分は２以上の複数成分で調整できるが、以下では簡単のために２成分の場合で説明する。【００２７】
具体的には、構成成分が同じで含有割合が異なるガラス組成、例えば、構成成分として成分Ａ及びＢを含有するガラス組成において、成分Ａ及びＢの含有量のみが異なり他の構成成分の組成割合は同じである（つまり、成分Ａ及びＢの一方が他方に置換される）２つのガラス組成Ｃp及びＣqにおける屈折率ｎp及びｎqを得ている場合、成分Ａ［又はＢ］の含有量ａp及びａq［又は、ｂp及びｂq］から、成分Ａ［又はＢ］の含有量の差（ａp−ａq）［又は（ｂp−ｂq）］に対する屈折率の差（ｎp−ｎq）の比率つまり変化率を求め、この変化率（ｎp−ｎq）／（ａp−ａq）［又は、（ｎp−ｎq）／（ｂp−ｂq）］を用いて、屈折率を組成に対して線形配分させることによって、Ｃp〜Ｃp間で成分Ａ及びＢの含有量を変化させたガラス組成における屈折率の推定値を求めることができる。上述の屈折率の変化率については、ガラスの組成開発時に必要なデータであるので、既存のデータが存在するガラス組成もあり、既存データ又は測定によって得られる屈折率の変化率を利用して、所定間隔で屈折率の推定値が変化するように基本組成からガラス組成を変動させて割り振り、ガラス組成及び推定値のデータが作成される。この際、作成される屈折率の推定値の間隔が１００×１０-5以下、好ましくは５０×１０-5程度となるようにガラス組成を割り振ると、候補組成として実際に調製しプレス成形したガラスの屈折率の間隔もほぼ５０×１０-5となり、成形後の屈折率が目標屈折率ｎ±５０×１０-5程度の範囲内となるガラス組成が候補組成に必ず存在する。例えば、基本組成における屈折率から１００×１０-5〜８５０×１０-5変化する範囲のガラス組成を屈折率の間隔が５０×１０-5（１００×１０-5，１５０×１０-5，２００×１０-5，・・，８５０×１０-5）となるようにガラス組成を割り振る。このようなガラスの加成性を利用した屈折率の推定は、適用範囲が狭い範囲に限定されるが、本発明のような８５０×１０-5程度の増減については十分適用できる。【００２８】
従って、上記のようにガラス組成を割り振れば、候補組成から選ばれる組成のガラス成形品の屈折率実測値は、目標屈折率との差が公差の範囲内になる。本発明では、詳細を後述する成形条件の変更によって、更に屈折率の微調整が可能であるので、屈折率の推測値の間隔は、１００×１０-5程度までは許容し得る。【００２９】
このようにして、基本組成の成分比率を変更し、屈折率推測値が前記所定範囲内となるガラス組成を複数準備して候補組成とする。【００３０】
＜工程２：候補組成のガラスの調製及びプレス成形＞
全ての候補組成について、硝材を調合してガラスを調製し、所定の成形条件でプレス成形して、候補組成のガラス成形品を得る。【００３１】
ガラス材の調製は、定法に従って、候補組成に基づいて機械的にガラス原料を配合して組成を調整し、加熱溶融、ガラス化、脱泡及び均質化を行えばよい。複数の候補組成のガラスの調製は、流れ作業あるいはコンビナトリアル的手法、装置を用いれば、簡便且つ短時間で完了可能である。尚、本発明では、調製したガラス材の屈折率をプレス成形前に測定する必要は全くない。【００３２】
調製された候補組成のガラス材をプレス成形する。プレス成形は、基本組成のガラスの粘度が所定値（通常１０-9ｄＰａ・ｓ程度）となる温度に加熱して行い、その後の冷却（急冷又は徐冷、温度保持の有無）が成形後のガラスの屈折率を左右する成形条件となる。
本発明における組成の変化幅においては粘度は殆ど変動しないが、基準として基本組成の粘度を採用する。通常、成形後の冷却速度は５〜２００℃／分程度の範囲で変更でき、この中で一定の冷却速度を採用する。【００３３】
この工程の成形条件は、任意に設定できるが、実際に製品を成形する際に最も実施し易い成形条件に設定するのが好ましい。この理由は、最も実施し易い成形条件を採用し易くするためであり、工程４において候補組成の中にガラス成形品の屈折率が目標屈折率と一致する組成が含まれていることが判明した場合に、所定の成形条件がそのまま実施用の成形条件となるので、最も実施し易い成形条件が最初の成形条件として設定されていれば、最も実施し易い成形条件が最適の成形条件となる。従って、所定の成形条件として、プレス成形後の冷却速度を５０〜１２０℃／分の範囲で設定し、ガラス転移温度Ｔg付近までその冷却温度で冷却を行うのが好ましい。尚、この工程のプレス成形は、成形後のガラスの屈折率を求めるためのものであるから、成形形状は、有効な測定値が得られる限り任意の形状で良く、実際に製造するレンズ等の製品形状及び寸法と異なっていても、成形条件が同じであれば成形後の屈折率には殆ど影響がない。【００３４】
＜工程３：実施組成の決定＞
候補組成のガラス成形品の屈折率を測定して、屈折率の測定値が目標屈折率と一致又は最も近いガラス成形品の候補組成を抽出して、実施組成に決定する。【００３５】
具体的には、プレス成形後のガラスをアニール処理を行わずに得られる候補組成のガラス成形品を、プリズム加工して屈折率の測定を行い、候補組成における屈折率の測定値を得る。屈折率を精密に測定するにはプリズム加工することが必要である。例えば、定法に従って、研削装置等によって成形後のガラスを所定のプリズム形状（９０°プリズム）に研削加工して、プルフリッヒ型屈折率計でプリズムの屈折率を測定する。【００３６】
プリズム加工は、複数のサンプルを纏めて行えるので、本発明のように複数のサンプルを同時に扱う方法は、個別に扱う方法より有利である。又、屈折率の測定においても、時間を要するのは測定用の光源を安定化するためのウォームアップが主であるので、測定サンプル数の増加はさほど時間的な負担とならず、本発明のように複数のサンプルを同時に扱う方法にとって有利である。【００３７】
上記ガラス成形品の屈折率の測定値を目標屈折率と比較して、目標屈折率と一致又は最も近い屈折率を有するガラス成形品のガラス組成を実施組成に決定する。実施組成は１種のみに限定する必要はなく、状況により誤差や組成による相違などを考慮して複数種選出しても良い。工程４以降の作業が負担にならない範囲で決定でき、好ましくは１〜３種とする。【００３８】
実施組成のガラス成形品の屈折率と目標屈折率との差は成形条件の変更によって解消できる量である必要があるが、成形条件についてはプレス成形後の冷却速度を５〜１０℃／分程度の間隔で変更すると、成形後の屈折率を約５×１０-5〜１５×１０-5単位で微調整できることから、屈折率の差が３０×１０-5程度以下、好ましくは１５×１０-5程度以下の範囲であれば実施組成として適切である。この点に関し、前述のように屈折率推定値の間隔が５０×１０-5程度となるような組成の集合で構成されていることは、成形条件の変更によって目標屈折率を有するガラス成形品へ到達するのを容易にする。成形条件の変更による屈折率の微調整は、増加及び減少の何れの方向も可能であるが、減少させる微調整の方が実施し易いので、屈折率測定値が目標屈折率より大きい範囲で最も近いものを実施組成に選定することが好ましい。【００３９】
尚、実施組成の選定において、調製経験の多少によって基本組成毎に屈折率の差に重み付けを行って選定してもよい。【００４０】
＜工程４：実施成形条件の決定＞
実施組成のガラス成形品の屈折率の測定値が目標屈折率と一致する場合は、上記所定の成形条件を実施成形条件に決定する。但し、屈折率の測定値が目標屈折率と一致する組成が存在する場合であっても、目標屈折率と近い測定値の候補組成について以下の成形条件の変更を行って比較することを排除するものではなく、このような比較は選択肢を確保する上で有効である。【００４１】
実施組成のガラス成形品の屈折率測定値が目標屈折率と一致しない場合は、成形条件を所定の成形条件から変更して、より適正な成形条件を実施成形条件に決定する。【００４２】
成形条件の変更では、まず、前述の所定の成形条件から規則的に変更される複数の成形条件を設定する。これらの成形条件の各々において、前述の実施組成のガラスをプレス成形して複数の成形条件における実施組成のガラス成形品を得る。これらのガラス成形品の屈折率を測定し、屈折率測定値が目標屈折率と一致又は最も近いガラス成形品の成形条件を実施成形条件に決定する。【００４３】
変更する成形条件としては、成形後の冷却速度が最も扱い易く精度が高いため好ましい。冷却速度を変更する場合、一定の変更間隔で冷却速度を変更し割り振ることによって、成形条件の規則的な変更が可能であり、このように変更される複数の冷却速度を、変更される複数の成形条件とする。冷却速度の間隔を２０℃／分程度以下、好ましくは５〜１０℃／分程度として設定すると、成形後の屈折率を目標屈折率ｎ±５０×１０-5以内に好適に微調整できる。冷却速度を速くすれば屈折率は減少し、冷却速度を遅くすれば屈折率は増加する。５〜２００℃／分程度の速度範囲で冷却速度を割り振り、５条件程度の割り振りによって好適に成形条件の選定ができる。【００４４】
上述のように変更した複数の成形条件で、実施組成のガラスを用いてガラス成形品を製造する。この工程のプレス成形は、正確さを更に高めるために実際の光学素子製品と同じ形状に成形するのが望ましい。プレス成形後の成形条件が異なる複数のガラス成形品は、アニール処理を行わずにプリズム加工して屈折率を測定する。【００４５】
上記ガラス成形品の屈折率の測定値を目標屈折率と比較して、目標屈折率と一致又は最も近い屈折率を有するガラス成形品の成形条件（冷却速度）を実施成形条件に決定する。
目標屈折率と一致しない場合、必要であれば、冷却速度の微調整によって対応することも可能である。あるいは、ガラスの歪み点より１５０℃以上低く設定される低温度での熱処理によって屈折率を微小量増加させることができるので、この方法による５０×１０-5以下の微調整を付加的に利用したり、冷却速度による調整に代えて利用できる。【００４６】
＜工程５：ガラス成形品の製造＞
上記工程に従って決定される実施組成のガラスを調製し、得られた実施組成のガラスを上記工程で決定した実施成形条件に従ってプレス成形してガラス成形品を得る。【００４７】
上述で決定した実施組成及び実施成形条件を採用すれば、目標屈折率との屈折率差を５０×１０-5程度以下にすることが容易である。ガラス製品製造上の屈折率公差（一般的には±３０×１０-5程度）を考慮すると、できる限り目標屈折率に近づけることが好ましい。但し、レンズ等の成形製品の屈折率公差が±７０×１０-5程度の大きい値になる場合は、工程４における設計条件の変更による屈折率の微調整は省略することになる。【００４８】
上述の工程１〜工程５に従ってガラス組成及び成形条件を選定して製造することによって、ガラス組成及び成形条件を短時間で最適化することができ、これらを利用して所望の屈折率の光学ガラス素子をアニール処理のないプレス成形で効率よく高い精度で製造することができる。【００４９】
上記の製造プロセスに要する時間を見積もると、例えば、以下のようになる。【００５０】
工程１：候補組成の選定（０Ｈ）；
工程２：候補組成のガラス材調製（ガラス調合１Ｈ、坩堝投入１Ｈ、溶融２Ｈ、固化１Ｈ、アニール処理８Ｈ）、切断加工０．５Ｈ及び及びプレス成形１．５Ｈ：計１５Ｈ；
工程３：プリズム加工（２Ｈ）、屈折率の測定（１Ｈ）及び実施組成の決定（０Ｈ）；
工程４：成形条件を変更して光学素子にプレス成形（ＰＦ加工８Ｈ及びプレス成形１．５Ｈ）、プリズム加工（２Ｈ）及び屈折率の測定（１Ｈ）、実施成形条件の決定（０Ｈ）；及び
工程５：実施組成及び実施成形条件で製造方法を実施。【００５１】
上述によれば、本格実施に達するまでに要する時間は合計３０．５時間となる。前記特許文献１及び２の方法について上記と同様に所要時間を見積もると、特許文献１では１０〜１６工程で７３．５〜１８０時間、特許文献２では１０〜１６工程で６２．５〜１０５時間となり、これらと比較すれば、本発明では短時間でガラス組成及び成形条件を最適化できる。尚、レンズの屈折率公差が大きい場合、工程５、６及び７が省略すると、全４工程、所要時間１８時間となり、従来の1/４以下の時間と工程数となる。【００５２】
上記形態では、ガラス組成の構成成分を置換した際の光学特性変化率を用いて候補組成の配分を構成するが、本発明では、この方法に限らず、開発者が扱い易い他の特性を用いて組成と光学特性との対応を作成しても良い。又、光学設計において参照される可能性のある各種特性を付随させて構成すると利便性が高まる。例えば、光学設計で重要なパラメーターであるアッベ数νdは、アニール処理がない場合でもアニール処理を経る場合でも大きな変化はなく、レンズ設計公差の範囲内で変化するに過ぎないので、基本組成を開発する段階で参照して適性を合わせておけば良好な設計結果が得られる。【００５３】
上述のようにすると、定番ガラス組成の屈折率データを利用して、所望の屈折率を有する光学ガラス素子を得るために最適なガラス組成を効率よく選定でき、更に、必要に応じて成形条件の変更によって屈折率の微調整が可能であるので、アニール処理を省略したプレス成形によって様々な光学ガラス素子を簡便に製造できる。また、アニール処理を経た定番組成ガラスの光学特性データをそのまま目標屈折率値に設定することにより、アニール処理を省略したプレス成形の製品設計に使用するための組成変更及び成形条件の変更が行われ、アニールレスのプレス成形への製造方法の切り換えを簡単に行うことができる。
更に、所望の光学特性を有する光学製品の製造に利用するための組成が迅速に決定できるので、これを利用して設計も効率よく進行することができる。【００５４】
尚、ガラスのプレス成形において用いられる成形型及び成形装置の一例を図１及び図２に示す。【００５５】
図１は、ボールレンズの成形に用いる上下一対の成形型のうちの下型を示し、超硬合金製円柱の円形一端面に非球面状の凹形プレス面を形成した超硬合金製部分１と、凹形プレス面を覆うＩｒ−Ｒｅ組成の被覆膜２とを有する。被覆膜２は、超硬合金との密着性を付与するためのＴｉ膜（図示省略）を介して形成されている。【００５６】
図２は、プレス成形装置１０を示し、図１のような構造の上下型１１，１２が組み込まれている。プレス成形においては、チャンバー１３内をＮ2雰囲気にした後、ヒーターブロック１４，１５で上型１１及び下型１２を加熱し、成形するガラスの粘度が１０-9ｄＰａ・ｓ程度になる温度に達した時点で、油圧シリンダー１６によって下軸１７を引き下げ、被成形物１８を下型１２の上に載置する。成形型の温度を維持して、油圧シリンダー１６により下軸１７を上昇させて、上型１１と下型１２とでプレスする。通常、成形圧力は１００〜５０００Ｎ程度、成形時間は０．１〜１分間程度となる。その後、所定の冷却速度で降温し、上下型の温度がサンプルの基本組成のＴｇ温度より３０℃程度低い温度に達した時点で下型１２を下降させ、被成形物１８は、下型１２から取り出し、チャンバー１３より回収する。この例では、下型１２が可動であるが、上軸１９により上型１１を移動させる構造であっても良い。【００５７】
以下、実施例を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
【実施例】
【００５８】
プレス成形後にアニール処理を行って製造される４種のガラス成形品と屈折率が同じ成形品をアニール処理を行わずに製造するために、以下の実施例１〜４において、各々、ガラス組成及び成形条件を決定して製造した。【００５９】
＜アニール処理成形品のガラス組成及び物性＞
（実施例１）
ホウケイ酸ガラスＳＫ１２：  ｎd＝１．５８３１３、νd＝５９.４、転移点Ｔｇ＝５００℃、屈伏点＝５４０℃、基本組成（質量％）は、ＳｉＯ2：４７％、Ｂ2Ｏ3：９.５％、Ａｌ2Ｏ3：４％、Ｌｉ2Ｏ：６％、Ｎａ2Ｏ：５％、Ｋ2Ｏ：０.６％、ＳｒＯ：０.１％、ＢａＯ：２７％、ＺｎＯ：４％、Ｓｂ2Ｏ3：０.３％。【００６０】
（実施例２）
高屈折率ランタン系ガラスＬａＳＦ０３：  ｎd＝１．８０６１０、νd＝４０．９、転移点Ｔｇ＝６１０℃、屈伏点＝６３７℃、基本組成（質量％）は、ＳｉＯ2：６％、Ｂ2Ｏ3：２１％、ＷＯ3：４％、ＢａＯ：３％、Ａｌ2Ｏ3：１％、ＺｎＯ：１２％、ＺｒＯ2：４％、Ｌａ2Ｏ3：３９％、Ｎｂ2Ｏ5：１０％。【００６１】
（実施例３）
中屈折率ランタン系ガラスＬａＫ１３：  ｎd＝１．６９３５０、νd＝５３．２、転移点Ｔｇ＝５３４℃、屈伏点＝５７５℃、基本組成（質量％）は、ＳｉＯ2：１２％、Ｂ2Ｏ3：２６％、Ｙ2Ｏ3：１０％、ＢａＯ：９％、ＣａＯ：５％、ＳｒＯ：６％、ＺｎＯ：６％、ＺｒＯ2：３％、Ｌａ2Ｏ3：１７％、Ｔａ2Ｏ5：２％、Ｌｉ2Ｏ４％。【００６２】
（実施例４）
鉛フリーＳＦ系ガラス：  ｎd＝１．８３９１７、νd＝２３．９、転移点Ｔｇ＝４７７℃、屈伏点＝５１５℃、基本組成（質量％）は、ＳｉＯ2：１％、Ｐ2Ｏ5：２４％、ＷＯ3：１０％、Ｂｉ2Ｏ3：１１％、Ｎｂ2Ｏ5：３８％、ＢａＯ：４％、Ｂ2Ｏ3：２％、Ｎａ2Ｏ：８％、Ｌｉ2Ｏ：２％。【００６３】
＜基本データの準備＞
（実施例１）
上記に示すホウケイ酸ガラスＳＫ１２（以下、ＳＫ１２と記す）を基本組成として、基本組成における屈折率ｎd、屈折率の変化率（被置換成分を置換成分に１質量％置換した時の屈折率ｎdの変化量）、アッベ数νd及びアッベ数の変化率（被置換成分を置換成分に１質量％置換した時のアッベνdの変化量）の実測値を用意した（屈折率ｎd及びアッベνdは、波長５８７．５６nmのヘリウムｄ線による測定値）。屈折率は、プルフリッヒ型屈折率計（島津デバイス製造社製、商品名：ＫＰＲ−２００）を用いて測定した。この実測値は、ガラス材のガラス転移温度Ｔｇに合わせて一定のアニール処理（ガラス材の（Ｔｇ＋１５）℃で１時間保持後、６０℃／時間の一定速度で（Ｔｇ−２００）℃まで冷却し、その後自然放冷する）を行ったサンプルを用いて測定した。【００６４】
屈折率の変化率が被置換成分を置換成分に１質量％置換した時の屈折率ｎdの変化量を示すことに基づいて、表１のように、ガラスの既知の屈折率の変化率から、屈折率ｎdが５０×１０-5増加する置換量Ｍ(質量％)を下記式に従って算出した。ホウケイ酸ガラスＳＫ１２では、置換量Ｍは、５０／２３０＝０．２１７となる。【００６５】
置換量Ｍ(質量％)＝（５０×１０-5）／（屈折率の変化率）【００６６】
【表１】
2008111475.tif 000003
【００６７】
（実施例２）
上記に示す高屈折率ランタン系ガラスＬａＳＦ０３（以下、単にＬａＳＦＯ３と記す）を基本組成として、基本組成における屈折率ｎd、屈折率の変化率（被置換成分を置換成分に１質量％置換した時の屈折率ｎdの変化量）、アッベ数νd及びアッベ数の変化率（被置換成分を置換成分に１質量％置換した時のアッベνdの変化量）の実測値を用意した。【００６８】
上記基本組成のガラスのデータを基にして、実施例１と同様にして、屈折率の変化率から、屈折率ｎdが５０×１０-5増加する置換量Ｍ(質量％)を前記式に従って算出した。結果を表１に示す。【００６９】
（実施例３）
上記に示す中屈折率ランタン系ガラスＬａＫ１３（以下、ＬａＫ１３と記す）を基本組成として、基本組成における屈折率ｎd、屈折率の変化率（被置換成分を置換成分に１質量％置換した時の屈折率ｎdの変化量）、アッベ数νd及びアッベ数の変化率（被置換成分を置換成分に１質量％置換した時のアッベνdの変化量）の実測値を用意した。【００７０】
上記基本組成のガラスのデータを基にして、実施例１と同様にして、屈折率の変化率から、屈折率ｎdが５０×１０-5増加する置換量Ｍ(質量％)を前記式に従って算出した。結果を表１に示す。【００７１】
（実施例４）
上記に示す鉛フリーＳＦ系ガラス（以下、ＳＦと記す）を基本組成として、基本組成における屈折率ｎd、屈折率の変化率（被置換成分を置換成分に１質量％置換した時の屈折率ｎdの変化量）、アッベ数νd及びアッベ数の変化率（被置換成分を置換成分に１質量％置換した時のアッベνdの変化量）の実測値を用意した。【００７２】
上記基本組成のガラスのデータを基にして、実施例１と同様にして、屈折率の変化率から、屈折率ｎdが５０×１０-5増加する置換量Ｍ(質量％)を前記式に従って算出した。結果を表１に示す。【００７３】
＜候補組成の選定＞
上記基本データを基にして、実施例１〜４の各々について、以下の手順に従って候補組成を選定した。【００７４】
まず、目標屈折率＋（１００〜８５０）×１０-5の値を上下限とする範囲となる屈折率推測値の範囲の一具体例として、基本組成における屈折率から１００×１０-5〜８５０×１０-5変化する範囲を設定した。この範囲の設定によって、この後に求める対応組成の範囲が候補組成の範囲に規定される。次に、この範囲内で屈折率のきざみ幅が５０×１０-5となるように屈折率推測値を割り振り（１００×１０-5，１５０×１０-5，２００×１０-5，・・，８５０×１０-5）、これらの屈折率推定値に対応するガラス組成を各々求めて、５０×１０-5単位で値が変化する屈折率の推定値とガラス組成とによるデータを作成した。これらのガラス組成が候補組成である。【００７５】
具体的には、まず、範囲を規定する値ｍを２〜１７の自然数として、前記置換量Ｍ×ｍの値を計算した。次に、この計算値Ｍ×ｍを用いて、基本組成における屈折率から５０×１０-5間隔で５０×１０-5×ｍ変化する屈折率（変化量が＋１００×１０-5から＋８５０×１０-5まで）に対応するガラス組成を各々計算し、ガラス組成と屈折率推定値とのデータとして構成した。例えば、ホウケイ酸ガラスＳＫ１２において屈折率が３５０×１０-5高い（ｍ＝（３５０×１０-5）／（５０×１０-5）＝７）組成を求める場合、ＳｉＯ2の含有量（質量％）は、（基本組成のＳｉＯ2含有量）−Ｍ×ｍ＝４７−０．２１７×７＝４５．４８１となり、ＢａＯの含有量（質量％）は、（基本組成のＢａＯ含有量）＋Ｍ×ｍ＝２７＋０．２１７×７＝２８．５１９となる。実施例１における結果を表２に、実施例２における結果を表３に、実施例３における結果を表４に、実施例４における結果を表５に各々示す。【００７６】
尚、光学設計用参考データとして、上記組成におけるアッベ数の推定値についてもアッベ数の変化率を用いて求めた。詳細には、屈折率ｎdを５０×１０-5増加する際のνd変化量は、１質量％置換した時のアッベ数（νd）の変化率と前記置換量Ｍ(質量％)との積であり、ホウケイ酸ガラスＳＫ１２のνd変化量は、−０．１０×０．２１７＝−０．０２１７となる。表２〜５の各データにおいて、基本組成のｎd、νd、Ｔｇ、Ａtの値は実測値であり、それ以外の組成における数値は計算による推定値である。【００７７】
【表２】
2008111475.tif 000004
【００７８】
【表３】
2008111475.tif 000005
【００７９】
【表４】
2008111475.tif 000006
【００８０】
【表５】
2008111475.tif 000007
【００８１】
＜候補組成のサンプル調製＞
表２〜５の候補組成について、表中の成分データに従ってガラス原料を調合した。調合は、一度に流れ作業的に行い、調合数が増えてもさほど時間は必要としなかった。【００８２】
複数の白金るつぼを用いて、調合物は、各々、室温のるつぼに投入し、温度を１３００℃に保持した電気炉内に挿入して一気に全量を熔解した。挿入後１時間で取り出し、白金棒で撹拌し、再度１３００℃の電気炉に投入して２時間保持した後、注型に適した温度（ここでは１０００℃）まで1時間かけて降温し、るつぼを取り出して型に流し込んだ。流し込んだガラス材は、各ガラス組成に適したアニール温度（ここでは各ガラスの基本組成の（Ｔｇ＋１５）℃）に保持された電気炉に投入して１時間保持した後、６０℃／時間の一定の冷却速度で（Ｔｇ−２００）℃まで冷却することによりアニール処理を行った。その後自然放冷してサンプルを得た。得られるサンプルについて光学特性の測定は必要ないので、ここでのアニール処理は、加工で割れない程度の大まかな処理で良い。ガラス原料の投入からサンプルを得るまでの所要時間は８時間程度であった。尚、ここでは、各組成系毎に３〜４種類のガラス組成を同時に処理したが、各ガラス組成の熱特性に応じて各々最適の温度でガラス化、注型することが望ましい。【００８３】
＜成形及び屈折率の測定＞
直径１８mm×高さ５０mmの超硬合金製円柱を加工して、概略の曲率半径が１６mmの凹形状の非球面プレス面（約１４mm径）を有する一対の上下型からなる光学ガラスレンズ用のプレス成形型を作成した。【００８４】
又、前記と同じもう一対の上下型のプレス面を０．１μｍのダイヤモンド砥粒を用いて鏡面に研磨した後、この鏡面に、スパッタリング法により、５０nmのＴｉ膜を形成した後、ＩｒとＲｅの比率が質量比で４：１の組成の被覆膜を２５０nmの膜厚に形成することにより、評価用型を作成した。この型の下型部分の断面を図１に示す。図中、符号１は下型の超硬合金製部分を、符号２は被覆膜を示す（Ｔｉ膜は図示省略）。Ｔｉ膜は、超硬合金部分１と被覆膜２との密着を良くするためのものである。【００８５】
次に、前述で調製した各候補組成のサンプルをダイヤモンドカッターで約１０mm角の立方体に切断し、上述のプレス成形型を上下型１１，１２として組み込んだ図２のプレス成形装置１０を用いて、下記の手順で成形した。【００８６】
先ず、チャンバー１３を真空ポンプ（図示せず）によって真空引きした後、Ｎ2ガスを導入してチャンバー１３内をＮ２雰囲気にした後、ヒーターブロック１４，１５で上型１１及び下型１２を加熱した。成形するガラスの粘度が１０-9ｄＰａ・ｓ程度になる温度（ＳＫ１２：５７０℃、ＬａＳＦＯ３：６６０℃、ＬａＫ１３：６００℃、鉛フリーＳＦ系ガラス：５４５℃）に達したら油圧シリンダー１６により下軸１７を引き下げ、オートハンド（図示せず）を用いて被成形物（立方体のサンプル）１８を下型１２の上にセットした。【００８７】
次に、型の温度を維持して３分間経過後、油圧シリンダー１６により下軸１７を上昇させて、上型１１及び下型１２により成形圧力３０００Ｎで１分間プレスして立方体状ガラス塊をレンズ状に成形した。その後、冷却速度８０℃／分で降温し、上下型の温度がサンプルの基本組成のＴｇ温度より３０℃低い温度（ＳＫ１２：４８５℃、ＬａＳＦＯ３：５８０℃、ＬａＫ１３：５０４℃、鉛フリーＳＦ：４４７℃）に達した時点で下型１２を下降させた。成形したサンプル１８は、下型１２からオートハンドで取り出し、置換装置（図示せず）を通してチャンバー１３より回収した。【００８８】
成形後のサンプルを研削用治具にヤニ貼りし、治具を横型研削装置に取り付けて片面を５分間研削加工した後に一旦治具を取り外し、９０度回転させて再度研削装置に取り付けてもう一方の面を５分加工した。得られた９０°プリズムの屈折率をプルフリッヒの屈折計を用いて測定した。【００８９】
＜実施組成の決定＞
実施例１〜４の各々において、候補組成のサンプルの中で屈折率の測定値が目標屈折率に最も近い幾つかの組成について、その結果を表６に示す。【００９０】
実施例１ではｍ＝６の組成、実施例２ではｍ＝１０の組成、実施例３ではｍ＝８の組成、実施例４ではｍ＝１４の組成を各々実施組成に選定した。目標屈折率とこれらの屈折率との差ｄは１３×１０-5〜２５×１０-5で、目標屈折率と一致する組成はないが、差ｄは５０×１０-5以下に収まる。【００９１】
【表６】
2008111475.tif 000008
【００９２】
＜成形条件の変更＞
実施例１〜４の各々において、決定した実施組成の注型ガラスサンプルの残りを用いて、レンズ成形に適した大きさの研磨ボールを作製し、プレス後の冷却速度を７０℃／分、８０℃／分、９０℃／分、１００℃／分及び１１０℃／分の何れかとしたこと以外は前述の屈折率の測定におけるプレス成形と同じ条件で研磨ボールのプレス成形を行って、各実施例について冷却速度が異なる５種のサンプルを得た。【００９３】
成形したサンプルを前述の屈折率の測定と同様のプリズム加工を行って９０°プリズムを作製し、屈折率を測定した。測定結果を表７に示す。【００９４】
【表７】
2008111475.tif 000009
【００９５】
＜実施成形条件の選定＞
表７に基づいて、各実施例において屈折率の測定値が目標屈折率に最も近くなる成形条件（冷却速度）を選択した。この結果、実施例１では、実施組成はＳＫ１２のｍ＝６、冷却速度は１１０℃／分となり、実施例２では、実施組成はＬａＳＦＯ３のｍ＝１０、冷却速度は１１０℃／分、実施例３では、実施組成はＬａＫ１３のｍ＝８、冷却速度は１１０℃／分、実施例４では、実施組成は鉛フリーＳＦのｍ＝１４、冷却速度は７０℃／分となった。選定された４つのサンプルにおいて、目標屈折率との差ｄは２×１０-5〜９×１０-5となった。【００９６】
各実施例において、以上の組成及び成形条件の決定に要した時間は、３０．５時間であった。【００９７】
（実施例５）
要求される屈折率の公差が±８０×１０-5と通常よりも大きめの設計形状のレンズについて、実施例１と同じ候補組成１４種を選定してガラスのサンプルを作製し、プレス成形後の屈折率を測定して目標屈折率に近いものから順に４種を実施組成として選定したところ、目標屈折率との差ｄは−１３×１０-5〜２５×１０-5となった。この結果は、サンプルと実成形品との成形形状・寸法の差によるバラツキを考慮しても十分に公差を満足するものであった。【００９８】
以上の組成決定に要した時間は１８時間であった。【００９９】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2007年3月7日出願の日本特許出願（特願2007−057498）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
直接プレス成形法によりアニール処理を行わずに得られる光学ガラス製品の屈折率が適切な値になるガラス組成及び成形条件を簡便に短時間で設定でき、製品の設計変更に応じて所望の光学ガラス素子を効率よく製造し提供できる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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