(57)【要約】      （修正有）【課題】プレス成形時におけるガラスの割れやクラックを低減でき、ひいては光学素子の生産性を高めることが可能な、光学素子の製造方法と光学機器の製造方法を提供する。【解決手段】ガラス転移点（Ｔｇ）と屈伏点（Ａｔ）との間の温度範囲における線膨張係数の最大値（αｍａｘ）が１５００×１０−７Ｋ−１以下のガラス素材を、加熱により軟化した状態で、成形型によってプレス成形する工程を含む光学素子の製造方法。この光学素子の製造方法で製造された光学素子を用いて光学機器を作製する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス転移点（Ｔｇ）と屈伏点（Ａｔ）との間の温度範囲における線膨張係数の最大値（αｍａｘ）が１５００×１０−７Ｋ−１以下のガラス素材を、加熱により軟化した状態で、成形型によってプレス成形する工程を含む光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記プレス成形は、前記ガラス素材を屈伏点（Ａｔ）以上の温度への加熱により軟化した状態で行う請求項１記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記ガラス素材が、１．４０以上２．００以下の屈折率（ｎｄ）と、６０以上のアッベ数（νｄ）を有する請求項１又は２記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記ガラス素材が、カチオン成分としてＰ５＋、Ａｌ３＋及びＣａ２＋を含有し、アニオン成分としてＯ２−及びＦ−を含有する請求項１から３のいずれか記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記光学素子として非球面レンズを作製する請求項１から４のいずれか記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか記載の光学素子の製造方法で製造された光学素子を用いて光学機器を作製する光学機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学系を使用する機器のデジタル化や高精細化が急速に進んでおり、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮影機器をはじめ、各種光学機器に用いられるレンズ等の光学素子に対する高精度化、軽量、及び小型化の要求は、ますます強まっている。
【０００３】
軽量且つ小型化された光学素子を作製する方法として、ガラス素材に対してリヒートプレス成形や精密プレス成形等のモールドプレス成形を行って、ガラス成形体を作製する方法が用いられている。モールドプレス成形を行う方法としては、成形型の上型及び下型の間にガラス素材を置き、上型及び下型に隣接し且つこれらを囲むように胴型を設け、この胴型を加熱する加熱手段を用いて上型及び下型とガラス素材を加熱して上型及び下型を押圧することで、プレス成形を行う方法が知られている（特許文献１参照）
【０００４】
特に、非球面レンズを作製する場合には、光学素子を研削や研磨法で作製することは高コストである低能率であるため、ガラス素材からなるゴブやガラスブロックを切断・研磨したプリフォーム材を加熱軟化させ、これを高精度な面を持つ成形型で加圧成形させる精密プレス成形を行うことによって、研削・研磨工程を省略し、低コスト・大量生産を実現させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−０１６４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示された方法では、プレス成形を行った際にガラスの割れやクラックが多く発生していた。特に、大口径のガラス素材をプレス成形する際には、その傾向が顕著であった。ひとたび割れやクラックが発生したガラスは、もはや光学素子として用いることができない。そのため、プレス成形時における割れやクラックを低減できるような、光学素子の製造方法の開発が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、プレス成形時におけるガラスの割れやクラックを低減でき、ひいては光学素子の生産性を高めることが可能な光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討し、本発明を完成させた。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【０００９】
（１）  ガラス転移点（Ｔｇ）と屈伏点（Ａｔ）との間の温度範囲における線膨張係数の最大値（αｍａｘ）が１５００×１０−７Ｋ−１以下のガラス素材を、加熱により軟化した状態で、成形型によってプレス成形する工程を含む光学素子の製造方法。
【００１０】
（２）  前記プレス成形は、前記ガラス素材をガラス転移点（Ｔｇ）より高い温度への加熱により軟化した状態で行う（１）記載の光学素子の製造方法。
【００１１】
（３）  前記プレス成形は、前記ガラス素材を屈伏点（Ａｔ）以上の温度への加熱により軟化した状態で行う（１）又は（２）記載の光学素子の製造方法。
【００１２】
（４）  前記ガラス素材が、溶融ガラスから作製されるガラス成形体である（１）から（３）のいずれか記載の光学素子の製造方法。
【００１３】
（５）  前記ガラス素材が、板状のガラスから作製されるガラス成形体である（１）から（４）のいずれか記載の光学素子の製造方法。
【００１４】
（６）  前記ガラス素材が、１．４０以上２．００以下の屈折率（ｎｄ）と、６０以上のアッベ数（νｄ）を有する（１）から（５）のいずれか記載の光学素子の製造方法。
【００１５】
（７）  前記ガラス素材が、カチオン成分としてＰ５＋、Ａｌ３＋及びＣａ２＋を含有し、アニオン成分としてＯ２−及びＦ−を含有する（１）から（６）のいずれか記載の光学素子の製造方法。
【００１６】
（８）  前記光学素子として非球面レンズを作製する（１）から（７）のいずれか記載の光学素子の製造方法。
【００１７】
（９）  （１）から（８）のいずれか記載の光学素子の製造方法で製造された光学素子を用いて光学機器を作製する光学機器の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、プレス成形時におけるガラスの割れやクラックを低減でき、ひいては光学素子の生産性を高めることが可能な光学素子の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の光学素子の製造方法は、ガラス転移点（Ｔｇ）と屈伏点（Ａｔ）との間の温度範囲における線膨張係数の最大値（αｍａｘ）が１５００×１０−７Ｋ−１以下のガラス素材を、加熱により軟化した状態で、成形型によってプレス成形する工程を含む。
【００２０】
これにより、ガラス素材に対してガラス転移点より高い温度に加熱してプレス成形を行ってもガラスが割れ難くなるため、光学素子の生産性を高めることができる。このようにガラスが割れ難くなる理由として、例えば、ガラスを加熱して軟化させる際や、軟化したガラスをプレス成形して冷却する際に、ガラス内部の温度差によって、ガラス内部に線膨張係数の大きいガラス転移点以上の高温部と、線膨張係数の小さいガラス転移点以下の低温部に分かれたときに、高温部の熱膨張や熱収縮が小さくなることで、高温部の熱膨張や熱収縮によって低温部に掛かる力が小さくなることが挙げられる。
【００２１】
以下、本発明の光学ガラスの製造方法の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。
【００２２】
［光学ガラス］
本発明で用いられる光学ガラスは、ガラス転移点（Ｔｇ）と屈伏点（Ａｔ）との間の温度範囲における線膨張係数の最大値（αｍａｘ）が１５００×１０−７Ｋ−１以下であるガラスを用いる。これにより、ガラス転移点より高い温度に加熱してプレス成形を行ってもガラスが割れ難くなるため、光学素子の生産性を高めることができる。
従って、本発明で用いられる光学ガラスでは、ガラス転移点（Ｔｇ）と屈伏点（Ａｔ）との間の温度範囲における線膨張係数の最大値（αｍａｘ）の上限は、好ましくは１５００×１０−７Ｋ−１、より好ましくは１４５０×１０−７Ｋ−１、さらに好ましくは１４００×１０−７Ｋ−１、さらに好ましくは９８０×１０−７Ｋ−１とする。この線膨張係数の最大値（αｍａｘ）の下限は、好ましくは５００×１０−７Ｋ−１、より好ましくは６００×１０−７Ｋ−１、さらに好ましくは７００×１０−７Ｋ−１としてもよい。
【００２３】
ガラスの線膨張係数の最大値（αｍａｘ）は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８−２００３「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に従って測定し、ガラス転移点（Ｔｇ）から屈伏点（Ａｔ）までの間における５℃刻みの線膨張係数の最大値である。線膨張係数の計算には、５の倍数の温度における試料の長さの値を用いる。
ここで、ガラスのガラス転移点（Ｔｇ）及び屈伏点（Ａｔ）は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８−２００３「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に従い、温度と試料の伸びとの関係を測定することで得られる熱膨張曲線より求める。
【００２４】
なお、本明細書では、ガラス転移点（Ｔｇ）と屈伏点（Ａｔ）との間の温度範囲における線膨張係数の最大値を、単に「線膨張係数の最大値」と記載することがある。
【００２５】
本発明では、屈折率（ｎｄ）が１．４０〜２．３０である光学ガラスを用いることが好ましい。第１の態様では、より好ましくは屈折率（ｎｄ）が１．４０〜２．００であり、且つアッベ数（νｄ）が６０以上の光学ガラスを用い、さらに好ましくは、屈折率（ｎｄ）が１．４０〜１．６０であり、且つアッベ数（νｄ）が６０以上の光学ガラス用いる。第２の態様では、屈折率（ｎｄ）が１．６０以上であり、且つアッベ数（νｄ）が５０未満の光学ガラスを用い、さらに好ましくは、屈折率（ｎｄ）が１．７０以上であり、且つアッベ数（νｄ）が３０以下の光学ガラスを用いる。このような光学定数を有するガラスを用いることで、プレス成形によるガラス成形体の損傷をより顕著に低減できる。
【００２６】
また、本発明では、６００℃以下のガラス転移点を有するガラス素材を用いることが好ましい。これにより、ガラスがより低い温度で軟化するため、より低い温度でガラスをモールドプレス成形できる。また、モールドプレス成形に用いる金型の酸化を低減して金型の長寿命化を図ることもできる。従って、本発明のガラス素材のガラス転移点は、好ましくは６００℃、より好ましくは５５０℃、さらに好ましくは５００℃を上限とする。
【００２７】
また、本発明では、７００℃以下の屈伏点を有するガラス素材を用いることが好ましい。これにより、ガラス転移点と屈伏点の差が所定以下に保たれることで、プレス成形後に屈伏点からガラス転移点までガラス素材及び成形型を冷却する際の、ガラス素材と成形型の熱収縮の大きさの差が低減されるため、成形型による光学ガラスの損傷をより低減し易くできる。従って、本発明のガラス素材の屈伏点は、好ましくは７００℃、より好ましくは６５０℃、さらに好ましくは６００℃を上限とする。
【００２８】
また、本発明では、平均線膨張係数（α）が大きいガラス素材を用いることが好ましい。特に、本発明の光学ガラスの平均線膨張係数は、好ましくは５０×１０−７Ｋ−１、より好ましくは８０×１０−７Ｋ−１、さらに好ましくは１００×１０−７Ｋ−１、さらに好ましくは１３０×１０−７Ｋ−１を下限としてもよい。これにより、ガラス素材と金属製や合金製の成形型との線膨張率の差が低減されるため、特にプレス成形後に光学ガラスと成形型を冷却する際に、成形型からガラス素材への応力を低減し、特にガラス転移点以下の温度領域における、成形型によるガラス成形体の損傷を低減できる。
【００２９】
次に、本発明で好ましく用いられるガラス素材の組成について説明する。
本発明の光学素子の製造方法で用いられるガラス素材は、ガラス転移点（Ｔｇ）と屈伏点（Ａｔ）との間の温度範囲における、線膨張係数の最大値（αｍａｘ）が所定以下であれば所期の課題が解決されるため、本質的にはその組成によって限定されない。しかし、特に以下のような、Ｐ２Ｏ５を含有するガラス素材や、Ｂｉ２Ｏ３成分を多く含有するガラス素材を用いることが好ましい。本願発明の光学素子の製造方法では、特にＰ２Ｏ５を含有するガラスや、Ｂｉ２Ｏ３成分を多く含有するガラス素材を用いたときに、プレス成形によるガラス成形体の損傷をより大きく低減できる。このようにガラス成形体の損傷を大きく低減できる理由として、これらのガラス素材はヌープ硬さが小さいことが多く、プレス成形時のプレス成形温度からの冷却の際に、成形型との熱収縮の差によってガラス成形体の表面に傷が生じ易いガラス素材であるが、線膨張係数の最大値（αｍａｘ）を所定以下にすることで、特に線膨張係数が最大値（αｍａｘ）になる温度の近傍において、成形型とガラス素材の線膨張率の差が大きく低減されることで、成形型とガラス素材の摩擦が低減されるため、成形型の表面への傷や、それに起因した成形型の割れ等を低減できるためであると推察される。
【００３０】
このうち、Ｐ２Ｏ５を含有するガラス素材は、酸化物基準でＰ２Ｏ５を、好ましくは５質量％以上、より好ましくは８質量％以上、さらに１０質量％以上含有するガラス素材を用いることが好ましい。一方で、Ｂｉ２Ｏ３成分を多く含有するガラス素材は、Ｂｉ２Ｏ３成分を５０質量％以上含有するガラス素材を用いることが好ましい。Ｐ２Ｏ５を含有するガラス素材や、Ｂｉ２Ｏ３成分を多く含有するガラス素材は、ヌープ硬さが小さく、ガラス成形体の損傷による生産性の低下の大きいガラス素材であるため、本発明による成形型の損傷を低減する効果が顕著である。
【００３１】
Ｐ２Ｏ５を含有するガラス素材としては、例えば以下に述べるようなフツリン酸塩ガラスや、Ｐ２Ｏ５−Ｂｉ２Ｏ３系ガラスを挙げられる。一方で、Ｂｉ２Ｏ３成分を多く含有するガラス素材としては、Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３系ガラスを挙げられる。
【００３２】
（フツリン酸塩ガラスの組成）
以下、本発明で好ましく用いられるフツリン酸塩ガラスを構成する各成分について説明する。フツリン酸塩ガラスとしては、カチオン成分としてＰ５＋、Ａｌ３＋及びＣａ２＋を含有し、アニオン成分としてＯ２−及びＦ−を含有するガラスを用いることが好ましい。
【００３３】
本明細書中において、各成分の含有率は特に断りがない場合は、全てモル比に基づくカチオン％又はアニオン％で表示されるものとする。ここで、「カチオン％」及び「アニオン％」（以下、「カチオン％（モル％）」及び「アニオン％（モル％）」と表記することがある）は、本発明の光学ガラスのガラス構成成分をカチオン成分及びアニオン成分に分離し、それぞれにおいて合計割合を１００モル％として、ガラス中に含有される各成分の含有率を表記した組成である。
なお、各成分のイオン価は便宜的に代表値を用いているに過ぎないため、他のイオン価のものと区別するものではない。光学ガラス中に存在する各成分のイオン価は、代表値以外である可能性がある。例えば、Ｐは、通常イオン価が５価の状態でガラス中に存在するので、本明細書中では「Ｐ５＋」と表しているが、他のイオン価の状態で存在する可能性がある。このように、厳密には他のイオン価の状態で存在するものであっても、本明細書では、各成分が代表値のイオン価でガラス中に存在するものとして扱う。
【００３４】
Ｐ５＋は、ガラス形成成分であるため、必須成分として０％超含有する。特に、Ｐ５＋を１５．０％以上含有することで、安定なガラスを形成できることで、ガラスの耐失透性をより高められる。そのため、Ｐ５＋の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは２０．０％、さらに好ましくは２３．０％を下限とする。
一方で、Ｐ５＋の含有率を５５．０％にすることで、Ｐ５＋による屈折率やアッベ数の低下を抑えられる。従って、Ｐ５＋の含有率は、好ましくは５５．０％、より好ましくは４８．０％、さらに好ましくは４０．０％、さらに好ましくは３５．０％、さらに好ましくは３２．０％を上限とする。
【００３５】
Ａｌ３＋は、ガラスの微細構造の骨格形成に寄与することで耐失透性を高められるため、必須成分として０％超含有する。特に、Ａｌ３＋を５．０％以上含有することで、ガラスの耐失透性をより高められる。従って、Ａｌ３＋の含有率は、好ましくは５．０％、より好ましくは１０．０％、さらに好ましくは１３．０％、さらに好ましくは１６．０％を下限とする。
一方で、Ａｌ３＋の含有率を３０．０％以下にすることで、Ａｌ３＋による屈折率やアッベ数の低下を抑えられる。従って、Ａｌ３＋の含有率の上限は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２５．０％、さらに好ましくは２３．０％を上限とする。
【００３６】
Ｃａ２＋は、ガラスの線膨張係数の最大値を低くでき、ガラスの耐失透性を高められ、且つ屈折率の低下を抑えられるため、必須成分として０％超含有する。従って、Ｃａ２＋の含有率は、好ましくは０％超、より好ましくは０．１％を下限とし、さらに好ましくは１．０％超、さらに好ましくは４．０％超、さらに好ましくは７．０％超、さらに好ましくは１０．０％超、さらに好ましくは１２．０％超、さらに好ましくは１５．０％超、さらに好ましくは２０．０％超とする。
一方で、Ｃａ２＋の含有率を３５．０％以下にすることで、Ｃａ２＋の過剰な含有によるガラスの耐失透性や屈折率の低下を抑えられる。従って、Ｃａ２＋の含有率は、好ましくは３５．０％、より好ましくは３０．０％、さらに好ましくは２８．０％を上限とする。
【００３７】
Ｍｇ２＋は、０％超含有する場合に、ガラスの耐失透性を高められる任意成分である。
一方で、Ｍｇ２＋の含有率を２０．０％以下にすることで、ガラスの線膨張係数の最大値を低くでき、且つ、ガラスの屈折率の低下を抑えられる。従って、Ｍｇ２＋の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１５．０％、さらに好ましくは１３．０％、さらに好ましくは１１．０％を上限とする。
【００３８】
Ｌｉ＋は、含有率を１０．０％以下にすることで、ガラスの線膨張係数の最大値を低くできる。また、屈折率の低下や、化学的耐久性の悪化を抑えられる。従って、Ｌｉ＋の含有率は、より好ましくは１０．０％を上限とし、より好ましくは７．０％未満、さらに好ましくは４．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とする。
【００３９】
Ｍｇ２＋含有率及びＬｉ＋含有率の合計量は、２０．０％以下が好ましい。これにより、ガラスの線膨張係数の最大値を低くでき、且つ、ガラスの可視光透過率を高めて着色を低減できる。従って、カチオン％の合計量（Ｍｇ２＋＋Ｌｉ＋）は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１８．０％、さらに好ましくは１５．０％、さらに好ましくは１１．０％を上限とする。
【００４０】
Ｓｒ２＋は、０％超含有する場合に、ガラスの耐失透性を高められ、且つ屈折率の低下を抑えられる任意成分である。従って、Ｓｒ２＋の含有率は、好ましくは０％超、より好ましくは１．０％、さらに好ましくは５．０％、さらに好ましくは８．０％を下限としてもよい。
一方で、Ｓｒ２＋の含有率を３０．０％以下にすることで、Ｓｒ２＋の過剰な含有によるガラスの耐失透性や屈折率の低下を抑えられる。従って、Ｓｒ２＋の含有率は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２５．０％、さらに好ましくは２１．０％を上限とする。
【００４１】
Ｂａ２＋は、０％超含有する場合に、ガラスの耐失透性を高めながらも、低い分散性を維持し、且つ屈折率を高められる任意成分である。従って、Ｂａ２＋の含有率は、好ましくは０％超、より好ましくは１．０％、さらに好ましくは２．０％、さらに好ましくは４．０％を下限としてもよい。
一方で、Ｂａ２＋の含有率を３０．０％以下にすることで、Ｂａ２＋の過剰な含有によるガラスの耐失透性の低下を抑えられる。従って、Ｂａ２＋の含有率は、好ましくは３０．０％を上限とし、より好ましくは２０．０％未満、さらに好ましくは１５．０％未満、さらに好ましくは１０．０％未満、さらに好ましくは９．０％未満とする。
【００４２】
本発明の光学ガラスでは、Ｍｇ２＋含有率及びＬｉ＋含有率の合計に対する、Ｓｒ２＋含有率及びＢａ２＋含有率の合計の比は、１０．０以下が好ましい。これにより、ガラスの線膨張係数の最大値を低くでき、且つ、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、カチオン比（Ｓｒ２＋＋Ｂａ２＋）／（Ｍｇ２＋＋Ｌｉ＋）は、好ましくは１０．０、より好ましくは８．０、さらに好ましくは６．０、さらに好ましくは４．０を上限とする。
【００４３】
本発明においてＲ２＋は、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋及びＢａ２＋からなる群から選ばれる少なくとも１種を意味する。Ｒ２＋の合計含有率を７０．０％以下にすることで、Ｒ２＋の過剰な含有による失透を低減できる。従って、Ｒ２＋の合計含有率は、好ましくは７０．０％、より好ましくは６５．０％、より好ましくは６０．０％、さらに好ましくは５５．０％を上限とする。
一方で、Ｒ２＋を３０．０％以上含有することで、より耐失透性の高いガラスを得ることができる。従って、Ｒ２＋の合計含有率は、好ましくは３０．０％、より好ましくは４０．０％、さらに好ましくは４５．０％、さらに好ましくは４８．０％を下限とする。
【００４４】
本発明の光学ガラスでは、Ｒ２＋の合計含有率に対するＣａ２＋の含有率の比は０．１０以上が好ましい。これにより、高い耐失透性を維持しながらも、ガラスの線膨張係数の最大値を低くできる。従って、カチオン比（Ｃａ２＋／Ｒ２＋）は、好ましくは０．１０、より好ましくは０．２０、さらに好ましくは０．３０、さらに好ましくは０．４０を下限とする。
なお、この比率の上限は１．００であってもよい。
【００４５】
また、本発明の光学ガラスでは、Ｓｒ２＋の含有率に対するＣａ２＋の含有率の比は１．００以上が好ましい。これにより、高い耐失透性を維持しながらも、ガラスの線膨張係数の最大値を低くできる。従って、カチオン比（Ｃａ２＋／Ｓｒ２＋）は、好ましくは１．００、より好ましくは１．０５、さらに好ましくは１．１８を下限とする。
一方で、この比率の上限は、より耐失透性を高める観点から、好ましくは３．００、より好ましくは２．００、さらに好ましくは１．５０を上限としてもよい。
【００４６】
Ｌａ３＋、Ｇｄ３＋、Ｙ３＋及びＹｂ３＋の各々の含有率は、１０．０％以下にすることで、高価なこれら成分の含有率が減少することで、ガラスの材料コストを低減できる。また、これら成分の過剰な含有による失透を低減できる。従って、Ｌａ３＋、Ｇｄ３＋、Ｙ３＋及びＹｂ３＋の各々の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％を上限とし、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とし、さらに好ましくは０．５％を上限とする。
【００４７】
本発明においてＬｎ３＋は、Ｙ３＋、Ｌａ３＋、Ｇｄ３＋及びＹｂ３＋からなる群から選ばれる少なくとも１種を意味する。Ｌｎ３＋の合計含有率を２０．０％以下にすることで、Ｌｎ３＋の過剰な含有による失透を低減できる。従って、Ｌｎ３＋の合計含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１０．０％を上限とし、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満、さらに好ましくは０．６％未満とする。
【００４８】
Ｎａ＋及びＫ＋は、各々の含有率を１０．０％以下にすることで、屈折率の低下や、化学的耐久性の悪化を抑えられる。従って、Ｎａ＋びＫ＋の各々の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは３．０％を上限とする。
【００４９】
本発明においてＲｎ＋は、Ｌｉ＋、Ｎａ＋及びＫ＋からなる群から選ばれる少なくとも１種を意味する。Ｒｎ＋の合計含有率を２０．０％以下にすることで、ガラスの屈折率の低下や、化学的耐久性の悪化を抑えられる。従って、Ｒｎ＋の合計含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１０．０％、さらに好ましくは５．０％を上限とする。
【００５０】
Ｓｉ４＋は、含有率を１０．０％以下にすることで、Ｓｉ４＋の過剰な含有による失透を低減できる。従って、Ｓｉ４＋の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは３．０％を上限とする。
【００５１】
Ｂ３＋は、含有率を１５．０％以下にすることで、化学的耐久性の悪化を抑えられる。従って、Ｂ３＋の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１０．０％、さらに好ましくは５．０％を上限とする。
【００５２】
Ｚｎ２＋は、含有率を３０．０％以下にすることで、屈折率の低下を抑えられる。従って、Ｚｎ２＋の含有率は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２５．０％、さらに好ましくは１０．０％、さらに好ましくは５．０％、さらに好ましくは３．０％を上限とする。
【００５３】
Ｂｉ３＋の含有率は１０．０％以下にし、及び／又は、Ｔｅ４＋の含有率は１５．０％以下にすることで、ガラスの失透や、着色による可視光透過率の低下を抑えられる。従って、Ｂｉ３＋の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは３．０％を上限とする。また、Ｔｅ４＋の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１０．０％、さらに好ましくは５．０％を上限とする。
Ｂｉ３＋及びＴｅ４＋は、原料としてＢｉ２Ｏ３、ＴｅＯ２等を用いることができる。
【００５４】
本発明の光学ガラスはＦ−を含有する。特に、Ｆ−を３０．０％以上含有することで、ガラスのアッベ数を高め、且つガラスの耐失透性を高められる。従って、Ｆ−の含有率は、好ましくは３０．０％、より好ましくは４０．０％、さらに好ましくは５０．０％、さらに好ましくは５５．０％、さらに好ましくは６０．０％とする。
一方で、Ｆ−の含有率を８０．０％以下にすることで、ガラスの磨耗度の低下を抑えられる。従って、Ｆ−の含有率は、好ましくは８０．０％、より好ましくは７５．０％、より好ましくは７０．０％、さらに好ましくは６７．０％を上限とする。
【００５５】
本発明の光学ガラスはＯ２−を含有する。特に、Ｏ２−を２０．０％以上含有することで、ガラスの失透や磨耗度の上昇を抑制できる。従って、Ｏ２−の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは２５．０％、さらに好ましくは３０．０％、さらに好ましくは３３．０％とする。
一方で、Ｏ２−の含有率を７０．０％以下にすることで、ガラスの線膨張係数の最大値を低く抑えることができ、且つ、他のアニオン成分による効果を得易くできる。従って、Ｏ２−の含有率の上限は、好ましくは７０．０％、より好ましくは６０．０％、さらに好ましくは５０．０％、さらに好ましくは４５．０％、さらに好ましくは４０．０％とする。
また、ガラスの失透を抑制する観点から、Ｏ２−の含有率とＦ−の含有率の合計は、好ましくは９８．０％、より好ましくは９９．０％を下限とし、さらに好ましくは１００％とすることが好ましい。
【００５６】
本発明の光学ガラスには、他の成分を本願発明のガラスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加できる。
しかし、Ｐｂ、Ａｓ、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｏｓ、Ｂｅ及びＳｅのカチオンは、近年有害な化学物質として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には、不可避な混入を除き、これらを実質的に含有しないことが好ましい。これにより、光学ガラスに環境を汚染する物質が実質的に含まれなくなる。そのため、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、この光学ガラスを製造し、加工し、廃棄できる。
【００５７】
［光学素子の作製］
上述のような組成を有するガラスから、例えば以下のようにして、プレス成形後のガラス成形体と等しい質量を有し、且つガラス成形体の形状に応じた球状や回転楕円体状等の形状を有するプリフォームを作製する。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有率の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を石英坩堝又はアルミナ坩堝又は白金坩堝に投入して粗溶融した後、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて９００〜１２００℃の温度範囲で２〜１０時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、８５０℃以下の温度に下げてから仕上げ攪拌を行って脈理を除去することで溶融ガラスを作製する。この溶融ガラスを適当な温度に下げた鋳型に鋳込み、これを徐冷して得られる板状のガラスを切断、研削、研磨することで、プリフォームが作製される。或いは、この溶融ガラスをパイプから滴下して、得られたガラス滴を成形型で受けつつ、成形型の底部にガスを上向きに噴出してガラス滴をランダムな方向に回転することで、プリフォームが作製される。
【００５８】
次いで、作製したプリフォームをスリーブ型の貫通孔内に挿入した金型の下型の成形面の中心に配置し、金型の上型をスリーブ型の貫通孔内に挿入する。このとき、下型の成形面と上型の成形面とが対向するようにする。次に、プリフォームと金型とを一緒に加熱し、プリフォームを構成するガラスが軟化したところで、上型及び下型でプリフォームを加圧することでプレスを行う。これにより、プリフォームが型閉めした上型、下型及びスリーブ型により囲まれたキャビティの内部に押し広げられるため、ガラスをキャビティの内部に充填し、キャビティの内面形状をガラスに転写できる。
【００５９】
ガラス素材を加熱して軟化させる温度（プレス成形温度）は、ガラス転移点（Ｔｇ）より高い温度であればよいが、屈伏点（Ａｔ）以上の温度が好ましく、（Ａｔ＋２０℃）以上の温度がより好ましく、（Ａｔ＋５０℃）以上の温度がさらに好ましい。これにより、軟化時のガラス素材の粘性が低くなり、より少ない力による加圧でプレス成形を行えるため、金型の長寿命化を図ることができる。それとともに、プレス成形温度からの冷却の際に、線膨張係数が最大値をとる温度域を経由してもガラスが割れ難くなるため、光学素子の生産性を高めることができる。
【００６０】
プレス成形の際にプリフォームを加圧する金型は、型閉めした状態で上型、下型、及びスリーブ型の各成形面の相対位置や、成形面の法線のなす角度について精密に形成する。また、金型によるプレスが終了するまで、上型及び下型の向きが互いに対向し、且つ上型及び下型の中心軸が一致するように正確に維持する。これにより、光学機能面や位置決め基準面が互いに高精度の位置関係、角度で形成されたガラス成形体を作製することができる。また、特に金型によるプレスが終了するまで金型を正確に保持することで、プレス成形温度からの冷却の際に、金型とガラス素材との線膨張係数の差以外に起因する、ガラス成形体の割れやクラックを低減できる。このとき、プレス成形型の成形面を精密にガラスに転写させて光学素子の光学機能面を形成する精密プレス成形を行うことにより、研削や研磨等の機械加工を加える必要なく、プレス成形で非球面レンズ等の高性能な光学機能面を形成できる。
【００６１】
本発明の光学素子の製造方法では、上型及び下型の成形面の面積の大きな金型も、プレス成形に用いる金型として好適である。このような大面積の金型を用いたガラス素材の成形では、ガラス素材を加熱及び冷却する際に、ガラス素材の内部で温度にばらつきが生じ易く、且つ、ガラス素材を冷却する際の金型とガラス素材の線膨張係数の差によるガラス素材の収縮量も大きくなるため、ガラス成形体に割れやクラック、傷が生じ易い。本発明の製造方法によれば、このような大面積の金型を用いたガラス素材を成形する場合であっても、高い生産性でガラス成形体を作製できる。
【００６２】
プレス成形に用いる金型の材質としては、公知のもの、例えば炭化珪素、超硬材料、ステンレス鋼等を用いることができる。
【００６３】
プレス成形によって作製されるガラス成形体は、光学素子として好適に用いられる。ここで、光学素子としては、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズ等の各種のレンズ、回折格子、回折格子付のレンズ、レンズアレイ、プリズム等を挙げられる。その中でも特に、研磨等の機械加工による作製が困難な非球面レンズを、高い生産性で作製できる点で好ましい。
【００６４】
なお、プリフォームは、下型の成形面の中心に配置する際に予熱されていてもよく、軟化された状態で成形面の中心に配置してもよい。これにより、プリフォームが金型から熱伝導して加熱されることによって生じる、プリフォーム内部における加熱の不均一さが予熱によって低減されるため、特にプレス成形温度への加熱による、ガラス成形体の割れやクラックを低減できる。
【００６５】
また、プリフォームを成形する金型の成形面には、離型膜を設けてもよい。この場合、ガラス転移点（Ｔｇ）と屈伏点（Ａｔ）の間の温度範囲における、離型膜の平均線膨張係数は、ガラス素材の平均線膨張係数（αｇ）よりも小さいことが好ましく、上型や下型の平均線膨張係数（αｍ）と等しいことがより好ましい。これにより、特に線膨張係数が最大値をとる温度域における、ガラス素材と離型膜の摩擦によるガラス成形体の損傷を低減できる。また、特に離型膜の平均線膨張係数を、上型や下型の平均線膨張係数（αｍ）と等しくすることで、離型膜の上型や下型からの剥離を低減できる。
【００６６】
以上の光学素子の製造方法は、プレス成形時におけるガラスの割れや傷、クラックを低減できるので、光学素子の生産性を高めることができる。また、かかる製造方法で製造される光学素子は、カメラやプロジェクタ等の光学機器において有用である。かかる光学素子を用いる光学機器の製造方法は、本発明に包含される。
【実施例】
【００６７】
以下、本発明について、具体的な実施例を挙げて説明する。
【００６８】
［光学ガラスの作製］
表１に本願実施例で用いるガラスの組成を示す。これらのガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度原料を選定し、表に示した各実施例の組成で、ガラス重量が４００ｇになるように秤量して均一に混合した後、金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で７５０℃〜１０００℃の温度範囲で２〜３時間溶解し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、８５０〜６５０℃に温度を下げて１時間程度経過した後、金型に鋳込んで徐冷することによりガラスを作製した。また、比較例で用いるガラスとして、株式会社オハラ製のＳ−ＦＰＬ５１を使用した。
【００６９】
ここで、実施例で用いるガラスの屈折率及びアッベ数は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０１―２００３に基づいて測定した。なお、本測定に用いたガラスとしては、徐冷降下速度−２５℃／ｈｒのアニール条件で、徐冷炉で処理したものを用いた。
【００７０】
また、実施例及び比較例で用いるガラスのガラス転移点（Ｔｇ）及び屈伏点（Ａｔ）は、窒素雰囲気中で示差熱測定装置（ネッチゲレテバウ社製  ＳＴＡ  ４０９  ＣＤ）を用いた測定を行うことで求めた。ここで、測定を行う際のサンプル粒度は４２５〜６００μｍとし、１００℃から８００℃まで５℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温した。
【００７１】
また、実施例及び比較例で用いるガラスの平均線膨張係数は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８−２００３「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に従い、−３０〜＋７０℃における平均線膨張係数を求めた。
【００７２】
また、実施例及び比較例で用いるガラスの線膨張係数の最大値（αｍａｘ）は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８−２００３「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に従って測定し、ガラス転移点（Ｔｇ）から屈伏点（Ａｔ）までの間における５℃刻みの線膨張係数の最大値を求めた。線膨張係数の計算には、５の倍数の温度における試料の長さを用いた。
【００７３】
【表１】
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【００７４】
［光学素子の作製］
上述のように作製されたガラスに対して、切断、研削及び研磨を行ってプリフォームを作製した。次いで、作製したプリフォームを、スリーブ型の貫通孔内に挿入した金型の下型の成形面の中心に配置し、金型の上型をスリーブ型の貫通孔内に挿入した。ここで、上型及び下型の成形面は、各々直径約１５ｍｍの円形とした。次に、窒素ガス雰囲気中で、プリフォームと金型とを（Ａｔ＋約５０℃）のプレス成形温度でプリフォームと金型とを一緒に加熱してプリフォームを軟化させた後、上型及び下型でプリフォームを加圧することでプレスを行い、非球面レンズの形状に成形した。プレス時の加重を１００Ｎとして、加圧時間は４５秒間とした。その後、冷却速度−０．５℃／Ｓで除冷しながら１００Ｎの加重で加圧し、ガラス成形体の温度が室温に下がったところでガラス成形体を取り出した。この工程を繰り返すことで、同一の成形型でプリフォームのプレス成形を２０回連続して行い、プレス成形されたガラス成形体のうち、割れやクラックが発生して破損したガラス成形体の割合を求めた。
【００７５】
その結果、実施例のガラス素材を用いた場合、いずれの組成のガラスを用いた場合も、プレス成形されたガラス成形体の全てで割れやクラックが発生しなかった。すなわち、実施例のガラス素材を用いた場合には、破損したガラス成形体は無かった。その一方で、比較例のガラス素材を用いた場合には、プレス成形されたガラス成形体の全てが破損した。そのため、本発明の実施例のガラス素材を用いた場合には、比較例Ａのガラス素材を用いた場合に比べて、ガラス成形体の破損が低減していることが明らかになった。
【００７６】
以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、本実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を当業者により成し得ることが理解されよう。