(57)【要約】      （修正有）【課題】側方開放型のモールドを用いて、加熱したガラス板材を上下方向から加圧する熱インプリント方式により、ガラスレンズに空隙が発生することなく十分な性状を有するガラスレンズを成形することが可能な方法を提供すること。【解決手段】ガラス板材１からガラスレンズ５を製造する方法において、前記ガラス板材１が示すガラス転移点以上の温度で、前記ガラス板材１に対し、側方開放型のモールド２を押し付けることで、前記ガラス板材１をガラスレンズ５に成形する工程を含み、前記ガラス板材１の厚みを３ｍｍ以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス板材からガラスレンズを製造する方法であって、
前記ガラス板材が示すガラス転移点以上の温度で、前記ガラス板材に対し、側方開放型のモールドを押し付けることで、前記ガラス板材をガラスレンズに成形する工程を含み、
前記ガラス板材の厚みが３ｍｍ以上である、ガラスレンズの製造方法。
【請求項２】
前記モールドは、炭化ケイ素セラミックスからなる、請求項１に記載のガラスレンズの製造方法。
【請求項３】
前記モールドは、前記ガラス板材と接触する表面が、ダイヤモンドライクカーボン、金、モリブデン、又は、窒化ホウ素により被覆されている、請求項２に記載のガラスレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱インプリント方式によりガラス板材からガラスレンズを成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、デジタルカメラや携帯電話などの、レンズを搭載した電子機器が数多く市販されている。レンズとしてはガラスレンズと樹脂レンズが知られている。ガラスレンズは耐熱性、化学的安定性、光学的特性に優れているものであるが、汎用の民生機器にはコストの面から、安価な樹脂レンズが多数用いられている。
【０００３】
ガラスレンズは主に、体積・質量が管理された球形状や偏平球形状のプリフォームを加熱し、密閉型を用いて成形するプレス成形法により製造されている。
【０００４】
一方、効率的かつ経済的な微細パターンの形成技術として、半導体基板などにあらかじめサブミクロンサイズの凹凸パターンを形成し、それを直接あるいはレジスト等を介してプレス転写する試みが１９９５年ごろに始められた。このプリント転写技術はインプリント法と呼ばれ、２１世紀に入ってから各方面で注目を浴びている（例えば非特許文献１を参照）。
【０００５】
インプリント法は、サブミクロンからナノメートルスケールの微細な凹凸パターンを基板表面に一括転写することが可能であり、ポリマー材料の表面にナノパターンを形成するための手法として広く検討がされてきているが、ガラス材に微細な凹凸パターンを形成するための手法としても期待されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００６】
インプリントプロセスを用いて、ガラス表面に微細パターンの形成を行う手法のひとつとして、軟化点以上の温度に加熱したガラスに型を押し付けることによって、微細パターンの転写を行う熱インプリント法が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１０７８７８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】中尾正史、「ナノプリントおよびナノインプリント技術（総論）」、オプトロニクス、株式会社オプトロニクス社、平成年１８年７月、第２９５号、ｐ．１３６−１３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者は、従来のガラスレンズのプレス成形に対し、ガラスレンズ成形の低コスト化を目指し、側方開放型のモールドを用いて、加熱したガラス板材を上下方向から加圧する熱インプリント方式によるガラスレンズの成形を検討した。
【００１０】
しかし、以上の方法でガラスレンズを成形すると、ガラスレンズの頂点と底面の中央部近傍に空隙が生じることが判明した。この空隙はモールド側方にガラスが過流出することが原因と考えられた。
【００１１】
本発明は、上記現状に鑑み、加熱したガラス板材を上下方向から加圧する熱インプリント方式により、ガラスレンズに空隙が発生することなく十分な性状を有するガラスレンズを成形することが可能な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】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、原料であるガラス板材として厚みが３ｍｍ以上のものを使用することで、ガラスレンズに空隙が発生することなく、ガラスレンズを成形できることを見出し、本発明に至った。
【００１３】
すなわち本発明は、ガラス板材からガラスレンズを製造する方法であって、
前記ガラス板材が示すガラス転移点以上の温度で、前記ガラス板材に対し、側方開放型のモールドを押し付けることで、前記ガラス板材をガラスレンズに成形する工程を含み、
前記ガラス板材の厚みが３ｍｍ以上である、ガラスレンズの製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によって、加熱したガラス板材を上下方向から加圧する熱インプリント方式により、空隙が発生せず、十分な性状を有するガラスレンズの成形が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の製造方法に係る一実施形態を示す概略図
【図２】無反射構造を概念的に示すためのレンズ表面の一部拡大側面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１に沿って本発明の実施形態を具体的に説明する。
まず最初にガラス板材１を準備する。本発明でいうガラスとは、ガラスレンズに使用され得るガラスであればよく、一般的には珪酸塩ガラスを意味する。具体的な種類としては、ＨＯＹＡ社製のＢＫ７（登録商標）、ＳＣＨＯＴＴ社製のテンパックスが挙げられる。
【００１７】
ＢＫ７は、ＳｉＯ２：６９％，Ｂ２Ｏ３：１０％，Ｎａ２Ｏ：８％，Ｋ２Ｏ：８％，ＢａＯ：３％（以上、重量％）からなる組成を有し、軟化点が７２４℃、ガラス転移点が５８０℃、熱膨張率が７２〜８９×１０−７／℃である。一方、テンパックスは、ＳｉＯ２：８１％，Ｂ２Ｏ３：１３％，Ｎａ２Ｏ：４％，Ｋ２Ｏ：８％，Ａｌ２Ｏ３：２％（以上、重量％）からなる組成を有し、軟化点が８２０℃、ガラス転移点が５２５℃、熱膨張率が３．３×１０−６／℃である。
【００１８】
ガラス板材とは、一定の厚みを有する板様の形状を有するガラス材である。ガラス板材の形状は特に限定されない。本発明において、ガラス板材は、図１（ａ）中の矢印で示される厚みが３ｍｍ以上である。この厚みが３ｍｍ未満のガラス板材を用いると、本発明による成形後のガラスレンズの中央部近傍に空隙が発生するため好ましくない。厚みを３ｍｍ以上とすることによって、モールド側方へのガラスの流出を抑制することができるため前記の空隙が発生しなくなるものと考えられる。前記厚みの上限は特に限定されず、成形されるガラスレンズの使用状況等により適宜設定が可能であるが、例えば１０ｍｍ以下程度、あるいは、２０ｍｍ以下程度であってよい。
【００１９】
準備したガラス板材は、保持台４の上に積載される（図１（ａ））。保持台４は、プレス機のプレート３に対向している。プレート３は、これを上下方向に駆動する駆動装置（図示せず）に連結され、保持体４の上に積載されたガラス板材１に圧力を印加することができる。保持台４とプレート３はそれぞれ、温度が制御できるように設計され、さらにプレート３は、ガラス板材１に印加する圧力を制御できるように設計されている。プレート３の、保持台４と対向する面には、モールド２が搭載されている。
【００２０】
モールド２は、所望のガラスレンズを成形するために用いられる型であり、転写される凹型をガラス板材１に対向して保持する。図１（ａ）のモールドは、モールドの中央部に凹部のレンズ形状２ａが刻印され、その周囲に平面領域２ｂが形成されている。モールドは、レンズ表面に微細加工を有するものであってもよい。このような型を有すると、成形されるガラスレンズ表面に無反射構造等を施すことができる。これによると、凸状又は凹状のガラスレンズ成形と同時に、レンズ表面に無反射構造を設けることができる。無反射構造は、図２に示すように、レンズ表面にノコギリ状の微細な凹凸を設けることで形成される。隣り合う凸部頂点の距離（図２中の矢印）は、光の波長オーダー程度であり、このように微細な凹凸がレンズ表面に存在することにより、反射光が拡散され、反射や映り込みを防止することができる。
【００２１】
モールドには、熱インプリント方式でガラス板材を成形する際の高温によって溶融をしないことが求められる。珪酸塩ガラスはガラス転移点が高いため、モールドとしては、融点が２０００℃程度と極めて高い炭化ケイ素（ＳｉＣ）セラミックスからなるものを用いることが好ましい。モールドは、単結晶の炭化ケイ素からなるものであってもよいし、反応焼結により得られた炭化ケイ素からなるものであってもよいが、製造コストの観点から、反応焼結炭化ケイ素からなるものが好ましい。
【００２２】
モールドの表面は、成型後のガラスレンズからの離型性を向上させるために、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、金、モリブデン等の金属や、窒化ホウ素等によりコーティングされることが好ましい。このような表面処理を行わないと、モールドとガラスが凝着し、離型できない。コーティング層の厚みは適宜決定できるが、無反射構造等のための微細加工がモールド表面に設けられている場合には、その微細加工の大きさよりも十分にコーティング層が薄くなるようにして設ける。例えば、コーティング層の厚みは微細加工の大きさの１／１０程度以下が好ましい。具体的な厚みの数値としては数μｍ程度である。
【００２３】
モールドの形状は、機械的な切削加工や、反応ガスを用いたドライエッチング等により作製することができる。
【００２４】
図１（ａ）のガラス板材１とモールド２が接触していない状態で、プレート３と保持台４双方の温度を上昇させ、ガラス板材１とモールド２を、ガラス板材１のガラス転移点以上の温度になるまで加熱する。これらはすべて真空条件下で実施する。
【００２５】
加熱時の温度はガラスのガラス転移点を考慮して、良好な転写性が得られるように十分高温であることが好ましいが、あまり高すぎるとエネルギーコストの観点から好ましくないので、この２つの観点を考慮して決定する。ガラスがＢＫ７である場合には、加熱時の温度は７００℃以上であることが好ましい。
【００２６】
次に、プレート３を下方向に駆動することによって、ガラス板材１の表面と、モールド２の辺縁部の平面領域２ｂとを接触させる（図１（ｂ））。
【００２７】
さらに、プレート３によって所定の圧力をガラス板材に加圧することで、ガラス板材がモールドの形状に沿って変形し、ガラス板材１がガラスレンズ５に成形される（図１（ｃ））。本発明では、モールドは側方開放型のものなので、加圧時に保持体４の表面とモールド２の辺縁部の平面２ｂが密着することはなく、モールドの直下から外部にガラスが流出することになる。
【００２８】
成形された後、この位置及び加圧を保持しつつ、モールドの加熱を停止する。これにより、ガラスレンズの温度を低下させる。この際の保持時間は、１０秒〜２分程度である。
【００２９】
ガラスレンズの温度がガラス材のガラス転移点未満まで低下した時点で、加圧を停止し、プレート３を上方向に駆動すると、成形されたガラスレンズが離型される（図１（ｄ））。離型する際のガラス材の温度は、ガラス転移点より５０℃〜１００℃程度低い温度であることが好ましい。この温度範囲では、ガラスレンズの性状に影響を与えることなく離型することが可能である。
【００３０】
得られたガラスレンズ５は、中央に凸状のレンズ部５ａを有し、その周囲に平行部５ｂを有する。平行部５ｂは、モールド２の辺縁部の平面領域２ｂと保持体４の表面の表面に挟まれて形成された領域であり、図１（ｄ）中の矢印で示した平行部５ｂの厚みは、ガラス板材１の厚みよりも薄くなっている。さらに、平行部５ｂの周囲には、側方開放型のモールドの直下からガラスが流出して形成されたバリ５ｃが形成されている。図１（ｄ）では、バリの高さが平行部５ｂの厚みよりも大きい状態を図示しているが、バリの高さはこれに限られるものではない。
【００３１】
加熱時の温度、加圧の程度、さらに加熱及び加圧の保持時間に関する最適条件は、使用するガラス板材のガラス転移温度や、厚み、大きさ等により変動する。そのため、熱機械分析（ＴＭＡ）により、各ガラス板材について応力・歪曲線を作製して、これに基づいて最適な成形条件を割り出すことが好ましい。
【００３２】
以上により、凸状のガラスレンズを製造することができるが、平行部５ｂやバリ５ｃについては適宜除去処理を行うことができる。
【実施例】
【００３３】
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３４】
（実施例）
モールドの素材としては、日本ファインセラミックス社製の反応焼結炭化ケイ素板（□３０ｍｍ、厚み３ｍｍ）を使用した。
【００３５】
この炭化ケイ素板の片面に、凹状のトーリック面（Ｒ１３０ｍｍ、Ｒ６５ｍｍ、最大深さ０．５ｍｍ）を研削した。研削加工には、超精密ＣＮＣ研削盤ＳＧＵ５２ＳＸＳＮ４（ナガセインテグレックス製）を使用した。
【００３６】
研削されたモールドの凹状トーリック面に対し、膜厚１μｍのダイヤモンドライクカーボン膜を常法によりコーティングすることで、凹状モールドを作製した。
【００３７】
ガラス板材としては、ＨＯＹＡ社製のＢＫ７（□３０ｍｍ、厚み２ｍｍ）を使用した。
成形機として、インプリント装置Ｒｅｐｒｉｎａ−Ｔ５０（オリジン電気社製）を使用し、その真空チャンバ内の上方治具には、凹状モールドを、ダイヤモンドライクカーボン膜がコーティングされた凹状トーリック面を下方に向けて設置し、下方治具には、平面状のモールド（保持台）を設置した。平面状のモールドには、ガラス板材を積載した。
【００３８】
まず、真空チャンバ内の真空度が５０Ｐａに到達するまで減圧を行った後、その真空下で、上下の治具を同時に７００℃まで加熱した。目標温度に到達した後、上方治具を下方向にスライドさせ、ガラス板材に約５０Ｎの予備荷重を６０秒間加えた。その後、設定荷重（１ｋＮ、２ｋＮ又は３ｋＮ）で所定時間（６００秒又は１８００秒）加圧してガラスレンズに成形した。
【００３９】
加圧後、各治具の配置を固定したまま、加熱を停止し、５５０℃まで温度が低下した後、離型を行った。離型は容易に実施できた。常温まで冷却した後、成形されたガラスレンズとモールドを真空チャンバから取り出した。
【００４０】
なお、冷却方法は、４００℃以上の範囲では炉冷（自然冷却）を行い、４００℃未満２５０℃以上の範囲では空冷を行い、２５０℃未満では水冷を行い、１００℃未満では大気開放による冷却も実施した。
【００４１】
上記した荷重及び時間条件において、問題なくガラスレンズが成形された。１ｋＮ、６００秒の条件で得られたガラスレンズの平行部５ｂの厚みは１．７ｍｍであった。また、２ｋＮ、６００秒の条件では平行部５ｂの厚み１．４ｍｍ；３ｋＮ、６００秒の条件では厚み１．１ｍｍ；１ｋＮ、１８００秒の条件では厚み１．２ｍｍ；２ｋＮ、１８００秒の条件では厚み０．８ｍｍのガラスレンズが得られた。
【００４２】
各ガラスレンズの成形面の粗さを、テーラーホブソン社製のタリセーフＣＣＩ６０００により測定したところ、粗さ２ｎｍＲａ、１０ｎｍＲｚであった。すなわち、ガラスレンズの成形面を、空孔のない鏡面に仕上げることができた。
【００４３】
ただし、凹状トーリック面にダイヤモンドライクカーボン膜をコーティングしていない凹状モールドを使用し、同条件でレンズ成形を行ったが、モールドとガラスが凝着し、容易に離型できなかった。
【００４４】
（比較例）
使用したガラス板材の厚みを２ｍｍとした以外は、実施例と同条件でガラスレンズを成形した。ガラスレンズは形成されたが、レンズの頂点と底面の中央部近傍に微細な空隙が含まれており、レンズとして使用可能なものではなかった。
【００４５】
以上より、ガラス板材の厚みを３ｍｍ以上とすることで、空隙が含まれていないガラスレンズを成形できることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の方法によると、単純なガラス板材から、多数のガラスレンズを一度に成形できる可能性があり、金属板材の順送式プレス形成のようにガラスレンズの連続生産も期待することができる。このため、密閉型を用いて成形するプレス成形法よりも、低コストでガラスレンズの成形が可能になる。
【符号の説明】
【００４７】
１  ガラス
２  モールド
３  プレート
４  保持台
【図１】
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【図２】
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