(57)【要約】      （修正有）【課題】ガラスプレス法における光学素子の製造に際して、硝子材と型材の離型性を向上させるより簡便な手段を提供する。【解決手段】炭素、水素、酸素、窒素からなり、かつ前記炭素を４０重量％以上５０重量％以下含有する染料をガラスプリフォーム１の表面に付着させて、膜厚が１ｎｍ以上３００ｎｍ未満の離型膜２を形成する。そして、前記離型膜の形成後に非酸素雰囲気下で前記ガラスプリフォームを加熱軟化して成形型による加圧を行い、前記ガラスプリフォームに光学素子の形状を転写して光学素子を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス成形による光学素子の製造に用いられるガラスプリフォームであって、炭素を４０重量％以上５０重量％以下、水素を３０重量％以上４５重量％以下、酸素を３重量％以上１５重量％以下、窒素を１重量％以上１０重量％以下含有してなる染料の離型膜が前記ガラスプリフォームの表面に形成され、前記離型膜の膜厚が１ｎｍ以上３００ｎｍ未満であることを特徴とするガラスプリフォーム。
【請求項２】
プレス成形による光学素子の製造に用いられるガラスプリフォームの製造方法であって、炭素を４０重量％以上５０重量％以下、水素を３０重量％以上４５重量％以下、酸素を３重量％以上１５重量％以下、窒素を１重量％以上１０重量％以下含有してなる染料を真空蒸着法によって前記ガラスプリフォームの表面に付着させ、膜厚が１ｎｍ以上３００ｎｍ未満の離型膜を形成することを特徴とするガラスプリフォームの製造方法。
【請求項３】
前記染料は昇華性染料であることを特徴とする請求項２に記載のガラスプリフォームの製造方法。
【請求項４】
炭素を４０重量％以上５０重量％以下、水素を３０重量％以上４５重量％以下、酸素を３重量％以上１５重量％以下、窒素を１重量％以上１０重量％以下含有してなる染料をガラスプリフォームの表面に付着させて、膜厚が１ｎｍ以上３００ｎｍ未満の離型膜を形成する工程と、前記離型膜の形成後に非酸素雰囲気下で前記ガラスプリフォームを加熱軟化して成形型による加圧を行い、前記ガラスプリフォームに光学素子の形状を転写する工程と、を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプレス成形による光学素子の製造に用いられるガラスプリフォームおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光学機器の小型化、軽量化に伴って、光学系に使用されるガラスレンズは非球面形状が望まれる場合が多い。このような非球面形状を研磨加工で形成することは困難であるので、近年では非球面形状の光学素子をガラスプレス法によって成形するのが一般的である。このガラスプレス法は、光学素子のサイズに対応するように予め加工されたガラスプリフォームを加熱軟化し、その後にガラスプリフォームを成形型にセットして加圧成形して、ガラスプリフォームに光学素子の形状を転写するものである（特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、ガラスプレス法に用いられる成形型には、酸化タングステン（ＷＣ）に代表される超硬合金が使用され、成形型の成形面には耐酸化性に優れた貴金属の離型膜が形成されている。しかし、ガラスプリフォームの硝材と型材の組み合わせによっては、高温下で相互に融着を起こしたり、型材の表面粗さの劣化に伴う成形品の曇り不良が発生するおそれがある。そのため、上記問題を解決するために従来から数多くの方法が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献２には、炭化水素ガスをプラズマ気相蒸着法でガラスプリフォームの表面に付着させて炭化水素系被膜を形成し、硝材と型材との間に反応ガス層を発生させて融着を防止する技術が開示されている。また、特許文献３には、ガラスプリフォームの表面に炭素膜を形成し、酸素雰囲気下で加圧成形することで硝材と型材との間に炭酸ガスを発生させて融着を防止する技術が開示されている。さらに、特許文献４には、ガラスプリフォームの表面に炭素とフッ素とからなる離型膜をプラズマ気相蒸着法で形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特公昭６１−３２２６３号公報
【特許文献２】特開平４−７７３２１号公報
【特許文献３】特開２００２−２５５５６９号公報
【特許文献４】特開２００１−１９２２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２から特許文献４に記載の方法では、ガラスプリフォームの表面に皮膜を形成するのになお高いコストを要していた。そのため、ガラスプレス法における硝材と型材との離型性を簡便な方法で向上させる手段が要望されていた。
本発明は上記従来技術の課題を解決するためにされたものであり、その目的は、ガラスプレス法における光学素子の製造に際して、硝材と型材の離型性を向上させるより簡便な手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、プレス成形による光学素子の製造に用いられるガラスプリフォームであって、炭素を４０重量％以上５０重量％以下、水素を３０重量％以上４５重量％以下、酸素を３重量％以上１５重量％以下、窒素を１重量％以上１０重量％以下含有してなる染料の離型膜が前記ガラスプリフォームの表面に形成され、前記離型膜の膜厚が１ｎｍ以上３００ｎｍ未満であることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、プレス成形による光学素子の製造に用いられるガラスプリフォームの製造方法であって、炭素を４０重量％以上５０重量％以下、水素を３０重量％以上４５重量％以下、酸素を３重量％以上１５重量％以下、窒素を１重量％以上１０重量％以下含有してなる染料を真空蒸着法によって前記ガラスプリフォームの表面に付着させ、膜厚が１ｎｍ以上３００ｎｍ未満の離型膜を形成することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記染料は昇華性染料であることを特徴とする。
請求項４の発明は、炭素を４０重量％以上５０重量％以下、水素を３０重量％以上４５重量％以下、酸素を３重量％以上１５重量％以下、窒素を１重量％以上１０重量％以下含有してなる染料をガラスプリフォームの表面に付着させて、膜厚が１ｎｍ以上３００ｎｍ未満の離型膜を形成する工程と、前記離型膜の形成後に非酸素雰囲気下で前記ガラスプリフォームを加熱軟化して成形型による加圧を行い、前記ガラスプリフォームに光学素子の形状を転写する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガラスプレス法による光学素子の成形に際し、成形後の光学素子と成形型との良好な離型性を確保でき、光学素子と成形型との融着を防止できる。また、離型膜に使用される染料は比較的安価であるため、成形された光学素子のコストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る光学素子の製造方法を、「離型膜の形成工程」と「プレス工程」とに分けて、図面を参照しつつ詳細に説明する（請求項１から請求項４の発明に対応する）。
（離型膜の形成工程）
まず、光学素子６のサイズに対応するガラスプリフォーム１の表面に染料で離型膜２を形成する。
【００１１】
この離型膜２の膜厚は１ｎｍ以上３００ｎｍ未満の範囲、より好ましくは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲で適宜設定される。ここで、離型膜２の膜厚が１ｎｍ未満の場合には、膜厚の不足により、成形後の光学素子６と成形型上型３，下型４との融着が起こるおそれがある。一方、離型膜２の膜厚が３００ｎｍ以上の場合には、離型膜２がガラスプリフォーム１の変形を阻害するようになり、プレス成形後の光学素子６に表面荒れ等が生じる原因となる。また、成形型上型３，下型４の成形面５に剥離した離型膜２が付着することがあり、かかる付着物を除去する工数が増加するので好ましくない。
【００１２】
また、離型膜２を形成する染料には、主成分として炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）を含有し、成分比が、Ｃ：４０重量％以上５０重量％以下、Ｈ：３０重量％以上４５重量％以下、Ｏ：３重量％以上１５重量％以下、Ｎ：１重量％以上１０重量％以下である染料を用いることができる。特に上記染料のうち、成分比がＣ：４４．４重量％、Ｈ：３８．８重量％、Ｏ：１１．１重量％、Ｎ：５．７重量％の染料を用いることが好ましい。
【００１３】
具体的には、モノアゾ系分散染料、ジアゾ系分散染料、アントラキノン系分散染料、キノリン系分散染料を使用することができる。
より具体的な染料の例示としては、Disperse Blue 56（三井化学株式会社製EMS-Blue2）、Disperse yellow 3（三井化学株式会社製ps yellow g）、Disperse red 4（三井化学株式会社製miketon fast pink rl）、Disperse blue 3（三井化学株式会社製miketon fast brilliant blue b）などが挙げられる。
【００１４】
離型膜２の形成は、ガラスプリフォーム１の表面に真空蒸着法で染料を付着させて行うのが好適であるが、上記の膜厚が実現できる限りにおいて他の手段で形成してもよい。例えば、染料をＴＨＦ等の有機溶媒に溶解させてマトリックスとなる樹脂（セルロースなど）を少量添加し、その中にガラスプリフォーム１を浸漬して表面に染料を含んだ皮膜を形成してもよい。
【００１５】
なお、真空蒸着法で離型膜２を形成する場合には、染料に界面活性剤が添加されると離型膜２の形成が困難となる。そのため真空蒸着法で離型膜２を形成する場合には、染料を合成してできた原体であって、分散剤等を含まない昇華性染料を使用するのが望ましい。
（プレス工程）
次に、上記工程で得られたガラスプリフォーム１を、上型３および下型４（成形型）の成形面５，５の間に配置する。なお、特に限定するものではないが、上型３および下型４の材質は、主にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）等である。成形型上型３，下型４の成形面５には白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、ロジウム（Ｒｈ）のいずれか、あるいはこれらの合金による被膜が形成されている。
【００１６】
そして、ガラスプリフォーム１を非酸素雰囲気下（窒素ガスまたはアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下）でガラス転移点以上の温度まで加熱して軟化させ、成形型上型３，下型４に加圧することで光学素子６を成形する（図２参照）。
ここで、本実施形態においてガラスプリフォーム１の表面に染料で離型膜２を形成するのは以下の理由による。本発明者は、ガラスプリフォーム１の表面に染料を付着させて離型膜２を形成し、このガラスプリフォーム１を用いて上記のプレス工程により光学素子６を成形する実験を行った。その結果、成形後の光学素子６および成形型上型３，下型４に良好な離型性が認められ、かつ光学素子６と成形型上型３，下型４との間で融着が発生しないことを確認した。
【００１７】
本発明者は、上記実験結果から以下のような原因推定を行った。すなわち、プレス工程において非酸素雰囲気下でガラスプリフォーム１を加熱すると、離型膜２を構成する元素のうち水素、酸素、窒素は揮発し、ガラスプリフォーム１と成形面５との間に微粒子状の炭素が残存する。ガラスプリフォーム１は成形型上型３，下型４の加圧で変形して表面積が増加するが、微粒子状の炭素の層がガラスプリフォーム１の変形に追従して延びることで離型膜２として作用する。なお、ガラスプリフォーム１の表面に炭素膜（ダイヤモンド膜やグラファイト膜等）を形成して上記のプレス工程で光学素子を成形する場合には、膜の硬度が高いので加圧変形中に膜にクラックが生じ、光学素子と成形型との間で融着が生じると考えられる。
【００１８】
以上の構成からなる光学素子の製造方法によれば、成形後の光学素子６と成形型上型３，下型４との離型性は良好であり、光学素子６および成形型上型３，下型４の融着を防止することができる。また、離型膜２に使用される染料は比較的安価であるため光学素子６の製造コストを抑制することができる。
また副次的な効果として、染料で離型膜２を形成することによりガラスプリフォーム１上の離型膜２の有無、離型膜２のムラを容易に確認することができる。
【００１９】
（実施例）
以下、本発明の実施例を説明する。まず、光学ガラスからなるレンズ用素材（ガラス転移点Ｔｇ５６０℃）を、光学レンズに対応するサイズに整えてガラスプリフォームを形成し、該ガラスプリフォームの両面に研削、研磨加工等を施して、上記光学レンズの光学表面の曲率に概略的に対応した鏡面形状に加工した。その後、以下の要領でガラスプリフォームの表面に染料による離型膜を形成した。
【００２０】
真空蒸着装置の容器内の基板ホルダにガラスプリフォームを配置し、真空蒸着装置の容器内のＭｏボートに昇華性染料のDisperse Blue 56（三井化学株式会社製EMS-Blue2）を配置した。真空蒸着装置の容器内の真空度が５×１０-5Ｔｏｒｒになるまでポンプで排気した後、Ｍｏボートに４０Ａ程度の電流を流し、２００℃程度までＭｏボートを加熱して染料を昇華させた。蒸着レートは約０．５ｎｍ／秒に設定し、ガラスプリフォームの一面に染料を約１分間蒸着して厚さ３０ｎｍの離型膜を形成した。その後、ガラスプリフォームを裏返して再配置し、同様の工程でガラスプリフォームの他面にも厚さ３０ｎｍの離型膜を形成した。
【００２１】
次に、離型膜が形成されたガラスプリフォームを、成型機の成形室内に配置された上型および下型の間にセットした。なお、上型および下型は、材質はタングステンカーバイト（ＷＣ）であって、成形面に白金（Ｐｔ）−イリジウム（Ｉｒ）合金膜がスパッタ法で形成されたものを使用した。
そして、成形室内を窒素ガスで置換した後に成形機内を６００℃まで加熱し、温度を一定に保ったまま、上型および下型をガラスプリフォームに押し当てて５０Ｎの力で３０秒間プレスした。その後、力を１０Ｎまで下げて加圧したまま温度を低下させ、ガラス転移点５６０℃になった時点で加圧を止め、室温まで冷却して光学レンズを成形した。
【００２２】
成形後の光学レンズは所望の表面形状に形成され、上型および下型との離型性も良好であった。また、上型および下型の成形面と光学レンズとの間で融着は認められなかった。
（比較例）
ガラスプリフォームの離型膜の膜厚を３００ｎｍに設定した以外は、上記実施例と同様の条件で光学レンズを成形した。成形後の光学レンズには離型膜による表面荒れが認められた。また、上型および下型の成形面には剥離した離型膜が付着していた。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、ガラスプレス法による光学素子の製造におけるガラスプリフォームの離型膜に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態のガラスプリフォームの断面図
【図２】本実施形態のプレス工程の概要を示す図
【符号の説明】
【００２５】
１  ガラスプリフォーム
２  離型膜
３  上型（成形型）
４  下型（成形型）
５  成形面
６  光学素子
【図１】
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【図２】
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