(57)【要約】【課題】ガラス材料を基材とする光学素子成形用型においては、成形用型と光学素子素材との融着防止と、光学素子素材と成形用型の光学機能転写面との密着性の双方を満足する必要がある。【解決手段】ガラス型基材の光学機能転写面に酸化物の形態で成膜し、かつ還元雰囲気中で熱処理した中間接合層を形成し、前記中間接合層の表面に金属からなる融着防止層を形成することにより、融着防止層のガラス型基材に対する密着性を改善する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス材からなる光学素子成形用型であって、ガラス型基材の光学機能転写面に酸化物の形態で成膜し、かつ還元雰囲気中で熱処理した中間接合層を形成し、前記中間接合層の表面に金属からなる融着防止層を形成したことを特徴とする光学素子成形用型。
【請求項２】
ガラス材からなる光学素子成形用型の製造方法であって、光学素子に対する光学機能転写面をマザー型を用いて加熱押圧により成形するガラス型基材を得る工程と、前記ガラス型基材の光学機能転写面にガラスを含む金属酸化物を形成する工程と、前記ガラス基材のガラス転移点以下の温度で前記金属酸化物を還元雰囲気中で熱処理して中間接合層を形成する工程と、前記中間接合層の表面に耐熱性が高く、かつ光学素子を成形するガラス素材との濡れ性が悪い金属からなる融着防止層を形成する工程とが具備されたことを特徴とする光学素子成形用型の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光学素子成形用型または請求項２に記載の光学素子成形用型の製造方法で製造された成形用型からなる上型および下型と、前記上型と下型および胴型とで形成された成形ブロックの内部空間にレンズ素材を投入し、前記成形ブロックを前記レンズ素材の軟化点近傍の温度に加熱して上型および下型とでレンズ素材を押圧成形し、かつ前記成形ブロックを冷却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】
本発明は各種光学機器に使用されるガラスレンズ等の光学素子を精密ガラス成形法により形成するための成形用型とその製造方法および光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光学素子（以下レンズと称す）等を成形する精密ガラス成形法は、レンズとは反対形状の成形面を機械加工によって形成した成形用型を製作し、この成型用型によってレンズ材料をその軟化点近傍まで加熱し、かつ押圧成形する方法が一般に採用されている。
【０００３】
そして、前記成形用型としては、これまで耐熱性に優れたセラミックスや金属材料から製作されていたが、近年この種の成形用型としてレンズ材料と同じガラス材料を精密成形して製作することが提案されている。
【０００４】
しかしながら、成形用型をセラミックスや金属材料から製作したもの、あるいはガラス材料から製作したものの何れにおいても、その成形面には成形するレンズとの融着を防止するために、融着防止層を形成している。例えば、特許文献１には、酸化珪素および酸化アルミニュームを主成分とする成形用型の成形面に形成する融着防止層として炭素や酸化珪素が提案されており、また、特許文献２には、ガラス材料からなる成形用型素材を、熱間にて成形母型を用いて押圧成形することで、成形用型素材に成形母型を精密転写させて成形用型を得る方法が開示され、そして融着防止層としてＭｇＦ2（弗化マグネシューム）が提案されている。さらに、特許文献３には、ガラスのプレス温度よりもガラス転移点の高いガラス型を用い、被成形ガラスとガラス型との融着防止層として成形面に酸化珪素や、被成形ガラスよりもガラス転移点の高いガラスからなる融着防止層を形成することが提案されている。
【特許文献１】特開昭６２−２２６８２６号公報
【特許文献２】特開平２−１０２１３６号公報
【特許文献３】特開平２−１７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１や特許文献３に提案されているように、融着防止層として炭素や酸化珪素あるいは被成形物よりもガラス転移点の高いガラスからなるものでは、成形型の成形面、あるいはその成形面により成形される被成形物の何れに融着防止層を形成してもその融着防止層の密着性が充分には得られず、その密着力は少し擦ると剥がれる程度であるために必ずしも実用的ではない。また、炭素膜を成形型の成形面に設けた場合は耐酸化性が問題となって寿命の面で課題があり、また、炭素膜をレンズである被成形物に設けた場合には成形後に酸化処理が必要となるため、工数が増え、コストアップになるという課題がある。
【０００６】
さらに、酸化珪素は硬度が高く、割れやすいことからクラックが発生しやすく、また、レンズとの濡れ性が良いために成形温度が少し高いとレンズと融着して離型しないという課題を有している。また、ガラス型にこれと同様の多成分ガラス組成物を成膜して融着防止層とすることは、蒸気圧の関係から通常の真空蒸着法では成膜が難しく、その上、レンズとの濡れ性が良いために成形型への融着が起こる。さらに、特許文献２に提案されているように融着防止膜がＭｇＦ2（弗化マグネシューム）からなるものでは、これが酸化しやすいために、成形型の寿命に課題を有している。
【０００７】
本発明は成形型基材としてガラス材料を用い、融着防止膜との密着性を向上させるとともに、成形されるレンズとの離型性に優れた成形型を提供するものであり、効率よくレンズ成形が行えるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ガラス型基材の光学機能転写面に酸化物の形態で成膜し、かつ還元雰囲気中で熱処理した中間接合層を形成し、前記中間接合層の表面に金属からなる融着防止層を形成したことを特徴とするもので、この中間接合層によって強固な融着防止層の密着がなされるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガラス型基材に酸化物の形態で成膜し、これを還元雰囲気中で熱処理することにより形成した中間接合層を介してガラス型基材と金属からなる融着防止層とが強固に密着されるため、ガラス型基材と融着防止層とが異種材料からなってもそのガラス型基材から融着防止層が剥がれることがなく、したがって信頼性があり実用性の高い光学素子成形用型が実現可能となる。
【００１０】
また、ガラス材からなる成形用型はマザー型によって精度よく容易に製造可能であり、金属材料を機械加工して製造する成形型に比べて安価であるため、これにより成形される光学素子のコストが安くなり、その産業上の価値は大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１とともに説明する。
【００１２】
図１は光学素子の成形用型を示す断面図であり、この成形用型１は円柱状のガラス型基材２の上端面にレンズの光学機能面を転写する凹状の光学機能転写面３が形成され、その光学機能転写面３の表面に、中間接合層４とさらにその中間接合層４の表面にレンズとの融着を防止する金属からなる融着防止層５が形成された構成からなっている。
【００１３】
前記成形用型１のガラス型基材２は硼珪酸バリューム系のガラス材料からなり、そのガラス材料はガラス転移点６７４℃、屈伏点７２４℃、熱膨張係数４６．９×１０-7／℃（１００−３００℃）からなる。
【００１４】
前記ガラス型基材２の光学機能転写面３を成形するマザー型は、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金からなり、所望とする光学機能転写面とは反対形状で同じ軸対称性を有する非球面形状の転写面が研削加工により形成され、かつその転写面には白金系の離型膜をスパッタリングで成膜したものからなる。
【００１５】
図２は、前記ガラス型基材１を得るための製造装置の概略断面図で、成形途中の状態を示している。両端を鏡面に加工した円柱状のガラス材料が胴型１０内の基台１１上に載置され、そして、マザー型１２を上方から胴型１０内に降下させてガラス材料を加熱加圧し、ガラス型基材２を製造する。
【００１６】
この実施の形態１におけるガラス型基材２の製造においては、窒素雰囲気中で、ガラス材料の温度が７８０℃になるまで加熱した後、図中Ｆで示すように１３００Ｎの加圧力で押圧成形を行い、その後、室温まで冷却してガラス型基材２を成形し、製造した。前記のようにして成形されたガラス型基材２の光学機能転写面３の形状を３次元測定機で計測したところ、マザー型１２の形状からはガラス材料の収縮量に相当する量だけ偏差を有していたが、軸対称性は精度良く転写されていた。
【００１７】
次に、上記のようにして成形されたガラス型基材２光学機能転写面３の表面に鉛ガラス（SiO2：２７％、PbO：７３％）を真空蒸着法により約１ミクロンの膜厚に蒸着した後、ガラス型基材２のガラス転移点よりも低い温度である６５０℃において水素濃度５％の還元雰囲気中で１時間保持し、中間接合層４を形成した。
【００１８】
前記還元雰囲気中で１時間保持した処理後の中間接合層４の表面は、黒い金属色を呈していたが、その表面に金属鉛は析出していなかった。しかし、ガラス型基材２を構成するガラス材との密着性を確認するため、その中間接合層４の表面を鋭い先端の金属棒で擦ったところ、膜剥離が発生することはなく、強固に密着された中間接合層４が形成されていた。
【００１９】
なお、中間接合層４として用いた鉛ガラスはガラス転移点４２６℃、屈伏点４６７℃、軟化点５３６℃の熱特性を示すもので、前記還元処理温度が６５０℃でもガラス型基材２は熱変形が生じることなく、また、その温度は鉛ガラスの軟化温度よりも十分高い処理温度であるため、ガラス型基材２のガラス材との相互拡散によって強固に接合された中間接合層４が形成されたものと推測される。
【００２０】
そして、前記中間接合層４の表面に、成形用型１により成形されるレンズとの濡れ性が悪く、かつ耐熱性の高い白金系の合金膜をスパッタリングを用いて０．５ミクロンの膜厚に成膜し、融着防止層５を形成して光学素子成形用型１を得た。
【００２１】
前記融着防止層５と中間接合層４との密着性を上記と同様の鋭い先端の金属棒で擦ったところ、膜剥離の発生はなかった。
【００２２】
一方、レンズを成形する他方の成形用型も形状は異なるが、上記と同様の方法によって一対の成形用型を製造した。
【００２３】
ここで、成形用型１のガラス型基材２の材料である酸化物ガラスと融着防止層５として金属を選択した場合は、一般的に強固な密着性を得ることが難しいが、上記のように中間接合層４を設け、その中間接合層４とガラスとの相互拡散による密着性を確保するために、この中間接合層４を還元処理することによってこれがある程度金属化し、このため中間接合層４と融着防止層５とは一種の金属間結合状態となり、強固な密着性の確保がなされる。
【００２４】
上記実施の形態１では、ガラス型基材２の材料であるガラス材との密着性を重視するために、中間接合層４として比較的還元されやすい金属酸化物（PbO）を含む鉛ガラスを選択し、これを蒸着によって成膜したが、ガラス材との密着性が劣らなければ酸化鉛（PbO）そのものや、他の金属酸化物を直接成膜して還元処理することにより、金属化し易すいため、より望ましい。
【００２５】
なお、中間接合層４としては、還元処理によってガラス型基材２のガラス材と融着防止層５との密着性の向上が得られれば、必ずしも上記に掲げた鉛ガラスに限定されるものではない。
【００２６】
また、成形用型１のガラス基材２は、その成形用型によって成形されるレンズの成形温度や種類によっては、例えば中間接合層が含む金属酸化物と同じあるいは異なる金属を含むガラス材であってもよい。
【００２７】
（実施の形態２）
図３は、上記実施の形態１で製造した成形用型を用いてレンズを成形する成形装置を示し、図４は成形されたレンズである。以下、これについて説明すると、基台２０にはヒータ２１が埋設された下側の加熱部材２２が固定されており、一方、上方には駆動軸２３と一体のフランジ２４にヒータ２５が埋設された加熱部材２６が固定されている。
【００２８】
成形ブロック２７は胴型２８と上成形用型１ａおよび下成形用型１ｂからなり、前記上成形用型１ａおよび下成形用型１ｂは上記実施の形態１によって得た成形用型であり、上成形用型１ａは加熱部材２６によって加熱加圧され、また下成形用型１ｂは下側の加熱部材２２により加熱されるようになっている。
【００２９】
前記胴型２８はタングステンカーバイドを主成分とする超硬合金からなり、この胴型２８と上成形用型１ａおよび下成形用型１ｂとで形成される空間に球形状からなるレンズ素材２９が投入され、上成形用型１ａおよび下成形用型１ｂの融着防止層が形成された光学機能転写面により加熱加圧され、レンズとして形状成形される。
【００３０】
前記駆動軸２３を除く全ては不活性雰囲気が維持されるチャンバー（図示せず）によって内包されている。図示しないが上下の加熱部材２６、２２には温度検知と温度制御用の熱電対が設けられ、また、駆動軸２３はチャンバーの外部に設けられた圧力発生駆動源（油圧シリンダーやエアーシリンダー等）に連接されて上下自在の摺動と定寸停止手段が備えられている。
【００３１】
上記成形装置によるレンズの製造において、レンズ素材２９には硼珪酸系の成分組成に、酸化タングステン（WO3）や酸化タンタル（Ta2O3）および酸化ジルコニウム（ZrO2）等が含有された光学ガラス材料（屈伏温度：５５９℃、転移温度：５２８℃）を用いた。
【００３２】
そして、成形ブロック２７の全体を５８５℃まで加熱した後３分間保持し、その後、駆動軸２３を介して１５００Ｎの押圧力で両成形用型１ａ、１ｂでレンズ素材２９を加圧して成形を行った。その後、室温まで冷却して図４に示すような成形されたレンズ３０を成形ブロック２７から取り出した。
【００３３】
上記のようにして成形用型１ａ、１ｂによるレンズ成形作業を２０回行い、各成形されたレンズ表面を３次元測定機で計測したところ、光学設計値に対して数ミクロンの形状偏差は生じていたが、軸対称性の崩れはなく、実用上問題のない形状精度を示していた。また、使用した成形用型の融着防止層の剥離も何ら見られなかった。
【００３４】
なお、上記では光学素子としてレンズを例に説明したが、これはレンズに限らず、例えばプリズム等、他の光学素子であっても同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
レンズ等の光学素子を成形するガラス材からなる成形用型として、これにより成形される光学素子との融着を防止する融着防止層を成形用型に強固に密着させる本発明は、安価で信頼性の高い光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる光学素子成形用型の断面図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる光学素子成形用型の製造装置の概略断面図
【図３】本発明の実施の形態２にかかるレンズ成形装置の概略断面図
【図４】同成形されたレンズの側面図
【符号の説明】
【００３７】
１、１ａ、１ｂ  成形用型
２  ガラス基材
３  光学機能転写面
４  中間接合層
５  融着防止層
１０  胴型
１１  基台
１２  マザー型
２２、２６  加熱板
２７  成形ブロック
２９  レンズ素材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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