(57)【要約】【課題】高い性能を有するカルコゲナイド製の光学素子を効率良く安価に製造できる製造方法を提供する。【解決手段】カルコゲナイドガラスのガラス片Ｇ０をシリンジ１の本体チューブ１ａ内に入れ、室温から粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓの軟化点以上の温度まで２分以内で到達するようにランプ加熱する。粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓ以下に溶融させた溶融ガラスＧ１を、シリンジ先端部１ｂから押し出すことにより下金型４へ供給する。下金型４上で硬化する前の溶融ガラスＧ１に対して上金型６でプレス成形を施し、離型するとガラス成形体Ｇ２が得られる。【選択図】図２
2016150887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルコゲナイドガラス製光学素子の製造方法であって、
カルコゲナイドガラスを容器内に入れ、室温から粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓの軟化点以上の温度まで２分以内で到達するように加熱し、
粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓ以下に溶融させたカルコゲナイドガラスを、容器から金型へ供給し、
金型上で硬化する前のカルコゲナイドガラスに対してプレス成形を施すことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記カルコゲナイドガラスが、原子％表示で、
Ｇｅ：１２〜３５％、
Ｓｅ：５０〜７０％、
Ａｓ：０〜２０％、
Ｓｂ：０〜２５％、
Ａｓ＋Ｓｂ：０〜２５％、
を含み、カルコゲナイドガラスの粘度が２０〜１００００ｄＰａ・ｓを示す温度範囲において、粘度の変化量の絶対値をΔη（ｄＰａ・ｓ）とし、温度変化の絶対値をΔＴ（℃）としたとき、Δη／ΔＴの値が８０（ｄＰａ・ｓ／℃）以上であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記容器としてシリンジを用い、ランプ加熱で溶融させたカルコゲナイドガラスをシリンジ先端部から押し出すことにより前記金型へ供給することを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】
カルコゲナイドガラスをシリンジ内に入れ、室温から粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓの軟化点以上の温度まで１分以内で到達するようにランプ加熱を行うことを特徴とする請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
溶融させたカルコゲナイドガラスの粘度が、４００〜４．５×１０7ｄＰａ・ｓであることを特徴とする請求項３又は４記載の製造方法。
【請求項６】
溶融させたカルコゲナイドガラスの粘度が、４００〜１０００ｄＰａ・ｓであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
シリンジ先端部から押し出されるカルコゲナイドガラスの粘度が、４００〜４．５×１０7ｄＰａ・ｓであることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８】
シリンジ先端部から押し出されるカルコゲナイドガラスの粘度が、４００〜１０００００ｄＰａ・ｓであることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９】
シリンジ先端部から押し出されるカルコゲナイドガラスの粘度が、１０００〜１００００ｄＰａ・ｓであることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
シリンジ先端部から押し出されるカルコゲナイドガラスの温度が、軟化点以上、結晶化温度上限以下であることを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１１】
カルコゲナイドガラスを容器から金型へ供給した後、金型をプレス軸上に移動させてプレス成形を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
プレス成形時のカルコゲナイドガラスの温度が、軟化点以上、結晶化温度下限以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】
プレス成形時において金型の温度がカルコゲナイドガラスの温度よりも低いことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１４】
プレス成形を加圧雰囲気で行うことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１５】
カルコゲナイドガラスの粘度が２０〜１００００ｄＰａ・ｓを示す温度範囲において、粘度の変化量の絶対値をΔη（ｄＰａ・ｓ）とし、温度変化の絶対値をΔＴ（℃）としたとき、Δη／ΔＴの値が９０（ｄＰａ・ｓ／℃）以上であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記カルコゲナイドガラスが、原子％表示で、Ｇｅ：２５〜３３％を含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記カルコゲナイドガラスが、原子％表示で、Ａｓ＋Ｓｂ：１〜２５％を含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記カルコゲナイドガラスが、Ａｓを含まないことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記カルコゲナイドガラスのガラス転移温度（Ｔｇ）が、２５０℃以上４５０℃以下であることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカルコゲナイドガラス製光学素子の製造方法に関するものであり、例えば、カルコゲナイドガラスをプレス成形することにより、赤外線透過性を有する光学素子（レンズ，フィルター，プリズム等）を作製する製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線透過性を有する光学素子の製造方法として、従来よりさまざまなタイプの技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載の再加熱法、特許文献２に記載の溶融成形法、特許文献３に記載の押出し成形法、特許文献４に記載のポリマー成形プロセス等が、従来より知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−４８２４号公報
【特許文献２】米国特許第７，１５９，４１９号明細書
【特許文献３】特開平５−２２９８３８号公報
【特許文献４】特開２００６−２９０７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１〜４に記載の製造方法では、以下に説明するように、効率良く安価に高性能の光学素子を製造することが困難である。
【０００５】
特許文献１に記載の再加熱法では、主に金型からの熱伝導でガラス材料を成形温度まで加熱するが、カルコゲナイドガラスは熱伝導率が低く熱膨張係数が大きいことから熱衝撃に弱く、急激な加熱は割れの原因となる。そのため、昇温・降温に時間がかかり、成形サイクルタイムが長くなってコストが高くなってしまう。また再加熱法では、融着を防ぐために屈伏点以上軟化点以下の温度で成形を行うが、この温度域ではプリフォームの表面のキズ及び粗さが残存してしまうため、鏡面のプリフォームを作製することが必須になる。プリフォーム加工では材料を捨てる部分が発生するため、高価な材料であるカルコゲナイドガラスではコストが高くなってしまう。さらに、カルコゲナイドガラスは柔らかくキズが入りやすいため、プリフォーム加工の歩留まりも良くない。以上の課題により、カルコゲナイドガラス製のモールドレンズは高価ものとなっている。
【０００６】
特許文献２に記載の溶融成形法では、溶かしたカルコゲナイドガラスを金型に流し込むため、カルコゲナイドガラスを高温に保って低粘度にしておく必要があり、ガラスが変質しやすいという問題がある。
【０００７】
特許文献３に記載の成形技術は、カルコゲナイドガラス製のインゴットを加熱して棒材を押出し成形するものである。したがって、プレス成形を行うものではなく、鏡面が不要なものであり、加熱温度も低いためスジが残るという問題がある。
【０００８】
特許文献４には、押出し及び射出成形を含む様々なポリマー成形プロセスに使用するのに適したガラスが開示されている。そのガラスは、一般化学式ＹＺを有するカルコゲナイドガラスであって、ＹはＧｅ，Ａｓ，Ｓｂ又はこれら２つ以上の混合物であり、ＺはＳ，Ｓｅ，Ｔｅ又はこれら２つ以上の混合物であり、原子又は元素パーセントで表して、Ｙは１５〜７０％の範囲にあり、Ｚは３０〜８５％の範囲にあり、ＧｅがＡｓ及びＳｂの内の一方又は両方と混合された場合には、Ｇｅの量は、０＜Ｇｅ＜２５％の範囲にあり、５００℃以下で１０，０００ｄＰａ・ｓ以下の粘度を有し（１ｄＰａ・ｓ＝１ポアズ）、１，０００〜１０，０００ｓ-1の範囲の剪断速度下で結晶化に耐性である、となっている。
【０００９】
しかし、５００℃以下で１０，０００ｄＰａ・ｓ以下の粘度という低粘性の性質を持つため、溶融中の揮発に対してその発生の抑制効果が小さく、揮発による不具合が生じやすいという問題がある。また、熱膨張係数（α）が１６０×１０-7／℃を超えて大きくなるため、溶融からプレス成形時の熱衝撃で割れ等が発生しやすいという問題がある。実施例の試料番号９７９ＢＵＧのガラスで実際にプレス成型を行ったところ、揮発物が金型に堆積した。それがガラス面に転写され、斑点状の欠点として表れたため、所望の面が得られなかった。また、急激な温度変化に耐性がなく、レンズの一部に割れが生じてしまった。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い性能を有するカルコゲナイド製の光学素子を効率良く安価に製造できる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、第１の発明の製造方法は、カルコゲナイドガラス製光学素子の製造方法であって、
カルコゲナイドガラスを容器内に入れ、室温から粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓの軟化点以上の温度まで２分以内で到達するように加熱し、
粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓ以下に溶融させたカルコゲナイドガラスを、容器から金型へ供給し、
金型上で硬化する前のカルコゲナイドガラスに対してプレス成形を施すことを特徴とする。
【００１２】
第２の発明の製造方法は、上記第１の発明において、前記カルコゲナイドガラスが、原子％表示で、
Ｇｅ：１２〜３５％、
Ｓｅ：５０〜７０％、
Ａｓ：０〜２０％、
Ｓｂ：０〜２５％、
Ａｓ＋Ｓｂ：０〜２５％、
を含み、カルコゲナイドガラスの粘度が２０〜１００００ｄＰａ・ｓを示す温度範囲において、粘度の変化量の絶対値をΔη（ｄＰａ・ｓ）とし、温度変化の絶対値をΔＴ（℃）としたとき、Δη／ΔＴの値が８０（ｄＰａ・ｓ／℃）以上であることを特徴とする。
【００１３】
第３の発明の製造方法は、上記第１又は第２の発明において、前記容器としてシリンジを用い、ランプ加熱で溶融させたカルコゲナイドガラスをシリンジ先端部から押し出すことにより前記金型へ供給することを特徴とする。
【００１４】
第４の発明の製造方法は、上記第３の発明において、カルコゲナイドガラスをシリンジ内に入れ、室温から粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓの軟化点以上の温度まで１分以内で到達するようにランプ加熱を行うことを特徴とする。
【００１５】
第５の発明の製造方法は、上記第３又は第４の発明において、溶融させたカルコゲナイドガラスの粘度が、４００〜４．５×１０7ｄＰａ・ｓであることを特徴とする。
【００１６】
第６の発明の製造方法は、上記第３〜第５のいずれか１つの発明において、溶融させたカルコゲナイドガラスの粘度が、４００〜１０００ｄＰａ・ｓであることを特徴とする。
【００１７】
第７の発明の製造方法は、上記第３〜第６のいずれか１つの発明において、シリンジ先端部から押し出されるカルコゲナイドガラスの粘度が、４００〜４．５×１０7ｄＰａ・ｓであることを特徴とする。
【００１８】
第８の発明の製造方法は、上記第３〜第７のいずれか１つの発明において、シリンジ先端部から押し出されるカルコゲナイドガラスの粘度が、４００〜１０００００ｄＰａ・ｓであることを特徴とする。
【００１９】
第９の発明の製造方法は、上記第３〜第８のいずれか１つの発明において、シリンジ先端部から押し出されるカルコゲナイドガラスの粘度が、１０００〜１００００ｄＰａ・ｓであることを特徴とする。
【００２０】
第１０の発明の製造方法は、上記第３〜第９のいずれか１つの発明において、シリンジ先端部から押し出されるカルコゲナイドガラスの温度が、軟化点以上、結晶化温度上限以下であることを特徴とする。
【００２１】
第１１の発明の製造方法は、上記第１〜第１０のいずれか１つの発明において、カルコゲナイドガラスを容器から金型へ供給した後、金型をプレス軸上に移動させてプレス成形を行うことを特徴とする。
【００２２】
第１２の発明の製造方法は、上記第１〜第１１のいずれか１つの発明において、プレス成形時のカルコゲナイドガラスの温度が、軟化点以上、結晶化温度下限以下であることを特徴とする。
【００２３】
第１３の発明の製造方法は、上記第１〜第１２のいずれか１つの発明において、プレス成形時において金型の温度がカルコゲナイドガラスの温度よりも低いことを特徴とする。
【００２４】
第１４の発明の製造方法は、上記第１〜第１３のいずれか１つの発明において、プレス成形を加圧雰囲気で行うことを特徴とする。
【００２５】
第１５の発明の製造方法は、上記第１〜第１４のいずれか１つの発明において、カルコゲナイドガラスの粘度が２０〜１００００ｄＰａ・ｓを示す温度範囲において、粘度の変化量の絶対値をΔη（ｄＰａ・ｓ）とし、温度変化の絶対値をΔＴ（℃）としたとき、Δη／ΔＴの値が９０（ｄＰａ・ｓ／℃）以上であることを特徴とする。
【００２６】
第１６の発明の製造方法は、上記第１〜第１５のいずれか１つの発明において、前記カルコゲナイドガラスが、原子％表示で、Ｇｅ：２５〜３３％を含むことを特徴とする。
【００２７】
第１７の発明の製造方法は、上記第１〜第１６のいずれか１つの発明において、前記カルコゲナイドガラスが、原子％表示で、Ａｓ＋Ｓｂ：１〜２５％を含むことを特徴とする。
【００２８】
第１８の発明の製造方法は、上記第１〜第１７のいずれか１つの発明において、前記カルコゲナイドガラスが、Ａｓを含まないことを特徴とする。
【００２９】
第１９の発明の製造方法は、上記第１〜第１８のいずれか１つの発明において、前記カルコゲナイドガラスのガラス転移温度（Ｔｇ）が、２５０℃以上４５０℃以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係るカルコゲナイドガラス製光学素子の製造方法によれば、カルコゲナイドガラスが容器内で加熱されて溶融するので、プリフォームを用いたプレス成形のように成形前にガラスをプリフォームに加工する必要がなく、材料を無駄にせず加工時間も短くできる。また、室温から粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓの軟化点以上の温度まで２分以内で到達させるので、ガラスの結晶化を抑えるとともに、揮発の発生を抑えて金型への堆積を抑制することが可能である。これにより、高い性能を有するカルコゲナイドガラス製の光学素子を効率良く安価に作製することができる。例えば、容器としてシリンジを用いて、シリンジ先端部から下側成形用の金型上に溶融したカルコゲナイドガラスを押し出せば、押し出されたカルコゲナイドガラスに下側成形用の金型の転写面の形状を転写させやすいだけでなく、カルコゲナイドガラスの供給をより正確に制御して短時間で正確な量の供給を行うことができ、短サイクルで精度良く成形を行うことができる。
【００３１】
本発明の製造方法に用いるカルコゲナイドガラスのガラス組成であれば、溶融からプレス成形までの間にガラスが揮発して金型に付着することが抑制される。このため、金型に付着した揮発物の光学素子への転写による不具合が減少し、熱膨張係数が低いため、熱衝撃に耐え、割れ等の不具合も生じにくく安定したプレス成形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】カルコゲナイドガラスの溶融成形時の温度プロセスを示すグラフ。
【図２】光学素子の製造方法の一実施の形態を模式的に示す製造工程図。
【図３】実施例１，２及び比較例１，２で用いるガラスの粘性曲線を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係るカルコゲナイドガラス製光学素子の製造方法を説明する。本発明に係るカルコゲナイドガラス製光学素子の製造方法は、カルコゲナイドガラスを容器内に入れて加熱し、溶融させたカルコゲナイドガラスを容器から金型へ供給し、金型上で硬化する前のカルコゲナイドガラスに対してプレス成形を施すものである。本発明者は、前述した課題を解決するため、この製造方法において、ガラスの加熱温度，時間，結晶化，粘度，成形のタイミング等について鋭意検討を行った。その結果、好適な溶融成形プロセスとこれに適したガラス組成範囲を見出した。
【００３４】
図１に、カルコゲナイドガラスの溶融成形時の温度プロセス（時間−温度）を示す。温度領域は、低温度側から順に、安定領域Ｓ１（室温Ｔ０，ガラス転移点Ｔｇ，軟化点Ｔｓを含む。）と、結晶化領域Ｓ２と、揮発領域Ｓ３と、からなっている。ラインＬ１〜Ｌ３は、同一ガラスの溶融成形を軟化点Ｔｓを超えてから行う３つの代表的な溶融成形パターンを示している。ラインＬ１の溶融成形パターンでは、金型への供給タイミングｔ１を軟化点Ｔｓを超えた直後としている。ラインＬ２の溶融成形パターンでは、金型への供給タイミングｔ１を結晶化領域Ｓ２に入った直後としている。ラインＬ３の溶融成形パターンでは、金型への供給タイミングｔ１を揮発領域Ｓ３に入った直後としている。
【００３５】
本発明に係るカルコゲナイドガラス製光学素子の製造方法は、カルコゲナイドガラスを容器内に入れ、室温Ｔ０から粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓ（ポアズ）の軟化点Ｔｓ以上の温度まで２分以内で到達するように加熱し、粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓ以下に溶融させたカルコゲナイドガラスを、容器から金型へ供給し、金型上で硬化する前のカルコゲナイドガラスに対してプレス成形を施すことを特徴としている。
【００３６】
例えば、前記容器としてシリンジを用い、ランプ加熱で溶融させたカルコゲナイドガラスをシリンジ先端部から押し出すことにより前記金型へ供給することが好ましい。溶融させたカルコゲナイドガラスの金型への供給は押出しに限らず滴下でもよいが、シリンジを用いた押出しによると、シリンジ先端部の温度から粘度が分かるため、一定量の供給の制御が容易になる。また、ハロゲンランプ，赤外線ランプ等のランプを用いたランプ加熱により前記加熱を行えば、均一な加熱による均一なガラス溶融が可能になる。
【００３７】
したがって、本発明に係るカルコゲナイドガラス製光学素子の製造方法によれば、カルコゲナイドガラスが容器内で加熱されて溶融するので、プリフォームを用いたプレス成形のように成形前にガラスをプリフォームに加工する必要がなく、材料を無駄にせず加工時間も短くできる。また、室温Ｔ０から粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓの軟化点Ｔｓ以上の温度まで２分以内で到達させるので、ガラスの結晶化を抑えることが可能である。これにより、高い性能を有するカルコゲナイドガラス製の光学素子を効率良く安価に作製することができる。例えば、容器としてシリンジを用いて、シリンジ先端部から下側成形用の金型上に溶融したカルコゲナイドガラスを押し出せば、押し出されたカルコゲナイドガラスに下側成形用の金型の転写面の形状を転写させやすいだけでなく、カルコゲナイドガラスの供給をより正確に制御して短時間で正確な量の供給を行うことができ、短サイクルで精度良く成形を行うことができる。
【００３８】
この製造方法において、図１に示す３つの溶融成形パターンのなかでも好適な基本プロセスは、ラインＬ３の溶融成形パターンである。すなわち、室温Ｔ０から結晶化温度の上限以上（結晶化領域Ｓ２の上限以上）の温度まで２分以内で到達させることが好ましい。ラインＬ３では、室温Ｔ０で固体のガラスを短時間で結晶化温度の上限以上の温度になるよう、急加熱して溶融・軟化させる。そして、ガラスが鏡面になったところで成形用の金型へガラスを供給し、結晶化領域Ｓ２を短時間で通過させ、その後ガラスが硬化する前にプレス成形を行うことになる。したがって、加熱時及び冷却時に結晶化領域Ｓ２を短時間で通過するため、結晶化が効果的に抑制されて、光学素子の高性能化が達成される。また、ガラスの粘度を成形に適した粘度に容易に調整することができる。
【００３９】
本発明に係る製造方法に好適なガラス組成として、前記カルコゲナイドガラスが、原子％表示で、
Ｇｅ：１２〜３５％、
Ｓｅ：５０〜７０％、
Ａｓ：０〜２０％、
Ｓｂ：０〜２５％、
Ａｓ＋Ｓｂ：０〜２５％、
を含み、カルコゲナイドガラスの粘度が２０〜１００００ｄＰａ・ｓを示す温度範囲において、粘度の変化量の絶対値をΔη（ｄＰａ・ｓ）とし、温度変化の絶対値をΔＴ（℃）としたとき、Δη／ΔＴの値が８０（ｄＰａ・ｓ／℃）以上であることが好ましい。
【００４０】
上記製造方法に用いるカルコゲナイドガラスのガラス組成であれば、溶融からプレス成形までの間にガラスが揮発して金型に付着することが抑制されるため、金型に付着した揮発物の光学素子への転写による不具合が減少する。また、ガラス成形体の割れの防止には熱膨張係数（α）が関与するが、例えば熱膨張係数（α）を１６０以下にすれば、急激な温度変化を伴う製造方法でも熱衝撃に耐え、割れ等の不具合が生じにくく安定したプレス成形が可能となる。
【００４１】
上記製造方法に用いるカルコゲナイドガラスは、遠赤外線透過用光学素子等の押出し成形等による精密プレス成形に使用されるガラスである。このガラスのΔη／ΔＴの値は、上記のように８０（ｄＰａ・ｓ／℃）以上であることが好ましく、９０（ｄＰａ・ｓ／℃）以上であることが更に好ましい。このように設定すれば、押出し成形時の揮発物の金型への付着を効果的に抑制することができる。
【００４２】
揮発の発生原因には、ガラス供給（押出し等）からプレス成形に至る間の温度による粘度の変化が大きく関与する。この温度による粘度の変化が小さいと、ガラス供給からプレス成形までの間に、ガラスが温度低下して高粘度に至るまでの時間が長くなるため、成分の揮発を抑制することが困難になる。その結果、揮発が発生し続けて金型に堆積しやすくなる。これは、温度による粘度変化を一定以上に保てば、揮発の発生が抑えられて金型への堆積が抑制されることを意味する。
【００４３】
上記製造方法に用いるカルコゲナイドガラスは、５００℃で１０，０００ｄＰａ・ｓ以上の粘度を有するのが好ましい。５００℃の粘度が１０，０００ｄＰａ・ｓ以上であれば、Δη／ΔＴの値を８０以上に維持することが容易である。
【００４４】
上記製造方法に用いるカルコゲナイドガラスの熱膨張係数（α）は、１６０×１０-7／℃以下が好ましい。１６０×１０-7／℃以下にすることにより、金型とガラスとの熱膨張係数差に起因するガラスのひずみ，割れ等の発生を抑制することができる。
【００４５】
上記製造方法に用いるカルコゲナイドガラスのガラス転移温度（Ｔｇ）は、２５０℃以上４５０℃以下であることが好ましく、２５０℃以上４００℃以下であることが更に好ましい。金型温度としては通常Ｔｇ±５０℃の温度を使用するため、ガラス転移温度（Ｔｇ）を４５０℃以下にすると、金型との融着を効果的に防止することができる。また、２５０℃以上にすると、作製したレンズに反射防止膜をコートするとき、コート温度を十分に高くすることができるため、膜付が良くなるという効果が得られる。
【００４６】
図２の製造工程図に、本発明に係るカルコゲナイドガラス製光学素子の製造方法の一実施の形態を模式的に示す。カルコゲナイドガラスの溶融には、カルコゲナイドガラスのガラス片Ｇ０（図２（Ａ））を内部で溶融する容器としてのシリンジ１と、溶融ガラスＧ１（図２（Ｂ））を吐出可能にするプランジャー２と、ガラス片Ｇ０を加熱するためにシリンジ１の周囲に配置されるヒーター３（図２（Ａ））と、が用いられる。
【００４７】
シリンジ１は、例えば石英製のガラス容器であり、ヒーター（加熱装置）３からの加熱用光（例えば赤外光）を効率的に短時間で透過させるものとなっている。これにより、シリンジ１内のガラス片（ガラス材料）Ｇ０を直接的に加熱することができる。ヒーター３は、赤外光で加熱するものに限らず、シリンジ１を介して間接的にガラス片Ｇ０を加熱するものであってもよい。シリンジ１は、円柱状の本体チューブ１ａと、本体チューブ１ａの下側に設けられた細径のシリンジ先端部１ｂとを有している。
【００４８】
シリンジ１内のガラス片（ガラス材料）Ｇ０は、Ｇｅ−Ｓｅ−Ｓｂ，Ａｓ−Ｓｅ等の硝材からなっている。その硝材は、Ｇｅ，Ｓｅ，Ｓｂ，Ａｓ等の原料を石英管等に投入し、真空封止し、融点以上に溶融し撹拌均質化した後、冷却してガラス化し室温Ｔ０で回収したものである。材料形態としては、顆粒，きりっぱなしの材料，棒材等、任意の形状のカルコゲナイドガラス材を使用することができる。カルコゲナイドガラス材は比較的高価であるが、この手法により無駄なく使用することができる。
【００４９】
シリンジ１内に収納されているガラス片Ｇ０（図２（Ａ））は、ヒーター３によって加熱されて、例えば融点以上の溶融状態又はこれに準じた軟化状態となっている（図２（Ｂ）中の溶融ガラスＧ１）。本体チューブ１ａ内の溶融ガラスＧ１の表面上には、プランジャー２が配置されている。プランジャー２は、溶融ガラスＧ１の表面を覆ってガラス材料のカルコゲナイドガラス成分が揮発，酸化等することを防止している。このプランジャー２の材質としては石英ガラスが挙げられる。プランジャー２の制御により、吐出口であるシリンジ先端部１ｂから吐出されるガラス流量（つまり押出し量）を容易に調整することができる。
【００５０】
カルコゲナイドガラスのガラス片Ｇ０をシリンジ１内にセットした後、加熱によるガラスの結晶化を避けるため、室温Ｔ０から粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓの軟化点Ｔｓ以上の温度まで２分以内の短時間で到達するように加熱する。より確実に結晶化を避けるためには、室温Ｔ０から粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓの軟化点Ｔｓ以上の温度まで１分以内で到達するように加熱を行うことが好ましい。ガラスを鏡面の状態にするには、加熱後の粘度を適正に設定することが好ましい。つまり、溶融させたカルコゲナイドガラス（溶融ガラスＧ１）の粘度が４００〜４．５×１０7ｄＰａ・ｓであることが好ましく、４００〜１０００ｄＰａ・ｓであることが更に好ましい。
【００５１】
上記のように、カルコゲナイドガラスがシリンジ１内で加熱されて溶融するので、プリフォームを用いたプレス成形のように成形前にガラスをプリフォームに加工する必要がなく、材料を無駄にせず加工時間も短くできる。これにより、カルコゲナイドガラス製の光学素子であるガラス成形体Ｇ２（図２（Ｄ））を、安価に効率よく作製することが可能となる。
【００５２】
上下一対の成形用金型４，５のうち、下金型４の上にシリンジ１を配置する（図２（Ｂ））。シリンジ１が下金型４に接触しないように、できるだけ下金型４に接近させてシリンジ１を配置する。このときのシリンジ１の位置は、下金型４に接触していなければ特に制限はなく、下金型４に対して真上，真横，斜め等でも問題ない。つまり、シリンジ１を斜めにしたり横にしたりしてもよい。プランジャー２を押して、所望量の溶融ガラスＧ１（ガラス隗）を下金型４上に押し出す。このとき、下金型４上に押し出された溶融ガラスＧ１の量が暫時増加するので、シリンジ先端部１ｂの側面に溶融ガラスＧ１が付着しないようシリンジ先端部１ｂを制御して、下金型４から遠ざかる方向へ後退させる。
【００５３】
上記のように、シリンジ先端部１ｂから下金型４上に溶融ガラスＧ１を押し出すので、押し出された溶融ガラスＧ１に下金型４の転写面の形状を転写させやすく、しかも、溶融ガラスＧ１の供給をより正確に制御して、短時間で正確な量の供給を行うことができるため、短サイクルで精度良く成形を行うことができる。
【００５４】
安定に溶融ガラスＧ１を押し出すには、シリンジ先端部１ｂから押し出されるカルコゲナイドガラスの粘度が、４００〜４．５×１０7ｄＰａ・ｓであることが好ましい。より安定にガラス材料を押し出すには、シリンジ先端部から押し出されるカルコゲナイドガラスの粘度が、４００〜１０００００ｄＰａ・ｓであることが好ましく、１０００〜１００００ｄＰａ・ｓであることが更に好ましい。
【００５５】
また、シリンジ１から安定に溶融ガラスＧ１を押し出すには、シリンジ先端部１ｂから押し出されるカルコゲナイドガラスの温度が、軟化点Ｔｓ以上、結晶化温度上限以下（結晶化領域Ｓ２の上限以下）であることが好ましい。これにより、シリンジ先端部１ｂで溶融ガラスＧ１が結晶化して詰まりを起こすことがなく、ガラス材料（溶融ガラスＧ１）の押出しが容易になり、かつ、下金型４に供給された後の軟化ガラス体（溶融ガラスＧ１）に適度な表面張力が保持され、軟化ガラス体に対して確実にプレス成形を行うことができる。
【００５６】
次に、シリンジ１を下金型４の上から移動させ、上金型５で溶融ガラスＧ１を加圧する（図２（Ｃ））。上金型５で溶融ガラスＧ１を所定時間加圧した後、上金型５を上昇させて下金型４から離間させると（図２（Ｄ））、固化したカルコゲナイドガラスからなるガラス成形体（光学素子であるレンズ）Ｇ２が離型されて外部に取り出され、プレス成形が完了する。なお、シリンジ１を移動させずに下金型４の方を移動させてもよく、また、下金型４及び上金型５をプレス軸ａｘ外からプレス軸ａｘ上に移動させてプレス成形を行うようにしてもよい。
【００５７】
本発明に係る製造方法に好適なガラスは、主に押出し成形に用いられるものであるが、押出し及び成形作業の雰囲気は窒素，アルゴン等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。特に成形作業の雰囲気は不活性ガスで充填したうえに、その圧力を大気圧以上に保つことが好ましい。つまり、プレス成形を加圧雰囲気で行うことが好ましい。そのようにすれば、押出しされた溶融ガラスＧ１からのガラス成分の揮発の抑制やガラス表面の酸化防止を効果的に達成することが可能となる。
【００５８】
成形用の金型４，５の転写面は、凹面に限らず凸面又は平面でもよい。例えば、球面，非球面，自由曲面等に限らず、粗面，階段面等の非平滑面としてもよい。金型４，５は、金属，セラミックス，複合部材等の材質からなっており、具体的には、例えば、（金属削除）ジルコニア，グラッシーカーボン，超硬合金，炭化ケイ素，ステンレス等の材料で形成される。
【００５９】
プレス成形時の溶融ガラスＧ１では、その温度が結晶化領域Ｓ２（図１）を高速で通過するように設定する。そして、溶融ガラスＧ１が結晶化領域Ｓ２の下限から軟化点Ｔｓ付近の温度まで下がったところでプレス成形を開始する。つまり、プレス成形時の溶融ガラスＧ１の温度は、軟化点Ｔｓ以上、結晶化温度下限以下（結晶化領域Ｓ２の下限以下）であることが好ましい。そして、金型４，５と同じ温度まで冷却するのが好ましい。
【００６０】
プレス成形時の割れを防ぐためには、金型４，５の温度は溶融ガラスＧ１の温度よりも低いことが好ましい。つまり、溶融ガラスＧ１の金型４，５への融着を避けるため、金型温度は上下ともガラス温度より低く設定するのが好ましい。具体的には、プレス成形時の溶融ガラスＧ１である軟化ガラス体の温度マイナス１０℃以下に金型温度を設定するのが好ましい。軟化ガラス体の温度マイナス３０℃以下であり、かつ、軟化ガラス体のガラス転移温度（Ｔｇ）マイナス５０℃以上に金型温度を設定するのが更に好ましい。
【００６１】
プレス成形完了時のガラス温度又は金型温度は、Ｔｇ−５０℃〜Ｔｇ−１０℃とすることが好ましい。この温度範囲は、融着しづらく転写性を落とさない温度範囲である。そして、軟化ガラス体をプレス成形しながら成形型の温度まで冷却し固化したところでプレスを完了する。軟化ガラス体のプレス成形を終了するまでに、両金型４，５の温度を維持してもよいが、両金型４，５の温度を徐々に下げてもよい。
【００６２】
冷却条件を更に詳しく説明する。溶融ガラスＧ１のプレス後、ガラス成形体Ｇ２に割れが生じないように室温Ｔ０まで冷却する。プレス後の冷却速度は所望のレンズ重量やレンズ形状に依存して適宜設定されるが、プレス完了後、Ｔｇ−１５０℃まで１℃／秒〜０．１℃／秒の冷却速度で下げ、Ｔｇ−１５０℃から室温Ｔ０までは４℃／秒〜０．２℃／秒の速度で下げるのが好ましい。
【００６３】
成形直後の結晶化領域Ｓ２通過直後のガラスは、組成により結晶化傾向を維持している場合もあるが、Ｔｇ−１５０℃まで冷却速度を１℃／秒〜０．１℃／秒とすれば、結晶化を防ぐことができる。Ｔｇ−１５０℃から室温Ｔ０までは、熱衝撃によるガラスの割れを防ぐのみでよいので、４℃／秒〜０．２℃／秒の速めの冷却でよい。また、ＴｇからＴｇ−１５０℃までの間にあるひずみ点までは冷却時に歪が残りやすいため、１℃／秒〜０．１℃／秒のやや遅めの冷却が好ましく、０．５℃／秒〜０．１℃／秒とするのが更に好ましい。
【００６４】
本発明に係る製造方法に好適なガラス組成は、前述したように、原子％表記で、Ｇｅ：１２〜３５％、Ｓｅ：５０〜７０％、Ａｓ：０〜２０％、Ｓｂ：０〜２５％、Ａｓ＋Ｓｂ：０〜２５％、を含むものである。このカルコゲナイドガラスの組成範囲について、このように限定した理由等を説明する。
【００６５】
Ｇｅはガラスを構成する成分であり、Δη／ΔＴの値を大きくする作用が大きい。その含有量が１２％以上になると、Δη／ΔＴの値を１０以上に保つのが容易になり、３５％以下になると、結晶化しにくくなる。したがって、その含有量は１２〜３５％であることが好ましく、１５〜３４％が更に好ましく、２５〜３３％がより一層好ましい。
【００６６】
Ｓｅはガラスを構成する成分であり、Δη／ΔＴの値を小さくする作用が大きい。その含有量が７０％以下になると、Δη／ΔＴの値を８０以上に保つのが容易になり、５０％以上になると、結晶化しにくくなる。したがって、その含有量は５０〜７０％であることが好ましく、５３〜６７％が更に好ましく、５５〜６５％がより一層好ましい。
【００６７】
Ａｓはガラスを構成する成分であり、Δη／ΔＴの値を小さくする作用が大きい。その含有量が２０％以下になると、Δη／ΔＴの値を８０以上に保つのが容易になる。したがって、その含有量は０〜２０％であることが好ましく、０〜１８％が更に好ましく、０〜１５％がより一層好ましい。ＡｓはＳｂ，Ｓｅ等と比較して毒性が強いので、Ａｓを含まないことが最も好ましい。
【００６８】
Ｓｂはガラスを構成する成分であり、Δη／ΔＴの値を小さくする作用が大きい。その含有量が２５％以下になると、Δη／ΔＴの値を８０以上に保つのが容易になる。したがって、その含有量は０〜２５％であることが好ましく、０〜２０％が好ましく、０〜１５％がより一層好ましい。
【００６９】
ＡｓとＳｂはともにガラスを安定にする作用があるため、Ａｓ又はＳｂを１％以上使用することでガラスの安定度を保つことが容易になる。また、合計量（Ａｓ＋Ｓｂ）が２５％以下になると、Δη／ΔＴを８０以上に保つのが更に容易になる。したがって、Ａｓ＋Ｓｂ：１〜２５％を含むことが好ましく、１〜２０％が更に好ましく、１〜１８％がより一層好ましい。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明を実施したカルコゲナイドガラス製光学素子の構成等を、実施例１〜５及び比較例１，２を挙げて更に具体的に説明する。
【００７１】
表１に示す実施例及び比較例を、次のように作製した。まず、表１に示すガラス組成（原子％）となるように、各成分を混合して石英アンプル内部に入れた。次に、アンプルを真空度１０-4Ｐａ以下まで真空引きしたのち封止した。そのアンプルを約６００〜１０００℃の温度範囲で１５〜３０時間加熱して材料を溶融させ、撹拌して均質化した。その後、溶融状態のガラスを急冷し、得られたガラスをシリンジ１（図２（Ａ））に適した大きさにカットした。カットしたガラス片Ｇ０を１塊とし、その大きさは概ね４ｃｃとした。
【００７２】
図２（Ａ）に示すように、ガラス片Ｇ０をシリンジ１の本体チューブ１ａ内に充填し、その周囲に配置されたヒーター３で急速にランプ加熱した。加熱開始時点での作業環境は窒素ガス雰囲気とした。また、室温Ｔ０から粘度４．５×１０7ｄＰａ・ｓの軟化点Ｔｓ以上の温度まで２分以内で到達するように、本体チューブ１ａ内のガラス片Ｇ０を溶融させて、溶融ガラスＧ１（図２（Ｂ））とした。そして、溶融ガラスＧ１の粘度が４００〜４．５×１０7ｄＰａ・ｓとなり、ガラス表面が鏡面になっていることを確認した。
【００７３】
図２（Ｂ）に示すように、プランジャー２を操作して、溶融ガラスＧ１をシリンジ先端部１ｂから押し出すことにより下金型４上に供給した。この下金型４の周囲は窒素ガス雰囲気とした。シリンジ先端部１ｂから押し出される溶融ガラスＧ１の粘度が４００〜４．５×１０7ｄＰａ・ｓになった時点で、図２（Ｃ）に示すように上金型５をプレス軸ａｘ上に移動させてプレス成形を行った。プレス成形により圧力を一定時間加えた後、図２（Ｄ）に示すように上金型５を開放し、得られたガラス成形体Ｇ２を冷却して回収した。回収されたガラス成形体Ｇ２は、直径２５ｍｍ，厚さ８ｍｍのレンズ（光学素子）である。
【００７４】
表１に、実施例及び比較例における各種データとして、室温Ｔ０からの加熱時間（分）、溶融粘度（ｄＰａ・ｓ）、押出し粘度（ｄＰａ・ｓ）、成形時の粘度（ｄＰａ・ｓ）、金型温度（℃）、成形完了温度（℃）、プレス圧力（ｋｇｆ）、プレス時間（秒）、溶融ガラスＧ１のガラス転移温度Ｔｇ（℃）、及びガラス成形体Ｇ２の熱膨張係数α（×１０-7／℃）を示す。また、図３に実施例１，２及び比較例１，２で用いるガラスの粘性曲線を示し、表１に粘度２０（ｄＰａ・ｓ），１００００（ｄＰａ・ｓ）のときの各温度（℃）とそのΔη／ΔＴ、及び５００℃のときの粘度（ｄＰａ・ｓ）を示す。
【００７５】
上金型５に付着した揮発物の有無を顕微鏡（倍率３０倍）で観察し確認した。表１において、揮発物が確認できたものを×、確認できなかったものを○、と記した。また、ガラス成形体（レンズ）Ｇ２の表面及び内部における割れの発生の有無を評価し、表１において、割れの無いものを○、一部でも割れが観察されたものを×、と記した。
【００７６】
表１に示すように、実施例１〜５では、上金型５への揮発物の付着は見られず、ガラス成形体Ｇ２に割れの発生もなく、熱膨張係数αが１２０，１６０（×１０-7／℃）と比較的小さく、プレス成形時に発生するガラスの収縮による割れも防止できている。したがって、実施例１〜５は、溶融ガラスＧ１をシリンジ先端部１ｂから押し出すことにより下金型４へ供給し、上金型５でプレス成形を施す製造方法において好ましいことが分かる。
【００７７】
これに対し、比較例１，２では、ガラス成形体Ｇ２に割れが発生し、ガラスの揮発物の付着も見られる。したがって、比較例１，２は上記製造方法において好ましくないことが分かる。熱膨張係数αがそれぞれ２１０，２１９（×１０-7／℃）と大きいため、急激な温度変化によるストレスに耐えられないものとなっている。また、Δη／ΔＴの値がそれぞれ５２，６９と小さくなっており、揮発発生の抑制が小さいためと推測される。
【００７８】
表１に示すように、実施例１〜５のガラス転移温度Ｔｇは、３７０℃，２５４℃であり、２５０℃を超えている。このため、反射防止膜をコートする際、十分な温度を設定することができ、安定した成膜が可能である。
【００７９】
【表１】
2016150887.tif 000003
【符号の説明】
【００８０】
１    シリンジ
１ａ    本体チューブ
１ｂ    シリンジ先端部
２    プランジャー
３    ヒーター
４    下金型
５    上金型
Ｇ０    ガラス片（ガラス材料）
Ｇ１    溶融ガラス
Ｇ２    ガラス成形体（光学素子，レンズ）
【図１】
2016150887.tif 000004
【図２】
2016150887.tif 000005
【図３】
2016150887.tif 000006