(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熔融ガラス塊を浮上状態で冷却しながら成形して精密プレス成形用プリフォームを成形するために用いられる成形型において、
前記成形型は、底部と前記底部の周囲を囲ように立設された側壁とを有する凹状のガラス成形部を備え、
前記側壁は、前記ガス噴出口から噴出するガスを前記ガラス成形部の開口方向に向けて流すガス流路を有し、
前記ガス流路は、底部からガラス成形部の開口の方向に垂直に、または傾斜して延存する複数の溝であり、
前記底部は、前記ガラス塊に風圧を加えて浮上させるためのガスを噴出する複数のガス噴出口を有することを特徴とする成形型。
【請求項２】
前記ガス流路を有する側壁の表面は、連続面からなる波形または断続面からなる波形である請求項１に記載の成形型。
【請求項３】
前記複数のガス噴出口を有する底部は、通気性を有する多孔質材料により構成される請求項１〜２のいずれかに記載の成形型。
【請求項４】
前記精密プレス成形用プリフォームが、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の成形型。
【請求項５】
前記精密プレス成形用プリフォームの側面は、前記ガラス成形部の側壁により成形される請求項４に記載の成形型。
【請求項６】
熔融ガラスを流出して熔融ガラス塊を分離し、前記ガラス塊を成形型に設けられたガラス成形部で浮上状態にて冷却しつつ成形して精密プレス成形用プリフォームを得る、精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記成形型として、請求項１〜５のいずれかに記載の成形型を用い、かつ前記成形型のガラス成形部で前記熔融ガラス塊を浮上状態にて保持することで、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える、精密プレス成形用プリフォームを成形することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
【請求項７】
前記ガラス塊の容積は、前記ガラス成形部の容積の40〜65％の範囲とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
ガラス成形部に保持したガラス塊の上面をプレスすることを含む、請求項６〜７のいずれかに記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項９】
前記精密プレス成形用プリフォームは、２つの端面が独立に凸面または凹面であり、
前記側面は熔融状態のガラスを固化して得られた面からなり、
前記回転対称軸に一致する軸を有し、かつ前記プリフォームに外接する仮想的な円柱を想定したときに、当該円柱の高さｈに対する直径φの比（φ／ｈ）が１以上かつ３以下であり、
前記円柱の容積V0に対する前記プリフォームの体積Vの比（Ｖ／V0）が６８％以上である、請求項６〜８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれかに記載の方法により精密プレス成形用プリフォームを作製し、前記精密プレス成形用プリフォームの少なくとも一部を研磨する精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずれかに記載の製造方法で得られる精密プレス成形用プリフォームを、プレス成形型を用いて精密プレス成形することを含む、光学素子の製造方法。
【請求項１２】
プレス成形型を構成し、プリフォームを加圧するための対向する型部材の少なくとも一方の成形面が凸面であることを特徴とする請求項１１に記載の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、成形型、この成形型を用いるガラス成形体の製造方法、光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学ガラス製のガラス素材(プリフォームとも呼ぶ)を加熱し、プレス成形して型の成形面の形状をガラスに精密に転写し、非球面レンズなどの光学素子を生産する方法として精密プレス成形法（モールドプレス法ともいう。）が知られている。レンズなどの光学素子は、回転対称形状を有するため、プリフォームの形状も回転対称形状とし、対称軸方向からプリフォームをプレスしてプレス成形型内にガラスを均等に押し広げる。特許文献１、２には、このようなプリフォームと精密プレス成形法による光学素子の製造方法の一例が記載されている。
【０００３】
また、上記光学素子の製造に用いられるプリフォームの製造方法には、ガラスブロックを研削及び研磨する方法と熔融ガラスから作る方法とがある。さらに、熔融ガラスから作る方法にも、熔融ガラスから直接プリフォームを作る方法と、熔融ガラスを成形し、プリフォームの形状に近似するガラス成形体を作り、この成形体を研磨してプリフォームを作る方法とがある。熔融ガラスから、プリフォームを作る方法は、ガラスブロックを研削及び研磨する方法に比べて生産性が高い。
【０００４】
特許文献１及び２に開示されている熔融ガラスからプリフォームを直接作る方法では、滑らかな表面を持つガラスを成形するため、成形型上でガラス塊に風圧を加えて浮上させた状態でガラスを成形し、成形終了後に成形型からガラス成形体を取り出し、空になった成形型に再度、熔融ガラス塊を供給して成形を行う。複数の成形型をターンテーブルに配置してテーブルをインデックス回転することにより、連続して流出する熔融ガラスからガラス成形体を次々に作り出すことができる。
【０００５】
ところで、近年、凹メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズなどの少なくとも一方の光学機能面が凹形状のレンズの需要が高まっている。特許文献３および４は、こうした一方または両方の光学機能面が凹形状のレンズの製造方法について開示する。特許文献３には、第１の型部材と第２の型部材とからなる１対の成形型を用いて、加熱下でガラスをプレス成形することによりメニスカス状の光学素子を製造する方法が記載されている。この方法は、光学素子成形用のガラス素材として、平面部を鏡面とした円柱状ガラスを、１０3 Ｐａ以下の雰囲気で、前記ガラスの屈伏点以上の温度に加熱し、自重変形により、片面が凸形状、他面が凹形状になるように、熱変形させたものを用いることを特徴とする。特許文献４には、互いに対向する第１の型と第２の型とからなる一対の成形用型を用いて、ガラス素材を加熱下でプレス成形する光学素子の成形法が記載され、前記ガラス素材は、直径の異なる円柱状のガラス素材を２個以上、前記両型の間で、重ねられて、プレス成形されることを特徴とする。
【特許文献１】特開２００７−９９５２９号公報
【特許文献２】特開２００３−４０６３２号公報
【特許文献３】特開平９−２９５８１７号公報
【特許文献４】特開平９−２４９４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
凹メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズなどの少なくとも一方の光学機能面が凹形状のレンズの需要が高まっていることは、前述のとおりである。このようなレンズは、両凸レンズや平凸レンズと比較して、レンズ全体の体積中、光軸付近よりも光軸から離れた部分（レンズの周辺部分）の占める体積の割合が高い。つまり、こうしたレンズを成形する際、成形型内の空間は型の中心軸（成形されるレンズの光軸と一致する。）付近で狭く、軸から離れるにつれて広くなる。この空間内にガラスを押し広げようとすると、ガラスが成形面に沿って広がらず、側面方向に逃げてしまう。その結果、成形面全域にガラスが十分行き渡らず、光学機能面全域にわたり高い面精度を有するレンズが得られない。こうした傾向は、凹状の光学機能面の周辺部で特に顕著になる。
【０００７】
成形の際に上記のような問題がある凹メニスカスレンズ等について、面精度の優れたレンズを作製するためには、例えば、レンズ形状に近似する形状にプリフォームを加工し、精密プレス成形する方法が考えられる（第一の方法）。しかし、この方法では、プリフォームの被プレス面、すなわち、精密プレス成形時に成形型によって加圧される面の形状を精密に加工しないと、ガラスと成形面の間に雰囲気ガスが閉じ込められ（ガストラップという。）、その部分で成形面の形状をガラスに転写できないため、面精度が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
他の方法として、中心肉厚の大きいプリフォームを使用する方法が考えられる（第二の方法）。この方法は、精密プレス成形時のガラス変形量を積極的に大きくすることにより、成形面全域にガラスを行き渡らせ、それにより、成形面全域をガラスに転写する方法である。しかし、この方法では、レンズの体積に比べてプリフォームの体積を大幅に大きくしなければならず、成形面の外側にはみ出すガラス（余肉という。）も多くせざるを得ない。こうした余肉が多い成形品を冷却すると、ヒケと呼ばれる現象によって余肉部分の体積収縮が大きくなり、光学機能面の余肉に近い部分が変形し、レンズの面精度が低下してしまう。
【０００９】
さらに、余肉部分が大きいと、プレス成形品を収容するため、プレス成形型を構成するスリーブ型の内径を大きくせざるを得ず、プレス成形型全体も大きくせざるを得なくなる。しかし、プレス成形型を大きくすると型の均熱性が低下し、レンズの面精度を十分高められない。また、プレス成形型はＳｉＣや超硬材など高価な材料から作られるため、型の大型化は型材費用の増加につながる。また、型を大型化することにより加工費もアップしてしまう。
【００１０】
さらに、余肉が多いと芯取り加工に要する時間が増加し、生産コストを押し上げることになってしまう。さらに、精密プレス成形法の特長の一つであるガラスの利用率を高める観点からも、余肉の多い成形は好ましいとはいえない。
【００１１】
また、レンズ体積に比べてプリフォーム体積を大幅に大きくしなければならないので、プリフォームの加熱や精密プレス成形品の冷却に要する時間を長くしなければならず、スループットが低下してしまう、という問題も生じる。
【００１２】
こうした事情に照らして前記特許文献３及び４に記載の方法を検討すると、特許文献３に記載の方法は、加熱による自由変形を利用する方法であるため、直径に対して肉厚を大きく取れない。従って、特許文献３に記載の方法は、上記第２の方法に適さない。また、自由変形を利用する方法であるため、レンズ形状に極めて近似した形状のガラス素材を作ることも難しいため、第１の方法にも適さない。
【００１３】
特許文献４に記載の方法では、重ね合わせるガラスの枚数が多いと研磨時の手間やコストが増加し、反対に少ない場合には精密プレス成形のときの余肉が増えてレンズの面精度が低下したり、芯取り時の手間とコストが増加する。
【００１４】
精密プレス成形時に成形型によって加圧される面の形状を精密に加工することなしに、光学素子の体積に比べてプリフォーム体積を大幅に大きくすることなく、所定の面精度を有する光学素子、特にメニスカスレンズや両凹レンズなど凹状の光学機能面を備える光学素子を効率よく生産する新たな技術が必要とされているが、そのような技術が存在しないのが現状である。
【００１５】
さらに、上記のような凹形状の光学機能面を備えるレンズにおいては、光学設計上、高屈折率のガラスを用いることが好ましい。屈折率の高いガラスとしては、例えば、Ｂ2Ｏ3−Ｌａ2Ｏ3系ガラスに代表される高屈折率中低分散ガラス、リン酸系ガラスに代表される高屈折率高分散ガラスが挙げられる。
【００１６】
高屈折率中低分散ガラスは、精密プレス成形に適した粘性に相当する温度幅が狭いので、プレス成形時の温度制御が難しい。温度が低すぎると必要なレンズの面精度が得られず、あるいはカン、割れが生じることがある。一方、温度が高すぎると、プレス成形型との融着を引き起こす。
【００１７】
高屈折率高分散ガラスは、プレス成形型との反応性が高く、型との融着を引き起こしやすい。また、型との反応によると思われる放射状の傷がレンズ表面に生じやすい。ガラスと型との反応を抑えるには、プレス成形時の温度を下げて、前記反応性を低下させることが望まれる。
【００１８】
こうしたトラブル（融着や放射傷の発生）を解消するには、精密プレス成形時のガラスの温度をなるべく低くすることが望ましい。そのため、高粘度状態のガラスをプレスすることになる。前述のようにプリフォーム表面に研削痕などの微細な傷が存在すると、精密プレス成形時にガラスの破損などの不良が生じやすい。また、ガラスの研磨では、水などの液体をガラス表面に適用しながら研磨を行うが、リン酸ガラスの場合、特に表面に水和層などの変質層が形成されやすく、この変質層が精密プレス成形時に型成形面との融着を助長してしまう。
【００１９】
こうした傾向は、高屈折率中低分散ガラスでは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５４０℃以上を超えるか屈折率（ｎｄ）が１．７５以上になると顕著になり、高屈折率高分散ガラスでは、屈折率（ｎｄ）が１．７５以上になると顕著になる。
【００２０】
いずれにしても面精度の高い光学素子を得るにあたり、ガラスの破損防止を確実に行う必要がある。
【００２１】
そこで本発明者らは、
（１）精密プレス成形時に成形型によって加圧される面の形状を精密に加工することなしに、
（２）レンズ体積に比べてプリフォーム体積を大幅に大きくすることなく、
（３）ガラスを破損させることなく、
（４）所定の面精度を有する光学素子を効率的に生産することができる
精密プレス成形用プリフォームを提供するべく種々検討した。その結果、所定の形状を有する精密プレス成形用プリフォームが、上記課題を解決し得ることを見いだした。
【００２２】
しかるに、従来、そのような精密プレス成形用プリフォームを、熔融ガラス塊を浮上状態で保持し、かつ冷却する過程で成形するに適した成形型及びそのような成形型を用いた製造方法は知られていなかった。
【００２３】
そこで本発明の目的は、
（１）精密プレス成形時に成形型によって加圧される面の形状を精密に加工することなしに、
（２）レンズ体積に比べてプリフォーム体積を大幅に大きくすることなく、
（３）ガラスを破損させることなく、
（４）所定の面精度を有する光学素子を効率的に生産することができる
精密プレス成形用プリフォームを製造するために用いることができる成形型を提供することにある。
【００２４】
さらに本発明は、上記成形型を用いた精密プレス成形用プリフォームまたは精密プレス成形用プリフォームの母材として使用できる成形体の製造方法を提供することを目的とする。
【００２５】
加えて、本発明は、上記製造方法で製造された精密プレス成形用プリフォームを用いた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】
【００２６】
本発明は以下のとおりである。
［１］熔融ガラス塊を浮上状態で冷却しながら成形して精密プレス成形用プリフォームを成形するために用いられる成形型において、
前記成形型は、底部と前記底部の周囲を囲ように立設された側壁とを有する凹状のガラス成形部を備え、
前記側壁は、前記ガス噴出口から噴出するガスを前記ガラス成形部の開口方向に向けて流すガス流路を有し、
前記ガス流路は、底部からガラス成形部の開口の方向に垂直に、または傾斜して延存する複数の溝であり、
前記底部は、前記ガラス塊に風圧を加えて浮上させるためのガスを噴出する複数のガス噴出口を有する
ことを特徴とする成形型。
［２］前記ガス流路を有する側壁の表面は、連続面からなる波形または断続面からなる波形である［１］に記載の成形型。
［３］前記複数のガス噴出口を有する底部は、通気性を有する多孔質材料により構成される［１］〜［２］のいずれかに記載の成形型。
［４］前記精密プレス成形用プリフォームが、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える、［１］〜［３］のいずれかに記載の成形型。
［５］前記精密プレス成形用プリフォームの側面は、前記ガラス成形部の側壁により成形される［４］に記載の成形型。
［６］熔融ガラスを流出して熔融ガラス塊を分離し、前記ガラス塊を成形型に設けられたガラス成形部で浮上状態にて冷却しつつ成形して精密プレス成形用プリフォームを得る、精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記成形型として、［１］〜［５］のいずれかに記載の成形型を用い、かつ前記成形型のガラス成形部で前記熔融ガラス塊を浮上状態にて保持することで、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える、精密プレス成形用プリフォームを成形することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
［７］前記ガラス塊の容積は、前記ガラス成形部の容積の40〜65％の範囲とする［６］に記載の製造方法。
［８］ガラス成形部に保持したガラス塊の上面をプレスすることを含む、［６］〜［７］のいずれかに記載のガラス成形体の製造方法。
［９］前記精密プレス成形用プリフォームは、２つの端面が独立に凸面または凹面であり、
前記側面は熔融状態のガラスを固化して得られた面からなり、
前記回転対称軸に一致する軸を有し、かつ前記プリフォームに外接する仮想的な円柱を想定したときに、当該円柱の高さｈに対する直径φの比（φ／ｈ）が１以上かつ３以下であり、前記円柱の容積V0に対する前記プリフォームの体積Vの比（Ｖ／V0）が６８％以上である、［６］〜［８］のいずれかに記載の製造方法。
［１０］［６］〜［９］のいずれかに記載の方法により精密プレス成形用プリフォームを作製し、前記精密プレス成形用プリフォームの少なくとも一部を研磨する精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
［１１］［６］〜［１０］のいずれかに記載の製造方法で得られる精密プレス成形用プリフォームを、プレス成形型を用いて精密プレス成形することを含む、光学素子の製造方法。
［１２］プレス成形型を構成し、プリフォームを加圧するための対向する型部材の少なくとも一方の成形面が凸面であることを特徴とする［１１］に記載の光学素子の製造方法。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、高精度な光学素子を効率よく生産するための精密プレス成形用プリフォームを製造するために使用される成形型を提供することができる。さらに本発明によれば、上記成形型を用いた精密プレス成形用プリフォームまたは精密プレス成形用プリフォームの母材として使用できる成形体の製造方法を提供することができる。加えて、本発明によれば、上記製造方法で製造された精密プレス成形用プリフォームを用いた光学素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
［成形型］
本発明は、熔融ガラス塊を浮上状態で冷却しながら成形してガラス成形体を得るために用いられる成形型に関する。本発明の成形型は、底部と前記底部の周囲を囲ように立設された側壁とを有する凹状のガラス成形部を備え、かつ前記底部は、前記ガラス塊に風圧を加えて浮上させるためのガスを噴出する複数のガス噴出口を有することを特徴とする。
【００２９】
本発明の成形型は、前述のように、特定の形状を有するプリフォーム等の成形体を成形するのに適した成形型である。そのような成形体は、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える、ガラス成形体である。さらに、この成形体は、２つの端面が独立に凸面または凹面であり、前記側面は熔融状態のガラスを固化して得られた面からなり、前記回転対称軸に一致する軸を有し、かつ前記プリフォームに外接する仮想的な円柱を想定したときに、当該円柱の高さｈに対する直径φの比（φ／ｈ）が１以上かつ３以下であり、前記円柱の容積V0に対する前記プリフォームの体積Vの比（Ｖ／V0）が６８％以上である成形体ことが好ましい。この成形体については後述する。
【００３０】
本発明の成形型は、底部と前記底部の周囲を囲ように立設された側壁とを有する凹状のガラス成形部を備える。さらに、ガラス成形部の底部は、前記ガラス塊に風圧を加えて浮上させるためのガスを噴出する複数のガス噴出口を有する。
【００３１】
これまでに知られているプリフォーム等のガラス成形体を浮上成形するために用いられていく成形型にも、ガス噴出口を有する底部とこの底部からそのまま側壁が連続している構造の凹状のガラス成形部を備えるものは、例えば、特許文献2に記載がある。しかし、本発明の成形型は、底部に設けられたガス噴出口が複数であり、かつ前記底部の周囲を囲ように立設された側壁を有する凹状のガラス成形部を備える点が特徴であり、このようなガラス成形部を備える成形型は、知られていない。
【００３２】
前記複数のガス噴出口を有する底部は、例えば、通気性を有する多孔質材料により構成されることができる。あるいは、非多孔質材料であって規則的または不規則にガス噴出口が設けられたものであってもよい。複数のガス噴出口を有する浮上成形用の成形型は、これまでにも知られている。
【００３３】
具体的には、ガラス成形部の底部は多孔質体で作り、当該多孔質体の背面、すなわち、ガラス塊と対面する面の背面に高圧のガスを供給し、多孔質体を通してガラス塊と対面する面からガスを噴出させることが好ましい。こうすることにより、底部のガラス塊と対面する面全域から均等にガスを噴出することができ、ガラス塊の下面に比較的均等に上向きの風圧を加えることができる。そのため、粘度が低い状態のガラス塊下面の局部にガス噴出による風圧が集中し、ガラス塊下面に凸凹が生じるのを防ぐことができる。
【００３４】
前記成形型では、ガラス塊を浮上させるための風圧を、底部に設けたガス噴出口から噴出するガスによって得るため、底部に面するガラス表面に均等にガスを噴出することが好ましい。こうしたガス噴出を行うため、底部を多孔質体で形成することが好ましく、多孔質体の背面にガスを供給するためのガス流路を備えることが好ましい。多孔質体の背面に高圧のガスを供給して多孔質体を透過させることにより、その表面から均等にガスを噴出させることができる。
【００３５】
底面と同様、側壁も多孔質体で構成し、多孔質体の背面にも高圧のガスを供給すると、側面から噴出するガスにより底面からの噴出ガスの抜け道が塞がれやすい。その結果、底面への十分な風圧が得られずガラスの浮上状態が悪化するおそれがある。そこで、底面と側壁のうち、底面のみにガス噴出口を設けることが好ましい。底面のみにガス噴出口を設けることで、ガラス塊を安定して浮上させることもできる。
【００３６】
底部の形状は、成形体であるプリフォームの被プレス面もしくは被プレス面に加工されるプリフォーム母材の底面の形状を反転した形状もしくは前記形状に近似する形状にすることが好ましい。
【００３７】
なお、ガラス成形部の底部の形状が凹面の場合、上記形状の側壁がないとガラス塊は揺れやすくなるが、本発明によれば、底部の形状が凹面の場合でもガラス塊を安定して浮上させることができる。
【００３８】
側壁の形状は、円柱の側面形状もしくは裁頭円錐の側面形状、あるいは、円柱の側面形状に近似する形状もしくは裁頭円錐の側面形状に近似する形状のいずれかであることもできる。ここで、円柱の側面形状に近似する形状、裁頭円錐の側面形状に近似する形状とは、前述のように側壁に溝や凸部を設ける場合があるからである。側壁はガラス塊あるいはガラス成形体の揺れを抑制する働きをするが、こうした機能を発揮する範囲で、円柱の側面形状に近似した形状、あるいは裁頭円錐の側面形状に近似した形状であればよい。
【００３９】
充填率の大きいプリフォームを成形するには、側壁が垂直または垂直に近い成形型が望ましい。こうした成形型では、ガラス成形部からプリフォームを円滑に取り出せるよう、側壁を上開き、すなわち、側壁の形状を裁頭円錐の側面形状または前記形状に近似する形状とし、開口部を底部よりも大きくすることが好ましい。こうすることにより、ガラス成形部からスムースにプリフォームを取り出すことができる。
【００４０】
前記側壁には、ガス噴出口から噴出するガスを前記ガラス成形部の開口方向に向けて流すガス流路を有することが好ましい。具体的には、ガス流路は、底部からガラス成形部の開口の方向に垂直に、または傾斜して延存する複数の溝であることができ、ガス流路を有する側壁の表面は、連続面からなる波形または断続面からなる波形であることができる。連続面からなる波形とは、角のない溝と山脈が交互に現れる形状であり、それに対して、断続面からなる波形とは、溝と山脈が交互に現れる形状であり、かつ溝と山脈の接線が角を形成している形状である。この両者の中間的な形状（例えば、断続面からなる波形であって、溝と山脈の接線である角が丸みを帯びている形状）であることもできる。
【００４１】
本発明の成形型とは、前述のように、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える、ガラス成形体を成形するために用いられる。成形体の一方の端面は、特に、成形型の底部に相応する形状に成形され、側面は、成形型の側壁に相応する形状に成形される。本発明の成形型が、側壁にガス流路を有することで、ガス噴出口から噴出されたガスの少なくとも一部は、ガス流路を経由して開口に至り、ガラス塊を安定して、ガラス成形部に保持することを可能にする。さらに、ガス流路及びガス流路以外の側壁とガラス塊との隙間を通過するガスは、ガラス塊と側壁との接触を回避または緩和して、ガラス成形体の側面を熔融状態のガラスを固化して得られた面とすることができる。
【００４２】
本発明の成形型を図1〜3に基づいて、さらに説明する。
図1の(A)に示すのは、本発明の成形型の一実施態様である成形型10である。成形型10は、底部基部材11、底部基部材11の中央の開口部に設けた多孔質材料により構成される底部形成部12及び、側壁構成部材13から構成される。側壁構成部材13は、内壁が、成形部の側壁を構成する。さらに、側壁構成部材13は、複数の部分に分割可能とすることができ、成形後のガラス成形体の取り出しの際に、図1の(B)に示すように、外側に移動して、取り出しを容易にすることができる。
【００４３】
図2の(A)に示すのは、本発明の成形型の一実施態様である成形型20である。成形型20は、底部基部材21、底部基部材21の中央の開口部に設けた多孔質材料により構成される底部形成部22及び、側壁構成部材23から構成される。側壁構成部材23は、内壁が、成形部の側壁を構成する。側壁構成部材23の下部は、底部基部材21の上部に設けられた凹部と対応する形状を有し、前記凹部に脱着可能に組み込んで組み立てることができる。さらに、底部基部材21の上部に設けられた凹部の内部には、磁石24を設け、側壁構成部材23を固定することもできる。さらに、側壁構成部材23の開口内部の側壁を構成する面23aには、縦方向に切られた溝からなるガス流路が成形されている。さらに、図2の(C)に示すように、側壁構成部材23の開口内部は、下側の開口が上側の開口より大きくなった、裁頭円錐形状（仮想の頂点が側壁構成部材23の上方にある）を有し、円錐の頂角の1/2に相当する角度αは、成形後、底部基部材21から側壁構成部材23を分離する際に、ガラス成形体が共に分離することがないように成形体の大きさを考慮して適宜決定でき、例えば、2 〜3 °の範囲にすることができる。なお、上記仮想の頂点とは、前記裁頭円錐の側面を側面の一部とする仮想的な円錐の頂点を意味し、円錐の頂角とは前記仮想的な円錐の頂角を意味する。成形後のガラス成形体の取り出しの際には、(B)に示すように、側壁構成部材23は取り外し、その後に、ガラス成形体搬入を容易にすることができる。
【００４４】
図3の(A)に示すのは、本発明の成形型の一実施態様である成形型30である。成形型30は、底部基部材31、底部基部材31の中央の開口部に設けた多孔質材料により構成される底部形成部32から構成される。底部基部材31の底部形成部32の上方は、内壁が、成形部の側壁を構成する。底部基部材31の内壁33の内部は、下側の内径が上側の開口より小さくなった、裁頭円錐形状（仮想の頂点が内壁33の上方にある）を有し、円錐の頂角の1/2に相当する角度αは、ガラス成形体を上方に垂直に取り出すときに引っ掛かりにより抵抗とならないように、また成形体の大きさを考慮して適宜決定でき、例えば、2 〜3 °の範囲であることができる。図3の(B)には、X-X'における底部基部材31の断面形状を示す。内壁33の内部に縦方向に設けられた溝からなるガス流路の凹凸が現れている。
【００４５】
側壁は回転軸対称形状もしくは略回転軸対称形状になっているが、底面も回転軸対称形状とし、側壁の対称軸と底面の対称軸が共通した軸になるようにすること、すなわち、ガラス成形部の形状も回転軸対称形状もしくは略回転軸対称形状とすることが望ましい。
【００４６】
こうすることで、ガラス成形体の形状も回転軸対称形状もしきは略回転軸対称形状とすることができる。ガラス成形体を研磨して精密プレス成形用プリフォームに加工する場合、すなわち、ガラス成形体をプリフォーム母材とする場合も、ガラス成形体の回転軸対称性を活かし、回転軸対称形状もしくは略回転軸対称形状の精密プレス成形用プリフォームに加工することが好ましい。
【００４７】
レンズなどに代表される回転軸対称形状の光学素子を精密プレス成形により作製する場合、プリフォームの形状も回転軸対称形状であることが望ましい。プリフォームを対称軸方向からプレスすることによりガラスを前記軸の周りに対称に押し広げ、偏肉のない、もしくは極めて少ないレンズに代表される光学素子を作ることができる。
【００４８】
ガラス成形部の底部の形状は凹面とし、底部に設けたガス噴出口から噴出するガスが底部とガラスの隙間、側壁とガラスの隙間からガラス成形部の開口部へと円滑に抜け出るようにすることが望ましい。ガラス塊に働く重力が上記隙間を狭めようとするのに対し、ガス噴出口から噴出するガスは上記隙間を形成しようとするので、ガラス塊に上向き方向の風圧が定常的に働くことになる。
【００４９】
上記のようにガラス成形部の側壁は切り立っているため、ガラス成形部内の熔融ガラス塊は、その側面が側壁により規制され、液滴形状から大きく外れることになる。このような状態では、表面張力により熔融ガラス塊が液滴形状になろうとし、ガラスと側壁の隙間が狭まり、底部から噴出したガスがガラスと側壁の間から抜けにくくなりやすい。このような状態を解消するため、側壁に底面側からガラス成形部の開口方向に向かって溝を形成した成形型を用いることが好ましい。ガラスは表面張力によって溝の奥まで進入しにくいので溝の奥に上記ガスが流れる隙間ができやすい。局所的にガスが抜けやすい部分を作ることにより、その部分にはガラスが余計進入しにくくなり、ガスの流路となるガラスと側壁の隙間が安定して確保される。その結果、ガスがガラスとガラス成形部の間に溜まり、ガラス成形体の形状を変形させ、あるいはガラスが不安定な挙動をとらないようにすることができる。
【００５０】
側壁の好ましい形状はガラス成形部の底部側からガラス成形部の開口部に向けて伸びる溝を複数備え、各溝が一定の間隔で並び、各溝の幅、深さが互いに等しい形状であり、各溝が互いに平行である形状がより好ましい。この場合、対称軸に対して直交する側壁の断面形状は、円周上に等間隔で深さ、幅が互いに等しい溝が形成されている形状になる。側面形状をこうした形状にすることで、成形型の底部から噴出したガスがガラス塊側面のある部分に偏って流れることがないので、ガラス成形体やプリフォームの軸対称性が低下しない、あるいは充填率（Ｖ／Ｖ0）が低下しないという効果を得ることができる。
【００５１】
側壁に上記のように溝を設けた場合、ガラス成形体の側面には前記溝の形状を反映した凹凸部あるいは波形形状が形成される。側壁に溝が複数ある場合には、ガラス成形体の側面に複数の凸部が形成され、これら凸部の間に溝ができる。こうしたガラス成形体の凸部は、成形型の側壁の溝に嵌ることによってガラス成形体の揺れを一層抑える働きをする。
【００５２】
［ガラス成形体の製造方法］
以下、ガラス成形体の製造方法について説明する。
本発明のガラス成形体の製造方法は、熔融ガラスを流出して熔融ガラス塊を分離し、前記ガラス塊を成形型に設けられたガラス成形部で浮上状態にて冷却しつつ成形してガラス成形体を得る方法である。このような工程でガラス成形体を得る方法は、良く知られている。しかし、本発明は、前記成形型として、上記本発明の成形型を用い、かつ前記成形型のガラス成形部で前記熔融ガラス塊を浮上状態にて保持することで、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える、ガラス成形体を成形することを特徴とする。
【００５３】
まず、ガラス原料を耐熱性容器内で加熱、熔融し、清澄、均質化した後、前記容器に接続したパイプから熔融ガラスを連続的に一定スピードで流出する。一方、複数の成形型をインデックス回転するターンテーブル上にテーブルの回転軸を中心とする円周上に一定間隔で配置し、上記パイプの真下を含む複数の位置で各成形型が停留を繰り返しながら一方向に回転するようにする。
【００５４】
成形型がパイプの真下の位置（キャスト位置という。）に停留しているときに成形型に熔融ガラス塊を供給し、成形型がテーブルの回転により一周してキャスト位置に戻る前に前記ガラス塊をガラス成形体に成形し、成形型から取り出す。ガラス成形体の取り出しにより空になった成形型を再びキャスト位置に移送、停留させて上記工程を繰り返す。複数の成形型について同様の操作を行うことにより、連続して流出する熔融ガラスからガラス成形体を次々に製造する。
【００５５】
成形型への熔融ガラス塊の供給の一例は次のとおりである。キャスト位置に停留する成形型を上昇して熔融ガラス流を流出するパイプの下端に近づけ、熔融ガラス流の下端を成形型で受け、熔融ガラス流の途中にくびれを形成し、成形型を急降下してくびれ部分より下の熔融ガラスを分離して成形型上に熔融ガラス塊を得る。熔融ガラス流下端を受けるときのパイプ下端と成形型の距離、成形型を急降下させるタイミングなどを調整することにより、熔融ガラス塊の量を所望の量に調整することができる。なお、上記方法は一例であり、その他、公知の熔融ガラス塊の分離方法を適宜、利用することができる。
【００５６】
成形型への熔融ガラス塊の供給にあたり、ガラス成形部の中に熔融ガラス塊を側壁の下端よりも上の高さまで、例えば側壁の下端と上端の間の高さまで満たす。そして、底部のガス噴出口からガスを噴出し、ガラス塊に上向きの風圧を加えて浮上させた状態で成形、冷却する。こうすることで、ガラス塊の側面が側壁によって囲まれた状態で成形される。
【００５７】
本発明の製造方法では、成形型のガラス成形部で熔融ガラス塊を浮上状態にて保持することで、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える、ガラス成形体を成形する。前述したように、成形体の一方の端面は、特に、成形型の底部に相応する形状に成形され、側面は、成形型の側壁に相応する形状に成形される。成形型のガラス成形部の容積に対するガラス塊の容積の比率が一定の範囲の以上である場合に、成形体の側面が、成形型の側壁に相応する形状に成形される。この比率は、成形型の底部の平面積によっても変化するが、例えば、ガラス塊の容積は、ガラス成形部の容積の約40％以上の範囲とすることが適当である。但し、ガラス塊の容積がガラス成形部の容積の約40％未満であっても、成形型の底部の平面積によっては、側面は、成形型の側壁に相応する形状に成形される場合もある。
【００５８】
さらに、前記比率が４０％未満だと、成形型が不必要に大きくなり、型の上下動機構や移送機構に過剰な負担がかかるなどの問題も生じる。また、ガラス成形部の容積を大きくするとガラス成形部が深くなる。その結果、流出パイプから流出する熔融ガラスをガラス成形部に供給する際、流出パイプ先端をガラス成形部の奥まで入れなければならなくなる。しかし、パイプには、ガラスの粘度を適正範囲に保つため、加熱装置が取り付けられていたり、保温材で保温されているので、パイプ先端をガラス成形部の奥まで入れるのは困難である。したがって、前記比率を４０％以上にしてこうした不都合を解消することが望ましい。一方、前記比率が６５％を超えると、ガラス成形部内でガラス塊を安定して浮上させにくくなるため、上記比率を６５％以下にすることが望ましい。
【００５９】
前記成形型の底部からのガスの噴出量は、前記ガスの流量を段階的に調整してプリフォームやガラス成形体を試作し、得られた試作品の２つの端面のうち、成形型の底部側を向いていた面の曲率が所望の範囲になっているかどうかを調べ、範囲外になっている場合は、ガス流量を調整して適正な範囲にし、前記ガス流量に対応するガス噴出量に保って製造を行う。なお、ガス噴出量は、側壁がなく、ガラス成形部全体が多孔質体で構成された底部からなる従来の成形型でガラス塊を浮上するのに要するガス噴出量を大幅には異ならないので、まず、従来のガス噴出量で試作を行い、前述のようにガス噴出量を調整すれば、所望の成形を行うことができる。
【００６０】
熔融状態のガラスは粘性が低いため、浮上状態で、ガラス成形部の底部および側壁に沿うように変形し、前記底部と側壁との間に上記ガスからなる薄いガス層が形成される。この状態では、ガラス塊の側面がガラス成形部の側壁によって囲まれた状態になり、ガラス塊がガラス成形部内で浮上状態を保ちながら保持される。したがって、ガラス塊に水平方向に大きな加速度が働いても、ガラス塊が円柱の側面形状もしくは裁頭円錐の側面形状のガラス成形部側壁により支えられ、ガラス塊の揺れを抑えることができる。
【００６１】
従来の成形型は、ガラス塊の揺れを抑える上記形状の側壁がないため、ガラス塊に水平方向に大きな加速度が働くとガラス塊が成形型上で揺れてしまう。特に、ターンテーブルをインデックス回転するとガラス塊に周期的な加速度が加わることになるが、この加速度と成形型上のガラス塊の揺れが共振するとガラス塊の揺れは更に大きくなる。一方、本発明では、側壁がガラス塊の揺れを抑える働きをするので、周期的な加速度がガラス塊に加わっても揺れが大きくなることがない。
【００６２】
前述のように、ガラス成形部内の熔融ガラス塊は、その側面がガラス成形部の切り立った側壁により規制され、液滴形状から大きく外れることになる。このような状態では、表面張力により熔融ガラス塊が液滴形状になろうとし、ガラスと側壁の隙間が狭まり、底部から噴出したガスがガラスと側壁の間から抜けにくくなりやすい。側壁に底面側からガラス成形部の開口方向に向かうガス流路を設けた成形型を用いれば、ガラスは表面張力によって溝の奥まで進入しにくいので溝の奥に上記ガスが流れる隙間ができやすい。局所的にガスが抜けやすい部分を作ることにより、その部分にはガラスが余計進入しにくくなり、ガスの流路となるガラスと側壁の隙間が安定して確保される。その結果、ガスがガラスとガラス成形部の間に溜まり、ガラス成形体の形状を変形させ、あるいはガラスが不安定な挙動をとらないようにすることができる。
【００６３】
ガラス成形部に保持したガラス塊の上面形状は、熔融ガラス塊の表面張力と自重などのバランスにより定まる形状が冷却、固化した形状になるが、前記上面形状を所望の形状に変えたい場合は、ガラス成形部に保持したガラス塊の上面をプレスして所望の形状に成形することもできる。特に熔融ガラス塊の表面張力と自重などのバランスにより定まる形状は緩やかな凸面になるため、上面を凹面にしたり、ガラス塊の回転対称軸と上面の交点付近に凹部を形成したいときに上記方法は有効である。上面はガラス成形体の端面（被プレス面）の一方になる面であり、その形状については前述のとおりである。上記プレスは、成形型上のガラスが軟化状態にある間に行う。例えば、凸状成形面を有するプレス型で上記ガラスを上方からプレス成形することにより、ガラス上面を凹面に成形することができる。他方の被プレス面の形状は成形型の成形部の底面を反転した形状に成形される。成形部の底面を凹面にすることにより、他方の被プレス面を凸面に成形することができ、成形部の底面を凸面にすることにより、他方の被プレス面を凹面に成形することができる。プレス後、プレス型をガラスから離せば、ガラス（プリフォームに成形されている。）は再び浮上し、プレスによってガラス表面が急冷されて皺が生じたとしても、ガラス内部の熱によってガラス表面が再加熱され、皺を消失させ、滑らかな表面を有するプリフォームを作製することができる。この方法では、上記ガス噴出圧力が高い場合、プレス時にガスがガラス中に進入せず、ガラスが多孔質体中に進入しない程度にプレス時のガス噴出圧力を調整することが好ましい。ただし、ガラスの浮上が可能であって、プレス時にガスがガラス中に進入せず、ガラスが多孔質体中に進入しない場合、プレス時にガス噴出圧力を調整しなくてもよい。
【００６４】
上記のように成形型内で成形されたガラス成形体は、成形型から取り出される。成形型からの取り出は、側壁を有する成形型の形状に鑑み、ガラス成形体を挟持して取り出すよりも、ガラス成形体の上面を吸着して保持し、真上方向に成形型から取り出す方法が好ましい。こうした方法によれば側壁によってガラス成形体の取り出しが妨げられることなく、ガラス成形体の取り出しを実施することができる。
【００６５】
あるいは、図1及び2に示すように、成形型の底部と側壁を別部材で構成し、熔融ガラス塊収容時、あるいはガラスを成形している時は、底部と側壁を合体してガラス成形部を構成し、プリフォームを取り出す時に、プリフォームを載せた底部と側壁とを分離し、プリフォームを取り出すようにしてもよい。
【００６６】
このとき、図1に示すように、側壁を複数の部材で構成し、熔融ガラス塊収容時、あるいはガラスを成形している時は、前記部材同士を合体してガラス成形部を構成し、プリフォームを取り出す時に、上記部材を水平方向に分離して、プリフォームを取り出すようにしてもよい。あるいは、図2に示すように、底部と側壁は鉛直方向に分離するが、プリフォームを底部上に残すために側壁の形状を裁頭円錐の側面形状または前記形状に近似する形状とし、開口部を底部よりも小さくする、すなわち、側壁を下開き形状にすることが好ましい。こうすることにより、側壁からプリフォームをスムースに抜き出すことができる。
【００６７】
成形型から取り出したガラス成形体はアニールした後に室温まで冷却する。
【００６８】
［ガラス成形体］
本発明の製造方法で得られるガラス成形体の形状は、前述のようにガラス成形部の底部、側壁の形状に近似した底面（ガラス成形部内にある状態で下を向いている面）と側面（ガラス成形部内にある状態で側壁方向を向いている面）を有し、側面は円柱側面の形状もしくは裁頭円柱の側面の形状になる。上面（ガラス成形部内にある状態で上を向いている面）はプレスしたり、ガスを吹き付けたりしなければ、自由表面になり、中央部が盛り上がった緩やかな凸面となる。上面を平面にしたり、凹面にしたり、凸面でも曲率を制御したい場合は、ガラスが変形可能な状態にあるときに上面をプレスしたり、ガスを吹き付けて所望の形状にすればよい。精密プレス成形時、前記上面と底面はプレス成形型によってプレスされる被プレス面となる。
【００６９】
本発明の製造方法で得られるガラス成形体は、例えば、回転対称軸を有し、かつ前記回転対称軸と各々交差する2つの端面及び前記２つの端面の外周に接続する１つの側面を備える。さらに、このガラス成形体の前記２つの端面は、被プレス面であり、かつ独立に凸面または凹面であり、前記側面は熔融状態のガラスを固化して得られた面からなることが好ましい。さらに、このガラス成形体は、前記回転対称軸に一致する軸を有し、かつ前記プリフォームに外接する仮想的な円柱を想定したときに、当該円柱の高さｈに対する直径φの比（φ／ｈ）が１以上かつ３以下である。さらに、前記円柱の容積V0に対する前記プリフォームの体積Vの比（Ｖ／V0）が６８％以上であることが好ましい。
【００７０】
レンズのように光学機能面の形状が極めて高い回転対称性を有する光学素子を成形するには、回転対称軸を有するプリフォームを用いることが適切である。回転対称軸のまわりに任意の角度だけ回転する操作に対し、回転前後のプリフォームの輪郭を重ね合わせることができる。ただし、この回転対称性は、幾何学的に厳密である必要はなく、精密プレス成形によって所望の光学素子を作製できる程度であればよい。
【００７１】
本発明の製造方法で得られるガラス成形体の典型的な形状は、円筒形であるが、純粋に円筒形であるものもみならず、2つの端面の一方または両方が凸面であることができる。さらに、側面が、回転対称軸と並行である場合と非並行である場合のいずれであることもできる。
【００７２】
精密プレス成形によってガラスを均等に押し広げ、偏肉の少ない光学素子を得るには、回転対称軸の方向を向く面、すなわち、端面を精密プレス成形時の被プレス面とする。端面は凸面または凹面とすることができる。例えば、２つの端面とも凸面としたり、２つの端面と凹面としたり、２つの端面のうち、一方を凸面、他方を凹面とする。端面を凸面とするか凹面とするかは、成形するレンズなどの光学素子の形状を考慮して決めればよく、例えば、凹メニスカスレンズや凸メニスカスレンズを成形する場合は、２つの端面とも凸面とするか、２つの端面のうち、一方を凸面、他方を凹面とすることが好ましく、両凹レンズを成形する場合は、２つの端面とも凸面とするか、２つの端面とも凹面とするか、２つの端面のうち、一方を凸面、他方を凹面とすることが好ましい。そして、端面の曲率をプレス成形型の成形面の形状にあわせて決めることにより、精密プレス成形時のガストラップを防止することができる。
【００７３】
端面が凸面または凹面である場合、その曲率は、プレス成形型の成形面が球面の場合には当該球面の曲率、当該成形面が非球面の場合には当該非球面の非球面式の基準曲率等を考慮して、適宜決定できる。2つの端面の曲率は、同一または異なることができる。
【００７４】
さらに、前記凸面には、凸面の回転対称軸との交点を含む領域に凹部を備えることもできる。凹部の大きさ（凸面に対する割合）は、レンズの光学機能面が球面であれば当該球面の曲率、非球面であれば当該非球面の非球面式の基準曲率等を考慮して適宜決定できる。例えば、前記レンズの光学機能面の直径をｄとすると前記凹部の直径はｄ/3〜ｄ/2の範囲とすることができる。凹部の深さはレンズの球欠等を考慮して適宜決定できる。例えば、高さhとすると凹部の深さはｈ/５〜h/４とすることができる。
【００７５】
また、端面（被プレス面）が凸面の場合、前記端面の回転対称軸との交点を含む領域に凹部を設けることにより、前記被プレス面を凸形状の型成形面でプレスする際、成形面の中心とプリフォームの中心を位置合せしやすくなる。また、精密プレス成形品の量産時、プレス成形型内にプリフォームを導入し、上記被プレス面の凹部を凸形状の成形面の頂部で押さえることにより、プリフォームを導入したプレス成形型を移動しても型内のプリフォームの位置を固定状態に保つこともできる。端面が凹面の場合であって、凹面の中心、すなわち、最も窪んだ部分が端面の回転対称軸との交点を含む領域である場合にもこうした効果を得ることができる。
【００７６】
本発明の製造方法で得られるガラス成形体の側面の２つの外周縁は、２つの端面の外周のそれぞれに接続する。接続部分は、角を形成しているか、あるいは曲面であってもよい。あるいは、側面の２つの外周縁と端面の外周との間に、側面の２つの外周縁と端面の外周のそれぞれと接続する接続面が形成されていてもよい。
【００７７】
本発明の製造方法で得られるガラス成形体の側面は、円柱の側面形状または円柱の側面形状に近似する形状、もしくは裁頭円錐の側面形状または裁頭円錐の側面形状に近似する形状であることができる。このような形状の成形体によれば、充填率（Ｖ／V0）を一層高めることができる。円柱の側面形状とは、円柱断面の直径が断面のどの位置でも等しく、かつ側面の表面はなめらかな円柱に則したなめらかな曲面（曲平坦面）である。それに対して、円柱の側面形状に近似する形状とは、成形体の側面に後述する溝を備える場合など、幾何学的観点から厳密には円柱の側面形状ではないが、精密プレス成形や成形体の製造工程等の観点から円柱の側面形状と同等と見なせる形状を意味する。具体的には、円柱の側面形状に近似する形状とは、側面の表面に凹凸や溝（波状構造）を有するが、円柱断面のこれら凹凸や溝に外接または内接する円の直径が断面のどの位置でも等しい、形状を意味する。凹凸や溝の形状及び寸法は、成形するプリフォームの体積や当該円柱の高さｈに対する直径φの比、および下面側の曲率を考慮して適宜決定できる。成形体の側面に凹凸や溝（及び山脈）を有することで、後工程である成形工程において、成形体の側面がガストラップになることを防止でき、あるいはなめらかな曲面（曲平坦面）である場合に比べて、変形に対する抵抗が大きくなり、余肉形成抑制に効果がある。
【００７８】
また、裁頭円錐の側面形状は、円柱断面の直径が、一方の端面から他方の端面に向かって、減少または増加し、かつ側面の表面はなめらかな円柱に則したなめらかな曲面（曲平坦面）である。円柱断面の直径の減少または増加の程度は、プリフォームに要求される形状を考慮して適宜決定されるが、裁頭円錐の側面を側面の一部とする仮想的な円錐の頂角（全角２α）を４°〜６°の範囲にすることが、プリフォームの徐冷工程へ取り出しやすさという観点から適当である。なお、上記αは仮想的な円錐の中心軸と母線のなす角度（内角）である。
【００７９】
さらに、裁頭円柱の側面形状に近似する形状とは、プリフォームの側面に後述する溝を備える場合など、幾何学的観点から厳密には裁頭円柱の側面形状ではないが、精密プレス成形やプリフォームの製造工程等の観点から裁頭円柱の側面形状と同等と見なせる形状を意味する。具体的には、円柱の側面形状に近似する形状の場合と同様に、側面の表面に凹凸や溝（波状構造）を有するが、円柱断面のこれら凹凸や溝に外接または内接する円の直径が一方の端面から他方の端面に向かって、減少または増加する形状を意味する。凹凸や溝の形状及び寸法は、プリフォームの徐冷工程へ取り出しやすさを考慮して適宜決定できる。プリフォームの側面に凹凸や溝（及び山脈）を有することで、後工程である成形工程において、プリフォームの側面がガストラップになることを防止でき、あるいはなめらかな曲面（曲平坦面）である場合に比べて、変形に対する抵抗が大きくなり、余肉形成抑制に効果がある。
【００８０】
プレス方向に対して直交する方向にガラスが逃げてしまう、すなわち、プレスしたときにガラスが前記直交する方向に専ら広がり、ガラスが成形面に十分行き渡らないことも、光学素子の面精度を低下させる要因となる。こうしたプレス時のガラスの挙動を抑制する上から、側面において、２つの端面の一方側から他方側に向けて形成された複数の溝が形成されている成形体が好ましい。上記溝が側面に存在することにより、プレス時にガラスが型成形面に行き渡りながらプレス成形型内の空間に広がっていくため、面精度の高い光学素子をいっそう容易に製造することができる。側面の複数の溝は等間隔に配列していることが好ましい。こうすることにより、精密プレス成形時、成形体の回転対称軸を中心にして等方にガラスの広がりを制御することができる。なお、上記溝は回転対称軸に平行に形成されていてもよいし、回転対称軸に対して各々一定の方向に形成されていてもよいが、精密プレス成形時、前記回転対称軸を中心にして等方にガラスの広がりを制御する上から上記溝は前記回転対称軸に平行に形成されていることが好ましい。なお、上記溝は後述する方法により得ることができる。
【００８１】
精密プレス成形では、高粘度のガラスを高い圧力でプレスする。そして、本発明の製造方法で得られる成形体はプレス時の変形量が大きいため、成形体表面に研削痕や傷が存在すると、その部分を起点としてガラスが破損しやすい。こうしたトラブルを防ぐ上から、少なくとも成形体の側面を熔融状態のガラスを固化して得られた面、好ましくは前記側面に加えて２つの端面（被プレス面）も熔融状態のガラスを固化して得られた面とする。熔融状態のガラスを固化して得られた面とは、成形体全体あるいはプリフォームの母材となるガラス成形体全体を、熔融ガラスを冷却、固化して作ったときに得られるガラス表面を意味し、後述する火作り面、すなわち、ガラス表面のみを加熱、再熔融した後に固化して得られる面とは異なる。熔融状態のガラスを固化して得られた面には研削、研磨などの冷間加工が施されていないので、研削痕や研磨痕が存在せず、上記破壊の起点が存在しない。特に、上記観点から全表面が熔融状態のガラスを固化して得られた面である成形体が好ましい。また、ガラス表面を再熔融した後、冷却、固化して得られる火作り面も、再熔融によって研削痕や研磨痕が修復されて、微視的にも平滑な面になるので、上記破壊の起点が存在しない。
【００８２】
火作り面はファイヤーポリッシュと呼ばれる方法で得られる。しかし、火作り面ではガラス表面を高温に再加熱するため、ガラス表面が変質するおそれがある。特に、Ｂ2Ｏ3、アルカリ金属、フッ素、塩素などの揮発しやすい成分を含むガラスでは、ファイヤーポリッシュ時に揮発によってガラス表面が変質しやすい。また、一端、所望の形状に成形したガラスを再加熱、再熔融するため、ガラスが所望形状から変形してしまう。このような理由で、火作り面と熔融状態のガラスを固化して得られた面とを比較すると後者のほうが格段優れている。鏡面研磨面は、荒ずり、砂かけなどのラッピング工程を経た後、ポリシングされた面である。ラッピングされた面には多数の研削痕、研磨痕が存在し、これらが上記破壊の起点になる。鏡面研磨面では、こうした起点のうち大きなものは除去されるが、潜傷と呼ばれる極めて微細な傷が存在するため、鏡面研磨面を有する成形体は、熔融状態のガラスを固化して得られた面や火作り面によって全表面が構成される成形体に比べて耐破損性が低くなる。エッチング面も研削痕や研磨痕がエッチングにより除去されるので、表面がエッチング面の成形体も耐破壊性に優れている。ただし、潜傷がある表面をエッチングすると、傷が顕在化することにより耐破壊性が低下することがある。いずれにしても熔融状態のガラスを固化して得られる面とすることが格段と好ましい。
【００８３】
なお、熔融状態のガラスを固化して得られた面の例としては、自由表面、型成形面を熔融ガラスに転写して得られる型転写面などをあげることができる。自由表面は、例えば、熔融ガラス塊を浮上しながら成形することによって形成することができる。型転写面はプレス成形型でガラスをプレスしたり、熔融ガラスを鋳型に流し込むことによって形成することができる。
【００８４】
本発明の製造方法で得られる成形体は、形状を、成形体に外接する仮想的な円柱の高さｈに対する直径φの比（φ／ｈ）が１以上かつ３以下となるように調整したものである。比（φ／ｈ）が１より小さいと、側面部分または側面と端面（被プレス面）の境界部分がレンズの有効径内に入ってしまい、レンズ表面の品質を低下させるおそれが高くなる。一方、比（φ／ｈ）が３より大きいと、精密プレス成形時のガラスの変形量が小さくなり、ガラスを成形面全域に行き渡らせるのが難しくなる。また、成形体がプレス成形型の中で傾いて、レンズの偏肉・偏芯の原因になるおそれがある。したがって、比（φ／ｈ）を上記範囲にするが、比（φ／ｈ）の好ましい範囲は１〜2.6、より好ましい範囲は１〜2.4、さらに好ましい範囲は１〜2.0とする。
【００８５】
全表面が熔融状態のガラスを固化して得られた面である成形体を作製する上からも、本発明の成形体の形状は好都合である。全表面が熔融状態のガラスを固化して得られた面である成形体の作製では、後述するように熔融ガラス塊に風圧を加えて浮上させながら成形する。このとき、ガラス塊底面にガスを吹き付けて浮上させる風圧を得るが、φ／ｈが大きすぎると前記ガスがガラス塊の底面から側面に沿って抜けにくくなり、ガラス塊を安定して浮上させるのが困難になる。一方、φ／ｈが小さすぎるとガラス塊の底面に加わる風圧だけでガラス塊を浮上させることが困難になる。φ／ｈが本発明の範囲にあることにより、ガラス塊を安定して浮上させながら成形することもできる。なお、ガラス塊の浮上の安定化の観点からもφ／ｈの好ましい範囲は前述の範囲となる。
【００８６】
このようにして精密プレス成形時のガラスの変形量を確保した上で、ガラスの成形面からのはみ出し量を低減、抑制する上から、前記円柱の容積V0に対する成形体の体積Vの比（Ｖ／V0）を６８％以上とする。比（Ｖ／V0）は仮想的円柱内のガラスの充填率とも言える量であり、光学機能面全域の面精度を良好にしつつ、使用するガラスの量を低減するための指標と考えることができる。上記効果を高める上から、比（Ｖ／V0）を６９％以上にすることが好ましく、７０％以上にすることがより好ましく、７１％以上にすることがさらに好ましく、７２％以上にすることが一層好ましく、後述する側面の溝や端面が曲面であることによる充填率の減少を考慮すると、前記充填率の上限を９４％とすることが好ましく、９２％とすることがより好ましく、９０％とすることがさらに好ましく、８８％とすることが一層好ましい。
【００８７】
成形体が回転楕円体の場合、充填率（Ｖ／V0）は２／３（６６．７％）となり、成形体が球の場合も充填率（Ｖ／V0）は２／３（６６．７％）となる。したがって、これらの形状の成形体では精密プレス成形時のガラスの変形量を増加させるためにスケールアップしても、充填率（Ｖ／V0）は一定のため、ガラスの変形量を大きくできても、成形面からはみ出るガラスの量、すなわち、余肉の量も増加してしまう。その結果、余肉部分のヒケによってレンズの面精度が低下してしまう。また、余肉部分が大きいと、ガラスを収容するスリーブ型も大きくせざるを得ず、プレス成形型全体も大きくなるため、型の均熱性が低下して、光学機能面全域にわたり高い面精度の光学素子を作るのが難しくなる。
【００８８】
一方、本発明では、比（φ／ｈ）を１以上かつ３以下とし、かつ（Ｖ／V0）を７５％以上とするので、余肉の少ないプレス成形が可能になり、その結果、光学機能面全域にわたり面精度の高い光学素子を得ることができる。また、所定の光学素子に対してプレス成形型の大型化を抑えることができるので、型材費用や型の加工費を低減することもできる。さらに、芯取り加工によって除去されるガラスの量を削減するとともに、芯取り加工に要する時間を短縮化すること、ガラスの利用率を高めることができる。また、成形体の加熱や精密プレス成形品の冷却に要する時間を短縮し、スループットを上げることもできる。
【００８９】
φが成形面を平面視したときの直径よりも小さい成形体を使用すると、プリフォームの側面が精密プレス成形によって光学機能面になることがある。その場合でも、側面を鏡面にすることにより、平滑かつ面精度の高い光学機能面を成形することができる。ただし、平滑かつ面精度の高い光学機能面を成形し、精密プレス成形時のガラスの破損を低減、防止する上から、被プレス面と側面とが交わる稜を曲面とし、前記曲面も鏡面にしておくことが望ましい。ただし、平滑かつ面精度の高い光学機能面を成形する上から、φが成形面を平面視したときの直径よりも大きくなるようにすることが望ましい。
【００９０】
なお、側面の最大高さＲｙ（ＪＩＳ  Ｂ0601-1994による）に比べて、被プレス面の最大高さＲｙを小さくすることが平滑な光学機能面を形成する上から好ましい。具体的には、側面の最大高さＲｙは、好ましくは1μm以下、概ね0.3μm〜1μmの範囲とし、被プレス面である端面の最大高さＲｙは、0.02μm 以下、概ね0.01μm〜0.02μmの範囲とする。
【００９１】
なお、本発明の成形体は、後述する方法で作製できる他、ガラスを研削、研磨する方法によっても作製できるし、ガラスをプレス成形してから研削、研磨する方法などによってプリフォームを作製することができる。
【００９２】
本発明の成形体は、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズの成形のプリフォームとして好適に使用することができ、凹メニスカスレンズ、両凹レンズの成形に特に好適である。
【００９３】
凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズ等の材料として好ましいガラスは、ガラス成分としてＢ2Ｏ3およびＬａ2Ｏ3を含有するガラスである。こうしたガラスは、高屈折率低分散ガラスあるいは高屈折率中分散ガラスであり、前述のように精密プレス成形に適した粘度が得られる温度域が狭く、ガラス転移温度も高い。したがって、プレス成形温度が僅かに変動しただけで、プリフォーム側面に存在する破壊の起点から破壊がおきやすい。また、ガラス転移温度が高いガラスは、精密プレス成形時のプリフォーム加熱温度、プレス成形型の加熱温度も高くなるが、プレス成形型や型成形面に設ける離型膜の消耗を低減、防止する上から、プリフォーム、プレス成形型の両加熱温度をできるだけ低く抑えることが好ましい。こうした要望に応えると、ガラス変形量が大きい精密プレス成形において、高粘度のガラスをプレスすることになる。そのとき、表面に前述の破壊の起点が存在しない上記プリフォームであれば破損することなく、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズといった光学素子を成形することができる。
【００９４】
本発明の製造方法で得られる成形体の好ましい第１の具体例としては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５４０℃以上の光学ガラスにより構成される成形体、より好ましくはガラス転移温度（Ｔｇ）が５７０℃以上の光学ガラスにより構成される成形体、さらに好ましくはガラス転移温度（Ｔｇ）が５９０℃以上のガラスにより構成される成形体、より一層好ましくはガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃以上のガラスにより構成される成形体である。ただし、ガラス転移温度（Ｔｇ）が余りに高温になると精密プレス成形が困難になるおそれがあることから、ガラス転移温度（Ｔｇ）を６９０℃以下にすることが好ましい。
【００９５】
本発明の製造方法で得られる成形体の一態様である精密プレス成形用プリフォームを構成するガラスとして好ましいものは、例えば、以下の光学ガラスである。
【００９６】
プリフォームは、メニスカスレンズ、両凹レンズなど凹状のレンズ面を有するレンズの成形に適しているが、中でも凹メニスカスレンズ、両凹レンズといった負の屈折力を有するレンズの成形に好適である。こうしたレンズは、正の屈折力を有するレンズと組み合わせて色消しを行うのに適しており、正の屈折力を有するレンズを構成するガラスよりも低分散のガラスを使用することが望ましい。また、光学系のコンパクト化、およびレンズ面の曲率の絶対値を低減して精密プレス成形型の型加工や精密プレス成形を容易にする上から屈折率の高いガラスが望ましい。
【００９７】
こうした観点から、プリフォームを構成するガラスとしては、アッベ数νdが３５以上の範囲では屈折率ｎdが１．７０以上、アッベ数νdが３５未満の範囲では、下記（１）式を満たす屈折率ｎdを有する光学ガラスが好ましい。
ｎd≧２．４−０．０２×νd                                        ……  （１）
【００９８】
より好ましくは上記範囲内で屈折率ｎdが１．７５以上のガラスが好ましい。
ただし、低分散性を維持しつつ屈折率をいっそう高めるとガラス安定性が低下するため、前記範囲内の光学特性のうち、下記（２）式を満たす範囲にすることが好ましく、下記（３）式を満たす範囲にすることがより好ましい。
ｎd≦２．４８−０．０１２×νd   （ただし、屈折率ｎdが２．２以下）……  （２）
ｎd≦２．４２−０．０１２×νd   （ただし、屈折率ｎdが２．２以下）……  （３）
【００９９】
（注）
（１）式はｎd＝１．９０、νd＝２５とｎd＝１．７、νd＝３５を結ぶ直線
（２）式はｎd＝２．００、νd＝４５とｎd＝１．７、νd＝６５を結ぶ直線
（３）式はｎd＝２．００、νd＝３５とｎd＝１．７、νd＝６０を結ぶ直線
【０１００】
光学特性に加えて精密プレス成形用のガラスには比較的低いガラス転移温度を示すガラスが好ましい。こうした性質を実現するガラスとして、モル％表示において、ガラス成分として、
Ｂ2Ｏ3      ５〜７０％、
ＳｉＯ2     ０〜５０％、
ＺｎＯ      １〜５０％、
Ｌａ2Ｏ3    ５〜３０％、
Ｇｄ2Ｏ3    ０〜２２％、
Ｙ2Ｏ3      ０〜１０％、
Ｙｂ2Ｏ3    ０〜１０％、
Ｌｉ2Ｏ     ０〜２０％、
Ｎａ2Ｏ     ０〜１０％、
Ｋ2Ｏ       ０〜１０％、
ＭｇＯ      ０〜１０％、
ＣａＯ      ０〜１０％、
ＳｒＯ      ０〜１０％、
ＢａＯ      ０〜１０％、
ＺｒＯ2     ０〜１５％、
Ｔａ2Ｏ5    ０〜２０％、
ＷＯ3       ０〜２０％、
Ｎｂ2Ｏ5    ０〜１５％、
ＴｉＯ2     ０〜４０％、
Ｂｉ2Ｏ3    ０〜１０％、
ＧｅＯ2     ０〜１０％、
Ｇａ2Ｏ3    ０〜１０％、
Ａｌ2Ｏ3    ０〜１０％、
を含む光学ガラスを例示することができる。
【０１０１】
上記光学ガラスについて、以下に説明する。尚、以下、特記しない限り各成分の量はモル％にて表示するものとする。
【０１０２】
Ｂ2Ｏ3は必須成分であり、ガラス網目を形成する酸化物の役割を果たす。Ｌａ2Ｏ3などの高屈折率成分を多く導入する場合、ガラスの形成のためにＢ2Ｏ3を５％以上導入して主なネットワーク構成成分とし、失透に対する十分な安定性を付与するとともに、ガラスの熔融性を維持する必要があるが、７０％を超えて導入すると、ガラスの屈折率が低下し、高屈折率ガラスを得るという目的に適さなくなる。したがって、Ｂ2Ｏ3の導入量は５〜７０％、好ましくは１０〜６５％、より好ましくは１０〜６０％、更に好ましくは１５〜６０％である。
【０１０３】
ＳｉＯ2は任意成分であり、Ｌａ2Ｏ3などの希土類酸化物成分を多量に含有するガラスに対して、ガラスの液相温度を低下させ、高温粘性を向上させ、さらにガラスの安定性を大きく向上させるが、過剰の導入により、ガラスの屈折率が下がることに加え、ガラス転移温度が高くなり精密プレス成形が困難になる。そのため、ＳｉＯ2の導入量は０〜５０％、好ましくは０〜４０％、より好ましくは０〜３０％、更に好ましくは０〜２５％である。
【０１０４】
ＺｎＯは必須成分であり、ガラスの熔融温度や液相温度及び転移温度を低下させ、屈折率の調整にも欠かせない。その含有量が１％未満だと上記効果が弱く、５０％を超えて導入すると、分散が大きくなり、失透に対する安定性も悪化し、化学的耐久性も低下するので、その導入量は１〜５０％の範囲とし、好ましい範囲は３〜４５％、より好ましい範囲は５〜４０％、更に好ましい範囲は１０〜３５％である。
【０１０５】
Ｌａ2Ｏ3も必須成分であり、ガラスの失透に対する安定性を低下させずに、または分散を高めずに、屈折率を高くし、化学的耐久性を向上させる。しかし、５％未満では十分な効果が得られず、３０％を超えると失透に対する安定性が著しく悪化するため、その導入量は５〜３０％、好ましくは５〜２５％、より好ましくは５〜２２％、更に好ましくは５〜２０％とする。
【０１０６】
Ｇｄ2Ｏ3は、Ｌａ2Ｏ3と同様、ガラスの失透に対する安定性や低分散性を悪化させずにガラスの屈折率や化学的耐久性を向上させる成分である。Ｇｄ2Ｏ3は、２２％を超えて導入すると失透に対する安定性が悪化し、ガラス転移温度が上昇して精密プレス成形性が悪化する傾向があるため、その導入量は０〜２２％、好ましくは０〜２０％、より好ましくは０〜１８％、更に好ましくは０〜１５％とする。
【０１０７】
Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3は、高屈折率・低分散なガラスを実現する任意成分であり、少量導入する場合、ガラスの安定性を高め、化学的耐久性を向上させるが、過剰の導入によりガラスの失透に対する安定性を大きく損ない、ガラス転移温度や屈伏点温度を上昇させる。そのため、Ｙ2Ｏ3の含有量は０〜１０％とし、Ｙｂ2Ｏ3の含有量は０〜１０％とする。
【０１０８】
Ｌｉ2Ｏはガラス転移温度を低下させる効果が大きいが、過剰導入により屈折率が低下するとともに、ガラス安定性も低下する。したがって、Ｌｉ2Ｏの量を０〜２０％、好ましくは０〜１５％、より好ましくは０〜１０％、更に好ましくは０〜８％とする。なお、低温軟化性の付与を優先させる場合はＬｉ2Ｏの量を０．１％以上とする。
【０１０９】
Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏは熔融性を改善させる働きがあるが、過剰導入により屈折率やガラス安定性が低下するため、それぞれの導入量を０〜１０％とする。
【０１１０】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯも熔融性を改善させる働きがあるが、過剰導入により屈折率やガラス安定性が低下するため、それぞれの導入量を０〜１０％とする。
【０１１１】
ＢａＯは屈折率を高める働きをするが過剰導入により、ガラス安定性が低下するため、その導入量を０〜１０％とする。
【０１１２】
ＺｒＯ2は、高屈折率なガラスを実現し、かつガラスの低分散性を維持するために使われる必須成分である。ＺｒＯ2を導入することにより、ガラスの屈折率を低下させずに、高温粘性や失透に対する安定性を改善する効果が得られるが、１５％を超えて導入すると液相温度が急激に上昇し、失透に対する安定性も悪化するので、その導入量は０〜１５％、好ましくは０〜１２％、より好ましくは０〜１０％、更に好ましくは０〜８％とする。
【０１１３】
Ｔａ2Ｏ5は、高屈折率・低分散なガラスを実現する任意成分である。Ｔａ2Ｏ5を導入することにより、ガラスの屈折率を低下させずに、高温粘性や失透に対する安定性を改善する効果があるが、２０％を超えて導入すると液相温度が急激に上昇し、分散が増大するので、その導入量は０〜２０％、好ましくは０〜１７％、より好ましくは０〜１４％、更に好ましくは０〜１０％とする。
【０１１４】
ＷＯ3は、ガラスの安定性、熔融性を改善し、屈折率を向上させるために適宜導入される成分であるが、その導入量が２０％を超えると、分散が大きくなり、必要な分散特性が得られなくなり、ガラスの着色も増大するため、その導入量は０〜２０％、好ましくは０〜１８％、より好ましくは０〜１６％、更に好ましくは０〜１４％とする。
【０１１５】
Ｎｂ2Ｏ5は、ガラスの安定性を維持しつつ屈折率を高める任意成分であるが、過剰導入により分散が増大するため、その導入量は０〜１５％、好ましくは０〜１３％、より好ましくは０〜１０％、更に好ましくは０〜８％とする。
【０１１６】
ＴｉＯ2は、ガラスの屈折率の向上のため導入可能な任意成分であるが、過剰の導入によって分散が大きくなり、目的とする光学恒数を得ることができなくなったり、ガラスの着色が増大するため、その導入量は０〜４０％。好ましくは０〜３５％、より好ましくは０〜３０％、更に好ましくは０〜２５％とする。
【０１１７】
Ｂｉ2Ｏ3は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの安定性を向上する働きをする任意成分であるが、過剰導入によりガラスの安定性が低下し、液相温度が上昇する。そのため、その導入量は０〜１０％とする。
【０１１８】
ＧｅＯ2は、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの安定性を向上させる働きをする任意成分であり、その導入量は０〜１０％とし、０〜８％とするのが好ましい。ただし、他の成分に比べて桁違いに高価であるため導入しないことがより好ましい。
【０１１９】
Ｇａ2Ｏ3も、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの安定性を向上させる働きをする任意成分であり、その導入量は０〜１０％とし、０〜８％とするのが好ましい。ただし、他の成分に比べて桁違いに高価であるため導入しないことがより好ましい。
【０１２０】
Ａｌ2Ｏ3は、ガラスの高温粘性を高めるとともに液相温度を低下させ、ガラスの成形性を向上する働きをし、化学的耐久性を向上させる働きもする任意成分である。しかし過剰導入により屈折率が低下し、失透に対する安定性も低下するので、その導入量は０〜１０％とする。
【０１２１】
この他、Ｓｂ2Ｏ3が脱泡剤として任意に添加されるが、全ガラス成分の合計含有量に対してＳｂ2Ｏ3の添加量が１重量％を超えると、精密プレス成形時にプレス成形型の成形面が損傷を受けるおそれが生じるため、Ｓｂ2Ｏ3は全ガラス成分の合計含有量に対して０〜１重量％添加することが好ましく、０〜０．５重量％添加することがより好ましく、０〜０．１重量％添加することがさらに好ましい。
【０１２２】
一方、ガラス成分として導入しないことが好ましいものとして、ＰｂＯが挙げられる。ＰｂＯは有害であるとともに、ＰｂＯを含むガラスからなるプリフォームを非酸化性雰囲気中で精密プレス成形すると、成形体の表面に鉛が析出して光学素子としての透明性が損なわれたり、析出した金属鉛がプレス成形型に付着するといった問題が生じる。
【０１２３】
Ｌｕ2Ｏ3は、０〜３％と少量であれば導入することができる。しかし、一般に光学ガラスの成分としては、他の成分に比べて使用頻度が少なく、また、希少価値が高く光学ガラス原料としては高価であるため、コスト面から導入しないことが好ましい。
【０１２４】
カドミウム、テルルなどの環境上問題となる元素、トリウムなどの放射性元素、ヒ素などの有毒な元素も導入しないことが望ましい。また、ガラス熔融時の揮発などの問題からフッ素も導入しないことが望ましい。
【０１２５】
前述の範囲で所望の光学特性を得るため、上記説明にしたがって、上記組成範囲内で各成分の導入量を定めればよい。
【０１２６】
上記のように屈折率が高いガラスを精密プレス成形する場合、成形型の温度やガラスの温度が高くなると、ガラス中の成分、特に高屈折率付与成分と成形型の成形面、あるいは前記成分とプリフォーム表面にコーティングした膜とが化学反応をおこし、ガラス表面にクモリや傷が生じたり、ガラスが成形型に貼りつくといったトラブルが生じやすい。こうしたトラブルを回避するには、プレス成形時の成形型やガラスの温度を低く抑えること、すなわち、粘度が比較的高いガラスをプレス成形することが望まれる。したがって、上記のガラスは、屈折率が低いガラスに比べてプレス成形時の許容温度域が狭い。
【０１２７】
また、上記ガラスは、屈折率が低いガラスに比べて温度変化に対する粘度変化が大きく、温度が僅かに低下しただけで粘度が大幅に上昇し、硬いガラスをプレスすることになり、カン、割れがおきやすい。
【０１２８】
その上、本発明は精密プレス成形におけるガラスの変形量が大きいため、尚更カン、割れがおきやすい。そこで、プリフォーム表面の傷や潜傷を無くすことにより、カン、割れを低減、防止することが望まれる。
【０１２９】
前述のように高屈折率付与成分を含む上記ガラスは、成形型成形面との化学反応やプリフォーム表面をコーティングする膜との化学反応を抑えるため、ガラス転移温度Ｔｇを低くすることが望まれる。ガラス転移温度の好ましい範囲は６５０℃以下、より好ましい好ましく、６３０℃以下がより好ましい。また、前述のように上記ガラスは高屈折率付与成分を含むため、精密プレス成形用の光学ガラスの中ではガラス転移温度が比較的高く、その転移温度は目安として５２０℃以上となる。屈折率がより高いガラスあるいは分散がより低いガラスでは、更にガラス転移温度が高く、５４０℃以上、ガラスによっては５５０℃以上、更には５８０℃以上、６００℃以上となる。
【０１３０】
上記ガラスとしては、モル％表示にて、Ｂ2Ｏ3  ２０〜４３％、Ｌａ2Ｏ3  ５〜２４％、ＺｎＯ  ２２〜４２％、Ｌｉ2Ｏ  ０〜１５％、Ｇｄ2Ｏ3  ０〜２０％、ＳｉＯ2  ０〜２０％、ＺｒＯ2  ０〜１０％、Ｔａ2Ｏ5  ０〜１０％、ＷＯ3  ０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5  ０〜１０％、ＴｉＯ2  ０〜１０％、Ｂｉ2Ｏ3  ０〜１０％、ＧｅＯ2  ０〜１０％、Ｇａ2Ｏ3  ０〜１０％、Ａｌ2Ｏ3  ０〜１０％、ＢａＯ  ０〜１０％、Ｙ2Ｏ3  ０〜１０％、Ｙｂ2Ｏ3  ０〜１０％、Ｓｂ2Ｏ3  ０〜１％を含むガラスを例示することができる。
【０１３１】
上記範囲の組成を有し、前述のようにガラス転移温度が高い光学ガラスを用いた上記プリフォームにより、高屈折率低分散ガラス製の凹メニスカスレンズ、両凹レンズなどの光学素子を精密プレス成形で高精度に作製することができる。
【０１３２】
上記ガラスは屈折率（ｎｄ）が１．７５以上、アッベ数（νｄ）が２５〜５５の光学特性を実現するガラスとして好適である。
【０１３３】
本発明のプリフォームを構成するガラスの第２の具体例としては、リン酸ガラスを挙げることができる。高屈折率高分散特性を得るために、Ｐ2Ｏ5のほか、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、ＷＯ3、Ｌｉ2Ｏを含むリン酸ガラス、Ｐ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、Ｂｉ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏを含むリン酸ガラス、Ｐ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏを含むリン酸ガラス、Ｐ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＷＯ3、Ｌｉ２Ｏを含むリン酸ガラスなどを例示することができる。これらのリン酸ガラスは、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、ＷＯ3といった高屈折率高分散付与成分が含まれているので、プレス成形型と反応し、前述のようにガラスと型との融着、光学素子表面の放射状の傷などが発生しやすい。
【０１３４】
こうしたトラブル（融着や放射傷の発生）を解消するには、精密プレス成形時のガラスの温度をなるべく低くすることが望ましい。そのため、高粘度状態のガラスをプレスすることになる。前述のようにプリフォーム表面に研削痕などの微細な傷が存在すると、精密プレス成形時にガラスの破損などの不良が生じやすい。また、ガラスの研磨では、水などの液体をガラス表面に適用しながら研磨を行うが、リン酸ガラスの場合、特に表面に水和層などの変質層が形成されやすく、この変質層が精密プレス成形時に型成形面との融着を助長してしまう。本発明によれば、プリフォームの側面、好ましくは前記側面に加えて２つの端面のうち一方、より好ましくは前記側面と２つの端面、さらに好ましくは全表面を熔融状態のガラスを固化して形成される面とすることにより、前記研削痕や変質層による精密プレス成形時の不具合を低減、解消することができる。
【０１３５】
なお、リン酸ガラスは屈折率（ｎｄ）が１．７５以上、アッベ数（νｄ）が２５未満の光学特性を実現するガラスとして好適である。
【０１３６】
［光学素子の製造方法］
本発明の光学素子の製造方法は、上記本発明の製造方法で得られた成形体からなる精密プレス成形用プリフォームまたは成形体を研磨加工等して得られた精密プレス成形用プリフォームを、プレス成形型を用いて精密プレス成形する光学素子の製造方法である。
【０１３７】
プレス成形型は、例えば、プリフォームをプレスする互いに対向する押し型と押し型の成形面を収容し、プレス時に押し型を案内するスリーブ型により構成する。一対の押し型のうち、一方を上型、他方を下型とすると、プリフォームの被プレス面の一方が上型成形面を向き、被プレス面の他方が下型成形面を向くように、かつ、プリフォームの回転対称軸が加圧方向に平行かつ、上下型の成形面の中心に一致するようにプレス成形型内にプリフォームを配置してプレス成形を行う。
【０１３８】
前述のように、余肉が少ないほうが余肉部分のヒケによる悪影響を低減することができるが、上下型成形面からのガラスのはみ出しが全く無くても、成形面全域を精密にガラスに転写することが難しくなる。そこで、スリーブ型内部の上下型成形面の外側に、前記成形面からはみ出したガラス、すなわち、余肉部分を収容する空間を設けることが望ましい。ただし、この空間を必要以上に大きくするとプレス成形型全体が大きくなり、型を均熱する上から好ましくないので、余肉部分を収容する空間を小さくすることが望ましい。
【０１３９】
本発明は、レンズ、中でも凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズの製造に好適であり、特に凹メニスカスレンズ、両凹レンズの製造に好適である。少なくとも一方の光学機能面が凹面となるレンズ、特に凹メニスカスレンズや両凹レンズのようにレンズ中心の肉厚に比べてコバ厚と呼ばれる周辺部分の肉厚が厚いレンズでは、中心から周辺に行くにつれて成形面を精密に転写することが難しくなるが、本発明によれば、成形面全域をガラスに精密に転写することができ、その後の冷却過程におけるヒケによる面精度の低下も低減、防止することができる。したがって、本発明の好ましい態様は、こうした光学素子を製造するための方法であり、プレス成形型を構成し、プリフォームを加圧するための対向する型部材の少なくとも一方の成形面が凸面である方法である。
【０１４０】
この方法では、プリフォームの被プレス面中央に凹部を設け、前記被プレス面を凸面の成形面でプレスすることが好ましい。被プレス面の凸面を凸面の成形面でプレスすると、プレス成形型内の適正な位置、方向からプリフォームが逃げて、加圧方向とプリフォームの回転対称軸がずれたり、成形面の中心とプリフォームの回転対称軸とがずれるなどして偏肉・偏芯の原因となるおそれがある。上記好ましい態様によれば、こうした不具合を防止することができる。ただし、ガストラップを防止する上から凸状の成形面の曲率半径の絶対値をプリフォーム被プレス面の凹部の曲率半径の絶対値よりも小さくしておくことが好ましい。
【０１４１】
なお、プリフォームをプレス成形型内にセットして搬送したときに、プリフォームが適正な位置、方向からずれないようにするため、上型の自重あるいは上型とプリフォームの自重によりプリフォーム被プレス面の凹部を凸状の成形面で押さえるようにしてもよい。
【０１４２】
プレス成形型としては、ＳｉＣ製型、タングステンカーバイドなどの超硬型材を用いた型、サーメット製型などを用い、成形面に炭素含有膜、白金合金などの貴金属合金膜などを離型膜として適宜、成膜したものを使用すればよいが、高い耐熱性を有するＳｉＣ製型を使用することが好ましく、その成形面に炭素含有膜を設けたものが好ましい。精密プレス成形の一連の工程でプレス成形型が高温に晒される工程ではプレス成形型の酸化による劣化を防止するため、フォーミングガスなどの非酸化性雰囲気中で上記工程を行うことが好ましい。
【０１４３】
次に本発明の光学素子の製造方法に特に好適な精密プレス成形法について説明する。
（精密プレス成形法1）
この方法は、プレス成形型にプリフォームを導入し、プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱し、精密プレス成形するというものである（精密プレス成形法1とういう）。精密プレス成形法1において、プレス成形型と前記プリフォームの温度をともに、プリフォームを構成するガラスが106〜1012ｄPa・ｓの粘度を示す温度に加熱して精密プレス成形を行うことが好ましい。また前記ガラスが1012ｄPa・ｓ以上、より好ましくは1014ｄPa・ｓ以上、さらに好まくは1016ｄPa・ｓ以上の粘度を示す温度にまで冷却してから精密プレス成形品をプレス成形型から取り出すことが望ましい。上記の条件により、プレス成形型成形面の形状をガラスにより精密に転写することができるとともに、精密プレス成形品を変形することなく取り出すこともできる。
【０１４４】
（精密プレス成形法2）
この方法は、プレス成形型に予熱したプリフォームを導入し、精密プレス成形することを特徴とするものである（精密プレス成形法2という）。この方法では、プレス成形型とプレス成形用プリフォームを別々に予熱し、予熱されたプリフォームをプレス成形型に導入して精密プレス成形することが好ましい。この方法によれば、前記プリフォームをプレス成形型に導入する前に予め加熱するので、サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度の光学素子を製造することができる。
【０１４５】
プレス成形型の予熱温度は前記プリフォームの予熱温度よりも低くすることが好ましい。このような予熱によりプレス成形型の加熱温度を低く抑えることができるので、プレス成形型の消耗を低減することができる。精密プレス成形法2において、前記プリフォームを構成するガラスが109ｄPa・ｓ以下、より好ましくは109ｄPa・ｓの粘度を示す温度に予熱することが好ましい。また、前記プリフォームを浮上しながら予熱することが好ましく、さらに前記プリフォームを構成するガラスが105.5〜109ｄPa・ｓ、より好ましくは105.5ｄPa・ｓ以上109ｄPa・ｓ未満の粘度を示す温度に予熱することがさらに好ましい。
【０１４６】
またプレス開始と同時またはプレスの途中からガラスの冷却を開始することが好ましい。
なおプレス成形型の温度は、前記プリフォームの予熱温度よりも低い温度に調温させるが、前記ガラスが109〜1012ｄPa・ｓの粘度を示す温度を目安にすればよい。
この方法において、プレス成形後、前記ガラスの粘度が1012ｄPa・ｓ以上にまで冷却してから離型することが好ましい。
【０１４７】
精密プレス成形された光学素子はプレス成形型より取り出され、必要に応じて徐冷される。成形品がレンズなどの光学素子の場合には、必要に応じて表面に光学薄膜をコートしてもよい。
【実施例】
【０１４８】
次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【０１４９】
（実施例１）
図４に、本発明の成形体であるプリフォームを回転対称軸を含む平面で切ったときの断面形状（左）と、これらプリフォームを精密プレス成形して得られるプレス成形品の断面形状（中）、従来のガラス塊を浮上状態で成形したプリフォームの断面形状（右）を示す。プレス成形品の破線で示した輪郭が余肉部分に相当する。
【０１５０】
これらプリフォームは、図３に示す側壁に等間隔に溝を形成した成形型を用いて、ガラス成形部に所望量の熔融ガラス塊を供給し、多孔質体で形成したガラス成形部の底部からガスを噴出してガラス塊を安定的に浮上しながら成形したものである。
【０１５１】
ガラス成形部への熔融ガラス塊の供給は、清澄、均質化した熔融ガラスを温度調整した流出パイプから一定流量で流出し、成形型のガラス成形部をパイプのガラス流出口に近づけて流出する熔融ガラス流の下端を受けて支持し、熔融ガラス流の途中に表面張力によってくびれを形成し、所定のタイミングで成形型を急降下することにより、ガラスの表面張力によりくびれ部分で熔融ガラスを分離し、分離部分より下の熔融ガラス塊をガラス成形部に得るという方法で行った。
【０１５２】
成形したプリフォームを成形型から取り出す際は、ガラス成形部が上に向かって広がっている場合は、プリフォームの上面を吸引保持し、真上に持ち上げて取り出す。
【０１５３】
ガラス成形部が下に向かって広がっている場合は、成形型を側壁部と底部とに分けられるような構造とし、その上で、側壁部を上方に移動するか、底部を下方に移動するかして側壁からプリフォームを抜き出し、底部上に残されたプリフォームを吸引保持して取り出す。取り出したプリフォームはアニールした後、洗浄し、必要に応じて表面に炭素含有膜、例えば水素化炭素膜などを成膜して精密プレス成形工程へと送る。
【０１５４】
なお、プリフォーム側面には図には省略した溝が等間隔に複数、回転対称軸に平行に形成されている。この溝は精密プレス成形時にガラスの広がりを制御する役割を果たすものである。
【０１５５】
以下の表１に、各プリフォームの重量、体積、プリフォームを構成するガラスの比重、プリフォームに外接する仮想的円柱の直径、高さ、充填率を示す。
【０１５６】
【表１】
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0005095564.tif 000003
【０１５７】
上記の方法で以下の表２に示すガラスＮｏ．１〜１１、ならびに比重が４．４２１のリン酸ガラス１、比重が５．１１のリン酸ガラス２の各ガラスについてガラス成形体（プリフォーム）を調製した。また、図５に表２に示すガラスの内、Ｎｏ．５、９及び１２のガラスの粘性曲線を示す。
【０１５８】
精密プレス成形時のガラスの粘度が、例えば107ｄＰａ・ｓとなるようにプレス成形型やプリフォームの加熱温度を設定すると、図５より明らかなように、温度変化に対する粘度変化の割合の絶対値（グラフの傾きの絶対値）はＮｏ．１２のガラスに比べると、Ｎｏ．５、９のガラスのほうが大きくなっている。つまり、Ｎｏ．５、９のガラスは温度が僅かに変化しただけで粘度が大幅に変化するという性質を有している。したがって、Ｎｏ．５、９のガラスはＮｏ．１２のガラスに比べて、精密プレス成形時の適正な温度域が狭く、成形時のカン、割れを低減、防止する上から本発明の適用がより一層好ましいガラスと言うことができる。
【０１５９】
【表２】
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0005095564.tif 000005
【０１６０】
これらのプリフォームを下型成形面が凹面、上型成形面が凸面の成形型内に配置し、精密プレス成形した後、アニールして余肉部分を芯取り加工により除去して非球面凹メニスカスレンズ、非球面凸メニスカスレンズ、非球面両凹レンズの各種非球面レンズを得た。
【０１６１】
上記方法で得られたプリフォームを、プレス成形型を構成する下型および上型の間に設置した後、石英管内を窒素雰囲気としてヒーターに通電して石英管内を加熱した。プレス成形型内部の温度を成形されるガラスが１０6〜１０10ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒を降下させて上型を押して成形型内にセットされたプリフォームをプレスした。プレスの圧力は８ＭＰａ、プレス時間は３０秒とした。プレスの後、プレスの圧力を解除し、プレス成形されたガラス成形品を下型および上型と接触させたままの状態で前記ガラスの粘度が１０12ｄＰａ・ｓ以上になる温度まで徐冷し、次いで室温まで急冷してガラス成形品を成形型から取り出し非球面レンズを得た。下型と上型とは、スリーブ型により位置合せされており、スリーブ型によって上型、下型の移動が案内されるようになっている。
【０１６２】
このようにして非球面凹メニスカスレンズ、非球面両凹レンズを作製した。上記レンズは撮像光学系を構成するレンズとして好適なものであった。これらの各レンズの面精度はP-V値で中心部0.25μｍ以下、周辺部0.35μｍ以下の規格内の結果であった。表１に各プリフォームを用いて得られた非球面凹メニスカスレンズの面精度を中央部におけるP-V値、周辺部におけるP-V値として示す。P-V値は、非球面レンズの非球面に関して、非球面式（設計式）で表される理論（ｘ，ｙ）座標と成形したレンズの前記非球面を実測して得られた（ｘ，ｙ）座標の差で、非球面式に対して最も出っ張った点と、最も凹んだ点の差に相当する。
なお、これらレンズを成形する際に、ガラスの破損はおきなかった。また、非球面両凹レンズについても非球面凹メニスカスレンズと同様の結果を得た。ここで、非球面凹メニスカスレンズを成形する場合、下型成形面は凹面、上型成形面は凸面とし、非球面両凹レンズを成形する場合、下型成形面および上型成形面は凸面とした。
【０１６３】
（比較例）
一方、充填率が６６．７％のプリフォームを使用して同様のレンズを作製したところ、面精度はP-V値で中心部0.25μｍ以下だったが、周辺部では0.4μｍと面精度の低下が見られた。表２に示すガラスＮｏ．１〜１１、ならびにリン酸ガラス１、リン酸ガラス２の各ガラスからなり、充填率が６８％未満であるか、比（φ／ｈ）が３を超えるプリフォームを精密プレス成形して得た非球面凹メニスカスレンズの面精度を中央部におけるP-V値、周辺部におけるP-V値として示す。結果を表3に示す。これらレンズは、中央部においてP-V値が中心部0.25μｍ以下であったが、周辺部では0.4μｍ以上と面精度の低下が見られた。なお、非球面両凹レンズについても上記非球面凹メニスカスレンズと同様の結果であった。
【０１６４】
【表３】
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【０１６５】
（実施例２）
実施例１と同様、表２に示すガラスＮｏ．１〜１１、リン酸ガラス１、リン酸ガラス２の各ガラスを用いて、表４に示すプリフォームを作製した。ただし、本実施例では成形型の成形部上にあるガラスを、ガラスが軟化状態にある間に上方から凸状の成形面を有する上型でプレスし、プリフォーム上面を凹面に成形した。プレス成形後、ガラスを再び浮上しながら冷却した。プリフォームの側面、下面は実施例１と同様の形状である。こうして得た各プリフォームに関するデータを表４に示す。表４に示すように、一方の被プレス面が凸面で、他方の被プレス面が凹面のプリフォームを加熱し、凸状成形面を有する上型と凹状成形面とスリーブ型を有する下型を備えたプレス成形型で精密プレス成形し、非球面凹メニスカスレンズを得た。各レンズの面精度を実施例１と同様の記法により表４に示す。精密プレス成形では、プリフォーム上面、すなわち、凹面が上型側、プリフォーム下面、すなわち、凸面が下型側を向くようにプリフォームをプレス成形型内に導入し、上型成形面の頂部でプリフォーム上面、すなわち、凹面の中心を押さえ、プリフォームがプレス成形型の中心位置からずれないようにした。なお、上型成形面の頂部でプリフォーム上面、すなわち、凹面の中心を押さえる際、プリフォームに加わる力は上型の自重のみとした。この状態でプリフォームとプレス成形型を一緒に加熱し、精密プレス成形を行った。さらに、プレス成形型を非球面両凹レンズのプレス成形用のものに換えて、非球面両凹レンズを作製した。非球面両凹レンズにおいても非球面凹メニスカスレンズと同様、良好な面精度のレンズを得ることができた。
【０１６６】
【表４】
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0005095564.tif 000008
【０１６７】
（実施例３）
実施例２と同様にして、２つの被プレス面がともに凹面のプリフォームをプレス成形により得た。本実施例では、プリフォーム成形型の成形部を凸面とした。このように、表２に示すガラスＮｏ．１〜１１、リン酸ガラス１、リン酸ガラス２の各ガラスを用いてプリフォームを作製した。こうして得た各プリフォームに関するデータは表４に示すデータと概ね等しい。次に、２つの被プレス面がともに凹面のプリフォームを加熱し、凸状成形面を有する上型および下型を備えたプレス成形型で精密プレス成形し、非球面両凹レンズを得た。各レンズの面精度は実施例２と同様であった。精密プレス成形では、上下型成形面の頂部でプリフォーム上下面の中心を押さえ、プリフォームがプレス成形型の中心位置からずれないようにした。なお、上下型成形面の頂部でプリフォームの被プレス面の中心を押さえる際、プリフォームに加わる力は上型の自重のみとした。この状態でプリフォームとプレス成形型を一緒に加熱し、精密プレス成形を行った。このようにして、良好な面精度を有する非球面両凹レンズを得ることができた。
【０１６８】
なお、実施例１〜３において、プリフォームの全表面が熔融状態のガラスを固化して得られた面としたので、プリフォームを成形してから精密プレス成形するまで、プリフォームが破損することはなかった。また、実施例２、３においてプリフォームを上型で押さえても、プリフォームが、破損することもなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
本発明は、精密プレス成形用プリフォームを製造するに適した成形型及びこの成形型を用いる精密プレス成形用プリフォーム等の成形体の製造分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本発明の成形型の一態様を示す。
【図２】本発明の成形型の一態様を示す。
【図３】本発明の成形型の一態様を示す。
【図４】本発明のプリフォームを、回転対称軸を含む平面で切ったときの断面形状（左図）と、従来の熔融ガラス塊を浮上状態で成形したプリフォームの断面形状（右図）と、これらプリフォームを精密プレス成形して得られる精密プレス成形品（非球面レンズ）の断面形状(中央)を示す。
【図５】表２に示すガラスの内、Ｎｏ．５、９及び１２のガラスの粘性曲線を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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