(57)【要約】【課題】従来のプラスチック成形に使用しているような安価な部材を用いて精密プレス成形ができるようにすることで、光学素子の製造コストを大幅に削減する。【解決手段】表面膜が形成された鉄鋼（ステンレス鋼を含む）及び／又は銅合金製の成形型を用いて、ＴｅＯ２成分及び／又はＢｉ２Ｏ３成分を必須に含有するガラスプリフォームを精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法を提供する。好ましくは前記表面膜は「Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏからなる群より選択される１種以上」および「Ｐ、Ｂのいずれか一方又は両方」を含有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面膜が形成された鉄鋼（ステンレス鋼を含む）及び／又は銅合金製の成形型を用い、ＴｅＯ２成分及び／又はＢｉ２Ｏ３成分を必須に含有するガラスプリフォームを精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記表面膜が「Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏからなる群より選択される１種以上」および「Ｐ、Ｂのいずれか一方又は両方」を含有することを特徴とする請求項１の製造方法。
【請求項３】
前記表面膜において「Ｎｉ、Ｃｒ、及びＣｏの合計量（質量％）」と「Ｐ及びＢの合計量（質量％）」との比が、８５：１５〜９９：１の範囲であることを特徴とする請求項１又は２いずれかの製造方法。
【請求項４】
前記表面膜の硬度が２００（Ｈｖ）以上、厚みが０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの製造方法。
【請求項５】
前記表面膜に有機物粉末、炭素系粉末、又はセラミックスを分散させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの製造方法。
【請求項６】
前記成形型と前記表面膜の間に中間層が設けられていることを特徴とする請求項５の光学素子の製造方法。
【請求項７】
４００℃以下で成形することを特徴とする請求項１〜６いずれかの製造方法。
【請求項８】
前記ガラスプリフォームが、屈折率（ｎｄ）が１．９以上およびアッベ数（νｄ）が１５以上であり、ガラス転移点（Ｔｇ）が３５０℃以下であり、Ｐｂ及び／又はＡｓ成分を含まず、ＴｅＯ２成分を酸化物基準で５０ｍｏｌ％以上含有することを特徴とする光学ガラスよりなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの製造方法。
【請求項９】
前記ガラスプリフォームが、Ｒ２Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓからなる群より選択される１種以上）成分、ＺｎＯ成分、Ｂｉ２Ｏ３成分を含有し、さらにＡｌ２Ｏ３及び／又はＧａ２Ｏ３成分を含有する光学ガラスよりなることを特徴とする前記請求項８の製造方法。
【請求項１０】
前記ガラスプリフォームが、酸化物基準のｍｏｌ％で、
ＴｅＯ２                    ５０〜９０％、
Ｒ２Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓからなる群より選択される１種以上）  ５〜３０％、
ＺｎＯ                      １〜３０％及び
Ｂｉ２Ｏ３                    １〜２０％
の各成分を含有する光学ガラスよりなることを特徴とする請求項８又は９の製造方法。
【請求項１１】
前記ガラスプリフォームが、Ａｌ２Ｏ３及び／又はＧａ２Ｏ３成分を酸化物基準のｍｏｌ％で、外割で０．０１〜３．０ｍｏｌ％含有する光学ガラスよりなることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかの製造方法。
【請求項１２】
前記ガラスプリフォームは、ＪＯＧＩＳ０６−１９９９に規定される粉末法耐水性が１級、２級又は３級である光学ガラスよりなることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかの製造方法。
【請求項１３】
前記ガラスプリフォームが、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２及びＰ２Ｏ５成分の含有率の合計が、酸化物基準のｍｏｌ％で、５ｍｏｌ％以下である光学ガラスよりなることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかの製造方法。
【請求項１４】
前記ガラスプリフォームが、Ｒ２Ｏ成分がＬｉ２Ｏ及び／又はＮａ２Ｏ成分からなる光学ガラスよりなることを特徴とする請求項８〜１３のいずれかの製造方法。
【請求項１５】
前記ガラスプリフォームが、Ｆ成分の含有量が５ｍｏｌ％以下である光学ガラスよりなることを特徴とする請求項８〜１４のいずれかの製造方法。
【請求項１６】
前記ガラスプリフォームが、酸化物基準のｍｏｌ％で、任意成分として
ＳｉＯ２                    ０〜１０％及び／又は
Ｌｉ２Ｏ                    ０〜３０％及び／又は
Ｎａ２Ｏ                    ０〜２０％及び／又は
Ｋ２Ｏ                      ０〜１５％及び／又は
Ｃｓ２Ｏ                    ０〜１０％及び／又は
ＭｇＯ                    ０〜１０％及び／又は
ＣａＯ                      ０〜２０％及び／又は
ＢａＯ                      ０〜２０％及び／又は
ＳｒＯ                      ０〜２０％及び／又は
ＴｉＯ２                      ０〜１０％及び／又は
Ｎｂ２Ｏ５                    ０〜１０％及び／又は
Ｔａ２Ｏ５                    ０〜１０％及び／又は
ＷＯ３                      ０〜１０％及び／又は
ＺｒＯ２                      ０〜１０％及び／又は
Ｙ２Ｏ３                      ０〜１０％及び／又は
Ｙｂ２Ｏ３                    ０〜１０％及び／又は
Ｌａ２Ｏ３                    ０〜１０％及び／又は
Ｇｄ２Ｏ３                  ０〜１０％及び／又は
Ｓｂ２Ｏ３                    ０〜０．５％
の各成分を含有する光学ガラスよりなることを特徴とする請求項８〜１５のいずれかの製造方法。
【請求項１７】
前記ガラスプリフォームが、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３及びＧｄ２Ｏ３成分の含有量の合計が１０ｍｏｌ％未満である光学ガラスよりなることを特徴とする請求項８〜１６のいずれかの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学分野においてニーズの高い光学恒数を有する光学素子を低コストで製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラやプロジェクタなどの光学機器の分野においては、小型化、軽量化が要求され、それに伴い、光学素子の小型化、使用レンズ枚数の低減が課題となっている。
【０００３】
通常、光学系を構成するレンズには、一般に球面レンズと非球面レンズがある。多くの球面レンズは、ガラス材料を冷間加工（研削・研磨等）することにより、或いはリヒートプレス成形して得られたガラス成形品を冷間加工することによって製造される。一方、非球面レンズは、加熱軟化した球形、楕円球又は扁平状プリフォームを、高精度な成形面をもつ金型でプレス成形し、金型の高精度な成形面の形状をプリフォーム材に転写して得る方法、すなわち、精密プレス成形によって製造されることが主流となっている。
【０００４】
精密プレス成形によって、非球面レンズのようなガラス成形品を得るにあたっては、金型の高精度な成形面をガラスプリフォームに転写するために、加熱軟化させたプリフォームを高温環境下でプレスすることが必要である。従って、その際使用する金型も高温に曝され、また、金型に高いプレス圧力が加えられる。その結果として、プリフォームを加熱軟化させプレスする際に、金型の成形面に設けられている離型膜が損傷したりして金型の高精度な成形面が維持できなくなることが多く、また、金型自体も損傷し易い。そのようになると、金型を交換せざるを得ず、その結果として金型の交換回数が増加して、低コスト、大量生産を実現できなくなる。そこで、精密プレス成形に使用するプリフォームの素材となるガラスは、上記損傷を抑制し、金型の高精度な成形面を長く維持し、かつ、低いプレス圧力での精密プレス成形を可能にするという観点から、できるだけ低いガラス転移温度（Ｔｇ）を有することが望まれている。
【０００５】
通常、光学ガラス材料の精密プレス成形に使用する金型は、高い耐熱性と高い強度とを有することからタングステンカーバイド等の超硬、サーメット、炭化ケイ素、結晶化ガラスの材料にて作製されている。
【０００６】
また、その成形面には型とガラスの融着を防ぎ、離型性を向上させ、型の寿命を延ばすために表面膜（離型膜）が設けられる。表面膜としては種々な膜が公知であり、白金、イリジウム、レニウム、パラジウム、オスミウム等の貴金属膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、テトラヘドラルアモルファスカーボン（ＴＡＣ）等の炭素膜、窒化クロム、窒化チタン等の窒化物膜が周知である。
【０００７】
さらに、型膜の酸化による劣化を防ぐために、非酸化性雰囲気中において精密プレス成形を行うことも多い。
【０００８】
このように、一般に光学ガラスを精密プレスするためには特殊な部品及び条件を要することが多く、その分、コストが高くなるという問題がある。
【０００９】
特に、光学ガラスの精密プレス成形用型材として従来から使用されてきたタングステンカーバイド等の超硬合金製成形型では、材料の硬度が極めて大きく、そのため切削加工が困難でダイヤモンド砥石での研磨により表面形状を形成させる必要がある。しかしダイヤモンド砥石自体ですら摩耗してしまうこともあり、高精度な加工、例えば非球面形状の形成は困難で、光学素子に要求される精度を満たすのに非常に長い加工時間と手間を要する。
【００１０】
前記手間のかかる研磨加工を用いず、切削加工が容易であり、高精度な型加工が比較的簡単にできる材料として鉄鋼、特にステンレス鋼等の金属材料が公知である。この金型は、主としてプラスチックレンズの射出成形の型材として使用され、比較的安価な材料として認知されている。しかしながら、ステンレス鋼等はガラスのプレス成形に必要な温度、例えば４００℃以上の高温では変形しやすい上、ステンレス鋼型を４００℃以上の高温で繰り返し使用すると酸化等により型表面が荒れるとともに、脆化することから、精密プレス成形用の型としては利用するのは不適当であるとされてきた。また、ステンレス鋼の金型は、その硬度がガラスをプレス成形するには十分でないことがあり、ガラスを高温でプレスした際に変形してしまうことがあった。
【００１１】
このように、光学ガラスの精密プレス成形を、プラスチックレンズ成形で使用するような安価な部材を用いて行うためには、設備面、材料面における課題が多く、全く実用化されていない。
【００１２】
ところで、光学ガラスの市場においては、光学系のコンパクト化のために、屈折率（ｎｄ）が２．０程度の高屈折率ガラスのニーズが高くなってきている。そして、この領域のガラスは、非球面レンズとして利用されるケースが非常に多く、かかるレンズを作製する際のコストを下げるための種々の研究がなされてきた。
【００１３】
例えば、特開２００３−４８７２３（特許文献１）には、Ｔｅを含有するガラス素材のプレス成形方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−４８７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、特許文献１に記載の工程では、ガラスをタングステンカーバイトやセラミックスの型でプレス成形しているため、型の材料やその加工に非常に高いコストを要し、光学素子に要求される精度を満たすための加工には非常に長い時間と手間を要する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は従来技術の問題点を解消し、光学素子としてニーズの高まっているｎｄが１．９以上、アッベ数（νｄ）が１５以上のガラスを、従来のプラスチック成形に使用しているような安価な部材を用いて精密プレス成形ができるようにすることで、光学素子の製造コストを大幅に削減する製造方法を今般見出した。
【００１６】
すなわち、本発明者はステンレス鋼等でプレス可能な熱的特性（ガラス転移点、屈伏点等）と、需要の大きい光学恒数を有するように組成を調整された光学ガラスプリフォームと、当該プリフォームのプレスに適した型材及び型膜を組み合わせて精密プレス成形することにより、極めて低コストにて量産できる方法を見出したのである。
【００１７】
本発明の第１の構成は、表面膜が形成された鉄鋼（ステンレス鋼を含む）及び／又は銅合金製の成形型を用い、ＴｅＯ２及び／又はＢｉ２Ｏ３成分を必須に含有するガラスプリフォームを精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法である。
【００１８】
本発明の第２の構成は、前記表面膜が「Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏからなる群より選択される１種以上」および「Ｐ、Ｂのいずれか一方又は両方」を含有することを特徴とする前記構成１の製造方法である。
【００１９】
本発明の第３の構成は、前記表面膜において「Ｎｉ、Ｃｒ、及びＣｏの合計量（質量％）」と「Ｐ及びＢの合計量（質量％）」との比が、８５：１５〜９９：１の範囲であることを特徴とする前記構成２の製造方法である。
【００２０】
本発明の第４の構成は、前記表面膜の硬度が２００（Ｈｖ）以上、厚みが０．５μｍ以上であることを特徴とする前記構成１〜３の製造方法である。
【００２１】
本発明の第５の構成は、前記表面膜に有機物粉末、炭素系粉末、又はセラミックスを分散させることを特徴とする前記構成１〜４の製造方法である。
【００２２】
本発明の第６の構成は、前記成形型と前記表面膜の間に中間層が設けられていることを特徴とする前記構成５の製造方法である。
【００２３】
本発明の第７の構成は、４００℃以下で成形することを特徴とする前記構成１〜６の製造方法である。
【００２４】
本発明の第８の構成は、前記ガラスプリフォームが、屈折率（ｎｄ）が１．９以上およびアッベ数（νｄ）が１５以上であり、ガラス転移点（Ｔｇ）が３００℃以下であり、Ｐｂ及び／又はＡｓ成分を含まず、ＴｅＯ２成分を５０ｍｏｌ％以上含有することを特徴とする光学ガラスよりなることを特徴とする前記構成１〜７の製造方法である。
【００２５】
本発明の第９の構成は、前記ガラスプリフォームが、Ｒ２Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓからなる群より選択される１種以上）成分、ＺｎＯ成分、Ｂｉ２Ｏ３成分を含有し、さらにＡｌ２Ｏ３及び／又はＧａ２Ｏ３成分を含有する光学ガラスよりなることを特徴とする前記構成８の製造方法である。
【００２６】
本発明の第１０の構成は、前記ガラスプリフォームが、酸化物基準のｍｏｌ％で、
ＴｅＯ２                    ５０〜９０％、
Ｒ２Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓからなる群より選択される１種以上）  ５〜３０％、
ＺｎＯ                      １〜３０％及び
Ｂｉ２Ｏ３                    １〜２０％
の各成分を含有する光学ガラスよりなることを特徴とする前記構成８又は９の製造方法である。
【００２７】
本発明の第１１の構成は、前記ガラスプリフォームが、Ａｌ２Ｏ３及び／又はＧａ２Ｏ３成分を酸化物基準のｍｏｌ％で、外割で０．０１〜３．０ｍｏｌ％含有する光学ガラスよりなることを特徴とする前記構成８〜１０の製造方法である。
【００２８】
本発明の第１２の構成は、前記ガラスプリフォームが、粉末法耐水性が１級、２級又は３級である光学ガラスよりなることを特徴とする前記構成８〜１１の製造方法である。
【００２９】
本発明の第１３の構成は、前記ガラスプリフォームが、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２及びＰ２Ｏ５成分の含有率の合計が酸化物基準で５ｍｏｌ％以下である光学ガラスよりなることを特徴とする前記構成８〜１２の製造方法である。
【００３０】
本発明の第１４の構成は、前記ガラスプリフォームが、Ｒ２Ｏ成分がＬｉ２Ｏ及び／又はＮａ２Ｏ成分からなる光学ガラスよりなることを特徴とする前記構成８〜１３の製造方法である。
【００３１】
本発明の第１５の構成は、前記ガラスプリフォームが、Ｆ成分を実質的に含有しない光学ガラスよりなることを特徴とする前記構成８〜１４の製造方法である。
【００３２】
本発明の第１６の構成は、前記ガラスプリフォームが、酸化物基準のｍｏｌ％で、任意成分として
ＳｉＯ２                    ０〜１０％及び／又は
Ｌｉ２Ｏ                    ０〜３０％及び／又は
Ｎａ２Ｏ                    ０〜２０％及び／又は
Ｋ２Ｏ                      ０〜１５％及び／又は
Ｃｓ２Ｏ                    ０〜１０％及び／又は
ＭｇＯ                    ０〜１０％及び／又は
ＣａＯ                      ０〜２０％及び／又は
ＢａＯ                      ０〜２０％及び／又は
ＳｒＯ                      ０〜２０％及び／又は
ＴｉＯ２                      ０〜１０％及び／又は
Ｎｂ２Ｏ５                    ０〜１０％及び／又は
Ｔａ２Ｏ５                    ０〜１０％及び／又は
ＷＯ３                      ０〜１０％及び／又は
ＺｒＯ２                      ０〜１０％及び／又は
Ｙ２Ｏ３                      ０〜１０％及び／又は
Ｙｂ２Ｏ３                    ０〜１０％及び／又は
Ｌａ２Ｏ３                    ０〜１０％及び／又は
Ｇｄ２Ｏ３                  ０〜１０％及び／又は
Ｓｂ２Ｏ３                    ０〜０．５％
の各成分を含有する光学ガラスよりなることを特徴とする前記構成８〜１５の製造方法である。
【００３３】
本発明の第１７の構成は、前記ガラスプリフォームが、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３及びＧｄ２Ｏ３成分の含有量の合計が１０ｍｏｌ％未満である光学ガラスよりなることを特徴とする前記構成８〜１６の製造方法である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の製造方法によれば、非常にニーズの高い高屈折率領域の光学素子を、プラスチック成形に使用できる部材を使用できるため、安価で量産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の製造方法について説明する。
【００３６】
（成形型）
本発明の製造方法において使用される成形型は、精密プレス成形を行う際に適用される成形温度で変形をしなければ特に限定されるものではないが、後述する被成形体であるガラスプリフォームのＴｇが３５０℃以下であり、極力製造コストを削減したい本発明の趣旨を鑑みれば、プラスチックレンズ等の成形に使用しうる安価な型を使用することが好ましい。
【００３７】
本発明の製造方法において使用される型材は、ダイヤモンド砥石による研削および／または研磨等、高コストの原因となる方法を要せず、安価な研削加工にて高精度に表面形状を形成できるものが好ましい。具体的には鉄鋼（ステンレス鋼を含む）及び／又は銅合金を主成分とする型材を使用することが好ましく、鉄鋼（ステンレス鋼を含む）を使用することがより好ましく、最も好ましくはステンレス鋼を型材として使用する。
【００３８】
ここで、鉄鋼として使用されるものは、例えば鋼、鋳物、特殊鋼を含み、特にステンレス鋼としてマルテンサイト系ステンレス、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、析出硬化系ステンレスがある。また銅合金として使用されるものは、銅を主成分とする公知の合金を使用できる。
【００３９】
本発明の成形型には、ガラスを精密プレス成形する際の熱や圧力などの負荷による酸化や磨耗から型材を守ることで成形型の寿命を延ばし、また離型性を向上させるため、所定の表面膜を形成することが好ましい。ここで本発明に使用されるガラスプリフォームを精密プレス成形するためには、好ましくは２００Ｈｖ以上、より好ましくは２５０Ｈｖ以上、最も好ましくは３００Ｈｖ以上の硬度を有する材料を表面膜として使用する。
【００４０】
本発明におけるビッカース硬度は、試料荷重を９．８０７ｍＮとし、その他の測定条件はＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準じ測定された値である。
【００４１】
前記表面膜の厚みは、精密プレス時の各種負荷から母材を保護でき、かつプリフォームと融着しなければ特に制限するものではない。しかし、多数のプレスを行って成形膜表面が劣化した際に、再度研削加工することで簡易に新たな成形面を形成できる程度の厚みを有するものが好ましい。このような簡易な膜再生を実現させることにより、煩雑な工程を省き、製造工程全体の低コスト化に貢献できる。そのような観点から、前記表面膜は、０．５μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上、最も好ましくは５μｍ以上の厚みを有する。
【００４２】
前述のような硬度、耐熱性、離型性、厚みを有する膜を形成させるためには、膜の構成成分として、「Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏからなる群より選択される１種以上」および「Ｐ、Ｂのいずれか一方又は両方」を含めることが好ましい。また（Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ）−（Ｐ、Ｂ）系表面膜は後述のプリフォームの構成成分との化学反応性を考慮しても極めて良好な膜である。
【００４３】
前記（Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ）−（Ｐ、Ｂ）系表面膜において、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏの含有量が多すぎると耐蝕性が低下し膜の寿命が短くなりやすくなり、Ｐ、Ｂの含有量が多すぎると硬度が低下し変形しやすくなる。よって「Ｎｉ、Ｃｒ、及びＣｏの合計量（質量％）」と「Ｐ及びＢの合計量（質量％）」との比は、ＴｅＯ２系の光学ガラスとの化学反応性を考慮して、好ましくは８５：１５〜９９：１、より好ましくは８６：１４〜９８：２、最も好ましくは８７：１３〜９７：３の範囲に調節される。
【００４４】
成形型の表面膜の成膜は、特に限定するものではないが、イオンプレーティング法、スパッタリング法、ドライエッチング法、蒸着法、プラズマＣＶＤ法、ＰＶＤ法、電解又は無電解メッキ法などの公知の方法を使用することが好ましい。特に無電解メッキ法が好ましい。
【００４５】
膜の耐蝕性及び／又は離型性を向上させるために、前記膜中に公知の添加剤を分散させることもできる。例えばポリテトラフルオロエチレンなどの有機物粉末、カーボンブラックなどの炭素系粉末、ＳｉＣなどのセラミックスを分散させることもできる。その際は前記型と前記表面膜との密着度を向上させるためにＮｉ、Ｃｒ及びＣｏ等を主成分とする公知の膜による中間層を設けることが好ましい。
【００４６】
前記方法により成膜された成形膜は、成膜後の熱処置によりその硬度を向上させることもできる。当該熱処理は特別な方法を使用することを意図するものでなく、公知の方法により行うことができる。
【００４７】
本発明において、その他の膜を使用したり、或いは多層膜として併用することもできるが、白金属系の膜、鉄、アルミニウム、銅などの公知の膜については、上記本発明のプリフォームを成形するためにはその硬度が不十分となりやすく、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ）やテトラヘドラルアモルファスカーボン膜（ＴＡＣ）のような炭素系膜では、厚みを所定の値以上にしにくいため、本発明の製法に使用する成形型の表面膜としては使用しにくい。
【００４８】
（精密プレス成形条件）
本発明の方法において、プリフォームは、成形型内で加圧成形される。加圧成形の方法は、ガラスの組成及び物性などを考慮して適宜に選択されるが、プリフォームを成形型内に供給し、加熱軟化した状態で加圧成形するのが好ましい。
【００４９】
例えば、一対の上型と下型との間にプリフォームを供給した後、ガラスの粘度で１０８〜１０１２ポアズ相当の温度まで成形型とプリフォームの両者を昇温加熱してプリフォームを加熱軟化させ、これを加圧成形することによって、型の成形面がプリフォームに転写されてガラス成形体が得られる。この成形方法では、成形型とプリフォームが等温の状態で加熱された後、プリフォームが加圧成形され、その後成形型とガラス成形体が冷却される。このため、ガラス成形体にヒケが発生せず、良好な面精度が得られるが、成形型の温度が高く、さらにガラスとの密着時間が長いため離型膜の損傷が生じやすい。
【００５０】
そこで、一対の上型と下型を、予めガラス粘度で１０８〜１０１２ポアズ相当の温度に昇温し、該上型と下型の間に、上型及び下型と同等の温度に加熱したプリフォームを供給して、これを加圧成形する方法や、予めガラス粘度で１０８〜１０１２ポアズ相当の温度に昇温した一対の上型と下型の間に上型及び下型よりも高温に加熱したプリフォームを供給して、これを直ちに加圧成形する方法により、成形型とガラスの密着を短時間にし、成形型の成形面をプリフォームに転写することができる。この方法によれば、表面膜の損傷を低減させることができる。
【００５１】
なお、下記本発明に使用されるプリフォームを使用した場合、成形温度は好ましくは４００℃以下、より好ましくは３９０℃以下、最も好ましくは３８０℃以下に設定する。
【００５２】
プレス成形時の雰囲気は、成形型の表面膜の劣化を低減させるため、非酸化性雰囲気とすることが好ましい。非酸化性雰囲気としては、アルゴン、窒素などの不活性ガス、水素などの還元性ガス又はそれらの混合ガスを使用することができ、好ましくは窒素ガス又は少量の水素ガスが混合された窒素ガスを使用することができる。
【００５３】
加圧力及び時間は、ガラスの粘度などを考慮して適宜決定することができ、例えば、内径５〜２０ｍｍのステンレス型を用いて、４〜２０ＭＰａの圧力で３０〜３００秒程度加圧することができる。この後、成形型とガラスプリフォームを冷却し、好ましくはＴｇ以下の温度となったところで、離型し、成形されたガラス成形体を取出す。プレス後の成形品の冷却は、加圧負荷を解除して行っても良いし、加圧しながら冷却させても良い。
【００５４】
（精密プレス成形用プリフォーム）
次に本発明の製造方法においてプレスされる精密プレス成形用プリフォームについて説明する。
【００５５】
本発明の製造方法に用いる光学ガラスは、光学設計上の要求から１．９以上のｎｄおよびνｄが１５以上が好ましい。従来、この光学定数を実現するために様々な組成のガラスが用いられてきたが、いずれも光学定数は満たすもののＴｇが４００℃を超えるものが多く、精密プレス成形の際にステンレス等の安価な材料を使用することができず、コストが大きくなるという問題があった。本発明の光学ガラスにおいては、これら公知のものに比べいっそう低いＴｇが要求されているため、好ましくは３５０℃以下、より好ましくは３３０℃以下、最も好ましくは３００℃以下であることが好ましい。
【００５６】
さらに、化学的耐久性が悪いと光学ガラスとして使用することが困難であるため、本発明の光学ガラスをレンズプリフォーム材に適用することを考慮すると、日本光学硝子工業会規格；ＪＯＧＩＳ０６−１９９９に規定される粉末法耐水性による評価が好ましくは１〜３級、より好ましくは１〜２級、最も好ましくは１級であることが望ましい。
【００５７】
また、上記光学定数、Ｔｇ、耐久性等を満たす光学ガラスの組成として、酸化物基準でＴｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とすることが好ましい。前記組成は、特に本製造方法における（Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ）−（Ｐ、Ｂ）系表面膜、型材との相性を考慮しても極めて良い反応性を持つ。
【００５８】
本発明の光学ガラスにおいて、各成分の組成範囲を前記のとおり限定した理由を以下に述べる。以下、本明細書中においては特に断らない限り、ガラス組成の含有率は全て酸化物基準のモル％で表すものとする。
【００５９】
本明細書中において「酸化物基準」とは、ガラス構成成分の原料として使用される酸化物、硝酸塩等が溶融時にすべて分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の質量の総和を１００モル％として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。
【００６０】
ＴｅＯ２成分はガラス形成の効果がある成分であり、本発明においては必須に含有する。しかし、その量が少なすぎるとガラス化しにくくなり、過剰に含有するとガラスとして不安定になりやすいという不利益がある。したがって本発明においては好ましくは５０％、より好ましくは５５％、最も好ましくは６０％を下限とし、好ましくは９０％、より好ましくは８５％、最も好ましくは８０％を上限とする。
【００６１】
Ｒ２Ｏ成分（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓからなる群より選択される１種以上）は、ＴｅＯ２成分のガラス化を容易にし、Ｔｇを低く保つ効果がある任意成分であり、本発明においては有用な成分である。しかし、その量が少なすぎるとガラスを形成するためには不十分となりやすく、過剰に含有すると屈折率が低下しやすく、失透性が増しやすいという不利益がある。したがって本発明においてはＲ２Ｏ成分含有量の合計が、好ましくは５％、より好ましくは７％、最も好ましくは１０％を下限とし、好ましくは３０％、より好ましくは２７％、最も好ましくは２５％を上限とする。
【００６２】
次に、Ｒ２Ｏの各成分について説明する。
【００６３】
Ｌｉ２Ｏ成分はＴｅＯ２成分のガラス化を容易にし、Ｔｇを低く保つ効果がある任意成分である。しかし、過剰に含有すると屈折率が低下しやすく、また失透性が増しやすいという不利益がある。本発明におけるＬｉ２Ｏ成分含有量は、０％でも良いが好ましくは１％、より好ましくは３％、最も好ましくは５％を下限とし、好ましくは３０％、より好ましくは２７％、最も好ましくは２５％を上限とする。
【００６４】
Ｎａ２Ｏ成分はＴｅＯ２成分のガラス化を容易にし、Ｔｇを低く保つ効果がある任意成分である。しかし、過剰に含有すると屈折率が低下しやすく、また失透性が増しやすいという不利益があるため、含有しなくとも差し支えない。本発明におけるＮａ２Ｏ成分含有量は、好ましくは２０％、より好ましくは１７％、最も好ましくは１５％を上限とする。
【００６５】
Ｋ２Ｏ成分はＴｅＯ２成分のガラス化を容易にし、Ｔｇを低く保つ効果がある任意成分である。しかし、過剰に含有すると屈折率が低下しやすく、また失透性が増しやすいという不利益があるため、含有しなくとも差し支えない。本発明において、Ｋ２Ｏ成分含有量は好ましくは１５％、より好ましくは１３％、最も好ましくは１０％を上限とする。
【００６６】
Ｃｓ２Ｏ成分はＴｅＯ２成分のガラス化を容易にする効果がある任意成分である。しかし、過剰に含有すると屈折率が低下しやすく、また失透性が増しやすくなるという不利益があるため、含有しなくとも差し支えない。本発明において、Ｃｓ２Ｏ成分は、好ましくは１０％、より好ましくは５％、最も好ましくは３％を上限とする。
【００６７】
また、Ｒ２Ｏは好ましくはＬｉ２Ｏ及びＮａ２Ｏ成分のいずれか一方或いは両方を含有することが好ましい。これは他のＲ２Ｏ成分はＬｉ２Ｏ及びＮａ２Ｏ成分に比べ、比較的失透性悪化が顕著とないやすいためである。
【００６８】
ＺｎＯ成分はＴｅＯ２成分のガラス化を容易にする効果がある任意成分であり、本発明においては有用な成分である。しかし、その量が少なすぎるとガラスが不安定になりやすく、過剰に含有しても失透性が増しやすくなったり、屈折率の低下やＴｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては０％でも良いが、好ましくは１％、より好ましくは２％、最も好ましくは３％を下限とし、好ましくは３０％、より好ましくは２７％、最も好ましくは２５％を上限とする。
【００６９】
Ｂｉ２Ｏ３成分はＴｅＯ２成分のガラス化を容易にし、屈折率を高くする効果があり、発明においては有用な任意成分である。しかし、その量が少なすぎるとガラスが不安定になりやすく、過剰に含有しても失透性が増増しやすくなったり、またＴｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、０％でも良いが好ましくは１％、より好ましくは２％、最も好ましくは３％を下限とし、好ましくは２０％、より好ましくは１７％、最も好ましくは１５％を上限とする。
【００７０】
Ａｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３成分は、ともにガラスの失透性を抑制する効果がある任意成分であり、いずれか一方又は両方を含有することが好ましい。しかし、その量が少なすぎると失透性抑制の効果が不十分になりやすく、過剰に含有しても失透性が増しやすく、さらに屈折率の低下やＴｇの上昇を招きやすいという不利益がある。したがって本発明においてはＡｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３成分含有量の合計が、外割で好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％、最も好ましくは０．１％を下限とし、好ましくは３．０％、より好ましくは２．０％、最も好ましくは１．０％を上限とする。
【００７１】
なお、本間明細書中において「外割」とは、Ａｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３成分以外の酸化物成分の合計含有量を１００％と仮定した場合の、Ａｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３成分の相対ｍｏｌ％を意味する。
【００７２】
各々の成分については、Ａｌ２Ｏ３成分は好ましくは２．０％、より好ましくは１．５％、最も好ましくは１．０％を上限とする。Ｇａ２Ｏ３は好ましくは２．０％、より好ましくは１．５％、最も好ましくは１．０％を上限とする。
【００７３】
ところで、ＴｅＯ２成分は本発明の光学ガラスにおいてガラス形成酸化物として作用しうるが、単独ではガラス化することが非常に困難である。そのため、上述の成分（すなわちＲ２Ｏ、ＺｎＯ及びＢｉ２Ｏ３成分、並びにＡｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３成分の一方又は両方）の少なとも１種以上を含有させることが好ましい。また、ＴｅＯ２成分とそれらの成分を同時に含有させることによって、より優れた安定性、溶解性、化学的耐久性、光学ガラスとしての性能を備えたガラスを得やすくなる。
【００７４】
Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２及びＰ２Ｏ５成分は屈折率を低下させ、Ｔｇを高くする成分であるため、その合計量が好ましくは５％、より好ましくは３％、最も好ましくは１％を上限とする。ただし、いずれも含有しなくとも差し支えない。
【００７５】
Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２及びＰ２Ｏ５の各々の成分については、それぞれ好ましくは５％、より好ましくは３％、最も好ましくは１％を上限とする。
【００７６】
Ｆ成分については、失透性を増加させやすくする成分であるため、好ましくは５％、より好ましくは２％、最も好ましくは含有しない。なお、本発明におけるＦの含有量は、本発明のガラスを構成する酸化物の一部又は全部をフッ化物置換したＦの合計量が前記酸化物基準組成１００ｍｏｌ％基準にして、Ｆ原子として計算した場合のｍｏｌ％で表すものである。
【００７７】
ＳｉＯ２成分は失透性を改善する効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、また屈折率が低下しやすくＴｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは１０％、より好ましくは５％、最も好ましくは２％を上限とする。
【００７８】
ＭｇＯ成分は失透性を改善する効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、また屈折率が低下しやすくＴｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは１０％、より好ましくは５％、最も好ましくは２％を上限とする。
【００７９】
ＣａＯ成分は失透性を改善する効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、また屈折率が低下しやすくＴｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは２０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限とする。
【００８０】
ＢａＯ成分は失透性を改善する効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、また屈折率が低下しやすくＴｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは２０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限とする。
【００８１】
ＳｒＯ成分は失透性を改善する効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、また屈折率が低下しやすくＴｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは２０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限とする。
【００８２】
ＴｉＯ２成分は屈折率を高くする効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、Ｔｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは１０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限とする。
【００８３】
Ｎｂ２Ｏ５成分は屈折率を高くする効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、Ｔｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは１０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限とする。
【００８４】
Ｔａ２Ｏ５成分は屈折率を高くする効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、Ｔｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは１０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限とする。
【００８５】
ＷＯ３成分は屈折率を高くする効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、Ｔｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは１０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限とする。
【００８６】
ＺｒＯ２成分は化学的耐久性を改善する効果がある成分であるので本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、Ｔｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは１０％、より好ましくは５％、最も好ましくは２％を上限とする。
【００８７】
Ｙ２Ｏ３成分は化学的耐久性を改善する効果がある成分であるので本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、Ｔｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは１０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限とする。
【００８８】
Ｙｂ２Ｏ３成分は屈折率を高くする効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、Ｔｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは１０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限とする。
【００８９】
Ｌａ２Ｏ３成分は屈折率を高くする効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、Ｔｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは１０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限とする。
【００９０】
Ｇｄ２Ｏ３成分は屈折率を高くする効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、Ｔｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは１０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限とする。
【００９１】
Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３及びＧｄ２Ｏ３からなる希土類酸化物成分は、上述のように化学的耐久性の改善や屈折率を高くする効果を有する任意成分である。しかし、これら成分が過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、Ｔｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、その合計量が、好ましくは１０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限とする。
【００９２】
Ｓｂ２Ｏ３成分は清澄作用の効果がある成分であるので、本発明においては任意に含有できる。しかし、過剰に含有すると失透性が増加しやすくなり、Ｔｇが高くなりやすいという不利益がある。したがって本発明においては、好ましくは０．５％、より好ましくは０．４％、最も好ましくは０．３％を上限とする。
【００９３】
次に、本発明の光学ガラスに含有させるべきではない成分について説明する。
【００９４】
鉛化合物は、精密プレス成形時に金型と融着しやすい成分であるという問題並びにガラスの製造のみならず、研磨等のガラスの冷間加工及びガラスの廃棄に至るまで、環境対策上の措置が必要となり、環境負荷が大きい成分であるという問題があるため、本発明の光学ガラスに含有させるべきではない。
【００９５】
Ａｓ２Ｏ３、カドミウム及びトリウム成分は、共に、環境に有害な影響を与え、環境負荷の非常に大きい成分であるため、本発明の光学ガラスに含有させるべきではない。
【００９６】
さらに本発明の光学ガラスにおいては、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｅｕ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ等の着色成分は、光線透過率を下げやすいので、実質的に含有しないことが好ましい。ここで「実質的に含有しない」とは、不純物として混入される場合を除き、人為的に含有させないことを意味する。
【００９７】
本発明のガラス組成物は、その組成がｍｏｌ％で表されているため直接的に質量％の記載に換算できるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラス組成物中に存在する各成分の質量％表示による組成は、酸化物基準組成で概ね以下の値をとる。
ＴｅＯ２                  ４０〜９０％、
Ｒ２Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓからなる群より選択される１種以上）  ５〜３０％、
ＺｎＯ                      １〜２０％
Ｂｉ２Ｏ３                    １〜５０％及び
Ａｌ２Ｏ３及び／又はＧａ２Ｏ３を外割で０．００５〜３．０％並びに
Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２及びＰ２Ｏ５  ０〜５％
ＳｉＯ２                      ０〜１０％及び／又は
Ｌｉ２Ｏ                      ０〜１０％及び／又は
Ｎａ２Ｏ                    ０〜１０％及び／又は
Ｋ２Ｏ                      ０〜１０％及び／又は
ＭｇＯ                      ０〜５％及び／又は
ＣａＯ                      ０〜２０％及び／又は
ＢａＯ                      ０〜２０％及び／又は
ＳｒＯ                      ０〜２０％及び／又は
ＴｉＯ２                      ０〜５％及び／又は
Ｎｂ２Ｏ５                    ０〜２０％及び／又は
Ｔａ２Ｏ５                    ０〜２５％及び／又は
ＷＯ３                      ０〜１５％及び／又は
ＺｒＯ２                      ０〜５％及び／又は
Ｙ２Ｏ３                      ０〜１５％及び／又は
Ｙｂ２Ｏ３                    ０〜２５％及び／又は
Ｌａ２Ｏ３                    ０〜２０％及び／又は
Ｇｄ２Ｏ３                    ０〜１０％及び／又は
Ｓｂ２Ｏ３                    ０〜２％
【実施例】
【００９８】
本発明を下記実施例により詳細に説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
（実施例１）
酸化物基準で、ＴｅＯ２成分を６５％、Ｌｉ２Ｏ成分を２０％、ＺｎＯ成分を１０％、Ｂｉ２Ｏ３成分を５％、Ａｌ２Ｏ３成分を外割で０．２％含有する光学ガラスからなるガラスプリフォームを用意した。このプリフォームの屈折率は２．０３、アッベ数は１９．１、ガラス転移温度は２７０℃であった。プリフォームの形状は、直径７．２ｍｍの球状プリフォームを使用した。
【００９９】
このプリフォームを以下に示す方法で精密プレス成形することにより、外形１０ｍｍ、中心肉厚３．３ｍｍの両凸光学レンズを製造した。
【０１００】
成形型の型材として、ＳＴＡＶＡＸ社製のステンレス金型（ＳＵＳ４２０Ｊ２相当、硬度５８０Ｈｖ）を使用した。このステンレス型材を研削し、その上にＮｉ−Ｐからなる中間層（Ｎｉ：Ｐ＝９０：１０）を設けた後、ポリテトラフルオロエチレン粒子を約３０体積％含有するＮｉ−Ｐ膜（Ｎｉ：Ｐ＝９０：１０）を無電解メッキ法により成膜した。膜厚は３０μｍとした。
【０１０１】
精密プレス成形の成形機としては東芝機械社製ＭＯ２Ｃ機を使用した。
【０１０２】
前記ガラスプリフォームを常温のまま、内径１０．４ｍｍの上記成形型内に供給し、窒素ガス雰囲気中で、２９７℃まで加熱して２０ＭＰａの圧力で６０秒加圧した。その後、冷却速度−２．２℃／ｓで徐冷しながら１０ＭＰａの圧力で１２秒加圧し続け、ガラス成形体の温度が５０℃以下に下がったところで、ガラス成形体を取り出した。この工程を使用し、同一成形型で１０００回連続プレス成形したところ、ガラス成形体にカン、ワレの発生はなかった。また、成形型の表面膜にも融着や白濁のような不利益は生じなかった。
【０１０３】
（実施例２）
研削したステンレス型材の上にＮｉ−Ｐ−Ｂ膜（Ｎｉ：Ｐ：Ｂ＝９８：１．５：０．５）を無電解メッキ法により成膜した。その他の条件を実施例１と同じくし、同一成形型で１０００回連続プレス成形したところ、ガラス成形体にカン、ワレの発生はなかった。また、成形型の表面膜にも融着や白濁のような不利益は生じなかった。
【０１０４】
（比較例）
成形型の型材として、超硬金型を使用した。この超硬金型にＰｔを主成分とする膜を真空蒸着法により成膜した。膜厚は０．５μｍとした。精密プレス成形の成形機としては東芝機械社製ＭＯ２Ｃ機を使用した。前記ガラスプリフォームを常温のまま、内径１０．４ｍｍの上記成形型内に供給し、窒素ガス雰囲気中で、３２７℃まで加熱して１０ＭＰａの圧力で８０秒加圧した。その後、冷却速度−２．２℃／ｓで徐冷しながら１０ＭＰａの圧力で１２秒加圧し続け、ガラス成形体の温度が５０℃以下に下がったところで、ガラス成形体を取り出した。この工程では成形型にガラスが融着してしまい、繰り返し成形を行うことができなかった。