(57)【要約】【課題】高い機械的強度と高い気密性を有するガラス光学素子等を提供する。【解決手段】環状の枠体１１と、枠体１１内にてガラス素子母材を加熱軟化させモールド成形されるガラス素子１５と、枠体１１の内周に接して設けられ、ガラス素子１５の軟化温度において融解する接着層１２とを備えたガラス光学素子であり、接着層１２は、厚さが１μｍ以下のＡｌ、Ｚｎ、Ａｌ−Ｚｎ合金のいずれか１つであり、スパッタ法により形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の枠体と、
前記枠体内にてガラス素子母材を加熱軟化させモールド成形されるガラス素子と、
前記枠体の内周に接して設けられ、前記ガラス素子の軟化温度において融解する接着層と
を備えたことを特徴とするガラス光学素子。
【請求項２】
前記接着層は、金属または合金からなること
を特徴とする請求項１に記載のガラス光学素子。
【請求項３】
前記金属は、ＡｌまたはＺｎであり、前記合金は、Ａｌ−Ｚｎ合金であること
を特徴とする請求項２に記載のガラス光学素子。
【請求項４】
前記接着層は、厚さが１μｍ以下であること
を特徴とする請求項１に記載のガラス光学素子。
【請求項５】
前記接着層は、スパッタ法により形成されること
を特徴とする請求項１に記載のガラス光学素子。
【請求項６】
環状の枠体と当該枠体の内部にガラス素子が備えられるガラス光学素子の製造方法であって、
ガラスモールド用の上型と下型との付き合わせ面の周囲に前記ガラス素子の軟化温度において融解する接着層が内周に接して備えられた前記枠体を配置し、
前記上型と前記下型との間にガラス素子母材を配置し、
前記ガラス素子母材を加熱軟化させ、前記上型と前記下型とによりプレスし、前記ガラス素子の縁を前記接着層を介して前記枠体に接着させる
ことを特徴とするガラス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、ガラス光学素子等に係り、特に、モールド成形により製造される枠体付きレンズからなるガラス光学素子等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばデジタルカメラや携帯電話機、医療用機器、光通信機器、ＤＶＤのピックアップヘッドなど、光学素子を用いた各種デバイスにて、その小型化が急速に進んでいる。これらのデバイスに用いられる光学素子としては、高屈折率、低複屈折、低色収差および耐高温性の観点から、ガラスレンズが広く用いられている。また、このガラスレンズの表面を非球面とすることで、単一のレンズで収差を無くすこともでき、デバイスの軽量化が可能である。
【０００３】
この非球面ガラスレンズの製造方法には、従来の研磨方法では加工精度および量産性に劣ることから、ガラスモールド方法が用いられる。このガラスモールド方法は、プリフォーム（ガラス光学素子）を加熱軟化させ、所望の精度に仕上げられた非球面成形表面を有する金型でプレスすることで、金型の形状をプリフォームに転写する成形法である。
そして、その取付けに際して高い精度と気密性、並びに強度が要求されるため、環状の枠体の内側にレンズ素材を配置して加熱により軟化させ、軟化したレンズ素材を金型によりプレス成形することによりレンズを成形し、レンズを枠体に圧着させて一体化する製造方法が考えられている。しかしながらこの製造方法では、レンズを枠体に安定して固着させることが困難である。
【０００４】
公報記載の従来技術では、これを解決する方法として、レンズホルダの内側にレンズ素材を固着し、その後加熱によりレンズ素材を軟化させ、軟化したレンズ素材を加圧成形することによりレンズを成形する製造方法が示されている（例えば、特許文献１参照。）。レンズホルダの内側に予めレンズ素材を固着させることにより、レンズをレンズホルダ内面に安定して成形しようとするものである。
【０００５】
【特許文献１】特公平１−２９１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、レンズ素材を予めレンズホルダの内面に接着により固着するなどの作業は非常に猥雑である。
また光学素子には用途によって様々なレンズ素材が用いられ、それらのレンズ素材の軟化温度は高範囲に及ぶ。そのため、成形時の温度も様々であり、例えばある種のガラスレンズ成形では６００℃程度の高い温度での成形も要求される。そこでレンズを枠体に固着する方法も、広い成形温度範囲で有効に機能することが求められる。しかし、上記のような方法では、成形温度によっては、接着の強度と気密性が不十分になるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、高い機械的強度と高い気密性を有するガラス光学素子を提供することを目的とする。
また本発明の他の目的は、高い機械的強度と高い気密性を有するガラス光学素子を、広い成形温度範囲で簡便かつ安定して製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明のガラス光学素子は、環状の枠体と、枠体内にてガラス素子母材を加熱軟化させモールド成形されるガラス素子と、枠体の内周に接して設けられ、ガラス素子の軟化温度において融解する接着層とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
ここで、接着層は、金属または合金からなることが好ましく、金属は、ＡｌまたはＺｎであり、合金は、Ａｌ−Ｚｎ合金であることが更に好ましい。
また、接着層は、厚さが１μｍ以下であることが好ましく、接着層は、スパッタ法により形成されることが更に好ましい。
【００１０】
また、本発明のガラス光学素子の製造方法は、環状の枠体と枠体の内部にガラス素子が備えられるガラス光学素子の製造方法であって、ガラスモールド用の上型と下型との付き合わせ面の周囲にガラス素子の軟化温度において融解する接着層が内周に接して備えられた枠体を配置し、上型と下型との間にガラス素子母材を配置し、ガラス素子母材を加熱軟化させ、上型と下型とによりプレスし、ガラス素子の縁を接着層を介して枠体に接着させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、高い機械的強度と高い気密性を有する枠体付きレンズ等を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用されるガラス光学素子１０の全体構成を示した斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。このガラス光学素子１０は、環状に形成される枠体１１と、この枠体１１の内側にて、枠体１１の内周に接して設けられる接着層１２とを備えている。そして、接着層１２の内側には、ガラス素子母材を加熱軟化させモールド成形されるガラス素子（レンズ）１５を備えている。
【００１３】
枠体１１は、ガラス素子１５の材料より線膨張係数が同等か大きい材料であることが好ましい。例えば、ステンレスやコバール等が挙げられる。枠体１１の線膨張係数がガラス素子１５の線膨張係数に比べて大きいと、モールド成形によりガラス光学素子１０を製造する工程中で、冷却時に枠体１１がガラス素子１５よりも大きく収縮する。その結果、枠体１１が接着層１２を通してガラス素子１５を締め付け、枠体１１とガラス素子１５との保持力（取付け強度）を高めることができる。
【００１４】
接着層１２は、詳しくは後述するが、ガラス素子１５と枠体１１とを強固に接着させることにより、ガラス素子１５と枠体１１との間に高い気密性を生じさせるものである。そしてこれと共にガラス素子１５と枠体１１との間に高い機械的強度を付与するものである。
【００１５】
ガラス素子１５は、例えば、シリカを主成分とし、例えば、アルミナ、ナトリウム、フッ化ランタン等が添加された低融点ガラスにより構成される。ガラス素子１５は、例えば、軟化温度が約６００℃以下の低融点ガラスで構成されても、軟化温度が約４００℃以下の超低融点ガラスで構成されてもよい。
【００１６】
次に、接着層１２について、更に詳しく説明する。
図３は、ガラス素子１５を形成する前の接着層１２が設けられた枠体１１を示した概略図である。
接着層１２は、前述の通り枠体１１の内周に接して設けられる。材料としては、金属または合金であることが好ましく、Ａｌ、Ｚｎ、またはこれらの合金（Ａｌ−Ｚｎ合金）であることが更に好ましい。即ち、Ａｌは融点が約６６０℃であり、Ｚｎは融点が約４２０℃であることから、ＡｌとＺｎの組成比を調整することによって、融点を約４２０℃から約６６０℃までの広い温度範囲で設定することができる。このためガラス素子１５を成形する際に様々な成形温度に対応することができる。例えばガラス素子１５の軟化温度が６００℃程度であれば、接着層１２の融点も約６００℃となるように、Ａｌ８０％−Ｚｎ２０％（ａｔ％）の組成とした合金を使用することができる。
なお接着層１２の融点は、ガラス素子１５の成形温度と同じか、または少し低く設定するのが好ましい。接着層１２の融点が成形温度より過度に高いと接着層１２が融解せず、ガラス素子１５と枠体１１との接着が十分行われない可能性がある。また、接着層１２の融点が成形温度より過度に低いとガラス素子１５の成形前に接着層１２が融解して液体となり枠体１１から脱落するおそれがある。
【００１７】
接着層１２を形成する方法としては、スパッタ法が適している。スパッタ法では、ターゲットの原子をＡｒイオンで物理的に叩き出して膜を形成するので、どのような組成比のＡｌ−Ｚｎ膜でも形成可能である。したがって成形に用いるガラス素子１５の軟化温度にあわせて、接着層１２の融点を高範囲で精度良く調整できる。組成の調整は、ＡｌターゲットとＺｎターゲットを使用した同時コスパッタ法や、Ａｌ−Ｚｎの合金ターゲットを使用してスパッタする方法などにより行える。
【００１８】
なお接着層１２としては、上述のものに限られるわけではなく、ガラス素子１５の軟化温度において融解するものであれば、他の金属や合金でもよく、またはガラス材のような金属、合金以外の材料により形成してもよい。ここで他の金属や合金を用いるときの接着層１２の形成法としては、上述したスパッタ法が有効である。スパッタ法であれば、ほとんどの金属膜や合金膜を、望みの組成に制御しながら形成することが可能である。
【００１９】
接着層１２は枠体１１の内周面の全面に形成してもよいし、枠体１１のうちガラス素子１５の外端部と接着される部分だけに形成してもよい。ガラス素子１５の外端部と接着される部分だけに接着層１２を形成したい場合には、接着層１２の形成時に、ガラス素子１５と接着される部分以外の枠体１１の内周面に防着マスクを装着することによって接着層１２の形成を防止できる。
また、接着層１２の厚さは、１μｍ以下であることが好ましい。この範囲を超えるとガラス光学素子１０に要求される位置合わせ精度を確保できないおそれがある。
【００２０】
次に、ガラス光学素子１０を製造する装置およびガラス光学素子１０の製造方法について説明する。
図４は、ガラス光学素子１０をモールド成形により製造するガラス素子成形装置１００を示す構成図である。
ガラス素子成形装置１００は、ガラス素子１５をモールド成形する下金型（下型）１１０及び上金型（上型）１１２と、下金型１１０及び上金型１１２を所定の温度に維持する下均熱プレート１１４及び上均熱プレート１１６と、下金型１１０及び上金型１１２を昇温する下加熱ヒーター１１８及び上加熱ヒーター１２０とを有して構成される。また、ガラス素子成形装置１００は、上金型１１２を可動させる加圧シリンダー１２４と、ガラスレンズの成形環境を制御する窒素導入口１２６及び窒素排気口１２８と、下金型１１０及び上金型１１２等を収容するガラスレンズ成形器１３０と、上金型１１２の動作を規制するスリーブ１３２とを有して構成される。
【００２１】
下金型１１０と上金型１１２とが、載置され軟化されたガラス素子母材１５ａをモールドプレス法により成形してガラス素子１５とし、ガラス光学素子１０を製作する。下金型１１０、上金型１１２は、ＷＣ、ＳｉＣなどの耐熱性に優れた材料から構成される。また、下金型１１０、上金型１１２とガラス素子母材１５ａとが接触する面には、離型性を確保するために、白金、イリジウム、パラジウム等の貴金属またはその合金や、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）などからなる離型膜１１１、１１３がそれぞれ成膜されている。
【００２２】
下均熱プレート１１４と上均熱プレート１１６は、それぞれ下加熱ヒーター１１８と上加熱ヒーター１２０に搭載される。下均熱プレート１１４と上均熱プレート１１６は、サーマルバッファ（熱的緩衝体）の役割を果たし、下加熱ヒーター１１８と上加熱ヒーター１２０から受ける熱を、ガラスレンズの製作に支障がない程度に均一な状態にして下金型１１０と上金型１１２とに伝える。図示しない制御手段は、下金型１１０の表面と上金型１１２の表面とがモールド成形に適した温度になるように、下加熱ヒーター１１８と上加熱ヒーター１２０とを制御する。
【００２３】
加圧シリンダー１２４は、上加熱ヒーター１２０及び上均熱プレート１１６に固定された上金型１１２を上下動させる駆動系である。図示しない制御手段により動作が制御される。
また、窒素導入口１２６及び窒素排気口１２８は、成形時の金型の雰囲気を窒素として、高温下での酸化を防止している。
【００２４】
以上の構成を有するガラス素子成形装置１００がガラス素子母材１５ａをモールド成形してガラス素子１５とし、ガラス光学素子１０を製造する製造工程を以下に説明する。
まず、図３に示した接着層１２が内周に形成された枠体１１をガラス素子成形装置１００の下金型１１０と上金型１１２との付き合わせ面の周囲に配置する。そして、離型膜１１１が形成された下金型１１０と離型膜１１３が形成された上金型１１２との間にガラス素子母材１５ａを投入し、ガラス素子母材１５ａをガラス素子成形装置１００に配置する。
【００２５】
次に、図示しない排気ポンプ及び処理ガス導入ポンプを使って、窒素導入口１２６から窒素を導入し、ガラス素子成形装置１００内部の空気を窒素ガスに置換する。そして、下加熱ヒーター１１８及び上加熱ヒーター１２０を昇温し、窒素雰囲気下でガラス素子母材１５ａを軟化温度まで昇温してガラス素子母材１５ａを軟化させる。
なおここで、スリーブ１３２は、接着層１２の融点よりもやや低い温度に保つことが好ましい。これは、枠体１１の内周に形成された接着層１２がモールド成形前に融けだすことを防止するためである。
そして、ガラス素子母材１５ａが十分に加熱された後に、加圧シリンダー１２４により上金型１１２を可動させ、下金型１１０と上金型１１２とによりプレスしてガラス素子母材１５ａをモールド成形する。
【００２６】
図５は、モールド成形時のガラス素子母材１５ａの状態を示した図である。
ガラス素子母材１５ａは、プレスの際に下金型１１０及び上金型１１２により加えられる圧力により外側に広がり、離型膜１１１、１１３を介し、下金型１１０と上金型１１２との間にできる空隙に収容される。この際に、ガラス素子母材１５ａは枠体１１の内周面に設けられた接着層１２まで達する。そして軟化温度まで加熱されたガラス素子母材１５ａの熱によって、接着層１２が融解して軟化し、ガラス素子母材１５ａの外周端部と枠体１１との間で表面張力の作用により全周にわたって均一に広がる。こうしてガラス素子母材１５ａが加圧成形された後に、図示しない冷却機構によって、下金型１１０、上金型１１２、スリーブ１３２が冷却され、それに伴い成形されたガラス素子母材１５ａと枠体１１が冷却される。そしてこの冷却中に接着層１２は固化する。その後、上金型１１２の圧力を開放し、例えば常温まで冷却して、ガラス光学素子１０を取り出す。固化した接着層１２は、ガラス素子１５の縁が枠体１１と強固に接着する。このようにして、ガラス素子１５と枠体１１との接着部に高い機械的強度と気密性が確保されたガラス光学素子１０を広い成形温度範囲で簡便かつ安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態が適用されるガラス光学素子の全体構成を示した斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】ガラス素子を形成する前の接着層が設けられた枠体を示した概略図である。
【図４】ガラス光学素子をモールド成形により製造するガラス素子成形装置を示す構成図である。
【図５】モールド成形時のガラス素子母材の状態を示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０…ガラス光学素子、１１…枠体、１２…接着層、１５…ガラス素子、１５ａ…ガラス素子母材、１００…ガラス素子成形装置、１１０…下金型、１１２…上金型
【図１】
2009063816.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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