JP4919942B2 - ガラス成形体、精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子それぞれの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス成形体の製造方法、精密プレス成形用プリフォームの製造方法および光学素子の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、精密プレス成形用プリフォームなどの高品質なガラス物品を作るための母材となるガラス成形体を、高い生産性のもとに効率よく製造する方法、および得られたガラス成形体から精密プレス成形用プリフォームを製造する方法、ならびに得られたプリフォームから光学素子を製造する方法に関するものである。

非球面レンズなどのガラス製光学素子を量産する方法として、精密プレス成形法が知られている。この方法は、精密プレス成形に先立ち所要量のガラスを予備成形してプリフォームと呼ばれる成形体にする。それからプリフォームを加熱、軟化してプレス成形型を用いてプレス成形し、成形面を精密にガラスに転写して光学素子の光学機能面を形成する。

精密プレス成形法は優れた生産性を有する方法であるが、その生産性をさらに向上させるには、如何に効率よくプリフォームを生産するかという点がポイントになる。こうした要求に応えるため、幾つかのプリフォーム生産法が提案されている。一例としては特許文献１に記載されているように、熔融ガラス滴を液体に滴下して冷却しながらプリフォームに成形する方法が知られている。
特開平１０−２９１８２４号公報

しかしながら、この方法には次のような問題がある。液体中でガラスの固化が始まる時点でガラス塊を急冷すると急激な体積収縮によりガラス塊が破損したり、クラックが入ることがある。こうした破損やクラックはカン、割れと呼ばれるがカン、割れに至らない場合でも、急冷によりヒケと呼ばれる現象がおきてガラス塊表面の一部が窪んだり、ガラス塊中に真空泡が発生することがあった。

本発明は、このような状況下になされたものであり、精密プレス成形用プリフォームなどの高品質なガラス物品を作るための母材となるガラス成形体を、高い生産性のもとに効率よく製造する方法、および得られたガラス成形体から精密プレス成形用プリフォームを製造する方法、ならびに得られたプリフォームから光学素子を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ね、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、
（１） 熔融ガラスから中実状のガラス成形体を製造する方法において、
熔融ガラス塊を液体に滴下して液体中で冷却、成形後、全表面を研磨処理してガラス製の精密プレス成形用プリフォームを作製するための母材であって、前記熔融ガラス塊と等質量のガラス成形体を得ること、および
前記液体として、１気圧下における沸点ＢＰが３０〜２００℃、定圧比熱をＣｐ［Ｊ／（ｇ・Ｋ）］、気化熱をＱ［Ｊ／ｇ］とした場合、下記関係式（１）
Ｃｐ×（ＢＰ−２０℃）＋Ｑ≦９００Ｊ／ｇ ……（１）
を満たす液体を用いること、ならびに、
循環する液体を冷却し、液温を一定に維持するとともに、液面に達したガラス滴を液体の循環流によって流し、液面到達時の位置からずらし、ガラス滴同士のくっつきを防止すること、
を特徴とするガラス成形体の製造方法、
（２） 前記熔融ガラス滴を液体に滴下し、液体中で冷却、成形する工程を繰り返してガラス成形体を量産する際、当該液体の温度を０〜２００℃の範囲における所定の温度±１０℃に維持する制御を行い、熱履歴が一定のガラス成形体を量産する請求項１に記載のガラス成形体の製造方法、
（３） １００〜３００℃における平均線膨張係数が５０×１０^−７Ｋ^−１以上であるガラスを成形する上記（１）または（２）項に記載のガラス成形体の製造方法、
（４） 液体がフッ素化合物を含むものである上記（１）〜（３）項のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（５） 熔融ガラスから中実状のガラス成形体を製造する方法において、
熔融ガラス塊を液体に投入して液体中で冷却、成形後、全表面を研磨処理してガラス製の精密プレス成形用プリフォームを作製するための母材であって、前記熔融ガラス塊と等質量のガラス成形体を得ること、および
前記液体として、１気圧下における沸点ＢＰが３０〜２００℃、定圧比熱をＣｐ［Ｊ／（ｇ・Ｋ）］、気化熱をＱ［Ｊ／ｇ］とした場合、下記関係式（１）
Ｃｐ×（ＢＰ−２０℃）＋Ｑ≦９００Ｊ／ｇ ……（１）
を満たす液体を用いること、ならびに、
前記液体がＣＦ _３ （ＣＦ _２ ） _５ ＣＦ _３ および／またはＣＦ _３ ＣＨ _２ ＯＣＦ _２ ＣＦ _２ Ｈであること、
を特徴とするガラス成形体の製造方法、
（６） 熔融ガラス塊の液体への投入が、ノズルの流出口から熔融ガラス滴を液体に滴下することにより行われる上記（５）項に記載のガラス成形体の製造方法、
（７） 質量が１００ｍｇ以下の熔融ガラス滴を滴下する上記（１）〜（４）、（６）項のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法、
（８） 上記（１）〜（７）項のいずれか１項に記載の方法によりガラス成形体を作製し、前記ガラス成形体の全表面を研磨処理してプリフォームを作製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、
（９） 上記（１）〜（７）項のいずれか１項に記載の方法によりガラス成形体を量産し、量産した多数のガラス成形体の全表面を同時に研磨処理してプリフォームを作製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、および
（１０） 上記（８）または（９）項に記載の方法によりプリフォームを作製し、前記プリフォームを加熱、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、
を提供するものである。

本発明によれば、精密プレス成形用プリフォームなどの高品質なガラス物品を作るための母材となるガラス成形体を、高い生産性のもとに効率よく製造する方法、および得られたガラス成形体から精密プレス成形用プリフォームを製造する方法、ならびに得られたプリフォームから光学素子を製造する方法を提供することができる。

まず、本発明のガラス成形体の製造方法について説明する。
［ガラス成形体の製造方法］
本発明のガラス成形体の製造方法は、熔融ガラスから中実状のガラス成形体を製造する方法において、熔融ガラス塊を液体に投入して液体中で冷却、成形後、全表面を研磨処理してガラス製の精密プレス成形用プリフォームを作製するための母材であって、前記熔融ガラス塊と等質量のガラス成形体を得ること、および前記液体として、１気圧下における沸点ＢＰが３０〜２００℃、定圧比熱をＣｐ［Ｊ／（ｇ・Ｋ）］、気化熱をＱ［Ｊ／ｇ］とした場合、下記関係式（１）
Ｃｐ×（ＢＰ−２０℃）＋Ｑ≦９００Ｊ／ｇ ……（１）
を満たす液体を用いることを特徴とする。

熔融ガラス塊を液体中で成形する際に生じるカン、割れ、真空泡は、ガラス塊が急冷されることによる。そこで、カン、割れ、真空泡を防止するには、ガラス塊に接した液体をガラス塊の熱によって沸騰させてガス化し、ガラス塊表面が前記ガスの層によって覆われた状態を作り、ガラス塊の冷却スピードを減少させればよい。ただし、ガス層によりガラス塊表面が覆われていても、ガス層による断熱効果が十分でないと、上記不具合を完全に解消することは難しい。特に、膨張係数が大きいガラスを成形する場合、冷却時の体積収縮が大きくなるので、十分な断熱効果が得られるようにガス層を形成しなければならない。

このようなガス層を形成する液体としては、常温常圧で液体であること、比熱、気化熱がともに小さいこと、沸点がさほど高くないこと（例えばガラスの転移温度よりも低いこと）が望まれる。

次に、本発明で用いる液体について説明する。
なお、本発明においては、前記液体が、その液中においてガラス成形体を作製するのに用いられることから、「成形用液体」とも呼称する。
（成形用液体）
２０℃の液体１ｇがガラス塊表面に接することにより熱せられて沸騰し、ガス化するために要する熱量はＣｐ×（ＢＰ−２０℃）＋Ｑと表される。この熱量を液体のガス化しやすさの指標Ａとして用い、この指標とカン、割れ、真空泡の防止効果の関係を実験的に調査した結果、本発明においては、成形用液体として、下記関係式（１）
Ｃｐ×（ＢＰ−２０℃）＋Ｑ≦９００Ｊ／ｇ ……（１）
を満たす液体を用いることにより、良好な結果が得られることが判明した。
表１に幾つかの液体についてＢＰ、Ｃｐ、Ｑ、Ａを示す。

このように、液体により指標Ａの値には大きな差がある。フッ化炭化水素やハイドロフルオロエーテルのように指標Ａが所定値以下になっている液体では、液体がガス化しやすく、ガス層による十分な断熱効果が得られるが、水やエチレングリコールのように指標Ａが大きい液体では、ガス層による十分な断熱効果が得られにくい。

特に熔融ガラス塊の質量が小さい場合、例えば熔融ガラス滴を液体に滴下するような場合、熔融ガラス塊がもつ熱量が小さいが、指標Ａが小さい液体を使用することで十分なガス層を形成することができる。

本発明においては、ガス層形成による十分な断熱効果を得る上から、成形用液体として、指標Ａが９００Ｊ／ｇ以下の液体を用いることを要し、好ましくは７００Ｊ／ｇ以下の液体、より好ましくは４００Ｊ／ｇ以下の液体、さらに好ましくは２５０Ｊ／ｇ以下の液体を使用することが望ましい。

液体の沸点については、沸点が高すぎるとガラス塊の冷却とともに液体の沸騰が止まり、ガス層形成に必要なガスが供給されず、ガラス塊をゆっくり冷却することができない。

一方、沸点が低すぎると液体の消耗が著しくなり、常に液体を補給しなければならない。
したがって、本発明では、成形用液体として、沸点が３０〜２００℃の液体を使用する。好ましい液体の沸点は６０〜１５０℃、より好ましくは８０〜１２０℃である。

また、膨張係数が大きいガラスほど冷却時の体積収縮が大きく、カン、割れ、真空泡が生じやすい。したがって、本発明は膨張係数が大きいガラスの成形に好適であり、１００〜３００℃における平均線膨張係数が５０×１０^−７Ｋ^−１以上のガラスの成形により好適であり、８０×１０^−７Ｋ^−１以上のガラスの成形にいっそう好適である。

本発明では前述の諸条件を満たす液体を使用するが、こうした液体としてはフッ素化合物含有の液体が好ましいが、フッ素化合物は熱分解によってフッ酸を生成するため、液体の沸騰、ガス化により発生したフッ酸がガラス成形体表面を変質させ、ヤケと呼ばれる変質層が形成されやすい。しかし、得られたガラス成形体は全表面を研磨して精密プレス成形用プリフォームを作製するための母材であり、表面の変質層は上記研磨により確実に除去されることになる。

なお、成形用液体としてフッ素化合物含有の液体を用いる場合、上記したように熱分解により生成したフッ酸を中和するために、所望により水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの塩基性物質を、フッ素化合物含有の液体に添加することができる。この場合、塩基性物質の添加量は、塩基性物質や成形用液体の種類にもよるが、該液体１００質量部に対して、通常１〜１０質量部、好ましくは３〜７質量部である。
（本発明の方法による効果）
本発明のガラス成形体の製造方法においては、熔融ガラス塊の液体への投入を、ノズル流出口から熔融ガラス滴を液体に滴下することにより行うことが望ましい。こうした方法では、熔融ガラス塊の液体への投入が、ノズルの流出口から熔融ガラス滴を液体に滴下することにより行われるが、ノズルの温度を一定に保ち、熔融ガラスを一定流量で連続して流出すると滴下の時間間隔が一定となり、熔融ガラス滴の質量が一定となる。

単位時間あたりの熔融ガラスの流出量を引上げ量と呼ぶが、光学ガラスの生産においては、引上げ量が変わると熔融容器内における熔融ガラスの滞在時間が変化するため、清澄条件が最適状態から外れたり、滞在時間が長くなることにより容器を構成する白金などの材料がガラス中に溶け込み、ガラスの着色が強まるなどの問題がおきる。こうした不具合を回避しつつ、所望質量の熔融ガラス滴を得るには引上げ量を一定に維持し、滴下の時間間隔を調整すればよい。

本発明によれば、従来のようにガラスの滴下毎に成形型をノズルの下方に次々に移送する必要がないため、滴下間隔を短くして単位時間あたりのガラス成形体の生産量を高めることができる。熔融ガラス滴の質量が小さいほうが滴下間隔は短くなるから、享受できるメリットはより大きい。

前述のガス化しやすい液体の使用とあわせ、本発明は軽量のガラス成形体の成形に好適であり、特に質量が１００ｍｇ以下の熔融ガラス滴の滴下に好適であり、５０ｍｇ以下の熔融ガラス滴の滴下により好適である。

なお、熔融ガラス滴の滴下による方法では、ガラス成形体の形状を決める因子としてガラス滴の表面張力が支配的になるため、ガラス滴を球状に成形できるメリットがある。球状のガラス成形体は研磨がしやすく、プリフォームを効率的に生産する上から好ましいと言える。
（液体の温度制御方法）
本発明においては、熔融ガラス滴を液体に滴下し、液体中で冷却、成形する工程を繰り返してガラス成形体を量産する際、当該液体の温度を０〜２００℃の範囲における所定の温度±１０℃に維持する制御を行うことにより、ガラス成形体を効率よく量産することができる。

すなわち、気化熱が小さい液体を使用して液体中でガラスをゆっくり冷却する場合でも液体の消耗量を減少させることができる。また、ガラス成形体の量産中、液温を一定に保つことにより熱履歴が一定のガラス成形体を量産することができ、研磨によって質量公差が極めて小さいプリフォームを作ることもできる。

さらに、ガラス成形体の品質が安定することによって、多数のガラス成形体を同時に研磨したときの研磨の進行度を一定にすることもできるし、品質が揃ったガラス成形体を研磨することにより、研磨時のガラスの破損を低減、防止することもできる。

上記±１０℃の範囲で維持される液体の所定温度をＴliq［℃］とした場合、当該液体をＴliq［℃］に制御する方法としては、当該液体を上記温度に均一に維持し得る方法であればよく、特に制限はないが、例えば液体の外部循環流路を形成するとともに、前記流路中に熱交換器を設けて循環する液体を冷却し、液温を一定に維持する制御方法が好ましい。その際、熔融ガラス滴を滴下する液面に液体の循環によって流れを生じさせながら次々に熔融ガラス滴を滴下することがより望ましい。滴下距離が短ければ、滴下間隔ｔが短くてもガラス滴同士が空中でくっつくことはないが、ガラス滴が液面に達すると急激に減速するので、次に滴下したガラス滴が液面上のガラス滴にくっついてしまうことがある。上記構成を採用することで、液面に達したガラス滴を液体の循環流によって流し、液面到達時の位置から速やかにずらずことで、こうした不具合を回避することができる
その他液温の制御方法としては、液体中に熱交換器を浸漬して液温を一定に維持する方法や、液体が収容された容器を周りから冷やして、液温を一定に維持する方法などがある。

いずれの方法でも液体の温度を測定し、測定結果と液温の設定値を比較し、液温のほうが高い場合は熱交換器による液体の冷却を強め、液温のほうが低い場合は熱交換器による液体の冷却を弱めるか停止する。こうしたフィードバック制御を行う上から液体の温度は熱電対などのように温度データが電気信号に変換される測定器を用いることが好ましい。フィードバック制御はマイクロコンピュータなどを用いる公知の制御方法を採用すればよい。

次に、本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法について説明する。
［精密プレス成形用プリフォームの製造方法］
本発明の精密プレス成形用プリフォーム（以下、単にプリフォームと称することがある。）の製造方法は、前述した方法で作製したガラス成形体の全表面を研磨処理してプリフォームを作製することを特徴とする。

ガラス製の光学素子の生産にあたっては、多種の光学ガラスの中から所望の光学特性に応じたガラスを選択し、光学素子の質量に応じた分量のプリフォームを作ることになる。こうした状況下、ユーザーからの需要に速やかに対応するには、予め、ガラスの種類毎に何種類もの質量のプリフォームを多数個揃えておかなければならない。しかし、このような方法はプリフォームの不必要な在庫を常時かかえることになるため、好ましくない。

本発明によれば、上記状況においてもユーザーの需要に対し、次のように迅速かつ効率的に対応することができる。等質量のガラス成形体を成形して、複数個のガラス成形体からなるロットを作る。ロット毎にガラス成形体１個の質量を変え、前記質量が段階的に異なる複数のロットを作る。具体的には、必要とされるプリフォームの最小質量に研磨しろの質量を加えた質量αをもつガラス成形体のロット、必要とされるプリフォームの最大質量に研磨しろの質量βを加えた質量をもつガラス成形体のロット、そして質量αとβの間の質量をもつガラス成形体からなるロットを１種または複数種作製する。こうして何段階かの質量をもつガラス成形体からなるロットを用意する。需要に応じて特定質量のプリフォームが必要になったとき、前記特定質量より大きくかつ前記質量に最も近い質量のガラス成形体からなるロットを選択し、このロットに含まれるガラス成形体の全表面を研磨処理して前記質量のプリフォームを作製する。こうすることにより、研磨しろの調整によって所望質量のプリフォームを効率的に製造することができる。

なお、前記（１）式を満たしつつ、熱分解によるフッ素発生量が少ないフッ素化合物としては、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_５ＣＦ_３、ＣＦ_３ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２Ｈなどを例示することができる。ハイドロフルオロエーテルの中でもＣＦ_３ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＨはＣＦ_３（ＣＨ_２）_３ＯＣＨ_３［住友スリーエム社製、商品名「ノベック」］と異なり、フッ素発生量が少なく、該ノベックの３０％程度の発生量に抑えることができるため、最小研磨しろを少なく設定することができる。
（研磨処理）
本発明においては、前述のようにして得られたガラス成形体の全表面を研磨処理して、所望のプリフォームを作製するが、研磨処理として、以下に示す方法を用いることができる。

断面が円弧上の溝を形成した研磨盤の溝内に球状ガラス成形体を置き、もう一つの研磨盤でガラス成形体を挟むようし、研磨剤を混合したスラリーと呼ばれる液体をかけながらガラス成形体を上記溝に沿って転がしながらガラス成形体の全表面を均等に研磨処理する。このようにして真球度の高い球状のプリフォームを作ることができる。こうした方法は、ガラス成形体と相似形状のプリフォームが得られるので、球体の直径を測定しながら研磨しろを調整するだけで、比較的簡単に目的質量のプリフォームを作ることができる。研磨処理によって減少するガラスの質量はガラスの比重と直径、直径の減少量から容易に算出することができる。

なお、上記球状ガラス成形体の研磨処理では研磨盤の溝内に等質量のガラス成形体を置いて同時に研磨することが望ましい。こうすれば各ワークに均等な圧力が加わり、ワーク毎の研磨しろを均一にすることができ、質量公差が極めて小さいプリフォームを多数、同時に生産することができる。

このような態様も含め、本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法は、上記方法により作製したガラス成形体の全表面を研磨処理してプリフォームを作製する方法である。研磨方法としては、上記方法の他、公知の方法を利用することもできる。研磨処理に先立ち、必要に応じてガラス成形体をアニールしてもよい。アニールにより歪が低減されるので、研磨処理における破損防止効果を得ることができる。

なお、本発明によれば、液体中でガラス塊をゆっくり冷却することができるので、目視によりわかるクラックは勿論、目視では判りにくいクラックの発生も防止できる。微小なクラックが入ったガラス成形体を見逃して研磨工程にかけると研磨処理中にクラックが急激に成長した破損に至る。前述のように多数のガラス成形体を同時に研磨処理するので、１個でもガラスが破損するとその破片が他のガラス表面を傷つけてしまい、多数の不良品を出すことになってしまう。上記のように本発明によればこうしたトラブルを回避することもできる。

次に、本発明の光学素子の製造方法について説明する。
［光学素子の製造方法］
本発明の光学素子の製造方法においては、前述の方法により製造した精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形して光学素子を製造する。精密プレス成形の方法、条件は、公知の方法、条件を適用し、各ケースに合わせて最適化をすればよい。

精密プレス成形は、モールドオプティクス成形法とも呼ばれ、プレス成形によって光学機能面の形状を形成する方法であり、既に当該技術分野においてはよく知られたものである。光学素子の光線を透過したり、屈折させたり、回折させたり、反射させたりする面を光学機能面と呼ぶ。例えばレンズを例にとると非球面レンズの非球面や球面レンズの球面などのレンズ面が光学機能面に相当する。精密プレス成形法は、プレス成形型の成形面を精密にガラスに転写することにより、プレス成形で光学機能面を形成する方法である。つまり光学機能面を仕上げるために研削や研磨などの機械加工を加える必要がない。

精密プレス成形法に使用するプレス成形型としては、公知のもの、例えば炭化珪素、超硬材料などの型材の成形面に離型膜を設けたものを用いることができる。中でも、炭化珪素製のプレス成形型を用いることが好ましい。離型膜としては、炭素含有膜、貴金属合金膜などを使用することができ、耐久性、コストの面などから、炭素含有膜を用いることが好ましい。

精密プレス成形法では、プレス成形型の成形面を良好な状態に保つため、成形時の雰囲気を非酸化性ガス雰囲気にすることが望ましい。非酸化性ガスとしては、窒素、窒素と水素の混合ガスなどを用いることが好ましい。

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、プレス成形型に前述のプリフォームを導入し、上記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。

この精密プレス成形法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１０^６〜１０^１２ｄＰａ・ｓ程度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。

また上記ガラスが１０^１２ｄＰａ・ｓ以上、より好ましくは１０^１４ｄＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは１０^１６ｄＰａ・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。
（精密プレス成形法２）
この方法は、前述のプリフォームを加熱した後に、プレス成形型に導入し、精密プレス成形する、すなわち、プレス成形型とプリフォームを別々に予熱し、予熱し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というものである。

この方法によれば、当該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。

なおプレス成形型の予熱温度をプリフォームの予熱温度よりも低く設定することが好ましい。このようにプレス成形型の予熱温度を低くすることにより、上記型の消耗を低減することができる。

また、この方法によれば、プリフォーム加熱をプレス成形型内で行う必要がないので、使用するプレス成形型の数を少なくすることもできる。

精密プレス成形法２において、当該プリフォームを構成するガラスが１０^９ｄＰａ・ｓ以下、より好ましくは１０^９ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に予熱することが好ましい。

また、当該プリフォームを浮上しながら予熱することが好ましく、さらに当該プリフォームを構成するガラスが１０^５．５〜１０^９ｄＰａ・ｓ、より好ましくは１０^５．５ｄＰａ・ｓ以上１０^９ｄＰａ・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。

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、当該プリフォームの予熱温度よりも低い温度に調温されるが、上記ガラスが１０^９〜１０^１２ｄＰａ・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、上記ガラスの粘度が１０^１２ｄＰａ・ｓ以上にまで冷却してから離型することが好ましい。

本発明では、少なくとも上型と下型を有し、上型成形面の形状と下型成形面の形状が異なるプレス成形型を用い、予め加熱したプリフォームを上記下型上に供給してプレス成形を行うことができる。本発明によれば、当該プリフォームを用いることにより、上型、下型の成形面形状が異なるプレス成形型を用いても、ガストラップなどの問題を引き起こすことなく、光学素子を高い生産性のもとに製造することができる。

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。また、レンズを成形した場合には、心取り加工を行ってもよい。

このようにして、本発明によれば、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズなどの各種のレンズ、回折格子、回折格子付のレンズ、レンズアレイ、プリズムなどの各種光学素子、用途としてはデジタルカメラやフィルム内蔵カメラの撮像光学系を構成するレンズ、カメラ付携帯電話搭載の撮像レンズ、ＣＤやＤＶＤをはじめとする光記録式媒体のデータ読取および／またはデータ書込み用に使用する光線を導光するためのレンズなどの各種光学素子を作製することができる。また、銅含有ガラス製のプリフォームを使用すれば、半導体撮像素子の色補正機能を有する光学素子を作製することもできる。中でもデジタルカメラ搭載のレンズを製造する方法として好適である。

なお、これら光学素子には必要に応じて、反射防止膜、全反射膜、部分反射膜、分光特性を有する膜などの光学薄膜を設けることもできる。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１
（１）ガラス成形体の製造
屈折率ｎｄが１．８０６、アッベ数νｄが４０．７のホウ酸ランタン含有ガラスを１２００℃で熔解し、１０５０℃に温度制御された白金製流出パイプを通り、１０００℃に温度制御された白金製流出ノズルより熔融ガラスを滴下した。白金ノズルの外径０．８ｍｍ、内径０．６ｍｍでノズルの外径部鉛直下方に窒素ガスを０．８リットル／分の流量で定常的に流し、ノズル先端により滴下する質量より小さい質量のガラス滴を得た。質量は２０ｍｇで滴下間隔は０．２秒であった。

ノズルより滴下されたガラスは、パーフルオロカーボン［住友スリーエム社製、商品名「フロリナートＦＣ−８４」、示性式ＣＦ_３（ＣＦ_２）₅ＣＦ_３、Ａ＝１４３Ｊ／ｇ、ＢＰ＝８０℃］の入った容器（内径８０ｍｍ、液位８００ｍｍ、円筒状の容器）に落下し、液面から容器の底に到達するまで、約４秒間を要した。液体はスターリング冷却機を備えた外部循環式冷却装置で温度コントロールを行い、２０±５℃の範囲に制御した。容器の底には、開閉弁が設けてあり、５分おきに開閉を行い、ガラス成形体を取り出した。出来上がったガラス成形体は、平均直径２．０３ｍｍ、真円度５０μｍ以下の球体であり、カン・割れ・真空泡といった急冷による欠陥は一切入っていなかった。表面を電子顕微鏡で観察したところ、パーフルオロカーボンのフッ素成分とガラスが反応したため、僅かに白ヤケを起していた。なお、上記真円度は、真円度測定機（ミツトヨ社製「ＲＡ−２１００」）を用いて測定した。
（２）プリフォームの製造
上記（１）で得られたガラス母材を取りシロ１００μmで研磨処理し、直径１．８３mmとしたところ、表面に一切の欠陥がない球プリフォームロットが得られた。研磨処理に要した時間は１２時間であった。
（３）光学素子の製造
上記（２）で得られた球プリフォームロットの中の１００，０００個の球プリフォームについて、以下に示すようにプレス成形型で精密プレス成形を行い、非球面レンズを生産した。

各球プリフォームを、図１に示す、成形面に炭素含有膜（ダイヤモンド様カーボン膜）が設けられたＳｉＣ製の上型１及び下型２の間に配置した後、石英管１１内を窒素雰囲気としてヒーター１２に通電して石英管１１内を加熱した。成形型内の温度を、被成形球プリフォーム４の粘度が約１０^５〜１０^９ｄＰａ・ｓとなる温度とした後、この温度を維持しつつ、押し棒１３を降下させて上型１を上方から押して成形型内の被成形球プリフォーム４をプレスした。プレスの圧力は５〜１５ＭＰａ、プレス時間は１０〜３００秒間とした。プレス後、プレスの圧力を解除し、非球面プレス成形されたガラス成形体を上型１及び下型２と接触させたままの状態でガラス転移温度まで徐冷し、次いで室温付近まで急冷して非球面に成形されたガラスを成形型から取り出した。なお、図１において、符号３は案内型、１０は支持台、９は支持棒、１４は熱電対である。

得られた精密プレス成形品を、アニール炉にて３８０℃まで加熱し、２時間その温度を維持した後に、１時間で常温に降温する条件で、アニール処理して非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、偏肉精度の良い[コバ厚のばらつきが±０．００５ｍｍ以内（レーザ変位計にてコバ厚を１周測定する方法により測定）]ものであった。
実施例２
（１）ガラス成形体の製造
屈折率ｎｄが１．８２、アッベ数νｄが２４の重フリン系ガラスを１１００℃で熔解し、９５０℃に温度制御された白金製流出パイプを通り、９００℃に温度制御された白金製流出ノズルより熔融ガラスを滴下した。白金ノズルの外形０．８ｍｍ、内径０．７ｍｍでノズルの外径部鉛直下方に窒素ガスを０．５リットル／分の流量で定常的に流し、ノズル先端により滴下する質量より小さい質量のガラス滴を得た。質量は４０mgであり、滴下間隔は０．２５秒であった。

ノズルより滴下されたガラス滴はハイドロフルオロエーテル[旭硝子社製、商品名「アサヒクリンＡＥ３１００」、示性式ＣＦ_３ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２Ｈ＋エタノール、Ａ＝２４６Ｊ／ｇ、ＢＰ＝５４℃]の入った容器（内径１００ｍｍ、液位１２００ｍｍ）に落下し、液面から容器の底に到達するまで、約６秒を要した。液体はスターリング冷却機を備えた外部循環装置で温度コントロールを行い、２０±５℃の範囲に制御した。容器の底には、開閉弁が設けてあり、１０分おきに開閉を行い、ガラス成形体を取り出した。出来あがったガラス成形体は、平均直径２．７６ｍｍ、真円度１００μｍ以下の、球形体であり、カン・ワレ・真空泡といった急冷による欠陥は一切入っていなかった。表面を電子顕微鏡で観察したところ、ハイドロフルオロエーテルのフッ素成分とガラスが反応したため、僅かに白ヤケを起していた。
（２）プリフォームの製造
上記（１）で得られたガラス母材を取りシロ１５０μmで研磨処理し、直径２．４６mmとしたところ、表面に一切の欠陥がない球プリフォームロットが得られた。研磨処理に要した時間は１２時間であった。
（３）光学素子の製造
上記（２）で得られた球プリフォームロットの中の１００，０００個の球プリフォームについて、実施例１と同様にして、精密プレス成形を行い、精密プレス成形品を得たのち、バッチ式アニール炉で３５０℃まで加熱し、２時間その温度を維持した後に、１時間で常温まで降温する条件で、アニール処理して非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、偏肉精度の良い（コバ厚のばらつきが±０．００５ｍｍ以内）ものであった。

本発明のガラス成形体の製造方法によれば、精密プレス成形用プリフォームなどの高品質なガラス物品を作るための母材となるガラス成形体を、高い生産性のもとに効率よく製造することができる。また上記ガラス成形体を用いて、精密プレス成形用プリフォームを製造することができ、該精密プレス成形用プリフォームから、各種光学素子を製造することができる。

実施例で使用した精密プレス成形装置の１例の概略断面図である。

符号の説明

１ 上型
２ 下型
３ 案内型（胴型）
４ プリフォーム
９ 支持棒
１０ 支持台
１１ 石英管
１２ ヒーター
１３ 押し棒
１４ 熱電対

Claims (10)

1. 熔融ガラスから中実状のガラス成形体を製造する方法において、
   熔融ガラス滴を液体に滴下して液体中で冷却、成形後、全表面を研磨処理してガラス製の精密プレス成形用プリフォームを作製するための母材であって、前記熔融ガラス塊と等質量のガラス成形体を得ること、および
   前記液体として、１気圧下における沸点ＢＰが３０〜２００℃、定圧比熱をＣｐ［Ｊ／（ｇ・Ｋ）］、気化熱をＱ［Ｊ／ｇ］とした場合、下記関係式（１）
   Ｃｐ×（ＢＰ−２０℃）＋Ｑ≦９００Ｊ／ｇ ……（１）
   を満たす液体を用いること、ならびに、
   循環する液体を冷却し、液温を一定に維持するとともに、液面に達したガラス滴を液体の循環流によって流し、液面到達時の位置からずらし、ガラス滴同士のくっつきを防止すること、
   を特徴とするガラス成形体の製造方法。
2. 前記熔融ガラス滴を液体に滴下し、液体中で冷却、成形する工程を繰り返してガラス成形体を量産する際、当該液体の温度を０〜２００℃の範囲における所定の温度±１０℃に維持する制御を行い、熱履歴が一定のガラス成形体を量産する請求項１に記載のガラス成形体の製造方法。
3. １００〜３００℃における平均線膨張係数が５０×１０^−７Ｋ^−１以上であるガラスを成形する請求項１または２に記載のガラス成形体の製造方法。
4. 液体がフッ素化合物を含むものである請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
5. 熔融ガラスから中実状のガラス成形体を製造する方法において、
   熔融ガラス塊を液体に投入して液体中で冷却、成形後、全表面を研磨処理してガラス製の精密プレス成形用プリフォームを作製するための母材であって、前記熔融ガラス塊と等質量のガラス成形体を得ること、および
   前記液体として、１気圧下における沸点ＢＰが３０〜２００℃、定圧比熱をＣｐ［Ｊ／（ｇ・Ｋ）］、気化熱をＱ［Ｊ／ｇ］とした場合、下記関係式（１）
   Ｃｐ×（ＢＰ−２０℃）＋Ｑ≦９００Ｊ／ｇ ……（１）
   を満たす液体を用いること、ならびに、
   前記液体がＣＦ _３ （ＣＦ _２ ） _５ ＣＦ _３ および／またはＣＦ _３ ＣＨ _２ ＯＣＦ _２ ＣＦ _２ Ｈであること、
   を特徴とするガラス成形体の製造方法。
6. 熔融ガラス塊の液体への投入が、ノズルの流出口から熔融ガラス滴を液体に滴下することにより行われる請求項５に記載のガラス成形体の製造方法。
7. 質量が１００ｍｇ以下の熔融ガラス滴を滴下する請求項１〜４、６のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法によりガラス成形体を作製し、前記ガラス成形体の全表面を研磨処理してプリフォームを作製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。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法によりガラス成形体を量産し、量産した多数のガラス成形体の全表面を同時に研磨処理してプリフォームを作製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。
10. 請求項８または９に記載の方法によりプリフォームを作製し、前記プリフォームを加熱、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。

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