プレス成形用ガラス素材、および該ガラス素材を用いたガラス光学素子の製造方法、並びにガラス光学素子
【課題】易還元成分を含有するガラス素材であっても、表面クラック、クモリ、キズ等が無く、充分な光学性能を有する光学素子を提供するプレス成形用ガラス素材を提供する。表面クラック、クモリ、キズ等が無く、充分な光学性能を有する光学素子とその製造方法を提供する。
【解決手段】多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有するプレス成形用ガラス素材及びガラス光学素子。芯部は、易還元成分を含有し、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、複合表面層は、芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、前記第１の表面層は、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、及びＳｃ2Ｏ3のいずれか一種以上の金属酸化物からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであり、
前記第２の表面層は、炭素（Ｃ）からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のである。前記光学素子の製造方法。
【解決手段】多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有するプレス成形用ガラス素材及びガラス光学素子。芯部は、易還元成分を含有し、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、複合表面層は、芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、前記第１の表面層は、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、及びＳｃ2Ｏ3のいずれか一種以上の金属酸化物からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであり、
前記第２の表面層は、炭素（Ｃ）からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のである。前記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、精密モールドプレスによってガラス光学素子を得るために用いるガラス素材、およびガラス素材を用いたガラス光学素子の製造方法、並びにかかる製造方法によって得られるガラス光学素子に関する。
【０００２】
特に、本発明では、プレス成形時の高温下において成形型との反応活性の高い成分を含有するガラス硝材を用いるが、本発明は、それらの成分による成形面での反応を抑え、主として成形体表面での融着、クモリ、キズ状の反応痕を防止しつつ、充分な光学性能をもった光学素子を安定に効率よく生産するとともに、成形型の寿命を延ばすために適用できる。
【背景技術】
【０００３】
加熱により軟化したガラス素材を、成形型を用いてプレス成形して、成形面形状をガラス素材に転写することによりガラスレンズ等の光学素子を得ることが知られている。プレス成形によって形成された光学素子の光学機能面は、研磨等の機械加工を行うことなく、所望の光学性能を有する。
【０００４】
特許文献１には、表面に酸化ケイ素膜を被覆したガラス素材（被成形体）を成形型内に置いて、このガラス素材が軟化状態にある温度で加圧成形することによりプレスレンズを製造する方法が開示されている。かかる方法により、加圧成形時の型とガラスとの融着を防止するとともに、易還元成分であるＰｂＯの還元による還元粒子の析出を防止できると記載されている。この特許文献１に記載の発明によると、酸化ケイ素膜の厚さの実用範囲は５０〜２０００Å（５〜２００nm）であり、５０Å（５nm）未満であると、この酸化ケイ素膜形成の効果が得られないし、２０００Åを越えると、加圧成形時においてクラック等の欠陥が発生しやすく、透過率や屈折率などの光学的品質を低下させる原因になる、とされている。
【０００５】
特許文献２には、予めガラス素材の中央部にＳｉＯ2を主体とする薄膜を形成しておき、このガラス素材を成形型内に投入してプレス成形する、光学ガラス素子の成形方法が開示されている。かかる方法により、表層クラックの発生を回避しながら、光学素子の中心部でクモリが発生しない、優れた光学機能面をもつ光学素子が得られるとされている。この特許文献２に記載の発明によると、ＳｉＯ2を主体とする薄膜の厚さは１００〜２００Åであり、１００Å（１０nm）未満では曇り防止効果がなく、２００Å以上では表層クラックが発生する、とされている。
【０００６】
特許文献３には、予備成形された芯ガラスの表面に２重に表面層を形成した光学素子であって、芯ガラスから近い方の第１の表面層は、芯ガラスの素材を減圧状態でガラス転移点以上の温度で芯ガラス表面に膜状に形成され、芯ガラスから遠い方の第２の表面層は、蒸着用ガラス素材をスパッタリング等で第１の表面層の上に膜状に形成されたものである光学素子、およびその製造方法が開示されている。第２の表面層を形成するための蒸着用ガラス素材として、ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3を含むガラス素材が用いられている。かかる発明によれば、反応性の強いガラスや揮発しやすいガラス成分を持つガラスをガラス素材として用いる場合であっても、表面にクラックを生じることなく、しかも融着やクモリのない光学素子を得られるとしている。この特許文献３に記載の発明によると、ＳｉＯ2を主成分とする第２の表面層の厚さは、５nm〜５０nmであり、５nm未満では（型とガラスとの）融着防止効果が低減し、５０nm以上ではクラックが発生することが判っていると、されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平２−１７７９号公報
【特許文献２】特開平７−１１８０２５号公報
【特許文献３】特開平８−１９８６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、デジタルカメラやカメラ付携帯端末機に代表される撮像機器には、高画質を維持しつつ、コンパクト化、軽量化が求められている。光学機器のコンパクト化、軽量化は、非球面レンズを用いて光学系のレンズの枚数を減らすことにより、ある程度達成することができるが、更なるコンパクト化のためには、光学系に用いる個々のレンズについて改良を加える必要がある。そこで、このような撮像機器に搭載される光学レンズを作製するための光学ガラス材料として、高屈折率ガラスは好適である。屈折率を高くするためには、光学ガラス材料にＷ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂの何れかの成分を含有させることが知られている。
【０００９】
しかしながら、これらの成分を含有した光学ガラス材料を用いて、モールドプレス成形により非球面光学レンズを製造する場合、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂが易還元成分であることから、ガラス成分として存在しつつ複数の価数をとりえる為、酸化還元反応を生じやすく、プレス成形のプロセスにおいて、成形型に圧着されつつ変形する過程で種々の界面反応を生じ、成形型に融着し、又はガラス成形体の表面にクモリや、キズ状の反応痕を残すことが見出された。又は融着に起因して成形面が粗れ、これを転写することで成形体表面に凹凸が生じてクモリが観察されることも生じやすいことが判明した。
【００１０】
発明者らの研究によると、特許文献１〜３に記載の酸化ケイ素等の薄膜を有するガラス素材を用いても、上記Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂの何れかの易還元成分を含有させたガラスでは、プレス成形後にガラス膜にクラックが生じたり、ひいては当該クラックから流出する芯ガラスと成形型とが融着を起こしたりして、十分な光学性能や良好な外観の光学素子が得られないことが見出された。
【００１１】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、光学ガラスからなるガラス素材をプレス成形して光学素子を製造するにあたり、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂの何れかの易還元成分を含有するガラス素材であっても、プレス成形の際の型とガラスとの融着等の不要な界面反応を抑えて、表面クラック、クモリ、キズ等が無く、充分な光学性能を有する光学素子を提供することができる、プレス成形用ガラス素材を提供することを目的とする。さらに、本発明は、前記プレス成形用ガラス素材から製造した表面クラック、クモリ、キズ等が無く、充分な光学性能を有する光学素子とその製造方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する本発明は以下のとおりある。
［１］
多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有するプレス成形用ガラス素材であって、
前記芯部は、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するとともに、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、
前記複合表面層は、前記芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、
前記第１の表面層は、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、及びＳｃ2Ｏ3のいずれか一種以上の金属酸化物からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであり、
前記第２の表面層は、炭素（Ｃ）からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであることを特徴とするプレス成形用ガラス素材。
［２］
前記芯部は、モル％表示でＳｉＯ2；１〜２０％、Ｂ2Ｏ3；１０〜６５％、Ｌｉ2Ｏ；０〜２０％、Ｎａ2Ｏ； ０〜１０％、Ｋ2Ｏ； ０〜１０％、ＺｎＯ；１０〜４０％、ＣａＯ：０〜５％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、ＭｇＯ：０〜５％、Ｌａ2Ｏ3；５〜３０％、Ｇｄ2Ｏ3；０〜２２％、Ｙｂ2Ｏ3；０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5；０〜１５％、ＷＯ3；０〜２０％、ＴｉＯ2；０〜２４％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％、（但し、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＮｂ2Ｏ5の合計量が０．１〜２５％）
を含み、上記各成分に清澄剤を加えた合計量が９５％超含み、
ガラス転移点Ｔｇが５３０℃以上である
光学ガラスであることを特徴とする［１］に記載のプレス成
形用ガラス素材。
［３］
Ｂ2Ｏ3とＳｉＯ2の合計量に対するＢ2Ｏ3の量のモル比（Ｂ2Ｏ3／（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2））が０．６０〜０．９５であって、屈折率（ｎｄ）が１．７超、アッベ数（νｄ）が２７以上である［２］に記載のプレス成形用ガラス素材。
［４］
［１］〜［３］のいずれか１項に記載のガラス素材を加熱し、軟化した前記ガラス素材を成形型によりプレス成形してガラス光学素子を得るガラス光学素子の製造方法。
［５］
前記成形型は、成形面に炭素含有離型膜を有する、［４］に記載のガラス光学素子の製造方法。
［６］
プレス成形されたガラス光学素子であって、
多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有するプレス成形用ガラス素材であって、
前記芯部は、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するとともに、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、
前記複合表面層は、前記芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、
前記第１の表面層は、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、及びＳｃ2Ｏ3のいずれか一種以上の金属酸化物からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであり、
前記第２の表面層は、炭素（Ｃ）からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであることを特徴とするガラス光学素子。
［７］
前記芯部は、モル％表示でＳｉＯ2；１〜２０％、Ｂ2Ｏ3；１０〜６５％、Ｌｉ2Ｏ；０〜２０％、Ｎａ2Ｏ；０〜１０％、Ｋ2Ｏ； ０〜１０％、ＺｎＯ；１０〜４０％、ＣａＯ：０〜５％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、ＭｇＯ：０〜５％、Ｌａ2Ｏ3；５〜３０％、Ｇｄ2Ｏ3；０〜２２％、Ｙｂ2Ｏ3；０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5；０〜１５％、ＷＯ3；０〜２０％、ＴｉＯ2；０〜２４％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％、（但し、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＮｂ2Ｏ5の合計量が０．１〜２５％）を含み、上記各成分に清澄剤を加えた合計量が９５％超含み、
ガラス転移点Ｔｇが５３０℃以上である
光学ガラスであることを特徴とする［６］に記載のガラス光学素子。
［８］
Ｂ2Ｏ3とＳｉＯ2の合計量に対するＢ2Ｏ3の量のモル比（Ｂ2Ｏ3／（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2））が０．６０〜０．９５であって、屈折率（ｎｄ）が１．７超、アッベ数（νｄ）が２７以上である［６］または［７］に記載のガラス光学素子。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、芯部と成形型との間に第１の表面層と第２の表面層からなる複合表面層が介在して成形が行われるため、芯部と成形型との接触による反応が生じることがなくなり、しかも、芯部から表面側への易還元成分の移動を第１の表面層によって遮断し、さらに第２の表面層によってプレス成形時の成形性が高まるため、円滑な成形が行われ、結果として、表面クラックやクモリ、キズ等が発生することなく、高品質な光学性能を有する光学素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかるガラス素材をプレス成形する際の一形態を表した断面図である。
【図２】本発明にかかるプレス成形用ガラス素材の一形態を表した断面図である。
【図３】図２に示したプレス成形用ガラス素材を用いてプレス成形したガラス成形体の断面図である。
【図４】図３に示したガラス成形体から得られたガラス光学素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［プレス成形用ガラス素材］
本発明のプレス成形用ガラス素材は、多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有する。
さらには、
前記芯部は、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するとともに、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、
前記複合表面層は、前記芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、
前記第１の表面層は、プレス成形温度において、芯部のガラスと反応せず、かつ芯部のガラス中に拡散しない成分からなり、
前記第２の表面層は、プレス成形時における成形性を高める成分からなることを特徴とする。
【００１６】
本発明にかかるガラス素材をプレス成形することにより、芯部と成形型との間に第１の表面層と第２の表面層からなる複合表面層が介在して成形が行われるため、芯部と成形型との接触による反応が生じることがなくなり、しかも、芯部から表面側への易還元成分の移動を第１の表面層によって遮断し、さらに第２の表面層によってプレス成形時の成形性が高まるため、円滑な成形が行われ、結果として、表面クラックやクモリ、キズ等が発生することなく、高品質な光学性能を有する光学素子を製造することができる。
【００１７】
本発明のガラス光学素子における芯部となる多成分系の光学ガラスは、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含を有するとともにＰｂを含まない光学ガラスである。本発明は、プレス成形時において、成形型との界面反応が生じ易い、易還元成分を含有する光学ガラスに対して有効である。これらの易還元成分は、高屈折率特性を得るために含有されるが、このような光学ガラスをプレス成形に供すると、レンズの表面にキズが現れ易く、また、発泡も起こり易い。これは、上記成分が還元され易い性質を持っているため、成形工程中に成形型との界面において反応が起こることに因るものであると考えられる。
【００１８】
そこで、発明者らは、比較的プレス成形し難い光学ガラスを製造するにあたり、図１に示すように多成分系光学ガラスからなる芯部１の表面に、プレス成形温度において芯部のガラスと反応せず、かつ芯部のガラス中に拡散しない成分（ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3など）からなる第１の表面層２が被覆され、さらに、この第１表面層２の上に、プレス成形時における成形性を高める第２の表面層３（例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等）を被覆したプレス成形用ガラス素材PF（以下、単にガラス素材と称する場合もある）を用意し、このガラス素材PFを成形型７によりプレス成形を試みた。
【００１９】
多成分系光学ガラスは、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するものである実施例１のガラスであり、このガラスを、目的とする光学レンズの形状に近似する片凸片凹形状に予備成形した芯部１（予備成形素材）を複数個用意した。
【００２０】
次いで、これらの芯部１のそれぞれに、表１に示すような３５通りの組み合わせパターンで第１の表面層および第２の表面層をスパッタ法により成膜してガラス素材PFを作成した。ここでは、芯部１の表面に成膜した第１の表面層としてはＺｒＯ2を用い、当該第１の表面層の上に成膜した第２の表面層としてはＳｉＯ2を用いた。
【００２１】
【表１】
【００２２】
表１に示すように、パターン１〜３５は、第１の表面層（ＺｒＯ2）を０nm、２nm、５nm、１０nm、１５nm、２０nmとしたものと、第２の表面層（ＳｉＯ2）を０nm、２nm、５nm、１０nm、１５nm、２０nmとしたものとの組み合わせでそれぞれの表面層を成膜したガラス素材PFであり、このうち「０nm」のものは該当する表面層を成膜しなかったものである。
【００２３】
このように用意されたガラス素材PFを用いて、図１に示す成形面を有する上型４、下型５、および上下型４、５の同軸度を保持する胴型６からなる成形型７により、ガラス素材PFをプレス成形した。プレス成形条件の詳細は実施例に示すが、成形型７と成形用ガラス素材PFを加熱してガラス素材PFの粘度をプレス成形に適切な１０6〜１０9dPa・ｓに設定して行った。
【００２４】
表１における「評価結果」は、それぞれのガラス素材PFを同一のプレス成形条件で成形した時の、プレス成形体の形状精度、外観、およびプレス成形の連続成形性を評価した結果であり、「A」はいずれも問題ないもの、「B」は一部の評価項目（例えば、形状精度）は問題ないものの、その他の評価項目（例えば、外観または連続成形性）に劣るもの、「C」は形状精度、外観、連続成形性がともに基準を満たさないものとして表示してある。
【００２５】
上記プレステストにより、第１表面層と第２表面層がともに成膜されているガラス素材PFをプレス成形した場合の方が、第１表面層か第２表面層のいずれかを成膜しなかったガラス素材PFをプレス成形した場合よりも評価結果は良好であった。さらに、第１表面層と第２表面層の膜厚がいずれも１５nm以下の方が、評価結果が良い傾向を示した。
【００２６】
上記プレス成形についての試みの結果に基づいて本発明のプレス成形用ガラス素材に関する発明は完成された。
【００２７】
本発明のガラス素材を構成する芯部は、多成分系の光学ガラスからなる。多成分系光学ガラスは、例えば、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するガラスである。芯部がこのガラスである本発明にかかるガラス素材をプレス成形することにより、高屈折率、低分散を有するとともに形状精度に優れたガラス光学素子を提供できる。
【００２８】
Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するガラスの例は、以下に光学ガラスI及びIIとして説明する。
【００２９】
＜光学ガラスIについて＞
以下、本発明のガラス素材及びガラス光学素子で使用される芯部１のガラス（光学ガラスI）について説明する。本発明では、芯部１としては、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5のいずれかを含有する多成分系の光学ガラスを用いることができる。特に、その含有量が合計で５モル%以上（例えば、１０〜６５、より好ましくは、１５〜５５モル％）であるときに、特に本発明の方法は有用である。また、好ましくは、芯部１のガラスがＷＯ3を３モル％以上、例えば４〜１５モル％含有するときに、本発明の効果が顕著である。
【００３０】
当該光学ガラスIは、具体的には、例えば、モル％表示で、
Ｐ2Ｏ5；１０〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5；３〜３５％、Ｌｉ2Ｏ；０〜３５％、ＴｉＯ2；０〜２５％、ＷＯ3；０〜２０％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜４０％、Ｂ2Ｏ3；０〜２０％、ＢａＯ；０〜２５％、ＺｎＯ；０〜２５％、Ｎａ2Ｏ；０〜５０％、Ｋ2Ｏ；０〜２０％、Ａｌ2Ｏ3；０〜１５％、ＳｉＯ2；０〜１５％、（但し、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＮｂ2Ｏ5の合計量が１０％以上、６５％未満）Ｆを全酸素量の０〜１０％、を含む光学ガラスであることができる。
【００３１】
前記光学ガラスIは、転移点Ｔｇが、４３０℃以上、たとえば４５０℃以上５２０℃以下であるときに、本発明の効果が顕著である。また、軟化点が５３０℃以上、たとえば５４０℃以上６００℃以下であるときに本発明の効果が顕著である。
【００３２】
上記組成につき、具体的に説明する。
Ｐ2Ｏ5は、ガラスの網目構造の形成物であり、ガラスに製造可能な安定性を持たせる。Ｐ2Ｏ5の含有量が４５モル％を超えると、耐候性が悪化するとともに高屈折率の維持が困難になる傾向がある。また１０モル％未満では、ガラスの失透傾向が強くなりガラスが不安定となりやすいので、１０〜４５モル％の範囲が好ましく、１５〜３５モル％の範囲とするのがより好ましい。
【００３３】
Ｎｂ2Ｏ5は、高屈折率・高分散などの特性を持たせる。導入量が３５％を超えると、ガラス転移温度や屈伏点が高くなり、安定性、高温溶解性も悪くなり、精密プレス時に発泡や着色しやすくなるという傾向がある。その導入量が３％未満では、ガラスの耐久性が悪化し、所要の高屈折率を得にくくなるため、３〜３５％の範囲にするのが好ましく、５〜２５％の範囲にするのがより好ましい。
【００３４】
Ｌｉ2Ｏは、ガラス転移温度を下げるのに効果的な成分であり、他のアルカリに比べ、屈折率を低下させにくい。３５％を超えると、ガラスの安定が悪化し、失透しやすいため、導入量を０〜３５％の範囲とし、０〜３０％の範囲が好ましい。なお、導入量が２％未満では転移温度の低下が難しくため、好ましくは２〜３０％、より好ましくは３〜２５％の範囲である。
【００３５】
ＴｉＯ2は、高屈折率高分散性を付与し、失透安定性を向上させる。含有量が２５％を超えると、ガラスの失透安定性や透過率が悪化しやすく、屈伏点や液相温度も上昇し、精密プレス成形時にガラスが着色しやすくなる為、０〜２５％にするのが好ましく、０〜１５％にするのがより好ましい。
【００３６】
ＷＯ3は、高屈折率・高分散特性と低温軟化性を付与する上で効果的な成分である。ＷＯ3はガラス転移温度や屈伏点を下げる働きや、屈折率を上げる働きをする。ＷＯ3の過剰導入、例えば２０％を超えて導入すると、ガラスが着色しやすくなる一方、ガラスの高温粘性も低くなるので、ガラス素球の熱間成形が難しくなる。したがって、その含有量を０〜２０％とすることが好ましく、０〜１５％の範囲とすることがより好ましく、０〜１０％の範囲とすることがより好ましい。
【００３７】
また、高屈折率ガラスの結晶化傾向を抑制するためには、ＷＯ3は１モル％以上導入することが好ましく、例えば２モル％以上、好ましくは２〜１０モル％含有することが有利である。
【００３８】
Ｂｉ2Ｏ3は、鉛の代替材料であって、高屈折率・高分散性を付与する成分であり、ガラスの生成領域を大幅に拡大し、安定化させる効果がある。したがって、Ｂｉ2Ｏ3を導入することにより、Ｐ2Ｏ5の含有量の少ないガラスでもガラス化を可能にする。その導入量が４０％超えると、ガラスが着色しやすくなるあるため、Ｂｉ2Ｏ3の含有量は０〜４０％とすることが好ましく、０〜２５％とすることがより好ましい。
【００３９】
Ｂ2Ｏ3は、ガラスの溶融性の向上やガラスの均質化に有効であると同時に、少量の導入でガラス内部にあるＯＨの結合性を変え、精密プレス成形時におけるガラスの発泡を抑制する効果が得られる。Ｂ2Ｏ3を２０％より多く導入すると、ガラスの耐候性が悪化したり、ガラスが不安定になりやすいため、０〜２０％のとすることが好ましい。より好ましい範囲は０〜１０％である。
【００４０】
ＢａＯは、高屈折率を付与し、失透安定性を向上させ、液相温度を低下させる効果のある成分である。ＷＯ3を導入する場合、特に多量のＷＯ3を導入する場合、ＢａＯの導入でガラスの着色を抑え、失透安定性を高める効果が大きく、Ｐ2Ｏ5含有量の少ない場合、ガラスの耐候性を高める効果もある。ＢａＯの導入量が２５％を超えると、ガラスが不安定となり、転移温度、屈伏点が高くなるので、ＢａＯの導入量を０〜２５％にするのが好ましく、０〜１５％にするのがより好ましい。
【００４１】
ＺｎＯはガラスの屈折率や分散を高めるために導入し得る成分で、少量のＺｎＯの導入でガラス転移温度や屈伏点、液相温度を低下させる効果もある。しかし、過剰に導入すると、ガラスの失透安定性が著しく悪化し、液相温度も逆に高くなる恐れがある。したがって、ＺｎＯ導入量を０〜２５％にすることが好ましく、０〜１５％の範囲がより好ましく、０〜１０％の範囲がさらに好ましい。
【００４２】
Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏは、いずれもガラスの耐失透性を向上させるとともに、ガラス転移温度、屈伏点、液相温度を低下させ、ガラスの溶融性を改善するために導入し得る成分である。しかし、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏのいずれかが５０％より多いと、あるいはＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの合計量が５５％よりも多いと、ガラスの安定性が悪くなるばかりでなく、ガラスの耐候性や耐久性が悪くなる恐れがあるため、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏの導入量をそれぞれ０〜５０％、０〜２０％にするのが好ましく、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの合計量を０〜５５％にするのが好ましい。より好ましくは、Ｎａ2Ｏを３〜３５％、Ｋ2Ｏを０〜１０％である。
【００４３】
Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2は、ガラスの安定性や光学恒数を調整するときに導入し得る成分である。
しかし、これらの成分はガラス転移温度を高めるので、精密プレス成形性を低下させる恐れがあるため、それぞれ１５％以下に抑えることが望ましく、さらに、それぞれ０〜１０％にするのがより好ましい。
【００４４】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯはガラスの安定性や耐候性を調整するために導入し得る成分であるが、過剰に導入すると、ガラスが不安定となるので、導入量をそれぞれ０〜１５％にするのが好ましく、０〜１０％がより好ましい。
【００４５】
Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ3も、ガラスの安定性や光学恒数を調整するときに導入し得る成分である。しかし、これらの成分のすべてはガラス転移温度を高めるので、精密プレス成形性を低下させる恐れがある。したがって、その導入量をそれぞれ０〜１０％に抑えることが望ましく、さらに、それぞれ０〜８％にするのがより好ましい。
【００４６】
なお、発明の目的を達成しつつ、上記性質をより良好にする上から、上記各成分に清澄剤を加えた合計量を９５％超とすることが好ましく、９８％超とすることがより好ましく、９９％超とすることがさらに好ましく、１００％とすることがより一層好ましい。
【００４７】
上記成分に加えて清澄剤を外割で０〜１質量％加えることができる。ただし清澄剤の過剰な添加は精密プレス成形時に成形型の成形面、特に離型膜にダメージを与えるおそれがあるため注意する必要がある。清澄剤としてはＳｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、などを例示できるが、環境への影響に配慮するとＡｓ2Ｏ3の使用は避けるべきである。Ｓｂ2Ｏ3の好ましい量は０〜１質量％である。Ｓｂ2Ｏ3はガラスの清澄剤として有効であるが、１質量％超えて添加すると、プレス成形時にガラスが発泡しやすくなるので、その導入量は０〜１質量％とするのがよい。また、ＳｎＯ2とＣｅＯ2は同時に使用することができ、好ましい量は合計で０〜２．５質量％である。
【００４８】
その他に、さらに、ＴｅＯ2、Ｃｓ2Ｏなどのその他の成分も本発明の目的を損なわない程度であれば合計で５％までの導入可能である。ただし、ＴｅＯ2は毒性があるため、環境影響上から使用しないことが望ましく、同様にＡｓ2Ｏ3、ＣｄＯ、Ｔｌ2Ｏや放射性物質、Ｃｒ、Ｈｇなどの化合物も使用しないことが望ましい。
【００４９】
この他、ＰｂＯは環境への影響から導入されない。また、ガラスを着色して特定波長域の光吸収機能を付与する場合は別にして、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｄなどを導入しないことが望ましい。
【００５０】
Ｆは低Tg化に有用な成分である。しかし、過剰に導入すると溶融ガラスを成形する際に融液から揮発し、脈理発生や恒数変動の原因となる。よって、導入量は全酸素量の０〜１０モル％とし、好ましくは０〜５モル％の範囲である。
【００５１】
上記芯部となる光学ガラスIは、屈折率ndが１．７以上、アッベ数νｄが３５以下、より好ましくは、３０以下、更には２５以下のものなど、高屈折、高分散を達成することができるため、非常に重用される高付加価値ガラスである。しかしながら、そのような有用な光学恒数を達成するために含有する成分（Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂ）は、還元されやすく、プレス成形の過程で反応活性が高い。すなわち、ガラス表面と成形型の成形面との界面において、高温下で反応が生じやすく、その結果、得られた成形体表面にクモリ、キズ状の反応痕や成形面との融着が生じるために、外観性能の不十分な光学素子となりやすい。
しかるに、本発明によれば、プレス成形用ガラス素材の表面に複合表面層を設けて成形が行われるため、表面クラックやクモリ、キズ等の欠陥のない高い外観性能を有する光学ガラスIを芯部とする光学素子を得られる。
【００５２】
＜光学ガラスIIについて＞
以下、本発明のガラス素材及びガラス光学素子で使用される芯部１のガラス（光学ガラスII）について説明する。
【００５３】
本発明の芯部１となる光学ガラスとしては、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するほか、必須成分としてＢ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＺｎＯを含む光学ガラスも採用できる。
【００５４】
該光学ガラスIIにおいて、Ｂ2Ｏ3はガラスのネットワーク構成のために必須の成分であり、Ｌａ2Ｏ3は高屈折率、低分散特性を付与するために必須の成分であって、両成分が共存することにより、ガラスの安定性がより一層向上する。ＺｎＯは、屈折率を低下させずにガラスに低温軟化性を付与するために必須の成分である。
【００５５】
該光学ガラスIIは上記必須成分を含むことにより、屈折率（ｎｄ）が１．7超、好ましくは１．８以上、アッベ数（νｄ）が２７以上、好ましくは３５〜５０という光学特性を有することができる。具体的には、以下のものが挙げられる。
モル％表示でＳｉＯ2；０〜５０％、Ｂ2Ｏ3；５〜７０％、Ｌｉ2Ｏ；０〜２０％、Ｎａ2Ｏ； ０〜１０％、Ｋ2Ｏ；０〜１０％、ＺｎＯ；１〜５０％、ＣａＯ：０〜１０％、ＢａＯ：０〜１０％、ＳｒＯ：０〜１０％、ＭｇＯ：０〜１０％、Ｌａ2Ｏ3；５〜３０％、Ｇｄ2Ｏ3；０〜２２％、Ｙｂ2Ｏ3；０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5；０〜１５％、ＷＯ3；０〜２０％、ＴｉＯ2；０〜２４％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％、（但し、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＮｂ2Ｏ5の合計量が０．１〜２５％）、Ｆを全酸素量の０〜１０％、を含む光学ガラス。
【００５６】
前記光学ガラスIIは、転移点Ｔｇが、５３０℃以上、たとえば５６０℃以上６３０℃以下であるときに、本発明の効果が顕著である。また、軟化点が、６４０℃以上、たとえば６５０℃以上７２０℃以下であるときに本発明の効果が顕著である。
【００５７】
前記光学ガラスの各組成について説明する。
ＳｉＯ2はガラス安定性を向上させる働きをするが、過剰導入によって屈折率が低下するとともにガラス転移温度が上昇する。したがって、その導入量は０〜５０％とする。その導入量は、０〜４０％が好ましく、１〜２０％がより好ましく、４〜１５％が特に好ましい。
【００５８】
Ｂ2Ｏ3はネットワーク形成のための必須成分であるが、過剰導入によって屈折率（ｎｄ）が低下するため５〜７０％導入する。その導入量は、１０〜６５％が好ましく、２０〜５５％が特に好ましい。
【００５９】
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％とすることが好ましく、０〜１５％がより好ましく、導入しなくてもよい。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。導入量は、好ましくはそれぞれ０〜８％、特に好ましくは０〜６％であり、導入しなくてもよい。
【００６０】
ＺｎＯは高屈折率を維持しつつ、低温軟化性を付与するための必須成分であるが、過剰導入によってガラス安定性が低下するので、その導入量を１〜５０％とする。その導入量は、３〜４５％が好ましく、１０〜４０％が特に好ましい。
【００６１】
ＣａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ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、それぞれの導入量は０〜１０％とする。導入量は、好ましくはそれぞれ０〜８％、特に好ましくは０〜５％である。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。導入量は０〜８％が好ましく、０〜５％が特に好ましい。
【００６２】
Ｌａ2Ｏ3は高屈折率低分散特性を付与するための必須成分であるが、過剰導入によりガラス安定性が低下するので、５〜３０％導入する。その導入量は、７〜２５％が好ましく、９〜１８％が特に好ましい。
【００６３】
Ｇｄ2Ｏ3は高屈折率、低分散特性を付与するための成分であるが、過剰導入によりガラス安定性が低下するので０〜２２％導入する。Ｇｄ2Ｏ3はＬａ2Ｏ3と共存することにより単独で導入したときよりもガラス安定性を向上できるという効果がある。その導入量は、０〜２０％が好ましく、１〜１０％が特に好ましい。
【００６４】
Ｙｂ2Ｏ3は高屈折率・低分散の成分として使用される任意成分であり、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、導入量は０〜１０％、好ましくは０〜８％とする。
【００６５】
Ｎｂ2Ｏ5も屈折率を高める成分であるが過剰導入により、ガラス安定性が低下し、液相温度が上昇するので０〜１５％導入する。その導入量は、０〜１３％が好ましく、０〜７％が特に好ましい。
【００６６】
ＷＯ3は屈折率を上げ、ガラス安定性を向上させる働きをする。ただし、過剰導入によりガラス安定性が低下するとともにガラスが着色する。したがって、ＷＯ3の導入量は０〜２０％であり、好ましくは０〜１８％、特に好ましくは１〜１３％とする。
【００６７】
ＴｉＯ2も屈折率を高める成分であるが過剰導入により、ガラス安定性が低下し、ガラスが着色するので０〜２４％導入する。その導入量は、０〜２０％が好ましく、０〜１５％が特に好ましい。
【００６８】
Ｂｉ2Ｏ3は屈折率を高め、ガラス安定性を向上する働きをするが、過剰導入によりガラスが着色したり、白金製の溶解炉を腐食したりする問題が生ずるので導入量を０〜２０％とする。導入量は０〜１０％が好ましく、０〜５％が特に好ましい。
【００６９】
なお、屈折率を高める上から、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｂｉ2Ｏ3の合計量を好ましくは０．１〜２５％、より好ましくは１〜２１％、さらに好ましくは３〜１５％とする。
【００７０】
なお、アッベ数（νｄ）２７未満の範囲でガラスに求められる諸条件を満たしつつより一層の高屈折率化を図るためには、Ｂ2Ｏ3とＳｉＯ2の合計量に対するＢ2Ｏ3の量のモル比（Ｂ2Ｏ3／（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2））を０．５０〜１．００とすることが好ましく、０．６０〜０．９５とすることが特に好ましい。
【００７１】
ＺｒＯ2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し、液相温度が上昇する。そのため、導入量を０〜１５％とする。導入量は０〜１２％が好ましく、１〜６％が特に好ましい。
【００７２】
なお、ガラス安定性を維持しつつ、高屈折率化を図る上から、ＷＯ3、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の合計量を２〜４０モル％とすることが好ましく、５〜３５モル％が特に好ましい。
【００７３】
Ｔａ2Ｏ5は高屈折率・低分散の成分として使われる任意成分である。少量の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、その導入量を０〜２０％とし、好ましくは０〜１７％とする。
【００７４】
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。
【００７５】
なお、発明の目的を達成しつつ、上記性質をより良好にする上から、上記各成分に清澄剤を加えた合計量を９５％超とすることが好ましく、９８％超とすることがより好ましく、９９％超とすることがさらに好ましく、１００％とすることがより一層好ましい。
【００７６】
上記成分に加えて清澄剤を外割で０〜１質量％加えることができる。ただし清澄剤の過剰な添加は精密プレス成形時に成形型の成形面、特に離型膜にダメージを与えるおそれがあるため注意する必要がある。清澄剤としてはＳｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、などを例示できるが、環境への影響に配慮するとＡｓ2Ｏ3の使用は避けるべきである。Ｓｂ2Ｏ3の好ましい量は０〜１質量％である。また、ＳｎＯ2とＣｅＯ2は同時に使用することができ、好ましい量は合計で０〜２．５質量％である。
【００７７】
Ｆは低Tg化に有用な成分である。しかし、過剰に導入すると溶融ガラスを成形する際に融液から揮発し、脈理発生や恒数変動の原因となる。よって、導入量は全酸素量の０〜１０モル％とし、好ましくは０〜５モル％の範囲である。
【００７８】
この他、ＰｂＯは環境への影響、非酸化性雰囲気中で精密プレス成形する時に還元してプレス成形型の成形面に付着することから導入されない。また、ガラスを着色して特定波長域の光吸収機能を付与する場合は別にして、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｎｉ、Ｃｒなどを導入しないことが望ましい。
【００７９】
本発明のガラス素材を構成する芯部の形状は、芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層の膜厚が数十nm程度、好ましくは３０nm以下、より好ましくは２０nm以下、さらに好ましくは１０nm以下であることから、本発明のガラス素材の形状と実質的には同一である。
【００８０】
＜複合表面層＞
本発明のプレス成形用ガラス素材は少なくとも芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層を有する。複合表面層は、芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含む。
【００８１】
第１の表面層は、プレス成形温度において、芯部のガラスと反応せず、かつ芯部のガラス中に拡散しない成分からなるものである。プレス成形温度において、芯部のガラスと反応せず、かつ芯部のガラス中に拡散しない成分は、換言すると、芯部のガラスに取り込まれない成分である。なお、「プレス成形温度」とは、成形型で成形用ガラス素材PFをプレス成形するときの温度であって、ガラス素材PFの粘度が１０5〜１０10dPa・ｓに相当するときの温度である。
【００８２】
第１の表面層は、例えば、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3及びＬｎ2Ｏ3（ランタノイド系酸化物）のいずれか一種以上の金属酸化物からなるか、または貴金属からなる。ランタノイド系酸化物としては、Ｌａ2Ｏ3、Ｃｅ2Ｏ、Ｐｒ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3等を挙げることができる。貴金属としては、Ｐｔ、Ａｕ等を挙げることができる。第１の表面層を上記成分にすることで、芯部から表面側への易還元成分の移動を十分に抑止できるため、芯部と成形型との接触を確実に回避できる。
【００８３】
第１の表面層は、例えば、１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下の膜厚であることができる。好ましくは２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ以下の膜厚である。第１の表面層の膜厚を上記範囲にすることで、芯部から表面側への易還元成分の移動を抑止しつつ、第１の表面層自体のクラックやクモリを防止できる。
【００８４】
第２の表面層は、プレス成形時における成形性を高める成分からなる。そのような成分としては、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホウ素（Ｂ）またはマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物、弗化物または窒化物、および炭素（Ｃ）のいずれか一種以上からなる。ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ） 、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホウ素（Ｂ）またはマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物は、例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＳｎＯ、ＳｎＯ2、ＨｆＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ等であり、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホウ素（Ｂ）またはマグネシウム（Ｍｇ）の弗化物は、例えば、ＳｉＦ4、ＡｌＦ3、ＺｎＦ2、ＳｎＦ2、ＳｎＦ4、ＨｆＦ４、ＢＦ３、ＭｇＦ２等であり、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホウ素（Ｂ）またはマグネシウム（Ｍｇ）の窒化物は、例えば、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ 、Ｚｎ3Ｎ2、Ｓｎ3Ｎ2、Ｓｎ3Ｎ4、ＨｆＮ、ＢＮ、ＭｇＮ２等である。
このうち、第２の表面層としては、芯部を構成する多成分系の光学ガラスの軟化点よりもはるかに軟化点が高く、かつ成形型との界面反応が起こり難い、すなわち成形性の高いＳｉＯ２が特に好ましい。
【００８５】
第２の表面層を上記成分にすることで、プレス成形時の成形性が一層高くなり、円滑な成形を行うことができる。なお、「成形性」とは、光学ガラスを加熱・軟化させて成形型で加圧成形する際の滑り性および耐久性に関する特性であり、より多くプレス成形を連続して行えることが「成形性」が高いことを意味する。
【００８６】
第２の表面層は、例えば、１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下の膜厚である。好ましくは２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ以下の膜厚である。第２の表面層の膜厚を上記範囲にすることで、プレス成形時の成形性を向上させるとともに、第２の表面層自体のクラックやクモリを防止できる。
【００８７】
本発明のガラス素材は、目的とするガラス光学素子と同一の面形状、中心肉厚を有するガラス成形体（プレス成形によって成形されたガラス成形体）に近似した形状とすることが好ましい。
【００８８】
本発明によれば、プレス成形によって得られるガラス成形体に近似した形状のガラス素材（以下、近似形状ガラス素材ということもある）を用いてプレス成形することで、プレス成形時におけるガラス素材の形状変化率が少なくなり、それに伴って表面層の伸び量も少なくなるため、表面層が薄くなり過ぎたり、クラックが入ったりして表面層の機能が損なわれることを抑止できる。
【００８９】
ガラス成形体に近似した形状とは、好ましくは、ガラス光学素子を得るためのプレス成形による中心肉厚の変化率が５０％以下であること、及び外径の変化率が５０％以下であることである。
【００９０】
このようにプレス成形による中心肉厚の変化率が５０％以下、かつ外径の変化率が５０％以下となるような近似形状ガラス素材を用いた場合、表面クラックやクモリ、キズ等が発生することのない高品質な光学性能を有する光学素子を容易に製造することができる。
【００９１】
ここで、変化率とはプレス成形前の寸法に対して、プレス成形後の寸法がどれだけ変化したかを示す比率であって、下記の計算式（式１）で求めることができる。
【数１】
変化率（％）＝｜１−（プレス成形後の寸法／プレス成形前の寸法）｜×１００
【００９２】
つまり、中心肉厚の変化率は下記式２で求めることができる。
【数２】
中心肉厚の変化率（％）＝｜１−（プレス成形体の中心肉厚／ガラス素材の中心肉厚）｜×１００
【００９３】
たとえば、プレス成形前のガラス素材の中心肉厚が２．０ｍｍで、プレス後のプレス成形体の中心肉厚が１．０ｍｍとした場合、式２から、中心肉厚の変化率は５０％となる。
【００９４】
また、外径の変化率は下記式３で求めることができる。
【数３】
外径の変化率（％）＝｜１−（プレス成形後の外径／プレス成形前の外径）｜×１００
【００９５】
たとえば、プレス成形前のガラス素材の外径寸法が１０．０ｍｍで、プレス後のプレス成形体の外径寸法が１５．０ｍｍとした場合、数式３から、外径の変化率は５０％となる。
【００９６】
近似形状ガラス素材をプレス成形した際の中心肉厚の変化率が５０％以下、かつ外径の変化率が５０％以下とすることで、ガラス素材の変形量が少なくなるのに伴って、表面層の変形量も少なくなり、複合表面層にひび割れが生じることはない。
【００９７】
なお、中心肉厚の変化率は、４０％以下が好ましく、３５％以下がより好ましく、３０％以下がさらに好ましい。ただし、中心肉厚の変化率が１％未満になると、近似形状ガラス素材の主表面と成形型の成形面との間にガス溜まりが生じて、プレス成形体の面精度が却って劣化する場合がある。したがって、中心肉厚の変化率は１％以上、好ましくは５％以上であることが望ましい。中心肉厚の好ましい範囲として、５％〜４０％が適当であり、さらには１０％〜３５％が望ましい。
【００９８】
また、外径の変化率は、３０％以下が好ましく、２５％以下がさらに好ましく、１５％以下がより好ましい。ただし、外径の変化率が１％未満になると、近似形状ガラス素材の主表面と成形型の成形面との間にガス溜まりが生じて、プレス成形体の面精度が却って劣化する場合がある。したがって、外径の変化率は１％以上、好ましくは３％以上であることが望ましい。外径の変化率の好ましい範囲として、３〜３０％が適当であり、さらには５％〜２５％が望ましい。
【００９９】
図２は、本発明にかかるガラス素材の断面図であって、当該ガラス素材は最終的な光学素子を得るための基となるガラス成形体と近似した形状に予備成形された近似形状ガラス素材である。図２において、符号ｄはガラス素材の外形寸法であり、符号ｔは中心肉厚を示している。当該ガラス素材は、上記光学ガラスIまたは光学ガラスIIなどの多成分系の光学ガラスからなる芯部１と、芯部１の表面に被覆された第１の表面層２と第２の表面層３とを有している。
【０１００】
図３は、図２に示したガラス素材をプレス成形したガラス成形体の断面図であり、プレス成形によって中心肉厚ｔがガラス素材のそれよりも薄くなり、外径寸法ｄがガラス素材のそれよりも大きくなっている。なお、プレス成形体の表面全体には第１の表面層２と第２の表面層３が形成されている。
【０１０１】
次に、本発明のガラス素材の芯部の予備成形について説明する。本発明のガラス素材は、芯部１となるガラスを所定の体積および所定の形状に予備成形したものを用いて作製することができる。この予備成形は、例えば、ブロック状の光学ガラスから切り出したものを、研削や研磨によって所定体積、所定形状に予備成形することができる。または、溶融状態の光学ガラスをパイプから滴下、又は流下しつつ分離して所定量のガラス塊とし、このガラス塊の冷却中に予備成形することができる。ここで、溶融状態のガラスを、底部からガスを噴出する受け型に受け、実質的に浮上させた状態で冷却しつつ予備成形する方法をとることができる。この方法は生産効率高く、表面の平滑なガラス素材を得られことから好ましい。
【０１０２】
本発明のガラス素材は、プレス成形によって得られるガラス成形体に近似した形状を有することが好ましく、この近似形状ガラス素材の芯部１も、表面ガラス層２の被覆に先立って、目的のガラス成形体に近似した形状に予備成形しておくことが望ましい。
【０１０３】
かかる近似形状ガラス素材の芯部１は、例えば、以下のような方法で成形することができる。
すなわち、溶融ガラスをパイプから流出させ、溶融カラス塊を分離し、得られた溶融ガラス塊を下型成形面を有する下型で保持しつつ、溶融ガラスの上面を所定形状の上型成形面を有する上型でプレスし、この状態を維持しながらガラスを冷却することで、ガラスが上型及び下型の成形面に応じた形状に成形され、近似形状ガラス素材の芯部１が形成される。
【０１０４】
また、上記方法以外に、予め球形状または扁平球状に成形したガラス素材を再加熱により軟化させ、軟化したガラス素材を、成形型を用いて目的のガラス成形体に近似した形状に成形することもできる。さらにまた、ブロック状や板状のガラス素材を研削または研磨加工することにより近似形状ガラス素材の芯部１を形成してもよい。
【０１０５】
なお、ガラス光学素子としてメニスカスレンズを得る場合、近似形状ガラス素材及びその芯部１は、一方の面に凸面、他方の面に凹面または平面を有する形状とすることが好ましく、他方面が凹面であることが特に好ましい。このような形状を有する近似形状ガラス素材及びその芯部１を成形する場合、上記方法における溶融ガラス塊または軟化したガラス素材を成形するための成形型は、下型として成形面を凹面とした成形型を用い、上型として成形面を凸面もしくは平面とした成形型を用いて、上記のようにプレス成形および冷却することにより、所定の形状の近似形状ガラス素材及びその芯部１を形成できる。
【０１０６】
また、ガラス光学素子として両凸レンズを得る場合には、近似形状ガラス素材及びその芯部１は、一方の面および他方の面の両方に凸面を有する形状とすることが好ましい。そのような近似形状ガラス素材及びその芯部１は、下型及び上型の両方を、成形面を凹面とした成形型を用いてプレス成形および冷却することにより形成できる。
【０１０７】
本発明において、上記のように予備成形された芯部１となる多成分系の光学ガラスからなる予備成形体の表面に第１の表面層２と第２の表面層３からなる複合表面層が被覆されている。これらの表面層の成膜方法は、スパッタ法、真空蒸着法などの公知の成膜法を用いることができる。例えば、各表面層を形成する材料からなるターゲット基材とし、アルゴンガスを用いたスパッタ法によって、芯部１に第１の表面層２と第２の表面層３を順次形成することができる。
【０１０８】
具体的な第１の表面層２の成膜方法としては、以下の方法を用いることができる。すなわち、所定形状に形成した複数の芯ガラス（芯部１）をトレーに配列して真空チャンバー内に配置し、真空チャンバー内を真空排気しながら、加熱ヒーターにより芯ガラスを約３００℃に加熱する。真空チャンバー内の真空度が１×１０-5Ｔｏｒｒ以下になるまで排気した後、Ａｒガスを導入し、真空チャンバー内のターゲット基材（Ｚｒ、Ｙなど）に高周波を印加して、原料をプラズマ化し、芯ガラスの表面に第１の表面層２を成膜する。なお、第１の表面層２の膜厚は、真空チャンバー内の圧力（真空度）、電源パワー、成膜時間を調整することによって所望の膜厚に制御することができる。
【０１０９】
また、第２の表面層３の成膜方法も上記第１の表面層２と同様に行うことができるが、ターゲット基材としては、石英ガラス、および、シリコン、アルミニウム、亜鉛、錫、ハフニウム、ホウ素、マグネシウムの単体もしくはこれらの酸化物、窒化物またはフッ化物を用いることができる。
【０１１０】
なお、第１の表面層２と第２の表面層３は、当該ガラス素材PFをプレス成形して光学素子を成形したときに、光学素子の光学機能面を形成することになる芯部１の部位に少なくとも被覆されていればよい。光学機能面とは、例えば光学レンズにおいては有効径内の領域を意味する。
【０１１１】
本発明のガラス素材PFは、その表面（すなわち第１の表面層２と第２の表面層３のさらに外側）に、炭素を含有する膜を有することができる。これはプレスに先立ってガラス素材が成形型に供給される際、成形型との充分な滑り性をもたらし、ガラス素材が成形型の所定位置(中心位置)に滑らかに移動できるようにするとともに、プレスによってガラス素材が軟化し、変形するときに、ガラス素材の表面上でガラス変形に従って伸び、ガラス素材の成形型表面における延展を助ける。更に、プレス後に成形体が所定温度に冷却されたときに、ガラスが成形型表面と離れやすくし、離型を助ける点で有用である。
【０１１２】
この炭素含有膜としては、炭素を主成分とするものが好ましく、炭化水素膜など、炭素以外の成分を含有するものでもよい。成膜方法としては、炭素原料を用いた真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング法、プラズマ処理、イオンガン処理など、公知の成膜方法を用いて行うことができる。また、炭化水素等、炭素含有物の熱分解によって成膜してもよい。
【０１１３】
［ガラス光学素子の製造方法］
本発明は、所定形状に予備成形したガラス素材PFを加熱により軟化し、図１に示すように成形型７を用いてプレス成形を行うことによるガラス光学素子の製造方法を包含する。このガラス光学素子の製造方法において、上記本発明のガラス素材を用いる。
【０１１４】
本発明にかかるガラス光学素子の製造方法によれば、芯部１と成形型７との接触による反応が生じることがなく、表面クラックやクモリ、キズ等が発生することなく、高品質な光学性能を有する光学素子を製造することができる。
【０１１５】
プレス成形方法について説明する。プレス成形に用いる成形型７としては、充分な耐熱性、剛性を有し、緻密な材料を精密加工したものを用いることができる。例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化タングステン、酸化アルミニウムや炭化チタン、ステンレス等金属、あるいはこれらの表面に炭素、耐熱金属、貴金属合金、炭化物、窒化物、硼化物などの膜を被覆したものを挙げることができる。
【０１１６】
成形面を被覆する膜としては、第１の表面層２と第２の表面層３を有する本発明のガラス素材を、融着、クモリ、キズ等をともなうことガラス光学素子に成形できるという観点から、炭素を含有する膜が好ましい。該炭素含有膜としては、非晶質及び／又は結晶質の、グラファイト及び／又はダイヤモンドの、単一成分層又は複合層から構成されているものを用いることが好ましい。この炭素膜は、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法等の手段で成膜することができる。例えば、スパッタガスとしてＡｒの如き不活性ガスを、スパッタターゲットとしてグラファイトを用いてスパッタリングにより成膜することができる。或いは、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により原料ガスとしてメタンガスと水素ガスを用いて成膜してもよい。イオンプレーティング法により形成する場合には、ベンゼンガスを用い、イオン化して用いることができる。これらの炭素膜はＣ−Ｈ結合を有するものを含む。
【０１１７】
成形型の成形面に炭素を含む離型膜を設けたり、又は、ガラス素材の表面に炭素を含む膜を形成したりすることは、融着防止の上で一定の効果があるが、このような場合には、プレス成形時に炭素の酸化を防止する目的で、非酸化雰囲気下でプレスを行うことが好ましい。しかし、非酸化雰囲気下では、上記易還元成分はより還元されやすい上、ガラスと炭素の間で界面反応が生じやすいという不都合がある。本発明では、芯部となるガラスの表面に第１の表面層２と第２の表面層３を被覆したガラス素材を用いるので、例えば、窒素ガスなどの非酸化雰囲気下でプレスを行ってもガラスと炭素の間の界面反応を抑制することができるという利点もある。
【０１１８】
成形型として、成形面に炭素含有離型膜を有する成形型を用いることより、成形面とガラス素材との滑り性が高まり、成形性がより一層向上するという利点がある。
【０１１９】
プレス成形は、例えば以下のような方法で行うことができる。
プレス成形にあたっては、図１に示すように、上型４、下型５、及び胴型６を含む成形型７内にガラス素材PFを供給し、プレスに適した温度域に昇温する。例えば、加熱温度は芯部１の光学ガラスによって適宜設定されるが、ガラス素材PFと成形型７が、ガラス素材PFの粘度が１０5〜１０10dPa・sになる温度域にあるときプレス成形を行うことが好ましい。プレス温度は、例えば芯部１を構成する光学ガラスが１０7.2dPa・s相当前後の１０6〜１０8ｄＰａ・Ｓとなる温度がさらに好ましく、芯部１が１０7.2dPa・s相当となる温度が800℃以下、好ましくは750℃以下、更に好ましくは650℃以下であるようにすることで、ガラスの選択の指標となる。特に、本発明においては、第１の表面層２と第２の表面層３を有する本発明のガラス素材を用いること、複合表面層の軟化点は、芯部１のガラスより高いこと、プレス成形においては複合表面層もある程度変形する（膜厚が極薄であることから比較的容易ではあるが）ことも考慮して、上記プレス成形の温度条件を設定することが適当である。
【０１２０】
ガラス素材PFを成形型７に供給し、ガラス素材PFと成形型７をともに上記温度範囲に昇温してもよく、又はガラス素材PFと成形型７をそれぞれ上記温度範囲に昇温してから、ガラス素材PFを成形型７内に配置してもよい。更に、ガラス素材PFを１０5〜１０9ｄＰａ・ｓ粘度相当、成形型７をガラス粘度で１０9〜１０12ｄＰａ・ｓ相当の温度にそれぞれ昇温し、ガラス素材PFを成形型７に配置して直ちにプレス成形する方法を採用してもよい。この場合、成形型温度を相対的に低くすることができるため、成形装置の昇温／降温サイクルタイムを短縮できるとともに、成形型７の熱による劣化を抑制できる効果があり、好ましい。いずれの場合も、プレス成形開始時、又は開始後に冷却を開始し、適切な荷重印加スケジュールを適用しつつ、成形面とガラス素子の密着を維持しながら、降温する。この後、離型して成形体を取り出す。離型温度は、１０12.5〜１０13.5ｄＰａ・ｓ相当で行うことが好ましい。
【０１２１】
［ガラス光学素子］
本発明は、本発明にかかるガラス素材PFをプレス成形して製造されたガラス光学素子も包含する。
本発明のガラス光学素子は、プレス成形されたガラス光学素子であって、
多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有するプレス成形用ガラス素材であって、
前記芯部は、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するとともに、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、
前記複合表面層は、前記芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、
前記第１の表面層は、プレス成形温度において、芯部のガラスと反応せず、かつ芯部のガラス中に拡散しない成分からなり、
前記第２の表面層は、プレス成形時における成形性を高める成分からなることを特徴とする。
【０１２２】
本発明にかかるガラス光学素子は、プレス成形課程において、芯部と成形型との間に第１の表面層と第２の表面層からなる複合表面層が介在して成形が行われるため、芯部と成形型との接触による反応が生じることがなくなり、しかも、芯部から表面側への易還元成分の移動を第１の表面層によって遮断し、さらに第２の表面層によってプレス成形時の成形性が高まるため、円滑な成形が行われ、結果として、表面クラックやクモリ、キズ等が発生することなく、高品質な光学性能を有する光学素子である。
【０１２３】
本発明によれば、芯部として、前記光学ガラスIまたはIIを用いることで、高屈折率、高分散を有するとともに形状精度に優れた高品質なガラス光学素子を提供できる。
【０１２４】
本発明のガラス光学素子を構成する光学ガラスからなる芯部及び複合表面層の組成等については、本発明のガラス素材と同様である。また、複合表面層の膜厚は、プレス成形により実質的な変化はしない。特に、ガラス素材がプレス成形によって得られるガラス成形体に近似した形状を有する場合、ことに、プレス成形による中心肉厚の変化率が５０％以下であり、かつ外径の変化率が５０％以下である形状を有する場合にはこの傾向は顕著である。表面層は芯ガラスに比べて熱膨張係数がかなり小さいく、かつ、ガラス転移温度が芯ガラスに比べて高い（プレス温度程度では熱変形し難い（延び難い））。そのため、常温のガラス素材ＰＦをプレス温度まで加熱昇温し、プレス成形し、さらにプレス成形後に常温まで冷却しても、複合表面層の膜厚は、ガラス素材とプレス成形後のガラス光学素子で大きく変化しない。
【０１２５】
さらに本発明のガラス光学素子は、第２の表面層としてＳｉＯ2膜が存在する場合、表面に極薄ではあるがＳｉＯ2膜が存在するため、表面のＳｉＯ2の含有量が多く、そのため、化学的耐久性に優れるという特性や、第２の表面層が存在しないガラス光学素子に比べて反射率を低く抑えられるという特性も有する。また、ＳｉＯ2膜に代えてＡｉ2Ｏ3、ＡｌＦ3、ＭｇＦ2等を第２の表面層としてガラス光学素子の表面に存在させる場合も、同様に化学的耐久性が高くなるという利点がある。
【０１２６】
本発明のガラス光学素子は、表面には反射防止膜等の光学的機能膜を形成することもできる。その場合は、複合表面層を有する成形体に、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2-ＴｉＯ2、ＭｇＦ2などの材料を単層で、又は積層して適宜成膜することによって、所望の反射防止膜とすることができる。反射防止膜の成膜方法は、蒸着法、イオンアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法など、公知の方法で行うことができる。なお、反射防止膜の膜厚は、本発明の複合表面層よりも厚く、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で成膜される。
【０１２７】
たとえば、蒸着法による場合には、蒸着装置を用いて、１０-4Torr程度の真空雰囲気中で、蒸着材料を電子ビーム、直接通電もしくはアークにより加熱し、材料から蒸発および昇華により発生する材料の蒸気を基材の上に輸送し凝縮・析出させることにより反射防止膜を形成する。基材加熱温度は室温〜400℃程度とすることができる。ただし、基材のガラス転移温度（Tg）が450℃以下の場合、基材加熱の上限温度はTg−50℃とすることができる。
【０１２８】
本発明のガラス光学素子は、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3、ＡｌＦ3、ＭｇＦ2等を主成分とする第２の表面層を有し、これらの第２の表面層は反射防止膜との親和性が高い。そのため、反射防止膜が剥離し難くなる。さらに、本発明では、ガラス光学素子が有する第２の表面層が比較的薄いため、反射防止効果をムラなく施すことができる。但し、複合表面層が厚くなり過ぎると、そのような複合表面層を有するガラス素材をプレス成形して得られたガラス光学素子は、表面クラックが発生し、反射防止膜を成膜することでそのクラックが顕在化し、光学ガラス素子の透過率を下げるといった問題を生じる傾向がある。そのため、複合表面層を構成する第１の表面層及び第２の表面層の厚みは、前述の範囲とすることが好ましい。
【０１２９】
本発明のガラス光学素子の断面図を図４に示す。図４に示した目的とする光学素子は、図３に示すガラス成形体の外周部を心取り加工（研削加工）して得られる。心取り加工により研削された外周端面は、複合表面層（第１の表面層２及び第２の表面層３）も除去されている。なお、本発明のガラス光学素子の形状は限定されず、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズなど各種の形状に適用できる。
【０１３０】
本発明のガラス光学素子の用途は、小径、薄肉の小重量レンズ、例えば、携帯撮像機器などに搭載する小型撮像系用レンズ、通信用レンズ、光ピックアップ用の対物レンズ、コリメータレンズ等とすることができる。
【実施例】
【０１３１】
以下、本発明の実施例をより詳細に説明する。
実施例１〜６
カラス素材PFの芯部１となる光学ガラスとして、表２に記載した上述の光学ガラスIに属する光学ガラス６種類を用いて、その表面に異なる膜厚のＺｒＯ2からなる第１の表面層２を施し、さらのその表面に異なる膜厚のＳｉＯ2からなる第２の表面層３を成膜したガラス素材PFを複数個用意して、図４に示すようなレンズ径１８ｍｍ、中心肉厚２．６５ｍｍの凸メニスカス形状のガラスレンズを成形した。なお第１の表面層２の成分はＺｒＯ2が９９．５％（残部は不純物）、第２の表面層の成分はＳｉＯ2が９９．８質量％（残部は不純物）であった。
【０１３２】
まず、芯部１となる光学ガラスIを、溶融状態から受け型に滴下、冷却し、図２に示すような片側を凸面、反対側を凹面とした形状のガラス塊を予備成形した。この予備成形されたガラス塊に対して、Ｚｒをターゲットに用いてスパッタ法によりＺｒＯ2を所定の厚さ（２nm、３nm、５nm、１０nm、１５nm）に成膜し、次いで、石英ガラス（ＳｉＯ2）をターゲットとして用い、その表面に所定厚さ（２nm、３nm、５nm、１０nm、１５nm）の第２の表面層３を形成して、モールドプレス用ガラス素材PFを得た。前記所定厚さはスパッタ条件から推定した値である。ガラス素材PFは、図２に示すようにガラス成形体（図３参照）に近似した形状を有し、外径寸法ｄは１７．６ｍｍ、中心肉厚ｔは３．２４ｍｍである。
【０１３３】
【表２】
なお、表中のＴｇはガラス転移温度、Ｔｓは屈伏点を示す。
【０１３４】
次いで、上記ガラス素材PFをモールドプレス成形装置により窒素ガス雰囲気下でプレス成形した。すなわち、成形面にスパッタ法による炭素含有離型膜を形成したＳｉＣ製の上下型と、胴型からなる成形型を用い、成形装置のチャンバー内雰囲気を非酸化性のＮ2ガスで充満してから、芯ガラスの粘度が１０7.2dPa・sとなる温度に加熱し、芯ガラスの粘度で１０8.5dPa・s相当の温度に加熱した成形型に供給した。そして、供給直後に上下型間でガラス素材をプレスし、ガラスと上下型の密着を維持したまま、芯ガラスの徐冷温度以下の温度まで冷却し、成形型内から成形体（光学レンズ）を取り出した。成形体の断面形状は図３に示し、その外径寸法ｄは２１．５ｍｍ、中心肉厚は２．６５ｍｍであった。
すなわち、プレス成形による外径の変化率は２２．２％であり、中心肉厚の変化率が１８．２％であった。次いで、プレス成形体の外周部を研削加工により心取りを行い、φ１８ｍｍの凸メニスカス形状の非球面ガラスレンズを得た。
【０１３５】
光学ガラスIに属する光学ガラスを芯ガラスとして用い、この芯ガラスに第１の表面層２を２nm、３nm、５nm、１０nm、１５nmに成膜し、第２の表面層３を２nm、３nm、５nm、１０nm、１５nmに成膜したガラス素材PF（すなわち、表１におけるパターン７〜１０、１３〜１６、１９〜２２、２５〜２８）をプレス成形した後の成形体の表面は、いずれの成形体も、表面に残存する複合表面層２は、ひび割れや傷などの表面欠陥が認められず、良好な表面状態であった。しかも、プレス成形は３００ショット連続して行っても成形型の成形面にプルアウトや融着が生じることなく、プレス成形体の形状精度、偏心精度、外観はともに規格を満足するものであった。
【０１３６】
一方、比較例として、第１の表面層２を被膜せずに、芯ガラスに直接第２の表面層を成膜したガラス素材（表１におけるパターン１〜５）、芯ガラスの表面に第１の表面層２のみを成膜したガラス素材（表１におけるパターン６、１２、１８、２４、３０）、第１の表面層の上に第２の表面層を２０nmの膜厚で成膜したガラス素材（表１におけるパターン１１、１７、２３、２９）、第１の表面層を２０nmの膜厚で成膜した上に第２の表面層を施したガラス素材（表１におけるパターン３１〜３５）について、それぞれ上記実施例と同一のプレス成型条件でそれぞれのガラス素材PFをプレス成形した。
【０１３７】
プレス成形後の成形体の表面は、大半の成形体が、表面に残存する複合表面層２にひび割れや傷などの表面欠陥が認められ、光学素子として利用できない表面状態であった。
特に、第２の表面層を成膜しなかったガラス素材をプレス成形すると、成形の初期の段階からプレス成形にクモリや形状不良が認められた。また、第１の表面層もしくは第２の表面層のいずれか一方でも２０nm以上の膜厚に被覆したガラス素材をプレス成形すると、プレス成形体の表面にクラックが発生したり、キズが発生したり、歩留まりが著しく低下した。
【０１３８】
実施例７〜１８
カラス素材PFの芯部１となる光学ガラスとして、表３に記載した上述の光学ガラスIIに属する光学ガラス１２種類を用いて、その表面にＺｒＯ2からなる第１の表面層２と、ＳｉＯ2からなる第２の表面層３を施したガラス素材PFを用意して、レンズ径１６ｍｍ、凸メニスカス形状のガラスレンズを成形した。
【０１３９】
まず、芯部１となる光学ガラスIIを、上記実施例１〜６と同様に、溶融状態から受け型に滴下、冷却し、片側を凸面、反対側を凹面とした形状のガラス塊を予備成形した。次いで、Ｚｒをスパッタ・ターゲットとして第１の表面層を成膜し、その表面に石英ガラス（ＳｉＯ2）をスパッタ・ターゲットとして用い所定厚さの第２の表面層３を形成して、モールドプレス用ガラス素材PFを得た。前記所定厚さはスパッタ条件から推定した値である。ガラス素材PFは、図２に示すようにガラス成形体（図３参照）に近似した形状を有し、外径寸法ｄは１５．６ｍｍ、中心肉厚ｔは２．２０ｍｍである。
【０１４０】
【表３】
【０１４１】
次いで、上記ガラス素材PFをモールドプレス成形装置により、上記実施例１〜６と同様にプレス成形した。成形体の断面形状は図３に示し、その外径寸法ｄは１８．２ｍｍ、中心肉厚は１．９８ｍｍであった。すなわち、プレス成形による外径の変化率が１６．７％であり、中心肉厚の変化率は１０．０％であった。次いで、プレス成形体の外周部を研削加工により心取りを行い、φ１６ｍｍの凸メニスカス形状の非球面ガラスレンズを得た。
【０１４２】
プレス成形後の成形体の表面は、いずれの成形体も、表面に残存する複合表面層は、ひび割れや傷などの表面欠陥が認められず、良好な表面状態であった。しかも、プレス成形は２００ショット連続して行っても成形型の成形面にプルアウトや融着が生じることなく、プレス成形体の形状精度、偏心精度、外観はともに規格を満足するものであった。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明はガラス光学素子の製造分野に有用である。
【符号の説明】
【０１４４】
１ 芯部
２ 第１の表面層
３ 第２の表面層
４ 上型
５ 下型
６ 胴型
７ 成形型
PF プレス成形用ガラス素材
d 外径寸法
t 中心肉厚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密モールドプレスによってガラス光学素子を得るために用いるガラス素材、およびガラス素材を用いたガラス光学素子の製造方法、並びにかかる製造方法によって得られるガラス光学素子に関する。
【０００２】
特に、本発明では、プレス成形時の高温下において成形型との反応活性の高い成分を含有するガラス硝材を用いるが、本発明は、それらの成分による成形面での反応を抑え、主として成形体表面での融着、クモリ、キズ状の反応痕を防止しつつ、充分な光学性能をもった光学素子を安定に効率よく生産するとともに、成形型の寿命を延ばすために適用できる。
【背景技術】
【０００３】
加熱により軟化したガラス素材を、成形型を用いてプレス成形して、成形面形状をガラス素材に転写することによりガラスレンズ等の光学素子を得ることが知られている。プレス成形によって形成された光学素子の光学機能面は、研磨等の機械加工を行うことなく、所望の光学性能を有する。
【０００４】
特許文献１には、表面に酸化ケイ素膜を被覆したガラス素材（被成形体）を成形型内に置いて、このガラス素材が軟化状態にある温度で加圧成形することによりプレスレンズを製造する方法が開示されている。かかる方法により、加圧成形時の型とガラスとの融着を防止するとともに、易還元成分であるＰｂＯの還元による還元粒子の析出を防止できると記載されている。この特許文献１に記載の発明によると、酸化ケイ素膜の厚さの実用範囲は５０〜２０００Å（５〜２００nm）であり、５０Å（５nm）未満であると、この酸化ケイ素膜形成の効果が得られないし、２０００Åを越えると、加圧成形時においてクラック等の欠陥が発生しやすく、透過率や屈折率などの光学的品質を低下させる原因になる、とされている。
【０００５】
特許文献２には、予めガラス素材の中央部にＳｉＯ2を主体とする薄膜を形成しておき、このガラス素材を成形型内に投入してプレス成形する、光学ガラス素子の成形方法が開示されている。かかる方法により、表層クラックの発生を回避しながら、光学素子の中心部でクモリが発生しない、優れた光学機能面をもつ光学素子が得られるとされている。この特許文献２に記載の発明によると、ＳｉＯ2を主体とする薄膜の厚さは１００〜２００Åであり、１００Å（１０nm）未満では曇り防止効果がなく、２００Å以上では表層クラックが発生する、とされている。
【０００６】
特許文献３には、予備成形された芯ガラスの表面に２重に表面層を形成した光学素子であって、芯ガラスから近い方の第１の表面層は、芯ガラスの素材を減圧状態でガラス転移点以上の温度で芯ガラス表面に膜状に形成され、芯ガラスから遠い方の第２の表面層は、蒸着用ガラス素材をスパッタリング等で第１の表面層の上に膜状に形成されたものである光学素子、およびその製造方法が開示されている。第２の表面層を形成するための蒸着用ガラス素材として、ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3を含むガラス素材が用いられている。かかる発明によれば、反応性の強いガラスや揮発しやすいガラス成分を持つガラスをガラス素材として用いる場合であっても、表面にクラックを生じることなく、しかも融着やクモリのない光学素子を得られるとしている。この特許文献３に記載の発明によると、ＳｉＯ2を主成分とする第２の表面層の厚さは、５nm〜５０nmであり、５nm未満では（型とガラスとの）融着防止効果が低減し、５０nm以上ではクラックが発生することが判っていると、されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平２−１７７９号公報
【特許文献２】特開平７−１１８０２５号公報
【特許文献３】特開平８−１９８６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、デジタルカメラやカメラ付携帯端末機に代表される撮像機器には、高画質を維持しつつ、コンパクト化、軽量化が求められている。光学機器のコンパクト化、軽量化は、非球面レンズを用いて光学系のレンズの枚数を減らすことにより、ある程度達成することができるが、更なるコンパクト化のためには、光学系に用いる個々のレンズについて改良を加える必要がある。そこで、このような撮像機器に搭載される光学レンズを作製するための光学ガラス材料として、高屈折率ガラスは好適である。屈折率を高くするためには、光学ガラス材料にＷ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂの何れかの成分を含有させることが知られている。
【０００９】
しかしながら、これらの成分を含有した光学ガラス材料を用いて、モールドプレス成形により非球面光学レンズを製造する場合、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂが易還元成分であることから、ガラス成分として存在しつつ複数の価数をとりえる為、酸化還元反応を生じやすく、プレス成形のプロセスにおいて、成形型に圧着されつつ変形する過程で種々の界面反応を生じ、成形型に融着し、又はガラス成形体の表面にクモリや、キズ状の反応痕を残すことが見出された。又は融着に起因して成形面が粗れ、これを転写することで成形体表面に凹凸が生じてクモリが観察されることも生じやすいことが判明した。
【００１０】
発明者らの研究によると、特許文献１〜３に記載の酸化ケイ素等の薄膜を有するガラス素材を用いても、上記Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂの何れかの易還元成分を含有させたガラスでは、プレス成形後にガラス膜にクラックが生じたり、ひいては当該クラックから流出する芯ガラスと成形型とが融着を起こしたりして、十分な光学性能や良好な外観の光学素子が得られないことが見出された。
【００１１】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、光学ガラスからなるガラス素材をプレス成形して光学素子を製造するにあたり、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂの何れかの易還元成分を含有するガラス素材であっても、プレス成形の際の型とガラスとの融着等の不要な界面反応を抑えて、表面クラック、クモリ、キズ等が無く、充分な光学性能を有する光学素子を提供することができる、プレス成形用ガラス素材を提供することを目的とする。さらに、本発明は、前記プレス成形用ガラス素材から製造した表面クラック、クモリ、キズ等が無く、充分な光学性能を有する光学素子とその製造方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する本発明は以下のとおりある。
［１］
多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有するプレス成形用ガラス素材であって、
前記芯部は、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するとともに、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、
前記複合表面層は、前記芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、
前記第１の表面層は、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、及びＳｃ2Ｏ3のいずれか一種以上の金属酸化物からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであり、
前記第２の表面層は、炭素（Ｃ）からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであることを特徴とするプレス成形用ガラス素材。
［２］
前記芯部は、モル％表示でＳｉＯ2；１〜２０％、Ｂ2Ｏ3；１０〜６５％、Ｌｉ2Ｏ；０〜２０％、Ｎａ2Ｏ； ０〜１０％、Ｋ2Ｏ； ０〜１０％、ＺｎＯ；１０〜４０％、ＣａＯ：０〜５％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、ＭｇＯ：０〜５％、Ｌａ2Ｏ3；５〜３０％、Ｇｄ2Ｏ3；０〜２２％、Ｙｂ2Ｏ3；０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5；０〜１５％、ＷＯ3；０〜２０％、ＴｉＯ2；０〜２４％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％、（但し、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＮｂ2Ｏ5の合計量が０．１〜２５％）
を含み、上記各成分に清澄剤を加えた合計量が９５％超含み、
ガラス転移点Ｔｇが５３０℃以上である
光学ガラスであることを特徴とする［１］に記載のプレス成
形用ガラス素材。
［３］
Ｂ2Ｏ3とＳｉＯ2の合計量に対するＢ2Ｏ3の量のモル比（Ｂ2Ｏ3／（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2））が０．６０〜０．９５であって、屈折率（ｎｄ）が１．７超、アッベ数（νｄ）が２７以上である［２］に記載のプレス成形用ガラス素材。
［４］
［１］〜［３］のいずれか１項に記載のガラス素材を加熱し、軟化した前記ガラス素材を成形型によりプレス成形してガラス光学素子を得るガラス光学素子の製造方法。
［５］
前記成形型は、成形面に炭素含有離型膜を有する、［４］に記載のガラス光学素子の製造方法。
［６］
プレス成形されたガラス光学素子であって、
多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有するプレス成形用ガラス素材であって、
前記芯部は、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するとともに、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、
前記複合表面層は、前記芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、
前記第１の表面層は、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、及びＳｃ2Ｏ3のいずれか一種以上の金属酸化物からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであり、
前記第２の表面層は、炭素（Ｃ）からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであることを特徴とするガラス光学素子。
［７］
前記芯部は、モル％表示でＳｉＯ2；１〜２０％、Ｂ2Ｏ3；１０〜６５％、Ｌｉ2Ｏ；０〜２０％、Ｎａ2Ｏ；０〜１０％、Ｋ2Ｏ； ０〜１０％、ＺｎＯ；１０〜４０％、ＣａＯ：０〜５％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、ＭｇＯ：０〜５％、Ｌａ2Ｏ3；５〜３０％、Ｇｄ2Ｏ3；０〜２２％、Ｙｂ2Ｏ3；０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5；０〜１５％、ＷＯ3；０〜２０％、ＴｉＯ2；０〜２４％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％、（但し、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＮｂ2Ｏ5の合計量が０．１〜２５％）を含み、上記各成分に清澄剤を加えた合計量が９５％超含み、
ガラス転移点Ｔｇが５３０℃以上である
光学ガラスであることを特徴とする［６］に記載のガラス光学素子。
［８］
Ｂ2Ｏ3とＳｉＯ2の合計量に対するＢ2Ｏ3の量のモル比（Ｂ2Ｏ3／（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2））が０．６０〜０．９５であって、屈折率（ｎｄ）が１．７超、アッベ数（νｄ）が２７以上である［６］または［７］に記載のガラス光学素子。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、芯部と成形型との間に第１の表面層と第２の表面層からなる複合表面層が介在して成形が行われるため、芯部と成形型との接触による反応が生じることがなくなり、しかも、芯部から表面側への易還元成分の移動を第１の表面層によって遮断し、さらに第２の表面層によってプレス成形時の成形性が高まるため、円滑な成形が行われ、結果として、表面クラックやクモリ、キズ等が発生することなく、高品質な光学性能を有する光学素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかるガラス素材をプレス成形する際の一形態を表した断面図である。
【図２】本発明にかかるプレス成形用ガラス素材の一形態を表した断面図である。
【図３】図２に示したプレス成形用ガラス素材を用いてプレス成形したガラス成形体の断面図である。
【図４】図３に示したガラス成形体から得られたガラス光学素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［プレス成形用ガラス素材］
本発明のプレス成形用ガラス素材は、多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有する。
さらには、
前記芯部は、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するとともに、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、
前記複合表面層は、前記芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、
前記第１の表面層は、プレス成形温度において、芯部のガラスと反応せず、かつ芯部のガラス中に拡散しない成分からなり、
前記第２の表面層は、プレス成形時における成形性を高める成分からなることを特徴とする。
【００１６】
本発明にかかるガラス素材をプレス成形することにより、芯部と成形型との間に第１の表面層と第２の表面層からなる複合表面層が介在して成形が行われるため、芯部と成形型との接触による反応が生じることがなくなり、しかも、芯部から表面側への易還元成分の移動を第１の表面層によって遮断し、さらに第２の表面層によってプレス成形時の成形性が高まるため、円滑な成形が行われ、結果として、表面クラックやクモリ、キズ等が発生することなく、高品質な光学性能を有する光学素子を製造することができる。
【００１７】
本発明のガラス光学素子における芯部となる多成分系の光学ガラスは、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含を有するとともにＰｂを含まない光学ガラスである。本発明は、プレス成形時において、成形型との界面反応が生じ易い、易還元成分を含有する光学ガラスに対して有効である。これらの易還元成分は、高屈折率特性を得るために含有されるが、このような光学ガラスをプレス成形に供すると、レンズの表面にキズが現れ易く、また、発泡も起こり易い。これは、上記成分が還元され易い性質を持っているため、成形工程中に成形型との界面において反応が起こることに因るものであると考えられる。
【００１８】
そこで、発明者らは、比較的プレス成形し難い光学ガラスを製造するにあたり、図１に示すように多成分系光学ガラスからなる芯部１の表面に、プレス成形温度において芯部のガラスと反応せず、かつ芯部のガラス中に拡散しない成分（ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3など）からなる第１の表面層２が被覆され、さらに、この第１表面層２の上に、プレス成形時における成形性を高める第２の表面層３（例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等）を被覆したプレス成形用ガラス素材PF（以下、単にガラス素材と称する場合もある）を用意し、このガラス素材PFを成形型７によりプレス成形を試みた。
【００１９】
多成分系光学ガラスは、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するものである実施例１のガラスであり、このガラスを、目的とする光学レンズの形状に近似する片凸片凹形状に予備成形した芯部１（予備成形素材）を複数個用意した。
【００２０】
次いで、これらの芯部１のそれぞれに、表１に示すような３５通りの組み合わせパターンで第１の表面層および第２の表面層をスパッタ法により成膜してガラス素材PFを作成した。ここでは、芯部１の表面に成膜した第１の表面層としてはＺｒＯ2を用い、当該第１の表面層の上に成膜した第２の表面層としてはＳｉＯ2を用いた。
【００２１】
【表１】
【００２２】
表１に示すように、パターン１〜３５は、第１の表面層（ＺｒＯ2）を０nm、２nm、５nm、１０nm、１５nm、２０nmとしたものと、第２の表面層（ＳｉＯ2）を０nm、２nm、５nm、１０nm、１５nm、２０nmとしたものとの組み合わせでそれぞれの表面層を成膜したガラス素材PFであり、このうち「０nm」のものは該当する表面層を成膜しなかったものである。
【００２３】
このように用意されたガラス素材PFを用いて、図１に示す成形面を有する上型４、下型５、および上下型４、５の同軸度を保持する胴型６からなる成形型７により、ガラス素材PFをプレス成形した。プレス成形条件の詳細は実施例に示すが、成形型７と成形用ガラス素材PFを加熱してガラス素材PFの粘度をプレス成形に適切な１０6〜１０9dPa・ｓに設定して行った。
【００２４】
表１における「評価結果」は、それぞれのガラス素材PFを同一のプレス成形条件で成形した時の、プレス成形体の形状精度、外観、およびプレス成形の連続成形性を評価した結果であり、「A」はいずれも問題ないもの、「B」は一部の評価項目（例えば、形状精度）は問題ないものの、その他の評価項目（例えば、外観または連続成形性）に劣るもの、「C」は形状精度、外観、連続成形性がともに基準を満たさないものとして表示してある。
【００２５】
上記プレステストにより、第１表面層と第２表面層がともに成膜されているガラス素材PFをプレス成形した場合の方が、第１表面層か第２表面層のいずれかを成膜しなかったガラス素材PFをプレス成形した場合よりも評価結果は良好であった。さらに、第１表面層と第２表面層の膜厚がいずれも１５nm以下の方が、評価結果が良い傾向を示した。
【００２６】
上記プレス成形についての試みの結果に基づいて本発明のプレス成形用ガラス素材に関する発明は完成された。
【００２７】
本発明のガラス素材を構成する芯部は、多成分系の光学ガラスからなる。多成分系光学ガラスは、例えば、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するガラスである。芯部がこのガラスである本発明にかかるガラス素材をプレス成形することにより、高屈折率、低分散を有するとともに形状精度に優れたガラス光学素子を提供できる。
【００２８】
Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するガラスの例は、以下に光学ガラスI及びIIとして説明する。
【００２９】
＜光学ガラスIについて＞
以下、本発明のガラス素材及びガラス光学素子で使用される芯部１のガラス（光学ガラスI）について説明する。本発明では、芯部１としては、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5のいずれかを含有する多成分系の光学ガラスを用いることができる。特に、その含有量が合計で５モル%以上（例えば、１０〜６５、より好ましくは、１５〜５５モル％）であるときに、特に本発明の方法は有用である。また、好ましくは、芯部１のガラスがＷＯ3を３モル％以上、例えば４〜１５モル％含有するときに、本発明の効果が顕著である。
【００３０】
当該光学ガラスIは、具体的には、例えば、モル％表示で、
Ｐ2Ｏ5；１０〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5；３〜３５％、Ｌｉ2Ｏ；０〜３５％、ＴｉＯ2；０〜２５％、ＷＯ3；０〜２０％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜４０％、Ｂ2Ｏ3；０〜２０％、ＢａＯ；０〜２５％、ＺｎＯ；０〜２５％、Ｎａ2Ｏ；０〜５０％、Ｋ2Ｏ；０〜２０％、Ａｌ2Ｏ3；０〜１５％、ＳｉＯ2；０〜１５％、（但し、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＮｂ2Ｏ5の合計量が１０％以上、６５％未満）Ｆを全酸素量の０〜１０％、を含む光学ガラスであることができる。
【００３１】
前記光学ガラスIは、転移点Ｔｇが、４３０℃以上、たとえば４５０℃以上５２０℃以下であるときに、本発明の効果が顕著である。また、軟化点が５３０℃以上、たとえば５４０℃以上６００℃以下であるときに本発明の効果が顕著である。
【００３２】
上記組成につき、具体的に説明する。
Ｐ2Ｏ5は、ガラスの網目構造の形成物であり、ガラスに製造可能な安定性を持たせる。Ｐ2Ｏ5の含有量が４５モル％を超えると、耐候性が悪化するとともに高屈折率の維持が困難になる傾向がある。また１０モル％未満では、ガラスの失透傾向が強くなりガラスが不安定となりやすいので、１０〜４５モル％の範囲が好ましく、１５〜３５モル％の範囲とするのがより好ましい。
【００３３】
Ｎｂ2Ｏ5は、高屈折率・高分散などの特性を持たせる。導入量が３５％を超えると、ガラス転移温度や屈伏点が高くなり、安定性、高温溶解性も悪くなり、精密プレス時に発泡や着色しやすくなるという傾向がある。その導入量が３％未満では、ガラスの耐久性が悪化し、所要の高屈折率を得にくくなるため、３〜３５％の範囲にするのが好ましく、５〜２５％の範囲にするのがより好ましい。
【００３４】
Ｌｉ2Ｏは、ガラス転移温度を下げるのに効果的な成分であり、他のアルカリに比べ、屈折率を低下させにくい。３５％を超えると、ガラスの安定が悪化し、失透しやすいため、導入量を０〜３５％の範囲とし、０〜３０％の範囲が好ましい。なお、導入量が２％未満では転移温度の低下が難しくため、好ましくは２〜３０％、より好ましくは３〜２５％の範囲である。
【００３５】
ＴｉＯ2は、高屈折率高分散性を付与し、失透安定性を向上させる。含有量が２５％を超えると、ガラスの失透安定性や透過率が悪化しやすく、屈伏点や液相温度も上昇し、精密プレス成形時にガラスが着色しやすくなる為、０〜２５％にするのが好ましく、０〜１５％にするのがより好ましい。
【００３６】
ＷＯ3は、高屈折率・高分散特性と低温軟化性を付与する上で効果的な成分である。ＷＯ3はガラス転移温度や屈伏点を下げる働きや、屈折率を上げる働きをする。ＷＯ3の過剰導入、例えば２０％を超えて導入すると、ガラスが着色しやすくなる一方、ガラスの高温粘性も低くなるので、ガラス素球の熱間成形が難しくなる。したがって、その含有量を０〜２０％とすることが好ましく、０〜１５％の範囲とすることがより好ましく、０〜１０％の範囲とすることがより好ましい。
【００３７】
また、高屈折率ガラスの結晶化傾向を抑制するためには、ＷＯ3は１モル％以上導入することが好ましく、例えば２モル％以上、好ましくは２〜１０モル％含有することが有利である。
【００３８】
Ｂｉ2Ｏ3は、鉛の代替材料であって、高屈折率・高分散性を付与する成分であり、ガラスの生成領域を大幅に拡大し、安定化させる効果がある。したがって、Ｂｉ2Ｏ3を導入することにより、Ｐ2Ｏ5の含有量の少ないガラスでもガラス化を可能にする。その導入量が４０％超えると、ガラスが着色しやすくなるあるため、Ｂｉ2Ｏ3の含有量は０〜４０％とすることが好ましく、０〜２５％とすることがより好ましい。
【００３９】
Ｂ2Ｏ3は、ガラスの溶融性の向上やガラスの均質化に有効であると同時に、少量の導入でガラス内部にあるＯＨの結合性を変え、精密プレス成形時におけるガラスの発泡を抑制する効果が得られる。Ｂ2Ｏ3を２０％より多く導入すると、ガラスの耐候性が悪化したり、ガラスが不安定になりやすいため、０〜２０％のとすることが好ましい。より好ましい範囲は０〜１０％である。
【００４０】
ＢａＯは、高屈折率を付与し、失透安定性を向上させ、液相温度を低下させる効果のある成分である。ＷＯ3を導入する場合、特に多量のＷＯ3を導入する場合、ＢａＯの導入でガラスの着色を抑え、失透安定性を高める効果が大きく、Ｐ2Ｏ5含有量の少ない場合、ガラスの耐候性を高める効果もある。ＢａＯの導入量が２５％を超えると、ガラスが不安定となり、転移温度、屈伏点が高くなるので、ＢａＯの導入量を０〜２５％にするのが好ましく、０〜１５％にするのがより好ましい。
【００４１】
ＺｎＯはガラスの屈折率や分散を高めるために導入し得る成分で、少量のＺｎＯの導入でガラス転移温度や屈伏点、液相温度を低下させる効果もある。しかし、過剰に導入すると、ガラスの失透安定性が著しく悪化し、液相温度も逆に高くなる恐れがある。したがって、ＺｎＯ導入量を０〜２５％にすることが好ましく、０〜１５％の範囲がより好ましく、０〜１０％の範囲がさらに好ましい。
【００４２】
Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏは、いずれもガラスの耐失透性を向上させるとともに、ガラス転移温度、屈伏点、液相温度を低下させ、ガラスの溶融性を改善するために導入し得る成分である。しかし、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏのいずれかが５０％より多いと、あるいはＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの合計量が５５％よりも多いと、ガラスの安定性が悪くなるばかりでなく、ガラスの耐候性や耐久性が悪くなる恐れがあるため、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏの導入量をそれぞれ０〜５０％、０〜２０％にするのが好ましく、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの合計量を０〜５５％にするのが好ましい。より好ましくは、Ｎａ2Ｏを３〜３５％、Ｋ2Ｏを０〜１０％である。
【００４３】
Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2は、ガラスの安定性や光学恒数を調整するときに導入し得る成分である。
しかし、これらの成分はガラス転移温度を高めるので、精密プレス成形性を低下させる恐れがあるため、それぞれ１５％以下に抑えることが望ましく、さらに、それぞれ０〜１０％にするのがより好ましい。
【００４４】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯはガラスの安定性や耐候性を調整するために導入し得る成分であるが、過剰に導入すると、ガラスが不安定となるので、導入量をそれぞれ０〜１５％にするのが好ましく、０〜１０％がより好ましい。
【００４５】
Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ3も、ガラスの安定性や光学恒数を調整するときに導入し得る成分である。しかし、これらの成分のすべてはガラス転移温度を高めるので、精密プレス成形性を低下させる恐れがある。したがって、その導入量をそれぞれ０〜１０％に抑えることが望ましく、さらに、それぞれ０〜８％にするのがより好ましい。
【００４６】
なお、発明の目的を達成しつつ、上記性質をより良好にする上から、上記各成分に清澄剤を加えた合計量を９５％超とすることが好ましく、９８％超とすることがより好ましく、９９％超とすることがさらに好ましく、１００％とすることがより一層好ましい。
【００４７】
上記成分に加えて清澄剤を外割で０〜１質量％加えることができる。ただし清澄剤の過剰な添加は精密プレス成形時に成形型の成形面、特に離型膜にダメージを与えるおそれがあるため注意する必要がある。清澄剤としてはＳｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、などを例示できるが、環境への影響に配慮するとＡｓ2Ｏ3の使用は避けるべきである。Ｓｂ2Ｏ3の好ましい量は０〜１質量％である。Ｓｂ2Ｏ3はガラスの清澄剤として有効であるが、１質量％超えて添加すると、プレス成形時にガラスが発泡しやすくなるので、その導入量は０〜１質量％とするのがよい。また、ＳｎＯ2とＣｅＯ2は同時に使用することができ、好ましい量は合計で０〜２．５質量％である。
【００４８】
その他に、さらに、ＴｅＯ2、Ｃｓ2Ｏなどのその他の成分も本発明の目的を損なわない程度であれば合計で５％までの導入可能である。ただし、ＴｅＯ2は毒性があるため、環境影響上から使用しないことが望ましく、同様にＡｓ2Ｏ3、ＣｄＯ、Ｔｌ2Ｏや放射性物質、Ｃｒ、Ｈｇなどの化合物も使用しないことが望ましい。
【００４９】
この他、ＰｂＯは環境への影響から導入されない。また、ガラスを着色して特定波長域の光吸収機能を付与する場合は別にして、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｄなどを導入しないことが望ましい。
【００５０】
Ｆは低Tg化に有用な成分である。しかし、過剰に導入すると溶融ガラスを成形する際に融液から揮発し、脈理発生や恒数変動の原因となる。よって、導入量は全酸素量の０〜１０モル％とし、好ましくは０〜５モル％の範囲である。
【００５１】
上記芯部となる光学ガラスIは、屈折率ndが１．７以上、アッベ数νｄが３５以下、より好ましくは、３０以下、更には２５以下のものなど、高屈折、高分散を達成することができるため、非常に重用される高付加価値ガラスである。しかしながら、そのような有用な光学恒数を達成するために含有する成分（Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂ）は、還元されやすく、プレス成形の過程で反応活性が高い。すなわち、ガラス表面と成形型の成形面との界面において、高温下で反応が生じやすく、その結果、得られた成形体表面にクモリ、キズ状の反応痕や成形面との融着が生じるために、外観性能の不十分な光学素子となりやすい。
しかるに、本発明によれば、プレス成形用ガラス素材の表面に複合表面層を設けて成形が行われるため、表面クラックやクモリ、キズ等の欠陥のない高い外観性能を有する光学ガラスIを芯部とする光学素子を得られる。
【００５２】
＜光学ガラスIIについて＞
以下、本発明のガラス素材及びガラス光学素子で使用される芯部１のガラス（光学ガラスII）について説明する。
【００５３】
本発明の芯部１となる光学ガラスとしては、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するほか、必須成分としてＢ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＺｎＯを含む光学ガラスも採用できる。
【００５４】
該光学ガラスIIにおいて、Ｂ2Ｏ3はガラスのネットワーク構成のために必須の成分であり、Ｌａ2Ｏ3は高屈折率、低分散特性を付与するために必須の成分であって、両成分が共存することにより、ガラスの安定性がより一層向上する。ＺｎＯは、屈折率を低下させずにガラスに低温軟化性を付与するために必須の成分である。
【００５５】
該光学ガラスIIは上記必須成分を含むことにより、屈折率（ｎｄ）が１．7超、好ましくは１．８以上、アッベ数（νｄ）が２７以上、好ましくは３５〜５０という光学特性を有することができる。具体的には、以下のものが挙げられる。
モル％表示でＳｉＯ2；０〜５０％、Ｂ2Ｏ3；５〜７０％、Ｌｉ2Ｏ；０〜２０％、Ｎａ2Ｏ； ０〜１０％、Ｋ2Ｏ；０〜１０％、ＺｎＯ；１〜５０％、ＣａＯ：０〜１０％、ＢａＯ：０〜１０％、ＳｒＯ：０〜１０％、ＭｇＯ：０〜１０％、Ｌａ2Ｏ3；５〜３０％、Ｇｄ2Ｏ3；０〜２２％、Ｙｂ2Ｏ3；０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5；０〜１５％、ＷＯ3；０〜２０％、ＴｉＯ2；０〜２４％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％、（但し、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＮｂ2Ｏ5の合計量が０．１〜２５％）、Ｆを全酸素量の０〜１０％、を含む光学ガラス。
【００５６】
前記光学ガラスIIは、転移点Ｔｇが、５３０℃以上、たとえば５６０℃以上６３０℃以下であるときに、本発明の効果が顕著である。また、軟化点が、６４０℃以上、たとえば６５０℃以上７２０℃以下であるときに本発明の効果が顕著である。
【００５７】
前記光学ガラスの各組成について説明する。
ＳｉＯ2はガラス安定性を向上させる働きをするが、過剰導入によって屈折率が低下するとともにガラス転移温度が上昇する。したがって、その導入量は０〜５０％とする。その導入量は、０〜４０％が好ましく、１〜２０％がより好ましく、４〜１５％が特に好ましい。
【００５８】
Ｂ2Ｏ3はネットワーク形成のための必須成分であるが、過剰導入によって屈折率（ｎｄ）が低下するため５〜７０％導入する。その導入量は、１０〜６５％が好ましく、２０〜５５％が特に好ましい。
【００５９】
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％とすることが好ましく、０〜１５％がより好ましく、導入しなくてもよい。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。導入量は、好ましくはそれぞれ０〜８％、特に好ましくは０〜６％であり、導入しなくてもよい。
【００６０】
ＺｎＯは高屈折率を維持しつつ、低温軟化性を付与するための必須成分であるが、過剰導入によってガラス安定性が低下するので、その導入量を１〜５０％とする。その導入量は、３〜４５％が好ましく、１０〜４０％が特に好ましい。
【００６１】
ＣａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ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、それぞれの導入量は０〜１０％とする。導入量は、好ましくはそれぞれ０〜８％、特に好ましくは０〜５％である。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。導入量は０〜８％が好ましく、０〜５％が特に好ましい。
【００６２】
Ｌａ2Ｏ3は高屈折率低分散特性を付与するための必須成分であるが、過剰導入によりガラス安定性が低下するので、５〜３０％導入する。その導入量は、７〜２５％が好ましく、９〜１８％が特に好ましい。
【００６３】
Ｇｄ2Ｏ3は高屈折率、低分散特性を付与するための成分であるが、過剰導入によりガラス安定性が低下するので０〜２２％導入する。Ｇｄ2Ｏ3はＬａ2Ｏ3と共存することにより単独で導入したときよりもガラス安定性を向上できるという効果がある。その導入量は、０〜２０％が好ましく、１〜１０％が特に好ましい。
【００６４】
Ｙｂ2Ｏ3は高屈折率・低分散の成分として使用される任意成分であり、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、導入量は０〜１０％、好ましくは０〜８％とする。
【００６５】
Ｎｂ2Ｏ5も屈折率を高める成分であるが過剰導入により、ガラス安定性が低下し、液相温度が上昇するので０〜１５％導入する。その導入量は、０〜１３％が好ましく、０〜７％が特に好ましい。
【００６６】
ＷＯ3は屈折率を上げ、ガラス安定性を向上させる働きをする。ただし、過剰導入によりガラス安定性が低下するとともにガラスが着色する。したがって、ＷＯ3の導入量は０〜２０％であり、好ましくは０〜１８％、特に好ましくは１〜１３％とする。
【００６７】
ＴｉＯ2も屈折率を高める成分であるが過剰導入により、ガラス安定性が低下し、ガラスが着色するので０〜２４％導入する。その導入量は、０〜２０％が好ましく、０〜１５％が特に好ましい。
【００６８】
Ｂｉ2Ｏ3は屈折率を高め、ガラス安定性を向上する働きをするが、過剰導入によりガラスが着色したり、白金製の溶解炉を腐食したりする問題が生ずるので導入量を０〜２０％とする。導入量は０〜１０％が好ましく、０〜５％が特に好ましい。
【００６９】
なお、屈折率を高める上から、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｂｉ2Ｏ3の合計量を好ましくは０．１〜２５％、より好ましくは１〜２１％、さらに好ましくは３〜１５％とする。
【００７０】
なお、アッベ数（νｄ）２７未満の範囲でガラスに求められる諸条件を満たしつつより一層の高屈折率化を図るためには、Ｂ2Ｏ3とＳｉＯ2の合計量に対するＢ2Ｏ3の量のモル比（Ｂ2Ｏ3／（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2））を０．５０〜１．００とすることが好ましく、０．６０〜０．９５とすることが特に好ましい。
【００７１】
ＺｒＯ2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し、液相温度が上昇する。そのため、導入量を０〜１５％とする。導入量は０〜１２％が好ましく、１〜６％が特に好ましい。
【００７２】
なお、ガラス安定性を維持しつつ、高屈折率化を図る上から、ＷＯ3、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の合計量を２〜４０モル％とすることが好ましく、５〜３５モル％が特に好ましい。
【００７３】
Ｔａ2Ｏ5は高屈折率・低分散の成分として使われる任意成分である。少量の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、その導入量を０〜２０％とし、好ましくは０〜１７％とする。
【００７４】
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。
【００７５】
なお、発明の目的を達成しつつ、上記性質をより良好にする上から、上記各成分に清澄剤を加えた合計量を９５％超とすることが好ましく、９８％超とすることがより好ましく、９９％超とすることがさらに好ましく、１００％とすることがより一層好ましい。
【００７６】
上記成分に加えて清澄剤を外割で０〜１質量％加えることができる。ただし清澄剤の過剰な添加は精密プレス成形時に成形型の成形面、特に離型膜にダメージを与えるおそれがあるため注意する必要がある。清澄剤としてはＳｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、などを例示できるが、環境への影響に配慮するとＡｓ2Ｏ3の使用は避けるべきである。Ｓｂ2Ｏ3の好ましい量は０〜１質量％である。また、ＳｎＯ2とＣｅＯ2は同時に使用することができ、好ましい量は合計で０〜２．５質量％である。
【００７７】
Ｆは低Tg化に有用な成分である。しかし、過剰に導入すると溶融ガラスを成形する際に融液から揮発し、脈理発生や恒数変動の原因となる。よって、導入量は全酸素量の０〜１０モル％とし、好ましくは０〜５モル％の範囲である。
【００７８】
この他、ＰｂＯは環境への影響、非酸化性雰囲気中で精密プレス成形する時に還元してプレス成形型の成形面に付着することから導入されない。また、ガラスを着色して特定波長域の光吸収機能を付与する場合は別にして、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｎｉ、Ｃｒなどを導入しないことが望ましい。
【００７９】
本発明のガラス素材を構成する芯部の形状は、芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層の膜厚が数十nm程度、好ましくは３０nm以下、より好ましくは２０nm以下、さらに好ましくは１０nm以下であることから、本発明のガラス素材の形状と実質的には同一である。
【００８０】
＜複合表面層＞
本発明のプレス成形用ガラス素材は少なくとも芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層を有する。複合表面層は、芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含む。
【００８１】
第１の表面層は、プレス成形温度において、芯部のガラスと反応せず、かつ芯部のガラス中に拡散しない成分からなるものである。プレス成形温度において、芯部のガラスと反応せず、かつ芯部のガラス中に拡散しない成分は、換言すると、芯部のガラスに取り込まれない成分である。なお、「プレス成形温度」とは、成形型で成形用ガラス素材PFをプレス成形するときの温度であって、ガラス素材PFの粘度が１０5〜１０10dPa・ｓに相当するときの温度である。
【００８２】
第１の表面層は、例えば、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3及びＬｎ2Ｏ3（ランタノイド系酸化物）のいずれか一種以上の金属酸化物からなるか、または貴金属からなる。ランタノイド系酸化物としては、Ｌａ2Ｏ3、Ｃｅ2Ｏ、Ｐｒ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3等を挙げることができる。貴金属としては、Ｐｔ、Ａｕ等を挙げることができる。第１の表面層を上記成分にすることで、芯部から表面側への易還元成分の移動を十分に抑止できるため、芯部と成形型との接触を確実に回避できる。
【００８３】
第１の表面層は、例えば、１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下の膜厚であることができる。好ましくは２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ以下の膜厚である。第１の表面層の膜厚を上記範囲にすることで、芯部から表面側への易還元成分の移動を抑止しつつ、第１の表面層自体のクラックやクモリを防止できる。
【００８４】
第２の表面層は、プレス成形時における成形性を高める成分からなる。そのような成分としては、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホウ素（Ｂ）またはマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物、弗化物または窒化物、および炭素（Ｃ）のいずれか一種以上からなる。ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ） 、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホウ素（Ｂ）またはマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物は、例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＳｎＯ、ＳｎＯ2、ＨｆＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ等であり、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホウ素（Ｂ）またはマグネシウム（Ｍｇ）の弗化物は、例えば、ＳｉＦ4、ＡｌＦ3、ＺｎＦ2、ＳｎＦ2、ＳｎＦ4、ＨｆＦ４、ＢＦ３、ＭｇＦ２等であり、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホウ素（Ｂ）またはマグネシウム（Ｍｇ）の窒化物は、例えば、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ 、Ｚｎ3Ｎ2、Ｓｎ3Ｎ2、Ｓｎ3Ｎ4、ＨｆＮ、ＢＮ、ＭｇＮ２等である。
このうち、第２の表面層としては、芯部を構成する多成分系の光学ガラスの軟化点よりもはるかに軟化点が高く、かつ成形型との界面反応が起こり難い、すなわち成形性の高いＳｉＯ２が特に好ましい。
【００８５】
第２の表面層を上記成分にすることで、プレス成形時の成形性が一層高くなり、円滑な成形を行うことができる。なお、「成形性」とは、光学ガラスを加熱・軟化させて成形型で加圧成形する際の滑り性および耐久性に関する特性であり、より多くプレス成形を連続して行えることが「成形性」が高いことを意味する。
【００８６】
第２の表面層は、例えば、１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下の膜厚である。好ましくは２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ以下の膜厚である。第２の表面層の膜厚を上記範囲にすることで、プレス成形時の成形性を向上させるとともに、第２の表面層自体のクラックやクモリを防止できる。
【００８７】
本発明のガラス素材は、目的とするガラス光学素子と同一の面形状、中心肉厚を有するガラス成形体（プレス成形によって成形されたガラス成形体）に近似した形状とすることが好ましい。
【００８８】
本発明によれば、プレス成形によって得られるガラス成形体に近似した形状のガラス素材（以下、近似形状ガラス素材ということもある）を用いてプレス成形することで、プレス成形時におけるガラス素材の形状変化率が少なくなり、それに伴って表面層の伸び量も少なくなるため、表面層が薄くなり過ぎたり、クラックが入ったりして表面層の機能が損なわれることを抑止できる。
【００８９】
ガラス成形体に近似した形状とは、好ましくは、ガラス光学素子を得るためのプレス成形による中心肉厚の変化率が５０％以下であること、及び外径の変化率が５０％以下であることである。
【００９０】
このようにプレス成形による中心肉厚の変化率が５０％以下、かつ外径の変化率が５０％以下となるような近似形状ガラス素材を用いた場合、表面クラックやクモリ、キズ等が発生することのない高品質な光学性能を有する光学素子を容易に製造することができる。
【００９１】
ここで、変化率とはプレス成形前の寸法に対して、プレス成形後の寸法がどれだけ変化したかを示す比率であって、下記の計算式（式１）で求めることができる。
【数１】
変化率（％）＝｜１−（プレス成形後の寸法／プレス成形前の寸法）｜×１００
【００９２】
つまり、中心肉厚の変化率は下記式２で求めることができる。
【数２】
中心肉厚の変化率（％）＝｜１−（プレス成形体の中心肉厚／ガラス素材の中心肉厚）｜×１００
【００９３】
たとえば、プレス成形前のガラス素材の中心肉厚が２．０ｍｍで、プレス後のプレス成形体の中心肉厚が１．０ｍｍとした場合、式２から、中心肉厚の変化率は５０％となる。
【００９４】
また、外径の変化率は下記式３で求めることができる。
【数３】
外径の変化率（％）＝｜１−（プレス成形後の外径／プレス成形前の外径）｜×１００
【００９５】
たとえば、プレス成形前のガラス素材の外径寸法が１０．０ｍｍで、プレス後のプレス成形体の外径寸法が１５．０ｍｍとした場合、数式３から、外径の変化率は５０％となる。
【００９６】
近似形状ガラス素材をプレス成形した際の中心肉厚の変化率が５０％以下、かつ外径の変化率が５０％以下とすることで、ガラス素材の変形量が少なくなるのに伴って、表面層の変形量も少なくなり、複合表面層にひび割れが生じることはない。
【００９７】
なお、中心肉厚の変化率は、４０％以下が好ましく、３５％以下がより好ましく、３０％以下がさらに好ましい。ただし、中心肉厚の変化率が１％未満になると、近似形状ガラス素材の主表面と成形型の成形面との間にガス溜まりが生じて、プレス成形体の面精度が却って劣化する場合がある。したがって、中心肉厚の変化率は１％以上、好ましくは５％以上であることが望ましい。中心肉厚の好ましい範囲として、５％〜４０％が適当であり、さらには１０％〜３５％が望ましい。
【００９８】
また、外径の変化率は、３０％以下が好ましく、２５％以下がさらに好ましく、１５％以下がより好ましい。ただし、外径の変化率が１％未満になると、近似形状ガラス素材の主表面と成形型の成形面との間にガス溜まりが生じて、プレス成形体の面精度が却って劣化する場合がある。したがって、外径の変化率は１％以上、好ましくは３％以上であることが望ましい。外径の変化率の好ましい範囲として、３〜３０％が適当であり、さらには５％〜２５％が望ましい。
【００９９】
図２は、本発明にかかるガラス素材の断面図であって、当該ガラス素材は最終的な光学素子を得るための基となるガラス成形体と近似した形状に予備成形された近似形状ガラス素材である。図２において、符号ｄはガラス素材の外形寸法であり、符号ｔは中心肉厚を示している。当該ガラス素材は、上記光学ガラスIまたは光学ガラスIIなどの多成分系の光学ガラスからなる芯部１と、芯部１の表面に被覆された第１の表面層２と第２の表面層３とを有している。
【０１００】
図３は、図２に示したガラス素材をプレス成形したガラス成形体の断面図であり、プレス成形によって中心肉厚ｔがガラス素材のそれよりも薄くなり、外径寸法ｄがガラス素材のそれよりも大きくなっている。なお、プレス成形体の表面全体には第１の表面層２と第２の表面層３が形成されている。
【０１０１】
次に、本発明のガラス素材の芯部の予備成形について説明する。本発明のガラス素材は、芯部１となるガラスを所定の体積および所定の形状に予備成形したものを用いて作製することができる。この予備成形は、例えば、ブロック状の光学ガラスから切り出したものを、研削や研磨によって所定体積、所定形状に予備成形することができる。または、溶融状態の光学ガラスをパイプから滴下、又は流下しつつ分離して所定量のガラス塊とし、このガラス塊の冷却中に予備成形することができる。ここで、溶融状態のガラスを、底部からガスを噴出する受け型に受け、実質的に浮上させた状態で冷却しつつ予備成形する方法をとることができる。この方法は生産効率高く、表面の平滑なガラス素材を得られことから好ましい。
【０１０２】
本発明のガラス素材は、プレス成形によって得られるガラス成形体に近似した形状を有することが好ましく、この近似形状ガラス素材の芯部１も、表面ガラス層２の被覆に先立って、目的のガラス成形体に近似した形状に予備成形しておくことが望ましい。
【０１０３】
かかる近似形状ガラス素材の芯部１は、例えば、以下のような方法で成形することができる。
すなわち、溶融ガラスをパイプから流出させ、溶融カラス塊を分離し、得られた溶融ガラス塊を下型成形面を有する下型で保持しつつ、溶融ガラスの上面を所定形状の上型成形面を有する上型でプレスし、この状態を維持しながらガラスを冷却することで、ガラスが上型及び下型の成形面に応じた形状に成形され、近似形状ガラス素材の芯部１が形成される。
【０１０４】
また、上記方法以外に、予め球形状または扁平球状に成形したガラス素材を再加熱により軟化させ、軟化したガラス素材を、成形型を用いて目的のガラス成形体に近似した形状に成形することもできる。さらにまた、ブロック状や板状のガラス素材を研削または研磨加工することにより近似形状ガラス素材の芯部１を形成してもよい。
【０１０５】
なお、ガラス光学素子としてメニスカスレンズを得る場合、近似形状ガラス素材及びその芯部１は、一方の面に凸面、他方の面に凹面または平面を有する形状とすることが好ましく、他方面が凹面であることが特に好ましい。このような形状を有する近似形状ガラス素材及びその芯部１を成形する場合、上記方法における溶融ガラス塊または軟化したガラス素材を成形するための成形型は、下型として成形面を凹面とした成形型を用い、上型として成形面を凸面もしくは平面とした成形型を用いて、上記のようにプレス成形および冷却することにより、所定の形状の近似形状ガラス素材及びその芯部１を形成できる。
【０１０６】
また、ガラス光学素子として両凸レンズを得る場合には、近似形状ガラス素材及びその芯部１は、一方の面および他方の面の両方に凸面を有する形状とすることが好ましい。そのような近似形状ガラス素材及びその芯部１は、下型及び上型の両方を、成形面を凹面とした成形型を用いてプレス成形および冷却することにより形成できる。
【０１０７】
本発明において、上記のように予備成形された芯部１となる多成分系の光学ガラスからなる予備成形体の表面に第１の表面層２と第２の表面層３からなる複合表面層が被覆されている。これらの表面層の成膜方法は、スパッタ法、真空蒸着法などの公知の成膜法を用いることができる。例えば、各表面層を形成する材料からなるターゲット基材とし、アルゴンガスを用いたスパッタ法によって、芯部１に第１の表面層２と第２の表面層３を順次形成することができる。
【０１０８】
具体的な第１の表面層２の成膜方法としては、以下の方法を用いることができる。すなわち、所定形状に形成した複数の芯ガラス（芯部１）をトレーに配列して真空チャンバー内に配置し、真空チャンバー内を真空排気しながら、加熱ヒーターにより芯ガラスを約３００℃に加熱する。真空チャンバー内の真空度が１×１０-5Ｔｏｒｒ以下になるまで排気した後、Ａｒガスを導入し、真空チャンバー内のターゲット基材（Ｚｒ、Ｙなど）に高周波を印加して、原料をプラズマ化し、芯ガラスの表面に第１の表面層２を成膜する。なお、第１の表面層２の膜厚は、真空チャンバー内の圧力（真空度）、電源パワー、成膜時間を調整することによって所望の膜厚に制御することができる。
【０１０９】
また、第２の表面層３の成膜方法も上記第１の表面層２と同様に行うことができるが、ターゲット基材としては、石英ガラス、および、シリコン、アルミニウム、亜鉛、錫、ハフニウム、ホウ素、マグネシウムの単体もしくはこれらの酸化物、窒化物またはフッ化物を用いることができる。
【０１１０】
なお、第１の表面層２と第２の表面層３は、当該ガラス素材PFをプレス成形して光学素子を成形したときに、光学素子の光学機能面を形成することになる芯部１の部位に少なくとも被覆されていればよい。光学機能面とは、例えば光学レンズにおいては有効径内の領域を意味する。
【０１１１】
本発明のガラス素材PFは、その表面（すなわち第１の表面層２と第２の表面層３のさらに外側）に、炭素を含有する膜を有することができる。これはプレスに先立ってガラス素材が成形型に供給される際、成形型との充分な滑り性をもたらし、ガラス素材が成形型の所定位置(中心位置)に滑らかに移動できるようにするとともに、プレスによってガラス素材が軟化し、変形するときに、ガラス素材の表面上でガラス変形に従って伸び、ガラス素材の成形型表面における延展を助ける。更に、プレス後に成形体が所定温度に冷却されたときに、ガラスが成形型表面と離れやすくし、離型を助ける点で有用である。
【０１１２】
この炭素含有膜としては、炭素を主成分とするものが好ましく、炭化水素膜など、炭素以外の成分を含有するものでもよい。成膜方法としては、炭素原料を用いた真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング法、プラズマ処理、イオンガン処理など、公知の成膜方法を用いて行うことができる。また、炭化水素等、炭素含有物の熱分解によって成膜してもよい。
【０１１３】
［ガラス光学素子の製造方法］
本発明は、所定形状に予備成形したガラス素材PFを加熱により軟化し、図１に示すように成形型７を用いてプレス成形を行うことによるガラス光学素子の製造方法を包含する。このガラス光学素子の製造方法において、上記本発明のガラス素材を用いる。
【０１１４】
本発明にかかるガラス光学素子の製造方法によれば、芯部１と成形型７との接触による反応が生じることがなく、表面クラックやクモリ、キズ等が発生することなく、高品質な光学性能を有する光学素子を製造することができる。
【０１１５】
プレス成形方法について説明する。プレス成形に用いる成形型７としては、充分な耐熱性、剛性を有し、緻密な材料を精密加工したものを用いることができる。例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化タングステン、酸化アルミニウムや炭化チタン、ステンレス等金属、あるいはこれらの表面に炭素、耐熱金属、貴金属合金、炭化物、窒化物、硼化物などの膜を被覆したものを挙げることができる。
【０１１６】
成形面を被覆する膜としては、第１の表面層２と第２の表面層３を有する本発明のガラス素材を、融着、クモリ、キズ等をともなうことガラス光学素子に成形できるという観点から、炭素を含有する膜が好ましい。該炭素含有膜としては、非晶質及び／又は結晶質の、グラファイト及び／又はダイヤモンドの、単一成分層又は複合層から構成されているものを用いることが好ましい。この炭素膜は、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法等の手段で成膜することができる。例えば、スパッタガスとしてＡｒの如き不活性ガスを、スパッタターゲットとしてグラファイトを用いてスパッタリングにより成膜することができる。或いは、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により原料ガスとしてメタンガスと水素ガスを用いて成膜してもよい。イオンプレーティング法により形成する場合には、ベンゼンガスを用い、イオン化して用いることができる。これらの炭素膜はＣ−Ｈ結合を有するものを含む。
【０１１７】
成形型の成形面に炭素を含む離型膜を設けたり、又は、ガラス素材の表面に炭素を含む膜を形成したりすることは、融着防止の上で一定の効果があるが、このような場合には、プレス成形時に炭素の酸化を防止する目的で、非酸化雰囲気下でプレスを行うことが好ましい。しかし、非酸化雰囲気下では、上記易還元成分はより還元されやすい上、ガラスと炭素の間で界面反応が生じやすいという不都合がある。本発明では、芯部となるガラスの表面に第１の表面層２と第２の表面層３を被覆したガラス素材を用いるので、例えば、窒素ガスなどの非酸化雰囲気下でプレスを行ってもガラスと炭素の間の界面反応を抑制することができるという利点もある。
【０１１８】
成形型として、成形面に炭素含有離型膜を有する成形型を用いることより、成形面とガラス素材との滑り性が高まり、成形性がより一層向上するという利点がある。
【０１１９】
プレス成形は、例えば以下のような方法で行うことができる。
プレス成形にあたっては、図１に示すように、上型４、下型５、及び胴型６を含む成形型７内にガラス素材PFを供給し、プレスに適した温度域に昇温する。例えば、加熱温度は芯部１の光学ガラスによって適宜設定されるが、ガラス素材PFと成形型７が、ガラス素材PFの粘度が１０5〜１０10dPa・sになる温度域にあるときプレス成形を行うことが好ましい。プレス温度は、例えば芯部１を構成する光学ガラスが１０7.2dPa・s相当前後の１０6〜１０8ｄＰａ・Ｓとなる温度がさらに好ましく、芯部１が１０7.2dPa・s相当となる温度が800℃以下、好ましくは750℃以下、更に好ましくは650℃以下であるようにすることで、ガラスの選択の指標となる。特に、本発明においては、第１の表面層２と第２の表面層３を有する本発明のガラス素材を用いること、複合表面層の軟化点は、芯部１のガラスより高いこと、プレス成形においては複合表面層もある程度変形する（膜厚が極薄であることから比較的容易ではあるが）ことも考慮して、上記プレス成形の温度条件を設定することが適当である。
【０１２０】
ガラス素材PFを成形型７に供給し、ガラス素材PFと成形型７をともに上記温度範囲に昇温してもよく、又はガラス素材PFと成形型７をそれぞれ上記温度範囲に昇温してから、ガラス素材PFを成形型７内に配置してもよい。更に、ガラス素材PFを１０5〜１０9ｄＰａ・ｓ粘度相当、成形型７をガラス粘度で１０9〜１０12ｄＰａ・ｓ相当の温度にそれぞれ昇温し、ガラス素材PFを成形型７に配置して直ちにプレス成形する方法を採用してもよい。この場合、成形型温度を相対的に低くすることができるため、成形装置の昇温／降温サイクルタイムを短縮できるとともに、成形型７の熱による劣化を抑制できる効果があり、好ましい。いずれの場合も、プレス成形開始時、又は開始後に冷却を開始し、適切な荷重印加スケジュールを適用しつつ、成形面とガラス素子の密着を維持しながら、降温する。この後、離型して成形体を取り出す。離型温度は、１０12.5〜１０13.5ｄＰａ・ｓ相当で行うことが好ましい。
【０１２１】
［ガラス光学素子］
本発明は、本発明にかかるガラス素材PFをプレス成形して製造されたガラス光学素子も包含する。
本発明のガラス光学素子は、プレス成形されたガラス光学素子であって、
多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有するプレス成形用ガラス素材であって、
前記芯部は、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するとともに、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、
前記複合表面層は、前記芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、
前記第１の表面層は、プレス成形温度において、芯部のガラスと反応せず、かつ芯部のガラス中に拡散しない成分からなり、
前記第２の表面層は、プレス成形時における成形性を高める成分からなることを特徴とする。
【０１２２】
本発明にかかるガラス光学素子は、プレス成形課程において、芯部と成形型との間に第１の表面層と第２の表面層からなる複合表面層が介在して成形が行われるため、芯部と成形型との接触による反応が生じることがなくなり、しかも、芯部から表面側への易還元成分の移動を第１の表面層によって遮断し、さらに第２の表面層によってプレス成形時の成形性が高まるため、円滑な成形が行われ、結果として、表面クラックやクモリ、キズ等が発生することなく、高品質な光学性能を有する光学素子である。
【０１２３】
本発明によれば、芯部として、前記光学ガラスIまたはIIを用いることで、高屈折率、高分散を有するとともに形状精度に優れた高品質なガラス光学素子を提供できる。
【０１２４】
本発明のガラス光学素子を構成する光学ガラスからなる芯部及び複合表面層の組成等については、本発明のガラス素材と同様である。また、複合表面層の膜厚は、プレス成形により実質的な変化はしない。特に、ガラス素材がプレス成形によって得られるガラス成形体に近似した形状を有する場合、ことに、プレス成形による中心肉厚の変化率が５０％以下であり、かつ外径の変化率が５０％以下である形状を有する場合にはこの傾向は顕著である。表面層は芯ガラスに比べて熱膨張係数がかなり小さいく、かつ、ガラス転移温度が芯ガラスに比べて高い（プレス温度程度では熱変形し難い（延び難い））。そのため、常温のガラス素材ＰＦをプレス温度まで加熱昇温し、プレス成形し、さらにプレス成形後に常温まで冷却しても、複合表面層の膜厚は、ガラス素材とプレス成形後のガラス光学素子で大きく変化しない。
【０１２５】
さらに本発明のガラス光学素子は、第２の表面層としてＳｉＯ2膜が存在する場合、表面に極薄ではあるがＳｉＯ2膜が存在するため、表面のＳｉＯ2の含有量が多く、そのため、化学的耐久性に優れるという特性や、第２の表面層が存在しないガラス光学素子に比べて反射率を低く抑えられるという特性も有する。また、ＳｉＯ2膜に代えてＡｉ2Ｏ3、ＡｌＦ3、ＭｇＦ2等を第２の表面層としてガラス光学素子の表面に存在させる場合も、同様に化学的耐久性が高くなるという利点がある。
【０１２６】
本発明のガラス光学素子は、表面には反射防止膜等の光学的機能膜を形成することもできる。その場合は、複合表面層を有する成形体に、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2-ＴｉＯ2、ＭｇＦ2などの材料を単層で、又は積層して適宜成膜することによって、所望の反射防止膜とすることができる。反射防止膜の成膜方法は、蒸着法、イオンアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法など、公知の方法で行うことができる。なお、反射防止膜の膜厚は、本発明の複合表面層よりも厚く、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で成膜される。
【０１２７】
たとえば、蒸着法による場合には、蒸着装置を用いて、１０-4Torr程度の真空雰囲気中で、蒸着材料を電子ビーム、直接通電もしくはアークにより加熱し、材料から蒸発および昇華により発生する材料の蒸気を基材の上に輸送し凝縮・析出させることにより反射防止膜を形成する。基材加熱温度は室温〜400℃程度とすることができる。ただし、基材のガラス転移温度（Tg）が450℃以下の場合、基材加熱の上限温度はTg−50℃とすることができる。
【０１２８】
本発明のガラス光学素子は、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3、ＡｌＦ3、ＭｇＦ2等を主成分とする第２の表面層を有し、これらの第２の表面層は反射防止膜との親和性が高い。そのため、反射防止膜が剥離し難くなる。さらに、本発明では、ガラス光学素子が有する第２の表面層が比較的薄いため、反射防止効果をムラなく施すことができる。但し、複合表面層が厚くなり過ぎると、そのような複合表面層を有するガラス素材をプレス成形して得られたガラス光学素子は、表面クラックが発生し、反射防止膜を成膜することでそのクラックが顕在化し、光学ガラス素子の透過率を下げるといった問題を生じる傾向がある。そのため、複合表面層を構成する第１の表面層及び第２の表面層の厚みは、前述の範囲とすることが好ましい。
【０１２９】
本発明のガラス光学素子の断面図を図４に示す。図４に示した目的とする光学素子は、図３に示すガラス成形体の外周部を心取り加工（研削加工）して得られる。心取り加工により研削された外周端面は、複合表面層（第１の表面層２及び第２の表面層３）も除去されている。なお、本発明のガラス光学素子の形状は限定されず、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズなど各種の形状に適用できる。
【０１３０】
本発明のガラス光学素子の用途は、小径、薄肉の小重量レンズ、例えば、携帯撮像機器などに搭載する小型撮像系用レンズ、通信用レンズ、光ピックアップ用の対物レンズ、コリメータレンズ等とすることができる。
【実施例】
【０１３１】
以下、本発明の実施例をより詳細に説明する。
実施例１〜６
カラス素材PFの芯部１となる光学ガラスとして、表２に記載した上述の光学ガラスIに属する光学ガラス６種類を用いて、その表面に異なる膜厚のＺｒＯ2からなる第１の表面層２を施し、さらのその表面に異なる膜厚のＳｉＯ2からなる第２の表面層３を成膜したガラス素材PFを複数個用意して、図４に示すようなレンズ径１８ｍｍ、中心肉厚２．６５ｍｍの凸メニスカス形状のガラスレンズを成形した。なお第１の表面層２の成分はＺｒＯ2が９９．５％（残部は不純物）、第２の表面層の成分はＳｉＯ2が９９．８質量％（残部は不純物）であった。
【０１３２】
まず、芯部１となる光学ガラスIを、溶融状態から受け型に滴下、冷却し、図２に示すような片側を凸面、反対側を凹面とした形状のガラス塊を予備成形した。この予備成形されたガラス塊に対して、Ｚｒをターゲットに用いてスパッタ法によりＺｒＯ2を所定の厚さ（２nm、３nm、５nm、１０nm、１５nm）に成膜し、次いで、石英ガラス（ＳｉＯ2）をターゲットとして用い、その表面に所定厚さ（２nm、３nm、５nm、１０nm、１５nm）の第２の表面層３を形成して、モールドプレス用ガラス素材PFを得た。前記所定厚さはスパッタ条件から推定した値である。ガラス素材PFは、図２に示すようにガラス成形体（図３参照）に近似した形状を有し、外径寸法ｄは１７．６ｍｍ、中心肉厚ｔは３．２４ｍｍである。
【０１３３】
【表２】
なお、表中のＴｇはガラス転移温度、Ｔｓは屈伏点を示す。
【０１３４】
次いで、上記ガラス素材PFをモールドプレス成形装置により窒素ガス雰囲気下でプレス成形した。すなわち、成形面にスパッタ法による炭素含有離型膜を形成したＳｉＣ製の上下型と、胴型からなる成形型を用い、成形装置のチャンバー内雰囲気を非酸化性のＮ2ガスで充満してから、芯ガラスの粘度が１０7.2dPa・sとなる温度に加熱し、芯ガラスの粘度で１０8.5dPa・s相当の温度に加熱した成形型に供給した。そして、供給直後に上下型間でガラス素材をプレスし、ガラスと上下型の密着を維持したまま、芯ガラスの徐冷温度以下の温度まで冷却し、成形型内から成形体（光学レンズ）を取り出した。成形体の断面形状は図３に示し、その外径寸法ｄは２１．５ｍｍ、中心肉厚は２．６５ｍｍであった。
すなわち、プレス成形による外径の変化率は２２．２％であり、中心肉厚の変化率が１８．２％であった。次いで、プレス成形体の外周部を研削加工により心取りを行い、φ１８ｍｍの凸メニスカス形状の非球面ガラスレンズを得た。
【０１３５】
光学ガラスIに属する光学ガラスを芯ガラスとして用い、この芯ガラスに第１の表面層２を２nm、３nm、５nm、１０nm、１５nmに成膜し、第２の表面層３を２nm、３nm、５nm、１０nm、１５nmに成膜したガラス素材PF（すなわち、表１におけるパターン７〜１０、１３〜１６、１９〜２２、２５〜２８）をプレス成形した後の成形体の表面は、いずれの成形体も、表面に残存する複合表面層２は、ひび割れや傷などの表面欠陥が認められず、良好な表面状態であった。しかも、プレス成形は３００ショット連続して行っても成形型の成形面にプルアウトや融着が生じることなく、プレス成形体の形状精度、偏心精度、外観はともに規格を満足するものであった。
【０１３６】
一方、比較例として、第１の表面層２を被膜せずに、芯ガラスに直接第２の表面層を成膜したガラス素材（表１におけるパターン１〜５）、芯ガラスの表面に第１の表面層２のみを成膜したガラス素材（表１におけるパターン６、１２、１８、２４、３０）、第１の表面層の上に第２の表面層を２０nmの膜厚で成膜したガラス素材（表１におけるパターン１１、１７、２３、２９）、第１の表面層を２０nmの膜厚で成膜した上に第２の表面層を施したガラス素材（表１におけるパターン３１〜３５）について、それぞれ上記実施例と同一のプレス成型条件でそれぞれのガラス素材PFをプレス成形した。
【０１３７】
プレス成形後の成形体の表面は、大半の成形体が、表面に残存する複合表面層２にひび割れや傷などの表面欠陥が認められ、光学素子として利用できない表面状態であった。
特に、第２の表面層を成膜しなかったガラス素材をプレス成形すると、成形の初期の段階からプレス成形にクモリや形状不良が認められた。また、第１の表面層もしくは第２の表面層のいずれか一方でも２０nm以上の膜厚に被覆したガラス素材をプレス成形すると、プレス成形体の表面にクラックが発生したり、キズが発生したり、歩留まりが著しく低下した。
【０１３８】
実施例７〜１８
カラス素材PFの芯部１となる光学ガラスとして、表３に記載した上述の光学ガラスIIに属する光学ガラス１２種類を用いて、その表面にＺｒＯ2からなる第１の表面層２と、ＳｉＯ2からなる第２の表面層３を施したガラス素材PFを用意して、レンズ径１６ｍｍ、凸メニスカス形状のガラスレンズを成形した。
【０１３９】
まず、芯部１となる光学ガラスIIを、上記実施例１〜６と同様に、溶融状態から受け型に滴下、冷却し、片側を凸面、反対側を凹面とした形状のガラス塊を予備成形した。次いで、Ｚｒをスパッタ・ターゲットとして第１の表面層を成膜し、その表面に石英ガラス（ＳｉＯ2）をスパッタ・ターゲットとして用い所定厚さの第２の表面層３を形成して、モールドプレス用ガラス素材PFを得た。前記所定厚さはスパッタ条件から推定した値である。ガラス素材PFは、図２に示すようにガラス成形体（図３参照）に近似した形状を有し、外径寸法ｄは１５．６ｍｍ、中心肉厚ｔは２．２０ｍｍである。
【０１４０】
【表３】
【０１４１】
次いで、上記ガラス素材PFをモールドプレス成形装置により、上記実施例１〜６と同様にプレス成形した。成形体の断面形状は図３に示し、その外径寸法ｄは１８．２ｍｍ、中心肉厚は１．９８ｍｍであった。すなわち、プレス成形による外径の変化率が１６．７％であり、中心肉厚の変化率は１０．０％であった。次いで、プレス成形体の外周部を研削加工により心取りを行い、φ１６ｍｍの凸メニスカス形状の非球面ガラスレンズを得た。
【０１４２】
プレス成形後の成形体の表面は、いずれの成形体も、表面に残存する複合表面層は、ひび割れや傷などの表面欠陥が認められず、良好な表面状態であった。しかも、プレス成形は２００ショット連続して行っても成形型の成形面にプルアウトや融着が生じることなく、プレス成形体の形状精度、偏心精度、外観はともに規格を満足するものであった。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明はガラス光学素子の製造分野に有用である。
【符号の説明】
【０１４４】
１ 芯部
２ 第１の表面層
３ 第２の表面層
４ 上型
５ 下型
６ 胴型
７ 成形型
PF プレス成形用ガラス素材
d 外径寸法
t 中心肉厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有するプレス成形用ガラス素材であって、
前記芯部は、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するとともに、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、
前記複合表面層は、前記芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、
前記第１の表面層は、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、及びＳｃ2Ｏ3のいずれか一種以上の金属酸化物からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであり、
前記第２の表面層は、炭素（Ｃ）からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであることを特徴とするプレス成形用ガラス素材。
【請求項２】
前記芯部は、モル％表示でＳｉＯ2；１〜２０％、Ｂ2Ｏ3；１０〜６５％、Ｌｉ2Ｏ；０〜２０％、Ｎａ2Ｏ； ０〜１０％、Ｋ2Ｏ； ０〜１０％、ＺｎＯ；１０〜４０％、ＣａＯ：０〜５％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、ＭｇＯ：０〜５％、Ｌａ2Ｏ3；５〜３０％、Ｇｄ2Ｏ3；０〜２２％、Ｙｂ2Ｏ3；０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5；０〜１５％、ＷＯ3；０〜２０％、ＴｉＯ2；０〜２４％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％、（但し、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＮｂ2Ｏ5の合計量が０．１〜２５％）
を含み、上記各成分に清澄剤を加えた合計量が９５％超含み、
ガラス転移点Ｔｇが５３０℃以上である
光学ガラスであることを特徴とする請求項１に記載のプレス成
形用ガラス素材。
【請求項３】
Ｂ2Ｏ3とＳｉＯ2の合計量に対するＢ2Ｏ3の量のモル比（Ｂ2Ｏ3／（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2））が０．６０〜０．９５であって、屈折率（ｎｄ）が１．７超、アッベ数（νｄ）が２７以上である請求項２に記載のプレス成形用ガラス素材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス素材を加熱し、軟化した前記ガラス素材を成形型によりプレス成形してガラス光学素子を得るガラス光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記成形型は、成形面に炭素含有離型膜を有する、請求項４に記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項６】
プレス成形されたガラス光学素子であって、
多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有するプレス成形用ガラス素材であって、
前記芯部は、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するとともに、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、
前記複合表面層は、前記芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、
前記第１の表面層は、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、及びＳｃ2Ｏ3のいずれか一種以上の金属酸化物からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであり、
前記第２の表面層は、炭素（Ｃ）からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであることを特徴とするガラス光学素子。
【請求項７】
前記芯部は、モル％表示でＳｉＯ2；１〜２０％、Ｂ2Ｏ3；１０〜６５％、Ｌｉ2Ｏ；０〜２０％、Ｎａ2Ｏ；０〜１０％、Ｋ2Ｏ； ０〜１０％、ＺｎＯ；１０〜４０％、ＣａＯ：０〜５％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、ＭｇＯ：０〜５％、Ｌａ2Ｏ3；５〜３０％、Ｇｄ2Ｏ3；０〜２２％、Ｙｂ2Ｏ3；０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5；０〜１５％、ＷＯ3；０〜２０％、ＴｉＯ2；０〜２４％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％、（但し、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＮｂ2Ｏ5の合計量が０．１〜２５％）を含み、上記各成分に清澄剤を加えた合計量が９５％超含み、
ガラス転移点Ｔｇが５３０℃以上である
光学ガラスであることを特徴とする請求項６に記載のガラス光学素子。
【請求項８】
Ｂ2Ｏ3とＳｉＯ2の合計量に対するＢ2Ｏ3の量のモル比（Ｂ2Ｏ3／（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2））が０．６０〜０．９５であって、屈折率（ｎｄ）が１．７超、アッベ数（νｄ）が２７以上である請求項６または７に記載のガラス光学素子。
【請求項１】
多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有するプレス成形用ガラス素材であって、
前記芯部は、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するとともに、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、
前記複合表面層は、前記芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、
前記第１の表面層は、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、及びＳｃ2Ｏ3のいずれか一種以上の金属酸化物からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであり、
前記第２の表面層は、炭素（Ｃ）からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであることを特徴とするプレス成形用ガラス素材。
【請求項２】
前記芯部は、モル％表示でＳｉＯ2；１〜２０％、Ｂ2Ｏ3；１０〜６５％、Ｌｉ2Ｏ；０〜２０％、Ｎａ2Ｏ； ０〜１０％、Ｋ2Ｏ； ０〜１０％、ＺｎＯ；１０〜４０％、ＣａＯ：０〜５％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、ＭｇＯ：０〜５％、Ｌａ2Ｏ3；５〜３０％、Ｇｄ2Ｏ3；０〜２２％、Ｙｂ2Ｏ3；０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5；０〜１５％、ＷＯ3；０〜２０％、ＴｉＯ2；０〜２４％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％、（但し、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＮｂ2Ｏ5の合計量が０．１〜２５％）
を含み、上記各成分に清澄剤を加えた合計量が９５％超含み、
ガラス転移点Ｔｇが５３０℃以上である
光学ガラスであることを特徴とする請求項１に記載のプレス成
形用ガラス素材。
【請求項３】
Ｂ2Ｏ3とＳｉＯ2の合計量に対するＢ2Ｏ3の量のモル比（Ｂ2Ｏ3／（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2））が０．６０〜０．９５であって、屈折率（ｎｄ）が１．７超、アッベ数（νｄ）が２７以上である請求項２に記載のプレス成形用ガラス素材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス素材を加熱し、軟化した前記ガラス素材を成形型によりプレス成形してガラス光学素子を得るガラス光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記成形型は、成形面に炭素含有離型膜を有する、請求項４に記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項６】
プレス成形されたガラス光学素子であって、
多成分系の光学ガラスからなる芯部と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う複合表面層とを有するプレス成形用ガラス素材であって、
前記芯部は、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、およびＮｂからなる易還元成分を少なくとも一種含有するとともに、Ｐｂを含有しない光学ガラスからなり、
前記複合表面層は、前記芯部上に被覆される第１の表面層と第１の表面層上に被覆される第２の表面層を含み、
前記第１の表面層は、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、及びＳｃ2Ｏ3のいずれか一種以上の金属酸化物からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであり、
前記第２の表面層は、炭素（Ｃ）からなり、膜厚が１ｎｍ以上かつ１５ｎｍ以下のであることを特徴とするガラス光学素子。
【請求項７】
前記芯部は、モル％表示でＳｉＯ2；１〜２０％、Ｂ2Ｏ3；１０〜６５％、Ｌｉ2Ｏ；０〜２０％、Ｎａ2Ｏ；０〜１０％、Ｋ2Ｏ； ０〜１０％、ＺｎＯ；１０〜４０％、ＣａＯ：０〜５％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、ＭｇＯ：０〜５％、Ｌａ2Ｏ3；５〜３０％、Ｇｄ2Ｏ3；０〜２２％、Ｙｂ2Ｏ3；０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5；０〜１５％、ＷＯ3；０〜２０％、ＴｉＯ2；０〜２４％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％、（但し、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3およびＮｂ2Ｏ5の合計量が０．１〜２５％）を含み、上記各成分に清澄剤を加えた合計量が９５％超含み、
ガラス転移点Ｔｇが５３０℃以上である
光学ガラスであることを特徴とする請求項６に記載のガラス光学素子。
【請求項８】
Ｂ2Ｏ3とＳｉＯ2の合計量に対するＢ2Ｏ3の量のモル比（Ｂ2Ｏ3／（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2））が０．６０〜０．９５であって、屈折率（ｎｄ）が１．７超、アッベ数（νｄ）が２７以上である請求項６または７に記載のガラス光学素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１２６６４０（Ｐ２０１２−１２６６４０Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６１４０６（Ｐ２０１２−６１４０６）
【出願日】平成２４年３月１９日（２０１２．３．１９）
【分割の表示】特願２０１０−１１５５９９（Ｐ２０１０−１１５５９９）の分割
【原出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月１９日（２０１２．３．１９）
【分割の表示】特願２０１０−１１５５９９（Ｐ２０１０−１１５５９９）の分割
【原出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]