プレス成形用ガラス素材、該ガラス素材を用いたガラス光学素子の製造方法、及びガラス光学素子
【課題】反応性の高い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１と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う表面ガラス層２とを有し、前記表面ガラス層２は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であるプレス成形用ガラス素材。こ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。多成分系の光学ガラスからなる芯部１と、少なくとも前記芯部１の光学機能面を覆う表面ガラス層２とを有し、前記表面ガラス層２は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であるプレス成形されたガラス光学素子。
【解決手段】多成分系の光学ガラスからなる芯部１と、少なくとも前記芯部の光学機能面となる部位を覆う表面ガラス層２とを有し、前記表面ガラス層２は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であるプレス成形用ガラス素材。こ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。多成分系の光学ガラスからなる芯部１と、少なくとも前記芯部１の光学機能面を覆う表面ガラス層２とを有し、前記表面ガラス層２は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であるプレス成形されたガラス光学素子。
【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成形するガラス光学素子を得るために用いるガラス素材、及びそのガラス素材を用いた光学素子の製造方法、並びにガラス光学素子に関する。
特に、本発明は、プレス成形時の高温下において成形型の成形面との反応活性の高い成分を含有するガラス硝材を用いても、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】
【０００２】
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に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。
【０００３】
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、ガラスに含まれる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。
【０００４】
特許文献２には、予めガラス素材の表面の中央部に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ように工夫をした光学機能面をもつ光学素子が得られるとされている。
【０００５】
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、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、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をとして、ＳｉＯ2を７０重量％ないし９０重量％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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
また、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記載されている。
また、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記載されている。
【０００８】
しかしながら、発明者らの研究によると、特許文献１〜３に記載の発明において好適とされていたガラス膜の膜厚（５nm〜５０nmの範囲）であっても、硝種によっては、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。特に、芯ガラスの成分にＷ，Ｔｉ，Ｂｉ，Ｎｂの何れかを含有するガラスをプレス成形する際、顕著にこのような問題が生じていた。
【０００９】
一方、精密モールドプレスに用いるガラス素材としては、成形によって得られる光学素子の用途に応じ、様々な光学恒数、物理的、化学的物性を有するものが所望されている。特に、小型撮像機器等に有用である高屈折率 (例えばndが1.7以上) 、高分散（νdが30以下）の光学ガラス、或いは、高屈折率（同上）、低分散（例えばνdが30以上）の光学ガラスもまた、それら撮像機器等において重用されるため、ニーズが高い。発明者らはこうした要求に応じえる高屈折硝材を開発した。
【００１０】
高屈折率を達成する為のガラス成分としては、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂを用いることが有利である。しかしながらこれらの成分は、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、例えばプレス成形の際の雰囲気や温度によっては還元されやすい。上記に代表されるような反応性の高い成分を含有するガラス素材は、プレス温度において、成形型に圧着されつつ変形する過程で成形面と種々の界面反応を生じ、成形面に融着し、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。
【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、反応性の高い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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明は以下の構成を特徴とする。
［１］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表面ガラス層とを有し、前記表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であることを特徴とする。
本発明にかかるガラス素材は、プレス成形に用いると、芯部と成形型との間の少なくとも芯部の光学機能面となる部位に表面ガラス層が介在して成形が行われる。そのため、芯部と成形型との接触が抑制され、芯部の表面と成形型の表面との反応も抑制され、反応に起因するガラス融着やクモリ、あるいはプレス成形による表面クラックやキズ等の発生が抑制される。その結果、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。
［２］本発明のプレス成形用ガラス素材は、［１］に記載の発明において、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、かつ前記表面ガラス層の膜厚が１ｎｍ以上であることを特徴とする。
本発明にかかるガラス素材は、高屈折率を有することから、これをプレス成形に用いると、高屈折率を有するガラス光学素子を高精度に製造することができる。
［３］本発明のプレス成形用ガラス素材は、［１］または［２］に記載の発明において、前記芯部は、モル％表示で、Ｐ2Ｏ5；１０〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5；３〜３５％、Ｌｉ2Ｏ；２〜３５％、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）を含む光学ガラスであることを特徴とする。
本発明にかかるガラス素材は、高屈折率、高分散を有することから、これをプレス成形に用いると、高屈折率、高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。
［４］本発明のプレス成形用ガラス素材は、［１］または［２］に記載の発明において、前記芯部は、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；０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％を含む光学ガラスであることを特徴とする。
本発明にかかるガラス素材は、高屈折率、低分散を有することから、これをプレス成形に用いると、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。
［５］本発明のプレス成形用ガラス素材は、［１］〜［４］のいずれかに記載の発明において、前記ガラス素材は、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を特徴とする。
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、それに伴って表面ガラス層の伸び量も少なくなるため、表面ガラス層が薄くなり過ぎたり、クラックが入ったりして表面ガラス層の機能が損なわれることを一層抑止できる。
［６］本発明のプレス成形用ガラス素材は、［５］に記載の発明において、前記ガラス成形体に近似した形状のガラス素材は、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ことを特徴とする。
とりわけ、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。
［７］本発明のプレス成形用ガラス素材は、［１］〜［６］のいずれかに記載の発明において、一方の面に凸面、反対の面に凹面を有することを特徴とする。
本発明にかかるガラス素材は、第一面が凸面、第二面が凹面のメニスカスレンズを成形するガラス素材として好適であり、当該ガラス素材をプレス成形によりわずかに変形させることにより、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。
［８］本発明にかかるガラス光学素子の製造方法は、［１］〜［７］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ことを特徴とする。
本発明にかかるガラス光学素子の製造方法によれば、芯部と成形型との接触による反応を抑制し、表面クラックやクモリ、キズ等の発生を抑制することができ、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。
［９］本発明にかかるガラス光学素子の製造方法は、［８］に記載の発明において、成形型は、成形面に炭素含有離型を有することを特徴とする。
本発明によれば、成形面に炭素含有離型を有する成形型を用いた場合に，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。
［１０］本発明にかかるガラス光学素子は、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を覆う表面ガラス層とを有し、前記表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であることを特徴とする。
本発明によるガラス光学素子は、プレス成形される過程で成形型と芯部との接触による反応が生じることがないので、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。
［１１］本発明にかかるガラス光学素子は、［１０］に記載のガラス光学素子において、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、かつ前記表面ガラス層の膜厚が１ｎｍ以上であることを特徴とする。
本発明によれば、高屈折率を有する高品質なガラス光学素子を提供できる。
［１２］本発明にかかるガラス光学素子は、［１１］に記載のガラス光学素子において、前記芯部は、モル％表示で、Ｐ2Ｏ5；１０〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5；３〜３５％、Ｌｉ2Ｏ；２〜３５％、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）を含む光学ガラスであることを特徴とする。
本発明によれば、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。
［１３］本発明にかかるガラス光学素子は、［１１］に記載のガラス光学素子において、前記芯部は、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；０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％を含む光学ガラスであることを特徴とする。
本発明によれば、高屈折率、低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。
［１４］本発明にかかるガラス光学素子は、［１０］〜［１３］のいずれか１項に記載のガラス光学素子において、前記表面ガラス層の上に反射防止膜を有することを特徴とする。
本発明のガラス光学素子のＳｉＯ2を主成分とする表面ガラス層は反射防止膜と親和性を有するため、反射防止膜が剥離し難くなる。さらに、本発明では、表面ガラス層が５nm未満と薄いため、反射防止効果をムラなく施すことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プレス成形の際に生じやすい表面反応が効果的に抑止でき、精度の高い光学素子を歩留よく、安定的に生産できる。また、成形型表面の劣化も抑えられ、長寿命化するという利点もある。特に、易還元成分または揮発性の成分を含有する光学ガラスをプレス成形して、高屈折率を有する光学素子を製造するために極めて有効である。
【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】膜厚２ｎｍの表面ガラス層を有するガラス素材をプレス成形して得られた本発明にかかるガラス光学素子の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図３】膜厚３ｎｍの表面ガラス層を有するガラス素材をプレス成形して得られた本発明にかかるガラス光学素子の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図４】膜厚４ｎｍの表面ガラス層を有するガラス素材をプレス成形して得られた本発明にかかるガラス光学素子の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図５】膜厚５ｎｍの表面ガラス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の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図６】膜厚６ｎｍの表面ガラス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の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図７】膜厚９ｎｍの表面ガラス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の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図８】膜厚３０ｎｍの表面ガラス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の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図９】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１０】図９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１１】図１０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】
［ガラス素材］
本発明は、プレス成形に用いられるガラス素材に関する。このガラス素材は、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表面ガラス層とを有する。さらに、表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であることを特徴とする。
【００１６】
ガラス素材に設ける表面ガラス層は、多成分系の光学ガラスからなる芯部の少なくとも光学機能面となる部位を覆う。表面ガラス層２は、ガラス素材をプレス成形したときに光学素子の光学機能面となる部位に少なくとも形成し、芯部１の全表面を被覆することが好ましい。少なくとも光学機能面に表面ガラス層２が被覆されることにより、面精度や光学性能を損なうことなく高精度の光学素子を成形することができる。
【００１７】
ガラス素材に設ける表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含む。表面ガラス層は、結晶性ではない、非晶質またはアモルファスであるＳｉＯ2の層である。ＳｉＯ2が９０質量％以下の薄膜を成膜したガラス素材を用いてプレス成形すると、ＳｉＯ2を９０質量％超含む表面ガラス層２を成膜したガラス素材に比べて成形性が劣る傾向がある。ＳｉＯ2の含有量は、良好な成形性が得られるという観点からは、好ましくは９５〜９９．９質量％の範囲であり、より好ましくは９８〜９９．９９質量％の範囲である。ＳｉＯ2以外の成分としては、Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＦｅＯ3，Ｋ2Ｏ，ＭｇＯ，Ｎａ2Ｏ等を含有することができる。尚、表面ガラス層は、形成方法によっては、ＳｉＯ2の酸素に微小の不足が生じる場合や、芯ガラス成分の一部が拡散してきてＳｉＯ2の比が下がる場合があるが、このような場合であっても、ＳｉＯ2の含有量が９０質量％以下になることはない。
【００１８】
ガラス素材に設ける表面ガラス層は、膜厚が５ｎｍ未満である。本発明で膜厚を特定する表面ガラス層は、多成分系の光学ガラスからなる芯部の光学機能面となる部位を覆う表面ガラス層とする。表面ガラス層を芯部の全面を覆うように設ける場合、表面ガラス層の形成方法にもよるが、光学機能面となる箇所の表面ガラス層厚さT1と外周側周辺部の表面ガラス層厚さT2は異なる場合があり、傾向としては、T1≧T2である。本発明においては光学機能面となる部位の表面性状に注目しており、本発明で特定する膜厚は、T1とする。また、膜厚は、例えば、ガラス素材の断面を元素分析することで測定できる。あるいは、表面ガラス層をスパッタ法で形成する場合には、スパッタ条件から推定することもできる。実施例で示した表面ガラス層の膜厚はスパッタ条件から推定した値である。
【００１９】
ガラス素材に設ける表面ガラス層の膜厚の下限は、例えば、１ｎｍである。膜厚が１ｎｍ未満になると表面ガラス層が島状の被覆となり、膜抜けが生じてしまい、表面ガラス層の作用効果を十分に発揮できなくなる。ガラス素材に設ける表面ガラス層の膜厚は、好ましくは２〜４ｎｍの範囲である。本発明において、ガラス素材に設ける表面ガラス層の膜厚を５ｎｍ未満とする理由について以下に詳述する。
【００２０】
本発明のガラス素材及び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特に限定されないが、プレス成形時において、成形型との界面反応が生じ易い光学ガラスを芯部とすることが、本発明の効果が特に顕著に現れるという観点から好ましい。とりわけ、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光学ガラスからなる芯部を有するガラス素材及びガラス光学素子が好適である。そのような光学ガラスの具体例については後述する。これらの易還元成分は、高屈折率特性を得るためにガラスに含有されるが、このような光学ガラスからなるガラス素材をプレス成形に供すると、プレス成形により得られる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。
【００２１】
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９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、高温下で成形面との界面反応が起こり難い酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を主成分とする表面ガラス層２を被膜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、表面ガラス層２の厚みを変えて複数個用意し、これらのガラス素材を図１に示すように成形型６によりプレス成形した。
【００２２】
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、このガラスを所定形状に予備成形したガラス素材（芯部１）の表面に、ＳｉＯ2を９０質量％超含むガラス膜２を被覆してガラス素材PFを形成した。ガラス膜２の形成は、石英ガラス（ＳｉＯ2）をターゲットとして用いるスパッタ法により行い、組成はＳｉＯ2を９９．２質量％含むものであった。その後、当該ガラス素材PFを加熱軟化させて、図１に示す成形面を有する上型３、下型４、および上下型３、４の同軸度を保持する胴型５からなる成形型６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。その際、表面ガラス層の光学機能面に設けた部分の膜厚を１nm、３nm、４nm、５nm、６nm、９nm、３０nmとした７タイプのガラス素材を用意し、それぞれを同一の条件でプレス成形を行った。
【００２３】
当該プレス成形によって得られた７タイプのガラス光学素子の表面を、電子顕微鏡により解析した撮影画像を図２〜図８に示す。図２〜図８は、それぞれガラス表面層２の膜厚を１nm、３nm、４nm、５nm、６nm、９nm、３０nmとして、プレス成形したガラス光学素子の表面状態を示す。
【００２４】
図５〜図８に示すように、５nm、６nm、９nm、３０nmの表面ガラス層２を被膜した場合、いずれも膜厚は５０nm以下であるが、プレス成形後のレンズ表面に微細なクラックが生じていることが判る。さらに、９nmと３０nmの表面ガラス層２を被膜したガラス素材PFをプレス成形したレンズ表面においては、クモリが生じており、微細クラックから芯ガラスが盛り上がるように流出している個所も観察された。このように表面ガラス層２を５nm以上に成膜した場合は、芯ガラスと表面ガラス層との熱膨張係数の差に起因してプレス成形体の面精度の悪化を招来することが分かる。
【００２５】
特許文献１には、特許文献１に記載のガラス（例えば、ＰｂＯを含有するガラス）の表面に設けた場合には、酸化ケイ素膜は２０００Å（２００ｎｍ）を超えるとクラックが生じ易くなると記載されている。また、特許文献２には、特許文献２に記載のガラス（例えば、光学ガラスＳＫ１２）の表面に設けた場合には、ＳｉＯ2を主体とする膜は１００Å（１０ｎｍ）以上で曇りの発生防止効果があると記載され、かつ２００Å（２０ｎｍ）以上で表層クラックが発生すると記載されている。さらに、特許文献３には、特許文献３に記載のガラス（例えば、重フリント系光学ガラス）の表面に設けた場合には、ＳｉＯ2７０〜９０重量％の膜は、５０ｎｍ以上でクラックが発生することが記載されている。しかし、上記で示したように、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多成分系光学ガラス（芯部１）の表面に、ＳｉＯ2を９０質量％超（実験では９９．８質量％）含むガラス膜２を被覆したガラス素材では、ガラス膜２が５nm以上の場合にプレス成形後のレンズ表面に微細なクラックが生じた。このような現象は、上記特許文献１〜３の記載からは、予想外のことであった。
【００２６】
これに対して、図２〜図４に示すように、特許文献１〜３では反応防止効果がないとされていた５nm未満である１nm、３nm、４nmの表面ガラス層２を被膜してプレス成形して得られたレンズ表面には、微細クラックが生じておらず、光学機能面の表面は極めて滑らかであり、光学レンズとしての面精度は極めて良好であった。これは、理論に拘泥する意図ではないが、表面ガラス層２を構成するＳｉＯ2の軟化点が、芯部１のガラス成分の軟化点よりはるかに高いため、プレス温度下において、表面ガラス層２は軟化状態にはないものの、５nm未満という極めて薄いために可撓性（弾性）を帯び、ひび割れることなく、芯ガラスの変形に追従して表面ガラス層も塑性変形したためと考えられる。
【００２７】
尚、上記実験においては、５nm以上のガラス素材に被覆してプレス成形した光学素子においては、光学顕微鏡や目視によって表面層のクラックが確認されなくても、図に示すように電子顕微鏡で解析すると、微細なクラックが網目状に生じていた。これらの微細クラックの集合がクモリとして外観を悪化させ、また非球面等の表面形状精度を低下させる要因となると考えられる。これに対して、ＳｉＯ2膜が５nm未満のプレス成形した光学素子の場合には、表面クラックが無く、外観も形状精度も良好である。したがって、プレス成形の際に表面反応が生じやすい芯部１からなる光学ガラスであっても、５nm未満の表面ガラス層２を被覆してプレス成形を行なえば、成形型と芯部１との反応や融着を効果的に抑止できるとともに表面ガラス層２のクラックの発生を抑止できるので、精度の高い光学素子を歩留よく、安定的に生産できる。
【００２８】
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ことができる。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；２〜３５％、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）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。導入量が２％未満では転移温度の低下が難しく、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２〜３５％の範囲にするのが好ましい。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。そして、ガラスとプレス成形型との濡れ性を抑制する効果があるため、精密プレス成形の際にガラスの離型性が良くなるという効果を奏する。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された成分であるが、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、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などを導入しないことが好ましい。
【００５０】
Ｆの導入も可能ではあるが、熔融ガラスを成形する際にガラスから揮発し、脈理発生や光学恒数変動の原因となるため、導入しないことが好ましい。
【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。
【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；０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％含む光学ガラス。
【００５６】
前記光学ガラスIIは、転移点Ｔｇが、５５０℃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】
Ｙ2Ｏ3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、導入量を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０〜４０％導入する。その導入量は、０〜３５％が好ましく、０〜２４％が特に好ましい。
【００６８】
なお、屈折率を高める上から、ＷＯ3、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2の合計量を好ましくは０．１モル％超、より好ましくは１モル％以上、さらに好ましくは３モル％以上、特に好ましくは５モル％以上とする。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【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の導入も可能ではあるが、熔融ガラスを成形する際にガラスから揮発し、脈理発生や光学恒数変動の原因となるため、導入しないことが好ましい。
【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表面ガラス層の膜厚が５nm未満であることから、本発明のガラス素材の形状と実質的には同一である。
【００８０】
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。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。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】
【００８１】
つまり、中心肉厚の変化率は式２で求めることができる。
【数２】
【００８２】
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、数式２から、中心肉厚の変化率は５０％となる。
【００８３】
また、外径の変化率は式３で求めることができる。
【数３】
【００８４】
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。
【００８５】
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、表面ガラス層の変形量も少なくなり、膜厚が５ｎｍ未満の表面ガラス層にひび割れが生じることはない。
【００８６】
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。中心肉厚の変化率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。
【００８７】
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。
【００８８】
図９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９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表面ガラス層２とを有している。
【００８９】
図１０は、図９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短くなり、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表面ガラス層２が形成されている。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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ＳｉＯ2からなる表面ガラス層２が被覆されている。被覆方法は、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、ＳｉＯ2（石英ガラス）を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に表面ガラス層２を形成することができる。あるいはまた、Ｓｉ（シリコン）をターゲット基材とし、アルゴンガスおよび酸素ガスを用いたスパッタ法によって、芯部１に表面ガラス層２を形成することができる。
【００９７】
より具体的な表面ガラス層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（石英ガラス）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ＳｉＯ2膜を成膜する。なお、表面ガラス層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。
なお、表面ガラス層２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２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。
【００９８】
ここで、表面ガラス層２はＳｉＯ2を９０質量％超含んでおり、好ましくはＳｉＯ2を９５質量％以上、さらに好ましくはＳｉＯ2を９８質量％以上含んでいる。ＳｉＯ2以外の成分としてはＡｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＦｅＯ3，Ｋ2Ｏ，ＭｇＯ，Ｎａ2Ｏ等を含有することができる。表面ガラス層の組成は、ＩＣＰ発光分光分析法や蛍光X線元素分析法等の各種の元素分析法で測定できる。ターゲット基材として石英ガラスやシリコンを用いることで、ＳｉＯ2を９０質量％超含む表面ガラス層２が成膜される。ターゲット基材として石英ガラスを用いる場合、石英ガラスの純度によって表面ガラス層２に含まれるＳｉＯ2の質量比も変化する。市販の石英ガラスをターゲットとしてスパッタしても、９９質量％以上のＳｉＯ2層を成膜することができる。成膜時の導入ガス（スパッタリングガス）としてアルゴンガスなどの不活性ガスを用いることができるほか、アルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ2）の混合ガス（但し、Ａｒ導入量≧Ｏ2導入量）を用いてもよい。ターゲット基材としてシリコンを用いる場合には、導入ガスとしてＯ2またはＯ2とＡｒの混合ガスを用い、スパッタの雰囲気を酸素含有雰囲気とすることで、ＳｉＯ2が９０質量％以上のＳｉＯ2膜を成膜することができる。
【００９９】
本発明のガラス素材PFは、その表面（すなわち、表面ガラス層２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。
【０１００】
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。
【０１０１】
［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、成形型６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。
【０１０２】
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１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。
【０１０３】
成形面を被覆する膜としては、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満である表面ガラス層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。
【０１０４】
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ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満の表面ガラス層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。
【０１０５】
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３、下型４、及び胴型５を含む成形型６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６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相当前後となる温度が好ましく、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、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満である表面ガラス層を有する本発明のガラス素材を用いること、表面ガラス層の軟化点は、芯部のガラスより高いこと、プレス成形においては表面ガラス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。
【０１０６】
ガラス素材PFを成形型６に供給し、ガラス素材PFと成形型６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６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６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６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６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６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。
【０１０７】
［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を覆う表面ガラス層とを有し、前記表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であることを特徴とする。
【０１０８】
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表面ガラス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、表面ガラス層の膜厚は、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。表面ガラス層は芯ガラスに比べて熱膨張係数がかなり小さく、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、表面ガラス層の膜厚は、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。
【０１０９】
さらに本発明のガラス光学素子は、表面に極薄ではあるがＳｉＯ2膜が存在するため、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も有する。
【０１１０】
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、ガラス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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
本発明のガラス光学素子は、ＳｉＯ2を主成分とする表面ガラス層を有し、この表面ガラス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表面ガラス層が５nm未満と薄いため、反射防止効果をムラなく施すことができる。仮に、表面ガラス層が厚い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、中心部と周辺部での表面ガラス層の膜厚差が大きく、その上に反射防止膜を付けたとき、反射防止の効果にムラができるのとは対照的である。
【０１１３】
本発明のガラス光学素子の断面図を図１１に示す。図１１に示した目的とする光学素子は、図１０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、表面ガラス層２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。
【０１１４】
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】
【０１１５】
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１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ＳｉＯ2を９０％超含み膜厚が５nm未満の表面ガラス層２を施したガラス素材PFを用意して、図１１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。表面ガラス層２は、ＳｉＯ2が９９．２質量％（残部は不純物）であった。
【０１１６】
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９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。次いで、石英ガラス（ＳｉＯ2）をターゲットとして用い、スパッタ法により、予備成形された上記ガラス塊の表面に、所定厚さ（２nm、３nm、４nm）の表面ガラス層２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９に示すようにガラス成形体（図１０参照）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。
【０１１７】
【表１】
なお、表中のＴｇはガラス転移温度、Ｔｓは屈伏点を示す。
【０１１８】
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１０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。
【０１１９】
プレス成形後の成形体の表面は、例えば、実施例１のガラスを芯部に用いた場合には、図２〜図４に示す通り、いずれの成形体も、表面に残存する表面ガラス層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。
【０１２０】
一方、比較例として、表面ガラス層の膜厚を５nm、６nm、９nm、３０nmの４パターンに変えて芯部１に表面ガラス層を形成したモールドプレス用ガラス素材PFを用いて、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。
【０１２１】
プレス成形後の成形体の表面は、例えば、実施例１のガラスを芯部に用いた場合には、図５〜図８に示す通り、いずれの成形体も、表面に残存する表面ガラス層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。また、図７や図８に示すように、９nmと３０nmの表面ガラス層２を被膜したガラス素材PFをプレス成形したレンズ表面においては、クモリが生じており、微細クラックから芯ガラスが盛り上がるように流出している個所も観察された。特に、３０nmの表面ガラス表面層を被膜したガラス素材PFをプレス成形した際には、プレス成形開始直後にガラス素材PFと成形型との融着が発生し、それ以降のプレス成形が不能となった。
【０１２２】
実施例７〜１８
ガラス素材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IIに属する光学ガラス１２種類を用いて、その表面にＳｉＯ2を９０質量％超含み膜厚が５nm未満の表面ガラス層２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。
【０１２３】
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、石英ガラス（ＳｉＯ2）をターゲットとして用い、スパッタ法により、予備成形された上記ガラス塊の表面に、所定厚さ（２nm、３nm、４nm）の表面ガラス層２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９に示すようにガラス成形体（図１０参照）に近似した形状を有し、外径寸法ｄは１５．６ｍｍ、中心肉厚ｔは２．９８ｍｍである。
【０１２４】
【表２】
【０１２５】
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１０に示し、その外径寸法ｄは１８．２ｍｍ、中心肉厚は２．２０ｍｍ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２６．２％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、φ１６ｍｍの凸メニスカス形状の非球面ガラスレンズを得た。
【０１２６】
プレス成形後の成形体の表面は、いずれの成形体も、表面に残存する表面ガラス層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。
【符号の説明】
【０１２７】
１ 芯部
２ 表面ガラス層
３ 上型
４ 下型
５ 胴型
６ 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成形するガラス光学素子を得るために用いるガラス素材、及びそのガラス素材を用いた光学素子の製造方法、並びにガラス光学素子に関する。
特に、本発明は、プレス成形時の高温下において成形型の成形面との反応活性の高い成分を含有するガラス硝材を用いても、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】
【０００２】
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に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。
【０００３】
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、ガラスに含まれる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。
【０００４】
特許文献２には、予めガラス素材の表面の中央部に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ように工夫をした光学機能面をもつ光学素子が得られるとされている。
【０００５】
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、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、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をとして、ＳｉＯ2を７０重量％ないし９０重量％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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
また、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記載されている。
また、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記載されている。
【０００８】
しかしながら、発明者らの研究によると、特許文献１〜３に記載の発明において好適とされていたガラス膜の膜厚（５nm〜５０nmの範囲）であっても、硝種によっては、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。特に、芯ガラスの成分にＷ，Ｔｉ，Ｂｉ，Ｎｂの何れかを含有するガラスをプレス成形する際、顕著にこのような問題が生じていた。
【０００９】
一方、精密モールドプレスに用いるガラス素材としては、成形によって得られる光学素子の用途に応じ、様々な光学恒数、物理的、化学的物性を有するものが所望されている。特に、小型撮像機器等に有用である高屈折率 (例えばndが1.7以上) 、高分散（νdが30以下）の光学ガラス、或いは、高屈折率（同上）、低分散（例えばνdが30以上）の光学ガラスもまた、それら撮像機器等において重用されるため、ニーズが高い。発明者らはこうした要求に応じえる高屈折硝材を開発した。
【００１０】
高屈折率を達成する為のガラス成分としては、Ｗ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎｂを用いることが有利である。しかしながらこれらの成分は、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、例えばプレス成形の際の雰囲気や温度によっては還元されやすい。上記に代表されるような反応性の高い成分を含有するガラス素材は、プレス温度において、成形型に圧着されつつ変形する過程で成形面と種々の界面反応を生じ、成形面に融着し、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。
【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、反応性の高い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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明は以下の構成を特徴とする。
［１］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表面ガラス層とを有し、前記表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であることを特徴とする。
本発明にかかるガラス素材は、プレス成形に用いると、芯部と成形型との間の少なくとも芯部の光学機能面となる部位に表面ガラス層が介在して成形が行われる。そのため、芯部と成形型との接触が抑制され、芯部の表面と成形型の表面との反応も抑制され、反応に起因するガラス融着やクモリ、あるいはプレス成形による表面クラックやキズ等の発生が抑制される。その結果、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。
［２］本発明のプレス成形用ガラス素材は、［１］に記載の発明において、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、かつ前記表面ガラス層の膜厚が１ｎｍ以上であることを特徴とする。
本発明にかかるガラス素材は、高屈折率を有することから、これをプレス成形に用いると、高屈折率を有するガラス光学素子を高精度に製造することができる。
［３］本発明のプレス成形用ガラス素材は、［１］または［２］に記載の発明において、前記芯部は、モル％表示で、Ｐ2Ｏ5；１０〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5；３〜３５％、Ｌｉ2Ｏ；２〜３５％、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）を含む光学ガラスであることを特徴とする。
本発明にかかるガラス素材は、高屈折率、高分散を有することから、これをプレス成形に用いると、高屈折率、高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。
［４］本発明のプレス成形用ガラス素材は、［１］または［２］に記載の発明において、前記芯部は、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；０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％を含む光学ガラスであることを特徴とする。
本発明にかかるガラス素材は、高屈折率、低分散を有することから、これをプレス成形に用いると、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。
［５］本発明のプレス成形用ガラス素材は、［１］〜［４］のいずれかに記載の発明において、前記ガラス素材は、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を特徴とする。
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、それに伴って表面ガラス層の伸び量も少なくなるため、表面ガラス層が薄くなり過ぎたり、クラックが入ったりして表面ガラス層の機能が損なわれることを一層抑止できる。
［６］本発明のプレス成形用ガラス素材は、［５］に記載の発明において、前記ガラス成形体に近似した形状のガラス素材は、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ことを特徴とする。
とりわけ、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。
［７］本発明のプレス成形用ガラス素材は、［１］〜［６］のいずれかに記載の発明において、一方の面に凸面、反対の面に凹面を有することを特徴とする。
本発明にかかるガラス素材は、第一面が凸面、第二面が凹面のメニスカスレンズを成形するガラス素材として好適であり、当該ガラス素材をプレス成形によりわずかに変形させることにより、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。
［８］本発明にかかるガラス光学素子の製造方法は、［１］〜［７］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ことを特徴とする。
本発明にかかるガラス光学素子の製造方法によれば、芯部と成形型との接触による反応を抑制し、表面クラックやクモリ、キズ等の発生を抑制することができ、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。
［９］本発明にかかるガラス光学素子の製造方法は、［８］に記載の発明において、成形型は、成形面に炭素含有離型を有することを特徴とする。
本発明によれば、成形面に炭素含有離型を有する成形型を用いた場合に，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。
［１０］本発明にかかるガラス光学素子は、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を覆う表面ガラス層とを有し、前記表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であることを特徴とする。
本発明によるガラス光学素子は、プレス成形される過程で成形型と芯部との接触による反応が生じることがないので、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。
［１１］本発明にかかるガラス光学素子は、［１０］に記載のガラス光学素子において、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、かつ前記表面ガラス層の膜厚が１ｎｍ以上であることを特徴とする。
本発明によれば、高屈折率を有する高品質なガラス光学素子を提供できる。
［１２］本発明にかかるガラス光学素子は、［１１］に記載のガラス光学素子において、前記芯部は、モル％表示で、Ｐ2Ｏ5；１０〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5；３〜３５％、Ｌｉ2Ｏ；２〜３５％、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）を含む光学ガラスであることを特徴とする。
本発明によれば、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。
［１３］本発明にかかるガラス光学素子は、［１１］に記載のガラス光学素子において、前記芯部は、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；０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％を含む光学ガラスであることを特徴とする。
本発明によれば、高屈折率、低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。
［１４］本発明にかかるガラス光学素子は、［１０］〜［１３］のいずれか１項に記載のガラス光学素子において、前記表面ガラス層の上に反射防止膜を有することを特徴とする。
本発明のガラス光学素子のＳｉＯ2を主成分とする表面ガラス層は反射防止膜と親和性を有するため、反射防止膜が剥離し難くなる。さらに、本発明では、表面ガラス層が５nm未満と薄いため、反射防止効果をムラなく施すことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プレス成形の際に生じやすい表面反応が効果的に抑止でき、精度の高い光学素子を歩留よく、安定的に生産できる。また、成形型表面の劣化も抑えられ、長寿命化するという利点もある。特に、易還元成分または揮発性の成分を含有する光学ガラスをプレス成形して、高屈折率を有する光学素子を製造するために極めて有効である。
【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】膜厚２ｎｍの表面ガラス層を有するガラス素材をプレス成形して得られた本発明にかかるガラス光学素子の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図３】膜厚３ｎｍの表面ガラス層を有するガラス素材をプレス成形して得られた本発明にかかるガラス光学素子の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図４】膜厚４ｎｍの表面ガラス層を有するガラス素材をプレス成形して得られた本発明にかかるガラス光学素子の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図５】膜厚５ｎｍの表面ガラス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の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図６】膜厚６ｎｍの表面ガラス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の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図７】膜厚９ｎｍの表面ガラス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の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図８】膜厚３０ｎｍの表面ガラス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の表面を電子顕微鏡により撮影した画像である。
【図９】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１０】図９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１１】図１０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】
［ガラス素材］
本発明は、プレス成形に用いられるガラス素材に関する。このガラス素材は、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表面ガラス層とを有する。さらに、表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であることを特徴とする。
【００１６】
ガラス素材に設ける表面ガラス層は、多成分系の光学ガラスからなる芯部の少なくとも光学機能面となる部位を覆う。表面ガラス層２は、ガラス素材をプレス成形したときに光学素子の光学機能面となる部位に少なくとも形成し、芯部１の全表面を被覆することが好ましい。少なくとも光学機能面に表面ガラス層２が被覆されることにより、面精度や光学性能を損なうことなく高精度の光学素子を成形することができる。
【００１７】
ガラス素材に設ける表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含む。表面ガラス層は、結晶性ではない、非晶質またはアモルファスであるＳｉＯ2の層である。ＳｉＯ2が９０質量％以下の薄膜を成膜したガラス素材を用いてプレス成形すると、ＳｉＯ2を９０質量％超含む表面ガラス層２を成膜したガラス素材に比べて成形性が劣る傾向がある。ＳｉＯ2の含有量は、良好な成形性が得られるという観点からは、好ましくは９５〜９９．９質量％の範囲であり、より好ましくは９８〜９９．９９質量％の範囲である。ＳｉＯ2以外の成分としては、Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＦｅＯ3，Ｋ2Ｏ，ＭｇＯ，Ｎａ2Ｏ等を含有することができる。尚、表面ガラス層は、形成方法によっては、ＳｉＯ2の酸素に微小の不足が生じる場合や、芯ガラス成分の一部が拡散してきてＳｉＯ2の比が下がる場合があるが、このような場合であっても、ＳｉＯ2の含有量が９０質量％以下になることはない。
【００１８】
ガラス素材に設ける表面ガラス層は、膜厚が５ｎｍ未満である。本発明で膜厚を特定する表面ガラス層は、多成分系の光学ガラスからなる芯部の光学機能面となる部位を覆う表面ガラス層とする。表面ガラス層を芯部の全面を覆うように設ける場合、表面ガラス層の形成方法にもよるが、光学機能面となる箇所の表面ガラス層厚さT1と外周側周辺部の表面ガラス層厚さT2は異なる場合があり、傾向としては、T1≧T2である。本発明においては光学機能面となる部位の表面性状に注目しており、本発明で特定する膜厚は、T1とする。また、膜厚は、例えば、ガラス素材の断面を元素分析することで測定できる。あるいは、表面ガラス層をスパッタ法で形成する場合には、スパッタ条件から推定することもできる。実施例で示した表面ガラス層の膜厚はスパッタ条件から推定した値である。
【００１９】
ガラス素材に設ける表面ガラス層の膜厚の下限は、例えば、１ｎｍである。膜厚が１ｎｍ未満になると表面ガラス層が島状の被覆となり、膜抜けが生じてしまい、表面ガラス層の作用効果を十分に発揮できなくなる。ガラス素材に設ける表面ガラス層の膜厚は、好ましくは２〜４ｎｍの範囲である。本発明において、ガラス素材に設ける表面ガラス層の膜厚を５ｎｍ未満とする理由について以下に詳述する。
【００２０】
本発明のガラス素材及び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特に限定されないが、プレス成形時において、成形型との界面反応が生じ易い光学ガラスを芯部とすることが、本発明の効果が特に顕著に現れるという観点から好ましい。とりわけ、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光学ガラスからなる芯部を有するガラス素材及びガラス光学素子が好適である。そのような光学ガラスの具体例については後述する。これらの易還元成分は、高屈折率特性を得るためにガラスに含有されるが、このような光学ガラスからなるガラス素材をプレス成形に供すると、プレス成形により得られる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。
【００２１】
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９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、高温下で成形面との界面反応が起こり難い酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を主成分とする表面ガラス層２を被膜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、表面ガラス層２の厚みを変えて複数個用意し、これらのガラス素材を図１に示すように成形型６によりプレス成形した。
【００２２】
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、このガラスを所定形状に予備成形したガラス素材（芯部１）の表面に、ＳｉＯ2を９０質量％超含むガラス膜２を被覆してガラス素材PFを形成した。ガラス膜２の形成は、石英ガラス（ＳｉＯ2）をターゲットとして用いるスパッタ法により行い、組成はＳｉＯ2を９９．２質量％含むものであった。その後、当該ガラス素材PFを加熱軟化させて、図１に示す成形面を有する上型３、下型４、および上下型３、４の同軸度を保持する胴型５からなる成形型６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。その際、表面ガラス層の光学機能面に設けた部分の膜厚を１nm、３nm、４nm、５nm、６nm、９nm、３０nmとした７タイプのガラス素材を用意し、それぞれを同一の条件でプレス成形を行った。
【００２３】
当該プレス成形によって得られた７タイプのガラス光学素子の表面を、電子顕微鏡により解析した撮影画像を図２〜図８に示す。図２〜図８は、それぞれガラス表面層２の膜厚を１nm、３nm、４nm、５nm、６nm、９nm、３０nmとして、プレス成形したガラス光学素子の表面状態を示す。
【００２４】
図５〜図８に示すように、５nm、６nm、９nm、３０nmの表面ガラス層２を被膜した場合、いずれも膜厚は５０nm以下であるが、プレス成形後のレンズ表面に微細なクラックが生じていることが判る。さらに、９nmと３０nmの表面ガラス層２を被膜したガラス素材PFをプレス成形したレンズ表面においては、クモリが生じており、微細クラックから芯ガラスが盛り上がるように流出している個所も観察された。このように表面ガラス層２を５nm以上に成膜した場合は、芯ガラスと表面ガラス層との熱膨張係数の差に起因してプレス成形体の面精度の悪化を招来することが分かる。
【００２５】
特許文献１には、特許文献１に記載のガラス（例えば、ＰｂＯを含有するガラス）の表面に設けた場合には、酸化ケイ素膜は２０００Å（２００ｎｍ）を超えるとクラックが生じ易くなると記載されている。また、特許文献２には、特許文献２に記載のガラス（例えば、光学ガラスＳＫ１２）の表面に設けた場合には、ＳｉＯ2を主体とする膜は１００Å（１０ｎｍ）以上で曇りの発生防止効果があると記載され、かつ２００Å（２０ｎｍ）以上で表層クラックが発生すると記載されている。さらに、特許文献３には、特許文献３に記載のガラス（例えば、重フリント系光学ガラス）の表面に設けた場合には、ＳｉＯ2７０〜９０重量％の膜は、５０ｎｍ以上でクラックが発生することが記載されている。しかし、上記で示したように、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多成分系光学ガラス（芯部１）の表面に、ＳｉＯ2を９０質量％超（実験では９９．８質量％）含むガラス膜２を被覆したガラス素材では、ガラス膜２が５nm以上の場合にプレス成形後のレンズ表面に微細なクラックが生じた。このような現象は、上記特許文献１〜３の記載からは、予想外のことであった。
【００２６】
これに対して、図２〜図４に示すように、特許文献１〜３では反応防止効果がないとされていた５nm未満である１nm、３nm、４nmの表面ガラス層２を被膜してプレス成形して得られたレンズ表面には、微細クラックが生じておらず、光学機能面の表面は極めて滑らかであり、光学レンズとしての面精度は極めて良好であった。これは、理論に拘泥する意図ではないが、表面ガラス層２を構成するＳｉＯ2の軟化点が、芯部１のガラス成分の軟化点よりはるかに高いため、プレス温度下において、表面ガラス層２は軟化状態にはないものの、５nm未満という極めて薄いために可撓性（弾性）を帯び、ひび割れることなく、芯ガラスの変形に追従して表面ガラス層も塑性変形したためと考えられる。
【００２７】
尚、上記実験においては、５nm以上のガラス素材に被覆してプレス成形した光学素子においては、光学顕微鏡や目視によって表面層のクラックが確認されなくても、図に示すように電子顕微鏡で解析すると、微細なクラックが網目状に生じていた。これらの微細クラックの集合がクモリとして外観を悪化させ、また非球面等の表面形状精度を低下させる要因となると考えられる。これに対して、ＳｉＯ2膜が５nm未満のプレス成形した光学素子の場合には、表面クラックが無く、外観も形状精度も良好である。したがって、プレス成形の際に表面反応が生じやすい芯部１からなる光学ガラスであっても、５nm未満の表面ガラス層２を被覆してプレス成形を行なえば、成形型と芯部１との反応や融着を効果的に抑止できるとともに表面ガラス層２のクラックの発生を抑止できるので、精度の高い光学素子を歩留よく、安定的に生産できる。
【００２８】
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ことができる。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；２〜３５％、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）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。導入量が２％未満では転移温度の低下が難しく、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２〜３５％の範囲にするのが好ましい。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。そして、ガラスとプレス成形型との濡れ性を抑制する効果があるため、精密プレス成形の際にガラスの離型性が良くなるという効果を奏する。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された成分であるが、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、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などを導入しないことが好ましい。
【００５０】
Ｆの導入も可能ではあるが、熔融ガラスを成形する際にガラスから揮発し、脈理発生や光学恒数変動の原因となるため、導入しないことが好ましい。
【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。
【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；０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％含む光学ガラス。
【００５６】
前記光学ガラスIIは、転移点Ｔｇが、５５０℃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】
Ｙ2Ｏ3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、導入量を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０〜４０％導入する。その導入量は、０〜３５％が好ましく、０〜２４％が特に好ましい。
【００６８】
なお、屈折率を高める上から、ＷＯ3、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2の合計量を好ましくは０．１モル％超、より好ましくは１モル％以上、さらに好ましくは３モル％以上、特に好ましくは５モル％以上とする。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【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の導入も可能ではあるが、熔融ガラスを成形する際にガラスから揮発し、脈理発生や光学恒数変動の原因となるため、導入しないことが好ましい。
【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表面ガラス層の膜厚が５nm未満であることから、本発明のガラス素材の形状と実質的には同一である。
【００８０】
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。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。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】
【００８１】
つまり、中心肉厚の変化率は式２で求めることができる。
【数２】
【００８２】
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、数式２から、中心肉厚の変化率は５０％となる。
【００８３】
また、外径の変化率は式３で求めることができる。
【数３】
【００８４】
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。
【００８５】
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、表面ガラス層の変形量も少なくなり、膜厚が５ｎｍ未満の表面ガラス層にひび割れが生じることはない。
【００８６】
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。中心肉厚の変化率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。
【００８７】
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。
【００８８】
図９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９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表面ガラス層２とを有している。
【００８９】
図１０は、図９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短くなり、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表面ガラス層２が形成されている。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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ＳｉＯ2からなる表面ガラス層２が被覆されている。被覆方法は、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、ＳｉＯ2（石英ガラス）を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に表面ガラス層２を形成することができる。あるいはまた、Ｓｉ（シリコン）をターゲット基材とし、アルゴンガスおよび酸素ガスを用いたスパッタ法によって、芯部１に表面ガラス層２を形成することができる。
【００９７】
より具体的な表面ガラス層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（石英ガラス）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ＳｉＯ2膜を成膜する。なお、表面ガラス層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。
なお、表面ガラス層２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２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。
【００９８】
ここで、表面ガラス層２はＳｉＯ2を９０質量％超含んでおり、好ましくはＳｉＯ2を９５質量％以上、さらに好ましくはＳｉＯ2を９８質量％以上含んでいる。ＳｉＯ2以外の成分としてはＡｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＦｅＯ3，Ｋ2Ｏ，ＭｇＯ，Ｎａ2Ｏ等を含有することができる。表面ガラス層の組成は、ＩＣＰ発光分光分析法や蛍光X線元素分析法等の各種の元素分析法で測定できる。ターゲット基材として石英ガラスやシリコンを用いることで、ＳｉＯ2を９０質量％超含む表面ガラス層２が成膜される。ターゲット基材として石英ガラスを用いる場合、石英ガラスの純度によって表面ガラス層２に含まれるＳｉＯ2の質量比も変化する。市販の石英ガラスをターゲットとしてスパッタしても、９９質量％以上のＳｉＯ2層を成膜することができる。成膜時の導入ガス（スパッタリングガス）としてアルゴンガスなどの不活性ガスを用いることができるほか、アルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ2）の混合ガス（但し、Ａｒ導入量≧Ｏ2導入量）を用いてもよい。ターゲット基材としてシリコンを用いる場合には、導入ガスとしてＯ2またはＯ2とＡｒの混合ガスを用い、スパッタの雰囲気を酸素含有雰囲気とすることで、ＳｉＯ2が９０質量％以上のＳｉＯ2膜を成膜することができる。
【００９９】
本発明のガラス素材PFは、その表面（すなわち、表面ガラス層２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。
【０１００】
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。
【０１０１】
［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、成形型６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。
【０１０２】
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１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。
【０１０３】
成形面を被覆する膜としては、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満である表面ガラス層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。
【０１０４】
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ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満の表面ガラス層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。
【０１０５】
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３、下型４、及び胴型５を含む成形型６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６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相当前後となる温度が好ましく、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、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満である表面ガラス層を有する本発明のガラス素材を用いること、表面ガラス層の軟化点は、芯部のガラスより高いこと、プレス成形においては表面ガラス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。
【０１０６】
ガラス素材PFを成形型６に供給し、ガラス素材PFと成形型６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６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６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６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６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６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。
【０１０７】
［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を覆う表面ガラス層とを有し、前記表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であることを特徴とする。
【０１０８】
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表面ガラス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、表面ガラス層の膜厚は、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。表面ガラス層は芯ガラスに比べて熱膨張係数がかなり小さく、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、表面ガラス層の膜厚は、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。
【０１０９】
さらに本発明のガラス光学素子は、表面に極薄ではあるがＳｉＯ2膜が存在するため、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も有する。
【０１１０】
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、ガラス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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
本発明のガラス光学素子は、ＳｉＯ2を主成分とする表面ガラス層を有し、この表面ガラス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表面ガラス層が５nm未満と薄いため、反射防止効果をムラなく施すことができる。仮に、表面ガラス層が厚い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、中心部と周辺部での表面ガラス層の膜厚差が大きく、その上に反射防止膜を付けたとき、反射防止の効果にムラができるのとは対照的である。
【０１１３】
本発明のガラス光学素子の断面図を図１１に示す。図１１に示した目的とする光学素子は、図１０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、表面ガラス層２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。
【０１１４】
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】
【０１１５】
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１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ＳｉＯ2を９０％超含み膜厚が５nm未満の表面ガラス層２を施したガラス素材PFを用意して、図１１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。表面ガラス層２は、ＳｉＯ2が９９．２質量％（残部は不純物）であった。
【０１１６】
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９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。次いで、石英ガラス（ＳｉＯ2）をターゲットとして用い、スパッタ法により、予備成形された上記ガラス塊の表面に、所定厚さ（２nm、３nm、４nm）の表面ガラス層２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９に示すようにガラス成形体（図１０参照）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。
【０１１７】
【表１】
なお、表中のＴｇはガラス転移温度、Ｔｓは屈伏点を示す。
【０１１８】
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１０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。
【０１１９】
プレス成形後の成形体の表面は、例えば、実施例１のガラスを芯部に用いた場合には、図２〜図４に示す通り、いずれの成形体も、表面に残存する表面ガラス層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。
【０１２０】
一方、比較例として、表面ガラス層の膜厚を５nm、６nm、９nm、３０nmの４パターンに変えて芯部１に表面ガラス層を形成したモールドプレス用ガラス素材PFを用いて、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。
【０１２１】
プレス成形後の成形体の表面は、例えば、実施例１のガラスを芯部に用いた場合には、図５〜図８に示す通り、いずれの成形体も、表面に残存する表面ガラス層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。また、図７や図８に示すように、９nmと３０nmの表面ガラス層２を被膜したガラス素材PFをプレス成形したレンズ表面においては、クモリが生じており、微細クラックから芯ガラスが盛り上がるように流出している個所も観察された。特に、３０nmの表面ガラス表面層を被膜したガラス素材PFをプレス成形した際には、プレス成形開始直後にガラス素材PFと成形型との融着が発生し、それ以降のプレス成形が不能となった。
【０１２２】
実施例７〜１８
ガラス素材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IIに属する光学ガラス１２種類を用いて、その表面にＳｉＯ2を９０質量％超含み膜厚が５nm未満の表面ガラス層２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。
【０１２３】
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、石英ガラス（ＳｉＯ2）をターゲットとして用い、スパッタ法により、予備成形された上記ガラス塊の表面に、所定厚さ（２nm、３nm、４nm）の表面ガラス層２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９に示すようにガラス成形体（図１０参照）に近似した形状を有し、外径寸法ｄは１５．６ｍｍ、中心肉厚ｔは２．９８ｍｍである。
【０１２４】
【表２】
【０１２５】
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１０に示し、その外径寸法ｄは１８．２ｍｍ、中心肉厚は２．２０ｍｍ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２６．２％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、φ１６ｍｍの凸メニスカス形状の非球面ガラスレンズを得た。
【０１２６】
プレス成形後の成形体の表面は、いずれの成形体も、表面に残存する表面ガラス層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。
【符号の説明】
【０１２７】
１ 芯部
２ 表面ガラス層
３ 上型
４ 下型
５ 胴型
６ 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表面ガラス層とを有し、
前記表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満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、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、かつ前記表面ガラス層の膜厚が１ｎｍ以上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】
前記芯部は、モル％表示で、Ｐ2Ｏ5；１０〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5；３〜３５％、Ｌｉ2Ｏ；２〜３５％、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）
を含む光学ガラスであることを特徴とする請求項１または２に記載のプレス成形用ガラス素材。
【請求項４】
前記芯部は、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；０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％
を含む光学ガラスであることを特徴とする請求項１または２項に記載のプレス成形用ガラス素材。
【請求項５】
前記ガラス素材は、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を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプレス成形用ガラス素材。
【請求項６】
前記ガラス成形体に近似した形状のガラス素材は、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ことを特徴とする請求項５に記載のプレス成形用ガラス素材。
【請求項７】
前記ガラス素材は、一方の面に凸面、反対の面に凹面を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプレス成形用ガラス素材。
【請求項８】
請求項１〜７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９】
成形型は、成形面に炭素含有離型を有する、請求項８に記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項１０】
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を覆う表面ガラス層とを有し、前記表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であることを特徴とするガラス光学素子。
【請求項１１】
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、かつ前記表面ガラス層の膜厚が１ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１０に記載のガラス光学素子。
【請求項１２】
前記芯部は、モル％表示で、Ｐ2Ｏ5；１０〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5；３〜３５％、Ｌｉ2Ｏ；２〜３５％、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）
を含む光学ガラスであることを特徴とする請求項１１に記載のガラス光学素子。
【請求項１３】
前記芯部は、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；０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％
を含む光学ガラスであることを特徴とする請求項１１に記載のガラス光学素子。
【請求項１４】
前記表面ガラス層の上に反射防止膜を有することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項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表面ガラス層とを有し、
前記表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満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、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、かつ前記表面ガラス層の膜厚が１ｎｍ以上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】
前記芯部は、モル％表示で、Ｐ2Ｏ5；１０〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5；３〜３５％、Ｌｉ2Ｏ；２〜３５％、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）
を含む光学ガラスであることを特徴とする請求項１または２に記載のプレス成形用ガラス素材。
【請求項４】
前記芯部は、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；０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％
を含む光学ガラスであることを特徴とする請求項１または２項に記載のプレス成形用ガラス素材。
【請求項５】
前記ガラス素材は、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を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプレス成形用ガラス素材。
【請求項６】
前記ガラス成形体に近似した形状のガラス素材は、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ことを特徴とする請求項５に記載のプレス成形用ガラス素材。
【請求項７】
前記ガラス素材は、一方の面に凸面、反対の面に凹面を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプレス成形用ガラス素材。
【請求項８】
請求項１〜７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９】
成形型は、成形面に炭素含有離型を有する、請求項８に記載のガラス光学素子の製造方法。
【請求項１０】
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を覆う表面ガラス層とを有し、前記表面ガラス層は、ＳｉＯ2を９０質量％超含み、膜厚が５ｎｍ未満であることを特徴とするガラス光学素子。
【請求項１１】
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、かつ前記表面ガラス層の膜厚が１ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１０に記載のガラス光学素子。
【請求項１２】
前記芯部は、モル％表示で、Ｐ2Ｏ5；１０〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5；３〜３５％、Ｌｉ2Ｏ；２〜３５％、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）
を含む光学ガラスであることを特徴とする請求項１１に記載のガラス光学素子。
【請求項１３】
前記芯部は、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；０〜４０％、Ｂｉ2Ｏ3；０〜２０％、ＺｒＯ2；０〜１５％、Ｔａ2Ｏ5；０〜２０％、ＧｅＯ2；０〜１０％
を含む光学ガラスであることを特徴とする請求項１１に記載のガラス光学素子。
【請求項１４】
前記表面ガラス層の上に反射防止膜を有することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のガラス光学素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２８５３４１（Ｐ２０１０−２８５３４１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１１９７３（Ｐ２０１０−１１１９７３）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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