光学素子製造用ガラスブランク及びこれを用いた光学素子の製造方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレンズ等の光学素子のプレス成形において成形用素材として用いられるガラスブランクに関し、特にプレス時の型部材との反応を防止し且つ密着力及び摩擦力を低下させ冷却過程での融着及びワレ発生を防止して良好な光学素子を得るためのガラスブランク及びそれを用いた光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、ガラスのリヒートプレスにおいて良好な成形品を得るためには、成形用素材ガラスと成形用型部材との間の融着を防止することが大きな課題であった。このため、従来、型部材を改良する各種の技術が提案されており、また近年では更に上記融着防止のため、成形用素材の改良が提案されはじめている。この様な成形用素材の改良に関する提案としては、例えば、特公平２−１７７８号公報、特公平２−１７７９号公報、特公平２−１７８０号公報及び特公昭６１−２９８９０号公報に、ガラス基体の表面に該ガラス基体よりもガラス転移点温度の高いガラスの被覆、酸化ケイ素被覆または炭素被覆を付与することが開示されている。特開平１−２６４９３７号公報には、ガラス基体の表面に有機物の薄層を配置することが開示されている。また、特開昭６２−２０７７２８号公報には、表面の易蒸発成分を酸により除去することが開示されている。
【０００３】以上の様な改良により、型部材との融着防止の効果はあるが、しかし上記公報に開示の方法には、以下の様な問題点がある。
（イ）ガラス基体の表面に該ガラス基体よりもガラス転移点温度の高いガラスの被覆を付与した場合には、プレス圧で被覆ガラス層がヒビワレを生じここから基体ガラスがにじみ出て表面に部分的なくもりが発生したり部分的に型部材との融着を生じたり、あるいは冷却過程でガラスブランクと型部材との密着力及び摩擦力が大きくなりガラスにワレが発生することがある。
（ロ）ガラス基体の表面に酸化ケイ素被覆を付与した場合には、上記（イ）と同様であり、特に酸化ケイ素は型部材とのなじみがよいために冷却過程でワレが発生しやすく、また酸化ケイ素は熱膨張係数がガラス基体を構成する通常の光学ガラスに比べて著しく低いために加熱時に被覆がヒビワレを生じやすい。
（ハ）ガラス基体の表面に炭素被覆を必要以上に厚く付与した場合には、炭素は還元剤であるためにガラス中の酸素とも反応してガラス成分を還元し、ガラスを茶色に着色させる。特に、ガラス基体として鉛含有ガラスを用いる場合には、該ガラス中のＰｂＯが還元されて、着色が著しく、透過率が低下する。
（ニ）ガラス基体の表面に有機物薄層を配置する場合には、該有機物薄層が加熱時に分解し、場合によっては腐食性のガス（例えば、塩素ガスやフッ素ガス）を発生して、プレス成形装置を汚染し型部材を含む装置の耐久性を損ないやすいという問題がある。また、上記分解は部分的にランダムに発生するため、表面精度が低下することがある。
（ホ）光学ガラスの中には、酸に漬けると易蒸発成分のみならず、ガラス自体が溶けるものがあり、その場合には酸処理は使用できない。
【０００４】上記問題点を解決する手段として、ガラス基体上に炭化水素被覆が形成されたガラスブランクが提案されている（特願平２−１８７１４８号明細書）。この提案によれば、炭化水素被覆層は、炭素被覆層に比較して、同一膜厚では膜中にＣＨ2 が多量に含まれているため、ガラスブランクの透過率をあまり低下させることがなく、しかも融着及びワレを防止する効果に優れる。
【０００５】しかしながら、上記提案においてもガラスブランク中の易反応成分、特にアルカリ金属酸化物及びホウ酸と炭化水素被覆層が反応し、成形品に微小ながら曇りが生ずるという欠点があった。
【０００６】従って、本発明の目的は、ガラスブランクと型部材との反応を防止して成形品の着色及びくもりを著しく防止することに加えて、成形品と型部材との融着を阻止するとともに、ワレ及び着色を防止することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目的を達成するものとして、プレス成形により光学素子を製造する際に成形用素材として用いられるガラスブランクにおいて、該ガラスブランクのガラス基体の表面層は該ガラス基体の芯部より水溶性成分含有量が少なく、かつ該ガラス基体上に炭化水素被覆層が形成されていることを特徴とする光学素子製造用ガラスブランク、並びにそれを用いた光学素子の製造方法が提供される。
【０００８】以下、本発明をより詳細に説明する。本発明に用いるガラス基体の材質は、通常、プレス成形の素材として用いられるガラスで水溶性成分（例えばアルカリ、ホウ酸）を含むものであれば特に制限はない。例えば、フリント系ガラス（ＳＦ，Ｆ）、クラウン系ガラス（ＳＫ，ＢＫ）、ランタンフリント系ガラス（ＬａＳＦ，ＬａＦ）、ランタンクラウン系ガラス（ＬａＫ）等がある。ガラス基体は成形後に光学素子として求められる所定形状に近い形に研削及び研磨工程で仕上げておくことが望ましい。あるいは、ボールレンズ形状、精密ゴブ（研削・研磨を行なわずに作ったプレス用ブランク）でも良い。
【０００９】前記の機械加工を行なった後、ガラス基体の表面に水溶性成分を減少させた層（以下、脱水溶性成分層という）を形成する。
【００１０】脱易蒸発成分層の効果として特開昭６２−２０７７２８号公報には、ガラスブランクの成形時においてＢ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ等の成分が蒸発し、型や成形品を汚し、また型と成形品の融着を引き起こすこと等を防止することが開示されている。しかしながら、本発明においては以下の効果を付与するために脱水溶性成分層を必要としている。即ち、ガラス表面に存在する脱水溶性成分あるいは易蒸発成分層には、型と成形品の融着防止及び成形品のワレを防止する効果は無いため、これとは別に型と成形品の密着力を低下させる層（本発明における炭化水素被覆層）が必要となる。この炭化水素被覆層は型汚れあるいは成形品の着色、面転写性の点でなるべく薄い方が望ましく、本発明ではこの脱水溶性成分層との組合わせにより薄膜化を実現している。
【００１１】脱水溶性成分層の厚さは好ましくは１００〜１０００Åである。１００Åより薄いと成形時に成形品と炭化水素被覆層が反応し、成形品に着色を生じる。また、それに伴い、型汚れや、レンズのワレ、型と成形品の付着も生じる。一方、１０００Åより厚いと成形品の表面にヒビワレを生じる。
【００１２】脱水溶性成分層の形成は次の方法により行なう。ガラスブランクを洗浄用治具にセットし、超音波洗浄によりブランク表面の清浄化を行なった後連続して沸騰水浸漬槽中に浸漬する。この水の温度は、形成される脱水溶性成分層の厚さを均一に維持し、短時間の処理とするため、９５〜１００℃が好適である。もちろん水の温度はこれ以外の温度であってもさしつかえないが、処理時間は長くなる。沸騰水浸漬後のブランクに付着した水溶性成分を除去するため水洗浄を繰り返し、アルコールで置換後、溶剤ベーパー槽にて乾燥し、次工程である炭化水素被覆層の形成に移る。
【００１３】上記炭化水素被覆層は、極く微量の反応ガス層を型部材とガラスブランクとの界面に形成することにより、型部材とガラスブランクとの密着力を低下させ、融着及びワレを防止するものである。この目的のために、炭化水素被覆層の厚さは、好ましくは通常５〜５０Åであり、より好ましくは５〜２０Åである。該炭化水素被覆層の厚さが薄すぎると十分な密着力低下効果が得られず、また該炭化水素被覆層の厚さが厚すぎると成形品の着色が著しくなり透過率低下を生ずるだけでなく面転写性の低下をもたらす。このため、厚さを厚くしすぎると、成形後にガラスブランクの表面に残存する炭化水素被覆層成分及び炭化水素被覆層成分とガラスとの反応物を、後工程例えばアニール処理工程により、除去することが必要となる。
【００１４】炭化水素被覆層は、炭素被覆層に比較して、同一膜厚では膜中にＣＨ2 が多量に含まれているため、ガラスブランクの透過率をあまり低下させることがなくしかも融着及びワレを防止する効果は極薄層（５〜５０Å厚）でも十分である。
【００１５】また、炭化水素被覆層を形成する方法は、炭化水素ガスの高周波放電処理、イオンガン処理あるいは直流放電処理等の、ガラスブランクに対してつき回りの良好な方法を用いることができ、且つ上記方法は低コストの処理方法であるという利点がある。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明する。図１は本発明によるガラスブランクの一実施例を示す断面図である。本実施例は、光学素子が両凸レンズである例を示す。図１において、２はプレス成形の素材たるガラス基体である。該ガラス基体としては、所望の光学的特性のレンズを得るために必要な屈折率値及び分散値をもつ光学ガラスを用いる。上記ガラス基体２は目的とするレンズ形状に近似の形状及び寸法に仕上げられている。ガラス基体２の光学機能面が形成される表面（上下両面）には脱水溶性成分層３及び炭化水素被覆層４がこの順に付されている。
【００１７】上記脱水溶性成分層３としては、例えば１００℃の水により処理・形成された層を用いることができる。該脱水溶性成分層３の厚さは好ましくは１００〜１０００Åである。
【００１８】上記炭化水素被覆層の厚さは、好ましくは５〜５０Å、より好ましくは５〜２０Åである。該炭化水素被覆層の厚さは薄すぎると型とガラスブランクの密着力低減の効果が十分でなく、また厚すぎると成形品の透過率低下が著しくなり、アニール工程が必要になる。該炭化水素被覆層４は、プラズマ処理やイオンガン処理等の簡単な薄膜堆積技術を用いて形成することができる。該炭化水素被覆層４における炭素：水素の原子比は、例えば１０／６〜１０／０．５であり、特に１０／５〜１０／１が好ましい。
【００１９】図２は上記実施例のガラスブランクの製造に用いられる薄膜堆積装置の概略構成を示す模式図である。以下、本図を参照しながらブランク製造の例を説明する。
【００２０】図２において、１２は真空槽であり、１４は該真空槽に形成されている排気口である。該排気口は不図示の真空排気源に接続されている。１６は上記真空槽１２内へガスを導入するためのガス導入口である。該ガス導入口は不図示のガス源に接続されている。上記真空槽１２内には、下部に蒸発源１８及びシャッタ２０が配置されており、上部にガラス基体保持のためのドーム状ホルダ２２、ガラス基体を加熱するためのヒータ２４及び被覆厚測定のための水晶膜厚モニタ２６が配置されている。２８は高周波印加用アンテナである。尚、３０は上記ホルダ２２に保持されているガラス基体である。
【００２１】上記ガラス基体３０（２）の表面に炭化水素被覆層４を付する際には、上記排気口１４から排気を行い、真空槽１２内を減圧した後に、ガス導入口１６から炭化水素ガスを例えば５×１０-2〜５×１０-4Ｔｏｒｒとなるまで導入し、高周波印加用アンテナ２８に例えば１００〜５００Ｗの高周波を印加して、炭化水素プラズマを形成する。真空槽１２内に導入される炭化水素ガスとしては、例えばメタン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、アセチレンなどが例示できる。炭化水素被覆層４における炭素：水素の原子比は堆積条件によって変化するので、所望の原子比が得られる様に条件を設定する。
【００２２】次に、以上の様な装置を用いて上記実施例のガラスブランクを製造した実例を説明する。ランタンクラウン系光学ガラス（（株）住田光学製、ＶＣ７８、ｎd ＝１．６６９１０，νd ＝５５．４）を所定の形状に研摩仕上げしてなるガラス基体３０を沸騰水処理用治具にセットし水洗槽（１）１００と水洗槽（２）１０２で洗浄後沸騰水槽１０４で５分間処理し約４００Åの処理層を形成した後、水洗槽（３）１０６と水洗槽（４）１０８で洗浄後、アルコール置換槽１１０で水を置換後、トリエタンベーパー槽１１２で引上げ乾燥した。その後、このガラス基体３０をホルダ２２にセットした。ヒータ２４で３００℃に加熱し、真空槽１２内の真空度が１×１０-5Ｔｏｒｒ以下になるまで排気口１４から排気した後、ガス導入口１６からＡｒガスを５×１０-4Ｔｏｒｒになるまで導入した。そして、高周波印加用アンテナ２８に３００Ｗの高周波を印加して、高周波放電を行い、ガラス基体３０のプラズマクリーニングを行った。その後、ガス導入口１６からＣＨ4ガスを１×１０-3Ｔｏｒｒになるまで導入した。そして、高周波印加用アンテナ２８に４００Ｗの高周波を印加して高周波放電を行い、約３０Å厚の炭化水素被覆層４を形成した。尚、上記炭化水素被覆層４における炭素：水素の原子比は、赤外分光分析による測定の結果、約１０／２であった。
【００２３】図３は以上の様にして得られたガラスブランクを用いてプレス成形が実施される装置の一例を示す断面図である。図３において、３２は真空槽本体であり、３４はその蓋である。３６，３８，４０はそれぞれレンズをプレス成形するための上型部材、下型部材及び胴型部材である。４２は型ホルダであり、４４は上型部材押えである。４６はヒータであり、４８は上記下型部材を突き上げるための突き上げ棒であり、５０は該突き上げ棒を作動させるシリンダである。５２は真空排気ポンプであり、５４，５６，５８，６０はバルブであり、６２は窒素ガス等の非沸騰水化性ガス導入のためのパイプであり、６４はリークパイプであり、６６はバルブである。６８は温度センサであり、７０は水冷パイプである。７２は真空槽支持部材である。
【００２４】上記上型部材３６、下型部材３８及び胴型部材４０としては、例えば、超硬合金、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣ，サイアロン，サーメット，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，Ｃｒ2 Ｏ3 等からなる母材に必要に応じて表面にＳｉ3 Ｎ4 ，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＢＮ，ＡｌＮ，ＳｉＣ，ＴａＣ，ＷＣ，白金合金等のコーティングを施したものを用いることができる。
【００２５】次に、以上の様な装置において上記実施例のガラスブランクを用いてプレス成形した実例を説明する。上型部材３６及び下型部材３８としてＳｉ3 Ｎ4 製のものを用い、これら型部材の光学機能面形成のための表面を面精度ニュートン３本以内且つ中心線平均表面粗さ０．０２μｍ以内とした。型内にガラスブランクを配置し、真空槽内を１×１０-2Ｔｏｒｒ以下になるまで排気し、次いで真空槽内に窒素ガスを導入した。５７５℃まで加熱した後に、シリンダ５０を作動させて１００Ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で５分間プレスした。その後、２００℃以下まで徐々に冷却した。そして、真空槽内に空気を導入し、型を開いて成形品を取出した。
【００２６】以上の様にして１００個のレンズを成形した。得られたレンズの機能面を５０００倍の走査型電子顕微鏡で観察したところ表面欠陥は認められず、両面とも着色や曇りのないものであった。また、型部材との融着は全く発生せず、成形品ワレは全く生じなかった。更に、レンズ両面の表面精度は良好であった。
【００２７】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、ガラス基体の表面に脱水溶性成分層を形成し、その上に炭化水素被覆層を形成することにより、成形品の着色や炭化水素被覆層成分に起因する成形品の曇りを防ぎ、更には、ガラスブランクと型部材との反応を防止するとともに密着力を低減し、融着及びワレを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガラスブランクの一実施例を示す断面図である。
【図２】上記実施例のガラスブランクの製造に用いられる薄膜堆積装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】プレス成形が実施される装置の一例を示す断面図である。
【図４】脱水溶性成分層の形成に用いられる沸騰水槽の概略構成を示す模式図である。
【符合の説明】
２：ガラス基体、 ３：脱水溶性成分層、４：炭化水素被覆層、 １２：真空槽、１６：ガス導入口、 １８：蒸発源、２４：ヒータ、２８：高周波印加用アンテナ、３０：ガラス基体、 １０４：沸騰水槽。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレンズ等の光学素子のプレス成形において成形用素材として用いられるガラスブランクに関し、特にプレス時の型部材との反応を防止し且つ密着力及び摩擦力を低下させ冷却過程での融着及びワレ発生を防止して良好な光学素子を得るためのガラスブランク及びそれを用いた光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、ガラスのリヒートプレスにおいて良好な成形品を得るためには、成形用素材ガラスと成形用型部材との間の融着を防止することが大きな課題であった。このため、従来、型部材を改良する各種の技術が提案されており、また近年では更に上記融着防止のため、成形用素材の改良が提案されはじめている。この様な成形用素材の改良に関する提案としては、例えば、特公平２−１７７８号公報、特公平２−１７７９号公報、特公平２−１７８０号公報及び特公昭６１−２９８９０号公報に、ガラス基体の表面に該ガラス基体よりもガラス転移点温度の高いガラスの被覆、酸化ケイ素被覆または炭素被覆を付与することが開示されている。特開平１−２６４９３７号公報には、ガラス基体の表面に有機物の薄層を配置することが開示されている。また、特開昭６２−２０７７２８号公報には、表面の易蒸発成分を酸により除去することが開示されている。
【０００３】以上の様な改良により、型部材との融着防止の効果はあるが、しかし上記公報に開示の方法には、以下の様な問題点がある。
（イ）ガラス基体の表面に該ガラス基体よりもガラス転移点温度の高いガラスの被覆を付与した場合には、プレス圧で被覆ガラス層がヒビワレを生じここから基体ガラスがにじみ出て表面に部分的なくもりが発生したり部分的に型部材との融着を生じたり、あるいは冷却過程でガラスブランクと型部材との密着力及び摩擦力が大きくなりガラスにワレが発生することがある。
（ロ）ガラス基体の表面に酸化ケイ素被覆を付与した場合には、上記（イ）と同様であり、特に酸化ケイ素は型部材とのなじみがよいために冷却過程でワレが発生しやすく、また酸化ケイ素は熱膨張係数がガラス基体を構成する通常の光学ガラスに比べて著しく低いために加熱時に被覆がヒビワレを生じやすい。
（ハ）ガラス基体の表面に炭素被覆を必要以上に厚く付与した場合には、炭素は還元剤であるためにガラス中の酸素とも反応してガラス成分を還元し、ガラスを茶色に着色させる。特に、ガラス基体として鉛含有ガラスを用いる場合には、該ガラス中のＰｂＯが還元されて、着色が著しく、透過率が低下する。
（ニ）ガラス基体の表面に有機物薄層を配置する場合には、該有機物薄層が加熱時に分解し、場合によっては腐食性のガス（例えば、塩素ガスやフッ素ガス）を発生して、プレス成形装置を汚染し型部材を含む装置の耐久性を損ないやすいという問題がある。また、上記分解は部分的にランダムに発生するため、表面精度が低下することがある。
（ホ）光学ガラスの中には、酸に漬けると易蒸発成分のみならず、ガラス自体が溶けるものがあり、その場合には酸処理は使用できない。
【０００４】上記問題点を解決する手段として、ガラス基体上に炭化水素被覆が形成されたガラスブランクが提案されている（特願平２−１８７１４８号明細書）。この提案によれば、炭化水素被覆層は、炭素被覆層に比較して、同一膜厚では膜中にＣＨ2 が多量に含まれているため、ガラスブランクの透過率をあまり低下させることがなく、しかも融着及びワレを防止する効果に優れる。
【０００５】しかしながら、上記提案においてもガラスブランク中の易反応成分、特にアルカリ金属酸化物及びホウ酸と炭化水素被覆層が反応し、成形品に微小ながら曇りが生ずるという欠点があった。
【０００６】従って、本発明の目的は、ガラスブランクと型部材との反応を防止して成形品の着色及びくもりを著しく防止することに加えて、成形品と型部材との融着を阻止するとともに、ワレ及び着色を防止することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目的を達成するものとして、プレス成形により光学素子を製造する際に成形用素材として用いられるガラスブランクにおいて、該ガラスブランクのガラス基体の表面層は該ガラス基体の芯部より水溶性成分含有量が少なく、かつ該ガラス基体上に炭化水素被覆層が形成されていることを特徴とする光学素子製造用ガラスブランク、並びにそれを用いた光学素子の製造方法が提供される。
【０００８】以下、本発明をより詳細に説明する。本発明に用いるガラス基体の材質は、通常、プレス成形の素材として用いられるガラスで水溶性成分（例えばアルカリ、ホウ酸）を含むものであれば特に制限はない。例えば、フリント系ガラス（ＳＦ，Ｆ）、クラウン系ガラス（ＳＫ，ＢＫ）、ランタンフリント系ガラス（ＬａＳＦ，ＬａＦ）、ランタンクラウン系ガラス（ＬａＫ）等がある。ガラス基体は成形後に光学素子として求められる所定形状に近い形に研削及び研磨工程で仕上げておくことが望ましい。あるいは、ボールレンズ形状、精密ゴブ（研削・研磨を行なわずに作ったプレス用ブランク）でも良い。
【０００９】前記の機械加工を行なった後、ガラス基体の表面に水溶性成分を減少させた層（以下、脱水溶性成分層という）を形成する。
【００１０】脱易蒸発成分層の効果として特開昭６２−２０７７２８号公報には、ガラスブランクの成形時においてＢ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ等の成分が蒸発し、型や成形品を汚し、また型と成形品の融着を引き起こすこと等を防止することが開示されている。しかしながら、本発明においては以下の効果を付与するために脱水溶性成分層を必要としている。即ち、ガラス表面に存在する脱水溶性成分あるいは易蒸発成分層には、型と成形品の融着防止及び成形品のワレを防止する効果は無いため、これとは別に型と成形品の密着力を低下させる層（本発明における炭化水素被覆層）が必要となる。この炭化水素被覆層は型汚れあるいは成形品の着色、面転写性の点でなるべく薄い方が望ましく、本発明ではこの脱水溶性成分層との組合わせにより薄膜化を実現している。
【００１１】脱水溶性成分層の厚さは好ましくは１００〜１０００Åである。１００Åより薄いと成形時に成形品と炭化水素被覆層が反応し、成形品に着色を生じる。また、それに伴い、型汚れや、レンズのワレ、型と成形品の付着も生じる。一方、１０００Åより厚いと成形品の表面にヒビワレを生じる。
【００１２】脱水溶性成分層の形成は次の方法により行なう。ガラスブランクを洗浄用治具にセットし、超音波洗浄によりブランク表面の清浄化を行なった後連続して沸騰水浸漬槽中に浸漬する。この水の温度は、形成される脱水溶性成分層の厚さを均一に維持し、短時間の処理とするため、９５〜１００℃が好適である。もちろん水の温度はこれ以外の温度であってもさしつかえないが、処理時間は長くなる。沸騰水浸漬後のブランクに付着した水溶性成分を除去するため水洗浄を繰り返し、アルコールで置換後、溶剤ベーパー槽にて乾燥し、次工程である炭化水素被覆層の形成に移る。
【００１３】上記炭化水素被覆層は、極く微量の反応ガス層を型部材とガラスブランクとの界面に形成することにより、型部材とガラスブランクとの密着力を低下させ、融着及びワレを防止するものである。この目的のために、炭化水素被覆層の厚さは、好ましくは通常５〜５０Åであり、より好ましくは５〜２０Åである。該炭化水素被覆層の厚さが薄すぎると十分な密着力低下効果が得られず、また該炭化水素被覆層の厚さが厚すぎると成形品の着色が著しくなり透過率低下を生ずるだけでなく面転写性の低下をもたらす。このため、厚さを厚くしすぎると、成形後にガラスブランクの表面に残存する炭化水素被覆層成分及び炭化水素被覆層成分とガラスとの反応物を、後工程例えばアニール処理工程により、除去することが必要となる。
【００１４】炭化水素被覆層は、炭素被覆層に比較して、同一膜厚では膜中にＣＨ2 が多量に含まれているため、ガラスブランクの透過率をあまり低下させることがなくしかも融着及びワレを防止する効果は極薄層（５〜５０Å厚）でも十分である。
【００１５】また、炭化水素被覆層を形成する方法は、炭化水素ガスの高周波放電処理、イオンガン処理あるいは直流放電処理等の、ガラスブランクに対してつき回りの良好な方法を用いることができ、且つ上記方法は低コストの処理方法であるという利点がある。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明する。図１は本発明によるガラスブランクの一実施例を示す断面図である。本実施例は、光学素子が両凸レンズである例を示す。図１において、２はプレス成形の素材たるガラス基体である。該ガラス基体としては、所望の光学的特性のレンズを得るために必要な屈折率値及び分散値をもつ光学ガラスを用いる。上記ガラス基体２は目的とするレンズ形状に近似の形状及び寸法に仕上げられている。ガラス基体２の光学機能面が形成される表面（上下両面）には脱水溶性成分層３及び炭化水素被覆層４がこの順に付されている。
【００１７】上記脱水溶性成分層３としては、例えば１００℃の水により処理・形成された層を用いることができる。該脱水溶性成分層３の厚さは好ましくは１００〜１０００Åである。
【００１８】上記炭化水素被覆層の厚さは、好ましくは５〜５０Å、より好ましくは５〜２０Åである。該炭化水素被覆層の厚さは薄すぎると型とガラスブランクの密着力低減の効果が十分でなく、また厚すぎると成形品の透過率低下が著しくなり、アニール工程が必要になる。該炭化水素被覆層４は、プラズマ処理やイオンガン処理等の簡単な薄膜堆積技術を用いて形成することができる。該炭化水素被覆層４における炭素：水素の原子比は、例えば１０／６〜１０／０．５であり、特に１０／５〜１０／１が好ましい。
【００１９】図２は上記実施例のガラスブランクの製造に用いられる薄膜堆積装置の概略構成を示す模式図である。以下、本図を参照しながらブランク製造の例を説明する。
【００２０】図２において、１２は真空槽であり、１４は該真空槽に形成されている排気口である。該排気口は不図示の真空排気源に接続されている。１６は上記真空槽１２内へガスを導入するためのガス導入口である。該ガス導入口は不図示のガス源に接続されている。上記真空槽１２内には、下部に蒸発源１８及びシャッタ２０が配置されており、上部にガラス基体保持のためのドーム状ホルダ２２、ガラス基体を加熱するためのヒータ２４及び被覆厚測定のための水晶膜厚モニタ２６が配置されている。２８は高周波印加用アンテナである。尚、３０は上記ホルダ２２に保持されているガラス基体である。
【００２１】上記ガラス基体３０（２）の表面に炭化水素被覆層４を付する際には、上記排気口１４から排気を行い、真空槽１２内を減圧した後に、ガス導入口１６から炭化水素ガスを例えば５×１０-2〜５×１０-4Ｔｏｒｒとなるまで導入し、高周波印加用アンテナ２８に例えば１００〜５００Ｗの高周波を印加して、炭化水素プラズマを形成する。真空槽１２内に導入される炭化水素ガスとしては、例えばメタン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、アセチレンなどが例示できる。炭化水素被覆層４における炭素：水素の原子比は堆積条件によって変化するので、所望の原子比が得られる様に条件を設定する。
【００２２】次に、以上の様な装置を用いて上記実施例のガラスブランクを製造した実例を説明する。ランタンクラウン系光学ガラス（（株）住田光学製、ＶＣ７８、ｎd ＝１．６６９１０，νd ＝５５．４）を所定の形状に研摩仕上げしてなるガラス基体３０を沸騰水処理用治具にセットし水洗槽（１）１００と水洗槽（２）１０２で洗浄後沸騰水槽１０４で５分間処理し約４００Åの処理層を形成した後、水洗槽（３）１０６と水洗槽（４）１０８で洗浄後、アルコール置換槽１１０で水を置換後、トリエタンベーパー槽１１２で引上げ乾燥した。その後、このガラス基体３０をホルダ２２にセットした。ヒータ２４で３００℃に加熱し、真空槽１２内の真空度が１×１０-5Ｔｏｒｒ以下になるまで排気口１４から排気した後、ガス導入口１６からＡｒガスを５×１０-4Ｔｏｒｒになるまで導入した。そして、高周波印加用アンテナ２８に３００Ｗの高周波を印加して、高周波放電を行い、ガラス基体３０のプラズマクリーニングを行った。その後、ガス導入口１６からＣＨ4ガスを１×１０-3Ｔｏｒｒになるまで導入した。そして、高周波印加用アンテナ２８に４００Ｗの高周波を印加して高周波放電を行い、約３０Å厚の炭化水素被覆層４を形成した。尚、上記炭化水素被覆層４における炭素：水素の原子比は、赤外分光分析による測定の結果、約１０／２であった。
【００２３】図３は以上の様にして得られたガラスブランクを用いてプレス成形が実施される装置の一例を示す断面図である。図３において、３２は真空槽本体であり、３４はその蓋である。３６，３８，４０はそれぞれレンズをプレス成形するための上型部材、下型部材及び胴型部材である。４２は型ホルダであり、４４は上型部材押えである。４６はヒータであり、４８は上記下型部材を突き上げるための突き上げ棒であり、５０は該突き上げ棒を作動させるシリンダである。５２は真空排気ポンプであり、５４，５６，５８，６０はバルブであり、６２は窒素ガス等の非沸騰水化性ガス導入のためのパイプであり、６４はリークパイプであり、６６はバルブである。６８は温度センサであり、７０は水冷パイプである。７２は真空槽支持部材である。
【００２４】上記上型部材３６、下型部材３８及び胴型部材４０としては、例えば、超硬合金、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣ，サイアロン，サーメット，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，Ｃｒ2 Ｏ3 等からなる母材に必要に応じて表面にＳｉ3 Ｎ4 ，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＢＮ，ＡｌＮ，ＳｉＣ，ＴａＣ，ＷＣ，白金合金等のコーティングを施したものを用いることができる。
【００２５】次に、以上の様な装置において上記実施例のガラスブランクを用いてプレス成形した実例を説明する。上型部材３６及び下型部材３８としてＳｉ3 Ｎ4 製のものを用い、これら型部材の光学機能面形成のための表面を面精度ニュートン３本以内且つ中心線平均表面粗さ０．０２μｍ以内とした。型内にガラスブランクを配置し、真空槽内を１×１０-2Ｔｏｒｒ以下になるまで排気し、次いで真空槽内に窒素ガスを導入した。５７５℃まで加熱した後に、シリンダ５０を作動させて１００Ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で５分間プレスした。その後、２００℃以下まで徐々に冷却した。そして、真空槽内に空気を導入し、型を開いて成形品を取出した。
【００２６】以上の様にして１００個のレンズを成形した。得られたレンズの機能面を５０００倍の走査型電子顕微鏡で観察したところ表面欠陥は認められず、両面とも着色や曇りのないものであった。また、型部材との融着は全く発生せず、成形品ワレは全く生じなかった。更に、レンズ両面の表面精度は良好であった。
【００２７】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、ガラス基体の表面に脱水溶性成分層を形成し、その上に炭化水素被覆層を形成することにより、成形品の着色や炭化水素被覆層成分に起因する成形品の曇りを防ぎ、更には、ガラスブランクと型部材との反応を防止するとともに密着力を低減し、融着及びワレを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガラスブランクの一実施例を示す断面図である。
【図２】上記実施例のガラスブランクの製造に用いられる薄膜堆積装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】プレス成形が実施される装置の一例を示す断面図である。
【図４】脱水溶性成分層の形成に用いられる沸騰水槽の概略構成を示す模式図である。
【符合の説明】
２：ガラス基体、 ３：脱水溶性成分層、４：炭化水素被覆層、 １２：真空槽、１６：ガス導入口、 １８：蒸発源、２４：ヒータ、２８：高周波印加用アンテナ、３０：ガラス基体、 １０４：沸騰水槽。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 プレス成形により光学素子を製造する際に成形用素材として用いられるガラスブランクにおいて、該ガラスブランクのガラス基体の表面層は該ガラス基体の芯部より水溶性成分含有量が少なく、かつ該ガラス基体上に炭化水素被覆層が形成されていることを特徴とする光学素子製造用ガラスブランク。
【請求項２】 上記炭化水素被覆層の厚さが５〜５０Åである、請求項１記載の光学素子製造用ガラスブランク。
【請求項３】 上記表面層の厚さが１００〜１０００Åである、請求項１記載の光学素子製造用ガラスブランク。
【請求項４】 請求項１記載の光学素子製造用ガラスブランクを用いてプレス成形を行なうことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】 成形用素材として用いられるガラス素材を沸騰水中に浸漬して該ガラス素材表面に脱水溶性成分層を形成し、前記ガラス素材の脱水溶性成分層の表面に炭化水素皮膜層を形成し、前記脱水溶性成分層と炭化水素皮膜層を形成した前記ガラス素材を所定の光学素子形状を有する型部材にて加圧して光学素子を成形することを特徴とした光学素子の成形方法。
【請求項１】 プレス成形により光学素子を製造する際に成形用素材として用いられるガラスブランクにおいて、該ガラスブランクのガラス基体の表面層は該ガラス基体の芯部より水溶性成分含有量が少なく、かつ該ガラス基体上に炭化水素被覆層が形成されていることを特徴とする光学素子製造用ガラスブランク。
【請求項２】 上記炭化水素被覆層の厚さが５〜５０Åである、請求項１記載の光学素子製造用ガラスブランク。
【請求項３】 上記表面層の厚さが１００〜１０００Åである、請求項１記載の光学素子製造用ガラスブランク。
【請求項４】 請求項１記載の光学素子製造用ガラスブランクを用いてプレス成形を行なうことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】 成形用素材として用いられるガラス素材を沸騰水中に浸漬して該ガラス素材表面に脱水溶性成分層を形成し、前記ガラス素材の脱水溶性成分層の表面に炭化水素皮膜層を形成し、前記脱水溶性成分層と炭化水素皮膜層を形成した前記ガラス素材を所定の光学素子形状を有する型部材にて加圧して光学素子を成形することを特徴とした光学素子の成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【特許番号】第２７３９９１６号
【登録日】平成１０年（１９９８）１月２３日
【発行日】平成１０年（１９９８）４月１５日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−６０９６０
【出願日】平成４年（１９９２）２月１８日
【公開番号】特開平５−２２９８３６
【公開日】平成５年（１９９３）９月７日
【審査請求日】平成８年（１９９６）２月２１日
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【参考文献】
【文献】特開 平４−３２１５２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−３１０５２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−７７３２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−６１１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−７７３２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平１−２６４９３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６２−２０７７２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公 平２−１７８０（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特公 平２−１７７９（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特公 平２−１７７８（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特公 昭６１−２９８９０（ＪＰ，Ｂ２）
【登録日】平成１０年（１９９８）１月２３日
【発行日】平成１０年（１９９８）４月１５日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）２月１８日
【公開番号】特開平５−２２９８３６
【公開日】平成５年（１９９３）９月７日
【審査請求日】平成８年（１９９６）２月２１日
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【参考文献】
【文献】特開 平４−３２１５２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−３１０５２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−７７３２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−６１１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−７７３２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平１−２６４９３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６２−２０７７２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公 平２−１７８０（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特公 平２−１７７９（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特公 平２−１７７８（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特公 昭６１−２９８９０（ＪＰ，Ｂ２）
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