JPH092827A - ガラスレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラスレンズの加圧成形において、ガラスレ
ンズ成形用素材と型表面との融着を該成形用素材の全面
にわたって防止し、曇りや割れのない良好なガラスレン
ズを製造する方法を提供すること。 【構成】 機能面が成形される面に離型機能を有する薄
膜を成膜したガラスレンズ成形用素材を、加圧成形に先
立って該薄膜が形成されていない部分を除去した後で、
加圧成形することを特徴とするガラスレンズの製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加圧成形後に精密研磨
加工を要しないガラスレンズの製造方法に関する。さら
に詳しくは、レンズ等の光学素子の加圧成形において、
ガラスレンズ成形用素材と型表面との融着を防止し、曇
りや割れのない良好なガラスレンズを製造することので
きる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レンズ等の光学素子を簡易に生産性良く
成形する方法として、リヒートプレス法が注目されてい
る。リヒートプレス法は、予め目的のガラスレンズの形
状に溶融固化することにより近似させたガラス素材を成
形用型内に投入し、型内を加熱し、該ガラス素材が成形
可能な状態になったところでこれを加圧し、成形された
ガラスレンズが型内に保持された状態でこれを冷却し、
ガラスレンズを成形する方法である。

【０００３】ところが、このような加圧成形法によって
ガラスレンズを成形した場合、ガラスレンズ成形用素材
とこれを加圧成形する型の表面とが高温で比較的長時間
密着した状態で接触するため、これらの面で反応や熱に
よる変質および／または融着（以下、融着等という。）
が起こり、ガラスレンズ表面に割れや曇りが発生し、良
好な光学レンズを得ることはできなかった。

【０００４】かかる融着等を防止するために、特公平３
−５３２６０号公報ではガラスレンズ成形用素材の機能
面が成形される面に離型機能を有する薄膜を加圧成形に
先立って設けておき、成形後に該薄膜を除去する方法が
開示されている。

【０００５】また、特公昭６２−５０４１３号公報では
ガラスレンズ成形用素材の機能面が成形される面に離型
機能を有し、かつ、除去する必要のない反射防止膜を構
成し得る薄膜を加圧成形に先立って設けておく成形方法
が開示されている。

【０００６】しかしながら、いずれの場合においても薄
膜のガラスレンズ成形用素材への成膜方法として真空蒸
着法、イオンプレーティング法またはスパッタリング法
等が用いられているため、効率的にガラスレンズを生産
しようとした場合、これらの成膜法における装置内の該
成形用素材を支える保持具との関係上、どうしても該成
形用素材表面おいて、外周部に保持具と重なる部分、つ
まり該薄膜の形成されない部分（以下、非成膜部分とい
う。）が生じることを回避することはできない。

【０００７】このため、加圧成形時に該成形用素材表面
における外周部の非成膜部分が型表面と直接的に接触し
て融着等を起こし、割れや曇りのない良好な品質のガラ
スレンズを得ることはできなかった。

【０００８】また、非成膜部分をできるだけなくすため
に、イオンプレーティング法による成膜時に蒸着材料の
周り込みを利用したり、保持具を成膜時に複雑に回転さ
せたり、成形用素材の厚みによる端面のみで保持しよう
とする試みがなされてきたが、いずれの場合もコストア
ップとなり量産性に乏しい結果となった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みなされたものであり、ガラスレンズの加圧成形におい
て、ガラスレンズ成形用素材と型表面との融着等を該成
形用素材の全面にわたって防止し、曇りや割れのない良
好なガラスレンズを製造する方法を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、機能面が成形
される面に離型機能を有する薄膜を成膜したガラスレン
ズ成形用素材を、加圧成形に先立って非成膜部分を除去
した後で、加圧成形することを特徴とするガラスレンズ
の製造方法に関する。

【００１１】本発明に用いられるガラス材料としては特
に限定されず、通常ガラスレンズの原材料とされるも
の、例えば重フリントガラス、ホウケイ酸クラウンガラ
ス、フリントガラス、チタン含有フリントガラス、ラン
タン系フリントガラス、ランタン系クラウンガラス等の
光学ガラスを使用することができるが、本発明は変質ま
たは融着の起こりやすいガラス、転移温度の高いガラス
等に特に有効である。

【００１２】本発明では、かかるガラス材料をその後の
加圧成形により所望の仕上がり形状にすることのできる
基礎的な形状、例えば、仕上がり形状が凹または凸のレ
ンズである場合、容積がそれにほぼ等しい円板状、円柱
状、球面状または球形状、好ましくは仕上がり形状とほ
ぼ近似した形状に予備成形して、ガラスレンズ成形用素
材として用いる。

【００１３】また、本発明では予備成形したかかるガラ
スレンズ成形用素材に従来と同様に離型機能を有する薄
膜を形成させ、その後の加圧成形時の融着等を防止す
る。

【００１４】本発明の離型機能を有する薄膜の材料とし
ては、化学的に安定で成形用型の表面と融着等を起こさ
ず、また、非成膜部分を除去する際に剥離を起こさない
程度の強度とプリフォームとの密着性を有していれば特
に限定されず、例えば、フッ化マグネシウム、フッ化カ
ルシウム、フッ化セリウム、酸化セリウム、酸化アルミ
ニウム、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化ランタ
ン、炭素、金、プラチナ、銀、クロム、または銅等を使
用することができる。

【００１５】これら素材の薄膜を、上述のガラス材料か
らなる予備成形されたガラスレンズ成形用素材の表面上
に形成させるには、真空蒸着法、イオンプレーティング
法またはスパッタリング法等、通常よく薄膜の形成に用
いられる方法を使用することができる。該薄膜の膜厚は
膜材料により異なるが、通常、約１０〜１０００Åの広
い範囲で成形用素材と型表面との融着等を防止する離型
効果が十分に得られるため、該薄膜の成膜方法や成形に
より得られるガラスレンズの用途等を考慮して、適当な
膜厚を選択することができる。好ましくは１０〜５００
Åであり、さらに好ましくは２０〜３００Åである。膜
厚が１０Å未満になると離型効果が得られなくなり、１
０００Åを越えると該薄膜は加圧成形時に該成形用素材
の変形に耐えられなくなりヒビが生じてしまう。

【００１６】かかる方法によりガラスレンズ成形用素材
に薄膜を形成させる際、その成膜装置内では該成形用素
材の外周部はそれを支える保持部と重なるため、成膜さ
れた該成形用素材の外周部には薄膜が形成されていない
部分（非成膜部分）が生じる。

【００１７】具体的には、例えば、図３に示される装置
を用いて真空蒸着法によりガラスレンズ成形用素材
（１）に薄膜を形成させる場合、真空室（９）内に設置
されている保持具（８）は該成形用素材（１）を支え、
蒸発ボード（１１）上から蒸発した薄膜材料（１０）は
該成形用素材（１）に蒸着する。しかしながら、該成形
用素材（１）は落下しないように外周部で保持具（８）
に支えられているため、該成形用素材（１）表面におい
て保持具（８）と接触している部分は蒸発した薄膜材料
成分と接触できず、該薄膜は形成されない。このため、
非成膜部分が該成形用素材の外周部に生じる。

【００１８】図１（ｂ）では、このような従来の成膜方
法によりガラスレンズ成形用素材（１）に薄膜（２）を
形成させた場合、該成形用素材の外周部は上述の如く保
持具と接触して、薄膜材料と接触できないために生じる
非成膜部分（４）を外周部に有するガラスレンズ成形用
素材（５）が例示されている。

【００１９】加圧成形時の融着等を防止しようと、離型
機能を有する薄膜をガラスレンズ成形用素材に形成させ
ても、このように外周部における成膜が不十分であれ
ば、該外周部において該成形用素材と型表面は直接的に
接触するため、それらの間で融着等が起こり、ガラスレ
ンズ表面に割れや曇りが発生し、良好なガラスレンズを
得ることはできなくなる。

【００２０】そこで本発明では、上述の従来の方法によ
り薄膜を形成させた非成膜部分を有するガラスレンズ成
形用素材において、加圧成形に先立って該薄膜が形成さ
れていない外周部の非成膜部分を除去し、該成形用素材
と型表面が直接的に接触する部分をなくすことにより、
該成形用素材表面における型表面との融着等を全面にわ
たって防止する。

【００２１】除去方法としては、非成膜部分が除去され
れば特に限定されないが、ダイヤモンド、硬質セラミッ
ク等の砥石による研削が効果的である。

【００２２】例えば、ダイヤモンド砥石による研削除去
の場合、図２に示すように薄膜（２）が形成されていな
い外周部、つまり非成膜部分（４）を有するガラスレン
ズ成形用素材（５）を押さえ治具（７）により保持し、
該非成膜部分をダイヤモンド砥石（６）により最も外側
から研削する。該治具の回転により該成形用素材の外周
を効果的に研削することができる。該成形用素材の厚さ
方向についての垂直断面形状が円形でなかったり、非成
膜部分がドーナツ状でない場合でも、押さえ治具（７）
を回転させずに、直線的、曲線的、または該成形用素材
の形状または該非成膜部分の形状にあわせた運動で操作
することにより、非成膜部分を研削により除去すること
ができる。しかし、通常、予備成形した該成形用素材の
厚さ方向についての垂直断面形状は円形であるため、従
来の成膜方法により成膜させたガラスレンズ成形用素材
の非成膜部分の形状はドーナツ状となることから、該治
具を回転させて効率的に研削することができる。

【００２３】かかる手段により非成膜部分を除去したガ
ラスレンズ成形用素材（３）は図１（ａ）に示されるよ
うに、該成形用素材において機能面が成形される面全体
に薄膜（２）を有している。このように、該成形用素材
が型表面と接触する全面を一様に離型機能を有する薄膜
が覆っているため、加圧成形時においても該成形用素材
と型表面との間に融着等は起こらず、良好なガラスレン
ズを得ることができる。

【００２４】上述のようにして非成膜部分を除去したガ
ラスレンズ成形用素材は、リヒートプレス法により加圧
成形され、所望の機能面（球面、非球面等）を有する光
学レンズを得ることができる。

【００２５】具体的には、該成形用素材をリヒートプレ
ス法により、例えば、両凹球面ガラスレンズに成形する
場合、図５に示す加圧成形装置が用いられる。

【００２６】該装置は、凸球面状に精密鏡面加工された
型表面を有する上型（１５）およびそれを保持する保持
型（２１）と、同じく凸球面状に精密加工された型表面
を有する下型（１６）およびそれを保持する保持型（２
２）とを具備している。押し棒（１７）により保持型
（２１）は上型（１５）と一体になって下方移動して、
下型（１６）と一体となった保持型（２２）とかん合す
る。以上の型構造体は透明石英管（１８）の外周部に設
置された加熱用光源（１９）により加熱され、保持型
（２２）内に埋没した熱電対（２０）により温度測定し
て、温度制御される。

【００２７】前述の非成膜部分を除去したガラスレンズ
成形用素材（３）を上、下型（１５、１６）内に置き、
窒素またはアルゴン雰囲気下にして、加熱用光源（１
９）により上、下型（１５、１６）および保持型（２
１、２２）と該成形用素材（３）を軟化状態に加熱した
状態で押し棒（１７）を降下させ、上型（１５）および
それを保持する保持型（２１）に荷重を加えて加圧成形
する。成形の圧力は型の表面形状が該プリフォームに転
写するのに十分な圧力であればよい。

【００２８】次に、押し棒（１７）の圧力を除去して、
型（１５、１６、２１、２２）内に加圧成形物を包囲し
たまま冷却し、その後加圧成形物を取り出す。

【００２９】得られたレンズと型表面との間に融着はみ
られず、上、下型（１５、１６）表面の凸球面形状と対
応した凹球面形状がそのまま転写されて高面精度を有し
た良好な品質の両凹球面レンズを得ることができる。こ
のように型表面が該成形用素材表面に転写され、ガラス
レンズ表面が形成されるため、型は成形用素材と対峙す
る表面層が重要であり、気孔等の欠陥がなく、緻密で鏡
面状に精密加工することができ、加熱に対して適度な硬
度および強度を有する等の型としての一般的条件を備え
ているものであれば、型の母材とその表面層の材料にお
いて特に限定する必要はない。

【００３０】以上より、本発明では成膜後加圧成形に先
立って薄膜が形成されていない非成膜部分を除去するた
め、ガラスレンズ成形用素材表面の全面にわたって被膜
する必要はなくなった。これにより、全面に薄膜を形成
させるために成膜時に特別の保持具を使用したり、余分
な工程数をかける必要がなく、また、型材料についても
炭化ケイ素、硬質炭素、超硬、貴金属等一般に使用され
ている材料から適宜選択することができることになり、
本発明は経済的にも優れている。

【００３１】加圧成形後に得られたガラスレンズの表面
には、上述の薄膜が残っているため、市販の膜剥離液に
よる洗浄、酸性水溶液、例えば、塩酸、硫酸、硝酸等ま
たはそれらの混合液等の水溶液、水酸化ナトリウム等の
アルカリ性水溶液による洗浄、または不織布による仕上
げ研磨等の方法によりガラスレンズに悪影響を及ぼすこ
となく該薄膜を剥離することができる。

【００３２】しかし、該薄膜を剥離せずにそのままで、
あるいは該薄膜の上にさらに１以上の薄膜を設けて反射
防止膜としたり、または金属ミラーとして使用する場合
等、該薄膜をそのまま機能面の構成要素として使用でき
る場合には、該薄膜の剥離工程は必要でない。

【００３３】例えば、フッ化マグネシウム膜を有するガ
ラスレンズの場合は、そのままで反射防止機能を備えた
レンズとして使用することができる。

【００３４】本発明によるガラスレンズの製造方法は球
面レンズはもとより非球面レンズやプリズム、偏心レン
ズ等様々な光学素子にも適用可能であり、広範囲のレン
ズの製造に利用することができる。

【００３５】本発明によるガラスレンズの製造方法を、
さらに以下の実施例に基づいて具体的に説明する。

【００３６】

【実施例】実施例１ 成形用素材としてＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃系ガラス
（転移温度：６２３℃）を円板状ガラス（直径：２０ｍ
ｍ、厚さ：３ｍｍ）に予備成形し、該円板状ガラスの上
下面に図３に示す装置にて真空蒸着法により酸化イット
リウム薄膜（厚さ：２００Å）を形成した。

【００３７】具体的には、図３において円板状成形用素
材（１）を１×１０^-4ｔｏｒｒの真空室（９）内に装備
されている保持具（８）に該成形用素材（１）の外周部
で支えるように設置し、電子ビーム蒸発源（１１）上か
ら蒸発した薄膜材料（酸化イットリウム）（１０）を該
成形用素材（１）の上下面に蒸着させた。

【００３８】しかし、成膜の際、保持具（８）の影にな
っていた外周部（幅：０．５ｍｍ）には該薄膜は形成さ
れず、ガラス表面がむきだしになっていたため、図２に
示す円筒研削盤（（株）シギヤ精機製作所製）を用い
て、非成膜部分（４）を研削することにより除去し、こ
れを被成形物とした。

【００３９】すなわち、非成膜部分を有する成形用素材
（５）を押さえ治具（２）により保持し、該治具（２）
の回転により該成形用素材（５）を回転させ、ダイヤモ
ンド砥石（６）により該成形用素材（５）外周部の非成
膜部分（４）を最も外側から研削除去した。

【００４０】このようにして得られた被成形物を用いて
リヒートプレス法により、図５に示す加圧成形装置にて
ガラスレンズを作製した。

【００４１】該装置は、凸球面状に精密鏡面加工された
型表面を有する上型（１５）（材料：炭化ケイ素）およ
びそれを保持する保持型（２１）（材料：炭化ケイ素）
と、同じく凸球面状に精密加工された型表面を有する下
型（１６）（材料：炭化ケイ素）およびそれを保持する
保持型（２２）（材料：炭化ケイ素）とを具備し、押し
棒（１７）（材料：ステンレス）により保持型（２１）
は上型（１５）と一体になって下方移動して、下型（１
６）と一体となった保持型（２２）とかん合する。以上
の型構造体は透明石英管（１８）の外周部に設置された
加熱用光源（１９）により加熱され、保持型（２２）内
に埋没した熱電対（２０）により温度測定して、温度制
御が行われる。

【００４２】前述の被成形物（３）を上、下型（１５、
１６）内に置き、窒素雰囲気下にして、加熱用光源（１
９）により上、下型（１５、１６）および保持型（２
１、２２）と共に被成形物（３）を６７０℃に加熱した
状態で押し棒（１７）を降下させ、上型（１５）および
それを保持する保持型（２１）に荷重を加えて加圧成形
した（圧力：５０ｋｇ／ｃｍ²、加圧時間：３０秒）。

【００４３】次に、押し棒（１７）の圧力を除去して、
型（１５、１６、２１、２２）内に加圧成形物を包囲し
たまま冷却し、その後加圧成形物を取り出した。

【００４４】得られた成形物は両凹球面ガラスレンズで
あり、レンズと型表面との間に融着等はみられず、上、
下型（１５、１６）表面の凸球面形状と対応した凹球面
形状が転写されて高面精度を得ており、ガラスレンズと
して良好な品質のものが得られたことが確認された。

【００４５】比較例１ 実施例１と同様にして得られた円板状成形用素材（直
径：２０ｍｍ、厚さ：３ｍｍ）の上下面に、酸化イット
リウム薄膜（厚さ：２００Å）を実施例１と同様にして
真空蒸着法により形成し、外周部に非成膜部分（幅：
０．５ｍｍ）を有する成形用素材を得た。

【００４６】次に、該成形用素材の非成膜部分を除去せ
ず、該成形用素材をそのまま被成形物として使用し、実
施例１と同様にして、図５に示す加圧成形装置により加
圧成形を行ったところ、ガラスがむきだしになっている
外周部非成膜部分と型表面との間でリング状に融着が発
生し、良好な品質のガラスレンズを得ることはできなか
った。

【００４７】実施例１および比較例１より、従来通りに
作製した非成膜部分を有する成形用素材から該非成膜部
分を除去することにより、成形用素材表面における型表
面と接触する全ての面が離型機能を有する薄膜で覆われ
ることとなり、その後の加圧成形時における融着等を防
止できることが明らかとなった。

【００４８】実施例２ ガラスレンズ成形用素材としてＰ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｒ₂
Ｏ−Ｆ系ガラス（転移温度：４８０℃）を用いたこと以
外、実施例１と同様にして、円板状ガラス（直径：２０
ｍｍ、厚さ：３ｍｍ）を得た。

【００４９】該円板状成形用素材の上下面に図４に示す
装置にてＲＦマグネトロンスパッタリング法によりフッ
化マグネシウム薄膜（厚さ：５０Å）を形成した。

【００５０】具体的には、スパッタガスとしてアルゴ
ン、ターゲット（１２）材料としてフッ化マグネシウム
を用い、室温下でガラスレンズ成形用素材（１）を保持
具（８）に該成形用素材の外周部で支えるように設置し
た。そして、真空室（９）内にアルゴンをガス導入バル
ブ（１３）より導入し、放電圧力７×１０^-3Ｔｏｒｒ、
高周波１３．５６ＭＨｚ、放電電力２００Ｗにてフッ化
マグネシウム薄膜を成形用素材（１）の上下面に形成さ
せた。

【００５１】しかし、実施例１と同様に成膜の際、保持
具の影になっていた外周部（幅：０．３ｍｍ）には該薄
膜は形成されず、ガラス表面がむきだしになっていたた
め、実施例１と同様にして、円筒研削盤により該成形用
素材の非成膜部分を研削除去し、これを被成形物とし
た。

【００５２】そして、図５に示される加圧成形装置にお
いて、上型および下型材料を超硬、これらの保持型材料
を高密度炭素、透明石英管（１８）をセラミック管（２
８）、加熱用光源（１９）を高周波コイルを伴った誘導
加熱源（２９）とした図６に示される加圧成形装置を用
いたことと、加圧成形条件としてアルゴン雰囲気下、加
圧温度５３０℃、加圧時間１５秒としたこと以外、実施
例１と同様にして、非成膜部分を除去した該被成形物を
用いて、リヒートプレス法によりガラスレンズを作製し
た。

【００５３】得られた成形物は両凹球面ガラスレンズで
あり、レンズと型表面との間に融着等はみられず、上、
下型（２５、２６）表面の凸球面形状と対応した凹球面
形状が転写されて高面精度を得ており、ガラスレンズと
して良好な品質のものが得られたことが確認された。

【００５４】比較例２ 実施例２と同様にして得られた円板状成形用素材（直
径：２０ｍｍ、厚さ：３ｍｍ）の上下面に、フッ化マグ
ネシウム薄膜（厚さ：５０Å）を実施例２と同様にして
ＲＦマグネトロンスパッタリング法により形成し、外周
部に非成膜部分（幅：０．３ｍｍ）を有する成形用素材
を得た。

【００５５】次に、該成形用素材の非成膜部分を除去せ
ず、該成形用素材をそのまま被成形物として使用し、実
施例２と同様にして、図６に示す加圧成形装置により加
圧成形を行ったところ、ガラスがむきだしになっている
外周部非成膜部分と型表面との間でリング状に融着が発
生し、良好な品質のガラスレンズを得ることはできなか
った。

【００５６】実施例２および比較例２を実施例１および
比較例１と比較すると、非成膜部分を除去することによ
り得られる融着等を防止する効果は、ガラスレンズ成形
用素材および薄膜材料が変わっても発揮されることがわ
かった。

【００５７】

【発明の効果】本発明によると、加圧成形時においてガ
ラスレンズ成形用素材と型表面との融着等を防止するこ
とができ、良好な品質のガラスレンズを得ることができ
る。また、該成形用素材は非成膜部分を有していても該
部分の除去工程さえ経れば問題ないため、成膜時に特別
の保持具を使用したり、余分な工程をかける必要がな
く、型材料についても一般に使用されている材料から適
宜選択することができることから、本発明は経済的にも
優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）はガラスレンズ成形用素材表面におい
て薄膜が形成されていない外周部分（非成膜部分とい
う。）を除去した本発明によるガラスレンズ成形用素材
の概略模式図であり、（ｂ）は非成膜部分を有する従来
のガラスレンズ成形用素材の概略模式図である。

【図２】 非成膜部分を除去するのに適した円筒研削盤
を示す概略構成図である。

【図３】 実施例１および比較例１で使用した成膜装置
を示す概略構成図である。

【図４】 実施例２および比較例２で使用した成膜装置
を示す概略構成図である。

【図５】 実施例１および比較例１で使用した加圧成形
装置を示す概略構成図である。

【図６】 実施例２および比較例２で使用した加圧成形
装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１：ガラスレンズ成形用素材 ２：薄膜 ３：非成膜部分を除去したガラスレンズ成形用素材 ４：非成膜部分 ５：非成膜部分を有するガラスレンズ成形用素材 ６：ダイヤモンド砥石 ７：押さえ治具 ８：保持具 ９：真空室 １０：薄膜材料 １１：電子ビーム蒸発源 １２：ターゲット １３：ガス導入バルブ １４：高周波電源 １５、２５：上型 １６、２６：下型 １７、２７：押し棒 １８：透明石英管 １９：加熱用光源 ２０、３０：熱電対 ２１、２２、３１、３２：保持型 ２８：セラミック管 ２９：誘導加熱源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機能面が成形される面に離型機能を有す
   る薄膜を成膜したガラスレンズ成形用素材を、加圧成形
   に先立って該薄膜が形成されていない部分を除去した後
   で、加圧成形することを特徴とするガラスレンズの製造
   方法。