JPH10167762A - 光学素子成形素材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応性の強いガラスを素材に用いる場合でも
型とガラスとの融着、曇り等を生じることなく、表面に
クラックを生ずることのない光学素子成形素材を提供す
る。 【解決手段】 予備成形された芯ガラス１の表面に表面
層２を形成された光学素子成形素材３であって、その表
面層２はシランカップリング剤を塗布することにより芯
ガラス１表面に膜状に形成されていることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加熱下に成形型内で
プレス成形する光学素子成形素材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラス光学素子をプレス成形で得
る場合には、ガラスブランクと成形用型表面との融着、
あるいは、プレス成形後の、光学レンズに生じる曇りを
防止するために、次のような手段が提案されている。

【０００３】すなわち、プレス成形時にガラスブラック
の表面被覆層を未軟化状態に保つことにより成形時にお
ける成形用型とガラスブランクの融着を防止する方法と
して、特公平２−１７７８号公報および特公平２−１７
７９号公報に所載の成形法が知られている。前者は、ガ
ラスブランクの芯となる内部ガラスの表面にガラス転移
温度が内部ガラスのそれよりも高いガラスを被覆し、加
圧成形する方法であり、後者は、上述の被覆用ガラスに
より酸化珪素膜をガラスブランク表面に形成する成形法
である。

【０００４】また、ガラス内部から揮発成分が成形用型
の表面に化学反応して、型表面が粗れ、それが原因で、
成形された光学素子の表面に曇りができる点を改善する
方法として、特開平３−２５２３２１号公報、特開昭６
２−２９７２２５公報、特開平３−１７７３２０号公
報、特開平４−８３７２４号公報に所載の方法も知られ
ている。

【０００５】すなわち、特開平３−２５４２３２１号公
報の方法では、硝酸処理や赤外線集中処理による鉛ガラ
ス処理がなされ、特開昭６２−２９７２２５号公報の方
法では、硝酸、塩酸、酢酸により鉛ガラスが処理され、
特開平３−１７７３２０号公報の方法では、成形室の前
室で、減圧の下、予備加熱がなされる。また、特開平４
−８３７２４号公報に所載の方法では、ガラスブランク
に蒸着用ガラスを被覆し、加圧成形する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最初の
２つの従来技術で共通する問題は、これら方法での、芯
ガラスの表面被覆に用いられるガラス素材を、芯ガラス
の表面コーティングのために、電子銃を用いた真空蒸着
法による薄膜の形成に用いた場合、蒸着に際して、芯ガ
ラスが発泡し、膜中に欠陥が生じ、あるいは、膜組成の
均質化に対して障害となる。このような問題は、芯ガラ
スをターゲットとした被覆用ガラスのスパッタリングに
よる膜形成でも起こることである。

【０００７】また、前述の他の従来技術においても、そ
れぞれ、問題を抱えている。すなわち、特開昭６２−２
９７２２５号公報に所載の方法では、その硝酸処理に大
がかりな設備が必要で、その管理も厄介である。また、
赤外線集中化熱処理も、大気圧で行うために、ガラス中
からの揮発が極めて遅い速度で行われる欠点がある。ま
た、特開平３−２５２３２１号公報に所載の方法では、
上述同様に、酸処理における問題がある。さらに、特開
平３−１７７３２０号公報に所載の方法では、成形用型
表面とガラスブランクとの間の化学反応を防止し、融着
を避けることができるが、特に反応性の強いガラスや揮
発しやすいガラスでは、形成される表面処理層が薄い
と、所期の効果が期待できない。そこで、処理膜を厚く
する必要があるが、この場合には、その後の加圧成形に
おいて、表面にクラックが生じる欠点がある。しかも、
厚さの割には、所期の効果が充分でない。同じことは、
特開平４−８３７２４号公報に所載の方法でも云える。
そして、一度、クラックが生じると、そこから揮発分が
出て、型表面と化学反応する虞があり、融着、曇りが防
止不可能になる。

【０００８】本発明の目的は、大がかりな設備を必要と
せず、簡便に成形素材に充分な離型性および反応防止効
果をもつ層を形成することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的は以下の手段
によって達成される。

【００１０】すなわち、本発明は、予備成形された芯ガ
ラスの表面に表面層を形成した光学素子成形素材であっ
て、その表面層は、シランカップリング剤を塗布するこ
とにより芯ガラス表面に膜状に形成されていることを特
徴とする光学素子成形素材を提案するものであり、前記
シランカップリング剤は、ビニルトリス（βメトキシエ
トキシ）シラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタ
クリロキシプロピルメトリメトキシシラン、β−（３，
４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラ
ン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ
−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ−
β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキ
シシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ
−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメト
キシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、
Ｎ−フェノル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン
の内から選ばれた１つであることを含む。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照してさ
らに詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明の光学素子成形素子材の構成
を模式的に示す断面図である。

【００１３】本発明の光学素子成形素材は図１に示すよ
うに予備成形された芯ガラス１の表面に表面層２を形成
した光学素子成形素材であって表面層２はシランカップ
リング剤（以下、ＳＣ剤という。）をエチルアルコー
ル、メチルアルコール、イソプロパノール、アセトン、
ベンゼン、トルエン、キシレン等の溶剤で希釈した後ス
ピンコーターまたはスプレーを用いて所望の厚み好まし
くは１０ｎｍ〜１μｍとなるように塗布した後、室温で
３０分〜９０分放置乾燥するか５０〜１００℃の温度で
１０〜３０分ベイキングすることによって得られる。

【００１４】本発明において使用されるＳＣ剤として
は、ビニルトリス（βメトキシエトキシ）シラン、ビニ
ルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメ
トリメトキシシラン、β−（３，４エポキシシクロヘキ
シル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピル
メチルジエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−
アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプ
ロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ
−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノ
プロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェノル−γ−アミ
ノプロピルトリメトキシシランが挙げられる。

【００１５】上記ＳＣ剤は、入手が容易、ビニルト
リクロルシランを除けば、Ｓｉ，Ｃ，Ｈ，Ｏ（Ｎ）のみ
より構成され、ガラス成形温度において離型性、反応防
止効果がある離型性、反応防止に悪い影響のある成分
を含まない（例えば、ＳＣ剤でもγ−メルカプトプロピ
ルトリメトキシシランのようにイオウを含むものは、反
応防止に悪影響がある）取り扱いが容易の四点を満た
していることから選ばれた。

【００１６】上記ＳＣ剤は、通常は無機物と有機物の接
着性を向上するために使用されるものであるが、本発明
者は、ガラスの成形温度（４００〜６５０℃）では、離
型剤および型とガラスの反応防止剤として作用すること
を見いだした。

【００１７】成形素材に塗布されたシランカップリング
剤（ＳＣ剤）は、自然乾燥またはベーキングにより、Ｓ
ｉとＣとＨとＯの含まれる膜となる。これがガラスの成
形温度では、熱分解し、Ｓｉが反応防止効果を、Ｃおよ
びＣＨが離型効果を発揮するものと思われる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。

【００１９】実施例１〜１３、比較例１〜７ 以下、本発明の光学素子成形素材を図面を参照して具体
的に説明する。本発明の光学素子成形素材は図１に示す
ように予備成形された芯ガラス１の表面に表面層２を形
成した光学素子成形素材であって、表面層２はＳＣ剤を
スピンコーターまたはスプレーを用いて塗布した後、自
然乾燥またはベーキングして得られる。なお、本発明に
係わる芯ガラス１のガラス素材は、ガラス転移温度が５
６３℃であり、屈折率が１．８０６７９、線膨張係数が
１０７×１０^-7／℃である、鉛を含まない重フリント系
光学ガラス（商品名：Ｓ−ＮＰＨｌ、（株）オハラ製）
である。組成を表１に示す。

【００２０】ＳＣ剤の塗布層を形成するには、ＳＣ剤を
エチルアルコール等の溶剤で希釈した後、スピンコータ
ーまたはスプレーで所望の厚み、好ましくは、１０ｎｍ
〜１μｍになるように塗布した後、室温で３０分以上放
置乾燥させるか、５０℃〜１００℃の温度で１０分間ベ
イキングする。このことにより、ＳＣ剤は表面硬化し、
その後の成形のためのハンドリング等で剥れることがな
くなる。

【００２１】最終的には、このＳＣ剤表面層で被覆され
たガラスブランクを精密成形工程に導き、鏡面研磨され
た成形用型に入れて、雰囲気をＮ₂ 置換した後、６３０
℃（成形温度）に加熱する。そして、ガラスブランクが
充分軟化してから、プレス成形を行い、冷却後、成形用
型から取り出す。なお、ここで使用される成形用型の、
もしくは、その成形面に形成された成膜の材質として
は、窒化物、炭化物、窒炭化物あるいはこれらを主成分
とした合金が適している。さらには、その成形面の上に
ダイヤモンド膜、ダイヤモンド状炭素膜、水素化アモル
ファス炭素膜、硬質炭素膜等の被覆膜を備えるのが好ま
しい。

【００２２】プレス成形温度としては、表面層が軟化し
ない程度の温度を選択する。これは型との反応を回避
し、成形品との融着を防止すると共に、成形品の表面劣
化（曇り）を防止する上で有効である。

【００２３】ここで得られた光学素子は、例えば、直
径：１５ｍｍ、肉厚：４．５ｍｍ、Ｒ１＝１６．４ｍ
ｍ、Ｒ２＝１６．９ｍｍのレンズである。このようにし
て成形された光学素子は、その表面処理の内容を種々変
更することで、発明の有用性を把握することができる。
表１の成分をもつガラス素材を用いて実施した処理の結
果が表２および３で示されている。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】実施例１〜１３と比較例１を比較すること
により、ＳＣ剤の表面層がないと型とガラスの離型性が
悪く、反応も起きるため融着が発生することがわかる。
このことから、ＳＣ剤表面層の有効性が確認できる。

【００２８】次に、実施例１，２または実施例５，６と
比較例２，３または比較例４，５を比較することにより
最適なＳＣ剤の厚みがわかる。すなわち厚みが１０ｎｍ
以下ではＳＣ剤の効果が充分でなくｓｈｏｔを重ねるう
ちに型とガラスの反応が進み融着が発生する（比較例で
は５０ｓｈｏｔ目）。また厚みが１μｍ以上では成形品
に表面クラックが発生し、これはＳＣ剤のひび割れと思
われる。表面クラックの発生したレンズは良品にはなり
得ない。したがって、最適なＳＣ剤の厚みは、１０ｎｍ
〜１μｍであることがわかる。

【００２９】比較例６，７からは、ＳＣ剤中の含まれる
元素がＣ，Ｈ，Ｏ，Ｓｉ，（Ｎ）以外の場合の悪影響が
わかる。塩素やイオウを含むＳＣ剤では、型と反応が起
こるので好ましくない。

【００３０】［実施例２］本発明の有用性を確認するた
めに、さらに、ガラス素材として、光学ガラスＳＦ８
（屈折率ｎｄ＝１．６８８９３、アッベ数ｖｄ＝３１．
１、ガラス転移温度Ｔｇ＝４４３℃、屈伏点Ａｔ＝４７
０℃：（株）オハラ製）を用いて同じ条件で成形テスト
を行った。ここで成形温度は５３０℃であり、組成は表
４に示す通りである。

【００３１】この場合も、先の実施例と同じ結果が得ら
れている。

【００３２】

【表４】

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガラス素材を成形用型でプレス成形し、光学素子を製造
するに際して、光学素子成形素材にＳＣ剤を塗布するこ
とにより、光学素子成形素材表面に離型層かつ反応防止
層となる表面層を形成することができる。その結果、特
に反応性の強いガラスをガラスブランクに用いる場合で
も、型とガラスの融着、曇り等を生じることなく安定し
て生産することができる。

【００３４】また本発明に係る第２の発明によればＳＣ
剤の厚みを１０ｎｍ〜１μｍとすることで、ＳＣ剤の効
果を充分に発揮し、かつ、表面にクラックを生じること
なく光学素子を安定して生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子成形素材の模式的断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 芯ガラス ２ ＳＣ剤よりなる表面層 ３ 光学素子成形素材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予備成形された芯ガラスの表面に表面層
   を形成した光学素子成形素材であって、その表面層は、
   シランカップリング剤を塗布することにより芯ガラス表
   面に膜状に形成されていることを特徴とする光学素子成
   形素材。
2. 【請求項２】 前記シランカップリング剤は、ビニルト
   リス（βメトキシエトキシ）シラン、ビニルトリエトキ
   シシラン、γ−メタクリロキシプロピルメトリメトキシ
   シラン、β−（３，４エポキシシクロヘキシル）エチル
   トリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメ
   トキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエト
   キシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピ
   ルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエ
   トキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロ
   ピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリ
   エトキシシラン、Ｎ−フェノル−γ−アミノプロピルト
   リメトキシシランの内から選ばれた１つである請求項１
   に記載の光学素子成形素材。