研磨用玻璃光学元件坯料用成型模具、研磨用玻璃光学元件坯料的制造方法以及光学元件的制造方法与流程

本发明涉及研磨用玻璃光学元件坯料用成型模具、研磨用玻璃光学元件坯料的制造方法以及光学元件的制造方法。

背景技术：

近年来，伴随着光学元件的多样化以及广泛化，玻璃制的光学元件的需要正在提高，并且也期望提高生产率。

作为玻璃光学元件的成型方法，例如广泛使用了再加热模压成型法等。再加热模压成型法中，利用成型模具对已软化的光学玻璃原材料(以下有时仅称为“玻璃原材料”。)进行模压成型，制作研磨用玻璃光学元件坯料(以下有时仅称为“光学元件坯料”。)，对其进行磨削/研磨加工而得到光学元件(光学透镜等)。

这种再加热模压成型法中，为了使磨削/研磨产生的加工量少，期望使光学元件坯料的形状近似于作为目标的光学元件的形状。因此，一般情况下，决定光学元件坯料的形状的成型模具的成型面近似于光学元件的最终形状(例如最终产品为光学透镜的情况下透镜的曲率)，且为较为平滑的面(专利文献1)。但是，即使为这种成型面，仍无法充分减少加工量。

通常，在模压成型中，利用成型面适度地按压已软化的玻璃原材料，通过玻璃的流动性而成型为规定的形状。但是，若玻璃原材料的温度下降，则玻璃的粘度上升，因此失去流动性，难以追从于成型面。其结果存在下述问题：无法实现所期望的形状，成型精度下降。

这种成型精度的下降尤其会在未适当地进行模压成型时的成型模具的温度调整的情况下产生。即，成型模具的温度低于已软化的玻璃原材料的情况下，由成型面与玻璃原材料的接触面，玻璃原材料的温度急速下降，玻璃的粘度上升。其结果为，玻璃原材料到模压时无法保持良好的玻璃的粘度，玻璃原材料无法充分追从于成型面，产生与作为目标的形状的形状误差。在2个以上的光学元件坯料间，这种形状误差会导致形状偏差。

如果这种形状误差或形状偏差为少许，则可以通过在制造光学元件时的磨削/研磨工序中较多地设定磨削量来调整。但是，若增加磨削量，则加工量增加，因此会导致加工时间的长时间化和材料的耗损。

另外，若形状误差变得过大，则难以通过磨削加工来进行调整，因此作为标准外(延展不良)的成型体而从磨削工序除去。其结果导致良品率的恶化。

除此之外，将已软化的玻璃原材料投入至低温的成型面的情况下，有时会在与成型面接触的玻璃原材料的接触面和除此以外的部分产生玻璃原材料的温度分布，尤其是在粘度下降的部分有时会因按压而产生裂纹(crack)。这种裂纹(所谓的龟裂·破裂)会导致良品率的恶化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2001-019446号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

本发明是鉴于这种实际情况而完成的，其目的在于提供一种成型性优异、可提高良品率的研磨用玻璃光学元件坯料用成型模具。

用于解决问题的手段

本发明人为了解决上述课题，反复进行了深入的试验研究，其结果发现，通过在成型模具的成型面形成适度的凹凸，能够防止模压成型时的裂纹的发生、并且可降低成型体的形状偏差和延展不良，从而完成了本发明。

本发明的要点如下。

[1]一种成型模具，该成型模具至少具有上模和下模、且用于制造研磨用玻璃光学元件坯料，其中，上述上模和下模中的至少一者的成型面的表面粗糙度(Rz)超过10μm。

[2]如上述[1]所述的成型模具，其中，上述成型面的表面粗糙度(Rz)为50μm以下。

[3]如上述[1]或[2]所述的成型模具，其用于在大气气氛中对已软化的玻璃原材料进行模压成型。

[4]一种研磨用玻璃光学元件坯料的制造方法，其包括下述工序：

准备上述[1]～[3]中任一项所述的成型模具的工序；和

模压工序，其中，在大气气氛下对由光学玻璃构成的玻璃原材料进行再加热后，利用上述成型模具对已软化的上述玻璃原材料进行模压成型。

[5]一种光学元件的制造方法，其包括下述工序：

对由上述[4]所述的制造方法制造得到的研磨用玻璃光学元件坯料进行磨削的磨削工序；和

对经上述磨削工序的研磨用玻璃光学元件坯料进行研磨的研磨工序。

发明效果

根据本发明的成型模具，可以降低成型不良(例如龟裂/破裂或延展不良等)的发生或成型体的形状偏差，可以高效地制作良好品质的研磨用玻璃素子坯料。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的成型模具的一例的示意图。

图2是将作为图1所示的成型模具的一部分的下模放大的截面图。

图3是将作为本发明的另一实施方式的成型模具的一部分的下模放大的截面图。

图4是示出使用本发明的一个实施方式的成型模具的模压工序的一例的示意图。

图5是示出由研磨用玻璃透镜坯料制造光学透镜的工序的流程图。

图6是示出利用实施例和比较例的成型模具而制作的研磨用玻璃透镜坯料的形状偏差的分布图。

图7是示出对利用实施例和比较例的成型模具而制作的研磨用玻璃透镜坯料进行退火处理后的形状偏差的分布图。

具体实施方式

本发明的成型模具至少具有上模和下模，其是用于制造研磨用玻璃光学元件坯料(以下有时仅称为“光学元件坯料”)的成型模具，其中，上述上模和下模中的至少一者的成型面的表面粗糙度(Rz)超过10μm。

根据这种本发明的成型模具，在对已软化的玻璃原材料进行模压成型而制造研磨用玻璃光学元件坯料时，可以降低成型不良(例如龟裂/破裂或延展不良等)的发生或成型体的形状偏差、可高效地制作良好品质的研磨用玻璃光学元件坯料。进一步，通过本发明的成型模具制作的研磨用玻璃光学元件坯料在形状精度方面优异，因此在作为后续工序的磨削/研磨工序中可以降低加工量和加工时间、可以提高光学元件的制造工序中的生产率。

以下，对本发明的成型模具及其制造方法、和使用了本发明的成型模具的模压工序(光学元件坯料的制造方法)以及光学元件的制造方法进行详细说明，但本发明不受以下的实施方式的任何限定，在本发明的目的的范围内可以施加适宜的变更来实施。需要说明的是，关于重复说明的地方，有时会适宜地省略说明，但并不是用于限定发明的主旨的。

＜成型模具＞

以下，一边参照图1～图3一边对本发明的一个方式进行说明。需要说明的是，对图中相同或相应部分标注相同标号并不再反复其说明。

图1是示出本发明的一个实施方式的成型模具的一例的示意图。图1所列举的成型模具由具有成型面的上模21和下模11、与将该上模21和下模11规制为大致同轴状的环状的筒模30构成，上模21和下模11的各自的成型面27、17的表面粗糙度(Rz)超过10μm。

需要说明的是，本实施方式的成型模具中，筒模30为任意的构成部件。即，关于筒模30，利用其它方法能够将上模21和下模11规制为大致同轴状的情况下，也并非是必要的。

另外，本实施方式的成型模具中，只要下模11和上模21的至少任一个成型面的表面粗糙度(Rz)超过10μm即可，期望的是，优选至少下模11的成型面具有超过10μm的表面粗糙度(Rz)，更优选下模11和上模21的这两者的成型面具有超过10μm的表面粗糙度(Rz)。

接着，以图2所示的下模为例，对本实施方式的成型模具进行详细说明。图2是将作为图1所示的成型模具的一部分的下模11放大的截面图。需要说明的是，关于上模12，省略说明，但可以与下模11的情况相同。

如图2所示，作为本实施方式的成型模具的一部的下模11具有成型面17，该成型面17具有适度的凹凸(表面粗糙度(Rz)超过10μm)。

根据这种本实施方式的下模11，即使已软化的玻璃原材料被投入至下模11，也可以通过成型面17的凹凸来降低与玻璃原材料的接触面积。因此，可以防止玻璃原材料的温度因与成型面的接触部分而下降(粘度上升)，可以降低与成型面未接触的部分的温度差(粘度差)。其结果为，直至利用模压成型而使玻璃原材料变形时为止，可以充分保持已软化的玻璃原材料的流动性和温度均匀性。

另一方面，根据这种下模11，玻璃原材料因模压成型而变形时，已软化的玻璃原材料效仿成型面17的凹凸而变形，因此可以增加玻璃原材料与成型面17的接触面积。其结果为，可以将玻璃原材料急速骤冷，因此形状固定良好，进而玻璃原材料的整体被均匀地冷却，因此也可以防止在玻璃内部产生应变(deformation)。

使用这种本实施方式的成型模具得到的成型体(光学元件坯料)的良品率高，成型精度优异，退火后的形状偏差少。因此，在后续工序中可以减少进行磨削/研磨时的加工量。

本实施方式的下模的成型面17的表面粗糙度(Rz)超过10μm，优选为12μm以上、更优选为20μm以上。在本实施方式的成型模具中，通过使成型面的表面粗糙度(Rz)为上述范围，在模压前可得到已软化的玻璃原材料的保温效果，在模压中可得到玻璃原材料的均匀的骤冷效果。

然而，成型面的表面粗糙度(Rz)为10μm以下的情况下，玻璃原材料与成型面的接触面积增加，因此难以得到已软化的玻璃原材料的保温效果。因此，若利用这种成型面进行模压成型，则容易产生龟裂/破裂或延展不良，良品率下降，并且成型精度和退火后后收缩恶化，因此所得到的光学元件坯料的形状偏差具有变大的倾向。

在本实施方式中，成型面17的表面粗糙度(Rz)的上限没有特别限定，但优选为50μm以下、更优选为40μm以下、进一步优选为30μm以下。成型面17的表面粗糙度越大，则所得到的成型体的表面粗糙度(Rz)也具有越大的倾向。因此，制作光学元件时的磨削/研磨工序中的加工量具有增加的倾向。

需要说明的是，在本实施方式中，表面粗糙度(Rz)是指基于2001年JIS标准B0601的最大高度(与基于1982年JIS标准B0601的Rmax含义相同)。该Rz为表面的凹凸的最低地点和最高地点之差。表面粗糙度(Rz)的测定可以利用基于JIS标准的手法、通过公知的测定装置来测定。

另外，期望的是，在本实施方式的成型模具中，成型面17的凹凸优选均匀地形成于成型面17的整个面上。

在本实施方式中，下模11中，使基材13的表面13A为成型面17。这种表面13A的形状按照遵循玻璃成型体(光学元件坯料)的形状的方式来形成，该玻璃成型体的形状为近似于作为最终产品的光学元件的形状。可以举出例如凸曲面状、凹曲面状、平面状等。进一步，成型面17具有适度的凹凸，因此基材表面13A的表面粗糙度(Rz)超过10μm。

另外，基材13的材质可以根据进行成型的玻璃的硬度或玻璃转变温度Tg等适宜选择，可以举出例如不锈钢、铸铁等。与铸铁相比，不锈钢的价格较高，但耐热性高、能够承受长期间的使用，因此适合于玻璃转变温度较高的玻璃材。另外，铸铁的价格便宜，且加工性好。因此，基材13的材质可以根据进行成型的玻璃的特性适宜选择。

此处，以图2为例对本实施方式的下模11进行了说明，但作为另一方式，可以为图3所示的下模11。图2中，基材表面13A为成型面17，但在图3中，基材表面13A上形成了覆膜15，使该覆膜15的表面为成型面17。

作为形成于基材表面13A上的覆膜15，可以举出例如以氧化物陶瓷作为主成分的氧化物陶瓷膜、或碳膜、碳化硅膜等。

尤其是通过使用氧化物陶瓷膜作为覆膜15，即使为在高温的氧化性气氛中进行模压成型的情况，也可以防止覆膜15的劣化、进而可以防止成型面17的化学性和物理性的劣化，是适宜的。

作为这种氧化物陶瓷膜，可以使用优选含有60质量％以上、更优选含有80质量％以上、进一步优选含有90质量％以上、特别优选含有95％以上的氧化物陶瓷的覆膜。

另外，作为这种氧化物陶瓷，可以举出例如选自由氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化镁和氧化钙组成的组中的至少一种。尤其是从覆膜的耐久性的观点出发，优选氧化硅。需要说明的是，氧化物陶瓷膜15可以由上述氧化物陶瓷的单质或混合物的任一者构成，但优选的是，期望由氧化硅的单质构成。

另外，作为上述氧化物陶瓷以外的成分，氧化物陶瓷膜例如可以包含氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、氧化铁(Fe2O3)、氧化铬(Cr2O3)、磷酸铝(AlPO4)等成分。这些成分可以有意地含有，也可以不可避免地(杂质程度)含有。需要说明的是，氧化物陶瓷膜15包含这些成分的情况下，其含量的合计优选为40质量％以下。若这些成分过多，则氧化物陶瓷膜15具有变脆的倾向，成型面具有因连续的模压成型而劣化的倾向。

另外，除上述成分之外，氧化物陶瓷膜可以包含在制造上无法排除的各种氧化物成分或金属成分等作为不可避免成分。

另外，图3所示的覆膜15的膜厚t优选为5μm以上、更优选为10μm以上、进一步优选为20μm以上。另外，覆膜15的膜厚t的优选的上限为80μm以下、更优选为50μm以下。若覆膜15的膜厚t变得过薄，则无法在成型面17形成充分的凹凸，成型面17的表面粗糙度(Rz)具有低于10μm的倾向。进一步，成型面17对于连续的模压成型的耐久性也具有下降的倾向。另外，覆膜15的膜厚t随着必要以上地变厚，则具有难以得到均匀的制膜的倾向。

需要说明的是，本实施方式的氧化物陶瓷膜的膜厚t是表示形成于成型面的氧化物陶瓷膜中的9处(例如，通过成型面的中心点而直交的2条线上的任意9处(成型面的中心点、和将成型面的半径设为r时的r/3以及2r/3的各4点))以上的平均膜厚。氧化物陶瓷膜的膜厚例如基于膜的断裂面的SEM来测定、或使用公知的超声波式膜厚测定器、电磁式膜厚计、β射线透过式膜厚计等来测定。

需要说明的是，图3所示的成型模具11的情况下，基材表面13A可以为较平滑的面，只要形成于基材表面13A的覆膜15的表面粗糙度(Rz)超过10μm即可。另外，从提高基材13和覆膜15的密合性的观点出发，优选通过选择两者的材质来使热膨胀系数接近。

＜成型模具的制造方法＞

接着，对图1所示的成型模具的制造方法的一例进行说明。

本实施方式的成型模具的制造方法具有下述工序：准备对应于上模和下模的基材的工序；和使所述上模和下模中的至少一者的成型面的表面粗糙度(Rz)超过10μm的工序。

如此制造的本实施方式的成型模具发挥对按压前的已软化的玻璃原材料进行保温的效果、和按压后的玻璃原材料的骤冷效果。

以下，对制作本实施方式的成型模具的方法进行说明。需要说明的是，以下，以下模11为例进行说明，省略了上模21，但也可以与下模11的情况相同。

本实施方式中，首先准备对应于下模11的基材13。基材13的材质根据进行模压成型的玻璃的材质(特性)或模压温度等适宜选择即可。另外，基材13的形状可以根据模压装置或作为目标的玻璃成型体(光学元件坯料)的形状适宜选择。

尤其是基材表面13A的形状，其按照遵循进行成型的玻璃成型体的形状的方式来形成，玻璃成型体近似于作为最终产品的光学元件的形状。因此，基材表面13A也根据作为最终产品的光学元件的形状适宜设定。例如可以为凸曲面状、凹曲面状、平面状等。

接着，在基材13的表面形成具有适度的凹凸的成型面17。具体而言，可以如图2那样，在基材13的表面形成适度的凹凸而作为成型面17，也可以如图3那样，在基材表面13A上形成覆膜15，形成具有适度的凹凸的成型面17。

如图2，在成型面17形成适度的凹凸时的加工方法没有特别限定，可以举出例如喷射(blast)加工或反向蚀刻加工、使用了切削工具的机械加工等。

另外，如图3，在基材表面13A上形成覆膜15的情况下，根据构成覆膜的材料，可以适宜选择涂布法或蒸镀法、镀覆法等，利用这些方法可以形成具有规定的膜厚和表面粗糙度的覆膜15。需要说明的是，覆膜15的表面可以按照预先为适度的凹凸的方式进行成膜，也可以按照暂时为平滑的表面的方式进行成膜，之后利用喷射加工或反向蚀刻加工等加工为具有适度的凹凸的成型面17。

以下，以图3所示的下模11为例，具体对本实施方式的成型模具的制造方法进行说明。需要说明的是，作为覆膜15，以形成氧化物陶瓷膜的情况为例进行说明。

本实施方式中，首先准备涂布溶液。本实施方式中，由涂布溶液形成氧化物陶瓷膜15。涂布溶液至少包含氧化物陶瓷和溶剂而构成。

作为氧化物陶瓷，可以举出例如选自由氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化镁和氧化钙组成的组中的至少一种。其中，从耐久性的观点出发，优选为氧化硅。需要说明的是，氧化物陶瓷可以仅使用1种，也可以组合使用2种以上。

另外，作为氧化物陶瓷，可以优选使用平均粒径为5μm以下的粉末、更优选使用1μm以下的粉末。若氧化物陶瓷的粒径变得过大，则具有难以形成均匀的覆膜的倾向。

另外，作为溶剂，可以使用水或有机溶剂。

本实施方式的涂布溶液至少混合氧化物陶瓷和溶剂而成。对于混合方法，没有特别限定，可以使用公知的方法。另外，对于氧化物陶瓷和溶剂的混合比率，也没有特别限定，与一般的涂料同样，可以按照成为对应于涂布方法的所期望的的粘度的方式适宜调节。

另外，涂布溶液中可以含有上述以外的陶瓷或氧化物等作为上述氧化物陶瓷以外的固体成分。其中，这些成分的总含量优选为固体成分整体(包括氧化物陶瓷)的40质量％以下。

进一步，涂布溶液中可以根据需要含有各种分散剂、粘结材、增塑剂等添加物。这些添加物的总含量期望为涂布溶液整体的10质量％以下。

另外，本实施方式的涂布溶液优选含有胶态二氧化硅作为粘结剂。胶态二氧化硅在烧制后以氧化硅的形式构成氧化物陶瓷膜，因此能够形成牢固的膜。

接着，准备对应于下模11的基材13。进一步，关于基材表面13A，根据需要可以实施喷射加工等前处理。另外，期望的是，基材表面13A预先除去油脂或磨削屑等废物。通过实施这些处理，可以提高基材表面13A与氧化物陶瓷膜15的密合性。

接着，将涂布溶液涂布于基材表面13A[涂布工序]。涂布方法可以根据欲形成的氧化物陶瓷膜15的膜厚t或成型面17的表面粗糙度(Rz)等适宜选择，可以利用公知的方法进行。可以举出例如喷涂(spray coat)法、毛刷涂布(brush coating)法、浸渍法等方法。

关于涂布量，可以根据欲形成的氧化物陶瓷膜15的膜厚t适宜调整。例如使膜厚t变厚的情况下，优选分成2次以上进行重新涂覆。若一次便涂布大量的涂布溶液，则干燥后的氧化物陶瓷膜有时会产生龟裂。另外，因基材的形状，干燥后的氧化物陶瓷膜的膜厚有时会产生偏差。

例如，如图3所示，成型面17期望追从于基材表面13A的形状。但是，如基材13那样，表面13A为凹面的情况下，若大量将涂布溶液涂布于表面13A，则分散于涂布溶液中的氧化物陶瓷凝集在表面13A上的凹部而变得容易沉淀。其结果为，对于干燥后的氧化物陶瓷膜的膜厚而言，与外周相比，中心部分较厚，有时成型面17和表面13A在曲率方面会产生差异。若利用这种成型面17进行模压成型，则在成型体中有时会产生形状不良。

需要说明的是，进行重新涂覆的情况下，期望对涂布面进行适度的干燥，例如优选用手指接触涂布面确认进行了适度的干燥后，进行重新涂覆。

接着，对涂布了涂布溶液的成型模具进行干燥[干燥工序]。干燥温度可以为常温～200℃。另外，干燥时间可以根据溶剂的种类或涂布量适宜调节，可以为1小时～6小时左右。

之后，对于涂布面充分干燥的成型模具进行烧制，从而将涂布材料固化〔烧制工序〕。烧制条件可以根据氧化物陶瓷的种类或膜厚等适宜调节，烧制温度可以为90～150℃、烧制时间可以为10分钟～1小时左右。

需要说明的是，上述烧制工序为任意的工序。即，需要在后述的模压工序中将成型模具控制为规定的温度，因此也可以通过此时的加热兼具上述烧制工序中的成型模具的烧制(涂布材料的固化)。

利用这种方法，关于作为本实施方式的成型模具的一部分的下模11，可以在基材表面3A的表面形成具有陶瓷膜15的成型面。此处，氧化物陶瓷膜15密合于基材表面13A上，即使在大气中被加热、加压也不会从基材13剥离。

如此得到的氧化物陶瓷膜15的表面具有适度的凹凸。即，通过在基材表面13A上固化涂布材料，而烧结氧化物陶瓷的颗粒，成为表面粗糙度超过10μm的成型面17。

需要说明的是，在本实施方式中，通过适宜调整涂布溶液的浓度或组成、氧化物陶瓷的种类或粒径、涂布在基材表面13A上的涂布方法或涂布量等，可以形成具有所期望的表面粗糙度(Rz)的成型面17。例如具有以下倾向：涂布溶液的浓度低的情况下，表面粗糙度变得较小；涂布溶液的浓度高的情况下，表面粗糙度变得较大。

＜研磨用玻璃光学元件坯料的制造方法＞

本实施方式的研磨用玻璃光学元件坯料的制造方法包括下述工序：

准备本实施方式的成型模具的工序；和

模压工序，其中，在大气气氛下对由光学玻璃构成的玻璃原材料进行再加热后，利用所述成型模具对已软化的所述玻璃原材料进行模压成型。

以下，以研磨用玻璃透镜坯料为例，对研磨用玻璃光学元件坯料(以下有时仅称为“光学元件坯料”)的制造方法的一个实施方式进行说明。具体而言，一边参照图4一边对使用了图1所示的本实施方式的成型模具的模压工序的一例进行说明。需要说明的是，本发明并不受以下实施方式的任何限定，在本发明的目的的范围内可以施加适宜变更来实施。

首先，作为成型模具，准备图1所示的成型模具。即，准备具有表面粗糙度(Rz)超过10μm超的成型面17的下模11、具有表面粗糙度(Rz)超过10μm的成型面17的上模21和筒模30。进一步，成型模具预先进行加热。成型模具的加热温度优选根据进行成型的玻璃原材料来适宜调整，但期望的是，成型模具的温度按照成为欲成型的玻璃原材料的弛垂温度(Ts)付近的温度的方式预先进行加热。

另一方面，准备必要数量的被加工为规定形状(例如多面体形状、圆盘形状、旋转椭圆形状等)、规定重量(作为目标的光学元件以上的重量)的玻璃原材料40a。作为玻璃原材料40的材质，没有特别限定，可以列举(1)至少含有P、O和F作为玻璃成分的氟磷酸盐系玻璃、(2)在玻璃成分中较多地含有B2O3、La2O3的硼酸镧系玻璃、(3)在玻璃成分中较多地含有SiO2、TiO2的SiO2-TiO2系玻璃、(4)以P2O5作为主成分、且含有由Nb、Ti、Bi和W构成的易还原成分的磷酸铌系光学玻璃。

玻璃原材料40a的成型方法没有特别限定。可以举出例如：将成型为板状的玻璃板切断而得到的约呈六面体形状的玻璃片、以等间隔将圆柱状的玻璃原材料切断而得到的圆盘状的玻璃片、利用承接模具来承接由喷嘴流下的熔融玻璃然后成型为旋转椭圆形状并进行冷却而得到的玻璃片等。

接着，将预先加热而软化的玻璃原材料40a供给至下模11。之后，将上模21插入筒模30。图4(A1)中，由上模21产生的负荷并未施加于玻璃原材料40a，因此保持了已软化的玻璃原材料40a的形状。

接着，将玻璃原材料40a与成型面17的接触部分的放大图示于图4(A2)。如图4(A2)所示，成型面17具有适度的凹凸(超过10μm的表面粗糙度)，投入至成型面17上的玻璃原材料40a在按压前主要与成型面17的凸部接触。因此，与现有的平滑的成型面相比，本实施方式的成型面17的情况下，可以减少已软化的玻璃原材料40a与成型面17的接触面积。

在现有的成型模具中，成型面比较平滑，因此投入的玻璃原材料与成型面在面处接触。因此，成型模具的温度低的情况下，在玻璃原材料与成型面的接触部分，温度下降显著，到成型时无法保持适于模压成型的玻璃的粘度，除此之外，玻璃原材料容易在与成型面接触的部分和不接触的部分产生温度分布。这种粘度的上升或温度分布是模压成型时的成型不良或裂纹的发生、玻璃内部的应变的发生等不良情况的主要原因。

与此相对，在本实施方式的成型模具中，成型面17具有适度的凹凸，从而热从玻璃原材料40a向成型面17的移动缓和。其结果为，能够防止玻璃原材料40a的投入时的玻璃原材料40a的温度下降(粘度上升)，至按压时为止可以充分维持玻璃原材料40a的流动性和温度均匀性。因此，在模压成型时，能够对具有适度的流动性和温度均匀性的玻璃原材料40a进行按压，能够提高成型精度和良品率。

另外，为了防止玻璃的热粘，优选在玻璃原材料40a和成型面17、27的至少一者上涂布脱模剂。作为脱模剂，例如使用氮化硼、氧化铝、氧化硅、氧化镁等的粉末状脱模剂。需要说明的是，本实施方式的成型模具在成型面17、27具有适度的凹凸，因此在进行成型体的脱模后，脱模剂容易残留于成型面17、27。

接着，如图4(B1)所示，使上模21下降从而按压玻璃原材料40a，将玻璃原材料40a模压成型为效仿上下模的成型面形状的形状，从而得到光学元件坯料40b。

模压成型时的玻璃原材料40a优选保持10⁴～10⁶dPa·s的粘度。尤其是，根据本实施方式的成型模具，利用成型面17的凹凸来降低玻璃原材料40a与成型面17的接触面积，因此至即将进行按压为止都能够维持适于模压成型的温度(粘度)。需要说明的是，模压成型在大气中进行。

另外，除了如图4(B1)所示的具有凸面和凹面的形状之外，光学元件坯料40b的形状只要为双凸形状、具有凸面和平面的形状、具有凹面和平面的形状、双凹形状等与作为目标的玻璃光学元件的形状近似的形状就没有特别限定。

成型得到的光学元件坯料40b从成型模具取出，根据需要实施用于消除应变的热处理(退火处理)。根据本实施方式的成型模具11，可以得到退火处理后的形状偏差少的光学元件坯料40b。

将对玻璃原材料40a进行按压后的玻璃原材料(光学元件坯料40b)与成型面17的接触部分的放大图示于图4(B2)。如图4(B2)所示，使上模21下降而对玻璃原材料40a进行按压时，玻璃原材料40a追从于具有凹凸的成型面17。其结果为，在按压前仅在成型面17的凸部处接触的玻璃原材料40a在按压后与凹部接触。

本实施方式的成型面17具有适度的凹凸，因此与现有的平滑的成型面相比，表面积大。因此，与现有的成型面相比，在按压时成型面与玻璃原材料的接触面积增加。

其结果为，与现有的平滑的成型面相比，玻璃原材料以较大的面积与成型面接触，因此成型体的冷却速度加快，形状固定良好地进行，形状精度提高。

进一步，根据本实施方式的成型模具，利用成型面的保温效果能够防止在按压前的玻璃原材料产生温度分布，进一步在按压时能够一边保持玻璃原材料的温度均匀性一边进行骤冷。因此，在玻璃成型体40b的内部难以产生应变，即使对成型体(光学元件坯料)进行退火，收缩也少，也能够降低形状偏差。

如此若使用本实施方式的成型模具来制作光学元件坯料，则能够在模压成型时防止裂纹(所谓的龟裂/破裂)或延展不良，能够以高良品率得到成型精度优异的光学元件坯料。

另外，使用本实施方式的成型模具制作的光学元件坯料具有追从于成型面17的形状。即，本实施方式的光学元件坯料中，主表面为被成型面，上述主表面具有适度的凹凸。这种光学元件坯料的主表面的表面粗糙度(Rz)优选为8μm以上、更优选为10μm以上、进一步优选为20μm以上、特别优选为22μm以上、更加优选为25μm以上。

利用这种光学元件坯料制作光学元件时，即使从开始就使用粒度较细的磨石，也能够通过形成于主表面的适度的凹凸来防止磨石的滑动，可以进行良好的磨削加工。利用这种磨削加工，在磨削时产生的微小裂纹不会极端地波及到玻璃的深部(例如停留在自表面起15μm以下)，容易在后续工序中将微小裂纹除去。

需要说明的是，本实施方式的光学元件坯料的主表面的表面粗糙度(Rz)的优选的上限为50μm左右。主表面的表面粗糙度(Rz)过大的情况下，制作光学元件时的磨削/研磨加工的加工量和加工时间具有增加的倾向。

即，根据本实施方式的光学元件坯料，在制作光学元件时的磨削和研磨工序中，能够减少加工量或加工时间，能够提高光学元件的生产率。

＜光学元件的制造方法＞

本实施方式的光学元件的制造方法包括下述工序：

对由本实施方式的光学元件坯料的制造方法制作的光学元件坯料进行磨削的磨削工序；和

对经由所述磨削工序的研磨用光学元件坯料进行研磨的研磨工序。

作为由这种方法得到的光学元件，可以举出例如球面透镜、非球面透镜、微距透镜、透镜阵列等各种透镜；棱镜、衍射光栅等。

以下，以光学透镜为例对光学元件的制造方法的一个实施方式进行说明。具体而言，一边参照图5一边对图4所示的研磨用玻璃透镜坯料40b(以下有时仅称为“透镜坯料”。)的磨削和研磨工序进行说明。需要说明的是，本发明不受以下的实施方式的任何限定，在本发明的目的的范围内，可以施加适当的变更来实施。

磨削工序是使用金刚石磨石等磨削用磨石、将玻璃光学元件坯料40b的两面磨削为规定的曲率半径的工艺。另外，研磨工序是使用研磨盘、将氧化铈等游离磨粒作为研磨剂而对进行了磨削加工的光学元件坯料的两面进行研磨的工艺。

在图5所示的步骤S10中，首先进行透镜坯料40b的主表面的球面磨削工序(CG加工)。作为用于CG加工的曲线产生器(curve generator)，没有特别限定，使用金刚石磨石等公知的曲线产生器。在该CG加工中，以数十μm～数百μm的加工量对透镜坯料的表面进行粗磨削加工，按照接近于最终透镜形状的曲率的方式对两面进行磨削。另外，CG加工例如使用由金刚石颗粒构成的磨粒的粒径为20～60μm(用粒度表示为#800～#400)的磨石，在供给磨削液的同时进行磨削。需要说明的是，磨粒的粒径越小则粒度表示的数值越大。

通常，在CG加工等磨削处理中，在加工后的光学元件坯料的表面上重新产生了无数的微小裂纹。越是磨粒的粒径大的磨石，这种微小裂纹则越具有容易波及玻璃的深部的倾向，极度深的裂纹难以在后续工序(精磨削等)中除去。与此相对，使用磨粒的粒径较小的磨石的情况下，因磨削加工产生的微小裂纹不会极端地变深(例如停留在自表面起15μm以下)，容易在后续工序中将微小裂纹除去。

因此，从减少加工量或加工时间的观点出发，期望可以利用磨粒的粒径较小的磨石开始CG加工。但是，利用粒径小的磨石进行加工的情况下，被加工面越平滑，磨石越容易滑动，具有无法进行良好的加工的倾向。因此，利用现有的平滑的成型面制作的光学元件坯料的情况下，难以从粒径小的磨石开始CG加工，因此一般为使用粒径大的磨石进行一次表面加工后，利用粒径小的磨石对适度形成了凹凸的加工面进行加工。

但是，利用本实施方式的研磨用光学元件坯料，被成型面已经具有适度的凹凸，因此即使为粒径较小的磨石，也能够开始CG加工，能够减少后续工序中的磨削和研磨加工的加工量以及加工时间。

在接下来的步骤S11中，进行基于精磨削工序的平滑加工(SM加工)。SM加工可以是一阶段的加工，但也可以是多阶段的加工。作为SM加工中使用的磨石，可以并用金属粘结剂的磨石和树脂粘结剂磨石、或者可以仅使用树脂粘结剂磨石。需要说明的是，在本实施方式中，在这些SM加工中，优选不使用金属粘结剂的磨石，而仅使用树脂粘结剂磨石来进行加工。另外，树脂粘结剂磨石优选使用磨粒的粒径为8～20μm(用粒度表示为#2500～#1200)的磨石。

接着，在步骤S12中，进行研磨加工。在研磨工序中，使用包含5μm以下的粒径的研磨磨粒(例如酸化铈的游离磨粒)的研磨液对表面进行研磨，研磨数μm～十数μm。通过该研磨工序，形成了光学透镜主体的光学透镜面。

最后，利用步骤S13进行定心工序，但根据不同情况也可以省略定心工序。定心工序中，例如进行以下加工：用一对透镜保持架夹持光学透镜主体进行定心，在使透镜主体绕其中心线旋转的同时，用金刚石磨石等将透镜主体的侧周面磨削成正圆形。

如此可以得到双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、弯月形凸透镜、弯月形凹透镜等各种光学透镜。

另外，根据使用目的，可以在得到的透镜的光学功能面涂布防反射膜、全反射膜等。

在这种本实施方式的光学透镜的制造方法中，使用了本实施方式的光学元件坯料，因此能够大幅缩减上述磨削工序和研磨工序中的加工量和加工时间、能够提高生产率。

需要说明的是，本发明不受上述的实施方式限定，能够在本发明的范围内进行各种改变。

例如，在上述的本实施方式的成型模具中，示出了仅在下模和上模的成型面形成适度的凹凸的示例，但只要能够顺利地进行模压成型，对于筒模，也可以形成适度的凹凸。

另外，在上述的实施方式的图1中，以用于制作研磨用玻璃透镜坯料的成型模具为例进行了说明，但本发明不限于这种成型模具。即，本发明的成型模具适合作为在各种各样的种类的光学元件坯料的制作中所使用的成型模具。

【实施例】

1.成型模具的准备

＜成型模具I＞

作为成型模具的基材，准备不锈钢制的上模、下模和筒模。

上模和下模的基材表面未进行加工而直接作为成型面。如此得到的成型模具I中，成型面的表面粗糙度(Rz)为2μm。需要说明的是，成型面的表面粗糙度(Rz)的测定使用Mitutoyo社制轮廓测量装置(form tracer)CS3000、基于JIS标准B0601来进行。以下同样。

＜成型模具II＞

首先，在将氧化硅作为主成分、将胶态二氧化硅作为粘结剂的涂布材料中加入作为溶剂的水，充分搅拌，得到所期望的粘度的涂布溶液。

接着，作为成型模具的基材，准备不锈钢制的上模、下模和筒模。

将预先调节为适度的粘度的涂布溶液填充至气刷(air brush)，在上模和下模的表面中的对应于成型面的面的整个面，将涂布溶液喷雾化而均匀地进行喷涂。

在常温下使涂布了涂布溶液的面干燥后，反复2次喷涂。之后，将形成了涂布材的成型模具投入加热炉中，在大气气氛下于150℃烧制1小时。

如此得到的成型模具II中，成型面的表面粗糙度(Rz)为11μm。

＜成型模具III＞

对于成型模具III而言，提高涂布溶液的浓度而使成型面的表面粗糙度(Rz)为25μm，除此之外，利用与成型模具II同样的方法进行制作。

＜成型模具IV＞

对于成型模具IV而言，进一步提高涂布溶液的浓度而使成型面的表面粗糙度(Rz)为40μm，除此之外，利用与成型模具II同样的方法进行制。

＜成型模具V＞

作为成型模具的基材，准备不锈钢制的上模、下模和筒模。

利用喷砂(sand blast)对上模和下模的成型面进行加工。

如此得到的成型模具V中，成型面的表面粗糙度(Rz)为21μm。

2.透镜坯料的制作

接着，使用上述成型模具I～V制作了透镜坯料。使用任一成型模具的情况下，均按照下述的透镜坯料的制作顺序来进行。

＜透镜坯料A＞

首先，准备氟磷酸盐系玻璃原材料(旋转椭圆形状、质量16g、Tg＝404℃、Ts＝444℃)。接着，在玻璃原材料的表面涂布粉末状的脱模剂(氮化硼)。另外，在再加热用装置的软化用托盘也涂布脱模剂。

将涂布了脱模剂的玻璃原材料供给至托盘，投入设定为450～700℃的加热炉中，在大气气氛下进行再加热。再加热后的模压成型用光学玻璃原材料软化为约10⁵dPa·s的粘度。

接着，通过再加热，在大气气氛下使用成型模具对已软化的玻璃原材料进行模压成型，制作了单面凸状、直径40mm、高度5mm的透镜坯料A。需要说明的是，在成型模具的成型面预先涂布了脱模剂，成型模具按照为弛垂点(Ts)附近的温度的方式预先进行了加热。

3.评价(1)

关于成型模具I～V，进行了成型模具的评价。具体而言，利用上述方法分别制作了一定数量(制作的坯料的总数示于表1)的透镜坯料，对得到的透镜坯料的不良品的发生率进行了评价。尤其是，关于不良品的发生率，评价了不良品的详细内容。进一步，测定了所得到的透镜坯料的主表面的表面粗糙度(Rz)。结果示于表1。

需要说明的是，表1所示的透镜坯料的表面粗糙度(Rz)示出了使用各成型模具制作规定数量的透镜坯料时的表面粗糙度(Rz)的范围。需要说明的是，所得到的透镜坯料的主表面处的表面粗糙度(Rz)的测定是使用Mitutoyo社制轮廓测量装置CS3000、基于JIS标准B0601来进行的。

【表1】

如表1所示，使用相当于本发明的比较例的成型模具I的情况下，在得到的透镜坯料中大量产生延展不良或龟裂·破裂，产生了16％的不良品。

与此相对，使用本发明的成型模具II～V的情况下，在得到的透镜坯料中，由延展不良或龟裂·破裂导致的不良品的发生极少，不良品率为1.3％以下。

4.评价(2)

接着，关于使用成型模具I、成型模具II和成型模具III而得到的透镜坯料，进行龟裂·破裂与成型模具的温度的关系的评价。

具体而言，严密地进行成型模具的加热时的温度控制，将各自的成型模具的温度调整为表2所示的规定的温度(380～440℃)，除此之外，与上述的制作顺序同样地制作了透镜坯料A。进一步，利用下述条件制作了透镜坯料B。

＜透镜坯料B＞

首先，准备硼酸镧系玻璃原材料(旋转椭圆形状、质量21g、Tg＝655℃、Ts＝690℃)。接着，在玻璃原材料的表面涂布粉末状的脱模剂(氮化硼)。另外，在再加热用装置的软化用托盘也涂布脱模剂。

将涂布了脱模剂的玻璃原材料供给至托盘，投入设定为700～900℃的加热炉中，在大气气氛下进行再加热。再加热后的模压成型用光学玻璃原材料软化为约10⁵dPa·s的粘度。

接着，通过再加热，在大气气氛下使用成型模具对已软化的玻璃原材料进行模压成型，制作了单面凸状、直径30mm、高度4mm的透镜坯料B。需要说明的是，在成型模具的成型面预先涂布了脱模剂，成型模具按照为表2的温度(680～740℃)的方式预先进行了加热。

在得到的透镜坯料中产生了龟裂·破裂的情况下，评价为成型不良。评价结果示于表2。需要说明的是，在表2中，×意味着成型不良、○意味着成型良好。

【表2】

如表2所示，在相当于本发明的比较例的成型模具I中，成型模具的温度仅稍向低温侧移动，就确认到了龟裂·破裂的产生。

如成型模具I那样，抑制低温侧的区域的成型不良的情况下，需要提高成型模具的温度，但若成型模具的温度高，则容易产生玻璃与成型模具的热粘，并且成型后的形状偏差变大。因此，可知使用成型模具I制作透镜坯料会导致生产率和品质的下降。

与此相对，在本发明的成型模具II和III中，确认到成型模具的温度即使稍许向低温侧移动也能够进行良好的成型。

5.评价(3)

接着，关于使用成型模具I、成型模具III而得到的透镜坯料A，评价了第1面和第2面的形状误差。具体而言，使用环式简易曲率计(Mitutoyo社制Digimatic Indicator ID-CX和Original Ring Gauge)，对透镜坯料A的ΔH进行测定，将该ΔH作为形状评价的指标。结果示于图6。

如图6(A)所示，在使用相当于本发明的比较例的成型模具I制作的透镜坯料A中，第1面和第2面均存在ΔH值的偏差，即，确认到了透镜坯料的形状存在较大的偏差。

与此相对，利用本发明的成型模具III，如图6(B)所示，在透镜坯料A的第1面和第2面中，ΔH值均归纳在较窄的范围，确认到了形状精度的提高。

6.评价(4)

接着，关于使用成型模具I、成型模具III而得到的透镜坯料A，对退火处理后的第1面和第2面的形状误差进行了评价。具体而言，使用环式简易曲率计(同上)，对透镜坯料A的ΔH进行测定，将该ΔH作为退火前的形状误差。接着，在Tg-10℃、120分钟、大气气氛下的条件下对该透镜坯料A进行加热，进行退火处理，再次测定ΔH，作为退火后的形状误差。结果示于图7。

如图7(A)所示，在使用相当于本发明的比较例的成型模具I而制作的透镜坯料A中，在退火后，在第1面和第2面也均产生了ΔH值的偏差，即确认到了透镜坯料的形状存在较大偏差。进一步，在退火的前后也确认到形状产生了偏离。

与此相对，在使用本发明的成型模具III而制作的透镜坯料A中，如图7(B)所示，在退火后，第1面和第2面中ΔH值均归纳在较窄的范围，即确认到了形状精度的提高。进一步，确认到了退火前后的形状的偏离也少。

符号的说明

11…下模

21…上模

13，23…基材

13A…基材表面

15…覆膜(氧化物陶瓷膜)

17、27…成型面

30…筒模

40a…已软化的玻璃原材料

40b…研磨用玻璃光学元件坯料