压制成型用玻璃坯料和其制造方法以及光学元件的制造方法与流程

本发明涉及压制成型用玻璃坯料以及压制成型用玻璃坯料的制造方法，特别涉及具有至少一个凸面的压制成型用玻璃坯料、压制成型用玻璃坯料的制造方法以及光学元件的制造方法。

背景技术：

作为制造具有至少一个凸面的光学元件(玻璃透镜)的方法之一，具有下述成型方法：利用成型模具对具有至少一个凸面的压制成型用玻璃坯料进行压制。

经由定心工序等冷加工而形成的压制成型用玻璃坯料的侧端面一般具有磨砂状的粗面，该粗面具备锐角的凹凸。因此，在上述的成型方法中，锐角的凹凸的前端部有时会从压制成型用玻璃坯料的侧端面以微小颗粒的形式脱离，落在成型模具上。另外，会产生下述问题：这种微小颗粒在压制成型中会进入压制成型用玻璃坯料与成型模具之间，在压制成型得到的光学元件(玻璃透镜)的表面产生点状的不良部分。

为了应对这种问题，提出了下述处理方案：在压制成型之前，对压制成型用玻璃坯料的侧端面进行加热从而将具有锐角的凹凸的表面熔融，由此使锐角的凹凸的前端部钝角化，防止微小颗粒从侧端面脱离(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2011-16675号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，即使为进行了专利文献1所述的处理的情况，在压制成型用玻璃坯料的侧端面依然会残留有凹凸形状。

另一方面，在压制成型时，通过成型模具使压制成型用玻璃坯料变形时，邻接于凸面的侧端面卷入成型模具的成型面侧而被压制，构成了压制成型得到的光学元件(玻璃透镜)的边缘部。

对于残留有凹凸形状的侧端面通过压制而成型得到的成型面而言，其具有形状不良，因此产生无法得到所期望的光学性能的问题。由此，不得不将该具有形状不良的部分废弃，导致玻璃坯料浪费的増加、即成本增大。

本发明是鉴于这种课题而完成的，其可以在不损害压制成型得到的光学元件的形状精度的情况下得到所期望的光学性能，以低成本提供压制成型用玻璃坯料、压制成型用玻璃坯料的制造方法以及光学元件的制造方法。

用于解决问题的手段

本发明涉及一种压制成型用玻璃坯料，其具备：

表面粗糙度Ra为第1表面粗糙度Ra1的至少一个凸面；和

配置于所述凸面的周围且表面粗糙度Ra为第2表面粗糙度Ra2的侧端面，

第2表面粗糙度Ra2小于0.10μm，并且第2表面粗糙度Ra2大于第1表面粗糙度Ra1。

本发明还涉及一种压制成型用玻璃坯料的制造方法，其具备下述工序：

准备工序，用于准备压制成型用玻璃坯料材料，该压制成型用玻璃坯料材料具有至少一个凸面、和配置于凸面的周围且表面粗糙度Ra大于凸面的第1表面粗糙度Ra1的侧端面；和

研磨工序，用于对侧端面进行研磨，从而得到表面粗糙度Ra小于0.10μm、且大于凸面的所述第1表面粗糙度Ra1的表面粗糙度Ra。

根据本发明的压制成型用玻璃坯料以及压制成型用玻璃坯料的制造方法，在侧端面的第2表面粗糙度Ra2大于至少一个凸面的第1表面粗糙度Ra1的情况下，第2表面粗糙度Ra2小于0.10μm。因此，即使邻接于凸面的侧端面卷入成型模具的成型面侧而被压制，也可以在不损害形状精度的情况下得到具有良好的光学性能的光学元件。

发明效果

根据这种构成的本发明，可以在不损害压制成型得到的光学元件的形状精度的情况下得到所期望的光学性能，能够以低成本提供压制成型用玻璃坯料、压制成型用玻璃坯料的制造方法以及光学元件的制造方法。

附图说明

图1是压制成型用玻璃坯料的示意性侧面图。

图2是经过定心加工、且具有磨砂状侧端面的压制成型用玻璃坯料材料的截面图。

图3是表示针对压制成型用玻璃坯料材料的侧端面的研磨时间与表面粗糙度Ra2(第2表面粗糙度)的关系的图表。

图4是表示一面为凸面、另一面为平坦面、且具备配置于凸面和平坦面之间的周围的侧端面的压制成型用玻璃坯料的截面图。

图5是表示一面为凸面、另一面为凹面、且具备配置于凸面和凹面之间的周围的侧端面的压制成型用玻璃坯料的截面图。

图6是说明压制成型用玻璃坯料材料的研磨工序的一例的示意性侧面图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明的压制成型用玻璃坯料、压制成型用玻璃坯料的制造方法以及光学元件的制造方法的一个实施方式进行详细说明。

本说明书中，“压制成型用玻璃坯料”主要是用于模压成型的玻璃坯料，是指冷预成型件。冷预成型件是指经由定心加工等冷加工而形成的预成型件(preform)。另外，“压制成型用玻璃坯料材料”是用于形成本说明书中的“压制成型用玻璃坯料”的前阶段的冷预成型件，特别是指经过定心加工且具有磨砂状侧端面的冷预成型件。除此之外，对于“压制成型用玻璃坯料材料”而言，其侧端面比磨砂状平坦，但是从本发明中作为课题的确保压制成型后的光学元件的形状精度的观点出发，也包括不适于压制成型的冷预成型件。

压制成型用玻璃坯料或压制成型用玻璃坯料材料的“侧端面”不仅是指压制成型用玻璃坯料或压制成型用玻璃坯料材料的外周面，在设置有倒角部的情况下也包括该倒角部。

“表面粗糙度Ra”是指基于2001年JIS标准B601的算术平均粗糙度。表面粗糙度Ra的测定可以利用基于JIS标准的方法、使用已知的测定装置来进行测定。

(压制成型用玻璃坯料)

图1是本实施方式的压制成型用玻璃坯料10的示意性侧面图。压制成型用玻璃坯料10具备表面粗糙度Ra为第1表面粗糙度Ra1的至少一个凸面10a、和配置于凸面10a的周围且表面粗糙度Ra为第2表面粗糙度Ra2的侧端面11，第2表面粗糙度Ra2小于0.10μm，并且，第2表面粗糙度Ra2大于第1表面粗糙度Ra1。

另外，压制成型用玻璃坯料10的侧端面11从凸面10a的外边缘向外侧连续地设置。凸面10a可以为球面形状。对于压制成型用玻璃坯料10的形状，作为示例，为弯月形凹状。

进一步，如图1所示，压制成型用玻璃坯料10还具备连结面40，该连结面40配置于与凸面10a相反的面并连结于侧端面11，可以使连结面40的表面粗糙度Ra(以下简称为“表面粗糙度Ra3”)小于0.10μm。需要说明的是，在图1中，连结面40为平面形状。

需要说明的是，如上所述，侧端面11包括压制成型用玻璃坯料10的外周面11a及其倒角部11b。

本实施方式中所使用的压制成型用玻璃坯料10例如为以硼酸和稀土元素氧化物为主要成分的硼酸镧系玻璃。需要说明的是，本发明的压制成型用玻璃坯料的材料并不限于硼酸镧系玻璃，例如可以为以磷酸盐为主要成分的磷酸盐玻璃、以二氧化硅为主要成分的二氧化硅系玻璃。

从侧端面的研磨加工性的观点出发，对于本实施方式的压制成型用玻璃坯料10的物性而言，优选使用磨损度(F_A)为400以下的材料。压制成型用玻璃坯料10的磨损度(F_A)更优选为200以下、进一步优选为100以下。

同样，从侧端面的研磨加工性的观点出发，本实施方式的压制成型用玻璃坯料10的努氏硬度优选为400MPa以上。压制成型用玻璃坯料10的努氏硬度进一步优选为500MPa以上、更优选为600MPa以上。

需要说明的是，磨损度(F_A)和努氏硬度通过以下的步骤求出。

磨损度(F_A)如下算出：将测定面积为9cm²的试料保持在距每分钟水平旋转60次的铸铁制平面器皿中心80mm的恒定位置，每5分钟固定供给在平均粒径20μm的氧化铝磨粒10g中添加了20ml水的抛光液，施加9.807N的负荷，进行抛光。另外，称量研磨前后的试料质量，求出磨损质量m，对于由日本光学硝子工业会制定的标准试料(BSC7)进行同样的测定而得到磨损质量m₀，将上述磨损质量m和磨损质量m₀代入下式，算出磨损度(F_A)。

F_A＝{(m/d)/(m₀/d₀)}×100

此处，d为试料的比重，d₀为标准试料(BSC7)的比重。

努氏硬度如下求出：在平面研磨后的玻璃面，以0.9807N的负荷压下相对棱夹角为172°30’和130°的、横截面为菱形的金刚石四棱锥压头，上述压下进行15秒，从而形成凹痕，对产生的永久凹痕的长边的对角线的长度进行测定，通过下式求出努氏硬度。

Hk＝1.451·(F/l²)

此处，F为负荷(N)、l为凹痕的长边的对角线的长度(mm)。

接着，关于压制成型用玻璃坯料10的侧端面11的表面粗糙度Ra2以及凸面10a的表面粗糙度Ra1与压制成型得到的光学元件的形状精度的关系，进行详细说明。此处，压制成型用玻璃坯料材料10’的侧端面11的表面粗糙度Ra2的调整、即平坦化是通过已知的研磨加工进行的。

图2是经过定心加工、且具有一个凸面10a’和配置于凸面10a’的周围的磨砂状侧端面11’的压制成型用玻璃坯料材料10’的截面图。对于压制成型用玻璃坯料材料10’的形状而言，作为示例，为与图1同样的弯月形凹状。需要说明的是，在侧端面11’的一端形成有倒角部11b。需要说明的是，图1和图2中，凸面10a和10a’的表面粗糙度Ra1相同。

另外，如图2所示，压制成型用玻璃坯料材料10’在凸面10a’的相反一面进一步具备连结于侧端面11’的连结面40’。需要说明的是，在图2中，连结面40’为平面形状。

图3是表示针对图2的压制成型用玻璃坯料材料10’的侧端面11’的研磨时间与表面粗糙度Ra2(第2表面粗糙度)的关系的图表。研磨时间为0～300s。需要说明的是，研磨时间0的Ra2意味着定心加工后的磨砂状侧端面的表面粗糙度。表面粗糙度Ra测定时的基准长度l为0.85mm。压制成型用玻璃坯料材料10’使用了硼酸镧系玻璃。需要说明的是，表面粗糙度Ra的测定使用了Taylor Hobson社制造的Form Talysurf(类型名：Laser 635)。

如图3所示，关于侧端面的表面粗糙度Ra2，在研磨时间为120s以下的情况下，相对于研磨时间的増加显示出缓慢的减少倾向，若研磨时间超过120s则急剧下降。另外，在140s以上的情况下，小于0.10μm。与此相对应，若研磨时间超过120s、为140s以上，则目视观察到侧端面从雾面变化为光泽面。

表1表示相对于各研磨时间的、侧端面的表面粗糙度Ra2以及对压制成型用玻璃坯料材料10’进行压制成型而得到的光学元件的形状精度的指标。表1的“光学元件的形状精度”中，○表示在光学性能上确保了充分的形状精度的情况、×表示产生了形状不良的情况。另外，虽然未记载于表1，但压制成型用玻璃坯料10的凸面10a的表面粗糙度Ra1为0.0025μm。

【表1】

由图3和表1可知，从确保光学元件的形状精度的观点出发，优选的是，压制成型用玻璃坯料10的侧端面11的表面粗糙度Ra2小于0.10μm，并且，表面粗糙度Ra2大于表面粗糙度Ra1。从进一步提高压制成型后的光学元件的形状精度的观点出发，Ra2的上限更优选为对应于200s～300s的研磨时间的、小于0.020μm的表面粗糙度。

进一步，使用如图2所示的、具备配置于与凸面10a’相反的面且连结于侧端面11’的连结面40’的压制成型用玻璃坯料材料10’的情况下，优选使连结面40’的表面粗糙度Ra3小于0.10μm。其原因在于，使用具备这种连结面40’的压制成型用玻璃坯料材料10’的情况下，在压制成型时，除侧端面11’之外，连结面40’有时也卷入成型模具的成型面侧而被压制，构成压制成型得到的光学元件的边缘部。

通过分别使侧端面11’的表面粗糙度Ra2和连结于侧端面11’的连结面40’的表面粗糙度Ra3为0.10μm以下，能够进一步有助于光学元件的表面精度的提高。另外，从进一步提高光学元件的形状精度的观点出发，表面粗糙度Ra3更优选小于0.020μm。表面粗糙度Ra3的下限没有特别限制，例如可以为0、或为凸面10a’的表面粗糙度Ra1。需要说明的是，如图2所示，连结面40’为平面形状。

需要说明的是，本实施方式的压制成型用玻璃坯料材料10’使用了硼酸镧系玻璃，但在磷酸盐系玻璃、二氧化硅系玻璃等中，表面粗糙度Ra2、表面粗糙度Ra1和压制成型后的光学元件的形状精度的关系也示出了与使用硼酸镧系玻璃的情况同样的结果。

进一步，在本实施方式中，使用了弯月形凹状的压制成型用玻璃坯料，但在一面和另一面这两面为凸面的形状、或一面为凸面另一面为平面的形状等的压制成型用玻璃坯料中，表面粗糙度Ra2、表面粗糙度Ra1和压制成型后的光学元件的形状精度的关系示出了与弯月形凹状的压制成型用玻璃坯料同样的结果。

图4是表示一面为凸面20a、另一面为平坦面20b、且具备配置于凸面20a和平坦面20b之间的周围的侧端面21的压制成型用玻璃坯料20的截面图。本发明的课题、即压制成型得到的光学元件的形状精度的恶化的程度存在依存于(Δh1/D1)的倾向，(Δh1/D1)为压制成型用玻璃坯料20的、从中心轴O方向的凸面的顶点至外周端为止的距离Δh相对于凸面20a的直径D1之比。

即，对该Δh1/D1与压制成型后的光学元件的形状精度的关系进行调查，结果可知，本发明的课题在Δh1/D1为0.15以上的情况下更容易显现化。本发明更适合于凸面20a的Δh1/D1为0.15以上的情况。Δh1/D1的上限没有特别限制，例如可以为0.40。

图5是表示一面为凸面30a、另一面为凹面30b、且具备配置于凸面30a和凹面30b之间的周围的侧端面31的压制成型用玻璃坯料30的截面图。在使用如图5所示的、一面具有凸面且另一面具有凹面的压制成型用玻璃坯料的情况下，本发明的课题具有进一步显现的倾向。

在如图5所示的形状的压制成型用玻璃坯料30的情况下，将该压制成型用玻璃坯料配置于下模的凹状成型面上，使上模下降而对压制成型用玻璃坯料进行加压，若想要使压制成型用玻璃坯料对应于上模的凸状的成型面，则凸状的成型面的中央部分率先与压制成型用玻璃坯料接触。其原因在于，若在该状态下持续加压，则通过从凸状的成型面的顶部施加于压制成型用玻璃坯料的压力，压制成型用玻璃坯料的外周边缘向上方弯曲，与外周部和中央部之间的部分相比，压制成型用玻璃坯料的外周部率先与凸状的成型面接触。

即，使从压制成型用玻璃坯料20的中心轴O方向的凸面30a的顶点至外周端为止的距离Δh2相对于凸面30a的直径D2之比(Δh2/D2)、以及凸面的曲率半径R1相对于凹面的曲率半径R2之比(R1/R2)系统性地变化，对压制成型后的光学元件的形状精度进行调整，结果可知，本发明的课题在Δh2/D2为0.15以上、以及R1/R2为1/4以上且2以下时进一步显现化。

本发明中，对于如图5所示的、一面具有凸面30a且另一面具有凹面30b的压制成型用玻璃坯料30而言，进一步适合于Δh2/D1之比为0.15以上的情况、和R1/R2为1/4以上且2以下的情况。Δh2/D2的上限没有特别限制，例如可以为0.40。

(压制成型用玻璃坯料的制造方法、以及光学元件的制造方法)

接着，关于本实施方式的压制成型用玻璃坯料10的制造方法，使用图6进行说明。图6是说明压制成型用玻璃坯料10的研磨工序的一例的示意性侧面图。

本实施方式的制造方法具备下述工序：

准备工序，其中，准备压制成型用玻璃坯料材料10’，该压制成型用玻璃坯料材料10’具有至少一个凸面10a’、和配置于凸面10a’的周围且表面粗糙度Ra比凸面10a’的第1表面粗糙度Ra1大的侧端面11’；和

研磨工序，其中，对侧端面11’进行研磨，从而得到表面粗糙度Ra小于0.10μm、且大于凸面10a’的第1表面粗糙度Ra1的第2表面粗糙度Ra2。

本实施方式的压制成型用玻璃坯料10的制造方法中，首先准备如图2所示的压制成型用玻璃坯料材料10’，该压制成型用玻璃坯料材料10’具有至少一个凸面10a’、和配置于该凸面的周围且表面粗糙度Ra大于凸面10a’的侧端面11’(准备工序)。需要说明的是，该压制成型用玻璃坯料材料10’为通过已知的制造方法制造的冷预成型件。

接着，进行研磨，使压制成型用玻璃坯料材料10’的侧端面11’的表面粗糙度Ra为小于0.10μm、且大于凸面10a’的第1表面粗糙度Ra1的第2表面粗糙度Ra2(研磨工序)。

如图6所示，将压制成型用玻璃坯料材料10’的凸面10a’侧部分固定于能够旋转的压制成型用玻璃坯料材料固定用夹具14。接着，在使安装于垫固定用夹具16的研磨用垫12接触于压制成型用玻璃坯料材料10’的侧端面11’的状态下，使压制成型用玻璃坯料材料固定用夹具14旋转，使压制成型用玻璃坯料材料10’的侧端面11’与研磨用垫12相对移动，对侧端面11’进行研磨直至表面粗糙度为小于0.10μm、且大于凸面10a’的表面粗糙度Ra1的表面粗糙度Ra，从而得到本实施方式的压制成型用玻璃坯料10。需要说明的是，倒角部11b’的研磨可以通过使安装于垫固定用夹具16的研磨用垫10d的面按照与倒角部10c的倒角角度对应的方式接触从而同样地进行。关于连结面40’的研磨，也可以利用同样的方法来进行。

压制成型用玻璃坯料材料10’的侧端面11’被研磨，直至表面粗糙度Ra2为小于0.10μm未満、且大于凸面10a’的表面粗糙度Ra1的表面粗糙度Ra2为止。

从进一步提高压制成型后的光学元件的形状精度的观点出发，表面粗糙度Ra2的上限更优选小于0.020μm。

连结面40的表面粗糙度Ra3的上限按照小于0.10μm、小于0.020μm的顺序优选。表面粗糙度Ra3的下限没有特别限制，例如可以为0、或为与凸面10a’的表面粗糙度Ra1相同的值。

需要说明的是，研磨用垫例如可以使用树脂制的垫，研磨剂例如可以使用二氧化铈。

提供了一种光学元件的制造方法，其包括使用压制成型用玻璃坯料10进行压制成型的压制成型工序。例如，使用成型模具对压制成型用玻璃坯料进行压制成型，从而制造光学元件，该成型模具具备上模和下模等，该上模由SUS等具有耐热性和耐腐蚀性的金属形成、且具有凸状的成型面，该下模具有凹状的成型面。

本实施方式中能够使用的压制成型用玻璃坯料材料10’与(压制成型用玻璃坯料)中说明的材料相同。即，例如为硼酸镧系玻璃、磷酸盐系玻璃、二氧化硅系玻璃等。

另外，关于压制成型用玻璃坯料材料10’的优选的物性(磨损度(F_A)、努氏硬度)，也与(压制成型用玻璃坯料)说明的内容同样。即，从侧端面的研磨加工性的观点出发，压制成型用玻璃坯料材料10’的磨损度(F_A)优选为400以下、更优选为200以下、进一步优选为100以下。从侧端面的研磨加工性的观点出发，压制成型用玻璃坯料材料10’的努氏硬度优选为400MPa以上、进一步优选为500MPa以上、更优选为600MPa以上。

压制成型用玻璃坯料10中，使侧端面11的表面粗糙度Ra小于0.10μm，因此在压制成型中，邻接于凸面10a’的侧端面11的端部卷入成型模具的成型面侧，构成压制成型得到的光学元件得边缘部，即使在该情况下，也不会损害压制成型得到的光学元件的形状精度，能够以低成本得到具有所期望的光学性能的光学元件。

以下，一边参照附图一边对本发明进行总结。

压制成型用玻璃坯料10具备表面粗糙度Ra为第1表面粗糙度Ra1的至少一个凸面10a、和配置于凸面10a的周围且表面粗糙度Ra为第2表面粗糙度Ra2的侧端面11，第2表面粗糙度Ra2小于0.10μm，并且，第2表面粗糙度Ra2大于第1表面粗糙度Ra1。

另外，压制成型用玻璃坯料10的制造方法具备下述工序：

准备工序，其中，准备压制成型用玻璃坯料材料10’，该压制成型用玻璃坯料材料10’具有至少一个凸面10a’、和配置于凸面10a’的周围且表面粗糙度Ra比凸面10a’的第1表面粗糙度Ra1大的侧端面11’；和

研磨工序，其中，进行研磨，从而使侧端面11’的表面粗糙度小于0.10μm、且为大于凸面10a’的第1表面粗糙度Ra1的第2表面粗糙度Ra2。

符号说明

10、20、30：压制成型用玻璃坯料

10a、20a、30a：凸面

11：侧端面

11a、11a’：外周面

11b、11b’：倒角部

10’：压制成型用玻璃坯料材料

10a’：压制成型用玻璃坯料材料的凸面

11’：压制成型用玻璃坯料材料的侧端面

12：研磨用垫

14：压制成型用玻璃坯料材料固定用夹具

16：垫固定用夹具

20b：平坦面

30b：凹面

40、40’：连结面