玻璃制部件的制造方法、平面透镜和玻璃浆料的制作方法

专利名称：玻璃制部件的制造方法、平面透镜和玻璃浆料的制作方法
技术领域：
本发明涉及适于制造菲涅耳透镜、微透镜阵列、双凸透镜等具有微小凹凸的光学部件的玻璃制光学部件的制造方法，以及太阳能电池的聚光装置或数码相机的频闪灯等所用的菲涅耳透镜等玻璃制的平面透镜、及最适于制造该平面透镜的玻璃浆料。
背景技术：
已知有文献公开了在表面形成细微凹凸形状的玻璃制部件的制造方法(专利文献I)。该专利文献I公开了将浆料在玻璃基板的表面上涂布/干燥至层状、将与形成的凹凸相对应的成形模具按压于浆料层而将成形模具的形状模压到浆料层的方法。 此外，专利文献I还公开了使用具有与形成的凹凸相对应的凹部的转印模具、在该模具的凹部填充浆料并干燥、将浆料从转印模具的凹部转印到玻璃基板的表面上的方法。另外，专利文献I在其第0018段作为适于上述制造方法的玻璃粉末的材料公开了包括硅酸铅玻璃和锌、铅或磷酸盐玻璃这样的熔化温度低的玻璃。根据本发明人的研究，浆料必须实现与玻璃基板之间的密合性和长期维持浆料状态的保存稳定性(浆料寿命)。为此，要求浆料具备玻璃基板与粘合剂之间的密合性优异、且玻璃粉末和粘合剂之间的密合性低的特性。此外，一般来说，太阳能电池或数码相机的频闪灯所用的菲涅耳透镜等平面透镜通常是树脂制的。专利文献2公开了玻璃制的平面透镜。该专利文献2公开了用形成玻璃浆料膜后烧成的方法来制造微透镜阵列的方法，作为该方法中使用的玻璃衆料的成分，公开了 2种玻璃粉末。第I种玻璃粉末的成分是氧化秘42. 9重量％、氧化硼18. 2重量％、氧化钡16. 9重量％、氧化锌13. O重量％、氧化娃9. I重量％ (第0121段)。第2种玻璃粉末的成分是氧化硅46. 8重量％、氧化硼23. 4重量％、氧化锂16. 9重量％、氧化钡4. O重量％ (第0130段)。专利文献专利文献I :日本专利特开平10-101373号公报专利文献2 :日本专利特开平9-230112号公报

发明内容
发明所要解决的技术问题但是，专利文献I对适于上述制造方法的玻璃粉末的材料没有具体公开或暗示。另一方面,专利文献2公开的第I种玻璃粉末含有氧化铋。专利文献2的第2种玻璃粉末则含有大量氧化锂。该氧化锂的含量换算为摩尔％为30摩尔％以上。这里，氧化铋和氧化锂都是在使用烧成玻璃粉末的方法时在烧成工序中升高玻璃流动性的成分，存在不能保持烧成前的形状的问题。因此，专利文献I记载的玻璃粉末不适于菲涅耳透镜这样需要锐角形状的玻璃制品。本发明是鉴于上述现有技术的实际情况而提出的，提供了使用适于制造具有微小凹凸的光学部件的玻璃粉末的玻璃部件的制造方法。本发明还提供了全部用玻璃制成、并且即使是菲涅耳透镜这样具有复杂形状的透镜也能正确形成所需形状的平面透镜，和最适于制造该平面透镜的玻璃浆料。解决技术问题的技术手段为了达到上述目的，本发明的玻璃制部件的制造方法提供了如下的玻璃制部件的制造方法，即，它是在玻璃基板的表面上形成了玻璃制的规定形状的凹凸的玻璃制部件的制造方法，具备以下工序使用包含玻璃粉末、粘合剂和溶剂的浆料，在所述玻璃基板的表面上形成由所述玻璃粉末和粘合剂构成的所述规定形状的凹凸的形成工序；和从所述玻璃 基板的表面上形成的凹凸除去粘合剂、然后使玻璃粉末熔接的加热工序，并且，所述浆料的所述玻璃粉末含有氧化硼、且其含量在40摩尔％以下，且所述粘合剂具有羟基。在如此的本发明的玻璃制部件的制造方法中，所述形成工序优选具备以下工序将所述浆料涂布于玻璃基板的表面而形成浆料层、从该浆料层除去所述溶剂的工序，和将具有与形成的凹凸相对应的形状的成形模具按压于除去了所述溶剂的浆料层，形成具有规定形状的凹凸的浆料层，然后将该成形模具从浆料层上取下的工序。在该过程中，在按压所述成形模具之前，优选将除去了所述溶剂的浆料层加热至所述粘合剂软化的温度。在如此的本发明的玻璃制部件的制造方法中，所述形成工序也可具备将所述浆料涂布于具有规定形状的凹凸的转印模具、由该转印模具在所述玻璃基板表面上形成具有规定形状的凹凸的浆料层的工序。所述粘合剂优选是丁醛树脂。所述玻璃粉末所含的氧化硼的含量优选在3摩尔％以上、40摩尔％以下。此外，本发明的平面透镜提供了如下的平面透镜，S卩，在玻璃基板上形成由与所述玻璃基板组成不同的玻璃构成的光学功能部，构成该光学功能部的玻璃是以氧化物基准的摩尔％表示包含以下组成的玻璃氧化硅(SiO2)40 64%，氧化硼(B203)5 35%，氧化锌(ZnO) 2 30%，氧化铝(Al2O3) I 10 %，氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)和氧化钾(K2O)的至少一种合计为10 22%，氧化钡(BaO)和氧化锶(SrO)的至少一种为O 10%。在如此的本发明的平面透镜中，除了作为来自其他成分的杂质含有的场合以外，构成所述光学功能部的玻璃优选实质上不含铋化合物、铅化合物和磷化合物。另外，所述玻璃基板在50 350°C的平均线膨胀系数优选为75X 10_7 100X 10_V°C。再者，所述玻璃基板的玻璃化温度优选为550 670°C。此外，本发明的玻璃浆料提供了如下玻璃浆料，即，包含玻璃粉末、粘合剂和溶剂，其中玻璃粉末以氧化物基准的摩尔％表示包含以下组成氧化硅(SiO2) 40 64%，氧化硼(B2O3) 5 35%,氧化锌(ZnO) 2 30氧化招(Al2O3) I 10%,氧化锂(Li20)、氧化钠(Na2O)和氧化钾(K2O)的至少一种合计为10 22%，氧化钡(BaO)和氧化锶(SrO)的至少一种为O 10%。在如此的本发明的玻璃浆料中，除了作为来自其他成分的杂质含有的场合以外，所述玻璃优选实质上不含铋化合物、铅化合物和磷化合物。另外，所述粘合剂优选是具有羟基的树脂，所述粘合剂更优选是丁醛树脂。表示上述数值范围的“ ”以其前后记载的数值作为下限值和上限制的含义使用，以下本说明书中的“ ”都以同样的含义使用。发明效果根据具有上述构成的本发明玻璃制部件的制造方法，可提供最适于制造具有微小凹凸的光学部件的、使用包含玻璃粉末和粘合剂的浆料来制造玻璃制部件的方法。此外，根据具有上述构成的本发明的平面透镜和玻璃浆料，能够以简便的方法获得具有所需形状的菲涅耳透镜等玻璃制的平面透镜。


图I :(A) (E)是说明本发明的玻璃制部件的制造方法的一例的示意图。图2 :说明本发明的玻璃制部件的制造方法的一例的流程图。图3 :用本发明的玻璃制部件的制造方法制造的菲涅耳透镜的一例的示意图，(A)是从光轴方向观察的视图，(B)是(A)的A-A线剖视图。图4 : (A) (D)是说明本发明的玻璃制部件的制造方法的另一例的示意图。图5 :将本发明的平面透镜用于菲涅耳透镜的一例的示意图，(A)是从光轴方向观察的视图，(B)是(A)的A-A线剖视图。
具体实施例方式下面参照附图详细说明本发明的玻璃制部件的制造方法、平面透镜和玻璃浆料。图I是不意性地表不本发明的玻璃制部件的制造方法的一例中对玻璃基板表面形成凹凸的方法的附图。图2是表示本发明的玻璃制部件的制造方法的一例的流程的附图。图I所示的例子是利用本发明的制造方法来制造图3所示意性表示的那种圆型菲涅耳透镜的例子。图3 (A)是从透镜的光轴方向观察的视图，图3 (B)是图3 (A)的A-A线处的剖视图。如图3所示，该菲涅耳透镜10由玻璃基板12和形成于该玻璃基板12表面的透镜部14构成，该透镜部14具有构成菲涅耳透镜的规定形状的凹凸。玻璃基板12和透镜部14都为玻璃制，不通过粘合剂层等(不使用粘合剂)而直接熔接、接触粘合。透镜部14由包含玻璃粉末(即玻璃料)的浆料(以下将此称为玻璃浆料，或简单称为浆料)形成。玻璃基板12为常用的玻璃板。本发明的制造方法中所用的玻璃基板12的形成材料没有特别限定，可广泛利用各种玻璃材料。作为一例，可例举钠钙硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、锂铝硅酸盐玻璃、石英玻璃、硼硅酸玻璃、无碱玻璃等。本发明的制造方法适于制造附图示例的菲涅耳透镜10这样的光学部件。因此，玻璃基板12以透明性高、光学特性优异的玻璃形成为好。本发明的制造方法在这种玻璃基板12的表面上使用包含玻璃粉末的浆料，形成具有成为菲涅耳透镜的规定形状的凹凸的透镜部14。
浆料是至少将玻璃粉末和粘合剂分散/溶解于溶剂中而成的。或者，浆料是至少由玻璃粉末和载体(所谓载体即粘合剂与溶剂的混合物)混合而成的。这里，本发明中，作为混入浆料的玻璃粉末，使用含有氧化硼、且该氧化硼的含量在40摩尔％以下的玻璃粉末。此外，作为混入浆料的粘合剂，使用具有羟基(0H基)的粘合剂。通过具有这种构成，本发明实现了同时达到玻璃基板12与浆料之间的密合性及足够的浆料寿命的、稳定、高品质的玻璃制部件的制造。如后文详述，在附图示例的制造方法中，浆料在玻璃基板12上涂布、干燥(即除去溶剂)而形成浆料层20。之后，用成形模具24按压浆料层20，接着将成形模具24从浆料层20上取下，将浆料层20模压出透镜部14的形状。随后，进行脱粘合剂处理和烧成处理，由模压后的浆料层20在玻璃基板12表面上形成起菲涅耳透镜作用的透镜部14，制成菲涅耳透镜10。为了合适地按压浆料层20，需要一定程度的强按压力。因此，如果浆料层20与玻 璃基板12之间的密合性弱，则在用成形模具24按压后，取下成形模具24时浆料层20会随成形模具24被提起，结果从玻璃基板12上剥离。浆料层20从玻璃基板12上剥离就不能合适地制造产品。另一方面，浆料通过在溶剂中投入玻璃粉末和粘合剂等成分后搅拌来配制。或者，通过在载体中投入玻璃粉末等成分后搅拌来配制。这里，浆料并非在配制后直接使用，通常是经过一定时间后再使用。此外，从生产性和操作效率来考虑，通常的做法是配制与多次制造相对应的量的浆料后将其保管好，然后按每次进行制造时的份额取用。因此，对浆料要求其在调整后可作为浆料使用的状态即保存稳定性(浆料寿命)长。本发明人对此进行了研究，结果发现，为确保玻璃基板12与浆料(附图示例中为浆料层20 (除去溶剂后的浆料层))之间良好的密合性，必需使用丁醛树脂等含有羟基的粘合剂。另一方面，通常的玻璃粉末含有氧化硼。但是，使用含有大量氧化硼的玻璃粉末与含有羟基的粘合剂来配制浆料时，短时间内浆料会成为胶状而不是浆料状，无法获得足够的浆料寿命的情况多发。本发明人为解决这样的问题，进一步进行了反复研究。结果发现，由于玻璃粉末所含的氧化硼与粘合剂中所含的羟基之间发生特异性反应而强力结合，因此短时间内浆料成为胶状。还发现，该反应的结果是本来应当发挥与玻璃基板12之间粘合作用的粘合剂的羟基缺少了，玻璃基板12与浆料之间的密合性也下降了。除此以外，如果粘合剂与玻璃粉末之间的密合性高，则脱粘合剂性变差，无法用脱粘合剂处理充分除去粘合剂，还有可能在之后烧成时碳化而对透明性等光学特性产生不良影响。本发明人再进行了反复研究，结果发现，通过使玻璃粉末中氧化硼的含量在40摩尔％以下，确保了玻璃基板12与浆料之间的密合性，且可得到足够长的浆料寿命。也就是说，本发明在制造玻璃基板表面具有由玻璃粉末形成的规定形状的凹凸的玻璃部件时，通过使用包含具有羟基的粘合剂和氧化硼含量在40摩尔％以下的玻璃粉末的浆料，满足了玻璃基板12与粘合剂之间密合性优异、且相同玻璃的玻璃粉末与粘合剂之间密合性低的优选的被认为是相反的特性，同时实现了与玻璃基板之间的密合性和浆料寿命O本发明中，混入浆料的玻璃粉末含有氧化硼、且氧化硼的含量在40摩尔％以下。如果玻璃粉末中的氧化硼含量超过40摩尔％，则如前所述不能获得足够的浆料寿命，也不能充分获得玻璃基板12与浆料之间的密合性。此外，对玻璃粉末中氧化硼的含量下限没有特别限定。但是，氧化硼的含量多，则后述的“Ts-Tg”值有变大的倾向，因此玻璃粉末中的氧化硼含量在3摩尔％以上、特别在5摩尔％以上为好。另外，本发明中，混入浆料的玻璃粉末的软化点(Ts)与玻璃化温度(Tg)之差、SP“ Ts-Tg ”越大越好。如后所述，本发明的制造方法中，在基板12的表面上形成由前述浆料构成的规定 形状的凹凸后，进行脱粘合剂和玻璃粉末的烧成。这里，“Ts-Tg”大的玻璃粉末(玻璃材料)被认为是粘性曲线的斜率小的材料，即粘度变化随温度变化小的材料。也就是说，据本发明人的研究，根据玻璃粉末的“Ts-Tg”，烧成时会呈现疲软(夕' >)(形成的凹凸形状不明显)，“Ts-Tg”越大，则烧成时的疲软越少，烧成前和烧成后的形状变化越少(即形状保持性越好)。因此，越是“Ts-Tg”大的玻璃粉末，烧成时的疲软越少，能够以高精度制造玻璃制部件。考虑到以上问题点，所用的玻璃粉末的“Ts-Tg”在110°C以上、特别在120°C以上为好。本发明的制造方法中，对所用的玻璃粉末没有特别限定，只要满足前述必要条件(即氧化硼(B2O3)含量在40摩尔％以下、更优选为5 35摩尔％)，可广泛利用各种玻璃材料形成的玻璃粉末。例如，作为该玻璃粉末，优选例举选自SiO2-B2O3-Al2O3系、SiO2-B2O3-Bi2O3系、B2O3-ZnO-Bi2O3 系、SiO2-B2O3-ZnO 系、SiO2-BaO-B2O3 系、Bi2O3-BaO-ZnO 系、B2O3-ZnO-La2O3 系、P205_B203_R，20_R”0_Ti02_Nb205_W03_Bi203 系、B2O3-Bi2O3 系、B2O3-ZnO 系、ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3系、Bi203_B203_Si02_Al203 系、Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2 系、Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3 系和SiO2-B2O3-Nb2O3-R’ 20系的至少一种玻璃。此外，上述式中，R’表不碱金属兀素，R”表不碱土类金属元素。玻璃粉末可以多种并用。多种玻璃粉末并用时，各玻璃粉末所含的氧化硼含量分别在40摩尔％以下为好。此外，玻璃粉末中，除了上述主要成分以外，还可加入作为添加成分的氧化钛(TiO2)、氧化错(ZrO2)、氧化锡(SnO2)、氧化铟(In2O3)、氧化f凡(V2O5)、氧化铺(CeO2)和氟等各种物质。玻璃粉末是由比玻璃基板12的软化点低50°C以上的玻璃形成的玻璃粉末为好。如果玻璃粉末的软化点比玻璃基板12的软化点低50°C以上，则玻璃粉末对玻璃基板的熔接可在比玻璃基板的软化点低的温度下进行，因此在后述的烧成工序中可适当地防止玻璃基板12热变形，能够进行形成规定形状的凹凸(附图示例中为透镜部14)的玻璃粉末的熔接。例如，玻璃基板12为钠钙玻璃时，软化点在730°C附近，因此玻璃粉末的软化点在680°C以下为好。另一方面，玻璃粉末的软化点是比浆料中所含的粘合剂的分解温度高的高温为好。玻璃粉末的软化点根据粘合剂的种类而不同，但特别在350°C以上为好。通过使用具有这种软化点的玻璃粉末，在后述的脱粘合剂工序中可适当地防止脱粘合剂和玻璃粉末之间的熔接同时发生。再者，为了更切实地防止由热膨胀而引起的应力及由该应力引起的剥离等，玻璃粉末和玻璃基板12的热膨胀系数以接近为好。例如，使用钠钙玻璃(热膨胀系数80 90X 10_7/°C )作为玻璃基板12时，玻璃粉末的热膨胀系数较好为50 100X 10_V°C。玻璃粉末的平均粒径在10 μ m以下为好。
通过使玻璃粉末的平均粒径在10 μ m以下，可防止玻璃粉末浆料涂布/干燥而成的涂膜的表面粗糙度变大，能够在后述的加压工序(模压)中更切实地进行成形模具形状的转印，还能更切实地防止成形模具的破损。粒径的下限没有特别限定，但从制作玻璃粉末时玻璃粉碎的成本考虑，以O. 5μπι左右以上为好。如前所述，浆料是至少将玻璃粉末和粘合剂投入溶剂中混合而成的。或者，浆料是至少由玻璃粉末和载体混合而成的。此外，本发明中，粘合剂是含有羟基的粘合剂。如前所述，粘合剂具有将浆料保持在玻璃基板12上、并在后述的加压工序中使浆料层20呈现不从玻璃基板12剥离的与玻璃的密合性的作用。除此以外，粘合剂还在加压工序中发挥调整浆料涂布而成的涂膜的硬度、提高成形模具的形状转印性的作用。粘合剂只要是含有羟基的物质即可，没有特别限定，可利用各种树脂。作为一例，可例举硝基纤维素、乙酰纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素等的纤维素系高分子，丁醛树脂(聚乙烯醇缩丁醛(PVB))、聚乙烯醇、聚酯多元醇等的合成高分子等。其中，优选丁醛树脂和乙基纤维素，更优选丁醛树脂。这些树脂可单独使用，或者混合或作为共聚物使用。本发明的制造方法中，对浆料中玻璃粉末的含有率没有特别限定，但以20 90重量％ (以下简记为wt%)为好。通过使浆料中玻璃粉末的含有率在20wt%以上，一次浆料涂布就可确保足够的膜厚，可抑制进行多次涂布以得到所需膜厚所导致的成本上升。另一方面，通过使浆料中玻璃粉末的含有率在90wt%以下，可防止浆料的粘度过度增高，能够很好地均匀涂布浆料。此夕卜，通过使浆料中玻璃粉末的含有率在90wt%以下，可充分确保浆料中粘合剂的量，由此可得到玻璃基板12与浆料的涂膜(以下，有时将浆料的涂膜简单称为涂膜)之间的足够密合性。从上述几点考虑，浆料中玻璃粉末的含有率为50 80wt%更好。另一方面，对本发明的制造方法所用的浆料中粘合剂的含量也没有特别限定，但相对于100重量份玻璃料，粘合剂为I 50重量份较好。通过使粘合剂相对于100重量份玻璃料在I重量份以上，可充分确保玻璃基板12与涂膜之间的密合性。通过使粘合剂相对于100重量份玻璃料在50重量份以下，可在后述的加压工序中得到充分的涂膜刚性，防止涂膜向成形模具上附着等。此外，通过使粘合剂在50重量份以下，可减少因脱粘合剂工序而产生的空隙，并可在之后的玻璃粉末烧成工序中减少形状变化，能够以更高精度进行透镜部14的形状控制。考虑到以上几点，浆料中粘合剂的量相对于100重量份玻璃粉末为5 30重量份更好。如前所述，浆料是将这种玻璃 粉末和粘合剂分散/溶解于溶剂中而成的。或者，是在作为粘合剂和溶剂的混合物的载体中混入玻璃粉末后混炼而成的。本发明中，对溶剂没有特别限定，可根据所用的玻璃粉末和粘合剂适当决定。作为一例，可使用甲苯、二甲苯、四氢化萘等烃类，甲醇、乙醇等醇类，丙酮、甲基乙基酮等酮类，甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、丁基卡比醇等醚类，乙酸甲酯、乙酸乙酯等酯类，乙二醇类，二乙二醇类的各种有机溶剂等。此外，浆料中除了这种成分以外，也可根据需要添加用于提高涂布性的表面活性剂或用于调整浆料层20 (涂膜)硬度的增塑剂等。对浆料的配制方法没有特别限定，例如，将溶剂、玻璃粉末和粘合剂(或玻璃粉末和载体)、或者还有除此以外的必要成分以规定量投入行星式混合机或辊式粉碎机等混合装置或混炼装置，以玻璃粉末均一分散的方式充分混合、混炼即可。如此，准备玻璃基板12 (图I (A))，并且配制浆料(或准备预先配制好的浆料)，将浆料涂布于玻璃基板12的表面。本发明的制造方法中，对浆料的涂布方法没有特别限定，可用各种公知的涂布方法。作为一例，可例举滚筒涂布、手涂、刷涂、旋涂、浸涂、丝网印刷、幕淋、棒涂、模涂、凹版涂布、微凹版涂布、逆转辊涂、辊涂、流涂、喷涂、刮刀涂布等涂布方法。其中，由于容易大面积涂布且一次涂布就能获得足够厚度等原因，使用模涂和丝网印刷为好。或者，在PET膜等上涂布玻璃浆料并干燥而成为生片，将生片热压接到玻璃基板12上，也可形成浆料层20。这里，如前所述，本发明的制造方法中，通过使浆料的粘合剂含有羟基、且玻璃粉末的氧化硼含量在40摩尔％以下，可确保足够长的浆料寿命，因此可稳定地、很好地将浆料涂布于玻璃基板12上。浆料的涂布厚度可根据所形成的透镜部14的形状高度、用后述成形模具24形成的透镜部14的凹凸形状等来适当设定。再如图I (B)所示，将浆料涂布于玻璃基板12的表面上后，对浆料的涂膜进行干燥(即除去溶剂)，成为浆料层20。对浆料的干燥方法没有特别限定，例如可使用用烘箱对涂布了浆料的玻璃基板12进行加热的方法、UV照射的方法等。在通过加热使浆料的涂膜干燥的场合下，在粘合剂不变质的程度的温度下加热较好。进行涂膜的干燥时，浆料层20的层厚会变得比浆料的涂布厚度薄，因此在此时考虑干燥后所得的浆料层20的层厚来设定前述浆料的涂布厚度为好。如此在玻璃基板12的表面上形成浆料层20后，接着根据需要加热浆料层20而使浆料层20 (具体来说是浆料层中的粘合剂)软化。对浆料层20的加热方法没有特别限定，可使用各种公知的方法。关于这一点，也同样适用于脱粘合剂工序和烧成工序。用于软化浆料层20的加热温度只要是在浆料层20中的粘合剂软化的温度以上、比粘合剂分解的温度低的温度，则没有特别限定。也就是说，可根据粘合剂的种类等来适当设定在浆料层20软化后能够用成形模具24加压成型的温度，但以100 200°C为好。该浆料层20的加热工序，如后所述，在附图示例中，是在通过用成形模具24对浆料层20进行加压来使浆料层20成形为规定形状(即模压)的工序之前的工序。这里，通过使浆料层20的软化温度在100°C以上，浆料层20的大部分浆料可充分软化，进行正确成形成为可能。此外，通过使浆料层20的软化温度在200°C以下，可抑制因温度过高而引起的粘合剂软化过度，能够很好地防止由此引起的对成形模具的附着、加热过度而产生的粘合剂的分解或变质。 浆料层20充分软化之后，如图I (C) 图I (D)所示，使用具有按压面的成形模具24，该按压面形成有与所形成的透镜部14的凹凸面的形状相对应的凹凸，藉此对浆料层20进行加压(按压)，然后如图I (D) 图I (E)所示，从浆料层20上取下成形模具24。藉此，可将成形模具24的形状模压(即转印)到浆料层20上而成形为与透镜部14的凹凸面相对应的规定形状。这里，如前所述，本发明的制造方法中，通过使浆料的粘合剂含有羟基、且玻璃粉末的氧化硼含量在40摩尔％以下，充分地确保了玻璃基板12与浆料层20 (溶剂除去后的浆料)之间的密合性。因此，在用成形模具24进行模压时，可在浆料层20不剥离的情况下很好地成形为与透镜部14的凹凸面相对应的规定形状。该制造方法中，并不是对玻璃基板加热后直接用成形模具进行成形的，而是对更为柔软的浆料层20进行加压成形，藉此可将加压温度和压力抑制在较低水平，使加压条件平稳(mild)，因此能够在几乎不产生昂贵的加压模具损耗的情况下实现长寿命，以低成本制造具有透镜部的玻璃制部件。而且，柔软的浆料层20可在较低温度和较低压力下加压成形，因此能够进行非常细微的成形，适于制造具有细微凹凸的菲涅耳透镜或透镜阵列等光学部件。浆料层20的成形性和浆料层20与成形模具24之间的脱模性(即剥离性)可通过浆料中所含的粘合剂来控制，由于不依赖于玻璃粉末的材料特性，因此玻璃粉末的材料选择范围广。对成形模具24的形成材料没有特别限定，只要是能够赋予所需的尺寸精度、浆料层20因加压而引起的变形少、能够维持所需的精度、且不因加压时的温度而软化或变质的材料，各种材料都可使用。例如，可使用金属、陶瓷等。具体来说，作为金属模具的材质可例举镍或淬火钢，除此以外可例举陶瓷烧成品的加压成形模具中使用的各种材质。此外，作为陶瓷模具的材质可例举氮化硅、氧化铝、氧化锆等。这里，图I所示的例子中，作为成形模具24例示了平面型(压印型)，但本发明中也可很好地使用像专利文献I所示的那种能够进行连续成形的辊型成形模具。
在使用辊型的场合下，成形模具的负荷集中为线状，因此能够以较少的负荷连续地进行良好的形状转印，且脱模也容易。其相反面是在使用辊型的场合下，成形模具难以进行例如像菲涅耳透镜这样复杂的二维加工。另一方面，在使用平面型成形模具的场合下，必需对表面整体施加负荷,不仅需要根据加压面积施加更多的负荷，而且与辊型相比较难脱模。其反面是容易进行二维成形加工。其反面是比较容易进行像菲涅耳透镜这样复杂的二维加工。因此，成形模具24可根据作为目标的透镜部14的形状来适当选择使用辊型还是平面型。本发明的制造方法中，在后述的脱粘合剂的工序中从浆料层20除去粘合剂，在之后的烧成工序中，使玻璃粉末熔接以填埋于浆料层20中存在的空隙和因脱粘合剂而产生 的空隙。由于这个原因，对于用成形模具24成形的浆料层20整体来说，体积收缩无可避免。因此，必需考虑到对浆料层20进行加压成形的成形模具24的收缩来设计其模具形状。用成形模具24进行加压的压力根据浆料的材料而不同，但以10 SOMPa为好。通过使加压压力在IOMPa以上，能够将成形模具24的形状切实地转印到浆料层上，即，得到足够的成形模具的形状转印性。通过使加压压力在SOMPa以下，能够很好地防止因压力过高而产生的玻璃基板12或成形模具12的破损。考虑到上述几点，用成形模具24进行加压的压力更优选为10 50MPa。用成形模具24对浆料层20加压的时间也没有特别限定，但优选10 120秒。如此对浆料层20用成形模具24进行加压而成形之后，接着进行从浆料层20除去粘合剂的脱粘合剂工序。该脱粘合剂工序中的粘合剂温度是在浆料层中粘合剂可分解除去的温度以上、t匕浆料层中玻璃粉末的玻璃化温度低的温度，可根据粘合剂的种类、玻璃粉末的玻璃化温度等来适当设定，但优选300 500°C。此外，脱粘合剂的时间根据粘合剂种类和衆料中粘合剂的量而不同，但优选5 60分钟。再者，为促进粘合剂的氧化分解，脱粘合剂优选在大气气氛中进行。如此进行脱粘合剂之后，接着进行浆料层20的烧成，使玻璃粉末熔接而形成透镜部14，再将玻璃基板12与透镜部14熔接而形成菲涅耳透镜10。烧成温度是在浆料层中玻璃粉末的玻璃化温度以上、比玻璃基板的软化点的温度低的温度即可，可根据所用的玻璃粉末来适当设定，但优选在350 650°C下进行烧成。烧成气氛在大气下也无妨，但为了将存在于浆料层中的气泡积极地排出膜外，优选在减压下进行烧成。由此，能够在透镜部14中不存在气泡或空隙的情况下在光学部件上得到合适而透明性高的膜。本发明的制造方法中，优选将浆料层20加热至脱粘合剂温度后保持一定时间来进行脱粘合剂处理，之后再加热至烧成温度后保持一定时间来进行烧成，进行玻璃粉末的熔接。但是，本发明不限于此，例如在存在粘合剂为容易分解的物质的场合下，也可使用以下方法，即，在浆料层20成形完成后将浆料层20的温度逐渐(或阶梯式)上升到烧成温度，在加热至引起玻璃粉末熔接的烧成温度的途中完成脱粘合剂。以上的例子是将本发明的玻璃制部件的制造方法用于制造圆型菲涅耳透镜的例子。但是，本发明不限于此，其能够适用于制造各种玻璃制部件。作为所述的玻璃制部件，优选例举透镜阵列，微透镜阵列、双凸透镜、棱镜透镜、平板显示器的基板、表面具有凹凸面形状的扩散板、内部具有扩散粒子且表面具有前述各种透镜形状的扩散板、偏光板等各种光学部件，微型反应器等。特别是能够适用于附图示例的菲涅耳透镜或透镜阵列那样具有细微凹凸的光学部件。图I所示的例子是通过在玻璃基板12上形成浆料层20后用成形模具对该浆料层20进行按压来使浆料层20成为透镜部14的形状的例子，即通过模压来形成规定形状凹凸的例子。 但是，本发明不限于此，也可在具有规定形状凹凸的转印模具上涂布浆料，在该转印模具的凹部填充浆料后，将浆料从该转印模具转印到玻璃基板上，藉此在玻璃基板的表面形成具有规定形状凹凸的浆料层。也就是说，如图4的示意图所示，准备玻璃基板12 (图4 (A))。还准备形成有与玻璃基板12表面上形成的规定形状的凹凸相对应的凹部的转印模具30。在该转印模具30上涂布浆料，像图4 (B)所示的在该转印模具30的凹部填充浆料34后，除去溶剂。接着，如图4 (C)所示的那样，将填充了浆料34的转印模具30按压到玻璃基板12上，使填充在凹部的浆料34与玻璃基板12压接，然后将转印模具30从玻璃基板12上取下。藉此，如图4 (D)所示的那样，在玻璃基板12的表面上形成了由加压而产生的规定形状凹凸。但是，从能够更好地呈现所述玻璃基板与浆料之间密合性优异的本发明效果等方面考虑，本发明更优选使用图I所示的通过用成形模具进行模压而在玻璃基板表面上形成由浆料产生的规定形状凹凸的制造方法。这样的本发明制造方法并不是对玻璃基板加热后直接用成形模具成形的，而是对更柔软的含有玻璃粉末的浆料层20进行加压而成形的，因此成本低，材料和形状的选择自由度高，大面积化也容易实现，细微凹凸的成形也成为可能。图5是将本发明的平面透镜用于和之前相同的圆型菲涅耳透镜的一例的示意图。图5中，(A)是从透镜的光轴方向观察菲涅耳透镜的视图，(B)是(A)的A-A线处的剖视图。如图5所示，该菲涅耳透镜40由玻璃基板42和形成于该玻璃基板42表面上的光学功能部46构成。光学功能部46是呈现使入射光折射等光学功能的部位。附图示例中，光学功能部46具有用于呈现作为菲涅耳透镜的作用(即用于构成菲涅耳透镜)的规定形状的凹凸。作为本发明平面透镜的菲涅耳透镜40中，玻璃基板42和光学功能部46都为玻璃制，包含形成前述光学功能部的玻璃粉末的浆料层烧结到玻璃基板上，藉此不通过粘合剂层等(即不使用粘合剂等)而直接熔接接合。作为规定形状的凹凸部的光学功能部46由与玻璃基板42组成不同的玻璃粉末构成。该光学功能部46优选由本发明的玻璃浆料形成。本发明的菲涅耳透镜40 (平面透镜)中，对玻璃基板42的形成材料没有特别限定，可使用各种公知的玻璃。具体来说，可例举钠钙玻璃等含碱硅酸盐玻璃、蓝宝石玻璃、铝硅酸盐玻璃等。这里，本发明的菲涅耳透镜40中，对形成玻璃基板42的玻璃(以下简称为“玻璃基板42”)的膨胀系数没有特别限定，但50 350°C下的平均线膨胀系数(α )为75Χ 10_7 100X1(T7/°C较好，80Χ1(Γ7 85X1(T7/°C特别好。本发明的菲涅耳透镜40具有由后述规定组成的玻璃粉末形成的光学功能部46。光学功能部46优选使用本发明的玻璃浆料经由烧成工序制成。因此，如果玻璃基板42和光学功能部46之间的α差大，则烧成后冷却时会产生玻璃基板42破裂等问题。
对玻璃基板42的Tg也没有特别限定，但优选在530°C以上，更优选在540°C以上。如前所述，菲涅耳透镜40通过对光学功能部46 (即具有为构成光学功能部46而形成的凹凸的浆料层)进行烧成而制成。烧成温度设定为比作为光学功能部46构成材料的玻璃粉末的Ts低少许的温度(例如Ts-20°C )为好，但如果玻璃基板42在比Tg高50°C以上的温度下长时间加热则容易变形。因此，玻璃基板的Tg优选较高以防止基板变形。如后所述，本发明的菲涅耳透镜的光学功能部的玻璃的Ts典型的是550 670°C，因此烧成温度典型的是530 650°C，所以玻璃基板42的Tg在530°C以上、优选为530°C 650°C，藉此可更切实地在制造菲涅耳透镜40时很好地防止玻璃基板42的形变。玻璃基板是耐候性高的玻璃基板为好。再者，具有适当碱度的玻璃基板在防止与光学功能部之间的剥离方面更好。常用钠钙玻璃的α为85Χ1(Γ7 90X1(T/°C左右，Tg为550°C左右。此外，用于显示器基板等的高应变点玻璃的α为80Χ 10_7 90Χ 10_V°C左右，Tg为600 650°C左右。这些玻璃的耐候性优异，与光学功能部之间的粘合性也良好。因此，本发明中，可很好地利用钠钙玻璃、高应变点玻璃这样的常用玻璃基板42。如前所述，作为本发明平面透镜的菲涅耳透镜40在这样的玻璃基板42上具有光学功能部46。该光学功能部46是在菲涅耳透镜40中主要呈现光学作用的部位。这里，该光学功能部46由与玻璃基板42组成不同的玻璃形成。除此以外，光学功能部46由含有以下组分且不含铋化合物、铅化合物和磷化合物的玻璃粉末形成，以氧化物基准的摩尔％表示所述组分分别为氧化硅(Si02)40 64%，氧化硼(B2O3)5 35%，氧化锌(ZnO) 2 30%，氧化铝(Al2O3) I 10 %，氧化锂(Li20)、氧化钠(Na2O)和氧化钾(K2O)的至少一种合计为10 22%,氧化钡(BaO)和氧化银(SrO)的至少一种合计为O 10%。本发明通过具有这种构成，能够简便且容易地稳定获得即使像菲涅耳透镜40这样的复杂形状的平面透镜也具有所需的形状、而且透明性良好的整体玻璃制的平面透镜。本发明的玻璃浆料如上所述以包含玻璃粉末、粘合剂和溶剂为特征，其中玻璃粉末以氧化物基准的摩尔％表示包含以下组成氧化硅(SiO2) 40 64%，氧化硼(B2O3) 5 35%,氧化锌(ZnO) 2 30%,氧化招(Al2O3) I 10氧化锂(Li20)、氧化钠(Na2O)和氧化钾(K2O)的至少一种合计为10 22%，氧化钡(BaO)和氧化锶(SrO)的至少一种为O 10%。
形成光学功能部46的玻璃(以下也简称为“光学功能部46”)中，氧化娃是构成玻璃骨架的必需成分，其含量以氧化物基准的摩尔％表示(以下省略“以氧化物基准的摩尔％表不”)为40 64%。如后所述，本发明的菲涅耳透镜40 (平面透镜)优选和前述的本发明的玻璃制部件的制造方法相同地制造，即，对涂布于玻璃基板上的本发明玻璃浆料的层进行模压而成为光学功能部46的形状、进行 烧成、形成和玻璃基板42—体化的光学功能部46。这里，如果氧化硅的含量不到40%，则烧成时的形状保持性能有低下之虞。还有α有变大之虞。反过来，如果氧化硅的含量超过64%，则Ts变高。氧化硅的含量优选在43%以上，更优选在50%以上，此外优选在62%以下。光学功能部46含有5 35%的氧化硼。氧化硼是具有使玻璃稳定化的效果、增大Ts与Tg之差等的效果的成分，因此是必需成分。如前所述，“Ts-Tg”大的玻璃则疲软少，烧成前和烧成后的形状保持性优异。因此，通过使用由“Ts-Tg”大的玻璃构成的玻璃浆料，能够以良好的精度制造所需形状的光学功能部46。氧化硼的含量不到5%，则有上述效果不足之虞。反过来，如果氧化硼的含量超过35%,则有耐水性降低之虞。此外，有玻璃浆料的保存稳定性(浆料寿命)不足、玻璃浆料对基板的密合性不足之虞。还有玻璃浆料的脱粘合剂性能低下、烧成玻璃基板而得的光学功能部的透明性不足之虞。再者，存在烧成工序中的形状保持性不足的情况。氧化硼的含量优选在8%以上，此外优选在18%以下。光学功能部46含有2 30%的氧化锌。氧化锌是具有降低Ts的效果、减小α的效果、使玻璃稳定化等的效果的成分，为必需成分。如果氧化锌的含量不到2 %，则上述效果不充分。如果氧化锌的含量超过30 %，则烧成工序中玻璃容易结晶化，有透明性降低之虞。此外，存在化学耐久性、特别是耐酸性低下的情况。氧化锌的含量优选在4%以上。光学功能部46含有I 10%的氧化铝。氧化铝是获得提高化学耐久性的效果、增大“Ts-Tg”等的效果的成分，为必需成分。氧化铝的含量优选在10%以下。如果氧化铝的含量超过10%，则有时会产生玻璃浆料的脱粘合剂性劣化等不良情况。光学功能部46含有合计10 22%的氧化锂、氧化钠和氧化钾的一种以上。氧化锂、氧化钠和氧化钾都是使玻璃的熔融温度下降、或降低Ts的成分，任意的一种以上为必需成分。相反地，氧化锂、氧化钠和氧化钾也是增大α、减小Ts-Tg的成分。如果氧化锂、氧化钠和氧化钾的含量合计不到10%，则会产生Ts变得过高等不利情况。而如果该三种化合物的合计量超过22%，则有α变得过大、且烧成时的形状保持性不足之虞。这三种化合物的含量合计优选在20%以下，更优选在18%以下。这里，光学功能部46含有氧化钠或氧化钾两者之一或都含有为好。如果不含氧化钠、氧化钾的任一种，即只含锂作为碱金属成分，则在玻璃基板42上烧成时，玻璃基板容易产生翘曲。认为这是由于烧成工序中玻璃基板与玻璃浆料中所含的玻璃之间发生了碱离子交换的缘故。也就是说，本发明中使用的玻璃基板42在大多数场合下含有氧化钠或氧化钾作为碱成分，因此由于玻璃基板42中所含的碱离子与离子半径小的锂离子之间的离子交换而使玻璃基板42发生变形。从以上方面考虑，光学功能部46中氧化锂的含量优选在15%以下。本发明中，光学功能部46除了上述必需成分以外，还可含有各种成分。例如，作为调整折射率的成分，可含有氧化钡或氧化锶两者之一或都含有。含有氧化钡和氧化锶时，对其含量没有特别限定，但合计优选在10%以下。如果两者的含量超过10%，则有玻璃变得不稳定之虞。还有Ts-Tg变小之虞。氧化钡和氧化锶的含量优选在5%以下。此外，作为可获得增大“Ts-Tg”的效果、提高耐水性等的效果的成分，可含有氧化 错。含有氧化锆时，对其含量没有特别限定，但优选在5%以下。如果氧化锆的含量超过5%，则有Ts变得过高之虞。还有玻璃容易结晶化之虞。另外，作为可获得提高耐水性的效果、提高透明性等的效果的成分，可含有氧化锡和氧化铈两者之一或都含有。含有氧化锡或氧化铈时，对其含量没有特别限定，但优选在5%以下。如果氧化锡和氧化铈的含量超过5%，则有Ts变得过高之虞。还有玻璃容易结晶化之虞。如前所述，本发明的菲涅耳透镜40 (平面透镜)中，光学功能部46除了不可避免地含有来自于制造上述组成的玻璃所用的玻璃成分的各原料成分的杂质的情况以外，实质上不含铋化合物、铅化合物和磷化合物。本发明中，由于不含这些成分，能够简易且稳定地制成即使是像菲涅耳透镜这样具有复杂结构的平面透镜或具有细微结构的平面透镜也有所需的形状、且具有优异透明性的透镜。如果光学功能部46含有铋化合物，则“Ts-Tg”减小。其结果是烧成时的形状保持性大幅劣化，不能制成具有所需形状的光学功能部46。特别是对于像附图示例的菲涅耳透镜这样的具有复杂形状的平面透镜来说，其不良影响很大。此外，如果含有铋化合物，则玻璃容易着色，因此也存在透明性劣化的情况。再者，如果光学功能部46含有磷化合物，则后述的玻璃浆料的脱粘合剂性大幅下降，或者容易因烧成而结晶化，难以获得透明性优异的菲涅耳透镜。此外,光学功能部26出于环境应对策略方面的考虑,不含铅化合物。本发明的菲涅耳透镜40 (平面透镜)中，具有上述组成的光学功能部46的Tg典型地为450 550°C。如果光学功能部的Tg不到450°C，则烧成时脱粘合剂温度与玻璃粉末的熔接温度接近，有无法充分脱粘合剂之虞。如果光学功能部的Tg超过550°C，则用于形成光学功能部所需的烧成温度升高，烧成时有基板变形之虞。此外，光学功能部46的Ts典型地为550 670°C。这里，玻璃基板42为常用的钠钙玻璃的场合下，光学功能部46的玻璃的Ts优选在640°C以下、更优选在630°C以下。另夕卜，光学功能部46的Ts优选比玻璃基板42的Tg低。此外，Ts是指差示热分析(DTA)曲线的第二吸热部的下摆温度(日文裾O温度)。
本发明中，通过使光学功能部46的Ts在上述范围内，能够在玻璃基板42不变形的情况下实现切实的烧成等方面得到较佳的结果。此处，光学功能部46的“Ts-Tg”没有特别限定，但优选在110°C以上。如前所述，越是“Ts-Tg”大的玻璃，越是能抑制烧成时的疲软而制作所需形状的光学功能部46。通过使“Ts-Tg”在110°C以上，能够很好地保持玻璃浆料成形后烧成时的形状保持性。此外，从更好地得到该效果的角度考虑，光学功能部46的玻璃的“Ts-Tg”更优选在120°C以上。再者，光学功能部46的α典型地为70 X 1(Γ7 85 X 1(TV°C较好。此外，光学功能部46的α比玻璃基板42的α稍小则不会使玻璃基板42的强度下降因而较为理想。特别是在玻璃基板42为常用的钠钙玻璃的场合下，光学功能部46的α更优选为72Χ10_7 82Χ1(Γ7/。。。 本发明中，通过使光学功能部46的α在上述范围内，该α能达到和钠钙玻璃等常用玻璃相同的水平。此外，也能比玻璃基板42的α稍小。其结果是，即使在用常用玻璃作为玻璃基板42时，也能防止因α差而引起的应力，从而防止由该应力引起的形变、及玻璃基板42与光学功能部46之间的剥离等。另外，通过使玻璃基板42的α在上述75 X 10_7 100 X 10_7/°C的范围内，可缩小玻璃基板42与光学功能部46之间的α差。由此，可在防止两者的α差引起的应力、防止由该应力引起的开裂和形变、防止玻璃基板42的强度下降及玻璃基板42与光学功能部46之间的剥离等方面得到较佳的结果。本发明的菲涅耳透镜40 (平面透镜)中，具有这种组成的光学功能部46的玻璃与钠钙玻璃等常用玻璃相比，具有足够低的Ts，还具有相同水平的α。因此，即使在使用常用玻璃制的玻璃基板42的场合下，也能通过烧成而在玻璃基板42上形成光学功能部46。制造所述的平面透镜时，首先将形成光学功能部46的玻璃中所含的成分粉碎而制成玻璃粉末，将载体与玻璃粉末混合、或将溶剂与玻璃粉末与粘合剂混合而配制浆料(玻璃浆料)。然后，通过在玻璃基板42上涂布浆料、使所得浆料层成形为与规定的光学功能部46的形状相对应的形状后烧成，可在玻璃基板42不发生大幅度变形的情况下使透明度高的光学功能部46密合而形成于玻璃基板42上。光学功能部的形状可通过例如使用形成有所需的规定凹凸的成形模具等来对浆料层进行模压成形而形成。但是，浆料层会因烧成而体积收缩，因此，必需考虑收缩量来设计成形模具。下面引用上述图I和图2的流程图，对本发明的平面透镜的一个实施方式的菲涅耳透镜40的优选制造方法进行详细说明。也就是说，本发明的菲涅耳透镜可优选地用基于上述本发明的玻璃制部件的制造方法的方法来制造。如前所述，本发明的菲涅耳透镜40中，优选利用含有玻璃粉末的本发明玻璃浆料(以下说明中，玻璃浆料也称为浆料)来形成光学功能部46。玻璃粉末可通过将含有上述氧化硅、氧化硼、氧化锌等的玻璃原料粉碎、由通常的方法制成粉末来制作。具体来讲，以使所得的玻璃粉末的组成含有以下组成的方式调制、混合原料氧化硅40 64%，氧化硼5 35%，氧化锌2 30%、氧化铝O 10%，氧化锂、氧化钠和氧化钾的至少一种合计为10 22%,氧化钡和氧化银的至少一种合计为O 10%。将该混合物投入坩锅等的耐热容器后熔融，然后冷却而得到玻璃。接着，用研钵、球磨机、喷射磨等公知手段对该玻璃进行粉碎而制成粉末，根据需要进行分级，制作形成光学功能部46的玻璃粉末。此时，也可使用表面活性剂或硅烷偶联剂来对上述玻璃粉末的表面进行改性。另外，玻璃粉末的质均粒径优选为O. I 10 μ m。通过使玻璃粉末的质均粒径在O. I μ m以上，能够使玻璃粉末容易均一分散于浆料中。通过使玻璃粉末的质均粒径在IOym以下，可很好地得到涂布或烧成后的表面平滑性。再者，由成形模具等进行的成形也能稳定而容易地实施。浆料通常通过将玻璃粉末和载体(即玻璃粉末和粘合剂和溶剂)、还有根据需要除 此以外的成分用行星式搅拌机、辊式粉碎机等混合使之均一分散而得到。如前所述，载体是粘合剂和溶剂混合而成的。载体以粘合剂相对于100重量份玻璃粉末为3 50重量份的比例混合为好。作为粘合剂，可使用乙基纤维素、硝基纤维素、丙烯酸树脂、乙酸乙烯酯、丁醛树脂(聚乙烯醇缩丁醛(PVB ))、环氧树脂等各种树脂。其中，优选使用具有(末端)羟基的树脂，特别优选使用丁醛树脂。在前述的本发明的玻璃制部件的制造方法的说明中已述，本发明的菲涅耳透镜40的制造方法中，在玻璃基板42上形成浆料层50，用成形模具24对浆料层50进行按压，在浆料层50上形成使所需光学功能得以发挥的凹凸后，将成形模具24取下，模压出光学功能部46的形状。因此，对浆料层50要求具有与玻璃基板12之间的密合性。此外，浆料不是在配制后直接使用的，因此要求浆料寿命长。如前所述，为确保玻璃基板42与玻璃浆料之间的良好密合性，必需使用丁醛树脂等含有羟基的粘合剂。但是，在玻璃粉末含有氧化硼的场合下，存在因氧化硼与羟基之间的特异性反应而不能获得足够浆料寿命的情况，玻璃基板42与浆料之间的密合性也低下。对此，通过使本发明的浆料中氧化硼的含量在35%以下，实现了确保玻璃基板42与玻璃浆料之间的密合性、且获得足够长的浆料寿命。也就是说，本发明的菲涅耳透镜40中，通过将具有前述规定组成的玻璃粉末和丁醛树脂等具有羟基的粘合剂组合，能够满足玻璃基板12与粘合剂之间密合性优异、且玻璃粉末与粘合剂之间密合性低的优选的被认为是相反的特性。由此，同时实现玻璃浆料与玻璃基板42之间的密合性和长浆料寿命成为可能。载体的溶剂是溶解粘合剂的溶剂。对溶剂没有特别限定，但可使用甲苯、二甲苯、乙醇、丁醇、乙酸戊酯、α-萜品醇、2_ (2_正丁氧基乙氧基)乙醇、乙酸2_ (2_正丁氧基乙氧基)乙酷、2，2，4_ 二甲基-I, 3_戍二醇单异丁酸酯等有机溶剂，还可适当地将这些溶剂混合后使用。此外，玻璃浆料中除了上述玻璃粉末和载体以外，还可根据需要含有增塑剂或分散剂等，这和前述的本发明的玻璃制部件的制造方法相同。准备了玻璃基板42和浆料之后，如图I (A) (B)所示，在玻璃基板42的表面上涂布浆料并使之干燥(脱溶剂)而成为浆料层50。
浆料层的涂布和干燥可和前述的本发明的玻璃制部件的制造方法的浆料层20的场合同样地进行。形成了浆料层50之后，如图I (C) (D)所示，用具有与所形成的光学功能部46的形状相对应的凹凸的成形模具24 (模具)对浆料层50进行按压(加压)，在浆料层上形成凹凸形状，然后如图I (D) (E)所示，从浆料层20上取下成形模具24。由此，能够将成形模具24的形状按压(转印)到浆料层20上而形成与光学功能部46的凹凸面相对应的规定形状。此外， 在浆料使用具有羟基的粘合剂的场合下，能够在充分确保玻璃基板42与浆料层50之间的密合性、防止浆料层20剥离的情况下使浆料层50成形为与光学功能部46相对应的合适形状。对成形模具24的形成材料没有特别限定，可使用与前述的本发明的制造方法相同的物质。加压压力也和先前相同，通常为10 80MPa，优选在50MPa以下。此外，成形模具不限于附图示例的那种平面型(压印型)，也可适当地使用辊型成形模具，这和前述的本发明的玻璃制部件的制造方法相同。再者，该制造方法中，其后的烧成工序中浆料层50的体积收缩无可避免，因此成形模具24必需考虑其收缩来设计模具形状，这也和前述的本发明的玻璃制部件的制造方法相同。另外，和前述的本发明的制造方法相同，较好是在用成形模具24进行按压之前对浆料层50进行适当加热而使浆料层50 (粘合剂)软化以提高成形加工性。浆料层50的加热方法和加热温度可按照前述的本发明的玻璃制部件的制造方法来准备。由此形成浆料层50之后，通过对浆料层50进行烧成来形成光学功能部46。该烧成是通过加热至与本发明的玻璃粉末的Ts相同程度的温度而使浆料层50的玻璃粉末软化/熔接之后冷却至室温来固着于玻璃基板42上的工序。由此，玻璃基板10的表面上形成光学功能部46，制成了整体玻璃制的本发明的菲涅耳透镜40 (平面透镜)。烧成工序中，通常是温度上升后保持一定温度(烧成温度)之后冷却。保持时间和前述的本发明的玻璃制部件的制造方法相同，通常为30 60分钟。此外，本发明的菲涅耳透镜40 (平面透镜)的制造中，烧成温度在形成光学功能部46的玻璃粉末的Ts附近为好，特别好是比Ts低5 50°C左右的低温。因此，本发明的菲涅耳透镜的制造中，烧成温度通常以540 630°C为好。这里，在烧成工序之前，进行如前所述的使载体的粘合剂分解·消失的脱粘合剂工序。或者，也可在烧成工序中包括脱粘合剂工序，该脱粘合剂工序是在达到烧成温度之前保持在比玻璃的Tg低的温度下而使载体的粘合剂分解·消失。玻璃浆料所含的粘合剂为丁醛树脂时，脱粘合剂工序例如是在300 500°C下保持5 60分钟的工序。或者，也可在连续或阶梯式升温至烧成温度的途中，以完成脱粘合剂的方式控制烧成工序中的温度，这也和前述的本发明的玻璃制部件的制造方法相同。脱粘合剂工序通常在大气气氛下进行。但是，脱粘合剂后的烧成工序如前所述有时在减压下进行。通过进行减压烧成，浆料层所含的空隙和气泡消失，可得到透明性更高的光学功能部。以上的例子是在适合用于太阳能电池的聚光装置和数码相机的频闪灯等的圆型菲涅耳透镜上利用本发明的平面透镜和玻璃浆料的例子。但是，本发明不限于此，其能够适用于各种平面透镜。例如，优选例举一维延伸的凹凸在与延伸方向正交的方向上排列而成的菲涅耳透镜(线型的菲涅耳透镜)、透镜阵列、微透镜阵列、双凸透镜、棱镜透镜等各种平面透镜。特别是，本发明的玻璃制部件的制造方法和玻璃浆料能够适用于制造附图示例的菲涅耳透镜和透镜阵列那样具有细微的凹凸的光学部件。以上对本发明的玻璃制部件的制造方法和平面透镜以及玻璃浆料进行了详细说明，但本发明显然不受上述例子所限，可在不背离本发明宗旨的范围内进行各种改良或变更。实施例 下面举出本发明的具体实施例来对本发明进行更详细的说明。本发明不限于此。实施例I[发明例I]准备氧化硼含量为10. 5摩尔％ (11重量％)、Tg (软化点)为503°C、Ts (玻璃化温度)为 638°C (Ts-Tg = 135°C)的玻璃粉末(SiO2-B2O3-ZnO 系玻璃)。将20重量份丁醛树脂(克拉雷公司(株式会社夕f L社)制MowitalB30HH)溶解于80重量份溶剂(丁基卡比醇乙酸酯)，制成载体(粘合剂溶液)。将100重量份该玻璃粉末和100重量份载体投入混合器，充分搅拌，配制玻璃浆料。作为玻璃基板12，准备140mm见方的钠钙玻璃(热膨胀系数85X10_7/°C，软化点735°C，玻璃化温度550°C)。在该玻璃基板12上使用掩模厚度200 μ m的金属掩模，通过丝网印刷法来涂布配制好的浆料。此外，对玻璃基板12涂布浆料是在浆料配制后60分钟内进行的。之后，将涂布了浆料的玻璃基板投入干燥机，在180°C下干燥40分钟，获得形成有厚200 μ m的浆料层20的玻璃基板12。将形成有上述浆料层20的玻璃基板12设置在平台加热到200°C的加压机上，在浆料层20上加载形成有与图3所示的圆型菲涅耳透镜相对应的凹凸的平面状成形模具(镍制、尺寸140mm见方、透镜高度150 μ m),以对玻璃基板12施加的压力为50MPa的方式进行60秒的加压。之后，将成形模具脱模，得到模压了成形模具形状(即透镜部14)的浆料层20。将形成有模压了成形模具形状的浆料层20的玻璃基板12投入烧成炉，在大气气氛中以5°C /分钟的升温速度升温至450°C，在450°C下保持90分钟，进行脱粘合剂。然后，通过将烧成炉减压至lOOPa、以5°C /分钟的升温速度升温至620°C、在620°C下保持30分钟来烧成，进行玻璃粉末的熔接，得到如图3所示的玻璃基板12和透镜部14直接接合的菲涅耳透镜10。[发明例2]准备氧化硼含量为12. 6摩尔％ (14重量％)、Tg为485°C、Ts为606°C (Ts-Tg =121 °C)的玻璃粉末(SiO2-B2O3-Al2O3系玻璃)。除了将玻璃粉末变更为该玻璃粉末以外，基本和发明例I相同地制作菲涅耳透镜10。
此外，烧成通过将烧成炉减压至lOOPa、以5°C /分钟的升温速度升温至580°C、在580°C下保持30分钟来进行。[发明例3]准备氧化硼含量为13摩尔％ (14重量％)、Tg为500°C、Ts为635°C (Ts-Tg =135°C)的玻璃粉末(SiO2-B2O3-Al2O3系玻璃)。除了将玻璃粉末变更为该玻璃粉末以外，基本和发明例I相同地制作菲涅耳透镜10。此外，烧成通过将烧成炉减压至lOOPa、以5°C /分钟的升温速度升温至600°C、在600°C下保持30分钟来进行。[发明例4]
准备氧化硼含量为13. 9摩尔％ (13重量％)、Tg为506°C、Ts为615°C (Ts-Tg =109°C)的玻璃粉末(SiO2-B2O3-Al2O3系玻璃)。除了将玻璃粉末变更为该玻璃粉末以外，基本和发明例I相同地制作菲涅耳透镜10。此外，烧成通过将烧成炉减压至lOOPa、以5°C /分钟的升温速度升温至600°C、在600°C下保持30分钟来进行。[发明例5]准备氧化硼含量为19. 6摩尔％ (20.5重量％)、了8为5841^8为7591 (Ts-Tg=175°C)的玻璃粉末(SiO2-B2O3-BaO系玻璃)。除了将玻璃粉末变更为该玻璃粉末以外，和发明例I相同地得到形成有厚200 μ m的浆料层20的玻璃基板12。该玻璃粉末的软化点比钠钙玻璃高，因此不进行菲涅耳透镜10的制作和后述的形状保持性评价，仅对浆料寿命和密合性进行评价。[发明例6]准备氧化硼含量为38. 9摩尔％ (35重量％)、Tg为477°C、Ts为591°C (Ts-Tg =114°C)的玻璃粉末(SiO2-B2O3-BaO系玻璃)。除了将玻璃粉末变更为该玻璃粉末以外，基本和发明例I相同地制作菲涅耳透镜10。此外，烧成通过将烧成炉减压至100Pa、以5°C /分钟的升温速度升温至580°C、在580°C下保持30分钟来进行。[发明例7]将20重量份乙基纤维素树脂(赫克力士公司P、一々工> ^社)制EC-N7)溶解于80重量份溶剂(丁基卡比醇乙酸酯)，制成载体。除了将载体变更为该载体以外，和发明例I相同地配制(玻璃粉末)浆料。和发明例I相同地获得形成有厚200 μ m的浆料层20的玻璃基板12。接着，除了将平台温度变更为140°C以外，和发明例I相同地进行加压。之后，将成形模具脱模，在和发明例I相同的烧成条件下进行烧成，制成菲涅耳透镜10。[比较例I]
准备氧化硼含量为46摩尔％ (46. 5重量％)、Tg为475°C、Ts为583°C (Ts-Tg =108°C )的玻璃粉末(SiO2-B2O3-ZnO系玻璃)。除了将玻璃粉末变更为该玻璃粉末以外，基本和发明例I相同地制作菲涅耳透镜10。本例中，在将加压工序中的成形模具取下时，浆料层从玻璃基板上剥离，因此不能进行之后的工序。[比较例2] 准备氧化硼含量为46. 3摩尔％ (47. 4重量％)、Tg为476°C、Ts为580°C (Ts-Tg=104°C)的玻璃粉末(SiO2-B2O3-ZnO系玻璃)。除了将玻璃粉末变更为该玻璃粉末以外，基本和发明例I相同地制作菲涅耳透镜10。本例中，在将加压工序中的成形模具取下时，浆料层20从玻璃基板12上剥离，因此不能进行之后的工序。[比较例3]准备氧化硼含量为46. 9摩尔％ (45. 6重量％)、Tg为466°C、Ts为563°C (Ts-Tg=97°C)的玻璃粉末(SiO2-B2O3-BaO系玻璃)。除了将玻璃粉末变更为该玻璃粉末以外，基本和发明例I相同地制作菲涅耳透镜10。烧成通过将烧成炉内减压至lOOPa、以5°C /分钟的升温速度升温至550°C、在550°C下保持30分钟来进行。[比较例4]将20重量份丙烯酸树脂(罗姆和哈斯公司(口一 A · 7 y F · ^ 一 ^社)制ParaloidA-21)溶解于80重量份溶剂(丁基卡比醇乙酸酯)，制成载体。除了将载体变更为该载体以外，和发明例I相同地配制玻璃浆料。和发明例I相同地获得形成有厚200 μ m的浆料层20的玻璃基板12。接着，除了将平台温度变更为120°C以外，和发明例I相同地进行加压。本例中，在将加压工序中的成形模具取下时，浆料层20从玻璃基板12上剥离，因此不能进行之后的工序。[评价]对这样的发明例I 发明例7和比较例I 比较例4，进行浆料寿命、玻璃基板12与浆料层20之间的密合性和烧成前后的形状变化(形状保持性)的评价。评价方法如下所述。[浆料寿命(以下也称为寿命)]配制好浆料后分取一部分，以溶剂不蒸发的方式密闭容器，在室温下保存，评价浆料寿命。评价如下进行。◎: 一个月以上无变化〇一周以上无变化Λ :约一天变成胶状，不能涂布
X :几小时内变成胶状，不能涂布。[密合性]从涂布于玻璃基板12上的浆料除去溶剂而形成浆料层20之后，一边用半径60mm的辊(表面镍制)以O. 4MPa的压力按压浆料层20的表面，一边以30mm/分钟的速度移动玻璃基板12，历时I分钟，然后取下辊，进行评价。评价如下进行。◎:完全未见浆料层从玻璃基板上剥离。O :虽见浆料层稍有浮起，但不至于剥离，实际使用上没有问题。 Δ :浆料层有一部分剥离，但剥离量不到一半。X :浆料层有一半以上剥离。[形状保持性]通过对烧成前后的透镜部14的形状进行比较，来评价形状保持性。评价如下进行。◎:烧成后的透镜高度是烧成前的透镜高度的50%以上。O :烧成后的透镜高度是烧成前的透镜高度的20%以上不到50%。Δ :烧成后的透镜高度是烧成前的透镜高度的10%以上不到20%。X :烧成后的透镜高度不到烧成前的透镜高度的10%。此外，如前所述，比较例I和2在加压工序时浆料层从玻璃基板上剥离，因此不能进行形状保持性评价。以上结果示于下表I。表I
权利要求
1.玻璃制部件的制造方法，它是在玻璃基板的表面上形成了玻璃制的规定形状的凹凸的玻璃制部件的制造方法，其特征在于， 具备以下工序使用包含玻璃粉末、粘合剂和溶剂的浆料，在所述玻璃基板的表面上形成由所述玻璃粉末和粘合剂构成的所述规定形状的凹凸的形成工序；和从所述玻璃基板的表面上形成的凹凸除去粘合剂、然后使玻璃粉末熔接的加热工序， 并且，所述浆料的所述玻璃粉末含有氧化硼、且其含量在40摩尔％以下，并且所述粘合剂具有羟基。
2.如权利要求I所述的玻璃制部件的制造方法，其特征在于，所述形成工序具备以下工序将所述浆料涂布于玻璃基板的表面而形成浆料层、从该浆料层除去所述溶剂的工序，和 将具有与形成的凹凸相对应的形状的成形模具按压于所述浆料，形成具有规定形状的凹凸的浆料层，然后将该成形模具从浆料层上取下的工序。
3.如权利要求I所述的玻璃制部件的制造方法，其特征在于，所述形成工序具备将所述浆料涂布于具有规定形状的凹凸的转印模具、由该转印模具在所述玻璃基板表面上形成具有规定形状的凹凸的浆料层的工序。
4.如权利要求2所述的玻璃制部件的制造方法，其特征在于，在按压所述成形模具之前，将除去了所述溶剂的浆料层加热至所述粘合剂软化的温度。
5.如权利要求I 4中任一项所述的玻璃制部件的制造方法，其特征在于，所述粘合剂是丁醛树脂。
6.如权利要求I 5中任一项所述的玻璃制部件的制造方法，其特征在于，所述玻璃粉末所含的氧化硼的含量在3摩尔％以上、40摩尔％以下。
7.平面透镜，其特征在于，在玻璃基板上形成由与所述玻璃基板组成不同的玻璃构成的光学功能部，构成该光学功能部的玻璃是以氧化物基准的摩尔％表示包含以下组成的玻璃 氧化硅40 64%， 氧化硼5 35 %, 氧化锌2 30%， 氧化招I 10%, 氧化锂、氧化钠和氧化钾的至少一种合计为10 22%, 氧化钡和氧化银的至少一种合计为O 10%。
8.如权利要求7所述的平面透镜，其特征在于，除了作为来自其他成分的杂质含有的场合以外，构成所述光学功能部的玻璃实质上不含铋化合物、铅化合物和磷化合物。
9.如权利要求7或8所述的平面透镜，其特征在于，所述玻璃基板在50 350°C的平均线膨胀系数为75 X 10_7 100 X 10_V°C。
10.如权利要求7 9中任一项所述的平面透镜，其特征在于，所述玻璃基板的玻璃化温度为550 670°C。
11.玻璃浆料，其特征在于，包含玻璃粉末、粘合剂和溶剂，其中所述玻璃粉末以氧化物基准的摩尔％表示包含以下组成氧化硅40 64%，氧化硼5 35%，氧化锌2 30%，氧化招I 10%,氧化锂、氧化钠和氧化钾的至少一种合计为10 22%,氧化钡和氧化银的至少一种O 10%。
12.如权利要求11所述的玻璃浆料，其特征在于，除了作为来自其他成分的杂质含有的场合以外，所述玻璃实质上不含铋化合物、铅化合物和磷化合物。
13.如权利要求11或12所述的玻璃浆料，其特征在于，所述粘合剂是具有羟基的树脂。
14.如权利要求13所述的玻璃浆料，其特征在于，所述粘合剂是丁醛树脂。
全文摘要
本发明提供了一种使用包含玻璃粉末的浆料的、浆料寿命长、基板与浆料之间密合性优异的玻璃制部件的制造方法，适用于菲涅耳透镜等的全玻璃制平面透镜，以及最适于制造该平面透镜的玻璃浆料。通过使浆料的玻璃粉末的氧化硼含量在40摩尔％以下、粘合剂具有羟基，并且使玻璃基板上具有与基板组成不同的玻璃制光学功能部，该光学功能部含有SiO2 40～64％，B2O3 5～35％，ZnO 2～30％，Al2O31～10％，Li2O、Na2O和K2O的一种以上为10～22％，BaO+SrO为0～10％，藉此解决上述课题。
文档编号G02B3/08GK102858707SQ201180019920
公开日2013年1月2日 申请日期2011年4月21日 优先权日2010年4月21日
发明者猪熊久夫, 关根实, 大崎康子, 深堀智行, 辻村一志 申请人:旭硝子株式会社