JP3094011B2 - Optical glass material and method for manufacturing optical element - Google Patents
Optical glass material and method for manufacturing optical elementInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、加熱プレスによりガラ
ス光学素子を成形する場合に用いられる光学ガラス素材
およびその素材を用いた光学素子の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical glass material used for forming a glass optical element by hot pressing and a method for manufacturing an optical element using the material.
【0002】[0002]
【従来の技術】光学ガラス素材を加熱軟化し、成形用型
にて所望の形状にプレス成形して研削・研磨を必要とし
ない光学素子を得ることが広く行われている。この加熱
プレスによる成形方法の場合は、像形成用光学レンズに
要求される表面形状、表面特性(面粗度、外観等)を満
足することが重要となり、そのため、成形用型として
は、耐熱、耐酸化性が高く、高精度であり、ガラス素材
との濡れ性が悪くて離型性の良い成形用型材料を用いる
ことが必要である。しかし、型材料の改良のみでは型と
ガラス素材との融着を完全に防ぐことには限度があり、
限られた種類の硝材で成形することができるにすぎな
い。そこで、ガラス素材側に着眼して融着を防ごうとす
る試みも行われてきており、例えば、特開昭63−22
2023号公報に記載されるような提案がなされてい
る。これは、研削・研磨等により所定の形状、容量に調
整されたガラス素材の成形面に、1〜100nm程度の
厚さの炭素の連続被膜を形成し、ガラス素材の表面を被
膜で覆うようにすることで、ガラス素材と成形用型との
融着を防止しようとするものである。2. Description of the Related Art It has been widely practiced to heat and soften an optical glass material and press-mold it into a desired shape with a molding die to obtain an optical element that does not require grinding and polishing. In the case of the molding method using the hot press, it is important to satisfy the surface shape and surface characteristics (surface roughness, appearance, etc.) required for the optical lens for image formation. It is necessary to use a molding material having high oxidation resistance, high precision, poor wettability with a glass material, and good mold release properties. However, there is a limit to completely preventing fusion between the mold and the glass material only by improving the mold material.
It can only be formed with a limited type of glass material. Attempts have been made to prevent fusion by focusing on the glass material side.
A proposal has been made as described in JP-A-2023. This is to form a continuous film of carbon having a thickness of about 1 to 100 nm on a molding surface of a glass material adjusted to a predetermined shape and capacity by grinding, polishing, or the like so that the surface of the glass material is covered with the film. By doing so, it is intended to prevent fusion between the glass material and the molding die.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ガラス素材の成形表面
は成形用型によってプレス成形される際に流動し変形す
るが、成形面に形成された炭素の連続被膜には全く流動
性はなくて変形しないので、成形用型の成形面に被膜が
沿おうとする際には被膜に必ず割れが発生する。したが
って、成形用型によりプレスされている状態において
は、型とガラス素材とが直接接触している部分と、炭素
被膜を介する部分とが生じる。このことから、直接接触
している部分では、型とガラス素材とが融着してしまう
不具合がある。また、直接接触している部分と炭素被膜
を介する部分とでは、ガラス成形品の表面に炭素被膜の
膜厚分の段差が生じてしまい、成形時の外観不良や光学
特性の劣化の原因となる。さらに、型からのガラス素材
の離型時に炭素被膜が型の成形面にはがれ落ちる(付着
する)こともあり、連続的に成形を行う場合には、この
はがれ落ちた炭素被膜によりガラス成形品に外観不良を
きたす原因となる。The molding surface of a glass material flows and deforms when pressed by a molding die, but the continuous carbon film formed on the molding surface has no fluidity and is deformed. Therefore, when the coating attempts to follow the molding surface of the molding die, the coating necessarily cracks. Therefore, in a state where the glass material is pressed by the molding die, there are a portion where the mold is in direct contact with the glass material and a portion where the carbon material is interposed. For this reason, there is a problem in that the mold and the glass material are fused at the portion in direct contact. In addition, between the part in direct contact and the part via the carbon coating, a step corresponding to the thickness of the carbon coating occurs on the surface of the glass molded product, which causes poor appearance during molding and deterioration of optical characteristics. . Furthermore, when the glass material is released from the mold, the carbon coating may peel off (adhere) to the molding surface of the mold, and when performing continuous molding, the carbon coating that has peeled off may form a glass molded product. This may cause poor appearance.
【0004】また、型とガラス素材との融着の一因に
は、ガラス素材の表面欠陥についても考慮する必要があ
る。研削・研磨等を施した炭素被膜を形成する前のガラ
ス素材には潜傷と呼ばれる、表層に隠れた機械的に弱い
傷等の微細な表面欠陥が存在する。さらに、多くの場
合、研削・研磨加工の際にガラス素材の表面には、ヤケ
と呼ばれる水やアルカリが作用してできた化学的に不安
定な反応層が存在する。これらの表面欠陥によって、ガ
ラス素材の表面状態が不安定なものとなり、炭素被膜を
形成した後のプレス成形時に表層の潜傷からクラックが
発生(潜傷がクラックに進む)して炭素被膜やガラス素
材表面の割れた部分が型の表面に融着してしまうとうい
う問題、成形後に炭素被膜を除去した光学ガラス素子の
光学特性が劣化(例えば透過率が低下)したりする問題
が生じる。[0004] In addition, it is necessary to consider the surface defect of the glass material as a factor of the fusion between the mold and the glass material. The glass material before forming the carbon film subjected to grinding and polishing has minute surface defects such as latent scratches and mechanically weak scratches hidden in the surface layer. Further, in many cases, a chemically unstable reaction layer called scorch is formed on the surface of the glass material at the time of grinding and polishing. Due to these surface defects, the surface state of the glass material becomes unstable, and cracks are generated from latent scratches on the surface layer during the press molding after forming the carbon coating (the latent scratches progress to cracks), and the carbon coating and glass There is a problem that the cracked portion of the material surface is fused to the surface of the mold, and a problem that the optical characteristics of the optical glass element from which the carbon coating is removed after molding is deteriorated (for example, the transmittance is reduced).
【0005】本発明は、上記不具合に鑑みてなされたも
ので、プレス成形時に型とガラス素材との融着がなく、
プレス成形前のガラス素材の表面欠陥を光学素子にきた
さない光学ガラス素材と、その素材を用いた光学素子の
製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and there is no fusion between a mold and a glass material during press molding.
An object of the present invention is to provide an optical glass material that does not cause a surface defect of a glass material before press molding to an optical element, and a method for manufacturing an optical element using the material.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では加熱軟化した光学ガラス素材を一対の型
間でプレス成形して光学素子成形品を製造するに際し、
その成形面に、イオン注入処理をして表面欠陥を除去し
た光学ガラス素材を用いる。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, according to the present invention, when a heat-softened optical glass material is press-formed between a pair of molds to produce an optical element molded product,
An optical glass material from which surface defects have been removed by ion implantation is used for the molding surface.
【0007】そして、本発明では、その成形面に少なく
ともイオン、例えば炭素イオンを注入して成形面でのス
パッタリング作用を生じさせると共にその表面で塑性流
動を生じさせた光学ガラス素材を形成する。このように
イオン注入して形成した光学ガラス素材を加熱軟化させ
て一対の型間でプレス成形し、型から取り出した後、成
形品をアニール処理することで所望の光学素子成形品を
得る。ここで、イオンを注入するというのは、例えば炭
素イオンそのものを加速して注入しても良いし、または
炭素を含む雰囲気中で炭素以外のイオンを加速して注入
することで同時に所望の炭素も注入するようにしても良
い。In the present invention, at least ions, for example, carbon ions, are implanted into the molding surface to form an optical glass material having a sputtering effect on the molding surface and a plastic flow on the surface. The optical glass material formed by the ion implantation is heated and softened, press-molded between a pair of dies, taken out of the dies, and then annealed to obtain a desired optical element molded product. Here, the term “ion implantation” means that, for example, carbon ions may be accelerated and implanted, or ions other than carbon may be accelerated and implanted in an atmosphere containing carbon to simultaneously implant desired carbon. You may make it inject | pour.
【0008】[0008]
【作用】上記構成の光学ガラス素材は、例えば、成形面
に炭素成分を注入した場合、 (1) 成形面の炭素成分によって型との濡れ性が悪く
なり、高温でのプレス成形においても型からの離型性に
優れたものとなる。炭素成分は、炭化水素(化1)のよ
うな電気的に極性の小さい状態でガラス素材表面の近傍
に存在することで、高温に加熱されて活性の高まった型
材料とも結合しにくく、離型性を高めている。In the optical glass material having the above-mentioned structure, for example, when a carbon component is injected into a molding surface, (1) the wettability with the mold is deteriorated by the carbon component on the molding surface, and the carbon material is removed from the mold even in press molding at high temperature. With excellent mold release properties. Since the carbon component exists in the vicinity of the glass material surface in a state of low electrical polarity such as hydrocarbon (Chemical Formula 1), the carbon component is hardly bonded to a mold material which has been heated to a high temperature and has increased activity. Is increasing the character.
【0009】[0009]
【化1】 Embedded image
【0010】(2) 成形面の炭素成分とガラス成分と
が混合状態になっていることから、炭素成分も、プレス
成形される際にガラス成分と共に流動する。したがっ
て、常に型の成形面の全体にガラス成分と炭素成分とが
接触しているので、融着や外観不良等の発生がない。(2) Since the carbon component and the glass component on the molding surface are in a mixed state, the carbon component also flows together with the glass component during press molding. Therefore, since the glass component and the carbon component are always in contact with the entire molding surface of the mold, there is no occurrence of fusion or poor appearance.
【0011】(3) 炭素成分はガラス素材中に非平衡
状態で存在することから、ガラス内部で移動し易い。し
たがって、アニール工程で酸化させて、C−Oガスとし
て容易に離脱される。(3) Since the carbon component exists in the glass material in a non-equilibrium state, it easily moves inside the glass. Therefore, it is oxidized in the annealing step and is easily separated as CO gas.
【0012】ガラス成分に非平衡状態の炭素成分を含有
した改質層は、成形時には離型性を高めるために有益で
あるが、成形品の表面に残存した場合には光学特性の変
化をもたらすおそれがある。そのため、成形後には、改
質層がなくなる方が良い。成形後の光学素子成形品は歪
取りや光学定数の調整のためにアニール処理をするの
で、このアニール処理にて改質層がなくなるようにする
のが望ましい。A modified layer containing a non-equilibrium carbon component in a glass component is useful for enhancing the releasability during molding, but causes a change in optical properties when left on the surface of a molded product. There is a risk. Therefore, it is better that the modified layer disappears after molding. Since the molded optical element is subjected to an annealing process for removing distortion and adjusting optical constants, it is desirable that the reformed layer be eliminated by the annealing process.
【0013】上述のように、イオンとして注入した、例
えば炭素成分は加熱されることで容易に離脱してしまう
ので、プレス工程の前の加熱軟化工程で酸化されてなく
なってしまわないように、少なくとも20nm以上の深
さまで存在しているのが良い。また、プレス工程におい
てガラスが流動しても、常にガラス素材表面に炭素成分
が存在するようにしておくことが必要であり、そのため
には、ガラス素材表面の流動量を考慮して、ガラス素材
の改質層厚さを決めなければならない。すなわち、ガラ
ス素材の形状と所望の成形品の形状とが大きく異なり、
変形量が大きい場合には、改質層厚さを厚くする必要が
ある。一方、アニール処理にて炭素成分が離脱するため
には、成形後の成形品表面から深さ200nm程度の範
囲にとどまっていることが必要である。As described above, for example, a carbon component implanted as ions is easily separated by heating, so that at least the carbon component is not oxidized in the heating softening step before the pressing step. It is preferable that the layer exists up to a depth of 20 nm or more. Also, even if the glass flows in the pressing step, it is necessary to keep the carbon component on the surface of the glass material at all times. The thickness of the modified layer must be determined. That is, the shape of the glass material and the shape of the desired molded product are significantly different,
When the amount of deformation is large, it is necessary to increase the thickness of the modified layer. On the other hand, in order for the carbon component to be released by the annealing treatment, it is necessary that the carbon component is kept within a range of about 200 nm in depth from the surface of the molded article after molding.
【0014】これらのことを考慮して、ガラス素材の改
質層の厚さを決定することが望ましい。ガラス素材の表
面と裏面、あるいはガラス成形面の変形量に応じて、部
分的に改質層の厚さを変えた方が良い場合もある。ま
た、場合によっては特に融着の生じやすい部分だけ、あ
るいは片面だけに改質層を設けても良い。In consideration of these points, it is desirable to determine the thickness of the modified layer of the glass material. In some cases, it is better to partially change the thickness of the modified layer according to the deformation amount of the front and back surfaces of the glass material or the glass forming surface. In some cases, the modified layer may be provided only on a portion where fusion is likely to occur, or only on one surface.
【0015】前記ガラス成分と非平衡状態の炭素成分と
を含有する光学ガラス素材を作成する手段として、次の
(1),(2)がある。 (1) 炭素をイオン化して加速し、そのままガラス素
材の成形面(表層)に侵入させる。(2)炭素を含む雰
囲気で、加速された炭素以外のイオンビームにより励起
された炭素を炭素以外のイオンと共にガラス素材の表層
に侵入させる。Means for producing an optical glass material containing the glass component and a non-equilibrium carbon component include the following (1) and (2). (1) Carbon is ionized and accelerated, and directly penetrates into the molding surface (surface layer) of the glass material. (2) In an atmosphere containing carbon, carbon excited by an accelerated ion beam other than carbon is caused to penetrate into the surface layer of the glass material together with ions other than carbon.
【0016】上記作成手段による作用を述べると、以下
のようになる。 (1) イオン注入法は非平衡プロセスであるので、ガ
ラス素材中に侵入した炭素やその他のイオンを非平衡状
態で存在させる。前述のように、ガラス成分の中に非平
衡状態で存在する炭素イオン等のイオンや炭素はガラス
内部で容易に移動する。光学ガラス含有成分と同じ成分
をイオン化して注入した場合には、この成分はアニール
処理によってガラス内部に均一に拡散される。アニール
の時間を不必要に長くしないためには、例えば、Oや、
またはNaやKのような拡散速度の大きいものを用いる
ことが好ましい。一方、光学ガラスの徐冷点以下の温度
領域にてガス化する成分をイオン化して注入した場合に
は、この成分はアニール処理によってガラス素材表面か
ら離脱される。このような成分としては、ガラス中に溶
け込みにくいことが必要であり、He,Ne,Ar等の
不活性ガスや、H2 ,N2 等のガス成分であることが望
ましい。離脱させるためには、前述のように、成形品の
表面から深さ200nm程度の範囲にとどまっているこ
とが必要である。なお、炭素等をガラス中に侵入させる
ためには、イオン注入法の他にイオン交換法や浸炭法の
ような手法も考えられるが、これらの手法は平衡プロセ
スであるために、ガラス中に炭化物を形成して安定化し
てしまうことから、アニール処理後にも炭素がガラス中
に残存し、光学特性が劣化する。The operation of the creation means will be described below. (1) Since the ion implantation method is a non-equilibrium process, carbon and other ions penetrating into the glass material are present in a non-equilibrium state. As described above, ions and carbon such as carbon ions existing in a non-equilibrium state in the glass component easily move inside the glass. When the same component as the optical glass-containing component is ionized and implanted, this component is uniformly diffused into the glass by annealing. In order not to unnecessarily lengthen the annealing time, for example, O,
Alternatively, it is preferable to use a material having a high diffusion rate such as Na or K. On the other hand, when a component that is gasified in a temperature region equal to or lower than the annealing point of the optical glass is ionized and injected, this component is separated from the surface of the glass material by annealing. It is necessary that such a component does not easily dissolve into the glass, and is preferably an inert gas such as He, Ne, or Ar, or a gas component such as H 2 or N 2 . In order to separate the molded product, it is necessary that the molded product be kept at a depth of about 200 nm from the surface of the molded product, as described above. In order to make carbon or the like penetrate into the glass, other methods such as an ion exchange method and a carburizing method can be considered in addition to the ion implantation method.However, since these methods are equilibrium processes, carbides are contained in the glass. Is formed and stabilized, so that carbon remains in the glass even after the annealing treatment, and the optical characteristics deteriorate.
【0017】(2) イオン注入法は、イオンの加速電
圧により改質層の深さを、イオンの注入量により改質の
程度を極めて正確に制御することができ、再現性が良く
なる。前述のように、アニール時の離脱やガラスの流動
量を考慮して改質層の深さを決めるので、イオン注入法
は最適である。(2) In the ion implantation method, the depth of the reformed layer can be extremely accurately controlled by the ion accelerating voltage, and the degree of reforming can be extremely accurately controlled by the ion implantation amount, and the reproducibility is improved. As described above, the depth of the modified layer is determined in consideration of the detachment at the time of annealing and the flow amount of glass, and therefore, the ion implantation method is optimal.
【0018】(3) イオン注入時には同時にガラス素
材成形面のスパッタリング作用が生じることから、ガラ
ス素材表面の潜傷やヤケ等の表面欠陥が除去される。(3) At the same time as the ion implantation, a sputtering action occurs on the glass material forming surface, so that surface defects such as latent scratches and burns on the glass material surface are removed.
【0019】(4) 上記スパッタリング作用により、
ガラス素材表面に付着したゴミや汚れが除去されるの
で、成形前のガラス素材を洗浄する必要がなくなる。(4) By the above-mentioned sputtering action,
Since dust and dirt attached to the surface of the glass material are removed, it is not necessary to clean the glass material before molding.
【0020】(5) イオン注入時に、高速のイオンが
ガラス内部の原子と衝突した際に局部的に熱を発生し、
ガラス素材の表面で塑性流動を生じさせてスムージング
の効果を生じる。このことで、研削工程で発生した潜傷
が除去される。(5) At the time of ion implantation, when high-speed ions collide with atoms inside the glass, heat is locally generated,
A plastic flow is generated on the surface of the glass material to produce a smoothing effect. Thereby, latent scratches generated in the grinding process are removed.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】(実施の形態1)図2は本発明の
実施の形態1において使用する研削・研磨加工後のガラ
ス素材1を示すものである。このガラス素材1の形状は
両凸であり、一方の面がR16.9mm、他方の面がR
97.3mm、外径がφ11.8mm、中肉が1.8m
m、フチ肉が0.56mmである。硝種はSK系であ
り、成分はSi,O,Ba,Ca等で、転移点が550
℃、軟化点が670℃である。また、表面の面粗度はR
max0.02μmに仕上げられている。(Embodiment 1) FIG. 2 shows a glass material 1 after grinding and polishing used in Embodiment 1 of the present invention. The shape of the glass material 1 is biconvex, one surface is R16.9 mm, and the other surface is R
97.3mm, outer diameter φ11.8mm, medium thickness 1.8m
m, the margin is 0.56 mm. The glass type is SK type, the components are Si, O, Ba, Ca, etc., and the transition point is 550.
° C and a softening point of 670 ° C. The surface roughness is R
It is finished to a max of 0.02 μm.
【0022】このガラス素材1に対して、図3に概略図
を示す市販のイオン注入装置を使用し、図1にて示すよ
うに、ガラス素材1の表面に改質層2を形成した。具体
的には、図3および図4にて示すように、前記ガラス素
材1を同一硝材でできた板3上に保持して、上記のイオ
ン注入装置4にセットした。そして、CH4 ガスを装置
下部のガス導入口5から導入して、圧力が3×10-5T
orrとなるように調整した。続いて、装置上部のガス
導入口6からN2 ガスを導入し、フィラメント7,コイ
ル8,引き出し電極9等から構成されるイオン発生部1
0でイオン化し、マグネット11,スリット12等から
構成される質量分析部13および加速管14,XY走査
電極15等から構成される加速部16を経て、Nイオン
17を加速電圧110keV、注入量1×1015ion
/cm2 で注入した。その際、Nイオン17が衝突した
CH4 ガス18は解離して励起され、そのうちの炭素は
Nイオン17と共にガラス素材1に注入される。このよ
うにして、図1に示すように、ガラス素材1の表面に改
質層2が形成される。Using a commercially available ion implantation apparatus whose schematic diagram is shown in FIG. 3, a modified layer 2 was formed on the surface of the glass material 1 as shown in FIG. Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, the glass material 1 was held on a plate 3 made of the same glass material, and set in the ion implanter 4. Then, CH 4 gas is introduced from the gas inlet 5 at the lower part of the apparatus, and the pressure becomes 3 × 10 −5 T.
Adjusted to orr. Subsequently, an N 2 gas is introduced from a gas inlet 6 in the upper part of the apparatus, and an ion generator 1 composed of a filament 7, a coil 8, an extraction electrode 9, and the like.
At 0, the ions are ionized and passed through a mass analyzer 13 composed of a magnet 11, a slit 12, etc., and an accelerator 16 composed of an accelerating tube 14, an XY scanning electrode 15, and the like. × 10 15 ion
/ Cm 2 . At this time, the CH 4 gas 18 colliding with the N ions 17 is dissociated and excited, and carbon of the CH 4 gas 18 is injected into the glass material 1 together with the N ions 17. In this way, as shown in FIG. 1, the modified layer 2 is formed on the surface of the glass material 1.
【0023】このガラス素材1の改質層2をX線光電子
分光法(XPS)にて分析した結果を図5に示す。約1
80nmの深さまで、微量ではあるがN(約1atm
%)が存在する。また、約150nmの深さまで、炭素
(約1atm%)が存在すると共にSi(約10atm
%)、O(約16atm%)も存在するが、他のBa,
Caはほとんど存在しない。180nmより深い部分で
は、急に炭素の量が少なくなると共にBa,Caの量が
増え、イオン注入する前(すなわち図2に示す研磨後の
表面状態)のガラス素材1と同じ状態になっている。表
面粗度は0.03μm以下であった。FIG. 5 shows the result of analyzing the modified layer 2 of the glass material 1 by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). About 1
To a depth of 80 nm, a small amount of N (about 1 atm
%) Is present. Further, to a depth of about 150 nm, carbon (about 1 atm%) exists and Si (about 10 atm%) exists.
%) And O (about 16 atm%), but other Ba,
Ca is scarcely present. In the portion deeper than 180 nm, the amount of carbon suddenly decreases and the amounts of Ba and Ca increase, and the state is the same as that of the glass material 1 before ion implantation (that is, the surface state after polishing shown in FIG. 2). . The surface roughness was 0.03 μm or less.
【0024】上記改質層2を形成したガラス素材1と各
種類の型材との濡れ性を調べた。具体的には、各種の型
材上に上記ガラス素材1を載せて軟化点付近まで加熱
し、このときの濡れ角を大気雰囲気中およびN2 ガス
雰囲気中で調べた。その結果を表1に示す。なお、比較
のために、研削・研磨加工のみを施したものについての
結果も表1に併記した。The wettability between the glass material 1 on which the modified layer 2 was formed and each type of mold material was examined. Specifically, the glass material 1 was placed on various molds and heated to near the softening point, and the wetting angle at this time was examined in the air atmosphere and the N2 gas atmosphere. Table 1 shows the results. For comparison, Table 1 also shows the results of those subjected to only grinding and polishing.
【0025】[0025]
【表1】 [Table 1]
【0026】この実施の形態のガラス素材1は、どの型
材との濡れ角も70°以上であり、極めて濡れ性が悪い
ことがわかる。濡れ性の変化は大部分が炭素によるもの
であるが、その他同時に注入されるNイオンによる影響
もあると考えられる。これは、主に濡れ性を調べる雰囲
気によるガラスの表面張力の変化によるものであり、雰
囲気ガス中に最も多く含まれるガス以外の成分がガラス
素材1の表面に存在することで、より一層ガラスの表面
張力を高めて濡れ性を悪化させることができる。本実施
の形態では、Nイオンがガラス素材1の表面に存在する
ため、N2 ガス雰囲気中よりも大気中の方がより一層濡
れ角が大きくなっている。The glass material 1 of this embodiment has a wetting angle with any mold material of 70 ° or more, which indicates that the wettability is extremely poor. Most of the change in wettability is caused by carbon, but it is considered that the change is also caused by N ions implanted at the same time. This is mainly due to the change in the surface tension of the glass due to the atmosphere in which the wettability is examined. The presence of components other than the gas contained most in the atmosphere gas on the surface of the glass material 1 further enhances the glass properties. The surface tension can be increased to deteriorate the wettability. In the present embodiment, since N ions are present on the surface of the glass material 1, the wetting angle is larger in the atmosphere than in the N 2 gas atmosphere.
【0027】さらに上記ガラス素材1を2,000個用
意し、大気雰囲気中にてガラス素材1及び成形用型(c
−BN製)を700℃(軟化点以上)に加熱して連続し
て成形を行った。その結果、製造されたガラスレンズの
形状精度は、全てPV値0.1μm以下であり、また、
ガラス素材1が成形用型に融着することは全くなかっ
た。次に、成形品(ガラスレンズ)を室温程度に冷却し
た後、アニール炉内に入れ、30分かけて530℃まで
昇温し、530℃で15分間保持した。その後、2時間
かけて430℃になるまで緩徐冷した後、アニール炉の
スイッチをOFFにして炉内で自然冷却した。なお、本
実施の形態では、室温程度から昇温したが、成形後の成
形品の温度が高い間にアニール炉内に入れ、530℃で
15分間保持するようにしてもよい。Further, 2,000 pieces of the above glass material 1 were prepared, and the glass material 1 and a molding die (c) were prepared in an air atmosphere.
-BN) was heated to 700 ° C (above the softening point) to perform continuous molding. As a result, the shape precision of the manufactured glass lens is all PV value 0.1 μm or less,
The glass material 1 was never fused to the molding die. Next, the molded article (glass lens) was cooled to about room temperature, then placed in an annealing furnace, heated to 530 ° C. over 30 minutes, and kept at 530 ° C. for 15 minutes. Then, after slowly cooling to 430 ° C. over 2 hours, the annealing furnace was turned off and cooled naturally in the furnace. In the present embodiment, the temperature is raised from about room temperature. However, the molded product may be placed in an annealing furnace while the temperature of the molded product is high and kept at 530 ° C. for 15 minutes.
【0028】成形直後のガラスの透過率は86%であ
り、やや白く曇ったような状態であるが、その後のアニ
ール処理により91%となり、光学特性上、何ら問題は
生じなかった。参考として、アニール後のガラスをXP
Sにより分析した結果を図6に示す。最表面に炭素が存
在するが、これは分析する前に最表面が大気中から吸着
したコンタミネーション(汚れ)であり、深さ方向で見
ると炭素がほとんどなくっていることがわかる。同様に
Nもほとんどなくなっており、注入をしないガラス(図
7参照)とほぼ同じ状態に戻っていることが確認でき
た。The transmittance of the glass immediately after molding was 86%, which was slightly white and cloudy, but was 91% by the subsequent annealing treatment, and no problem occurred in optical characteristics. For reference, the annealed glass was XP
The result analyzed by S is shown in FIG. Although carbon exists on the outermost surface, this is contamination (dirt) that the outermost surface adsorbed from the atmosphere before analysis, and it can be seen from the depth direction that carbon is almost eliminated. Similarly, N almost disappeared, and it was confirmed that the state returned to almost the same as that of the glass not injected (see FIG. 7).
【0029】また、本実施の形態のガラス素材1を3ヶ
月間大気中にて保存したが、表面にヤケの発生は全くな
かった。SK系の硝材は表面に吸着した水分と化学反応
を起こしてヤケを生じやすいが、イオン注入処理によっ
て水との濡れ性も悪くなること及び化学的耐久性の高い
SiO2 リッチな状態となることから、ヤケの発生を防
止することができた。Further, the glass material 1 of the present embodiment was stored in the air for three months, but no scorching occurred on the surface. The SK-based glass material is liable to cause burns by causing a chemical reaction with the moisture adsorbed on the surface, but the ion-implantation treatment deteriorates the wettability with water and becomes a SiO 2 rich state with high chemical durability. Thus, the occurrence of burns could be prevented.
【0030】また、上記イオン注入をしたガラス素材1
のヌープ硬さを測定すると620であり、イオン注入を
しないものが580であったので、硬度も向上している
ことがわかる。これは、イオンがガラス素材1の表層に
入り込んで原子間隔を無理やり押し広げること、及び高
速の大きなエネルギーを持ったイオンがガラス内部の原
子と衝突した際に熱を発生することから急熱急冷作用が
あることにより、ガラス素材1の表層に圧縮応力が生じ
るために、機械的強度が高まるからである。その結果、
従来のプレス成形時にガラス表層にクラックが発生して
割れた部分が型の表面に融着するという不具合が生じに
くいという効果もある。Further, the above-mentioned ion-implanted glass material 1
The measured Knoop hardness was 620, and the one without ion implantation was 580, indicating that the hardness was also improved. This is because the ions enter the surface layer of the glass material 1 and forcibly expand the interatomic distance, and heat is generated when the ions having high energy with high energy collide with the atoms inside the glass, resulting in rapid heat quenching. This is because, due to the presence, a compressive stress is generated in the surface layer of the glass material 1, so that the mechanical strength is increased. as a result,
There is also an effect that a problem that cracks are generated in the glass surface layer at the time of conventional press molding and the cracked portions are fused to the surface of the mold is less likely to occur.
【0031】なお、本実施の形態にて、ガラス素材1を
載置する板3の材質をガラス素材1と同材質のSK系ガ
ラスとしたのは、Nイオン注入時に板3もスパッタさ
れ、その一部はガラス素材1の表面に打ち込まれるの
で、その時に光学特性の変化をもたらさないようにする
ためであるが、板3の材質を石英ガラス(純SiO2 )
とすれば、ガラス素材1の表面に、より一層SiO2 リ
ッチな状態を作ることができ、化学的耐久性の向上を見
込むことができる。In the present embodiment, the material of the plate 3 on which the glass material 1 is placed is SK-based glass of the same material as the glass material 1 because the plate 3 is also sputtered when N ions are implanted. Part of the plate 3 is driven into the surface of the glass material 1 so as not to cause a change in optical characteristics at that time, but the material of the plate 3 is quartz glass (pure SiO 2 ).
In this case, a further SiO 2 rich state can be formed on the surface of the glass material 1, and an improvement in chemical durability can be expected.
【0032】イオン注入量については、1×1012io
n/cm2 〜1×1019ion/cm2 、加速電圧につ
いては、10〜110keVの範囲から選択すれば、濡
れ角が65〜95°の範囲で十分な離型性を有し、上記
と同様の効果を得ることができる。注入量が1×1012
ion/cm2 未満の場合および加速電圧が10keV
未満の場合には、ガラスの濡れ性を変化させる効果が十
分でない。また、注入量が1×1019ion/cm2 を
越える場合および加速電圧が110keVを越える場合
には、注入されたイオンをアニール処理により短時間に
離脱させることが困難となり、成形品に残った炭素成分
により光学特性を低下する可能性が生ずる。Regarding the ion implantation amount, 1 × 10 12 io
If n / cm 2 -1 × 10 19 ion / cm 2 and the acceleration voltage are selected from the range of 10-110 keV, they have sufficient mold releasability when the wetting angle is in the range of 65-95 °. Similar effects can be obtained. Injection volume is 1 × 10 12
ion / cm 2 and acceleration voltage is 10 keV
If it is less than 1, the effect of changing the wettability of the glass is not sufficient. When the implantation amount exceeds 1 × 10 19 ion / cm 2 and the acceleration voltage exceeds 110 keV, it becomes difficult to release the implanted ions in a short time by the annealing treatment, and the ions remain on the molded article. The possibility of deteriorating optical properties arises due to the carbon component.
【0033】(比較例)研削・研磨加工し、イオン注入
を行わないガラス素材を用いて上記実施の形態と同一条
件で成形すると、ガラスが型に融着してしまった。ま
た、融着しない温度範囲では、成形品の形状精度がPV
値1μm以下のものは作成できなかった。(Comparative Example) When a glass material which had been subjected to grinding and polishing and was not subjected to ion implantation was formed under the same conditions as in the above embodiment, the glass was fused to the mold. In addition, in the temperature range where fusion does not occur, the shape accuracy of the molded product is less than PV.
Those having a value of 1 μm or less could not be prepared.
【0034】[0034]
【実施の形態2】図8は実施の形態2の光学ガラス素材
の製造法を示す。硝種は実施の形態1と同じSK系のも
のである。まず、CG(カーブジェネレータ)研削加工
により、図2に示すものと同様の形状に加工した。表面
粗度はRmax4〜6μmである。次に、このガラス素
材19を同じSK系ガラス製の板20の上に載置し、K
rイオン21を加速電圧20keV、注入量2×1018
ion/cm2 で注入した。この工程では、加速電圧が
比較的小さいことから、スパッタリング作用が大きく、
ガラス素材19の表面に付着した研削液や、研削加工時
にクラックの入った表層部分が除去される。この結果、
表面粗度はRmax0.3μm程度まで向上した。Second Embodiment FIG. 8 shows a method of manufacturing an optical glass material according to a second embodiment. The glass type is the same SK type as in the first embodiment. First, it was processed into the same shape as that shown in FIG. 2 by CG (curve generator) grinding. The surface roughness is Rmax 4 to 6 μm. Next, the glass material 19 is placed on the same SK glass plate 20 and
The r ions 21 are accelerated at an acceleration voltage of 20 keV and an implantation amount of 2 × 10 18
ion / cm 2 . In this step, since the acceleration voltage is relatively small, the sputtering action is large,
The grinding liquid attached to the surface of the glass material 19 and the cracked surface layer during the grinding process are removed. As a result,
The surface roughness was improved to about Rmax 0.3 μm.
【0035】続いて、Krイオン21を加速電圧70k
eV、注入量1×1015ion/cm2 で注入した。そ
の際、CH4 ガス22を導入し、圧力が5×10-5To
rrとなるように調整しておくと、Krイオン21が衝
突したCH4 ガス22は解離して励起され、そのうちの
炭素はKrイオン21と共にガラス素材19に注入され
る。この結果、面精度はさらにRmax0.08μmま
で向上した。Subsequently, the Kr ions 21 are supplied with an accelerating voltage of 70 k.
The injection was performed at eV and an injection amount of 1 × 10 15 ions / cm 2 . At that time, CH 4 gas 22 was introduced, and the pressure was 5 × 10 −5 To.
When adjusted to be rr, the CH 4 gas 22 that has collided with the Kr ions 21 is dissociated and excited, and carbon of the CH 4 gas 22 is injected into the glass material 19 together with the Kr ions 21. As a result, the surface accuracy was further improved to Rmax 0.08 μm.
【0036】上記方法にて製造した成形用のガラス素材
19の改質層をXPSにて評価した結果、約60nmの
深さまでKrが微量に存在し、また炭素も存在してい
た。そして、実施の形態1と同様に、改質層内ではS
i,Oは存在するものの、他のBa,Caはほとんど存
在しなかった。The modified layer of the glass material 19 for molding produced by the above method was evaluated by XPS. As a result, a small amount of Kr was present up to a depth of about 60 nm, and carbon was also present. Then, as in the first embodiment, S
Although i and O existed, other Ba and Ca hardly existed.
【0037】このガラス素材19を実施の形態1と同一
条件で成形およびアニールをした結果、型に融着はな
く、形状精度PV値0.1μm以下、透過率90%以上
の良品が得られた。As a result of molding and annealing this glass material 19 under the same conditions as in the first embodiment, a non-defective product having no fusion in the mold, a shape accuracy PV value of 0.1 μm or less, and a transmittance of 90% or more was obtained. .
【0038】本実施の形態では、イオン注入をする際、
同時にスパッタリング作用も生じることを利用して、ガ
ラスに付着したちり、ごみ、ヤケを除去しており、光学
特性の劣化や型との融着を防止する効果がある。また、
洗浄工程を省略することができる。イオンの加速電圧が
30keV以下の場合には、注入作用よりもスパッタリ
ング作用の方が大きく、また質量の大きいイオンの方が
スパッタリング作用が大きい。これらのことを考慮して
イオン注入の条件を設定すれば、短時間で十分なスパッ
タリング効果を得ることができ、本実施の形態と同様の
効果を得ることが可能である。In this embodiment, when performing ion implantation,
At the same time, by taking advantage of the fact that a sputtering action also occurs, it adheres to glass, removes dirt and burns, and has an effect of preventing deterioration of optical characteristics and fusion with a mold. Also,
The washing step can be omitted. When the ion accelerating voltage is 30 keV or less, the sputtering action is larger than the implantation action, and ions having a larger mass have a larger sputtering action. If the conditions for ion implantation are set in consideration of these factors, a sufficient sputtering effect can be obtained in a short time, and the same effect as in the present embodiment can be obtained.
【0039】また、本実施の形態では、高速の大きなエ
ネルギーを持ったイオンがガラス内部の原子と衝突した
際に局部的に熱を発生し、ガラスの表面で塑性流動を生
じさせてスムージングの効果を生じることを利用して、
研削工程で発生したクラックを除去している。その結
果、光学特性の劣化や型との融着を防止でき、またエッ
チングや研磨の工程を省略することができる。したがっ
て、本実施の形態では、CG研削→イオン注入→成形→
アニールという極めてシンプルな工程で離型性の良いガ
ラス素材を製造することが可能である。イオンの加速電
圧が50keV以上の場合にはスムージング作用が大き
く、また質量の大きいイオンの方がスムージング作用が
大きい。これらのことを考慮してイオン注入の条件を設
定すれば、十分なスムージング効果を得ることが可能で
ある。In this embodiment, when ions having high energy with high speed collide with atoms inside the glass, heat is locally generated, and plastic flow is generated on the surface of the glass, so that the smoothing effect is obtained. Utilizing that
Cracks generated in the grinding process are removed. As a result, deterioration of optical characteristics and fusion with a mold can be prevented, and the steps of etching and polishing can be omitted. Therefore, in the present embodiment, CG grinding → ion implantation → molding →
It is possible to manufacture a glass material having good releasability by an extremely simple process of annealing. When the acceleration voltage of the ions is 50 keV or more, the smoothing effect is large, and ions having a large mass have a large smoothing effect. If the conditions for ion implantation are set in consideration of these factors, a sufficient smoothing effect can be obtained.
【0040】また、本実施の形態においては、注入前に
ガラス素材19に研削加工を施したが、初期の注入条件
を適切に設定し、スパッタリング作用を更に大きくすれ
ば、押生地と呼ばれるダイレクトプレス品(るつぼから
流出するガラスをシャーにて切断し、型押ししたもの。
シャーマークと呼ばれる欠陥や離型剤の付着がある。)
の表面欠陥や付着を除去してスムージングすることも可
能であり、製造工程をさらにシンプルなものとすること
ができる。その結果、大幅なコスト低減を図ることが可
能となる。In this embodiment, the glass material 19 is ground before the pouring. However, if the initial pouring conditions are set appropriately and the sputtering action is further increased, a direct press called press material is used. Product (The glass that flows out of the crucible is cut with a shear and embossed.
There is a defect called a shear mark and adhesion of a release agent. )
Can be smoothed by removing surface defects and adhesions of the sapphire, and the manufacturing process can be further simplified. As a result, significant cost reduction can be achieved.
【0041】[0041]
【実施の形態3】本実施の形態では、図3に示すイオン
注入装置4から質量分析部13を省いたタイプの装置を
使用した。SF系ガラス(主成分:Si,O,Pb、転
移点460℃,軟化点590℃)の表面を精研削加工
し、面粗度をRmax0.5μmに仕上げたガラス平板
(φ12mm,厚さ4mm)をガラス素材23として用
い、このガラス素材23を同じSF系23ガラスの板2
4の上に保持した(図9参照)。次に、COガスを上部
のガス導入口6から4×10-4Torrとなるまで導入
すると共に、タングステン製のフィラメント7から飛び
出す熱電子を利用して、COガスを解離させてイオン化
し、このイオンを加速電圧80keVで加速して注入し
た。この方法では、Cイオン25とOイオン26とが、
同時にガラス素材23に注入されることになる。Embodiment 3 In the present embodiment, an apparatus of the type in which the mass analyzer 13 is omitted from the ion implantation apparatus 4 shown in FIG. 3 is used. A flat glass plate (φ12 mm, thickness 4 mm) obtained by fine-grinding the surface of SF glass (main components: Si, O, Pb, transition point 460 ° C, softening point 590 ° C) and finishing the surface roughness to Rmax 0.5 μm Is used as a glass material 23, and this glass material 23 is a plate 2 of the same SF-based 23 glass.
4 (see FIG. 9). Next, CO gas is introduced from the upper gas inlet 6 to 4 × 10 −4 Torr, and the CO gas is dissociated and ionized using thermoelectrons jumping out of the tungsten filament 7. The ions were implanted at an acceleration voltage of 80 keV. In this method, C ions 25 and O ions 26
At the same time, the glass material 23 is injected.
【0042】上記方法にて製造した成形用のガラス素材
23の改質層厚さは、約250nmであり、面粗度はR
max0.09μmであった。この成形用のガラス素材
23を用いて、N2 ガス雰囲気中にて、ガラス素材23
を660℃,成形用型(ジルコニア製)を490℃に加
熱して両凸レンズ(R1 :19.4mm、R2 :108
mm、肉厚3.7mm)の10万ショット成形を行なっ
た。その結果、型に融着はなく、形状精度PV値0.1
μm以下の良品が得られた。次に、成形品(ガラスレン
ズ)を室温程度に冷却した後、アニール炉内に入れ、3
0分かけて425℃まで昇温し、425℃で15分間保
持した。その後、4時間かけて300℃になるまで緩除
冷した後、アニール炉のスイッチをOFFにして炉内で
自然冷却した。また、アニール後のガラスの透過率は9
0%以上であり、型の劣化もなかった。The thickness of the modified layer of the glass material 23 for molding manufactured by the above method is about 250 nm, and the surface roughness is R
max was 0.09 μm. Using the glass material 23 for molding, the glass material 23 is placed in an N 2 gas atmosphere.
Is heated to 660 ° C., and the molding die (made of zirconia) is heated to 490 ° C. to form a biconvex lens (R 1 : 19.4 mm, R 2 : 108).
mm, 3.7 mm thick). As a result, there was no fusion in the mold, and the shape accuracy PV value was 0.1.
Good products having a size of not more than μm were obtained. Next, the molded product (glass lens) is cooled to about room temperature, and then placed in an annealing furnace.
The temperature was raised to 425 ° C. over 0 minutes and kept at 425 ° C. for 15 minutes. Then, after slowly cooling to 300 ° C. over 4 hours, the switch of the annealing furnace was turned off and the furnace was naturally cooled in the furnace. The transmittance of the glass after annealing is 9
0% or more, and there was no mold deterioration.
【0043】本実施の形態によれば、炭素そのものをイ
オン化して加速し、ガラス素材23に注入するので、炭
素の注入量,注入深さを極めて厳密に制御できる。ま
た、SF系のようなPbを含む硝材の場合、イオン注入
時にPbが還元されてしまうことがあるが、Cイオン2
5と同時にOイオン26を注入したことで、Pbが還元
されてガラスが変質して透過率が低下するということは
なかった。According to the present embodiment, since carbon itself is ionized and accelerated and injected into the glass material 23, the injection amount and injection depth of carbon can be extremely strictly controlled. In the case of a glass material containing Pb such as SF, Pb may be reduced at the time of ion implantation.
By implanting the O ions 26 at the same time as the step 5, the Pb was not reduced, the glass was deteriorated, and the transmittance did not decrease.
【0044】また、本実施の形態によれば、型材料とし
て、安価でかつ十分な強度、硬度、耐熱性を持つジルコ
ニアを使用することができるため、型寿命が飛躍的に延
び、大幅なコスト低減を達成することができた。なお、
従来は、融着の問題があり、ジルコニアを型材料として
使用することはできなかった。According to the present embodiment, zirconia which is inexpensive and has sufficient strength, hardness and heat resistance can be used as a mold material, so that the life of the mold is greatly extended, and the cost is greatly increased. Reduction could be achieved. In addition,
Conventionally, there was a problem of fusion, and zirconia could not be used as a mold material.
【0045】さらに、本実施の形態では、ガラス素材2
3として平板を用いたため、ガラス素材23のコストを
大幅に削減することができた。これは、改質層厚さを2
50nmと比較的厚くすることにより、平板から成形す
るという大変形量の場合にでも、融着なく成形すること
ができるようになったからである。Further, in the present embodiment, the glass material 2
Since a flat plate was used as 3, the cost of the glass material 23 could be significantly reduced. This results in a modified layer thickness of 2
This is because by making the thickness relatively large to 50 nm, it is possible to form without fusion even in the case of a large deformation amount of forming from a flat plate.
【0046】このように、ガラス素材の形状は何ら限定
されるものではなく、球形や棒状等の素材であっても、
本発明を適用することが可能である。As described above, the shape of the glass material is not limited at all, and even if it is a material such as a sphere or a rod,
The present invention can be applied.
【0047】[0047]
【実施の形態4】実施の形態3と同じ平板状のガラス素
材を用い、CO2 ガスを圧力5×10-5Torrとなる
ように導入しながら、まずSiイオンを加速電圧30k
eVで注入した。このときに炭素も同時に注入される。
続いて、Oイオンを同じく30keVで注入した。この
ときも炭素が同時に注入される。Fourth Embodiment Using the same flat glass material as in the third embodiment, while introducing CO 2 gas at a pressure of 5 × 10 -5 Torr, first, Si ions are accelerated at an accelerating voltage of 30 k.
Injected at eV. At this time, carbon is also injected at the same time.
Subsequently, O ions were also implanted at 30 keV. At this time, carbon is simultaneously injected.
【0048】上記方法にて製造した成形用のガラス素材
の改質層厚さは、約20nmであった。この成形用のガ
ラス素材を用いて、実施の形態3と同一条件にて両凸レ
ンズの成形・アニールを行った結果、良品が得られた。The modified layer thickness of the glass material for molding produced by the above method was about 20 nm. Using this glass material for molding, the biconvex lens was molded and annealed under the same conditions as in Embodiment 3, and as a result, a good product was obtained.
【0049】本実施の形態のようにSiおよび/または
Oをイオン注入すれば、表層に炭素成分と共にSiO2
リッチな状態を顕著に作ることができ、化学的耐久性の
大幅な向上が見込める。したがって、ガラス素材を長期
間保存してもヤケ等の発生もない。When Si and / or O are ion-implanted as in this embodiment, SiO 2 is added to the surface together with the carbon component.
A rich state can be produced remarkably, and a significant improvement in chemical durability can be expected. Therefore, even if the glass material is stored for a long period of time, no scorching or the like occurs.
【0050】[0050]
【実施の形態5】本実施の形態においては、LaSF系
ガラスを用いた。この硝材は、成分がLa,O,B,S
i等からなり、耐薬品性に優れている。また、転移点が
730℃,軟化点が760℃と温度に対する粘度変化の
急激な、いわゆるアシの短い硝材であり、成形をするこ
とが非常に難しいものである。Embodiment 5 In this embodiment, a LaSF glass is used. This glass material has La, O, B, S components.
i, etc., and has excellent chemical resistance. Further, the glass material has a transition point of 730 ° C. and a softening point of 760 ° C. and has a sharp change in viscosity with respect to temperature, that is, a glass material having a short reed, and is very difficult to mold.
【0051】この硝材を研削・研磨加工して、両凸レン
ズ(R1 :19.0mm、R2 :100mm、厚さ4.
1mm)の表面粗度をRmax0.04μmに仕上げた
後、同じLaSF系ガラス製の板上に載置した。そし
て、C2 H6 ガスを圧力2×10-4Torrとなるよう
に調整して導入しながら、Neイオンを加速電圧30k
eVで注入した。このときに炭素も同時に注入される。This glass material is ground and polished to obtain a biconvex lens (R 1 : 19.0 mm, R 2 : 100 mm, thickness: 4.0 mm).
(1 mm) after finishing the surface roughness to Rmax 0.04 μm, and mounted on the same LaSF glass plate. Then, while adjusting and introducing C 2 H 6 gas to a pressure of 2 × 10 −4 Torr, Ne ions were accelerated at an acceleration voltage of 30 k
Injected at eV. At this time, carbon is also injected at the same time.
【0052】上記方法にて製造した成形用のガラス素材
の改質層をXPSにて評価した結果、約80nmの深さ
までNeが微量に存在し、またC2 H6 ガスから得られ
た炭素が多量に存在していた。ガラス成分のうち、L
a,Siは比較的多く存在するが、Bは改質層内にほと
んど存在しなかった。The modified layer of the glass material for molding manufactured by the above method was evaluated by XPS. As a result, a trace amount of Ne was present to a depth of about 80 nm, and carbon obtained from C 2 H 6 gas was removed. It was present in large quantities. Among the glass components, L
Although a and Si were present in relatively large amounts, B was scarcely present in the modified layer.
【0053】上記成形用のガラス素材を用いて、大気雰
囲気中にてガラス素材を770℃,成形用型(Al2 O
3 製)を740℃に加熱して両凸レンズ(R1 :19.
4mm、R2 :108mm、厚さ3.7mm)の成形を
行なった。その結果、製造されたガラスレンズの形状精
度は全てPV値0.1μmであり、また型に融着するこ
ともなかった。次に、成形品(ガラスレンズ)を室温程
度に冷却した後、アニール炉内に入れ、30分かけて7
00℃まで昇温し、700℃で1時間保持した。その
後、2時間かけて630℃になるまで緩除冷した後、ア
ニール炉のスイッチをOFFにして炉内で自然冷却し
た。Using the above glass material for molding, the glass material was heated at 770 ° C. in an air atmosphere at a molding die (Al 2 O).
3 ) was heated to 740 ° C., and a biconvex lens (R 1 : 19.
(4 mm, R 2 : 108 mm, thickness 3.7 mm). As a result, all of the manufactured glass lenses had a PV accuracy of 0.1 μm, and did not fuse to the mold. Next, after the molded article (glass lens) is cooled to about room temperature, it is placed in an annealing furnace, and is cooled for 30 minutes.
The temperature was raised to 00 ° C and maintained at 700 ° C for 1 hour. Thereafter, the temperature was slowly reduced to 630 ° C. over 2 hours, and then the switch of the annealing furnace was turned off and the furnace was naturally cooled in the furnace.
【0054】(比較例)研削・研磨加工し、イオン注入
を行わないガラス素材を用いて上記実施の形態と同一条
件で成形すると、ガラスが型に融着した。また、融着し
ない温度範囲では、形状精度PV値3μm以下のものは
作成できなかった。(Comparative Example) When a glass material which had been subjected to grinding and polishing and was not subjected to ion implantation was formed under the same conditions as in the above embodiment, the glass was fused to the mold. Further, in a temperature range in which no fusion was performed, a material having a shape accuracy PV value of 3 μm or less could not be produced.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の成形用の
光学ガラス素材は、表面欠陥が除去されるため、型と融
着することがない。したがって、融着が生じないことか
ら、型温を十分に高くすることが可能であり、高精度な
成形品を容易に大量生産することができる。さらに、今
まで成形困難であった硝種も成形可能となり、光学設計
の自由度が大きくなると共に、耐薬品性等の関係から、
特定の硝種以外は使用不可能な場合で、ガラス成形レン
ズの適用が困難であったものも、本発明により適用可能
となる。また、本発明の光学素子の製造方法によれば、
従来の方法と比較して工程数を増やすことなく、融着の
生じないガラス素材を用いて成形可能となる。As described above, the optical glass material for molding of the present invention does not fuse with the mold because surface defects are removed. Therefore, since no fusion occurs, the mold temperature can be sufficiently increased, and a high-precision molded product can be easily mass-produced. In addition, glass types that were difficult to mold up to now can be molded, and the degree of freedom in optical design is increased.
The present invention can also be applied to a case where it is difficult to use a glass molded lens in a case where it cannot be used except for a specific glass type. According to the method for manufacturing an optical element of the present invention,
It is possible to mold using a glass material that does not cause fusion without increasing the number of steps as compared with the conventional method.
【図1】本発明の実施の形態1におけるイオン注入後の
ガラス素材を示す正面図である。FIG. 1 is a front view showing a glass material after ion implantation according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態1における研削・研磨後の
ガラス素材を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the glass material after grinding and polishing according to Embodiment 1 of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態1で用いたイオン注入装置
の概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an ion implantation apparatus used in the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施の形態1のガラス素材の製造方法
を示す正面図である。FIG. 4 is a front view illustrating the method for manufacturing the glass material according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施の形態1のガラス素材(イオン注
入後)の改質層をX線光電子分光法にて分析した結果を
示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a result of analyzing a modified layer of the glass material (after ion implantation) according to the first embodiment of the present invention by X-ray photoelectron spectroscopy.
【図6】本発明の実施の形態1のガラス素材(アニール
後)をX線光電子分光法にて分析した結果を示すグラフ
である。FIG. 6 is a graph showing a result of analyzing the glass material (after annealing) according to the first embodiment of the present invention by X-ray photoelectron spectroscopy.
【図7】本発明の実施の形態1のガラス素材(研磨後)
をX線光電子分光法にて分析した結果を示すグラフであ
る。FIG. 7 is a glass material (after polishing) according to the first embodiment of the present invention;
Is a graph showing the result of analyzing by X-ray photoelectron spectroscopy.
【図8】本発明の実施の形態2のガラス素材の製造方法
を示す正面図である。FIG. 8 is a front view illustrating a method for manufacturing a glass material according to a second embodiment of the present invention.
【図9】本発明の実施の形態3のガラス素材の製造方法
を示す正面図である。FIG. 9 is a front view illustrating a method for manufacturing a glass material according to Embodiment 3 of the present invention.
1 ガラス素材 2 改質層 4 イオン注入装置 17 Nイオン 18 CH4 ガス 19 ガラス素材 21 Krイオン 22 CH4 ガス 23 ガラス素材 25 Cイオン 26 Oイオン1 glass material 2 reforming layer 4 ion implanter 17 N ion 18 CH 4 gas 19 glass material 21 Kr ions 22 CH 4 gas 23 glass material 25 C ions 26 O ions
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 11/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C03B 11/00
Claims (2)
間でプレス成形して光学素子成形品を製造する際に用い
る光学ガラス素材において、その成形面に、イオン注入
処理をして表面欠陥を除去したことを特徴とする光学ガ
ラス素材。1. An optical glass material used for manufacturing an optical element molded product by press-molding a heat-softened optical glass material between a pair of molds, and performing ion implantation treatment on the molding surface to remove surface defects. An optical glass material that has been removed.
て成形面でのスパッタリング作用を生じさせると共にそ
の表面で塑性流動を生じさせた光学ガラス素材を、加熱
軟化して一対の型間でプレス成形することを特徴とする
光学素子の製造方法。2. An optical glass material, in which at least ions are implanted into the molding surface to cause a sputtering action on the molding surface and cause a plastic flow on the surface, are softened by heating and press-molded between a pair of molds. A method for manufacturing an optical element.
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