JP2008120677A - 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォームおよびその製造方法、光学素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高屈折率、低分散で、かつガラス転移温度が低く、精密プレス成形が可能な低温軟化性を有する光学ガラス提供する。
【解決手段】モル％表示で、Ｂ２Ｏ３ １５〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２０％、Ｇｄ２Ｏ３ １〜２０％、ＺｎＯ １０〜４５％、ＷＯ３ ０〜１５％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、ＴｉＯ２ ０〜２０％、ＳｉＯ２ ０〜２０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１５％、Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％、Ｙ２Ｏ３ ０〜８％、Ｙｂ２Ｏ３ ０〜８％（ただし、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の合計量が１０〜３０％）、ＺｒＯ２ ０〜０．５％未満、Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％を含み、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、アッベ数（νｄ）が３５以上３９．５未満かつガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下であることを特徴とする光学ガラスである。
【選択図】なし
【解決手段】モル％表示で、Ｂ２Ｏ３ １５〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２０％、Ｇｄ２Ｏ３ １〜２０％、ＺｎＯ １０〜４５％、ＷＯ３ ０〜１５％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、ＴｉＯ２ ０〜２０％、ＳｉＯ２ ０〜２０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１５％、Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％、Ｙ２Ｏ３ ０〜８％、Ｙｂ２Ｏ３ ０〜８％（ただし、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の合計量が１０〜３０％）、ＺｒＯ２ ０〜０．５％未満、Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％を含み、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、アッベ数（νｄ）が３５以上３９．５未満かつガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下であることを特徴とする光学ガラスである。
【選択図】なし
Description
本発明は、光学ガラス、該光学ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォームとその製造方法、および前記光学ガラスよりなる光学素子とその製造方法に関する。
高屈折率低分散ガラスは、各種レンズなどの光学素子用材料として非常に需要が高い。このような光学恒数を備えたガラスとしては、非特許文献１に記載されている重タンタルフリントガラスＴａＳＦ１７などが知られている。
小川博司、小川晋永著、「ガラス組成ハンドブック」、日本硝子製品工業会発行、１９９１年、１０６ページ
小川博司、小川晋永著、「ガラス組成ハンドブック」、日本硝子製品工業会発行、１９９１年、１０６ページ
近年、デジタルカメラやビデオカメラなどの急激な普及により、その部品であるガラスレンズの需要も高まっている。一方でカメラの高画素数化などによりガラスレンズなどの光学素子には高い性能が求められ、形状精度が高い光学素子の迅速な供給が求められている。
形状精度の高いガラス製光学素子を高い生産性のもとに供給する方法として、精密プレス成形法が知られているが、ＴａＳＦ１７やＮｂＳＦ３２といった従来のガラスはいずれもガラス転移温度が高く、精密プレス成形には適さない。
本発明は、上記の従来のガラスの問題点を解消し、高屈折率、低分散で、かつガラス転移温度が低く、精密プレス成形が可能な低温軟化性を有する光学ガラスを提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、上記第１の目的を達成する光学ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォームおよびその製造方法を提供することを第２および第３の目的とする。
さらに本発明は、上記第１の目的を達成する光学ガラスよりなる光学素子およびその製造方法を提供することを第４および第５の目的とする。
本発明は上記第１〜第５の目的を達成するものであり、
（１）モル％表示で、
Ｂ２Ｏ３ １５〜４５％、
Ｌａ２Ｏ３ ５〜２０％、
Ｇｄ２Ｏ３ １〜２０％、
ＺｎＯ １０〜４５％、
ＷＯ３ ０〜１５％、
Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、
ＴｉＯ２ ０〜２０％、
ＳｉＯ２ ０〜２０％、
Ｌｉ２Ｏ ０〜１５％、
Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、
Ｋ２Ｏ ０〜１０％、
ＭｇＯ ０〜１０％、
ＣａＯ ０〜１０％、
ＳｒＯ ０〜１０％、
ＢａＯ ０〜１０％、
Ｙ２Ｏ３ ０〜８％、
Ｙｂ２Ｏ３ ０〜８％
（ただし、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の合計量が１０〜３０％）、
ＺｒＯ２ ０〜０．５％未満、
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％
を含み、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、アッベ数（νｄ）が３５以上３９．５未満かつガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下であることを特徴とする光学ガラス、
（２）上記（１）に記載の光学ガラスよりなることを特徴とする精密プレス成形用プリフォーム、
（３）パイプより流出する熔融ガラスから所定重量の熔融ガラス塊を分離し、前記ガラス塊を成形して上記（１）に記載の光学ガラスよりなるプリフォームを作製することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（４）熔融ガラスからガラスブロックを成形し、前記ガラスブロックを加工して上記（１）に記載の光学ガラスよりなるプリフォームを作製することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（５）上記（１）に記載の光学ガラスよりなることを特徴とする光学素子、
（６）上記（２）に記載のプリフォームを加熱し、精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法、
（７）上記（３）または（４）に記載の方法により作製されたプリフォームを加熱し、精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法、
（８）プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱し、前記成形型によりプリフォームを精密プレス成形することを特徴とする上記（６）または（７）に記載の光学素子の製造方法、および
（９）予熱されたプレス成形型に、前記成形型と別に予熱されたプリフォームを導入して精密プレス成形することを特徴とする上記（６）または（７）に記載の光学素子の製造方法
を提供するものである。
（１）モル％表示で、
Ｂ２Ｏ３ １５〜４５％、
Ｌａ２Ｏ３ ５〜２０％、
Ｇｄ２Ｏ３ １〜２０％、
ＺｎＯ １０〜４５％、
ＷＯ３ ０〜１５％、
Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、
ＴｉＯ２ ０〜２０％、
ＳｉＯ２ ０〜２０％、
Ｌｉ２Ｏ ０〜１５％、
Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、
Ｋ２Ｏ ０〜１０％、
ＭｇＯ ０〜１０％、
ＣａＯ ０〜１０％、
ＳｒＯ ０〜１０％、
ＢａＯ ０〜１０％、
Ｙ２Ｏ３ ０〜８％、
Ｙｂ２Ｏ３ ０〜８％
（ただし、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の合計量が１０〜３０％）、
ＺｒＯ２ ０〜０．５％未満、
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％
を含み、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、アッベ数（νｄ）が３５以上３９．５未満かつガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下であることを特徴とする光学ガラス、
（２）上記（１）に記載の光学ガラスよりなることを特徴とする精密プレス成形用プリフォーム、
（３）パイプより流出する熔融ガラスから所定重量の熔融ガラス塊を分離し、前記ガラス塊を成形して上記（１）に記載の光学ガラスよりなるプリフォームを作製することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（４）熔融ガラスからガラスブロックを成形し、前記ガラスブロックを加工して上記（１）に記載の光学ガラスよりなるプリフォームを作製することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（５）上記（１）に記載の光学ガラスよりなることを特徴とする光学素子、
（６）上記（２）に記載のプリフォームを加熱し、精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法、
（７）上記（３）または（４）に記載の方法により作製されたプリフォームを加熱し、精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法、
（８）プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱し、前記成形型によりプリフォームを精密プレス成形することを特徴とする上記（６）または（７）に記載の光学素子の製造方法、および
（９）予熱されたプレス成形型に、前記成形型と別に予熱されたプリフォームを導入して精密プレス成形することを特徴とする上記（６）または（７）に記載の光学素子の製造方法
を提供するものである。
本発明によれば、高屈折率、低分散で、かつガラス転移温度が低く、精密プレス成形が可能な低温軟化性を有する光学ガラスを得ることができ、該光学ガラスから精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子を得ることができる。
先ず本発明の光学ガラスについて説明する。
本発明の光学ガラスは、３つの態様の光学ガラスからなり、第１の態様の光学ガラスは、必須成分としてＢ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｎＯを含み、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、アッベ数（νｄ）が３５未満かつガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下であることを特徴とする。
第１の態様の光学ガラスにおいて、Ｂ２Ｏ３はガラスのネットワーク構成のために必須の成分であり、Ｌａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３は高屈折率、低分散特性を付与するために必須の成分であって、両成分が共存することにより、ガラスの安定性がより一層向上する。
ＺｎＯは、屈折率を低下させずにガラスに低温軟化性を付与するために必須の成分である。
第１の態様のガラスは上記必須成分を含むことにより、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、好ましくは１．８６１以上、アッベ数（νｄ）が３５未満、好ましくは
２５〜３５未満という光学特性を有し、かつ高いガラス安定性、精密プレス成形に好適なガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下、好ましくは６２０℃以下、より好ましくは６００℃未満という低温軟化性を有している。
２５〜３５未満という光学特性を有し、かつ高いガラス安定性、精密プレス成形に好適なガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下、好ましくは６２０℃以下、より好ましくは６００℃未満という低温軟化性を有している。
次に、本発明の第２の態様の光学ガラスについて詳細に説明する。
第２の態様の光学ガラスは、上記第１の態様の光学ガラスに含まれるものであって、モル％表示で、
Ｂ２Ｏ３ １５〜４５％、
Ｌａ２Ｏ３ ５〜２０％、
Ｇｄ２Ｏ３ １〜２０％、
ＺｎＯ １０〜４５％、
ＷＯ３ ０〜１５％、
Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、
ＴｉＯ２ ０〜２０％、
ＳｉＯ２ ０〜２０％、
Ｌｉ２Ｏ ０〜１５％、
Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、
Ｋ２Ｏ ０〜１０％、
ＭｇＯ ０〜１０％、
ＣａＯ ０〜１０％、
ＳｒＯ ０〜１０％、
ＢａＯ ０〜１０％、
Ｙ２Ｏ３ ０〜８％、
Ｙｂ２Ｏ３ ０〜８％
（ただし、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の合計量が１０〜３０％）、
ＺｒＯ２ ０〜１０％、
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％
を含み、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、アッベ数（νｄ）が３５未満かつガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下である光学ガラスである。
Ｂ２Ｏ３ １５〜４５％、
Ｌａ２Ｏ３ ５〜２０％、
Ｇｄ２Ｏ３ １〜２０％、
ＺｎＯ １０〜４５％、
ＷＯ３ ０〜１５％、
Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、
ＴｉＯ２ ０〜２０％、
ＳｉＯ２ ０〜２０％、
Ｌｉ２Ｏ ０〜１５％、
Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、
Ｋ２Ｏ ０〜１０％、
ＭｇＯ ０〜１０％、
ＣａＯ ０〜１０％、
ＳｒＯ ０〜１０％、
ＢａＯ ０〜１０％、
Ｙ２Ｏ３ ０〜８％、
Ｙｂ２Ｏ３ ０〜８％
（ただし、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の合計量が１０〜３０％）、
ＺｒＯ２ ０〜１０％、
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％
を含み、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、アッベ数（νｄ）が３５未満かつガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下である光学ガラスである。
第２の態様のガラスにおける組成範囲限定の理由について説明する。なお、以下の記載において「％」は特記しない限り『モル％』を意味する。
Ｂ２Ｏ３はネットワーク形成のための必須成分であるが、過剰導入によって屈折率（ｎｄ）が低下するため１５〜４５％導入する。その導入量は、１８〜４３％が好ましく、２０〜４０％が特に好ましい。
Ｌａ２Ｏ３は高屈折率低分散特性を付与するための必須成分であるが、過剰導入によりガラス安定性が低下するので、５〜２０％導入する。その導入量は、６〜１９％が好ましく、７〜１８％が特に好ましい。
Ｇｄ２Ｏ３も高屈折率、低分散特性を付与するための必須成分であるが、過剰導入によりガラス安定性が低下するので１〜２０％導入する。先にも説明したようにＧｄ２Ｏ３はＬａ２Ｏ３と共存することにより単独で導入したときよりもガラス安定性を向上できるという効果がある。その導入量は、１〜１８％が好ましく、
１〜１６％が特に好ましい。
１〜１６％が特に好ましい。
ＺｎＯは高屈折率を維持しつつ、低温軟化性を付与するための必須成分であるが、過剰導入によってガラス安定性が低下するので、その導入量を１０〜４５％とする。その導入量は、１２〜４３％が好ましく、１５〜４０％が特に好ましい。
ＷＯ３は屈折率、ガラス安定性を向上させて液相温度を低下させる働きをする。ただし、過剰導入によりガラス安定性が低下するとともにガラスが着色する。したがって、ＷＯ３の導入量は０〜１５％であり、好ましくは１〜１５％、特に好ましくは２〜１３％とする。
Ｔａ２Ｏ５は屈折率を高める成分であるが過剰導入により、ガラス安定性が低下するので０〜１０％導入する。その導入量は、０〜８％が好ましく、０〜７％が特に好ましい。
Ｎｂ２Ｏ５も屈折率を高める成分であるが過剰導入により、ガラス安定性が低下し、液相温度が上昇するので０〜１０％導入する。その導入量は、０〜８％が好ましく、０〜７％が特に好ましい。
ＴｉＯ２も屈折率を高める成分であるが過剰導入により、ガラス安定性が低下し、ガラスが着色するので０〜２０％導入する。その導入量は、０〜１９％が好ましく、１〜１８％が特に好ましい。
なお、屈折率を高める上から、ＷＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２の合計量を好ましくは１０重量％超、より好ましくは１１重量％以上、特に好ましくは
１２重量％以上とする。
１２重量％以上とする。
ＳｉＯ２はガラス安定性を向上させる働きをするが、過剰導入によって屈折率が低下するとともにガラス転移温度が上昇する。したがって、その導入量は０〜２０％とする。その導入量は、０〜１５％が好ましく、０〜１０％が特に好ましい。
なお、アッベ数（νｄ）３５未満の範囲でガラスに求められる諸条件を満たしつつより一層の高屈折率化を図るためには、Ｂ２Ｏ３とＳｉＯ２の合計量に対するＢ２Ｏ３の量のモル比（Ｂ２Ｏ３／（Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２））を０．８０〜１．００とすることが好ましく、０．８２〜１．００とすることが特に好ましい。
Ｌｉ２Ｏはガラス転移温度を低下させる効果が大きいが、過剰導入により屈折率が低下するとともに、ガラス安定性も低下する。したがって、Ｌｉ２Ｏの量を０〜１５％とすることが好ましく、低温軟化性の付与を優先させる場合は０．１〜１５％とすることがより好ましい。また、高屈折率化を優先させる場合はＬｉ２Ｏを導入しなくてもよい。そのため、目的に応じてＬｉ２Ｏを導入するか導入しないか決めればよい。
Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏは熔融性を改善させる働きがあるが、過剰導入により屈折率やガラス安定性が低下するため、それぞれの導入量を０〜１０％とする。導入量は、好ましくは０〜８％、特に好ましくは０〜６％である。
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯも熔融性を改善させる働きがあるが、過剰導入により屈折率やガラス安定性が低下するため、それぞれの導入量を０〜１０％とする。
導入量は、好ましくは０〜８％、特に好ましくは０〜６％である。
導入量は、好ましくは０〜８％、特に好ましくは０〜６％である。
ＢａＯは屈折率を高める働きをするが過剰導入により、ガラス安定性が低下するため、その導入量を０〜１０％とする。導入量は０〜８％が好ましく、０〜６％が特に好ましい。
Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３は高屈折率低分散特性を付与する働きをするが、過剰の導入によりガラス安定性が低下するため、その導入量を０〜８％とする。導入量は
０〜７％が好ましく、０〜６％が特に好ましい。Ｙ２Ｏ３やＹｂ２Ｏ３もＬａ２Ｏ３と共存することによって、ガラス安定性を向上させる働きを増長させる働きをする。
０〜７％が好ましく、０〜６％が特に好ましい。Ｙ２Ｏ３やＹｂ２Ｏ３もＬａ２Ｏ３と共存することによって、ガラス安定性を向上させる働きを増長させる働きをする。
なお、高屈折率を付与しつつガラス安定性を損なわないようにする上から、ガラス中の希土類酸化物の合計量を１０〜３０モル％とすることが好ましい。ただし、Ｌｕ２Ｏ３は高価な成分なので、使用しないことが好ましい。なお、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３の合計量は所要の光学恒数と安定性を付与する上から１０〜３０％とするが、１１〜２８％が好ましく、１２〜２４％が特に好ましい。
ＺｒＯ２は屈折率を高める働きをするが、過剰導入によりガラス安定性が低下し、液相温度が上昇する。そのため、導入量を０〜１０％とする。導入量は０〜９％が好ましく、０〜８％が特に好ましい。
なお、ガラス安定性を維持しつつ、高屈折率化を図る上から、ＷＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２およびＺｒＯ２の合計量を２〜４０モル％とすることが好ましく、５〜３５モル％が特に好ましい。
Ｂｉ２Ｏ３は屈折率を高め、ガラス安定性を向上する働きをするが、過剰導入によりガラスが着色するので導入量を０〜１０％とする。導入量は０〜８％が好ましく、０〜５％が特に好ましい。
なお、発明の目的を達成しつつ、上記性質をより良好にする上から、上記各成分に清澄剤を加えた合計量を９５％超とすることが好ましく、９８％超とすることがより好ましく、９９％超とすることがさらに好ましく、１００％とすることがより一層好ましい。
ＧｅＯ２、Ｇａ２Ｏ３は屈折率を高め、ガラス安定性を向上させる働きをするが、高価な成分であるため、その導入量をそれぞれ０〜１０％とすることが好ましく、０〜１％とすることがより好ましく、導入しないことがさらに好ましい。
上記成分に加えて清澄剤を合計量で０〜１％加えることができる。ただし清澄剤の過剰な添加は精密プレス成形時に成形型の成形面、特に離型膜にダメージを与えるおそれがあるため注意する必要がある。
清澄剤としてはＳｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３などを例示できるが、環境への影響に配慮するとＡｓ２Ｏ３の使用は避けるべきである。Ｓｂ２Ｏ３の好ましい量は０〜１％である。
Ｆの導入も可能ではあるが、熔融ガラスを成形する際にガラスから揮発し、脈理発生や光学恒数変動の原因となるため、導入しないことが好ましい。
この他、ＰｂＯは環境への影響、非酸化性雰囲気中で精密プレス成形する時に還元してプレス成形型の成形面に付着することから導入をさけるべきである。
また、ガラスを着色して特定波長域の光吸収機能を付与する場合は別にして、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｄなどを導入しないことが望ましい。
本発明の第２の態様の光学ガラスは、第１の態様の光学ガラスと同様に、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、好ましくは１．８６１以上、アッベ数（νｄ）が３５未満、好ましくは２５〜３５未満という光学特性を有し、かつ高いガラス安定性、精密プレス成形に好適なガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下、好ましくは６２０℃以下、より好ましくは６００℃未満という低温軟化性を有している。
次に、本発明の第３の態様の光学ガラスは、モル％表示で、
Ｂ２Ｏ３ １５〜４５％、
Ｌａ２Ｏ３ ５〜２０％、
Ｇｄ２Ｏ３ １〜２０％、
ＺｎＯ １０〜４５％、
ＷＯ３ ０〜１５％、
Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、
ＴｉＯ２ ０〜２０％、
ＳｉＯ２ ０〜２０％、
Ｌｉ２Ｏ ０〜１５％、
Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、
Ｋ２Ｏ ０〜１０％、
ＭｇＯ ０〜１０％、
ＣａＯ ０〜１０％、
ＳｒＯ ０〜１０％、
ＢａＯ ０〜１０％、
Ｙ２Ｏ３ ０〜８％、
Ｙｂ２Ｏ３ ０〜８％
（ただし、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の合計量が１０〜３０％）、
ＺｒＯ２ ０〜０．５％未満、
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％
を含み、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、アッベ数（νｄ）が３５以上３９．５未満かつガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下であることを特徴とする。
Ｂ２Ｏ３ １５〜４５％、
Ｌａ２Ｏ３ ５〜２０％、
Ｇｄ２Ｏ３ １〜２０％、
ＺｎＯ １０〜４５％、
ＷＯ３ ０〜１５％、
Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、
ＴｉＯ２ ０〜２０％、
ＳｉＯ２ ０〜２０％、
Ｌｉ２Ｏ ０〜１５％、
Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、
Ｋ２Ｏ ０〜１０％、
ＭｇＯ ０〜１０％、
ＣａＯ ０〜１０％、
ＳｒＯ ０〜１０％、
ＢａＯ ０〜１０％、
Ｙ２Ｏ３ ０〜８％、
Ｙｂ２Ｏ３ ０〜８％
（ただし、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の合計量が１０〜３０％）、
ＺｒＯ２ ０〜０．５％未満、
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％
を含み、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、アッベ数（νｄ）が３５以上３９．５未満かつガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下であることを特徴とする。
本発明の第３の態様の光学ガラスは、そのガラス組成においてＺｒＯ２の含有量が０〜０．５モル％未満である点でのみ、ＺｒＯ２の含有量が０〜１０モル％である本発明の第２の態様の光学ガラスと相違する。
従って、本発明の第３の態様の光学ガラスの、ＺｒＯ２以外の各酸化物の組成範囲限定の理由は、本発明の第２の態様の光学ガラスにおける記載を参照してもらうこととし、ここではＺｒＯ２の組成範囲限定の理由についてのみ述べると、以下のとおりである。
ＺｒＯ２は高屈折率高分散特性を付与する成分の一つであるが、同時に液相温度を高くするという働きもする。
アッベ数（νｄ）が３５未満という比較的低分散のガラスを得ようとする場合、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３等の希土類成分を多量に添加する必要がある。Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３等の希土類成分も液相温度を高くする成分であることから、このような希土類成分を多量に含むガラスにＺｒＯ２を添加すると液相温度がさらに高くなるため、成形時の粘性が低くなって成形性が損なわれる。
そのため、アッベ数（νｄ）３５未満の範囲では、ＺｒＯ２の導入量を０．５モル％未満とするのが好ましく、導入しないことがより好ましい。
本発明の第３の態様の光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、好ましくは１．８６１以上、アッベ数（νｄ）が３５以上３９．５未満という光学特性を有し、かつ高いガラス安定性、精密プレス成形に好適なガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下、好ましくは６２０℃以下、より好ましくは６００℃未満という低温軟化性を有している。
本発明の第１〜第３の態様の光学ガラスの屈折率（ｎｄ）に特に上限はないが、安定性の優れたガラスを得る上から、屈折率（ｎｄ）を１．９２以下とすることが好ましい。
本発明の第１〜第３の態様の光学ガラスは、いずれも精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子の製造のために好ましく用いられる。
次に本発明の精密プレス成形用プリフォームについて説明する。
本発明の精密プレス成形用プリフォーム（以下、プリフォームという）は、上記第１、第２または第３の態様の光学ガラスからなるものである。
プリフォームは、プレス成形品に等しい重量のガラス製成形体であり、プレス成形品の形状に応じて適当な形状に成形されているが、その形状として、球状、回転楕円体状などを例示することができる。プリフォームは、プレス成形可能な粘度になるよう、加熱してプレス成形に供される。
上記回転楕円体形状も含め、プリフォームの形状としては回転対称軸を一つ備えるものが好ましい。このような回転対称軸を一つ備える形状としては、前記回転対称軸を含む断面において角や窪みがない滑らかな輪郭線をもつもの、例えば上記断面において短軸が回転対称軸に一致する楕円を輪郭線とするものがある。また、前記断面におけるプリフォームの輪郭線上の任意の点と回転対称軸上にあるプリフォームの重心を結ぶ線と、前記輪郭線上の点において輪郭線に接する接線とのなす角の一方の角の角度をθとしたとき、前記点が回転対称軸上から出発して輪郭線上を移動するときに、θが90°から単調増加し、続いて単調減少した後、単調増加して輪郭線が回転対称軸と交わる他方の点において９０°になる形状が好ましい。
上記プリフォームには、必要に応じて離型膜などの薄膜を表面に備えていてもよい。離型膜としては炭素含有膜、自己組織化膜などを例示することができる。また、所要の光学恒数を有する光学素子のプレス成形に使用可能である。
次に本発明のプリフォームの製造方法について説明する。
本発明のプリフォームの製造方法は、２つの方法があり、第１のプリフォームの製造方法は、パイプより流出する熔融ガラスから所定重量の熔融ガラス塊を分離し、前記ガラス塊を成形して上記本発明の第１、第２または第３の態様の光学ガラスよりなるプリフォームを作製することを特徴とするものである。
この方法では、プリフォームを熔融状態のガラスが冷却する過程で成形するが、ガラスが固化した後に機械加工することなしにプリフォームとして使用可能な状態にすることができる。この方法によれば、切断、研削、研磨などの機械加工が不要という利点がある。また表面が滑らかなプリフォームを成形することもできる。さらに全表面が熔融状態のガラスが固化して形成された面であるため、滑らかで研磨による微細な傷や潜傷も存在しない表面を得ることもできる。
プリフォーム表面には、シアマークと呼ばれる切断痕のないものが望ましい。シアマークは、流出する熔融ガラスを切断刃によって切断する時に発生する。シアマークが精密プレス成形品に成形された段階でも残留すると、その部分は欠陥となってしまう。そのため、プリフォームの段階からシアマークを排除しておくことが好ましい。切断刃を用いず、シアマークが生じない熔融ガラスの分離方法としては、流出パイプから熔融ガラスを滴下する方法、あるいは流出パイプから流出する熔融ガラス流の先端部を支持し、所定重量の熔融ガラス塊を分離できるタイミングで上記支持を取り除く方法（降下切断法という）などがある。降下切断法では、熔融ガラス流の先端部側と流出パイプ側の間に生じたくびれ部でガラスを分離し、所定重量の熔融ガラス塊を得ることができる。続いて、得られた熔融ガラス塊が軟化状態にある間にプレス成形に供するために適した形状に成形することでプリフォームが得られる。
このようにして分離された所定重量の熔融ガラス塊に風圧を加えて、浮上させながら、あるいは成形型との接触を低減するために略浮上させながら成形（浮上成形という）することが好ましい。浮上成形によって高温のガラスと成形型の接触を低減できるので、プリフォームのカン割れを防止することができる。また全表面が自由表面からなるプリフォームを成形することもできる。
次に第２のプリフォームの製造方法は、熔融ガラスからガラスブロックを成形し、前記ガラスブロックを加工して上記第１、第２または第３の態様の光学ガラスよりなるプリフォームを作製することを特徴とするものである。
この方法において、熔融ガラスを鋳型に流し込んで上記光学ガラスからなるガラス成形体を成形し、このガラス成形体に機械加工を加えて所望重量のプリフォームとしてもよい。機械加工を加える前にガラスが破損しないよう、ガラスをアニールすることにより十分除歪処理を行うことが好ましい。
上記いずれの方法においても上記本発明の第１〜第３の態様の光学ガラスが高い安定性を有するため、熔融状態のガラスを使用して失透、脈理、傷、割れなどの欠陥のない高品質なプリフォームを成形することができる。
次に本発明の光学素子について説明する。
本発明の光学素子は、上記本発明の第１、第２または第３の態様の光学ガラスよりなることを特徴とするものである。本発明によれば、第１〜第３の態様の光学ガラスが備える光学特性により各種光学素子を提供することができる。このような光学素子としては、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズなどの各種のレンズ、回折格子、回折格子付のレンズ、レンズアレイ、プリズムなどを例示することができる。
なお、この光学素子には必要に応じて、反射防止膜、全反射膜、部分反射膜、分光特性を有する膜などの光学薄膜を設けることもできる。
次に本発明の光学素子の製造方法について説明する。
本発明の光学素子の製造方法は、上記プリフォームを加熱し、精密プレス成形することを特徴とするものである。
上記精密プレス成形はモールドオプティクス成形とも呼ばれ、当該技術分野において周知の方法である。光学素子の光線を透過したり、屈折させたり、回折させたり、反射させたりする面を光学機能面（レンズを例にとると非球面レンズの非球面や球面レンズの球面などのレンズ面が光学機能面に相当する）というが、精密プレス成形によればプレス成形型の成形面を精密にガラスに転写することにより、プレス成形で光学機能面を形成することができ、光学機能面を仕上げるために研削や研磨などの機械加工を加える必要がない。
したがって、本発明の光学素子の製造方法は、レンズ、レンズアレイ、回折格子、プリズムなどの光学素子の製造に好適であり、特に非球面レンズを高生産性のもとに製造する際に最適である。
本発明の光学素子の製造方法によれば、いずれも上記光学特性を有する光学素子を作製できるとともに、ガラスの転移温度（Ｔｇ）が低く、プレス成形温度を低くできるので、プレス成形型の成形面へのダメージが軽減され、成形型の寿命を延ばすことができる。またプリフォームを構成するガラスが高い安定性を有するので、再加熱、プレス工程においてもガラスの失透を効果的に防止することができる。さらに、ガラス熔解から最終製品を得る一連の工程を高生産性のもとに行うことができる。
精密プレス成形に使用するプレス成形型としては公知のもの、例えば炭化珪素、ジルコニア、アルミナなどの耐熱性セラミックスの型材の成形面に離型膜を設けたものを使用することができるが、中でも炭化珪素製のプレス成形型が好ましい。離型膜としては炭素含有膜などを使用することができる。耐久性、コストの面から特にカーボン膜が好ましい。
精密プレス成形では、プレス成形型の成形面を良好な状態に保つため成形時の雰囲気を非酸化性ガスにすることが望ましい。非酸化性ガスとしては窒素、窒素と水素の混合ガスなどが好ましい。
次に本発明の光学素子の製造方法で用いられる精密プレス成形の２つの態様について説明する。
（精密プレス成形１）
この方法は、プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱し、前記成形型によりプリフォームをプレスすることを特徴とするものである。
（精密プレス成形１）
この方法は、プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱し、前記成形型によりプリフォームをプレスすることを特徴とするものである。
この精密プレス成形１において、プレス成形型と前記プリフォームの温度をともに、プリフォームを構成するガラスが１０6〜１０12ｄPa・Sの粘度を示す温度に加熱して精密プレス成形を行うことが好ましい。
また前記ガラスが１０12ｄPa・S以上、より好ましくは１０14ｄPa・S以上、さらに好ましくは１０16ｄPa・S以上の粘度を示す温度にまで冷却してから精密プレス成形品をプレス成形型から取り出すことが望ましい。
上記の条件により、プレス成形型成形面の形状をガラスにより精密に転写することができるとともに、精密プレス成形品を変形することなく取り出すこともできる。
（精密プレス成形２）
この方法は、予熱されたプレス成形型に、前記成形型と別に予熱されたプリフォームを導入して精密プレス成形することを特徴とするものである。
（精密プレス成形２）
この方法は、予熱されたプレス成形型に、前記成形型と別に予熱されたプリフォームを導入して精密プレス成形することを特徴とするものである。
この精密プレス成形２によれば、前記プリフォームをプレス成形型に導入する前に予め加熱するので、サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度の光学素子を製造することができる。
なおプレス成形型の予熱温度をプリフォームの予熱温度よりも低く設定することが好ましい。このようにプレス成形型の予熱温度を低くすることにより、前記型の消耗を低減することができる。
精密プレス成形法２において、前記プリフォームを構成するガラスが１０9ｄPa・S以下、より好ましくは１０9ｄPa・Sの粘度を示す温度に予熱することが好ましい。
また、前記プリフォームを浮上しながら予熱することが好ましく、さらに前記プリフォームを構成するガラスが１０5.5〜１０9ｄPa・S、より好ましくは１０5.5ｄPa・S以上１０9ｄPa・S未満の粘度を示す温度に予熱することがさらに好ましい。
またプレス開始と同時又はプレスの途中からガラスの冷却を開始することが好ましい。
なおプレス成形型の温度は、前記プリフォームの予熱温度よりも低い温度に調温させるが、前記ガラスが１０9〜１０12ｄPa・Sの粘度を示す温度を目安にすればよい。
この方法において、プレス成形後、前記ガラスの粘度が１０12ｄPa・S以上にまで冷却してから離型することが好ましい。
精密プレス成形された光学素子はプレス成形型より取り出され、必要に応じて徐冷される。成形品がレンズなどの光学素子の場合には、必要に応じて表面に光学薄膜をコートしてもよい。
以下、本発明を実施例によりさらに説明する。
ガラスの原料として、各ガラス成分に相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩などを使用し、ガラス化した後に表１〜表３に示す組成となるように前記原料を秤量し、十分混合した後、白金坩堝に投入して電気炉で１２００〜１２５０℃の温度範囲で攪拌しながら大気中で２〜４時間かけて加熱熔解した。均質化、清澄されたガラス融液を４０×７０×１５ｍｍのカーボン製金型に鋳込んだ。鋳込んだガラスを転移温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、転移温度付近で１時間アニールし、アニール炉内で室温まで徐冷して各光学ガラスを得た。表１および表２に示した光学ガラスが本発明の第１または第２の態様の光学ガラスに相当し、表３に示した光学ガラスが本発明の第３の態様の光学ガラスに相当する。
得られた各ガラスを顕微鏡によって拡大観察したところ、結晶の析出や原料の熔け残りは認められなかった。
得られた光学ガラスについて、屈折率(nd)、アッべ数(νd)、転移温度(Tg)、屈伏点（Ts）を、以下のようにして測定した結果を表１〜表３に示す。
（１）屈折率（nｄ）及びアッべ数（νd）
徐冷降温速度を−30℃／時にして得られた光学ガラスについて測定した。
（２）ガラス転移温度（Tg）、屈伏点（Ts）
理学電機株式会社の熱機械分析装置により昇温速度を4℃／分にして測定した。
（１）屈折率（nｄ）及びアッべ数（νd）
徐冷降温速度を−30℃／時にして得られた光学ガラスについて測定した。
（２）ガラス転移温度（Tg）、屈伏点（Ts）
理学電機株式会社の熱機械分析装置により昇温速度を4℃／分にして測定した。
次に上記各ガラスに相当する清澄、均質化した熔融ガラスを、ガラスが失透することなく、安定した流出が可能な温度域に温度調整された白金合金製のパイプから一定流量で流出し、滴下又は降下切断法にて目的とするプリフォームの重量の熔融ガラス塊を分離し、熔融ガラス塊をガス噴出口を底部に有する受け型に受け、ガス噴出口からガスを噴出してガラス塊を浮上しながらプレス成形用プリフォームを成形した。熔融ガラスの分離間隔を調整、設定することにより球状プリフォームや扁平球状のプリフォームを得た。プリフォームの重量は設定値に精密に一致しており、いずれも表面が滑らかなものであった。
また、別途、熔融ガラスを鋳型に鋳込んで板状ガラスに成形し、アニールした後、切断、表面を研削、研磨して全表面が滑らかなプリフォームを得た。
上記のようにして得た全表面は熔融状態のガラスが固化して形成されたものであるプリフォームや表面を研磨したプリフォームを、図１に示すプレス装置を用いて精密プレス成形して非球面レンズを得た。具体的にはプリフォーム４を、上型１、下型２および胴型３からなるプレス成形型の下型2と上型１の間に設置した後、石英管１１内を窒素雰囲気としてヒーター１２に通電して石英管１１内を加熱した。プレス成形型内部の温度を成形されるガラスが１０8〜１０10ｄPa・Sの粘度を示す温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒１３を降下させて上型１を押して成形型内にセットされたプリフォームをプレスした。プレスの圧力は8MPa、プレス時間は30秒とした。プレスの後、プレスの圧力を解除し、プレス成形されたガラス成形品を下型２及び上型１と接触させたままの状態で前記ガラスの粘度が１０12ｄPa・S以上になる温度まで徐冷し、次いで室温まで急冷してガラス成形品を成形型から取り出し非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、極めて高い面精度を有するレンズであった。
精密プレス成形により得られた非球面レンズには、必要に応じて反射防止膜を設けた。
次に同様のプリフォームを別の方法で精密プレス成形した。この方法では、浮上しながらプリフォームを構成するガラスの粘度が１０8ｄPa・Sになる温度にプリフォームを予熱する。一方で上型、下型、胴型を備えるプレス成形型を加熱し、前記ガラスが１０9〜１０12ｄPa・Sの粘度を示す温度にし、予熱したプリフォームをプレス成形型のキャビティ内に導入して精密プレス成形する。プレスの圧力は１０MPａとした。プレス開始とともにガラスとプレス成形型の冷却を開始し、成形されたガラスの粘度が１０12ｄＰａ・Ｓ以上となるまで冷却した後、成形品を離型して非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、極めて高い面精度を有するレンズであった。
精密プレス成形により得られた非球面レンズには必要に応じて反射防止膜を設けた。
このようにして、耐候性に優れた内部品質の高いガラス製光学素子を生産性よく、しかも高精度に得ることができた。
本発明によれば、高屈折率、低分散で、かつガラス転移温度が低く、精密プレス成形が可能な低温軟化性を有する光学ガラスを得ることができ、該光学ガラスを用いて精密プレス成形用プリフォーム、さらには各種レンズ等の光学素子を製造することができる。
１・・・上型
２・・・下型
３・・・胴型
４・・・プリフォーム
１１・・・石英管
１２・・・ヒーター
１３・・・押し棒
２・・・下型
３・・・胴型
４・・・プリフォーム
１１・・・石英管
１２・・・ヒーター
１３・・・押し棒
Claims (9)
- モル％表示で、
Ｂ２Ｏ３ １５〜４５％、
Ｌａ２Ｏ３ ５〜２０％、
Ｇｄ２Ｏ３ １〜２０％、
ＺｎＯ １０〜４５％、
ＷＯ３ ０〜１５％、
Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、
ＴｉＯ２ ０〜２０％、
ＳｉＯ２ ０〜２０％、
Ｌｉ２Ｏ ０〜１５％、
Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、
Ｋ２Ｏ ０〜１０％、
ＭｇＯ ０〜１０％、
ＣａＯ ０〜１０％、
ＳｒＯ ０〜１０％、
ＢａＯ ０〜１０％、
Ｙ２Ｏ３ ０〜８％、
Ｙｂ２Ｏ３ ０〜８％
（ただし、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の合計量が１０〜３０％）、
ＺｒＯ２ ０〜０．５％未満、
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％
を含み、屈折率（ｎｄ）が１．８６超、アッベ数（νｄ）が３５以上３９．５未満かつガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下であることを特徴とする光学ガラス。 - 請求項１に記載の光学ガラスよりなることを特徴とする精密プレス成形用プリフォーム。
- パイプより流出する熔融ガラスから所定重量の熔融ガラス塊を分離し、前記ガラス塊を成形して請求項１に記載の光学ガラスよりなるプリフォームを作製することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
- 熔融ガラスからガラスブロックを成形し、前記ガラスブロックを加工して請求項１に記載の光学ガラスよりなるプリフォームを作製することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
- 請求項１に記載の光学ガラスよりなることを特徴とする光学素子。
- 請求項２に記載のプリフォームを加熱し、精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
- 請求項３または４に記載の方法により作製されたプリフォームを加熱し、精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
- プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱し、前記成形型によりプリフォームを精密プレス成形することを特徴とする請求項６または７に記載の光学素子の製造方法。
- 予熱されたプレス成形型に、前記成形型と別に予熱されたプリフォームを導入して精密プレス成形することを特徴とする請求項６または７に記載の光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007317967A JP2008120677A (ja) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォームおよびその製造方法、光学素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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