JP2002249337A - 光学ガラス、プレス成形予備体および光学部品 - Google Patents
光学ガラス、プレス成形予備体および光学部品Info
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Abstract
プレス成形予備体を与えることができる高屈折率・低分
散特性を有する光学ガラスを提供する。 【解決手段】 必須成分として、B2O3、La2O3、G
d2O3およびZnOを含むとともに、鉛およびフッ素を
実質上含まず、かつ屈折率が1.72〜1.83、アッ
ベ数が45〜55、ガラス転移温度が630℃以下およ
び液相温度における粘度が0.6Pa・s以上である光
学ガラス、並びにモル%表示で、B2O345〜65%、
La2O3 5〜22%、Gd2O3 1〜20%(ただ
し、La2O3とGd2O3の合計含有量が14〜30
%)、ZnO 5〜30%、SiO20〜10%、Zr
O2 0〜6.5%およびSb2O3 0〜1%を含むと
ともに、鉛およびフッ素を実質上含まず、かつ屈折率が
1.72〜1.83およびアッベ数が45〜55の光学
ガラスである。
Description
ス成形予備体、光学部品並びにプレス成形予備体の製造
方法およびプレス成形品、特に光学部品の製造方法に関
する。さらに詳しくは、本発明は、B2O3−La2O3−
Gd2O3−ZnO系の高屈折率・低分散光学ガラス、こ
の光学ガラスからなるプレス成形予備体および光学部
品、並びに精密プレス成形に好適なプレス成形予備体を
製造する方法と該プレス成形予備体をプレス成形してプ
レス成形品、特に光学部品を効率よく製造する方法に関
するものである。
系を使用する機器の高集積化、高機能化が急速に進めら
れる中で、光学系に対する高精度化、軽量・小型化の要
求もますます強まっており、この要求を実現するため
に、非球面レンズを使用した光学設計が主流となりつつ
ある。このため、高機能性ガラスを使用した非球面レン
ズを低コストで大量に安定供給するために、プレス成形
で直接に光学面を形成し、研削・研磨工程を必要としな
いモールド成形技術が注目され、モールド成形に適した
高機能性、例えば、高屈折率かつ低分散を示す光学ガラ
ス(以下、高屈折率・低分散光学ガラスという。)に対
する要求が年々増えつづけている。
ラスは、いずれも化学的耐久性、耐熱失透性、プレス成
形性の向上に重点がおかれたものであり、プレス素材の
ガラスを再加熱してプレス成形する場合に必要とされる
プレス成形予備体を高温成形、すなわち溶融ガラスを所
定量とり、冷却しきらないうちにプレスに適した形状に
成形する際に重要な要素となる高温成形性について、何
の配慮もなされていないのが現状である。特に屈折率
(nd)が1.72以上であり、アッベ数(νd)が4
5以上のような高屈折率・低分散光学ガラスはプレス成
形予備体の高温成形が難しく、高屈折率・低分散光学ガ
ラスからなる精密プレス非球面レンズ作製の障害となっ
ている。これらは、B2O3、La2O3を主成分とする高
屈折率・低分散光学ガラスが、高い液相温度を示すか、
あるいは低い高温粘性を示すため、プレス成形予備体の
高温成形性の悪化を招き、重量精度など高精度のプレス
成形予備体の作製が困難であることによる。
ガラスとして、特開平8−26765号公報に開示され
たものが知られている。この光学ガラスは屈折率(n
d)が1.68〜1.80、アッベ数(νd)が44〜
53、屈伏点が630℃以下の性状を有するものであ
る。しかしながら、この光学ガラスは、モールド成形中
に多量のガラスの組成成分が揮発することなく、化学的
耐久性、失透に対する安定性に優れ、かつ環境汚染のな
いものを提供することを目的とするものであって、プレ
ス成形予備体について、ましてやその高温成形性につい
てはなんら言及されていない。
事情のもとで、高温成形性およびプレス成形性に優れた
高屈折率・低分散光学ガラス、前記光学ガラスからなる
プレス成形予備体およびその製造方法、並びに前記プレ
ス成形予備体を使用する精密プレス成形品の製造方法を
提供することを目的とするものである。
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定のガラス
成分を含み、かつ屈折率、アッベ数、ガラス転移温度お
よび液相温度における粘度が所定の範囲にある光学ガラ
ス、あるいは特定のガラス組成を有し、かつ屈折率およ
びアッベ数が所定の範囲にある光学ガラスにより、その
目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本
発明を完成するに至った。
て、B2O3、La2O3、Gd2O3およびZnOを含むと
ともに、鉛およびフッ素を実質上含まず、かつ屈折率
(nd)が1.72〜1.83、アッベ数(νd)が4
5〜55、ガラス転移温度(Tg)が630℃以下およ
び液相温度における粘度が0.6Pa・s以上であるこ
とを特徴とする光学ガラス(以下、光学ガラスIと称
す。)、(2)モル%表示で、B2O3 45〜65%、
La2O3 5〜22%、Gd2O31〜20%(ただし、
La2O3とGd2O3の合計含有量が14〜30%)、Z
nO 5〜30%、SiO2 0〜10%、ZrO2 0
〜6.5%およびSb2O3 0〜1%を含むとともに、
鉛およびフッ素を実質上含まず、かつ屈折率(nd)が
1.72〜1.83およびアッベ数(νd)が45〜5
5であることを特徴とする光学ガラス(以下、光学ガラ
スIIと称す。)、
IIからなるプレス成形予備体、(4)上記光学ガラスI
または光学ガラスIIからなる光学部品、(5)所定量の
溶融ガラスからガラス塊を作製し、このガラス塊を用い
て上記光学ガラスIまたは光学ガラスIIからなるプレス
成形予備体を成形することを特徴とするプレス成形予備
体の製造方法、(6)上記(3)のプレス成形予備体ま
たは(5)の方法により成形されたプレス成形予備体を
再加熱し、プレス成形することを特徴とするプレス成形
品の製造方法、および(7)上記(6)の方法により、
光学部品を成形することを特徴とする光学部品の製造方
法、を提供するものである。
・低分散特性を有し、プレス成形、特に精密プレス成形
によってレンズなどの光学部品を作製するガラス材料と
して優れている。ここで言う高屈折率・低分散特性と
は、屈折率(nd)が1.72以上かつアッベ数(ν
d)が45以上の光学特性を意味し、ガラスの精密プレ
ス成形とは、所定形状のキャビティを有する成形型を用
いて再加熱されたプレス成形予備体を加圧成形すること
により、最終製品形状、又はそれに極めて近い形状及び
面精度を有するガラス成形品を得る手法を意味する。精
密プレス成形によれば所望形状の成形品を高い生産性の
もとに製造することが可能である。そのため、現在では
球面レンズ、非球面レンズ、回折格子など、種々のガラ
ス製の光学部品が精密プレス成形によって製造されてい
る。精密プレス成形では、プレスに使用される成形型が
高温高圧状態に曝される。このため、精密プレス成形に
使用されるガラスには、プレス成形時の高温環境によっ
て成形型自体や当該成形型の成形面に設けられている離
型膜の損傷を抑制するという観点から、ガラスの転移温
度(Tg)や屈伏点温度(Ts)をなるべく低くするこ
とが望まれている。
を満たすものとして、2つの態様、すなわち光学ガラス
IおよびIIがある。まず、光学ガラスIについて説明す
る。本発明の光学ガラスIは、必須成分として、B
2O3、La2O3、Gd2O3およびZnOを含むととも
に、鉛およびフッ素を実質上含まず、かつ屈折率(n
d)が1.72〜1.83、アッベ数(νd)が45〜
55、ガラス転移温度(Tg)が630℃以下および液
相温度における粘度が0.6Pa・s以上のものであ
る。
超えるとプレス成形時において、成形型自体や当該成形
型の成形面に設けられている離型膜を損傷するおそれが
ある。転移温度(Tg)の下限については特に制限はな
いが、通常400℃以上である。この光学ガラスIにお
いては、屈折率(nd)は1.74〜1.80、アッベ
数(νd)は45〜52の範囲が好ましく、液相温度
は、好ましくは1050℃以下、より好ましくは103
0℃以下である。
融、清澄、攪拌均一化された溶融ガラスから直接、成形
予備体を作製する方法が極めて生産性に優れている。こ
のようにプレス成形予備体(ガラスプリフォーム、ガラ
スゴブなどと呼ばれることがある。)を熱間成形する方
法では、液相温度(LT)が高いとガラスが失透しやす
くなり、量産性に劣るため、液相温度をなるべく低くし
た方が望ましい。さらに、このような精密プレス用予備
体を精密かつ均一に製造するためには、ガラスの液相温
度における粘度は、0.6Pa・s以上が必要であり、
好ましくは0.7Pa・s以上、より好ましくは0.8
Pa・s以上である。
ガラスに高屈折率・低分散特性を付与しようとすると、
液相温度が高くなったり、熱的な安定性が悪化したり、
プレス成形予備体成形時に失透しやすくなる。
スのプレス成形予備体の成形について鋭意研究を重ねた
結果、液相温度における粘度が0.6Pa・s以上とな
る光学ガラスであれば、量産性の優れた熱間成形法によ
りプレス成形予備体を製造できることを見出し、上記光
学恒数ならびに高温粘性条件を同時に満たすB2O3−L
a2O3−Gd2O3−ZnOを必須成分とする光学ガラス
を発明した。
称すことがある。)の熱間成形法は、例えば、溶融、清
澄、攪拌の工程を経て、均質で泡を含まない溶融ガラス
を作製し、この溶融ガラスをプリフォーム形状に成形す
るものである。具体的には、この溶融ガラスをパイプの
流出口から流出させ、流出する溶融ガラスが所定の量に
なったときに、流出した溶融ガラスの先端部分が分離す
るように、あるいは溶融ガラスを切断して、分離したガ
ラスをプリフォーム形状に成形し、冷却してプリフォー
ムを得る。流出した溶融ガラスの先端部分を分離する方
法としては、溶融ガラスをパイプ流出口より滴下させる
方法(滴下法)、溶融ガラス先端部分を支持体により支
持した後、支持体を溶融ガラスの流出スピードよりも速
いスピードで降下させる方法(降下切断法)などがあ
る。溶融ガラスの流出に使用されるパイプとしては、白
金または白金合金が望ましい。溶融ガラスを上記のよう
にパイプから流出してプリフォームを熱間成形するため
には、溶融ガラスがパイプから円滑に流出すること、上
記分離方法により所定量のガラスを分離することが可能
なこと、溶融ガラスの流出温度でガラスが失透しないこ
と、ガラスの流出温度が上記パイプの耐熱温度未満であ
ることが要求される。そのための条件としては、ガラス
の液相温度における粘度が0.6Pa・s以上であり、
0.7Pa・s以上が好ましく、特に0.8Pa・s以
上が好ましい。白金又は白金合金のパイプの耐熱温度が
1100℃付近であることから、1100℃におけるガ
ラスの粘度が4Pa・s以下であることが望ましい。
する。前記特性は、B2O3−La2O3−Gd2O3−Zn
Oを必須成分とする光学ガラスの組成を調整することで
達成することができる。すなわち、本発明の光学ガラス
IIは、モル%表示で、B2O3 45〜65%、La2O3
5〜22%、Gd2O3 1〜20%(ただし、La2
O3とGd2O3の合計含有量が14〜30%)、ZnO
5〜30%、SiO2 0〜10%、ZrO2 0〜6.
5%およびSb2O3 0〜1%を含むとともに、鉛およ
びフッ素を実質上含まず、かつ屈折率(nd)が1.7
2〜1.83およびアッベ数(νd)が45〜55を有
するものである。
影響を与えるとともに、非酸化性ガス雰囲気中でのプレ
ス成形によって容易に還元され、金属として析出する
鉛、さらにプリフォームの高温成形が困難なフッ素を実
質上含有しない。つまり、前記両元素を不純物レベルの
含有は別として、含有しない。
形性、光学特性を付与しつつ、ガラスとして安定したも
のにするためには、SiO2の含有量を0〜10モル
%、ZrO2の含有量を0〜6.5モル%とする。Sb2
O3は脱泡剤として使用可能な成分ではあるが、毒性を
有するため、環境への影響を考慮して0〜1モル%と
し、好ましくは0〜0.5モル%、より好ましくは0〜
0.1モル%とするのがよい。また、As2O3も脱泡剤
として使用することができるが、環境への影響を考慮し
て0〜0.1モル%程度とするのが好ましく、さらには
使用しないことがより好ましい。
て説明する。以下の組成範囲は、実験化学的に見出され
たものである。B2O3は、ガラスの網目構造形成酸化物
であり、本発明における必須成分である。特にLa
2O3、Gd2O3などの高屈折率成分を多く導入すると、
ガラスの安定性を保つため、B2O3の含有量を多くする
必要があるが、65モル%を超えて導入すると、ガラス
の屈折率が低下し、化学耐久性も悪化してしまうのに対
し、45モル%未満ではガラスの失透傾向が増大し、安
定性が低下してしまうので、その含有量を45〜65モ
ル%とし、好ましくは47〜60モル%とするのがよ
い。
を低下させることなく、分散を高めず、屈折率を高く
し、化学的耐久性を向上させる必須成分である。しか
し、5モル%未満では上記効果が十分得られないのに対
し、22モル%を超えると失透に対する安定性が低下
し、ガラス転移温度も上昇して、プリフォームの熱間成
形、精密プレス成形が難しくなるので、その含有量を5
〜22モル%の範囲とし、好ましくは7〜20モル%と
するのがよい。
に対する安定性や低分散特性を維持させつつ、ガラスの
屈折率や化学耐久性を向上させる働きを有するほか、液
相温度の低下と高温粘性の向上に大きく寄与する必須成
分である。しかし、Gd2O3の含有量が1モル%未満で
は、上記効果が十分得られないのに対し、20モル%を
超えると、失透に対する安定性が低下し、ガラス転移温
度が上昇してプリフォームの熱間成形性、精密プレス成
形性が低下してしまう。したがって、その含有量を1〜
20モル%とし、好ましくは4〜15モル%とするのが
よい。
学ガラスにおいて、高屈折率(nd≧1.72)、低分
散(νd≧45)の高機能性を付与するには、La2O3
とGd2O3の合計含有量は14モル%以上が必要であ
る。ただし、La2O3とGd2O3の合計含有量が30モ
ル%より多くなると、ガラスの失透傾向が強くなり、高
温粘性も低くなるので、プリフォームの熱間成形が難し
くなる。したがって、La2O3とGd2O3の合計含有量
を14〜30モル%とし、好ましくは14〜24モル
%、より好ましくは15〜22モル%とするのがよい。
び転移温度を低下させる働きを有するとともに、屈折率
の調整にも欠かせない必須成分であるが、5モル%未満
では、上記の期待された効果が十分得られないのに対
し、30モル%を超えて導入すると、分散が大きくな
り、失透に対する安定性、化学的耐久性も低下するの
で、その含有量を5〜30モル%とし、好ましくは8〜
25モル%とするのがよい。
成分B2O3の代わりに少量添加すると、ガラスの液相温
度を低下させ、高温粘性をも向上させるが、10モル%
を超えて多く導入すると、ガラスの失透傾向が高まり、
ガラス転移温度も高くなり、プリフォームの熱間成形
性、精密プレス成形性が低下するので、その含有量を0
〜10モル%とし、好ましくは0〜8モル%とするのが
よい。
使われる。La2O3やGd2O3の一部の代わりに少量の
ZrO2を導入すると、ガラスの屈折率が低下せずに、
分散特性や高温粘性や失透に対する安定性を改善する効
果があるので、少量のZrO 2の導入が望ましい。しか
し、6.5モル%を超えて多く導入すると、液相温度が
急激に上昇し、失透に対する安定性も低下するので、そ
の含有量を0〜6.5モル%とし、好ましくは1〜6.
5モル%とするのがよい。Sb2O3については前述のと
おりである。
な屈折率の低下と化学的耐久性の低下を伴うことが無
く、ガラスの転移温度を大幅に低下させる成分である。
特に少量で導入する場合、その効果が大きく、ガラスの
熱的な物性を調整するための有効な成分である。しか
し、10モル%より多く導入すると、ガラスの失透に対
する安定性が急激に低下し、液相温度も上昇するので、
その導入量は0〜10モル%とすることが好ましい。よ
り好ましい含有量は0〜7モル%、さらに好ましい含有
量は0.5〜6.5モル%である。ここで、Li2Oの
量を増加させて、ガラス転移温度や屈伏点温度をむやみ
に下げようとすると屈折率が低下するので、La2O3あ
るいはGd2O3の量をさらに増やすことになり、その結
果上記熱間成形性が悪化するおそれが生じる。
は、いずれもガラス転移温度を低下させるために添加さ
れる成分であるが、多く添加しずぎると、例えばそれぞ
れ5モル%を超えて含有させると、屈折率が低下するな
ど目的とする光学的物性が得られにくくなるとともに、
化学的耐久性、失透に対する安定性も低下するおそれが
ある。そのため、Na2Oの含有量を0〜5モル%、K2
Oの含有量を0〜5モル%とすることが好ましい。ま
た、Li2OとNa2OとK2Oの合計含有量を10モル
%以下とすることが好ましい。Na2OおよびK2Oのよ
り好ましい含有量は、ともに0〜4モル%であり、Li
2O、Na2O、K2Oの合計含有量のより好ましい範囲
は0〜8モル%である。
分はいずれもガラスの液相温度や転移温度を下げるため
に導入される成分であるが、それぞれの導入量を10モ
ル%より多くすると、かえってガラスの失透に対する安
定性が低下し、液相温度も上昇してしまうので、それぞ
れの含有量を0〜10モル%とすることが好ましい。ま
た MgO、CaO、SrO、BaOの合計含有量を0
〜15モル%とすることが好ましい。さらに、 Mg
O、CaO、SrO、BaOの各含有量を0〜8モル%
に、それらの合計含有量を0〜12モル%とすることが
より好ましい。
性を向上させ、液相温度を低下させるために導入される
成分であるが、その導入量が10モル%を超えると、屈
折率が低下し、失透に対する安定性も低下するので、そ
の含有量を0〜10モル%とすることが好ましく、0〜
7モル%とすることがより好ましい。
分として使用され、少量導入する場合、ガラスの屈折率
を高くし、化学的耐久性を向上させるが、La2O3やG
d2O3に比べて、その効果が小さく、それぞれ10モル
%より多く導入するとガラスの失透に対する安定性が大
きく損われ、ガラス転移温度や屈伏点温度が上昇してし
まう。したがって、それぞれの含有量を0〜10モル%
とすることが好ましく、0〜8モル%とすることがより
好ましい。
ずれもガラスの安定性や屈折率を改善するために使われ
る成分であるが、それぞれの導入量が8モル%を超える
と、分散が大きくなり、失透に対する安定性も低下する
ので、それらの各含有量を0〜8モル%とすることが好
ましく、0〜5モル%とすることがより好ましい。
組成は、B2O3を45〜65モル%、La2O3を5〜2
2モル%、Gd2O3を1〜20モル%(但し、La2O3
とGd2O3の合計含有量は14〜30モル%)、ZnO
を5〜30モル%、SiO2を0〜10モル%、ZrO2
を0〜6.5モル%、Sb2O3を0〜1モル%、Li2
Oを0〜10モル%、Na2Oを0〜5モル%、K2Oを
0〜5モル%(但し、Li2OとNa2OとK2Oの合計
含有量は0〜10モル%)、MgOを0〜10モル%、
CaOを0〜10モル%、SrOを0〜10モル%、B
aOを0〜10モル%(但し、MgO、CaO、Sr
O、BaOの合計含有量は0〜15モル%)、Al2O3
を0〜10モル%、Y2O3を0〜10モル%、Yb2O3
を0〜10モル%、TiO2を0〜8モル%、Ta2O5
を0〜8モル%、Nb2O5を0〜8モル%、WO3を0
〜8モル%含有するものである。また上記各成分の合計
含有量が95モル%以上であることが好ましく、99モ
ル%以上であることがより好ましく、100モル%であ
ることがさらに好ましい。
ましい組成は、B2O3の含有量が47〜60モル%、L
a2O3の含有量が7〜20モル%、Gd2O3の含有量が
4〜15モル%、ZnOの含有量が8〜25モル%、S
iO2の含有量が0〜8モル%、ZrO2の含有量が1〜
6.5モル%、Li2Oの含有量が0.5〜6.5モル
%、Na2Oの含有量が0〜4モル%、K2Oの含有量が
0〜4モル%(ただし、Li2O、Na2O、K2Oの合
計含有量が0〜8モル%)、MgOの含有量が0〜8モ
ル%、CaOの含有量が0〜8モル%、SrOの含有量
が0〜8モル%、BaOの含有量が0〜8モル%(ただ
し、MgO、CaO、SrO、BaOの合計含有量が0
〜12モル)、Al2O3の含有量が0〜7モル%、Y2
O3の含有量が0〜8モル%、Yb2O3の含有量が0〜
8モル%、TiO2の含有量が0〜5モル%、Ta2O5
の含有量が0〜5モル%、Nb2O5の含有量が0〜5モ
ル%、WO3の含有量が0〜5モル%である。より好ま
しい組成においても、上記各成分とSb2O3の合計含有
量が95モル%以上であることが好ましく、99モル%
以上であることがより好ましく、100モル%であるこ
とがさらに好ましい。
て、特に好ましい組成範囲は、B2O3の含有量が47〜
60モル%、La2O3の含有量が7〜20モル%、Gd
2O 3の含有量が4〜15モル%、ZnOの含有量が8〜
25モル%、SiO2の含有量が1〜8モル%、ZrO2
の含有量が1〜6.5モル%、Li2Oの含有量が0.
5〜6.5モル%、Ta2O5の含有量が0.1〜5モル
%であり、上記各成分とSb2O3の合計含有量が95モ
ル%以上であることが好ましく、99モル%以上である
ことがより好ましく、100モル%であることがさらに
好ましい。
組成、特に好ましい組成のいずれにおいても、Sb2O3
の含有量は、0〜0.5モル%とすることが好ましく、
0〜0.1モル%とすることがより好ましく、0〜0.
05モル%とすることがさらに好ましい。
組成、特に好ましい組成のいずれにおいても、高温成形
性、光学特性などの面から、ZrO2の含有量は上限を
6モル%とすることが、さらに好ましい。
は、上記いずれの組成範囲においても14〜30モル%
とすることが好ましく、14〜24モル%とすることが
より好ましく、15〜22モル%とすることがさらに好
ましい。
であり、精密プレス成形性、プリフォームの熱間成形
性、高屈折率・低分散特性、ガラスの安定性に優れた光
学ガラスであり、屈折率(nd)が1.72〜1.83
およびアッベ数(νd)が45〜55の範囲のものであ
る。また、ガラス転移温度(Tg)を630℃以下、液
相温度における粘度を0.5Pa・s以上とすることが
できる。
より好ましい組成、特に好ましい組成のいずれにおいて
も、ガラス転移温度(Tg)を630℃以下、屈折率
(nd)を1.72〜1.83、アッベ数(νd)を4
5〜55、液相温度における粘度を0.6Pa・s以上
とすることが好ましく、さらに、屈折率(nd)を1.
74〜1.80、アッベ数(νd)を45〜52とする
ことがより好ましい。そして、精密プレス成形性、プリ
フォームの熱間成形性、光学恒数に関する高機能性を考
慮すると、上記特性に加えて、液相温度における粘度が
0.7Pa・s以上の特性を付与された光学ガラスが特
に好ましい。また、熱間成形時などにおけるガラスの安
定性の面から、液相温度を1050℃以下とすることが
好ましく、1030℃以下とすることがより好ましい。
の製造方法について説明する。本発明のプレス成形予備
体は、前述の光学ガラス(IまたはII)からなるもので
あって、高生産性、高重量精度のもとにプレス成形予備
体(プリフォーム)を製造する方法としては、溶融また
は軟化状態のガラスを熱間成形する方法が優れている。
したがって、本発明のプリフォームの製造方法として
は、前述の光学ガラス(IまたはII)が得られるような
ガラス原料を溶解、清澄、攪拌して均一な溶融ガラスを
作り、この溶融ガラスを白金製または白金合金製のパイ
プから流出させて、所定量の溶融ガラスからガラス塊を
作製し、これを用いてプリフォームを成形する方法が用
いられる。この方法では、溶融ガラスを上記パイプの流
出口から連続して流出させ、流出口より流出したガラス
の先端部分を分離して所定量のガラス塊を得、それをガ
ラスが塑性変形可能な温度範囲にある間にプリフォーム
形状に成形する。流出ガラスの先端部分の分離方法とし
ては、先に説明したように滴下法と降下切断法を例示で
きる。いずれの場合も、分離のあたっては切断機などに
よる機械切断を行うと切断部分がプリフォームに痕跡と
なって残り、精密プレス成形品の品質を悪化させるの
で、機械切断は好ましくない。上記光学ガラスを用いる
ことにより、ガラスを失透させることなく、パイプ流出
口から流出したガラス先端部分を機械切断することなく
分離することができる。流出スピード、流出温度を一定
に保ち、滴下条件または降下条件も一定に保つことによ
り、一定重量のプリフォームを再現性よく高精度に製造
することができる。上記方法は、1〜5000mgの重
量範囲のプリフォームを高い重量精度のもとに製造する
場合に好適である。
の成形面からガスが噴出する成形型で受け、前記ガスの
風圧によって浮上、回転することによって球状、楕円球
状などのプリフォームに成形される。このような成形方
法を浮上成形法と呼ぶことにするが、浮上成形法では成
形時のガラスの粘性に対する条件が厳しいが、本発明の
光学ガラスからなるプリフォームを成形する場合、ガラ
スの特性が浮上成形に適しているので、良好な浮上成形
を行うこともできる。上記のようにして製造されたプリ
フォームは、必要に応じて表面に離型膜を設けてもよ
い。
説明する。精密プレス成形とは、上述したように再加熱
されたプリフォームを所定形状のキャビティを有する成
形型によって加圧成形し、最終製品の形状と同じまたは
極めて近似した形状の成形品を作製する方法である。精
密プレス成形法によれば、成形品に研削や研磨を施さず
に、あるいは研磨による除去量が極めて少ない研磨のみ
を施すことによって、最終製品、特に光学部品のような
極めて高い形状精度や面精度を要求される最終製品を作
製することが可能である。そのため、本発明の精密プレ
ス成形品の製造方法は、レンズ、レンズアレイ、回折格
子、プリズムなどの光学部品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。本発明の精密プレス成形品の製造方法によれば、高
屈折率・低分散特性を有する光学素子を作製できるとと
もに、プリフォームを構成するガラスの転移温度(T
g)が630℃以下と低く、ガラスのプレス成形として
は比較的低い温度でプレスが可能になるので、プレス成
形型の成形面への負担が軽減され、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、ガラス溶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。
状態のプリフォームを、プリフォームを構成するガラス
の粘度が105〜1011Pa・sの範囲を示すように再
加熱し、再加熱されたプリフォームを上型、下型を備え
た成形型によってプレス成形する。成形型の成形面には
必要に応じて離型膜を設けてもよい。なお、プレス成形
は、成形型の成形面の酸化を防止する上から、窒素ガス
や不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。プレス成形
品は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。
2〜1.83で、かつアッベ(νd)が45〜55の高
屈折率・低分散光学ガラスからなるレンズ、レンズアレ
イ、回折格子、プリズムなどの光学部品を高精度に生産
性よく製造することができる。本発明はまた、前述の本
発明の光学ガラスIまたは光学ガラスIIからなる光学部
品をも提供する。
説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限
定されるものではない。
硝酸塩、水酸化物など、例えば、SiO2、Al2O3、
Al(OH)3、MgO、CaCO3、Y2O3、Ti
O2、ZrO2、Li2CO3などをガラス原料として用
い、表1〜表9に示した組成になるように所定の割合に
250〜300g秤量し、十分に混合して調合バッチと
成し、これを白金るつぼに入れ、1200〜1250℃
で攪拌しながら空気中で2〜4時間、ガラスの溶解を行
った。溶解後、溶融ガラスを40×70×15mmのカ
ーボンの金型に流し、ガラスの転移温度まで放冷してか
ら直ちにアニール炉に入れ、ガラスの転移温度範囲で約
1時間アニールして炉内で室温まで放冷し、実施例1〜
52の52種類の光学ガラスを作製した。得られたガラ
スには顕微鏡で観察できる結晶が析出しなかった。得ら
れたガラスは透明かつ均質な光学ガラスであり、表1〜
表9に示される組成、光学恒数[屈折率(nd)、アッ
べ数(νd)]、ガラス転移温度(Tg)、液相温度
(LT)、及び液相温度における粘度を有していた。な
お、本実施例において、屈折率(nd)、アッべ数(ν
d)、ガラス転移温度(Tg)、屈伏点温度(Ts)、
液相温度(LT)及び液相温度におけるガラスの粘度、
1100℃における粘度の測定は、以下のようにして行
った。
d) 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)及び屈伏点温度(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。 (3)液相温度(LT) 400〜1100℃の温度勾配のついた失透試験炉に1
時間保持し、倍率80倍の顕微鏡により結晶の有無を観
察し、液相温度を測定した。 (4)粘度 JIS規格 Z8803、共軸二重円筒形回転粘度計に
よる粘度測定方法により粘度を測定した。
定の組成を有するとともに、屈折率(nd)が1.72
〜1.83、アッベ数(νd)が45〜55の範囲にあ
り、ガラス転移温度(Tg)が630℃以下、液相温度
における粘度が0.6Pa・s以上の特性を有してい
た。さらに1100℃における粘度は4Pa・s以下で
あった。
度における値である。
る光学ガラスを作製し、各物性を測定した。結果を表1
0に示す。
る値である。
均質化された溶融ガラスを白金合金製のパイプから連続
流出させて、これをパイプ流出口から滴下させ、複数の
プリフォーム成形型で次々と受け、浮上成形法により複
数個の球状のプリフォームを成形した。なお、流出時の
ガラスの温度は液相温度よりも数℃高温とした。これら
のプリフォームはいずれも失透しておらず、高い重量精
度のものが得られた。なお、プリフォームの状態でもガ
ラスの組成、光学恒数、ガラス転移温度は表1〜表9に
示した値とほぼ等しい。
に失透が認められず、高重量精度のプリフォームが得ら
れ、滴下法、降下切断法ともプリフォームに分離の際の
痕跡は認められなかった。白金製パイプを使用しても、
白金合金製パイプと同様、溶融ガラスの流出によってパ
イプが破損することはなかった。
プレス成形装置を用いて非球面精密プレス成形すること
により非球面レンズを得た。プリフォームの形状は直径
2〜30mmの球状であり、このプリフォーム4を下型
2及び上型1の間に設置したのち、石英管7内を窒素雰
囲気としてヒーター8に通電して石英管7内を加熱し
た。成形型内部の温度を(ガラスの屈伏点温度+20〜
60℃)となる温度に設定し、同温度を維持しつつ、押
し棒9を降下させて上型1を押して成形鋳型内のプリフ
ォームをプレス成形した。プレスの圧力は8MPa、プ
レス時間は30秒とした。プレス成形の後、プレスの圧
力を解除し、非球面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(ガラス転移
温度−30℃)の温度までに徐冷し、次いで室温まで急
冷して非球面レンズに成形されたガラスを成形型から取
り出した。得られた非球面レンズは、きわめて精度の高
いレンズであり、表1〜表9に示す屈折率(nd)およ
びアッベ数(νd)を有していた。なお、プリフォーム
の再加熱は、下型2と上型1の間に載置する前に行って
もよい。また、図1において符号3は案内型(胴型)、
5は支持棒、6は支持台、10は熱伝対である。成形型
のキャビティ形状を所定の形状に設計することによっ
て、球面レンズなどその他の光学部品も同様に精密プレ
ス成形により作製することができる。
形性及び精密プレス成形性の優れた高屈折率・低分散特
性を有する光学ガラス及び前記光学ガラスよりなる光学
部品を提供することができる。また、本発明によれば、
プレス成形予備体を上記光学ガラスによって構成するこ
とによって精密プレス成形に好適なプレス成形予備体を
提供することができる。
て所定の粘度を示す上記光学ガラスが得られる溶融ガラ
スを熱間成形することにより、高い生産性のもとにプレ
ス成形予備体を製造する方法を提供することができる。
加えて、本発明によれば、上記プレス成形予備体を再加
熱、精密プレス成形することによって、高精度の光学部
品等のプレス成形品を製造する方法を提供することがで
きる。
概略断面図である。
プレス成形装置を用いて非球面精密プレス成形すること
により非球面レンズを得た。プリフォームの形状は直径
2〜30mmの球状であり、このプリフォーム4を下型
2及び上型1の間に設置したのち、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。成形型内部の温度を(ガラスの屈伏点温度+2
0〜60℃)となる温度に設定し、同温度を維持しつ
つ、押し棒13を降下させて上型1を押して成形鋳型内
のプリフォームをプレス成形した。プレスの圧力は8M
Pa、プレス時間は30秒とした。プレス成形の後、プ
レスの圧力を解除し、非球面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(ガ
ラス転移温度−30℃)の温度までに徐冷し、次いで室
温まで急冷して非球面レンズに成形されたガラスを成形
型から取り出した。得られた非球面レンズは、きわめて
精度の高いレンズであり、表1〜表9に示す屈折率(n
d)およびアッベ数(νd)を有していた。なお、プリ
フォームの再加熱は、下型2と上型1の間に載置する前
に行ってもよい。また、図1において符号3は案内型
(胴型)、9は支持棒、10は支持台、14は熱伝対で
ある。成形型のキャビティ形状を所定の形状に設計する
ことによって、球面レンズなどその他の光学部品も同様
に精密プレス成形により作製することができる。
概略断面図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 必須成分として、B2O3、La2O3、G
d2O3およびZnOを含むとともに、鉛およびフッ素を
実質上含まず、かつ屈折率(nd)が1.72〜1.8
3、アッベ数(νd)が45〜55、ガラス転移温度
(Tg)が630℃以下および液相温度における粘度が
0.6Pa・s以上であることを特徴とする光学ガラ
ス。 - 【請求項2】 モル%表示で、B2O3 45〜65%、
La2O3 5〜22%、Gd2O3 1〜20%(ただ
し、La2O3とGd2O3の合計含有量が14〜30
%)、ZnO 5〜30%、SiO2 0〜10%、Z
rO2 0〜6.5%およびSb2O3 0〜1%を含む
とともに、鉛およびフッ素を実質上含まず、かつ屈折率
(nd)が1.72〜1.83およびアッベ数(νd)
が45〜55であることを特徴とする光学ガラス。 - 【請求項3】 モル%表示で、Li2O 0〜10%、
Na2O 0〜5%、K2O 0〜5%(ただし、Li2
O、Na2OおよびK2Oの合計含有量が10%以下)、
MgO 0〜10%、CaO 0〜10%、SrO 0
〜10%、BaO 0〜10%(ただし、MgO、Ca
O、SrOおよびBaOの合計含有量が15%以下)、
Al2O3 0〜10%、Y2O3 0〜10%、Yb2O3
0〜10%、TiO2 0〜8%、Ta2O5 0〜8
%、Nb2O5 0〜8%およびWO3 0〜8%を含
み、上記各成分とB2O3、La2O3、Gd2O3、Zn
O、SiO2、ZrO2およびSb2O3との合計含有量が
95%以上である請求項2に記載の光学ガラス。 - 【請求項4】 液相温度における粘度が0.6Pa・s
以上である請求項2または3に記載の光学ガラス。 - 【請求項5】 ガラス転移温度(Tg)が630℃以下
である請求項2、3または4に記載の光学ガラス。 - 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれか1項に記載
の光学ガラスからなるプレス成形予備体。 - 【請求項7】 請求項1ないし5のいずれか1項に記載
の光学ガラスからなる光学部品。 - 【請求項8】 所定量の溶融ガラスからガラス塊を作製
し、このガラス塊を用いて請求項1ないし5のいずれか
1項に記載の光学ガラスからなるプレス成形予備体を成
形することを特徴とするプレス成形予備体の製造方法。 - 【請求項9】 パイプより流出する溶融ガラスからガラ
ス塊を作製する請求項8に記載のプレス成形予備体の製
造方法。 - 【請求項10】 請求項6に記載のプレス成形予備体、
あるいは請求項8または9に記載の方法により成形され
たプレス成形予備体を再加熱し、プレス成形することを
特徴とするプレス成形品の製造方法。 - 【請求項11】 請求項10に記載の方法により、光学
部品を成形することを特徴とする光学部品の製造方法。
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