JP3100726B2 - 精密プレス成形用光学ガラス - Google Patents

精密プレス成形用光学ガラス

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JP3100726B2
JP3100726B2 JP04010039A JP1003992A JP3100726B2 JP 3100726 B2 JP3100726 B2 JP 3100726B2 JP 04010039 A JP04010039 A JP 04010039A JP 1003992 A JP1003992 A JP 1003992A JP 3100726 B2 JP3100726 B2 JP 3100726B2
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正行 小宮
忍 永濱
成人 沢登
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Sumita Optical Glass Manufacturing Co Ltd
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Sumita Optical Glass Manufacturing Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/089Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
    • C03C3/091Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
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    • C03C3/064Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低温にて精密プレス成
形ができ、精密プレス成形後に研削または研磨を必要と
しない、精密プレス成形用光学ガラスに関する。
【0002】
【従来の技術】屈折率(nd)1.51〜1.54、ア
ッベ数(νd)62〜65.5近辺の範囲の光学恒数を
有する、ホウケイクラウンガラス(BKタイプ)として
分類される光学ガラスは、古くから多量に生産され、現
在において最も代表的な光学ガラスとして使用されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
にBKタイプの光学ガラスはSiO2 を60重量%以上
含んでいるため、温度に対する粘度の変化は緩やかであ
る。そのためBKタイプの光学ガラスは、JIS−R3
104に規定されている軟化点(粘度が107.65ポイズ
の時の温度である。通常は管状電気炉中で直径0.05
5〜0.075cm、長さ23.5cmの均一なガラス棒の
上部10cmが毎分約5℃の温度上昇速度で加熱された
時、自重によって毎分0.1cmの速度で伸びる温度であ
る)が704〜720℃の範囲にある。一般的には精密
プレス成形される光学ガラスの粘度は軟化点の粘度より
やや大きい108 〜109 ポイズの範囲にあり、そのた
めBKタイプのガラスの精密プレス成形温度は、700
℃付近、すなわち屈伏温度(粘度が1013ポイズに相当
する)より80〜130℃高温でないと精密プレス成形
を行なうことができない。通常、量産時における精密プ
レス成形温度は600℃以下、望ましくは580℃以下
である。これ以上の高温になると型材の酸化等の問題が
起こり、面精度の確保が難しく量産には適さない。
【0004】また、従来のBKタイプの光学ガラスの中
には、光学恒数の調整として微量ではあるが酸化鉛を使
用していることがある。酸化鉛を使用すると型材の酸化
を防ぐために、通常還元性雰囲気で行なわれている精密
プレス成形では、その雰囲気によりガラス表面に存在す
る微量な酸化鉛が還元され、プレスレンズ表面に析出
し、プレスするための加熱により蒸発しプレスレンズ表
面に凹部を形成し、蒸発した鉛が型材の表面に付着し凸
部を形成することにより微小な凹凸が生じプレス成形さ
れたレンズの面精度が維持できないため、設計通りの光
学性能を得ることができないばかりでなく、型材に付着
した鉛を取り除く作業が必要となり量産化するには不適
当であった。したがって本発明の目的は、温度に対する
粘性の変化をできるだけ大きくして、屈伏温度(At)
が560℃以下で、しかも屈伏温度より30〜50℃高
い温度すなわち600℃以下で精密プレス成形され、さ
らに酸化鉛も含まず、屈折率1.51〜1.54、アッ
ベ数(νd)62〜65.5の光学恒数を有し、精密プ
レス成形に最適である光学ガラスを提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は鋭意研究の
結果、SiO2 、B2 3 、Li2 OおよびAl2 3
が特定の組成範囲にある光学ガラスが、所期の目的を達
成することを見出したものである。すなわち、本発明は
SiO2 39〜65重量%、B2 3 10〜38重量
%、Li2 O3〜12重量%、Na2 O0〜7重量%、
2 O0〜6.5重量%、且つLi2 O、Na2 Oおよ
びK2 Oの合計量が9〜18重量%、Al2 3 5〜1
5重量%、MgO0〜6重量%、CaO0〜6重量%、
BaO0〜6重量%の組成からなり、屈伏温度(At)
が560℃以下、屈折率(nd)が1.51〜1.5
4、アッベ数(νd)が62〜65.5である、低軟化
点で低屈折率低分散の精密プレス成形用光学ガラスを提
供する。
【0006】本発明の光学ガラスの各成分範囲を上記の
ように限定した理由は次のとおりである。SiO2 は、
本発明の必須配合成分であり、ガラスの網目を構成する
主成分であるが、39重量%未満では屈折率が高くなり
すぎ、65重量%を越えると屈服温度(At)の上昇を
招き精密プレス成形用光学ガラスとして適さなくなるば
かりでなく、未溶解物を発生させる。
【0007】B2 3 は、本発明の必須配合成分であ
り、SiO2 と同様にガラスの網目を構成する成分であ
り、適量の導入はガラスの溶融性を改善し、SiO2
配合量を減少させることができる。しかしながら、10
重量%より少ないと屈伏温度(At)の上昇を招き、3
8重量%を越えると化学的耐久性が悪くなるのでB2
3 は10重量%〜38重量%に限定される。
【0008】Li2 Oは、本発明の必須配合成分であ
り、屈伏温度(At)を下げ、粘性の変化を急激にする
重要な作用を有するが、12重量%より多いと屈折率
(nd)が高くなりすぎると共に化学的な耐久性が劣化
し、3重量%より少ないと屈伏温度(At)下げる効果
が少なくなる。Na2 Oは、本発明の任意配合成分であ
り適量の使用により精密プレス成形時の温度を下げる効
果が得られるが、7重量%を越えると屈折率が上がりす
ぎると共に化学的な耐久性が劣化するので所定範囲内と
する。K2 Oは、本発明の任意配合成分であり、溶融性
の改善およびガラスの安定化に寄与するが、6.5重量
%を越えるとガラスの化学的な耐久性が悪くなり、屈折
率が高くなりすぎてしまうので所定の範囲内とする。且
つLi2 O、Na2 OおよびK2 Oの合計量が、9重量
%より少ないと屈伏温度(At)が高くなり、精密プレ
ス用素材として適さなくなり、18重量%より多いと、
屈折率(nd)が高くなりすぎ、ガラスの化学的耐久性
も悪くなるので、これらの合計量は所定の範囲内とす
る。
【0009】Al2 3 は、本発明の必須配合成分であ
り、ガラスの化学的な耐久性を上げ、分相傾向を抑止す
る効果を有するが、15重量%より多いと屈伏温度(A
t)の上昇をまねき、5重量%より少ないとガラスの化
学的な耐久性が劣化する。
【0010】MgOは、本発明の任意配合成分である
が、適量の使用はガラスの分相傾向を抑止し、化学的な
耐久性を良くするので使用することが望ましいが、6重
量%を越えると屈伏温度の上昇を招く。CaOおよびB
aOは、本発明の任意配合成分であり、屈折率を高める
効果を持つが、屈伏温度までをも高めるのでそれぞれ6
重量%以下とする。
【0011】なお、本発明の光学ガラスには、上記成分
の外に、光学恒数の調整、溶融性の改善、ガラスの安定
性拡大、化学的耐久性の改善などのために、本発明の目
的を外れない限り、P2 5 、ZrO2 、SrO、Zn
O、Ln2 3 (Ln=La、Y、Yb、Gd)、F、
Ta2 5 、Nb2 5 、TiO2 などを含有させるこ
とができる。
【0012】本発明の光学ガラスは各成分の原料とし
て、各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩および硝酸
塩等を使用し、ガラス化した後に所望の組成の割合とな
るように秤量し、十分混合した後、白金ルツボに投入し
て電気炉で1150〜1350℃で溶融し、攪拌して均
質化を図り、清澄してから適当な温度に予熱した金型内
に鋳込んだ後、徐冷して製造する。なお、脱泡のために
少量のAs2 3 などを加えることができる。
【0013】
【実施例】以下実施例を挙げて本発明の光学ガラスを具
体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。 (実施例1〜11)本発明の光学ガラスの実施例の成分
組成(重量%)およびその特性値としての屈折率(n
d)、アッベ数(νd)、屈伏温度(At)を表1に示
す。本発明の光学ガラスは各成分の原料として、各々相
当する酸化物、水酸化物、炭酸塩および硝酸塩等を使用
し、ガラス化した後に表1の各実施例組成の割合となる
ように秤量し、十分混合した後、白金ルツボに投入して
電気炉で1150〜1350℃で溶融し、攪拌して均質
化を図り、清澄してから適当な温度に予熱した金型内に
鋳込んだ後、徐冷して製造した。なお、脱泡のために少
量のAs2 3 などを加えても良い。
【0014】次に得られたガラスから、所定重量のガラ
ス塊を切出し、従来の研磨法により球状に研磨し、これ
をプリフォームとして550〜600℃で精密プレスを
行なうことにより11種類の製品を得た。これらのプレ
スレンズの形状を測定した結果、いずれも1.0ミクロ
ン以下の形状誤差を示し、良好な転写性を示すと共に、
型材へのガラス付着、揮発物の付着などは認められなか
った。
【0015】実施例4に示される組成から溶融されたガ
ラスについてJIS−R3104に規定されている軟化
点を測定した。その結果609℃であり、通常BKタイ
プと呼ばれる光学ガラスと比較して100℃以上の低下
が認められた。実施例5に示される組成から溶融された
ガラスについて、日本光学硝子工業会規格に規定されて
いる光学ガラスの化学的耐久性の測定方法(粉末法)
(JOGIS06−1975)で耐水性を測定した結果、
0.03wt.%(ただし減量率)であり、BKタイプ
と同等の化学的耐久性が確認された。
【0016】(比較例1)従来公知の光学ガラスで通常
BK7と呼ばれるガラスの組成を比較例1として作製し
た。この組成を用いて実施例1〜11と同様にガラスを
製造し、プリフォームを作製し、精密プレスを行なっ
た。その結果、精密プレス成形温度が700℃以上にな
り、型材の劣化が著しく、型の連続的な使用は不可能で
あった。実施例と同様にJIS−R3104に規定され
ている軟化点を測定した。その結果723℃であった。
配合組成と特性値は表1に示す。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
【表3】
【0020】
【表4】
【0021】
【発明の効果】本発明によれば従来の光学ガラス(BK
タイプ)と比較しても、精密プレス成形温度は100℃
以上の低下が認められ、型材への悪影響もなく、成形型
の寿命を著しく向上させることができ、安定して精密プ
レス成形を行なうことができる。また、従来の光学ガラ
スとしてももちろん使用できるので産業上極めて有用で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03C 3/064 C03C 3/087 C03C 3/091 C03C 4/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SiO2 39〜65重量%、B2 3 10
    〜38重量%、Li 2 O3〜12重量%、Na2 O0〜
    7重量%、K2 O0〜6.5重量%、且つLi2 O、N
    2 OおよびK2 Oの合計量が9〜18重量%、Al2
    3 5〜15重量%、MgO0〜6重量%、CaO0〜
    6重量%、BaO0〜6重量%の組成からなり、屈伏温
    度(At)が560℃以下、屈折率(nd)が1.51
    〜1.54、アッベ数(νd)が62〜65.5であ
    る、低軟化点で低屈折率低分散の精密プレス成形用光学
    ガラス。
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