JP5986938B2 - 光学ガラス、精密プレス成形用ガラス素材、光学素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム、光学素子およびその製造方法に関する。詳しくは、高屈折率・高分散特性を有するリン酸系光学ガラスであって、精密プレス成形に好適な光学ガラス、この光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子、ならびにこの精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形する光学素子の製造方法に関する。

ガラスのネットワークフォーマーとしてリン酸を多く含む所謂リン酸系光学ガラスとしては、特許文献１〜７に記載されているように様々な屈折率を有するものが知られている。それらの中でも、高い屈折率とともに高分散特性（低アッベ数）を有する光学ガラスは、各種レンズなどの光学素子材料として需要が高い。例えば、高屈折率低分散性のレンズと組合せることにより、コンパクトで高機能な色収差補正用の光学系を構成することができるからである。さらに、高屈折率高分散特性のレンズの光学機能面を非球面化することにより、各種光学系の一層の高機能化、コンパクト化を図ることができる。

特開２００３−２３８１９７号公報 特開２００３−１６０３５５号公報 特開２００８−３０３１１２号公報 特開２００９−９６６４６号公報 特開２０１２−１７２６１号公報 特開平８−１５７２３１号公報 特開平６−３４５４８１号公報

光学素子の製造方法としては、精密プレス成形法が知られている。精密プレス成形法は、研削、研磨等の機械加工を行うことなく光学素子の光学機能面を形成する方法であり、非球面レンズなど、研削、研磨などの加工では手間とコストがかかるガラス製光学素子を効率よく製造できる方法である。したがって上述のリン酸系光学ガラスは、高屈折率・高分散特性とともに、精密プレス成形に適した性質（良好な精密プレス成形性）を有することが、非球面レンズ等の光学素子を生産性よく製造するために望ましい。

そこで本発明の一態様は、高屈折率・高分散特性を有するとともに、精密プレス成形法に好適なリン酸系光学ガラスを提供する。
更に本発明の一態様によれば、上述の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子、ならびにこの精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形する光学素子の製造方法が提供される。

本発明の一態様は、酸化物基準のガラス組成において、
Ｐ₂Ｏ₅ ２４〜３４質量％、
Ｂ₂Ｏ₃ ０質量％超４質量％以下、
Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、およびＬｉ₂Ｏを合計で１２〜２０質量％、
Ｎｂ₂Ｏ₅ １５〜３０質量％、
ＴｉＯ₂ ８〜１５質量％、
Ｂｉ₂Ｏ₃ ４〜２５質量％、
を含み、
質量比（ＴｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．３６〜１．００の範囲であり、
質量比（Ｂｉ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．１６〜１．６７の範囲であり、
屈折率ｎｄが１．７８以上１．８３未満、かつアッベ数νｄが２０〜２５の範囲である光学ガラス、
に関する。

上述の一態様にかかる光学ガラスは、必須成分として、Ｐ₂Ｏ₅、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、Ｂｉ₂Ｏ₃、アルカリ金属酸化物（Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、およびＬｉ₂Ｏからなる群から選ばれる一種以上）を含むとともに、光学ガラスに高屈折率高分散特性を付与するために有用な成分であるＴｉＯ₂とＮｂ₂Ｏ₅との比率、良好な精密プレス成形性を付与することができる成分であるＢｉ₂Ｏ₃とＮｂ₂Ｏ₅との比率が規定されている。こうして１．７８以上１．８３未満の屈折率ｎｄおよび２０〜２５の範囲のアッベ数νｄという高屈折率高分散特性を有するとともに、精密プレス成形に好適なリン酸系光学ガラスを得ることが可能となる。

本発明の一態様によれば、精密プレス成形用プリフォームを得るために好適な、高屈折率高分散特性を有するリン酸系光学ガラスを提供することができる。更なる一態様によれば、上述の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子も提供される。

［光学ガラス］
本発明の一態様にかかる光学ガラスは、酸化物基準のガラス組成において、Ｐ₂Ｏ₅を２４〜３４質量％、Ｂ₂Ｏ₃を０質量％超４質量％以下、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、およびＬｉ₂Ｏを合計で１２〜２０質量％、Ｎｂ₂Ｏ₅を１５〜３０質量％、ＴｉＯ₂を８〜１５質量％、Ｂｉ₂Ｏ₃を４〜２５質量％含み、質量比（ＴｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．３６〜１．００の範囲であり、質量比（Ｂｉ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．１６〜１．６７の範囲であり、屈折率ｎｄが１．７８以上１．８３未満、かつアッベ数νｄが２０〜２５の範囲である光学ガラスである。
以下、その詳細について説明する。

前述の通り、本発明では光学ガラスのガラス組成を酸化物基準で表示する。ここで「酸化物基準のガラス組成」とは、ガラス原料が熔融時にすべて分解されて光学ガラス中で酸化物として存在するものとして換算することにより得られるガラス組成をいうものとする。また、特記しない限り、ガラス組成は質量基準で表示するものとする。
本発明におけるガラス組成は、ＩＣＰ−ＡＥＳ（Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometry）により求められたものである。また、本分析方法により求められた分析値は、±５％程度の測定誤差を含んでいる。
また、本明細書および本発明において、構成成分の含有量が０％とは、この構成成分が実質的に含まれないことを意味し、この構成成分の含有量が不純物レベル程度以下であることを指す。

Ｐ₂Ｏ₅はリン酸系ガラスにおいてガラス形成成分として欠かせない成分である。リン酸系ガラスは比較的低い温度でガラスを熔解することができ、可視域の透過率が高いという特徴を有する。また同じガラス形成成分であるＳｉＯ₂やＢ₂Ｏ₃と比べてＰ₂Ｏ₅ は高分散側に位置する成分であり、上述のアッベ数νｄを示す高分散特性を得るために、その含有量は２４％以上とする。好ましくは２７％以上、より好ましくは２８％以上である。ただし、過剰量導入するとガラスが失透しやすくなるため、その含有量は３４％以下とする。好ましくは３１％以下、より好ましくは３０％以下である。

ＳｉＯ₂は、上述の光学ガラスに添加可能な任意成分であり、耐失透性を高める作用を有する。高屈折率特性を得る観点から、上述の光学ガラスがＳｉＯ₂を含む場合、ＳｉＯ₂含有量は１．２％以下であることが好ましい。より好ましくは１．０％以下であり、さらに好ましくは０．５％未満、一層好ましくは０．４％以下であり、導入しなくても（ＳｉＯ₂含有量が０％でも）よい。

Ｂ₂Ｏ₃は、リン酸系ガラスに適量添加することにより耐失透性を高める作用を有する成分である。そのため上述の光学ガラスには必須成分として、０％超導入する。Ｂ₂Ｏ₃含有量は、好ましくは０．４％以上、より好ましくは０．７％以上である。ただし、過剰量含まれると高屈折率・高分散特性を実現することが困難となるため、その含有量は４％以下とする。好ましくは３％以下、より好ましくは１．５％以下である。
ここで、Ｂ₂Ｏ₃含有量０％とは、Ｂ₂Ｏ₃がガラス中に不純物レベル程度に微量に含有されている場合を含む。したがって、Ｂ₂Ｏ₃含有量が０％超とは、Ｂ₂Ｏ₃が不純物レベル程度を超えて含有されていることを指す。具体的には、例えば７００ｐｐｍ（質量比）以上、または１０００ｐｐｍ（質量比）以上である。

精密プレス成形に好適なガラスが有することが望ましいガラス特性としては、低ガラス転移温度であることが挙げられる。これは、ガラス転移温度Ｔｇが高いガラスをプレス成形するためにはプレス成形温度を高温にする必要があるが、精密プレス成形温度が高くなると、成形型自体や成形型の成形面に設けられている離型膜が損傷してしまうからである。精密プレス成形法では、研削、研磨等の機械加工なしに成形型成形面を転写することにより光学機能面を形成する。したがって、成型型や離型膜が損傷し成形面が粗くなると、その粗い表面形状が光学素子に転写されてしまい、高い表面平滑性を有する光学機能面を得ることができなくなってしまう。
以上の点から、上述の光学ガラスは、比較的低いガラス転移温度、具体的には５２０℃以下のガラス転移温度を有することが好ましい。ガラス転移温度は、より好ましくは５１０℃以下、更に好ましくは５００℃以下、一層好ましくは４９０℃以下である。また、ガラス安定性の観点からは、ガラス転移温度は４６０℃超であることが好ましく、４６５℃以上であることがより好ましく、４７０℃以上であることが更に好ましい。

上述のような精密プレス成形に好適な低Ｔｇを実現するためには、Ｐ₂Ｏ₅含有量とＢ₂Ｏ₃含有量との質量比（Ｂ₂Ｏ₃／Ｐ₂Ｏ₅）を、０超かつ０．１以下とすることが好ましい。より好ましくは、０超かつ０．０８３以下である。

また、低ガラス転移温度を実現する観点から、上述の光学ガラスにおいて、アルカリ金属酸化物Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、およびＬｉ₂Ｏの合計含有量は、１２％以上とする。他方、耐失透性を維持する観点からは、その合計含有量は２０％以下とする。好ましくは１７％以下、より好ましくは１６％以下である。

上述の光学ガラスはアルカリ金属酸化物として、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏからなる群から選ばれる一種または二種以上を含むことができる。アルカリ金属酸化物としては、少なくともＮａ₂Ｏを導入することが、低いガラス転移温度を示す光学ガラスを得るうえで有利である。ガラス転移温度を下げる観点からは、上述の光学ガラスにおけるＮａ₂Ｏ含有量は２％以上とすることが好ましく、４％以上とすることがより好ましく、５％以上とすることが更に好ましい。他方、ガラスの耐失透性の観点からは、Ｎａ₂Ｏ含有量は１２％以下とすることが好ましく、９％以下とすることがより好ましく、８％以下とすることが更に好ましい。

その他のアルカリ金属酸化物、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏも、いずれもガラス転移温度を低下させるために添加することができる成分である。上述の光学ガラスのＫ₂Ｏ含有量は、例えば２％以上とすることができ、４％以上であることが好ましい。Ｌｉ₂Ｏ含有量は、例えば１％以上とすることができ、２％以上であることが好ましい。また、耐失透性の観点からは、Ｋ₂Ｏ含有量は、例えば８％以下とすることができ、７％以下であることが好ましい。Ｌｉ₂Ｏ含有量は、例えば５％以下とすることができ、４％以下であることが好ましい。

Ｎｂ₂Ｏ₅は、高屈折率・高分散特性を得るために不可欠な成分であり、また耐久性を高める効果のある成分でもある。Ｎｂ₂Ｏ₅が１５％未満では、目的とする高屈折率・高分散特性を得ることが困難となり、３０％を超えるとガラスの耐失透性が低下する。したがって上述の光学ガラスでは、Ｎｂ₂Ｏ₅含有量は１５〜３０％の範囲とする。より好ましい高屈折率・高分散特性を実現する観点から、Ｎｂ₂Ｏ₅含有量は２５％以下とすることが好ましく、２２％以下とすることがより好ましく、２０％以下とすることが一層好ましい。また、耐失透性の観点からは、Ｎｂ₂Ｏ₅含有量は１６％以上とすることが好ましく、１８％以上とすることがより好ましい。

ＴｉＯ₂は、適量添加することにより、ガラスに高屈折率・高分散特性を与えることができる成分であり、上述の光学ガラスに８％以上導入する。ＴｉＯ₂含有量は、好ましくは９％以上、より好ましくは１０％以上である。ただし、その含有量が１５％を超えると耐失透性が低下するため、上述の光学ガラスにおけるＴｉＯ₂含有量は１５％以下とする。好ましくは１３％以下、より好ましくは１２％以下である。

Ｂｉ₂Ｏ₃はガラス転移温度を下げ精密プレス成形を向上するために有用な成分である。したがって上述の光学ガラスにはＢｉ₂Ｏ₃を４％以上導入する。Ｂｉ₂Ｏ₃含有量は、好ましくは６％以上、より好ましくは１０％以上である。ただし、過剰量導入すると耐失透性が低下するため、上述の光学ガラスにおけるＢｉ₂Ｏ₃含有量は２５％以下とする。好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下である。

Ｎｂ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、Ｂｉ₂Ｏ₃の各含有量については先に説明した通りである。更に、上述の光学ガラスでは、質量比（ＴｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅）は０．３６〜１．００の範囲であり、質量比（Ｂｉ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．１６〜１．６７の範囲である。高屈折率・高分散特性を付与するために有用な成分であるＮｂ₂Ｏ₅およびＴｉＯ₂、ならびに精密プレス成形性の向上に有用な成分であるＢｉ₂Ｏ₃の比率を、上述の範囲内とすることにより、１．７８以上１．８３未満の屈折率ｎｄおよび２０〜２５の範囲のアッベ数νｄという高屈折率・高分散特性を有するとともに、精密プレス成形に好適なリン酸系光学ガラスを得ることができる。高屈折率・高分散特性と精密プレス成形性を両立する観点から、質量比（ＴｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅）は、下限は０．４０以上であることが好ましく、０．５０以上であることがより好ましく、０．５５以上であることがより一層好ましい。上限は、０．８０以下であることが好ましく、０．７０以下であることがより好ましく、０．６０以下であることがより一層好ましい。一方、同様の観点から、質量比（Ｂｉ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）は、下限は０．２０以上であることが好ましく、０．４０以上であることがより好ましく、０．５０以上であることが一層好ましく、０．６０以上であることがさらに好ましい。上限は、０．８７以下であることが好ましく、０．８０以下であることがより好ましく、０．７０以下であることがより一層好ましい。

上述の光学ガラスには、アルカリ土類金属酸化物ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの一種または二種以上が含まれていてもよい。アルカリ土類金属酸化物は、ガラス安定性を高める作用を有する成分であるが、屈折率の低下や分散性の低下を招く場合がある。したがって、アルカリ土類金属酸化物ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量は２％以下に抑えることが好ましく、０％であってもよい。
アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物の合計含有量（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）は、高屈折率・高分散特性を実現する観点からは、１２〜１７％の範囲とすることが好ましい。上限値は、より好ましくは１７％以下であり、更に好ましくは１６％以下である。
また、各アルカリ土類金属酸化物の含有量については、ＭｇＯ含有量の好ましい下限値は０％以上であり、好ましい上限値は２％以下である。ＣａＯ含有量は好ましい下限値は０％以上であり、好ましい上限値は２％以下であり、より好ましくは１％未満である。ＳｒＯ含有量の好ましい下限値は０％以上であり、好ましい上限値は２％以下である。ＢａＯ含有量の好ましい下限値は０％以上であり、好ましい上限値は２％以下である。

ＷＯ₃は、上述のガラスに添加可能な任意成分であり、ガラスの低Ｔｇ化に寄与し精密プレス成形性を向上する作用を有する。精密プレス成形に好適な光学ガラスとする観点からは、上述の光学ガラスに３％以上のＷＯ₃が含まれることが好ましい。より好ましくは６％以上、更に好ましくは１０％以上である。一方、耐失透性の観点からは、ＷＯ₃含有量は２３％以下とすることが好ましく、２０％以下とすることがより好ましく、１３％未満とすることが一層好ましい。

ガラスの低Ｔｇ化の観点からは、Ｎｂ₂Ｏ₅含有量に対するＷＯ₃含有量の比率を、質量比（ＷＯ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．１２〜０．９２の範囲となるように調整することが好ましい。高屈折率・高分散特性と低Ｔｇ化を両立する観点から、質量比（ＷＯ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）の下限値は、より好ましくは０．２０、更に好ましくは０．５０であり、より一層好ましくは０．５５である。上限値は、より好ましくは０．８０、更に好ましくは０．７０である。

上述の光学ガラスには、更に任意成分として、屈折率調整のためにＺｎＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅を添加することもできる。ＺｎＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅の含有量は、それぞれ例えば０〜５％の範囲とすることができ、０〜３％の範囲とすることが好ましい。また、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｃｓ₂Ｏ、ＺｒＯ₂、ＰｂＯ等の成分を、それぞれ例えば０〜１％の範囲の量で、本発明の目的を損わない範囲で添加してもよい。また、ＳｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃は、外割添加量として、それぞれ例えば０〜１％の範囲の量で上述の光学ガラスに添加してもよい。

以上、上述の光学ガラスのガラス組成について説明した。次に、上述の光学ガラスのガラス特性について説明する。

上述の光学ガラスは、１．７８以上１．８３未満の屈折率ｎｄおよび２０〜２５の範囲のアッベ数νｄを有する高屈折率高分散光学ガラスである。屈折率ｎｄは、下限値は好ましくは１．７９０以上であり、より好ましくは１．７９５以上であり、更に好ましくは１．８００以上である。上限値は、好ましくは１．８２０以下であり、より好ましくは１．８１５以下であり、更に好ましくは１．８１０以下である。アッベ数νｄは、下限値は好ましくは２１．０以上であり、より好ましくは２２．０以上である。上限値は、好ましくは２４．０以下であり、より好ましくは２３．５以下である。以上の屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄを有する光学ガラスは、光学系において有用である。

高屈折率高分散ガラスとしては、同じ屈折率ｎｄにおいてアッベ数νｄが小さなものほど、光学系における有用性が高い。この点から上述の光学ガラスの好ましい一態様としては、屈折率とアッベ数νｄが、下記式（１）を満たすガラスを挙げることができる。 ｎｄ≦１５／νｄ＋１．１８ …（１）
先に説明した組成調整を行うことで、前述の範囲の屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄを有するとともに、式（１）を満たす光学ガラスを得ることができる。

その他のガラス物性として、上述の光学ガラスのガラス転移温度については、先に説明した通りである。低Ｔｇ化に有効な組成の一例としては、以下の組成を挙げることもできる。単にアルカリ金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物等の含有量を増やすことによりＴｇを下げることができるが、結果として耐候性が悪化してしまう場合がある。これに対し、耐候性を維持しつつ、精密プレス成形に適した低Ｔｇ化を図ることができる好ましい組成としては、以下の組成が挙げられる。
（Ａ）Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量が１２〜１７％の範囲であり、かつ質量比（Ｂ₂Ｏ₃／Ｐ₂Ｏ₅）が０超かつ０．１以下の範囲である組成。好ましくは、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量が１２〜１７％の範囲であり、かつ質量比（Ｂ₂Ｏ₃／Ｐ₂Ｏ₅）については、好ましくは０超かつ０．０８３以下の範囲である組成。
（Ｂ）Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量が１２〜１７％の範囲であり、かつ質量比（Ｂｉ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．１６〜１．６７の範囲である組成。好ましくは、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量が１２〜１７％の範囲であり、かつ質量比（Ｂｉ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．１６〜０．８７の範囲である組成。
（Ｃ）Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量が１２〜１７％の範囲であり、かつ質量比（ＷＯ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．１２〜０．９２の範囲である組成。
（Ｄ）Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏの合計含有量が１２〜２０％の範囲であり、かつ質量比（ＷＯ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．１２〜０．９２の範囲である組成。
（Ｅ）Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量が１２〜２０％の範囲であり、かつ質量比（ＷＯ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．１２〜０．９２の範囲である組成。

また、高分散特性と低Ｔｇ化を両立するうえで有効な組成の一例としては、以下の組成を挙げることができる。
（Ｆ）質量比（ＴｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．３６〜１．００の範囲であり、かつＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量が１２〜１７％の範囲である組成。好ましくは、質量比（ＴｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．４０〜０．８０の範囲であり、かつＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量の好ましい範囲は１２〜１７％の範囲である組成。

精密プレス成形性の点から光学ガラスが有することが望ましいガラス特性としては、液相温度が低いことを挙げることもできる。液相温度の低いガラスは、軟化点付近での失透安定性が高いため、プリフォームを昇温して軟化し精密プレス成形することで、失透のない高い透明性を有する光学素子を得ることができるからである。この点から、上述の光学ガラスは、１０００℃以下の液相温度を有することが好ましい。液相温度は、より好ましくは９７０℃以下、更に好ましくは９６０℃以下である。また、ガラス安定性の観点からは、液相温度は８５０℃以上であることが好ましく、８８０℃以上であることがより好ましい。

以上説明したように、上述の光学ガラスは、高屈折率・高分散特性を有する、精密プレス成形に好適な光学ガラスである。

光学ガラスは、目的のガラス組成が得られるように、原料である酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物などを秤量、調合し、十分に混合して混合バッチとし、熔融容器内で加熱、熔融し、脱泡、攪拌を行い均質かつ泡を含まない熔融ガラスを作り、これを成形することによって得ることができる。具体的には公知の熔融法を用いて作ることができる。

［精密プレス成形用プリフォーム］
本発明の一態様は、上述の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームに関する。精密プレス成形用プリフォーム（以下、プリフォームともいう）は、精密プレス成形に供されるガラス塊を意味し、精密プレス成形品の質量に相当するガラス成形体である。また、精密プレス成形とは、モールドオプティクス成形とも呼ばれ、光学素子の光学機能面をプレス成形型の成形面を転写することにより形成する方法である。なお、光学機能面とは光学素子において、制御対象の光を屈折したり、反射したり、回折したり、入出射させる面を意味する。レンズにおけるレンズ面などがこの光学機能面に相当する。

プリフォームは、研削、研磨等の冷間加工を経て作製してもよく、研削、研磨等の冷間加工を経ずに熔融ガラスから成形品を得る熱間加工（熱間成形ともいう）により作製してもよい。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は、熱間加工により得られたプリフォームを精密プレス成形することが好ましい。この熱間加工に適したガラス特性としては、低Ｔｇであること、液相温度が低いこと等が挙げられる。上述の光学ガラスは、これらガラス特性を有し得るものであるため、熱間加工によりプリフォームを得るためにも好適なガラスである。

熱間加工によりプリフォームを作製する一実施態様によれば、前述の光学ガラスが得られるようなガラス原料を熔解、清澄、攪拌して均一な熔融ガラスを作る。その後、この熔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、これを用いて熱間成形品を成形する。本実施形態では、熔融ガラスを上述の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る。得られたガラス塊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、滴下法と降下切断法を例示できる。上述の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。本実施態様によれば、例えば１〜５０００ｍｇの質量のプリフォームを、高い質量精度のもとに製造することができる。

一実施態様では、分離したガラス先端部分は、例えば、凹状の成形面からガスが噴出する成形型で受け、ガスの風圧によって浮上、回転させ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は、浮上成形法と呼ばれる。または、熔融ガラス塊を下型と上型とによりプレス成形することによりプリフォームを得る方法も知られており、上述の熱間成形に使用することができる。こうして製造された熱間成形品には、必要に応じて表面に公知の離型膜を設けてもよい。

［光学素子およびその製造方法］
本発明の他の一態様は、
上述の光学ガラスからなる光学素子；および、
上述の精密プレス成形用プリフォームを加熱により軟化した状態で、プレス成形型を用いて精密プレス成形することにより光学素子を作製する工程を備える光学素子の製造方法、
に関する。

精密プレス成形法は、モールドオプティクス成形法とも呼ばれ、既に当該発明の属する技術分野においてはよく知られたものである。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と呼ぶ。例えば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。精密プレス成形法は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方法である。つまり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。精密プレス成形法は、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方法として最適である。

上述のプリフォームは、精密プレス成形に適したガラス特性である低Ｔｇを有し得るものであるため、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である。したがって、プレス成形型の成形面への負担が軽減されるため、成形型の寿命を延ばすことができるとともに、成形型成形面が損傷を受け粗くなること防ぐこともできる。

精密プレス成形法の一実施態様では、表面が清浄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。

このようにして、屈折率ｎｄが１．７８以上１．８３未満の範囲であり、アッベ数νｄが２０〜２５の範囲であって、精密プレス成形に好適なリン酸系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素子を高精度に生産性よく製造することができる。

以下、本発明を実施例に基づき更に説明する。但し本発明は、実施例に示す態様に限定されるものではない。

１．光学ガラスおよび精密プレス成形用プリフォームに関する実施例、比較例
表１に示す組成の光学ガラスが得られるように、各ガラス成分に対応する酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物等のガラス原料を所定の割合に１５０〜３００ｇ秤量し、十分に混合して調合バッチとした。これを白金ルツボに入れ、１０００〜１２５０℃で攪拌しながら空気中で２〜４時間、ガラスの熔解を行った。熔解後、熔融ガラスを４０×７０×１５ｍｍのカーボンの金型に流し、ガラス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、各光学ガラスを作製した。
下記方法により、各光学ガラスの屈折率、アッベ数、ガラス転移温度、および液相温度を測定した。

測定方法
（１）屈折率（ｎｄ）およびアッべ数（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
示差走査熱量計（ＤＳＣ（Differential Scanning Calorimetry））により、昇温速度１０℃/分にして測定した。
（３）液相温度ＬＴ
ガラス試料を任意温度に設定した試験炉に２時間保持し、倍率１０〜１００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。

測定結果を、表１に示す。

表１に示す実施例の光学ガラスが得られる高品質かつ均質化された熔融ガラスを白金合金製のパイプから連続流出させた。流出する熔融ガラス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。

実施例の光学ガラスから得られたプリフォームは、顕微鏡で観察できる結晶はなく、透明かつ均質であった。これらのプリフォームはいずれも失透しておらず、高い質量精度のものが得られた。

実施例の光学ガラスから、滴下法に変えて降下切断法を用いてプリフォームを作製した。降下切断法により得られたプリフォームにも同様に失透が認められず、高質量精度のプリフォームが得られた。また、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、熔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。

２．光学素子に関する実施例
上述のプリフォームの表面に必要に応じてコーティングを施し、成形面に炭素系離型膜を設けたＳｉＣ製の上下型および胴型を含むプレス成形型内に導入し、窒素雰囲気中で成形型とプリフォームを一緒に加熱してプリフォームを軟化し、精密プレス成形して上記各種ガラスからなる非球面凸メニスカスレンズ、非球面凹メニスカスレンズ、非球面両凸レンズ、非球面両凹レンズの各種レンズを作製した。なお、精密プレス成形の各条件は前述の範囲で調整した。

このようにして作製した各種レンズを観察したところ、レンズ表面に傷、クモリ、破損は全く認められなかった。

こうしたプロセスを繰り返し行い、各種レンズの量産テストを行ったが、ガラスとプレス成形型の融着などの不具合は発生せず、表面および内部ともに高品質のレンズを高精度に生産することができた。このようにして得たレンズの表面には反射防止膜をコートしてもよい。

次いで、上述のプリフォームと同様のものを加熱、軟化し、別途、予熱したプレス成形型に導入し、精密プレス成形して上記各種ガラスからなる非球面凸メニスカスレンズ、非球面凹メニスカスレンズ、非球面両凸レンズ、非球面両凹レンズの各種レンズを作製した。なお、精密プレス成形の各条件は前述の範囲で調整した。

このようにして作製した各種レンズを観察したところ、分相による白濁等は認められず、レンズ表面に傷、クモリ、破損は全く認められなかった。

こうしたプロセスを繰り返し行い、各種レンズの量産テストを行ったが、ガラスとプレス成形型の融着などの不具合は発生せず、表面および内部ともに高品質のレンズを高精度に生産することができた。このようにして得たレンズの表面には反射防止膜をコートしてもよい。

プレス成形型の成形面の形状を適宜、変更し、プリズム、マイクロレンズ、レンズアレイなどの各種光学素子を作製することもできる。

最後に、前述の各態様を総括する。

一態様によれば、Ｐ₂Ｏ₅を２４〜３４％、Ｂ₂Ｏ₃を０％超４％以下、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏを合計で１２〜２０％、Ｎｂ₂Ｏ₅を１５〜３０％、ＴｉＯ₂を８〜１５％、Ｂｉ₂Ｏ₃を４〜２５質量％含むガラス組成において、質量比（ＴｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．３６〜１．００の範囲、質量比（Ｂｉ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．１６〜１．６７の範囲とすることにより、屈折率ｎｄが１．７８以上１．８３未満、かつアッベ数νｄが２０〜２５の範囲という高屈折率・高分散特性を有する、精密プレス成形に適した光学ガラスを得ることができる。

上述の光学ガラスは、より好ましい高屈折率・高分散特性を実現する観点から、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯを合計で１２〜１７％の範囲で含むことが好ましい。

上述の光学ガラスは、精密プレス成形に適したガラス転移温度を実現する観点から、質量比（Ｂ₂Ｏ₃／Ｐ₂Ｏ₅）が０超かつ０．１以下の範囲であることが好ましい。同様の観点か、質量比（ＷＯ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）は０．１２〜０．９２の範囲であること、ＷＯ₃含有量が３〜２３質量％の範囲であることも、好ましい。

より好ましい高屈折率・高分散特性を実現する観点から、ＣａＯ含有量が１質量％未満であること、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯの合計含有量が２質量％未満であることも、好ましい。

上述の光学ガラスは、先に記載した組成調整を行うことにより、精密プレス成形に適した５２０℃以下のガラス転移温度Ｔｇを有するものとなり得る。

以上説明した光学ガラスは、精密プレス成形に適した低Ｔｇ等のガラス特性を有するものであるため、精密プレス成形用プリフォームおよびこのプリフォームを精密プレス成形して得られる光学素子を得るためのガラスとして好適なものである。

即ち、他の態様によれば、上述の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子が提供される。

また、他の態様によれば、上述の精密プレス成形用プリフォームを加熱により軟化した状態で、プレス成形型を用いて精密プレス成形することにより光学素子を作製する工程を備える光学素子の製造方法も提供される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、ガラスレンズ、レンズアレイ、回折格子、プリズムなどの光学素子の製造分野において有用である。

Claims (11)

1. 酸化物基準のガラス組成において、
   Ｐ₂Ｏ₅ ２４〜３４質量％、
   Ｂ₂Ｏ₃ ０質量％超４質量％以下、
   Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏを合計で１２〜２０質量％、
   Ｎｂ₂Ｏ₅ １５〜３０質量％、
   ＴｉＯ₂ ８〜１５質量％、
   Ｂｉ₂Ｏ₃ ４〜２５質量％、
   を含み、
   質量比（ＴｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．３６〜１．００の範囲であり、
   質量比（Ｂｉ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．１６〜１．６７の範囲であり、
   屈折率ｎｄが１．７８以上１．８３未満、かつアッベ数νｄが２０〜２５の範囲である光学ガラス。
2. Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量が１２〜１７質量％の範囲である請求項１に記載の光学ガラス。
3. 質量比（Ｂ₂Ｏ₃／Ｐ₂Ｏ₅）が０超かつ０．１以下の範囲である請求項１または２に記載の光学ガラス。
4. 質量比（ＷＯ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅）が０．１２〜０．９２の範囲である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ガラス。
5. ＷＯ₃含有量が３〜２３質量％の範囲である請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学ガラス。
6. ＣａＯ含有量が１質量％未満である請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学ガラス。
7. ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯの合計含有量が２質量％未満である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学ガラス。
8. ガラス転移温度Ｔｇが５２０℃以下である請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学ガラス。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォーム。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる光学素子。
11. 請求項９に記載の精密プレス成形用プリフォームを加熱により軟化した状態で、プレス成形型を用いて精密プレス成形することにより光学素子を作製する工程を備える光学素子の製造方法。