CN1827541B - 精密压力成形用预塑形坯的制造方法及光学元件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法,为由熔融玻璃制造规定重量的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其特征在于,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,并蚀刻处理该玻璃块,除去玻璃块的表面层,制造由上述重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述表面层的厚度为0.5μm以上。
Description
技术领域
本发明涉及精密压力成形用预塑形坯的制造方法及光学元件的制造方法,更详细地说,本发明涉及利用玻璃的热成形以高生产性来制造高质量的精密压力成形用预塑形坯的制造方法;以及通过将由前述方法制造的预塑形坯进行精密压力成形,以高生产性制造高质量的光学元件的制造方法。
背景技术
光学玻璃制透镜的需求正在随着数码相机、手机等的普及而急剧增加。为了适应这种需要,人们正在关注可以高生产性地制造玻璃制光学元件的精密压力成形技术。
精密压力成形法是利用压力成形,将进行高精度加工的压力成形模的成形面转印在玻璃上,形成光学性能面。例如,可以高产率地批量生产研磨加工中费事费时且成本高的非球面透镜。这样的精密压力成形需要表面光滑、内部表面都没有缺陷的预塑形坯。
在精密压力成形中,压力成形品的磨削、研磨限于对透镜进行最小限度地精心加工或不进行磨削、研磨加工。另外,当预塑形坯的重量差得过多时,则会出现压力成形品的精度降低,或者,压力成形时露出的玻璃进入压力成形模中间等问题。为此,对每一个要制造的光学元件要精密地确定预塑形坯的重量精度。
已知预塑形坯制造方法有以下两种(参照例如专利第2746567号公报):其一是将熔融玻璃注入铸模中,冷却,制成玻璃块或玻璃板,将其切断、磨削后,研磨,加工成光滑的表面(称作冷加工);其二是从管中流出熔融玻璃,制成1个预塑形坯份重量的熔融玻璃块,在该玻璃块冷却过程中成形预塑形坯(称作热成形)。
另外,冷加工由于经过多个工序制造预塑形坯,存在费事费时成本高的问题,并且,在应用于玻璃时也存在研磨时容易破损的问题。特别是为了使预塑形坯的重量正确地符合目的的重量,更需要花费多的劳力、时间、成本。
为此,上述热成形法作为进一步提高生产性的方法以及生产重量精度高的预塑形坯的方法受到关注。
热成形法是优良的制造方法,为了从熔融玻璃分离相当于预塑形坯1个的熔融玻璃块,直接成形玻璃块,制成预塑形坯,必须制作内部质量没有问题,预塑形坯的表面状态及重量精度高的玻璃块。
在热成形时,将玻璃的流出温度过度地降低时,玻璃结晶化,透明消失,不能用作预塑形坯。为了防止出现上述的透明消失现象,必须将玻璃的流出温度设定在不产生透明消失、比液相温度足够高的温度区域。当为了防止透明消失,使玻璃的流出温度上升时,玻璃的粘度降低,在成形时容易摄取气泡,并且,由于容易挥发的成分(易挥发成分)从玻璃表面挥发,表面附近的组成发生微小的变化,该变化导致折射率的局部变化(不匀)。该折射率的不匀可作为表面纹络看到。另外,通过使粘度降低,玻璃容易沾湿在流出管的外周。易挥发成分从沾湿了的玻璃上挥发、变质,当被摄入该玻璃流出的玻璃表面时,使预塑形坯的表面层产生折射率的不匀,产生表面纹络。
任何一种方法,在想消除预塑形坯的透明消失导致的成品率降低时,都在表面附近的部分产生纹络或气泡等,使成品率降低。
因此,同时解决上述问题迄今很难。
上述问题特别是在成形含有P2O5、Nb2O5及Li2O的光学玻璃、含有B2O3、La2O5的光学玻璃等的高折射率玻璃,含氟玻璃时容易产生。
发明内容
本发明是在上述问题的基础上进行的研究,目的在于,提供一种利用玻璃的热成形,在高生产性的基础上制造高质量的精密压力成形用预塑形坯的方法,以及通过将利用前述方法制造的预塑形坯进行精密压力成形,高生产性地制造高质量的光学元件的方法。
本发明者为了实现前述目的,进行了反复研究,结果发现,通过将熔融玻璃成形成玻璃块,将该玻璃块进行蚀刻处理,除去表面层,以及选择当时的特定条件或玻璃,由此可以高生产性地制造高质量的精密压力成形用预塑形坯,可以达到目的,在此基础上直至完成本发明。
也就是,本发明提供:
(1)一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法(以下简称为制造方法1-a),由熔融玻璃制造规定重量的精密压力成形用预塑形坯,其特征在于,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,蚀刻处理该玻璃块,除去玻璃块的表面层,制造由上述重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述表面层的厚度为0.5μm以上。
(2)一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法(以下简称为制造方法1-b),由熔融玻璃制造规定重量的精密压力成形用预塑形坯,其特征在于,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,蚀刻处理该玻璃块,除去玻璃块的表面层,制造由上述重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述玻璃液相温度的粘度为10dPa·s以下。
(3)一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法(以下简称为制造方法1-c),由熔融玻璃制造规定重量的精密压力成形用预塑形坯,其特征在于,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,蚀刻处理该玻璃块,除去玻璃块的表面层,制造由上述重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述玻璃是折射率(nd)为1.65以上、阿贝数(υd)为58以下的光学玻璃。
(4)一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法(以下简称为制造方法1-d),由熔融玻璃制造规定重量的精密压力成形用预塑形坯,其特征在于,将熔融玻璃成形为玻璃块,在退火处理后,通过蚀刻处理该玻璃块,除去玻璃块的表面层,制造由上述重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯。
(5)一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法(以下简称为制造方法1-e),由熔融玻璃制造规定重量的精密压力成形用预塑形坯,其特征在于,通过反复进行将熔融玻璃成形为玻璃块的工序,制造多个一定重量的玻璃块,以一定的条件蚀刻处理上述多个玻璃块,除去各玻璃块的表面层,制造由上述重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯。
(6)如上述(1)~(5)中任一项所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,将玻璃块整体浸渍在蚀刻液中,进行蚀刻处理。
(7)如上述(1)~(6)中任一项所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,将熔融玻璃成形为通过表面曲率不同的曲面构成的玻璃块或球状玻璃块。
(8)一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法(以下简称为制造方法2-a),由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯,其特征在于,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,并将该玻璃块的整个表面蚀刻处理,制造由规定重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述玻璃为光学玻璃,其折射率(nd)为1.65以上,阿贝数(υd)为35以下,并包括P2O5、Nb2O5、Li2O。
(9)一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法(以下简称为制造方法2-b),由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯,其特征在于,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,并将该玻璃块的整个表面蚀刻处理,制造由规定重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述玻璃为光学玻璃,以摩尔%表示,其含有P2O5 15~45%、Nb2O5 3~35%、Li2O 0~35%、TiO2 0~20%、WO3 0~40%、Bi2O3 0~20%、B2O3 0~30%、BaO 0~25%、ZnO 0~25%、MgO 0~20%、CaO 0~20%、SrO 0~20%、Na2O 0~30%、K2O0~30%、(其中,Li2O、Na2O及K2O的总量为45%以下)、Al2O3 0~15%、SiO2 0~15%、La2O3 0~10%、Gd2O3 0~10%、Yb2O3 0~10%、ZrO2 0~10%、及Ta2O5 0~10%。
(10)如上述(8)或(9)所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,玻璃块由在液相温度下具有粘度10dPa·s以下粘度的玻璃构成。
(11)如上述(8)、(9)或(10)中所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,将玻璃块浸渍在蚀刻液中,进行蚀刻处理。
(12)如上述(8)~(11)中任一项所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,将玻璃块的整个表面蚀刻处理,除去至少深度0.5μm的表面层,制造规定重量的精密压力成形用预塑形坯。
(13)如上述(8)~(12)中任一项所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,在将玻璃块退火处理后,进行蚀刻处理。
(14)一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法(以下简称为制造方法3-a),由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯,其特征在于,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,并将该玻璃块的整个表面蚀刻处理,制造由规定重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述玻璃为光学玻璃,其折射率(nd)为1.75以上,阿贝数(υd)为25~58,而且含有B2O3及La2O3。
(15)一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法(以下简称为制造方法3-b),由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯,其特征在于,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,并将该玻璃块的整个表面蚀刻处理,制造由规定重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述玻璃为光学玻璃,以摩尔%表示,其含有B2O3 15~60%、SiO2 0~40%、La2O3 5~22%、Gd2O3 0~20%、ZnO 0~45%、Li2O 0~15%、Na2O 0~10%、K2O 0~10%、ZrO2 0~15%、Ta2O50~15%、WO3 0~15%、Nb2O5 0~10%、MgO 0~15%、CaO 0~15%、SrO 0~15%、BaO 0~15%、Y2O3 0~15%、Yb2O3 0~15%、TiO2 0~20%、Bi2O3 0~10%及Sb2O3 0~1%。
(16)如上述(14)或(15)所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,玻璃块由在液相温度下具有10dPa·s以下粘度的玻璃构成。
(17)如上述(14)、(15)或(16)中所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,将玻璃块浸渍在蚀刻液中,进行蚀刻处理。
(18)如上述(14)~(17)中任一项所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,将玻璃块的整个表面蚀刻处理,除去至少深度0.5μm的表面层,制造规定重量的精密压力成形用预塑形坯。
(19)如上述(14)~(18)中任一项所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,在将玻璃块退火处理后,进行蚀刻处理。
(20)一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法(以下简称为制造方法3-c),制造由含有B2O3光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,其特征在于,具有如下工序:在利用蚀刻液蚀刻处理由上述光学玻璃构成的玻璃块表面后,使上述表面接触有机溶液,或利用由酸或碱与醇混合液构成的蚀刻液蚀刻处理上述玻璃块。
(21)一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法(以下简称为制造方法3-d),制造由含有B2O3光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,其特征在于,具有:利用蚀刻液蚀刻处理由上述光学玻璃构成的玻璃块表面的工序、和利用擦洗来清洗蚀刻处理后的玻璃块的工序。
(22)一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法(以下简称为制造方法4-a),由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯,通过将由含氟玻璃构成的熔融玻璃成形为玻璃块,并蚀刻处理该玻璃块,除去玻璃块的表面层,制造精密压力成形用预塑形坯。
(23)如上述(22)中所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,玻璃是氟磷酸盐玻璃。
(24)如上述(23)中所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,氟磷酸盐玻璃以摩尔%表示,含有:Al(PO3)3 0~20%、Ba(PO3)2 0~30%、Mg(PO3)2 0~30%、Ca(PO3)2 0~30%、Sr(PO3)2 0~30%、Zn(PO3)2 0~30%、NaPO3 0~15%、AlF3 2~45%、ZrF4 0~10%、YF3 0~15%、YbF3 0~15%、GdF3 0~15%、BiF3 0~15%、LaF3 0~10%、MgF2 0~20%、CaF2 2~45%、SrF2 2~45%、ZnF2 0~20%、BaF2 0~30%、LiF 0~10%、NaF 0~15%、KF 0~15%、Li2O 0~5%、Na2O 0~5%、K2O 0~5%、MgO0~5%、CaO 0~5%、SrO 0~5%、BaO 0~5%、ZnO 0~5%。
(25)如上述(22)、(23)或(24)所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,玻璃的磨耗度FA为150以上。
(26)如上述(22)~(25)中任一项所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,通过蚀刻处理除去从表面直至深度0.5μm以上的层,制造规定重量的预塑形坯。
(27)如上述(22)~(26)中任一项所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,成形通过曲率不同的曲面构成表面的玻璃块或球状玻璃块。
(28)如上述(22)~(27)中任一项所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,将玻璃块浸渍在蚀刻液中,进行蚀刻处理。
(29)如上述(22)~(28)中任一项所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,反复进行将熔融玻璃成形为玻璃块的工序,制造多个一定重量的玻璃块,以一定的条件蚀刻处理上述多个玻璃块,制造多个规定重量的预塑形坯。
(30)如上述(22)~(29)中任一项所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,在将玻璃块退火处理后,进行蚀刻处理。
(31)一种光学元件的制造方法,其特征在于,具有利用上述(1)~(30)中任一项所述的制造方法制造的精密压力成形用预塑形坯进行精密压力成形的工序。
(32)如上述(31)所述的光学元件的制造方法,将预塑形坯导入压力成形模内,将上述成形模和预塑形坯同时加热,进行精密压力成形。
(33)如上述(31)所述的光学元件的制造方法,将预先加热的预塑形坯导入压力成形模内,进行精密压力成形。
根据本发明的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,可利用玻璃热成形制造同时具有高生产性和高品质的精密压力成形用预塑形坯。
由于可利用特别的热成形消除存在于从玻璃表面直至深层的范围的的纹络等缺陷,故可确实地制造高品质的预塑形坯。
另外,在难以通过热成形确实地成形高品质的精密压力成形用预塑形坯,液相温度下粘度为10dPa·s以下的玻璃、或在热成形时容易失透,通过提高液相温度降低流出粘度的折射率(nd)为1.65以上且阿贝数(υd)为58以下的玻璃、特别是折射率(nd)为1.75以上且阿贝数(υd)为50以下的玻璃、折射率(nd)为1.75以上且阿贝数(υd)为25~58的玻璃、折射率(nd)为1.65以上且阿贝数(υd)为35以下的玻璃中,即使不通过热成形进行研磨加工等的机械加工,也可以确实地制造高品质的预塑形坯。
由于除去了利用退火处理降低残留应力的玻璃表面附近的缺陷层,故即使除去上述缺陷层至深层,也可使玻璃不被破坏。
另外,通过将可大量制造热成形的重量精度高的玻璃块的特征、使在一定的蚀刻条件下除去的玻璃重量相等的蚀刻处理的特征组合,可容易地大量制造高品质的预塑形坯。
考虑表面缺陷层的除去通过研磨等机械加工进行,但研磨加工限于平面或球面的情况。因此,作为球以外的精密压力成形用预塑形坯的形状,难于除去由利用价值高的曲率不同的曲面构成表面的玻璃块的表面纹络层。与此相对,根据本发明,即使将上述形状的玻璃块成形,也可以通过蚀刻处理均匀地除去表面层,由此,也可以在高生产性的基础上制造上述形状的预塑形坯。另外,关于球状的玻璃块,由于玻璃块为球对称,故通过蚀刻除去的深度在整个表面上更加均匀。因此,可容易地通过蚀刻处理制造球状的预塑形坯。
另外,通过将上述玻璃块浸渍在蚀刻液中,进行蚀刻处理,可利用比较容易的方法将玻璃块的整个表面均匀地蚀刻到规定的深度。
上述的诸效果尤其是在制造由P2O5-Nb2O5-Li2O系玻璃、B2O3-La2O3系玻璃、氟系玻璃构成的高品质的(表面品质高)预塑形坯时可有效地显示出来。
另外,根据本发明光学元件的制造方法,可在高生产性的基础上制造由高折射率玻璃构成的高品质的光学元件。
附图说明
图1是蚀刻处理玻璃块之前及蚀刻处理玻璃块之后的一例光学显微镜的照片。
图2是实施例中使用的精密压力成形装置的一例概略剖面图。
符号说明
1 上模
2 下模
3 导向模[主模(胴型)]
4 预塑形坯
9 支承棒
10 支承台
11 石英管
12 加热器
13 挤压棒
14 热电偶
具体实施方式
首先,说明本发明的精密压力成形用预塑形坯(以下简称为预塑形坯)的制造方法。
预塑形坯的制造方法
(1)首先,说明预塑形坯的制造方法1-a~1-e。
预塑形坯的制造方法1-a~1-e是如下方法,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,蚀刻处理该玻璃块,除去玻璃块的表面层,制造由规定重量的光学上均质的光学玻璃构成的预塑形坯。以下所示的预塑形坯的制造方法1-a~1-e有五种方式。
第一方式(预塑形坯的制造方法1-a)的特征在于,通过蚀刻处理除去的表面层的厚度为0.5μm以上。
第二方式(预塑形坯的制造方法1-b)的特征在于,预塑形坯由液相温度下粘度为10dPa·s以下的玻璃构成。
第三方式(预塑形坯的制造方法1-c)的特征在于,预塑形坯由折射率(nd)为1.65以上、阿贝数(vb)为58以下的光学玻璃构成。
第四方式(预塑形坯的制造方法1-d)的特征在于,通过由熔融玻璃成形玻璃块,进行退火处理,并蚀刻处理除去上述玻璃块的表面层,制造由光学上均质的光学玻璃构成的预塑形坯。
第五方式(预塑形坯的制造方法1-e)的特征在于,通过反复进行将熔融玻璃成形为玻璃块的工序,制造一定重量的玻璃块,并以一定的条件蚀刻处理上述多个玻璃块,除去各玻璃块的表面层,制造多个由规定重量的光学上均质的光学玻璃构成的预塑形坯。
上述五种方式也可以任意组合。下面说明五种方式的共通点。
首先,为了成形玻璃块,准备充分澄清、均质化的熔融玻璃,使该熔融玻璃以一定流量从管流出。然后,自流出的熔融玻璃分离规定重量的熔融玻璃。分离方法有如下方法等:从管滴加熔融玻璃,分离规定重量的玻璃滴的(滴加法);利用支承体支承从管流出的熔融玻璃流的前端部,在上述玻璃流的管侧和前端部之间形成细的部分,由此使上述支承体快速降下,自细的部分分离前端侧的熔融玻璃块(降下切断法);利用切断刃切断从管流出的熔融玻璃流,分离规定重量的熔融玻璃块(机械切断法)。通过将单位时间的从管流出的玻璃流出量保持一定,如分离的时间一定,则可得到等重量的熔融玻璃块。
滴加法及降下切断法与机械切断法不同,没有称为刮痕的切断痕迹。本发明中,为蚀刻处理热成形的玻璃块的整个表面,如只限于浅于蚀刻处理除去刮痕的深度的部分,则即使利用机械切断法也可以通过蚀刻处理制造没有刮痕的预塑形坯。但是,由于具有刮痕比纹络或气泡存在的表面缺陷层更波及深层的情况,故熔融玻璃块的分离优选滴加法或降下切断法进行。
滴加法是适用于成形5~600mg范围的玻璃块的方法,以目的重量为基准的重量公差在1%以内,降下切断法是适用于成形200mg~100g范围的玻璃块的方法,以目的重量为基准的重量公差在2%以内(优选1%以内)。
任何一种方法与冷加工法相比,都可容易地制造重量精度高的玻璃块。预塑形坯的制造方法1-e中,发挥热成形法具有的上述优点和在一定条件下除去一定量的表面层这种蚀刻处理的优点,由以高的重量精度制造的玻璃块,不损害重量精度即可容易地制造所希望重量的预塑形坯。
在预塑形坯的制造方法1-e中,优选将整个玻璃块浸渍在蚀刻液中。该方法中,可通过使蚀刻液的浓度和温度、浸渍时间一定,容易地使蚀刻处理的条件一定。另外,在上述优选的方法中,将多个玻璃块同时浸渍在蚀刻液中,可进一步容易地时蚀刻处理的条件一定。
因此,根据预塑形坯的制造方法1-e,通过蚀刻处理得到的预塑形坯的重量精度可与玻璃块的重量精度一样。
然后,将分离的熔融玻璃块放入玻璃块成形模中,或在暂时利用熔融玻璃块支承体支承后转移到玻璃块成形模中,形成为规定重量的玻璃块。在玻璃块的成形模上,使用如下方法,向玻璃施加风压使其上浮,同时成形(上浮成形法)。
例如,可以使用具有设有喷出用于向底部施加上述风压的气体(上浮气)的口的凹部的玻璃块成形模,向上述凹部供给熔融玻璃块,通过使玻璃在凹部内上下移动旋转成形球状的玻璃块,也可以利用多孔物质构成设有多个喷出气体的口的凹部或凹部,从整个凹部内面喷出上浮气,使玻璃上浮,可将玻璃块成形为沿凹部形状的形状。
在利用玻璃块成形模成形玻璃块后,将玻璃块冷却到玻璃化转变温度或低于上述温度,然后,从模中取出。
当利用光学显微镜放大观察这样得到的玻璃块的表面时,通常观察玻璃块整个面的纹络,但在通过蚀刻处理将上述玻璃块的整个表面处理到规定深度的玻璃块上看不到上述纹络。因此,可知该纹络是位于表面附近的表面纹络。玻璃块表面的变质层例如变褐(ヤケ)等限于距表面深为0.1μm以下的部分,但由于表面纹络达到可通过使用光学显微镜的目视识别的深度,故优选蚀刻处理到距玻璃块表面至少深为0.5μm以上的深度。
在本发明中蚀刻处理除去的是称为玻璃表面纹络的折射率不同的玻璃层。在纹络中,存在于玻璃表面附近的表面纹络是由于如下原因产生的:在玻璃的熔融成形时,在玻璃的成分中蒸汽压高的氟、硼等减少,形成的玻璃熔融液与与原来的玻璃的折射率存在差别。表面纹络通常观察到条纹状的纹络。由此,可知构成纹络原因的变质玻璃在原来的玻璃的表面附近分布成条纹。此时,如该变质玻璃的深度层为0.5μm以下,则可见光的折射界限几乎不会给予该玻璃为透镜时得到的图像影响。即,作为透镜而形成的问题限于深度为0.5μm以上的变质玻璃层。因此,如蚀刻量至少为0.5μm以上,则不能完全除去纹络。蚀刻处理中更优选的深度为1μm以上,进一步优选的深度为10μm以上。更进一步优选的深度为20μm以上,特别优选的深度为50μm以上。蚀刻处理进行到如下深度,即看不到整个玻璃的纹络的光学均质深度、得到规定重量的玻璃块的深度。蚀刻处理的深度上限没有特别限定,但由于不必除去光学均质的玻璃,故以蚀刻到最大5μm的深度为标准即可。或,也可以根据预塑形坯的重量/玻璃块的重量的比例管理蚀刻处理深度的上限。在这种情况下,预塑形坯的重量/玻璃块的重量的比例优选80%以上,更优选85%以上。这样,由于蚀刻处理会很小地减少玻璃块的重量,故优选成形将上述重量减少量加至目的重量的重量的玻璃块,得到规定重量的预塑形坯。
蚀刻处理后的玻璃块具有光滑的表面,由于光学上也是均质的,故可将蚀刻处理后的玻璃块作为精制压力成形用预塑形坯使用。另外,当不退火处理热成形的玻璃块进行蚀刻处理时,由于残留的应力而在玻璃上产生由裂纹。因此,优选在蚀刻处理前将玻璃块进行退火处理,以降低或除去玻璃内部的残留应力。退火处理在将玻璃块保持渐冷点附近的温度进行即可。磷酸盐玻璃的热膨胀系数大,在玻璃块成形的过程中容易残留应力。因此,上述退火处理对防止蚀刻处理时的裂纹是有效的。
表面纹络层等的表面缺陷层通过蚀刻处理除去,但从玻璃的有效利用率或提高生产性方面考虑,希望尽可能地减少表面缺陷层的深度,降低纹络。为了减少表面缺陷的深度,沿流出管的外周且在玻璃流出方向(垂直下方)流通气体,降低玻璃润湿流出管外周,或降低气氛中的水蒸气与高温玻璃表面反应,因此,优选在干燥气氛中流出熔融玻璃。
沿管外周流入气体的方法在进一步降低滴加法得到的熔融玻璃滴的重量上是有效的。在滴加法中,对玻璃起作用的重力和将玻璃留在管前端的表面张力之间的平衡被破坏,当重力增大时,滴加产生。如上上述,通过沿管外周稳定地流入一定流量的气体,对玻璃施加的向下的力增大,故可滴加比未流入气体时更小重量的玻璃滴。另外,气体优选在管的四周流动,以使其在管前端附近形成层流。
玻璃块表面的蚀刻处理中,由于同样除去玻璃块整个表面,故预塑形坯的形状与玻璃块为相似形状。因此,通过将玻璃块成形为相似于预塑形坯的形状,可容易地得到所希望形状的预塑形坯。
作为通过精密压力成形制造的光学元件,具有一个透镜等的旋转对称轴的形状占绝对多数。因此,预塑形坯的形状优选球状、具有一个旋转对称轴的形状(例如旋转椭圆形、或向一定方向延伸球的形状或压碎的形状等)。为了制造这种形状的预塑形坯,成形与作为目的的预塑形坯形状相似的形状的玻璃块,进行蚀刻处理即可。
特别是具有一个旋转对称轴的形状等,由曲率不同的曲面构成表面的玻璃块,其虽从由曲面构成整个表面的玻璃块中除去了球状玻璃块的形状,但难于将这种形状的玻璃块的整个表面机械研磨到相同的深度。但是,根据本发明,热成形所希望形状的玻璃块,通过蚀刻处理该玻璃块,容易构成上述形状,且可制造由光学上均一(一样)的玻璃构成的预塑形坯。
作为具有一个这种旋转对称轴的形状,在含有上述旋转对称轴的剖面具有没有角或凹凸的光滑的轮廓线,例如在上述剖面中将短轴与旋转对称轴一致的椭圆作为轮廓线。另外,当将上述剖面的玻璃块的轮廓线上的任意点(也可以是预塑形坯轮廓线上的任意点)和连接位于旋转对称轴上的玻璃块的重心(也可以是预塑形坯的重心)的线,与在上述轮廓线上的点上接触轮廓线的接线构成的角的一侧角的角度作为θ时,上述点从上述对称轴上出发,移动到轮廓线上,此时,θ从90°单调增加,在单调减少后,单调增加,在轮廓线与旋转对称轴相交的另一点优选形成90°的形状。
另一方面,对球状玻璃块的球对称性进行关注,由于通过蚀刻处理除去的深度具有对称性,故在整个面变得均匀,如蚀刻处理球状玻璃块,则具有可容易制造球状预塑形坯的优点。
下面说明成形对象的玻璃。
在预塑形坯的制造方法1-a、1-d、1-e中,对玻璃没有限制,但上述制造方法优选适用的玻璃与预塑形坯的制造方法1-b中的玻璃(称为玻璃1)、或预塑形坯的制造方法1-c中的玻璃(称为玻璃2)通用。因此,这里说明玻璃1和玻璃2。
玻璃1
玻璃1是液相温度下浓度为10dPa·s以下的玻璃。在成形玻璃块时,为防止失透玻璃的流出温度(流出时的熔融玻璃的温度)必须使其比液相温度足够高。因此,玻璃的流出粘性(流出时的熔融玻璃的浓度)变得比10dPa·s的粘度还低,根据前面说明的理由产生表面纹络,或容易在表面附近产生进入微小气泡等的表面缺陷。使用这种玻璃即使热成形玻璃块,由于可蚀刻处理除去上述表面的缺陷层,故可确实地制造高品质的预塑形坯。适用于本发明的有效的玻璃是液相温度下粘度为6dPa·s以下的玻璃,作为更有效的玻璃是液相温度下粘度为5dPa·s以下的玻璃,更进一层有效的玻璃是液相温度下粘度为4dPa·s以下的玻璃。液相粘性的下限没有特别限定,可以以1dPa·s以上为标准。
玻璃2
玻璃2是折射率为1.65以上、阿贝数(υd为)58以下的光学玻璃。由于其具有上述光学常数,且提高精密压力成形性,故被赋予低温软化性的玻璃多含有高折射率成分(例如Nb2O5、TiO2、WO3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、Ta2O3等)。因此,与原有的稳定的玻璃相比,高温状态的玻璃具稳定性有降低的倾向,与玻璃1相同,液相温度的粘度出现降低的倾向。因此,容易产生与玻璃1相同的问题,但根据本发明的制造方法,即使使用玻璃2,也可以确实地制造高品质的预塑形坯。
下面说明玻璃1、玻璃2的共通点。相当于上述玻璃的玻璃组成,代表性的玻璃是:含有P2O5、Nb2O5及Li2O的玻璃(称为玻璃A-1);以摩尔%表示,含有如下成分的玻璃(称为玻璃A-2):P2O5 15~45%、Nb2O5 3~35%、Li2O 2~35%、TiO2 0~20%、WO3 0~40%、Bi2O3 0~20、B2O3 0~30%、BaO 0~25%、ZnO 0~25%、MgO 0~20%、CaO 0~20%、SrO 0~20%、Na2O 0~30%、K2O0~30%、(其中,Li2O、Na2O及K2O的总量为45%以下)、Al2O3 0~15%、SiO2 0~15%、La2O3 0~10%、Gd2O3 0~10%、Yb2O3 0~10%、ZrO2 0~10%及Ta2O5 0~10%;含有B2O3及La2O3的玻璃(称为玻璃B-1);以摩尔%表示,含有如下成分的玻璃(称为玻璃B-2):B2O5 15~60%、SiO2 0~40%、La2O3 5~22%、Gd2O5 0~20%、ZnO 0~45%、Li2O 0~15%、Na2O 0~10%、K2O 0~10%、ZrO20~15%、Ta2O5 0~15%、WO3 0~15%、Na2O5 0~10%、MgO 0~15%、CaO 0~15%、SrO 0~15%、BaO 0~15%、Y2O3 0~15%、Yb2O3 0~15%、TiO2 0~20%、Bi2O3 0~10%及Sb2O3 0~1%。
关于玻璃A-1
含有P2O5、Nb2O5及Li2O的玻璃,含有P2O5作为玻璃网目结构形成成分,含有Nb2O5作为赋予高折射率高分散的成分。另外,含有Li2O作为低温软化性赋予成分,实现上述光学特性和低温软化性。
在玻璃A-1中,如上上述,P2O5是玻璃的网目结构形成物,是可制造成玻璃的具有稳定性的必须成分。但是,当P2O5的含量超过45摩尔%时,玻璃的转移温度或屈伏点上升,耐候性有恶化的倾向。另外,在低于15摩尔%时,由于玻璃的失透倾向增强,玻璃变得不稳定,故优选P2O5的含量在15~45%的范围,更优选在17~40%的范围。下面,只要各成分的含量没有特殊标记,则以摩尔%表示。
如上上述,由于Nb2O5具有高折射率·高分散等特性,故是不可缺少的成分。但是,当其导入量超过35%时,玻璃化转变温度或屈伏点升高,稳定性恶化,高温溶解性也恶化,有在精密压力加工时易发泡或着色的倾向。与此相对,当其导入量为3%以下时,玻璃的耐久性劣化,由于难于得到所需要的高折射率,故其导入量优选3~35%的范围,更优选5~30%的范围。
如上上述,要降低玻璃的转变温度,Li2O是最有效的成分,与其它碱相比,折射率难于降低,耐久性未劣化。但是,在其导入量小于2%时,难于降低转变温度,当超出35%时,玻璃的稳定性显著劣化,耐久性也劣化,因此,Li2O的导入量优选2~35%的范围。更优选5~30%的范围。
下面说明可任意导入玻璃A-1中的成分。
TiO2具有赋予玻璃高折射率高分散性、提高失透稳定性的效果。但是,当其含量超过20%时,玻璃的失透稳定性或穿透率急剧恶化,屈伏点或液相温度也迅速上升,在精密压力成形时玻璃容易着色。因此,该导入量优选0~20%,更优选0~15%。
WO3在赋予玻璃高折射高分散特性和低温软化性这一点上是有效的成分。WO3与碱金属氧化物相同,具有降低玻璃化转变温度或屈伏点、或提高折射率的作用。而且,由于有效抑制玻璃和压力成形模的润湿性,故得到精密压力成形时玻璃的脱模性非常好的效果。但是,当过剩导入WO3,例如超过40%时,玻璃容易着色,相反,当玻璃的高温粘性低时,难于热成形。因此,其含量优选0~40%,进一步优选0~35%的范围。
Bi2O3是赋予玻璃高折射率高分散性的成分,是具有大幅扩大玻璃的生成区域,使其稳定化的成分,另外,是提高玻璃的耐候性的成分。因此,通过导入Bi2O3,即使是P2O5的含量少的玻璃,也可以玻璃化。另外,通过导入Bi2O3,可增大将熔融状态的玻璃载置在白金制的板上时的润湿角。通过增加上述润湿角,玻璃难于润湿流出管的外周。因此,具有预塑形坯的表面纹络降低的效果。另外,通过降低润湿,可进一步提高玻璃块的重量精度。但是,当其导入量超过20%时,由于玻璃有容易失透、同时容易着色的倾向,故Bi2O3的含量优选0~20%,更优选0~15%。另外,为了导入Bi2O3而得到上述效果,在上述范围内,优选Bi2O3的量为0.2%以上,更优选0.5%以上。
B2O3是对提高玻璃的熔融性或玻璃的均质化有效的成分,同时,通过少量导入得到改变玻璃内部OH的结合性、抑制精密压力成形时的玻璃的发泡的效果。但是,当B2O3的导入超过30%时,由于玻璃的的耐候性恶化,玻璃不稳定,故其导入量优选0~30%的范围。更优选0~25%的范围。
BaO成分具有如下作用:赋予玻璃高折射率,提高失透稳定性,降低液相温度。在导入WO3,特别是导入大量的WO3时,导入BaO具有抑制玻璃着色,增大提高失透稳定性的效果,在P2O5的含量少时,也具有提高玻璃的耐候性的效果。但是,当BaO的导入量超过25%时,不仅玻璃不稳定,且转变温度和屈伏点也升高,故BaO的导入量优选0~25%,更优选0~20%。
ZnO是为了提高玻璃的折射率或分散而导入的成分,少量地导入ZnO也具有降低玻璃的转变温度或屈伏点、及液相温度的效果。但是,当过量地导入时,玻璃的失透稳定性可能显著恶化,液相温度反而升高。因此,ZnO的导入量优选0~25%,更优选0~20%,进一步优选0~15%。
MgO、CaO、SrO是为调整玻璃的稳定性或耐候性而导入的成分,当过量导入时,由于玻璃变得非常不稳定,故导入量分别优选0~20%,更优选0~15%。
Na2O、K2O都是用于提高玻璃的耐失透性,并且降低玻璃化转变温度、屈伏点、液相温度,及改善玻璃的熔融性而导入的成分。但是,当Na2O、K2O中任一种大于30%时,或Li2O、Na2O及K2O的总量大于45%时,不仅玻璃的稳定性劣化,玻璃的耐候性或耐久性也有劣化的倾向,因此,Na2O、K2O的导入量分别优选0~30%,Li2O、Na2O及K2O的总量优选0~45%。更优选Na2O为0~20%,K2O为0~25%,进一步优选Na2O为0~5重量%。
Al2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、Yb2O3、ZrO2、Ta2O5是调整玻璃的稳定性或光学常数时可导入的成分。但是,由于全部这些成分可提高玻璃化转变温度,故有使精密压力成形性降低的倾向。因此,优选Al2O3、SiO2的导入量分别为15%以下,La2O3、Gd2O3、Yb2O3、ZrO2、Ta2O5分别为0~10%,更优选Al2O3、SiO2的导入量分别为0~12%,La2O3、Gd2O3、Yb2O3、ZrO2、Ta2O5分别为0~8%。
Sb2O3作为玻璃的澄清剂是有效的,但添加量超过1%时,由于精密压力成形时玻璃容易发泡,故其导入量最好为0~1%。另外,只要为不损害本发明目的的程度,则TeO2、Cs2O合计最多可导入5%。
但是,由于TeO2有毒,故从影响环境方面考虑,最好不使用,同样,最好也不使用PbO、As2O3、CdO、TL2O或放射性物质、Cr、Hg等化合物。另外,由于也不特别需要Ag2O,故最好不导入。
玻璃A-2是如下光学玻璃,用摩尔%表示,P2O5 15~45%、Nb2O5 3~35%、Li2O 2~35%、TiO2 0~20%、WO3 0~40%、Bi2O30~20%、B2O3 0~30%、BaO 0~25%、ZnO 0~25%、MgO 0~20%、CaO 0~20%、SrO 0~20%、Na2O 0~30%、K2O 0~30%、(其中,Li2O、Na2O及K2O的总量为45%以下)、Al2O3 0~15%、SiO2 0~15%、La2O3 0~10%、Gd2O3 0~10%、Yb2O3 0~10%、ZrO2 0~10%及Ta2O5 0~10%。设定上述组成成分范围的理由如对玻璃A-1的说明。另外,优选玻璃A-2的范围与玻璃A-1的组成范围优选的范围相同。
玻璃A-1、A-2更优选含有如下成分的玻璃,以摩尔%表示,P2O5 17~40%、Nb2O5 5~30%、Li2O 5~30%、TiO2 0~15%、WO3 0~35%、Bi2O3 0~15%、B2O3 0~25%、BaO 0~20%、ZnO0~15%、MgO 0~15%、CaO 0~15%、SrO 0~15%、Na2O 0~20%(其中,在0~5重量%的范围内)、K2O 0~25%、(Li2O、Na2O及K2O的总量为45%)、Al2O3 0~12%、SiO2 0~12%、La2O30~8%、Gd2O3 0~8%、Yb2O3 0~8%、ZrO2 0~8%、Ta2O5 0~8%、Sb2O3 0~1%。另外,在导入Bi2O3改善玻璃的稳定性、降低流出管的润湿时,是含有如下成分的玻璃,P2O5 17~40%、Nb2O55~30%、Li2O 5~30%、TiO2 0~15%、WO3 0~35%、Bi2O3 0.2~15%(进一步优选0.5~15%)、B2O3 0~25%、BaO 0~20%、ZnO0~15%、MgO 0~15%、CaO 0~15%、SrO 0~15%、Na2O 0~20%(其中,在0~5重量%的范围内)、K2O 0~25%、(Li2O、Na2O及K2O的总量0~45%)、Al2O3 0~12%、SiO2 0~12%、La2O30~8%、Gd2O3 0~8%、Yb2O3 0~8%、ZrO2 0~8%、Ta2O5 0~8%、Sb2O3 0~1%。
另外,在玻璃A-1、A-2中,折射率(nd)优选为1.65以上且阿贝数(υd)为35以下,折射率(nd)更优选1.75以上的玻璃,进一步优选1.8以上。折射率(nd)的上限没有特别限定,也可以以2.1以下为标准。另一方面,关于阿贝数(υd),玻璃1及2都为30以下,进一步优选25以下。折射率(nd)的下限没有特别限定,也可以以15以下为标准。
另外,玻璃A-1及A-2从提高精密压力成形性考虑优选玻璃化转变温度(Tg)为550℃以下,屈伏点(Ts)优选600℃以下。精密压力成形优选在比使用的玻璃屈伏点高30~60℃的温度下进行。因此,根据上述低温软化性,可在700℃以下的低温进行精密压力成形。当屈伏点超过650℃,压力加工温度超过700℃时,附着于预塑形坯表面上的OH与压力成形模反应而分解,有时在精密压力成形品的表面残留有多个泡。这种泡不仅使成形的光学元件的面精度降低,还损伤压力成形模的成形面。但是,如使用赋予上述低温软化性的玻璃,则可消除上述问题。
这样,即使使用以低粘度且易挥发成分的Li2O为必须成分,以B2O3为任意成分的玻璃A进行热成形,也可以根据本发明制造高品质的预塑形坯。
另外,作为玻璃A-1及玻璃A-2的原料,P2O5使用H3PO4、偏磷酸盐、五氧化二磷,B3O3使用H3BO3、B2O3等,其它成分可使用碳酸盐、硝酸盐、氧化物等。可以如下实施得到熔融玻璃,即将这些原料称取规定的比例进行混合,构成调和原料,并将其投入加热到1000~1400℃的溶解炉中,进行溶解、澄清、搅拌,使其均质化。
关于玻璃B-1
在B2O3-La2O3系玻璃中,B2O3是形成玻璃的网目结构的必须成分。尤其是大量导入La2O3、进一步导入Gd2O3等高折射率成分时,为形成玻璃,必须形成主要的网目结构,但导入量超过60%时,玻璃的折射率降低,不适用于得到高折射玻璃这种目的,在小于15%时,相对于失透不能得到充分的稳定性,另外,由于熔融性降低,故该导入量优选15~60%,更优选20~60%,进一步优选20~45%的范围。
SiO2是任意成分,与B2O3相同,构成玻璃网目结构形成成分。当对大量含有La2O3或Gd2O3的玻璃置换为主成分B2O3,而添加少量时,玻璃的液相温度降低,高温粘性升高,玻璃的稳定性进一步大地提高,但当导入量超过40%时,由于玻璃的折射率降低,且在该基础上提高玻璃化转变温度进行精密压力成形困难,故其导入量优选为0~40%。更优选0~30%,进一步优选0~10%的范围。
La2O3是不降低对玻璃的失透的稳定性、不增大分散,提高折射率、提高化学耐久性的必须成分。但是,在小于5%时,不能得到充分的效果,当超过22%时,由于对失透的稳定性显著劣化,故其导入量优选5~22%的范围。更优选5~20%,进一步优选7~18%的范围。
Gd2O3与La2O3相同,具有不使对玻璃的失透的稳定性或分散增大、提高折射率、提高化学耐久性的作用。特别是,通过使Gd2O3与La2O3同时存在,可更提高玻璃的稳定性。因此,玻璃B优选含有Gd2O3的物质。但是,当其导入量超过20%时,由于对失透的稳定性劣化,玻璃化转变温度上升,降低了精密压力成形性,故其导入量优选0~20%。更优选1~18%,进一步优选2~16%。
ZnO在降低玻璃的熔融温度或液相温度及转变温度、调整折射率时是有用的成分。为得到上述期待的效果,优选导入2%以上。但是,当导入量超过45%时,由于分散也增大,对失透的稳定性恶化,化学耐久性降低,故其导入量优选0~45%的范围,更优选1~45%的范围,进一步优选1~32%的范围,更进一步优选1~20%的范围。
Li2O与其它碱金属氧化物成分相比,是不伴随大幅的折射率降低及化学耐久性降低而大幅降低玻璃化转变温度的成分。特别是即使进行少量的导入,也可以得到大的效果,是用于调整玻璃的热物性(玻璃化转变温度或屈伏点等)的有效成分。但是,当导入多于15%的Li2O时,由于对玻璃的失透的稳定性迅速降低,液相温度也上升,故其导入量优选0~15%,更优选0.5~15%的范围,进一步优选1~12%,更进一步优选2~12%的范围。
Na2O、K2O是为降低玻璃化转变温度而导入的成分,但由于这些成分都使玻璃的折射率降低,故其导入量优选0~10%。更优选0~8%。
ZrO2被作为高折射率·低分散的成分使用。通过导入少量的ZrO2,得到如下效果,不降低玻璃的折射率,而改善高温粘性或对失透的稳定性。但是,当导入量超过15%时,由于液相温度迅速上升,对失透的稳定性恶化,故其导入量优选0~15%。更优选0~10%的范围,进一步优选1~10%的范围。
Ta2O5被作为赋予高折射率·低分散的成分使用。通过导入少量的Ta2O5,得到如下效果:不降低玻璃的折射率,而改善高温粘性或对失透的稳定性。但是,当导入量超过15%时,由于液相温度迅速上升,分散也变大,故其导入量优选0~15%。更优选0~10%的范围,进一步优选1~8%的范围。
WO3是为改善玻璃的稳定性、熔融性、且提高折射率而适当导入的成分,但当其导入量超过15%时,由于分散变大,不能得到必要的低分散特性,故其导入量优选0~15%。更优选0~15%的范围,进一步优选1~15%的范围,更进一步优选1~12%。
Nb2O5是为改善玻璃的稳定性或折射率而适当导入的成分,但当其导入量超过10%时,由于分散变大,不能得到必要的低分散特性,故其导入量优选0~10%。更优选0~8%,进一步优选0~5%的范围。
MgO、CaO、SrO是为降低玻璃的液相温度及转变温度而导入的成分,特别是在导入了Nb2O5的玻璃中其效果明显,但由于这些成分有使玻璃的稳定性或光学特性恶化的倾向,故其导入量最好分别为0~15%。更优选0~12%的范围,进一步优选0~10%的范围。
BaO被作为赋予高折射率·低分散的成分使用,在少量导入时,使玻璃的稳定性提高,使化学耐久性提高,但当导入量超过15%时,由于对玻璃失透的稳定性产生大的损害,且使转变温度或屈伏点温度上升,故其导入量优选0~15%。更优选0~10%的范围。
Y2O3、Yb2O3也被作为赋予高折射率·低分散的成分使用,在少量导入时,使玻璃的稳定性提高,使化学耐久性提高,但当导入量超过15%时,由于对玻璃失透的稳定性产生大的损害,且使转变温度或屈伏点温度上升,故其导入量分别优选0~15%。更分别优选0~10%的范围。通过使Y2O3或Yb2O3和La2O3共存,增大提高玻璃稳定性的作用。
TiO2也是提高折射率的成分,但由于过量导入,会降低玻璃稳定性,使玻璃着色,故优选导入0~20%。
Bi2O3对提高折射率且提高玻璃稳定性起作用,但由于过量导入会使玻璃着色,故优选导入0~10%。
Sb2O3被作为脱泡剂使用,其为1%以下时发挥充分的效果。另外,当Sb2O3的含量增多时,在精密压力成形时压力成形模的成形面可能受到破坏。因此,其导入量优选0~1%的范围。
在含有B2O3、SiO3、La2O3、Gd2O3、ZnO、Li2O、ZrO2、Ta2O5各种成分的玻璃中,为确保高折射率·低分散(nd>1.75且υd>25)的高功性能,优选La2O3+Gd2O3的总量为12%以上,更优选12~35%。
另外,相对玻璃中的镧系氧化物、Ln2O3(Ln=La、Gd、Yb、Y、Sc)的以摩尔%表示的总含量,La2O3的以摩尔%表示的含量的比例(分数),即La2O3/Ln2O3优选为0.3~1的范围,更优选0.4~0.9的范围。其理由如下上述。
作为精密压力成形用玻璃,不但赋予精密压力成形的适应性即低玻璃化转变温度,还必须添加使玻璃变得不稳定的成分Li2O等。当增大高折射率低分散性所需的镧系氧化物的添加量时,难以形成玻璃。但是,通过使镧系氧化物中的La2O3的配比(上述分数)为0.3~1,可在使镧系氧化物的添加量增大的同时,得到稳定的玻璃,即使对添加降低稳定度的Li2O等成分的玻璃,也可以稳定地进行玻璃成形。另外,通过保持该比率,大地寄予液相温度的降低和高温粘性的提高。通过使La2O3/∑Ln2O3位于上述范围,即使Ln2O3的总量相同,与上述比率大的玻璃相比,也可以得到稳定性大大增加的玻璃。另外,根据上述理由,优选La2O3、Gd2O3、Yb2O3、Y2O3、Sc2O3的总含量(∑Ln2O3)为12~35%。
也可以向玻璃B-1中导入GeO2。GeO2与SiO2相同,是使玻璃稳定、且赋予比SiO2的折射率高的成分,在实现高折射率时可适当地导入。但是,由于其昂贵,且分散大,故其导入量优选0~8%。更优选0~1%,进一步优选不导入。
PbO是便于还原的成分,因此,通过精密压力成形时的还原析出,使成形品表面雾浊。另外,由于是对环境不好的物质,故优选将PbO从玻璃中排除。
Lu2O3与其它成分相比,其使用频率少。另外,由于是稀少且昂贵的物质,故作为光学玻璃原料是昂贵的,从成本方面考虑,其是不希望使用的成分。另外,也由于不必须导入,故优选不导入Lu2O3。
希望不含有镉、铬、水银等影响环境的元素、钍等放射性元素、砷等有毒的元素。
另外,为调整玻璃B中的物性,也可以导入总量5%以下的TiO2、Al2O3、Ga2O3等。
下面,举出几个作为玻璃B-1优选的例子。作为这种玻璃有:共存B2O3、La2O3、Gd2O3的玻璃;共存B2O3、La2O3、ZnO的玻璃;共存B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO的玻璃;共存B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO、Li2O的玻璃;共存B2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、ZnO、Li2O、ZrO2、Ta2O5的玻璃;作为玻璃成分,含有B2O3 15~60%、SiO2 0~40%、La2O3 5~22%、Gd2O3 0~20%、ZnO 0~45%、Li2O 0~15%、Na2O 0~10%、K2O 0~10%、ZrO2 0~15%、Ta2O5 0~15%、WO3 0~15%、Nb2O5 0~10%、MgO 0~15%、CaO 0~15%、SrO 0~15%、BaO0~15%、Yb2O3 0~15%、TiO2 0~20%、Bi2O3 0~10%的玻璃;其是上述任意一种玻璃,更优选B2O3、SiO2、ZnO、Li2O、La2O3、Gd2O3、ZrO2、Ta2O5、WO3、Y2O3、Yb2O3的总含量为95%以上的物质,进一步优选99%以上,更进一步优选100%。
玻璃B-2
玻璃B-2是一种光学玻璃,以摩尔%表示,含有B2O3 15~60%、SiO2 0~40%、La2O3 5~22%、Gd2O3 0~20%、ZnO 0~45%、Li2O 0~15%、Na2O 0~10%、K2O 0~10%、ZrO2 0~15%、Ta2O5 0~15%、WO3 0~15%、Nb2O5 0~10%、MgO 0~15%、CaO 0~15%、SrO 0~15%、BaO 0~15%、Y2O3 0~15%、Yb2O3 0~15%、TiO2 0~20%、Bi2O3 0~10%及Sb2O3 0~1%。另外,玻璃B-2优选的范围与玻璃B-1的组成范围优选的范围相同。
玻璃B-1、B-2更优选如下玻璃,含有B2O3 20~45%、SiO21~30%、La2O3 7~18%、Gd2O3 2~16%、ZnO 5~32%、Li2O 2~12%、Na2O 0~8%、K2O 0~8%、ZrO2 1~10%、Ta2O5 1~8%、WO3 0~12%、Nb2O5 0~5%、MgO 0~12%、CaO 0~12%、SrO0~12%、BaO 0~10%、Y2O3 0~10%、Yb2O3 0~10%、Sb2O3 0~1%,La2O3及Gd2O3的总量为12~35%,La2O3/Ln2O3为0.3~1。
另外,在玻璃B-1及B-2中,优选折射率(nd)为1.75以上且阿贝数(υd)为25~58的玻璃,特别优选实现阿贝数(υd)在30~50范围内的特性的玻璃。优选实现阿贝数(υd)为30~40且折射率(nd)为1.8以上的范围(称为第一范围)及阿贝数(υd)为40~50且折射率(nd)在下述(1)式表示的范围(称为第二范围)内的特性的玻璃。
nd>2.16-0.008×υd ...(1)
第一范围是折射率(nd)极高的范围,即使在玻璃2中,液相粘性也低。高折射率玻璃相对于一定的折射率(nd)其阿贝数(υd)小时,比较容易提高稳定性,但阿贝数(υd)增大时,则难于获得稳定的玻璃。因此,第二范围也与第一范围一样,即使在玻璃B中,液相浓度也降低。折射率的上限没有特别限定,也可以以2.1以下为标准。
另外,在玻璃B-1及玻璃B-2中,从提高精密压力成形性考虑,优选玻璃化转变温度(Tg)为600℃以下,优选屈伏点(Tg)为650℃以下。精密压力成形优选以比使用的玻璃屈伏点高30~60℃的温度进行。因此,通过上述低温软化性,可利用700℃附近或700℃以下的低温进行精密压力成形。当屈伏点超过650℃,压力加工温度超过700℃时,附着于预塑形坯表面的OH与压力成形模反应而分解,有时在精密压力成形品的表面残留大量气泡。这些泡不仅降低了成形的光学元件的面精度,还损伤了压力成形模的成形面。但是,如使用赋予上述低温软化性的玻璃,则可消除上述问题。
这样,即使使用含有易挥发成分的B2O3或Li2O的玻璃进行热成形,根据本发明,也可以制造高品质的预塑形坯。
玻璃B-1及B-2例如可通过利用通常方法调和原料化合物并使其溶解、澄清、搅拌、均匀化而制造。使熔融状态的玻璃流入至例如40×70×15mm的碳制模具内,通过将其放冷到玻璃化转变温度,在玻璃化转变温度下进行一小时退火处理后,在放冷到室温的玻璃中,未析出可利用显微镜观察的结晶。这样,玻璃B-1、B-2的稳定性优良。
在本发明预塑形坯的制造方法1-a~1-e中,也可以使用含有热成形时易于挥发的氟的玻璃。这种玻璃可示例有氟磷酸盐玻璃、含有氟的硅酸盐玻璃、含有氟的硼硅酸盐玻璃、含有氟的硅酸盐玻璃等。其中,氟磷酸盐玻璃作为阿贝数(υd)为65以上的低分散玻璃制预塑形坯用的材料是非常重要的玻璃。另外,通过含有铜离子赋予了近红外线吸收特性,即使作为半导体照相元件的色修正用滤光器材料也是有用的玻璃。
尽管是如此重要的玻璃,但由于氟挥发或流出时玻璃润湿管外周,不能以高的成品率热成形高品质的预塑形坯,这一问题妨害了含氟玻璃制、特别是氟磷酸盐玻璃制的预塑形坯的热成形的实现。但是,根据本发明,通过蚀刻处理除去表面纹络等,开拓了利用含氟玻璃制、特别是氟磷酸盐玻璃制的预塑形坯的热成形进行批量生产的方法。
氟磷酸盐玻璃较玻璃化转变温度比较低,适用于精密压力成形。从精密压力成形以及热成形性、以及赋予阿贝数(υd)为65以上的低分散特性的观点考虑优选的氟磷酸盐玻璃是如下玻璃:含有阳离子Al、Ca、Sr作为必须成分,阴离子F、O作为必须成分;特别优选的氟磷酸盐玻璃为(下面称为玻璃C。)Al(PO3)3 0~20%、Ba(PO3)2 0~30%、Mg(PO3)2 0~30%、Ca(PO3)2 0~30%、Sr(PO3)2 0~30%、Zn(PO3)2 0~30%、NaPO3 0~15%、AlF32~45、ZrF4 0~10%、YF3 0~15%、YbF3 0~15%、GdF3 0~15%、BiF3 0~15%、LaF3 0~10%、MgF2 0~20%、CaF2 2~45%、SrF2 2~45%、ZnF2 0~20%、BaF2 0~30%、LiF 0~10%、NaF 0~15%、KF 0~15%、Li2O 0~5%、Na2O 0~5%、K2O 0~5%、MgO 0~5%、CaO 0~5%、SrO 0~5%、BaO 0~5%、ZnO 0~5%。
详细说明上述的组成范围。
Al(PO3)3是构成玻璃的网目结构的成分,是提高玻璃耐候性的最重要的成分,但当其含量超过20%时,玻璃的热稳定性降低,液相温度、光学特性(分散升高)也有大幅恶化的倾向,因此,其导入量优选限制在20%以下。更优选0.5~15%的范围。
Ba(PO3)2、Mg(PO3)2、Ca(PO3)2、Sr(PO3)2与Al(PO3)3一样,是构成玻璃的网目结构的成分,同时,是提高玻璃的耐候性的重要成分。当导入的其含量超过30%时,不仅玻璃的分散升高,由于P2O5的增加耐候性也恶化。因此,各导入量优选30%以下。Ba(PO3)2、Mg(PO3)2、Ca(PO3)2、Sr(PO3)2的各成分更优选的含量均为0~25%的范围。另外,为得到所希望的光学常数,优选上述成分的总量(Mg(PO3)2+Ca(PO3)2+Sr(PO3)2+Ba(PO3)2)为35%以下,更优选32%以下。
Zn(PO3)2作为提高玻璃的稳定性的成分是重要的,但当导入量超过30%时,玻璃的分散性升高,耐久性恶化。因此,优选30%以下的导入量。NaPO3是提高玻璃的稳定性且提高光学特性的成分,但当导入量超过15%时,耐久性降低。因此,导入量优选15%以下。
AlF3是提高玻璃的稳定性且使其低分散化的成分,但当其含量超过45%时,玻璃的稳定性显著降低,溶解性也恶化。另一方面,在少于2%时,不能得到目标的光学特性,所以,其导入量优选2~45%的范围,更优选4~40%的范围。
ZrF4是构成玻璃的网目结构的成分,是提高稳定性且提高耐久性的成分,但当导入量超过10%时,不仅不能得到必要的光学特性,过量的导入还会导致稳定性降低,故导入量优选10%优选。
通过少量添加YF3、YbF3、GdF3、BiF3、LaF3提高耐失透性改善的效果,但当YF3、YbF3、GdF3、BiF3、LaF3的量分别超过15%、15%、15%、15%、10%时,玻璃反而不稳定,容易失透,所以,其导入量优选分别控制在0~15%、0~15%、0~15%、0~15%、0~10%。更优选YF3的含量为0~12%、YbF3的含量为0~12%、GdF3的含量为0~10%、BiF3的含量为0~10%、LaF3的含量为0~7%,进一步优选GdF3的含量为0~8%。
MgF2是使玻璃低分散化的成分,但当其导入量超过20%时,玻璃不稳定,故优选20%以下。
CaF2、SrF2是在维持耐失透性的同时使其低分散化的必须成分,特别是,CaF2通过与AlF3组合使用而具有强化玻璃结构的作用,是使玻璃稳定化不可缺少的成分。当CaF2、SrF2的各自导入量少于2%时,从玻璃的稳定性提高的观点考虑,不能说是足够的量,得到所希望的光学常数是困难的。另外,当CaF2、SrF2的导入量都超过45%时,玻璃有变得不稳定的倾向,所以,CaF2、SrF2的导入量都优选2~45%的范围,更优选CaF2为5~40%的范围、SrF2为3~35%的范围。
ZnF2具有使玻璃的稳定性和耐久性提高的效果,但当导入量超过20%时,稳定性降低,故导入量优选20%以下。
BaF2具有使玻璃的稳定性提高和低分散化的效果,但当导入量超过30%时,稳定性降低,故导入量优选30%以下。
通过添加少量LiF、NaF、KF对改善玻璃的耐失透性或分散性有效,但过量导入,会使玻璃的稳定性迅速恶化,且耐久性也恶化,故LiF、NaF、KF的导入量分别优选0~10%、0~15%、0~15%。更优选LiF、NaF、KF的导入量分别为0~5%、0~10%、0~10%。
Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO不是本发明的必须成分,少量导入会有效改善玻璃的稳定性、耐候性、耐久性,但过量导入有导致玻璃的熔融性恶化或分散性恶化等的倾向,故各导入量为Li2O 0~5%、Na2O 0~5%、K2O 0~5%、MgO 0~5%、CaO0~5%、SrO 0~5%、BaO 0~5%、ZnO 0~5%。更优选Li2O 0~4%、Na2O 0~4%、K2O 0~4%、MgO 0~4%、CaO 0~4%、SrO0~4%、BaO 0~4%、ZnO 0~4%。
在上述成分的基础上,也可以以脱泡或调整光学常数等目的导入少量的Cl、Br等化合物。但是,考虑对环境的影响,优选不导入铅化合物或氟化合物。
另外,优选含有铜的氟磷酸盐玻璃作为本发明使用玻璃。通过以氟磷酸盐玻璃为基础导入氧化铜,可赋予近红外线吸收特性。将由上述含有铜的氟磷酸盐玻璃构成的预塑形坯精密压力成形,也可以制造具有近红外线吸收特性的光学元件。作为基础的玻璃可示例上述玻璃A。这种光学元件可作为CCD或CMOS等半导体照相元件的色修正用滤光器使用。例如,可成形为薄板状作为上述滤光器;通过形成衍射光栅构成光学低频滤光器;通过成形为透镜,作为兼有色修正滤光和透镜功能的光学元件;作为兼有赋予透镜表面衍射光栅功能的光学低频滤光器功能、透镜功能和色修正滤光器功能的光学元件。
玻璃C作为玻璃是稳定的,使其玻璃熔融液流入至40×70×15mm的碳制模具中,通过将其放冷到玻璃化转变温度,在玻璃化转变温度下进行一小时退火处理后,进一步放冷到室温,未析出可利用显微镜观察的结晶。
在成形由玻璃C构成的玻璃块时,在将其以800~1100℃的温度熔融、澄清后,利用向大气中、干燥气氛中、或氩等稀有气体或氮气等惰性气体中混入氧气的气氛(此时氧气的比例优选0.1~50体积%),通过白金合金制的流出管流出玻璃,通过上述上浮成形法制造玻璃块。
通过使用上述组成的玻璃,可制造由折射率(nd)为1.42~1.6、阿贝数(υd)为65以上、优选由具有65~97范围内的光学常数的光学玻璃构成的预塑形坯。另外,在上述玻璃中,为进一步提高精密压力成形性,更优选使用屈伏点(Ts)为500℃以下的玻璃。
另外,氟磷酸盐玻璃等含氟的玻璃多为磨耗度大的玻璃。磨耗度FA是日本光学硝子工业会规格JOGIS10-1994“光学玻璃磨耗度的测定方法”定义的量。越使用磨耗度FA大的玻璃,利用机械研磨得到平滑的表面越困难,或在研磨加工中会破碎等越不适用研磨。但是,根据本发明,可不进行机械研磨而制造光学上均质且整个表面光滑的预塑形坯。更优选适用本发明的玻璃的磨耗度FA为200以上的玻璃,进一步优选的玻璃是磨耗度FA为300以上的玻璃。优选的磨耗度FA的上限没有特别限定,但以600以下为标准。
另外,优选适用在温度60℃、相对湿度90%的条件下放置350小时后的雾值为8%以下的具有高耐候性的玻璃。通过使用耐候性高的玻璃,可长期良好地保持利用上述制造方法制造的预塑形坯的表面,可提高利用上述玻璃制造的光学元件的耐候性。另外,雾值是日本光学硝子工业会规格JOGIS07-1975“光学玻璃的化学耐久性测定方法(表面法)”定义的量。
下面说明玻璃块的蚀刻处理。玻璃块的蚀刻处理可以利用使用蚀刻气的干式蚀刻处理,也可以利用使用蚀刻液的湿式蚀刻处理,但从均匀地除去玻璃块的整个表面考虑,优选将玻璃块浸渍入蚀刻液中,更优选浸渍整个玻璃块。
蚀刻处理相对于机械研磨的先进性之一在于:如蚀刻处理条件一定,则蚀刻处理的深度(通过蚀刻处理除去的深度)可一定。通过将该先进性和热成形的先进性组合,可由熔融玻璃制造生产性好的高品质且重量精度高的预塑形坯。例如,从流出的熔融玻璃分离熔融玻璃块,反复进行成形玻璃块的工序,制造多个一定重量的玻璃块。而且,将上述多个玻璃块在一定的条件下进行蚀刻处理,制造一定重量了预塑形坯。通过利用一定的蚀刻条件除去一定量的玻璃,可容易地制造大量一定重量的预塑形坯。该方法可容易地通过如下方法进行,使将玻璃块浸渍于蚀刻液内的时间一定,或将多个玻璃块一并浸渍于蚀刻液中,经过规定的时间后一并从蚀刻液中取出。此时,蚀刻液的温度影响蚀刻速度较大,因此,若不损害玻璃块的高的重量精度,而制造高的重量精度的预塑形坯,应进行精密的温度管理,以使蚀刻液的温度保持一定。
蚀刻液可使用酸溶液或碱溶液。上述酸溶液可示例HNO3、HCl、H2SO4、HF、H2SiF6等溶液、或混合选自HNO3、HCl、H2SO4、HF、H2SiF6中的两种或两种以上的酸的混合溶液。上述碱溶液可示例NaOH、KOH、Na2CO3等溶液或将选自NaOH、KOH、Na2CO3中的两种或两种以上的碱混合的碱溶液。上述酸溶液或碱溶液中也可以混入螯合剂、表面活性剂等辅助溶剂。通过向蚀刻液中添加螯合剂,可摄取蚀刻处理时通过玻璃的溶解生成的金属离子,进一步进行均匀地蚀刻处理。
对含有碱土类金属氧化物的玻璃(例如玻璃1、玻璃2)利用H2SO4溶液进行蚀刻处理时,利用蚀刻液和玻璃的反应在玻璃块表面生成难溶性的盐(BaSO4等硫酸盐)。当这种盐堆积于玻璃块表面时,由于妨害蚀刻处理的进行,故优选搅拌蚀刻液。
另一方面,即使在上述玻璃含有碱土类金属氧化物例如Ba时,当利用HCl溶液进行蚀刻时,由于碱土类金属的氯化物具有水溶性,故在蚀刻液中溶解,且不易妨害蚀刻的进行。从这种观点考虑,酸溶液优选HCl溶液,其次,优选HNO3溶液。另一方面,也可以将生成难溶性的盐进行利用。难溶性的盐在液中沉淀,故蚀刻液饱和,不容易降低蚀刻速度。另外,如将沉淀物也除去,则也可以作为蚀刻液反复使用。
另外,当含有碱土类金属的氟磷酸盐玻璃例如玻璃C这样的玻璃被H2SO4溶液蚀刻时,通过使蚀刻液和玻璃反应在玻璃块表面生成难溶性的盐(BaSO4等硫酸盐)。当这种硫酸盐堆积在玻璃块表面上时,由于妨害蚀刻的进行,故优选搅拌蚀刻液。
另一方面,当含有碱土类金属的氟磷酸盐玻璃例如玻璃C这样的玻璃也被HCl溶液蚀刻时,碱土类金属的氯化物具有水溶性,故在蚀刻液中溶解,且不容易妨害蚀刻进行。从这种观点考虑,酸溶液优选HCl溶液,其次优选HNO3溶液。
另一方面,也可以将生成难溶性的盐进行利用。难溶性的盐在液中沉淀,故蚀刻液饱和,不容易降低蚀刻速度。另外,如将沉淀物也除去,则也可以作为蚀刻液反复使用。
利用HCl溶液或HNO3溶液增加蚀刻速度,和利用H2SO4溶液减缓蚀刻速度,可混合HCl和H2SO4的混合溶液、HNO3和H2SO4的混合溶液、HCl、HNO3、H2SO4的混合溶液等蚀刻速度不同的溶液来调整蚀刻速度。
这样,在清洗制造的预塑形坯后,也可以根据需要在表面形成脱模膜等薄膜。脱模膜可示例含碳膜、自组织化膜等。
(2)下面说明预塑形坯的制造方法2-a~2-b。
预塑形坯的制造方法2-a是由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯的方法,其特征在于,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,并蚀刻处理该玻璃块的整个表面,制造由规定重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述玻璃是如下光学玻璃,折射率(nd)为1.65以上,阿贝数(υd)为35以下,含有P2O5、Nb2O5及Li2O。
另外,预塑形坯的制造方法2-b是由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯的方法,其特征在于,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,并蚀刻处理该玻璃块的整个表面,制造由规定重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述玻璃是光学玻璃,以摩尔%表示,其含有:P2O5 15~45%、Nb2O5 3~35%、Li2O 2~35%、TiO2 0~20%、WO3 0~40%、Bi2O3 0~20、B2O3 0~30%、BaO 0~25%、ZnO 0~25%、MgO 0~20%、CaO 0~20%、SrO 0~20%、Na2O 0~30%、K2O 0~30%、(其中,Li2O、Na2O及K2O的总量为45%以下)、Al2O3 0~15%、SiO2 0~15%、La2O3 0~10%、Gd2O3 0~10%、Yb2O3 0~10%、ZrO2 0~10%及Ta2O5 0~10%。
在预塑形坯的制造方法2-a及2-b中,利用从熔融玻璃分离玻璃块的方法、成形分离的玻璃块的方法、蚀刻处理的方法得到的预塑形坯的形状等与预塑形坯的制造方法1-a~1-e的说明中说明的相同。另外,在预塑形坯的制造方法2-a及2-b中使用的玻璃的组成及物性分别与预塑形坯的制造方法1-a~1-e所说明的玻璃A-1及玻璃A-2相同。
(3)下面说明预塑形坯的制造方法3-a~3-d。
预塑形坯的制造方法3-a是由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯的方法,其特征在于,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,并蚀刻处理该玻璃块的整个表面,制造由规定重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述玻璃是如下光学玻璃,折射率(nd)为1.75以上,阿贝数(υd)为25~28以上,其含有B2O3及La2O3。
另外,预塑形坯的制造方法3-b是由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯的方法,其特征在于,通过将熔融玻璃成形为玻璃块,并蚀刻处理该玻璃块的整个表面,制造由规定重量的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述玻璃是光学玻璃,以摩尔%表示,其含有B2O3 15~60%、SiO2 0~40%、Li2O3 5~22%、Gd2O3 0~20%、ZnO 0~45%、Li2O 0~15%、Na2O 0~10%、K2O 0~10%、ZrO2 0~15%、Ta2O5 0~15%、WO3 0~15%、Nb2O50~10%、MgO 0~15%、CaO 0~15%、SrO 0~15%、BaO 0~15%、Y2O3 0~15%、Yb2O3 0~15%、TiO2 0~20%、Bi2O3 0~10%及Sb2O3 0~1%。
在预塑形坯的制造方法3-a及3-b中,利用从熔融玻璃分离玻璃块的方法、成形分离的玻璃块的方法、蚀刻处理的方法得到的预塑形坯的形状等与预塑形坯的制造方法1-a~1-e的说明中说明的相同。另外,在预塑形坯的制造方法3-a及3-b中使用的玻璃的组成及物性分别与预塑形坯的制造方法1-a~1-e所说明的玻璃B-1及玻璃B-2相同。
另一方面,预塑形坯的制造方法3-c是由含有B2O3的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其特征在于,具有如下工序:在利用蚀刻液蚀刻处理由上述光学玻璃构成的玻璃块的表面后,使上述表面接触有机溶剂,或利用由酸或碱与醇的混合液构成的蚀刻液蚀刻处理上述玻璃块。
预塑形坯的制造方法3-d是由含有B2O3的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其特征在于,具有:利用蚀刻液蚀刻处理由上述光学玻璃构成的玻璃块表面的工序;利用擦洗来清洗蚀刻处理后的玻璃块的工序。
预塑形坯的制造方法3-c及3-d提供一种在高生产性的基础上制造高品质的预塑形坯的方法,该方法可除去利用上述热成形产生的玻璃块表面层的变质玻璃,或者除去不通过热成形产生于玻璃块表面上的变质玻璃或粘着于玻璃块表面的异物。当利用蚀刻液蚀刻处理由含有B2O3的光学玻璃构成的玻璃块时,虽可除去上述变质玻璃或异物,但由于蚀刻液与玻璃成分反应,在玻璃表面堆积胶状生成物。即使在水中用超声波清洗玻璃也不能除去该生成物。在含有SiO2的组成时该胶状物质特别显著地出现。预塑形坯的制造方法3-c及3-d中,可高效地除去该胶状堆积物,或降低胶状堆积物的产生,同时将其高效地除去。
预塑形坯的制造方法3-c的特征在于,在由含有B2O3的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯的制造方法中,具有如下工序:在利用蚀刻液蚀刻处理由上述光学玻璃构成的玻璃块的表面后,使上述表面接触有机溶剂,或利用由酸或碱与醇的混合液构成的蚀刻液蚀刻处理上述玻璃块。
在预塑形坯的制造方法3-c中,具有:在利用蚀刻液蚀刻处理玻璃块的表面后,使上述表面接触有机溶剂的第一方式:和具有利用由酸或碱与醇的混合液构成的蚀刻液蚀刻处理玻璃块的工序的第二方式,其中,第一方式和第二方式都可以使用。
第一方式的蚀刻液、第二方式的酸或碱也可以使用与预塑形坯的制造方法1-a~1-e的说明中上述的物质相同的物质。第一方式的有机溶剂可使用醇等。第一方式及第二方式的醇优选使用乙醇、异丙醇。在第一方式中,也可以使上述表面接触有机溶剂,同时,将其利用有机溶剂清洗,除去胶状堆积物,还可以在使其接触有机溶剂后,利用请洗液进行清洗,除去胶状堆积物。请洗液可使用有机溶剂(例如乙醇、异丙醇、其它醇)、水等。对于蚀刻后的玻璃表面和有机溶剂的接触,可将玻璃浸渍于有机溶剂中,即,使玻璃块整个表面接触有机溶剂,也可以向玻璃中加入有机溶剂。但是,玻璃表面和有机溶剂的接触优选在蚀刻处理后,玻璃表面干燥前进行。
第二方式,使用由酸或碱与醇的混合液构成的蚀刻液腐降低、防止胶状堆积物的生成,但由于利用醇稀释酸或碱,故蚀刻速度降低。因此,应除去的玻璃块表面层厚时,或从为提高生产性而缩短蚀刻处理时间这方面考虑,第二方式与第一方式相比,不优选第二方式的制造方法。另外,第二方式也可为如下方式:进行蚀刻处理,然后,在使有机溶剂接触玻璃表面后,利用请洗液清洗,除去胶状堆积物。请洗液可使用有机溶剂(例如乙醇、异丙醇、其它醇)、水等。
预塑形坯的制造方法3-c与后述的预塑形坯的制造方法3-d相比,不浪费时间或成本,可容易地除去胶状堆积物,可在高生产性的基础上制造具有洁净表面的预塑形坯。另外,蚀刻液和有机溶剂的优选组合、酸和醇的优选的组合都是盐酸和乙醇的组合、盐酸和异丙醇的组合。
预塑形坯的制造方法3-d是由含有B2O3的光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其特征在于,具有:利用蚀刻液蚀刻处理由上述光学玻璃构成的玻璃块的表面的工序,和通过擦洗来清洗蚀刻处理后的玻璃块的工序。
在预塑形坯的制造方法3-d中,蚀刻处理也可以与预塑形坯的制造方法3-c的第一方式相同。另外,从除去胶状堆积物方面考虑,优选蚀刻处理后,在玻璃表面干燥前进行清洗。擦洗也可以使用公知的方法。
预塑形坯的制造方法3-c、3-d中的光学玻璃是制造方法1和制造方法2所说明的玻璃、含有SiO2的玻璃,其中,优选含有0.1~40%的SiO2的玻璃,特别优选:1~40%的SiO2的玻璃,或在制造方法1和制造方法2中说明的玻璃中含有SiO2的玻璃(特别优选含有上述含量SiO2的玻璃)。
预塑形坯的制造方法3-c可以与预塑形坯的制造方法3-a或预塑形坯的制造方法3-b、或预塑形坯的制造方法3-a及预塑形坯的制造方法3-b组合,预塑形坯的制造方法3-d可以与预塑形坯的制造方法3-a、或预塑形坯的制造方法3-b、或预塑形坯的制造方法3-a及预塑形坯的制造方法3-b组合。
另外,预塑形坯的制造方法3-c、3-d中的玻璃块不限于将熔融玻璃成形而直接得到的玻璃块。例如,也可以使用:通过进行切断或割断来分割由光学玻璃构成的板状玻璃或玻璃块等玻璃成形体,制造玻璃片,经研磨得到的玻璃片的工序制造的玻璃块。此时,优选按照预塑形坯的制造方法1-a~1-e的说明设定玻璃块的重量精度。
这样,利用预塑形坯的制造方法3-c、3-d制造的预塑形坯的表面及其内部品质与预塑形坯的制造方法3-a、3-b所制造的相同,是良好的。
在洗涤这样制造的预塑形坯后,根据需要,也可以在表面形成脱模膜等薄膜。脱模膜可示例含碳膜、自组织化膜等。
(4)下面说明预塑形坯的制造方法4-a。
预塑形坯的制造方法4-a是由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其特征在于,通过将由含氟玻璃构成的熔融玻璃成形为玻璃块,并蚀刻该玻璃块,除去玻璃块的表面层,制造精密压力成形用预塑形坯。
在预塑形坯的制造方法4-a中,利用由熔融玻璃分离玻璃块的方法、成形分离的玻璃块的方法、蚀刻方法得到的预塑形坯的形状等,与预塑形坯的制造方法1-a~1-e说明中所说明的相同。另外,在预塑形坯的制造方法4-a中使用的含氟玻璃的种类、优选的玻璃组成及物性,与预塑形坯的制造方法1-a~1-e说明中所说明的相同。
光学元件的制造方法
本发明的光学元件的制造方法的特征在于,具有精密压力成形利用上述制造方法制造的精密压力成形用预塑形坯的工序。
精密压力成形也被称为模制光学成形法,已经在该发明所属的技术领域中为人所共知。透过、折射、衍射、反射光学元件的光线的面被称为光学功能面。例如,以透镜为例,非球面透镜的非球面或球面透镜的球面等透镜面相当于光学功能面。精密压力成形法是通过在玻璃上精密转印压力成形模的成形面而通过压力成形形成光学功能面的方法。即,不需要为完成光学功能面,增加磨削或研磨等机械加工。
根据本发明,可制造如下物质:球面透镜、非球面透镜、微透镜等各种透镜;衍射光栅、带衍射光栅的透镜、透镜阵列、棱镜等各种光学元件;根据用途,构成数码相机或内装胶卷的照相光学系的透镜、带照相功能的搭载于手机上的照相透镜、用于导光以CD或DVD为主的光存储式介质的数据读取及/或数据写入用所使用的光线的透镜等各种光学元件。
另外,根据需要,在这些光学元件上也可以设置防反射膜、全反射膜、部分反射膜、具有分光特性的膜等光学薄膜。
用于精密压力成形法的压力成形模是公知的成形模,例如可示例在碳化硅、超硬材料等型材的成形面上设置脱模膜,但优选碳化硅制的压力成形模。脱模膜可使用合碳膜、贵金属合金膜等,但从成本方面考虑,优选含碳膜。
在精密压力成形法中,为使压力成形模保持良好的状态,优选成形时的气氛为非氧化性气体。非氧化性气体优选氮、氮和氢的混合气体等。
压力加工的压力只要适当调整即可,可以以5~15Mpa程度的范围为标准。另外,压力加工时间只要适当调整即可,可以以10~300秒的范围为标准。
下面就本发明的光学元件的制造方法、特别是优选的精密压力成形法进行说明。
精密压力成形法1
该方法是向压力成形模内导入上述预塑形坯,同时加热上述成形模和预塑形坯,进行精密压力成形的方法(称为精密压力成形法1)。
在精密压力成形法1中,优选将压力成形模和上述预塑形坯的温度同时加热到构成预塑形坯的玻璃所显示的粘度为106~1012dPa·s时的温度,进行精密压力成形。
另外,优选冷却至上述玻璃所显示的粘度为1012dPa·s以上、更优选1014dPa·s以上、进一步优选1016dPa·s以上时的温度,之后,从压力成形模取出精密压力成形品。
根据上述条件,可利用玻璃精密地转印压力成形模成形面的形状,同时,也可以不使精密压力成形模变形而取出。
精密压力成形法2
该方法是向压力成形模中导入预加热的预塑形坯进行精密压力成形的方法,即,分别预热压力成形模和预塑形坯,将预热的预塑形坯导入压力成形模内,进行精密压力成形(称为精密压力成形法2)。
根据该方法,由于在将上述预塑形坯导入压力成形模之前进行预加热,故可在缩短循环时间的同时,制造无表面缺陷的良好的面精度的光学元件。
另外,优选设定压力成形模的预热温度低于预塑形坯的预热温度。这样,通过降低压力成形模的预热温度,可降低上述模具的损耗。
另外,由于不必在压力成形模内进行预塑形坯加热,故可减少使用的压力成形模的数量。
在精密压力成形法中,优选预热至构成上述预塑形坯的玻璃所显示的粘度为109dPa·s以下、更优选105~109dPa·s时的温度。
另外,优选使上述预塑形坯上浮的同时进行预热,进一步优选预热至构成上述预塑形坯的玻璃所显示的粘度为105.5~109dPa·s、更优选105.5dPa·s以上109dPa·s以下时的温度。
另外,优选从压力加工开始的同时或压力加工的中途开始玻璃的冷却。
压力成形模的温度被调节到比上述预塑形坯的预热温度低的温度,但也可以以上述玻璃所显示的粘度为109~1012dPa·s时的温度为标准。
在该方法中,优选在进行压力成形后,冷却至上述玻璃的粘度为1012dPa·s以上后,进行脱模。
精密压力成形的光学元件被从压力成形模取出,根据需要逐渐冷却。另外,在成形透镜时,也可以进行定心(心取リ)加工。另外,也可以根据需要涂敷光学薄膜。
这样,可在高生产性的基础上制造由本发明的精密压力成形用预塑形坯构成的高品质的光学元件。
实施例
下面,通过实施例进一步详细说明本发明,但本发明不限于本实施例。
实施例
(1)制造含有P2O5、Nb2O5、Li2O的光学玻璃
表1~表5表示用于制造预塑形坯的玻璃材料的组成及其特性的折射率(nd)、阿贝数(υd)、转变温度(Tg)、屈伏点(Ts)及液相温度(L.T.)。作为各成分的原料使用各自相应的氧化物、氟化物、氢氧化物、碳酸盐及硝酸盐,在玻璃化后,称取表1~表5所示的组成,进行充分混合,然后,投入白金坩埚内,用电炉在1050~1200℃的温度范围内熔融、澄清、搅拌并均质化,注入预热到适当温度的模具中后,冷却到玻璃转变温度,然后立即放入退火炉中,渐冷到室温,将得到的物质作为试样进行测定,以体现作为上述玻璃的特性。
关于得到的光学玻璃,如下测定折射率(nd)、阿贝数(υd)、转变温度(Tg)、屈伏点(Ts)及液相温度(L.T.)及液相温度下的粘度(液相粘度)。表1~表5表示这些结果。
(a)折射率(nd)及阿贝数(υd)
测定使渐冷降低温度的速度为-30℃/h得到的光学玻璃。
(b)转变温度(Tg)及屈伏点(Ts)
利用理学电机株式会社的热机械分析装置使上升温度为4℃/分,进行测定。
(c)液相温度(L.T.)
在400~1150℃进行梯度变温的失透试验炉中保持试样1小时,利用倍率800倍的显微镜观测有无结晶,测定液相温度。
(d)液相粘性
基于“JIS Z 8803-1991《液体粘度-测定方法》8.利用单一圆筒型旋转粘度计进行的粘度测定”,利用旋转圆筒法测定玻璃的液相温度下的粘度。
表1
实验NO. | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
组成(摩尔%) | P2O5 | 23.94 | 23.88 | 24.00 | 24.00 | 24.00 | 22.00 | 20.00 |
B2O3 | 2.99 | 2.97 | 3.00 | 3.00 | 4.00 | 3.00 | 3.00 | |
SiO2 | ||||||||
Li2O | 11.95 | 8.90 | 12.00 | 16.00 | 18.00 | 16.00 | 15.00 | |
Na2O | 9.34 | 12.82 | 7.00 | 10.00 | 14.00 | 18.00 | 20.00 | |
K2O | 1.99 | 1.98 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 8.00 | 7.00 | |
BaO | 9.96 | 7.91 | 11.00 | 5.00 | 2.00 | |||
ZnO | 4.98 | 6.92 | 6.50 | 5.00 | ||||
SrO | ||||||||
CaO | ||||||||
Al2O3 | ||||||||
Y2O3 | ||||||||
Bi2O3 | ||||||||
TiO2 | 4.98 | 4.95 | 4.50 | 5.00 | 8.00 | 5.00 | 5.00 | |
Nb2O6 | 17.92 | 18.79 | 18.00 | 18.00 | 20.00 | 18.00 | 18.00 |
WO3 | 11.95 | 10.88 | 12.00 | 12.00 | 10.00 | 10.00 | 10.00 | |
合计 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
物性 | Tg(℃) | 503 | 505 | 507 | 486 | 493 | 446 | 441 |
Ts(℃) | 556 | 559 | 554 | 538 | 546 | 495 | 496 | |
nd | 1.84509 | 1.84521 | 1.85050 | 1.84151 | 1.84937 | 1.80851 | 1.81741 | |
νd | 23.54 | 23.26 | 23.66 | 23.25 | 21.96 | 23.50 | 23.92 |
表2
实验NO. | |||||||
8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | ||
组成(摩尔%) | P2O5 | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 17.00 | 17.00 | 18.00 |
B2O3 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 500 | 5.00 | |
SiO2 | |||||||
Li2O | 12.00 | 12.00 | 12.00 | 12.00 | 12.00 | 12.00 | |
Na2O | 10.00 | 10.00 | 10.00 | 10.00 | 10.00 | 10.00 | |
K2O | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | |
BaO | 15.00 | 15.00 | 15.00 | 18.00 | 16.00 | 10.00 | |
ZnO | 7.00 | ||||||
SrO | |||||||
CaO | |||||||
Al2O3 | 2.00 | ||||||
Y2O3 | |||||||
Bi2O3 | |||||||
TiO2 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | |
Nb2O5 | 20.00 | 15.00 | 10.00 | 12.00 | 12.00 | 12.00 |
WO3 | 10.00 | 15.00 | 20.00 | 18.00 | 18.00 | 18.00 | |
合计 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
物性 | Tg(℃) | 508 | 492 | 475 | 466 | 463 | 455 |
Ts(℃) | 561 | 541 | 528 | 519 | 512 | 502 | |
nd | 1.85952 | 1.83263 | 1.80631 | 1.82606 | 1.82548 | 1.83019 | |
νd | 23.68 | 24.89 | 26.34 | 26.09 | 25.91 | 24.78 |
表3
实验N0. | ||||||||
14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
组成(摩尔%) | P2O5 | 20.00 | 24.00 | 20.00 | 17.69 | 16.46 | 16.85 | 16.08 |
B2O3 | 5.00 | 3.00 | 8.00 | 12.65 | 7.05 | 7.22 | 6.89 | |
SiO2 | ||||||||
Li2O | 13.00 | 12.00 | 10.00 | 12.65 | 14.11 | 12.04 | 13.78 | |
Na2O | 9.00 | 9.00 | 10.00 | 7.17 | 9.01 | 6.82 | 8.81 | |
K2O | 3.00 | 2.00 | 5.00 | 2.53 | 2.35 | 2.41 | 2.30 | |
BaO | 6.00 | 10.00 | 20.00 | 16.19 | 15.05 | 15.41 | 14.70 | |
ZnO | 7.00 | 5.00 | ||||||
SrO | 2.00 | |||||||
CaO | ||||||||
Al2O3 | ||||||||
Y2O3 | 2.00 | |||||||
Bi2O3 | ||||||||
TiO2 | 5.00 | |||||||
Nb2O5 | 17.50 | 18.00 | 20.00 | 15.94 | 7.76 | 16.17 | 5.28 |
WO3 | 17.50 | 12.00 | 5.00 | 15.18 | 28.21 | 24.08 | 32.16 | |
合计 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
物性 | Tg(℃) | 467 | 495 | 507 | 495 | 456 | 495 | 452 |
Ts(℃) | 512 | 649 | 558 | 540 | 495 | 541 | 491 | |
nd | 1.84745 | 1.85241 | 1.82932 | 1.83378 | 1.81143 | 1.87201 | 1.80764 | |
νd | 24.01 | 23.40 | 27.40 | 25.81 | 27.46 | 23.92 | 27.75 |
表4
实验NO. | ||||||||
21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 |
组成(摩尔%) | P2O5 | 15.71 | 24.00 | 24.00 | 24.00 | 23.00 | 23.00 | 24.00 |
B2O3 | 6.74 | 3.00 | 4.20 | 4.00 | 4.00 | 4.00 | 4.00 | |
SiO2 | ||||||||
Li2O | 8.61 | 22.00 | 21.00 | 20.00 | 18.00 | 18.00 | 18.00 | |
Na2O | 13.47 | 11.00 | 13.00 | 11.00 | 13.00 | 18.00 | 15.00 | |
K2O | 2.25 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | ||
BaO | 14.37 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 2.00 | |||
ZnO | 3.00 | 3.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | ||
SrO | ||||||||
CaO | ||||||||
Al2O3 | ||||||||
Y2O3 | ||||||||
Bi2O3 | 2.00 | 6.00 | 5.00 | 6.00 | ||||
TiO2 | 6.00 | 6.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | ||
Nb2O5 | 2.92 | 18.00 | 18.00 | 19.00 | 19.00 | 18.00 | 18.00 |
WO3 | 35.93 | 8.00 | 5.80 | 8.00 | 8.00 | 6.00 | 6.00 | |
合计 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
物性 | Tg(℃) | 448 | 480 | 475 | 466 | 448 | 443 | 442 |
Ts(℃) | 489 | 525 | 520 | 519 | 497 | 492 | 493 | |
nd | 1.80397 | 1.82121 | 1.80500 | 1.84541 | 1.88863 | 1.85136 | 1.86026 | |
νd | 27.98 | 24.10 | 25.40 | 23.16 | 21.73 | 21.86 | 22.61 | |
液相温度(LT)[℃] | - | - | - | 900 | - | - | 920 | |
液相温度下的粘度(dPa·s) | - | - | - | 5.2 | - | - | 1.7 |
表5
实验NO. | ||||||||
28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | ||
组成(摩尔%) | P2O5 | 24.00 | 24.00 | 25.00 | 24.00 | 24.00 | 24.00 | 24.00 |
B2O3 | 4.00 | 4.00 | 4.00 | 6.00 | 6.00 | 6.00 | 4.00 | |
SiO2 | 2.00 | |||||||
Li2O | 20.00 | 18.00 | 21.00 | 20.00 | 18.00 | 21.00 | 21.00 | |
Na2O | 13.00 | 11.00 | 12.00 | 13.00 | 15.00 | 12.00 | 12.00 | |
K2O | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | |
BaO | 2.00 | 2.00 | 1.00 | 2.00 | 2.00 | 1.00 | 1.50 | |
ZnO | 2.00 | 1.00 | 2.00 | 2.00 | ||||
SrO | ||||||||
CaO | ||||||||
Al2O3 | ||||||||
Y2O3 | ||||||||
Bi2O3 | 4.00 | 8.00 | 4.00 | 3.00 | 3.00 | 4.00 | 4.00 | |
TiO2 | 5.00 | 6.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 5.50 | 6.00 | |
Nb2O5 | 19.00 | 19.00 | 19.00 | 18.00 | 18.00 | 19.00 | 18.50 |
WO3 | 6.00 | 6.00 | 6.00 | 5.00 | 5.00 | 5.50 | 5.00 | |
合计 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
物性 | Tg(℃) | 452 | 461 | 457 | 450 | 451 | 455 | 176.00 |
Ts(℃) | 504 | 505 | 506 | 503 | 505 | 507 | 348.00 | |
nd | 1.84979 | 1.90015 | 1.84980 | 1.82732 | 1.82410 | 1.85047 | 694.00 | |
νd | 23.10 | 21.51 | 22.95 | 23.92 | 23.97 | 22.88 | 1367.00 | |
液相温度(LT)[℃] | 900 | - | - | 880 | - | - | - | |
液相温度下的粘度(dPa·s) | 3.8 | - | - | 5.2 | - | - | - |
(2)制造含有B2O3及La2O3的光学玻璃
与上述(1)一样,制造具有表6~表12所示的组成和物性的光学玻璃。
表6
实验NO. | |||||||||
35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 |
组成(摩尔%) | B2O3 | 45.69 | 46.09 | 46.55 | 44.92 | 43.33 | 41.8 | 46.15 | 46.32 |
La2O3 | 13.36 | 13.48 | 12.93 | 12.71 | 12.50 | 12.30 | 12.82 | 12.99 | |
Gd2O3 | 6.47 | 6.52 | 6.03 | 5.93 | 5.83 | 5.74 | 5.98 | 6.06 | |
ZnO | 15.52 | 13.91 | 17.24 | 20.34 | 23.33 | 26.23 | 18.8 | 17.32 | |
Li2O | 3.45 | 4.35 | 3.45 | 2.54 | 1.67 | 0.82 | 2.56 | 3.46 | |
ZrO2 | 5.17 | 5.22 | 5.17 | 5.08 | 5.00 | 4.92 | 5.13 | 5.19 | |
Ta2O5 | 3.45 | 3.48 | 3.45 | 3.39 | 3.33 | 3.28 | 3.42 | 3.46 | |
WO3 | 3.45 | 3.48 | 3.45 | 3.39 | 3.33 | 3.28 | 3.42 | 3.46 | |
SiO2 | 3.44 | 3.47 | 1.73 | 1.70 | 1.68 | 1.63 | 1.72 | 1.74 | |
Nb2O5 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Y2O3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
TiO2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Yb2O3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
合计 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
物性 | nd | 1.81833 | 1.81697 | 1.81719 | 1.8212 | 1.82468 | 1.82796 | 1.8184 | 1.81869 |
νd | 43.02 | 43.11 | 42.91 | 42.59 | 42.26 | 41.96 | 42.78 | 42.81 | |
Tg(℃) | 593 | 590 | 587 | 587 | 588 | 591 | 592 | 586 | |
Ts(℃) | 640 | 638 | 633 | 633 | 633 | 635 | 637 | 630 | |
液相温度(℃) | 1010 | 1020 | 990 | 1010 | 1020 | 1030 | 990 | 1000 | |
液相温度下的粘度(dPa·s) | 6 | 5 | 8 | 6 | 5 | 5 | 8 | 7 |
表7
实验NO. | ||||||||
43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | ||
组成(摩尔%) | B2O3 | 46.09 | 45.85 | 46.96 | 46.75 | 46.55 | 47.83 | 48.26 |
La2O3 | 13.04 | 13.10 | 13.48 | 13.42 | 13.36 | 13.48 | 13.04 | |
Gd2O3 | 6.09 | 6.11 | 6.52 | 6.49 | 6.47 | 6.52 | 6.52 | |
ZnO | 17.39 | 17.47 | 15.65 | 16.45 | 17.24 | 17.39 | 17.39 | |
Li2O | 3.48 | 3.49 | 3.48 | 3.03 | 2.59 | 2.61 | 2.61 | |
ZrO2 | 5.22 | 5.24 | 5.22 | 5.19 | 5.17 | 5.22 | 5.22 | |
Ta2O5 | 3.48 | 3.49 | 3.48 | 3.46 | 3.45 | 3.48 | 3.48 | |
WO3 | 3.48 | 3.49 | 3.48 | 3.46 | 3.45 | 3.47 | 3.48 | |
SiO2 | 1.73 | 1.76 | 1.73 | 1.75 | 1.72 | 0.00 | 0.00 | |
Nb2O5 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Y2O3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
TiO2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Yb2O3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
合计 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
物性 | nd | 1.81986 | 1.82099 | 1.82033 | 1.82085 | 1.82161 | 1.82322 | 1.82043 |
νd | 42.74 | 42.67 | 42.94 | 42.93 | 42.81 | 42.83 | 42.86 | |
Tg(℃) | 586 | 586 | 591 | 593 | 595 | 593 | 593 | |
Ts(℃) | 632 | 634 | 636 | 639 | 640 | 638 | 638 | |
液相温度(℃) | 1010 | 1020 | 1010 | 1010 | 1010 | 1010 | 1000 | |
液相温度下的粘度(dPa·s) | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 7 |
表8
实验NO. | ||||||||
50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 |
组成(摩尔%) | B2O3 | 48.47 | 47.88 | 47.49 | 47.11 | 47.61 | 47.74 | 47.83 |
La2O3 | 13.54 | 13.01 | 12.98 | 12.94 | 13.01 | 13.04 | 13.48 | |
Gd2O3 | 6.55 | 6.50 | 6.49 | 6.47 | 6.50 | 6.52 | 5.65 | |
ZnO | 17.47 | 17.35 | 17.30 | 17.26 | 17.35 | 17.39 | 17.39 | |
Li2O | 2.62 | 2.60 | 2.60 | 2.59 | 2.60 | 2.61 | 2.61 | |
ZrO2 | 4.37 | 5.20 | 5.19 | 5.18 | 5.20 | 5.22 | 5.22 | |
Ta2O5 | 3.49 | 3.47 | 3.46 | 3.45 | 3.47 | 3.48 | 3.48 | |
WO3 | 3.49 | 3.99 | 4.49 | 5.00 | 4.00 | 3.48 | 3.47 | |
SiO2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Nb2O5 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.26 | 0.52 | 0.00 | |
Y2O3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.87 | |
TiO2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Yb2O3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
合计 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
物性 | nd | 1.81965 | 1.82253 | 1.82456 | 1.8268 | 1.82535 | 1.82665 | 1.82237 |
νd | 43.02 | 42.46 | 42.15 | 41.77 | 42.15 | 42.17 | 42.85 | |
Tg(℃) | 592 | 592 | 592 | 591 | 594 | 593 | 593 | |
Ts(℃) | 637 | 638 | 638 | 638 | 638 | 638 | 640 | |
液相温度(℃) | 1010 | 1000 | 1000 | 1000 | 1010 | 1020 | 1000 | |
液相温度下的粘度(dPa·s) | 6 | 7 | 7 | 7 | 6 | 5 | 7 |
表9
实验NO. | ||||||||
57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 |
组成(摩尔%) | B2O3 | 47.83 | 47.83 | 37.01 | 38.89 | 38.58 | 38.28 | 37.98 |
La2O3 | 13.48 | 13.48 | 12.60 | 12.70 | 12.60 | 12.50 | 12.40 | |
Gd2O3 | 4.78 | 3.91 | 3.94 | 3.97 | 3.15 | 2.34 | 1.55 | |
ZnO | 17.39 | 17.39 | 33.07 | 33.33 | 33.07 | 32.81 | 32.56 | |
Li2O | 2.61 | 2.61 | 0.79 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
ZrO2 | 5.22 | 5.22 | 3.15 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Ta2O5 | 3.48 | 3.48 | 3.15 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
WO3 | 3.47 | 3.47 | 4.72 | 4.77 | 6.30 | 7.81 | 9.31 | |
SiO2 | 0.00 | 0.00 | 1.57 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Nb2O5 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 3.17 | 3.15 | 3.13 | 3.10 | |
Y2O3 | 1.74 | 2.61 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
TiO2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 3.17 | 3.15 | 3.13 | 3.10 | |
Yb2O3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
合计 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
物性 | nd | 1.82094 | 1.81963 | 1.83598 | 1.84677 | 1.84825 | 1.84631 | 1.8493 |
νd | 42.77 | 42.86 | 40.32 | 37.35 | 36.6 | 36.02 | 35.34 | |
Tg(℃) | 594 | 594 | 572 | 572 | 570 | 569 | 567 | |
Ts(℃) | 637 | 637 | 615 | 612 | 612 | 609 | 607 | |
液相温度(℃) | 1000 | 990 | - | - | - | - | - | |
液相温度下的粘度(dPa·s) | 7 | 9 | - | - | - | - | - |
表10
实验NO. | ||||||||
64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | ||
组成(摩尔%) | B2O3 | 36.43 | 34.88 | 35.43 | 37.60 | 39.84 | 34.35 | 32.33 |
La2O3 | 13.18 | 13.95 | 14.96 | 15.20 | 15.45 | 12.98 | 12.78 | |
Gd2O3 | 2.33 | 3.10 | 3.94 | 4.00 | 4.07 | 2.29 | 2.26 | |
ZnO | 32.56 | 32.56 | 29.92 | 27.20 | 24.39 | 32.06 | 31.58 | |
Li2O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
ZrO2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Ta2O6 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
WO3 | 9.30 | 9.31 | 9.45 | 9.60 | 9.75 | 9.17 | 9.01 | |
SiO2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 3.05 | 6.02 | |
Nb2O5 | 3.10 | 3.10 | 3.15 | 3.20 | 3.25 | 3.05 | 3.01 | |
Y2O3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
TiO2 | 3.10 | 3.10 | 3.15 | 3.20 | 3.25 | 3.05 | 3.01 | |
Yb2O3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
合计 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
物性 | nd | 1.86186 | 1.87351 | 1.88063 | 1.8747 | 1.8691 | 1.85826 | 1.85466 |
νd | 35.19 | 34.94 | 35.09 | 35.36 | 35.63 | 35.19 | 35.19 | |
Tg(℃) | 567 | 570 | 577 | 581 | 588 | 569 | 571 | |
Ts(℃) | 607 | 611 | 618 | 623 | 629 | 609 | 611 |
表11
实验NO. | ||||||||
71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | ||
组成(摩尔%) | B2O3 | 35.88 | 36.43 | 36.43 | 36.43 | 37.01 | 37.60 | 38.21 |
La2O3 | 12.98 | 13.18 | 13.18 | 13.18 | 13.39 | 13.60 | 13.82 | |
Gd2O3 | 2.29 | 2.33 | 2.33 | 2.33 | 2.36 | 2.40 | 2.44 | |
ZnO | 32.06 | 32.56 | 32.56 | 23.26 | 29.92 | 27.20 | 24.39 | |
Li2O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 1.57 | 3.20 | 4.88 | |
ZrO2 | 3.05 | 0.00 | 3.10 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Ta2O5 | 0.00 | 1.55 | 1.55 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
WO3 | 9.16 | 9.30 | 6.20 | 9.30 | 9.45 | 9.60 | 9.76 | |
SiO2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Nb2O5 | 1.53 | 1.55 | 1.55 | 3.10 | 3.15 | 3.20 | 3.25 | |
Y2O3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
TiO2 | 3.05 | 3.10 | 3.10 | 12.40 | 3.15 | 3.20 | 3.25 | |
Yb2O3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
合计 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
物性 | nd | 1.85786 | 1.85986 | 1.85786 | 1.89786 | 1.85866 | 1.82546 | 1.85226 |
νd | 36.59 | 35.99 | 37.39 | 29.19 | 35.49 | 35.79 | 36.09 | |
Tg(℃) | 567 | 567 | 567 | 591 | 559 | 551 | 543 | |
Ts(℃) | 607 | 607 | 607 | 631 | 599 | 591 | 583 |
表12
实验NO. | ||||||||
78 | 79 | 80 | 81 | 82 | 83 | 84 | ||
组成(摩尔%) | B2O3 | 36.43 | 36.43 | 36.43 | 36.43 | 34.88 | 33.33 | 31.78 |
La2O3 | 11.63 | 11.63 | 10.08 | 7.75 | 10.85 | 10.85 | 10.85 | |
Gd2O3 | 2.33 | 2.33 | 5.43 | 7.75 | 6.20 | 7.75 | 9.30 | |
ZnO | 32.56 | 32.56 | 32.56 | 32.56 | 32.66 | 32.56 | 32.56 | |
Li2O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
ZrO2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Ta2O5 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
WO3 | 9.30 | 9.30 | 9.30 | 9.31 | 9.31 | 9.31 | 9.31 | |
SiO2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
Nb2O5 | 3.10 | 3.10 | 3.10 | 3.10 | 3.10 | 3.10 | 3.10 | |
Y2O3 | 1.55 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
TiO2 | 3.10 | 3.10 | 3.10 | 3.10 | 3.10 | 3.10 | 3.10 | |
Yb2O3 | 0.00 | 1.55 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
合计 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
物性 | nd | 1.85926 | 1.86026 | 1.85946 | 1.85766 | 1.87086 | 1.88186 | 1.89286 |
νd | 35.39 | 35.39 | 35.39 | 35.59 | 34.59 | 33.99 | 33.39 | |
Tg(℃) | 569 | 569 | 569 | 571 | 567 | 567 | 567 | |
Ts(℃) | 609 | 609 | 609 | 611 | 607 | 607 | 607 |
(3)制造含氟的玻璃
表13~表16同时示出了用上述(1)的方法测定所使用玻璃的组成的光学常数(折射率nd、阿贝数υd)、转变温度(Tg)、屈伏点(Ts)都相同。随着温度变化,光学常数只有极小的变化,可认为在预塑形坯、光学元件中组成、光学常数(折射率nd、阿贝数υd)、转变温度(Tg)、屈伏点(Ts)也相同。
另外,关于表13中的试验No.85及86的玻璃,表示如下测定磨耗度(FA)的值。可推测表13~表16的试验No.87~104的玻璃也与No.85及86的玻璃具有大致相同的值。
(e)磨耗度(FA)
将测定面积为9cm2的样品保持在距每分钟水平旋转60次的铸铁制平面器皿中心80mm的定位置,每5分钟固定向平均粒径20μm的氧化铝磨粒10g中供给添加了20ml水的研磨液,施加9.80N的负荷,进行研磨。称取研磨前后的样品重量,求出磨耗重量m。同样,测定由日本工学硝子工业会制定的标准样品(BSC7)的磨耗重量m0,利用下式算出磨耗度(FA)。
FA=[(m/d)/(m0/d0)]×100
d是样品的比重,d0是标准样品(BSC7)的比重。
如下制造上述玻璃:作为各成分的原料使用各自相应的氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、氟化物、氢氧化物等,例如Al(PO3)3、Ba(PO3)2、AlF3、YF3、MgF2、CaF2、SrF2、BaF2、NaF等,以表13~表16所示的规定比例称量250~300g,充分混合,作为调配混合量,将其放入白金坩埚内,在保持为1200~1450℃的电炉中进行搅拌,同时在向大气中、干燥气氛中或被称为氩等稀有气体或氮等惰性气体的气体中混合了0.1~50体积%的氧气的气氛中进行2~4小时的加热、熔融。熔融后,将熔融玻璃流入至例如40×70×15mm的碳制模具中,放冷到玻璃转变温度,之后立即投入退火炉内,在玻璃转变温度附近进行约1小时的退火处理,然后,在炉内放冷到室温。在得到的玻璃中没有析出可利用显微镜观察的结晶。
表13
实验NO. | ||||||
85 | 86 | 87 | 88 | 89 |
组成(摩尔%) | Al(PO3)3 | 1.85 | 1.03 | 1.74 | ||
Ba(PO3)2 | 16.11 | 8.46 | 3.58 | |||
Ca(PO3)2 | ||||||
Sr(PO3)2 | ||||||
AlF3 | 26.93 | 39.46 | 35.63 | 36.81 | 35.19 | |
YF3 | 0.88 | 3.01 | 1.34 | 9.33 | 8.89 | |
MgF2 | 11.42 | 4.96 | 7.22 | 6.82 | 6.93 | |
CaF2 | 19.54 | 26.09 | 29.31 | 24.34 | 24.84 | |
SrF2 | 23.27 | 16.92 | 18.14 | 12.09 | 12.26 | |
BaF2 | 1.10 | 2.45 | 9.58 | 10.15 | ||
NaF | 2.33 | |||||
KF | ||||||
NaCl | ||||||
合计 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
物性 | nd | 1.497 | 1.4565 | 1.4432 | 1.42736 | 1.43286 |
νd | 81.6 | 90.3 | 95.1 | 98.24 | 96.62 | |
Tg(℃) | 455 | 440 | 431 | 429 | 429 | |
Ts(℃) | 485 | 470 | 462 | 451 | 456 | |
FA | 410 | 460 | - | - | - |
表14
实验NO. | ||||||
90 | 91 | 92 | 93 | 94 | ||
组成(摩尔%) | Al(PO3)3 | 2.13 | 3.30 | 4.55 | 8.07 | |
Ba(PO3)2 | 12.11 | |||||
Ca(PO3)2 | ||||||
Sr(PO3)2 | ||||||
AlF3 | 34.41 | 35.33 | 30.20 | 20.02 | 28.72 | |
YF3 | 8.80 | 4.89 | 6.74 | 7.49 | 6.37 | |
MgF2 | 7.04 | 6.95 | 4.52 | 4.62 | 4.62 | |
CaF2 | 25.07 | 25.90 | 19.80 | 18.46 | 18.96 | |
SrF2 | 12.71 | 14.27 | 11.94 | 13.68 | 13.18 | |
BaF2 | 9.84 | 9.36 | 19.47 | 21.57 | 9.95 | |
NaF | 2.78 | 6.09 | 6.09 | |||
KF | ||||||
NaCl | ||||||
合计 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
物性 | nd | 1.43542 | 1.4379 | 1.45797 | 1.48311 | 1.48234 |
νd | 95.7 | 94.38 | 90.51 | 83.44 | 83.59 | |
Tg(℃) | 429 | 436 | 428 | 423 | 424 | |
Ts(℃) | 457 | 460 | 457 | 458 | 458 |
表15
实验NO. | ||||||
95 | 96 | 97 | 98 | 99 | ||
组成(摩尔%) | Al(PO3)3 | 9.68 | 10.20 | |||
Ba(PO3)2 | 6.82 | 2.72 | ||||
Ca(PO3)2 | 6.82 | |||||
Sr(PO3)2 | 6.82 | |||||
AlF3 | 34.75 | 34.86 | 32.88 | 20.99 | 19.43 | |
YF3 | 6.74 | 6.63 | 9.01 | 2.88 | 1.24 | |
MgF2 | 4.52 | 4.52 | 4.30 | 5.10 | 5.37 | |
CaF2 | 19.80 | 12.98 | 18.66 | 18.79 | 19.54 | |
SrF2 | 11.94 | 11.60 | 5.01 | 15.37 | 15.93 | |
BaF2 | 12.65 | 19.58 | 20.42 | 19.68 | 17.62 | |
NaF | 2.78 | 3.01 | 2.90 | 7.51 | 7.95 | |
KF | ||||||
NaCl | ||||||
合计 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
物性 | nd | 1.45797 | 1.45777 | 1.45762 | 1.48203 | 1.49341 |
νd | 90.51 | 90.65 | 90.44 | 82.97 | 80.75 | |
Tg(℃) | 428 | 427 | 425 | 420 | 428 | |
Ts(℃) | 457 | 457 | 456 | 457 | 464 |
表16
实验NO. | ||||||
100 | 101 | 102 | 103 | 104 | ||
组成(摩尔%) | Al(PO3)3 | 12.33 | 9.68 | 11.41 | 13.29 | |
Ba(PO3)2 | 20.54 | |||||
Ca(PO3)2 | 4.09 | |||||
Sr(PO3)2 | ||||||
AlF3 | 15.75 | 22.94 | 17.33 | 13.97 | 24.06 | |
YF3 | 2.01 | 0.94 | 2.72 | 1.57 | ||
MgF2 | 5.55 | 5.30 | 5.48 | 5.71 | 6.09 | |
CaF2 | 19.66 | 19.82 | 20.04 | 19.93 | 17.18 | |
SrF2 | 16.70 | 15.16 | 16.24 | 16.92 | 18.06 | |
BaF2 | 19.88 | 18.65 | 19.13 | 19.93 | ||
NaF | 8.12 | 2.74 | 2.95 | 3.78 | 4.76 | |
KF | ||||||
NaCl | 4.77 | 4.70 | 4.90 | 5.22 | ||
合计 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
物性 | nd | 1.49705 | 1.48419 | 1.4976 | 1.50572 | 1.51425 |
νd | 80.17 | 80.56 | 79.49 | 77.33 | 76.5 | |
Tg(℃) | 425 | 408 | 413 | 413 | 413 | |
Ts(℃) | 465 | 447 | 450 | 453 | 450 |
(4)下面,以上述熔融条件大量制造可得到表1~表16所示的玻璃的熔融玻璃,使其以一定流量从白金合金制的流出管流出。
熔融玻璃的流出在大气中、干燥气氛、或含有0.1~50体积%氧气的惰性气体(氮或氩、或氮和氩的混合气)气氛中进行。
利用滴加法从流出的熔融玻璃分离规定重量的熔融玻璃块,利用喷出气体的玻璃块成形模接收,使玻璃上浮,同时,使其上下移动,成形为球状玻璃块。通过利用玻璃块成形模一个一个接收以一定时间间隔滴加的熔融玻璃滴,进行上浮成形,一个一个成形一定重量的玻璃块。在冷却到玻璃块不变形的温度后,从模具中取出。这样制造多个由表1~表16所示的各玻璃构成的球状玻璃块。
另外,利用降下切断法分离熔融玻璃块,利用具有由多孔物质形成的凹部的玻璃块成形模接收,通过从多孔物质的微细孔喷出气体,成形由表1~表16所示的各玻璃构成的玻璃块。在该方法中,通过使分离的时间间隔一定,反复进行上述工序,制造多个一定重量的玻璃块。另外,利用该方法成形的玻璃块的形状具有一个旋转对称轴,具有长径和短径,同时,表面是由曲面构成的形状,本发明的表面是曲率不同的曲面构成的形状,相当于近似于扁平球的形状。
在将这样成形的任一种玻璃块都冷却到室温后,放入退火炉中,以比玻璃转变温度低10℃左右的温度进行一小时退火处理,使其以30℃/小时的速度降低到室温,以降低变形。另外,利用上述任一种方法成形的玻璃块也具有高的重量精度。另外,得到的玻璃块的重量公差以目的重量为基准控制在±1%以内。
当利用光学显微镜放大观察这些玻璃块的表面时,观测到整个表面的表面纹络(参照图1)。
(5)然后,准备浓度30重量%的硝酸水溶液、浓度35重量%的盐酸、浓度2重量%的H2SiF6水溶液三种蚀刻液,在室温下将整个玻璃块浸渍于各蚀刻液中,将整个表面蚀刻处理到0.1mm(100μm)左右的深度,除去表面层,同时得到所希望重量的玻璃块。在蚀刻处理后,将玻璃块洗涤、干燥,利用光学显微镜观察表面,未看到表面纹络。另外,观察玻璃块内部,内部也不能看到纹络(参照图1)。由此得到无光学上均质的纹络的玻璃块,故该玻璃块可作为精密压力成形用预塑形坯。另外,蚀刻处理后的预塑形坯的重量公差以作为目的重量的预塑形坯的重量为基准在±1%以内。反复进行这样的操作,得到蚀刻液的种类、浓度、温度、浸渍时间、玻璃的组成和蚀刻深度的关系。
然后,同时将等重量的多个玻璃块完全浸渍于上述各种蚀刻液中,利用与上述蚀刻条件相同的条件除去整个玻璃块的整个表面至深0.1mm处,制造近似于蚀刻处理前的玻璃块的形状的预塑形坯。所有这样制造的预塑形坯是光学上均质的,未见表面纹络和内部的纹络,且没有表面失透。而且,备预塑形坯也为所希望的重量,可同时生产重量精度高的多个预塑形坯。另外,蚀刻处理后的各预塑形坯的重量公差以目标预塑形坯的重量为基准控制在±1%以内。在预塑形坯的整个表面上也可以设置用于提高精密压力成形时的脱模性的脱模膜。这种脱模膜可示例碳膜或自组织化膜。
另外,在蚀刻处理由上述No.35~84的玻璃构成的玻璃块后,在玻璃表面发现胶状堆积物。为高效除去该堆积物,在干燥表面前将刚蚀刻处理后的预塑形坯全部浸渍于乙醇中,使整个表面接触乙醇,然后,通过由水进行清洗,除去胶状堆积物。也可以使用异丙醇代替乙醇除去上述堆积物。在蚀刻处理多个玻璃块之后,通过一并将其浸渍于乙醇或异丙醇中,可使多个预塑形坯的整个表面接触有机溶剂,然后,如一并清洗这些预塑形坯,则可高效地得到表面干净的预塑形坯。
不使玻璃表面接触上述有机溶剂,而是制造盐酸和乙醇或盐酸和异丙醇的混合液,以该混合液作为蚀刻液进行蚀刻处理,然后,通过利用乙醇或异丙醇进行清洗,也可以生产没有胶状堆积物的预塑形坯。这样,可高效得到表面干净的预塑形坯。
另外,也可以不利用使用有机溶剂的上述方法、或将盐酸或醇的混合液作为蚀刻液使用的上述方法,在蚀刻处理后,在预塑形坯表面干燥前进行包括擦洗在内的清洗也可以除去胶状堆积物。
然后,通过切断、磨削由成形为平板状的玻璃板制造与由上述组成相同的各种玻璃构成的玻璃块。在该玻璃块上进行上述各种蚀刻处理,制造表面品质及其内部品质优良的预塑形坯。此时,可使用上述备方法除去蚀刻处理产生的胶状堆积物或降低、防止上述堆积物生成。
(6)加热这样得到的预塑形坯,通过使用图2所示的压力加工装置进行精密压力成形(非球面精度压力加工)得到非球面透镜。对精密压力成形如下进行详细说明。在将上述预塑形坯4静置于具有非球面形状的SiC制的下模2及上模1之间,然后,使石英管11内形成氮气氛,向加热器12通电,加热石英管11内。将成形模具内部的温度设定为使玻璃的屈伏点为+20~60℃的温度,维持该温度,同时,使挤压棒13下降,挤压上模1,精密压力成形压力成形模内的预塑形坯4。以成形压力8Mpa、成形时间30秒进行压力加工后,使成形压力降低,在使成形的光学玻璃制非球面透镜与下模2及上模1接触的状态下,将其渐冷到玻璃化转变温度-30%的温度,然后迅速冷却到室温。然后,从压力成形模取出非球面透镜,进行形状的测定及外观检查。得到的非球面透镜是精度极高的透镜。另外,符号3为导向模、9为支承棒、10为支承台、14为热电偶。
利用光学显微镜放大观察该透镜表面后,发现与使用的预塑形坯相同,未见表面纹络和内部纹络,得到高品质的透镜。
将预热后的上述预塑形坯导入压力成形模内,即使是精密压力成形的方法,也可以成形由高品质、高精度的光学玻璃构成的非球面透镜。
另外,预塑形坯的形状、尺寸也可以根据要制造的精密压力成形品的形状等适当决定。
在上述实施例中成形了非球面透镜,但通过使用符合最终制品形状的压力成形模,也可以制造凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、平凸透镜、双凸透镜、平凹透镜、双凹透镜等各种非球面透镜、或各种球面透镜、或棱镜、多角镜、衍射光栅等光学元件。
另外,根据需要,也可以在得到的各光学元件的光学功能面上形成防止反射膜或高反射膜等光学多层膜。
工业实用性
根据本发明的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,可通过进行玻璃的热成形,在高生产性的基础上制造高品质的精密压力成形用预塑形坯。另外,可通过精密压力成形利用上述方法制造的预塑形坯,在高生产性的基础上制造高品质的光学元件。
Claims (28)
1.一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法,为由熔融玻璃制造规定重量的精密压力成形用预塑形坯的方法,其特征在于,通过将熔融玻璃从管滴加、作为玻璃滴分离的滴加法,或利用支承体支承从管流出的熔融玻璃流的前端部,在玻璃流的管侧和前端部之间形成细的部分,然后使上述支承体降下,自细的部分分离前端侧的熔融玻璃块的降下切断法,反复进行成形将后续蚀刻处理所导致的重量减少量加至目的重量的重量的玻璃块的工序,制作多个一定重量的、由液相温度下粘度为10dPa·s以下的玻璃构成的玻璃块,在一定条件下将上述多个玻璃块进行蚀刻处理,除去各玻璃块的表面层以此除去表面纹络,制造上述重量的由光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,并且,上述表面层的厚度为0.5μm以上。
2.如权利要求1所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其特征在于,上述玻璃是折射率nd为1.75以上、阿贝数υd为50以下的光学玻璃。
3.如权利要求1或2所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,将整个玻璃块浸渍在蚀刻液中,进行蚀刻处理。
4.如权利要求1或2所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,将熔融玻璃成形为由表面曲率不同的曲面构成的玻璃块或球状玻璃块。
5.一种光学元件的制造方法,其特征在于,具有利用上述1-4中任一项所述的制造方法制造的精密压力成形用预塑形坯进行精密压力成形的工序。
6.如权利要求5所述的光学元件的制造方法,其中,将预塑形坯导入压力成形模内,将上述成形模和预塑形坯同时加热,进行精密压力成形。
7.一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法,为由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯的方法,其特征在于,
反复进行从流出熔融玻璃中分离熔融玻璃块,成形将后续蚀刻处理所导致的重量减少量加至目的重量的重量的玻璃块的工序,制作多个一定重量的玻璃块,
将该多个玻璃块的整个表面在一定条件下蚀刻处理,除去至少深度为0.5μm的表面层,由此除去表面纹络,制造规定重量的由光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯,和
上述玻璃是折射率nd为1.8以上、阿贝数υd为35以下,液相温度下粘度为10dPa·s以下的光学玻璃,以摩尔%表示,其含有P2O5 15~45%、Nb2O5 3~35%、Li2O 2~35%、TiO2 0~20%、WO3 0~40%、Bi2O3 0~20%、B2O3 0~30%、BaO 0~25%、ZnO 0~25%、MgO 0~20%、CaO 0~20%、SrO 0~20%、Na2O 0~30%、K2O 0~30%、Al2O3 0~15%、SiO2 0~15%、La2O3 0~10%、Gd2O3 0~10%、Yb2O3 0~10%、ZrO2 0~10%、及Ta2O5 0~10%,其中,Li2O、Na2O及K2O的总量为45%以下。
8.如权利要求7所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,将玻璃块浸渍在蚀刻液中,进行蚀刻处理。
9.如权利要求7或8所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,在将玻璃块退火处理后,进行蚀刻处理。
10.一种光学元件的制造方法,其特征在于,将利用权利要求7-9任一项的所述的方法制造的精密压力成型用预塑形坯加热,进行精密压力成形。
11.如权利要求10所述的光学元件的制造方法,其中,将预塑形坯导入压力成形模内,将上述成形模和预塑形坯同时加热,进行精密压力成形。
12.如权利要求10所述的光学元件的制造方法,其中,将预先加热的预塑形坯导入压力成形模内,进行精密压力成形。
13.一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法,为由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯的方法,其特征在于,包括
反复进行从流出熔融玻璃中分离熔融玻璃块,成形玻璃块,制作多个玻璃块的工序,和
将上述多个玻璃块的整个表面蚀刻处理,除去至少深度为0.5μm的一定量的表面层,由此除去表面纹络,制造规定重量的由光学玻璃构成的精密压力成形用预塑形坯的工序,
上述多个玻璃块具有向得到的精密加压成型用预塑形坯的目的重量中加入上述蚀刻处理导致的重量减少量的一定重量,
上述玻璃是液相温度下粘度为10dPa·s以下的玻璃,阿贝数υd为30-40、折射率nd为超过1.84,或者阿贝数υd为40-50,折射率nd相对于阿贝数υd满足下式:
nd>2.16-0.008×υd ...(1)
为以摩尔%表示,其含有B2O3 15~60%、SiO2 0~40%、La2O3 5~22%、Gd2O3 0~20%、ZnO 0~45%、Li2O 0~15%、Na2O 0~10%、K2O 0~10%、ZrO2 0~15%、Ta2O5 0~15%、WO3 0~15%、Nb2O5 0~10%、MgO 0~15%、CaO 0~15%、SrO 0~15%、BaO 0~15%、Y2O3 0~15%、Yb2O3 0~15%、TiO2 0~20%、Bi2O3 0~10%及Sb2O3 0~1%,不含PbO的光学玻璃。
14.如权利要求13所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,将玻璃块浸渍在蚀刻液中,进行蚀刻处理。
15.如权利要求13或14所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,将上述多个玻璃块的整个表面蚀刻处理,除去至少深度为1μm的表面层,制造规定重量的精密压力成形用预塑形坯。
16.如权利要求13或14所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,在将玻璃块退火处理后,进行蚀刻处理。
17.如权利要求13或14所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,将进行蚀刻处理后的玻璃块进一步利用擦洗来清洗。
18.一种光学元件的制造方法,其特征在于,将利用权利要求13-17任一项的所述的方法制造的精密压力成型用预塑形坯加热,进行精密压力成形。
19.如权利要求18所述的光学元件的制造方法,其中,将预塑形坯导入压力成形模内,将上述成形模和预塑形坯同时加热,进行精密压力成形。
20.一种精密压力成形用预塑形坯的制造方法,为由熔融玻璃制造精密压力成形用预塑形坯的方法,其特征在于,反复进行将流出的由氟磷酸盐玻璃构成的熔融玻璃成形为将后续蚀刻处理所导致的重量减少量加至目的重量的重量的玻璃块的工序,制作多个一定重量的玻璃块,将上述多个玻璃块进行退火处理,降低或除去内部的残留应力后,在一定条件进行蚀刻处理,除去至少距离玻璃块的表面深0.5μm以上的表面层,由此除去表面纹络,制造多个规定重量的精密压力成形用预塑形坯。
21.如权利要求20所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,氟磷酸盐玻璃以摩尔%表示,含有:Al(PO3)3 0~20%、Ba(PO3)2 0~30%、Mg(PO3)2 0~30%、Ca(PO3)2 0~30%、Sr(PO3)2 0~30%、Zn(PO3)2 0~30%、NaPO3 0~15%、AlF3 2~45%、ZrF4 0~10%、YF3 0~15%、YbF3 0~15%、GdF3 0~15%、BiF3 0~15%、LaF3 0~10%、MgF2 0~20%、CaF2 2~45%、SrF2 2~45%、ZnF2 0~20%、BaF2 0~30%、LiF 0~10%、NaF 0~15%、KF 0~15%、Li2O 0~5%、Na2O 0~5%、K2O 0~5%、MgO 0~5%、CaO 0~5%、SrO 0~5%、BaO 0~5%、ZnO 0~5%。
22.如权利要求20或21所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,玻璃的磨耗度FA为150以上。
23.如权利要求20或21所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,成形由曲率不同的曲面构成表面的玻璃块或球状玻璃块。
24.如权利要求20或21所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,将玻璃块浸渍在蚀刻液中,进行蚀刻处理。
25.一种光学元件的制造方法,其特征在于,将利用权利要求20-24任一项的所述的方法制造的精密压力成型用预塑形坯加热,进行精密压力成形。
26.如权利要求25所述的光学元件的制造方法,其中,将预塑形坯导入压力成形模内,将上述成形模和预塑形坯同时加热,进行精密压力成形。
27.如权利要求25所述的光学元件的制造方法,其中,将预先加热的预塑形坯导入压力成形模内,进行精密压力成形。
28.如权利要求25~27中任一项所述的精密压力成形用预塑形坯的制造方法,其中,在将玻璃块进行退火处理后,进行蚀刻处理。
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