DE10053388A1 - Glas zum Präzisionspressformen, optisches Teil und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein präzisionspressformbares Glas für den Erhalt eines optischen Teils mit einem hohen Refraktionsindex und einer geringen Dispersion durch Präzisionspressformen, umfassend, als Gewichtsprozent, 26 bis 39% Boroxid, 16 bis 26% Lanthanoxid, 4 bis 11% Yttriumoxid, 3 bis 17% Siliziumoxid, 3 bis 7% Lithiumoxid, 2 bis 17% Calciumocid, 5 bis 18% Zinkoxid und 0 bis 7% Gadoliniumoxid und/oder 0 bis 7 % Zirkoniumoxid, wobei das Gadoliniumoxid und Zirkoniumoxid so enthalten sind, dass der Gesamtgehalt davon 0,5 bis 12% ist und das einen Refraktionsindex n¶d¶ von 1,67 bis 1,71, eine Abbe-Zahl nu¶d¶ von 50 bis 55, eine Liquidustemperatur L.T. von weniger als 950 DEG C und eine Glasübergangstemperatur Tg von 545 DEG C oder weniger aufweist.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Glas zum Präzisionspressformen, ein optisches Teil und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Genauer ausgedrückt betrifft diese Erfindung ein optisches Glas, das zur Herstellung eines optischen Teils mit hohem Refraktionsvermögen und niedriger Dispersion durch Präzisionspressformen geeignet ist, ein optisches Teil, das die obigen Eigenschaften aufweist und aus dem obigen Glas hergestellt ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Teils aus dem Glas mit einer guten Massenproduktivität durch Präzisionspressformen.

Das Präzisionspressformen eines Glases ist ein Verfahren, bei dem eine Glasvorform bei hoher Temperatur in einer Form mit einem vorbestimmten Hohlraum pressgeformt wird, unter Erhalt eines aus Glas geformten Gegenstandes mit der Form eines Endproduktes oder einer Form, die einem Endprodukt sehr ähnlich ist und mit einer Oberflächengenauigkeit. Entsprechend dem Präzisionspressformen können Formgegenstände mit einer gewünschten Form mit guter Produktivität hergestellt werden.

Im allgemeinen hat ein pressgeformter Gegenstand, der durch das genannte Präzisionspressformen erhalten ist, eine Oberflächenrauhigkeit Rmax von 20 nm oder weniger, eine Genauigkeit des Krümmungsradius von 2 µm oder weniger und eine Formgenauigkeit, die im Hinblick auf eine Einfallstelle gesehen wird, von 0,6 µm oder weniger. Aus diesem Grund werden verschiedene optische Teile aus Glas wie eine sphärische Linse, eine asphärische Linse, ein optisches Gitter, etc. durch Präzisionspressformen hergestellt und verschiedene optische Gläser, die für das Präzisionspressformen geeignet sind, wurden dementsprechend entwickelt.

Für den Erhalt eines optischen Teils aus einem Glas durch Präzisionspressformen ist es erforderlich, eine Glasvorform bei hoher Temperatur presszuformen, so dass eine dafür verwendete Form ebenfalls einer hohen Temperatur ausgesetzt und ein hoher Druck darauf ausgeübt wird. Es ist daher gewünscht, den Erweichungspunkt Ts der Glasvorform möglichst stark zu erniedrigen, um eine Schädigung der Form per se und einer Freisetzungsfolie, die auf einer Innenfläche des Hohlraums der Form vorgesehen ist, zu verhindern.

Wenn eine Glasvorform für Präzisionspressformen hergestellt wird, kann das Glas entglasen, wenn seine Liquidustemperatur L. T. hoch ist, was zu einer geringen Produktivität führt. Es ist daher gewünscht, dass die Liquidustemperatur möglichst niedrig ist.

Die obige Erweichungstemperatur Ts und die Übergangstemperatur Tg eines Glases weisen eine Beziehung zueinander auf, und die Erniedrigung der Erweichungstemperatur Ts bedeutet die Erniedrigung der Glastemperatur Tg.

Als optisches Glas mit einer niedrigen Erweichungstemperatur Ts und einem hohen Refraktionsindex (der ein Refraktionsindex n_d von wenigstens 1,67 bedeuten soll) und einer geringen Dispersion (bedeutet eine Abbe-Zahl ν_d von wenigstens 50) sind (1) ein Glas, umfassend SiO₂-B₂O₃-(Li₂O, Na₂O, K₂O)-ZnO- La₂O (offenbart in JP-A-8-259257) und (2) ein Glas, umfassend SiO₂-B₂O₃-La₂O₃-Gd₂O₃-Li₂O-CaO-BaO (offenbart in dem japanischen Patent 2616958) bekannt.

Jedoch weist das obige Glas (1) die folgenden Nachteile auf. Wenn Versuche gemacht werden, ein optisches Glas mit einer Abbe-Zahl ν_d von wenigstens 50 zu erhalten, weist das obige Glas (1) eine Liquidustemperatur L. T. von 1000°C auf, so dass die Massenproduktionsfähigkeit schlecht ist, oder es entglast leicht, so dass es eine schlechte Massenproduktivität aufweist.

Das obige Glas (2) weist den Nachteil auf, dass dann, wenn Versuche gemacht werden, um ein optisches Glas mit einem Refraktionsindex n_d von wenigstens 1,67 zu erhalten, dessen Liquidustemperatur L. T. 1000°C überschreitet, so dass die Massenproduktivität schlecht ist.

Weiterhin offenbart JP-A-60-221338 eine optische Glaszusammensetzung mit einem Refraktionsindex von 1,62 bis 1,85 und einer Abbe-Zahl ν_d von 35 bis 65. Wenn Versuche gemacht werden, ein optisches Glas mit einem Refraktionsindex n_d von wenigstens 1,67 und einer Abbe-Zahl ν_d von wenigstens 50 zu erhalten, weist das obige Glas den Mangel auf, dass kein Glas erhalten werden kann, dessen Liquidustemperatur L. T. und Glasübergangstemperatur Tg ausreichend niedrig sind, d. h. dass kein Glas erhalten werden kann, das eine L. T. von weniger als 950°C oder eine Tg von 545°C oder weniger aufweist.

Angesichts dessen ist es ein Ziel dieser Erfindung, ein präzisionspressformbares Glas anzugeben, das die Eigenschaften eines hohen Refraktionsvermögens und geringer Dispersion aufweist und eine niedrige Glasübergangstemperatur Tg und niedrige Liquidustemperatur L. T. aufweist und das leicht ein gewünschtes optisches Teil durch Präzisionspressformen ergeben kann.

Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, ein optisches Teil anzugeben, das aus dem obigen Glas hergestellt ist und die genannten Eigenschaften aufweist.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung eines optischen Teils aus dem obigen Glas mit gutem Produktionsvermögen durch Präzisionspressformen herzustellen.

Diese Erfinder haben intensive Untersuchungen zum Erreichen des obigen Ziels durchgeführt und als Ergebnis folgendes festgestellt. Zinkoxid wirkt stark auf die Erniedrigung von Tg, und insbesondere wenn der Gesamtgehalt von Zinkoxid und Lithiumoxid eine bestimmte Menge übersteigt, wird eine starke Wirkung auf die Erniedrigung des Tg-Wertes erzeugt. Weiterhin wurde ebenfalls festgestellt, dass ein Glas mit einem vorbestimmten Gehalt von spezifischen Komponenten als essentiellen Komponenten und wahlweisen Komponenten als Glas zum Präzisionspressformen geeignet ist, wodurch das obige Ziel erreicht wurde. Es wurde weiter festgestellt, dass ein optisches Teil mit den Eigenschaften eines hohen Refraktionsvermögens und niedriger Dispersion mit guter Produktivität durch Präzisionspressformen des obigen Glases erhalten werden kann.

Diese Erfindung wurde auf der Grundlage dieser Feststellungen vollendet.

Erfindungsgemäß wird ein Glas zum Präzisionspressformen angegeben, das, als Gewichtsprozent ausgedrückt, umfasst: 26 bis 39% Boroxid, 16 bis 26% Lanthanoxid, 4 bis 11% Yttriumoxid, 3 bis 17% Siliziumoxid, 3 bis 7% Lithiumoxid, 2 bis 17% Calciumoxid, 5 bis 18% Zinkoxid und 0 bis 7% Gadoliniumoxid und/oder 0 bis 7% Zirkoniumoxid, wobei das Gadoliniumoxid und Zirkoniumoxid so enthalten sind, dass der Gesamtgehalt davon 0,5 bis 12% ist, das weiterhin, bezogen als Gew.-%, 0 bis 3% Natriumoxid, 0 bis 3% Kaliumoxid, 0 bis 3% Magnesiumoxid, 0 bis 3% Strontiumoxid, 0 bis 7% Bariumoxid, 0 bis 4% Tantaloxid, 0 bis 3% Aluminiumoxid, 0 bis 3% Ytterbiumoxid, 0 bis 4% Niobiumoxid, 0 bis 2% Titanoxid, 0 bis 2% Antimonoxid und 0 bis 2% Arsenoxid, und das einen Refraktionsindex n_d von 1,67 bis 1,71, eine Abbe- Zahl ν_d von 50 bis 55, eine Liquidustemperatur L. T. von weniger als 950°C und eine Glasübergangstemperatur Tg von 545°C oder weniger aufweist.

Erfindungsgemäß wird ebenfalls ein optisches Teil angegeben, das durch das Präzisionspressformen des oben angegebenen Glases erzeugt ist.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung eines optischen Teils angegeben, umfassend das Erwärmen des obigen präzisionspressformbaren Glases zum Erweichen, Pressformen des erweichten Glases mit einem oberen Formteil und einem unteren Formteil, die einen Hohlraum mit einer vorbestimmten Form bilden, und dadurch Übertragen der Hohlraumformen und Oberflächengenauigkeit des oberen und unteren Formteils auf das erweichte Glas.

Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt einer Präzisionspressformmaschine als ein Beispiel.

Das präzisonspressformbare Glas (nachfolgend manchmal mit optisches Glas bezeichnet) umfasst, bezogen auf Gew.-%, als essentielle Komponenten 26 bis 39% Boroxid, 16 bis 26% Lanthanoxid, 4 bis 11% Yttriumoxid, 3 bis 17% Siliziumoxid, 3 bis 7% Lithiumoxid, 2 bis 17% Calciumoxid, 5 bis 18% Zinkoxid und 0 bis 7% Gadoliniumoxid und/oder 0 bis 7% Zirkonoxid, wobei das Gadoliniumoxid und das Zirkoniumoxid in einer solchen Menge enthalten sind, dass der Gesamtgehalt davon 0,5 bis 12% ist.

Weil das obige optische Glas angemessen als Lanthan-Kronglas klassifiziert wird, ist Boroxid als Glasbildungskomponente essentiell. Wenn der Gehalt von Boroxid weniger als 26 Gew.-% ist, kann das Glas eine Verminderung der Entglasungsresistenz zeigen. Wenn er 39 Gew.-% übersteigt, ist es schwierig, ein optisches Glas mit hohem Refaktonsvermögen zu erhalten.

Weiterhin sind Lanthanoxid und Yttriumoxid essentielle Komponenten für den Erhalt eines optischen Glases mit hohem Refraktionsvermögen und niedriger Dispersion (Lanthan- Kronglas). Wenn der Gehalt an Lanthanoxid weniger als 16 Gew.-% ist, oder wenn der Gehalt an Yttriumoxid weniger als 4 Gew.-% ist, ist es schwierig, ein Glas mit hohem Refraktionsvermögen und geringer Dispersion zu erhalten, selbst wenn diese Komponenten eingefügt sind. Wenn der Gehalt an Lanthanoxid 26 Gew.-% übersteigt oder wenn der Gehalt an Yttriumoxid 11 Gew.-% übersteigt, kann das Glas eine Verminderung der Entglasungsresistenz zeigen.

Siliziumoxid ist erfindungsgemäß essentiell, weil dies eine Komponente ist, die ein B₂O₃-La₂O₃-haltiges Glas bei der Entglasungsresistenz verbessert, wenn es in das Glas eingefügt wird. Wenn der Gehalt an Siliziumoxid weniger als 3 Gew.-% ist, ist es schwierig, die obige Wirkung zu erzeugen. Wenn er 17 Gew.-% übersteigt, ist es schwierig, ein optisches Glas mit einem hohen Refraktionsindex n_d zu erhalten.

Lithiumoxid ist als Komponente für die Erniedrigung der Glasübergangstemperatur Tg essentiell. Wenn der Gehalt an Lithiumoxid weniger als 3 Gew.-% ist, kann die Glasübergangstemperatur Tg 545°C übersteigen. Wenn die Glasübergangstemperatur Tg 545°C übersteigt, ist das Glas als Glasmaterial für die Erzeugung eines gewünschten Formgegenstandes durch Präzisionspressformen ungeeignet. Wenn der Lithiumoxidgehalt 7 Gew.-% übersteigt, kann sich die Entglasungsresistenz des Glases verschlechtern.

Calciumoxid ist erfindungsgemäß essentiell, weil es eine Wirkung zur Verbesserung des Glases im Hinblick auf die Entglasungsresistenz aufweist, während das hohe Refraktionsvermögen und die geringe Dispersion des B₂O₃- La₂O₃-haltigen Glases beibehalten wird. Wenn der Gehalt an Calciumoxid weniger als 2 Gew.-% ist, ist es schwierig, die obige Wirkung zu erhalten. Wenn er 17 Gew.-% übersteigt, ist es schwierig, ein optisches Glas mit einem hohen Refraktionsindex n_d zu erhalten.

Wie Calciumoxid ist Zinkoxid essentiell, weil es eine Wirkung hat, das Glas bezüglich der Entglasungsresistenz zu verbessern, während das hohe Refraktionsvermögen und die geringe Dispersion des B₂O₃-La₂O₃-haltigen Glases beibehalten werden, und weil dieses weiterhin die Glasübergangstemperatur Tg erniedrigt. Wenn der Gehalt an Zinkoxid weniger als 5 Gew.-% ist, wird die Wirkung, die durch Einfügen von Zinkoxid entfaltet wird, nicht vollständig entfaltet. Wenn er 18 Gew.-% übersteigt, kann sich die Entglasungsresistenz des Glases verschlechtern.

Gadoliniumoxid und Zirkonoxid sind Komponenten, die das Glas bezüglich der Entglasungsresistenz verbessern, wenn sie jeweils in einer angemessenen Menge eingefügt sind. Erfindungsgemäß wird daher zumindest eine dieser beiden Komponenten eingefügt. Wenn Gadoliniumoxid alleine eingefügt wird oder wenn der Gehalt an Gadoliniumoxid 7 Gew.-% übersteigt, kann sich umgekehrt die Entglasungsresistenz des Glases verschlechtern. Wenn Zirkoniumoxid alleine eingefügt wird, und wenn der Zirkoniumoxidgehalt 7 Gew.-% übersteigt, kann sich die Entglasungsresistenz des Glases verschlechtern. Wenn der Gesamtgehalt an Gadoliniumoxid und Zirkoniumoxid weniger als 0,5 Gew.-% ist oder wenn der Gesamtgehalt 12 Gew.-% übersteigt, kann sich die Liquidustemperatur L. T. des Glases erhöhen.

Wenn das obige Lithiumoxid und Zinkoxid so eingefügt sind, dass der Gesamtgehalt davon 10 bis 21 Gew.-% ist, hat das optische Glas als ein B₂O₃-La₂O₃-haltiges Glas eine sehr niedrige Tg, wenn das optische Glas in den Konstantenbereichen des hohen Refraktionsvermögens und geringer Dispersion vorliegt, wobei der Refraktionsindex 1,67 bis 1,71 und die Abbe-Zahl 50 bis 55 sind. Wenn der Gesamtgehalt an Lithiumoxid und Zinkoxid 11 bis 17 Gew.-% ist, hat das optische Glas die niedrigste Tg, die für ein B₂O₃- La₂O₃-haltiges optisches Glas als möglich angesehen wird.

Wenn das obige Lanthanoxid und Yttriumoxid so eingefügt werden, dass der Gesamtgehalt davon 23 bis 36 Gew.-% ist, hat das optische Glas als B₂O₃-La₂O₃-haltiges Glas eine sehr niedrige L. T., wenn das optische Glas die oben angesprochenen Bereiche des Refraktionsindices von 1,67 bis 1,71 und die Abbe-Zahl von 50 bis 55 aufweist. Wenn der Gesamtgehalt an Lanthanoxid und Yttriumoxid 26 bis 36 Gew.-% ist, hat das optische Glas die niedrigste L. T., die für ein B₂O₃-La₂O₃- haltiges optisches Glas als möglich angesehen wurde.

Wenn die obigen essentiellen Komponenten in den obigen Mengenbereichen kombiniert werden oder wenn andere Komponenten (wahlweise Komponenten) weiter nach Bedarf eingefügt werden, kann ein optisches Glas mit einem Refraktionsindex n_d von 1,67 bis 1,71, einer Abbe-Zahl ν_d von 50 bis 55, einer Liquidustemperatur L. T. von weniger als 950°C, bevorzugt 940°C oder weniger, einer Glasübergangstemperatur Tg von 545°C oder weniger, bevorzugt 540°C oder weniger, mehr bevorzugt 535°C oder weniger und einer Glaserweichungstemperatur Ts im allgemeinen von 585°C oder weniger, bevorzugt 575°C oder weniger erhalten werden.

Das präzisionspressformbare Glas dieser Erfindung kann als wahlweise Komponenten 0 bis 3% Natriumoxid, 0 bis 3% Kaliumoxid, 0 bis 3% Magnesiumoxid, 0 bis 3% Strontiumoxid, 0 bis 7% Bariumoxid, 0 bis 4% Tantaloxid, 0 bis 3% Aluminiumoxid, 0 bis 3% Ytterbiumoxid, 0 bis 4% Nioboxid, 0 bis 2% Titanoxid, 0 bis 2% Antimonoxid und 0 bis 2% Arsenoxid, jeweils als Gew.-% enthalten.

Natriumoxid und Kaliumoxid dienen als wahlweise Komponenten zur Erniedrigung der Glasübergangstemperatur Tg. Wenn der Gehalt an Natriumoxid 3 Gew.-% übersteigt, kann sich jedoch die Entglasungsresistenz des Glases verschlechtern. D. h. die Liquidustemperatur L. T. des Glases kann sich erhöhen. Gleichermassen, wenn der Gehalt an Kaliumoxid 3 Gew.-% übersteigt, kann sich die Entglasungsresistenz des Glases verschlechtern, und die Liquidustemperatur des Glases kann sich erhöhen.

Die optischen Konstanten (n_d und ν_d) des Glases können eingestellt werden, indem die Gehalte an Magnesiumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid, Tantaloxid und Aluminiumoxid aus den obigen Mengenbereichen ausgewählt werden. Wenn der Gehalt einer dieser Komponenten den dafür angegebenen Mengenbereich überschreitet, kann sich die Liquidustemperatur L. T. des Glases erhöhen und die Entglasungsresistenz erniedrigen.

Ytterbiumoxid und Nioboxid verbessern das Glas bezüglich der Entglasungsresistenz, wenn sie in angemessenen Mengen eingefügt werden. Wenn der Gehalt einer dieser Komponenten den angegebenen Mengenbereich übersteigt, kann sich die Entglasungsresistenz des Glases verschlechtern.

Arsenoxid und Antimonoxid dienen als Entschäumungsmittel oder Klärmittel, wenn sie in angemessenen Mengen eingefügt werden. Wenn der Gehalt einer dieser Komponenten den angegebenen Mengenbereich überschreiten, kann sich jedoch die Liquidustemperatur L. T. des Glases erhöhen und die Entglasungsresistenz des Glases verschlechtern.

Titanoxid ist eine Komponente, die zur Verbesserung der chemischen Haltbarkeit des Glases wirksam ist. Wenn der Gehalt an Titanoxid 2 Gew.-% übersteigt, kann das Glas gefärbt werden.

Wenn der Refraktionsindex n_d, die Abbe-Zahl ν_d, die Liquidustemperatur L. T., die Glasübergangstemperatur Tg und die Glaserweichungstemperatur Ts berücksichtigt werden, ist das präzisionspressformbare Glas bevorzugt ein Glas, das, bezogen auf Gew.-%, 30 bis 36% Boroxid, 18 bis 25% Lanthanoxid, 6 bis 10% Yttriumoxid, 6 bis 10% Siliziumoxid, 3 bis 6% Lithiumoxid, 6 bis 12% Calciumoxid, 7 bis 13% Zinkoxid und 0 bis 4% Gadoliniumoxid und/oder 0 bis 5% Zirkonoxid, wobei das Gadoliniumoxid und Zirkonoxid so enthalten sind, dass der Gesamtgehalt davon 2 bis 8% ist, enthält, und das weiterhin, bezogen auf Gew.-%, 0 bis 2% Natriumoxid, 0 bis 2% Kaliumoxid, 0 bis 2% Magnesiumoxid, 0 bis 2% Strontiumoxid, 0 bis 6% Bariumoxid, 0 bis 3% Tantaloxid, 0 bis 3% Aluminiumoxid, bis 3% Ytterbiumoxid, 0 bis 3% Nioboxid, 0 bis 2% Titanoxid, 0 bis 1% Antimonoxid und 0 bis 1% Arsenoxid enthält.

Das präzisionspressformbare Glas hat einen Refraktionsindex n_d, eine Abbe-Zahl ν_d, eine Liquidustemperatur L. T., eine Glasübergangstemperatur Tg und eine Glaserweichungstemperatur Ts in den angegebenen Bereichen, so dass präzisionspressformbare Gegenstände mit hohem Refraktionsvermögen und geringer Dispersion mit guter Produktivität erhalten werden kann.

Das optische Glas kann nicht nur als Material zum Präzisionspressformen, sondern ebenfalls als pressformbares Material oder als Material für den Erhalt eines gewünschten Formgegenstandes durch Maschinenverarbeitung, Schleifen oder Schneiden verwendet werden.

Das erläuterte präzisionspressformbare Glas kann wie folgt erhalten werden. Zunächst werden vorbestimmte Mengen der vorbestimmten Ausgangsmaterialien in Abhängigkeit von der beabsichtigten Glaszusammensetzung gewogen und vermischt, zur Herstellung eines formulierten Ausgangsmaterials. Dann wird das formulierte Ausgangsmaterial in einem Ofen, der auf ungefähr 1150 bis 1350°C erwärmt ist, zur Bildung einer Glasschmelze geschmolzen, und das Glas wird geklärt und dann gerührt, unter Bildung einer homogenen Glasschmelze. Die homogene Glasschmelze wird in eine gewünschte Form gebracht und graduell gekühlt, wobei das präzisionspressformbare Glas erhalten werden kann. Für die obigen Vorgehensweisen können B₂O₃, H₃BO₃ oder dgl. als Ausgangsmaterial für Boroxid verwendet werden, Al₂O₃, Al(OH)₃ etc. kann als Ausgangsmaterial für Aluminiumoxid verwendet werden, und Carbonate, Nitrate, Oxide, etc. von Kationenatomen zur Bildung der anderen Komponenten können als Ausgangsmaterialen für die anderen Komponenten nach Bedarf verwendet werden.

Das optische Teil wird durch Präzisionspressformen des obigen Glases erhalten, und das optische Teil ist nicht speziell beschränkt, solange es durch Pressformen erhalten werden kann. Beispiele des optischen Teils umfassen Glaslinsen wie eine sphärische Linse, asphärische Linse und optische Elemente wie ein Prisma. Von diesen sind Glaslinsen als optische Teile bevorzugt. Bezüglich der Form des optischen Glases, das zum Pressformen verwendet wird, gibt es keine Beschränkung. Die Form des optischen Glases umfasst eine sphärische, marmorierte, Platten-, Säulen-, und ähnliche Formen und die Form wird nach Bedarf ausgewählt.

Das Verfahren zur Erzeugung des optischen Teils wird nachfolgend erläutert.

Das Verfahren zur Erzeugung eines optischen Teils umfasst das Erwärmen des obigen optischen Glases zum Erweichen und das Pressformen des erweichten optischen Glases in einer Form, die einen Hohlraum mit einer vorbestimmten Form aufweist und ein oberes Formteil und ein unteres Formteil, wenn das optische Glas eine verhältnismässig hohe Viskosität, z. B. 10⁵ bis 10⁸ Pas aufweist, zum Übertragen der Form und der Oberflächengenauigkeit des Formhohlraumes auf das erweichte Glas. Der somit erhaltene Formgegenstand hat eine Oberflächenrauhigkeit Rmax von 20 nm oder weniger, eine Krümmungsradiusgenauigkeit von 2 µm oder weniger und eine Formgenauigkeit, die im Hinblick auf eine Einfallstelle gesehen wird, von 0,6 µm oder weniger, und im Prinzip erfordert der Formgegenstand nach dem Pressformen kein Polieren. Jedoch kann der Formgegenstand in gewissem Maße nach Bedarf poliert werden. Irgendein anderer Bereich als die Oberfläche mit optischer Funktion wie ein Umgebungsbereich kann einer Nachbehandlung bis zu einem gewünschten Durchmesser unterworfen werden.

Bei dem Verfahren zur Erzeugung eines optischen Teils kann ein konventionelles Präzisionspressverfahren unter Verwendung eines oberen und eines unteren Formteils angewandt werden. Es kann eine Vielzahl von Präzisionspressformmaschinen angewandt werden, wie eine Präzisionspressformmaschine, die in Fig. 1 gezeigt ist.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Beispiels von Präzisionspressformmaschinen. In der Präzisionspressformmaschine 1, die in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Form 4 mit einem oberen Formteil 4a, einem unteren Formteil 4b und einer Führungsform (Hülse) 4c auf einem Tragbett 3 angeordnet, das an einem Ende einer Tragsäule 2 vorgesehen ist. Ein zu formendes Material (Glasvorform) 5 wird auf die Formoberfläche des unteren Formteils 4b angeordnet, und das obere Formteil 4a wird darauf vorgesehen, und dann werden diese in ein Quarzrohr 7 mit einer um dessen Umfang gewickelten Heizvorrichtung 6 angeordnet. Das obere Formteil 4a dient als bewegbares Formteil, und wenn das Präzisionspressformen durchgeführt wird, wird eine Beladung senkrecht oberhalb von dem oberen Formteil 4a mit einer Presssäule 8 ausgeübt. Im Inneren des unteren Formteils 4b ist ein Thermofühler 9 durch die Tragsäule 2 und das Tragbett 3 eingeführt. Die Temperatur der Form 4 wird durch den Thermofühler 9 aufgezeichnet. Das zu formende Material (Glasvorform) 5 weist die Form beispielsweise einer Kugel auf.

Beim Präzisionspressformen mit Hilfe der Präzisionspressformmaschine 1 wird die Heizvorrichtung 6 elektrisch angemacht, um die Form 4 in dem Quarzrohr 7 und dem zu formenden Material (Glasvorform) 5 in der Form 4 auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, d. h. bis das zu formende Material (Glasvorform) 5 eine Viskosität von beispielsweise etwa 10⁵ bis 10⁸ Pa s (Pascal-Sekunden) aufweist und dann wird die Presssäule 8 abgesenkt, zum Pressen des oberen Formteils 4a von oben, wodurch das zu formende Material (Glasvorform) 5 in der Form 4 gepresst wird. Der Druck und die Druckzeit zum Formen können angemessen bestimmt werden, wobei die Viskosität des formenden Materials (Glasvorform) 5 und dgl. berücksichtigt werden. Zum Beispiel wird der obige Druck bei 5 bis 20 MPa eingestellt, und die Presszeit beträgt 10 bis 120 s. Nach dem Pressen weist der Formgegenstand eine Temperatur von etwa seiner Glasübergangstemperatur auf, und dann wird der Formgegenstand aus der Form 4 herausgenommen und weiter gekühlt, wodurch ein gewünschtes optisches Teil erhalten werden kann.

Wenn die Temperatur zum Pressformen ungefähr 650°C oder weniger ist, kann die thermische Verschlechterung der Form leicht verhindert werden. Und wenn das Glas eine Erweichungstemperatur Ts von ungefähr 585°C oder weniger hat, kann die Temperatur zum Pressformen bei etwa 635°C oder weniger eingestellt werden. Wie bereits beschrieben, kann das optische Glas leicht einen Formgegenstand mit einem Refraktionsindex n_d von 1,67 bis 1,71, einer Abbe-Zahl ν_d von 50 bis 55 und einer Erweichungstemperatur Ts von ungefähr 585°C oder weniger ergeben.

Im Hinblick auf das optische Teil, das durch Präzisionspressformen des optischen Glases erzeugt ist, können optische Teile mit einem hohen Refraktionsvermögen und geringer Dispersion leicht in Masse erzeugt werden.

Wenn das Verfahren zum Beispiel zur Erzeugung einer Glaslinse verwendet wird, können erzeugte Glaslinsen mit unterschiedlichen Größen wie eine große Linse mit einem Durchmesser von mehr als 20 mm, eine kleine Linse mit einem Durchmesser von 20 mm oder weniger, eine Mikrolinse mit einem Durchmesser von 12 mm oder weniger und eine Ultramikrolinse mit einem Durchmesser von 8 mm oder weniger hergestellt werden. Diese Linsen können in Kameras und VTR eingeführt werden.

Diese Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben.

In den Beispielen wurden die optischen Gläser bezüglich der physikalischen Eigenschaften wie folgt gemessen.

(1) Refraktionsindex n_d und Abbe-Zahl ν_d

Eine Glasschmelze, die in eine Gussform gegossen war, wurde graduell bei einer Temperaturerniedrigungsrate von -30°C pro Stunde gekühlt, unter Erhalt einer optischen Glasprobe, und die optische Glasprobe wurde gemessen.

(2) Erweichungstemperatur Ts

Gemessen bei einer Temperaturerhöhungsrate von 8°C/min mit einer thermischen Expansionsmessanlage.

(3) Übergangstemperatur Tg

Gemessen bei einer Temperaturerhöhungsrate von 8°C/min mit einer thermischen Expansionsmessanlage.

(4) Liquidustemperatur L. T.

Proben in einer vorbestimmten Zahl wurden bei den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellt, und diese Proben wurden einen Entglasungstestofen mit einem Temperaturgradienten von 500 bis 1100°C gegeben und 30 min lang gehalten und dann auf Raumtemperatur gekühlt. Diese Proben wurden durch ein Mikroskop mit einer Vergrößerung von 100 Durchmessern für die Kristallerzeugung beobachtet. Die niedrigste Entglasungstesttemperatur, bei der kein Kristall beobachtet wurde, wurde als Liquidustemperatur genommen.

Beispiele 1 bis 21 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5

In jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel wurden die Mengen von vorbestimmten Ausgangsmaterialien gewogen, unter Erhalt einer Glaszusammensetzung, wie in den Tabellen 1 bis 5 gezeigt ist, und diese Ausgangsmaterialien wurden zur Herstellung eines formulierten Ausgangsmaterials vermischt. Bei jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel wurde das oben formulierte Ausgangsmaterial in einem Schmelzofen mit einer Temperatur von 1150 bis 1350°C geschmolzen, unter Erhalt einer Glasschmelze, die Glasschmelze wurde geklärt, durch Rühren homogenisiert, dann in eine Form gegossen und anschließend graduell gekühlt, unter Erhalt eines optischen Glases.

Bei der obigen Vorgehensweise wurde H₃BO₃ als Ausgangsmaterial für Boroxid verwendet, Al(OH)₃ wurde als Ausgangsmaterial für Aluminiumoxid verwendet und Carbonate, Nitrate oder Oxide von Kationenatomen zur Erzeugung der anderen Komponenten (Oxide) wurden als Ausgangsmaterialien für die anderen Komponenten verwendet.

Die Tabellen 1 bis 5 zeigen physikalische Eigenschaften der erhaltenen optischen Gläser.

Die Gläser der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 weisen Zusammensetzungen auf, die in den Beispielen 17, 18, 20, 21 und 22 von JP-A-60-221338 beschrieben sind.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

Wie aus den Tabellen 1 bis 5 klar ersichtlich ist, sind die optischen Gläser bei den Beispielen 1 bis 21 B₂O₃-La₂O₃- haltige Gläser, die ein hohes Refraktionsvermögen und eine niedrige Dispersion aufweisen, wie einen Refraktionsindex n_d in dem Bereich von 1,67 bis 1,71 und eine Abbe-Zahl ν_d in dem Bereich von 50 bis 55 und die eine Ts von 585°C oder weniger, eine Tg von 545°C oder weniger und eine L. T. von weniger als 950°C aufweisen, so dass diese Gläser Eigenschaften aufweisen, die als Präzisionspressformmaterialien geeignet sind. Wenn der Gehalt der Glaszusammensetzung bei den optischen Gläsern, die bei den Beispielen 2 bis 21 erhalten sind, auf die beschriebenen Bereiche des Gehaltes beschränkt sind, ist die Ts 575°C oder weniger, die Tg 545°C oder weniger, mehr bevorzugt 535°C oder weniger, und L. T. war 940°C oder weniger.

Bei den Gläsern der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 4 übersteigt der Lanthanoxidgehalt 26 Gew.-% und der Zinkoxidgehalt ist weniger als 5 Gew.-%, so dass die Tg und die L. T. hoch sind. Bei dem Glas von Vergleichsbeispiel 3 übersteigt der Yttriumgehalt 11 Gew.-%, und kein Zinkoxid ist enthalten, so dass die Tg und L. T. hoch sind. Bei dem Glas des Vergleichsbeispiels 5 übersteigt der Lanthanoxidgehalt 26 Gew.-%, der Lithiumoxidgehalt ist weniger als 3 Gew.-%, Siliciumoxid ist nicht enthalten, und weiterhin sind GeO₂ und HfO₂ in beachtlichen Mengen enthalten. Als Ergebnis ist die L. T, sehr hoch und die Tg ist ebenfalls sehr hoch.

Weil die optischen Gläser mit den in den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 gezeigten Zusammensetzungen hohe Liquidustemperaturen L. T. und hohe Übergangstemperaturen Tg aufweisen, wie oben beschrieben, weisen die Gläser per se eine schlechte Massenproduktivität auf. Es ist daher schwierig, gewünschte Formgegenstände in Masse zu produzieren, selbst wenn diese optischen Gläser als Material zum Pressformen oder als Material zum Präzisionspressformen verwendet werden.

Beispiel 22 Herstellung eines präzisionspressformbaren Materials

Eine Formgebungsform wurde vorgesehen. Die Form hatte einen konkaven Bereich mit einer vorbestimmten Form und ein enges Loch, das in einem Boden des konkaven Bereiches gemacht ist und zum Blasen eines Gases verwendet wird. Die Seitenwand des konkaven Bereiches war vertikal nach oben gerichtet (vertikal nach oben während der Verwendung) in der Form einer Trompete weit offen. Weiterhin wurde eine Glasschmelze hergestellt, die ein optisches Glas mit der gleichen Zusammensetzung wie das optische Glas gemäß Beispiel 1 ergeben konnte. Ein geformter sphärischer Gegenstand wurde aus der obigen Glasschmelze entsprechend dem in JP-B-7-51446 beschriebenen Verfahren erhalten.

Die Formgebung wurde unter den gleichen Formgebungsbedingungen wie bei "Experimental Result 1" in der obigen JP-B-7-51446 durchgeführt. Das heißt, der konkave Bereich der obigen Form hatte einen "Verbreitungswinkel θ" von 15°, und das obige enge Loch hatte einen Durchmesser von 2 mm. Die Glasschmelze war zu einer Position vertikal oberhalb der Formgebungsform durch ein Ausflussrohr mit einem Ausgang, der vertikal nach unten angeordnet war und einen Innendurchmesser von 1 mm und einen äußeren Enddurchmesser von 2,5 mm aufwies, gerichtet, und konnte natürlich fallen, während die Viskosität davon bei 0,8 Pas gehalten wurde. Von dem engen Loch zum Blasen eines Gases, das in der Formgebungsform vorhanden war, konnte Luft mit einer Rate von 1 l/min vorher hereinblasen, und das Blasen von Luft wurde fortgesetzt, bis die Glasmasse, die natürlich von dem Ausflussrohr tropfen konnte, vollständig gekühlt war.

Unter diesen Bedingungen wurde die Glasmasse, die natürlich zum Tropfen gebracht war, in dem konkaven Bereich nahezu ohne Kontaktieren der inneren Oberfläche des konkaven Bereiches erhalten und wurde in einem leicht schwimmenden Zustand rotiert, ohne dass sie mit irgendetwas in Kontakt gelangte, unter Bildung einer Kugel.

Das somit geformte sphärische Material weist die Form einer Kugel mit einer sphärischen Gestalt auf, die durch einen Durchmesser von 4,92 mm ± 0,04 mm definiert ist, und es wurde weder ein Kratzer noch eine Verschmutzung auf der Oberfläche davon festgestellt. Das somit geformte Material ist als Material für den Erhalt einer asphärischen Linse mit hohem Refraktionsvermögen und geringer Dispersion durch Präzisionspressformen (präzisionspressformbares Material) geeignet.

Beispiele 23-25 Erzeugung eines optischen Teils

Das präzisionspressformbare Material, das gemäß Beispiel 22 erhalten wurde, wurde als zu formendes Material verwendet. In dem Zustand, bei dem das Material auf eine Temperatur erwärmt wurde, bei der es eine Viskosität (Glasviskosität) von 10⁸ Pas aufwies, wurde das Material bei einem Pressdruck von 10 MPa und einer Presszeit von 60 s (Beispiel 23) präzisionspressgeformt. Gleichermaßen wurde das Material in einen Zustand, bei dem das zu formende Material auf eine Temperatur erwärmt wurde, bei der es eine Viskosität (Glasviskosität) von 10⁵ Pas hatte, das Material bei einem Pressdruck von 10 MPa und einer Presszeit von 60 s präzisionspressgeformt. Gleichermaßen wurde das Material in einem Zustand, bei dem das zu formende Material auf eine Temperatur erwärmt wurde, bei der es eine Viskosität (Glasviskosität) von 10^6,5 Pa.s hatte, das Material bei einem Pressdruck von 10 MPa und einer Presszeit von 60 s (Beispiel 25) präzisionspressgeformt. Das obige Präzisionspressformen wurde mit Hilfe einer Präzisionspressformmaschine gemäß Fig. 1 durchgeführt, wodurch asphärische Linsen erhalten wurden.

Die obigen asphärischen Linsen waren Produkte, die eine sehr hohe Genauigkeit aufwiesen und als optisches Element, das ein Endprodukt war, in eine optische Maschine ohne Polieren eingefügt werden konnte.

Das präzisionspressformbare Glas dieser Erfindung weist ein hohes Refraktionsvermögen und eine geringe Dispersion auf und hat ebenfalls eine niedrige Glasübergangstemperatur Tg und niedrige Liquidustemperatur L. T., so dass es leicht optische Teile mit ausgezeichneten optischen Eigenschaften durch Präzisionspressformen ergeben kann.

Claims (12)

1. Präzisionspressformbares Glas, umfassend, ausgedrückt als Gewichtsprozent: 26 bis 39% Boroxid, 16 bis 26% Lanthanoxid, 4 bis 11% Yttriumoxid, 3 bis 17% Siliziumoxid, 3 bis 7% Lithiumoxid, 2 bis 17% Calciumoxid, 5 bis 18% Zinkoxid und 0 bis 7% Gadoliniumoxid und/oder 0 bis 7% Zirkoniumoxid, wobei das Gadoliniumoxid und Zirkoniumoxid so enthalten sind, dass der Gesamtgehalt davon 0,5 bis 12% ist, das weiterhin, bezogen als Gew.-% 0 bis 3% Natriumoxid, 0 bis 3% Kaliumoxid, 0 bis 3% Magnesiumoxid, 0 bis 3% Strontiumoxid, 0 bis 7% Bariumoxid, 0 bis 4% Tantaloxid, 0 bis 3% Aluminiumoxid, 0 bis 3% Ytterbiumoxid, 0 bis 4% Niobiumoxid, 0 bis 2% Titanoxid, 0 bis 2% Antimonoxid und 0 bis 2% Arsenoxid enthält, und das einen Refraktionsindex n_d von 1,67 bis 1,71, eine Abbe-Zahl ν_d von 50 bis 55, eine Liquidustemperatur L. T. von weniger als 950°C und eine Glasübergangstemperatur Tg von 545°C oder weniger aufweist.

2. Präzisionspressformbares Glas nach Anspruch 1, umfassend, als Gewichtsprozent: 30 bis 36% Boroxid, 18 bis 25% Lanthanoxid, 6 bis 10% Yttriumoxid, 6 bis 10% Siliziumoxid, 3 bis 6% Lithiumoxid, 6 bis 12% Calciumoxid, 7 bis 13% Zinkoxid und 0 bis 4% Gadoliniumoxid und/oder 0 bis 5% Zirkoniumoxid, wobei das Gadoliniumoxid und Zirkoniumoxid so enthalten sind, dass der Gesamtgehalt davon 2 bis 8% ist, das weiterhin, bezogen als Gew.-%, 0 bis 2% Natriumoxid, 0 bis 2% Kaliumoxid, 0 bis 2% Magnesiumoxid, 0 bis 2% Strontiumoxid, 0 bis 6% Bariumoxid, 0 bis 3% Tantaloxid, 0 bis 3% Aluminiumoxid, 0 bis 3% Ytterbiumoxid, 0 bis 3% Niobiumoxid, 0 bis 2% Titanoxid, 0 bis 1% Antimonoxid und 0 bis 1% Arsenoxid enthält, und das einen Refraktionsindex n_d von 1,67 bis 1,71, eine Abbe-Zahl ν_d von 50 bis 55, eine Liquidustemperatur L. T. von weniger als 950°C und eine Glasübergangstemperatur Tg von 545°C oder weniger aufweist.

3. Präzisionspressformbares Glas nach Anspruch 1 oder 2, worin der Gesamtgehalt von Lithiumoxid und Zinkoxid 10 bis 21 Gew.-% ist.

4. Präzisionspressformbares Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Gesamtgehalt von Lanthanoxid und Yttriumoxid 23 bis 36 Gew.-% ist.

5. Präzisionspressformbares Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das eine Liquidustemperatur L. T. von 940°C oder weniger aufweist.

6. Präzisionspressformbares Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das eine Glasübergangstemperatur Tg von 540°C oder weniger aufweist.

7. Optisches Teil, erhältlich durch Präzisionspressformen eines präzisionspressformbaren Glases nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Verfahren zur Erzeugung eines optischen Teils, umfassend das Erwärmen des präzisionspressformbaren Glases nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Erweichen, Pressformen des erweichten Glases mit einem oberen und einem unteren Formteil, die einen Hohlraum mit einer vorbestimmten Form bilden, und dadurch Übertragen der Hohlraumformen und der Oberflächengenauigkeit des oberen und des unteren Formteils auf das erweichte Glas.

9. Verfahren nach Anspruch 8, worin das erweichte Glas mit einer Viskosität von 10⁵ bis 10⁸ Pa.s pressgeformt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, worin das optische Teil eine Oberflächenrauhigkeit Rmax von 20 nm oder weniger und eine Krümmungsradiusgenauigkeit von 2 µm oder weniger hat.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, worin das optische Teil nicht poliert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, worin das optische Teil eine Glaslinse ist.