JP2005206427A - 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォームおよびその製造方法、ならびに光学素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 溶解性、プリフォームの成形性に配慮した、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満及びアッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の光学恒数と、低温軟化性を有する精密プレス成形用ガラスとして特に好適な光学ガラスを提供する。
【解決手段】 屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の光学ガラスにおいて、必須成分としてＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物、およびアルカリ土類金属酸化物を含み、重量％表示でＢ２Ｏ３とＳｉＯ２の合計含有量が５２％以上、Ｂ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の割合（ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３）が０．３８〜１．２である光学ガラス、および屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）が上記の範囲にあり、かつ式（１）
νｄ＞２６０−１２６×ｎｄ …（１）
の関係を満たす光学ガラスである。
【選択図】 なし
【解決手段】 屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の光学ガラスにおいて、必須成分としてＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物、およびアルカリ土類金属酸化物を含み、重量％表示でＢ２Ｏ３とＳｉＯ２の合計含有量が５２％以上、Ｂ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の割合（ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３）が０．３８〜１．２である光学ガラス、および屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）が上記の範囲にあり、かつ式（１）
νｄ＞２６０−１２６×ｎｄ …（１）
の関係を満たす光学ガラスである。
【選択図】 なし
Description
本発明は、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満及びアッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の範囲の光学恒数を有すると共に、低温軟化性を有するＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２およびＬａ２Ｏ３を含み、特に精密プレス成形用のガラス素材として好適な光学ガラス、前記光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームとその製造方法、さらに前記ガラス製の光学素子とその製造方法に関するものである。
従来から、屈折率（ｎｄ）が１．６、アッベ数（νｄ）が６０付近の光学ガラスとしていわゆるＳＫ系のガラスが知られている。このようなガラスとして、非特許文献１に記載されているＳＫ１６ガラス（ｎｄ １．６２、νｄ ６０．３）を例示することができる。
しかしながら、これらのガラスは転移温度が６６０℃と高いため、精密プレス成形用のガラスとしては不適当である。上記難点を解消するため、ガラス転移温度を低下しようとするとガラスの耐候性も低下するという問題が生じる。耐候性が低いガラスで精密プレス成形に供するプリフォームを作ると、時間の経過とともにプリフォーム表面が変質し、精密プレスして得られる光学素子の表面がそのような変質層に覆われたものになってしまう。また、耐候性の低いガラスでできた光学素子の表面も時間の経過とともに変質してしまい、性能の著しい低下が生じるのを免れない。
そのため、耐候性を向上しようとするとガラスの溶解性が損なわれたり、溶融ガラスから精密プレス成形用のプリフォームを成形する際の成形性が損なわれるという問題が生じる。
１９９１ ＤＡＴＡ ＢＯＯＫ ＯＦ ＧＬＡＳＳ ＣＯＭＰＯＳＩＴ−ＩＯＮ（ガラス組成データハンドブック）日本硝子製品工業会発行 ９１ページ
しかしながら、これらのガラスは転移温度が６６０℃と高いため、精密プレス成形用のガラスとしては不適当である。上記難点を解消するため、ガラス転移温度を低下しようとするとガラスの耐候性も低下するという問題が生じる。耐候性が低いガラスで精密プレス成形に供するプリフォームを作ると、時間の経過とともにプリフォーム表面が変質し、精密プレスして得られる光学素子の表面がそのような変質層に覆われたものになってしまう。また、耐候性の低いガラスでできた光学素子の表面も時間の経過とともに変質してしまい、性能の著しい低下が生じるのを免れない。
そのため、耐候性を向上しようとするとガラスの溶解性が損なわれたり、溶融ガラスから精密プレス成形用のプリフォームを成形する際の成形性が損なわれるという問題が生じる。
このような事情のもとで、本発明の第１の目的は、上記問題を解消するためのものであり、溶解性、プリフォームの成形性に配慮した、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満及びアッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の範囲の光学恒数と、低温軟化性を有する精密プレス成形用ガラスとして特に好適な光学ガラスを提供することにある。
また、第２の目的は、前記光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームとその製造方法、ならびに光学素子とその製造方法を提供することにある。
また、第２の目的は、前記光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームとその製造方法、ならびに光学素子とその製造方法を提供することにある。
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の光学恒数をもつガラスにおいて、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物、およびアルカリ土類金属酸化物を共存させるとともに、Ｂ２Ｏ３とＳｉＯ２の合計含有量ならびにＢ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の割合（ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３）を所定の範囲にすることにより、あるいはｎｄとνｄが特定の関係式を満たすことにより、優れた耐候性と溶解性を備えた精密プレス成形用ガラスとして好適なガラスが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、
（１）屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の光学ガラスにおいて、
必須成分としてＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物、およびアルカリ土類金属酸化物を含み、重量％表示でＢ２Ｏ３とＳｉＯ２の合計含有量が５２％以上、Ｂ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の割合（ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３）が０．３８〜１．２であることを特徴とする光学ガラス（以下、光学ガラスＩと称す。）、
（２）ガラス成分として、モル％表示で、
Ｂ２Ｏ３ ２５〜５０％、
ＳｉＯ２ １５〜４０％、
Ｌａ２Ｏ３ ０％を超え５％以下、
Ｇｄ２Ｏ３ ０％を超え５％以下、
Ｌｉ２Ｏ ２〜２０％、
Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、
Ｋ２Ｏ ０〜５％、
ＢａＯ ０％を超え１５％以下、
を含む上記（１）項に記載の光学ガラス、
（３）ガラス成分として、モル％表示で、
Ｙ２Ｏ３ ０〜５％、
Ａｌ２Ｏ３ ０〜５％、
ＳｒＯ ０〜１５％、
ＣａＯ ０〜１５％、
ＭｇＯ ０〜１５％、
ＺｎＯ ０〜８％、
ＺｒＯ２ ０〜３％、
を含む上記（２）項に記載の光学ガラス、
（４）屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下であり、かつ屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）の関係が、式（１）
νｄ＞２６０−１２６×ｎｄ …（１）
の関係を満たすことを特徴とする光学ガラス（以下、光学ガラスＩＩと称す。）、
（５）精密プレス成形用のガラス素材に供される上記（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の光学ガラス、
（６）上記（５）項に記載の光学ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォーム、
（７）上記（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の光学ガラスよりなる光学素子、
（８）流出パイプから流出する溶融ガラスから一定重量の溶融ガラス塊を分離、成形する精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
上記（５）項に記載の光学ガラスからなり、前記重量に等しいプリフォームを成形することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（９）光学ガラス製の精密プレス成形用プリフォームを加熱、軟化して精密プレス成形する光学素子の製造方法において、
前記プリフォームが上記（６）項に記載のプリフォームまたは上記（８）項に記載の製造方法により作製されるプリフォームであることを特徴とする光学素子の製造方法、
（１０）プレス成形型にプリフォームを導入し、前記成形型とプリフォームを一緒に加熱し、精密プレス成形する上記（９）項に記載の光学素子の製造方法、および
（１１）プレス成形型とプリフォームを別々に予熱し、予熱したプリフォームを前記成形型に導入して精密プレス成形する上記（９）項に記載の光学素子の製造方法、
を提供するものである。
（１）屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の光学ガラスにおいて、
必須成分としてＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物、およびアルカリ土類金属酸化物を含み、重量％表示でＢ２Ｏ３とＳｉＯ２の合計含有量が５２％以上、Ｂ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の割合（ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３）が０．３８〜１．２であることを特徴とする光学ガラス（以下、光学ガラスＩと称す。）、
（２）ガラス成分として、モル％表示で、
Ｂ２Ｏ３ ２５〜５０％、
ＳｉＯ２ １５〜４０％、
Ｌａ２Ｏ３ ０％を超え５％以下、
Ｇｄ２Ｏ３ ０％を超え５％以下、
Ｌｉ２Ｏ ２〜２０％、
Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、
Ｋ２Ｏ ０〜５％、
ＢａＯ ０％を超え１５％以下、
を含む上記（１）項に記載の光学ガラス、
（３）ガラス成分として、モル％表示で、
Ｙ２Ｏ３ ０〜５％、
Ａｌ２Ｏ３ ０〜５％、
ＳｒＯ ０〜１５％、
ＣａＯ ０〜１５％、
ＭｇＯ ０〜１５％、
ＺｎＯ ０〜８％、
ＺｒＯ２ ０〜３％、
を含む上記（２）項に記載の光学ガラス、
（４）屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下であり、かつ屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）の関係が、式（１）
νｄ＞２６０−１２６×ｎｄ …（１）
の関係を満たすことを特徴とする光学ガラス（以下、光学ガラスＩＩと称す。）、
（５）精密プレス成形用のガラス素材に供される上記（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の光学ガラス、
（６）上記（５）項に記載の光学ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォーム、
（７）上記（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の光学ガラスよりなる光学素子、
（８）流出パイプから流出する溶融ガラスから一定重量の溶融ガラス塊を分離、成形する精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
上記（５）項に記載の光学ガラスからなり、前記重量に等しいプリフォームを成形することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
（９）光学ガラス製の精密プレス成形用プリフォームを加熱、軟化して精密プレス成形する光学素子の製造方法において、
前記プリフォームが上記（６）項に記載のプリフォームまたは上記（８）項に記載の製造方法により作製されるプリフォームであることを特徴とする光学素子の製造方法、
（１０）プレス成形型にプリフォームを導入し、前記成形型とプリフォームを一緒に加熱し、精密プレス成形する上記（９）項に記載の光学素子の製造方法、および
（１１）プレス成形型とプリフォームを別々に予熱し、予熱したプリフォームを前記成形型に導入して精密プレス成形する上記（９）項に記載の光学素子の製造方法、
を提供するものである。
本発明によれば、溶解性、プリフォームの成形性に配慮した、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満およびアッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の範囲の光学恒数と、低温軟化性を有する精密プレス成形用ガラスとして特に好適な光学ガラス、前記光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームとその製造方法、ならびに光学素子とその製造方法を提供することができる。
［光学ガラス］
本発明の光学ガラスには、光学ガラスＩと光学ガラスＩＩの２つの態様がある。まず光学ガラスＩについて説明する。
本発明の光学ガラスＩは、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下であり、必須成分としてＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物、およびアルカリ土類金属酸化物を含み、重量％表示でＢ２Ｏ３とＳｉＯ２の合計含有量が５２％以上、Ｂ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の割合（ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３）が０．３８〜１．２である。
Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２はガラスの網目構造を構成する主要成分である。
Ｌａ２Ｏ３はガラスの耐久性と耐候性を高め、光学恒数を所要の範囲にするための必須成分であるが、１９重量％以上になると目的の屈折率が得にくくなるとともに、アッベ数が減少するおそれがあるため、導入量は１９重量％未満、好ましくは１８重量％以下とするのがよい。
Ｇｄ２Ｏ３はガラスの耐候性を向上させ、光学恒数を所要の範囲にするための必須成分である。なお、ガラス中にＬａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３を共存させることにより、耐失透性を向上させることができる。
本発明の光学ガラスには、光学ガラスＩと光学ガラスＩＩの２つの態様がある。まず光学ガラスＩについて説明する。
本発明の光学ガラスＩは、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下であり、必須成分としてＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物、およびアルカリ土類金属酸化物を含み、重量％表示でＢ２Ｏ３とＳｉＯ２の合計含有量が５２％以上、Ｂ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の割合（ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３）が０．３８〜１．２である。
Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２はガラスの網目構造を構成する主要成分である。
Ｌａ２Ｏ３はガラスの耐久性と耐候性を高め、光学恒数を所要の範囲にするための必須成分であるが、１９重量％以上になると目的の屈折率が得にくくなるとともに、アッベ数が減少するおそれがあるため、導入量は１９重量％未満、好ましくは１８重量％以下とするのがよい。
Ｇｄ２Ｏ３はガラスの耐候性を向上させ、光学恒数を所要の範囲にするための必須成分である。なお、ガラス中にＬａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３を共存させることにより、耐失透性を向上させることができる。
アルカリ金属酸化物はガラスに低温軟化性を付与するための必須成分である。アルカリ金属酸化物としては、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏのうち少なくとも一種を使用することができるが、多量の導入によって液相温度が上昇し、耐候性も低下する。したがって、液相温度の上昇、耐候性の低下を最小限にとどめつつ、低温軟化性をより改善するために、少なくともＬｉ２Ｏを導入することが好ましい。
アルカリ土類金属酸化物は所要の光学恒数を付与するために導入する。アルカリ土類金属酸化物としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのうち少なくとも一種を使用することができる。
さらに必要に応じて、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ２を添加することも可能である。また、清澄剤として合計で０〜１重量％のＳｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３を外割りで添加することもできる。
ただし、環境影響への配慮から、Ａｓ２Ｏ３を導入しないことが望ましい。同様にＰｂＯ、ＴｅＯ２も排除することが望ましい。また高価な原料であるＧｅＯ２を使用する必要もない。
アルカリ土類金属酸化物は所要の光学恒数を付与するために導入する。アルカリ土類金属酸化物としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのうち少なくとも一種を使用することができる。
さらに必要に応じて、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ２を添加することも可能である。また、清澄剤として合計で０〜１重量％のＳｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３を外割りで添加することもできる。
ただし、環境影響への配慮から、Ａｓ２Ｏ３を導入しないことが望ましい。同様にＰｂＯ、ＴｅＯ２も排除することが望ましい。また高価な原料であるＧｅＯ２を使用する必要もない。
このようなガラス組成において、Ｂ２Ｏ３とＳｉＯ２は網目構造を構成する成分なので、合計量で５２重量％以上にしなければならない。合計量が５２重量％に満たないと耐失透性が低下し、溶融ガラスからガラス成形体を成形する際にガラスが失透してしまう。あるいは失透を防止するため、成形温度を高めることによってガラスの粘性が低下し、成形性が大幅に損なわれることになる。好ましい範囲は５２〜６６重量％、より好ましい範囲は５３〜６５重量％である。
さらに、Ｂ２Ｏ３とＳｉＯ２の配分にも留意する必要がある。重量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３が０．３８未満だとガラスの化学的耐久性が低下し、耐候性も悪化する。逆に１．２を超えると溶解性が悪化し、均質なガラスを作るのが困難になる。したがって、重量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３を０．３８〜１．２とする。好ましい範囲は０．４〜１．２、より好ましい範囲は０．５〜１．１である。
さらに、Ｂ２Ｏ３とＳｉＯ２の配分にも留意する必要がある。重量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３が０．３８未満だとガラスの化学的耐久性が低下し、耐候性も悪化する。逆に１．２を超えると溶解性が悪化し、均質なガラスを作るのが困難になる。したがって、重量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３を０．３８〜１．２とする。好ましい範囲は０．４〜１．２、より好ましい範囲は０．５〜１．１である。
上記光学ガラスの中でより好ましい組成範囲は、ガラス成分として、モル％表示で、
Ｂ２Ｏ３ ２５〜５０％、
ＳｉＯ２ １５〜４０％、
Ｌａ２Ｏ３ ０％を超え５％以下、
Ｇｄ２Ｏ３ ０％を超え５％以下、
Ｌｉ２Ｏ ２〜２０％、
Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、
Ｋ２Ｏ ０〜５％、
ＢａＯ ０％を超え１５％以下、
を含むものである。以下、特記しない限り、含有量はモル％表示とする。
さらに上記成分に加えて任意成分として、
Ｙ２Ｏ３ ０〜５％、
Ａｌ２Ｏ３ ０〜５％、
ＳｒＯ ０〜１５％、
ＣａＯ ０〜１５％、
ＭｇＯ ０〜１５％、
ＺｎＯ ０〜８％、
ＺｒＯ２ ０〜３％、
を含むことことができる。
Ｂ２Ｏ３ ２５〜５０％、
ＳｉＯ２ １５〜４０％、
Ｌａ２Ｏ３ ０％を超え５％以下、
Ｇｄ２Ｏ３ ０％を超え５％以下、
Ｌｉ２Ｏ ２〜２０％、
Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、
Ｋ２Ｏ ０〜５％、
ＢａＯ ０％を超え１５％以下、
を含むものである。以下、特記しない限り、含有量はモル％表示とする。
さらに上記成分に加えて任意成分として、
Ｙ２Ｏ３ ０〜５％、
Ａｌ２Ｏ３ ０〜５％、
ＳｒＯ ０〜１５％、
ＣａＯ ０〜１５％、
ＭｇＯ ０〜１５％、
ＺｎＯ ０〜８％、
ＺｒＯ２ ０〜３％、
を含むことことができる。
以下、上記組成範囲が好ましい理由を説明する。
Ｂ２Ｏ３は網目構造を構成する成分であるが、低分散性や低温軟化性を付与する成分でもある。したがって、２５％以上導入することにより所望の光学恒数を維持しつつ、低温軟化性を向上させることができる。また５０％以下にすることにより化学的耐久性、耐候性を向上させることができる。さらに好ましい範囲は２５〜３８％である。
ＳｉＯ２は化学的耐久性を向上させる働きも有する。したがって、１５％以上導入することによって化学的耐久性を大幅に改善することができる。一方、４０％以下に導入量を抑えることによって良好な低温軟化性や溶解性が得られる。さらに好ましい範囲は１８〜３８％である。ただし、上記Ｂ２Ｏ３との合計量と重量比の制限を維持する必要がある。
Ｌａ２Ｏ３は化学的耐久性や耐候性の向上に効果があり、光学恒数の調整にも非常に重要な成分である。Ｌａ２Ｏ３を０％超かつ５％以下導入することにより、所望の光学恒数を維持しつつ、上記効果を得ることができる。さらに好ましい範囲は０．１〜５％、より一層好ましい範囲は１〜４％である。ただし、上記重量％表示による導入量の上限を超えてはならない。
Ｇｄ２Ｏ３は耐候性の向上ならびに光学恒数の調整に効果があり、０％超かつ５％以下導入することが好ましい。より好ましい範囲は０．１〜５％である。Ｇｄ２Ｏ３はＬａ２Ｏ３とともに導入することにより耐候性を大幅に向上させる働きをする。
Ｙ２Ｏ３は耐候性の向上ならびに光学恒数の調整に効果があり、０〜５％導入することが好ましい。
より好ましい範囲は、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３の合計量で１％以上の範囲である。
Ｂ２Ｏ３は網目構造を構成する成分であるが、低分散性や低温軟化性を付与する成分でもある。したがって、２５％以上導入することにより所望の光学恒数を維持しつつ、低温軟化性を向上させることができる。また５０％以下にすることにより化学的耐久性、耐候性を向上させることができる。さらに好ましい範囲は２５〜３８％である。
ＳｉＯ２は化学的耐久性を向上させる働きも有する。したがって、１５％以上導入することによって化学的耐久性を大幅に改善することができる。一方、４０％以下に導入量を抑えることによって良好な低温軟化性や溶解性が得られる。さらに好ましい範囲は１８〜３８％である。ただし、上記Ｂ２Ｏ３との合計量と重量比の制限を維持する必要がある。
Ｌａ２Ｏ３は化学的耐久性や耐候性の向上に効果があり、光学恒数の調整にも非常に重要な成分である。Ｌａ２Ｏ３を０％超かつ５％以下導入することにより、所望の光学恒数を維持しつつ、上記効果を得ることができる。さらに好ましい範囲は０．１〜５％、より一層好ましい範囲は１〜４％である。ただし、上記重量％表示による導入量の上限を超えてはならない。
Ｇｄ２Ｏ３は耐候性の向上ならびに光学恒数の調整に効果があり、０％超かつ５％以下導入することが好ましい。より好ましい範囲は０．１〜５％である。Ｇｄ２Ｏ３はＬａ２Ｏ３とともに導入することにより耐候性を大幅に向上させる働きをする。
Ｙ２Ｏ３は耐候性の向上ならびに光学恒数の調整に効果があり、０〜５％導入することが好ましい。
より好ましい範囲は、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３の合計量で１％以上の範囲である。
Ｌｉ２Ｏは低温軟化性を改善する効果を有し、２％以上の導入で十分な低温軟化性が得られ、精密プレス成形性が大幅に向上する。液相温度の上昇、耐候性の低下に配慮すると上限を２０％にするのが好ましい。さらに好ましい範囲は５〜１８％である。
Ｎａ２Ｏは低温軟化性、安定性を調整するために使用可能な成分であるが、耐久性や光学恒数を維持するという観点から０〜１０％の範囲が好ましく、０〜８％の範囲がさらに好ましい。
Ｋ２Ｏも低温軟化性、安定性を調整するために使用可能な成分であるが、耐久性や光学恒数を維持するという観点から０〜５％の範囲が好ましく、０〜４％の範囲がさらに好ましい。
ＢａＯは光学恒数の調整のために導入する成分である。ただし過剰導入によってガラスの耐候性が低下するため、０％を超え１５％以下の導入が好ましく、１〜１５％の範囲がより好ましく、２〜１３％の範囲がさらに好ましい。
ＣａＯは網目構造を構成する成分であるＢ２Ｏ３とＳｉＯ２と共存させることにより、低温軟化性と所望の光学恒数を維持する効果のある成分である。耐久性や耐候性の維持という観点からその導入量を０〜１５％にするのが好ましく、０〜１３％の範囲がさらに好ましい。
ＳｒＯはＢａＯの代りに導入すると、光学恒数を維持しつつ耐久性を大幅に向上することが可能な成分であるが、過剰導入により耐久性が低下するので０〜１５％の導入が好ましく、１〜１２％がさらに好ましい。
ＭｇＯはＬｉ２Ｏの代りに導入することにより、アッベ数を大きくし、耐久性も向上させる成分であるが、過剰導入により安定性が低下するので、その導入量を０〜１５％にするのが好ましく、０〜１３％にすることがさらに好ましい。
光学恒数を所要の範囲としつつ、高い耐久性を維持するためには、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯおよびＭｇＯの合計量を１２％以上にすることが好ましく、１３％以上にすることがさらに好ましいが、その上限は２５％程度である。
Ｎａ２Ｏは低温軟化性、安定性を調整するために使用可能な成分であるが、耐久性や光学恒数を維持するという観点から０〜１０％の範囲が好ましく、０〜８％の範囲がさらに好ましい。
Ｋ２Ｏも低温軟化性、安定性を調整するために使用可能な成分であるが、耐久性や光学恒数を維持するという観点から０〜５％の範囲が好ましく、０〜４％の範囲がさらに好ましい。
ＢａＯは光学恒数の調整のために導入する成分である。ただし過剰導入によってガラスの耐候性が低下するため、０％を超え１５％以下の導入が好ましく、１〜１５％の範囲がより好ましく、２〜１３％の範囲がさらに好ましい。
ＣａＯは網目構造を構成する成分であるＢ２Ｏ３とＳｉＯ２と共存させることにより、低温軟化性と所望の光学恒数を維持する効果のある成分である。耐久性や耐候性の維持という観点からその導入量を０〜１５％にするのが好ましく、０〜１３％の範囲がさらに好ましい。
ＳｒＯはＢａＯの代りに導入すると、光学恒数を維持しつつ耐久性を大幅に向上することが可能な成分であるが、過剰導入により耐久性が低下するので０〜１５％の導入が好ましく、１〜１２％がさらに好ましい。
ＭｇＯはＬｉ２Ｏの代りに導入することにより、アッベ数を大きくし、耐久性も向上させる成分であるが、過剰導入により安定性が低下するので、その導入量を０〜１５％にするのが好ましく、０〜１３％にすることがさらに好ましい。
光学恒数を所要の範囲としつつ、高い耐久性を維持するためには、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯおよびＭｇＯの合計量を１２％以上にすることが好ましく、１３％以上にすることがさらに好ましいが、その上限は２５％程度である。
ＺｎＯは低温軟化性や耐候性の向上に効果がある成分であるが過剰の導入で所望の光学恒数を得るのが困難になるため、０〜８％の範囲が好ましく、０〜６％の範囲がより好ましい。
Ａｌ２Ｏ３は耐久性や耐候性を向上する働きをするが、過剰導入によって低温軟化性が悪化するとともに所要の光学恒数を得るのが難しくなるため、０〜５％の範囲が好ましく、０〜４％の範囲がより好ましい。
ＺｒＯ２も任意成分として０〜３％導入可能である。
なお、上記好ましい諸性質をガラスに付与するという観点から、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２の合計量を９５％超にすることが好ましく、９８％超にすることがより好ましく、９９％超にすることがさらに好ましく、実質的に上記成分からなることがより一層好ましい。なお、これら好ましい組成では上記清澄剤は外割り添加のため合計量には含まれない。
なお発明の目的を損なわない範囲で、少量のＦやＰ２Ｏ５の導入も可能ではあるが、ガラスの特性を悪化させないため、上記導入を控えることが望ましい。
Ａｌ２Ｏ３は耐久性や耐候性を向上する働きをするが、過剰導入によって低温軟化性が悪化するとともに所要の光学恒数を得るのが難しくなるため、０〜５％の範囲が好ましく、０〜４％の範囲がより好ましい。
ＺｒＯ２も任意成分として０〜３％導入可能である。
なお、上記好ましい諸性質をガラスに付与するという観点から、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２の合計量を９５％超にすることが好ましく、９８％超にすることがより好ましく、９９％超にすることがさらに好ましく、実質的に上記成分からなることがより一層好ましい。なお、これら好ましい組成では上記清澄剤は外割り添加のため合計量には含まれない。
なお発明の目的を損なわない範囲で、少量のＦやＰ２Ｏ５の導入も可能ではあるが、ガラスの特性を悪化させないため、上記導入を控えることが望ましい。
次に光学ガラスＩＩについて説明する。
本発明の光学ガラスＩＩは、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下であり、かつ屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）の関係が、式（１）
νｄ＞２６０−１２６×ｎｄ …（１）
の関係を満たすガラスである。
上記（１）式により示される範囲は、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の光学恒数範囲内でも、耐候性、耐久性、耐失透性、低温軟化性、溶解性を同時に満足させることは難しい領域であったが、本発明の光学ガラスＩＩにおいては、前記のようにガラス組成を選定することにより、上記諸特性を同時に満足させることができる。
Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスでは屈折率を高めるためにＴｉＯ２を導入したり、ＺｒＯ２によってアッベ数を調整することもあるが、ＴｉＯ２やＺｒＯ２のみでは屈折率を高めると、分散も大きくなってしまい、アッベ数を維持しつつ屈折率を高めることは難しかった。しかし、本発明のようにＬａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３を導入することによって上記光学恒数領域において優れた精密プレス成形用の光学ガラスを実現することができた。本発明の光学ガラスにおいては、ガラスの諸性質をより良好にする上から、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６６以下、アッベ数（νｄ）が５６以上６５以下の範囲が好ましい。
本発明の光学ガラスＩＩは、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下であり、かつ屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）の関係が、式（１）
νｄ＞２６０−１２６×ｎｄ …（１）
の関係を満たすガラスである。
上記（１）式により示される範囲は、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の光学恒数範囲内でも、耐候性、耐久性、耐失透性、低温軟化性、溶解性を同時に満足させることは難しい領域であったが、本発明の光学ガラスＩＩにおいては、前記のようにガラス組成を選定することにより、上記諸特性を同時に満足させることができる。
Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスでは屈折率を高めるためにＴｉＯ２を導入したり、ＺｒＯ２によってアッベ数を調整することもあるが、ＴｉＯ２やＺｒＯ２のみでは屈折率を高めると、分散も大きくなってしまい、アッベ数を維持しつつ屈折率を高めることは難しかった。しかし、本発明のようにＬａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３を導入することによって上記光学恒数領域において優れた精密プレス成形用の光学ガラスを実現することができた。本発明の光学ガラスにおいては、ガラスの諸性質をより良好にする上から、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６６以下、アッベ数（νｄ）が５６以上６５以下の範囲が好ましい。
次に光学恒数以外のガラスの性質について説明する。
（低温軟化性）
本発明の光学ガラスは、良好な精密プレス成形性を得るため、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低く、好ましい範囲として５９０℃以下、より好ましい範囲として５８０℃以下、さらに好ましい範囲として５６０℃以下のガラス転移温度を実現することができる。
したがって、精密プレス時のガラスの温度とプレス成形型の温度を比較的低く設定できるので、プレス成形型の寿命を長くすることができる。そのため、本発明のガラスは精密プレス成形用ガラスに好適である。
（耐候性）
耐候性はヘーズ値によって定量的に評価することができる。ヘーズ値は日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０７−１９７５「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（表面法）」を用いて測定すればよい。その際、測定試料は２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ２ｍｍのものを使用するが、測定光を通す面を光学研磨した後、試料を温度６０℃、相対湿度９０％の恒温恒湿槽内に３５０時間保持してから測定を行う。本発明の光学ガラスは優れた耐久性、耐候性を備えるため、ヘーズ値は小さな値を示すが、好ましい範囲として６％以下、より好ましい範囲として５％以下のヘーズ値を示す。
（耐水性）
本発明の光学ガラスは、優れた耐水性も示す。耐水性は日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０６−１９７５「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）」を用いて測定すればよい。
上記規格によれば、ガラスの質量減を％表示したＤｗによって耐水性が示される。本発明の光学ガラスの好ましい耐水性は、Ｄｗで０．２４％以下、好ましくは０．２０％以下である。
（着色）
本発明の光学ガラスは、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒなどの着色剤を導入しない限り、無色透明であり、レンズやプリズムなど光を透過して使用する光学素子の材料としても好適なものである。
（低温軟化性）
本発明の光学ガラスは、良好な精密プレス成形性を得るため、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低く、好ましい範囲として５９０℃以下、より好ましい範囲として５８０℃以下、さらに好ましい範囲として５６０℃以下のガラス転移温度を実現することができる。
したがって、精密プレス時のガラスの温度とプレス成形型の温度を比較的低く設定できるので、プレス成形型の寿命を長くすることができる。そのため、本発明のガラスは精密プレス成形用ガラスに好適である。
（耐候性）
耐候性はヘーズ値によって定量的に評価することができる。ヘーズ値は日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０７−１９７５「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（表面法）」を用いて測定すればよい。その際、測定試料は２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ２ｍｍのものを使用するが、測定光を通す面を光学研磨した後、試料を温度６０℃、相対湿度９０％の恒温恒湿槽内に３５０時間保持してから測定を行う。本発明の光学ガラスは優れた耐久性、耐候性を備えるため、ヘーズ値は小さな値を示すが、好ましい範囲として６％以下、より好ましい範囲として５％以下のヘーズ値を示す。
（耐水性）
本発明の光学ガラスは、優れた耐水性も示す。耐水性は日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０６−１９７５「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）」を用いて測定すればよい。
上記規格によれば、ガラスの質量減を％表示したＤｗによって耐水性が示される。本発明の光学ガラスの好ましい耐水性は、Ｄｗで０．２４％以下、好ましくは０．２０％以下である。
（着色）
本発明の光学ガラスは、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒなどの着色剤を導入しない限り、無色透明であり、レンズやプリズムなど光を透過して使用する光学素子の材料としても好適なものである。
［精密プレス成形用プリフォームとその製造方法］
次に、本発明の精密プレス成形用プリフォームについて説明する。
本発明の精密プレス成形用プリフォームは上記光学ガラスよりなる。精密プレス成形用プリフォームは、プレス成形品に等しい重量のガラス製成形体である。プリフォームはプレス成形品の形状に応じて適当な形状に成形されているが、その形状として、球状、回転楕円体状などを例示することができる。プリフォームは、プレス成形可能な粘度になるよう、加熱してプレス成形に供される。
上記回転楕円体形状も含め、プリフォームの形状としては回転対称軸を一つ備えるものが好ましい。このような回転対称軸を一つ備える形状としては、前記回転対称軸を含む断面において角や窪みがない滑らかな輪郭線をもつもの、例えば上記断面において短軸が回転対称軸に一致する楕円を輪郭線とするものがある。また、前記断面におけるプリフォームの輪郭線上の任意の点と回転対称軸上にあるプリフォームの重心を結ぶ線と、前記輪郭線上の点において輪郭線に接する接線とのなす角の一方の角の角度をθとしたとき、前記点が回転対称軸上から出発して輪郭線上を移動するときに、θが９０°から単調増加し、続いて単調減少した後、単調増加して輪郭線が回転対称軸と交わる他方の点において９０°になる形状が好ましい。
次に、本発明の精密プレス成形用プリフォームについて説明する。
本発明の精密プレス成形用プリフォームは上記光学ガラスよりなる。精密プレス成形用プリフォームは、プレス成形品に等しい重量のガラス製成形体である。プリフォームはプレス成形品の形状に応じて適当な形状に成形されているが、その形状として、球状、回転楕円体状などを例示することができる。プリフォームは、プレス成形可能な粘度になるよう、加熱してプレス成形に供される。
上記回転楕円体形状も含め、プリフォームの形状としては回転対称軸を一つ備えるものが好ましい。このような回転対称軸を一つ備える形状としては、前記回転対称軸を含む断面において角や窪みがない滑らかな輪郭線をもつもの、例えば上記断面において短軸が回転対称軸に一致する楕円を輪郭線とするものがある。また、前記断面におけるプリフォームの輪郭線上の任意の点と回転対称軸上にあるプリフォームの重心を結ぶ線と、前記輪郭線上の点において輪郭線に接する接線とのなす角の一方の角の角度をθとしたとき、前記点が回転対称軸上から出発して輪郭線上を移動するときに、θが９０°から単調増加し、続いて単調減少した後、単調増加して輪郭線が回転対称軸と交わる他方の点において９０°になる形状が好ましい。
上記各プリフォームには、必要に応じて離型膜などの薄膜を表面に備えていてもよい。離型膜としては炭素含有膜、自己組織化膜などを例示することができる。上記プリフォームは、所要の光学恒数を有する光学素子のプレス成形が可能である。
また、本発明の精密プレス成形用プリフォームは、上記組成のガラスの塊を溶融状態のガラスから成形し、それを固化して形成するが、固化後、機械加工することなしに形成されたものである。すなわち、本発明の精密プレス成形用プリフォームは、例えば、流出する溶融ガラスから所定重量の溶融ガラス塊を分離し、冷却し、固化して、所定重量の上記光学ガラスよりなるプリフォームを成形することにより製造することができる。
前記方法によれば、切断、研削、研磨などの機械加工が不要という利点がある。機械加工が施されたプリフォームでは、機械加工前にアニールを行うことによって破損しない程度にまでガラスの歪を低減しておかなければならない。しかし、上記プリフォームの製造方法によれば、破損防止用アニールは不要である。また表面が滑らかなプリフォームを成形することもできる。さらに全表面が溶融状態のガラスが固化して形成された面であるため、研磨による微細な傷や潜傷も存在しない。したがって、ガラス自体の優れた化学的耐久性や耐候性に加え、表面が滑らかなのでプリフォーム表面積も傷があるものと比べると小さい。そのため、大気中に置かれても表面の変質が進みにくいので、成形された直後の清浄な表面状態を長期にわたり保つこともできる。
また、本発明の精密プレス成形用プリフォームは、上記組成のガラスの塊を溶融状態のガラスから成形し、それを固化して形成するが、固化後、機械加工することなしに形成されたものである。すなわち、本発明の精密プレス成形用プリフォームは、例えば、流出する溶融ガラスから所定重量の溶融ガラス塊を分離し、冷却し、固化して、所定重量の上記光学ガラスよりなるプリフォームを成形することにより製造することができる。
前記方法によれば、切断、研削、研磨などの機械加工が不要という利点がある。機械加工が施されたプリフォームでは、機械加工前にアニールを行うことによって破損しない程度にまでガラスの歪を低減しておかなければならない。しかし、上記プリフォームの製造方法によれば、破損防止用アニールは不要である。また表面が滑らかなプリフォームを成形することもできる。さらに全表面が溶融状態のガラスが固化して形成された面であるため、研磨による微細な傷や潜傷も存在しない。したがって、ガラス自体の優れた化学的耐久性や耐候性に加え、表面が滑らかなのでプリフォーム表面積も傷があるものと比べると小さい。そのため、大気中に置かれても表面の変質が進みにくいので、成形された直後の清浄な表面状態を長期にわたり保つこともできる。
さらに、上記プリフォームの製造方法において、滑らかなで清浄な表面を付与するという観点から、プリフォームは風圧が加えられた浮上状態で成形することが好ましい。また、全表面が溶融状態のガラスが固化して形成されたプリフォーム、表面が自由表面からなるプリフォームすなわち全表面が自由表面であるプリフォームが好ましい。さらに、シアマークと呼ばれる切断痕のないものが望ましい。シアマークは、流出する溶融ガラスを切断刃によって切断する時に発生する。シアマークが精密プレス成形品に成形された段階でも残留すると、その部分は欠陥となってしまう。そのため、プリフォームの段階からシアマークを排除しておくことが好ましい。切断刃を用いず、シアマークが生じない溶融ガラスの分離方法としては、流出パイプから溶融ガラスを滴下する方法、あるいは流出パイプから流出する溶融ガラス流の先端部を支持し、所定重量の溶融ガラス塊を分離できるタイミングで上記支持を取り除く方法（降下切断法という。）などがある。降下切断法では、溶融ガラス流の先端部側と流出パイプ側の間に生じたくびれ部でガラスを分離し、所定重量の溶融ガラス塊を得ることができる。続いて、得られた溶融ガラス塊が軟化状態にある間にプレス成形に供するために適した形状に成形することでプリフォームが得られる。
上記プリフォームの製造方法では、プリフォーム１個分の溶融ガラス塊を分離し、このガラス塊が軟化点以上の高温状態にある間にプリフォームに成形するが、溶融ガラスを鋳型に流し込んで上記光学ガラスからなるガラス成形体を成形し、このガラス成形体に機械加工を加えて所望重量のプリフォームとしてもよい。なお機械加工を加える前にガラスが破損しないよう、ガラスをアニールすることにより十分除歪処理を行うことが好ましい。
上記プリフォームの製造方法では、プリフォーム１個分の溶融ガラス塊を分離し、このガラス塊が軟化点以上の高温状態にある間にプリフォームに成形するが、溶融ガラスを鋳型に流し込んで上記光学ガラスからなるガラス成形体を成形し、このガラス成形体に機械加工を加えて所望重量のプリフォームとしてもよい。なお機械加工を加える前にガラスが破損しないよう、ガラスをアニールすることにより十分除歪処理を行うことが好ましい。
［光学素子とその製法］
本発明の光学素子は、上記光学ガラスからなるものであり、上記プリフォームを加熱し、精密プレス成形して作製することができる。
本発明によれば、光学素子を構成するガラスが光学ガラスであるので、前記ガラスの各特性（屈折率（ｎｄ）及びアッべ数（νｄ））を備えており、所要の光学恒数を有する光学素子を提供することができる。さらに耐候性が優れたガラスからなり、光学機能面に機械加工が施されていないので微細な傷や潜傷も存在しないので、溶融ガラスから直接成形して得られたプリフォーム同様、光学機能面におけるガラスの変質防止に効果的である。
本発明の光学素子としては、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズなどの各種のレンズ、回折格子、回折格子付のレンズ、レンズアレイ、プリズムなどを例示することができる。
なお、この光学素子には必要に応じて、反射防止膜、全反射膜、部分反射膜、分光特性を有する膜などの光学薄膜を設けることもできる。
本発明の光学素子は、上記光学ガラスからなるものであり、上記プリフォームを加熱し、精密プレス成形して作製することができる。
本発明によれば、光学素子を構成するガラスが光学ガラスであるので、前記ガラスの各特性（屈折率（ｎｄ）及びアッべ数（νｄ））を備えており、所要の光学恒数を有する光学素子を提供することができる。さらに耐候性が優れたガラスからなり、光学機能面に機械加工が施されていないので微細な傷や潜傷も存在しないので、溶融ガラスから直接成形して得られたプリフォーム同様、光学機能面におけるガラスの変質防止に効果的である。
本発明の光学素子としては、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズなどの各種のレンズ、回折格子、回折格子付のレンズ、レンズアレイ、プリズムなどを例示することができる。
なお、この光学素子には必要に応じて、反射防止膜、全反射膜、部分反射膜、分光特性を有する膜などの光学薄膜を設けることもできる。
次に光学素子の製造方法について説明する。
本発明の光学素子の製造方法は、上記光学ガラスからなるプレス成形用プリフォーム又は上記製造方法により作製されたプレス成形用プリフォームを加熱して精密プレス成形することを特徴とする。
精密プレス成形法はモールドオプティクス成形法とも呼ばれ、既に当該発明の属する技術分野においてはよく知られたものである。
光学素子の光線を透過したり、屈折させたり、回折させたり、反射させたりする面を光学機能面と呼ぶ。例えばレンズを例にとると非球面レンズの非球面や球面レンズの球面などのレンズ面が光学機能面に相当する。精密プレス成形法はプレス成形型の成形面を精密にガラスに転写することにより、プレス成形で光学機能面を形成する方法である。つまり光学機能面を仕上げるために研削や研磨などの機械加工を加える必要がない。
したがって、本発明の方法は、レンズ、レンズアレイ、回折格子、プリズムなどの光学素子の製造に好適であり、特に非球面レンズを高生産性のもとに製造する際に最適である。
本発明の光学素子の製造方法は、上記光学ガラスからなるプレス成形用プリフォーム又は上記製造方法により作製されたプレス成形用プリフォームを加熱して精密プレス成形することを特徴とする。
精密プレス成形法はモールドオプティクス成形法とも呼ばれ、既に当該発明の属する技術分野においてはよく知られたものである。
光学素子の光線を透過したり、屈折させたり、回折させたり、反射させたりする面を光学機能面と呼ぶ。例えばレンズを例にとると非球面レンズの非球面や球面レンズの球面などのレンズ面が光学機能面に相当する。精密プレス成形法はプレス成形型の成形面を精密にガラスに転写することにより、プレス成形で光学機能面を形成する方法である。つまり光学機能面を仕上げるために研削や研磨などの機械加工を加える必要がない。
したがって、本発明の方法は、レンズ、レンズアレイ、回折格子、プリズムなどの光学素子の製造に好適であり、特に非球面レンズを高生産性のもとに製造する際に最適である。
本発明の光学素子の製造方法によれば、上記光学特性を有する光学素子を作製できるとともに、プリフォームを構成するガラスの転移温度（Ｔｇ）が低く、ガラスのプレス成形としては比較的低い温度でプレスが可能になるので、プレス成形型の成形面への負担が軽減され、成形型の寿命を延ばすことができる。またプリフォームを構成するガラスが高い安定性を有するので、再加熱、プレス工程においてもガラスの失透を効果的に防止することができる。さらに、ガラス溶解から最終製品を得る一連の工程を高生産性のもとに行うことができる。
精密プレス成形法に使用するプレス成形型としては公知のもの、例えば炭化珪素、超硬材料、ステンレス鋼などの型材の成形面に離型膜を設けたものを使用することができるが、炭化珪素製のプレス成形型が好ましい。離型膜としては炭素含有膜、貴金属合金膜などを使用することができるが、耐久性、コストの面などから炭素含有膜が好ましい。
精密プレス成形法では、プレス成形型の成形面を良好な状態に保つため成形時の雰囲気を非酸化性ガスにすることが望ましい。非酸化性ガスとしては窒素、窒素と水素の混合ガスなどが好ましい。
精密プレス成形法に使用するプレス成形型としては公知のもの、例えば炭化珪素、超硬材料、ステンレス鋼などの型材の成形面に離型膜を設けたものを使用することができるが、炭化珪素製のプレス成形型が好ましい。離型膜としては炭素含有膜、貴金属合金膜などを使用することができるが、耐久性、コストの面などから炭素含有膜が好ましい。
精密プレス成形法では、プレス成形型の成形面を良好な状態に保つため成形時の雰囲気を非酸化性ガスにすることが望ましい。非酸化性ガスとしては窒素、窒素と水素の混合ガスなどが好ましい。
次に本発明の光学素子の製造方法に特に好適な精密プレス成形法について説明する。
（精密プレス成形法１）
この方法は、プレス成形型にプレス成形用プリフォームを導入し、プレス成形型と前記プリフォームを一緒に加熱し、精密プレス成形するというものである（精密プレス成形法１という）。
精密プレス成形法１において、プレス成形型と前記プリフォームの温度をともに、プリフォームを構成するガラスが１０６〜１０１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に加熱して精密プレス成形を行うことが好ましい。
また前記ガラスが１０１２ｄＰａ・ｓ以上、より好ましくは１０１４ｄＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは１０１６ｄＰａ・ｓ以上の粘度を示す温度にまで冷却してから精密プレス成形品をプレス成形型から取り出すことが望ましい。
上記の条件により、プレス成形型成形面の形状をガラスにより精密に転写することができるとともに、精密プレス成形品を変形することなく取り出すこともできる。
（精密プレス成形法１）
この方法は、プレス成形型にプレス成形用プリフォームを導入し、プレス成形型と前記プリフォームを一緒に加熱し、精密プレス成形するというものである（精密プレス成形法１という）。
精密プレス成形法１において、プレス成形型と前記プリフォームの温度をともに、プリフォームを構成するガラスが１０６〜１０１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に加熱して精密プレス成形を行うことが好ましい。
また前記ガラスが１０１２ｄＰａ・ｓ以上、より好ましくは１０１４ｄＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは１０１６ｄＰａ・ｓ以上の粘度を示す温度にまで冷却してから精密プレス成形品をプレス成形型から取り出すことが望ましい。
上記の条件により、プレス成形型成形面の形状をガラスにより精密に転写することができるとともに、精密プレス成形品を変形することなく取り出すこともできる。
（精密プレス成形法２）
この方法は、プレス成形型とプレス成形用プリフォームを別々に予熱し、予熱したプリフォームをプレス成形型に導入して精密プレス成形するというものである（精密プレス成形法２という）。
この方法によれば、前記プリフォームをプレス成形型に導入する前に予め加熱するので、サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度の光学素子を製造することができる。
なおプレス成形型の予熱温度をプリフォームの予熱温度よりも低く設定することが好ましい。このようにプレス成形型の予熱温度を低くすることにより、前記型の消耗を低減することができる。
精密プレス成形法２において、前記プリフォームを構成するガラスが１０９ｄＰａ・ｓ以下、より好ましくは１０９ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に予熱することが好ましい。
また、前記プリフォームを浮上しながら予熱することが好ましく、さらに前記プリフォームを構成するガラスが１０５．５〜１０９ｄＰａ・ｓ、より好ましくは１０５．５ｄＰａ・ｓ以上１０９ｄＰａ・ｓ未満の粘度を示す温度に予熱することがさらに好ましい。
またプレス開始と同時又はプレスの途中からガラスの冷却を開始することが好ましい。
なおプレス成形型の温度は、前記プリフォームの予熱温度よりも低い温度に調温させるが、前記ガラスが１０９〜１０１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度を目安にすればよい。
この方法において、プレス成形後、前記ガラスの粘度が１０１２ｄＰａ・ｓ以上にまで冷却してから離型することが好ましい。
精密プレス成形された光学素子はプレス成形型より取り出され、必要に応じて徐冷される。成形品がレンズなどの光学素子の場合には、必要に応じて表面に光学薄膜をコートしてもよい。
なお、本発明の光学ガラスは上記のように化学的耐久性に優れているため、研磨加工により表面に変質層ができにくい。したがって、本発明のガラスを用いれば、研磨加工によってプリフォームを作ることもでき、このプリフォームを用いて精密プレス成形によりレンズなどの光学素子を作製することもできる。また、精密プレス成形によらず、ガラスを研磨加工して球面レンズや非球面レンズなどの光学素子を作ることもできる。
この方法は、プレス成形型とプレス成形用プリフォームを別々に予熱し、予熱したプリフォームをプレス成形型に導入して精密プレス成形するというものである（精密プレス成形法２という）。
この方法によれば、前記プリフォームをプレス成形型に導入する前に予め加熱するので、サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度の光学素子を製造することができる。
なおプレス成形型の予熱温度をプリフォームの予熱温度よりも低く設定することが好ましい。このようにプレス成形型の予熱温度を低くすることにより、前記型の消耗を低減することができる。
精密プレス成形法２において、前記プリフォームを構成するガラスが１０９ｄＰａ・ｓ以下、より好ましくは１０９ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に予熱することが好ましい。
また、前記プリフォームを浮上しながら予熱することが好ましく、さらに前記プリフォームを構成するガラスが１０５．５〜１０９ｄＰａ・ｓ、より好ましくは１０５．５ｄＰａ・ｓ以上１０９ｄＰａ・ｓ未満の粘度を示す温度に予熱することがさらに好ましい。
またプレス開始と同時又はプレスの途中からガラスの冷却を開始することが好ましい。
なおプレス成形型の温度は、前記プリフォームの予熱温度よりも低い温度に調温させるが、前記ガラスが１０９〜１０１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度を目安にすればよい。
この方法において、プレス成形後、前記ガラスの粘度が１０１２ｄＰａ・ｓ以上にまで冷却してから離型することが好ましい。
精密プレス成形された光学素子はプレス成形型より取り出され、必要に応じて徐冷される。成形品がレンズなどの光学素子の場合には、必要に応じて表面に光学薄膜をコートしてもよい。
なお、本発明の光学ガラスは上記のように化学的耐久性に優れているため、研磨加工により表面に変質層ができにくい。したがって、本発明のガラスを用いれば、研磨加工によってプリフォームを作ることもでき、このプリフォームを用いて精密プレス成形によりレンズなどの光学素子を作製することもできる。また、精密プレス成形によらず、ガラスを研磨加工して球面レンズや非球面レンズなどの光学素子を作ることもできる。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１〜７
表１に各ガラスの組成、表２に屈折率（ｎｄ）、アッべ数（νｄ）、転移温度（Ｔｇ）、屈伏点（Ｔｓ）、Ｄｗ、ヘーズ値および比重を示す。いずれのガラスとも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、および硝酸塩、例えばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）３、ＣａＣＯ３、ＺｎＯ、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｌｉ２ＣＯ３などを使用し、ガラス化した後に表１に示す組成となるように前記原料を秤量し、十分混合した後、白金坩堝に投入して電気炉で１２００〜１２５０℃の温度範囲で攪拌しながら大気中で２〜４時間かけて加熱溶解する。均質化、清澄されたガラス融液を４０×７０×１５ｍｍのカーボン製金型に鋳込む。鋳込んだガラスを転移温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、転移温度付近で１時間アニールし、アニール炉内で室温まで徐冷して各光学ガラスを得た。得られた各ガラスを顕微鏡によって拡大観察したところ、結晶の析出や原料の溶け残りは認められなかった。
得られた光学ガラスについて、屈折率（ｎｄ）、アッべ数（νｄ）、転移温度（Ｔｇ）、屈伏点（Ｔｓ）、Ｄｗ、ヘーズ値、比重を、以下のようにして測定した。
（１）屈折率（ｎｄ）およびアッべ数（νｄ）
徐冷降温速度を−３０℃／時にして得られた光学ガラスについて測定した。
（２）ガラス転移温度（Ｔｇ）および屈伏点（Ｔｓ）
理学電機株式会社の熱機械分析装置により昇温速度を４℃／分にして測定した。
（３）耐水性
日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０６−１９７５「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）」を用いて測定した。耐水性の指標Ｄｗはガラスの質量減を％表示したもの。
（４）ヘーズ値
試料（２０×２０×２ｍｍ）と同一形状の標準試料（重バリウムクラウンガラス：ＢＡＣＤ５Ｎ）を砂目が見えない程度まで研磨し、洗浄後、温度６５℃、相対湿度０％の環境試験機内に一定時間保持した後、温度６５℃、相対湿度９５％で３５０時間保持した。この試料のヘーズ値を積分球付きのヘーズメーターを使用して測定した。
いずれのガラスも優れた低温軟化性、溶解性、耐候性を示し、精密プレス成形用光学ガラスとして好適なものであった。
（５）比重
アルキメデス法による。各ガラスとも比重が３．５未満であった。
実施例１〜７
表１に各ガラスの組成、表２に屈折率（ｎｄ）、アッべ数（νｄ）、転移温度（Ｔｇ）、屈伏点（Ｔｓ）、Ｄｗ、ヘーズ値および比重を示す。いずれのガラスとも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、および硝酸塩、例えばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）３、ＣａＣＯ３、ＺｎＯ、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｌｉ２ＣＯ３などを使用し、ガラス化した後に表１に示す組成となるように前記原料を秤量し、十分混合した後、白金坩堝に投入して電気炉で１２００〜１２５０℃の温度範囲で攪拌しながら大気中で２〜４時間かけて加熱溶解する。均質化、清澄されたガラス融液を４０×７０×１５ｍｍのカーボン製金型に鋳込む。鋳込んだガラスを転移温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、転移温度付近で１時間アニールし、アニール炉内で室温まで徐冷して各光学ガラスを得た。得られた各ガラスを顕微鏡によって拡大観察したところ、結晶の析出や原料の溶け残りは認められなかった。
得られた光学ガラスについて、屈折率（ｎｄ）、アッべ数（νｄ）、転移温度（Ｔｇ）、屈伏点（Ｔｓ）、Ｄｗ、ヘーズ値、比重を、以下のようにして測定した。
（１）屈折率（ｎｄ）およびアッべ数（νｄ）
徐冷降温速度を−３０℃／時にして得られた光学ガラスについて測定した。
（２）ガラス転移温度（Ｔｇ）および屈伏点（Ｔｓ）
理学電機株式会社の熱機械分析装置により昇温速度を４℃／分にして測定した。
（３）耐水性
日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０６−１９７５「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）」を用いて測定した。耐水性の指標Ｄｗはガラスの質量減を％表示したもの。
（４）ヘーズ値
試料（２０×２０×２ｍｍ）と同一形状の標準試料（重バリウムクラウンガラス：ＢＡＣＤ５Ｎ）を砂目が見えない程度まで研磨し、洗浄後、温度６５℃、相対湿度０％の環境試験機内に一定時間保持した後、温度６５℃、相対湿度９５％で３５０時間保持した。この試料のヘーズ値を積分球付きのヘーズメーターを使用して測定した。
いずれのガラスも優れた低温軟化性、溶解性、耐候性を示し、精密プレス成形用光学ガラスとして好適なものであった。
（５）比重
アルキメデス法による。各ガラスとも比重が３．５未満であった。
次に上記各ガラスに相当する清澄、均質化した溶融ガラスを、ガラスが失透することなく、安定した流出が可能な温度域に温度調整された白金合金製のパイプから一定流量で流出し、滴下又は降下切断法にて目的とするプリフォームの重量の溶融ガラス塊を分離し、溶融ガラス塊をガス噴出口を底部に有する受け型に受け、ガス噴出口からガスを噴出してガラス塊を浮上しながらプレス成形用プリフォームを成形した。溶融ガラスの分離間隔を調整、設定することにより直径２〜３０ｍｍの球状プリフォームを得る。プリフォームの重量は設定値に精密に一致しており、いずれも表面が滑らかなものであった。
上記のようにして得たプリフォームを、図１に示すプレス装置を用いて精密プレス成形して非球面レンズを得た。具体的にはプリフォームをプレス成形型を構成する下型２及び上型１の間に設置した後、石英管１１内を窒素雰囲気としてヒーター１２に通電して石英管１１内を加熱した。プレス成形型内部の温度を成形されるガラスが１０８〜１０１０ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒１３を降下させて上型１を押して成形型内にセットされたプリフォーム４をプレスした。プレスの圧力は８ＭＰａ、プレス時間は３０秒とした。プレスの後、プレスの圧力を解除し、プレス成形されたガラス成形品を下型２及び上型１と接触させたままの状態で前記ガラスの粘度が１０１２ｄＰａ・ｓ以上になる温度まで徐冷し、次いで室温まで急冷してガラス成形品を成形型から取り出し非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、極めて高い面精度を有するレンズであった。なお、図１において、符号３は案内型（胴型）、９は支持棒、１０は支持台、１４は熱伝対である。
精密プレス成形により得られた非球面レンズには必要に応じて反射防止膜を設けてもよい。
上記のようにして得たプリフォームを、図１に示すプレス装置を用いて精密プレス成形して非球面レンズを得た。具体的にはプリフォームをプレス成形型を構成する下型２及び上型１の間に設置した後、石英管１１内を窒素雰囲気としてヒーター１２に通電して石英管１１内を加熱した。プレス成形型内部の温度を成形されるガラスが１０８〜１０１０ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒１３を降下させて上型１を押して成形型内にセットされたプリフォーム４をプレスした。プレスの圧力は８ＭＰａ、プレス時間は３０秒とした。プレスの後、プレスの圧力を解除し、プレス成形されたガラス成形品を下型２及び上型１と接触させたままの状態で前記ガラスの粘度が１０１２ｄＰａ・ｓ以上になる温度まで徐冷し、次いで室温まで急冷してガラス成形品を成形型から取り出し非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、極めて高い面精度を有するレンズであった。なお、図１において、符号３は案内型（胴型）、９は支持棒、１０は支持台、１４は熱伝対である。
精密プレス成形により得られた非球面レンズには必要に応じて反射防止膜を設けてもよい。
次に同様のプリフォームを別の方法で精密プレス成形した。この方法では、浮上しながらプリフォームを構成するガラスの粘度が１０８ｄＰａ・ｓになる温度にプリフォームを予熱する。一方で上型、下型、胴型を備えるプレス成形型を加熱し、前記ガラスが１０９〜１０１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度にし、予熱したプリフォームをプレス成形型のキャビティ内に導入して精密プレス成形する。プレスの圧力は１０ＭＰａとした。プレス開始とともにガラスとプレス成形型の冷却を開始し、成形されたガラスの粘度が１０１２ｄＰａ・ｓ以上となるまで冷却した後、成形品を離型して非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、極めて高い面精度を有するレンズであった。
精密プレス成形により得られた非球面レンズには必要に応じて反射防止膜を設けてもよい。
このようにして、耐候性に優れた内部品質の高いガラス製光学素子を生産性よく、しかも高精度に得ることができた。
比較例１〜３
表１、表２に比較例１〜３を示す。比較例１のガラスは、重量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３が大きすぎ、１２００℃での溶解ができなかった。比較例２のガラスは、Ｇｄ２Ｏ３を含まないので耐水性Ｄｗ、ヘーズ値とも大きく、耐久性が低いものであった。また、比較例３のガラスは、重量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３が小さすぎ、耐水性Ｄｗ、ヘーズ値とも大きく、耐久性が低いものであった。
精密プレス成形により得られた非球面レンズには必要に応じて反射防止膜を設けてもよい。
このようにして、耐候性に優れた内部品質の高いガラス製光学素子を生産性よく、しかも高精度に得ることができた。
比較例１〜３
表１、表２に比較例１〜３を示す。比較例１のガラスは、重量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３が大きすぎ、１２００℃での溶解ができなかった。比較例２のガラスは、Ｇｄ２Ｏ３を含まないので耐水性Ｄｗ、ヘーズ値とも大きく、耐久性が低いものであった。また、比較例３のガラスは、重量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３が小さすぎ、耐水性Ｄｗ、ヘーズ値とも大きく、耐久性が低いものであった。
本発明の光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満およびアッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の光学恒数を有すると共に、耐候性、耐久性、耐失透性、低温軟化性、溶解性を同時に満足することができ、精密プレス成形用として好適であり、各種光学素子に用いられる。
１ 上型
２ 下型
３ 案内型（胴型）
４ プリフォーム
９ 支持棒
１０ 支持台
１１ 石英管
１２ ヒーター
１３ 押し棒
１４ 熱伝対
２ 下型
３ 案内型（胴型）
４ プリフォーム
９ 支持棒
１０ 支持台
１１ 石英管
１２ ヒーター
１３ 押し棒
１４ 熱伝対
Claims (11)
- 屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下の光学ガラスにおいて、
必須成分としてＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物、およびアルカリ土類金属酸化物を含み、重量％表示でＢ２Ｏ３とＳｉＯ２の合計含有量が５２％以上、Ｂ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の割合（ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３）が０．３８〜１．２であることを特徴とする光学ガラス。 - ガラス成分として、モル％表示で、
Ｂ２Ｏ３ ２５〜５０％、
ＳｉＯ２ １５〜４０％、
Ｌａ２Ｏ３ ０％を超え５％以下、
Ｇｄ２Ｏ３ ０％を超え５％以下、
Ｌｉ２Ｏ ２〜２０％、
Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、
Ｋ２Ｏ ０〜５％、
ＢａＯ ０％を超え１５％以下、
を含む請求項１に記載の光学ガラス。 - ガラス成分として、モル％表示で、
Ｙ２Ｏ３ ０〜５％、
Ａｌ２Ｏ３ ０〜５％、
ＳｒＯ ０〜１５％、
ＣａＯ ０〜１５％、
ＭｇＯ ０〜１５％、
ＺｎＯ ０〜８％、
ＺｒＯ２ ０〜３％、
を含む請求項２に記載の光学ガラス。 - 屈折率（ｎｄ）が１．５７以上１．６７未満、アッベ数（νｄ）が５５を超え６５以下であり、かつ屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）の関係が、式（１）
νｄ＞２６０−１２６×ｎｄ …（１）
の関係を満たすことを特徴とする光学ガラス。 - 精密プレス成形用のガラス素材に供される請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学ガラス。
- 請求項５に記載の光学ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォーム。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学ガラスよりなる光学素子。
- 流出パイプから流出する溶融ガラスから一定重量の溶融ガラス塊を分離、成形する精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
請求項５に記載の光学ガラスからなり、前記重量に等しいプリフォームを成形することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法。 - 光学ガラス製の精密プレス成形用プリフォームを加熱、軟化して精密プレス成形する光学素子の製造方法において、
前記プリフォームが請求項６に記載のプリフォームまたは請求項８に記載の製造方法により作製されるプリフォームであることを特徴とする光学素子の製造方法。 - プレス成形型にプリフォームを導入し、前記成形型とプリフォームを一緒に加熱し、精密プレス成形する請求項９に記載の光学素子の製造方法。
- プレス成形型とプリフォームを別々に予熱し、予熱したプリフォームを前記成形型に導入して精密プレス成形する請求項９に記載の光学素子の製造方法。
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