JP2006321717A - 光学ガラス、プレス成形用プリフォームおよび光学部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温成形性に優れ、精密プレス成形に好適なプレス成形プリフォームを与えることができる高屈折率・低分散特性を有する光学ガラスを提供する。
【解決手段】 必須成分として、Ｂ₂Ｏ₃ ２５〜４５モル％、ＳｉＯ₂ ２〜２０モル％、Ｌａ₂Ｏ₃ ５〜２２モル％、Ｇｄ₂Ｏ₃ ２〜２０モル％、ＺｎＯ １５〜２９モル％、Ｌｉ₂Ｏ １〜１０モル％およびＺｒＯ₂ ０．５〜８モル％を含むと共に、Ｂ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が２〜５．５、Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃との合計含有量が１２〜２４モル％およびＺｎＯとＬｉ₂Ｏとの合計含有量が２５〜３０モル％であり、かつ屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８５で、アッベ数（νｄ）が４０〜５５である光学ガラス、並びに必須成分として、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｌｉ₂ＯおよびＺｒＯ₂を含み、かつ液相温度における粘度が６ｄＰａ・ｓ以上、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃以下、屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８５およびアッベ数（νｄ）が４０〜５５である光学ガラスである。
【選択図】 なし

Description

本発明は、光学ガラス、プレス成形用プリフォーム、その製造方法、光学部品および光学部品の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−Ｌａ₂Ｏ₃−Ｇｄ₂Ｏ₃−ＺｎＯ−Ｌｉ₂Ｏ系組成を有し、プレス成形用プリフォーム、プリフォームの熱間成形が可能な粘性特性を持ち、屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８５、アッべ数（νｄ）が４０〜５５の範囲の光学恒数を有し、かつ低転移温度を付与したモールドプレス成形に有用な光学ガラス、この光学ガラスからなるプレス成形用プリフォーム、該プリフォームを効率よく製造する方法、前記光学ガラスからなる光学部品、および前記プレス成形用プリフォームを用いる光学部品の製造方法に関するものである。

近年、デジタルカメラの登場により光学系を使用する機器の高集積化、高機能化が急速に進められる中で、光学系に対する高精度化、軽量・小型化の要求もますます強まっており、この要求を実現するために、非球面レンズを使用した光学設計が主流となりつつある。このため、高機能性ガラスを使用した非球面レンズを低コストで大量に安定供給するために、プレス成形で直接に光学面を形成し、研削・研磨工程を必要としないモールド成形技術が注目され、高機能性（例えば、高屈折率・低分散； 高屈折率・高分散）を有するモールド成形に適した光学ガラスに対する要求が年々増加している。

従来、高屈折率（ｎｄ≧１．７５）、低分散（νｄ≧４０）の光学恒数を有する光学ガラスとしては、Ｂ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃などを必須成分とするガラスが知られている。しかしながら、これらはいずれも化学的耐久性や耐熱失透性や熱間成形性の向上に重点がおかれており、熱間プレス成形に必要となるガラスゴブプリフォームの高温成形性については、十分の配慮がなされておらず、特に屈折率ｎｄ≧１．７５、νｄ≧４５のような高屈折率・低分散光学ガラスはゴブプリフォームの成形に適したものが未だなく、精密プレスによる非球面レンズの量産化の障害となっている。これらは、一般にガラスが高い液相温度または低い高温粘性をもつため、ゴブプリフォームの高温成形性の悪化を招き、高精度のゴブプリフォームを作製することが困難であるためである。

ガラスの精密プレス成形は、所定形状のキャビティを有する成形型を用いてガラス成形予備体（ゴブプリフォーム）を高温下で加圧成形することにより、最終製品形状またはそれに極めて近い形状及び面精度を有するガラス成形品を得る手法であり、当該精密プレス成形によれば所望形状の成形品を高い生産性の下に製造することが可能である。このため、現在では球面レンズ、非球面レンズ、回折格子など、種々の光学ガラス部品が精密プレス成形によって製造されている。当然、精密プレス成形により光学ガラス部品を得るためには、上記のようにガラス成形予備体を高温下で加圧成形することが必要であるので、プレスに使用される成形型は高温に曝され、かつ高い圧力が加えられる。このため、ガラス成形用ゴブプリフォームについては、プレス成形の高温環境によって成形型自体や当該成形型の内側表面に設けられている離型膜の損傷を抑制するという観点から、ガラスの転移温度（Ｔｇ）及び屈伏点温度（Ｔｓ）をなるべく低くすることが望まれている。また、精密プレス成形するためのガラス予備体を熱間成形にて製造する場合、液相温度（ＬＴ）が高いと失透しやすくなり、量産性に欠けるため、ＬＴをなるべく低くしたほうが望ましい。さらに、このような精密プレス用予備体を熱間成形により精密かつ均一的に製造するためには、ガラスの液相温度における高温粘性が６ｄＰａ・ｓ以上になることが必要である。

従来の光学ガラス、特に精密プレス成形用光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）＞1.7５、ア
ッベ数（νｄ）＞４０となるとその液相温度が１０００℃を大きく超え、熱的な安定性も悪化し、ゴブプリフォーム成形時に失透しやすくなるので、量産性が悪く、プレス成形用ガラスゴブプリフォームを精密的かつ均一的に作ることが困難であった。

本発明は、このような事情のもとで、高屈折率および低分散の光学恒数を有すると共に、プレス成形用プリフォームを量産性よく作製可能な高温粘性を有し、かつ転移温度および液相温度が共に低い光学ガラス、この光学ガラスからなるプレス成形用プリフォーム、その製造方法、上記光学ガラスからなる光学部品および該光学部品を量産性よく製造する方法を提供することを目的とするものである。

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、特定のガラス組成と、特定の範囲の屈折率およびアッベ数を有する光学ガラス、あるいは特定の必須成分、高温粘性、ガラス転移温度、屈折率およびアッベ数を有する光学ガラスが、プレス成形用プリフォームを量産性よく与えること、この光学ガラスに特定の操作を施すことによりプレス成形用プリフォームを効率よく製造し得ること、該プレス成形用プリフォームを加熱、軟化し、精密プレス成形することにより、所望形状の光学部品が量産性よく得られることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、
（１）必須成分として、Ｂ₂Ｏ₃ ２５〜４５モル％、ＳｉＯ₂ ２〜２０モル％、Ｌａ₂Ｏ₃ ５〜２２モル％、Ｇｄ₂Ｏ₃ ２〜２０モル％、ＺｎＯ １５〜２９モル％、Ｌｉ₂Ｏ １〜１０モル％およびＺｒＯ₂ ０．５〜８モル％を含むと共に、Ｂ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が２〜５．５、Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃との合計含有量が１２〜２４モル％およびＺｎＯとＬｉ₂Ｏとの合計含有量が２５〜３０モル％であり、かつ屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８５で、アッベ数（νｄ）が４０〜５５であることを特徴とする光学ガラス（以下、光学ガラスＩと称する。）、

（２）任意成分として、Ｔａ₂Ｏ₅ ０〜８モル％、ＷＯ₃ ０〜８モル％、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０〜８モル％、Ｙ₂Ｏ₃ ０〜８モル％、Ｙｂ₂Ｏ₃ ０〜８モル％およびＳｂ₂Ｏ₃ ０〜１モル％を含み、かつ必須成分と任意成分との合計含有量が９５モル％以上である上記（１）項に記載の光学ガラス、
（３）液相温度における粘度が６ｄＰａ・ｓ以上である上記（１）または（２）項に記載の光学ガラス、

（４）ガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃以下である上記（１）、（２）または（３）項に記載の光学ガラス、
（５）必須成分として、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｌｉ₂ＯおよびＺｒＯ₂を含み、かつ液相温度における粘度が６ｄＰａ・ｓ以上、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃以下、屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８５およびアッベ数（νｄ）が４０〜５５であることを特徴とする光学ガラス（以下、光学ガラスIIと称する。）、

（６）Ｂ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が２〜５．５である上記（５）項に記載の光学ガラス、
（７）Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃との合計含有量が１２〜２４モル％およびＺｎＯとＬｉ₂Ｏとの合計含有量が２５〜３０モル％である上記（５）または（６）項に記載の光学ガラス、（８）加熱、軟化してプレス成形するためのプレス成形用プリフォームであって、上記（１）ないし（７）項のいずれか１項に記載の光学ガラスからなることを特徴とするプレス成形用プリフォーム、
（９）加熱、軟化してプレス成形するためのプレス成形用プリフォームの製造方法において、流出パイプより流出した所定量の上記（１）ないし（７）項のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる溶融ガラスを、軟化状態にある間に成形したのち、冷却することを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法、

（１０）上記（１）ないし（７）項のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる光学部品、および
（１１）上記（８）項に記載のプレス成形用プリフォームまたは上記（９）項に記載の方法により製造されたプレス成形用プリフォームを加熱、軟化し、精密プレス成形することを特徴とする光学部品の製造方法、
を提供するものである。

本発明によれば、高温成形性及び精密プレス成形性に優れた高屈折率・低分散特性を有する光学ガラス及び前記光学ガラスよりなる光学部品を提供することができる。
また、本発明によれば、プレス成形用プリフォームを上記光学ガラスによって構成することにより、精密プレス成形に好適なプレス成形予備体を提供することができる。

さらに、本発明によれば、液相温度において所定の粘度を示す上記光学ガラスが得られる溶融ガラスを熱間成形することにより、高い生産性のもとにプレス成形用プリフォームを製造する方法を提供することができる。
加えて、本発明によれば、上記プレス成形予備体を再加熱、精密プレス成形することによって、高精度の光学部品などのプレス成形品を製造する方法を提供することができる。

本件明細書中において、ガラスの精密プレス成形とは、所定形状のキャビティを有する成形型を用いて再加熱されたプレス成形予備体（プレス成形用プリフォーム又はゴブプリフォームという）を加圧成形することにより、最終製品形状、又はそれに極めて近い形状及び面精度を有するガラス成形品を得る手法を意味する。また、プレス成形用プリフォームの熱間成形とは、溶融ガラス（ガラス融液）を用いて、そのガラスが軟化状態にある間に、プリフォーム形状に成形する方法のことである。

精密プレス成形によれば所望形状の成形品を高い生産性のもとに製造することが可能である。そのため、現在では球面レンズ、非球面レンズ、回折格子など、種々のガラス製の光学部品が精密プレス成形によって製造されている。精密プレス成形では、プレスに使用される成形型が高温高圧状態に曝される。このため、精密プレス成形に使用されるガラスには、プレス成形時の高温環境によって成形型自体や当該成形型の成形面に設けられている離型膜の損傷を抑制するという観点から、ガラスの転移温度（Ｔｇ）や屈伏点温度（Ｔｓ）をなるべく低くすることが望まれている。

本発明の光学ガラスには、このような要求を満たすものとして、２つの態様、すなわち光学ガラスＩおよび光学ガラスII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、必須成分として、Ｂ₂Ｏ₃ ２５〜４５モル％、ＳｉＯ₂ ２〜２０モル％、Ｌａ₂Ｏ₃ ５〜２２モル％、Ｇｄ₂Ｏ₃ ２〜２０モル％、ＺｎＯ １５〜２９モル％、Ｌｉ₂Ｏ １〜１０モル％およびＺｒＯ₂ ０．５〜８モル％を含むと共に、Ｂ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が２〜５．５、Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃との合計含有量が１２〜２４モル％およびＺｎＯとＬｉ₂Ｏとの合計含有量が２５〜３０モル％であり、かつ屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８５で、アッベ数（νｄ）が４０〜５５の光学ガラスである。

この光学ガラスＩとしては、任意成分として、Ｔａ₂Ｏ₅ ０〜８モル％、ＷＯ₃ ０〜８モル％、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０〜８モル％、Ｙ₂Ｏ₃ ０〜８モル％、Ｙｂ₂Ｏ₃ ０〜８モル％およびＳｂ₂Ｏ₃ ０〜１モル％を含み、かつ必須成分と上記任意成分との合計含有量が９５モル％以上である光学ガラスが好ましく、また、液相温度における粘度が６ｄＰａ・ｓ以上、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃以下のものが好適である。

以下、精密プレス成形可能であり、高屈折率・低分散特性を有する光学ガラスＩの物理的物性及びガラス組成範囲を上記のようにした理由を示す。
まず、液相温度における粘性について述べる。後述する光学ガラスIIでも同様であるが、プレス成形用プリフォームを熱間成形する場合、特に、精密プレス成形用プリフォームを液滴浮上法（後述する）で作製するには、ガラスの作業温度における粘性が厳しく規定される。実験の結果、作業温度における粘性は６ｄＰａ・ｓ以上が肝要であり、好ましくは６．５ｄＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは９〜２５ｄＰａ・ｓ、特に好ましくは１０〜２５ｄＰａ・ｓである。ガラスの液相温度における粘性が６ｄＰａ・ｓを達成できない場合、さらに作業温度を下げることにより粘性を上げると、融液の温度が液相温度以下となるため、ガラスが失透してしまい、最悪の場合、溶融ガラスを流出する流出パイプが詰まってしまう恐れがある。従って、光学ガラスＩの液相温度における粘性は、６ｄＰａ・ｓ以上のより高粘性範囲とすることが肝要である。

次に、上記組成範囲は、実験化学的に見出されたものであり、組成範囲限定の理由は次の通りである。なお、含有量は、すべてモル％表示である。
Ｂ₂Ｏ₃はガラスの網目構造形成酸化物であり、本発明において必須成分である。特にＬａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃などの高屈折率成分を多く導入すると、ガラスの安定性を保つため、ＳｉＯ₂よりＢ₂Ｏ₃を多くする必要があるが、４５％を超えて導入すると、ガラスの屈折率が低下するのに対し、２５％未満では失透に対して十分な安定性が得られないため、その導入量は２５〜４５％に制限される。より好ましくは３０〜４４％の範囲である。

ＳｉＯ₂はＢ₂Ｏ₃と同様、ガラス網目構造の形成物で、主成分Ｂ₂Ｏ₃の代わりに少量添加すると、ガラスの液相温度を低下させ、高温粘性をも向上させるが、２％未満では上記のような効果が薄くなり、逆に２０％を超えて多く導入すると、ガラスの屈折率が下がり、屈伏点温度も高くなってプリフォームの作製および精密プレスのいずれも難しくなるため、その導入量は２〜２０％の範囲に限定される。より好ましくは３〜１５％の範囲である。

また、本系のガラス組成では、低ガラス転移温度化を達成するための成分であるＬｉ₂ＯやＺｎＯが多量に含有されているので、所望の光学恒数を達成するためにＢ₂Ｏ₃の含有量が４５％以下に制限されている。そのため、ガラスの失透に対する安定性を高めるために、比較的多量のＳｉＯ₂の添加が必要とされる。その添加量の指針として、同じ網目形成酸化物であるＢ₂Ｏ₃とのモル比率Ｂ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂を設定することができるが、この比率が大きすぎる、すなわち相対的なＳｉＯ₂添加量が少なすぎると、ガラスの安定性が悪く、また、液相温度における粘性も十分でなくなる。したがって、Ｂ₂Ｏ₃ ／ＳｉＯ₂モル比は５．５以下、好ましくは５以下に制限される。一方、Ｂ₂Ｏ₃ ／ＳｉＯ₂モル比が小さすぎる場合には、屈折率の低下あるいはガラス転移温度の上昇を招くため、Ｂ₂Ｏ₃ ／ＳｉＯ₂モル比は２以上に制限される。したがって、Ｂ₂Ｏ₃ ／ＳｉＯ₂モル比を２〜５．５、好ましくは２〜５とする。

Ｌａ₂Ｏ₃は上述したようにガラスの失透に対する安定性を低下せず、さらに分散を高めずに、屈折率を高くし、化学的耐久性を向上させる必須成分である。しかし、５％未満では十分な効果が得られないのに対し、２２％を超えると失透に対する安定性が著しく悪化
し、転移温度も屈伏点温度も上昇し、ゴブプリフォームの作製にも、精密プレス成形にも困難となるため、その導入量は５〜２２％の範囲に限定される。より好ましくは７〜２０％の範囲である。

Ｇｄ₂Ｏ₃はＬａ₂Ｏ₃と同様、ガラスの失透に対する安定性や低分散の特性を悪化せずにガラスの屈折率や化学耐久性を向上させる働きをする。しかし、Ｇｄ₂Ｏ₃の含有量が２％未満では、十分の効果が得られないのに対し、２０％を超えると、失透に対する安定性も悪化し、転移温度や屈伏点温度が上昇してゴブプリフォームの作製および精密プレス成形が難しくなるため、その導入量は２〜２０％の範囲に限定される。より好ましくは４〜１５％の範囲である。通常、Ｂ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃（Ｇｄ₂Ｏ₃）−ＺｎＯ−Ｌｉ₂Ｏ系ガラスにおいて、高屈折率（ｎｄ＞１．７５）、低分散（νｄ＞４０）の高機能性を保つためにはＬａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃との合計量が１２％（３５ｗｔ％超）以上が必要となる。このような多量のＬａ₂Ｏ₃あるいはＧｄ₂Ｏ₃を含有するガラスの転移温度及び屈伏点温度を下げるためには、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏなどのアルカリ成分の導入が必要である。アルカリ酸化物の導入による屈折率の低下を補うためには、さらにＬａ₂Ｏ₃あるいはＧｄ₂Ｏ₃を増やさなければならない。しかし、Ｌａ₂Ｏ₃及びＧｄ₂Ｏ₃、アルカリ含有量の増加にともなって、ガラスの安定性が悪化し、液相温度が高くなって液相温度における粘性が低くなる傾向がある。特にＬａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃との合計量が２４％を超えると、ガラスの失透傾向がかなり強くなり、液相温度における粘性も相当低くなるため、ゴブプリフォームの作製ができなくなってしまう恐れがある。したがって、Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃との合計量を２４％以下に抑える必要がある。より好ましくは1４〜２３％の範囲である。

ＺｒＯ₂は高屈折率成分として使われる。Ｌａ₂Ｏ₃やＧｄ₂Ｏ₃の代わりに少量のＺｒＯ₂を導入すると、ガラスの屈折率が低下せずに、分散を大きくしないで特性や高温粘性や失透に対する安定性を改善する効果があるため、本発明では、少量のＺｒＯ₂を導入する。しかし、０．５％未満ではＺｒＯ₂の添加効果が見られないのに対し、８％を超えて多く導入すると、液相温度が急激に上昇し、失透に対する安定性も悪化するので、その導入量は、０．５〜８％の範囲に限定される。より好ましくは１〜６％の範囲である。

ＺｎＯはガラスの溶融温度や液相温度及び転移温度を低下させ、屈折率の調整にも欠かせない必須成分であるが、１５％未満では、上記の期待された効果が得られないのに対し、２９％を超えて導入すると、分散も大きくなり、失透に対する安定性も悪化し、化学的耐久性も低下するので、その導入量は１５〜２９％の範囲に限定される。より好ましくは１７〜２８％の範囲である。

Ｌｉ₂Ｏは他のアルカリ酸化物成分に比べ、大幅な屈折率の低下及び化学的耐久性の低下を伴うことが無く、ガラスの転移温度を大幅に低下させる成分である。特に少量で導入する場合、その効果が大きく、ガラスの熱的な物性を調整するための有効な成分である。しかし、１％未満ではＬｉ₂Ｏの添加効果が小さいのに対し、１０％より多くのＬｉ₂Ｏを導入すると、ガラスの失透に対する安定性が急激に低下し、液相温度も上昇するので、その導入量は１〜１０％の範囲に制限される。より好ましくは２〜８％の範囲である。

なお、ＺｎＯとＬｉ₂Ｏの合計含有量は、２５〜３０％とする。前記合計含有量が２５％に満たないとガラス転移温度（Ｔｇ）の低下が不十分となり、３０％を超えると液相温度における粘性が低下してしまう。したがって、低ガラス転移温度化とプリフォームの熱間成形性に配慮した高温粘性条件を両立する上から、ＺｎＯとＬｉ₂Ｏの合計含有量は、２５〜３０％とする。

上記組成範囲にあって、さらに好ましい組成は次のとおりである。
Ｂ₂Ｏ₃ ３0〜４４％
ＳｉＯ₂ ３〜１５％
Ｂ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比 ２〜５
Ｌａ₂Ｏ₃ ７〜２０％
Ｇｄ₂Ｏ₃ ４〜１５％
Ｌａ₂Ｏ₃＋Ｇｄ₂Ｏ₃ 1４〜２３％
ＺｒＯ₂ １〜６％
ＺｎＯ １７〜２８％
Ｌｉ₂Ｏ ２〜８％
ＺｎＯ＋Ｌｉ₂Ｏ ２５〜３０％

さらに、本発明の光学ガラスＩにおいて、Ｔａ₂Ｏ₅、ＷＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ₃およびＹｂ₂Ｏ₃はいずれもガラスの安定性や屈折率を改善するために使われる任意成分であるが、それぞれの導入量が８％を超えると、分散が大きくなるのに加え、失透に対する安定性も悪化するので、その導入量を８％以下に限定する。より好ましくは５％以下である。Ｔａ₂Ｏ₅、ＷＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃のうち、上記観点から最も好ましい成分は、Ｔａ₂Ｏ₅であるので、Ｔａ₂Ｏ₅を０．５〜８％導入することが好ましく、１〜８％導入することがより好ましい。ただし、所要の特性を損なうことなく、アッベ数（νｄ）を４０〜５５の範囲に調整する上から、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＷＯ_３のいずれかの含有量をゼロとすることが望ましく、Ｎｂ_２Ｏ_５およびＷＯ_３の含有量をゼロとすることがさらに望ましい。

一方、ＷＯ_３は、他の高屈折率成分と置換して添加すると、液相温度を低下させる効果があるため、高屈折率を維持したままで液相温度を低下させ、プリフォームの熱間成形性を向上させる観点からはＷＯ_３を０〜３％導入することが好ましく、０〜２％導入することがより好ましく、０〜１％導入することがさらに好ましい。

Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃は高屈折率・低分散の成分として使用され、少量導入する場合、ガラスの屈折率を高くし、化学的耐久性を向上させるが、Ｌａ₂Ｏ₃やＧｄ₂Ｏ₃に比べその効果が小さく、８％より多く導入するとガラスの失透に対する安定性を大きく損ない、転移温度や屈伏点温度を上昇させる欠点があるので、その導入量を８％以下に抑える。より好ましくは７％以下である。
Ｓｂ₂Ｏ₃は脱泡剤として用いられる任意成分であるが、１％以下で十分の効果が得られるので、その導入量が１％以下に限定される。

本発明の光学ガラスＩにおいては、光学特性や安定性を保つために、上記各成分の合計含有量は９５％以上にすることが好ましいが、さらにＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂などのその他成分を、所望により導入することができる。

なお、光学ガラスＩにおいて、毒性のため環境に悪影響を与えるとともに、非酸化性ガス雰囲気中でのプレス成形によって容易に還元され、金属として析出する鉛成分、さらにプリフォームの高温成形を困難にするフッ素成分を含有しないことが望ましい。光学ガラスＩにおいて、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｌｉ₂Ｏ、ＺｒＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅の合計含有量を９５％以上とすることが好ましく、９９％以上とすることがより好ましく、１００％とすることがさらに好ましい。この場合においても、各成分の含有量は上記のような範囲とする。

この光学ガラスＩは、プレス成形、特に精密プレス成形に好適な、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃以下という特性を有することが好ましい。ガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃を超えるとプレス成形時において、成形型自体や当該成形型の成形面に設けられている離型膜を損傷するおそれがある。ガラス転移温度（Ｔｇ）の下限については特に制限はないが、通常４００℃以上である。

次に本発明の光学ガラスIIについて説明する。
光学ガラスIIは、必須成分として、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｌｉ₂ＯおよびＺｒＯ₂を含み、精密プレス成形性、プリフォームの熱間成形性、高屈折率・低分散特性、ガラスの安定性に優れた光学ガラスであり、屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８５およびアッベ数（νｄ）が４０〜５５の範囲であって、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃以下、液相温度における粘度が６ｄＰａ・ｓ以上である。

この光学ガラスIIにおいては、所要の光学恒数、屈伏点、液相温度における粘性、ガラスの安定性などが得られる点から、Ｂ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が２〜５．５であるもの、および／またはＬａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃との合計含有量が１２〜２４モル％で、かつＺｎＯとＬｉ₂Ｏとの合計含有量が２５〜３０モル％であるものが好ましい。
液相温度における粘度は、光学ガラスＩと同様の理由により設定され、６ｄＰａ・ｓ以上、好ましくは６．５ｄＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは９〜２５ｄＰａ・ｓ、特に好ましくは１０〜２５ｄＰａ・ｓである。

この光学ガラスIIにおいても、所要の特性を損なうことなく、アッベ数（νｄ）を４０〜５５の範囲に調整する上から、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＷＯ₃のいずれかの含有量をゼロとすることが望ましく、Ｎｂ₂Ｏ₅およびＷＯ₃の含有量をゼロとすることがさらに望ましい。光学ガラスIIにおいても、Ｔａ₂Ｏ₅を加えることが好ましい。

該光学ガラスIIは、プレス成形、特に精密プレス成形に好適な、ガラス転移温度（Tg）が６００℃以下という特性を有する。ガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃を超えるとプレス成形時において、成形型自体や当該成形型の成形面に設けられている離型膜を損傷するおそれがある。転移温度（Ｔｇ）の下限については特に制限はないが、通常４００℃以上である。
前記光学ガラスＩ、IIとも可視光領域において透明であり、レンズなどの光学部品の材料として好適である。

次に、プレス成形用プリフォームおよびその製造方法に関する実施の形態について説明する。
プレス成形用プリフォームの熱間成形法は、例えば、溶融、清澄、攪拌の工程を経て、均質で泡を含まない溶融ガラスを作製し、この溶融ガラスをプリフォーム形状に成形するものである。具体的には、この溶融ガラスをパイプの流出口から流出させ、流出する溶融ガラスが所定の量になった時点で、流出した溶融ガラスの先端部分が分離するように、あるいは溶融ガラスを切断・分離したガラスを、プリフォーム形状に成形し、冷却してプリフォームを得る。流出した溶融ガラスの先端部分を分離する方法としては、溶融ガラスをパイプ流出口より滴下させる方法（滴下法）、溶融ガラス先端部分を支持体により支持した後、支持体を溶融ガラスの流出スピードよりも速いスピードで降下させる方法（降下切断法）などがある。溶融ガラスの流出に使用されるパイプとしては、白金または白金合金が望ましい。溶融ガラスを上記のようにパイプから流出してプリフォームを熱間成形するためには、溶融ガラスがパイプから円滑に流出すること、上記分離方法により所定量のガラスを分離することが可能なこと、溶融ガラスの流出温度でガラスが失透しないこと、ガラスの流出温度が上記パイプの耐熱温度未満であることが要求される。そのための条件としては、先に光学ガラスＩおよびIIの特性として説明したように、ガラスの液相温度における粘度を所要の範囲とすることが好ましい。さらに、白金又は白金合金のパイプの耐熱温度が１１００℃付近であることから、１１００℃におけるガラスの粘度が４Ｐａ・ｓ以下であることが望ましい。

本発明のプレス成形用プリフォームは、前述の光学ガラス（ＩまたはII）からなるもの
であって、高生産性、高重量精度のもとにプレス成形用プリフォームを製造する方法としては、溶融または軟化状態のガラスを熱間成形する方法が優れている。したがって、本発明のプリフォームの製造方法としては、前述の光学ガラス（ＩまたはII）が得られるようなガラス原料を溶解、清澄、攪拌して均一な溶融ガラスを作り、この溶融ガラスを白金製または白金合金製のパイプから流出させて、所定量の溶融ガラスからガラス塊を作製し、これを用いてプリフォームを成形する方法が用いられる。この方法では、溶融ガラスを上記パイプの流出口から連続して流出させ、流出口より流出したガラスの先端部分を分離して所定量のガラス塊を得、それをガラスが塑性変形可能な温度範囲にある間にプリフォーム形状に成形する。流出ガラスの先端部分の分離方法としては、先に説明したように滴下法と降下切断法を例示できる。いずれの場合も、分離に当たっては切断機などによる機械切断を行うと切断部分がプリフォームに痕跡となって残り、精密プレス成形品の品質を悪化させるので、機械切断は好ましくない。上記光学ガラスを用いることにより、ガラスを失透させることなく、パイプ流出口から流出したガラス先端部分を機械切断することなく分離することができる。流出スピード、流出温度を一定に保ち、滴下条件または降下条件も一定に保つことにより、一定重量のプリフォームを再現性よく高精度に製造することができる。上記方法は、１〜５０００ｍｇ程度の重量範囲のプリフォームを高い重量精度のもとに製造する場合に好適である。

分離したガラス先端部分は、例えば、凹状の成形面からガスが噴出する成形型で受け、前記ガスの風圧によって浮上、回転することによって球状、楕円球状などのプリフォームに成形される。このような成形方法を浮上成形法と呼ぶことにするが、浮上成形法では成形時のガラスの粘性に対する条件が厳しいが、本発明の光学ガラスからなるプリフォームを成形する場合、ガラスの特性が浮上成形に適しているので、良好な浮上成形を行うこともできる。上記のようにして製造されたプリフォームは、必要に応じて表面に離型膜やその他の膜を設けてもよい。なお、前述した液滴浮上法は、滴下法によって得られた溶融ガラス滴を浮上成形する方法のことである。

次に精密プレス成形品の製造方法について説明する。
精密プレス成形とは、上述したように再加熱されたプリフォームを所定形状のキャビティを有する成形型によって加圧成形し、最終製品の形状と同じまたは極めて近似した形状の成形品を作製する方法である。この精密プレス成形法によれば、成形品に研削や研磨を施さずに、あるいは研磨による除去量が極めて少ない研磨のみを施すことによって、最終製品、特に光学部品のような極めて高い形状精度や面精度を要求される最終製品を作製することが可能である。したがって、本発明の精密プレス成形品の製造方法は、レンズ、レンズアレイ、回折格子、プリズムなどの光学部品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。本発明の精密プレス成形品の製造方法によれば、高屈折率・低分散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６００℃以下と低く、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。

精密プレス成形方法としては、表面が清浄状態のプリフォームを、プリフォームを構成するガラスの粘度が１０⁵〜１０¹¹Ｐａ・ｓの範囲を示すように再加熱し、再加熱されたプリフォームを上型、下型を備えた成形型によってプレス成形する。成形型の成形面には必要に応じて離型膜を設けてもよい。なお、プレス成形は、成形型の成形面の酸化を防止する上から、窒素ガスや不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。プレス成形品は成形型より取り出され、必要に応じて徐冷される。成形品がレンズなどの光学素子の場合には、
必要に応じて表面に光学薄膜をコートしてもよい。

このようにして、屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８５で、かつアッベ数（νｄ）が４０〜５５の高屈折率・低分散光学ガラスからなるレンズ、レンズアレイ、回折格子、プリズムなどの光学部品を高精度に生産性よく製造することができる。
本発明はまた、前述の本発明の光学ガラスＩまたは光学ガラスIIからなる光学部品をも提供する。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜４７
それぞれのガラス成分に対応する酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物などをガラス原料として用い、表１〜表８に示した組成になるように所定の割合に２５０〜３００g秤量し、十分に混合して調合バッチと成し、これを白金るつぼに入れ、１２００〜１２５０℃に保持した電気炉中において攪拌しながら空気中２〜４時間ガラスの溶解を行った。溶解後、ガラス融液を４０×７０×１５mmのカーボン製の金型に流し、ガラスの転移点温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、ガラスの転移温度範囲で約１時間アニールした後、炉内で室温まで放冷した。得られたガラス中には、顕微鏡で観察できる結晶は析出しなかった。

得られた光学ガラスは、表１〜表８に示される組成、ガラス転移温度（Ｔｇ）、屈伏点（Ｔｓ）、液相温度（ＬＴ）、液相温度における粘度、屈折率（ｎｄ）およびアッベ数（νｄ）を有していた。なお、上記各物性は、以下のようにして測定した。

（１）屈折率（ｎｄ）及びアッべ数（νｄ）
徐冷降温速度を−３０℃/ｈにして得られた光学ガラスについて測定した。
（２）転移温度（Ｔｇ）及び屈伏点温度（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）液相温度（ＬＴ）
４００〜１１００℃の温度勾配のついた失透試験炉に１時間保持し、倍率８０倍の顕微鏡により結晶の有無を観察し、液相温度を測定した。
（４）液相温度における粘度（ηＬＴ）
ＪＩＳ規格Ｚ８８０３、共軸二重円筒型回転粘度計による粘度測定方法により粘度を測定した。

表１〜表８に示すように、各ガラスともガラス転移温度(Ｔｇ)は６００℃以下、屈伏点(Ｔｓ)は６３０℃以下となっている。また液相温度(ＬＴ)は１０３０℃以下、液相温度における粘度は６ｄＰａ・ｓ以上となっている。

比較例１、２
実施例１〜４７と同様にして、表９に示す組成を有する光学ガラスを作製し、各物性を測定した。結果を表９に示す。両比較例とも液相温度における粘度が
プリフォームの熱間成形に適した範囲よりも小さくなってしまっていることがわかる。

実施例４８
表１〜表８に示す光学ガラスが得られる清澄、均質化された溶融ガラスを白金合金製の流出パイプから流出してプリフォームを熱間成形し、これらのプリフォームを用いて、図１に示す精密プレス成形装置により、非球面精密プレスすることにより非球面レンズを成形した。

まず、実施例１〜４７の各ガラスを、熱間プリフォーム浮上成形装置を用いて、直径２〜３０ｍｍのゴブプリフォームとした。この際、十分な粘性を有していたため、重量精度・形状精度の良いゴブプリフォームを得ることが可能であった。次に、このゴブプリフォーム４を、非球面形状を有する下型２および上型１の間に静置したのち、石英管７内を窒素雰囲気としてヒーター８に通電して石英管７内を加熱した。成形鋳型内部の温度をガラスの屈伏点温度＋２０〜６０℃となる温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒９を降下させて上型１を押して成形鋳型内のゴブプリフォーム４をプレス成形した。成形圧力を８ＭＰａ、成形時間を３０秒としたプレスの後、成形圧力を低下させ、非球面プレス成形されたガラスの成形物を下型２及び上型１と接触させたままの状態でガラスの転移温度−
３０℃の温度まで徐冷し、次いで室温まで急冷した。その後、非球面レンズに成形されたガラスを成形鋳型から取り出し、形状の測定および外観検査を行った。得られた非球面レンズは、きわめて精度の高いレンズであった。
なお、図１において、符号３は案内型（胴型）、５は支持棒、６は支持台、１０は熱電対である。

本発明によれば、高温成形性及び精密プレス成形性に優れた高屈折率・低分散特性を有する光学ガラスが得られ、この光学ガラスを用いてプレス成形用プリフォームおよび光学部品を得ることができる。

実施例で使用した精密プレス成形装置の１例の概略断面図である。

符号の説明

１ 上型
２ 下型
３ 案内型（胴型）
４ プリフォーム
５ 支持棒
６ 支持台
７ 石英管
８ ヒーター
９ 押し棒
１０ 熱伝対

Claims (11)

1. 必須成分として、Ｂ₂Ｏ₃ ２５〜４５モル％、ＳｉＯ₂ ２〜２０モル％、Ｌａ₂Ｏ₃ ５〜２２モル％、Ｇｄ₂Ｏ₃ ２〜２０モル％、ＺｎＯ １５〜２９モル％、Ｌｉ₂Ｏ １〜１０モル％およびＺｒＯ₂ ０．５〜８モル％を含むと共に、Ｂ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が２〜５．５、Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃との合計含有量が１２〜２４モル％およびＺｎＯとＬｉ₂Ｏとの合計含有量が２５〜３０モル％であり、かつ屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８５で、アッベ数（νｄ）が４０〜５５であることを特徴とする光学ガラス。
2. 任意成分として、Ｔａ₂Ｏ₅ ０〜８モル％、ＷＯ₃ ０〜８モル％、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０〜８モル％、Ｙ₂Ｏ₃ ０〜８モル％、Ｙｂ₂Ｏ₃ ０〜８モル％およびＳｂ₂Ｏ₃ ０〜１モル％を含み、かつ必須成分と任意成分との合計含有量が９５モル％以上である請求項１に記載の光学ガラス。
3. 液相温度における粘度が６ｄＰａ・ｓ以上である請求項１または２に記載の光学ガラス。
4. ガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃以下である請求項１、２または３に記載の光学ガラス。
5. 必須成分として、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｌｉ₂ＯおよびＺｒＯ₂を含み、かつ液相温度における粘度が６ｄＰａ・ｓ以上、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃以下、屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８５およびアッベ数（νｄ）が４０〜５５であることを特徴とする光学ガラス。
6. Ｂ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が２〜５．５である請求項５に記載の光学ガラス。
7. Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃との合計含有量が１２〜２４モル％およびＺｎＯとＬｉ₂Ｏとの合計含有量が２５〜３０モル％である請求項５または６に記載の光学ガラス。
8. 加熱、軟化してプレス成形するためのプレス成形用プリフォームであって、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光学ガラスからなることを特徴とするプレス成形用プリフォーム。
9. 加熱、軟化してプレス成形するためのプレス成形用プリフォームの製造方法において、流出パイプより流出した所定量の請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる溶融ガラスを、軟化状態にある間に成形したのち、冷却することを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法。
10. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる光学部品。
11. 請求項８に記載のプレス成形用プリフォームまたは請求項９に記載の方法により製造されたプレス成形用プリフォームを加熱、軟化し、精密プレス成形することを特徴とする光学部品の製造方法。

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