JP2010013292A - ガラス成形体の製造方法、及びガラス成形体の曇り低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス成形を行った後において、ガラス成形体の表面の凹凸や曇りを低減することのできるガラス成形体の製造方法、及びガラス成形体の曇り低減方法を提供する。
【解決手段】ガラス成形体の製造方法は、軟化したガラスに対して金型内でプレス成形を行うガラス成形体の製造方法において、Ｓｂ成分を実質的に含有しないガラスを用いるものである。また、ガラス成形体の曇り低減方法は、軟化したガラスに対する金型内でのプレス成形によって作製されるガラス成形体の曇り低減方法であって、プレス成形前のガラスに含まれるＳｂ成分を低減するものである。
【選択図】なし

Description

本発明はガラス成形体の製造方法と、この製造方法により製造されたガラス成形体からなる光学素子、及び、ガラス成形体の曇り低減方法に関する。

近年、デジタルカメラやプロジェクタ等の光学機器の分野においては、小型化、軽量化が要求され、それに伴い、光学素子の小型化、使用レンズ枚数の低減が課題となっている。これに伴い、レンズ枚数の削減を図るため、高屈折率高分散ガラス等の光学ガラスから作製された非球面レンズを用いて光学設計することが主流になりつつある。

プレス成形によってガラス成形体を製造する方法としては、例えば特許文献１から４に開示された方法が知られている。特許文献１及び２には、厚板状のガラスを切断、研削、研磨して作製されるプリフォームから、プレス成形を用いてガラス成形体を製造する方法が記載されている。また、特許文献３及び４には、溶融ガラスを滴下することで得られる液滴状のプリフォームから、プレス成形を用いてガラス成形体を製造する方法が記載されている。
特開昭５９−１１６１３７号公報 特公昭５４−０３８１２６号公報 特開昭６２−０２１７２０号公報 特開昭６０−１１８６３９号公報

しかしながら、特許文献１〜４に開示されるようなプレス成形の手段によってガラス成形体を製造する場合、金型の形状を転写したガラス成形体の表面に凹凸や曇りが発生することがあった。表面に凹凸や曇りが発生したガラス成形体は、近年高まっている光学設計上の要求を満たすには不十分なものである。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、精密プレス成形をはじめとするプレス成形を行った後において、表面の凹凸や曇りを低減することのできるガラス成形体の製造方法、及びガラス成形体の曇り低減方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、ガラス成形体の表面への凹凸や曇りの原因が金型への付着物であり、この付着物の主成分がＳｂ成分であることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 軟化したガラスに対して金型内でプレス成形を行うガラス成形体の製造方法において、
Ｓｂ成分を実質的に含有しないガラスを用いるガラス成形体の製造方法。

（２） 前記ガラスが、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＳｉＯ_２成分を７０．０％以下含有している（１）記載のガラス成形体の製造方法。

（３） 前記ガラスが、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＬａ_２Ｏ_３成分を０〜５０．０％さらに含有している（２）記載のガラス成形体の製造方法。

（４） 前記ガラスが、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
Ｂ_２Ｏ_３成分 ０〜４０．０％及び／又は
Ｐ_２Ｏ_５成分 ０〜６０．０％及び／又は
Ａｌ_２Ｏ_３成分 ０〜１０．０％及び／又は
Ｙ_２Ｏ_３成分 ０〜２５．０％及び／又は
Ｌｕ_２Ｏ_３成分 ０〜１０．０％及び／又は
Ｇｄ_２Ｏ_３成分 ０〜２５．０％及び／又は
Ｙｂ_２Ｏ_３成分 ０〜１０．０％及び／又は
ＧｅＯ_２成分 ０〜１０．０％及び／又は
ＴｉＯ_２成分 ０〜４０．０％及び／又は
ＺｒＯ_２成分 ０〜１５．０％及び／又は
Ｎｂ_２Ｏ_５成分 ０〜５０．０％及び／又は
Ｔａ_２Ｏ_５成分 ０〜２５．０％及び／又は
ＷＯ_３成分 ０〜１０．０％及び／又は
ＺｎＯ成分 ０〜３５．０％及び／又は
ＭｇＯ成分 ０〜１０．０％及び／又は
ＣａＯ成分 ０〜２０．０％及び／又は
ＳｒＯ成分 ０〜２５．０％及び／又は
ＢａＯ成分 ０〜３０．０％及び／又は
Ｌｉ_２Ｏ成分 ０〜１５．０％及び／又は
Ｎａ_２Ｏ成分 ０〜２０．０％及び／又は
Ｋ_２Ｏ成分 ０〜１５．０％及び／又は
Ｂｉ_２Ｏ_３成分 ０〜８５．０％及び／又は
Ｆ成分 ０〜１０％
をさらに含有している（２）又は（３）記載のガラス成形体の製造方法。

（５） 前記ガラスが１００℃以上６４０℃以下のガラス転移点（Ｔｇ）を有している（１）から（４）のいずれか記載のガラス成形体の製造方法。

（６） 前記ガラスとしてプリフォームを加熱して軟化したガラスを用いる（１）から（５）のいずれか記載のガラス成形体の製造方法。

（７） 前記ガラスとして１００℃以上８００℃以下に加熱して軟化したガラスを用いる（６）記載のガラス成形体の製造方法。

（８） 最表面層がＰｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｈ，Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｒｅ及びＣからなる元素群から選ばれる少なくとも１種類以上の元素を含む保護膜が形成された前記金型を用いる（１）から（７）のいずれか記載のガラス成形体の製造方法。

（９） （１）から（８）のいずれかの製造方法により製造されたガラス成形体からなる光学素子。

（１０） 軟化したガラスに対する金型内でのプレス成形によって作製されるガラス成形体の曇り低減方法であって、
プレス成形前のガラスに含まれるＳｂ成分を低減するガラス成形体の曇り低減方法。

本発明によれば、Ｓｂ成分を実質的に含有しないガラスを用いることによって、金型に付着していた不純物が低減される。このため、プレス成形を行った後において、表面の凹凸や曇りを低減することのできるガラス成形体の製造方法、及びガラス成形体の曇り低減方法を提供することができる。

本発明のガラス成形体の製造方法は、軟化したガラスに対して金型内でプレス成形を行うガラス成形体の製造方法において、Ｓｂ成分を実質的に含有しないガラスを用いる。Ｓｂ成分を実質的に含有しないガラスを用いることによって、金型に付着していた不純物が低減される。このため、プレス成形を行った後のガラスでは、表面の凹凸や曇りを低減することができる。

また、本発明のガラス成形体の曇り低減方法は、軟化したガラスに対する金型内でのプレス成形によって作製されるガラス成形体の曇り低減方法であって、プレス成形前のガラスに含まれるＳｂ成分を低減するものである。プレス成形前のガラスに含まれるＳｂ成分を低減することによって、金型に付着していた不純物の主成分となっていたＳｂ成分が低減され、金型に付着する不純物が低減される。このため、プレス成形を行った後のガラスでは、表面の凹凸や曇りを低減することができる。

以下、本発明のガラス成形体の製造方法及びガラス成形体の曇り低減方法の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。

［ガラス成分］
まず、本発明のガラス成形体の製造方法及びガラス成形体の曇り低減方法で用いられるガラスについて説明する。本発明で用いられるガラスは、Ｓｂ成分を実質的に含有せず、プレス成形を行うことのできるガラスである限り、特に限定されないが、その中でも、以下に述べるようなガラスを用いることが好ましい。

以下、本発明で用いられるガラスを構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中において、各成分の含有率は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量％で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が溶融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総質量を１００質量％として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。

＜必須成分、任意成分について＞
ＳｉＯ_２成分は、ガラス転移点（Ｔｇ）を高め、安定なガラス形成を促し、ガラスの耐失透性を高め、ガラスの化学的耐久性を高める成分である。一方、ＳｉＯ_２成分の含有率を７０．０％以下にすることで、ガラス融液の粘度の過剰な上昇が抑えられるため、Ｓｂ成分を含有しなくとも優れた溶融ガラスの脱泡性が維持できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｉＯ_２成分の含有率は、好ましくは７０．０％、より好ましくは６６．０％、最も好ましくは６５．０％を上限とする。ＳｉＯ_２を含有しないガラスであっても、本願発明の方法を使用することにより、精密プレス時の曇り低減を図ることは可能であるが、ＳｉＯ_２成分の含有率を２．０％以上にすることで、ガラス転移点（Ｔｇ）が高まりプレス成形温度が上昇するが、不純物の原因物質が低減されているため、プレス成形後のガラスに対する凹凸や曇りの低減効果を得ることができる。この場合、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｉＯ_２成分の含有率は、好ましくは２．０％、より好ましくは２．５％、最も好ましくは３．０％を下限とする。ＳｉＯ_２成分は、原料として例えばＳｉＯ_２、Ｋ_２ＳｉＦ_６、Ｎａ_２ＳｉＦ_６等を用いてガラス内に含有することができる。

Ｌａ_２Ｏ_３成分は、溶融ガラスの粘性を小さくし、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの分散を小さくしてガラスのアッベ数を大きくする成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ｌａ_２Ｏ_３成分の含有率を５０．０％以下にすることで、ガラスの安定性を高めてガラスの失透を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＬａ_２Ｏ_３成分の含有率は、好ましくは５０．０％、より好ましくは４５．０％、最も好ましくは４２．０％を上限とする。なお、Ｌａ_２Ｏ_３成分を含有しなくとも技術的な不利益はないが、Ｌａ_２Ｏ_３成分を１．０％以上含有することで、溶融ガラスの粘性が小さくなり易いため、Ｓｂ成分を含有しなくとも優れた溶融ガラスの脱泡性を維持し易くなるという有利な効果が奏される。従って、この場合における酸化物換算組成のガラス全質量に対するＬａ_２Ｏ_３成分の含有率は、好ましくは１．０％、より好ましくは３．０％、最も好ましくは５．０％を下限とする。Ｌａ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＬａ_２Ｏ_３、Ｌａ（ＮＯ_３）_３・ＸＨ_２Ｏ（Ｘは任意の整数）等を用いてガラス内に含有することができる。

Ｂ_２Ｏ_３成分は、安定なガラスの形成を促し、ガラスの高い熱的安定性に寄与する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ｂ_２Ｏ_３成分の含有率を４０．０％以下にすることで、より大きな屈折率を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＢ_２Ｏ_３成分の含有率は、好ましくは４０．０％、より好ましくは３７．０％、最も好ましくは３５．０％を上限とする。Ｂ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＨ_３ＢＯ_３、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ、ＢＰＯ_４等を用いてガラス内に含有することができるが、Ｈ_３ＢＯ_３の形態で導入することが好ましい。

Ｐ_２Ｏ_５成分は、ガラスの溶融性を向上する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ｐ_２Ｏ_５成分の含有率を６０．０％以下にすることで、ガラスの失透傾向を低減してガラスの安定性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＰ_２Ｏ_５成分の含有率は、好ましくは６０．０％、より好ましくは１０．０％、最も好ましくは１．０％を上限とする。Ｐ_２Ｏ_５成分は、原料として例えばＡｌ（ＰＯ_３）_３、Ｃａ（ＰＯ_３）_２、Ｂａ（ＰＯ_３）_２、ＢＰＯ_４、Ｈ_３ＰＯ_４等を用いてガラス内に含有することができる。

Ａｌ_２Ｏ_３成分は、ガラスの化学的耐久性を向上し、溶融ガラスの耐失透性を向上する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ａｌ_２Ｏ_３成分の含有率を１０．０％以下にすることで、ガラスの失透傾向を弱めて、ガラスの安定性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＡｌ_２Ｏ_３成分の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは９．０％、最も好ましくは８．０％を上限とする。Ａｌ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＡｌ_２Ｏ_３、Ａｌ（ＯＨ）_３、ＡｌＦ_３等を用いてガラス内に含有することができる。

Ｙ_２Ｏ_３成分は、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの分散を小さくしてガラスのアッベ数を大きくする成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ｙ_２Ｏ_３成分の含有率を２５．０％以下にすることで、ガラスの所望の光学恒数が得易くなるとともに、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＹ_２Ｏ_３成分の含有率は、それぞれ好ましくは２５．０％、より好ましくは２２．０％、最も好ましくは２０．０％を上限とする。Ｙ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＹ_２Ｏ_３、ＹＦ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＧｄＦ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３等を用いてガラス内に含有することができる。

Ｌｕ_２Ｏ_３成分は、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの分散を小さくしてガラスのアッベ数を大きくする成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ｌｕ_２Ｏ_３成分の含有率を１０．０％以下にすることで、ガラスの所望の光学恒数が得易くなるとともに、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＬｕ_２Ｏ_３成分の含有率は、それぞれ好ましくは１０．０％、より好ましくは８．０％、最も好ましくは５．０％を上限とする。Ｌｕ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＬｕ_２Ｏ_３等を用いてガラス内に含有することができる。

Ｇｄ_２Ｏ_３成分は、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの分散を小さくしてガラスのアッベ数を大きくする成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ｇｄ_２Ｏ_３成分の含有率を２５．０％以下にすることで、ガラスの所望の光学恒数が得易くなるとともに、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＧｄ_２Ｏ_３成分の含有率は、それぞれ好ましくは２５．０％、より好ましくは２２．０％、最も好ましくは２０．０％を上限とする。Ｇｄ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＧｄ_２Ｏ_３、ＧｄＦ_３等を用いてガラス内に含有することができる。

Ｙｂ_２Ｏ_３成分は、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの分散を小さくしてガラスのアッベ数を大きくする成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ｙｂ_２Ｏ_３成分の含有率を１０．０％以下にすることで、ガラスの所望の光学恒数が得易くなるとともに、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＹｂ_２Ｏ_３成分の含有率は、それぞれ好ましくは１０．０％、より好ましくは８．０％、最も好ましくは６．０％を上限とする。Ｙｂ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＹｂ_２Ｏ_３等を用いてガラス内に含有することができる。

ＧｅＯ_２成分は、ガラスの耐失透性と屈折率を向上する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、ＧｅＯ_２成分の含有率を１０．０％以下にすることで、ガラスの材料コストを低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＧｅＯ_２成分の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは８．０％、最も好ましくは６．０％を上限とする。ＧｅＯ_２成分は、原料として例えばＧｅＯ_２等を用いてガラス内に含有することができる。

ＴｉＯ_２成分は、ガラスの屈折率及びアッベ数を調整する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、ＴｉＯ_２成分の含有率を４０．０％以下にすることで、ガラスの着色を低減し、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＴｉＯ_２成分の含有率は、好ましくは４０．０％、より好ましくは３８．０％、最も好ましくは３５．０％を上限とする。ＴｉＯ_２成分は、原料として例えばＴｉＯ_２等を用いてガラス内に含有することができる。

ＺｒＯ_２成分は、ガラスの屈折率を高め、耐失透性を向上する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、難溶融成分であるＺｒＯ_２成分の含有率を１５．０％以下にすることで、ガラス製造時の溶解温度の上昇を抑え、エネルギー損失を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＺｒＯ_２成分の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１２．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。ＺｒＯ_２成分は、原料として例えばＺｒＯ_２、ＺｒＦ_４等を用いてガラス内に含有することができる。

Ｎｂ_２Ｏ_５成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスを安定化する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ｎｂ_２Ｏ_５成分の含有率を５０．０％以下にすることで、ガラス製造時の溶解温度の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＮｂ_２Ｏ_５成分の含有率は、好ましくは５０．０％、より好ましくは４９．０％、最も好ましくは４８．０％を上限とする。Ｎｂ_２Ｏ_５成分は、原料として例えばＮｂ_２Ｏ_５等を用いてガラス内に含有することができる。

Ｔａ_２Ｏ_５成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスを安定化する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ｔａ_２Ｏ_５成分の含有率を２５．０％以下にすることで、希少鉱物資源であるＴａ_２Ｏ_５成分の使用量が低減されるため、ガラスの材料コストを低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＴａ_２Ｏ_５成分の含有率は、好ましくは２５．０％、より好ましくは２２．０％、最も好ましくは２０．０％を上限とする。Ｔａ_２Ｏ_５成分は、原料として例えばＴａ_２Ｏ_５等を用いてガラス内に含有することができる。

ＷＯ_３成分は、ガラスの屈折率及び分散を調整し、ガラスの耐失透性を向上する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、ＷＯ_３成分の含有率を１０．０％以下にすることで、ガラスの着色を低減し、特に可視−短波長領域（５００ｎｍ未満）における透過率を低下し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＷＯ_３成分の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは９．０％、最も好ましくは８．０％を上限とする。ＷＯ_３成分は、原料として例えばＷＯ_３等を用いてガラス内に含有することができる。

ＺｎＯ成分は、ガラスの溶融性を向上する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、ＺｎＯ成分の含有率を３５．０％以下にすることで、ガラスの高い熱的安定性を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＺｎＯ成分の含有率は、好ましくは３５．０％、より好ましくは３３．０％、最も好ましくは３２．０％を上限とする。ＺｎＯ成分は、原料として例えばＺｎＯ、ＺｎＦ_２等を用いてガラス内に含有することができる。

ＭｇＯ成分は、ガラスの屈折率を調整する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、ＭｇＯ成分の含有率を１０．０％以下にすることで、所望の屈折率を得易くし、ガラスの失透の発生を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＭｇＯ成分の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは８．０％、最も好ましくは５．０％を上限とする。ＭｇＯ成分は、原料として例えばＭｇＣＯ_３、ＭｇＦ_２等を用いてガラス内に含有することができる。

ＣａＯ成分は、ガラスの溶融性を改善する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、ＣａＯ成分の含有率を２０．０％以下にすることで、所望の屈折率を得易くし、ガラスの失透を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＣａＯ成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１８．０％、最も好ましくは１７．０％を上限とする。ＣａＯ成分は、原料として例えばＣａＣＯ_３、ＣａＦ_２等を用いてガラス内に含有することができる。

ＳｒＯ成分は、ガラスの屈折率を調整し、ガラスの失透性を改善する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、ＳｒＯ成分の含有率を２５．０％以下にすることで、所望の屈折率を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｒＯ成分の含有率は、好ましくは２５．０％、より好ましくは２４．０％、最も好ましくは２３．０％を上限とする。ＳｒＯ成分は、原料として例えばＳｒ（ＮＯ_３）_２、ＳｒＦ_２等を用いてガラス内に含有することができる。

ＢａＯ成分は、ガラスの屈折率を調整し、ガラスの失透性を改善する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、ＢａＯ成分の含有率を３０．０％以下にすることで、所望の屈折率を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＢａＯ成分の含有率は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２９．０％、最も好ましくは２８．０％を上限とする。ＢａＯ成分は、原料として例えばＢａＣＯ_３、Ｂａ（ＮＯ_３）_２、ＢａＦ_２等を用いてガラス内に含有することができる。

Ｌｉ_２Ｏ成分は、ガラスの溶融性を改善するとともに、ガラスを再加熱したときの失透を低減する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ｌｉ_２Ｏ成分の含有率を１５．０％以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くし、ガラスの安定性を高めて失透等の発生を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＬｉ_２Ｏ成分の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１４．０％、最も好ましくは１３．０％を上限とする。Ｌｉ_２Ｏ成分は、原料として例えばＬｉ_２ＣＯ_３、ＬｉＮＯ_３、ＬｉＦ等を用いてガラス内に含有することができる。

Ｎａ_２Ｏ成分は、ガラスの溶融性を改善するとともに、ガラスを再加熱したときの失透を低減する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ｎａ_２Ｏ成分の含有率を２０．０％以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くし、ガラスの安定性を高めて失透等の発生を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＮａ_２Ｏ成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１８．０％、最も好ましくは１７．０％を上限とする。Ｎａ_２Ｏ成分は、原料として例えばＮａ_２ＣＯ_３、ＮａＮＯ_３、ＮａＦ、Ｎａ_２ＳｉＦ_６等を用いてガラス内に含有することができる。

Ｋ_２Ｏ成分は、ガラスの溶融性を改善するとともに、ガラスの屈折率及びアッベ数を調整する成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、Ｋ_２Ｏ成分の含有率を１５．０％以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くし、ガラスの安定性を高めて失透等の発生を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＫ_２Ｏ成分の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１３．０％、最も好ましくは１２．０％を上限とする。Ｋ_２Ｏ成分は、原料として例えばＫ_２ＣＯ_３、ＫＮＯ_３、ＫＦ、ＫＨＦ_２、Ｋ_２ＳｉＦ_６等を用いてガラス内に含有することができる。

Ｂｉ_２Ｏ_３成分は、ガラスの屈折率を上げ、ガラスの屈伏温度（Ａｔ）を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｂｉ_２Ｏ_３成分の含有率を８５．０％以下にすることで、ガラスの安定性を高め、ガラスの透過率を低下し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＢｉ_２Ｏ_３成分の含有率は、好ましくは８５．０％、より好ましくは３０．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。

Ｆ成分は、ガラスの分散を低くしつつ、転移温度（Ｔｇ）を低下させ、耐失透性を向上させるために有効な成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特にＦ成分をＬａ_２Ｏ_３成分と共存させることにより、高屈折率低分散の光学定数を有し、かつ、精密プレス成形が可能な低い転移温度（Ｔｇ）を有する、高屈折率低分散性の光学ガラスを得ることができる。本発明の光学ガラスにおいては、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＦ成分の含有率は、上述した各元素の一種又は二種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のＦとしての合計量で、好ましくは１０％、より好ましくは７％、最も好ましくは５％を上限として含有する。Ｆ成分は上述した各種酸化物の導入において、原料形態を弗化物にて導入した際に、ガラス中に導入される。

なお本明細書において、Ｆ成分の含有率を表す表記「各金属元素の一種又は二種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のＦとしての合計量」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が熔融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総質量に対する実際に含有されるＦ原子の質量を質量百分率で表したものである。

＜含有すべきでない成分について＞
次に、本発明で用いられるガラスに含有すべきでない成分、及び含有することが好ましくない成分について説明する。

Ｓｂ成分は、少量含有した場合でも、溶融ガラスから揮発して金型に不純物として付着し、ガラス成形体の表面に凹凸や曇りが発生する原因となる。このため、Ｓｂ成分を低減することにより、不純物の主成分となっていたＳｂ成分がガラスから除去され、金型に付着する不純物が低減される。また、本発明では、Ｓｂ成分を実質的に含有しないガラスを用いることが好ましい。特に、プレス成形温度を高める場合には、金型への不純物の形成が顕著になるため、Ｓｂ成分を実質的に含まないことによる効果が顕著になる。

Ｔｉを除く、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＭｏ等の各金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でもガラスが着色し、可視域の特定の波長に吸収を生じる性質があるため、特に可視領域の波長を使用するガラス成形体を作製する場合は、実質的に含まないことが好ましい。

また、ＰｂＯ等の鉛化合物及びＡｓ_２Ｏ_３等の砒素化合物は、環境負荷が高い成分であるため、実質的に含有しないこと、すなわち、不可避な混入を除いて一切含有しないことが望ましい。これにより、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、このガラスを製造し、加工し、及び廃棄することができる。

さらに、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｏｓ、Ｂｅ、及びＳｅの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には、これらを実質的に含有しないことが好ましい。

本発明で好ましく用いられるガラス組成物は、その組成が酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量％で表されているため直接的にモル％の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラス組成物中に存在する各成分のモル％表示による組成は、酸化物換算組成で概ね以下の値をとる。
ＳｉＯ_２成分 ０〜７０ｍｏｌ％及び／又は
Ｌａ_２Ｏ_３成分 ０〜２５ｍｏｌ％及び／又は
Ｂ_２Ｏ_３成分 ０〜５０ｍｏｌ％及び／又は
Ｐ_２Ｏ_５成分 ０〜７５ｍｏｌ％及び／又は
Ａｌ_２Ｏ_３成分 ０〜７ｍｏｌ％及び／又は
Ｙ_２Ｏ_３成分 ０〜１５ｍｏｌ％及び／又は
Ｌｕ_２Ｏ_３成分 ０〜５ｍｏｌ％及び／又は
Ｇｄ_２Ｏ_３成分 ０〜１５ｍｏｌ％及び／又は
Ｙｂ_２Ｏ_３成分 ０〜５ｍｏｌ％及び／又は
ＧｅＯ_２成分 ０〜１５ｍｏｌ％及び／又は
ＴｉＯ_２成分 ０〜３０ｍｏｌ％及び／又は
ＺｒＯ_２成分 ０〜１５ｍｏｌ％及び／又は
Ｎｂ_２Ｏ_５成分 ０〜２０ｍｏｌ％及び／又は
Ｔａ_２Ｏ_５成分 ０〜１０ｍｏｌ％及び／又は
ＷＯ_３成分 ０〜５ｍｏｌ％及び／又は
ＺｎＯ成分 ０〜４５ｍｏｌ％及び／又は
ＭｇＯ成分 ０〜２０ｍｏｌ％及び／又は
ＣａＯ成分 ０〜２５ｍｏｌ％及び／又は
ＳｒＯ成分 ０〜２０ｍｏｌ％及び／又は
ＢａＯ成分 ０〜１５ｍｏｌ％及び／又は
Ｌｉ_２Ｏ成分 ０〜３５ｍｏｌ％及び／又は
Ｎａ_２Ｏ成分 ０〜２０ｍｏｌ％及び／又は
Ｋ_２Ｏ成分 ０〜１５ｍｏｌ％及び／又は
Ｂｉ_２Ｏ_３成分 ０〜６０ｍｏｌ％及び／又は
Ｆ成分 ０〜１０ｍｏｌ％

［ガラスの物性］
本発明は、用いられるガラスに求められる特性、例えば熱的特性や光学特性を制限するものではないが、本発明は特に以下に示す特性を有するガラスを用いた場合に有効な方法であることが確認されている。ここで、ガラスの熱的性質としてガラス転移点（Ｔｇ）及び屈伏点（Ａｔ）が挙げられ、ガラスの光学特性として屈折率（ｎ_ｄ）及びアッベ数（ν_ｄ）が挙げられる。

本発明で用いられるガラスにおいて、ガラス転移点（Ｔｇ）は、好ましくは１００℃、より好ましくは２００℃、最も好ましくは３００℃が下限とし、好ましくは６４０℃、より好ましくは６３０℃、最も好ましくは６２０℃を上限とする。ガラス転移点（Ｔｇ）が１００℃以上のガラスを用いることにより、ガラスの化学的耐久性を高めることができる。一方で、プレス成形の温度は一般にガラス転移点（Ｔｇ）より高い温度に設定されることから、ガラス転移点（Ｔｇ）が６４０℃以下のガラスを用いることにより、より低い温度でのプレス成形が可能になり、金型の寿命をより長くすることができる。

また、本発明で用いられるガラスにおいて、屈伏点（Ａｔ）は、好ましくは１５０℃、より好ましくは２５０℃、最も好ましくは４５０℃が下限とし、好ましくは６９０℃、より好ましくは６８０℃、最も好ましくは６７０℃を上限とする。屈伏点（Ａｔ）は、ガラス転移点（Ｔｇ）と同様にガラスの軟化性を示す指標の一つであり、プレス成形温度に近い温度を示す指標である。そのため、屈伏点（Ａｔ）が４３０℃以上のガラスを用いることにより、Ｓｂ成分を含有すると金型への不純物の形成反応が活発になり易いため、本発明の効果をより顕著にすることができる。また、屈伏点（Ａｔ）が６９０℃以下のガラスを用いることにより、より低い温度でのプレス成形が可能になるため、より容易にプレス成形を行うことができる。

また、本発明で用いられるガラスの屈折率（ｎ_ｄ）は、好ましくは１．４５、より好ましくは１．４７、最も好ましくは１．５０を下限とし、好ましくは２．１０、より好ましくは２．００、最も好ましくは１．９５を上限とする。また、本発明で用いられるガラスのアッベ数（ν_ｄ）は、好ましくは１０、より好ましくは１５、最も好ましくは２０を下限とし、好ましくは７０、より好ましくは６８、最も好ましくは６６を上限とする。屈折率がこの範囲内にあるガラスを用いることにより、非球面レンズをはじめとした光学素子の薄型化を図ることができる。また、アッベ数がこの範囲内にあるガラスを用いることにより、単レンズであっても光の波長による焦点のずれ（色収差）が小さくなる。そのため、上記光学定数を有するガラスを用いることで、光学設計上有用な光学素子を作製することができ、特に光学系の小型化を図ることができる。

［ガラス成形体の製造方法］
上述のような組成を有するガラスから、例えば以下のようにしてプリフォームが作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有率の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を白金坩堝、石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、白金坩堝又は金坩堝に投入し、ガラス組成の溶融難易度に応じて電気炉で９００〜１５００℃の温度範囲で１〜５時間溶融して攪拌均質化して溶融ガラスを作製する。この溶融ガラスを適当な温度に下げた鋳型に鋳込み、これを徐冷して得られる厚板状のガラスを切断、研削、研磨することで、プリフォームが作製される。或いは、この溶融ガラスをパイプから滴下して、得られたガラス滴を成形型で受けつつ、成形型の底部にガスを上向きに噴出してガラス滴をランダムな方向に回転することで、プリフォームが作製される。

このように作製したプリフォームについて、例えば上型、下型、スリーブ型を含む型部品により構成される金型で加熱により軟化してプレス成形を行う。ここで、金型の母材の材質、及び、金型の成形面に形成する保護膜の材質は、軟化したプリフォームに溶解しない材質である限りは特に限定されず、公知の材質を用いることができる。その中でも、金型の母材の材質はタングステンカーバイト（ＷＣ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）或いはステンレス合金等の公知の金型材料であることが好ましく、保護膜の材質は最表面層がＰｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｈ，Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｒｅ及びＣからなる元素群から選ばれる少なくとも１種類以上の元素を含む材質であることが好ましい。金型の母材をこのような材料から作製することで、金型の母材が変形し難くなるため、金型の長寿命化を図ることができる。ただし、加工の容易性から金型の母材にステンレス合金等の金属を使用してもよい。また、保護膜を最表面層がＰｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｈ，Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｒｅ及びＣからなる元素群から選ばれる少なくとも１種類以上の元素から作製することで、軟化したガラスと保護膜との反応が抑えられるため、保護膜への不純物の付着をより低減することができる。なお、金型の成形面の表面粗さＲ_ｍａｘは、好ましくは０．１μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ以下、最も好ましくは０．０１μｍ以下の平滑さを有する光学鏡面仕上げ面とすることにより、金型の成形面が転写されるガラス成形体の表面粗さが小さくなるため、プレス成形後の研磨工程を省略することができる。また、プリフォームの軟化は、金型内での加熱によるものに限定されない。

プレス成形は、例えば以下の手順で行われる。プリフォームをスリーブ型の貫通孔内に挿入した下型の成形面の中心に配置し、上型をスリーブ型の貫通孔内に挿入する。このとき、下型の成形面と上型の成形面とが対向するようにする。次に、プリフォームと金型とを一緒に加熱し、プリフォームを構成するガラスが軟化したところで、上型及び下型でプリフォームを加圧することでプレスを行う。これにより、プリフォームは型閉めした上型、下型、及びスリーブ型により囲まれたキャビティの内部に押し広げられるため、ガラスをキャビティの内部に充填し、キャビティの内面形状をガラスに転写することができる。ここで、ガラスを加熱して軟化する温度（プレス成形温度）は、好ましくは１００℃、より好ましくは３５０℃、最も好ましくは５００℃を下限とし、好ましくは８００℃、より好ましくは７３０℃、最も好ましくは７２０℃を上限とする。これにより、プレス成形温度がガラス転移点（Ｔｇ）よりも高くなるため、ガラスの全体をより確実に軟化して所望の形状にプレス成形することができる。

ここで、金型は、型閉めした状態で上型、下型、及びスリーブ型の各成形面の相対位置や、成形面の法線のなす角度について精密に形成する。また、金型によるプレスが終了するまで、上型及び下型の向きが互いに対向し、かつ上型及び下型の中心軸が一致するように正確に維持する。これらにより、光学機能面や位置決め基準面が互いに高精度の位置関係、角度で形成されたガラス成形体を作製することができる。

［光学素子］
本発明は、様々な光学素子及び光学設計に有用なガラス成形体を作製することができるが、その中でも特に、レンズやプリズム等の光学素子を作製することが好ましい。金型に不純物が形成され難く、光学素子の表面に凹凸や曇りが発生し難くなるため、カメラやプロジェクタ等の光学機器に用いたときに、高精細で高精度な結像特性及び投影特性を実現することができる。

表１〜表６に、ガラス成形体の作製に用いられるガラスの組成、及び、これらのガラスの屈折率（ｎ_ｄ）、アッベ数（ν_ｄ）、ガラス転移点（Ｔｇ）、及び屈伏点（Ａｔ）を示す。なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。

ここで、表１〜表６のガラスの屈折率（ｎ_ｄ）及びアッベ数（ν_ｄ）は、徐冷降温速度を−２５℃／ｈにして得られたガラスについて測定を行うことで求めた値である。

また、表１〜表６のガラスのガラス転移点（Ｔｇ）及び屈伏点（Ａｔ）は、示差熱測定装置（ネッチゲレテバウ社製 ＳＴＡ ４０９ ＣＤ）を用いた測定を行うことで求めた値である。なお、測定を行う際のサンプル粒度は４２５〜６００μｍであり、昇温速度を１０℃／ｍｉｎとして測定している。

表１〜表６のガラスは、いずれ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、硝酸塩、弗化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度原料を選定し、表１〜表６の実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５６）に示す各組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で９００〜１５００℃の温度範囲で１〜５時間溶融した後、攪拌均質化してから金型等に鋳込み徐冷して、これらのガラスからなるプリフォームをそれぞれ作製した。

作製したプリフォームについて、上型、下型、及びスリーブ型により構成される金型で各々プレス成形を行った。金型は、母材がＰｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｈ，Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｒｅ及びＣからなる元素群から選ばれる少なくとも１種類以上からなり、上型及び下型の成形面が直径９ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、曲率半径２０ｍｍの球面形状を有するものを用いた。この金型の成形面は表面粗さＲ_ｍａｘ０．０３μｍの平滑さを有する光学鏡面仕上げ面となっており、この成形面の上にはＰｔからなる厚さ０．３μｍの保護膜が形成されている。

ここで、プリフォームをスリーブ型の中に挿入した下型の成形面の中心に配置し、上型をスリーブ型の貫通孔内に挿入して、下型の成形面と上型の成形面とが対向するようにした。金型に配置されたプリフォームを金型と一緒に３００〜７００℃に加熱し、プリフォームのガラスが軟化したところで、上型及び下型でプリフォームを加圧してプレス成形を行い、光学素子を作製した。

表１〜表６のガラスを用いて作成した光学素子について、表面への曇りの形成の有無を目視又は顕微鏡により確認し、表面に曇りが形成されなかった光学素子が作製されたものには◎印を、表面の一部に曇りが形成された光学素子が作製されたものには△印を、表面の全体に曇りが形成された光学素子が作製されたものには×印を、それぞれ表１〜表６の「曇り」欄に記載した。また、これら光学素子について、表面への凹凸の形成の有無を精密形状測定器（松下電器ＵＡＰ３、タイラーボブソンタリサーフ）及び粗さ測定器（ＺＹＧＯ ＮＥＷ ＶＩＥＷ）により確認し、表面に凹凸が形成されなかった光学素子が作製されたものには◎印を、表面の一部に凹凸が形成された光学素子が作製されたものには△印を、表面の全体に凹凸が形成された光学素子が作製されたものには×印を、それぞれ表１〜表６の「凹凸」欄に記載した。

その結果、実施例１〜５６に記載された組成のガラスを用い、プレス成形により作製された光学素子は、プレス成形を行った後で表面に凹凸や曇りが生じなかった。一方、比較例１に記載された組成のガラスを用い、プレス成形により作製された光学素子は、プレス成形を行った後で表面に凹凸や曇りが生じた。このため、本発明のガラス成形体の製造方法によれば、成形されるガラス成形体の表面への凹凸や曇りを低減しつつ、様々な光学素子、すなわちレンズ及びプリズムの形状に安定的にプレス成形することができることが明らかになった。

以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、本実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を当業者により成し得ることが理解されよう。

Claims (10)

1. 軟化したガラスに対して金型内でプレス成形を行うガラス成形体の製造方法において、
   Ｓｂ成分を実質的に含有しないガラスを用いるガラス成形体の製造方法。
2. 前記ガラスが、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＳｉＯ_２成分を７０．０％以下含有している請求項１記載のガラス成形体の製造方法。
3. 前記ガラスが、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＬａ_２Ｏ_３成分を０〜５０．０％さらに含有している請求項２記載のガラス成形体の製造方法。
4. 前記ガラスが、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
   Ｂ_２Ｏ_３成分 ０〜４０．０％及び／又は
   Ｐ_２Ｏ_５成分 ０〜６０．０％及び／又は
   Ａｌ_２Ｏ_３成分 ０〜１０．０％及び／又は
   Ｙ_２Ｏ_３成分 ０〜２５．０％及び／又は
   Ｌｕ_２Ｏ_３成分 ０〜１０．０％及び／又は
   Ｇｄ_２Ｏ_３成分 ０〜２５．０％及び／又は
   Ｙｂ_２Ｏ_３成分 ０〜１０．０％及び／又は
   ＧｅＯ_２成分 ０〜１０．０％及び／又は
   ＴｉＯ_２成分 ０〜４０．０％及び／又は
   ＺｒＯ_２成分 ０〜１５．０％及び／又は
   Ｎｂ_２Ｏ_５成分 ０〜５０．０％及び／又は
   Ｔａ_２Ｏ_５成分 ０〜２５．０％及び／又は
   ＷＯ_３成分 ０〜１０．０％及び／又は
   ＺｎＯ成分 ０〜３５．０％及び／又は
   ＭｇＯ成分 ０〜１０．０％及び／又は
   ＣａＯ成分 ０〜２０．０％及び／又は
   ＳｒＯ成分 ０〜２５．０％及び／又は
   ＢａＯ成分 ０〜３０．０％及び／又は
   Ｌｉ_２Ｏ成分 ０〜１５．０％及び／又は
   Ｎａ_２Ｏ成分 ０〜２０．０％及び／又は
   Ｋ_２Ｏ成分 ０〜１５．０％及び／又は
   Ｂｉ_２Ｏ_３成分 ０〜８５．０％及び／又は
   Ｆ成分 ０〜１０％
   をさらに含有している請求項２又は３記載のガラス成形体の製造方法。
5. 前記ガラスが１００℃以上６４０℃以下のガラス転移点（Ｔｇ）を有している請求項１から４のいずれか記載のガラス成形体の製造方法。
6. 前記ガラスとしてプリフォームを加熱して軟化したガラスを用いる請求項１から５のいずれか記載のガラス成形体の製造方法。
7. 前記ガラスとして１００℃以上８００℃以下に加熱して軟化したガラスを用いる請求項６記載のガラス成形体の製造方法。
8. 最表面層がＰｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｈ，Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｒｅ及びＣからなる元素群から選ばれる少なくとも１種類以上の元素を含む保護膜が形成された前記金型を用いる請求項１から７のいずれか記載のガラス成形体の製造方法。
9. 請求項１から８のいずれかの製造方法により製造されたガラス成形体からなる光学素子。
10. 軟化したガラスに対する金型内でのプレス成形によって作製されるガラス成形体の曇り低減方法であって、
    プレス成形前のガラスに含まれるＳｂ成分を低減するガラス成形体の曇り低減方法。