JP2010042998A - 光学ガラス、プレス成形用プリフォームとその製造方法、および光学素子とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 必須のカチオン成分として、P5+およびAl3+と、Mg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+から選ばれる2価カチオン成分(R2+)を2種以上と、Li+とを含み、カチオン%表示にて、
P5+ 10〜45%、
Al3+ 5〜30%、
Mg2+ 0〜20%、
Ca2+ 0〜25%、
Sr2+ 0〜30%、
Ba2+ 0〜33%、
Li+ 1〜30%、
Na+ 0〜10%、
K+ 0〜10%、
Y3+ 0〜5%、
B3+ 0〜15%、
を含有するとともに、
F-とO2-の合計量に対するF-の含有量のモル比F-/(F-+O2-)が0.25〜0.85であるフツリン酸塩ガラスからなり、屈折率(Nd)が1.40〜1.58、アッベ数(νd)が67〜90であることを特徴とする光学ガラス。
【選択図】 なし
Description
(1)必須のカチオン成分として、P5+およびAl3+と、Mg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+から選ばれる2価カチオン成分(R2+)を2種以上と、Li+とを含み、
カチオン%表示にて、
P5+ 10〜45%、
Al3+ 5〜30%、
Mg2+ 0〜20%、
Ca2+ 0〜25%、
Sr2+ 0〜30%、
Ba2+ 0〜33%、
Li+ 1〜30%、
Na+ 0〜10%、
K+ 0〜10%、
Y3+ 0〜5%、
B3+ 0〜15%、
を含有するとともに、
F-とO2-の合計量に対するF-の含有量のモル比F-/(F-+O2-)が0.25〜0.85であるフツリン酸塩ガラスからなり、
屈折率(Nd)が1.40〜1.58、アッベ数(νd)が67〜90であることを特徴とする光学ガラス、
(2)2価カチオン成分(R2+)としてCa2+、Sr2+およびBa2+のうちの2種以上を含む、上記(1)に記載の光学ガラス、
(3)2価カチオン成分(R2+)であるMg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+の合計含有量が1カチオン%以上である、上記(1)または(2)に記載の光学ガラス、
(4)2価カチオン成分(R2+)であるMg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+の含有量がそれぞれ1カチオン%以上である、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の光学ガラス、
(5)フツリン酸塩ガラスであって、30dPa・sの粘度を示す温度が700℃以下であることを特徴とする光学ガラス、
(6)1〜30カチオン%のLi+を含む、上記(5)に記載の光学ガラス、
(7)精密プレス成形に用いられる、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の光学ガラス、
(8)上記(1)〜(7)のいずれか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)ガラス転移温度が450℃以下のフツリン酸塩光学ガラスからなり、精密プレス成形に供されることを特徴とするプレス成形用プリフォーム、
(10)全表面が熔融状態のガラスを固化して形成された面である、上記(8)または(9)に記載のプレス成形用プリフォーム、
(11)パイプから熔融ガラスを流出して、所望重量の熔融ガラス塊を分離し、該ガラス塊をガラスが冷却する過程で上記(8)〜(10)のいずれか1項に記載のプリフォームに成形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、
(12)前記プリフォームの成形後、プリフォーム表面をエッチングにより除去する、上記(11)に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法、
(13)前記プリフォームの成形後、プリフォーム表面を研磨加工により除去する、上記(11)に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法、
(14)熔融ガラスを成形してガラス成形体を作製し、該ガラス成形体を機械加工して上記(8)または(9)に記載のプリフォームを作製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、
(15)上記(1)〜(7)のいずれかに記載の光学ガラスからなることを特徴とする光学素子、
(16)上記(8)〜(10)のいずれかに記載のプリフォームまたは上記(11)〜(14)のいずれかに記載の方法により作製したプリフォームを加熱し、精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法、
(17)プレス成形型に前記プリフォームを導入し、前記プレス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(16)に記載の光学素子の製造方法、および(18)予熱したプレス成形型に、加熱したプリフォームを導入して精密プレス成形する、上記(16)に記載の光学素子の製造方法、
からなるものである。
また、上記ガラスからなるプレス成形用プリフォームとその製造方法を提供すること、および上記ガラスからなる光学素子とその製造方法を提供することができる。
本発明の光学ガラスの第1の態様(光学ガラスIという。)は、必須のカチオン成分として、P5+およびAl3+と、Mg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+から選ばれる2価カチオン成分(R2+)を2種以上と、Li+とを含み、カチオン%表示にて、
P5+ 10〜45%、
Al3+ 5〜30%、
Mg2+ 0〜20%、
Ca2+ 0〜25%、
Sr2+ 0〜30%、
Ba2+ 0〜33%、
Li+ 1〜30%、
Na+ 0〜10%、
K+ 0〜10%、
Y3+ 0〜5%、
B3+ 0〜15%、
を含有するとともに、
F-とO2-の合計量に対するF-の含有量のモル比F-/(F-+O2-)が0.25〜0.85であるフツリン酸塩ガラスからなり、
屈折率(Nd)が1.40〜1.58、アッベ数(νd)が67〜90であることを特徴とする。
また、本発明の光学ガラスIは、2価カチオン成分(R2+)であるMg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+の合計含有量が1カチオン%以上であるものが好ましく、Mg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+の含有量がそれぞれ1カチオン%以上であるものがより好ましい。
本発明の光学ガラスIは、着色剤を添加する場合を除いて、可視光域において高い透過率を示す。本発明の光学ガラスは、両面が平坦かつ互いに平行な厚さ10mmの試料に、前記両面に対して垂直方向から光を入射したときの波長400nm〜2000nmにおける透過率(試料表面における反射損失を除く)が80%以上、好ましくは95%以上の光透過率特性を示す。
また、本発明の光学ガラスIは、アルカリ金属イオンのうちLi+を積極的に含有させたため、熱膨張率が比較的小さく、また比較的優れた耐水性を示す。したがって、ガラスを研磨してプレス成形用プリフォームに加工したり、光学素子に加工によって、ガラス表面を滑らかで高品質に仕上げることができる。
したがって、本発明の光学ガラスIは、プレス成形用のガラス素材、特に精密プレス成形用のガラス素材として好適である。
なお、本発明の光学ガラスは、リン酸塩原料、フッ化物原料などを使用し、これら原料を秤量、調合して白金合金製の熔融容器に供給し、加熱、熔融し、清澄、均質化し、パイプから流出、成形して得ることができる。
本発明の光学ガラスIIは、フツリン酸塩ガラスであって、30dPa・sの粘度を示す温度が700℃以下であることを特徴とする。
本発明のプレス成形用プリフォームの第1の態様(プリフォームIという。)は、上述した本発明の光学ガラスからなることを特徴とするものである。
また、プリフォームI、IIの全表面は、熔融状態のガラスを固化して形成された面であることが好ましい。
本発明のプレス成形用プリフォームの製造方法の第1の態様(プリフォームの製法Iという。)は、パイプから熔融ガラスを流出して、所望重量の熔融ガラス塊を分離し、該ガラス塊をガラスが冷却する過程で上述の本発明の光学ガラスからなるプリフォームに成形することを特徴とする。
なお、30dPa・sの粘度を示す温度が700℃以下のガラスでは、ガラスの流出温度を700℃以下にしても上記熔融ガラス塊の分離によって、糸引き現象は見られなかった。
なお、ガラス表面からのフッ素の揮発を低減するため、ガラス流出、プリフォーム成形を乾燥雰囲気中(露点が−50℃以下の乾燥雰囲気)で行うことが好ましい。
上記エッチングを行う場合、酸またはアルカリのエッチング液にプリフォームを浸漬したり、プリフォーム表面に満遍なくエッチング液をかけてプリフォーム全表面の表面層を除去する。エッチングの後、プリフォームを洗浄、乾燥させる。
エッチング、研磨いずれの場合も、除去するガラス重量を目的とするプリフォーム重量に加えた重量の熔融ガラス塊を分離し、表面層の除去後に目的重量になるようにすることが望ましい。
プリフォームの製法I、IIとも高品質かつ重量精度の高いプリフォームを作製することができるので、精密プレス成形用のプリフォームを製造する方法として好適である。
本発明の光学素子は、本発明の光学ガラスからなることを特徴とするものである。本発明の光学素子は、上記の本発明の光学ガラスからなるので、低分散特性を活かした光学素子を提供することができる。また、耐水性、化学的耐久性が優れたガラスからなるため、長期にわたる使用によっても表面が曇るなどの不具合が生じない光学素子を提供することができる。
光学素子の表面には必要に応じて反射防止膜などの光学薄膜を形成してもよい。
本発明の光学素子は、本発明のプレス成形用プリフォームまたは本発明のプレス成形用プリフォームの製造方法により作製したプレス成形用プリフォームを加熱し、精密プレス成形することを特徴とするものである。
したがって、本発明の光学素子の製造方法は、レンズ、レンズアレイ、回折格子、プリズムなどの光学素子の製造に好適であり、特に非球面レンズを高い生産性のもとに製造する方法として適している。
精密プレス成形では、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1)
精密プレス成形1は、プレス成形型に前記プリフォームを導入し、前記プレス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ものである。
この精密プレス成形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。
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。
精密プレス成形方法2は、予熱したプレス成形型に、加熱したプリフォームを導入して精密プレス成形するするものである。
この精密プレス成形2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を有する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は、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、プレス成形型の消耗を低減することができる。
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の粘度を示す温度に予熱することがより好ましく、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するが、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。
得られた光学ガラスについて、屈折率(Nd)、アッべ数(νd)、ガラス転移温度(Tg)、30dPa・sの粘度を示す温度を、以下のようにして測定した結果を表1に示す。
(1)屈折率(Nd)及びアッべ数(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)
理学電機株式会社の熱機械分析装置(サーモ プラス TMA 8310)により昇温速度を4℃/分にして測定した。
(3)30dPa・sの粘度を示す温度
その測定方法は以下のとおりである。
JIS規格Z8803の粘度測定方法により、共軸二重回転円筒型回転粘度計(東京工業株式会社製、高温粘度測定装置RHEOTRONICII(改良型))を用いて測定した。30dPa・sの粘度を示す温度を求めるにあたり、ガラスの温度を変えて、それぞれの温度での粘度を測定し、粘度と温度の関係を示すグラフを作成し、このグラフを用いて、30dPa・sの粘度を示す温度を読み取る方法が簡便である。
このようにして、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。
1・・・上型
2・・・下型
3・・・胴型
4・・・プリフォーム
9・・・支持棒
10・・・下型、胴型ホルダー
11・・・石英管
12・・・ヒーター
13・・・押し棒
14・・・熱電対
Claims (18)
- 必須のカチオン成分として、P5+およびAl3+と、Mg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+から選ばれる2価カチオン成分(R2+)を2種以上と、Li+とを含み、
カチオン%表示にて、
P5+ 10〜45%、
Al3+ 5〜30%、
Mg2+ 0〜20%、
Ca2+ 0〜25%、
Sr2+ 0〜30%、
Ba2+ 0〜33%、
Li+ 1〜30%、
Na+ 0〜10%、
K+ 0〜10%、
Y3+ 0〜5%、
B3+ 0〜15%、
を含有するとともに、
F-とO2-の合計量に対するF-の含有量のモル比F-/(F-+O2-)が0.25〜0.85であるフツリン酸塩ガラスからなり、
屈折率(Nd)が1.40〜1.58、アッベ数(νd)が67〜90であることを特徴とする光学ガラス。 - 2価カチオン成分(R2+)としてCa2+、Sr2+およびBa2+のうちの2種以上を含む、請求項1に記載の光学ガラス。
- 2価カチオン成分(R2+)であるMg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+の合計含有量が1カチオン%以上である、請求項1または2に記載の光学ガラス。
- 2価カチオン成分(R2+)であるMg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+の含有量がそれぞれ1カチオン%以上である、請求項1〜3のいずれかに記載の光学ガラス。
- フツリン酸塩ガラスであって、30dPa・sの粘度を示す温度が700℃以下であることを特徴とする光学ガラス。
- 1〜30カチオン%のLi+を含む、請求項5に記載の光学ガラス。
- 精密プレス成形に用いられる、請求項1〜6のいずれかに記載の光学ガラス。
- 請求項1〜7のいずれか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。 - ガラス転移温度が450℃以下のフツリン酸塩光学ガラスからなり、精密プレス成形に供されることを特徴とするプレス成形用プリフォーム。
- 全表面が熔融状態のガラスを固化して形成された面である、請求項8または9に記載のプレス成形用プリフォーム。
- パイプから熔融ガラスを流出して、所望重量の熔融ガラス塊を分離し、該ガラス塊をガラスが冷却する過程で請求項8〜10のいずれか1項に記載のプリフォームに成形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。
- 前記プリフォームの成形後、プリフォーム表面をエッチングにより除去する、請求項11に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
- 前記プリフォームの成形後、プリフォーム表面を研磨加工により除去する、請求項11に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
- 熔融ガラスを成形してガラス成形体を作製し、該ガラス成形体を機械加工して請求項8または9に記載のプリフォームを作製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。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の光学ガラスからなることを特徴とする光学素子。
- 請求項8〜10のいずれかに記載のプリフォームまたは請求項11〜14のいずれかに記載の方法により作製したプリフォームを加熱し、精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
- プレス成形型に前記プリフォームを導入し、前記プレス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16に記載の光学素子の製造方法。
- 予熱したプレス成形型に、加熱したプリフォームを導入して精密プレス成形する、請求項16に記載の光学素子の製造方法。
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