JP2010111580A - 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム、光学素子、それらの製造方法 - Google Patents
光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム、光学素子、それらの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】モル%表示で、
SiO2 0〜20%、
B2O3 5〜40%、
SiO2+B2O3=15〜50%、
Li2O 0〜10%、
ZnO 12〜36%、
ただし、3×Li2O+ZnO≧18%、
La2O3 5〜30%、
Gd2O3 0〜20%、
Y2O3 0〜10%、
La2O3+Gd2O3=10〜30%、
La2O3/ΣRE2O3=0.67〜0.95、
(但し、ΣRE2O3=La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+Sc2O3+Lu2O3)
ZrO2 0.5〜10%、
Ta2O5 1〜15%、
WO3 1〜20%、
Ta2O5/WO3≦2.5(モル比)
Nb2O5 0〜8%、
TiO2 0〜8%
を含み、
屈折率ndが1.87以上、
アッベ数νdが35以上40未満
の光学ガラス。このガラスからなる精密プレス成形用プリフォーム、光学素子とそれらの製造方法。
【選択図】なし
Description
[1]モル%表示で、
SiO2 0〜20%、
B2O3 5〜40%、
SiO2+B2O3=15〜50%、
Li2O 0〜10%、
ZnO 12〜36%、
ただし、3×Li2O+ZnO≧18%、
La2O3 5〜30%、
Gd2O3 0〜20%、
Y2O3 0〜10%、
La2O3+Gd2O3=10〜30%、
La2O3/ΣRE2O3=0.67〜0.95、
(但し、ΣRE2O3=La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+Sc2O3+Lu2O3)
ZrO2 0.5〜10%、
Ta2O5 1〜15%、
WO3 1〜20%、
Ta2O5/WO3≦2.5(モル比)
Nb2O5 0〜8%、
TiO2 0〜8%
を含み、
屈折率ndが1.87以上、
アッベ数νdが35以上40未満
の光学ガラス。
[2]Gd2O3の含有量が0.4%を超える[1]記載の光学ガラス。
[3]ガラス転移温度Tgが650℃以下であり、かつ液相温度LTが1100℃以下であることを特徴とする[1]または[2]記載の光学ガラス。
[4][1]〜[3]のいずれかに記載の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォーム。
[5][1]〜[3]のいずれかに記載の光学ガラスからなる光学素子。
[6]ガラス原料を調合、加熱、熔融して得られた熔融ガラスから熔融ガラス塊を分離し、熔融ガラス塊が冷却する過程でプリフォームに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、[1]または[2]に記載の光学ガラスが得られるようにガラス原料の調合、加熱、熔融を行う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。
[7][4]に記載のプリフォームまたは[6]に記載の方法で作製したプリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形することを含む、光学素子の製造方法。
[8]プレス成形型にプリフォームを導入し、プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱する[7]に記載の光学素子の製造方法。
[9]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[7]に記載の光学素子の製造方法。
SiO2 0〜20%、
B2O3 5〜40%、
SiO2+B2O3=15〜50%、
Li2O 0.5〜10%、
ZnO 12〜36%、
ただし、3×Li2O+ZnO≧18%、
La2O3 5〜30%、
Gd2O3 0〜20%、
Y2O3 0〜10%、
La2O3+Gd2O3=10〜30%、
La2O3/ΣRE2O3=0.67〜0.95、
(但し、ΣRE2O3=La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+Sc2O3+Lu2O3)
ZrO2 0.5〜10%、
Ta2O5 1〜15%、
WO3 1〜20%、
Ta2O5/WO3≦2.5(モル比)
Nb2O5 0〜8%、
TiO2 0〜8%
を含み、
屈折率ndが1.87以上、
アッベ数νdが35以上40未満
の光学ガラスである。
SiO2 0〜20%、
B2O3 5〜40%、
SiO2+B2O3=15〜50%、
Li2O 0〜0.5%(ただし、0.5%を含まず)、
ZnO 12〜36%、
ただし、3×Li2O+ZnO≧18%、
La2O3 5〜30%、
Gd2O3 0〜20%、
Y2O3 0〜10%、
La2O3+Gd2O3=10〜30%、
La2O3/ΣRE2O3=0.67〜0.95、
(但し、ΣRE2O3=La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+Sc2O3+Lu2O3)
ZrO2 0.5〜10%、
Ta2O5 1〜15%、
WO3 1〜20%、
Ta2O5/WO3≦2.5(モル比)
Nb2O5 0〜8%、
TiO2 0〜8%
を含み、
屈折率ndが1.87以上、
アッベ数νdが35以上40未満
の光学ガラスである。
次に、本発明の精密プレス成形用プリフォームおよびその製造方法について説明する。プリフォームは、精密プレス成形品に等しい質量のガラス製成形体である。プリフォームは精密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、精密プレス成形可能な粘度になるよう、加熱して精密プレス成形に供される。
ある。本発明のプリフォームは、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。上記プリフォームは、所望の光学恒数を有する光学素子の精密プレス成形が可能である。更に、ガラスの高温域における安定性が高く、かつ熔融ガラスの流出時の粘度を高めることができるので、パイプ流出した熔融ガラスを分離して得られたガラス塊を冷却過程でプリフォームに成形する方法で、高品質のプリフォームを高い生産性のもとに製造することができるという利点がある。
本発明の光学素子は、前述の本発明の光学ガラスからなるものである。本発明の光学素子は、光学素子を構成する本発明の光学ガラスと同様、高屈折率低分散であるという特徴を有する。
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。
本発明の光学素子の製造方法は、本発明のプリフォームまたは本発明のプリフォームの製造方法により作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱して精密プレス成形して光学素子を製造するものである。
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。
(精密プレス成形法1)
この方法は、プレス成形型にプリフォームを導入し、プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱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1という)。
また前記ガラスが1012dPa・s以上、より好ましくは1014dPa・s以上、更に好ましくは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。
この方法は、精密プレス成形用プリフォームを加熱し、次いで予熱したプレス成形型に導入して精密プレス成形することを特徴とするものである(精密プレス成形法2という)。この方法によれば、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。
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プリフォームを予熱することが好ましい。
また、プレス開始と同時また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。
表1にガラスの組成を示す。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1250〜1350℃の温度範囲で熔融し、攪拌して均質化を図り、清澄してから適当な温度に予熱した金型に鋳込んだ。鋳込んだガラスを転移温度まで冷却してから直ちにアニール炉に入れ、室温まで徐冷して各光学ガラスを得た。
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。
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。
白金ルツボにガラス試料約50gを入れ、約1250℃〜1350℃にて約15〜60分熔融後、それぞれ1030℃、1040℃、1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃にて2時間保温したものを冷却して結晶析出の有無を顕微鏡により観察し、結晶の認められない最低温度を液相温度(L.T.)とした。
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。
両面が互いに平行かつ平坦に研磨された厚さ10mm±0.1mmの板状ガラス試料を用意し、研磨面に垂直方向から光を入射して、波長280nm〜700nmの範囲で表面反射損失を含む分光透過率を測定する。分光透過率が80%になる波長をλ80、70%になる波長をλ70、分光透過率が5%になる波長をλ5とした。
アルキメデス法により測定した。
いずれのガラスともガラス転移温度が630℃以下、屈伏点が675℃以下と精密プレス成形に好適な特性が得られている。
次に各光学ガラスに相当する清澄、均質化した熔融ガラスを、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、滴下または降下切断法にて目的とするプリフォームの質量の熔融ガラス塊を分離し、熔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精密プレス成形用プリフォームを成形した。熔融ガラスの分離間隔を調整、設定することにより球状プリフォームと、扁平球状プリフォームを得た。
上記方法で得られたプリフォームを、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および上型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(図示せず)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および上型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。なお、図1において、保持部材10が下型2と胴型3を保持し、支持棒9が上型1、下型2、胴型3、保持部材10を支持するとともに、押し棒13によるプレスの圧力を受け止める。下型2の内部には熱電対14が挿入されプレス成形型内部の温度をモニターしている。なお、上型1、下型2、胴型3にはSiCを用い、上型1および下型2の成形面に、炭素離型膜を設けた。
2:下型
3:胴型
4:精密プレス成形用プリフォーム
9:支持棒
10:保持部材
11:石英管
12:加熱用コイル
13:押し棒
14:熱電対
Claims (9)
- モル%表示で、
SiO2 0〜20%、
B2O3 5〜40%、
SiO2+B2O3=15〜50%、
Li2O 0〜10%、
ZnO 12〜36%、
ただし、3×Li2O+ZnO≧18%、
La2O3 5〜30%、
Gd2O3 0〜20%、
Y2O3 0〜10%、
La2O3+Gd2O3=10〜30%、
La2O3/ΣRE2O3=0.67〜0.95、
(但し、ΣRE2O3=La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+Sc2O3+Lu2O3)
ZrO2 0.5〜10%、
Ta2O5 1〜15%、
WO3 1〜20%、
Ta2O5/WO3≦2.5(モル比)
Nb2O5 0〜8%、
TiO2 0〜8%
を含み、
屈折率ndが1.87以上、
アッベ数νdが35以上40未満
の光学ガラス。 - Gd2O3の含有量が0.4%を超える請求項1記載の光学ガラス。
- ガラス転移温度Tgが650℃以下であり、かつ液相温度LTが1100℃以下であることを特徴とする請求項1または2記載の光学ガラス。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォーム。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学ガラスからなる光学素子。
- ガラス原料を調合、加熱、熔融して得られた熔融ガラスから熔融ガラス塊を分離し、熔融ガラス塊が冷却する過程でプリフォームに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1または2に記載の光学ガラスが得られるようにガラス原料の調合、加熱、熔融を行う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。 - 請求項4に記載のプリフォームまたは請求項6に記載の方法で作製したプリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形することを含む、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、プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱する請求項7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7に記載の光学素子の製造方法。
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