JP2021098616A - 光学ガラス材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】品質のばらつきが少ない光学ガラス材の製造方法を提供する。【解決手段】屈折率が１．６５以上かつ軟化点が６００℃以下である光学ガラス材の製造方法であって、原料塊１２を成形型１０の成形面１０ａ上に配置する工程、成形面１０ａに形成された開口部１０ｂより浮上ガスを供給することにより、原料塊１２を浮上させながら溶融し溶融ガラスを得る工程、及び、溶融ガラスを浮上させたまま冷却し、光学ガラス材を得る工程、を備えることを特徴とする、光学ガラス材の製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、光学ガラス材の製造方法に関する。

光学ガラス材は、屈折率や分散特性を利用して、撮像用レンズ、光通信用レンズ等の各種光学ガラス素子に利用されている。

このような光学ガラス素子の製造方法として、例えば以下のような方法が知られている。はじめに、溶融ガラスをノズル先端から滴下することで液滴状の光学ガラス材を製造する（液滴成形）。続いて、光学ガラス材を加熱して軟化させ、高精度な成形表面を持つ金型によって加圧成形する。これにより、金型の表面形状を光学ガラス材に転写させ、所望の光学ガラス素子を得ることができる（特許文献１、２）。

特開２００６−２４８８７３号公報 特開２００８−２８５４１３号公報

光学ガラス素子を安定して製造するためには、その前段階である光学ガラス材の製造を安定させることが望ましい。しかしながら、上述した液滴成形は制御が難しく、得られる光学ガラス材の品質にばらつきが生じやすいという課題がある。

以上に鑑み、本発明は品質のばらつきが少ない光学ガラス材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、屈折率が１．６５以上かつ軟化点が６００℃以下である光学ガラス材の製造方法であって、原料塊を成形型の成形面上に配置する工程、成形面に形成された開口部より浮上ガスを供給することにより、原料塊を浮上させながら溶融し溶融ガラスを得る工程、及び、溶融ガラスを浮上させたまま冷却し、光学ガラス材を得る工程、を備えることを特徴とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、液滴成形により得られる光学ガラス材の品質のばらつきは、溶融ガラスを滴下させるノズル先端の温度変動に起因することを見出した。例えば、ノズル先端の温度が高すぎると、溶融ガラスの粘度が低下しすぎて、溶融ガラスが過剰に滴下されやすい。そうすると、得られる光学ガラス材が所定量よりも多くなる。また、ノズル先端の温度が低すぎると、溶融ガラスの粘度が高くなりすぎて、溶融ガラスの滴下量が不足しやすい。そうすると、得られる光学ガラス材が所定量よりも少なくなる。なお、ノズル先端の温度が低すぎる場合は、ノズル先端に接触している溶融ガラス表面と、ノズル先端に接触していない溶融ガラス内部に温度差が生じやすく、溶融ガラス中に脈理が生じやすくなるという問題もある。

一方、本発明の光学ガラス材の製造方法では、ノズル先端から溶融ガラスを滴下するのではなく、あらかじめ量り取られた原料塊を溶融して光学ガラス材を得るため、所定量の光学ガラス材を得やすくなる。また、原料塊を浮上ガスで浮上させながら溶融するため、溶融ガラスがノズルのような成形装置に直接接触することがなく、溶融ガラスの内表面における温度差を低減しやすいため、脈理の発生を抑制することもできる。すなわち、品質のばらつきが少ない光学ガラス材を得ることができる。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、溶融ガラスを得る工程において、浮上ガスの温度が５００℃以上であることが好ましい。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、浮上ガスが不活性ガスを含むことが好ましい。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、不活性ガスが窒素、アルゴン又はヘリウムであることが好ましい。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、不活性ガスの濃度が７５体積％以上であることが好ましい。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、成形型の温度が浮上ガスの温度よりも高いことが好ましい。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、溶融ガラスの粘度が１０^−１ｄＰａ・Ｓ以下であることが好ましい。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、光学ガラス材の摩耗度が２００以上であることが好ましい。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、光学ガラス材がモル％で、ＳｎＯ ３３．５〜９０％、Ｐ_２Ｏ_５＋ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３ ０．１〜６６．５％を含有することが好ましい。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、光学ガラス材がＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスであることが好ましい。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、光学ガラス材の３０〜３００℃の範囲における熱膨張係数が２００×１０^−７／℃以下であることが好ましい。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、光学ガラス材の軟化点とガラス転移温度の温度差（Ｔｓ−Ｔｇ）が、２００℃以下であることが好ましい。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、原料塊がガラス原料、ガラス粉末及び／又はガラス塊から選択される少なくとも１種であることが好ましい。

本発明の光学ガラス素子の製造方法は、屈折率が１．６５以上かつ軟化点が６００℃以下である光学ガラス素子の製造方法であって、原料塊を成形型の成形面上に配置する工程、成形面に形成された開口部より浮上ガスを供給することにより、原料塊を浮上させながら溶融し溶融ガラスを得る工程、溶融ガラスを浮上させたまま冷却し、光学ガラス材を得る工程、及び、光学ガラス材をモールドプレスすることにより、光学ガラス素子を得る工程を備えることを特徴とする。

本発明の光学ガラス素子の製造方法は、光学ガラス素子の表面が未研磨であることが好ましい。

本発明の光学ガラス素子の製造方法は、ガラス素子の表面粗さＳａが５ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明の光学ガラス素子は、屈折率が１．６５以上かつ軟化点が６００℃以下であり、表面が未研磨であり、かつ内部に脈理を含まない球状の光学ガラス材からなることを特徴とする。

本発明によれば、品質のばらつきが少ない光学ガラス材の製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態において用いる成形装置の模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態において用いる成形装置の模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態における成形面の一部分の略図的平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではない。

また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。なお、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する。

（光学ガラス材）
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態において用いる成形装置の模式的断面図である。図１に示されるように、成形装置１は成形型１０を有する。成形型１０は成形面１０ａを有する。成形面１０ａは下方に向かって先細るテーパ状に設けられている。また、成形面１０ａに開口しているひとつの開口部１０ｂを有する。開口部１０ｂは、成形面１０ａの最も下方に位置する中央部に接続されており、ガスボンベなどのガス供給機構１１に接続されている。ガス供給機構１１から開口部１０ｂを経由して、成形面１０ａに浮上ガスが供給される。浮上ガスにより、原料塊１２が成形面１０ａに接触していない状態で保持される。

以下、光学ガラス材を製造する方法について説明する。まず、原料塊１２を成形型１０の成形面１０ａ上に配置する。

原料塊１２は、ガラス原料、ガラス粉末及び／又はガラス塊から選択される少なくとも１種であることが好ましい。本発明において、ガラス原料はいわゆるバッチ原料を意味する。一方、ガラス粉末及びガラス塊は、目標ガラス組成を有するガラスを粉砕して得られる粉体及びバルク体である。ガラス原料、ガラス粉末及び／又はガラス塊は混合して用いてもよく、例えば、ガラス原料とガラス粉末を混合して用いてもよい。原料塊１２は溶融中に飛散しにくい形態であることが好ましい。例えば、ガラス原料やガラス粉末をプレス成形等により一体化したものであってもよい。また、ガラス原料やガラス粉末をプレス成形等により一体化した後に焼結させた焼結体であってもよい。

原料塊１２は、所定量の光学ガラス材を得るために適宜設定される。このとき、原料塊１２の量は、溶融中に揮発する成分を考慮して設定されることが好ましい。具体的には、原料塊１２は重量％で、得ようとする光学ガラス材の１００〜５００％、１１０〜３００％、特に１２０〜２５０％であることが好ましい。

次に、成形面１０ａに形成された開口部１０ｂより浮上ガスを供給することにより、原料塊１２を浮上させながら溶融し溶融ガラスを得る。すなわち、原料塊１２が成形面１０ａに接触していない状態で原料塊１２を保持し、その状態で、原料塊１２を加熱、溶融してガラス化させ、溶融ガラスを得る。

原料塊１２の加熱方法は特に限定されない。例えば、成形型１０の周辺に加熱ヒーター（図示せず）を設けて、原料塊１２を輻射加熱してもよい。また、原料塊１２をレーザー照射により加熱してもよい。後述するように、浮上ガスを加熱して、それにより原料塊１２を加熱してもよい。これらの加熱方法は適宜組み合わせることができる。

溶融温度は５００〜１２００℃、６００〜１１５０℃、６５０〜１１００℃、特に７００〜１０５０℃であることが好ましい。溶融温度が低すぎると、溶融が不十分になりやすく、均質な光学ガラス材が得づらくなる。溶融温度が高すぎると、溶融中に成分が揮発しやすくなり、所定量の光学ガラス材が得づらくなる。また、所望の組成を有する光学ガラス材が得づらくなる。なお、本発明の溶融温度とは、溶融雰囲気の温度を意味する。

溶融は不活性雰囲気で行われることが好ましい。このようにすれば、溶融ガラスの酸化による脈理の発生を抑制しやすくなる。また、溶融雰囲気を不活性雰囲気とするために、浮上ガスが不活性ガスを含むことが好ましい。なお、浮上ガスとは別に溶融雰囲気中に不活性ガスを導入してもよい。

不活性ガスは窒素、アルゴン又はヘリウムであることが好ましく、特に窒素が安価であるため好ましい。また、浮上ガス中の不活性ガスの濃度は、体積％で、７５％以上、８０％以上、８５％以上、９０％以上、特に１００％であることが好ましい。不活性ガスの濃度が低すぎると、溶融ガラスが酸化されて脈理が生じやすくなる。

溶融ガラスを得る工程において、浮上ガスの温度は３００℃以上、４００℃、５００℃、特に６００℃以上であることが好ましい。このようにすれば、原料塊１２の溶融が均一に進みやすくなり、脈理の発生を抑制しやすくなる。浮上ガスの温度が低すぎると、開口部１０ｂに近い原料塊１２の表面が加熱されにくくなり、溶融が不均一になるおそれがある。また、溶融温度が高くなりすぎないよう、浮上ガスの温度の上限は１２００℃、１１００℃、特に１０００℃以下であることが好ましい。

成形型１０の温度は浮上ガスの温度よりも高いことが好ましい。具体的には、成形型１０の温度は、浮上ガスの温度より３０℃以上、５０℃以上、特に１００℃以上高いことが好ましい。このようにすれば、開口部１０ｂを経由して供給される浮上ガスの温度が下がりにくくなる。浮上ガスの温度が低すぎると、開口部１０ｂに近い原料塊１２の表面が優先的に冷却されやすくなり、脈理が生じやすくなる。ただし、成形型１０の温度が浮上ガスの温度よりも高くなりすぎると、溶融温度を制御しづらくなる。そのため、成形型１０の温度の上限は、１２００℃、１１００℃、特に１０００℃以下であることが好ましい。

次に、溶融ガラスを浮上させたまま冷却し、光学ガラス材を得る。具体的には、少なくとも溶融ガラスの表面温度が軟化点以下になるまで溶融ガラスを浮上したまま保持する。このようにすれば、溶融ガラスと成形面１０ａとの接触による脈理の発生を抑制しやすくなる。

溶融ガラスの冷却は、不活性雰囲気で行われることが好ましい。不活性雰囲気の条件は、上述した条件を適用することができる。

溶融ガラスを冷却する工程において、浮上ガスの温度は光学ガラス材のガラス転移温度±２００℃以下、ガラス転移温度±１５０℃以下、特にガラス転移温度±１００℃以下であることが好ましい。このようにすれば、溶融ガラスの冷却が均一に進みやすくなり、脈理の発生を抑制しやすくなる。浮上ガスの温度が高すぎると、溶融ガラスの冷却が進みづらくなる。浮上ガスの温度が低すぎると、開口部１０ｂに近い原料塊１２の表面が優先的に冷却されやすくなり、脈理が生じやすくなる。また、光学ガラス材が破損しやすくなる。なお、溶融ガラスを得る工程において浮上ガスを上記温度以上に上昇させていた場合は、所望の溶融時間を経たのち、浮上ガスの温度を上記温度まで低下させればよい。

本発明の光学ガラス材の製造方法は、屈折率が１．６５以上かつ軟化点が６００℃以下である光学ガラス材に好適に用いることができる。より詳細には、屈折率が１．６５以上、１．７５以上、特に１．８以上であり、軟化点が５００℃以下、４００℃以下、３８０℃以下、特に３６０℃以下である光学ガラス材に好適に用いることができる。

上記特性を満たす光学ガラス材の中には、温度変化に伴う溶融ガラスの粘度変化（粘度カーブの傾き）が比較的大きい光学ガラス材も含まれる。粘度カーブの傾きが大きい光学ガラス材は、わずかな温度変化でも溶融ガラスの粘度が変動しやすく、品質のばらつきが生じやすい。そのため、本発明の光学ガラス材の製造方法を特に好適に用いることができる。なお、粘度カーブの傾きが大きい光学ガラス材は、軟化点とガラス転移温度の温度差が小さくなりやすい。そのため、本発明の光学ガラス材の製造方法は、軟化点とガラス転移温度の温度差（Ｔｓ−Ｔｇ）が、２００℃以下、１５０℃以下、特に１００℃以下の光学ガラス材に特に好適である。

なお、光学ガラス材のガラス転移温度は６００℃、３８０℃以下、特に３６０℃以下が好ましい。ガラス転移温度が高すぎると、溶融ガラスを冷却して得られる光学ガラス材の形状が不安定になりやすい。また、溶融ガラスを冷却するための時間が長くなりやすい。

光学ガラス材としては、モル％で、ＳｎＯ ３３．５〜９０％、Ｐ_２Ｏ_５＋Ｂ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２ ０．１〜６６．５％を含有するものが好ましい。以下に、各成分の含有量を上記のように特定した理由を説明する。なお、特に断りがない場合、以下の成分含有量に関する説明において、「％」は「モル％」を意味する。なお、本明細書において、「○＋○＋・・・」は該当する各成分の含有量の合量を意味する。

ＳｎＯは、高屈折率かつ高分散の光学特性を達成し、化学耐久性を向上させやすい成分である。ＳｎＯの含有量は３３．５〜９０％、３８．５〜８８％、４２〜８６％、特に６７．５〜８３％であることが好ましい。ＳｎＯの含有量が少なすぎると、高屈折率を達成しにくくなる。また、耐侯性や化学耐久性が低下しやすくなる。一方、ＳｎＯの含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。

Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＢ_２Ｏ_３は、ガラスの骨格を構成し、ガラスの透過率や耐失透性を向上させやすい成分である。また、これらの成分は吸収端を低波長側にシフトさせるため、特に紫外域付近において、光学ガラス材の透過率の低下を抑制しやすい。なお、Ｐ_２Ｏ_５は上記効果に加えて、ガラス軟化点を下げやすい成分でもあるため好ましい。Ｐ_２Ｏ_５＋ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、０．１〜６６．５％、１０〜５０％、１５〜４７．５％、２０〜４５％、特に２５〜３７％であることが好ましい。これらの成分の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、これらの成分の含有量が多すぎると、ＳｎＯの含有量が相対的に少なくなり、屈折率が低下しやすくなる。

なお、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＢ_２Ｏ_３の各成分の好ましい含有量は以下の通りである。

Ｐ_２Ｏ_５の含有量は０〜６６．５％、０．１〜５６．５％、５〜５０％、１０〜４７．５％、特に１２〜３７％であることが好ましい。Ｐ_２Ｏ_５の含有量が多すぎると、屈折率が低下しやすくなる。また、耐侯性や化学耐久性が低下しやすくなる。

ＳｉＯ_２の含有量は０〜６６．５％、０．１〜５６．５％、５〜５０％、１０〜４７．５％、特に１２〜３７％であることが好ましい。ＳｉＯ_２の含有量が多すぎると、屈折率が低下しやすくなる。また、溶融ガラスの粘度が高くなりすぎやすく、溶融ガラス中に含まれる泡が浮上しづらくなる。結果的に、泡の少ない光学ガラス材が得づらくなる。

Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は０〜６６．５％、０．１〜５６．５％、５〜５０％、１０〜４７．５％、特に１２〜３７％であることが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、屈折率が低下しやすくなる。また、耐失透性が低下しやすくなる。

なお、ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は０〜６６．５％％、０〜５０％、特に０．１〜４０％、０．５〜２０％であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、軟化点が上昇して、溶融性が低下しやすくなる。

Ｂ_２Ｏ_３の含有量は０〜６６．５％、０．１〜５６．５％、５〜５０％、１０〜４７．５％、特に１２〜３７％であることが好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、屈折率が低下しやすくなる。また、耐侯性や化学耐久性が低下しやすくなる。

本発明を構成するガラスには、上記成分以外にも以下の成分を含有させることができる。

ＺｎＯは融剤として作用する成分である。また、耐候性を向上させ、ガラス化を安定させやすい成分でもある。ＺｎＯの含有量は０〜５０％、０〜３０％、０〜１０％、特に０．１〜１％であることが好ましい。ＺｎＯの含有量が多すぎると、耐失透性や光透過率が低下しやすくなる。

ＺｒＯ_２は耐候性を向上させる成分である。ＺｒＯ_２の含有量は０〜２％、０〜１．５％、０．１〜１％、特に０．２〜０．５％であることが好ましい。ＺｒＯ_２の含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。

Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＷＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３及びＧｅＯ_２は耐侯性及び化学耐久性を高める成分である。また、これらの成分を適宜含有させることにより、屈折率を調整することができる。Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｔａ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｙ_２Ｏ_３＋Ｙｂ_２Ｏ_３＋ＧｅＯ_２の含有量は０〜３０％、０．１〜２０％、０．３〜１５％、０．５〜１０％、特に１〜７．５％であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、耐失透性や光透過率が低下しやすくなる。

Ｂｉ_２Ｏ_３、ＴｅＯ_２はガラスの骨格を構成し、ガラスの屈折率を向上させる成分である。Ｂｉ_２Ｏ_３＋ＴｅＯ_２の含有量は０〜８５％、１〜８３％、１０〜８０％、２０〜７５％、３０〜７０％、４０〜６５％、特に５０〜６５％であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、耐失透性を低下させやすくなる。また、特に紫外域付近において、光学ガラス材の透過率が低下しやすくなる。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯ（アルカリ土類金属酸化物）は融剤として作用する成分である。また、耐候性を向上させやすい成分でもある。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量は０〜３０％、０．５〜２５％、１〜２０％、特に２〜１５％であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、液相温度が上昇（液相粘度が低下）して失透が生じやすくなる。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは軟化点を低下させる成分である。Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの含有量は０〜１０％、特に０〜８％であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、失透が生じやすくなる。また、化学耐久性や光透過率が低下しやすくなる。

Ｆは軟化点を低下させ、光透過率を高める成分である。ただし、その含有量が多すぎると、溶融時の揮発性が高くなり、脈理が発生しやすくなる。また、耐失透性が低下しやすくなる。Ｆの含有量は０〜７０％、０．１〜６７．５％、５〜６５％、１０〜６０％、特に２０〜５５％であることが好ましい。なお、Ｆを導入するための原料としては、ＳｎＦ_２の他、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｙ、Ｙｂ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のフッ化物が挙げられる。

清澄剤として、Ｃｌ、Ｓ又はＢｒを含有させてもよい。Ｃｌ＋Ｓ＋Ｂｒの含有量は０〜１％、０．０１〜１％、０．０５〜０．５％、特に０．１〜０．４％であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、溶融時に揮発して、失透が生じやすくなる。また、他の清澄剤として、Ｓｂ_２Ｏ_３を含有させることができる。Ｓｂ_２Ｏ_３の含有量は０〜１％、０．０１〜１％、０．０５〜０．５％、特に０．１〜０．４％であることが好ましい。Ｓｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、光透過率が低下しやすくなる。

Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ及びＣｏＯはガラスを着色させ、光透過率を低下させる成分である。よって、これらの成分は実質的に含有しないことが好ましい。

Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｔｂ及びＥｒ等の希土類成分は、光透過率を低下させるおそれがある。よって、これらの成分は実質的に含有しないことが好ましい。

Ｉｎ及びＧａは光透過率を低下させるおそれがあり、また高価である。よって、これらの成分は実質的に含有しないことが好ましい。

Ｐｂ及びＡｓは、環境上の理由から実質的に含有しないことが好ましい。

なお、上記において「実質的に含有しない」とは、意図的に原料として含有させないことを意味し、具体的には、各々の含有量が０．１％未満であることを意味する。

上記組成を満たす光学ガラス材のなかでも、特にＰ_２Ｏ_５を必須成分として含むＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスは、低軟化点、高屈折率及び高分散であるという光学特性を有している。また、温度変化に伴う溶融ガラスの粘度変化（粘度カーブの傾き）が比較的大きいという特徴も有する。そのため、本発明の製造方法は、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスの製造において特に好適である。ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスとしては、モル％で、ＳｎＯ ３３．５〜９０％、Ｐ_２Ｏ_５＋Ｂ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２ ０．１〜６６．５％（ただしＰ_２Ｏ_５ ０．１〜６６．５％を含有する）を含有するものが好ましい。各成分の含有量の条件は、上述した条件を適用することができる。

溶融ガラスの粘度は１０^−１ｄＰａ・Ｓ以下、１０^−０．９ｄＰａ・Ｓ以下、特に１０^−０．８ｄＰａ・Ｓ以下であることが好ましい。溶融ガラスの粘度が上記の範囲であれば、ガラス中に含まれる泡が浮上しやすくなるため、泡の少ない均質な光学ガラス材を得やすくなる。

光学ガラス材の摩耗度は、２００以上、３００以上、４００以上、特に５００以上であることが好ましい。摩耗度が高い光学ガラス材はガラス転移温度が低く、モールドプレスしやすいことが多い。なお、摩耗度は「ＪＯＧＩＳ １０−１９９４」の方法に準拠して評価することができる。

本発明の光学ガラス材は、３０〜３００℃の温度範囲における熱膨張係数が、２００×１０^−７／℃以下、１８０×１０^−７／℃以下、特に１６０×１０^−７／℃以下であることが好ましい。熱膨張係数が大きすぎると、溶融ガラスを冷却する工程において光学ガラス材が破損しやすくなる。

本発明の光学ガラス材の製造方法において、光学ガラス材に研削、研磨、洗浄等の処理を行わないことが好ましい。これらの処理は光学ガラス材の表面に微細傷を残すことがある。このような微細傷は水分を吸着しやすく、光学ガラス材の特性の低下（例えば、機械的強度の低下や光学特性の低下）をもたらす原因となることがある。本発明の製造方法では、これらの処理を行わなくても、品質のばらつきが少ない（具体的には、重量や大きさのばらつきが小さい）光学ガラス材を得やすい。そのため、上述したような特性の低下が生じにくい。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態において用いる成形装置の模式的断面図である。また、図３は本発明の第２の実施形態における成形面の一部分の略図的平面図である。図２に示されるように、成形装置２は成形型１０を有する。成形型１０は成形面１０ａを有する。成形面１０ａは曲面である。本実施形態において、成形面１０ａは球面状である。また、成形型１０は、成形面１０ａに開口している開口部１０ｂを有する。図３に示されるように、本実施形態では開口部１０ｂが複数設けられている。具体的には、複数の開口部１０ｂは、成形面１０ａの中心から放射状に配列されている。開口部１０ｂは、ガスボンベなどのガス供給機構１１に接続されている。このガス供給機構１１から開口部１０ｂを経由して、成形面１０ａに浮上ガスが供給される。なお、成形型１０は、連続気泡を有する多孔質体により構成されていてもよい。この場合、開口部１０ｂは、連続気泡により構成される。

この場合も、第１の実施形態と同様に、光学ガラス材を好適に製造することができる。また、複数の開口部１０ｂから浮上ガスを供給することにより、原料塊１２を安定して浮上させることができる。そのため、大径の光学ガラス材を容易に製造することができる。

（光学ガラス素子）
本発明の製造方法で得られた光学ガラス材は、特に光学ガラス素子のプリフォームとして好適である。光学ガラス素子は、上述した方法で製造した光学ガラス材をモールドプレスすることにより得ることができる。具体的には、精密加工を施した金型中に、上述した方法で製造した光学ガラス材を入れて軟化状態となるまで加熱しながら加圧成形し、金型の表面形状を光学ガラス材に転写させる。このようにすれば、撮像用レンズや光通信用レンズ等、各種ガラス素子を得ることができる。なお、モールドプレスは不活性雰囲気で行われることが好ましい。不活性雰囲気の条件は、上述した条件を適用することができる。

本発明の光学ガラス素子は、屈折率が１．６５以上かつ軟化点が６００℃以下であって、表面が未研磨であり、かつ内部に脈理を含まない球状ガラスからなる。より詳細には、屈折率が１．６５以上、１．７５以上、特に１．８以上であり、軟化点が６００℃以下、５００℃以下、４００℃以下、３８０℃以下、特に３６０℃以下である光学ガラス材からなることが好ましい。光学ガラス素子は、具体的には、例えば、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスからなることが好ましい。

このように、本発明の光学ガラス素子は表面が未研磨である構成を有する。より具体的には、本発明の光学ガラス素子は、表面粗さＳａが５ｎｍ以下、３ｎｍ以下、特に１ｎｍ以下であることが好ましい。このようにすれば、研削、研磨、洗浄等の処理による微細傷の発生を抑制することができる。このような微細傷は水分を吸着しやすく、光学ガラス素子の特性の低下（例えば、機械的強度の低下や光学特性の低下）をもたらす原因となることがある。そのため、光学ガラス素子の表面を未研磨とすることにより、上述したような特性の低下が生じにくい、安定した光学ガラス素子を得ることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１は本発明の実施例（Ｎｏ．１〜７）及び比較例（Ｎｏ．８）をそれぞれ示している。

図１に示すガラス成形装置を用いて、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の光学ガラス材を得た。はじめに、表１に記載の各ガラス組成となるようにガラス原料を調合し、プレス成形により一体化することにより、原料塊を得た。開口部より浮上ガスを供給することにより、原料塊を浮上させながら、成形型の周辺に設置した加熱ヒーターによる輻射加熱、及び表１に記載した温度に加熱した浮上ガスにより、７００〜１０００℃の溶融温度で１時間溶融し、溶融ガラスを得た。その後、溶融ガラスを浮上させたまま、輻射加熱を停止し、室温の浮上ガスを供給することにより溶融ガラスをガラス転移温度付近まで冷却し、球状の光学ガラス材を得た。浮上ガスの種類、溶融中の浮上ガスの温度、冷却時の浮上ガスの温度については表１に示す。

Ｎｏ．８の光学ガラス材は、以下のようにして得た。はじめに、表１に記載のガラス組成となるようにガラス原料を調合し、窒素雰囲気中にて金製容器を用いて７００〜１０００℃で１時間溶融し溶融ガラスを得た。次に、金製ノズルから溶融ガラスを滴下し、滴下した溶融ガラスを成形型の開口部より供給された浮上ガスにより浮上させながら成形し、球状の光学ガラス材を得た。

得られた光学ガラス材について、屈折率、試料重量のばらつき、脈理、表面粗さ、摩耗度の評価を行った。

屈折率はヘリウムランプのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する測定値で示した。

試料重量のばらつきは以下のように評価した。はじめに、実施例（Ｎｏ．１〜７）及び比較例（Ｎｏ．８）の光学ガラス材をそれぞれ１０個ずつ作製した。次に、各実施例及び比較例において、１０個の光学ガラス材の平均重量を算出した。得られた平均重量に対して、１０個の光学ガラス材のうち、平均重量に対する重量の変動値が１０％より大きい及び／又は小さい試料が１つ以上あれば「×」、平均重量に対する重量の変動値がすべての試料において１０％以内であれば「○」とした。

脈理の評価は試料重量を測定した１０個の光学ガラス材に対して行った。脈理が目視で確認できた試料が１つ以上あれば「×」、すべての試料において脈理が確認できない場合は「○」とした。

表面粗さは、白色干渉計（Ｚｙｇｏ社製：ＮＥＷＶｉｅｗ７３００）を用いて試料表面を観察することにより測定した。

摩耗度の評価は、ＪＯＧＩＳ １０−１９９４の方法に準拠してガラス試料の質量を測定することにより摩耗量を算出した後、標準試料（ＢＫ−７）についても同様に研磨試験を行い、下記の算出式により摩耗度を評価した。

摩耗度（％）＝｛（試料の摩耗質量／試料の密度）／（標準試料の摩耗質量／標準試料の密度）｝×１００

表１から明らかなように、実施例であるＮｏ．１〜７の試料は光学ガラス材の重量ばらつきが少なく、脈理も確認されなかった。また、表面粗さＳａは、０．５ｎｍ以下であり、摩耗度は、２００以上であった。一方、比較例であるＮｏ．８は、光学ガラス材の重量ばらつきがあり、脈理も確認された。また、ガラス転移温度Ｔｇ、軟化点Ｔｓ、Ｔｓ−Ｔｇ、表面粗さＳａ、摩耗度は測定できなかった。

１ 成形装置
２ 成形装置
１０ 成形型
１０ａ 成形面
１０ｂ 開口部
１１ ガス供給機構
１２ 原料塊

Claims (17)

1. 屈折率が１．６５以上かつ軟化点が６００℃以下である光学ガラス材の製造方法であって、
   原料塊を成形型の成形面上に配置する工程、前記成形面に形成された開口部より浮上ガスを供給することにより、前記原料塊を浮上させながら溶融し溶融ガラスを得る工程、及び、
   前記溶融ガラスを浮上させたまま冷却し、光学ガラス材を得る工程、
   を備えることを特徴とする、光学ガラス材の製造方法。
2. 前記溶融ガラスを得る工程において、前記浮上ガスの温度が５００℃以上であることを特徴とする、請求項１に記載の光学ガラス材の製造方法。
3. 前記浮上ガスが不活性ガスを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学ガラス材の製造方法。
4. 前記不活性ガスが窒素、アルゴン又はヘリウムであることを特徴とする、請求項３に記載の光学ガラス材の製造方法。
5. 前記不活性ガスの濃度が７５体積％以上であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の光学ガラス材の製造方法。
6. 前記成形型の温度が前記浮上ガスの温度よりも高いことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学ガラス材の製造方法。
7. 前記溶融ガラスの粘度が１０^−１ｄＰａ・Ｓ以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学ガラス材の製造方法。
8. 前記光学ガラス材の摩耗度が２００以上であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学ガラス材の製造方法。
9. 前記光学ガラス材がモル％で、ＳｎＯ ３３．５〜９０％、Ｐ_２Ｏ_５＋ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３ ０．１〜６６．５％を含有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学ガラス材の製造方法。
10. 前記光学ガラス材が、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学ガラス材の製造方法。
11. 前記光学ガラス材の３０〜３００℃の範囲における熱膨張係数が２００×１０^−７／℃以下であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学ガラス材の製造方法。
12. 前記光学ガラス材の軟化点とガラス転移温度の温度差（Ｔｓ−Ｔｇ）が、２００℃以下であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学ガラス材の製造方法。
13. 前記原料塊がガラス原料、ガラス粉末及び／又はガラス塊から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学ガラス材の製造方法。
14. 屈折率が１．６５以上かつ軟化点が６００℃以下である光学ガラス素子の製造方法であって、
    原料塊を成形型の成形面上に配置する工程、
    前記成形面に形成された開口部より浮上ガスを供給することにより、前記原料塊を浮上させながら溶融し溶融ガラスを得る工程、
    前記溶融ガラスを浮上させたまま冷却し、光学ガラス材を得る工程、及び、
    前記光学ガラス材をモールドプレスすることにより、光学ガラス素子を得る工程、
    を備えることを特徴とする、光学ガラス素子の製造方法。
15. 前記光学ガラス素子の表面が未研磨であることを特徴とする、請求項１４に記載の光学ガラス素子の製造方法。
16. 前記ガラス素子の表面粗さＳａが５ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１４に記載の光学ガラス素子。
17. 屈折率が１．６５以上かつ軟化点が６００℃以下であり、表面が未研磨であり、かつ内部に脈理を含まない球状の光学ガラス材からなることを特徴とする、光学ガラス素子。

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