JP3912774B2 - 精密プレス成形用光学ガラス、精密プレス成形用プリフォームおよびその製造方法 - Google Patents
精密プレス成形用光学ガラス、精密プレス成形用プリフォームおよびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密プレス成形用光学ガラス、並びに精密プレス成形用プリフォームと光学素子およびそれらの製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、精密プレス成形後に光学機能面に研削や研磨などの機械加工を必要としない、例えば超精密非球面レンズなどの光学素子の製造に用いられる高屈折率低分散の光学ガラス、該光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子、並びに前記のプリフォームと光学素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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・高分散など）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え続けている。
【０００３】
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（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およ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が高温に曝され、かつ高圧が加えられる。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。
【０００４】
従来、高屈折率低分散（屈折率ｎｄ＞１．８かつアッベ数νｄ＞３５）光学定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種々のガラスが知られており、例えば、特開平８−２１７４８４号公報、特開昭５４−９０２１８号公報、特開昭６２−１００４４９号公報などに開示されている。
【０００５】
しかしながら、これらの光学ガラスにおいては、いずれも耐失透性の向上に主眼が置かれているため、安定性を向上させるために、Ｌｕ2Ｏ3などの高価な成分が必須であったり、有害とされる成分であるＳｂ2Ｏ3を多量に含有することが必須であるといった問題がある。さらに、これらの公報に開示されているガラス組成のうち、光学設計上非常に有用であるｎｄ＞１．８かつアッベ数νｄ＞３５となるような組成には、低ガラス転移温度化に有効とされるＺｎＯあるいはＬｉ2Ｏがほとんど含有されていないため、モールドプレス成形に対する適性は低かった。
【０００６】
このように、光学系の設計上非常に有用とされる、屈折率ｎｄ＞１．８かつアッベ数νｄ＞３５（但し（ｎｄ，νｄ）＝（１．８５，３５），（１．８，４５）,（１．８，３５）の３点に囲まれた範囲を除く）となるような光学ガラス、特に屈折率ｎｄ＞１．８５かつアッベ数νｄ＞３５の光学恒数を有する精密プレス成形用光学ガラスは未だに提案されていない。
【０００７】
これは、このような光学定数を有するガラスは、一般に希土類成分の含有量が高く失透に対する安定度が低いために、ガラス転移温度をモールドプレスが経済的に可能な領域まで低下させるための組成を開発するのが困難であったことによると考えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、精密プレス成形後に光学機能面に研削や研磨などの機械加工を必要としない光学素子の製造に用いられる高屈折率低分散の光学ガラス、該光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子、並びに前記プリフォームと光学素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、必須成分として特定の成分を含み、ある値以下のガラス転移温度と特定の光学定数を有する光学ガラスにより、その目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、
（１）モル％表示で、必須成分としてＢ2Ｏ3 １５〜４０％、ＳｉＯ2 ３〜２５％、Ｌａ2Ｏ3 ５〜２０％、Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０％、ＺｎＯ ２〜３５％、Ｌｉ2Ｏ ０．５〜１５％、ＺｒＯ2 ０．５〜１５％およびＴａ2Ｏ5 ０．２〜１０％を、任意成分としてＳｂ2Ｏ3 ０〜１モル％を含むとともに、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、Ｌａ 2 Ｏ 3 、Ｇｄ 2 Ｏ 3 、Ｙｂ 2 Ｏ 3 、Ｙ 2 Ｏ 3 およびＳｃ 2 Ｏ 3 の合計含有量が１２〜３２モル％であり、かつ前記合計含有量に対するＬａ 2 Ｏ 3 の含有量のモル％分率が０．３５〜０．６６であり、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが、関係式
１．８０＜ｎｄ≦１．９０
３５＜νｄ≦５０
ｎｄ≧２．０２５−（０．００５×νｄ）
をいずれも満たすことを特徴とする精密プレス成形用光学ガラス（以下、光学ガラスＩと称す。）、
【００１１】
（２）モル％表示で、必須成分としてＢ2Ｏ3 １５〜４０％、ＳｉＯ2 ３〜２５％、Ｌａ2Ｏ3 ５〜２０％、Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０％、ＺｎＯ ２〜３５％、Ｌｉ2Ｏ ０．５〜１５％、ＺｒＯ2 ０．５〜１５％およびＴａ2Ｏ5 ０．２〜１０％を、任意成分としてＳｂ2Ｏ3 ０〜１モル％を含むとともに、ＷＯ ３ 、Ｙ ２ Ｏ ３ 、Ｙｂ ２ Ｏ ３ 、Ｎｂ ２ Ｏ ５ 、ＢａＯおよびＴｉＯ ２ から選ばれる少なくとも１種を含み、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄが１．８５よりも大きく、アッベ数νｄが３５よりも大きいことを特徴とする精密プレス成形用光学ガラス（以下、光学ガラスＩＩと称す。）、
【００１２】
（３）モル％表示で、必須成分としてＢ2Ｏ3 １５〜４０％、ＳｉＯ2 ３〜２５％、Ｌａ2Ｏ3 ５〜２０％、Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０％、ＺｎＯ ２〜３５％、Ｌｉ2Ｏ ０．５〜１５％、ＺｒＯ2 ０．５〜１５％およびＴａ2Ｏ5 ０．２〜１０％を含むとともに、任意成分としてＷＯ3 ０〜１５％、Ｙ2Ｏ3 ０〜８％、Ｙｂ2Ｏ3 ０〜８％およびＳｂ2Ｏ3 ０〜１％並びにＮｂ2Ｏ5、ＢａＯおよびＧｅＯ2を含み、前記成分の合計含有量が９５％以上であって、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、Ｌａ 2 Ｏ 3 、Ｇｄ 2 Ｏ 3 、Ｙｂ 2 Ｏ 3 、Ｙ 2 Ｏ 3 およびＳｃ 2 Ｏ 3 の合計含有量が１２〜３２モル％であり、かつ前記合計含有量に対するＬａ 2 Ｏ 3 の含有量のモル％分率が０．３５〜０．６６であり、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが、関係式
１．８０＜ｎｄ≦１．９０
３５＜νｄ≦５０
ｎｄ≧２．０２５−（０．００５×νｄ）
をいずれも満たすことを特徴とする精密プレス成形用光学ガラス（以下、光学ガラスＩＩＩと称す。）、
【００１３】
（４）Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3およびＳｃ2Ｏ3の合計含有量が１２〜３２モル％であり、かつ前記合計含有量に対するＬａ2Ｏ3の含有量のモル％分率が０．３５〜０．６６である上記（２）項に記載の精密プレス成形用光学ガラス、
（５）上記（１）ないし（４）項のいずれか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、
（６）上記（１）ないし（４）項のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる光学素子、
【００１４】
（７）上記（１）ないし（４）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、流出パイプより流出して所定重量の溶融ガラスを分離し、前記分離された所定重量の溶融ガラスを、該ガラスが軟化状態にある間に成形する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、および
（８）光学ガラスからなるプリフォームを加熱、軟化して精密プレス成形により光学素子を製造するに当たり、前記プリフォームとして、上記（５）項に記載のプリフォームまたは上記（７）項に記載の方法により作製されたプリフォームを用いることを特徴とする光学素子の製造方法、
を提供するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明におけるプレス成形とは、ガラス素材を加熱してプレス成形可能な状態とし、プレス成形型を用いてプレス成形することによりプレス成形型の成形面を精密に前記状態のガラス素材に転写することによって、プレス成形後に成形品に研削、研磨などの機械加工を施さなくても目的とする物品（最終製品）を作製できるプレス成形法であり、一般には光学素子（例えば、レンズ、プリズムなど）を成形する場合に用いられる。光学素子の精密プレス成形においては、例えば、光学機能面（光学素子の制御対象となる光線を通過させたり、反射させる面のような光学的な機能を果たす面）をプレス成形型の成形面を精密に転写して形成し、プレス成形後に少なくとも光学機能面に機械加工を施すことなしに光学機能面としての性能を発揮させることが可能となる。一般にこのような方法によって光学素子をプレス成形する方法はモールドオプティクス成形と呼ばれており、特に非球面レンズの精密プレス成形は、光学機能面を非球面に研削、研磨する必要がないので、生産性に優れた方法となっている。
【００１６】
精密プレス成形はこのように光学素子のような高い面精度、内部品質が要求される物品を高い生産性のもとに量産することができる方法であるが、適応対象となるガラスは比較的低い温度で塑性変形可能な状態になるものに限られる。ガラス転移温度が高いガラスを用いると、精密プレス成形の際、プレス成形型の成形面も高温に曝されることになり、前記成形面の消耗が激しくなったり、破損が生じることになる。精密プレス成形では、プレス成形型の成形面に微小な欠陥が生じても、その欠陥が最終製品である光学素子の光学機能面に転写され、光学素子としての性能が損なわれることになってしまう。そのため、使用可能なガラスのガラス転移温度は６３０℃以下に限られる。
【００１７】
本発明の光学ガラスには、光学ガラスＩ、光学ガラスＩＩおよび光学ガラスＩＩＩの３つの態様があり、まず、本発明の光学ガラス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、ＳｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＺｒＯ2およびＴａ2Ｏ5を、任意成分としてＳｂ2Ｏ3 ０〜１モル％を含むとともに、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが、関係式
１．８０＜ｎｄ≦１．９０
３５＜νｄ≦５０
ｎｄ≧２．０２５−（０．００５×νｄ）
をいずれも満たすガラスである。
【００１８】
この光学ガラスＩにおいて、ガラス転移温度が６３０℃以下である理由については、前述の説明のとおりである。また、光学定数の屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄは、上記の３つの関係式を、いずれも満たす高屈折率低分散であることが必要であり、これを図に示すと、図１において、斜線で示され、かつｎｄ１．８０およびνｄ３５を除いた領域内に、ｎｄおよびνｄが存在することになる。なお、図１において、横軸がアッベ数νｄ、縦軸が屈折率ｎｄである。
【００１９】
当該光学ガラスＩにおける各必須成分の含有量については、ガラス転移温度が６３０℃以下であり、かつ屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが前記３つの関係式を満たす光学ガラスが得られるのであればよく、特に制限はないが、後述の光学ガラスＩＩＩにおける含有量であることが好ましい。なお、各必須成分の作用などについては、後述の光学ガラスＩＩＩにおいて説明する。
【００２０】
当該光学ガラスＩにおける任意成分のＳｂ2Ｏ3は脱泡剤として用いられるが、１モル％以下で十分な効果が得られる。また、Ｓｂ2Ｏ3の含有量が多くなると、精密プレス成形時にプレス成形型の成形面が損傷を受けるおそれが生じる。したがって、その導入量は１モル％以下に限定される。
【００２１】
また、当該光学ガラスＩにおいては、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まない。ここで、実質上含まないとは、不可避的に不純物として混入されるものは仕方がないにしても、人為的に配合されたものを含まないことを意味する。一般に精密プレス成形は、プレス成形型の成形面保護などを目的として窒素雰囲気などの非酸化性雰囲気中で行われるが、ＰｂＯは還元されやすい成分のため、精密プレス成形時の還元による析出物により成形品の表面に曇りが生じてしまう。また、環境上好ましくない物質でもあることから、ＰｂＯを排除する。Ｌｕ2Ｏ3は一般に光学ガラスの成分としては、他の成分に比べて使用頻度が少ない。また、希少価値の高い物質でもあることから光学ガラス原料としては高額であり、コスト面からは使用したくない成分である。本発明の光学ガラスＩは、上記の特性とガラスとしての安定性を兼ね備えているので、不要なＬｕ2Ｏ3を排除する。
【００２２】
次に、本発明の光学ガラスＩＩは、必須成分としてＢ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＺｒＯ2およびＴａ2Ｏ5を、任意成分としてＳｂ2Ｏ3 ０〜１モル％を含むとともに、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄが１．８５よりも大きく、アッベ数νｄが３５よりも大きなガラスである。
【００２３】
この光学ガラスＩＩにおいて、ガラス転移温度が６３０℃以下である理由については、前述の説明のとおりである。また、屈折率ｎｄが１．８５より大きく、かつアッベ数νｄが３５よりも大きな高屈折率低分散であることが必要である。
【００２４】
当該光学ガラスＩＩにおける各必須成分の含有量については、ガラス転移温度が６３０℃以下であり、かつ屈折率ｎｄが１．８５より大きく、アッベ数νｄか３５よりも大きな光学ガラスが得られるのであればよく、特に制限はないが、後述の光学ガラスＩＩＩにおける含有量であることが好ましい。なお、各必須成分の作用などについては、後述の光学ガラスＩＩＩにおいて説明する。
【００２５】
当該光学ガラスＩＩにおける任意成分のＳｂ2Ｏ3については、前記光学ガラスＩにおいて説明したとおりである。
また、当該光学ガラスＩＩにおいては、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まない。これについても前記光学ガラスＩにおいて説明したとおりである。
【００２６】
さらに、本発明の光学ガラスＩＩＩは、モル％表示で、必須成分としてＢ2Ｏ3１５〜４０％、ＳｉＯ2 ３〜２５％、Ｌａ2Ｏ3 ５〜２０％、Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０％、ＺｎＯ ２〜３５％、Ｌｉ2Ｏ ０．５〜１５％、ＺｒＯ2 ０．５〜１５％およびＴａ2Ｏ5 ０．２〜１０％を含むとともに、任意成分としてＷＯ3０〜１５％、Ｙ2Ｏ3 ０〜８％、Ｙｂ2Ｏ3 ０〜８％およびＳｂ2Ｏ3 ０〜１％並びにＮｂ2Ｏ5、ＢａＯおよびＧｅＯ2を含み、前記成分の合計含有量が９５％以上であって、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが、関係式
１．８０＜ｎｄ≦１．９０
３５＜νｄ≦５０
ｎｄ≧２．０２５−（０．００５×νｄ）
をいずれも満たすガラスである。
【００２７】
この光学ガラスＩＩＩにおいて、ガラス転移温度が６３０℃以下である理由については、前述の説明のとおりである。また、光学定数の屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄは、前記光学ガラスＩと同様に、上記の３つの関係式を、いずれも満たす高屈折率低分散であることが必要である。
なお、上記組成範囲は、実験化学的に見出されたものである。また、以下に示す含有量の表示はモル％である。
【００２８】
Ｂ2Ｏ3はガラスの網目構造形成酸化物であり、本発明の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）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場合、ガラスの形成のためにＢ2Ｏ3を主なネットワーク構成成分とする必要があるが、４０％を超えて導入すると、ガラスの屈折率が低下し、高屈折ガラスを得るという目的に適さなくなるのに対し、１５％未満では失透に対して十分な安定性を得られず、また溶融性が低下するため、その導入量は、１５〜４０％が好ましい。より好ましくは２０〜３７％の範囲である。
【００２９】
ＳｉＯ2はＢ2Ｏ3と同様、ガラス網目構造の形成物であり、Ｌａ2Ｏ3やＧｄ2Ｏ3を多量に含有するガラスに対して、主成分Ｂ2Ｏ3と置換して少量添加すると、ガラスの液相温度を低下させ、高温粘性をも向上させ、さらにガラスの安定性を大きく向上させるが、３％未満では上記のような効果が薄くなり、逆に２５％を超えて多く導入すると、ガラスの屈折率が下がることに加え、ガラス転移温度が高くなり精密プレスが困難になるため、その導入量は３〜２５％の範囲が好ましい。より好ましくは５〜２０％の範囲である。
【００３０】
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に、または分散を高めずに、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が著しく悪化するため、その導入量は５〜２０％の範囲が好ましい。より好ましくは７〜１８％の範囲である。
【００３１】
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５％未満では、十分な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、ガラス転移温度が上昇して精密プレス成形も難しくなるので、その導入量は５〜２０％の範囲が好ましい。より好ましくは６〜１８％、さらに好ましくは７〜１８％の範囲である。
【００３２】
Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｌａ2Ｏ3−Ｇｄ2Ｏ3−ＺｎＯ−Ｌｉ2Ｏ−ＺｒＯ2−Ｔａ2Ｏ5系ガラスにおいて、通常、高屈折率低分散（屈折率ｎｄ＞１．８かつアッベ数νｄ＞３５）の高機能性を保つためにはＬａ2Ｏ3＋Ｇｄ2Ｏ3の合計量を好ましくは１２％以上、より好ましくは１２〜３２％とする。
【００３３】
ガラス中におけるランタノイド酸化物Ｌｎ2Ｏ3（Ｌｎ＝Ｌａ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃ）のモル％表示による合計含有量に対するＬａ2Ｏ3のモル％表示による含有量の割合（分率）である、Ｌａ2Ｏ3／ΣＬｎ2Ｏ3は、０．３５〜０．６６が好ましく、より好ましくは０．４５〜０．６６の範囲である。その理由を以下に説明する。
【００３４】
精密プレス成形用ガラスとしては、精密プレス成形の適性すなわち低ガラス転移温度を付与するものの、ガラスを不安定にする成分であるＬｉ2Ｏ等を添加する必要があるため、高屈折率・低分散性に必須なランタノイド酸化物の添加量を増大させるとガラス形成が不能になる。したがって、一般に添加量（ΣＬｎ2Ｏ3）は制限される。
【００３５】
しかしながら、本発明者らは、Ｌａ2Ｏ3以外のランタノイド酸化物を、Ｌａ2Ｏ3の分率が０．３５〜０．６６となるように添加することにより、ランタノイド系酸化物の添加量を増大させながら安定なガラスを得ることが可能となり、安定度を低下させるＬｉ2Ｏ等の成分を添加したガラスに対しても、安定にガラス形成を行うことが可能となることを見出した。また、この比率を保つことにより、液相温度の低下と高温粘性の向上に大きく寄与することも明らかにした。すなわち、Ｌａ2Ｏ3／ΣＬｎ2Ｏ3＝０．３５〜０．６６の範囲にある場合、ΣＬｎ2Ｏ3の合計量が同じで、その比率が大きい場合に比較して、はるかに安定なガラスを得ることが可能になった。さらに、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3の合計含有量（ΣＬｎ2Ｏ3）を１２〜３２％とすることが上記理由により好ましい。
【００３６】
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、２％未満では、上記の期待された効果が得られないのに対し、３５％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２〜３５％の範囲が好ましい。より好ましくは５〜３２％の範囲である。
【００３７】
Ｌｉ2Ｏは他のアルカリ金属酸化物成分に比べ、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、０．５％未満ではＬｉ2Ｏの添加効果が薄いのに対し、１５％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０．５〜１５％の範囲が好ましい。より好ましくは１〜１２％、さらに好ましくは２〜１２％の範囲である。
【００３８】
ＺｎＯ、Ｌｉ2Ｏはいずれもガラス転移温度を低下させる成分であるため、その合量ＺｎＯ＋Ｌｉ2Ｏを１０モル％以上とすることが好ましく、１５モル％以上とすることがさらに好ましい。
【００３９】
ＺｒＯ2は高屈折率・低分散の成分として使われる。少量のＺｒＯ2を導入することにより、ガラスの屈折率を低下させずに、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、少量のＺｒＯ2を導入することが望ましい。しかし、０．５％未満ではＺｒＯ2の添加効果が得られないに対し、１５％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、０．５〜１５％の範囲が好ましい。より好ましくは１〜１０％の範囲である。
【００４０】
Ｔａ2Ｏ5は高屈折率・低分散の成分として使われる。少量のＴａ2Ｏ5を導入することにより、ガラスの屈折率を低下させずに、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、少量のＺｒＯ2を導入することが望ましい。しかし、０．２％未満でＴａ2Ｏ5の添加効果が得られないに対し、１０％を超えて多く導入すると、液相温度が急激に上昇し、分散も大きくなるため、その導入量は、０．２〜１０％の範囲が好ましい。より好ましくは１〜８％の範囲である。
【００４１】
ＷＯ3は、ガラスの安定性、溶融性を改善し、屈折率を向上させるために適宜導入される成分であるが、その導入量が１５％を超えると、分散が大きくなり、必要な低分散特性が得られなくなるため、その導入量は１５％以下が好ましい。より好ましくは、１２％以下である。
【００４２】
Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＢａＯ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、ガラスの安定性を高め、化学的耐久性を向上させるが、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ため、その導入量をそれぞれ８％以下に抑えることが好ましい。より好ましくは７％以下である。
【００４３】
Ｎｂ2Ｏ5はガラスの安定性や屈折率を改善するために適宜導入される成分であるが、その導入量が８％を超えると、分散が大きくなり、必要な低分散特性が得られなくなるため、その導入量は８％以下が好ましい。より好ましくは５％以下である。
【００４４】
ＧｅＯ2は、ＳｉＯ2と同様に、ガラスを安定化させ、ＳｉＯ2よりも高屈折率を与える成分であり、高屈折率を達成させる場合に適宜導入される。しかし、高価であり、分散を大きくするため、その使用量は８％以下が好ましい。
また、Ｓｂ2Ｏ3、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3に関しては、前記光学ガラスＩにおいて説明したとおりである。
【００４５】
上記組成範囲の任意の成分を適宜用いることにより、上記好ましい理由として示された性質、特性を有する光学ガラスが得られるが、中でもより好ましい組成範囲は、Ｂ2Ｏ3 ２０〜３７％、ＳｉＯ2 ５〜２０％、Ｌａ2Ｏ3 ７〜１８％、Ｇｄ2Ｏ3 ６〜１８％、ＺｎＯ ５〜３２％、Ｌｉ2Ｏ １〜１２％、ＺｒＯ2１〜１０％、Ｔａ2Ｏ5 １〜８％、ＷＯ3 ０〜１２％、Ｙ2Ｏ3 ０〜７％、Ｙｂ2Ｏ3 ０〜７％、Ｎｂ2Ｏ5 ０〜５％、ＢａＯ ０〜７％、ＧｅＯ2 ０〜８％およびＳｂ2Ｏ3 ０〜１％を含み、Ｌａ2Ｏ3とＧｄ2Ｏ3の合計含有量が１２〜３２％で、Ｌａ2Ｏ3／ΣＬｎ2Ｏ3が０．４５〜０．６６である。特に好ましい組成範囲は、Ｂ2Ｏ3 ２０〜３７％、ＳｉＯ2 ５〜２０％、Ｌａ2Ｏ3 ７〜１８％、Ｇｄ2Ｏ3 ７〜１８％、ＺｎＯ ５〜３２％、Ｌｉ2Ｏ ２〜１２％、ＺｒＯ2 １〜１０％、Ｔａ2Ｏ5 １〜８％、ＷＯ3 ０〜１２％、Ｙ2Ｏ3 ０〜７％、Ｙｂ2Ｏ3 ０〜７％、Ｎｂ2Ｏ5 ０〜５％、ＢａＯ ０〜７％、ＧｅＯ2 ０〜８％およびＳｂ2Ｏ3 ０〜１％を含み、Ｌａ2Ｏ3とＧｄ2Ｏ3の合計含有量が１２〜３２％で、Ｌａ2Ｏ3／ΣＬｎ2Ｏ3が０．４５〜０．６６である。
【００４６】
なお、上記組成範囲ならびにより好ましい組成範囲、特に好ましい組成範囲において、ガラスの所望の光学特性を得つつ、安定性を保つため上記の成分の合計量を少なくとも９５％以上に含有することが肝要であるが、物性調整のために、合計量で５％以下のＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、などのその他の成分を導入してもよい。
【００４７】
さらに、上記組成範囲ならびにより好ましい組成範囲において、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＺｎＯ、Ｌｉ2Ｏ、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＷＯ3、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3の合計含有量が９５％以上であることがより好ましく、９９％以上であることがさらに好ましく、１００％であることが一層好ましい。
【００４８】
さらに本発明の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）は、カドミウムなどの環境上問題となる元素、トリウムなどの放射性元素、ヒ素などの有毒な元素を含まないことが望ましい。また、ガラス溶融時の揮発などの問題からフッ素も含まないことが望ましい。
【００４９】
本発明の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）は、例えば、常法により原料化合物を調合し、溶解、清澄、撹拌、均一化することにより製造することができる。
また、本発明の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）が得られるガラス融液を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、ガラスの転移温度で１時間アニールした後、室温まで放冷したガラス中に、顕微鏡で観察できる結晶は析出しない。このように、本発明の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）の安定性は優れている。
なお、本発明の光学ガラスは、可視光領域で透明であり、レンズやプリズム、その他の光学素子に好適なものである。
【００５０】
次に、前述の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）よりなる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。
精密プレス成形用プリフォームとは加熱して精密プレス成形に供する予め成形されたガラス素材のことである。先に説明したように、精密プレス成形は、光学機能面をプレス成形によって形成し、研削、研磨加工を施さずに最終製品である光学素子を作製する。したがって、精密プレス成形品の光学機能面以外の部分に研削、研磨などの除去加工を施さない場合、プリフォームの重量は最終製品の重量に等しくする（精密プレス成形品の重量も前記重量と等しい。）。目的とする精密プレス成形品の重量を基準にしたとき、プリフォームの重量が小さすぎると精密プレス成形時にガラスがプレス成形型の成形面に充分充填されず、所望の面精度が得られなかったり、成形品の厚みが所望の厚みよりも薄くなるなどの問題が生じる。また、プリフォームの重量が大きすぎると、余分なガラスがプレス成形型間の隙間に入り込んで成形バリを生じたり、成形品の厚みが所望の厚みより厚くなるなどの問題が生じる。したがって、精密プレス成形用プリフォームの重量は、プレス成形後に光学機能面などを研削、研磨などによって仕上げる一般的なプレス成形用のガラス素材よりも精密に管理する必要がある。さらに、精密プレス成形用プリフォームの場合、プリフォームの表面がプレス成形品の表面として最終製品に残るため、プリフォームの表面にはキズや汚れなどがないことが要求される。
【００５１】
このような精密プレス成形用プリフォームの製造方法としては、溶融ガラスを流出して、所望重量の溶融ガラス塊を分離し、その溶融ガラス塊をプリフォームに成形する方法（以下、熱間成形法という）、あるいは溶融ガラスを型に鋳込み、成形したものを冷却し、得られたガラス塊を所望の大きさに機械加工する方法（以下、冷間加工法という）などがある。
【００５２】
熱間成形法では、溶融、清澄、均質化された、例えば１０００〜１４００℃程度の温度、０．１〜５ｄＰａ・ｓ程度の粘度を示す溶融ガラスを用意し、３〜６０ｄＰａ・ｓ程度の粘度になるように温度調整して流出ノズルあるいは流出パイプから排出し、プリフォームに成形する。温度調整の方法としては、流出ノズル、流出パイプの温度を制御する方法を例示できる。流出ノズル、流出パイプの材質としては白金または白金合金が望ましい。具体的な成形方法としては、溶融ガラスを流出ノズルから所望重量の溶融ガラス滴として滴下し、それを受け部材によって受けてプリフォームに成形する方法、同じく所望重量の溶融ガラス滴を前記流出ノズルより液体窒素などに滴下してプリフォームを成形する方法、白金または白金合金製の流出パイプより溶融ガラス流を流下させ、溶融ガラス流の先端部を受け部材で受け、溶融ガラス流のノズルと受け部材の間にくびれ部を形成した後、くびれ部にて溶融ガラス流を分離して受け部材に所望重量の溶融ガラス塊を受けてプリフォームに成形する方法などがある。溶融ガラスを滴下する場合、ガラスの粘度としては３〜３０ｄＰａ・ｓが好ましく、溶融ガラスを溶融ガラス流として流下する場合は、ガラスの粘度としては２〜６０ｄＰａ・ｓが好ましい。
【００５３】
プリフォームの形状は、精密プレス成形品の形状を考慮して決めればよいが、好適な形状としては球状、楕円球状などを例示することができる。また、熱間成形はガラスが軟化温度以上の温度にあるときにプリフォームの表面が形成されるので、滑らかな表面を得やすい。特に、溶融ガラス塊を成形型などの上で風圧により浮上させながらプリフォームに成形したり、液体窒素などの常温、常圧下では気体の物質を冷却して液体にした媒体中に溶融ガラス滴を入れてプリフォームに成形する方法では、キズ、汚れ、表面の変質などがない滑らかな表面、例えば自由表面を有するプリフォームを容易に作製することができる。
【００５４】
一方、冷間加工法では、例えば、上述のように溶融、清澄、均質化した溶融ガラスを鋳型などに流し込み、ガラスブロック状に成形、徐冷し、歪みを低減した後、切断などの機械加工により所望の寸法あるいは重量のガラス塊を作製し、表面を平滑にする工程を行ってプリフォームを得る。
【００５５】
次に、このようなプリフォームを精密プレス成形して光学素子を作製する方法について説明する。
精密プレス成形では、予め成形面を所望の形状に高精度に加工されたプレス成形型を用いるが、成形面には、プレス時のガラスの融着を防止するため、離型膜を形成してもよい。精密プレス成形は、成形型成形面の酸化などによる損傷を防止するため、窒素ガスなどの非酸化性ガス雰囲気中で行うことも含め、公知の方法を用いることができる。
【００５６】
このようにして、本発明の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）よりなる球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズ、レンズアレイ、マイクロレンズアレイなどの各種レンズ、プリズム、ポリゴンミラーなどの光学素子を光学機能面に機械加工を施すことなしに作製することができる。
【００５７】
【実施例】
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１〜５８
表１〜表６に示すガラス組成になるように、原料としてそれぞれ相当する酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物など、例えば、ＳｉＯ2、Ｈ3ＢＯ3、Ｌａ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＺｎＣＯ3、ＺｒＯ2、Ｌｉ2ＣＯ3などを用いて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、１２００〜１４５０℃に保持した電気炉中において、攪拌しながら空気中で２〜４時間ガラスの溶融を行った。溶融後、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光学ガラスを得た。得られた光学ガラス中には、顕微鏡で観察できる結晶は析出しなかった。
【００５８】
なお、光学ガラスの特性は、以下に示す方法により測定した。その結果を表１〜表６に示す。
（１）屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）
Ｔｇ−Ｔｓ間の温度で保持した光学ガラスを、降温速度を−３０℃／ｈｒ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℃／ｍｉｎとして測定した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【００６１】
【表３】
【００６２】
【表４】
【００６３】
【表５】
【００６４】
【表６】
【００６５】
このように、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5を含み、ガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが、関係式
１．８０＜ｎｄ≦１．９０
３５＜νｄ≦５０
ｎｄ≧２．０２５−（０．００５×νｄ）
をいずれも満たす精密プレス成形用光学ガラスを得ることができる。
【００６６】
実施例５９
次に、実施例１〜５８の各光学ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォームを次のようにして作製した。まず、上記光学ガラスが得られる溶融ガラスを溶融、清澄、均質化することにより用意し、温度調整された白金合金製の流出ノズルから受け部材に滴下し、受け部材の凹部において、この凹部の底部に設けられたガス噴出口より上方に向けてガスを噴出しながら、受けた溶融ガラス滴を浮上、回転させて球状のプリフォームに成形した（方法１）。得られたプリフォームの重量は目的とする最終製品の重量と一致しており、失透することなく、表面は滑らかでキズ、汚れ、変質などの欠陥がないものであった。
【００６７】
次に、上記の方法と同様に、流出ノズルから溶融ガラス滴を液体窒素に滴下して同じく球状のプリフォームを成形した（方法２）。このプリフォームも上記方法と同様、失透することなく、重量精度が高い、表面が滑らかで欠陥のないものであった。
【００６８】
今度は、上記溶融ガラスを流出パイプより溶融ガラス流として流下させ、下端部を受け型で受け、流下する溶融ガラス流の途中にくびれを作り、くびれよりも下のガラスの重量が所定値に達したときに、くびれた部分において溶融ガラス流が分離されて、分離した前記重量の溶融ガラス塊を受け型を用いてプリフォームに成形した（方法３）。このプリフォームも上記方法と同様、失透することなく、重量精度が高い、表面が滑らかで欠陥のないものであった。
【００６９】
実施例６０
実施例５９の方法１で得られた実施例１〜５８の各種光学ガラスよりなる球状のプリフォームを加熱し、図２に示すプレス装置を用い、精密プレス成形（非球面精密プレス）することにより非球面レンズを得た。
【００７０】
精密プレス成形の詳細は次にとおりである。上記プリフォーム４を、非球面形状を有するＳｉＣ製の下型２及び上型１の間に静置したのち、石英管１１内を窒素雰囲気としてヒーター１２に通電して石英管１１内を加熱した。成形金型内部の温度をガラスの屈伏点温度＋２０〜８０℃となる温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒１３を降下させて上型1を押して成形鋳型内の被成形ガラス塊をプレス成形した。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℃の温度までに徐冷し、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金型から取り出し、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２において、符号３は案内型（胴型）、９は支持棒、１０は支持台、１４は熱伝対である。
【００７１】
同様にして実施例５９の方法２、方法３によって成形された実施例１〜５８の各種光学ガラスよりなるプリフォームを用い、精密プレス成形により非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、上記レンズと同様、きわめて精度の高いレンズであった。本実施例で用いたプリフォームはいずれも球状で直径が２〜３０ｍｍのものであるが、プリフォームの形状、寸法は作製しようとする精密プレス成形品の形状等により適宜、決めればよい。
【００７２】
なお、最終製品の形状に合わせたプレス成形型を用いれば、他のレンズ、あるいはプリズム、ポリゴンミラーなどの光学素子を作製することもできる。
得られた光学素子の光学機能面には必要に応じて反射防止膜あるいは高反射膜などの光学多層膜を形成することもできる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、精密プレス成形後に光学機能面に研削や研磨などの機械加工を必要としない、例えば超精密非球面レンズなどの光学素子の製造に用いられる高屈折率特性かつ低分散特性を兼ね備えた精密プレス成形用光学ガラスを提供することができる。
【００７４】
また、本発明によれば、上記光学ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォームおよびその製造方法、ならびに上記光学ガラスよりなる光学素子および上記プリフォームを用いて精密プレス成形により非球面レンズなどの光学素子を量産性よく作製する光学素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学ガラスの１態様における屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄの領域を示すグラフである。
【図２】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
９ 支持棒
１０ 支持台
１１ 石英管
１２ ヒーター
１３ 押し棒
１４ 熱伝対
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密プレス成形用光学ガラス、並びに精密プレス成形用プリフォームと光学素子およびそれらの製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、精密プレス成形後に光学機能面に研削や研磨などの機械加工を必要としない、例えば超精密非球面レンズなどの光学素子の製造に用いられる高屈折率低分散の光学ガラス、該光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子、並びに前記のプリフォームと光学素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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・高分散など）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え続けている。
【０００３】
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（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およ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が高温に曝され、かつ高圧が加えられる。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。
【０００４】
従来、高屈折率低分散（屈折率ｎｄ＞１．８かつアッベ数νｄ＞３５）光学定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種々のガラスが知られており、例えば、特開平８−２１７４８４号公報、特開昭５４−９０２１８号公報、特開昭６２−１００４４９号公報などに開示されている。
【０００５】
しかしながら、これらの光学ガラスにおいては、いずれも耐失透性の向上に主眼が置かれているため、安定性を向上させるために、Ｌｕ2Ｏ3などの高価な成分が必須であったり、有害とされる成分であるＳｂ2Ｏ3を多量に含有することが必須であるといった問題がある。さらに、これらの公報に開示されているガラス組成のうち、光学設計上非常に有用であるｎｄ＞１．８かつアッベ数νｄ＞３５となるような組成には、低ガラス転移温度化に有効とされるＺｎＯあるいはＬｉ2Ｏがほとんど含有されていないため、モールドプレス成形に対する適性は低かった。
【０００６】
このように、光学系の設計上非常に有用とされる、屈折率ｎｄ＞１．８かつアッベ数νｄ＞３５（但し（ｎｄ，νｄ）＝（１．８５，３５），（１．８，４５）,（１．８，３５）の３点に囲まれた範囲を除く）となるような光学ガラス、特に屈折率ｎｄ＞１．８５かつアッベ数νｄ＞３５の光学恒数を有する精密プレス成形用光学ガラスは未だに提案されていない。
【０００７】
これは、このような光学定数を有するガラスは、一般に希土類成分の含有量が高く失透に対する安定度が低いために、ガラス転移温度をモールドプレスが経済的に可能な領域まで低下させるための組成を開発するのが困難であったことによると考えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、精密プレス成形後に光学機能面に研削や研磨などの機械加工を必要としない光学素子の製造に用いられる高屈折率低分散の光学ガラス、該光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子、並びに前記プリフォームと光学素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、必須成分として特定の成分を含み、ある値以下のガラス転移温度と特定の光学定数を有する光学ガラスにより、その目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、
（１）モル％表示で、必須成分としてＢ2Ｏ3 １５〜４０％、ＳｉＯ2 ３〜２５％、Ｌａ2Ｏ3 ５〜２０％、Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０％、ＺｎＯ ２〜３５％、Ｌｉ2Ｏ ０．５〜１５％、ＺｒＯ2 ０．５〜１５％およびＴａ2Ｏ5 ０．２〜１０％を、任意成分としてＳｂ2Ｏ3 ０〜１モル％を含むとともに、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、Ｌａ 2 Ｏ 3 、Ｇｄ 2 Ｏ 3 、Ｙｂ 2 Ｏ 3 、Ｙ 2 Ｏ 3 およびＳｃ 2 Ｏ 3 の合計含有量が１２〜３２モル％であり、かつ前記合計含有量に対するＬａ 2 Ｏ 3 の含有量のモル％分率が０．３５〜０．６６であり、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが、関係式
１．８０＜ｎｄ≦１．９０
３５＜νｄ≦５０
ｎｄ≧２．０２５−（０．００５×νｄ）
をいずれも満たすことを特徴とする精密プレス成形用光学ガラス（以下、光学ガラスＩと称す。）、
【００１１】
（２）モル％表示で、必須成分としてＢ2Ｏ3 １５〜４０％、ＳｉＯ2 ３〜２５％、Ｌａ2Ｏ3 ５〜２０％、Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０％、ＺｎＯ ２〜３５％、Ｌｉ2Ｏ ０．５〜１５％、ＺｒＯ2 ０．５〜１５％およびＴａ2Ｏ5 ０．２〜１０％を、任意成分としてＳｂ2Ｏ3 ０〜１モル％を含むとともに、ＷＯ ３ 、Ｙ ２ Ｏ ３ 、Ｙｂ ２ Ｏ ３ 、Ｎｂ ２ Ｏ ５ 、ＢａＯおよびＴｉＯ ２ から選ばれる少なくとも１種を含み、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄが１．８５よりも大きく、アッベ数νｄが３５よりも大きいことを特徴とする精密プレス成形用光学ガラス（以下、光学ガラスＩＩと称す。）、
【００１２】
（３）モル％表示で、必須成分としてＢ2Ｏ3 １５〜４０％、ＳｉＯ2 ３〜２５％、Ｌａ2Ｏ3 ５〜２０％、Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０％、ＺｎＯ ２〜３５％、Ｌｉ2Ｏ ０．５〜１５％、ＺｒＯ2 ０．５〜１５％およびＴａ2Ｏ5 ０．２〜１０％を含むとともに、任意成分としてＷＯ3 ０〜１５％、Ｙ2Ｏ3 ０〜８％、Ｙｂ2Ｏ3 ０〜８％およびＳｂ2Ｏ3 ０〜１％並びにＮｂ2Ｏ5、ＢａＯおよびＧｅＯ2を含み、前記成分の合計含有量が９５％以上であって、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、Ｌａ 2 Ｏ 3 、Ｇｄ 2 Ｏ 3 、Ｙｂ 2 Ｏ 3 、Ｙ 2 Ｏ 3 およびＳｃ 2 Ｏ 3 の合計含有量が１２〜３２モル％であり、かつ前記合計含有量に対するＬａ 2 Ｏ 3 の含有量のモル％分率が０．３５〜０．６６であり、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが、関係式
１．８０＜ｎｄ≦１．９０
３５＜νｄ≦５０
ｎｄ≧２．０２５−（０．００５×νｄ）
をいずれも満たすことを特徴とする精密プレス成形用光学ガラス（以下、光学ガラスＩＩＩと称す。）、
【００１３】
（４）Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3およびＳｃ2Ｏ3の合計含有量が１２〜３２モル％であり、かつ前記合計含有量に対するＬａ2Ｏ3の含有量のモル％分率が０．３５〜０．６６である上記（２）項に記載の精密プレス成形用光学ガラス、
（５）上記（１）ないし（４）項のいずれか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、
（６）上記（１）ないし（４）項のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる光学素子、
【００１４】
（７）上記（１）ないし（４）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、流出パイプより流出して所定重量の溶融ガラスを分離し、前記分離された所定重量の溶融ガラスを、該ガラスが軟化状態にある間に成形する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、および
（８）光学ガラスからなるプリフォームを加熱、軟化して精密プレス成形により光学素子を製造するに当たり、前記プリフォームとして、上記（５）項に記載のプリフォームまたは上記（７）項に記載の方法により作製されたプリフォームを用いることを特徴とする光学素子の製造方法、
を提供するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明におけるプレス成形とは、ガラス素材を加熱してプレス成形可能な状態とし、プレス成形型を用いてプレス成形することによりプレス成形型の成形面を精密に前記状態のガラス素材に転写することによって、プレス成形後に成形品に研削、研磨などの機械加工を施さなくても目的とする物品（最終製品）を作製できるプレス成形法であり、一般には光学素子（例えば、レンズ、プリズムなど）を成形する場合に用いられる。光学素子の精密プレス成形においては、例えば、光学機能面（光学素子の制御対象となる光線を通過させたり、反射させる面のような光学的な機能を果たす面）をプレス成形型の成形面を精密に転写して形成し、プレス成形後に少なくとも光学機能面に機械加工を施すことなしに光学機能面としての性能を発揮させることが可能となる。一般にこのような方法によって光学素子をプレス成形する方法はモールドオプティクス成形と呼ばれており、特に非球面レンズの精密プレス成形は、光学機能面を非球面に研削、研磨する必要がないので、生産性に優れた方法となっている。
【００１６】
精密プレス成形はこのように光学素子のような高い面精度、内部品質が要求される物品を高い生産性のもとに量産することができる方法であるが、適応対象となるガラスは比較的低い温度で塑性変形可能な状態になるものに限られる。ガラス転移温度が高いガラスを用いると、精密プレス成形の際、プレス成形型の成形面も高温に曝されることになり、前記成形面の消耗が激しくなったり、破損が生じることになる。精密プレス成形では、プレス成形型の成形面に微小な欠陥が生じても、その欠陥が最終製品である光学素子の光学機能面に転写され、光学素子としての性能が損なわれることになってしまう。そのため、使用可能なガラスのガラス転移温度は６３０℃以下に限られる。
【００１７】
本発明の光学ガラスには、光学ガラスＩ、光学ガラスＩＩおよび光学ガラスＩＩＩの３つの態様があり、まず、本発明の光学ガラス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、ＳｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＺｒＯ2およびＴａ2Ｏ5を、任意成分としてＳｂ2Ｏ3 ０〜１モル％を含むとともに、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが、関係式
１．８０＜ｎｄ≦１．９０
３５＜νｄ≦５０
ｎｄ≧２．０２５−（０．００５×νｄ）
をいずれも満たすガラスである。
【００１８】
この光学ガラスＩにおいて、ガラス転移温度が６３０℃以下である理由については、前述の説明のとおりである。また、光学定数の屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄは、上記の３つの関係式を、いずれも満たす高屈折率低分散であることが必要であり、これを図に示すと、図１において、斜線で示され、かつｎｄ１．８０およびνｄ３５を除いた領域内に、ｎｄおよびνｄが存在することになる。なお、図１において、横軸がアッベ数νｄ、縦軸が屈折率ｎｄである。
【００１９】
当該光学ガラスＩにおける各必須成分の含有量については、ガラス転移温度が６３０℃以下であり、かつ屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが前記３つの関係式を満たす光学ガラスが得られるのであればよく、特に制限はないが、後述の光学ガラスＩＩＩにおける含有量であることが好ましい。なお、各必須成分の作用などについては、後述の光学ガラスＩＩＩにおいて説明する。
【００２０】
当該光学ガラスＩにおける任意成分のＳｂ2Ｏ3は脱泡剤として用いられるが、１モル％以下で十分な効果が得られる。また、Ｓｂ2Ｏ3の含有量が多くなると、精密プレス成形時にプレス成形型の成形面が損傷を受けるおそれが生じる。したがって、その導入量は１モル％以下に限定される。
【００２１】
また、当該光学ガラスＩにおいては、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まない。ここで、実質上含まないとは、不可避的に不純物として混入されるものは仕方がないにしても、人為的に配合されたものを含まないことを意味する。一般に精密プレス成形は、プレス成形型の成形面保護などを目的として窒素雰囲気などの非酸化性雰囲気中で行われるが、ＰｂＯは還元されやすい成分のため、精密プレス成形時の還元による析出物により成形品の表面に曇りが生じてしまう。また、環境上好ましくない物質でもあることから、ＰｂＯを排除する。Ｌｕ2Ｏ3は一般に光学ガラスの成分としては、他の成分に比べて使用頻度が少ない。また、希少価値の高い物質でもあることから光学ガラス原料としては高額であり、コスト面からは使用したくない成分である。本発明の光学ガラスＩは、上記の特性とガラスとしての安定性を兼ね備えているので、不要なＬｕ2Ｏ3を排除する。
【００２２】
次に、本発明の光学ガラスＩＩは、必須成分としてＢ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＺｒＯ2およびＴａ2Ｏ5を、任意成分としてＳｂ2Ｏ3 ０〜１モル％を含むとともに、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄが１．８５よりも大きく、アッベ数νｄが３５よりも大きなガラスである。
【００２３】
この光学ガラスＩＩにおいて、ガラス転移温度が６３０℃以下である理由については、前述の説明のとおりである。また、屈折率ｎｄが１．８５より大きく、かつアッベ数νｄが３５よりも大きな高屈折率低分散であることが必要である。
【００２４】
当該光学ガラスＩＩにおける各必須成分の含有量については、ガラス転移温度が６３０℃以下であり、かつ屈折率ｎｄが１．８５より大きく、アッベ数νｄか３５よりも大きな光学ガラスが得られるのであればよく、特に制限はないが、後述の光学ガラスＩＩＩにおける含有量であることが好ましい。なお、各必須成分の作用などについては、後述の光学ガラスＩＩＩにおいて説明する。
【００２５】
当該光学ガラスＩＩにおける任意成分のＳｂ2Ｏ3については、前記光学ガラスＩにおいて説明したとおりである。
また、当該光学ガラスＩＩにおいては、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まない。これについても前記光学ガラスＩにおいて説明したとおりである。
【００２６】
さらに、本発明の光学ガラスＩＩＩは、モル％表示で、必須成分としてＢ2Ｏ3１５〜４０％、ＳｉＯ2 ３〜２５％、Ｌａ2Ｏ3 ５〜２０％、Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０％、ＺｎＯ ２〜３５％、Ｌｉ2Ｏ ０．５〜１５％、ＺｒＯ2 ０．５〜１５％およびＴａ2Ｏ5 ０．２〜１０％を含むとともに、任意成分としてＷＯ3０〜１５％、Ｙ2Ｏ3 ０〜８％、Ｙｂ2Ｏ3 ０〜８％およびＳｂ2Ｏ3 ０〜１％並びにＮｂ2Ｏ5、ＢａＯおよびＧｅＯ2を含み、前記成分の合計含有量が９５％以上であって、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが、関係式
１．８０＜ｎｄ≦１．９０
３５＜νｄ≦５０
ｎｄ≧２．０２５−（０．００５×νｄ）
をいずれも満たすガラスである。
【００２７】
この光学ガラスＩＩＩにおいて、ガラス転移温度が６３０℃以下である理由については、前述の説明のとおりである。また、光学定数の屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄは、前記光学ガラスＩと同様に、上記の３つの関係式を、いずれも満たす高屈折率低分散であることが必要である。
なお、上記組成範囲は、実験化学的に見出されたものである。また、以下に示す含有量の表示はモル％である。
【００２８】
Ｂ2Ｏ3はガラスの網目構造形成酸化物であり、本発明の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）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場合、ガラスの形成のためにＢ2Ｏ3を主なネットワーク構成成分とする必要があるが、４０％を超えて導入すると、ガラスの屈折率が低下し、高屈折ガラスを得るという目的に適さなくなるのに対し、１５％未満では失透に対して十分な安定性を得られず、また溶融性が低下するため、その導入量は、１５〜４０％が好ましい。より好ましくは２０〜３７％の範囲である。
【００２９】
ＳｉＯ2はＢ2Ｏ3と同様、ガラス網目構造の形成物であり、Ｌａ2Ｏ3やＧｄ2Ｏ3を多量に含有するガラスに対して、主成分Ｂ2Ｏ3と置換して少量添加すると、ガラスの液相温度を低下させ、高温粘性をも向上させ、さらにガラスの安定性を大きく向上させるが、３％未満では上記のような効果が薄くなり、逆に２５％を超えて多く導入すると、ガラスの屈折率が下がることに加え、ガラス転移温度が高くなり精密プレスが困難になるため、その導入量は３〜２５％の範囲が好ましい。より好ましくは５〜２０％の範囲である。
【００３０】
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に、または分散を高めずに、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が著しく悪化するため、その導入量は５〜２０％の範囲が好ましい。より好ましくは７〜１８％の範囲である。
【００３１】
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５％未満では、十分な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、ガラス転移温度が上昇して精密プレス成形も難しくなるので、その導入量は５〜２０％の範囲が好ましい。より好ましくは６〜１８％、さらに好ましくは７〜１８％の範囲である。
【００３２】
Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｌａ2Ｏ3−Ｇｄ2Ｏ3−ＺｎＯ−Ｌｉ2Ｏ−ＺｒＯ2−Ｔａ2Ｏ5系ガラスにおいて、通常、高屈折率低分散（屈折率ｎｄ＞１．８かつアッベ数νｄ＞３５）の高機能性を保つためにはＬａ2Ｏ3＋Ｇｄ2Ｏ3の合計量を好ましくは１２％以上、より好ましくは１２〜３２％とする。
【００３３】
ガラス中におけるランタノイド酸化物Ｌｎ2Ｏ3（Ｌｎ＝Ｌａ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃ）のモル％表示による合計含有量に対するＬａ2Ｏ3のモル％表示による含有量の割合（分率）である、Ｌａ2Ｏ3／ΣＬｎ2Ｏ3は、０．３５〜０．６６が好ましく、より好ましくは０．４５〜０．６６の範囲である。その理由を以下に説明する。
【００３４】
精密プレス成形用ガラスとしては、精密プレス成形の適性すなわち低ガラス転移温度を付与するものの、ガラスを不安定にする成分であるＬｉ2Ｏ等を添加する必要があるため、高屈折率・低分散性に必須なランタノイド酸化物の添加量を増大させるとガラス形成が不能になる。したがって、一般に添加量（ΣＬｎ2Ｏ3）は制限される。
【００３５】
しかしながら、本発明者らは、Ｌａ2Ｏ3以外のランタノイド酸化物を、Ｌａ2Ｏ3の分率が０．３５〜０．６６となるように添加することにより、ランタノイド系酸化物の添加量を増大させながら安定なガラスを得ることが可能となり、安定度を低下させるＬｉ2Ｏ等の成分を添加したガラスに対しても、安定にガラス形成を行うことが可能となることを見出した。また、この比率を保つことにより、液相温度の低下と高温粘性の向上に大きく寄与することも明らかにした。すなわち、Ｌａ2Ｏ3／ΣＬｎ2Ｏ3＝０．３５〜０．６６の範囲にある場合、ΣＬｎ2Ｏ3の合計量が同じで、その比率が大きい場合に比較して、はるかに安定なガラスを得ることが可能になった。さらに、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3の合計含有量（ΣＬｎ2Ｏ3）を１２〜３２％とすることが上記理由により好ましい。
【００３６】
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、２％未満では、上記の期待された効果が得られないのに対し、３５％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２〜３５％の範囲が好ましい。より好ましくは５〜３２％の範囲である。
【００３７】
Ｌｉ2Ｏは他のアルカリ金属酸化物成分に比べ、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、０．５％未満ではＬｉ2Ｏの添加効果が薄いのに対し、１５％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０．５〜１５％の範囲が好ましい。より好ましくは１〜１２％、さらに好ましくは２〜１２％の範囲である。
【００３８】
ＺｎＯ、Ｌｉ2Ｏはいずれもガラス転移温度を低下させる成分であるため、その合量ＺｎＯ＋Ｌｉ2Ｏを１０モル％以上とすることが好ましく、１５モル％以上とすることがさらに好ましい。
【００３９】
ＺｒＯ2は高屈折率・低分散の成分として使われる。少量のＺｒＯ2を導入することにより、ガラスの屈折率を低下させずに、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、少量のＺｒＯ2を導入することが望ましい。しかし、０．５％未満ではＺｒＯ2の添加効果が得られないに対し、１５％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、０．５〜１５％の範囲が好ましい。より好ましくは１〜１０％の範囲である。
【００４０】
Ｔａ2Ｏ5は高屈折率・低分散の成分として使われる。少量のＴａ2Ｏ5を導入することにより、ガラスの屈折率を低下させずに、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、少量のＺｒＯ2を導入することが望ましい。しかし、０．２％未満でＴａ2Ｏ5の添加効果が得られないに対し、１０％を超えて多く導入すると、液相温度が急激に上昇し、分散も大きくなるため、その導入量は、０．２〜１０％の範囲が好ましい。より好ましくは１〜８％の範囲である。
【００４１】
ＷＯ3は、ガラスの安定性、溶融性を改善し、屈折率を向上させるために適宜導入される成分であるが、その導入量が１５％を超えると、分散が大きくなり、必要な低分散特性が得られなくなるため、その導入量は１５％以下が好ましい。より好ましくは、１２％以下である。
【００４２】
Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＢａＯ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、ガラスの安定性を高め、化学的耐久性を向上させるが、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ため、その導入量をそれぞれ８％以下に抑えることが好ましい。より好ましくは７％以下である。
【００４３】
Ｎｂ2Ｏ5はガラスの安定性や屈折率を改善するために適宜導入される成分であるが、その導入量が８％を超えると、分散が大きくなり、必要な低分散特性が得られなくなるため、その導入量は８％以下が好ましい。より好ましくは５％以下である。
【００４４】
ＧｅＯ2は、ＳｉＯ2と同様に、ガラスを安定化させ、ＳｉＯ2よりも高屈折率を与える成分であり、高屈折率を達成させる場合に適宜導入される。しかし、高価であり、分散を大きくするため、その使用量は８％以下が好ましい。
また、Ｓｂ2Ｏ3、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3に関しては、前記光学ガラスＩにおいて説明したとおりである。
【００４５】
上記組成範囲の任意の成分を適宜用いることにより、上記好ましい理由として示された性質、特性を有する光学ガラスが得られるが、中でもより好ましい組成範囲は、Ｂ2Ｏ3 ２０〜３７％、ＳｉＯ2 ５〜２０％、Ｌａ2Ｏ3 ７〜１８％、Ｇｄ2Ｏ3 ６〜１８％、ＺｎＯ ５〜３２％、Ｌｉ2Ｏ １〜１２％、ＺｒＯ2１〜１０％、Ｔａ2Ｏ5 １〜８％、ＷＯ3 ０〜１２％、Ｙ2Ｏ3 ０〜７％、Ｙｂ2Ｏ3 ０〜７％、Ｎｂ2Ｏ5 ０〜５％、ＢａＯ ０〜７％、ＧｅＯ2 ０〜８％およびＳｂ2Ｏ3 ０〜１％を含み、Ｌａ2Ｏ3とＧｄ2Ｏ3の合計含有量が１２〜３２％で、Ｌａ2Ｏ3／ΣＬｎ2Ｏ3が０．４５〜０．６６である。特に好ましい組成範囲は、Ｂ2Ｏ3 ２０〜３７％、ＳｉＯ2 ５〜２０％、Ｌａ2Ｏ3 ７〜１８％、Ｇｄ2Ｏ3 ７〜１８％、ＺｎＯ ５〜３２％、Ｌｉ2Ｏ ２〜１２％、ＺｒＯ2 １〜１０％、Ｔａ2Ｏ5 １〜８％、ＷＯ3 ０〜１２％、Ｙ2Ｏ3 ０〜７％、Ｙｂ2Ｏ3 ０〜７％、Ｎｂ2Ｏ5 ０〜５％、ＢａＯ ０〜７％、ＧｅＯ2 ０〜８％およびＳｂ2Ｏ3 ０〜１％を含み、Ｌａ2Ｏ3とＧｄ2Ｏ3の合計含有量が１２〜３２％で、Ｌａ2Ｏ3／ΣＬｎ2Ｏ3が０．４５〜０．６６である。
【００４６】
なお、上記組成範囲ならびにより好ましい組成範囲、特に好ましい組成範囲において、ガラスの所望の光学特性を得つつ、安定性を保つため上記の成分の合計量を少なくとも９５％以上に含有することが肝要であるが、物性調整のために、合計量で５％以下のＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、などのその他の成分を導入してもよい。
【００４７】
さらに、上記組成範囲ならびにより好ましい組成範囲において、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＺｎＯ、Ｌｉ2Ｏ、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＷＯ3、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3の合計含有量が９５％以上であることがより好ましく、９９％以上であることがさらに好ましく、１００％であることが一層好ましい。
【００４８】
さらに本発明の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）は、カドミウムなどの環境上問題となる元素、トリウムなどの放射性元素、ヒ素などの有毒な元素を含まないことが望ましい。また、ガラス溶融時の揮発などの問題からフッ素も含まないことが望ましい。
【００４９】
本発明の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）は、例えば、常法により原料化合物を調合し、溶解、清澄、撹拌、均一化することにより製造することができる。
また、本発明の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）が得られるガラス融液を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、ガラスの転移温度で１時間アニールした後、室温まで放冷したガラス中に、顕微鏡で観察できる結晶は析出しない。このように、本発明の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）の安定性は優れている。
なお、本発明の光学ガラスは、可視光領域で透明であり、レンズやプリズム、その他の光学素子に好適なものである。
【００５０】
次に、前述の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）よりなる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。
精密プレス成形用プリフォームとは加熱して精密プレス成形に供する予め成形されたガラス素材のことである。先に説明したように、精密プレス成形は、光学機能面をプレス成形によって形成し、研削、研磨加工を施さずに最終製品である光学素子を作製する。したがって、精密プレス成形品の光学機能面以外の部分に研削、研磨などの除去加工を施さない場合、プリフォームの重量は最終製品の重量に等しくする（精密プレス成形品の重量も前記重量と等しい。）。目的とする精密プレス成形品の重量を基準にしたとき、プリフォームの重量が小さすぎると精密プレス成形時にガラスがプレス成形型の成形面に充分充填されず、所望の面精度が得られなかったり、成形品の厚みが所望の厚みよりも薄くなるなどの問題が生じる。また、プリフォームの重量が大きすぎると、余分なガラスがプレス成形型間の隙間に入り込んで成形バリを生じたり、成形品の厚みが所望の厚みより厚くなるなどの問題が生じる。したがって、精密プレス成形用プリフォームの重量は、プレス成形後に光学機能面などを研削、研磨などによって仕上げる一般的なプレス成形用のガラス素材よりも精密に管理する必要がある。さらに、精密プレス成形用プリフォームの場合、プリフォームの表面がプレス成形品の表面として最終製品に残るため、プリフォームの表面にはキズや汚れなどがないことが要求される。
【００５１】
このような精密プレス成形用プリフォームの製造方法としては、溶融ガラスを流出して、所望重量の溶融ガラス塊を分離し、その溶融ガラス塊をプリフォームに成形する方法（以下、熱間成形法という）、あるいは溶融ガラスを型に鋳込み、成形したものを冷却し、得られたガラス塊を所望の大きさに機械加工する方法（以下、冷間加工法という）などがある。
【００５２】
熱間成形法では、溶融、清澄、均質化された、例えば１０００〜１４００℃程度の温度、０．１〜５ｄＰａ・ｓ程度の粘度を示す溶融ガラスを用意し、３〜６０ｄＰａ・ｓ程度の粘度になるように温度調整して流出ノズルあるいは流出パイプから排出し、プリフォームに成形する。温度調整の方法としては、流出ノズル、流出パイプの温度を制御する方法を例示できる。流出ノズル、流出パイプの材質としては白金または白金合金が望ましい。具体的な成形方法としては、溶融ガラスを流出ノズルから所望重量の溶融ガラス滴として滴下し、それを受け部材によって受けてプリフォームに成形する方法、同じく所望重量の溶融ガラス滴を前記流出ノズルより液体窒素などに滴下してプリフォームを成形する方法、白金または白金合金製の流出パイプより溶融ガラス流を流下させ、溶融ガラス流の先端部を受け部材で受け、溶融ガラス流のノズルと受け部材の間にくびれ部を形成した後、くびれ部にて溶融ガラス流を分離して受け部材に所望重量の溶融ガラス塊を受けてプリフォームに成形する方法などがある。溶融ガラスを滴下する場合、ガラスの粘度としては３〜３０ｄＰａ・ｓが好ましく、溶融ガラスを溶融ガラス流として流下する場合は、ガラスの粘度としては２〜６０ｄＰａ・ｓが好ましい。
【００５３】
プリフォームの形状は、精密プレス成形品の形状を考慮して決めればよいが、好適な形状としては球状、楕円球状などを例示することができる。また、熱間成形はガラスが軟化温度以上の温度にあるときにプリフォームの表面が形成されるので、滑らかな表面を得やすい。特に、溶融ガラス塊を成形型などの上で風圧により浮上させながらプリフォームに成形したり、液体窒素などの常温、常圧下では気体の物質を冷却して液体にした媒体中に溶融ガラス滴を入れてプリフォームに成形する方法では、キズ、汚れ、表面の変質などがない滑らかな表面、例えば自由表面を有するプリフォームを容易に作製することができる。
【００５４】
一方、冷間加工法では、例えば、上述のように溶融、清澄、均質化した溶融ガラスを鋳型などに流し込み、ガラスブロック状に成形、徐冷し、歪みを低減した後、切断などの機械加工により所望の寸法あるいは重量のガラス塊を作製し、表面を平滑にする工程を行ってプリフォームを得る。
【００５５】
次に、このようなプリフォームを精密プレス成形して光学素子を作製する方法について説明する。
精密プレス成形では、予め成形面を所望の形状に高精度に加工されたプレス成形型を用いるが、成形面には、プレス時のガラスの融着を防止するため、離型膜を形成してもよい。精密プレス成形は、成形型成形面の酸化などによる損傷を防止するため、窒素ガスなどの非酸化性ガス雰囲気中で行うことも含め、公知の方法を用いることができる。
【００５６】
このようにして、本発明の光学ガラス（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）よりなる球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズ、レンズアレイ、マイクロレンズアレイなどの各種レンズ、プリズム、ポリゴンミラーなどの光学素子を光学機能面に機械加工を施すことなしに作製することができる。
【００５７】
【実施例】
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１〜５８
表１〜表６に示すガラス組成になるように、原料としてそれぞれ相当する酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物など、例えば、ＳｉＯ2、Ｈ3ＢＯ3、Ｌａ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＺｎＣＯ3、ＺｒＯ2、Ｌｉ2ＣＯ3などを用いて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、１２００〜１４５０℃に保持した電気炉中において、攪拌しながら空気中で２〜４時間ガラスの溶融を行った。溶融後、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光学ガラスを得た。得られた光学ガラス中には、顕微鏡で観察できる結晶は析出しなかった。
【００５８】
なお、光学ガラスの特性は、以下に示す方法により測定した。その結果を表１〜表６に示す。
（１）屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）
Ｔｇ−Ｔｓ間の温度で保持した光学ガラスを、降温速度を−３０℃／ｈｒ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℃／ｍｉｎとして測定した。
【００５９】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
このように、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5を含み、ガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが、関係式
１．８０＜ｎｄ≦１．９０
３５＜νｄ≦５０
ｎｄ≧２．０２５−（０．００５×νｄ）
をいずれも満たす精密プレス成形用光学ガラスを得ることができる。
【００６６】
実施例５９
次に、実施例１〜５８の各光学ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォームを次のようにして作製した。まず、上記光学ガラスが得られる溶融ガラスを溶融、清澄、均質化することにより用意し、温度調整された白金合金製の流出ノズルから受け部材に滴下し、受け部材の凹部において、この凹部の底部に設けられたガス噴出口より上方に向けてガスを噴出しながら、受けた溶融ガラス滴を浮上、回転させて球状のプリフォームに成形した（方法１）。得られたプリフォームの重量は目的とする最終製品の重量と一致しており、失透することなく、表面は滑らかでキズ、汚れ、変質などの欠陥がないものであった。
【００６７】
次に、上記の方法と同様に、流出ノズルから溶融ガラス滴を液体窒素に滴下して同じく球状のプリフォームを成形した（方法２）。このプリフォームも上記方法と同様、失透することなく、重量精度が高い、表面が滑らかで欠陥のないものであった。
【００６８】
今度は、上記溶融ガラスを流出パイプより溶融ガラス流として流下させ、下端部を受け型で受け、流下する溶融ガラス流の途中にくびれを作り、くびれよりも下のガラスの重量が所定値に達したときに、くびれた部分において溶融ガラス流が分離されて、分離した前記重量の溶融ガラス塊を受け型を用いてプリフォームに成形した（方法３）。このプリフォームも上記方法と同様、失透することなく、重量精度が高い、表面が滑らかで欠陥のないものであった。
【００６９】
実施例６０
実施例５９の方法１で得られた実施例１〜５８の各種光学ガラスよりなる球状のプリフォームを加熱し、図２に示すプレス装置を用い、精密プレス成形（非球面精密プレス）することにより非球面レンズを得た。
【００７０】
精密プレス成形の詳細は次にとおりである。上記プリフォーム４を、非球面形状を有するＳｉＣ製の下型２及び上型１の間に静置したのち、石英管１１内を窒素雰囲気としてヒーター１２に通電して石英管１１内を加熱した。成形金型内部の温度をガラスの屈伏点温度＋２０〜８０℃となる温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒１３を降下させて上型1を押して成形鋳型内の被成形ガラス塊をプレス成形した。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℃の温度までに徐冷し、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金型から取り出し、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２において、符号３は案内型（胴型）、９は支持棒、１０は支持台、１４は熱伝対である。
【００７１】
同様にして実施例５９の方法２、方法３によって成形された実施例１〜５８の各種光学ガラスよりなるプリフォームを用い、精密プレス成形により非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、上記レンズと同様、きわめて精度の高いレンズであった。本実施例で用いたプリフォームはいずれも球状で直径が２〜３０ｍｍのものであるが、プリフォームの形状、寸法は作製しようとする精密プレス成形品の形状等により適宜、決めればよい。
【００７２】
なお、最終製品の形状に合わせたプレス成形型を用いれば、他のレンズ、あるいはプリズム、ポリゴンミラーなどの光学素子を作製することもできる。
得られた光学素子の光学機能面には必要に応じて反射防止膜あるいは高反射膜などの光学多層膜を形成することもできる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、精密プレス成形後に光学機能面に研削や研磨などの機械加工を必要としない、例えば超精密非球面レンズなどの光学素子の製造に用いられる高屈折率特性かつ低分散特性を兼ね備えた精密プレス成形用光学ガラスを提供することができる。
【００７４】
また、本発明によれば、上記光学ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォームおよびその製造方法、ならびに上記光学ガラスよりなる光学素子および上記プリフォームを用いて精密プレス成形により非球面レンズなどの光学素子を量産性よく作製する光学素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学ガラスの１態様における屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄの領域を示すグラフである。
【図２】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
９ 支持棒
１０ 支持台
１１ 石英管
１２ ヒーター
１３ 押し棒
１４ 熱伝対
Claims (8)
- モル％表示で、必須成分としてＢ2Ｏ3 １５〜４０％、ＳｉＯ2 ３〜２５％、Ｌａ2Ｏ3 ５〜２０％、Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０％、ＺｎＯ ２〜３５％、Ｌｉ2Ｏ ０．５〜１５％、ＺｒＯ2 ０．５〜１５％およびＴａ2Ｏ5 ０．２〜１０％を、任意成分としてＳｂ2Ｏ3 ０〜１モル％を含むとともに、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、Ｌａ 2 Ｏ 3 、Ｇｄ 2 Ｏ 3 、Ｙｂ 2 Ｏ 3 、Ｙ 2 Ｏ 3 およびＳｃ 2 Ｏ 3 の合計含有量が１２〜３２モル％であり、かつ前記合計含有量に対するＬａ 2 Ｏ 3 の含有量のモル％分率が０．３５〜０．６６であり、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが、関係式
１．８０＜ｎｄ≦１．９０
３５＜νｄ≦５０
ｎｄ≧２．０２５−（０．００５×νｄ）
をいずれも満たすことを特徴とする精密プレス成形用光学ガラス。 - モル％表示で、必須成分としてＢ2Ｏ3 １５〜４０％、ＳｉＯ2 ３〜２５％、Ｌａ2Ｏ3 ５〜２０％、Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０％、ＺｎＯ ２〜３５％、Ｌｉ2Ｏ ０．５〜１５％、ＺｒＯ2 ０．５〜１５％およびＴａ2Ｏ5 ０．２〜１０％を、任意成分としてＳｂ2Ｏ3 ０〜１モル％を含むとともに、ＷＯ ３ 、Ｙ ２ Ｏ ３ 、Ｙｂ ２ Ｏ ３ 、Ｎｂ ２ Ｏ ５ 、ＢａＯおよびＴｉＯ ２ から選ばれる少なくとも１種を含み、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄが１．８５よりも大きく、アッベ数νｄが３５よりも大きいことを特徴とする精密プレス成形用光学ガラス。
- モル％表示で、必須成分としてＢ2Ｏ3 １５〜４０％、ＳｉＯ2 ３〜２５％、Ｌａ2Ｏ3 ５〜２０％、Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０％、ＺｎＯ ２〜３５％、Ｌｉ2Ｏ ０．５〜１５％、ＺｒＯ2 ０．５〜１５％およびＴａ2Ｏ5 ０．２〜１０％を含むとともに、任意成分としてＷＯ3 ０〜１５％、Ｙ2Ｏ3 ０〜８％、Ｙｂ2Ｏ3 ０〜８％およびＳｂ2Ｏ3 ０〜１％並びにＮｂ2Ｏ5、ＢａＯおよびＧｅＯ2を含み、前記成分の合計含有量が９５％以上であって、ＰｂＯおよびＬｕ2Ｏ3を実質上含まず、Ｌａ 2 Ｏ 3 、Ｇｄ 2 Ｏ 3 、Ｙｂ 2 Ｏ 3 、Ｙ 2 Ｏ 3 およびＳｃ 2 Ｏ 3 の合計含有量が１２〜３２モル％であり、かつ前記合計含有量に対するＬａ 2 Ｏ 3 の含有量のモル％分率が０．３５〜０．６６であり、かつガラス転移温度が６３０℃以下であり、屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄが、関係式
１．８０＜ｎｄ≦１．９０
３５＜νｄ≦５０
ｎｄ≧２．０２５−（０．００５×νｄ）
をいずれも満たすことを特徴とする精密プレス成形用光学ガラス。 - Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3およびＳｃ2Ｏ3の合計含有量が１２〜３２モル％であり、かつ前記合計含有量に対するＬａ2Ｏ3の含有量のモル％分率が０．３５〜０．６６である請求項２に記載の精密プレス成形用光学ガラス。
- 請求項１ないし４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ないし４のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる光学素子。
- 請求項１ないし４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、流出パイプより流出して所定重量の溶融ガラスを分離し、前記分離された所定重量の溶融ガラスを、該ガラスが軟化状態にある間に成形する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。
- 光学ガラスからなるプリフォームを加熱、軟化して精密プレス成形により光学素子を製造するに当たり、前記プリフォームとして、請求項５に記載のプリフォームまたは請求項７に記載の方法により作製されたプリフォームを用いることを特徴とする光学素子の製造方法。
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