JP4093524B2 - 光学ガラス、プレス成形予備体および光学部品 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学ガラス、プレス成形予備体、光学部品並びにプレス成形予備体の製造方法およびプレス成形品、特に光学部品の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、Ｂ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃−Ｇｄ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系の高屈折率・低分散光学ガラス、この光学ガラスからなるプレス成形予備体および光学部品、並びに精密プレス成形に好適なプレス成形予備体を製造する方法と該プレス成形予備体をプレス成形してプレス成形品、特に光学部品を効率よく製造する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、モールド成形に適した高機能性、例えば、高屈折率かつ低分散を示す光学ガラス（以下、高屈折率・低分散光学ガラスという。）に対する要求が年々増えつづけている。
【０００３】
ところで、従来の高屈折率・低分散光学ガラスは、いずれも化学的耐久性、耐熱失透性、プレス成形性の向上に重点がおかれたものであり、プレス素材のガラスを再加熱してプレス成形する場合に必要とされるプレス成形予備体を高温成形、すなわち溶融ガラスを所定量とり、冷却しきらないうちにプレスに適した形状に成形する際に重要な要素となる高温成形性について、何の配慮もなされていないのが現状である。特に屈折率（ｎｄ）が１．７２以上であり、アッベ数（νｄ）が４５以上のような高屈折率・低分散光学ガラスはプレス成形予備体の高温成形が難しく、高屈折率・低分散光学ガラスからなる精密プレス非球面レンズ作製の障害となっている。これらは、Ｂ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃を主成分とする高屈折率・低分散光学ガラスが、高い液相温度を示すか、あるいは低い高温粘性を示すため、プレス成形予備体の高温成形性の悪化を招き、重量精度など高精度のプレス成形予備体の作製が困難であることによる。
【０００４】
Ｂ₂Ｏ₃およびＬａ₂Ｏ₃を主成分とする光学ガラスとして、特開平８−２６７６５号公報に開示されたものが知られている。この光学ガラスは屈折率（ｎｄ）が１．６８〜１．８０、アッベ数（νｄ）が４４〜５３、屈伏点が６３０℃以下の性状を有するものである。しかしながら、この光学ガラスは、モールド成形中に多量のガラスの組成成分が揮発することなく、化学的耐久性、失透に対する安定性に優れ、かつ環境汚染のないものを提供することを目的とするものであって、プレス成形予備体について、ましてやその高温成形性についてはなんら言及されていない。
【０００５】
【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、高温成形性およびプレス成形性に優れた高屈折率・低分散光学ガラス、前記光学ガラスからなるプレス成形予備体およびその製造方法、並びに前記プレス成形予備体を使用する精密プレス成形品の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【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、特定のガラス成分を含み、かつ屈折率、アッベ数、ガラス転移温度および液相温度における粘度が所定の範囲にある光学ガラス、あるいは特定のガラス組成を有し、かつ屈折率およびアッベ数が所定の範囲にある光学ガラスにより、その目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、
（１）必須成分として、Ｂ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃およびＺｎＯを含むとともに、鉛およびフッ素を実質上含まず、かつ屈折率（ｎｄ）が１．７２〜１．８３、アッベ数（νｄ）が４５〜５５、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下および液相温度における粘度が０．６Ｐａ・ｓ以上であることを特徴とする光学ガラス（以下、光学ガラスＩと称す。）、
（２）モル％表示で、Ｂ₂Ｏ₃ ４５〜６５％、Ｌａ₂Ｏ₃ ５〜２２％、Ｇｄ₂Ｏ₃１〜２０％（ただし、Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃の合計含有量が１４〜３０％）、ＺｎＯ ５〜３０％、ＳｉＯ₂ ０〜１０％、ＺｒＯ₂ ０〜６．５％およびＳｂ₂Ｏ₃ ０〜１％を含むとともに、鉛およびフッ素を実質上含まず、かつ屈折率（ｎｄ）が１．７２〜１．８３およびアッベ数（νｄ）が４５〜５５であることを特徴とする光学ガラス（以下、光学ガラスIIと称す。）、
【０００８】
（３）上記光学ガラスＩまたは光学ガラスIIからなるプレス成形予備体、
（４）上記光学ガラスＩまたは光学ガラスIIからなる光学部品、
（５）所定量の溶融ガラスからガラス塊を作製し、このガラス塊を用いて上記光学ガラスＩまたは光学ガラスIIからなるプレス成形予備体を成形することを特徴とするプレス成形予備体の製造方法、
（６）上記（３）のプレス成形予備体または（５）の方法により成形されたプレス成形予備体を再加熱し、プレス成形することを特徴とするプレス成形品の製造方法、および
（７）上記（６）の方法により、光学部品を成形することを特徴とする光学部品の製造方法、
を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の光学ガラスは、高屈折率・低分散特性を有し、プレス成形、特に精密プレス成形によってレンズなどの光学部品を作製するガラス材料として優れている。ここで言う高屈折率・低分散特性とは、屈折率（ｎｄ）が１．７２以上かつアッベ数（νｄ）が４５以上の光学特性を意味し、ガラスの精密プレス成形とは、所定形状のキャビティを有する成形型を用いて再加熱されたプレス成形予備体を加圧成形することにより、最終製品形状、又はそれに極めて近い形状及び面精度を有するガラス成形品を得る手法を意味する。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もとに製造することが可能である。そのため、現在では球面レンズ、非球面レンズ、回折格子など、種々のガラス製の光学部品が精密プレス成形によって製造されている。精密プレス成形では、プレスに使用される成形型が高温高圧状態に曝される。このため、精密プレス成形に使用されるガラスには、プレス成形時の高温環境によって成形型自体や当該成形型の成形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）や屈伏点温度（Ｔｓ）をなるべく低くすることが望まれている。
【００１０】
本発明の光学ガラスには、このような要求を満たすものとして、２つの態様、すなわち光学ガラスＩおよびIIがある。
まず、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、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃およびＺｎＯを含むとともに、鉛およびフッ素を実質上含まず、かつ屈折率（ｎｄ）が１．７２〜１．８３、アッベ数（νｄ）が４５〜５５、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下および液相温度における粘度が０．６Ｐａ・ｓ以上のものである。
【００１１】
上記ガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃を超えるとプレス成形時において、成形型自体や当該成形型の成形面に設けられている離型膜を損傷するおそれがある。転移温度（Ｔｇ）の下限については特に制限はないが、通常４００℃以上である。
この光学ガラスＩにおいては、屈折率（ｎｄ）は１．７４〜１．８０、アッベ数（νｄ）は４５〜５２の範囲が好ましく、液相温度は、好ましくは１０５０℃以下、より好ましくは１０３０℃以下である。
【００１２】
プレス成形予備体の製造法としては、溶融、清澄、攪拌均一化された溶融ガラスから直接、成形予備体を作製する方法が極めて生産性に優れている。このようにプレス成形予備体（ガラスプリフォーム、ガラスゴブなどと呼ばれることがある。）を熱間成形する方法では、液相温度（ＬＴ）が高いとガラスが失透しやすくなり、量産性に劣るため、液相温度をなるべく低くした方が望ましい。さらに、このような精密プレス用予備体を精密かつ均一に製造するためには、ガラスの液相温度における粘度は、０．６Ｐａ・ｓ以上が必要であり、好ましくは０．７Ｐａ・ｓ以上、より好ましくは０．８Ｐａ・ｓ以上である。
【００１３】
従来の精密プレス成形用光学ガラスでは、ガラスに高屈折率・低分散特性を付与しようとすると、液相温度が高くなったり、熱的な安定性が悪化したり、プレス成形予備体成形時に失透しやすくなる。
【００１４】
本発明者らは、高屈折率・低分散光学ガラスのプレス成形予備体の成形について鋭意研究を重ねた結果、液相温度における粘度が０．６Ｐａ・ｓ以上となる光学ガラスであれば、量産性の優れた熱間成形法によりプレス成形予備体を製造できることを見出し、上記光学恒数ならびに高温粘性条件を同時に満たすＢ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ3−Ｇｄ₂Ｏ₃−ＺｎＯを必須成分とする光学ガラスを発明した。
【００１５】
プレス成形予備体（以下、プリフォームと称すことがある。）の熱間成形法は、例えば、溶融、清澄、攪拌の工程を経て、均質で泡を含まない溶融ガラスを作製し、この溶融ガラスをプリフォーム形状に成形するものである。具体的には、この溶融ガラスをパイプの流出口から流出させ、流出する溶融ガラスが所定の量になったときに、流出した溶融ガラスの先端部分が分離するように、あるいは溶融ガラスを切断して、分離したガラスをプリフォーム形状に成形し、冷却してプリフォームを得る。流出した溶融ガラスの先端部分を分離する方法としては、溶融ガラスをパイプ流出口より滴下させる方法（滴下法）、溶融ガラス先端部分を支持体により支持した後、支持体を溶融ガラスの流出スピードよりも速いスピードで降下させる方法（降下切断法）などがある。溶融ガラスの流出に使用されるパイプとしては、白金または白金合金が望ましい。溶融ガラスを上記のようにパイプから流出してプリフォームを熱間成形するためには、溶融ガラスがパイプから円滑に流出すること、上記分離方法により所定量のガラスを分離することが可能なこと、溶融ガラスの流出温度でガラスが失透しないこと、ガラスの流出温度が上記パイプの耐熱温度未満であることが要求される。そのための条件としては、ガラスの液相温度における粘度が０．６Ｐａ・ｓ以上であり、０．７Ｐａ・ｓ以上が好ましく、特に０．８Ｐａ・ｓ以上が好ましい。白金又は白金合金のパイプの耐熱温度が１１００℃付近であることから、１１００℃におけるガラスの粘度が４Ｐａ・ｓ以下であることが望ましい。
【００１６】
次に、本発明の光学ガラスIIについて説明する。
前記特性は、Ｂ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃−Ｇｄ₂Ｏ₃−ＺｎＯを必須成分とする光学ガラスの組成を調整することで達成することができる。すなわち、本発明の光学ガラスIIは、モル％表示で、Ｂ₂Ｏ₃ ４５〜６５％、Ｌａ₂Ｏ₃ ５〜２２％、Ｇｄ₂Ｏ₃ １〜２０％（ただし、Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃の合計含有量が１４〜３０％）、ＺｎＯ ５〜３０％、ＳｉＯ₂ ０〜１０％、ＺｒＯ₂ ０〜６．５％およびＳｂ₂Ｏ₃ ０〜１％を含むとともに、鉛およびフッ素を実質上含まず、かつ屈折率（ｎｄ）が１．７２〜１．８３およびアッベ数（νｄ）が４５〜５５を有するものである。
【００１７】
この光学ガラスIIは、毒性のため環境に悪影響を与えるとともに、非酸化性ガス雰囲気中でのプレス成形によって容易に還元され、金属として析出する鉛、さらにプリフォームの高温成形が困難なフッ素を実質上含有しない。つまり、前記両元素を不純物レベルの含有は別として、含有しない。
【００１８】
さらに、目的とする高温成形性及び熱間成形性、光学特性を付与しつつ、ガラスとして安定したものにするためには、ＳｉＯ₂の含有量を０〜１０モル％、ＺｒＯ₂の含有量を０〜６．５モル％とする。Ｓｂ₂Ｏ₃は脱泡剤として使用可能な成分ではあるが、毒性を有するため、環境への影響を考慮して０〜１モル％とし、好ましくは０〜０．５モル％、より好ましくは０〜０．１モル％とするのがよい。また、Ａｓ₂Ｏ₃も脱泡剤として使用することができるが、環境への影響を考慮して０〜０．１モル％程度とするのが好ましく、さらには使用しないことがより好ましい。
【００１９】
次に、本発明の光学ガラスIIの組成について説明する。以下の組成範囲は、実験化学的に見出されたものである。
Ｂ₂Ｏ₃は、ガラスの網目構造形成酸化物であり、本発明における必須成分である。特にＬａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃などの高屈折率成分を多く導入すると、ガラスの安定性を保つため、Ｂ₂Ｏ₃の含有量を多くする必要があるが、６５モル％を超えて導入すると、ガラスの屈折率が低下し、化学耐久性も悪化してしまうのに対し、４５モル％未満ではガラスの失透傾向が増大し、安定性が低下してしまうので、その含有量を４５〜６５モル％とし、好ましくは４７〜６０モル％とするのがよい。
【００２０】
Ｌａ₂Ｏ₃は、ガラスの失透に対する安定性を低下させることなく、分散を高めず、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モル％未満では上記効果が十分得られないのに対し、２２モル％を超えると失透に対する安定性が低下し、ガラス転移温度も上昇して、プリフォームの熱間成形、精密プレス成形が難しくなるので、その含有量を５〜２２モル％の範囲とし、好ましくは７〜２０モル％とするのがよい。
【００２１】
Ｇｄ₂Ｏ₃はＬａ₂Ｏ₃と同様、ガラスの失透に対する安定性や低分散特性を維持させつつ、ガラスの屈折率や化学耐久性を向上させる働きを有するほか、液相温度の低下と高温粘性の向上に大きく寄与する必須成分である。しかし、Ｇｄ₂Ｏ₃の含有量が１モル％未満では、上記効果が十分得られないのに対し、２０モル％を超えると、失透に対する安定性が低下し、ガラス転移温度が上昇してプリフォームの熱間成形性、精密プレス成形性が低下してしまう。したがって、その含有量を１〜２０モル％とし、好ましくは４〜１５モル％とするのがよい。
【００２２】
Ｂ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃−Ｇｄ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系光学ガラスにおいて、高屈折率（ｎｄ≧１．７２）、低分散（νｄ≧４５）の高機能性を付与するには、Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃の合計含有量は１４モル％以上が必要である。ただし、Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃の合計含有量が３０モル％より多くなると、ガラスの失透傾向が強くなり、高温粘性も低くなるので、プリフォームの熱間成形が難しくなる。したがって、Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃の合計含有量を１４〜３０モル％とし、好ましくは１４〜２４モル％、より好ましくは１５〜２２モル％とするのがよい。
【００２３】
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る働きを有するとともに、屈折率の調整にも欠かせない必須成分であるが、５モル％未満では、上記の期待された効果が十分得られないのに対し、３０モル％を超えて導入すると、分散が大きくなり、失透に対する安定性、化学的耐久性も低下するので、その含有量を５〜３０モル％とし、好ましくは８〜２５モル％とするのがよい。
【００２４】
ＳｉＯ₂はガラス網目構造の形成物で、主成分Ｂ₂Ｏ₃の代わりに少量添加すると、ガラスの液相温度を低下させ、高温粘性をも向上させるが、１０モル％を超えて多く導入すると、ガラスの失透傾向が高まり、ガラス転移温度も高くなり、プリフォームの熱間成形性、精密プレス成形性が低下するので、その含有量を０〜１０モル％とし、好ましくは０〜８モル％とするのがよい。
【００２５】
ＺｒＯ₂は高屈折率・低分散の成分として使われる。Ｌａ₂Ｏ₃やＧｄ₂Ｏ₃の一部の代わりに少量のＺｒＯ₂を導入すると、ガラスの屈折率が低下せずに、分散特性や高温粘性や失透に対する安定性を改善する効果があるので、少量のＺｒＯ₂の導入が望ましい。しかし、６．５モル％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低下するので、その含有量を０〜６．５モル％とし、好ましくは１〜６．５モル％とするのがよい。
Ｓｂ₂Ｏ₃については前述のとおりである。
【００２６】
Ｌｉ₂Ｏは他のアルカリ成分に比べ、大幅な屈折率の低下と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、１０モル％より多く導入すると、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０〜１０モル％とすることが好ましい。より好ましい含有量は０〜７モル％、さらに好ましい含有量は０．５〜６．５モル％である。ここで、Ｌｉ₂Ｏの量を増加させて、ガラス転移温度や屈伏点温度をむやみに下げようとすると屈折率が低下するので、Ｌａ₂Ｏ₃あるいはＧｄ₂Ｏ3の量をさらに増やすことになり、その結果上記熱間成形性が悪化するおそれが生じる。
【００２７】
その他のアルカリ成分、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏは、いずれもガラス転移温度を低下させるために添加される成分であるが、多く添加しずぎると、例えばそれぞれ５モル％を超えて含有させると、屈折率が低下するなど目的とする光学的物性が得られにくくなるとともに、化学的耐久性、失透に対する安定性も低下するおそれがある。そのため、Ｎａ₂Ｏの含有量を０〜５モル％、Ｋ₂Ｏの含有量を０〜５モル％とすることが好ましい。また、Ｌｉ₂ＯとＮａ₂ＯとＫ₂Ｏの合計含有量を１０モル％以下とすることが好ましい。Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏのより好ましい含有量は、ともに０〜４モル％であり、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの合計含有量のより好ましい範囲は０〜８モル％である。
【００２８】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの二価成分はいずれもガラスの液相温度や転移温度を下げるために導入される成分であるが、それぞれの導入量を１０モル％より多くすると、かえってガラスの失透に対する安定性が低下し、液相温度も上昇してしまうので、それぞれの含有量を０〜１０モル％とすることが好ましい。また ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合計含有量を０〜１５モル％とすることが好ましい。さらに、 ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの各含有量を０〜８モル％に、それらの合計含有量を０〜１２モル％とすることがより好ましい。
【００２９】
Ａｌ₂Ｏ₃はガラスの高温粘性と化学的耐久性を向上させ、液相温度を低下させるために導入される成分であるが、その導入量が１０モル％を超えると、屈折率が低下し、失透に対する安定性も低下するので、その含有量を０〜１０モル％とすることが好ましく、０〜７モル％とすることがより好ましい。
【００３０】
Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃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、ガラスの屈折率を高くし、化学的耐久性を向上させるが、Ｌａ₂Ｏ₃やＧｄ₂Ｏ₃に比べて、その効果が小さく、それぞれ１０モル％より多く導入するとガラスの失透に対する安定性が大きく損われ、ガラス転移温度や屈伏点温度が上昇してしまう。したがって、それぞれの含有量を０〜１０モル％とすることが好ましく、０〜８モル％とすることがより好ましい。
【００３１】
ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＷＯ₃はいずれもガラスの安定性や屈折率を改善するために使われる成分であるが、それぞれの導入量が８モル％を超えると、分散が大きくなり、失透に対する安定性も低下するので、それらの各含有量を０〜８モル％とすることが好ましく、０〜５モル％とすることがより好ましい。
【００３２】
以上の理由から、光学ガラスIIの好ましい組成は、Ｂ₂Ｏ₃を４５〜６５モル％、Ｌａ₂Ｏ₃を５〜２２モル％、Ｇｄ₂Ｏ₃を１〜２０モル％（但し、Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃の合計含有量は１４〜３０モル％）、ＺｎＯを５〜３０モル％、ＳｉＯ₂を０〜１０モル％、ＺｒＯ₂を０〜６．５モル％、Ｓｂ₂Ｏ₃を０〜１モル％、Ｌｉ₂Ｏを０〜１０モル％、Ｎａ₂Ｏを０〜５モル％、Ｋ₂Ｏを０〜５モル％（但し、Ｌｉ₂ＯとＮａ₂ＯとＫ₂Ｏの合計含有量は０〜１０モル％）、ＭｇＯを０〜１０モル％、ＣａＯを０〜１０モル％、ＳｒＯを０〜１０モル％、ＢａＯを０〜１０モル％（但し、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合計含有量は０〜１５モル％）、Ａｌ₂Ｏ₃を０〜１０モル％、Ｙ₂Ｏ₃を０〜１０モル％、Ｙｂ₂Ｏ₃を０〜１０モル％、ＴｉＯ₂を０〜８モル％、Ｔａ₂Ｏ₅を０〜８モル％、Ｎｂ₂Ｏ₅を０〜８モル％、ＷＯ₃を０〜８モル％含有するものである。また上記各成分の合計含有量が９５モル％以上であることが好ましく、９９モル％以上であることがより好ましく、１００モル％であることがさらに好ましい。
【００３３】
上記の好ましい組成範囲にあって、より好ましい組成は、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が４７〜６０モル％、Ｌａ₂Ｏ₃の含有量が７〜２０モル％、Ｇｄ₂Ｏ3の含有量が４〜１５モル％、ＺｎＯの含有量が８〜２５モル％、ＳｉＯ₂の含有量が０〜８モル％、ＺｒＯ₂の含有量が１〜６．５モル％、Ｌｉ₂Ｏの含有量が０．５〜６．５モル％、Ｎａ₂Ｏの含有量が０〜４モル％、Ｋ₂Ｏの含有量が０〜４モル％（ただし、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの合計含有量が０〜８モル％）、ＭｇＯの含有量が０〜８モル％、ＣａＯの含有量が０〜８モル％、ＳｒＯの含有量が０〜８モル％、ＢａＯの含有量が０〜８モル％（ただし、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合計含有量が０〜１２モル）、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が０〜７モル％、Ｙ₂Ｏ₃の含有量が０〜８モル％、Ｙｂ₂Ｏ3の含有量が０〜８モル％、ＴｉＯ₂の含有量が０〜５モル％、Ｔａ₂Ｏ₅の含有量が０〜５モル％、Ｎｂ₂Ｏ₅の含有量が０〜５モル％、ＷＯ₃の含有量が０〜５モル％である。より好ましい組成においても、上記各成分とＳｂ₂Ｏ₃の合計含有量が９５モル％以上であることが好ましく、９９モル％以上であることがより好ましく、１００モル％であることがさらに好ましい。
【００３４】
さらに上記のより好ましい組成範囲にあって、特に好ましい組成範囲は、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が４７〜６０モル％、Ｌａ₂Ｏ₃の含有量が７〜２０モル％、Ｇｄ₂Ｏ₃の含有量が４〜１５モル％、ＺｎＯの含有量が８〜２５モル％、ＳｉＯ₂の含有量が１〜８モル％、ＺｒＯ₂の含有量が１〜６．５モル％、Ｌｉ₂Ｏの含有量が０．５〜６．５モル％、Ｔａ₂Ｏ₅の含有量が０．１〜５モル％であり、上記各成分とＳｂ₂Ｏ₃の合計含有量が９５モル％以上であることが好ましく、９９モル％以上であることがより好ましく、１００モル％であることがさらに好ましい。
【００３５】
なお、上記の好ましい組成、より好ましい組成、特に好ましい組成のいずれにおいても、Ｓｂ₂Ｏ₃の含有量は、０〜０．５モル％とすることが好ましく、０〜０．１モル％とすることがより好ましく、０〜０．０５モル％とすることがさらに好ましい。
【００３６】
さらに上記の好ましい組成、より好ましい組成、特に好ましい組成のいずれにおいても、高温成形性、光学特性などの面から、ＺｒＯ₂の含有量は上限を６モル％とすることが、さらに好ましい。
【００３７】
また、Ｌａ₂Ｏ₃とＧｄ₂Ｏ₃の合計含有量は、上記いずれの組成範囲においても１４〜３０モル％とすることが好ましく、１４〜２４モル％とすることがより好ましく、１５〜２２モル％とすることがさらに好ましい。
【００３８】
上記光学ガラスIIは、可視域において透明であり、精密プレス成形性、プリフォームの熱間成形性、高屈折率・低分散特性、ガラスの安定性に優れた光学ガラスであり、屈折率（ｎｄ）が１．７２〜１．８３およびアッベ数（νｄ）が４５〜５５の範囲のものである。また、ガラス転移温度（Ｔｇ）を６３０℃以下、液相温度における粘度を０．５Ｐａ・ｓ以上とすることができる。
【００３９】
上記光学ガラスIIにおける好ましい組成、より好ましい組成、特に好ましい組成のいずれにおいても、ガラス転移温度（Ｔｇ）を６３０℃以下、屈折率（ｎｄ）を１．７２〜１．８３、アッベ数（νｄ）を４５〜５５、液相温度における粘度を０．６Ｐａ・ｓ以上とすることが好ましく、さらに、屈折率（ｎｄ）を１．７４〜１．８０、アッベ数（νｄ）を４５〜５２とすることがより好ましい。そして、精密プレス成形性、プリフォームの熱間成形性、光学恒数に関する高機能性を考慮すると、上記特性に加えて、液相温度における粘度が０．７Ｐａ・ｓ以上の特性を付与された光学ガラスが特に好ましい。
また、熱間成形時などにおけるガラスの安定性の面から、液相温度を１０５０℃以下とすることが好ましく、１０３０℃以下とすることがより好ましい。
【００４０】
次に、本発明のプレス成形予備体およびその製造方法について説明する。
本発明のプレス成形予備体は、前述の光学ガラス（ＩまたはII）からなるものであって、高生産性、高重量精度のもとにプレス成形予備体（プリフォーム）を製造する方法としては、溶融または軟化状態のガラスを熱間成形する方法が優れている。したがって、本発明のプリフォームの製造方法としては、前述の光学ガラス（ＩまたはII）が得られるようなガラス原料を溶解、清澄、攪拌して均一な溶融ガラスを作り、この溶融ガラスを白金製または白金合金製のパイプから流出させて、所定量の溶融ガラスからガラス塊を作製し、これを用いてプリフォームを成形する方法が用いられる。この方法では、溶融ガラスを上記パイプの流出口から連続して流出させ、流出口より流出したガラスの先端部分を分離して所定量のガラス塊を得、それをガラスが塑性変形可能な温度範囲にある間にプリフォーム形状に成形する。流出ガラスの先端部分の分離方法としては、先に説明したように滴下法と降下切断法を例示できる。いずれの場合も、分離のあたっては切断機などによる機械切断を行うと切断部分がプリフォームに痕跡となって残り、精密プレス成形品の品質を悪化させるので、機械切断は好ましくない。上記光学ガラスを用いることにより、ガラスを失透させることなく、パイプ流出口から流出したガラス先端部分を機械切断することなく分離することができる。流出スピード、流出温度を一定に保ち、滴下条件または降下条件も一定に保つことにより、一定重量のプリフォームを再現性よく高精度に製造することができる。上記方法は、１〜５０００ｍｇの重量範囲のプリフォームを高い重量精度のもとに製造する場合に好適である。
【００４１】
分離したガラス先端部分は、例えば、凹状の成形面からガスが噴出する成形型で受け、前記ガスの風圧によって浮上、回転することによって球状、楕円球状などのプリフォームに成形される。このような成形方法を浮上成形法と呼ぶことにするが、浮上成形法では成形時のガラスの粘性に対する条件が厳しいが、本発明の光学ガラスからなるプリフォームを成形する場合、ガラスの特性が浮上成形に適しているので、良好な浮上成形を行うこともできる。上記のようにして製造されたプリフォームは、必要に応じて表面に離型膜を設けてもよい。
【００４２】
次に精密プレス成形品の製造方法について説明する。
精密プレス成形とは、上述したように再加熱されたプリフォームを所定形状のキャビティを有する成形型によって加圧成形し、最終製品の形状と同じまたは極めて近似した形状の成形品を作製する方法である。精密プレス成形法によれば、成形品に研削や研磨を施さずに、あるいは研磨による除去量が極めて少ない研磨のみを施すことによって、最終製品、特に光学部品のような極めて高い形状精度や面精度を要求される最終製品を作製することが可能である。そのため、本発明の精密プレス成形品の製造方法は、レンズ、レンズアレイ、回折格子、プリズムなどの光学部品の製造に好適であり、特に非球面レンズを高生産性のもとに製造する際に最適である。本発明の精密プレス成形品の製造方法によれば、高屈折率・低分散特性を有する光学素子を作製できるとともに、プリフォームを構成するガラスの転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下と低く、ガラスのプレス成形としては比較的低い温度でプレスが可能になるので、プレス成形型の成形面への負担が軽減され、成形型の寿命を延ばすことができる。またプリフォームを構成するガラスが高い安定性を有するので、再加熱、プレス工程においてもガラスの失透を効果的に防止することができる。さらに、ガラス溶解から最終製品を得る一連の工程を高生産性のもとに行うことができる。
【００４３】
精密プレス成形方法としては、表面が清浄状態のプリフォームを、プリフォームを構成するガラスの粘度が１０⁵〜１０¹¹Ｐａ・ｓの範囲を示すように再加熱し、再加熱されたプリフォームを上型、下型を備えた成形型によってプレス成形する。成形型の成形面には必要に応じて離型膜を設けてもよい。なお、プレス成形は、成形型の成形面の酸化を防止する上から、窒素ガスや不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。プレス成形品は成形型より取り出され、必要に応じて徐冷される。成形品がレンズなどの光学素子の場合には、必要に応じて表面に光学薄膜をコートしてもよい。
【００４４】
このようにして、屈折率（ｎｄ）が１．７２〜１．８３で、かつアッベ（νｄ）が４５〜５５の高屈折率・低分散光学ガラスからなるレンズ、レンズアレイ、回折格子、プリズムなどの光学部品を高精度に生産性よく製造することができる。
本発明はまた、前述の本発明の光学ガラスＩまたは光学ガラスIIからなる光学部品をも提供する。
【００４５】
【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よってなんら限定されるものではない。
【００４６】
実施例１〜５２
各々のガラス成分に対応する酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物など、例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ａｌ（ＯＨ）₃、ＭｇＯ、ＣａＣＯ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｌｉ₂ＣＯ₃などをガラス原料として用い、表１〜表９に示した組成になるように所定の割合に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、１２００〜１２５０℃で攪拌しながら空気中で２〜４時間、ガラスの溶解を行った。溶解後、溶融ガラスを４０×７０×１５ｍｍのカーボンの金型に流し、ガラスの転移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時間アニールして炉内で室温まで放冷し、実施例１〜５２の５２種類の光学ガラスを作製した。得られたガラスには顕微鏡で観察できる結晶が析出しなかった。得られたガラスは透明かつ均質な光学ガラスであり、表１〜表９に示される組成、光学恒数［屈折率（ｎｄ）、アッべ数（νｄ）］、ガラス転移温度（Ｔｇ）、液相温度（ＬＴ）、及び液相温度における粘度を有していた。なお、本実施例において、屈折率（ｎｄ）、アッべ数（νｄ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）、屈伏点温度（Ｔｓ）、液相温度（ＬＴ）及び液相温度におけるガラスの粘度、１１００℃における粘度の測定は、以下のようにして行った。
【００４７】
（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）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℃／分にして測定した。
（３）液相温度（ＬＴ）
４００〜１１００℃の温度勾配のついた失透試験炉に１時間保持し、倍率８０倍の顕微鏡により結晶の有無を観察し、液相温度を測定した。
（４）粘度
ＪＩＳ規格 Ｚ８８０３、共軸二重円筒形回転粘度計による粘度測定方法により粘度を測定した。
【００４８】
表１〜表９に示すように、各ガラスとも所定の組成を有するとともに、屈折率（ｎｄ）が１．７２〜１．８３、アッベ数（νｄ）が４５〜５５の範囲にあり、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下、液相温度における粘度が０．６Ｐａ・ｓ以上の特性を有していた。さらに１１００℃における粘度は４Ｐａ・ｓ以下であった。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【表２】

【００５１】
【表３】

【００５２】
【表４】

【００５３】
【表５】

【００５４】
【表６】

【００５５】
【表７】

【００５６】
【表８】

【００５７】
【表９】

【００５８】
［注］表１〜表９における粘度は、液相温度における値である。
【００５９】
比較例１〜３
実施例１〜５２と同様にして、表１０に示す組成を有する光学ガラスを作製し、各物性を測定した。結果を表１０に示す。
【００６０】
【表１０】

【００６１】
［注］表における粘度は、液相温度における値である。
【００６２】
実施例５３
次に表１〜表９に示す光学ガラスが得られる高品質かつ均質化された溶融ガラスを白金合金製のパイプから連続流出させて、これをパイプ流出口から滴下させ、複数のプリフォーム成形型で次々と受け、浮上成形法により複数個の球状のプリフォームを成形した。なお、流出時のガラスの温度は液相温度よりも数℃高温とした。これらのプリフォームはいずれも失透しておらず、高い重量精度のものが得られた。なお、プリフォームの状態でもガラスの組成、光学恒数、ガラス転移温度は表１〜表９に示した値とほぼ等しい。
【００６３】
なお、滴下法に変えて降下切断法でも同様に失透が認められず、高重量精度のプリフォームが得られ、滴下法、降下切断法ともプリフォームに分離の際の痕跡は認められなかった。
白金製パイプを使用しても、白金合金製パイプと同様、溶融ガラスの流出によってパイプが破損することはなかった。
【００６４】
実施例５４
実施例５３で得られたプリフォームを、図１に示す精密プレス成形装置を用いて非球面精密プレス成形することにより非球面レンズを得た。プリフォームの形状は直径２〜３０ｍｍの球状であり、このプリフォーム４を下型２及び上型１の間に設置したのち、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。成形型内部の温度を（ガラスの屈伏点温度＋２０〜６０℃）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プリフォームをプレス成形した。プレスの圧力は８ＭＰａ、プレス時間は３０秒とした。プレス成形の後、プレスの圧力を解除し、非球面プレス成形されたガラス成形品を下型２及び上型１と接触させたままの状態で（ガラス転移温度−３０℃）の温度までに徐冷し、次いで室温まで急冷して非球面レンズに成形されたガラスを成形型から取り出した。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り、表１〜表９に示す屈折率（ｎｄ）およびアッベ数（νｄ）を有していた。なお、プリフォームの再加熱は、下型２と上型１の間に載置する前に行ってもよい。また、図１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。
成形型のキャビティ形状を所定の形状に設計することによって、球面レンズなどその他の光学部品も同様に精密プレス成形により作製することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高温成形性及び精密プレス成形性の優れた高屈折率・低分散特性を有する光学ガラス及び前記光学ガラスよりなる光学部品を提供することができる。
また、本発明によれば、プレス成形予備体を上記光学ガラスによって構成することによって精密プレス成形に好適なプレス成形予備体を提供することができる。
【００６６】
さらに、本発明によれば、液相温度において所定の粘度を示す上記光学ガラスが得られる溶融ガラスを熱間成形することにより、高い生産性のもとにプレス成形予備体を製造する方法を提供することができる。
加えて、本発明によれば、上記プレス成形予備体を再加熱、精密プレス成形することによって、高精度の光学部品等のプレス成形品を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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 (10)

1. 必須成分として、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３およびＺｎＯを含み、モル％表示で、Ｂ_２Ｏ_３ ４５〜６５％、Ｌａ_２Ｏ_３ ５〜２２％、Ｇｄ_２Ｏ_３ １〜２０％（ただし、Ｌａ_２Ｏ_３とＧｄ_２Ｏ_３の合計含有量が１４〜３０％）、ＺｎＯ ５〜３０％を含むとともに、鉛およびフッ素を実質上含まず、かつ屈折率（ｎｄ）が１．７２〜１．８０、アッベ数(νｄ)が４５〜５２、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下、液相温度が１０３０℃以下および液相温度における粘度が０．６Ｐａ・ｓ以上である光学ガラスからなり、精密プレス成形に用いることを特徴とするプレス成形予備体。
2. モル％表示で、Ｂ_２Ｏ_３ ４５〜６５％、Ｌａ_２Ｏ_３ ５〜２２％、Ｇｄ_２Ｏ_３ １〜２０％（ただし、Ｌａ_２Ｏ_３とＧｄ_２Ｏ_３の合計含有量が１４〜３０％）、ＺｎＯ５〜３０％、ＳｉＯ_２ ０〜１０％、ＺｒＯ_２ ０〜６．５％およびＳｂ_２Ｏ_３０〜１％を含むとともに、鉛およびフッ素を実質上含まず、かつ屈折率（ｎｄ）が１．７２〜１．８０およびアッベ数（νｄ）が４５〜５２、液相温度が１０３０℃以下の光学ガラスからなり、精密プレス成形に用いることを特徴とするプレス成形予備体。
3. モル％表示で、Ｌｉ_２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ０〜５％、Ｋ_２Ｏ ０〜５％（ただし、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの合計含有量が１０％以下）、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％（ただし、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量が１５％以下）、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１０％、Ｙ_２Ｏ_３ ０〜１０％、Ｙｂ_２Ｏ_３ ０〜１０％、ＴｉＯ_２ ０〜８％、Ｔａ_２Ｏ_５０〜８％、Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜８％およびＷＯ_３ ０〜８％を含み、上記各成分とＢ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２およびＳｂ_２Ｏ_３との合計含有量が９５％以上である光学ガラスからなる請求項２に記載のプレス成形予備体。
4. 液相温度における粘度が０．６Ｐａ・ｓ以上である光学ガラスからなる請求項２または３に記載のプレス成形予備体。
5. ガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下である光学ガラスからなる請求項２、３または４に記載のプレス成形予備体。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプレス成形予備体を精密プレス成形して得られる光学部品。
7. 所定量の溶融ガラスからガラス塊を作製し、このガラス塊を用いて請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプレス成形予備体に成形することを特徴とするプレス成形予備体の製造方法。
8. パイプより流出する溶融ガラスからガラス塊を作製する請求項７に記載のプレス成形予備体の製造方法。
9. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプレス成形予備体、あるいは請求項７または８に記載の方法により成形されたプレス成形予備体を再加熱し、精密プレス成形することを特徴とするプレス成形品の製造方法。
10. 請求項９に記載の方法により、光学部品を成形することを特徴とする光学部品の製造方法。

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