JP4459178B2 - 精密プレス成形用プリフォームの製造方法および光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
(b)上記揮発物がプリフォームを成形する成形型に堆積し、堆積した揮発物がプリフォームに融着してプリフォームとして使用できなくなる。
(c)高比重、低粘性のためガラスを成形型に供給する際、ガラスが成形型に融着しやすい。特に揮発物が堆積した成形型では上記融着がおきやすい。
リフォームを使用した光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
通常、精密プレス成形用の光学ガラスには、特許文献1で示されるようにガラス転移温度を低下させるために比較的多量のLi2Oが含まれている。しかし、高温のガラスではLi2Oをはじめとするアルカリ金属酸化物を含むガラスは著しい揮発性を示し、脈理の発生や成形型への揮発物付着の原因となる。
(1) 流出する熔融ガラスを分離して熔融ガラス塊を得、冷却する過程で該熔融ガラス塊をプリフォームに成形するガラス製の精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
プリフォームを構成するガラスとして、屈折率(nd)が1.83超で、アッベ数(νd)が40以上であり、液相温度が950〜1100℃であり、モル%表示で、B 2 O 3 20〜60%、SiO 2 0〜20%、ZnO 22〜42%、La 2 O 3 およびGd 2 O 3 を合計で10〜25%含み、かつアルカリ金属酸化物を実質上含まないものを用い、前記の分離した熔融ガラス塊を、風圧を加えて浮上させながらプリフォーム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、
(2)流出する熔融ガラスを分離して熔融ガラス塊を得、冷却する過程で該熔融ガラス塊をプリフォームに成形するガラス製の精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
プリフォームを構成するガラスとして、屈折率(nd)が1.83超で、アッベ数(νd)が40以上であり、液相温度における粘度が2〜20dPa・sであり、モル%表示で、B 2 O 3 20〜60%、SiO 2 0〜20%、ZnO 22〜42%、La 2 O 3 およびGd 2 O 3 を合計で10〜25%含み、かつアルカリ金属酸化物を実質上含まないものを用い、前記の分離した熔融ガラス塊を、風圧を加えて浮上させながらプリフォーム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、
(3) 多孔質材からなるガラス支持面またはガス噴出口を有する成形型を用い、前記のガラス支持面またはガス噴出口からガスを噴出して風圧を加えてガラス塊を浮上させる上記(1)または(2)項に記載の方法、
(4) プリフォームを構成するガラスが、室温(23℃)における比重4.80以上のものである上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の方法、
(5) 前記ガラスがモル%表示で、さらに、ZrO2 0〜10%、Ta2O5 0〜10%、WO3 0〜10%、Nb2O5 0〜10%、TiO2 0〜10%、Bi2O3 0〜10%、GeO2 0〜10%、Ga2O3 0〜10%、Al2O3 0〜10%、BaO 0〜10%、Y2O3 0〜10%およびYb2O3 0〜10%を含むとともに、La2O3の含有量が5〜24%、Gd2O3の含有量が0〜20%である上記(1)または(2)項に記載の方法、
(6)前記ガラスのガラス転移温度が630℃以下である上記(1)〜(5)項のいずれか1項に記載の方法、
(7) 上記(1)〜(6)項のいずれか1項に記載の方法で精密プレス成形用プリフォームを作製し、得られたプリフォームを加熱し、プレス成形型を使用して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、
(8) プリフォームをプレス成形型に導入し、プリフォームとプレス成形型を共に加熱する上記(7)項に記載の光学素子の製造方法、および
(9) プリフォームを加熱し、予熱したプレス成形型に導入して精密プレス成形する上記(7)項に記載の光学素子の製造方法、
を提供するものである。
[精密プレス成形用プリフォームの製造方法]
本発明の精密プレス成形用プリフォームの製造方法は、流出する熔融ガラスを分離して熔融ガラス塊を得、冷却する過程で該熔融ガラス塊をプリフォームに成形するガラス製の精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
プリフォームを構成するガラスとして、屈折率(nd)が1.83超で、アッベ数(νd)が40以上であり、かつアルカリ金属酸化物を実質上含まないものを用い、前記の分離した熔融ガラス塊を、風圧を加えて浮上させながらプリフォームに成形することを特徴とする。
本発明における熔融ガラス塊は、流出ノズルあるいは流出パイプより流出する熔融ガラスから、次のようにして得ることができる。
滴下により得られる質量よりも大きい質量の熔融ガラス塊を得るには、流出パイプより熔融ガラス流を流下させ、熔融ガラス流の先端部を受け部材で受け、熔融ガラス流のパイプと受け部材の間にくびれ部を形成した後、くびれ部にて熔融ガラス流を分離して受け部材に所望質量の熔融ガラス塊を受ける。受け部材には成形型を用いてもよいが、成形型とは別個の部材を用いてもよい。この方法では、パイプ流出口と受け部材の距離を一定にした状態で熔融ガラス流の分離を行ってもよいし、受け部材を急降下して熔融ガラス流の分離を行ってもよい。
ガラスを浮上させるためのガスとしては、空気、N2ガス、O2ガス、Arガス、Heガス、水蒸気等が挙げられる。
。前記粘度が20dPa・sより高いガラスでは脈理のないプリフォームを得ることと熔融ガラス塊の良好な分離を行うこととの両立が難しく、2dPa・s未満のガラスではプリフォームの成形が難しくなる傾向がある。
本発明における好ましいガラスは、B2O3、La2O3および/またはGd2O3およびZnOを含み、アルカリ金属酸化物を実質上含まないガラスである。アルカリ成分を含まないとガラス転移温度が上昇するが、精密プレス成形ではプレス成形温度を低くしてプレス成形型の消耗を低減する上から、ZnOを導入してガラス転移温度を低下させることが望ましく、ガラス転移温度を630℃以下にすることがより望ましい。なお、ここでアルカリ金属酸化物を実質上含まないとは、不可避的に混入される量は別として、アルカリ金属酸化物を含有しないことを意味する。このような光学ガラスの具体例としては、モル%表示で、B2O3 20〜60%、SiO2 0〜20%、ZnO 22〜42%、La2O3およびGd2O3を合計で10〜25%含むガラスをあげることができる。
ので、その導入量を22〜42%の範囲とするのがよく、好ましい範囲は23〜41%である。
するのがよく、好ましくは0〜6%とする。
、40以上であり、プリフォームの成形に適したガラス安定性を付与する上から、上限を50とすることが好ましい。また上記ガラスは屈折率(nd)が1.83超であり、1.84以上の高屈折率特性を備えることがより好ましく、1.85以上の高屈折率特性を備えることがより好ましい。ガラスの屈折率を高めるということは、光学素子の設計の自由度を広げることに相当する。
、このような処理を行ってもアルカリ成分を実質上含まないガラスを用いているため、ガラス表面のクモリやヤケの上記問題を解消することもできる。
[光学素子の製造方法]
本発明の光学素子の製造方法は、上記各方法で作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を使用して精密プレス成形する光学素子の製造方法である。
なお、光学ガラスの諸特性は、以下に示す方法により測定した。
日本光学硝子工業会規格の屈折率測定法により、ガラス転移温度(Tg)―屈伏点(Ts)間の温度で保持した光学ガラスを、降温速度−30℃/時間にして得られた光学ガラスについて、屈折率(nd)とアッベ数(νd)を測定した(カルニュー光学社製「GMR−1」使用)。
(2)ガラス転移温度(Tg)および屈伏点(Ts)
理学電機株式会社製の熱機械分析装置「TMA8510」により昇温速度を4℃/分、荷重98mNとして測定した。
表1〜表3に示すガラス組成になるように、各成分を導入するための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、H3BO3、La2O3、ZnO、ZnCO3、Gd2O3、ZrO2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時間ガラスの熔融を行った。なお、表1〜表3に示すガラス組成において清澄剤であるSb2O3は外割り添加量にて表示してある。熔融後、熔融ガラスを40×70×15mmのカーボン製の金型に流し、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時間アニール処理した後、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。
このようにして得られた光学ガラスの特性を表1〜表3に示す。
まず、電気炉内で1050〜1450℃に保持された熔融ガラス(ガラス粘度で4〜0.05dPa・sに相当する)を、1050℃(ガラス粘度で4dPa・sに相当する)に温度調節した白金合金製パイプから一定流速で連続して流下し、プリフォーム成形型で熔融ガラス流の先端を受け、所定質量の熔融ガラス塊が前記先端から分離するタイミングで成形型を熔融ガラス流の流下速度よりも十分大きな速度で降下し、熔融ガラス塊を分離した。なお、熔融ガラス滴下時のガラス粘度は、7dPa・sであった。
冷し、次いで室温付近まで急冷して非球面に成形されたガラスを成形型から取り出した。なお、図1において、符号3は案内型、10は支持台、9は支持棒、14は熱電対である。 得られた精密プレス成形品を大気中にて560℃、3時間の条件の下、アニール処理して非球面レンズを得た。得られたレンズの表面には目視によりクモリは認められず、光学顕微鏡による拡大観察でも表面は滑らかであった。なお、上記各レンズの屈折率(nd)ならびにアッベ数(νd)は上記各ガラスプリフォームを形成する各光学ガラスにおける値と一致するものであった。
表3に示すLi2Oを含むガラスを用いてプリフォームを実施例1〜10と同様に連続的に成形したところ、当初はガラスと成形型の融着は発生しなかったものの、時間の経過とともにガラスと型の融着が発生した。そこで装置を停止して成形型の多孔質材で構成されたガラス支持面を観察したところ、多孔質材表面にガラスからの揮発物が堆積しているのが認められた。このような状態は融着を起こした成形型以外の型でも見られた。また、製造したプリフォームの中には揮発によると思われる脈理が認められるものが存在していた。
実施例1〜10で作製したプリフォームの表面にカーボン膜をコートし、成形面にカーボン離型膜を形成したSiC製プレス成形型を用いて精密プレス成形した。まず、プレス成形型の上型と下型の間の空間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た後、加圧して非球面レンズを精密プレス成形した。
同様に、予熱したプレス成形型に型とは別個に加熱したプリフォームを導入して加圧して非球面レンズを精密プレス成形した。
このようにして作製した非球面レンズ表面に残存するカーボン膜を酸化によって除去し、クモリやヤケなどのないレンズを製造することができた。
比較例1で得られたプリフォームを用い、実施例11と同様に非球面レンズを作製したところ、レンズ表面にクモリが認められた。
ズ、平凸レンズ、両凹レンズ、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどのレンズ、マイクロレンズ、レンズアレイ、回折格子付きレンズ、プリズム、レンズ機能付きプリズムなどの光学素子の製造に好適に用いられる。
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 熱電対
Claims (9)
- 流出する熔融ガラスを分離して熔融ガラス塊を得、冷却する過程で該熔融ガラス塊をプリフォームに成形するガラス製の精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
プリフォームを構成するガラスとして、屈折率(nd)が1.83超で、アッベ数(νd)が40以上であり、液相温度が950〜1100℃であり、モル%表示で、B 2 O 3 20〜60%、SiO 2 0〜20%、ZnO 22〜42%、La 2 O 3 およびGd 2 O 3 を合計で10〜25%含み、かつアルカリ金属酸化物を実質上含まないものを用い、前記の分離した熔融ガラス塊を、風圧を加えて浮上させながらプリフォーム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。 - 流出する熔融ガラスを分離して熔融ガラス塊を得、冷却する過程で該熔融ガラス塊をプリフォームに成形するガラス製の精密プレス成形用プリフォームの製造方法において、
プリフォームを構成するガラスとして、屈折率(nd)が1.83超で、アッベ数(νd)が40以上であり、液相温度における粘度が2〜20dPa・sであり、モル%表示で、B 2 O 3 20〜60%、SiO 2 0〜20%、ZnO 22〜42%、La 2 O 3 およびGd 2 O 3 を合計で10〜25%含み、かつアルカリ金属酸化物を実質上含まないものを用い、前記の分離した熔融ガラス塊を、風圧を加えて浮上させながらプリフォーム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。 - 多孔質材からなるガラス支持面またはガス噴出口を有する成形型を用い、前記のガラス支持面またはガス噴出口からガスを噴出して風圧を加えてガラス塊を浮上させる請求項1または2に記載の方法。
- プリフォームを構成するガラスが、室温(23℃)における比重4.80以上のものである請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ガラスがモル%表示で、さらに、ZrO2 0〜10%、Ta2O5 0〜10%、WO3 0〜10%、Nb2O5 0〜10%、TiO2 0〜10%、Bi2O3 0〜10%、GeO2 0〜10%、Ga2O3 0〜10%、Al2O3 0〜10%、BaO 0〜10%、Y2O3 0〜10%およびYb2O3 0〜10%を含むとともに、La2O3の含有量が5〜24%、Gd2O3の含有量が0〜20%である請求項1または2に記載の方法。
- 前記ガラスのガラス転移温度が630℃以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法で精密プレス成形用プリフォームを作製し、得られたプリフォームを加熱し、プレス成形型を使用して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。
- プリフォームをプレス成形型に導入し、プリフォームとプレス成形型を共に加熱する請求項7に記載の光学素子の製造方法。
- プリフォームを加熱し、予熱したプレス成形型に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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