JP5927227B2

JP5927227B2 - 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム、及び光学素子

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Publication number: JP5927227B2
Application number: JP2014085674A
Authority: JP
Inventors: 達也手塚
Original assignee: Sumita Optical Glass Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sumita Optical Glass Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2016-06-01
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Description

本発明は、光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム、及び光学素子に関し、特に、比重及び磨耗度が小さく、耐失透安定性が高いフツリン酸光学ガラス、並びに、該光学ガラスを用いた、精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子に関する。

近年、光学機器の普及、発展に伴い、様々な特性を持った光学ガラスが求められているが、その中でもフツリン酸光学ガラスは、分散が低く、異常分散性を備え、可視域の広い範囲にわたり高い光線透過率が得られるなどの性質から需要の高いガラスである。低分散性、異常分散性は色収差の補正に有効であり、優れた光線透過性は撮像光学系光学素子の材料のみならず、近紫外光など短波長の光を導光するための光学素子材料としても有効である。また、銅イオンを含有させることにより近赤外光をカットするフィルター機能を付与することができ、半導体撮像素子の色補正フィルター材料としても有効である。

従来より、フツリン酸光学ガラスとして、（ｉ）屈折率（ｎｄ）が１．５８１８３であり、アッベ数（νｄ）が６７．６であるもの（例えば、特許文献１参照）、（ｉｉ）カチオン成分として、Ｐ^＋３９．０％、Ａｌ^３＋１２．０％、Ｍｇ^２＋１２．０％、及びＢａ^２＋２９．３％を含有し、アニオン成分として、Ｏ^２−７５．５％及びＦ⁻２４．５％を含有し、屈折率（ｎｄ）が１．５９０９であり、アッベ数（νｄ）が６７．９であるもの（例えば、特許文献２参照）、（ｉｉｉ）カチオン成分として、Ｐ^＋３９．０％、Ａｌ^３＋１２．０％、及びＹ^３＋２．４％を含有し、アニオン成分として、Ｏ^２−７３．３％及びＦ⁻２６．７％を含有し、屈折率（ｎｄ）が１．５８８１であり、アッベ数（νｄ）が６８．０であるもの（例えば、特許文献３参照）、などが知られている。

しかしながら、特許文献１〜３に記載の光学ガラスはいずれも、比重、磨耗度、及び耐失透安定性の点で未だ十分とは言い難かった。

特開２０１０−２３５４２９号公報特開２０１２−１２２８２号公報特開２０１２−１２６６０３号公報

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、比重及び磨耗度が小さく、耐失透安定性が高い光学ガラス、並びに、該光学ガラスを用いた、精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段としては以下の通りである。即ち、
１．カチオン％表示で、
Ｐ^５＋：３６〜４０％、
Ａｌ^３＋：１１〜１６％、
Ｍｇ^２＋：１１〜１９％、
Ｃａ^２＋：０％超２％以下、
Ｓｒ^２＋：０〜４％、
Ｂａ^２＋：２５〜３１％、
Ｚｎ^２＋：０％以上２．４％未満、
Ｙ^３＋：２〜７％、
Ｚｎ^２＋とＹ^３＋の合計量（Ｚｎ^２＋＋Ｙ^３＋）：３〜７％、
を含有し、
アニオン％表示で、
Ｏ^２−：７４〜７８％、
Ｆ⁻：２２〜２６％、
を含有する組成からなり、
Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｌａ^３＋及びＧｄ^３＋を含有せず、
屈折率（ｎｄ）が１．５８〜１．６０で、アッベ数（νｄ）が６７〜６９であることを特徴とする光学ガラス。
ここで、「Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｌａ^３＋及びＧｄ^３＋を含有せず」とは、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｌａ^３＋及びＧｄ^３＋を意図して含有させない、即ち、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｌａ^３＋及びＧｄ^３＋を実質的に含有しないことを意味する。

２．比重が４．１０以下である前記１に記載の光学ガラス。

３．磨耗度が４２０以下である前記１又は２に記載の光学ガラス。

４．前記１〜３のいずれかに記載の光学ガラスを素材としてなることを特徴とする精密プレス成形用プリフォーム。

５．前記１〜３のいずれかに記載の光学ガラスを素材としてなることを特徴とする光学素子。

本発明によれば、比重及び磨耗度が小さく、耐失透安定性が高い光学ガラス、並びに、該光学ガラスを用いた、精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子を得ることができる。

（光学ガラス）
以下、本発明の光学ガラスを具体的に説明する。
まず、本発明において、光学ガラスのガラス組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
本明細書において、各成分の含有率は特に断りがない場合は、全てモル比に基づくカチオン％又はアニオン％で表示されるものとする。ここで、「カチオン％」及び「アニオン％」とは、本発明の光学ガラスのガラス構成成分をカチオン成分及びアニオン成分に分離し、それぞれにおいて合計割合を１００モル％として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。

以下、光学ガラスのカチオン成分について説明する。

＜Ｐ^５＋＞
Ｐ^５＋は、ガラスの網目構造を形成し、ガラスに製造可能な耐失透安定性を持たせることができる有用成分であり、また磨耗度を小さくする効果もある。しかしながら、その含有率が４０％を超えると、耐失透安定性が低下するおそれがあり、一方、３６％未満では、磨耗度が大きくなるおそれがあるため、Ｐ^５＋の含有率を３６〜４０％の範囲とした。Ｐ^５＋の含有率は、好ましくは３６．３〜３９．７％、より好ましくは３６．６〜３９．４％の範囲である。
Ｐ^５＋は、原料としてＡｌ（ＰＯ_３）_３、Ｍｇ（ＰＯ_３）_２、Ｃａ（ＰＯ_３）_２、Ｓｒ（ＰＯ_３）_２、Ｂａ（ＰＯ_３）_２等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ａｌ^３＋＞
Ａｌ^３＋は、ガラスの化学的耐久性を高めると共に、磨耗度を小さくすることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が１６％を超えると、耐失透安定性が低下するおそれがあり、一方、１１％未満では、磨耗度が大きくなってしまうおそれがあるため、Ａｌ^３＋の含有率を１１〜１６％の範囲とした。Ａｌ^３＋の含有率は、好ましくは１１．３〜１５．７％、より好ましくは１１．６〜１５．４％の範囲である。
Ａｌ^３＋は、原料としてＡｌ（ＰＯ_３）_３、ＡｌＦ_３、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｍｇ^２＋＞
Ｍｇ^２＋は、ガラスのアッベ数（νｄ）を高めると共に、磨耗度及び比重を小さくすることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が１９％を超えると、耐失透安定性が低下するおそれがあり、一方、１１％未満では、磨耗度及び比重が大きくなってしまうおそれがあるため、Ｍｇ^２＋の含有率を１１〜１９％の範囲とした。Ｍｇ^２＋の含有率は、好ましくは１１．５〜１８．５％、より好ましくは１２〜１８％の範囲である。
Ｍｇ^２＋は、原料としてＭｇ（ＰＯ_３）_２、ＭｇＦ_２、ＭｇＯ等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｃａ^２＋＞
Ｃａ^２＋は、ガラスのアッベ数（νｄ）を低下させずに屈折率（ｎｄ）を高めることのできる有用成分である。しかしながら、その含有率が２％を超える、または使用しない場合、のどちらにおいても耐失透安定性が低下するおそれがあるため、Ｃａ^２＋の含有率を０％超２％以下の範囲とした。Ｃａ^２＋の含有率は、好ましくは０％超１．８％以下、より好ましくは０％超１．６％以下の範囲である。
Ｃａ^２＋は、原料としてＣａ（ＰＯ_３）_２、ＣａＦ_２、ＣａＣＯ_３等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｓｒ^２＋＞
Ｓｒ^２＋は、ガラスの耐失透安定性を高めると共に、ガラスの屈折率（ｎｄ）を高める効果がある。しかしながら、その含有率が４％を超えると、耐失透安定性が低下するおそれがあるため、Ｓｒ^２＋の含有率を０〜４％の範囲とした。Ｓｒ^２＋の含有率は、好ましくは０〜３．８％、より好ましくは０〜３．６％の範囲である。
Ｓｒ^２＋は、原料としてＳｒ（ＰＯ_３）_２、ＳｒＦ_２、ＳｒＣＯ_３等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｂａ^２＋＞
Ｂａ^２＋は、ガラスの耐失透安定性を高めると共に、ガラスの屈折率（ｎｄ）を高めることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が３１％を超えると、比重及び磨耗度が大きくなるおそれがあり、一方、２５％未満では、耐失透安定性が低下するおそれがあるため、Ｂａ^２＋の含有率を２５〜３１％の範囲とした。Ｂａ^２＋の含有率は、好ましくは２５．３〜３０．７％、より好ましくは２５．６〜３０．４％の範囲である。
Ｂａ^２＋は、原料としてＢａ（ＰＯ_３）_２、ＢａＦ_２、ＢａＣＯ_３等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｚｎ^２＋＞
Ｚｎ^２＋は、ガラスの屈折率（ｎｄ）を高めると共に、磨耗度を小さくする効果がある。しかしながら、その含有率が２．４％以上になると、アッベ数（νｄ）が低下し、比重が大きくなるおそれがあるため、Ｚｎ^２＋の含有率を０％以上２．４％未満の範囲とした。Ｚｎ^２＋の含有率は、好ましくは０〜２．３％、より好ましくは０〜２．２％の範囲である。
Ｚｎ^２＋は、原料としてＺｎ（ＰＯ_３）_２、ＺｎＦ_２、ＺｎＯ等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｙ^３＋＞
Ｙ^３＋は、Ｌａ^３＋やＧｄ^３＋等の他の希土類カチオンに比べ、比重を大きくすることなくガラスの屈折率（ｎｄ）を高め、磨耗度を小さくすることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が７％を超えると、耐失透安定性及びアッベ数（νｄ）が低下するおそれがあり、一方、２％未満では、磨耗度が大きくなるおそれがあるため、Ｙ^３＋の含有率を２〜７％の範囲とした。Ｙ^３＋の含有率は、好ましくは２．２〜６．８％、より好ましくは２．４〜６．６％の範囲である。
Ｙ^３＋は、原料としてＹＦ_３、Ｙ_２Ｏ_３等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｚｎ^２＋とＹ^３＋の合計量（Ｚｎ^２＋＋Ｙ^３＋）＞
なお、Ｚｎ^２＋とＹ^３＋の合計含有率（Ｚｎ^２＋＋Ｙ^３＋）が７％を超えると、耐失透安定性及びアッベ数（ｎｄ）が低下するおそれがあり、一方、３％未満では、磨耗度が大きくなるおそれがあるため、本発明では、これらの合計含有率を３〜７％の範囲とした。これらの合計含有率は、好ましくは３．２〜６．８％、より好ましくは３．４〜６．６％の範囲である。

以下、光学ガラスのアニオン成分について説明する。

＜Ｏ^２−＞
Ｏ^２−はガラスの網目構造を形成し、ガラスに製造可能な耐失透安定性を持たせることができる有用成分であり、また比重及び磨耗度を小さくする効果もある。しかしながら、その含有率が７８％を超えると、アッベ数（νｄ）及び耐失透安定性が低下するおそれがあり、一方、７４％未満では、比重及び磨耗度が大きくなるおそれがあるため、Ｏ^２−の含有率を７４〜７８％の範囲とした。Ｏ^２−の含有率は、好ましくは７４．２〜７７．８％、より好ましくは７４．４〜７７．６％の範囲である。
Ｏ^２−は、原料として各種カチオン成分の酸化物及びリン酸塩等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｆ⁻＞
Ｆ⁻はガラスのアッベ数（νｄ）を高めることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が２６％を超えると、比重及び磨耗度が大きくなるおそれがあり、一方、２２％未満では、アッベ数（νｄ）が低下するおそれがあるため、Ｆ⁻の含有率を２２〜２６％の範囲とした。好ましくは２２．２〜２５．８％、より好ましくは２２．４〜２５．６％の範囲である。
Ｆ⁻は、原料として各種カチオン成分のフッ化物等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋及びＫ^＋＞
なお、本発明の光学ガラスでは、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋及びＫ^＋は、磨耗度を大きくするおそれがあることが判明した。そこで本発明では、かかるＬｉ^＋、Ｎａ^＋及びＫ^＋を含有しないものとした。

＜Ｌａ^３＋及びＧｄ^３＋＞
なお、本発明の光学ガラスでは、Ｌａ^３＋及びＧｄ^３＋は、比重を大きくするおそれがあることが判明した。そこで本発明では、かかるＬａ^３＋及びＧｄ^３＋を含有しないものとした。

＜屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）＞
上記成分を含有する組成からなる本発明の光学ガラスにおいて、屈折率（ｎｄ）としては、１．５８〜１．６０の範囲が好ましく、１．５８２〜１．５９８の範囲がより好ましく、１．５８４〜１．５９６の範囲が特に好ましい。
また、上記成分を含有する組成からなる本発明の光学ガラスにおいて、アッベ数（νｄ）としては、６７〜６９の範囲が好ましく、６７．２〜６８．８の範囲がより好ましく、６７．４〜６８．６の範囲が特に好ましい。

＜比重＞
上記成分を含有する組成からなる本発明の光学ガラスにおいて、製品の軽量化及びコストの観点で、比重は４．１０以下が好ましく、４．０８以下がより好ましく、４．０６以下が特に好ましい。

＜磨耗度＞
上記成分を含有する組成からなる本発明の光学ガラスにおいて、研磨加工性及び洗浄性の観点で、磨耗度は４２０以下が好ましく、４１５以下がより好ましく、４１０以下が特に好ましい。

＜光学ガラスの製造方法＞
次に、本発明の光学ガラスの製造方法について説明する。
本発明では、光学ガラスの成分組成さえ上記の好適範囲を満足すればよく、製造方法については、特に限定されることなく、従来の製造方法に従えばよい。
すなわち、各成分の原料として、酸化物、リン酸塩、フッ化物、などを所定の割合で秤量し、十分混合したものをガラス調合原料とする。ついで、この原料を、ガラス原料等と反応性のない、例えば白金坩堝に投入して、電気炉にて１０００〜１３００℃に加熱して熔融しながら適時撹拌した後、電気炉で清澄、均質化してから、適当な温度に予熱した金型に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷して歪みを取り除くことで、本発明の光学ガラスを製造することができる。なお、ガラスの着色改善や脱泡のため、ごく少量（０．５％以下）のＳｂ_２Ｏ_３など、工業上周知である脱泡成分を加えることができる。

（精密プレス成形用プリフォーム）
以下、本発明の精密プレス成形用プリフォームを具体的に説明する。
精密プレス成形用プリフォーム（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐｒｅｓｓ−ｍｏｌｄｉｎｇｐｒｅｆｏｒｍ）とは、周知の精密プレス成形法に用いられる予備成形されたガラス素材である。

以下、精密プレス成形用プリフォームを単にプリフォームをいうことがある。プリフォームは、加熱して精密プレス成形に供されるガラス予備成形体を意味するが、ここで精密プレス成形とは、周知のようにモールドオプティクス成形とも呼ばれ、光学素子の光学機能面をプレス成形型の成形面を転写することにより形成する方法である。なお、光学機能面とは光学素子において、制御対象の光を屈折したり、反射したり、回折したり、入出射させる面を意味し、レンズにおけるレンズ面などがこの光学機能面に相当する。

精密プレス成形時にガラスとプレス成形型成形面との反応、融着を防止しつつ、成形面に沿ってガラスの延びが良好になるようにするため、プリフォームの表面に離型膜を被覆することが好ましい。離型膜の種類としては、貴金属（白金、白金合金）、酸化物（Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙの酸化物など）、窒化物（Ｂ、Ｓｉ、Ａｌの酸化物など）、炭素含有膜があげられる。炭素含有膜としては、炭素を主成分とするもの（膜中の元素含有量を原子％で表したとき、炭素の含有量が他の元素の含有量よりも多いもの）が望ましい。具体的には、炭素膜や炭化水素膜などを例示することができる。炭素含有膜の成膜法としては、炭素原料を使用した真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の公知の方法や、炭化水素などの材料ガスを使用した熱分解などの公知の方法を用いればよい。その他の膜については、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ゾルゲル法等を用いて成膜することが可能である。

本発明のプリフォームの作製方法は限定されないが、上記ガラスの優れた特質を活かして、次の方法により製造することが望ましい。

第１の精密プレス成形用プリフォームの製造方法（プリフォーム製法Ｉという。）は、ガラス原料を熔融し、得られた熔融ガラスを流出して熔融ガラス塊を分離し、該熔融ガラス塊を冷却過程で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、上記光学ガラスからなるプリフォームを成形することを特徴とするものである。

第２の精密プレス成形用プリフォームの製造方法（プリフォーム製法ＩＩという）は、ガラス原料を熔融し、得られた熔融ガラスを成形してガラス成形体を作製し、該成形体を加工して上記本発明の光学ガラスからなるプリフォームを作製するものである。

プリフォーム製法Ｉ、ＩＩともガラス原料から均質な熔融ガラスを作製する工程は共通する。例えば、所要の特性が得られるように調合したガラス原料を白金製の熔融容器内に入れ、加熱、熔融、清澄、均質化して均質な熔融ガラスを用意し、温度調整された白金または白金合金製の流出ノズルあるいは流出パイプから流出する。なお、ガラス原料を粗熔解してカレットを作製し、得られたカレットを調合して加熱、熔融、清澄、均質化して均質な熔融ガラスを得、上記流出ノズルあるいは流出パイプから流出するようにしてもよい。

小型のプリフォームや球状のプリフォームを成形する場合は、熔融ガラスを流出ノズルから所望質量の熔融ガラス滴として滴下し、それをプリフォーム成形型によって受けてプリフォームに成形する。あるいは、同じく所望質量の熔融ガラス滴を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。中大型のプリフォームを作製する場合は、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プリフォーム成形型で受け、熔融ガラス流のノズルとプリフォーム成形型の間にくびれ部を形成した後、プリフォーム成形型を真下に急降下して、熔融ガラスの表面張力によってくびれ部にて熔融ガラス流を分離し、受け部材に所望質量の熔融ガラス塊を受けてプリフォームに成形する。

キズ、汚れ、シワ、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製造するためには、プリフォーム成形型などの上で熔融ガラス塊に風圧を加えて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熔融ガラス滴を入れてプリフォームに成形する方法などが用いられる。

熔融ガラス塊を浮上させながらプリフォームに成形する場合、熔融ガラス塊にはガス（浮上ガスという）が吹きつけられ上向きの風圧が加えられることになる。この際、熔融ガラス塊の粘度が低すぎると浮上ガスがガラス中に入り込み、プリフォーム中に泡となって残ってしまう。しかし、熔融ガラス塊の粘度を３〜６０ｄＰａ・ｓにすることにより、浮上ガスがガラス中に入り込むことなく、ガラス塊を浮上させることができる。

プリフォームに浮上ガスが吹き付けられる際に用いられるガスとしては、空気、Ｎ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、水蒸気等が挙げられる。また、風圧は、プリフォームが成形型表面等の固体と接することなく浮上できれば特に制限はない。

プリフォームより製造される精密プレス成形品（例えば、光学素子）は、レンズのように回転対称軸を有するものが多いため、プリフォームの形状も回転対称軸を有する形状が望ましい。具体例としては、球あるいは回転対称軸を一つ備えるものを示すことができる。回転対称軸を一つ備える形状としては、前記回転対称軸を含む断面において角や窪みがない滑らかな輪郭線をもつもの、例えば上記断面において短軸が回転対称軸に一致する楕円を輪郭線とするものなどがあり、球を扁平にした形状（球の中心を通る軸を一つ定め、前記軸方向に寸法を縮めた形状）を挙げることもできる。

プリフォーム製法Ｉでは、ガラスを塑性変形可能な温度域で成形するので、ガラス塊をプレス成形することによりプリフォームを作製してもよい。その場合、プリフォームの形状を比較的自由に設定することができるので、目的とする光学素子の形状に近似させ、例えば、対向する面の一方を凸、他方を凹形状にしたり、両方を凹面にしたり、一方の面を平面、他方の面を凸面にしたり、一方の面を平面、他方の面を凹面にしたり、両面とも凸面に成形することもできる。

プリフォーム製法ＩＩでは、例えば、熔融ガラスを鋳型に鋳込んで成形した後、成形体の歪をアニールによって除去し、切断または割断して、所定の寸法、形状に分割し、複数個のガラス片を作製し、ガラス片を研磨して表面を滑らかにするとともに、所定の質量のガラスからなるプリフォームとする。このようにして作製したプリフォームの表面にも炭素含有膜を被覆して使用することが好ましい。プリフォーム製法ＩＩは、研削、研磨を容易にすることができる球状のプリフォーム、平板状のプリフォームなどの製造に好適である。

いずれの製法においても、使用する光学ガラスの熱的安定性が優れているため、ガラスの失透、脈理などにより不良品が発生しにくく、高品質のプリフォームを安定して製造することができ、光学素子の製造プロセス全体の量産性を高めることができる。

次に、精密プレス成形による光学素子の量産性をさらに高める上から、より好ましいプリフォームについて説明する。

本発明の光学ガラスはガラス素材の面から、優れた精密プレス成形性を提供するが、精密プレス成形におけるガラスの変形量を減少させることにより、精密プレス成形時のガラスと成形型の温度の低下、プレス成形に要する時間の短縮化、プレス圧力の低下などが可能になる。その結果、ガラスと成形型成形面との反応性が低下し、精密プレス成形時に発生する上記不具合が低減され、量産性がより高まる。

レンズを精密プレス成形する場合に使用する好ましいプリフォームは、互いに反対方向を向く被プレス面（精密プレス成形時に対向する成形型成形面でプレスされる面）を有するプリフォームであり、さらに２つの被プレス面の中心を貫く回転対称軸を有するプリフォームがより好ましい。こうしたプリフォームのうち、メニスカスレンズの精密プレス成形に好適なものは、被プレス面の一方が凸面、他方が凹面、平面、前記凸面より曲率が小さいと凸面のいずれかであるプリフォームである。

また、両凹レンズの精密プレス成形に好適なプリフォームは、被プレス面の一方が凸面、凹面、平面のいずれか、他方が凸面、凹面、平面のいずれかであるプリフォームである。
両凸レンズの精密プレス成形に好適なプリフォームは、被プレス面の一方が凸面、他方が凸面または平面のプリフォームである。

いずれの場合も精密プレス成形品の形状に、より近似する形状のプリフォームが好ましい。

熔融ガラス塊をプリフォーム成形型を用いてプリフォームに成形する場合、前記成形型上のガラスの下面は成形型成形面の形状によって概ね定まる。一方、前記ガラスの上面は熔融ガラスの表面張力とガラスの自重によって定まる形状となる。精密プレス成形時におけるガラスの変形量を低減するには、プリフォーム成形型において成形中のガラスの上面の形状も制御する必要がある。熔融ガラスの表面張力とガラスの自重によって定まるガラス上面の形状は凸面状の自由表面となるが、上面を平面、凹面あるいは前記自由表面よりも曲率が小さい凸面にするには、前記ガラス上面に圧力を加える。具体的には、ガラス上面を所望形状の成形面を有する成形型でプレスしたり、ガラス上面に風圧を加えて所望形状に成形する。なお、成形型でガラス上面をプレスする際、成形型の成形面に複数のガス噴出口を設け、これらガス噴出口からガスを噴出して成形面とガラス上面の間にガスクッションを形成し、ガスクッションを介してガラス上面をプレスしてもよい。あるいは、上記自由表面よりも曲率の大きい面にガラス上面を成形したい場合は、ガラス上面を近傍に負圧を発生させて上面を盛り上げるように成形してもよい。

また、精密プレス成形品の形状に、より近似する形状のプリフォームを得るために、表面を研磨したプリフォームも好ましい。例えば、被プレス面の一方が平面または球面の一部になるように研磨され、他方が球面の一部または平面になるように研磨されたプリフォームが好ましい。球面の一部は凸面でも凹面でもよいが、凸面とするか凹面とするかは、上記のように精密プレス成形品の形状によって決めることが望ましい。

上記各プリフォームは、直径が１０ｍｍ以上のレンズの成形に好ましく、直径が２０ｍｍ以上のレンズの成形により好ましい。また中心肉厚が２ｍｍを超えるレンズの成形にも好ましい。

（光学素子）
以下、本発明の光学素子を具体的に説明する。
本発明の光学素子は、本発明の光学ガラスより構成される光学素子である。

光学素子の種類は限定されないが、典型的なものとしては、非球面レンズ、球面レンズ、あるいは平凹レンズ、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を例示することができる。光学素子として、好ましくは、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどのレンズ、プリズム、回折格子を例示することができる。上記各レンズは非球面レンズであってもよいし、球面レンズであってもよい。表面には必要に応じて反射防止膜や波長選択性のある部分反射膜などを設けてもよい。

＜光学素子の製造方法＞
次に本発明の光学素子の製造方法について説明する。
本発明の光学素子は、上記本発明のプリフォームをプレス成形型を用いて精密プレス成形することにより製造できる。

本発明の光学素子の製造方法の好ましい態様は、上記本発明のプリフォームを、同一のプレス成形型を用いて精密プレス成形する工程を繰り返し、光学素子を量産する方法である。

プレス成形型ならびにプリフォームの加熱および精密プレス成形工程は、プレス成形型の成形面あるいは前記成形面に設けられた離型膜の酸化を防止するため、窒素ガス、あるいは窒素ガスと水素ガスの混合ガスなどのような非酸化性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。非酸化性ガス雰囲気中ではプリフォーム表面を被覆する炭素含有膜も酸化されずに、精密プレス成形された成形品の表面に前記膜が残存することになる。この膜は、最終的には除去するべきものであるが、炭素含有膜を比較的容易にしかも完全に除去するには、精密プレス成形品を酸化性雰囲気、例えば大気中において加熱すればよい。炭素含有膜の酸化、除去は、精密プレス成形品が加熱により変形しないような温度で行うべきである。具体的には、ガラスの転移温度未満の温度範囲において行うことが好ましい。

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。離型膜としては、炭素含有膜や窒化物膜、貴金属膜が挙げられ、炭素含有膜としては水素化カーボン膜、炭素膜などが好ましい。

光学素子の製造方法には、以下に示す２つの態様がある。

第１の態様（光学素子製法Ｉという）は、プリフォームをプレス成形型に導入し、前記プリフォームとプレス成形型を一緒に加熱して精密プレス成形する光学素子の製造方法であり、第２の態様（光学素子製法ＩＩという）は、加熱したプリフォームを予熱したプレス成形型に導入し、精密プレス成形する光学素子の製造方法である。

光学素子製法Ｉでは、成形面が精密に形状加工された対向した一対の上型と下型との間にプリフォームを供給した後、ガラスの粘度が１０^５〜１０^９ｄＰａ・ｓ相当の温度まで成形型とプリフォームの両者を加熱してプリフォームを軟化し、これを加圧成形することによって、成形型の成形面をガラスに精密に転写する。光学素子製法Ｉは、面精度、偏心精度など成形精度の向上を重視した場合、推奨される方法である。

光学素子製法ＩＩでは、成形面が精密に形状加工された対向した一対の上型と下型との間に、予めガラスの粘度で１０^４〜１０^８ｄＰａ・ｓに相当する温度に昇温したプリフォームを供給し、これを加圧成形することによって、成形型の成形面をガラスに精密に転写することができる。光学素子製法ＩＩは、生産性向上を重視した場合に推奨される方法である。

加圧時の圧力及び時間は、ガラスの粘度などを考慮して適宜決定することができ、例えば、プレス圧力は約５〜１５ＭＰａ、プレス時間は１０〜３００秒とすることができる。プレス時間、プレス圧力などのプレス条件は成形品の形状、寸法に合わせて周知の範囲で適宜設定すればよい。

この後、成形型と精密プレス成形品を冷却し、好ましくは歪点以下の温度となったところで、離型し、精密プレス成形品を取出す。なお、光学特性を精密に所望の値に合わせるため、冷却時における成形品のアニール処理条件、例えばアニール速度等を適宜調整してもよい。

なお、本発明の光学素子は、プレス成形工程を経なくても作製することはできる。例えば、均質な熔融ガラスを鋳型に鋳込んでガラスブロックを成形し、アニールして歪を除去するとともに、ガラスの屈折率が所望の値になるようにアニール条件を調整して光学特性の調整を行ったのち、次にガラスブロックを切断または割断してガラス片を作り、さらに研削、研磨して光学素子に仕上げることにより得ることができる。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の光学ガラスを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。

光学ガラスの原料として、酸化物、リン酸塩、フッ化物などを使用し、表１〜６に示す実施例１〜４０及び比較例１〜２１の組成を有する光学ガラスとなるように、前記原料をガラス化した後に１００ｇとなるように秤量し、十分混合して、白金坩堝に投入し、電気炉にて１０００〜１３００℃で１〜２時間熔融した後、適時撹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内に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷して歪みを取り除くことで、実施例１〜４０及び比較例１〜２１の光学ガラスを得た。それぞれの光学ガラスについて、比重、屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、磨耗度の測定を行い、さらに、耐失透安定性について評価した。

（ｉ）比重、（ｉｉ）屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）、及び（ｉｉｉ）磨耗度の測定は、それぞれ、日本光学硝子工業会規格に準じた、（ｉ）「ＪＯＧＩＳ０５−１９７５光学ガラスの比重の測定方法」、（ｉｉ）「ＪＯＧＩＳ０１−２００３光学ガラスの屈折率の測定方法」、及び（ｉｉｉ）「ＪＯＧＩＳ１０−１９９４光学ガラスの磨耗度の測定方法」に記載された方法に従って行った。測定の結果を、表１〜６に併記する。

さらに、耐失透安定性については、下記の評価方法及び評価基準で、評価した。評価の結果を、表１〜６に併記する。
＜耐失透安定性の評価方法＞
得られたガラスについて、目視にて失透（結晶及び分相）の有無を確認した。
＜耐失透安定性の評価基準＞
○：失透（結晶及び分相）なし
×：失透（結晶及び分相）あり

表１〜４に示したように、本発明に従い得られた実施例１〜４０の光学ガラスは、全て、本発明で目標とする比重、耐失透安定性、屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、及び磨耗度を満たしている。

これに対し、表５及び６に示した比較例１〜２１の光学ガラスは、それぞれ以下に述べる点において、目標を満たしていない。
比較例１の光学ガラスは、Ｐ^５＋の含有量が多いため、耐失透安定性が低い。
比較例２の光学ガラスは、Ｐ^５＋の含有量が少ないため、磨耗度が大きい。
比較例３の光学ガラスは、Ａｌ^３＋の含有量が多いため、耐失透安定性が低い。
比較例４の光学ガラスは、Ａｌ^３＋の含有量が少ないため、磨耗度が大きい。
比較例５の光学ガラスは、Ｍｇ^２＋の含有量が多いため、耐失透安定性が低い。
比較例６の光学ガラスは、Ｍｇ^２＋の含有量が少ないため、比重及び磨耗度が大きい。
比較例７の光学ガラスは、Ｃａ^２＋の含有量が多いため、耐失透安定性が低い。
比較例８の光学ガラスは、Ｃａ^２＋を含有していないため、耐失透安定性が低い。
比較例９の光学ガラスは、Ｓｒ^２＋の含有量が多いため、耐失透安定性が低い。
比較例１０の光学ガラスは、Ｂａ^２＋の含有量が多いため、比重及び磨耗度が大きい。
比較例１１の光学ガラスは、Ｂａ^２＋の含有量が少ないため、耐失透安定性が低い。
比較例１２の光学ガラスは、Ｚｎ^２＋の含有量が多いため、アッベ数（νｄ）が低く、比重が大きい。
比較例１３の光学ガラスは、Ｙ^３＋の含有量が多いため、耐失透安定性及びアッベ数（νｄ）が低い。
比較例１４の光学ガラスは、Ｙ^３＋の含有量が少ないため、磨耗度が大きい。
比較例１５の光学ガラスは、Ｌｉ^＋を含有するため、磨耗度が大きい。
比較例１６の光学ガラスは、Ｎａ^＋を含有するため、磨耗度が大きい。
比較例１７の光学ガラスは、Ｋ^＋を含有するため、磨耗度が大きい。
比較例１８の光学ガラスは、Ｌａ^３＋を含有するため、比重が大きい。
比較例１９の光学ガラスは、Ｇｄ^３＋を含有するため、比重が大きい。
比較例２０の光学ガラスは、Ｏ^２−の含有量が多い（Ｆ⁻の含有量が少ない）ため、耐失透安定性及びアッベ数（νｄ）が低い。
比較例２１の光学ガラスは、Ｆ⁻の含有量が多い（Ｏ^２−の含有量が少ない）ため、比重及び磨耗度が大きい。

Claims

カチオン％表示で、
Ｐ^５＋：３６〜４０％、
Ａｌ^３＋：１１〜１６％、
Ｍｇ^２＋：１１〜１９％、
Ｃａ^２＋：０％超２％以下、
Ｓｒ^２＋：０〜４％、
Ｂａ^２＋：２５〜３１％、
Ｚｎ^２＋：０％以上２．４％未満、
Ｙ^３＋：２〜７％、
Ｚｎ^２＋とＹ^３＋の合計量（Ｚｎ^２＋＋Ｙ^３＋）：３〜７％、
を含有し、
アニオン％表示で、
Ｏ^２−：７４〜７８％、
Ｆ⁻：２２〜２６％、
を含有する組成からなり、
Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｌａ^３＋及びＧｄ^３＋を含有せず、
屈折率（ｎｄ）が１．５８〜１．６０で、アッベ数（νｄ）が６７〜６９であることを特徴とする光学ガラス。
比重が４．１０以下である請求項１に記載の光学ガラス。
磨耗度が４２０以下である請求項１又は２に記載の光学ガラス。
請求項１〜３のいずれかに記載の光学ガラスを素材としてなることを特徴とする精密プレス成形用プリフォーム。
請求項１〜３のいずれかに記載の光学ガラスを素材としてなることを特徴とする光学素子。