KR100977696B1

KR100977696B1 - 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체, 광학 소자 및 그의제조 방법

Info

Publication number: KR100977696B1
Application number: KR1020040068084A
Authority: KR
Inventors: 하야시가즈따까
Original assignee: 호야 가부시키가이샤
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2010-08-24
Also published as: KR20050021938A; CN100344564C; US20050049135A1; EP1510505A1; CN1590329A

Abstract

본 발명은 PbO 를 함유하지 않는 고굴절률 및 저분산성 광학 유리로 형성되고 정밀 프레스 성형이 수행된 후에 광학 기능 표면의 절단 및 연마 중 어떤 것도 필요하지 않은 정밀 성형 유리 예비성형체를 제공하는데, 상기 광학 유리는 몰% 로 40 ∼ 60 % 의 B₂O₃ (40 % 제외), 5 ∼ 25 % 의 La₂O₃, 2 ∼ 22 % 의 Gd₂O₃, 5 ∼ 45 % 의 ZnO 및 0 ∼ 10 % 의 SiO₂ (10 % 제외) 를 유리 성분으로서 포함하고, PbO 를 함유하지 않고, 여기서, B₂O₃ 및 SiO₂ 의 총함량에 대한 B₂O ₃ 의 함량비 (B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂)) 는 0.84 초과 1.00 이하이고, Gd₂O₃ 및 Nb₂O₅ (임의 성분) 의 총함량에 대한 Gd₂O₃ 의 함량비 (Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Nb₂O₅)) 는 0.91 초과 1.00 이하이고, 광학 유리는 1.80 초과 2.00 이하의 굴절률 (nd) 및 40 ∼ 45 (45 제외) 의 아베수(Abbe's number; νd) 를 가진다.

정밀 프레스 성형 유리 예비성형체

Description

정밀 프레스 성형 유리 예비성형체, 광학 소자 및 그의 제조 방법 {PRECISION PRESS-MOLDING GLASS PREFORM, OPTICAL ELEMENT AND PROCESSES FOR THE PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체, 유리 예비성형체의 제조 방법, 광학 소자 및 광학 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들어 광학 소자, 예컨대 초정밀 비구면 렌즈, 초정밀 구면 렌즈 등의 제조에 적합하게 적용될 수 있다.

최근, 광학계를 이용하는 기계 및 장비는 디지탈 카메라의 출현과 함께 집적도 및 기능의 정도가 급속히 향상되고 있다. 이러한 상황하에서, 광학계의 정밀도를 증가시키고 그의 중량 및 크기를 감소시키기 위한 요구가 크게 증가하고 있다. 비구면 렌즈를 이용하는 광학 디자인은 이들 요구를 극복하기 위한 대세를 이루고 있다.

고굴절률 및 저분산도의 특성 또는 고굴절률 및 고분산도의 특성을 갖는 고기능성 유리로 만들어진 대량의 비구면 렌즈를 저비용으로 적합하게 공급하기 위해, 절단 및 연마의 단계를 필요로 하지 않으면서 정밀 프레스 성형으로 광학 표면을 직접 형성하는 성형 기술에 관심이 집중되고 있다. 동시에, 상기 성형 기술에 적합한 고기능성 광학 유리에 대한 요구가 증가하고 있다.

정밀 프레스 성형 방법에서, 소정 형태를 갖는 공동을 가진 주형을 제공하고, 유리 성형 중간체 (유리 예비성형체) 는 고온에서 프레스 성형되어 최종 제품의 형태 및 표면 정밀도 또는 최종 제품에 아주 근접한 형태 및 표면 정밀도를 갖는 유리 성형체를 얻는다. 정밀 프레스 성형에 사용된 주형은 또한 고온에 노출되고, 그 위에 고압을 적용하는데, 그 결과, 주형 자체, 또는 주형의 성형 표면 상에 형성된 주형 분리 필름에 대한 손상이 생긴다. 주형 또는 주형 분리 필름에 대한 상기 손상을 억제하기 위해, 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 구성하기 위한 광학 유리의 유리전이온도 (Tg) 및 유동 온도 (Ts) 를 감소시키는 것이 바람직하고, 그 결과, 광학 유리의 Tg 및 Ts 는 가능한한 낮게 된다.

낮은 유리전이온도 및 낮은 유동 온도를 갖는 고굴절률 및 저분산성 광학 유리로서, 필수 성분으로서 PbO 등을 함유하는 광학 유리가 공지되어 있다 (예를 들어, JP-A-3-50138 에 기재되어 있음).

상기 광학 유리는 굴절률을 증가시키기 위한 유해한 PbO 를 혼입할 필요가 있다는 문제가 있다.

이러한 상황 하에서, PbO 를 함유하지 않고, 고굴절률 및 저분산성, 낮은 유리전이온도 및 낮은 유동 온도를 가지며, 기계적 공정, 예컨대 정밀 프레스 성형 후의 광학 기능 표면의 절단 및 연마를 필요로 하지 않는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체, 유리 예비성형체의 제조 방법, 상기 유리 예비성형체로부터 수득한 광학 소자 및 광학 소자의 제조 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은 부지런히 연구했고, 그 결과, PbO 를 함유하지 않으면서 고굴절률 및 저분산성을 갖는, 필수 성분으로서 특정 성분을 특정 함량으로 함유하는 신규 광학 유리를 발견했다. 따라서, 본 발명을 완성했다.

즉, 본 발명은 하기를 제공한다:

(1) 유리 성분으로서 몰% 로 40 ∼ 60 % 의 B₂O₃ (40 % 제외), 5 ∼ 25 % 의 La₂O₃, 2 ∼ 22 % 의 Gd₂O₃, 5 ∼ 45 % 의 ZnO 및 0 ∼ 10 % 의 SiO₂ (10 % 제외) 를 포함하나, PbO 를 함유하지 않는 광학 유리로 형성된 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체로, 여기서, B₂O₃ 및 SiO₂ 의 총함량에 대한 B₂O₃ 의 함량비 (B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂)) 는 0.84 초과 1.00 이하이고, Gd₂O₃ 및 Nb₂O₅ (임의 성분) 의 총함량에 대한 Gd₂O₃ 의 함량비 (Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Nb₂O₅)) 는 0.91 초과 1.00 이하이고, 광학 유리는 1.80 초과 2.00 이하의 굴절률 (nd) 및 40 ∼ 45 (45 제외) 의 아베수(Abbe's number; νd) 를 가짐,

(2) 상기 (1) 에 있어서, 광학 유리는 몰% 로 0.5 ∼ 15 % 의 Li₂O (Li₂O 및 ZnO 의 총함량은 10 % 이상임), 0.5 ∼ 10 % 의 ZrO₂, 0.2 ∼ 10 % 의 Ta₂O₅, 0 ∼ 10 % 의 WO₃, 0 ∼ 4 % 의 Y₂O₃ 및 0 ∼ 0.5 % 의 Yb₂O₃ 를 추가로 함유하고, La₂O₃ 및 Gd₂O₃ 는 12 % 이상의 총함량을 갖는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체,

(3) 상기 (1) 에 있어서, B₂O₃ 및 SiO₂ 의 총함량에 대한 SiO₂ 의 함량의 비 (SiO₂/(B₂O₃+SiO₂)) 는 0 이상 0.16 미만이고, Gd₂O₃ 및 Nb₂O₅ 의 총함량에 대한 Nb₂O₅ 의 함량의 비 (Nb₂O₅/(Gd₂O₃+Nb₂O₅)) 는 0 이상 0.09 미만인 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체,

(4) 상기 (1) 에 있어서, 광학 유리는 유리전이온도 650 ℃ 이하를 갖는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체,

(5) 상기 (1) 에 있어서, 광학 유리는 액상선 온도에서 4 ∼ 40 dPaㆍs 의 점도를 갖는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체,

(6) 상기 (1) 에 있어서, 용융 상태에서 광학 유리의 고화로 형성된 모든 표면을 갖는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체,

(7) 상기 (1) 에 있어서, 자유 표면으로 형성된 모든 표면을 갖는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체,

(8) 용융 유리로부터 소정 중량을 갖는 용융 유리 덩어리를 분리하고 유리 덩어리를 냉각하여 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체 (이는 유리 예비성형체는 소정 중량의 유리 덩어리와 동등한 중량을 가짐) 를 제조함을 포함하는, 상기 (1) 에 기재된 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체의 제조 방법,

(9) 상기 (8) 에 있어서, 유리 예비성형체는 용융 유리 덩어리에 가스 압력을 적용하여 용융 유리 덩어리를 부유시키면서 형성되는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체의 제조 방법,

(10) 상기 (1) 에 기재된 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 가열하고 유리 예비성형체를 정밀 프레스 성형하여 수득한 생성물인 광학 소자,

(11) 상기 (8) 에 기재된 방법으로 제조한 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 가열하고 유리 예비성형체를 정밀 프레스 성형하여 수득한 생성물인 광학 소자,

(12) 상기 (1) 에 기재된 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 가열하고, 유리 예비성형체를 정밀 프레스 성형함을 포함하는 광학 소자의 제조 방법,

(13) 상기 (8) 에 기재된 방법으로 제조한 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 가열하고 유리 예비성형체를 정밀 프레스 성형함을 포함하는 광학 소자의 제조 방법,

(14) 상기 (12) 또는 (13) 에 있어서, 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체는 프레스 주형에 도입되고 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체는 프레스 주형과 함께 가열되고 정밀 프레스 성형되는 광학 소자의 제조 방법, 및

(15) 상기 (12) 또는 (13) 에 있어서, 프레스 주형보다 높은 온도로 예열된 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체가 프레스 주형에 도입된 다음, 정밀 프레스 성형되는 광학 소자의 제조 방법.

본 발명에 따라, 고굴절률 및 저분산성을 가지며, PbO 를 함유하지 않고 낮은 유리전이온도 (Tg) 및 낮은 유동 온도를 가지는 광학 유리로 형성되는 신규 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 제공할 수 있다. 이러한 정밀 프레스 성형용 예비성형체가 정밀 프레스 성형될 때, 고굴절률 및 저분산성을 갖는 광학 소자는 프레스 주형, 및 프레스 주형의 표면 상에 제공된 주형 분리 필름을 손상시키지 않으면서 용이하게 효율적으로 제조될 수 있다.

발명의 바람직한 구현예

먼저, 본 발명에 의해 제공하는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체 (정밀 프레스 성형용 유리 예비성형체; 종종 "본 발명의 유리 예비성형체") 를 하기에서 설명한다.

본 발명의 유리 예비성형체는 특정 성분을 특정 함량으로 가지고, 고굴절률 및 저분산성을 갖는 광학 유리로 형성된다. 즉, 본 발명의 유리 예비성형체는 특징적으로 유리 성분으로서 몰% 로 40 ∼ 60 % 의 B₂O₃ (40 % 제외), 5 ∼ 25 % 의 La₂O₃, 2 ∼ 22 % 의 Gd₂O₃, 5 ∼ 45 % 의 ZnO 및 0 ∼ 10 % 의 SiO₂ (10 % 제외) 를 포함하나, PbO 를 함유하지 않는 광학 유리로 형성되고, 여기서, B₂O₃ 및 SiO₂ 의 총함량에 대한 B₂O₃ 의 함량비 (B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂)) 는 0.84 초과 1.00 이하이고, Gd₂O₃ 및 Nb₂O₅ (임의 성분) 의 총함량에 대한 Gd₂O₃ 의 함량비 (Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Nb₂O₅)) 는 0.91 초과 1.00 이하이고, 광학 유리는 1.80 초과 2.00 이하의 굴절률 (nd) 및 40 ∼ 45 (45 제외) 의 아베수 (νd) 를 갖는다.

달리 언급하지 않으면, 성분의 함량 및 전체 함량은 하기에서 몰 % 로 표시되며, 성분의 비는 하기에서 또한 몰비로 표시된다.

B₂O₃ 는 필수 성분이고, 산화물을 형성하는 유리 네트워크로서 작용한다. 고굴절성 성분, 예컨대 La₂O₃, Gd₂O₃ 등이 다량으로 혼입될 때, 유리를 형성하기 위한 성분을 형성하는 주된 유리 네트워크로서 B₂O₃ 를 사용할 필요가 있다. 그러나, B₂O₃ 의 함량이 60 % 를 초과할 때, 유리의 굴절률은 감소하는데, 이는 고굴절성 유리를 수득하기 위한 목적을 더 이상 달성할 수 없다. 함량이 40 % 이하일 때, 불투명성에 대한 충분한 안정성을 얻을 수 없거나, 유리의 용융성은 감소한다. 따라서, B₂O₃ 의 함량은 40 ∼ 60 % (40 % 제외) 로 제한된다. B₂O₃ 의 혼입에 의해 발생된 상기 효과를 개선하기 위해, 그의 함량은 바람직하게는 41 ∼ 60 %, 더욱 바람직하게는 45 % 초과 60 % 이하이다. B₂O₃ 의 함량이 중량% 로 표현될 때, B₂O₃ 의 함량은 바람직하게는 15 중량% 초과 40 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 16 ∼ 35 중량% 이다.

La₂O₃ 는 또한 필수 성분이고, 유리의 굴절률을 증가시키고, 불투명성에 대한 유리의 안정성을 감소시키거나 분산성을 증가시키지 않으면서 유리의 화학적 내구성을 향상시킨다. 그러나, 함량이 5 % 미만일 때, 상기 효과는 충분히 얻지 못한다. 25 % 초과할 때, 유리는 불투명성에 대한 안정성이 크게 저하된다. 따라서, La₂O₃ 의 함량은 5 ∼ 25 % 로 제한된다. 상기 효과를 추가로 향상시키기 위해, La₂O₃ 의 함량은 더욱 바람직하게는 5 ∼ 23 %, 더욱 더 바람직하게는 7 ∼ 20 % 이다. La₂O₃ 의 함량이 중량% 로 표현될 때, 그의 함량은 바람직하게는 10 ∼ 45 중량%, 더욱 바람직하게는 12 ∼ 44 중량% 이다.

La₂O₃ 와 마찬가지로, Gd₂O₃ 는 또한 불투명성에 대한 유리의 안정성 및 저분산성을 저하시키지 않으면서 유리의 굴절률 및 화학적 내구성을 향상시키기 위한 필수 성분이다. Gd₂O₃ 의 함량이 22 % 를 초과할 때, 유리는 불투명성에 대한 안정성이 저하되기 쉽고 유리는 유리전이온도의 증가에 기인하여 정밀 프레스 성형성이 저하되기 쉽다. 2 % 미만일 때, 고굴절률을 유지하면서 유리의 화학적 내구성을 향상시키기 어렵다. 따라서, Gd₂O₃ 의 함량은 2 ∼ 22 % 로 제한된다. Gd₂O₃ 의 함량은 더욱 바람직하게는 범위 2 ∼ 20 %, 더욱 더 바람직하게는 2 ∼ 15 %, 가장 바람직하게는 2 ∼ 10 % 이다. Gd₂O₃ 의 함량이 중량% 로 표현될 때, Gd₂O₃ 의 함량은 바람직하게는 9 중량% 초과 45 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 9.5 ∼ 40 중량% 이다.

1.80 초과 2.00 이하의 굴절률 (nd) 및 40 ∼ 45 (40 제외) 의 아베수 (νd) 를 달성하기 위해, La₂O₃ 및 Gd₂O₃ 의 총함량은 바람직하게는 12 % 이상, 더욱 바람직하게는 12 ∼ 32 %, 더욱 더 바람직하게는 14 ∼ 27 % 로 조절된다.

ZnO 는 또한 필수 성분이고, 유리의 용융 온도, 액상선 온도 및 유리전이온도를 감소시키고, 유리의 굴절률의 조절에 필요 불가결하다. ZnO 의 함량이 5 % 미만일 때, 기대되는 상기 효과를 얻을 수 없다. 45 % 를 초과할 때, 유리의 분산성은 증가되고, 유리는 불투명성에 대한 안정성이 열등하고, 화학적 내구성이 열 등하다. 따라서, ZnO 의 함량은 5 ∼ 45 % 의 범위로 제한된다. ZnO 의 함량은 바람직하게는 범위 10 ∼ 32 % 이다. ZnO 의 함량이 중량% 로 표현될 때, 바람직하게는 3 ∼ 15 %, 더욱 바람직하게는 4 ∼ 14 % 이다.

유리의 안정성 및 굴절률을 향상시키기 위해 혼입될 수 있는 Nb₂O₅ 는 임의 성분이다. Nb₂O₅ 는 Gd₂O₃ 및 Nb₂O₅ (임의 성분) 의 총함량에 대한 Gd₂O₃ 의 함량의 비 (Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Nb₂O₅)) 가 0.91 초과 1.00 이하일 정도로 혼입된다. 상기 비는 더욱 바람직하게는 0.92 ∼ 1.00 이다. 또한, Gd₂O₃ 및 Nb₂O₅ 의 총함량에 대한 Nb₂O₅ 의 함량의 비 (Nb₂O₅/(Gd₂O₃+Nb₂O₅)) 는 바람직하게는 0 이상 0.09 미만, 더욱 바람직하게는 0 ∼ 0.08 이다. 또한, Nb₂O₅ 의 함량 및 Gd₂O₃ 의 함량의 중량비 (Nb₂O₅ 함량/Gd₂O₃ 함량) 는 바람직하게는 0.1 이하이다. Nb₂O₅ 만의 함량이 결정될 때, Nb₂O₅ 의 함량은 중량% 로 바람직하게는 0 ∼ 2 % 이고, 더욱 바람직하게는, Nb₂O₅ 의 함량은 중량% 로 0 ∼ 1 중량% (1 중량% 제외) 이다.

SiO₂ 는 임의 성분이고, 다량의 La₂O₃ 및 Gd₂O₃ 를 함유하는 유리에 대해, SiO₂ 는 유리의 액상선 온도를 감소시키고, 고온에서 유리의 점도를 향상시키고, 유리의 안정성을 크게 향상시킨다. SiO₂ 가 과량으로 혼입될 때, 유리의 굴절률은 감소하고, 또한 유리전이온도는 증가하는데, 그 결과, 유리의 정밀 프레스 성형은 어렵다. 따라서, SiO₂ 의 함량은 범위 0 ∼ 10 % (10 % 제외) 이고, 이 범위에서, B₂O₃ 및 SiO₂ 의 총함량에 대한 B₂O₃ 의 함량의 비 (B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂)) 가 0.84 초과 1.00 이하이도록 결정된다. (B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂)) 의 비는 바람직하게는 0.85 ∼ 1.00 이다. 더욱 바람직하게는, SiO₂ 의 함량은 0 ∼ 9 % 이고, (B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂)) 의 비는 0.85 ∼ 1.00 이다. 더욱 더 바람직하게는, SiO₂ 의 함량은 0 ∼ 6 % 이고, (B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂)) 의 비는 0.85 ∼ 1.00 이다. 특히 바람직하게는, SiO₂ 의 함량은 0 ∼ 6 % 이고, (B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂)) 의 비는 0.88 ∼ 1.00 이다.

상기 견해로부터, B₂O₃ 및 SiO₂ 의 총함량에 대한 SiO₂ 의 함량의 비 (SiO₂/(B₂O₃+SiO₂)) 는 바람직하게는 0 이상 0.16 미만, 더욱 바람직하게는 0 ∼ 0.15 이다.

상기 SiO₂ 의 함량이 중량% 로 표현될 때, SiO₂ 의 함량은 바람직하게는 0 ∼ 6 중량% (6 중량% 제외), 더욱 바람직하게는 0 ∼ 5 중량% (5 중량% 제외), 더욱 더 바람직하게는 0 ∼ 4.5 중량% 이다.

Li₂O 는 임의 성분이다. 다른 알칼리 금속 산화물과 비교해 보면, Li₂O 는 유리의 굴절률 및 화학적 내구성을 크게 감소시키지 않으면서 유리전이온도를 크게 감소시키는 성분이다. Li₂O 가 소량으로 혼입될 때, 상기 효과의 정도는 특히 크고, 유리의 열적 특성을 조절하는데 효과적인 성분이다. 그러나, 그의 함량이 15 % 초과할 때, 불투명성에 대한 유리의 안정성은 크게 감소하고, 유리의 액상선 온도는 증가한다. 따라서, Li₂O 의 함량은 바람직하게는 범위 0.5 ∼ 15 %, 더욱 바람직하게는 0.5 ∼ 10 % 이다. 그의 함량이 중량% 로 표현될 때, 바람직하게는 0 ∼ 12 중량% 이다.

Li₂O 및 ZnO 모두는 유리전이온도를 감소시키는 성분이고, 그 결과, Li₂O 및 ZnO 의 총함량은 바람직하게는 10 % 이상, 더욱 바람직하게는 15 % 이상, 더욱 더 바람직하게는 15 ∼ 35 % 이다.

ZrO₂ 는 고굴절률 및 저분산성을 얻기 위한 성분으로서 사용되는 임의 성분이다. ZrO₂ 가 혼입될 때, ZrO₂ 는 유리의 굴절률을 감소시키지 않으면서 고온에서 유리의 점도 및 불투명성에 대한 안정성을 향상시키는 효과를 가지며, 따라서, ZrO₂ 를 혼입하는 것이 바람직하다. 상기 ZrO₂ 의 효과를 향상시키기 위해, 0.5 % 이상의 ZrO₂ 를 혼입하는 것이 바람직하다. ZrO₂ 의 함량이 10 % 를 초과할 때, 액상선 온도는 급격하게 증가하고, 유리는 불투명성에 대한 안정성이 감소되고, 따라서, ZrO₂ 의 함량은 바람직하게는 범위 0.5 ∼ 10 %, 더욱 바람직하게는 1 ∼ 10 % 이다. ZrO₂ 의 함량이 중량% 로 표현될 때, 바람직하게는 0 ∼ 9 중량% 이다.

Ta₂O₅ 는 고굴절률 및 저분산성을 (유리에) 부여하기 위한 성분으로서 사용 되는 임의 성분이다. 소량의 Ta₂O₅ 가 혼입될 때, Ta₂O₅ 는 유리의 굴절률을 감소시키지 않으면서 고온에서 유리의 점도 및 불투명성에 대한 안정성을 향상시키는 효과를 가지며, 따라서 Ta₂O₅ 를 혼입하는 것이 바람직하다. 상기 효과를 향상시키기 위해, 0.2 % 이상의 Ta₂O₅ 를 혼입하는 것이 바람직하다. 액상선 온도의 급격한 증가 및 분산성의 증가를 피하기 위해, 그의 함량을 10 % 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 따라서, Ta₂O₅ 의 함량은 바람직하게는 0.2 ∼ 10 %, 더욱 바람직하게는 1 ∼ 8 % 이다. Ta₂O₅ 의 함량이 중량% 로 표현될 때, 바람직하게는 0 ∼ 25 중량% 이다.

WO₃ 는 유리의 안정성 및 용융성을 향상시키고 유리의 굴절률을 향상시키기 위해 필요에 따라 혼입되는 성분이다. 그의 함량이 10 % 초과일 때, 유리의 분산은 강하게 되고, 따라서, 필요한 저분산성을 더 이상 얻을 수 없다. 따라서, WO₃ 의 함량은 바람직하게는 0 ∼ 10 %, 더욱 바람직하게는 0 ∼ 7 %, 더욱 더 바람직하게는 0.5 ∼ 7 % 이다. WO₃ 의 함량이 중량% 로 표현될 때, 바람직하게는 0 ∼ 15 중량% 이다.

Y₂O₃ 및 Yb₂O₃ 는 유리에 고굴절률 및 저분산성을 부여하기 위해 사용되는 임의 성분이다. 각각 소량으로 혼입될 때, 유리의 안정성 및 화학적 내구성을 향상시킨다. 과량으로 혼입될 때, 불투명성에 대한 유리의 안정성을 손상시키고, 유리의 유리전이온도 및 유동 온도를 증가시킨다. 따라서, Y₂O₃ 의 함량은 바람직하게는 0 ∼ 4 %, 더욱 바람직하게는 0 ∼ 3 % 이다. Y₂O₃ 의 함량이 중량% 로 표현될 때, 바람직하게는 0 ∼ 6 중량% (6 중량% 제외), 더욱 바람직하게는, 0 ∼ 5 중량% 이다. Yb₂O₃ 의 함량은 바람직하게는 0 ∼ 0.5 % 이다. Yb₂O ₃ 의 함량이 중량% 로 표현될 때, 바람직하게는 0 ∼ 1 중량% (1 중량% 제외), 더욱 바람직하게는 0 ∼ 0.9 중량% 이다.

바람직하게는, La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃ 및 Yb₂O₃ 의 총함량은 12 ∼ 32 % 로 조절된다. 또한, 중량% 에 의한 상기 총함량은 바람직하게는 50 중량% 미만, 더욱 바람직하게는 49 중량% 이하로 조절된다.

TiO₂ 는 유리의 광학 상수를 조절하기 위해 혼입될 수 있는 임의 성분이다. 과량으로 혼입될 때, 분산은 증대되고, 목적하는 광학 상수는 더 이상 얻을 수 없다. 따라서, TiO₂ 의 함량은 바람직하게는 0 ∼ 3 % 이고, 더욱 바람직하게는, TiO₂ 는 혼입되지 않는다. TiO₂ 의 함량이 중량% 로 표현될 때, 바람직하게는 범위 0 ∼ 2 중량% (2 중량% 제외), 더욱 바람직하게는 범위 0 ∼ 1.5 중량% 이다.

CaO 는 유리의 물리적인 특성을 조절하기 위해 혼입될 수 있는 임의 성분이다. 과량으로 혼입될 때, 광학 상수는 감소하고, 원하는 굴절률은 얻을 수 없다. 따라서, CaO 의 함량은 바람직하게는 0 ∼ 5 % 로 제한되고, 더욱 바람직하게는, CaO 는 혼입되지 않는다. CaO 의 함량이 중량% 로 표현될 때, 바람직하 게는 범위 0 ∼ 3 중량% (3 중량% 제외), 더욱 바람직하게는 범위 0 ∼ 2.5 중량% 이다.

BaO 는 유리에 고굴절률 및 저분산성을 부여하는 성분으로서 사용된다. 소량으로 혼입될 때, 유리의 안정성 및 화학적 내구성을 향상시킨다. BaO 의 함량이 8 % 초과일 때, 불투명성에 대한 유리의 안정성을 크게 손상시키고, 유리의 유리전이온도 및 유동 온도를 증가시킨다. 따라서, BaO 의 함량은 바람직하게는 0 ∼ 8 %, 더욱 바람직하게는 0 ∼ 1 % 로 제한된다. BaO 의 함량이 중량% 로 표현될 때, 바람직하게는 범위 0 ∼ 10 중량% 이다.

Sb₂O₃ 는 소포제로서 사용된다. 유리 성분 (Sb₂O₃을 제외한 유리 조성물) 의 총량을 기준으로한 Sb₂O₃ 의 양이 1 중량% 초과일 때, 프레스 주형의 성형 표면은 정밀 프레스 성형 동안에 손상될 수 있고, 따라서, 유리 성분의 총량을 기준으로 한 Sb₂O₃ 의 양은 바람직하게는 0 ∼ 1 중량% 이다.

한편, PbO 는 본 발명의 유리 예비성형체를 구성하는 광학 유리에 함유되지 않는 성분이다. PbO 는 유해하고, PbO 는 또한, PbO 를 함유하는 유리로 형성된 예비성형체가 비(非)산화 대기에서 정밀 프레스 성형될 때, 납이 성형품의 표면에 침적되어 광학 소자의 투명성을 손상하거나 침전된 납이 프레스 주형에 부착하는 문제에 관련된다.

또한, GeO₂ 는 임의의 다른 성분과 비교했을 때 지나치게 비싸기 때문에, GeO₂ 를 혼입하지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 고가인 것을 감수해야한다면, GeO₂ 는 2 % 미만으로 혼입될 수 있다.

통상적으로, Lu₂O₃ 는 다른 광학 유리 성분으로 그렇게 자주 사용되지는 않고, 희소가치가 높고, 광학 유리용 재료로서 비싸고, 따라서, Lu₂O₃ 를 함유하지 않는 것이 바람직하다. 상기 조성물을 갖는 광학 유리는, Lu₂O₃ 가 혼입되지 않더라도, 정밀 프레스 성형에 적합한 예비성형체를 제공할 수 있다.

환경적인 문제를 야기하는 원소, 예컨대 카드뮴, 텔루륨 등, 방사성 원소, 예컨대 토륨 등, 및 독성 원소, 예컨대 비소 등 어떤 것도 혼입하는 것은 바람직하지 않다. 또한, 바람직하게는, 유리는 유리의 용융 동안에 증발 문제 등의 견지에서 불소를 함유하지 않는다.

본 발명의 예비성형체를 형성하는 광학 유리는, 성분의 바람직하거나 더욱 바람직한 함량이 필요에 따라 배합될 때, 상기 효과의 추가적인 향상을 달성할 수 있다. 무엇보다도, 하기 유리 조성 1 ∼ 6 이 바람직하다.

(조성 1)

하기 함량의 하기 성분을 함유하는 광학 유리:

B₂O₃ 40 ∼ 60 % (40 % 제외),

La₂O₃ 5 ∼ 25 %,

Gd₂O₃ 2 ∼ 22 %,

ZnO 5 ∼ 45 %,

Nb₂O₅ Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Nb₂O₅) 는 0.91 초과 1.00 이하의 조건을 만족하는

함량,

SiO₂ 0 ∼ 10 % (10 % 제외),

B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂) 는 0.84 초과 1.00 이하임,

La₂O₃ 및 Gd₂O₃ 의 총함량은 12 % 이상임,

Li₂O 0.5 ∼ 15 %,

ZnO 및 Li₂O 의 총함량은 10 % 이상임,

ZrO₂ 0.5 ∼ 10 %,

Ta₂O₅ 0.2 ∼ 10 %,

WO₃ 0 ∼ 10 %,

Y₂O₃ 0 ∼ 4 %,

Yb₂O₃ 0 ∼ 0.5 %,

TiO₂ 0 ∼ 3 %,

CaO 0 ∼ 5 %, 및

BaO 0 ∼ 8 %,

그리고 상기 유리 성분의 총량을 기준으로 0 ∼ 1 중량% 의 Sb₂O₃ 을 함유함,

(조성 2)

하기 함량의 하기 성분을 함유하는 광학 유리:

B₂O₃ 41 ∼ 60 %,

La₂O₃ 5 ∼ 25 %,

Gd₂O₃ 2 ∼ 20 %,

ZnO 5 ∼ 45 %,

Nb₂O₅ Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Nb₂O₅) 는 0.92 ∼ 1 인 조건을 만족하는 함량,

SiO₂ 0 ∼ 9 %,

B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂) 는 0.85 ∼ 1.00 임,

La₂O₃ 및 Gd₂O₃ 의 총함량은 12 % 이상 임,

Li₂O 0.5 ∼ 15 %,

ZnO 및 Li₂O 의 총량은 10 % 이상임,

ZrO₂ 0.5 ∼ 10 %,

Ta₂O₅ 0.2 ∼ 10 %,

WO₃ 0 ∼ 10 %,

Y₂O₃ 0 ∼ 3 %,

Yb₂O₃ 0 ∼ 0.5 %,

TiO₂ 0 ∼ 3 %,

CaO 0 ∼ 5 %, 및

BaO 0 ∼ 8 %,

그리고 상기 유리 성분의 총량을 기준으로 0 ∼ 1 중량% 의 Sb₂O₃ 을 함유함.

(조성 3)

하기 함량의 하기 성분을 함유하는 광학 유리:

B₂O₃ 41 ∼ 60 %,

La₂O₃ 5 ∼ 23 %,

Gd₂O₃ 2 ∼ 15 %,

ZnO 5 ∼ 45 %,

Nb₂O₅ Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Nb₂O₅) 는 0.92 ∼ 1.00 인 조건을 만족하는 함량,

SiO₂ 0 ∼ 9 %,

B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂) 는 0.85 ∼ 1.00 임,

La₂O₃ 및 Gd₂O₃ 의 총량은 12 ∼ 32% 임,

Li₂O 0.5 ∼ 15 %,

ZnO 및 Li₂O 의 총함량은 15 % 이상임,

ZrO₂ 0.5 ∼ 10 %,

Ta₂O₅ 0.2 ∼ 10 %,

WO₃ 0 ∼ 7 %,

Y₂O₃ 0 ∼ 3 %,

Yb₂O₃ 0 ∼ 0.5 %,

TiO₂ 0 ∼ 3 %,

CaO 0 ∼ 5 %, 및

BaO 0 ∼ 1 %,

그리고 상기 유리 성분의 총함량을 기준으로 0 ∼ 1 중량% 의 Sb₂O₃ 을 함유함.

(조성 4)

하기 함량의 하기 성분을 함유하는 광학 유리:

B₂O₃ 45 % 초과 60 % 이하,

La₂O₃ 5 ∼ 23 %,

Gd₂O₃ 2 ∼ 22 %,

ZnO 10 ∼ 32 %,

Nb₂O₅ 0 ∼ 2 %

Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Nb₂O₅) 는 0.91 초과 1.00 이하임,

SiO₂ 0 ∼ 6 %,

B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂) 는 0.85 ∼ 1.00 임,

La₂O₃및 Gd₂O₃ 의 총함량은 12 ∼ 32% 임,

Li₂O 0.5 ∼ 10 %,

ZnO 및 Li₂O 의 총함량은 15 % 이상임,

ZrO₂ 0.5 ∼ 10 %,

Ta₂O₅ 0.2 ∼ 10 %,

WO₃ 0 ∼ 7 %,

Y₂O₃ 0 ∼ 3 %,

Yb₂O₃ 0 ∼ 0.5 %,

TiO₂ 0 ∼ 3 %,

CaO 0 ∼ 5 %, 및

BaO 0 ∼ 1 %,

(조성 5)

하기 함량의 하기 성분을 함유하는 광학 유리:

B₂O₃ 45 % 초과 60 % 이하,

La₂O₃ 7 ∼ 20 %,

Gd₂O₃ 2 ∼ 22 %,

ZnO 10 ∼ 32 %,

Nb₂O₅ 0 ∼ 2 %

Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Nb₂O₅) 는 0.91 초과 1.00 이하임,

SiO₂ 0 ∼ 6 %,

B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂) 는 0.85 ∼ 1.00 임,

La₂O₃ 및 Gd₂O₃ 의 총함량은 14 ∼ 27% 임,

Li₂O 0.5 ∼ 10 %,

ZnO 및 Li₂O 의 총함량은 15 ∼ 35 % 임,

ZrO₂ 1 ∼ 10 %,

Ta₂O₅ 1 ∼ 8 %,

WO₃ 0 ∼ 7 %,

Y₂O₃ 0 ∼ 3 %,

Yb₂O₃ 0 ∼ 0.5 %,

TiO₂ 0 ∼ 3 %,

CaO 0 ∼ 5 %, 및

BaO 0 ∼ 1 %,

(조성 6)

하기 함량의 하기 성분을 함유하는 광학 유리:

B₂O₃ 45 % 초과 60 % 이하,

La₂O₃ 7 ∼ 20 %,

Gd₂O₃ 2 ∼ 10 %,

ZnO 10 ∼ 32 %,

SiO₂ 0 ∼ 6 %,

B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂) 는 0.85 ∼ 1.00 임,

La₂O₃ 및 Gd₂O₃ 의 총함량은 14 ∼ 27% 임,

Li₂O 0.5 ∼ 10 %,

ZnO 및 Li₂O 의 총함량은 15 ∼ 35 % 임,

ZrO₂ 1 ∼ 10 %,

Ta₂O₅ 1 ∼ 8 %,

WO₃ 0.5 ∼ 7 %,

Y₂O₃ 0 ∼ 3 %,

Yb₂O₃ 0 ∼ 0.5 %,

TiO₂ 0 ∼ 3 %,

CaO 0 ∼ 5 %, 및

BaO 0 ∼ 1 %,

본 발명의 예비성형체의 구성하는 광학 유리에서, B₂O₃, La₂O₃, ZnO, Gd₂O₃, Li₂O, ZrO₂, Ta₂O₅, WO₃ 및 SiO₂ 의 총함량은 바람직하게는 95 %, 더욱 바람직하게는 98 %, 더욱 더 바람직하게는 99 % 를 초과한다.

특히, B₂O₃, La₂O₃, ZnO, Gd₂O₃, Li₂O, ZrO₂, Ta₂O₅, WO₃ 및 SiO₂ 의 총함량은 바람직하게는 95 중량% 및 95 중량% 초과, 더욱 바람직하게는 98 중량% 및 98 중량% 초과이고, 더욱 더 바람직하게는 100 % 이다.

상기 조성 4, 5 및 6 에서, 또한, B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂) 는 더욱 바람직하게는 0.88 ∼ 1.00 이다.

본 발명의 유리 예비성형체를 구성하는 광학 유리는 1.80 초과 2.00 이하, 바람직하게는 1.80 ∼ 1.90 의 굴절률 (nd) 을 갖는다. 또한, 상기 광학 유리는 40 ∼ 45 (45 제외), 바람직하게는 40 ∼ 44.5 의 아베수 (νd) 를 갖는다.

본 발명의 유리 예비성형체를 구성하는 광학 유리는 예를 들어 종래의 방법에 따른 원료 화합물의 조제, 용융, 세정, 교반 및 균질화로 수득한 용융 유리를 형상화하고, 형상화된 유리를 냉각하여 수득할 수 있다.

본 발명의 유리 예비성형체의 정밀 프레스 성형으로 높은 표면 정밀성 및 높은 내부 품질의 필요조건을 만족시키는 광학 소자를 고생산성으로 제조하기 위해, 바람직하게는, 유리 예비성형체를 구성하는 광학 유리는 비교적 낮은 온도에서 플라스틱 변형성 상태로 된다. 유리전이온도가 높을 때, 프레스 주형의 성형 표면은 정밀 프레스 성형 동안에 자연적으로 고온에 노출되고, 그 결과, 상기 성형 표면은 격렬히 닳게 되거나 손상되게 된다. 정밀 프레스 성형에서, 프레스 주형의 성형 표면 상에 생긴 아주 작은 흠조차도 최종 생성물로서 광학 소자의 광학 기능 표면으로 이전되고, 그 결과, 광학 소자의 성능은 저하된다. 정밀 프레스 성형성을 고려한다면, 본 발명의 유리 예비성형체를 구성하는 광학 유리는 유리전이온도 (Tg) 650 ℃ 이하, 더욱 바람직하게는 630 ℃ 이하이다. 또한, 상기 광학 유리는 바람직하게는 유동 온도 (Ts) 670 ℃ 이하, 더욱 바람직하게는 650 ℃ 이하이다. 본 발명의 유리 예비성형체가 용융 유리로부터 제조될 때, 용융 유리의 안정한 흐름 및 형상화를 위해, 바람직하게는, 광학 유리는 액상선 온도에서 점도 4 ∼ 40 dPaㆍs, 더욱 바람직하게는 점도 5 ∼ 30 dPaㆍs 를 나타낸다.

본 발명의 유리 예비성형체에서, 바람직하게는, 모든 표면은 용융된 상태에서 유리의 고화에 의해 형성되고, 더욱 바람직하게는, 모든 표면은 용융된 상태에서 유리의 고화에 의해 형성되고, 기계로 마무리되지 않는다. 유리 예비성형체가 용융된 상태에서 유리의 고화에 의해 형성된 모든 표면을 가질 때, 유리 예비성형체는 매끄러운 표면 (임의의 절단 흔적 또는 임의의 연마 흔적이 없음) 을 갖는다.

바람직하게는, 본 발명의 유리 예비성형체의 모든 표면은 자유 표면으로 형성된다. 자유 표면은 임의의 고체와 접촉하지 않고, 따라서 용융된 상태 또는 연화된 상태에서 유리를 냉각하는 공정에서 유리의 표면으로 이전된 고체의 표면을 갖지 않으면서 형성된 표면을 의미한다. 상세하게는, 용융된 상태 또는 연화된 상태에서의 유리는, 유리에 가스 압력을 적용하여 부유되는 동안에, 냉각되어, 모든 표면이 용융된 상태에서 유리의 고화로 형성되거나 모든 표면이 자유 표면으로 형성되는 유리 예비성형체를 제조할 수 있다. 유리 예비성형체의 모든 표면이 자유 표면으로 형성될 때, 임의의 연마 단계를 필요로 하지 않고, 그 결과, 제조 비용은 감소된다. 또한, 광학 소자의 표면 품질을 저하시키는 정밀 프레스 성형 후에 연마 흔적이 남게되는 경우를 피할 수 있다.

본 발명의 유리 예비성형체의 표면은, 유리가 프레스 주형에 부착하는 것을 방지하고 주형에서 유리가 쉽게 팽창할 수 있도록 하기 위해 필요에 따라, 정밀 프레스 성형 동안에 필름이 제공될 수 있다. 필름의 예는 탄소 함유 필름 및 자기 회합 단일층 필름을 포함한다. 탄소 함유 필름은 바람직하게는 할로겐화 탄소 필름 및 탄소 필름을 포함한다.

본 발명에서, 유리 예비성형체는 가열에 의해 정밀 프레스 성형될 유리로 만들어진 중간체를 의미한다. 유리 예비성형체의 형상은 정밀 프레스 성형 생성물 (광학 소자) 에 따라 결정된다. 본 발명의 유리 예비성형체로부터 제조된 정밀 프레스 성형 생성물 (광학 소자) 은 회전 대칭축을 갖는 많은 제품, 예컨대 렌즈를 포함하고, 따라서, 유리 예비성형체는 바람직하게는 회전 대칭축을 갖는 형상을 갖는다. 상세하게는, 유리 예비성형체의 형상은 구형 또는 1개의 회전 대칭축을 갖는 형상을 포함한다. 1개의 회전 대칭축을 갖는 형상은 상기의 회전 대칭축을 포함하는 단면이 임의의 모서리 또는 이 (dent) 없이 매끄러운 모서리 선을 갖는 형상, 예컨대 모서리 선이 회전 대칭축과 일치하여 작은 축을 갖는 타원을 형성하는 상기 단면을 갖는 형상을 포함하고, 또한 구형을 어느 정도 편평하게 하여 수득한 형상 (구형의 중심을 통과하는 하나의 축을 따라 구형의 크기를 감소시켜 수득한 형상) 을 포함한다.

정밀 프레스 성형의 특징의 관점에서, 유리 예비성형체의 내부뿐만 아니라, 그의 표면은 흠, 예컨대 맥리(striae), 균열, 부서짐, 흐림, 불투명 등이 없는 것이 요구된다. 또한, 유리 예비성형체의 표면은 최종 생성물로서 정밀 프레스 성형 생성물 (광학 소자) 의 표면으로 남아있으므로 유리 예비성형체의 표면은 바람직하게는 매끄럽다.

본 발명의 의해 제공되는 유리 예비성형체의 제조 방법을 하기에서 설명한다. 상기 방법은 소정 중량을 갖는 용융 유리 덩어리를 용융 유리로부터 분리하고 유리 덩어리를 냉각하여 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 수득함을 포함하는데, 상기 유리 예비성형체는 용융 유리 덩어리의 중량과 동등한 중량을 갖는다.

더욱 상세하게는, 온도 약 1,000 ∼ 1,400 ℃ 및 점도 약 0.1 ∼ 5 dPaㆍs 를 갖는 완전히 용융된, 세정된 및 균질화된 용융 유리를 제공하고, 유리가 점도 약 3 ∼ 60 dPaㆍs 를 갖도록 온도 조절되면서, 플로아웃(flow-out) 노즐 또는 플로아웃 파이프로부터 배출되어, 유리 예비성형체를 제조한다.

온도 조절 방법은 플로아웃 노즐 또는 플로아웃 파이프의 온도가 제어되는 방법을 포함한다. 바람직하게는, 플로아웃 노즐 또는 플로아웃 파이프는 백금 또는 백금 합금으로 만들어진다. 제조 공정의 구체적인 예는 하기 공정을 포함한다: (a) 소정 중량을 갖는 용융 유리 방울 형태로 플로아웃 노즐로부터 용융 유리를 적하하고 수취 멤버로 용융 유리 방울을 수취하여 유리 예비성형체를 제조하는 공정, (b) 상기 플로아웃 노즐로부터 액체 질소 등에 소정 중량을 갖는 용융 유리 방울을 유사하게 적하하여 유리 예비성형체를 제조하는 공정, 및 (c) 백금 또는 백금 합금으로 만들어진 플로아웃 파이프로부터 용융 유리 흐름을 하향으로 흐르게 하고, 용융 유리 흐름의 전방 말단 부분을 수취 멤버로 수취하여, 노즐과 용융 유리 흐름의 수취 멤버 측면 사이에서 좁은 직경 부분을 형성한 다음, 좁은 직경 부분으로부터 용융 유리 흐름을 분리하고, 소정 중량을 갖는 용융 유리 덩어리를 수취 멤버로 수취하여 유리 예비성형체로 형성하는 공정. 용융 유리가 방울로 적하될 때, 유리의 점도는 바람직하게는 3 ∼ 30 dPaㆍs 이다. 용융 유리가 용융 유리 흐름 형태로 하향으로 흐르게 될 때, 유리의 점도는 바람직하게는 2 ∼ 60 dPaㆍs 이다.

긁힘, 오염, 표면 변질 등이 없는 매끄러운 표면, 예컨대 자유 표면을 갖는 유리 예비성형체를 제조하기 위해, 용융 유리 덩어리가 형상 주형 위에 가스 압력을 적용하여 부유되도록 하면서 유리 예비성형체로 형상화되는 방법, 또는 용융 유리 방울이 대기압하의 실온에서 가스인 물질을 냉각, 예컨대 액체 질소에 의해 액체로 전환하여 제조한 매질로 도입되고, 용융 유리 방울이 유리 예비성형체로 형상화되는 방법을 사용한다.

용융 유리 덩어리가, 부유하게 되는 동안에 유리 예비성형체로 형상화될 때, 가스 (부유 가스) 는 가스 압력을 상향으로 적용하기 위해 용융된 유리 덩어리로 취입된다. 이 경우에, 용융 유리 덩어리의 점도가 너무 낮게 되면, 부유 가스는 유리에 들어가서 거품 형태로 유리 예비성형체에 남게 된다. 용융 유리 덩어리가 상기 범위의 점도를 가질 때, 유리 덩어리는 부유 가스를 유리에 들어가게 하지 않으면서 부유가 일어날 수 있다.

부유 가스를 유리 예비성형체 (유리 덩어리) 에 적용하기 위해 사용될 가스 는 공기, N₂ 가스, O₂ 가스, Ar 가스, He 가스, 수증기 등을 포함한다. 가스 압력은 유리 예비성형체가 고체, 예컨대 형상 주형의 표면과 접촉하지 않으면서 부유될 수 있는 한 특별하게 제한되지는 않는다.

본 발명에 의해 제공된 유리 예비성형체의 제조방법에서, 유리 예비성형체의 중량은 용융 유리 덩어리의 중량과 정확히 동등하게 되도록 결정된다. 본 발명의 유리 예비성형체의 정밀 프레스 성형에 따라서, 정밀 프레스 성형품을 제조할 수 있다. 유리 예비성형체의 중량이 최종 생성물로서 정밀 프레스 성형품의 중량보다 더 작을 때, 유리는 프레스 주형의 전체 성형 표면까지 채워지지 않고, 따라서, 목적하는 표면 정밀성을 얻을 수 없거나 정밀 프레스 성형품의 두께가 소정 두께보다 더 작다는 문제를 야기한다. 유리 예비성형체의 중량이 너무 클 때, 여분의 유리가 프레스 주형 멤버의 틈에 들어가서 버(burr)를 형성하거나 성형품의 두께가 소정 두께보다 더 크다는 문제를 야기한다. 따라서, 통상적인 프레스 성형용 임의의 유리 예비성형체보다 더 정밀하게 유리 예비성형체의 중량을 조절할 필요가 있다. 이러한 이유로, 유리 예비성형체의 중량 및 용융 유리 덩어리의 중량은 또한 서로 정밀하게 동등할 정도로 결정된다.

본 발명의 광학 소자를 하기에서 설명한다. 본 발명의 광학 소자는 특징적으로 본 발명의 상기 유리 예비성형체를 가열하고 정밀 프레스 성형하여 제조한 생성물이다.

본 발명의 광학 소자의 표면은 반사방지 필름, 반사 필름, 특정 파장 영역에서 빛을 반사하기 위한 부분 반사 필름, 특정 파장 영역에서 빛을 흡수하기 위한 필름 등이 제공될 수 있다.

본 발명의 광학 소자는 상기 특성을 갖는 본 발명의 유리 예비성형체를 정밀 프레스 성형으로 수득하고, 그 결과, 그의 광학 기능 표면은 절단 또는 연마에 의해 야기된 아주 작은 손상도 없다. 또한, PbO 를 함유하지 않고 바람직하게는 GeO₂ 및 Lu₂O₃ 중 임의의 것도 함유하지 않는 광학 유리로 형성되고, 그 결과, 환경 및 비용의 견지에서 아주 탁월하다.

본 발명의 광학 소자의 예는 각종 렌즈, 예컨대 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 마이크로렌즈, 렌즈 어레이 및 회절 격자가 있는 렌즈, 회절 격자, 프리즘, 렌즈가 있는 프리즘, 다각형 거울 등을 포함한다.

본 발명에 의해 제공된 광학 소자의 제조 방법을 하기에서 설명한다. 본 발명에 의해 제공된 광학 소자의 제조 방법은 본 발명의 유리 예비성형체를 가열함 및 정밀 프레스 성형함을 포함한다.

정밀 프레스 성형은 소정 형상으로 아주 정밀하게 가공(기계로 마무리)되는 성형 표면을 갖는 프레스 주형을 사용하고, 성형 표면은 프레스 동안에 유리의 부착을 방지하기 위한 주형 분리 필름이 제공될 수 있다. 주형 분리 필름은 탄소 함유 필름, 니트라이드 및 귀금속을 포함한다. 탄소 함유 필름은 바람직하게는 수소화 탄소 필름 또는 탄소 필름으로부터 선택된다.

본 발명에 의해 제공된 광학 소자의 제조 공정은 정밀 프레스 성형 유리 예 비성형체를 프레스 주형에 도입하고, 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 프레스 주형과 함께 가열하고, 유리 예비성형체를 정밀 프레스 성형하여 광학 소자를 제조함을 포함하는 공정, 및 프레스 주형보다 더 높은 온도를 갖도록 예열된 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 프레스 주형에 도입한 다음, 유리 예비성형체를 정밀 프레스 성형함을 포함하는 공정을 포함한다.

더욱 상세하게는, 유리 예비성형체는 정밀하게 작업된 성형 표면(들)을 갖는 한 쌍의 마주보는 상부 및 하부 주형 멤버 사이에 도입되고, 프레스 주형 및 유리 예비성형체 모두는 유리 예비성형체를 연화하기 위해 광학 유리의 점도 10⁵ ∼ 10⁹ dPaㆍs 에 상응하는 온도까지 가열 하에서 온도 증가되고, 유리 예비성형체는 프레스 성형되어, 프레스 주형의 성형 표면은 유리 예비성형체로 이전될 수 있다.

대안적으로, 유리 점도로서 10⁴ ∼ 10⁸ dPaㆍs 의 점도에 상응하는 온도로 미리 온도 상승된 유리 예비성형체는 정밀하게 작업된 성형 표면(들)을 갖는 한 쌍의 마주보는 상부 및 하부 주형 멤버 사이에 도입되고, 유리 예비성형체는 프레스 성형되어, 유리 주형의 성형 표면은 유리 예비성형체로 이전된다.

프레스 성형에서의 대기는 바람직하게는 프레스 주형의 표면, 및 유리 예비성형체의 표면에 제공된 주형 분리 필름을 보호하기 위해 비산화된다. 비산화 대기는 불활성 가스, 예컨대 아르곤 또는 질소, 환원 가스, 예컨대 수소 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 질소 가스, 또는 소량의 수소 가스를 함유하는 질소 가스를 사용할 수 있다. 프레스 성형의 압력 및 시간은 광학 유리의 점도 등을 고려하여 필요에 따라 결정될 수 있고, 프레스 성형은 예를 들어 압력 약 5 ∼ 15 MPa 하에서 프레스 시간 10 ∼ 300초 동안에 수행될 수 있다. 프레스 성형 조건, 예컨대 프레스 시간, 압력 등은 프레스 성형품의 형상 및 크기에 따라 공지된 범위 내에서 필요에 따라 결정될 수 있다.

그 다음, 프레스 주형 및 유리 성형품을 냉각하고, 바람직하게는, 유리 성형품은 스트레인점 (strain point) 이하의 온도를 갖게 될 때, 주형 멤버는 유리 성형품을 꺼내기 위해 분리된다. 광학 특성을 원하는 값과 정확하게 일치되게 하기 위해, 냉각 동안의 유리 성형품을 가열냉각하기 위한 조건, 예컨대 가열냉각 속도를 필요에 따라 조절할 수 있다.

실시예

하기의 실시예를 참고로 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

광학 유리를 하기의 방법으로 각종 특성에 대해 측정했다.

(1) 굴절률 (nd) 및 아베수 (νd)

유리전이온도 (Tg) 및 유동 온도 (Ts) 사이의 온도에서 유지된 광학 유리를 속도 -30 ℃/h 로 온도 감소시키고, 굴절률 (nd) 및 아베수 (νd) 를 (Kalnew Optical Industrial Co., Ltd. 에 의해 제공된 GMR-1 로) Japan Optical Glass Society Standard 에 따른 굴절률 측정법으로 측정했다.

(2) 유리 전이 온도 (Tg) 및 유동 온도 (Ts)

광학 유리를 유리전이온도 및 유동 온도에 대해 부하 98 mN 하에서 온도 상 승 속도 4 ℃/min. 로 열-기계적 분석기 TMA8510 (Rigaku Corporation 공급) 로 측정했다.

(3) 액상선 온도 (LT) 및 액상선 온도에서의 유리 점도

용융 유리를 소정 온도로 냉각하고 2시간 동안 유지할 때 결정이 침전되지 않는 최하 온도로서 액상선 온도를 결정했다. 유리의 점도에 대해, 광학 유리를, JIS Z 8803 에 따른 측정 방법으로 동축 이중 원통형 회전 점도계 (Tokyo Kogyo K.K. 에 의해 제공된 고온 점도 측정 장비 "RHEOTRONIC" 를 이용) 로 액상선 온도에서 점도에 대해 측정했다.

(4) 비중

Archimedean 법에 의해 측정됨 (Alfa Mirage Co., Ltd. 에 의해 제공된 전자 비중 측정기 MD-200S 사용).

실시예 1 - 39

원료로서 옥시드, 카보네이트, 술페이트, 니트레이트, 히드록시드 등, 예컨대 SiO₂, H₃BO₃, La₂O₃, ZnO, ZnCO₃, ZrO₂, Li₂CO₃ 등의 무게를 재어 표 1-1 ∼ 1-4 에 나타나 있는 250 ∼ 300 g 의 유리 조성물을 수득했다. 각 실시예에서의 무게를 잰 원료를 완전히 혼합하여 제형화된 배치를 수득하고, 상기 제형화화된 배치를 백금 도가니에 넣고, 이 도가니를 1,200 ∼ 1,450 ℃ 로 유지된 전기로에 넣고, 제형화화된 배치를 공기중에서 2 ∼ 4 시간 동안에 교반하면서 용융시켰다. 용융된 후, 용융 유리를, 탄소로 만들어진 40 ×70 ×15 mm 주형에서 주조하여, 용융 유리가 유리전이온도로 점차 냉각된 직후에, 주형 중의 유리를 가열냉각 노에 넣었다. 유리를 약 1시간 동안 유리전이온도 범위에서 가열냉각하고, 노에서 냉각시켜 광학 유리를 수득했다. 이렇게 수득한 광학 유리에서, 현미경으로 관찰할 수 있는 결정은 침전되지 않았다. 표 1-1 ∼ 1-4 는 몰% 로 표시된 광학 유리의 조성을 나타내고, 표 1-5 는 중량% 로 표시되는 광학 유리의 조성을 나타낸다.

표 1-1

표 1-2

표 1-3

표 1-4

표 1-5

표 2-1 및 2-2 는 이들 광학 유리의 특성을 나타낸다. 표 2-1 및 2-2 에 나타나 있는 바와 같이, 광학 유리는 굴절률 (nd) 1.81697 ∼ 1.82796, 아베수 (νd) 41.77 ∼ 43.11, 유리전이온도 (Tg) 586 ∼ 598 ℃, 유동 온도 (Ts) 630 ∼ 647 ℃, 액상선 온도 (LT) 990 ∼ 1,030 ℃, 액상선 온도에서의 점도 5 ∼ 9 dPaㆍs 및 비중 범위 4.868 ∼ 5.051 를 나타내었다.

표 2-1

표 2-2

상기 전기로에서의 (유리 점도 3 ∼ 0.05 dPaㆍs 에 상응하는) 1,050 ∼ 1,450 ℃ 에서 유지된 용융 유리는 일정한 속도로 (유리 점도 4 dPaㆍs 에 상응하는) 1,050 ℃ 로 온도조절된 백금 파이프로부터 하향으로 계속해서 흐르고, 용융 유리 흐름의 전방 말단은 유리 예비성형체 형상 주형이 수취되고, 형상 주형은 소정 중량을 갖는 용융 유리 덩어리가 상기 전방 말단으로부터 분리되는 타이밍에서 하향으로 흐르는 용융 유리 흐름 속도보다 충분히 더 큰 속도로 하향으로 이동되었다. 용융 유리 방울이 적하될 때, 각 유리는 점도 7 dPaㆍs 를 나타내었다.

그와 같은 용융 유리 덩어리를 상기 형상 주형에서 가스 압력을 적용하여 부유시키는 동안에, 구면 예비성형체로 형성되고 가열냉각되었다. 유리 예비성형체의 중량은 범위 0.01 ∼ 5 g 로 설정되었다. 용융 유리 덩어리의 중량은 상응하는 유리 예비성형체의 중량과 동등하였고, 이렇게 수득한 유리 예비성형체는 소정 중량을 기준으로 ±1% 의 중량 정밀성을 갖는다.

이렇게 수득한 유리 예비성형체 각각의 모든 표면은 용융 유리의 고화에 의해 형성되었고, 자유 표면이었다. 또한, 흠, 예컨대 맥리(striae), 불투명, 균열(부서짐), 거품 등은 각 표면 상에서 및 각 유리 내부에서 발견되지 않았다.

실시예 40

상기 실시예 1 ∼ 39 에서 수득한 유리 예비성형체 각각은 탄소 함유 필름 (다이아몬드 같은 탄소) 이 제공된 성형 표면을 갖는 프레스 주형에 따로따로 도입되고, 유리 예비성형체 및 프레스 주형은 유리가 점도 10⁵ ∼ 10⁹ dPaㆍs 를 갖는 온도까지 함께 가열되었다. 유리 예비성형체는 10 ∼ 300초의 프레스 시간 동안 압력 5 ∼ 15 MPa 에서 질소 대기에서 프레스 주형으로 정밀 프레스 성형되었다. 이렇게 수득한 정밀 프레스 성형품은 가열냉각되어 비구면 렌즈를 얻는다. 수득한 렌즈는 상기 유리 예비성형체를 형성하는 상응하는 광학 유리의 값과 동등한 굴절률 (nd) 및 아베수 (νd) 를 갖는다.

상기 방법에 따라, 프레스 주형의 형상 및 유리 예비성형체의 중량은 필요에 따라 결정되고, 광학 소자, 예컨대 각종 렌즈 (구면 렌즈, 마이크로렌즈 및 렌즈 어레이 및 회절 격자를 갖는 렌즈 포함), 회절 격자, 프리즘, 렌즈를 갖는 프리즘 및 다각형 거울은 각 실시예에서 제조되었다. 이렇게 수득한 광학 소자는 충분히 높은 형상 정밀성을 가지며, 흠은 각 광학 소자의 내부 및 표면에서 발견되지 않았다.

실시예 41

실시예 1 ∼ 39에서의 유리 예비성형체 각각은 유리가 점도 10⁴ ∼ 10⁸ 를 나타내는 온도로 예비가열되고, 상기 예비가열 온도보다 더 낮은 온도로 예비가열된, SiC 로 만들어진 프레스 주형에 도입되었고, 탄소 함유 필름 (다이아몬드 같은 탄소) 이 제공된 성형 표면을 가졌다. 유리 예비성형체는 10 ∼ 300초의 프레스 시간 동안 압력 5 ∼ 15 MPa 에서 질소 대기에서 프레스 주형으로 정밀 프레스 성형되었다.

이렇게 수득한 정밀 프레스 성형품은 가열냉각되어 비구면 렌즈를 얻는다. 수득한 렌즈는 상기 유리 예비성형체를 형성하는 상응하는 광학 유리의 값과 동등 한 굴절률 (nd) 및 아베수 (νd) 를 갖는다.

본 발명에 의해 제공된 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체의 사용는 고굴절률 및 저분산성을 갖는 광학 소자를 용이하게 그리고 효율적으로 제조할 수 있고, 상기 광학 소자는 집적도 및 기능이 향상된 광학 기기 및 장비, 예컨대 디지탈 카메라 등에서 적절하게 사용될 수 있다.

Claims

유리 성분으로서 몰% 로 40 ∼ 60 % 의 B₂O₃ (40 % 제외), 5 ∼ 25 % 의 La₂O₃, 2 ∼ 22 % 의 Gd₂O₃, 5 ∼ 45 % 의 ZnO, 0 ∼ 10 % 의 SiO₂ (10 % 제외), 0.5 ∼ 15 % 의 Li₂O (Li₂O 및 ZnO 의 총함량은 10 % 이상임), 0.5 ∼ 10 % 의 ZrO₂, 0.2 ∼ 10 % 의 Ta₂O₅, 0.5 ∼ 10 % 의 WO₃, 0 ∼ 4 % 의 Y₂O₃, 0 ∼ 0.5 % 의 Yb₂O₃, 및 총함량으로 12 % 이상의 La₂O₃ 과 Gd₂O₃ 를 포함하나, PbO 를 함유하지 않는 광학 유리로 형성된 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체에 있어서, B₂O₃ 및 SiO₂ 의 총함량에 대한 B₂O₃ 의 함량비 (B₂O₃/(B₂O₃+SiO₂)) 는 0.84 초과 1.00 이하이고, Gd₂O₃ 및 Nb₂O₅ (임의 성분) 의 총함량에 대한 Gd₂O₃ 의 함량비 (Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Nb₂O₅)) 는 0.91 초과 1.00 이하이고, 광학 유리는 1.80 초과 2.00 이하의 굴절률 (nd) 및 40 ∼ 45 (45 제외) 의 아베수(νd)를 가지는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체.
삭제
제 1 항에 있어서, B₂O₃ 및 SiO₂ 의 총함량에 대한 SiO₂ 의 함량의 비 (SiO₂/(B₂O₃+SiO₂)) 는 0 이상 0.16 미만이고, Gd₂O₃ 및 Nb₂O₅ 의 총함량에 대한 Nb₂O₅ 의 함량의 비 (Nb₂O₅/(Gd₂O₃+Nb₂O₅)) 는 0 이상 0.09 미만인 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체.
제 1 항에 있어서, 광학 유리는 유리전이온도 650 ℃ 이하를 갖는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체.
제 1 항에 있어서, 광학 유리는 액상선 온도에서 4 ∼ 40 dPaㆍs 의 점도를 갖는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체.
제 1 항에 있어서, 용융 상태에서 광학 유리의 고화로 형성된 모든 표면을 갖는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체.
제 1 항에 있어서, 자유 표면으로 형성된 모든 표면을 갖는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체.
용융 유리로부터 소정 중량을 갖는 용융 유리 덩어리를 분리하고 유리 덩어리를 냉각하여 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체 (이는 소정 중량의 유리 덩어리와 동등한 중량을 가짐) 를 제조함을 포함하는, 제 1 항에 기재된 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체의 제조 방법.
제 8 항에 있어서, 유리 예비성형체는 용융 유리 덩어리에 가스 압력을 적용하여 부유시키면서 형성되는 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체의 제조 방법.
제 1 항에 기재된 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 가열하고 유리 예비성형체를 정밀 프레스 성형하여 수득한 생성물인 광학 소자.
제 8 항에 기재된 방법으로 제조한 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 가열하고 유리 예비성형체를 정밀 프레스 성형하여 수득한 생성물인 광학 소자.
제 1 항에 기재된 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 가열하고, 유리 예비성형체를 정밀 프레스 성형함을 포함하는 광학 소자의 제조 방법.
제 8 항에 기재된 방법으로 제조한 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체를 가열하고 유리 예비성형체를 정밀 프레스 성형함을 포함하는 광학 소자의 제조 방법.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체는 프레스 주형에 도입되고 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체는 프레스 주형과 함께 가열되고 정밀 프레스 성형되는 광학 소자의 제조 방법.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 프레스 주형보다 더 높은 온도로 예열된 정밀 프레스 성형 유리 예비성형체가 프레스 주형에 도입된 다음, 정밀 프레스 성형되는 광학 소자의 제조 방법.