KR101066062B1 - 광학 유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼, 그 프리폼의 제조방법, 광학 소자 및 그 광학 소자의 제조 방법 - Google Patents

광학 유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼, 그 프리폼의 제조방법, 광학 소자 및 그 광학 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고굴절률 또한 낮은 굴복점을 가지며, 정밀 프레스 성형이 가능한 저온 연화성을 갖는 광학 유리를 제공하며, 이 광학 유리는 몰% 로, B2O3 : 5∼50%, SiO2 : 3∼50%, TiO2 : 5∼40%, ZnO : 1∼40%, La2O3 : 5∼20%, Gd2O3 : 0∼10%, Nb2O5 : 0∼15%, ZrO2 : O∼1O%, Ta2O5 : 0∼5%, Bi2O3 : 0∼1O%, Mg0 : 0∼10%, CaO : 0∼8%, SrO : O∼1O%, BaO : 0∼10%, 단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15% 이하, Li2O : 0∼20%, 및 Na2O : 0∼5% 를 함유하며, 청징제 (refining agent) 로서 Sb2O3를 임의로 포함하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

광학 유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼, 그 프리폼의 제조 방법, 광학 소자 및 그 광학 소자의 제조 방법{OPTICAL GLASS, PRECISION PRESS-MOLDING PREFORM, PROCESS FOR PRODUCING THE PREFORM, OPTICAL ELEMENT AND PROCESS FOR PRODUCING THE ELEMENT}
도 1 은 실시예에서 사용되는 정밀 프레스 성형 장치의 개략도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 상부 몰드 부재 2 : 하부 몰드 부재
3 : 슬리브 부재 4 : 프리폼
11 : 석영관 12 : 히터
13 : 상부 가압 로드
본 발명은, 광학 유리, 이 광학 유리로 이루어지는 정밀 프레스 성형용 프리폼, 그 제조 방법 및 상기 광학 유리로 이루어지는 광학 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
고굴절률 저분산 유리는 각종 렌즈 등의 광학 소자용 재료로서 수요가 매우 높다. 이러한 광학 특성을 구비한 유리로서는, 일본유리제품공업회에 의해 1991년 발행된 "유리 조성 핸드북 (히로시 오가와, 시네이 오가와 공저)" 106페이지에 기재되어 있는 중 탄탈 프린트 글래스 TaSF17 등이 공지되어 있다.
최근, 디지털 카메라, 비디오 카메라 등의 급격한 보급에 의해, 그 부품인 유리 렌즈의 수요도 높아지고 있다. 한편, 카메라의 화소 (fixel) 증가에 의해, 유리 렌즈 등의 광학 소자에는 높은 성능이 요구되어, 형상 정밀도 (form accuracy) 가 높은 유리제 광학 소자를 높은 생산성 하에 공급하는 것이 요구되고 있다.
형상 정밀도가 높은 유리제광학 소자를 높은 생산성 하에 공급하는 방법으로서, 정밀 프레스 성형법이 공지되어 있다. TaSF17 등의 종래의 유리는 어느것이나 유리 전이 온도가 높아, 정밀 프레스 성형에는 적합하지 않다.
상기 종래의 유리의 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명의 제 1 목적은 고굴절률 또한 낮은 굴복점을 가지며, 정밀 프레스 성형이 가능한 저온 연화성을 갖는 광학 유리를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 제 2 및 제 3 목적은 상기 제 1 목적을 달성하는 광학 유리로 이루어지는 정밀 프레스 성형용 프리폼 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 제 4 및 제 5 목적은 상기 제 1 목적을 달성하는 광학 유리로 이루어지는 광학 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명자들은 예의 검토를 한 결과, 필수 성분으로서 B2O3, SiO2, TiO2, ZnO 및 La2O3 를 공존시켜, 이들 필수 성분 및 다른임의 성분의 함유량을 소정의 범위에 규정한 광학 유리를 사용함으로써, 상기 목적들이 달성될 수 있음을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은,
(1) 몰% 로,
B2O3 5∼50%,
SiO2 3∼50%,
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼20%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%,
단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15% 이하,
Li2O 0∼20%, 및
Na2O 0∼5%
를 함유하며, 청징제 (refining agent) 로서 Sb2O3를 임의로 포함하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리(이하, "유리 1" 라 함),
(2) 몰% 로,
B2O3 5∼50%,
SiO2 3∼50%,
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만)
단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15중량% 미만,
Li2O 0∼2O%,
Na2O 0∼5%,
Sb2O3 O∼1%
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리(이하, "유리 2" 라 함),
(3) 몰% 로,
B2O3 5∼50%,
SiO2 3∼50%,
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼20%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼10%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼10%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼10%,
BaO 0∼10%
단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 6중량% 미만,
Li2O 0∼20%,
Na2O 0∼5%,
Sb2O3 O∼1%(단, 1중량% 이하)
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리(이하, "유리 3" 라 함),
(4) 몰% 로,
B2O3 25∼50%(단, 15중량% 초과),
SiO2 3∼50%,
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 O∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만)
단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15중량% 미만,
Li20 0∼20%,
Na2O 0∼5%,
Sb2O3 O∼1%(단, 1중량% 이하)
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리(이하, "유리 4" 라 함),
(5) 몰% 로,
B2O3 5∼5O%,
SiO2 3∼50%,
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만),
단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15중량% 미만,
Li2O 2∼20%(단, 2중량% 초과),
Na2O 0∼5%,
Sb2O3 O∼1%(단, 1중량% 이하)
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리(이하, "유리 5" 라 함),
(6) 몰% 로,
B2O3 25∼5O%(단, 17 중량% 초과),
SiO2 3∼50%,
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만),
Li2O 2∼20%(단, 2중량% 초과),
Na2O 0∼5%,
Sb2O3 O∼1%(단, 1중량% 이하)
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리(이하, "유리 6" 라 함),
(7) 몰% 로,
B2O3 5∼5O%,
SiO2 3∼50%,
TiO2 12∼40%(단, 12 중량% 초과, 30 중량% 이하),
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만),
단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 6중량% 미만,
Li2O 0∼20%,
Na2O 0∼5%,
Sb2O3 O∼1%(단, 1중량% 미만)
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리(이하, "유리 7" 라 함),
(8) 몰% 로,
B2O3 5∼5O%,
SiO2 3∼20%(단, 8 중량% 미만),
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만),
Li2O 2∼20%(단, 2중량% 초과),
Na2O 0∼5%, 및
Sb2O3 O∼1%(단, 1중량% 이하)
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특 징으로 하는 광학 유리(이하, "유리 8" 라 함),
(9) 몰% 로,
B2O3 5∼5O%,
SiO2 3∼20%(단, 8 중량% 미만),
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만),
Li2O 0∼20%,
Na2O 0∼5%,
Sb2O3 O∼1%
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리(이하, "유리 9" 라 함),
(10) (1), (2), (3), (4), (7) 및 (9) 중 어느 하나에 있어서, Li2O를 1∼20몰% 함유하는 것을 특징으로 하는 광학 유리,
(11) (1), (3), (4), (5), (6), (7) 및 (8) 중 어느 하나에 있어서, La2O3를 27중량% 초과 함유하는 것을 특징으로 하는 광학 유리,
(12) (1), (3), (4), (5), (6), (7) 및 (8) 중 어느 하나에 있어서, TiO2는 16중량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 광학 유리,
(13) (1), (3), (4), 및 (7) 중 어느 하나에 있어서, La2O3를 27중량% 초과, Li2O를 1∼20몰% 함유하는 것을 특징으로 하는 광학 유리,
(14) (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 있어서, CaO의 함유량은 5중량% 미만인 것을 특징으로 하는 광학 유리,
(15) (1) 내지 (13) 중 어느 하나에 있어서, 굴복점이 670℃ 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리,
(16) (1) 내지 (14) 중 어느 하나에 있어서, 정밀 프레스 성형에 사용되는 것을 특징으로 하는 광학 유리,
(17) 상기 (15) 의 광학 유리로 형성된 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼,
(18) 유출하는 유리로부터 용융 유리를 분리하는 단계 및 용융 유리의 냉각중 용융 유리를 프리폼으로 성형하는 단계를 구비하는 유리제의 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법에 있어서,
상기 유리는 상기 (15) 의 광학 유리인 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법,
(19) (1) 내지 (15) 중 어느 하나의 광학 유리로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 소자,
(20) 유리제의 정밀 프레스 성형용 프리폼을 가열하는 단계 및 프레스 몰드로 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 단계를 구비하는 광학 소자의 제조 방법에 있어서,
상기 (17) 의 프리폼이 정밀 프레스 성형용 프리폼으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법,
(21) 유리제의 정밀 프레스 성형용 프리폼을 가열하는 단계 및 프레스 몰드로 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 단계를 구비하는 광학 소자의 제조 방법에 있어서,
상기 (18) 의 제조 방법에 의해 제조된 프리폼이 정밀 프레스 성형용 프리폼으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법,
(22) 상기 (20) 또는 (21) 에 있어서, 프레스 몰드와 프리폼이 함께 가열되 어, 상기 프레스 몰드로 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법, 및
(23) 상기 (20) 또는 (21) 에 있어서, 프레스 몰드가 예열되고, 프리폼이 프레스 몰드로와는 별도로 예열된 후 예열된 프레스 몰드에 도입되어 프레스 몰드로 정밀 프레스 성형되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법을 제공한다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
[광학 유리〕
먼저, 본 발명의 광학 유리에 관해서 설명한다.
본 발명의 광학 유리는 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 고굴절률 유리이며, 정밀 프레스 성형에 적합한 저온 연화성을 갖는다. 또한, 정밀 프레스 성형용 유리 프리폼이 용융 상태로부터 직접 성형될 때, 본 발명의 광확 유리는 결정화가 용이하게 실행되지 않으며, 뛰어난 유리 안정성을 갖는다.
상기 여러가지 특성을 실현하기 위해서, 본 발명의 광학 유리는 유리 네트워크 (glass network) 형성용 필수 성분으로서 B2O3 및 SiO2 를 포함하며, 굴절률을 증가시키기 위한 필수 성분으로서 TiO2 및 La2O3를 포함하며, 고굴절률을 유지하면서, 저온 연화성을 광학 유리에 부여하기 위한 필수 성분으로서 ZnO를 포함한다. 본 발명의 광학 유리는 상기 B2O3-SiO2-TiO2-ZnO-La2O3 조성계를 가지며, 이 조성계에서, MgO, CaO, SrO, 및 BaO와 같은 알칼리 토류 금속 산화물의 함유량이 제한되며, 2가 성분 (Mg0, Ca0, Sr0, Ba0, Zn0 등) 의 함유량은 Zn0의 함유량이 차지하며, 바 람직하게는 Zn0 와 Li2O의 함유량이 차지하게 된다.
이하, 본 발명의 광학 유리에 포함된 유리 1∼9 를 구성하는 유리 성분에 관해서 상세히 설명한다. 각 유리 성분의 함유량과 합계 함유량의 퍼센트(%) 는 특기하지 않은 한 몰%를 나타내는 것이다.
B2O3 는 광학 유리의 유리 네트워크를 위한 필수 성분이다. 이것이 과잉도입되면, 굴절률 (nd) 이 감소된다. 따라서, 유리 1∼3, 5, 7∼9 에서, B2O3의 함유량은 5∼50%, 바람직하게는 10∼40%, 보다 바람직하게는 10∼38%이다. 유리 4, 6 에서, B2O3의 함유량은 25∼50%이다(단, 유리 4 에서의 함유량은 15중량% 초과, 유리 6 에서의 함유량은 17중량% 초과로 조정된다).
SiO2는 광학 유리의 안정성을 개선시키는 기능을 하는 필수 성분이다. 그러나, 이것이 과잉 도입되면, 굴절률이 감소되며, 굴복점이 증가된다. 따라서, 유리 1∼7 에서 SiO2의 함유량은 3∼50%, 바람직하게는 5∼20%, 보다 바람직하게는 5∼18%이며, 유리 8, 9 에서 SiO2의 함유량은 3∼20%이다(단, 함유량은 8중량% 미만으로 조정된다).
또, 본 발명의 광학 유리의 목적 중 하나는, 정밀 프레스 성형에 적합한 저온 연화성을 갖는 것이며, B2O3의 효과는 이점에서 SiO2의 효과보다도 우수하므로, 중량비로 B2O3의 함유량이 SiO2의 함유량보다도 크게 B2O3와 SiO2의 함유량을 조 정하는 것이 바람직하다. B2O3 함유량 / SiO2 함유량의 중량비를 1.2 이상으로 조정하는 것이 바람직하며, 상기 중량비를 1.3 이상으로 조정하는 것이 더욱 바람직하다. 상기의 특성은 본 발명의 광학 유리에 포함되는 유리 1∼9 에서도 마찬가지다. B2O3와 SiO2가 상기 관계를 만족하도록 도입되며, 이 경우에, 착색이 적으며, 가시광선영역 (visible light region) 에서 광투과율이 높은 유리를 얻을 수도 있다.
TiO2는 굴절률을 증가시키는 필수 성분이다. 그러나, 이것이 과잉 도입되면, 광학 유리의 안정성이 저하되어, 착색된다. 따라서, 유리 1∼6, 8, 9 에서 TiO2의 함유량은 5∼40%, 바람직하게는 10∼40%, 보다 바람직하게는 10∼35%, 더욱 바람직하게는 10∼32%이다. 유리 7 에서 TiO2의 함유량은 12∼40%(단, 함유량은 12중량% 초과, 30중량% 이하로 조정된다)이다. 또한, 유리 1, 3∼8 에서 TiO2의 함유량은 16중량% 이하가 바람직하다.
ZnO는 고굴절률을 유지하면서 저온 연화성을 광학 유리에 부여하기 위해서, 그 함유량이 1% 이상 도입된다. 이것이 과잉 도입되면, 광학 유리의 안정성이 저하되므로, ZnO의 함유량은 40% 이하로 제한된다. ZnO의 함유량은, 3∼35%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 5∼32%이다.
La2O3는 고굴절률 및 저분산 특성을 광학 유리에 부여하기 위해서, 그 함유량이 5% 이상 도입된다. 이것이 과잉 도입되면, 광학 유리의 안정성이 저하되 므로, La2O3의 함유량은 20% 이하로 제한된다. La2O3의 함유량은 5∼18%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 5∼17%이다. La2O3는 비교적 광학 유리를 착색시키지 않고서 굴절률을 증가시키는 성분이다. 굴절률 (nd) 이 1.8 이상인 광학 유리 또는 특히 유리 1, 3∼8 을 얻기 위해서는, 그 함유량이 바람직하게는 27중량% 초과로 조정되며, 보다 바람직하게는 30중량% 이상으로 조정된다.
Gd2O3는 고굴절률 및 저분산 특성을 광학 유리에 부여하기 위한 임의 성분이다. 이것이 과잉 도입되면, 광학 유리의 안정성이 저하되므로, Gd2O3의 함유량은 0∼10%로 제한된다. Gd2O3의 함유량은 0∼8%가 바람직하고, 0.5∼5%가 보다 바람직하다.
Nb2O5는 굴절률을 증가시키는 임의 성분이다. 이것이 과잉 도입되면, 광학 유리의 안정성이 저하되어, 액상 온도가 상승되므로, Nb2O5의 함유량은 0∼15%로 제한된다. Nb2O5의 함유량은 1∼10%가 바람직하고, 1∼8%가 보다 바람직하다.
ZrO2는 굴절률을 증가시키는 기능을 하는 임의 성분이다. 그러나, 이것이 과잉 도입되면, 광학 유리의 안정성이 저하되고, 액상 온도가 상승되므로, ZrO2의 함유량은 O∼1O%로 제한된다. ZrO2의 함유량은, 1∼8%가 바람직하고, 1∼5%가 보다 바람직하다.
Ta2O5는 굴절률을 증가시키는 임의 성분이다. 그러나, 이것이 과잉 도입되면, 광학 유리의 안정성이 저하되므로, Ta2O5의 함유량은 O∼5%로 제한된다. Ta2O5의 함유량은 0∼4%가 바람직하고, O∼3%가 보다 바람직하다.
Bi2O3는 굴절률을 증가시켜, 광학 유리의 안정성을 개선시키는 임의 성분이다. 그러나, 이것이 과잉 도입되면, 광학 유리가 착색되므로, Bi2O3의 함유량은 0∼10%로 제한된다. Bi2O3의 함유량은 O∼6%가 바람직하고, 0∼4%가 보다 바람직하다.
Mg0는 유리의 용융성을 개선시키는 기능이 있는 임의 성분이다. 그러나, 이것이 과잉 도입되면, 유리의 굴절률 및 안정성이 저하되므로, Mg0의 함유량은 0∼10%로 제한된다. MgO의 함유량은 0∼8%가 바람직하고, 0∼6%가 보다 바람직하다.
CaO는 유리의 용융성을 개선시키는 기능이 있으며, 광학 상수를 조정하는 임의 성분이다. 그러나, 이것이 과잉 도입되면, 광학 유리는 굴절률 및 안정성이 저하되므로, CaO의 함유량은 0∼8%로 제한된다. CaO의 함유량은 5중량% 미만이 바람직하고, 4중량% 이하가 보다 바람직하고, 0∼6%가 더욱 바람직하다.
SrO는 광학 유리의 용융성을 개선시키는 기능이 있는 임의 성분이다. 그러나, 이것이 과잉 도입되면, 광학 유리는 굴절률 및 안정성이 저하되므로, SrO의 함유량은 0∼10%로 제한된다. SrO의 함유량은 0∼8%가 바람직하고, 0∼6%가 보 다 바람직하다.
BaO는 굴절률을 증가시키는 기능을 하는 임의 성분이다. 그러나, 이것이 과잉 도입되면, 광학 유리의 안정성이 저하되므로, BaO의 함유량은 0∼10%로 제한된다. BaO의 함유량은 1∼8%가 바람직하고, 1∼6%가 보다 바람직하다. 유리 2, 4∼9에서, BaO의 함유량은 13중량% 미만으로 제한된다.
유리 1 에서 MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15% 이하로 제한되며, 유리 2, 4, 5의 각각에서 상기 합계 함유량은 15중량% 미만으로 제한되며, 유리 3, 7의 각각에서 상기 합계 함유량은 6중량% 미만으로 제한된다. 이들 조건은 다음과 같은 이유로 광학 유리에 부과된다. 상기 알칼리 토류 금속 산화물과 ZnO 와 같은 2가 성분의 합계 함유량은 제한되며, 또한 이들 2가 성분중에서 ZnO만이 광학 유리의 굴복점을 저하시키는 기능을 한다. 합계 함유량은 제한되지만, 광학 유리의 안정성을 유지하거나 개선하기 위해서 ZnO 의 필수량이 확보된다. 또, 유리 1, 6, 8, 9 에서, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15중량% 미만으로 제한되는 것이 바람직하고, 14중량% 이하로 제한되는 것이 보다 바람직하다.
Li2O는 유리 전이 온도를 저하시키는 효과가 큰 성분이다. 그러나, 이것이 과잉 도입되면, 굴절률이 감소됨과 함께 유리의 안정성도 저하된다. 따라서, 유리 1∼4, 7, 9의 각각에서 Li2O의 함유량은 0∼20%, 바람직하게는 1∼20%, 보다 바람직하게는 2∼20%, 더욱 바람직하게는 4∼15%로 제한되며, 유리 5, 6, 8의 각각에서 함유량은 2∼20%로 제한된다(단, Li2O의 함유량은 2중량% 초과로 조정된 다). 또한, 유리 1, 3, 4, 7 에서, La2O3의 함유량은 바람직하게는 27중량% 초과로 조정되며, Li2O의 함유량은 1∼20%로 조정된다.
Na2O는 광학 유리의 용융성을 개선시키는 기능이 있는 성분이다. 그러나, 이것이 과잉 도입되면, 굴절률이나 광학 유리의 안정성이 저하되므로, Na2O의 함유량이 0∼5%로 제한된다. Na2O의 함유량은 0∼4%가 바람직하고, 0∼3%가 보다 바람직하다.
Li2O, Na2O, K2O 등의 알칼리 금속 산화물은 모두 광학 유리의 용융성를 개선시키는 기능을 한다. 그러나, Li2O, Na2O, K2O는 유리 전이 온도를 저하시키는 효과에서 큰 차가 있으며, 상기 효과는 Li2O가 도입될 때 가장 크게 된다. 이밖에, ZnO는 유리 전이 온도를 저하시키는 효과를 갖는 성분이다. ZnO와 Li2O는 모두 굴절률을 감소시키지 않고 저온 연화성을 개선시킨다. 본 발명의 광학 유리에서, ZnO 및 알칼리 금속 산화물의 도입방법은 크게 2개의 타입으로 분류될 수 있다.
제 1 타입에서, 유리 전이 온도의 저하는 주로 ZnO에 의해서 달성되며, Li2O, Na2O, K2O의 합계 함유량은 억제된다. 상기 합계 함유량 (Li2O + Na2O + K2O) 은 1.5중량% 미만이 바람직하고, 1중량% 이하가 보다 바람직하다. 제 1 타입은 유리 1, 2, 3, 4, 7, 9의 바람직한 실시예를 구성한다고 말 할 수 있다.
제 2 타입에서, ZnO 는 필수 성분으로서 사용되며, Li2O의 함유량은 알칼리 금속 산화물 중에서 가장 많이 존재하도록 조정된다. 중량비로 Li2O의 함유량이 Na2O의 함유량 및 K2O의 함유량보다도 많은 광학 유리가 바람직하고, Li2O의 함유량이 Na2O의 함유량과 K2O의 합계 함유량보다도 많은 광학 유리가 보다 바람직하다. 제 2 타입은 Li2O를 포함하는 유리 1, 2, 3, 4, 7 및 9(Li2O의 함유량은 중량% 및 몰% 모두로 0% 초과)와 유리 5, 6, 8의 바람직한 실시예를 구성하는 것이라고 말할 수 있다.
Sb2O3는 필요에 따라 첨가될 수 있는 청징(淸澄)제 (refining agent) 이다. 유리 2∼9에서, Sb2O3의 첨가량은 O∼1% 이다. 유리 3∼8에서, 정밀 프레스 성형시에 산화에 의해 프레스 몰드의 성형면을 파손시키는 것을 방지하기 위해, Sb2O3의 양이 1중량% 이하로 제한된다. 유리 1, 2, 9에서, Sb2O3의 양은 1중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 광학 유리의 여러 가지 성질에 관해 보다 바람직한 특성을 얻기 위해서, 상기 유리 성분의 합계 함유량과 Sb2O3의 함유량의 합계량을 98% 이상으로 조정하는 것이 바람직하고, 99%를 초과하도록 상기 합계량을 조정하는 것이 보다 바람직하고, 100%로 상기 합계량을 조정하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 광학 유리에서, WO3는 도입이 바람직하지 못한 성분 중 하나이다. 이는 WO3의 도입이 광학 유리의 안정성을 저하시킨다고 생각되기 때문이다.
또한, PbO와 As2O3와 같은 환경에 악영향을 미칠수 있는 성분은 본 발명의 광학 유리에 도입하지 않은 것이 바람직하다. 또한, 이들 성분은 정밀 프레스 성형에도 바람직하지 않다. PbO를 포함하는 유리에서는, 유리 표면의 PbO가 정밀 프레스 성형시에 비산화성 분위기 (특히, 수소 등의 환원성 가스를 함유한 환원성 분위기) 에서 환원되어, 유리 표면에서 석출되고, 석출물이 프레스 몰드에 부착하여 정밀 프레스 성형품의 표면 정밀도를 저하시킨다. As2O3는 프레스 몰드의 성형면을 산화하여 성형면의 파손을 야기한다.
또한, 광학 유리를 착색시켜 특정 파장 영역의 광 흡수 기능을 광학 유리에 부여하는 경우를 제외하고, Cu, Fe, Cd, Cr, Ni, Co 등의 성분은 도입하지 않는 것이 바람직하다.
F는 소량이면 도입가능하다. 그러나, 정밀 프레스 성형용 프리폼이 용융 유리로부터 직접 성형되면, F가 유리 표면에서 휘발되어 맥리(striae) 등과 같은 결함을 발생시키거나, 굴절률 등과 같은 광학 특성의 변동원인이 되기 때문에, 일부의 경우에, F는 도입하지 않은 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 광학 유리에 포함된 유리 1∼9의 조성에 관해서 설명한다.
(유리 1)
유리 1 는 몰% 로,
B2O3 5∼50%,
SiO2 3∼50%,
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼20%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%,
단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15% 이하,
Li2O 0∼20%, 및
Na2O 0∼5%
를 함유함과 동시에, 청징제 (refining agent) 로서 Sb2O3를 임의로 포함하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.
유리 1 에서는, MgO, CaO, SrO, BaO 및 ZnO와 같은 2가 성분의 함유량은 광학 유리의 안정성이 유지되는 범위로 되며, 2가 성분의 함유량은 저온 연화성의 개선에 크게 기여하는 Zn0가 주로 차지한다. 따라서, Mg0, Ca0, Sr0 및 BaO의 합계 함유량은 15% 이하, 바람직하게는 13% 이하로 제한되고, 알칼리 토류 금속 산화물 중에서도 고굴절률화에 기여하지 않은 MgO와 CaO의 함유량은 각각 10% 이하 및 8% 이하로 제한된다. 적량의 Sb2O3가 상기 유리 조성에 유리 성분으로서가 아니라, 청징제로서 포함된다. Sb2O3의 양은 1% 이하를 표준량으로 할 수도 있고, Sb2O3의 양은 바람직하게는 O∼1중량%이다.
(유리 2)
유리 2 는, 몰% 로,
B2O3 5∼50%,
SiO2 3∼50%,
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만)
단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15중량% 미만,
Li2O 0∼2O%,
Na2O 0∼5%,
Sb2O3 O∼1%
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.
유리 2에서, 유리의 안정성을 유지하고, 저온 연화성을 가지면서, 굴절률 (nd) 이 1.88을 초과하며, 바람직하게는 1.89 이상인 고굴절률 유리를 실현하기 위해서, MgO, CaO, SrO 및 BaO 의 합계 함유량은 15중량% 미만, 바람직하게는 14중량 % 이하로 제한되며, MgO 및 CaO의 함유량은 각각 10% 이하, 8% 이하로 제한된다. BaO는 알칼리 토류 금속 산화물 중에서 고굴절률화에 기여하는 성분이다. 그러나, 광학 유리의 안정성을 유지하면서, 저온 연화성을 실현하기 위해서, BaO의 함유량은 13중량% 미만으로 제한되고, BaO의 함유량은 12.5중량% 이하가 바람직하며, 12중량% 이하가 보다 바람직하다.
(유리 3)
유리 3은, 몰% 로,
B2O3 5∼50%,
SiO2 3∼50%,
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼20%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼10%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼10%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼10%,
BaO 0∼10%
단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 6중량% 미만,
Li2O 0∼20%,
Na2O 0∼5%,
Sb2O3 O∼1%(단, 1중량% 이하)
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.
유리 3에서, 유리의 안정성을 유지하고, 저온 연화성을 가지면서, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상인 고굴절률 유리를 실현하기 위해서, Mg0, Ca0, Sr0 및 Ba0의 합계 함유량은 6중량% 미만, 바람직하게는 5중량% 이하로 제한되며, MgO와 CaO의 함유량은, 각각 10% 이하, 8% 이하로 제한된다. 또한, 청징제로서 임의로 첨가되는 Sb2O3의 양은 정밀 프레스 성형시에 산화에 의해 프레스 몰드의 성형면을 파손시키는 것을 방지하기 위해서, 1중량% 이하로 제한된다.
(유리 4)
유리 4 는, 몰% 로,
B2O3 25∼50%(단, 15중량% 초과),
SiO2 3∼50%,
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 O∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만)
단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15중량% 미만,
Li20 0∼20%,
Na2O 0∼5%,
Sb2O3 O∼1%(단, 1중량% 이하)
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.
유리 4 에서는, 유리의 안정성을 개선하기 위해서, 네트워크 형성 성분으로서의 B2O3의 함유량은 25∼50%(단, 15중량% 초과)로 제한된다. B2O3의 함유량은 28∼50%(단, 15.5중량% 이상)이 바람직하고, 30∼47%(단, 16중량% 이상)이 보다 바람직하다. B2O3의 함유량의 상한은 특히 40%가 바람직하다. 또한, 유리의 안정성을 유지하고, 저온 연화성을 가지면서, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상인 고굴절률 유리를 실현하기 위해서, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15중량% 미만, 바람직하게는 14중량% 이하로 제한되며, Mg0의 함유량은 10% 이하로 제한되며, CaO의 함유량은 8% 이하로 제한되고, ZnO는 필수 성분으로서 사용된다. BaO는 알칼리 토류 금속 산화물 중에서도 고굴절률화에 기여하는 성분이다. 그러나, 광학 유리의 안정성을 유지하면서, 저온 연화성을 실현하기 위해서, BaO의 함유량은 13중량% 미만으로 제한되고, BaO의 함유량은 12.5중량% 이하가 바람직하고, 12중량% 이하가 보다 바람직하다. 또한, 청징제로서 임의로 첨가되는 Sb2O3의 양은 정밀 프레스 성형시에 산화에 의해 프레스 몰드의 성형면을 파손시키는 것을 방지하기 위해서, Sb2O3의 첨가량은 1중량% 이하로 제한된다.
(유리 5)
유리 5 는, 몰% 로,
B2O3 5∼5O%,
SiO2 3∼50%,
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만),
단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15중량% 미만,
Li2O 2∼20%(단, 2중량% 초과),
Na2O 0∼5%, 및
Sb2O3 O∼1%(단, 1중량% 이하)
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.
유리 5 에서, 유리의 안정성을 유지하고, 저온 연화성을 가지면서, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상인 고굴절률 유리를 실현하기 위해서, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15중량% 미만, 바람직하게는 14중량% 이하로 제한되며, MgO와 CaO의 함유량은 각각 10% 이하, 8% 이하로 제한된다. BaO는 알칼리 토류 금속 산화물 중에서 고굴절률화에 기여하는 성분이다. 그러나, 유리의 안정성을 유지하면서, 저온 연화성을 실현하기 위해서, BaO의 함유량은 13중량% 미만으로 제한되고, BaO의 함유량은 12.5중량% 이하가 바람직하고, 12중량% 이하가 보다 바람직하다. 유리 5 에서, 고굴절률을 유지하면서, 유리의 굴복점을 감소시켜 정밀 프레스 성형에 더욱 적합한 유리를 실현하기 위한 관점에서, Li2O가 2∼20%(단, 2중량% 초과) 도입된다. 또한, 청징제로서 임의로 첨가되는 Sb2O3의 양은 정밀 프레스 성형시에 산화에 의해 프레스 몰드의 성형면을 파손시키는 것을 방지하기 위해서, 1중량% 이하로 제한된다.
(유리 6)
유리 6 는, 몰% 로,
B2O3 25∼5O%(단, 17 중량% 초과),
SiO2 3∼50%,
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만),
Li2O 2∼20%(단, 2중량% 초과),
Na2O 0∼5%, 및
Sb2O3 O∼1%(단, 1중량% 이하)
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.
유리 6 에서, 유리의 안정성을 개선하기 위해서, 네트워크 형성 성분으로서 B2O3의 함유량은 25∼50%(단, 17중량% 초과)로 제한된다. B2O3의 함유량은 28∼50%(단, 17.5중량% 이상)이 바람직하고, 30∼50%(단, 함유량은 18중량% 이상)이 보다 바람직하다. B2O3의 함유량의 상한은 특히 40%가 바람직하다. 또한, 유리의 안정성을 유지하고, 저온 연화성을 가지면서, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상인 고굴절률 유리를 실현하기 위해서, MgO와 CaO의 함유량은 각각 10% 이하, 8% 이하로 제한되며, ZnO는 필수 성분으로서 사용된다. BaO는 알칼리 토류 금속 산화물중에서도 고굴절률화에 기여하는 성분이다. 그러나, 광학 유리의 안정성을 유지하면서, 저온 연화성을 실현하기 위해서, BaO의 함유량은 13중량% 미만으로 제한되고, BaO의 함유량은 12.5중량% 이하가 바람직하고, 12중량% 이하가 보다 바람직하다. 고굴절률을 유지하면서, 유리의 굴복점을 감소시켜 정밀 프레스 성형에 더욱 적합한 유리를 실현한다고 하는 관점에서, Li2O가 2∼20%(단, 2중량% 초과) 도입되고, 바람직하게는 Li2O가 2.5중량% 이상 도입된다. 또한, 청징제로서 임의로 첨가되는 Sb2O3의 양은 정밀 프레스 성형시에 산화에 의해 프레스 몰드의 성형면을 파손시키는 것을 방지하기 위해서, 1중량% 이하로 제한된다.
(유리 7)
유리 7 은, 몰% 로,
B2O3 5∼5O%,
SiO2 3∼50%,
TiO2 12∼40%(단, 12 중량% 초과, 30 중량% 이하),
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만),
단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 6중량% 미만,
Li2O 0∼20%,
Na2O 0∼5%, 및
Sb2O3 O∼1%(단, 1중량% 이하)
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.
유리 7 에서, 굴절률을 증가시키는 성분으로서 TiO2의 함유량은 12∼40%(단, 12중량% 초과, 30중량% 이하), 바람직하게는 12.5중량% 이상 또한 30중량% 이하, 보다 바람직하게는 13중량% 이상 또한 30중량% 이하로 제한된다. 몰% 로 TiO2 함유량의 하한은 바람직하게는 12%이다. 또한, 유리의 안정성을 유지하고, 저온 연화성을 가지면서, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상인 고굴절률 유리를 실현하기 위해서, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 6중량% 미만, 바람직하게는 5.5중량% 이하로 제한되며, MgO와 CaO의 함유량은 각각 10% 이하, 8% 이하로 제한되며, ZnO는 필수 성분으로서 사용된다. BaO는 알칼리 토류 금속 산화물중에서도 고굴절률화에 기여하는 성분이다. 그러나, 광학 유리의 안정성을 유지하면서, 저온 연화성을 실현하기 위해서, BaO의 함유량은 13중량% 미만으로 제한되고, BaO의 함유량은 12.5중량% 이하가 바람직하고, 12중량% 이하가 보다 바람직하다. 고굴절률을 유지하면서, 유리의 굴복점을 보다 감소시켜 정밀 프레스 성형에 보다 적합한 유리를 실현하기 위한 관점에서, Li2O가 2∼20%(단, 2중량% 초과) 도입된다. 또한, 청징제으로서 임의로 첨가되는 Sb2O3의 양은 정밀 프레스 성형시에 산화에 의해 프레스 몰드의 성형면을 파손시키는 것을 방지하기 위해서, 1중량% 이하로 제한된다.
(유리 8)
유리 8 은, 몰% 로,
B2O3 5∼5O%,
SiO2 3∼20%(단, 8 중량% 미만),
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만),
Li2O 2∼20%(단, 2중량% 초과),
Na2O 0∼5%, 및
Sb2O3 O∼1%(단, 1중량% 이하)
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.
유리 8 에서, 굴절률을 증가시키기 위해서, SiO2의 함유량은 3∼20%(단, 8중량% 미만)으로 조정된다. 그러나, SiO2의 함유량은 3∼18%(단, 7.5중량% 이하)가 바람직하고, 5∼16%(단, 7중량% 이하)가 보다 바람직하다. 또한, 광학 유리의 안정성을 유지하고, 저온 연화성을 가지면서, 굴절률 (nd) 이 1.8 이상인 고굴절률 유리를 실현하기 위해서, MgO와 CaO의 함유량은 각각 10% 이하, 8% 이하로 제한되며, ZnO는 필수 성분으로서 사용된다. BaO는 알칼리 토류 금속 산화물중에서도 고굴절률화에 기여하는 성분이다. 그러나, 광학 유리의 안정성을 유지하면서, 저온 연화성을 실현하기 위해서, BaO의 함유량은 13중량% 미만으로 제한되고, BaO의 함유량은 12.5중량% 이하가 바람직하고, 12중량% 이하가 보다 바람직하다. 고굴절률을 유지하면서, 유리의 굴복점을 감소시켜 정밀 프레스 성형에 보다 적합한 유리를 실현하기 위한 관점에서, Li2O가 2∼20%(단, 2중량% 초과) 도입된 다. 또한, 청징제로서 임의로 첨가되는 Sb2O3의 양은 정밀 프레스 성형시에 산화에 의해 프레스 몰드의 성형면을 파손시키는 것을 방지하기 위해서, 1중량% 이하로 제한된다.
(유리 9)
유리 9 는, 몰% 로,
B2O3 5∼5O%,
SiO2 3∼20%(단, 8 중량% 미만),
TiO2 5∼40%,
ZnO 1∼40%,
La2O3 5∼2O%,
Gd2O3 0∼10%,
Nb2O5 0∼15%,
ZrO2 O∼1O%,
Ta2O5 0∼5%,
Bi2O3 0∼1O%,
Mg0 0∼10%,
CaO 0∼8%,
SrO O∼1O%,
BaO 0∼10%(단, 13중량% 미만),
Li2O 0∼20%,
Na2O 0∼5%,
Sb2O3 O∼1%
를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.
유리 9 에서, 굴절률 (nd) 이 1.88을 초과하며, 바람직하게는 1.89 이상인 고굴절률 유리를 실현하기 위해서, SiO2의 함유량은 3∼20%(단, 8중량% 미만)으로 조정되며, SiO2의 함유량은 3∼18%(단, 7.5중량% 이하)가 바람직하고, 5∼16%가 보다 바람직하다. SiO2함유량의 하한은 바람직하게는 5% 이다. 또한, 광학 유리의 안정성을 유지하면서, 저온 연화성을 부여하기 위해서, MgO와 CaO의 함유량은 각각 10% 이하, 8% 이하로 제한된다. BaO는 알칼리 토류 금속 산화물중에서도 고굴절률화에 기여하는 성분이다. 그러나, 광학 유리의 안정성을 유지하면서 저온 연화성을 실현하기 위해서, BaO의 함유량은 13중량% 미만으로 제한되고, BaO의 함유량은 12.5중량% 이하가 바람직하고, 12중량% 이하가 보다 바람직하다.
Li2O가 임의 성분인 유리 1∼4, 7, 9 에서, 바람직하게는, Li2O는 굴복점을더 감소시키고, 저온 연화성을 더 개선하기 위한 다른 필수 성분과 공존하게 된다. 이 경우, Li2O의 함유량은 1∼20%로 하는 것이 바람직하고, 2∼20%로 하는 것이 더욱 바람직하다.
다음으로 유리 1∼9 의 특성에 관해서 설명한다.
유리 1, 3∼8 은 굴절률 (nd) 이 1.8 이상, 바람직하게는 1.82 이상, 보다 바람직하게는 1.88을 초과하고, 유리 2, 9는 굴절률 (nd) 이 1.88을 초과한다. 유리 1∼9 는 굴절률 (nd) 이 1.89 이상이 더 바람직하며, 보다 더 바람직한 범위는 1.9 이상이다. 굴절률 (nd) 의 상한은 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 굴절률 (nd) 이 과도하게 증가되면, 다른 특성이 손상될 수도 있어, 각각의 유리 조성을 준비하기 위한 상한의 표준값으로서 2.2 이하의 굴절률 (nd) 을 사용하는 것이 바람직하다.
유리 1∼9 는 상기 굴절률 (nd) 을 가지며, 또한 아베수 (vd) 가 35 이하, 바람직하게는 35 미만, 보다 바람직하게는 34 이하의 분산 특성을 나타낸다. 아베수 (vd) 의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 아베수 (vd) 가 과도하게 감소되면, 다른 특성이 손상될 수도 있어, 각각의 유리 조성을 준비하기 위한 하한의 표준값으로서 23 이상의 아베수 (vd) 를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 유리 1∼9 는 굴복점 (Ts) 이 670℃ 이하, 바람직하게는 650℃ 이하인 정밀 프레스 성형에 적합한 저온 연화성을 갖는다. 각각의 유리는 620 ℃ 이하, 바람직하게는 600℃ 이하의 유리 전이 온도 (Tg) 를 갖는다. 굴복점(Ts) 과 유리 전이 온도 (Tg) 각각의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 이들 온도가 과도하게 감소되면, 다른 특성이 손상될 수도 있어, 각각의 유리 조성을 준비하기 위한 하한의 표준값으로서 450℃ 이상의 굴복점 (Ts) 과 400℃ 이상의 유리 전이 온도 (Tg) 를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 광학 유리는 유리의 원료로서, 각 유리 성분에 해당하는 산화물, 수산화물, 탄산염, 질산염 등을 준비하여, 목적으로 하는 유리 조성을 얻기 위해 상기 원료를 칭량하여, 원료를 충분히 혼합한 후, 백금 용기와 같은 용융 용기 내에서 원료를 가열, 용융, 청징 및 균질화하여 용융 유리를 얻고, 또한 얻은 용융 유리를 유출하여 성형함으로써 제조될 수 있다. 상기 각 조작은 대기중에서 실행될 수 있으며, 광학 유리의 제조 방법은 공지 방법에서 선택될 수 있다.
[정밀 프레스 성형용 프리폼 및 그 제조 방법]
다음으로 본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼에 관해서 설명한다.
본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼 (이하, "프리폼" 이라 함) 은 본 발명의 광학 유리로 형성되는 것을 특징으로 한다.
프리폼은 정밀 프레스 성형품과 같은 중량의 유리 형상 재료 (glass shaped material) 이다. 프리폼은 정밀 프레스 성형품에 따라 적당한 형상으로 성형되며, 그 형상의 예를 들면 구 형상, 회전타원체 형상 등이 있다. 프리폼은 프레스 성형 이전에 프레스 성형을 가능하게 하는 점도를 갖도록 가열된다.
상기 회전타원체 형상을 포함하는 프리폼의 형상은 하나의 회전 대칭축을 구비하는 형상이 바람직하다. 이러한 하나의 회전 대칭축을 구비하는 상기 형상은 상기 회전 대칭축을 포함하는 단면에서 코너와 움푹들어간 곳(dent) 이 없는 매 끄러운 윤곽선을 갖는 형태를 포함하며, 예를 들어 상기 단면에서 단축이 회전 대칭축에 일치되는 타원이 윤곽선인 형태가 있다. 또한, 하기의 형태가 바람직하다. 상기 단면에 있어서의 프리폼의 윤곽선 상의 임의의 점과 회전 대칭축 상에 있는 프리폼의 무게 중심을 연결하는 선과, 상기 윤곽선 상의 점에서 윤곽선에 접촉하는 접선에 의해 형성된 하나의 각도가 θ일 때, 또한, 상기 점이 회전 대칭축 상에서 출발하여 윤곽선을 따라 이동할 때, 각 θ 가 90°로부터 단조증가하여, 계속해서 단조감소한 후, 단조증가하여 윤곽선이 회전 대칭축과 교차하는 다른 점에서 90°가 된다.
상기 프리폼은 필요에 따라 이형막 등의 박막을 표면에 구비할 수도 있다. 이형막의 예를 들면 탄소 함유막, 자기조직화막 (self-organizing film) 등이 있다. 상기 프리폼은 프레스 성형에 의해 소정의 광학 상수를 갖는 광학 소자를 제공할 수 있다.
다음으로 본 발명에 의해 제공된 프리폼의 제조 방법에 관해서 설명한다.
본 발명에 의해 제공된 프리폼의 제조 방법은, 유출하는 유리로부터 용융 유리를 분리하는 단계, 및 용융 유리의 냉각중에 용융 유리를 프리폼에 성형하는 유리제의 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법에 있어서, 상기 유리가 본 발명의 광학 유리인 것을 특징으로 한다.
상기의 제조 방법에서는, 프리폼은 용융 상태의 유리가 냉각되는 단계에서 성형되며, 상기 유리는, 유리의 응고후에 기계가공하지 않고 프리폼으로서 성형된 유리가 사용될 수 있는 상태로 될 수 있어, 절단, 연삭, 연마 등의 기계가공이 불 필요하다는 이점이 있다. 본 발명에 의해 제공된 프리폼의 제조 방법에서는, 매끄러운 표면을 갖는 프리폼이 성형될 수 있고, 프리폼의 전체 표면이 용융 상태로 유리의 응고에 의해 형성된 형성된 표면이므로, 표면이 매끄러우며, 연삭에 의한 미세한 스크래치나 보이지 않는 스크래치도 존재하지 않는다. 한편, 본 발명에 의해 제공된 프리폼의 제조 방법에서는, 실투 (devitrification) 와 같은 결함이 없는 프리폼이 용융 유리로부터 직접 성형된다. 따라서, 이 제조 방법에서 사용되는 유리는, 유리가 유출되는 단계에서 유리가 프리폼으로 성형될 때까지 결정화되지 않도록, 특히 뛰어난 안정성이 요구된다. 상기와 같이 뛰어난 안정성을 갖기 때문에, 본 발명의 광학 유리는 본 발명에 의해 제공된 프리폼의 제조 방법에 바람직하게 사용될 수 있다.
프리폼은 그 표면에 전단 흔적 (shear mark) 이라 불리는 절단 흔적이 없는 것이 바람직하다. 전단 흔적은, 유출하는 용융 유리가 절단 블레이드에 의해서 절단될 때에 발생한다. 전단 흔적이, 프리폼이 정밀 프레스 성형품으로 성형된 단계에서 잔류하면, 그 전단 흔적의 부분은 결함이 된다. 따라서, 프리폼 단계에서 전단 흔적을 제외시키는 것이 바람직하다. 어떠한 전단 흔적도 야기하지 않도록 절단 블레이드를 사용하지 않고 용융 유리를 분리하는 방법은, 유출 파이프로부터 용융 유리를 적하하는 방법, 및 유출 파이프로부터 유출하는 용융 유리 흐름의 선단부가 지지되고, 소정 중량의 용융 유리 덩어리가 분리될 수 있는 타이밍에서 상기 지지가 제거되는 방법 (이하, "강하 절단법(descent cutting method)" 이라 함) 을 포함한다. 강하 절단법에서, 용융 유리 흐름의 선단부측과 유출 파이프측의 사이에 생성된 폭이 좁은 부분에서 유리가 분리되어, 이에 의해 소정 중량의 용융 유리 덩어리가 얻어질 수 있다.
계속해서, 이렇게 얻어진 용융 유리 덩어리가 연화 상태에 있으면서 프레스 성형에 적합한 형상으로 성형되며, 이에 의해 프리폼이 얻어질 수 있다. 상기 용융 유리 덩어리를 프리폼으로 성형하는 방법으로서, 용융 유리 덩어리에 가스 압력을 가하여, 소정 중량의 분리된 유리 덩어리를 부상시키거나, 또는 몰드와의 접촉을 감소시키기 위해서 거의 부상시키면서 성형하는 방법 (이하, "부상 성형(floating shaping)" 이라 함) 이 바람직하다. 부상 성형은 고온의 유리와 몰드의 접촉을 감소시킬 수 있어, 프리폼의 크래킹 (cracking) 이 방지될 수 있다. 또한, 전체 표면이 자유 표면으로 형성된 프리폼이 성형될 수도 있다.
상기 방법 이외에, 유리 블록이 용융 유리로부터 성형되고, 이후 가공되는 방법에 의해 프리폼이 제조될 수도 있다. 본 발명의 광학 유리로 이루어진 프리폼이 이 방법에 의해서도 제조될 수 있다. 상기 방법에서, 본 발명의 광학 유리로 이루어진 유리 블록이 프레임 내에서 용융 유리를 주조시켜 이루어지며, 이 유리 블록이 기계가공되어 소정 중량의 프리폼을 얻는 구조가 채용될 수도 있다. 기계가공 이전에, 유리의 크래킹을 방지하기 위해서 유리를 어닐링처리함으로써 변형 제거 처리 (strain-removing treatment) 가 완전히 실행되는 것이 바람직하다.
상기 어떠한 방법에 있어서도, 상기 본 발명의 광학 유리가 높은 안정성을 갖기 때문에, 용융 상태의 본 발명의 광학 유리를 사용하여 실투, 맥리, 스크래치, 크래킹 등과 같은 결함이 없는 고품질의 프리폼이 성형될 수 있다.
[광학 소자 및 그 제조 방법]
다음으로 본 발명의 광학 소자에 관해서 설명한다.
본 발명의 광학 소자는 본 발명의 광학 유리로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 광학 유리가 갖는 광학 특성에 의해, 본 발명의 광학 소자로서 각종의 광학 소자가 얻어질 수 있다. 광학 소자의 예시는 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 마이크로 렌즈 등의 각종의 렌즈, 회절 격자, 회절 격자를 갖는 렌즈, 렌즈 어레이, 프리즘 등을 포함한다.
본 발명의 광학 소자에는 반사 방지막, 전반사막, 부분 반사막, 분광 특성 (spectral characteristics) 을 갖는 막 등의 광학 박막이 제공될 수도 있다.
다음으로 본 발명에 의해 제공된 광학 소자의 제조 방법에 관해서 설명한다.
본 발명에 의해 제공된 광학 소자의 제조 방법은 유리제의 정밀 프레스 성형용 프리폼을 가열하는 단계 및 프레스 몰드로 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 단계를 구비하는 광학 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 프리폼이 정밀 프레스 성형 프리폼으로서 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 제공된 광학 소자의 제조 방법은 유리제의 정밀 프레스 성형용 프리폼을 가열하는 단계 및 프레스 몰드로 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 단계를 구비하는 광학 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 제조 방법에 의해 제조된 프리폼이 정밀 프레스 성형 프리폼으로서 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 정밀 프레스 성형은 "몰드 옵틱스 성형 (mold optics molding)" 이라고도 불리며, 본 발명의 기술분야에서 공지되어 있다. 광학 소자에서, 광을 투과 하거나, 굴절, 회절, 또는 반사시키는 면을 광학 기능면이라 부른다(예컨대, 비구면 렌즈의 비구면이나 구면 렌즈의 구면 등의 렌즈의 렌즈 표면이 광학 기능면에 해당한다). 정밀 프레스 성형에 의하면, 프레스 몰드의 성형면의 형상은 유리에 정밀하게 전사되어, 프레스 성형에 의해서 광학 기능면이 형성될 수 있으며, 또한 광학 기능면을 마무리하기 위해서 더이상 연삭, 연마와 같은 기계가공을 가할 필요가 없다.
따라서, 본 발명에 의해 제공된 광학 소자의 제조 방법은 렌즈, 렌즈 어레이, 회절 격자, 프리즘 등의 광학 소자의 제조에 적합하고, 특히 비구면 렌즈를 높은 생산성 하에 제조하는 방법으로서 적합하다.
본 발명에 의해 제공된 광학 소자의 제조 방법에 의하면, 상기 광학 특성을 갖는 상기 광학 소자 모두를 제조할 수 있다. 또한, 광학 유리가 낮은 유리 전이 온도 (Tg) 를 갖기 때문에, 프레스 성형 온도가 감소될 수 있어, 프레스 몰드의 성형면 상의 파손이 감소될 수 있고, 따라서 몰드의 수명이 연장될 수 있다. 또한, 프리폼을 구성하는 광학 유리가 높은 안정성을 갖기 때문에, 광학 유리의 실투가 재가열, 프레스 공정에서도 효과적으로 방지될 수 있다. 또한, 광학 유리의 용융시작 단계와 최종제품을 얻는 마지막 단계의 일련의 공정이 높은 생산성 하에 실행될 수 있다.
정밀 프레스 성형용 프레스 몰드로서는 공지된 몰드, 예를 들어 탄화규소, 지르코니아, 알루미나 등과 같은 내화성 세라믹 몰드 재료로부터 형성된 프레스 몰드가 사용될 수 있으며 몰드 재료의 성형면에 이형막이 제공될 수도 있다. 그 중에서도 탄화규소제의 프레스 몰드가 바람직하고, 탄소 함유막 등이 이형막으로서 사용될 수 있다. 내구성 및 비용의 면에서 특히 카본 막이 바람직하다.
정밀 프레스 성형에서는, 비산화성 분위기가 프레스 몰드의 성형면을 양호한 상태로 유지하기 위해서 정밀 프레스 성형시 분위기로서 적용되는 것이 바람직하다. 비산화성 가스로서는, 질소, 질소와 수소의 혼합 가스 등이 바람직하다.
다음으로 본 발명에 의해 제공된 광학 소자의 제조 방법으로 사용되는 정밀 프레스 성형은 이하에 나타내는 정밀 프레스 성형 1 과 정밀 프레스 성형 2 의 2개의 실시예를 포함한다.
(정밀 프레스 성형 1)
정밀 프레스 성형 1 은 프레스 몰드와 프리폼을 함께 가열하여, 상기 프리폼이 상기 프레스 몰드에 의해 정밀 프레스 성형되는 방법이다.
정밀 프레스 성형 1 에서, 프리폼을 구성하는 유리가 1O6∼1O12dPa·s 의 점도를 나타내는 온도로 프레스 몰드와 상기 프리폼을 함께 가열하여 정밀 프레스 성형이 실행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유리가 바람직하게는 1O12dPa·s 이상, 보다 바람직하게는 1O14 dPa·s 이상, 더욱 바람직하게는 1O16dPa·s 이상의 점도를 나타내는 온도로 냉각된 후, 정밀 프레스 성형품이 프레스 몰드로부터 꺼내지는 것이 바람직하다.
상기의 조건 하에, 프레스 몰드의 성형면의 형상이 유리에 정밀하게 전사될 수 있으며, 또한 정밀 프레스 성형품이 어떠한 변형도 없이 꺼내질 수 있다.
(정밀 프레스 성형 2)
정밀 프레스 성형 2 은 프레스 몰드와 별도로 예열된 프리폼이 예열된 프레스 몰드에 도입되고, 이 프리폼은 정밀 프레스 성형된다.
이 정밀 프레스 성형 2 에서, 상기 프리폼은 프레스 몰드에 도입하기 전에 미리 가열되므로, 사이클 타임이 감소되고, 동시에 표면 결함이 없으며, 양호한 표면 정밀도를 갖는 광학 소자가 제조될 수 있다.
프레스 몰드의 예열 온도는 프리폼의 예열 온도보다도 낮은 온도로 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이 프레스 몰드의 예열 온도가 낮은 온도로 설정되므로, 프레스 몰드의 마모가 감소될 수 있다.
정밀 프레스 성형 2 에서, 상기 프리폼을 구성하는 유리가 109dPa·s 이하의 점도를 나타내는 온도로 예열되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 프리폼이 부상되면서 예열하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 프리폼을 구성하는 유리가 1O5.5∼1O9dPa·s의 점도, 더욱 바람직하게는 1O5.5dPa·s 이상 1O9dPa·s 미만의 점도를 나타내는 온도로 예열되는 것이 더욱 바람직하다.
유리의 냉각은 프레스 개시와 동시에 또는 프레스 도중에 시작되는 것이 바람직하다.
프레스 몰드의 온도는 상기 프리폼의 예열 온도보다도 낮은 온도로 설정되며, 상기 유리가 1O9∼1O12dPa·s의 점도를 나타내는 온도가 표준치로서 사용될 수 있다.
상기 방법에서, 정밀 성형품은, 상기 유리의 점도가 1O12dPa·s 이상의 점도를 나타내는 온도로 냉각된 후 몰드에서 꺼내는 것이 바람직하다.
정밀 프레스 성형에 의해 얻어진 광학 소자는 프레스 몰드에서 꺼내지며, 필요에 따라 서냉된다. 성형품이 렌즈 등의 광학 소자인 경우는, 필요에 따라 광학 소자의 표면이 광학 박막으로 코팅될 수도 있다.
실시예
이하, 본 발명은 실시예를 참조로 하여 더욱 상세히 설명된다. 본 발명은 이들 실시예에 의해 제한되지는 않는다.
유리 성분에 해당하는 산화물, 수산화물, 탄산염, 질산염 등이 유리의 원료로서 사용되었으며, 이 유리 원료는 표 1a ∼ 표 1e 에 도시된 각각의 조성을 갖도록 칭량되었으며, 충분히 혼합되고, 서로 분리된 각각의 혼합물은 백금 용기에 투입되어 전기로에서 1200∼1250℃의 온도에서 대기중에서 2∼4시간동안 교반되면서 가열용해되었다. 균질화 및 청징된 유리 용액이 40 × 70 × 15 mm의 카본제 몰드에 별개로 주입되었으며, 유리 전이 온도까지 서냉하였다. 그후 바로, 각각의 유리가 어닐링 로 (annealing furnace) 에 넣어져, 유리 전이 온도 부근에서 1시간 동안 어닐링되었다. 이 노에서, 각각의 유리가 실온까지 서냉되어 표 표 1a ∼ 표 1e 에 도시된 No.1 ∼ 34 의 광학 유리를 얻었다.
얻어진 각각의 유리가 현미경을 통해 확대관찰되었을 때, 결정의 석출이나 용해되지 않은 잔류물이 발견되지 않았다.
이렇게 얻어진 광학 유리의 각각은 굴절률 (nd), 아베수 (vd), 유리 전이 온도 (Tg), 굴복점 (Ts) 을 아래와 같이 하여 측정되었으며, 표 2 는 그 결과를 나타낸다.
(1) 굴절률 (nd) 및 아베수 (vd)
서냉 온도를 -30℃/시로 설정하여 얻어진 광학 유리가 측정되었다.
(2) 유리 전이 온도 (Tg) 및 굴복점 (Ts)
리가쿠 코포레이션 (Rigaku Corporation) 에 의해 공급되는 열기계 분석 장치에 의해 승온속도를 4℃/분으로 측정하였다.
표 2 에 도시된 바와 같이, 광학 유리 모두는, 원하는 굴절률, 아베수 (vd) 및 굴복점을 가지며, 뛰어난 저온 연화성 및 용해성을 나타내어, 정밀 프레스 성형용 광학 유리로서 바람직한 것이었다.
다음으로 표 1a ∼ 표 1e 에 도시된 조성 No.1 ∼ 34 을 갖는 청징 및 균질화된 각각의 용융 유리가, 유리가 실투되지 않고 안정적으로 유출될 수 있는 온도 영역으로 온도조정된 백금 합금제의 파이프로부터 일정한 유량으로 유출되고, 최종 제품으로서 프리폼의 중량을 갖는 각각의 용융 유리 덩어리가 적하법 또는 강하 절단법에 의해 분리되었다. 각각의 용융 유리 덩어리가 가스 분출구를 밑바닥부에 갖는 수용 몰드에 별개로 수용되었으며, 각각의 유리 덩어리는 가스 분출구로부터 가스를 분출하여 유리 덩어리를 부상시키면서 프레스 성형용 프리폼으로 형성되었다. 프리폼은 용융 유리의 분리 간격을 조정 및 설정함으로써 구 또는 평탄 형 구 형태로 형성되었다. 이렇게 얻어진 프리폼의 중량은 대응하는 설정치에 정확하게 일치하고 있어, 모든 프리폼이 매끄러운 표면을 갖는다.
별도로, 용융 유리 각각이 프레임에 주입되어 판형상 유리를 형성하고, 판형상 유리는 어닐링된 후, 절단되어 유리 블록이 얻어진다. 각각의 블록의 표면이 연삭되고, 연마되어 전체 표면이 매끄러운 프리폼을 얻었다.
전체 표면이 용융 상태로 유리를 응고시켜 형성된 이렇게 얻어진 프리폼 또한 유리 블록의 표면을 연삭 및 연마함으로써 얻어진 프리폼이, 도 1 에 도시된 프레스 장치에 의해 정밀 프레스 성형되었으며, 비구면 렌즈를 얻었다. 구체적으로는, 프리폼 (4) 이 슬리브 부재 (3) 와 함께 프레스 몰드를 이루는 하부 몰드 부재 (2) 및 상부 몰드 부재 (1) 사이에 배치되며, 이후 질소 분위기가 석영관 (11) 내부에 도입되고, 히터 (12) 가 통전되어 석영관 (11) 내부를 가열하였다. 프레스 몰드 내부의 온도는, 성형되는 유리가 1O8∼1O10dPa·s의 점도를 나타내는 온도로 설정되어, 이 온도를 유지하면서, 상부 몰드 부재 (1) 가 상부 가압 로드 (13) 의 하방 운동으로 가압되어 프레스 몰드 내 있는 프리폼을 가압하였다. 가압이 8MPa의 압력하에 30초 동안 실행되었다. 가압 후, 프레스 압력이 제거되었으며, 유리 성형품이 하부 몰드 부재와 상부 몰드 부재를 서로 접촉시킨 상태로 상기 유리의 점도가 1O12dPa·s 이상을 나타내는 온도까지 서냉되었다. 이어서 유리 성형품은 실온까지 급냉되었으며, 이후 프레스 몰드에서 꺼내어 비구면 렌즈를 얻었다. 상기 방법으로 얻어진 비구면 렌즈는 매우 높은 면정밀도를 갖는 다.
상기 정밀 프레스 성형에 의해 얻어진 비구면 렌즈에는 필요에 따라 반사 방지막이 각각 제공되었다.
다음으로, 상기 프리폼과 동일한 프리폼이 다른 방법에 의해 정밀 프레스 성형되었다. 이 방법에서, 프리폼이 부상되면서, 프리폼을 구성하는 유리의 점도가 1O8dPa·s가 되는 온도로 프리폼이 예열되었다. 상부 몰드 부재, 하부 몰드 부재 및 슬리브 부재를 갖는 프레스 몰드가, 유리가 1O9∼1O12dPa·s의 점도를 나타내는 온도까지 가열되었으며, 상기 예열된 프리폼이 프레스 몰드의 캐비티 내에 도입되어, 10 MPa의 압력으로 프리폼의 정밀 프레스 성형이 실행되었다. 프레스 개시와 동시에 유리와 프레스 몰드의 냉각이 함께 시작되고, 성형된 유리의 점도가 1O12dPa·s 이상으로 될 때까지 계속해서 냉각되며, 이후 성형품이 몰드에서 꺼내져 비구면 렌즈를 얻었다. 상기 방법으로 얻어진 비구면 렌즈는 매우 높은 표면 정밀도를 갖는 것이다.
정밀 프레스 성형에 의해 얻어진 비구면 렌즈에는 필요에 따라 반사 방지막이 각각 제공되었다.
상기 방식에서, 내부 품질이 높은 유리제 광학 소자가 생산성 좋게, 또한 고정밀도로 얻어졌다.
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본 발명에 의하면, 고굴절률과 낮은 굴복점을 가지며, 정밀 프레스 성형이 가능한 저온 연화성을 갖는 광학 유리가 얻어질 수 있으며, 각종 렌즈 등과 같은 광학 소자 및 프레스 성형 프리폼이 상기 광학 유리로부터 제조될 수 있다.

Claims (25)

  1. 몰% 로,
    B2O3 5∼25.37%,
    SiO2 3∼50%,
    TiO2 5∼40%,
    ZnO 10.45∼40%,
    La2O3 5∼20%,
    Gd2O3 0∼10%,
    Nb2O5 0∼15%,
    ZrO2 O∼1O%,
    Ta2O5 0∼5%,
    Bi2O3 0∼1O%,
    Mg0 0∼10%,
    CaO 0∼8%,
    SrO O∼1O%,
    BaO 0∼10%,
    단, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량은 15% 이하,
    Li2O 0∼20%, 및
    Na2O 0∼5%
    를 함유하며, 청징제 (refining agent) 로서 Sb2O3를 임의로 포함하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하이고, 유리 전이 온도가 620˚C 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  2. 몰% 로,
    B2O3 5∼25.37%,
    SiO2 3∼50%,
    TiO2 5∼40%,
    ZnO 10.45∼40%,
    La2O3 5∼2O%,
    Gd2O3 0∼10%,
    Nb2O5 0∼15%,
    ZrO2 O∼1O%,
    Ta2O5 0∼5%,
    Bi2O3 0∼1O%,
    Mg0 0∼10%,
    CaO 0∼8%,
    SrO O∼1O%,
    BaO 0∼10%,
    Li2O 0∼2O%,
    Na2O 0∼5%, 및
    Sb2O3 O∼1%
    를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하이고, 유리 전이 온도가 620˚C 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  3. 몰% 로,
    B2O3 5∼25.37%,
    SiO2 3∼50%,
    TiO2 5∼40%,
    ZnO 10.45∼40%,
    La2O3 5∼20%,
    Gd2O3 0∼10%,
    Nb2O5 0∼15%,
    ZrO2 O∼10%,
    Ta2O5 0∼5%,
    Bi2O3 0∼10%,
    Mg0 0∼10%,
    CaO 0∼8%,
    SrO O∼10%,
    BaO 0∼10%,
    Li2O 0∼20%,
    Na2O 0∼5%, 및
    Sb2O3 O∼1%
    를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하이고, 유리 전이 온도가 620˚C 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  4. 몰% 로,
    B2O3 25∼25.37%,
    SiO2 3∼50%,
    TiO2 5∼40%,
    ZnO 10.45∼40%,
    La2O3 5∼2O%,
    Gd2O3 0∼10%,
    Nb2O5 0∼15%,
    ZrO2 O∼1O%,
    Ta2O5 0∼5%,
    Bi2O3 O∼1O%,
    Mg0 0∼10%,
    CaO 0∼8%,
    SrO O∼1O%,
    BaO 0∼10%,
    Li20 0∼20%,
    Na2O 0∼5%, 및
    Sb2O3 O∼1%
    를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하이고, 유리 전이 온도가 620˚C 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  5. 몰% 로,
    B2O3 5∼25.37%,
    SiO2 3∼50%,
    TiO2 5∼40%,
    ZnO 10.45∼40%,
    La2O3 5∼2O%,
    Gd2O3 0∼10%,
    Nb2O5 0∼15%,
    ZrO2 O∼1O%,
    Ta2O5 0∼5%,
    Bi2O3 0∼1O%,
    Mg0 0∼10%,
    CaO 0∼8%,
    SrO O∼1O%,
    BaO 0∼10%,
    Li2O 2∼20%,
    Na2O 0∼5%, 및
    Sb2O3 O∼1%
    를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하이고, 유리 전이 온도가 620˚C 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  6. 몰% 로,
    B2O3 25∼25.37%,
    SiO2 3∼50%,
    TiO2 5∼40%,
    ZnO 10.45∼40%,
    La2O3 5∼2O%,
    Gd2O3 0∼10%,
    Nb2O5 0∼15%,
    ZrO2 O∼1O%,
    Ta2O5 0∼5%,
    Bi2O3 0∼1O%,
    Mg0 0∼10%,
    CaO 0∼8%,
    SrO O∼1O%,
    BaO 0∼10%,
    Li2O 2∼20%,
    Na2O 0∼5%, 및
    Sb2O3 O∼1%
    를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하이고, 유리 전이 온도가 620˚C 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  7. 몰% 로,
    B2O3 5∼25.37%,
    SiO2 3∼50%,
    TiO2 12∼40%,
    ZnO 10.45∼40%,
    La2O3 5∼2O%,
    Gd2O3 0∼10%,
    Nb2O5 0∼15%,
    ZrO2 O∼1O%,
    Ta2O5 0∼5%,
    Bi2O3 0∼1O%,
    Mg0 0∼10%,
    CaO 0∼8%,
    SrO O∼1O%,
    BaO 0∼10%,
    Li2O 0∼20%,
    Na2O 0∼5%, 및
    Sb2O3 O∼1%
    를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하이고, 유리 전이 온도가 620˚C 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  8. 몰% 로,
    B2O3 5∼25.37%,
    SiO2 3∼20%,
    TiO2 5∼40%,
    ZnO 10.45∼40%,
    La2O3 5∼2O%,
    Gd2O3 0∼10%,
    Nb2O5 0∼15%,
    ZrO2 O∼1O%,
    Ta2O5 0∼5%,
    Bi2O3 0∼1O%,
    Mg0 0∼10%,
    CaO 0∼8%,
    SrO O∼1O%,
    BaO 0∼10%,
    Li2O 2∼20%,
    Na2O 0∼5%, 및
    Sb2O3 O∼1%
    를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하이고, 유리 전이 온도가 620˚C 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  9. 몰% 로,
    B2O3 5∼25.37%,
    SiO2 3∼20%,
    TiO2 5∼40%,
    ZnO 10.45∼40%,
    La2O3 5∼2O%,
    Gd2O3 0∼10%,
    Nb2O5 0∼15%,
    ZrO2 O∼1O%,
    Ta2O5 0∼5%,
    Bi2O3 0∼1O%,
    Mg0 0∼10%,
    CaO 0∼8%,
    SrO O∼1O%,
    BaO 0∼10%,
    Li2O 0∼20%,
    Na2O 0∼5%, 및
    Sb2O3 O∼1%
    를 함유하고, 굴절률 (nd) 이 1.88 초과, 아베수 (vd) 가 35 이하이고, 유리 전이 온도가 620˚C 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 7 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, Li2O를 1∼20몰% 함유하는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, Li2O를 1∼20몰% 함유하는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  14. 삭제
  15. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 굴복점이 670℃ 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  16. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 정밀 프레스 성형에 사용되는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  17. 제 15 항에 기재된 광학 유리로 형성된 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼.
  18. 유출하는 유리로부터 용융 유리를 분리하는 단계 및 용융 유리의 냉각중 용융 유리를 프리폼으로 성형하는 단계를 구비하는 유리제의 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법에 있어서,
    상기 유리는 제 15 항에 기재된 광학 유리인 것을 특징으로 하는 정밀 프레 스 성형용 프리폼의 제조 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  20. 유리제의 정밀 프레스 성형용 프리폼을 가열하는 단계 및 프레스 몰드로 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 단계를 구비하는 광학 소자의 제조 방법에 있어서,
    제 17 항에 기재된 프리폼이 정밀 프레스 성형용 프리폼으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  21. 유리제의 정밀 프레스 성형용 프리폼을 가열하는 단계 및 프레스 몰드로 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 단계를 구비하는 광학 소자의 제조 방법에 있어서,
    제 18 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 프리폼이 정밀 프레스 성형용 프리폼으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 프레스 몰드와 프리폼이 함께 가열되어, 상기 프레스 몰드로 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  23. 제 20 항에 있어서, 프레스 몰드가 예열되고, 프리폼이 프레스 몰드와는 별도로 예열된 후 예열된 프레스 몰드에 도입되어 프레스 몰드로 정밀 프레스 성형되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  24. 제 21 항에 있어서, 프레스 몰드와 프리폼이 함께 가열되어, 상기 프레스 몰드로 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  25. 제 21 항에 있어서, 프레스 몰드가 예열되고, 프리폼이 프레스 몰드와는 별도로 예열된 후 예열된 프레스 몰드에 도입되어 프레스 몰드로 정밀 프레스 성형되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
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