KR101137744B1

KR101137744B1 - 광학 유리, 정밀 프레스 성형 프리폼과 그 제조방법, 및광학 소자와 그 제조방법

Info

Publication number: KR101137744B1
Application number: KR1020050091164A
Authority: KR
Inventors: 요시코 가스가; 쉐루 쩌우
Original assignee: 호야 가부시키가이샤
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2012-04-24
Also published as: US7700507B2; CN100378019C; CN1765791A; KR20060051834A; US20060079390A1; JP4350016B2; JP2006096610A

Abstract

아베수 (υd) 가 50 ～ 59이고, 프레스 몰드와 반응하기 어려운 성질, 저온 연화성, 뛰어난 유리 안정성, 및 고굴절률의 특성을 갖는 정밀 프레스 성형에 적합한 광학 유리를 제공한다.

B₂O₃와 SiO₂를 필수성분으로서 포함하는 광학 유리에 있어서, 몰%로, B₂O₃와 SiO₂의 합계 함유량 (B₂O₃+ SiO₂) 이 45 ～ 70%, B₂O₃함유량에 대한 SiO₂함유량의 몰비 (SiO₂/B₂O₃) 가 O.1 ～ 0.5이고, La₂O₃ 5 ～ 15%, Gd₂O₃ 0.1 ～ 8%(단, La₂O₃함유량과 Gd₂O₃함유량의 합계량은 8% 이상), Y₂O₃ 0 ～ 10%, Li₂O 3 ～ 18%(단, B₂O₃+ SiO₂에 대한 Li₂O의 함유량의 몰비 [Li₂O/(B₂O₃+ SiO₂)] 가 0 초과 0.2 이하), ZnO 0.1 ～ 15%, CaO 2 ～ 20%, BaO 0 ～ 5%(단, BaO 함유량은 ZnO 함유량보다도 적음), SrO 0 ～ 5%, MgO 0 ～ 5%(단, B₂O₃+ SiO₂에 대한 MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계함유량의 몰비 [(MgO + CaO + SrO + BaO)/(B₂O₃+ SiO₂)] 는 0.1 ～ 0.4), 및 ZrO₂ 0 ～ 5% 을 포함하며, 하기 식 (1)

υd ≥ 308.5 - 150 × nd (단, 50 ≤υd ≤ 59)??? (1)

의 관계를 만족하는 굴절률 (nd) 및 아베수 (υd) 를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.

Description

광학 유리, 정밀 프레스 성형 프리폼과 그 제조방법, 및 광학 소자와 그 제조방법{OPTICAL GLASS, PREFORM FOR PRECISION PRESS-MOLDING, PROCESS FOR THE PRODUCTION OF THE PREFORM, OPTICAL ELEMENT, AND PROCESS FOR THE PRODUCTION OF THE ELEMENT}

도 1 은 본 발명의 실시예에 사용된 정밀 프레스 성형 장치의 개략단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 상부 몰드 2 : 하부 몰드

3 : 슬리브 4 : 프리폼

9 : 지지 로드 10 : 지지대

11 : 석영관 12 : 히터

13 : 가압 로드 14 : 열전대

본 발명은 광학 유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼 (이하, "정밀 프레스 성형 프리폼" 이라 함) 과 그 제조방법, 및 광학 소자와 그 제조방법에 관한 것이다. 더 자세하게는, 본 발명은 아베수 (Abbe's number)(υd) 가 50 ～ 59이고, 굴절률이 높고, 뛰어난 유리 안정성을 가지며, 정밀 프레스 성형에 적합한 광학 유리, 그 광학 유리로 이루어지는 정밀 프레스 성형 프리폼과 그 제조방법, 및 그 광학 유리로 이루어지는 광학 소자와 그 제조방법에 관한 것이다.

광학 유리로 이루어지는 유리 예비 성형체 즉 프리폼을 가열하고, 프레스 몰드에 의해 프리폼을 정밀 프레스 성형하여, 비구면 렌즈, 마이크로 렌즈, 회절격자 등의 광학 소자를 제조하는 방법은, "정밀 프레스 성형법" 또는 "몰드 옵티칼 성형법" 으로 불리고, 널리 알려져 있다.

정밀 프레스 성형에 사용되는 유리에 요구되는 광학 특성은 여러 가지 있는데, 이러한 특성 중의 하나는 광학 유리가 50 ～ 59의 아베수 (υd) 를 갖는다는 것이다. 지금까지, 정밀 프레스 성형용은 아니지만, 일본국 공개특허공보 소58 - 25607호에 기재된 유리와 같이 이러한 광학 특성을 갖는 인산염계의 광학 유리가 알려져 있다.

그런데, 일본국 공개특허공보 소58 - 25607호에 개시된 인산염계의 조성에 기초하여, 아베수 (υd) 가 50 ～ 59 이며, 정밀 프레스 성형에 적합한 유리를 실현하고자 하면, 정밀 프레스 성형중 유리와 프레스 몰드의 성형면과의 반응에 의해, 정밀 프레스 성형품의 표면을 파손시키거나, 발포를 야기하며, 또는 유리가 프레스 몰드의 성형면에 융착되는 문제가 야기된다.

정밀 프레스 성형법은, 유리에 프레스 몰드의 성형면이 정밀하게 전사되어, 렌즈면과 같은 광학 기능면을 프레스 성형에 의해서 정밀하게 형성하는 점을 특징 으로 하고 있다. 정밀 프레스 성형품의 표면에 상기 파손이나 거품이 발생하면, 연마 등의 표면 제거 가공을 실행할 필요가 있으며, 정밀 프레스 성형법의 상기 특징이 손상된다. 따라서, 정밀 프레스 성형법에 사용되는 유리에는, 성형면과 반응하기 어려운 특성이 요구된다.

또한, 정밀 프레스 성형에서, 일반 유리 프레스 성형에 사용되는 온도보다 프레스 성형 온도가 낮은 온도로 설정될 필요가 있으므로, 정밀 프레스 성형에 사용되는 유리는 저온에서 연화되는 특성 (저온 연화성(low temperature softening property)) 을 가질 필요가 있다. 또한, 용융 상태의 유리로부터 유리의 실투 (devitrification) 를 야기하지 않고서 프리폼을 성형하기 위해서는, 뛰어난 안정성을 갖는 유리가 요구된다. 또한, 광학 유리로서의 유리의 부가가치를 증가시키기 위해서는, 보다 높은 굴절률을 유리에 부여할 필요가 있다.

따라서, 아베수 (υd) 가 50 ～ 59 이며, 정밀 프레스 성형에 적합한 광학 유리에는, 성형면과 반응하기 어려운 성질, 저온 연화성, 뛰어난 유리 안정성(내실투성 (devitrification resistance)), 고굴절률 특성이 요구된다.

이러한 사정을 기초로, 본 발명의 목적은 아베수 (υd) 가 50 ～ 59 이고, 프레스 몰드와 반응하기 어려운 성질, 저온 연화성, 뛰어난 유리 안정성, 고굴절률특성을 가지며, 정밀 프레스 성형에 적합한 광학 유리, 그 광학 유리로 이루어지는 정밀 프레스 성형 프리폼과 그 제조방법, 및 그 광학 유리로 이루어지는 광학 소자와 그 제조방법을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본원의 발명자들은 예의 연구를 한 결과, 특정한 유리 조성을 가지며, 또한 아베수 (υd) 와 굴절률 (nd) 이 특정한 관계를 갖는 광학 유리에 의해, 그 목적이 달성될 수 있음을 발견하고, 이 지견에 따라서 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은,

1) B₂O₃와 SiO₂를 필수성분으로서 포함하는 광학 유리에 있어서,

몰%로, B₂O₃와 SiO₂의 합계 함유량 (B₂O₃+ SiO₂) 이 45 ～ 70%, B₂O₃함유량에 대한 SiO₂함유량의 몰비 (SiO₂/B₂O₃) 가 O.1 ～ 0.5이고, La₂O₃ 5 ～ 15%, Gd₂O₃ 0.1 ～ 8%(단, La₂O₃의 함유량과 Gd₂O₃함유량의 합계량은 8% 이상), Y₂O₃ 0 ～ 10%, Li₂O 3 ～ 18%(단, B₂O₃+ SiO₂에 대한 Li₂O의 함유량의 몰비 [Li₂O/(B₂O₃+ SiO₂)] 가 0 초과 0.2 이하), ZnO 0.1 ～ 15%, CaO 2 ～ 20%, BaO 0 ～ 5%(단, BaO 함유량은 ZnO 함유량보다도 적음), SrO 0 ～ 5%, MgO 0 ～ 5%(단, B₂O₃+ SiO₂ 의 합계함유량에 대한 MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계함유량의 몰비 [(MgO + CaO + SrO + BaO)/(B₂O₃+ SiO₂)] 가 0.1 ～ 0.4), 및 ZrO₂ 0 ～ 5% 을 포함하며, 식 (1)

υd ≥ 308.5 - 150 × nd (단, 50 ≤υd ≤ 59)??? (1)

의 관계를 만족하는 굴절률 (nd) 및 아베수 (υd) 를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 유리,

(2) 상기 (1) 에 있어서, 정밀 프레스 성형용인 것을 특징으로 하는 광학 유리,

(3) 상기 (2) 에 기재된 광학 유리로 이루어진 정밀 프레스 성형 프리폼,

(4) 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 광학 유리로 이루어진 광학 소자,

(5) 유출하는 용융 유리로부터 분리된 유리 덩어리를 상기 유리의 냉각중에 성형함으로써 정밀 프레스 성형 프리폼을 제조하는 방법에 있어서, 상기 용융 유리는 상기 (2) 에 기재된 광학 유리를 제공하는 용융 유리인 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형 프리폼의 제조방법,

(6) 유리제의 프리폼을 가열 및 정밀 프레스 성형함으로써 광학 소자를 제조하는 광학 소자의 제조방법에 있어서, 상기 (3) 에 기재된 정밀 프레스 성형 프리폼 또는 상기 (5) 에 기재된 방법에 의해 제조된 정밀 프레스 성형 프리폼을 가열 및 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조방법,

(7) 상기 (6) 에 있어서, 상기 프리폼은 프레스 몰드에 도입되고, 상기 프레스 몰드와 상기 프리폼이 함께 가열되고, 이 프리폼은 정밀 프레스 성형되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조방법,

(8) 상기 (6) 에 있어서, 상기 프리폼은 예열되어, 프레스 몰드에 도입되고, 정밀 프레스 성형되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 아베수 (υd) 가 50 ～ 59 이고 굴절률이 높고, 뛰어난 유리 안정성을 가지며, 정밀 프레스 성형에 적합한 광학 유리, 상기 유리로 이루어 지는 정밀 프레스 성형 프리폼 및 광학 소자를 제공할 수 있다.

또한, 뛰어난 유리 안정성을 갖는 상기 유리를 사용하여, 용융 유리로부터 직접, 정밀 프레스 성형 프리폼을 제조할 수 있기 때문에, 높은 생산성의 고품질의 프리폼을 제조하기 위한 정밀 프레스 성형 프리폼의 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 각 성질을 겸비한 유리를 사용함으로써, 높은 생산성의 광학 소자를 제조하기 위한 광학 소자의 제조방법을 제공할 수 있다.

발명의 바람직한 실시예

본 발명은 광학 유리, 정밀 프레스 성형 프리폼과 그 제조방법, 광학 소자와 그 제조방법의 순서로 설명한다.

[광학 유리]

아베수 (υd) 가 50 ～ 59 이고, 정밀 프레스 성형에 적합한 유리를 실현하기 위해서, 본원 발명자들은 인산염계 유리 대신에, 유리의 네트워크 구조를 구성하는 성분으로서 B₂O₃와 SiO₂를 포함하는 B₂O₃-SiO₂계의 유리조성을 개시 유리조성으로 채용하였다. 이 유리 조성에 기초하여, La₂O₃와 Gd₂O₃가 필수성분으로서 도입된다. La₂O₃와 Gd₂O₃가 공존하게 되면, 유리가 단독으로 도입되는 경우에 비해 안정성이 개선된다. 유리에 저온 연화성을 부여하고, 고굴절률특성을 유지하기 위해서, Li₂O 및 ZnO 가 필수성분으로서 도입된다. 또한, B₂O₃, SiO₂및 CaO가 공존하게 되면, 유리에는 저온 연화성이 부여되면서 의도하는 광학 특성을 유지할 수 있다. 상기의 이유로부터, 본 발명의 목적을 달성하는 유리 조성으 로서, B₂O₃, SiO₂, La₂O₃, Gd₂O₃, Li₂O, ZnO 및 CaO가 공존하는 조성을 베이스로 하여, 성분들의 함유량을 잘 조절하여, 본 발명을 완성시켰다.

본 발명의 광학 유리는, B₂O₃와 SiO₂를 필수성분으로서 포함하며, 몰%로, B₂O₃와 SiO₂의 합계 함유량 (B₂O₃+ SiO₂) 이 45 ～ 70%, B₂O₃함유량에 대한 SiO₂함유량의 몰비 (SiO₂/B₂O₃) 가 O.1 ～ 0.5이고, La₂O₃ 5 ～ 15%, Gd₂O₃ 0.1 ～ 8%(단, La₂O₃와 Gd₂O₃의 합계함유량은 8% 이상), Y₂O₃ 0 ～ 10%, Li₂O 3 ～ 18%(단, B₂O₃ 와 SiO₂ 의 합계함유량에 대한 Li₂O의 함유량의 몰비 [Li₂O/(B₂O₃+ SiO₂)] 가 0 초과 0.2 이하), ZnO 0.1 ～ 15%, CaO 2 ～ 20%, BaO 0 ～ 5%(단, BaO 함유량은 ZnO 함유량보다도 적음), SrO 0 ～ 5%, MgO 0 ～ 5%(단, B₂O₃와 SiO₂ 의 합계함유량에 대한 MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계함유량의 몰비 [(MgO + CaO + SrO + BaO)/(B₂O₃+ SiO₂)] 가 0.1 ～ 0.4), 및 ZrO₂ 0 ～ 5% 을 포함하며, 하기 식 (1)

υd ≥ 308.5 - 150 × nd (단, 50 ≤υd ≤ 59)??? (1)

의 관계를 만족하는 굴절률 (nd) 및 아베수 (υd) 를 갖는다.

[유리조성]

다음으로, 상기 조성범위의 한정이유에 관해서 설명한다. 이하, 특기하지 않는 한, 각 성분의 함유량, 그 성분들의 합계량 및 함유량의 비는 몰% 또는 몰비로 나타낸다.

B₂O₃는 유리의 네트워크 구조를 구성하는 성분이며, 유리에 저분산성과 저온 연화성을 부여하기 위한 필수 성분이다.

B₂O₃와 마찬가지로 SiO₂도 유리의 네트워크 구조를 구성하는 성분이며, 유리의 내구성을 향상시키기 위한 필수 성분이기도 하다.

B₂O₃ 및 SiO₂의 함유량의 범위는, 그 합계함유량 (B₂O₃+ SiO₂) 과 몰비 (SiO₂/B₂O₃) 에 의거하여 특정된다. 합계함유량 (B₂O₃+ SiO₂) 이 너무 작으면, 유리의 안정성이 저하되며, 액상 온도가 상승한다. 합계함유량이 너무 크면, 굴절률이 감소되어, 원하는 광학 특성을 얻는 것이 어려워진다. 따라서, 합계함유량 (B₂O₃+ SiO₂) 은 45 ～ 70%, 바람직하게는 50 ～ 65% 로 제한된다. 몰비 (SiO₂/B₂O₃) 가 너무 작으면, 유리 성형재, 예를 들어 정밀 프레스 성형 프리폼이 용융유리로부터 성형될 때의 유리의 점도가 너무 낮게 되어, 상기 성형이 어려워진다. 상기 몰비가 너무 크면, 유리의 용해성이 감소된다. 용해성이 감소되면, 유리의 용해 온도가 과도하게 높아져, 용융 용기 (예컨대, 백금 합금제의 용기) 가 부식되므로, 부식물이 용융 유리중에 포함되어 유리의 품질을 저하시키게 된다. 또한, 유리 성분의 일부가 휘발하여, 이렇게 제조된 유리는 의도하는 광학 특성을 얻을 수 있는 유리조성으로부터 벗어난 조성을 가지므로, 굴절률, 아베수 등과 같은 광학 특성이 목표치로부터 벗어나게 된다. 이러한 점을 고려하여, 몰비 (SiO₂/B₂O₃) 는 O.1 ～ 0.5, 바람직하게는 O.14 ～ 0.45 로 제한된다.

합계함유량 (B₂O₃+ SiO₂) 은 중량%로 30 ～ 50%, 바람직하게는 33 ～ 45% 의 범위 내로 제한되는 것이 바람직하다. 또한, 중량비 (SiO₂/B₂O₃) 는 0.1 ～ 0.45, 바람직하게는 0.12 ～ 0.38 의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 이유와 같다.

또한, 유리에 원하는 광학 특성을 부여하면서, 유리 전이 온도를 더 저하시켜, 유리의 내구성과 내산성을 양호한 상태로 유지하기 위해서는, B₂O₃의 함유량을 40 ～ 60%의 범위 내로 제한되는 것이 바람직하며, 42 ～ 56%의 범위로 하는 것이 더 바람직하다.

또한, 유리에 원하는 광학 특성을 부여하면서, 유리의 저온 연화성을 유지하여, 유리의 내구성 및 안정성을 향상시키기 위해서는, SiO₂의 함유량을 5% 초과 20% 이하의 범위로 제한되는 것이 바람직하며, 6 ～ 18%로 하는 것이 더 바람직하다.

La₂O₃는 유리의 내구성 및 내후성을 향상시키는 것뿐만아니라, 소정범위의 아베수 (υd) 를 유지하면서 굴절률을 증가시키기 위한 필수성분이다. 그러나, La₂O₃의 상기 함유량이 15%를 초과하면, 아베수 (υd) 가 소망하는 범위의 하한보다 낮게 되어, 유리의 열적안정성이 감소될 수 있으므로, 15% 이하로 상기 함유량을 제한 할 필요가 있다. 또한, La₂O₃의 상기 함유량이 5% 미만이면, 유리에 소망하는 광학 특성이 부여될 수 없으며, 유리의 내후성도 악화되므로, La₂O₃의 함유량이 5 ～ 15%의 범위, 더 바람직하게는 6 ～ 13%의 범위로 제한된다.

Gd₂O₃는 유리의 내후성의 향상 및 유리의 광학 특성의 조정에 사용되는 성분이다. Gd₂O₃는 La₂O₃와의 공존에 의해서 유리의 안정성 향상에 기여하는 필수성분이다. 이들 효과를 얻기 위해서, Gd₂O₃가 0.1% 이상 도입된다. 그러나, Gd₂O₃의 함유량이 8%를 초과하면, 유리의 열적 안정성이 저하되고, 또한 저온 연화성도 저하될 수 있으므로, Gd₂O₃는 0.1 ～ 8%의 범위, 바람직하게는 0.1 ～ 4.0%의 범위로 제한된다.

그러나, 유리의 양호한 내후성을 유지하면서, 소정 범위의 광학 특성을 유리에 부여하기 위해서는, La₂O₃와 Gd₂O₃의 합계함유량 (La₂O₃+ Gd₂O₃) 은 8% 이상, 바람직하게는 10% 이상으로 제한된다.

Y₂O₃는 유리의 내후성의 향상과 유리의 광학 특성의 조정에 사용되는 임의성분이다. 도입된 Y₂O₃의 함유량이 10%를 초과하면, 유리의 열적 안정성과 저온 연화성이 손상되므로, 그 함유량은 0 ～ 10%, 바람직하게는 0 ～ 8%로 제한된다.

또한, La₂O₃, Gd₂O₃, 및 Y₂O₃의 도입에 의한 효과를 더욱 향상시키기 위해서는, La₂O₃, Gd₂O₃ 및 Y₂O₃의 합계함유량 (La₂O₃+ Gd₂O₃+ Y₂O₃) 은 8% 이상으로 조정되는 것이 바람직하고, 10% 이상으로 조정되는 것이 더 바람직하다.

Li₂O는 유리의 저온 연화성을 개선하기 위해서 도입되는 필수성분이다. Li₂O의 함유량이 3% 미만이면, 유리 전이 온도 및 유리의 처짐 온도 (sag temperature) 가 너무 높게 되므로, 유리의 정밀 프레스 성형이 어렵다. 도입된 Li₂O의 함유량이 18%를 초과하면, 유리의 액상 온도가 급격하게 증가되며, 유리의 내후성도 저하되므로, Li₂O의 함유량은 3 ～ 18%의 범위, 바람직하게는 5 ～ 15%의 범위로 제한된다.

그러나, B₂O₃와 SiO₂ 의 합계함유량에 대한 Li₂O의 함유량의 몰비 [Li₂O/(B₂O₃+ SiO₂)] 가 과대하게 커지면, 유리의 안정성이 저하되므로, 상기 몰비는 0.2이하, 바람직하게는 0.18이하로 조정된다. B₂O₃와 SiO₂ 의 합계함유량에 대한 Li₂O의 함유량의 중량비는 0.10이하가 바람직하고, 0.08이하가 더 바람직하다.

ZnO는 유리의 저온 연화성과 양호한 내후성을 유지하기 위해서 필요한 성분이고, 유리의 안정성과 내구성을 조정하기 위해서 사용될 수 있는 성분이다. ZnO가 과도하게 도입되면, 아베수 (υd) 가 감소되므로, ZnO의 함유량은 0.1 ～ 15%의 범위, 바람직하게는 0.1 ～ 13%의 범위로 제한된다.

CaO는 B₂O₃ 및 SiO₂와 공존할 때 유리에 저온 연화성을 부여하고, 소정의 범위 내에서 광학 특성을 유지하는 데에 유효한 성분이다. CaO의 함유량이 2% 미만이면, 유리의 안정성이 저하되어, 목표로 하는 광학 특성을 얻을 수 없다. CaO의 함유량이 20%보다도 크면, 유리의 내구성 및 내후성이 저하될 수 있으므로, CaO의 함유량은 2 ～ 20%의 범위, 바람직하게는 5 ～ 17%의 범위로 제한된다.

BaO는 유리의 광학 특성을 조정하기 위해서 도입되는 임의성분이다. BaO의 함유량은 유리의 내후성과 안정성을 악화시키지 않도록 ZnO의 함유량보다도 더 작게 조정된다. 또한, BaO의 함유량은 0 ～ 5%, 바람직하게는 0 ～ 4%, 더 바람직하게는 0 ～ 1%미만이다. 더욱 바람직하게는, BaO는 도입되지 않는다.

SrO가 BaO 대신에 도입되면, 광학 특성이 유지될 수 있을뿐만아니라, 유리의 내구성이 대폭 개선될 수도 있다. 그러나, SrO의 함유량이 5%보다도 크면, 유리의 안정성이 저하될 수 있으므로, SrO의 함유량은 0 ～ 5%, 바람직하게는 0 ～ 4%의 범위로 제한된다.

MgO가 Li₂O 대신에 도입되면, 유리의 아베수가 증가되는 효과 (유리의 저분산화) 가 얻어질뿐만아니라, 유리의 내구성도 대폭 개선될 수 있다. 그러나, MgO의 함유량이 5%를 초과하면, 유리의 안정성이 저하되므로, MgO의 함유량은 0～ 5%, 바람직하게는 0 ～ 4%로 제한된다.

그러나, B₂O₃와 SiO₂ 의 합계함유량에 대한 MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계함유량의 몰비 [(MgO + CaO + SrO + BaO)/(B₂O₃+ SiO₂)] 가 너무 작으면, 저온 연화성을 유리에 부여하는 것이 어려우며, 유리의 아베수 (υd) 가 감소 (유리의 고분산화) 된다. 너무 크면, 유리의 안정성이 손상된다. 따라서, 상기 몰비는 0.1 ～ 0.4, 바람직하게는 0.12 ～ 0.30으로 조절된다. 또, 바람직하게는 중량 비 [(MgO + CaO + SrO + BaO)/(B₂O₃+ SiO₂)] 는 0.1 ～ 0.8, 더 바람직하게는 0.1 ～ 0.5로 조절된다.

소정 범위의 광학 특성을 유지하면서 뛰어난 내구성을 유지하기 위해서, Mg0, Ca0, SrO, BaO 및 ZnO의 합계함유량 (MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) 은 바람직하게는 8% 이상, 더 바람직하게는 10% 이상으로 조절된다.

ZrO₂는 광학 상수의 조정 및 안정성의 향상에 유용한 성분이다. ZrO₂의함유량이 5%를 초과하면, 유리의 안정성이 손상되므로, ZrO₂의 함유량은 0 ～ 5%, 바람직하게는 0 ～ 3%으로 제한된다.

또, 본 발명의 광학 유리에서, Na₂O, K₂O 등이 상기 성분에 추가될 수도 있다. 그러나, Na₂O 및 K₂O는 Li₂O 만큼 유리에 저온 연화성을 효과적으로 부여하지는 않는다. 상기 효과가 충분히 얻어질 수 있는 양이 도입되면, 굴절률이 저하되거나, 유리의 안정성이 손상될 수도 있으므로, 바람직하게는, Na₂O와 K₂O의 각각의 함유량은 0 ～ 2%로 제한되며, 더 바람직하게는 각각 0 ～ 1%로 제한된다. 더 바람직하게는, Na₂O 및 K₂O 의 합계함유량 (Na₂O+ K₂O) 은 0 ～ 1%로 제한된다.

상기 성분에 의한 효과를 한층 더 높이기 위해서, B₂O₃, SiO₂, La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃, Li₂O, ZnO, CaO, BaO, SrO, MgO 및 ZrO₂의 합계함유량은 바람직하게는 98%이상, 더 바람직하게는 99%이상, 더욱 바람직하게는 100%으로 조정된다.

본 발명의 광학 유리에 있어서는, 상기 성분 외에, 일반적으로 사용되는 탈포제 (refining agent) 를 유리 조성의 합계함유량에 기초하여 0.1 ～ 1중량% 첨가 할 수 있다. 탈포제로서는 Sb₂O₃가 바람직하다. 유리 조성의 합계함유량에 기초하여 외부에서 첨가된 Sb₂O₃의 함유량은 0 ～ 1중량%로 하는 것이 바람직하고, 0 ～ 0.5중량%로 하는 것이 더 바람직하다. As₂O₃는 탈포제로서 유효하지만, 프레스 몰드의 성형면에 손상을 줄 우려가 있으며, 환경에 유해한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이점을 고려하여 As₂O₃ 를 첨가하지 않는 것이 바람직하다. 환경에 유해한 영향을 미치는 것을 고려하면, 비소화합물과 같이 Cd, Tl, Pb 등의 화합물도 유리중에 도입하지 않은 것이 바람직하다. 또, PbO는 환경 문제뿐만 아니라, 정밀 프레스 성형시에 환원되어 유리표면에서 석출되는 문제도 일으킨다.

상기 유리에 소량의 F가 도입될 수도 있지만, F는 후술하는 프리폼의 성형시에 휘발에 의한 문제를 일으키므로, F를 도입하지 않은 것이 바람직하다.

Hf 산화물, Yb 산화물의 도입도 가능하지만, 이들은 모두 고가이다. 본 발명의 유리에서, Hf 산화물 또는 Yb 산화물을 도입하지 않더라도 상기 목적을 달성할 수 있으므로, 안정적인 가격으로 광학 유리가 공급되어, 본 발명의 유리의 실시가 촉진된다는 관점에서는 어느 성분도 도입하지 않는 것이 바람직하다.

[유리의 광학 특성]

이하, 본 발명의 광학 유리의 광학 특성에 대해 설명한다. 유리의 용도면, 즉 광학기기의 설계의 관점에서는, 아베수 (υd) 를 일정하게 한 경우, 굴절률(n d)이 높은 쪽이 설계의 자유도가 커진다. 따라서, 고굴절률의 유리가 소망된다. 그러나, 유리의 제조면에서는, 아베수 (υd) 의 감소를 억제하면서, 유 리의 굴절률 (nd) 을 높이고자 하면, 유리의 안정성이 손상되기 쉽다. 본 발명의 유리와 같이 저온 연화성을 갖는 유리가 고려되는 한, 아베수 (υd) 의 감소를 억제하면서, 굴절률 (nd) 을 일정치보다 높이는 것은 곤란하였다. 본 발명에서, 상기 유리 조성이 제공되므로, 유리의 아베수 (υd) 가 50 ～ 59의 범위로, 하기 식 (1) 의 관계를 만족하는 굴절률 (nd) 및 아베수 (υd) 가 유리에 부여된다.

υd ≥ 308.5 - 150 × nd???(1)

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 하기 식 (2) 의 관계를 만족하는 굴절률(nd) 및 아베수 (υd) 를 실현할 수도 있다.

υd ≥ 309.5 - 150 × nd???(2)

뛰어난 유리 안정성을 유지하기 위해서, 상기의 각 광학 상수 범위에 있어서, 굴절률 (nd) 을 1.74 이하로 조절하는 것이 바람직하다.

[유리 전이 온도]

이하, 본 발명의 광학 유리의 유리 전이 온도 (Tg) 에 관해서 설명한다. 유리 전이 온도는 처짐 온도 (Ts) 와 같이 유리의 저온 연화성의 지표가 된다. 유리 전이 온도가 낮으면, 정밀 프레스 성형시의 유리의 온도, 프레스 몰드의 온도는 저온으로 설정될 수 있으며, 프레스 몰드의 수명을 연장시키고, 또한 양호한 정밀 프레스 성형품을 얻는 데도 바람직하다.

이러한 관점에서, 본 발명의 바람직한 양태에서 따르면, 본 발명의 광학 유리는 600℃ 이하의 유리 전이 온도 (Tg) 를 갖는다. 본 발명의 더 바람직한 양태에 따르면, 580℃ 이하의 유리 전이 온도 (Tg) 를 갖는다.

본 발명의 광학 유리는 정밀 프레스 성형용의 유리에 한정되는 것이 아니지만, 저온 연화성 등과 같은 정밀 프레스 성형에 적합한 성질을 갖고 있어, 정밀 프레스 성형에 사용하는 광학 유리로서 적합하다.

[광학 유리의 제조법]

이하, 본 발명의 광학 유리를 제조하는 방법에 관해서 설명한다. 먼저, 유리의 성분에 대응하는 원료로서 산화물, 탄산염, 황산염, 질산염, 불화물, 수산화물 등, 예를 들어, H₃BO₃, SiO₂, La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃, Li₂CO₃, ZnO, CaCO₃및 ZrO₂ 등의 원료가 칭량되고, 충분히 혼합되어 준비된 배치 (batch) 를 얻으며, 이 배치는 백금합금제의 용융로에 넣어, 1200 ～ 1250℃ 로 가열된다. 이 배치가 교반되면서 원료가 완전히 용해할 때까지 공기 중에서 용융된다. 다음으로, 얻어진 용융 유리가 정련되고, 유리가 충분히 교반되어 균질화되며, 성형하면 상기 광학 유리가 얻어질 수 있다. 공지의 장치가 상기 공정을 위해 사용될 수 있다.

[정밀 프레스 성형 프리폼과 그 제조방법]

이하, 정밀 프레스 성형 프리폼에 관해서 설명한다. 본 발명의 정밀 프레스 성형 프리폼은 상기 광학 유리로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 정밀 프레스 성형 프리폼 (이하, "프리폼" 으로도 언급됨) 은 정밀 프레스 성형품의 중량과 등가의 중량을 갖는 유리 성형재 (glass shaped material) 이고, 정밀 프레스 성형에 적합한 형상으로 미리 성형된 예비성형재이다. 프리폼의 형상의 예로서는, 구, 하나의 대칭축을 갖는 회전체 등을 포함한다. 상기 회전체는, 상기 대 칭축을 포함하는 임의의 단면에 있어서 코너 또는 움푹들어간 곳이 없는 매끄러운 윤곽선을 갖는 회전체, 예를 들어 상기 단면에 있어서 단축 (minor axis) 이 회전 대칭축에 일치하는 타원의 윤곽선을 갖는 회전체를 포함한다. 바람직하게는, 회전체는 하기의 형상을 갖는다. 상기 단면에 있어서의 프리폼의 윤곽선상의 임의의 점과 회전 대칭축상에 있는 프리폼의 무게의 중심 연결하는 선과, 상기 윤곽선상의 점에서 윤곽선에 접하는 접선에 의해 이루어진 각의 일방의 각도를 θ로 할 때, 또한, 상기 점이 회전 대칭축상에서 출발하여 윤곽선을 따라 이동할 때에, θ가 90°로부터 단조롭게 증가하고, 계속해서 단조롭게 감소한 후, 단조롭게 증가하여 윤곽선이 회전 대칭축과 교차하는 타방의 점에서 90°가 되는 형상이 바람직하다. 프리폼은 프레스 성형가능한 점도를 갖도록 가열되고 프레스 성형된다.

상기 프리폼은 필요에 따라 이형막 (mold release film) 등의 박막을 표면에 구비할 수도 있다. 이형막의 예로서는 탄소 함유막, 자기 조직화막 (자기 조립막(self-assembled film)) 등을 포함한다. 상기 프리폼은 소정의 광학 상수를 갖는 광학 소자를 프레스 성형에 의해 제공할 수 있다.

상기 프리폼은 전체 표면이 자유표면으로 이루어진 프리폼, 전체 표면이 연마면으로 이루어진 프리폼, 전체 표면이 에칭에 의해서 형성된 프리폼으로 분류될 수 있다.

프리폼은 이하에 설명하는 본 발명의 프리폼의 제조방법에 의해서 제조될 수 있고, 유리 성형재에 연마 가공 등의 기계가공을 행하여 제조될 수도 있다.

이하, 프리폼의 제조방법에 관해서 설명한다. 본 발명의 정밀 프레스 성 형 프리폼의 제조방법은, 유출하는 용융 유리로부터 분리된 유리 덩어리 (glass gob) 를 상기 유리의 냉각중에 성형함으로써 정밀 프레스 성형 프리폼을 제조하는 제조방법에 있어서, 상기 용융 유리가 본 발명의 광학 유리에서 얻어진 용융 유리인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제조방법에는, 절단, 연삭, 연마 등의 기계가공이 불필요하다는 이점이 있다. 기계가공이 행해진 프리폼에서는, 유리가 파손되지 않을 정도까지 유리의 변형을 감소시키기 위해 기계가공전에 어닐링 처리가 요구된다. 그러나, 상기 프리폼의 제조방법에 의하면, 파손 방지를 위한 어닐링 처리는 불필요하다. 또한, 매끄러운 표면을 갖는 프리폼이 성형될 수 있다. 또한, 프리폼의 전체 표면은 용융상태의 유리가 고화하여 형성된 표면이므로, 연마에 의한 미세한 스크래치나 잠재적인 스크래치도 존재하지 않는다. 유리자체가 갖는 화학적 내구성 및 내후성에 추가하여, 프리폼이 매끄러운 표면을 가지므로, 프리폼의 표면적은 스크래치가 있는 표면을 갖는 프리폼에 비해 작다. 따라서, 프리폼이 대기중에 있을 때, 프리폼의 표면은 변질되기 쉽지 않아, 성형된 직후의 청정한 표면상태가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다.

또한, 상기 프리폼의 제조방법에 있어서, 프리폼에 매끄러운 청정한 표면이 부여된다는 관점에서, 프리폼은 공기 압력이 가해진 부상 상태 (floating state) 로 성형하는 것이 바람직하다. 상기 제조방법에 있어서, 용융 유리가 분리될 때, 용융 유리가 절단칼에 의해서 절단되어 분리된다면, 전단 흔적 (shear mark) 이라고 불리는 절단 흔적이 형성된다. 프리폼의 전단 흔적이 정밀 프레스 성형품에 잔존하면, 그 부분은 결함이 되어 버리므로, 전단 흔적 없이 분리되는 것이 바람직하다. 절단칼을 사용하지 않고, 전단 흔적을 형성하지 못하도록 용융 유리를 분리하는 방법으로서는, 유출파이프로부터 용융 유리를 적하하는 방법, 유출파이프로부터 유출하는 용융 유리 흐름의 선단부가 지지되고, 상기 지지가 소정 중량의 용융 유리 덩어리를 분리할 수 있는 타이밍으로 제거되는 방법 (이하, "강하 절단법(descent cutting method" 이라고 함) 등이 있다. 강하 절단법에서, 유리는 용융 유리 흐름의 선단부측과 유출파이프측의 사이에서 발생된 폭이 좁은 부분에서 분리되며, 이에 의해 소정 중량의 용융 유리 덩어리를 얻을 수 있다. 이후, 이렇게 얻어진 용융 유리 덩어리가 연화상태에 있는 사이에 프레스 성형에 적합한 형태로 성형함으로써 프리폼이 얻어질 수 있다.

상기 프리폼의 제조방법에서, 프리폼 1개의 중량과 등가의 중량을 갖는 용융 유리 덩어리가 분리되고, 프리폼은 유리 덩어리가 유리의 연화점 이상의 고온 상태에 있는 사이에서 성형된다.

또, 본 발명의 제조방법에 의하지 않고, 기계가공에 의해서 프리폼이 제조되는 경우는, 용융 유리가 주형 내에서 주조되어, 상기 광학 유리로 이루어지는 유리 성형재 (예컨대, 판상 유리) 를 성형하여, 기계가공이 이 유리 성형재에서 행해져 소정 중량의 프리폼을 형성하는 방법을 사용해도 된다. 전술한 바와 같이, 기계가공을 가하기 전에 유리가 파손되지 않도록, 유리를 어닐링 처리함으로써 충분한 변형 제거 처리를 하는 것이 바람직하다.

[광학 소자의 제조방법]

본 발명의 광학 소자는 상기 광학 유리로 이루어진다. 본 발명에 의하면, 광학 소자를 구성하는 유리가 상기 광학 유리이므로, 상기 광학 소자는 상기 광학 유리의 광학 특성 (굴절률 (nd), 아베수 (υd) 등) 을 가지며, 소정의 광학 상수를 갖는 광학 소자가 제공될 수 있다.

본 발명의 광학 소자의 예로서는, 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 마이크로 렌즈 등의 각종의 렌즈, 회절 격자, 회절 격자를 갖는 렌즈, 렌즈 어레이, 프리즘 등을 포함한다.

또, 이 광학 소자에는 필요에 따라, 반사방지막, 전반사막, 부분반사막, 분광특성을 갖는 막 등의 광학 박막이 제공될 수도 있다.

이하, 광학 소자의 제조방법에 관해서 설명한다.

본 발명의 광학 소자의 제조방법은, 유리제의 프리폼을 가열 및 정밀 프레스 성형함으로써 광학 소자를 제조하는 방법에 있어서, 상기 정밀 프레스 성형 프리폼 또는 상기 제조 방법에 의해 제조된 정밀 프레스 성형 프리폼을 가열 및 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 한다.

정밀 프레스 성형법은 "몰드 옵틱 성형법 (mold optics method)" 이라고 공지되어 있으며, 이미 해당 발명이 속하는 기술분야에서는 잘 알려져 있는 것이다.

광학 소자에서, 광선을 투과하거나, 굴절시키거나, 회절시키거나, 반사시키기도 하는 면을 광학 기능면이라고 부른다. 예를 들어 렌즈를 예로 들면 비구면 렌즈의 비구면이나 구면 렌즈의 구면등의 렌즈면이 광학기능면에 상당한다. 정밀 프레스 성형법은, 프레스 몰드의 성형면이 유리에 정밀하게 전사되어, 프레스 성형에 의해 광학기능면을 형성하는 방법이다. 즉, 광학 소자의 광학기능면을 마무리하기 위해서 연삭, 연마 등과 같은 기계 가공을 가할 필요가 없다.

따라서, 본 발명의 방법은, 렌즈, 렌즈 어레이, 회절격자, 프리즘 등의 광학 소자의 제조에 적합하며, 특히 비구면 렌즈를 고생산성으로 제조할 때에 최적이다.

본 발명의 광학 소자의 제조방법에 의하면, 상기 광학 특성을 갖는 광학 소자가 제조될 수 있다. 또한, 프리폼을 구성하는 유리의 유리전이온도 (Tg) 가 낮아, 프리폼이 유리의 프레스 성형에 의해 비교적 낮은 온도로 프레스될 수 있다. 또한, 프리폼을 구성하는 유리가 높은 안정성을 가지므로, 유리의 실투는 재가열, 프레스 공정에서 효과적으로 방지될 수 있다. 또한, 유리 용융으로부터 최종제품을 얻는 일련의 공정이 고생산성하에 실행될 수 있다.

정밀 프레스 성형법에 사용하는 프레스 몰드는 탄화규소, 초경재료, 스테인리스강 등의 몰드 재료의 성형면에 이형막을 형성함으로써 얻어지는 몰드와 같은 공지의 몰드로부터 선택될 수 있지만, 탄화규소제의 프레스 몰드가 바람직하다. 이형막으로서는 탄소함유막, 귀금속합금막 등이 선택될 수 있지만, 비용면 등에서 탄소함유막이 바람직하다.

정밀 프레스 성형법에서, 프레스 몰드의 성형면을 양호한 상태로 유지하기 위해서 성형시의 분위기를 비산화성가스로 하는 것이 바람직하다. 비산화성가스로서는 질소 또는 질소와 수소의 혼합가스로부터 선택되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 광학 소자의 제조방법에 특히 적합한 정밀 프레스 성형법에 관해서 설명한다.

[정밀 프레스 성형법 1]

이 방법은 프레스 몰드에 상기 프리폼을 도입하여, 상기 몰드와 상기 프리폼을 함께 가열하고, 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 한다(이하, "정밀 프레스 성형법 1 " 이라 함).

정밀 프레스 성형법 1 에 있어서, 프리폼을 구성하는 유리가 10⁶ ～ 10¹² dPa?s의 점도를 나타내는 온도로 프레스 몰드와 상기 프리폼을 함께 가열하여 정밀 프레스 성형을 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유리가 10¹²dPa?s이상, 더 바람직하게는 10¹⁴dPa?s이상, 더욱 바람직하게는 10¹⁶ dPa?s 이상의 점도를 나타내는 온도까지 냉각된 후, 정밀 프레스 성형품이 프레스 몰드로부터 꺼내는 것이 바람직하다.

상기의 조건 하에, 프레스 몰드의 성형면의 형상은 유리에 더욱 정밀하게 전사될 수 있을뿐만아니라, 정밀 프레스 성형품이 어떠한 변형도 야기하지 않고 꺼내질 수 있다.

[정밀 프레스 성형법 2]

이 방법은, 프레스 몰드에 예열된 프리폼을 도입하여, 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 한다(이하, " 정밀 프레스 성형법 2 " 이라 함).

상기 방법에 의하면, 상기 프리폼은 프레스 몰드에 도입하기 이전에 가열되므로, 사이클 타임이 감소될 수 있으며, 동시에, 표면결함이 없는 양호한 면정밀도를 갖는 광학 소자가 제조될 수 있다.

프레스 몰드의 예열온도는 프리폼의 예열온도보다도 낮은 온도로 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이 프레스 몰드의 예열온도가 낮은 온도로 설정되므로, 상기 몰드의 마모가 감소될 수 있다.

정밀 프레스 성형법 2 에 있어서, 상기 프리폼은, 프리폼을 구성하는 유리가 10⁹dPa?s이하, 더 바람직하게는 10⁶ ～ 10⁸ dPa?s의 점도를 나타내는 온도로 예열되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 프리폼을 부상하면서 예열하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 프리폼은, 프리폼을 구성하는 유리가 10^5.5 ～ 10⁹dpa?s, 더 바람직하게는 10⁶～ 10⁸ dPa?s의 점도를 나타내는 온도로 예열되는 것이 더욱 바람직하다.

유리의 냉각은 프레스 개시와 동시 또는 프레스의 도중에서 시작되는 것이 바람직하다.

프레스 몰드의 온도는, 상기 프리폼의 예열온도보다도 낮은 온도로 설정되며, 상기 유리가 10⁹ ～ 10¹² dPa?s의 점도를 나타내는 온도가 피상적인 기준으로서 사용될 수 있다.

상기 방법에서, 정밀 프레스 성형품은, 상기 유리의 점도가 10¹²dPa?s 이상을 나타내는 온도로 냉각된 후 이형되는 것이 바람직하다.

정밀 프레스 성형된 광학 소자는 프레스 몰드로부터 꺼내지며, 필요에 따라 서냉된다. 성형품이 렌즈 등의 광학 소자인 경우에는, 필요에 따라 광학 소자 의 표면에는 광학 박막이 제공될 수도 있다.

본 발명의 광학 유리는 상기한 바와 같이 화학적 내구성이 우수하기 때문에, 변질층이 연마 가공에 의해 표면에 형성되기 쉽지 않다. 따라서, 본 발명의 광학 유리를 사용하면, 프리폼이 연마 가공에 의해서 제조될 수도 있으며, 렌즈 등의 광학 소자가 정밀 프레스 성형에 의해 이 프리폼으로부터 제조될 수 있다. 또한, 구면 렌즈, 비구면 렌즈와 같은 광학 소자가 정밀 프레스 성형에 의하지 않고, 유리를 연마 가공함으로써 제조될 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해, 더 상세히 설명하지만, 본 발명은, 이들 실시예로 제한되는 것은 아니다.

실시예 1 ～ 11

유리성분에 대응하는 원료로서 산화물, 탄산염, 황산염, 질산염, 불화물, 수산화물등, 예를 들어, H₃BO₃, SiO₂, La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃, Li₂CO₃, ZnO, CaCO₃, ZrO₂등을 사용하여 표 1 및 표 2 에 도시된 바와 같이 250 ～300g 의 소정의 중량을 갖는 조성을 얻기 위해 칭량되고, 충분히 혼합되어 준비된 배치를 얻고, 이 배치는 백금 도가니에 넣어져, 1200 ～ 1250℃에서 교반되면서 공기중에서 2 ～ 4시간동안 용융된다. 용융후, 용융 유리는 40 × 70 × 15 mm의 카본제의 금형에서 주조되어, 유리 전이 온도까지 서냉된다. 서냉직후, 어닐링 로에 넣어져, 유리 전이 온도로 약 1 시간어닐링 처리되고, 노에서, 어닐링된 유리가 실온까지 냉각된다.

이렇게하여 얻어진 각각의 광학 유리는, 하기의 방법에 따라 여러가지특성이 측정된다. 이들 광학 유리에서, 광학현미경으로 관찰할 수 있는 결정은 석출되지 않는다.

(1) 굴절률 (nd) 및 아베수 (υd)

서냉온도를 -30 ℃/시간로 설정함으로써 얻어진 광학 유리가 측정됨.

(2) 비중

아르키메데스법에 의해 측정됨.

(3) 유리 전이 온도 (Tg) 및 처짐 온도 (Ts)

리가쿠 주식회사의 열기계분석장치에 의해 승온속도 4℃/분으로 측정됨.

(4) 액상온도 (LT)

실투시험로 (devitrification testing furnace) 에 시료를 넣고, 1000 ℃ 에서 1시간 동안 유지한 후, 배율 10 ～ 50배의 현미경을 통해 결정을 관찰한다. 상기 결정이 관찰되지 않은 경우, 시료는 100O℃ 미만의 액상온도를 갖는 것으로 간주된다.

(5) 유리의 점도

시료는 "JIS Z 8803-1991「액체의 점도 측정방법」8. 단일 원통형 회전 점도계에 의한 점도측정" 에 근거하여, 회전 원통법에 의해서 유리의 액상온도에 있어서의 점성을 측정하였다.

이와 같이, 소정의 광학 상수를 가지며, 유리 전이 온도 (Tg) 가 600℃이하, 처짐 온도 (Ts) 가 640℃ 이하의 저온 연화성을 가지며, 액상온도 1000℃ 미만의 고유리 안정성을 가지며, 3.9 미만의 저비중을 가지며, 990℃ 에서 측정된 점도가 2 dPa?s 이상, 1000℃ 에서 측정된 점도가 2 dPa?s 이상인 광학 유리를 얻을 수 있었다.

전술한 바와 같이, 실시예 1 ~ 11 에서 얻어진 유리는 정밀 프레스 성형에 적합한 저온 연화성, 용융 유리로부터 프리폼을 직접 성형할 때에 적합한 고온 영역에서의 뛰어난 유리 안정성과 상기 고온영역에서의 뛰어난 성형성 및 광학 소자의 경량화를 가능하게 하는 저비중을 구비하고 있다.

비교예 1, 2

표 1 및 표 2 는 비교예 1, 2 의 조성을 나타낸다. 비교예 1 에서의 유리는 Gd₂O₃을 포함하지 않는다. 비교예 1 에서의 유리가 액상온도를 측정하기 위해 1000℃로 유지되면, 유리 전체가 실투된다. 표 3 은 비교예 1 의 유리의 특성을 나타낸다.

비교예 2 에서의 유리는 BaO를 과도하게 포함한다. 유리 원료가 용융 교반되는 중에 결정이 석출되어, 적절한 유리를 얻을 수 없었다.

실시예 12

실시예 1 ～ 11의 유리가 얻어지는 정련 및 균질화된 각각의 유리가, 유리가 실투하지 않고 안정적으로 유동가능한 온도역으로 온도조정된 백금합금제의 파이프로부터 일정유량으로 유출되고, 최종 제품으로서 프리폼의 중량을 갖는 용융 유리 덩어리가 적하법 또는 강하 절단법에 의해 분리된다. 이 용융 유리 덩어리가 가스분출구를 밑바닥부에 갖는 리시빙 몰드에 수용되고, 가스분출구로부터 가스를 분출함으로써 유리 덩어리를 부상시키면서 프리폼이 성형된다. 용융 유리의 분리 타이밍은 직경 2 ～ 30 mm의 구상 프리폼을 얻도록 조정되고 설정된다. 프리폼의 중량은 대응하는 설정치에 정확하게 일치하여, 프리폼 전체가 매끄러운 표면을 갖는다.

이렇게 얻은 각각의 프리폼은 도 1에 나타내는 프레스 장치에 의해 정밀 프레스 성형되어 비구면 렌즈를 얻었다. 구체적으로는, 프리폼은 프레스 몰드를 구성하는 하부 몰드 부재 (2) 및 상부 몰드 부재 (1) 사이에 배치되고, 이후 석영관 (11) 내의 분위기가 질소분위기로 대체되고, 히터 (12) 가 통전되어 석영관 (11) 내부를 가열하였다. 프레스 몰드 내부의 온도는, 성형되는 유리가 10⁸ ～ 10¹⁰dPa?s의 점도를 나타내는 온도로 설정되면서, 이 온도가 유지되어, 가압 로드 (13) 는 하강된다. 상부 몰드 (1) 가 가압되어 몰드 내에 설치된 프리폼 (4) 을 프레스하였다. 프레스 압력은 8MPa, 프레스 시간은 30초로 하였다. 프레스 후, 프레스의 압력이 해제되어, 유리 성형품이 하부 몰드 (2) 및 상부 몰드 (1) 과 접촉시킨 채로의 상태로 상기 유리의 점도가 10¹² dPa?s 이상이 되는 온도까지 서냉되었다. 이어서, 유리 성형품이 실온까지 급냉되어 몰드로부터 꺼내져 비구면 렌즈를 얻었다. 이와 같이 얻어진 비구면 렌즈는, 매우 높은 면정밀도를 갖는 렌즈이었다. 도 1 에 있어서, 부호 3 은 슬리브, 9는 지지 로드, 10은 지지대, 14는 열전대를 나타낸다.

정밀 프레스 성형에 의해 얻어진 비구면 렌즈에는 필요에 따라 반사방지막이 각각 제공될 수도 있다.

이하, 유사한 프리폼이 다른 방법으로 정밀 프레스 성형되었다. 이 방법에서, 프리폼은 부상하면서 프리폼을 구성하는 유리의 점도가 10⁸ dPa?s가 되는 온도로 예열되었다. 상부 몰드 부재, 하부 몰드 부재 및 슬리브 부재를 갖는 프레스 몰드는, 상기 유리가 10⁹ ～ 10¹² dPa?s의 점도를 나타내는 온도까지 가열되고, 예열된 프리폼은 프레스 몰드의 캐비티 내에 도입되어 프리폼의 정밀 프레스 성형을 실행한다. 프레스의 압력은 10 MPa로 설정된다. 프레스 개시와 동시에 유리와 프레스 몰드가 함께 냉각되고, 성형된 유리의 점도가 10¹² dPa?s 이상으로 될 때까지 냉각된 후, 성형품이 이형되어 비구면 렌즈를 얻었다. 이 방법에 의해 얻어진 비구면 렌즈는 매우 높은 면정밀도를 갖는 렌즈이었다.

본 발명의 광학 유리는, 아베수 (υd) 가 50 ～ 59이고, 프레스 몰드와 반응하기 어려운 성질, 저온 연화성, 뛰어난 유리 안정성, 고굴절률특성을 가지며, 이 광학 유리는 정밀 프레스 성형에 적합하다. 광학 유리가 사용되면, 정밀 프레스 성형 프리폼 및 광학 소자가 높은 생산성으로 제공될 수 있다.

Claims

B₂O₃와 SiO₂를 필수성분으로서 포함하는 광학 유리에 있어서,

몰%로, B₂O₃와 SiO₂의 합계 함유량 (B₂O₃+ SiO₂) 이 45 ～ 70%, B₂O₃함유량에 대한 SiO₂함유량의 몰비 (SiO₂/B₂O₃) 가 O.1 ～ 0.5이고, La₂O₃ 5 ～ 15%, Gd₂O₃ 0.1 ～ 8%(단, La₂O₃의 함유량과 Gd₂O₃의 함유량의 합계량은 8% 이상), Y₂O₃ 0 ～ 10%, Li₂O 3 ～ 18%(단, B₂O₃+ SiO₂에 대한 Li₂O의 함유량의 몰비 [Li₂O/(B₂O₃+ SiO₂)] 가 0 초과 0.2 이하), ZnO 0.1 ～ 15%, CaO 2 ～ 20%, BaO 0 ～ 5%(단, BaO 함유량은 ZnO 함유량보다도 적다), SrO 0 ～ 5%, MgO 0 ～ 5%(단, B₂O₃+ SiO₂의 합계함유량에 대한 MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계함유량의 몰비 [(MgO + CaO + SrO + BaO)/(B₂O₃+ SiO₂)] 가 0.1 ～ 0.4), 및 ZrO₂ 0 ～ 5% 을 포함하며, 식 (1)

υd ≥ 308.5 - 150 × nd ???(1)

을 만족하고,

식 (2) 또는 식 (3)

nd ≤ 1. 71603 ???(2)

55.19 ≤ vd ≤ 59 ???(3)

의 관계를 만족하는 굴절률 (nd) 및 아베수 (υd) 를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제 1 항에 있어서, 정밀 프레스 성형용인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제 2 항에 기재된 광학 유리로 이루어진 정밀 프레스 성형 프리폼.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 광학 유리로 이루어진 광학 소자.
유출하는 용융 유리로부터 분리된 유리 덩어리를 상기 유리의 냉각중에 성형함으로써 정밀 프레스 성형 프리폼을 제조하는 방법에 있어서, 상기 용융 유리는 제 2 항에 기재된 광학 유리를 제공하는 용융 유리인 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형 프리폼의 제조방법.
유리제의 프리폼을 가열 및 정밀 프레스 성형함으로써 광학 소자를 제조하는 광학 소자의 제조방법에 있어서, 제 3 항에 기재된 정밀 프레스 성형 프리폼 또는 제 5 항에 기재된 방법에 의해 제조된 정밀 프레스 성형 프리폼을 가열 및 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 프리폼은 프레스 몰드에 도입되고, 상기 프레스 몰드와 상기 프리폼이 함께 가열되고, 이 프리폼은 정밀 프레스 성형되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 프리폼은 예열되어, 프레스 몰드에 도입되고, 정밀 프레스 성형되는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조방법.