KR101355354B1 - 광학 유리, 정밀 프레스 성형 및 그 제조 프로세스, 및 광학 소자 및 그 제조 프로세스 - Google Patents

광학 유리, 정밀 프레스 성형 및 그 제조 프로세스, 및 광학 소자 및 그 제조 프로세스 Download PDF

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Abstract

정밀 프레스 성형에 적합한 저온 연화 특성과 예비 성형체의 열간 성형에 적합한 유리 안정성을 겸비한 고굴절 광학 유리이며, 질량%로 표시하여 B2O3 13 내지 30%, Li2O 0.1 내지 4%, ZnO 17 내지 35%, La2O3 15 내지 45%, Ta2O5 4 내지 15%(단, 15%는 제외), ZrO2 0 내지 10%, Ta2O5/(Ta2O5+ZrO2+Nb2O5)>0.3인 경우 Nb2O5 0 내지 10%, WO3 0 내지 20%, 및 Sb2O3 0 내지 1%를 함유하고, 1.80 내지 1.84의 굴절률(nd)과 40.0 내지 45.0의 아베수(vd)를 갖는다.
예비 성형체, 광학 유리, 굴절률, 아베수

Description

광학 유리, 정밀 프레스 성형 및 그 제조 프로세스, 및 광학 소자 및 그 제조 프로세스 {OPTICAL GLASS, PRECISION PRESS-MOLDING AND PROCESS FOR THE PRODUCTION THEREOF, AND OPTICAL ELEMENT AND PROCESS FOR THE PRODUCTION THEREOF}
도1은 본 발명의 광학 소자를 제조하기 위한 프레스 장치의 일례를 도시한다.
[문헌 1] 일본특허공개공보 평6-305669호
[문헌 2] 일본특허공개공보 평8-217484호
본 발명은 정밀 프레스 성형에 적합한 저온 연화 특성을 갖는 고굴절 광학 유리와, 광학 유리로 형성된 정밀 프레스 성형용 예비 성형체 및 그 제조 프로세스와, 광학 유리로 형성된 광학 소자 및 그 제조 프로세스에 관한 것이다.
고성능 및 콤팩트 화상 감지 유닛 또는 디지털 카메라와 같은 카메라는 고굴절 유리로 제조된 비구면 렌즈를 구비한다. 이런 렌즈는 정밀 가공된 성형면을 갖 는 프레스 금형으로 예비 성형체로 불리는 유리 재료를 프레스 성형하고, 상기 성형면을 유리 재료로 정밀하게 전사함으로써 대량 생산된다.
상기 프레스 성형은 정밀 프레스 성형으로 불리고, 프레스 성형에 의해 광학 소자의 광학 기능면을 형성할 수 있어서, 유리를 렌즈로 하나씩 연삭 및 연마하여 비구면 렌즈를 완성하는 프로세스와 비교하여 저렴하고 높은 생산성으로 비구면 렌즈의 대량 생산을 가능하게 한다.
다양한 광학 특성을 갖는 정밀 프레스 성형용 유리가 제안되어 왔다. 구체적으로, 일본특허공개공보 평6-305669호 및 일본특허공개공보 평8-217484호는 이러한 유리를 제안한다.
정밀 프레스 성형의 장점은 연삭 및 연마에 의한 제조로는 비싸고 시간이 많이 소모되는 광학 소자가 높은 생산성으로 대량 생산될 수 있다는 것이다. 예비 성형체가 용융된 유리로부터 직접 제조될 수 있을 때, 유리를 용융과 함께 시작하고 광학 소자를 제조로 종료되는 프로세스는 더욱 효율적이게 될 수 있다.
상기 프로세스에서, 하나의 예비 성형체에 상당한 양을 갖는 용융된 유리 덩어리가 얻어지고, 유리 덩어리는 용융된 유리 덩어리를 냉각시키는 동안 예비 성형체로 성형되므로(이하에서는 "열간 성형"으로 지칭됨), 상기 프로세스가 유리를 절단, 연삭 및 연마하여 예비 성형체를 완성하는 프로세스에 비교하여 매우 생산적이게 되고, 절단, 연삭 및 연마에 포함된 슬러지(sludge)라고 불리는 유리 먼지가 발생하지 않으며, 용융된 유리가 낭비적인 먼지를 포함하지 않은 채로 이용될 수 있다는 장점을 갖게 된다. 그러므로 고가의 유리 재료가 사용될 때, 비용은 많이 상 승하지 않으면서, 고기능 유리 재료가 사용될 수 있다.
그러나 예비 성형체를 열간 성형하기 위해, 줄무늬(striae) 및 투명성 상실(devitrification)과 같은 임의의 미소 결함을 발생하지 않으면서 용융된 유리 덩어리를 예비 성형체로 성형하는 것이 요구된다. 특히, 고굴절 유리가 예비 성형체로 성형될 때, 용융된 유리의 유출 온도는 투명성 상실을 방지하기 위해 증가된다. 이러한 경우, 유리의 점성이 저하되어 성형하기가 곤란해지거나, 또는 고온의 유리 표면으로부터 결렬한 휘발이 발생하여 줄무늬 발생을 초래한다. 한편, 유출 온도가 낮아질 때, 유리는 투명성을 상실하게 된다. 그러므로 좋은 품질의 예비 성형체를 안정적으로 제조하기 위해, 고온 영역에서 우수한 유리 안정성을 갖는 재료가 요구된다.
본 발명의 목적은 정밀 프레스 성형에 적합한 저온 연화 특성과 예비 성형체의 열간 성형에 적합한 우수한 유리 안정성을 겸비하는 고굴절 광학 유리와, 상기 광학 유리로 형성된 정밀 프레스 성형용 예비 성형체와 그 제조 프로세스, 및 상기 유리로 형성된 광학 소자 및 그 제조 프로세스를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로,
(1) 질량%로 표시하여 B2O3 13 내지 30%, Li2O 0.1 내지 4%, ZnO 17 내지 35%, La2O3 15 내지 45%, Ta2O5 4 내지 15%(단, 15%는 제외), ZrO2 0 내지 10%, Ta2O5/(Ta2O5+ZrO2+Nb2O5)>0.3인 경우 Nb2O5 0 내지 10%, WO3 0 내지 20%, 및 Sb2O3 0 내지 1%를 함유하고, 1.80 내지 1.84의 굴절률(nd)과 40.0 내지 45.0의 아베수(vd)를 갖는 광학 유리와,
(2) Li20와 Zn0의 합계량이 20 내지 35 질량%인 상기 항목(1)에 기재된 광학 유리와,
(3) 질량%로 표시하여 Si02 0 내지 10%, Gd203 0 내지 6%(단, 6%는 제외), Y203 0 내지 10%, Yb203 0 내지 10%를 추가로 함유하는 상기 항목(1) 또는 항목(2)에 기재된 광학 유리와,
(4) B2O3, Li20, ZnO, La2O3, Ta205, ZrO2, Nb205, WO3, SiO2, Gd2O3, Y203, Yb2O3 및 Sb203의 합계량이 99 질량% 이상인 상기 항목(3)에 기재된 광학 유리와,
(5) 상기 항목(1) 내지 (4) 중 어느 한 항목에 기재된 유리로 형성된 정밀 프레스 성형용 예비 성형체와,
(6) 용융된 유리를 유출시키는 단계, 용융된 유리 덩어리를 분리하는 단계, 상기 용융된 유리 덩어리를 냉각하는 프로세스에서 상기 항목(1) 내지 (4) 중 어느 한 항목에 기재된 광학 유리로 형성된 예비 성형체로 유리 덩어리를 성형하는 단계를 포함하는 정밀 프레스 성형용 예비 성형체의 제조 프로세스와,
(7) 상기 항목(1) 내지 (4) 중 한 항목에 기재된 광학 유리로 형성된 광학 소자와,
(8) 상기 항목(5)에 기재된 정밀 프레스 성형용 예비 성형체 또는 상기 항 목(6)에 기재된 프로세스에 의해 제조한 정밀 프레스 성형용 예비 성형체를 가열하는 단계를 포함하고, 프레스 금형으로 정밀 프레스 성형용 예비 성형체를 정밀 프레스 성형하는 단계를 포함하는 광학 소자의 제조 프로세스와,
(9) 정밀 프레스 성형용 예비 성형체가 프레스 금형으로 도입되고, 정밀 프레스 성형용 예비 성형체와 프레스 금형이 함께 가열되어 정밀 프레스 성형을 수행하는 상기 항목(8)에 기재된 광학 소자의 제조 프로세스와,
(10) 정밀 프레스 성형용 예비 성형체를 가열하는 단계, 및 정밀 프레스 성형을 수행하도록 예열된 프레스 금형 내로 가열된 정밀 프레스 성형용 예비 성형체를 도입하는 단계를 포함하는 상기 항목(8)에 기재된 광학 소자의 제조 프로세스를 제공한다.
본 발명에 따르면, 정밀 프레스 성형에 적합한 저온 연화 특성과 예비 성형체의 열간 성형에 적합한 우수한 유리 안정성을 겸비하는 고굴절 광학 유리, 상기 광학 유리로 형성된 정밀 프레스 성형용 예비 성형체와 그 제조 프로세스, 및 상기 유리로 형성된 광학 소자와 그 제조 프로세스를 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 광학 소자를 제조하기 위한 프레스 장치의 일례를 도시하는 도면이며, 도면부호1은 상부 금형 부재를 지시하고, 도면부호2는 하부 금형 부재를 지시하고, 도면부호3은 슬리브 부재를 지시하고, 도면부호4는 예비 성형체를 지시하고, 도면부호9는 지지 로드를 지시하고, 도면부호10은 지지 베드를 지시하고, 부면부호11은 석영 튜브를 지시하고, 도면부호13은 가압 로드를 지시하고, 도면부호 14는 열전쌍을 지시한다.
본 발명의 양호한 실시예는, 본 발명의 광학 유리, 정밀 프레스 성형용 예비 성형체, 그 제조 프로세스, 광학 소자와 그 제조 프로세스의 순서로 설명된다.
[광학 유리]
본 발명의 광학 유리는, 질량%로 표시하여 B2O3 13 내지 30%, Li2O 0.1 내지 4%, ZnO 17 내지 35%, La2O3 15 내지 45%, Ta2O5 4 내지 15%(단, 15%는 제외), ZrO2 0 내지 10%, Ta2O5/(Ta2O5+ZrO2+Nb2O5)>0.3인 경우 Nb2O5 0 내지 10%, WO3 0 내지 20%, 및 Sb2O3 0 내지 1%를 포함하고, 1.80 내지 1.84의 굴절률(nd)과 40.0 내지 45.0의 아베수(vd)를 갖는다.
상기 Ta2O5/(Ta2O5+ZrO2+Nb2O5)은 Ta2O5, ZrO2 및 Nb2O5의 합계 함유량(질량%에 의한 합계)에 대한 Ta2O5의 함유량의 비율(질량비)을 나타낸다.
본 발명의 광학 유리는 이하 상세히 설명될 것이다. %로 나타낸 각 성분 및 임의의 첨가물의 함유량은 이하에서 질량%에 의한 함유량으로 나타내고, 함량비 및 합계량은 이하에서 질량을 기초로 한 비율 및 합계량을 나타낸다.
B203은 유리 네트워크를 형성하는 필수 성분이다. B203의 함유량이 13% 미만일 때, 고온 영역에서의 유리 안정성은 저하된다. 이것이 30%를 초과하면, 의도하는 굴절률을 얻는 것이 곤란해진다. 그러므로 B203의 함유량은 13 내지 30%로 제한 되는 것이 바람직하다. 양호하게는 14 내지 29%의 범위이고, 더욱 양호하게는 15 내지 28%의 범위이다.
Li20는 고굴절성을 유지하면서 유리 전이 온도를 저하시켜, 정밀 프레스 성형에 적합한 저온 연화 특성을 부여하기 위한 필수 성분이다. Li20의 함유량이 0.1 미만일 때, 상기 효과를 얻는 것이 곤란하다. 이것이 4%를 초과하면, 고온 영역에서의 유리 안정성이 저하된다. 그러므로, Li20의 함유량은 0.1 내지 4%로 제한되는 것이 바람직하다. 양호하게는 0.5 내지 4%의 범위이고, 더욱 양호하게는 1% 초과 4% 미만이며, 더욱 양호하게는 1.1 내지 4%의 범위이고, 더욱 양호하게는 1.1 내지 3%의 범위이다.
ZnO는 고굴절성을 유지하면서 유리 전이 온도를 저하시켜, 정밀 프레스 성형에 적합한 저온 연화 특성을 부여하고, 유리의 용융 온도를 저하시키는 작용을 하는 필수 성분이다. ZnO의 함유량이 17% 미만일 때, 상기 효과를 얻는 것은 곤란하다. 이것이 35%을 초과하면, 고온 영역에 있어서의 유리 안정성이 저하하고 분산이 증가한다. 그러므로 ZnO의 함유량은 17 내지 35%로 제한된다. 양호하게는 18 내지 35%의 범위이고, 더욱 양호하게는 18 내지 32%이며, 더욱 양호하게는 18 내지 30%의 범위이다.
소정의 광학 특성을 유지하면서, 유리 전이 온도의 저하와 유리 안정성의 향상 사이의 균형을 유지함으로써, 정밀 프레스 성형과 예비 성형체의 열간 성형에 적합한 유리를 구현하기 위하여, Li2O와 ZnO의 합계 함유량을 20 내지 35%로 조정하 는 것이 바람직하다. Li2O와 ZnO를 비교적 다량으로 도입해도 양호한 상태에서 유리 안정성을 유지하기 위해서는, 후술하는 바와 같이 Ta2O5, ZrO2, Nb205의 함유량을 배분하는 것이 필요하다.
La203은 분산을 원하는 범위에서 유지하면서 굴절률을 증가시키고, 화학적 내구성을 높이는 작용을 하는 필수 성분이다. La203의 함유량이 15% 미만일 때, 상기 효과를 산출하는 것은 곤란하다. 이것이 45%를 초과하면, 고온영역에서의 유리 안정성이 저하된다. 그러므로 La203의 함유량은 15 내지 45%로 제한된다. 양호하게는 20 내지 45%의 범위이고, 더욱 양호하게는 25 내지 45%의 범위이며, 더욱 양호하게는 27 내지 45%의 범위이며, 더욱 양호하게는 28 내지 45%의 범위이다.
Ta2O5는 분산을 원하는 범위에서 유지하면서 굴절률을 증가시키고, 유리 안정성을 향상시키는 작용을 하는 필수 성분이다. Ta2O5의 함유량이 4% 미만일 때, 상기 효과를 산출하는 것은 곤란하다. Ta2O5의 함유량이 15%를 초과하면, 고온 영역에서의 유리 안정성이 저하된다. 그러므로 Ta2O5의 함유량을 4 내지 15%(단, 15%는 제외)로 제한한다. 상기 범위 내에서 Ta2O5의 함유량은 6% 이상이 양호하고, 8% 이상이 더욱 양호하고, 8.5% 이상이 더욱 양호하다. Ta2O5의 함유량의 상한은 14.5% 이하가 양호하고, 14% 이하가 더욱 양호하며, Ta2O5의 함유량은 8.5 내지 14% 의 범위 내에서 특히 양호하다.
Zr02는 굴절률을 증가시키는 작용을 하고, 적정량으로 첨가될 때 유리 안정성을 향상시키는 성분이다. Zr02의 함유량이 10%를 초과하면, 고온영역에서의 유리 안정성이 저하되므로, 그 함유량은 0 내지 10%로 제한된다. Zr02의 함유량은 0.5 내지 10%의 범위가 양호하며, 1 내지 10%의 범위가 더욱 양호하다.
Nb2O5는 굴절률을 증가시키는 작용을 하고, 적정량으로 첨가될 때 유리 안정성을 향상시키는 성분이다. Nb2O5의 함유량이 10%를 초과하면, 고온영역에서의 유리 안정성이 저하되어 분산이 커지므로, 그 함유량은 0 내지 10%로 제한된다. Nb2O5의 함유량은 0.5 내지 10%의 범위가 양호하며, 1 내지 10%의 범위가 더욱 양호하다.
그러나 Ta2O5, ZrO2, Nb2O5의 함유량은 Ta2O5, ZrO2, Nb2O5의 합계 함유량에 대한 Ta2O5의 함유량의 비율[Ta2O5/(Ta2O5+ZrO2+Nb2O5)]이 0.3을 초과하도록 조정된다. 상기 비율이 0.3 이하일 때, 소정의 광학 특성을 유지하고 유리 전이 온도를 더욱 저하시키면서, 유리 안정성을 향상시키는 것은 곤란하다. 상기 비율은 0.4 이상이 양호하고, 0.45 이상이 더욱 양호하고, 0.5 이상이 더욱 양호하다.
상기 비율의 상한은 1이지만, 0.9 이하가 양호하고, 0.8 이하가 더욱 양호하다. Ta2O5, ZrO2, Nb2O5에 관하여, Ta205의 함유량만 증가되는 것보다도 Ta205는 오히 려 Zr02 및 Nb205내에 분산된 형태로 도입된다. 이 경우에, 유리 안정성은 소정의 광학 특성과 저온 연화 특성을 부여하면서 더욱 향상된다. 상기 특성을 더욱 향상시키기 위해, Ta205의 함유량을 Zr02의 함유량보다도 많도록 조정하는 것이 양호하고, Ta2O5의 함유량을 Nb205의 함유량보다도 많도록 조정하는 것이 더욱 양호하다.
W03은 굴절률을 증가시키고, 적정량으로 도입될 때 유리 안정성을 향상시키는 작용을 한다. 그러나 W03의 함유량이 20%를 초과할 때, 유리 안정성이 저하되고 유리는 상당한 정도로 착색되므로, W03의 함유량은 0 내지 20%로 제한된다. W03의 함유량은 1 내지 20%의 범위가 양호하고, 1 내지 15%의 범위가 더욱 양호하고, 3 내지 14%의 범위가 더욱 양호하며, 4 내지 13%의 범위가 더욱 양호하며, 5 내지 13%의 범위가 더욱 양호하다.
Sb203은 정련제(refining agent)로서 첨가될 수 있다. Sb203의 함유량이 1%을 초과하면, 정밀 프레스 성형 중에 프레스 금형의 성형면이 손상될 수 있으므로, Sb203의 함유량은 0 내지 1%로 제한된다. Sb203의 함유량은 0 내지 0.5%의 범위가 양호하다.
Si02는 적정량으로 도입될 때 유리 안정성을 향상시키고, 예비 성형체의 열간 성형에 알맞은 점도 특성을 유리에 부여하는 작용을 한다. Si02의 함유량이 10%를 초과하면, 유리 전이 온도가 상승되어, 굴절률이 저하될 수 있다. 그러므로 Si02의 함유량은 0 내지 10%로 제한되는 것이 양호하다. Si02의 함유량은 1 내지 10%의 범위가 더욱 양호하고, 1 내지 9%의 범위가 더욱 양호하며, 2 내지 9%의 범위가 더욱 양호하다.
고품질의 예비 성형체를 열간 성형에 의해 제조하는 관점으로부터, SiO2와 B2O3의 합계 함유량에 대한 SiO2 함유량의 비율[SiO2/(SiO2+B2O3)]은 O.1 이상이 양호하고, 0.12 이상이 더욱 양호하며, 0.25 초과가 더욱 양호하다.
Gd203은 예컨대 굴절률을 증가시키는 작용을 하는 광학 특성을 조정하는 작용을 한다. 본 발명의 광학 유리에서 Gd203의 함유량이 6%를 초과하면, 유리 안정성이 저하된다. 그러므로 Gd203의 함유량은 0 내지 6%(단, 6%을 제외)로 제한되는 것이 양호하다. Gd203의 함유량은 0 내지 5%의 범위가 더욱 양호하고, 0 내지 3%의 범위가 더욱 양호하며, 0 내지 1%의 범위가 더욱 양호하다. Gd203은 도입되지 않을 수도 있다.
Y2O3 및 Yb2O3도 예컨대 굴절률을 증가시키는 작용을 하는 광학 특성을 조정하는 작용을 한다. 이들의 도입이 과도하면, 유리 안정성이 저하된다. 각각의 Y2O3 및 Yb2O3 함유량은 0 내지 10%의 범위가 양호하고, 0 내지 5%의 범위가 더욱 양호하고, 0 내지 3%의 범위가 더욱 양호하고, 0 내지 1%의 범위가 더욱 바람직하여, Y2O3 및 Yb2O3가 도입되지 않을 수도 있다.
상기 성분에 더하여, TiO2, Bi203, Ge02, BaO, SrO, CaO, Mg0, Na20, K20 등이 도입될 수도 있다.
Ti02, Bi203은 분산을 증가시키고 유리를 착색시킨다. 그러므로 그들 각각의 함유량은 1% 미만으로 제한되어야 하는 것이 필수적이며, 0.5% 이하로 제한되는 것이 더욱 양호하다. 더욱 양호하게는 이들이 전혀 포함되지 않는 것이다.
본 발명의 목적은 GeO2를 도입하지 않으면서 달성될 수 있다. 게다가, GeO2가 매우 고가의 재료이므로, 그 함유량은 2% 미만으로 제한되도록 하고, 1% 미만이 더욱 양호하며, 0.5% 미만이 더욱 양호하다. 더욱 양호하게는, GeO2가 도입되지 않는 것이다.
BaO는 소량으로 첨가될 때 유리 안정성 및 용융성을 향상시키는 작용을 한다. 그러나 유사하게 작용하는 ZnO와 비교하면, BaO는 굴절률을 증가시키고 유리 전이 온도를 저하시키는 작용이 약하므로, ZnO을 대신하여 BaO를 도입하는 것은 고굴절률 및 저 유리 전이 온도를 갖는 유리를 얻는 데는 적절하지 않다. 그러므로 BaO의 함유량은 O 내지 3%의 범위로 제한되는 것이 양호하고, 0 내지 1%로 제한하는 것이 더욱 양호하다. 더욱 양호하게는, BaO가 도입되지 않는 것이다.
Sr0, Ca0, Mg0은 소량으로 도입될 때 광학 특성을 조정하는 작용을 한다. 그러나 이들은 굴절률을 저하시키는 작용을 하기 때문에, 이들의 도입은 적절하지 않다. 그러므로 SrO, CaO, MgO 각각의 함유량은 0 내지 3%의 범위로 제한되는 것이 양호하며, 0 내지 1%의 범위로 제한되는 것이 더욱 양호하다. 더욱 양호하게 는, 그들 중 어느 것도 도입되지 않는 것이다.
Na20 및 K20는 용융성을 높이고, 유리 전이 온도를 저하시키는 작용을 하지만, 또한 굴절률을 저하시키는 작용도 한다. 반대로, Li20는 고굴절률을 유지하면서 유리 전이 온도를 저하시키는 작용을 하므로, Li20를 대신하여 Na20 및 K20를 도입하는 것은 적절하지 않다. 그러므로 Na20 및 K20 각각의 함유량은 0 내지 5%의 범위로 제한되는 것이 양호하고, 0 내지 3%의 범위로 제한하는 것이 더욱 양호하고, 0 내지 1%의 범위로 제한하는 것이 더욱 양호하며, 더욱 양호하게는 이들 중 어느 것도 도입되지 않는 것이다.
이들 이외에, As2O3, PbO, CdO, ThO2, Lu203, F 중 어느 하나를 도입하는 것은 바람직하지 않다. As2O3, PbO, CdO, ThO2는 환경상 바람직하지 못한 물질이다. 게다가, As2O3은 강한 산화성을 가지므로 정밀 프레스 성형 중에 프레스 금형의 성형면을 손상시켜서 금형의 수명을 단축시킨다. 성형 가스와 같은 비산화성 가스 분위기에서 정밀 프레스 성형이 수행될 때, PbO는 환원되어서 유리 표면에 석출하고, 형성면에 부착되어서 광학 소자의 표면 정밀도를 저하시킨다. Lu203은 고가의 재료로서 비용을 추가시킨다. 그러므로 Lu203은 도입되지 않는 것이 양호하다. F는 휘발성이 높아서, 예비 성형체의 열간 성형 중에 줄무늬를 발생시키므로, F를 도입하는 것은 바람직하지 않다.
이들 이외에, Cu, Cr, Co와 같이 유리의 착색 원인으로 되는 물질이 도입되지 않아야 하는 것이 적절하다.
상기 여러 가지 특성을 만족시키고, 예비 성형체의 열간 성형 및 정밀 프레스 성형에 더욱 적합한 유리를 얻기 위해, 본 발명의 광학 유리에서 B2O3, Li2O, ZnO, La2O3, Ta205, ZrO2, Nb2O5, WO3, SiO2, Gd2O3, Y2O3, Yb2O3 및 Sb203의 합계량이 99% 이상이 양호하고, 99.5% 이상이 더욱 양호하여, 100%인 것이 더욱 양호하다. 게다가, 본 발명의 광학 유리에서 B2O3, Li2O, ZnO, La2O3, Ta205, ZrO2, Nb2O5, WO3, SiO2 및 Sb203의 합계량이 99% 이상이 양호하고, 99.5% 이상이 더욱 양호하여, 100%인 것이 더욱 양호하다.
본 발명의 광학 유리는 1.80 내지 1.84 범위의 굴절률(nd)과, 40.0 내지 45.0 범위의 아베수(vd)를 갖는다. 유리 안정성을 높이면서 동시에 유리 전이 온도를 저하시키기 위해, 굴절률(nd)은 1.80 내지 1.83의 범위가 양호하고, 1.80 내지 1.82의 범위가 더욱 양호하며, 아베수(vd)는 40.0 내지 44.0의 범위가 바람직하고, 40.0 내지 43.0의 범위가 더욱 바람직하다.
본 발명은 550℃ 이하, 양호하게는 545℃ 이하, 더욱 양호하게는 540℃ 이하, 더욱 바람직하게는 535℃ 이하의 유리 전이 온도를 갖는 광학 유리를 얻는데 적합하다.
게다가, 본 발명은 420nm의 착색도 λ80으로 표현된 광투과성을 갖는 광학 유리를 얻는데 적합하다. 착색도λ80은 10.0±0.1mm의 간격으로 평행하게 서로 대향된 광학 연마된 표면을 갖는 유리 샘플을 제공하고 수직으로 상기 표면 중 하나에 광을 입사해서 얻어진 분광 투과율이 80%가 되는 파장이다. 분광 투과율은 280 내지 700nm의 파장 내에서 측정되고, 샘플로 입사하는 광의 강도(Iin)에 대한 투과광의 강도(Iout)의 비율(Iout/Iin)로 나타내고, 샘플 표면상의 반사 손실을 포함하는 값을 포함한다. 본 발명의 광학 유리의 분광 투과율은 적어도 λ80의 파장 범위이지만 700nm 이하의 파장범위에서 80%이다. 유리가 1.80 이상의 귤절율을 가지고 420nm 이하, 양호하게는 415nm 이하의 착색도 λ80을 가질 때, 무착색 또는 거의 착색이 없는 고굴절률 유리로 형성된 광학 소자를 얻을 수 있는다. 게다가, 낮은 유리 전이 온도를 가지고, 비구면렌즈의 정밀 프레스 성형이 용이하게 되기 때문에, 본 발명의 광학 유리는 고성능 또한 조밀한 화상 감지 시스템을 구성하는 렌즈에 적합하다.
본 발명의 광학 유리는 5.0 미만의 비중을 가지므로, 용융된 유리 덩어리가 성형 금형상에서 부유하도록 하면서 예비 성형체로 성형될 때, 용융된 유리를 안정적으로 부유시키는 것이 용이하다. 그러므로 고굴절률을 갖는 유리이지만, 고품질의 예비 성형체를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
광학 유리 및 그 양호한 실시예가 상기 설명되었지만, 몇몇의 양호한 실시예 들이 이하에서 예로 설명될 것이다.
(광학 유리 1-1)
B203 13 내지 30%, Li20 0.1 내지 4%, ZnO 17 내지 35%(단, Li20 및 Zn0의 합계량이 20 내지 35%), La203 15 내지 45%, Ta2O5 4 내지 15%(단, 15%는 제외), ZrO2 0.5 내지 10%, Nb2O5 0.5 내지 10%[단, Ta2O5/(Ta2O5+ZrO2+Nb2O5)>0.3], WO3 1 내지 20%, SiO2 0 내지 10%, Gd203 0 내지 6%(단, 6%을 제외), Y203 0 내지 10%, Yb2O3 0 내지 10%, Sb203 0 내지 1%을 포함하고, 1.80 내지 1.84의 굴절률(nd)과, 40.0 내지 45.0의 아베수(vd)를 갖는 광학 유리.
(광학 유리 1-2)
광학 유리 1-1이며, Gd203의 함유량이 0 내지 5%인 광학 유리.
(광학 유리 1-3)
광학 유리 1-1 또는 광학 유리 1-2이며, Si02의 함유량이 1 내지 10%인 광학 유리.
(광학 유리 1-4)
광학 유리 1-1 내지 광학 유리 1-3 중 어느 하나이며, Li20의 함유량이 l.1 내지 4%인 광학 유리.
(광학 유리 1-5)
광학 유리 1-1 내지 광학 유리 1-5 중 어느 하나이며, Ta205의 함유량이 8%를 초과하지만 14% 이하인 광학 유리.
(광학 유리 1-6)
광학 유리 1-5이며, Ta205의 함유량이 8.5 내지 14%인 광학 유리.
(광학 유리 1-7)
광학 유리 1-1 내지 광학 유리 1-6 중 어느 하나이며, Ta205/(Ta2O5+ZrO2+Nb2O5)의 비율이 0.5 이상인 광학 유리.
(광학 유리 1-8)
광학 유리 1-1 내지 광학 유리 1-7 중 어느 하나이며, Ta2O5의 함유량이 ZrO2의 함유량보다 많은 광학 유리.
(광학 유리 1-9)
광학 유리 1-1 내지 광학 유리 1-9 중 어느 하나이며, Ta205의 함유량이 Nb205의 함유량보다 많은 광학 유리.
(광학 유리 1-l0)
광학 유리 1-1 내지 광학 유리 1-9 중 어느 한 항이며, B2O3, Li2O, ZnO, La2O3, Ta205, ZrO2, Nb2O5, WO3, SiO2, Gd2O3, Y2O3, Yb2O3 및 Sb203의 합계량이 99% 이상인 광학 유리.
(광학 유리 1-11)
광학 유리 1-10이며, B2O3, Li2O, ZnO, La2O3, Ta205, ZrO2, Nb2O5, WO3, SiO2 및 Sb203의 합계량이 99% 이상인 광학 유리.
(광학 유리 2-1)
B203 13 내지 30%, Li20 1.1 내지 4%, ZnO 17 내지 35%(단, Li20 및 Zn0의 합계량이 20 내지 35%), La203 15 내지 45%, Ta2O5 8.5 내지 14%, ZrO2 0 내지 10%, Nb2O5 0 내지 10%[단, Ta2O5/(Ta2O5+ZrO2+Nb2O5)>0.3], WO3 0 내지 20%, SiO2 0 내지 10%, Gd203 0 내지 5%, Y203 0 내지 10%, Yb2O3 0 내지 10%, Sb203 0 내지 1%을 포함하고, 1.80 내지 1.84의 굴절률(nd)과, 40.0 내지 45.0의 아베수(vd)를 갖는 광학 유리.
(광학 유리 2-2)
광학 유리 2-1이며, Ta2O5/(Ta2O5+ZrO2+Nb2O5)의 비율이 0.5 이상인 광학 유리.
(광학 유리 2-3)
광학 유리 2-1 또는 광학 유리 2-2이며, Ta205의 함유량이 Zr02의 함유량보다 많은 광학 유리.
(광학 유리 2-4)
광학 유리 2-1 내지 광학 유리 2-3 중 어느 하나이며, Ta205의 함유량이 Nb205의 함유량보다 많은 광학 유리.
(광학 유리 2-5)
광학 유리 2-1 내지 광학 유리 2-4 중 어느 하나이며, B2O3, Li2O, ZnO, La2O3, Ta205, ZrO2, Nb2O5, WO3, SiO2, Gd2O3, Y2O3, Yb2O3 및 Sb203의 합계량이 99% 이상인 광학 유리.
(광학 유리 2-6)
광학 유리 2-5이며, B2O3, Li2O, ZnO, La2O3, Ta205, ZrO2, Nb2O5, WO3, SiO2 및 Sb203의 합계량이 99% 이상인 광학 유리.
상기 광학 유리들은 의도하는 유리 조성을 얻기 위해, 원료로서 산화물, 탄산염, 황산염, 질산염, 수산화물 등을 계량(weighing) 및 조합하고, 혼합 배치(mixture batch)를 마련하기 위한 이들 원료를 완전히 혼합하고, 배치의 가열, 용융, 기포 제거(defoaming), 교반(stirring)을 수행하여 거품없는 용융된 유리를 얻고, 유리를 성형함으로써 얻을 수 있다. 구체적으로, 이들은 공지된 용융 방법에 따라서 제조될 수 있다.
[정밀 프레스 성형용 예비 성형체 및 정밀 프레스 성형용 예비 성형체의 제조 프로세스]
본 발명의 정밀 프레스 성형용 예비 성형체(이하, "예비 성형체"라고 지칭)는 본 발명의 광학 유리로 형성된다.
예비 성형체는 정밀 프레스 성형 제품의 질량과 등가의 질량을 가지고, 정밀 프레스 성형 제품의 형상에 따라 적당한 형태를 갖는 유리 성형 재료이다. 이러한 형태의 예로서는 구형, 타원형 등을 포함한다. 예비 성형체는 정밀 프레스 성형에 제공되기 전에 정밀 프레스 성형 가능한 점도를 갖도록 가열된다.
본 발명의 예비 성형체는 필요에 따라서 탄소 함유 막(양호하게는, 탄소막)을 표면에 구비할 수 있다.
본 발명에 의해 제공된 정밀 프레스 성형용 예비 성형체의 제조 프로세스는 용융된 유리를 유출시키는 단계와, 용융된 유리 덩어리를 분리하는 단계와, 상기 용융된 유리 덩어리가 냉각하는 프로세스에서 상기 광학 유리로 형성된 예비 성형체로 용융된 유리 덩어리를 성형하는 단계를 포함하고, 이는 본 발명의 예비 성형체를 제조하는 프로세스 중 하나이다.
예비 성형체를 구성하는 유리가 고온 영역에서 높은 안정성을 갖기 때문에, 용융된 유리가 유출하게 될 때 용융된 유리의 점도가 증가될 수 있으므로, 상기 프로세스는 고품질의 예비 성형체가 높은 생산성으로 제조될 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명의 예비 성형체의 제조 프로세스에서, 용융된 유리는 파이프로부터 유출되어 용융된 유리 덩어리가 분리되고, 상기 용융된 유리 덩어리가 냉각하는 프로세스 중에 상기 광학 유리 중 어느 하나의 예비 성형체로 성형된다. 그러나 예비 성형체의 제조 프로세스는 상기 프로세스에 한정되어서는 안 되고, 또한 본 발명의 예비 성형체는 용융된 유리로부터 유리 성형 재료를 마련하고, 유리 성형 재 료를 절단 또는 분할하여, 절단된 조각의 연삭 및 연마를 수행함으로써 제조될 수 있다.
용융된 유리 덩어리가 분리되는 본 발명의 예비 성형체 제조 프로세스에서, 용융된 유리는 용융된 유리 덩어리를 얻기 위해 분리되어, 예비 성형체의 질량 정밀도는 고체화된 유리를 분할하는 것보다 우수할 수 있다. 게다가, 예비 성형체가 용융된 유리 덩어리로부터 직접 성형되므로, 절단, 연삭 및 연마에 의한 유리 먼지가 발생하지 않는다. 그러므로 생산 효율이 향상되고, 또한 유리의 이용률이 향상되므로, 고가의 원료가 사용된다 하더라도 제조 비용이 저렴하게 유지될 수 있다. 게다가, 절단, 연삭 및 연마를 행하기 위해서는 성형된 유리의 스트레인을 충분히 저감시킬 필요가 있고, 장시간의 어닐링을 수행할 필요가 있다. 그러나 본 발명의 프로세스에 따르면 어닐링 시간이 단축될 수 있다.
본 발명의 예비 성형체의 제조 프로세스에서, 예비 성형체는 매끄러운 청정한 표면을 예비 성형체에 부여하기 위해 가스 압력을 인가함으로써 유리 덩어리가 부유한 상태에서 성형되는 것이 양호하다. 게다가, 표면이 자유 표면으로 형성된 예비 성형체가 양호하다. 더욱이, 전단 마크(shear mark)라 불리는 절단 마크(cutting mark)가 없는 것이 양호하다. 전단 마크는 유출하는 용융된 유리가 절단 날에 의해 절단될 때에 형성된다. 전단 마크가 정밀 프레스 성형 제품을 얻는 단계까지 잔류하면, 그 부분은 결함이 된다. 그러므로 예비 성형체 단계에서 전단 마크가 없는 것이 양호하다. 절단 날을 이용하지 않고, 전단 마크를 형성하지 않으면서 용융된 유리를 분리하는 방법은, 유출 파이프로부터 용융된 유리가 적하되 는 방법, 유출 파이프로부터 유출하는 용융된 유리 유동의 선단부가 지지되고, 소정 중량의 용융된 유리 덩어리가 분리될 수 있는 시점에 지지체가 제거되는 방법["강하 분리법(falling-separation method)"이라 지칭] 등을 포함한다. 강하 분리법에서, 용융된 유리 유동은 용융된 유리 유동의 선단측 및 유출 파이프 출구측 사이에 형성된 협소부에서 분리되어 소정 중량을 갖는 용융된 유리 덩어리를 얻을 수 있다. 그 후, 용융된 유리 덩어리는 연한 상태로 있는 동안에 프레스 성형하는데 적합한 형태를 갖는 예비 성형체로 성형된다.
[광학 소자 및 광학 소자의 제조 프로세스]
본 발명의 광학 소자는 본 발명의 상기 광학 유리로부터 형성된다. 본 발명의 광학 소자는 광학 소자를 구성하는 본 발명의 광학 유리와 같이 고굴절률 저분산 특성을 갖는다.
본 발명의 광학 소자로서는 예컨대 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 마이크로 렌즈와 같은 다양한 렌즈, 회절 격자, 회절 격자를 구비한 렌즈, 렌즈 어레이, 프리즘 등을 포함한다. 형태의 관점으로, 광학 소자로서는 예컨대 오목 메니스커스 렌즈, 양면 오목 렌즈, 평오목 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양면 볼록 렌즈 및 평볼록 렌즈를 포함한다. 양호하게는, 상기 광학 소자는 본 발명의 예비 성형체를 가열하여 정밀 프레스 성형함으로써 얻어진 광학 소자이다.
광학 소자는 필요에 따라서 반사 방지막, 전반사막, 부분 반사막, 분광 특성을 갖는 막 등을 구비할 수 있다.
광학 소자의 제조 프로세스는 이하에 설명될 것이다.
본 발명에 의해 제공된 광학 소자의 제조 프로세스는 본 발명의 정밀 프레스 성형용 예비 성형체 또는 본 발명의 정밀 프레스 성형용 예비 성형체의 제조 프로세스에 의해 제조된 정밀 프레스 성형용 예비 성형체를 가열하는 단계와, 프레스 금형으로 예비 성형체를 정밀 프레스 성형하는 단계를 포함한다.
또한, 정밀 프레스 성형은 "옵틱스 성형(Optics molding)"이라고 불리며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서는 잘 알려져 있다.
광선을 투과하거나, 굴절시키거나, 회절시키거나, 반사시키거나 하는 광학 소자의 표면은 광학 기능면으로 불린다. 예컨대, 비구면 렌즈의 비구면이거나 구면 렌즈의 구면 등과 같이 렌즈의 렌즈면이 광학 기능면에 상당한다. 정밀 프레스 성형법은 프레스 금형의 성형면의 형상이 광학 기능면을 형성하도록 프레스 금형에 의해 유리에 정밀하게 전사되는 방법을 가리킨다. 즉, 정밀 프레스 성형은 광학 기능면을 마무리하기 위해서 연삭이나 연마 등의 기계 가공을 제거한다.
그러므로 본 발명의 광학 소자의 제조 프로세스는 렌즈, 렌즈 어레이, 회절 격자, 프리즘 등의 광학 소자의 제조에 적합하고, 특히 비구면 렌즈를 고생산성으로 제조하는데 가장 적합하다.
본 발명의 광학 소자의 제조 프로세스에 따르면, 상기 광학 특성을 갖는 광학 소자가 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 예비 성형체가 저온 연화 특성을 갖는 광학 유리로 형성되었기 때문에, 유리의 프레스 성형을 위해서는 비교적 낮은 온도에서 프레스가 수행될 수 있으므로, 프레스 금형의 성형면에의 부담이 경감되어, 성형 금형[성형면에 이형막이 형성되어 있을 경우에는 이형막(mold release film)]의 수명이 연장될 수 있다. 게다가, 예비 성형체를 구성하는 유리가 높은 안정성을 가지므로, 유리의 투명성 상실은 재가열 및 프레스 단계에서 효과적으로 방지될 수 있다. 게다가, 유리를 용융하여 시작하고 최종 제품을 완성하여 종료되는 일련의 단계가 고생산성으로 수행될 수 있다.
정밀 프레스 성형용 고굴절률 유리 중에서, 본 발명의 광학 유리는 Li2O 및 ZnO를 비교적 많은 함유량을 갖는 상기 유리를 사용함으로 인해, 낮은 유리 전이 온도를 갖는다. 이 점은, 오목 메니스커스 렌즈, 양면 오목 렌즈, 평오목 렌즈와 같이 마이너스의 굴절력(refractive power)을 갖는 렌즈의 제조를 위한 정밀 프레스 성형에는 유리하다. 이러한 렌즈의 제조를 위한 프레스에서, 예비 성형체는 프레스 금형의 내측 중심에 배치되고, 예비 성형체를 구성하는 유리가 렌즈를 형성하기 위해 프레스에 의해 신장되고, 렌즈의 중심부가 주연부의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는다. 이 단계에서, 유리의 체적 분포의 변화는 플러스의 굴절력을 갖는 렌즈에 대한 체적 분포의 변화보다 더 크다. 이러한 성형에서, 프레스 중에 낮은 유리 점도가 설정되어, 프레스 중에 유리의 신장이 개선된다. 이를 목적으로, 프레스 온도는 더 높은 온도로 설정된다. 550℃ 이하, 양호하게는 535℃ 이하의 유리 전이 온도를 갖는 광학 유리가 본 발명에서와 같이 사용될 때, 프레스 온도가 더욱 높은 온도에 설정되더라도 프레스 금형의 마모가 조장되지 않는 효과를 얻을 수 있다.
게다가, 상기 마이너스 굴절력을 갖는 렌즈는 플러스 굴절력을 갖는 고분산 유리로 형성된 렌즈와 조합된 조밀한 구성에 의해 색수차를 교정할 수 있다.
정밀 프레스 성형을 위한 프레스 금형으로서, 탄화 규소, 초경 재료, 스테인리스 강과 같은 주형 재료의 성형면에 주형 이형막을 형성하여 얻은 프레스 금형과 같은 공지된 프레스 금형이 사용될 수 있다. 이형막은 탄소 함유 막, 귀금속 합금 막 등으로부터 선택될 수 있다. 프레스 금형은 상부 금형 부재 및 하부 금형 부재와 필요에 따라서는 슬리브 부재도 구비한다. 그 중에서도, 프레스 성형 중에 유리 성형 제품의 파손을 효과적으로 저감하거나 방지하기 위해, 탄화 규소로 제조된 프레스 금형 또는 초경 합금으로 제조된 프레스 금형(특히 바인더를 포함하지 않는 초경 합금으로 만든, 예를 들어 WC제 프레스 금형)을 사용하는 것이 양호하고, 상기 금형은 이형막으로서 탄소 함유 막을 구비한 성형면을 갖는 것이 더욱 양호하다.
정밀 프레스 성형법에서, 프레스 금형의 성형면을 양호한 상태로 유지하기 위해서 성형 중의 분위기로서 비산화성 가스 분위기를 채택하는 것이 양호하다. 비산화성 가스로서는 질소, 질소와 수소의 혼합 가스로부터 선택되는 것이 양호하다. 특히, 성형면에 탄소 함유 막을 구비한 프레스 금형이 사용될 경우나, 탄화 규소로 제조된 프레스 금형이 사용된 경우에, 상기 비산화성 분위기 내에서 정밀 프레스 성형이 수행되어야 하는 것은 적절하다.
본 발명의 광학 소자의 제조에 특히 적합한 정밀 프레스 성형이 이하에 설명될 것이다.
(정밀 프레스 성형법 1)
이 방법은, 정밀 프레스 성형용 예비 성형체가 프레스 금형에 도입되고, 예비 성형체와 프레스 금형이 함께 가열되어, 정밀 프레스 성형이 수행되는 방법이다(이하, "정밀 프레스 성형법 1"라고 지칭함).
정밀 프레스 성형법 1에서, 프레스 금형 및 상기 예비 성형체 양쪽은, 예비 성형체를 구성하는 유리가 106 내지 1O12dPa·s의 점도를 나타내는 온도까지 가열되어 정밀 프레스 성형이 수행된다.
게다가, 정밀 프레스 성형 제품이 프레스 금형으로부터 취출되기 전에, 상기 유리가 1O12dPa·s 이상, 더욱 양호하게는 1O14dPa·s 이상, 더욱 양호하게는 10l6dPa·s 이상의 점도를 나타내는 온도에까지 정밀 프레스 성형 제품을 냉각하는 것이 바람직하다.
상기의 조건에 의해, 프레스 금형의 성형면의 형상이 유리로 정밀하게 전사될 수 있을 뿐만 아니라, 정밀 프레스 성형 제품을 변형하지 않으면서 취할 수 있다.
(정밀 프레스 성형법 2)
이 방법은, 고온의 정밀 프레스 성형용 예비 성형체(예열하여 마련됨)가 예열된 프레스 금형에 도입되어 정밀 프레스 성형이 수행되는 방법이다(이하, "정밀 프레스 성형법 2"라고 지칭함). 이 방법에 따르면, 예비 성형체가 프레스 금형으로 도입되기 전에 예열되므로, 사이클 타임이 단축될 수 있으면서, 표면 결함이 없는 우수한 광학 소자가 제조될 수 있다.
프레스 금형은 상기 예비 성형체를 예열하는 온도보다도 낮은 온도로 예열되는 것이 양호하다. 따라서, 이러한 예열에 의해 프레스 금형의 가열 온도는 낮아지도록 제어될 수 있으므로, 프레스 금형의 마모가 감소될 수 있다.
정밀 프레스 성형법 2에서, 상기 예비 성형체를 구성하는 유리가 109dPa·s 이하, 더욱 양호하게는 1O9dPa·s의 점도를 나타내는 온도까지 예비 성형체가 가열 되는 것이 양호하다.
상기 예비 성형체는 부유된 상태로 예열되는 것이 양호하고, 상기 예비 성형체를 구성하는 유리가 1O5 ·5 내지 1O9dPa·s, 더욱 양호하게는 1O5 ·5dPa·s 이상이지마 1O9dPa·s 미만의 점도를 나타내는 온도까지 상기 예비 성형체를 예열하는 것이 더욱 양호하다.
게다가, 프레스를 시작함과 동시에 또는 프레스하는 도중에 유리의 냉각을 시작하는 것이 양호하다.
상기 프레스 금형은, 상기 예비 성형체의 예열 온도보다도 낮은 온도까지 온도 조정되는 것이 양호하고, 상기 유리가 1O9 내지 1O12dPa·s의 점도를 나타내는 온도는 프레스 금형의 온도 조정을 위한 목표 온도가 될 수 있다.
상기 방법에서, 정밀 프레스 성형 제품은 프레스 금형으로부터 취출되기 전에 유리가 1O12dPa·s 이상의 점도를 갖는 온도까지 냉각되는 것이 양호하다.
정밀 프레스 성형 제품(광학 소자)은 프레스 금형에서 취출되어, 필요에 따라서 서냉된다. 제품이 렌즈와 같은 광학 소자인 경우에는, 그 표면은 필요에 따라서 광학 박막으로 코팅될 수 있다.
비구면 렌즈와 같은 상기 광학 소자는 고성능 또한 조밀한 화상 감지 시스템의 부품으로서 적합하고, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 휴대 전화기 탑재 카메라, 차량 탑재 카메라 등과 같은 화상 감지 시스템에 적합하다.
[실시예]
본 발명은 실시예를 참조하여 이하에 더욱 상세히 설명될 것이다.
표1 내지 표7은 실시예1 내지 37의 유리의 조성을 나타낸다. 이들 유리는 다음과 같이 얻어졌다. 유리의 성분에 상당하는 산화물, 수산화물, 탄산염 및 질산염이 유리의 재료로서 사용되었고, 이들 재료는 유리의 형성 후에 표1 내지 표7에 나타난 조성을 얻도록 계량되어 충분히 혼합된다. 혼합물이 백금 도가니로 장입되고, 전기로에서 약 1,200℃의 온도에서 용융되고, 교반에 의해 균질화되고, 정련된 후에 적당한 온도까지 예열된 금형으로 주입되었다. 주입된 유리는 유리 전이 온도까지 냉각되었고, 그 후 즉시 유리는 어닐링 노에 배치되고, 광학 유리를 제공하기 위해 실온까지 서냉된다.
상기 방식으로 얻은 각각의 광학 유리는 이하의 방법으로 굴절률(nd), 아베수(vd), 유리 전이 온도, 굴복 온도(sag temperature), 비중에 대해 측정되었다. 표1 내지 표7은 그 결과를 나타낸다.
(1) 굴절률(nd) 및 아베수(vd)
-30℃/hour의 온도 강하율로 서냉한 후에 얻어진 광학 유리가 측정되었다.
(2) 유리 전이 온도(Tg) 및 굴복 온도(Ts)
광학 유리는 4℃/min의 온도 상승률로 리가꾸 코포레이션(Rigaku Corporation)에 의해 공급된 열기계 분석 장치에 의해 측정되었다.
(3) 비중
광학 유리는 아르키메데스법에 의해 측정되었다.
Figure 112007022715323-pat00001
Figure 112007022715323-pat00002
Figure 112007022715323-pat00003
Figure 112007022715323-pat00004
Figure 112007022715323-pat00005
Figure 112007022715323-pat00006
Figure 112007022715323-pat00007
예비 성형체는 다음의 예1 내지 예37에서 나타낸 유리 조성에 상당하는 정제되고 균질한 용융 유리로 성형된다. 용융된 유리가 투명성을 상실하지 않으면서 유동 가능한 온도 범위로 온도가 조정된 백금 합금으로 제조된 파이프로부터 용융된 유리가 일정한 속도로 안정적으로 유출하게 되고, 용융된 유리 덩어리는 적하법(dropping method) 또는 강하 분리법(falling separation method)에 의해 유리 유동으로부터 분리되고, 바닥부에 가스 분출 포트를 구비한 수납 금형(receiving mold)에 의해 수납되고, 가스 분출 포트로부터 가스를 분출하여 유리 덩어리가 부유하도록 하면서 정밀 프레스 성형용 예비 성형체로 성형되었다. 용융된 유리 덩어리의 분리 간격을 조정하고 제어함으로써, 구형 예비 성형체 및 편평한 구형 예비 성형체가 얻어졌다.
이렇게 얻어진 예비 성형체는 비구면 렌즈를 제공하기 위해 도1에 도시된 프레스 장치에 의해 정밀 프레스 성형되었다. 구체적으로, 예비 성형체(4)는 하부 금형 부재(2) 및 상부 금형 부재(1)로 구성된 프레스 금형의 하부 금형 부재(2)에 배치되었고, 석영 튜브(11) 내의 분위기는 질소 분위기로 대체되고 나서 히터(도시하지 않음)가 석영 튜브(11) 내측을 가열하도록 통전되었다. 프레스 금형 내측의 온도는 유리가 1O8 내지 1010dPa·s의 점도를 나타내는 온도로 설정되었고, 이 온도가 유지되는 동안, 상부 금형 부재(1)는 가압 로드(l3)를 이동하여 하방으로 가압되어 금형 내에 설치된 예비 성형체를 하방으로 프레스했다. 프레스는 8MPa의 압력에서 30초의 프레스 시간 동안 수행되었다. 프레스 후에, 프레스 금형의 압력이 제거되었고, 유리 성형 제품이 프레스 금형의 하부 금형 부재(2) 및 상부 금형 부재(1)와 접촉하고 있는 동안에, 유리 성형 제품은 유리가 1O12dPa·s의 점도를 가지는 온도까지 서냉되고, 그 후 실온까지 급랭되고, 오목 메니스커스 형상을 갖는 비구면 렌즈를 얻도록 프레스 금형으로부터 취출되었다.
도1에서, 도면부호3은 슬리브 부재를 지시하고, 도면부호9는 지지 로드를 지시하고, 도면부호10은 지지 베드를 지시하며, 도면부호14는 열전쌍을 지시한다.
상기 기재된 방법과 동일한 방법으로 예1 내지 37의 유리 조성을 갖는 용융된 유리로부터 얻어진 예비 성형체는 상기 방법과는 다는 다음의 방법에 의해 정밀 프레스 성형되었다. 이 방법으로는, 우선 예비 성형체가 부유되어 있는 동안, 예비 성형체를 구성하는 유리가 108dPa·s의 점도를 갖는 온도까지 예비 성형체를 예열했다. 별도로, 상부 금형 부재, 하부 금형 부재 및 슬리브 부재를 구비하는 프레스 금형은 상기 유리가 1O9 내지 lO12dPa·s의 점도를 나타내는 온도까지 가열되고, 상기 예열된 예비 성형체는 프레스 금형의 공동 내에 도입되어, 10MPa에서 정밀 프레스 성형되었다. 프레스 개시와 동시에, 유리 및 프레스 금형의 냉각이 시작되고, 성형된 유리가 적어도 1O12dPa·s의 점도를 가질 때까지 냉각이 계속되고, 성형 제품은 비구면 렌즈를 제공하기 위해 프레스 금형으로부터 취출되었다. 상기 방법으로 얻을 수 있은 비구면렌즈는 매우 높은 표면 정밀도를 가졌다.
반사 방지막은 정밀 프레스 성형에 의해 얻어지는 2종류의 비구면 렌즈 각각에 형성되었다.
이러한 방식으로, 우수한 내부 품질을 갖는 고굴절률 유리로 형성된 고정밀 광학 소자가 높은 생산성으로 얻어질 수 있었다.
이들 광학 소자는 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라, 휴대 전화 탑재 카메라 등에 적합하다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 따르면, 고굴절률, 우수한 유리 안정성, 낮은 유리 전이 온도, 정밀 프레스 성형에 적합한 저온 연화 특성을 갖는 광학 유리를 얻을 수 있고, 정밀 프레스 성형용 예비 성형체가 상기 광학 유리로부터 제조될 수 있다. 게다가, 다양한 렌즈 등과 같은 광학 소자가 이러한 예비 성형체로부터 제조될 수 있다.
본 발명에 따르면, 정밀 프레스 성형에 적합한 저온 연화 특성과 예비 성형체의 열간 성형에 적합한 우수한 유리 안정성을 겸비하는 고굴절 광학 유리, 상기 광학 유리로 형성된 정밀 프레스 성형용 예비 성형체와 그 제조 프로세스, 및 상기 유리로 형성된 광학 소자와 그 제조 프로세스를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 질량%로 표시하여, B2O3 13 내지 30%, Li2O 0.1 내지 4%, ZnO 17 내지 35%, La2O3 15 내지 45%, Ta2O5 4 내지 15%(단, 15%는 제외), ZrO2 0 내지 10%, Nb2O5 0 내지 10%, WO3 0 내지 13%, TiO2 0 내지 1% (단, 1%는 제외) 및 Sb2O3 0 내지 1%를 포함하고,
    Ta2O5/(Ta2O5+ZrO2+Nb2O5)>0.3 이며,
    1.80 내지 1.84의 굴절률(nd)과 40.0 내지 43.0의 아베수(vd)를 갖는 광학 유리.
  2. 제1항에 있어서, Li20와 Zn0의 합계량이 20 내지 35 질량%인 광학 유리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 질량%로 표시하여, Si02 0 내지 10%, Gd203 0 내지 6%(단, 6%는 제외), Y203 0 내지 10%, Yb203 0 내지 10%를 더 포함하는 광학 유리.
  4. 제3항에 있어서, B2O3, Li20, ZnO, La2O3, Ta205, ZrO2, Nb205, WO3, SiO2, Gd2O3, Y203, Yb2O3 및 Sb203의 합계량이 99 질량% 이상인 광학 유리.
  5. 제1항 또는 제2항의 광학 유리로 형성된 정밀 프레스 성형용 예비 성형체.
  6. 용융된 유리를 유출시키는 단계와, 용융된 유리 덩어리를 분리하는 단계와, 상기 용융된 유리 덩어리를 냉각하는 프로세스에서 제1항 또는 제2항의 광학 유리로 형성된 예비 성형체로 유리 덩어리를 성형하는 단계를 포함하는 정밀 프레스 성형용 예비 성형체의 제조 프로세스.
  7. 제1항 또는 제2항에 기재된 광학 유리로 형성된 광학 소자.
  8. 제5항의 정밀 프레스 성형용 예비 성형체를 가열하는 단계와, 프레스 금형으로 정밀 프레스 성형용 예비 성형체를 정밀 프레스 성형하는 단계를 포함하는 광학 소자의 제조 프로세스.
  9. 제8항에 있어서, 정밀 프레스 성형용 예비 성형체가 프레스 금형으로 도입되고, 정밀 프레스 성형용 예비 성형체와 프레스 금형이 함께 가열되어 정밀 프레스 성형을 수행하는 광학 소자의 제조 프로세스.
  10. 제8항에 있어서, 정밀 프레스 성형용 예비 성형체를 가열하는 단계와, 정밀 프레스 성형을 수행하도록 예열된 프레스 금형 내로 가열된 정밀 프레스 성형용 예비 성형체를 도입하는 단계를 포함하는 광학 소자의 제조 프로세스.
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