KR20150041610A - 유리 성형품 및 그 제조 방법, 광학 소자 블랭크, 그리고 광학 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

과제
결정화되기 쉬운 유리의 유리 덩어리를 프레스 성형이 가능한 온도까지 가열할 때, 유리 덩어리의 표면이 결정화되어 경화되는 케이스가 많다. 특히 고온에서 프레스 성형을 실시하는 연마되는 유리에서는, 프레스 성형시의 유리 덩어리의 표면 결정화의 문제가 현저하다.
해결 수단
본 발명의 유리 성형품의 제조 방법은, 유리 덩어리의 표면에 피복제를 피복하는 공정 A, 및 상기 피복제가 피복된 상기 유리 덩어리를 가열하여 연화시키고, 성형하는 공정 B 를 포함하고, 상기 피복제는, 상기 유리 덩어리를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분을 함유한다.

Description

유리 성형품 및 그 제조 방법, 광학 소자 블랭크, 그리고 광학 소자 및 그 제조 방법{GLASS MOLDED ARTICLE AND METHOD FOR PRODUCING SAME, OPTICAL ELEMENT BLANK, AND OPTICAL ELEMENT AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은, 유리 성형품 및 그 제조 방법, 광학 소자 블랭크, 그리고 광학 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
렌즈 등의 유리제 광학 소자를 생산하는 방법으로서, 광학 소자에 근사한 형상의 유리 성형품을 제조하고, 연삭, 연마하여 광학 소자로 마무리하는 방법이 있다. 유리 성형품을 제조하는 방법으로는, 예를 들어, 균질한 광학 유리로 이루어지는 유리 덩어리를 준비하고, 당해 유리 덩어리를 가열하여 연화시키고 성형하여 유리 성형품을 제조하는 방법이 사용된다.
구체적으로는, 일본 공개특허공보 2007-210863호 (특허문헌 1) 에는, 프레스 성형에 의해 광학 소자의 형상에 근사한 형상을 갖는 광학 소자 블랭크를 제조하고, 광학 소자 블랭크를 가공하여 광학 소자를 제조하는 방법이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2007-210863호
결정화되기 쉬운 유리의 유리 덩어리를 프레스 성형이 가능한 온도까지 가열할 때, 유리 덩어리의 표면이 결정화되어 경화되는 케이스가 많다. 특히 최근 개발된 고굴절 저분산 유리나 초저분산 유리 등의 고기능 광학 렌즈용 유리에서는, 프레스 성형시의 유리 덩어리의 표면 결정화의 문제가 현저하다.
표면의 결정화에 의해 경화 피막을 갖는 유리 덩어리를 성형하면, 유리 덩어리의 내부에 경화 피막이 포함되기 때문에, 얻어지는 유리 성형품은 표면에서 깊은 부분까지 불균일해진다. 이와 같은 불균일한 유리 성형품은, 연삭이나 연마 등에 의해 포함된 경화 피막 등의 불균일분 (分) 을 제거할 필요가 있다. 그 결과, 재료 로스가 커지고, 제조 비용의 증가라는 문제가 발생한다.
그래서, 유리 표면의 온도를 저하시키거나, 또는 고온 유지 시간을 감소시킴으로써, 유리 덩어리의 가열 온도를 저하시켜, 유리 표면의 결정화를 억제하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 유리 덩어리의 가열 온도를 저하시켜 저온에서 프레스 성형되면, 유리의 균열이 발생하거나, 유리 덩어리 내의 온도 분포가 커지거나 하여, 원하는 형상으로 성형할 수 없다는 문제가 발생한다.
이와 같은 상황에 있어서, 유리 덩어리의 가열 온도를 저하시키지 않고 성형시의 유리 표면의 결정화를 억제하여, 고품질의 유리 성형품의 제조 방법, 유리 재료의 로스가 적은 유리 성형품의 제조 방법이 요구되고 있다.
본 발명자들은, 유리 덩어리를 가열하여 연화할 때에 선택적으로 유리 표면이 결정화되는 요인으로서, 유리 덩어리의 표면과 내부의 자유 에너지의 차이에 주목하였다. 즉, 유리 덩어리의 표면은 내부에 비해 자유 에너지가 커서, 결정화되기 쉬운 경향이 있다. 그 때문에, 유리 덩어리의 표면은 그 내부에 비해 우선적으로 결정화가 진행되는 것으로 생각된다.
그래서, 유리 덩어리의 표면에 발생하는 결정화를 방지하기 위해, 피복제로 유리 덩어리를 피복하는 것을 알아냈다. 유리 덩어리를 피복제로 피복함으로써, 용이하게 결정화되는 유리 덩어리의 표면 자유 에너지를 저하시켜, 유리 덩어리 표면의 결정화를 억제할 수 있다.
또, 피복제로서, 유리 덩어리의 표면에서 결정화되지 않고, 연화 유리로서의 유동 상태를 유지할 수 있는 성분을 사용함으로써, 피복제 자체가 결정 경화되어 유리 덩어리 중에 포함되는 것을 방지할 수 있음을 알아냈다.
본 발명은 이하에 기재하는 유리 성형품 및 유리 성형품의 제조 방법 등을 제공한다.
[1] 유리 덩어리의 표면에 피복제를 피복하는 공정 A, 및
피복제가 피복된 유리 덩어리를 가열하여 연화시키고, 성형하는 공정 B 를 포함하고,
피복제는, 유리 덩어리를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분을 함유하는 유리 성형품의 제조 방법.
[2] 공정 B 에 있어서, 유리 덩어리를 구성하는 유리의 점도가 106 d㎩·s 이하가 되는 온도에서 유리 덩어리를 가열하는 상기 [1] 에 기재된 유리 성형품의 제조 방법.
[3] 피복제는, 붕소, 인, 규소 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 유리 성형품의 제조 방법.
[4] 피복제는, 붕산, 붕산염, 붕산에스테르, 붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리, 규산알칼리염, 인산 및 인산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분을 함유하는 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품의 제조 방법.
[5] 피복제는 용액으로 이루어지는 상기 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품의 제조 방법.
[6] 피복제는 붕산 또는 인산을 함유하는 수용액으로 이루어지는 상기 [1] ∼ [5] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품의 제조 방법.
[7] 공정 B 는 프레스 성형 공정을 포함하는 상기 [1] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품의 제조 방법.
[8] 상기 [1] ∼ [7] 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 유리 성형품.
[9] 유리 덩어리를 소정의 형상으로 성형한 유리 성형품으로서,
유리 성형품 본체부와, 본체부의 표면에 형성된 표면층을 갖고,
표면층은, 본체부를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분을 함유하는 유리 성형품.
[10] 표면층에 있어서의 붕소, 인, 규소 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분의 함유량은, 본체부의 내부에 있어서의 당해 성분의 함유량에 비해 큰 상기 [9] 에 기재된 유리 성형품.
[11] 표면층은, 붕산, 붕산염, 붕산에스테르, 붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리, 규산알칼리염, 인산 및 인산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분을 함유하는 상기 [9] 또는 [10] 에 기재된 유리 성형품.
[12] 표면층의 두께는 1 ∼ 100 ㎛ 인 상기 [9] ∼ [11] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품.
[13] 상기 [8] ∼ [12] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품으로 이루어지는 광학 소자 블랭크.
[14] 상기 [8] ∼ [12] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품으로 이루어지는 광학 소자.
[15] 상기 [13] 에 기재된 광학 소자 블랭크를 추가로 가공하는 공정 C 를 포함하는 광학 소자의 제조 방법.
[16] 공정 C 는, 광학 소자 블랭크의 표면층을 제거하는 공정을 포함하는 상기 [15] 에 기재된 광학 소자의 제조 방법.
본 명세서 중,「연화 온도」란, 유리의 점도는 107.6 d㎩·s 가 되는 온도이고,「리틀톤 온도」라고도 한다. 본 명세서 중,「연화 온도」란, JIS R 3103-1 : 2001 에 규정되는 방법에 의해 측정된 온도를 말한다.
본 발명의 유리 성형품의 제조 방법을 사용하면, 가열, 연화시의 결정화에 의한 유리 표면의 경화층의 생성을 억제할 수 있고, 성형에 의해 경화층이 유리 내부에 진입하여 유리 내부의 광학적 균질성을 악화시키는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 본 발명을 사용하면, 고품질의 유리 성형품을 제조할 수 있다. 또, 본 발명의 유리 성형품의 제조 방법은, 유리 재료의 로스가 적고, 저비용으로 유리 성형품 및 광학 소자의 제조가 가능해진다.
이하에 본 발명의 유리 성형품 및 그 제조 방법의 실시형태 등을 설명한다.
본 발명의 유리 성형품의 제조 방법은, 유리 덩어리의 표면에 피복제를 피복하는 공정 A, 및
피복제가 피복된 유리 덩어리를 가열하여 연화시키고, 성형하는 공정 B 를 포함하고,
피복제는, 유리 덩어리를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분을 함유한다.
1 유리 덩어리
본 발명에서 사용되는 유리 덩어리는 공지된 방법으로 제조할 수 있다.
유리 덩어리의 제조 방법의 제 1 예로는, 유리 원료를 용해, 청징, 교반하여 균질한 용융 유리를 제조하고, 주형에 주입 (鑄入) 하여 유리 블록을 준비하고, 이 유리 블록을 어닐한 후, 입방체 형상으로 절단하여 유리편을 얻고, 배럴 연마하여 각각의 광학 유리로 이루어지는 서로 중량, 형상이 동등한 유리 덩어리를 제조할 수 있다.
유리 덩어리의 제조 방법의 제 2 예로는, 유출 파이프의 하방에 배치된 원통상의 주형 내에 용융 유리를 주입하여 원기둥상의 유리 기둥체를 성형하고, 주형 내에서 성형된 유리 기둥체는 주형 바닥부의 개구부로부터 일정한 속도로 연직 하방으로 인출되고, 유리 기둥형체를 서랭시킨 후, 절단 혹은 할단 (割斷) 하여 대략 원반상의 유리편을 얻고, 이 유리편을 연마 가공 또는 배럴 연마를 실시하여 유리 덩어리로 한다. 인출 속도는 주형 내에서의 용융 유리 액위 (液位) 가 일정해지도록 실시하면 된다.
유리 덩어리의 제조 방법의 제 3 예로는, 유리 원료를 용해, 청징, 교반하여 제조된 용융 유리를 유출 파이프로부터 유출시키고, 유출되는 용융 유리류 (流) 의 선단을 성형형으로 받은 상태에서, 유리 성형품의 제조에 필요한 양의 용융 유리 덩어리를 분리해서 성형형 상에 받아 유리 덩어리를 제조하는 방법이 있다. 이와 같이 제조된 유리 덩어리는 프레스 성형에 적합한 형상, 질량으로 되어 있으므로, 상기 방법과 같이 배럴 연마를 하지 않아도 프레스 성형에 제공하는 것이 가능하지만, 배럴 연마하고 나서 프레스 성형에 제공해도 된다. 또, 유리를 받는 성형형은 특별히 한정되는 것이 아니며, 부상 성형용의 주형 (용융 유리를 받는 오목부가 다공질체로 형성되고, 다공질체를 통하여 오목부 표면으로부터 가스가 분출되어, 용융 유리 덩어리에 상향의 풍압을 가하는 구조로 되어 있는 주형) 이어도 되고, 단순히 요곡 (凹曲) 형상의 받이부가 형성된 받침 접시상의 주형이어도 된다.
본 발명의 유리 성형품 및 그 제조 방법애 사용되는 유리 덩어리를 구성하는 유리의 조성은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 광학 유리로서 유용한 불인산 유리, 붕산란탄 함유 유리 등을 사용할 수 있다.
2 피복제를 유리 덩어리의 표면에 피복하는 공정 (공정 A)
본 발명의 공정 A 에서는, 유리 덩어리를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분을 함유하는 피복제를 유리 덩어리의 표면에 피복한다.
피복제로는, 유리 덩어리를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분이 사용된다. 또, 피복제로서 사용되는 화합물은 용이하게 결정화되지 않는 것이 바람직하다.
이와 같은 피복제로는, 유리 덩어리를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분을 함유하는 한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 붕소, 인, 규소 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 피복제 등을 들 수 있다. 이들 성분은, 유리 네트워크를 형성하기 쉽기 때문에, 유리 덩어리를 구성하는 유리에 도입되기 쉽고, 그 표면에서 잘 결정화되지 않는 것으로 생각된다.
그 중에서도, 유리 덩어리를 구성하는 유리가 붕산계 유리인 경우에는, 붕산을 함유하는 피복제를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 유리 덩어리를 구성하는 유리가 인산계의 유리인 경우에는, 인을 함유하는 피복제를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 이와 같은 피복제로는, 붕산, 붕산염, 붕산에스테르, 붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리, 규산알칼리염, 인산, 인산염 등의 화합물, 또는 이들 중 적어도 어느 하나를 함유하는 조성물이 사용된다. 당해 조성물로는, 상기 화합물의 조합, 또는 물이나 유기 용매 등에 용해시킨 용액을 들 수 있다. 피복제의 양태는 한정되지 않으며, 고체여도 되고 액체여도 된다.
붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리 등의 유리를 피복제에 사용하는 경우에는, 이들 유리를 분말상으로 가공하여 사용하면, 유리 덩어리의 표면 상에 균일하게 부착시키는 것이 용이해지기 때문에 바람직하다. 이와 같은 유리 분말은, 산포, 분사, 문지르기 등의 방법을 사용하여 유리 덩어리에 부착시킬 수 있다.
붕산비스무트 함유 유리는 붕산비스무트계 저융점 유리로서 시판되고 있는 유리, 붕산아연 함유 유리는 붕산아연계 저융점 유리로서 시판되고 있는 것을 사용할 수 있다. 이들 화합물은 가열해도 매우 결정화되기 어려운 성질을 갖기 때문에, 융액화된 피복제가 유리 덩어리의 표면에 형성되면, 유리 덩어리 표면의 결정화를 효과적으로 방지할 수 있다.
분말상인 피복제의 입경은 5 ∼ 100 ㎛ 인 것이 바람직하고, 10 ∼ 50 ㎛ 인 것이 더욱 바람직하다.
액체의 피복제를 사용하는 경우에는 상기 화합물을 용해시킨 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 붕산, 붕산염, 인산, 인산염 등을 피복제에 사용하는 경우에는, 이들 화합물을 물에 용해시킨 수용액으로 하는 것이 바람직하다. 피복제가 용액인 경우에는, 용액을 수납한 용기에 유리 덩어리를 침지시키거나, 또는 용액을 스프레이로 분무하거나 또는 브러시로 도포함으로써 유리 덩어리 표면에 부착시키는 것이 바람직하다.
수용액인 피복제의 농도는 1 ∼ 30 중량％ 가 바람직하고, 1 ∼ 20 중량％ 가 더욱 바람직하다. 특히 피복제가 붕산 수용액인 경우에는 1 ∼ 5 중량％ 가 바람직하고, 1 ∼ 3 중량％ 가 더욱 바람직하다. 또, 피복제가 인산 수용액인 경우에는 1 ∼ 20 중량％ 가 바람직하고, 1 ∼ 10 중량％ 가 더욱 바람직하다.
피복제는 적어도 가열, 연화시에 결정화를 억제하고자 하는 면에 피복되는 것이 바람직하고, 유리 덩어리 표면의 전역에 피복하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 제조 방법의 성형에 프레스 성형을 사용하는 경우에는, 유리 성형품 1 개분의 유리 덩어리 (유리 곱) 를 준비하고, 유리 덩어리의 표면에 유리 덩어리를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 물질을 피복하는 것이 바람직하다.
또한, 유리 덩어리의 표면에 피복제를 피복한 후, 유리 덩어리가, 가열된 유리 덩어리가 재치 (載置) 되는 유리 덩어리 재치구 (예를 들어, 특허문헌 1 에 기재된「연화 트레이 (10)」) 나 성형형 (예를 들어, 특허문헌 1 에 기재된「하형 (60)」,「상형 (61)」) 에 융착되지 않도록 분말상의 이형제를 추가로 피복해도 된다. 이형제의 피복은 공지된 방법이 사용된다.
이형제는 피복제와 혼합하여 사용되어도 되고, 피복제의 피복 후에 사용되어도 된다. 이형제로는, 예를 들어, 질화붕소, 알루미나, 산화규소, 산화마그네슘 등의 분말상 이형제를 들 수 있다.
3 유리 덩어리를 가열하여 연화시키고 성형하는 공정 (공정 B)
본 발명의 공정 B 에서는, 피복제가 피복된 유리 덩어리를 가열하여 연화시키고 성형하여, 유리 성형품을 얻는다.
(1) 유리 덩어리의 연화
유리 덩어리를 가열하여 연화시키는 스텝은, 표면에 피복제가 피복된 유리 덩어리를 내열성의 유리 덩어리 재치구 상에 두고, 유리 덩어리 재치구째 가열 장치 (예를 들어, 특허문헌 1 에 기재된「연화로 (30)」) 에 넣어 실시할 수 있다. 피복제가 피복된 유리 덩어리가 가열되면 유리 덩어리는 연화 상태가 되고, 유리 덩어리의 표면 상의 피복제는 융액화되어 유리 덩어리의 표면에 표면층을 형성한다.
유리 덩어리의 표면에 표면층이 형성되면, 본래 표면에 노출되는 유리가 표면층으로 피복되어, 유리 덩어리의 결정화를 대폭 억제할 수 있다.
피복제에 기초한 표면층의 두께는 한정되지 않지만, 피복체에 피복된 유리 덩어리의 표면 결정화를 억제할 수 있을 정도의 두께가 필요하며, 1 ∼ 100 ㎛ 의 두께가 바람직하고, 5 ∼ 50 ㎛ 의 두께가 더욱 바람직하다.
유리를 파손시키지 않고 원하는 형상으로 성형하기 위해, 성형에 앞선 유리의 가열, 연화는, 유리의 점도가 106 d㎩·s 이하가 되는 온도로 가열하는 것이 바람직하고, 105 d㎩·s 이하가 되는 온도로 가열하는 것이 보다 바람직하다. 본 발명에 의하면, 이와 같은 점도까지 유리를 가열, 연화해도, 유리 표면의 실투는 억제된다.
피복제로서 붕산, 붕산염, 인산, 인산염 등을 사용하는 경우에는, 이들 화합물을 물에 용해시킨 수용액을 유리 덩어리 표면에 피복하는 것이 바람직하다. 피복제가 수용액 등의 액체인 경우, 유리 덩어리를 당해 액체 중에 침지시키거나, 당해 액체를 스프레이 등으로 분무하거나, 브러시 등으로 당해 액체를 도포하는 등의 수단을 사용하여 유리 덩어리에 피복제를 피복할 수 있다. 피복 후에는 피복제가 유동하지 않을 정도로 건조시킨 후에 사용하는 것이 바람직하다.
이들 화합물이 용해된 수용액을 피복제로서 유리 덩어리에 피복하고, 가열되면, 피복제 중의 함유수, 결합수가 빠져 붕산 등의 용제가 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액화된다. 예를 들어, 피복제로서 붕산 수용액을 유리 덩어리에 피복하고 가열하면, 피복제 중의 붕산은 유리 덩어리의 표면 상에서 탈수 축합되어 융액화된다.
또, 피복제로서 붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리 등의 유리를 피복하는 경우에는, 분말상으로 가공된 유리 분말을 유리 덩어리 표면에 피복하는 것이 바람직하다. 피복제가 분말상인 경우, 분말 중에 유리 덩어리를 빠져나가게 하거나, 분말을 유리 덩어리에 산포하거나, 분사하거나, 문지르는 등의 방법을 사용하여, 유리 덩어리에 피복제를 피복할 수 있다. 유리 분말을 유리 덩어리에 부착시키기 위해, 유리 덩어리의 표면에 부착을 촉진시키는 성분을 첨가해도 된다.
유리 분말이 피복된 유리 덩어리를 가열하면, 유리 분말은 유리 덩어리의 표면 상에서 연화 용융되어 융액화된다.
이와 같이, 유리 덩어리를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 피복제를 유리 덩어리의 가열 전에 피복함으로써, 본래 표면에 노출되는 유리가 표면층으로 피복되기 때문에, 유리 덩어리의 가열시에 발생할 수 있는 유리 덩어리 표면의 결정화를 대폭 억제할 수 있다. 그 결과, 가열 후의 성형에 의해 경화층이 유리 내부에 진입하는 것을 방지하여, 유리 내부의 광학적 균질성을 유지할 수 있다. 또, 본 발명을 사용함으로써, 유리 재료를 유효하게 이용할 수 있고, 유리 성형품의 제조 수율이 향상된다.
(2) 성형
연화된 유리를 성형하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 프레스 성형법, 유리 덩어리를 복수 개의 회전하는 롤러 사이에 끼워 로드상의 유리로 성형하는 압연법, 연신법 등 공지된 성형법을 사용할 수 있다.
프레스 성형법을 채용하는 경우, 유리 덩어리를 가열함으로써 연화시키고, 연화된 유리 덩어리를 프레스 성형 장치 내의 프레스 성형형에 의해 가압하여, 원하는 형상으로 성형한다.
프레스 성형법을 채용할 때에 사용하는 프레스 성형 장치로는 공지된 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 프레스 성형 장치로는, 상형, 하형, 혹은 필요에 따라 동체형을 구비한 성형형과, 상형, 하형에 프레스압을 부가하는 가압 기구를 갖는 것을 예시할 수 있다. 성형형의 개수는, 유리 덩어리 재치구로부터 동시에 공급되는 유리 덩어리의 개수에 따라 설정하면 된다. 유리 덩어리를 성형형에 공급할 때, 상형은 상방으로 퇴피되고, 이 상태에서 유리 덩어리가 하형 상에 공급된다. 하형 상으로의 유리 덩어리의 공급이 종료된 후, 상형을 하강시켜, 몰드 클램핑을 하고, 상하형으로 연화된 유리 덩어리를 프레스하고, 상하형의 성형면 (동체형을 사용하고, 동체형 내면을 유리에 전사하는 경우도 포함한다) 을 유리에 전사하여, 원하는 형상의 유리 성형품을 얻을 수 있다.
이어서, 유리 성형품을 이형하여 프레스 성형형으로부터 취출하고, 어닐 처리한다. 이 어닐 처리에 의해 유리 내부의 변형을 저감시켜, 굴절률 등의 광학 특성이 원하는 값이 되도록 한다.
유리 덩어리의 가열 조건, 성형 조건, 프레스 성형형에 사용하는 재료 등은 공지된 것을 적용하면 된다. 이상의 공정은 대기 중에서 실시할 수 있다.
얻어지는 유리 성형품은, 주로 광학 소자 블랭크로서 바람직하게 사용할 수 있다. 광학 소자 블랭크는, 목적으로 하는 광학 소자의 형상에 근사한 형상을 갖는 유리 블랭크로서, 이것을 연삭, 연마함으로써 최종적으로 광학 소자를 제조할 수 있다.
또, 상기 프레스 성형법을 높은 정밀도로 실시함으로써 (정밀 프레스 성형법), 광학 소자로서 사용할 수 있는 유리 성형품이 얻어진다. 이 경우, 유리 성형품에 대하여 연마 가공 등을 실시하지 않고 광학 소자가 얻어지기 때문에 생산 효율이 높고, 또 가공에 의한 재료의 손실이 적다. 또한, 정밀 프레스 성형법에 의해 유리 성형품을 제조하는 경우에는, 상기 서술한 유리 덩어리의 제조 방법 중, 제 3 예에서 설명한 부상 성형에 의해 얻어지는 유리 덩어리 (프리폼) 를 사용하는 것이 바람직하다.
4 유리 성형품
본 실시형태의 유리 성형품은, 유리 덩어리를 소정의 형상으로 성형한 유리 성형품으로서,
유리 성형품 본체부와, 본체부의 표면에 형성된 표면층을 갖고,
표면층은, 본체부를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분을 함유하는 유리 성형품이다.
이 유리 성형품에 있어서, 표면층은 본체부를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분을 함유하기 때문에, 성형시에 표면이 잘 결정화되지 않아, 경화 피막에 의한 균질성의 악화를 억제할 수 있다.
또, 이 유리 성형품은, 바람직하게는, 표면층에 있어서의 붕소, 인, 규소 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분의 함유량은, 본체부의 내부에 있어서의 당해 성분의 함유량에 비해 크다. 여기서, 내부란, 유리 성형품의 두께 방향에 있어서의 내부 (유리 성형품 본체부의 심부) 로서, 유리 성형품의 표면층보다 내측에 존재하는 부분이다.
또, 이 유리 성형품은, 바람직하게는, 표면층은, 붕산, 붕산염, 붕산에스테르, 붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리, 규산알칼리염, 인산 및 인산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분을 함유한다.
이와 같은 유리 성형품에 의하면, 광학 소자 등의 균질성이 높은 유리 제품을 제조할 때, 유리 성형품의 표면의 제거량을 저감시킬 수 있고, 재료 로스, 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 또, 유리 성형품 전체가 균질한 경우에는, 유리 성형품을 광학 소자로서 사용할 수도 있다.
본 실시형태의 유리 성형품은, 예를 들어, 상기 유리 성형품의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
유리 성형품의 표면층의 두께는, 표면의 결정화를 억제하는 데에서 1 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 한편, 유리 성형품을 가공할 때의 제거량을 저감시키는 데에서, 상기 표면층의 두께는 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 표면층의 두께의 보다 바람직한 하한은 5 ㎛, 보다 바람직한 상한은 50 ㎛ 이다.
본 실시형태의 유리 성형품은, 내부가 균질하고, 표면의 결정화가 억제되고 있으므로, 광학 소자 또는 광학 소자 블랭크에 바람직하다.
5 광학 소자 블랭크를 가공하는 공정 (공정 C)
공정 A 와 공정 B 를 거쳐 얻어진 유리 성형품을, 연삭, 연마 등의 공지된 가공 방법에 의해 추가로 가공할 수 있다. 여기서, 유리 성형품은, 광학 소자 블랭크이다.
유리 성형품의 형상을 광학 소자에 근사시켜 성형하고, 추가로 연삭 및/또는 연마를 실시함으로써, 렌즈, 프리즘 등의 광학 소자를 제조할 수 있다.
연삭 및/또는 연마의 방법은, 예를 들어, 다음의 공정을 거쳐 실시할 수 있다.
(ⅰ) 연삭 공정
목적으로 하는 광학 소자의 형상에 근사한 형상이 되도록, 다이아몬드 지석 등을 사용하여 유리 성형품을 연삭한다.
(ⅱ) 연마 공정
상기 연삭 공정에서 연삭된 면을, 산화세륨 등의 유리 (遊離) 지립을 사용하여 연마하여 표면을 평활하게 한다.
(ⅲ) 폴리시 공정
연마된 면을 지르코니아 등을 사용하여 폴리시한다.
이와 같은 공정을 실시함으로써 유리 성형품을 가공하여, 광학 소자를 제조할 수 있다.
공정 C 의 가공으로, 유리 성형품의 표면층을 연마 또는 연삭에 의해 제거하고, 유리 덩어리에 기초한 균질한 유리 성형품을 얻는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 유리 성형품의 제조 방법에 있어서, 공정 C 는 필수 공정이 아니며, 예를 들어, 공정 B 에서 성형된 유리 성형품을 광학 소자로서 사용할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 양호한 생산성으로 유리 성형품을 제조할 수 있고, 또한 이 유리 성형품을 사용하여 렌즈, 프리즘 등의 광학 소자를 안정적으로 생산할 수 있다.
6 광학 소자
본 발명의 유리 성형품을 가공하여 제조한 광학 소자로는, 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 마이크로 렌즈 등의 각종 렌즈, 회절 격자, 회절 격자가 형성된 렌즈, 렌즈 어레이, 프리즘 등을 예시할 수 있다. 용도면에서는, 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라, 일안 리플렉스 카메라, 휴대 전화 탑재 카메라, 차재 카메라 등의 촬상 광학계를 구성하는 렌즈, DVD, CD 등의 광 디스크로의 데이터 읽기 쓰기를 실시하기 위한 광학계를 구성하는 렌즈 등을 예시할 수 있다.
광학 소자에는 필요에 따라, 반사 방지막, 전체 반사막, 부분 반사막, 분광 특성을 갖는 막 등의 광학 박막을 형성할 수도 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명해 왔지만, 본 발명은 이러한 실시형태에 조금도 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 양태로 실시할 수 있음은 물론이다.
실시예
본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예의 기재에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 ∼ 12, 비교예 1 ∼ 5] 유리 성형품의 제조
(1) 유리 덩어리의 제조
표 1 에 나타내는 특성을 갖는 5 종류의 광학 유리 (광학 유리 1 ∼ 5) 를 제조하기 위해, 유리 원료를 준비하고, 각각의 유리 원료를 용해, 청징, 교반하여 균질한 용융 유리를 제조하고, 유출 파이프로부터 유출시켰다. 유출되는 용융 유리류의 선단을 성형형으로 받은 상태에서, 유리 성형품의 제조에 필요한 양의 용융 유리 덩어리를 분리하여 성형형 상에 받았다. 성형형으로부터 가스를 분출시켜 성형형 상의 용융 유리 덩어리에 상향의 풍압을 가하고, 부상 상태에서 유리 덩어리로 성형하였다. 이와 같이 하여, 5 종류의 광학 유리 1 ∼ 5 의 유리 덩어리를 제조하였다.
유리의 연화 온도는 JIS R 3103-1 : 2001 에 규정되는 방법으로 측정하였다.
Figure pct00001
(2) 유리 성형품의 제조
광학 유리 1 ∼ 5 의 각 유리 덩어리를 표 2 에 나타내는 수용액 (피복제) 에 침지시켜, 유리 덩어리의 표면에 피복제를 피복하였다.
광학 유리 1 ∼ 5 를 사용하여, 표면이 피복제로 피복된 각 유리 덩어리를 유리 덩어리 재치구인 연화 트레이에 얹고, 연화로 내에 격납함으로써, 유리 덩어리를 가열하여 연화시켰다 (실시예 1 ∼ 12). 연화로의 온도는 유리 덩어리의 연화 온도보다 100 ℃ 높은 온도이고, 유리 덩어리가 연화로 내에 유지되고 있는 시간은 10 분이었다.
각 유리 덩어리가 연화된 시점에서, 연화로로부터 유리 덩어리를 취출하였다. 각 실시예에서 사용된 피복제가 융액이 되는 온도는 유리 덩어리의 연화 온도보다 낮다 (표 2). 따라서, 연화로에서 가열된 실시예 1 ∼ 12 의 유리 덩어리의 표면에는 융액이 된 피복제가 연화된 유리 덩어리의 표면을 덮도록 형성되어 있었다.
Figure pct00002
다음으로, 연화 트레이 상의 유리 덩어리를 프레스 성형형에 도입하여 프레스 성형하였다. 프레스 성형형의 성형면은 얻고자 하는 유리 성형품 (광학 소자 블랭크) 의 표면을 반전시킨 형상을 갖고 있다. 또한, 성형시의 가열 온도는 표 2 에 나타내는 바와 같았다.
이와 같이 하여 프레스 성형되어 얻어진 유리 성형품 (광학 소자 블랭크) 을 성형형으로부터 취출하였다. 유리 성형품의 표면을 관찰한 결과, 실시예 1 ∼ 12 의 유리 성형품의 표면은 결정화되지 않아, 결정화에 의한 경화 피막은 형성되지 않았다. 또, 경화 피막이 유리 성형품의 내부에 포함되지도 않았다. 또한, 실시예 1 ∼ 12 의 유리 성형품은 실투되지 않았다.
또한, 실시예 1 ∼ 12 에 있어서, 유리 덩어리의 표면에 표 2 에 나타내는 수용액 (피복제) 과 함께 질화붕소 분말을 도포하고, 실시예 1 ∼ 12 와 동일하게 유리 덩어리를 가열, 연화시키고, 프레스 성형하여 유리 성형품을 제조하였다. 이와 같이 하여 제조된 유리 성형품에 대해서도, 그 표면은 모두 결정화되지 않아, 결정화에 의한 경화 피막은 형성되지 않았다. 또, 경화 피막이 유리 성형품의 내부에 포함되지도 않았다. 또한, 각 유리 성형품의 내부도 실투되지 않았다.
한편, 비교예 1 ∼ 5 에서는, 피복제를 사용하지 않은 것 이외에는, 실시예 1 ∼ 12 와 동일한 조건으로 광학 유리 1 ∼ 5 의 각 유리 덩어리에 의해 유리 성형품 (광학 소자 블랭크) 을 제조하였다.
유리 덩어리에 피복제를 피복하지 않은 비교예 1 ∼ 5 의 유리 성형품에 대해서도, 실시예 1 ∼ 12 와 동일하게 얻어진 유리 성형품의 표면을 관찰한 결과, 유리 성형품의 표면은 결정화되어, 경화 피막이 형성되었다. 또, 비교예 1 ∼ 5 에서 얻어진 유리 성형품은 실투되었다.
[실시예 13 ∼ 24] 구면 렌즈의 제조
실시예 1 의 유리 성형품 (렌즈 블랭크) 을 어닐하여 광학 특성을 목적으로 하는 렌즈의 광학 특성에 일치시킴과 함께, 유리 중의 변형을 저감시켰다. 그 후, 렌즈 블랭크를 공지된 방법으로 연삭 및 연마하고 가공하여, 구면 렌즈를 제조하였다 (실시예 13).
실시예 13 과 동일하게, 실시예 2 ∼ 12 의 각 유리 성형품 (광학 소자 블랭크) 으로부터 실시예 14 ∼ 24 의 각 구면 렌즈를 제조하였다.
실시예 13 ∼ 24 에서는 구면 렌즈를 제조하였지만, 실시예 1 ∼ 12 의 유리 성형품으로부터 프리즘 등의 그 밖의 광학 소자를 제조할 수도 있다.
마지막으로, 본 발명의 실시형태를 총괄한다.
[1] 본 실시형태의 유리 성형품의 제조 방법은, 유리 덩어리의 표면에 피복제를 피복하는 공정 A, 및
피복제가 피복된 유리 덩어리를 가열하여 연화시키고, 성형하는 공정 B 를 포함하고,
피복제는, 유리 덩어리를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분을 함유한다.
[2] 바람직하게는, 상기 [1] 에 기재된 유리 성형품의 제조 방법에서는, 공정 B 에 있어서, 유리 덩어리를 구성하는 유리의 점도가 106 d㎩·s 이하가 되는 온도에서 유리 덩어리를 가열한다.
[3] 바람직하게는, 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 유리 성형품의 제조 방법에 있어서, 피복제는, 붕소, 인, 규소 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상을 함유한다.
[4] 바람직하게는, 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품의 제조 방법에 있어서, 피복제는, 붕산, 붕산염, 붕산에스테르, 붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리, 규산알칼리염, 인산 및 인산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분을 함유한다.
[5] 바람직하게는, 상기 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품의 제조 방법에 있어서, 피복제는 용액으로 이루어진다.
[6] 바람직하게는, 상기 [1] ∼ [5] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품의 제조 방법에 있어서, 피복제는 붕산 또는 인산을 함유하는 수용액으로 이루어진다.
[7] 바람직하게는, 상기 [1] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품의 제조 방법에 있어서, 공정 B 는 프레스 성형 공정을 포함한다.
[8] 바람직하게는, 본 실시형태에 관련된 유리 성형품은, 상기 [1] ∼ [7] 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 얻어진다.
[9] 다른 국면에서는, 본 실시형태의 유리 성형품은, 유리 덩어리를 소정의 형상으로 성형한 유리 성형품으로서,
유리 성형품 본체부와, 본체부의 표면에 형성된 표면층을 갖고,
표면층은, 본체부를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분을 함유한다.
[10] 바람직하게는, 상기 [9] 에 기재된 유리 성형품에 있어서, 표면층에 있어서의 붕소, 인, 규소 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분의 함유량은, 본체부의 내부에 있어서의 당해 성분의 함유량에 비해 크다.
[11] 바람직하게는, 상기 [9] 또는 [10] 에 기재된 유리 성형품에 있어서, 표면층은, 붕산, 붕산염, 붕산에스테르, 붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리, 규산알칼리염, 인산 및 인산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분을 함유한다.
[12] 바람직하게는, 상기 [9] ∼ [11] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품에 있어서, 표면층의 두께는 1 ∼ 100 ㎛ 이다.
[13] 다른 국면에서는, 본 실시형태의 광학 소자 블랭크는, 상기 [8] ∼ [12] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품으로 이루어진다.
[14] 다른 국면에서는, 본 실시형태의 광학 소자는 상기 [8] ∼ [12] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품으로 이루어진다.
[15] 다른 국면에서는, 본 실시형태의 광학 소자의 제조 방법은, 상기 [13] 에 기재된 광학 소자 블랭크를 추가로 가공하는 공정 C 를 포함한다.
[16] 바람직하게는, 상기 [15] 에 기재된 광학 소자의 제조 방법에 있어서, 공정 C 는 광학 소자 블랭크의 표면층을 제거하는 공정을 포함한다.
또한, 본 실시형태의 다른 국면에서는,
[A1] 본 실시형태의 유리 성형품의 제조 방법은, 유리 덩어리를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 피복제를 유리 덩어리의 표면에 피복하는 공정 A, 및
피복제가 피복된 유리 덩어리를 가열하여 연화시키고 성형하는 공정 B 를 포함한다.
[A2] 바람직하게는, 상기 [A1] 에 기재된 유리 성형품의 제조 방법에서는, 공정 B 에 있어서, 유리 덩어리를 구성하는 유리의 점도가 106 d㎩·s 이하가 되는 온도에서 유리 덩어리를 가열한다.
[A3] 바람직하게는, 상기 [A1] 또는 [A2] 에 기재된 유리 성형품의 제조 방법에 있어서, 피복제는, 붕산, 붕산염, 붕산에스테르, 붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리, 규산알칼리염, 인산 및 인산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분을 함유한다.
[A4] 바람직하게는, 상기 [A1] 또는 [A2] 에 기재된 유리 성형품의 제조 방법에 있어서, 피복제는 붕산 또는 인산을 함유하는 수용액이다.
[A5] 바람직하게는, 상기 [A1] ∼ [A4] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품의 제조 방법에 있어서, 공정 B 의 성형은 프레스 성형이다.
[A6] 바람직하게는, 상기 [A3] 에 기재된 유리 성형품의 제조 방법에 있어서, 유리 성형품은 유리 덩어리와 그 표면에 형성된 표면층을 갖고,
표면층은, 붕산, 붕산염, 붕산에스테르, 붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리, 규산알칼리염, 인산 및 인산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분을 함유한다.
[A7] 바람직하게는, 본 실시형태의 유리 성형품의 제조 방법은, 상기 [A1] ∼ [A6] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품의 제조 방법으로 얻어진 유리 성형품을 가공하는 공정 C 를 포함한다.
[A8] 바람직하게는, 본 실시형태의 유리 성형품의 제조 방법은, 상기 [A6] 에 기재된 유리 성형품의 제조 방법으로 얻어진 유리 성형품을 가공하고, 표면층을 제거하는 공정 C 를 포함한다.
[A9] 바람직하게는, 상기 [A1] ∼ [A8] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품의 제조 방법에 있어서, 유리 성형품은 광학 소자 또는 광학 소자 블랭크이다.
[A10] 다른 국면에서의 본 실시형태의 유리 성형품은, 유리 덩어리와 그 표면에 형성된 표면층을 갖는 유리 성형품으로서, 표면층이 유리 덩어리를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분으로 이루어진다.
[A11] 바람직하게는, 상기 [A10] 에 기재된 유리 성형품에 있어서 표면층은, 붕산, 붕산염, 붕산에스테르, 붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리, 규산알칼리염, 인산 및 인산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분을 함유한다.
[A12] 바람직하게는, 상기 [A10] 또는 [A11] 에 기재된 유리 성형품에 있어서, 표면층의 두께는 1 ∼ 100 ㎛ 이다.
[A13] 바람직하게는, 상기 [A10] ∼ [A12] 중 어느 하나에 기재된 유리 성형품에 있어서, 유리 성형품은 광학 소자 또는 광학 소자 블랭크이다.
산업상 이용가능성
본 발명의 유리 성형품은 렌즈나 프리즘 등의 광학 소자에 사용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 유리 덩어리의 표면에 피복제를 피복하는 공정 A, 및
    상기 피복제가 피복된 상기 유리 덩어리를 가열하여 연화시키고, 성형하는 공정 B 를 포함하고,
    상기 피복제는, 상기 유리 덩어리를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분을 함유하는 유리 성형품의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 B 에 있어서, 상기 유리 덩어리를 구성하는 유리의 점도가 106 d㎩·s 이하가 되는 온도에서 상기 유리 덩어리를 가열하는 유리 성형품의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 피복제는, 붕소, 인, 규소 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 유리 성형품의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피복제는, 붕산, 붕산염, 붕산에스테르, 붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리, 규산알칼리염, 인산 및 인산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분을 함유하는 유리 성형품의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피복제는 용액으로 이루어지는 유리 성형품의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피복제는 붕산 또는 인산을 함유하는 수용액으로 이루어지는 유리 성형품의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 B 는 프레스 성형 공정을 포함하는 유리 성형품의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 유리 성형품.
  9. 유리 덩어리를 소정의 형상으로 성형한 유리 성형품으로서,
    유리 성형품 본체부와, 상기 본체부의 표면에 형성된 표면층을 갖고,
    상기 표면층은, 상기 본체부를 구성하는 유리의 연화 온도 이하의 온도에서 융액이 되는 성분을 함유하는 유리 성형품.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 표면층에 있어서의 붕소, 인, 규소 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분의 함유량은, 상기 본체부의 내부에 있어서의 당해 성분의 함유량에 비해 큰 유리 성형품.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 표면층은, 붕산, 붕산염, 붕산에스테르, 붕산비스무트 함유 유리, 붕산아연 함유 유리, 규산알칼리염, 인산 및 인산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상의 성분을 함유하는 유리 성형품.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면층의 두께는 1 ∼ 100 ㎛ 인 유리 성형품.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 유리 성형품으로 이루어지는 광학 소자 블랭크.
  14. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 유리 성형품으로 이루어지는 광학 소자.
  15. 제 13 항에 기재된 광학 소자 블랭크를 추가로 가공하는 공정 C 를 포함하는 광학 소자의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 공정 C 는, 상기 광학 소자 블랭크의 표면층을 제거하는 공정을 포함하는 광학 소자의 제조 방법.
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