JPH04292435A

JPH04292435A - レンズの製造方法

Info

Publication number: JPH04292435A
Application number: JP8059291A
Authority: JP
Inventors: Shizuo Maruyama; 丸山　静夫; Seiichi Aragaki; 新垣　誠一; Kohei Nakada; 耕平中田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1991-03-20
Publication date: 1992-10-16
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JP3150992B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、屈折率（ｎｄ　）が１
．５５〜１．７０、アッベ数（νｄ　）が５０以上の範
囲の光学恒数を有する光学ガラスに関し、特に前記光学
恒数を有し屈伏温度をあわせもつ精密プレス成形に適し
た光学ガラスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、屈折率（ｎｄ　）が１．５５〜１
．７０、アッベ数（νｄ　）が５０以上の範囲の光学恒
数を有する光学ガラスとしてショットカタログ名称のＰ
ＳＫ、ＳＫ、ＳＳＫ、ＬａＫなどがある。これらの中屈
折低分散ガラスはカメラやビデオカメラなどに使われる
複数のレンズからなる光学結像系を作る場合に必須なガ
ラスであり、しかもこのガラスを用いた非球面レンズを
使用することによって従来にない結像特性を持ち、かつ
、レンズの構成枚数の少ない結像系を作ることが可能で
あることは良く知られている。

【０００３】しかしながら、従来の研削研磨法で非球面
レンズを作製することは高コスト、低能率であるため、
近年いくつかの企業において軟化させたガラスをプレス
成形して直接レンズを作る精密プレス成形技術が盛んに
開発されるようになってきた。この方法はレンズ等の精
密光学素子を大量生産するのに適した画期的な製造方法
であるが、成形温度が高温であり、そのために成形に用
いる金型の表面の形状劣化が激しく、頻繁に型の再加工
が必要となり、これが製品のコストを引上げる原因とな
っている。

【０００４】これに対処するためにはガラスが軟化する
温度を下げ、なるべく低い温度において成形を行なう必
要があるが、一般にＰＳＫ、ＳＫ、ＳＳＫ、ＬａＫなど
の比較的低分散のガラスは、ガラス屈伏温度が高く、ま
た、成形中金型との融着やガラスの割れなどの現象が起
こり易いことなどから、比較的精密プレス成形が困難な
ガラスに属している。

【０００５】従来、ＳＫ、ＳＳＫ近傍の光学性能を維持
させつつ、プレス成形が可能な程度まで屈伏温度を下げ
たものとしては、ＳｉＯ２　、Ｌｉ２　Ｏ、Ｂ２　Ｏ３
　、ＢａＯ、Ｌａ２　Ｏ３　（あるいはＧｄ２　Ｏ３　
）を必須成分とするもの（特開昭６２−１２３０４０、
特開平１−２８６９３４）や、Ｐ２　Ｏ５　、ＺｎＯを
必須成分とするもの（特開平２−１２４７４３）が知ら
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＳｉＯ
２　、Ｂ２　Ｏ３　、ＢａＯを主成分とするＳＫ、ＳＳ
Ｋ組成に対して単にアルカリ金属酸化物を添加しただけ
のものやＬａ２　Ｏ３　やＧｄ２　Ｏ３　などのランタ
ノイド金属酸化物を多量に含むガラスはプレス成形時に
型材との融着が起こりやすく、あるいは、成形時にガラ
スが割れやすいなどの欠点があり、特にランタノイド金
属酸化物を多量に含むガラスは屈伏温度の低温性が十分
でない。また、Ｐ２　Ｏ５　を多量に含むガラスは化学
的耐久性に問題があり、また、硬度が小さく傷付きやす
いといった欠点がある。

【０００７】本発明は、上記の実情にかんがみてなされ
たもので、その目的は、屈折率（ｎｄ　）１．５５〜１
．７０、アッベ数（νｄ）５０以上の範囲の光学恒数と
充分な化学的耐久性を維持させつつ、低温での軟化性を
実現させ、さらに型材との離型性が良好な精密プレス成
形に適する光学ガラスを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
従来の光学ガラス及びプレス成形用光学ガラスの諸欠点
をかんがみて、研究調査を行なった結果、ＳｉＯ２　、
Ｂ２　Ｏ３　、ＢａＯを必須とする従来のＳＫ、ＳＳＫ
に対してアルカリ金属酸化物を適量加えると同時にＴｅ
Ｏ２　成分を微量、もしくは、適量加えることによって
、化学的耐久性を損なうことなく屈伏温度を大きく下げ
るばかりでなく、型材との融着やガラスの割れが起こり
にくくなることを見出した。

【０００９】すなわち、本発明の光学ガラスの組成を重
量％で示すと　　　　ＳｉＯ２　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３
０〜６０　　　　Ｂ２　Ｏ３　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　５〜３０　　　　Ｌｉ２　Ｏ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　２〜１０　　　　Ｎａ２　Ｏ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　０〜１５　　　　Ｋ
２　Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０〜１
５　　　　Ｃｓ２　Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　０〜１０　　　　ただし、Ｌｉ２　Ｏ＋Ｎａ２　Ｏ
＋Ｋ２　Ｏ＋Ｃｓ２　Ｏ　　　　　　２〜２５　　　　
ＭｇＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０〜１
０　　　　ＳｒＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　０〜１０　　　　ＣａＯ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　０〜３０　　　　ＢａＯ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　０〜４５　　　　ただし、Ｃ
ａＯ＋ＢａＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　１５〜５０　　　　ＺｎＯ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　０〜１５　　　　ＴｅＯ２
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　０．１〜１０　　
　　Ｂｉ２　Ｏ３　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０
〜１０　　　　ＰｂＯ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　０〜１０　　　　Ａｌ２　Ｏ３　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　０〜１０　　　　Ａｓ２　Ｏ３　＋
Ｓｂ２　Ｏ３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　０〜　　２からなっており、屈折
率（ｎｄ　）が１．５５〜１．７０、アッベ数（νｄ　
）が５０以上の範囲の光学恒数を有している。また、本発明の光学ガラスの屈伏点温度が５５０℃以下
であることを特徴としている。

【００１０】上記光学ガラスの屈伏温度の低温化、低分
散光学性能維持のため上記金属酸化物中の１種または２
種以上の成分の一部または全部と置換したフッ化物成分
のＦ２　としての合計量として０〜５％（重量％）を含
有する光学ガラスである。

【００１１】本発明に係る光学ガラスの各成分範囲を上
記のように限定した理由は次の通りである。

【００１２】ＳｉＯ２　は、ガラス網目を構成する主成
分であり、化学的耐久性を向上させる効果がある。しか
し、３０％未満では上記効果が少なくなり、また、屈折
率（ｎｄ　）が大きくなりすぎる。また、６０％をこえ
て多くなると屈伏温度の上昇をまねくことになる。

【００１３】Ｂ２　Ｏ３　は、ＳｉＯ２　と同様ガラス
網目を構成し、ガラスを安定化させる効果があり、また
、低分散化成分として有効である。しかし、５％未満で
は上記の効果が少なく、３０％をこえると化学的耐久性
が悪くなる。

【００１４】Ｌｉ２　Ｏ、Ｎａ２　Ｏ、Ｋ２　Ｏ、Ｃｓ
２　Ｏ（以下この４成分をすべて指す場合にはＲ２　Ｏ
と記載）は、必須成分とすることによってガラスの屈伏
温度を劇的に低温化させることができ、溶融性が良好と
なり、失透傾向を改善させる効果を有する。これらの効
果、特に屈伏点温度を５５０℃以下にするためには、Ｌ
ｉ２　Ｏ量で２％、Ｒ２　Ｏの合計量として最低２％、
好ましくは５％以上を要す。また、Ｒ２　Ｏが多すぎる
と化学的耐久性が悪化し、熱膨張係数が大きくなりすぎ
る、所望の光学恒数が得られない等の弊害が現われるた
めにＬｉ２　Ｏ、Ｃｓ２　Ｏについてはそれぞれ１０％
、Ｎａ２　Ｏ、Ｋ２　Ｏについてはそれぞれ１５％を、
さらにＲ２Ｏの合計量として２５％を最大量とする。

【００１５】ＣａＯ、および、ＢａＯは所望の光学恒数
を得るため、さらに、ガラスの安定化に有効であるが、
合計量で１５％未満では効果が無く、ＣａＯで３０％、
ＢａＯで４５％、ＣａＯとＢａＯの合計量で５０％をこ
えると化学的耐久性の悪化、失透傾向の増大を引き起こ
す。

【００１６】ＭｇＯ、ＳｒＯはガラス溶融性、化学的耐
久性の向上に有効であるがそれぞれ１０％をこえると所
望の屈伏温度を得づらくなる。

【００１７】ＺｎＯもガラス溶融性、化学的耐久性の向
上に有効であるが１５％をこえると所望の光学恒数を得
づらくなり、また、精密プレス成形の際ガラス成分が揮
発し、金型を劣化させる原因となる。

【００１８】ＴｅＯ２　は、本発明において重要な意味
を持つ成分であり、ＴｅＯ２　を必須成分として適量加
えることによって、プレス成形時におけるガラスと金型
との融着防止効果に加えて屈伏温度の低温化、安定化、
化学的耐久性の向上等の効果を示す。これらの効果を十
分引き出すためには最低　０．１％量の、好ましくは　
０．５％以上のＴｅＯ２　が必要である。また、ＴｅＯ
２　量があまり多いと所望の光学恒数を得ることができ
ず、また、着色等の問題を生じるため、導入できる最大
量は１０％までとする。

【００１９】Ｂｉ２　Ｏ３　およびＰｂＯは屈伏温度の
低温化、化学的耐久性の向上に効果がある。ただし、所
望の光学恒数を得るためにガラス中に導入できるＢｉ２
　Ｏ３　またはＰｂＯの最大量は１０％とする。

【００２０】Ａｌ２　Ｏ３　は化学的耐久性の向上に有
効であるが１０％をこえるとガラスの屈伏温度が高くな
る。

【００２１】Ａｓ２　Ｏ３　、Ｓｂ２　Ｏ３　は清澄作
用を促進させるために必要な成分であるが、その効果を
維持させるためには２％以下の量で充分である。

【００２２】Ｆ２　は屈伏温度の低温化、低分散光学ガ
ラスとしての光学性能の維持のために有効な成分である
が、５％をこえると精密プレス成形の際ガラス成分が揮
発し、金型を劣化させる原因となる。

【００２３】本発明の光学ガラスには、上記成分の他に
光学性能の調整、溶融性の改良、化学的耐久性の改善の
ために、本発明の目的から外れない限り、ＳｎＯ、Ｙ２
　Ｏ３、Ｌａ２　Ｏ３　、Ｎｂ２　Ｏ５　、Ｔａ２　Ｏ
５　、Ｇａ２　Ｏ３　、Ｙｂ２　Ｏ３　、Ｉｎ２　Ｏ３
、Ｇｄ２　Ｏ３　、Ｇａ２　Ｏ３　、ＷＯ３　、ＧｅＯ
２　、ＺｒＯ２　、ＴｉＯ２　などを適当量含有させる
ことができる。

【００２４】光学ガラスの精密プレス成形をする場合に
は、金型の損傷をなるべく防ぐためにプレス温度を６０
０℃程度以下とすることが望ましく、一方光学ガラスの
プレス成形温度はそのガラスの屈伏温度よりも約５０℃
高い温度を必要とすることから、前記屈伏点温度はプレ
ス温度６００℃（プレス成形温度）より約５０℃以上低
い温度である５５０℃以下が望ましい。上記理由から、
本発明の光学ガラスの屈伏点温度が５５０℃以下である
ことは精密プレス成形に好適であり、後述の実施例から
も明らかである。

【００２５】

【実施例】以下本発明に係る実施例について説明する。

【００２６】図１は本発明の成形実験におけるプレス成
形前の型とガラス素材の断面図、図２はプレス成形後の
型とガラス試料の断面図、図３はプレス成形の温度スケ
ジュールを表わす。

【００２７】１は上型、２は下型、３は成形前のガラス
素材、４は精密プレスしたガラス試料である。

【００２８】まず、表１に実施例、比較例合計１５種の
ガラスについて、組成（数値は重量％）、屈折率（ｎｄ
　）、アッベ数（νｄ　）、屈伏点温度（Ａｔ）、およ
び耐水性を示す。

【００２９】

【表１】ガラスは酸化物、炭酸塩、硝酸塩、あるいはフッ化物か
らなる原料を用いて、それぞれの組成について、ガラス
量で２５０ｍｌになるよう所望の量比に計算、調合した
。調合したガラス原料混合物はあらかじめ充分均質になる
よう混合し、３００ｍｌの白金るつぼを用いて１０００
〜１３００℃で約３時間溶解を行なった後、白金棒によ
る攪拌によってガラスの均質化を行ない清澄した後、予
熱してあったカーボンの型に溶融ガラスを流し込んでガ
ラスブロックを得、これを徐冷した。ガラスの諸特性を
確認するために、作製したガラスブロックから少量の測
定試料用ガラスを切り出し、屈折率（ｎｄ　）、アッベ
数（νｄ　）、屈伏点温度（Ａｔ）、耐水性の測定を行
なった。耐水性は日本光学工業会規格（ＪＯＧＩＳ規格
）に基づいた粉末法による試験を行ない、ガラスの重量
減少量（重量％）をもって評価値とした。

【００３０】つぎに、作製したガラスブロックを切り出
して加工を行ない精密プレス用のボール状のガラス素材
とした。このガラス素材は表面粗さＲｍａｘ　が０．０
１μｍ以下となるよう仕上げ加工を行なった。

【００３１】このガラス素材を用いて表２に示すような
７種の型材料に対して成形実験を行なった。

【００３２】

【表２】なお、図１は成形前の状態を表わす図であり、図中１は
上型、２は下型、３はガラス素材を示す。上型１および
下型２はそれぞれ表面粗さＲｍａｘ　を０．０１μｍ以
内の精度に加工し、実験では上型１、下型２とも同一材
料を用いた。また、表２に示す型材のうちＴｉＮ／ＷＣ
、ＺｒＢ２　／ＷＣ、（Ｐｔ−Ｉｒ）／ＷＣの３種につ
いては所定の精度に加工したＷＣ（炭化タングステン）
の表面にスパッタ法でそれぞれ２０００〜３０００オン
グストロームのＴｉＮ、ＺｒＢ２　、（Ｐｔ−Ｉｒ）合
金の薄膜を形成したものを使用した。

【００３３】成形は、まず、ガラス素材３を下型２の上
に設置し、成形機内を１０−２　Ｔｏｒｒ以下に排気し
た後、窒素ガスを導入して窒素ガス雰囲気とした。その
後、図３に示すスケジュールでガラスおよび金型を加熱
し、所定の成形温度（Ｔ０　）に達した後５分間そのま
ま保持し、その後１００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で５分間上
型１を加圧して成形を行なった。加圧成形が終了し、圧
力を除去した後、冷却速度を−５℃／ｍｉｎで転移温度
よりも５０℃低い温度（Ｔ１　）まで冷却を行ない、そ
の後は−２０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却をして２００
℃以下の温度でレンズ状のガラス試料４を取り出した。なお、異なるガラスに対しても成形条件を一定にするた
めに、成形温度（Ｔ０　）はそれぞれのガラスの粘性が
１０９．５ポアズに相当する温度で行なった。

【００３４】成形後のガラスは、目視による散乱光およ
び光学顕微鏡による局所的な融着発生の有無の確認をす
ることによって評価を行なった。

【００３５】成形実験は、１つのガラス−型材の組み合
わせに対して最高１００回まで行なった。表２に示す実
験結果は、各ガラス−型材の組み合わせ実験において、
最初に融着が発生するまでの成形回数によって評価分類
を行なったものである。

【００３６】表２から明らかなように、ＴｅＯ２　を適
当量含有する本発明の組成からなる実施例のガラスの成
形可能回数は比較例のそれに比べて一段と多く、離型性
良好な結果が得られた。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光学ガラス
は、ＳｉＯ２　、Ｂ２　Ｏ３　、ＢａＯを主成分とする
従来のＳＫ、ＳＳＫの組成に対して適量のアルカリ金属
酸化物とＴｅＯ２　成分を加えるので、屈折率（ｎｄ　
）１．５５〜１．７０、アッベ数（νｄ　）５０以上の
光学恒数と充分な化学的耐久性を維持させつつ、低温で
の軟化性を実現し、型材との離型性が良好な精密プレス
成形に適する光学ガラスを得る効果がある。また、適量
のＦ２　を含有せしめることにより屈伏温度の低温化と
低分散光学性能を維持する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形実験におけるプレス成形前の型と
ガラス素材の断面図である。

【図２】本発明の成形実験におけるプレス成形後の型と
ガラス試料の断面図である。

【図３】本発明のプレス成形の温度スケジュールを表わ
す。

【符号の説明】

１　　　　上型２　　　　下型３　　　　成形前のガラス素材４　　　　精密プレスしたガラス試料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　重量％で　　ＳｉＯ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３０〜
６０　　Ｂ２　Ｏ３　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　５〜３０　　Ｌｉ２　Ｏ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　２〜１０　　Ｎａ２　Ｏ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　０〜１５　　Ｋ２　Ｏ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　０〜１５　　Ｃｓ２　Ｏ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　０〜１０　　ただし、
Ｌｉ２　Ｏ＋Ｎａ２　Ｏ＋Ｋ２　Ｏ＋Ｃｓ２　Ｏ　　　
　　　２〜２５　　ＭｇＯ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　０〜１０　　ＳｒＯ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　０〜１０　　ＣａＯ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　０〜３０　　ＢａＯ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　０〜４５　　ただし、
ＣａＯ＋ＢａＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　１５〜５０　　ＺｎＯ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　０〜１５　　ＴｅＯ２　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　０．１〜１０　　Ｂｉ２
　Ｏ３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０〜１０　　
ＰｂＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０〜１
０　　Ａｌ２　Ｏ３　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
０〜１０　　Ａｓ２　Ｏ３　＋Ｓｂ２　Ｏ３　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０
〜　　２の範囲の組成からなる光学ガラス。
【請求項２】　　請求項１に記載の各金属酸化物中の１
種または２種以上の成分の一部または全部と置換したフ
ッ化物成分のＦ２　としての合計量を最大５％（重量％
）まで含有することを特徴とする請求項１の光学ガラス
。
【請求項３】　　屈折率（ｎｄ　）が１．５５〜１．７
０、アッベ数（νｄ　）が５０以上の範囲の光学恒数を
有することを特徴とする請求項１および請求項２の光学
ガラス。
【請求項４】　　屈伏点温度が５５０℃以下であること
を特徴とする請求項１，請求項２および請求項３の光学
ガラス。