JP4579565B2 - Glass outflow nozzle, glass article manufacturing method, and optical element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、溶融ガラスを流出させて光学ガラスよりなるガラス物品を成形するためのガラス流出ノズル、溶融ガラスを流出させ、成形して光学ガラスよりなるガラス物品を製造する方法、ならびに前記ガラス物品を用いてプレス成形により光学素子を製造する方法に関する。 The present invention relates to a glass outflow nozzle for forming a glass article made of optical glass by causing molten glass to flow out, a method for producing a glass article made of optical glass by flowing out and forming molten glass, and the glass article The present invention relates to a method for producing an optical element by press molding.
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、カメラ付携帯電話などの小型化、高画素化、高性能化に伴い、高屈折高分散ガラス、高屈折低分散ガラス、低屈折超低分散ガラスからなるレンズが光学系に必要となった。またレンズを非球面化することで光学系の更なる小型化が可能となるため、これらの光学特性を有する非球面レンズが渇望されている。
一方、非球面ガラスレンズの製造法としては、素材のガラス製プリフォームを精密プレス成形する方法が主流であり、このため、上記ガラスからプリフォームを熱間成形する技術や、プリフォームを精密プレスする技術の開発が必要となった。
As digital still cameras, digital video cameras, camera-equipped cell phones, etc. become smaller, with higher pixels and higher performance, lenses made of high refractive high dispersion glass, high refractive low dispersion glass, and low refractive ultra-low dispersion glass are optical. Necessary for the system. In addition, since the lens can be made aspherical, the optical system can be further miniaturized, and thus an aspherical lens having these optical characteristics is desired.
On the other hand, as a manufacturing method of aspherical glass lenses, a method of precision press molding of a glass preform as a raw material is the mainstream. For this reason, a technology for hot forming a preform from the above glass or a precision press of a preform. It is necessary to develop the technology to do this.
しかし上記屈折率および分散特性を有する光学ガラスは以前から知られてはいるが、特許文献1に開示されているような熱間成形ではプリフォーム成形が困難であったり、精密プレスが困難な場合が非常に多い。特に高屈折高分散ガラスや低屈折超低分散ガラスは、組成中にP205を含有する組成が殆どであり、そのために熱間で精密プレス用プリフォームを安定して成形することが難しい。以下にその理由を説明する。
これらのガラスは、溶融するとガラス流出口に使用される白金や白金合金素材(例えば、白金95重量%−金5重量%合金など)に極めて濡れやすいため、ガラス流出口外周が短時間の内に溶融ガラスで覆われてしまう。この流出口外周に付着したガラスは流出口に滞留するため、時間経過とともに結晶化などの変質が起こる。そして流出口先端外周に変質ガラスがあると、流出する溶融ガラス表面や内部に変質ガラスが混入し、熱間成形したプリフォーム表面に筋状の濃い表面脈理が発生するなどの問題があった。
When these glasses are melted, they are extremely wettable with platinum and platinum alloy materials (for example, platinum 95 wt% -
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、溶融ガラスを流出させる際にガラス流出口の外周部へのガラス濡れ上がりを低減し、高品質なガラス物品を作製するためのガラス流出ノズルを提供することを第1の目的とする。
また本発明は、上記ノズルから溶融ガラスを流出させる際に上記の濡れ上がりによる品質低下を低減防止することができるガラス物品の製造方法を提供すること、ならびに該方法で作製したガラス物品を使用して高品質な光学素子を高生産性のもとに製造することができる光学素子の製造方法を提供することを第2の目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and is a glass for producing a high-quality glass article by reducing glass wetting to the outer peripheral portion of the glass outlet when the molten glass flows out. It is a first object to provide an outflow nozzle.
The present invention also provides a method for producing a glass article capable of reducing and preventing the deterioration in quality due to the above-mentioned wetting when the molten glass flows out from the nozzle, and uses the glass article produced by the method. It is a second object of the present invention to provide a method for manufacturing an optical element that can manufacture a high-quality optical element with high productivity.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、
(1)溶融ガラスをノズルから流出させて、光学ガラスからなるガラス物品を成形するガラス物品の製造方法において、
前記ノズルとして、少なくとも流出口を含む先端部全体が白金含有量が80重量%以下の金・白金合金であって、その白金の含有量が、流出温度において流出しようとするガラスの接触角が30°以上になるように定められている金・白金合金からなるガラス流出ノズルを用い、先端に設けられた流出口より溶融ガラスを流出させて、燐酸塩光学ガラスまたは弗燐酸塩光学ガラスからなるガラス物品を成形することを特徴とするガラス物品の製造方法、
(2)前記ガラス流出ノズルのノズル全体が同種の材料からなる、上記(1)に記載のガラス物品の製造方法、
(3)前記ガラス流出ノズルが、内部に溶融ガラスの流路が設けられた導管部と、該導管部に装着可能な先端部を備え、導管部に先端部を装着した状態で導管部から先端部の流出口に溶融ガラスを流す流路が形成される構造を有する、上記(1)又は(2)に記載のガラス物品の製造方法、
(4)前記ガラスを700〜1000℃で流出させる、上記(1)〜(3)のいずれかに記載のガラス物品の製造方法、
(5)前記弗燐酸塩ガラスが、モル%表示で、Al(PO3)3 0〜20%、Ba(PO3)2 0〜30%、Mg(PO3)2 0〜30%、Ca(PO3)2 0〜30%、Sr(PO3)2 0〜30%、Zn(PO3)2 0〜30%、NaPO3 0〜15%、AlF3 2〜45%、ZrF4 0〜10%、YF3 0〜15%、YbF3 0〜15%、GdF3 0〜15%、BiF3 0〜15%、LaF3 0〜10%、MgF2 0〜20%、CaF2 2〜45%、SrF2 2〜45%、BaF2 0〜20、ZnF2 0〜30%、LiF 0〜10%、NaF 0〜15%、KF 0〜15%、Li2O 0〜5%、Na2O 0〜5%、K2O 0〜5%、MgO 0〜5%、CaO 0〜5%、SrO 0〜5%、BaO 0〜5%、ZnO 0〜5%を含むものである、上記(1)に記載のガラス物品の製造方法、
(6)溶融ガラスの流出時の雰囲気を乾燥雰囲気とし、乾燥ガスとして露点が−30℃以下のガスを用いる、上記(1)〜(5)のいずれかに記載のガラス物品の製造方法、
(7)溶融ガラスをノズルから流出させて、一定重量のガラスを次々と分離して、ガラス物品として光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームを製造する、上記(1)〜(6)のいずれかに記載のガラス物品の製造方法、
(8)溶融ガラスをノズルから流出させて、鋳型に連続して鋳込んでガラス板に成形するとともに、鋳型から成形したガラス板を連続的に引き出して、ガラス物品として板状の光学ガラスを製造する、上記(1)〜(6)のいずれかに記載のガラス物品の製造方法、
(9) 溶融ガラスをノズルから流出させて、光学ガラスからなるガラス成形体を作製し、該成形体に機械加工を施して、ガラス物品として光学ガラスからなるプレス成形用プリフォームを製造する、上記(1)〜(6)のいずれかに記載のガラス物品の製造方法、
(10)上記(7)に記載の方法により精密プレス成形用プリフォームを製造し、得られた精密プレス成形用プリフォームを加熱し、精密プレス成形して光学素子を製造することを特徴とする光学素子の製造方法、
(11)上記(9)に記載の方法によりプレス成形用プリフォームを製造し、得られた精密プレス成形用プリフォームをプレス成形する工程を経て光学素子を製造することを特徴とする光学素子の製造方法、および
(12)上記(8)に記載の方法により板状の光学ガラスを製造し、得られた板状の光学ガラスを機械加工して光学素子を製造することを特徴とする光学素子の製造方法、
を要旨とするものである。
The present invention has been made to solve the above problems,
(1) In a method for producing a glass article, in which molten glass is caused to flow out of a nozzle and a glass article made of optical glass is formed.
As the nozzle, the entire tip portion including an outlet even without least is a 80% by weight of gold and platinum alloy platinum content, the contact angle of the glass content of the platinum, attempts to outflow at the outflow temperature Using a glass outflow nozzle made of a gold / platinum alloy that is determined to be 30 ° or more, the molten glass is caused to flow out from an outlet provided at the tip, and from the phosphate optical glass or the fluorophosphate optical glass. A glass article manufacturing method, characterized by forming a glass article,
(2) The method for producing a glass article according to (1), wherein the entire nozzle of the glass outflow nozzle is made of the same material.
(3) The glass outflow nozzle includes a conduit portion in which a flow path of molten glass is provided and a tip portion that can be attached to the conduit portion, and the tip from the conduit portion with the tip portion attached to the conduit portion. The method for producing a glass article according to the above (1) or (2), having a structure in which a flow path for flowing molten glass is formed at the outlet of the part,
(4) The method for producing a glass article according to any one of (1) to (3) , wherein the glass flows out at 700 to 1000 ° C.
(5) The fluorophosphate glass contains Al (PO 3 ) 30 to 20%, Ba (PO 3 ) 20 to 30%, Mg (PO 3 ) 20 to 30%, Ca ( PO 3) 2 0~30%, Sr (PO 3) 2 0~30%, Zn (PO 3) 2 0~30%, NaPO 3 0~15%,
(6) The method for producing a glass article according to any one of the above (1) to (5) , wherein the atmosphere when the molten glass flows out is a dry atmosphere, and a gas having a dew point of −30 ° C. or less is used as the dry gas.
(7) Any one of the above (1) to (6) , in which molten glass is caused to flow out of a nozzle, and glass having a constant weight is separated one after another to produce a precision press-molding preform made of optical glass as a glass article. A method for producing the glass article according to
(8) by outflow of molten glass from a nozzle, manufactured with molding the glass plate is cast continuously in a mold, a glass plate formed from the mold continuously drawn out, the plate-shaped optical glass as a glass article The method for producing a glass article according to any one of (1) to (6) ,
(9) The molten glass is caused to flow out of the nozzle to produce a glass molded body made of optical glass, and the molded body is machined to produce a preform for press molding made of optical glass as a glass article. (1)-The manufacturing method of the glass article in any one of (6) ,
(10) A precision press-molding preform is produced by the method described in (7 ) above, and the obtained precision press-molding preform is heated and precision press-molded to produce an optical element. Optical element manufacturing method,
(11) An optical element manufactured by manufacturing a preform for press molding by the method described in (9 ) above, and manufacturing an optical element through a step of press molding the obtained preform for precision press molding Manufacturing method, and
(12) A method for producing an optical element, characterized in that a plate-like optical glass is produced by the method described in (8 ) above, and an optical element is produced by machining the obtained plate-like optical glass.
Is a summary.
本発明によれば、溶融ガラスを流出させる際にガラス流出口の外周部へのガラス濡れ上がりを低減し、高品質なガラス物品を作製するためのガラス流出ノズルを提供することができる。
また本発明によれば、前記ノズルから溶融ガラスを流出させる際に上記の濡れ上がりによる品質低下を低減防止することができるガラス物品の製造方法を提供することができる。
さらに前記方法で作製したガラス物品を使用して高品質な光学素子を高生産性のもとに製造することができる光学素子の製造方法を提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when letting a molten glass flow out, the glass wetting out to the outer peripheral part of a glass outflow port can be reduced, and the glass outflow nozzle for producing a high quality glass article can be provided.
Moreover, according to this invention, when letting a molten glass flow out from the said nozzle, the manufacturing method of the glass article which can reduce and prevent the quality fall by said wetting up can be provided.
Furthermore, the manufacturing method of the optical element which can manufacture a high quality optical element on the basis of high productivity using the glass article produced by the said method can be provided.
以下、ガラス流出ノズル、ガラス物品の製造方法、光学素子の製造方法の順に、発明を実施するための最良の形態について説明する。
I.ガラス流出ノズル
本発明のガラス流出ノズルには、第1の態様(ノズルAという)と第2の態様(ノズルBという)とがある。
ノズルAは、先端に設けられた流出口より溶融ガラスを流出させるガラス流出ノズルであって、少なくとも前記流出口を含む先端部全体が金からなることを特徴とする。
ノズルBは、先端に設けられた流出口より溶融ガラスを流出するガラス流出ノズルであって、少なくとも前記流出口を含む先端部全体が白金含有割合が80重量%以下の金・白金合金からなることを特徴とする。
ノズルAおよびノズルBにおいて、先端部の材料として、金および白金含有量が80重量%以下の金・白金合金をそれぞれ選択した理由を以下に詳説する。
Hereinafter, the best mode for carrying out the invention will be described in the order of a glass outflow nozzle, a glass article manufacturing method, and an optical element manufacturing method.
I. Glass Outflow Nozzle The glass outflow nozzle of the present invention has a first aspect (referred to as nozzle A) and a second aspect (referred to as nozzle B).
The nozzle A is a glass outflow nozzle through which molten glass flows out from an outlet provided at the tip, and at least the entire tip including the outlet is made of gold.
Nozzle B is a glass outflow nozzle through which molten glass flows out from an outlet provided at the tip, and at least the entire tip including the outlet is made of a gold / platinum alloy with a platinum content of 80% by weight or less. It is characterized by.
The reason why the gold / platinum alloy having a gold and platinum content of 80% by weight or less is selected as the material of the tip in the nozzle A and the nozzle B will be described in detail below.
本発明者らは、表面を鏡面仕上げした5枚の平板を水平に置き、各平板の上にTiO2含有燐酸塩ガラス塊を載せて大気中にて加熱、融解した後、冷却して各平板上のガラスの拡がりを上から観察した。用いた平板は、純金(Au)、金80重量%−白金20重量%合金(80Au−20Pt合金)、白金85重量%−ロジウム10重量%−金5重量%合金(85Pt−10Rh−5Au合金)、白金95重量%−金5重量%合金(95Pt−5Au合金)および金80重量%−パラジウム20重量%合金(80Au−20Pd合金)からなる。
The inventors of the present invention horizontally placed five flat plates having a mirror-finished surface, placed a TiO 2 -containing phosphate glass lump on each flat plate, heated and melted in the air, then cooled and cooled each flat plate. The spread of the upper glass was observed from above. The flat plates used were pure gold (Au),
その結果、平板が従来のノズル材料である95Pt−5Au合金や、80Au−20Pd合金からなると、ガラスが平たく拡がり、平板に対する接触角が10°以下と小さいのに対し、平板がAuや80Au−20Pt合金からなると、ガラスの拡がりは小さく、接触角も30°以上と大きいことが判明した。
そしてノズルの流出口を含む先端部の材料として、従来の95Pt−5Au合金を用いてノズルを作製してガラスを流出させると、濡れ上がりが生じてしまうが、ノズルの流出口を含む先端部の材料として、Auおよび80Au−20Pt合金をそれぞれ用いてノズルを作製してガラスを流出させると、濡れ上がりが生じず、好ましいことが判明した。
As a result, when the flat plate is made of a conventional nozzle material such as 95Pt-5Au alloy or 80Au-20Pd alloy, the glass spreads flat and the contact angle with the flat plate is as small as 10 ° or less, whereas the flat plate is Au or 80Au-20Pt. When it was made of an alloy, it was found that the glass spread was small and the contact angle was as large as 30 ° or more.
And as a material of the tip part including the nozzle outlet, when the nozzle is made using the conventional 95Pt-5Au alloy and the glass flows out, wetting up occurs, but the tip part including the nozzle outlet It has been found that it is preferable to produce nozzles using Au and 80Au-20Pt alloys as materials and to let the glass flow out without wetting up.
金と白金の混合比率を変えた金・白金合金を作製し同様な実験を試みたところ、図1に示すように白金の含有量の増加とともに接触角が小さくなり、白金の含有量が80重量%を超えると、従来のノズル材料である95Pt−5Au合金と同様に接触角が著しく小さくなった。したがって、ノズルBにおいて、白金含有量は80重量%以下に限定され、好ましくは60重量%以下、より好ましくは30重量%以下である。図1に示した接触角は、TiO2含有燐酸塩ガラス(流出温度は910℃)を用い、一旦ガラスを大気中で910℃まで加熱し、冷却した後に測定したものである。このように、金・白金合金中の白金含有量が80重量%以下で濡れ上がり低減効果の目安である30°以上の接触角が得られる。
一方、白金以外の貴金属を金と合金化した場合、本発明のノズルBで用いた白金含有量が80重量%以下の金・白金合金と同様な効果が得られないことが判明した。例えば代表的な金合金である金・パラジウム合金では、金の含有量が80%であっても接触角は非常に小さい。
A gold / platinum alloy in which the mixing ratio of gold and platinum was changed and a similar experiment was attempted. As shown in FIG. 1, as the platinum content increased, the contact angle decreased and the platinum content was 80 wt. When the ratio exceeds 50%, the contact angle is remarkably reduced as in the case of 95Pt-5Au alloy which is a conventional nozzle material. Therefore, in the nozzle B, the platinum content is limited to 80% by weight or less, preferably 60% by weight or less, more preferably 30% by weight or less. The contact angle shown in FIG. 1 was measured after using a TiO 2 -containing phosphate glass (outflow temperature: 910 ° C.), heating the glass to 910 ° C. in the atmosphere, and cooling it. As described above, when the platinum content in the gold / platinum alloy is 80% by weight or less, a contact angle of 30 ° or more, which is a measure of the effect of reducing wetting, can be obtained.
On the other hand, when a precious metal other than platinum is alloyed with gold, it has been found that the same effect as that of a gold / platinum alloy having a platinum content of 80 wt% or less used in the nozzle B of the present invention cannot be obtained. For example, a gold / palladium alloy, which is a typical gold alloy, has a very small contact angle even if the gold content is 80%.
図2は、Au(純金)、80Au−20Pt合金、80Au−20Pd合金、60Au−40Pd合金、95Pt−5Au合金、85Pt−10Rh−5Au合金の各種材料からなる平板に対するTiO2含有燐酸塩ガラスの加熱温度と接触角の関係を示したものであるが、加熱温度700℃付近では6種の平板間に接触角に大きな差はみられないが、ガラスの流出温度に近い900℃に加熱すると、平板がAu、80Au−20Pt合金の場合のみ、接触角が50°を超えており、濡れ上がりを有効に防止できるが、平板が80Au−20Pd合金、60Au−40Pd合金、95Pt−5Au合金、85Pt−10Rh−5Au合金では接触角が20°以下となってしまい、このように接触角が小さいと、ガラスの濡れ上がりを低減することは困難である。
金・白金合金中の白金含有量(あるいは金含有量)の決定は、流出温度において流出しようとするガラスの上記接触角が30°以上になるように定めてもよい。このような観点から上記接触角が40°以上になる白金含有量の金・白金合金が好ましく、上記接触角が44°以上になる白金含有量の金・白金合金がより好ましい。
FIG. 2 shows the heating of TiO 2 -containing phosphate glass on a flat plate made of various materials such as Au (pure gold), 80Au-20Pt alloy, 80Au-20Pd alloy, 60Au-40Pd alloy, 95Pt-5Au alloy, 85Pt-10Rh-5Au alloy. The relationship between the temperature and the contact angle is shown, but when the heating temperature is around 700 ° C., there is no significant difference in the contact angle between the six types of flat plates. Is Au, 80Au-20Pt alloy, the contact angle exceeds 50 ° and wetting can be effectively prevented, but the flat plate is 80Au-20Pd alloy, 60Au-40Pd alloy, 95Pt-5Au alloy, 85Pt-10Rh. In the case of -5Au alloy, the contact angle is 20 ° or less. If the contact angle is so small, the wetting of the glass is reduced. It is difficult with.
Determination of the platinum content (or gold content) in the gold / platinum alloy may be determined so that the contact angle of the glass that is about to flow out at the outflow temperature is 30 ° or more. From this point of view, a platinum-containing gold / platinum alloy having a contact angle of 40 ° or more is preferable, and a platinum-containing gold / platinum alloy having a contact angle of 44 ° or more is more preferable.
ノズルの材料を耐熱性の面から考えると、金の融点は1063℃なので、700〜1000℃で流出させる燐酸塩ガラスや弗燐酸塩ガラスの流出には充分使用できる。但し、実用面を考えると融点ができるだけ高い方が好ましく、融点を上げるには高融点の貴金属と合金化することが好ましい。しかしながら前記のように、合金化の相手は白金に限られる。金・白金合金の融点は、例えば20〜30重量%の白金含有量では1190〜1230℃まで高めることができる。融点が1200℃程度であれば、実用上は特に問題なく使用できる。また図3に示すPt−Au合金状態図から明かなように、本合金系には不混和領域が存在し、例えば1000℃では白金が30〜85%の領域で相分離が起こる。よってこの組成範囲の合金を得るには、均一融液となる高温状態から急冷して合金化する必要がある。このように急冷が必要となるため、金・白金合金の製造面から白金含有量は30重量%以下が好ましい。 Considering the heat resistance of the nozzle material, the melting point of gold is 1063 ° C., so that it can be used sufficiently for the outflow of phosphate glass or fluorophosphate glass that flows out at 700 to 1000 ° C. However, in view of practical use, it is preferable that the melting point is as high as possible. To raise the melting point, it is preferable to alloy with a noble metal having a high melting point. However, as described above, the alloying partner is limited to platinum. The melting point of the gold / platinum alloy can be increased to 1190-1230 ° C. with a platinum content of 20-30 wt%, for example. If the melting point is about 1200 ° C., it can be used practically without any problem. Further, as is apparent from the Pt—Au alloy phase diagram shown in FIG. 3, there is an immiscible region in this alloy system. For example, at 1000 ° C., phase separation occurs in a region of 30 to 85% platinum. Therefore, in order to obtain an alloy having this composition range, it is necessary to rapidly cool the alloy from a high temperature state where it becomes a uniform melt to form an alloy. Since rapid cooling is required in this way, the platinum content is preferably 30% by weight or less from the viewpoint of manufacturing a gold / platinum alloy.
一方、従来の95Pt−5Au合金製ノズルの外周面に金をコートする方法も考えられるが、以下の理由により好ましくない。白金合金表面にコートした金は、ガラス流出時にノズルが高温に晒されるため金コートが合金内部に拡散してしまい、金色が失われるとともに濡れ上がりの防止効果も消失してしまう。実際に、スパッタリングで金をコートしたノズルを使用し大気中で流出したところ、流出1時間後にはノズル先端がガラスで濡れてしまい、冷却後は金色ではなくなっていた。よって、ノズル材料と異なる材質を外周面にコートしたものは長時間の使用には耐えられない。 On the other hand, a method of coating the outer peripheral surface of a conventional 95Pt-5Au alloy nozzle with gold is also conceivable, but it is not preferable for the following reasons. Gold coated on the surface of the platinum alloy is exposed to a high temperature when the glass flows out, so that the gold coat diffuses into the alloy, and the gold color is lost and the effect of preventing wetting is lost. Actually, when a nozzle coated with gold by sputtering was used to flow out in the atmosphere, the tip of the nozzle became wet with glass one hour after the outflow, and it was not gold after cooling. Therefore, what coated the outer peripheral surface with the material different from nozzle material cannot endure use for a long time.
一方、本発明のノズルA、Bによれば、先端部全体を金や金・白金合金(ただし、白金の含有量は80重量%以下)で作製することにより、流出口近傍のノズル外周面を長期にわたり濡れ上がりにくい状態に保つことができるため、高品質なガラス物品を安定して成形することができる。なお、本発明において先端部とは少なくとも溶融ガラスの流出口と、流出したガラスが濡れ上がる可能性があるノズル外周面を含む部位を意味する。 On the other hand, according to the nozzles A and B of the present invention, the entire outer end portion is made of gold, gold / platinum alloy (however, the platinum content is 80 wt% or less). Since it can be kept in a state where it is difficult to wet for a long time, a high-quality glass article can be stably formed. In addition, in this invention, a front-end | tip part means the site | part containing the nozzle outer peripheral surface at which the outflow port of a molten glass and the outflow glass may wet up.
本発明のノズルAおよびBは、図4に示すように、内部に溶融ガラスの流路が設けられた導管1によって一体で構成してもよく、また図5に示すように、内部に溶融ガラスが設けられた導管部4と、該導管部4に装着可能な先端部5を備え、ネジ6により先端部5を導管部4に装着した状態で導管部4から先端部5の流出口7に溶融ガラスを漏れなく流す流路が形成される構造を有するものであってもよい。
As shown in FIG. 4, the nozzles A and B of the present invention may be integrally formed by a
具体例としては、導管部のガラス流路出口が形成されている面と先端部のガラス流路入口が形成されている面とを前記出口と入口とが接続するように密着してネジ止めなどの手段で装着する。上記密着が適正になされていないと前記導管部と先端部の間に溶融ガラスが進入してノズルからガラスが漏れ出すことになるため、両部材の装着は少なくともガラスが漏れない程度に密着する必要がある。 As a specific example, the surface of the conduit portion where the glass flow path outlet is formed and the surface of the tip portion where the glass flow path inlet is formed are in close contact with each other so that the outlet and the inlet are connected to each other with screws. Attach by means of. If the above contact is not properly made, molten glass will enter between the conduit part and the tip part and the glass will leak out from the nozzle, so it is necessary to attach both members so that the glass does not leak at least There is.
また、上記導管部と先端部を備える構造の場合には、導管部と先端部を同じ材料で作ってもよいし、異なる材料で作ってもよい。また円筒状の先端部内部に導管部を圧入して一体構造にしたものでもよい。その際、ノズル使用温度の上限においても導管部と先端部が密着状態に保たれるよう圧入条件を決める。
ノズルはガラスを溶融容器からノズルへと導くパイプと一体化されていてもよいし、前記パイプとノズルの間に脱着機能を設け、パイプに装着して使用するものであってもよい。
パイプと一体化する場合、流出設備の汎用性を考えると、導管部をパイプと同じ融点の高い白金や白金合金で作製し、先端部を金や金・白金合金(ただし、白金の含有量は80重量%以下)で作製することが望ましい。先端部を導管部に装着する装着機能としては、ネジ止めなどを例示することができる。
Moreover, in the case of the structure provided with the said conduit | pipe part and a front-end | tip part, a conduit | pipe part and a front-end | tip part may be made from the same material, and may be made from a different material. Alternatively, the pipe portion may be press-fitted into the cylindrical tip portion so as to have an integral structure. At that time, the press-fitting conditions are determined so that the conduit portion and the tip end portion are kept in close contact with each other even at the upper limit of the nozzle operating temperature.
The nozzle may be integrated with a pipe that guides the glass from the melting container to the nozzle, or may be provided with a desorption function between the pipe and the nozzle and used by being attached to the pipe.
When integrating with the pipe, considering the versatility of the outflow equipment, the conduit part is made of platinum or platinum alloy with the same melting point as the pipe, and the tip part is gold, gold or platinum alloy (however, the platinum content is 80% by weight or less) is preferable. Examples of the mounting function for mounting the distal end portion to the conduit portion include screwing.
先に説明したように、金・白金合金系で白金の含有率を一定値よりも少なくすれば濡れ上がり抑制効果を得ることができるが、それに伴ないノズル先端部の耐熱性が低下する。
ノズルの使用温度域は成形対象のガラスにより決まるので、ノズルの耐熱性が低下しても成形温度の低いガラスを流出する場合には耐熱性の低下は問題にはならず、ノズルAもノズルBよりも耐熱性は低いが、十分な実用性を備えている。
濡れ上がりによる品質低下が著しいガラスとガラスの成形温度については、後述する。
As explained above, if the platinum content in the gold / platinum alloy system is less than a certain value, the wetting-up suppressing effect can be obtained, but the heat resistance of the nozzle tip is reduced accordingly.
Since the operating temperature range of the nozzle is determined by the glass to be molded, even if the glass has a low molding temperature even if the nozzle has a low heat resistance, the decrease in the heat resistance is not a problem. The heat resistance is lower than that, but it has sufficient practicality.
The glass and the glass molding temperature at which the quality deterioration due to wetting is remarkable will be described later.
II.ガラス物品の製造方法
次に本発明のガラス物品の製造方法について説明する。
本発明のガラス物品の製造方法は、溶融ガラスをノズルから流出させ、光学ガラスからなるガラス物品を成形するガラス物品の製造方法であって、前記ノズルとして本発明のノズルAまたはノズルBを用いることを特徴とするものである。
ここにノズルAとは、少なくとも流出口を含む先端部全体が金からなるものであり、ノズルBとは、少なくとも流出口を含む先端部が白金含有量が80重量%以下の金・白金合金からなるものであるが、その詳細は先に十分説明済みであるので、ここでは説明を省略する。
II. Method for producing a glass article manufacturing process then the invention of the glass article will be described.
The method for producing a glass article of the present invention is a method for producing a glass article in which molten glass is caused to flow out of a nozzle and a glass article made of optical glass is formed, and the nozzle A or nozzle B of the present invention is used as the nozzle. It is characterized by.
Here, the nozzle A is made of gold at the entire tip including at least the outlet, and the nozzle B is made of gold / platinum alloy having a platinum content of 80 wt% or less at the tip including at least the outlet. However, since the details have been sufficiently described above, the description thereof is omitted here.
本発明のガラス物品の製造方法において、出発材料である溶融ガラスは周知の方法で調製され、清澄、攪拌によって均質化され、溶融容器内に蓄積されている。白金製の溶融容器の底部には内部の溶融ガラスをノズルに導くためのパイプが接続されており、溶融ガラスはそのパイプの中を通りノズルへと達する。
溶融容器、パイプ、ノズルは、内部のガラスの温度を適正に保つために温度制御されており、一定流量の溶融ガラスがノズル流出口から流出する。
In the method for producing a glass article of the present invention, a molten glass as a starting material is prepared by a well-known method, homogenized by clarification and stirring, and accumulated in a melting vessel. A pipe for guiding the internal molten glass to the nozzle is connected to the bottom of the platinum melting vessel, and the molten glass reaches the nozzle through the pipe.
The temperature of the melting container, pipe, and nozzle is controlled in order to keep the temperature of the internal glass appropriately, and a constant flow rate of molten glass flows out from the nozzle outlet.
本発明のガラス物品の製造方法の第1の態様は、溶融ガラスをノズルから流出させ、一定重量のガラスを次々と分離して、ガラス物品として光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームを製造する方法である。
この第1の態様では、一定流量で流出する溶融ガラスを、プリフォームの設定重量と前記流量をもとに算出した一定周期で分離する。
The first aspect of the method for producing a glass article of the present invention is to produce a precision press-molding preform made of optical glass as a glass article by causing molten glass to flow out of a nozzle and separating glass of a constant weight one after another. Is the method.
In the first aspect, the molten glass flowing out at a constant flow rate is separated at a constant cycle calculated based on the preset weight of the preform and the flow rate.
上記一定重量のガラスの分離方法としては、ノズルから溶融ガラスを滴下して、前記重量のガラス滴として分離する方法(滴下法という)、ノズルから流出する溶融ガラス流の先端部を支持体または成形型で支持し、前記ガラス流のノズル側と先端部の間にくびれを作り、それから上記支持体または成形型を急速に降下し、くびれから先端側の溶融ガラス塊を分離する方法(降下切断法という)などがある。なお、ガラス流出の際、ノズルの外周に沿いかつガラスの流出方向(鉛直下方)にガスを流して、ノズル先端のガラスに下向きの風圧を加え、ノズル外周へのガラスの濡れ上がりをより低減することもできる。 As a method for separating glass having a constant weight, a method of dropping molten glass from a nozzle and separating it as a glass drop of the weight (referred to as a dropping method), a tip of a molten glass flow flowing out from the nozzle is a support or molding. A method in which a neck is formed between the nozzle side and the tip of the glass flow, and then the support or the mold is rapidly lowered to separate the molten glass lump on the tip side from the neck (falling cutting method) Etc.). In addition, when glass flows out, gas flows along the outer periphery of the nozzle and in the glass outflow direction (vertically below), and a downward wind pressure is applied to the glass at the tip of the nozzle to further reduce the wetting of the glass to the outer periphery of the nozzle. You can also.
上記ノズル外周に沿ってガスを流す方法は、滴下法で得られる溶融ガラス滴の重量をより小さくする上でも効果がある。滴下法ではガラスに働く重力とノズル先端にガラスが留まろうとする表面張力のバランスが崩れて重力が大きくなったときに滴下がおきる。上記のようにパイプ外周に沿って一定流量のガスを定常的に流すことにより、ガラスに加わる下向きの力が大きくなるため、ガスを流さない場合よりもより重量の小さいガラス滴を滴下することができる。なお、ガスはノズル全周にわたり、ノズル先端付近で層流になるように流すことが好ましい。 The method of flowing gas along the outer periphery of the nozzle is also effective in reducing the weight of the molten glass droplet obtained by the dropping method. In the dropping method, dripping occurs when the balance between the gravity acting on the glass and the surface tension at which the glass stays at the tip of the nozzle is lost and the gravity increases. By constantly flowing a gas at a constant flow rate along the pipe periphery as described above, the downward force applied to the glass is increased, so that it is possible to drop a glass drop having a smaller weight than when no gas is flowed. it can. In addition, it is preferable to flow gas so that it may become a laminar flow in the vicinity of a nozzle tip over a nozzle periphery.
分離した溶融ガラス塊は成形型上で所定形状のプリフォームに成形する。成形型上では、ガラスに風圧を加えて浮上させながら成形する方法(浮上成形法という)が望ましい。
例えば、底部に上記風圧を加えるためのガス(浮上ガスという)を噴出する口を設けた凹部を備えた成形型を用い、上記凹部に溶融ガラス塊を供給し、凹部内でガラスを上下動させて回転させることにより球状のプリフォームを成形することもできるし、ガスを噴出する口を多数設けた凹部あるいは凹部を多孔質体で構成し、凹部内面全体から浮上ガスを噴出してガラスを浮上し、凹部の形状に沿った形状にプリフォームを成形することもできる。
ガラスは成形型上でプリフォームに成形された後、ガラス転移温度または前記温度よりも低い温度にまで冷却した後に型から取り出される。
The separated molten glass lump is molded into a preform having a predetermined shape on a mold. On the mold, a method of forming glass while applying a wind pressure to float (referred to as a floating molding method) is desirable.
For example, using a molding die provided with a recess provided with a port for jetting the gas for applying the wind pressure (called floating gas) to the bottom, a molten glass lump is supplied to the recess and the glass is moved up and down in the recess. The spherical preform can be formed by rotating and rotating, and the recess or recess provided with a large number of gas ejection ports is made of a porous body, and the floating gas is ejected from the entire inner surface of the recess to float the glass. And a preform can also be shape | molded in the shape along the shape of a recessed part.
After the glass is formed into a preform on a mold, the glass is taken out of the mold after cooling to a glass transition temperature or a temperature lower than the above temperature.
プリフォームの精密プレス成形によって作製される光学素子としては、レンズなどの回転対称軸を一つ備える形状のものが圧倒的に多いので、プリフォームの形状としても、球状、回転対称軸を一つ備える形状(例えば、回転楕円体や、球を一定の軸方向に延ばした形状やつぶした形状など)が望まれている。このような形状のプリフォームを作製するには、目的とするプリフォーム形状に相似する形状のガラス塊を成形すればよい。
また、精密プレス成形用プリフォームには、高い重量精度が求められるが、ノズル外周へのガラスの濡れ上がりが著しいと、例えば滴下法でプリフォームを成形する場合にノズルから分離する溶融ガラス塊の重量がばらつく。本発明によればノズル外周へのガラスの濡れ上がりを低減できるので、濡れ上がりやすいガラスでも重量精度の高いプリフォームを作製することができる。
本発明によれば、目的とする重量を基準にして重量公差が±2%以内、好ましくは±1%以内の精密プレス成形用プリフォームを作製することができる。
Optical elements produced by precision press molding of preforms are predominantly in the shape of a single rotationally symmetric axis, such as a lens. A shape provided (for example, a spheroid, a shape obtained by extending a sphere in a certain axial direction, a crushed shape, or the like) is desired. In order to produce a preform having such a shape, a glass lump having a shape similar to the target preform shape may be formed.
In addition, precision press molding preforms are required to have high weight accuracy. However, if the glass wets significantly around the nozzle periphery, the molten glass lump that separates from the nozzle when the preform is molded by, for example, the dropping method. The weight varies. According to the present invention, since wetting of the glass to the outer periphery of the nozzle can be reduced, a preform with high weight accuracy can be produced even with glass that easily wets.
According to the present invention, it is possible to produce a precision press-molding preform having a weight tolerance within ± 2%, preferably within ± 1% based on the target weight.
本発明のガラス物品の製造方法の第2の態様は、溶融ガラスをノズルから流出させて、鋳型に連続して鋳込んでガラス板に成形するとともに、鋳型から成形したガラス板を連続して引き出して、ガラス物品として板状の光学ガラスを製造する方法である。ガラス板は鋳型により規制されることで一定の幅を有し、鋳型内の溶融ガラスの液位を一定に保つことにより一定の厚みを有する。このガラス板はアニールされた後にカットピースと呼ばれるガラス片に分割され、最終的には表面に研削加工や研磨加工が施されてプレス成形用プリフォームや球面レンズとすることができる。第2の態様によれば、ノズル外周への濡れ上がりによって変質したガラスがガラス板内部に混入する危険が低減されるので、カットピースから作製するプレス成形用プリフォームや光学素子の歩留まりを向上させることができる。
なお、上記研磨加工によりガラス表面を滑らかに仕上げることにより、プリフォームを精密プレス成形用途に使用することができるし、バレル研磨などの粗面化加工を行うことにより、大気中で再加熱、プレス成形を行って光学素子の近似形状を有する成形品を作り、成形品に研削、研磨加工を施して光学素子を作製する方法に使用することもできる。
また第2の態様により作製したガラス板は、後述するように薄板状にスライス加工し、対向する主表面を研磨して板状の光学素子を作ることもできる。
According to a second aspect of the method for producing a glass article of the present invention, molten glass is allowed to flow out of a nozzle, continuously cast into a mold and molded into a glass plate, and the glass plate molded from the mold is continuously drawn out. And a plate-like optical glass as a glass article. The glass plate has a certain width by being regulated by the mold, and has a certain thickness by keeping the liquid level of the molten glass in the mold constant. This glass plate is annealed and then divided into glass pieces called cut pieces. Finally, the surface is ground or polished to form a press-molding preform or a spherical lens. According to the second aspect, since the risk that glass that has deteriorated due to wetting to the outer periphery of the nozzle is mixed into the glass plate is reduced, the yield of press-molding preforms and optical elements produced from cut pieces is improved. be able to.
By smooth finishing the glass surface by the above polishing process, the preform can be used for precision press molding applications. By roughing such as barrel polishing, reheating in the atmosphere, pressing It can also be used in a method of forming an optical element by forming a molded product having an approximate shape of the optical element by performing molding and grinding and polishing the molded article.
Further, the glass plate produced according to the second aspect can be sliced into a thin plate shape as described later, and the opposing main surface can be polished to produce a plate-like optical element.
本発明のガラス物品の製造方法の第3の態様は、溶融ガラスをノズルから流出させて光学ガラスからなるガラス成形体を作製し、該成形体に機械加工を施して、ガラス物品としてプレス成形用プリフォームを製造する方法である。
上記ガラス成形体の作製には、第1の態様と同じ方法を用いてもよいし、第2の態様と同じ方法を用いてもよい。第1の態様と同じ方法でガラス成形体を作製する場合は、ガラス成形体をアニールして歪みを低減した後、バレル研磨を行ってプレス成形用プリフォームを製造することもできるし、ガラス成形体の表面を研磨して平滑な表面を有する精密プレス成形用プリフォームを製造することもできる。
第2の態様と同じ方法を用いてガラス成形体を作製する場合は、ガラス成形体をアニールして歪みを低減した後、切断などの方法で前記成形体をカットピースに分割し、バレル研磨を行ってプレス成形用プリフォームを製造することもできるし、ガラス成形体の表面を研磨して平滑な表面を有する精密プレス成形用プリフォームを製造することもできる。
第3の態様によれば、ノズル外周への濡れ上がりによって変質したガラスがガラス成形体の内部に混入する危険が低減されるので、プレス成形用プリフォームの歩留まりを向上させることができる。
According to a third aspect of the method for producing a glass article of the present invention, a glass molded body made of optical glass is produced by letting molten glass flow out from a nozzle, and the molded body is machined to be used for press molding as a glass article. A method for manufacturing a preform.
For the production of the glass molded body, the same method as in the first aspect may be used, or the same method as in the second aspect may be used. When producing a glass molded body by the same method as in the first aspect, after annealing the glass molded body to reduce distortion, barrel polishing can be performed to produce a preform for press molding. It is also possible to produce a precision press-molding preform having a smooth surface by polishing the surface of the body.
When producing a glass molded body using the same method as in the second aspect, after annealing the glass molded body to reduce distortion, the molded body is divided into cut pieces by a method such as cutting, and barrel polishing is performed. It is possible to manufacture a preform for press molding, or it is possible to manufacture a preform for precision press molding having a smooth surface by polishing the surface of the glass molded body.
According to the 3rd aspect, since the danger that the glass which changed in quality by the wetting up to the nozzle outer periphery will mix in the inside of a glass forming body is reduced, the yield of the preform for press molding can be improved.
本発明のガラス物品の製造方法で使用する光学ガラスは特に限定されないが、代表的なものとして、燐酸塩ガラス、弗燐酸塩ガラス、希土類金属酸化物含有硼酸塩ガラスなどがある。この中で燐酸塩ガラスと弗燐酸塩ガラスは特に濡れ上がりが顕著であるため、本発明の適用により成形されるガラス物品の品質を高める効果は大きい。
特に、アルカリ金属酸化物および/またはB2O3を含む燐酸塩ガラス、弗燐酸塩ガラスは揮発しやすいアルカリ金属酸化物、B2O3、弗素を含むため濡れ上がったガラスが変質しやすく、ガラス物品の品質が低下しやすいため、上記各種ガラスの成形に本発明を適用することが好ましい。また、P2O5を15〜70モル%含むガラスは濡れ上がりが顕著になる傾向があるため、このようなガラスの成形に本発明を適用することも好ましい。
またノズルA、Bのいずれとも上記各種ガラスを流出するノズルとして好ましいものである。
The optical glass used in the method for producing a glass article of the present invention is not particularly limited, but representative examples include phosphate glass, fluorophosphate glass, and rare earth metal oxide-containing borate glass. Of these, phosphate glass and fluorophosphate glass are particularly prominent in wetting, so that the effect of improving the quality of glass articles formed by the application of the present invention is great.
In particular, phosphate glass and / or fluorophosphate glass containing alkali metal oxide and / or B 2 O 3 is easily volatilized because alkali metal oxide, B 2 O 3 and fluorine are easily volatilized. Since the quality of the glass article tends to deteriorate, it is preferable to apply the present invention to the molding of the various glasses. Moreover, since glass containing 15 to 70 mol% of P 2 O 5 tends to be wetted up, it is preferable to apply the present invention to such glass molding.
Further, both nozzles A and B are preferable as nozzles for flowing out the various glasses.
次に本発明のガラス物品の製造方法において好ましく用いられる光学ガラスについて、より詳細に説明する。
[P2O5、Nb2O5およびLi2Oを含有するガラス]
P2O5、Nb2O5およびLi2Oを含有するガラスは、屈折率(nd)1.7以上、アッベ数(νd)35以下(特に屈折率(nd)1.75〜2、アッベ数(νd)17〜30)の光学恒数を実現するガラスとして好ましい。このようなガラスとしては、モル%表示で、P2O5 15〜45%、Nb2O5 3〜35%、Li2O 2〜35%、TiO2 0〜20%、WO3 0〜40%、Bi2O3 0〜20%、B2O3 0〜30%、BaO 0〜25%、ZnO 0〜25%、MgO 0〜20%、CaO 0〜20%、SrO 0〜20%、Na2O 0〜30%、K2O 0〜30%(但しLi2O、Na2OおよびK2Oの合計量が45%以下)、Al2O3 0〜15%、SiO2 0〜15%、La2O3 0〜10%、Gd2O3 0〜10%、Yb2O3 0〜10%、ZrO2 0〜5%、Ta2O5 0〜10%を含むガラスを例示することができる。
上記組成範囲において、P2O5は、ガラスの網目構造の形成物であり、ガラスに製造可能な安定性を持たせるための必須成分である。しかし、P2O5の含有量が45モル%を超えると、ガラスの転移温度や屈伏点が上昇し、耐候性も悪化する傾向がある。また15モル%未満では、ガラスの失透傾向が強くなりガラスが不安定となるので、P2O5の含有量を15〜45%の範囲とすることが好ましく、17〜40モル%の範囲とするのがより好ましい。
Next, the optical glass preferably used in the method for producing a glass article of the present invention will be described in more detail.
[Glass containing P 2 O 5 , Nb 2 O 5 and Li 2 O]
Glass containing P 2 O 5 , Nb 2 O 5 and Li 2 O has a refractive index (nd) of 1.7 or more and an Abbe number (νd) of 35 or less (particularly a refractive index (nd) of 1.75 to 2, It is preferable as a glass that realizes an optical constant of a number (νd) 17 to 30). Such glass, by mol%, P 2 O 5 15~45%, Nb 2
In the above composition range, P 2 O 5 is a formed product of a glass network structure and is an essential component for imparting stability that can be produced to glass. However, if the content of P 2 O 5 exceeds 45 mol%, the glass transition temperature and yield point tend to increase, and the weather resistance tends to deteriorate. Further, if it is less than 15 mol%, the glass tends to be devitrified and the glass becomes unstable, so the content of P 2 O 5 is preferably in the range of 15 to 45%, and in the range of 17 to 40 mol%. Is more preferable.
Nb2O5は、上記のように高屈折率・高分散などの特性を持たせるために欠かせない成分である。しかし、その含有量が35%を超えると、ガラス転移温度や屈伏点が高くなり、安定性も悪化、高温溶解性も悪くなり、精密プレス成形時に発泡や着色しやすくなるという傾向がある。これに対し、その含有量が3%以下となると、ガラスの耐久性が悪化し、所要の高屈折率を得にくくなるため、その含有量を3〜35%の範囲にするのが好ましく、5〜30%の範囲にするのがより好ましい。 Nb 2 O 5 is an indispensable component for imparting characteristics such as high refractive index and high dispersion as described above. However, if its content exceeds 35%, the glass transition temperature and yield point increase, the stability deteriorates, the high-temperature solubility also deteriorates, and there is a tendency that foaming and coloring tend to occur during precision press molding. On the other hand, when the content is 3% or less, the durability of the glass deteriorates and it is difficult to obtain a required high refractive index. Therefore, the content is preferably in the range of 3 to 35%. It is more preferable to set it in a range of ˜30%.
Li2Oは、上記のようにガラス転移温度を下げるのに最も効果的成分であり、他のアルカリに比べ、屈折率を低下させにくく、耐久性を悪化させない。しかし、その含有量が2%未満では転移温度の低下が難しく、35%を超えると、ガラスの安定性が著しく悪化し、耐久性も悪くなるため、Li2Oの含有量を2〜35%の範囲にするのが好ましい。より好ましくは5〜30%の範囲である。
Li 2 O is the most effective component for lowering the glass transition temperature as described above. Compared with other alkalis, Li 2 O hardly reduces the refractive index and does not deteriorate the durability. However, its content is difficult reduction in transition temperature is less than 2%, when it exceeds 35%, stability of the glass is significantly deteriorated, since the deteriorated durability, the content of
TiO2は、高屈折率高分散性を付与し、失透安定性を向上させる効果がある。しかし、その含有量が20%を超えると、ガラスの失透安定性や透過率が急激に悪化し、屈伏点や液相温度も急上昇し、精密プレス成形時にガラスが着色しやすくなる。したがって、その含有量を0〜20%にするのが好ましく、0〜15%にするのがより好ましい。 TiO 2 has the effect of imparting high refractive index and high dispersibility and improving devitrification stability. However, if the content exceeds 20%, the devitrification stability and transmittance of the glass are rapidly deteriorated, the yield point and the liquidus temperature are also rapidly increased, and the glass is easily colored during precision press molding. Therefore, the content is preferably 0 to 20%, and more preferably 0 to 15%.
WO3は、高屈折率高分散特性と低温軟化性を付与する上で効果的な成分である。WO3はアルカリ金属酸化物と同様にガラス転移温度や屈伏点を下げる働きや、屈折率を上げる働きをする。そして、ガラスとプレス成形型との濡れ性を抑制する効果があるため、精密プレス成形の際にガラスの離型性が非常に良くなるという効果を奏する。しかし、WO3の過剰導入、例えば40%を超えて導入すると、ガラスが着色しやすくなる一方、ガラスの高温粘性も低くなるので、熱間成形が難しくなる傾向がある。したがって、その含有量を0〜40%とすることが好ましく、0〜35%の範囲とすることがより好ましい。 WO 3 is an effective component for imparting high refractive index, high dispersion characteristics and low-temperature softening properties. WO 3 functions to lower the glass transition temperature and the yield point and to increase the refractive index in the same manner as the alkali metal oxide. And since there exists an effect which suppresses the wettability of glass and a press-molding die, there exists an effect that the mold release property of glass becomes very good in the case of precision press molding. However, when WO 3 is excessively introduced, for example, exceeding 40%, the glass tends to be colored, while the high-temperature viscosity of the glass also decreases, so that hot forming tends to be difficult. Therefore, the content is preferably 0 to 40%, and more preferably 0 to 35%.
Bi2O3は、高屈折率高分散性を付与する成分であり、ガラスの生成領域を大幅に拡大し、安定化させる効果のある成分であり、また、ガラスの耐候性を高める成分である。したがって、Bi2O3を導入することにより、P2O5の含有量の少ないガラスでもガラス化を可能にする。また、Bi2O3を導入することにより、熔融状態のガラスを白金製プレート上に置いたときの濡れ角を大きくすることができる。上記濡れ角の増加により、流出パイプの外周にガラスが濡れ上がりにくくなる。そのため、プリフォームの表面脈理の低減にも効果がある。また濡れ上がりを低減することにより、ガラス塊の重量精度をより向上させることもできる。しかし、その含有量が20%超えると、ガラスは逆に失透しやすくなると同時に着色しやすくなる恐れがあるため、Bi2O3の含有量は0〜20%とすることが好ましく、0〜15%とすることがより好ましい。なお、Bi2O3の導入により上記効果を得るには、上記範囲内において、Bi2O3の含有量を0.2%以上とするのが好ましく、0.5%以上とするのがより好ましい。 Bi 2 O 3 is a component that imparts high refractive index and high dispersibility, is a component that has the effect of greatly expanding and stabilizing the glass generation region, and is a component that increases the weather resistance of glass. . Therefore, by introducing Bi 2 O 3 , it is possible to vitrify even a glass having a low content of P 2 O 5 . Further, by introducing Bi 2 O 3 , the wetting angle when the molten glass is placed on a platinum plate can be increased. The increase in the wetting angle makes it difficult for the glass to get wet on the outer periphery of the outflow pipe. Therefore, it is also effective in reducing the surface striae of the preform. Moreover, the weight accuracy of a glass lump can also be improved by reducing wetting. However, if the content exceeds 20%, the glass tends to be devitrified and colored at the same time, so the content of Bi 2 O 3 is preferably 0 to 20%. More preferably, it is 15%. Incidentally, in order to obtain the effect by the introduction of Bi 2 O 3, in the above range, the content of Bi 2 O 3 is preferably from 0.2% or more, more that 0.5% or more preferable.
B2O3は、ガラスの熔融性の向上やガラスの均質化に有効な成分であると同時に、少量の導入でガラス内部にあるOHの結合性を変え、精密プレス成形時におけるガラスの発泡を抑制する効果が得られる。しかし、B2O3を30%より多く導入すると、ガラスの耐候性が悪化したり、ガラスが不安定になるため、その含有量を0〜30%の範囲にすることが好ましい。より好ましい範囲は0〜25%の範囲である。 B 2 O 3 is an effective component for improving the glass meltability and homogenizing the glass, and at the same time, by introducing a small amount, it changes the bondability of OH inside the glass, and foams the glass during precision press molding. The effect of suppressing is acquired. However, if more than 30% of B 2 O 3 is introduced, the weather resistance of the glass deteriorates or the glass becomes unstable, so the content is preferably in the range of 0 to 30%. A more preferred range is from 0 to 25%.
BaOは、高屈折率を付与し、失透安定性を向上させ、液相温度を低下させる効果のある成分である。WO3を導入する場合、特に多量のWO3を導入する場合、BaOの導入でガラスの着色を抑え、失透安定性を高める効果が大きく、P2O5含有量の少ない場合、ガラスの耐候性を高める効果もある。しかし、BaOの含有量が25%を超えると、ガラスが不安定となるばかりでなく、転移温度も屈伏点も高くなるので、BaOの含有量を0〜25%にするのが好ましく、0〜20%にするのがより好ましい。 BaO is a component having an effect of imparting a high refractive index, improving devitrification stability, and lowering the liquidus temperature. When WO 3 is introduced, particularly when a large amount of WO 3 is introduced, the introduction of BaO has a great effect of suppressing coloration of the glass and enhances devitrification stability. When the content of P 2 O 5 is small, the weather resistance of the glass There is also an effect of improving the nature. However, if the content of BaO exceeds 25%, not only the glass becomes unstable, but also the transition temperature and the yield point increase, so the content of BaO is preferably 0 to 25%. More preferably 20%.
ZnOはガラスの屈折率や分散を高めるために導入し得る成分で、少量のZnOの導入でガラス転移温度や屈伏点、液相温度を低下させる効果もある。しかし、過剰に導入すると、ガラスの失透安定性が著しく悪化し、液相温度も逆に高くなる恐れがある。したがって、ZnO含有量を0〜25%にすることが好ましく、0〜20%の範囲がより好ましく、0〜15%の範囲がさらに好ましい。
MgO、CaO、SrOはガラスの安定性や耐候性を調整するために導入された成分であるが、あまりにも多く導入すると、ガラスが非常に不安定となるので、含有量をそれぞれ0〜20%にするのが好ましく、0〜15%がより好ましい。
ZnO is a component that can be introduced to increase the refractive index and dispersion of the glass. The introduction of a small amount of ZnO also has the effect of lowering the glass transition temperature, yield point, and liquidus temperature. However, when introduced excessively, the devitrification stability of the glass is remarkably deteriorated, and the liquidus temperature may be increased. Therefore, the ZnO content is preferably 0 to 25%, more preferably 0 to 20%, and still more preferably 0 to 15%.
MgO, CaO, and SrO are components introduced to adjust the stability and weather resistance of the glass. However, if too much is introduced, the glass becomes very unstable, so the content ranges from 0 to 20%. Preferably, it is 0 to 15%.
Na2O、K2Oは、いずれもガラスの耐失透性を向上させるとともに、ガラス転移温度、屈伏点、液相温度を低下させ、ガラスの熔融性を改善するために導入し得る成分である。しかし、Na2OとK2Oのいずれかが30%より多いと、あるいはLi2O、Na2O及びK2Oの合計量が45%よりも多いと、ガラスの安定性が悪くなるばかりでなく、ガラスの耐候性や耐久性が悪くなる恐れがあるため、Na2OとK2Oの含有量をそれぞれ0〜30%にするのが好ましく、Li2O、Na2O及びK2Oの合計量を0〜45%にするのが好ましい。より好ましくは、Na2Oを0〜20%、K2Oを0〜25%であり、Na2Oを0〜5重量%にするのがさらに好ましい。 Na 2 O and K 2 O are components that can be introduced to improve the devitrification resistance of the glass, to lower the glass transition temperature, the yield point, and the liquidus temperature, and to improve the meltability of the glass. is there. However, if any of Na 2 O and K 2 O is more than 30%, or if the total amount of Li 2 O, Na 2 O and K 2 O is more than 45%, the stability of the glass is deteriorated. In addition, since the weather resistance and durability of the glass may be deteriorated, the contents of Na 2 O and K 2 O are preferably 0 to 30%, respectively, and Li 2 O, Na 2 O and K 2 The total amount of O is preferably 0 to 45%. More preferably, Na 2 O is 0 to 20%, K 2 O is 0 to 25%, and Na 2 O is further preferably 0 to 5% by weight.
Al2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、Yb2O3、ZrO2、Ta2O5は、ガラスの安定性や光学恒数を調整するときに導入し得る成分である。しかし、これらの成分のすべてはガラス転移温度を高めるので、精密プレス成形性を低下させる恐れがある。したがって、その含有量を、Al2O3、SiO2についてはそれぞれ15%未満、La2O3、Gd2O3、Yb2O3、ZrO2、Ta2O5についてはそれぞれ0〜10%に抑えることが望ましく、Al2O3、SiO2についてはそれぞれ0〜12%、La2O3、Gd2O3、Yb2O3、ZrO2、Ta2O5についてはそれぞれ0〜8%にするのがより好ましい。
Al 2 O 3 , SiO 2 , La 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , ZrO 2 , and Ta 2 O 5 are components that can be introduced when adjusting the stability and optical constant of glass. is there. However, all of these components increase the glass transition temperature and may reduce precision press formability. Therefore, the content is less than 15% for Al 2 O 3 and SiO 2 , and 0 to 10% for La 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , ZrO 2 , and Ta 2 O 5 , respectively. it is desirable to keep the, Al 2 O 3, SiO 2 0~12% respectively for, La 2 O 3, Gd 2
Sb2O3はガラスの清澄剤として有効であるが、1%超えて添加すると、精密プレス成形時にガラスが発泡しやすくなるので、その含有量は0〜1%とする。さらに、TeO2、Cs2Oなどのその他の成分も本発明の目的を損なわない程度であれば合計で5%までの導入可能である。
ただし、TeO2は毒性があるため、環境影響上から使用しないことが望ましく、同様にPbO、As2O2、CdO、Tl2Oや放射性物質、Cr、Hgなどの化合物も使用しないことが望ましい。また、Ag2Oも特別、必要もないので導入しないことが好ましい。
Sb 2 O 3 is effective as a glass refining agent, but if added over 1%, the glass tends to foam during precision press molding, so the content is made 0 to 1%. Further, other components such as TeO 2 and Cs 2 O can be introduced up to a total of 5% as long as the object of the present invention is not impaired.
However, since TeO 2 is toxic, it is desirable not to use it from the viewpoint of environmental influences. Similarly, it is also desirable not to use compounds such as PbO, As 2 O 2 , CdO, Tl 2 O, radioactive substances, Cr, and Hg. . Further, it is preferable not to introduce because
[P2O5およびBaO含有ガラス]
P2O5およびBaOを含有するガラスは、アッベ数(νd)55以上(特にアッベ数(νd)55〜80)の光学恒数を実現するガラスとして好ましい。
上記ガラスとしては、モル%表示で、P2O5 20〜65%、BaO 1〜50%、Li2O 0〜30%、Na2O 0〜20%、K2O 0〜15%、ZnO 0〜20%、B2O3 0〜25%、Al2O3 0〜10%、Gd2O3 0〜10%、MgO 0〜20%、CaO 0〜20%、SrO 0〜20%、Bi2O3 0〜10%、Sb2O3 0〜1%を含むガラスを例示することができる。
[P 2 O 5 and BaO-containing glass]
A glass containing P 2 O 5 and BaO is preferable as a glass that realizes an optical constant having an Abbe number (νd) of 55 or more (particularly an Abbe number (νd) of 55 to 80).
As the glass, by mol%, P 2 O 5 20~65%,
[P2O5およびZnO含有ガラス]
P2O5およびBaOを含有するガラスも、アッベ数(νd)55以上(特にアッベ数(νd)55〜80)の光学恒数を実現するガラスとして好ましい。
上記ガラスとしては、モル%表示で、P2O5 20〜65%、ZnO 0.1〜20%、Li2O 0〜30%、Na2O 0〜20%、K2O 0〜15%、B2O3 0〜25%、Al2O3 0〜10%、Gd2O3 0〜10%、MgO 0〜20%、CaO 0〜20%、SrO 0〜20%、BaO 0〜50%、Bi2O3 0〜10%、Sb2O3 0〜1%を含むガラスを例示することができる。
[P 2 O 5 and ZnO-containing glass]
A glass containing P 2 O 5 and BaO is also preferable as a glass that realizes an optical constant having an Abbe number (νd) of 55 or more (particularly an Abbe number (νd) of 55 to 80).
As the glass, by mol%, P 2 O 5 20~65%, 0.1~20% ZnO, Li 2
[P2O5、BaOおよびZnO含有ガラス]
P2O5、BaOおよびZnOを含有するガラスも、アッベ数(νd)55以上(特にアッベ数(νd)55〜80)の光学恒数を実現するガラスとして好ましい。
上記ガラスとしては、モル%表示で、P2O5 20〜65%、BaO 1〜50%、ZnO 0.1〜20%、Li2O 0〜30%、Na2O 0〜20%、K2O 0〜15%、B2O3 0〜25%、Al2O3 0〜10%、Gd2O3 0〜10%、MgO 0〜20%、CaO 0〜20%、SrO 0〜20%、Bi2O3 0〜10%、Sb2O3 0〜1%を含むガラスを例示することができる。
[P 2 O 5 , BaO and ZnO-containing glass]
A glass containing P 2 O 5 , BaO and ZnO is also preferable as a glass that realizes an optical constant having an Abbe number (νd) of 55 or more (particularly an Abbe number (νd) of 55 to 80).
As the glass, by mol%, P 2 O 5 20~65%,
P2O5およびBaO含有ガラス、P2O5およびZnO含有ガラス、P2O5、BaOおよびZnO含有ガラスにおいて、P2O5は、ガラスの網目構造の形成物であり、20%以下ではガラスの安定性が低下し、65%を超えるとガラスの転移温度や屈伏点が上昇し、耐候性が悪化する傾向が生じる。 In P 2 O 5 and BaO-containing glass, P 2 O 5 and ZnO-containing glass, P 2 O 5 , BaO and ZnO-containing glass, P 2 O 5 is a product of a glass network structure. If the stability of the glass decreases and exceeds 65%, the transition temperature and yield point of the glass increase and the weather resistance tends to deteriorate.
BaOは、屈折率を高め、耐失透性や耐候性を向上する働きを有するが過剰の導入により、ガラス転移温度や屈伏点が上昇し、ガラスの安定性も低下する。
ZnOは、ガラス転移温度や屈伏点を低下させ、ガラスの安定性も向上させる働きをするが、過剰の導入により分散が大きくなる。
BaO has a function of increasing the refractive index and improving devitrification resistance and weather resistance, but excessive introduction increases the glass transition temperature and the yield point, and also decreases the stability of the glass.
ZnO functions to lower the glass transition temperature and the yield point and improve the stability of the glass, but the dispersion increases due to excessive introduction.
Li2Oは、ガラス転移温度や屈伏点を低下させるが、過剰の導入により耐候性やガラスの安定性が低下し、屈折率も低下してしまう。
Na2O、K2Oは低温軟化性、耐失透性、ガラスの熔解性、安定性を向上させる働きをするが、過剰の導入によりガラスの安定性が低下し、耐候性も悪化してしまう。
B2O3は、ガラスの熔解性や均質性を向上させる働きをするとともに、ガラス中の水酸基の結合性を変えて精密プレス成形時にガラスが発泡するのを防ぐ働きもする。しかし、過剰に導入すると耐候性が悪化し、ガラスの安定性も低下してしまう。
Li 2 O lowers the glass transition temperature and the yield point, but the weather resistance and the stability of the glass are lowered due to excessive introduction, and the refractive index is also lowered.
Na 2 O, K 2 O works to improve low-temperature softening property, devitrification resistance, glass melting property, and stability, but excessive introduction reduces the stability of the glass and deteriorates the weather resistance. End up.
B 2 O 3 functions to improve the meltability and homogeneity of the glass, and also functions to prevent the glass from foaming during precision press molding by changing the bonding properties of the hydroxyl groups in the glass. However, when introduced excessively, the weather resistance deteriorates and the stability of the glass also decreases.
Al2O3は、耐候性を向上させる働きをするが、過剰の導入によりガラス転移温度や屈伏点が上昇し、ガラスの安定性、熔解性が悪化してしまう。また屈折率も低下してしまう。
Gd2O3は、屈折率を高めるとともにガラスの安定性を向上する働きをするが、過剰の導入により分散が大きくなったり、ガラスの安定性が低下してしまう。
MgOは、耐候性、安定性を高め、低温軟化性を改善する働きをするが、過剰導入によりガラスの安定性が低下してしまう。
Al 2 O 3 functions to improve the weather resistance, but the glass transition temperature and the yield point increase due to excessive introduction, and the stability and meltability of the glass deteriorate. Also, the refractive index is lowered.
Gd 2 O 3 functions to increase the refractive index and improve the stability of the glass. However, excessive introduction increases the dispersion or decreases the stability of the glass.
MgO functions to increase weather resistance and stability and improve low-temperature softening properties, but glass stability decreases due to excessive introduction.
CaO、SrOは、ガラスの安定性を向上させるが、過剰導入によりガラスの耐久性が低下し、屈折率も低下してしまう。
Bi2O3は、屈折率を高めるとともにガラスの安定性を向上させる任意成分である。
Sb2O3は、清澄剤として添加され得る。過剰の添加により精密プレス成形時にガラスが発泡しやすくなる。
CaO and SrO improve the stability of the glass, but the excessive introduction reduces the durability of the glass and the refractive index.
Bi 2 O 3 is an optional component that increases the refractive index and improves the stability of the glass.
Sb 2 O 3 can be added as a fining agent. Excessive addition facilitates foaming of the glass during precision press molding.
以上のガラスは燐酸含有ガラスの例であるが、これらのガラスは精密プレス成形用のガラスとして非常に有用ではあるが、濡れ上がりにより良質なプリフォーム成形が難しいガラスでもある。しかし、このようなガラスでも本発明の方法を適用することにより、高い生産性のものとにプリフォームを製造することができ、延いては高品質な光学素子を高い生産性のもとに製造することができる。 The above glass is an example of a phosphoric acid-containing glass, but these glasses are very useful as precision press-molding glasses, but are also glasses that are difficult to form a good quality preform due to wetting. However, by applying the method of the present invention to such a glass, it is possible to manufacture a preform with high productivity, and thus manufacturing a high-quality optical element with high productivity. can do.
[弗燐酸塩ガラス]
弗燐酸塩ガラスはガラス転移温度が比較的低く、精密プレス成形に適している。精密プレス成形性ならびに熱間成形性の面、ならびにアッベ数(νd)が65以上の低分散特性の付与という観点から好ましい弗燐酸塩ガラスは、カチオン成分としてAl、Ca、Srを、アニオン成分としてF、Oを必須成分として含むものであり、特に好ましい弗燐酸塩ガラス(以下、ガラスAという。)は、モル%表示で、Al(PO3)3 0〜20%、Ba(PO3)2 0〜30%、Mg(PO3)2 0〜30%、Ca(PO3)2 0〜30%、Sr(PO3)2 0〜30%、Zn(PO3)2 0〜30%、NaPO3 0〜15%、AlF3 2〜45%、ZrF4 0〜10%、YF3 0〜15%、YbF3 0〜15%、GdF3 0〜15%、BiF3 0〜15%、LaF3 0〜10%、MgF2 0〜20%、CaF2 2〜45%、SrF2 2〜45%、BaF2 0〜20、ZnF2 0〜30%、LiF 0〜10%、NaF 0〜15%、KF 0〜15%、Li2O 0〜5%、Na2O 0〜5%、K2O 0〜5%、MgO 0〜5%、CaO 0〜5%、SrO 0〜5%、BaO 0〜5%、ZnO 0〜5%を含むものである。
上記組成範囲について詳細に説明する。なお、各成分の含有量は特記しない限り、モル%表示とする。
[Fluorophosphate glass]
Fluorophosphate glass has a relatively low glass transition temperature and is suitable for precision press molding. From the viewpoint of precision press moldability and hot formability, and from the viewpoint of imparting low dispersion characteristics with an Abbe number (νd) of 65 or more, a preferred fluorophosphate glass has Al, Ca and Sr as cation components and anion components. A particularly preferred fluorophosphate glass (hereinafter referred to as “glass A”) contains F and O as essential components. Al (PO 3 ) 30 to 20%, Ba (PO 3 ) 2 in terms of mol%. 0-30%, Mg (PO 3 ) 2 0-30%, Ca (PO 3 ) 2 0-30%, Sr (PO 3 ) 2 0-30%, Zn (PO 3 ) 2 0-30%, NaPO 3 0-15%, AlF 3 2-45%, ZrF 4 0-10%, YF 3 0-15%, YbF 3 0-15%, GdF 3 0-15%, BiF 3 0-15%, LaF 3 0~10%, MgF 2 0~2 %, CaF 2 2~45%, SrF 2 2~45%,
The composition range will be described in detail. The content of each component is expressed in mol% unless otherwise specified.
Al(PO3)3はガラスの網目構造を構成する成分であり、ガラスの耐候性を高める最も重要な成分であるが、その含有量が20%を超えると、ガラスの熱安定性が低下し、液相温度も光学特性(分散が高くなる)も大幅に悪化する恐れがあるので、その含有量を20%以下に制限することが好ましい。より好ましくは0.5〜15%の範囲である。 Al (PO 3 ) 3 is a component constituting the glass network structure and is the most important component for improving the weather resistance of the glass. However, if its content exceeds 20%, the thermal stability of the glass decreases. The liquid phase temperature and the optical properties (dispersion is increased) may be greatly deteriorated, so the content is preferably limited to 20% or less. More preferably, it is 0.5 to 15% of range.
Ba(PO3)2、Mg(PO3)2、Ca(PO3)2、Sr(PO3)2はAl(PO3)3と同様、ガラスの網目構造を構成する成分であると同時に、ガラスの耐候性を向上させる重要な成分である。その含有量が30%を超えて導入すると、ガラスの分散が高くなるのに加え、P2O5の増加により耐候性も悪化する。従って、それぞれの含有量は30%以下にすることが好ましい。Ba(PO3)2、Mg(PO3)2、Ca(PO3)2、Sr(PO3)2の各成分ともより好ましい含有量は0〜25%の範囲である。なお、所望の光学恒数を得るためには、前記成分の合計量(Mg(PO3)2+Ca(PO3)2+Sr(PO3)2+Ba(PO3)2)を35%以下にすることが好ましく、32%以下とすることがより好ましい。
Zn(PO3)2はガラスの安定性を向上させる成分であるが、30%を超えて導入すると、ガラスの分散が高くなり、耐久性も悪化するため、その含有量を0〜30%とすることが好ましい。
Ba (PO 3 ) 2 , Mg (PO 3 ) 2 , Ca (PO 3 ) 2 , and Sr (PO 3 ) 2 are components that constitute the glass network structure, similar to Al (PO 3 ) 3 , It is an important component that improves the weather resistance of glass. If the content exceeds 30%, the dispersion of the glass is increased, and the weather resistance is also deteriorated due to an increase in P 2 O 5 . Therefore, each content is preferably 30% or less. A more preferable content of each component of Ba (PO 3 ) 2 , Mg (PO 3 ) 2 , Ca (PO 3 ) 2 , and Sr (PO 3 ) 2 is in the range of 0 to 25%. In order to obtain a desired optical constant, the total amount of the above components (Mg (PO 3 ) 2 + Ca (PO 3 ) 2 + Sr (PO 3 ) 2 + Ba (PO 3 ) 2 ) should be 35% or less. Is preferable, and it is more preferable to set it as 32% or less.
Zn (PO 3 ) 2 is a component that improves the stability of the glass, but when introduced in excess of 30%, the dispersion of the glass increases and the durability deteriorates, so the content is made 0-30%. It is preferable to do.
NaPO3はガラスの安定性を向上させる成分であるが、15%を超えて導入すると耐久性が悪化するため、その含有量を0〜15%とすることが好ましい。
AlF3はガラスの安定性を向上し、かつ低分散化にする成分であるが、その含有量が45%よりも多いとガラスの安定性が著しく低下し、溶解性も悪くなる。一方、2%未満では目標とする光学特性が得られないので、その含有量を2〜45%の範囲にするのが好ましく、4〜40%の範囲にするのがより好ましい。
ZrF4はガラスの網目形成成分であり、安定性、耐久性を向上させる成分であるが、過剰導入により所望の光学特性を得にくくなり、安定性も低下するので、その含有量を0〜10%とすることが好ましい。
NaPO 3 is a component that improves the stability of the glass, but if it is introduced in an amount exceeding 15%, the durability deteriorates, so the content is preferably 0 to 15%.
AlF 3 is a component that improves the stability of the glass and lowers the dispersion, but if its content is more than 45%, the stability of the glass is remarkably lowered and the solubility is also deteriorated. On the other hand, if it is less than 2%, the target optical properties cannot be obtained, so the content is preferably in the range of 2 to 45%, more preferably in the range of 4 to 40%.
ZrF 4 is a glass network-forming component, and is a component that improves stability and durability. However, it becomes difficult to obtain desired optical characteristics by excessive introduction, and the stability is also lowered. % Is preferable.
YF3、YbF3、GdF3、BiF3、LaF3は少量の添加により耐失透性改善の効果が高いが、YF3、YbF3、GdF3、LaF3の量がそれぞれ15%、15%、15%、15%、10%を超えると、ガラスが逆に不安定となり、失透しやすくなるので、その含有量をそれぞれ0〜15%、0〜15%、0〜15%、0〜15%、0〜10%に抑えることが望ましい。より好ましくはYF3の含有量は0〜12%、YbF3の含有量は0〜12%、GdF3の含有量は0〜10%、BiF3の含有量は0〜10%、LaF3の含有量は0〜7%であり、さらに好ましいGdF3の含有量は0〜8%である。
YF 3 , YbF 3 , GdF 3 , BiF 3 and LaF 3 are highly effective in improving devitrification resistance by adding a small amount, but the amounts of YF 3 , YbF 3 , GdF 3 and LaF 3 are 15% and 15%, respectively. , 15%, 15%, exceeding 10%, the glass becomes unstable and easily devitrified, so the content is 0-15%, 0-15%, 0-15%, 0 It is desirable to suppress to 15% and 0 to 10%. More content of preferably
MgF2はガラスに低分散特性を付与する働きを有する成分であるが、過剰導入によりガラスの安定性が低下するため、その含有量を0〜20%とすることが好ましい。
CaF2、SrF2は耐失透性を維持しつつ、低分散化するために必要な成分である。特にCaF2がAlF3との組み合わせでガラス構造を強化する役割を果たし、ガラスの安定化には欠かせない成分である。CaF2、SrF2それぞれの含有量が2%未満ではガラスの安定性向上の観点から十分な量とは言えず、また所望の光学恒数を得ることが困難になる。また、CaF2、SrF2とも45%を超えて多く導入すると、ガラスを不安定化にする恐れがあるので、CaF2、SrF2の含有量はともに2〜45%の範囲にとすることが好ましく、CaF2を5〜40%、SrF2を3〜35%の範囲とすることがより好ましい。
BaF2は耐久性の向上と低分散特性の付与に効果的な成分であるが、過剰導入により安定性が低下するため、その含有量を0〜30%とすることが好ましい。
ZnF2はガラスの安定性と耐久性向上に効果のある成分であるが、過剰導入により安定性が低下するので、その含有量を0〜20%とすることが好ましい。
MgF 2 is a component having a function of imparting low dispersion characteristics to the glass. However, since the stability of the glass is reduced by excessive introduction, the content is preferably 0 to 20%.
CaF 2 and SrF 2 are components necessary for low dispersion while maintaining devitrification resistance. In particular, CaF 2 plays a role of strengthening the glass structure in combination with AlF 3 and is an indispensable component for stabilizing the glass. If the content of each of CaF 2 and SrF 2 is less than 2%, it cannot be said that the amount is sufficient from the viewpoint of improving the stability of the glass, and it becomes difficult to obtain a desired optical constant. Further, if both CaF 2 and SrF 2 are introduced in excess of 45%, there is a risk of destabilizing the glass. Therefore, the contents of CaF 2 and SrF 2 should both be in the range of 2 to 45%. Preferably, CaF 2 is in the range of 5 to 40% and SrF 2 is in the range of 3 to 35%.
BaF 2 is an effective component for improving durability and imparting low dispersion characteristics. However, since the stability is reduced by excessive introduction, its content is preferably 0 to 30%.
ZnF 2 is a component that is effective in improving the stability and durability of glass. However, since the stability is reduced by excessive introduction, the content is preferably 0 to 20%.
LiF、NaF、KFは少量の添加によりガラスの耐失透性や分散性を良化する効果があるが、過剰導入により、ガラスの安定性が急速に悪化し、耐久性も悪くなるので、LiF、NaF、KFの含有量はそれぞれ0〜10%、0〜15%、0〜15%にするのが好ましい。より好ましいLiF、NaF、KFの含有量はそれぞれ0〜5%、0〜10%、0〜10%である。
Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、は本発明の必須成分ではないが、少量の導入によりガラスの安定性、耐候性、耐久性を改善する効果があるが、過剰導入によりガラスの溶融性を悪化させたり、分散性を悪くしたりする恐れがあるので、各含有量をLi2O 0〜5%、Na2O 0〜5%、K2O 0〜5%、MgO 0〜5%、CaO 0〜5%、SrO 0〜5%、BaO 0〜5%、ZnO 0〜5%とする。より好ましくはLi2O 0〜4%、Na2O 0〜4%、K2O 0〜4%、MgO 0〜4%、CaO 0〜4%、SrO 0〜4%、BaO 0〜4%、ZnO 0〜4%である。
LiF, NaF, and KF have the effect of improving the devitrification resistance and dispersibility of the glass by adding a small amount. However, when introduced excessively, the stability of the glass deteriorates rapidly and the durability deteriorates. The contents of NaF and KF are preferably 0 to 10%, 0 to 15% and 0 to 15%, respectively. More preferable contents of LiF, NaF, and KF are 0 to 5%, 0 to 10%, and 0 to 10%, respectively.
Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO are not essential components of the present invention, but the effect of improving the stability, weather resistance, and durability of the glass by introducing a small amount. However, since there is a possibility that the melting property of the glass may be deteriorated or the dispersibility may be deteriorated due to excessive introduction, each content is Li 2 O 0-5%, Na 2 O 0-5%, K 2. O 0-5%, MgO 0-5%, CaO 0-5%, SrO 0-5%, BaO 0-5%, ZnO 0-5%. More preferably Li 2 O 0~4%, Na 2
上記成分に加え、脱泡や光学恒数を調整するなどの目的で少量のCl、Brなどの化合物を導入することも可能である。しかし、環境への影響を考慮すると、鉛化合物やヒ素化合物と同様に導入しないことが望ましい。
また、銅含有の弗燐酸塩ガラスも本発明に使用するガラスとして好ましい。弗燐酸塩ガラスをベースに酸化銅を導入することにより、近赤外線吸収特性を付与することができる。上記銅含有弗燐酸塩ガラスからなるプリフォームを精密プレス成形して近赤外線吸収特性を有する光学素子を作ることもできる。ベースとなるガラスとしては上記弗燐酸塩ガラスを例示することができる。このような光学素子は、CCDやCMOSなどの半導体撮像素子の色補正用フィルターとして使用することもできる。例えば、薄板状に成形して上記フィルターにしたり、回折格子を成形することによりオプティカルローパスフィルターにしたり、レンズに成形することにより色補正フィルターとレンズ機能を兼備した光学素子にしたり、レンズ表面に回折格子機能を付与したオプティカルローパスフィルター機能とレンズ機能と色補正フィルター機能を兼ね備えた光学素子にすることもできる。
以上の各種光学ガラスは周知の方法によりガラス原料を加熱、溶融し、清澄、均質化した溶融ガラスを成形することにより得ることができる。
In addition to the above components, it is also possible to introduce a small amount of a compound such as Cl or Br for the purpose of defoaming or adjusting the optical constant. However, in consideration of the environmental impact, it is desirable not to introduce it as in the case of lead compounds and arsenic compounds.
Copper-containing fluorophosphate glass is also preferable as the glass used in the present invention. By introducing copper oxide based on fluorophosphate glass, near infrared absorption characteristics can be imparted. An optical element having near-infrared absorption characteristics can also be produced by precision press-molding a preform made of the above copper-containing fluorophosphate glass. Examples of the glass serving as the base include the above-mentioned fluorophosphate glass. Such an optical element can also be used as a color correction filter for a semiconductor image sensor such as a CCD or CMOS. For example, it can be formed into a thin plate to form the above filter, or a diffraction grating can be used to form an optical low-pass filter, or a lens can be formed into an optical element having both a color correction filter and a lens function, or can be diffracted on the lens surface. An optical element having both an optical low-pass filter function with a grating function, a lens function, and a color correction filter function can be provided.
The above various optical glasses can be obtained by heating and melting a glass raw material by a well-known method and molding a clarified and homogenized molten glass.
次に本発明のガラス物品の製造方法において、溶融ガラスを流出させる際の好ましい雰囲気について説明する。水分を含む雰囲気中に溶融ガラスを晒すと、ガラス中に含まれる弗素等の高反応性成分が上記水分と反応してHFなどが生成し、ガラス表面から離脱するという現象がおきる。そうするとガラス表面の組成が変化し、表面に変質層が生じたり、高反応性成分がガラスから離脱する際に、鱗状の微細な凸凹を発生させたりする。プレス成形用プリフォーム、特に精密プレス成形用プリフォームや、ガラス板の成形では、高い品質が求められるから上記ガラスの変質を極力低減する必要がある。精密プレス成形用プリフォームの場合には、表面の微細な凹凸発生も防止することが望まれる。そのため、溶融ガラス(特に弗燐酸塩ガラスなどの弗素含有ガラス)の流出時の雰囲気は乾燥雰囲気とすることが望ましい。また溶融状態のガラスを成形する成形雰囲気も乾燥雰囲気とすることが望ましい。上記各雰囲気中の水分量をより低減するためには、溶融ガラスの流出や成形を乾燥ガスで満たされた密閉空間内で行うことがより望ましい。 Next, in the method for producing a glass article of the present invention, a preferable atmosphere when the molten glass is allowed to flow out will be described. When the molten glass is exposed to an atmosphere containing moisture, a phenomenon occurs in which highly reactive components such as fluorine contained in the glass react with the moisture to generate HF and the like and are detached from the glass surface. Then, the composition of the glass surface changes, and a deteriorated layer is formed on the surface, or when the highly reactive component is detached from the glass, scale-like fine irregularities are generated. In press molding preforms, particularly precision press molding preforms and glass plate molding, high quality is required, so it is necessary to reduce the quality of the glass as much as possible. In the case of a precision press-molding preform, it is desired to prevent the occurrence of fine irregularities on the surface. Therefore, it is desirable that the atmosphere when the molten glass (in particular, fluorine-containing glass such as fluorophosphate glass) flows out is a dry atmosphere. It is desirable that the molding atmosphere for molding the molten glass is also a dry atmosphere. In order to further reduce the amount of moisture in each of the above atmospheres, it is more desirable to perform the outflow and molding of the molten glass in a sealed space filled with a dry gas.
乾燥ガスの作り方としては、例えば、乾燥剤中を通してガス中の水分を除去したり、液化ガスを蒸発させて用意すればよい。液化ガスの例としては、液体窒素、液体炭酸ガスを好ましい例として示すことができる。尚、液体炭酸ガスは、高圧下で、炭酸ガスを液化したものである。
乾燥ガスとしては水分含有量が1000ppm以下であることが好ましく、500ppm以下であることがより好ましく、400ppm以下であることがさらに好ましく、380ppm以下であることがより一層好ましい。乾燥ガスの水分含有量の下限には特に制限はなく、理想的には0ppmであるが、大量に入手できる乾燥ガスの水分含有量は100ppm以上のものである。また、乾燥ガスとして露点が−30℃以下のガスを用いることも好ましい。
For example, the dry gas may be prepared by removing moisture in the gas through the desiccant or evaporating the liquefied gas. As examples of the liquefied gas, liquid nitrogen and liquid carbon dioxide can be shown as preferred examples. The liquid carbon dioxide is obtained by liquefying carbon dioxide under high pressure.
The dry gas preferably has a moisture content of 1000 ppm or less, more preferably 500 ppm or less, still more preferably 400 ppm or less, and even more preferably 380 ppm or less. The lower limit of the moisture content of the dry gas is not particularly limited, and is ideally 0 ppm, but the moisture content of the dry gas available in large quantities is 100 ppm or more. It is also preferable to use a gas having a dew point of −30 ° C. or lower as the dry gas.
乾燥ガスの露点の下限には特に制限はないが、大量に入手できるガスの露点の下限は、−80℃程度である。さらに、乾燥ガスとして高圧ガスを使用することもできる。例えば、高圧ヘリウムガス、高圧アルゴンガスを使用する場合は、露点が−60℃のグレードや、超高純度グレード(露点が−80℃)を指定すればよい。したがって、これらの高圧ガスからガスを乾燥ガスとして利用することもできる。但し、高圧ガスは容器の保存状況によっては、露点が上昇することがあるので、十分に管理された高圧ガス容器からのガスを使用することが好ましい。また、水分含有量または露点が上記範囲に入らないガスであっても、合成ゼオライト等の乾燥剤を充填したカラムを通過させて、水分含有量または露点が所定の値になったガスを乾燥ガスとして使用することもできる。
ガスの種類としては、窒素ガスや窒素と水素の混合ガス(フォーミングガス)などの非酸性ガス、不活性ガス(例えば、アルゴンガス、ヘリウムガスなど)、炭酸ガスあるいは前記ガスを混合したガス、窒素と酸素の混合ガスのように前記いずれかのガスと酸素を混合したガス、空気などを例示できる。
このような雰囲気の使用は、ノズル外周へのガラス濡れ上がり低減効果とともにガラス物品の品質向上に大きく寄与する。
Although there is no restriction | limiting in particular in the lower limit of the dew point of dry gas, The lower limit of the dew point of the gas which can be obtained in large quantities is about -80 degreeC. Further, a high-pressure gas can be used as the drying gas. For example, when high-pressure helium gas or high-pressure argon gas is used, a grade having a dew point of −60 ° C. or an ultra-high purity grade (dew point of −80 ° C.) may be designated. Therefore, gas can be used as dry gas from these high-pressure gases. However, since the dew point of the high-pressure gas may increase depending on the storage condition of the container, it is preferable to use the gas from the well-controlled high-pressure gas container. In addition, even if the gas has a moisture content or dew point that does not fall within the above range, it passes through a column filled with a desiccant such as synthetic zeolite, and the gas whose moisture content or dew point reaches a predetermined value is dried gas. It can also be used as
Examples of the gas include non-acidic gases such as nitrogen gas and a mixed gas of nitrogen and hydrogen (forming gas), inert gases (for example, argon gas, helium gas), carbon dioxide gas, gas mixed with the above gas, nitrogen Examples thereof include a gas in which any one of the above gases and oxygen is mixed, such as a mixed gas of oxygen and oxygen, and air.
The use of such an atmosphere greatly contributes to improving the quality of the glass article together with the effect of reducing the glass wetting on the outer periphery of the nozzle.
III.光学素子の製造方法
本発明の光学素子の製造方法における第1の態様は、上記のガラス物品の製造方法で得られた精密プレス成形用プリフォームを加熱し、精密プレス成形して光学素子を製造することを特徴とする。
精密プレス成形はモールドオプティクス成形法とも呼ばれ、既に当該発明の属する技術分野においてはよく知られたものである。光学素子の光線を透過したり、屈折させたり、回折させたり、反射させたりする面を光学機能面と呼ぶ。例えばレンズを例にとると非球面レンズの非球面や球面レンズの球面などのレンズ面が光学機能面に相当する。精密プレス成形法はプレス成形型の成形面を精密にガラスに転写することにより、プレス成形で光学機能面を形成する方法である。つまり光学機能面を仕上げるために研削や研磨などの機械加工を加える必要がない。
III. Manufacturing method of optical element The first aspect of the manufacturing method of the optical element of the present invention is to manufacture an optical element by heating the precision press-molding preform obtained by the above-described method for manufacturing a glass article and precision press-molding. It is characterized by doing.
Precision press molding is also called a mold optics molding method, which is already well known in the technical field to which the present invention belongs. A surface that transmits, refracts, diffracts, or reflects light rays of the optical element is called an optical functional surface. For example, taking a lens as an example, a lens surface such as an aspherical surface of an aspherical lens or a spherical surface of a spherical lens corresponds to an optical function surface. The precision press molding method is a method of forming an optical functional surface by press molding by precisely transferring a molding surface of a press mold to glass. That is, it is not necessary to add machining such as grinding or polishing to finish the optical functional surface.
本発明によれば、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズなどの各種のレンズ、回折格子、回折格子付のレンズ、レンズアレイ、プリズムなどの各種光学素子、用途としてはデジタルカメラやフィルム内蔵カメラの撮像光学系を構成するレンズ、カメラ付携帯電話搭載の撮像レンズ、CDやDVDをはじめとする光記録式媒体のデータ読取および/またはデータ書込み用に使用する光線を導光するためのレンズなど各種光学素子を作製することができる。また、銅含有ガラス製のプリフォームを使用すれば半導体撮像素子の色補正機能を有する光学素子を作製することもできる。
なお、これら光学素子には必要に応じて、反射防止膜、全反射膜、部分反射膜、分光特性を有する膜などの光学薄膜を設けることもできる。
According to the present invention, various lenses such as a spherical lens, an aspheric lens, and a micro lens, a diffraction grating, a lens with a diffraction grating, a lens array, various optical elements such as a prism, and applications include a digital camera and a camera with a built-in film. Various lenses such as lenses constituting imaging optical systems, imaging lenses mounted on camera-equipped mobile phones, and lenses for guiding light rays used for data reading and / or data writing on optical recording media such as CDs and DVDs An optical element can be manufactured. In addition, if a preform made of copper-containing glass is used, an optical element having a color correction function of a semiconductor imaging element can be produced.
These optical elements may be provided with an optical thin film such as an antireflection film, a total reflection film, a partial reflection film, or a film having spectral characteristics, if necessary.
精密プレス成形法に使用するプレス成形型としては公知のもの、例えば炭化珪素、超硬材料などの型材の成形面に離型膜を設けたものを例示できるが、炭化珪素製のプレス成形型が好ましい。離型膜としては炭素含有膜、貴金属合金膜などを使用することができるが、耐久性、コストの面などから炭素含有膜が好ましい。
精密プレス成形法では、プレス成形型の成形面を良好な状態に保つため成形時の雰囲気を非酸化性ガスにすることが望ましい。非酸化性ガスとしては窒素、窒素と水素の混合ガスなどが好ましい。
Examples of the press mold used in the precision press molding method include known ones, for example, those having a release film on the molding surface of a mold material such as silicon carbide or cemented carbide material. preferable. As the release film, a carbon-containing film, a noble metal alloy film, or the like can be used, but a carbon-containing film is preferable from the viewpoint of durability and cost.
In the precision press molding method, it is desirable that the molding atmosphere be a non-oxidizing gas in order to keep the molding surface of the press mold in a good state. The non-oxidizing gas is preferably nitrogen or a mixed gas of nitrogen and hydrogen.
次に本発明の光学素子の製造方法の第1の態様において特に好適な精密プレス成形法について説明する。
(精密プレス成形法1)
この方法は、プレス成形型に前記プリフォームを導入し、前記成形型とプリフォームを一緒に加熱し、精密プレス成形するというものである(精密プレス成形法1という)。
精密プレス成形法1において、プレス成形型と前記プリフォームの温度をともに、プリフォームを構成するガラスが106〜1012dPa・sの粘度を示す温度に加熱して精密プレス成形を行うことが好ましい。
また前記ガラスが1012dPa・s以上、より好ましくは1014dPa・s以上、さらに好ましくは1016dPa・s以上の粘度を示す温度にまで冷却してから精密プレス成形品をプレス成形型から取り出すことが望ましい。
上記の条件により、プレス成形型成形面の形状をガラスにより精密に転写することができるとともに、精密プレス成形品を変形することなく取り出すこともできる。
Next, a particularly preferable precision press molding method in the first embodiment of the optical element manufacturing method of the present invention will be described.
(Precision press molding method 1)
In this method, the preform is introduced into a press mold, the mold and the preform are heated together, and precision press molding is performed (referred to as precision press molding method 1).
In the precision
In addition, the glass is cooled to a temperature at which the glass exhibits a viscosity of 10 12 dPa · s or more, more preferably 10 14 dPa · s or more, more preferably 10 16 dPa · s or more, and then the precision press-molded product is removed from the press mold. It is desirable to take it out.
Under the above conditions, the shape of the molding surface of the press mold can be accurately transferred with glass, and the precision press molded product can be taken out without being deformed.
(精密プレス成形法2)
この方法は、前記プリフォームを加熱した後に、プレス成形型に導入し、精密プレス成形する、すなわち、プレス成形型とプリフォームを別々に予熱し、予熱したプリフォームをプレス成形型に導入して精密プレス成形するというものである(精密プレス成形法2という)。
この方法によれば、前記プリフォームをプレス成形型に導入する前に予め加熱するので、サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度の光学素子を製造することができる。
なおプレス成形型の予熱温度をプリフォームの予熱温度よりも低く設定することが好ましい。このようにプレス成形型の予熱温度を低くすることにより、前記型の消耗を低減することができる。
また、プリフォーム加熱をプレス成形型内で行う必要がないので、使用するプレス成形型の数を少なくすることもできる。
(Precision press molding method 2)
In this method, after heating the preform, the preform is introduced into a press mold and precision press molding is performed. That is, the press mold and the preform are separately preheated, and the preheated preform is introduced into the press mold. Precision press molding (referred to as precision press molding method 2).
According to this method, since the preform is preliminarily heated before being introduced into the press mold, it is possible to manufacture an optical element with good surface accuracy free from surface defects while shortening the cycle time.
The preheating temperature of the press mold is preferably set lower than the preheating temperature of the preform. Thus, by lowering the preheating temperature of the press mold, the consumption of the mold can be reduced.
In addition, since it is not necessary to perform preform heating in the press mold, the number of press molds to be used can be reduced.
精密プレス成形法2において、前記プリフォームを構成するガラスが109dPa・s以下、より好ましくは109dPa・sの粘度を示す温度に予熱することが好ましい。
また、前記プリフォームを浮上しながら予熱することが好ましく、さらに前記プリフォームを構成するガラスが105.5〜109dPa・s、より好ましくは105.5dPa・s以上109dPa・s未満の粘度を示す温度に予熱することがさらに好ましい。
またプレス開始と同時又はプレスの途中からガラスの冷却を開始することが好ましい。
なおプレス成形型の温度は、前記プリフォームの予熱温度よりも低い温度に調温させるが、前記ガラスが109〜1012dPa・sの粘度を示す温度を目安にすればよい。
この方法において、プレス成形後、前記ガラスの粘度が1012dPa・s以上にまで冷却してから離型することが好ましい。
精密プレス成形された光学素子はプレス成形型より取り出され、必要に応じて徐冷される。また、レンズを成形した場合には、心取り加工を行ってもよい。また、必要に応じて表面に光学薄膜をコートしてもよい。
In the precision
The preform is preferably preheated while floating, and the glass constituting the preform is preferably 10 5.5 to 10 9 dPa · s, more preferably 10 5.5 dPa · s to 10 9 dPa · s. More preferably, it is preheated to a temperature showing a viscosity of less than s.
Moreover, it is preferable to start cooling the glass simultaneously with the start of pressing or in the middle of pressing.
The temperature of the press mold is adjusted to a temperature lower than the preheating temperature of the preform, and the temperature at which the glass exhibits a viscosity of 10 9 to 10 12 dPa · s may be used as a guide.
In this method, it is preferable that after the press molding, the glass is cooled to a viscosity of 10 12 dPa · s or more and then released.
The precision press-molded optical element is taken out from the press mold and gradually cooled as necessary. Further, when the lens is molded, centering may be performed. Moreover, you may coat an optical thin film on the surface as needed.
本発明の光学素子の製造方法における第2の態様は、上記のガラス物品の製造方法により得られたプレス成形用プリフォームをプレス成形する工程を経て光学素子を製造することを特徴とする。
より具体的には、上記ガラス物品の製造方法により得られた板状の光学ガラスを歪みを低減した状態で、切断して例えば直方体や立方体状のガラス片を作製し、これらガラス片をバレル研磨して目的とするプレス成形品の重量に合わせるとともに、エッジを丸め、表面を粗面化する。次にガラス片の全表面に窒化ホウ素などの粉末離型剤を均一に塗布し、加熱、軟化し、プレス成形型でプレス成形して目的とする光学素子に近似する形状の成形品を得る。通常、上記ガラス片の加熱、軟化、プレス成形は大気中で行われる。それから、前記成形品の表面に研削、研磨加工を施して光学素子に仕上げる。あるいは、本発明のガラス物品の製造方法の第1の態様と同じ方法でガラス成形体を作製してアニールし、バレル研磨して得られたプリフォームを、同様に大気中で加熱、軟化し、プレス成形し、研削、研磨加工を施して光学素子に仕上げても良いし、また、上記ガラス片を研磨して滑らかな表面のプリフォームを作り、精密プレス成形して光学素子を作ってもよい。
According to a second aspect of the method for producing an optical element of the present invention, the optical element is produced through a step of press-molding a preform for press molding obtained by the method for producing a glass article.
More specifically, the plate-like optical glass obtained by the method for producing a glass article is cut in a state where distortion is reduced to produce, for example, rectangular parallelepiped or cubic glass pieces, and these glass pieces are barrel-polished. In accordance with the weight of the target press-formed product, the edges are rounded to roughen the surface. Next, a powder release agent such as boron nitride is uniformly applied to the entire surface of the glass piece, heated and softened, and press molded with a press mold to obtain a molded product having a shape approximate to the target optical element. Usually, heating, softening, and press molding of the glass piece are performed in the air. Then, the surface of the molded product is ground and polished to finish an optical element. Alternatively, a preform obtained by producing and annealing a glass molded body by the same method as in the first aspect of the method for producing a glass article of the present invention and barrel polishing is similarly heated and softened in the atmosphere. The optical element may be finished by press molding, grinding and polishing, or the glass piece may be polished to make a smooth surface preform, and the optical element may be made by precision press molding. .
本発明の光学素子の製造方法における第3の態様は、上記ガラス物品の製造方法により得られた板状の光学ガラスを機械加工して光学素子を製造することを特徴とする。
具体的には、光学ガラスを薄板状にスライス加工して光学素子を作製したり、ブロック状に切断して、研削、研磨して、両面レンズなどの光学素子を作製することができる。
この第3の態様の方法は、フィルターなどの薄板状光学素子の作製に好適であり、前述した銅イオン含有燐酸塩または弗燐酸塩ガラスを用いて近赤外線吸収フィルターを作製する場合などに好適である。この第3の態様の方法ではスライス加工後、対向する一対の主表面を光学研磨加工して光学素子に仕上げる。
A third aspect of the method for producing an optical element of the present invention is characterized in that an optical element is produced by machining a plate-like optical glass obtained by the method for producing a glass article.
Specifically, an optical element can be manufactured by slicing optical glass into a thin plate shape, or can be cut into blocks, ground, and polished to prepare an optical element such as a double-sided lens.
The method of the third aspect is suitable for producing a thin plate-like optical element such as a filter, and is suitable for producing a near-infrared absorption filter using the above-described copper ion-containing phosphate or fluorophosphate glass. is there. In the method of the third aspect, after slicing, a pair of opposing main surfaces are optically polished to finish an optical element.
上記第1〜第3の態様のいずれの方法においても、溶融ガラスを流出してガラス成形体を得る際にノズル外周へのガラス濡れ上がりによる品質低下を低減することができるので、高品質な光学素子を高い生産性のもとに製造することができる。 In any of the above methods of the first to third aspects, when the molten glass is flowed out to obtain a glass molded body, it is possible to reduce quality deterioration due to glass wetting on the outer periphery of the nozzle. The element can be manufactured with high productivity.
次に実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
(実施例1)
表1に示す組成、特性を有するガラス1〜3が得られるよう、周知の方法にてガラス原料を秤量、混合し、白金容器中で加熱、溶融して各種溶融ガラスを得た。次に、清澄、均質化した溶融ガラスを、溶融容器底部に設けられたパイプへと送り、パイプ下端に接続したノズルから一定の流量で流出させた。ノズルの垂直断面を図4に示す。このノズルは全体が純金製の導管1であり、先端部2にはガラスを流出する流出口3が設けられ、パイプおよびノズルはガラスの失透を防止するとともに、ガラスの流量を安定化するため加熱、温度制御されている。
ノズル下方には、流出するガラスを順次受けて精密プレス成形用プリフォームに成形するための複数の成形型がターンテーブル上に配置されており、ターンテーブルをインデックス回転しながらノズル鉛直下方に移送停留した成形型で流出、分離した溶融ガラス塊を次々と受ける。溶融ガラス塊は成形型から噴出するガスにより型上で浮上した状態でプリフォームに成形、冷却され、成形型から取り出される。プリフォームを取り出した成形型は、再度、ノズル鉛直下方へと移送される。このように、ターンテーブルをインデックス回転しながら成形型を循環移送することにより、溶融ガラスから一定重量のプリフォームを量産する。
上記ガラス1はP2O5−Nb2O5−Li2O系の高屈折率高分散ガラス、ガラス2はP2O5−BaO−ZnO系の高屈折率中分散ガラス、ガラス3は低分散弗燐酸塩ガラスである。ガラス1、2を流出してプリフォームを成形したところ、従来の95Pt−5Au合金製ノズルではノズル外周へのガラス濡れ上がりが生じたが、本発明の純金製ノズルではガラスの濡れ上がりが生じず、成形したプリフォームには脈理や表面の変質は見られなかった。
Next, the present invention will be described in more detail by way of examples.
Example 1
In order to obtain
Below the nozzle, a plurality of molds are placed on the turntable to sequentially receive the flowing glass and form it into a precision press-molding preform. The molten glass lump that has flowed out and separated by the formed mold is received one after another. The molten glass lump is molded into a preform while being floated on the mold by the gas ejected from the mold, cooled, and taken out from the mold. The mold from which the preform has been taken out is transferred again vertically below the nozzle. In this way, a preform with a constant weight is mass-produced from the molten glass by circulating and transferring the mold while the turntable is rotated as an index.
The
ガラス3の場合、従来のノズルを使用した成形では、プリフォームの表面から深層に至る表面層に表面脈理層が見られたが、上記純金製ノズルを使用した場合には、従来のノズルと比べて濡れ上がりが生じなかった。また、成形したプリフォームの表面には表面脈理層が見られたが従来のノズルを使用した場合よりも脈理が存在する層の深さは浅くなっており、純金製ノズル使用の効果を確認することができた。なお、表面脈理層は酸などにプリフォーム全体を浸漬してエッチング処理により除去することもできるし、研磨加工によって除去することもできる。脈理が存在する層が浅くなるほど除去すべき表面のガラスは少なくなり、また除去処理の時間も短縮化できるため、生産性の向上、コスト低減の効果を得ることができる。
なお、ガラス1、2の流出、成形は大気中にて行い、ガラス3の流出、成形は乾燥空気雰囲気中にて行った。
In the case of the
In addition, the outflow and shaping | molding of the
(実施例2)
次に、ノズルの構造は実施例1と同じとし、金80重量、白金20重量%からなる金・白金合金よりなるノズルを作製した。そして、実施例1と同様にガラス1〜3の各種ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームの成形を行い、実施例1と同様の結果を得た。
(Example 2)
Next, the nozzle structure was the same as in Example 1, and a nozzle made of gold / platinum alloy consisting of 80% gold and 20% platinum by weight was produced. And the precision press molding preform which consists of various glasses of glass 1-3 was performed like Example 1, and the result similar to Example 1 was obtained.
(実施例3)
図5に垂直断面を示すように導管部4と先端部5からなる構造を有するノズルをパイプに取り付けてガラス1〜3の各種ガラスを流出口7から流出させ、上記実施例と同様にプリフォームの成形を行った。ノズルの導管部4は95Pt−5Au合金製であり、先端部5は純金製である。先端部5は導管部4にネジ止め6により、ガラス流路に漏れがないように密着状態で装着されている。このようなノズルを使用してプリフォームの成形を行い、実施例1と同様の結果を得ることができた。
(Example 3)
As shown in the vertical cross section of FIG. 5, a nozzle having a structure comprising a
(実施例4)
次に実施例3におけるノズル先端部を金80重量、白金20重量%からなる金・白金合金製のものに交換し、実施例3と同様に先端部を導管部に密着した状態で装着し、ガラス1〜3の各種ガラスからなるプリフォームを成形した。その結果、実施例2と同様の結果を得ることができた。
なお、上記実施例1〜4において作製した精密プレス成形用プリフォームの重量公差は±1%以内であった。
Example 4
Next, the nozzle tip in Example 3 was replaced with a gold-platinum alloy made of
The weight tolerance of the precision press-molding preforms produced in Examples 1 to 4 was within ± 1%.
(実施例5)
実施例1〜4において得られたガラス1〜3の各種ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームを用い、精密プレス成形を行うことにより各種光学素子を作製した。
具体的には、上記各実施例で得られたプリフォームを加熱し、図6に示すプレス装置を用い、精密プレス成形(非球面精密プレス)することにより非球面レンズを得た。精密プレス成形の詳細は次にとおりである。
成形型として、非球面形状を有するSiC製の上型11と下型12および胴型13からなるものを用いた。そして、上記プリフォーム14を、上型11及び下型12の間に静置した後、石英管15内を窒素雰囲気としてヒーター16に通電して石英管15内を加熱した。成形型内部の温度をガラスの屈伏点+20〜60℃となる温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒17を降下させて上型11を押してプレス成形型内のプリフォーム14を精密プレス成形した。なお、図6において、18は支持台、19は支持棒、20は熱電対である。
(Example 5)
Various optical elements were produced by performing precision press molding using preforms for precision press molding made of
Specifically, the preforms obtained in each of the above examples were heated, and an aspheric lens was obtained by precision press molding (aspheric precision press) using the press apparatus shown in FIG. The details of precision press molding are as follows.
As the forming die, an aspherical SiC upper die 11, lower die 12 and body die 13 were used. Then, after the
成形圧力8MPa、成形時間30秒とし、プレス後、成形圧力を減少させて成形された弗燐酸塩ガラス製の非球面レンズを上型11及び下型12と接触させたままの状態でガラス転移温度−30°Cの温度までに徐冷し、次いで室温まで急冷した。その後、非球面レンズをプレス成形型から取り出し、形状の測定および外観検査を行った。得られた非球面レンズは、きわめて精度の高いレンズであった。このレンズを観察したところ、使用したプリフォーム同様、高品質なレンズであることが確かめられた。
なお、プリフォーム表面には全表面に離型膜を設けることが好ましい。離型膜としては炭素膜や自己組織化膜などを例示することができる。
プレス成形型に予熱された上記プリフォームを導入し、精密プレス成形する方法でも高品質、高精度な非球面レンズを成形することができた。
なお、プリフォームの形状、寸法は作製しようとする精密プレス成形品の形状等により適宜、決めればよい。
上記実施例では非球面レンズを成形したが、最終製品の形状に合わせたプレス成形型を用いつことにより、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、平凸レンズ、両凸レンズ、平凹レンズ、両凹レンズなどの各種非球面レンズあるいは各種球面レンズ、あるいはプリズム、ポリゴンミラー、回折格子などの光学素子を作製することもできる。
なお、得られた各光学素子の光学機能面には必要に応じて反射防止膜あるいは高反射膜などの光学多層膜を形成することもできる。
The glass transition temperature is maintained in a state where the aspherical lens made of fluorophosphate glass formed by reducing the molding pressure after pressing is in contact with the upper die 11 and the lower die 12 at a molding pressure of 8 MPa and a molding time of 30 seconds. It was gradually cooled to a temperature of −30 ° C. and then rapidly cooled to room temperature. Thereafter, the aspherical lens was taken out from the press mold and subjected to shape measurement and appearance inspection. The obtained aspherical lens was a highly accurate lens. When this lens was observed, it was confirmed that it was a high-quality lens like the preform used.
It is preferable to provide a release film on the entire surface of the preform. Examples of the release film include a carbon film and a self-assembled film.
A high-quality, high-precision aspherical lens could be formed by introducing the preheated preform into a press mold and precision press molding.
The shape and dimensions of the preform may be appropriately determined depending on the shape of the precision press-molded product to be produced.
In the above embodiment, an aspherical lens is molded, but by using a press mold that matches the shape of the final product, various types such as a concave meniscus lens, a convex meniscus lens, a planoconvex lens, a biconvex lens, a planoconcave lens, a biconcave lens, etc. An optical element such as an aspherical lens or various spherical lenses, or a prism, a polygon mirror, or a diffraction grating can also be manufactured.
In addition, an optical multilayer film such as an antireflection film or a high reflection film can be formed on the optical functional surface of each optical element obtained as necessary.
(実施例6)
上記実施例と同様にガラス1〜3が得られるよう、周知の方法にてガラス原料を秤量、混合し、白金容器中で加熱、溶融して各種溶融ガラスを得た。次に、清澄、均質化した溶融ガラスを、溶融容器底部に設けられたパイプへと送り、パイプ下端に接続したノズルから一定の流量で流出した。ノズルの下方には平坦な底面を有し、成形しようとするガラス板の幅に相当する距離だけ隔たった対向する一対の側面と前記側面間の2つの開口部のうちの一方が塞がれた鋳型を前記底部が水平状態になるように設置した。そして、鋳型内にノズルより溶融ガラスを連続して流し込み、鋳型内における溶融ガラスの液位が一定に保たれるよう、鋳型の開口部から成形したガラス板を一定速度で連続して水平方向に引き出した。引き出したガラスをアニール炉内を通して除歪した後、所望の長さに切断して一定の幅と板厚を有するガラス1〜3の各種光学ガラスからなるガラス板を作製した。
(Example 6)
The glass raw materials were weighed and mixed by a known method so as to obtain
上記方法で使用したノズルは、全体が純金よりなるもの、全体が金80重量%、白金20重量%からなる金・白金合金製のもの、導管部が95Pt−5Au合金からなり、流出口を含む先端部が純金からなるもの、導管部が95Pt−5Au合金からなり、流出口を含む先端部が金80重量%、白金20重量%からなる金・白金合金からなるものの各種ノズルを使用した。導管部への先端部装着については、実施例3、4において説明したとおりである。なお、本実施例では、実施例1〜4と比べて溶融ガラスの流出流量が多いため、ノズル内部の流路径を大きくした。ノズル、パイプの加熱、温度制御については上記実施例において説明したとおりである。
いずれのノズルにおいても溶融ガラスを流出させた際に、ガラスの先端部外周部への濡れ上がりは観察されなかった。
The nozzle used in the above method is entirely made of pure gold, the whole is made of gold / platinum alloy consisting of 80% by weight of gold and 20% by weight of platinum, the conduit part is made of 95Pt-5Au alloy and includes an outlet. Various nozzles were used in which the tip portion was made of pure gold, the conduit portion was made of 95Pt-5Au alloy, and the tip portion including the outlet was made of gold / platinum alloy consisting of 80% by weight gold and 20% by weight platinum. The attachment of the distal end portion to the conduit portion is as described in the third and fourth embodiments. In addition, in this example, since the outflow flow rate of the molten glass was larger than in Examples 1 to 4, the flow path diameter inside the nozzle was increased. Nozzle and pipe heating and temperature control are as described in the above embodiment.
In any of the nozzles, when the molten glass was allowed to flow out, no wetting up to the outer peripheral portion of the tip of the glass was observed.
(実施例7)
実施例6において作製したガラス板を切断して、直方体状のガラス片に分割した。次にこれらガラス片をバレル研磨して、エッジを丸めるとともにガラス片の重量を目的とするプレス成形品の重量に合わせた。
次に、バレル研磨したガラス片をプレス成形用ガラス素材とし、表面に公知の離型剤を塗布して大気中で加熱し、大気中でプレス成形してレンズ形状に近似するプレス成形品を得た。プレス成形品はアニールされた後、表面が研削、研磨されたレンズに仕上げられる。このようにして各種レンズを作製することができた。なお、レンズの表面には必要に応じて反射防止膜などを設けることもできる。
(Example 7)
The glass plate produced in Example 6 was cut and divided into rectangular parallelepiped glass pieces. Next, these glass pieces were barrel-polished to round the edges and match the weight of the glass pieces to the weight of the intended press-formed product.
Next, the barrel-polished glass piece is used as a glass material for press molding, a known mold release agent is applied to the surface and heated in the atmosphere, and press molding in the air is performed to obtain a press molded product that approximates the lens shape. It was. After the press-molded product is annealed, it is finished into a lens whose surface is ground and polished. In this way, various lenses could be produced. An antireflection film or the like can be provided on the surface of the lens as necessary.
(実施例8)
次に実施例6と同様にして表1に示す銅含有弗燐酸塩ガラスからなるガラス板を成形した。ガラス板をアニールした後、薄板状にスライス加工して対向する一対の主表面に光学研磨を施し、近赤外線吸収フィルターを作製した。
このフィルターはCCDやC−MOSなどの固体撮像素子の色補正用フィルターとして好適なものである。
(Example 8)
Next, a glass plate made of a copper-containing fluorophosphate glass shown in Table 1 was formed in the same manner as in Example 6. After the glass plate was annealed, it was sliced into a thin plate shape and subjected to optical polishing on a pair of opposing main surfaces to produce a near infrared absorption filter.
This filter is suitable as a color correction filter for a solid-state imaging device such as a CCD or C-MOS.
本発明によれば、溶融ガラスを溶出させる際にガラス流出口の外周部へのガラスの濡れ上がりを低減し得るガラス流出ノズルが提供され、このガラス流出ノズルを用いることによって、高品質のガラス物品、さらには光学素子を得ることができ、その工業的意義は極めて大きい。 According to the present invention, a glass outflow nozzle capable of reducing the wetting of the glass to the outer peripheral portion of the glass outlet when the molten glass is eluted is provided. By using this glass outflow nozzle, a high-quality glass article is provided. Furthermore, an optical element can be obtained, and its industrial significance is extremely great.
A,B…ノズル
1…導管
2…先端部
3…流出口
4…導管部
5…先端部
6…ネジ
7…流出口
11…上型
12…下型
13…胴型
14…プリフォーム
15…石英管
16…ヒーター
17…押し棒
18…支持台
19…支持棒
20…熱電対
A, B ...
Claims (12)
前記ノズルとして、少なくとも流出口を含む先端部全体が白金含有量が80重量%以下の金・白金合金であって、その白金の含有量が、流出温度において流出しようとするガラスの接触角が30°以上になるように定められている金・白金合金からなるガラス流出ノズルを用い、先端に設けられた流出口より溶融ガラスを流出させて、燐酸塩光学ガラスまたは弗燐酸塩光学ガラスからなるガラス物品を成形することを特徴とするガラス物品の製造方法。 In the method for producing a glass article, the molten glass is caused to flow out of the nozzle and a glass article made of optical glass is formed.
As the nozzle, the entire tip portion including an outlet even without least is a 80% by weight of gold and platinum alloy platinum content, the contact angle of the glass content of the platinum, attempts to outflow at the outflow temperature from but using glass flow nozzle made of gold-platinum alloy which is defined to be 30 ° or more, by flow out molten glass from the outlet provided at a distal end, a phosphate optical glass or fluoride phosphate optical glasses A glass article manufacturing method, comprising: forming a glass article.
A plate-shaped optical glass is produced by the method according to claim 8 , and the obtained plate-like optical glass is machined to produce an optical element.
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