(57)【要約】【課題】本発明は赤外域（ＩＲ域）において光を吸収する無鉛含リン酸塩ガラス、好ましくは着色ガラス及びフィルターガラスの精密成形加工における使用に関する。好ましくはガラス中のフッ素含量は低くされる。【解決手段】例えばデジタルカメラ用のレンズ等の光学部品を仕上げ処理を行うことなく有利に製造することができる。本発明方法を用いることにより、同等な技術的目的に直接用いられる他の光学部品も製造することができる。精密成形によって製造される光学部品は撮像、投影、遠距離通信、光通信光学及びレーザ技術の分野において有利に用いられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸塩（Ｐ２Ｏ５）を少なくとも５０重量％含み、かつ赤外域において光を吸収する無鉛ガラスの精密成形による光学部品製造のための使用。
【請求項２】
前記ガラスにフッ素が０〜２％含まれることを特徴とする請求項１項記載の使用。
【請求項３】
前記ガラスにフッ素が０〜１重量％含まれることを特徴とする請求項１項記載の使用。
【請求項４】
前記ガラスにフッ素が含まれないことを特徴とする請求項１項記載の使用。
【請求項５】
前記ガラスが着色ガラス及びフィルターガラスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の使用。
【請求項６】
前記光学部品がレンズであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の使用。
【請求項７】
前記レンズが非球面であることを特徴とする請求項６項記載の使用。
【請求項８】
レンズがデジタルカメラ中に直接用いられることを特徴とする請求項６項記載の使用。
【請求項９】
前記ガラス中のリン酸塩含量が少なくとも６７重量％であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密成形加工における無鉛・含リン酸塩ガラス、好ましくは赤外域（ＩＲ域）内において光を吸収する着色ガラス及びフィルターガラスの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばデジタルカメラ用レンズ等の光学部品は、仕上げ作業なしで製造可能である。本発明に従った使用によれば、同等な技術用途へ直接使用可能な他の光学部品をさらに製造することが可能である。精密成形によって製造された光学部品は撮像、投影、遠距離通信、光通信工学及びレーザ技術等の分野に有利に利用可能である。
【０００３】
近年、光学及びオプトエレクトロニクス技術（撮像、投影、遠距離通信、光通信工学及びレーザ技術の用途分野）双方の市場においては益々小型化の傾向にある。かかる傾向は最終製品がより小型化していることで示され、これにより当然ながら最終製品に用いる個々の部品及び要素の小型化も要求されている。光学ガラスの製造者にとってかかる発展は、たとえ最終製品バッチの増加があっても原料ガラスの需要量の減少に繋がるものである。同時に、かかる小規模業者によるブロック及び／またはインゴットガラスからの製造中に製造される製品に起因する廃棄物の比率がずっと高くなり、またこのように極めて小さな部品の加工にはより大きな部品に比べてより多くの労力が要求されるため、仕上げ業者からのガラス製造者に対する価格的圧力も増している。
【０００４】
今日まで通例とされてきた光学部品用のブロックあるいはインゴットガラスからガラス部分を取り除く代わりに、ガラス溶融物からほぼ最終形状をした塊りあるいは球体等のピルをそれぞれ予備成形した直後にそれぞれの形状寸法を得ることが可能な製造方法がより重要となっている。例えば、「精密塊」と呼ばれる再成形用のほぼ最終形状寸法をもつピルに対する仕上げ業者の要求が増大している。通常、「精密塊」は、好ましくは既に分割されている半独立あるいは独立な形状をもち、かつ光学部品の最終形状に近い形状寸法をもつ完全に火炎研磨されたガラス部分である。
【０００５】
この精密塊は、利点として、所謂精密成形（精密加圧成形とも呼ばれる）によってレンズ、非球面レンズ等の光学素子へ加工することが可能である。この加工後の表面研磨等による形状あるいは表面のさらなる加工は必要とされない。この方法を通して、短い設定時間で（小片材料の大きなバッチへ振り分けられる）ガラス溶融物の少量容積を取り扱う柔軟な方法が見出された。しかしながら、バッチそれぞれのサイクル数が比較的少なく、また形状寸法が通常小さいため、材料自体の価値によってはこの方法の付加価値は得られない。従って、製品を「システム中において使用準備完了」状態で成形機から取り出すことができなければならず、これによってコストの掛かる仕上げ、冷却及び／または低温加工が省略可能である。
【０００６】
かかる加圧成形方法では、形状寸法に高度な正確性が要求されるため、高品質な精密設備、従って高価な成形材料の使用が必要とされる。そのため、製造される製品及び／または材料の収益性は成形型の有効耐用期間によって著しく影響される。成形型の長期に亘る有効耐用期間にとって極めて重要な要因は操作温度が可能な限り低いことであるが、該温度を下げることができるのは、加圧成形の対象となる材料の粘度が加圧成形加工条件を猶十分満たす操作温度までである。従って、加工温度、該加工温度を用いた時の加工されるガラスの転移温度Ｔｇ、並びに加圧成形加工の利益性との間には直接の因果関係がある。
【０００７】
ガラスの転移温度が低ければ低いほど、成形型の有効耐用期間が長くなり、また本方法による収益性も高くなる。
【０００８】
かかる因果関係から、溶融温度及び転位温度が低いガラス、すなわち可能な限り低温での加工に十分適応できる粘度を持つガラス、所謂「低転移温度ガラス」に対する要求度が高まっている。
【０００９】
さらに、精密成形では、ＩＲ域において光を吸収する特性をもち、かつ鉛を含まないガラスの使用が望まれている。
【００１０】
溶融物のプロセス工学的観点からの要求として、比較的小さな温度変化で特定の粘度範囲が変化する粘性をもつガラスである「ショート（ｓｈｏｒｔ）」ガラスの必要性の増大が報告されている。溶融プロセスにおいては、かかる性質には熱成形回数、すなわち成形型を閉じる回数を減らせるという利点がある。これにより、一方においては収率が増加し、すなわちサイクル数が減少する。また他方において、前述したように、製造総コストに有利な影響を与える成形型材料についても考慮が払われる。前記「ショート」ガラスにはさらに、より粘度の高いガラスに比較してより速い冷却ができるので、結晶化する傾向の強いガラスの加工も可能となるという利点もある。後続する二次熱成形工程において問題を生ずる可能性のある核の事前形成は避けられるべきである。
【００１１】
前記要求される光学特性をもつ他に、ガラスが可能な限り安価な成分から作製できかつ耐薬品性であることも要求される。
【００１２】
従来技術において類似の光学的状態を備えるガラスが加圧成形法によって加工されていることは事実であるが、これらのガラスには５０重量％未満のリン酸塩しか含有されてない（本出願の優先日後に公開されたＪＰ−１１−２６８９２７Ａ及びＪＰ２００５−８２４０６参照）。リン酸塩含量が低いために、他の任意に選択されるより高価で望ましくない成分の添加が必要とされ、かかる添加によってガラスの精密成形加工における使用が始めて可能となっている。
【００１３】
ＪＰ２００４−３２７９７８においても精密成形加工に関する記載があるが、この出願（本出願の優先日後に公開されている）において言及されているガラスは極めて高含量のフッ素（フッ素量として２５〜４８％）を含むフルオロリン酸塩ガラスである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、精密成形における使用に適する、リン酸塩含量が高いと同時に無鉛であるガラス、特に着色ガラス及びフィルターガラスを提供することを目的とする。そのようなガラスは、簡単な方法で溶融及び加工することができ、また十分な結晶化安定性が備えられていなければならない。そのようなガラスは前記精密成形によって精密性等に関する要求を満たす光学部品が得られるものでなければならず、また得られた光学部品はさらなる仕上げ加工を必要とせずに直接所望の技術用途に使用できなければならない。従って、そのようなガラスは、例えば簡略かつ安価な精密成形加工により、直接レンズとして使用できる例えばデジタルカメラ用の光学着色ガラス及びフィルターガラスから成るレンズを作製できるものであることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
驚くべきことに、高比率でリン酸塩を含むと同時に無鉛であり、さらに赤外域において光を吸収する光学着色ガラス及びフィルターガラスが精密成形に適することが見出された。本発明に従って使用される前記ガラスにおけるリン酸塩の比率は少なくとも５０重量％、好ましくは５５重量％以上、さらに好ましくは６０重量％以上であり、さらに前記比率を６５重量％、７０重量％、７５重量％、及び７７重量％までとすることも可能である。
【００１６】
本発明に従った前記使用のためのガラスは、良好な溶融性及びプロセス性、プロセス及び原料コストの低減化に基づく低生産コスト性、さらに良好な環境適合性によって特徴付けられる。
【００１７】
既に上述したように、これらガラスを精密成形加工において用いることにより、極めて優れた結果をもってレンズ、非球面レンズ、光学素子構造体等の光学部品及び素子を得ることができる。成形装置中において製品を使用準備完了状態で成形機から取り出すことができるため、コストの掛かる仕上げ、冷却及び／または低温加工が省略可能である。
【００１８】
本発明に従った加圧成形によるガラスの使用により、その有利な特徴として、作業温度を低温にすることが可能である。高度な形状寸法精度をもつ高品質な精密設備が要求されるため、加圧成形方法には高価な成形型材料を使用しなければならないことから、作業温度の低温化は光学素子の製造コストに関して必要不可欠な要素である。従って、作製された製品及び／または材料の収益性は前記成形型の有効耐用期間によって強く影響される。しかしながら、前記成形型の有効耐用期間にとって極めて重要な要因は、既に上述したように、特に本発明に従った着色及びフィルターガラスそれぞれの使用における可能な限り低温な作業温度である。
【００１９】
この加圧成形期間中の温度を、加圧成形される材料の粘度が加圧成形に猶十分適する温度まで下げられることは興味深いことである。本発明に係るガラスを用いる場合、該ガラスの転移温度が低いため（図３参照）、成形型の有効耐用期間を延長させることが可能である。従って、本発明に従った使用方法は一つの経済的に有利な方法である。本発明に従った各ガラスを使用することにより、該使用の有利な特徴として、これら着色ガラス及びフィルターガラスの透過率は図２から分かるように加圧成形処理前後においても同一である。
【００２０】
本発明に従って使用可能なガラスの基本ガラス系は意図された特性に適する基礎成分を本来的に含むアルカリリン酸塩系である。
【００２１】
前記ガラスに含まれるＰ２Ｏ５の含量は、少なくとも５０重量％、好ましくは少なくとも５５重量％、より好ましくは少なくとも６０重量％、さらにより好ましくは少なくとも６５重量％、特に好ましくは少なくとも７０重量％、そして猶特に好ましくは少なくとも７５重量％であり、かかる含量とすることにより前記ガラスは溶融性の良好な低Ｔｇ性ガラスとなる。但し、リン酸塩の含量は多くても７７重量％とされる。
【００２２】
前記ガラスにおけるＡｌ２Ｏ３含量は少なくとも１重量％、好ましくは少なくとも２重量％、特に好ましくは少なくとも３重量％である。このＡｌ２Ｏ３含量は多くても１５重量％、好ましくは多くても１３重量％、特に好ましくは多くても１０重量％までに制限され、この１５重量％の含量上限を超えてはならない。もしこの上限を超えると、Ａｌ２Ｏ３の網状構造形成特性によって前記ガラスの特性である１０７．６〜１０１３ｄＰａｓの範囲内にある「ショート性」が失われるからである。しかしながら他方において、下限含量としてＡｌ２Ｏ３は１重量％以上含有されていなければならない。この下限未満の含量では前記ガラスの耐薬品性（耐酸性）が著しく低下するからである。
【００２３】
好ましくは、Ｐ２Ｏ５及びＡｌ２Ｏ３含量の総和は少なくとも６５重量％、好ましくは少なくとも７０重量％、特に好ましくは７２重量％である。これら成分の総和含量が低ければ、前記ガラスの結晶化傾向が高くなる。
【００２４】
前記ガラス中のアルカリ金属酸化物Ｍ２Ｏ含量の総和は２〜２０重量％の範囲内である。前記ガラス中のＭ２Ｏ含量は少なくとも２重量％、好ましくは少なくとも３重量％、特に好ましくは少なくとも３．５重量％である。前記アルカリ金属酸化物Ｍ２Ｏの上限含量は、多くても１６重量％、特に好ましくは多くても１５重量％、最も好ましくは多くても１４重量％である。前記ガラスの耐薬品性が低下し、またその膨張係数が極めて高くなり加圧成形によるガラスの加工に不利となるため、Ｍ２Ｏの総和は１６重量％を超えてはならない。アルカリ金属酸化物の添加により燃焼反応の最適化が助長される。すなわち、これら金属酸化物は融剤として機能する。さらに金属酸化物はＴｇの低下に寄与し、特に本発明においてはＮａ２Ｏの添加が好ましい。
【００２５】
前記ガラス中のＮａ２Ｏ含量は好ましくは少なくとも０．３重量％、より好ましくは少なくとも０．４重量％、最も好ましくは少なくとも０．５重量％である。前記ガラス中におけるＮａ２Ｏの含量上限は多くても９重量％、好ましくは多くても７重量％、より好ましくは多くても６重量％、特に好ましくは多くても５重量％である。
【００２６】
必要な場合、前記ガラス中へＫ２Ｏを好ましくは少なくとも１重量％、より好ましくは少なくとも２．５重量％、最も好ましくは少なくとも３重量％の割合で含ませることが可能である。但し、Ｋ２Ｏの含量は多くても８重量％までであり、好ましくは６重量％、最も好ましくは４．５重量％を超えてはならない。
【００２７】
さらに必要な場合、前記ガラス中へＬｉ２Ｏを好ましくは少なくとも０．３重量％、より好ましくは少なくとも０．４重量％、最も好ましくは少なくとも０．５重量％の割合で含ませることが可能である。但し、Ｌｉ２Ｏの含量は多くても９重量％までであり、好ましくは７重量％、より好ましくは６重量％、最も好ましくは５重量％を超えてはならない。
【００２８】
前記ガラスにはさらに、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＺｎＯから選択される１または２以上の成分ＭＯ、及び任意的にアルカリ土金属酸化物が含まれる。ＭＯの含量の総和は多くても２０重量％、好ましくは多くても１９重量％、最も好ましくは多くても１８重量％である。またＭＯ含量は総和として少なくとも３重量％、好ましくは少なくとも４重量％、最も好ましくは少なくとも４．５重量％必要である。
【００２９】
前記ガラスには酸化亜鉛が含量として０．２重量％以上かつ好ましくは多くても７重量％、特に好ましくは０．３重量％以上、最も好ましくは少なくとも４．５重量％含まれる。前記ガラスに含まれる酸化亜鉛の上限は多くても７重量％、好ましくは多くても６重量％、特に好ましくは多くても５重量％である。ＺｎＯは１０７．６〜１０１３ｄＰａｓの粘度範囲内における望ましい粘度温度特性（「ショート」ガラス）に寄与する。
【００３０】
前記ガラスには、任意であるが、アルカリ土金属酸化物であるＢａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ及び／またはＣａＯを含ませることができる。これらアルカリ土金属酸化物は互いに独立して単一成分として多くても１０重量％、好ましくは多くても９重量％、最も好ましくは多くても８．５重量％の割合で含ませることができる。必要な場合における前記ガラスに含ませる上記アルカリ土金属酸化物含量の下限は、好ましくは少なくとも３重量％、より好ましくは少なくとも４重量％、最も好ましくは少なくとも４．５重量％である。
前記アルカリ土金属酸化物ＭＯを用いてリン酸塩等価体を結合させることができる。
【００３１】
前記ガラスにはさらに、ＴｉＯ２及び／またはＺｒＯ２等の付加的成分を好ましくは２重量％より低い割合で含ませることができる。上記両成分は屈折率の調整に補助的に働く。
【００３２】
前記ガラスにはＢ２Ｏ３が６重量％より低い割合、好ましくは多くても５重量％の割合で含まれる。Ｂ２Ｏ３の強い網状構造形成特性により、前記ガラスの結晶化に対する安定性及び耐薬品性が増大される。しかしながら、前記割合は６重量％以上であってはならない。これは、この割合を超えると、ガラスの網状構造が過剰に固化してガラスのＴｇ及び溶融温度が望ましくない程度まで増大し、本発明にとって又好ましくないところの「ロング（ｌｏｎｇ）」ガラスとなるためである。
【００３３】
前記ガラスには従来用いられている精製剤を少量含ませることができる。添加する精製剤の総量は多くても２．０重量％、より多くても１．０重量％である。下記成分の少なくとも１種が精製剤として前記ガラス中へ混入される（重量％表示）。
Ｓｂ２Ｏ３       ０−２及び／または
Ａｓ２Ｏ３       ０−２及び／または
ＳｎＯ         ０−２及び／または
ＳＯ４２−         ０−２及び／または
Ｆ−             ０−２
【００３４】
前記溶融及び燃焼中にはフッ素及び含フッ素化合物が蒸発し易いため、これらの蒸発によってガラス組成物の正確な調節が複雑化される。それゆえ、好ましくは前記ガラス中のフッ素含量は０〜２重量％、好ましくは０〜１重量％の範囲内とし、また最も好ましくは前記ガラス中にフッ素を全く含ませない。
【００３５】
本発明に従って、好ましくはリン酸塩が錯リン酸塩として前記混合物中へ添加される。そのための好ましい前記リン酸塩の含量は多くても７７重量％である。これは、もし前記含量が高いと、「錯リン酸塩」の割合が「遊離」Ｐ２Ｏの方を選んで減少し、これにより溶融反応の制御ができなくなり、蒸発及びダストによる影響が明らかに増加されるとともに内部品質の低下が起こるからである。さらに、遊離リン酸塩、すなわち非錯体のリン酸塩の割合が増加すると、生産工程においてより高度な安全技術が要求されるため製造コストが上昇する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明に従った使用方法について説明する、本発明範囲を限定するものではない下記実施例から分かるように、本発明に従った使用方法を用いることにより前記ガラスはすべての要求を満たす。
【実施例】
【００３７】
以下において説明する加圧成形処理においては実施例用ガラス４及び５が用いられた。
成形型中へ予備成形品を挿入し、成形型全体（成形型底部、成形型上部、成形型リング）を膨張試験による軟化点（約１０７．６ｄＰａｓ）より高い粘度まで等温的に加熱する。このとき、前記成形型底部と同上部との間に約１ｍｍの間隔ができる。前記成形型と予備成形品の安定した加熱を確保するため、加熱は粘度が約１０８ｄＰａｓとなる温度において約５分間実施する。次いで加圧成形を開始し、前記予備成形品が光学部品へ完全に変形されるまで成形型底部へ約３ｋＮの圧力を加える。前記変形が完了し光学部品がその最終形状にまで至ったら、冷却処理を開始する。
【００３８】
容積の収縮を補完するため、光学部品はＴｇ（約１０１３．３ｄＰａｓ）に対応する温度値以下となる温度まで圧力を低めて加圧される。Ｔｇが得られた後、成形型は光学部品を取り外せるまで素早く冷却される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に従った加工処理を図式にして示した図である。
【図２】加圧成形前後の純透過率曲線を示した図である。本図から精密成形によってガラスの透過性に何ら影響がないことが分かる。
【図３】本発明に従って好ましく使用されるガラスの例及びそれらの特性を示した表である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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2006076880.tif 000016
【図１】
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【図２】
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【図３】
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