(57)【要約】【課題】上記事情に鑑みてなされたものであり、欠陥の少ない光学ガラスを効率よく製造可能な光学ガラスの製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】ガラス微粒子の堆積により製造された多孔質ガラス体１を加熱して透明ガラス体とし、これを型１１に入れて成型する光学ガラスの製造方法であって、多孔質ガラス体１の透明ガラス化の際および／または透明ガラス化後、多孔質ガラス体１および／または透明ガラス体を加熱しながら、前記型１１に圧接することにより成型する。これにより、多孔質ガラス体１および／または透明ガラス体が溶融するほど低粘度にしなくても、型１１に圧接させることにより、型入れすることができる。このため、欠陥や欠陥前駆体の生成が抑制され、得られる光学ガラスの紫外透過性が向上する。しかも、多孔質ガラス体１の透明化と型入れとを一工程で行うことができるので、高い生産性を達成できる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質ガラス体を型に圧接させながら加熱して透明ガラス化することを特徴とする光学ガラスの製造方法。
【請求項２】
多孔質ガラス体を加熱して透明ガラス化し、さらに、型に圧接させながら加熱して成型することを特徴とする光学ガラスの製造方法。
【請求項３】
多孔質ガラス体を型に圧接させながら加熱して透明ガラス化し、さらに、型に圧接させながら加熱して成型することを特徴とする光学ガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は紫外域（ＵＶ）や真空紫外域（ＶＵＶ）の光の伝送系に使用される石英系光学ガラスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズやプリズム等に利用される光学ガラスは、バーナにより合成されたガラス微粒子を、支持体となる出発部材上に堆積させ、直接法やＶＡＤ法を用いてガラスインゴットを製造し、このガラスインゴットを、溶融法、ホットプレス法、延伸法などの成型手法を用いて所望の形状に成型することにより、製造されている。
ここで、直接法とは、出発部材上にガラス微粒子を堆積させながらこれを直接溶融して透明ガラス化てガラスインゴットを製造する方法であり、また、ＶＡＤ法とは、ガラス微粒子を出発部材上に堆積させることにより、一旦、白色不透明の多孔質ガラス体を製造し、この多孔質ガラス体を加熱して透明ガラス化てガラスインゴットを製造する方法である。
【０００３】
エキシマレーザ装置の光学系等に用いられるようなＵＶ、ＶＵＶ用の光学ガラスにおいては、紫外透過率が高いことが必要である。製造時の加熱や、透明ガラス化の際の収縮力により、ガラスネットワーク構造の一部の結合が完全に切断されて、常磁性の欠陥が生じたり、ネットワーク構造の一部に歪が加わって、極めて切断されやすい状態（欠陥前駆体）になったりすることがあり、このような欠陥や欠陥前駆体は、紫外透過率を低下させるので、従来、フッ素の添加（ドープ）により、ガラスの一部を活性化エネルギーが高く、切断されにくいＳｉ−Ｆ結合で置き換え、欠陥や欠陥前駆体の発生を抑制することも行われている。
【０００４】
ところで、ガラスインゴットの製造後、室温まで徐冷し、再度加熱して溶融させて成型する従来の製造方法では、工数が多く、ガラスの溶融回数が増えることで消費エネルギーも増大しやすい。このため、多孔質ガラス体を透明ガラス化した後、１７５０〜１８５０℃の温度に加熱して溶融させ、得られた溶融ガラスを型に流し込んで成型する方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０５−２７０８４８号公報
【特許文献２】
特開２００１−１９９７３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載の製造方法では、ガラスを型に流し込める粘度まで溶融温度を挙げると、昇華が激しく、ガラスの損失量が多くなる。また、成型後の徐冷条件をうまく制御しないと、欠陥や欠陥前駆体が残留したまま固化し、得られる光学ガラスの紫外透過性が劣化するおそれがある。このため、実施が困難であり、改善が求められていた。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、欠陥の少ない光学ガラスを効率よく製造可能な光学ガラスの製造方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、多孔質ガラス体を型に圧接させながら加熱して、透明ガラス化することを特徴とする光学ガラスの製造方法を提供する。これにより、透明ガラス化の際、多孔質ガラス体に表面張力や収縮力が働きにくくなり、ガラス内部の応力を低下させて、欠陥や欠陥前駆体の生成を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明は、多孔質ガラス体を加熱して透明ガラス体とし、得られた透明ガラス体を型に圧接させながら加熱して成型することを特徴とする光学ガラスの製造方法を提供する。これにより、ガラスを溶融させることなく、透明ガラス化と成型とを一工程にて行うことができ、欠陥の少ない光学ガラスを効率よく製造することができる。
【００１０】
さらに本発明は、多孔質ガラス体を型に圧接させながら加熱して透明ガラス化し、得られた透明ガラス体を型に圧接させながら加熱して成型することを特徴とする光学ガラスの製造方法を提供する。これにより、多孔質ガラス体内部の応力を低下させて、欠陥や欠陥前駆体の生成を抑制するとともに、ガラスを溶融させることなく、透明ガラス化に引き続いて成型を一工程にて行うことができ、極めて欠陥の少ない光学ガラスを効率よく製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１は、多孔質ガラス体を製造する装置の一例を示す概略図である。この装置は、ＶＡＤ法により多孔質ガラス体１を製造する装置であり、バーナ２と、該バーナ２により合成されたガラス微粒子を堆積させるための略円柱状の出発部材３を具備するものである。
【００１２】
バーナ２は、ＳｉＣｌ４等のガラス原料ガスを、酸水素火炎等の火炎中で燃焼させ、ガラス微粒子を合成するものである。また、出発部材３は、カーボン、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、石英ガラスなどの耐熱性材料からなり、不図示の駆動装置により、軸回転および上下動可能になっている。
このような装置を用い、出発部材３を軸回転させるとともに徐々に引き上げながら、バーナ２により合成されたガラス微粒子を出発部材３上に堆積させることにより、多孔質ガラス体１を形成することができる。
【００１３】
図２は、多孔質ガラス体１から光学ガラスを製造する装置の一例を示す図である。この装置は、少なくとも、多孔質ガラス体１を加熱するための加熱炉１０と、耐熱性カーボンなどからなる型１１と、型１１を昇降させる昇降台１２とを具備している。図示はしないが、さらに、多孔質ガラス体１を出発部材３ごと把持する把持手段と、加熱炉１０内にＨｅ、Ａｒ等の不活性ガスや、ＳｉＦ４、ＳＦ６、ＣＦ４等のフッ素系ガスを供給するガス供給手段を備えている。
【００１４】
加熱炉１０としては、傾斜炉を用いることも可能であるが、多孔質ガラス体１を全長に亘って均一に加熱することができる均熱炉を用いることが好ましい。
また、昇降台１２は、把持手段の下方に配置され、これにより、把持手段に把持された多孔質ガラス体１の下部を、昇降台１２上に設置された型１１の底面に押し付けて加圧することができるようになっている。
【００１５】
この装置を用いることにより、光学ガラスは、例えば、以下の手順により製造することができる。
まず、把持手段に多孔質ガラス体１を把持させ、昇降台１２上に型１１を設置する。型１１と多孔質ガラス体１との間に不均等な力が働くと、多孔質ガラス体１が出発部材３から外れる等の不都合を来たすおそれがあるので、型１１の中心は、出発部材３の軸の延長線にごく近い位置に配置することが好ましい。
【００１６】
次いで、加熱炉１０内にフッ素系ガスを流し、多孔質ガラス体１内にＳｉＦ４、ＳＦ６、ＣＦ４等のフッ素系ガスを十分飽和させ、加熱してフッ素をドープする。フッ素のドープに要する加熱温度は、多孔質ガラス体１の透明ガラス化が起こると、ドープ効率が低下するので、透明ガラス化の温度より低くすることが好ましく、例えば、７００〜１２００℃とすることが好ましい。
【００１７】
次いで、昇降台１２を上昇させて、多孔質ガラス体１の下部に型１１の内底面を当接させ、圧力を掛けた状態で、加熱炉１０により多孔質ガラス体１を加熱して透明ガラス化する。
透明ガラス化の際の加熱炉１０内の雰囲気は、ＨｅやＡｒなどの不活性ガスに置換してフッ素系ガスをパージしてもよく、あるいは、フッ素系ガスを含むものを用いてもよい。フッ素系ガスを含む雰囲気ガスを用いた場合、ガラスからフッ素が離脱することを抑制することができる。
【００１８】
透明ガラス化の加熱温度は、１２００〜１８００℃の範囲内とすることが好ましく、多孔質ガラス体１に加えられる圧力は、約２０００Ｐａ〜約１０ＭＰａの範囲内とすることが好ましい。
加熱温度が１２００℃未満であると、ガラスが十分に軟化せず、加圧しても変形しにくい。また、１８００℃を超えると、ガラスの昇華が進み、ワークが減ってしまう。また、冷却条件を上手く制御しないと紫外透過性の低下のおそれがあるのでので好ましくない。
圧力が約２０００Ｐａ未満だと、軟化したガラスを変形させる効率が悪く、約１０ＭＰａを超えると、多孔質ガラス体１や出発部材３等に過剰な負荷が掛かり、破損するおそれがあるので好ましくない。
また、この圧力は、多孔質ガラス体１の透明ガラス化の進行に伴って、徐々に高くすることが好ましい。透明ガラス化があまり進行していないうちに高い圧力を加えると、多孔質ガラス体１が破損したり、出発部材３から剥がれたりすることがあり、好ましくない。
【００１９】
さらに、透明ガラス化後も、得られた透明ガラス体を加熱しながら昇降台１２を徐々に上昇させてさらに高い圧力を加え、軟化させて変形させ、型１１に収める。この際、昇降台１２を用いて型１１を上下動させ、ガラスに気泡が入らない程度に穏やかにこねるようにすると、ガラスの均質化が促され、好ましい。
軟化して型１１に入ったガラスの上面がほぼなだらかになったら加熱を停止し、徐冷することにより光学ガラスを得ることができる。
【００２０】
透明ガラス化後の変形の際の加熱温度は、１２００〜１８００℃の範囲が好ましい。ガラスが十分に軟化せず、加圧しても変形しにくい。また、１８００℃を超えると、ガラスの昇華が進み、ワークが減ってしまう。また、欠陥や欠陥前駆体が発生しやすくなり、冷却条件を上手く制御しないと紫外透過性の低下のおそれがあるので好ましくない。
また、透明ガラス体に加える圧力は、約２０００Ｐａ〜約１０ＭＰａの範囲内とすることが好ましい。圧力が約２０００Ｐａ未満だと、軟化したガラスを変形させる効率が悪く、約１０ＭＰａを超えると、透明ガラス体や出発部材３等に過剰な負荷が掛かり、破損するおそれがあるので好ましくない。
【００２１】
本実施の形態の光学ガラスの製造方法によれば、多孔質ガラスや透明ガラス体が溶融するほど低粘度にしなくても、型に接しさせて圧縮することにより、型入れすることができる。また、透明ガラス化の際、多孔質ガラス体１の径方向の収縮が抑制される。これにより、ガラスの内部構造に無理な力が働きにくくなり、欠陥や欠陥前駆体の生成が抑制され、得られる光学ガラスの紫外透過性が向上する。しかも、多孔質ガラス体の透明化と型入れとを一工程で行うことができるので、工数を削減し、製造効率を向上し、高い生産性を達成することができる。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。この実施の形態においては、図３、図４に示すように、出発部材３にフランジ３ａが形成されている。
多孔質ガラス体１を形成する際には、図３に示すように、ガラス微粒子がフランジ３ａの下面から堆積するようにする。
これにより、多孔質ガラス体１の透明化の際には、図４に示すように、多孔質ガラス体１は、型１１とフランジ３ａとに挟まれて押圧されるようになるので、効果的に加圧することができる。しかも、多孔質ガラス体１と出発部材３との境界面で破壊が起こって、多孔質ガラス体１が外れることが抑制される。
【００２３】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明はこの実施の形態のみに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
例えば、上記実施の形態においては、多孔質ガラス体１を透明ガラス化するときから型１１への圧接を行ったが、特にこれに限定されるものではなく、まず、型１１に圧接することなく透明ガラス化を行い、さらに透明ガラス体を加熱して型１１に圧接して成型することも可能である。これにより、透明ガラス化と成型を一工程にて行い、生産性を向上できるのは勿論のこと、型１１への圧接を透明ガラス化後のみに行うことにより、圧力の制御が容易になる。
【００２４】
次に、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。
ＶＡＤ法により製造された多孔質ガラス体１を把持手段により把持し、加熱炉１０を１１００℃に昇温した。そして、１１００℃で５時間維持したあと、加熱炉１０内をＳｉＦ４とＨｅの混合ガス雰囲気（モル比１０：９０）とし、１１００℃で１０時間保ってフッ素をドープした。
【００２５】
雰囲気をＨｅに置換したのち、型１１を上昇させて多孔質ガラス体１の下部に当接させ、１００００Ｐａの圧力を加えた。ここで、型１１は、内底面が直径２００ｍｍのものである。
５時間かけて１３００℃に温度を上昇させ、この間に圧力を上昇させて０．１ＭＰａまで上げた。温度１３００℃、当接圧０．１ＭＰａにて約２時間保ち、透明ガラス化した。
【００２６】
一時間かけて温度を１６００℃まで上昇させ、さらに１６００℃にて４０分間保った。この間、当接圧は０．２ＭＰａであった。
この後、加圧を停止し、型１１内の軟化ガラスの上表面がなだらかに落ち着いたところで加熱を停止し、加熱炉１０内で室温まで自然冷却により徐冷して、固化後、型１１から分離することにより、光学ガラスを製造した。
得られた光学ガラスの紫外線透過率を測定したところ、波長１８０〜２００ｎｍにおいて、９９．５％以上であり、紫外線透過率が極めて高いものであった。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学ガラスの製造方法は、ガラス微粒子の堆積により製造された多孔質ガラス体の透明ガラス化の際および／または透明ガラス化後、多孔質ガラス体および／または透明ガラス体を加熱しながら、前記型に圧接することにより成型するものであるので、多孔質ガラス体および／または透明ガラス体が溶融するほど低粘度にしなくても、型に接しさせて圧縮することにより、型入れすることができる。このため、欠陥や欠陥前駆体の生成が抑制され、得られる光学ガラスの紫外透過性が向上する。しかも、多孔質ガラス体の透明化と型入れとを一工程で行うことができるので、製造効率を向上し、高い生産性を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態において、多孔質ガラス体を製造する装置の概略を示す正面図である。
【図２】第１の実施の形態において、多孔質ガラス体を透明ガラス化する装置の概略を示す縦断面図である。
【図３】第２の実施の形態において、多孔質ガラス体を製造する装置の概略を示す正面図である。
【図４】第２の実施の形態において、多孔質ガラス体を透明ガラス化する装置の概略を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…多孔質ガラス体、１０…加熱炉、１１…型。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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