(57)【要約】【課題】プレス成形法によって化学的耐久性に優れ且つ高精度のガラス製品を製造することが可能な、新規なガラス材料を提供する。【解決手段】ＳｉＯ2 ３８〜４５重量％、Ｂ2Ｏ3 １８〜２７重量％、Ａｌ2Ｏ3 １６〜２５重量％、ＺｎＯ ２〜１２重量％、ＭｇＯ ３重量％以下、ＣａＯ ３重量％以下、ＢａＯ ３重量％以下、Ｌｉ2Ｏ １３〜１８重量％、Ｋ2Ｏ ３重量％以下、及びＮａ2Ｏ ２重量％以下を含有するガラスであって、屈伏温度が５２０℃以下であり、日本光学硝子工業会規格、光学ガラスの化学的耐久性の測定方法における耐水性が２級以上であることを特徴とするプレス成形用ガラス。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ2 ３８〜４５重量％、Ｂ2Ｏ3 １８〜２７重量％、Ａｌ2Ｏ3 １６〜２５重量％、ＺｎＯ ２〜１２重量％、ＭｇＯ ３重量％以下、ＣａＯ ３重量％以下、ＢａＯ ３重量％以下、Ｌｉ2Ｏ １３〜１８重量％、Ｋ2Ｏ ３重量％以下、及びＮａ2Ｏ ２重量％以下を含有するガラスであって、屈伏温度が５２０℃以下であり、日本光学硝子工業会規格、光学ガラスの化学的耐久性の測定方法における耐水性が２級以上であることを特徴とするプレス成形用ガラス。
【請求項２】
熱膨張係数が９７×１０-7／℃以下である請求項１に記載のプレス成形用ガラス。
【請求項３】
レンズアレイ用ガラス又は非球面レンズ用ガラスである請求項１又は２に記載のプレス成形用ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形用ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種プロジェクタには、高輝度光源光を集光することや均等に拡散することなどを目的として、一体型レンズアレイや非球面レンズが重要な光学部品として使用されている。近年、これらの光学部品用レンズについて高精度化が求められており、特に、画像処理に活用される微小形レンズアレイについては、画像の精細化のために、高い光学精度が要求されている。
【０００３】
この様な光学レンズの製造方法としては、研磨を必要としない精密プレス成形法が広く採用されている。この方法では、高精度のレンズを作製するには、金型の熱変形を減少させ、更に、転写性を向上させることが必要であり、そのために、ガラス材料の屈伏温度を下げることが重要な技術課題となっている。
【０００４】
屈伏温度の低いガラス材料としては、低融点ホウケイ酸クラウンガラスが知られている。しかしながら、低融点ホウケイ酸ガラスは、屈伏温度が低くなると化学的耐久性が低下するために、レンズアレイや非球面レンズとしての実用化には不適切である。
【０００５】
一方、従来のガラス材料であるパイレックス（登録商標）や白板ガラスについては、化学的耐久性は良好であるが、ガラス材料の屈伏温度が高いために、プレス形成に用いると金型の熱変形が生じ易く、高精度のレンズを作製することは困難である。
【０００６】
下記特許文献１には、プレス成形用ガラスとして、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3及びＡｌ2Ｏ3を主成分とし、更に、３〜１２重量％のＬｉ2Ｏを含む精密プレス成形用光学ガラスが記載されている。このガラスは、屈伏温度が５６０℃以下であり６００℃以下で精密プレス成形が可能であるとされているが、低温におけるプレス成形性について改善が望まれている。また、化学的耐久性についても満足のいくものではない。
【０００７】
下記特許文献２には、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を必須の成分として含むプレス成形用光学ガラスが記載されている。このガラスは、低温におけるプレス成形性は改善されているが、化学的耐久性についてはさらなる向上が望まれている。
【特許文献１】特開平５−１９３７９号公報
【特許文献２】特開２００１−８９１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記した従来技術に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、プレス成形法によって化学的耐久性に優れ且つ高精度のガラス製品を製造することが可能な、新規なガラス材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、公知のプレス成形用ガラスと比べてＬｉ2Ｏ量を多量に含む組成とすることによって、屈伏温度を低下させることができ、同時にＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ等の含有量を所定の範囲内とすることにより、低温における良好な精密プレス成形性に加えて、優れた化学的耐久性を有するガラスが得られることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、下記のプレス成形用ガラスを提供するものである。
１．  ＳｉＯ2 ３８〜４５重量％、Ｂ2Ｏ3 １８〜２７重量％、Ａｌ2Ｏ3 １６〜２５重量％、ＺｎＯ ２〜１２重量％、ＭｇＯ ３重量％以下、ＣａＯ ３重量％以下、ＢａＯ ３重量％以下、Ｌｉ2Ｏ １３〜１８重量％、Ｋ2Ｏ ３重量％以下、及びＮａ2Ｏ ２重量％以下を含有するガラスであって、屈伏温度が５２０℃以下であり、日本光学硝子工業会規格、光学ガラスの化学的耐久性の測定方法における耐水性が２級以上であることを特徴とするプレス成形用ガラス。
２．  熱膨張係数が９７×１０-7／℃以下である上記項１に記載のプレス成形用ガラス。
３．  レンズアレイ用ガラス又は非球面レンズ用ガラスである上記項１又は２に記載のプレス成形用ガラス。
【００１１】
本発明のプレス成形用ガラスは、ＳｉＯ2 ３８〜４５重量％、Ｂ2Ｏ3 １８〜２７重量％、Ａｌ2Ｏ3 １６〜２５重量％、ＺｎＯ ２〜１２重量％、ＭｇＯ ３重量％以下、ＣａＯ ３重量％以下、ＢａＯ ３重量％以下、Ｌｉ2Ｏ １３〜１８重量％、Ｋ2Ｏ ３重量％以下、及びＮａ2Ｏ ２重量％以下を含有するものである。
【００１２】
この様な組成範囲とすることによって、十分な化学的耐久性を維持した上で、屈伏温度を低下させて、低温におけるプレス成形性を向上させることができる。
【００１３】
本発明のガラスでは、ＳｉＯ2は、ガラスの骨格を形成するための主成分である。ガラス全体中のＳｉＯ2の割合は、３８〜４５重量％程度とすることが必要であり３９〜４２
重量％程度とすることが好ましい。ＳｉＯ2の量が少なすぎるとガラスの化学的耐久性が低下し、一方、ＳｉＯ2の量が多過ぎると屈伏温度が上昇して低温におけるプレス成形性が低下するので好ましくない。
【００１４】
Ｂ2Ｏ3は、ＳｉＯ2と共にガラス骨格を形成するための主成分であり、ガラス全体中で１８〜２７重量％程度とすることが必要であり、２０〜２５重量％程度とすることが好ましい。Ｂ2Ｏ3の量が少なくなると、屈伏温度が上昇する傾向があり、上記範囲を下回ると低温におけるプレス成形性が低下するので好ましくない。一方、Ｂ2Ｏ3量が上記範囲を上回ると、化学的耐久性が低下するので好ましくない。
【００１５】
本発明のガラスでは、ＳｉＯ2及びＢ2Ｏ3の含有量を共に上記した範囲内とすることによって、屈伏温度を十分に低下させた上で、十分な化学的耐久性を付与でき、更に、ガラス化も容易となる。
【００１６】
Ａｌ2Ｏ3の量は、ガラス全体中の１６〜２５重量％程度とし、好ましくは１６〜２０  重量％程度とする。上記した範囲のＡｌ2Ｏ3を含有することによって、Ｌｉ2Ｏの含有量が比較的多い組成であるにもかかわらず、良好な化学的耐久性を有するものとなる。Ａｌ2Ｏ3の量が上記範囲を下回ると化学的耐久性が低下する傾向にあり、一方、上記範囲を上回ると、ガラス化し難くなるので好ましくない。
【００１７】
ＺｎＯの量は、ガラス全体中の２〜１２重量％程度とすることが必要であり、２〜６    重量％程度とすることが好ましい。この範囲のＺｎＯを含有することによって、屈伏温度を十分に低下させた上で、十分な化学的耐久性を付与することができる。ＺｎＯの量が上記範囲を下回ると化学的耐久性が低下し、上記範囲を上回ると屈伏温度を十分に低下させることができないので好ましくない。
【００１８】
ＭｇＯ、ＣａＯ及びＢａＯは、いずれも化学的耐久性を向上させることができる成分であるが、添加量が多くなると屈伏温度が上昇する傾向がある。このため、ＭｇＯ、ＣａＯ及びＢａＯの添加量は、いずれも３重量％程度以下とすることが必要であり、１重量％程度以下とすることが好ましい。
【００１９】
Ｌｉ2Ｏは、屈伏温度を低下させるために有効な成分であるが、添加量が多くなると化学的耐久性が低下する傾向となる。本発明では、上記した特定のガラス組成とすることによって、Ｌｉ2Ｏの含有量が１３重量％以上という従来のプレス成形用ガラスと比較して多い組成であっても、優れた化学的耐久性を維持することが可能となった。本発明ガラスにおけるＬｉ2Ｏの含有量は、１３〜１８重量％程度とすることが必要であり１３〜１５  重量％程度とすることが好ましい。Ｌｉ2Ｏ量が１３重量％を下回る場合には、屈伏温度を十分に低下させることができない。一方、Ｌｉ2Ｏ量が上記範囲を上回ると、化学的耐久性が低下し、更に、ガラス化が不安定になり、失透し易くなるので好ましくない。
【００２０】
Ｋ2Ｏ及びＮａ2Ｏは、いずれも屈伏温度を低下させる効果があるが、添加量が多くなると化学的耐久性が低下する。このため、Ｋ2Ｏの含有量は、３重量％程度以下とし、Ｎａ2Ｏの含有量は、２重量％程度以下とする。
【００２１】
本発明によれば、上記した特定のガラス組成とすることによって、５２０℃以下という非常に低い屈伏温度と、日本光学硝子工業会規格、光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）（ＪＯＧＩＳ  ０６）における耐水性が２級以上という優れた化学的耐久性を同時に有するプレス成形用ガラスを得ることができる。
【００２２】
この様なガラスは、屈伏温度が低いことによって低温における精密プレス成形が可能であり、更に、光学部品としての使用に適した十分な化学的耐久性を有するものである。
【００２３】
従って、本発明のガラスは、例えば、一体型レンズアレイ、非球面レンズ等の光学部品用ガラスとして有効に利用できる。
【００２４】
更に、本発明のプレス成形用ガラスは、熱膨張係数が９７×１０-7／℃程度以下であることが好ましい。この様な低い熱膨張係数を有することによって、高輝度光源にさらされる場合にも、長期間破損を防止することができる。熱膨張係数が、９７×１０-7／℃程度以下のガラスは、上記した組成範囲において、各成分の割合を調整することによって得ることができる。具体的には、ＳｉＯ2 、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ等は、含有量が多くなると熱膨張率が低下する傾向があり、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏ等は、含有量が多くなると熱膨張率が上昇する傾向がある。よって、上記した組成範囲内において目的とする熱膨張率となるように具体的な配合割合を決めればよい。
【００２５】
本発明のガラスには、更に、必要に応じて、化学的耐久性の改善、溶融性の改善等の目的で、Ｐ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＳｎＯ、ＳｒＯ、ＷＯ3、Ｌａ2Ｏ3等を含有させることが出来る。また清澄剤として、Ｓｂ2Ｏ3、Ｆ、Ｃｌ等を加えることも出来る。これらの成分の含有量は、本発明のプレス成形用ガラスの所定の要件を満足する範囲内において適宜決めればよい。
【００２６】
本発明のガラスは、所定の組成になるように原料を調合し、１１５０〜１３５０℃程度で溶融、撹拌した後、清澄、成形することによって得ることができる。原料としては、結果として、所定の成分になり得る酸化物、炭酸塩、水酸化物、硫酸塩、硝酸塩などの従来のガラス原料をそのまま用いることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のプレス成形用ガラスは、５２０℃以下という低い屈伏温度を有するものであり、比較的低温で精密プレス成形が可能である。このため、本発明のガラスを材料としてプレス成形することにより、成形型の損傷を軽減でき、その長寿命化を図ることができる。
【００２８】
更に、本発明のガラスは、光学ガラスに対して要求される十分な化学的耐久性を有するものである。
【００２９】
また、熱膨張率を９７×１０-7／℃程度以下とすることによって、高輝度光源にさらされる場合にも、破損を防止して長期間安定に使用できる。
【００３０】
従って、この様な優れた特徴を有する本発明のプレス成形用ガラスは、精密プレス成形による一体型レンズアレイや非球面レンズ等の材料として非常に有用性が高いものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
【００３２】
実施例１
下記表１に示す組成となるように原料を秤量し、混合した後、白金坩堝に投入し、電気炉で１１５０〜１２５０℃で溶融、攪拌して、余熱した金型に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。原料としては、各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等を使用した。
【００３３】
得られた各ガラスについて、屈伏温度、熱膨張率及び化学的耐久性の測定結果を下記表１に示す。屈伏温度は、熱膨張計を用いて５℃／分で昇温した時の測定値である。また化学的耐久性は、日本光学硝子工業会規格に規定されている光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）（ＪＯＧＩＳ  ０６−1975  ）に準じた方法で測定した耐水性の値であり、２級以上は減量率が０．１０ｗｔ％未満である。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
次いで、実施例１〜４の各ガラスよりガラス塊を作製してプレス成形を行ったが、プレス成形性は良好であった。
【００３６】
更に、実施例１〜４の各ガラスから、厚さ３ｍｍ、５０ｍｍ角のレンズアレイを作製して、２００Ｗの超高圧水銀ランプから５０ｍｍの位置にレンズアレイを置いて５０００時間照射をおこなったが、レンズアレイに割れなどの異常は生じなかった。