JP2000128568A - 無鉛光学ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 経済的に製造でき、良好な溶融及び加工特性
を有し、１．６４〜１．８３の屈折率及び３６〜５６の
アッベ数を有する無鉛光学ガラスを提供する。 【解決手段】 ガラスは、酸化物基準で以下の組成：Ｓ
ｉＯ₂：１０〜２５質量％、Ｂ₂Ｏ₃：８〜２０質量％、
ＺｒＯ₂：１〜５質量％、ＴｉＯ₂：１〜５質量％、Ｌａ
₂Ｏ₃：１０〜３０質量％、ＢａＯ：３０〜５０質量％、
ＺｎＯ：０．１〜２質量％、ＣａＯ：０．５〜２質量
％、ＷＯ₃：０．１〜２質量％、Ｎｂ₂Ｏ₅：０．１〜５
質量％、Ｙ₂Ｏ₃：０．１〜３質量％、Ｇｄ₂Ｏ₃：０〜１
質量％、Ｎａ ₂Ｏ：０〜１質量％、Ｋ₂Ｏ：０〜１質量％
を有し、必要に応じて慣用量の清澄剤を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１．６４〜１．８
３の屈折率ｎ_d及び３６〜５６のアッベ数ν_dを有する無
鉛光学ガラスに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス成分ＰｂＯ及びＡｓ₂Ｏ₃は
環境汚染物質として話題になってきているため、光学機
器の製造業者の中では、ＰｂＯを含有せず、さらに好ま
しくはＡｓ₂Ｏ₃も含有しない、所定の光学的性質を有す
るガラスが求められている。単に酸化鉛を１つ又はそれ
以上の成分で置換するだけでは、光学的性質及びガラス
技術上の性質はＰｂＯの影響を受けるため、一般に、そ
のような所望の性質を有するガラスを再現することはで
きない。従って、それに代って、新規なガラス組成を開
発すること、又は少なくともかなりの変更を行なうこと
が必要となる。

【０００３】種々の仕様が以下に挙げる特許文献に既に
示されており、上記範囲にある光学値を有する無鉛ガラ
スが記載されている。しかしながら、これらのガラスは
多様な欠点を有する。

【０００４】ドイツ特許第２２６５７０３号及び米国特
許第３９５８９９９号は、Ｂ₂Ｏ₃−Ｇｄ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃
系からなる光学ガラスを開示している。このガラスは失
透に対して安定化させるために、少なくとも２質量％及
び５０質量％までのＧｄ₂Ｏ₃を必要とする。この高価な
成分が大量に存在することにより、ガラスがより高価な
ものとなる。特別な態様において、米国特許第３９５８
９９９号に開示されたガラスは少なくとも２質量％の同
じように高価な成分Ｔａ₂Ｏ₅を付加的に含有する。

【０００５】特開昭６１−１４６７３０号及び特開昭６
０−２２１３３８号に記載のガラスは、失透傾向を増加
させるＬｉ₂Ｏを必須成分として含有する。後に挙げた
明細書に記載されたガラスは、所望の屈折率ｎ_dを得る
ために、共に高価な成分である２０質量％までのＹ₂Ｏ₃
及び５２質量％までのＬａ₂Ｏ₃を付加的に必要とするこ
とから、ガラスが高価なものになり、またタンクでの製
造が不経済となる。

【０００６】ドイツ特許第３２０１３４４号は、高屈折
率のガラスを開示しており、１５〜２２質量％の（Ｔｉ
Ｏ₂＋Ｎｂ₂Ｏ₅＋Ｙ₂Ｏ₃）と、高い割合で溶融性付与剤
（ＴｉＯ₂）及び高価な成分（Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ₃）を含
有し、また大量のＣａＯ（４〜１８質量％）を含有し、
一方、ＢａＯは最大量が１４質量％の唯一任意的な成分
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、経済
的に製造でき、良好な溶融及び加工特性を有し、１．６
４〜１．８３の屈折率ｎ_d及び３６〜５６のアッべ数ν_d
を有する無鉛光学ガラスを提供することにある。本発明
の目的には、適当な結晶化安定性を得ることも含まれ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的を達成するために、酸化物基準で以下の組成 ＳｉＯ₂ １０〜２５質量％、Ｂ₂Ｏ₃ ８〜２０質量％、 ＺｒＯ₂ １〜５質量％、ＴｉＯ₂ １〜５質量％、 Ｌａ₂Ｏ₃ １０〜３０質量％、ＢａＯ ３０〜５０質量％、 ＺｎＯ ０．１〜２質量％、ＣａＯ ０．５〜２質量％、 ＷＯ₃ ０．１〜２質量％、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０．１〜５質量％、 Ｙ₂Ｏ₃ ０．１〜３質量％、Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜１質量％、 Ｎａ₂Ｏ ０〜１質量％、Ｋ₂Ｏ ０〜１質量％、 を有し、必要に応じて慣用量の清澄剤を含有することを
特徴とする１．６４〜１．８３の屈折率ｎ_d及び３６〜
５６のアッベ数ν_dを有する無鉛光学ガラスが提供され
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のガラスは、ガラス形成剤
ＳｉＯ₂（１０〜２５質量％）及びＢ₂Ｏ₃（８〜２０質
量％）をバランスのとれた割合で含有する。従って、ガ
ラスの溶融特性（Ｂ₂Ｏ₃含量を増加させることにより改
善され、ＳｉＯ₂含量を増加させることにより低下す
る）、及び耐薬品性（過剰のＢ₂Ｏ₃含量により損なわれ
るであろう。）の両者が良好である。前記の最小Ｂ₂Ｏ₃
含量を減らすことにより、失透傾向が顕著に増すであろ
う。

【００１０】本発明のガラスは３０〜５０質量％のＢａ
Ｏを含有する。所望されるアッベ数を得るためには、こ
のＢａＯ含量が必要となる。特に、ＢａＯ含量に対する
Ｂ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂の含量のバランスがとれているため
に、本発明のガラスの溶融特性は特に良好である。Ｂａ
Ｏの他に、本発明のガラスは０．５〜２質量％のＣａＯ
及び０．１〜２質量％のＺｎＯを含有する。ＢａＯと一
緒にこれらが存在することで、ガラスの結晶化安定性が
改善される。

【００１１】本発明のガラスはＴｉＯ₂及びＺｒＯ₂の両
者をそれぞれ１〜５質量％の割合で含有する。これらの
２成分は耐薬品性、特に耐アルカリ性を改善する。含量
が高くなるほど結晶化安定性が減少するであろう。特に
好ましくは本発明のガラスはＺｒＯ₂とＴｉＯ₂を同じ様
な割合で含有し、このことは、好ましいＺｒＯ₂／Ｔｉ
Ｏ₂の質量比が０．８〜１．０であることによって表わ
すことができる。

【００１２】本発明のガラスは１０〜３０質量％のＬａ
₂Ｏ₃を含有する。この範囲において所望の光学特性、特
に適度なアッベ数と共に高い屈折率が得やすくなる。さ
らに、Ｌａ₂Ｏ₃はガラスの透過性を増加させ、またそれ
らの結晶化安定性を促進する。Ｌａ₂Ｏ₃含量を増やすほ
ど屈折率ｎ_d及びアッベ数ν_dが変化し、またバッチが必
要以上に高価になるであろう。

【００１３】高い屈折率における低いアッベ数を変化さ
せたり、正確に合わすために、本発明のガラスは、０．
１〜２質量％のＷＯ₃、０．１〜５質量％のＮｂ₂Ｏ₅及
び０．１〜３質量％のＹ₂Ｏ₃を含有し、また１質量％ま
でＧｄ₂Ｏ₃を含有することができる。これらの４成分の
合計量は好ましくは５質量％よりも多い。

【００１４】溶融特性をさらに改善するために、本発明
のガラスはまたＮａ₂Ｏを１質量％まで及びＫ₂Ｏを１質
量％まで含有することができる。この範囲より含量が高
くなると、結晶化傾向が増加するであろう。同じ理由に
よりＬｉ₂Ｏは全く含有しない。

【００１５】前記の組成範囲内において、ガラスは屈折
率により以下の２つの群に分類される。第一群は１．６
４〜１．７５の屈折率ｎ_dを有するガラスであって、少
なくとも２５質量％の（ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃）及び最高で
６０質量％の（ＢａＯ＋Ｌａ₂Ｏ ₃）を含有するものであ
る（但し、Ｌａ₂Ｏ₃の最大量は２５質量％である。）。
第二群は１．７５〜１．８３の屈折率ｎ_dを有するガラ
スであって、最高で２５質量％の（ＳｉＯ₂＋Ｂ
₂Ｏ₃）、１０〜１７質量％のＳｉＯ₂及び８〜１５質量
％のＢ₂Ｏ₃並びに少なくとも６０質量％の（ＢａＯ＋Ｌ
ａ₂Ｏ₃）を含有するものである（但し、Ｌａ₂Ｏ₃含量は
少なくとも１５質量％である。）。

【００１６】請求項１に記載の組成範囲の中に、１．７
１〜１．７５の屈折率ｎ_d及び４２〜４６のアッベ数ν_d
を有するガラスの１群があり、これらは耐薬品性及び結
晶化安定性に特徴がある。これらのガラスは酸化物基準
で以下の組成を有する。 ＳｉＯ₂ １５〜２１質量％（特に好ましくは１５〜１７質量％）、 Ｂ₂Ｏ₃ １０〜１５質量％（特に好ましくは１２〜１５質量％）、 ＺｒＯ₂ １〜４質量％（特に好ましくは２〜３質量％）、 ＴｉＯ₂ １〜４質量％（特に好ましくは２〜３質量％）、 好ましくはＳｉＯ₂＋ＺｒＯ₂＋ＴｉＯ₂ １９〜２３質量％、 Ｌａ₂Ｏ₃ １５〜２５質量％（特に好ましくは１９〜２２質量％）、 ＢａＯ ３０〜４３質量％（特に好ましくは３７〜３９質量％）、 ＺｎＯ ０．１〜１質量％、 ＣａＯ ０．５〜１質量％、 但し、ＢａＯ＋ＺｎＯ＋ＣａＯ≧３１質量％（好ましくは３７．６〜４１質量 ％）、 ＷＯ₃ ０．１〜１質量％、 Ｎｂ₂Ｏ₅ ２〜５質量％（特に好ましくは２〜４質量％）、 Ｙ₂Ｏ₃ ０．１〜２質量％（特に好ましくは０．５〜１．５質量％）、 Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜１質量％、 但し、Ｙ₂Ｏ₃＋Ｇｄ₂Ｏ₃≧０．２質量％（好ましくは≧０．６〜２．５質量％ ）、 Ｎａ₂Ｏ ０〜１質量％、Ｋ₂Ｏ ０〜１質量％ 前記の好ましい組成を有するガラスは、１．７３〜１．
７５の屈折率ｎ_d及び４４〜４６のアッベ数ν_dの光学的
データを有していた。

【００１７】ＳｉＯ₂とＢ₂Ｏ₃の総質量と、ＢａＯ、Ｚ
ｎＯ及びＣａＯの総質量の比（（ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃）／
（ＢａＯ＋ＺｎＯ＋ＣａＯ））は、好ましくは０．５〜
１である。この範囲内で、ガラスの結晶化安定性が特に
良好となる。特に前記の好ましいガラス（１．７１≦ｎ
_d≦１．７５、４２≦ν_d≦４６）の質量比は、≦１が特
に都合が良く、少なくとも０．５の好ましい最小値を満
たす。前記の特に好ましいガラス（１．７３≦ｎ_d≦
１．７５、４４≦ν_d≦４６）は、この好ましい質量比
を満たすバランスのとれた成分組成をすでに有してい
る。

【００１８】ガラスの品質を改善するために、それ自体
公知の１種又はそれよりも多くの清澄剤を慣用の量でバ
ッチに加えることによりガラスを清澄することができ
る。これによりガラスは泡や筋のない特に良好な内部品
質を有する。使用する清澄剤がＡｓ₂Ｏ₃でなく、その換
わりに例えばガラス品質を損なうことなく清澄可能なＳ
ｂ₂Ｏ₃である場合、本発明の無鉛ガラスはさらにヒ素を
含有しないものとなる。Ｓｂ₂Ｏ₃含量は好ましくは０．
１〜０．５質量％である。さらに好ましいガラスは、Ｓ
ｂ₂Ｏ₃の他に任意に、同様の清澄作用のあるフッ化物を
０．５質量％まで含有する。フッ化物は例えばＣａＦ₂
又はＮａＦとして加えられる。

【００１９】

【実施例】以下、実施例を示して本発明についてさらに
具体的に説明するが、本発明が下記実施例に限定されな
いことはもとよりである。

【００２０】実施例１〜９ 本発明の９つの実施例の新規なガラスを慣用の原料から
製造した。表１に溶解例の一つ（表２の実施例３）を示
す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表２に、製造された各実施例のガラスのそ
れぞれの組成（酸化物基準の質量％表示）、屈折率
ｎ_d、アッベ数ν_d、スペクトルの青色領域における部分
分散Ｐ_{g, F}及び異常部分分散（この部分分散の標準直線
からの偏差）ΔＰ_g,F［１０^-4］、密度ρ［ｇ/ｃ
ｍ³］、熱膨張率α_20/300［10^-6／Ｋ］及びガラス転移
温度Ｔｇ［℃］を示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】本発明のガラスは以下のようにして製造し
た。すなわち、清澄剤を酸化物用の原料、好ましくは炭
酸塩及び硝酸塩に加えてよく攪拌した。ガラスバッチを
バッチ溶解装置内で約１，２２０〜１，３６０℃で溶解
し、次いで清澄化し、充分に均質化した。注型温度は約
１，０５０℃であった。

【００２５】実施例６及び７の組成物の組成は、特許請
求した組成の上限及び下限に近く、また実施例の中で、
屈折率及びアッベ数が両極端な数値、即ちいずれか一方
が最小値の場合、他方は最大値を示していた。しかしな
がら、それらの物理的特性は、好ましい組成範囲の中か
らより狭い範囲を特定したガラスの物理的特性と同様で
あった。

【００２６】

【発明の効果】本発明のガラスは所望の光学特性の他
に、以下の有利な点を有する。本発明のガラスはＰｂＯ
を含有せず、好ましい態様においてはＡｓ₂Ｏ₃も含有し
ていない。本発明のガラスは良好な結晶化安定性を有す
る。これにより連続装置で製造が可能となる。このタイ
プの製造にとって適切な結晶化安定性の尺度は失透上限
における粘度である。連続生産するためには、１０００
ｄＰａｓ以上あるべきである。本発明のガラスはこの要
件を満たしている。当該ガラスの結晶化安定性により、
ガラスの熱処理、例えば加圧又は再加圧をさらに行うこ
とも可能となる。本発明のガラスは、良好な加工特性だ
けでなくまた良好な溶融特性を有する。このことはまた
約１３００℃の融点により示される。 本発明のガラス
は、耐アルカリ性がＡＲ＝１のクラスに分類されること
が立証されている通り、優れた耐アルカリ性を有してお
り、また同時に適切な一般的な耐薬品性も有する。本発
明のガラスの耐薬品性は例えば研削及び磨きをさらに行
う上で重要なものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダヌータ グラボウスキー ドイツ連邦共和国、65232 タウヌスシュ タイン−ヴィングスバッハ、フォル デム キルヒホルスト 16アー (72)発明者 マグダレナ、ヴィンクレル−トゥルーデヴ ィッヒ ドイツ連邦共和国、55126 マインツ、ア ム・キルヒボーン 20ベー (72)発明者 ジルケ ヴォルフ ドイツ連邦共和国、42499 ヒュッケスワ ーゲン、ヒュッキンガー・シュトラーセ 47アー

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化物基準で以下の組成 ＳｉＯ₂ １０〜２５質量％、Ｂ₂Ｏ₃ ８〜２０質量％、 ＺｒＯ₂ １〜５質量％、ＴｉＯ₂ １〜５質量％、 Ｌａ₂Ｏ₃ １０〜３０質量％、ＢａＯ ３０〜５０質量％、 ＺｎＯ ０．１〜２質量％、ＣａＯ ０．５〜２質量％、 ＷＯ₃ ０．１〜２質量％、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０．１〜５質量％、 Ｙ₂Ｏ₃ ０．１〜３質量％、Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜１質量％、 Ｎａ₂Ｏ ０〜１質量％、Ｋ₂Ｏ ０〜１質量％、 を有し、必要に応じて慣用量の清澄剤を含有することを
   特徴とする１．６４〜１．８３の屈折率ｎ_d及び３６〜
   ５６のアッベ数ν_dを有する無鉛光学ガラス。
2. 【請求項２】 酸化物基準で以下の組成 ＳｉＯ₂ １０〜２５質量％、Ｂ₂Ｏ₃ ８〜２０質量％、 但し、ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃≧２５質量％、 ＺｒＯ₂ １〜５質量％、ＴｉＯ₂ １〜５質量％、 Ｌａ₂Ｏ₃ １０〜２５質量％、ＢａＯ ３０〜５０質量％、 但し、Ｌａ₂Ｏ₃＋ＢａＯ≦６０質量％、 ＺｎＯ ０．１〜２質量％、ＣａＯ ０．５〜２質量％、 ＷＯ₃ ０．１〜２質量％、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０．１〜５質量％、 Ｙ₂Ｏ₃ ０．１〜３質量％、Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜１質量％、 Ｎａ₂Ｏ ０〜１質量％、Ｋ₂Ｏ ０〜１質量％、 を有し、必要に応じて慣用量の清澄剤を含有し、１．６
   ４〜１．７５の屈折率ｎ _dを有することを特徴とする請
   求項１に記載の無鉛光学ガラス。
3. 【請求項３】 酸化物基準で以下の組成 ＳｉＯ₂ １０〜１７質量％、Ｂ₂Ｏ₃ ８〜１５質量％、 但し、ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃≦２５質量％、 ＺｒＯ₂ １〜５質量％、ＴｉＯ₂ １〜５質量％、 Ｌａ₂Ｏ₃ １５〜３０質量％、ＢａＯ ３０〜５０質量％、 但し、Ｌａ₂Ｏ₃＋ＢａＯ≧６０質量％、 ＺｎＯ ０．１〜２質量％、ＣａＯ ０．５〜２質量％、 ＷＯ₃ ０．１〜２質量％、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０．１〜５質量％、 Ｙ₂Ｏ₃ ０．１〜３質量％、Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜１質量％、 Ｎａ₂Ｏ ０〜１質量％、Ｋ₂Ｏ ０〜１質量％、 を有し、必要に応じて慣用量の清澄剤を含有し、１．７
   ５〜１．８３の屈折率ｎ _dを有することを特徴とする請
   求項１に記載の無鉛光学ガラス。
4. 【請求項４】 酸化物基準で以下の組成 ＳｉＯ₂ １５〜２１質量％、Ｂ₂Ｏ₃ １０〜１５質量％、 ＺｒＯ₂ １〜４質量％、ＴｉＯ₂ １〜４質量％、 Ｌａ₂Ｏ₃ １５〜２５質量％、ＢａＯ ３０〜４３質量％、 ＺｎＯ ０．１〜１質量％、ＣａＯ ０．５〜１質量％、 但し、ＢａＯ＋ＺｎＯ＋ＣａＯ≧３１質量％、 ＷＯ₃ ０．１〜１質量％、Ｎｂ₂Ｏ₅ ２〜５質量％、 Ｙ₂Ｏ₃ ０．１〜２質量％、Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜１質量％、 但し、Ｙ₂Ｏ₃＋Ｇｄ₂Ｏ₃≧０．２質量％、 Ｎａ₂Ｏ ０〜１質量％、Ｋ₂Ｏ ０〜１質量％、 を有し、必要に応じて慣用量の清澄剤を含有し、１．７
   １〜１．７５の屈折率ｎ _d及び４２〜４６のアッベ数ν_d
   を有することを特徴とする請求項１に記載の無鉛光学ガ
   ラス。
5. 【請求項５】 質量比で（ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃）／（Ｂ
   ａＯ＋ＺｎＯ＋ＣａＯ）≦１であることを特徴とする請
   求項４に記載の無鉛光学ガラス。
6. 【請求項６】 酸化物基準で以下の組成 ＳｉＯ₂ １５〜１７質量％、Ｂ₂Ｏ₃ １２〜１５質量％ ＺｒＯ₂ ２〜３質量％、ＴｉＯ₂ ２〜３質量％、 Ｌａ₂Ｏ₃ １９〜２２質量％、ＢａＯ ３７〜３９質量％、 ＺｎＯ ０．１〜１質量％、ＣａＯ ０．５〜１質量％、 ＷＯ₃ ０．１〜１質量％、Ｎｂ₂Ｏ₅ ２〜４質量％、 Ｙ₂Ｏ₃ ０．５〜１．５質量％、Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜１質量％、 但し、Ｙ₂Ｏ₃＋Ｇｄ₂Ｏ₃≧０．６質量％、 を有し、必要に応じて慣用量の清澄剤を含有し、１．７
   ３〜１．７５の屈折率ｎ _d及び４４〜４６のアッベ数ν_d
   を有することを特徴とする請求項４に記載の無鉛光学ガ
   ラス。
7. 【請求項７】 ＷＯ₃＋Ｎｂ₂Ｏ₅＋Ｙ₂Ｏ₃＋Ｇｄ₂Ｏ₃≧
   ５質量％であることを特徴とする請求項１乃至６のいず
   れか１項に記載の無鉛光学ガラス。
8. 【請求項８】 質量比ＺｒＯ₂／ＴｉＯ₂が０．８〜１．
   ０であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１
   項に記載の無鉛光学ガラス。
9. 【請求項９】 ０．１〜０．５質量％のＳｂ₂Ｏ₃を含有
   することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に
   記載の無鉛光学ガラス。
10. 【請求項１０】 ０．５質量％までのフッ化物を含有す
    ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記
    載の無鉛光学ガラス。
11. 【請求項１１】 不可避的な不純物を除き、酸化ヒ素を
    含有しないことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれ
    か１項に記載の無鉛光学ガラス。