JP2001220169A - モールドレンズ用ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズ曲面形状を有する金型間でガラスプリ
フォームを熱間プレスすることによってガラスモールド
レンズを成形するのに適した高屈折、低分散、かつ低ガ
ラス転移温度のモールドレンズ用ガラスを提供する。 【解決手段】 ガラス網目形成酸化物としてできるだけ
少量のＢ₂Ｏ₃を用いることによって低ガラス転移温度を
実現するとともに、修飾カチオンとして配位数の大きな
Ｌａ³⁺，Ｎｂ⁵⁺，Ｚｒ⁴⁺，Ｔｉ⁴⁺，Ｗ⁶⁺を用いることに
よって高屈折率かつ低分散できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間プレスによっ
てレンズ成形を行うのに適し、さらに高屈折率、低分散
であるモールドレンズ用ガラスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学ガラスは屈折率、アッベ数、
化学耐久性等の性質から組成が決定され、ガラス転移温
度（以下、Ｔｇと略記）を低くすることは考慮されてい
なかった。Ｔｇを低くすることは、ガラスの熱膨張係数
の増大、化学耐久性の悪化を伴いやすいので、むしろ避
けられてきた。

【０００３】一方、１９８３年頃から研磨によらないで
熱間プレスによって研磨面と同じ表面形状、表面粗さの
精度を有するモールドレンズの成形技術が開発された。
これらのモールドレンズは現在、光ディスクデバイスの
ピックアップレンズなどに用いられている。

【０００４】モールドレンズは、精密に研削、研磨され
た金型を用いて、ガラス屈伏点より１０〜２０℃高温で
長時間（約２０秒）プレスすることによって得られる。
また、成形されたレンズを金型から離型するために、金
型表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）やＴｉ
ＣＮなどの薄膜がコートされている。

【０００５】プレス成形によってレンズを成形する際に
は、プレス温度がかなり高いのでガラスと離型膜が反応
して融着したり、あるいは物理的に薄膜が変化すること
がある。これを避けるためには窒素雰囲気下でプレス成
形を行うだけでなく、できるだけ低温でプレスすること
が望ましい。このために、屈伏点（Ｔｓ）あるいはＴｇ
の低いガラスが必要となる。

【０００６】また、モールドレンズ用金型の形成は、そ
のプレス面の曲率が小さいほど容易である。一方、成形
されたレンズの曲率が小さい場合にはレンズの開口数が
小さくなり、レンズの結像点でのスポット径が大きくな
るので、高密度記録光ディスクデバイスには好ましくな
い。また、レンズの曲率が大きい場合にはレンズと結像
面との距離が大きくなるので、この点でも光ディスクデ
バイスなどの精密機器内に組み込むには好ましくない。
レンズの曲率が小さい場合でもレンズの開口数を大きく
し、結像面との距離を短くするためにはガラス材料の屈
折率が高いことが必要である。

【０００７】また、近年、光ディスクデバイスでは記憶
容量向上のため、信号の読み取りに用いられるレーザ波
長が短波長化しつつある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一方、一般にガラスは
紫外領域で光を吸収してしまうため、吸収端という透過
できる光の波長には下限が存在する。短波長光がレンズ
を透過するためには、レンズに用いられているガラスの
吸収端ができるだけ短波長側にある必要があり、吸収端
はガラスの分散が小さい、すなわちガラスの屈折率の波
長依存性が小さいほど短波長側にあることが知られてお
り、したがって、短波長光においても高透過率を得るた
めにはガラスの分散が小さいことが望ましい。

【０００９】本発明は、短波長光においても高透過率を
得られガラスの分散が小さいモールドレンズ用ガラスを
提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、Ｂ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｂ₂Ｏ₅，
ＺｒＯ₂，ＲＯ（Ｒ＝Ｚｎ，Ｂａ，Ｃａ），ＴｉＯ₂，Ｗ
Ｏ₃とからなるものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、Ｂ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｂ₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂，
ＲＯ（Ｒ＝Ｚｎ，Ｂａ，Ｃａ），ＴｉＯ₂，ＷＯ₃とから
なるもので、高屈折、低Ｔｇのモールドレンズ用ガラス
を提供できるという作用を有する。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
Ｂ₂Ｏ₃＝２０〜３０ｗｔ％，ＳｉＯ ₂＝１〜５ｗｔ％，
Ｌａ₂Ｏ₃とＮｂ₂Ｏ₅およびＺｒＯ₂との合計が２０〜３
０ｗｔ％，ＲＯ＝４０〜５０ｗｔ％，ＴｉＯ₂＝４〜７
ｗｔ％，ＷＯ₃＝１〜３ｗｔ％であるもので、高屈折、
低Ｔｇのモールドレンズ用ガラスを提供できるという作
用を有する。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項２記載の
重量比がＬａ₂Ｏ₃：Ｎｂ₂Ｏ₅：ＺｒＯ₂＝３４〜３９：
３３〜３７：５．５〜９．５であるもので、安定したモ
ールドレンズ用ガラスを提供できるという作用を有す
る。

【００１４】（実施の形態）Ｂ₂Ｏ₃は種々のガラス形成
酸化物の中でも低融点であるからＴｇの低いガラスを開
発するためには、ガラス網目形成酸化物としてＢ₂Ｏ₃を
用いることが有効である。また、Ｂ₂Ｏ₃を少なくするこ
とによって、ガラス網目構造におけるホウ素原子と酸素
原子との結合が多く切れ、Ｔｇが更に低くなると同時
に、Ｌａ³⁺，Ｎｂ⁵⁺，Ｔｉ⁴⁺などの修飾カチオンをガラ
ス中に多く取り込むことができる。これらの修飾カチオ
ンはガラス中の単結合酸素原子の数を増加させ、ガラス
の高屈折率化に寄与する。

【００１５】また、ガラスの屈折率ｎ_dは一般に、分子
容量をＶ、イオン屈折をＲとすると、ガラス中の単結合
酸素イオンによるイオン屈折に比例し、酸素原子１原子
が占める体積、すなわち（数１）に示すように、酸素原
子の分子容に反比例する。

【００１６】

【数１】

【００１７】従来の高屈折ガラスには修飾カチオンとし
てＰｂ²⁺が広く用いられていたが、その場合には酸素イ
オンの分極が大きくなり、酸素イオンのイオン屈折が増
加する。その結果、ガラスの屈折率は増加するが、同時
にガラスの分散も大きくなってしまう。一方、Ｌａ³⁺，
Ｎｂ⁵⁺，Ｔｉ⁴⁺などの修飾カチオンを用いた場合、これ
らのイオンの周りには多くの酸素原子が配位できる。す
なわち、酸素原子の分子容が小さくなり、（数１）より
屈折率が高くなる。この場合、ガラス中の単結合酸素イ
オンのイオン屈折はＰｂ²⁺を用いた場合ほど大きくなら
ず、ガラスの分散は大きくならない。したがって、高屈
折かつ低分散のガラスを実現するためにはこれらＬ
ａ³⁺，Ｎｂ⁵⁺，Ｔｉ⁴⁺のように酸素原子の配位数の多い
高原子価カチオンを用いることが有効である。

【００１８】特級試薬のＨ₃ＢＯ₃，ＳｉＯ₂，Ｌａ
₂Ｏ₃，Ｎｂ₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂，ＺｎＯ，ＢａＯ，ＣａＯ，
ＴｉＯ₂，ＷＯ₃を用い、目的組成となるように混合した
後、１３５０℃で２０分溶融した。その後、それぞれの
ガラスのガラス転移温度に予熱しておいた金型にガラス
融液を溶出し、得られたガラスを１０℃／分で徐冷し
た。その後、それぞれのガラスについて屈折率、アッベ
数、特性温度を測定した。アッベ数ν_dはｎ_FをＦ線（波
長４８６．１ｎｍでの屈折率）、ｎ_CをＣ線（波長６５
６．３ｎｍでの屈折率）、ｎ_dをｄ線（波長５８７．６
ｎｍでの屈折率）とすると、（数２）で計算され、アッ
ベ数が大きいほど、ガラスの分散は小さいことになる。

【００１９】

【数２】

【００２０】また、ガラスの安定性、すなわち失透し難
さのパラメータとしてβ値を計算した。β値はＴｇ：ガ
ラス転移温度、Ｔ_C：結晶化温度、Ｔ_L：液相温度とする
と、「β＝（Ｔ_C−Ｔｇ）／（Ｔ_C−Ｔ_C）」で計算さ
れ、その値が大きいほどガラスは安定である。

【００２１】（実施例１）図１にＢ₂Ｏ₃−（Ｌａ₂Ｏ₃，
Ｎｂ₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂）系のガラス化領域を示す。ここで
はＢ₂Ｏ₃の量を２０ｗｔ％に固定し、Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｂ₂
Ｏ₅，ＺｒＯ₂の比を変化させた場合のガラス化領域を示
している。Ｌａ₂Ｏ₃：Ｎｂ₂Ｏ₅：ＺｒＯ₂＝３４〜３
９：３３〜３７：５．５〜９．５の領域でガラス化す
る。

【００２２】（実施例２）Ｌａ₂Ｏ₃：Ｎｂ₂Ｏ₅：ＺｒＯ
₂＝３７．５：３５．０：７．５（ｗｔ比）とした場合
のＢ₂Ｏ₃−（Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｂ₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂）−ＺｎＯ
系のガラス化領域を図２に示す。Ｂ₂Ｏ₃量２０ｗｔ％が
ガラス化領域の限界である。図２には同時にｎ_dを示
す。また、ガラス化領域とＴｇの値を図３に示す。図
２、図３からＴｇはＺｎＯが多いほど低くなり、また、
ｎ_dはＬａ₂Ｏ₃，Ｎｂ₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂が多いほど高くな
る。また、（表１）より、ＺｎＯの一部をＢａＯおよび
ＣａＯで置換することにより、β値が大きくなる、すな
わちガラスがより安定化することがわかる。

【００２３】

【表１】

【００２４】この結果から、Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｂ₂Ｏ₅，Ｚｒ
Ｏ₂の合計が２０〜３０ｗｔ％，ＲＯ＝４０〜５０ｗｔ
％がモールドレンズ用ガラス材料として適している。

【００２５】（実施例３）Ｌａ₂Ｏ₃：Ｎｂ₂Ｏ₅：ＺｒＯ
₂＝３７．５：３５．０：７．５（ｗｔ比）とし、ガラ
ス形成酸化物としてのＢ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂の合計を２５ｗ
ｔ％とし、ＺｎＯ：ＢａＯ：ＣａＯ＝２：２：１とした
場合のＢ₂Ｏ₃−（Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｂ₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂）−Ｒ
Ｏ−（ＴｉＯ₂，ＷＯ₃）系のガラスの特性を（表２）に
示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】（表１）のＮｏ．３と（表２）のＮｏ．１
との比較および（表１）のＮｏ．６と（表２）のＮｏ．
２，Ｎｏ．３，Ｎｏ４との比較から、ＴｉＯ₂，ＷＯ₃の
導入により、ガラスの屈折率は増大する。あまり多く導
入しすぎるとガラスが不安定化したり、あるいはＴｇが
高くなりすぎてしまうので、ＴｉＯ₂＝４〜７ｗｔ％，
ＷＯ₃＝１〜３ｗｔ％が適当である。

【００２８】

【発明の効果】本発明はＢ₂Ｏ₃−（Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｂ
₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂）−ＲＯ（Ｒ＝Ｚｎ，Ｂａ，Ｃａ）−
（ＴｉＯ₂，ＷＯ₃）系において、Ｂ₂Ｏ₃を少なくし、高
原子価イオンとＲＯ成分を多成分化することによって高
屈折、低Ｔｇかつ安定なガラスを実現できるもので、モ
ールドレンズ用のガラスとして最適な組成である。これ
らのガラスを熱間プレス成形することにより、ガラスと
金型コート膜の反応を防ぎ、金型寿命が長くなり、モー
ルドレンズのコスト低減につながるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のＢ₂Ｏ₃−（Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｂ
₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂）のガラス化領域（Ｂ₂Ｏ₃＝２０ｗｔ
％）を説明する図

【図２】本発明の実施例２のＢ₂Ｏ₃−（Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｂ
₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂）−ＺｎＯのガラス化領域および各ガラ
スの屈折率を説明する図

【図３】同Ｂ₂Ｏ₃−（Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｂ₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂）
−ＺｎＯのガラス化領域および各ガラスのＴｇを説明す
る図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東山 嘉紀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G062 AA04 BB05 CC04 DA03 DB01 DC04 DD01 DE01 DE02 DE03 DE04 DE05 DF01 EA01 EA10 EB01 EC01 ED01 EE01 EE02 EE03 EE04 EE05 EF01 EG01 EG02 EG03 EG04 EG05 FA01 FB03 FC01 FC02 FC03 FC04 FD01 FE01 FF01 FG01 FG02 FG03 FG04 FH01 FJ01 FK01 FK02 FK03 FK04 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH08 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM02 NN02 NN03 NN32

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｂ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｂ
   ₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂，ＲＯ（Ｒ＝Ｚｎ，Ｂａ，Ｃａ），Ｔｉ
   Ｏ₂，ＷＯ₃とからなるモールドレンズ用ガラス。
2. 【請求項２】 Ｂ₂Ｏ₃＝２０〜３０ｗｔ％，ＳｉＯ₂＝
   １〜５ｗｔ％，Ｌａ₂Ｏ ₃とＮｂ₂Ｏ₅およびＺｒＯ₂との
   合計が２０〜３０ｗｔ％，ＲＯ＝４０〜５０ｗｔ％，Ｔ
   ｉＯ₂＝４〜７ｗｔ％，ＷＯ₃＝１〜３ｗｔ％である請求
   項１記載のモールドレンズ用ガラス。
3. 【請求項３】 重量比がＬａ₂Ｏ₃：Ｎｂ₂Ｏ₅：ＺｒＯ₂
   ＝３４〜３９：３３〜３７：５．５〜９．５である請求
   項２記載のモールドレンズ用ガラス。