JP2002012443A - 光学ガラス及びそれを用いた光学製品 - Google Patents
光学ガラス及びそれを用いた光学製品Info
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Abstract
特に精密プレス成形に好適な低屈伏点、低液相温度を有
する光学ガラスおよびそれを用いた光学製品を提供す
る。 【解決手段】 ガラス成分として、重量%表示で、Si
O2 2%以上6%未満、B2O3 17〜26%、Zn
O 6〜26%、Li2O 0.1〜3%、La2O3
28〜40%、Nb2O5 1〜8%、Ta2O5 1〜8
%およびWO3 1〜15%を含み、かつ屈折率ndが
1.72〜1.86、アッベ数νdが35〜50である
光学ガラス、およびこの光学ガラスを精密プレス成形し
てなる光学製品である。
Description
それを用いた光学製品に関する。さらに詳しくは、本発
明は、高屈折率、中低分散の光学ガラスであって、プレ
ス成形、特に精密プレス成形に好適な低屈伏点、低液相
温度を有し、化学的にも安定した光学ガラス、およびこ
の光学ガラスを精密プレス成形してなる光学製品に関す
る。
高屈折率の光学ガラスであって、アッベ数νdが35〜
50の中低分散特性を有する光学ガラスは、様々な光学
機器を構成する光学製品材料として求められている。こ
のような光学ガラスは、例えば特開昭60−22133
8号公報(以下、公報1という)、特開平6−3057
69号公報(以下、公報2という)、特開平8−267
66号公報(以下、公報3という)に開示されている。
く、高精度の形状や寸法に成形する方法として、成形型
の形状を精密にガラスに転写する精密プレス成形方法が
知られている。この精密プレス成形は、上述のように高
精度の光学製品を生産性よく製造できる点で非常に優れ
た方法ではあるが、ガラスを高温で加工する必要がある
こと、高温状態にあるガラスに成形型で加圧してガラス
を変形させるために、失透しやすいガラスを用いると作
製された光学製品が曇り、光学製品としては使用できな
いものになってしまったり、あるいは、ガラスが成形型
の成形面に融着し、成形面を破損してしまうという問題
がある。特に精密プレス成形では、溶融ガラスから最終
製品に比較的形状が近似するプリフォームを作製し、そ
のプリフォームを再加熱して成形型で加圧成形するた
め、この溶融ガラスからプリフォームを作製する際、あ
るいは加圧成形のために再加熱する際に、ガラスの失透
が起こりやすい。したがって、このような失透を防ぐた
めには、液相温度が低いことが材料としての光学ガラス
に求められる条件である。また、上述したガラスと成形
型の成形面との融着を防ぐには、プレスを比較的低温で
行なう必要があり、そのため、低温で成形できる低屈伏
点という特性が光学ガラスに求められている。
を有し、精密プレス成形に好適な光学ガラスを得るに
は、上記光学的特性に加え、低液相温度、低屈伏点とい
う特性が求められる。しかしながら、ガラス成分とし
て、Y2O3とLi2Oを共存させることによって、ガラ
スの低融点化を図っている公報1のガラスでは、Y2O3
を必須成分としているので、失透防止のため液相温度を
1000℃未満とし、上記高屈折率、中低分散特性を得
ることは困難である。
いては、化学的耐久性の低下を抑制するためにはSiO
2の量を6重量%より少なくすることができないため
に、上記高屈折率、中低分散特性を有するガラスでは、
液相温度を低くすることができない。さらに、未溶解物
がガラス中に残留し、光学特性を悪化させてしまうとい
った問題もあった。さらに、公報3のガラスも同様で、
高屈折率、中低分散特性を付与しようとすると、液相温
度が高くなってしまうという問題があった。
事情のもとで、高屈折率、中低分散特性を有し、プレス
成形、特に精密プレス成形に好適な特性を有する光学ガ
ラス、およびこの光学ガラスからなる光学製品を提供す
ることを目的とするものである。
達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定のガラス組
成を有し、かつ屈折率ndおよびアッベ数νdが特定の範
囲にある光学ガラスにより、その目的を達成し得ること
を見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至っ
た。
数νdが35〜50であることを特徴とする光学ガラス
を提供するものである。また、本発明は、上記光学ガラ
スを精密プレス成形して得られたことを特徴とする光学
製品をも提供するものである。
SiO2−La2O3−Li2O−ZnO−Nb 2O5−Ta
2O5−WO3系の光学ガラスである。つまり、Y2O3を
必須成分としていないので、屈折率ndが1.72〜
1.86、アッベ数νdが35〜50という高屈折率、
中低分散特性を有するとともに、低融点でかつ液相温度
が低い熱間プリフォ−ム量産可能な精密プレスに好適な
光学ガラスである。さらにSiO2が6重量%未満であ
るため溶融性、耐失透性に優れている。またWO3を必
須成分としているので、上記高屈折率、中低分散特性を
有するとともに、耐失透性に優れた光学ガラスである。
て、 SiO2 2重量%以上6重量%未満、 B2O3 17〜26重量%、 ZnO 6〜26重量%、 Li2O 0.1〜3重量%、 La2O3 28〜40重量%、 Nb2O5 1〜8重量%、 Ta2O5 1〜8重量%、 WO3 1〜15重量%、 を含む(以下、光学ガラスIという。)。そして、屈折
率ndが1.72〜1.86、アッベ数νdが35〜50
の範囲にあり、高屈折率、中低分散特性を有し、液相温
度を1000℃未満とすることができる。
2O3、Nb2O5、Ta2O5、WO3、ZrO2の合計含有
量を78重量%以上とすることが、ガラスの屈伏点およ
び液相温度を低下させる上で好ましい。
分とすることもでき、その場合は含有量を0〜6重量%
とすることができる。上記範囲でTiO2の含有量を変
化させることにより、上記光学恒数(屈折率nd、アッ
ベ数νd)の範囲で屈折率ndを調整することができる。
しかし、6重量%を超えるとアッベ数νdが35未満と
なりやすい。
O3、Nb2O5、Ta2O5、WO3、ZrO2の合計含有
量を84重量%以上とすることにより、屈折率ndが
1.76〜1.82、アッベ数νdが38〜48の光学
恒数を有し、液相温度を980℃以下とすることができ
る(以下、光学ガラスIIという。)。
O3、Nb2O5、Ta2O5、WO3、ZrO2の合計含有
量を99重量%以上とすることにより、屈折率ndが
1.80〜1.81、アッベ数νdが40〜45の光学
恒数を有し、液相温度を960℃以下とすることができ
る(以下、光学ガラスIIIという。)。
いても、屈折率調整のためにTiO2を加えることがで
き、光学ガラスIIの場合は、0〜4重量%の範囲で、光
学ガラスIIIの場合は、0〜1重量%の範囲で含有量を
調整することができる。
表示で、 GeO2 0〜10%、 Al2O3 0〜5%、 TiO2 0〜6%、 ZrO2 0〜6%、 MgO 0〜5%、 CaO 0〜5%、 SrO 0〜5%、 BaO 0〜5%、 Na2O 0〜5%、 K2O 0〜5%、 Cs2O 0〜5%、 P2O5 0〜5%、 Gd2O3 0〜9%、 Yb2O3 0〜10%、 Ga2O3 0〜5%、 Lu2O3 0〜10%、 SnO2 0〜1%、 Sb2O3 0〜1%、 As2O3 0〜1%、 を含んでいてもよく、これら任意成分の含有によって
も、光学ガラスIの光学恒数の範囲、液相温度範囲は維
持される。
重量%表示で、 GeO2 0〜5%、 Al2O3 0〜3%、 TiO2 0〜4%、 ZrO2 0〜5%、 MgO 0〜3%、 CaO 0〜3%、 SrO 0〜3%、 BaO 0〜3%、 Na2O 0〜3%、 K2O 0〜3%、 Cs2O 0〜3%、 P2O5 0〜3%、 Gd2O3 0〜5%、 Yb2O3 0〜5%、 Ga2O3 0〜3%、 Lu2O3 0〜5%、 SnO2 0〜0.5%、 Sb2O3 0〜0.5%、 As2O3 0〜0.5%、 を含んでいてもよく、これら任意成分の含有によって
も、光学ガラスIIの光学恒数の範囲、液相温度範囲は維
持される。
て、重量%表示で、 GeO2 0〜5%、 Al2O3 0〜3%、 TiO2 0〜4%、 ZrO2 0〜5%、 MgO 0〜3%、 CaO 0〜3%、 SrO 0〜3%、 BaO 0〜3%、 Na2O 0〜3%、 K2O 0〜3%、 Cs2O 0〜3%、 P2O5 0〜3%、 Gd2O3 0〜5%、 Yb2O3 0〜5%、 Ga2O3 0〜3%、 Lu2O3 0〜5%、 SnO2 0〜0.3%、 Sb2O3 0〜0.3%、 As2O3 0〜0.3%、 を含んでいてもよく、これら任意成分の含有によって
も、光学ガラスIIIの光学恒数の範囲、液相温度範囲は
維持される。
密プレス用ガラスとして要求される屈伏点を有する。す
なわち、光学ガラスI、II、IIIはともに、通常600
℃以下の屈伏点を有するとともに、精密プレス用ガラス
として好適な565℃以下のガラス転移温度を有してい
る。また光学ガラスI、II、IIIはともに1200℃で
溶解した場合、通常ガラス中に未溶解物が残留すること
がない。すなわち、光学ガラスとして使用した際に光の
散乱の原因となる異物を通常含まない。
由について説明する。SiO2は必須成分であり、2重
量%未満では液相温度が上昇し、6重量%以上では溶解
性が悪化し、未溶解物が残ってしまう。好ましくは3〜
5.5重量%である。
では液相温度が上昇し、26重量%を超えると目的とす
る屈折率が得られない。なお、B2O3の含有量が本発明
の範囲より多い組成で液相温度、屈伏点が低く、未溶解
物の残留もない光学ガラスは従来得られていたが、この
ようなガラスの屈折率は、本発明の屈折率範囲には入ら
ず、光学恒数、プレスの適性という視点で、本発明の領
域は空白の領域であった。B2O3の含有量として、好ま
しくは18〜24重量%、より好ましくは19〜22重
量%である。
は目的とする屈伏点、ガラス転移温度は得られない。2
6重量%を超えると液相温度が上昇する。好ましくは1
0〜24重量%、より好ましくは16〜23重量%であ
る。Li2Oも必須成分であり、0.1重量%未満では
目的とする屈伏点、ガラス転移温度は得られない。3重
量%を超えると液相温度が上昇する。好ましくは0.5
〜2重量%、より好ましくは0.5〜1.5重量%であ
る。
満では目的とする屈折率は得られない。40重量%を超
えると液相温度が上昇する。好ましくは30〜38重量
%、より好ましくは32〜36重量%である。Nb2O5
も必須成分であり、1重量%未満では目的とする屈折率
は得られない。8重量%を超えるとアッベ数νdが35
未満になる。好ましくは3〜7重量%、より好ましくは
4〜6重量%である。
では目的とする屈折率は得られない。8重量%を超える
と液相温度が上昇する。好ましくは2〜6重量%、より
好ましくは2〜5重量%である。WO3も必須成分であ
り、1重量%未満では液相温度が上昇し、15重量%を
超えても液相温度は上昇する。好ましくは3〜10重量
%、より好ましくは4〜6重量%である。
超えると液相温度が上昇する。好ましくは0〜5重量
%、より好ましくは2〜5重量%の範囲である。これら
の好ましい範囲、より好ましい範囲にすることによっ
て、液相温度をより下げることができる。したがって、
ZrO2は任意成分ではあるが、ガラス成分としてこの
成分を含むことが好ましい。
aO、SrO、BaOは任意成分である。上述した適量
添加で光学恒数の調整を行なうことができる。しかし、
各成分とも上述した上限を超えると屈折率が低下する原
因となる。Na2O、K2O、Cs2Oも任意成分であ
り、上述した適量添加で光学恒数の調整と屈伏点、ガラ
ス転移温度の低下が可能となる。各成分とも上述した上
限を超えると屈折率が低下する原因となる。
も任意成分であり、上述した適量添加で光学恒数の調整
が可能であるが、各成分とも上述した上限を超えると液
相温度が上昇する原因となる。SnO2、Sb2O3、A
s2O3とも任意成分であり、上述した適量添加で脱泡、
清澄効果を得ることができる。しかし、各成分とも上述
した上限を超えると液相温度が上昇する原因となる。
より調合され、溶解、清澄、撹拌、均一化されて光学ガ
ラスとなる。本発明はまた、前述の本発明の光学ガラス
(光学ガラスI、II、III)を精密プレス成形して得ら
れた光学製品をも提供する。
直接、光学製品を作る場合は、撹拌、均一化された溶融
ガラスを流出パイプより、下型成形面上に供給し、この
下型に対向する上型と下型とにより、このガラスを加圧
成形する(以下、ダイレクトプレスという。)。得られ
た成形品は、必要に応じて研削、研磨され、光学製品と
なる。均一化された溶融ガラスを一旦、冷却し、所望形
状に冷間加工したものを再加熱し、成形型によって加圧
成形することもでき、この場合も得られた成形品は、必
要に応じて研削、研磨され、光学製品となる。
一化された溶融ガラスを流出パイプより流出させて、成
形型で受け、球状のプリフォームを作製し、このプリフ
ォームを再加熱して、上型と下型で加圧成形する方法も
ある。一般には、溶融ガラスを受ける成形型内にガスを
流し、ガスの圧力によって流下したガラスを浮上させた
状態で回転させ、球状に成形する。このような方法で
は、ガラスの温度が比較的高い状態に長く滞在すること
になるので、液相温度が1000℃を超える光学ガラス
では、表面が失透してしまう。
削、研磨が不要な最終製品の形状と同じ成形品が得られ
る。したがって、失透したプリフォーム表面は、研削、
研磨工程がないので最終製品に残ることになり、光学特
性を悪化させることになる。本発明の光学ガラスは、液
相温度が1000℃未満と低く、上記のような方法でプ
リフォームを熱間成形しても表面が結晶化しない。
を示す断面図である。この図1に示す装置は、支持棒9
上に設けた支持台10上に、上型1、下型2及び案内型
3からなる成形型を載置したものを、外周にヒーター1
2を巻き付けた石英管11中に設けたものである。本発
明の高屈折率・中低分散光学ガラスからなる被成形ガラ
スプリフォーム4は、例えば、直径2〜20mm程度の
球状物や楕円形球状物であることができる。球状物や楕
円形球状物の大きさは、最終製品の大きさを考慮して適
宜に決定される。
上型1の間に設置した後、ヒーター12に通電して石英
管11内を加熱する。成形型内の温度は、下型2の内部
に挿入された熱電対14によりコントロールされる。加
熱温度は被成形ガラスプリフォーム4の粘度が精密プレ
スに適した、例えば約5×106Pa・s程度になる温度
とする。所定の温度となった後に、押し棒13を降下さ
せて上型1を上方から押して成形型内の被成形ガラスプ
リフォーム4をプレスする。プレスの圧力及び時間は、
ガラスの粘度などを考慮して適宜に決定できる。例え
ば、圧力は5〜15MPa程度の範囲、時間は10〜3
00秒とすることができる。プレスの後、ガラスの転移
温度まで徐冷し、次いで室温まで急冷し、成形型から成
形物を取り出すことで、本発明の光学製品を得ることが
できる。
も、液相温度が1000℃未満と低いので、ガラスを結
晶化させずに、流出パイプから溶融ガラスを流下させる
温度条件、プレスの温度条件を選択する際の許容範囲を
広くとれるというメリットがある。上記各成形方法にお
いて、上型、下型、あるいは必要に応じて胴型の形状を
適宜選択し、球面レンズ、非球面レンズなどのレンズ、
マイクロレンズ、レンズアレイ、プリズム、ポリゴンミ
ラーなどの光学製品を成形することができる。
説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定
されるものではない。
法により測定した。 (1)屈折率[nd]およびアッベ数[νd] 徐冷降温速度を−30℃/hにして得られた光学ガラス
について測定した。 (2)転移温度[Tg]および屈伏点温度[Ts] 熱膨張測定機を用い、昇温速度8℃/分の条件で測定し
た。 (3)液相温度[L.T.] 400〜1050℃の温度勾配のついた失透試験炉に3
0分間保持し、倍率80倍の顕微鏡により結晶の有無を
観察し、液相温度を測定した。また、軟化点付近の失透
性も液相温度測定の際、同時に目視により観察した。
例1〜21および比較例1〜7の光学ガラスを調製し
た。すなわち、原料としては、P2O5は正燐酸(H3P
O4)、メタリン酸塩又は五酸化二燐等を用い、他の成
分については炭酸塩、硝酸塩、酸化物等を用い、これら
の原料を所望の割合に秤取し、混合して調合原料とし、
これを1200℃に加熱した溶解炉に投入し、溶解、清
澄後、撹拌し、均一化してから鋳型に鋳込み徐冷するこ
とにより、実施例1〜21および比較例1〜7の光学ガ
ラスを得た。得られたガラスの光学的性能を表1〜表4
に示す。
ラスI、II、IIIに相当し、実施例5〜11のガラスが
上記光学ガラスI、IIに相当し、実施例12〜21のガ
ラスが上記光学ガラスIに相当する。比較例4のガラス
は公報2の実施例1ガラス、比較例5〜7のガラスは公
報3の実施例5、13、16に従って作製したガラスで
ある。
〜21の各ガラスはともに、屈折率ndが1.72〜
1.86、アッベ数νdが35〜50の範囲にあり、ガ
ラス転移温度Tgは565℃以下、屈伏点Tsは600
℃以下であった。また、液相温度はすべて985℃以下
であった。各実施例のガラスとも未溶解物は認められな
かった。
例1、8、17のガラスのLa2O3をY2O3に置換した
ものであり、比較例1〜4、7のガラスは、1200℃
で溶解したときの未溶解物がガラス中に残存しており、
光学ガラスとしては不適当な品質であった。さらに比較
例2〜4、6、7のガラスは液相温度が1000℃以上
であり、失透しやすく、精密プレス成形のためのプリフ
ォームを溶融ガラスから作製する際、ガラスが失透し、
レンズなどの光学製品を精密プレス成形するための素材
としては使用できなかった。このように各実施例のガラ
スはともに、プレス成形、特に精密プレス成形に好適な
ものであった。
装置を用いて非球面精密プレスすることにより非球面レ
ンズを得た。プレス成形の対象としては非球面レンズに
限られず、球面レンズ、マイクロレンズ、レンズアレ
イ、プリズム、ポリゴンミラーなどの光学製品全般に適
応することができる。
のガラスを上型1及び下型2の間に配置した後、石英管
11内を窒素雰囲気としてヒーター12に通電して石英
管11内を加熱した。成形型内の温度を、被成形ガラス
塊の粘度が約106〜107Pa・sとなる温度とした
後、この温度を維持しつつ、押し棒13を降下させて上
型1を上方から押して成形型内の被成形ガラス塊をプレ
スした。プレスの圧力は8MPa、プレス時間は30秒
間とした。プレスの後、プレスの圧力を解除し、非球面
プレス成形されたガラス成形体を上型1及び下型2と接
触させたままの状態でガラス転移温度まで徐冷し、次い
で室温付近まで急冷して非球面に成形されたガラスを成
形型から取り出した。得られた非球面レンズは、極めて
精度の高いレンズであった。
〜1.83、アッベ数νdが35〜50の高屈折率、中
低分散特性を有し、液相温度ならびに屈伏点が低い精密
プレス成形に適した光学ガラスを提供することができ
る。さらに本発明によれば、光学製品を上記光学ガラス
を用いて精密プレス成形して得ているので、失透、未溶
解物などの異物がない、屈折率ndが1.72〜1.8
3、アッベ数νdが35〜50の高屈折率、中低分散特
性を有する光学製品を提供することができる。
図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 ガラス成分として、 SiO2 2重量%以上6重量%未満、 B2O3 17〜26重量%、 ZnO 6〜26重量%、 Li2O 0.1〜3重量%、 La2O3 28〜40重量%、 Nb2O5 1〜8重量%、 Ta2O5 1〜8重量%、 WO3 1〜15重量%、 を含み、かつ屈折率ndが1.72〜1.86、アッベ
数νdが35〜50であることを特徴とする光学ガラ
ス。 - 【請求項2】 ガラス成分として、さらに、 ZrO2 0〜6重量%、 Sb2O3 0〜1重量%、 を含み、かつSiO2、B2O3、ZnO、Li2O、La
2O3、Nb2O5、Ta2O5、WO3、ZrO2の合計含有
量が78重量%以上である請求項1に記載の光学ガラ
ス。 - 【請求項3】 任意成分として、TiO2を0〜6重量
%含む請求項1または2に記載の光学ガラス。 - 【請求項4】 ガラス成分の含有量が、 SiO2 3〜5.5重量% B2O3 18〜24重量% ZnO 10〜24重量% Li2O 0.5〜2重量% La2O3 30〜38重量% Nb2O5 3〜7重量% Ta2O5 2〜6重量% WO3 3〜10重量% であり、かつSiO2、B2O3、ZnO、Li2O、La
2O3、Nb2O5、Ta2O5、WO3、ZrO2の合計含有
量が84重量%以上である請求項1〜3のいずれか1項
に記載の光学ガラス。 - 【請求項5】 ガラス成分の含有量が、 B2O3 19〜22重量% ZnO 16〜23重量% Li2O 0.5〜1.5重量% La2O3 32〜36重量% Nb2O5 4〜6重量% Ta2O5 2〜5重量% WO3 4〜6重量% であり、かつSiO2、B2O3、ZnO、Li2O、La
2O3、Nb2O5、Ta2O5、WO3、ZrO2の合計含有
量が99重量%以上である請求項4に記載の光学ガラ
ス。 - 【請求項6】 屈伏点が600℃以下、液相温度が10
00℃未満である請求項1〜5のいずれか1項に記載の
光学ガラス。 - 【請求項7】 精密プレス成形用ガラスである請求項1
〜6のいずれか1項に記載の光学ガラス。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれか1項に記載の光
学ガラスを精密プレス成形して得られたことを特徴とす
る光学製品。
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Cited By (35)
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