JP2002284542A - 光学ガラスおよび光学部品 - Google Patents
光学ガラスおよび光学部品Info
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Abstract
学特性を有する光学ガラスおよびこの光学ガラスからな
る各種光学部品を、安定かつ低コストに提供すること。 【解決手段】 重量%表示で、SiO2 0〜7%、B2
O3 18〜30%(ただし、SiO2とB2O3の合計含
有量が23〜35%)、ZnO 2〜10%、La2O3
30〜50%、Gd2O3 0〜20%、Y2O3 0〜
20%(ただし、La2O3とGd2O3とY2O3の合計含
有量が45〜60%)、ZrO2 3〜8%およびNb2
O5 3〜12%を含むと共に、上記各成分の合計含有
量が95%以上のガラス組成を有し、かつ屈折率[n
d]およびアッベ数[νd]が、特定の関係式を満たす
光学ガラス、およびこのものからなる光学部品である。
Description
それを用いた光学部品に関する。さらに詳しくは、本発
明は、Ta2O5を実質上含まずに高屈折低分散の光学特
性を有する光学ガラス、および光学ガラスからなる各種
光学部品に関するものである。
ズの需要は近年益々高まっている。このような小型レン
ズを作製するための光学ガラス材料としては、高屈折低
分散ガラスが好適であり、そのため、高屈折低分散ガラ
スの需要も増加しつつある。従来この種のガラス、例え
ば屈折率[nd]が1.8以上、アッベ数[νd]が4
1以上の光学ガラスは、特公昭50−6326号公報に
記載されているように、高屈折・低分散をもたらす、ラ
ンタノイドや高原子価成分であるNb2O5,Ta2O5を
多量に含んでいた。
主要な役割を果たすTa2O5の原料であるタンタルは、
存在量が少ない上、携帯電話の部品として用いられるタ
ンタル電解コンデンサの材料として用いられるため、最
近の携帯電話の普及に伴ってタンタルの需要が増加し、
その価格の高騰を招いている。このような現状では、T
a2O5を多量に含む高屈折低分散ガラスを大量に安定し
て供給することは困難である。
はガラス転移温度[Tg]を上昇させる作用が強いた
め、製造過程において、アニール温度を高くしなければ
ならない。そのため、アニール用の熱処理炉の寿命が短
くなったり、長期運転が困難になるなどの問題に加え、
アニールのためのエネルギー消費量が増加するのを免れ
ないといった問題もあった。さらにこの種のガラスはS
iO2やB2O3などのガラス網目形成酸化物が少ないた
めに、液相温度での粘性が低く、ガラスを安定生産する
ことが困難であった。例えば、溶融ガラスを流出パイプ
から連続して鋳型にキャストするような場合、パイプか
ら流出するガラスが低粘性のため、パイプの内径を極め
て細くしなければならず、その結果、生産量は工業レベ
ルを遥かに下回るものとなる。
事情のもとで、Ta2O5を実質上含まずに高屈折低分散
の光学特性を有する光学ガラスおよびこの光学ガラスか
らなる各種光学部品を、安定かつ低コストに提供するこ
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]
が特定の関係式を満たす光学ガラスにより、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。
で、SiO2 0〜7%、B2O3 18〜30%(ただ
し、SiO2とB2O3の合計含有量が23〜35%)、
ZnO 2〜10%、La2O330〜50%、Gd2O3
0〜20%、Y2O3 0〜20%(ただし、La2O3
とGd2O3とY2O3の合計含有量が45〜60%)、Z
rO2 3〜8%およびNb2O5 3〜12%を含むと
共に、上記各成分の合計含有量が95%以上のガラス組
成を有し、かつ屈折率[nd]およびアッベ数[νd]
が、下記の関係式 1.795≦nd≦1.850 41.0≦νd≦44.5 nd≧−0.01×νd+2.24 を全て満たすことを特徴とする光学ガラス、
6%、B2O3 20〜30%、ZnO2〜8%、La2
O3 30〜50%、Gd2O3 1〜15%、Y2O3
0〜10%、ZrO2 4〜7%、Nb2O5 4〜10
%およびSb2O3 0〜1%を含むと共に、上記各成分
の合計含有量が98%以上である第(1)項に記載の光
学ガラス、(3)La2O3とGd2O3とY2O3との合計
含有量とZnOの含有量の割合が、重量比で9.5:1
〜25:1であり、かつZnOの含有量とNb2O5の含
有量の割合が、重量比で1:1.30〜1:4.2であ
る第(1)項または第(2)項に記載の光学ガラス、
かつ液相温度における粘度が3dPa・s以上である第
(1)項、第(2)項または第(3)項に記載の光学ガ
ラス、(5)ガラス転移温度[Tg]が670℃以下で
ある第(1)項ないし第(4)項のいずれか1項に記載
の光学ガラス、および(6)第(1)項ないし第(5)
項のいずれか1項に記載の光学ガラスからなる光学部
品、を提供するものである。
を実質上含むことなしに高屈折低分散の光学特性を有す
ると共に、耐失透性、ガラス転移温度[Tg]、液相温
度におけるガラスの粘性などの製造上の特性に優れるガ
ラスであって、その組成は、重量%表示で、SiO2
0〜7%、B2O3 18〜30%(ただし、SiO2と
B2O3の合計含有量が23〜35%)、ZnO 2〜1
0%、La2O3 30〜50%、Gd2O3 0〜20
%、Y2O3 0〜20%(ただし、La2O3とGd2O3
とY 2O3の合計含有量が45〜60%)、ZrO2 3
〜8%およびNb2O5 3〜12%を含むと共に、上記
各成分の合計含有量が95%以上である。
[nd]およびアッベ数[νd]が、下記の関係式 1.795≦nd≦1.850 41.0≦νd≦44.5 nd≧−0.01×νd+2.24 を全て満たすものである。これらの関係式を満たすνd
およびndは、図1におけるνdをX軸、ndをY軸と
するX−Y座標において、A点(44.5,1.79
5)、B点(44.5,1.850)、C点(41.
0,1.850)、D点(41.0,1.830)およ
びA点の各点を上記の順序で結んだ線で囲まれる領域内
(ただし、境界も含む。)に存在する。
説明する。SiO2は本発明のガラスにおいて網目形成
成分であり、その含有量は0〜7重量%である。しかし
ながら、7重量%を上回ると屈折率が低下し、さらに溶
解性も悪化させる。したがって、SiO2の含有量を0
〜7重量%と限定したが、好ましくは0.5〜6重量%
である。
分酸化物として、またガラスの溶融性や粘性流動の温度
低下に効果的な成分であり、18重量%以上を必要とす
る。しかしながら30重量%を上回ると、屈折率が低下
し、本発明の目的とする高屈折率ガラスが得られない。
したがって、B2O3の含有量を18〜30重量%に限定
した。より好ましくは20〜30重量%である。
3重量%を下回ると、結晶化傾向が強くなり安定に製造
可能なガラスが得られない。一方35重量%を上回る
と、屈折率が低下し、本発明の目的とする高屈折ガラス
が得られない。したがってSiO2とB2O3の合計含有
量を23〜30重量%に限定した。
の波長依存性が小さい)にし、かつ耐失透性の良化、粘
性流動の温度を低下させる効果を有する必須成分であ
る。このZnOを添加することでTgを低下させること
ができる。しかし、2重量%を下回ると、失透性が増加
し、かつ溶解性も悪化させる。また、10重量%を上回
ると分散を大きくし、本発明の目的とする低分散ガラス
が得られない。したがってZnOの含有量を2〜10重
量%に限定したが、好ましくは2〜8重量%である。
に必須の成分であり、その含有量は30〜50重量%を
必要とする。しかしながら、30重量%を下回ると屈折
率および低分散性ともに低下する。また50重量%を上
回ると、失透性が増加し、ガラスを安定に生産すること
ができない。したがってLa2O3の含有量を30〜50
重量%に限定した。La2O3の含有量の好ましい範囲は
30重量%以上45重量%未満であり、より好まし範囲
は30〜43重量%である。
量%まで添加することが可能であるが、その含有量が2
0重量%を越えると、耐失透性が悪化し、安定生産可能
なガラスが得られない。したがってGd2O3の含有量を
0〜20重量%に限定したが、好ましくは1〜15重量
%である。
20重量%添加させることができる。その含有量が20
重量%を上回ると、耐失透性が悪化し、安定生産可能な
ガラスが得られない。したがってY2O3の含有量を0〜
20重量%に限定したが、好ましくは0〜10重量%で
ある。
学的特性に対しては、類似する効果を有している。した
がってこれらの成分の合計含有量が45重量%を下回る
と本発明の目的とする高屈折、低分散性が得られない。
しかしながら、これらの合計含有量が60重量%を上回
ると、耐失透性が低下し、安定に生産可能なガラスが得
られない。したがって、La2O3とGd2O3とY2O3と
の合計含有量は45〜60重量%に限定した。
り、かつ少量の添加で耐失透性を改善させる効果があ
る。このため3重量%以上の添加が必要である。しかし
ながら8重量%を上回ると逆に耐失透性が悪化し、Tg
の温度上昇が大きく、溶解性をも悪化させる。したがっ
てZrO2の含有量を3〜8重量%に限定したが、好ま
しくは4〜7重量%である。
り、Ta2O5と類似した性質を有しており、3〜12重
量%添加が可能である。3重量%を下回ると、耐失透性
を悪化させ、屈折率を低下させ、一方12重量%を越え
ると、分散が大きくなり、本発明の目的とする高屈折低
分散のガラスが得られない。したがってNb2O5の含有
量を3〜12重量%に限定したが、好ましくは4〜10
重量%である。
a2O3,Gd2O3,Y2O3,ZrO2,Nb2O5)の合
計含有量が95重量%を下回ると、本発明の目的とする
光学特性、粘性流動の温度低下及び耐失透性のいずれも
を満たすガラスが得られない。したがって、これらの合
計含有量を95重量%以上に限定した。
り、前記以外の成分を以下に示すように含有させること
ができる。Al2O3は少量の添加で光学特性(νd,n
d)の調整を行うことができるが、2重量%を越えると
屈折率が低下し、溶解性も悪化する。したがって、Al
2O3を0〜2重量%の範囲で含有させることができる。
学特性の調整を可能とし、またガラス原料として炭酸
塩、硝酸塩を用いることにより脱泡を促進する効果があ
るが、これらの合計量が5重量%を上回ると耐失透性が
低下し、安定生産可能なガラスが得られない。したがっ
て、BaO,SrO,CaOは、合計量として0〜5重
量%の範囲で含有させることができる。なお、上記効果
をより良く発揮させるには、CaOを0〜3重量%の範
囲で含有させるのが好ましい。
行うことができるが、3重量%を越えると分散が大きく
なり、短波長域の吸収が強まり、着色を生じる傾向が強
く、透過率を低下させる。したがって、TiO2を0〜
3重量%の範囲で含有させることができる。
うことができるが、5重量%を越えると分散が大きくな
り、透過率も低下する。したがって、WO3を0〜5重
量%の範囲で含有させることができる。WO3の含有量
のより好ましい範囲は0〜0.4重量%である。この範
囲にすることにより、高い屈折率[nd]を得ることが
容易になるとともに、ガラスの着色防止が容易になる。
前記効果を得るためにはWO3を含まないことがさらに
好ましい。
行うことができるが、3重量%を越えると分散が大きく
なり、透過率も低下する。したがってBi2O3を0〜3
重量%の範囲で含有させることができる。
行うことができるが、高価な原料であるため、Yb2O3
の含有量は0〜3重量%の範囲がよい。
ることができるが、2重量%を越えると耐失透性が低下
し、屈折率も減少させる。したがってLi2Oを0〜2
重量%の範囲で含有させることができる。さらに、上記
成分以外に一般的に清澄剤として用いられているSb2
O3,SnO2等の1重量%までの添加は、特性に大きく
影響を与えることはない。
は、重量%でAl2O3を0〜2%、BaOとSrOとC
aOを合計量で0〜5%、TiO2を0〜3%、WO3を
0〜5%、Bi2O3を0〜3%、Yb2O3を0〜3%、
Li2Oを0〜2%、Sb2O 3を0〜1%、SnOを0
〜1%の範囲で上記各成分の合計含有量が5%以下とな
るように加えることができる。そして、BaOとSrO
とCaOの合計量0〜5%のうち、CaOの量を0〜3
%に抑えることが好ましい。ただし、環境上の理由から
PbO、ThO2などの放射性物質を含まないことが望
ましく、屈折率[nd]を低下させるという理由からフ
ッ素を含まないことがより好ましい。
iO2 0.5〜6%、B2O3 20〜30%、ZnO
2〜8%、La2O3 30〜50%、Gd2O3 1〜
15%、Y2O3 0〜10%、ZrO2 4〜7%、N
b2O5 4〜10%およびSb2O3 0〜1%を含むと
共に、上記各成分の合計含有量が98%以上であるもの
がより好ましく、上記各成分の合計含有量が99%以上
のものがさらに好ましく、上記各成分の合計含有量が1
00%であるものが特に好ましい。また、上記いずれの
組成範囲においても、La2O3の含有量を30重量%以
上45重量%未満とすることが好ましく、30〜43重
量%とすることがさらに好ましい。
ること、ガラスの着色防止が容易になることから、上記
いずれの組成範囲においても、WO3の含有量を0〜
0.4重量%とすることが好ましく、WO3を含まない
ことがより好ましい。また、ガラス転移温度[Tg]の
低減、ガラス原料コストの低減などの面からTa2O5を
実質上含まないことが望ましい。ここでTa2O5を実質
上含まないとは、不純物レベルとしてTa2O5を含むこ
とまでは排除しない。
長425nm以上において、透過率(両面が光学研磨さ
れた厚み10mmのガラスにおける値)が80%以上の
光学ガラスを得ることができる。このように可視光領域
において無色透明な光学ガラスが得られる。上記透過率
が80%となる短波長端と5%となる短波長端をλ80
/5と表すと、最も可視光域における透過率が低いもの
でも、λ80/5は425/329(上記透過率80%
となる波長が425nmであり、5%となる波長が32
9nmである)となる。概ね、本発明の光学ガラスでは
λ80/5は、410〜420/315〜325であ
る。
まなくてもLa2O3とGd2O3とY 2O3の合計含有量と
ZnOの含有量の割合を、重量比で9.5:1〜25:
1の範囲に、かつZnOの含有量とNb2O5の含有量の
割合を、重量比で1:1.30〜1:4.2の範囲にす
ることにより、νdが42.0〜44.0の範囲にあ
り、かつndが1.820〜1.850の範囲にある光
学恒数を有する光学ガラスを得ることができる。すなわ
ち、νdおよびndは、図2におけるνdをX軸、nd
をY軸とするX−Y座標において、A′点(44.0,
1.820)、B′点(44.0,1.850)、C′
点(42.0,1.850)、D′点(42.0,1.
820)およびA′点の各点を上記の順序で結んだ線で
囲まれる領域内(ただし、境界も含む。)に存在する。
の諸特性を得ることもできる。まず、上記光学ガラス
は、液相温度を1200℃以下に、かつ液相温度におけ
る粘度を3dPa・s以上とすることができる。この特
性によれば、耐失透性に優れた光学ガラスが得られる。
また、溶融ガラスをキャスト成形して上記光学ガラスが
得られるガラス成形体を作製する場合、キャスト時のガ
ラスの温度は液相温度あるいは液相温度よりも少し高い
温度とする。したがって、液相温度におけるガラスの粘
度が3dPa・s以上である上記光学ガラスによれば、
キャスト時にガラスが適正な粘性範囲を有しているの
で、良好なキャスト成形を行うことができる。
スが得られる溶融ガラスを流出パイプより鋳型中にキャ
ストし、板状ガラスを成形する方法を例示することがで
きる。この鋳型は底面とこの底面を挟んで対向する一対
の側壁を備えている。鋳型底面の中央に連続供給される
溶融ガラスを、側壁間に沿って移動させて、成形、冷却
し、一定の幅と厚みを有する板状ガラスを成形する。こ
のような成形法では、キャスト時のガラスの粘性が低す
ぎると、キャスト成形は困難になってしまう。
は、個々の重量がほぼ等しくなるように複数個のカット
ピースに切断される。カットピースにはバレル研磨が施
され、プレス成形用素材となる。
スからなるプレス成形用素材は、大気中で加熱され、塑
性変形可能な状態でプレス成形型により加圧成形され
る。プレス成形型の成形面形状は、目的とする光学部
品、例えばレンズの形状に近似する成形品が得られるよ
うにする。
スからなるプレス成形品は、該光学ガラスのガラス転移
温度[Tg]を670℃以下にすることができるので、
比較的低温におけるアニールが可能になる。アニール温
度はガラスの転移温度[Tg]付近で行われる。そのた
め、アニール用の熱処理炉への負荷が低減され、熱処理
炉の寿命を延ばすことができ、また熱処理炉の長期運転
も可能になる。さらに、熱処理炉における消費エネルギ
ーも低減できるので、環境への負荷、コストなどの低減
も可能になる。
研磨加工が施されれて、光学部品に仕上げられる。この
ようにして得られる本発明の光学ガラスからなる光学部
品には、各種光学レンズ、光学機器用基板、回折格子、
プリズムなどがある。得られた光学部品は高屈折低分散
特性を有することにより、様々な優れた性能を示すとと
もに、Ta2O5を実質上含まないので、Ta2O5を主成
分として含む従来のガラスからなる光学部品よりも低価
格で提供することができる。
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。
塩、硝酸塩、水酸化物などをガラス原料として用い、表
1〜表4に示す組成のガラス100gが得られるように
白金るつぼに入れ、1320℃に設定された炉内で溶融
し、攪拌、清澄後、鉄製枠に流し込み、Tg付近の温度
で2時間保持後徐冷して光学ガラスを作製した。
恒数[屈折率[nd]、アッベ数[νd]]およびその
他物性を以下のようにして測定し、その結果を表1〜表
4に示した。 (1)屈折率[nd]、アッベ数[νd] 1時間当たり、30℃の降温速度で冷却して得られた光
学ガラスについて測定した。 (2)液相温度[LT] 1mmの孔のあいた板状の白金に、ガラスサンプルを並
べ、温度勾配が精密に制御された傾斜炉に30分間静置
し、室温まで冷却後、ガラス内部を100倍の顕微鏡で
観察し、結晶の有無から測定した。 (3)液相温度での粘度 上記(2)と同様にして得られたガラスを、回転法粘度
計を用いて作成した粘度曲線より求めた。 (4)ガラス転移温度[Tg] 熱機械分析装置を用いて、4℃/分の昇温速度で測定し
た。
学恒数[アッベ数[νd]、屈折率[nd]]が、図1
におけるA点(44.5,1.795)→B点(44.
5,1.850)→C点(41.0,1.850)→D
点(41.0,1.830)→A点(44.5,1.7
95)によって囲まれる領域内(ただし境界も含む)に
あること、ガラス転移温度[Tg]が630〜670℃
であり、液相温度[LT]におけるガラスの粘度が3〜
13dPa・s、液相温度が1000〜1200℃であ
ることが分かる。また、各実施例のガラスはいずれもλ
80/5が425以下/329以下と、着色は見られ
ず、透明なものであった。
含有量が23重量%未満であり、本発明で目的とするガ
ラスが得られない。また、比較例2はLa2O3+Gd2
O3+Y2O3の合計含有量が45重量%を下回ってお
り、本発明の目的とする屈折率からはずれている。比較
例3はTa2O5を含む例であるが、Tgが687℃であ
り、本発明の目的とするガラスが得られないことが分か
る。
融ガラスを用いて、キャスト成形を行い、板状ガラスを
作製し、これを切断してカットピースを得ることもでき
る。これらのカットピースはほぼ等しい重量を有してお
り、バレル研磨を施こし、プレス成形用素材とすること
ができる。バレル研磨により、さらに重量精度を向上す
るとともに、カットピースのエッジや角を丸めることが
できる。プレス成形用素材は大気中において再加熱さ
れ、塑性変形可能な粘性としてから、上型および下型よ
りなるプレス成形型を用いてプレス成形を行い、レンズ
の形状に近似するガラス成形品を得る。得られた成形品
に研削、研磨加工を施すことによって、レンズが得られ
る。成形型の成形面の形状、プレス成形用素材の大きさ
などを適宜選定することにより、凸レンズ、凹レンズ、
メニスカスレンズなど各種レンズを作製することができ
る。また、本実施例ではレンズを例に説明したが、その
他の光学部品、例えば、光学機器用基板やプリズムなど
も作製することもできる。
タルを実質上含むことなく、高屈折低分散の光学特性を
有する光学ガラスおよびこの光学ガラスからなる光学部
品を安定して提供することができる。また、本発明の光
学ガラスは、従来に比べガラス転移温度[Tg]を低下
させることで、特別高い温度でアニールや再加熱プレス
をする必要がなくなり、安定生産が可能となる。さら
に、液相温度が1200℃以下と低く、耐失透性を有す
る上、液相温度におけるガラス粘度が3dPa・s以上
であるので、キャスト成形などにより、溶融ガラスから
ガラス成形体を作製することができる。
d]をX軸、屈折率[nd]をY軸とするX−Y座標に
おける光学恒数[νd、nd]の領域を示す図である。
d]をX軸、屈折率[nd]をY軸とするX−Y座標に
おける光学恒数[νd、nd]の好ましい領域を示す図
である。
Claims (6)
- 【請求項1】 重量%表示で、SiO2 0〜7%、B2
O3 18〜30%(ただし、SiO2とB2O3の合計含
有量が23〜35%)、ZnO 2〜10%、La2O3
30〜50%、Gd2O3 0〜20%、Y2O3 0〜
20%(ただし、La2O3とGd2O3とY2O3の合計含
有量が45〜60%)、ZrO23〜8%およびNb2O
5 3〜12%を含むと共に、上記各成分の合計含有量
が95%以上のガラス組成を有し、かつ屈折率[nd]
およびアッベ数[νd]が、下記の関係式 1.795≦nd≦1.850 41.0≦νd≦44.5 nd≧−0.01×νd+2.24 を全て満たすことを特徴とする光学ガラス。 - 【請求項2】 重量%表示で、SiO2 0.5〜6
%、B2O3 20〜30%、ZnO 2〜8%、La2
O3 30〜50%、Gd2O3 1〜15%、Y 2O3
0〜10%、ZrO2 4〜7%、Nb2O5 4〜10
%およびSb2O30〜1%を含むと共に、上記各成分の
合計含有量が98%以上である請求項1に記載の光学ガ
ラス。 - 【請求項3】 La2O3とGd2O3とY2O3との合計含
有量とZnOの含有量の割合が、重量比で9.5:1〜
25:1であり、かつZnOの含有量とNb 2O5の含有
量の割合が、重量比で1:1.30〜1:4.2である
請求項1または2に記載の光学ガラス。 - 【請求項4】 液相温度が1200℃以下であり、かつ
液相温度における粘度が3dPa・s以上である請求項
1、2または3に記載の光学ガラス。 - 【請求項5】 ガラス転移温度[Tg]が670℃以下
である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光学ガ
ラス。 - 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれか1項に記載
の光学ガラスからなる光学部品。
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