JP2003054983A

JP2003054983A - 光学ガラス

Info

Publication number: JP2003054983A
Application number: JP2002117712A
Authority: JP
Inventors: Susumu Uehara; 進上原
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-02-26
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: JP4034589B2; US20030013595A1; US6703333B2

Abstract

(57)【要約】【課題】屈折率（ｎ_d）が１．６０〜１．６９、アッ
ベ数（ν_d）が３５〜４５、ガラス転移温度（Ｔｇ）が
低く、耐失透性が良好で、精密精密モールドプレス用に
好適な光学ガラスを提供する。【解決手段】質量％で、ＳｉＯ₂ ２０〜４０％未
満、Ｂ₂Ｏ₃ ５〜２０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜５％、ＺｒＯ
₂ ３％より多く１５％以下、Ｎｂ₂Ｏ₅ １０〜３０
％、ＭｇＯ０〜５％未満、ＣａＯ０〜５％未満、た
だし、ＭｇＯ＋ＣａＯ０〜５％未満、ＳｒＯ０〜１０
％、ＢａＯ０〜１０％、ＺｎＯ０〜１８％、Ｌｉ₂
Ｏ１〜１５％、Ｎａ₂Ｏ１〜１０％、Ｋ₂Ｏ１〜１
０％、Ｓｂ₂Ｏ ₃ ０〜１％、の範囲の各成分を含有し、
Ｔｇ４００〜５００℃の範囲内にあり、Ｔｇ＋１００℃
に３０分保温の条件で失透が見られない光学ガラス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は屈折率（ｎ_d）が
１．６０〜１．６９及びアッベ数（ν_d）が３５〜４５
の範囲の光学定数を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低
く、かつ耐失透性が良好でモールドプレス成形に好適な
光学ガラスに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学機器の小型軽量化が著しく進
行している中で、光学機器の光学系を構成するレンズの
枚数を減少化させる目的で非球面レンズが多く用いられ
るようになってきている。非球面レンズの製造方法は、
ゴブあるいはガラスブロック等から得られたプリフォー
ムを加熱軟化させ、高精密面の金型でプレスして金型面
を転写することによって行うことが主流である。この方
法で得られた非球面レンズは研削、研磨をすることな
く、または、ほとんど研削、研磨をすることなく所望形
状の成形品を高い生産性の下に製造することが可能であ
るので、低コスト、大量生産が期待できる。

【０００３】前記プリフォームを製造する方法としては
一般に２種類ある。一つは、例えば特開平６−１２２５
２６号公報等に記載されているように、ガラス融液を流
出管先端から滴下し、金型等で受けて成形し、冷却して
ガラスプリフォームを得る方法（滴下法）がある。この
方法は熱間で直接プリフォームを取得するのでプリフォ
ーム自体の量産性が高い。しかも得られるガラスプリフ
ォームの形状が球形あるいは両凸のレンズ形状であるた
め、精密モールドプレス成形時の形状変化量を小さくで
きる。

【０００４】もう一つの方法は、ガラスブロック材から
切断によりプリフォームを得る方法がある。この方法で
はブロック材の切断工程から最終的なレンズ形状に近い
形状への加工工程が必要であるなど、工程が増加してし
まうという問題点があるが、最終的なレンズ形状に近い
形状まで加工を行うため、両凸だけでなく種々の形状の
レンズを成形する際に形状変化量が少なくできる。

【０００５】精密モールドプレス成形によってガラス成
形品を得るに当たっては、高精密な金型面をガラス成型
品に転写するためにガラスプリフォームを高温下で加圧
成形することが必要であるので、この際使用される成形
型も高温に曝され、かつ、高い圧力が加えられる。この
ため、プリフォームを加熱軟化させる際に金型表面が酸
化、侵食され易い。そして、金型の高精密面が維持でき
なくなり、金型交換回数が増加し、低コスト、大量生産
を実現できなくなる。プリフォーム材であるガラスのガ
ラス転移点（Ｔｇ）が高い場合、プレス成形の際の高温
環境によって成形型自体や当該成形型の内側表面に設け
られている離型膜が損傷し易いという問題点がある。

【０００６】非球面レンズに用いられるガラスは、種々
の光学定数を有するものが求められているが、その中で
も屈折率（ｎ_d）が１．６０〜１．６９及びアッベ数
（ν_d）が３５〜４５程度の光学定数を有するものが強
く求められている。従来このような光学定数を有するガ
ラスにはＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−（ＴｉＯ₂＋ＺｒＯ₂）−Ｓ
ｒＯ−ＢａＯ−Ｒ’₂Ｏ系組成（特開平５−１７１７６
号公報）や、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂−Ｎｂ₂Ｏ₅系組
成（特開平１０−１３００３３号公報）が知られてい
る。しかし、これらの実施例に開示されたガラスのガラ
ス転移温度（Ｔｇ）は何れも５００℃を越えて非常に高
く、モールドプレス用のガラスとしては不向きであっ
た。また、比較的Ｔｇの低い光学ガラスの例が特開平１
０−２６５２３８号公報に記載されているが、これに挙
げられている光学ガラスは耐失透性の点でモールドプレ
ス成形用に不向きであった。

【０００７】また、ＰｂＯ成分を含有するガラスは、モ
ールドプレス時に金型と融着し易いために、金型の繰り
返し使用が困難であることから、モールドプレス用光学
ガラスとしては不適当であるといえる。また、Ｆ₂成分
を含有するガラスは、プリフォームを成形する際に、ガ
ラス融液の表面層からＦ₂成分が選択的に揮発しプリフ
ォームに曇りを生じたり、プリフォームをモールドプレ
スするときにＦ₂成分が揮発して金型に付着し、金型表
面に曇りを生じたりするなどの理由により、モールドプ
レス用光学ガラスとしては適していない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来のガ
ラスに見られる諸欠点を改善し、屈折率（ｎ_d）が１．
６０〜１．６９及びアッベ数（ν_d）が３５〜４５の範
囲の光学定数を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低く、
かつ耐失透性に優れたモールドプレス用に好適な光学ガ
ラスを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意試験研究を重ねた結果、ＳｉＯ₂−Ｂ₂
Ｏ₃−ＺｒＯ₂−Ｎｂ₂Ｏ₅−Ｒ’₂Ｏ系ガラス（Ｒ’＝Ｌ
ｉ、Ｎａ、Ｋ）において、前記所望の光学定数を維持し
つつ、４００〜５００℃と極めて低いガラス転移温度
（Ｔｇ）を有し、かつ耐失透性の良好な光学ガラスが得
られることを見いだし、本発明に至ったものである。

【００１０】すなわち、前記目的を達成すべく、請求項
１に記載の発明は、屈折率（ｎ_d）が１．６０〜１．６
９及びアッベ数（ν_d）が３５〜４５の範囲の光学定数
を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が４００〜５００℃の
範囲内にあり、Ｔｇ＋１００℃に３０分保温の条件で失
透せず、質量％で、ＳｉＯ₂ ２０〜４０％未満Ｂ₂Ｏ₃ ５〜２０％Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜５％ＺｒＯ₂ ３％より多く１５％以下Ｎｂ₂Ｏ₅ １０〜３０％ＭｇＯ０〜５％未満ＣａＯ０〜５％未満ただし、ＭｇＯ＋ＣａＯ０〜５％未満ＳｒＯ０〜１０％ＢａＯ０〜１０％ＺｎＯ０〜１８％Ｌｉ₂Ｏ１〜１５％Ｎａ₂Ｏ１〜１０％Ｋ₂Ｏ１〜１０％Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％の範囲の各成分を含有する光学ガラスであり、請求項２
に記載の発明は、質量％で、Ｌｉ₂Ｏ５％より多く１５％以下Ｎａ₂Ｏ１〜１０％Ｋ₂Ｏ５％より多く１０％以下の範囲の各成分を含有する、請求項１記載の光学ガラス
であり、請求項３に記載の発明は、Ｔｇ＋１２５℃に３
０分保温の条件で失透しないことを特徴とする、請求項
１又は２記載の光学ガラスである。

【００１１】本発明の、屈折率（ｎ_d）が１．６０〜
１．６９及びアッベ数（ν_d）３５〜４５の範囲の光学
定数を有する光学ガラスは、比較的低いガラス転移温度
（Ｔｇ）を有する。モールドプレスの際、プレス温度を
低温に保ち、金型の損傷を防ぐ為に、本発明の光学ガラ
スのガラス転移温度（Ｔｇ）は４００〜５００℃の範囲
内が好ましく、４００〜４８０℃の範囲内がより好まし
く、４００℃〜４７０℃の範囲が特に好ましい。

【００１２】本発明の光学ガラスを構成する各成分の組
成範囲を前記の通りに限定した理由を以下に述べる。各
成分は質量％にて表現する。

【００１３】ＳｉＯ₂成分はガラス形成酸化物であり、
ガラスの粘度を高め、耐失透性及び化学的耐久性の向上
に有効である。その量が２０％より少ないとガラスの安
定性及び化学的耐久性が悪化し、その量が４０％以上に
なるとＴｇを低く維持し難くなる。従って、２０％以上
４０％未満の範囲に限定される。

【００１４】Ｂ₂Ｏ₃成分はＳｉＯ₂成分と同じくガラス
形成酸化物であり、ガラスの熔融性及び耐失透性向上の
ために有効であるが、その量が５％未満では耐失透性向
上が十分でなく、２０％を超えると化学的耐久性が悪く
なる。従って、５〜２０％の範囲に限定される。１０％
より多く２０％以下がより好ましい。

【００１５】Ａｌ₂Ｏ₃成分は化学的耐久性を高めるのに
有効であるが、その量が５％を超えると耐失透性が悪く
なる。従って、０〜５％の範囲に限定される。０〜３％
がより好ましく、０〜１％未満が特に好ましい。

【００１６】ＺｒＯ₂成分は光学定数の調整と化学的耐
久性を高めるのに有効であるが、その量が３％以下では
効果が見られず、１５％を超えると逆に耐失透性が悪く
なる。従って、３％より多く１５％以下の範囲に限定さ
れる。

【００１７】Ｎｂ₂Ｏ₅成分は屈折率及び分散を高め、化
学的耐久性及び耐失透性を改善する効果があるが、その
量が１０％未満では効果が見られず、３０％を超えると
逆に耐失透性が悪くなる。従って、１０〜３０％の範囲
に限定される。化学的耐久性向上のため１５％以上がよ
り好ましく、耐失透性向上のため２５％以下がより好ま
しい。

【００１８】ＭｇＯ成分及びＣａＯ成分は屈折率及び分
散を調整し、化学的耐久性を向上させる効果があるが、
その量が５％以上では耐失透性が悪くなる。従って、い
ずれの成分も０〜５％未満の範囲に限定される。また、
ＭｇＯ成分とＣａＯ成分の合計量も０〜５％未満の範囲
に限定される。

【００１９】ＳｒＯ成分は屈折率及び分散を調整するの
に有効であるが、その量が１０％を超えると耐失透性や
化学的耐久性が悪化する。従って、０〜１０％の範囲に
限定される。

【００２０】ＢａＯ成分は耐失透性の向上や屈折率及び
分散を調整するのに有効であるが、その量が１０％を超
えると化学的耐久性が悪化する。従って、０〜１０％の
範囲に限定される。

【００２１】ＺｎＯ成分は低Ｔｇ化、化学的耐久性の向
上に優れた効果があり、さらにガラスを安定化する効果
があるが、その量が１８％を超えると逆に耐失透性が悪
くなる。従って、０〜１８％の範囲に限定される。化学
的耐久性向上のため１％以上がより好ましく、耐失透性
向上のため１６％以下がより好ましい。

【００２２】Ｌｉ₂Ｏ成分はＴｇを下げるのに非常に優
れた効果があり、混合原料の溶解の際にＳｉＯ₂成分な
どの溶融を促進する効果を有するが、１％未満ではその
効果が得られず、１５％を超えると耐失透性が急激に低
下する。従って、１〜１５％の範囲に限定される。５％
より多く１５％以下の範囲がより好ましい。

【００２３】Ｎａ₂Ｏ成分はＴｇを下げるのに有効であ
り、ガラスの熔融を促進する効果を有するが、１％未満
ではその効果が得られず、１０％を超えると化学的耐久
性が低下する。従って、１〜１０％の範囲に限定され
る。

【００２４】Ｋ₂Ｏ成分はＴｇを下げるのに有効であ
り、ガラスの熔融を促進する効果を有するが、１％未満
ではその効果が得られず、１０％を超えると化学的耐久
性が低下する。従って、１〜１０％の範囲に限定され
る。５％より多く１０％以下の範囲がより好ましい。

【００２５】また、Ｌｉ₂Ｏ成分、Ｎａ₂Ｏ成分及びＫ₂
Ｏ成分はＴｇを低く維持するためには必須であり、更に
この３種類のアルカリ成分を共存させることにより、混
合アルカリ効果によって良好な化学的耐久性が得られ
る。その合計量が３％未満ではその効果が得られず、３
５％を超えると化学的耐久性が急激に低下する。従っ
て、３〜３５％の範囲に限定される。１１％より多く３
５％以下の範囲がより好ましい。

【００２６】Ｓｂ₂Ｏ₃成分はガラス熔融の際の脱泡のた
めに添加しうるが、その量は１％までで十分である。

【００２７】また、本発明のモールドプレス用光学ガラ
スには、上記成分の他に光学性能の調整、耐失透性の改
良、化学的耐久性の改善のために、本発明の目的から外
れない範囲で、ＳｎＯ₂，Ｙ₂Ｏ₃，Ｌａ₂Ｏ₃，Ｇｄ
₂Ｏ₃，Ｙｂ₂Ｏ₃，Ｉｎ₂Ｏ₃，Ｇａ₂Ｏ₃，ＷＯ₃，Ｇｅ
Ｏ₂，Ｔａ₂Ｏ₅などを適当量含有させることができる。

【００２８】本発明の光学ガラスは、モールドプレス成
形用に用いることができる。通常、レンズのモールドプ
レス成形は、プリフォーム材であるガラスの粘性特性や
形状変化量等に応じてＴｇ付近の温度からＴｇ＋１５０
℃の幅広い範囲の温度で行われるが、プレス圧力を低く
保つためには、Ｔｇ＋１００℃からＴｇ＋１５０℃の範
囲の温度で行われることが好ましい。一方、従来の光学
ガラスでは、この温度域では失透し易くなる傾向あっ
た。本発明の光学ガラスは、Ｔｇ＋１００℃に３０分保
温の条件で失透しないので、Ｔｇ＋１００℃以上の広範
囲の温度域にて好適にプレス成形することができる。Ｔ
ｇ＋１２５℃に３０分保温の条件でも失透しない本発明
のガラスは、Ｔｇ＋１２５℃以上の温度にて、低圧力
で、より好適にプレス成形することができる。特に好ま
しくは、Ｔｇ＋１５０℃に３０分保温の条件でも失透し
ない。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例について
述べるが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
ない。

【００３０】表１〜３に本発明のモールドプレス用光学
ガラスの実施例（Ｎｏ．１〜１４）、表４に比較例（Ａ
〜Ｄ）を、各実施例、比較例の組成で得られたガラスの
屈折率（ｎ_d）、アッベ数（ν_d）、ガラス転移温度（Ｔ
ｇ）と共に示した。失透試験は、各光学ガラスの好適な
モールドプレス温度に相当する、Ｔｇ＋１００℃、Ｔｇ
＋１２５℃、Ｔｇ＋１５０℃の各温度について評価した
ものであって、１０×１０×１０ｍｍの大きさの各光学
ガラス試料を平板の耐火セラミックス上に置き、所定の
温度まで２〜３時間で昇温し、その温度に３０分間保温
した後、炉外に取り出して失透の状態を目視で観察した
ものである。各温度において失透が発生しなかった場合
を「○」、失透が発生した場合を「×」で示した。

【００３１】実施例Ｎｏ．１〜１４のモールドプレス用
光学ガラス及び比較例Ａ〜Ｄの光学ガラスは、いずれも
酸化物、炭酸塩及び硝酸塩などの通常の光学ガラス原料
を表の組成比になるように所定の割合で秤量混合した
後、白金坩堝などに投入し、組成による熔融性の難易度
に応じて、１０００〜１４００℃の温度で２〜５時間熔
融し、撹拌均質化した後、適当な温度に下げて金型等に
鋳込み徐冷することにより容易に得られた。

【００３２】表１〜３に見られる通り、本発明の実施例
のガラスはいずれも屈折率（ｎ_d）が１．６０〜１．６
９及びアッベ数（ν_d）が３５〜４５、ガラス転移温度
（Ｔｇ）が４００〜５００℃の範囲内にあり、かつ耐失
透性が良好なため、モールドプレス用に好適である。本
発明の実施例の光学ガラスはＴｇ＋１００℃からＴｇ＋
１２５℃の範囲に３０分保温の条件で失透することはな
く、より好適な本発明の光学ガラスは、Ｔｇ＋１００℃
からＴｇ＋１５０℃の範囲に３０分保温の条件でも失透
することはなかった。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】一方、従来の光学ガラスである比較例Ａ〜
Ｃ（表４）では、Ｔｇ＋１００℃からＴｇ＋１５０℃の
範囲で耐失透性が不良であるため、モールドプレス成形
ができないか、又はＴｇ＋１００℃よりも低い極く限ら
れた範囲でなければプレス成形することができず、モー
ルドプレス用の光学ガラスとしては適していない。ま
た、従来の光学ガラスである比較例Ｃ〜Ｄ（表４）で
は、Ｔｇが５００℃より高いので、それに伴ってプレス
成形温度は高く設定せざるを得ず、金型の劣化が起こり
易くなり、モールドプレス用の光学ガラスには適してい
ない。

【００３８】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明の光学ガラス
は、屈折率（ｎ_d）が１．６０〜１．６９及びアッベ数
（ν_d）が３５〜４５の範囲の光学定数を有し、ガラス
転移温度（Ｔｇ）が低く、更にモールドプレス成形の温
度域で耐失透性が良好であることから、モールドプレス
成形用に好適である。

フロントページの続きＦターム(参考） 4G062 AA04 BB01 DA04 DA05 DB01 DB02 DB03 DC03 DC04 DD01 DE01 DF01 EA03 EA04 EB03 EC03 ED01 ED02 ED03 EE01 EE02 EE03 EF01 EF02 EF03 EG01 EG02 EG03 FA01 FB01 FC03 FC04 FD01 FE01 FF01 FG04 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ04 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM02 NN29 NN32 NN40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率（ｎ_d）が１．６０〜１．６９及
びアッベ数（ν_d）が３５〜４５の範囲の光学定数を有
する光学ガラスであって、ガラス転移温度（Ｔｇ）が４
００〜５００℃の範囲内にあり、Ｔｇ＋１００℃に３０
分保温の条件で失透せず、質量％で、ＳｉＯ₂ ２０〜４０％未満Ｂ₂Ｏ₃ ５〜２０％Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜５％ＺｒＯ₂ ３％より多く１５％以下Ｎｂ₂Ｏ₅ １０〜３０％ＭｇＯ０〜５％未満ＣａＯ０〜５％未満ただし、ＭｇＯ＋ＣａＯ０〜５％未満ＳｒＯ０〜１０％ＢａＯ０〜１０％ＺｎＯ０〜１８％Ｌｉ₂Ｏ１〜１５％Ｎａ₂Ｏ１〜１０％Ｋ₂Ｏ１〜１０％Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％の範囲の各成分を含有する光学ガラス。
【請求項２】質量％で、Ｌｉ₂Ｏ５％より多く１５％以下Ｎａ₂Ｏ１〜１０％Ｋ₂Ｏ５％より多く１０％以下の範囲の各成分を含有する、請求項１記載の光学ガラ
ス。
【請求項３】Ｔｇ＋１２５℃に３０分保温の条件で失
透しないことを特徴とする、請求項１又は２記載の光学
ガラス。