JP2003089543A - モールドプレス成形用光学ガラス - Google Patents

モールドプレス成形用光学ガラス

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JP2003089543A JP2001277658A JP2001277658A JP2003089543A JP 2003089543 A JP2003089543 A JP 2003089543A JP 2001277658 A JP2001277658 A JP 2001277658A JP 2001277658 A JP2001277658 A JP 2001277658A JP 2003089543 A JP2003089543 A JP 2003089543A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 屈折率(nd)が1.55〜1.65、ア
ッベ数(νd)が55以上であり、モールドプレス成形
に適した鉛不含有のモールドプレス成形用光学ガラスを
提供する。 【解決手段】 屈折率(nd)が1.55〜1.65、
アッベ数(νd)が55以上の鉛を含まないモールドプ
レス成形用光学ガラスであって、軟化点が650℃以
下、△T={成形温度(101.5ポイズでの温度)−液
相温度}が50℃以上、日本光学硝子工業会規格JOG
ISによる粉末法耐水性での重量減が0.10%未満、
同粉末法耐酸性での重量減が0.35%未満であり、質
量%でSiO 2 30〜45%、B23 5〜35%、
RO(R:Mg、Ca、Ba、Sr)5〜27%、R’
2O(R’:Li、Na、K) 1〜12%、La23
4.5〜23%、RO/La23<1.3の組成を有
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はモールドプレス成形用光
学ガラスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】CD、MD、DVDその他各種光ディス
クシステムの光ピックアップレンズ、ビデオカメラや一
般のカメラの撮影用レンズ等の光学レンズ用に、屈折率
(nd)が1.55〜1.65、アッベ数(νd)が5
5以上の光学ガラスが使用されている。従来、このよう
なガラスとしてSiO2−PbO−R'2O(R'2Oはア
ルカリ金属酸化物)を基本とした鉛含有ガラスが広く使
用されていたが、近年では環境上の問題からSiO2
23−RO(ROは2価の金属酸化物)−R'2O系等
の非鉛系ガラスに切り替えられつつある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これらの光ピックアッ
プレンズや撮影用レンズの成形には次のようなモールド
プレス成形法が広く用いられている。
【0004】まず、溶融ガラスをノズルの先端から滴下
し一旦液滴状ガラスを作製し、研削、研磨、洗浄してプ
リフォームガラスを作製する。或いは溶融ガラスを急冷
鋳造して一旦ガラスブロックを得た後、同じく研削、研
磨、洗浄してプリフォームガラスを作製する。次にプリ
フォームガラスが軟化状態になるように加熱しながら、
精密加工を施した金型で加圧成形し、金型の表面形状を
ガラスに転写させることによって成形する。
【0005】しかしながら上記した非鉛系のプリフォー
ムガラスは一般に軟化点が高いため、金型が劣化して成
形精度が低下したり、ガラス成分の揮発による金型汚染
が生じる等、モールドプレス成形に適していないという
問題がある。
【0006】また軟化点を低下させる目的で、ホウ酸や
アルカリ金属酸化物を多量に含有させたモールドプレス
成形用ガラスが存在するが、これらのプリフォームガラ
スは、溶融、成形工程で失透ブツや脈理が発生し易いた
め、ガラスに内部欠陥が生じて量産化に適していない。
またこの内部欠陥は最終製品にも直接影響を与え、設計
通りの光学特性が得られないという問題がある。さらに
切削、研磨、洗浄工程におけるガラス成分の研磨洗浄水
や各種洗浄溶液中への溶出によって表面の変質が起こる
等、耐候性が悪く、最終製品においても、高温多湿状態
に長時間晒されるとガラスの表面が変質し、信頼性を損
なうという問題がある。
【0007】本発明の目的は、上記した問題を改善し、
屈折率(nd)が1.55〜1.65、アッベ数(ν
d)が55以上であり、モールドプレス成形に適した鉛
不含有のモールドプレス成形用光学ガラスを提供するこ
とである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のモールドプレス
成形用光学ガラスは、屈折率(nd)が1.55〜1.
65、アッベ数(νd)が55以上の鉛を含まないモー
ルドプレス成形用光学ガラスであって、軟化点が650
℃以下、△T={成形温度(101.5ポイズでの温度)
−液相温度}が50℃以上、日本光学硝子工業会規格J
OGISによる粉末法耐水性での重量減が0.10%未
満、同粉末法耐酸性での重量減が0.35%未満であ
り、質量%でSiO2 30〜45%、B23 5〜3
5%、RO(R:Mg、Ca、Ba、Sr) 5〜27
%、R’2O(R’:Li、Na、K) 1〜12%、
La23 4.5〜23%、RO/La23<1.3の
組成を有することを特徴とする。
【0009】また本発明のモールドプレス成形用光学ガ
ラスは、質量%でSiO2 30〜45%、Al23
0〜15%、B23 5〜35%、MgO 0〜10
%、CaO 0〜20%、BaO 0〜12%、SrO
0〜5%、ZnO 0〜10%、Li2O 1〜12
%、Na2O 0〜10%、K2O 0〜9%、TiO2
0〜0.5%、ZrO2 0〜2%、La23 4.5
〜23%、Gd23 0〜5%、Nb25 0〜0.3
%、Bi23 0〜5%、Sb23 0〜1%、RO
5〜27%、R’2O 1〜12%、RO/La23
1.3の組成を有し、鉛を含まないことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明のモールドプレス成形用光学ガラスは、
屈折率(nd)が1.55〜1.65、アッベ数(ν
d)が55以上の鉛を含まないガラスである。また軟化
点が650℃以下であり、ガラス成分が揮発し難い。ま
た作業温度範囲(△T={成形温度(101.5ポイズで
の温度)−液相温度})が50℃以上(好ましくは10
0℃以上)であるため、溶融、成形工程で問題となる失
透ブツや脈理が発生し難い。さらに日本光学硝子工業会
規格JOGISによる粉末法耐水性での重量減が0.1
0%未満、同粉末法耐酸性での重量減が0.35%未満
であり、高い耐候性を有する。
【0011】また本発明のモールドプレス成形用光学ガ
ラスは、質量%でSiO2 30〜45%、B23
〜35%、RO(R:Mg、Ca、Ba、Sr) 5〜
27%、R’2O(R’:Li、Na、K) 1〜12
%、La23 4.5〜23%、RO/La23<1.
3の組成を有するSiO2‐B23‐RO‐R'2O‐L
23系ガラスである。特にR’2Oとして、Li2Oを
1〜12%含むことが好ましい。
【0012】さらに具体的な組成範囲は、質量%でSi
2 30〜45%、Al23 0〜15%、B23
5〜35%、MgO 0〜10%、CaO 0〜20
%、BaO 0〜12%、SrO 0〜5%、ZnO
0〜10%、Li2O 1〜12%、Na2O 0〜10
%、K2O 0〜9%、TiO2 0〜0.5%、ZrO
2 0〜2%、La23 4.5〜23%、Gd23
0〜5%、Nb250〜0.3%、Bi23 0〜5
%、Sb23 0〜1%、RO 5〜27%、R’2
1〜12%、RO/La23<1.3である。
【0013】以下に組成範囲を限定した理由を述べる。
【0014】SiO2はガラスの骨格を構成する成分で
あり、耐候性を向上させる効果がある。その含有量は3
0〜45%、好ましくは30.5〜40%である。Si
2が45%を超えると屈折率が著しく低下したり、軟
化点が650℃を超えてしまう。一方、30%より少な
いと、耐酸性や耐水性等の耐候性が著しく悪化する。
【0015】Al23はSiO2と共にガラスの骨格を
構成する成分であり、耐候性を向上させる効果がある。
特にSiO2‐B23‐RO‐R'2O‐La23系ガラ
スでは、ガラス中のアルカリ成分の水への選択的溶出を
抑制する効果が顕著であり、その含有量は0〜15%、
特に0〜10%、さらには0.5〜10%であることが
好ましい。Al23が15%以下であれば失透し難くな
り、また溶融性が悪化しないため脈理や泡がガラス中に
残ることがなく、レンズ用ガラスとしての要求品位を満
たすことができる。
【0016】B23はアッベ数(νd)を高める必須の
成分であり、また軟化点を低下させるため、モールドプ
レス成形におけるガラスと金型の融着防止にも効果があ
る。その含有量は5〜35%、好ましくは10〜33%
である。B23が35%を超えるとガラス溶融時にB2
3‐R'2Oで形成される揮発物が多くなり、脈理の生
成を助長してしまう。またモールド成形時にも揮発が生
じて金型を汚染し、金型の寿命を大きく縮めてしまう。
さらに耐候性が著しく悪化する。一方B23が5%に満
たないと、アッベ数が55より小さくなる。
【0017】アルカリ土類金属酸化物RO(RはMg、
Ca、Ba、Sr)は融剤として作用するとともに、S
iO2‐B23‐RO‐R'2O‐La23系ガラスにお
いて、アッベ数を低下させずに屈折率を高める効果があ
る。その合量は5〜27%、好ましくは6〜26%であ
る。27%を越えると、プリフォームガラスの溶融、成
形工程中に失透ブツが析出し易く、液相温度が上がって
作業温度範囲が狭くなり量産化し難くなる。さらにガラ
スから研磨洗浄水や各種洗浄溶液中への溶出が激しくな
り、また高温多湿状態でのガラス表面の変質が顕著とな
り、耐候性が著しく悪化する。一方5%より少ないと、
屈折率が低くなり過ぎたり、軟化点が650℃を超えて
しまう。
【0018】MgOは屈折率を高める成分であるが、分
相性が強く、また液相温度を高める傾向があるため、そ
の含有量は0〜10%、特に0〜5%であることが好ま
しい。
【0019】CaOは屈折率を高める成分であり、Mg
Oに比べると分相性は強くないため、比較的多量に含有
させることができる。CaOの含有量は0〜20%、特
に0〜19%、さらには0.5〜19%であることが好
ましい。
【0020】BaOは屈折率を高める成分であり、また
このガラス系においては液相温度を低下させ作業性を向
上させる効果もある。しかし、高温多湿状態でガラス表
面からの析出量が他のRO成分に比べ著しく多いため、
多量に含有させると最終製品の耐候性を著しく損なうこ
とになる。それ故、その含有量は0〜12%、特に0〜
11%、さらには1〜11%であることが好ましい。
【0021】SrOは屈折率を高める成分であり、他の
RO成分に比べて液相温度を下げる効果があるため作業
温度範囲を広げることができる。またBaOに比べる
と、高温多湿状態でのガラス表面からの析出程度は少な
く、耐候性に優れた製品を得ることができる。その含有
量は0〜5%、特に0〜4.5%であることが好まし
い。SrOが5%以下であれば十分な作業温度範囲が確
保できる。
【0022】ZnOは屈折率を高める成分であり、その
含有量はZnOが0〜10%、特に0〜7%であること
が好ましい。10%以下であればアッベ数(νd)を5
5以上にすることが容易となり、所望の光学定数を得る
ことができる。また、失透傾向が強くないため、均質な
ガラスを得ることができる。
【0023】アルカリ金属酸化物R’2O(R’はL
i、Na、K)は軟化点を低下させるための成分であ
り、その合量は1〜12%、好ましくは1〜11.5%
である。R’2Oが12%を超えると液相温度が著しく
上昇して作業温度範囲が狭くなり、量産性に悪影響を与
える。また耐候性が著しく悪化する。一方1%未満の場
合、軟化点が高くなる。
【0024】Li2Oはアルカリ金属成分の中で最も軟
化点を低下させる効果が大きい。その含有量は1〜12
%、好ましくは1〜10%である。12%を超えると分
相性が強く、液相温度が高くなって作業性が悪くなる。
一方1%より少ないと軟化点が650℃を越えてしま
う。
【0025】Na2O、K2Oは軟化点を低下させる効果
があるが、多量に含有すると溶融時にB23‐R'2Oで
形成される揮発物が多くなり、脈理の生成を助長してし
まう。またモールド成形時にも揮発が生じて金型を汚染
し、金型の寿命を大きく縮めてしまう。このため、Na
2Oの含有量は0〜10%、特に0〜5%、さらには
0.5〜5%であることが好ましい。同様にK2Oの含
有量は0〜9%、特に0〜5%であることが好ましい。
【0026】TiO2は光学定数の調整成分として0〜
0.4%含有することができる。TiO2が0.4%を
超えると、アッベ数の低下を招くと共に分相性が強ま
り、液相温度が上昇し、作業性が低下する。
【0027】ZrO2は屈折率を高め、耐候性を向上さ
せる成分であり、その含有量は0〜2%、特に0〜1.
9%であることが好ましい。ZrO2を添加するとガラ
スの分相性を強めるため、多量に添加すると液相温度が
上昇し、作業性が大幅に低下するが、2%以下の添加で
あれば差し支えない。
【0028】La23は、十分な作業温度範囲を確保す
るための必須成分であり、またアッベ数を低下させるこ
となく屈折率を高める効果がある。さらに軟化点の上昇
を抑え、また耐候性を向上させる効果もある。その含有
量は4.5〜23%、好ましくは5〜23%である。2
3%を超えると分相性が強くなり、液相温度が上がって
作業性が大幅に低下する。一方4.5%より少ないと作
業温度範囲が著しく狭くなる。
【0029】Gd23は屈折率を高め、耐候性を向上さ
せる成分であり、その含有量は0〜5%、特に0〜3
%、さらには0〜2.5%であることが望ましい。Gd
23はZrO2と同様、添加するとガラスの分相性を強
めるため、多量に添加すると液相温度が上昇し、作業性
が大幅に低下するが、5%以下の添加であれば差し支え
ない。
【0030】Nb25は光学定数の調整成分として0〜
0.3%、好ましくは0〜0.2%含有することができ
る。Nb25が0.3%を超えると、分相性が強まり、
液相温度が上昇して作業性が著しく低下する。
【0031】Bi23は屈折率を高める成分であり、モ
ールドプレス成形において、ガラスと金型の融着防止に
効果があるが、成形時の加熱によって着色する傾向が強
くなるため、その含有量は0〜5%、特に0〜3%であ
ることが望ましい。
【0032】清澄剤としてSb23を添加することもで
きる。なおガラスに対する過度の着色を避けるため、S
23の含有量は1%以下とする。
【0033】さらにRO/La23は1.3未満である
ことを特徴とする。この比を1.3未満とすることで、
日本光学硝子工業会規格JOGISによる粉末法耐水性
および同粉末法耐酸性での重量減が減少し、また高温多
湿状態で静置した際、ガラス表面からのガラス成分の析
出がなくなり耐候性が向上する。しかしこの比が1.3
以上になると、高温多湿状態でガラス表面からRO成分
の析出が多くなり、最終製品の耐候性を著しく損なうこ
とになる。またRO−La23系の結晶が発生しやすく
なり、液相温度が上昇して作業性が低下する。RO/L
23の好ましい範囲は1.25未満である。
【0034】上記以外にも、本発明の特徴を損ねない範
囲でP25等の他成分を添加することができる。なおP
25は、モールドプレス成形においてガラスと金型の融
着防止や液相温度の低下に効果があるが、分相性が強く
耐水性が低下する傾向があるため、5%以下、特に3%
以下に制限することが望ましい。
【0035】なおAs23は環境上好ましくないため、
またAgおよびハロゲン類は光可逆変色キャリヤーとな
るので、本発明においては使用しないほうがよい。
【0036】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【0037】表1〜3は本発明の実施例(試料No.1
〜12)を、表4,5は比較例(試料No.13〜2
1)をそれぞれ示している。
【0038】
【表1】
【0039】
【表2】
【0040】
【表3】
【0041】
【表4】
【0042】
【表5】
【0043】各試料は次のようにして調製した。まず表
に示す組成になるようにガラス原料を調合し、白金ルツ
ボを用いて1400℃で4時間溶融した。溶融後、融液
をカーボン板上に流しだし、更にアニール後、各測定に
適した試料を作製した。
【0044】得られた試料について、屈折率(nd)、
アッベ数(νd)、軟化点(TS)、成形温度(TW)、
液相温度(TL)、作業温度範囲(△T)、耐水性及び
耐酸性を測定した。それらの結果を各表に示す。
【0045】表から明らかなように、本発明の実施例で
あるNo.1〜12の各試料は、屈折率が1.5711
〜1.6312、アッベ数が55.3以上、軟化点が6
38℃以下である。また作業温度範囲が90℃以上であ
り、作業性が優れている。しかも耐水性は重量減が0.
08%以下、耐酸性は重量減が0.28%以下であり、
耐候性が良好である。
【0046】これに対し、比較例であるNo.13、1
4、15、18、19は耐候性が悪い。しかもNo.1
3、18は作業温度範囲が狭く、さらにNo.18は軟
化点が650℃より高かった。No.16はアッベ数が
55より低かった。No.17は軟化点が650℃より
高かった。No.20は屈折率が1.55より低く、軟
化点が650℃より高かった。No.21は作業範囲が
狭かった。
【0047】なお屈折率(nd)は、ヘリウムランプの
d線(587.6nm)に対する測定値で示した。
【0048】アッベ数(νd)は上記したd線の屈折率
と水素ランプのF線(486.1nm)、同じく水素ラ
ンプのC線(656.3nm)の屈折率の値を用い、ア
ッベ数(νd)=[(nd−1)/(nF−nC)]式か
ら算出した。
【0049】軟化点TSは、日本工業規格R−3104
に基づいたファイバーエロンゲーション法によって測定
した。
【0050】作業温度範囲△Tは次のようして求めた。
まず成形温度TWを白金球引上げ法により測定し、10
1.5ポイズに相当する温度として求めた。また液相温度
Lは297〜500μmの粉末状になるよう試料を粉
砕、分級してから白金製のボートに入れ、温度勾配を有
する電気炉に24hr保持した後、空気中で放冷し、光
学顕微鏡で失透の析出位置を求めることで測定した。こ
のようにして得られた成形温度TWと液相温度TLの差を
作業温度範囲△Tとした。
【0051】耐水性及び耐酸性は、日本光学硝子工業会
規格06−1975に基づき、ガラス試料を粒度420
〜590μmに破砕し、その比重グラムを秤量して白金
篭に入れ、それを試薬の入ったフラスコに入れて沸騰水
浴中で60分間処理し、処理後の粉末ガラスの質量減
(重量%)を算出したものである。なお耐水性評価で用
いた試薬はpH6.5〜7.5に調整した純水であり、
耐酸性評価で用いた試薬は0.01Nに調整した硝酸水
溶液である。
【0052】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学ガラ
スは、CD、MD、DVDその他各種光ディスクシステ
ムの光ピックアップレンズ、ビデオカメラや一般のカメ
ラの撮影用レンズ等の光学レンズに使用される1.55
〜1.65の屈折率(nd)、55以上のアッベ数(ν
d)を有している。また軟化点が低くガラス成分が揮発
し難いため、成形精度の低下および金型の劣化や汚染が
生じない。しかも作業温度範囲が広く、プリフォームガ
ラスの量産性に優れるとともに、耐候性が良好であるた
め、製造工程や製品の使用中に物性の劣化や表面の変質
を起こすことがない。それゆえモールドプレス成形用光
学ガラスとして好適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G062 AA04 BB05 CC04 DA05 DB01 DB02 DB03 DB04 DC03 DC04 DC05 DD01 DE01 DE02 DE03 DF01 EA03 EA04 EB01 EB02 EB03 EC01 EC02 EC03 ED01 ED02 ED03 EE01 EE02 EE03 EE04 EF01 EF02 EF03 EG01 EG02 EG03 EG04 FA01 FB01 FB02 FC01 FC02 FC03 FD01 FE01 FF01 FG01 FG02 FH01 FJ01 FK03 FK04 FL01 GA01 GA02 GA03 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ04 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK04 KK05 KK07 KK10 MM02 NN02 NN32 NN34

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 屈折率(nd)が1.55〜1.65、
    アッベ数(νd)が55以上、軟化点が650℃以下の
    鉛を含まないモールドプレス成形用光学ガラスであっ
    て、△T={成形温度(101.5ポイズでの温度)−液
    相温度}が50℃以上、日本光学硝子工業会規格JOG
    ISによる粉末法耐水性での重量減が0.10%未満、
    同粉末法耐酸性での重量減が0.35%未満であり、質
    量%でSiO2 30〜45%、B23 5〜35%、
    RO(R:Mg、Ca、Ba、Sr) 5〜27%、
    R’2O(R’:Li、Na、K) 1〜12%、La2
    34.5〜23%、RO/La23<1.3の組成を
    有することを特徴とするモールドプレス成形用光学ガラ
    ス。
  2. 【請求項2】 R’2OとしてLi2Oを1〜10%含有
    することを特徴とする請求項1のモールドプレス成形用
    光学ガラス。
  3. 【請求項3】 質量%でSiO2 30〜45%、Al2
    3 0〜15%、B23 5〜35%、MgO 0〜
    10%、CaO 0〜20%、BaO 0〜12%、S
    rO 0〜5%、ZnO 0〜10%、Li2O 1〜
    12%、Na2O 0〜10%、K2O 0〜9%、Ti
    2 0〜0.5%、ZrO2 0〜2%、La23
    4.5〜23%、Gd23 0〜5%、Nb25 0〜
    0.3%、Bi23 0〜5%、Sb23 0〜1%で
    あることを特徴とする請求項1のモールドプレス成形用
    光学ガラス。
  4. 【請求項4】 質量%でSiO2 30〜45%、Al2
    3 0〜15%、B23 5〜35%、MgO 0〜
    10%、CaO 0〜20%、BaO 0〜12%、S
    rO 0〜5%、ZnO 0〜10%、Li2O 1〜
    12%、Na2O 0〜10%、K2O 0〜9%、Ti
    2 0〜0.5%、ZrO2 0〜2%、La23
    4.5〜23%、Gd23 0〜5%、Nb25 0〜
    0.3%、Bi23 0〜5%、Sb23 0〜1%、
    RO(RはMg、Ca、Ba、Srの一種以上) 5〜
    27%、R’2O(R’はLi、Na、Kの一種以上)
    1〜12%、RO/La23<1.3の組成を有し、鉛
    を含まないことを特徴とするモールドプレス成形用光学
    ガラス。
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