JP2007070194A

JP2007070194A - 光学ガラス

Info

Publication number: JP2007070194A
Application number: JP2005261767A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Miyata; 宮田正信
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】本発明は、低いガラス転移温度を有し、化学的耐久性にも優れ、環境上好ましくない物質も含まない、モールドプレス性の良い、光学ガラスを提供する。
【解決手段】屈折率（ｎｄ）が１．５０〜１．６０およびアッベ数（νｄ）が５０〜６５の光学恒数を有し、ガラス転移点（Ｔｇ）が４００℃以下である光学ガラス。Ｐ_２Ｏ_５、およびＢａＯを含有することを特徴とする前記に記載の光学ガラス。Ｎｂ_２Ｏ_５およびＢｉ_２Ｏ_３のいずれか一方又は両方を含有する前記光学ガラス。前記光学ガラスを精密プレス成形してなる光学素子。前記光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォーム。
【選択図】なし

Description

本発明は、屈折率（ｎｄ）が１．５０〜１．６０、アッベ数（νｄ）が５０〜６５の範囲の光学定数と４００℃以下のガラス転移点（Ｔｇ）を有する光学ガラスに関する。

リヒートプレス成形によってガラス成形品を製造する場合、非常に高い温度を必要とするため、熱処理炉の早期劣化をもたらし、安定生産に支障がある。このため、ガラス材料の粘性流動温度が低いほど、すなわちガラス転移温度（Ｔｇ）が低いほど低温でリヒートプレス成形が可能であり、熱処理炉に対する負荷を低減できる。ここで、「粘性流動温度」とは、粘性流動が起こる温度であり、おおよそガラス転移温度と同じ温度になることが当業界において公知である。

精密プレス成形によって、非球面レンズのようなガラス成形品を得るにあたっては、金型の高精度な成形面をレンズプリフォーム材に転写するために、加熱軟化させたレンズプリフォーム材を高温環境下でプレス成形することが必要であるので、この際使用する金型も高温に曝され、また、金型に高いプレス圧力が加えられる。そのため、レンズプリフォーム材を加熱軟化させる際及びレンズプリフォーム材をプレス成形する際に、金型の成形面が酸化、侵食されたり、金型成形面の表面に設けられている離型膜が損傷したりして金型の高精度な成形面が維持できなくなることが多く、また、金型自体も損傷し易い。そのようになると、金型を交換せざるを得ず、金型の交換回数が増加して、低コスト、大量生産を実現できなくなる。そこで、精密プレス成形に使用するガラス及び精密プレス成形に使用するレンズプリフォーム材のガラスは、上記損傷を抑制し、金型の高精度な成形面を長く維持し、かつ、低いプレス圧力での精密プレス成形を可能にするという観点から、できるだけ低いガラス転移温度（Ｔｇ）を有することが望まれている。

従来、低いガラス転移温度を有するガラスとしては、ＰｂＯあるいはＴｅＯ_２含有させたものが知られているが、これらの成分は環境上好ましくない成分であり、またアッベ数（νｄ）が小さくなりやすい。また、ＰｂＯを含有せずに低ガラス転移温度を実現したガラスとしては、例えばＰ_２Ｏ_５−ＲＯ−Ｒ_２Ｏ系が知られているが、この系は低いガラス転移温度を得るべくＲ_２Ｏ成分を増加させているため、化学的耐久性が良好でないといった欠点がある。

この点を改善すべく、Ｌａ_２Ｏ_３を含有させて化学的耐久性を向上させたＰ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＲＯ−Ｒ_２Ｏ系ガラスが、特開昭６０−１７１２４４号公報に記載されているが、モールドプレス性という観点からすると、数値の限定が不十分であり前記の諸条件を満たす組成の実施例も開示されていないため、モールドプレスという目的には必ずしも合致し得ない。

特開２００４−２１７５１３にはＰ_２Ｏ_５−Ｒ_２Ｏ（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）−ＺｎＯ−ＢａＯ系が記載されているが、この公報に具体的に開示されている光学ガラスは、ＺｎＯの含有量が多いため、熱安定性に欠け、例えば熔融ガラスからモールドプレス用プリフォームを作製する際に失透が生じやすく、作業効率が悪いという不利益があった。

特開２００４−３１５３２４にはＰ_２Ｏ_５−Ｒ_２Ｏ（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）−ＢａＯ系が記載されているが、この公報に具体的に開示されている光学ガラスは、ＭｇＯ含有量が多いため、比較的高いガラス転移温度（Ｔｇ）のガラスしか得られないという不利益があった。

特開２００２−２１１９４９にはＰ_２Ｏ_５−ＢａＯ系が記載されているが、この光学ガラスはＢ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３，ＲＯなどを多量に含有し、かつＺｎＯ，Ｒ_２Ｏ成分が少量であるため、軟化点が高くなるという不利益があった。

特開２００４−１６８５９３にはＰ_２Ｏ_５−ＺｎＯ−ＢａＯ系が記載されているが、この光学ガラスは希土類酸化物を多く含有するため、屈折率が大きいものしか得られないという不利益があった。
特開平２−１２４７４３にはＰ_２Ｏ_５−ＺｎＯ系が記載されているが、この光学ガラスは化学的耐久性を向上させるためにＡｌ_２Ｏ_３成分の含有量が多すぎ、屈伏点（Ａｔ）が高いものしか得られないという不利益があった。
特開昭６０−１７１２４４号公報特開２００４−２１７５１３号公報特開２００４−３１５３２４号公報特開２００２−２１１９４９号公報特開２００４−１６８５９３号公報特開平２−１２４７４３号公報

本発明は、低いガラス転移温度を有し、化学的耐久性にも優れ、環境上好ましくない物質も含まない、モールドプレス性の良い、光学ガラスを提供するものである。

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、Ｐ_２Ｏ_５、ＢａＯ、さらに好ましくはＢｉ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５等の各成分を特定の割合で含有させることにより、環境上好ましくない物質を含まずとも屈折率（ｎｄ）が１．５〜１．６およびアッベ数（νｄ）が５０〜６５の範囲の光学定数を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が４００℃以下であるガラスを作成することができるようになり、かつ、そのようにして作製されたガラスは精密モールドプレス性が極めて良好であるということを見いだし、本発明に至ったものである。

本発明の第１の構成は、屈折率（ｎｄ）が１．５０〜１．６０およびアッベ数（νｄ）が５０〜６５の光学恒数を有し、ガラス転移点（Ｔｇ）が４００℃以下である光学ガラスである。

本発明によればガラス転移温度が４００℃以下となることにより、従来より低温での成形が可能となるため、金型の表面酸化による消耗が減少し、結果として製造コストを格段に低減することができる。

本発明の第２の構成は、Ｐ_２Ｏ_５、およびＢａＯを含有することを特徴とする前記構成１の光学ガラスである。

本発明の第３の構成は、Ｎｂ_２Ｏ_５およびＢｉ_２Ｏ_３のいずれか一方又は両方を含有する前記構成１〜２の光学ガラスである。
本発明の第４の構成は、屈折率（ｎｄ）が１．５８〜１．６０およびアッベ数（νｄ）が５８〜６５である前記構成１〜３の光学ガラスである。

本発明の第５の構成は、酸化物基準の質量％で、
Ｐ_２Ｏ_５４５〜５５％及び
ＢａＯ５％を超え４０％以下
を含有し、
かつ
Ｂｉ_２Ｏ_３０〜１５％及び
Ｎｂ_２Ｏ_５０〜１０％
（ただしＢｉ_２Ｏ_３及びＮｂ_２Ｏ_５の少なくとも一方の含有率は０％でない）
を含有する前記構成１〜４の光学ガラスである。

本発明の第６の構成は、さらに酸化物基準の質量％で、
Ｂ_２Ｏ_３０．１〜３％及び／又は
Ａｌ_２Ｏ_３１〜５％及び／又は
Ｌｉ_２Ｏ１〜５％及び／又は
並びに
ＳｉＯ_２０〜２％及び／又は
Ｙ_２Ｏ_３０〜３％及び／又は
Ｌａ_２Ｏ_３０〜１．５％及び／又は
Ｇｄ_２Ｏ_３０〜１．３％及び／又は
ＴｉＯ_２０〜５％及び／又は
Ｔａ_２Ｏ_５０〜１０％及び／又は
ＺｎＯ０〜４０％及び／又は
ＭｇＯ０〜５％及び／又は
ＣａＯ０〜５％及び／又は
ＳｒＯ０〜５％及び／又は
Ｎａ_２Ｏ０〜１０％及び／又は
Ｋ_２Ｏ０〜２０％及び／又は
ＺｒＯ_２０〜３％及び／又は
ＷＯ_３０〜１５％及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３０〜０．５％
の範囲の各成分を含むことを特徴とする前記構成５の光学ガラスである。

本発明の第７の構成は、前記構成１〜６の光学ガラスを精密プレス成形してなる光学素子である。

本発明の第８の構成は、前記構成１〜６の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォームである。

本発明の第９の構成は、前記構成８のプリフォームを精密プレス成形してなる光学素子である。

上記構成を採用することにより、本発明の光学ガラスは溶融プリフォーム成形ならびにモールドプレス性の良い光学ガラスとして好適である。

本発明の光学ガラスにおいて、各成分の組成範囲を前記のとおり限定した理由を以下に述べる。以下、本明細書中においては特に断らない限り、ガラス組成の含有率は全て酸化物基準の質量％で表すものとする。

「酸化物基準」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、硝酸塩等が熔融時にすべて分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の質量の総和を１００質量％として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。

Ｐ_２Ｏ_５はガラスを形成するのに有用な成分であるが、その量が少ないと耐失透性が悪化しやすくなり、多すぎると化学的耐久性が低下しやすくなる。したがって、好ましくは４５％、より好ましくは４６％、もっとも好ましくは４７％を下限とし、好ましくは５５％、より好ましくは５３％、最も好ましくは５１％を上限とする。

ＢａＯは光学恒数の調整のために重要な成分であるが、その量が少なすぎるとその効果が発揮され難く、多すぎると所望のガラス転移温度が得られにくい。したがって、好ましくは５％を超え、より好ましくは７％、もっとも好ましくは８％を下限とし、好ましくは４０％、より好ましくは３８％、最も好ましくは３６％を上限とする。

Ｂｉ_２Ｏ_３およびＮｂ_２Ｏ_５は光学恒数を調整するために添加され、所望の光学恒数を得るためには、少なくともどちら一方の成分が含有されていることが好ましい。

しかし、いずれの成分もその量が多すぎると耐失透性を悪化させ易い。よってＢｉ_２Ｏ_３については好ましくは１５％、より好ましくは１２％、最も好ましくは１０％を上限とし、Ｎｂ_２Ｏ_５については好ましくは１０％、より好ましくは８％、最も好ましくは７を上限とする。

Ｂ_２Ｏ_３は耐失透性向上のために添加される有用な成分であるが、その量が少なすぎるとその効果を発揮し難く、また多すぎると所望のガラス転移温度を得にくい。したがって、好ましくは０．１％、より好ましくは０．２％、もっとも好ましくは０．３％を下限とし、好ましくは３％、より好ましくは２．７％、最も好ましくは２．５％を上限とする。

ＳｉＯ_２は光学恒数を調整するために添加し得るが、その量が多すぎると所望のガラス転移温度が得難い。したがって、好ましくは２％、より好ましくは１．５％、最も好ましくは１％を上限とする。

Ａｌ_２Ｏ_３は化学的耐久性を向上させるのに有効な成分であるが、その量が少なすぎるとその効果を発揮し難く、多すぎると所望のガラス転移温度を得にくい。したがって、好ましくは１％、より好ましくは１．２％、最も好ましくは１．５％を下限とし、好ましくは５％、より好ましくは４％、最も好ましくは３％を上限とする。

なお、本発明においてはガラス形成成分として、Ｐ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３を全て０％を超えて含有させることが好ましい。これらガラス形成成分を３種類以上含有させることにより、ガラスの熱的安定性が向上することが期待できる。

Ｙ_２Ｏ_３は光学恒数の調整のため添加し得るが、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすく、また所望のガラス転移温度を得ることが困難となり易い。したがって、好ましくは３％、より好ましくは２．５％、最も好ましくは２％を上限とする。

Ｌａ_２Ｏ_３は比較的少量で化学的耐久性を向上させる効果があり、また光学恒数の調整のため添加し得るが、Ｐ_２Ｏ_５系ガラスにおいて、急激に耐失透性を悪化させやすくする成分でもある。したがって、好ましくは１．５％、より好ましくは１．３％、最も好ましくは１％を上限とする。

Ｇｄ_２Ｏ_３は化学的耐久性を向上させる効果があり、また光学恒数の調整のため添加し得るが、Ｐ_２Ｏ_５系ガラスにおいて、急激に耐失透性を悪化させやすくする成分でもある。したがって、好ましくは１．３％、より好ましくは１％、最も好ましくは０．８％を上限とする。

ＴｉＯ_２は光学恒数を調整するために添加し得るが、その量が多すぎると所望のガラス転移温度を得難い。したがって、好ましくは５％、より好ましくは４％、最も好ましくは３％を上限とする。

Ｔａ_２Ｏ_５は光学恒数を調整するために添加し得るが、その量が多すぎると所望のガラス転移温度を得難い。したがって、好ましくは１０％、より好ましくは８％、最も好ましくは７％を上限とする。

ＺｎＯはガラス転移温度を低下させる効果があり、また光学恒数の調整のため添加し得るが、その量が多すぎると化学的耐久性を悪化させやすい。したがって、好ましくは４０％、より好ましくは１０％を上限とする。特に本発明のようなＰ_２Ｏ_５、ＢａＯを主成分とし、Ｎｂ_２Ｏ_５及び／又はＢｉ_２Ｏ_３を含有するガラスでは、各成分ごとの相性により、モールドプレス用ガラスとして使用するには６％を上限とすることが最も好ましい。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯの各成分は光学恒数を調整するために添加し得るが、その量が多すぎると所望のガラス転移温度を得難い。したがって、これら各成分はそれぞれ好ましくは５％、より好ましくは４．７％、最も好ましくは４．５％を上限とする。

この中で特に本発明のようなＰ_２Ｏ_５、ＢａＯを主成分とし、Ｎｂ_２Ｏ_５及び／又はＢｉ_２Ｏ_３を含有するガラスでは、アルカリ土類金属酸化物の中でも特にＭｇＯは含有量が高くなるとガラス転移温度（Ｔｇ）を著しく上げてしまう傾向になりやすい。本発明の光学ガラスでは特に４００℃以下という極めて低いＴｇが要求されるため、ＭｇＯの含有量は特に上限を１％とすることが最も好ましい。

Ｌｉ_２Ｏはガラス転移温度を下げる効果を有する成分であるが、その量が少なすぎるとその効果が得難く、多すぎると耐失透性を急激に低下させやすい。したがって、好ましくは１％、より好ましくは１．３％、最も好ましくは１．５％を下限とし、好ましくは５％、より好ましくは４％、最も好ましくは３％を上限とする。

Ｎａ_２Ｏはガラス転移温度を下げる効果を有するが、その量が多すぎると耐失透性を急激に低下させやすい。したがって、好ましくは１０％、より好ましくは８％、最も好ましくは７％を上限とする。

Ｋ_２Ｏはガラス転移温度を下げる効果を有するが、その量が多すぎると耐失透性を急激に低下させやすい。したがって、好ましくは２０％、より好ましくは１５％、最も好ましくは１２％を上限とする。

ＺｒＯ_２は化学的耐久性を向上させる効果があり、また光学恒数を調整するために添加し得るが、その量が多すぎると耐失透性を急激に低下させやすい。したがって、好ましくは３％、より好ましくは２％、最も好ましくは１．５％を上限とする。

ＷＯ_３は光学恒数を調整するために添加し得るが、その量が多すぎると所望のガラス転移温度が得がたくなる。したがって、好ましくは１５％、より好ましくは１３％、最も好ましくは１２％を上限とする。

Ｓｂ_２Ｏ_３は脱泡のために添加し得るが、その量は０．５％以下、より好ましくは０．４%以下、最も好ましくは０．３%以下である。

鉛化合物は、精密プレス成形時に金型と融着しやすい成分であるという問題並びにガラスの製造のみならず、研磨等のガラスの冷間加工及びガラスの廃棄に至るまで、環境対策上の措置が必要となり、環境負荷が大きい成分であるという問題があるため、本発明の光学ガラスに含有させないほうが好ましい。

Ａｓ₂Ｏ₃、カドミウム及びトリウムは、共に、環境に有害な影響を与え、環境負荷の非常に大きい成分であるため、本発明の光学ガラスに含有させないほうが好ましい。

さらに本発明の光学ガラスにおいては、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｅｕ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ等の着色成分は、含有しないことが好ましい。ただし、ここでいう含有しないとは、不純物として混入される場合を除き、人為的に含有させないことを意味する。

本発明のガラス組成物は、その組成が質量％で表されているため直接的にｍｏｌ％の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラス組成物中に存在する各成分のｍｏｌ％表示による組成は、概ね以下の値をとる。
Ｐ_２Ｏ_５４０〜５５％
ＢａＯ５〜４０％
Ｂｉ_２Ｏ_３０〜５％
Ｎｂ_２Ｏ_５０〜５％
Ｂ_２Ｏ_３０．３〜５％
Ａｌ_２Ｏ_３１〜７％
Ｌｉ_２Ｏ３〜１０％
ＳｉＯ_２０〜３％
Ｙ_２Ｏ_３０〜２％
Ｌａ_２Ｏ_３０〜１％
Ｇｄ_２Ｏ_３０〜１％
ＴｉＯ_２０〜７％
Ｔａ_２Ｏ_５０〜３％
ＺｎＯ０〜１０％
ＭｇＯ０〜８％
ＣａＯ０〜１０％
ＳｒＯ０〜１０％
Ｎａ_２Ｏ０〜１５％
Ｋ_２Ｏ０〜１０％
ＺｒＯ_２０〜３％
ＷＯ_３０〜１０％
Ｓｂ_２Ｏ_３０〜０．３％

本発明の光学ガラスにかかる実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７）の組成および従来の光学ガラスの比較例（Ｎｏ．Ａ，Ｂ）の組成を、これらのガラスの屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、ガラス転移点（Ｔｇ）（℃）の測定結果とともに表１〜表４に示す。表中の各成分の含有率は全て酸化物基準の質量％で表記されている。

表１〜４に示した本発明の実施例のガラス（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７）は、いずれも、燐酸塩、正燐酸、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等の通常の光学ガラス用原料を表１〜表４に示した所定の組成となるように秤量し、混合したバッチ原料を、白金坩堝等に投入し、組成による溶融性の相違に応じて１０００〜１２００℃の温度で約３〜５時間溶融し、攪拌均質化した後、金型等に鋳込み徐冷することにより、容易に得ることができた。

表１〜表４に見られるとおり、本発明の実施例のガラス（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７）は、所望の屈折率を有しつつ、４００℃以下のガラス転移点（Ｔｇ）を有することができた。

さらに、本発明の実施例のガラス（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７）は、いずれも、屈折率（ｎｄ）が１．５〜１．６、アッベ数（νｄ）が５０〜６５までの範囲内の光学定数を有していた。

上記本発明の実施例のガラスは、いずれも、溶融性が良好であり、化学的耐久性も良好であった。

本発明のガラスを用いて溶融滴下法によりプリフォームを得、このプリフォームをモールドプレス成形してレンズを製造することによって、所望の光学恒数と化学的耐久性や耐失透性やプリフォーム成形性やモールド成形性を得つつ、更に従来より低温での成形が可能なため、金型の表面酸化による消耗が減少し、結果として製造コストを格段に低減することができる。

Claims

屈折率（ｎｄ）が１．５０〜１．６０およびアッベ数（νｄ）が５０〜６５の光学恒数を有し、ガラス転移点（Ｔｇ）が４００℃以下である光学ガラス。
Ｐ_２Ｏ_５、およびＢａＯを含有することを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
Ｎｂ_２Ｏ_５およびＢｉ_２Ｏ_３のいずれか一方又は両方を含有する請求項１又は２に記載の光学ガラス。
屈折率（ｎｄ）が１．５８〜１．６０およびアッベ数（νｄ）が５８〜６５であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ガラス。
酸化物基準の質量％で、
Ｐ_２Ｏ_５４５〜５５％及び
ＢａＯ５％を超え４０％以下
を含有し、かつ
Ｂｉ_２Ｏ_３０〜１５％及び
Ｎｂ_２Ｏ_５０〜１０％
（ただしＢｉ_２Ｏ_３及びＮｂ_２Ｏ_５の少なくとも一方の含有率は０％でない）
を含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学ガラス。
さらに酸化物基準の質量％で、
Ｂ_２Ｏ_３０．１〜３％及び／又は
Ａｌ_２Ｏ_３１〜５％及び／又は
Ｌｉ_２Ｏ１〜５％及び／又は
並びに
ＳｉＯ_２０〜２％及び／又は
Ｙ_２Ｏ_３０〜３％及び／又は
Ｌａ_２Ｏ_３０〜１．５％及び／又は
Ｇｄ_２Ｏ_３０〜１．３％及び／又は
ＴｉＯ_２０〜５％及び／又は
Ｔａ_２Ｏ_５０〜１０％及び／又は
ＺｎＯ０〜４０％及び／又は
ＭｇＯ０〜５％及び／又は
ＣａＯ０〜５％及び／又は
ＳｒＯ０〜５％及び／又は
Ｎａ_２Ｏ０〜１０％及び／又は
Ｋ_２Ｏ０〜２０％及び／又は
ＺｒＯ_２０〜３％及び／又は
ＷＯ_３０〜１５％及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３０〜０．５％
の範囲の各成分を含むことを特徴とする請求項５の光学ガラス。
請求項１〜６のいずれかに記載の光学ガラスを精密プレス成形してなる光学素子。
請求項１〜６のいずれかに記載の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォーム。
請求項８のプリフォームを精密プレス成形してなる光学素子。