JP2007186407A - 光学ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、大気中で溶融でき、失透しにくいとともに低温でプレス成型可能であり、かつ種々の光学部品用途に好適に使用可能な光学ガラスを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の光学ガラスは、モル％表示で、Ａｇ₂Ｏ ２０〜６０％、Ｐ₂Ｏ₅ １５〜６０％、ＴｅＯ₂ ２〜５０％を含有することを特徴とする。さらに、別の態様として、本発明の光学ガラスは、ガラス成分としてＡｇ₂Ｏを含有し、波長４６０ｎｍにおける透過率が６５％以上であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、低温で成型可能な光学ガラスに関するものである。特に、大気中で溶融でき、失透しにくいとともに低温でプレス成型可能であり、かつ種々の光学部品用途に好適な光学ガラスに関する。

光学ガラスは、光モジュール等の光通信用レンズ、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ等の各種光ディスクシステムのピックアップレンズ、ミラー基板などの光学部品として、従来から広く利用されている。

これらの光学部品は、一般に以下のようにして作製する。

まず、溶融ガラスを適当な形状に成形した後、表面を研磨し、洗浄する。続いて、加熱した金型に光学ガラスを投入し、プレス成型して光学部品を作製する。なお、金型は精密に加工されており、金型の表面形状が光学部品に正確に転写される。

このようなモールドプレスに使用する金型の材質は、加工性、耐久性などの点から炭化タングステン、クロム、ニッケル等が使用されている。ガラスの成型温度（プレス温度）が高いほど、金型が劣化しやすく、金型の寿命が短くなる傾向がある。そのため、金型の寿命を延ばし生産性を高めることを目的として、低温でプレス成型可能なガラス転移点の低いガラス材料が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。
特開２００１−４８５７４号公報 特開平７−１６５４３６号公報

ところで、特許文献１に記載の光学ガラスは、ガラス中のＳｎ²⁺が酸化されないように不活性雰囲気や還元性雰囲気などの特殊な雰囲気でガラスを溶融する必要があるとともに、失透しやすく、生産性やコスト面において問題を有していた。また、特許文献２に記載のリン酸塩系ガラスは大気中で溶融可能であるが、特許文献１に記載の光学ガラスほどガラス転移点が低くなかった。

また、特許文献１および２に記載の光学ガラスは、可視透過率が低く、光学部品としての用途が制限されていた。

本発明は、大気中で溶融でき、失透しにくいとともに低温でプレス成型可能であり、かつ種々の光学部品用途に好適な光学ガラスを提供することを目的とする。

本発明者等は、鋭意検討を行なった結果、ガラス成分としてＡｇ₂Ｏを含有させることで、ガラス転移点を低くでき、その結果、低温でのプレス成型が可能となることを見出した。また、Ａｇ₂Ｏ−Ｐ₂Ｏ₅系ガラスにＴｅＯ₂を適量添加することにより、ガラスを安定化させることができるとともに、ガラス転移点を低くする成分であるＡｇ₂Ｏの含有量を多くしても、ガラスの失透を抑制できることも見出した。さらに、特定波長、例えば４６０ｎｍにおける透過率を高くすることで、種々の用途に適した光学ガラスとなることを見出した。これらの結果に基づいて本発明を提案するものである。

すなわち、本発明の光学ガラスは、モル％で、ガラス組成として、Ａｇ₂Ｏ ２０〜６０％、Ｐ₂Ｏ₅ １５〜６０％、ＴｅＯ₂ ２〜５０％を含有することを特徴とする。ガラス組成をこのような範囲とすることにより、得られる光学ガラスのガラス転移点を低くできるとともに、失透を抑制することが可能となる。

第二に、本発明の光学ガラスは、さらに、モル％で、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜１０％含有することを特徴とする。

第三に、本発明の光学ガラスは、別の態様として、ガラス成分としてＡｇ₂Ｏを含有し、波長４６０ｎｍにおける透過率が６５％以上であることを特徴とする。波長４６０ｎｍにおける透過率を６５％以上と高いものとすることにより、光学部品用途として幅広く適用することが可能となる。

第四に、本発明の光学ガラスは、モル％表示で、Ａｇ₂Ｏ ２０〜６０％を含有することを特徴とする。

第五に、本発明の光学ガラスは、モル％表示で、Ｐ₂Ｏ₅ １５〜６０％、ＴｅＯ₂ ２〜５０％を含有することを特徴とする。

第六に、本発明の光学ガラスは、モル％表示で、Ｎｂ₂Ｏ₅ １〜２０％を含有することを特徴とする。

第七に、本発明の光学ガラスは、ガラス転移点が２８０℃以下であることを特徴とする。ガラス転移点が２８０℃以下とすれば、プレス成型時の金型の寿命を延ばし生産性を高めることが可能となる。

第八に、本発明の光学ガラスは、屈折率ｎｄが１．６以上であることを特徴とする。

第九に、本発明の光学部品は、上記いずれかに記載の光学ガラスをプレス成型してなることを特徴とする。

本発明の光学ガラスは、ガラス成分としてＡｇ₂Ｏを含有することで、ガラス転移点を低くできるため、低温でのプレス成型が可能となる。また、ＴｅＯ₂を含有するため、ガラスの失透を抑制しつつ屈折率を向上させることができる。そのため、得られる製品の小型化が可能となる。また、本発明の光学ガラスは、ＳｎＯ−Ｐ₂Ｏ₅系ガラスと異なり大気中で溶融が可能であり、生産性の面で優位である。

さらに、本発明の光学ガラスは、特定波長の透過率を高くすることで、光学部品用途として幅広く適用することが可能となる。

本発明の光学ガラスは、モル％で、Ａｇ₂Ｏ ２０〜６０％、Ｐ₂Ｏ₅ １５〜６０％、ＴｅＯ₂ ２〜５０％含有することを特徴とするものである。

Ａｇ₂Ｏは、ガラスの転移温度を低くする成分であり、ガラス中にモル％で、２０〜６０％含有される。Ａｇ₂Ｏの含有量が２０％よりも少ないとガラスの転移温度が高くなる傾向がある。一方、Ａｇ₂Ｏの含有量が６０％よりも多いとガラス化しにくい傾向がある。Ａｇ₂Ｏの含有量は、２２〜５５％であると好ましく、２５〜５０％であるとより好ましい。

Ｐ₂Ｏ₅は、ガラスの骨格を形成する成分であり、ガラスの骨格を形成する成分の中では比較的ガラス転移点を上昇させにくい。Ｐ₂Ｏ₅は、ガラス中にモル％で、１５〜６０％含有される。Ｐ₂Ｏ₅の含有量が１５％よりも少ないとガラスが不安定になり、失透しやすくなる傾向があり、６０％よりも多いと耐候性が低下する傾向がある。Ｐ₂Ｏ₅の含有量は、１７〜５０％であると好ましく、２０〜３５％であるとより好ましい。

ＴｅＯ₂は、ガラスを安定化する成分の中では比較的ガラス転移点を上昇させにくく、失透を抑制しつつ屈折率を向上させることができる。ＴｅＯ₂は、モル％で、ガラス中に２〜５０％含有される。ＴｅＯ₂の含有量が２％よりも少ないとガラスを安定化する効果が充分に得られにくく、５０％よりも多いとガラスの耐候性が損なわれやすい。ＴｅＯ₂の含有量は、５〜４５％であると好ましく、７〜４０％であるとより好ましい。

上記成分以外にも、下記の成分を必要に応じて添加することができる。

Ｎｂ₂Ｏ₅は、ガラスの耐候性を高める成分であり、モル％で、２０％まで添加することができる。Ｎｂ₂Ｏ₅の含有量が２０％よりも多いとガラスの粘性が高くなる傾向があり、ガラス転移点が高くなりやすい。Ｎｂ₂Ｏ₅の含有量は１５％以下であると好ましく、１２％以下であるとより好ましい。なお、良好な耐候性を得るためには、Ｎｂ₂Ｏ₅の含有量を１％以上とするのが好ましい。

ＺｎＯは、ガラスを安定化する成分であり、モル％で、２０％まで添加することができる。ＺｎＯの含有量が２０％よりも多いとガラスの粘性が高くなる傾向があり、ガラス転移点が高くなりやすい。ＺｎＯの含有量は１５％以下であると好ましく、１２％以下であるとより好ましい。

Ｂ₂Ｏ₃は、ガラスを安定化するとともに金型への融着を抑制する成分であり、モル％で、１０％まで添加することができる。Ｂ₂Ｏ₃の含有量が１０％よりも多いとガラスの耐候性が損なわれやすい。Ｂ₂Ｏ₃の含有量は７％以下であると好ましく、５％以下であるとより好ましい。

Ａｌ₂Ｏ₃は、ガラスを安定化する成分であり、モル％で、２０％まで添加することができる。Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が２０％よりも多いとガラスの粘性が高くなる傾向があり、ガラス転移点が高くなりやすい。Ａｌ₂Ｏ₃の含有量は１５％以下であると好ましく、１２％以下であるとより好ましい。

本発明の光学ガラスには、ガラス転移点を低下させる目的でハロゲン化物、例えばＡｇＩを添加することができる。その含有量は、モル％で、０〜２０％であり、２０％よりも多いと溶融時にハロゲンを含んだ揮発物が生じる懸念がある。ＡｇＩの含有量は１７％以下であると好ましく、１５％以下であるとより好ましい。

なお本発明の光学ガラスにおいては、溶融中にＳｎＯ、ＣｕＯを実質的に含有しないことが好ましく、その場合、大気中で溶融可能であることから特殊な条件で溶融する必要がない。実質的とは各成分の含有量が、モル％で、０．５％以下であることを指す。

また、本発明の光学ガラスは、別の態様として、ガラス成分としてＡｇ₂Ｏを含有し、波長４６０ｎｍにおける透過率が６５％以上であることを特徴とする。

波長４６０ｎｍにおける透過率が６５％以上であることにより、特に青色ＬＥＤなどの青色光に対する集光レンズなどに好適に使用することができる。また、波長４６０ｎｍにおける透過率が６８％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。なお、透過率の測定は、表面を鏡面研磨した厚さ２ｍｍの試料を用いて行われる。

波長４６０ｎｍ以外にも、波長３００〜１６００ｎｍのいずれかにおける透過率を６０％以上、好ましくは６５％以上、より好ましくは７０％以上とすることで、光通信用部品やＣＤまたはＤＶＤのピックアップとしての用途に好適に使用することが可能となる。例えば、波長１５５０ｎｍ付近の透過率を７０％以上、好ましくは７３％以上、より好ましくは７５％以上にすれば、光通信用部品として好適に使用することができる。

本発明の光学ガラスは、ガラス成分としてＡｇ₂Ｏ成分を含有するため、ガラス転移点が低くなり、低温でのプレス成型が可能となる。ガラス中のＡｇ₂Ｏ成分の含有量は、特に限定されないが、目的とするガラス転移点や安定性を考慮して適宜調整される。具体的には、モル％で、ガラス中にＡｇ₂Ｏ成分が２０〜６０％の範囲で調節されることが好ましい。Ａｇ₂Ｏの含有量が２０％よりも少ないとガラスの転移温度が高くなる傾向がある。一方、Ａｇ₂Ｏの含有量が６０％よりも多いとガラス化しにくい傾向がある。Ａｇ₂Ｏの含有量は、２２〜５５％が好ましく、２５〜５０％がより好ましい。

また、Ｐ₂Ｏ₅やＴｅＯ₂をはじめとするその他のガラス成分についても、前記と同様の範囲内で適宜添加することができる。

なお、ガラス成分の原料の一部に硝酸塩などの酸化剤を使用すれば、得られる光学ガラス中のＡｇ⁺イオンの還元によるＡｇコロイドの生成を抑制できるために、光学ガラスの透過率、特に４６０ｎｍ付近の透過率を向上させることができる点で好ましい。このような酸化剤としては、例えばＡｇＮＯ₃、Ｚｎ（ＮＯ₃）₂、Ａｌ（ＮＯ₃）₃などの硝酸塩原料が使用できる。硝酸塩原料は、ガラス原料中の全Ａｇ元素含有量に対するＮＯ₃ ^-イオンの含有量が、モル％で、好ましくは０．３〜６０％、より好ましくは０．５〜５０％となるように使用される。硝酸塩原料の含有量が、ガラス原料中の全Ａｇ元素含有量に対して０．３％未満であると、十分な透過率向上の効果を得ることができず、一方、６０％を超えると、ガラス溶融時に気泡の発生が多くなって溶融性に劣る傾向があり、また有害ガスの発生量も多くなる。例えば、原料Ａｇ₂Ｏの替わりにＡｇＮＯ₃を用いる場合は、原料Ａｇ₂Ｏのうち、好ましくは０．１５〜３０％、より好ましくは０．２５〜２５％を、その２倍モル量のＡｇＮＯ₃に置換して配合すればよい。

本発明の光学ガラスにおいて、ガラス転移点は２８０℃以下であることが好ましく、２７０℃以下であることがより好ましく、２６０℃以下であることがさらに好ましい。ガラス転移点が２８０℃よりも高いと、プレス成型する際に金型の劣化を抑制しにくい傾向がある。なお、ガラスをプレス成型する温度はガラス転移点より３０〜５０℃高い温度である。ガラス転移点の下限は特に限定されないが、一般的には１５０℃以上である。

本発明の光学ガラスにおいて、ガラスの屈折率ｎｄは１．６以上であることが好ましく、１．７以上であるとより好ましく、１．８以上であるとさらに好ましい。屈折率ｎｄが１．６よりも小さいとレンズに加工した場合、焦点距離が長くなりやすく機器を小型化しにくい。

本発明の光学ガラスは、３０〜２００℃の温度範囲において、熱膨張係数が６０〜２００×１０^-7／℃であるとＳＵＳ製やチタン製などの金型や金属製ホルダーとの熱膨張係数の差が小さくなり、プレス成型の際、金型の表面形状を正確に転写しやすい。また、プレス成型された光学部品を金属ホルダーに固定しても熱膨張係数の差による割れや剥離は発生しにくい。熱膨張係数は、７０〜１９０×１０^-7／℃であると好ましく、８０〜１８５×１０^-7／℃であるとより好ましい。なお、本発明において、「熱膨張係数」とは、ディラトメーターを用いて測定した値を指す。

本発明の光学ガラスを実施例を用いて詳細に説明する。

（実施例１〜４）
表１に実施例１〜４の光学ガラスを示す。

表中の実施例１〜４の光学ガラスは、以下のようにして作製した。

まず、表１に記載の組成となるようにガラス原料を調合し、白金ルツボを用いて８００℃で１時間溶融した。次に、溶融ガラスを白金ルツボからカーボン板の上に流しだして厚さ約７ｍｍのガラス板を成形した。最後に、ガラス板をアニールして、各実施例の試料を作製した。

得られた光学ガラスについてガラス転移点（Ｔｇ）、屈折率（ｎｄ）、熱膨張係数、透過率を測定した。これらの結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜４の光学ガラスは、ガラス転移点が２３４〜２５９℃と低く、かつｎｄで１．８３４〜１．９４３という高い屈折率を示していることがわかる。また、熱膨張係数は１６５〜１７８×１０^-7／℃であった。また透過率は、波長６００ｎｍにおいて７９．５〜８０．３％、波長１５５０ｎｍにおいて８３．４〜８４．９％であった。

なお、ガラス転移点（Ｔｇ）は、直径５．０ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状の試料を作製し、ディラトメーターを用いて熱膨張曲線を測定し、低温領域と異常膨張領域をそれぞれ直線で延長し、その交点に対応する温度をガラス転移点とした。

屈折率（ｎｄ）は、屈折率計を用いて、ヘリウムランプのｄ線（波長５８７．８ｎｍ）において測定した。

熱膨張係数は、直径５．０ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状の試料を作製し、ディラトメーターを用いて３０〜２００℃において熱膨張曲線を測定し、平均熱膨張係数を算出した。

透過率は、肉厚が２ｍｍになるように鏡面研磨して試料を作製した後、分光光度計（島津製作所製 ＵＶ−３１００ＰＣ）を用いて波長３００〜１６００ｎｍにおいて測定し、表中には６００ｎｍと１５５０ｎｍにおける透過率を示した。

（実施例５〜１３および比較例１、２）
表２に実施例５〜１３および比較例１、２の光学ガラスを示す。

実施例５〜１３および比較例１、２の光学ガラスは、実施例１〜４と同様の方法により作製した。なお、実施例５〜１２では、原料酸化銀成分のうち、モル％で１２％に相当する量を、その２倍モル量のＡｇＮＯ₃として調合した。

得られた光学ガラスについてガラス転移点（Ｔｇ）、屈折率（ｎｄ）、熱膨張係数、透過率を前記方法にしたがって測定した。さらに、各試料について耐候性を評価した。これらの結果を表２に示す。

表２から明らかなように、実施例５〜１３の光学ガラスは、ガラス転移点が２２８〜２７２℃と低く、かつｎｄで１．８３４〜２．００８という高い屈折率を示していることがわかる。また、熱膨張係数は１５８〜１７８×１０^-7／℃であった。また透過率は、波長４６０ｎｍにおいて２７．９〜７４．９％、波長６００ｎｍにおいて７９．５〜８０．６％、波長１５５０ｎｍにおいて８３．４〜８４．９％であった。ここで、原料Ａｇ₂Ｏ成分のうちの一部をＡｇＮＯ₃として添加した実施例５〜１２では、波長４６０ｎｍにおいて７２．５〜７４．９％という高い透過率を示していることがわかる。

一方、比較例１では、Ａｇ₂Ｏをモル％で７０％と多く含有していたためガラス化しなかった。また、比較例２では、Ｐ₂Ｏ₅をモル％で６５％含有していたため耐候性に劣るものとなった。

なお耐候性は、鏡面研磨したガラス片を、温度８５℃、湿度８５％の環境下で１０００時間保持し、ガラス表面に異物の発生の有無を確認することで評価した。異物が発生していなければ○、発生していれば×とした。

本発明の光学ガラスは、特定波長の光の透過率や屈折率が高いとともに、ガラス転移点を低くすることができるためプレス成型時に金型を劣化させにくく、金型表面の形状を精密に転写することができる。そのため、レンズ、プリズム、カバーガラス等の様々な光学部品に好適である。

Claims (9)

1. モル％で、ガラス組成として、Ａｇ₂Ｏ ２０〜６０％、Ｐ₂Ｏ₅ １５〜６０％、ＴｅＯ₂ ２〜５０％を含有することを特徴とする光学ガラス。
2. さらに、モル％で、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜１０％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。
3. ガラス組成としてＡｇ₂Ｏを含有し、波長４６０ｎｍにおける透過率が６５％以上であることを特徴とする光学ガラス。
4. モル％で、Ａｇ₂Ｏ ２０〜６０％を含有することを特徴とする請求項３に記載の光学ガラス。
5. さらに、モル％で、Ｐ₂Ｏ₅ １５〜６０％、ＴｅＯ₂ ２〜５０％を含有することを特徴とする請求項４に記載の光学ガラス。
6. モル％で、Ｎｂ₂Ｏ₅ １〜２０％を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学ガラス。
7. ガラス転移点が２８０℃以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学ガラス。
8. 屈折率ｎｄが１．６以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学ガラス。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の光学ガラスをプレス成型してなる光学部品。