JP2009040663A - 光学ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】低分散性を有し、かつ低いガラス転移温度（Ｔｇ）と平均線膨張係数（α）を併せ持つ為、非球面モールドプレス及び、そのガラスプリフォーム等の製造に好適であるリン酸塩ガラスを提供する。
【解決手段】Ｐ_２Ｏ₅、Ｂ_２Ｏ_３、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ₃及びＬａ_２Ｏ_３を必須成分として含有し、酸化物基準の質量％でＡｌ_２Ｏ₃成分及びＬａ_２Ｏ_３成分の合計含有量が１〜１０％であり、（Ａｌ_２Ｏ₃成分の含有量）／（Ｌａ_２Ｏ_３成分の含有量）の値が０．０５〜８．０の範囲であり、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０６^-1999「光学ガラス の化学的耐久性の測定方法（粉末法）」により測定するガラスの耐水性ＲＷが級１〜３であることを特徴とする光学ガラス。
【選択図】なし

Description

本発明は、低分散性を有し、かつ低いガラス転移温度（Ｔｇ）と平均線膨張係数（α）を併せ持つ為、非球面モールドプレス及び、そのガラスプリフォーム等の製造に好適であるリン酸塩ガラスに関する。特に本発明は、Ｐ_２Ｏ_５、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢａＯ、Ｌｉ_２Ｏを含有し、液相温度が低い為に製造装置への温度負荷が少なく、極めて安定な生産が可能な前記光学ガラスに関する。

非球面レンズを利用してレンズ枚数を削減することにより、レンズ等の光学素子を軽量、小型化する傾向は、近年ますます強まりつつある。しかしながら、従来の研削、研磨工程で非球面を得ようとすると、高コストでかつ複雑な作業工程が必要であった。そこで、ゴブあるいはガラスブロックから得られたプリフォーム材を、精密加工された金型で直接レンズ成形する方法が開発された。このようにして得られたレンズは研磨の必要がなく、その結果、低コスト、短納期で生産することが可能となった。

上記の成形方法はモールドプレス成形と呼ばれ、微細形状、非球面形状が精度良く得られる製造方法として盛んに研究、開発が行われてきた。モールドプレス成形では、使用する金型の耐熱性から、より低温で軟化するガラス、具体的にはガラス転移温度（Tg）が５５０℃以下、より好ましくは５３０℃以下のガラスが求められてきた。近年、光学設計上の必要性により、低分散性を有する光学ガラス、特にアッベ数が５０を超える光学ガラスについても、モールドプレス成形可能な硝材の需要が高くなっている。

本発明の目的とする低分散性を有する光学ガラスは、従来から数多く開示されている。
特開２０００−３４１３２では、Ｐ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢａＯを主要成分とする光学ガラスが開示されている。しかし、このガラスにはＢａ成分が多量に含有されている為、耐酸性が悪く実用的でない。
特開２００４−１６８５９３、特開２００４−２６２７０３、特開２００５−２００２９９、特開平１０−１５８０２７では、Pを主成分とする光学ガラスが開示されているが、Ｂ成分の含有量が少ない為、線膨張係数が大きく、液相温度も高い為、ガラスの生産においては有利でない。
特開２００５−５３７４９では、Ｐ_２Ｏ_５、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＣａＯ、Ｌｉ_２Ｏを主要成分とする光学ガラスが開示されているが、アルカリ成分を多量に含有している為、耐水性、耐酸性が十分では無い。更に線膨張係数も大きく、モールドプレスに適さない。
特開平２−１２４７４３では、Ｐ_２Ｏ_５、ＺｎＯを主要成分とする光学ガラスが開示されているが、Ｐ成分が多量に含有されている為、線膨張係数が大きく、モールドプレスに適さない。
特開平７−１９６３３６では、Ｐ_２Ｏ_５、ＢａＯ、ＭｇＯを主要成分とする光学ガラスが開示されているが、Ｍｇ成分が多量に含有されている為、液相温度が高く、安定に生産することが困難である。
特開平１１−１３９８４５では、Ｐ_２Ｏ_５、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｌｉ_２Ｏを主要成分とする光学ガラスが開示されているが、希土類酸化物、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等の成分を含有する為、部分分散を大きくなってしまい、本発明において所望のガラスとしては好ましくない。
特開平１１−３５５１３５では、鉛を含有しているか、又は液相温度が高く、安定に生産することが困難であり、環境的見地からも好ましくない
特開２００２−２１１９４９では、Ｐ_２Ｏ_５、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢａOを主要成分とする光学ガラスが開示されているが、Ａｌ成分の含有量が多い為、ガラスの冷却時のワレ、カケの不具合が発生しやすい。
特開２００６−５２１１９では、Ｐ_２Ｏ_５、Ｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯを主要成分とする光学ガラスが開示されているが、Ｍｇ成分の含有量が多い為、液相温度が高くなりやすく、安定に生産することが困難である。
特開２０００−３４１３２号公報 特開２００４−１６８５９３号公報 特開２００４−２６２７０３号公報 特開２００５−２００２９９号公報 特開平１０−１５８０２７号公報 特開２００５−５３７４９号公報 特開平２−１２４７４３号公報 特開平７−１９６３３６号公報 特開平１１−１３９８４５号公報 特開平１１−３５５１３５号公報 特開２００２−２１１９４９号公報 特開２００６−５２１１９号公報

このように、公知のリン酸塩ガラス光学ガラスは、低分散性を比較的容易に実現できるものの、線膨張係数が高く、又は化学的耐久性が低い等の欠点を有しているため、光学素子として実用化するのは困難であった。

前記課題を解決するために、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、前記特定範囲の組成とすることにより、低分散性を有し、液相温度が低く、化学的耐久性が良好で、低い膨張係数を有する光学ガラスが得られることを見出し、本発明に至った。

本発明の第１の構成は、Ｐ_２Ｏ₅、Ｂ_２Ｏ_３、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ₃及びＬａ_２Ｏ_３を必須成分として含有し、酸化物基準の質量％でＡｌ_２Ｏ₃成分及びＬａ_２Ｏ_３成分の合計含有量が１〜１０％であり、（Ａｌ_２Ｏ₃成分の含有量）／（Ｌａ_２Ｏ_３成分の含有量）の値が０．０５〜８．０の範囲であり、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０６^-1999「光学ガラス の化学的耐久性の測定方法（粉末法）」により測定するガラスの耐水性ＲＷが級１〜３であることを特徴とする光学ガラスである。

本発明の第２の構成は、酸化物基準の質量％で
Ｂ_２Ｏ_３ ５％を超え１５％以下、
Ａｌ_２Ｏ_３ ０％を超え５％未満、及び
Ｌａ_２Ｏ_３ ０％を超え５％未満
の範囲の各成分を含有し、
１００〜３００℃における平均線膨張係数（α）が１００〜１２３[１０^-７℃^-１]である前記構成１の光学ガラスである。

本発明の第３の構成は、酸化物基準の質量％で
Ｐ_２Ｏ₅ ３０〜６０％、及び
Ｌｉ_２Ｏ ０．１〜３％、
の範囲の各成分を含有し、
ガラス転移温度（Ｔｇ）が５５０℃以下である前記構成１又は２の光学ガラスである。

本発明の第４の構成は、酸化物基準の質量％で、
Ｐ_２Ｏ₅ ３０〜６０％、
Ｂ_２Ｏ_３ ５％を超え１５％以下、
Ａｌ_２Ｏ₃ ０．１〜３．０％、
ＢａＯ ３０％を超え５５％以下、及び
Ｌｉ_２Ｏ ０．１〜３％、並びに
ＳｒＯ ０〜１５％、及び/又は
ＣａＯ ０〜１５％、及び/又は
ＭｇＯ ０〜１５％、及び/又は
ＺｎＯ ０〜３５％、及び/又は
Ｎａ_２Ｏ ０〜３％、及び/又は
Ｋ_２Ｏ ０〜３％
の範囲の各成分を含有する前記構成１〜３のいずれか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、
ＺｒＯ_２ ０〜６％未満、及び/又は
ＴｉＯ_２ ０〜３％、及び/又は
Ｎｂ₂Ｏ₅ ０〜３％、及び/又は
Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜３％、及び/又は
ＷＯ_３ ０〜３％、及び/又は
Ｂｉ_２Ｏ_３ ０〜３％、及び/又は
Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％
の範囲の各成分を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学ガラス。

本発明の第６の構成は、酸化物基準の質量％で、Ａｌ_２Ｏ₃成分を０．１〜１．０％未満の範囲で含有することを特徴とする前記構成１〜５のいずれかの光学ガラスである。

本発明の第７の構成は、酸化物基準の質量％で、ＣａＯ成分を０．１〜１０％の範囲で含有することを特徴とする前記構成１〜６のいずれかの光学ガラスである。

本発明の第８の構成は、酸化物基準の質量％で、ＭｇＯ成分を０〜２．０％未満の範囲で含有することを特徴とする前記構成１〜７のいずれかの光学ガラスである。

本発明の第９の構成は、酸化物基準の質量％で、ＺｎＯ成分を１．０〜６．０％未満の範囲で含有することを特徴とする前記構成１〜８のいずれかの光学ガラスである。

本発明の第１０の構成は、酸化物基準の質量％で、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ₃及びＬｕ_２Ｏ_３成分の合計含有量が０．１〜５．０％となるように、各成分を含有することを特徴とする前記構成１〜９のいずれかの光学ガラスである。

本発明の第１１の構成は、酸化物基準の質量％で、Ｌｉ_２Ｏ成分を０．１〜１．０％未満の範囲で含有することを特徴とする前記構成１〜１０のいずれかの光学ガラスである。

本発明の第１２の構成は、Ｆ成分を含有しない前記構成１〜１１のいずれかの光学ガラスである。

本発明の第１３の構成は、液相温度が１０００℃以下である前記構成１〜１２のいずれかの光学ガラスである。

本発明の第１４の構成は、屈折率が１．５０〜１．７０で、アッベ数が５９〜７０である前記構成１〜１３のいずれかの光学ガラスである。

本発明の第１５の構成は、異常分散性を示す値Δθｇ，Ｆが０．０００１以上である前記構成１〜１４のいずれかの光学ガラスである。

本発明の第１６の構成は、異常分散性を示す値Δθｇ，Ｆが０．００３８以上であることを特徴とする前記構成１〜１４のいずれかに記載の光学ガラス。

本発明の第１７の構成は、Ｎｂ、Ｂｉ、Ｗ成分を実質的に含有せず、４００nmの波長を有する光線に対する内部透過率が０．９７以上である前記構成１〜１６のいずれかの光学ガラスである。

本発明の第１８の構成は、前記構成１〜１７のいずれかの光学ガラスからなるモールドプレス成形用ガラスプリフォーム材である。

本発明の第１９の構成は、前記構成１〜１８のいずれかの光学ガラスからなる光学素子である。

本発明の第２０の構成は、前記構成１８のモールドプレス成形用ガラスプリフォーム材をモールドプレス成形することにより得られる光学素子である。

本発明の光学ガラスは低分散性を有し、モールドプレス成形にも適しており、また液相温度が低いため安定に生産することができる。また本発明の光学ガラスは、前述のように粘度が低く、液相温度も低い為に、溶解工程やその後の成形工程の温度設定を比較的低温にできる。すなわち、本発明の光学ガラスは、装置への温度負荷が少ない為に生産性が良好で、かつ省エネルギーでの生産が可能であることから、環境への負荷が極めて低い環境対応材料として有用である。

本発明に示す光学ガラスの各成分における酸化物基準での質量％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。

本明細書中において「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、リン酸塩、硝酸塩などが、溶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、当該生成酸化物の総重量を１００質量％とした場合にガラス中に含有される各成分の含有量を表記した組成である。

また、本明細書中において「実質的に含有しない」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。

Ｐ_２Ｏ_５成分はガラス形成酸化物であるとともに、液相温度を低下させ、ガラス転移温度（Ｔｇ）を下げる必須成分である。ただし、その量が少なすぎると上記効果が不十分となりやすく、その量が多すぎるとガラスが乳白しやすくなり、化学的耐久性が低下し又は線膨張係数（α）が増大しやすくなる。したがって、好ましくは３０％、より好ましくは４２％、最も好ましくは４５％を超えることを下限とし、好ましくは６０％、より好ましくは５５％、最も好ましくは５０％未満を上限として含有する。

Ｂ_２Ｏ_３成分はＰ_２Ｏ_５成分を含有する本発明の光学ガラスにおいて、平均線膨張係数の増大を抑制し、又は乳白化を防止する効果のある必須成分である。ただし、その量が少なすぎると上記効果が不十分となりやすく、その量が多すぎると化学耐久性が悪くなりやすく、ガラスの着色も生じやすくなる。したがって、好ましくは５．０％を超え、より好ましくは６．０％、最も好ましくは７．０％を超えて含有し、好ましくは１５％、より好ましくは１３％最も好ましくは１０％を上限として含有する。

Ａｌ_２Ｏ_３成分は、ガラスの化学的耐久性を向上させる効果が極めて大きい必須成分である。ただしその量が多すぎると液相温度を上昇させやすく、また、ガラスの平均線膨張係数を増大させ、冷却時に発生する熱応力によるワレが多発しやすくなる。したがって、好ましくは０．１％、より好ましくは０．２％、最も好ましくは０．４％を下限とする。ただし、０．１％を下回っても、０％を超えて含有すれば本発明において所望のガラスの製造は可能である。また、好ましくは５．０％未満、より好ましくは３．０％、最も好ましくは１．０％未満を上限として含有する。

ＢａＯ成分は液相温度を低下させる効果のある必須成分であり、光学定数の調整にも有効である。ただし、その量が少なすぎると上記効果が不十分となりやすく、その量が多すぎると化学的耐久性が低下しやすくなる、又は平均線膨張係数が大きくなり過ぎることがある。したがって、好ましくは３０％を超え、より好ましくは３２％、最も好ましくは３４％を下限とし、好ましくは５５％、より好ましくは５０％、最も好ましくは４０％を上限として含有する。

Ｌａ_２Ｏ_３成分は、アッベ数を大きくし化学的耐久性の向上に有効な成分な必須成分である。その量が多すぎると液相温度が上昇しやすくなり、安定生産の支障になることがある。したがって、好ましくは０．１％、より好ましくは１．０％、最も好ましくは１．５％を下限とし、好ましくは５．０％未満、より好ましくは４．０％、最も好ましくは３．０％を上限として含有する。なお、０．１％を下回っても、０％を超えて入れば、本発明で所望のガラスを製造することはできる。

本発明の光学ガラスにおいて、低分散性を維持しつつ、化学的耐久性を良好に保ち、かつ低い液相温度を維持するためには、Ａｌ_２Ｏ_３成分とＬａ_２Ｏ_３成分との含有量の関係を、一定の範囲に制限することが好ましい。具体的にはＡｌ_２Ｏ_３成分とＬａ_２Ｏ_３成分との含有量の合計が、好ましくは１．０％以上、より好ましくは１．２５％以上、最も好ましくは１．５％以上となり、好ましくは１０．０％以下、より好ましくは９％以下、最も好ましくは８．０％以下となる。さらにＡｌ_２Ｏ_３成分とＬａ_２Ｏ_３成分との含有量の比、すなわち（Ａｌ_２Ｏ₃の含有量）／（Ｌａ_２Ｏ_３の含有量）の値が、好ましくは０．０５以上、より好ましくは０．０９以上、最も好ましくは０．１以上となり、好ましくは８．０以下、より好ましくは７．５以下、最も好ましくは７．０以下となる。

Ｌｉ_２Ｏ成分は、液相温度を下げ、溶融温度を低下させ、ガラス転移温度（Tg）を低くすることに大きな効果を有する任意成分である。ただし、その量が多すぎると平均線膨張係数の増大、化学的耐久性を悪化させやすくなる。したがって、好ましくは３．０％、より好ましくは２．０％、最も好ましくは１．０％未満を上限として含有する。Ｌｉ_２Ｏ成分は、含有しなくとも本発明が求める光学ガラスを得ることは可能であるが、好ましくは０．１％、より好ましくは０．３％を下限とし、最も好ましくは０．５％を超えて含有させることにより、容易に溶融性を向上させることができる。

ＳｒＯ成分はＢａＯ成分と同様の効果を有するので、BaO成分を一部置き換えて使用しうる任意成分である。しかしその量が多すぎると、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１５％、より好ましくは１３％最も好ましくは１０％を上限として含有する。

ＣａＯ成分は化学的耐久性を向上させ、平均線膨張係数を低く維持しながら、ガラス転移温度下げることができる有効な任意成分であるが、その量が多すぎると、液相温度が上昇しやすくなる。したがって、好ましくは１５％、より好ましくは１０％、最も好ましくは４％未満を上限として含有する。なおＣａＯ成分は含有しなくとも本発明が求める光学ガラスを得ることは可能であるが、好ましくは０．１％、より好ましくは１．０％、最も好ましくは２．０％を下限として含有させることにより、上記効果を容易に得ることができる。

ＭｇＯ成分はＣａＯ成分と同様に、化学的耐久性を向上させる有効な成分であり波長分散を低くする効果も有するが、その量が多すぎると、液相温度が上昇しやすくなる。したがって好ましくは１５％、より好ましくは２％未満を上限とし、最も好ましくは実質的に含有しない。

ＺｎＯ成分はガラス転移温度（Tg）を減少させるのに有効な成分であるが、その量が多すぎると、液相温度が上昇しやすくなる。したがって、好ましくは３５％、より好ましくは６％未満、最も好ましくは５％を上限として含有する。ＺｎＯ成分は含有しなくとも本発明が求める光学ガラスを得ることは可能であるが、好ましくは１．０％、より好ましくは２．０％、最も好ましくは３．０％を下限として含有させることにより、ガラス転移温度（Tg）を容易に低下させることができる。

Na_２Ｏ及びK₂O成分は、溶融温度を低下させ、ガラス転移温度（Tg）を低くする効果を有する任意成分である。ただし、その量が多すぎると化学的耐久性を悪化させやすくなる。したがって、各成分とも、好ましくは３．０％、より好ましくは２．０％、最も好ましくは１.０％を上限として含有する。

ＺｒＯ_２成分は、化学的耐久性を向上させる効果を有するが、その量が多すぎると液相温度が上昇しやすくなる。したがって好ましくは６．０％未満、より好ましくは３．０％、最も好ましくは１．０％を上限として含有し、実質的に含有しないことが最も好ましい。

Ｎｂ_２Ｏ_５、ＷＯ_３及びＴａ_２Ｏ_５の各成分は、耐久性の向上に寄与するが、その量が多すぎるとガラス転移温度（Ｔｇ）の上昇又は液相温度の上昇といった不利益が生じやすくなる。したがって、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＷＯ_３及びＴａ_２Ｏ_５の各成分の合計含有量が、好ましくは３.０％、より好ましくは１．０％を上限となるように含有し、実質的に含有しないことが最も好ましい。Ｎｂ_２Ｏ_５、ＷＯ_３及びＴａ_２Ｏ_５のそれぞれについても、好ましくは３.０％、より好ましくは１．０％を上限となるように含有し、実質的に含有しないことが最も好ましい。

Ｂｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２は屈折率の調整に有効な成分であるが、その量が多すぎるとガラスが着色しやすくなる。したがって、それぞれの成分が、好ましくは３.０％、より好ましくは１．０％を上限として含有し、実質的に含有しないことが最も好ましい。またＢｉ_２Ｏ_３及びＴｉＯ_２の合計含有量も、好ましくは３.０％、より好ましくは１．０％を上限として含有し、実質的に含有しないことが最も好ましい。
なお、上記成分の中でもＮｂ_２Ｏ_５、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＷＯ_３成分は特に含有しないことが好ましい。

Ｓｂ_２Ｏ_３成分は、ガラス溶融工程における脱泡効果を有する清澄剤として使用できる。本発明の光学ガラス組成は脱泡性が良好であるので、清澄剤を添加せずともよい。含有させる場合でも、好ましくは１．０％、より好ましくは０．８％、最も好ましくは０．５％を上限とする。

Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ₃及びＬｕ_２Ｏ_３成分は、Ｌａ_２Ｏ_３成分とともに用いる場合、ガラスの化学的耐久性の向上に有効な成分であるが、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ₃及びＬｕ_２Ｏ_３成分全体の含有量として、その量が多すぎると液相温度が上昇しやすくなる。したがって、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ₃及びＬｕ_２Ｏ_３成分の合計含有量が、好ましくは５．０％、より好ましくは４．０％、最も好ましくは３．０％を上限となるように各成分含有する。また、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ₃及びＬｕ_２Ｏ_３成分は、含有しなくとも本発明が求める光学ガラスを得ることは可能であるが、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ₃及びＬｕ_２Ｏ_３成分全体の含有量が、好ましくは０．１％、より好ましくは１．０％、最も好ましくは１．５％を下限となるように各成分（Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ₃及び／又はＬｕ_２Ｏ_３成分）を含有させることにより、ガラスの化学的耐久性を向上させるだけでなく、溶融時の安定性を向上させることができる。

以下、本発明の光学ガラス中に含有させるべきでない成分について説明する。

F成分は、ガラス転移温度（Ｔｇ）の低下、分散性能の調整に効果を有する成分である。しかしプリフォームを成形する際にガラス表面からＦ成分が揮発し、プリフォームや金型に付着してレンズに不具合を生じさせることがある。また、揮発による屈折率の変動が大きいこと、化学的耐久性を劣化させやすいこと等の問題があるため、安定した生産に不向きである。したがって、好ましくは３．０％、より好ましくは１．０％未満を上限として含有し、実質的に含有しないことが最も好ましい。

また、Ｃｓ_２Ｏ成分は光学定数の調整を目的として加えてもさしつかえないが、高価な原料な為、低価格なガラスを得ようとする場合には、実質的に含有しないことが好ましい。

また、ＴｅＯ_２成分は、高屈折率化、低Ｔｇ化させることを目的として加えてもさしつかえないが、モールドプレスを行なう際に、揮発によるレンズ表面にクモリを発生させてしまうような場合には、実質的に含有させないことが好ましい

また、Ｔｉを除く、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＭｏ等の遷移金属成分は、少量加えた場合でも、可視域の特定の波長に吸収を持つため、着色してしまう。したがって、可視領域の波長を使用する光学ガラスとしては、実質的に含有するべきではない。

また、Ｐｂ及びＴｈ成分は高屈折率化、ガラスとしての安定性の向上を目的として加えてもさしつかえない。また、Ｃｄ及びＴｌ成分は低Ｔｇ化を目的として加えてもさしつかえない。また、Ａｓ成分は、ガラスの清澄、均質化を目的として加えてもさしつかえない。しかし、Ｐｂ、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ａｓ成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされるため、加えるべきではない。

本発明のガラス組成物は、その組成範囲が質量％で表されているため直接的にモル％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酸化物のモル％表示による組成は、概ね以下の値をとる。なお下記ｍｏｌ％での値はあくまで参考のためであり、上記本願発明の各態様における範囲を限定するものではない。
Ｐ_２Ｏ₅ ３５〜５０ ｍｏｌ％、
Ｂ_２Ｏ_３ ５〜２０ ｍｏｌ％、
Ａｌ_２Ｏ₃ ０．１〜３．５ ｍｏｌ％、
ＢａＯ ２５〜３５ ｍｏｌ％、
Ｌｉ_２Ｏ ０〜１０ ｍｏｌ％、
ＳｒＯ ０〜１５ ｍｏｌ％、
ＣａＯ ０〜２０ ｍｏｌ％、
ＭｇＯ ０〜３０ ｍｏｌ％、
ＺｎＯ ０〜３０ ｍｏｌ％、
Ｌａ_２Ｏ_３ ０〜１ ｍｏｌ％、
Ｎａ_２Ｏ ０〜３ ｍｏｌ％、
Ｋ_２Ｏ ０〜２ ｍｏｌ％、

次に、本発明の光学ガラスに関する物性について説明する。

ガラス及び光学素子は、化学的耐久性が良好であることが望まれる。耐久性の悪いガラスは、レンズの研磨面、或いはプリフォームの状態での自由表面においてヤケと呼ばれるレンズ曇りが発生してしまう。通常、この様なガラスでは厳重な温度及び湿度の管理が必要となり、コストアップとなってしまいやすい。

具体的には、日本光学硝子工業会規格；ＪＯＧＩＳ０６−¹⁹⁹⁹光学ガラス の化学的耐久性 の測定方法（粉末法）により、また粉末法耐水性の減量率が、好ましくはクラス１〜３、より好ましくはクラス１〜２、最も好ましくはクラス１である。
なお、粉末法耐酸性の減量率は２．２未満、より好ましくは２．０未満、最も好ましくは１．８未満である。

モールドプレス用ガラスとして使用する硝材は、ガラス転移温度（Tg）が低い方が好ましく、特に５５０℃以下であれば、現在のモールドプレス用金型技術において非常に有用である。金型の寿命を長くし、そのためプレス温度を低減させためには、好ましくは５５０℃、より好ましくは５４０℃、最も好ましくは５３０℃を上限とする。
同様の理由から屈伏点（Ａｔ）は、好ましくは６５０℃、より好ましくは６３０℃、最も好ましくは６１０℃を上限とする。

金型を使用して光学ガラスをプレス成形することにより、ガラス素地からレンズ形状を得る工程では、その冷却過程でレンズの内部と外部に温度勾配が発生することがある。この時、平均線膨張係数が大きいと、得られたレンズに窪み（いわゆるヒケ）が発生しやすくなり、特に薄い形状のレンズを得ようとする場合にはワレが発生しやすくなる。また、プリフォーム成形の過程においても冷却過程でのワレやヒケの問題が発生する場合がある。したがって、１００〜３００℃における平均線膨張係数αが、好ましくは１２３×１０^-7/℃、より好ましくは１２１×１０^-7/℃、最も好ましくは１１６×１０^-7/℃を上限とする。またその下限については好ましくは１００×１０^-7/℃、より好ましくは１０２×１０^-7/℃、最も好ましくは１０４×１０^-7/℃である。

光学ガラスでは、後述する製造方法により、安定した生産を実現し、歩留りを向上させるため、好ましくは液相温度を１０００℃以下、より好ましくは９８０℃以下、最も好ましくは９５０℃以下とする。

前述のとおり、本発明の光学ガラスはプレス成形用のプリフォーム材としても使用することができ、或いは溶融ガラスをダイレクトプレスすることも可能である。プリフォーム材として使用する場合、その製造方法及びモールドプレス成形方法は特に限定されるものではなく、公知の製造方法及び成形方法を使用することができる。プリフォーム材の製造方法としては、例えば特開平０６−１５７０５１に記載のガラスプレス品の製造装置及びその製造方法や特開平１１−１５７８４９に記載の光学ガラスの製造方法及び製造装置のように公知の技術を使用することができる。

上記の様に溶融ガラスから直接プリフォーム材を製造する方法だけでなく、板材から冷間加工によりレンズ形状を得ても良いし、また冷間加工により近似形状としてから、モールドプレス成形を行なって最終製品である光学素子を得ても良い。

本発明の光学ガラスは、Ti、Nb等の成分を含有するアッベ数の小さいガラスと組み合わせて使用することで、色収差を効果的に小さくするための光学設計上の要請により、アッベ数が大きいことが好ましい。アッベ数の大きなガラスほど、この効果は大きいが、組成を検討するうえで、あまりアッベ数を大きくしようとすると、液相温度が上昇しやすくなり、ガラスを安定に製造しにくくなる。したがって、好ましくは５９、より好ましくは６０、最も好ましくは６１を下限とし、好ましくは７０、より好ましくは６９、最も好ましくは６８を上限とする。

レンズの肉厚を薄くし、光学素子の薄型化させるためには、屈折率が大きい方が有利である。また、モールドプレス成形においてはレンズの曲率半径は小さくなるほど、量産が困難になるため、高屈折率の材料であれば、それだけ曲率半径を大きくすることが可能となりモールド成形における成形精度の向上に貢献する。しかし、組成を検討するうえで屈折率を高くしようとすると、内部透過率及びアッベ数を所望の範囲に維持しにくくなる。したがって、好ましくは１．５０、より好ましくは１．５２、最も好ましくは１．５５を下限とし、好ましくは１．７０、より好ましくは１．６７、最も好ましくは１．６５を上限とする。

また、本発明のガラスは異常分散性を示すΔθｇ，Ｆの値が、他のガラスに比較して大きいことが求められる。これは、いわゆる２次スペクトルの補正に非常に有用だからである。好ましくは０．０００１、より好ましくは０．０００５、最も好ましくは０．００１を下限とする。なお、０．００３８を越えることが特に好ましい。本発明のガラスがこのようなΔθｇ，Ｆの値を有することにより、青色領域の色収差を改善することが可能である。

なお、異常分散性を示すΔθｇ，Ｆの値は、株式会社オハラ光学ガラスカタログ（ＯＨＡＲＡ ＯＰＴＩＣＡＬ ＧＬＡＳＳ：２００５年８月発行）の第６４頁に記載された方法により算出したものである。すなわち、下記の式により、部分分散比（θｇ，Ｆ）をもとめ、縦軸に部分分散比（θｇ，Ｆ）、横軸にアッベ数（νｄ）をとり、θｇ，Ｆ−νｄ座標にプロットする。異常分散性を示さない正常な光学ガラスとして下記の表１に示す部分分散比（θｇ，Ｆ）およびアッベ数（νｄ）を有する２種類の光学ガラス、株式会社オハラ製ＮＳＬ７およびＰＢＭ２を基準とし、この２種類の光学ガラスの座標（θｇ，Ｆ、νｄ）を直線で結び、この直線上の点と前記プロットした対象となるガラスを、同一のνｄにおいて縦座標の差（Δθｇ，Ｆ）を部分分散比の偏り、すなわち異常分散性を示す値とした。このようにして算出したΔθｇ，Ｆの値がプラスの場合、すなわち、ガラスの座標（Δθｇ，Ｆ、νｄ）が上記直線より上方に位置している場合、そのガラスは正の異常分散性を有している。

θｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎｃ）

本発明の光学ガラスは、光線透過性に極めて優れている為、情報の記録や再生を行う光ピックアップの対物レンズへの使用も可能である。特に、紫外線領域での内部透過率も良好であることから、４００ｎｍ〜９００ｎｍの波長範囲において、様々な波長を使用した光学装置に使用可能である。特に４００ｎｍ近傍の波長を使用する為には、４００ｎｍの光線に対し、内部透過率が０．９７以上であると好ましく、更に好ましくは０．９８以上、最も好ましくは０．９９以上である。

本発明の光学ガラスにおいては、本発明の光学ガラスからなる光学素子が搭載されるのは精密機器であるため、比重は低い方が好ましいが、４以下であれば問題ない。

式中、ｎｇは、光源が水銀で波長が４３５．８３５ｎｍのスペクトル線に対するガラスの屈折率、ｎＦは、光源が水素で波長が４８６．１３ｎｍのスペクトル線に対するガラスの屈折率、ｎｃは、光源が水素で波長が６５６．２７ｎｍのスペクトル線に対するガラスの屈折率を意味し、（ｎＦ−ｎｃ）を主分散と称す。

本発明にかかる光学ガラスの実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３４）の組成ならびに、特開２００４−２６２７０３に記載の実施例２、及び特開２００４−１６８５９３に記載の実施例１の組成を比較例（Ｎｏ．Ａ、及びＮｏ．Ｂ）として、光学定数（ｎｄ、νｄ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）、屈伏点Ａｔ、１００〜３００℃における平均線膨張係数α、内部透過率、液相温度、粉末法耐水性（ＲＷ）、比重とともに表２〜６及び８、９に示した。尚、異常分散性については、表７に示した。

なお、本発明にかかる実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３４）のガラスは、酸化物、炭酸塩、燐酸塩及び硝酸塩等の通常の光学ガラス用原料を所定の割合となるように秤量し、混合した後、白金坩堝等に投入し、ガラス組成による溶融性に応じて、９００〜１２００℃の温度で２〜４時間、溶融、脱泡し、攪拌均質化した後、降温してから金型等に鋳込み徐冷することにより、均質性の優れたガラスを低温の溶解にて得ることが可能である。

粉末法耐水性「ＲＷ」を示す級の値は、前記日本光学硝子工業会規格；ＪＯＧＩＳ０６−¹⁹⁹⁹光学ガラス の化学的耐久性 の測定方法（粉末法）により、次のようにして求めた。ガラスを、それぞれ、粒度４２０〜５９０μｍに粉砕し、得られたガラス粉末試料を白金製の溶出用かごの中に、比重グラム入れた。次に、上記ガラス粉末試料を入れた溶出用かごを、ｐＨ６．５〜７．５の純水８０ｍｌが入っている石英ガラス製の丸底フラスコに入れて、沸騰水浴中で６０分間処理した後、溶出用かごを丸底フラスコから取り出し、ガラス粉末試料の最初の質量と、その減量から算出した減量率（重量％）に基づいて、以下のように等級付けした。すなわち、減量率（重量％）が、０．０５％未満である場合には１級とし、０．０５〜０．１０％未満は２級、０．１０〜０．２５％未満は３級、０．２５〜０．６０％未満は４級、０．６０〜１．１０％未満は５級とした。

平均線膨張係数α（１００〜３００℃）は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８−2003「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に従い１００〜３００℃における平均線膨張係数を求めた。

液相温度は、透明なガラス試料を８５０℃〜１０００℃の温度勾配のついた温度傾斜炉に３０分間保持し、倍率１００倍の顕微鏡で結晶の有無を観察することにより、液相温度を測定した。前記温度範囲内にて、結晶が観察された試料のうち、最も高い温度を液相温度とした。なお使用した透明なガラス資料は１〜２ｍｍの大きさに粉砕されたガラス片を使用し、それを白金プレート上に等間隔に乗せて、温度傾斜炉内へ入れることで試料を加熱した。

内部透過率は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ１７−１９８２「光学ガラスの内部透過率の測定方法」に準じて、４００ｎｍの波長の光線透過率を測定した。ただし、１０ｍｍと５０ｍｍの対面研磨された試料を用いて測定した。

比重は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０５−１９７５「光学ガラスの比重の測定方法」に従い測定した。

表２〜６に見られるとおり、本発明の実施例のガラス（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３４）は、いずれも所望範囲の屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、内部透過率を有している。
また、本発明の実施例のガラスについて、粉末法耐水性のクラスは、いずれも「３」以下であり、化学的耐久性が良好であった。また液相温度も低く、安定した生産が可能である。
また、平均線膨張係数、ガラス転移温度ともに、モールドプレス成形に利用しうる値を示した。
また、本発明の実施例のガラスは、いずれも所望の異常分散性を有していた。

次に、本発明品のプリフォームを用いてモールドプレス成形を実施した。プレス条件は、形状により適宜設定されるが概ね下記の条件で実施される。プレス用金型を屈伏点（At）+1０℃〜屈伏点（At）+20℃に加熱した状況下において、プレス圧力10〜20MPaプレス時間30秒〜250秒の条件でプレス後、250℃〜200℃付近まで成形物が冷却された後、型から取り外した。得られた成形品は転写性が良好で、実体顕微鏡50倍で観察したところ欠陥は観察されなかった。

前記のガラスはいずれも所望の屈折率を維持しながら、高い化学的耐久性と低い液相温度を有する為、良好な生産性が期待できる。

比較例Ｎｏ．Ａ及びＢのガラスは、本発明で要求している組成範囲を満たしておらず、本発明のガラスにおいて要求している平均線膨張係数を満たしておらず、モールドプレスには適さないものであった。

Claims (20)

1. Ｐ_２Ｏ₅、Ｂ_２Ｏ_３、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ₃及びＬａ_２Ｏ_３を必須成分として含有し、酸化物基準の質量％でＡｌ_２Ｏ₃成分及びＬａ_２Ｏ_３成分の合計含有量が１〜１０％であり、（Ａｌ_２Ｏ₃成分の含有量）／（Ｌａ_２Ｏ_３成分の含有量）の値が０．０５〜８．０の範囲であり、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０６^-1999「光学ガラス の化学的耐久性の測定方法（粉末法）」により測定するガラスの耐水性ＲＷが級１〜３であることを特徴とする光学ガラス。
2. 酸化物基準の質量％で
   Ｂ_２Ｏ_３ ５％を超え１５％以下、
   Ａｌ_２Ｏ_３ ０％を超え５％未満、及び
   Ｌａ_２Ｏ_３ ０％を超え５％未満
   の範囲の各成分を含有し、
   １００〜３００℃における平均線膨張係数（α）が１００〜１２３[１０^-７℃^-１]であることを特徴とする請求項１の光学ガラス。
3. 酸化物基準の質量％で
   Ｐ_２Ｏ₅ ３０〜６０％、及び
   Ｌｉ_２Ｏ ０．１〜３％、
   の範囲の各成分を含有し、
   ガラス転移温度（Ｔｇ）が５５０℃以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学ガラス。
4. 酸化物基準の質量％で、
   Ｐ_２Ｏ₅ ３０〜６０％、
   Ｂ_２Ｏ_３ ５％を超え１５％以下、
   Ａｌ_２Ｏ₃ ０．１〜３．０％、
   ＢａＯ ３０％を超え５５％以下、及び
   Ｌｉ_２Ｏ ０．１〜３％、並びに
   ＳｒＯ ０〜１５％、及び/又は
   ＣａＯ ０〜１５％、及び/又は
   ＭｇＯ ０〜１５％、及び/又は
   ＺｎＯ ０〜３５％、及び/又は
   Ｎａ_２Ｏ ０〜３％、及び/又は
   Ｋ_２Ｏ ０〜３％
   の範囲の各成分を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの光学ガラス。
5. 酸化物基準の質量％で、
   ＺｒＯ_２ ０〜６％未満、及び/又は
   ＴｉＯ_２ ０〜３％、及び/又は
   Ｎｂ₂Ｏ₅ ０〜３％、及び/又は
   Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜３％、及び/又は
   ＷＯ_３ ０〜３％、及び/又は
   Ｂｉ_２Ｏ_３ ０〜３％、及び/又は
   Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％
   の範囲の各成分を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学ガラス。
6. 酸化物基準の質量％で、Ａｌ_２Ｏ₃成分を０．１〜１．０％未満の範囲で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. 酸化物基準の質量％で、ＣａＯ成分を０．１〜１０％の範囲で含有す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. 酸化物基準の質量％で、ＭｇＯ成分を０〜２．０％未満の範囲で含有す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. 酸化物基準の質量％で、ＺｎＯ成分を１．０〜６．０％未満の範囲で含有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光学ガラス。
10. 酸化物基準の質量％で、
    Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ₃及びＬｕ_２Ｏ_３成分の合計含有量が０．１〜５．０％となるように、各成分を含有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光学ガラス。
11. 酸化物基準の質量％で、Ｌｉ_２Ｏ 成分を０．１〜１．０％未満の範囲で含有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の光学ガラス。
12. Ｆ成分を、含有しないことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光学ガラス。
13. 液相温度が１０００℃以下であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の光学ガラス。
14. 屈折率が１．５０〜１．７０で、アッベ数が５９〜７０である請求項１〜１３のいずれかに記載の光学ガラス。
15. 異常分散性を示す値Δθｇ，Ｆが０．０００１以上であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の光学ガラス。
16. 異常分散性を示す値Δθｇ，Ｆが０．００３８以上であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の光学ガラス。
17. Ｎｂ、Ｂｉ、Ｗ成分を実質的に含有せず、４００nmの波長を有する光線に対する内部透過率が０．９７以上であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の光学ガラス。
18. 請求項１〜１７のいずれかに記載の光学ガラスからなるモールドプレス成形用ガラスプリフォーム材。
19. 請求項１〜１８に記載の光学ガラスからなる光学素子。
20. 請求項１８に記載のモールドプレス成形用ガラスプリフォーム材をモールドプレス成形することにより得られる光学素子。