JP2009179510A - 光学ガラス、プレス成形用ガラスゴブおよび光学素子とその製造方法ならびに光学素子ブランクの製造方法 - Google Patents

光学ガラス、プレス成形用ガラスゴブおよび光学素子とその製造方法ならびに光学素子ブランクの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 安定供給が可能であって、優れたガラス安定性を有する高屈折率低分散光学ガラスを提供する。
【解決手段】
モル％表示で、
ＳｉＯ２ ０．１〜４０％、
Ｂ２Ｏ３ １０〜５０％、
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏを合計で０〜１０％、
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯを合計で０〜１０％、
ＺｎＯ ０．５〜２２％、
Ｌａ２Ｏ３ ５〜５０％、
Ｇｄ２Ｏ３ ０．１〜２５％、
Ｙ２Ｏ３ ０．１〜２０％、
Ｙｂ２Ｏ３ ０〜２０％、
ＺｒＯ２ ０〜２５％、
ＴｉＯ２ ０〜２５％、
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜２０％、
Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、
ＷＯ３ ０．１％を超え２０％以下、
ＧｅＯ２ ０〜３％未満、
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、
Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、
を含み、Ｂ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の質量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３が１以下であり、
屈折率ｎｄが１．８６〜１．９５、アッベ数νｄが（２．３６−ｎｄ）／０．０１４以上、３８未満の光学ガラスである。
【選択図】 なし

Description

本発明は高屈折率低分散特性を有する光学ガラス、前記光学ガラスからなるプレス成形用ガラスゴブおよび光学素子とその製造方法、ならびに光学素子ブランクの製造方法に関する。
高屈折率低分散ガラスからなるレンズは、高屈折率高分散ガラスからなるレンズと組み合わせることにより、色収差を補正しつつ、光学系のコンパクト化を可能にする。そのため、撮像光学系やプロジェクタなどの投射光学系を構成する光学素子として非常に重要な位置を占めている。
特許文献１にはこのような高屈折率低分散ガラスが開示されている。特許文献１が開示するガラスは、屈折率ｎｄが１．７５〜２．００でＴａ２Ｏ５の含有量を０〜２５質量％の範囲としているが、屈折率ｎｄが１．８５以上のガラスは全て多量のＴａ２Ｏ５を含んでいる。これは、屈折率ｎｄ１．７５以上といった高屈折率領域においては、ガラス安定性を確保する上で多量のＴａ２Ｏ５導入が欠かせないからである。このように高屈折率低分散ガラスにおいて、Ｔａ２Ｏ５は主要な成分となっている。
ところで、タンタル（Ｔａ）は希少価値が高い元素であり、元々非常に高価な物質である。その上、最近、ワールドワイドにレアメタルの価格が高騰しており、タンタルの供給量も不足している。ガラス製造分野においてもタンタル原料が不足しており、こうした状況が続くと光学機器業界にとって必要不可欠な高屈折率低分散ガラスを安定供給できなくなることが危惧される。
特開２００７−２６９５８４号公報
本発明はこのような事情のもとで、安定供給が可能であって、優れたガラス安定性を有する高屈折率低分散光学ガラス、このガラスからなるプレス成形用ガラスゴブおよび光学素子、ならびに光学素子ブランクおよび光学素子のそれぞれの製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定のガラス組成と屈折率とアッベ数を有する光学ガラスにより、その目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）モル％表示で、
ＳｉＯ２ ０．１〜４０％、
Ｂ２Ｏ３ １０〜５０％、
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏを合計で０〜１０％、
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯを合計で０〜１０％、
ＺｎＯ ０．５〜２２％、
Ｌａ２Ｏ３ ５〜５０％、
Ｇｄ２Ｏ３ ０．１〜２５％、
Ｙ２Ｏ３ ０．１〜２０％、
Ｙｂ２Ｏ３ ０〜２０％、
ＺｒＯ２ ０〜２５％、
ＴｉＯ２ ０〜２５％、
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜２０％、
Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、
ＷＯ３ ０．１％を超え２０％以下、
ＧｅＯ２ ０〜３％未満、
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、
Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、
を含み、Ｂ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の質量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３が１以下であり、
屈折率ｎｄが１．８６〜１．９５、アッベ数νｄが（２．３６−ｎｄ）／０．０１４以上、３８未満であることを特徴とする光学ガラス、
（２）Ｔａ２Ｏ５の含有量が０〜７モル％である上記（１）項に記載の光学ガラス、
（３）Ｇｅフリーガラスである上記（１）項または（２）項に記載の光学ガラス、
（４）上記（１）項〜（３）項のいずれか１項に記載の光学ガラスからなるプレス成形用ガラスゴブ、
（５）上記（１）項〜（４）項のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる光学素子、
（６）研削、研磨により光学素子に仕上げられる光学素子ブランクの製造方法において、
上記（４）項に記載のプレス成形用ガラスゴブを加熱、軟化してプレス成形することを特徴とする光学素子ブランクの製造方法、
（７）研削、研磨により光学素子に仕上げられる光学素子ブランクの製造方法において、
ガラス原料を熔融し、得られた熔融ガラスをプレス成形し、上記（１）項〜（３）項のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる光学素子ブランクを作製することを特徴とする光学素子ブランクの製造方法、
（８）上記（６）項または（７）項に記載の光学素子ブランクを研削、研磨することを特徴とする光学素子の製造方法、
を提供するものである。
本発明によれば、安定供給が可能であって、優れたガラス安定性を有する高屈折率低分散光学ガラス、この光学ガラスからなるプレス成形用ガラスゴブおよび光学素子、並びに、光学素子ブランクおよび光学素子のそれぞれの製造方法を提供することができる。
［光学ガラス］
まず、本発明の光学ガラスについて説明する。
本発明の光学ガラスにおいては、ガラス成分の中でも特に高価なＴａ２Ｏ５の導入量を低減、制限する。こうした制限下、耐失透性を維持しつつ高屈折率低分散特性を付与するには、単にＴａ２Ｏ５の量を削減するだけでは、ガラス化しなかったり、生産過程でガラスが失透して使い物にならなくなってしまう。こうした問題を回避しつつ、Ｔａ２Ｏ５の導入量を削減するには、高屈折率付与成分の配分が重要である。
本発明では、ガラスの網目形成酸化物としてＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２を導入するとともに、高屈折率付与成分であるＬａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＷＯ３、ＺｎＯを必須成分として共存させる。本発明においてＺｎＯは熔解性の向上、ガラス転移温度の低下だけでなく、高屈折率低分散化と耐失透性向上に寄与する重要な成分である。
その上で、Ｂ２Ｏ３量とＳｉＯ２量のバランスを調整して耐失透性、熔解性、熔融ガラスの成形性を改善し、他成分とのバランスを図ることにより、上記発明の目的を達成したものである。
本発明の光学ガラスは、モル％表示で、
ＳｉＯ２ ０．１〜４０％、
Ｂ２Ｏ３ １０〜５０％、
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏを合計で０〜１０％、
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯを合計で０〜１０％、
ＺｎＯ ０．５〜２２％、
Ｌａ２Ｏ３ ５〜５０％、
Ｇｄ２Ｏ３ ０．１〜２５％、
Ｙ２Ｏ３ ０．１〜２０％、
Ｙｂ２Ｏ３ ０〜２０％、
ＺｒＯ２ ０〜２５％、
ＴｉＯ２ ０〜２５％、
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜２０％、
Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、
ＷＯ３ ０．１％を超え２０％以下、
ＧｅＯ２ ０〜３％未満、
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、
Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、
を含み、Ｂ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の質量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３が１以下であり、
屈折率ｎｄが１．８６〜１．９５、アッベ数νｄが（２．３６−ｎｄ）／０．０１４以上、３８未満であることを特徴とする。
（組成範囲の限定理由）
上記組成範囲の限定理由について説明するが、特記しない限り、各成分の含有量、合計含有量はモル％にて表示する。
ＳｉＯ２は、網目形成酸化物であり、ガラス安定性の維持および熔融ガラスの成形に適した粘性の維持に必要な必須成分であり、その量が０．１％未満であるとガラスの安定性が低下し、熔融ガラス成形時のガラスの粘性も低下して成形性が悪化してしまう。また、化学的耐久性も低下してしまう。一方、その量が４０％を超えると所望の屈折率を実現することが困難になるとともに、液相温度やガラス転移温度が上昇してしまう。また、所望のアッベ数を実現することが困難になる、ガラスの熔融性が悪化する、耐失透性が悪化するなどの問題が生じてしまう。したがって、ＳｉＯ２の含有量は０．１〜４０％とする。ＳｉＯ２の含有量の好ましい範囲は３〜３５％、より好ましい範囲は５〜３０％、さらに好ましい範囲は５〜２５％、一層好ましい範囲は７〜２２％、より一層好ましい範囲は１０〜２０％である。
Ｂ２Ｏ３は、網目形成酸化物であり、ガラスの熔融性維持、液相温度の低下に有効な必須成分である。また、低分散特性を付与する上からも有効な成分である。その量が１０％未満になるとガラス安定性が低下し、５０％を超えると所望の屈折率を満たすことが困難になるとともに、化学的耐久性が悪化する。したがって、Ｂ２Ｏ３の含有量は１０〜５０％とする。Ｂ２Ｏ３の含有量の好ましい範囲は１２〜４５％、より好ましい範囲は１５〜４３％、さらに好ましい範囲は１７〜４０％、一層好ましい範囲は１７〜３８％、より一層好ましい範囲は１８〜３５％である。
なお、液相温度の低下、耐失透性の改善および熔融性の改善のため、また、成形に適した粘性を維持する上から、Ｂ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の質量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３は１以下とする。前記質量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３は、質量％表示によるＳｉＯ２の含有量をＢ２Ｏ３の含有量で割った値である。前記比が１を超えると液相温度が上昇するとともに耐失透性が悪化し、熔融性も悪化し、所望のアッべ数を実現することも困難になる。
質量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３の好ましい範囲は０．９５以下、より好ましい範囲は０．９０以下である。
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏは、熔融性を改善し、ガラス転移温度を低下させる働きをする任意成分である。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計含有量が１０％を超えると所望の屈折率を実現するのが困難になり、化学的耐久性も低下する。したがって、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計含有量は０〜１０％とする。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計含有量の好ましい範囲は０〜８％、より好ましい範囲は０〜６％、さらに好ましい範囲は０〜４％、一層好ましい範囲は０〜２％であり、上記アルカリ金属酸化物を含まないことがより一層好ましい。
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯは、ガラスの熔融性や可視域における光線透過率を改善する働きをする。また、炭酸塩や硝酸塩の形でガラスに導入することにより、脱泡効果も得られる。しかし、その量が１０％を超えると液相温度が上昇し、耐失透性が悪化するほか、屈折率が低下し、化学的耐久性も悪化してしまう。したがって、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量を０〜１０％とする。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計含有量の好ましい範囲は０〜８％、より好ましい範囲は０〜６％、さらに好ましい範囲は０〜４％、一層好ましい範囲は０〜２％である。アルカリ土類金属酸化物を含まないことがより一層好ましい。
ＺｎＯは、高屈折率低分散特性を実現する上で有用な必須成分であり、ガラスの熔融性、耐失透性を改善し、液相温度やガラス転移温度を低下させる働きをする。その量が０．５％未満であると屈折率が低下したり、液相温度が上昇し、耐失透性が悪化する。一方、その量が２２％を越えると所望の屈折率を実現することが困難になる。したがって、ＺｎＯの含有量は０．５〜２２％とする。ＺｎＯの含有量のより好ましい範囲は０．５〜２０％、さらに好ましい範囲は１〜１８％、一層好ましい範囲は２〜１７％、より一層好ましい範囲は３〜１７％、なお一層好ましい範囲は４〜１７％である。
Ｌａ２Ｏ３は、高屈折率低分散特性を実現する上で必須であり、化学的耐久性を改善する働きもする。その量が５％未満であると所望の屈折率が得にくくなり、５０％を超えると液相温度が上昇し、耐失透性が悪化する。したがって、Ｌａ２Ｏ３の含有量は５〜５０％とする。Ｌａ２Ｏ３の含有量の好ましい範囲は５〜４５％、より好ましい範囲は５〜４０％、さらに好ましい範囲は５〜３５％、一層好ましい範囲は７〜３０％、より一層好ましい範囲は１０〜２５％である。
Ｇｄ２Ｏ３は、Ｌａ２Ｏ３と共存させることにより液相温度を低下させ、耐失透性を大幅に改善する働きをする。その量が０．１％未満であると屈折率が低下し、液相温度が上昇、耐失透性や化学的耐久性が悪化する。一方、その量が２５％を超えると液相温度が上昇し、耐失透性が悪化する。したがって、Ｇｄ２Ｏ３の含有量は０．１〜２５％とする。Ｇｄ２Ｏ３の含有量の好ましい範囲は０．１〜２０％、より好ましい範囲は０．１〜１８％、さらに好ましい範囲は０．１〜１５％、一層好ましい範囲は０．１〜１２％、より一層好ましい範囲は０．１〜１０％、なお一層好ましい範囲は１〜１０％である。
Ｙ２Ｏ３もＬａ２Ｏ３と共存させることにより液相温度を低下させ、耐失透性を大幅に改善する働きをする。その量が０．１％未満であると屈折率が低下し、液相温度が上昇、耐失透性や化学的耐久性が悪化する。一方、その量が２０％を超えると液相温度が上昇し、耐失透性が悪化する。したがって、Ｙ２Ｏ３の含有量は０．１〜２０％とする。Ｙ２Ｏ３の含有量の好ましい範囲は０．１〜１８％、より好ましい範囲は０．１〜１５％、さらに好ましい範囲は０．１〜１３％、一層好ましい範囲は０．１〜１０％、より一層好ましい範囲は０．１〜７％．なお一層好ましい範囲は５〜７％である。
Ｙｂ２Ｏ３もＬａ２Ｏ３と共存させることにより液相温度を低下させ、耐失透性を大幅に改善する働きをする。その量が２０％を超えると液相温度が上昇し、耐失透性が悪化する。したがって、Ｙｂ２Ｏ３の含有量は０〜２０％とする。Ｙｂ２Ｏ３の含有量の好ましい範囲は０〜１８％、より好ましい範囲は０〜１６％、さらに好ましい範囲は０〜１４％、一層好ましい範囲は０〜１２％、より一層好ましい範囲は０〜１０％、なお一層好ましい範囲は０〜５％である。
ＺｒＯ２は、屈折率を高め、化学的耐久性を改善する働きをする。少量の導入でも優れた効果が得られる。しかし、その量が２５％を超えると、ガラス転移温度や液相温度が上昇し、耐失透性が低下する。したがって、ＺｒＯ２の含有量は０〜２５％とする。ＺｒＯ２の含有量の好ましい範囲は０〜２２％、より好ましい範囲は２〜２２％、さらに好ましい範囲は２〜２０％、一層好ましい範囲は２〜１８％、より一層好ましい範囲は２〜１５％、なお一層好ましい範囲は２〜１３％である。
ＴｉＯ２は、屈折率を高め、化学的耐久性および耐失透性を改善する働きをする。しかし、その量が２５％を超えると所望のアッベ数を得ることが難しくなるとともに、ガラス転移温度や液相温度が上昇し、耐失透性が悪化する。したがって、ＴｉＯ２の含有量は０〜２５％とする。ＴｉＯ２の含有量の好ましい範囲は０〜２２％、より好ましい範囲は３〜２０％、さらに好ましい範囲は３〜１８％、一層好ましい範囲は３〜１７％、より一層好ましい範囲は３〜１６％である。
Ｎｂ２Ｏ５は、屈折率を高めるとともに、液相温度を低下させ、耐失透性を改善する働きをする。その量が２０％を超えると液相温度が上昇し、耐失透性が悪化し、所望のアッベ数を実現することが困難になるほか、ガラスの着色も強まる。したがって、Ｎｂ２Ｏ５の含有量を０〜２０％とする。Ｎｂ２Ｏ５の含有量の好ましい範囲は０〜１８％、より好ましい範囲は０〜１５％、さらに好ましい範囲は０〜１２％、一層好ましい範囲は０〜１０％、より一層好ましい範囲は0〜8％である。
Ｔａ２Ｏ５は、高屈折率低分散性を実現し、ガラス安定性も高める働きをするが、高価な成分であるため、本発明の目的である高屈折率低分散ガラスの安定供給を達成するため、その含有量を１０％以下に抑える。また、その含有量が１０％を超えると液相温度が上昇し、耐失透性が悪化する。したがって、Ｔａ２Ｏ５の含有量は０〜１０％とする。Ｔａ２Ｏ５の含有量の好ましい範囲は０〜７％、より好ましい範囲は０〜５％、さらに好ましい範囲は０〜４％、一層好ましい範囲は０〜３％、より一層好ましい範囲は０〜２％、なお一層好ましい範囲は０〜１％である。Ｔａ２Ｏ５を含まないことが特に好ましい。
ＷＯ３は、屈折率を高め、液相温度を低下させ、耐失透性の改善に寄与する必須成分である。その量が０．１％以下であるだと所望の屈折率を得ることが困難になるとともに、液相温度が上昇し、耐失透性が悪化してしまう。一方、その量が２０％を越えると液相温度が上昇し、耐失透性が悪化してしまう。また、ガラスの着色も強まる。したがって、ＷＯ３の含有量は、０．１％を超え２０％以下とする。ＷＯ３の含有量の好ましい範囲は０．１〜１８％、より好ましい範囲は０．１〜１５％、さらに好ましい範囲は０．５〜１０％、一層好ましい範囲は０．５〜８％、より一層好ましい範囲は０．５〜７％である。
ＧｅＯ２は、網目形成酸化物であり、屈折率を高める働きもするため、ガラス安定性を維持しつつ屈折率を高めることができる成分であるが、非常に高価な成分であり、Ｔａ成分とともに、その量を控えることが望まれる成分である。本発明では、上記のように組成を決めているので、ＧｅＯ２の含有量を３％未満に抑えても、所望の光学特性の実現と優れたガラス安定性の実現を両立することができる。従ってＧｅＯ２の含有量は０〜３％未満とする。ＧｅＯ２の含有量の好ましい範囲は０〜２％、より好ましい範囲は０〜１％、さらに好ましい範囲は０〜０．５％であり、ＧｅＯ２を含まないこと、すなわちＧｅフリーガラスであることが特に好ましい。
Ｂｉ２Ｏ３は、屈折率を高めるとともにガラス安定性も高める働きをするが、その量が１０％を超えると可視域における光線透過率が低下する。したがって、Ｂｉ２Ｏ３の含有量は０〜１０％とする。Ｂｉ２Ｏ３の含有量の好ましい範囲は０〜５％、より好ましい範囲は０〜２％、さらに好ましい範囲は０〜１％であり、Ｂｉ２Ｏ３を含まないことが特に好ましい。
Ａｌ２Ｏ３は、少量であればガラス安定性および化学的耐久性を改善する働きをするが、その量が１０％を超えると液相温度が上昇し、耐失透性が悪化する。したがって、Ａｌ２Ｏ３の含有量は０〜１０％とする。Ａｌ２Ｏ３の含有量の好ましい範囲は０〜５％、より好ましい範囲は０〜２％、さらに好ましい範囲は０〜１％であり、Ａｌ２Ｏ３を含まないことが特に好ましい。
Ｓｂ２Ｏ３は、清澄剤として添加可能であり、少量の添加でＦｅなどの不純物混入による光線透過率の低下を抑える働きもするが、外割りで１質量％を超えて添加するとガラスが着色したり、その強力な酸化作用によってプレス成形時、プレス成形型の成形面劣化を助長してしまう。したがって、Ｓｂ２Ｏ３の添加量は、外割りで０〜１質量％が好ましく、より好ましくは０〜０．５質量％とする。
ＳｎＯ２も清澄剤として添加可能であるが、外割りで１質量％を超えて添加するとガラスが着色したり、酸化作用によって精密プレス成形時、プレス成形型の成形面劣化を助長してしまう。したがって、ＳｎＯ２の添加量を外割りで０〜１質量％が好ましく、より好ましくは０〜０．５質量％とする。
本発明の光学ガラスは、ガラス安定性を維持しつつ高屈折率低分散の光学特性を実現しており、Ｌｕ、Ｈｆといった成分を含有させることを必要としない。Ｌｕ、Ｈｆも高価な成分なので、Ｌｕ２Ｏ３、ＨｆＯ２の含有量をそれぞれ０〜１％に抑えることが好ましく、それぞれ０〜０．５％に抑えることがより好ましく、Ｌｕ２Ｏ３を導入しないこと、ＨｆＯ２を導入しないことがそれぞれ特に好ましい。
また、環境影響に配慮し、Ａｓ、Ｐｂ、Ｕ、Ｔｈ、Ｔｅ、Ｃｄも導入しないことが好ましい。
さらに、ガラスの優れた光線透過性を活かす上から、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの着色の要因となる物質を導入しないことが好ましい。
（光学ガラスの特性）
本発明の光学ガラスの屈折率ｎｄは、１．８６〜１．９５である。屈折率ｎｄの好ましい下限は１．８７、より好ましい下限は１．８８、さらに好ましい下限は１．８９であり、好ましい上限は１．９４、より好ましい上限は１．９３、さらに好ましい上限は１．９２である。
アッベ数νｄが小さいガラス、すなわち分散が高いガラスのほうが、安定性を維持しつつ、屈折率を高めやすい。したがって、本発明は、アッベ数νｄの下限を屈折率ｎｄとの関係で規定する。本発明の光学ガラスのアッベ数νｄは（２．３６−ｎｄ）／０．０１４以上、３８未満である。アッベ数νｄの好ましい下限は（２．３５６−ｎｄ）／０．０１３７、より好ましい下限は（２．３５６−ｎｄ）／０．０１８７である。
本発明の光学ガラスは、研削、研磨により平滑な光学機能面を形成するのに好適なガラスである。研削、研磨などの冷間加工の適性、すなわち冷間加工性は間接的ながらガラス転移温度と関連がある。ガラス転移温度が低いガラスは冷間加工性よりも精密プレス成形に好適であるのに対し、ガラス転移温度が高いガラスは精密プレス成形よりも冷間加工に好適であって、冷間加工性に優れる。したがって、本発明においても冷間加工性を優先する場合は、ガラス転移温度を過剰に低くしないことが好ましく、６３０℃よりも高くすることが好ましく、６４０℃以上にすることがより好ましく、６６０℃以上にすることがさらに好ましい。しかし、ガラス転移温度が高すぎるとガラスを再加熱、軟化して成形する際の加熱温度が高くなり、成形に使用する金型の劣化が著しくなったり、アニール温度も高温になり、アニール炉の劣化、消耗も著しくなる。したがって、ガラス転移温度は７２０℃以下とすることが好ましく、７１０℃以下にすることがより好ましく、７００℃未満にすることがさらに好ましい。
（光学ガラスの製造方法）
次に本発明の光学ガラスの製造方法について説明する。例えば、粉体状の化合物原料あるいはカレット原料を目的のガラス組成に対応して秤量、調合し、白金合金製の熔融容器内に供給した後、これを加熱、熔融する。上記原料を完全に熔融してガラス化した後、この熔融ガラスの温度を上昇させて清澄を行う。清澄した熔融ガラスを攪拌器による攪拌によって均質化し、ガラス流出パイプに連続供給、流出し、急冷、固化してガラス成形体を得る。
次に本発明のプレス成形用ガラスゴブについて説明する。
[プレス成形用ガラスコブ]
本発明のプレス成形用ガラスゴブは上記した本発明の光学ガラスからなることを特徴とする。ゴブの形状は、目的とするプレス成形品の形状に応じてプレス成形しやすい形状にする。また、ゴブの質量もプレス成形品に合わせて設定する。本発明においては、安定性の優れたガラスを使用しているので、再加熱、軟化してプレス成形してもガラスが失透しにくく、高品質の成形品を安定して生産することができる。
プレス成形用ガラスゴブの製造例は以下のとおりである。
第１の製造例においては、流出パイプの下方に水平に配置した鋳型にパイプから流出する熔融ガラスを連続的に鋳込み、一定の厚みを有する板状に成形する。成形されたガラスは鋳型側面に設けた開口部から水平方向へと連続して引き出される。板状ガラス成形体の引き出しはベルトコンベアによって行う。ベルトコンベアの引き出し速度を一定にしてガラス成形体の板厚が一定になるように引き出すことにより、所定の厚み、板幅のガラス成形体を得ることができる。ガラス成形体はベルトコンベアによりアニール炉内へと搬送され、徐冷される。徐冷したガラス成形体を板厚方向に切断あるいは割断し、研磨加工を施したり、バレル研磨を施してプレス成形用ガラスゴブにする。
第２の製造例においては、上記鋳型の代わりに円筒状の鋳型内に熔融ガラスを鋳込んで円柱状のガラス成形体を成形する。鋳型内で成形されたガラス成形体は鋳型底部の開口部から一定の速度で鉛直下方に引き出される。引き出し速度は鋳型内での熔融ガラス液位が一定になるように行えばよい。ガラス成形体を徐冷した後、切断もしくは割断して、研磨加工またはバレル研磨を施してプレス成形用ガラスゴブとする。
第３の製造例においては、流出パイプの下方に円形のターンテーブルの円周上に複数個の成形型を等間隔に配置した成形機を流出パイプの下方に設置し、ターンテーブルをインデックス回転し、成形型の停留位置の一つを成形型に熔融ガラスを供給する位置（キャスト位置という）として熔融ガラスを供給し、供給した熔融ガラスをガラス成形体に成形した後、キャスト位置とは異なる所定の成形型の停留位置（テイクアウト位置）からガラス成形体を取り出す。テイクアウト位置をどの停留位置にするかは、ターンテーブルの回転速度、ガラスの冷却速度などを考慮して定めればよい。キャスト位置における成形型への熔融ガラスの供給は、流出パイプのガラス流出口から熔融ガラスを滴下し、ガラス滴を上記成形型で受ける方法、キャスト位置に停留する成形型をガラス流出口に近づけて流出する熔融ガラス流の下端部を支持し、ガラス流の途中にくびれを作り、所定のタイミングで成形型を鉛直方向に急降下することによりくびれより下の熔融ガラスを分離して成形型上に受ける方法、流出する熔融ガラス流を切断刃で切断し、分離した熔融ガラス塊をキャスト位置に停留する成形型で受ける方法などにより行うことができる。
成形型上でのガラスの成形は公知の方法を用いればよい。中でも成形型から上向きにガスを噴出してガラス塊に上向きの風圧を加え、ガラスを浮上させながら成形すると、ガラス成形体の表面にシワができたり、成形型との接触によってガラス成形体にカン割れが発生するのを防止することができる。
ガラス成形体の形状は、成形型形状の選択や上記ガスの噴出の仕方により、球状、回転楕円体状、回転対象軸を１つ有し、該回転対象軸の軸方向を向いた２つの面が共に外側に凸状である形状等にすることができる。これらの形状はレンズなどの光学素子あるいは光学素子ブランクをプレス成形するためのガラスゴブに好適である。このようにして得られたガラス成形体はそのまま、あるいは表面を研磨あるいはバレル研磨してプレス成形用ガラスゴブにすることができる。
[光学素子]
次に本発明の光学素子について説明する。
本発明の光学素子は、上記した本発明の光学ガラスからなることを特徴とする。本発明の光学素子は、高屈折率低分散特性を有し、Ｔａ２Ｏ５やＧｅＯ２などの高価な成分の含有量が少量またはゼロに抑えられているので、低コストにて光学的な価値の高い各種レンズ、プリズムなどの光学素子を提供することができる。
レンズの例としては、レンズ面が球面または非球面である、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどの各種レンズを示すことができる。
こうしたレンズは、高屈折率高分散ガラス製のレンズと組み合わせることにより色収差を補正することができ、色収差補正用のレンズとして好適である。また、光学系のコンパクト化にも有効なレンズである。
また、プリズムについては、屈折率が高いので撮像光学系に組み込むことにより、光路を曲げて所望の方向に向けることによりコンパクトで広い画角の光学系を実現することもできる。
なお本発明の光学素子の光学機能面には、反射防止膜などの光線透過率を制御する膜を設けることもできる。
[光学素子ブランクの製造方法]
次に本発明の光学素子ブランクの製造方法について説明する。
本発明の光学素子ブランクの製造方法には、以下に示す２つの態様がある。
（第１の光学素子ブランクの製造方法）
本発明の第１の光学素子ブランクの製造方法は、研削、研磨により光学素子に仕上げられる光学素子ブランクの製造方法において、上記した本発明のプレス成形用ガラスゴブを加熱、軟化してプレス成形することを特徴とする。
光学素子ブランクは、目的とする光学素子の形状に、研削、研磨により除去する加工しろを加えた光学素子の形状に近似する形状を有するガラス成形体である。
光学素子ブランクを作製するにあたり、該ブランクの形状を反転した形状の成形面を有するプレス成形型を用意する。プレス成形型は上型、下型そして必要に応じて胴型を含む型部品によって構成され、上下型の成形面、あるいは胴型を使用する場合は胴型成形面を前述の形状にする。
次にプレス成形用ガラスゴブの表面に窒化ホウ素などの粉末状離型剤を均一に塗布し、加熱、軟化してから予熱された下型に導入し、下型と対向する上型とでプレスし、光学素子ブランクに成形する。
次に光学素子ブランクを離型してプレス成形型から取り出し、アニール処理する。このアニール処理によってガラス内部の歪を低減し、屈折率などの光学特性が所望の値になるようにする。
ガラスゴブの加熱条件、プレス成形条件、プレス成形型に使用する材料などは公知のものを適用すればよい。以上の工程は大気中で行うことができる。
（第２の光学素子ブランクの製造方法）
本発明の第２の光学素子ブランクの製造方法は、研削、研磨により光学素子に仕上げられる光学素子ブランクの製造方法において、ガラス原料を熔融し、得られた熔融ガラスをプレス成形し、上記した本発明の光学ガラスからなる光学素子ブランクを作製することを特徴とする。
上型、下型、必要に応じて胴型を含む型部品によりプレス成形型を構成する。前述のように光学素子ブランクの表面形状を反転した形状にプレス成形型の成形面を加工する。
下型成形面上に窒化ホウ素などの粉末状離型剤を均一に塗布し、前述の光学ガラスの製造方法にしたがい熔融した熔融ガラスを下型成形面上に流出し、下型上の熔融ガラス量が所望の量になったところで熔融ガラス流をシアと呼ばれる切断刃で切断する。こうして下型上に熔融ガラス塊を得た後、上方に上型が待機する位置に熔融ガラス塊ごと下型を移動し、上型と下型とでガラスをプレスし、光学素子ブランクに成形する。
次に光学素子ブランクを離型してプレス成形型から取り出し、アニール処理する。このアニール処理によってガラス内部の歪を低減し、屈折率などの光学特性が所望の値になるようにする。
ガラスゴブの加熱条件、プレス成形条件、プレス成形型に使用する材料などは公知のものを適用すればよい。以上の工程は大気中で行うことができる。
次に本発明の光学素子の製造方法について説明する。
[光学素子の製造方法]
本発明の光学素子の製造方法は、上記した本発明の方法で作製した光学素子ブランクを研削、研磨することを特徴とする。研削、研磨は公知の方法を適用することができる。
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によって何等限定されるものではない。
（実施例１）
まず、表１に示す組成を有するガラスＮｏ．１〜１０が得られるように、原料として炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、酸化物、ホウ酸などを用い、各原料粉末を秤量して十分混合し、調合原料とし、この調合原料を白金製坩堝に入れて１４００℃で加熱、熔融し、清澄、撹拌して均質な熔融ガラスした。この熔融ガラスを予熱した鋳型に流し込んで急冷し、ガラス転移温度近傍の温度で２時間保持した後、徐冷してガラスＮｏ．１〜１０の各光学ガラスを得た。いずれのガラス中にも結晶の析出は認められなかった。
なお、各ガラスの特性は、以下に示す方法で測定した。測定結果を表２に示す。
・ 屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄ
１時間あたり３０℃の降温速度で冷却した光学ガラスについて測定した。
（２）ガラス転移温度Ｔｇ
熱機械分析装置を用いて、昇温速度４℃／分の条件下で測定した。
（３）液相温度ＬＴ
ガラスを所定温度に加熱された炉内に入れて２時間保持し、冷却後、ガラス内部を１００倍の光学顕微鏡で観察し、結晶の有無から液相温度を決定した。
（４）液相温度における粘度
粘度ＪＩＳ規格 Ｚ８８０３、共軸二重円筒形回転粘度計による粘度測定方法により粘度を測定した。
（５）比重
アルキメデス法により測定した。

（比較例１）
特許文献１の表８、Ｎｏ．３７の組成で、Ｔａ２Ｏ５以外の成分含有量の割合を維持しつつ、Ｔａ２Ｏ５の含有量がゼロとなるように原料を調合し、加熱、熔融して得た熔融物を鋳型に流し込んで急冷した。その結果、図１の左に示すようにガラス全体が失透し、白濁してしまった。
（比較例２）
特許文献１の表８、Ｎｏ．３７の組成で、Ｔａ２Ｏ５含有量の全量を他の高屈折率付与成分であるＬａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＷＯ３およびＺｒＯ２に均等に置換した組成に基づき原料を調合し、加熱、熔融して得た熔融物を鋳型に流し込んで急冷したところ、図１の右に示すようにガラス全体が失透し、白濁してしまった。
（実施例２）
次に実施例１のＮｏ．１〜１０の各光学ガラスからなるプレス成形用ガラスゴブを次のようにして作製した。
まず、上記各ガラスが得られるようにガラス原料を調合し、白金製坩堝に投入し、加熱、熔融し、清澄、撹拌して均質な熔融ガラスを得た。次に、熔融ガラスを流出パイプから一定流量で流出し、流出パイプの下方に水平に配置した鋳型に鋳込み、一定の厚みを有するガラス板を成形した。成形されたガラス板を鋳型側面に設けた開口部から水平方向へと連続して引き出し、ベルトコンベアにてアニール炉内へと搬送し、徐冷した。
徐冷したガラス板を切断あるいは割断してガラス片を作り、これらガラス片をバレル研磨してプレス成形用ガラスゴブにした。
なお、流出パイプの下方に円筒状の鋳型を配置し、この鋳型内に熔融ガラスを鋳込んで円柱状ガラスに成形し、鋳型底部の開口部から一定の速度で鉛直下方に引き出した後、徐冷し、切断もしくは割断してガラス片を作り、これらガラス片をバレル研磨してプレス成形用ガラスゴブを得ることもできる。
（実施例３）
実施例２と同様に熔融ガラスを流出パイプから流出し、成形型で流出する熔融ガラス下端を受けた後、成形型を急降下し、表面張力によって熔融ガラス流を切断し、成形型上に所望の量の熔融ガラス塊を得た。そして、成形型からガスを噴出してガラスに上向きの風圧を加え、浮上させながらガラス塊に成形し、成形型から取り出してアニールした。それからガラス塊をバレル研磨してプレス成形用ガラスゴブとした。
（実施例４）
実施例３で得た各プレス成形用ガラスゴブの全表面に窒化ホウ素粉末からなる離型剤を均一に塗布した後、上記ゴブを加熱、軟化してプレス成形し、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどの各種レンズ、プリズムのブランクを作製した。
（実施例５）
実施例２と同様にして熔融ガラスを作り、熔融ガラスを窒化ホウ素粉末の離型剤を均一に塗布した下型成形面に供給し、下型上の熔融ガラス量が所望量になったところで熔融ガラス流を切断刃で切断した。
こうして下型上に得た熔融ガラス塊を上型と下型でプレスし、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどの各種レンズ、プリズムのブランクを作製した。
（実施例６）
実施例４、５で作製した各ブランクをアニールした。アニールによってガラス内部の歪を低減し、屈折率などの光学特性が所望の値になるようにする。
次に各ブランクを研削、研磨して凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどの各種レンズ、プリズムを作製した。得られた光学素子の表面には反射防止膜をコートしてもよい。
（実施例７）
実施例２と同様にしてガラス板および円柱状ガラスを作製し、得られたガラス成形体をアニールして内部の歪を低減するとともに、屈折率などの光学特性が所望の値になるようした。
次にこれらガラス成形体を切断、研削、研磨して凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどの各種レンズ、プリズムのブランクを作製した。得られた光学素子の表面に反射防止膜をコートしてもよい。
本発明は、安定供給が可能であり、かつ優れたガラス安定性を有する高屈折率低分散性を備える光学ガラスであって、プレス成形用ガラスゴブ、光学素子ブランクおよび光学素子に好適である。
比較例１および比較例２で得られた失透したガラスの写真である。

Claims (8)

  1. モル％表示で、
    ＳｉＯ２ ０．１〜４０％、
    Ｂ２Ｏ３ １０〜５０％、
    Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏを合計で０〜１０％、
    ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯを合計で０〜１０％、
    ＺｎＯ ０．５〜２２％、
    Ｌａ２Ｏ３ ５〜５０％、
    Ｇｄ２Ｏ３ ０．１〜２５％、
    Ｙ２Ｏ３ ０．１〜２０％、
    Ｙｂ２Ｏ３ ０〜２０％、
    ＺｒＯ２ ０〜２５％、
    ＴｉＯ２ ０〜２５％、
    Ｎｂ２Ｏ５ ０〜２０％、
    Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、
    ＷＯ３ ０．１％を超え２０％以下、
    ＧｅＯ２ ０〜３％未満、
    Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、
    Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、
    を含み、Ｂ２Ｏ３の含有量に対するＳｉＯ２の含有量の質量比ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３が１以下であり、
    屈折率ｎｄが１．８６〜１．９５、アッベ数νｄが（２．３６−ｎｄ）／０．０１４以上、３８未満であることを特徴とする光学ガラス。
  2. Ｔａ２Ｏ５の含有量が０〜７モル％である請求項１に記載の光学ガラス。
  3. Ｇｅフリーガラスである請求項１または２に記載の光学ガラス。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ガラスからなるプレス成形用ガラスゴブ。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる光学素子。
  6. 研削、研磨により光学素子に仕上げられる光学素子ブランクの製造方法において、
    請求項４に記載のプレス成形用ガラスゴブを加熱、軟化してプレス成形することを特徴とする光学素子ブランクの製造方法。
  7. 研削、研磨により光学素子に仕上げられる光学素子ブランクの製造方法において、
    ガラス原料を熔融し、得られた熔融ガラスをプレス成形し、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ガラスからなる光学素子ブランクを作製することを特徴とする光学素子ブランクの製造方法。
  8. 請求項６または７に記載の光学素子ブランクを研削、研磨することを特徴とする光学素子の製造方法。
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