JP2009269770A - 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子 - Google Patents

光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子 Download PDF

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Abstract

【課題】屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）及びガラス転移点（Ｔｇ）が所望の範囲内にありながら、より高い熱的安定性を有する光学ガラスと、これを用いた精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子を得る。
【解決手段】光学ガラスは、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＢ２Ｏ３成分を１０．０〜５０．０％、Ｌａ２Ｏ３成分を５．０〜３５．０％、及びＢｉ２Ｏ３成分を６．０〜６５．０％含有する。光学素子は、この光学ガラスを精密プレス成形してなるものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子に関する。
近年、光学系を使用する機器のデジタル化や高精細化が急速に進んでおり、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮影機器をはじめ、各種光学機器に用いられるレンズ等の光学素子に対する高精度化、軽量、及び小型化の要求は、ますます強まっている。
光学素子を作製する光学ガラスの中でも特に、光学素子の軽量化及び小型化を図ることが可能な、１．７５以上２．０５以下の高い屈折率（ｎｄ）を有し、２１．０以上４０．０以下のアッベ数（νｄ）を有する高屈折率ガラスの需要が非常に高まっている。このような高屈折率ガラスとしては、例えば屈折率（ｎｄ）が１．８０以上２．０５以下、アッベ数（νｄ）が２０以上４０以下である光学ガラスとして、特許文献１に代表されるようなガラス組成物が知られている。
特開２００６−１５１７５８号公報
こうした光学素子の製造方法としては、ゴブ又はガラスブロックを切断し研磨したプリフォーム材、若しくは公知の浮上成形等により成形されたプリフォーム材を加熱軟化して、高精度な成形面を持つ金型で加圧成形する方法（精密プレス成形）が用いられている。
しかしながら、特許文献１で開示されたガラスでは、ガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差ΔＴが小さいものが多く、これらのガラスの熱的安定性は低いものであった。そのため、このガラスからプリフォーム材を作製し、プリフォーム材を加熱軟化及び成型して光学素子を作製しようとすると、加熱軟化したガラスの結晶化によって、作製した光学素子が失透したり、光学素子の光学特性に影響が及んだりしていた。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）が所望の範囲内にありながら、高い熱的安定性を有する光学ガラスと、これを用いた光学素子及び精密プレス成形用プリフォームを得ることにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、Ｂｉ２Ｏ３成分を加えることによって、ガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差ΔＴが大きくなり、ガラス内部における結晶核の生成及び結晶の成長が抑制され、熱的安定性が高められること、並びに、Ｂ２Ｏ３成分、Ｌａ２Ｏ３成分、及びＢｉ２Ｏ３成分を併用し、Ｂ２Ｏ３成分、Ｌａ２Ｏ３成分、及びＢｉ２Ｏ３成分の含有率を所定の範囲内に抑えることによって、ガラスの高屈折率化が図られ、所望のアッベ数が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
（１） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＢ２Ｏ３成分を１０．０〜５０．０％、Ｌａ２Ｏ３成分を５．０〜３５．０％、及びＢｉ２Ｏ３成分を６．０〜６５．０％含有する光学ガラス。
（２） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
ＳｉＯ２成分 ０〜１０．０％及び／又は
Ｎｂ２Ｏ５成分 ０〜２０．０％
の各成分をさらに含有する（１）記載の光学ガラス。
（３） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＧｅＯ２成分を０〜３．０％をさらに含有する（１）又は（２）記載の光学ガラス。
（４） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＣａＯ成分を０〜２０．０％をさらに含有する（１）から（３）のいずれか記載の光学ガラス。
（５） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
ＭｇＯ成分 ０〜２０．０％及び／又は
ＳｒＯ成分 ０〜２０．０％及び／又は
ＢａＯ成分 ０〜２０．０％及び／又は
ＺｎＯ成分 ０〜２０．０％
の各成分をさらに含有する（１）から（４）のいずれか記載の光学ガラス。
（６） 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ）が６．０〜２０．０％である（５）記載の光学ガラス。
（７） 酸化物換算組成の質量比Ｌａ２Ｏ３／Ｂｉ２Ｏ３が０．１０〜２．００である（１）から（６）のいずれか記載の光学ガラス。
（８） 酸化物換算組成の質量比Ｌａ２Ｏ３／（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＧｅＯ２）が０．５０以上である（３）から（７）のいずれか記載の光学ガラス。
（９） 酸化物換算組成の質量比（Ｌａ２Ｏ３＋Ｂｉ２Ｏ３）／（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＧｅＯ２）が０．７０〜２．１０である（３）から（８）のいずれか記載の光学ガラス。
（１０） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
Ｔａ２Ｏ５成分 ０〜２０．０％及び／又は
ＴｉＯ２成分 ０〜１０．０％及び／又は
ＴｅＯ２成分 ０〜１０．０％及び／又は
ＺｒＯ２成分 ０〜１５．０％及び／又は
ＷＯ３成分 ０〜２５．０％及び／又は
の各成分をさらに含有する（１）から（９）のいずれか記載の光学ガラス。
（１１） 酸化物換算組成の質量比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ）／（Ｂｉ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋ＴｅＯ２＋ＺｒＯ２＋ＷＯ３）が１．００以下である（１０）記載の光学ガラス。
（１２） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
Ｌｉ２Ｏ成分 ０〜２０．０％及び／又は
Ｎａ２Ｏ成分 ０〜２０．０％及び／又は
Ｋ２Ｏ成分 ０〜２０．０％及び／又は
Ｃｓ２Ｏ成分 ０〜２０．０％及び／又は
の各成分をさらに含有する（１）から（１１）のいずれか記載の光学ガラス。
（１３） 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋Ｃｓ２Ｏ）が０％を超え２０．０％以下である（１２）記載の光学ガラス。
（１４） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
Ｙ２Ｏ３成分 ０〜１０．０％及び／又は
Ｇｄ２Ｏ３成分 ０〜１５．０％及び／又は
Ｙｂ２Ｏ３成分 ０〜２０．０％及び／又は
Ｓｂ２Ｏ３成分 ０〜１．０％
の各成分をさらに含有する（１）から（１３）のいずれか記載の光学ガラス。
（１５） １．７５以上２．０５以下の屈折率（ｎｄ）を有し、２１．０以上４０．０以下のアッベ数（νｄ）を有する（１）から（１４）のいずれか記載の光学ガラス。
（１６） ガラス転移点（Ｔｇ）が４５０℃以上６２０℃以下である（１）から（１５）のいずれか記載の光学ガラス。
（１７） ガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差ΔＴが１４９℃以上である（１）から（１６）のいずれか記載の光学ガラス。
（１８） （１）から（１７）のいずれか記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
（１９） （１）から（１７）のいずれか記載の光学ガラスを精密プレス成形して作製する光学素子。
（２０） （１）から（１７）のいずれか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。
（２１） （２０）記載の精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形して作製する光学素子。
本発明によれば、Ｂｉ２Ｏ３成分を加えることによって、ガラス転移点（Ｔｇ）が結晶化開始温度（Ｔｘ）に比べて大きく下がり、ガラスの熱的耐久性が高められる。また、Ｂ２Ｏ３成分、Ｌａ２Ｏ３成分、及びＢｉ２Ｏ３成分を併用し、Ｂ２Ｏ３成分、Ｌａ２Ｏ３成分、及びＢｉ２Ｏ３成分の含有率を所定の範囲内に抑えることによって、ガラスの高屈折率化が図られ、所望のアッベ数が得られる。このため、屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）が所望の範囲内にありながら、高い熱的安定性を有する光学ガラスと、これを用いた精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子を得ることができる。
本発明の光学ガラスは、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＢ２Ｏ３成分を１０．０〜５０．０％、Ｌａ２Ｏ３成分を５．０〜３５．０％、及びＢｉ２Ｏ３成分を６．０〜６５．０％含有する。Ｂｉ２Ｏ３成分を必須成分としてこの含有率の範囲内で加えることで、ガラス転移点（Ｔｇ）が結晶化開始温度（Ｔｘ）に比べて大きく下がり、ガラス転移点と結晶化開始温度（Ｔｘ）の温度差が大きくなるため、ガラスの熱的安定性が向上する。それとともに、Ｂ２Ｏ３成分、Ｌａ２Ｏ３成分、及びＢｉ２Ｏ３成分を併用し、Ｂ２Ｏ３成分、Ｌａ２Ｏ３成分、及びＢｉ２Ｏ３成分の含有率をこの範囲内に抑えることによって、ガラスの屈折率が高められ、所望のアッベ数が得られる。このため、高い熱的安定性を有し、かつ１．７５以上２．０５以下の屈折率（ｎｄ）と２１．０以上４０．０以下のアッベ数（νｄ）を有する光学ガラスを得ることができる。
以下、本発明の光学ガラスの実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。
［ガラス成分］
本発明の光学ガラスを構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中において、各成分の含有率は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量％で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」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、複合塩、金属弗化物等が溶融時に全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質量を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。
＜必須成分、任意成分について＞
Ｂ２Ｏ３成分は、ガラス形成酸化物として欠くことができない成分であり、またガラスの失透性を改善し、液相温度における粘性を高くする成分である。特に、Ｂ２Ｏ３成分の含有率を１０．０％以上にすることで、ガラスの耐失透性を高めることができる。一方、Ｂ２Ｏ３成分の含有率を５０．０％以下にすることで、目的の屈折率を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＢ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは１３．０％、最も好ましくは１５．０％を下限とし、好ましくは５０．０％、より好ましくは４５．０％、最も好ましくは４０．０％を上限とする。Ｂ２Ｏ３成分は、原料として例えばＨ３ＢＯ３、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２Ｏ、ＢＰＯ４等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｌａ２Ｏ３成分は、ガラスの安定性の向上に寄与し、さらに屈折率を高め、分散を幅広く持たせる成分である。特に、Ｌａ２Ｏ３成分の含有率を５．０％以上にすることで、ガラスの安定性を向上することができる。一方、Ｌａ２Ｏ３成分の含有率を３５．０％以下にすることで、ガラスの耐失透性を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＬａ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは５．０％、より好ましくは８．０％、最も好ましくは１０．０％を下限とし、好ましくは３５．０％、より好ましくは３２．０％、最も好ましくは３０．０％を上限とする。Ｌａ２Ｏ３成分は、原料として例えばＬａ２Ｏ３、Ｌａ（ＮＯ３）３・ＸＨ２Ｏ（Ｘは任意の整数）等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｂｉ２Ｏ３成分は、ガラスの安定性を向上し、ガラスの高屈折率化を図り、ガラス転移点（Ｔｇ）を下げる成分である。特に、Ｂｉ２Ｏ３成分の含有率を６．０％以上にすることで、ガラスの屈折率を向上することができる。一方、Ｂｉ２Ｏ３成分の含有率を６５．０％以下にすることで、ガラスの安定性を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＢｉ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは６．０％、より好ましくは８．０％、最も好ましくは９．０％を下限とし、好ましくは６５．０％、より好ましくは６０．０％、最も好ましくは５５．０％を上限とする。Ｂｉ２Ｏ３成分は、原料として例えばＢｉ２Ｏ３等を用いてガラス内に含有することができる。
ＳｉＯ２成分は、ガラスの安定性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＳｉО２成分の含有率を１０．０％以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑制し、本発明が目的とする屈折率を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｉＯ２成分の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは８．０％、最も好ましくは５．０％を上限とする。ＳｉＯ２成分は、原料として例えばＳｉＯ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ２ＳｉＦ６等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｎｂ２Ｏ５成分は、ガラスの屈折率及び分散を高め、ガラスの耐失透性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｎｂ２Ｏ５成分の含有率を２０．０％以下にすることで、ガラスの溶融性を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＮｂ２Ｏ５成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１７．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。Ｎｂ２Ｏ５成分は、原料として例えばＮｂ２Ｏ５等を用いてガラス内に含有することができる。
ＧｅＯ２成分は、ガラスの安定性と屈折率を向上し、ガラスの分散を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＧｅＯ２成分の含有率を３．０％以下にすることで、ガラスの材料コストを低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＧｅＯ２成分の含有率は、好ましくは３．０％、より好ましくは２．５％、最も好ましくは２．０％を上限とする。ＧｅＯ２成分は、原料として例えばＧｅＯ２等を用いてガラス内に含有することができる。
ＣａＯ成分は、ガラスの溶融性及び耐失透性を向上し、ガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＣａＯ成分の含有率を２０．０％以下にすることで、ガラスの安定性を維持し易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＣａＯ成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１７．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。ＣａＯ成分は、原料として例えばＣａＣＯ３、ＣａＦ２等を用いてガラス内に含有することができる。
ＭｇＯ成分は、ガラスの溶融性及び耐失透性を向上し、ガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＭｇＯ成分の含有率を２０．０％以下にすることで、ガラスの安定性を維持し易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＭｇＯ成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１７．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。ＭｇＯ成分は、原料として例えばＭｇＣＯ３、ＭｇＦ２等を用いてガラス内に含有することができる。
ＳｒＯ成分は、ガラスの溶融性及び耐失透性を向上し、ガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＳｒＯ成分の含有率を２０．０％以下にすることで、ガラスの安定性を維持し易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｒＯ成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１７．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。ＳｒＯ成分は、原料として例えばＳｒ（ＮＯ３）２、ＳｒＦ２等を用いてガラス内に含有することができる。
ＢａＯ成分は、ガラスの溶融性及び耐失透性を向上し、ガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＢａＯ成分の含有率を２０．０％以下にすることで、ガラスの安定性を維持し易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＢａＯ成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１７．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。ＢａＯ成分は、原料として例えばＢａＣＯ３、Ｂａ（ＮＯ３）２等を用いてガラス内に含有することができる。
ＺｎＯ成分は、ガラスの安定性を向上し、さらにガラス転移点（Ｔｇ）を低くする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＺｎＯ成分の含有率を２０．０％以下にすることで、ガラスの屈折率を所望の範囲内に維持し易くして、ガラスの耐失透性を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＺｎＯ成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１９．０％、最も好ましくは１８．０％を上限とする。ＺｎＯ成分は、原料として例えばＺｎＯ、ＺｎＦ２等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスでは、ＲＯ成分（式中、ＲｎはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群より選択される１種以上）の含有率の質量和が、６．０％以上２０．０％以下であることが好ましい。この質量和を６．０％以上にすることで、ガラスの溶融性及び耐失透性を向上することができる。また、この質量和を２０．０％以下にすることで、ガラスの安定性を維持し易くすることができる。従って、ＲＯ成分の含有率の質量和は、好ましくは６．０％、より好ましくは７．０％、最も好ましくは８．０％を下限とし、好ましくは２０．０％、より好ましくは１９．０％、最も好ましくは１８．０％を上限とする。
本発明の光学ガラスでは、Ｂｉ２Ｏ３成分の含有率に対するＬａ２Ｏ３成分の含有率の質量比が、０．１０以上２．００以下であることが好ましい。この質量比を０．１０以上にすることで、高屈折率を有するガラスを得易くすることができる。また、この質量比を２．００以下にすることで、ガラスの耐失透性を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のＢｉ２Ｏ３成分の含有率に対するＬａ２Ｏ３成分の含有率の質量比は、好ましくは０．１０、より好ましくは０．２０、最も好ましくは０．３０を下限とし、好ましくは２．００、より好ましくは１．９９、最も好ましくは１．９８を上限とする。
また、本発明の光学ガラスでは、質量和（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＧｅＯ２）に対するＬａ２Ｏ３成分の含有率の質量比が、０．５０以上であることが好ましい。この質量比を０．５０以上にすることで、高屈折率及び低分散を有するガラスを得易くすることができる。従って、酸化物換算組成の質量和（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＧｅＯ２）に対するＬａ２Ｏ３成分の含有率の質量比は、好ましくは０．５０、より好ましくは０．５５、最も好ましくは０．６０を下限とする。
また、本発明の光学ガラスでは、質量和（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＧｅＯ２）に対する質量和（Ｌａ２Ｏ３＋Ｂｉ２Ｏ３）の質量比が、０．７０以上２．１０以下であることが好ましい。この質量比を０．７０以上にすることで、高屈折率を有するガラスを得易くすることができる。また、この質量比を２．１０以下にすることで、ガラスの網目構造を形成し易くして、ガラスの安定性を高めることができる。従って、酸化物換算組成の質量和（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＧｅＯ２）に対する質量和（Ｌａ２Ｏ３＋Ｂｉ２Ｏ３）の質量比は、好ましくは０．７０、より好ましくは０．７５、最も好ましくは０．８０を下限とし、好ましくは２．１０、より好ましくは２．０５、最も好ましくは２．００を上限とする。
Ｔａ２Ｏ５成分は、ガラスの屈折率を高め、化学的耐久性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｔａ２Ｏ５成分の含有率を２０．０％以下にすることで、ガラスの分相を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＴａ２Ｏ５成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１７．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。Ｔａ２Ｏ５成分は、原料として例えばＴａ２Ｏ５等を用いてガラス内に含有することができる。
ＴｉＯ２成分は、ガラスの屈折率及び分散を高め、ガラスの液相温度を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＴｉＯ２成分の含有率を１０．０％以下にすることで、ガラスの失透性を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＴｉＯ２成分の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは７．０％、最も好ましくは５．０％を上限とする。ＴｉＯ２成分は、原料として例えばＴｉＯ２等を用いてガラス内に含有することができる。
ＴｅＯ２成分は、ガラス化範囲を大幅に広げ、ガラス転移点を低くし、ガラスの屈折率を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＴｅＯ２成分の含有率を１０．０％以下にすることで、ガラスの熱膨張係数を小さくし、白金製の部材との合金化を抑制することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＴｅＯ２成分の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは７．０％、最も好ましくは５．０％を上限とする。ＴｅＯ２成分は、原料として例えばＴｅＯ２等を用いてガラス内に含有することができる。
ＺｒＯ２成分は、ガラスの屈折率を高め、化学的耐久性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＺｒＯ２成分の含有率を１５．０％以下にすることで、ガラスの安定性を低下し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＺｒＯ２成分の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１２．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。ＺｒＯ２成分は、原料として例えばＺｒＯ２、ＺｒＦ４等を用いてガラス内に含有することができる。
ＷＯ３成分は、ガラスの安定性を向上し、屈折率及び分散を高め、ガラスの転移点（Ｔｇ）を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＷＯ３成分の含有率を２５．０％以下にすることで、ガラスの分相傾向を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＷＯ３成分の含有率は、好ましくは２５．０％、より好ましくは２０．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。ＷＯ３成分は、原料として例えばＷＯ３等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスでは、質量和（Ｂｉ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋ＴｅＯ２＋ＺｒＯ２＋ＷＯ３）に対する質量和（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ）の質量比が、１．００以下であることが好ましい。この質量比を１．００以下にすることで、ガラスの安定性を維持し易くすることができる。従って、酸化物換算組成の質量和（Ｂｉ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋ＴｅＯ２＋ＺｒＯ２＋ＷＯ３）に対する質量和（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ）の質量比は、好ましくは１．００、より好ましくは０．９０、最も好ましくは０．８５を上限とする。
Ｌｉ２Ｏ成分は、ガラス転移点（Ｔｇ）を大幅に下げ、かつ、混合したガラス原料の溶融を促進する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｌｉ２Ｏ成分の含有率を２０．０％以下にすることで、良好なガラス転移点（Ｔｇ）又は耐失透性を維持することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＬｉ２Ｏ成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１７．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。Ｌｉ２Ｏ成分は、原料として例えばＬｉ２ＣＯ３、ＬｉＮＯ３、ＬｉＦ等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｎａ２Ｏ成分は、ガラス転移点（Ｔｇ）を大幅に下げ、かつ、混合したガラス原料の溶融を促進する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｎａ２Ｏ成分の含有率を２０．０％以下にすることで、良好なガラス転移点（Ｔｇ）又は耐失透性を維持することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＮａ２Ｏ成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１７．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。Ｎａ２Ｏ成分は、原料として例えばＮａ２ＣＯ３、ＮａＮＯ３、ＮａＦ、Ｎａ２ＳｉＦ６等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｋ２Ｏ成分は、ガラス転移点（Ｔｇ）を大幅に下げ、かつ、混合したガラス原料の溶融を促進する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｋ２Ｏ成分の含有率を２０．０％以下にすることで、良好なガラス転移点（Ｔｇ）又は耐失透性を維持することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＫ２Ｏ成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１７．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。Ｋ２Ｏ成分は、原料として例えばＫ２ＣＯ３、ＫＮＯ３、ＫＦ、ＫＨＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｃｓ２Ｏ成分は、ガラス転移点（Ｔｇ）を大幅に下げ、かつ、混合したガラス原料の溶融を促進する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｃｓ２Ｏ成分の含有率を２０．０％以下にすることで、良好なガラス転移点（Ｔｇ）又は耐失透性を維持することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＣｓ２Ｏ成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１７．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。Ｃｓ２Ｏ成分は、原料として例えばＣｓ２ＣＯ３、ＣｓＮＯ３等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスでは、Ｒｎ２Ｏ成分（式中、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓからなる群より選択される１種以上）の含有率の質量和が、０％を超え２０．０％以下であることが好ましい。この質量和を０％より大きくすることで、ガラス転移点（Ｔｇ）を下げ、かつ、混合したガラス原料の溶融を促進することができる。また、この質量和を２０．０％以下にすることで、良好なガラス転移点（Ｔｇ）又は耐失透性を維持することができる。従って、酸化物換算組成における、Ｒｎ２Ｏ成分の含有率の質量和は、好ましくは０％を超え、より好ましくは０．３％、最も好ましくは０．５％を下限とし、好ましくは２０．０％、より好ましくは１７．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。
Ｙ２Ｏ３成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの分散を調整する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｙ２Ｏ３成分の含有率を１０．０％以下にすることで、ガラスのガラス転移点を高くし難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＹ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは７．０％、最も好ましくは５．０％を上限とする。Ｙ２Ｏ３成分は、原料として例えばＹ２Ｏ３、ＹＦ３等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｇｄ２Ｏ３成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの分散を調整する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｇｄ２Ｏ３成分の含有率を１５．０％以下にすることで、ガラスのガラス転移点を高くし難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＧｄ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１３．０％、最も好ましくは１２．０％を上限とする。Ｇｄ２Ｏ３成分は、原料として例えばＧｄ２Ｏ３、ＧｄＦ３等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｙｂ２Ｏ３成分は、ガラスの屈折率及び分散を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｙｂ２Ｏ３成分の含有率を２０．０％以下にすることで、所望の光学定数を維持しつつ良好な耐失透性を維持し易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＹｂ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１７．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。Ｙｂ２Ｏ３成分は、原料として例えばＹｂ２Ｏ３等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｓｂ２Ｏ３成分は、溶融ガラスを脱泡する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｓｂ２Ｏ３成分の含有率を１．０％以下にすることで、ガラス溶融時における過度の発泡を生じ難くすることができ、Ｓｂ２Ｏ３成分が溶解設備（特にＰｔ等の貴金属）と合金化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｂ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは１．０％、より好ましくは０．７％、最も好ましくは０．５％を上限とする。Ｓｂ２Ｏ３成分は、原料として例えばＳｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、Ｎａ２Ｈ２Ｓｂ２Ｏ７・５Ｈ２Ｏ等を用いてガラス内に含有することができる。
＜含有すべきでない成分について＞
次に、本発明の光学ガラスに含有すべきでない成分、及び含有することが好ましくない成分について説明する。
他の成分を本願発明のガラスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加することがで
きる。ただし、Ｔｉを除く、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＭｏ等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でもガラスが着色し、可視域の特定の波長に吸収を生じる性質があるため、特に可視領域の波長を使用する光学ガラスにおいては、実質的に含まないことが好ましい。
さらに、ＰｂＯ等の鉛化合物及びＡｓ２Ｏ３等のヒ素化合物、並びに、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｏｓ、Ｂｅ、Ｓｅの各成分は、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。従って、環境上の影響を重視する場合には、不可避な混入を除き、これらを実質的に含有しないことが好ましい。これにより、光学ガラスに環境を汚染する物質が実質的に含まれなくなる。そのため、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、この光学ガラスを製造し、加工し、及び廃棄することができる。
本発明のガラス組成物は、その組成が酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量％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成分のモル％表示による組成は、酸化物換算組成で概ね以下の値をとる。
Ｂ２Ｏ３成分 ２０．０〜７０．０ｍｏｌ％及び
Ｌａ２Ｏ３成分 ３．０〜１５．０ｍｏｌ％及び
Ｂｉ２Ｏ３成分 ２．０〜２５．０ｍｏｌ％、
並びに
ＳｉＯ２成分 ０〜２５．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｎｂ２Ｏ５成分 ０〜１０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＧｅＯ２成分 ０〜４．０ｍｏｌ％及び／又は
ＣａＯ成分 ０〜４０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＭｇＯ成分 ０〜４５．０ｍｏｌ％及び／又は
ＳｒＯ成分 ０〜２０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＢａＯ成分 ０〜１５．０ｍｏｌ％及び／又は
ＺｎＯ成分 ０〜３０．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｔａ２Ｏ５成分 ０〜７．０ｍｏｌ％及び／又は
ＴｉＯ２成分 ０〜２０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＴｅＯ２成分 ０〜１０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＺｒＯ２成分 ０〜１５．０ｍｏｌ％及び／又は
ＷＯ３成分 ０〜１５．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｌｉ２Ｏ成分 ０〜５０．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｎａ２Ｏ成分 ０〜４０．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｋ２Ｏ成分 ０〜３０．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｃｓ２Ｏ成分 ０〜２０．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｙ２Ｏ３成分 ０〜７．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｇｄ２Ｏ３成分 ０〜５．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｙｂ２Ｏ３成分 ０〜７．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｓｂ２Ｏ３成分 ０〜０．４ｍｏｌ％
［製造方法］
本発明の光学ガラスは、例えば以下のように作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有率の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、金坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて、溶解炉で８５０〜１２５０℃の温度範囲で１〜１０時間溶融する。その後、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、適当な温度に下げてから金型に鋳込み、徐冷することにより作製される。
［物性］
本発明の光学ガラスは、高い屈折率（ｎｄ）を有するとともに、適度な分散性を有する必要がある。特に、本発明の光学ガラスの屈折率（ｎｄ）は、好ましくは１．７５、より好ましくは１．７７、最も好ましくは１．７８を下限とし、好ましくは２．０５、より好ましくは２．００、最も好ましくは１．９１を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数（νｄ）は、好ましくは２１．０、より好ましくは２３．０、最も好ましくは２５．０を下限とし、好ましくは４０．０、より好ましくは３９．８、最も好ましくは３９．６を上限とする。これらにより、光学設計の自由度が広がり、更に素子の薄型化を図っても大きな光の屈折量を得ることができる。
また、本発明の光学ガラスは、適度なガラス転移点（Ｔｇ）を有する必要がある。特に、ガラス転移点（Ｔｇ）を４５０℃以上にすることで、ガラスの化学的耐久性及び耐失透性を低下し難くし、安定した生産を行い易くすることができる。一方、ガラス転移点（Ｔｇ）を６２０℃以下にすることで、プレス成形を行い易くし、ガラスの溶融性を高めることができる。従って、本発明の光学ガラスのガラス転移点（Ｔｇ）は、好ましくは６２０℃、より好ましくは６００℃、最も好ましくは５８０℃を上限とする。また、下限は特に制限する必要は無いが、好ましくは４５０℃、より好ましくは４８０℃、最も好ましくは５００℃を下限とする。
また、本発明の光学ガラスは、できるだけ高い熱的安定性を有する必要がある。特に、ガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差ΔＴは、好ましくは１４９℃、より好ましくは１５０℃、最も好ましくは１５１℃を下限とする。これにより、本発明の光学ガラスを精密プレス成形用プリフォーム等のプリフォーム材を作製し、これを加熱軟化して光学素子を作製しても、ガラスの結晶化による失透をはじめとした、光学素子の光学特性への影響を低減することができる。
［プリフォーム及び光学素子］
本発明の光学ガラスは、様々な光学素子及び光学設計に有用であるが、その中でも特に、本発明の光学ガラスから精密プレス成形等の手段を用いて、レンズ等の光学素子を作製することが好ましい。これにより、カメラ等の光学機器に用いたときに、高精細で高精度な結像特性を実現しつつ、これら光学機器における光学系の小型化を図ることができる。ここで、本発明の光学ガラスからなる光学素子を作製するには、切削及び研磨加工を省略することが可能であるため、溶融状態のガラスを白金等の流出パイプの流出口から滴下して球状等の精密プレス成形用プリフォームを作製し、この精密プレス成形用プリフォームに対して精密プレス成形を行うことが好ましい。
本発明の実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）及び比較例（Ｎｏ．１）の組成、及び、これらのガラスの屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、ガラス転移点（Ｔｇ）、結晶化開始温度（Ｔｘ）、並びに、ガラス転移点及び結晶化開始温度の差（ΔＴ）を表１に示す。なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。
本発明の実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）の光学ガラス及び比較例（Ｎｏ．１）のガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度原料を選定し、表１に示した各実施例の組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、石英坩堝又は白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で８５０〜１２５０℃で１〜１０時間溶解した後、攪拌均質化して泡切れ等を行い、適当な温度に下げてから金型に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。
ここで、実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）の光学ガラス及び比較例（Ｎｏ．１）のガラスの屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）は、徐冷降温速度を−２５℃／ｈにして得られたガラスについて測定を行うことで求めた。
また、ΔＴは、示差熱測定装置（ネッチゲレテバウ社製 ＳＴＡ ４０９ ＣＤ）を用いて測定したガラス転移点（Ｔｇ）と、結晶化開始温度（Ｔｘ）の差より求めた。このときのサンプル粒度は４２５〜６００μｍとし、昇温速度は１０℃／ｍｉｎとした。
Figure 2009269770
表１に表されるように、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差ΔＴが１４９℃以上、より詳細には１５３℃以上であった。一方で、比較例のガラスは、いずれもΔＴが１４９℃未満であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例のガラスに比べて熱的安定性が高く、加熱軟化したときに失透し難いことが明らかになった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈折率（ｎｄ）が１．７５以上、より詳細には１．７８以上であるとともに、この屈折率（ｎｄ）は２．０５以下、より詳細には１．９１以下であり、所望の範囲内であった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもアッベ数（νｄ）が２１．０以上、より詳細には２５．０以上であるとともに、このアッベ数（νｄ）は４０．０以下、より詳細には３９．６以下であり、所望の範囲内であった。
従って、本発明の実施例の光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）及びガラス転移点（Ｔｇ）が所望の範囲内にありながら、高い熱的安定性を有することが明らかになった。
さらに、本発明の実施例の光学ガラスを用いて精密プレス成形用プリフォームを形成し、精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形加工したところ、安定に様々なレンズ形状に加工することができた。
以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、本実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を当業者により成し得ることが理解されよう。

Claims (21)

  1. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＢ２Ｏ３成分を１０．０〜５０．０％、Ｌａ２Ｏ３成分を５．０〜３５．０％、及びＢｉ２Ｏ３成分を６．０〜６５．０％含有する光学ガラス。
  2. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
    ＳｉＯ２成分 ０〜１０．０％及び／又は
    Ｎｂ２Ｏ５成分 ０〜２０．０％
    の各成分をさらに含有する請求項１記載の光学ガラス。
  3. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＧｅＯ２成分を０〜３．０％をさらに含有する請求項１又は２記載の光学ガラス。
  4. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＣａＯ成分を０〜２０．０％をさらに含有する請求項１から３のいずれか記載の光学ガラス。
  5. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
    ＭｇＯ成分 ０〜２０．０％及び／又は
    ＳｒＯ成分 ０〜２０．０％及び／又は
    ＢａＯ成分 ０〜２０．０％及び／又は
    ＺｎＯ成分 ０〜２０．０％
    の各成分をさらに含有する請求項１から４のいずれか記載の光学ガラス。
  6. 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ）が６．０〜２０．０％である請求項５記載の光学ガラス。
  7. 酸化物換算組成の質量比Ｌａ２Ｏ３／Ｂｉ２Ｏ３が０．１０〜２．００である請求項１から６のいずれか記載の光学ガラス。
  8. 酸化物換算組成の質量比Ｌａ２Ｏ３／（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＧｅＯ２）が０．５０以上である請求項３から７のいずれか記載の光学ガラス。
  9. 酸化物換算組成の質量比（Ｌａ２Ｏ３＋Ｂｉ２Ｏ３）／（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＧｅＯ２）が０．７０〜２．１０である請求項３から８のいずれか記載の光学ガラス。
  10. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
    Ｔａ２Ｏ５成分 ０〜２０．０％及び／又は
    ＴｉＯ２成分 ０〜１０．０％及び／又は
    ＴｅＯ２成分 ０〜１０．０％及び／又は
    ＺｒＯ２成分 ０〜１５．０％及び／又は
    ＷＯ３成分 ０〜２５．０％及び／又は
    の各成分をさらに含有する請求項１から９のいずれか記載の光学ガラス。
  11. 酸化物換算組成の質量比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ）／（Ｂｉ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋ＴｅＯ２＋ＺｒＯ２＋ＷＯ３）が１．００以下である請求項１０記載の光学ガラス。
  12. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
    Ｌｉ２Ｏ成分 ０〜２０．０％及び／又は
    Ｎａ２Ｏ成分 ０〜２０．０％及び／又は
    Ｋ２Ｏ成分 ０〜２０．０％及び／又は
    Ｃｓ２Ｏ成分 ０〜２０．０％及び／又は
    の各成分をさらに含有する請求項１から１１のいずれか記載の光学ガラス。
  13. 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋Ｃｓ２Ｏ）が０％を超え２０．０％以下である請求項１２記載の光学ガラス。
  14. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
    Ｙ２Ｏ３成分 ０〜１０．０％及び／又は
    Ｇｄ２Ｏ３成分 ０〜１５．０％及び／又は
    Ｙｂ２Ｏ３成分 ０〜２０．０％及び／又は
    Ｓｂ２Ｏ３成分 ０〜１．０％
    の各成分をさらに含有する請求項１から１３のいずれか記載の光学ガラス。
  15. １．７５以上２．０５以下の屈折率（ｎｄ）を有し、２１．０以上４０．０以下のアッベ数（νｄ）を有する請求項１から１４のいずれか記載の光学ガラス。
  16. ガラス転移点（Ｔｇ）が４５０℃以上６２０℃以下である請求項１から１５のいずれか記載の光学ガラス。
  17. ガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差ΔＴが１４９℃以上である請求項１から１６のいずれか記載の光学ガラス。
  18. 請求項１から１７のいずれか記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
  19. 請求項１から１７のいずれか記載の光学ガラスを精密プレス成形して作製する光学素子。
  20. 請求項１から１７のいずれか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。
  21. 請求項２０記載の精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形して作製する光学素子。
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