JP2010024101A - 光学ガラス、ガラス成形体及び光学素子 - Google Patents

光学ガラス、ガラス成形体及び光学素子 Download PDF

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Abstract

【課題】特に研削研磨により表面を仕上げる場合に、良好な加工性を有する光学ガラスと、これを用いたガラス成形体及び光学素子を得る。
【解決手段】光学ガラスは、SiO成分、B成分、及びBaO成分を含有し、ヌープ硬さが550Hk以上であるものである。ガラス成形体は、この光学ガラスからなるものである。また、光学素子は、この光学ガラスを母材とし、ガラス成形体をリヒートプレス成形することで作製されるものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学ガラス、ガラス成形体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球面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。
このような光学素子に用いられるガラスとして、SiO成分、B成分、及びBaO成分を含有し、高屈折率及び低分散を有するバリウムクラウンガラスが知られている。このようなバリウムクラウンガラスとしては、特許文献1、2及び3に代表されるようなガラス組成物が知られている。例えば、屈折率(n)が1.57以上1.62以下、アッベ数(ν)が53以上64以下の光学ガラスが特許文献1に示されており、屈折率(n)が1.55以上1.63以下、アッベ数(ν)が55以上の光学ガラスが特許文献2に示されており、屈折率(n)が1.55以上1.65以下、アッベ数(ν)が50以上の光学ガラスが特許文献3に示されている。
特開平05−246735号公報 特開平08−012368号公報 特開2002−187735号公報
こうした光学素子の製造には、ガラス材料を加熱軟化して成形(リヒートプレス成形)して得られたガラス成形品を研削研磨する方法や、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。このうち、リヒートプレス成形は、ガラスを加熱して軟化する金型の寿命が長いため、大量の光学素子を低い製造コストで製造できる点で優れている。
ここで、特許文献1〜3に記載されたガラスは、精密プレス成形に用いられており、研削研磨加工を行ったときには表面に傷や割れが生じ易い。これらのガラスを精密プレス成形に用いて成形する場合、ガラスに対して研削研磨を行った後で精密プレス成形を行うため、研削研磨によって生じる傷や割れを精密プレス成形時に補修することができることもある。
しかしながら、これらのガラスをリヒートプレス成形後に研削研磨により表面を仕上げて光学素子を作製する場合には、作製される光学素子に傷や割れ等が生じ易く、加工性が悪いという問題点があった。
本発明の目的は、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、特に研削研磨により表面を仕上げる場合に、良好な加工性を有する光学ガラスを得ることにある。
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、SiO成分、B成分、及びBaO成分を併用し、かつ所定の範囲のヌープ硬さを有することによって、ガラス形成が容易になるとともに、ガラスの研削研磨による傷や割れが低減することを見出し、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) SiO成分、B成分、及びBaO成分を含有し、ヌープ硬さが550Hk以上650Hk以下である光学ガラス。
(2) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でSiO成分を10.0%以上60.0%以下、B成分を6.0%以上30.0%以下、及びBaO成分を4.0%以上45.0%以下含有する(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Al成分を1.0%以上7.0%以下さらに含有する(1)又は(2)記載の光学ガラス。
(4) 酸化物換算組成の質量比Al/(SiO+B)が0.010以上0.080以下である(3)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
LiO成分 0〜4.5%及び/又は
NaO成分 0〜15.0%及び/又は
O成分 0〜10.0%及び/又は
CsO成分 0〜10.0%
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(LiO+NaO+KO+CsO)が1.0%以上20.0%以下である(5)記載の光学ガラス。
(7) 酸化物換算組成の質量比(LiO+NaO+KO+CsO)/(SiO+B+Al)が0.02以上0.25以下である(5)又は(6)記載の光学ガラス。
(8) LiO成分、NaO成分、KO成分、及びCsO成分のうち3種以上の成分を含有する(5)から(7)のいずれか記載の光学ガラス。
(9) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
MgO成分 0〜10.0%及び/又は
CaO成分 0〜12.0%及び/又は
SrO成分 0〜20.0%及び/又は
ZnO成分 0〜8.0%
の各成分をさらに含有する(1)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
La成分 0〜10.0%及び/又は
Gd成分 0〜10.0%及び/又は
成分 0〜10.0%及び/又は
Yb成分 0〜8.0%及び/又は
Lu成分 0〜8.0%及び/又は
TiO成分 0〜10.0%及び/又は
Nb成分 0〜10.0%及び/又は
ZrO成分 0〜15.0%及び/又は
Ta成分 0〜8.0%及び/又は
WO成分 0〜8.0%及び/又は
成分 0〜5.0%及び/又は
Sb成分 0〜1.0%
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) ガラス転移点(Tg)が100℃以上640℃以下である(1)から(10)のいずれか記載の光学ガラス。
(12) 粉末法による化学的耐久性(耐水性)がクラス3〜1である(1)から(11)のいずれか記載の光学ガラス。
(13) (1)から(12)のいずれか記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
(14) (1)から(12)のいずれか記載の光学ガラスからなるリヒートプレス成形用のガラス成形体。
(15) (14)記載のガラス成形体をリヒートプレス成形して作製する光学素子。
本発明によれば、SiO成分、B成分、及びBaO成分を併用し、かつ所定の範囲のヌープ硬さを有することによって、ガラス形成が容易になるとともに、ガラスの研削研磨による傷や割れが低減するため、特に研削研磨により表面を仕上げる場合に、良好な加工性を有する光学ガラスを得ることができる。
本発明の光学ガラスは、SiO成分、B成分、及びBaO成分を含有し、ヌープ硬さが550Hk以上650Hk以下である。SiO成分、B成分、及びBaO成分を併用し、かつ所定の範囲のヌープ硬さを有することによって、ガラス形成が容易になりガラスの安定性が高められるとともに、研磨加工時にガラスに傷や割れが生じ難くなる。このため、特にリヒートプレス成形後に研削研磨により光学素子を作製する場合に、良好な加工性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>
SiO成分は、ガラス内部で網目構造を形成し、安定なガラス形成を促して、光学ガラスとして好ましくないガラスを作製する際の失透(結晶物の発生)や脈理(ガラス内部の不均一性)を抑制する成分である。特に、SiO成分の含有率を10.0%以上にすることで、安定なガラスが得られる程度にガラスの網目構造が増加するため、ガラスの耐失透性を高めることができる。一方、SiO成分の含有率を60.0%以下にすることで、ガラスの屈折率が低下し難くなるため、所望の屈折率を有する光学ガラスを得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSiO成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは20.0%、最も好ましくは30.0%を下限とし、好ましくは60.0%、より好ましくは58.0%、最も好ましくは55.0%を上限とする。SiO成分は、原料として例えばSiO、KSiF、NaSiF等を用いてガラス内に含有することができる。
成分は、ガラス内部で網目構造を形成し、安定なガラス形成を促す成分である。特に、B成分の含有率を6.0%以上にすることで、安定なガラスが得られる程度にガラスの網目構造が増加するため、ガラスの耐失透性を高めることができる。一方、B成分の含有率を30.0%以下にすることで、ガラスの屈折率が低下し難くなるため、所望の屈折率を有する光学ガラスを得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するB成分の含有率は、好ましくは6.0%、より好ましくは6.5%、最も好ましくは7.0%を下限とし、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、最も好ましくは20.0%を上限とする。B成分は、原料として例えばHBO、Na、Na・10HO、BPO等を用いてガラス内に含有することができる。
BaO成分は、ガラスの屈折率を高めて適切なアッベ数を実現し、高い内部透過率を実現する成分である。特に、BaO成分の含有率を4.0%以上にすることで、光学素子として用いるのに好適な屈折率及びアッベ数を有する光学ガラスを得ることができる。また、BaO成分の含有率を45.0%以下にすることで、ガラスの化学的耐久性を高めることができる。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4.0%、より好ましくは6.0%、最も好ましくは8.0%を下限とし、好ましくは45.0%、より好ましくは40.0%、最も好ましくは35.0%を上限とする。BaO成分は、原料として例えばBaCO、Ba(NO等を用いてガラス内に含有することができる。
Al成分は、ガラスの安定性を高め、溶融ガラスからガラスを作製したときの耐失透性を向上する成分である。特に、Al成分の含有率を5.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下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Al成分の含有率は、好ましくは7.0%、より好ましくは6.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。なお、本発明の光学ガラスでは、Al成分を含有しなくとも、所望のヌープ硬さを有する光学ガラスを作製することはできるが、Al成分の含有率を1.0%以上にすることで、ガラスの安定性を顕著に高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するAl成分の含有率は、好ましくは1.0%、より好ましくは1.2%、最も好ましくは1.3%を下限とする。Al成分は、原料として例えばAl、Al(OH)、AlF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(SiO+B)に対するAl成分の含有量の質量比が0.010以上0.080以下であることが好ましい。この質量比を0.010以上にすることで、ガラスの化学的耐久性、特に耐水性が高められ、ガラスを研磨加工するときの研磨液や洗浄液によるガラスの白濁が低減される。それとともに、この質量比を0.080以下にすることで、ガラスの網目構造が相対的に多くなり、ガラスの結晶化による失透及び白濁が低減される。これらによりガラスの失透及び白濁が低減されるため、質量比を0.010以上0.080以下にすることで、加工性の良好さと、特に可視光に対して用いられる光学素子としての好適さと、を兼ね備えた光学ガラスを得ることができる。酸化物換算組成の質量和(SiO+B)に対するAl成分の含有量の質量比は、好ましくは0.010、より好ましくは0.015、最も好ましくは0.020を下限とし、好ましくは0.080、より好ましくは0.075、最も好ましくは0.072を上限とする。
LiO成分は、ガラスの溶融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、LiO成分の含有率を4.5%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くして、ガラスの安定性を高めて失透等を生じ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LiO成分の含有率は、好ましくは4.5%、より好ましくは4.0%、最も好ましくは3.5%を上限とする。LiO成分は、原料として例えばLiCO、LiNO、LiF等を用いてガラス内に含有することができる。
NaO成分は、ガラスの溶融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、NaO成分の含有率を15.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くして、ガラスの安定性を高めて失透等を生じ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NaO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。NaO成分は、原料として例えばNaCO、NaNO、NaF、NaSiF等を用いてガラス内に含有することができる。
O成分は、ガラスの溶融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、KO成分の含有率を10.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くして、ガラスの安定性を高めて失透等を生じ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KO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6.0%を上限とする。KO成分は、原料として例えばKCO、KNO、KF、KHF、KSiF等を用いてガラス内に含有することができる。
CsO成分は、ガラスの溶融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、CsO成分の含有率を10.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くして、ガラスの安定性を高めて失透等を生じ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CsO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6.0%を上限とする。KO成分は、原料として例えばCsCO、KNO、KF、KHF、KSiF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、RnO成分(式中、Rn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、1.0%以上20.0%以下であることが好ましい。この質量和を1.0%以上にすることで、ガラスの溶融性を高めつつガラスの耐失透性を高めることができる。また、この質量和を20.0%以下にすることで、ガラスの所望の光学特性を得易くしつつ、ガラスの失透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RnO成分の含有率の質量和は、好ましくは1.0%、より好ましくは3.0%、最も好ましくは4.0%を下限とし、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは12.0%を上限とする。
また、本発明の光学ガラスでは、質量和(SiO+B+Al)に対するRnO成分の含有量の質量比が0.02以上0.25以下であることが好ましい。この質量比を0.02以上にすることで、ガラスの安定性が高められ、溶融状態からガラスを形成したときの耐失透性が高められるため、特に可視光を制御する光学素子が作製可能な光学ガラスを得ることができる。また、この質量比を0.25以下にすることで、ガラスの化学的耐久性、特に耐水性が高められ、ガラスを研磨加工するときの研磨液や洗浄液によるガラスの白濁が低減されるため、研磨後の表面がそのまま光学素子の表面になる場合において、特に好ましくこの光学ガラスを用いることができる。従って、酸化物換算組成の質量和(SiO+B+Al)に対するRnO成分の含有量の質量比は、好ましくは0.02、より好ましくは0.04、最も好ましくは0.06を下限とし、好ましくは0.25、より好ましくは0.24、最も好ましくは0.23を上限とする。
また、本発明の光学ガラスでは、LiO成分、NaO成分、KO成分、及びCsO成分のうち3種以上の成分を含有することが好ましい。これにより、ガラスの所望のヌープ硬さが維持されつつガラス転移点(Tg)が低くなるため、ガラスの研磨時における傷や割れの発生を低減しつつ、リヒートプレス成形における成形温度を低くすることができる。従って、LiO成分、NaO成分、KO成分、及びCsO成分のうち3種以上の成分を含有することで、光学ガラスの加工性をより一層良好にすることができる。
MgO成分は、ガラスの屈折率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、MgO成分の含有率を10.0%以下にすることで、ガラスの所望の光学特性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MgO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。MgO成分は、原料として例えばMgCO、MgF等を用いてガラス内に含有することができる。
CaO成分は、ガラスの屈折率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、CaO成分の含有率を12.0%以下にすることで、ガラスの屈折率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CaO成分の含有率は、好ましくは12.0%、より好ましくは11.0%、最も好ましくは10.0%を下限とする。CaO成分は、原料として例えばCaCO、CaF等を用いてガラス内に含有することができる。
SrO成分は、ガラスの屈折率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、SrO成分の含有率を20.0%以下にすることで、ガラスの所望の光学特性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SrO成分の含有率は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。SrO成分は、原料として例えばSr(NO、SrF等を用いてガラス内に含有することができる。
ZnO成分は、ガラスの溶融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、ZnO成分の含有率を8.0%以下にすることで、可視領域の短波長側の透過率を高めることができる。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8.0%、より好ましくは6.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。ZnO成分は、原料として例えばZnO、ZnF等を用いてガラス内に含有することができる。
La成分は、ガラスの屈折率を高めて分散を小さくし、ガラスの高い内部透過率を実現する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、La成分の含有率を10.0%以下にすることで、溶融状態からガラスを形成したときの耐失透性がより高められるため、光学素子として好ましく用いられる光学ガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLa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。La成分は、原料として例えばLa、La(NO・XHO(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。
Gd成分は、ガラスの屈折率を高めて分散を小さくする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Gd成分の含有率を10.0%以下にすることで、ガラスの材料コストを低減し、ガラスを作製する際にガラスを失透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Gd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。Gd成分は、原料として例えばGd、GdF等を用いてガラス内に含有することができる。
成分は、ガラスの屈折率を高めて分散を小さくする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Y成分の含有率を10.0%以下にすることで、ガラスの材料コストを低減し、ガラスを作製する際にガラスを失透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Y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。Y成分は、原料として例えばY、YF等を用いてガラス内に含有することができる。
Yb成分は、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、Yb成分の含有率を8.0%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Yb成分の含有率は、好ましくは8.0%、より好ましくは6.0%、最も好ましくは4.0%を上限とする。Yb成分は、原料として例えばYb等を用いてガラス内に含有することができる。
Lu成分は、ガラスの屈折率を高めて分散を小さくする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Lu成分の含有率を8.0%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Lu成分の含有率は、好ましくは8.0%、より好ましくは6.0%、最も好ましくは4.0%を上限とする。Lu成分は、原料として例えばLu等を用いてガラス内に含有することができる。
TiO成分は、ガラスの化学的耐久性を高め、屈折率及び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、TiO成分の含有率を10.0%以下にすることで、ガラスへの着色を低減し、特に可視短波長(500nm以下)における透過率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TiO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。TiO成分は、原料として例えばTiO等を用いてガラス内に含有することができる。
Nb成分は、ガラスの屈折率を高め、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、Nb成分の含有率を10.0%以下にすることで、所望の光学恒数を得易くし、ガラスの溶解温度を下げ、ガラス製造時のエネルギー損失による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Nb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。Nb成分は、原料として例えばNb等を用いてガラス内に含有することができる。
ZrO成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの耐失透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、ZrO成分の含有率を15.0%以下にすることで、所望の光学恒数を得易くし、ガラスの溶解温度を下げ、ガラス製造時のエネルギー損失による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ZrO成分の含有率は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。ZrO成分は、原料として例えばZrO、ZrF等を用いてガラス内に含有することができる。
Ta成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスを安定化する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ta成分の含有率を8.0%以下にすることで、ガラスの材料コストを低減するとともに、高温での溶解を回避してガラス製造時のエネルギー損失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Ta成分の含有率は、好ましくは8.0%、より好ましくは6.0%、最も好ましくは4.0%を上限とする。Ta成分は、原料として例えばTa等を用いてガラス内に含有することができる。
WO成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの分散を大きくして、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、WO成分の含有率を8.0%以下にすることで、特に可視短波長(500nm以下)における透過率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WO成分の含有率は、好ましくは8.0%、より好ましくは6.0%、最も好ましくは4.0%を上限とする。WO成分は、原料として例えばWO等を用いてガラス内に含有することができる。
成分は、ガラスの溶融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、P成分の含有率を5.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を改善することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するP成分の含有率は、好ましくは5.0%、より好ましくは1.0%を上限とし、最も好ましくは含有しない。P成分は、原料として例えばAl(PO、Ca(PO、Ba(PO、BPO、HPO等を用いてガラス内に含有することができる。
Sb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、Sb成分の含有率を1.0%以下にすることで、可視短波長における透過率を悪化し難くし、ガラス溶融時における過度の発泡を生じ難くし、Sb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Sb成分の含有率は、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。Sb成分の含有率は0%であってもよい。Sb成分は、原料として例えばSb、Sb、NaSb・5HO等を用いてガラス内に含有することができる。
なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記のSb成分に限定されるものではなく、例えばCeO成分やTeO成分、酸化スズ成分のような、ガラス製造の分野における公知の清澄剤や脱泡剤、或いはそれらの組み合わせを用いることができる。
<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。
本発明の光学ガラスには、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As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。
SiO成分 15.0〜70.0mol%及び
成分 7.0〜35.0mol%及び
BaO成分 3.0〜35.0mol%
並びに
Al成分 0〜6.0mol%及び/又は
LiO成分 0〜12.0mol%及び/又は
NaO成分 0〜20.0mol%及び/又は
O成分 0〜10.0mol%及び/又は
CsO成分 0〜3.0mol%及び/又は
MgO成分 0〜20.0mol%及び/又は
CaO成分 0〜18.0mol%及び/又は
SrO成分 0〜15.0mol%及び/又は
ZnO成分 0〜10.0mol%及び/又は
La成分 0〜3.0mol%及び/又は
Gd成分 0〜3.0mol%及び/又は
成分 0〜5.0mol%及び/又は
Yb成分 0〜3.0mol%及び/又は
Lu成分 0〜3.0mol%及び/又は
TiO成分 0〜10.0mol%及び/又は
Nb成分 0〜4.0mol%及び/又は
ZrO成分 0〜12.0mol%及び/又は
Ta成分 0〜2mol%及び/又は
WO成分 0〜3.0mol%及び/又は
成分 0〜5.0mol%及び/又は
Sb成分 0〜0.3mol%
[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、作製した混合物を白金坩堝、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1300〜1350℃の温度範囲で3〜4時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1200℃以下の温度に下げてから仕上げ攪拌を行って脈理を除去し、金型に鋳込んで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、「JOGIS09−1975光学ガラスのヌープ硬さの測定方法」に準じた測定方法において、550Hk以上650Hk以下のヌープ硬さを有する。特に、ヌープ硬さを550Hk以上とすることにより、研磨材以外の部材、例えばバレルや研磨盤とガラスとが接触したときにガラスに生じうる傷や割れが低減される。また、ヌープ硬さを650Hk以下とすることにより、ガラスが研磨され易くなって研磨時間が短縮されるため、研磨動作によってガラスに生じうる傷や割れが低減される。ここで、本発明の光学ガラスのヌープ硬さは、好ましくは550Hk、より好ましくは555Hk、最も好ましくは560Hkを下限とし、好ましくは650Hk、より好ましくは630Hk、最も好ましくは610Hkを上限とする。
また、本発明の光学ガラスは、100℃以上640℃以下のガラス転移点(Tg)を有することが好ましい。光学ガラスのガラス転移点(Tg)に下限を設けるものではないが、ガラス転移点(Tg)が低すぎると、研磨加工を行う際に発生する摩擦熱による悪影響を受けることがある。一方で、ガラス転移点(Tg)が640℃以下であることにより、より低い温度でのプレス成形が可能になるため、モールドプレス成形に用いる金型の酸化を低減して長寿命化を図ることができる。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100℃、より好ましくは200℃、最も好ましくは300℃を下限とし、好ましくは640℃、より好ましくは620℃、最も好ましくは600℃を上限とする。
また、本発明の光学ガラスは、できるだけ高い耐水性を有する必要がある。特に、JOGIS06−1999に準じたガラスの粉末法による化学的耐久性(耐水性)がクラス3〜1であることが好ましい。これにより、光学ガラスを研磨加工する際に、水性の研磨液や洗浄液によるガラスの白濁が低減されるため、研磨加工における加工性をより一層高めることができる。ここで「耐水性」とは、水によるガラスの侵食に対する耐久性であり、この耐水性は、日本光学硝子工業会規格「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法」JOGIS06−1999により測定することができる。また、「粉末法による化学的耐久性(耐水性)がクラス3〜1である」とは、JOGIS06−1999に準じて行った化学的耐久性(耐水性)が、測定前後の試料の質量の減量率で、0.25質量%未満であることを意味する。なお、クラス1は測定前後の試料の質量の減量率が0.05質量%未満であり、クラス2は0.05質量%以上0.10質量%未満であり、クラス3は0.10質量%以上0.25未満質量%未満である。
また、本発明の光学ガラスは、所望の屈折率(n)を有するとともに、低い分散(高いアッベ数)を有することが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスの屈折率(n)は、好ましくは1.50、より好ましくは1.53、最も好ましくは1.55を下限とし、好ましくは1.65、より好ましくは1.63、最も好ましくは1.60を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(ν)は、好ましくは45.0、より好ましくは47.0、最も好ましくは50.0を下限とし、好ましくは65.0、より好ましくは63.0、最も好ましくは61.0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。
[ガラス成形体及び光学素子]
このように、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を切削してリヒートプレス成形用のガラス成形体を作製し、このガラス成形体をリヒートプレス成形してレンズやプリズム等の光学素子を作製することが好ましい。これにより、カメラやプロジェクタ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及び投影特性を実現することができる。
本発明の実施例(No.1〜No.5)及び比較例(No.1)の組成、並びに、これらのガラスの屈折率(n)、アッベ数(ν)、ガラス転移点(Tg)、耐水性、及びヌープ硬さの結果を表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.5)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に示した各実施例及び比較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、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1300〜1350℃の温度範囲で3〜4時間溶解し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1150℃以下に温度を下げて攪拌均質化し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.5)の光学ガラス及び比較例(No.1)のガラスのヌープ硬さ(Hk)は、「JOGIS09−1975光学ガラスのヌープ硬さの測定方法」に準じた測定方法を用いて測定した。具体的には、試料となるガラスに平面研磨面ダイヤモンド菱形圧子(対稜角172°30´と130°)を0.98N(0.1kgf)の荷重をかけて15秒間押しつけて窪みを形成し、窪みの長い方の対角線の長さから、ヌープ硬さを式(1)により求めた。
ヌープ硬さ(Hk)=1.451F/l (1)
F:荷重(N)
l:長い方の対角線の長さ(mm)
また、実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス及び比較例(No.1)のガラスのガラス転移点(Tg)は、示差熱測定装置(ネッチゲレテバウ社製 STA 409 CD)を用いた測定を行うことで求めた。ここで、測定を行う際のサンプル粒度は425〜600μmとし、昇温速度は10℃/minとした。
また、実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス及び比較例(No.1)のガラスの耐水性は、日本光学硝子工業会規格「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法」JOGIS06−1999に準じて測定した。すなわち、粒度425〜600μmに破砕したガラス試料を比重ビンにとり、白金かごの中に入れた。白金かごを純水(pH6.5〜7.5)の入った石英ガラス製丸底フラスコに入れて、沸騰水浴中で60分間処理した。処理後のガラス試料の減量率(質量%)を算出して、この減量率が0.05未満の場合をクラス1、減量率が0.05〜0.10未満の場合をクラス2、減量率が0.10〜0.25未満の場合をクラス3、減量率が0.25〜0.60未満の場合をクラス4、減量率が0.60〜1.10未満の場合をクラス5、減量率が1.10以上の場合をクラス6とした。このとき、クラスの数が小さいほど、ガラスの耐水性が優れていることを意味する。
また、実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス及び比較例(No.1)のガラスの屈折率(n)、アッベ数(ν)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。
Figure 2010024101
表1に表されるように、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもヌープ硬さが560Hk以上であり、所望の範囲内であった。一方で、比較例のガラスは、ヌープ硬さが560Hk未満であった。従って、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ヌープ硬さが高く、かつ所望の範囲内の値を有しているため、ガラスへの傷や割れが低減され、特に研削研磨により表面を仕上げる際の加工性が高められる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、いずれもガラス転移点(Tg)が100℃以上かつ640℃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、いずれも耐水性がクラス3〜1であり、所望の範囲内であった。一方で、比較例のガラスは、耐水性のクラスがクラス3より大きく、耐水性が低かった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例のガラスよりも耐水性が高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(n)が1.50以上かつ1.65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(ν)が45.0以上かつ65.0以下であり、所望の範囲内であった。
さらに、本発明の実施例の光学ガラスを用いてリヒートプレス成形用のガラス成形体を作製し、このガラス成形体に対してリヒートプレス成形を行った後で研削及び研磨を行い、レンズ及びプリズムの形状に加工した。また、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。いずれの場合も、加熱軟化後のガラスに乳白化及び失透等の問題は生じず、安定に様々なレンズ及びプリズムの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 (15)

  1. SiO成分、B成分、及びBaO成分を含有し、ヌープ硬さが550Hk以上650Hk以下である光学ガラス。
  2. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でSiO成分を10.0%以上60.0%以下、B成分を6.0%以上30.0%以下、及びBaO成分を4.0%以上45.0%以下含有する請求項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Al成分を1.0%以上7.0%以下さらに含有する請求項1又は2記載の光学ガラス。
  4. 酸化物換算組成の質量比Al/(SiO+B)が0.010以上0.080以下である請求項3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
    LiO成分 0〜4.5%及び/又は
    NaO成分 0〜15.0%及び/又は
    O成分 0〜10.0%及び/又は
    CsO成分 0〜10.0%
    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(LiO+NaO+KO+CsO)が1.0%以上20.0%以下である請求項5記載の光学ガラス。
  7. 酸化物換算組成の質量比(LiO+NaO+KO+CsO)/(SiO+B+Al)が0.02以上0.25以下である請求項5又は6記載の光学ガラス。
  8. LiO成分、NaO成分、KO成分、及びCsO成分のうち3種以上の成分を含有する請求項5から7のいずれか記載の光学ガラス。
  9. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
    MgO成分 0〜10.0%及び/又は
    CaO成分 0〜12.0%及び/又は
    SrO成分 0〜20.0%及び/又は
    ZnO成分 0〜8.0%
    の各成分をさらに含有する請求項1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
    La成分 0〜10.0%及び/又は
    Gd成分 0〜10.0%及び/又は
    成分 0〜10.0%及び/又は
    Yb成分 0〜8.0%及び/又は
    Lu成分 0〜8.0%及び/又は
    TiO成分 0〜10.0%及び/又は
    Nb成分 0〜10.0%及び/又は
    ZrO成分 0〜15.0%及び/又は
    Ta成分 0〜8.0%及び/又は
    WO成分 0〜8.0%及び/又は
    成分 0〜5.0%及び/又は
    Sb成分 0〜1.0%
    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. ガラス転移点(Tg)が100℃以上640℃以下である請求項1から10のいずれか記載の光学ガラス。
  12. 粉末法による化学的耐久性(耐水性)がクラス3〜1である請求項1から11のいずれか記載の光学ガラス。
  13. 請求項1から12のいずれか記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
  14. 請求項1から12のいずれか記載の光学ガラスからなるリヒートプレス成形用のガラス成形体。
  15. 請求項14記載のガラス成形体をリヒートプレス成形して作製する光学素子。
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