JP2014031285A

JP2014031285A - 光学ガラス

Info

Publication number: JP2014031285A
Application number: JP2012171591A
Authority: JP
Inventors: Satoko Konoshita; 聡子此下
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2014-02-20

Abstract

【課題】所望の光学特性および低ガラス転移点を達成しつつ、高い耐候性を兼ね備えた光学ガラスを提供する。
【解決手段】質量％で、ＳｉＯ_２４１〜５５％、Ｂ_２Ｏ_３５〜２９％、Ａｌ_２Ｏ_３４〜１３％、Ｌｉ_２Ｏ３〜９％、Ｎａ_２Ｏ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ０〜２０％およびＲＯ０〜９％（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａの少なくとも１種）を含有し、Ｐｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分を実質的に含有しないことを特徴とする光学ガラス。
【選択図】なし

Description

本発明は特にモールドプレス成形用として好適な光学ガラスに関する。

ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、その他各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズ、レーザービームピリンターのレーザー集光ガラス、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機等の撮像用レンズ、光通信に使用される送受信用レンズ等の用途では、屈折率（ｎｄ）が１．４８０〜１．６５０程度の光学定数を持つガラスが使用されている。

上記ガラスからなるレンズは以下のようにして作製される。まず溶融ガラスをノズルの先端から滴下して、一旦液滴状ガラスを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを作製する。または、溶融ガラスを急冷鋳造して一旦ガラスインゴットを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを作製する。続いて、プリフォームガラスを加熱して軟化し、高精度な成形表面を持つ金型によって加圧成形し、金型の表面形状をガラスに転写してレンズを作製する。このような成形方法は一般にモールドプレス成形法と呼ばれており、大量生産に適した方法として近年広く採用されている。モールドプレス成形法では、高精度な形状で、かつ、白金やイリジウム等の材質からなる非常に高価な金型が使用される。

モールドプレス成形法においてプレス温度が高くなると金型の劣化が早くなるため、より低温でプレス可能なガラス材質が求められている。例えば、特許文献１〜３には、屈折率が１．４８０〜１．６５０で、ガラス転移点が５２０℃以下と低いアルカリ土類ホウケイ酸ガラスが開示されている。

特開平５−１９３９７９号公報特開２００２−２０１０３７号公報特開２００８−１６９０７６号公報

特許文献１〜３に記載のガラスは、上記のように所望の光学特性および低ガラス転移点を有するものの、耐候性に劣るという問題がある。例えば、特許文献１〜３に記載のガラスを高温多湿環境下で長期間静置すると、表面にアルカリ土類の炭酸塩が析出し、曇りが発生する現象がみられる。

上記問題に鑑み、本発明は、所望の光学特性および低ガラス転移点を達成しつつ、高い耐候性を兼ね備えた光学ガラスを提供することを目的とする。

本発明者は鋭意検討した結果、所定のガラス組成を有するホウケイ酸ガラスにより、上記課題を解消できることを見い出した。

即ち、本発明は、質量％で、ＳｉＯ_２４１〜５５％、Ｂ_２Ｏ_３５〜２９％、Ａｌ_２Ｏ_３４〜１３％、Ｌｉ_２Ｏ３〜９％、Ｎａ_２Ｏ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ０〜２０％およびＲＯ０〜９％（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａの少なくとも１種）を含有し、Ｐｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分を実質的に含有しないことを特徴とする光学ガラスに関する。

本発明において、「実質的に含有しない」とは、該当する成分を意図的にガラス中に含有させないという意味であり、不可避的不純物まで完全に排除するということを意味するものではない。より客観的には、不純物を含めた該当成分の含有量が各々０．１％未満であることを意味する。

本発明の光学ガラスは、質量％で、ＺｒＯ_２０〜２０％を含有することが好ましい。

本発明の光学ガラスは、Ｂ_２Ｏ_３＋Ｒ_２Ｏが２５％以上であることが好ましい。

本発明の光学ガラスは、屈折率が１．４８０〜１．６５０であることが好ましい。

本発明の光学ガラスは、ガラス転移点が５１０℃以下、屈伏点が５３０℃以下であることが好ましい。

本発明の光学ガラスは、モールドプレス成形用として好適である。

本発明の光学ガラスは、一般のデジタルカメラやビデオカメラの撮影用レンズ等、各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズの光学レンズに要求される低屈折率の光学定数を達成できる。またガラス転移点が低くプレス温度を低下させることができることから、モールドプレス成形時にガラス成分が揮発しにくく、金型の劣化や汚染が生じにくい。さらに、耐候性が良好であるため、製造工程や製品の使用中に物性の劣化や表面の変質が生じにくい。そのため、本発明の光学ガラスはプリフォームガラスの量産性に優れている。

以下に、本発明の光学ガラスにおける各成分の含有量を上記のように特定した理由を説明する。なお、以下の各成分の含有量の説明において、特に断りがない限り、「％」は「質量％」を意味する。

ＳｉＯ_２はガラス骨格を形成する成分である。ＳｉＯ_２の含有量は４１〜５５％であり、好ましくは、４２〜５４％、より好ましくは、４３〜５３％である。ＳｉＯ_２の含有量が少なすぎると、ガラス化が不安定になり、また耐候性が低下する傾向がある。一方、ＳｉＯ_２の含有量が多すぎると、ガラス転移点または屈伏点が高くなり、低温でのモールドプレス成形が困難になる傾向がある。

Ｂ_２Ｏ_３はガラス転移点を大幅に低下させる成分である。また低分散に効果的な成分である。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は５〜２９％であり、好ましくは７〜２５％、より好ましくは１０〜２３％、さらに好ましくは１３〜２０％、特に好ましくは１５〜１９％である。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、ガラス転移点が高くなり、低温でのモールドプレス成形が困難になる傾向がある。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、耐候性や耐水性が低下する傾向がある。また、モールドプレス成形時におけるＢ_２Ｏ_３成分の揮発量が多くなり、金型が劣化しやすくなる。

Ａｌ_２Ｏ_３は耐候性や耐水性を向上させる成分である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は４〜１３％であり、好ましくは６〜１１％、より好ましくは７〜１０％である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラス転移点が著しく上昇し、モールドプレス成形性が低下する傾向がある。

Ｌｉ_２Ｏはガラス転移点や屈伏点を低下させる効果を有する。Ｌｉ_２Ｏの含有量は３〜９％であり、好ましくは４〜９％、より好ましくは５〜９％、さらに好ましくは６〜９％である。Ｌｉ_２Ｏの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｌｉ_２Ｏの含有量が多すぎると、分相を顕著に引き起こす傾向がある。また、耐候性の急激な低下を引き起こす傾向がある。

Ｎａ_２Ｏもガラス転移点や屈伏点を低下させる成分である。Ｎａ_２Ｏの含有量は０〜２０％であり、好ましくは０．１〜１２％、より好ましくは０．５〜１０％、さらに好ましくは１〜１０％である。Ｎａ_２Ｏの含有量が多すぎると、耐候性が低下しやすくなる。また、モールドプレス成形時に揮発して金型を汚染するおそれがある。

Ｋ_２Ｏもガラス転移点や屈伏点を低下させる効果を有する。Ｋ_２ＯはＮａ_２ＯやＬｉ_２Ｏと比べて、分相傾向が低いという特徴がある。Ｋ_２Ｏの含有量は０〜２０％であり、好ましくは０〜１０％、より好ましくは０．１〜９％、さらに好ましくは１〜８％である。Ｋ_２Ｏの含有量が多すぎると、耐候性が低下したり、モールドプレス成形時に揮発して金型を汚染するおそれがある。

なお、ガラス転移点や屈伏点を効果的に低下させるためには、Ｂ_２Ｏ_３＋Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１種）が２５％以上であることが好ましく、３０％以上であることがより好ましい。

ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａの少なくとも１種）はガラス転移点や屈伏点を低下させる効果を有する。ＲＯの含有量は合量で０〜９％であり、好ましくは０〜５％、より好ましくは０〜３％である。ＲＯの含有量が多すぎると、耐候性が著しく低下する傾向がある。また、ガラス化が不安定になる傾向がある。

本発明の光学ガラスは上記成分以外にも下記の成分を含有することができる。

ＺｎＯは耐候性を向上させる効果を有する。ＺｎＯの含有量は、好ましくは０〜９％、より好ましくは０〜５％、さらに好ましくは０．１〜３％である。ＺｎＯの含有量が多すぎると、モールドプレス成形時に揮発し、金型を劣化させるおそれがある。

ＺｒＯ_２は耐候性を高める効果が高い成分である。また、屈折率の調整にも使用することができる。ただし、その含有量が多すぎると、ガラス転移点が高くなりすぎる傾向がある。したがって、ＺｒＯ_２の含有量は、好ましくは０〜２０％、より好ましくは０．１〜１８％、さらに好ましくは１〜１７％、特に好ましくは３〜１７％である。

ＴｉＯ_２もＺｒＯ_２と同様に耐候性を高める効果がある。しかし、少量の含有でガラス転移点が顕著に高くなり、モールドプレス成形性が低下する傾向がある。また、透過率が著しく低下する傾向がある。したがって、ＴｉＯ_２の含有量は、好ましくは５％以下、より好ましくは０．１％未満であり、実質的に含有しないことがさらに好ましい。

Ｌａ_２Ｏ_３は屈折率の調整のために含有させることができる。また、ガラス転移点を低下させる効果もある。ただし、Ｌａ_２Ｏ_３は稀少原料であるため、その含有量が多くなるほどコストが高くなる。したがって、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは０〜４．５％、より好ましくは０〜３％、さらに好ましくは０〜１％であり、実質的に含有しないことが特に好ましい。

Ｎｂ_２Ｏ_５は光学定数の調整のために含有させることができる。ただし、Ｎｂ_２Ｏ_５は稀少原料であるため、その含有量が多くなるほどコストが高くなる。したがって、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量は、好ましくは０〜４．９％、より好ましくは０〜３％、さらに好ましくは０〜１％であり、実質的に含有しないことが特に好ましい。

Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｙ_２Ｏ_３およびＹｂ_２Ｏ_３は屈折率を高める成分であり、光学定数の調整のために含有させることができる。ただし、これらの成分の含有量が多すぎると、屈折率が高くなりすぎて、所望の光学定数が得られにくくなる。したがって、上記成分の含有量は、それぞれ好ましくは５％以下、より好ましくは１％以下である。

ＧｅＯ_２はガラスの安定性を向上させたり、屈折率を高める目的で含有させることができる。しかし、ＧｅＯ_２は稀少原料であるため、その含有量が多くなるほどコストが高くなる。したがって、ＧｅＯ_２の含有量は、好ましくは３％以下、より好ましくは１％以下であり、実質的に含有しないことがさらに好ましい。

Ｂｉ_２Ｏ_３、ＴｅＯ_２およびＣｌはモールドプレス成形時に揮発しやすく、プレス金型の劣化を著しく促進するため、実質的に含有しないことが好ましい。

上記組成を有する本発明の光学ガラスは、１．４８０〜１．６５０、好ましくは１．５００〜１．６２０の屈折率（ｎｄ）を容易に達成することができる。

また、本発明の光学ガラスは、５１０℃以下、好ましくは４９０℃以下、より好ましくは４８０℃以下、さらに好ましくは４７０℃以下、特に好ましくは４６０℃以下のガラス転移点を容易に達成することができる。さらに、本発明の光学ガラスは、５３０℃以下、好ましくは５２０℃以下、より好ましくは５１０℃、さらに好ましくは５００℃以下の屈伏点を容易に達成することができる。

さらに本発明の光学ガラスは、５４〜６５、好ましくは５５〜６３、さらに５５〜６０のアッベ数であることが好ましい。

次に、本発明の光学ガラスを用いて光ピックアップレンズや撮影用レンズ等を製造する方法を述べる。

まず、所望の組成になるようにガラス原料を調合した後、ガラス溶融炉で溶融する。次に、溶融ガラスをノズルの先端から滴下して一旦液滴状ガラスを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを作製する。または、溶融ガラスを急冷鋳造して一旦ガラスブロックを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを得る。続いて、精密加工を施した金型中にプリフォームガラスに入れて軟化状態となるまで加熱しながら加圧成形し、金型の表面形状をガラスに転写させる。このようにして光ピックアップレンズや撮影用レンズを得ることができる。

以下、本発明の光学ガラスを実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１は、実施例１〜６および比較例１〜４を示す。

各試料は、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調合したガラス原料を白金ルツボに入れ、１２５０℃でそれぞれ２時間溶融した。次に、溶融ガラスをカーボン板上に流し出し、冷却固化した後、アニールを行って試料を作製した。このようにして得られた試料について、各種特性を評価した。結果を各表に示す。

屈折率は、屈折率計（カルニュー製ＫＰＲ−２０００）を用いて、ヘリウムランプのｄ線（波長：５８７．６ｎｍ）について測定した値である。

ガラス転移点は熱膨張測定装置（ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定して得られた熱膨張曲線における低温度域の直線と高温度域の直線の交点より求めた。また、屈伏点は熱膨張曲線において、ガラスが屈伏した温度から求めた。

耐候性は、６０℃、９０％の環境下に５０時間保持した後の試料の表面を顕微鏡（×５００）で観察し、析出ブツの有無を確認することにより評価した。試料表面において析出ブツが占める割合が５％未満の場合を「○」、５％以上１０％未満の場合を「△」、１０％以上の場合を「×」として評価を行った。

表１から明らかなように、実施例１〜６の試料は、１．５４２〜１．６２１という所望の屈折率を有しつつ、ガラス転移点が４７０℃以下、屈伏点が５２０℃以下と低かった。また、耐候性にも優れていた。一方、比較例１〜４の試料はいずれも耐候性に劣っていた。特に、比較例２の試料は屈伏点が５６０℃と高かった。

本発明の光学ガラスは、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、その他各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機等の撮像用レンズ、光通信に使用される送受信用レンズ等といった光学レンズ用の硝材として好適である。特にモールドプレス成形法を利用して作製される光学レンズ用の硝材として好適である。また、モールドプレス成形法以外の方法で成形される硝材として使用することも可能である。

Claims

質量％で、ＳｉＯ_２４１〜５５％、Ｂ_２Ｏ_３５〜２９％、Ａｌ_２Ｏ_３４〜１３％、Ｌｉ_２Ｏ３〜９％、Ｎａ_２Ｏ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ０〜２０％およびＲＯ０〜９％（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａの少なくとも１種）を含有し、Ｐｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分を実質的に含有しないことを特徴とする光学ガラス。
質量％で、ＺｒＯ_２０〜２０％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。
Ｂ_２Ｏ_３＋Ｒ_２Ｏが２５％以上であることを特徴とすることを特徴とする請求項１または２に記載の光学ガラス。
屈折率が１．４８０〜１．６５０であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学ガラス。
ガラス転移点が５１０℃以下、屈伏点が５３０℃以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学ガラス。
モールドプレス成形用であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学ガラス。