JP2014091639A - 光学ガラス、プリフォーム及び光学素子 - Google Patents
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- Glass Compositions (AREA)
Abstract
【解決手段】光学ガラスは、質量%で、P2O5成分を7.0%以上30.0%以下、及びBi2O3成分を10.0%以上60.0%以下含有し、線膨張係数の最大値(αmax)が1500×10−7K−1以下である。プリフォーム及び光学素子は、この光学ガラスからなる。
【選択図】なし
Description
Li2O成分 0〜10.0%
Na2O成分 0〜15.0%
K2O成分 0〜15.0%
である(1)から(5)のいずれか記載の光学ガラス。
MgO成分 0〜5.0%
CaO成分 0〜10.0%
SrO成分 0〜10.0%
である(1)から(10)のいずれか記載の光学ガラス。
Y2O3成分 0〜10.0%
La2O3成分 0〜10.0%
Gd2O3成分 0〜10.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
である(1)から(12)のいずれか記載の光学ガラス。
SiO2成分 0〜10.0%
ZnO成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜10.0%
Ga2O3成分 0〜10.0%
ZrO2成分 0〜10.0%
Ta2O5成分 0〜10.0%
TeO2成分 0〜15.0%
SnO成分 0〜10.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である(1)から(14)のいずれか記載の光学ガラス。
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、各成分の含有量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」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て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。
P2O5成分は、ガラス形成成分であり、ガラスの分散を高めるのに有効な必須成分である。特に、P2O5成分を7.0%以上含有することで、ガラスの線膨張係数の最大値を小さくでき、且つガラスの可視光透過率を高められる。従って、P2O5成分の含有量は、好ましくは7.0%、より好ましくは9.0%、さらに好ましくは11.0%、さらに好ましくは13.0%、さらに好ましくは15.0%、さらに好ましくは16.5%を下限とする。
一方で、P2O5成分の含有量を30.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えられる。従って、P2O5成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは20.0%を上限とする。
P2O5成分は、原料としてAl(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、Bi2O3成分の含有量を60.0%以下にすることで、ガラスの可視光透過率の低下や失透を抑えられる。従って、Bi2O3成分の含有量は、好ましくは60.0%、より好ましくは55.0%、さらに好ましくは50.0%、さらに好ましくは45.0%を上限とする。
Bi2O3成分は、原料としてBi2O3等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、Nb2O5成分の含有量が多すぎると、ガラスの液相温度が上昇して耐失透性が悪化する。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは50.0%、より好ましくは40.0%、さらに好ましくは35.0%を上限とする。
Nb2O5成分は、原料としてNb2O5等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、TiO2成分の含有量を30.0%以下にすることで、TiO2成分の過剰な含有によるガラスの失透を抑制でき、且つガラスの可視光透過率を高められる。従って、TiO2成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは10.0%、さらに好ましくは4.5%を上限とする。
TiO2成分は、原料としてTiO2等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、WO3成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの線膨張係数の最大値を小さくでき、ガラス転移点を低くでき、且つガラスの可視光透過率を高められる。従って、WO3成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%を上限とし、さらに好ましくは12.0%未満、さらに好ましくは10.0%未満とする。
WO3成分は、原料としてWO3等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、Li2O成分の含有量を10.0%以下にすること、及び/又は、Na2O成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの線膨張係数の最大値を小さくでき、ガラスの屈折率の低下を抑えられ、且つ、Li2O成分やNa2O成分の過剰な含有による失透を低減できる。また、K2O成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えられ、且つ、K2O成分の過剰な含有による失透を低減できる。
従って、Li2O成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは2.5%、さらに好ましくは2.0%を上限とする。また、Na2O成分及びK2O成分の各々の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは4.0%、さらに好ましくは2.5%を上限とする。
Li2O成分、Na2O成分及びK2O成分は、原料としてLi2CO3、LiNO3、LiF、Na2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6、K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、BaO成分の含有率を20.0%以下にすることで、アッベ数の上昇を抑えられ、且つ耐失透性及び化学的耐久性の低下を抑えられる。従って、BaO成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは6.0%を上限とする。
BaO成分は、原料として例えばBaCO3、Ba(NO3)2、BaF2等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、GeO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、高価なGeO2成分の使用が低減されるため、ガラスの材料コストを低減できる。従って、GeO2成分の含有量は、好ましくは10.0%を上限とし、より好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満とする。
GeO2成分は、原料としてGeO2等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、B2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、屈折率や可視光透過率の低下を抑えられる。従って、B2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%、さらに好ましくは1.9%を上限とする。
B2O3成分は、原料としてH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、MgO成分の含有量を5.0%以下にすること、及び/又は、CaO成分及びSrO成分の各々の含有量を10.0%以下にすることにより、ガラスの屈折率の低下やアッベ数の上昇抑えられ、且つ、これら成分の過剰な含有によるガラスの失透を抑えられる。従って、MgO成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは3.0%、さらに好ましくは1.0%を上限とする。また、CaO成分及びSrO成分の各々の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
MgO成分、CaO成分及びSrO成分は、原料としてMgCO3、MgF2、CaCO3、CaF2、Sr(NO3)2、SrF2等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、RO成分は、合計で0%超含有する場合に、ガラスの耐失透性をより高められる。従って、RO成分の合計量は、好ましくは0%超、より好ましくは0.5%、さらに好ましくは1.0%を下限としてもよい。
一方で、これら成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、アッベ数の上昇を抑え、且つこれら成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。従って、Y2O3成分、La2O3成分、Gd2O3成分、Yb2O3成分及びLu2O3成分の各々の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Y2O3成分、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分は、原料としてY2O3、YF3、La2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)、Gd2O3、GdF3、Yb2O3等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、SiO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えられる。従って、SiO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
SiO2成分は、原料としてSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、ZnO成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下やアッベ数の上昇、ZnO成分の過剰な含有による失透を抑えることができる。従って、ZnO成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
ZnO成分は、原料としてZnO、ZnF2等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、Al2O3成分及びGa2O3成分の含有量を各々10.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性の悪化を抑えることができる。従って、Al2O3成分及びGa2O3成分の各々の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Al2O3成分及びGa2O3成分は、原料としてAl2O3、Al(OH)3、AlF3、Ga2O3、Ga(OH)3等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、ZrO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、ZrO2成分の過剰な含有による屈折率の低下や失透を抑えられる。従って、ZrO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
ZrO2成分は、原料としてZrO2、ZrF4等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、Ta2O5成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高められる。従って、Ta2O5成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Ta2O5成分は、原料としてTa2O5等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、TeO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの可視光透過率を高めることができる。従って、TeO2成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
TeO2成分は、原料としてTeO2等を用いてガラス内に含有できる。
一方で、SnO成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を低下し難くできる。また、溶解設備(特にPt等の貴金属)の溶存によって生じる、ガラスの着色や可視光透過率の低下を抑えられる。従って、SnO成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
SnO成分は、例えばSnO、SnO2、SnO3等を用いてガラス原料に含有することができる。
一方で、Sb2O3成分の含有量を3.0%以下にすることで、Sb2O3成分が溶解設備(特にPt等の貴金属)と合金化し難くなることで、成形型に付着する不純物が低減されるため、ガラス成形体の表面への凹凸や曇りの形成を低減でき、成形型の長寿命化を図れる。また、Sb2O3成分の含有量を3.0%以下にすることで、ガラスのソラリゼーションを低減できる。従って、Sb2O3成分の含有量は、好ましくは3.0%、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは0.5%を上限とする。
Sb2O3成分は、原料としてSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いてガラス内に含有できる。
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。
P2O5成分 10.0〜45.0モル%、
Nb2O5成分 8.0〜40.0モル%及び
Bi2O3成分 4.0〜25.0モル%
並びに
TiO2成分 0〜60.0モル%、
WO3成分 0〜20.0モル%、
Li2O成分 0〜60.0モル%、
Na2O成分 0〜50.0モル%、
K2O成分 0〜30.0モル%、
BaO成分 0〜30.0モル%、
GeO2成分 0〜20.0モル%、
B2O3成分 0〜30.0モル%、
MgO成分 0〜25.0モル%、
CaO成分 0〜35.0モル%、
SrO成分 0〜20.0モル%、
Y2O3成分 0〜10.0モル%、
La2O3成分 0〜8.0モル%、
Gd2O3成分 0〜7.0モル%、
Yb2O3成分 0〜6.0モル%、
SiO2成分 0〜30.0モル%、
ZnO成分 0〜30.0モル%、
Al2O3成分 0〜20.0モル%、
Ga2O3成分 0〜10.0モル%、
ZrO2成分 0〜15.0モル%
Ta2O5成分 0〜5.0モル%、
TeO2成分 0〜25.0モル%、
SnO成分 0〜15.0モル%
Sb2O3成分 0〜2.5モル%
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量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、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて1000〜1250℃の温度範囲で2〜10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。
本発明の光学ガラスでは、ガラス転移点(Tg)と屈伏点(At)との間の温度範囲における線膨張係数の最大値(αmax)は、1500×10−7K−1以下である。これにより、特に屈折率が高く薄型の光学素子を作製する場合であっても、ガラス転移点より高い温度に加熱してプレス成形を行ったときにガラスが割れ難くなるため、光学素子の生産性を高めることができる。このようにガラスが割れ難くなる理由として、例えば、ガラスを加熱して軟化させる際や、軟化したガラスをプレス成形して冷却する際に、ガラス内部の温度差によって、ガラス内部に線膨張係数の大きいガラス転移点以上の高温部と、線膨張係数の小さいガラス転移点以下の低温部に分かれたときに、高温部の熱膨張や熱収縮が小さくなることで、高温部の熱膨張や熱収縮によって低温部に掛かる力が小さくなることが挙げられる。
従って、本発明の光学ガラスでは、ガラス転移点(Tg)と屈伏点(At)との間の温度範囲における線膨張係数の最大値(αmax)の上限は、好ましくは1500×10−7K−1、より好ましくは1200×10−7K−1、さらに好ましくは1000×10−7K−11、さらに好ましくは900×10−7K−11、さらに好ましくは800×10−7K−11とする。一方で、この線膨張係数の最大値(αmax)の下限は、好ましくは100×10−7K−1、より好ましくは200×10−7K−1、さらに好ましくは300×10−7K−1としてもよい。
なお、本明細書では、ガラス転移点(Tg)と屈伏点(At)との間の温度範囲における線膨張係数の最大値を、単に「線膨張係数の最大値」と記載することがある。
本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは25、より好ましくは23、さらに好ましくは20を上限とする。このアッベ数の下限は、好ましくは15、より好ましくは16、さらに好ましくは17であってもよい。このような低いアッベ数を有することで、例えば高いアッベ数を有する光学素子と組み合わせた場合に、高い結像特性等を図ることができる。
また、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.70、より好ましくは1.80、さらに好ましくは1.85、さらに好ましくは1.89、さらに好ましくは1.92、さらに好ましくは1.95、さらに好ましくは1.99を下限とする。この屈折率の上限は、好ましくは2.20、より好ましくは2.15、さらに好ましくは2.10であってもよい。このような高い屈折率を有することで、さら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。
従って、このような高屈折率高分散の光学ガラスを、例えば光学素子の用途に用いることで、高い結像特性等を図りながらも、光学設計の自由度を広げることができる。
作製された光学ガラスから、例えばリヒートプレス成形や精密プレス成形等のモールドプレス成形の手段を用いて、ガラス成形体を作製することができる。すなわち、光学ガラスからモールドプレス成形用のプリフォームを作製し、このプリフォームに対してリヒートプレス成形を行った後で研磨加工を行ってガラス成形体を作製したり、研磨加工を行って作製したプリフォームや、公知の浮上成形等により成形されたプリフォームに対して精密プレス成形を行ってガラス成形体を作製したりすることができる。なお、ガラス成形体を作製する手段は、これらの手段に限定されない。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもλ5(透過率5%時の波長)が450nm以下、より詳細には410nm以下であり、所望の範囲内であった。
Claims (20)
- 質量%で、P2O5成分を7.0%以上30.0%以下、及びBi2O3成分を10.0%以上60.0%以下含有し、線膨張係数の最大値(αmax)が1500×10−7K−1以下である光学ガラス。
- 質量%で、Nb2O5成分を0%超含有し、TiO2成分を0%超含有する請求項1記載の光学ガラス。
- 質量%で、Nb2O5成分の含有量が50.0%以下であり、TiO2成分の含有量が30.0%以下である請求項1又は2記載の光学ガラス。
- 質量%で、WO3成分の含有量が20.0%以下である請求項1から3のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量比WO3/(TiO2+Nb2O5)が0.600以下である請求項1から4のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で、
Li2O成分 0〜10.0%
Na2O成分 0〜15.0%
K2O成分 0〜15.0%
である請求項1から5のいずれか記載の光学ガラス。 - 質量%で、Rn2O成分(Rnは、Li、Na及びKからなる群より選択される1種以上)の含有量の和が20.0%以下である請求項1から6のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で、BaO成分の含有量が20.0%以下である請求項1から7のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で、GeO2成分の含有量が10.0%以下である請求項1から8のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で、B2O3成分の含有量が10.0%以下である請求項1から9のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で
MgO成分 0〜5.0%
CaO成分 0〜10.0%
SrO成分 0〜10.0%
である請求項1から10のいずれか記載の光学ガラス。 - RO成分(Rは、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群より選択される1種以上である)の含有量の和が20.0%以下である請求項1から11のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で
Y2O3成分 0〜10.0%
La2O3成分 0〜10.0%
Gd2O3成分 0〜10.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
である請求項1から12のいずれか記載の光学ガラス。 - Ln2O3成分(Lnは、Y、La、Gd及びYbからなる群より選択される1種以上である)の含有量の和が15.0%以下である請求項1から13のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で
SiO2成分 0〜10.0%
ZnO成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜10.0%
Ga2O3成分 0〜10.0%
ZrO2成分 0〜10.0%
Ta2O5成分 0〜10.0%
TeO2成分 0〜15.0%
SnO成分 0〜10.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である請求項1から14のいずれか記載の光学ガラス。 - 1.70以上2.20以下の屈折率(nd)を有し、25以下のアッベ数(νd)を有する請求項1から15のいずれか記載の光学ガラス。
- 分光透過率が70%を示す波長(λ70)が500nm以下である、請求項1から16のいずれか記載の光学ガラス。
- 請求項1から17のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。
- 請求項1から17のいずれか記載の光学ガラスからなる研磨加工用及び/又は精密プレス成形用のプリフォーム。
- 請求項19記載のプリフォームを精密プレスしてなる光学素子。
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