JP2016124775A - 光学ガラス、光学素子および光学ガラス素材 - Google Patents
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【解決手段】 P5+、B3+およびAl3+の合計含有量が60カチオン%以下の酸化物ガラスであって、Ba2+と、Mg2+、Ca2+、Zn2+およびSr2+から選択されるいずれか1種以上と、Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+から選択されるいずれか1種以上と、を含み、Mg2+、Ca2+、Zn2+およびSr2+の合計含有量に対するBa2+の含有量のカチオン比αが0.80以下であり、Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+の合計含有量に対するP5+、B3+およびAl3+の合計含有量のカチオン比βが14.0未満であり、屈折率ndが1.620〜1.700、アッベ数νdが53〜65である、光学ガラス。
【選択図】 図1
Description
〔1〕 P5+、B3+およびAl3+の合計含有量[P5++B3++Al3+]が60カチオン%以下の酸化物ガラスであって、
Ba2+と、
Mg2+、Ca2+、Zn2+およびSr2+から選択されるいずれか1種以上と、
Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+から選択されるいずれか1種以上と、を含み、
Mg2+、Ca2+、Zn2+およびSr2+の合計含有量に対するBa2+の含有量のカチオン比α[Ba2+/(Mg2++Ca2++Zn2++Sr2+)]が0.80以下であり、
Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+の合計含有量に対するP5+、B3+およびAl3+の合計含有量のカチオン比β[(P5++B3++Al3+)/(Gd3++Y3++La3++Yb3+)]が14.0未満であり、
屈折率ndが1.620〜1.700、アッベ数νdが53〜65である、光学ガラス。
〔2〕 Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+の合計含有量[Gd3++Y3++La3++Yb3+]が2〜20カチオン%である、上記〔1〕に記載の光学ガラス。
〔3〕 P5+の含有量が10〜45カチオン%である、上記〔1〕または〔2〕に記載の光学ガラス。
〔4〕 Ba2+の含有量が5〜25カチオン%である、上記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の光学ガラス。
〔5〕 Zn2+の含有量が15カチオン%以下である、上記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の光学ガラス。
〔6〕 B3+の含有量に対するP5+の含有量のカチオン比[P5+/B3+]が0.2〜10.0である、上記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の光学ガラス。
〔7〕 上記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の光学ガラスからなる、光学素子。
〔8〕 上記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の光学ガラスからなる、光学ガラス素材。
本発明の光学ガラスは、P5+、B3+およびAl3+の合計含有量[P5++B3++Al3+]が60%以下の酸化物ガラスであって、Ba2+と、Mg2+、Ca2+、Zn2+およびSr2+から選択されるいずれか1種以上と、Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+から選択されるいずれか1種以上と、を含み、Mg2+、Ca2+、Zn2+およびSr2+の合計含有量に対するBa2+の含有量のカチオン比α[Ba2+/(Mg2++Ca2++Zn2++Sr2+)]が0.80以下であり、Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+の合計含有量に対するP5+、B3+およびAl3+の合計含有量のカチオン比β[(P5++B3++Al3+)/(Gd3++Y3++La3++Yb3+)]が14.0未満であり、屈折率ndが1.620〜1.700、アッベ数νdが53〜65であることを特徴とする。
次に、本発明に係る光学ガラスのガラス組成について詳しく説明する。ガラスの構成成分の含有率は、例えば、ICP−AES(Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometry)などの方法により測定することができる。
[(mi/Mi)/{(m1/M1)+(m2/M2)+・・・+(mi/Mi)+・・・+(mn/Mn)}]×100
なお、定量分析により陰イオン元素の含有率(原子%)も定量されることがあるが、上記と同様の要領で陰イオンのアニオン含有率(アニオン%)に換算することができる。
本発明の光学ガラスの屈折率ndの上限は、1.700であり、さらには1.690、1.685、1.680、1.670、1.660の順に好ましい。また、屈折率ndの下限は、1.620であり、さらには1.625、1.630、1.635、1.640の順に好ましい。
ガラスの熱的安定性には、ガラス融液を成形する際の耐失透性と、一度固化したガラスを再加熱したときの耐失透性とがある。ガラス融液を成形する際の耐失透性は液相温度を目安にし、液相温度が低いほど優れた耐失透性を有している。液相温度が高いガラスでは、失透を防止するために、ガラス融液の温度を高温に保持しなければならず、これにより、ガラス成分の揮発による品質の悪化や生産性の低下を招いてしまうことがある。そのため、本発明の光学ガラスは、液相温度が1350℃以下であることが好ましく、1300℃以下であることがより好ましく、1250℃以下であることがさらに好ましく、1200℃以下であることが一層好ましく、1100℃以下であることがより一層好ましい。
本発明に係る光学ガラスは、上記所定の組成となるように原料を配合し、公知のガラス製造方法に従って作製すればよい。
本発明に係る光学ガラスを使用して光学素子を作るには、公知の方法を適用すればよい。例えば、本発明に係る光学ガラスを熔融して板状のガラス素材を成形し、この板状のガラス素材を所定体積に細分化してプレス成形用ガラス素材を作製する。あるいは、本発明に係る光学ガラスを熔融した状態から連続的に所定体積のガラス塊を成形してプレス成形用ガラス素材を作製する。次に、このガラス素材を再加熱、プレス成形(リヒートプレス成形)して光学素子ブランクを作製する。さらに光学素子ブランクを、研磨を含む工程により加工して光学素子、または精密プレス成形用ガラス素材を作製する。
表1〜3に本発明の実施例に係る光学ガラス(試料1〜37)を、表4に本発明の比較例に係る光学ガラス(試料38)をそれぞれ示す。なお、表4に示した試料6および18は、表1および表2に示した試料と同じであり、実施例と比較例の比較のために併記したものである。
まず、ガラスの構成成分に対応する酸化物、水酸化物、炭酸塩、および硝酸塩を原材料として準備し、得られる光学ガラスのガラス組成が、カチオン%表示にて表1〜4に示す各組成となるように上記原材料を秤量、調合して、原材料を十分に混合した。こうして得られた調合原料(バッチ原料)を、白金坩堝に投入し、原材料の熔融性に応じて電気炉で1200〜1400℃の温度範囲で熔融し、攪拌して均質化を図り、清澄してから流出ノズルより熔融ガラスを流出して適当な温度に予熱した金型に鋳込んだ。鋳込んだガラスを徐冷炉に投入し、所定の徐冷スケジュールで室温まで冷却して各光学ガラスを得た(試料1〜38)。
得られた光学ガラス(試料1〜38)について、以下に示す方法にて、ガラス組成の確認、屈折率(nd)、アッベ数(νd)、ガラス転移温度(Tg)、結晶化開始温度(Tx)、結晶化ピーク温度(Tc)、結晶化ピーク強度(Δ)および内部結晶の有無の評価が行われた。また、試料6については、耐候性(DH)試験も行った。
上記のようにして得られた各光学ガラスを適量採取し、これを酸およびアルカリ処理し、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP−AES法)を用いて、各成分の含有量を定量することで測定し、カチオン%換算で、表1〜4に示す各試料のガラス組成と一致していることを確認した。
日本光学硝子工業会規格の屈折率測定法により、室温まで冷却された光学ガラスを再びガラス転移温度(Tg)〜屈伏点(Ts)間の温度で保持し、降温速度−30℃/時間で降温することによりガラス中の歪を除去して得られた光学ガラスについて、屈折率(nd)とアッベ数(νd)を測定した〔(株)島津デバイス製造より販売されている「GMR−1」を使用〕。結果を表1〜4に示す。
ブルカー・AXS株式会社製の示差走査熱量計により昇温速度を10℃/分にして測定した。さらに、測定されたTgとTcから温度差(Tc−Tg)を算出した。また、示差走査熱量計によって示された示差走査熱量曲線に基づいて、ピーク強度(Δ)を算出した。結果を表1〜4に示す。
ガラスを大気中にて熔融状態から鋳型にキャストし、上面に平坦な自由表面を有するガラス成形体を作製し、このガラス成形体を切断し、1×1×1cm3の立方体状のガラス試料を得た。このガラス試料を加熱炉に投入して、温度Tgで10分間保持(一次加熱)した後、ガラスが軟化する温度(Tp)で10分間保持(二次加熱)し、ガラス試料を加熱炉から取り出して放冷した。次いで、ガラス試料を研磨加工して、研磨面からガラス内部を顕微鏡によって内部結晶の有無を観察した。この観察により、直径0.1μm以上の結晶が存在しないものを「結晶なし」とし、直径0.1μm以上の結晶が存在したものを「結晶あり」と評価した。なお、温度Tpは各試料によって個体差があったが、(Tg+約130℃)〜(Tg+約180℃)の範囲内の温度で、いずれの試料も軟化することを確認した。結果を表1〜4に示す。
得られた光学ガラス(試料6)について、日本光学硝子工業会規格JOGIS07に従い、主表面が対面研磨されたガラス試料(30×30×3mm)を成形し、高温高湿度の温度サイクル環境下で48時間処理した。その後、(有)東京電色製のヘーズメーター(TC−HIIIDPK)を用い、ガラス試料のヘイズ値を測定した。なお、ヘイズ値は、散乱光強度/透過光強度×100(単位:%)により求めることができる。結果は後述する。
実施例1において作製した光学ガラス(試料1〜37)を用いて、光学レンズを作製した。具体的には、実施例1の各光学ガラスを所定形に加工して光学ガラス素材を作成した。次いで、その光学ガラス素材を加熱、軟化し、目的のレンズの形状に近似する形状にプレス成形し、プレス成形後、ガラスを焼鈍(アニール)し、研磨工程を含む加工工程により、光学レンズに仕上げた。なお、ガラスのプレス成形法、アニールの方法、加工工程は、公知の方法を適宜、適用すればよい。
実施例2と同様の方法により、比較例1において作製した光学ガラス(試料38)を用いて、光学レンズの作製を試みた。
表1〜4に示すように、本発明の光学ガラス(試料1〜37)は、P5+、B3+およびAl3+の合計含有量[P5++B3++Al3+]が60カチオン%以下のガラスであって、
Ba2+と、
Mg2+、Ca2+、Zn2+およびSr2+から選択されるいずれか1種以上と、
Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+から選択されるいずれか1種以上と、を含み、
Mg2+、Ca2+、Zn2+およびSr2+の合計含有量に対するBa2+の含有量のカチオン比α[Ba2+/(Mg2++Ca2++Zn2++Sr2+)]が、0.80以下であり、
Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+の合計含有量に対するP5+、B3+およびAl3+の合計含有量のカチオン比β[(P5++B3++Al3+)/(Gd3++Y3++La3++Yb3+)]が14.0未満であり、
屈折率ndが1.620〜1.700、アッベ数νdが53〜65であることを満たす。
P5+、B3+およびAl3+の合計含有量[P5++B3++Al3+]が60カチオン%以下のガラスであって、
Ba2+と、
Mg2+、Ca2+、Zn2+およびSr2+から選択されるいずれか1種以上と、
Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+から選択されるいずれか1種以上と、を含み、
Mg2+、Ca2+、Zn2+およびSr2+の合計含有量に対するBa2+の含有量のカチオン比α[Ba2+/(Mg2++Ca2++Zn2++Sr2+)]が、0.50以下であり、
Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+の合計含有量に対するP5+、B3+およびAl3+の合計含有量のカチオン比β[(P5++B3++Al3+])/(Gd3++Y3++La3++Yb3+)]が12.0以下であり、
屈折率ndが1.635〜1.660、アッベ数νdが59〜62である、光学ガラス。
Tk 吸熱ピーク温度
Tx 結晶化開始温度
Tc 結晶化ピーク温度
A TkとTgの熱量差の絶対値
B TxとTcの熱量差の絶対値
Claims (8)
- P5+、B3+およびAl3+の合計含有量[P5++B3++Al3+]が60カチオン%以下の酸化物ガラスであって、
Ba2+と、
Mg2+、Ca2+、Zn2+およびSr2+から選択されるいずれか1種以上と、
Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+から選択されるいずれか1種以上と、を含み、
Mg2+、Ca2+、Zn2+およびSr2+の合計含有量に対するBa2+の含有量のカチオン比α[Ba2+/(Mg2++Ca2++Zn2++Sr2+)]が0.80以下であり、
Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+の合計含有量に対するP5+、B3+およびAl3+の合計含有量のカチオン比β[(P5++B3++Al3+)/(Gd3++Y3++La3++Yb3+)]が14.0未満であり、
屈折率ndが1.620〜1.700、アッベ数νdが53〜65である、光学ガラス。 - Gd3+、Y3+、La3+およびYb3+の合計含有量[Gd3++Y3++La3++Yb3+]が2〜20カチオン%である、請求項1に記載の光学ガラス。
- P5+の含有量が10〜45カチオン%である、請求項1または2に記載の光学ガラス。
- Ba2+の含有量が5〜25カチオン%である、請求項1〜3のいずれかに記載の光学ガラス。
- Zn2+の含有量が15カチオン%以下である、請求項1〜4のいずれかに記載の光学ガラス。
- B3+の含有量に対するP5+の含有量のカチオン比[P5+/B3+]が0.2〜10.0である、請求項1〜5のいずれかに記載の光学ガラス。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の光学ガラスからなる、光学素子。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の光学ガラスからなる、光学ガラス素材。
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