JP2016179918A - 光学ガラス、レンズプリフォーム及び光学素子 - Google Patents
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Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
【解決手段】酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%でP2O5を10.0〜40.0%、TiO2を0.5〜40.0%、Nb2O5を5.0〜50.0%、Rn2Oを25.0%以下、ZnOとMOの含有量の和が6.0〜45.0%含有することを特徴とする光学ガラス。(M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。)
酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%の比でZnO/MOが0を超え10.0以下であることを特徴とする前記光学ガラス。
酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%の比でZnO/TiO2が0超であることを特徴とする前記光学ガラス。
【選択図】なし
Description
BaO成分 0〜40.0%
ZnO成分 0〜30.0%
B2O3成分 0〜15.0%
Li2O成分 0〜15.0%
Na2O成分 0〜25.0%
K2O成分 0〜25.0%
MgO成分 0〜25.0%
CaO成分 0〜25.0%
SrO成分 0〜25.0%
Bi2O3成分 0〜10.0%
WO3成分 0〜10.0%
Y2O3成分 0〜10.0%
La2O3成分 0〜10.0%
Gd2O3成分 0〜10.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
SiO2成分 0〜10.0%
GeO2成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜10.0%
TeO2成分 0〜15.0%
ZrO2成分 0〜10.0%
Ta2O5成分 0〜10.0%
Ga2O3成分 0〜10.0%
SnO成分 0〜10.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である(1)〜(4)いずれかの光学ガラス。
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。本明細書中で特に断りがない場合、各成分の含有量は、全て酸化物基準のガラス全物質量に対するモル%で表示されるものとする。ここで、「酸化物基準」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、金属弗化物等が熔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モル%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、且つガラス原料の溶解温度を下げる必須成分である。特に、P2O5成分の含有量を10.0%以上にすることで、ガラスの安定性及び可視域における透過率を高めることができる。従って、P2O5成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは22.0%を下限とする。
他方で、P2O5成分の含有量を40.0%以下にすることで、高屈折率を得ることができる。従って、P2O5成分の含有量は、好ましくは40.0%、より好ましくは37.0%、さらに好ましくは35.0%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等を用いることができる。
他方で、TiO2成分の含有量を40.0%以下にすることで、可視光についての透過率の低下を抑えられ、耐失透性の低下を抑えられる。従って、TiO2成分の含有量は、好ましくは40.0%、より好ましくは35.0%、さらに好ましくは32.0%、最も好ましくは28.0%を上限とする。
TiO2成分は、原料としてTiO2等を用いることができる。
他方で、Nb2O5成分の含有量を50.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高めることができる。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45.0%、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等を用いることができる。
他方で、Li2O成分の含有量を15.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑えられ、且つ耐失透性を高められる。従って、Li2O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4.0%を上限とする。
Li2O成分は、原料としてLi2CO3、LiPO3、LiNO3、LiF等を用いることができる。
他方で、Na2O成分の含有量を25.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑えられる。従って、Na2O成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは23.0%、さらに好ましくは20.0%を上限とする。
Na2O成分は、原料としてNa2CO3、NaH2PO4、NaNO3、NaF、Na2SiF6等を用いることができる。
他方で、K2O成分の含有量を25.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑えられる。従って、K2O成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは15.0%を上限とする。
K2O成分は、原料としてK2CO3、KH2PO4、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いることができる。
他方で、過剰に含有させると、所望の光学定数を実現することが難しくなり、かつ却って安定性を下げることとなる。従って、ZnO成分は、好ましくは30.0%、より好ましくは26.0%、さらに好ましくは23.0%を上限として含有させることができる。
ZnO成分は、原料としてZnO、Zn(PO3)2、ZnSO4、ZnF2等を用いることができる。
他方で、MO成分の含有量を45.0.%以下とすることで、ガラス転移点の上昇や、過剰な含有による耐失透性の低下を抑えられる。従ってMO成分は、好ましくは45.0%、より好ましくは40.0%、さらに好ましくは38.0%、最も好ましくは30.0%を上限とする。
ここで、上記効果を奏するため、ZnOとMOの合計量が、好ましくは6.0%、より好ましくは11.0%、さらに好ましくは13.0%を下限とする。他方、両成分の総量が大きくなり過ぎると、所望の屈折率を得るための調整が困難になる。よって好ましくは45.0%、より好ましくは40.0%、さらに好ましくは38.0%を上限とする。
他方、当該比が大きくなり過ぎると、却ってガラスの安定性を阻害する。したがって好ましくは10.0、より好ましくは7.0、さらに好ましくは5.0を上限とする。
他方で、MgO成分の含有量を25.0%以下にすることで、耐失透性の低下及びガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、MgO成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは15.0%を上限とする。
また、CaO成分及びSrO成分の各々の含有量を25.0%以下にすることで、耐失透性の低下及びガラス転移点の上昇を抑えられ、且つガラスの熱的安定性も高められる。従って、CaO成分及びSrO成分の各々の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%を上限とし、さらに好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%を上限とする。
MgO成分、CaO成分及びSrO成分は、原料としてMgO、MgCO3、Mg(PO3)2、MgF2、CaCO3、Ca(PO3)2、CaF2、SrCO3、Sr(NO3)2、SrF2等を用いることができる。
他方で、BaO成分は40.0%以下にすることで、ガラス転移点及び比重の上昇を抑えられ、且つ、過剰な含有による耐失透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40.0%、より好ましくは35.0%、さらに好ましくは30.0%を上限とする。
BaO成分は、原料としてBaCO3、Ba(PO3)2、BaSO4、Ba(NO3)2、BaF2等を用いることができる。
他方で、Bi2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、耐失透性の低下を抑えられ、且つ可視光についての透過率の低下を抑えることができる。また、Bi2O3成分の還元によってポットが侵される問題を抑えられる。従って、Bi2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
他方で、WO3成分の含有量を10.0%以下にすることで、耐失透性を高め、且つ可視光についての透過率の低下を抑えられる。従って、WO3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
WO3成分は、原料としてWO3等を用いることができる。
他方で、Y2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、耐失透性の低下や、ガラス転移点の上昇を抑えることができる。従って、Y2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
Y2O3成分は、原料としてY2O3、YF3等を用いることができる。
他方で、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分の含有量を各々10.0%以下にすることで、ガラスのアッベ数の上昇を抑えられ、且つ耐失透性の低下を抑えられる。従って、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3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。
La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分は、原料としてLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)、Gd2O3、GdF3、Yb2O3等を用いることができる。
他方で、SiO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、SiO2成分による耐失透性の低下が抑えられるため、安定性の高いガラスを得易くすることができる。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%、最も好ましくは2.0%を上限とする。
SiO2成分は、原料としてSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いることができる。
他方で、B2O3成分の含有量を15.0%以下にすることで、耐失透性の低下を抑えられ、且つ可視光についての透過率を高められる。従って、B2O3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8.0%、最も好ましくは6.0%を上限とする。
B2O3成分は、原料としてH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いることができる。
他方で、GeO2成分の含有量を10%以下にすることで、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%、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。
GeO2成分は、原料としてGeO2等を用いることができる。
特に、Al2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラス原料の溶融性を高められ、耐失透性を高められる。従って、Al2O3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1.0%を上限とする。
Al2O3成分は、原料としてAl2O3、Al(OH)3、AlF3等を用いることができる。
他方で、TeO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高められ、且つ、TeO2成分の還元によってポットが侵される問題を抑えられる。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13.0%、さらに好ましくは10.0%を上限とする。
TeO2成分は、原料としてTeO2等を用いることができる。
他方で、ZrO2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、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等を用いることができる。
他方で、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等を用いることができる。
他方で、Ga2O3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つつ、ガラスの摩耗度を大きくして研磨加工し易くできる。従って、Ga2O3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。
Ga2O3成分は、原料としてGa2O3、GaF3を用いることができる。
他方で、SnO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、溶融ガラスの還元によるガラスの着色や、ガラスの失透を抑えられる。また、SnO2成分と溶解設備(特にPt等の貴金属)との合金化が低減されるため、溶解設備の長寿命化を図ることができる。従って、SnO2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。
SnO2成分は、原料としてSnO、SnO2、SnF2、SnF4を用いることができる。
他方で、Sb2O3成分の含有量を3.0%以下にすることで、ガラス溶融時における過度の発泡が生じ難くなり、且つ、Sb2O3成分と溶解設備(特にPt等の貴金属)の合金化を抑えられる。また、金型に付着していた不純物の主成分となっていたSb2O3成分の含有量を低減することで、金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に形成される凹凸及び曇りを低減できる。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等を用いることができる。
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。
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1000〜1400℃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、1300℃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。そして、作製されたガラスについて、組成に応じて500℃〜750℃の範囲で1〜100時間アニールすることで、後述するような優れた物性を有するガラスを得ることができる。
本発明の光学ガラスは、高い屈折率を有しながらも、より高い分散(低いアッベ数)を有する。
本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.80、より好ましくは1.81を下限とする。屈折率(nd)の上限は、好ましくは2.20、より好ましくは2.10、さらに好ましくは2.00、より好ましくは1.97、最も好ましくは1.95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。
また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは28、より好ましくは26、さらに好ましくは25を上限とする。アッベ数(νd)の下限は、好ましくは10、より好ましくは15、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。
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。
他方で、比較例のガラスはλ70が458nmであった。
そのため、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、可視光について高い透過率を有してい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、いずれもアッベ数(νd)が30以下、より詳細には25以下であるため、所望の低いアッベ数(νd)を有していることが明らかになった。
加えて、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも失透していない安定なガラスであった。
Claims (8)
- 酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%でP2O5を10.0〜40.0%、TiO2を0.5〜40.0%、Nb2O5を5.0〜50.0%、Rn2Oを25.0%以下、ZnOとMOの含有量の和が6.0〜45.0%含有することを特徴とする光学ガラス。(M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。)
- 酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%の比でZnO/MOが0を超え10.0以下であることを特徴とする請求項1記載の光学ガラス。
- 酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%の比でZnO/TiO2が0超であることを特徴とする請求項1又は2記載の光学ガラス。
- 屈折率(nd)が1.80以上、アッベ数(νd)28以下である請求項1〜3いずれか記載の光学ガラス。
- 酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%で、
BaO成分 0〜40.0%
ZnO成分 0〜30.0%
B2O3成分 0〜15.0%
Li2O成分 0〜15.0%
Na2O成分 0〜25.0%
K2O成分 0〜25.0%
MgO成分 0〜25.0%
CaO成分 0〜25.0%
SrO成分 0〜25.0%
Bi2O3成分 0〜10.0%
WO3成分 0〜10.0%
Y2O3成分 0〜10.0%
La2O3成分 0〜10.0%
Gd2O3成分 0〜10.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
SiO2成分 0〜10.0%
GeO2成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜10.0%
TeO2成分 0〜15.0%
ZrO2成分 0〜10.0%
Ta2O5成分 0〜10.0%
Ga2O3成分 0〜10.0%
SnO成分 0〜10.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である請求項1〜4いずれか記載の光学ガラス。 - 請求項1〜5のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。
- 請求項1〜5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7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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