JP2017061412A - 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
Description
θg,F=(ng−nF)/(nF−nC)・・・・・・(1)
ZrO2成分 0〜25.0%
Nb2O5成分 0〜60.0%
である(1)記載の光学ガラス。
TiO2成分 0〜20.0%
Li2O成分 0〜25.0%
である(1)から(4)のいずれか記載の光学ガラス。
Na2O成分 0〜30.0%
K2O成分 0〜15.0%
である(1)から(6)のいずれか記載の光学ガラス。
MgO成分 0〜20.0%
CaO成分 0〜20.0%
SrO成分 0〜20.0%
BaO成分 0〜20.0%
ZnO成分 0〜30.0%
である(1)から(9)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(11)のいずれか記載の光学ガラス。
B2O3成分 0〜30.0%
P2O5成分 0〜10.0%
GeO2成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜15.0%
Ga2O3成分 0〜15.0%
WO3成分 0〜20.0%
Bi2O3成分 0〜20.0%
TeO2成分 0〜20.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である(1)から(13)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。本明細書中で特に断りがない場合、各成分の含有量は、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。
SiO2成分は、ガラス形成酸化物であり、ガラスの骨格を形成する為に有用な成分である。すなわち、SiO2成分を5.0%以上含有することで、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、耐失透性を高められる。従って、SiO2成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは9.0%、さらに好ましくは11.0%、さらに好ましくは15.0%を下限とする。
一方で、SiO2成分の含有量を60.0%以下にすることで、ガラスの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60.0%、より好ましくは40.0%、さらに好ましくは29.0%、さらに好ましくは24.0%、さらに好ましくは22.0%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。
一方で、Ta2O5成分の含有量を55.0%以下にすることで、Ta2O5成分の過剰な含有による材料コストの上昇を抑えられ、且つ、Ta2O5成分による失透や脈理の発生を低減できる。従って、Ta2O5成分の含有量は、好ましくは55.0%、より好ましくは50.0%、さらに好ましくは45.0%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。
一方で、ZrO2成分の含有量を25.0%以下にすることで、ガラスの液相温度を下げて耐失透性を高められる。また、ガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、ZrO2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17.0%、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。
ZrO2成分は、原料としてZrO2、ZrF4等を用いることができる。
一方で、Nb2O5成分の含有量を60.0%以下にすることで、ガラスの液相温度が低くなるため、耐失透性の高い光学ガラスを得られる。また、これによりガラスの可視光透過率を悪化し難くでき、且つソラリゼーションを低減できる。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは60.0%、より好ましくは50.0%、さらに好ましくは45.0%、さらに好ましくは43.0%、さらに好ましくは41.0%、さらに好ましくは39.0%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。
一方で、この比率の上限は、より耐失透性を高められ、且つガラス原料の熔解性を高められる観点で、好ましくは1.00、より好ましくは0.50、さらに好ましくは0.35を上限としてもよい。
特に、この和を10.0%以上にすることで、ガラスの部分分散比を小さくでき、且つアッベ数を小さくできる。従って、質量和(ZrO2+Nb2O5)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20.0%、さらに好ましくは25.0%、さらに好ましくは46.0%を下限とする。
一方で、この和を60.0%にすることで、ガラスの耐失透性を高め、且つソラリゼーションを低減できる。従って、質量和(ZrO2+Nb2O5)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46.0%を上限とする。
一方で、TiO2成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減できるため、可視光透過率を悪化し難くできる。また、これにより部分分散比の上昇を抑えられる。従って、TiO2成分の含有量は、好ましくは20.0%以下、より好ましくは15.0%以下、さらに好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは7.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
TiO2成分は、原料としてTiO2等を用いることができる。
一方で、Li2O成分の含有量を25.0%以下にすることで、Li2O成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。また、再加熱時における耐失透性が高められるため、ガラスのプレス成形性を高められる。従って、Li2O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14.0%、さらに好ましくは11.0%、さらに好ましくは8.0%を上限とする。
Li2O成分は、原料としてLi2CO3、LiNO3、LiF等を用いることができる。
一方で、この比率は、ガラスの屈折率を高めてアッベ数を低くできる観点で、好ましくは0超、より好ましくは0.20、さらに好ましくは0.40を下限としてもよい。
一方で、Na2O成分の含有量を30.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比の上昇を抑えられる。また、Na2O成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減でき、ガラスのプレス成形性を高められ、且つ化学的耐久性を高められる。従って、Na2O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7.0%を上限とする。
Na2O成分は、原料としてNa2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6等を用いることができる。
一方で、K2O成分の含有量を15.0%以下にすることで、K2O成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。また、再加熱時における耐失透性が高められるため、ガラスのプレス成形性を高められる。従って、K2O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%を上限とする。
K2O成分は、原料としてK2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いることができる。
なお、ガラスの部分分散比を低くし、且つ化学的耐久性を高める観点で、質量和(Na2O+K2O)は、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは2.0%、さらに好ましくは2.5%を下限としてもよい。
一方で、再加熱時における耐失透性をより高める観点で、Rn2O成分の合計含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは8.0%を下限としてもよい。
一方で、MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaOの含有量をそれぞれ20.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えられ、且つガラスの耐失透性を高められる。また、MgO成分及びCaO成分の含有量をそれぞれ20.0%以下にすることで、ガラスの化学的耐久性を高めることもできる。
従って、MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaOの含有量は、それぞれ好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分は、原料としてMgO、MgCO3、MgF2、CaCO3、CaF2、Sr(NO3)2、SrF2、BaCO3、Ba(NO3)2等を用いることができる。
一方で、ZnO成分の含有量を30.0%以下にすることで、所望の高屈折率を得つつ、ガラスの化学的耐久性を高められる。従って、ZnO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5.0%を上限とする。
ZnO成分は、原料としてZnO、ZnF2等を用いることができる。
一方で、Y2O3成分、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高められ、且つガラスの分散を低下し難くできる。従って、Y2O3成分、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。
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等を用いることができる。
一方で、B2O3成分の含有量を30.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えられ、且つ可視光の透過率の悪化を抑えられる。また、ガラスのプレス成形性を高められる。従って、B2O3成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは9.0%、さらに好ましくは5.0%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。
一方で、P2O5成分の含有量を10.0%以下にすることで、P2O5成分の過剰な含有による失透を低減できる。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5.0%、さらに好ましくは3.0%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。
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成分の使用量が低減されるため、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%、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。
一方で、これら成分の含有量を各々15.0%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、Al2O3成分及びGa2O3成分の含有量は、それぞれ好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%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等を用いることができる。
一方で、WO3成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比を上昇し難くでき、且つ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10.0%、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。
一方で、Bi2O3成分及びTeO2成分の各々の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減でき、可視光透過率の悪化を抑えられる。特に、Bi2O3成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比を上昇し難くできる。従って、Bi2O3成分及びTeO2成分の各々の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
Bi2O3成分及びTeO2成分は、原料としてBi2O3、TeO2等を用いることができる。
一方で、Sb2O3成分の含有量を3.0%以下にすることで、ガラス溶融時に過度の発泡を生じ難くすることができ、Sb2O3成分と溶解設備(特にPt等の貴金属)との合金化を抑えられる。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2.0%、さらに好ましくは1.0%を上限とする。但し、光学ガラスの環境上の影響を重視する場合には、Sb2O3成分を含有しないことが好ましい。
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。
SiO2成分 10.0〜70.0モル%及び
Ta2O5成分 5.0〜30.0モル%
並びに
ZrO2成分 0〜30.0モル%
Nb2O5成分 0〜30.0モル%
TiO2成分 0〜35.0モル%
Li2O成分 0〜50.0モル%
Na2O成分 0〜40.0モル%
K2O成分 0〜25.0モル%
MgO成分 0〜50.0モル%
CaO成分 0〜40.0モル%
SrO成分 0〜25.0モル%
BaO成分 0〜20.0モル%
ZnO成分 0〜40.0モル%
Y2O3成分 0〜8.0モル%
La2O3成分 0〜5.0モル%
Gd2O3成分 0〜5.0モル%
Yb2O3成分 0〜5.0モル%
B2O3成分 0〜50.0モル%
P2O5成分 0〜10.0モル%
GeO2成分 0〜10.0モル%
Al2O3成分 0〜25.0モル%
Ga2O3成分 0〜7.0モル%
WO3成分 0〜15.0モル%
Bi2O3成分 0〜7.0モル%
TeO2成分 0〜20.0モル%
Sb2O3成分 0〜2.0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1100〜1400℃の温度範囲で3〜5時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1000〜1300℃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は、低い部分分散比(θg,F)を有する。より具体的には、本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、アッベ数(νd)との間で、νd≦25の範囲において(−0.00160×νd+0.63460)≦(θg,F)≦(−0.00421×νd+0.72060)の関係を満たし、νd>25の範囲において(−0.00250×νd+0.65710)≦(θg,F)≦(−0.00421×νd+0.72060)の関係を満たす。これにより、高分散を有しながらも低い部分分散比を有する光学ガラスが得られるため、この光学ガラスから形成される光学素子の色収差を低減できる。
ここで、νd≦25の光学ガラスの部分分散比(θg,F)の下限は、好ましくは(−0.00160×νd+0.63460)、より好ましくは(−0.00160×νd+0.63660)、さらに好ましくは(−0.00160×νd+0.63860)である。
また、νd>25の光学ガラスの部分分散比(θg,F)の下限は、好ましくは(−0.00250×νd+0.65710)、より好ましくは(−0.00250×νd+0.65910)、さらに好ましくは(−0.00250×νd+0.66110)である。
一方、光学ガラスの部分分散比(θg,F)の上限は、νd>25及びνd≦25の光学ガラスの両方について、好ましくは(−0.00421×νd+0.72060)、より好ましくは(−0.00421×νd+0.71960)、さらに好ましくは(−0.00421×νd+0.71860)である。
なお、特にアッベ数(νd)が小さい領域では、一般的なガラスの部分分散比はノーマルラインよりも高い値にあり、一般的なガラスの部分分散比とアッベ数(νd)の関係は曲線で表される。しかしながら、この曲線の近似が困難であるため、本発明では、一般的なガラスよりも部分分散比が低いことを、νd=25を境に異なった傾きを有する直線を用いて表した。
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。
一方で、実施例で得られる光学ガラスの部分分散比(θg,F)の下限は、(−0.00250×νd+0.65710)以上であった。そのため、本発明の実施例の光学ガラスは、部分分散比(θg,F)が所望の範囲内にあることがわかった。
一方、比較例(No.A)のガラスは、νd>25であるものの、部分分散比(θg,F)が(−0.00421×νd+0.72060)よりも大きかった。
従って、実施例の光学ガラスは、比較例のガラスに比べ、アッベ数との関係において部分分散比が小さいことが明らかになった。
Claims (19)
- 質量%で、SiO2成分を5.0〜60.0%、Ta2O5成分を10.0〜55.0%含有し、部分分散比(θg,F)がアッベ数(νd)との間で、νd≦25の範囲において(−0.00160×νd+0.63460)≦(θg,F)≦(−0.00421×νd+0.72060)の関係を満たし、νd>25の範囲において(−0.00250×νd+0.65710)≦(θg,F)≦(−0.00421×νd+0.72060)の関係を満たす光学ガラス。
- 質量%で
ZrO2成分 0〜25.0%
Nb2O5成分 0〜60.0%
である請求項1記載の光学ガラス。 - 質量比ZrO2/Nb2O5が0.010以上である請求項1又は2記載の光学ガラス。
- 質量和ZrO2+Nb2O5が10.0〜60.0%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%で
TiO2成分 0〜20.0%
Li2O成分 0〜25.0%
である請求項1から4のいずれか記載の光学ガラス。 - 質量比(Nb2O5+TiO2)/(Ta2O5+ZrO2+Li2O)が10.00以下である請求項1から5のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で
Na2O成分 0〜30.0%
K2O成分 0〜15.0%
である請求項1から6のいずれか記載の光学ガラス。 - 質量和Na2O+K2Oが30.0%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。
- Rn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の質量和が30.0%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
MgO成分 0〜20.0%
CaO成分 0〜20.0%
SrO成分 0〜20.0%
BaO成分 0〜20.0%
ZnO成分 0〜30.0%
である請求項1から9のいずれか記載の光学ガラス。 - RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Ba、Znからなる群より選択される1種以上)の質量和が20.0%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。
- 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11のいずれか記載の光学ガラス。 - Ln2O3成分(式中、LnはY、La、Gd、Ybからなる群より選択される1種以上)の質量和が20.0%以下である請求項1から12のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で
B2O3成分 0〜30.0%
P2O5成分 0〜10.0%
GeO2成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜15.0%
Ga2O3成分 0〜15.0%
WO3成分 0〜20.0%
Bi2O3成分 0〜20.0%
TeO2成分 0〜20.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である請求項1から13のいずれか記載の光学ガラス。 - 1.75以上2.00以下の屈折率(nd)を有し、20以上40以下のアッベ数(νd)を有する請求項1から14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15のいずれか記載の光学ガラス。
- 請求項1から16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1から16のいずれか記載の光学ガラスを研削及び/又は研磨してなる光学素子。
- 請求項1から16のいずれか記載の光学ガラスを精密プレス成形してなる光学素子。
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