JP2017190280A - 光学ガラス - Google Patents
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Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
【課題】昨今の光学素子に求められる材料特性を鑑みて、屈折率［ｎｄ］が１．８５以下でありながら、好ましくは屈折率［ｎｄ］が１．７８以下でありながら、２０以上３８以下のアッベ数［νｄ］を有しつつ、失透に対する安定性が高いガラスを得ること。【解決手段】 ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、ＳｉＯ２成分を５．０％以上５５．０％以下、Ｐ２Ｏ５成分を０％を超え２０．０％以下及びＮｂ２Ｏ５成分を１０．０％以上４５．０％以下含有し、Ｐ２Ｏ５成分の含有量に対するＳｉＯ２成分の含有量の比ＳｉＯ２／Ｐ２Ｏ５の値が、０を超え５０．００以下であることを特徴とする光学ガラス。【選択図】なし
Description
本発明は、光学ガラスに関する。
昨今の光学系を使用する機器のデジタル化や画像・映像の高精細化は顕著である。画像・映像の高精細化は、デジタルカメラやビデオカメラ、プロジェクタ等の光学機器でますます進んでいる。また同時に、これらの光学機器に内蔵される光学系ではレンズやプリズムなどの光学素子の数を削減することで軽量化、小型化を図っている。
光学系を使用する機器には無視することのできない要素として収差が存在する。この収差は撮像した際の像のにじみに関係する。収差にはいくつかの種類が存在するが、なかでも色収差はレンズやプリズムなど光学素子自身の材料特性に大きく依存する。
これら上記の光学系の小型化や軽量化を実現するために、光学素子に求められる材料特性を鑑みて、屈折率［ｎｄ］が１．８５以下でありながら、好ましくは屈折率［ｎｄ］が１．７８以下でありながら、２０以上３８以下のアッベ数［νｄ］、好ましくは２０以上３５以下のアッベ数［νｄ］を有する高分散のガラスの需要が高まっている。高分散ガラスとしては特許文献１及び２に開示されているようなガラスが知られている。
ここで、特許文献１及び２にて開示されたガラスは、いずれも屈折率が高い高屈折率ガラスである。一般的にガラスは屈折率が高いほど、高分散でも失透に対する安定性を得やすい。屈折率が低いほど高分散では、光学ガラスは、失透に対して不安定となりやすい。
また、光学系で用いられるレンズの作製には、光学ガラスから成形されたゴブまたはガラスブロックを再加熱して成形（リヒートプレス成形）・研磨をする方法、ゴブまたはガラスブロックから得たプリフォーム材を超精密加工された金型で成形する方法（精密モールドプレス）が現在主流となっている。いずれの成形方法であっても、失透に対する安定性は光学ガラスの品質に対して重要なファクターである。
以上を考慮したうえで本発明が解決すべき問題は、所望の光学性能（屈折率［ｎｄ］アッベ数［νｄ］）を有しつつ、失透に対する安定性が高いガラスを得ることである。
本発明者は上記の課題に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、ＳｉＯ２成分、Ｐ２Ｏ５成分及びＮｂ２Ｏ５成分を必須成分として特定の範囲内に収め、Ｐ２Ｏ５成分の含有量に対するＳｉＯ２成分の含有量の比ＳｉＯ２／Ｐ２Ｏ５の値を特定の範囲とすることによって、所望の光学性能（屈折率［ｎｄ］アッベ数［νｄ］）を有しつつ、失透に対する安定性が高いガラスを得られることを見いだし、この発明を完成したものであり、その具体的な構成は以下の通りである。
（構成１）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、
ＳｉＯ２成分を５．０％以上５５．０％以下、
Ｐ２Ｏ５成分を０％を超え２０．０％以下及び
Ｎｂ２Ｏ５成分を１０．０％以上４５．０％以下含有し、
Ｐ２Ｏ５成分の含有量に対するＳｉＯ２成分の含有量の比ＳｉＯ２／Ｐ２Ｏ５の値が、０を超え５０．００以下であることを特徴とする光学ガラス。
（構成２）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、ＴｉＯ２成分を０％以上３５．０％以下含有する構成１に記載の光学ガラス。
（構成３）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、Ｂ２Ｏ３成分を０％以上２０．０％以下含有する構成１又は構成２に記載の光学ガラス。
（構成４）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、Ｒ２Ｏ成分を０％以上３５．０％以下含有する構成１又は構成３のいずれかに記載の光学ガラス。
ここで、ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上である。
（構成５）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、ＳｉＯ２、Ｐ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３成分の合計含有量に対するＲ２Ｏ成分の含有量の比Ｒ２Ｏ／（ＳｉＯ２＋Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）の値が、０以上５．００以下である構成１から構成４のいずれかに記載の光学ガラス。
ここで、ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上である。
（構成６）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、
Ｌｉ２Ｏ成分を０％以上３５．０％以下、
Ｎａ２Ｏ成分を０％以上３５．０％以下、
Ｋ２Ｏ成分を０％以上３５．０％以下
含有する構成１から構成５のいずれかに記載の光学ガラス。
（構成７）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、ＭＯ成分を０％以上２０．０％以下含有する構成１から構成６のいずれかに記載の光学ガラス。
ここで、ＭはＣａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される１種以上である。
（構成８）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、ＳｉＯ２、Ｐ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３成分の合計含有量に対するＭＯ成分の含有量の比ＭＯ／（ＳｉＯ２＋Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）の値が、０以上１．００以下である構成１から構成７のいずれかに記載の光学ガラス。
ここで、ＭはＣａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される１種以上である。
（構成９）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、
ＣａＯ成分を０％以上１５．０％以下、
ＳｒＯ成分を０％以上１５．０％以下、
ＢａＯ成分を０％以上１５．０％以下
含有する構成１から構成８のいずれかに記載の光学ガラス。
（構成１０）
アッベ数［νｄ］が２０以上３８以下である構成１から構成９のいずれかに記載の光学ガラス。
（構成１１）
屈折率［ｎｄ］が１．６０以上１．８５以下である構成１から構成１０のいずれかに記載の光学ガラス。
（構成１２）
ＰｂＯ成分及びＡｓ２Ｏ３成分を含まない構成１から構成１１のいずれかに記載の光学ガラス。
（構成１３）
構成１から構成１２のいずれかに記載の光学ガラスからなる光学素子。
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、
ＳｉＯ２成分を５．０％以上５５．０％以下、
Ｐ２Ｏ５成分を０％を超え２０．０％以下及び
Ｎｂ２Ｏ５成分を１０．０％以上４５．０％以下含有し、
Ｐ２Ｏ５成分の含有量に対するＳｉＯ２成分の含有量の比ＳｉＯ２／Ｐ２Ｏ５の値が、０を超え５０．００以下であることを特徴とする光学ガラス。
（構成２）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、ＴｉＯ２成分を０％以上３５．０％以下含有する構成１に記載の光学ガラス。
（構成３）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、Ｂ２Ｏ３成分を０％以上２０．０％以下含有する構成１又は構成２に記載の光学ガラス。
（構成４）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、Ｒ２Ｏ成分を０％以上３５．０％以下含有する構成１又は構成３のいずれかに記載の光学ガラス。
ここで、ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上である。
（構成５）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、ＳｉＯ２、Ｐ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３成分の合計含有量に対するＲ２Ｏ成分の含有量の比Ｒ２Ｏ／（ＳｉＯ２＋Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）の値が、０以上５．００以下である構成１から構成４のいずれかに記載の光学ガラス。
ここで、ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上である。
（構成６）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、
Ｌｉ２Ｏ成分を０％以上３５．０％以下、
Ｎａ２Ｏ成分を０％以上３５．０％以下、
Ｋ２Ｏ成分を０％以上３５．０％以下
含有する構成１から構成５のいずれかに記載の光学ガラス。
（構成７）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、ＭＯ成分を０％以上２０．０％以下含有する構成１から構成６のいずれかに記載の光学ガラス。
ここで、ＭはＣａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される１種以上である。
（構成８）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、ＳｉＯ２、Ｐ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３成分の合計含有量に対するＭＯ成分の含有量の比ＭＯ／（ＳｉＯ２＋Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）の値が、０以上１．００以下である構成１から構成７のいずれかに記載の光学ガラス。
ここで、ＭはＣａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される１種以上である。
（構成９）
ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、
ＣａＯ成分を０％以上１５．０％以下、
ＳｒＯ成分を０％以上１５．０％以下、
ＢａＯ成分を０％以上１５．０％以下
含有する構成１から構成８のいずれかに記載の光学ガラス。
（構成１０）
アッベ数［νｄ］が２０以上３８以下である構成１から構成９のいずれかに記載の光学ガラス。
（構成１１）
屈折率［ｎｄ］が１．６０以上１．８５以下である構成１から構成１０のいずれかに記載の光学ガラス。
（構成１２）
ＰｂＯ成分及びＡｓ２Ｏ３成分を含まない構成１から構成１１のいずれかに記載の光学ガラス。
（構成１３）
構成１から構成１２のいずれかに記載の光学ガラスからなる光学素子。
本願発明によれば、１．６０以上１．８５以下の屈折率を有しながらも、２０以上３８以下のアッベ数を有し、耐失透性の高い光学ガラスを得ることができる。より好ましい態様によれば、１．６０以上１．７８以下の屈折率を有しながらも、２０以上３５以下のアッベ数を有し、耐失透性の高い光学ガラスを得ることができる。
本発明の第１の光学ガラスは、ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、
ＳｉＯ２成分を５．０％以上５５．０％以下、Ｐ２Ｏ５成分を０％を超え２０．０％以下及びＮｂ２Ｏ５成分を１０．０％以上４５．０％以下含有し、Ｐ２Ｏ５成分の含有量に対するＳｉＯ２成分の含有量の比ＳｉＯ２／Ｐ２Ｏ５の値が、０を超え５０．０以下の関係を満たす。この構成によって、１．６０以上１．８５以下、好ましくは１．６０以上１．７８以下の屈折率を有しながらも、２０以上３８以下のアッベ数を有し、耐失透性の高いガラスを得ることができる。
ＳｉＯ２成分を５．０％以上５５．０％以下、Ｐ２Ｏ５成分を０％を超え２０．０％以下及びＮｂ２Ｏ５成分を１０．０％以上４５．０％以下含有し、Ｐ２Ｏ５成分の含有量に対するＳｉＯ２成分の含有量の比ＳｉＯ２／Ｐ２Ｏ５の値が、０を超え５０．０以下の関係を満たす。この構成によって、１．６０以上１．８５以下、好ましくは１．６０以上１．７８以下の屈折率を有しながらも、２０以上３８以下のアッベ数を有し、耐失透性の高いガラスを得ることができる。
［ガラス成分］
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、各成分の含有率は、特に断りがない場合、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。
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、各成分の含有率は、特に断りがない場合、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。
＜必須成分、任意成分について＞
ＳｉＯ２成分は、本発明の光学ガラスの必須成分である。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。特に、ＳｉＯ２成分の含有量を５．０％以上にすることで、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、ガラスの耐失透性を高めることができる。
ＳｉＯ２成分を５５．０％以下の範囲で含有することで、ガラスの屈折率が低下し難くなり、所望の屈折率を有する光学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５．０％、より好ましくは１５．０％、最も好ましくは２０．０％を下限とし、好ましくは５５．０％、より好ましくは４５．０％、さらに好ましくは４０．０％、最も好ましくは３５．０％を上限とする。ＳｉＯ２成分は、原料として例えばＳｉＯ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ２ＳｉＦ６等を用いてガラス内に含有することができる。
ＳｉＯ２成分は、本発明の光学ガラスの必須成分である。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。特に、ＳｉＯ２成分の含有量を５．０％以上にすることで、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、ガラスの耐失透性を高めることができる。
ＳｉＯ２成分を５５．０％以下の範囲で含有することで、ガラスの屈折率が低下し難くなり、所望の屈折率を有する光学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５．０％、より好ましくは１５．０％、最も好ましくは２０．０％を下限とし、好ましくは５５．０％、より好ましくは４５．０％、さらに好ましくは４０．０％、最も好ましくは３５．０％を上限とする。ＳｉＯ２成分は、原料として例えばＳｉＯ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ２ＳｉＦ６等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｎｂ２Ｏ５成分は、本発明の光学ガラスの必須成分である。Ｎｂ２Ｏ５成分は、ガラスの屈折率を高める成分であり、また、化学的耐久性及び耐失透性を改善するのに有効な成分である。特に、Ｎｂ２Ｏ５成分を４５．０％以下の範囲で含有することで、耐失透性の低下、可視光の透過率の低下が抑えられ、且つ所望の分散を有するガラスを得ることができる。従って、Ｎｂ２Ｏ５成分の含有量は、好ましくは４５．０％、より好ましくは４０．０％、さらに好ましくは３５．０％、最も好ましくは３２．０％を上限とする。
一方で、Ｎｂ２Ｏ５成分は、１０．０％以上含有することで、ガラスの所望の屈折率及び分散を得易くなるため、好ましくは１０．０％、より好ましくは１２．０％、さらに好ましくは１４．０％、最も好ましくは１６．０％を下限とする。Ｎｂ２Ｏ５成分は、原料として例えばＮｂ２Ｏ５等を用いてガラス内に含有することができる。
一方で、Ｎｂ２Ｏ５成分は、１０．０％以上含有することで、ガラスの所望の屈折率及び分散を得易くなるため、好ましくは１０．０％、より好ましくは１２．０％、さらに好ましくは１４．０％、最も好ましくは１６．０％を下限とする。Ｎｂ２Ｏ５成分は、原料として例えばＮｂ２Ｏ５等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｐ２Ｏ５成分は、本発明の光学ガラスの必須成分である。Ｐ２Ｏ５成分は、ガラスの安定性を高め、ガラスの可視域における光線の透過率を高める効果を有する。従って、Ｐ２Ｏ５成分は、０％を超えて含有することが好ましく、０．５％以上含有することがより好ましく、３．０％以上含有することがより好ましく、６．５％以上含有することが最も好ましい。他方、Ｐ２Ｏ５成分を過剰に含有すると失透傾向が生じる。従って、Ｐ２Ｏ５成分の含有量は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１８．０％、さらに好ましくは１６．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。
Ｐ２Ｏ５成分は、原料として例えばＡｌ（ＰＯ３）３、Ｃａ（ＰＯ３）２、Ｂａ（ＰＯ３）２、ＢＰＯ４、Ｈ３ＰＯ４等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｐ２Ｏ５成分は、原料として例えばＡｌ（ＰＯ３）３、Ｃａ（ＰＯ３）２、Ｂａ（ＰＯ３）２、ＢＰＯ４、Ｈ３ＰＯ４等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｐ２Ｏ５成分に対する、ＳｉＯ２成分の含有量の比ＳｉＯ２／Ｐ２Ｏ５の値は、０を超え５０．００以下が好ましい。この比の値を０を超え５０．００以下の範囲内にすることで、失透温度を下げ、耐失透性を高めやすくなる。この効果を得るためには、ＳｉＯ２／Ｐ２Ｏ５の値の下限は、１．３０以上であることがより好ましい。同様にこれらの効果を得るためには、この比の値の上限は、１０．００以下であることがより好ましく、６．１０以下であることが最も好ましい。失透温度を下げ、耐失透性を高めやすくするには、この比の値は、３．００以上としてもよく、３．３０以上としてもよい、また、この比の値は、３．９０以下としてもよい。
ＴｉＯ２成分は、本発明の光学ガラスの任意成分である。ＴｉＯ２成分は、ガラスの屈折率を高め、アッベ数を低下させる効果がある。また、本発明の光学ガラスでは、ＴｉＯ２成分を含有することで、所望の屈折率を得易くすることができ、ガラスの耐失透性をより高めることができる。そのため、ＴｉＯ２成分は、５．０％以上含有することがより好ましく、１５．０％以上含有することが最も好ましい。しかし、その量が多すぎると、ガラスへの着色が増加し、特に可視短波長（５００ｎｍ以下）における内部透過率が悪化するため、ＴｉＯ２成分は、３５．０％以下含有することが好ましく、３０．０％以下含有することがより好ましく、２７．０％以下含有することが最も好ましい。なお、ＴｉＯ２成分は、原料として例えばＴｉＯ２等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｂ２Ｏ３成分は、本発明の光学ガラスの任意成分である。Ｂ２Ｏ３成分は、ガラス形成酸化物として作用し、ガラスの耐失透性を高められる効果がある。そのため、Ｂ２Ｏ３成分の含有量は、１．０％以上含有することがより好ましく、２．０％以上含有することが最も好ましい。しかし、その量が多すぎると化学的耐久性が悪化しやすくなるため、Ｂ２Ｏ３成分の含有量は、２０．０％とすることが好ましく、１０．０％以下とすることがより好ましく、５．０％以下とすることが最も好ましい。
Ｂ２Ｏ３は、原料として例えばＨ３ＢＯ３、Ｂ２Ｏ３等を用いてガラス内に含有させることができる。
Ｂ２Ｏ３は、原料として例えばＨ３ＢＯ３、Ｂ２Ｏ３等を用いてガラス内に含有させることができる。
Ｒ２Ｏ成分（式中、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋからなる群より選択される１種以上）は、本発明の光学ガラスの任意成分である。Ｒ２Ｏ成分を含有することで、ガラスの熔融性を改善でき、ガラス転移点を低くでき、ガラスの耐失透性をより高めることができる。そのため、Ｒ２Ｏ成分は、１０．０％以上含有することがより好ましく、１７．０％以上含有することが最も好ましい。しかし、その量が多すぎると化学的耐久性が低くなるため、Ｒ２Ｏ成分の含有量は、３５．０％以下とすることが好ましく、３３．０％以下とすることがより好ましく、３０．０％以下とすることがより好ましく、２８．０％以下とすることが最も好ましい。
Ｐ２Ｏ５成分、ＳｉＯ２成分及びＢ２Ｏ３成分の合計量に対する、Ｒ２Ｏ成分（式中、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋからなる群より選択される１種以上）の比Ｒ２Ｏ／（Ｐ２Ｏ５＋ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）の値は、０以上５．００以下が好ましい。この比の値を０以上５．００以下の範囲内にすることで、光学ガラスの失透温度を下げ、耐失透性を高めやすくなる。前記の効果を得るためには、Ｒ２Ｏ／（Ｐ２Ｏ５＋ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）の値は、その上限を２．００以下とすることがより好ましく、１．５０以下とすることがより好ましく、０．９０以下とすることが最も好ましい。また、前記の効果を得るためには、Ｒ２Ｏ／（Ｐ２Ｏ５＋ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）の値は、０．１以上とすることがより好ましく、０．３０以上とすることがより好ましい、０．４０以上とすることが最も好ましい。
Ｌｉ２Ｏ成分は、本発明の光学ガラスの任意成分である。Ｌｉ２Ｏ成分は、ガラスの失透温度を下げ、ガラス転移点（Ｔｇ）を低くする効果がある。そのため、Ｌｉ２Ｏ成分は、０．０５％以上含有することがより好ましく、０．２％以上含有することが最も好ましい。しかし、その量が多すぎると化学的耐久性が低くなるため、Ｌｉ２Ｏ成分の含有量は、３５．０％以下とすることが好ましく、１０．０％以下とすることがより好ましく、５．０％とすることがより好ましく、２．０％以下とすることが最も好ましい。Ｌｉ２Ｏ成分は、原料として例えばＬｉ２ＣＯ３、ＬｉＮＯ３、ＬｉＦ等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｎａ２Ｏ成分は、本発明の光学ガラスの任意成分である。Ｎａ２Ｏ成分は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を下げ、混合したガラス原料の溶融を促進する効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性が急激に悪化しやすくなる。従って、Ｎａ２Ｏ成分の含有量は、３５．０％以下とすることが好ましく、１０．０％以下とすることがより好ましく、６．０％以下とすることが最も好ましい。Ｎａ２Ｏ成分は、原料として例えばＮａ２Ｏ又はその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を用いてガラス内に含有させることができる。
Ｋ２Ｏ成分は、本発明の光学ガラスの任意成分である。Ｋ２Ｏ成分は、ガラス転移点（Ｔｇ）を低くする効果がある。本発明では、Ｋ２Ｏ成分を含有することで、ガラスの熔融性をより高め、ガラス転移点をより低くでき、且つ耐失透性をより高めやすくなる。そのため、８．０％以上含有することがより好ましく、１３．０％以上含有することがより好ましく、１６．０％を以上含有することが最も好ましい。しかし、その量が多すぎると、ガラスの失透温度が上昇するため、Ｋ２Ｏ成分の含有量は、３５．０％以下とすることが好ましく、３１．０％以下とすることがより好ましく、２９．０％以下とすることがより好ましく、２７．０％以下とすることが最も好ましい。Ｋ２Ｏ成分は、原料として例えばＫ２ＣＯ３、ＫＮＯ３、ＫＦ、ＫＨＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６等を用いてガラス内に含有することができる。
ＭＯ成分（式中、Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａからなる群より選択される１種以上）は、ガラスの失透を低減でき、且つガラスの化学的耐久性も高められる任意成分である。ＭＯ成分の含有量は、２０．０％以下が好ましく、１５．０％以下がより好ましく、１０．０％以下がより好ましく、５．０％以下が最も好ましい。
Ｐ２Ｏ５成分、ＳｉＯ２成分及びＢ２Ｏ３成分の合計量に対する、ＭＯ成分（式中、Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａからなる群より選択される１種以上）の含有量の比ＭＯ／（Ｐ２Ｏ５＋ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）の値は、０以上１．００以下が好ましい。この比の値を０以上１．００以下の範囲内にすることで、失透温度を下げやすくなり、耐失透性を高めやすくなる。前記の効果をより得やすくするためには、ＭＯ／（Ｐ２Ｏ５＋ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）の値は、０．５０以下とすることがより好ましく、０．３０以下とすることがより好ましく、０．１５以下とすることが最も好ましい。
ＣａＯ成分は、本発明の光学ガラスの任意成分である。ＣａＯ成分を含有させることで、ガラスの屈折率を低下させやすくなり、アッベ数を上昇さやすくなる。これらの効果を得るためには、ＣａＯ成分は、１５．０％以下含有することが好ましく、１０．０％以下含有することがより好ましく、８．０％以下含有することがより好ましく、５．０％以下含有することがより好ましい。
ＣａＯ成分は、原料としてＣａＣＯ３、ＣａＦ２等を用いることができる。
ＣａＯ成分は、原料としてＣａＣＯ３、ＣａＦ２等を用いることができる。
ＳｒＯ成分は、本発明の光学ガラスの任意成分である。ＳｒＯ成分を含有させることで、ガラスの化学的耐久性の悪化を抑制しやすくなり、耐失透性を高めやすくなる。これらの効果を得るためには、ＳｒＯ成分は、１５．０％以下含有することが好ましく、１０．０％以下含有することがより好ましく、８．０％以下含有することがより好ましく、５．０％以下含有することがより好ましい。
ＳｒＯ成分は、原料としてＳｒ（ＮＯ３）２、ＳｒＦ２等を用いることができる。
ＳｒＯ成分は、原料としてＳｒ（ＮＯ３）２、ＳｒＦ２等を用いることができる。
ＢａＯ成分は、本発明の光学ガラスの任意成分である。ＢａＯ成分を含有させることによって、耐失透性や化学的耐久性の悪化を抑制しやすくなる。これらの効果を得るためには、ＢａＯ成分は、１５．０％以下含有することが好ましく、１０．０％以下含有することがより好ましく、８．０％以下含有することがより好ましく、５．０％以下含有することがより好ましい。
ＢａＯ成分は、原料としてＢａＣＯ３、Ｂａ（ＮＯ３）２等を用いることができる。
ＢａＯ成分は、原料としてＢａＣＯ３、Ｂａ（ＮＯ３）２等を用いることができる。
ＧｅＯ２成分は、本発明の光学ガラスの任意成分である。ＧｅＯ２成分を含有することで、屈折率を高めやすくし、耐失透性を向上させやすくなる。また、ＧｅＯ２成分は、ガラス形成酸化物としても作用する。しかし、その量が多すぎると原料が非常に高価であるため、コストが高くなる。従って、ＧｅＯ２成分の含有量は、１０．０％以下とすることが好ましく、８．０％以下とすることがより好ましく、５．０％以下とすることが最も好ましい。
ＧｅＯ２成分は、原料として例えばＧｅＯ２等を用いてガラス内に含有させることができる。
ＧｅＯ２成分は、原料として例えばＧｅＯ２等を用いてガラス内に含有させることができる。
Ａｌ２Ｏ３成分は、本発明の光学ガラスの任意成分である。Ａｌ２Ｏ３成分は、化学的耐久性の改善に効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなる。従って、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量は、１５．０％以下とすることが好ましく、１０．０％以下とすることがより好ましく、５．０％以下とすることがより好ましい。
Ａｌ２Ｏ３成分は、原料として例えばＡｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）３等を用いてガラス内に含有させることができる。
Ａｌ２Ｏ３成分は、原料として例えばＡｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）３等を用いてガラス内に含有させることができる。
Ｙ２Ｏ３成分は、本発明の光学ガラスの任意成分である。Ｙ２Ｏ３成分は、ガラスの屈折率を高めつつ、ガラスの耐失透性を高める成分である。従って、Ｙ２Ｏ３成分は、１５．０％以下、より好ましくは１０．０％以下、最も好ましくは、５．０%以下の範囲で含有することができる。Ｙ２Ｏ３成分は、原料として例えばＹ２Ｏ３、ＹＦ３等を用いることができる。
Ｌａ２Ｏ３成分は、ガラスの耐失透性を高める効果を有する任意成分である。Ｌａ２Ｏ３成分の含有量は、１５．０％以下が好ましく、１０．０％以下がより好ましく、５．０％以下が最も好ましい。Ｌａ２Ｏ３成分は、原料として例えばＬａ２Ｏ３、Ｌａ（ＮＯ３）３・ＸＨ２Ｏ（Ｘは任意の整数）等を用いることができる。
ＺｒＯ２成分は、ガラスの液相温度を下げて耐失透性を高め、かつガラスの化学的耐久性を向上させる効果を有する任意成分である。ＺｒＯ２成分の含有量は、１５．０％以下が好ましく、１０．０％以下がより好ましく、５．０％以下が最も好ましい。ＺｒＯ２成分は、原料として例えばＺｒＯ２、ＺｒＦ４等を用いてガラス内に含有することができる。
ＭｇＯ成分は、ガラスの屈折率の低下を抑制しつつ、ガラスの失透を低減する効果を有する任意成分である。ＭｇＯ成分の含有量は、２０．０％以下とすることが好ましく、１０．０％以下とすることがより好ましく、８．０％以下とすることがより好ましく、５．０％以下とすることが最も好ましい。
ＭｇＯ成分は、原料としてＭｇＯ、ＭｇＣＯ３、ＭｇＦ２等を用いることができる。
ＭｇＯ成分は、原料としてＭｇＯ、ＭｇＣＯ３、ＭｇＦ２等を用いることができる。
Ｔａ２Ｏ５成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの失透温度を下げる効果を有する任意成分である。Ｔａ２Ｏ５成分の含有量は、２０．０％以下とすることが好ましく、１０．０％以下とすることがより好ましく、５．０％以下とすることが最も好ましい。Ｔａ２Ｏ５成分は、原料として例えばＴａ２Ｏ５等を用いてガラス内に含有することができる。
ＷＯ３成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの失透温度を下げる効果を有する任意成分である。ＷＯ３成分の含有量は、１５．０％以下とすることが好ましく、１０．０％以下とすることがより好ましく、５．０％以下とすることが最も好ましい。ＷＯ３成分は、原料として例えばＷＯ３等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｂｉ２Ｏ３成分は、ガラスの屈折率を上げ、ガラス転移点（Ｔｇ）を低くする効果を有する任意成分である。Ｂｉ２Ｏ３成分の含有量は、１５．０％以下とすることが好ましく、１０．０％以下とすることがより好ましく、５．０％以下とすることが最も好ましい。Ｂｉ２Ｏ３成分は、原料として例えばＢｉ２Ｏ３等を用いてガラス内に含有することができる。
ＴｅＯ２成分は、ガラスの屈折率を上げ、ガラス転移点（Ｔｇ）を低くする効果を有する任意成分である。ＴｅＯ２成分の含有量は、１５．０％以下とすることが好ましく、１０．０％以下とすることがより好ましく、５．０％以下とすることが最も好ましい。ＴｅＯ２成分は、原料として例えばＴｅＯ２等を用いてガラス内に含有することができる。
ＳｎＯ成分は、本発明の光学ガラスの任意成分である。ＳｎＯ成分はガラス転移点（Ｔｇ）を低下させる効果がある。また光学恒数の調整のため添加し得るが、その量が少なすぎるとその効果が十分でなく、また多すぎると透過率および耐失透性を低下させやすくなる。そのため、ＳｎＯ成分の含有量は、１５．０％以下とすることが好ましく、１０．０％以下とすることがより好ましく、５．０％以下とすることが最も好ましい。
ＺｎＯ成分は、ガラスの失透温度を下げ、ガラス転移点（Ｔｇ）を下げる効果を有する任意成分である。ＺｎＯ成分の含有量は、１５．０％以下とすることが好ましく、１０．０％以下とすることがより好ましく、５．０％以下とすることが最も好ましい。ＺｎＯ成分は、原料として例えばＺｎＯ、ＺｎＦ２等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｆ成分は、ガラスの部分分散比を高める成分であり、且つガラスの転移点（Ｔｇ）を下げる効果を有する任意成分である。Ｆ成分の含有量は、１５．０％以下とすることが好ましく、１０．０％以下とすることがより好ましく、８．０％以下とすることがより好ましく、５．０％以下とすることが最も好ましい。Ｆ成分は、原料として例えばＺｒＦ４、ＡｌＦ３、ＮａＦ、ＣａＦ２、ＬａＦ３等を用いてガラス内に含有することができる。
なお、本明細書におけるＦ成分の含有量は、ガラスを構成するカチオン成分全てが電荷の釣り合うだけの酸素と結合した酸化物でできていると仮定し、それら酸化物でできたガラス全体の質量を１００％として、Ｆ成分の質量を質量％で表したもの（酸化物基準の質量に対する外割り質量％）である。
Ｐ２Ｏ５成分及びＳｉＯ２成分の合計量に対する、ＴｉＯ２成分の含有量の比ＴｉＯ２／（Ｐ２Ｏ５＋ＳｉＯ２）の値は、０以上２．００以下が好ましい。この比の値を０以上２．００以下の範囲内にすることで、失透温度を下げ、耐失透性を高めやすくなる。前記効果をより得やすくするためには、ＴｉＯ２／（Ｐ２Ｏ５＋ＳｉＯ２）の値は、上限を１．５０以下とすることがより好ましく、１．００以下とすることがより好ましく、０．８０以下とすることが最も好ましい。また、この比の値は、下限を０．２以上とすることがより好ましく、０．４以上とすることが最も好ましい。
Ｐ２Ｏ５成分及びＳｉＯ２成分の合計量に対する、Ｎｂ２Ｏ５成分の含有量の比Ｎｂ２Ｏ５／（Ｐ２Ｏ５＋ＳｉＯ２）の値は、０以上２．００以下が好ましい。この比の値を０以上２．００以下の範囲内にすることで、失透温度を下げ、耐失透性を高めやすくなる。従って、Ｎｂ２Ｏ５／（Ｐ２Ｏ５＋ＳｉＯ２）の値は、上限を１．４０以下とすることがより好ましく、１．００以下とすることがより好ましく、０．８５以下とすることが最も好ましい。一方で、この比の値は、下限を０以上とすることが好ましく、０．２４以上とすることが好ましく、０．２６以上とすることが最も好ましい。失透温度を下げ、耐失透性を高めやすくするためには、この比の値は、０．５以上としてもよく、０．７２以上としてもよい。
本発明は、上記ＳｉＯ２／Ｐ２Ｏ５の値を特定の範囲にし、かつ、ＴｉＯ２／（Ｐ２Ｏ５＋ＳｉＯ２）の値を特定の範囲にし、かつ、Ｎｂ２Ｏ５／（Ｐ２Ｏ５＋ＳｉＯ２）の値を特定の範囲にすることによって、より高い耐失透性をより得やすくなる。
Ｓｂ２Ｏ３成分は、ガラスの脱泡を促進し、ガラスを清澄する成分である。Ｓｂ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは１．０％、より好ましくは０．８％、最も好ましくは０．５％を上限とする。特に、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、原料として例えばＳｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、Ｎａ２Ｈ２Ｓｂ２Ｏ７・５Ｈ２Ｏ等を用いてガラス内に含有することができる。
なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記のＳｂ２Ｏ３成分に限定されるものではなく、ガラス製造の分野における公知の清澄剤や脱泡剤、或いはそれらの組み合わせを用いることができる。
＜含有すべきでない成分について＞
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。
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には、他の成分をガラスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加することができる。
ただし、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂを除く、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＭｏ等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でもガラスが着色し、可視域の特定の波長に吸収を生じる性質があるため、特に可視領域の波長を使用する光学ガラスにおいては、実質的に含まないことが好ましい。
さらに、ＰｂＯ等の鉛化合物及びＡｓ２Ｏ３等のヒ素化合物、並びに、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｏｓ、Ｂｅ、Ｓｅの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には、不可避な混入を除き、これらを実質的に含有しないことが好ましい。特に、ＰｂＯ成分及びＡｓ２Ｏ３成分のどちらも含有しないことがより好ましい。これにより、光学ガラスに環境を汚染する物質が実質的に含まれなくなる。そのため、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、この光学ガラスを製造し、加工し、及び廃棄することができる。
本発明の光学ガラスは、低屈折率及び高アッベ数（低分散）を有することが好ましい。特に、本発明の光学ガラスの屈折率（ｎｄ）は、好ましくは１．６０、より好ましくは１．６２を下限とし、好ましくは１．８５、より好ましくは１．８０、さらに好ましくは１．７８、さらに好ましくは１．７５を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数（νｄ）は、好ましくは２０、より好ましくは２３、さらに好ましくは２５を下限とし、好ましくは３８、より好ましくは３５、さらに好ましくは３２を上限とする。
［ガラス及びガラス成形体の作製］
本発明の光学ガラスは次のように作製する。まず、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する。次に、作製した混合物を石英坩堝に投入して粗溶融した後、白金坩堝又は白金合金坩堝に入れて所定の温度範囲で所定時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行う。その後、溶融ガラスの温度を下げ、金型に鋳込んで徐冷することにより、光学ガラスが作製される。ガラスの溶解温度は好ましくは１４００℃、より好ましくは１３００℃、最も好ましくは１２００℃を上限とし、ガラスの溶融時間は好ましくは６時間、より好ましくは４時間、最も好ましくは２時間とする。
本発明の光学ガラスは次のように作製する。まず、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する。次に、作製した混合物を石英坩堝に投入して粗溶融した後、白金坩堝又は白金合金坩堝に入れて所定の温度範囲で所定時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行う。その後、溶融ガラスの温度を下げ、金型に鋳込んで徐冷することにより、光学ガラスが作製される。ガラスの溶解温度は好ましくは１４００℃、より好ましくは１３００℃、最も好ましくは１２００℃を上限とし、ガラスの溶融時間は好ましくは６時間、より好ましくは４時間、最も好ましくは２時間とする。
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レンズプリフォームを作製し、このレンズ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、例えば研磨加工を行って作製したレンズ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。
このようにして作製されるガラス成形体は、様々な光学素子に有用であるが、その中でも特に、レンズやプリズム等の光学素子の用途に用いることが好ましい。
以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
ない。
ない。
本発明の実施例及び比較例のガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度原料を選定し、表に示した各実施例の組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、白金坩堝に投入し、ガラス原料の熔解難易度に応じて電気炉で１１００〜１４００℃の温度範囲で１〜５時間熔解させた後、攪拌均質化してから金型等に鋳込み、徐冷して作製した。
作製した光学ガラスの屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）を日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０１―２００３に基づいて測定した。ここで、屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）は、２５℃／ｈｒで降温速度で徐冷して得られたガラスについて測定を行うことで求めた。
本発明の光学ガラスは、耐失透性が高いこと、より具体的には、低い失透温度を有することが好ましい。本発明の光学ガラスは、１２５０℃以下の失透温度を得ることができる。本発明の光学ガラスは、より好ましい態様によれば１２００℃以下の失透温度得ることができ、さらに好ましくは１１５０℃を上限とする。本発明の光学ガラスの失透温度の下限は、９００℃以上である。
失透温度は、粉砕したガラス試料を白金板上にのせ、温度傾斜のついた炉内に３０分間保持した後取り出し、冷却後、ガラス中の結晶の有無を顕微鏡にて観察し、結晶が認められない一番低い温度を表す。
失透温度は、粉砕したガラス試料を白金板上にのせ、温度傾斜のついた炉内に３０分間保持した後取り出し、冷却後、ガラス中の結晶の有無を顕微鏡にて観察し、結晶が認められない一番低い温度を表す。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．７５以下であるとともに、
アッベ数（νｄ）が３７．６以下であり、所望の範囲内であった。
アッベ数（νｄ）が３７．６以下であり、所望の範囲内であった。
また、本発明の実施例１及び２６では、失透温度は１１５０℃以下であり、所望の範囲内であった。
Claims (13)
- ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、
ＳｉＯ２成分を５．０％以上５５．０％以下、
Ｐ２Ｏ５成分を０％を超え２０．０％以下及び
Ｎｂ２Ｏ５成分を１０．０％以上４５．０％以下含有し、
Ｐ２Ｏ５成分の含有量に対するＳｉＯ２成分の含有量の比ＳｉＯ２／Ｐ２Ｏ５の値が、０を超え５０．０以下であることを特徴とする光学ガラス。 - ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、
ＴｉＯ２成分を０％以上３５．０％以下含有する請求項１に記載の光学ガラス。 - ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、
Ｂ２Ｏ３成分を０％以上２０．０％以下含有する請求項１又は請求項２に記載の光学ガラス。 - ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、Ｒ２Ｏ成分を０％以上３５．０％以下含有する請求項１から請求項３のいずれかにに記載の光学ガラス。
ここで、ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上である。 - ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、ＳｉＯ２、Ｐ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３成分の合計含有量に対するＲ２Ｏ成分の含有量の比Ｒ２Ｏ／（ＳｉＯ２＋Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）の値が、０以上５．００以下である請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学ガラス。
ここで、ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上である。 - ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、
Ｌｉ２Ｏ成分を０％以上３５．０％以下、
Ｎａ２Ｏ成分を０％以上３５．０％以下、
Ｋ２Ｏ成分を０％以上３５．０％以下
含有する請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学ガラス。 - ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、ＭＯ成分を０％以上２０．０％以下含有する請求項１から請求項６のいずれかに記載の光学ガラス。
ここで、ＭはＣａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される１種以上である。 - ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、ＳｉＯ２、Ｐ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３成分の合計含有量に対するＭＯ成分の含有量の比ＭＯ／（ＳｉＯ２＋Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）の値が、０以上１．００以下である請求項１から請求項７のいずれかに記載の光学ガラス。
ここで、ＭはＣａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される１種以上である。 - ガラスの全質量に対し、酸化物換算組成の質量％で、
ＣａＯ成分を０％以上１５．０％以下、
ＳｒＯ成分を０％以上１５．０％以下、
ＢａＯ成分を０％以上１５．０％以下
含有する請求項１から請求項８のいずれかに記載の光学ガラス。 - アッベ数［νｄ］が２０以上３８以下である請求項１から請求項９のいずれかに記載の光学ガラス。
- 屈折率［ｎｄ］が１．６０以上１．８５以下である請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光学ガラス。
- ＰｂＯ成分及びＡｓ２Ｏ３成分を含まない請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光学ガラス。
- 請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光学ガラスからなる光学素子。
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| JP2016082538A JP2017190280A (ja) | 2016-04-15 | 2016-04-15 | 光学ガラス |
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