JP2727735B2

JP2727735B2 - 軽量弗燐酸塩光学ガラス

Info

Publication number: JP2727735B2
Application number: JP2117386A
Authority: JP
Inventors: 博中村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1990-05-07
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: DE4114790A1; JPH0416526A; DE4114790C2

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、比重3.6以下の軽量弗燐酸塩光学ガラスに
関するものであり、その光学恒数は、屈折率n_d＝1.42〜
1.50、アッベ数ν_ｄ＝80〜97に及ぶ。

本発明の弗燐酸塩光学ガラスは、異常部分分散性を有
し、レンズ設計に際して二次スペクトルの修正を可能に
するところから、光学系に極めて重要で、かつ軽量であ
るところから、大口径写真レンズ、テレビカメラ用レン
ズ部品としての利用価値が高い。

〔従来の技術〕

異常部分分散性を有し、かつ軽量な低分散光学材料と
して、従来からの結晶性の蛍石（CaF₂）が知られてお
り、その光学恒数及び比重Sg.は次の通りである。

n_d ＝1.4338 ν_ｄ＝95.3 Sg. ＝3.18 しかし蛍石は、へき開性があり、脆いため、加工性が
悪いという欠点がある。さらに近年、レンズの大口径化
に対する要求が高まりつつある中で、均質な大きな結晶
塊を得難く、非常に高価なものにしていた。

そこで、蛍石に代わる光学材料として、様々な弗燐酸
塩光学ガラスが開発され（例えば、特公昭54−34768号
公報、特開平１−270537号公報、特公昭57−44618号参
照）、市販品として硝種名FK01、FCD1、FK02、FCD10、C
aFK95が入手できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来のガラスは、蛍石に比べて比重が
大きく、レンズの大口径化に伴う光学機器用光学材料と
して使用するには望ましくなかった。

また、特公昭57−44618号の発明は、失透に対する安
定性を高め、成形時を粘性を上げるために、Siを必須成
分として添加している。しかし、ガラス中にSiが含まれ
ると、大型のレンズ形状に加工するプレス工程で、Siを
結晶核とした失透が発生しやすく、大口径レンズを得る
ことは非常に困難であった。

従って、本発明の目的は、上述のごとき問題点を克服
し、比重が3.6以下にあり、屈折率n_dが1.42〜1.50、ア
ッベ数ν_ｄが80〜97の範囲にあり、異常部分分散性を有
し、加工性に優れ、大口径レンズを得る際にも失透に対
して安定で、工業的規模での生産が可能な、軽量弗燐酸
塩光学ガラスを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明（請求項第１項）は、「陰イオンとして弗素イオンF^-と、酸素イオンO^2-とを
含み、ガラス中の陽イオンを弗化物として表記した場
合、モル％で、 PF₅ 5.0〜30.0％ AlF₃ 19.0〜40.0％ CaF₂ 28.0〜56.0％ MgF₂ 0〜20.0％ SrF₂ 0〜 9.0％ BaF₂ 0〜18.0％ ZnF₂ 0〜10.0％ NaF 0〜 4.0％ KF 0〜 4.0％ YF₃ 0〜13.0％ LaF₃ 0〜 7.0％の組成範囲を有し、ガラス中におけるF^-/O^2-（酸素イオ
ン数に対する弗素イオン数の比）が1.4〜13.0の範囲に
あり、比重が3.6以下であることを特徴とする軽量弗燐
酸塩光学ガラス」を提供する。

〔作用〕

本発明のガラスは、本質的には、Ｐ−Al−Ca−Ｆ−Ｏ
系ガラスから構成されているが、本発明は、従来の弗燐
酸塩光学ガラスよりも、Caを多量に含むガラス化領域を
見いだすことによって、目的とする軽量ガラスを得た点
に特徴がある。

以下に、各成分の組成範囲を決めた理由を述べる。

ガラス中に、燐酸成分、たとえばP₂O₅が存在すると、
P₂O₅はガラス形成酸化物として働き、構造の安定化すな
わち失透に対する安定性を増す。PF₅として5.0モル％未
満ではその効果が得られず、30.0モル％を越えると、分
散が大きくなり、目的とする光学恒数が得られない。

AlF₃は、失透析出温度を下げ、ガラスを安定化させる
効果が大きく、さらに化学的耐久性を高めるため、19.0
〜40.0モル％の範囲で必須である。この範囲外の量で
は、ガラスの失透に対する安定性が得られない。

アルカリ土類金属の内、原子番号の小さい金属の弗化
物は、分散を小さくするとともに、比重を小さくする効
果がある。特にCaF₂はガラスの粘性を高める効果がある
ので必須である。その量は28.0モル％未満では十分な効
果が得られず、逆に56.0モル％を越えると失透しやすく
なる。

ガラス中における弗素イオン数と酸素イオン数の比F^-
/O^2-は、ガラスの分散、失透に対する安定性に大きな影
響を与える。この比が1.4未満では分散が大きくなり過
ぎ、逆に13.0を越えると失透傾向が高まる。

上記のごときＰ−Al−Ca−Ｆ−Ｏ系で、目的とする光
学ガラスを得ることができるが、他の成分を適量添加す
ることによって、光学恒数範囲をさらに拡大でき、ガラ
スの軽量化、また失透に対する安定性をさらに向上させ
ることができる。

MgF₂を添加すると、ガラスの比重を小さくし、さらに
分散を小さくすることができる。但し、20.0モル％を越
えると失透しやすくなる。

SrF₂及びBaF₂は、失透に対する安定性を高める効果が
大きい。但し、適量を越えるとガラスの比重が大きくな
り過ぎるので、SrF₂は9.0モル％以下、BaF₂は18モル％
以下で用いるべきである。

ZnF₂を添加すると、失透に対する安定性が増す場合が
ある。適量を越えて添加すると、目的の低分散が得られ
なくなるので、10.0モル％以下で用いるべきである。

アルカリ金属弗化物を添加すると、粘性が低下し、大
口径化に必要な均質性が得られなくなるので、添加して
はならない。

YF₃及び希土類元素の弗素物、たとえばLaF₃を少量添
加することによって、化学的耐久性、失透に対する安定
性の向上、さらに光学特性の拡大を図ることができる。
適量を越えて添加するとかえって失透しやすくなるの
で、YF₃は13.0モル％以下、LaF₃は7.0モル％以下で用い
るべきである。但し、NdF₃は、ガラスを着色するので、
光学ガラスとしては適当ではなく、添加してはならな
い。

異常の第１の組成範囲（請求項第１項）のうち特にPF
₅、NaF及びKFの組成範囲が、モル％で、 PF₅ 8.0〜30.0％ NaF 0 KF 0 であり、ガラス中におけるF^-/O^2-（酸素イオン数に対す
る弗素イオン数の比）が、1.4〜9.0の範囲にあるガラス
（請求項第２項）は、成形時の粘性が高く、大口径レン
ズを得る目的に適している。

更に、第２の組成範囲（請求項第２項）のうち特にMg
F₂及びBaF₂の組成範囲が、モル％で、 MgF₂ 0.5〜20.0％ BaF₂ 0〜13.0％であるガラス（請求項第３項）は、比重が3.55以下であ
り、より軽い。

第３の組成範囲（請求項第３項）のうち特にAlF₃及び
CaF₂の組成範囲が、モル％で、 AlF₃ 20.0〜36.0％ CaF₂ 28.0〜48.0％であるガラス（請求項第４項）は、失透に対してより安
定である。

本発明のガラスを製造する場合、リン原料には、H₃PO
₄やP₂O₅や各種金属リン酸塩を用いることができる。通
常、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又はアルミニウ
ムのメタ燐酸塩を用いるのが良い。

その他の成分については、通常、成分陽イオンを含む
金属弗化物を原料として用いるが、ガラス中におけるF^-
/O^2-が所定の範囲内において、金属酸化物、金属炭酸塩
等の酸素化合物を併用することもできる。

その外、原料として、上記成分陽イオンを含む金属塩
化物、臭化物、沃化物等を少量程度併用することも可能
である。

また、As、Sb、Ti、Pb、Zr、Yb、Gd、Ce等の各金属元
素を、これらの元素の弗化物、弗素錯塩及び酸化物等を
原料として添加することにより、ガラス中にそれぞれ４
モル％程度まで含有させてもよい。これにより、ガラス
のソラリゼーションの向上や、光学特性の多様化を図る
ことができる。

尚、原料中の不純物遷移金属元素、特にCr、Mn、Fe、
Co、Ni及びCu元素の重量含有率を、合計で3ppm以下とし
たガラスは、紫外域で高い光線透過率を得ることがで
き、250nmでの光線透過率（厚さ10mmの試料の表面反射
を除いた内部透過率）は、80％以上に及ぶ。

以下に、本発明における光学ガラスの実施例の組成
（モル％表示）、屈折率n_d、アッベ数ν_ｄ及び比重Sg.
を、それぞれ第１表に示す。第１表において、上段は弗
化物としての表記、下段は上段の組成に対応する原料と
しての表記であり、ともにモル％で示してある。

また、第２表では、市販の弗燐酸塩光学ガラスの比重
と、それとほぼ等しい光学恒数値を持つ本発明のガラス
の比重とを比較した。

本発明の第１表の実施例に掲げたガラスは、下段に記
載の原料を所望の割合に秤取、混合して、900〜1100℃
の電気炉中、白金坩堝に入れて溶融、清澄、撹拌、均質
化してから鋳込み、徐冷して製造することができる。

〔発明の効果〕以上の通り、本発明によれば、比重が3.6以下と軽く
（同一光学恒数のガラスで比較すると必ず軽い）、屈折
率n_dが1.42〜1.50、アッベ数ν_ｄが80〜97の範囲にあ
り、異常部分分散性を有し、加工性に優れ、大口径レン
ズを得る際にも失透に対して安定で、工業的規模での生
産が可能な、軽量弗燐酸塩光学ガラスが得られる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】陰イオンとして弗素イオンF^-と、酸素イオ
ンO^2-とを含み、ガラス中の陽イオンを弗化物として表
記した場合、モル％で PF₅ 8.0〜30.0％ AlF₃ 19.0〜40.0％ CaF₂ 28.0〜56.0％ MgF₂ 0.5〜20.0％ SrF₂ 0〜 9.0％ BaF₂ 0〜13.0％ ZnF₂ 0〜10.0％ YF₃ 0〜13.0％ LaF₃ 0〜 7.0％の組成範囲を有し、ガラス中におけるF^-/O^2-（酸素イオ
ン数に対する弗素イオン数の比）が1.4〜9.0の範囲にあ
り、比重が3.55以下であることを特徴とする軽量弗燐酸
塩光学ガラス。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の弗燐酸塩光学
ガラスにおいて、AlF₃及びCaF₂の組成範囲が、モル％
で、 AlF₃ 20.0〜36.0％ CaF₂ 28.0〜48.0％であることを特徴とするガラス。