JP3150724B2 - 精密プレス成形用光学ガラス - Google Patents
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Description
形ができ、精密プレス成形後に研削または研磨を必要と
しない、精密プレス成形用光学ガラスに関する。
従来のSFタイプ(高屈折率高分散)の光学ガラスは、
安定で低融点のため、精密プレス成形は低温度領域で実
施されている。また、SFタイプの精密プレス成形用光
学ガラスとして更に低温度化された酸化鉛を多量に含む
ガラスも、例えば特開平1−308843号公報に提案
されている。しかし、型の酸化を防ぐために通常還元性
雰囲気で行われている精密プレスにおいて、ガラス中に
酸化鉛が含まれていると、その雰囲気によりガラス表面
の酸化鉛までが還元されプレスレンズ表面に鉛が析出
し、プレスするための加熱により鉛がプレスレンズ表面
から蒸発し、プレスレンズ表面に凹部を形成し、蒸発し
た鉛が型の表面に付着し凸部を形成することにより微小
な凹凸が生じ、精密プレスされたレンズの面精度が維持
できないため、設計通りの光学性能を得ることができな
いばかりでなく、型に付着した鉛を取り除く作業が必要
となり、量産化するには不適当であった。また、酸化鉛
を多量に含むため、光学ガラスの比重が大きくなり、得
られたレンズの重量が大きいため軽量化しにくい問題が
あった。従来の光学ガラスの中には、特公昭62−31
03号公報に提案されるような酸化鉛を含まない軽量化
したSFタイプのガラスも存在するが、これらのガラス
を精密プレスに使用した場合、酸化鉛を原因とする諸問
題はなくなるが、精密プレスを行なう成形温度が一般に
700℃、若しくはそれ以上になるため、型材の劣化が
著しく、量産化するためには非常な困難が伴い、ガラス
自体も不安定なために、精密プレスを行っている最中に
プレスレンズ中に結晶が析出しやすく、たとえ高温に耐
え得る型材を使用したとしても、その歩留りがかなり悪
くなるなどの問題が生じ、やはり量産化には不向きであ
った。ところで精密プレス成形用の公知の型材等では、
精密プレス成形温度が高ければ高いほど型材の酸化や劣
化等の問題が生じ、型材の面精度の保持が難しくなり、
精密プレス成形によるレンズの量産が困難になる。従っ
て精密プレス成形される光学ガラスは、可能な限り低い
温度で精密プレス成形される方が望ましい。通常、精密
プレス成形は、ガラスの屈伏温度(At)よりおよそ1
5〜50℃高い温度で実施される。従って、ガラスの屈
伏温度(At)はできるだけ低いことが望まれる。そこ
で本発明者等は特開平1−148726号公報におい
て、上記の欠点の解消を試みた光学ガラスを提案した。
−148726号公報の実施例に記載される光学ガラス
においては所期の目的をかなり達成しているものの、屈
折率(nd)が1.78以上の高屈折率領域において屈
伏温度(At)が550℃以下のものは例示されておら
ず、さらなる改善が望まれた。従って本発明の目的は、
1.76以上の屈折率(nd)で、特に1.78以上の
高屈折率領域においても屈伏温度(At)が550℃以
下で、アッベ数(νd)が26.5以下であり、更に比
重が3.60以下の特性を有するガラス、すなわち低軟
化点でかつ軽量な高屈折率高分散の精密プレス成形用光
学ガラスを提供することにある。
結果、SiO2 、GeO2 、TiO2 、Nb2 O5 およ
びNa2 Oが特定の組成範囲にある光学ガラスが、所期
の目的を達成することを見出したものである。すなわ
ち、本発明はSiO2 10〜20重量%、GeO2 3〜
15重量%B2O3 0〜7重量%、且つSiO2 ,Ge
O2 およびB2 O3 の合計量が20〜27重量%、Ti
O2 19〜29重量%、Nb2 O5 17〜29重量%、
BaO0〜7重量%、且つTiO2 ,Nb2 O5 および
BaOの合計量が44〜54重量%、Li2 O 0.8
〜3重量%、Na2 O 7〜18重量%、K2 O 0〜
22重量%、Cs2 O 0〜20重量%、且つLi
2 O,Na2 O,K2 OおよびCs2 Oの合計量が24
〜33重量%の組成からなり、屈伏温度(At)が55
0℃以下、屈折率(nd)が1.76以上、アッベ数
(νd)が26.5以下、比重が3.60以下である、
低軟化点で軽量な高屈折率分散の精密プレス成形用光学
ガラスを提供する。
ように限定した理由は次の通りである。SiO2 は、本
発明の光学ガラスの必須配合成分であり、ガラスの網目
を構成する主成分であるが、20重量%を越えると屈伏
温度(At)の上昇をまねき、さらに目的とする屈折率
が得難い。10重量%より少ないと失透傾向が増大し、
ガラスが非常に不安定になる。GeO2 は、本発明の必
須配合成分であり、ガラスの網目を構成する主成分であ
り、本発明において屈伏温度(At)をアルカリ酸化物
と共に下げる働きを示し、なおかつアルカリ酸化物のよ
うに化学的な耐久性を劣化させることがない。本発明に
おいては、GeO2 を導入することによって屈折率(n
d)1.76以上、特には1.78以上の高屈折率領域
において屈伏温度(At)が550℃以下という、低軟
化点を達成することができた。しかしながら、GeO2
の存在量が15重量%を越えると、失透傾向が増大し、
ガラスが非常に不安定になり、3重量%より少ないと屈
伏温度(At)を下げる効果が少なくなる。B2 O3 は
任意配合成分であり、SiO2 と同様なガラス網目を形
成し、ガラスの均質化に有効な成分である。B2 O3 を
適量存在させることにより屈伏温度(At)を低下でき
るが、7重量%を越えるとガラスが不安定となる。そし
てSiO2 ,GeO2 およびB2 O3 の合計量が27重
量%を越えると、所期の目的とする屈伏温度(At)が
得難くなり、20重量%より少ないと失透傾向が増大し
ガラスが非常に不安定になる。
所期の目的とする高屈折率高分散性と軽量化を満足せし
めるのに重要な成分であるが、29重量%を越えると失
透傾向が増大し、19重量%より少ないとTiO2 本来
の上記した効果が得難い。Nb2 O5 は本発明の必須配
合成分であり、TiO2 と同様に高屈折率高分散性と軽
量化を満足せしめるのに重要な成分であるが、29重量
%を越えると失透傾向が増大し、17重量%より少ない
とNb2 O5 本来の効果が得難い。BaOは本発明にお
ける任意配合成分であり、屈折率を高める効果はある
が、屈伏温度(At)をも高めるので、7重量%までの
使用が望ましい。そしてTiO2 ,Nb2 O5 およびB
aOの合計量が54重量%を越えると屈伏温度(At)
が高くなり、44重量%より少ないと所期の目的とする
屈折率が得られない。
屈伏温度(At)を下げ、ガラスを安定にする重要な作
用を有するが、18重量%を越えるとガラスが不安定に
なり、7重量%より少ないと屈伏温度(At)を下げる
効果が少なくなる。Li2 Oは本発明の必須配合成分で
あり、0.8〜3重量%の使用により精密プレス成形時
の温度を下げる効果が得られるが、3重量%を越えると
ガラスが非常に不安定になる。K2 Oは本発明の任意配
合成分であり、溶融性の改善およびガラスを安定にする
作用を有するが、22重量%を越えるとガラスが不安定
になる。Cs2 Oは本発明の必須配合成分であり、屈折
率を高める重要な効果があるが、3重量%より少ないと
所期の目的とする屈折率を得難く、20重量%を越える
と屈伏温度(At)が高くなるので好ましくない。そし
て、Na2 O,Li2 O,K2 OおよびCs2 Oの合計
量が33重量%を越えるとガラスが不安定になり、24
重量%より少ないと所期の目的の屈伏温度(At)が得
難い。
の外に、光学恒数の調整、溶融性の改善、ガラスの安定
性拡大のために、本発明の目的をはずれない限り、Al
2 O3 、ZrO2 、WO3 、MgO、CaO、SrO、
ZnO等を含有させることができる。
体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。 実施例1〜9 本発明の光学ガラスの実施例の成分組成(重量%)およ
びその特性値として屈折率(nd)、アッベ数(ν
d)、屈伏温度(At)、比重を表1に示す。本発明の
光学ガラスは各成分の原料として、各々相当する酸化
物、水酸化物、炭酸塩および硝酸塩等を使用し、ガラス
化した後に表−1の各実施例組成の割合となるように秤
量し、十分混合した後、白金ルツボに投入して電気炉で
1000〜1250℃で溶融し、撹拌して均質化を図
り、清澄してから適当な温度に予熱した金型内に鋳込ん
だ後、徐冷して製造される。なお、脱泡のために少量の
As2 O3 等を加えても良い。次に得られたガラスか
ら、所定重量のガラス塊を切出し、従来の研磨法により
球状に研磨し、これをプリフォームとして精密プレスを
行なうことにより9種類の製品を得た。これらのプレス
レンズの形状を測定した結果、いずれも1.0ミクロン
以下の形状誤差を示し、良好な転写性を示すと共に、型
材へのガラスの付着、揮発物の付着などは認められなか
った。
として作成した。比較例1は本発明者らの先願である特
開平1−148726号公報の実施例 No.16、比較例
2は特公昭62−3103号公報の実施例 No.5、比較
例3は特開平1−308843号公報の実施例 No.29
の組成に各々相当するものであり、比較例4は従来公知
の光学ガラスで通常SF6と呼ばれるものである。これ
らの組成を用いて、実施例1〜9と同様にガラスを製造
し、プリフォームを作製し、精密プレスを行なった。各
成分組成(重量%)およびその特性値として屈折率(n
d)、アッベ数(νd)、屈伏温度(At)、比重を表
−2に示す。その結果、比較例2においては、本発明の
ガラスと比較して成形温度が高いため、型材が徐々に劣
化し形状誤差が大きくなっていくのが認められた。比較
例2においては、精密プレスに要する温度が700℃以
上になり、型材の劣化が著しく、またプレスされたレン
ズに結晶が析出し、レンズとしての使用は不可能であっ
た。比較例3,4においては、温度による型材の劣化は
認められなかったが、酸化鉛が還元され、鉛が析出し、
それが揮発物としてプレスレンズおよび型材に悪影響
し、設計通りの光学性能を得ることができなかった。
号公報で提案したガラスを更に大幅に改善でき、屈伏温
度(At)が550℃以下で、屈折率(nd)が1.7
6以上であり、アッベ数(νd)が26.5以下、更に
比重が3.60以下の特性を有する、低軟化点でかつ軽
量な高屈折率高分散の精密プレス成形用光学ガラスが得
られる。特に屈折率(nd)1.78以上の高屈折率域
でのプレス成形温度の50℃以上の低下が認められ、型
材への悪影響もなく、精密プレス成形用型材の寿命を著
しく向上させることができ、安定して精密プレスを行な
うことができる。本発明のガラスは、また普通の光学ガ
ラスとしても使用できる。以上説明したように、本発明
の精密プレス成形用光学ガラスは産業上極めて有用であ
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 SiO2 10〜20重量%、GeO2 3
〜15重量%、B2O3 0〜7重量%、且つSiO2 ,
GeO2 およびB2 O3 の合計量が20〜27重量%、
TiO2 19〜29重量%、Nb2 O5 17〜29重量
%、BaO0〜7重量%、且つTiO2 ,Nb2 O5 お
よびBaOの合計量が44〜54重量%、Li2 O
0.8〜3重量%、Na2 O 7〜18重量%、K2 O
0〜22重量%、Cs2 O 0〜20重量%且つ、L
i2 O,Na2 O,K2 OおよびCs2 Oの合計量が2
4〜33重量%の組成からなり、屈伏温度(At)が5
50℃以下、屈折率(nd)が1.76以上、アッベ数
(νd)が26.5以下、比重が3.60以下である、
低軟化点で軽量な高屈折率高分散の精密プレス成形用光
学ガラス。
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1991
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