JP3943348B2 - 光学ガラス - Google Patents
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- C03C3/068—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing rare earths
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有する光学ガラスであって、精密モールドプレス成形に適した光学ガラスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
近年、光学機器の小型軽量化が著しく進行している中で、光学機器の光学系を構成するレンズの枚数を減少化させる目的で非球面レンズが多く用いられるようになってきている。非球面レンズの製造方法は、ゴブあるいはガラスブロック等から得られたプリフォームを加熱軟化させ、高精密面の金型でプレスして金型面を転写することによって行うことが主流である。この方法で得られた非球面レンズは研削、研磨をすることなく、または、ほとんど研削、研磨をすることなく所望形状の成形品を高い生産性の下に製造することが可能である。ガラスの精密モールドプレス成形は、球面レンズ及び非球面レンズ等の光学素子や、回折格子等の種々のガラス成形品が、プリフォームを精密モールドプレス成形によって製造されるようになりつつある。
【０００４】
前記プリフォームを製造する方法としては一般に２種類ある。一つは、例えば特開平６−１２２５２６号公報等に記載されているように、ガラス融液を流出管先端から滴下し、金型等で受けて成形し、冷却してガラスプリフォームを得る方法（滴下法）がある。この方法は熱間で直接プリフォームを取得するのでプリフォーム自体の量産性が高い。しかも得られるガラスプリフォームの形状が球形あるいは両凸のレンズ形状であるため、精密モールドプレス成形時の形状変化量を小さくできる。
【０００５】
もう一つの方法は、ガラスブロック材から切断によりプリフォームを得る方法がある。この方法ではブロック材の切断工程から最終的なレンズ形状に近い形状への加工工程が必要であるなど、工程が増加してしまうという問題点があるが、最終的なレンズ形状に近い形状まで加工を行うため、両凸だけでなく種々の形状のレンズを成形する際に形状変化量が少なくでき、モールドプレス時のプレス圧力を低減できるというメリットがある。
【０００６】
精密モールドプレス成形によってガラス成形品を得るに当たっては、高精密な金型面をガラス成型品に転写するためにガラスプリフォームを高温下で加圧成形することが必要であるので、この際使用される成形型も高温に曝され、かつ、高い圧力が加えられる。このため、プリフォームを加熱軟化させる際に金型表面が酸化、侵食され易い。そして、金型の高精密面が維持できなくなり、金型交換回数が増加し、低コスト、大量生産を実現できなくなる。そこで、ガラスプリフォームを構成する光学ガラスについては、プレス成形の際の高温環境によって成形型自体や当該成形型の内側表面に設けられている離型膜が損傷することを抑制するという観点から、転移点（Ｔｇ）及び屈伏点（Ａｔ）をできるだけ低くすることが望まれている。
【０００７】
非球面レンズに用いられるガラスは、種々の光学定数を有するものが求められているが、その中でも屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５、アッベ数（νd）が３５〜４５程度の高屈折率を有するものが強く求められている。従来このような光学定数を有するガラスには硼酸ランタン系組成が代表的である。例えば、特開昭６０−２２１３３８号公報には、低い転移点を有する硼酸ランタン系の光学ガラスが開示されている。しかし、これらのガラスは、転移点（Ｔｇ）、屈伏点（Ａｔ）は低いものの、屈伏点と転移点との温度差（Ａｔ−Ｔｇ）が小さいため、モールドプレスを行う場合、安定量産性に難があった。Ａｔ−Ｔｇの範囲が広いガラスをプリフォームとして使用する必要がある。また、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５のような高屈折領域における硼酸ランタン系のガラスでは、Ｙ2Ｏ3を０．１％以上含有させると耐失透性が悪くなるため、上記方法のうち、滴下法によってはプリフォームを製造できないという問題点があった。
【０００８】
また、特開平６−３０５７６９号公報には、低い転移点を維持しつつ化学的耐久性の優れた硼酸ランタン系の光学ガラスが開示されている。しかしこれらのガラスも滴下法でプリフォームを製造するには耐失透性が不十分である。
【０００９】
転移点（Ｔｇ）、屈伏点（Ａｔ）が比較的低いガラスとして、ＰｂＯ成分を含有するガラスが種々提案されている。しかし、ＰｂＯ成分を含有するガラスは、モールドプレス時に金型と融着し易いために、金型の繰り返し使用が困難であることから、モールドプレス用光学ガラスとしては不適当であるといえる。また、Ｆ2成分を含有するガラスは、プリフォームを成形する際に、ガラス融液の表面層からＦ2成分が選択的に揮発しプリフォームに曇りを生じたり、プリフォームをモールドプレスするときにＦ2成分が揮発して金型に付着し、金型表面に曇りを生じたりするなどの理由により、モールドプレス用光学ガラスとしては適していない。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は前記従来の光学ガラスに見られる諸欠点を改善し、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５、アッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数、及び転移点（Ｔｇ）、屈伏点（Ａｔ）が低く、Ａｔ−Ｔｇの範囲が広く、かつ耐失透性が良好で、精密モールドプレス用に好適な光学ガラスを提供することを目的とする。更に、耐失透性が良好で、滴下法による精密モールドプレス成形用プリフォーム製造に好適な光学ガラスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意試験研究を重ねた結果、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有するガラスにおいて、モールドプレス用の高精密面を有する金型の表面酸化を抑制した硼酸ランタン系ガラスを得ること、更に、ごく限られた特定の組成範囲についてのみ、前記所望の光学定数と良好なＴｇ、Ａｔ、及びＡｔ−Ｔｇを有し、耐失透性が良好で、かつ環境上好ましくない物質を含まず、精密モールドプレス性が極めて良好であるという光学ガラスが得られることを見いだし、本発明に至ったものである。
【００１２】
すなわち、前記目的を達成すべく、請求項１に記載の発明は、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有する光学ガラスであって、質量％で、ＳｉＯ2 ６〜７．５％Ｂ2Ｏ3 １５．５〜２３％ただし、ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3 ２１．５〜３０％未満Ｌａ2Ｏ3 ２５〜４０％、Ｙ２Ｏ３ ０〜０．１％未満、ＺｒＯ2 １．５〜１０％Ｎｂ2Ｏ5 １〜１５％Ｔａ2Ｏ5 １〜１０％ＷＯ3 ５％を越え１０％まで、ＺｎＯ １５．５〜３０％Ｌｉ2Ｏ ０．６〜５％、Ｓｂ２Ｏ３の範囲の各成分を含有し、Ａｓ２Ｏ３を含まず、転移点（Ｔｇ）が５００〜５９０℃、屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６３０℃の範囲にあり、９５０℃・２時間の条件の失透試験にて失透が見られないことを特徴とする光学ガラスであり、請求項２に記載の発明は、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有する光学ガラスであって、質量％で、ＳｉＯ２６〜７．５％、Ｂ2Ｏ3 １５．５〜 ２３％ただし、ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3 ２１．５〜２９．５％Ｌａ2Ｏ3 ２５〜４０％Ｙ2Ｏ3 ０〜０．１％未満ＺｒＯ2 ２〜６．５％Ｎｂ2Ｏ5 ３〜１２％Ｔａ2Ｏ5 １〜 ８％ＷＯ3 ５％を越え１０％までＺｎＯ １７〜２８％Ｌｉ2Ｏ ０．６〜３％ＧｅＯ2 ０〜５％ＴｉＯ2 ０〜５％Ａｌ2Ｏ3 ０〜１％ＢａＯ ０〜１％Ｙｂ2Ｏ3 ０〜１％Ｓｂ2Ｏ3 ０〜１％の範囲の各成分を含有し、Ａｓ２Ｏ３を含まないことを特徴とする光学ガラスであり、請求項３に記載の発明は、転移点（Ｔｇ）が５００〜５９０℃、屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６３０℃の範囲にあり、９５０℃・２時間の条件の失透試験にて失透が見られないことを特徴とする、請求項２記載の光学ガラスであり、請求項４に記載の発明は、屈伏点と転移点との温度差（Ａｔ−Ｔｇ）が３０〜６０℃であることを特徴とする、請求項１から３のうちいずれか一項記載の光学ガラスである。
【００１３】
本発明の、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有する光学ガラスは、比較的低い転移点（Ｔｇ）及び屈伏点（Ａｔ）を有する。本発明の光学ガラスは、好ましくは転移点（Ｔｇ）が５００〜５９０℃及び屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６３０℃の範囲であり、より好ましくは屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６２０℃である。
【００１４】
本発明の精密モールドプレス用光学ガラスは、屈伏点と転移点との温度差（Ａｔ−Ｔｇ）が大きい程、モールドプレスする際の安定量産性に優れるので、Ａｔ−Ｔｇは、好ましくは３０℃以上であり、より好ましくは４０℃以上である。一方、大き過ぎると精密モールドプレス成型時のサイクルタイムを短くし難くなることから、Ａｔ−Ｔｇは６０℃以下が好ましい。この観点から、本発明の光学ガラスの転移点（Ｔｇ）は５００〜５８０℃がより好ましく、５００〜５７０℃が特に好ましく、屈伏点（Ａｔ）は５５０〜６２０℃がより好ましい。
【００１５】
本発明の精密モールドプレス用光学ガラスは、良好な耐失透性を有する。良好な耐失透性を有することにより、プリフォームを滴下法により直接成形することができるため、低コストでのプリフォーム製造が可能になる。本発明の光学ガラスは、９５０℃・２時間の条件の失透試験にて失透が見られないことが好ましく、９００℃・２時間の条件の失透試験にて失透が見られないことがより好ましい。
【００１６】
本発明の光学ガラスを構成する各成分の組成範囲を前記の通りに限定した理由を以下に述べる。各成分は酸化物基準の質量％にて表現する。
【００１７】
ＳｉＯ2成分は、Ｂ2Ｏ3−Ｌａ2Ｏ3系ガラスにおいては、ガラスの粘度を高め耐失透性の向上に有効である。ガラスの耐失透性向上のため１％以上含有させる必要があるが、Ｔｇ、Ａｔを低く維持するため７．５％以下が好ましく、７％以下がより好ましく、６％未満が特に好ましい。Ｙ2Ｏ3成分が０．１％未満の範囲の場合には、Ｔｇ、Ａｔを低く設定するために、ＳｉＯ2成分は１〜６％未満が好ましく、３〜５．９％がより好ましく、３〜５．５％が特に好ましい。
【００１８】
Ｂ2Ｏ3成分はその量が１５．５％未満では耐失透性が十分でなく、２５％を超えると化学的耐久性が悪くなる。従って、１５．５〜２５％の範囲に限定される。Ｂ2Ｏ3成分は本発明のようなＢ2Ｏ3−Ｌａ2Ｏ3系ガラスにおいては、主要なガラス形成酸化物として働く。
【００１９】
ＳｉＯ2成分とＢ2Ｏ3成分の合計量は、耐失透性と目標の光学定数を満たすため、１６．５〜３０％未満の範囲が好ましく、１６．５〜２９．５％の範囲がより好ましく、１８．５〜２９．５％の範囲が特に好ましい。
【００２０】
Ｌａ2Ｏ3成分はガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに有効であり、２５〜４０％の範囲が好ましい。その量が２５％未満ではガラスの屈折率を所望の値に維持し難く、４０％を超えると耐失透性が悪くなる。
【００２１】
Ｙ2Ｏ3成分はガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに有効である。しかし、５％を超えると耐失透性が極端に悪くなる。Ｙ2Ｏ3成分は、好ましくは０〜５％、より好ましくは０〜３％、特に好ましくは０〜０．１％未満の範囲である。本発明の光学ガラスは、各成分の組成を適切に調節することによって、Ｙ2Ｏ3成分を実質的に含有せずとも、所望の屈折率、低分散性、低Ｔｇ、低Ａｔ、良好な耐失透性及び成形性を有することができる。
【００２２】
ＺｒＯ2成分は光学定数の調整と耐失透性を改善し、化学的耐久性を向上する効果があるが、その量が１．５％未満では効果が見られず、１０％を超えると逆に耐失透性が悪くなる上、Ｔｇ、Ａｔが所望の値より高くなってしまう。１．５〜１０％の範囲が好ましく、２〜６．５％の範囲がより好ましい。
【００２３】
Ｎｂ2Ｏ5成分は屈折率及び分散を高め、化学的耐久性及び耐失透性を改善する効果があるが、その量が１％未満では効果が見られず、１５％を超えると逆に耐失透性が悪くなる。Ｎｂ2Ｏ5成分は１〜１５％の範囲が好ましく、３〜１２％の範囲がより好ましい。
【００２４】
Ｔａ2Ｏ5成分は屈折率を高め、化学的耐久性及び耐失透性を改善する効果があるが、その量が１％未満では顕著な効果が見られず、１０％を超えると逆に耐失透性が悪くなる。Ｔａ2Ｏ5成分は１〜１０％の範囲が好ましく、１〜８％の範囲がより好ましい。
【００２５】
ＷＯ3成分は光学定数の調整と耐失透性を改善する効果があるが、その量が１％未満では顕著な効果が見られず、１０％を超えると逆に耐失透性や短波長域の透過率が悪くなる。ＷＯ3成分は１〜１０％の範囲が好ましく、３．８〜１０％の範囲がより好ましく、５％を越え１０％以下が更に好ましい。Ｙ2Ｏ3成分が０．１％未満の場合には、所望の光学定数に調整し、低いＴｇ、Ａｔを維持し、耐失透性を改善するため、５％を越え１０％以下がより好ましい。
【００２６】
ＺｎＯ成分は低いＴｇ、Ａｔを得るために必要であるが、その量が１５．５％未満ではその効果が十分ではなく、３０％を超えると耐失透性や化学的耐久性が悪くなる。ＺｎＯ成分は１５．５〜３０％の範囲が好ましく、１７〜２８％の範囲がより好ましい。
【００２７】
Ｌｉ2Ｏ成分はＴｇ、Ａｔを下げ、混合原料の熔解の際にＳｉＯ2成分などの熔融を促進する効果を有するが、０．６％未満ではその効果が得られず、５％を超えると耐失透性が急激に低下する。Ｌｉ2Ｏ成分は０．６〜５％の範囲が好ましく、０．６〜３％の範囲がより好ましい。
【００２８】
ＧｅＯ2成分はＢ2Ｏ3やＳｉＯ2と同様にガラス形成酸化物であり、これらの成分より高い屈折率を与え、ガラスの耐失透性向上のため含有し得る成分であるが非常に原料が高価であるため、その量は５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。
【００２９】
ＴｉＯ2成分はガラスの屈折率及び分散を高めるために有効であるが、その量が５％を超えると耐失透性が急激に低下する。ＴｉＯ2成分は０〜５％の範囲が好ましく、０〜３％の範囲がより好ましい。
【００３０】
Ｓｂ2Ｏ3成分はガラス熔融時の脱泡のために添加しうるが、その量は１％までで十分である。
【００３１】
Ａｌ2Ｏ3成分は化学的耐久性向上に効果がある場合がある。しかし、低いＴｇ、Ａｔと良好な耐失透性を維持するため、１％以下が好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。
【００３２】
ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯの各成分はガラスの均質性を向上させる場合がある。しかし、良好な耐失透性を維持するため、これらの各成分はそれぞれ１％以下が好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。
【００３３】
ＰｂＯ成分を含有するガラスはモールドプレス時に金型と融着し易く、金型の繰り返し使用を良好にするため、更に環境上の理由を考慮してＰｂＯ成分は実質的に含有しないことが好ましい。
【００３４】
Ｙｂ2Ｏ3成分はガラスの屈折率を高め、低分散化させる効果があるが、低いＴｇ、Ａｔと良好な耐失透性を維持するため、１％以下が好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、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。
【００３６】
表１〜２に、本発明の精密モールドプレス成形用光学ガラスの実施例（Ｎｏ．１〜６）及び比較例（Ａ〜Ｅ）の組成を示し、各実施例、比較例で得られたガラスの屈折率（ｎd）、アッベ数（νd）、転移点（Ｔｇ）、屈伏点（Ａｔ）、及び屈伏点と転移点との温度差（Ａｔ−Ｔｇ）を示した。
【００３７】
実施例Ｎｏ．１〜６のモールドプレス用光学ガラス、及び比較例Ａ〜Ｅの光学ガラスは、いずれも酸化物、炭酸塩及び硝酸塩などの通常の光学ガラス原料を表に示した各組成比になるように所定の割合で秤量混合した後、白金坩堝などに投入し、組成による熔融性の難易度に応じて、１０００〜１３００℃の温度で２〜５時間熔融し、撹拌均質化した後、適当な温度に下げて金型等に鋳込み徐冷することにより容易に得られた。
【００３８】
また、表１には失透試験結果を示した。失透試験は、各試料５０ｃｃを白金るつぼに入れて１２００℃で１時間加熱することで失透のない完全な融液とし、その後１０００〜８５０℃の各温度で２時間保温した後、炉外に取り出して失透の状態を目視で観察したものである。失透が認められないものは○印、表面のみに失透が認められるものは△印、表面及び内部に失透が認められるものは×印とした。
【００３９】
転移点（Ｔｇ）及び屈伏点（Ａｔ）は、長さ５０ｍｍ、直径４ｍｍの試料を毎分４℃の一定速度で昇温加熱しつつ、試料の伸びと温度を測定して得られた熱膨張曲線から求めた。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４４】
表１〜２に見られる通り、本発明の実施例のガラスはいずれも屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲内にあり、転移点（Ｔｇ）が５００〜５８０℃、屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６２０℃、Ａｔ−Ｔｇが３０〜６０℃の範囲内にあるため、精密モールドプレス成形用に好適であり、かつ耐失透性が良好であるため、滴下法による精密モールドプレス成形用プリフォーム製造に好適である。
【００４５】
これに対して従来のガラスであって、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲内にある比較例Ａ〜Ｅでは、Ｔｇ、Ａｔについては上記範囲内にあり、Ａｔ−Ｔｇは一部上記範囲内にあるものの、何れも９５０℃・２時間の条件での失透試験で失透が確認された。したがって、これら比較例のガラスは、精密モールドプレス成形温度域が狭く、金型の劣化も起こり易くなり、精密モールドプレス成形用のガラスには適していない。更に、プリフォームを滴下法で製造する場合にも適していない。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明の硼酸ランタン系の精密モールドプレス用光学ガラスは、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有する硼酸ランタン系ガラスであって、転移点（Ｔｇ）が５００〜５８０℃、屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６２０℃、かつＡｔ−Ｔｇが３０〜６０℃の範囲内にあり、９５０℃・２時間の条件の失透試験にて失透が見られず、さらにモールドプレス用光学ガラスとして不適当な成分であるＰｂＯ、Ｆ2等を含有せず、精密モールドプレス成形用プリフォーム材に好適である。
【００４７】
本発明の硼酸ランタン系光学ガラスを用いることにより、耐失透性に優れているため、滴下法によりプリフォームを製造することが容易になり、最終製品である非球面レンズ等の形状に近いプリフォームを安定して量産可能となり、精密モールドプレス時においてサイクルタイムを短縮でき、Ａｔ−Ｔｇの温度範囲が広いので成形が容易になり、金型の劣化を抑え、歩留まりが改善された。
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有する光学ガラスであって、精密モールドプレス成形に適した光学ガラスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
近年、光学機器の小型軽量化が著しく進行している中で、光学機器の光学系を構成するレンズの枚数を減少化させる目的で非球面レンズが多く用いられるようになってきている。非球面レンズの製造方法は、ゴブあるいはガラスブロック等から得られたプリフォームを加熱軟化させ、高精密面の金型でプレスして金型面を転写することによって行うことが主流である。この方法で得られた非球面レンズは研削、研磨をすることなく、または、ほとんど研削、研磨をすることなく所望形状の成形品を高い生産性の下に製造することが可能である。ガラスの精密モールドプレス成形は、球面レンズ及び非球面レンズ等の光学素子や、回折格子等の種々のガラス成形品が、プリフォームを精密モールドプレス成形によって製造されるようになりつつある。
【０００４】
前記プリフォームを製造する方法としては一般に２種類ある。一つは、例えば特開平６−１２２５２６号公報等に記載されているように、ガラス融液を流出管先端から滴下し、金型等で受けて成形し、冷却してガラスプリフォームを得る方法（滴下法）がある。この方法は熱間で直接プリフォームを取得するのでプリフォーム自体の量産性が高い。しかも得られるガラスプリフォームの形状が球形あるいは両凸のレンズ形状であるため、精密モールドプレス成形時の形状変化量を小さくできる。
【０００５】
もう一つの方法は、ガラスブロック材から切断によりプリフォームを得る方法がある。この方法ではブロック材の切断工程から最終的なレンズ形状に近い形状への加工工程が必要であるなど、工程が増加してしまうという問題点があるが、最終的なレンズ形状に近い形状まで加工を行うため、両凸だけでなく種々の形状のレンズを成形する際に形状変化量が少なくでき、モールドプレス時のプレス圧力を低減できるというメリットがある。
【０００６】
精密モールドプレス成形によってガラス成形品を得るに当たっては、高精密な金型面をガラス成型品に転写するためにガラスプリフォームを高温下で加圧成形することが必要であるので、この際使用される成形型も高温に曝され、かつ、高い圧力が加えられる。このため、プリフォームを加熱軟化させる際に金型表面が酸化、侵食され易い。そして、金型の高精密面が維持できなくなり、金型交換回数が増加し、低コスト、大量生産を実現できなくなる。そこで、ガラスプリフォームを構成する光学ガラスについては、プレス成形の際の高温環境によって成形型自体や当該成形型の内側表面に設けられている離型膜が損傷することを抑制するという観点から、転移点（Ｔｇ）及び屈伏点（Ａｔ）をできるだけ低くすることが望まれている。
【０００７】
非球面レンズに用いられるガラスは、種々の光学定数を有するものが求められているが、その中でも屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５、アッベ数（νd）が３５〜４５程度の高屈折率を有するものが強く求められている。従来このような光学定数を有するガラスには硼酸ランタン系組成が代表的である。例えば、特開昭６０−２２１３３８号公報には、低い転移点を有する硼酸ランタン系の光学ガラスが開示されている。しかし、これらのガラスは、転移点（Ｔｇ）、屈伏点（Ａｔ）は低いものの、屈伏点と転移点との温度差（Ａｔ−Ｔｇ）が小さいため、モールドプレスを行う場合、安定量産性に難があった。Ａｔ−Ｔｇの範囲が広いガラスをプリフォームとして使用する必要がある。また、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５のような高屈折領域における硼酸ランタン系のガラスでは、Ｙ2Ｏ3を０．１％以上含有させると耐失透性が悪くなるため、上記方法のうち、滴下法によってはプリフォームを製造できないという問題点があった。
【０００８】
また、特開平６−３０５７６９号公報には、低い転移点を維持しつつ化学的耐久性の優れた硼酸ランタン系の光学ガラスが開示されている。しかしこれらのガラスも滴下法でプリフォームを製造するには耐失透性が不十分である。
【０００９】
転移点（Ｔｇ）、屈伏点（Ａｔ）が比較的低いガラスとして、ＰｂＯ成分を含有するガラスが種々提案されている。しかし、ＰｂＯ成分を含有するガラスは、モールドプレス時に金型と融着し易いために、金型の繰り返し使用が困難であることから、モールドプレス用光学ガラスとしては不適当であるといえる。また、Ｆ2成分を含有するガラスは、プリフォームを成形する際に、ガラス融液の表面層からＦ2成分が選択的に揮発しプリフォームに曇りを生じたり、プリフォームをモールドプレスするときにＦ2成分が揮発して金型に付着し、金型表面に曇りを生じたりするなどの理由により、モールドプレス用光学ガラスとしては適していない。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は前記従来の光学ガラスに見られる諸欠点を改善し、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５、アッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数、及び転移点（Ｔｇ）、屈伏点（Ａｔ）が低く、Ａｔ−Ｔｇの範囲が広く、かつ耐失透性が良好で、精密モールドプレス用に好適な光学ガラスを提供することを目的とする。更に、耐失透性が良好で、滴下法による精密モールドプレス成形用プリフォーム製造に好適な光学ガラスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意試験研究を重ねた結果、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有するガラスにおいて、モールドプレス用の高精密面を有する金型の表面酸化を抑制した硼酸ランタン系ガラスを得ること、更に、ごく限られた特定の組成範囲についてのみ、前記所望の光学定数と良好なＴｇ、Ａｔ、及びＡｔ−Ｔｇを有し、耐失透性が良好で、かつ環境上好ましくない物質を含まず、精密モールドプレス性が極めて良好であるという光学ガラスが得られることを見いだし、本発明に至ったものである。
【００１２】
すなわち、前記目的を達成すべく、請求項１に記載の発明は、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有する光学ガラスであって、質量％で、ＳｉＯ2 ６〜７．５％Ｂ2Ｏ3 １５．５〜２３％ただし、ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3 ２１．５〜３０％未満Ｌａ2Ｏ3 ２５〜４０％、Ｙ２Ｏ３ ０〜０．１％未満、ＺｒＯ2 １．５〜１０％Ｎｂ2Ｏ5 １〜１５％Ｔａ2Ｏ5 １〜１０％ＷＯ3 ５％を越え１０％まで、ＺｎＯ １５．５〜３０％Ｌｉ2Ｏ ０．６〜５％、Ｓｂ２Ｏ３の範囲の各成分を含有し、Ａｓ２Ｏ３を含まず、転移点（Ｔｇ）が５００〜５９０℃、屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６３０℃の範囲にあり、９５０℃・２時間の条件の失透試験にて失透が見られないことを特徴とする光学ガラスであり、請求項２に記載の発明は、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有する光学ガラスであって、質量％で、ＳｉＯ２６〜７．５％、Ｂ2Ｏ3 １５．５〜 ２３％ただし、ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3 ２１．５〜２９．５％Ｌａ2Ｏ3 ２５〜４０％Ｙ2Ｏ3 ０〜０．１％未満ＺｒＯ2 ２〜６．５％Ｎｂ2Ｏ5 ３〜１２％Ｔａ2Ｏ5 １〜 ８％ＷＯ3 ５％を越え１０％までＺｎＯ １７〜２８％Ｌｉ2Ｏ ０．６〜３％ＧｅＯ2 ０〜５％ＴｉＯ2 ０〜５％Ａｌ2Ｏ3 ０〜１％ＢａＯ ０〜１％Ｙｂ2Ｏ3 ０〜１％Ｓｂ2Ｏ3 ０〜１％の範囲の各成分を含有し、Ａｓ２Ｏ３を含まないことを特徴とする光学ガラスであり、請求項３に記載の発明は、転移点（Ｔｇ）が５００〜５９０℃、屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６３０℃の範囲にあり、９５０℃・２時間の条件の失透試験にて失透が見られないことを特徴とする、請求項２記載の光学ガラスであり、請求項４に記載の発明は、屈伏点と転移点との温度差（Ａｔ−Ｔｇ）が３０〜６０℃であることを特徴とする、請求項１から３のうちいずれか一項記載の光学ガラスである。
【００１３】
本発明の、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有する光学ガラスは、比較的低い転移点（Ｔｇ）及び屈伏点（Ａｔ）を有する。本発明の光学ガラスは、好ましくは転移点（Ｔｇ）が５００〜５９０℃及び屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６３０℃の範囲であり、より好ましくは屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６２０℃である。
【００１４】
本発明の精密モールドプレス用光学ガラスは、屈伏点と転移点との温度差（Ａｔ−Ｔｇ）が大きい程、モールドプレスする際の安定量産性に優れるので、Ａｔ−Ｔｇは、好ましくは３０℃以上であり、より好ましくは４０℃以上である。一方、大き過ぎると精密モールドプレス成型時のサイクルタイムを短くし難くなることから、Ａｔ−Ｔｇは６０℃以下が好ましい。この観点から、本発明の光学ガラスの転移点（Ｔｇ）は５００〜５８０℃がより好ましく、５００〜５７０℃が特に好ましく、屈伏点（Ａｔ）は５５０〜６２０℃がより好ましい。
【００１５】
本発明の精密モールドプレス用光学ガラスは、良好な耐失透性を有する。良好な耐失透性を有することにより、プリフォームを滴下法により直接成形することができるため、低コストでのプリフォーム製造が可能になる。本発明の光学ガラスは、９５０℃・２時間の条件の失透試験にて失透が見られないことが好ましく、９００℃・２時間の条件の失透試験にて失透が見られないことがより好ましい。
【００１６】
本発明の光学ガラスを構成する各成分の組成範囲を前記の通りに限定した理由を以下に述べる。各成分は酸化物基準の質量％にて表現する。
【００１７】
ＳｉＯ2成分は、Ｂ2Ｏ3−Ｌａ2Ｏ3系ガラスにおいては、ガラスの粘度を高め耐失透性の向上に有効である。ガラスの耐失透性向上のため１％以上含有させる必要があるが、Ｔｇ、Ａｔを低く維持するため７．５％以下が好ましく、７％以下がより好ましく、６％未満が特に好ましい。Ｙ2Ｏ3成分が０．１％未満の範囲の場合には、Ｔｇ、Ａｔを低く設定するために、ＳｉＯ2成分は１〜６％未満が好ましく、３〜５．９％がより好ましく、３〜５．５％が特に好ましい。
【００１８】
Ｂ2Ｏ3成分はその量が１５．５％未満では耐失透性が十分でなく、２５％を超えると化学的耐久性が悪くなる。従って、１５．５〜２５％の範囲に限定される。Ｂ2Ｏ3成分は本発明のようなＢ2Ｏ3−Ｌａ2Ｏ3系ガラスにおいては、主要なガラス形成酸化物として働く。
【００１９】
ＳｉＯ2成分とＢ2Ｏ3成分の合計量は、耐失透性と目標の光学定数を満たすため、１６．５〜３０％未満の範囲が好ましく、１６．５〜２９．５％の範囲がより好ましく、１８．５〜２９．５％の範囲が特に好ましい。
【００２０】
Ｌａ2Ｏ3成分はガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに有効であり、２５〜４０％の範囲が好ましい。その量が２５％未満ではガラスの屈折率を所望の値に維持し難く、４０％を超えると耐失透性が悪くなる。
【００２１】
Ｙ2Ｏ3成分はガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに有効である。しかし、５％を超えると耐失透性が極端に悪くなる。Ｙ2Ｏ3成分は、好ましくは０〜５％、より好ましくは０〜３％、特に好ましくは０〜０．１％未満の範囲である。本発明の光学ガラスは、各成分の組成を適切に調節することによって、Ｙ2Ｏ3成分を実質的に含有せずとも、所望の屈折率、低分散性、低Ｔｇ、低Ａｔ、良好な耐失透性及び成形性を有することができる。
【００２２】
ＺｒＯ2成分は光学定数の調整と耐失透性を改善し、化学的耐久性を向上する効果があるが、その量が１．５％未満では効果が見られず、１０％を超えると逆に耐失透性が悪くなる上、Ｔｇ、Ａｔが所望の値より高くなってしまう。１．５〜１０％の範囲が好ましく、２〜６．５％の範囲がより好ましい。
【００２３】
Ｎｂ2Ｏ5成分は屈折率及び分散を高め、化学的耐久性及び耐失透性を改善する効果があるが、その量が１％未満では効果が見られず、１５％を超えると逆に耐失透性が悪くなる。Ｎｂ2Ｏ5成分は１〜１５％の範囲が好ましく、３〜１２％の範囲がより好ましい。
【００２４】
Ｔａ2Ｏ5成分は屈折率を高め、化学的耐久性及び耐失透性を改善する効果があるが、その量が１％未満では顕著な効果が見られず、１０％を超えると逆に耐失透性が悪くなる。Ｔａ2Ｏ5成分は１〜１０％の範囲が好ましく、１〜８％の範囲がより好ましい。
【００２５】
ＷＯ3成分は光学定数の調整と耐失透性を改善する効果があるが、その量が１％未満では顕著な効果が見られず、１０％を超えると逆に耐失透性や短波長域の透過率が悪くなる。ＷＯ3成分は１〜１０％の範囲が好ましく、３．８〜１０％の範囲がより好ましく、５％を越え１０％以下が更に好ましい。Ｙ2Ｏ3成分が０．１％未満の場合には、所望の光学定数に調整し、低いＴｇ、Ａｔを維持し、耐失透性を改善するため、５％を越え１０％以下がより好ましい。
【００２６】
ＺｎＯ成分は低いＴｇ、Ａｔを得るために必要であるが、その量が１５．５％未満ではその効果が十分ではなく、３０％を超えると耐失透性や化学的耐久性が悪くなる。ＺｎＯ成分は１５．５〜３０％の範囲が好ましく、１７〜２８％の範囲がより好ましい。
【００２７】
Ｌｉ2Ｏ成分はＴｇ、Ａｔを下げ、混合原料の熔解の際にＳｉＯ2成分などの熔融を促進する効果を有するが、０．６％未満ではその効果が得られず、５％を超えると耐失透性が急激に低下する。Ｌｉ2Ｏ成分は０．６〜５％の範囲が好ましく、０．６〜３％の範囲がより好ましい。
【００２８】
ＧｅＯ2成分はＢ2Ｏ3やＳｉＯ2と同様にガラス形成酸化物であり、これらの成分より高い屈折率を与え、ガラスの耐失透性向上のため含有し得る成分であるが非常に原料が高価であるため、その量は５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。
【００２９】
ＴｉＯ2成分はガラスの屈折率及び分散を高めるために有効であるが、その量が５％を超えると耐失透性が急激に低下する。ＴｉＯ2成分は０〜５％の範囲が好ましく、０〜３％の範囲がより好ましい。
【００３０】
Ｓｂ2Ｏ3成分はガラス熔融時の脱泡のために添加しうるが、その量は１％までで十分である。
【００３１】
Ａｌ2Ｏ3成分は化学的耐久性向上に効果がある場合がある。しかし、低いＴｇ、Ａｔと良好な耐失透性を維持するため、１％以下が好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。
【００３２】
ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯの各成分はガラスの均質性を向上させる場合がある。しかし、良好な耐失透性を維持するため、これらの各成分はそれぞれ１％以下が好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。
【００３３】
ＰｂＯ成分を含有するガラスはモールドプレス時に金型と融着し易く、金型の繰り返し使用を良好にするため、更に環境上の理由を考慮してＰｂＯ成分は実質的に含有しないことが好ましい。
【００３４】
Ｙｂ2Ｏ3成分はガラスの屈折率を高め、低分散化させる効果があるが、低いＴｇ、Ａｔと良好な耐失透性を維持するため、１％以下が好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、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。
【００３６】
表１〜２に、本発明の精密モールドプレス成形用光学ガラスの実施例（Ｎｏ．１〜６）及び比較例（Ａ〜Ｅ）の組成を示し、各実施例、比較例で得られたガラスの屈折率（ｎd）、アッベ数（νd）、転移点（Ｔｇ）、屈伏点（Ａｔ）、及び屈伏点と転移点との温度差（Ａｔ−Ｔｇ）を示した。
【００３７】
実施例Ｎｏ．１〜６のモールドプレス用光学ガラス、及び比較例Ａ〜Ｅの光学ガラスは、いずれも酸化物、炭酸塩及び硝酸塩などの通常の光学ガラス原料を表に示した各組成比になるように所定の割合で秤量混合した後、白金坩堝などに投入し、組成による熔融性の難易度に応じて、１０００〜１３００℃の温度で２〜５時間熔融し、撹拌均質化した後、適当な温度に下げて金型等に鋳込み徐冷することにより容易に得られた。
【００３８】
また、表１には失透試験結果を示した。失透試験は、各試料５０ｃｃを白金るつぼに入れて１２００℃で１時間加熱することで失透のない完全な融液とし、その後１０００〜８５０℃の各温度で２時間保温した後、炉外に取り出して失透の状態を目視で観察したものである。失透が認められないものは○印、表面のみに失透が認められるものは△印、表面及び内部に失透が認められるものは×印とした。
【００３９】
転移点（Ｔｇ）及び屈伏点（Ａｔ）は、長さ５０ｍｍ、直径４ｍｍの試料を毎分４℃の一定速度で昇温加熱しつつ、試料の伸びと温度を測定して得られた熱膨張曲線から求めた。
【００４０】
【表１】
【表２】
表１〜２に見られる通り、本発明の実施例のガラスはいずれも屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲内にあり、転移点（Ｔｇ）が５００〜５８０℃、屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６２０℃、Ａｔ−Ｔｇが３０〜６０℃の範囲内にあるため、精密モールドプレス成形用に好適であり、かつ耐失透性が良好であるため、滴下法による精密モールドプレス成形用プリフォーム製造に好適である。
【００４５】
これに対して従来のガラスであって、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲内にある比較例Ａ〜Ｅでは、Ｔｇ、Ａｔについては上記範囲内にあり、Ａｔ−Ｔｇは一部上記範囲内にあるものの、何れも９５０℃・２時間の条件での失透試験で失透が確認された。したがって、これら比較例のガラスは、精密モールドプレス成形温度域が狭く、金型の劣化も起こり易くなり、精密モールドプレス成形用のガラスには適していない。更に、プリフォームを滴下法で製造する場合にも適していない。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明の硼酸ランタン系の精密モールドプレス用光学ガラスは、屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有する硼酸ランタン系ガラスであって、転移点（Ｔｇ）が５００〜５８０℃、屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６２０℃、かつＡｔ−Ｔｇが３０〜６０℃の範囲内にあり、９５０℃・２時間の条件の失透試験にて失透が見られず、さらにモールドプレス用光学ガラスとして不適当な成分であるＰｂＯ、Ｆ2等を含有せず、精密モールドプレス成形用プリフォーム材に好適である。
【００４７】
本発明の硼酸ランタン系光学ガラスを用いることにより、耐失透性に優れているため、滴下法によりプリフォームを製造することが容易になり、最終製品である非球面レンズ等の形状に近いプリフォームを安定して量産可能となり、精密モールドプレス時においてサイクルタイムを短縮でき、Ａｔ−Ｔｇの温度範囲が広いので成形が容易になり、金型の劣化を抑え、歩留まりが改善された。
Claims (4)
- 屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有する光学ガラスであって、質量％で、
ＳｉＯ2 ６〜７．５％
Ｂ2Ｏ3 １５．５〜２３％
ただし、ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3 ２１．５〜３０％未満
Ｙ２Ｏ３ ０〜０．１％未満
Ｌａ2Ｏ3 ２５〜４０％
ＺｒＯ2 １．５〜１０％
Ｎｂ2Ｏ5 １〜１５％
Ｔａ2Ｏ5 １〜１０％
ＷＯ3 ５％を越え１０％まで
ＺｎＯ １５．５〜３０％
Ｌｉ2Ｏ ０．６〜５％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％
の範囲の各成分を含有し、Ａｓ２Ｏ３を含まず、転移点（Ｔｇ）が５００〜５９０℃、屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６３０℃の範囲にあり、９５０℃・２時間の条件の失透試験にて失透が見られないことを特徴とする光学ガラス。 - 屈折率（ｎd）が１．７５〜１．８５及びアッベ数（νd）が３５〜４５の範囲の光学定数を有する光学ガラスであって、質量％で、
ＳｉＯ2 ６〜 ７．５％、
Ｂ2Ｏ3 １５．５〜２３％
ただし、ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3 ２１．５〜２９．５％
Ｌａ2Ｏ3 ２５〜４０％
Ｙ2Ｏ3 ０〜０．１％未満
ＺｒＯ2 ２〜６．５％
Ｎｂ2Ｏ5 ３〜１２％
Ｔａ2Ｏ5 １〜 ８％
ＷＯ3 ５％を越え１０％まで
ＺｎＯ １７〜２８％
Ｌｉ2Ｏ ０．６〜３％
ＧｅＯ2 ０〜５％
ＴｉＯ2 ０〜５％
Ａｌ2Ｏ3 ０〜１％
ＢａＯ ０〜１％
Ｙｂ2Ｏ3 ０〜１％
Ｓｂ2Ｏ3 ０〜１％の範囲の各成分を含有し、Ａｓ２Ｏ３を含まないことを特徴とする光学ガラス。 - 転移点（Ｔｇ）が５００〜５９０℃、屈伏点（Ａｔ）が５３０〜６３０℃の範囲にあり、９５０℃・２時間の条件の失透試験にて失透が見られないことを特徴とする、請求項２記載の光学ガラス。
- 屈伏点と転移点との温度差（Ａｔ−Ｔｇ）が３０〜６０℃であることを特徴とする、請求項１から３のうちいずれか一項記載の光学ガラス。
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