JP4158369B2

JP4158369B2 - プレス成形用ガラスおよびレンズ

Info

Publication number: JP4158369B2
Application number: JP2001320269A
Authority: JP
Inventors: 紀夫夏苅; 浩一村田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: JP2002201039A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成分として鉛を実質的に含有せず、低屈伏点でかつ波長０．８μｍの光に対して高屈折率であるプレス成形用ガラスおよび同ガラスをプレス成形してなるレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズなどの光を利用した機器に用いられる光学ガラスの材料に期待される特性は、できるだけ高屈折率であることと、できるだけ低い屈伏点を持つことである。高屈折率であれば光学設計を有利にすることができ、屈伏点が低ければプレス成形により低コストでレンズを製造できる。ここで、屈伏点とは、温度上昇に伴うガラスの膨張が止まり収縮が始まる温度で、ほぼ、ガラスの成形可能温度に相当する。近年ではこれらに加えて、廃棄物の処理等を容易にする観点から、鉛を実質的に含まない成分で構成される材料が望まれている。
【０００３】
しかし、従来のプレス成形用ガラスは、主に可視光領域での使用を前提に開発されたものが多く、特に波長０．８〜１．８μｍ程度の長波長の光に対する高屈折率、低屈伏点、鉛非含有の三つの条件を満足するものが見出されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプレス成形レンズ用のガラス材としては、鉛非含有で０.８μｍ程度の波長に対して屈折率１．８８程度、屈伏点５４３℃を達成しているものがあるが、鉛非含有を前提として、これ以上の高屈折率とこれ以下の低屈伏点を両立したガラス材はない。
【０００５】
本発明の目的は、第一に、実質的に鉛を含有せず、波長０.８μｍの光に対する屈折率が１．９以上でかつ低屈伏点であるプレス成形用ガラスを提供することと、第二に、このガラスをプレス成形して製造したレンズを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鉛を実質的に含有せず、酸化物基準のモル％表示で、
Ｂｉ₂Ｏ₃ ３８〜４８％、
Ｂ₂Ｏ₃＋ＳｉＯ₂ ２０〜５０．１％、
ＣｅＯ₂ ０〜０．２％、
Ａｌ₂Ｏ₃ ０．１〜１５％、
Ｇａ₂Ｏ₃ ０〜２０％、
Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｇａ₂Ｏ₃ ０．１〜２５％、
ＺｎＯ＋ＴｅＯ₂＋ＢａＯ＋ＷＯ₃ ０〜３５％、
であって、しかも、Ｂｉ ₂ Ｏ ₃ 、Ｂ ₂ Ｏ ₃ 、ＳｉＯ ₂ 、ＣｅＯ ₂ 、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、Ｇａ ₂ Ｏ ₃ 、ＺｎＯ、ＴｅＯ ₂ 、ＢａＯおよびＷＯ ₃ を除く成分の量が１０％以下で、かつ、
波長０．８μｍの光に対する屈折率が１．９以上であることを特徴とするプレス成形用ガラス、および、同ガラスをプレス成形してなるレンズを提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のプレス成形用ガラスは、実質的に鉛を含有しない。ここで、「実質的に含有しない」とは、含有量が不純物レベル以下という意味であり、具体的には、０．１モル％（以下、単に％と記載する）以下であれば、「実質的に含有しない」とみなせる。
【０００８】
本発明のプレス成形用ガラスは、Ｂｉ₂Ｏ₃を２５〜７０モル％含有する。２５％未満では所望の高屈折率が得られないおそれがある。好ましくは３０％以上、より好ましくは３８％以上である。一方、７０％超ではガラス化が困難になる、または成形時に失透するなどのおそれがある。好ましくは６０％以下、より好ましくは５５％以下、特に好ましくは４８％以下である。
【０００９】
Ｂ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂はネットワークフォーマであり、これらのうち、少なくともいずれか１種を含有する。その合量が５％未満では、ガラス化が困難になる、または成形時に失透するなどのおそれがある。その合量は、好ましくは２０％以上、より好ましくは２５％以上、特に好ましくは３０％以上、最も好ましくは４０％以上である。その合量が７５％超では、成形時に失透する。好ましくは７０％以下、より好ましくは６５％以下、特に好ましくは６０％以下である。
【００１０】
さらに、ＳｉＯ_２を含有させると化学的安定性を向上することができる。特に、耐湿性を向上させ、ヤケに対して強いガラスを得ることができる。このため、前記ネットワークフォーマとしてはＳｉＯ_２を含有させることが好ましい。好ましくはＳｉＯ_２を５％以上、より好ましくは１０％以上である。
【００１１】
ＣｅＯ₂は必須ではないが、ガラス組成中のＢｉ₂Ｏ₃がガラス溶融中に金属ビスマスとして析出してガラスの透明性を低下させることを抑制する効果があり、１０％までの範囲で含有してもよい。１０％超ではガラス化が困難になるおそれがある。より好ましくは５％以下、特に好ましくは１％以下である。金属ビスマス析出抑制の目的でＣｅＯ₂を含有する場合、その含有量は０．０１％以上であることが好ましく、より好ましくは０．０５％以上、最も好ましくは０．１％以上である。
【００１２】
なお、ＣｅＯ₂を含有すると黄色またはオレンジ色の着色が強くなってガラスの透過率が低下するおそれがある。高い光透過率が要求される用途では、ＣｅＯ₂の含有量は０．１５％以下であることが好ましく、０．１％以下であることが特に好ましい。
【００１３】
Ａｌ₂Ｏ₃は必須ではないが、成形時の失透を抑制する効果があり２０％までの範囲で含有してもよい。２０％超では失透により透明性が低下するおそれがある。より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１１％以下である。Ａｌ₂Ｏ₃を含有する場合、その含有量は０．１％以上であることがより好ましく、特に好ましくは１％以上、最も好ましくは２％以上である。
【００１４】
Ｇａ₂Ｏ₃は必須ではないが、成形時の失透を抑制する効果があり２０％までの範囲で含有してもよい。２０％超では失透により透明性が低下するおそれがある。より好ましくは１８％以下、特に好ましくは１５％以下、最も好ましくは１０％以下である。Ｇａ₂Ｏ₃を含有する場合、その含有量は０．１％以上であることがより好ましく、特に好ましくは１％以上、最も好ましくは２％以上である。
【００１５】
また、Ａｌ₂Ｏ₃とＧａ₂Ｏ₃の含有量の合計は３０％以下とされる。３０％超では失透により透明性が低下するおそれがある。さらに好ましくは２５％以下、特に好ましくは２０％以下、最も好ましくは１５％以下である。また、Ａｌ₂Ｏ₃およびＧａ₂Ｏ₃の少なくともいずれか一方を含有する場合、両者の含有量の合計は好ましくは２％以上、特に好ましくは４％以上である。
【００１６】
ＺｎＯ、ＴｅＯ₂、ＢａＯ、ＷＯ₃はいずれも必須ではないが、物性（屈折率、熱膨張係数等）を調整したり、ガラス化を容易にするために、これらの含有量の合計が４０％までの範囲で含有してもよい。より好ましくは２０％以下、特に好ましくは１０％以下である。
【００１７】
本発明におけるプレス成形用ガラスにおいては、本発明の効果を損なわない限り、これ以外の成分を合量で１０％以下の範囲で含有してもよい。たとえば、成形時の失透を抑制したり、ガラス化を容易にしたりするために、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、Ｌａ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＧｅＯ₂、ＺｒＯ₂、ＣｄＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃などを含有してもよい。
【００１８】
なお、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ等のアルカリ成分を多く含むと結晶化しやすく失透性が増し、ガラス成形が難しくなる傾向がある。また、これらアルカリ成分は屈折率を低下させる傾向もある。以上より、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏの合量は好ましくは８％以下、より好ましくは５％以下であり、実質的にアルカリ成分を含まないことが特に好ましい。
【００１９】
また、本発明のプレス成形用ガラスは、波長０．８μｍの光に対する屈折率が１．９以上であるので、光学設計に有利であって光学ガラスとして適している。波長０．８μｍの光に対する屈折率は、好ましくは２．０以上である。
【００２０】
さらに、長波長の光用途に対応するためには、本発明のプレス成形用ガラスとして、波長０．８〜１．５５μｍの全域に対する屈折率が１．９以上であることが好ましく、この屈折率が２．０以上であることがより好ましい。特に、非常に長波長の光用途に対応するため、本発明のプレス成形用ガラスとして、波長０．８〜１．８μｍの全域に対する屈折率が１．９以上であることが好ましく、この屈折率が２．０以上であることが最も好ましい。
【００２１】
また、本発明のプレス成形用ガラスは、プレス成形を容易とするために、屈伏点を５４０℃以下とすることが好ましい。屈伏点は、より好ましくは４５０℃以下である。屈伏点は、具体的には以下のように測定できる。すなわち、炉内温度を±１℃の精度に保った示差膨張計に、標準試料としての直径４ｍｍ、長さ２０ｍｍの石英と、被測定試料としての同形状のプレス成形用ガラスとをセットし、昇温速度１０℃／分として、膨張率変化を検知することにより測定できる。
【００２２】
さらに、本発明のプレス成形用ガラスは、典型的には、５１０℃以下のガラス転移点を有する。好ましいガラス転移点は４５０℃以下、特に好ましくは、４２０℃以下である。
【００２３】
本発明のプレス成形用ガラスは、たとえば次のようにして作製される。原料を混合し、白金、アルミナ、石英またはイリジウムなどからなるルツボ中に入れ、８００〜１３００℃の空気中で溶融し、得られた融液を所定のモールドにキャストすることにより作製する。
【００２４】
さらにプレス成形レンズは、得られたガラス塊より所定量のガラスを採取し、球状または円柱状のプリフォームとする加工を施した後、金型を用いプレス成形をすることにより得られる。ここで、溶融されたガラスをノズルを通して適量に切り分け、加工せずに略球状のもの（一般にゴブと呼ばれる）をプリフォームとしてもよい。
【００２５】
【実施例】
表１に示した組成（単位：モル％）のプレス成形用ガラスを作製した。表１中の「Ｂ＋Ｓｉ」はＢ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂の合量、「Ａｌ＋Ｇａ」はＡｌ₂Ｏ₃とＧａ₂Ｏ₃の合量である。「ＺｎＴｅＢａＷ」はＺｎＯとＴｅＯ₂とＢａＯとＷＯ₃の合量である。ガラス組成は、蛍光Ｘ線法によって求めた。表１中、例１、例２、例６〜例９、例１１が本願の実施例であり、例３〜５、例１０が本願の参考例である。
【００２６】
これらのガラスについて屈伏点（単位：℃）を表１の「Ａｔ」の欄に示した。屈伏点は、炉内温度を±１℃の精度に保った示差膨張計に、標準試料としての直径４ｍｍ、長さ２０ｍｍの石英と、被測定試料としての同形状のプレス成形用ガラスとをセットし、昇温速度１０℃／分として、膨張率変化の変曲点を検知することによって求めた。また、耐湿性は、８０℃で湿度９０％の雰囲気に４８時間放置後目視により表面状態（ヘイズ状態）の変化を観察した。その結果標準サンプルとして評価した重バリウムクラウンガラス以上の耐湿性を示すものを○、同等の体質性を示すものを△とした。ただし、表で例３〜例１１のガラスの屈伏点は、シミュレーションにより求めている。また、本発明の範囲内では、ＡｔとＴｇの関係には相関があり、おおよそＡｔ−Ｔｇ＝４０〜５０℃である。
【００２７】
また、これらプレス成形用ガラスについて波長１．５５μｍの光に対する屈折率を表１の「屈折率」の欄に示した。一般に、ガラスの屈折率は、波長０．８〜１．８μｍの範囲で、波長が長くなるに従い単調に減少し、その減少率は小さくなる。したがって、波長１．５５μｍの光に対する屈折率で波長０．８〜１．５５μｍの範囲の光の屈折率の略最低値を代表できると考えられる。また、波長１．５５μｍでの屈折率が２．０を超えていれば、波長０．８〜１．８μｍの範囲全域での屈折率が１．９を超えていると推定できる。例１、例２のガラスについては、屈折率は、エリプソメータにより測定した。例３〜例７のガラスの屈折率は、シミュレーションにより求めている。
【００２８】
また、例１、例２のプレス成形用ガラスについて、示差熱分析によって、ガラス転移点（単位：℃）を測定し、結果を表１の「Ｔｇ」の欄に示した。
さらに、表１中の例１の組成のガラスを、レンズにプレス成形した。レンズの有効直径は１ｍｍで有効ＮＡ（開口数）は０．６である。ガラス融液からガラス塊を切り出し、研磨して球面形状としてプリフォームを作製した。プレス成形温度は約４６５℃とし、これにより波面収差０．０５λ以下（λ＝１．５５μｍ）の良好な特性のレンズが得られた。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、実質的に鉛を含有せず、波長０．８μｍの光に対する屈折率が１．９以上であり、かつ低屈伏点のプレス成形用ガラスが得られる。このガラスはプレス成形に適しているので、レンズを低コストで製造できる。

Claims

鉛を実質的に含有せず、酸化物基準のモル％表示で、
Ｂｉ₂Ｏ₃ ３８〜４８％、
Ｂ₂Ｏ₃＋ＳｉＯ₂ ２０〜５０．１％、
ＣｅＯ₂ ０〜０．２％、
Ａｌ₂Ｏ₃ ０．１〜１５％、
Ｇａ₂Ｏ₃ ０〜２０％、
Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｇａ₂Ｏ₃ ０．１〜２５％、
ＺｎＯ＋ＴｅＯ₂＋ＢａＯ＋ＷＯ₃ ０〜３５％、
であって、しかも、Ｂｉ ₂ Ｏ ₃ 、Ｂ ₂ Ｏ ₃ 、ＳｉＯ ₂ 、ＣｅＯ ₂ 、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、Ｇａ ₂ Ｏ ₃ 、ＺｎＯ、ＴｅＯ ₂ 、ＢａＯおよびＷＯ ₃ を除く成分の量が１０％以下で、かつ、
波長０．８μｍの光に対する屈折率が１．９以上であることを特徴とするプレス成形用ガラス。
ガラス転移点が５１０℃以下である請求項１記載のプレス成形用ガラス。
屈伏点が５４０℃以下である請求項１または２記載のプレス成形用ガラス。
Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの合量が８％以下である請求項１〜３いずれか１項記載のプレス成形用ガラス。
請求項１〜４いずれか１項記載のプレス成形用ガラスをプレス成形してなるレンズ。