JP4607561B2

JP4607561B2 - 精密プレス成形用光学ガラス

Info

Publication number: JP4607561B2
Application number: JP2004345486A
Authority: JP
Inventors: 吉記山本; 成人沢登; 忍永濱
Original assignee: Sumita Optical Glass Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sumita Optical Glass Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2024-11-30
Also published as: JP2006151758A

Description

本発明は、ＧｅＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃−ＺｎＯ−Ｂｉ₂Ｏ₃系で、屈折率（ｎｄ）が１．８０〜２．０５、アッベ数（νｄ）が２０．０〜４０．０の光学恒数を有し、且つ、低温にて精密プレス成形が可能で、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。

近年、デジタルカメラ等の光学機器の高性能化・小型化が著しく進行している中、光学系を構成するレンズに対する小型軽量化の要求がますます強まっており、これを実現するため、精密プレス成形法（モールド成形法ともいう）で作製される非球面レンズの使用が必要不可欠となってきている。そして、各種光学機器において極めてコンパクトな光学系を実現させるため、高屈折率のガラスモールドレンズが強く求められている。
本発明と同様にＧｅＯ₂を含有させた高屈折率を有するガラスとして、特許文献１に記載のＧｅＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃−Ｔａ₂Ｏ₅−ＺｒＯ₂系ガラスや特許文献２に記載のＧｅＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃−ＴｉＯ₂−ＺｒＯ₂−Ｎｂ₂Ｏ₃系ガラスがある。しかし、これらのガラスは、高い屈折率を有する光学ガラスとしか明記しておらず、低温での精密プレス成形が可能とは明記していない。すなわち、特許文献１、特許文献２では、転移温度（Ｔｇ）が記載されておらず、転移温度（Ｔｇ）が高いことから精密プレス成形には適さないと考えられる。転移温度（Ｔｇ）が高いことは、本件の比較例にその幾つかの測定結果を示したことで明らかであり、それらは６００℃を超えている。６００℃を超える転移温度（Ｔｇ）を示すガラスを精密プレス成形すると、精密プレス成形用金型の寿命に大きな影響を与え、成形品の量産性を著しく低下させてしまう。したがって、特許文献１又は特許文献２のガラスでは、精密プレス成形に適さない。

特公昭５６−１１６５６号公報特開平９−２７８４８０号公報

本発明は、ＧｅＯ₂の含有量を抑えつつ、Ｂｉ₂Ｏ₃を多く含有させることで、屈折率（ｎｄ）が１．８０〜２．０５で、アッベ数（νｄ）が２０．０〜４０．０の光学恒数を有し、且つ、転移温度（Ｔｇ）が５７０℃以下という特性を併せ持つ精密プレス成形用光学ガラスを提供することを目的とする。

本発明者等は、上記目的を達成するため鋭意努力研究の結果、ＧｅＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃−ＺｎＯ−Ｂｉ₂Ｏ₃系ガラスが、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、屈折率（ｎｄ）が１．８０〜２．０５で、アッベ数（νｄ）が２０．０〜４０．０の光学恒数を有し、且つ、転移温度（Ｔｇ）が５７０℃以下という特性を併せ持つ精密プレス成形用光学ガラスに関し、その化学組成を重量％で示すと下記のとおりである。
（好ましい範囲）
ＧｅＯ₂ ３．０〜１９．０％４．０〜１８．０％
Ｂ₂Ｏ₃ ８．０〜２３．０％９．０〜２２．０％
Ｌａ₂Ｏ₃ ３．０〜２７．０％４．０〜２６．０％
Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜２１．０％０〜２０．０％
ただし、Ｌａ₂Ｏ₃ ＋Ｇｄ₂Ｏ₃ の合計量
１２．０〜３７．０％１３．０〜３６．０％
ＺｎＯ１．０〜２３．０％２．０〜２２．０％
ＺｒＯ₂ ０〜７．０％０〜６．０％
Ｂｉ₂Ｏ₃ １１．０〜６３．０％１２．０〜６２．０％
Ｔａ₂Ｏ₅ ０〜１５．０％０〜１４．０％
Ｌｉ₂Ｏ０〜３．０％０〜２．０％
Ｎｂ₂Ｏ₅ ０〜１０．０％０〜９．０％
ＷＯ₃ ０〜９．０％０〜８．０％

本発明は、ＧｅＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃−ＺｎＯ−Ｂｉ₂Ｏ₃系光学ガラスにおいて、特にＧｅＯ₂の含有量を抑えつつＢｉ₂Ｏ₃を多く含有させることにより、優れた光学特性、すなわち屈折率（ｎｄ）が１．８０〜２．０５、アッベ数（νｄ）が２０．０〜４０．０の光学恒数、及び転移温度（Ｔｇ）が５７０℃以下という特性を併せ持つ精密プレス成形用光学ガラスを提供するものである。
すなわち、本発明においては、Ｂ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃系ガラスの高屈折率化を図り、なおかつ低温での精密プレス成形を可能とするためにこのガラス系に多量のＢｉ₂Ｏ₃を用いることが重要な特徴である。そして、Ｂｉ₂Ｏ₃を多量に含有させるためにＧｅＯ₂を用いるが、本発明によれば非常に高価なＧｅＯ₂の使用量を低減することができる。上記の系にＢｉ₂Ｏ₃成分とＧｅＯ₂成分を用いることで屈折率として例えば２．０４といった高い値を得ることができる。

本発明の光学ガラスの各成分を上記のように限定した理由は次の通りである。
ＧｅＯ₂は、本発明の必須成分であり、ガラスの網目を構成し、ガラスの高屈折率化に非常に有効な成分であるが、３重量％未満では所期の目的とする屈折率が得難くなり、１９重量％を越えると失透傾向が増大しガラスが不安定になる。好ましくは、４．０〜１８．０重量％の範囲である。

Ｂ₂Ｏ₃は、本発明の必須成分であり、ＧｅＯ₂同様ガラスの網目を構成する成分である。８重量％未満ではガラスが出来難くなり、２３重量％を越えると所期目的とする屈折率、及び、転移温度（Ｔｇ）が得難くなり、ガラスが不安定となる。好ましくは、９．０〜２２．０重量％の範囲である。

Ｌａ₂Ｏ₃は、本発明の必須成分であり、ガラスの屈折率を高めつつ、低分散化させるのに有効な成分である。これは本発明の光学ガラスの特徴の一つである。また、本組成系においてＢ₂Ｏ₃と混在させることで耐失透性にも有効である。この特性は、本発明ガラスにおける相乗効果ということができる。３重量％未満では所期の目的とする光学恒数が得難くなり、２７重量％を越えると逆に耐失透性が悪くなる。好ましくは、４．０〜２６．０重量％の範囲である。

Ｇｄ₂Ｏ₃は、任意配合成分であり、Ｌａ₂Ｏ₃と同様屈折率を高め、ガラスを安定化させる効果があるが、２１重量％を越えると耐失透性が悪くなり、ガラスが不安定となる。好ましくは、０〜２０．０重量％の範囲である。

そして、Ｌａ₂Ｏ₃ とＧｄ₂Ｏ₃ の合計量が１２〜３７重量％の範囲を外れるとガラスが出来難くなる。好ましくは、１３．０〜３６．０重量％の範囲である。

ＺｎＯは、本発明の必須成分であり、ガラスの転移温度（Ｔｇ）を低く維持させる効果と、溶解性、耐失透性、化学的耐久性の向上に有効な成分である。１重量％未満では、溶解性、耐失透性、化学的耐久性に効果がなく、２３重量％を越えると所期目的とする屈折率が得難くなる。好ましくは、２．０〜２２．０重量％の範囲である。

ＺｒＯ₂は、任意配合成分であり、ガラスの屈折率を高め、化学的耐久性を向上させる成分であるが、７重量％を越えると耐失透性が悪くなり、ガラスが不安定となる。好ましくは、０〜６．０重量％の範囲である。

Ｂｉ₂Ｏ₃は、本発明の必須成分であり、本発明において、ガラスの転移温度（Ｔｇ）を下げる効果と、ガラスの屈折率を上げる効果を併せ持つ非常に重要な成分である。しかし、１１重量％未満ではその効果が少なく、６３重量％を越えると、溶融容器である貴金属を侵食しやすく、ガラスが着色してしまい、また、ガラスが非常に不安定になる。よって、Ｂｉ₂Ｏ₃の含有量は１１．０〜６３．０重量％の範囲とする。好ましくは、１２．０〜６２．０重量％の範囲である。

Ｔａ₂Ｏ₅は、本発明の任意配合成分であり、Ｌａ₂Ｏ₃と同様屈折率を高め、ガラスを安定化させる効果があるが、１５重量％を越えると耐失透性が悪くなり、ガラスが不安定となる。好ましくは、０〜１４．０重量％の範囲である。

Ｌｉ₂Ｏは、本発明の任意配合成分であり、ガラスの転移温度（Ｔｇ）を下げる効果がある。しかしながら、３重量％を越えるとガラスが出来難くなる上、化学的耐久性に悪影響を及ぼす。好ましくは、０〜２．０重量％の範囲である。

Ｎｂ₂Ｏ₅は、本発明の任意配合成分であり、ガラスの屈折率を上げる効果があるが、１０重量％を超えるとガラスが出来難くなる。好ましくは、０〜９．０重量％の範囲である。

ＷＯ₃は、本発明の任意配合成分であり、Ｎｂ₂Ｏ₅と同様、屈折率を上げる成分であるが、９重量％を超えるとガラスが出来難くなる。好ましくは、０〜８．０重量％の範囲である。

本発明の光学ガラスは各成分の原料として、それぞれ相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、及び、リン酸塩などを使用し、相当する光学ガラスの組成の割合となるように秤量し、十分混合した後白金るつぼに投入して、電気炉で９００〜１３００℃で溶融し、適時攪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Ｓｂ₂Ｏ₃等を加えても良い。

以下、実施例を挙げて本発明の光学ガラスを具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１〜１０）
本発明の光学ガラスの実施例の成分組成（重量％）、及び、その特性値として屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、転移温度（Ｔｇ）を表１に示す。転移温度（Ｔｇ）は熱膨張測定器を用いて、毎分５℃で昇温した場合の結果である。
また、本実施例の光学ガラスは、表１にある実施例の組成の割合となるように秤量し、十分混合した後白金るつぼに投入して、電気炉で１０００〜１３００℃で溶融し、適時攪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、徐冷し得られたものである。

（比較例１〜６）
比較例１〜３は、特許文献１に記載の発明の実施例１２、１８、３２のガラスであり、モル％で表示してあったものを重量％に換算して表示した。また、比較例４〜６は、特許文献２に記載の発明の実施例４、１４、１９のガラスである。
屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）は各々の特許文献に記載されていたものであるが、転移温度（Ｔｇ）は本発明の実施例と同様の測定をしたものである。尚、比較例１〜６のガラスを選択した理由は、比較例１、４は開示組成中で最も屈折率（ｎｄ）が高いからであり、比較例２と３、５と６は開示組成中で転移温度（Ｔｇ）が低いものと予想したからである。

本発明の実施例のガラスと比較例のガラスを比較すると、比較例のガラスは、転移温度（Ｔｇ）が６００℃を超えており、本発明のガラスよりも高いことがわかる。６００℃を超える転移温度（Ｔｇ）を示すガラスを精密プレス成形すると、精密プレス成形用金型の寿命に大きな影響を与え、成形品の量産性を著しく低下させてしまう。それゆえに、比較例のガラスは、精密プレス成形に不向きである。
それに対して、本発明では、転移温度（Ｔｇ）が５７０℃以下と低く抑えられているため、量産性に優れた精密プレス成形が可能である。

Claims

ＧｅＯ₂ ３〜１９重量％、Ｂ₂Ｏ₃８〜２３重量％、Ｌａ₂Ｏ₃ ３〜２７重量％、Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜２１重量％、但し、Ｌａ₂Ｏ₃ とＧｄ₂Ｏ₃ の合計量が１２〜３７重量％、ＺｎＯ１〜２３重量％、ＺｒＯ₂ ０〜７重量％、Ｂｉ₂Ｏ₃ １１〜６３重量％、Ｔａ₂Ｏ₅ ０〜１５重量％、Ｌｉ₂Ｏ０〜３重量％、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０〜１０重量％、ＷＯ₃ ０〜９重量％の組成からなり、転移温度（Ｔｇ）が５７０℃以下、屈折率（ｎｄ）が１．８０〜２．０５、アッベ数（νｄ）が２０．０〜４０．０である精密プレス成形用光学ガラス。