JP4734375B2 - 光学ガラス - Google Patents
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Description
本発明は、環境に有害な成分、酸化鉛、酸化砒素、酸化テルルなどを含有させず、屈折率（ｎｄ）が１．８３〜１．８７、且つ、アッベ数（νｄ）が３９．０〜４３．０の光学恒数を有し、屈伏点（Ａｔ）が６７０℃以下である、Ｂ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｇｄ２Ｏ３-Ｔａ２Ｏ５-Ｌｉ２Ｏ-ＺｎＯ-ＺｒＯ２を基本組成とする、精密プレス成形用の光学ガラスに関するものである。
近年デジタル機器の普及、発展に伴い、光学系の急速な高機能かつ小型化が要求されている。これらの要求を解決するには、精密プレス成形による非球面レンズを使用した光学設計が必要不可欠である。
またこのような光学系において、屈折率（ｎｄ）が１．８０でアッベ数（νｄ）が４０．０付近の精密プレス成形用高屈折率低分散ガラスが多く使用されてきたが、近年は光学系の高性能化に伴い、屈折率（ｎｄ）が１．８５でアッベ数（νｄ）が４０．０付近へシフトしつつある。高屈折率化されても内部透過率は出来るだけ維持されていることが望ましい。
しかし、本発明の光学恒数を有するガラスは一般的に希土類酸化物を多く含有させる必要がある。その影響でＴｇ、Ａｔともに高くなる（６００〜７００℃）ことは避けられず成形温度が高くなってしまうことで、ガラスと金型表面の離型膜との反応性が高まり、プレス成形でおこるクモリ不良により量産性が著しく悪くなっている。そのため、なるべく離型膜との反応性が低いガラスの開発が望まれている。それに加えて、金型の劣化速度を出来るだけ遅くするために、出来るだけ低い温度で成形できるようにする（低Ｔｇ、Ａｔ化）必要もある。
また希土類酸化物を多く含有させると、ガラスの安定性が悪くなる傾向があるため、得率悪化を防ぐためにこの点にも留意したガラス組成にする必要がある。本発明に近似した光学恒数を有する精密プレス成形用光学ガラスとしては、以下のガラスが研究、開発されている（特許文献１〜３を参照）。
しかしながら、引用文献１ではＴｉＯ２、引用文献３では多量のＺｎＯを含みさらにＷＯ３を含む場合があり、光学ガラスの透過率に悪影響を与える問題があった。また、引用文献３では実施例より、ＷＯ３を使用しなければ本発明の光学ガラスの光学恒数を得られなかった。さらに、引用文献２では、以上の問題に加えて、Ｌｉ２Ｏを多く含有することがあり、精密プレス成形の際に金型（離型膜）のクモリ不良が頻繁に起こってしまう問題があった。引用文献２の実施例によると、本発明の光学ガラスのＡｔ（６７０℃以下）を得るためには、Ｌｉ２Ｏが１．０〜２．０重量％（５モル％〜１０モル％程度）含有している必要がある。
本発明は、前記課題を解決し、屈折率（ｎｄ）が１．８３〜１．８７、且つ、アッベ数（νｄ）が３９．０〜４３．０の光学恒数を有し、屈伏点（Ａｔ）が６７０℃以下である、精密プレス成形用の光学ガラスを提供することを目的とする。
本発明者らは、光学ガラス組成について鋭意検討を進め、Ｂ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｇｄ２Ｏ３-Ｔａ２Ｏ５-Ｌｉ２Ｏ-ＺｎＯ-ＺｒＯ２を基本組成とし、透過率に悪影響を与えるＴｉＯ２、ＷＯ３を一切含有させず、またガラスの融点は下げるが安定性、成形性に悪影響を与えるＬｉ２Ｏを所定の割合に限定するなど、各成分の配合割合を調整することにより、ガラス得率、成形性、透過率に優れた精密プレス成形用光学ガラスが作製できることを見出した。
すなわち、本発明の光学ガラスは、重量％で、
ＳｉＯ２ ０ 〜 ２．５％
Ｂ２Ｏ３ １８．０ 〜 ２４．０％（４０．０モル％超）
ＧｅＯ２ ０ 〜 ４．０％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．０ 〜 ３７．０％
Ｇｄ２Ｏ３ ７．０ 〜 ２３．０％
Ｔａ２Ｏ５ １３．０ 〜 ２２．０％
Ｌｉ２Ｏ ０．１ 〜 ０．５％（０．５モル％超）
ＺｎＯ ７．０ 〜 １４．０％（２２．０モル％未満）
ＺｒＯ２ ２．０ 〜 １０．０％
Ｎｂ２Ｏ５ ０．４ 〜 ６．０％
からなり、
Ｂ ２ Ｏ ３ ／ＳｉＯ ２ モル比が５．５を超え、またＺｎＯ＋Ｌｉ ２ Ｏの合計量が２５モル％未満であり、
屈折率（ｎｄ）が１．８３〜１．８７、且つ、アッベ数（νｄ）が３９．０〜４３．０の光学恒数を有し、屈伏点（Ａｔ）が６７０℃以下であることを特徴とするものである。
ＳｉＯ２ ０ 〜 ２．５％
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Ｇｄ２Ｏ３ ７．０ 〜 ２３．０％
Ｔａ２Ｏ５ １３．０ 〜 ２２．０％
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からなり、
Ｂ ２ Ｏ ３ ／ＳｉＯ ２ モル比が５．５を超え、またＺｎＯ＋Ｌｉ ２ Ｏの合計量が２５モル％未満であり、
屈折率（ｎｄ）が１．８３〜１．８７、且つ、アッベ数（νｄ）が３９．０〜４３．０の光学恒数を有し、屈伏点（Ａｔ）が６７０℃以下であることを特徴とするものである。
本発明の精密プレス成形用の光学ガラスは、環境上問題となる酸化鉛、酸化砒素、酸化テルルなどの有害成分を含有せず、光学設計上重要となる高屈折率低分散性を実現しながら、ガラスの得率および透過率を高め、またＬｉ２Ｏ含有量を一定割合に制限しつつＡｔが６７０℃以下であるため、精密プレス成形用の光学ガラスとして適しているものである。
本発明の精密プレス成形用の光学ガラスの特徴は、その組成を、重量％で、ＳｉＯ２：０〜４．０％、Ｂ２Ｏ３：１８．０〜２４．０％、ＧｅＯ２：０〜４．０％、Ｌａ２Ｏ３：２１．０〜３７．０％、Ｇｄ２Ｏ３：７．０〜２３．０％、Ｔａ２Ｏ５：１３．０〜２２．０％、Ｌｉ２Ｏ：０．１〜０．５％、ＺｎＯ：７．０〜１４．０％、ＺｒＯ２：２．０〜１０．０％、Ｎｂ２Ｏ５：０〜６．０％を含む組成とした点にある。
以下、本発明の精密プレス成形用の光学ガラスにおける、各成分の選定と限定理由について説明する。
Ｂ２Ｏ３は本発明における必須成分であり、網目母体を形成する成分である。１８．０重量％未満では耐失透性が悪化する。耐失透性を考慮すれば４０．０モル％を超えて含有させる。また、２４．０重量％以上含有させると目的とする屈折率が得られなくなる。より好ましい範囲は１８．３重量％〜２３．０重量％である。
ＳｉＯ２は本発明における任意成分であり、ガラスの網目母体を形成する成分である。化学的耐久性を高め、またガラスの粘度を程よく調節し、耐失透性を高める重要な働きをする。しかし、Ｂ２Ｏ３と比べてＡｔの上昇率が高いという欠点もある。２．５重量％を超えて含有させると目的とするＡｔが得られない。
ＧｅＯ２は本発明における任意成分であり、ＳｉＯ２と同様な働きをする。ＳｉＯ２よりも屈折率を高める効果があるが、耐失透性を高める効果は低い。ただし４．０重量％を超えて含有させると目的とするＡｔが得られない。好ましくは３．０重量％以下である。
希土類成分Ｌａ２Ｏ３は、高屈折率低分散性のガラスを得るには必須な成分である。本発明の光学恒数を得るために２１．０重量％以上含有させる必要があるが、３７．０重量％以上含有させると耐失透性が悪くなる。好ましい範囲は２２．０重量％〜３６．０重量％である。
Ｇｄ２Ｏ３についてもＬａ２Ｏ３同様であるが、Ｌａ２Ｏ３と併用して使用することで耐失透性が向上する効果がある。この効果を得るには７．０重量％以上含有させる必要があり、２３．０重量％を超えて含有させると逆に耐失透性が悪くなってくる。好ましい範囲は８．０重量％〜２２．０重量％である。
Ｔａ２Ｏ５は比較的低分散性を保ちつつ屈折率を高め、また化学的耐久性を上げるための必須成分である。これらの効果を得るためには１３．０重量％以上含有させる必要があり、２２．０重量％を超えると本発明の目的とするＡｔが得られなくなる。好ましい範囲は１４．０重量％〜２１．０重量％である。
Ｌｉ２ＯはＡｔを下げるために欠かせない成分であるが、必要以上に含有させるとガラスの耐失透性が悪くなり、溶融性も悪化する。さらには、精密プレス成形するとガラスや金型上の離型膜のクモリ不良を起しやすくなる。０．１重量％〜０．５重量％に含有量を限定すればＡｔを下げる効果のみが得られる。好ましくは０．１重量％〜０．５重量％未満である。Ａｔを下げる効果を確実に得るために、０．５モル％を超えて含有させる。
ＺｎＯは屈折率を調節しつつ、Ａｔを下げることが出来る必須成分である。目的とするＡｔを得るためには７．０重量％以上含有させる必要があり、１４．０重量％を超えると高分散化し目的とするアッベ数（νｄ）が得られなくなり、また透過率にも悪影響を与える。透過率を考慮すれば２２．０モル％未満にする。さらに好ましくは８．０重量％〜１３．０重量％である。
ＺｒＯ２は比較的低分散に抑えながら屈折率を高め、また化学的耐久性を上げる成分である。本発明の目的とする光学恒数を得るには２．０重量％以上含有させる必要があり、１０．０重量％を超えるとガラスが得られにくくなる。好ましくは２．５重量％〜８．５重量％である。
Ｎｂ２Ｏ５は屈折率を大きく高める成分である。ただし、６．０重量％を超えて含有させると耐失透性が悪くなり、また高分散化するため目的とするアッベ数が得られない。好ましくは５．０重量％以下である。
本発明の光学ガラスは、各成分の原料としてそれぞれに相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩などを使用し、所望する組成の割合になるように秤量して充分に混合して調合原料とし、これを例えば、白金坩堝に投入して１３００〜１４００℃の電気炉で溶融し、適時攪拌して均質化させ、清澄化してから、適温に予熱した金型に鋳込んで徐冷するなどの方法により製造することが出来る。
以下実施例と比較例をあげて本発明の光学ガラスを具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１〜１９、参考例）
以下の表１、２に示す成分配合を有する実施例１〜１９、参考例について、前述した方法でガラスブロックを作製した。作製したガラスブロックの各々に対し、既知の方法により屈折率（ｎｄ、ｎＣ、ｎＦ）を実測した。アッベ数はその実測値を基に計算で求めた。屈伏点（Ａｔ）も既知の方法により実測した。それらを表に示した。なお、成分のうち、Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＺｎＯについては、併せて、モル％も表１、２中に記載した。
以下の表１、２に示す成分配合を有する実施例１〜１９、参考例について、前述した方法でガラスブロックを作製した。作製したガラスブロックの各々に対し、既知の方法により屈折率（ｎｄ、ｎＣ、ｎＦ）を実測した。アッベ数はその実測値を基に計算で求めた。屈伏点（Ａｔ）も既知の方法により実測した。それらを表に示した。なお、成分のうち、Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＺｎＯについては、併せて、モル％も表１、２中に記載した。
（比較例１〜３）
以下の表２にに示す成分配合を有する比較例１〜３を準備した。比較例１は特許文献１の実施例２３に、比較例２は特許文献２の実施例１９に、比較例３は特許文献３の実施例４０に、それぞれ相当する。準備した比較例１〜３について、発明者が実施例と同様にガラスを作製し、データ実測を行い、結果を以下の表３に併せて示した。
以下の表２にに示す成分配合を有する比較例１〜３を準備した。比較例１は特許文献１の実施例２３に、比較例２は特許文献２の実施例１９に、比較例３は特許文献３の実施例４０に、それぞれ相当する。準備した比較例１〜３について、発明者が実施例と同様にガラスを作製し、データ実測を行い、結果を以下の表３に併せて示した。
実施例と比較例とを比較することで、以下の結果を得ることができた。まず、比較例１、３はＴｉＯ２やＷＯ３を含有しているため、透過率が十分といえない。比較例２は比較的透過率は良いが、Ｌｉ２Ｏを比較的多く含有しているため金型上の離型膜がくもりやすく、量産性に劣る。また、実施例１０と比較例１〜３について図１に透過率比較の例を、実施例１０、１３、１８と比較例１〜３について表４にガラスと離型膜との反応性を示した。
透過率は厚さ１０ｍｍの両面光学研磨ガラスを使用して既知の方法により測定した。ガラスと離型膜との反応性は、研磨したガラスをプレス温度の目安となる屈伏温度（Ａｔ）+２０℃で離型膜と接触させ、３０分間保持後のガラスと離型膜の状態（クモリの有無）から判断した。
図１の結果から、実施例１０は比較例１〜３と比べて、特に比較例３、１と比べて、透過率が高いことがわかる。また、表４の結果から、実施例１０、１３、１８はガラスおよび離型膜ともにクモリが無いのに対し、比較例１、２はガラスにはクモリが無いが離型膜にはクモリが有ることがわかる。
本発明の光学ガラスは、環境上問題となる酸化鉛、酸化砒素、酸化テルルなどの有害成分を含有せず、光学設計上重要となる高屈折率低分散性を実現しながら、ガラスの得率および透過率を高め、またＬｉ２Ｏ含有量を一定割合に制限しつつＡｔが６７０℃以下であるため、精密プレス成形用の光学ガラスなどとして好適に用いることができる。
Claims (1)
- 重量％で、
ＳｉＯ２ ０ 〜 ２．５％
Ｂ２Ｏ３ １８．０ 〜 ２４．０％（４０．０モル％超）
ＧｅＯ２ ０ 〜 ４．０％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．０ 〜 ３７．０％
Ｇｄ２Ｏ３ ７．０ 〜 ２３．０％
Ｔａ２Ｏ５ １３．０ 〜 ２２．０％
Ｌｉ２Ｏ ０．１ 〜 ０．５％（０．５モル％超）
ＺｎＯ ７．０ 〜 １４．０％（２２．０モル％未満）
ＺｒＯ２ ２．０ 〜 １０．０％
Ｎｂ２Ｏ５ ０．４ 〜 ６．０％
からなり、
Ｂ ２ Ｏ ３ ／ＳｉＯ ２ モル比が５．５を超え、またＺｎＯ＋Ｌｉ ２ Ｏの合計量が２５モル％未満であり、
屈折率（ｎｄ）が１．８３〜１．８７、且つ、アッベ数（νｄ）が３９．０〜４３．０の光学恒数を有し、
屈伏点（Ａｔ）が６７０℃以下であることを特徴とする精密プレス成形用の光学ガラス。
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