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、B−La−Gd-Ta-LiO-ZnO-ZrO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)。
: 特開2004-99428号公報 : 特開2006-16293号公報 : 特開2006-137662号公報
しかしながら、引用文献1ではTiO、引用文献3では多量のZnOを含みさらにWO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、WO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、LiO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、LiO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、B−La−Gd-Ta-LiO-ZnO-ZrOを基本組成とし、透過率に悪影響を与えるTiO、WO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LiO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、
SiO 0 〜 2.5
18.0 〜 24.0%(40.0モル%超)
GeO 0 〜 4.0%
La 21.0 〜 37.0%
Gd 7.0 〜 23.0%
Ta 13.0 〜 22.0%
LiO 0.1 〜 0.5%(0.5モル%超
ZnO 7.0 〜 14.0%(22.0モル%未満
ZrO 2.0 〜 10.0%
Nb 0.4 〜 6.0%
からなり、
/SiO モル比が5.5を超え、またZnO+Li 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LiO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、SiO:0〜4.0%、B:18.0〜24.0%、GeO:0〜4.0%、La:21.0〜37.0%、Gd:7.0〜23.0%、Ta:13.0〜22.0%、LiO:0.1〜0.5%、ZnO:7.0〜14.0%、ZrO:2.0〜10.0%、Nb: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。
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。
SiO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、B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
GeOは本発明における任意成分であり、SiOと同様な働きをする。SiO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La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。
GdについてもLa同様であるが、La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。
Ta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。
LiO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。
ZrO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。
Nb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。
(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。
Figure 0004734375
Figure 0004734375
Figure 0004734375
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TiOやWO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、LiO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、1318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。
Figure 0004734375
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、1318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LiO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。
実施例10と比較例1〜3について波長と透過率との関係を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 重量%で、
    SiO 0 〜 2.5
    18.0 〜 24.0%(40.0モル%超)
    GeO 0 〜 4.0%
    La 21.0 〜 37.0%
    Gd 7.0 〜 23.0%
    Ta 13.0 〜 22.0%
    LiO 0.1 〜 0.5%(0.5モル%超
    ZnO 7.0 〜 14.0%(22.0モル%未満
    ZrO 2.0 〜 10.0%
    Nb 0.4 〜 6.0%
    からなり、
    /SiO モル比が5.5を超え、またZnO+Li 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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