JP4746995B2 - 光学ガラス - Google Patents

Description

本発明は、低いガラス転移温度（Ｔｇ）及び高屈折率低分散性を有し、軽量で、精密モールドプレス成形に適した光学ガラスに関する。

光学系を構成するレンズには一般に球面レンズと非球面レンズがある。多くの球面レンズは、ガラス材料をリヒートプレス成形して得られたガラス成形品を研削研磨することによって製造される。一方、非球面レンズは、加熱軟化したレンズプリフォーム材を、高精度な成形面をもつ金型でプレス成形し、金型の高精度な成形面の形状をレンズプリフォーム材に転写して得る方法、すなわち、精密モールドプレス成形によって製造されることが主流となっている。

精密プレス成形によって非球面レンズのようなガラス成形品を得るにあたっては、前述したように高温環境下でプレス成形することが必要であるので、この際使用する金型も高温に曝され、また、金型に高いプレス圧力が加えられる。そのため、レンズプリフォーム材を加熱軟化させる際及びレンズプリフォーム材をプレス成形する際に、金型の成形面が酸化、侵食されたり、金型成形面の表面に設けられている離型膜が損傷したりして金型の高精度な成形面が維持できなくなることが多く、また、金型自体も損傷し易い。そのようになると、金型を交換せざるを得ず、金型の交換回数が増加して、低コスト、大量生産を実現できなくなる。そこで、精密プレス成形に使用するレンズプリフォーム材となるガラスは、上記損傷を抑制し、金型の高精度な成形面を長く維持し、かつ、低いプレス圧力での精密プレス成形を可能にするという観点から、できるだけ低いガラス転移温度（Ｔｇ）を有することが望まれている。

精密プレス成形を行う場合、そのレンズプリフォーム材となるガラスは表面が鏡面、あるいはそれに近い状態である必要がある。ここで、レンズプリフォーム材の作製法は、滴下法によって熔融ガラスから直接作製される方法と研削研磨によって作製される方法が一般的である。研削研磨によってレンズプリフォーム材を作製する場合、ガラス表面を削り取るので、ガラス表面だけに発生している失透などの外観不良があっても特に問題なく使用可能である。これら研削研磨によって作製されるレンズプリフォーム材には、リヒートプレス品の表面を研磨加工したものや、真球度の高い球状に加工されたものが例として挙げられる。

また、これら光学ガラスが使用される光学系はデジタルカメラなどの光学製品に搭載されるが、近年の小型軽量化の流れを受けて、光学系を構成するレンズについても軽量であることが求められている。

以上の理由より、光学設計上の有用性という観点で従来から高屈折率低分散性を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低く、軽量の光学ガラスが強く求められている。

特に、屈折率（ｎ_d）が１．７３〜１．８０未満、アッベ数（ν_d）が４３〜５５の範囲の光学定数を有する高屈折率低分散性の光学ガラスが強く求められている。

高屈折率低分散性の光学ガラスは光学設計上非常に有用であるため、古くから種々のガラスが提案されている。

特開２００２−２４９３３７号公報には屈折率が１．７２〜１．８３、アッベ数が４５〜５５の光学ガラスが記載されている。しかし、この公報に記載の光学ガラスは、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３を主体とする成分構成であってＹ_２Ｏ_３を含んでいないために比重が大きくなり、小型軽量化できないという不利益がある。また、実施例に記載された光学ガラスはガラス転移点が高すぎるため、精密プレス成形を行うには適切とは言えない。

また、特開２００３−２０１１４３には屈折率が１．７５〜１．８５、アッベ数が４０〜５５の光学ガラスが記載されている。しかし、この公報に記載の光学ガラスは、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３を主体とする成分構成であってＹ_２Ｏ_３を含んでいないために比重が大きくなり、小型軽量化できないという不利益がある。
さらに特許文献１及び２の公報に具体的に開示されている光学ガラスの中で、前述した光学定数の範囲を満たすものは、質量％の比率でＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃が０．３０〜１．５５、かつＹ₂Ｏ₃／Ｌａ₂Ｏ₃が０．１５〜１．００、の範囲外にあり、後述の本願発明における所望の特性を十分に満たすものではない。
特開２００２−２４９３３７号公報 特開２００３−２０１１４３号公報

本発明の目的は、前記背景技術に記載した光学ガラスに見られる諸欠点を総合的に解消し、前記の光学定数を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低く、軽量な、精密モールドプレス成形に適した光学ガラスを提供することにある。

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、特定量のＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｌｉ₂Ｏを含有させることにより、前記の光学定数を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低く、軽量な、精密モールドプレス成形に適した光学ガラスが得られた。さらに本発明者は、所望の光学定数を維持しつつ軽量化を実現するために、特にＹ_２Ｏ_３とＬａ_２Ｏ_３を使用し所定量含有させることが好ましいことを見出し、さらに、光学ガラスとして安定に生産可能で耐失透性に優れる特性を保持させるために、特にＳｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３、並びにＹ_２Ｏ_３及びＬａ_２Ｏ_３を所定の比率で含有させることが好ましいことを見出した。

本発明の第１の構成は、屈折率（ｎ_d）が１．７３〜１．８０未満、アッベ数（ν_d）が４３〜５５の範囲の光学定数を有し、必須成分としてＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、ＺｎＯ及びＬｉ₂Ｏを含有し、実質的に鉛成分、ヒ素成分、弗素成分を含まず、酸化物基準の質量％の比率でＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃が０．３０〜１．５５、かつＹ₂Ｏ₃／Ｌａ₂Ｏ₃が０．１５〜１．００、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６２０℃以下であることを特徴とする光学ガラス。である。

本発明の第２の構成は、酸化物基準の質量％で、Ｌｉ_２Ｏを１％より多く含有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５７０℃以下であることを特徴とする前記構成１の光学ガラスである。

本発明の第３の構成は、酸化物基準の質量％で、Ｙ₂Ｏ₃を５％より多く含有し、かつＬａ_２Ｏ_３を１０％以上含有し、比重が４．５以下であることを特徴とする前記構成１〜２の光学ガラスである。

本発明の第４の構成は、酸化物基準の質量％で、
ＳｉＯ₂ ５％より多く２０％以下
Ｂ₂Ｏ₃ ５〜２５％未満
Ｙ₂Ｏ₃ ５％より多く３５％以下
Ｌａ₂Ｏ₃ １０〜５０％
ＺｎＯ ５％より多く２５％未満、及び
Ｌｉ₂Ｏ １％より多く６％以下
並びに
Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜２０％及び／又は
Ｙｂ₂Ｏ₃ ０〜２０％及び／又は
ＺｒＯ₂ ０〜１０％及び／又は
Ｔａ₂Ｏ₅ ０〜８％未満及び／又は
ＷＯ₃ ０〜５．５％未満及び／又は
Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％
の各成分を含有することを特徴とする光学ガラスである。

本発明の第５の構成は、酸化物基準の質量％で、
ＳｉＯ₂ ５％より多く２０％以下及び／又は
Ｂ₂Ｏ₃ ５〜２５％未満及び／又は
Ｙ₂Ｏ₃ ５％より多く３５％以下及び／又は
Ｌａ₂Ｏ₃ １０〜５０％及び／又は
ＺｎＯ ５％より多く２５％未満及び／又は
Ｌｉ₂Ｏ １％より多く６％以下及び／又は
並びに
Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜２０％及び／又は
Ｙｂ₂Ｏ₃ ０〜２０％及び／又は
ＺｒＯ₂ ０〜１０％及び／又は
Ｔａ₂Ｏ₅ ０〜８％未満及び／又は
ＷＯ₃ ０〜５．５％未満及び／又は
Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％
の各成分を含有することを特徴とする前記構成１〜３の光学ガラスである。

本発明の第６の構成は、酸化物基準の質量％で、
Ｎａ_２Ｏ ０〜５％及び／又は
Ｋ_２Ｏ ０〜５％及び／又は
ＭｇＯ ０〜５％及び／又は
ＣａＯ ０〜１５％未満及び／又は
ＳｒＯ ０〜１０％及び／又は
ＢａＯ ０〜１５％及び／又は
ＧｅＯ_２ ０〜５％及び／又は
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜５％及び／又は
ＴｉＯ_２ ０〜３％未満及び／又は
Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜３％未満及び／又は
Ｂｉ_２Ｏ_３ ０〜１０％未満
の各成分を含有することを特徴とする前記構成１〜５の光学ガラスである。

本発明の第７の構成は、液相温度が１１６０℃以下であり、液相温度における粘度（ｄＰａ・ｓ）の対数ｌｏｇηの値が０．３〜２．０であることを特徴とする前記構成１〜６の光学ガラスである。
本発明の第８の構成は、前記構成１〜７の光学ガラスからなるレンズプリフォーム材である。

本発明の第９の構成は、前記構成８のレンズプリフォーム材を精密プレス成形してなる光学素子である。
本発明の第１０の構成は、前記構成１〜７の光学ガラスを精密プレス成形してなる光学素子である。

本発明の光学ガラスの各成分について説明する。以下、特に断らない限り各成分の含有率は質量％を意味する。

ＳｉＯ₂成分は、本発明の光学ガラスにおいて、ガラスの粘度を高め、耐失透性および化学的耐久性を向上させるのに非常に有効であり、欠かすことのできない成分である。しかし、その量が少なすぎるとその効果が不十分であり、多すぎるとガラス転移温度（Ｔｇ）の上昇や熔融性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは５％より多く、より好ましくは５．１％、最も好ましくは５．５％を下限として含有することができ、好ましくは２０％、より好ましくは１８％、最も好ましくは１５％を上限として含有することができる。

ＳｉＯ_２は、原料として例えばＳｉＯ_２等を使用してガラス内に導入される。

Ｂ₂Ｏ₃成分は、ランタン系ガラスである本発明の光学ガラスにおいて、ガラス形成酸化物成分として欠かすことのできない成分である。しかし、その量が少なすぎると耐失透性が不十分となりやすく、多すぎると屈折率が低くなって目的とする光学定数の範囲から外れ、化学的耐久性が悪くなりやすくなる。従って、好ましくは５％、より好ましくは８％、最も好ましくは１０％を下限として含有することができ、好ましくは２５％未満、より好ましくは２２％以下、最も好ましくは２０％未満含有することができる。

Ｂ₂Ｏ₃は、原料として例えばＨ₃ＢＯ₃、Ｂ₂Ｏ₃等を使用してガラス内に導入される。

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り、高屈折率低分散性を有する本発明のガラスにおいては、軽量化を実現する上で欠かすことのできない成分である。しかし、その量が少なすぎるとガラスの光学定数の値を前記範囲内に維持しにくくなり、多すぎると耐失透性が悪くなりやすくなる。従って、好ましくは５％より多く、より好ましくは６％、最も好ましくは１０％を下限として含有することができ、好ましくは３５％、より好ましくは３０％、最も好ましくは２５％を上限として含有することができる。

Ｙ₂Ｏ₃は、原料として例えばＹ₂Ｏ₃等を使用してガラス内に導入される。

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高屈折率低分散性を有する本発明のガラスに欠かすことのできない成分である。しかし、その量が少なすぎるとガラスの光学定数の値を前記範囲内に維持しにくくなり、多すぎると耐失透性が悪くなりやすくなる。従って、好ましくは１０％、より好ましくは１５％、最も好ましくは２０％を下限として含有することができ、好ましくは５０％、より好ましくは４５％、最も好ましくは４０％を上限として含有することができる。

Ｌａ₂Ｏ₃は、原料として例えばＬａ₂Ｏ₃、硝酸ランタン又はその水和物等を使用してガラス内に導入される。

ＺｎＯ成分は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を低くする効果が大きく、欠かすことのできない成分である。しかし、その量が少なすぎるとその効果が不十分となりやすく、多すぎると耐失透性が悪くなりやすくなる。従って、好ましくは５％を超え、より好ましくは８％を超え、最も好ましくは１２％を下限として含有することができ、好ましくは２５％未満、より好ましくは２３％、最も好ましくは２０％を上限として含有することができる。

またＺｎＯは、原料として例えばＺｎＯ等を使用してガラス内に導入できる。

Ｌｉ₂Ｏ成分は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を大幅に下げ、かつ、混合したガラス原料の溶融を促進する効果を有するため、欠かすことのできない成分である。しかし、その量が少なすぎるとその効果が不十分となりやすく、多すぎると耐失透性が急激に悪化しやすくなる。従って、好ましくは１％を超え、より好ましくは１．５％を下限とし、最も好ましくは２％を超えて含有することができ、好ましくは６％、より好ましくは５％、最も好ましくは４％を上限として含有することができる。

またＬｉ₂Ｏは、原料として例えばＬｉ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＣＯ₃、ＬｉＯＨ、ＬｉＮＯ₃等を使用してガラス内に導入できる。

Ｇｄ₂Ｏ₃成分は、ガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性および化学的耐久性が悪くなることがある。従って、好ましくは２０％、より好ましくは３％未満、を上限として含有することができ、実質的に含有しないことが最も好ましい。

またＧｄ₂Ｏ₃は、原料として例えばＧｄ₂Ｏ₃等を使用してガラス内に導入される。

Ｙｂ₂Ｏ₃成分は、ガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性および化学的耐久性が悪くなることがある。従って、好ましくは２０％、より好ましくは１０％、最も好ましくは５％を上限として含有することができる。

またＹｂ₂Ｏ₃は、原料として例えばＹｂ₂Ｏ₃等を使用してガラス内に導入される。

ＺｒＯ₂成分は、光学定数を調整し、耐失透性を改善し、化学的耐久性を向上させる効果のある成分である。しかし、その量が多すぎると逆に耐失透性が悪くなることがあり、ガラス転移温度（Ｔｇ）を所望の低い値に維持し難くなる傾向にある。従って、好ましくは１０％、より好ましくは６％、最も好ましくは５％を上限として含有することができる。

またＺｒＯ₂は、原料として例えばＺｒＯ₂等を使用してガラス内に導入される。

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のある成分である。しかし、その量が多すぎると上記範囲の光学定数を維持し難くなる傾向にある。従って、好ましくは８％未満、より好ましくは５％、最も好ましくは４％を上限として含有することができる。

またＴａ₂Ｏ₅は、原料として例えばＴａ₂Ｏ₅等を使用してガラス内に導入される。

ＷＯ₃成分は、光学定数を調整し、耐失透性を改善する効果がある。しかし、その量が多すぎると逆に耐失透性や可視光領域の短波長域の光線透過率が悪くなることがある。従って、好ましくは５．５％未満、より好ましくは４％未満、最も好ましくは２％を上限として含有することができる。

またＷＯ₃は、原料として例えばＷＯ₃等を使用してガラス内に導入される。

Ｓｂ₂Ｏ₃成分は、ガラス溶融時の脱泡のために任意に添加しうるが、その量が多すぎると可視光領域の短波長領域における透過率が悪くなることがある。従って、好ましくは１％、より好ましくは０．５％、最も好ましくは０．１％を上限として含有できる。

ＴｉＯ₂成分は、光学定数を調整し、耐失透性を改善する効果がある。しかしその量が多すぎると逆に耐失透性が悪くなりやすく、可視光短波長域の透過率も悪化することがある。従って、好ましくは３％未満、より好ましくは２％、最も好ましくは１％未満を上限として含有することができる。

ＴｉＯ₂は、原料として例えばＴｉＯ₂等を使用してガラス内に導入される。

Ｎｂ₂Ｏ₅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。しかし、その量が多すぎると逆に耐失透性が悪くなりやすく、可視光短波長域の透過率も悪化することがある。従って、好ましくは３％未満、より好ましくは２％、最も好ましくは１％を上限として含有することができる。

またＮｂ₂Ｏ₅は、原料として例えばＮｂ₂Ｏ₅等を使用してガラス内に導入される。

Ｂｉ₂Ｏ₃成分は、屈折率を高める効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪くなることがある。従って、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％、最も好ましくは３％を上限として含有することができる。

またＢｉ₂Ｏ₃は、原料として例えばＢｉ₂Ｏ₃等を使用してガラス内に導入される。

Ｎａ₂Ｏ成分は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を下げる効果を有する成分である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなる。従って、好ましくは５％、より好ましくは３％、最も好ましくは１％を上限として含有することができる。

またＮａ₂Ｏは、原料として例えばＮａ₂Ｏ、Ｎａ₂ＣＯ₃、ＮａＯＨ、ＮａＮＯ₃等を使用してガラス内に導入できる。

Ｋ₂Ｏ成分は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を下げる効果を有する成分である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなる。従って、好ましくは５％、より好ましくは３％、最も好ましくは１％を上限として含有することができる。

またＫ₂Ｏは、原料として例えばＫ₂Ｏ、Ｋ₂ＣＯ₃、ＫＯＨ、ＫＮＯ₃等を使用してガラス内に導入できる。

ＭｇＯ成分は光学定数の調整に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪くなることがある。従って、好ましくは５％、より好ましくは３％、最も好ましくは１％を上限として含有することができる。

ＭｇＯ成分は、原料として例えばＭｇＯまたはその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を使用してガラス内に導入できる。

ＣａＯ成分は光学定数の調整に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪くなることがある。従って、好ましくは１５％未満、より好ましくは１０％、最も好ましくは５％を上限として含有することができる。

ＣａＯ成分は、原料として例えばＣａＯまたはその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を使用してガラス内に導入できる。

ＳｒＯ成分は光学定数の調整に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪くなることがある。従って、好ましくは１０％、より好ましくは５％、最も好ましくは３％を上限として含有することができる。

ＳｒＯ成分は、原料として例えばＳｒＯまたはその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を使用してガラス内に導入できる。

ＢａＯ成分は光学定数の調整に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪くなることがある。従って、好ましくは１５％、より好ましくは１０％、最も好ましくは５％を上限として含有することができる。

ＢａＯ成分は、原料として例えばＢａＯまたはその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を使用してガラス内に導入できる。

ＧｅＯ₂成分は、屈折率を高め、耐失透性を向上させる効果を有する成分であるが、原料が非常に高価であるため、好ましくは５％を上限とし、より好ましくは３％、最も好ましくは１％を上限として含有できる。

またＧｅＯ₂は、原料として例えばＧｅＯ₂等を使用してガラス内に導入される。

Ａｌ₂Ｏ₃成分は、化学的耐久性の改善に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪くなることがある。従って、好ましくは５％、より好ましくは３％、最も好ましくは１％を上限として含有することができる。

またＡｌ₂Ｏ₃は、原料として例えばＡｌ₂Ｏ₃、Ａｌ（ＯＨ）₃等を使用してガラス内に導入される。

ＴｅＯ₂成分は、屈折率を高める効果を有する成分であるが、白金製の坩堝や、溶融ガラスと接する部分が白金で形成されている溶融槽でガラス原料を溶融する際、テルルと白金が合金化し、合金となった箇所は耐熱性が悪くなるため、その箇所に穴が開き、溶融ガラスが流出する事故がおこる危険性が憂慮される。従って、好ましくは８％を上限とし、より好ましくは５％、最も好ましくは３％を上限として含有できる。

またＴｅＯ₂は、原料として例えばＴｅＯ₂等を使用してガラス内に導入される。

Ｇａ₂Ｏ₃成分は、屈折率を高める効果を有する成分であるが、原料が非常に高価であるため、好ましくは１％を上限とし、より好ましくは０．５％、最も好ましくは０．１％を上限として含有できる。

またＧａ₂Ｏ₃は、原料として例えばＧａ₂Ｏ₃等を使用してガラス内に導入される。

なお、上記ガラス中に存在する各成分を導入させるために使用される原料は、例示の目的で記載したものであり、上記列挙された酸化物等に限定されるものではない。従って、ガラス製造の条件の諸変更に適宜対応させて、公知の材料から選択できる。

本発明者は、前記範囲内の光学定数において、ＳｉＯ₂成分とＢ₂Ｏ₃成分の含有量の比を所定の値に調節することにより、低比重で、液相温度とガラス表面に発生する失透を適切な状態に制御し得ることを見出した。すなわちＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃の値が、好ましくは０．３、より好ましくは０．３５、最も好ましくは０．４を下限とすることができ、好ましくは１．５５、より好ましくは１．３０、最も好ましくは１．２６を上限とすることができる。

また、本発明者は、前記範囲内の光学定数において、Ｙ₂Ｏ₃成分とＬａ₂Ｏ₃成分の含有量の比を所定の値に調節することにより、低比重で、液相温度とガラス表面に発生する失透を適切な状態に制御し得ることを見出した。すなわちＹ₂Ｏ₃／Ｌａ₂Ｏ₃の値が、好ましくは０．１５、より好ましくは０．２０、最も好ましくは０．２６を下限とすることができ、好ましくは１．００、より好ましくは０．９０、最も好ましくは０．８０を上限とすることができる。

さらに、所望の光学定数を維持し、かつ低比重で、液相温度とガラス表面に発生する失透を適切な状態に制御するためには、ＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃の値、Ｙ₂Ｏ₃／Ｌａ₂Ｏ₃の値を同時に上記所定の好ましい範囲内にするほうがよい。

ここで、液相温度とガラス表面に発生する失透の制御について説明する。光学ガラスを製造する場合、流出したガラスの粘度が一定範囲内にあると、欠陥の少ない成形体を得ることができる。ランタン系の光学ガラスでは総じて粘度が低いため、液相温度を低くして粘度を高め、光学ガラスを製造し易くする。一方で、液相温度とは無関係にガラス表面に失透を発生し易いガラスが存在する。例えば板状に成形されたガラス表面に失透が発生することがある。従って、液相温度を低くし、かつガラス表面に失透が発生しない状況がベストである。本願発明においては、液相温度が低い場合にガラス表面に失透が発生し易く、逆に液相温度が高い場合にガラス表面に失透が発生し難く、相反する関係となっているため、前記限定した特定の範囲内において、両立可能な光学ガラスを得ることができる。なお、前述の通り、ガラス表面の失透発生が最表面に限定して発生している場合には、光学ガラスとして使用可能である。

Ｌｕ₂Ｏ₃、Ｈｆ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＢｅＯの各成分は含有させることは可能であるが、Ｌｕ₂Ｏ₃、Ｈｆ₂Ｏ₃は高額原料であるため原料コストが高くなり実際の製造においては現実的ではなく、ＳｎＯ₂は白金製の坩堝や、溶融ガラスと接する部分が白金で形成されている溶融槽でガラス原料を溶融する際に錫と白金が合金化して合金となった箇所は耐熱性が悪くなり、その箇所に穴が開き溶融ガラス流出する事故がおこる危険性が憂慮され、ＢｅＯは、環境に有害な影響を与え、環境負荷の非常に大きい成分である、という問題がある。従って、好ましくは０．１％未満、より好ましくは０．０５％を上限として含有され、最も好ましくは含有しない。

次に、本発明の光学ガラスに含有させるべきではない成分について説明する。

弗素成分は、レンズプリフォーム材となるゴブを作製する際に揮発による脈理などを発生させるため、ゴブの作製が困難である。従って、本発明の光学ガラスに含有させるべきではない。

鉛化合物は、精密プレス成形時に金型と融着しやすい成分であるという問題並びにガラスの製造のみならず、研磨等のガラスの冷間加工及びガラスの廃棄に至るまで、環境対策上の措置が必要となり、環境負荷が大きい成分であるという問題があるため、本発明の光学ガラスに含有させるべきではない。

Ａｓ₂Ｏ₃、カドミウム及びトリウムは、共に、環境に有害な影響を与え、環境負荷の非常に大きい成分であるため、本発明の光学ガラスに含有させるべきではない。

Ｐ₂Ｏ₅は、本発明の光学ガラスに含有させると、耐失透性を悪化させやすいのでＰ₂Ｏ₅を含有させることは好ましくない。

さらに本発明の光学ガラスにおいては、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｅｕ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ等の着色成分は、含有しないことが好ましい。ただし、ここでいう含有しないとは、不純物として混入される場合を除き、人為的に含有させないことを意味する。

また、本発明のガラス組成物は、その組成が質量％で表されているため直接的にモル％の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラス組成物中に存在する各酸化物のモル％表示による組成は、概ね以下の値をとる。
ＳｉＯ₂ １０〜４０％、
Ｂ₂Ｏ₃ ８〜４０％、
Ｙ₂Ｏ₃ ２〜１８％、
Ｌａ₂Ｏ₃ ３〜１６％、
ＺｎＯ ７〜３５％、及び
Ｌｉ₂Ｏ ４〜２４％、
並びに
Ｇｄ₂Ｏ₃ ０〜７％及び／又は
Ｙｂ₂Ｏ₃ ０〜７％及び／又は
ＺｒＯ₂ ０〜１０％及び／又は
Ｔａ₂Ｏ₅ ０〜２％及び／又は
ＷＯ₃ ０〜３％及び／又は
Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％
Ｎａ_２Ｏ ０〜１０％及び／又は
Ｋ_２Ｏ ０〜１０％及び／又は
ＭｇＯ ０〜５％及び／又は
ＣａＯ ０〜１０％及び／又は
ＳｒＯ ０〜１０％及び／又は
ＢａＯ ０〜１５％及び／又は
ＧｅＯ_２ ０〜３％及び／又は
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜５％及び／又は
ＴｉＯ_２ ０〜３％未満及び／又は
Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜２％及び／又は
Ｂｉ_２Ｏ_３ ０〜２％及び／又は
ＴｅＯ_２ ０〜５％及び／又は
Ｇａ_２Ｏ_３ ０〜１％

ＳｉＯ₂成分は、本発明の光学ガラスにおいて、ガラスの粘度を高め、耐失透性および化学的耐久性を向上させるのに非常に有効であり、欠かすことのできない成分である。しかし、その量が少なすぎるとその効果が不十分となりやすく、多すぎるとガラス転移温度（Ｔｇ）の上昇や熔融性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは１０％、より好ましくは１０．５％、最も好ましくは１１％を下限として含有することができ、好ましくは４０％、より好ましくは３５％、最も好ましくは３０％を上限として含有することができる。

Ｂ₂Ｏ₃成分は、ランタン系ガラスである本発明の光学ガラスにおいて、ガラス形成酸化物成分として欠かすことのできない成分である。しかし、その量が少なすぎると耐失透性が不十分となりやすく、多すぎると屈折率が低くなって目的とする光学定数の範囲から外れ、化学的耐久性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは８％、より好ましくは１１％、最も好ましくは１５％を下限として含有することができ、好ましくは４０％、より好ましくは３６％、最も好ましくは３２％、を上限として含有することができる。

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り、高屈折率低分散性を有する本発明のガラスにおいては、軽量化を実現する上で欠かすことのできない成分である。しかし、その量が少なすぎるとガラスの光学定数の値を前記範囲内に維持し難く、多すぎると耐失透性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは２％、より好ましくは３％、最も好ましくは４％を下限として含有することができ、好ましくは１８％、より好ましくは１５％、最も好ましくは１３％を上限として含有することができる。

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高屈折率低分散性を有する本発明のガラスに欠かすことのできない成分である。しかし、その量が少なすぎるとガラスの光学定数の値を前記範囲内に維持し難く、多すぎると耐失透性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは３％、より好ましくは４．５％、最も好ましくは６％を下限として含有することができ、好ましくは１６％、より好ましくは１５％、最も好ましくは１３％を上限として含有することができる。

ＺｎＯ成分は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を低くする効果が大きく、欠かすことのできない成分である。しかし、その量が少なすぎるとその効果が不十分となりやすく、多すぎると耐失透性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは７％、より好ましくは１１％、最も好ましくは１５％を下限として含有することができ、好ましくは３５％、より好ましくは３１％、最も好ましくは２８％を上限として含有することができる。

Ｌｉ₂Ｏ成分は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を大幅に下げ、かつ、混合したガラス原料の溶融を促進する効果を有するため、欠かすことのできない成分である。しかし、その量が少なすぎるとその効果が不十分となりやすく、多すぎると耐失透性が急激に悪化する傾向にある。従って、好ましくは４％、より好ましくは６％、最も好ましくは８％を下限として含有することができ、好ましくは２４％、より好ましくは２０％、最も好ましくは１６％を上限として含有することができる。

Ｇｄ₂Ｏ₃成分は、ガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性および化学的耐久性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは７％、より好ましくは１％、を上限として含有することができ、実質的に含有しないことが最も好ましい。

Ｙｂ₂Ｏ₃成分は、ガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性および化学的耐久性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは７％、より好ましくは４％、最も好ましくは２％を上限として含有することができる。

ＺｒＯ₂成分は、光学定数を調整し、耐失透性を改善し、化学的耐久性を向上させる効果のある成分である。しかし、その量が多すぎると逆に耐失透性が悪くなりやすく、ガラス転移温度（Ｔｇ）を所望の低い値に維持し難くなる傾向にある。従って、好ましくは１０％、より好ましくは６％、最も好ましくは５％を上限として含有することができる。

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のある成分である。しかし、その量が多すぎると上記範囲の光学定数を維持し難くなる傾向にある。従って、好ましくは２％、より好ましくは１．５％、最も好ましくは１％を上限として含有することができる。

ＷＯ₃成分は、光学定数を調整し、耐失透性を改善する効果がある。しかし、その量が多すぎると逆に耐失透性や可視光領域の短波長域の光線透過率が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは３％、より好ましくは２％、最も好ましくは１％を上限として含有することができる。

Ｓｂ₂Ｏ₃成分は、ガラス溶融時の脱泡のために任意に添加しうるが、その量が多すぎると可視光領域の短波長領域における透過率が悪くなる。従って、好ましくは１％、より好ましくは０．５％、最も好ましくは０．１％を上限として含有できる。

ＴｉＯ₂成分は、光学定数を調整し、耐失透性を改善する効果がある。しかしその量が多すぎると逆に耐失透性が悪くなりやすく、可視光短波長域の透過率も悪化する傾向にある。従って、好ましくは３％未満、より好ましくは２％、最も好ましくは１％未満を上限として含有することができる。

Ｎｂ₂Ｏ₅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。しかし、その量が多すぎると逆に耐失透性が悪くなりやすく、可視光短波長域の透過率も悪化する傾向にある。従って、好ましくは２％、より好ましくは１．５％、最も好ましくは１％を上限として含有することができる。

Ｂｉ₂Ｏ₃成分は、屈折率を高める効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは３％、より好ましくは２％、最も好ましくは１％を上限として含有することができる。

Ｎａ₂Ｏ成分は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を下げる効果を有する成分である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなる。従って、好ましくは１０％、より好ましくは５％、最も好ましくは３％を上限として含有することができる。

Ｋ₂Ｏ成分は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を下げる効果を有する成分である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなる。従って、好ましくは１０％、より好ましくは５％、最も好ましくは３％を上限として含有することができる。

ＭｇＯ成分は光学定数の調整に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪くなることがある。従って、好ましくは５％、より好ましくは３％、最も好ましくは１％を上限として含有することができる。

ＣａＯ成分は光学定数の調整に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは１０％、より好ましくは８％、最も好ましくは５％を上限として含有することができる。

ＳｒＯ成分は光学定数の調整に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは１０％、より好ましくは５％、最も好ましくは３％を上限として含有することができる。

ＢａＯ成分は光学定数の調整に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは１０％、より好ましくは８％、最も好ましくは５％を上限として含有することができる。

ＧｅＯ₂成分は、屈折率を高め、耐失透性を向上させる効果を有する成分であるが、原料が非常に高価であるため、好ましくは３％を上限とし、より好ましくは２％、最も好ましくは１％を上限として含有できる。

Ａｌ₂Ｏ₃成分は、化学的耐久性の改善に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪くなる傾向にある。従って、好ましくは５％、より好ましくは３％、最も好ましくは１％を上限として含有することができる。

ＴｅＯ₂成分は、屈折率を高める効果を有する成分であるが、白金製の坩堝や、溶融ガラスと接する部分が白金で形成されている溶融槽でガラス原料を溶融する際、テルルと白金が合金化し、合金となった箇所は耐熱性が悪くなるため、その箇所に穴が開き、溶融ガラスが流出する事故がおこる危険性が憂慮される。従って、好ましくは５％を上限とし、より好ましくは４％、最も好ましくは３％を上限として含有できる。

Ｇａ₂Ｏ₃成分は、屈折率を高める効果を有する成分であるが、原料が非常に高価であるため、好ましくは１％を上限とし、より好ましくは０．５％、最も好ましくは０．１％を上限として含有できる。

次に本発明の光学ガラスの物性について説明する。

前述のとおり、本発明の光学ガラスは光学設計上の有用性の観点から、好ましくは屈折率（ｎ_d）が１．７３〜１．８０未満かつアッベ数（ν_d）が４３〜５５の範囲の光学定数を有し、より好ましくは屈折率（ｎ_d）が１．７４〜１．７９５未満かつアッベ数（ν_d）が４４〜５０未満の範囲の光学定数を有し、最も好ましくは、屈折率（ｎ_d）が１．７５〜１．７９５未満かつアッベ数（ν_d）が４５〜５０未満の範囲の光学定数を有する。

本発明の光学ガラスにおいては、Ｔｇが高くなりすぎると前述したように精密プレス成形を行う場合、成形型の劣化などが起こり易くなる。従って、本発明の光学ガラスのＴｇは好ましくは６２０℃、より好ましくは５７０℃、最も好ましくは５５０℃を上限とする。
また屈伏点Ａtは好ましくは６７０℃、より好ましくは６２０℃、最も好ましくは６００℃以下とする。

本発明の光学ガラスでは、光学製品などに搭載される光学系を小型軽量化するため、比重を４．５以下とすることが重要である。より好ましくは４．５未満、特に好ましくは４．４以下である。

本発明の光学ガラスでは、流出したガラスを適切な粘度範囲で成形するために、液相温度を１１６０℃以下とすることが重要である。より好ましくは１１５０℃以下、特に好ましくは１１５０℃未満とすることで、安定生産可能な粘度範囲が広くなり、また、ガラス熔解温度を下げることができるため、消費されるエネルギーを抑えることができる。

液相温度とは、粉砕したガラス試料を白金板上にのせ、温度傾斜のついた炉内に３０分間保持した後取り出し、冷却後、ガラス中の結晶の有無を顕微鏡にて観察し、結晶が認められない一番低い温度を表す。

本発明の光学ガラスは精密プレス成形用のプリフォーム材として使用することができる。プリフォーム材として使用する場合、その製造方法及び精密プレス成形方法は特に限定されるものではなく、公知の製造方法及び成形方法を使用することができる。例えば、熔融ガラスから直接プリフォーム材を製造することもでき、また板状に成形されたガラスを冷間加工して製造しても良い。

なお、本発明の光学ガラスを用いて熔融ガラスを滴下させてプリフォームを製造する場合、熔融ガラスの粘度は、低すぎるとガラスプリフォームに脈理が入りやすくなり、高すぎると、自重と表面張力によるガラスの切断が困難になる。

従って、高品質かつ安定した生産のためには、液相温度における粘度（ｄＰａ・ｓ）の対数ｌｏｇηの値が好ましくは０．３〜２．０、より好ましくは０．４〜１．８、最も好ましくは０．４を超え〜１．６の範囲である。

以下、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。

本発明のガラスの実施例（Ｎｏ．1〜Ｎｏ．２１）の組成を、これらのガラスの屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）、比重および液相温度と共に表１〜表４に示す。なお、実施例（Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２１）については、組成、屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）、比重および液相温度に加えて外観失透も示す。表中、各成分の組成は質量%で表示するものとする。

また、比較例のガラス（Ｎｏ．Ａ〜Ｎｏ．Ｂ）の組成を、これらのガラスの屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）、比重、液相温度および外観失透と共に表５に示す。

表１〜表４に示した本発明の実施例の光学ガラス（Ｎｏ．1〜Ｎｏ．２１）は、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の通常の光学ガラス用原料を表１〜表４に示した各実施例の組成の割合となるように秤量し、混合し、白金るつぼに投入し、組成による熔融性に応じて、１１００〜１４００℃で、３〜５時間溶融、清澄、攪拌して均質化した後、金型等に鋳込み徐冷することにより得ることができた。

屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）は徐冷降温速度を−２５℃／時にして得られた光学ガラスについて測定した。

ガラス転移温度（Ｔｇ）は日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８−^２００３（光学ガラスの熱膨張の測定方法）に記載された方法により測定した。ただし試験片として長さ５０ｍｍ、直径４ｍｍの試料を使用した。

比重は日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０５−^１９７５（光学ガラスの比重の測定方法）に記載された方法により測定した。
外観失透は、目視検査にて判定した。○はガラス表面に失透が発生していない状態、△はガラスの最表面にのみ失透が発生している状態、×はガラスの表面から内部にかけて失透が発生している状態を表す。

表１〜表４に見られる通り、本発明の実施例の光学ガラス（Ｎｏ．1〜Ｎｏ．２１）はすべて、前記範囲内の光学定数（屈折率（ｎ_d）及びアッベ数（ν_d））を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６２０℃以下であるため、精密モールドプレス成形に適している。また、比重が４．２５〜４．３９であるため、光学系の軽量化に有効である。また、表４の実施例の光学ガラス（Ｎｏ．1６〜Ｎｏ．２１）はＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃が０．４０〜１．２５、かつＹ₂Ｏ₃／Ｌａ₂Ｏ₃が０．２６〜０．７８の範囲にある。従って、液相温度が１０４１〜１１４４℃であり、更にガラス表面に失透が発生しない、あるいは失透が発生してもガラス最表面のみであるため、工業的に使用可能な程度に失透が制御できている。

これに対し、表５に示す組成の比較例Ａ〜Ｂの各試料について、上記実施例と同じ条件にてガラスを作製し、同一の評価方法により、作製したガラスを評価した。比較例Ａ〜Ｂに見られる通り、ＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃が０．３０〜１．５５、かつＹ₂Ｏ₃／Ｌａ₂Ｏ₃が０．１５〜１．００の範囲外にあるため、液相温度と外観失透を両立できていない。従って、工業的には使用できない。

以上、述べたとおり、本発明の光学ガラスは、組成がＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｙ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃−ＺｎＯ−Ｌｉ₂Ｏ系であり、かつ、鉛成分、ヒ素成分、弗素成分を含まないガラスであって、屈折率（ｎ_d）が１．７３〜１．８０未満、アッベ数（ν_d）が４３〜５５の範囲の光学定数を有し、転移温度（Ｔｇ）が６２０℃以下であるから、精密モールドプレス成形に適しており、比重が４．５以下であるから光学系を軽量化でき、産業上非常に有用である。

Claims (9)

1. 屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８０未満、アッベ数（νｄ）が４３〜５５の範囲の光学定数を有し、必須成分として酸化物基準の質量％で、
   ＳｉＯ_２ ５％より多く２０％以下
   Ｂ_２Ｏ_３ ５〜２０％未満
   Ｙ_２Ｏ_３ ５％より多く３５％以下
   Ｌａ_２Ｏ_３ １０〜５０％
   ＺｎＯ ５％より多く２５％未満
   Ｌｉ_２Ｏ １％より多く６％以下を含有し、
   実質的に鉛成分、ヒ素成分、弗素成分を含まず、酸化物基準の質量％の比率でＳｉＯ_２／Ｂ_２Ｏ_３ が０．３０〜１．５５、かつＹ_２Ｏ_３／Ｌａ_２Ｏ_３が０．１５〜１．００、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６２０℃以下であることを特徴とする光学ガラス。
2. 酸化物基準の質量％で、Ｌｉ_２Ｏを１％より多く含有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５７０℃以下であることを特徴とする請求項１の光学ガラス。
3. Ｙ_２Ｏ_３を５％より多く含有し、かつＬａ_２Ｏ_３を１０％以上含有し、比重が４．５以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学ガラス。
4. 酸化物基準の質量％で、
   Ｇｄ_２Ｏ_３ ０〜２０％
   Ｙｂ_２Ｏ_３ ０〜２０％
   ＺｒＯ_２ ０〜１０％
   Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜８％未満
   ＷＯ_３ ０〜５．５％未満
   Ｓｂ_２Ｏ_３ ０〜１％
   の各成分を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学ガラス。
5. 酸化物基準の質量％で、
   Ｎａ_２Ｏ ０〜５％
   Ｋ_２Ｏ ０〜５％
   ＭｇＯ ０〜５％
   ＣａＯ ０〜１５％未満
   ＳｒＯ ０〜１０％
   ＢａＯ ０〜１５％
   ＧｅＯ_２ ０〜５％
   Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜５％
   ＴｉＯ_２ ０〜３％未満
   Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜３％未満
   Ｂｉ_２Ｏ_３ ０〜１０％未満
   の各成分を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学ガラス。
6. 液相温度が１１６０℃以下であり、液相温度における粘度（ｄＰａ・ｓ）の対数ｌｏｇηの値が０．３〜２．０であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学ガラス。
7. 請求項１〜６のいずれか１項の光学ガラスからなるレンズプリフォーム材。
8. 請求項７のレンズプリフォーム材を精密プレス成形してなる光学素子。
9. 請求項１〜６のいずれか１項の光学ガラスを精密プレス成形してなる光学素子。