JP5108209B2 - 光学ガラス - Google Patents
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Description
特に本発明は、さらに所定の比重及び液相温度を有し、ガラス予備成形体等の製造に好適である光学ガラス、特にホウケイ酸ガラスに関する。
上記の成形方法はガラスモールドと呼ばれ、盛んに研究、開発が行われてきた。従来、ガラスモールドでは使用する金型の耐熱性から、より低温で軟化するガラス、具体的にはTgが630℃以下、より好ましくは600℃以下のガラスが求められてきた。
一方、モールドプレス後の最終的な非球面形状に、プリフォームを近似させること、あるいはより高圧でプレスすること等のガラスモールド技術の進展により、Tgが630〜670℃程度でもガラスモールド用として使用されるケースも考えられる様になった。また、近年ガラスモールドに使用される型材やその保護膜の開発が進み、670℃を超えるガラスも成形可能になりつつある。この様な状況の中、モールドプレス用の光学ガラスと一般の光学ガラスの境界線が無くなりつつある。
特公昭53−42328、特公昭53−47368、特公昭54−6242、特開2002−284542では、SiO2、B2O3、La2O3等を主要成分とする高屈折低分散な光学ガラスが開示されているが、屈折率が本発明の目的としている光学定数に対して十分ではない。また、化学的耐久性も十分とは言えない。
特開昭52-129716では、屈折率が1.85以上のガラスが開示されているが、アッベ数が十分では無い。
一方、特公昭54−6241、特開昭54−90218では、B2O3、La2O3、Gd2O3、WO3等を必須成分とする屈折率が1.85を超える光学ガラスが開示されているが、特にアッベ数が40以上の領域において耐失透性が十分とは言えない。
また、特公昭54−2646では、屈折率が1.85を超えるガラスが幾つか開示されているが、いずれもアッベ数が小さい、又は耐失透性に問題がある。
特開2001−348244では、屈折率1.875以上でアッベ数が39.5以上の光学ガラスが開示されているが、Nb2O5、Ta2O5等の成分、又はそれぞれの総量が少ないことが主要因となり液相温度が高く、十分な量産性があるとは言えない。さらに、この公報に記載の光学ガラスは比重が高いためレンズの重量が大きくなりすぎ、かつPt合金等から滴下させてガラスプリフォーム等を製造する際に、パイプでの流量制御が困難である。
特開2003−267748では、ガラス転移点が630℃以下である高屈折高分散ガラスが開示されているが、Nb2O5、Ta2O5等の成分、又はそれぞれの総量が少ないことが主要因となり、液相温度が高く量産には不向きである。
また、上記の公報の中には、F成分を含有した実施例が幾つか開示されている。これらのF成分を含有するガラスは、熔解工程における揮発が激しいため、屈折率等の光学ガラスにおける重要な品質の変動が激しいという欠点を有する。また、化学的耐久性も劣化しやすい傾向にあるため、量産品には不向きである。
この範囲のモールドプレス用ガラスが非球面レンズとして使用されれば、球面収差の補正が容易となり、よりコンパクトで高性能な光学系が可能となる。したがって上記範囲の光学定数においては、モールドプレス用としても、また一般の光学ガラスとしても、安定した生産が可能なものを望む要求は非常に大きい。
しかしながら、前記範囲の光学定数を有する公知の光学ガラスは、化学的耐久性が悪いだけでなく液相温度が高く安定した生産を行なうには十分で無かった。
さらに本発明者は、ガラス組成物中におけるTa2O5及びNb2O5の含有量の和が所定の値以上になると、ガラス組成物の屈折率を所望の値に維持しつつ耐失透性を格段に向上させ得ることを今般見出した。
SiO2 2〜9%、
B2O3 8.0%以上かつ18%未満、
Gd2O3 6.5〜20%、及び
GeO2 3%未満、
La 2 O 3 33〜50%、
ZrO 2 4.5〜7%、
Nb 2 O 5 0.1〜3%、
Ta 2 O 5 15〜20%を含有し、
ただし、Ta 2 O 5 +Nb 2 O 5 の合計量が17〜23%、並びに
Li 2 O 0〜3%、
WO 3 0〜2%未満、
ZnO 0〜10%、
RO 0〜5% (R=Mg、Ca、Sr、Ba)及び
Sb 2 O 3 0〜1%
を含有し
F成分を含有しないモールドプレス用ガラスプリフォーム材であって、屈折率が1.85以上、アッベ数が35以上、
液相温度が1240℃以下
ガラス転移点(Tg)が630℃以下
液相温度における粘度η(dPa・s)の対数logηが0.72以上
であることを特徴とするモールドプレス用ガラスプリフォーム材である。
本発明の第2の構成は、液相温度が1140℃以下である前記構成1のモールドプレス用ガラスプリフォーム材である。
本発明の第3の構成は、日本光学硝子工業会規格JOGIS06−1999「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法(粉末法)」により測定するガラスの耐酸性が級2以下である前記構成1または2のモールドプレス用ガラスプリフォーム材である。
本発明の第4の構成は、比重が4.80〜5.25である前記構成1〜3のモールドプレス用ガラスプリフォーム材である。
本発明の第5の構成は、Ta2O5+Nb2O5の合計量が18〜23%である前記構成1〜4のモールドプレス用ガラスプリフォーム材である。
本発明の第6の構成は、屈折率が1.88〜1.90であり、酸化物基準の質量%でWO3が0.5%未満である前記構成1〜6に記載のモールドプレス用ガラスプリフォーム材である。
本発明の第7の構成は、TiO2が5%未満であり、Al2O3が5%未満である前記構成1〜6に記載のモールドプレス用ガラスプリフォーム材である。
本発明の第8の構成は、日本光学硝子工業会規格JOGIS06−1999「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法(粉末法)」により測定するガラスの耐酸性が級2以下であることを特徴とする前記構成1〜7に記載のモールドプレス用ガラスプリフォーム材である。
本発明の第9の構成は、前記構成1〜8のいずれかに記載のモールドプレス用ガラスプリフォーム材をモールドプレス成形することにより得られる光学素子である。
本発明の第10の構成は、酸化物基準の質量%において、
SiO2 2〜9%、
B2O3 8.0%以上かつ18%未満、
Gd2O3 6.5〜20%、及び
GeO2 3%未満、
La 2 O 3 33〜50%、
ZrO 2 4.5〜7%、
Nb 2 O 5 0.1〜3%、
Ta 2 O 5 15〜20%を含有し、
ただし、Ta 2 O 5 +Nb 2 O 5 の合計量が17〜23%、並びに
Li 2 O 0〜3%、
WO 3 0〜2未満%、
ZnO 0〜10、
RO 0〜5% (R=Mg、Ca、Sr、Ba)及び
Sb 2 O 3 0〜1%
を含有し
F成分を含有しないモールドプレス成形用光学ガラスであって、屈折率が1.85以上、
アッベ数が35以上、
液相温度が1240℃以下
ガラス転移点(Tg)が630℃以下
液相温度における粘度η(dPa・s)の対数logηが0.72以上
であることを特徴とするモールドプレス成形用光学ガラスである。
本発明の第11の構成は、液相温度が1140℃以下である前記構成10のモールドプレス成形用光学ガラスである。
本発明の第12の構成は、日本光学硝子工業会規格JOGIS06−1999「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法(粉末法)」により測定するガラスの耐酸性が級2以下である前記構成10または11に記載のモールドプレス成形用光学ガラスである。
本発明の第13の構成は、比重が4.80〜5.25である前記構成10〜12のいずれかに記載のモールドプレス成形用光学ガラスである。
本発明の第14の構成は、Ta2O5+Nb2O5の合計量が18〜23%である前記構成10〜13のいずれかに記載のモールドプレス成形用光学ガラスである。
本発明の第15の構成は、屈折率が1.88〜1.90であり、酸化物基準の質量%でWO3が0.5%未満である前記構成10〜14のいずれかに記載のモールドプレス成形用光学ガラスである。
本発明の第16の構成は、TiO2が5%未満であり、Al2O3が5%未満である前記構成10〜15のいずれかに記載のモールドプレス成形用光学ガラスである。
本発明の第17の構成は、日本光学硝子工業会規格JOGIS06−1999「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法(粉末法)」により測定するガラスの耐酸性が級2以下であることを特徴とする前記構成10〜16のいずれかに記載のモールドプレス成形用光学ガラスである。
本発明の第18の構成は、前記構成10〜17のいずれかに記載のモールドプレス成形用光学ガラスをモールドプレス成形することにより得られる光学素子である。
また、本発明の光学ガラスは高屈折率低分散性、高化学耐久性、低膨張性である特徴をいかして、レンズ以外の光学素子、例えば回折格子・プリズム等にも応用することが可能である。また、機械的、熱的応力が発生しやすい環境で、特に複屈折性を問題とするような用途(例えばプロジェクター)においても、本発明の光学ガラスは上記の特性に加えて、極めて低い光弾性定数を有するので、応用の可能性がある。
さらに、本発明の光学ガラスはヤング率が非常に高いので、低膨張性を生かして各種基板材料への応用も考えられる。
本発明に示す光学ガラスの各成分における酸化物基準での質量%の組成範囲を、前記の通りに限定した理由を以下に述べる。
さらに、本発明の最も重要な特徴の一つである低い液相温度を維持をより容易にするために、Ta2O5及びNb2O5成分の合計量は、好ましくは16%、より好ましくは17%、最も好ましくは18%を下限とし、好ましくは28%、より好ましくは24%、最も好ましくは23%を上限として含有する。
Y2O3成分は、La2O3成分と同様に、ガラスの屈折率を高め、かつアッベ数を大きくするのに有効な任意に添加しうる成分である。しかし多量に含有しすぎると耐失透性を悪化させる。したがって、好ましくは10%、より好ましくは5%、最も好ましくは3%未満を上限として含有することができる。
Yb2O3成分も、La2O3成分と同様に、ガラスの屈折率を高め、かつアッベ数を大きくするのに有効な任意に添加しうる成分である。しかし多量に含有しすぎると耐失透性を悪化させる。好ましくは10%、より好ましくは5.0%、最も好ましくは3.0%未満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のに効果を有する任意に添加しうる成分であるが、原料が高価であるため、使用量は少ない方が好ましい。したがって、好ましくは10%、より好ましくは5%、最も好ましくは3%未満を上限として含有することができる。
SiO2 8〜25mol%、
B2O3 18〜40mol%、
Li2O 0〜15mol%、
La2O3 10〜30mol%、
Gd2O3 1〜10mol%、
ZrO2 5〜10mol%、
Nb2O5 0.1〜3mol%、
Ta2O5 5〜10mol%
ただし、Ta2O5+Nb2O5の合計量が7.5〜13mol%、
WO3 0〜3mol%、
ZnO 0〜30mol%、
RO 0〜5mol% (R=Mg、Ca、Sr、Ba)、
Sb2O3 0〜0.3mol%、
ガラス及び光学素子は化学的耐久性が良好であることが望まれる。耐久性の悪いガラスは、レンズの研磨面、或いはプリフォームの状態での自由曲面の表面においてヤケと呼ばれるレンズ曇りが発生してしまう。通常、この様なガラスにおいては厳重な温度管理や湿度管理の必要性が生じ、コスト高となってしまいやすい。
粉末法耐酸性のクラスが3以上では、上記、不具合が多発しやすい。簡便な管理のもとで容易に生産するためには、2以下より好ましくは1とすることが好ましい。
Tgが600℃未満では、ガラスの化学的耐久性が劣化しやすい。また粘度の低下に起因して、ガラス化が困難となる。上記理由により、ガラス自体の生産性を悪化させてしまう。
したがって、モールドプレス用の光学ガラスとしては、Tgは670℃以下の範囲が好ましく、630℃以下とすることがより好ましい。
したがって、100〜300℃における平均線熱膨張係数αが、好ましくは90×10-7/℃、より好ましくは83×10-7/℃、最も好ましくは80×10-7/℃を上限とすることが好ましい。
上記の様に熔融ガラスから直接プリフォーム材を製造する方法だけでなく、板材から冷間加工により直接レンズ形状を得ても良いし、また冷間加工により近似形状としてから、モールドプレス成形を行なって最終製品である光学素子を得ても良い。
上記の製造方法に限らず、ガラス製造に関する様々な成形方法(例えばフロート成形、プレス成形、ドロー成形等)において、粘度の要素は欠かすことが出来ない。溶融状態からガラス温度を下げた場合に、高い粘度になるまで結晶の発生しないガラスであればあるほど成形可能な範囲が広がり、安定した生産が可能となる。つまり、液相温度における粘度が高い程、量産化には好適である。
前述した様に、溶融ガラスからプリフォーム材を得ようとする成形においては、液相温度における粘度η(dPa・s)の対数logηの値が0.3以上でなければならない。量産化において安定したプリフォーム成形を実施するためには、液相温度におけるlogηの値が好ましくは0.4以上、より好ましくは0.5以上、最も好ましくは0.6以上である。
さらに、比較例No.G〜No.Oの組成を、表9、11に示し、ガラス転移点Tg、屈伏点At、熱膨張係数α、比重、液相温度およびRA(P)を表10、12に示す。
液相温度における粘度η(dPa・s)は、球引上げ式粘度計を使用し、液相温度での粘度を測定した。なお、本明細書中において粘度を表す場合は粘度η(dPa・s)の常用対数で表す。
さらに比較例No.G〜Oは特開2001−348244の実施例2〜10である。
参考例No.6、No.19、及び実施例No.25を上記と同様の方法により1300℃で2h、8h、24hの条件でそれぞれ溶融処理を行なった。一方、それぞれの実施例における酸化物基準の組成を100質量部とした場合に、さらにF成分を2質量部添加したNo.P〜Rについても同様の熱処理を実施した。それぞれの屈折率の時間変化を以下に示す。
Claims (18)
- 酸化物基準の質量%において、
SiO2 2〜9%、
B2O3 8.0%以上かつ18%未満、
Gd2O3 6.5〜20%、及び
GeO2 3%未満、
La 2 O 3 33〜50%、
ZrO 2 4.5〜7%、
Nb 2 O 5 0.1〜3%、
Ta 2 O 5 15〜20%を含有し、
ただし、Ta 2 O 5 +Nb 2 O 5 の合計量が17〜23%、並びに
Li 2 O 0〜3%、
WO 3 0〜2%未満、
ZnO 0〜10%、
RO 0〜5% (R=Mg、Ca、Sr、Ba)及び
Sb 2 O 3 0〜1%
を含有し
F成分を含有しないモールドプレス用ガラスプリフォーム材であって、屈折率が1.85以上、アッベ数が35以上、
液相温度が1240℃以下
ガラス転移点(Tg)が630℃以下
液相温度における粘度η(dPa・s)の対数logηが0.72以上
であることを特徴とするモールドプレス用ガラスプリフォーム材。 - 液相温度が1140℃以下である請求項1のモールドプレス用ガラスプリフォーム材。
- 日本光学硝子工業会規格JOGIS06−1999「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法(粉末法)」により測定するガラスの耐酸性が級2以下である請求項1または2に記載のモールドプレス用ガラスプリフォーム材。
- 比重が4.80〜5.25である請求項1〜3のいずれかに記載のモールドプレス用ガラスプリフォーム材。
- Ta2O5+Nb2O5の合計量が18〜23%である請求項1〜4のいずれかに記載のモールドプレス用ガラスプリフォーム材。
- 屈折率が1.88〜1.90であり、酸化物基準の質量%でWO3が0.5%未満である請求項1〜5のいずれかに記載のモールドプレス用ガラスプリフォーム材。
- TiO2が5%未満であり、Al2O3が5%未満である請求項1〜6のいずれかに記載のモールドプレス用ガラスプリフォーム材。
- 日本光学硝子工業会規格JOGIS06−1999「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法(粉末法)」により測定するガラスの耐酸性が級2以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のモールドプレス用ガラスプリフォーム材。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のモールドプレス用ガラスプリフォーム材をモールドプレス成形することにより得られる光学素子。
- 酸化物基準の質量%において、
SiO2 2〜9%、
B2O3 8.0%以上かつ18%未満、
Gd2O3 6.5〜20%、及び
GeO2 3%未満、
La 2 O 3 33〜50%、
ZrO 2 4.5〜7%、
Nb 2 O 5 0.1〜3%、
Ta 2 O 5 15〜20%を含有し、
ただし、Ta 2 O 5 +Nb 2 O 5 の合計量が17〜23%、並びに
Li 2 O 0〜3%、
WO 3 0〜2未満%、
ZnO 0〜10、
RO 0〜5% (R=Mg、Ca、Sr、Ba)及び
Sb 2 O 3 0〜1%
を含有し
F成分を含有しないモールドプレス成形用光学ガラスであって、屈折率が1.85以上、
アッベ数が35以上、
液相温度が1240℃以下
ガラス転移点(Tg)が630℃以下
液相温度における粘度η(dPa・s)の対数logηが0.72以上
であることを特徴とするモールドプレス成形用光学ガラス。 - 液相温度が1140℃以下である請求項10のモールドプレス成形用光学ガラス。
- 日本光学硝子工業会規格JOGIS06−1999「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法(粉末法)」により測定するガラスの耐酸性が級2以下である請求項10または11に記載のモールドプレス成形用光学ガラス。
- 比重が4.80〜5.25である請求項10〜12のいずれかに記載のモールドプレス成形用光学ガラス。
- Ta2O5+Nb2O5の合計量が18〜23%である請求項10〜13のいずれかに記載のモールドプレス成形用光学ガラス。
- 屈折率が1.88〜1.90であり、酸化物基準の質量%でWO3が0.5%未満である請求項10〜14のいずれかに記載のモールドプレス成形用光学ガラス。
- TiO2が5%未満であり、Al2O3が5%未満である請求項10〜15のいずれかに記載のモールドプレス成形用光学ガラス。
- 日本光学硝子工業会規格JOGIS06−1999「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法(粉末法)」により測定するガラスの耐酸性が級2以下であることを特徴とする請求項10〜16のいずれかに記載のモールドプレス成形用光学ガラス。
- 請求項10〜17のいずれかに記載のモールドプレス成形用光学ガラスをモールドプレス成形することにより得られる光学素子。
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