JP5352916B2 - 光学ガラス - Google Patents
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- Glass Compositions (AREA)
Description
非球面レンズ等の製造は、ガラスのプリフォームを加熱軟化させ、これを所望形状に精密モールド成形することによってなされている。
精密モールド成形によってガラス成形品を得るためには、プリフォームの加圧成形を屈伏点(At)近傍の温度で行うことが必要である。このため、プリフォームの屈伏点(At)が高いほど、これに接する金型が一層の高温に曝されることとなり、金型表面が酸化消耗し、金型のメンテナンスが必要となり、低コストでの大量生産が実現できなくなる。このため、プリフォームを構成する光学ガラスは、比較的低温で成形できること、従って屈伏点(At)が低いことが望まれている。
屈伏点(At)の低いガラス系としては、リン酸塩を主体としたリン酸塩系光学ガラスを上げることができる。
これらのガラスでは屈折率(nd)が1.75〜2.0といったものもある。
また特許文献3にはP2O5−Nb2O5−Bi2O3系ガラスの高屈折率、高分散の精密プレス成形用光学ガラスが開示されている。
更に低屈伏点化、高屈折率化が期待できる上記特許文献3の光学ガラスでは、Bi2O3に起因する短波長側の光の吸収が大きく、波長400nmにおける光の透過率が低く、外観上かなりの黄色を呈するものが多かった。即ち特許文献3に開示された光学ガラスでは、400nmにおける光の透過率は55%で、60%を下回っており、光学部材として適用範囲が狭くなるという問題があった。
なお、上記において屈伏点(At)とは、熱機械分析装置(TMA)で熱膨張測定をしたとき、ガラスの軟化によって膨張曲線が上昇から下降に転じる極大点である。また屈折率(nd)とは、ヘリウムの587.6nmの輝線に対する屈折率を言う。
また請求項2に記載の光学ガラスによれば、上記請求項1に記載の構成による効果に加えて、フッ素をZnF2で添加することとしたので、請求項1の光学ガラスのP2O5−Bi2O3−ZnO系のP、Bi、Znの成分組成を変更することなく、フッ素をZnF2の形で容易に添加することができ、且つ所定のフッ素/酸素のモル比に容易に調整することができる。
また請求項3に記載の光学ガラスによれば、上記請求項1又は2に記載の構成による効果に加えて、アルミニウムをAl2O3の形で10mol%以下含有させることとしたので、アルミニウムの添加によりガラスの耐久性を向上させることができる。
また請求項4に記載の光学ガラスによれば、上記請求項3に記載の構成による効果に加えて、Al2O3の一部若しくは全部をAlF3として添加することとしたので、請求項3の光学ガラスのP2O5−Bi2O3−ZnO−Al2O3系のP、Bi、Zn、Alの成分組成を変更することなく、フッ素をAlF3の形でも容易に添加することができ、且つ所定のフッ素/酸素のモル比に容易に調整することができる。
また請求項5に記載の光学ガラスによれば、上記請求項1〜4の何れかに記載の構成による効果に加えて、リチウム、ナトリウム、カリウムの中から選ばれる少なくとも1つ以上のアルカリ元素Rを、R2Oの形で15mol%以下含有させることとしたので、アルカリ元素Rの添加によりガラスの屈伏点を低くすることができる。
また請求項6に記載の光学ガラスによれば、上記請求項5に記載の構成による効果に加えて、R2Oの一部若しくは全部をRFとして添加することとしたので、請求項5の光学ガラスのP2O5−Bi2O3−ZnO−Al2O3−R2O系のP、Bi、Zn、Al、Rの成分組成を変更することなく、フッ素をRFの形でも容易に添加することができ、且つ所定のフッ素/酸素のモル比に容易に調整することができる。
また請求項7に記載の光学ガラスによれば、上記請求項1〜6の何れかに記載の構成による効果に加えて、希土類元素とガリウムとの中からから選ばれる少なくとも1つ以上の元素Mを、酸化物(M2O3)換算で5mol%以下含有させることとしたので、ガラスの耐久性の向上、高屈折率化を助長させることができる。
また請求項8に記載の光学ガラスによれば、上記請求項7に記載の構成による効果に加えて、希土類元素がY、La、Ybであるので、希土類元素を添加する場合には、Y、La、Ybの何れか1つ以上を入れることでガラスの耐久性の向上、高屈折率化を助長させることができる。
また請求項9に記載の光学ガラスによれば、上記請求項7又は8に記載の構成による効果に加えて、希土類元素とガリウムとを、フッ化物(MF3)として添加することとしたので、光学ガラスのP2O5−Bi2O3−ZnO系のP、Bi、Znの成分組成を変更することなく、或いはP2O5−Bi2O3−ZnO−Al2O3系のP、Bi、Zn、Alの成分組成を変更することなく、希土類元素とガリウムをフッ化物の形で容易に添加することができ、且つ所定のフッ素/酸素のモル比に容易に調整することができる。
成分P2O5はガラスの網目構造形成成分であり、ガラスに製造可能な安定性をもたせるための必須成分である。
P2O5は15〜30mol%含有させる。15mol%未満では安定して良好なガラスを得難くなる。一方、30mol%を超えても安定して良好なガラスが得難くなる。
P2O5は、好ましくは17.5〜29mol%、更に好ましくは20〜28mol%含有させるのがよい。
Bi2O3は5〜35mol%含有させる。Bi2O3が5mol%未満では安定して良好なガラスが得難くなり、また35mol%を超えても安定して良好なガラスが得難くなる。
Bi2O3は、好ましくは10〜32.5mol%、更に好ましくは、15〜30mol%含有させるのがよい。
40mol%未満では安定して良好なガラスが得難くなり、75mol%を超えても安定して良好なガラスが得難くなる。
ZnOは、好ましくは、42〜70mol%、更に好ましくは44〜65mol%含有させるのがよい。
Al2O3は、好ましくは9mol%以下、更に好ましくは8mol%以下含有させるのがよい。またAl2O3の効果を得るためには、その含有の下限を、好ましくは0.5mol%、より好ましくは1mol%とするのがよい。
R2Oは、好ましくは13mol%以下、更に好ましくは12mol%以下含有させるのがよい。またR2Oの効果を得るためには、含有の下限を、好ましくは1mol%、更に好ましくは2mol%とするのがよい。
希土類元素とガリウムとの中から選ばれる少なくとも1つ以上の元素Mを、酸化物(M2O3)換算で5mol%以下含有させる。5mol%を超えて含有させると、屈伏点が上昇すると共に、安定して良好なガラスが得難くなる。
前記酸化物(M2O3)換算での含有量は、好ましくは4mol%以下、更に好ましくは3mol%以下含有させるのがよい。またM2O3の効果を得るためには、含有の下限を、好ましくは1mol%、更に好ましくは1.5mol%とするのがよい。
フッ素Fの含有量は、好ましくは酸素とのモル比で0.015〜0.35の範囲で、更に好ましくは0.02〜0.3の範囲で含有させるのがよい。
上記原料を、既述した成分範囲となるように調合、混合し、900〜1200℃で溶融し、清澄(ガス抜き)、攪拌の各工程を経て均質化させた後、金型に流し込み徐冷することにより、均質なガラスが得られる。
表1〜表5に示した実施例1〜29、比較例1〜6の成分組成となるように、原料を調合、混合し、これを白金ルツボに入れて、電気炉中で1000℃〜1200℃で溶融し、その後に金型に流し込んで徐冷することで光学ガラスを得た。
得られた各光学ガラスについて、屈伏点(At)、屈折率(nd)の測定を行った。またガラスの透過スペクトルを測定し、波長400nmにおける透過率を求めた。
これらの測定結果を表1〜表5に示す。
Claims (9)
- リン、ビスマス、亜鉛を酸化物換算で、
P2O5 :15〜30mol%
Bi2O3 :5〜35mol%
ZnO :40〜75mol%
含有し、且つフッ素を、酸素とのモル比で、
F/O :0.01〜0.4
含有させてあることを特徴とする光学ガラス。 - フッ素をZnF2で添加することを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。
- アルミニウムをAl2O3の形で10mol%以下含有させ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。
- Al2O3の一部若しくは全部をAlF3として添加することを特徴とする請求項3に記載の光学ガラス。
- リチウム、ナトリウム、カリウムの中から選ばれる少なくとも1つ以上のアルカリ元素Rを、R2Oの形で15mol%以下含有させることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の光学ガラス。
- R2Oの一部若しくは全部をRFとして添加することを特徴とする請求項5に記載の光学ガラス。
- 希土類元素とガリウムとの中から選ばれる少なくとも1つ以上の元素Mを、酸化物(M2O3)換算で5mol%以下含有させることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の光学ガラス。
- 希土類元素がY、La、Ybであることを特徴とする請求項7に記載の光学ガラス。
- 希土類元素とガリウムとを、フッ化物(MF3)として添加することを特徴とする請求項7又は8に記載の光学ガラス。
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