JP5441045B2

JP5441045B2 - 光学ガラス

Info

Publication number: JP5441045B2
Application number: JP2007010200A
Authority: JP
Inventors: 直人山下; 竜也末次; 俊彦栄西; 準治西井; 幸平福味
Original assignee: Isuzu Glass Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Isuzu Glass Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2027-01-19
Also published as: JP2008174421A

Description

本発明は、光学ガラスに関し、具体的には、モールドプレス成形に適した光学ガラスに関する。

光ディスクシステム用途の光ピックアップレンズ、カメラ用途の光学レンズとしては、屈折率（ｎｄ）が１．５５〜１．９程度の光学レンズが使用されている。このような光学レンズは、例えば、溶融ガラスをノズルの先端から滴下して一旦液滴状のガラスを作製し、研削、研磨、洗浄して得られるプリフォームガラス、又は溶融ガラスを急冷鍛造して一旦ガラスブロックを作製し、同じく研削、研磨、洗浄して得られるプリフォームガラスを、精密加工を施した金型によって、軟化状態のプリフォームガラスを加圧成形し、金型の表面形状をガラスに転写するモールドプレス成形によって作製されている。

上記モールドプレス成形に供される光学ガラスとしては、求められる屈折率を具備することに加えて、金型を劣化させないように屈伏温度（Ａｔ）が低いこと、金型との融着が起こり難いこと、耐失透性が高いこと等が求められる。

従来、上記光学レンズとしては、ＳｉＯ_２−ＰｂＯ−Ｒ_２Ｏ（但し、Ｒ_２Ｏはアルカリ金属酸化物）系ガラスが用いられているが、プレス成形時に金型との融着を起こし易い点や環境負荷の大きい鉛成分を含有する点から、使用が抑制されてきている。

非鉛系ガラスとして、例えば、特許文献１及び特許文献２には、ＳｉＯ_２−ＴｉＯ_２−Ｎｂ_２Ｏ_５−Ｒ_２Ｏ（但し、Ｒ_２Ｏはアルカリ金属酸化物）やＳｉＯ_２−Ｎｂ_２Ｏ_５−ＲＯ（但し、ＲＯはアルカリ土類金属酸化物）系ガラスが記載されている。これらの非鉛系ガラスは、転移温度は低いものの、耐失透性が不十分である。

更に、特許文献３及び特許文献４には、上記屈折率を有し、耐失透性が改善された光学ガラスが開示されている。例えば、特許文献３には、質量％で、ＳｉＯ_２：２０〜４６％、Ｂ_２Ｏ_３：０〜７％、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜５％、Ｎｂ_２Ｏ_５：２０〜５５％、ＴｉＯ_２：０〜１４％、ＷＯ_３：０〜１５％、Ｂｉ_２Ｏ_３：０．５〜２０％、ＲＯ（但し、ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを示す）：０〜１０％、Ｒ’_２Ｏ（但し、Ｒ’はＬｉ、Ｎａ、Ｋを示す）：１０〜３０％の範囲の各成分を含有する光学ガラスが記載されている。そして、かかる文献に記載の光学ガラスは、転移温度（Ｔｇ）が５５０℃以下であって、モールドプレス成形用として適しているとの記載がある（特許文献３の［0015］段落）。特許文献４の［0021］段落も同様である。

しかしながら、特許文献３及び特許文献４に記載の光学ガラスは、屈伏温度が未だ十分に低くない。一般に屈伏温度（Ａｔ）は転移温度（Ｔｇ）＋３０〜５０℃であり、Ｔｇが５５０℃であれば、Ａｔは５８０〜６００℃程度である。そのため、特にモールドプレス成形用に適用する場合には、更に屈伏温度が低いことが望まれる。
特開昭５２−２５８１２号公報特開昭５２−４５６１２号公報特開平９−７１４３５号公報特開平９−１４２８７２号公報

本発明は、屈折率が１．５５〜１．９であり、屈伏温度が低く（５２０℃以下）、且つ、耐失透性が良好な、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を目的とする。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定組成の光学ガラスが上記目的を達成することを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、下記の光学ガラスに関する。
１．ガラス全体量を１００重量％とし、酸化物組成として、ＳｉＯ_２：６〜３７重量％、Ｂ_２Ｏ_３：７重量％より多く２６重量％以下及びＡｌ_２Ｏ_３：６．４５〜１５重量％であって、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３及びＡｌ_２Ｏ_３の合計量として１９．４５〜６６重量％を含有し、Ｂｉ_２Ｏ_３：１８〜７３重量％を含有し、
屈折率が１．５５〜１．９であり、且つ、屈伏温度が５２０℃以下であることを特徴とする光学ガラス。
２．ガラス全体量を１００重量％とし、酸化物組成として、
（１）ＳｉＯ_２：６〜３７重量％、Ｂ_２Ｏ_３：７重量％より多く２６重量％以下及びＡｌ_２Ｏ_３：６．４５〜１５重量％であって、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３及びＡｌ_２Ｏ_３の合計量として１９．４５〜６６重量％、
（２）Ｌｉ_２Ｏ：７重量％以下、Ｎａ_２Ｏ：８重量％以下及びＫ_２Ｏ：１０重量％以下であって、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの合計量として５〜２０重量％、
（３）ＭｇＯ：２重量％以下、ＣａＯ：２重量％以下、ＳｒＯ：２重量％以下及びＢａＯ：２重量％以下であって、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合計量として８重量％以下、
（４）ＺｎＯ：７重量％以下、並びに
（５）Ｂｉ_２Ｏ_３：１８〜７３重量％
を含有する、上記項１に記載の光学ガラス。
３．ガラス全体量を１００重量％とし、酸化物組成として、
（１）ＳｉＯ_２：６〜２６重量％、Ｂ_２Ｏ_３：８〜１８重量％及びＡｌ_２Ｏ_３：６．４５〜１１重量％であって、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３及びＡｌ_２Ｏ_３の合計量として２０．４５〜４４重量％、
（２）Ｌｉ_２Ｏ：１〜４重量％、Ｎａ_２Ｏ：２〜６重量％及びＫ_２Ｏ：１０重量％以下であって、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの合計量として５〜２０重量％、
（３）ＭｇＯ：１重量％以下、ＣａＯ：１重量％以下、ＳｒＯ：２重量％以下及びＢａＯ：２重量％以下、
（４）ＺｎＯ：３重量％以下、並びに
（５）Ｂｉ_２Ｏ_３：４２〜７３重量％
を含有する、上記項１に記載の光学ガラス。
４．屈折率が１．６６〜１．９である、上記項１〜３のいずれかに記載の光学ガラス。
５．屈伏温度が４８０℃以下である、上記項１〜３のいずれかに記載の光学ガラス。
６．屈折率が１．６６〜１．９であり、且つ、屈伏温度が４８０℃以下である、上記項１〜３のいずれかに記載の光学ガラス。
７．モールドプレス成形用である、上記項１〜６のいずれかに記載の光学ガラス。
以下、本発明の光学ガラスについて詳細に説明する。

本発明の光学ガラスは、ガラス全体量を１００重量％とし、酸化物組成として、ＳｉＯ_２：６〜３７重量％、Ｂ_２Ｏ_３：７重量％より多く２６重量％以下及びＡｌ_２Ｏ_３：１５重量％以下であって、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３及びＡｌ_２Ｏ_３の合計量として１９〜６６重量％を含有し、Ｂｉ_２Ｏ_３：１８〜７３重量％を含有し、屈折率が１．５５〜１．９であり、且つ、屈伏温度が５２０℃以下であることを特徴とする。

但し、上記組成は特徴部分のみを記載したものであり、本発明の光学ガラスは、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３及びＢｉ_２Ｏ_３を必須成分として含有する他、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ等を任意成分として含有する。

本発明の光学ガラスの好ましい組成を例示すると、例えば、
（１）ＳｉＯ_２：６〜３７重量％、Ｂ_２Ｏ_３：７重量％より多く２６重量％以下及びＡｌ_２Ｏ_３：１５重量％以下であって、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３及びＡｌ_２Ｏ_３の合計量として１９〜６６重量％、
（２）Ｌｉ_２Ｏ：７重量％以下、Ｎａ_２Ｏ：８重量％以下及びＫ_２Ｏ：１０重量％以下であって、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの合計量として５〜２０重量％、
（３）ＭｇＯ：２重量％以下、ＣａＯ：２重量％以下、ＳｒＯ：２重量％以下及びＢａＯ：２重量％以下であって、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合計量として１０重量％以下、
（４）ＺｎＯ：７重量％以下、並びに
（５）Ｂｉ_２Ｏ_３：１８〜７３重量％を含有するものが例示される。

上記特徴を有する本発明の光学ガラスは、特に屈伏温度が５２０℃以下と低く、更に耐失透性が良好であるため、モールドプレス成形に用いる光学ガラスとして適している。

多成分系ガラス材料においては、各成分が相互に影響して、ガラス材料の固有の特性を決定するため、各成分の量的範囲を各成分の特性に応じて論じることは必ずしも妥当ではないが、以下に、上記好適組成において各成分の量的範囲を規定した根拠を述べる。

ＳｉＯ_２は、ガラス網目を構成する主成分である。ＳｉＯ_２の含有量は、６〜３７重量％であればよく、６〜２６重量％程度が好ましい。ＳｉＯ_２の含有量が３７重量％を上回るとガラスの溶融性が悪化するおそれがある。ＳｉＯ_２の含有量が６重量％を下回ると化学的耐久性が不充分となり変色の原因となるおそれがある。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスの溶融性を向上させる成分である。また特定組成ではガラス網目を構成する成分ともなる。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、７重量％より多く２６重量％以下であればよく、８〜１８重量％程度が好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が２６重量％を上回るとガラスの化学的耐久性が不十分となるおそれがある。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が７重量％以下であると光透過特性及びガラスの溶融性が悪化するおそれがある。

Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの失透を抑制し、化学的耐久性を高める成分である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、１５重量％以下であればよく、１１重量％以下が好ましい。下限値は限定的ではないが、所定の効果を得るためには１重量％以上とする。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が１５重量％を上回るとガラス溶融性が低下するおそれがある。

上記ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３及びＡｌ_２Ｏ_３は、合計量として１９〜６６重量％であればよく、１９〜４４重量％程度が好ましい。３成分の合計量をかかる範囲内に設定することにより、耐失透性及び化学的耐久性の向上効果並びに屈伏温度低下の効果が得られる。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは、ガラスの溶融性を向上させる成分である。これらは、一種又は二種以上で使用できる。Ｌｉ_２Ｏの含有量は７重量％以下が好ましく、１〜４重量％程度がより好ましい。

Ｎａ_２Ｏの含有量は８重量％以下が好ましく、２〜６重量％程度がより好ましい。

Ｋ_２Ｏの含有量は１０重量％以下が好ましく、１〜１０重量％程度がより好ましい。

上記Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは、合計量として５〜２０重量％程度が好ましく、５〜１８重量％程度がより好ましい。これらの含有量が２０重量％を上回るとガラスの化学的耐久性が不十分となるおそれがある。これらの含有量が５重量％を下回ると屈伏温度の低下及びガラスの溶融性が不十分となるおそれがある。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯは、ガラスの化学的耐久性を向上させる成分である。いずれの成分も、含有量は２重量％以下が好ましく、特にＭｇＯ、ＣａＯについては、１重量％以下が好ましい。これらの４成分の合計量は１０重量％以下が好ましく、１〜８重量％程度がより好ましい。前記合計量が１０重量％を上回るとガラスの溶融性が低下するおそれがある。これらの含有量が１重量％を下回るとガラスの化学的耐久性が不十分となるおそれがある。

ＺｎＯは、ガラスの化学的耐久性を向上させ、且つ、屈伏温度を低下させる成分である。ＺｎＯの含有量は７重量％以下が好ましく、３重量％以下がより好ましい。含有量が７重量％を上回ると耐失透性が低下するおそれがある。下限値は限定されないが、１重量％を下回ると添加効果が十分に発揮されないおそれがある。

Ｂｉ_２Ｏ_３は、屈折率を高め、且つ、屈伏温度を低下させる成分である。Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量は１８〜７３重量％であればよく、とりわけ４２〜７３重量％程度が好ましい。１８重量％未満では添加効果が不十分となるおそれがある。７３重量％を超えると耐失透性が悪化するおそれがある。

その他、本発明の効果を妨げない範囲において、他の成分が含まれていてもよい。

上記組成を有する本発明の光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．５５〜１．９の範囲であり、好ましくは１．６６〜１．９の範囲である。かかる屈折率の光学ガラスは、光ピックアップレンズ、カメラ用途のレンズ等に好適に適用できる。

また、屈伏温度（Ａｔ）は５２０℃以下であり、好ましくは４８０℃以下である。なお、当該屈伏温度は、ＪＩＳＲ３１０２に準拠し、光学ガラスを５℃／ｍｉｎで昇温した条件において、熱膨張計を用いて測定した値である。

更に、上記光学ガラスは、耐失透性が良好である。例えば、好適な実施態様では、光学ガラスを電気炉内で１０００〜１２００℃の温度で溶融後、９００℃に降下し、該温度で２時間保持後、顕微鏡観察において失透が認められない程に耐失透性が良好である。

本発明の光学ガラスは、上記所定の組成となるように原料を配合し、公知のガラス製造方法に従って処理すればよい。

ガラス中の各成分の原料（ガラス原料）としては特に限定されないが、各金属の酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等が挙げられる。

上記光学ガラスの製造に際しては、例えば、最終的に所定の組成となるように上記原料を調合し、１０００〜１２００℃程度の温度で溶融・撹拌・清澄後、型に流し込み、徐冷することにより得られる。

徐冷工程では、ガラスに熱的歪みが生じないように温度条件を管理することが好ましい。冷却速度としては１０〜１００℃／ｈｒ程度が好ましく、３０〜５０℃／ｈｒ程度がより好ましい。

本発明の光学ガラスは、屈折率が１．５５〜１．９の範囲であり、屈伏温度が５２０℃以下と低く、しかも耐失透性が良好である。よって、モールドプレス成形によってレンズ等の光学部品を作製する用途に好適に利用することができる。

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明する。但し本発明は実施例に限定されない。

実施例１〜４及び比較例１〜３
下記表１に示される組成となるようにガラス原料を秤量及び調合した。

原料混合物を、アルミナ坩堝中、１１００℃で溶融、清澄、撹拌した。次に、溶融物を炭素型に流し込み、４０℃／ｈｒの速度で室温まで冷却した。冷却後、ガラスを切断、研磨することにより厚さ１ｍｍのガラス板を得た。

試験例１
実施例１〜４及び比較例１〜３で得られたガラス板の分光特性（屈折率、屈伏温度、耐失透性）を調べた。

屈折率（ｎｄ）は、ヘリウムランプのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する測定値とした。

屈伏温度（Ａｔ：℃）は、５℃／ｍｉｎで昇温させた条件において、熱膨張計を用いて測定した。

耐失透性は、白金製５０ｃｃポットにガラス板８０ｇを入れ、電気炉で１０００〜１２００℃の温度で溶融後９００℃に降下し、該温度で２時間保持した後、炉外に取り出して失透の有無を顕微鏡により観察することにより調べた。

耐失透性が良好（失透が認められない）であるものを○と評価し、不良（失透が認められる）であるものを×と評価した。

各試験結果を下記表２に示す。なお、比較例２、３に示す組成ではガラス化しなかったため、比較例２、３では屈折率及び屈伏温度を評価しなかった。

Claims

ガラス全体量を１００重量％とし、酸化物組成として、ＳｉＯ_２：６〜３７重量％、Ｂ_２Ｏ_３：７重量％より多く２６重量％以下及びＡｌ_２Ｏ_３：６．４５〜１５重量％であって、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３及びＡｌ_２Ｏ_３の合計量として１９．４５〜６６重量％を含有し、Ｂｉ_２Ｏ_３：１８〜７３重量％を含有し、
屈折率が１．５５〜１．９であり、且つ、屈伏温度が５２０℃以下であることを特徴とする光学ガラス。
ガラス全体量を１００重量％とし、酸化物組成として、
（１）ＳｉＯ_２：６〜３７重量％、Ｂ_２Ｏ_３：７重量％より多く２６重量％以下及びＡｌ_２Ｏ_３：６．４５〜１５重量％であって、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３及びＡｌ_２Ｏ_３の合計量として１９．４５〜６６重量％、
（２）Ｌｉ_２Ｏ：７重量％以下、Ｎａ_２Ｏ：８重量％以下及びＫ_２Ｏ：１０重量％以下であって、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの合計量として５〜２０重量％、
（３）ＭｇＯ：２重量％以下、ＣａＯ：２重量％以下、ＳｒＯ：２重量％以下及びＢａＯ：２重量％以下であって、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合計量として８重量％以下、
（４）ＺｎＯ：７重量％以下、並びに
（５）Ｂｉ_２Ｏ_３：１８〜７３重量％
を含有する、請求項１に記載の光学ガラス。
ガラス全体量を１００重量％とし、酸化物組成として、
（１）ＳｉＯ_２：６〜２６重量％、Ｂ_２Ｏ_３：８〜１８重量％及びＡｌ_２Ｏ_３：６．４５〜１１重量％であって、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３及びＡｌ_２Ｏ_３の合計量として２０．４５〜４４重量％、
（２）Ｌｉ_２Ｏ：１〜４重量％、Ｎａ_２Ｏ：２〜６重量％及びＫ_２Ｏ：１０重量％以下であって、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの合計量として５〜２０重量％、
（３）ＭｇＯ：１重量％以下、ＣａＯ：１重量％以下、ＳｒＯ：２重量％以下及びＢａＯ：２重量％以下、
（４）ＺｎＯ：３重量％以下、並びに
（５）Ｂｉ_２Ｏ_３：４２〜７３重量％
を含有する、請求項１に記載の光学ガラス。
屈折率が１．６６〜１．９である、請求項１〜３のいずれかに記載の光学ガラス。
屈伏温度が４８０℃以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の光学ガラス。
屈折率が１．６６〜１．９であり、且つ、屈伏温度が４８０℃以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の光学ガラス。
モールドプレス成形用である、請求項１〜６のいずれかに記載の光学ガラス。