JP5770973B2 - 光学ガラスおよび光学素子 - Google Patents
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Description
また、本発明は、上記の光学ガラスを素材とする光学素子に関するものである。
例えば、高屈折率の光学ガラスとして、特許文献1には、モル%でBi2O3を25〜80%で含有させたものが、特許文献2には、質量%でBi2O3を10%以上90%未満で含有させたものが、特許文献3には、質量%でBi2O3を10%以上90%未満で含有させたものが、それぞれ提案されている。
また、特許文献4には、酸化物基準のモル%表示で実質的にBi2O3:25〜70%を含む高屈折率プレス成形用ガラスが提案されている。
その結果、以下に述べる知見を得た。
(1)特許文献1〜3に開示の光学ガラスは、多量のBi2O3を必要とする関係上、例えばSiO2やB2O3の合計量をモル%で60%以下に抑制せざるを得ないことから、ガラスの耐失透性の面で問題を残していた。
したがって、ガラスの耐失透性の面からはB2O3を60%を超えて含有させることが望ましい。
しかし、B2O3を60%超えて多量に含有させると、やはり屈折率の低下が懸念される。
そこで、発明者はこの点を解決すべくさらに研究を重ねた結果、B2O3を60モル%を超える場合であっても、La2O3、Gd2O3およびZrO2を併せて含有させてやれば、所期した目的を達成できることが判明した。
したがって、ガラスの耐失透性の面から、La2O3、Gd2O3およびZrO2を併せて含有させた方が好ましいとの知見を得た。
すなわち、本発明の光学ガラスは、B2O3を60モル%より多く含有させるBi2O3系光学ガラスにおいて、La2O3、Gd2O3、ZrO2を適量含有させ、かつ、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物、ZnOを含有させないことを組成上の特徴とするものである。
1.モル%で、B2O3:60%超え、75%以下、Bi2O3:24%以上、39%以下、La2O3:7%以下、Gd2O3:7%以下およびZrO2:7%以下の組成からなり、かつLa2O3、Gd2O3およびZrO2の合計量が0.3〜10%であることを特徴とする光学ガラス。
2.前記光学ガラスが、モル%で、さらに、SiO2:5%以下、GeO2:5%以下、Ta2O5:5%以下、Nb2O5:5%以下およびWO3:5%以下、Sb2O3:1%以下のうちから選んだ一種または二種以上を含むことを特徴とする1に記載の光学ガラス。
3.ガラス転移点(Tg)が500℃以下であり、屈折率(nd)が1.85以上で、かつ、アッベ数(νd)が15.0〜30.0の光学恒数を有することを特徴とする1または2に記載の光学ガラス。
4.1〜3のいずれかに記載の光学ガラスからなる光学素子。
また、本発明によれば、かかる光学ガラスを素材とすることにより、ガラスの耐失透性に優れた光学素子を得ることができる。
まず、本発明において、ガラス組成を上記の範囲について説明する。なお、成分に関する「%」表示は、「モル%」を意味するものとする。
本発明において、B2O3は特に重要な成分である。このB2O3は、ガラスの網目構造を形成して、屈折率の低下をほとんど招くことなしに耐失透性を向上したガラスを得ることができる。また、ガラスの溶融性を高めて、溶融温度を低く抑えることができ、その結果、ガラスの着色を抑えて、可視光領域での透過率が向上させることができる。
しかしながら、B2O3含有量が60%以下では、耐失透性が悪化するおそれがあり、一方、75%を超えると所望の屈折率を得られなくなるので、B2O3は60%超え、75%以下の範囲とする。好ましくは60.1%以上74.5%以下の範囲である。
本発明において、Bi2O3はガラスの高屈折率化と高分散化に大きく寄与し、さらにガラス転移点(Tg)を下げる効果も併せ持つ非常に重要な成分である。
しかしながら、Bi2O3含有量が24%未満では、所望の高屈折率と高分散を得ることができず、一方、39%を超えると耐失透性が低下し、ガラス化が困難になるおそれがあるので、Bi2O3は24%以上、39%以下の範囲とする。好ましくは、24.5以上、38.5%以下の範囲である。
本発明において、La2O3は重要な成分である。本発明では、上述したとおり、ガラスの耐失透性の面から60%超のB2O3を含有させるので、それに反比例してBi2O3の含有量が低減し、その分屈折率の低下が懸念される。La2O3の添加は、上記のおそれを払拭するもので、このLa2O3と後述するGd2O3、ZrO2を複合含有させることにより、屈折率の低下を効果的に抑制することができる。すなわち、La2O3はガラス屈折率の向上に有効に寄与し、また、化学的耐久性や耐失透性の向上に大きな効果を発揮する。
しかしながら、La2O3含有量が7%を超えると、ガラスの溶融性や耐失透性が低下するのみならず、ガラス転移点(Tg)が上昇するおそれがあるので、La2O3は7%以下とする。好ましくは6%以下である。なお、上記の効果を十分に得るためには、La2O3は0.2%以上含有させることが好ましい。
上述したとおり、Gd2O3はLa2O3やZrO2とともに、屈折率の低下を抑制するために重要な成分である。また、このGd2O3は、La2O3と併用して含有させることにより耐失透性を向上させる効果もある。
しかしながら、Gd2O3含有量が7%を超えると、ガラスの溶融性や耐失透性が悪化するおそれがあるので、Gd2O3は7%以下とする。好ましくは6%以下である。なお、上記の効果を十分に得るためには、Gd2O3は0.2%以上含有させることが好ましい。
同じく、ZrO2も屈折率の低下を抑制する上で重要な成分である。また、このZrO2は、耐失透性を高め、化学的耐久性を向上させる効果もある。
しかしながら、ZrO2含有量が7%を超えると、ガラスの溶融性や耐失透性が悪化するおそれがあるので、ZrO2は7%以下とする。好ましくは6%以下である。なお、上記の効果を十分に得るためには、ZrO2は0.1%以上含有させることが好ましい。
SiO2は、ガラスの網目を形成して、ガラスの耐失透性を向上させる有効成分である。
しかしながら、SiO2量が5%を超えると溶融温度の高温化を招き、ガラスの着色が濃くなるので、SiO2量は5%以下で含有させることが望ましい。好ましくは4%以下である。
GeO2は、SiO2と同様、ガラスの網目を形成して、ガラスの耐失透性の向上に有用な成分である。
しかしながら、GeO2量が5%を超えると、還元性が強いことからガラスの着色が濃くなるおそれがあるので、GeO2量は5%以下とすることが好ましい。より好ましくは4%以下である。
Ta2O5は、ガラスの屈折率を高める効果があるだけでなく、ガラスの耐失透性を向上させる上でも有効な成分である。
しかしながら、Ta2O5量が5%を超えるとガラスの耐失透性が悪化するので、Ta2O5量は5%以下とすることが好ましい。より好ましくは4%以下である。
Nb2O5は、ガラスの屈折率を高めることができる有用な成分である。
しかしながら、Nb2O5量が5%を超えるとガラスの溶融性や耐失透性が悪化するおそれがあるので、Nb2O5量は5%以下とすることが好ましい。より好ましくは4%以下である。
WO3は、ガラスの屈折率を高めることができる有用な成分である。
しかしながら、WO3量が5%を超えると耐失透性が悪化するおそれがあるので、WO3量は5%以下とすることが好ましい。より好ましくは4%以下である。
Sb2O3は、ガラスの着色改善や脱泡のために添加することができ、Sb2O3などの、工業上周知の脱泡成分は1%以下で十分に効果を有する。
なお、本発明では、これらアルカリ金属酸化物等を添加しなくても、特にBi2O3を多く含有するため、耐失透性や溶融性等が悪化することなく、ガラス転移点の上昇は招くことはない。
なお、溶融性等についてはすでに述べたとおり、本発明の成分を調整することにより、十分満足のいく特性を得ることができる。
ここでプリフォームとは、モールド成形前のレンズ母材のことで、鏡面状態になったガラスのことである。そして、研磨プリフォームやゴブプリフォームを鏡面加工された金型に入れ、加熱して軟化させた後、プレスすること(精密モールド)で、様々な形状の光学素子を製造することができる。
本発明の光学ガラスの製造方法については、特に限定されることなく、従来の製造方法であればいずれも有利に適合する。
すなわち、各成分のそれぞれに対応する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩などを、所定の割合で秤量し、十分混合してガラス調合原料とする。このガラス調合原料を、好ましくは白金坩堝、又は金坩堝に投入して、電気炉にて800〜1100℃で1〜10時間溶融した後、適時撹拌して均質化を図り、次いで、清澄(脱泡)してから、適当な温度に予熱した金型内に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷してやれば良い。
それぞれの光学ガラスについて、ガラス転移点(Tg)、屈折率(nd)およびアッベ数(νd)の測定ならびに、耐失透性の評価を行った。
なお、耐失透性の評価は、「○」:融液が撹拌終了時まで失透しないもの、「△」:撹拌終了時に融液がくすんだように見えるが透明性を保ったもので、製造化が可能なもの、「×」:撹拌時に失透および結晶化してしまうもので、製造化が難しいもののことを意味する。
また、実施例光学ガラス1〜20から、所定量のガラス塊を切り出して研磨プリフォームを作製し、精密モールドで数種類のレンズを得た。これらのレンズは良好な転写性を示し、金型へのガラス付着、揮発物の付着など成形性に問題がある現象は認められず、精密モールドが可能な光学ガラスであった。
比較例光学ガラス2は、B2O3とBi2O3は本発明の要件を満たすが、La2O3+Gd2O3+ZrO2が10%を超えるため、耐失透性が悪いガラスであった。
比較例光学ガラス3は、Bi2O3、La2O3、Gd2O3、ZrO2が本発明の要件を満たすが、B2O3が60%に満たないため耐失透性に問題があった。
比較例光学ガラス4は、B2O3とBi2O3が本発明の要件を満たさないため、耐失透性が悪く、また、屈折率(nd)も1.85に満たないガラスとなった。
比較例光学ガラス5は、屈折率(nd)が非常に高いが、全成分で本発明の要件を満たさないため、耐失透性に問題があった。
比較例光学ガラス6も、全成分で本発明の要件を満たさないため、耐失透性に問題があった。また、Li2Oを多く含有していることから化学的耐久性にも問題があった。
Claims (4)
- モル%で、
B2O3:60%超え、75%以下、
Bi2O3:24%以上、39%以下、
La2O3:7%以下、
Gd2O3:7%以下および
ZrO2:7%以下
の組成からなり、かつLa2O3、Gd2O3およびZrO2の合計量が0.3〜10%であることを特徴とする光学ガラス。 - 前記光学ガラスが、モル%で、さらに、
SiO2:5%以下、
GeO2:5%以下、
Ta2O5:5%以下、
Nb2O5:5%以下および
WO3:5%以下、
Sb2O3:1%以下
のうちから選んだ一種または二種以上を含むことを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。 - ガラス転移点(Tg)が500℃以下であり、屈折率(nd)が1.85以上で、かつ、アッベ数(νd)が15.0〜30.0の光学恒数を有することを特徴とする請求項1または2に記載の光学ガラス。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の光学ガラスからなる光学素子。
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