JP6347319B2 - 光学ガラス - Google Patents
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Description
本発明は光学ガラスに関するものである。詳細には、各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズや、ビデオカメラ、一般のカメラの撮影用レンズ等に好適な光学ガラスに関する。
一般に、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、その他各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズ、ビデオカメラ、一般のカメラの撮影用レンズは以下のようにして作製される。
まず、所望の組成となるように調整された原料粉末を溶融する。次に、溶融ガラスをノズルの先端から滴下して、液滴状ガラスを作製し（液滴成形）、必要に応じて、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを作製する。または、溶融ガラスを急冷鋳造して、一旦ガラスインゴットを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを作製する。続いて、プリフォームガラスを加熱して軟化し、精密加工を施した金型によって加圧成形し、金型の表面形状をガラスに転写してレンズを作製する。このような成形方法は、一般にモールドプレス成形法（または、精密プレス成形法）と呼ばれている。
モールドプレス成形法を採用する場合、金型の劣化を抑制しつつ、レンズを精密にモールドプレス成形するために、なるべく低い屈伏点あるいはガラス転移点を有するガラスが求められており、種々のガラスが提案されている。
一般に、屈伏点の低い光学ガラスを作製するためには、アルカリ成分等の、屈折率や、耐侯性または化学耐久性の低下の原因となる成分を多く含有させる必要がある。そこで、アルカリ成分等の含有量が少なくても、低ガラス転移点を達成することが可能なガラスとして、ビスマス系ガラスやリン酸塩系ガラスが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特許文献１には、４００℃前後の低ガラス転移点を有するＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスが記載されているが、Ｂｉ２Ｏ３を多く含有するガラスは、黄色に着色しやすく高い透過率が得られにくい。また、特許文献２には、３００℃以下の低ガラス転移点を有するガラスとして、ＳｎＯ−ＰｂＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスが記載されているが、このガラスは鉛成分を必須成分として含有しているため、環境上好ましくない。
そこで、本発明は、環境上好ましくない成分を含有せず、低ガラス転移点を容易に達成することができ、耐侯性や化学耐久性にも優れ、かつ、可視域または近紫外域の透過率に優れた光学ガラスを提供することを課題とする。
本発明の光学ガラスは、モル％で、ＳｎＯ ４３．５〜８０％、及びＰ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２ ０．１〜２９．９％を含有し、かつ、鉛成分及びヒ素成分を実質的に含有しないことを特徴とする。
本発明の光学ガラスは、ガラス組成中にＳｎＯを多量に含有しているため、高屈折率特性を達成しやすく、かつ、耐侯性や化学耐久性にも優れている。さらに、モールドプレス成形時に、透明性を阻害する失透物が生じにくい。
また、本発明の光学ガラスは、ＳｎＯの他に、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３またはＳｉＯ２を必須成分として含有しているため、着色が生じにくく、可視域または近紫外域の透過率に優れている。さらに、本発明の光学ガラスは、有害成分である鉛成分及びヒ素成分を実質的に含有しないため、環境上好ましいガラスである。
なお、本発明において、「鉛成分及びヒ素成分を実質的に含有しない」とは、これらの成分を意図的にガラス中に含有させないという意味であり、不可避的不純物まで完全に排除することを意味するものではない。客観的には、不純物を含めたこれらの成分の含有量が、モル％で、各々０．１％未満であることを意味する。
Ｐ２Ｏ５の含有量が０．１〜２９．５％であることが好ましい。
当該構成によれば、低ガラス転移点を有するガラスが得られやすくなる。
モル比で、ＳｎＯ／（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２）が１．５以上であることが好ましい。
当該構成によれば、高屈折率特性を有し、かつ、耐侯性及び化学耐久性に優れたガラスが得られやすくなる。
さらに、モル％で、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯ＋ＺｎＯを０〜２５％含有することが好ましい。
当該構成によれば、耐失透性に優れたガラスが得られやすくなる。
さらに、モル％で、Ａｌ２Ｏ３＋Ｚｒ２Ｏを０〜１０％含有することが好ましい。
当該構成によれば、耐侯性及び化学耐久性に優れたガラスが得られやすくなる。
屈伏点が５００℃以下であることが好ましい。
当該構成によれば、低温でのモールドプレス成形が可能となり、金型の酸化、ガラス成分の揮発による金型の汚染、さらには、ガラスと金型との融着などの問題を抑制することができる。
ＪＯＧＩＳに基づく耐水性が２級以上であることが好ましい。
屈折率（ｎｄ）が１．６以上、アッベ数（νｄ）が４０以下であることが好ましい。
アッベ数（νｄ）及び部分分散比（θｇ、Ｆ）が、（θｇ、Ｆ）≦−０．００４７×（νｄ）＋０．７６の関係を満たすことが好ましい。
光学デバイスにおいては、一般に、低分散かつ部分分散比が大きいガラスからなる光学レンズと、高分散かつ部分分散比の小さいガラスからなる光学レンズを組み合わせて使用することにより、色収差を補正している。本発明の光学ガラスは、アッベ数及び部分分散比が上記関係を満たすことにより、高分散かつ部分分散比の小さい光学特性を達成しやすくなり、色収差に優れた光学デバイスを容易に作製することができる。
着色度λ７０が５００ｎｍ未満であることが好ましい。
ガラス着色度λ７０が上記範囲を満たすことにより、可視域または近紫外域における透過率に優れ、各種光学レンズ等の光学素子に好適なガラスを得ることが可能となる。なお、本発明において「着色度λ７０」とは、透過率曲線において、透過率が７０％になる波長をいう。
光学レンズ用であることが好ましい。
モールドプレス成形用であることが好ましい。
本発明の光学素子は、前記いずれかの光学ガラスを用いたことを特徴とする。
本発明によれば、環境上好ましくない成分を含有せず、低ガラス転移点を容易に達成することができ、耐侯性や化学耐久性にも優れ、かつ、可視域または近紫外域の透過率に優れた光学ガラスを提供することができる。
本発明の光学ガラスは、モル％で、ＳｎＯ ４３．５〜８０％、及びＰ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２ ０．１〜２９．９％を含有し、かつ、鉛成分及びヒ素成分を実質的に含有しないことを特徴とする。以下に、各成分の含有量を上記のように特定した理由を説明する。なお、特に断りがない場合、以下の各成分の含有量に関する説明において、「％」は「モル％」を意味する。
ＳｎＯは高屈折率かつ高分散の光学特性を達成し、化学耐久性を向上させるための必須成分であり、部分分散比を低下させる効果もある。ＳｎＯの含有量は４３．５〜８０％であり、好ましくは４３．５〜７０％、より好ましくは４５〜６９％、さらに好ましくは５０〜６８％、特に好ましくは５５〜６７％、最も好ましくは６０〜６６％である。ＳｎＯの含有量が少なすぎると、高屈折率特性を達成しにくくなり、また、耐侯性や化学耐久性が低下する傾向がある。一方、ＳｎＯの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなったり、耐失透性が低下したりする傾向がある。
Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３及びＳｉＯ２はガラス骨格の構成成分である。また、これらの成分は透過率を高める効果を有し、特に紫外域付近の透過率低下を抑制する効果が高い。特に、高屈折率のガラスの場合は、これらの成分による透過率向上の効果が得られやすい。また、失透を抑制する効果も有する。Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３及びＳｉＯ２の含有量は、合量で０．１〜２９．９％であり、好ましくは１０〜２９．５％、より好ましくは１２．５〜２９％、さらに好ましくは１５〜２８．５％、特に好ましくは２０〜２７％である。これらの成分の含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなり、一方、多すぎると、ＳｎＯの含有量が相対的に少なくなって、屈折率が低下しやすくなる。
なお、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３及びＳｉＯ２の各成分の含有量の好ましい範囲は以下の通りである。
Ｐ２Ｏ５の含有量は好ましくは０〜２９．５％、より好ましくは０．１〜２９％、さらに好ましくは３〜２７．５％、特に好ましくは５〜２６％、最も好ましくは１０〜２５％である。Ｐ２Ｏ５の含有量が多すぎると、屈折率が低下しやすくなる。また、耐侯性や化学耐久性が低下しやすくなる。なお、Ｐ２Ｏ５を積極的に添加することにより、屈伏点の低いガラスや失透の少ないガラス、さらにはヤング率の小さいガラスが得られやすくなる。
Ｂ２Ｏ３は、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３に比べて失透を抑制する効果が高い。Ｂ２Ｏ３の含有量は好ましくは０〜２０％、より好ましくは０．１〜１５％、さらに好ましくは１〜１０％、特に好ましくは３〜７．５％、最も好ましくは４〜７％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、屈折率が低下しやすくなる。また、耐侯性や化学耐久性が低下しやすくなる。
ＳｉＯ２の含有量は好ましくは０〜２０％、より好ましくは０．１〜１５％、さらに好ましくは１〜１０％、特に好ましくは３〜７．５％、最も好ましくは４〜７％である。ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、屈折率が低下しやすくなる。また、未溶解による脈理や泡がガラス中に残存し、光学レンズ用ガラス等としての要求品位を満たさなくなる可能性がある。
本発明において、耐侯性や化学耐久性に優れたガラスを得るためには、モル比で、ＳｎＯ／(Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２)が１．５以上であることが好ましく、１．７以上であることがより好ましく、１．９以上であることがさらに好ましく、２以上であることが特に好ましく、２．４以上であることが最も好ましい。なお、上限は特に限定されないが、当該比率が大きすぎると、ＳｎＯ２がブツとして析出しやすくなるため、９以下であることが好ましく、７以下であることがより好ましく、５以下であることがさらに好ましい。
本発明において、耐候性に優れ、かつ高屈折率を有するガラスを得るためには、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２の含有量が０〜３０％であることが好ましく、０〜２０％であることがより好ましく、０．１〜１０％であることがさらに好ましい。
なお、Ｐ２Ｏ５を必須成分として含有させるとともに、Ｂ２Ｏ３及びＳｉＯ２から選択される少なくとも１種を必須成分として含有させることにより、耐失透性に優れたガラスが得られやすくなる。その場合は、ＳｎＯを多く含有させても、優れた耐失透性及び耐候性を達成しやすくなる。そのため、より高屈折化を図ることが可能となる。この場合の具体的なガラス組成範囲としては、モル％で、ＳｎＯ ７０〜８０％（ただし、７０％は含まない。好ましくは７０．１〜７９％、より好ましくは７０．５〜７８％、さらに好ましくは７１〜７７％）、Ｐ２Ｏ５ ０．１〜２９．９％（ただし、２９．９％は含まない。好ましくは１０〜２９．５％、より好ましくは１５〜２９％、さらに好ましくは２０〜２８％）、及びＢ２Ｏ３＋ＳｉＯ２ ０．１％以上（好ましくは０．１５％以上、より好ましくは０．２％以上）を含有するものが挙げられる。なお、上記組成範囲においてＢ２Ｏ３＋ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなったり、所望の高屈折率特性が得られにくくなるため、０．９％以下であることが好ましく、０．８％以下であることがより好ましい。
本発明の光学ガラスは、上記成分以外にも以下の成分を含有することができる。
ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯといったアルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）や、ＭｇＯ及びＺｎＯは、融剤として作用する成分である。また、耐候性を向上させ、研磨洗浄水等の各種洗浄溶液中へのガラス成分の溶出を抑制したり、高温多湿状態でのガラス表面の変質を抑制したりする効果がある。ただし、これらの成分の含有量が多すぎると、液相温度が上昇（液相粘度が低下）して、溶融または成形工程中に失透物が析出しやすくなる傾向がある。その結果、量産化が困難になる傾向がある。なお、これらの成分は、屈折率やアッベ数を大きく変動させないという特徴がある。以上に鑑み、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯ及びＺｎＯの含有量は、合量で、好ましくは０〜２５％、より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０〜１０％、特に好ましくは０．１〜１０％である。
なお、各成分の好ましい含有量は以下の通りである。
ＣａＯは、耐候性向上のために有効な成分であり、特に耐水性や耐アルカリ性を向上させる効果が高い。ただし、その含有量が多すぎると着色しやすくなる。したがって、ＣａＯの含有量は好ましくは０〜２５％、より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０．１〜１０％である。
ＳｒＯは屈折率を高める成分である。また、ＣａＯに比べると、耐水性や耐アルカリ性等の耐候性を向上させる効果が高い。したがって、ＳｒＯを積極的に含有させることにより、耐候性に優れたガラスが得られやすくなる。ただし、その含有量が多すぎると着色しやすくなる。したがって、ＳｒＯの含有量は好ましくは０〜２５％、より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０．１〜１０％である。
ＢａＯはＣａＯに比べ、液相温度の上昇が小さく、また、耐水性や耐アルカリ性を向上させる効果が高い。ただし、その含有量が多すぎると、着色しやすくなる。したがって、ＢａＯの含有量は好ましくは０〜２５％、より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０．１〜１０％である。
ＭｇＯは屈折率を高める成分である。また、ＣａＯに比べると、耐水性や耐アルカリ性等の耐候性を向上させる効果が高い。したがって、ＭｇＯを積極的に含有させることにより、耐候性に優れたガラスが得られやすくなる。ただし、その含有量が多すぎると、着色しやすくなる。したがって、ＭｇＯの含有量は好ましくは０〜２５％、より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０．１〜１０％である。
ＺｎＯは、屈折率をほとんど低下させることなく、粘度を低下させることが可能な成分である。よって、屈伏点を低下させて、金型と融着しにくいガラスを得ることができる。また、耐候性を向上させる効果もある。さらに、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＭｇＯに比べ失透傾向が強くないため、比較的多く含有させても、均質なガラスを得ることができる。なお、ＺｎＯはガラスを着色させにくい成分でもある。ＺｎＯの含有量は好ましくは０〜２５％、より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０．１〜１０％である。ＺｎＯの含有量が多すぎると、逆に耐候性が低下する傾向がある。また、高屈折率かつ高分散の光学特性が得られにくくなる。
本発明において、耐候性に優れ、かつ高屈折率を有するガラスを得るためには、Ｂ２Ｏ３＋ＺｎＯの含有量が０〜２０％であることが好ましく、０〜１０％であることがより好ましく、０．１〜５％であることがさらに好ましい。
Ｌｉ２Ｏは、アルカリ金属酸化物のなかで最も軟化点を低下させる効果が大きく、液相温度の上昇が少ない成分である。また、部分分散比を低下させる効果がある。さらに、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３と置換することにより、屈折率を向上させることができる。ただし、Ｌｉ２Ｏは分相性が強いため、その含有量が多すぎると、液相温度が上昇して失透物が析出しやすくなり、作業性が低下するおそれがある。また、Ｌｉ２Ｏは化学耐久性を低下させやすく、透過率も低下させやすい。したがって、Ｌｉ２Ｏの含有量は好ましくは０〜２５％、より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０．１〜１０％である。
Ｎａ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏと同様に軟化点を低下させる効果を有する。また、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３と置換することにより、屈折率を向上させることができる。また、部分分散比を低下させる効果がある。ただし、その含有量が多すぎると、屈折率が大幅に低下したり、脈理の生成を助長したりする傾向がある。また、液相温度が上昇して、ガラス中に失透物が析出しやすくなる。したがって、Ｎａ２Ｏの含有量は好ましくは０〜２５％、より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０．１〜１０％である。
Ｋ２Ｏも、Ｌｉ２Ｏと同様に軟化点を低下させる効果を有する。また、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３と置換することにより、屈折率を向上させることができる。また、部分分散比を低下させる効果もある。ただし、その含有量が多すぎると、屈折率が大幅に低下したり、耐候性が低下したりする傾向がある。また、液相温度が上昇して、ガラス中に失透物が析出しやすくなる。したがって、Ｋ２Ｏの含有量は好ましくは０〜２５％、より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０．１〜１０％である。
なお、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの合量は好ましくは０〜２５％、より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０．１〜１０％である。これらの成分の合量が多すぎると、失透しやすくなり、化学耐久性も低下する傾向がある。また、所望の光学特性が得られにくくなる。さらに、透過率が低下する傾向がある。
Ａｌ２Ｏ３は、ＳｉＯ２やＢ２Ｏ３とともにガラス骨格を構成することが可能な成分である。また、耐候性を向上させる効果があり、特に、ガラス中のＰ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３またはアルカリ金属酸化物等の成分が水中へ選択的に溶出することを抑制する効果が大きい。さらに、ヤング率を高め、熱膨張係数を低下させる効果もある。Ａｌ２Ｏ３の含有量は好ましくは０〜１０％、より好ましくは０．１〜５％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が多すぎると、失透しやすくなる。また、溶融温度が高くなって、未溶解による脈理や泡がガラス中に残存しやすくなる。その結果、光学レンズ用ガラス等としての要求品位を満たさなくなる可能性がある。また、透過率が低下する傾向がある。
本発明において、耐候性に優れ、かつ高屈折率を有するガラスを得るためには、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量が０〜２０％であることが好ましく、０〜１０％であることがより好ましく、０．１〜５％であることがさらに好ましい。
ＺｒＯ２は中間酸化物としてガラス骨格を形成し、耐候性を向上させる効果がある。特に、ガラス中のＰ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３またはアルカリ金属酸化物等の成分が水中へ選択的に溶出することを抑制する効果が大きい。ＺｒＯ２の含有量は好ましくは０〜１０％、より好ましくは０．１〜５％である。ＺｒＯ２の含有量が多すぎると、失透しやすくなる。また、溶融温度が高くなって、未溶解による脈理や泡がガラス中に残存しやすくなる。その結果、光学レンズ用ガラス等としての要求品位を満たさなくなる可能性がある。また、透過率が低くなる傾向がある。
なお、耐侯性及び化学耐久性に優れたガラスを得るためには、Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２の含有量は０〜１０％であることが好ましく、０．１〜５％であることがより好ましい。
Ｌａ２Ｏ３及びＧｄ２Ｏ３は、透過率をほとんど低下させることなく、屈折率を向上させる成分である。ただし、その含有量が多すぎると耐失透性が低下すると同時に、高分散なガラスが得られにくくなる。したがって、これらの成分の含有量は、それぞれ好ましくは０〜２５％、より好ましくは０．１〜２０％、さらに好ましくは１〜１０％である。
Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３及びＮｂ２Ｏ５は、透過率をほとんど低下させることなく、屈折率及び分散を高める効果がある。ただし、その含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。したがって、これらの成分の含有量は、それぞれ好ましくは０〜２５％、より好ましくは０．１〜２０％、さらに好ましくは１〜１０％である。
ＴｉＯ２は屈折率及び分散を高める効果がある成分である。また、Ｎｂ２Ｏ５及びＷＯ３に比べて、耐失透性の向上に有効な成分である。ただし、その含有量が多すぎると、透過率が低下する傾向がある。特に、不純物としてＦｅ成分がガラス中に多く含まれる場合（例えば２０ｐｐｍ以上）に透過率が顕著に低下する傾向がある。また、耐失透性が低下しやすくなる。したがって、ＴｉＯ２の含有量は好ましくは０〜２５％、より好ましくは０．１〜２０％、さらに好ましくは１〜１０％以下である。
Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２及びＢｉ２Ｏ３はＴａ２Ｏ５等と同様に、透過率をほとんど低下させることなく、屈折率及び分散を高める効果がある。ただし、その含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。したがって、これらの成分の含有量は、それぞれ好ましくは０〜２５％、より好ましくは０．１〜２０％、さらに好ましくは１〜１０％である。
ＴｅＯ２は、透過率をほとんど低下させることなく、屈折率及び分散を高める効果がある。また、部分分散比を低下させる効果がある。ただし、その含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。したがって、ＴｅＯ２の含有量は好ましくは０〜２５％、より好ましくは０．１〜２０％、さらに好ましくは１〜１０％である。
なお、所望の屈折率及びアッベ数を有するガラスを得るためには、Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ５＋ＷＯ３＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３＋ＧｅＯ２＋Ｂｉ２Ｏ３＋ＴｅＯ２の含有量が０．１％以上であることが好ましく、１％以上であることがより好ましい。ただし、これらの成分の含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなるため、２５％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましく、１０％以下であることがさらに好ましい。
フッ素成分は化学耐久性や耐失透性を向上させる成分である。ただし、その含有量が多すぎると、屈折率が低下しやすくなる。フッ素成分の含有量（Ｆ２換算）は好ましくは０〜２０％、より好ましくは０．１〜１５％、さらに好ましくは１〜１０％である。なお、フッ素原料としては、ＳｎＦ２、ＺｎＦ２、ＡｌＦ３，ＭｇＦ３、ＳｒＦ３またはＣａＦ３等が使用できる。
所望の屈折率及びアッベ数を有するガラスを得るためには、ＳｎＯ＋ＳｎＦ２の含有量は４５％以上であることが好ましく、５５％以上であることがより好ましい。ただし、その含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなるため、ＳｎＯ＋ＳｎＦ２の含有量は８０％以下であることが好ましく、７０％以下であることがより好ましく、６９％以下であることがさらに好ましく、６７．５％以下であることが特に好ましい。
Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ及びＣｏＯは、透過率を低下させる成分である。よって、これら成分の含有量は、それぞれ０．１％以下であることが好ましい。
また、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｔｂ及びＥｒ等の希土類成分も透過率を低下させるおそれがあるため、これらの成分の含有量は、酸化物換算で、それぞれ０．１％以下であることが好ましい。
また、Ｉｎ、Ｇａ及びＧｅは、透過率を低下させるおそれがあり、また高価であるため、その含有量は少ないことが好ましい。具体的には、これらの成分の含有量は、酸化物換算で、それぞれ０．１％以下であることが好ましく、含有しないことがより好ましい。
なお、環境上の理由から、本発明の光学ガラスは、鉛成分（例えばＰｂＯ）及びヒ素成分（例えばＡｓ２Ｏ３）を実質的に含有しない（具体的には、それぞれ０．１％未満）。
本発明の光学ガラスの屈折率（ｎｄ）は、好ましくは１．６以上、より好ましくは１．６５以上、さらに好ましくは１．７以上、特に好ましくは１．７２以上である。なお、上限については特に限定されないが、屈折率が高すぎると、ガラスが不安定になる傾向があるため、好ましくは１．９５以下、より好ましくは１．９以下である。
本発明の光学ガラスのアッベ数（νｄ）は好ましくは４０以下、より好ましくは３５以下、さらに好ましくは３０以下、特に好ましくは２８以下、最も好ましくは２５以下である。アッベ数が低すぎると、ガラスが不安定になる傾向があるため、好ましくは１５以上、より好ましくは１６以上である。
これらの光学特性を満たすことにより色分散が少なくなるため、高機能で小型の光学デバイス用の光学レンズとして好適となる。
なお、本発明の光学ガラスは、アッベ数（νｄ）及び部分分散比（θｇ、Ｆ）が、（θｇ、Ｆ）≦−０．００４７×νｄ＋０．７６の関係を満たすことが好ましい。アッベ数及び部分分散比が、当該関係を満たすことにより、高分散かつ低部分分散比の光学特性を達成しやすくなる。
本発明の光学ガラスは、着色度λ７０が５００ｎｍ未満であることが好ましく、４７０ｎｍ以下であることがより好ましく、４６０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。着色度λ７０が大きすぎると、可視域または近紫外域における透過率に劣り、各種光学レンズ等に使用することが困難となる傾向がある。
本発明の光学ガラスは、屈伏点が５００℃以下であることが好ましく、４５０℃以下であることがより好ましく、４２５℃以下であることがさらに好ましく、４２０℃以下であることが特に好ましい。屈伏点が高すぎると、低温でのモールドプレス成形が困難となり、金型の酸化、ガラス成分の揮発による金型の汚染、さらには、ガラスと金型との融着などの問題が発生しやすくなる。
本発明の光学ガラスは、ＪＯＧＩＳに基づく耐水性が２級以上であることが好ましい。耐水性が当該範囲にあれば、研磨加工後の洗浄や高温高湿下の使用により表面劣化が生じにくくなる。
本発明の光学ガラスは、３０〜２００℃における熱膨張係数が１００×１０−７〜２００×１０−７／℃であることが好ましく、１２０×１０−７〜１８０×１０−７／℃であることがより好ましい。熱膨張係数が小さすぎると、モールドプレス成形時において、プレス成形型からのガラスの離型性が低下しやすくなる。一方、熱膨張係数が大きすぎると、プレス成形時にガラスが破損しやすくなる。
本発明の光学ガラスは、ヤング率が１５〜５０ＧＰａであることが好ましく、２０〜４０ＧＰａであることが好ましい。ヤング率が低すぎると、機械的強度が低下して取扱い時に破損しやすくなる。一方、ヤング率が高すぎると、モールドプレス成形時において、プレス成形型からのガラスの離型性が低下しやすくなる。
次に、本発明の光学ガラス、及び本発明の光学ガラスを用いた光ピックアップレンズや撮影用レンズ等の光学素子を製造する方法を説明する。
まず、所望の組成になるように原料を調合した後、溶融炉中で溶融を行う。ここで、一次溶融によりカレットを作製後、当該カレットを用いて二次溶融を行なうことにより、屈折率の調整や組成の均質化を図ることができる。組成が均質化されることにより、透過率の高いガラスを得ることができる。なお、二次溶融の際、屈折率の高いカレットと屈折率の低いカレットを用いることにより、屈折率の精密制御が可能となる。特に溶融雰囲気は不活性雰囲気または還元性雰囲気とすることが好ましい。例えば、窒素やアルゴン等の不活性雰囲気中で溶融することで、均質なガラスが得られやすくなる。ガラス溶融用容器としては、白金や金等の金属、耐火物、石英ガラス、グラッシーカーボン等が使用できる。特に金製容器は、ＳｎＯとの合金反応が起こりにくいため好ましい。なお、金属製容器としては、ＺｒＯ２等の酸化物を分散させた強化材を使用することが好ましい。
次に、溶融ガラスをノズルの先端から滴下し、成形しながら冷却する（液滴成形）ことにより、本発明の光学ガラスからなるプリフォームガラスを得る。または、溶融ガラスを急冷鋳造して、一旦ガラスブロックを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを得る。
液滴成形に用いるノズルの材質としては、ガラス溶融用容器と同様のものを用いることができる。なお、ノズルに対するガラスのぬれ性が高いと、成形脈理が発生しやすくなる。金製ノズルは、ガラスのぬれ性が低く、成形脈理の発生を抑制できるため好ましい。
続いて、精密加工を施した金型中にプリフォームガラスを投入し、軟化状態となるまで加熱しながら加圧成形し、金型の表面形状をプリフォームガラスに転写させる（モールドプレス成形）。加圧成形時の雰囲気は、金型の酸化を抑制するため、窒素雰囲気等の不活性雰囲気が好ましい。このようにして、光ピックアップレンズや撮影用レンズ等の光学素子を得ることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１〜３は本発明の実施例（Ｎｏ．１〜１７、２１〜２３）及び比較例（Ｎｏ．１８〜２０）を示している。
各試料は次のようにして調製した。
まず、表に示す各組成になるように原料を調合し、窒素雰囲気中にて金製容器を用いて７００〜１０００℃で１時間溶融した。予熱した金属板上に溶融ガラスを流し出し、アニール後、各測定に適した試料を作製した。
得られた試料について、屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、部分分散比（θｇ、Ｆ）、熱膨張係数、屈伏点（Ｔｆ）、ヤング率、着色度λ７０を測定した。また、ガラス化、耐水性、耐酸性及び耐候性について評価した。結果を表１〜３に示す。
屈折率は、ヘリウムランプのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する測定値で示した。
アッベ数は、上記ｄ線の屈折率と、水素ランプのＦ線（４８６．１ｎｍ）及びＣ線（６５６．３ｎｍ）の屈折率の値を用い、アッベ数（νｄ）＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）の式から算出した。
部分分散比は、水素ランプのＣ線における屈折率ｎＣ、Ｆ線における屈折率ｎＦ及びｇ線（波長４３５．８３５ｎｍ）における屈折率ｎｇを測定し、部分分散比（θｇ、Ｆ）＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）の式により算出した。
屈伏点及び熱膨張係数は、熱膨張測定装置（ｄｉｌａｔｏ ｍｅｔｅｒ）を用いて測定した。なお、熱膨張係数は３０〜２００℃の温度範囲における値を採用した。
ヤング率は、室温で曲げ共振法により測定した。
着色度λ７０は、厚さ１０ｍｍ±０．１ｍｍの光学研磨された試料について、分光光度計を用いて、２００〜８００ｎｍの波長域での透過率を０．５ｎｍ間隔で測定し、透過率７０％を示す最短波長により評価した。
ガラス化は、各試料を光学顕微鏡により観察し、表面または内部において失透が確認されない場合を「○」、失透が確認された場合を「×」として評価した。
耐水性及び耐酸性は、ＪＯＧＩＳに定める粉末法に基づき測定した。
耐候性は、高温高湿試験機を用い、各試料を温度８５℃及び湿度８５％の条件下に５００時間晒した後、外観に変化がない場合を「○」、光沢にわずかに変化が見られた場合を「△」、光沢が顕著に失われたり、クラックが生じたりした場合を「×」として評価した。
実施例であるＮｏ．１〜１７、２１〜２３の試料は、所望の光学特性、屈伏点、着色度λ７０を有しつつ、耐水性、耐酸性及び耐候性にも優れていた。一方、比較例であるＮｏ．１８の試料は、ガラス化せず、Ｎｏ．１９の試料は屈折率が１．５６４０と低く、また耐候性に劣っていた。Ｎｏ．２０の試料は屈折率が１．５８２６と低く、また耐水性、耐酸性及び耐候性の各特性に劣っていた。
本発明の光学ガラスは、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、その他各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズや、ビデオカメラ、一般のカメラの撮影用レンズ等に使用されるモールドプレス成形用硝材として好適である。また、モールドプレス成形以外の成形方法で製造される光通信用等の硝材にも使用することができる。
Claims (11)
- モル％で、ＳｎＯ ４３．５〜８０％、Ｐ２Ｏ５ １５．０〜２９．５％、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２ ０．１〜５．０％、及びＰ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２ １９．５〜２９．９％を含有し、モル比で、ＳｎＯ／（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２） １．５〜２．４であり、かつ、鉛成分及びヒ素成分を実質的に含有しないことを特徴とする光学ガラス。
- さらに、モル％で、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯ＋ＺｎＯを０〜２５％含有することを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
- さらに、モル％で、Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２を０〜１０％含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。
- 屈伏点が５００℃以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- ＪＯＧＩＳに基づく耐水性が２級以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 屈折率が１．６以上、アッベ数が４０以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- アッベ数（νｄ）および部分分散比（θｇ、Ｆ）が、（θｇ、Ｆ）≦−０．００４７×（νｄ）＋０．７６の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 着色度λ７０が５００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 光学レンズ用であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- モールドプレス成形用であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学ガラスを用いたことを特徴とする光学素子。
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