以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「実施形態」という。)について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。さらに、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。なお、本明細書において、光学ガラスは、形態や大きさは限定されない。また、本明細書において、光学ガラスは、単に「ガラス」と称されることがある。
第1実施形態
本実施形態に係る光学ガラスは、カチオン%表示にて、
B3+、Si4+、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]が65%以上であり、
B3+、Si4+およびAl3+の合計含有量に対するLa3+、Gd3+、Y3+、およびYb3+の合計含有量のカチオン比α[(La3++Gd3++Y3++Yb3+)/(B3++Si4++Al3+)]が0.30〜0.70であり、
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量に対するLa3+の含有量のカチオン比β[La3+/(La3++Gd3++Y3++Yb3+)]が1未満(0を含まず)であり、
Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+およびBi3+の合計含有量[Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3+]が7%未満であり、Nb5+およびTa5+の合計含有量に対するNb5+の含有量のカチオン比γ[Nb5+/(Nb5++Ta5+)]が0.5以上である、
酸化物ガラスであり、Li+の含有量の6倍とZn2+の含有量の2倍の合計からSi4+の含有量を引いた値L[(6×Li+)+(2×Zn2+)−Si4+]が24以上であり、
アッベ数νdが43.5〜47であり、
上記アッベ数νdに対し、屈折率ndが下記(1)式を満たすことを特徴とする。
nd≧2.25−0.01×νd ・・・ (1)
なお、本実施形態では、本発明の第1の観点として、カチオン%表示での各成分の含有比率に基づいて、本発明に係る光学ガラスを説明する。したがって、以下、各含有量は特記しない限り、カチオン%にて表示する。
また、本明細書において、カチオン%表示とは、周知のように、全てのカチオン成分の含有量の合計を100%としたときのモル百分率をいう。また、合計含有量とは、複数種のカチオン成分の含有量(含有量が0%である場合も含む)の合計量をいう。また、カチオン比とは、カチオン%表示において、カチオン成分同士の含有量(複数種のカチオン成分の合計含有量も含む)の割合(比)をいう。
また、カチオン成分の価数(例えばB3+の価数は+3、Si4+の価数は+4、La3+の価数は+3)は、慣習により定まった値であり、ガラス成分としてのB、Si、Laを酸化物基準で表記する際、B2O3、SiO2、La2O3と表記するのと同様である。したがって、ガラス組成を分析する際、カチオン成分の価数まで分析しなくてもよい。また、アニオン成分の価数(例えばO2-の価数がー2)も慣習により定まった値であり、上記のように酸化物基準におけるガラス成分を、例えばB2O3、SiO2、La2O3と表記するのと同様である。したがって、ガラス組成を分析する際、アニオン成分の価数まで分析しなくてもよい。
以下、本実施形態に係る光学ガラスについて詳しく説明する。
本実施形態に係る光学ガラスでは、B3+、Si4+、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]は、65%以上である。
上記成分のうち、B3+およびSi4+はネットワーク形成成分であり、ガラスの熱的安定性の維持に寄与する。また、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+は希土類成分であり、アッベ数νdを大幅に低下させることなく、屈折率ndを高める作用を有する。
したがって、本実施形態の光学ガラスにおいて、合計含有量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]が上記範囲を満たすことは、ガラスの熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、所要の光学特性(屈折率ndおよびアッベ数νd)を実現する上で、前提条件となる。
また、本実施形態に係る光学ガラスでは、B3+、Si4+およびAl3+の合計含有量NWF=[B3++Si4++Al3+]に対するLa3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量RE=[La3++Gd3++Y3++Yb3+]の割合:カチオン比α[RE/NWF]は、0.30〜0.70である。
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+はアッベ数νdの減少を抑えつつ屈折率を高める働きを有するため、カチオン比αが小さすぎると、所要の光学特性を実現しにくくなる。一方、B3+、Si4+およびAl3+はガラスの熱的安定性の維持に寄与するため、カチオン比αが大きすぎると、ガラスの熱的安定性が低下し、また、ガラス転移温度Tgも上昇する。そのため、本実施形態に係る光学ガラスでは、熱的安定性を維持しつつ、所要の光学特性を実現する上で、カチオン比αは上記範囲である。なお、カチオン比αを上記のように定義していることから、合計含有量NWFは0%を含まない。
また、本実施形態に係る光学ガラスでは、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量REに対するLa3+の含有量の割合:カチオン比β[La3+/RE]は1未満(0を含まず)ある。
La3+は、Gd3+、Y3+およびYb3+に比べ、多量に含有されても、ガラスの熱的安定性を低下させたり、熔融性を低下させたりしにくい成分である。それ故、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の中で、La3+の割合が小さくなりすぎると、ガラスの熱的安定性が低下したり、熔融性が低下したりする。ただし、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の各含有量がいずれも0%であると、高屈折率低分散特性を得ることが困難になる。一方、他の成分を含有させて高屈折率低分散特性を得ようとすると、ガラスの熱的安定性は低下する。そのため、本実施形態に係る光学ガラスでは、La3+を必須成分とし、さらに、熱的安定性、熔融性を良好に維持する上で、カチオン比βは上記範囲である。
また、本実施形態に係る光学ガラスでは、Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+およびBi3+の合計含有量HR=[Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3+]は7%未満ある。
Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+およびBi3+は屈折率を高める働きのある成分であり、適量を含有させることにより、ガラスの熱的安定性を改善する働きも有する。また、これら成分の含有量を多くしていくと、アッベ数νdが低下する。そのため、これら成分は高屈折率高分散化成分という。したがって、このような成分の合計含有量HRが、多くなりすぎると、アッベ数νdが低下し、所要の光学特性を実現することが難しくなる。そのため、本実施形態に係る光学ガラスでは、所要の光学特性を実現する上で、合計含有量HRは上記範囲である。
また、本実施形態に係る光学ガラスでは、Nb5+およびTa5+の合計含有量に対するNb5+の含有量の割合:カチオン比γ[Nb5+/(Nb5++Ta5+)]は0.5以上である。
本発明は、Ta5+の含有量を削減しつつ、優れた熱的安定性と所要の光学特性(屈折率ndおよびアッベ数νd)を有する光学ガラスを提供することを主たる目的としている。そのため、本発明者らは、光学特性と熱的安定性を良好な状態に維持する上で、Ta5+以外の高屈折率高分散化成分を含有する光学ガラスについて検討した。
高屈折率高分散化成分の中でも、Ti4+やW6+は、精密プレス成形の際にプレス成形型の成形面と反応しやすいため、プレス成形後の光学ガラスにおいて、ガラス表面の透明度が低下したり(白濁したり)、ガラス表面に気泡が発生(発泡)したりするおそれがある。また、W6+やBi3+は、ガラスの着色を増大させる傾向がある。
そこで、着色が少なく、表面品質の良い光学素子を作製するためのガラスを提供する上で、本実施形態に係る光学ガラスは、Nb5+を含有する。そして、その含有量を、Ta5+との関係で、上記カチオン比γにより特定している。
Nb5+は、Ta5+と比較してガラスの熔融性を改善する働きが大きく、Ta5+ほどではないものの熱的安定性を改善する働きを有する成分である。また、Nb5+は、Ta5+よりも原料の入手が容易で、原料コストも少ない。そのため、Nb5+の含有量がTa5+の含有量よりも少なくなる(カチオン比γが0.5未満になる)と、熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、所要の光学特性と良好な熔融性を有するガラスを低コストで安定供給することが困難となる。そこで、本実施形態に係る光学ガラスでは、良好な熱的安定性および所要の光学特性を有するガラスを安定的に製造する上で、カチオン比γは上記範囲である。
また、本実施形態に係る光学ガラスでは、Li+の含有量の6倍とZn2+の含有量の2倍の合計からSi4+の含有量を引いた値L=[(6×Li+)+(2×Zn2+)−Si4+]は24以上である。値Lを規定する意義は、以下のとおりである。
Li+は、カチオン成分の中で、ガラス転移温度Tgを低下させる働きが大きい成分である。また、Zn2+は、屈折率ndを維持しつつ、ガラス転移温度Tgを低下させる働きを有する。また、Si4+は、ガラス転移温度Tgを上昇させる働きを有する成分である。
このような知見に基づいて、本発明者らは、鋭意研究の結果、上記値L=[(6×Li+)+(2×Zn2+)−Si4+]により、上記成分がガラス転移温度Tgに与える相対的な影響の大きさを数値化できることを見出した。
すなわち、上記値Lは、全てのカチオン成分の含有量の合計を100%としたときに(カチオン%換算で)、Li+の含有量を6倍した値と、Zn2+の含有量を2倍した値と、Si4+の含有量を−1倍した値の合計値[(6×Li+)+(2×Zn2+)−Si4+]により導き出すことができる。値Lは、ガラスの低温軟化性の目安になる。
図1は、公知のガラスについて、横軸に値Lをとり、縦軸にガラス転移温度Tgをプロットしたものである。図1より明らかなように、値LとTgとの間には相関関係がある。
このように、値Lを24以上に高めることにより、Tgを低下させ、精密プレス成形に好適なガラス、すなわち、低温軟化性を有する光学ガラスを得ることができる。また、値Lを増加させることにより、ガラスの熔融性も改善する、すなわち、ガラス原料が熔け残らず、均質なガラスを作りやすくなる。
また、ガラスの熔融性を改善することにより、ガラスの可視域における透過率および清澄性に対して好ましい改善効果が期待できる。具体的には、以下のとおりである。
まず、熔融性を改善することによる、可視域における透過率への影響を説明する。
一般に、熔融性が悪いガラスの場合、ガラス原料の熔け残りが問題となる。このような熔け残りは、ガラス組成の変動や、ガラスの均一性の悪化を招く。そのため、通常、熔融温度を高くしたり、熔融時間を長くしたりして、ガラス原料の熔け残りが生じないようにガラスを製造するのが一般的である。
しかし、熔融温度を高くしたり、熔融時間を長くしたりすれば、ガラス原料の熔け残りの問題は解消されるものの、熔融容器の劣化や生産コストの増大という新たな問題を招来する。特に、熔融ガラスによる熔融容器の侵蝕は大きな問題となる。
通常、光学ガラスのように高い均質性が求められるガラスを熔融する際、熔融容器としては、白金製坩堝等の貴金属製坩堝が広く用いられる。貴金属製の坩堝は、他の材料で構成された坩堝に比べて、比較的熔融ガラスの侵蝕を受けにくい。しかし、上述のように、熔融性が悪いガラスの製造の場合、高温の熔融ガラスが長時間、坩堝に接触することになるため、貴金属製の坩堝であっても熔融ガラスによる侵蝕を受ける。
例えば、白金製坩堝の場合、熔融ガラスによる侵蝕で、坩堝を構成する白金が固形物として熔融ガラスに混入する場合がある。このような固形物は、光学ガラス中で異物となり、光の散乱源になる。また、坩堝がわずかに侵蝕されて、白金がイオンとして熔融ガラスに溶け込むと、光学ガラスは、白金イオンによる光吸収により着色が強まり、可視域の透過率が低下する。
一方、熔融性の優れたガラスであれば、ガラス原料の熔け残りの問題は生じにくい。それ故、熔融温度を高くしたり、熔融時間を長くしたりする必要はなく、熔融ガラスによる熔融容器の侵蝕を抑制することができる。さらに、熔融時間の延長によるガラスの透過率の低下も抑制することができる。
すなわち、熔融性を改善することにより、ガラスの均質性を改善するとともに、可視域における透過率低下を抑制することができる。
次に、熔融性を改善することによる、清澄性への影響を説明する。
通常、バッチ原料(複数種の化合物を調合した原料)を粗熔解(ラフメルト)して、カレット原料を作り、カレット原料を再熔融(リメルト)して光学ガラスを製造する方法(粗熔解―再熔融方式)においては、再熔融における熔融ガラスの泡切れを改善する(すなわち、清澄性を改善する)にあたり、カレットが多くのガス成分を含有していること、すなわち、清澄前の熔融ガラス中におけるガス成分の溶存量が高いことが好ましい。
ここで、ガス成分とは、例えば、バッチ原料に含まれるホウ酸、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、水酸化物等が加熱、分解されて生じる水分、COx、NOxおよびSOxなどのガスである。
上述のように、熔融性の悪いガラスの製造では、熔融温度を高くしたり、熔融時間を長くしたりして、ガラス原料の熔け残りが生じないようにガラスを製造する必要がある。特に、粗熔解におけるバッチ原料の熔融温度を高くすると、バッチ原料の熔融物から原料由来のガスが放出されやすく、さらに粗熔解の時間が長くなると、カレット中に十分なガス成分が残らない。
通常、カレット中に残存したガス成分は、カレットを再熔融することにより、熔融ガラスの中で泡となり、微小な泡と一緒になって大きな泡となり、熔融ガラス中を浮上するスピードが大きくなって、短時間で熔融ガラスの外へと排出される。しかし、上述のように熔融性の悪いガラスの場合、カレット中に十分な量のガス成分が残存していないため、微小な泡を伴って浮上できるような大きな泡が生じにくく、微小な泡が熔融ガラスの外に排出されにくくなる。そのため、十分な清澄ができず、光学ガラス中に微小な泡が残る問題を招来する。
一方、熔融性の優れたガラスの粗熔解では、比較的低温でバッチ原料を熔融することができる。そのため、熔融物中にガス成分が溶け込んだ状態でカレットを作製できる。カレット中に残存したガス成分は、カレットを再熔融することにより、熔融ガラスの中で泡となり、微小な泡と一緒になり、浮上して熔融ガラスの外へと排出され、効率よく泡を取り除くことができる。その結果、比較的短時間でガラスを清澄することができる。
すなわち、熔融性を改善することにより、ガラスの清澄性を改善することができ、単位時間あたりのガラスの生産量を増加できる。
以上説明してきたように、熔融性を改善することにより、ガラスの可視域における透過率および清澄性をも改善することができる。また、熔融性が改善されることにより、ガラスの熔融によって消費するエネルギーを低減することができ、熔融時間も短縮することができるため、生産コストの低減や、生産性の向上をも期待できる。このように、熔融性を改善することは非常に有益といえる。
上述のように、本実施形態で特定する値L[6×Li++2×Zn2+−Si4+]は、低温軟化性の指標であり、また、熔融性を改善する上でも有効な指標となる。そのため、本実施形態に係る光学ガラスでは、精密プレス成形に好適な低温軟化性を得るとともに、ガラスの熔融性を改善する上から、値L[6×Li++2×Zn2+−Si4+]は24以上である。なお、値Lは、上記の3成分の含有量に、各成分のガラス転移温度への影響度を係数として乗じ、足し合せた数であるので、その単位はないものとする。
さらに、本実施形態に係る光学ガラスでは、アッベ数νdは43.5〜47である。アッベ数νdは、43.5以上であると、光学素子の材料として色収差の補正に有効である。また、アッベ数νdが47より大きくなると、屈折率ndを低下させないとガラスの熱的安定性が著しく低下し、ガラスを製造する過程で失透しやすくなる。そのため、本実施形態に係る光学ガラスでは、熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、光学素子の材料として有効な光学特性を実現する上で、アッベ数νdの範囲は上記範囲である。
また、本実施形態に係る光学ガラスでは、上記アッベ数νdに対し、屈折率ndは下記(1)式を満たす。
nd≧2.25−0.01×νd ・・・ (1)
屈折率ndは、アッベ数νdに対して上記(1)式で決まる範囲にあることにより、光学設計上、利用価値の高い光学ガラスが得られる。また、屈折率ndを過剰に高くすると熱的安定性が低下傾向を示す。そのため、本実施形態に係る光学ガラスでは、熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、光学素子の材料として有効な光学特性を実現する上で、屈折率ndの範囲は上記範囲である。
以上説明したように、本実施形態に係る光学ガラスは、上記のような特徴を有することにより、Ta5+の含有量を削減しつつ、熱的安定性が優れ、低温軟化性を有する高屈折率低分散ガラスを提供することができる。
<ガラス組成>
以下、ガラス組成について、詳しく説明する。なお、特記しない限り、各種構成成分の含有量等については、カチオン%またはアニオン%にて表示する。本実施態様の光学ガラスは、酸化物ガラスであり、カチオン成分の含有比率を特定することにより、ガラス組成を特定できる。
本実施形態に係る光学ガラスのうち、好ましいものは、B3+と、La3+と、Gd3+、Y3+およびYb3+から選択されるいずれか1種以上と、Nb5+と、Li+およびZn2+から選択されるいずれか1種以上と、を含有する。
本実施形態に係る光学ガラスでは、B3+、Si4+、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]は65%以上である。合計含有量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]が上記範囲であることにより、熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、所要の屈折率ndおよびアッベ数νdを実現し得る。
合計含有量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]の上限は、好ましくは90%であり、さらには88.0%、86.0%、84.0%の順により好ましい。また、合計含有量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]の下限は、65%であり、好ましくは68.0%であり、さらには70.0%、72.0%、74.0%の順により好ましい。
合計含有量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]の上限が上記を満たすことにより、ガラス転移温度Tgを低く保ち、熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、所要の屈折率ndおよびアッベ数νdを有するガラスを作製できる。また、合計含有量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]の下限が上記を満たすことにより、ガラスの熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、所要の屈折率ndおよびアッベ数νdを有するガラスが得られる。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、B3+、Si4+およびAl3+の合計含有量NWF=[B3++Si4++Al3+]の上限は、好ましくは62%であり、さらには61.0%、58.0%の順により好ましい。また、合計含有量NWFの下限は、好ましくは40%であり、さらには42.0%、44.0%、46.0%、48.0%、50.0%、52.0%、54.0%の順により好ましい。
B3+、Si4+およびAl3+はガラスのネットワーク形成成分であり、これらの成分の含有量の比率は、ガラスの耐失透性、ガラス転移温度Tg、熔融性、成形性などに影響を与える。合計含有量NWFの下限が上記の値であることにより、ガラスの熱的安定性を良好な状態に維持し、製造中のガラスが結晶化(結晶が析出)することを抑制することができる。すなわち、ガラスの耐失透性を改善し、液相温度の上昇を抑制することができる。
通常、液相温度が上昇すると、熔融時のガラスの失透を防止するため、熔融温度を高める必要がある。熔融温度を高めると、ガラスの着色が増大したり、熔融中にガラス成分の揮発量が増加したり、組成変動が起こりやすくなる。その結果、ガラスの特性、特に屈折率、アッベ数などの光学特性が、大きく変動することになる。そのため、ガラス製造時の失透を防止しつつ、ガラスの着色や組成変動を抑制して、ガラスの特性の安定化を図る上でも、ガラスの熱的安定性の改善および液相温度の上昇の抑制が望まれる。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量RE=[La3++Gd3++Y3++Yb3+]の上限は、好ましくは34%であり、さらには32.0%、28.0%、27.0%、26.0%、25.0%の順により好ましい。また、合計含有量REの下限は、好ましくは16%であり、さらには18.0%、20.0%、21.0%、22.0%の順により好ましい。
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+は、アッベ数νdの減少を抑えつつ屈折率を高める働きを有する希土類成分である。また、これらの成分は、ガラスの化学的耐久性、耐候性を改善し得るが、ガラス転移温度Tgを高める作用も有する。そのため合計含有量REが多くなると、ガラスの熱的安定性が低下傾向を示し、ガラス転移温度Tgが上昇する傾向にある。また、ガラスを熔融するとき、ガラス原料が熔け残りやすくなる。一方、合計含有量REが少なくなると、屈折率ndが低下し、アッベ数νdが低下し、化学的耐久性が低下する傾向を示す。したがって、ガラスの熱的安定性や熔融性を良好に維持し、ガラス転移温度Tgの上昇を抑えつつ、屈折率ndおよびアッベ数νdの低下を抑制し、化学的耐久性を維持する上では、合計含有量REが上記範囲であることが好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスでは、B3+、Si4+およびAl3+の合計含有量NWFに対するLa3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量REの割合:カチオン比α[RE/NWF]は、0.30〜0.70である。上記範囲を満足することにより、熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、所要の屈折率ndおよびアッベ数νdを実現し得る。
カチオン比αの上限は、0.70であり、好ましくは0.60であり、さらには0.50、0.45、0.44、0.43の順により好ましい。カチオン比αの下限は、0.30であり、好ましくは0.32であり、さらには0.34、0.36、0.37、0.38、0.39の順により好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、B3+の含有量の上限は、好ましくは62%であり、さらには60.0%、58.0%、57.0%の順により好ましい。また、B3+の含有量の下限は、好ましくは40%であり、さらには42.0%、44.0%、46.0%、48.0%、50.0%、51.0%の順により好ましい。
B3+は、Si4+やAl3+よりも熔融性を改善し、ガラス転移温度Tgを低下する働きが優れている。B3+の含有量が少ないと、ガラスの熱的安定性および熔融性が低下する傾向を示す。一方、B3+の含有量が多いと、屈折率ndや化学的耐久性が低下する傾向を示す。そのため、ガラスの耐失透性、熔融性および成形性等を改善し、屈折率nd、アッベ数νdを上記(1)式の範囲内に維持する上で、B3+の含有量は上記範囲であることが好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Si4+の含有量の上限は、好ましくは10%、さらには8.0%、7.0%、6.0%、5.0%の順により好ましい。また、Si4+の含有量の下限は、好ましくは0%であり、さらには0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%の順により好ましい。
Si4+は、ガラスの化学的耐久性、耐候性を改善したり、熔融時のガラスの粘性を高めたりする働きを有する。Si4+の含有量が少ないと、ガラスの熱的安定性、化学的耐久性が低下する傾向を示す。一方、Si4+の含有量が多いと、ガラスの熔融性、低温軟化性が低下する傾向を示す。そのため、ガラスの耐失透性、熔融性、成形性および低温軟化性等を改善する上では、Si4+の含有量は上記範囲であることが好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Al3+の含有量の上限は、好ましくは10%であり、さらには8.0%、7.0%、5.0%、4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Al3+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Al3+の含有量は0%であってもよい。
Al3+は、ガラスの化学的耐久性、耐候性を改善する働きを有する成分である。しかし、Al3+の含有量が多くなると、屈折率ndが低下する、ガラスの熱的安定性が低下し、ガラス転移温度Tgが上昇する、熔融性が低下する等の問題が生じやすくなる。このような問題を回避する上から、Al3+の含有量は上記範囲であることが好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、B3+、Si4+およびAl3+の合計含有量NWFに対するB3+の含有量の割合:カチオン比[B3+/NWF]の上限は、好ましくは1であり、さらには0.99、0.97、0.96、0.95の順により好ましい。また、カチオン比[B3+/NWF]の下限は、好ましくは0.5であり、さらには0.60、0.68、0.70、0.76、0.77、0.80、0.85、0.90、0.91、0.92の順により好ましい。
カチオン比[B3+/NWF]が小さいと、ガラスの熔融性が低下するとともに、ガラス転移温度Tgが上昇する傾向にある。また、カチオン比[B3+/NWF]は1とすることもできるが、Si4+を少量含有することにより、成形時のガラスの粘度を成形に適した粘度にしやすくなる。そのため、良好な熔融性、ガラスの低温軟化性を維持しつつ、成形性を改善する上では、[B3+/NWF]の上限は、上記範囲であることが好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、La3+は必須成分である。La3+は、多量に含有されてもガラスの熱的安定性や熔融性を低下させにくい成分である。La3+の含有量の上限は、好ましくは25%であり、さらには23%、22%、21%、20%の順により好ましい。また、La3+の含有量の下限は、好ましくは5%であり、さらには7%、8%、9%、10%の順により好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Gd3+の含有量の上限は、好ましくは20%であり、さらには18.0%、16.0%、15.0%、14.0%の順により好ましい。また、Gd3+の含有量の下限は、好ましくは0%であり、さらには0.1%、0.5%、1.0%、2.0%の順により好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Y3+の含有量の上限は、好ましくは15%であり、さらには12.0%、10.0%、9.0%、8.0%、6.0%、5.0%、4.0%の順により好ましい。また、Y3+の含有量の下限は、好ましくは0%であり、さらには0.1%、0.5%、1.0%の順により好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Yb3+の含有量の上限は、好ましくは5%であり、さらには4.0%、3.0%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.2%、0.1%、0.05%、0.01%の順により好ましい。また、Yb3+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Yb3+の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスでは、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量REに対するLa3+の含有量の割合:カチオン比β[La3+/RE]は1未満(0を含まず)である。カチオン比βが上記範囲であることより、熱的安定性および熔融性を良好に維持することができる。
カチオン比βは1未満であり、その上限は、好ましくは0.95であり、さらには、0.90、0.85、0.84、0.83、0.82の順により好ましい。また、カチオン比βの下限は、好ましくは0.2であり、さらには0.3、0.35、0.4、0.41、0.42、0.43、0.44の順により好ましい。Gd3+、Y3+およびYb3+の各含有量は少なすぎると、ガラスの熱的安定性が低下する傾向にある。また、Gd3+、Y3+およびYb3+の各含有量が多すぎると、ガラスの熱的安定性や、熔融性が低下する傾向にある。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量REに対するGd3+およびY3+の合計含有量の割合:カチオン比[(Gd3++Y3+)/RE]の上限は、好ましくは0.8であり、さらには0.7、0.65、0.6、0.59、0.58、0.57、0.56の順により好ましい。また、カチオン比[(Gd3++Y3+)/RE]は、好ましくは0超であり、その下限は0.05、0.1、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19の順により好ましい。
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の中で、Yb3+は原子量が大きく、ガラスの比重を増加させるが、屈折率を高める働きが小さい。ところで、レンズのパワー(屈折力)はレンズを構成する材料の屈折率とレンズ面(レンズの光学機能面)の曲率で決まる。そのため、一定のパワーを有するレンズにおいて、レンズ材料の屈折率を高くするほど、レンズ面の曲率の絶対値を小さくすることができ、レンズの厚みも薄くすることができる。したがって、レンズの重量を減少させるためには、屈折率が高く、かつ、比重が小さいガラスを使用することが有効である。逆にガラスの屈折率を十分に高めることができない、あるいは比重の増加を抑えることができない場合には、光学素子の重量は増大する。例えば、重量の大きい単レンズをオートフォーカス式の撮像レンズに組み込むと、オートフォーカス時にレンズの駆動に要する電力が増大し、電池の消耗が大きくなる。Yb3+は、La3+、Gd3+およびY3+と比べ、屈折率を高める働きも、比重の増加を抑える働きもともに劣っている。したがって、Yb3+の含有量を低減し、光学素子の比重の増大を抑えることが望ましい。また、Yb3+は近赤外域に吸収を有する。そのため、Yb3+の含有量が多いガラスは、近赤外域における光吸収が強く、近赤外光を透過させることが求められる光学系、例えば、監視カメラ、暗視カメラなどに使用する光学素子用のガラス材料としては好ましくない。
また、Gd3+およびY3+は、ガラス中においてLa3+と共存することにより、ガラスの熱的安定性を大幅に改善する働きがある。そのため、熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、近赤外線の透過に悪影響を及ぼさず、所要の光学特性を有するガラスを得る上では、カチオン比[(Gd3++Y3+)/RE]は上記範囲であることが好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスでは、Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+およびBi3+の合計含有量HR=[Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3+]は7%未満である。合計含有量HRが上記範囲であることにより、ガラスの熱的安定性を維持しつつ、アッベ数νdの低下を抑制することができ、所要の光学特性を実現できる。
合計含有量HRは7%未満であり、その上限は、好ましくは6.0%、さらには5.0%、4.0%の順により好ましい。また、合計含有量HRの下限は、好ましくは0%であり、さらには0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスでは、Nb5+およびTa5+の合計含有量に対するNb5+の含有量の割合:カチオン比γ[Nb5+/(Nb5++Ta5+)]は0.5以上である。カチオン比γが上記範囲であることにより、良好な熱的安定性および所要の光学特性を有するガラスを安定的に製造することができる。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、カチオン比γの上限は、好ましくは1である。また、カチオン比γの下限は、0.5であり、好ましくは0.6であり、さらには0.70、0.80、0.90、0.95、0.98の順により好ましい。なお、カチオン比γは、1であってもよい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+およびBi3+の合計含有量HRに対するNb5+、Ti4+およびW6+の合計含有量の割合:カチオン比[(Nb5++Ti4++W6+)/HR]の上限は、好ましくは1である。また、カチオン比[(Nb5++Ti4++W6+)/HR]の下限は、好ましくは0.5であり、さらには0.60、0.70、0.80、0.90、0.95の順により好ましい。なお、カチオン比[(Nb5++Ti4++W6+)/HR]は、1であってもよい。高屈折率高分散化成分のうち、Ta5+は上記理由により、またBi3+は原子量が大きく、ガラスの比重を増大させるとともに、ガラスの着色を増大させる成分であることから、これら成分の含有量は低減することが好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Nb5+、Ti4+およびW6+の合計含有量[Nb5++Ti4++W6+]は、好ましくは7%未満であり、その上限は6.0%、5.0%、4.0%の順により好ましい。また合計含有量[Nb5++Ti4++W6+]は、好ましくは0超であり、その下限は、0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%の順により好ましい。合計含有量[Nb5++Ti4++W6+]が上記範囲であることにより、Ta5+、Bi3+の含有量を削減しつつ、高屈折率高分散化成分による作用、効果が得られる。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量に対するNb5+の含有量の割合:カチオン比[Nb5+/(Nb5++Ta5++W6+)]の上限は、好ましくは1である。また、カチオン比[Nb5+/(Nb5++Ta5++W6+)]の下限は、好ましくは0.3であり、さらには、0.40、0.50、0.55、0.60、0.70、0.80、0.90の順により好ましい。なお、カチオン比[Nb5+/(Nb5++Ta5++W6+)]は、1であってもよい。カチオン比[Nb5+/(Nb5++Ta5++W6+)]が上記範囲であることにより、Ta5+の含有量を削減しつつ、着色が少なく、熱的安定性の優れたガラスが得られる。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Nb5+およびW6+の合計含有量に対するNb5+の含有量の割合:カチオン比[Nb5+/(Nb5++W6+)]の上限は、好ましくは1である。また、カチオン比[Nb5+/(Nb5++W6+)]の下限は、好ましくは0.3であり、さらには0.40、0.50、0.60、0.68、0.70、0.80、0.84、0.86、0.88、0.90、0.95の順により好ましい。なお、カチオン比[Nb5+/(Nb5++W6+)]は、1であってもよい。カチオン比[Nb5+/(Nb5++W6+)]が上記範囲であることにより、熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、着色の少ないガラスが得られる。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Ti4+、W6+およびBi3+の合計含有量[Ti4++W6++Bi3+]は、好ましくは4.25%未満であり、その上限は4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.2%、0.1%の順により好ましい。また、合計含有量[Ti4++W6++Bi3+]の下限は、好ましくは0%である。なお、合計含有量[Ti4++W6++Bi3+]は0%であってもよい。
合計含有量[Ti4++W6++Bi3+]が多くなると、ガラスの着色が増大したり、精密プレス成形するときに、ガラスとプレス成形型との反応によりガラスの表面品質が低下したり、ガラスとプレス成形型との融着が発生しやすくなる等の不具合が生じる。そのため、アッベ数νdの大幅な減少とガラスの着色を抑えつつ、精密プレス成形時のガラスの表面品質を維持し、ガラスとプレス成形型との融着を防ぐ上では、合計含有量[Ti3++W6++Bi3+]が上記範囲であることが好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Nb5+は必須成分である。Nb5+の含有量は、好ましくは7%未満であり、その上限は6.0%、5.5%、5.0%、4.0%の順により好ましい。また、Nb5+の含有量の下限は、好ましくは0.1%であり、さらには0.5%、0.8%、1.0%、1.1%、1.5%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Ti4+の含有量は、好ましくは4.25%未満であり、その上限は4.0%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Ti4+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Ti4+の含有量の0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、W6+の含有量は、好ましくは4.25%未満であり、その上限は4.0%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.2%、1.0%の順により好ましい。また、W6+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、W6+の含有量の0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Ta5+の含有量の上限は、好ましくは5%であり、さらには4.0%、3.0%、2.0%、1.5%、1.0%、0.55%、0.1%の順により好ましい。また、Ta5+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Ta5+の含有量の0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Bi3+の含有量は好ましくは4.25%未満であり、その上限は4.0%、3.0%、2.0%、1.5%、1.0%、0.55%、0.1%の順により好ましい。また、Bi3+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Bi3+の含有量の0%であってもよい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+およびBi3+の合計含有量HRに対するLa3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量REの割合:カチオン比[RE/HR]の上限は、好ましくは21であり、さらには19.0、17.0、15.0、13.0、12.0、11.0の順により好ましい。また、カチオン比[RE/HR]の下限は、好ましくは1であり、さらには2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0の順により好ましい。
カチオン比[RE/HR]が小さくなると、アッベ数νdが減少傾向を示す。一方、カチオン比[RE/HR]が大きくなると、ガラス転移温度Tgが上昇し、ガラスの熱的安定性が低下傾向を示す。したがって、所要の光学特性を実現する上では、カチオン比[RE/HR]が上記範囲であることが好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、B3+およびSi4+の合計含有量NWFに対するNb5+、Ti4+、W6+、Ta5+およびBi3+の合計含有量HRの割合:カチオン比[HR/NWF]の上限は、好ましくは0.5であり、さらには0.30、0.20、0.10、0.08、0.07、0.06の順により好ましい。カチオン比[HR/NWF]の下限は、好ましくは0.01であり、さらには0.02、0.03、0.04、0.05の順により好ましい。
カチオン比[HR/NWF]が小さくなると、屈折率ndが低下し、ガラスの熱的安定性も低下する傾向を示す。また、カチオン比[HR/NWF]が大きくなると、アッベ数νdが低下し、ガラスの熱的安定性が低下する傾向を示す。そのため、ガラスの熱的安定性を良好な状態に維持し、所要の光学特性を有する光学ガラスを得る上では、カチオン比[HR/NWF]が上記範囲であることが好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスでは、Li+の含有量の6倍とZn2+の含有量の2倍の合計からSi4+の含有量を引いた値L=[(6×Li+)+(2×Zn2+)−Si4+]は24以上である。値Lが上記範囲であることにより、精密プレス成形に好適な低温軟化性を得るとともに、ガラスの熔融性を改善できる。
値Lの上限は、好ましくは45であり、さらには44.0、43.0の順により好ましい。また、値Lの下限は、24であり、さらには24.5、25.0、25.5、26.5、27.5の順に好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいては、ガラス転移温度Tgを低下させる上で、Li+の含有量を6倍した値と、Zn2+の含有量を2倍した値の合計値[(6×Li+)+(2×Zn2+)]は、次の範囲を満たすことが好ましい。値[(6×Li+)+(2×Zn2+)]の上限は、好ましくは45であり、さらには44.0、43.0、42.0、40.0、38.0の順により好ましい。また、値[(6×Li+)+(2×Zn2+)]の下限は、好ましくは24、さらには24.5、25.0、26.0の順により好ましい。
なお、本実施形態に係る光学ガラスは、少なくともZn2+を含有することが好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Zn2+の含有量の上限は、好ましくは25%であり、さらには22.0%、20.0%、18.0%、17.0%、16.0%の順により好ましい。また、Zn2+の含有量の下限は、好ましくは5%であり、さらには8.0%、9.0%、10.0%、11.0%の順により好ましい。
Zn2+は、屈折率を維持しつつ、ガラス転移温度Tgを低下させる働きと、ガラスを熔融するときに、ガラスの原料の熔けを促進する働き(すなわち、熔融性を改善する働き)を有する成分である。また、Zn2+は、アルカリ土類金属などの他の二価金属成分と比べて、ガラスの熱的安定性を改善し、液相温度を低下させる働きが強い。しかし、Zn2+の含有量が多くなると、アッベ数νdが減少し、所要の光学特性を得ることが容易でなくなる。そのため、所要の光学特性を維持し、ガラス転移温度Tgを低下させ、ガラスの熔融性、熱的安定性を改善する上では、Zn2+の含有量が上記範囲であることが好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスは、好ましくはLi+、Na+およびK+から選択されるいずれか1種以上を含有する。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Li+の含有量の上限は、好ましくは10%であり、さらには8.0%、6.0%、5.0%、4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%の順により好ましい。また、Li+の含有量の下限は、好ましくは0%であり、さらには0.1%、0.3%、0.5%、1.0%の順により好ましい。
Li+はガラス転移温度Tgを低下させる作用が強く、低温軟化性を得る上で有用な成分である。また、Li+はガラスの熔融性を改善する働きもする。また、Li+の含有量が多くなると屈折率ndが低下する傾向を示す。そのため、所要の光学特性を維持し、ガラス転移温度Tgを低下させる上では、Li+の含有量が上記範囲であることが好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Na+の含有量の上限は、好ましくは5%であり、さらには4.0%、3.0%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Na+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Na+の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、K+の含有量の上限は、好ましくは5%であり、さらには4.0%、3.0%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、K+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、K+の含有量は0%であってもよい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Li+、Na+およびK+の合計含有量[Li++Na++K+]の上限は、好ましくは10%であり、さらには8.0%、6.0%、5.0%、4%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%の順により好ましい。また、合計含有量[Li++Na++K+]の下限は、好ましくは0%であり、さらには0.1%、0.3%、0.5%、1.0%の順により好ましい。
Na+およびK+は、いずれも、ガラスの熔融性を改善する働きを有するが、これらの含有量が多くなると、屈折率nd、ガラスの熱的安定性、化学的耐久性、耐候性が低下する。そのため、Na+およびK+の各含有量は、それぞれ上記範囲であることが好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスは、Rb+およびCs+のいずれか1種以上を含有してもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Rb+の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Rb+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Rb+の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Cs+の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Cs+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Cs+の含有量は0%であってもよい。
Rb+およびCs+は、いずれも、ガラスの熔融性を改善する働きを有するが、これらの含有量が多くなると、屈折率nd、ガラスの熱的安定性、化学的耐久性、耐候性が低下する。そのため、Rb+およびCs+の各含有量は、それぞれ上記範囲であることが好ましい。
また、Rb+、Cs+は、Li+、Na+、K+と比較して、高価な成分であり、汎用的なガラスには適していない成分である。したがって、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Rb+およびCs+の合計含有量[Rb++Cs+]の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.0%、1.0%、0.5%、0.2%、0.1%、0.05%、0.01%の順により好ましい。また、合計含有量[Rb++Cs+]の下限は、好ましくは0%である。なお、合計含有量[Rb++Cs+]は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスは、好ましくは、さらにZr4+を含有する。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Zr4+の含有量の上限は、好ましくは10%であり、さらには9.0%、8.0%、7.0%、6.5%、6.0%、5.5%、5.0%、4.5%の順により好ましい。また、Zr4+の含有量の下限は、好ましくは0%であり、さらには0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、1.5%の順により好ましい。
Zr4+は、屈折率ndを高めるとともに、ガラスの熱的安定性を改善する働きを有する成分である。しかし、Zr4+の含有量が多くなりすぎると、ガラスの熱的安定性が低下し、ガラス転移温度Tgが上昇する、また、ガラス原料が熔け残りやすくなる。そのため、ガラス転移温度Tgの上昇を抑え、ガラスの熔融性を良好に維持し、所要の光学特性を実現しつつ、ガラスの熱的安定性を改善する上では、Zr4+の含有量が上記範囲であることが好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスは、必要に応じて、さらに下記の成分を含有してもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Mg2+の含有量の上限は、好ましくは5%であり、さらには4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Mg2+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Mg2+の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Ca2+の含有量の上限は、好ましくは5%であり、さらには4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Ca2+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Ca2+の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Sr2+の含有量の上限は、好ましくは5%であり、さらには4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Sr2+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Sr2+の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Ba2+の含有量の上限は、好ましくは5%であり、さらには4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Ba2+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Ba2+の含有量は0%であってもよい。
Mg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+は、いずれもガラスの熔融性を改善させる働きを有する成分である。しかし、これら成分の含有量が多くなると、ガラスの熱的安定性が低下し、失透しやすくなる。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Mg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+の合計含有量[Mg2++Ca2++Sr2++Ba2+]の上限は、好ましくは6%であり、さらには5.0%、4.0%、3.0%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、合計含有量[Mg2++Ca2++Sr2++Ba2+]の下限は、好ましくは0%である。合計含有量[Mg2++Ca2++Sr2++Ba2+]が上記範囲であることにより、ガラスの熱的安定性を良好な状態に維持することができる。なお、合計含有量[Mg2++Ca2++Sr2++Ba2+]は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Ga3+の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Ga3+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Ga3+の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、In3+の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、In3+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、In3+の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Sc3+の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Sc3+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Sc3+の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Hf4+の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.0%、1.0%、0.5%、0.1%、0.05%、0.01%の順により好ましい。また、Hf4+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Hf4+の含有量は0%であってもよい。
Ga3+、In3+、Sc3+およびHf4+は、いずれも屈折率ndを高める働きを有する。しかし、これらの成分は高価であり、発明の目的を達成する上で必要な成分ではない。したがって、Ga3+、In3+、Sc3+、Hf4+の各含有量が、それぞれ上記範囲であることが好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Lu3+の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Lu3+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Lu3+の含有量は0%であってもよい。Lu3+は、屈折率ndを高める働きを有するが、ガラスの比重を増加させる成分でもある。また、Lu3+はYb3+と同様、原子量が大きいことから、Lu3+の含有量は低減することが好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Ge4+の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Ge4+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Ge4+の含有量は0%であってもよい。Ge4+は、屈折率ndを高める働きを有するが、一般的に使用されるガラス成分の中で、極めて高価な成分である。ガラスの製造コストを低減する上から、Ge4+の含有量が上記範囲であることが好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、P5+の含有量の上限は、好ましくは5%であり、さらには4.0%、3.0%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%の順に好ましい。また、P5+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、P5+の含有量は0%であってもよい。P5+は、屈折率ndを低下させる成分であり、ガラスの熱的安定性を低下させる成分でもある。所要の光学特性を有し、熱的安定性が優れたガラスを作る上から、P5+の含有量は上記範囲であることが好ましい。ただし、P5+にはガラス融液を冷却するときに結晶の析出を抑制し、失透を防止する効果があるので、こうした失透防止効果を得る上からは、P5+の含有量の下限は、好ましくは0.1%、さらに0.3%、0.5%の順に好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスは、カチオン成分が主として上述のカチオン成分で構成されていることが好ましく、上述のカチオン成分の合計含有量[B3++Si4++Al3++La3++Gd3++Y3++Yb3++Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3++Zn2++Li++Na++K++Rb++Cs++Zr4++Mg2++Ca2++Sr2++Ba2++Ga3++In3++Sc3++Hf4++Lu3++Ge4++P5+]は、95%よりも多くすることが好ましく、98.0%よりも多くすることがより好ましく、99.0%よりも多くすることがさらに好ましく、99.5%よりも多くすることが一層好ましく、99.9%よりも多くすることがより一層好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Te4+の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.0%、1.0%、0.5%、0.1%、0.05%,0.01%の順により好ましい。また、Te4+の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Te4+の含有量は0%であってもよい。Te4+は、屈折率ndを高める成分であるが、毒性を有することから、Te4+の含有量を少なくすることが好ましい。
Pb、As、Cd、Tl、Be、Seは、それぞれ毒性を有する。そのため、これらの元素を含有させないこと、すなわち、これら元素をガラス成分としてガラス中に含ませないことが好ましい。
U、Th、Raはいずれも放射性元素である。そのため、これらの元素を含有させないこと、すなわち、これら元素をガラス成分としてガラス中に含ませないことが好ましい。
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr,Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ceは、ガラスの着色増大の原因や、蛍光の発生源となり、光学ガラスに含有させる元素としては好ましくない。そのため、これらの元素を含有させないこと、すなわち、これら元素をガラス成分としてガラス中に含ませないことか好ましい。
Sb、Snは清澄剤として機能する任意に添加可能な元素である。このうち、Sbは酸化性が強く、精密プレス成形のときに、プレス成形型の成形面を酸化する。そのため、プレス成形を重ねるうちに、成形面が著しく劣化し、精密プレス成形ができなくなる。また、成形した光学素子の表面品質が低下してしまう。そのため、Sbの含有量は、Sb2O3以外のガラス成分の含有量の合計を100質量%としたとき、Sb2O3換算で、1質量%未満であることが好ましく、さらには、0.5質量%以下、0.1質量%以下、0.08質量%以下、0.05質量%以下の順により好ましい。一方、Sbの添加によりガラスの清澄性を改善する場合には、Sbの含有量は、Sb2O3以外のガラス成分の含有量の合計を100質量%としたとき、Sb2O3換算で、0.01質量%以上であることが好ましく、さらには0.02質量%以上、0.04質量%以上の順により好ましい。
また、Snの添加量は、SnO2以外のガラス成分の含有量の合計を100質量%としたとき、SnO2換算で、0〜2質量%であることが好ましく、さらには、0〜1質量%、0〜0.5質量%、0〜0.1質量%、0〜0.05質量%の順により好ましい。
本発明のガラスは、酸化物ガラスである。アニオン成分であるO2−の含有量は、95〜100アニオン%の範囲であることが好ましく、より好ましくは97.0〜100アニオン%、さらに好ましくは99.0〜100アニオン%、特に好ましくは99.5〜100アニオン%、一層好ましくは99.9〜100アニオン%、より一層好ましくは100アニオン%の範囲である。
なお、本実施形態の光学ガラスは、O2−以外のアニオン成分を含有していてもよい。O2−以外のアニオン成分としては、例えばF−、Cl−、Br−、I−を例示できる。しかし、F−、Cl−、Br−、I−は、いずれもガラスの熔融中に揮発しやすい。これらの成分の揮発によって、ガラスの特性が変動する、ガラスの均質性が低下する、熔融設備の消耗が著しくなる等の問題が生じる。したがって、F−、Cl−、Br−およびI−の含有量の合計を、100アニオン%から、O2−の含有量を差し引いた量に抑えることが好ましい。
なお、アニオン%とは周知のように、全てのアニオン成分の含有量の合計を100%としたときのモル百分率である。
なお、本実施形態の光学ガラスは、基本的に上記成分により構成されることが好ましいが、本発明の作用効果を妨げない範囲において、その他の成分を含有させることも可能である。また、本発明において、不可避的不純物の含有を排除するものではない。
なお、本実施形態に係る光学ガラスのガラス組成は、例えば、ICP−AES(Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometry)などの方法により定量することができる。ICP−AESにより求められる分析値は、例えば、分析値の±5%程度の測定誤差を含んでいることがある。また、本明細書および本発明において、ガラスの構成成分の含有量が0%または含まないもしくは導入しないとは、この構成成分を実質的に含まないことを意味し、この構成成分の含有量が不純物レベル程度以下であることを指す。
<光学ガラスの特性>
以下、各特性ごとに、本実施形態に係る光学ガラスの特性を説明していく。
(光学特性)
本実施形態に係る光学ガラスは、アッベ数νdが43.5〜47であり、屈折率ndが下記(1)式を満たす.
nd≧2.25−0.01×νd ・・・ (1)
アッベ数νdは、43.5以上であると、光学素子の材料として色収差の補正に有効である。また、アッベ数νdが47より大きくなると、屈折率ndを低下させないとガラスの熱的安定性が著しく低下し、ガラスを製造する過程で失透しやすくなる。そのため、アッベ数の上限は、47であり、好ましくは46.5、より好ましくは46.0である。また、アッベ数の下限は、43.5であり、好ましくは44.0、より好ましくは44.5である。
また、屈折率ndは、アッベ数νdに対して上記(1)式で決まる範囲にあることにより、光学設計上、利用価値の高い光学ガラスとなる。屈折率ndの上限は、上述のガラスの組成範囲により自ずと定まる。屈折率ndを過剰に高くすると熱的安定性が低下傾向を示す。熱的安定性を維持し、失透しにくいガラスを得るためには、屈折率ndは、下記(2)式を満たすことが好ましい。
nd≦2.35−0.01×νd ・・・ (2)
(ガラス転移温度Tg)
本実施形態に係る光学ガラスのガラス転移温度Tgの上限は、好ましくは620℃であり、さらには、618℃、617℃、615℃の順により好ましい。また、ガラス転移温度Tgの下限は、好ましくは550℃であり、さらには、560℃、570℃、580℃の順により好ましい。ガラス転移温度Tgの上限が上記範囲を満たすことにより、精密プレス成形のときにプレス成形型の温度やガラスの温度を過剰に高くしなくても、高精度の精密プレス成形が可能になる。その結果プレス成形型の消耗を低減することができ、プレス成形型の寿命を延ばすことができる。また、ガラス転移温度Tgを低下させることにより、精密プレス成形のときのガラスとプレス成形型の成形面との反応を抑制することができ、プレス成形により得られる光学素子の表面品質を良好にできる。
(ガラスの光線透過性)
本実施形態において、光線透過性は、着色度λ5、λ80により評価できる。
互いに平行であり、光学研磨されている2つの平面を有するガラス(厚さ10.0mm±0.1mm)を用い、一方の平面より、この平面に垂直に光線を入射させる。そして、他方の平面から出射した透過光の強度Ioutと入射光の強度Iinの比(Iout/Iin)、すなわち、外部透過率を算出する。分光光度計を用いて、入射光の波長を例えば280〜700nmの範囲でスキャンしながら、外部透過率を測定することにより、分光透過率曲線を得る。
外部透過率は、入射光の波長がガラスの短波長側の吸収端から長波長側にいくにつれて増加し、高い値を示す。
λ5は、外部透過率が5%となる波長、λ80は外部透過率が80%になる波長である。280〜700nmの波長域において、λ5よりも長波長側においてガラスの外部透過率は5%より大きい値を示す。また、上記波長域において、λ80よりも長波長側においてガラスの外部透過率は80%より大きい値を示す。
λ80は、短波長化することにより、好適な色再現を可能とする光学素子を提供することができる。また、λ5については、短波長化することにより、ガラス製光学素子を、紫外線硬化型接着剤を用いて接着する際に、ガラスの紫外光の透過量(接着剤の硬化に必要な量)を十分に確保することができる。
このような理由より、λ80の好ましい範囲は420nm以下、より好ましい範囲は410nm以下、さらに好ましい範囲は400nm以下である。λ80の下限の目安は、例えば350nmである。また、λ5の好ましい範囲は335nm以下、より好ましい範囲は330nm以下である。λ5の下限の目安は、例えば290nmである。
(ガラスの比重)
本実施形態に係る光学ガラスは、高屈折率低分散ガラスでありながら、比重が大きくない。通常、ガラスの比重を低減することができれば、レンズの重量を減少できる。その結果、レンズを搭載するカメラレンズのオートフォーカス駆動の消費電力を低減することができる。一方、比重を減少させすぎると、屈折率ndの低下や、熱的安定性の低下を招く。そのため、ガラスの比重dの上限は、好ましくは4.9であり、より好ましくは4.85、さらに好ましくは4.8である。また、ガラスの比重dの下限は、好ましくは4.2であり、より好ましくは4.25、さらに好ましくは4.3である。
(液相温度)
本実施形態に係る光学ガラスの液相温度の上限は、好ましくは1200℃であり、さらには、1180℃、1170℃、1160℃、1150℃の順により好ましい。また、液相温度の下限は、好ましくは950℃であり、さらには、970℃、980℃、990℃の順により好ましい。本実施形態に係る光学ガラスによれば、ガラスの熱的安定性が改善されているので、Taの含有量を削減しつつ、ガラス転移温度Tgの低い、高屈折率低分散ガラスが得られる。
以上説明してきたように、本発明の実施態様に係る光学ガラスは、屈折率およびアッベ数が大きく、均質であり、着色が少なく、ガラス転移温度Tgも低い。このような光学ガラスは、特に精密プレス成形用光学ガラスとして好適に用いることができる。
第2実施形態
本発明の別の観点として、本実施形態に係る光学ガラスは、
必須成分として、B2O3、La2O3およびNb2O5を含み、
値NWF’に対する値RE’の比[RE’/NWF’]が0.30〜0.70であり、
値RE’に対する値HR’の比[HR’/RE’]が0.30以下であり、
La2O3、Gd2O3、Y2O3およびYb2O3の合計含有量に対するLa2O3の含有量の質量比βw[La2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)]が1未満(0を含まず)であり、
Nb2O5およびTa2O5の合計含有量に対するNb2O5の含有量の質量比γw[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5)]が2/3以上であり、
値L’が−0.10以上であり、
アッベ数νdが43.5〜47であり、上記アッベ数νdに対し、屈折率ndが下記(1)式を満たすことを特徴とする。
nd≧2.25−0.01×νd ・・・ (1)
ただし、
B2O3、SiO2、Al2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、Nb2O5、TiO2、WO3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2OおよびZnOの各分子量を、それぞれM(B2O3)、M(SiO2)、M(Al2O3)、M(La2O3)、M(Gd2O3)、M(Y2O3)、M(Yb2O3)、M(Nb2O5)、M(TiO2)、M(WO3)、M(Bi2O3)、M(Li2O)、M(Na2O)、M(K2O)およびM(ZnO)と表し、
上記各成分の含有量を、質量%表示における上記各成分の含有比率の値で表した場合に、
上記値NWF’は、B2O3の含有量の数値の2倍をM(B2O3)で割った値、SiO2の含有量の数値をM(SiO2)で割った値およびAl2O3の含有量の数値の2倍をM(Al2O3)で割った値の合計値であり、
上記値RE’は、La2O3の含有量の数値をM(La2O3)で割った値、Gd2O3の含有量の数値をM(Gd2O3)で割った値、Y2O3の含有量の数値をM(Y2O3)で割った値およびYb2O3の含有量の数値をM(Yb2O3)で割った値の合計値を2倍した値であり、
上記値HR’は、Nb2O5の含有量の数値の2倍をM(Nb2O5)で割った値、TiO2の含有量の数値をM(TiO2)で割った値、WO3の含有量の数値をM(WO3)で割った値およびBi2O3の含有量の数値の2倍をM(Bi2O3)で割った値の合計値であり、
上記値L’は、Li2Oの含有量の数値の12倍をM(Li2O)で割った値、Na2Oの含有量の数値の4倍をM(Na2O)で割った値、K2Oの含有量の数値の2倍をM(K2O)で割った値およびZnOの含有量の数値の2倍をM(ZnO)で割った値の合計値から、SiO2の含有量の数値の2倍をM(SiO2)で割った値、Al2O3の含有量の数値の2倍をM(Al2O3)で割った値およびB2O3の含有量の数値をM(B2O3)で割った値の合計値を差し引いた値である。
すなわち、質量%表示におけるB2O3、SiO2、Al2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、Nb2O5、TiO2、WO3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2OおよびZnOの各含有量の値を、それぞれ単にB2O3、SiO2、Al2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、Nb2O5、TiO2、WO3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2O、ZnOと表すと、NWF’、RE’、HR’、L’は、
NWF’=[2×B2O3/M(B2O3)]+[SiO2/M(SiO2)]+[2×Al2O3/M(Al2O3)]
RE’=2×{[La2O3/M(La2O3)]+[Gd2O3/M(Gd2O3)]+[Y2O3/M(Y2O3)]+[Yb2O3/M(Yb2O3)]}
HR’=[2×Nb2O5/M(Nb2O5)]+[TiO2/M(TiO2)]+[WO3/M(WO3)]+[2×Bi2O3/M(Bi2O3)]
L’=[12×Li2O/M(Li2O)]+[4×Na2O/M(Na2O)]+[2×K2O/M(K2O)]+[2×ZnO/M(ZnO)]−{[2×SiO2/M(SiO2)]+[2×Al2O3/M(Al2O3)]+[B2O3/M(B2O3)]}と表すことができる。
なお、上記式中で、B2O3、SiO2、Al2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、Nb2O5、TiO2、WO3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2OおよびZnOと表されている各成分の含有量は、本来、質量%表示における各成分の含有比率であるが、ここでは単なる数値として扱い、質量%あるいは%などの単位を付けて表示しない。また、分子量は無次元の数である。したがって、NWF’、RE’、HR’、L’も単なる数値であり、質量%あるいは%などの単位を付けて表示しない。したがって、本実施形態において、L’の下限を−0.10のように表示している。
本実施形態では、本発明の第2の観点として、質量%表示での各成分の含有比率に基づいて、本発明に係る光学ガラスを説明する。したがって、以下、各含有量は特記しない限り、質量%にて表示する。
なお、本明細書において、質量%表示とは、周知のように、全ての成分の酸化物換算での含有量の合計を100%としたときの質量百分率をいう。また、合計含有量とは、複数種の成分の酸化物換算での含有量(含有量が0%である場合も含む)の合計量をいう。また、質量比とは、質量%表示において、各成分同士の酸化物換算での含有量(複数種の成分の酸化物換算での合計含有量も含む)の割合(比)をいう。
以下、本実施形態に係る光学ガラスについて詳しく説明する。
本実施形態に係る光学ガラスは、必須成分として、B2O3、La2O3およびNb2O5を含む。
本実施形態に係る光学ガラスでは、値NWF’に対する値RE’の比[RE’/NWF’]は、0.30以上である。比[RE’/NWF’]が上記範囲を満たすことにより、所要の屈折率、アッベ数を得ることができる。また、比[RE’/NWF’]が0.70以下であることにより、ガラスの熱的安定性を良好な状態に維持し、製造中に結晶が析出しにくいガラスを得ることができる。なお、比[RE’/NWF’]の上限は、好ましくは0.60であり、さらには0.50、0.45、0.44、0.43の順により好ましい。また、比[RE’/NWF’]の下限は、好ましくは0.32であり、さらには0.34、0.36、0.37、0.38、0.39の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、値NWF’は、ネットワーク形成成分であるB2O3、SiO2およびAl2O3の各含有量を質量%で表示したときの数値を、それぞれ各成分の分子量で割った値に、それぞれ各分子中に含まれるカチオンの数を乗じた値の合計値(値NWF’=[2×B2O3/M(B2O3)]+[SiO2/M(SiO2)]+[2×Al2O3/M(Al2O3)])である。値NWF’が大きくなると、ガラスの熱的安定性が改善され、製造中に結晶が析出しにくくなるが、屈折率が低下する。
なお、本実施形態に係る光学ガラスにおける[2×B2O3/M(B2O3)]:[SiO2/M(SiO2)]:[2×Al2O3/M(Al2O3)]の比は、カチオン%表示におけるB3+:Si4+:Al3+の比と同じになる。また、値NWF’は、第1実施形態に係る光学ガラスにおける、カチオン%表示での合計含有量NWFに対応する。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、値NWF’の好ましい上限は1.0であり、さらには0.95、0.90、0.85、0.80の順によりより好ましい。値NWF’の好ましい下限は0.30であり、さらには0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.62、0.65の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、値RE’は、高屈折率低分散化成分であるLa2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3の各含有量を質量%で表示したときの数値を、それぞれ分子量で割った値に、それぞれ各分子中に含まれるカチオンの数を乗じた値の合計値(値RE’=[2×La2O3/M(La2O3)]+[2×Gd2O3/M(Gd2O3)]+[2×Y2O3/M(Y2O3)]+[2×Yb2O3/M(Yb2O3)])である。値RE’が大きくなると、低分散特性を維持しつつ、屈折率が上昇するが、ガラスの熱的安定性が低下し、製造中に結晶が析出しやすくなる。
なお、本実施形態に係る光学ガラスにおける[2×La2O3/M(La2O3)]:[2×Gd2O3/M(Gd2O3)]:[2×Y2O3/M(Y2O3)]:[2×Yb2O3/M(Yb2O3)]の比は、カチオン%表示におけるLa3+:Gd3+:Y3+:Yb3+の比と同じになる。また、値RE’は、第1実施形態に係る光学ガラスにおける、カチオン%表示での合計含有量REに対応する。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、値RE’の好ましい上限は0.6であり、さらには0.55、0.5.0、0.45、0.4.0、0.35の順により好ましい。値RE’の好ましい下限は0.1、さらに、0.15、0.20、0.22、0.25の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスでは、値RE’に対する値HR’の比[HR’/RE’]は0.30以下である。比[HR’/RE’]が上記範囲であることにより、低分散特性を維持しつつ屈折率を高めることができるため、所要の屈折率、アッベ数を有するガラスを得ることができる。また、熔融性を高めて、ガラス原料が熔け残りにくくすることができる。さらに、精密プレス成形時のガラスとプレス成形型との融着やプレス成形後のガラス表面が不透明になるのを抑制することもできる。
比[HR’/RE’]の上限は、好ましくは0.24であり、さらには0.19、0.17、0.16、0.15の順により好ましい。また、ガラス中において、希土類元素の酸化物とNb2O5などの高屈折率高分散化成分とが共存することが、ガラスの熱的安定性を良好な状態に維持しつつ屈折率を高める上で好ましい。このような高屈折率化と良好な熱的安定性の維持の両立を図る上から、比[HR’/RE’]の下限は、好ましくは0.03であり、さらに0.05、0.06、0.07、0.08の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、値HR’は、高屈折率高分散化成分であるNb2O5、TiO2、WO3、Bi2O3の各含有量を質量%で表示したときの数値を、それぞれ各成分の分子量で割った値に、それぞれ各分子中に含まれるカチオンの数を乗じた値の合計値(値HR’=[2×Nb2O5/M(Nb2O5)]+[TiO2/M(TiO2)]+[WO3/M(WO3)]+[2×Bi2O3/M(Bi2O3)])である。値HR’が大きくなると、屈折率が増加するとともにアッベ数が減少して高屈折率分散化する。また、値HR’が増加すると、精密プレス成形時にガラスとプレス成形型との反応により、プレス成形したガラスの表面が透明でなくなる、あるいは、ガラスがプレス成形型に融着しやすくなるおそれがある。
なお、本実施形態に係る光学ガラスにおける[2×Nb2O5/M(Nb2O5)]:[TiO2/M(TiO2)]:[WO3/M(WO3)]:[2×Bi2O3/M(Bi2O3)]の比は、カチオン%表示におけるNb5+:Ti4+:W6+:Bi3+の比と同じになる。また、値HR’は、第1実施形態に係る光学ガラスにおける、カチオン%表示でのHRに対応する。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、値HR’の好ましい上限は0.08であり、さらには0.07、0.06、0.05の順により好ましい。値HR’の好ましい下限は0.005であり、さらには0.007、0.008、0.01、0.015の順により好ましい。
本実施態様に係る光学ガラスは、ガラス転移温度Tgが比較的低く、例えば精密プレス成形に好適である。ここでは、ガラス転移温度Tgに影響を及ぼす成分として、Li2O、Na2O、K2O、ZnO、SiO2、Al2O3、B2O3の7成分に着目し、これら成分の含有量とガラス転移温度Tgの関係について説明する。
これら7成分のうち、ガラス転移温度Tgを低下させる働きを有する成分は、Li2O、Na2O、K2O、ZnOの4成分である。反対に、ガラス転移温度Tgを上昇させる働きを有する成分はSiO2、Al2O3、B2O3の3成分である。
本件発明者の検討の結果、これら7成分の各含有量を質量%で表示したときの数値を、それぞれ各成分の分子量で割った値に、それぞれ各分子中に含まれるカチオンの数を乗じ、さらにそれぞれ各成分のガラス転移温度Tgへの影響度を係数として乗じた値の合計値(値L’)は、ガラス転移温度Tgとの間に相関関係があることが判った。なお、Li2O、Na2O、K2O、ZnO、SiO2、Al2O3、B2O3のガラス転移温度Tgへの影響度は、カチオン比を基準にして、それぞれ、+6、+2、+1、+2、−2、−1、−0.5である。
このような値L’は、L’=[6×2×Li2O/M(Li2O)]+[2×2×Na2O/M(Na2O)]+[1×2×K2O/M(K2O)]+[2×1×ZnO/M(ZnO)]+[−2×1×SiO2/M(SiO2)]+[−1×2×Al2O3/M(Al2O3)]+[−0.5×2×B2O3/M(B2O3)]として表すことができる。
図2は、縦軸にガラス転移温度Tg、横軸に値L’をとり、B2O3およびLa2O3を含む公知のガラスについて、値L’とTgの関係をプロットしたグラフである。図2より明らかであるように、プロットはほぼ直線上に分布し、値L’とTgとの間には、相関関係にあることがわかる。
したがって、値L’を−0.10以上にすることにより、ガラス転移温度Tgを低下させ、例えば、精密プレス成形に好適なガラスを提供することができる。また、値L’を−0.10以上にすることにより、ガラスの熔融性を改善できる。ガラス転移温度Tgを低下させ、さらにガラスの熔融性を改善する上で、値L’の下限は、好ましくは−0.09であり、さらには−0.08、−0.06、−0.04、−0.02、0の順により好ましい。
また、値L’の増加とともに、屈折率が低下したり、ガラスの熱的安定性が低下したりする傾向を示すため、熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、所要の屈折率およびアッベ数を得る上で、値L’の上限は、好ましくは1.0でありであり、さらには0.60、0.40、0.30、0.20、0.18の順により好ましい。
なお、本実施形態に係る光学ガラスにおける[2×Li2O/M(Li2O)]:[2×Na2O/M(Na2O)]:[2×K2O/M(K2O)]:[ZnO/M(ZnO)]:[SiO2/M(SiO2)]:[2×Al2O3/M(Al2O3)]:[2×B2O3/M(B2O3)]の比は、カチオン%表示におけるLi+:Na+:K+:Zn2+:Si4+:Al3+:B3+の比と同じになる。また、値L’は、第1実施形態に係る光学ガラスにおける、カチオン%換算での値Lに対応する。
<ガラス組成>
以下、ガラス組成について、詳しく説明する。なお、特記しない限り、各種構成成分の含有量等については、酸化物基準の質量%にて表示する。また、本実施形態では、ガラス組成について、上説のように、各成分の含有量(質量%)に酸化物中に含まれるカチオンの数を乗じ、さらに各成分の含有量(質量%)を各成分の分子量で割るなどの操作を行っている。しかし、それ以外の事項については、本実施形態に係る光学ガラスは、第1実施形態に係る光学ガラスと共通する事項が多い。そのため、以下の説明において、第1実施形態と共通する内容(例えば、ガラス組成の数値範囲を特定する理由など)については、一部省略する。
本実施形態に係る光学ガラスでは、B2O3、SiO2、La2O3、Y2O3、Gd2O3およびYb2O3の合計含有量[B2O3+SiO2+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3]は、好ましくは65%以上である。合計含有量[B2O3+SiO2+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3]が上記範囲であることにより、熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、所要の屈折率ndおよびアッベ数νdを実現しやすくなる。
合計含有量[B2O3+SiO2+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3]の上限は、好ましくは90%であり、さらには88.0%、86.0%、84.0%、82.0%、80.0%の順により好ましい。また、合計含有量[B2O3+SiO2+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3]の下限は、65%であり、好ましくは67%であり、さらには70.0%、71.0%、72.0%、73.0%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、B2O3、SiO2およびAl2O3の合計含有量NWFw=[B2O3+SiO2+Al2O3]の上限は、好ましくは35%であり、さらには32.0%、30.0%、29.0%の順により好ましい。また、合計含有量NWFwの下限は、好ましくは15%であり、さらには16.0%、18.0%、20.0%、21.0%、22.0%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスでは、B2O3、SiO2およびAl2O3の合計含有量NWFwに対するLa2O3、Y2O3、Gd2O3およびYb2O3の合計含有量REwの割合:質量比αw[REw/NWFw]は、好ましくは1.4〜2.6である。質量比αwが小さすぎると、屈折率ndやアッベ数νdが低下する傾向を示す。一方、質量比αwが大きすぎると、ガラスの熱的安定性が低下する傾向を示し、また、ガラス転移温度Tgが上昇する傾向を示す。
質量比αwの上限は、好ましくは2.6であり、さらには2.5、2.4、2.3、2.2、2.1、2.0の順により好ましい。質量比αwの下限は、好ましくは1.4であり、さらには1.5、1.6の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、La2O3、Y2O3、Gd2O3およびYb2O3の合計含有量REw=[La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3]の上限は、好ましくは61%であり、さらには59.0%、57.0%、55.0%、54.0%、53.0%の順により好ましい。また、合計含有量REwの下限は、好ましくは39%であり、さらには42.0%、45.0%、46.0%、47.0%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、B2O3の含有量の上限は、好ましくは35%であり、さらには32.0%、30.0%、29.0%、28.0%、27.0%の順により好ましい。また、B2O3の含有量の下限は、好ましくは16%であり、さらには18.0%、20.0%、21.0%、22.0%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、SiO2の含有量の上限は、好ましくは10%、さらには8.0%、7.0%、6.0%、5.0%、4.0%の順により好ましい。また、SiO2の含有量の下限は、好ましくは0%であり、さらには0.05%、0.1%、0.2%、0.4%、0.5%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Al2O3の含有量の上限は好ましくは3%であり、さらには2.5%、2%、1.5%、1%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Al2O3の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Al2O3の含有量は0%であってもよい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、B2O3、SiO2およびAl2O3の合計含有量NWFwに対するB2O3の含有量の割合:質量比[B2O3/NWFw]の上限は、好ましくは0.99であり、さらには0.98、0.97の順により好ましい。また、質量比[B2O3/NWFw]の下限は、好ましくは0.5であり、さらには0.60、0.65、0.70、0.80、0.85、0.86の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、La2O3は必須成分である。La2O3の含有量の上限は、好ましくは50%であり、さらには48.0%、47.0%、45.0%、44.0%、43.0%、42.0%の順により好ましい。また、La2O3の含有量の下限は、好ましくは10%であり、さらには15.0%、17.0%、19.0%、20.0%、21.0%、22.0%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Gd2O3の含有量の上限は、好ましくは50%であり、さらには45.0%、40.0%、35.0%、33.0%、32.0%、31.0%、30.0%、27.0%の順により好ましい。また、Gd2O3の含有量の下限は、好ましくは0%であり、さらには1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Y2O3の含有量の上限は、好ましくは20%であり、さらには17.0%、15.0%、13.0%、12.0%、11.0%、10.0%の順により好ましい。また、Y2O3の含有量の下限は、好ましくは0%である。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Yb2O3の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%の順により好ましい。また、Yb2O3の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Yb2O3の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスでは、La2O3、Y2O3、Gd2O3およびYb2O3の合計含有量REwに対するLa2O3の含有量の割合:質量比βw[La2O3/REw]は、1未満(0を含まず)である。質量比βwが上記範囲であることにより、熱的安定性、熔融性を良好な状態に維持することができる。
質量比βwは、1未満であり、その上限は、好ましくは0.98、さらには0.95、0.90、0.88、0.87の順により好ましい。また、質量比βwの下限は、好ましくは0.27であり、さらには0.30、0.35、0.37、0.39、0.40、0.41の順により好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、La2O3、Gd2O3、Y2O3およびYb2O3の合計含有量REwに対するGd2O3およびY2O3の合計含有量の割合:質量比[(Gd2O3+Y2O3)/REw]の上限は、好ましくは0.8であり、さらには0.70、0.65、0.61、0.60、0.59の順により好ましい。また、質量比[(Gd2O3+Y2O3)/REw]の下限は、好ましくは0であり、さらには0.05、0.07、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスでは、Nb2O5、TiO2、WO3、Ta2O5およびBi2O3の合計含有量HRw=[Nb2O5+TiO2+WO3+Ta2O5+Bi2O3]は、好ましくは20%未満である。合計含有量HRw上記範囲であることにより、アッベ数νdの低下を抑制し、所要の光学特性を実現しやすくなると共に、ガラスの熱的安定性も良好な状態に維持しやすくなる。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、合計含有量HRwは、好ましくは20%未満であり、その上限は14%、10.0%、9.0%、8.0%、7.0%の順により好ましい。また、合計含有量HRwの下限は、好ましくは0.1%であり、さらには0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、3.0%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスでは、Nb2O5およびTa2O5の合計含有量に対するNb2O5の含有量の割合:質量比γw[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5)]は、2/3以上である。質量比γwが上記範囲であることにより、良好な熱的安定性および所要の光学特性を有するガラスを安定的に得られる。
質量比γwの下限は、2/3であり、好ましくは0.50、さらには0.67、0.68、0.70、0.80、0.90の順により好ましい。また、質量比γwの上限は、好ましくは1である。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Nb2O5、TiO2、WO3、Ta2O5およびBi2O3の合計含有量HRwに対するNb2O5、TiO2およびWO3の合計含有量の割合:質量比[(Nb2O5+TiO2+WO3)/HRw]の上限は、好ましくは1である。また、質量比[(Nb2O5+TiO2+WO3)/HRw]の下限は、好ましくは0.3であり、さらには0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、0.90の順により好ましい。なお、質量比[(Nb2O5+TiO2+WO3)/HRw]は、1であってもよい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Nb2O5、TiO2およびWO3の合計含有量[Nb2O5+TiO2+WO3]の上限は、好ましくは12%であり、さらには10.0%、9.0%、8.0%、7.0%、6.0%の順により好ましい。また合計含有量[Nb2O5+TiO2+WO3]の下限は、好ましくは0.1%であり、さらには0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%の順により好ましい。合計含有量[Nb2O5+TiO2+WO3]が上記範囲でありことにより、Ta2O5、Bi2O3の含有量を削減しつつ、高屈折率高分散化成分による作用、効果が得られる。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Nb2O5、Ta2O5およびWO3の合計含有量に対するNb2O5の含有量の割合:質量比[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5+WO3)]の上限は、好ましくは1である。また、質量比[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5+WO3)]の下限は、好ましくは0.1であり、さらには、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、0.90の順により好ましい。なお、質量比[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5+WO3)]は、1であってもよい。質量比[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5+WO3)]が上記範囲であることにより、Ta2O5の含有量を削減しつつ、着色が少なく、熱的安定性の優れたガラスが得られる。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Nb2O5およびWO3の合計含有量に対するNb2O5の含有量の割合:質量比[Nb2O5/(Nb2O5+WO3)]の上限は、好ましくは1である。また、質量比[Nb2O5/(Nb2O5+WO3)]の下限は、好ましくは0.1であり、さらには0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.65、0.70、0.80、0.90の順により好ましい。なお、質量比[Nb2O5/(Nb2O5+WO3)]は、1であってもよい。質量比[Nb2O5/(Nb2O5+WO3)]が上記範囲であることにより、熱的安定性を良好な状態に維持しつつ、着色の少ないガラスが得られる。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、TiO2、WO3およびBi2O3の合計含有量[TiO2+WO3+Bi2O3]は、好ましくは10未満であり、その上限は9.0%、8.0%、7.0%、6.0%、5.0%、4.0%、3.0%、2.0%、1.0%、0.5%、0.2%、0.1%の順により好ましい。また、合計含有量[TiO2+WO3+Bi2O3]の下限は、好ましくは0%である。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Nb2O5は必須成分である。Nb2O5の含有量の上限は、好ましくは12%であり、さらには10.0%、8.0%、7.0%、6.0%の順により好ましい。また、Nb2O5の含有量の下限は、好ましくは0.1%であり、さらには0.5%、1.0%、1.5%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、TiO2の含有量の上限は、好ましくは5%であり、さらには4.0%、3.0%、2.0%、1.5%の順により好ましい。また、TiO2の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、TiO2の含有量の0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、WO3の含有量の上限は、好ましくは12%であり、さらには10.0%、7.0%、5.0%、4.0%の順により好ましい。また、WO3の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、WO3の含有量の0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Ta2O5の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.9%、0.7%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Ta2O5の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Ta2O5の含有量の0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Bi2O3の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Bi2O3の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Bi2O3の含有量の0%であってもよい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Nb2O5、TiO2、WO3、Ta2O5およびBi2O3の合計含有量HRwに対するLa2O3、Y2O3、Gd2O3およびYb2O3の合計含有量REwの割合:質量比[REw/HRw]の上限は、好ましくは25であり、さらには20.0、19.0、18.0、17.0の順により好ましい。また、質量比[REw/HRw]の下限は、好ましくは3であり、さらには4.0、5.0、6.0の順により好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、B2O3、SiO2およびAl2O3の合計含有量NWFwに対するNb2O5、TiO2、WO3、Ta2O5およびBi2O3の合計含有量HRwの割合:質量比[HRw/NWFw]の上限は、好ましくは0.4であり、さらには0.35、0.30、0.25の順により好ましい。質量比[HRw/NWFw]の下限は、好ましくは0.05であり、さらには0.07、0.09、0.09、0.10、0.11の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスは、好ましくは、さらにZnOを含有する。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、ZnOの含有量の上限は、好ましくは25%であり、さらには22.0%、20.0%、19.0%、18.0%、17.0%の順により好ましい。また、ZnOの含有量の下限は、好ましくは4%であり、さらには5.0%、8.0%、9.0%、10.0%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスは、好ましくはLi2O、Na2OおよびK2Oから選択されるいずれか1種以上を含有する。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Li2Oの含有量の上限は、好ましくは5%であり、さらには4.0%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.8%、0.6%の順により好ましい。また、Li2Oの含有量の下限は、好ましくは0%である。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Na2Oの含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Na2Oの含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Na2Oの含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、K2Oの含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、K2Oの含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、K2Oの含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量[Li2O+Na2O+K2O]の上限は、好ましくは5%であり、さらには4.0%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、合計含有量[Li2O+Na2O+K2O]の下限は、好ましくは0%である。
また、本実施形態に係る光学ガラスは、Rb2OおよびCs2Oのいずれか1種以上を含有してもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Rb2Oの含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Rb2Oの含有量の下限は、好ましくは0%である。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Cs2Oの含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Cs2Oの含有量の下限は、好ましくは0%である。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Rb2OおよびCs2Oの合計含有量[Rb2O+Cs2O]の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、合計含有量[Rb2O+Cs2O]の下限は、好ましくは0%である。なお、合計含有量[Rb2O+Cs2O]は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスは、好ましくは、さらにZrO2を含有する。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、ZrO2の含有量の上限は、好ましくは15%であり、さらには12.0%、10.0%、9.0%、8.5%、8.0%の順により好ましい。また、ZrO2の含有量の下限は、好ましくは0%であり、さらには0.1%、0.3%、0.5%、0.6%、0.7%、1.0%の順により好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスは、必要に応じて、さらに下記の成分を含有してもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、MgOの含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.7%の順により好ましい。また、MgOの含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、MgOの含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、CaOの含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%の順により好ましい。また、CaOの含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、CaOの含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、SrOの含有量の上限は、好ましくは4%であり、さらには3.5%、3.0%、2.5%、1.0%、0.5%の順により好ましい。また、SrOの含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、SrOの含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、BaOの含有量の上限は、好ましくは7%であり、さらには6.0%、5.0%、4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%の順により好ましい。また、BaOの含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、BaOの含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、MgO、CaO、SrOおよびBaOの合計含有量[MgO+CaO+SrO+BaO]の上限は、好ましくは7%であり、さらには6.0%、5.0%、4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、合計含有量[MgO+CaO+SrO+BaO]の下限は、好ましくは0%である。なお、合計含有量[MgO+CaO+SrO+BaO]は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Ga2O3の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Ga2O3の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Ga2O3の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、In2O3の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、In2O3の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、In2O3の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Sc2O3の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Sc2O3の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Sc2O3の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、HfO2の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、HfO2の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、HfO2の含有量は0%であってもよい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、Lu2O3の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、Lu2O3の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、Lu2O3の含有量は0%であってもよい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、GeO2の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、GeO2の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、GeO2の含有量は0%であってもよい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、P2O5の含有量の上限は、好ましくは2%であり、さらには1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、P2O5の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、P2O5の含有量は0%であってもよい。
本実施形態に係る光学ガラスは、主として上述の成分で構成されていることが好ましく、上述の成分の合計含有量は、95%よりも多くすることが好ましく、98.0%よりも多くすることがより好ましく、99.0%よりも多くすることがさらに好ましく、99.5%よりも多くすることが一層好ましい。
また、本実施形態に係る光学ガラスにおいて、TeO2の含有量の上限は、好ましくは3%であり、さらには2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%の順により好ましい。また、TeO2の含有量の下限は、好ましくは0%である。なお、TeO2の含有量は0%であってもよい。
なお、Pb、As、Cd、Tl、Be、Se、U、Th、Ra、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr,Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ce、並びにSbおよびSnの含有量については、第1実施形態のカチオン%表示によるガラス組成の説明と同様である。
また、本実施形態の光学ガラスは、基本的に上記成分により構成されることが好ましいが、本発明の作用効果を妨げない範囲において、その他の成分を含有させることも可能である。また、本発明において、不可避的不純物の含有を排除するものではない。
また、本実施形態に係る光学ガラスのガラス組成は、例えば、ICP−AESなどの方法により定量することができる。ICP−AESにより求められる分析値は、例えば、分析値の±5%程度の測定誤差を含んでいることがある。また、本明細書および本発明において、ガラスの構成成分の含有量が0%または含まないもしくは導入しないとは、この構成成分を実質的に含まないことを意味し、この構成成分の含有量が不純物レベル程度以下であることを指す。
なお、本実施形態に係る光学ガラスの特性(光学特性、ガラス転移温度Tg、ガラスの光線透過性、ガラスの比重および液相温度)は、第1実施形態で説明したものと同様である。したがって、本実施形態では説明は省略する。
光学ガラスの製造
上記2つの実施形態に係る光学ガラスは、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作製すればよい。例えば、複数種の化合物を調合し、十分混合してバッチ原料とし、バッチ原料を白金坩堝中に入れて粗熔解(ラフメルト)する。粗熔解によって得られた熔融物を急冷、粉砕してカレットを作製する。このようにして作製したカレットをさらに調合し、白金坩堝中に入れて加熱、再熔融(リメルト)して熔融ガラスとし、さらに清澄、均質化した後に熔融ガラスを成形し、徐冷して光学ガラスを得る。熔融ガラスの成形は、公知の方法を適用すればよい。
なお、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、ホウ酸、無水ホウ酸、酸化ケイ素等が挙げられる。
光学素子等の製造
上記2つの実施形態に係る光学ガラスを使用して光学素子を作るには、公知の方法を適用すればよい。例えば、本発明に係る光学ガラスを熔融して板状のガラス素材を成形し、この板状のガラス素材を所定体積に細分化し、次いで、細分化したガラスを研磨して精密プレス成形用ガラス素材(精密プレス成形用プリフォーム)を作製する。あるいは、本発明に係る光学ガラスを熔融した状態から連続的に所定体積のガラス塊を成形して精密プレス成形用ガラス素材を作製する。次に、精密プレス成形用ガラス素材(精密プレス成形用プリフォーム)を加熱、精密プレス成形して光学素子を作製する。
作製した光学素子の光学機能面には使用目的に応じて、反射防止膜、全反射膜などをコーティングしてもよい。
光学素子としては、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズ、レンズアレイなどの各種レンズ、プリズム、回折格子などを例示することができる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
また、本明細書において、「光学ガラス」は、複数の金属酸化物を含むガラス組成物であって、形態(塊り状、板状、球状など)や用途(光学素子用素材、光学素子など)を問わない総称として用いている。
また、本明細書において、光学ガラスのガラス組成をカチオン%表示および質量%表示にて説明しているが、各表示方法は、例えば後述するような換算方法により、相互に表示方法を変更できる。
ガラス組成の定量分析の結果、ガラス成分が酸化物基準で表され、ガラス成分の含有量が質量%表示されることがある。このような組成の表示は、例えば次のような方法で、カチオン%、アニオン%表示に換算できる。
カチオンAと酸素からなる酸化物はAmOnと表記される。mとnはそれぞれ化学量論的に定まる整数である。例えば、B3+では酸化物基準による表記がB2O3となり、m=2、n=3となり、Si4+ではSiO2となり、m=1、n=2となる。
まず、質量%表示におけるAmOnの含有量をAmOnの分子量で割り、さらにmを乗じる。この値をPとする。そして、ガラス成分の全てについてPを合計する。Pを合計した値をΣPとすると、ΣPが100%になるように各ガラス成分のPの値を規格した値が、カチオン%表示におけるAs+の含有量となる。ここで、sは2n/mである。
なお、微量の添加剤、例えばSb2O3のような清澄剤については、ΣPの中に含めなくてもよい。その場合、Sb2O3の含有量は外割りの含有量とする。すなわち、Sb2O3の含有量を除く成分の含有量の合計を100%とし、Sb2O3の含有量を100%に対する値として表す。
また、酸化物の分子量は、その酸化物の化学式量に相当する。酸化物の分子量は、例えば小数点以下4桁目を四捨五入し、小数点以下3桁目までの表示とした値を用いて計算すればよい。なお、幾つかのガラス成分、添加剤について、酸化物基準による表記における分子量を、下記の表5に示す。
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
表1A〜3Aおよび表1B〜3Bに、本発明の実施例に係る光学ガラス(試料1〜24)のガラス組成とその特性値を示す。
ここで、表1A〜3Aはカチオン%表示にて、表1B〜3Bは質量%表示にて、試料1〜24のガラス組成を表示している。すなわち、表1A〜3Aと表1B〜3Bで、ガラス組成の表示方法は異なるが、同じ試料番号の光学ガラスは、同じ組成を有する同じ光学ガラスを意味している。したがって、表1A〜3Aおよび表1B〜3Bは、実質的に同じ光学ガラスとその結果を示しているため、以下特記しない限り、総称して「表1〜3」という。
なお、表1A〜3Aについては、カチオン%表示にてガラス組成を表示しているが、いずれもアニオン成分の全量がO2−である。すなわち、表1A〜3Aに記載されている組成は、いずれもO2−の含有量が100アニオン%である。
また、これらの光学ガラスは、以下の手順で作製され、各種評価が行われた。
[光学ガラスの熔解・成形]
ガラスの構成成分に対応する酸化物、水酸化物、炭酸塩、および硝酸塩を原材料として準備し、得られる光学ガラスのガラス組成が、表1〜3に示す各組成となるように上記原材料を秤量、調合して、原材料を十分に混合した。得られた調合原料(バッチ原料)を、白金坩堝に投入し、原材料の熔融性に応じて1250〜1350℃に設定された電気炉内に坩堝ごと入れて、120〜180分間熔融しながら、攪拌して均質化および脱泡(清澄)を図った。その後、白金坩堝を傾けて熔融ガラスを予熱された金型に鋳込んだ。金型の予熱は、ガラス転移温度Tg付近に温度設定された電気炉の中に金型を5〜10分置くことにより行い、熔融ガラスを鋳込む際には金型を電気炉から取り出して使用した。鋳込んだガラスの形状が崩れないよう、ガラスを鋳型の中で数秒〜数十秒静置した後、ガラスを直ちに徐冷炉に移し、ガラス転移温度Tg付近に設定された徐冷炉内で約1時間アニールし、その後、室温まで徐冷して各光学ガラスを得た(試料1〜24)。なお、試料調整は全て大気雰囲気で行われた。
このようにして得られた光学ガラスを観察したところ、結晶の析出、泡、脈理、原料の熔け残りは認められず、均質性の高い光学ガラスが得られたことが確認された。
[光学ガラスの評価]
得られた光学ガラス(試料1〜24)について、以下に示す方法にて、ガラス組成の確認、屈折率(nd)、アッべ数(νd)、ガラス転移温度(Tg)、比重d、着色度λ5、λ80、液相温度および熔融性の評価が行われた。
[1]ガラス組成の確認
上記のようにして得られた各光学ガラスを適量採取し、これを酸およびアルカリ処理し、誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−AES法)を用いて各成分の含有量を定量することで測定し、表1〜3に示す各試料の酸化物組成と一致していることを確認した。
[2]屈折率(nd)およびアッべ数(νd)
日本光学硝子工業会規格の屈折率測定法により、室温まで徐冷された光学ガラスを、十分にアニールできるような試料の形状(例えば40mm×40mm角以下であり厚みが25mm以下)であって、後述するプリズムを作製するのに十分な大きさのガラスが得られるように切断して、ガラスの温度が昇温に追従できる昇温速度(例えば40〜50℃/時)でガラス転移温度Tg〜(Tg+30℃)の間の温度まで昇温し、90分〜180分間保持してガラス中の歪を除去し、降温速度−30℃/時間×4時間の条件で徐冷し、その後放冷することにより得られた光学ガラスを加工してプリズムを作製し、島津デバイス製造社製精密分光計GMR−1(商品名)により屈折率nd、nF、ncを測定した。また、屈折率nd、nF、ncの各測定値を用いて、アッベ数νdを算出した。結果を表1〜3に示す。
[3]ガラス転移温度(Tg)
株式会社リガク製の熱機械分析装置を用いて、昇温速度を4℃/分にして測定した。結果を表1〜3に示す。
[4]比重d
アルキメデス法により測定した。結果を表1〜3に示す。
[5]着色度λ5、λ80
光学ガラスサンプルを加工して、両面が互いに平行かつ平坦に光学研磨された厚さ10mm±0.1mmの板状ガラス試料を準備した。この板状ガラス試料の研磨面に垂直方向から光を入射して、波長280nm〜700nmの範囲で表面反射損失を含む分光透過率を、分光光度計を用いて測定し、分光透過率(外部透過率)が5%および70%になる波長を、それぞれ着色度λ5およびλ80とした。λ5およびλ80の値は、いずれも小さいほど、ガラスの着色が少ないことを意味する。結果を表1〜3に示す。
[6]液相温度
10cc(10ml)のガラスを白金坩堝中に投入し1250℃〜1350℃で20〜30分熔融した後にガラス転移温度Tg以下まで冷却し、ガラスを白金坩堝ごと所定温度の熔解炉に入れ二時間保持した。保持温度は1000℃以上で5℃あるいは10℃刻みとし、二時間保持後に結晶の析出しなかった最低温度を液相温度と定義した。結果を表1〜3に示す。
[7]熔融性
表1〜3に記載の組成を有するガラスが得られるように、バッチ原料を調合し、白金坩堝に原料を入れた。坩堝内に入れた原料の量は、熔融したときに10mlのガラス融液になる量である。原料を入れた坩堝を内部が1160℃に加熱されているガラス熔融炉内に入れ、大気雰囲気で、15分かけて原料を熔融した。15分経過後、坩堝をガラス熔融炉から取り出し、ガラス融液を室温で放冷し、ガラスを得た。得られたガラスについて、目視により熔け残りを観察したところ、いずれの組成においても原料の熔け残りは認められなかった。
表1〜3に示されるように、酸化タンタル(Ta2O5、Ta5+に対応)の含有量を低減した組成であるが、熱的安定性、低温軟化性および熔融性に優れ、所要の光学特性を実現できることが確認された。
(実施例2)
実施例1で得られた各種光学ガラスを使用し、公知の方法で精密プレス成形用プリフォームを作製した。得られたプリフォームを窒素雰囲気中で加熱、軟化し、プレス成形型で精密プレス成形し、光学ガラスを非球面レンズ形状に成形した。
その後、成形した光学ガラスをプレス成形型から取り出し、アニールし、芯取りして、各種光学ガラスからなる非球面レンズを作製した。
このようにして作製した非球面レンズの表面には白濁、泡、傷などの欠陥は認められなかった。
(比較例1)
次に、表4Aおよび4Bに、本発明の比較例に係る光学ガラス(試料25〜29)の組成を示す。なお、表4Aはカチオン%表示で、表4Bは質量%表示で、それぞれのガラス組成が表されており、同じ試料番号の光学ガラスは、同じ組成を有する同じ光学ガラスを意味している。また、表4Aに記載されている組成は、いずれもO2−の含有量が100アニオン%である。なお、以下特記しない限り、表4Aおよび4Bについては、総称して「表4」という。
また、表4の試料25は特許文献1(特開平6−305769)の実施例3に示されるガラス、試料26は特許文献2(特開平8‐026765)の実施例9に示されるガラス、試料27は特許文献3(特開2005−272194)の実施例3に示されるガラス、試料28は特許文献4(特開昭56−54251)の表1にNo.1として記載されているガラスに対応し、試料29は特許文献5(特開2002−249337)の実施例26に示されるガラスに、それぞれ対応する光学ガラスである。
ここでは、比較例1として、表4に示される光学ガラスについて、以下の条件で、熔融性の評価実験を行った。なお、以下に記載しない条件は、実施例1と同じ条件である。
まず、表4に記載の各組成を有するガラスが得られるように、それぞれの試料に対応するバッチ原料を200g調合した。そして、得られたバッチ原料を、それぞれの白金坩堝に投入し、所定の温度にて一定時間、加熱、熔融した。
試料25〜27は、1160℃にて、15分間加熱、熔融した。実施例1の熔融性の評価と同様に、15分経過後、坩堝を加熱炉から取り出し、室温まで放冷し、坩堝中の熔融物を取り出し、観察した。
また、試料28および29については、1300℃にて、2時間、攪拌しながら加熱、熔融した。2時間経過後、坩堝を加熱炉から取り出し、室温まで放冷し、坩堝中の熔融物を取り出し、観察した。
上記評価実験の結果、試料25および26は、取り出した熔融物の内部に多数の原料の熔け残り(未熔解物)が認められた。これらの試料は、カチオン比γ[Nb5+/(Nb5++Ta5+)]が0.5未満、質量比γw[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5)]が2/3未満であり、特に、試料25は、値L’についても−0.1未満あり、本発明の実施例に係る試料に比べて、熔融性が低いことが確認された。なお、試料25および26については、加熱炉内の温度を1210℃まで上げて、再度同様の実験を行ったが、やはり、内部に多数の原料の熔け残り(未熔解物)が認められた。
上記評価実験の結果、試料27は、取り出した熔融物の内部に多数の原料の熔け残り(未熔解物)が認められた。このような試料27試料は、合計含有量HR[Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3+]が7カチオン%以上、比[HR’/RE’]が0.30超であり、本発明の実施例に係る試料に比べて、熔融性が低いことが確認された。
また、試料28では、取り出した熔融物に、結晶が析出して白濁していることが確認された。このような試料28は、カチオン比β[La3+/(La3++Gd3++Y3++Yb3+)]および質量比βw[La2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)]がそれぞれ1であり(La、Gd、YおよびYbのうち、Laしか含まれておらず)、本発明の実施例に係る試料に比べて、ガラスの熱的安定性が低いことが確認された。
上記評価実験の結果、試料29は、取り出した熔融物の内部に多数の原料の熔け残り(未熔解物)が認められた。このような試料29は、値Lが24未満であり、値L’が−0.10未満であり、本発明の実施例に係る試料に比べて、熔融性が低いことが確認された。