JP6664823B2 - 赤外線透過ガラス、光学素子及びプリフォーム - Google Patents

Description

本発明は、赤外線透過ガラス、光学素子及びプリフォームに関する。

赤外域の光（赤外線）について高い光線透過性を有する赤外線透過ガラスは、赤外線を扱う各種の光学機器等において、レンズ、プリズム、フィルター、光計測ファイバー、レーザガラス及び非線形光学材料等に利用されている。

また、赤外線透過ガラスとしては、可視域から赤外域までの幅広い波長範囲の光について光線透過性を有することも求められている。

このような赤外線透過ガラスとしては、特許文献１、２に代表されるようなガラス組成物が知られている。

特開２０１４−９７９０４号公報 特開平０８−１３３７７９号公報

しかし、特許文献１で開示されたガラスは、波長６０００ｎｍ以上の赤外線についての分光透過率が低く、特に長波長の赤外線を扱う光学素子として使用するには十分でなかった。また、特許文献１で開示されたガラスは、脈理が入りやすく、且つプレス成形の際にフッ素が蒸発し易い問題点があった。

また、特許文献２で開示されたガラスは、波長の長い赤外線についても分光透過率が高く、ガラス転移点も低いが、耐失透性が十分に高いとはいえず、プレス成形の際に失透し易い問題点があった。

また、プレス成形後に割れやクラックが発生したガラスは、もはや光学素子として用いることができない。そのため、プレス成形時における割れやクラックの低減された赤外線透過ガラスの開発が望まれている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、赤外線についての分光透過率が高く、耐失透性が高く、プレス成形時におけるガラスの割れやクラックを低減でき、ひいては光学素子の生産性を高めることが可能な赤外線透過ガラスと、これを用いたプリフォーム及び光学素子を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意試験研究を重ねた結果、ＴｅＯ_２成分及びＧｅＯ_２成分、並びに、ＺｎＯ成分、ＢａＯ成分及びＬｉ_２Ｏ成分の少なくともいずれかを必須成分として含有したときに、赤外線についての透過率が高まり、且つ、プレス成形時における割れやクラックが低減されたガラスが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

特に、本発明者らは、ＧｅＯ_２の含有量を低減させたときに波長６０００ｎｍ以上の赤外線についての分光透過率を高められることと、フッ素の含有量を低減させたときにガラスへの脈理を低減できることを見出した。
具体的には、本発明は以下のものを提供する。

（１） 酸化物基準のモル％で、ＴｅＯ_２成分を２０．０〜８０．０％、ＧｅＯ_２成分を１．０〜３０．０％含有し、モル和（ＺｎＯ＋ＢａＯ＋Ｌｉ_２Ｏ）が５．０％以上５０．０％以下であり、波長６０００ｎｍの光についての分光透過率が３０％超である赤外線透過ガラス。

（２） 酸化物基準のモル％で、Ｂｉ_２Ｏ_３成分の含有量が４０．０％未満である（１）記載の光学ガラス。

（３） 酸化物基準のモル％で、
ＺｎＯ成分 ０〜３０．０％、
ＢａＯ成分 ０〜２５．０％、
Ｌｉ_２Ｏ成分 ０〜３０．０％、
Ａｌ_２Ｏ_３成分 ０〜１０．０％
Ｇａ_２Ｏ_３成分 ０〜１０．０％
Ｎａ_２Ｏ成分 ０〜２５．０％
Ｋ_２Ｏ成分 ０〜２５．０％
ＳｉＯ_２成分 ０〜１０．０％
Ｂ_２Ｏ_３成分 ０〜１０．０％
Ｐ_２Ｏ_５成分を０〜１０．０％
Ｔａ_２Ｏ_５成分 ０〜１０．０％
Ｎｂ_２Ｏ_５成分 ０〜１０．０％
Ｌａ_２Ｏ_３成分 ０〜２０．０％
Ｇｄ_２Ｏ_３成分 ０〜２０．０％
Ｙ_２Ｏ_３成分 ０〜２０．０％
Ｙｂ_２Ｏ_３成分 ０〜１０．０％
ＭｇＯ成分 ０〜２５．０％
ＣａＯ成分 ０〜２５．０％
ＳｒＯ成分 ０〜２５．０％
ＷＯ_３成分 ０〜１５．０％
ＴｉＯ_２成分 ０〜１５．０％
ＺｒＯ_２成分 ０〜１５．０％
ＳｎＯ成分 ０〜１０．０％
Ｓｂ_２Ｏ_３成分 ０〜３．０％
である（１）又は（２）記載の光学ガラス。

（４） モル比（Ｂｉ_２Ｏ_３／ＧｅＯ_２）が０．５０以下である（１）から（３）のいずれか記載の光学ガラス。

（５） モル和（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３）が１０．０％以下である（１）から（４）のいずれか記載の光学ガラス。

（６） 酸化物基準のモル％で、Ｒ_２Ｏ成分の含有量の和が３０．０％以下である（１）から（５）のいずれか記載の光学ガラス（ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上である）。

（７） モル比（Ｌｉ_２Ｏ／Ｒ_２Ｏ）が０．３０以上である（１）から（６）のいずれか記載の光学ガラス（ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上である）。

（８） モル和（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３＋Ｐ_２Ｏ_５）が１０．０％以下である（１）から（７）のいずれか記載の光学ガラス。

（９） モル和（Ｔａ_２Ｏ_５＋Ｎｂ_２Ｏ_５）が１０．０％以下である（１）から（８）のいずれか記載の光学ガラス。

（１０） 酸化物基準のモル％で、
ＭＯ成分の含有量の和が３０．０％以下、
Ｌｎ_２Ｏ_３成分の含有量の和が１５．０％以下
である（１）から（９）のいずれか記載の光学ガラス（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される１種以上であり、Ｌｎは、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ及びＹｂからなる群より選択される１種以上である）。

（１１） 酸化物基準の外割りのモル％で、Ｆ成分及びＣｌ成分の合計量が２０．０％以下である（１）から（１０）のいずれか１項に記載の赤外線透過ガラス。

（１２） （１）から（１１）のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。

（１３） （１）から（１１）いずれか記載の光学ガラスからなる研磨加工用及び／又は精密プレス成形用のプリフォーム。

（１４） （１３）記載のプリフォームを精密プレスしてなる光学素子。

本発明によれば、赤外線についての分光透過率が高く、耐失透性が高く、プレス成形時におけるガラスの割れやクラックを低減でき、ひいては光学素子の生産性を高めることが可能な赤外線透過ガラスと、これを用いた光学素子及び光学機器を得ることができる。

本発明の赤外線透過ガラスは、酸化物基準のモル％で、ＴｅＯ_２成分を２０．０〜８０．０％、ＧｅＯ_２成分を１．０〜３０．０％含有し、モル和（ＺｎＯ＋ＢａＯ＋Ｌｉ_２Ｏ）が５．０％以上５０．０％以下であり、波長６０００ｎｍの光についての分光透過率が３０％超である。ＴｅＯ_２成分及びＧｅＯ_２成分、並びに、ＺｎＯ成分、ＢａＯ成分及びＬｉ_２Ｏ成分の少なくともいずれかを必須成分として含有したときに、赤外線についての透過率が高まり、且つ、プレス成形時における割れやクラックが低減されたガラスが得られる。よって、赤外線、特に波長６０００ｎｍ以下の赤外線についての分光透過率が高く、プレス成形時におけるガラスの割れやクラックを低減でき、ひいては光学素子の生産性を高めることが可能な赤外線透過ガラスを得ることができる。

以下、本発明の赤外線透過ガラスの実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、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。

［ガラス成分］
本発明の赤外線透過ガラスを構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中において、各成分の含有量は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全物質量に対するモル％で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が溶融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総物質量を１００モル％として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。

＜必須成分、任意成分について＞
ＴｅＯ_２成分は、特に２０．０％以上含有することで、赤外線についての透過率を高め、ガラスの耐失透性を高め、且つガラス転移点を下げる必須成分である。従って、ＴｅＯ_２成分の含有量は、好ましくは２０．０％、より好ましくは３０．０％、さらに好ましくは４０．０％、さらに好ましくは５０．０％を下限としてもよい。
他方で、ＴｅＯ_２成分の含有量を８０．０％以下にすることで、ガラスの失透を低減でき、且つ、ガラス原料を熔解する際の坩堝や、プレス成型時の金型への不純物の形成を低減できる。従って、ＴｅＯ_２成分の含有量は、好ましくは８０．０％、より好ましくは７４．０％、さらに好ましくは７２．０％、さらに好ましくは７０．０％を上限とする。
ＴｅＯ_２成分は、原料としてＴｅＯ_２等を用いることができる。

ＧｅＯ_２成分は、ガラスの網目を構成し、ガラスの安定性を高め、且つガラスの膨張係数を下げる必須成分である。
特に、ＧｅＯ_２成分を０．５％以上含有することで、ガラスの耐失透性が高められるため、プレス成形の際に失透を生じ難くできる。また、ガラスの熱膨張が低減されるため、プレス成型時におけるガラスの割れを低減できる。従って、ＧｅＯ_２成分の含有量は、好ましくは０．５％以上、より好ましくは１．０％超、さらに好ましくは２．０％超、さらに好ましくは４．５％超とする。
他方で、ＧｅＯ_２成分の含有量を３０．０％以下にすることで、ガラスの原料コストの上昇や、透過光の波長の上限（吸収端）が短波長側にシフトすることを抑えられるため、赤外線についての透過率の低下を抑えられる。従って、ＧｅＯ_２成分の含有量は、好ましくは３０．０％以下、より好ましくは２５．０％未満、さらに好ましくは２０．０％未満、さらに好ましくは１８．０％以下、さらに好ましくは１７．０％以下とする。
ＧｅＯ_２成分は、原料としてＧｅＯ_２等を用いることができる。

ＺｎＯ成分、ＢａＯ成分及びＬｉ_２Ｏ成分の含有量の和（モル和）は、５．０％以上５０．０％以下が好ましい。
特に、この和を５．０％以上にすることで、赤外線についての透過率の低下させることなく、ガラスの安定性を高められる。従って、モル和（ＺｎＯ＋ＢａＯ＋Ｌｉ_２Ｏ）は、好ましくは５．０％以上、より好ましくは５．０％超、より好ましくは１０．０％超、さらに好ましくは２０．０％超とする。
他方で、この和を５０．０％以下にすることで、これら成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。また、ガラスを軟化させた際の粘性の低下を抑えられる。従って、モル和（ＺｎＯ＋ＢａＯ＋Ｌｉ_２Ｏ）は、好ましくは５０．０％、より好ましくは４５．０％、さらに好ましくは４０．０％、さらに好ましくは３５．０％、さらに好ましくは３０．０％を上限とする。

Ｂｉ_２Ｏ_３成分は、赤外線についての透過率を高め、ガラスの安定性を高め、且つガラス転移点や屈伏点を下げる任意成分である。
他方で、Ｂｉ_２Ｏ_３成分の含有量を４０．０％未満にすることで、ガラスの安定性を高められる。また、ガラス原料の熔解温度を低くでき、坩堝の成分等の溶け込みによる安定性の低下を抑えられる。従って、Ｂｉ_２Ｏ_３成分の含有量は、好ましくは４０．０％未満、より好ましくは３０．０％未満、さらに好ましくは２０．０％未満、さらに好ましくは１０．０％未満とする。
Ｂｉ_２Ｏ_３成分は、原料としてＢｉ_２Ｏ_３等を用いることができる。

ＺｎＯ成分は、０％超含有する場合に、ガラス原料の溶解性と、ガラスの安定性を向上し、且つガラス転移点を下げる任意成分である。そのため、ＺｎＯ成分の含有量は、好ましくは０％超、より好ましくは５．０％超、さらに好ましくは８．０％以上、さらに好ましくは１０．０％以上としてもよい。
他方で、ＺｎＯ成分の含有量を３０．０％以下にすることで、過剰な含有によるガラスの失透を抑えられる。従って、ＺｎＯ成分の含有量は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２５．０％、さらに好ましくは２０．０％、さらに好ましくは１８．０％、さらに好ましくは１７．０％を上限とする。
ＺｎＯ成分は、原料としてＺｎＯ、ＺｎＦ_２等を用いることができる。

ＢａＯ成分は、０％超含有する場合に、ガラス原料の溶解性と、ガラスの安定性を向上する任意成分である。
他方で、ＢａＯ成分の含有量を２５．０％以下にすることで、過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。従って、ＢａＯ成分の含有量は、好ましくは２５．０％、より好ましくは２０．０％、さらに好ましくは１７．０％、さらに好ましくは１５．０％、さらに好ましくは１１．０％を上限とする。
ＢａＯ成分は、原料としてＢａＣＯ_３、Ｂａ（ＮＯ_３）_２等を用いることができる。

Ｌｉ_２Ｏ成分は、０％超含有する場合に、ガラス原料の溶解性と、ガラスの安定性を向上し、且つガラス転移点を下げる任意成分である。従って、Ｌｉ_２Ｏ成分の含有量は、好ましくは０％超、より好ましくは１．０％、さらに好ましくは５．０％、さらに好ましくは１０．０％を下限としてもよい。
他方で、Ｌｉ_２Ｏ成分の含有量を３０．０％以下にすることで、ガラスの膨張係数を低減でき、且つ過剰な含有によるガラスの失透を抑えられる。従って、Ｌｉ_２Ｏ成分の含有量は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２５．０％、さらに好ましくは２２．０％、さらに好ましくは２１．０％を上限とする。
Ｌｉ_２Ｏ成分は、原料としてＬｉ_２ＣＯ_３、ＬｉＮＯ_３、ＬｉＦ等を用いることができる。

Ａｌ_２Ｏ_３成分及びＧａ_２Ｏ_３成分は、少なくともいずれかを０％超含有する場合に、ガラスの耐失透性を高める任意成分である。
他方で、Ａｌ_２Ｏ_３成分及びＧａ_２Ｏ_３成分の含有量をそれぞれ１０．０％以下にすることで、吸収端が短波長側にシフトすることを抑えられるため、赤外線についての透過率の低下を抑えられる。従って、Ａｌ_２Ｏ_３成分及びＧａ_２Ｏ_３成分の含有量は、それぞれ好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％未満、さらに好ましくは３．０％未満とする。
Ａｌ_２Ｏ_３成分及びＧａ_２Ｏ_３成分は、原料としてＡｌ_２Ｏ_３、Ａｌ（ＯＨ）_３、ＡｌＦ_３、Ｇａ_２Ｏ_３等を用いることができる。

Ｎａ_２Ｏ成分及びＫ_２Ｏ成分は、少なくともいずれかを０％超含有する場合に、ガラスの熔解温度を下げ、ガラスを安定化する任意成分である。
他方で、Ｎａ_２Ｏ成分及びＫ_２Ｏ成分の含有量をそれぞれ２５．０％以下にすることで、過剰な含有による失透を抑え、且つガラスの耐水性を高めることができる。従って、Ｎａ_２Ｏ成分の含有量は、好ましくは２５．０％、より好ましくは１５．０％、さらに好ましくは５．０％、さらに好ましくは２．５％を上限とする。
Ｎａ_２Ｏ成分及びＫ_２Ｏ成分は、原料としてＮａ_２ＣＯ_３、ＮａＮＯ_３、ＮａＦ、Ｎａ_２ＳｉＦ_６、Ｋ_２ＣＯ_３、ＫＮＯ_３、ＫＦ、ＫＨＦ_２、Ｋ_２ＳｉＦ_６等を用いることができる。

ＳｉＯ_２成分、Ｂ_２Ｏ_３成分及びＰ_２Ｏ_５成分は、０％超含有する場合に、ガラスの網目を構成し、ガラスの失透を低減する成分である。
他方で、ＳｉＯ_２成分、Ｂ_２Ｏ_３成分及びＰ_２Ｏ_５成分の含有量をそれぞれ１０．０％以下にすることで、吸収端が短波長側にシフトすることを抑えられるため、赤外線についての透過率の低下を抑えられる。従って、ＳｉＯ_２成分、Ｂ_２Ｏ_３成分及びＰ_２Ｏ_５成分の含有量は、それぞれ好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは３．０％を上限とする。
ＳｉＯ_２成分、Ｂ_２Ｏ_３成分及びＰ_２Ｏ_５成分は、原料としてＳｉＯ_２、Ｋ_２ＳｉＦ_６、Ｎａ_２ＳｉＦ_６、Ｈ_３ＢＯ_３、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ、ＢＰＯ_４、Ａｌ（ＰＯ_３）_３、Ｃａ（ＰＯ_３）_２、Ｂａ（ＰＯ_３）_２、ＢＰＯ_４、Ｈ_３ＰＯ_４等を用いることができる。

Ｔａ_２Ｏ_５成分及びＮｂ_２Ｏ_５成分は、０％超含有する場合に、ガラスの安定性を高め、且つガラスの膨張係数を低くする任意成分である。
他方で、Ｔａ_２Ｏ_５成分及びＮｂ_２Ｏ_５成分の含有量をそれぞれ１０．０％以下にすることで、赤外線透過特性の低下を抑えられ、ガラスの材料コストを低減でき、且つ過剰な含有による失透を低減できる。従って、Ｔａ_２Ｏ_５成分及びＮｂ_２Ｏ_５成分の含有量は、それぞれ好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは３．０％を上限とする。
Ｔａ_２Ｏ_５成分及びＮｂ_２Ｏ_５成分は、原料としてＴａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５等を用いることができる。

Ｌａ_２Ｏ_３成分、Ｇｄ_２Ｏ_３成分、Ｙ_２Ｏ_３成分及びＹｂ_２Ｏ_３成分は、少なくともいずれかを０％超含有する場合に、ガラスの耐失透性を高められ、且つガラスの膨張係数を低くできる任意成分である。
他方で、Ｌａ_２Ｏ_３成分、Ｇｄ_２Ｏ_３成分及びＹ_２Ｏ_３成分の含有量をそれぞれ２０．０％以下にし、又は、Ｙｂ_２Ｏ_３成分の含有量を１０．０％以下にすることで、ガラスの安定性を高められる。従って、Ｌａ_２Ｏ_３成分、Ｇｄ_２Ｏ_３成分及びＹ_２Ｏ_３成分の含有量は、それぞれ好ましくは２０．０％、より好ましくは１０．０％、さらに好ましくは７．０％を上限とする。また、Ｙｂ_２Ｏ_３成分の含有量は、好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは３．０％を上限とする。
Ｌａ_２Ｏ_３成分、Ｇｄ_２Ｏ_３成分、Ｙ_２Ｏ_３成分及びＹｂ_２Ｏ_３成分は、原料としてＬａ_２Ｏ_３、Ｌａ（ＮＯ_３）_３・ＸＨ_２Ｏ（Ｘは任意の整数）、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＧｄＦ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＹＦ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３等を用いることができる。

ＭｇＯ成分、ＣａＯ成分及びＳｒＯ成分は、少なくともいずれかを０％超含有する場合に、ガラスの溶解性及び安定性を向上する任意成分である。
他方で、ＭｇＯ成分、ＣａＯ成分及びＳｒＯ成分の含有量をそれぞれ２５．０％以下にすることで、過剰な含有による失透を抑えられる。従って、ＭｇＯ成分、ＣａＯ成分及びＳｒＯ成分の含有量は、それぞれ好ましくは２５．０％以下、より好ましくは２０．０％未満、さらに好ましくは１５．０％未満とする。
ＭｇＯ成分、ＣａＯ成分及びＳｒＯ成分は、原料としてＭｇＣＯ_３、ＭｇＦ_２、ＣａＣＯ_３、ＣａＦ_２、Ｓｒ（ＮＯ_３）_２、ＳｒＦ_２等を用いることができる。

ＷＯ_３成分は、０％超含有する場合に、ガラスの安定性を高められ、且つガラスの膨張係数を低くできる任意成分である。
他方で、ＷＯ_３成分の含有量を１５．０％以下にすることで、過剰な含有による失透を抑えられる。また、透過光の上限波長の短波長側へのシフトを抑えられるため、赤外線についての透過率の低下を抑えられる。従って、ＷＯ_３成分の含有量は、好ましくは１５．０％以下、より好ましくは１０．０％未満、さらに好ましくは７．０％未満とする。
ＷＯ_３成分は、原料としてＷＯ_３等を用いることができる。

ＴｉＯ_２成分及びＺｒＯ_２成分は、少なくともいずれかを０％超含有する場合に、ガラスの安定性を高められ、且つガラスの膨張係数を低くできる任意成分である。
他方で、ＴｉＯ_２成分及びＺｒＯ_２成分の含有量をそれぞれ１５．０％以下にすることで、過剰な含有による失透を抑えられる。また、特にＺｒＯ_２成分の含有量を低減することで、ガラス原料をより低温で熔解し易くできる。従って、ＴｉＯ_２成分及びＺｒＯ_２成分の含有量は、それぞれ好ましくは１５．０％、より好ましくは１０．０％未満、さらに好ましくは５．０％未満とする。
ＴｉＯ_２成分及びＺｒＯ_２成分は、原料としてＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｒＦ_４等を用いることができる。

ＳｎＯ_２成分は、０％超含有する場合に、ガラスの安定性を高められ、且つガラスの膨張係数を低くできる任意成分である。
他方で、ＳｎＯ_２成分の含有量を１０．０％以下にすることで、熔融ガラスの還元によるガラスの着色や、ガラスの失透を低減できる。また、ＳｎＯ_２成分と熔解設備（特にＰｔ等の貴金属）の合金化が低減されるため、熔解設備の長寿命化を図れる。従って、ＳｎＯ_２成分の含有量は、好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは３．０％を上限とする。
ＳｎＯ_２成分は、原料としてＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＳｎＦ_２、ＳｎＦ_４等を用いることができる。

Ｓｂ_２Ｏ_３成分は、０％超含有する場合に、ガラスの脱泡を促進する任意成分である。
他方で、Ｓｂ_２Ｏ_３成分の含有量を１．０％以下にすることで、ガラス溶融時における過度の発泡を生じ難くすることができ、Ｓｂ_２Ｏ_３成分が溶解設備（特にＰｔ等の貴金属）と合金化し難くすることができる。従って、Ｓｂ_２Ｏ_３成分の含有量は、好ましくは３．０％、より好ましくは１．０％、さらに好ましくは０．５％を上限とする。
Ｓｂ_２Ｏ_３成分は、原料としてＳｂ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_５、Ｎａ_２Ｈ_２Ｓｂ_２Ｏ_７・５Ｈ_２Ｏ等を用いることができる。

なお、ガラスの清澄剤及び脱泡剤は、上述のＳｂ_２Ｏ_３成分に限定されるものではなく、ガラス製造の分野における公知の清澄剤、脱泡剤或いはそれらの組み合わせを用いることができる。

ＧｅＯ_２成分の含有量に対するＢｉ_２Ｏ_３成分の含有量の比率（モル比）は、０．５０以下が好ましい。これにより、ガラスの安定性を高められる。従って、モル比（Ｂｉ_２Ｏ_３／ＧｅＯ_２）は、好ましくは０．５０以下、より好ましくは０．３０未満、さらに好ましくは０．２０未満、さらに好ましくは０．１０未満とする。

Ａｌ_２Ｏ_３成分及びＧａ_２Ｏ_３成分の含有量の和（モル和）は、１０．０％以下が好ましい。これにより、吸収端が短波長側にシフトすることを抑えられるため、赤外線についての透過率の低下を抑えられる。従って、モル和（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３）は、好ましくは１０．０％以下、より好ましくは５．０％未満、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とする。

Ｒ_２Ｏ成分（式中、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋからなる群より選択される１種以上）の含有量の和（モル和）は、３０．０％以下が好ましい。これにより、過剰な含有による失透を抑え、且つガラスの耐水性を高められる。従って、Ｒ_２Ｏ成分の含有量のモル和は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２５．０％、さらに好ましくは２１．０％を上限とする。
他方で、Ｒ_２Ｏ成分の含有量の和（モル和）を０％超としてもよい。これにより、ガラス原料の溶解性と、ガラスの安定性を高められ、且つガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、Ｒ_２Ｏ成分の含有量のモル和は、好ましくは０％超、より好ましくは５．０％超、さらに好ましくは８．０％超、さらに好ましくは１０．０％超、さらに好ましくは１２．０％以上としてもよい。

Ｒ_２Ｏ成分（式中、ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上である）の含有量の和に対する、Ｌｉ_２Ｏ成分の含有量の比率（モル比）は、０．３０以上が好ましい。これにより、ガラスの安定性を高められ、且つガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、モル比（Ｌｉ_２Ｏ／Ｒ_２Ｏ）は、好ましくは０．３０、より好ましくは０．５０、さらに好ましくは０．８０、さらに好ましくは０．９０を下限とする。

ＳｉＯ_２成分、Ｂ_２Ｏ_３成分及びＰ_２Ｏ_５成分の含有量の和（モル和）は、１０．０％以下が好ましい。これにより、吸収端が短波長側にシフトすることを抑えられるため、赤外線についての透過率の低下を抑えられる。従って、モル和（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３＋Ｐ_２Ｏ_５）は、好ましくは１０．０％以下、より好ましくは５．０％未満、さらに好ましくは３．０％未満とする。

Ｔａ_２Ｏ_５成分及びＮｂ_２Ｏ_５成分の含有量の和（モル和）は、１０．０％以下が好ましい。これにより、ガラスの材料コストを低減でき、且つ過剰な含有による失透を低減できる。従って、モル和（Ｔａ_２Ｏ_５＋Ｎｂ_２Ｏ_５）は、好ましくは１０．０％以下、より好ましくは５．０％未満、さらに好ましくは３．０％未満とする。

ＭＯ成分（式中、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａからなる群より選択される１種以上）の含有量の和（モル和）は、３０．０％以下が好ましい。これにより、これらの成分の過剰な含有による失透を低減できる。従って、ＭＯ成分の合計含有量は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２５．０％、さらに好ましくは２０．０％、さらに好ましくは１５．０％、さらに好ましくは１２．０％を上限とする。

Ｌｎ_２Ｏ_３成分（式中、Ｌｎは、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ及びＹｂからなる群より選択される１種以上である）の含有量の和（モル和）は、１５．０％以下が好ましい。これにより、
ガラスの安定性を高められる。従って、Ｌｎ_２Ｏ_３成分の合計含有量は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１０．０％、さらに好ましくは７．０％を上限とする。

ＣｕＯ成分、Ｆｅ_２Ｏ_３成分及びＶ_２Ｏ_３成分は、ガラスの耐失透性を高めるため、任意で、合計２０．０％以下の範囲で含有しうる。

Ｆ成分及びＣｌ成分は、０％超含有する場合に、ＯＨによる波長３μｍ付近の赤外線の吸収を抑える効果がある任意成分である。
他方で、Ｆ成分及びＣｌ成分の合量が２０．０％を超えると、ガラスの耐失透性が低下しやすくなる。そのため、Ｆ成分及びＣｌ成分の合計量を２０．０％以下にすることで、上述の効果を十分に発揮でき、且つガラスの失透を抑えられる。従って、Ｆ成分及びＣｌ成分の合量は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１０．０％、さらに好ましくは５．０％を上限とする。
Ｆ成分及びＣｌ成分は、原料としてＺｒ、Ａｌ、Ｚｎ、アルカリ金属又はアルカリ土類金属等の、フッ化物又は塩化物を用いることができる。

Ｆ成分及びＣｌ成分の含有量は、酸化物基準の外割りでの含有量、すなわち上述した各金属元素の１種又は２種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のＦ又は塩化物のＣｌとしての合計量（モル％単位）で表す。

＜含有すべきでない成分について＞
次に、本発明の赤外線透過ガラスに含有すべきでない成分、及び含有することが好ましくない成分について説明する。

他の成分を本願発明のガラスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加できる。ただし、ＰｂＯ等の鉛化合物及びＡｓ_２Ｏ_３等の砒素化合物は、環境負荷が高い成分であるため、実質的に含有しないこと、すなわち、不可避な混入を除いて一切含有しないことが望ましい。

さらに、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｏｓ、Ｂｅ、及びＳｅの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には、これらを実質的に含有しないことが好ましい。

［製造方法］
本発明の赤外線透過ガラスは、例えば以下のように作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、金坩堝、白金坩堝又は白金合金坩堝に入れて７００〜１２００℃の温度範囲で溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、適当な温度に下げてから金型に鋳込み、徐冷することにより作製される。

特に、本発明の赤外線透過ガラスは、１０００℃未満の温度範囲で原料混合物を熔解（粗溶融及び溶融）することが好ましい。ガラスの熔解温度を低くすることで、Ｂｉ_２Ｏ_３成分及びＴｅＯ_２の還元が抑えられるため、均質性の高いガラスを得ることができる。
また、原料混合物の熔解は、金坩堝を用いることが好ましい。金坩堝を用いることで、均質の高いガラスを容易に得ることができる。また、石英坩堝を使った場合のように坩堝のＳｉＯ_２成分が溶け込んでガラスに入ることがなく、それによる赤外線透過特性の低下を抑えられる。また、白金坩堝を使った場合のように熔解したガラス原料が坩堝を侵食し、それにより坩堝に穴が開くことも抑えられる。

［物性］
本発明の赤外線透過ガラスは、赤外線について高い透過率を有する。特に、本発明の赤外線透過ガラスは、波長６０００ｎｍの光についての透過率が、好ましくは３０％超、より好ましくは４０％超、さらに好ましくは４５％以上、さらに好ましくは５０％以上である。これにより、赤外線についての透過率が高められ、赤外線を透過させたときの光の損失が低減されるため、赤外線を扱う光学機器等において、レンズ等の材料として好ましく用いることができる。また、ガラスを透過する光の上限波長（吸収端）がより長波長側に位置するため、より幅広い波長の光について用いることが可能な光学素子を得られる。

本発明の赤外線透過ガラスは、平均線膨張係数（膨張係数）が小さいことが好ましい。特に、本発明の赤外線透過ガラスの平均線膨張係数は、好ましくは３００×１０^−７Ｋ^−１、より好ましくは２５０×１０^−７Ｋ^−１、さらに好ましくは２１０×１０^−７Ｋ^−１を上限とする。これにより、ガラスを成形型でプレス成形する際における、温度変化による膨張や収縮が低減される。そのため、プレス成形時に赤外線透過ガラスを割れ難くでき、光学素子の生産性を高めることができる。

本発明の赤外線透過ガラスは、４５０℃以下のガラス転移点（Ｔｇ）を有することが好ましい。これにより、ガラスがより低い温度で軟化するため、より低い温度でガラスをプレス成形できる。また、プレス成形に用いる金型の酸化を低減して金型の長寿命化を図ることもできる。従って、本発明の赤外線透過ガラスのガラス転移点は、好ましくは４５０℃、より好ましくは４００℃、さらに好ましくは３５０℃を上限とする。

本発明の赤外線透過ガラスは、５００℃以下の屈伏点（Ａｔ）を有することが好ましい。屈伏点は、ガラス転移点と同様にガラスの軟化性を示す指標の一つであり、プレス成形温度に近い温度を示す指標である。そのため、屈伏点が５００℃以下のガラスを用いることにより、より低い温度でのプレス成形が可能になるため、より容易にプレス成形を行うことができる。従って、本発明の赤外線透過ガラスの屈伏点は、好ましくは５００℃、より好ましくは４５０℃、さらに好ましくは４００℃、さらに好ましくは３８０℃を上限とする。

本発明の赤外線透過ガラスは、可視光についての透過率も高いことが好ましい。特に、本発明の赤外線透過ガラスは、ガラスの透過率で表すと、厚み１０ｍｍのサンプルで分光透過率７０％を示す波長（λ_７０）は、好ましくは４５０ｎｍ以下、より好ましくは４３０ｎｍ以下、さらに好ましくは４２０ｎｍ以下、さらに好ましくは４１０ｎｍ以下としてもよい。これにより、赤外線に加えて可視光線についてもガラスの透過率も高められるため、より幅広い波長の光について用いることが可能な光学素子を得られる。

本発明の赤外線透過ガラスは、ガラス作製時やプレス成型時における耐失透性（明細書中では、単に「耐失透性」という場合がある。）が高いことが好ましい。これにより、ガラス作製時やプレス成型時におけるガラスの結晶化等による、赤外線や他の波長の光についての透過率の低下が抑えられるため、赤外線透過ガラスをレンズ等の光学素子に好ましく用いることができる。
なお、耐失透性が高いことを示す尺度としては、例えば液相温度が低いことや、ガラス転移点及び結晶化開始温度の差が小さいことが挙げられる。

［ガラス成形体及び光学素子］
本発明の赤外線透過ガラスから、例えば研磨加工の手段、又は、リヒートプレス成形や精密プレス成形等のモールドプレス成形の手段を用いて、ガラス成形体を作製することができる。すなわち、赤外線透過ガラスに対して研削及び研磨等の機械加工を行ってガラス成形体を作製したり、赤外線透過ガラスから作製したプリフォームに対してリヒートプレス成形を行った後で研磨加工を行ってガラス成形体を作製したり、研磨加工を行って作製したプリフォームや、公知の浮上成形等により成形されたプリフォームに対して精密プレス成形を行ってガラス成形体を作製したりすることができる。なお、ガラス成形体を作製する手段は、これらの手段に限定されない。

このように、本発明の赤外線透過ガラスから形成したガラス成形体は、様々な光学素子及び光学設計に有用であるが、その中でも特に、レンズやプリズム等の光学素子に用いることが好ましい。これにより、生産性が高く、赤外線、特に波長６０００ｎｍ以下の光の損失の少ない光学素子を得られる。

本発明の実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３）及び比較例（Ｎｏ．Ａ）のガラスの組成、波長６０００ｎｍの光についての透過率、ガラス転移点、屈伏点、並びに、平均線膨張係数を表１〜表２に示す。このうち、比較例（Ｎｏ．Ａ）のガラスは、特開２０１４−０９７９０４号公報の実施例１８に記載されたガラスであり、表２ではその組成を酸化物基準で表している。
なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。

実施例のガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の光学ガラスに使用される高純度原料を選定し、表に示した組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、石英坩堝又は白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で７００〜９５０℃の温度範囲で溶融し、攪拌均質化してから金型に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。

実施例のガラスのガラス転移点及び屈伏点は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８−２００３「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に従い、温度と試料の伸びとの関係を測定することで得られる熱膨張曲線より求めた。

実施例のガラスの平均線膨張係数は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８−２００３「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に従い、５０〜２００℃における平均線膨張係数を求めた。

実施例のガラスの、波長６０００ｎｍの光についての透過率については、厚さ１．０±０．１ｍｍの対面平行研磨品について波長２０００〜１００００ｎｍの分光透過率を日本分光株式会社ＩＲ−７００により測定し、波長６０００ｎｍにおける透過率（％）を求めた。

これらの表のとおり、実施例の赤外線透過ガラスは、波長６０００ｎｍの光についての透過率が３０％超、より詳細には４５％以上であった。
他方で、比較例のガラスは、特開２０１４−０９７９０４号公報の図２に記載されるように、波長６０００ｎｍの光についての透過率が３０％未満であった。
そのため、実施例の赤外線透過ガラスは、比較例のガラスに比べてより長波長の赤外線についての透過率が高いことが明らかになった。

また、実施例の赤外線透過ガラスは、平均線膨張係数（α）が３００×１０^−７Ｋ^−１以下、より詳細には２１０×１０^−７Ｋ^−１以下であるため、所望の低い平均線膨張係数を有していた。

また、実施例の赤外線透過ガラスは、いずれもガラス転移点が４５０℃以下、より詳細には３５０℃以下であるため、より低い温度でガラスをプレス成形できることが推察される。
また、実施例の赤外線透過ガラスは、いずれも屈伏点が５００℃以下、より詳細には３８０℃以下であり、所望の範囲内であった。
そのため、本発明の実施例の赤外線透過ガラスは、より低い温度でのプレス成形が可能なことが推察される。

また、実施例の赤外線透過ガラスは、いずれも耐失透性の高い安定なガラスであった。この赤外線透過ガラスを用いてプリフォームを形成し、このプリフォームに対してプレス成形したところ、安定に様々なレンズ形状に加工することができた。

従って、実施例の赤外線透過ガラスは、赤外線についての分光透過率を高めながらも、耐失透性が高く、プレス成形時におけるガラスの割れやクラックを低減でき、且つプレス成形温度を低くできることが明らかになった。

以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、本実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を当業者により成し得ることが理解されよう。

Claims (6)

1. 酸化物基準のモル％で、
   ＴｅＯ_２成分を２０．０〜７０．０％、
   ＧｅＯ_２成分を１．０〜３０．０％含有し、
   ＷＯ_３成分の含有量が１０．０％未満であり、
   ＺｎＯ成分を０〜２０．０％含有し、
   Ｎｂ_２Ｏ_５成分を０〜５．０％含有し、
   モル和（ＺｎＯ＋ＢａＯ＋Ｌｉ_２Ｏ）が２２％以上５０．０％以下であり、
   Ｒ_２Ｏ成分の含有量の和が１０．０％超３０．０％以下であり、
   モル比（Ｌｉ_２Ｏ／Ｒ_２Ｏ）が０．３０以上であり（ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上である）、
   モル比（Ｂｉ_２Ｏ_３／ＧｅＯ_２）が０．１０未満であり、
   モル和（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３＋Ｐ_２Ｏ_５）が１０．０％以下であり、
   Ｔｌ及びＰｂ成分を含有せず、
   波長６０００ｎｍの光についての分光透過率が３０％超である赤外線透過ガラス。
2. モル和（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３）が１０．０％以下である請求項１に記載の赤外線透過ガラス。
3. モル和（Ｔａ_２Ｏ_５＋Ｎｂ_２Ｏ_５）が１０．０％以下である請求項１又は２のいずれか
   記載の赤外線透過ガラス。
4. 酸化物基準の外割りのモル％で、Ｆ成分及びＣｌ成分の合計量が２０．０％以下である請求項１から３のいずれか１項に記載の赤外線透過ガラス。
5. 請求項１から４のいずれか記載の赤外線透過ガラスからなる光学素子。
6. 請求項１から４いずれか記載の赤外線透過ガラスからなる研磨加工用及び／又は精密プレス成形用のプリフォーム。