JPWO2007097344A1 - 光学ガラス - Google Patents

Abstract

本発明は、質量％で、Ｂ２Ｏ３：４６〜７０、Ｌｉ２Ｏ：３〜１０、Ｙ２Ｏ３：５〜１５、ＳｉＯ２：０〜４６、Ａｌ２Ｏ３：０〜２０、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜４０、Ｌａ２Ｏ３：０〜３０、及び、ＺｒＯ２＋ＴｉＯ２＋Ｇｄ２Ｏ３：０〜１０を含有する光学ガラスを提供する。

Description

本発明は、屈折率（ｎ_ｄ）が１．５５〜１．６９、アッベ数（ν_ｄ）が５５〜６５の光学恒数を有する、化学的耐久性、耐候性および溶解性に優れ、特に、プレス成形に適した低温軟化性を有する光学ガラスに関するものである。

特許文献１には、屈折率（ｎ_ｄ）が１．５５〜１．６５で、アッベ数（ν_ｄ）が５４以上の、軟化温度がきわめて低い中屈折率低分散の精密プレス用光学レンズとして、ＳｉＯ_２２３〜４０質量％、Ｂ_２Ｏ_３１１〜２１質量％等を含む光学ガラスが提案されている。しかしながら、本文献の光学ガラスは、耐候性、溶解性、低温軟化性等において必ずしも充分なものではない。

また、特許文献１には、ガラス形成酸化物としてリン酸およびホウ酸を選ぶと、プレス成形温度を低くするのには有利であるが、化学的耐久性および耐候性に問題を生じやすいと記載されている。すなわち、プレス成形温度を低くするために、ホウ酸を多くすると、その分、耐久性、耐候性が低下する。そのため、従来、ホウ酸成分を多く含んだ、実用的な光学ガラスは、ほとんど提案されていない。特許文献２は、特許文献１よりホウ酸成分を多く含んだ組成を提案しているが、光学恒数として、屈折率（ｎ_ｄ）１．６２〜１．８５、アッベ数（ν_ｄ）３５〜６５と、本願発明の目的とする光学恒数とは、実質的に異なるものである。

特開平３−３７１３０号公報 特開昭６０−２２１３３８号公報

本発明は、屈折率（ｎ_ｄ）が１．５５〜１．６９、アッベ数（ν_ｄ）が５５〜６５の光学恒数を有する、化学的耐久性、耐候性および溶解性に優れた、低温でプレス成形できるＢ_２Ｏ_３を多く含む光学ガラスの提供を目的とする。

本発明者らは、前記課題を検討すべく鋭意検討したところ、以下に示す光学ガラスにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
（１）質量％で、Ｂ_２Ｏ_３：４６〜７０、Ｌｉ_２Ｏ：３〜１０、Ｙ_２Ｏ_３：５〜１５、ＳｉＯ_２：０〜４６、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜２０、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜４０、Ｌａ_２Ｏ_３：０〜３０、及び、ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２＋Ｇｄ_２Ｏ_３：０〜１０を含有する光学ガラス。
（２）質量％で、Ｂ_２Ｏ_３：４７〜６５、Ｌｉ_２Ｏ：４〜９、Ｙ_２Ｏ_３：６〜１２、ＳｉＯ_２：０〜２５、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜１０、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜３０、Ｌａ_２Ｏ_３：０〜２０、及び、ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２＋Ｇｄ_２Ｏ_３：０〜５を含有する光学ガラス。
（３）質量％で、Ｂ_２Ｏ_３：４８〜６０、Ｌｉ_２Ｏ：５〜８、Ｙ_２Ｏ_３：７〜１１、ＳｉＯ_２：０〜１２、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜５、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜２５、Ｌａ_２Ｏ_３：０〜１５、及び、ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２＋Ｇｄ_２Ｏ_３：０〜３を含有する光学ガラス。

本発明の光学ガラス（以下、単に、本ガラスと略す）は、所望の屈折率およびアッベ数を有し、従来のホウ酸塩系光学ガラスに比べて、高屈折率低分散である。即ち、同じアッベ数で比べた場合に、本ガラスの屈折率は前記従来の光学ガラスに比べて０．０１程度高い。また、本ガラスは、化学的耐久性、耐候性に優れる一方で、低温で溶解でき溶解性に優れる。更に、低温でプレス成形できるため、プレス金型およびその成形面等に形成される金型保護膜の耐久性が向上し、量産性に優れる。また、低温でプレス成形できるため、プレス成形のサイクル時間短縮等ができる。

本ガラスは、上記のような特徴を有するため、光学ガラスの中でも特にガラスレンズをプレス成形して生産する場合に好適なものである。

本ガラスは、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌｉ_２Ｏ、Ｙ_２Ｏ_３を必須成分とする。本ガラスの各成分範囲を限定した理由等を説明する。

Ｂ_２Ｏ_３成分は、ガラス形成酸化物であり、本発明において、ガラス化範囲を広くし、かつ、低分散化させるのに必須の成分である。Ｂ_２Ｏ_３量が少なければ、所望の光学特性が得られにくくなることから、本ガラスでは、４６質量％（以下、単に％と略す）以上である。Ｂ_２Ｏ_３量が４７％以上であると好ましく、４８％以上であるとさらに好ましい。一方、Ｂ_２Ｏ_３量が多過ぎると、化学的耐久性に劣ることから、本ガラスでは、７０％以下である。Ｂ_２Ｏ_３量が６５％であると好ましく、６０％以下であるとさらに好ましい。

ＳｉＯ_２成分は、Ｂ_２Ｏ_３同様、ガラス形成酸化物であり、本ガラスでは必須成分ではないが、低分散を保ちつつガラスの化学的耐久性を向上させるのに有効な成分である。前記効果を得るためには、ＳｉＯ_２含有量は、０．１％以上とするのが好ましい。ただし、ＳｉＯ_２量が多すぎると所望の光学特性が得られにくくなるとともに、ガラス軟化温度が上昇してプレス成形温度が上昇する。したがって、ＳｉＯ_２量は、４６％以下とするのが好ましく、２５％以下とするとさらに好ましく、１２％以下とすると特に好ましい。

Ｌｉ_２Ｏ成分は、本ガラスにおいて、ガラス転移点を下げ、プレス成形温度を低下させるのに必須の成分である。Ｌｉ_２Ｏ量が少なすぎるとプレス成形温度の低下効果が得られにくくなるため、３％以上とする。Ｌｉ_２Ｏ量を４％以上とすると好ましく、５％以上とするとさらに好ましい。Ｌｉ_２Ｏ量が多すぎると化学的耐久性が低下するため、１０％以下とする。Ｌｉ_２Ｏ量を９％以下とすると好ましく、８％以下とするとさらに好ましい。

Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの両成分は、本ガラスでは必須成分ではないが、Ｌｉ_２Ｏ同様、ガラス転移点を下げ、プレス成形温度を低下させるのに効果のある成分である。前記効果を得るためには、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの合量は、０．１％以上とするのが好ましい。一方、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの合量が、多すぎると化学的耐久性が低下するため、２０％以下とするのが好ましく、１０％以下とするとさらに好ましく、５％以下とすると特に好ましい。

Ｙ_２Ｏ_３成分は、分散を大きくすることなしに屈折率を高め、さらに、化学的耐久性を向上させるのに必須の成分である。Ｙ_２Ｏ_３量が少ないと所望の光学恒数が得られにくくなるので、本ガラスでは、５％以上とする。Ｙ_２Ｏ_３量が６％以上であると好ましく、７％以上であるとさらに好ましい。一方、Ｙ_２Ｏ_３量が多いと、ガラスの溶解温度が上昇して溶解性が低下するため、本ガラスでは、１５％以下とする。Ｙ_２Ｏ_３量が１２％以下であると好ましく、１１％以下であるとさらに好ましい。

Ｌａ_２Ｏ_３成分は、本ガラスでは必須成分ではないが、Ｙ_２Ｏ_３成分と同様に、分散を大きくすることなしに屈折率を高め、さらに、化学的耐久性を向上させるのに効果のある成分である。前記効果を得るためには、Ｌａ_２Ｏ_３量を０．１％以上とするのが好ましい。ただし、Ｌａ_２Ｏ_３量が多いと、ガラスの溶解温度が上昇して溶解性が低下するため、３０％以下とするのが好ましく、２０％以下とするとさらに好ましい。Ｌａ_２Ｏ_３量が１５％以下であると特に好ましい。

Ａｌ_２Ｏ_３成分は、本ガラスでは必須成分ではないが、ガラスの化学的耐久性の向上に効果がある。前記効果を得るためには、Ａｌ_２Ｏ_３量を０．１％以上とするのが好ましい。一方、含有量が多すぎると所望の光学恒数が得られにくくなると共にガラスの溶解性が低下するため、２０％以下とする。Ａｌ_２Ｏ_３量が１０％以下とするのが好ましく、５％以下とするとさらに好ましい。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの各成分は、本ガラスでは必須成分ではないが、屈折率を向上させる効果がある。前記効果を得るためには、含有量を合量で０．１％以上とするのが好ましい。一方、前記の合量が多すぎると化学的耐久性が低下するため、本ガラスにおいて、前記の合量を４０％以下とするのが好ましく、３０％以下とするとさらに好ましく、２５％以下とすると特に好ましい。

ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｇｄ_２Ｏ_３成分は、本ガラスでは必須成分ではないが、化学的耐久性の向上やガラスの失透を防止するのに効果がある。前記効果を得るためには、含有量を合量で０．１％以上とするのが好ましい。一方、前記の合量が多すぎるとアッベ数が低下して高分散化するため、本ガラスにおいて、前記の合量を１０％以下とするのが好ましく、５％以下とするとさらに好ましく、３％以下とすると特に好ましい。

Ｔａ_２Ｏ_５、ＧｅＯ_２、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＷＯ_３、ＴｅＯ_２の各成分は、本ガラスでは必須成分ではないが、屈折率を向上させるのに効果がある成分である。前記効果を得るためには、含有量を合量で０．１％以上とするのが好ましい。ただし、これらの合量が多すぎるとアッベ数が低下して高分散化してしまうこと、また、これらの各成分は、高価であるため、添加する場合でも１０％以下とするのが好ましい。前記の合量が５％以下であると、さらに好ましく、前記の合量を３％以下とすると特に好ましい。

Ｐ_２Ｏ_５成分は、本ガラスでは必須成分ではないが、アッベ数を上げるのに効果がある。前記効果を得るためには、Ｐ_２Ｏ_５含有量を０．１％以上とするのが好ましい。一方、Ｐ_２Ｏ_５量が多すぎると、化学的耐久性が低下するほか、溶解時の揮発が比較的激しく、均質なガラスを製造しにくくなることから、Ｐ_２Ｏ_５量は、２０％以下とするのが好ましく、１５％以下とするとさらに好ましい。１０％以下であるとさらに好ましいが、本ガラスに、Ｐ_２Ｏ_５成分を含まないと、特に、好ましい。Ｆ成分もＰ_２Ｏ_５成分と同様の効果等があるので、含む場合には、同量程度とすると好ましい。本ガラスにＦ成分を含まないとさらに好ましい。

Ｓｂ_２Ｏ_３成分は、本ガラスでは必須成分ではないが、本ガラス溶融時の清澄剤として添加することができる。本ガラスにおいて、Ｓｂ_２Ｏ_３量は、使用する場合には０．１％以上とするのが好ましい。一方、多すぎると光学特性等に影響するおそれもあるので、Ｓｂ_２Ｏ_３量としては、２％以下とするのが好ましく、１％以下とするとさらに好ましい。

ＺｎＯ、ＰｂＯ成分は、本ガラスでは必須成分ではないが、ガラスを軟化させるのに効果がある。前記効果を得るためには、含有量を合量で０．１％以上とするのが好ましい。一方、環境面の観点から前記の合計を２０％以下とするのが好ましく、１０％以下とするとさらに好ましく、５％以下とするとより好ましい。本ガラスにＺｎＯ、ＰｂＯ成分含まないのが特に好ましい。

本ガラスによれば、屈折率（ｎ_ｄ）が１．５５〜１．６９、アッベ数（ν_ｄ）が５５〜６５の光学恒数を有する、化学的耐久性、耐候性および溶解性に優れた、低温でプレス成形できるＢ_２Ｏ_３を多く含む光学ガラスを得ることができる。本ガラスの屈折率としては、１．６０以上であると好ましく、１．６２以上であるとさらに好ましい。

また、本ガラスのアッベ数としては、６０以上であると好ましく、６１．５以上であるとさらに好ましい。本ガラスのガラス転移温度としては、５８０℃以下であると好ましく、５６０℃以下であるとさらに好ましい。

以下、本発明の実施の形態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。

本ガラスの実施例を表１に示す。例２〜例１６が本ガラスの実施例であり、例１が本ガラスの比較例である。

［化学組成・試料作成法］
表１に示す化学組成（％）となるように原料を秤量した。各化学成分の原料としては、Ｂ_２Ｏ_３の場合はＨ_３ＢＯ_３を、ＣａＯの場合はＣａＣＯ_３を、ＳｒＯの場合はＳｒＣＯ_３を、Ｌｉ_２Ｏの場合はＬｉ_２ＣＯ_３を、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３の場合は酸化物を、それぞれ使用した。秤量した原料を擂潰機で３０分間乾式混合し、内容積３００ｃｍ^３の白金ルツボ内に入れて、１１００〜１３００℃で２〜６時間溶融、清澄、撹拌後、約５５０℃に予熱した縦２００ｍｍ×横５０ｍｍの長方形の金型に鋳込み後、約１℃／分で徐冷してサンプルとした。

［評価方法］
屈折率（ｎ_ｄ）はヘリウムｄ線に対する屈折率であり、屈折率計（カルニュー光学工業社製、商品名：ＫＲＰ−２）で測定した。尚、屈折率（ｎ_ｄ）の測定値については、小数点以下５桁目まで出し、小数点以下３桁目を四捨五入して記載した。アッベ数（ν_ｄ）は、ν_ｄ＝（ｎ_ｄ−１）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）から求めた。尚、本式から計算されるアッベ数（ν_ｄ）の値については、小数点以下２桁目を四捨五入して記載した。ここで、ｎ_Ｆ、ｎ_Ｃは、それぞれ水素Ｆ線および水素Ｃ線に対する屈折率である。ガラス転移点（Ｔｇ）は、得られた各ガラス粉末を熱分析装置（セイコーインスツルメント社製、商品名：ＥＸＳＴＡＲ６０００ ＴＧ／ＤＴＡ）で示差熱分析（ＤＴＡ）により、昇温速度１０℃／分で測定した。

ガラスの溶解性等については、上記サンプル作製時に目視で観察し、例２〜例１６まで問題のないことを確認した。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本出願は、２００６年２月２１日出願の日本特許出願（特願２００６−０４４０５４）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本ガラスによれば、所望の屈折率およびアッベ数を有し、化学的耐久性、耐候性に優れる一方で、低温で溶解やプレス成形できるため、溶解性に優れ、また、プレス金型およびその成形面等に形成される金型保護膜の耐久性やプレス成形のサイクル時間短縮等が向上し、量産性に優れる。光学ガラスの中でも特にガラスレンズをプレス成形して生産する場合に好適なものである。

Claims (3)

1. 質量％で、
   Ｂ_２Ｏ_３：４６〜７０、
   Ｌｉ_２Ｏ：３〜１０、
   Ｙ_２Ｏ_３：５〜１５、
   ＳｉＯ_２：０〜４６、
   Ａｌ_２Ｏ_３：０〜２０、
   ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜４０、
   Ｌａ_２Ｏ_３：０〜３０、及び、
   ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２＋Ｇｄ_２Ｏ_３：０〜１０
   を含有する光学ガラス。
2. 質量％で、
   Ｂ_２Ｏ_３：４７〜６５、
   Ｌｉ_２Ｏ：４〜９、
   Ｙ_２Ｏ_３：６〜１２、
   ＳｉＯ_２：０〜２５、
   Ａｌ_２Ｏ_３：０〜１０、
   ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜３０、
   Ｌａ_２Ｏ_３：０〜２０、及び、
   ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２＋Ｇｄ_２Ｏ_３：０〜５
   を含有する光学ガラス。
3. 質量％で、
   Ｂ_２Ｏ_３：４８〜６０、
   Ｌｉ_２Ｏ：５〜８、
   Ｙ_２Ｏ_３：７〜１１、
   ＳｉＯ_２：０〜１２、
   Ａｌ_２Ｏ_３：０〜５、
   ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜２５、
   Ｌａ_２Ｏ_３：０〜１５、及び、
   ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２＋Ｇｄ_２Ｏ_３：０〜３
   を含有する光学ガラス。