JPWO2007136071A1 - 光学ガラス - Google Patents
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Abstract
本発明は、酸化物基準の質量％で、ＳｉＯ２：３５〜４５％、Ｂ２Ｏ３：１２〜２０％、Ｌｉ２Ｏ：２〜７％、ＺｎＯ：０．１〜１０％、Ａｌ２Ｏ３：２〜１５％、ＢａＯ：１０〜４０％、Ｋ２Ｏ：０〜５％、Ｎａ２Ｏ：０〜１０％、及び、Ｇｄ２Ｏ３：０〜２０％、を含有し、かつ、ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３：４７〜５８％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：５〜１４％である光学ガラスを提供する。
Description
本発明は、精密プレス成形に適した光学ガラスに関する。
屈折率ｎｄ１．５５〜１．６５、アッベ数νｄ５５〜６５を有するいわゆる中屈折率低分散光学レンズはＣＤ、ＤＶＤ等の各種光ディスクシステムの光ピックアップや、ビデオカメラ、デジタルカメラなどに汎用的に使われている。近年、これらの商品の需要は著しく増加しており、それに伴って、より安価で、かつ生産性の高い中屈折率低分散光学レンズが求められている。
これら光学レンズの製法として生産性が高く、製造コストの小さいものとして、近年、モールドプレス成型法が広く使われている。この製法では、ガラス転移温度以上の温度に加熱したプリフォームガラスを、高精度な面を持つ上下２対の成型金型を用いてプレスすることによって、所望の形状を持つ光学レンズを実現する。従来の研削研磨による光学レンズの製造と比較して、生産プロセスが少ないため、製造コストが小さく、この製法で製造できる硝材が求められている。
このモールドプレス製法により、光学レンズを安価に製造するためには、屈伏点Ｔｓが低いことが望まれる。一般に、モールドプレス製法では、金型と加熱されたガラスが融着することを防止するために、金型の表面に離型膜等が用いられているが、この離型膜が、高温に曝されることにより、劣化するためである。すなわち、このモールドプレス製法により光学レンズをより安価に製造するためには、屈伏点の低い、低温軟化性を有する光学ガラスが必要である。
従来、中屈折率低分散を有し、モールドプレス成型に適した、低温軟化性を有する光学ガラスとしては、ＳｉＯ２−ＰｂＯ−Ｒ２Ｏ系のガラスが用いられてきた。しかしながら、環境に対する配慮から、近年では、鉛を含有しない光学ガラスの開発が進められ、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系のガラスにＬｉ２ＯやＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏなどのアルカリ酸化物を加えることで、低温軟化性及び中屈折率低分散を有する光学ガラスが提案されている。
しかしながら、一般的に、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ−ＲＯ系のガラスにアルカリ酸化物を加えると、耐候性が悪化することが知られている。つまり、低温軟化性と耐候性の間には二律背反の関係がある。例えば、特許文献１に記載の光学ガラスは、屈伏点は充分に低くモールドプレスに適しているが、耐候性が充分ではなく、さらなる改善が望まれている。一方で特許文献２及び３に記載の光学ガラスでは、耐候性は充分であるが、屈伏点が比較的高く、より安価に光学レンズを製造するために、より低い屈伏点が望まれている。
本発明は、屈伏点が低く、耐候性に優れ、かつ中屈折率低分散性を有した、モールドプレス成型に適した光学ガラスの提供を目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、ＳｉＯ２を主成分とするガラスにおいて、ガラスの骨格を形成するＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３濃度の最適化を行うことにより、プレス成型に充分な低温軟化性を有し、かつ耐候性に優れた中屈折率低分散光学ガラスが得られることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の光学ガラスを提供する。
（１）酸化物基準の質量％で、ＳｉＯ２：３５〜４５％、Ｂ２Ｏ３：１２〜２０％、Ｌｉ２Ｏ：２〜７％、ＺｎＯ：０．１〜１０％、Ａｌ２Ｏ３：２〜１５％、ＢａＯ：１０〜４０％、Ｋ２Ｏ：０〜５％、Ｎａ２Ｏ：０〜１０％、及び、Ｇｄ２Ｏ３：０〜２０％、を含有し、かつ、ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３：４７〜５８％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：５〜１４％である光学ガラス。
（２）屈折率ｎｄが１．５５〜１．６５、アッベ数νｄが５５〜６５である（１）に記載の光学ガラス。
（３）屈伏点Ｔｓが５９０℃以下である（１）または（２）に記載の光学ガラス。
（４）温度６０℃、相対湿度９０％の環境下に１００時間保持した後の透過率の減少率が２０％未満である（１）〜（３）のいずれかに記載の光学ガラス。
（１）酸化物基準の質量％で、ＳｉＯ２：３５〜４５％、Ｂ２Ｏ３：１２〜２０％、Ｌｉ２Ｏ：２〜７％、ＺｎＯ：０．１〜１０％、Ａｌ２Ｏ３：２〜１５％、ＢａＯ：１０〜４０％、Ｋ２Ｏ：０〜５％、Ｎａ２Ｏ：０〜１０％、及び、Ｇｄ２Ｏ３：０〜２０％、を含有し、かつ、ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３：４７〜５８％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：５〜１４％である光学ガラス。
（２）屈折率ｎｄが１．５５〜１．６５、アッベ数νｄが５５〜６５である（１）に記載の光学ガラス。
（３）屈伏点Ｔｓが５９０℃以下である（１）または（２）に記載の光学ガラス。
（４）温度６０℃、相対湿度９０％の環境下に１００時間保持した後の透過率の減少率が２０％未満である（１）〜（３）のいずれかに記載の光学ガラス。
本発明によれば、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＢａＯの各成分を必須成分とすることにより、屈折率ｎｄが１．５５〜１．６５、アッベ数νｄが５５〜６５の光学特性を有する光学ガラスが得られる。また、本発明によれば、前記光学特性に加えて実用上充分な耐候性を有し、さらに、モールドプレス成型に適した低温軟化性を有する光学ガラスが得られる。その結果、金型表面の膜の劣化程度が低減され、金型の耐久性が向上するとともに生産性が大きく向上する。
本発明の光学ガラス（以下、本ガラスという）の各成分範囲を設定した理由は、以下のとおりである。
ＳｉＯ２はガラスの網目を構成する主成分であり、本ガラスでは必須成分である。本ガラスでは、ガラスの安定化及び耐失透性、耐候性の向上のためにＳｉＯ２含有量は３５質量％（以下、質量％を％と略す）以上である。特に、ＳｉＯ２含有量を３６％以上とすると好ましく、３７％以上とするとより好ましい。一方、ＳｉＯ２含有量が多すぎると屈折率が減少し、所望の屈折率を得ることが困難になるため、本ガラスでは、ＳｉＯ２含有量は４５％以下である。本ガラスのＳｉＯ２含有量は、４４％以下であると好ましく、さらに好ましくは４３％以下である。
Ｂ２Ｏ３はＳｉＯ２と同様、ガラスの網目を構成する成分で、本ガラスでは必須成分である。また、Ｂ２Ｏ３は耐候性に影響を与える重要な成分であり、光学的には、アッベ数を増加させる成分でもある。実用上充分な耐候性を得るためには、Ｂ２Ｏ３含有量は２０％以下である。Ｂ２Ｏ３含有量が１６％以下であるとより好ましく、１４．５％以下であるとさらに好ましい。実用上充分な耐候性を持ち、かつ所望の光学特性と低温軟化性を得るために、Ｂ２Ｏ３含有量は１２％以上である。さらに好ましくはＢ２Ｏ３含有量が１２．５％以上、さらに好ましくは１３％以上である。
ガラスの網目を構成する成分であるＳｉＯ２やＢ２Ｏ３は、一方で、屈折率を低下させる成分でもある。本ガラスでは、所望の光学特性を得るために、ＳｉＯ２含有量とＢ２Ｏ３含有量の合量は５８％以下である。より好ましくはＳｉＯ２含有量とＢ２Ｏ３含有量の合量が５５．５％以下であり、さらに好ましくは５５．２％以下である。一方、ＳｉＯ２含有量とＢ２Ｏ３含有量の合量が小さくなるとガラスの失透特性が悪くなるため、本ガラスでは、前記合量は４７％以上である。より好ましくはＳｉＯ２含有量とＢ２Ｏ３含有量の合量が４８％以上であり、５０％以上であるさらに好ましい。
Ｌｉ２Ｏは屈伏点Ｔｓを下げるための成分で、本ガラスでは必須成分である。前記効果を充分に得るためには、Ｌｉ２Ｏ含有量は２％以上である。より好ましくはＬｉ２Ｏ含有量が３％以上であり、４％以上であるとさらに好ましい。一方、Ｌｉ２Ｏ含有量が多くなると耐候性が低下する。実用上充分な耐候性を得るためには、Ｌｉ２Ｏ含有量は７％以下である。Ｌｉ２Ｏ含有量が６．５％以下であるとより好ましく、Ｌｉ２Ｏ含有量が６．２％以下であるとさらに好ましい。
Ｎａ２Ｏは、屈伏点Ｔｓを下げるための成分であり、本ガラスでは必須成分ではない。この効果を充分に得るためには、本ガラスではＮａ２Ｏ含有量は０．１％以上が好ましい。一方Ｎａ２Ｏは耐候性を悪化させる成分であるため、実用上充分な耐候性を得るためにはＮａ２Ｏ含有量は１０％以下が好ましい。Ｎａ２Ｏ含有量が８％以下であるとより好ましく、Ｎａ２Ｏ含有量が７％以下であるとさらに好ましい。
Ｋ２Ｏは、屈伏点Ｔｓを下げるための成分であり、本ガラスでは必須成分ではない。一方で、Ｋ２Ｏは、耐候性を著しく悪化させる成分でもある。耐候性を維持しつつガラス転移温度を下げるために、本ガラスではＫ２Ｏ含有量を５％以下とすると好ましい。Ｋ２Ｏ含有量を３％以下とするとより好ましく、Ｋ２Ｏ含有量を１％以下とするとさらに好ましい。
実用上充分な耐候性を得るために、本ガラスでは、Ｌｉ２Ｏ含有量、Ｎａ２Ｏ含有量およびＫ２Ｏ含有量の合量は１４％以下である。前記合量が１３％以下であるとより好ましく、前記合量が１２％以下であるとさらに好ましい。一方、屈伏点Ｔｓを下げ、充分なプレス特性を得るためには、Ｌｉ２Ｏ含有量、Ｎａ２Ｏ含有量およびＫ２Ｏ含有量の合量は５％以上である。前記合量が６％以上であるとより好ましく、前記合量が７％以上であるとさらに好ましい。
ＺｎＯは、耐候性を維持しつつガラスを安定化させるための成分であり、本ガラスでは必須成分である。この効果を充分に得るためにはＺｎＯ含有量は０．１％以上である。ＺｎＯ含有量が１％以上であるとより好ましく、ＺｎＯ含有量が２％以上であるとさらに好ましい。一方、ＺｎＯ含有量が増えるとアッベ数が低下する。所望の光学特性を得るためには、ＺｎＯ含有量は１０％以下である。ＺｎＯ含有量が６％以下であるとより好ましく、ＺｎＯ含有量が５％以下であるとさらに好ましい。
Ａｌ２Ｏ３は耐候性の向上に貢献する成分であり、本ガラスでは必須成分である。この効果を充分に得るためには、Ａｌ２Ｏ３含有量は２％以上である。Ａｌ２Ｏ３含有量が３％以上であると好ましく、Ａｌ２Ｏ３含有量が３．５％以上であるとさらに好ましい。
一方で、Ａｌ２Ｏ３は失透特性を悪化させる成分でもある。実用上充分な失透特性を得るためにＡｌ２Ｏ３含有量は１５％以下である。Ａｌ２Ｏ３含有量が１０％以下であると好ましく、Ａｌ２Ｏ３含有量が９％以下であるとより好ましい。
ＢａＯは屈伏点Ｔｓを下げつつ、ガラスを安定化させるための成分であり、本ガラスでは必須成分である。しかしながら、ＢａＯは耐候性を悪化させる成分でもある。充分低い屈伏点Ｔｓを得るために、ＢａＯ含有量は１０％以上である。ＢａＯ含有量が２０％以上であると好ましく、ＢａＯ含有量が２５％以上であるとより好ましい。一方で、実用上充分な耐候性を得るためには、ＢａＯ含有量は４０％以下である。ＢａＯ含有量が３０％以下であると好ましく、ＢａＯ含有量が２９％以下であるとより好ましい。
Ｇｄ２Ｏ３は光学特性を調整するための成分であり、本ガラスでは必須成分ではない。Ｇｄ２Ｏ３含有量が増加すると耐失透性が悪化する。またＧｄ２Ｏ３は比較的高価な原料でもある。耐失透性と原料コストの両方を考慮して、Ｇｄ２Ｏ３含有量は２０％以下が好ましい。Ｇｄ２Ｏ３含有量が１０％以下であるとより好ましく、Ｇｄ２Ｏ３含有量が５％以下であるとさらに好ましい。
本ガラスでは、必須成分であるＢａＯの一部を、同じアルカリ土類元素であるＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯに置換することが可能である。これらの元素はＢａＯと同様、屈伏点Ｔｓを下げつつ、ガラスを安定化させる効果を持つ。しかしながら、一方で、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯは、屈折率を低下させる。上記理由からＭｇＯ含有量は、１０％以下であることが好ましい。ＭｇＯ含有量が５％以下であるとより好ましく、ＭｇＯ含有量が１％以下であるさらに好ましい。同様の理由で、ＣａＯ含有量は１０％以下であることが好ましい。ＣａＯ含有量が５％以下であるとより好ましく、ＣａＯ含有量が１％以下であるとさらに好ましい。同様の理由で、ＳｒＯ含有量は５％以下であることが好ましい。ＳｒＯ含有量が３％以下であると好ましく、ＳｒＯ含有量が３％以下であるとより好ましく、ＳｒＯ含有量が１％以下であるとさらに好ましい。
本ガラスにおいて、清澄等のための任意成分として、Ｓｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ａｓ２Ｏ３が挙げられる。前記効果が認められるためには、これらの成分はそれぞれ０．０１％以上とするのが好ましい。一方、これらの成分は耐失透性を悪化させるため、それぞれ１％以下とするのが好ましい。
次に、本ガラスの光学特性としては、屈折率ｎｄを１．５５以上とするのが好ましい。屈折率ｎｄを１．５７以上とすると、さらに好ましく、屈折率ｎｄを１．５８以上とすると特に好ましい。一方、低分散性を実現するために、本ガラスの屈折率ｎｄを１．６５以下とするのが好ましい。本ガラスの屈折率ｎｄを１．６３以下とするとさらに好ましく、屈折率ｎｄを１．６１以下とすると特に好ましい。
本ガラスのアッベ数νｄとしては、５５〜６５とするのが好ましい。本ガラスにおいて、アッベ数νｄを５８以上とするとさらに好ましく、５９以上とすると特に好ましい。一方、アッベ数νｄは６３以下とするとさらに好ましく、６２以下とすると特に好ましい。また、屈折率ｎｄとアッベ数νｄの関係としては、屈折率ｎｄが１．５７〜１．６３である場合、アッベ数νｄが５８〜６３とすると好ましい。さらに、屈折率ｎｄが１．５８〜１．６１である場合、アッベ数νｄが５９〜６２とすると好ましい。
本ガラスの屈伏点Ｔｓとしては、５９０℃以下とすると、金型の耐久性が向上し、また、プレス成形しやすくなるため好ましい。本ガラスの屈伏点Ｔｓが５８０℃以下であるとさらに好ましく、５７０℃以下であると特に好ましい。屈伏点Ｔｓと同様にプレス成形性に関係するものとして液相温度がある。液相温度が低いほど成形しやすい。本ガラスにおいては、液相温度が８５０℃以下であると好ましく、液相温度が８００℃以下であるとさらに好ましく、液相温度が７５０℃以下であると特に好ましい。
また、耐候性の点に関しては、高温多湿環境下での表面変質の程度を、透過率の変化で評価する。温度６０℃、相対湿度９０％の環境下で１００時間保持した後の透過率の減少率、すなわち、（保持前の透過率−保持後の透過率）／保持前の透過率が、２０％未満であることが耐候性の点で望ましい。高温多湿環境下での透過率の減少率が１０％未満であるとより好ましく、５％未満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。
［ガラス調整法］
各成分の原料として各々相当する酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を使用した。具体的には、Ｂ２Ｏ３用の原料としてはホウ酸を、Ａｌ２Ｏ３用の原料としては、市販のアルミナや水酸化アルミニウムを、Ｌｉ２Ｏに代表されるアルカリ酸化物や、ＣａＯに代表されるアルカリ土類酸化物の原料としては、各々相当する炭酸塩や硝酸塩を用いた。また、ＳｉＯ２やＧｄ２Ｏ３など、その他の成分の原料としては、各々相当する酸化物を使用した。これら成分原料を表１および表２の化学成分となるように秤量し、粉末で充分に混合して調合原料とし、これを白金製るつぼに入れ、１１００〜１２００℃の溶解温度で１時間溶解した。このガラス融液を、流し出して板状に成形した後、残留応力を除去するため４９０℃〜５４０℃で４時間保持した後、１℃／ｍｉｎの冷却速度で室温まで徐冷して光学ガラスを得た。
各成分の原料として各々相当する酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を使用した。具体的には、Ｂ２Ｏ３用の原料としてはホウ酸を、Ａｌ２Ｏ３用の原料としては、市販のアルミナや水酸化アルミニウムを、Ｌｉ２Ｏに代表されるアルカリ酸化物や、ＣａＯに代表されるアルカリ土類酸化物の原料としては、各々相当する炭酸塩や硝酸塩を用いた。また、ＳｉＯ２やＧｄ２Ｏ３など、その他の成分の原料としては、各々相当する酸化物を使用した。これら成分原料を表１および表２の化学成分となるように秤量し、粉末で充分に混合して調合原料とし、これを白金製るつぼに入れ、１１００〜１２００℃の溶解温度で１時間溶解した。このガラス融液を、流し出して板状に成形した後、残留応力を除去するため４９０℃〜５４０℃で４時間保持した後、１℃／ｍｉｎの冷却速度で室温まで徐冷して光学ガラスを得た。
［評価］
屈折率ｎｄ、アッベ数νｄは、両面が鏡面研磨された、大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのガラスブロックを屈折率測定装置（カルニュー光学工業社製、商品名：ＫＰＲ−２）によって測定した。尚、測定値は小数点以下５桁目まで求め、屈折率ｎｄについては小数点以下３桁目を四捨五入して記載し、アッベ数νｄについては小数点以下２桁目を四捨五入して記載した。
屈折率ｎｄ、アッベ数νｄは、両面が鏡面研磨された、大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのガラスブロックを屈折率測定装置（カルニュー光学工業社製、商品名：ＫＰＲ−２）によって測定した。尚、測定値は小数点以下５桁目まで求め、屈折率ｎｄについては小数点以下３桁目を四捨五入して記載し、アッベ数νｄについては小数点以下２桁目を四捨五入して記載した。
屈伏点Ｔｓ（℃）は、直径５ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状に加工したサンプルを昇温速度１０℃／分で熱機械分析装置（マックサイエンス社製、商品名：ＤＩＡＬＴＯＭＥＴＥＲ５０００）により測定した。
耐候性の評価としては、両面が鏡面研磨された、大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのガラスブロックの波長８００ｎｍに対する透過率を測定した後、温度６０℃、湿度９０％に設定された高温高湿槽で１００時間保持した後、再び透過率を測定し、保持前後の透過率の減少度を評価した。
液相温度（℃）は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍのガラスブロックをＰｔ９５％−Ａｕ５％の白金合金製の皿に乗せ、７００℃以上１０００℃以下の高温にセットされた電気炉内で１時間保持した後、結晶成分が観察されなかった温度のなかで、最低の温度を液相温度とした。ただし、ガラス中の結晶成分の観察には顕微鏡（倍率１００倍）を用い、上記の全温度域で結晶成分が観察されなかった試料については「７００ｕ」と表記する。
上記の結果を組成と共に表１〜表３に示す。表中、「−」は、当該成分がないことを示す。また、例１〜例１２が本発明の実施例であり、例１３〜例１４が本発明の比較例である。なお、例１３は、本明細書の背景技術で引用した特開平４−３７６２８号公報の実施例１であり、例１４は、同じく特開平７−１４９５３６号公報の実施例２である。例１〜例１２に比べて、例１３は、耐候性は同等であるが、屈伏点が非常に高い。一方、例１４は、屈伏点は低いものの、耐候性が著しく悪い。
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５月２２日出願の日本特許出願（特願２００６−１４１８５２）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。
本出願は、２００６年５月２２日出願の日本特許出願（特願２００６−１４１８５２）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。
本発明により、屈折率ｎｄ１．５５〜１．６５、アッベ数νｄ５５〜６５、屈伏点６００℃以下の全てを満たし、かつ耐候性に優れた光学ガラスが容易に得られる。すなわち、現在汎用的に普及している光学レンズの光学特性を満たしつつ、耐候性にすぐれ、かつ低温軟化性を有するため生産性を著しく向上させる光学ガラスを提供できる。
Claims (4)
- 酸化物基準の質量％で、
ＳｉＯ２：３５〜４５％、
Ｂ２Ｏ３：１２〜２０％、
Ｌｉ２Ｏ：２〜７％、
ＺｎＯ：０．１〜１０％、
Ａｌ２Ｏ３：２〜１５％、
ＢａＯ：１０〜４０％、
Ｋ２Ｏ：０〜５％、
Ｎａ２Ｏ：０〜１０％、及び、
Ｇｄ２Ｏ３：０〜２０％、
を含有し、かつ、
ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３：４７〜５８％、
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：５〜１４％
である光学ガラス。 - 屈折率ｎｄが１．５５〜１．６５、アッベ数νｄが５５〜６５である請求項１に記載の光学ガラス。
- 屈伏点Ｔｓが５９０℃以下である請求項１または２に記載の光学ガラス。
- 温度６０℃、相対湿度９０％の環境下に１００時間保持した後の透過率の減少率が２０％未満である請求項１、２または３記載の光学ガラス。
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