KR20080101928A - 광학 유리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질량％로 B₂O₃: 46 내지 70, Li₂O: 3 내지 10, Y₂O₃: 5 내지 15, SiO₂: 0 내지 46, Al₂O₃: 0 내지 20, MgO+CaO+SrO+BaO: 0 내지 40, La₂O₃: 0 내지 30 및 ZrO₂+TiO₂+Gd₂O₃: 0 내지 10을 함유하는 광학 유리를 제공한다.

광학 유리, 광학 항수, 굴절률, 아베수, 프레스 성형

Description

광학 유리 {OPTICAL GLASS}

본 발명은 굴절률(n_d)이 1.55 내지 1.69, 아베수(ν_d)가 55 내지 65인 광학 항수를 가지며, 화학적 내구성, 내후성 및 용해성이 우수하고, 특히 프레스 성형에 적합한 저온 연화성을 갖는 광학 유리에 관한 것이다.

하기 특허 문헌 1에는, 굴절률(n_d)이 1.55 내지 1.65이며 아베수(ν_d)가 54 이상인, 연화 온도가 매우 낮은 중굴절률 저분산의 정밀 프레스용 광학 렌즈로서, SiO₂ 23 내지 40 질량％, B₂O₃ 11 내지 21 질량％ 등을 포함하는 광학 유리가 제안되어 있다. 그러나, 상기 문헌의 광학 유리는 내후성, 용해성, 저온 연화성 등에서 반드시 충분한 것은 아니었다.

또한, 특허 문헌 1에는, 유리 형성 산화물로서 인산 및 붕산을 선택하면 프레스 성형 온도를 낮추는 데에는 유리하지만, 화학적 내구성 및 내후성에 문제를 일으키기 쉽다고 기재되어 있다. 즉, 프레스 성형 온도를 낮추기 위해서 붕산을 많게 하면, 그만큼 내구성, 내후성이 저하되었다. 그 때문에, 종래에는 붕산 성분을 많이 포함한 실용적인 광학 유리는 거의 제안되지 않았다. 하기 특허 문헌 2는 특허 문헌 1보다 붕산 성분을 많이 포함한 조성을 제안하였지만, 광학 항수로서 굴 절률(n_d) 1.62 내지 1.85, 아베수(ν_d) 35 내지 65로, 본원 발명이 목적으로 하는 광학 항수와는 실질적으로 다른 것이었다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 (평)3-37130호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 (소)60-221338호 공보

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

본 발명은 굴절률(n_d)이 1.55 내지 1.69, 아베수(ν_d)가 55 내지 65인 광학 항수를 가지며, 화학적 내구성, 내후성 및 용해성이 우수하고, 저온에서 프레스 성형할 수 있는 B₂O₃를 많이 포함하는 광학 유리의 제공을 목적으로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명자들은 상기 과제를 검토하기 위해 예의 검토한 결과, 이하에 나타내는 광학 유리에 의해 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

(1) 질량％로 B₂O₃: 46 내지 70, Li₂O: 3 내지 10, Y₂O₃: 5 내지 15, SiO₂: 0 내지 46, Al₂O₃: 0 내지 20, MgO+CaO+SrO+BaO: 0 내지 40, La₂O₃: 0 내지 30 및 ZrO₂+TiO₂+Gd₂O₃: 0 내지 10을 함유하는 광학 유리.

(2) 질량％로 B₂O₃: 47 내지 65, Li₂O: 4 내지 9, Y₂O₃: 6 내지 12, SiO₂: 0 내지 25, Al₂O₃: 0 내지 10, MgO+CaO+SrO+BaO: 0 내지 30, La₂O₃: 0 내지 20 및 ZrO₂+TiO₂+Gd₂O₃: 0 내지 5를 함유하는 광학 유리.

(3) 질량％로 B₂O₃: 48 내지 60, Li₂O: 5 내지 8, Y₂O₃: 7 내지 11, SiO₂: 0 내지 12, Al₂O₃: 0 내지 5, MgO+CaO+SrO+BaO: 0 내지 25, La₂O₃: 0 내지 15 및 ZrO₂+TiO₂+Gd₂O₃: 0 내지 3을 함유하는 광학 유리.

<발명의 효과>

본 발명의 광학 유리(이하, 간단하게 본 유리라 약칭함)는 원하는 굴절률 및 아베수를 가지며, 종래의 붕산염계 광학 유리에 비해 고굴절률 저분산이다. 즉, 동일한 아베수에서 비교한 경우에, 본 유리의 굴절률은 상기 종래의 광학 유리에 비해 0.01 정도 높다. 또한, 본 유리는 화학적 내구성, 내후성이 우수한 한편, 저온에서 용해시킬 수 있어 용해성이 우수하다. 또한, 저온에서 프레스 성형할 수 있기 때문에, 프레스 금형 및 그의 성형면 등에 형성되는 금형 보호막의 내구성이 향상되고 양산성이 우수하다. 또한, 저온에서 프레스 성형할 수 있기 때문에 프레스 성형의 사이클 시간 단축 등이 가능하다.

본 유리는 상기와 같은 특징을 갖기 때문에, 광학 유리 중에서도 특히 유리 렌즈를 프레스 성형하여 생산하는 경우에 적합한 것이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 유리는 B₂O₃, Li₂O, Y₂O₃를 필수 성분으로 한다. 본 유리의 각 성분 범위를 한정한 이유 등을 설명한다.

B₂O₃ 성분은 유리 형성 산화물이고, 본 발명에 있어서 유리화 범위를 넓게 하면서 저분산화시키는 데 필수적인 성분이다. B₂O₃량이 적으면 원하는 광학 특성이 얻어지기 어려워지기 때문에, 본 유리에서는 46 질량％(이하, 단순히 ％라 함) 이상이다. B₂O₃량이 47 ％ 이상이면 바람직하고, 48 ％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, B₂O₃량이 너무 많으면 화학적 내구성이 열악하기 때문에, 본 유리에서는 70 ％ 이하이다. B₂O₃량이 65 ％ 이하이면 바람직하고, 60 ％ 이하이면 더욱 바람직하다.

SiO₂ 성분은 B₂O₃와 동일하게 유리 형성 산화물이고, 본 유리에서는 필수 성분은 아니지만, 저분산을 유지하면서 유리의 화학적 내구성을 향상시키는 데 효과적인 성분이다. 상기 효과를 얻기 위해서는, SiO₂ 함유량은 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, SiO₂량이 너무 많으면 원하는 광학 특성이 얻어지기 어려워짐과 동시에, 유리 연화 온도가 상승하여 프레스 성형 온도가 상승한다. 따라서, SiO₂량은 46 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 25 ％ 이하로 하면 더욱 바람직하고, 12 ％ 이하로 하면 특히 바람직하다.

Li₂O 성분은 본 유리에 있어서 유리 전이점을 내리고, 프레스 성형 온도를 저하시키는 데 필수적인 성분이다. Li₂O량이 너무 적으면 프레스 성형 온도의 저하 효과가 얻어지기 어려워지기 때문에 3 ％ 이상으로 한다. Li₂O량을 4 ％ 이상으로 하면 바람직하고, 5 ％ 이상으로 하면 더욱 바람직하다. Li₂O량이 너무 많으면 화학적 내구성이 저하되기 때문에 10 ％ 이하로 한다. Li₂O량을 9 ％ 이하로 하면 바람직하고, 8 ％ 이하로 하면 더욱 바람직하다.

Na₂O, K₂O의 두 성분은 본 유리에서는 필수 성분은 아니지만, Li₂O와 동일하게 유리 전이점을 내리고, 프레스 성형 온도를 저하시키는 데 효과가 있는 성분이다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Na₂O 및 K₂O의 합량은 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Na₂O 및 K₂O의 합량이 너무 많으면 화학적 내구성이 저하되기 때문에, 20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 10 ％ 이하로 하면 더욱 바람직하고, 5 ％ 이하로 하면 특히 바람직하다.

Y₂O₃ 성분은 분산을 크게 하지 않고 굴절률을 높이고, 또한 화학적 내구성을 향상시키는 데 필수적인 성분이다. Y₂O₃량이 적으면 원하는 광학 항수가 얻어지기 어렵기 때문에, 본 유리에서는 5 ％ 이상으로 한다. Y₂O₃량이 6 ％ 이상이면 바람직하고, 7 ％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, Y₂O₃량이 많으면 유리의 용해 온도가 상승하여 용해성이 저하되기 때문에, 본 유리에서는 15 ％ 이하로 한다. Y₂O₃량이 12 ％ 이하이면 바람직하고, 11 ％ 이하이면 더욱 바람직하다.

La₂O₃ 성분은 본 유리에서는 필수 성분은 아니지만, Y₂O₃ 성분과 동일하게 분산을 크게 하지 않고 굴절률을 높이고, 또한 화학적 내구성을 향상시키는 데 효과가 있는 성분이다. 상기 효과를 얻기 위해서는 La₂O₃량을 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, La₂O₃량이 많으면 유리의 용해 온도가 상승하여 용해성이 저하되기 때문에 30 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 20 ％ 이하로 하면 더욱 바람직하다. La₂O₃량이 15 ％ 이하이면 특히 바람직하다.

Al₂0₃ 성분은 본 유리에서는 필수 성분은 아니지만, 유리의 화학적 내구성의 향상에 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Al₂0₃량을 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 함유량이 너무 많으면 원하는 광학 항수가 얻어지기 어려워짐과 동시에 유리의 용해성이 저하되기 때문에, 20 ％ 이하로 한다. Al₂0₃량을 10 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 5 ％ 이하로 하면 더욱 바람직하다.

MgO, CaO, SrO, BaO의 각 성분은 본 유리에서는 필수 성분은 아니지만, 굴절률을 향상시키는 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는, 함유량을 합량으로 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 합량이 너무 많으면 화학적 내구성이 저하되기 때문에, 본 유리에 있어서 상기 합량을 40 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 30 ％ 이하로 하면 더욱 바람직하고, 25 ％ 이하로 하면 특히 바람직하다.

ZrO₂, TiO₂, Gd₂O₃ 성분은 본 유리에서는 필수 성분은 아니지만, 화학적 내구성의 향상이나 유리의 실투를 방지하는 데 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는, 함유량을 합량으로 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 합량이 너무 많으면 아베수가 저하되어 고분산화되기 때문에, 본 유리에 있어서 상기 합량을 10 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 5 ％ 이하로 하면 더욱 바람직하고, 3 ％ 이하로 하면 특히 바람직하다.

Ta₂O₅, GeO₂, Ga₂O₃, Nb₂O₅, WO₃, TeO₂의 각 성분은 본 유리에서는 필수 성분은 아니지만, 굴절률을 향상시키는 데 효과가 있는 성분이다. 상기 효과를 얻기 위해서는, 함유량을 합량으로 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, 이들 합량이 너무 많으면 아베수가 저하되어 고분산화되고, 또한 이들 각 성분은 고가가 되기 때문에, 첨가하는 경우에도 10 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 합량이 5 ％ 이하이면 더욱 바람직하고, 상기 합량을 3 ％ 이하로 하면 특히 바람직하다.

P₂O₅ 성분은 본 유리에서는 필수 성분은 아니지만, 아베수를 올리는 데 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는, P₂O₅ 함유량을 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, P₂O₅량이 너무 많으면 화학적 내구성이 저하될 뿐 아니라 용해시의 휘발이 비교적 심하고, 균질한 유리를 제조하기 어려워지기 때문에, P₂O₅량은 20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 15 ％ 이하로 하면 더욱 바람직하다. 10 ％ 이하이면 더욱 바람직하지만, 본 유리에 P₂O₅ 성분을 포함하지 않으면 특히 바람직하다. F 성분도 P₂O₅ 성분과 유사한 효과 등이 있기 때문에, 포함하는 경우에는 동량 정도로 하면 바람직하다. 본 유리에 F 성분을 포함하지 않으면 더욱 바람직하다.

Sb₂O₃ 성분은 본 유리에서는 필수 성분은 아니지만, 본 유리 용융시의 청징제(淸澄劑)로서 첨가할 수 있다. 본 유리에 있어서 Sb₂O₃량은, 사용하는 경우에는 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 너무 많으면 광학 특성 등에 영향을 줄 우려도 있기 때문에, Sb₂O₃량으로서는 2 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1 ％ 이하로 하면 더욱 바람직하다.

ZnO, PbO 성분은 본 유리에서는 필수 성분은 아니지만, 유리를 연화시키는 데 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는, 함유량을 합량으로 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 환경면의 관점에서 상기 합계를 20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 10 ％ 이하로 하면 더욱 바람직하고, 5 ％ 이하로 하면 보다 바람직하다. 본 유리에 ZnO, PbO 성분을 포함하지 않는 것이 특히 바람직하다.

본 유리에 따르면, 굴절률(n_d)이 1.55 내지 1.69, 아베수(ν_d)가 55 내지 65인 광학 항수를 가지며, 화학적 내구성, 내후성 및 용해성이 우수하고, 저온에서 프레스 성형할 수 있는 B₂O₃를 많이 포함하는 광학 유리를 얻을 수 있다. 본 유리의 굴절률로서는, 1.60 이상이면 바람직하고, 1.62 이상이면 더욱 바람직하다.

또한, 본 유리의 아베수로서는 60 이상이면 바람직하고, 61.5 이상이면 더욱 바람직하다. 본 유리의 유리 전이 온도로서는 580 ℃ 이하이면 바람직하고, 560 ℃ 이하이면 더욱 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 실시예에 기초하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되지 않는다.

본 유리의 실시예를 표 1에 나타낸다. 예 2 내지 예 16이 본 유리의 실시예이고, 예 1이 본 유리의 비교예이다.

[화학 조성ㆍ시료 제조법]

하기 표 1에 나타내는 화학 조성(％)이 되도록 원료를 칭량하였다. 각 화학 성분의 원료로서는, B₂O₃의 경우에는 H₃BO₃를, CaO의 경우에는 CaCO₃를, SrO의 경우에는 SrCO₃를, Li₂O의 경우에는 Li₂CO₃를, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, MgO, La₂O₃, Y₂O₃, Gd₂O₃의 경우에는 산화물을 각각 사용하였다. 칭량한 원료를 교반기로 30 분간 건식 혼합하여 내용적 300 cm³의 백금 도가니 내에 넣고, 1100 내지 1300 ℃에서 2 내지 6 시간 용융, 청징, 교반 후, 약 550 ℃로 예열한 세로 200 mm×가로 50 mm의 장방형의 금형에 주입한 후, 약 1 ℃/분으로 서냉하여 샘플로 하였다.

[평가 방법]

굴절률(n_d)은 헬륨 d선에 대한 굴절률이고, 굴절률계(칼뉴 고가꾸 고교사 제조, 상품명: KRP-2)로 측정하였다. 또한, 굴절률(n_d)의 측정값에 대해서는, 소수점 이하 5째 자릿수까지 내고, 소수점 이하 3째 자릿수에서 반올림하여 기재하였다. 아베수(ν_d)는 ν_d=(n_d-1)/(n_F-n_C)로부터 구하였다. 또한, 상기 식으로부터 계산되는 아베수(ν_d)의 값에 대해서는, 소수점 이하 2째 자릿수에서 반올림하여 기재하였다. 여기서, n_F, n_C는 각각 수소 F선 및 수소 C선에 대한 굴절률이다. 유리 전이점(Tg)은 얻어진 각 유리 분말을 열 분석 장치(세이코 인스트루먼트사 제조, 상품명: EXSTAR6000 TG/DTA)에서 시차 열 분석(DTA)에 의해 승온 속도 10 ℃/분으로 측정하였다.

유리의 용해성 등에 대해서는 상기 샘플 제조시에 육안으로 관찰하고, 예 2 내지 예 16까지 문제가 없는 것을 확인하였다.

본 발명을 상세하게 또한 특정 실시 양태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 분명하다.

본 출원은 2006년 2월 21일 출원의 일본 특허 출원 제2006-044054호에 기초하는 것이며, 그의 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

본 유리에 따르면, 원하는 굴절률 및 아베수를 가지고, 화학적 내구성, 내후성이 우수한 한편, 저온에서 용해나 프레스 성형할 수 있기 때문에 용해성이 우수하고, 또한 프레스 금형 및 그의 성형면 등에 형성되는 금형 보호막의 내구성이나 프레스 성형의 사이클 시간 단축 등이 향상되고, 양산성이 우수하다. 광학 유리 중에서도, 특히 유리 렌즈를 프레스 성형하여 생산하는 경우에 적합한 것이다.

Claims (3)

1. 질량％로

   B₂O₃: 46 내지 70,

   Li₂O: 3 내지 10,

   Y₂O₃: 5 내지 15,

   SiO₂: 0 내지 46,

   Al₂O₃: 0 내지 20,

   MgO+CaO+SrO+BaO: 0 내지 40,

   La₂O₃: 0 내지 30 및

   ZrO₂+TiO₂+Gd₂O₃: 0 내지 10

   을 함유하는 광학 유리.
2. 질량％로

   B₂O₃: 47 내지 65,

   Li₂O: 4 내지 9,

   Y₂O₃: 6 내지 12,

   SiO₂: 0 내지 25,

   Al₂O₃: 0 내지 10,

   MgO+CaO+SrO+BaO : 0 내지 30,

   La₂O₃: 0 내지 20 및

   ZrO₂+TiO₂+Gd₂O₃: 0 내지 5

   를 함유하는 광학 유리.
3. 질량％로

   B₂O₃: 48 내지 60,

   Li₂O: 5 내지 8,

   Y₂O₃: 7 내지 11,

   SiO₂: 0 내지 12,

   Al₂O₃: 0 내지 5,

   MgO+CaO+SrO+BaO: 0 내지 25,

   La₂O₃: 0 내지 15 및

   ZrO₂+TiO₂+Gd₂O₃: 0 내지 3

   을 함유하는 광학 유리.