KR20090018815A

KR20090018815A - 광학 유리 및 그것을 이용한 렌즈

Info

Publication number: KR20090018815A
Application number: KR1020087030317A
Authority: KR
Inventors: 준 사사이; 나오끼 스기모또
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2009-02-23
Also published as: WO2007145173A1; CN101466647A; JPWO2007145173A1; TW200813467A; US20090093357A1

Abstract

본 발명은 산화물 기준의 질량％ 표시로, B₂O₃: 13 내지 27％, La₂O₃: 20 내지 35％, Gd₂O₃: 5 내지 25％, ZnO: 5 내지 20 ％, Li₂O: 0.5 내지 3％, Ta₂O₅: 0.5 내지 15％, 및 WO₃: 0.5 내지 10 ％를 함유하고, 또한 SiO₂와 B₂O₃의 합계 함유량과 ZnO와 Li₂O의 합계 함유량의 질량비인 (SiO₂+B₂O₃)/(ZnO+Li₂O)의 값이 1.35 내지 1.65인 광학 유리, 및 본 광학 유리로 이루어지는 렌즈를 제공한다.

고굴절률, 저분산성, 광학 유리, 렌즈

Description

광학 유리 및 그것을 이용한 렌즈{OPTICAL GLASS AND LENS USING THE SAME}

본 발명은 고굴절률이고 저분산성인 광학 유리 및 그것을 이용한 렌즈에 관한 것이다.

최근 들어, 고정밀미세하고 또한 소형의 디지털 카메라나 카메라가 부착된 휴대 전화 등의 보급에 의해, 광학계의 경량화·소형화의 요구가 급속히 높아지고 있다. 이들의 요구에 응하기 위해, 고기능성 유리제 비구면 렌즈를 사용한 광학 설계가 주류로 되어 있다. 특히, 고굴절률이고 저분산 특성을 나타내는 유리를 사용한 대구경의 비구면 렌즈는, 광학 설계상 중요한 것으로 되어 있다.

고굴절률이고 저분산 특성을 나타내는 유리로서는, 종래 B₂O₃, La₂O₃를 주성분으로 하는 유리가 알려져 있지만, 일반적으로 성형 온도가 높기 때문에 WC계의 금형 모재 상에 형성되어 있는 귀금속계 보호막의 수명이 짧고 성형 금형의 내구성이 짧다는 문제점이나 성형 사이클이 길고 생산성이 낮다는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위해서, B₂O₃, La₂O₃ 이외에 Li₂O를 주성분으로 하는 유리가 알려져 있지만, La₂O₃ 등의 희토류 원소를 다량으로 함유하기 때문에, 고온 성형 공정 중에 실투를 발생시키기 쉽다는 문제점이 있었다.

또한, 비구면 렌즈의 제조법으로서는, 생산성과 제조원가 면에서 프레스면을 연마하지 않고서 그대로 사용하는 정밀 프레스 성형법이 주류로 되어 있다. 정밀 프레스 성형에서는 프레스 성형 온도가 낮을수록 금형 내구성이 향상되고, 성형 사이클이 짧아 생산성이 높아지기 때문에, 성형 온도가 낮은 광학 유리가 요구된다.

성형 온도를 낮추기 위해서, 유리 성분으로서 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 성분의 함유량을 많게 하면, 광학 유리의 열팽창 계수가 커진다. 금형으로서 이용되는 WC나 세라믹 등은 광학 유리에 비하여 열팽창 계수가 상당히 작기 때문에, 성형 과정에서 금형과 광학 유리의 열팽창 계수의 차에 기인하는 열변형이 성형품인 광학 부품 중에 발생한다. 성형 변형에 의해 광학 특성이 변화하거나, 최악의 경우에는, 성형품에 균열 등의 결함이 발생한다. 따라서, 광학 유리에는 성형 온도가 낮아짐과 동시에 열팽창 계수도 낮을 것이 요구된다.

상기 문제를 해결하기 위해서, B₂O₃-SiO₂-La₂O₃-Gd₂O₃-ZnO-Li₂O-ZrO₂를 주성분으로 하고, n_d=1.75 내지 1.85, ν_d=40 내지 55인 유리가 특허 문헌 1에 제안되어 있지만, 성형 온도가 높다는 문제점이 있다.

또한, B₂O₃-La₂O₃-Gd₂O₃-ZnO-Li₂O를 필수 성분으로 하고, n_d=1.68 내지 1.8, ν_d=44 내지 53, 굴복점이 630℃ 이하이고, 고굴절률·저분산 특성을 나타내는 유리가 특허 문헌 2에 제안되어 있지만, 고온 성형 공정 중의 실투 특성에 문제가 있었다.

또한, B₂O₃-La₂O₃-ZnO-Ta₂O₅-WO₃를 주성분으로 하고 n_d=1.75 내지 1.85, ν_d≥35, 연화점이 700℃ 이하인 몰드 프레스 성형용 광학 유리가 특허 문헌 3에 제안되어 있지만, 광학 특성, 성형성 및 저열팽창성의 균형 면에서 아직 충분한 것이 아니다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2003-201143호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 제3458462호 공보

특허 문헌 3: 일본 특허 공개 제2005-15302호 공보

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

본 발명은 고굴절률·저분산성의 광학 특성을 갖고, 성형 온도가 낮고, 실투하기 어렵고, 성형성이 우수한 광학 유리의 제공을 목적으로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명자들은, 상기 과제를 검토하기 위해 예의 검토한 바, 이하에 나타내는 광학 유리 및 렌즈에 의해 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 본 발명은 이하의 광학 유리 및 렌즈를 제공한다.

(1) 산화물 기준의 질량％ 표시로, B₂O₃: 13 내지 27％, La₂O₃: 20 내지 35％, Gd₂O₃: 5 내지 25％, ZnO: 5 내지 20％, Li₂O: 0.5 내지 3％, Ta₂O₅: 0.5 내지 15％, 및 WO₃: 0.5 내지 10％를 함유하고, 또한 SiO₂와 B₂O₃의 합계 함유량과 ZnO와 Li₂O의 합계 함유량의 질량비인 (SiO₂+B₂O₃)/(ZnO+Li₂O)의 값이 1.35 내지 1.65인 광학 유리.

(2) 굴절률 n_d=1.75 내지 1.80, 아베수 ν_d=43 내지 48인, (1)에 기재된 광학 유리.

(3) n_d 및 ν_d가, n_d≥2.22-0.01×ν_d가 되는 관계를 만족시키는, (2)에 기재된 광학 유리.

(4) 유리 전이점(T_g)와 굴복점(At)으로 이루어지는 관계식 At+(At-T_g)/2에 의해서 정의되는 성형 온도(T_p)의 값이 640℃ 이하이고, 또한 액상 온도(T_L)가 1000℃ 이하인, (1) 내지 (3)에 기재된 광학 유리.

(5) 평균 열팽창 계수(α)가 66×10^-7 내지 84×10^-7 K^-1인, (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 광학 유리.

(6) (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 광학 유리로 이루어지는 렌즈.

<발명의 효과>

본 발명의 광학 유리(이하, 본 유리라고 함)는 고굴절률로서 바람직하게는 굴절률 n_d=1.75 내지 1.80이고, 저분산성으로서 바람직하게는 아베수 ν_d=43 내지 48이다. 또한, 본 유리는 바람직하게는 굴절률과 아베수가 n_d≥2.22-0.01×ν_d가 되는 관계를 만족시킴으로써, 굴절률과 분산성의 균형이 특히 좋아진다.

또한, 본 유리는 성형 온도가 650℃로 낮고, 더구나 실투가 발생되지 않는 최고 온도인 액상 온도가 1000℃ 이하로 낮기 때문에, 프레스 성형성이 우수하다. 또한, 본 유리의 평균 열팽창 계수는, α=66 내지 84(×10^-7 K^-1)로 동계통의 광학 유리에 비하여 낮기 때문에, WC계 등의 프레스 금형과의 열팽창 계수의 차가 작아, 열변형에 기인하는 성형품의 불량품 발생률을 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 이러한 것들에 의해 렌즈 등의 광학 제품을 생산성 좋게 제조할 수 있어, 제조 원가의 절감에도 공헌한다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 유리의 각 성분 범위를 설정한 이유를 이하에 설명한다.

본 유리에 있어서, B₂O₃은 유리 골격을 형성하고, 또한 액상 온도 T_L을 저하시키는 성분으로서, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, B₂O₃ 함유량은 13 내지 27 질량％(이하, 질량％를 간단히 ％라 함)이다. B₂O₃ 함유량이 13％ 미만이면, 유리화가 곤란해지거나 또는 액상 온도 T_L이 높아진다. 액상 온도 T_L을 낮게 하기 위해서는 B₂O₃ 함유량을 15％ 이상으로 하면 바람직하고, B₂O₃ 함유량이 16％ 이상이면 보다 바람직하고, 17％ 이상이면 더욱 바람직하다. B₂O₃ 함유량이 18％ 이상이면 액상 온도가 저하됨과 함께, 아베수를 44 내지 47.5로 높게 할 수 있기 때문에 특히 바람직하다.

한편, 본 유리에서는 B₂O₃ 함유량이 27％를 초과하면, 굴절률 n_d가 낮아지거나 또는 내수성 등의 화학적 내구성이 저하될 우려도 있다. 본 유리에 있어서, B₂O₃ 함유량이 25％ 이하이면 바람직하고, 굴절률 n_d를 1.76 내지 1.80으로 높게 하고자 하는 경우에는 B₂O₃ 함유량을 23％ 이하로 하면 바람직하고, B₂O₃ 함유량이 22％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, ZnO는 유리를 안정화시키고, 성형 온도 또는 용해 온도를 저하시키는 성분으로서, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, ZnO 함유량은 5 내지 20％이다. ZnO 함유량이 5％ 미만이면 유리가 불안정해지거나, 성형 온도가 높아질 우려가 있다. ZnO 함유량이 7％ 이상이면 바람직하고, 9％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 본 유리에 있어서, ZnO 함유량이 20％를 초과하면, 유리의 안정성이 나빠지고, 또한 화학적 내구성도 저하될 우려가 있다. ZnO 함유량이 19％ 이하이면 바람직하고, ZnO 함유량이 18％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, La₂O₃은 굴절률 n_d를 높게 하고, 화학적 내구성을 향상시키는 성분으로서, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, La₂O₃ 함유량은 20 내지 35％이다. La₂O₃ 함유량이 20％ 미만이면 굴절률 n_d가 너무 낮아질 우려가 있다. La₂O₃ 함유량이 22％ 이상이면 바람직하고, La₂O₃ 함유량이 24％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, La₂O₃ 함유량이 35％를 초과하면 유리화하기 어려워져서 성형 온도가 높아지거나, 액상 온도 T_L이 높아질 우려가 있다. La₂O₃ 함유량이 33％ 이하이면 바람직하고, La₂O₃ 함유량이 31％ 이하이면 보다 바람직하다.

본 유리에 있어서, Gd₂O₃은 La₂O₃와 마찬가지로 굴절률 n_d를 높게 하고, 화학적 내구성을 향상시키는 성분으로서, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서 Gd₂O₃ 함유량은 5 내지 25％이다. Gd₂O₃ 함유량이 5％ 미만이면 굴절률 n_d가 낮아진다. Gd₂O₃ 함유량이 8％ 이상이면 바람직하고, Gd₂O₃ 함유량이 10％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, Gd₂O₃ 함유량이 25％를 초과하면 유리화하기 어려워져서 성형 온도가 높아지거나, 액상 온도 T_L이 높아질 우려가 있다. Gd₂O₃ 함유량이 22％ 이하이면 바람직하고, Gd₂O₃ 함유량이 19％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, La₂O₃ 함유량 및 Gd₂O₃ 함유량의 합량은, 35 내지 50％이면 바람직하다. 상기 합량이 35％ 미만이면, 굴절률 n_d가 낮아지거나 또는 화학적 내구성이 낮아질 우려가 있다. 상기 합량이 38％ 이상이면 바람직하고, 상기 합량이 40％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 상기 합량이 50％를 초과하면 유리화하기 어려워져서 성형 온도가 높아지거나, 액상 온도 T_L이 높아질 우려가 있다. 상기 합량이 47％ 이하이면 바람직하고, 상기 합량이 45％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, Li₂O는 유리를 안정화시키고, 성형 온도, 용해 온도를 저하시키는 성분으로서, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, Li₂O 함유량은 0.5 내지 3％이다. Li₂O 함유량이 0.5％ 미만이면 성형 온도 또는 용해 온도가 너무 높아질 우려가 있다. Li₂O 함유량이 1.1％ 이상이면 바람직하고, Li₂O 함유량이 1.3％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, Li₂O 함유량이 3％를 초과하면 실투하기 쉬워지고, 화학적 내구성의 저하나 용해시의 성분의 휘산이 심해질 우려가 있다. Li₂O 함유량이 2.5％ 이하이면 바람직하고, Li₂O 함유량이 2.3％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, Ta₂O₅는 유리를 안정화시키고, 굴절률 n_d를 높이고, 고온 성형 시의 실투를 억제하는 성분으로서, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, Ta₂O₅ 함유량은 0.5 내지 15％이다. Ta₂O₅ 함유량이 0.5％ 미만이면 굴절률 n_d가 너무 낮아지거나, 액상 온도 T_L이 너무 높아질 우려가 있다. Ta₂O₅ 함유량이 1.5％ 이상이면 바람직하고, Ta₂O₅ 함유량이 2.5％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, Ta₂O₅ 함유량이 15％를 초과하면, 성형 온도가 너무 높아지거나, 아베수 ν_d가 너무 작아질 우려가 있다. Ta₂O₅ 함유량이 13％ 이하이면 바람직하고, Ta₂O₅ 함유량이 12％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, WO₃은 유리를 안정화시키고, 굴절률 n_d를 높이고, 고온 성형 시의 실투를 억제하는 성분으로서, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, WO₃ 함유량은 0.5 내지 10％이다. WO₃ 함유량이 0.5％ 미만이면 굴절률 n_d가 낮아지고, 액상 온도 T_L이 높아질 우려가 있다. WO₃ 함유량이 1.5％ 이상이면 바람직하고, WO₃ 함유량이 2.5％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, WO₃ 함유량이 10％를 초과하면 성형 온도가 높아지고, 아베수 ν_d가 작아질 우려가 있다. WO₃ 함유량이 8％ 이하이면 바람직하고, WO₃ 함유량이 7％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, SiO₂는 필수 성분은 아니지만, 유리를 안정화시키기 위해 또는 고온 성형 시의 실투를 억제하는 것 등을 위해 0 내지 15％ 함유할 수도 있다. SiO₂ 함유량이 15％를 초과하면, 성형 온도가 너무 높아지거나, 굴절률 n_d가 너무 낮아질 우려가 있다. SiO₂ 함유량이 12％ 이하이면 보다 바람직하고, SiO₂ 함유량이 10％ 이하이면 더욱 바람직하다. 한편, 고온 성형 시의 실투를 억제하거나 또는 점성을 조정하고자 하는 경우에는, SiO₂ 함유량을 2％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, SiO₂ 함유량이 4％ 이상이면 더욱 바람직하다.

본 발명자들은 유리의 망상 형성 산화물 성분인 B₂O₃ 함유량 및 SiO₂ 함유량의 합량과, 1 또는 2가의 유리의 수식 산화물 성분인 Li₂O 함유량 및 ZnO 함유량의 합량의 질량비 (SiO₂+B₂O₃)/(ZnO+Li₂O)(이하, 망상 수식비라 함)를 특정한 값으로 조정함으로써, 낮은 성형 온도와 낮은 액상 온도를 양립시킬 수 있다는 것을 발견하였다.

본 유리에 있어서는, 망상 수식비는 1.35 내지 1.65이다. 망상 수식비가 1.35 미만 또는 1.65를 초과하면, 낮은 성형 온도와 낮은 액상 온도의 양립이 어려워진다. 망상 수식비의 하한이 1.38 이상이면 보다 바람직하고, 1.40 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 망상 수식비의 상한이 1.64 이하이면 보다 바람직하고, 1.63 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, ZrO₂는 필수 성분은 아니지만, 유리를 안정화시키고, 굴절률 n_d를 높이고, 고온 성형 시의 실투를 억제하는 것 등을 위해 0 내지 5％ 함유할 수도 있다. ZrO₂ 함유량이 5％를 초과하면 성형 온도가 너무 높아지거나, 아베수 ν_d가 너무 작아질 우려가 있다. ZrO₂ 함유량이 4％ 이하이면 보다 바람직하고, ZrO₂ 함유량이 3％ 이하이면 더욱 바람직하다. 한편, 첨가의 효과를 얻기 위해서는, ZrO₂ 함유량이 0.2％ 이상이면 보다 바람직하고, ZrO₂ 함유량이 0.4％ 이상이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, TiO₂는 필수 성분은 아니지만, 유리를 안정화시키고, 굴절률 n_d를 높이고, 고온 성형 시의 실투를 억제하는 것 등을 위해 0 내지 5％ 함유할 수도 있다. TiO₂ 함유량이 5％를 초과하면, 아베수 ν_d가 너무 작아지거나 또는 투과율이 저하될 우려가 있다. TiO₂ 함유량이 3％ 이하이면 보다 바람직하다.

본 유리에 있어서, Nb₂O₅는 필수 성분은 아니지만, 유리를 안정화시키고, 굴절률 n_d를 높이고, 고온 성형 시의 실투를 억제하는 것 등을 위해 0 내지 10％ 함유할 수도 있다. Nb₂O₅ 함유량이 10％를 초과하면, 아베수 ν_d가 너무 작아지거나 또는 투과율이 저하할 우려가 있다. 바람직하게는 Nb₂O₅ 함유량이 7％ 이하이다.

본 유리에 있어서, Y₂O₃, Yb₂O₃은 모두 필수 성분은 아니지만, 굴절률 n_d를 높이고, 고온 성형 시의 실투를 억제하는 것 등을 위해 0 내지 10％ 함유할 수도 있다. 이들 함유량이 10％를 초과하면, 유리가 오히려 불안정해지고, 성형 온도가 너무 높아질 우려가 있다. Y₂O₃, Yb₂O₃의 함유량이 7％ 이하이면 바람직하다.

본 유리에 있어서, Al₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂, P₂O₅는 모두 필수 성분은 아니지만, 유리를 안정화시키고, 굴절률 n_d를 조정하는 것 등의 목적으로 O 내지 10 ％ 함유할 수도 있다. Al₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂, P₂O₅의 함유량이 10％를 초과하면, 아베수 ν_d가 너무 낮아질 우려가 있다. Al₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂, P₂O₅의 함유량이 8％ 이하이면 보다 바람직하고, 6％ 이하이면 더욱 바람직하다.

또한, 본 유리에 있어서, SiO₂, Al₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂를 함유하는 경우에는, SiO₂, Al₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂와 B₂O₃의 각 함유량의 합량이 15 내지 35％이면 바람직하다. 상기 합량이 15％ 미만이면 유리화가 곤란해질 우려나 액상 온도 T_L이 높아질 우려가 있다. 상기 합량이 18％ 이상이면 보다 바람직하고, 상기 합량이 22％ 이상이면 더욱 바람직하다.

한편, SiO₂, Al₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂, B₂O₃의 각 함유량의 합량이 35％를 초과하면, 굴절률 n_d가 낮아지거나 또는 성형 온도가 높아질 우려가 있다. 상기 합량이 32％ 이하이면 보다 바람직하고, 상기 합량이 29％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, BaO, SrO, CaO, MgO는 모두 필수 성분은 아니지만, 유리를 안정화시키고 아베수 ν_d를 크게 하거나, 또는 성형 온도를 낮게 하고 비중을 작게 하는 것 등을 위해 각각 0 내지 15％ 함유할 수도 있다. BaO, SrO, CaO, MgO의 각각의 함유량이 15％를 초과하면, 유리가 불안정해지거나 또는 굴절률 n_d가 낮아지는 것 등의 우려가 있다.

또한, BaO, SrO, CaO, MgO를 함유하는 경우에는, BaO, SrO, CaO, MgO와 ZnO의 각 함유량의 합량이 5 내지 25％인 것이 바람직하다. 상기 합량이 5％ 미만이면 유리가 불안정해지거나, 성형 온도가 너무 높아진다. 상기 합량이 8％ 이상이면 보다 바람직하고, 상기 합량이 10％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 상기 합량이 25％를 초과하면 유리가 오히려 불안정해지고, 굴절률 n_d가 낮아지고, 화학적 내구성이 낮아지는 것 등의 우려가 있다. 상기 합량이 21％ 이하이면 보다 바람직하고, 상기 합량이 18％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, 고온 성형 시의 실투를 보다 억제하고자 하는 것 등의 경우, B₂O₃: 15 내지 25％, La₂O₃: 22 내지 33％, Gd₂O₃: 8 내지 22％, ZnO: 7 내지 19％, Li₂O: 1.1 내지 2.5％, Ta₂O₅: 1.5 내지 13％, WO₃: 1.5 내지 8％, 또한 망상 수식비가 1.38 내지 1.64인 것이 바람직하다. 이 조성에 추가로 SiO₂를 2 내지 12％ 함유시키거나, ZrO₂ 및/또는 TiO₂를 0.2 내지 4％ 함유시키면 실투 억제 효과가 보다 확실한 것으로 되기 때문에 바람직하다.

본 유리는 본질적으로 상기 성분을 포함하지만, 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 그 밖의 성분을 함유할 수도 있다. 그와 같은 성분을 함유하는 경우 이들 성분의 함유량의 합계는, 바람직하게는 10％ 이하, 보다 바람직하게는 8％ 이하, 더욱 바람직하게는 6％ 이하이다.

예를 들면, 청징 등의 목적으로, 본 유리에 Sb₂O₃을 예를 들면 0 내지 1％ 함유할 수도 있다. 또한, 유리를 보다 안정화시키고, 굴절률 n_d의 조정, 비중 조정, 용해 온도의 저하 등의 목적을 위하여, Na₂O, K₂O, Rb₂O 또는 Cs₂O의 각 성분을 합량으로 0 내지 5％ 함유할 수도 있다. Na₂O, K₂O, Rb₂O 또는 Cs₂O의 각 성분의 합량이 5％를 초과하면, 유리가 불안정해지거나, 굴절률 n_d가 낮아지거나, 경도가 작아지거나 또는 화학적 내구성이 저하될 우려가 있다. 또한, 경도 또는 화학적 내구성을 중시하는 경우에는, Na₂O, K₂O, Rb₂O 또는 Cs₂O의 각 성분을 모두 함유하지 않는 것이 바람직하다.

본 유리에 있어서, 상기 이외의 임의 성분으로서는, 각각의 요구 특성에 따라서 선택할 수 있다. 예를 들면, 고굴절률 n_d와 저 유리 전이점 T_g를 중시하는 경우에는, SnO₂를 0 내지 4％까지 함유할 수도 있다. 마찬가지로, 고굴절률을 중시하는 경우에는, TeO₂ 및/또는 Bi₂O₃를 단독으로 또는 합량으로 0 내지 6％ 함유할 수도 있다. TeO₂ 및/또는 Bi₂O₃의 함유량이 6％를 초과하면 유리가 불안정해지고, 투과율이 현저히 저하할 우려가 있다. 다만, 아베수 ν_d를 크게 하고자 하는 경우에는, TeO₂ 또는 Bi₂O₃ 모두 함유하지 않는 것이 바람직하다.

본 유리에 있어서는, 환경 면에서의 부하를 감소시키기 위해서, 성분으로서 납(PbO), 비소(As₂O₃), 탈륨(Tl₂O) 모두 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 불소를 함유하면, 열팽창 계수를 크게 하여 이형성, 성형성에 악영향을 제공하는 것 외에 성분이 휘산하기 쉽기 때문에, 광학 유리의 조성이 불균일하게 되기 쉽고, 이형막 등 금형의 내구성을 저하시키는 것 등의 문제가 있기 때문에, 본 유리에서는 불소도 실질상 함유하지 않는 것이 바람직하다.

본 유리에 있어서는, 착색의 방지 등의 이유에 의해, Fe₂O₃을 함유하지 않는 것이 바람직하지만, 통상은 원료로부터 불가피하게 혼입된다. 그 경우에도, 본 유리에 있어서 Fe₂O₃ 함유량은 0.0001％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 유리의 광학 특성으로서는, 굴절률 n_d가 1.75 내지 1.80이면 바람직하다. 굴절률 n_d가 1.75 미만이면, 렌즈의 소형화에는 적합하지 않고, 굴절률 n_d가 1.76 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 본 유리의 굴절률 n_d가 1.80를 초과하면 아베수가 너무 작아져서 바람직하지 않다. 본 유리의 굴절률 n_d로서는 1.79 이하이면 더욱 바람직하다. 본 유리의 아베수 ν_d는, 굴절률 n_d가 1.75 내지 1.80인 경우에는, 43 내지 48이면 바람직하다. 본 유리의 아베수 ν_d는, 굴절률 n_d가 1.76 내지 1.79인 경우에는, 44 내지 47이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, 굴절률 n_d와 아베수 ν_d 사이에 특정한 관계가 있으면, 양자의 균형이 잡혀져서 광학 설계상 바람직하다. 즉, 아베수 ν_d와 굴절률 n_d를 2차원 상에 플롯하고, (ν_d, n_d)=(43, 1.79), (48, 1.74)를 연결하는 직선(n_d=2.22-0.01×ν_d)보다 상측의 영역 (n_d≥2.22-0.01×ν_d)에 본 유리의 광학 특성점이 있는 것이 바람직하다. 본 유리의 광학 특성점이 (ν_d, n_d)=(43, 1.80), (48, 1.74)를 연결하는 직선(n_d=2.316-0.012×ν_d)보다 상측의 영역(n_d≥2.316-0.012×ν_d)에 있으면, 더욱 바람직하다.

본 명세서에 있어서는, 성형 온도 T_p는 유리 전이 온도 T_g와 굴복점 At로부터, T_p=At+(At-T_g)/2로 산출되는 값을 말하는 것으로 한다.

본 유리의 성형 온도 T_p는, 640℃ 이하이면 정밀 프레스 성형하기 쉽기 때문에 바람직하다. 성형 온도 T_p가 640℃를 초과하면, 프레스 성형 시에 피성형물인 프리폼의 일부 성분이 휘산하여 형재, 이형막의 손상 등을 야기하여, 금형의 내구성이 저하되는 것 외에 프레스 성형의 생산성 그 자체도 저하될 우려가 있다. 본 유리의 성형 온도 T_p로서는 635℃ 이하이면 보다 바람직하고, 630℃ 이하이면 더욱 바람직하다.

광학 유리의 열팽창 계수는, 평균 열팽창 계수 α로서, 66×10^-7 내지 84×10^-7 K^-1인 것이 바람직하다. 이것은, 금형의 평균 열팽창 계수, 예를 들면 WC계에서는 40 내지 50×10^-7 K^-1이지만, 그것과 광학 유리의 평균 열팽창 계수의 차가 작을수록 바람직하기 때문이다. 본 유리에 있어서는, 평균 열팽창 계수 α가 84×10^-7 K^-1을 초과하면 프레스 성형 시에 균열 등의 결함이 발생하기 쉬워지고, 또한 균열 등을 회피하기 위한 가압 조건을 온화하게 하면 싱크 마크(sink mark)에 의해 형상 전사성 등이 저하된다. 본 유리에 있어서, 평균 열팽창 계수 α가 83×10^-7 K^-1 이하이면 보다 바람직하고, 82×10^-7 K^-1 이하이면 더욱 바람직하다.

한편, 광학 유리의 평균 열팽창 계수 α가 너무 작아지면, 프레스 성형의 냉각 과정에서 금형과 광학 부품이 이형하기 어려워져서, 최악의 경우에는 광학 부품이 금형에 고착하여 성형품 불량이 될 우려도 있다. 따라서, 본 유리에서는, 평균 열팽창 계수 α로서는 66×10^-7 K^-1 이상이 바람직하다. 또한, 본 유리에 있어서, 평균 열팽창 계수 α는 67×10^-7 K^-1 이상이 보다 바람직하고, 68×10^-7 K^-1 이상이면 더욱 바람직하다. 또한, 본 명세서에서는, 평균 열팽창 계수 α란 50 내지 350℃의 온도 범위에서의 평균 선팽창 계수를 의미한다.

본 유리의 액상 온도 T_L은 1000℃ 이하이면 바람직하다. 액상 온도 T_L이 1000℃를 초과하면 고온 성형 시에 피성형물이 실투하기 쉬워진다. 본 유리의 액상 온도 T_L이 990℃ 이하이면 보다 바람직하고, 980℃ 이하이면 더욱 바람직하다. 또한, 액상 온도 T_L은, 특정 온도로 유지한 경우에 유리 융액으로부터 결정 고화물이 생성되지 않는 최고 온도로서 정의된다.

본 유리는 상기한 바와 같은 특성을 갖기 때문에 광학 설계가 쉬워, 광학 부품, 특히 디지털 카메라 등에 이용되는 비구면 렌즈에 바람직하다.

이하, 본 발명의 구체적인 양태를 실시예(예 1 내지 27) 및 비교예(예 28 내지 32)에 의해 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.

원료 제조법으로서는, 표에 나타내는 조성의 유리가 얻어지도록 하기 원료를 조합하여 백금제 도가니에 넣고, 1100 내지 1300℃에서 1시간 용해하였다. 이 때 백금제 교반기에 의해 0.5시간 교반하여 용융 유리를 균질화하였다. 균질화된 용융 유리는 흘려내려 판형상으로 성형한 후, T_g+10℃의 온도에서 4시간 유지한 후, -1℃/분의 냉각 속도로 실온까지 서냉하였다. 또한, 표중, 「-」로 표시하는 부분은, 해당 성분이 없는 것을 나타낸다.

원료로서는, 산화붕소, 산화알루미늄, 탄산리튬, 탄산나트륨, 이산화지르코늄, 산화아연, 산화마그네슘, 탄산칼슘, 탄산바륨, 탄산스트론튬 및 산화안티몬으로서, 간토 가가꾸사 제조의 특급 시약을 사용하였다. 산화란탄, 산화가돌리늄 및 산화이트륨으로서 신에쓰 가가꾸 고교사 제조의 순도 99.9％의 시약을 사용하였다. 산화 탄탈, 이산화규소, 산화 텅스텐, 산화니오븀 및 산화비스무스로서, 고쥰도 가가꾸 겐뀨쇼사 제조의 순도 99.9％ 이상의 시약을 사용하였다.

얻어진 유리에 관해서, 유리 전이점 T_g, 굴복점 At(단위: ℃), 50 내지 350℃에서의 평균 선팽창 계수 α(단위: 10^-7 K^-1), 파장 587.6 nm(d선)에 있어서의 굴절률 n_d, 아베수 ν_d, 액상 온도 T_L(단위: ℃) 및 비중 d를 측정하였다. 이들 측정법을 이하에 진술한다.

열적 특성(T_g, At, α): 직경 5 mm, 길이 20 mm의 원주 형상으로 가공한 샘플을, 열기계 분석 장치(맥사이언스사 제조, 상품명: DILATOMETER5000)를 이용하여 5℃/분의 승온 속도로 측정하였다.

광학 특성(n_d, ν_d): 1변이 20 mm, 두께가 10 mm인 직방체 형상으로 가공한 샘플을 정밀 굴절률계(칼뉴 고우가꾸사 제조, 상품명: KPR-2)에 의해 측정하였다. n_d와 ν_d의 관계가 n_d≥2.22-0.01×ν_d를 만족시키는 것에 대해서 ○, 보이지 않는 것을 ×로 하였다. 또한, 측정치는 소수점 이하 5자릿수째까지 구하고, 굴절률 n_d에 대해서는 소수점 이하 3자릿수째에서 반올림하여 기재하고, 아베수 ν_d에 관해서는 소수점 이하 2자릿수째에서 반올림하여 기재하였다.

액상 온도 T_L: 1변이 10 mm인 입방체 형상으로 가공한 샘플을 백금제의 접시에 싣고, 일정 온도로 설정한 전기로 내에서 1시간 정치한 후에 취출한 것을 10배의 광학 현미경으로 관찰하고, 결정의 석출이 보이지 않는 최고 온도를 T_L로 하였다. 액상 온도 T_L이 1000℃를 초과하는 것은 「1000 초과」라고 표기하였다.

비중: 1변이 20 mm, 두께가 10 mm인 직방체 형상으로 가공한 샘플을, 정밀 비중계(시마즈 세이사꾸쇼 제조, 상품명: SGM300P)를 이용하여 측정하였다.

실투 특성으로서 1000℃의 액상 온도에서 실투의 석출이 보이지 않는 양호한 것을 ○, 보인 것을 ×로 하였다.

본 발명을 상세히 또한 특정한 실시 양태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 분명하다.

본 출원은, 2006년 6월 13일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2006-163458)에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 취입한다.

본 유리는, 균형이 잡힌 광학 특성을 갖고, 바람직하게는 굴절률 n_d=1.75 내지 1.80, 아베수 ν_d=43 내지 48인 광학 유리이며, 더구나 성형성이 우수하다. 따라서, 본 발명에 의해 디지털 카메라 등의 광학 부품으로서 바람직한 광학 유리를 제공할 수 있다.

Claims

산화물 기준의 질량％ 표시로,

B₂O₃: 13 내지 27％,

La₂O₃: 20 내지 35％,

Gd₂O₃: 5 내지 25％,

ZnO: 5 내지 20％,

Li₂O: 0.5 내지 3％,

Ta₂O₅: 0.5 내지 15％, 및

WO₃: 0.5 내지 10％를 함유하고, 또한

SiO₂와 B₂O₃의 합계 함유량과 ZnO와 Li₂O의 합계 함유량의 질량비인 (SiO₂+B₂O₃)/(ZnO+Li₂O)의 값이 1.35 내지 1.65인 광학 유리.
제1항에 있어서, 굴절률 n_d=1.75 내지 1.80, 아베수 ν_d=43 내지 48인 광학 유리.
제2항에 있어서, n_d 및 ν_d가, n_d≥2.22-0.01×ν_d가 되는 관계를 만족시키는 광학 유리.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 전이점(T_g)과 굴복점(At)으로 이루어지는 관계식 At+(At-T_g)/2에 의해서 정의되는 성형 온도(T_p)의 값이 640℃ 이하이고, 또한 액상 온도(T_L)가 1000℃ 이하인 광학 유리.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 열팽창 계수(α)가 66×10^-7 내지 84×10^-7 K^-1인 광학 유리.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 이루어지는 렌즈.