KR20160038848A - 유리, 프레스 성형용 유리 소재, 광학 소자 블랭크, 및 광학 소자 - Google Patents

유리, 프레스 성형용 유리 소재, 광학 소자 블랭크, 및 광학 소자 Download PDF

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KR20160038848A KR1020150137421A KR20150137421A KR20160038848A KR 20160038848 A KR20160038848 A KR 20160038848A KR 1020150137421 A KR1020150137421 A KR 1020150137421A KR 20150137421 A KR20150137421 A KR 20150137421A KR 20160038848 A KR20160038848 A KR 20160038848A
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Abstract

[과제] 1.75 ∼ 1.80 범위의 굴절률 nd 및 47 ∼ 52 범위의 아베수 νd 를 갖고, 안정 공급이 가능하고, 높은 제조 수율을 달성할 수 있는 유리를 제공하는 것.
[해결 수단] La2O3, Y2O3, ZrO2, ZnO 및 Nb2O5, 그리고 B2O3 및 SiO2 의 일방 또는 양방을 적어도 함유하고, 질량% 표시로, B2O3 과 SiO2 의 합계 함유량이 28 ∼ 38 %, La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 의 합계 함유량이 48 ∼ 60 %, Gd2O3 함유량이 3 % 미만, Yb2O3 함유량이 2 % 미만, ZrO2 함유량이 2 ∼ 14 %, WO3 함유량이 1 % 미만, MgO, CaO, SrO 및 BaO 의 합계 함유량이 5 % 이하, 질량비 ((La2O3 + Y2O3)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)) 이 0.94 이상, ((La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)/(B2O3 + SiO2)) 가 1.9 이하, ((Nb2O5/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + Nb2O5 + TiO2 + WO3)) 이 0.003 이상, (ZnO/(ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 가 0.2 ∼ 1.4, (ZnO/Y2O3) 이 0.30 이상, ((Li2O + ZnO)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 가 0.11 이하, nd 가 1.75 ∼ 1.80 의 범위, νd 가 47 ∼ 52 의 범위인 유리.

Description

유리, 프레스 성형용 유리 소재, 광학 소자 블랭크, 및 광학 소자{GLASS, GLASS MATERIAL FOR PRESS MOLDING, OPTICAL ELEMENT BLANK, AND OPTICAL ELEMENT}
본 발명은 유리, 프레스 성형용 유리 소재, 광학 소자 블랭크 및 광학 소자에 관한 것이다. 상세하게는 굴절률 nd 가 1.75 ∼ 1.80 의 범위이고, 또한 아베수 νd 가 47 ∼ 52 의 범위인 유리, 그리고 이 유리로 이루어지는 프레스 성형용 유리 소재, 광학 소자 블랭크 및 광학 소자에 관한 것이다.
카메라 렌즈 등의 촬상 광학계나 프로젝터 등의 투사 광학계 등의 광학계를 구성하는 광학 소자 재료로서, 1.75 ∼ 1.80 범위의 굴절률 nd 및 47 ∼ 52 범위의 아베수 νd 를 갖는 고굴절률·저분산 광학 유리가 사용되고 있다. 예를 들어 특허문헌 1 ∼ 10 에 그러한 고굴절률·저분산 광학 유리가 기재되어 있다. 또한 이하에 있어서, 굴절률, 아베수는 특별히 기재하지 않는 한, d 선에 대한 굴절률 nd, d 선에 대한 아베수 νd 를 말하는 것으로 한다.
일본 공개특허공보 소61-219738호 일본 공개특허공보 2004-231501호 WO2013/034082 일본 공개특허공보 소59-195553호 일본 공개특허공보 소55-116641호 일본 공개특허공보 소56-041850호 일본 공개특허공보 2005-239544호 일본 공개특허공보 2007-269584호 일본 공개특허공보 2008-222479호 US2009/0088310 A1
유리 성분 중에서, 희토류 산화물은 분산을 크게 높이지 않고 (아베수를 크게 내리지 않고) 굴절률을 높일 수 있기 때문에, 고굴절률·저분산 유리를 제조하기 위해서 유용한 성분으로 되어 있다. 그 때문에 특허문헌 1 ∼ 3 에 기재된 광학 유리는 모두 희토류 산화물의 1 종 이상을 함유하고 있다. 희토류 산화물 중에서도 Gd2O3 은 고굴절률·저분산 특성의 부여와 유리의 착색 억제에 기여할 수 있는 성분으로서 알려져 있고, 예를 들어 특허문헌 1 에는 Gd2O3 을 3.0 질량% 이상 함유하는 광학 유리가 개시되어 있다. 그러나 Gd2O3 을 함유하는 광학 유리를 제조하기 위한 Gd 화합물은 중희토류 금속 화합물에 속하고, 희토류 화합물 중에서도 특히 고가이며, 예를 들어 마찬가지로 희토류인 La, Y 화합물의 4 배 이상의 고가로 시장에 유통되고 있다. 그 때문에 고굴절률·저분산 광학 유리를 저가격으로 안정 공급하기 위해서는 Gd2O3 함유량을 저감하는 것이 바람직하다.
한편, 특허문헌 3 의 실시예에는 Gd2O3 을 함유하지 않는 광학 유리가 개시되어 있다. 이것은 본 발명자의 검토에 의하면, 특허문헌 3 에 기재된 광학 유리는 제조 수율이 낮다는 과제가 있다. 이것은, 다음의 이유에 의한다. 특허문헌 3 에 기재된 광학 유리는, 유리를 용융시킬 때, 원료가 완전이 녹지 않고, 원료의 일부가 유리 중에 남아 버린다. 이와 같이 유리 중에 남은 원료는 미용해물이라고 한다. 광학 유리에는 균질성이 요구되기 때문에, 제조된 유리의 미용해물이 존재하는 부분은 불량품이 되어 파기해야만 하고, 제조 수율이 저하되어 버린다.
본 발명자의 검토에 의하면, 상기와 동일한 과제는 특허문헌 4, 6 ∼ 10 에 기재되어 있는 광학 유리에도 존재한다.
또, 본 발명자들의 검토에 의하면, 특허문헌 5 에 기재되어 있는 광학 유리에도 제조 수율이 낮다는 과제가 있다. 이것은 유리 제조시에 결정화되기 쉬운 것이 이유이다.
이상과 같이, 종래의 1.75 ∼ 1.80 범위의 굴절률 nd 및 47 ∼ 52 범위의 아베수 νd 를 갖는 고굴절률·저분산 광학 유리에는 안정 공급 및 제조 수율면에서 추가적인 개선이 요청된다.
본 발명의 일 양태는 1.75 ∼ 1.80 범위의 굴절률 nd 및 47 ∼ 52 범위의 아베수 νd 를 갖고, 안정 공급이 가능하며, 높은 제조 수율을 달성할 수 있는 유리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태는,
La2O3, Y2O3, ZrO2, ZnO 및 Nb2O5, 그리고 B2O3 및 SiO2 의 일방 또는 양방을 적어도 함유하고,
질량% 표시로,
B2O3 과 SiO2 의 합계 함유량이 28 ∼ 38 %,
La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 의 합계 함유량이 48 ∼ 60 %,
Gd2O3 함유량이 3 % 미만,
Yb2O3 함유량이 2 % 미만,
ZrO2 함유량이 2 ∼ 14 %,
WO3 함유량이 1 % 미만,
MgO, CaO, SrO 및 BaO 의 합계 함유량이 5 % 이하이고,
질량비 ((La2O3 + Y2O3)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)) 이 0.94 이상,
질량비 ((La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)/(B2O3 + SiO2)) 가 1.9 이하,
질량비 ((Nb2O5/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + Nb2O5 + TiO2 + WO3)) 이 0.003 이상,
질량비 (ZnO/(ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 가 0.2 ∼ 1.4,
질량비 (ZnO/Y2O3) 이 0.30 이상,
질량비 ((Li2O + ZnO)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 가 0.11 이하이고,
굴절률 nd 가 1.75 ∼ 1.80 의 범위이며, 또한 아베수 νd 가 47 ∼ 52 의 범위인 유리에 관한 것이다.
상기 서술한 일 양태에 관련된 유리는 상기 범위의 굴절률 및 아베수를 갖는 유리로서, Gd2O3 함유량을 저감하면서, 상기 서술한 함유량 및 질량비를 만족함으로써, 미용해물의 발생 및 유리 제조시의 결정화를 억제할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, Gd2O3 함유량이 적고 안정 공급이 가능하며, 또한 높은 제조 수율을 달성할 수 있는 유리를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 양태에 의하면, 상기 유리로 이루어지는 프레스 성형용 유리 소재, 광학 소자 블랭크 및 광학 소자를 제공할 수 있다.
도 1 은 비교예 2 에서 평가한 유리의 사진이다.
도 2 는 비교예 3 에서 평가한 유리의 사진이다.
도 3 은 비교예 2, 3 과 동일한 방법으로 평가한, 후술하는 표 1 의 No.12 조성의 유리의 사진이다.
[유리]
본 발명의 일 양태에 관련된 유리는, 상기 유리 조성을 갖고, 1.75 ∼ 1.80 범위의 굴절률 nd 및 47 ∼ 52 범위의 아베수 νd 를 갖는 유리이다. 이하, 상기 유리의 상세한 것에 대하여 설명한다.
<유리 조성>
본 발명에서는 유리의 유리 조성을 산화물 기준으로 표시한다. 여기서 「산화물 기준의 유리 조성」이란, 유리 원료가 용융시에 모두 분해되어 유리 중에서 산화물로서 존재하는 것으로서 환산함으로써 얻어지는 유리 조성을 말하는 것으로 한다. 또, 특별히 기재하지 않는 한, 유리 조성은 질량 기준 (질량%, 질량비) 으로 표시하는 것으로 한다.
본 발명에 있어서의 유리 조성은 예를 들어 ICP-AES (inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry) 등의 방법에 의해서 정량할 수 있다. ICP-AES 에 의해서 요구되는 분석치는 분석치의 ±5 % 정도의 오차를 포함하는 경우가 있다. 또, 본 명세서 및 본 발명에 있어서, 구성 성분의 함유량이 0 % 또는 함유하지 않거나 혹은 도입하지 않는다는 것은 이 구성 성분을 실질적으로 함유하지 않는 것을 의미하고, 이 구성 성분의 함유량이 불순물 레벨 정도 이하인 것을 가리킨다.
이하에 상기 유리의 유리 조성에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.
B2O3, SiO2 는 모두 유리의 네트워크를 형성하는 성분이다. B2O3 의 함유량과 SiO2 의 함유량의 합계, 즉, B2O3 과 SiO2 의 합계 함유량 (B2O3 + SiO2) 을 28 % 이상으로 함으로써, 유리의 열적 안정성을 높일 수 있다. 열적 안정성이 높은 유리에 의하면, 유리 제조시의 결정화 (실투) 를 억제할 수 있다. B2O3 과 SiO2 의 합계 함유량을 38 % 이하로 함으로써, 굴절률을 높일 수 있다. 따라서, B2O3 과 SiO2 의 합계 함유량의 범위를 28 ∼ 38 % 로 한다. B2O3 과 SiO2 의 합계 함유량의 바람직한 하한은 29 %, 보다 바람직한 하한은 30 % 이며, B2O3 과 SiO2 의 합계 함유량의 바람직한 상한은 36 %, 보다 바람직한 상한은 35 % 이다.
B2O3 은 유리의 열적 안정성, 용융성을 개선하는 기능을 하는 성분이다. 용융성을 개선함으로써 유리 원료의 용해되지 않고 남은 것이 없어 균질한 유리를 얻을 수 있다. 이와 같은 효과를 얻는 데에 있어서, B2O3 의 함유량의 바람직한 하한은 25 %, 보다 바람직한 하한은 28 % 이다. 한편, B2O3 의 함유량이 많아지면, 굴절률이 저하되는 경향을 나타낸다. 유리의 열적 안정성을 유지하면서, 원하는 광학 특성을 얻는 데에 있어서, B2O3 의 함유량의 바람직한 상한은 36 %, 보다 바람직한 상한은 33 % 이다.
Si02 는 유리의 열적 안정성, 화학적 내구성을 개선하고, 용융 유리를 성형할 때의 점도 조정에 유효한 성분이다. 이와 같은 효과를 얻는 데에 있어서, SiO2 의 함유량의 바람직한 하한은 1 %, 보다 바람직한 하한은 1.5 % 이다. 한편, SiO2 의 함유량이 많아지면, 굴절률이 저하되는 경향을 나타냄과 함께, 유리의 용융성도 저하되는 경향을 나타낸다. 또, 유리 전이 온도가 과잉되게 상승되는 경향을 나타낸다. 유리의 열적 안정성, 용융성을 유지하면서 원하는 광학 특성을 얻는 데에 있어서, SiO2 의 함유량의 바람직한 상한은 5 %, 보다 바람직한 상한은 4 % 이다.
La2O3, Y2O3, Gd2O3, Yb2O3 은 어느 것이나 분산을 높이지 않고 (아베수를 저하시키지 않고) 굴절률을 높이는 기능을 갖는 성분이다. La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 의 각 성분의 함유량의 합계, 즉 La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 의 합계 함유량 (La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3) 이 48 % 이상이면 원하는 광학 특성을 얻을 수 있다. 한편 La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 의 합계 함유량이 60 % 이하이면, 유리의 열적 안정성을 향상시킬 수 있어 유리 제조시의 유리의 실투를 억제할 수 있다. 또, 용융성도 향상되어, 유리 중에 원료의 미용해물이 잔류하는 것을 억제할 수 있다. 또, 유리 전이 온도의 과잉된 상승을 억제할 수도 있다. 따라서, La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 의 합계 함유량의 범위를 48 ∼ 60 % 로 한다. La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 의 합계 함유량의 바람직한 하한은 50 %, 보다 바람직한 하한은 52 % 이다. La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 의 합계 함유량의 상한은 58 %, 보다 바람직한 상한은 56 % 이다.
La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 중에서, La2O3 은 비교적 많이 함유시켜도 유리의 열적 안정성이 잘 저하되지 않는 성분이다. 그래서, 상기 유리에는 Gd2O3 및 Yb2O3 의 함유량을 억제하면서, 유리의 열적 안정성을 유지하여 원하는 광학 특성을 얻기 위해서 La2O3 과 함께 Y2O3 을 함유시킨다. 원하는 광학 특성을 실현하면서, 유리의 열적 안정성을 유지하기 위해서 La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 의 합계 함유량에 대한 La2O3 및 Y2O3 의 합계 함유량 (La2O3 + Y2O3) 의 질량비 ((La2O3 + Y2O3)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)) 을 0.94 이상으로 한다. Gd2O3, Yb2O3 의 함유량을 삭감하면서 유리의 열적 안정성을 유지하고, 필요한 광학 특성을 얻기 위해서 질량비 ((La2O3 + Y2O3)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)) 을 0.96 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.98 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
유리의 열적 안정성을 유지하여, 원하는 광학 특성을 얻는 데에 있어서, 질량비 ((La2O3/(La2O3 + Y2O3)) 는 0.9 이하로 하는 것이 바람직하다. 유리의 열적 안정성을 유지하고, 원하는 광학 특성을 얻는 데에 있어서, 질량비 ((La2O3/(La2O3 + Y2O3)) 의 보다 바람직한 상한은 0.85 이고, 바람직한 하한은 0.70, 보다 바람직한 하한은 0.75 이다.
Gd2O3 은 유리의 가시역의 단파장측에 있어서의 투과율을 저하시키는 작용을 갖는다. 또, 유리의 비중을 증가시키는 작용을 갖는다. 또한 Gd2O3 은 La2O3 나 Y2O3 에 비해서 원료 화합물의 공급량이 감소되어, 앞서 기재한 바와 같이 원료 가격이 상승된다. 따라서, 상기 유리에서는, 유리의 가시역의 단파장측으로 투과율을 높여 비중의 증가를 억제하고, 유리의 생산 비용의 상승을 억제하는 데에 있어서 Gd2O3 의 함유량을 3 % 미만 (3.0 % 미만) 으로 한다. 즉, Gd2O3 함유량은 0 ∼ 3 % 의 범위이다. Gd2O3 함유량의 바람직한 범위는 2 % 이하, 보다 바람직한 범위는 1 % 이하, 더욱 바람직한 범위는 0.5 % 이하이다. 유리가 Gd2O3 을 함유하지 않는, 즉 Gd2O3 함유량을 제로로 해도 된다.
Yb2O3 은 전술한 바와 같이 희토류 산화물 중에서 원료 화합물이 고가인 성분이다. 또, 유리 중에 있어서 근적외선을 흡수하는 작용을 갖는다. 따라서, 유리의 생산 비용의 상승을 억제하고, 근적외선의 투과율을 개선하는 데에 있어서 Yb2O3 의 함유량을 2 % 미만으로 한다. Yb2O3 의 함유량의 바람직한 범위는 0 % 이상 1 % 미만, 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 0.9 %, 더욱 바람직한 범위는 0 ∼ 0.5 %, 더욱 더 바람직한 범위는 0 % 이상 0.1 % 미만이고, Yb2O3 함유량을 0 % 로 해도 된다.
유리의 네트워크 형성 성분인 B2O3, SiO2 는 열적 안정성을 유지하는 기능이 있다. 한편, 고굴절률 저분산 특성을 얻는 데 있어서, 유효한 성분인 La2O3, Y2O3, Gd2O3, Yb2O3 을 다량으로 함유시키면, 유리의 열적 안정성이 악화되어 유리가 실투하기 쉬워진다. 그래서, 유리의 열적 안정성을 양호하게 유지하는 데에 있어서, 상기 유리에서는 La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 의 합계 함유량을 B2O3 및 SiO2 의 합계 함유량으로 나눈 값, 즉 질량비 ((La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)/(B2O3 + SiO2)) 를 1.9 이하로 한다. 질량비 ((La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)/(B2O3 + SiO2)) 의 바람직한 상한은 1.8, 보다 바람직한 상한은 1.7, 바람직한 하한은 1.45, 보다 바람직한 하한은 1.55 이다.
ZrO2 는 굴절률을 높임과 함께, 유리의 열적 안정성의 개선에 유효한 성분이다. ZrO2 의 함유량이 2 % ∼ 14 % 의 범위이면 양호한 열적 안정성을 얻을 수 있다. 또, ZrO2 의 함유량이 14 % 이하임으로써 저분산 특성을 얻을 수도 있다. 따라서, 상기 유리에서는 ZrO2 의 함유량을 2 ∼ 14 % 로 한다. ZrO2 의 함유량의 바람직한 하한은 3 %, 보다 바람직한 하한은 4 % 이며, 바람직한 상한은 12 %, 보다 바람직한 상한은 10 % 이다.
Nb2O5 는 유리의 열적 안정성을 유지하면서, 굴절률을 높이는 기능을 하는 필수 성분이다. 유리의 열적 안정성을 유지하면서, 원하는 광학 특성을 얻기 위해서 Nb2O5 의 함유량을 La2O3, Y2O3, Gd2O3, Yb2O3, Nb2O5, TiO2 및 WO3 의 합계 함유량 (La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + Nb2O5 + TiO2 + WO3) 으로 나눈 값, 즉 질량비 (Nb2O5/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + Nb2O5 + TiO2 + WO3)) 을 0.003 이상으로 한다. 열적 안정성을 유지하는 데에 있어서, 질량비 (Nb2O5/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + Nb2O5 + TiO2 + WO3)) 의 바람직한 하한은 0.005, 보다 바람직한 하한은 0.01 이다. 유리의 열적 안정성을 유지하면서, 원하는 광학 특성을 얻는 데에 있어서 질량비 (Nb2O5/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + Nb2O5 + TiO2 + WO3)) 의 바람직한 상한은 0.04, 보다 바람직한 상한은 0.03 이다.
Nb2O5 함유량의 바람직한 범위는 다음과 같다. 유리의 열적 안정성을 개선하는 데 있어서, Nb2O5 의 함유량의 바람직한 하한은 0.3 %, 보다 바람직한 하한은 0.6 % 이다. 또, 유리의 열적 안정성을 유지하고, 착색을 억제하는 데에 있어서, Nb2O5 의 함유량의 바람직한 상한은 2 %, 보다 바람직한 상한은 1.5 % 이다.
Ta2O5 는 유리의 열적 안정성을 개선하는 기능이 있는 성분이다. 단, 고굴절률화 성분 중에서도 고가의 성분으로서, 유리의 비중을 증대시키는 기능을 한다. 또, Ta2O5 의 함유량이 많아지면, 유리가 착색되는 경향을 나타낸다. 따라서, 유리의 생산 비용을 억제함으로써 유리를 보다 안정적으로 공급하고, 비중의 증가 및 착색을 억제하는 데 있어서, Ta2O5 의 함유량을 0 ∼ 3 % 의 범위로 하는 것이 바람직하고, 0 ∼ 2 % 의 범위로 하는 것은 바람직하다. Ta2O5 의 함유량을 0 % 로 할 수도 있다.
TiO2 도 유리의 굴절률을 높이는 기능을 하는 성분이다. 유리의 열적 안정성을 유지하면서, 원하는 광학 특성을 얻는 데에 있어서 TiO2 의 함유량의 바람직한 범위는 0 ∼ 2 %, 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 1 % 이며, 0 % 로 할 수도 있다.
WO3 은 굴절률을 높이는 기능을 갖는 성분이다. 단 WO3 을 많이 함유하는 유리는 분광 투과율의 단파장측의 광흡수단이 장파장화하기 때문에, 자외선의 투과율은 저하된다. 한편, 광학 소자를 경통 등에 고정시킬 때 일반적으로 자외선 경화형 접착제가 사용되고, 통상적으로 광학 소자를 통하여 접착제에 자외선이 조사된다. 또, 광학 소자가 광학 소자 (렌즈) 끼리를 접합하여 접합 렌즈를 얻기 위해서 사용되는 경우, 일반적으로 렌즈끼리의 접합은 다음과 같이 행해진다. 먼저 렌즈끼리의 접합면에 자외선 경화형 접착제를 도포하고, 렌즈끼리를 첩합한다. 그 후, 렌즈를 통하여 접착제에 자외선을 조사하여 접착제를 경화시킨다. 여기서, 렌즈를 구성하는 유리의 자외선 투과율이 낮으면 접착제의 경화에 시간이 걸리거나, 또는 경화가 곤란해진다. 따라서, 유리로는 분광 투과율의 단파장측의 광흡수단이 단파장화된 유리가 바람직하다. 이 점에 관하여, WO3 의 함유량이 1 % 미만이면, 유리의 분광 투과율의 단파장측 흡수단을 장파장화함으로써 자외선의 투과율이 현저하게 저하되는 것을 회피할 수 있다. 그래서 상기 유리에서는, WO3 의 함유량을 1 % 미만으로 한다. 즉, 상기 유리에 있어서 WO3 함유량은 0 % 이상 1 % 미만이다. WO3 함유량은 바람직하게는 0.5 % 이하이고, 0 % 로 해도 된다.
ZnO 는 용융성의 개선, 유리 전이 온도의 과잉 상승의 억제, 광학 특성의 조정에 유효한 필수 성분이다. ZnO 의 함유량은 ZrO2, Nb2O5 및 Ta2O5 의 합계 함유량 (ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5), 그리고 Y2O3 의 함유량에 따라서 다음과 같이 정해진다.
ZnO 함유량을 ZrO2, Nb2O5 및 Ta2O5 의 합계 함유량으로 나눈 값, 즉 질량비 (ZnO/(ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 가 0.2 이상이면 용융성을 개선할 수 있기 때문에, 원료가 용해되고 남아 (미용해물이 남아), 유리의 균질성이 현저하게 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또, 질량비 (ZnO/(ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 가 0.2 이상이면, 유리 전이 온도가 과잉되게 높아짐으로써 유리의 성형성이 악화 경향을 나타내는 것을 방지할 수도 있다. 또 유리의 열적 안정성을 유지하면서 필요한 광학 특성을 얻을 수도 있다. 원료에서 유래하는 미용해물은, 본래 다른 성분과 함께 유리화되어 유리 성분으로 되어야 할 것이, 유리화되지 않고 이물질로서 유리 중에 남은 것이다. 그 때문에, 미용해물이 다량으로 발생된 유리에서는 특정 성분의 함유량이 목표한 값보다 적어진다. 그 결과, 제조된 유리의 특성이 목표한 값으로부터 어긋나 버린다. 원료를 완전히 용해시키기 위해서 유리의 용해 온도를 과잉되게 높이면, 용융 용기를 구성하는 백금이 유리 융액에 이온으로서 녹아 유리의 착색을 증대시키거나, 고형물로서 유리 융액에 혼입되어 유리의 균질성을 저하시켜 버린다. 또한, 유리 용융시에 유리 융액으로부터 휘발성이 있는 붕소 B 등의 특정 성분이 휘발되어, 생산되는 유리의 특성이 시간 경과적으로 변화되거나, 성형된 유리 중에 맥리라고 하는 광학적으로 불균일한 부분이 발생되는 경우도 있다. 유리 용융시의 결정화를 방지하기 위해서 유리의 용해 온도를 과잉되게 높여도 동일한 현상이 발생된다.
그래서 상기한 현상이 일어나지 않도록 하기 위해서, 유리의 용해성 및 열적 안정성을 양호하게 유지하는 것은 고품질의 유리를 안정적으로 생산하는 데 있어서 바람직하다.
질량비 (ZnO/(ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 가 1.4 이하이면, 열적 안정성을 유지하면서 필요로 하는 광학 특성을 얻을 수 있다. 또, 연삭, 연마 등의 가공성이 양호한 유리를 얻을 수도 있다.
이상의 점으로부터, 상기 유리에서는 질량비 (ZnO/(ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 를 0.2 ∼ 1.4 의 범위로 한다. 질량비 (ZnO/(ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 의 바람직한 하한은 0.3, 보다 바람직한 하한은 0.4 이며, 바람직한 상한은 1.1, 보다 바람직한 상한은 0.9 이다.
ZrO2, Nb2O5, Ta2O5 의 합계 함유량을 적정화함으로써, 유리의 열적 안정성을 개선할 수 있다. 열적 안정성의 개선에 의해서 액상 온도를 저하시킬 수도 있다. ZrO2, Nb2O5, Ta2O5 는 동일한 고굴절률화 성분인 La2O3, Gd2O3, Y2O3, Yb2O3 과 비교하면, 함유량이 증가됨에 따라서 유리를 고분산화하기 쉬운 (아베수를 저하시키기 쉬운) 성분이기도 하다. 유리의 열적 안정성을 유지하면서, 원하는 광학 특성을 실현하는 데 있어서, ZrO2, Nb2O5, Ta2O5 의 합계 함유량 (ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5) 의 바람직한 하한은 3 %, 보다 바람직한 하한은 4 %, 더욱 바람직한 하한은 5 % 이며, 바람직한 상한은 14 %, 보다 바람직한 상한은 12 %, 더욱 바람직한 상한은 10 % 이다.
유리의 용융성, 열적 안정성을 개선하여 원하는 광학 특성을 실현하는 데 있어서, ZnO 함유량의 바람직한 범위는 2 ∼ 9 % 이다. ZnO 의 함유량의 바람직한 하한은 3 %, 보다 바람직한 하한은 4 % 이며, 바람직한 상한은 7 %, 보다 바람직한 상한은 6 % 이다.
ZnO 함유량을 Y2O3 함유량으로 나눈 값, 즉 질량비 (ZnO/Y2O3) 를 0.30 이상으로 함으로써, 유리의 용융성을 개선할 수 있기 때문에 원료가 용해되고 남는 것을 방지할 수 있다. 또, 유리 전이 온도가 과잉되게 상승되어 유리의 성형성이 악화되는 것을 방지할 수도 있다. 따라서, 상기 유리에서는 질량비 (ZnO/Y2O3) 를 0.30 이상으로 한다. 질량비 (ZnO/Y2O3) 의 바람직한 하한은 0.35, 보다 바람직한 하한은 0.40 이다.
그런데, 유리 특성 중에서, 유리 전이 온도는 성형성, 가공성에 대응하는 유리의 물성값이다. 유리 전이 온도가 지나치게 높으면 유리를 고온에서 성형해야만 된다. 그 때문에, 성형형을 장시간 고온에 노출시키게 되어, 성형형의 열 열화가 현저해진다. 한편 유리 전이 온도가 낮으면, 성형성을 개선할 수 있지만, 유리를 연삭하거나 연마하거나 할 때의 가공성이 악화 경향을 나타낸다. 예를 들어 전술한 특허문헌 2 에 기재된 광학 유리는, 유리 전이 온도가 낮아 유리를 연삭하거나 연마할 때의 가공성은 양호하다고는 말할 수 없다. 성형성과 가공성을 양립하는 데 있어서는, 유리 전이 온도를 저하시키는 기능이 있는 ZnO 나 Li2O 의 함유량과, 유리 전이 온도를 상승시키는 기능이 있는 La2O3, Y2O3, Gd2O3, Yb2O3, ZrO2, Nb2O5, Ta2O5 의 함유량 밸런스를 적정하게 유지하는 것이 바람직하다. 그 때문에, Li20 함유량과 ZnO 함유량의 합계 (Li20 + ZnO) 를 La2O3, Y2O3, Gd2O3, Yb2O3, ZrO2, Nb2O5, Ta2O5 의 합계 함유량 (La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5) 으로 나눈 값, 즉 질량비 ((Li2O + ZnO)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 를 0.11 이하로 한다. 상기 질량비를 0.11 이하로 함으로써, 유리 전이 온도가 지나치게 저하되어 가공성이 악화되는 것을 방지할 수 있다. 질량비 ((Li2O + ZnO)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 의 바람직한 상한은 0.10, 보다 바람직한 상한은 0.09 이다. 한편, 유리의 성형성을 유지하는 데 있어서, 질량비 ((Li2O + ZnO)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 의 바람직한 하한은 0.04, 보다 바람직한 하한은 0.06 이다.
MgO, CaO, SrO, BaO 는 유리의 용융성을 개선하는 기능을 갖지만, MgO, CaO, SrO 및 BaO 의 각 성분의 함유량의 합계 (MgO + CaO + SrO + BaO) 가 5 % 를 초과하면, 굴절률이 저하되어 원하는 광학 특성을 얻는 것이 용이하지 않게 됨과 함께, 유리의 열적 안정성이 저하되는 경향을 나타낸다. 따라서, 상기 유리에 있어서, MgO, CaO, SrO 및 BaO 의 합계 함유량 (Mg0 + Ca0 + Sr0 + Ba0) 의 범위는 0 ∼ 5 % 로 한다. 상기 합계 함유량의 범위는 0 ∼ 3 % 로 하는 것이 보다 바람직하고, 0 ∼ 1 % 로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0 % 로 해도 된다.
F 는 용융시의 유리의 휘발성을 현저하게 높인다. 그 때문에, F 의 함유량이 많은 유리는 광학 특성이 변동되기 쉬워 맥리가 발생되거나 균질성이 저하되기 쉽다. 균질성이 높고, 광학 특성이 안정되어 있는 유리를 얻기 위해서, F 의 함유량을 0.1 % 미만으로 하는 것이 바람직하고, 0.05 % 이하로 하는 것이 바람직하다. F 의 함유량을 0 % 로 해도 된다.
희토류 성분 중, La2O3 은 비교적 많이 함유시켜도 유리의 열적 안정성을 유지할 수 있다. 그래서 상기 유리는 La2O3 을 필수 성분으로서 함유한다. La2O3 의 함유량이 많아지면 유리의 열적 안정성이 저하되는 경향을 나타내기 때문에, La2O3 의 함유량의 범위를 35 ∼ 55 % 로 하는 것이 바람직하다. La2O3 함유량의 보다 바람직한 하한은 38 %, 더욱 바람직한 하한은 40 % 이며, 보다 바람직한 상한은 50 %, 더욱 바람직한 상한은 48 % 이다.
Y2O3 은 적량 함유시킴으로써 유리의 열적 안정성을 개선하는 기능을 나타내는 성분이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서, 상기 유리는 Y2O3 을 필수 성분으로서 함유한다. Y2O3 의 함유량은 5 % 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편 유리의 열적 안정성을 유지하는 데 있어서, Y2O3 의 함유량을 15 % 이하로 하는 것이 바람직하고, 14 % 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 13 % 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 12 % 미만으로 하는 것이 더욱 더 바람직하다. Y2O3 함유량의 보다 바람직한 하한은 7 %, 더욱 바람직한 하한은 8 % 이다.
Li2O, Na2O, K2O, Cs2O 는 유리의 용융성을 개선하는 기능을 갖는다. 원하는 굴절률 및 양호한 열적 안정성을 얻는 데 있어서, Li2O, Na2O, K2O 및 Cs2O 의 각 성분의 함유량의 합계 (Li2O + Na2O + K2O + Cs2O) 는 0 ∼ 5 % 의 범위로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 3 %, 더욱 바람직한 범위는 0 ∼ 1 % 이며, 0 % 로 해도 된다.
GeO2 는 망목 형성 산화물, 즉 유리의 네트워크 형성 성분으로서, 굴절률을 높이는 기능도 한다. 그 때문에, 유리의 열적 안정성을 유지하면서 굴절률을 높일 수 있는 성분이다. 그러나, GeO2 는 매우 고가의 성분이기 때문에, 그 함유량을 적게 취하는 것이 바람직하는 성분이다. GeO2 의 함유량의 바람직한 범위는 0 ∼ 3 %, 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 1 % 이며, 더욱 바람직하게는 0 ∼ 0.5 % 이고, 더욱 더 바람직하게는 0 ∼ 0.1 % 이다. GeO2 의 함유량을 0 % 로 할 수 있다.
Bi2O3 은 굴절률을 높임과 함께 유리의 열적 안정성을 개선하는 기능을 한다. Bi2O3 을 과잉되게 함유하면 분광 투과율의 단파장측 흡수단을 단파장화하기 때문에, Bi2O3 의 함유량의 바람직한 범위는 0 ∼ 3 %, 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 1 %, 더욱 바람직한 범위는 0 ∼ 0.5 % 이고, 더욱 더 바람직한 범위는 0 ∼ 0.1 % 이다. Bi2O3 의 함유량을 0 % 로 할 수도 있다.
Al2O3 은 소량이면 유리의 열적 안정성 및 화학적 내구성을 개선하는 기능을 하지만, 과잉된 도입에 의해서 액상 온도가 상승되어 열적 안정성이 악화되는 경향이 있다. 이상의 점으로부터, Al2O3 의 함유량의 바람직한 범위는 0 ∼ 3 %, 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 1 %, 더욱 바람직한 범위는 0 ∼ 0.5 % 이고, 더욱 더 바람직한 범위는 0 ∼ 0.1 % 이다. Al2O3 의 함유량을 0 % 로 할 수도 있다.
Sb2O3 은 청징제로서 첨가 가능하고, 소량의 첨가로 Fe 등의 불순물 혼입에 의한 광선 투과율의 저하를 억제하는 기능도 하지만, Sb2O3 의 첨가량을 많이 하면, Sb 자체적인 광흡수에 의해서 유리의 착색이 증대 경향을 나타낸다. 이상의 점으로부터, Sb2O3 의 첨가량은 외할 (外割) 로 0 ∼ 0.1 % 의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 0.06 %, 더욱 바람직한 범위는 0 ∼ 0.04 % 이다. 또한 외할에 의한 Sb2O3 함유량이란 Sb2O3 이외의 유리 성분의 함유량의 합계를 100 질량% 로 했을 때의 질량% 표시에 의한 Sb2O3 의 함유량을 의미한다.
SnO2 도 청징제로서 첨가 가능하다. 외할로 0.5 % 를 초과하여 첨가하면 유리가 착색되거나 유리를 가열, 연화시켜 프레스 성형 등의 재성형을 할 때, Sn 이 결정핵 생성의 기점이 되어 실투 경향이 발생된다. 따라서, SnO2 의 첨가량을 외할로 0 ∼ 0.5 % 의 범위로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 0.3 % 이고, 첨가하지 않는 것이 더욱 바람직하다. 또한 외할에 의한 SnO2 함유량이란 SnO2 이외의 유리 성분의 함유량의 합계를 100 질량% 로 했을 때의 질량% 표시에 의한 SnO2 의 함유량을 의미한다.
상기 유리는 유리의 열적 안정성을 유지하면서 고굴절률 저분산의 광학 특성을 실현할 수 있어, Lu, Hf 등의 성분을 함유시키는 것을 필요로 하지 않는다. Lu, Hf 도 고가의 성분이기 때문에 Lu2O3, HfO2 의 함유량을 각각 0 ∼ 3 % 로 억제하는 것이 바람직하고, 각각 0 ∼ 1 % 로 억제하는 것이 더욱 바람직하고, 각각 0 ∼ 0.5 % 로 억제하는 것이 더욱 바람직하고, 각각 0.1 % 미만으로 억제하는 것이 더욱 더 바람직하고, Lu2O3 을 도입하지 않는 것, HfO2 를 도입하지 않는 것이 각각 특히 바람직하다.
또, 상기 유리는 환경에 대한 영향을 배려하여, Pb 를 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. Pb 를 실질적으로 함유하지 않는다는 것은 PbO 로 환산하여 PbO 의 함유량이 0.05 % 보다 적은 것을 의미하고, 0 % 여도 된다.
그 밖에 환경에 영향을 미치는 As, U, Th, Cd 도 도입하지 않는 것이 바람직하다.
Te 도 환경에 영향을 미치기 때문에 다량의 Te 를 도입하는 것은 바람직하지 않다. TeO2 의 함유량의 바람직한 범위는 0 ∼ 1 %, 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 0.5 %, 더욱 바람직한 범위는 0 ∼ 0.1 % 이고, TeO2 를 함유하지 않아도 된다.
또한, 유리의 우수한 광선 투과성을 살리기 위해서, Cu, Cr, V, Fe, Ni, Co등의 착색의 요인이 되는 물질을 도입하지 않는 것이 바람직하다.
상기 유리는 고굴절률·저분산 유리이고, 착색이 적은 유리가 될 수 있는 것이고, 광학 유리로서 바람직하다.
이상, 상기 유리의 유리 조성에 대해서 설명하였다. 다음으로, 상기 유리의 유리 특성에 대해서 설명한다.
<유리 특성>
(굴절률 nd, 아베수 νd)
촬상 광학계, 투사 광학계 등의 광학계를 구성하는 광학 소자 재료로서의 유용성, 상세하게는 색수차 보정, 광학계의 고기능화 등의 관점에서 상기 유리의 굴절률 nd 는 1.75 ∼ 1.80 의 범위이다. 굴절률 nd 의 하한은 바람직하게는 1.76 이고, 보다 바람직하게는 1.765 이다. 굴절률 nd 의 상한은 바람직하게는 1.79 이고, 보다 바람직하게는 1.785 이다.
또, 동일한 관점에서 상기 유리의 아베수 νd 는 47 ∼ 52 의 범위이다. 아베수 νd 의 하한은 바람직하게는 48, 보다 바람직하게는 49 이다. 아베수 νd 의 상한은 바람직하게는 51, 보다 바람직하게는 50 이다.
(착색도 λ5, λ70, λ80)
앞서 기재한 바와 같이, 광학 소자를 통해서 자외선 경화형 접착제에 자외선을 조사하는 경우, 광학 소자는 분광 투과율의 단파장측 흡수단이 짧은 파장역에 있는 것이 바람직하다. 이 단파장측 흡수단을 정량적으로 평가하는 지표로서 착색도 λ5 를 이용할 수 있다. λ5 는 자외역으로부터 가시역에 걸쳐서, 두께 10 ㎜ 의 유리의 분광 투과율 (표면 반사 손실을 포함한다) 이 5 % 가 되는 파장을 나타낸다. 후술하는 실시예에 나타내는 λ5 는 280 ∼ 700 ㎚ 의 파장역에서 측정된 값이다. 분광 투과율이란, 예를 들어 보다 상세하게는 10.0 ± 0.1 ㎜ 의 두께로 연마된 서로 평행한 면을 갖는 유리 시료를 사용하고, 상기 연마된 면에 대해서 수직 방향으로부터 광을 입사하여 얻어지는 분광 투과율, 즉, 상기 유리 시료에 입사하는 광의 강도를 Iin, 상기 유리 시료를 투과한 광의 강도를 Iout 으로 했을 때의 Iout/lin 이다.
착색도 λ5 에 의하면, 분광 투과율의 단파장측 흡수단을 정량적으로 평가할 수 있다. 효율적으로 자외선 경화형 접착제를 경화시키는 데 있어서, 상기 유리의 λ5 는 335 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 325 ㎚ 이하인 것이 보다 바람직하고, 315 ㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다. λ5 의 하한은 일례로 300 ㎚ 를 기준으로 할 수 있지만, 낮을수록 바람직하고 특별히 한정되는 것은 아니다.
한편 유리의 착색도 지표로는 착색도 λ70, λ80 도 들 수 있다. λ70 은 λ5 에 대해서 기재한 방법으로 측정되는 분광 투과율이 70 % 가 되는 파장을 나타낸다. λ80 은 λ5 에 대해서 기재한 방법으로 측정되는 분광 투과율이 80 % 가 되는 파장을 나타낸다. 상기 유리의 λ70 은 바람직하게는 380 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 370 ㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 365 ㎚ 이하이다. λ70 의 하한은 일례로서 340 ㎚ 를 기준으로 할 수 있지만, 낮을수록 바람직하고 특별히 한정되는 것은 아니다. 또, 상기 유리의 λ80 은 바람직하게는 420 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 400 ㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 390 ㎚ 이하이다. λ80 의 하한은, 일례로 360 ㎚ 를 기준으로 할 수 있지만, 낮을수록 바람직하고 특별히 한정되는 것은 아니다.
(부분 분산 특성)
색수차 보정의 관점에서, 상기 유리는 아베수 νd 를 고정시켰을 때 부분 분산비가 작은 유리인 것이 바람직하다.
여기서, 부분 분산비 Pg, F 는 g 선, F 선, c 선에 있어서의 각 굴절률 ng, nF, nc 를 사용하여 (ng - nF)/(nF - nc) 로 나타낸다.
고차의 색수차 보정에 바람직한 유리를 제공하는 데 있어서, 상기 유리의 부분 분산비 Pg, F 는 0.545 ∼ 0.560 의 범위인 것이 바람직하다.
(유리 전이 온도 Tg)
어닐 온도, 프레스 성형시의 유리의 온도가 지나치게 높아지면, 어닐로(爐) 나 프레스 성형형의 소모를 초래한다. 어닐로나 프레스 성형형에 대한 열적 부하를 경감하는 데 있어서, 유리 전이 온도 Tg 는 680 ℃ 이하인 것이 바람직하고, 675 ℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.
유리 전이 온도 Tg 가 지나치게 낮으면, 연삭이나 연마 등의 기계 가공에 있어서의 가공성이 저하 경향을 나타낸다. 따라서, 가공성을 유지하는 데 있어서, 유리 전이 온도 Tg 를 645 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 650 ℃ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
(액상 온도 LT)
유리의 열적 안정성의 지표의 하나로 액상 온도가 있다. 유리 제조시의 결정화, 실투를 억제하는 데 있어서, 액상 온도 LT 가 1100 ℃ 이하인 것이 바람직하고, 1080 ℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 액상 온도 LT 의 하한은 일례로서 1000 ℃ 이상이지만, 낮은 것이 바람직하고 특별히 한정되는 것은 아니다.
(비중)
예를 들어, 상기 유리를 오토 포커스 기능을 갖는 렌즈에 사용하는 경우 등, 렌즈의 질량이 크면 포커싱시의 소비 전력이 증가되어 전지의 소모가 빨라진다. 렌즈를 경량화하기 위한 하나의 수단으로는, 유리의 비중을 저하시키는 것을 들 수 있다. 상기 유리의 비중은, 4.60 이하인 것이 바람직하고, 4.50 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, 비중의 하한은 상기 조성 범위로부터 자연히 정해진다. 비중의 하한의 기준은 4.0 이다.
<유리의 제조 방법>
상기 유리는 목적으로 하는 유리 조성이 얻어지도록, 원료인 산화물, 탄산염, 황산염, 질산염, 수산화물 등을 칭량, 조합하고, 충분히 혼합하여 혼합 배치 (배치 원료) 로 하고, 예를 들어, 백금 등의 귀금속으로 만들어진 용융 용기 내에서 가열, 용융하고, 탈포, 교반을 행하여 균질하고 또한 기포를 포함하지 않는 용융 유리를 만들고, 이것을 성형함으로써 얻을 수 있다. 구체적으로는, 공지된 용융법을 이용하여 만들 수 있다. 유리 A, B 는 상기 광학 특성을 갖는 고굴절률 저분산 유리이면서, 열적 안정성이 우수하기 때문에 공지된 용융법, 성형법을 이용하여 안정적으로 제조할 수 있다.
[프레스 성형용 유리 소재, 광학 소자 블랭크, 및 그것들의 제조 방법]
본 발명 외의 일 양태는
상기 서술한 유리로 이루어지는 프레스 성형용 유리 소재 ;
상기 서술한 유리로 이루어지는 광학 소자 블랭크
에 관한 것이다.
본 발명외 일 양태에 의하면,
상기 서술한 유리를 프레스 성형용 유리 소재로 성형하는 공정을 구비하는 프레스 성형용 유리 소재의 제조 방법 ;
상기 서술한 프레스 성형용 유리 소재를 프레스 성형형을 사용하여 프레스 성형함으로써, 광학 소자 블랭크를 제조하는 공정을 구비하는 광학 소자 블랭크의 제조 방법 ;
상기 서술한 유리를 광학 소자 블랭크로 성형하는 공정을 구비하는 광학 소자 블랭크의 제조 방법
도 제공된다.
광학 소자 블랭크란, 목적으로 하는 광학 소자의 형상에 근사시키고, 광학 소자의 형상에 연마 영역 (연마에 의해서 제거하게 되는 표면층), 필요에 따라서 연삭 영역 (연삭에 의해서 제거하게 되는 표면층) 을 마련한 광학 소자 모재이다. 광학 소자 블랭크의 표면을 연삭, 연마함으로써 광학 소자가 얻어진다. 일 양태에서는, 상기 유리를 적량 용융하여 얻은 용융 유리를 프레스 성형하는 방법 (다이렉트 프레스법이라고 한다) 에 의해서 광학 소자 블랭크를 제조할 수 있다. 다른 일 양태에서는, 상기 유리를 적량 용융하여 얻은 용융 유리를 고화시킴으로써 광학 소자 블랭크를 제조할 수도 있다.
또, 다른 일 양태에서는, 프레스 성형용 유리 소재를 제조하고, 제조된 프레스 성형용 유리 소재를 프레스 성형함으로써 광학 소자 블랭크를 제조할 수 있다.
프레스 성형용 유리 소재의 프레스 성형은, 가열하여 연화시킨 상태에 있는 프레스 성형용 유리 소재를 프레스 성형형에서 프레스하는 공지된 방법에 의해서 행할 수 있다. 가열, 프레스 성형은 모두 대기 중에서 행할 수 있다. 프레스 성형 후에 어닐하여 유리 내부의 변형을 저감함으로써 균질한 광학 소자 블랭크를 얻을 수 있다.
프레스 성형용 유리 소재는, 그 자체의 상태에서 광학 소자 블랭크를 제조하기 위한 프레스 성형에 제공되는 프레스 성형용 유리 알갱이라고 하는 것에 추가하여, 절단, 연삭, 연마 등의 기계 가공을 실시하고, 프레스 성형용 유리 알갱이를 거쳐 프레스 성형에 제공되는 것도 포함한다. 절단 방법으로는, 유리판 표면의 절단하고자 하는 부분에 스크라이빙이라고 하는 방법으로 홈을 형성하고, 홈이 형성된 면의 이면으로부터 홈 부분에 국소적인 압력을 가하여, 홈 부분에서 유리판을 분리하는 방법, 또는, 절단날에 의해서 유리판을 커트하는 방법 등이 있다. 또, 연삭, 연마 방법으로는 배럴 연마 등을 들 수 있다.
프레스 성형용 유리 소재는, 예를 들어 용융 유리를 주형에 주입 (鑄入) 하여 유리판으로 성형하고, 이 유리판을 복수의 유리편으로 절단함으로써 제조할 수 있다. 또는, 적량의 용융 유리를 성형하여 프레스 성형용 유리 알갱이를 제조할 수도 있다. 프레스 성형용 유리 알갱이를 재가열, 연화시키고 프레스 성형하여 제조함으로써 광학 소자 블랭크를 제조할 수도 있다. 유리를 재가열, 연화시키고 프레스 성형하여 광학 소자 블랭크를 제조하는 방법은 다이렉트 프레스법에 대응하여 리히트 프레스법이라고 한다.
[광학 소자 및 그 제조 방법]
본 발명외 일 양태는
상기 서술한 유리로 이루어지는 광학 소자
에 관한 것이다.
또, 본 발명의 일 양태에 의하면,
상기 서술한 광학 소자 블랭크를 연삭 및/또는 연마함으로써 광학 소자를 제조하는 공정을 구비하는 광학 소자의 제조 방법
도 제공된다.
상기 광학 소자의 제조 방법에 있어서, 연삭, 연마는 공지된 방법을 적용하면 되고, 가공 후에 광학 소자 표면을 충분히 세정, 건조시키거나 함으로써 내부 품질 및 표면 품질이 높은 광학 소자를 얻을 수 있다. 이와 같이 하여, 굴절률 nd 가 1.75 ∼ 1.80 의 범위이고, 또한 아베수 νd 가 47 ∼ 52 의 범위인 상기 유리로 이루어지는 광학 소자를 얻을 수 있다. 광학 소자로는 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 마이크로 렌즈 등의 각종 렌즈, 프리즘 등을 예시할 수 있다.
또, 상기 유리로 이루어지는 광학 소자는 접합 광학 소자를 구성하는 렌즈로서도 바람직하다. 접합 광학 소자로는 렌즈끼리를 접합한 것 (접합 렌즈), 렌즈와 프리즘을 접합한 것 등을 예시할 수 있다. 예를 들어, 접합 광학 소자는, 접합되는 2 개의 광학 소자의 접합면을 형상이 반전 형상이 되도록 정밀하게 가공 (예를 들어, 구면 연마 가공) 하고, 접합 렌즈의 접착에 사용되는 자외선 경화형 접착제를 도포하고, 첩합 (貼合) 하고나서 렌즈를 통하여 자외선을 조사하고, 접착제를 경화시킴으로써 제조할 수 있다. 이와 같이 접합 광학 소자를 제조하기 위해서, 앞서 기재한 흡수 특성을 갖는 유리는 바람직하다. 접합되는 복수 개의 광학 소자를, 아베수 νd 가 상이한 복수 종의 유리를 사용하여 각각 제조하고, 접합함으로써, 색수차의 보정에 바람직한 소자로 할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 실시예에 나타내는 양태에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
표 1 에 나타내는 조성을 갖는 유리가 얻어지도록, 원료로서 탄산염, 질산염, 황산염, 수산화물, 산화물, 붕산 등을 적절히 사용하였다. 각 원료 분말을 칭량하고 충분히 혼합하여 조합 (調合) 원료로 하였다. 이 조합 원료를 백금제 도가니에 넣고, 1100 ∼ 1400 ℃ 에서, 1 ∼ 3 시간 가열, 용융시키고, 청징, 교반하여 균질한 용융 유리를 얻었다. 이 용융 유리를 예열한 주형에 흘려 넣어 급랭시키고, 유리 전이 온도 근방의 온도에서 1 시간 유지한 후, 서랭시켜 표 1 에 나타내는 조성을 갖는 각 유리를 얻었다. 또한 표 1 에 나타내는 유리는 어느 것이나 F 를 함유하지 않는다.
어느 유리 내에서도 결정의 석출은 확인되지 않았다. 또, 유리 내에 원료가 용해되지 않고 남은 것 (미용해물) 도 없는 것을 확인하였다.
각 유리의 특성은 이하에 나타내는 방법으로 측정하였다. 측정 결과를 표 1 에 나타낸다.
(1) 굴절률 nd 및 아베수 νd
1 시간당 30 ℃ 의 강온 속도로 냉각시킨 유리에 대해서 측정하였다.
(2) 유리 전이 온도 Tg
열기계 분석 장치를 사용하여, 승온 속도 4 ℃/분의 조건 하에서 측정하였다.
(3) 액상 온도 LT
유리를 소정 온도로 가열된 노 내에 넣어 2 시간 유지하고, 냉각 후, 유리 내부를 100 배의 광학 현미경으로 관찰하고, 결정의 유무로부터 액상 온도를 결정하였다.
(4) 비중
아르키메데스법에 의해서 측정하였다.
(5) 착색도 λ5, λ70, λ80
서로 대향하는 2 개의 광학 연마된 평면을 갖는 두께 10 ± 0.1 ㎜ 의 유리 시료를 사용하고, 분광 광도계에 의해서, 연마된 면에 대해서 수직 방향으로부터 강도 Iin 의 광을 입사시키고, 유리 시료를 투과한 광의 강도 Iout 를 측정하여 분광 투과율 Iout/1in 을 산출하고, 분광 투과율이 5 % 가 되는 파장을 λ5, 분광 투과율이 70 % 가 되는 파장을 λ70, 분광 투과율이 80 % 가 되는 파장을 λ80 으로 하였다.
(6) 부분 분산비 Pg, F
굴절률 nF, nc, ng 를 측정하고, 측정 결과로부터 산출하였다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004

열적 안정성의 평가 (1)
유리 No.12 의 조성을 갖는 유리가 얻어지도록 유리 원료를 조합하고, 백금 도가니 중에 각 조합 원료 150 g 을 넣어 1350 ℃ 에서 120 분간 가열, 용융시킨 후, 용융물을 냉각시켜 고화물을 얻었다. 고화물을 관찰한 결과, 결정은 석출되지 않았다. 또한, 유리를 1100 ℃ 에서 120 분간 유지해도 결정은 석출되지 않고, 유지 온도를 1060 ℃ 로 낮추어 유지했지만 결정은 석출되지 않았다.
표 1 에 나타내는 다른 조성에 대해서도 동일하게 평가한 결과, 마찬가지로 결정은 석출되지 않았다.
(비교예 1)
특허문헌 5 의 실시예 중에서, Nb2O5 를 함유하지 않은 실시예 3, 6, 7, 질량비 ((La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)/(B2O3 + SiO2)) 가 1.93 인 실시예 11 의 각 조성에 대해서, 상기와 동일하게 1350 ℃ 에서 120 분간 가열, 용융시킨 후, 용융물을 냉각시켜 얻어진 고화물을 관찰한 결과, 실시예 3, 7, 11 에 대해서는 다량의 결정이 석출되었다. 실시예 6 에 대해서는 결정의 석출은 보이지 않았다.
다음으로, 실시예 6 의 유리를 가열하고, 1100 ℃ 에서 120 분간 유지한 후, 실온으로 냉각시켜 관찰한 결과, 다수의 결정이 확인되었다. 실시예 3, 7, 11 에 대해서도 동일한 실험을 행한 결과, 다수의 결정 석출이 보였다.
이상의 결과로부터, 실시예의 유리는 비교예 1 에서 평가한 유리보다 우수한 열적 안정성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
(비교예 2)
특허문헌 3 의 실시예 1 ∼ 10 중에서, 질량비 (ZnO/Y2O3) 이 가장 큰 실시예 8 (질량비 (ZnO/Y2O3) 는 0.28) 의 조성을 갖는 유리가 얻어지도록 유리 원료를 조합하고, 백금 도가니 중에 조합 원료 50 g 을 넣어 1150 ℃ 에서 20 분 용융시켰다.
그 후, 용융물을 도가니 전체로 급랭시키고, 고화된 유리를 도가니에서 꺼내어 유리의 내부를 관찰하였다.
도 1 은 비교예 2 에서 평가한 유리 (도가니에서 꺼낸 유리) 의 사진이다. 도 1 로부터 명확한 바와 같이, 유리편의 몇몇 개는 원료가 용해되지 않고 남은 것이 많이 포함되어 있고, 백탁하여 투명성이 상실되어 있었다.
용해 온도를 1200 ℃ 로 한 것 이외에는, 상기 방법과 동일한 방법으로 유리를 제조한 결과, 도가니에서 꺼낸 유리의 가장자리 부분에 원료가 많이 녹아 남아 있었다.
(비교예 3)
질량비 (ZnO/(ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 가 0.044 인 특허문헌 4 의 실시예 2 의 조성을 갖는 유리가 얻어지도록 유리 원료를 조합하고, 백금 도가니 중에 조합 원료 50 g 을 넣어 1150 ℃ 에서 20 분 용융시켰다.
그 후, 용융물을 도가니 전체로 급랭시키고, 고화된 유리를 도가니에서 꺼내어 유리의 내부를 관찰하였다.
도 2 는 비교예 3 에서 평가한 유리 (도가니에서 꺼낸 유리) 의 사진이다. 도 2 로부터 명확한 바와 같이, 유리편의 몇몇 개는 원료가 용해되지 않고 남은 것이 많이 포함되어 있고, 백탁하여 투명성이 상실되어 있었다.
열적 안정성의 평가 (2)
표 1 의 유리 No.12 의 조성에 대해서, 비교예 2, 3 에서 동일한 실험을 행하였다. 즉, 백금 도가니 중에 조합 원료 50 g 을 넣어 1150 ℃ 에서 20 분간 용융시키고, 도가니 전체로 용융물을 급랭시켜 고화된 유리를 도가니에서 꺼내었다.
도 3 은 상기와 같이 비교예 2, 3 과 동일한 방법으로 평가한, 표 1 의 No.12 의 조성의 유리 (도가니에서 꺼낸 유리) 의 사진이다. 도 3 으로부터 명확한 바와 같이, 유리 중에는 원료가 용해되지 않고 남은 것이 확인되지 않아, 균질한 유리를 만들 수 있었다.
추가로, 용해 온도를 1130 ℃ 까지 내려도, 원료가 용해되지 않고 남은 것은 없고, 균질한 유리를 얻을 수 있었다.
이상의 결과로부터, 실시예의 유리가 비교예 2, 3 에서 평가한 유리보다 우수한 열적 안정성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 1 에서 얻어진 각종 유리로부터 프레스 성형용 유리 덩어리 (유리 알갱이) 를 제조하였다. 이 유리 덩어리를 대기 중에서 가열, 연화시키고, 프레스 성형형에서 프레스 성형하여 렌즈 블랭크 (광학 소자 블랭크) 를 제조하였다. 제조된 렌즈 블랭크를 프레스 성형형에서 꺼내어 어닐하고, 연마를 포함한 기계 가공을 행하여 실시예 1 에서 제조된 각종 유리로 이루어지는 구면 렌즈를 제조하였다.
(실시예 3)
실시예 1 에서 제조된 용융 유리를 소망 양, 프레스 성형형에서 프레스 성형하여 렌즈 블랭크 (광학 소자 블랭크) 를 제조하였다. 제조된 렌즈 블랭크를 프레스 성형형에서 꺼내어 어닐하고, 연마를 포함한 기계 가공을 행하여 실시예 1 에서 제조된 각종 유리로 이루어지는 구면 렌즈를 제조하였다.
(실시예 4)
실시예 1 에서 제조된 용융 유리를 고화시켜 제조한 유리 덩어리를 어닐하고, 연마를 포함한 기계 가공을 행하여 실시예 1 에서 제조된 각종 유리로 이루어지는 구면 렌즈를 제조하였다.
(실시예 5)
실시예 2 ∼ 4 에서 제조된 구면 렌즈를, 타종의 유리로 이루어지는 구면 렌즈와 첩합하여 접합 렌즈를 제조하였다. 실시예 2 ∼ 4 에서 제조된 구면 렌즈의 접합면은 볼록면, 타종의 유리로 이루어지는 구면 렌즈의 접합면은 오목면이었다. 상기 2 개의 접합면은 서로 곡률 반경의 절대치가 동등해지도록 제조하였다. 접합면에 광학 소자 접합용의 자외선 경화형 접착제를 도포하고, 2 개의 렌즈를 접합면끼리 첩합하였다. 그 후, 실시예 2 ∼ 4 에서 제조된 구면 렌즈를 통하여 접합면에 도포된 접착제에 자외선을 조사하고, 접착제를 고화시켰다.
상기와 같이 하여 접합 렌즈를 제조하였다. 접합 렌즈의 접합 강도는 충분히 높고, 광학 성능도 충분한 레벨의 것이었다.
마지막으로, 전술한 각 양태를 총괄한다.
일 양태에 의하면, La2O3, Y2O3, ZrO2, ZnO 및 Nb2O5, 그리고 B2O3 및 SiO2 의 일방 또는 양방을 적어도 함유하고, 질량% 표시로, B2O3 과 SiO2 의 합계 함유량이 28 ∼ 38 %, La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 의 합계 함유량이 48 ∼ 60 %, Gd2O3 함유량이 3 % 미만, Yb2O3 함유량이 2 % 미만, ZrO2 함유량이 2 ∼ 14 %, WO3 함유량이 1 % 미만, M9O, CaO, SrO 및 BaO 의 합계 함유량이 5 % 이하이고, 질량비 ((La2O3 + Y2O3)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)) 이 0.94 이상, 질량비 ((La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)/(B2O3 + SiO2)) 가 1.9 이하, 질량비 ((Nb2O5/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + Nb2O5 + TiO2 + WO3)) 이 0.003 이상, 질량비 (ZnO/(ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 가 0.2 ∼ 1.4, 질량비 (ZnO/Y2O3) 이 0.30 이상, 질량비 ((Li2O + ZnO)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 가 0.11 이하이며, 굴절률 nd 가 1.75 ∼ 1.80 의 범위이고, 또한 아베수 νd 가 47 ∼ 52 의 범위인 유리를 제공할 수 있다.
상기 유리는 상기 범위의 굴절률 및 아베수를 갖는 유리로서, Gd2O3 함유량 및 Yb2O3 함유량이 저감되어 있기 때문에 안정 공급이 가능하고, 또한 상기 서술한 함유량 및 질량비를 만족함으로써 미용해물의 발생 및 유리 제조시의 결정화를 억제할 수 있다.
일 양태에서는, 유리의 열적 안정성을 더욱 더 개선하는 관점에서 Y2O3 함유량이 12 질량% 미만인 것이 바람직하다.
일 양태에서는, 연삭이나 연마 등의 기계 가공에 있어서의 가공성의 관점에서 상기 유리의 유리 전이 온도는 645 ℃ 이상인 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 유리로부터 프레스 성형용 유리 소재, 광학 소자 블랭크 및 광학 소자를 제조할 수 있다. 즉, 다른 양태에 의하면, 상기 유리로 이루어지는 프레스 성형용 유리 소재, 광학 소자 블랭크 및 광학 소자가 제공된다.
또, 다른 양태에 의하면, 상기 유리를 프레스 성형용 유리 소재로 성형하는 공정을 구비하는 프레스 성형용 유리 소림의 제조 방법도 제공된다.
더욱 다른 양태에 의하면, 상기 프레스 성형용 유리 소재를, 프레스 성형형을 사용하여 프레스 성형함으로써 광학 소자 블랭크를 제조하는 공정을 구비하는 광학 소자 블랭크의 제조 방법도 제공된다.
또 다른 양태에 의하면, 상기 유리를 광학 소자 블랭크로 성형하는 공정을 구비하는 광학 소자 블랭크의 제조 방법도 제공된다.
더욱 다른 양태에 의하면, 상기 광학 소자 블랭크를 연삭 및/또는 연마함으로써 광학 소자를 제조하는 공정을 구비하는 광학 소자의 제조 방법도 제공된다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허 청구범위에 의해서 개시되고, 특허 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
예를 들어, 상기 서술에서 예시된 유리 조성에 대해서 명세서에 기재된 조성 조정을 행함으로써, 본 발명의 일 양태에 관련된 유리를 얻을 수 있다.
또, 명세서에 예시 또는 바람직한 범위로서 기재한 사항의 2 개 이상을 임의로 조합하는 것은 물론 가능하다.
본 발명은 각종 광학 소자의 제조 분야에서 유용하다.

Claims (6)

  1. La2O3, Y2O3, ZrO2, ZnO 및 Nb2O5, 그리고 B2O3 및 SiO2 의 일방 또는 양방을 적어도 함유하고,
    질량% 표시로,
    B2O3 과 SiO2 의 합계 함유량이 28 ∼ 38 %,
    La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 Yb2O3 의 합계 함유량이 48 ∼ 60 %,
    Gd2O3 함유량이 3 % 미만,
    Yb2O3 함유량이 2 % 미만,
    ZrO2 함유량이 2 ∼ 14 %,
    WO3 함유량이 1 % 미만,
    MgO, CaO, SrO 및 BaO 의 합계 함유량이 5 % 이하이고,
    질량비 ((La2O3 + Y2O3)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)) 이 0.94 이상,
    질량비 ((La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3)/(B2O3 + SiO2)) 가 1.9 이하,
    질량비 ((Nb2O5/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + Nb2O5 + TiO2 + WO3)) 이 0.003 이상,
    질량비 (ZnO/(ZrO2 + Nb205 + Ta205)) 가 0.2 ∼ 1.4,
    질량비 (ZnO/Y2O3) 이 0.30 이상,
    질량비 ((Li2O + ZnO)/(La2O3 + Y2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 + ZrO2 + Nb2O5 + Ta2O5)) 가 0.11 이하이고,
    굴절률 nd 가 1.75 ∼ 1.80 의 범위이고, 또한 아베수 νd 가 47 ∼ 52 의 범위인 유리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Y2O3 함유량이 12 질량% 미만인 유리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    유리 전이 온도가 645 ℃ 이상인 유리.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 유리로 이루어지는 프레스 성형용 유리 소재.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 유리로 이루어지는 광학 소자 블랭크.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 유리로 이루어지는 광학 소자.
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