WO2007097345A1

WO2007097345A1 - 光学ガラス

Info

Publication number: WO2007097345A1
Application number: PCT/JP2007/053109
Authority: WO
Inventors: Kenji Imakita; Jun Sasai; Naoki Sugimoto
Original assignee: Asahi Glass Co., Ltd.
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2007-08-30
Also published as: JP5168139B2; CN101389574A; CN101389574B; US7638449B2; JPWO2007097345A1; US20080318758A1; KR20080096672A

Abstract

　本発明は、質量％で、Ｂ２Ｏ３：３０～４０％、Ｌｉ２Ｏ：２．５～６％、ＺｎＯ：１０～１７％、Ｌａ２Ｏ３：１２～２２％、Ｇｄ２Ｏ３：１５～２５％、ＳｉＯ２：０～５％、Ｂｉ２Ｏ３：０～５％、Ａｌ２Ｏ３：０～１５％、ＺｒＯ２：０～３％、ＷＯ３：０～５％、Ｔａ２Ｏ５：０～５％、ＴｉＯ２：０～３％、Ｙ２Ｏ３：０～５％、及び、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０～５％を含有する光学ガラスを提供する。

Description

明細書

光学ガラス技術分野

[0001] 本発明は、精密プレス成形に適した光学ガラスに関する。

背景技術

[0002] 近年、デジタルカメラやビデオカメラに代表される精密光学機器の高性能化、小型化が著しい。それに伴い、光学機器に使用される光学レンズなどの光学素子にも、小型化、高集積化、高性能化に対する要求が高まっている。なかでも非球面レンズは、通常の球面レンズでは複数枚が必要とされる収差除去を、一枚で実現でき光学系の高集積ィ匕が可能であるため、光学設計の主流となっている。さらなる高集積ィ匕を可能とするため、近年、非球面レンズの中でも特に高屈折'低分散特性を有するものに対する需要が高まっている。

[0003] 一方、光学素子の成形法では、プレス成形面をそのまま研磨等せずに使用する精密プレス成形法が注目されている。精密プレス成形法は、所望の形状をした高精度な成形面を形成した金型で、プリフォームと呼ばれる光学ガラス塊をガラス転移点 (T g)よりも高、温度でプレス成形するもので、非球面レンズを量産できる重要な成形法である。

[0004] 精密プレス成形に使用する金型の表面には、光学ガラスの付着を防止するための離型膜等が形成されている。これらの離型膜は、使用温度が高いほど劣化しやすいことと、膜形成コストが高いことから、低温で成形できる、すなわち、ガラス転移温度の低い、光学ガラスが求められている。

[0005] 従来、高屈折 (屈折率 nd: l. 65〜： L 72)、低分散（アッベ数 v d:47〜57)の領域において、上記のような転移温度の低い光学ガラスとしては、ホウ酸系のガラスが特許文献 1または特許文献 2に提案されている。しかし、これらに記されている光学ガラスは、液相温度 (L. T. )が高ぐガラスのプリフォームを成形する際にガラスが失透しやす、ため、量産性に欠けると!、う問題点がある。

[0006] これを改善したホウ酸系ガラスが特許文献 3、特許文献 4に提案されてヽるが、これらの提案されている光学ガラスでは、線熱膨張係数が大きいため、熱収縮に起因してプレス成形時にガラスが割れやすぐ歩留まりが低下しやすいという問題点がある。

[0007] 特許文献 1:特開平 8— 26766号公報

特許文献 2：特開平 5 - 201743号公報

特許文献 3：特開 2000— 119036号公報

特許文献 4：特開 2000 -16831号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 本発明は、高屈折'低分散特性を有し、さらにガラス転移温度、液相温度が低ぐ線熱膨張係数が小さヽ、精密プレス成形に適した光学ガラスの提供を目的とする。課題を解決するための手段

[0009] 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⁰/。で、 B O :30〜40%、 Li 0:2.5〜6%、 ZnO:10〜17%、 La O :12

2 3 2 2 3

〜22%、 Gd O :15〜25%、 SiO :0〜5%、 Bi O :0〜5%、 Al O :0〜15%、 Zr

2 3 2 2 3 2 3

O :0〜3%、WO :0〜5%、Ta O :0〜5%、TiO :0〜3%、YO :0〜5%、及び

2 3 2 5 2 2 3

、 MgO + CaO + SrO + BaO : 0〜 5 %を含有するの各ガラス成分を有する光学ガラス。

(2)屈折率 (nd)が 1.65-1.72、アッベ数（ v d)が 47〜57である（1)に記載の光学ガラス。

(3)ガラス転移温度 (Tg)が 580°C以下である（1)または（2)に記載の光学ガラス。

(4)液相温度 (L. T. )が 950°C以下である（1)、（2)または（3)に記載の光学ガラス。

(5)液相温度 (L. T. )における粘度 )力 10 ⁵〜10^{2 4}(1?_&'3でぁる（1)〜

L. T.

(4)の、ずれか一項に記載の光学ガラス。

(6) 50°Cから 350°Cまでの平均線熱膨張係数 )が 85 X 10^_7Z°C以下である（1 )〜（5)の、ずれか一項に記載の光学ガラス。発明の効果

[0010] 本発明の光学ガラス（以下、本ガラスという）は、 B O、 Li 0、 ZnO、 La O、 Gd O

2 3 2 2 3 2

3を必須成分とすることにより、高屈折率'低分散の光学特性を有する。本ガラスによれば、屈折率 ndが 1. 65-1. 72、アッベ数 v dが 47〜57の光学特性が得られる。

[0011] 本ガラスよれば、ガラス転移温度が 580°C以下とできるため、金型表面の膜の劣化程度が低減され、その結果、金型の耐久性が向上して、生産性が大きく向上する。また、本ガラスによれば、液相温度が 950°C以下とすることができるため、光学ガラスが失透しにくぐ生産性が大きく向上する。さらに、本ガラスによれば、平均線熱膨張係数（ひ )が 85 X 10^_7Z°C以下とできるため、プレス成形時のガラス割れが発生しにくくなるため、歩留まり向上に寄与する。

発明を実施するための最良の形態

[0012] 本ガラスの各成分範囲を設定した理由は、以下のとおりである。

[0013] B Oは、ガラスの網目を構成する主成分であり、本ガラスでは、ガラスの安定ィ匕お

2 3

よび耐失透性向上のために 30質量％ (以下、質量％を％と略す)以上である。 B O

2 3 含有量を 34%以上とすると好ましぐ 35%以上とするとより好ましい。一方、 B O含

2 3 有量が多すぎると屈折率が減少するため、本ガラスでは、 B O含有量は 40%以下

2 3

である。本ガラスの B O含有量が、 39%以下であると好ましぐより好ましくは 38%

2 3

以下である。

[0014] 本ガラスにおいて、 La Oおよび Gd Oは高屈折率を与えるための必須成分であ

2 3 2 3

る。所望の屈折率を得るためには、本ガラス中、 La Oの含有量を 12%以上とし、 G

2 3

d Oの含有量を 15%以上とする。一方で、 La Oおよび Gd Oの含有量が多くなる

2 3 2 3 2 3

と耐失透性が悪ィ匕して失透しやすくなる。そのため、本ガラスでは、所望の耐失透特性を得るためには、 La Oの含有量を 22%以下とし、 Gd Oの含有量を 25%以下と

2 3 2 3

する。

[0015] 本ガラスにおいて、屈折率と耐失透性とのバランスの点から、 La O含有量は、 15

2 3

%以上であると好ましぐ 16%以上であるとさらに好ましい。一方、同様の理由で、 La O含有量を 19%以下であると好ましぐ 18%以下であるとさらに好ましい。本ガラス

2 3

において、屈折率と耐失透性とのバランスの点から、 Gd O含有量は、 16%以上であると好ましく、 18%以上であるとさらに好ましい。一方、同様の理由で、 Gd O含有

2 3 量を 21%以下であると好ましぐ 20%以下であるとさらに好ましい。

[0016] Li Oは、ガラス転移温度を低下させるのに非常に有効で、本ガラスでは必須の成

2

分である。しかしながら、 Li Oの含有量が多くなると、線熱膨張係数が大きくなる。そ

2

こで、本ガラスでは、所望のガラス転移温度、線膨張係数を得るために、 Li Oの含有

2 量は 2. 5〜6%とする。プレス成形により適したガラス転移温度、線膨張係数を得るためには、 Li O含有量が 2. 8%以上であると好ましぐ 3%以上であるとさらに好まし

2

い。同様の理由で、 Li O含有量が 5%以下であると好ましぐ 4%以下であるとさらに

2

好ましい。

[0017] ZnOは高屈折率を維持しつつ、ガラス転移温度および線熱膨張係数を低下させる効果があり、本ガラスでは必須の成分である。所望の効果を得るため、本ガラスでは、 ZnO含有量は 10%以上である。 ZnO含有量が多すぎると失透しやすくなるため、本ガラスでの ZnO含有量は 17%以下である。本ガラスの ZnO含有量としては、 12% 以上であると好ましぐ 13. 5%以上であるとさらに好ましい。一方、 ZnO含有量が 16 %以下であると好ましぐ 15. 5%以下であるとさらに好ましい。

[0018] 本ガラスにおヽて、耐失透性を維持しながら光学特性を調整できる任意成分として、 SiOが挙げられる。前記効果が認められるためには、 SiO含有量は 0. 1%以上と

2 2

するのが好ましい。一方、 SiO含有量が多くなると、ガラス転移温度が上昇して、プ

2

レス成形しに《なるため、本ガラスでは、 SiO含有量を 5%以下とするのが好ましぐ

2

4. 3%以下とするとさらに好ましい。

[0019] 本ガラスにおヽて、耐失透性および低温軟化性を維持しながら光学特性を調整できる任意成分として、 BaO、 MgO、 CaO、 SrOが挙げられる。前記効果が認められるためには、本ガラスでの含有量として、 BaO + MgO + CaO + SrOの合量で、または、 BaO、 MgO、 CaO、 SrOそれぞれ単独で 0. 1%以上とするのが好ましい。一方、これら成分の含有量が多くなると、線膨張係数が大きくなるため、本ガラスでの含有量は、 BaO + MgO + CaO + SrOの合量で、または、 BaO、 MgO、 CaO、 SrOそれぞれ単独で、 5%以下であると好ましぐ 3%以下であるとさらに好ましい。

[0020] 本ガラスにおヽて、低温軟化性を維持しながら光学特性を調整できる任意成分として Na 0、 K Oが挙げられる。前記効果が認められるためには、本ガラスでの含有量

2 2

として、 Na O+K Oの合量で、または、 Na 0、 K Οそれぞれ単独で 0. 1%以上と

2 2 2 2

するのが好ましい。一方、これら成分の含有量が多くなると、化学的耐久性が低下するおそれがあるため、本ガラスでの含有量としては、 Na O+K Oの合量で、または、

2 2

Na 0、 K Οそれぞれ単独で 5%以下とするのが好ましぐ 3%以下とするとさらに好

2 2

ましい。

[0021] 本ガラスにおいて、高屈折率を与える任意成分として、 Bi O、 ZrO、 WO、 Ta O

2 3 2 3 2

、 TiO、 Y oが挙げられる。前記効果が認められるためには、本ガラスでの含有量

5 2 2 3

として、 Bi O、 ZrO、 WO、 Ta O、 TiO、 Y Oそれぞれ単独で 0· 1%以上とする

2 3 2 3 2 5 2 2 3

のが好ましい。一方、これら成分の含有量が多くなると、耐失透性が低下する。本ガラスにおいて、 Bi O、 WO、 Ta O、 Y Oの含有量は、それぞれ、 7%以下とする

2 3 3 2 5 2 3

のが好ましぐ 5%以下とするとさらに好ましい。また、本ガラスにおいて、 TiO、 ZrO

2 2 の含有量は、それぞれ、 3%以下とするのが好ましぐ 2%以下とするとさらに好ましい

[0022] 本ガラスにおいて光学特性の調整とィ匕学的耐久性を向上させる任意成分として、 A 1 Oが挙げられる。前記効果が認められるためには、 Al O含有量は 0. 1%以上と

2 3 2 3

するのが好ましい。一方、 Al O含有量が多くなると耐失透性が低下し失透しやすく

2 3

なるため、本ガラスでは、含有量を 15%以下とするのが好ましい。本ガラスでは、 A1

2

O含有量を 10%以下とするとさらに好ましぐ 5%以下とすると特に好ましい。

3

[0023] 本ガラスにおいて、清澄等のための任意成分として、 Sb Oが挙げられる。前記効

2 3

果が認められるためには、 Sb O含有量は 0. 1%以上とするのが好ましい。一方、本

2 3

ガラスにおいて、 Sb Oの含有量としては、 1%以下とするのが好ましい。

2 3

[0024] 本ガラスにおいては、 PbO、 As O、 TIOのいずれも含有しないことが好ましい。

2 3 2

[0025] 次に、本ガラスの光学特性としては、屈折率 ndを 1. 65以上とするのが好ましい。屈折率 ndを 1. 67以上とすると、さらに好ましぐ屈折率 ndを 1. 68以上とすると特に好ましい。一方、低分散性とするためには、本ガラスの屈折率 ndを 1. 72以下とするのが好ましい。本ガラスの屈折率 ndを 1. 71以下とするとさらに好ましぐ屈折率 ndを 1 . 70以下とすると特に好ましい。 [0026] 本ガラスのアッベ数 V dとしては、 47〜57とするの力子ましい。本ガラスにおいて、アッベ数 V dを 48以上とするとさらに好ましぐ 49以上とすると特に好ましい。一方、アッベ数 v dは 56以下とするとさらに好ましぐ 55以下とすると特に好ましい。また、屈折率 ndとアッベ数 v dの関係としては、屈折率 ndが 1. 67〜： L 71である場合、ァッべ数 v d力 50〜55とすると好まし!/、。さらに、屈折率 nd力 ^ 1. 68-1. 70である場合、アッベ数 V dが 52〜54とすると好ましい。

[0027] 本ガラスのガラス転移温度 Tgとしては、 580°C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。本ガラスのガラス転移温度が 570°C 以下であるとさらに好ましぐ 560°C以下であると特に好まし!/、。

[0028] 本ガラスの液相温度 (L. T. )としては、 950°C以下とすると、プリフォーム成形時の失透を防止しやすくなり量産に好適となるため好まし、。本ガラスの液相温度としては、 920°C以下であるとさらに好ましぐ 870°C以下であると特に好ましい。尚、本発明において、液相温度 (L. T. )とは、ガラスが軟ィ匕する温度よりも 100°C以上高い温度領域の中で微結晶が析出しな！ヽ最低の温度を指す。

[0029] 本ガラスの液相温度における粘度（ 7? )としては、 10°· ⁵dPa' s以上とすると、プリ

L. T.

フォーム成型時の失透を防止し易くなり量産に好適となるため、好ましい。本ガラスの液相温度における粘度（ r? )としては、 10°· ⁸dPa' s以上であることが好ましぐ 10¹

L. T.

• dPa' s以上であると更に好ましい。また、本ガラスの液相温度における粘度（ 7?

L. T.

)は、他の特性とのバランスを鑑みて、 10^{2 4}dPa' s以下とすることが好ましぐ 10²· ²d Pa · s以下とすることがより好ましく、 10²· °dPa · s以下とすることが更に好まし、。

[0030] 本ガラスの 50°Cから 350°Cまでの平均線熱膨張係数 αとしては、ガラス転移温度とのバランスの観点から、 60 X 10^_7/°C以上が好まし、。 aが 65 X 10^_7/°C以上であるとより好ましぐ 70 X 10^_7Z°C以上とするとさらに好ましい。一方、プレス成形時の割れ防止の点からは、 αを 85 X 10^_7Z°C以下とするのが好ましい。 αが 80 X 10 _⁷Z°C以下とするとより好ましぐ 75 X 10^_7Z°C以下とするとさらに好ましい。

実施例

[0031] 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。 [0032] [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、 B O用の原料としてはホウ酸を、 Al O用の原料としては、市販の

2 3 2 3

アルミナや水酸ィ匕アルミニウムを、 Li Oに代表されるアルカリ酸ィ匕物や、 CaOに代表

2

されるアルカリ土類酸ィ匕物の原料としては、各々相当する炭酸塩や硝酸塩を用いた

。また、 La Oや Gd O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

2 3 2 3

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°Cの溶解温度で 1時間溶解した。このガラス融液を白金製スタラーにより 0. 5時間撹拌して溶融ガラスを均質化し、均質化された溶融ガラス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 570°Cで 4時間保持後、 CZminの冷却速度で室温まで徐冷して光学ガラスを得た。

[0033] [評価]

ガラス転移温度 Tg (°C)、 50〜350°Cにおける平均線膨張係数ひ ( X 10"V°O 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 5°CZ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。

[0034] 屈折率 nd、アッベ数 V dは、両面が鏡面研磨された、大きさ 20mm X 20mm,厚さ 10mmのガラスブロックを屈折率測定装置 (カル-ユー光学工業社製、商品名： KPR —2)によって測定した。測定値は、小数点以下 5桁目まで出し、屈折率 ndについては小数点以下 3桁目を四捨五入し、アッベ数 V dについては小数点以下 2桁目を四捨五入して記載した。

[0035] 液相温度（L. T. ) (°C)は、 10mm X 10mm X 10mmのガラスブロックを Pt95% - Au5%の白金合金製の皿に乗せ、ガラスが軟化する温度よりも 100°C以上高い温度にセットされた電気炉内で 1時間保持した後、炉外に取り出して静置した。その後、ガラスを目視または顕微鏡 (倍率 100倍)で観察し、結晶成分が観察されなカゝつた温度のなかで、最低の温度を液相温度とした。

[0036] 液相温度 (L. T. )における粘度 )は、ガラス低粘度測定装置 (ォブト社製、商品名： RVM— 6)によって測定した。尚、表 1及び表 2中の" "は、未測定であることを意味する。

[0037] 上記の結果を組成と共に表 1および表 2に示す。表中、例 1〜例 7が本発明の実施例であり、例 8〜例 10が本発明の比較例である。なお、例 8および例 9は、本明細書の背景技術で引用した特開 2000 - 16831号公報の実施例 10および 11であり、例 10は、同じく特開 2000— 119036号公報の実施例 10である。例 1〜例 7に比べて、例 8および例 9は、ガラス転移温度および液相温度は低いものの、平均線熱膨張係数が大きぐ例 10は、ガラス転移温度は低いものの、液相温度および平均線熱膨張係数が大きい。

[0038] [表 1]

[0039] [表 2]

[0040] 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。

[0041] 本出願は、 2006年 2月 20日出願の日本特許出願（特願 2006— 042529)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。

産業上の利用可能性

[0042] 本発明により、屈折率 ndl. 65〜： L 72、アッベ数 v d47〜57、ガラス転移温度 58 0°C以下、液相温度 950°C以下、かつ平均線熱膨張係数 85 X 10^_7Z°C以下の全てを満たす光学ガラスが容易に得られる。すなわち、高屈折率'低分散で、プリフォーム成形性に優れ、しカゝもプレス成形時の割れが発生しにくヽ光学ガラスを提供できる。また、本ガラスを精密プレス成形することにより各種光学素子を成形後に研磨等することなく製造できるため、量産性があり、かつ、原価面でも有利な光学素子を提供できる。

Claims

請求の範囲

質量％で、

B O :30〜40%、

2 3

Li 0:2.5〜6%、

2

ZnO:10〜17%、

La O :12〜22%、

2 3

Gd O :15〜25%、

2 3

SiO :0〜5%、

2

Bi O :0〜5%、

2 3

Al O :0〜15%、

2 3

ZrO :0〜3%、

2

WO :0〜5%、

3

Ta O :0〜5%、

2 5

TiO :0〜3%、

2

Y O :0〜5%、及び、

2 3

MgO + CaO + SrO + BaO : 0〜 5 %

を含有する光学ガラス。

屈折率 (nd)が 1.65-1.72、アッベ数（ v d)が 47〜57である請求項 1記載の光学ガラス。

ガラス転移温度 (Tg)が 580°C以下である請求項 1または 2に記載の光学ガラス。液相温度 (L. T. )が 950°C以下である請求項 1、 2または 3に記載の光学ガラス。液相温度 (L. T. )における粘度（ 7? )力 10°· ⁵〜10²· ⁴dPa'sである請求項 1〜

L. T.

4の、ずれか一項に記載の光学ガラス。

50°Cから 350°Cまでの平均線熱膨張係数（ α )が 85 X 10^_7Z°C以下である請求項 1〜5のいずれか一項に記載の光学ガラス。