WO2007136071A1

WO2007136071A1 - 光学ガラス

Info

Publication number: WO2007136071A1
Application number: PCT/JP2007/060460
Authority: WO
Inventors: Kenji Imakita; Naoki Sugimoto
Original assignee: Asahi Glass Co., Ltd.
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2007-11-29
Also published as: KR20090010994A; CN101454251B; JPWO2007136071A1; CN101454251A; JP5423000B2; US20090075806A1; US7833920B2

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

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] 屈折率 n 1. 55〜： L 65、アッベ数 v 55〜65を有するいわゆる中屈折率低分散 d d

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。

[0003] これら光学レンズの製法として生産性が高ぐ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。

[0004] 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、低温軟ィ匕性を有する光学ガラスが必要である。

[0005] 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、 SiO -PbO-R O系のガラスが用いられてきた。しかしながら、

2 2

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、 SiO -B O—RO系のガラスに Li Oや Na 0、 K Οなどのアルカリ酸化物を

2 2 3 2 2 2

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ヽる。

[0006] しかしながら、一般的に、 SiO— B O—RO系のガラスにアルカリ酸化物を加えると

2 2

、耐候性が悪ィ匕することが知られている。つまり、低温軟ィ匕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力耐候性が充分ではなぐ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、屈伏点が比較的高ぐ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。

[0007] 特許文献 1 :特開平 7— 149536号公報

特許文献 2 :特開昭 60— 122747号公報

特許文献 3：特開平 4 37628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、屈伏点が低ぐ耐候性に優れ、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。

課題を解決するための手段

[0009] 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、 SiOを主成

2 分とするガラスにおいて、ガラスの骨格を形成する SiO、 B O濃度の最適化を行うこ

2 2 3

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。

[0010] 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、 SiO : 35〜45%、B O： 12〜20%、 Li 0 : 2〜7%

2 2 3 2

、ΖηΟ : 0. 1〜10%、Α1 Ο : 2〜15%、 BaO : 10〜40%、 K O : 0〜5%、 Na O : 0

2 3 2 2

〜10%、及び、 Gd O : 0〜20%、を含有し、かつ、 SiO +B O :47〜58%、 Li O

2 3 2 2 3 2

+ Na O+K 0 : 5〜14%である光学ガラス。

2 2

(2)屈折率 nが 1. 55〜： L 65、アッベ数 v 力 5〜65である（1)に記載の光学ガ d d

ラス。

(3)屈伏点 Tsが 590°C以下である（1)または（2)に記載の光学ガラス。 (4)温度 60°C、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。

発明の効果

[0011] 本発明によれば、 SiO、 B O、 Li 0、 ZnO、 Al O、 BaOの各成分を必須成分と

2 2 3 2 2 3

することにより、屈折率 nが 1. 55〜： L 65、アッベ数 v 力 5〜65の光学特性を有 d d

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。

発明を実施するための最良の形態

[0012] 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。

[0013] SiO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

2

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 SiO含有量は 35

2

質量％ (以下、質量％を％と略す)以上である。特に、 SiO含有量を 36%以上とする

2

と好ましぐ 37%以上とするとより好ましい。一方、 SiO含有量が多すぎると屈折率が

2

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、 SiO含有量は 4

2

5%以下である。本ガラスの SiO含有量は、 44%以下であると好ましぐさらに好まし

2

くは 43%以下である。

[0014] B Oは SiO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

2 3 2

る。また、 B O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

2 3

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、 B O

2 3含有量は 20

%以下である。 B O含有量が 16%以下であるとより好ましぐ 14. 5%以下であると

2 3

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ィ匕性を得るために、 B O含有量は 12%以上である。さらに好ましくは B O含有量が 12. 5

2 3 2 3

%以上、さらに好ましくは 13%以上である。

[0015] ガラスの網目を構成する成分である SiOや B Oは、一方で、屈折率を低下させる

2 2 3

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、 SiO含有量と B O含有量の合量は 58%以下である。より好ましくは SiO含有量と B O含有量の合量が 5

2 2 3

5. 5%以下であり、さらに好ましくは 55. 2%以下である。一方、 SiO含有量と B O

2 2 3 含有量の合量力、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 SiO含有量と B O含有量の合量が 48%以

2 2 3

上であり、 50%以上であるさらに好ましい。

[0016] Li O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

2

を充分に得るためには、 Li O含有量は 2%以上である。より好ましくは Li O含有量が

2 2

3%以上であり、 4%以上であるとさらに好ましい。一方、 Li O含有量が多くなると耐

2

候性が低下する。実用上充分な耐候性を得るためには、 Li O含有量は 7%以下で

2

ある。 Li O含有量が 6. 5%以下であるとより好ましぐ Li O含有量が 6. 2%以下であ

2 2

るとさらに好ましい。

[0017] Na O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!/、。

2

この効果を充分に得るためには、本ガラスでは Na O含有量は 0. 1%以上が好まし

2

い。一方 Na Oは耐候性を悪ィ匕させる成分であるため、実用上充分な耐候性を得る

2

ためには Na O含有量は 10%以下が好ましい。 Na O含有量が 8%以下であるとより

2 2

好ましぐ Na O含有量が 7%以下であるとさらに好ましい。

2

[0018] K O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!/、。

2 一方で、 K o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

2

転移温度を下げるために、本ガラスでは K O含有量を 5%以下とすると好ましい。 K

2 2

O含有量を 3%以下とするとより好ましぐ K O含有量を 1%以下とするとさらに好まし

2

い。

[0019] 実用上充分な耐候性を得るために、本ガラスでは、 Li O含有量、 Na O含有量およ

2 2

び K O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

2

、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、 Li O含有量、 Na O含有量および K O含有量の合量は 5%

2 2 2

以上である。前記合量が 6%以上であるとより好ましぐ前記合量が 7%以上であるとさらに好ましい。

[0020] ZnOは、耐候性を維持しつつガラスを安定ィ匕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ぐ 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ぐ ZnO含有量が 5%以下であるとさらに好ましい。

[0021] Al O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

2 3

効果を充分に得るためには、 Al O含有量は 2%以上である。 Al O含有量が 3%以

2 3 2 3

上であると好ましぐ Al O含有量が 3. 5%以上であるとさらに好ましい。

2 3

[0022] 一方で、 Al Oは失透特性を悪ィ匕させる成分でもある。実用上充分な失透特性を

2 3

得るために Al O含有量は 15%以下である。 Al O含有量が 10%以下であると好ま

2 3 2 3

しぐ Al O含有量が 9%以下であるとより好ましい。

2 3

[0023] BaOは屈伏点 Tsを下げつつ、ガラスを安定ィ匕させるための成分であり、本ガラスでは必須成分である。し力しながら、 BaOは耐候性を悪ィ匕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ぐ 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。

[0024] Gd O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

2 3

。 Gd O含有量が増加すると耐失透性が悪化する。また Gd Oは比較的高価な原

2 3 2 3

料でもある。耐失透性と原料コストの両方を考慮して、 Gd O含有量は 20%以下が

2 3

好ましい。 Gd O含有量が 10%以下であるとより好ましぐ Gd O含有量が 5%以下

2 3 2 3

であるとさらに好ましい。

[0025] 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、ガラスを安定ィ匕させる効果を持つ。し力しながら、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ぐ 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。 Ca O含有量が 5%以下であるとより好ましぐ 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ぐ SrO含有量が 3%以下であるとより好ましぐ SrO含有量が 1 %以下であるとさらに好ましい。

[0026] 本ガラスにおいて、清澄等のための任意成分として、 Sb O、 SnO、 As Oが挙げ

2 3 2 2 3 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ィ匕させるため、それぞれ 1%以下とするのが好ましい。

[0027] 次に、本ガラスの光学特性としては、屈折率 nを 1. 55以上とするのが好ましい。屈 d

折率 nを 1. 57以上とすると、さらに好ましぐ屈折率 nを 1. 58以上とすると特に好ま d d

しい。一方、低分散性を実現するために、本ガラスの屈折率 nを 1. 65以下とするの d

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ぐ屈折率 nを 1.

d

61以下とすると特に好ましい。

[0028] 本ガラスのアッベ数 V としては、 55〜65とするのが好ましい。本ガラスにおいて、 d

アッベ数 V を 58以上とするとさらに好ましぐ 59以上とすると特に好ましい。一方、了 d

ッべ数 V は 63以下とするとさらに好ましぐ 62以下とすると特に好ましい。また、屈折 d

率 nとアッベ数 V の関係としては、屈折率 nが 1. 57-1. 63である場合、アッベ数 d d d

v カ 58〜63とすると好ましい。さらに、屈折率 n力 58-1. 61である場合、アツ d d

ベ数 v 力 9〜62とすると好ましい。

d

[0029] 本ガラスの屈伏点 Tsとしては、 590°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、。本ガラスの屈伏点 Tsが 580°C以下であるとさらに好ましぐ 570°C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°C以下であると好ましぐ液相温度が 800°C以下であるとさらに好ましぐ液相温度が 750°C以下であると特に好ましい。

[0030] 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°C、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、（保持前の透過率一保持後の透過率) Z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 U、。

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

2 3用の原料としてはホウ酸を、 Al O

2 3用の原料としては、市販の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、 SiO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 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、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°C〜540°Cで 4時間保持した後、 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]

屈折率 n、アッベ数 V は、両面が鏡面研磨された、大きさ 20mm X 20mm、厚さ 1 d d

Ommのガラスブロックを屈折率測定装置 (カルニユー光学工業社製、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 nについ d ては小数点以下 3桁目を四捨五入して記載し、アッベ数 V については小数点以下 2

d

桁目を四捨五入して記載した。

[0034] 屈伏点 T (°C)は、直径 5mm、長さ 20mmの円柱状に加工したサンプルを昇温速 s

度 10°CZ分で熱機械分析装置 (マックサイエンス社製、商品名： DIALTOMETER 5000)により測定した。

[0035] 耐候性の評価としては、両面が鏡面研磨された、大きさ 20mm X 20mm、厚さ 10m m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°C、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。

[0036] 液相温度（°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、 700°C以上 1000°C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力つた温度のなかで、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力つた試料にっ、ては「700u」と表記する。

[0037] 上記の結果を組成と共に表 1〜表 3に示す。表中、「一」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力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。

[0038] [表 1]

]

例 6 例 7 例 8 例 9 例 10

S i O ₂ 39 2 4 1 5 38 . 4 39 - 1 37. 8

B₂0₃ 1 3 • 5 1 3 6 1 3 . 7 14. 0 1 3 · 4

N a ₂0 5. 8 2. 0 5. 3 6. 0 4. 7 κ₂ο 0. 5 0. 5 0. 5 0. 5 0. 5 組 L i ₂0 4. 8 5. 9 4. 6 4. 3 4. 9

Z n O 2. 3 3. 4 3. 0 3. 1 3. 0

A 1₂0₃ 5. 3 3. 9 6. 6 5. 3 8. 0

B a〇 28 . 6 26 . 7 27 . 8 27. 9 27. 8

C a O ― ― 成 T i O 2 一 ― ―

S r O ― ―

G d ₂0₃ 2. 5 ― ―

B₂0₃+ S i 0₂ 52 . 7 55 . 1 52 . 1 53. 1 51. 2

L₂0 + N a ₂0

1 1 . 1 8. 4 10 . 4 10. 8 1 0. 1

+ κ₂ο

S b ₂0₃ ― ― ァッベ数 V _A 59 . 2 5 9 . 5 59 . 2 59. 4 59. 2 屈折率 n _d 1. 58 1. 59 1. 58 1. 58 1. 58 屈伏点 T_SZ°C 545 564 544 54 7 54 2 耐候性/ /% 4. 6 0. 2 1. 5 2. 5 1. 2 液相温度 Z°c 700 u 70 0 u 750 700 u 79 0 ]

[0041] 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カ卩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。

産業上の利用可能性

[0042] 本発明により、屈折率 n 1. 55〜： 1. 65、アッベ数 v 55〜65、屈伏点 600°C以下 d d

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、かつ低温軟ィ匕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

請求の範囲

酸化物基準の質量％で、

SiO :35〜45%、

2

B O :12〜20%、

2 3

Li 0:2〜7%、

2

ZnO:0.1〜： L0%、

Al O :2〜： 15%、

2 3

BaO:10〜40%、

K O:0〜5%、

2

Na O:0〜： 10%、及び、

2

Gd O :0〜20%、

2 3

を含有し、かつ、

SiO +B O :47〜58%、

2 2 3

Li O+Na O+K 0:5〜： 14%

2 2 2

である光学ガラス。

屈折率 nが 1.55-1.65、アッベ数 V 力 55〜65である請求項 1に記載の光学ガ d d

ラス。

屈伏点 Tsが 590°C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°C、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 2 0%未満である請求項 1、 2または 3記載の光学ガラス。