(57)【要約】【課題】高屈折率、高分散の光学特性を達成することのできる新規の光学ガラスを提供する。【解決手段】モル％で、Ｌａ２Ｏ３  ５〜４０％、Ｎｂ２Ｏ５  ５０超〜９０％、Ｂ２Ｏ３  ０超〜３０％、を含有すること特徴とする光学ガラス。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モル％で、Ｌａ２Ｏ３  ５〜４０％、Ｎｂ２Ｏ５  ５０超〜９０％、Ｂ２Ｏ３  ０超〜３０％、を含有すること特徴とする光学ガラス。
【請求項２】
モル％で、Ｌａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５  ６０％以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
【請求項３】
モル％で、Ｌａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３  ８０％以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学ガラス。
【請求項４】
屈折率（ｎｄ）が２〜２．３５であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学ガラス。
【請求項５】
アッベ数が５〜４０であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学ガラス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学ガラスを製造するための方法であって、
原料塊を浮遊させて保持した状態で、前記原料塊を加熱融解させて溶融ガラスを得た後に、前記溶融ガラスを冷却する工程を備えることを特徴とする、光学ガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学レンズ等に使用される光学ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ、顕微鏡及び内視鏡等に用いられる光学系の小型化や軽量化に伴い、使用される光学レンズ等の光学素子に対し、高屈折率かつ高分散の光学特性が求められている。光学素子に使用されるガラスをより高屈折率にするためには、ガラスの主要な骨格成分であるＳｉＯ２やＢ２Ｏ３の含有量を少なくし、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５等の希土類酸化物、またはＮｂ２Ｏ５やＴｉＯ２といった中間酸化物を多量に含有させる必要がある。しかし、骨格成分を少なくし、中間酸化物を多量に含有させると、ガラス形成能が低下し、ガラス化が困難になる。一般的な光学ガラスは、原料を坩堝等の溶融容器内で溶融し、冷却することにより作製する。ここで、ガラス形成能に劣るガラス組成の場合、従来の作製方法では溶融容器との接触界面を起点として結晶化が進行しやすい。
【０００３】
ガラス化しにくい組成であっても、溶融容器との接触をなくし、溶融状態からの冷却速度を速めることでガラス化が可能となる。このような方法として、原料を浮遊させた状態で溶融、冷却する無容器浮遊法（無容器凝固法）が知られている。当該方法を用いると、ガラスの融液が溶融容器にほとんど接触することがなく、また急速に冷却することが可能なため、上記のようなガラス化しにくい組成であってもガラス化が可能となる。例えば、特許文献１では、無容器浮遊法により、ガラス組成としてＴｉＯ２とＢａＯのみを含有するガラスが作製されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７８９０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のガラスを含め、屈折率１．８を超えるような高屈折率のガラスは、比較的失透しやすいため、無容器浮遊法を用いた場合であっても、大型化（例えば直径２ｍｍ以上）は困難である。
【０００６】
以上に鑑み、本発明は、高屈折率、高分散の光学特性を達成することのできる新規の光学ガラスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等が鋭意検討した結果、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３を必須成分として所定範囲で含有する光学ガラスにより、上記課題を解決できることを見出した。
【０００８】
即ち、本発明の光学ガラスは、モル％で、Ｌａ２Ｏ３  ５〜４０％、Ｎｂ２Ｏ５  ５０超〜９０％、Ｂ２Ｏ３  ０超〜３０％、を含有すること特徴とする。本発明の光学ガラスは、Ｌａ２Ｏ３とＮｂ２Ｏ５を多量に含有することにより、高屈折率、高分散の光学特性を達成している。なお、Ｌａ２Ｏ３とＮｂ２Ｏ５の含有量が近いとＬａ２Ｏ３−Ｎｂ２Ｏ５系の結晶が析出しやすくなるため、本発明ではＬａ２Ｏ３を４０％以下と比較的少なくし、Ｎｂ２Ｏ５を５０％超と比較的多くしており、これにより結晶化を抑制している。また、ガラス骨格成分であるＢ２Ｏ３を必須成分として含有させることにより、ガラス化しやすくしている。そのため、本発明の光学ガラスは、高屈折率、高分散の光学特性を達成するとともに、大径化することが可能である。
【０００９】
本発明の光学ガラスは、モル％で、Ｌａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５  ６０％以上を含有することが好ましい。なお本発明において、「○＋○＋・・・」は各成分の含有量の合量を意味する。
【００１０】
本発明の光学ガラスは、モル％で、Ｌａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３  ８０％以上を含有することが好ましい。
【００１１】
本発明の光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が２〜２．３５であることが好ましい。
【００１２】
本発明の光学ガラスは、アッベ数が５〜４０であることが好ましい。
【００１３】
本発明の光学ガラスの製造方法は、上記の光学ガラスを製造するための方法であって、原料塊を浮遊させて保持した状態で、原料塊を加熱融解させて溶融ガラスを得た後に、溶融ガラスを冷却する工程を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高屈折率、高分散の光学特性を達成することのできる新規の光学ガラスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光学ガラスを製造するための装置の一実施形態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の光学ガラスは、モル％で、Ｌａ２Ｏ３  ５〜４０％、Ｎｂ２Ｏ５  ５０超〜９０％、Ｂ２Ｏ３  ０超〜３０％、を含有することを特徴とする。ガラス組成範囲をこのように限定した理由を以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量の説明において、特に断りのない限り「％」は「モル％」を意味する。
【００１７】
Ｌａ２Ｏ３は屈折率を高め、ガラス化の安定性を高める成分である。また、耐候性を向上させる効果もある。Ｌａ２Ｏ３の含有量は５〜４０％であり、好ましくは７〜３９％、より好ましくは１０〜３７％、さらに好ましくは１５〜３５％、さらに好ましくは２０〜３０％である。Ｌａ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、上記の効果が得にくくなる。一方、Ｌａ２Ｏ３の含有量が多すぎると、かえってガラス化しにくくなる。
【００１８】
Ｎｂ２Ｏ５は屈折率を高め、アッベ数を低下させる効果が大きい成分である。なお上述したように、本発明のガラス組成においては、Ｎｂ２Ｏ５の含有量が少なくなると、Ｌａ２Ｏ３とＮｂ２Ｏ５の含有量が近づき、Ｌａ２Ｏ３−Ｎｂ２Ｏ５系の結晶が析出してガラス化しにくくなる傾向がある。一方、Ｎｂ２Ｏ５の含有量が多すぎる場合も、ガラス化しにくくなる。従って、Ｎｂ２Ｏ５の含有量は５０超〜９０％であり、好ましくは５１〜８５％、より好ましくは５２〜８０％、さらに好ましくは５３〜７５％、さらに好ましくは５５〜７０％である。
【００１９】
Ｂ２Ｏ３はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。また、ガラス転移点を低下させ、プレス成型を容易にする。ただし、Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性が得にくくなる。従って、Ｂ２Ｏ３の含有量は０超〜３０％であり、好ましくは０．１〜２０％、より好ましくは１〜１５％である。
【００２０】
所望の光学特性を得るためには、Ｌａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５の含有量は６０％以上、７０％以上、特に８０％以上であることが好ましい。Ｌａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５の含有量の上限は特に限定されないが、他成分の含有量を考慮し、１００％未満、９９．９％以下、９９％以下、特に９５％以下とすることが好ましい。
【００２１】
所望の光学特性と大径化（例えば２ｍｍ以上、３ｍｍ以上、４ｍｍ以上、特に５ｍｍ以上）を達成するためには、Ｌａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３の含有量は８０％以上、８５％以上、特に９０％以上であることが好ましい。Ｌａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３の含有量の上限は特に限定されず、１００％であってもよいが、他成分を含有させる場合は、１００％未満、９９．９％以下、９９％以下、特に９５％以下とすることが好ましい。
【００２２】
本発明の光学ガラスには、上記成分以外にも、以下の成分を含有させることができる。
【００２３】
Ａｌ２Ｏ３はガラス骨格を形成し、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性が得にくくなる。従って、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜２０％、より好ましくは０〜１０％である。
【００２４】
ＳｉＯ２はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。また、耐候性を向上させる効果もある。ただし、ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性が得にくくなる。従って、ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは０〜２０％、より好ましくは０〜１０％である。
【００２５】
ＧｅＯ２は屈折率を高める成分であり、ガラス化範囲を広げる効果もある。ただし、ＧｅＯ２の含有量が多すぎると、原料コストが高くなる傾向がある。従って、ＧｅＯ２の含有量は、好ましくは０〜１０％、より好ましくは０〜５％である。
【００２６】
ＳｎＯ２は屈折率を高める効果が大きい成分である。ただし、還元により着色の原因となりやすい。従って、ＳｎＯ２の含有量は、好ましくは０〜５％、より好ましくは０〜３％である。
【００２７】
Ｐ２Ｏ５はガラス骨格を構成する成分であり、ガラス化範囲を広げる効果がある。ただし、その含有量が多すぎると、分相しやすくなる。従って、Ｐ２Ｏ５の含有量は、好ましくは０〜１０％、より好ましくは０〜５％である。
【００２８】
ＴｉＯ２は屈折率を高める効果が大きい成分であり、化学的耐久性を高める効果もある。またアッベ数を低下させ高分散にする効果もある。ＴｉＯ２の含有量は０〜２０％、０．１〜１８％、１〜１５％、特に５〜１２％であることが好ましい。ＴｉＯ２の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。なおＴｉＯ２は着色剤としての効果も有するため、本発明の光学ガラスを後述するカラーフィルター等の着色を要する用途に使用する場合は、ＴｉＯ２を含有させることが好ましい。
【００２９】
Ｔａ２Ｏ５は屈折率を高める効果が大きい成分である。ただし、Ｔａ２Ｏ５の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなり、また原料コストが高くなる傾向がある。従って、Ｔａ２Ｏ５の含有量は、好ましくは０〜２０％、より好ましくは０〜１０％である。
【００３０】
Ｙ２Ｏ３はガラス化の安定性を高め、屈折率を高める成分である。ただし、Ｙ２Ｏ３の含有量が多すぎると、かえってガラス化しにくくなる。従って、Ｙ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜２０％、より好ましくは０〜１０％である。
【００３１】
Ｙｂ２Ｏ３は屈折率を高める成分である。ただし、Ｙｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。また、原料コストが高くなる傾向がある。従って、Ｙｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜２０％、より好ましくは０〜１０％である。
【００３２】
ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯはガラス化の安定性を高めたり、化学的耐久性を高める効果がある。ただし、その含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性が得にくくなる。従って、これらの成分の含有量は、好ましくは各々０〜１０％、より好ましくは各々０〜５％である。
【００３３】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＣｓ２Ｏは溶融温度を低下させる効果があるが、屈折率を低下させるため、合量で０〜１０％であることが好ましく、０〜５％であることがより好ましい。
【００３４】
清澄剤としてＳｂ２Ｏ３を含有させることができる。ただし、着色を避けるため、あるいは環境面を考慮して、Ｓｂ２Ｏ３の含有量は０．１％以下であることが好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。
【００３５】
ＰｂＯ及びＦは環境への負荷を考慮し、実質的に含有しないことが好ましい。
【００３６】
本発明の光学ガラスを発光材料やカラーフィルター等の用途に用いる場合は、発光剤や着色剤となる遷移金属成分や希土類成分を含有させてもよい。具体的には、遷移金属酸化物としては、Ｃｒ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、ＲｕＯ２等が挙げられる。希土類酸化物としては、ＣｅＯ２、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３等が挙げられる。これらの遷移金属酸化物及び希土類酸化物は単独で含有させてもよく、２種以上を含有させてもよい。これらの遷移金属酸化物及び希土類酸化物の含有量（２種以上含有させる場合は合量）は、０〜５％、０．００１〜３％、０．０１〜２％、特に０．０２〜１％であることが好ましい。
【００３７】
なお、Ｌａ２Ｏ３及びＮｂ２Ｏ５を多量に含有するガラスにおいて、上記のような遷移金属成分や希土類成分を添加すると、結晶化が促進されやすく、安定したガラスを得ることが困難になる傾向がある。一方、本発明ではガラス骨格成分であるＢ２Ｏ３を必須成分として含有しているため、遷移金属成分や希土類成分を添加しても結晶化を抑制することができる。
【００３８】
本発明の光学ガラスの屈折率は、好ましくは２以上、より好ましくは２．０５以上である。例えば、本発明の光学ガラスをレンズとして使用する場合、屈折率を高めるほどレンズを薄くすることが可能となり、光学デバイスを小型化する上で有利となる。なお、屈折率の上限は、ガラス化の安定性を考慮して、好ましくは２．３５以下、より好ましくは２．３以下である。
【００３９】
本発明の光学ガラスのアッベ数は、好ましくは５〜４０、より好ましくは、１０〜３０である。このようにすれば、例えば色収差補正用の光学レンズとして好適である。
【００４０】
本発明の光学ガラスは例えば無容器浮遊法により作製することができる。図１は、無容器浮遊法によりガラス材を作製するための製造装置の一例を示す模式的断面図である。以下、図１を参照しながら、本発明の光学ガラスの製造方法について説明する。
【００４１】
ガラス材の製造装置１は成形型１０を有する。成形型１０は溶融容器としての役割も果たす。成形型１０は、成形面１０ａと、成形面１０ａに開口している複数のガス噴出孔１０ｂとを有する。ガス噴出孔１０ｂは、ガスボンベなどのガス供給機構１１に接続されている。このガス供給機構１１からガス噴出孔１０ｂを経由して、成形面１０ａにガスが供給される。ガスの種類は特に限定されず、例えば、空気や酸素であってもよいし、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスであってもよい。
【００４２】
製造装置１を用いてガラス材を製造するに際しては、まず、上記組成のガラスとなるように調製した原料塊１２を成形面１０ａ上に配置する。原料塊１２としては、例えば、原料粉末のプレス成形体、原料粉末の焼結体、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶の集合体等が挙げられる。
【００４３】
次に、ガス噴出孔１０ｂからガスを噴出させることにより、原料塊１２を成形面１０ａ上で浮遊させる。すなわち、原料塊１２を、成形面１０ａに接触していない状態で保持する。その状態で、レーザー光照射装置１３からレーザー光を原料塊１２に照射する。これにより原料塊１２を加熱溶融してガラス化させ、溶融ガラスを得る。その後、溶融ガラスを冷却することにより、ガラス材を得ることができる。原料塊１２を加熱溶融する工程と、溶融ガラス、さらにはガラス材の温度が少なくとも軟化点以下となるまで冷却する工程とにおいては、少なくともガスの噴出を継続し、原料塊１２、溶融ガラス、さらにはガラス材と成形面１０ａとの接触を抑制することが好ましい。なお、加熱溶融する方法としては、レーザー光を照射する方法以外にも、輻射加熱であってもよい。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の光学ガラスについて、実施例を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４５】
表１〜３は本発明の実施例（Ｎｏ．１〜６、１１〜２３）及び比較例（Ｎｏ．７〜１０）を示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
【表２】
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【００４８】
【表３】
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【００４９】
まず表１〜３に示すガラス組成となるように調製した原料粉末を０．２〜０．５ｇ秤量し、プレス成型した後、８００℃で６時間焼成することにより原料塊を作製した。
【００５０】
上記で得られた原料塊を用いて、図１に準じた装置を用いた無容器浮遊法によって略球形状のガラス材（直径３〜７．５ｍｍ）を作製した。なお、熱源としては１００Ｗ  ＣＯ２レーザー発振器を用いた。また、原料塊を浮遊させるためのガスとして酸素ガスを用い、流量１〜１５Ｌ／ｍｉｎで供給した。
【００５１】
得られたガラス材について、屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）を測定した。結果を表１に示す。
【００５２】
屈折率は、ガラス材を厚さ５ｍｍのソーダ板基板上に接着後、直角研磨を行い、島津製作所製ＫＰＲ−２０００用いて、ヘリウムランプのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する測定値で評価した。
【００５３】
アッベ数は上記ｄ線に対する屈折率と、水素ランプのＦ線（４８６．１ｎｍ）及びＣ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率の値を用い、アッベ数（νｄ）＝｛（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）｝の式から算出した。
【００５４】
表１〜３に示すように、実施例であるＮｏ．１〜６、１１〜２３の試料は、屈折率が２．１１〜２．２７と高く、アッべ数が１８．１〜２７．４と低く高分散であった。一方、比較例であるＮｏ．７〜１０の試料はガラス化しなかった。
【符号の説明】
【００５５】
１：ガラス材の製造装置
１０：成形型
１０ａ：成形面
１０ｂ：ガス噴出孔
１１：ガス供給機構
１２：原料塊
１３：レーザー光照射装置
【図１】
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