(57)【要約】  【課題】  鉛や砒素などの化合物を実質的に含有せず、Ｔｇ及びＴLが低く、耐失透性に優れ、プレス成形に適した光学ガラスを提供する。  【解決手段】  重量％で、ＳｉＯ2：５〜２０％、Ａｌ2Ｏ3：０〜５％、Ｂ2Ｏ3：２０〜４０％、Ｌｉ2Ｏ：８〜２０％（ただし、８％を含まない）、Ｎａ2Ｏ：０〜５％、Ｋ2Ｏ：０〜５％、ただし、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：８〜２０％（ただし、８％を含まない）、ＭｇＯ：０〜１０％、ＣａＯ：０〜２０％、ＢａＯ：０〜２０％、ＳｒＯ：０〜１０％、ただし、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ：５〜２０％、ＺｎＯ：０〜１０％、Ｙ2Ｏ3：０〜１０％、Ｌａ2Ｏ3：５〜３０％、Ｇｄ2Ｏ3：７〜３０％、ＴｉＯ2：０〜１０％、ＺｒＯ2：０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5：０〜１０％、Ｔａ2Ｏ5：０〜１０％、ＷＯ3：０〜５％、Ｂｉ2Ｏ3：０〜５％、Ｓｂ2Ｏ3：０〜３％の各ガラス成分を含有させる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
ＳｉＯ2：５〜２０％、
Ａｌ2Ｏ3：０〜５％、
Ｂ2Ｏ3：２０〜４０％、
Ｌｉ2Ｏ：８〜２０％（ただし、８％を含まない）、
Ｎａ2Ｏ：０〜５％、
Ｋ2Ｏ：０〜５％、
ただし、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：８〜２０％（ただし、８％を含まない）、
ＭｇＯ：０〜１０％、
ＣａＯ：０〜２０％、
ＢａＯ：０〜２０％、
ＳｒＯ：０〜１０％、
ただし、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ：５〜２０％、
ＺｎＯ：０〜１０％、
Ｙ2Ｏ3：０〜１０％、
Ｌａ2Ｏ3：５〜３０％、
Ｇｄ2Ｏ3：７〜３０％、
ＴｉＯ2：０〜１０％、
ＺｒＯ2：０〜１０％、
Ｎｂ2Ｏ5：０〜１０％、
Ｔａ2Ｏ5：０〜１０％、
ＷＯ3：０〜５％、
Ｂｉ2Ｏ3：０〜５％、
Ｓｂ2Ｏ3：０〜３％、
の各ガラス成分を有することを特徴とするプレス成形用光学ガラス。
【請求項２】
屈折率（ｎｄ）が１．６０〜１．７０の範囲、アッベ数（νｄ）が５０〜６２の範囲、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５３０℃以下である請求項１記載のプレス成形用光学ガラス。
【請求項３】
液相温度（ＴL）が９５０℃以下で、液相温度における粘性が０．５ポアズ以上である請求項１又は２記載のプレス成形用光学ガラス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のプレス成形用光学ガラスからなることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学ガラス及びこの光学ガラスからなる光学素子に関し、より詳細にはプレス成形に適した光学ガラス及びこの光学ガラスからなる光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラスレンズなどの光学素子の製造法としては、屈伏温度（Ａｔ）以上に加熱したガラスを、加熱した一対の上型・下型からなる成形金型を用いてプレスすることにより光学素子を直接成形を行ういわゆるプレス成形法が、従来のガラスを研磨する成形法に比べて製造工程が少なく、その結果短時間且つ安価に光学素子を製造することができることから、近年、光学素子の製造方法として広く使用されるようになっている。
【０００３】
このプレス成形法は再加熱方式とダイレクトプレス方式とに大別できる。再加熱方式は、ほぼ最終製品形状を有するゴブプリフォームあるいは研磨プリフォームを作成した後、これらのプリフォームを軟化点以上に再び加熱し、加熱した上下一対の金型によりプレス成形して最終製品形状とする方式である。一方、ダイレクトプレス方式は、加熱した金型上にガラス溶融炉から溶融ガラス滴を直接滴下し、プレス成形することにより最終品形状とする方式である。これらいずれの方式のプレス成形法でもガラスを成形する場合に、プレス金型をガラス転移温度(以下「Ｔｇ」と記すことがある)近傍またはそれ以上の温度に加熱する必要がある。このため、ガラスのＴｇが高いほどプレス金型の表面酸化や金属組成の変化が生じやすく、金型寿命が短くなるため、生産コストの上昇を招く。窒素などの不活性ガス雰囲気下で成形を行うことにより金型劣化を抑制することもできるが、雰囲気制御をするためには成形装置が複雑化し、また不活性ガスのランニングコストも必要となるため生産コストが上昇する。したがって、プレス成形法に用いるガラスとしてはＴｇのできるだけ低いものが望ましい。また、耐失透性を向上させるためには液相温度(以下「ＴL」と記すことがある)についてもＴｇ同様に低い方が望ましい。
【０００４】
ところが、Ｔｇを低くするために従来から用いられてきた鉛化合物について人体への悪影響が近年懸念され始めた。このため鉛化合物を使用しないことが市場の強い要請となってきた。そこで鉛化合物を用いずにガラスのＴｇおよびＴLを低くする技術が種々検討され提案されている（例えば特許文献１〜３）。
【特許文献１】特開平５−５８６６９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開平８−５９２８２号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開２００３−１７６１５１号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２の光学ガラスではＴｇが満足できるほどには低くない。また特許文献３の光学ガラスではＴLが未だ高く耐失透性に問題がある。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鉛や砒素などの化合物を実質的に含有せず、Ｔｇ及びＴLが低く、耐失透性に優れ、プレス成形に適した光学ガラスを提供することにある。
【０００７】
また本発明の他の目的は、所定の光学恒数を有し、鉛や砒素などの化合物を実質的に含有せず、生産性の高い光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は前記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系のガラス組成において、Ｌｉ2Ｏを多く含有させることにより、所定の光学恒数を維持しながらＴｇを低くできること、さらにＬａ2Ｏ3とＧｄ2Ｏ3とを多く含有させることにより、ＴLを低くできモールド成形に適した粘性が得られることを見出し本発明をなすに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のプレス成形用光学ガラスは、重量％で、ＳｉＯ2：５〜２０％、Ａｌ2Ｏ3：０〜５％、Ｂ2Ｏ3：２０〜４０％、Ｌｉ2Ｏ：８〜２０％（ただし、８％を含まない）、Ｎａ2Ｏ：０〜５％、Ｋ2Ｏ：０〜５％、ただし、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：８〜２０％（ただし、８％を含まない）、ＭｇＯ：０〜１０％、ＣａＯ：０〜２０％、ＢａＯ：０〜２０％、ＳｒＯ：０〜１０％、ただし、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ：５〜２０％、ＺｎＯ：０〜１０％、Ｙ2Ｏ3：０〜１０％、Ｌａ2Ｏ3：５〜３０％、Ｇｄ2Ｏ3：７〜３０％、ＴｉＯ2：０〜１０％、ＺｒＯ2：０〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5：０〜１０％、Ｔａ2Ｏ5：０〜１０％、ＷＯ3：０〜５％、Ｂｉ2Ｏ3：０〜５％、Ｓｂ2Ｏ3：０〜３％の各ガラス成分を有することを特徴とする。なお、以下「％」は特に断りのない限り「重量％」を意味するものとする。
【００１０】
ここで、屈折率（ｎｄ）が１．６０〜１．７０の範囲、アッベ数（νｄ）が５０〜６２の範囲、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５３０℃以下であるのが好ましい。
【００１１】
また耐失透性や成形性などの観点から、液相温度（ＴL）は９５０℃以下で、液相温度における粘性は０．５ポアズ以上であるのが好ましい。
【００１２】
また本発明によれば、前記光学ガラスからなる光学素子が提供される。このような光学素子としてはレンズやプリズム、ミラーが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光学ガラスでは、所定のガラス成分を特定量含有させることにより、人体への悪影響が懸念される鉛や砒素などの化合物を用いることなく、高屈折率・低分散の光学恒数が得られ、しかもＴｇが低くプレス成形性に優れ、さらにはＴLが低く耐失透性に優れる。
【００１４】
また本発明の光学素子は、前記光学ガラスをプレス成形することにより作製するので、前記光学ガラスの特性を有し、また生産効率が高く低コスト化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の光学ガラスの各成分を前記のように限定した理由について以下説明する。まず、ＳｉＯ2はガラス骨格を構成する成分（ガラスフォーマー）であり、その含有量が５％未満であるとガラスの耐久性が悪化する。他方、ＳｉＯ2の含有量が２０％を超えると耐失透性が悪化する。また屈折率の高いガラスが得られにくくなる。そこでＳｉＯ2の含有量を５〜２０％の範囲と定めた。より好ましいＳｉＯ2の含有量は５〜１９％の範囲である。
【００１６】
Ａｌ2Ｏ3はガラスの耐久性を向上させると共に、粘性を増大させる効果を奏する。Ａｌ2Ｏ3の含有量が５％を超えると、ガラスの耐失透性が悪化すると共に溶融性が悪化する。そこで、Ａｌ2Ｏ3の含有量を０〜５％の範囲とした。
【００１７】
Ｂ2Ｏ3はＳｉＯ2と同様にガラス骨格を構成する成分であり、Ｂ2Ｏ3の含有量が２０％未満であるとガラスが失透しやすくなる。他方、含有量が４０％を超えると、屈折率が低下し所望の光学恒数が得られなくなる。そこでＢ2Ｏ3の含有量を２０〜４０％の範囲と定めた。より好ましい含有量は２０〜３８％の範囲である。
【００１８】
Ｌｉ2Ｏはガラスの軽量化と低Ｔｇ化とに大きな効果を奏する。Ｌｉ2Ｏの含有量が８％以下であると前記効果が十分には得られない。他方、Ｌｉ2Ｏの含有量が２０％を超えるとガラスの耐久性が劣悪になるとともに屈折率が低下し、所望の光学恒数が得られなくなる。そこでＬｉ2Ｏの含有量を８〜２０％（ただし８％を含まない）の範囲と定めた。Ｌｉ2Ｏのより好ましい含有量は８．５〜１９％の範囲である。
【００１９】
またＮａ2ＯとＫ2ＯはＴｇを低下させる成分として有用であるが、それぞれ５％を超えて含有させると耐失透性が顕著に悪化する。そこでＮａ2ＯとＫ2Ｏの含有量をそれぞれ０〜５％の範囲とした。
【００２０】
そして、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）成分の総量が８％以下であるとＴｇを下げる効果が十分には得られない一方、Ｒ’2Ｏ成分の総量が２０％を超えると耐久性が悪化すると共に屈折率が低下し所望の光学恒数が得られなくなる。そこでＲ’2Ｏの総量を８〜２０％（ただし８％を含まない）の範囲と定めた。より好ましいＲ’2Ｏの総量は８．５〜１９％の範囲である。
【００２１】
ＭｇＯはガラスの軽量化と屈折率の向上、さらに分散を低くする効果を奏するが、１０％を超えて含有させるとガラスが不安定となって耐失透性が悪化する。そこでＭｇＯの含有量を０〜１０％の範囲とした。
【００２２】
ＣａＯは、ガラスの軽量化と、屈折率の向上、ガラスの耐久性の向上という効果を奏するが、２０％を超えて含有させるとガラスが不安定となり耐失透性が悪化する。そこでＣａＯの含有量を０〜２０％の範囲と定めた。
【００２３】
ＢａＯとＳｒＯとは屈折率を調整すると共にガラスの安定性を向上させる効果を奏するが、含有量がそれぞれ２０％及び１０％を超えると耐失透性が悪化する。そこでＢａＯの含有量を０〜２０％の範囲とし、ＳｒＯの含有量を０〜１０％の範囲とした。
【００２４】
そして、ＲＯ（Ｒ＝Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ）成分の総量が５％より少ないと、屈折率が低下し所望の光学恒数が得られなくなる一方、ＲＯ成分の総量が２０％を超えると耐失透性が悪化する。そこでＲＯの総量を５〜２０％の範囲と定めた。より好ましいＲＯの総量は５〜１８％の範囲である。
【００２５】
ＺｎＯはガラスの屈折率を高める効果を奏するが、含有量が１０％を超えると耐失透性が悪化する。そこでＺｎＯの含有量を０〜１０％の範囲と定めた。
【００２６】
Ｙ2Ｏ3はガラスの屈折率を高める効果を奏するが、含有量が１０％を超えると耐失透性が悪化し、ＴLが高くなってしまう。そこでＹ2Ｏ3の含有量を０〜１０％の範囲と定めた。
【００２７】
Ｌａ2Ｏ3はガラスの屈折率を高めると共に分散を維持する効果を奏するが、含有量が５％未満であると屈折率が低下し所望の光学恒数が得られなくなる一方、含有量が３０％を超えると分相が強くなりＴLが高くなってしまう。そこでＬａ2Ｏ3の含有量を５〜３０％の範囲と定めた。より好ましいＬａ2Ｏ3の含有量は５〜２７％の範囲である。
【００２８】
Ｇｄ2Ｏ3はガラスの屈折率を高め、ガラスの耐光性を向上させ、ＴLを低下させる効果を奏するが、含有量が７％未満であると屈折率が低下し所望の光学恒数が得られなくなる一方、含有量が３０％を超えるとガラスの耐失透性が低下する。そこでＧｄ2Ｏ3の含有量を７〜３０％の範囲と定めた。より好ましいＧｄ2Ｏ3の含有量は７〜２７％の範囲である。
【００２９】
ＴｉＯ2は屈折率を高める効果を奏するが、含有量が１０％を超えると耐失透性が悪化しＴLが高くなる。そこで、ＴｉＯ2の含有量を０〜１０％の範囲とした。
【００３０】
ＺｒＯ2は屈折率を高め、ガラスの耐候性を高める効果を奏するが、含有量が１０％を超えると耐失透性が悪化しＴLが高くなる。そこで、ＺｒＯ2の含有量を０〜１０％の範囲とした。  
【００３１】
Ｎｂ2Ｏ5はガラスの屈折率を高め、ガラスの溶融性を向上させる効果を奏するが、含有量が１０％を超えると所定の分散を維持できなくなる。そこでＮｂ2Ｏ5の含有量を０〜１０％の範囲と定めた。
【００３２】
Ｔａ2Ｏ5はガラスの屈折率を高め、ガラスの耐候性を向上させる効果を奏するが、含有量が１０％を超えると耐失透性が悪化しＴLが高くなる。そこでＴａ2Ｏ5の含有量を０〜１０％の範囲と定めた。
【００３３】
ＷＯ3とＢｉ2Ｏ3とはガラスの屈折率を高める効果を奏するが、含有量が５％を超えるとガラスの着色度が悪化する。そこでＷＯ3とＢｉ2Ｏ3の含有量をそれぞれ０〜５％の範囲と定めた。
【００３４】
Ｓｂ2Ｏ3は、少量添加されることにより清澄作用を向上させる効果を奏する。そこで、Ｓｂ2Ｏ3の含有量を０〜３％の範囲とした。
【００３５】
また、本発明の光学ガラスでは必要により、ＣｕＯ、ＧｅＯ2などの従来公知のガラス成分及び添加剤を本発明の効果を害しない範囲で添加してももちろん構わない。
【００３６】
本発明の光学素子は前記光学ガラスをプレス成形することによって作製される。このプレス成形法としては、溶融したガラスをノズルから、所定温度に加熱された金型へ滴下しプレス成形するダイレクトプレス成形法、及びプリフォーム材を金型に載置してガラス軟化点以上に加熱してプレス成形する再加熱成形法が挙げられる。このような方法によれば研磨、研削工程が不要となり、生産性が向上し、また自由曲面や非球面といった加工困難な形状の光学素子を得ることができる。
【００３７】
成形条件としては、ガラス成分や成形品の形状などにより異なるが一般に、金型温度は３５０〜６００℃の範囲が好ましく、中でもガラス転移温度に近い温度域が好ましい。プレス時間は数秒〜数十秒の範囲が好ましい。またプレス圧力はレンズの形状や大きさにより２００ｋｇｆ／ｃｍ2〜６００ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲が好ましく、高圧力でプレスするほど高精度の成形ができる。
【００３８】
本発明の光学素子は、例えばデジタルカメラのレンズやレーザービームプリンタなどのコリメータレンズ、プリズム、ミラーなどとして用いることができる。
【実施例】
【００３９】
以下に本発明を実施例により更に具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
【００４０】
実施例１〜１０、比較例１〜３
酸化物原料、炭酸塩、硝酸塩など一般的なガラス原料を用いて、表１に示す目標組成となるように、ガラスの原料を調合し、粉末で十分に混合して調合原料とした。これを１，０００〜１，３００℃に加熱された溶融炉に投入し、溶融・清澄後、撹拌均質化して予め加熱された鉄製又はカーボン製の鋳型に鋳込み、徐冷して各サンプルを製造した。これら各サンプルについてのｄ線に対する屈折率（ｎｄ）およびアッベ数（νd）、ガラス転移温度（Ｔｇ）、液相温度（ＴL）、液相温度における粘性を測定した。測定結果を表１に合わせて示す。
【００４１】
なお、比較例１は前述の特許文献１（特開平５−５８６６９号公報）の実施例１１、比較例２は特許文献２（特開平８−５９２８２号公報）の実施例３、比較例３は特許文献３（特開２００３−１７６１５１号公報）の実施例１０をそれぞれ追試したものである。
【００４２】
上記の物性測定は日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）の試験方法に準じて行った。すなわち屈折率（ｎd）とアッベ数（νd）とは−３０℃／時間で徐冷した時の値である。測定はカルニュー光学工業社製「KPR-200」を用いて行った。ガラス転移温度（Ｔｇ）の測定はセイコーインスツルメンツ社製の熱機械的分析装置「TMA／SS6000」を用いて毎分１０℃の昇温条件で行った。液相温度（ＴL）の測定は、溶融炉を用いて、１，２００℃で融液にしたガラスを−１００℃／時間で所定の温度まで降温させ所定温度で１２時間保持した後、ガラスを鋳型に流し込み室温まで冷却し、ガラス内部に失透(結晶)が確認されない温度とした。ガラス内部はオリンパス社製の光学顕微鏡「BX50」の倍率１００倍を用いて観察した。粘性の測定は、アドバンテスト社製の高温粘度測定装置「TVB−20H型粘度計」を用いて測定した。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１から明らかなように、実施例１〜１０の光学ガラスは高屈折率・低分散であって、しかもガラス転移温度（Ｔｇ）が５３０℃以下で、液相温度（ＴL）が９５０℃以下と低く、プレス成形性に優れていた。これに対して、比較例１〜３の光学ガラスではいずれもＬｉ2Ｏが８％以下と少なかったためＴｇが５３０℃と高く、またＧｄ2Ｏ3が７％より少なかったためＴLが９５０℃より高くプレス成形性に適さないものであった。