(57)【要約】【課題】所定の光学恒数を有し、Ｔｇ及びＴLが低く、プレス成形に適した粘性を有する光学ガラスを提供する。【解決手段】重量％で、ＳｉＯ2：０．５〜４％、Ｂ2Ｏ3：２０〜３０％、ＺｎＯ：１０〜２０％、ＺｒＯ2：１〜１０％、Ｌａ2Ｏ3：３０〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5：５〜１２％、ＷＯ3：１〜１５％、ＴｉＯ2：０．５〜３．５％、ＣａＯ：０．５〜３％、Ｌｉ2Ｏ：０．１〜０．５％、Ｎａ2Ｏ：０〜０．４％（ただし、ゼロを含む）、Ｋ2Ｏ：０〜０．４％（ただし、ゼロを含む）、ただし、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：０．１〜０．５％、の各ガラス成分を有する構成とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
ＳｉＯ2：０．５〜４％、
Ｂ2Ｏ3：２０〜３０％、
ＺｎＯ：１０〜２０％、
ＺｒＯ2：１〜１０％、
Ｌａ2Ｏ3：３０〜４５％、
Ｎｂ2Ｏ5：５〜１２％、
ＷＯ3：１〜１５％、
ＴｉＯ2：０．５〜３．５％、
ＣａＯ：０．５〜３％、
Ｌｉ2Ｏ：０．１〜０．５％、
Ｎａ2Ｏ：０〜０．４％（ただし、ゼロを含む）、
Ｋ2Ｏ：０〜０．４％（ただし、ゼロを含む）、
ただし、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：０．１〜０．５％、
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】
重量％で、
Ａｌ2Ｏ3：０〜３％、
ＧｅＯ2：０〜５％、
ＳｒＯ：０〜３％、
ＢａＯ：０〜３％、
Ｂｉ2Ｏ3：０〜３％、
Ｓｂ2Ｏ3：０〜０．５％、
のガラス成分の１種または２種以上をさらに含有する請求項１記載のプレス成形用光学ガラス。
【請求項３】
屈折率（ｎd）が１．８１〜１．８５の範囲、アッベ数（νd）が３６〜４０の範囲、液相温度（ＴL）が９５０℃以下、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５９０℃以下、比重（ρ）が４．６ｇ／ｃｍ3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製造することができることから、近年、ガラスレンズなどの光学素子の製造方法として広く使用されている。
【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観点からは液相温度（以下「ＴL」と記すことがある）についてもＴｇと同様に低い方が望ましい。
【０００４】
そこで人体への悪影響が懸念される鉛化合物を用いずにガラスのＴｇ及び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２００５−３３０１５４号公報
【特許文献２】特開２００５−２６３５７０号公報
【特許文献３】特開平０６−３０５７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら前記提案の光学ガラスでは、アルカリ成分を多量に添加することによってＴｇ及びＴLを低くしているので、例えばダイレクトプレス成形における滴下時のノズル温度でのガラスの粘度が低くなってしまい、ノズルからガラスが滴下しにくくなると同時に、滴下したガラスが金型上で平たくなり成形困難となることがあった。
【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、Ｔｇ及びＴLが低く、しかもプレス成形に適したガラス粘性を有する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、高屈折率・低分散の光学恒数を有し、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、Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ−Ｌａ2Ｏ3−Ｎｂ2Ｏ5−ＷＯ3系のガラス組成を基本として、これらの主成分を含有量を最適化するとともに、アルカリ成分及びその他のガラス成分の含有量を調整することによって、所定の光学恒数を維持しながらプレス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、ＳｉＯ2：０．５〜４％、Ｂ2Ｏ3：２０〜３０％、ＺｎＯ：１０〜２０％、ＺｒＯ2：１〜１０％、Ｌａ2Ｏ3：３０〜４５％、Ｎｂ2Ｏ5：５〜１２％、ＷＯ3：１〜１５％、ＴｉＯ2：０．５〜３．５％、ＣａＯ：０．５〜３％、Ｌｉ2Ｏ：０．１〜０．５％、Ｎａ2Ｏ：０〜０．４％（ただし、ゼロを含む）、Ｋ2Ｏ：０〜０．４％（ただし、ゼロを含む）、ただし、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：０．１〜０．５％、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、ガラスの安定性向上や光学恒数の調整などの観点から、重量％で、Ａｌ2Ｏ3：０〜３％、ＧｅＯ2：０〜５％、ＳｒＯ：０〜３％、ＢａＯ：０〜３％、Ｂｉ2Ｏ3：０〜３％、Ｓｂ2Ｏ3：０〜０．５％のガラス成分の１種または２種以上をさらに含有させてもよい。
【００１１】
また溶融生産性及び成形性などの観点から、屈折率（ｎd）を１．８１〜１．８５の範囲、アッベ数（νd）を３６〜４０の範囲、液相温度（ＴL）を９５０℃以下、ガラス転移温度（Ｔｇ）を５９０℃以下、比重（ρ）を４．６ｇ／ｃｍ3とするのが好ましい。
【００１２】
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、ミラーなどが好ましい。
【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するので、高屈折率・低分散の光学恒数が得られ、またＴｇ及びＴLが低く、さらにはプレス成形に適した粘性が得られる。
【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は本発明における必須のガラス成分であり、少量添加することによりガラスを安定化することができ、且つガラスの粘性や耐久性を向上させることができる。ＳｉＯ2の含有量が０．５％未満であると上記効果が得られない。他方、ＳｉＯ2の含有量が４％を超えると耐失透性が悪化する。そこでＳｉＯ2の含有量を０．５〜４％の範囲と定めた。より好ましいＳｉＯ2の含有量は１〜４％の範囲である。
【００１６】
Ｂ2Ｏ3は、ガラス骨格を構成する本発明における必須のガラス成分であって、ガラスの安定化に大きく寄与する成分である。Ｂ2Ｏ3の含有量が２０％未満であるとガラスが不安定となり耐失透性が悪化する。他方、含有量が３０％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２０〜３０％の範囲と定めた。より好ましい含有量は２０〜２７％の範囲である。
【００１７】
ＺｎＯは本発明の必須のガラス成分であって、熱膨張係数を小さく保ったままＴｇを下げる効果を奏する。ＺｎＯの含有量が１０％未満であると前記効果が得られず、逆に含有量が２０％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とともに耐失透性が悪化する。そこでＺｎＯの含有量を１０〜２０％の範囲と定めた。より好ましいＺｎＯの含有量は１２〜１８％の範囲である。
【００１８】
ＺｒＯ2は本発明の必須のガラス成分であって、屈折率を高め、ガラスの耐久性を向上させる効果を奏する。ＺｒＯ2の含有量が１％未満であると前記効果が得られず、逆に含有量が１０％を超えるとガラスの溶融性および耐失透性が著しく悪化する。そこで、ＺｒＯ2の含有量を１〜１０％の範囲と定めた。より好ましいＺｒＯ2の含有量は１〜６％の範囲である。
【００１９】
Ｌａ2Ｏ3は本発明の必須のガラス成分であって、ガラスの屈折率を高めると共に分散を低める効果を奏する。Ｌａ2Ｏ3の含有量が３０％未満であると所望の光学恒数が得られない。逆にＬａ2Ｏ3の含有量が４５％を超えるとＴｇが高くなるとともに耐失透性が悪化する。そこでＬａ2Ｏ3の含有量を３０〜４５％の範囲と定めた。より好ましいＬａ2Ｏ3の含有量は３２〜４２％の範囲である。
【００２０】
Ｎｂ2Ｏ5は本発明の必須のガラス成分であって、ガラスの屈折率を高め、耐失透性を向上させる効果を奏する。Ｎｂ2Ｏ5の含有量が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い。逆にＮｂ2Ｏ5の含有量が１２％を超えるとアッベ数が小さくなり所望の光学恒数が得られにくくなる。そこで、Ｎｂ2Ｏ5の含有量を５〜１２％の範囲と定めた。より好ましいＮｂ2Ｏ5の含有量は７〜１０％の範囲である。
【００２１】
ＷＯ3は本発明の必須のガラス成分であって、Ｔｇの上昇を抑制しながらガラスの屈折率を高めるとともに、耐失透性を大きく向上させる効果を奏する。ＷＯ3の含有量が１％未満であると前記効果が得られない。逆にＷＯ3の含有量が１５％を超えるとアッベ数が小さくなり、所望の光学恒数が得られにくくなる。またガラスの着色度が悪化し、比重が大きくなる。そこで、ＷＯ3の含有量を１〜１５％の範囲と定めた。より好ましいＷＯ3の含有量は５〜１２％の範囲である。
【００２２】
ＴｉＯ2は本発明の必須のガラス成分であって、屈折率を高めるとともに耐失透性を向上させる効果を奏する。ＴｉＯ2の含有量が０．５％未満であると前記効果が十分には得られない。逆にＴｉＯ2の含有量が３．５％を超えると、アッベ数が小さくなるとともにガラスの着色度が悪化する。そこで、ＴｉＯ2の含有量を０．５〜３．５％の範囲と定めた。より好ましいＴｉＯ2の含有量は０．５〜３％の範囲である。
【００２３】
ＣａＯは本発明の必須のガラス成分であって、ガラスの溶融性を向上させるとともに比重を小さくする効果を奏する。さらにガラスの光学恒数の調整に用いることができる。ＣａＯの含有量が０．５％未満であると前記効果が得られない。逆にＣａＯの含有量が３％を超えると、耐失透性が悪化するとともに屈折率が低くなり所望の光学恒数が得られなくなる。そこでＣａＯの含有量を０．５〜３％の範囲と定めた。より好ましいＣａＯの含有量は０．５〜２％の範囲である。
【００２４】
Ｌｉ2Ｏは本発明の必須のガラス成分であって、Ｔｇを大きく低下させる効果を奏するとともに少量の添加によってガラスの安定化に寄与し、さらにはガラスの比重を小さくする効果を奏する。Ｌｉ2Ｏの含有量が０．１％未満であると前記効果が十分には得られない。逆にＬｉ2Ｏの含有量が０．５％を超えるとガラスの粘性が低下しプレス成形に必要な粘性を確保できなくなる。そこでＬｉ2Ｏの含有量を０．１〜０．５％の範囲と定めた。より好ましい含有量は０．１〜０．３％の範囲である。
【００２５】
またＮａ2ＯとＫ2Ｏは、Ｌｉ2Ｏと同様の効果を奏するが、それぞれ０．４％を超えて含有させると、ガラスの粘性が低下しプレス成形に必要な粘性を確保できなくなる。そこでＮａ2ＯとＫ2Ｏの含有量をそれぞれ０〜０．４％（ゼロを含む）の範囲とした。
【００２６】
そして、Ｒ2Ｏ（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）成分の総量が０．１％未満であると、Ｔｇを低下させる効果が不十分となる。逆に、Ｒ2Ｏ成分の総量が０．５％を超えると、ガラスの粘性が低下しプレス成形に必要な粘性を確保できなくなる。そこでＲ2Ｏの総量を０．１〜０．５％の範囲と定めた。より好ましいＲ2Ｏの総量は０．１〜０．３％の範囲である。
【００２７】
また、本発明の光学ガラスでは、Ａｌ2Ｏ3、ＧｅＯ2、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂｉ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3のガラス成分の１種または２種以上を必要によりさらに特定量含有させてもよい。これら成分に限定した理由をそれぞれ以下に説明する。
【００２８】
Ａｌ2Ｏ3はガラスの耐久性を向上させる効果を有するが、その含有量が３％を超えるとガラスの溶融性および耐失透性が悪化する。そこでＡｌ2Ｏ3の含有量を０〜３％の範囲とした。より好ましいＡｌ2Ｏ3の含有量は０〜２％の範囲である。
【００２９】
ＧｅＯ2は屈折率を向上させる効果を奏するが、５％を超えて含有させると耐失透性が悪化する。そこでＧｅＯ2の含有量を０〜５％の範囲とした。より好ましいＧｅＯ2の含有量は０〜２％の範囲である。
【００３０】
ＳｒＯとＢａＯは光学恒数の調整に用いられるが、それぞれの含有量が３％を超えると耐失透性が悪化するとともに光学恒数が低下して所望の光学恒数が得られなくなる。そこでＳｒＯとＢａＯの含有量をそれぞれ０〜３％の範囲とした。より好ましいＳｒＯとＢａＯの含有量はそれぞれ０〜２％の範囲である。
【００３１】
Ｂｉ2Ｏ3は、Ｔｇを上昇させずにガラスの屈折率を高める効果を奏し、また耐失透性を向上させる効果を奏するが、含有量が３％を超えるとガラスの着色度が悪化する。そこで、Ｂｉ2Ｏ3の含有量を０〜３％の範囲とした。
【００３２】
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０〜０．５％の範囲とした。なお、清澄作用を得るためにＬｉ2ＣＯ3を用いても構わない。
【００３３】
また、本発明の光学ガラスでは必要により、Ｙ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＣｕＯ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。
【００３４】
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。
【００３５】
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Ｔｇ〜（Ｔｇ＋３０）℃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。またプレス圧力は光学素子の形状や大きさにもよるが２×１０7Ｎ／ｍ2〜６×１０7Ｎ／ｍ2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。ダイレクトプレス成形に必要なガラス粘度は７〜３０ポアズの範囲である。また金型の材料としては、ＳｉＣなどの耐熱性セラミックス型材の表面にダイヤモンドライクカーボンなどの離型膜を施したものが好適に用いられる。
【００３６】
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】
【００３７】
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。
【００３８】
実施例１〜１１、比較例１〜３
酸化物、水酸化物、炭酸塩及び硝酸塩など一般的なガラス原料を用いて、表１及び表２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１，２００〜１，４００℃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金属製の鋳型に鋳込み、室温まで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）、液相温度（ＴL）、ガラス転移温度（Ｔｇ）、屈伏温度（Ａｔ）、熱膨張係数（α）、比重を測定した。測定結果を表１及び表２に合わせて示す。
【００３９】
なお、比較例１は前述の特許文献１（特開2005-330154号公報）の実施例22、比較例２は特許文献２（特開2005-263570号公報）の実施例16、比較例３は特許文献３（特開平6-305769号公報）の実施例５をそれぞれ追試したものである。
【００４０】
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。具体的には次のようにして測定した。
イ）屈折率（ｎd）とアッベ数（νd）
前記のように、溶融し鋳型に流し込んだガラスを室温まで−３０℃／時間で徐冷してサンプルとし、これをカルニュー光学工業社製「KPR-200」を用いて行った。
ロ）ガラス転移温度（Ｔｇ）と屈伏温度（Ａｔ）、熱膨張係数（α）
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５℃の昇温条件で行った。なお、熱膨張係数は１００〜３００℃の温度範囲におけるものである。
ハ）液相温度（ＴL）
ガラスを入れた５０ｃｃの白金坩堝を、所定温度に保持された電気炉内に１０時間放置し、その後鋳型に流し込んでガラスブロックを作製し、このガラスブロック内部の失透(結晶)の有無を、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結果である。
ニ）比重
アルキメデス法を用いて測定した
【００４１】
【表１】
2008201646.tif 000002
【００４２】
【表２】
2008201646.tif 000003
【００４３】
表１から明らかなように、実施例１〜１１の光学ガラスでは、屈折率が１．８１１〜１．８４６、アッベ数が３６．０〜４０．１と高屈折率・低分散の光学恒数を有し、しかもＴｇが５８９℃以下、Ａｔが６３２℃以下とプレス成形に適しているものであった。またＴLが９５０℃以下で、１００〜３００℃における熱膨張係数（α）が７７以下、比重が４．５７ｇ／ｃｍ3以下と成形性等に優れたものであった。
【００４４】
これに対して、表２に示すように、無アルカリ組成の比較例２の光学ガラスでは、液相温度ＴLが１０２０℃と高かった。また比重が４．８６ｇ／ｃｍ3と大きく、大口径撮像用レンズとした場合に重量が著しく大きくなる問題がある。ＳｉＯ2が８．５％と多く、Ｂ2Ｏ3が１８．５％と少ない比較例３の光学ガラスでは、液相温度ＴLが１０５０℃と高く耐失透性が悪化していた。
【００４５】
一方、比較例１の光学ガラスでは、表２に示す物性値に劣ったところは見られなかったが、粘性の点でプレス成形に適さないものであった。図１に、実施例１１と比較例１の光学ガラスの粘性曲線を示す。図１は、縦軸を粘度、横軸を温度として、温度変化に対する光学ガラスの粘度変化を表したものである。実施例１１の光学ガラスの液相温度ＴLは９２０℃であり、このときの粘度は１５ポアズ程度であった。また作業温度（滴下時のノズル設定温度：ＴL＋３０℃）、すなわち９５０℃での粘度は９ポアズ程度であり、実施例１１の光学ガラスはダイレクトプレス成形に適した粘度を有するものであった。これに対し、Ｌｉ2Ｏを２．０％と多く含有する比較例１の光学ガラスでは、液相温度ＴL：９２０℃のときの粘度は５ポアズ程度であり、作業温度：９５０℃での粘度は３〜４ポアズ程度しかなく、ダイレクトプレス成形に適さないものであった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１１及び比較例１の光学ガラスの粘性曲線を示すグラフである。
【図１】
2008201646.tif 000004