(57)【要約】【課題】  低いガラス転移温度Ｔｇ、所望の光学特性（ｎd／νd）を有し、必要に応じてイオン交換反応できる耐薬品性、結晶化安定性に優れる鉛フリー及び砒素フリーの光学ガラスを提供する。【解決手段】  光学ガラスは、酸化物基準の質量％表示で、以下の組成：ＳｉＯ2  ５３〜５８％、Ｂ2Ｏ3  １１〜１５％、Ａｌ2Ｏ3  １６〜２０％、Ｎａ2Ｏ  ０〜１３％、Ｋ2Ｏ  ０〜１３％、ΣＭ2Ｏ（アルカリ金属酸化物）  ９〜１３％、Ｆ  ０．５〜４％を有し、１．４８≦ｎd≦１．５６の屈折率ｎd、６４≦νd≦７２のアッベ数νd及びＴｇ≦５００℃の低い転移温度を有する。さらに、通常の清澄剤を含有することもできる。このようなガラスは、画像、映写、遠距離通信、光通信技術及び／又はレーザー技術などの応用領域における光学素子として有利に使用できる。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物基準で以下の組成
ＳｉＯ2      ５３〜５８質量％、Ｂ2Ｏ3    １１〜１５質量％、
Ａｌ2Ｏ3    １６〜２０質量％、
Ｎａ2Ｏ        ０〜１３質量％、Ｋ2Ｏ      ０〜１３質量％、
ΣＭ2Ｏ（アルカリ金属酸化物）    ９〜１３質量％、
Ｆ          ０．５〜４質量％
を有し、１．４８≦ｎd≦１．５６の屈折率ｎd、６４≦νd≦７２のアッベ数νd及びＴｇ≦５００℃の転移温度を有する光学ガラス。
【請求項２】
酸化物基準で以下の組成
ＳｉＯ2      ５３〜５８質量％、Ｂ2Ｏ3    １１〜１５質量％、
Ａｌ2Ｏ3    １６〜２０質量％、Ｎａ2Ｏ      ９〜１３質量％、
Ｆ          ０．５〜４質量％、
を有する請求項１に記載の光学ガラス。
【請求項３】
酸化物基準で以下の組成
ＳｉＯ2      ５３〜５６質量％、Ｂ2Ｏ3    １１〜１５質量％、
Ａｌ2Ｏ3    １６〜１８質量％、Ｎａ2Ｏ    １１〜１３質量％、
Ｆ          ０．５〜４質量％、
を有する請求項１又は２に記載の光学ガラス。
【請求項４】
さらに清澄剤として以下の成分
Ｓｂ2Ｏ3      ０〜１質量％及び／又は
ＳｎＯ        ０〜１質量％及び／又は
ＮａＣｌ      ０〜１質量％及び／又は
ＳＯ42-      ０〜１質量％
を含有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学ガラス。
【請求項５】
前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガラスの画像、映写、遠距離通信、光通信技術及び／又はレーザー技術の応用分野における光学素子としての使用。
【請求項６】
前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガラスからなる光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１．４８≦ｎd≦１．５６の屈折率ｎd、６４≦νd≦７２のアッベ数νd及び低い転移温度（Ｔｇ≦５００℃）を有し、かつ、良好なイオン交換特性並びに良好な耐薬品性、結晶化安定性を有し、好ましくは鉛フリー及び砒素フリーの光学ガラス、及びそのようなガラスの用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光技術及びオプトエレクトロニック技術（画像、映写、遠距離通信、光通信技術及びレーザー技術を含む応用分野）のいずれにおいても、小型化に対する著しい市場傾向がある。これは、これまでの最終製品のサイズ縮小から明らかであり、当然の事ながら、このタイプの最終プロジェクト個々のモジュール及び構成部品の小型化をさらに推し進めることを必要としている。光学ガラスの製造業者にとって、この傾向は、最終製品の数が多くなっているにも拘らず、原料ガラスの容積需要を著しく低下させる事態となっている。それと同時に、ガラス塊及び／又は引き抜きガラス棒からこのタイプの小さな構成部品を製造するには、製品当りのパーセンテージ表示で著しいスクラップ増大を招来し、またこの種の非常に小さな部品の機械加工にはより大きな構成部品よりも高いコストがかかるので、その後の加工業者もガラス製造業者の価格に対する圧力を強めている。
【０００３】
光学部品をガラス塊又は引き抜きガラス棒から製造する別の方法として、従来慣用されているように、できるだけ直接プレス成形された、即ちブランクをプレス成形した光学部品、及び／又は「精密たね」として知られるできるだけ最終形状に近い再プレス成形用のプリフォームを、ガラス溶融体から直接得ることができる製造プロセスが、最近ますます要求されるようになってきている。「精密たね」は、一般に、各種製造プロセスを介してアクセス可能な、好ましくは完全に火炎磨きされたセミフリー又はフリー・フォーミングされたガラス部分を意味すると理解されている。
【０００４】
精密たねを製造する一つの方法はビード・スプレー法であり、所定のサイズ分布を有するガラスビーズがスプレー法によってガラス溶融体から製造される。所望のサイズ画分は、例えば篩分けによって分別される。残りの画分は廃棄されるべきではなく、むしろ再び充分に溶融できる高純度カレットとしてリサイクルできる。このプロセスは、技術及び必要労務の点から非常に簡単に遂行でき、ガラス・ストランドの場合の目標とする所定分割を必要とせず、多数を短時間に製造することが可能となる。
【０００５】
しかしながら、ブランクプレス加工法として知られる付加価値を連鎖的に高める最終形状に近い直接プレス加工法が、より有利である。この方法によれば、より小さな容積のガラス溶融体（多数の材料小片に亘って分布する）を短いセットアップ時間で柔軟に対応可能となる。しかしながら、たねスプレー法に比べて、サイクル数及び小片の数が少なく、また幾何形状も小さいため、材料のみの価値から付加価値を得ることはできない。従って、製品は「システム取り付け準備ＯＫ」の状態でプレスから取り出さねばならず、即ち、高価な再機械加工、冷却及び／又は低温状態でのさらなる加工を省くことができなければならない。要求される高精度の幾何形状のために、このタイプの加圧プロセスのためには高品質の精密装置及び従って高価な金型材料を使用しなければならない。これらの金型の有効寿命は、製造される製品及び／又は材料の採算性において極めて大きなファクターである。長い有効寿命を達成するために極めて重要なファクターは、作業温度はできるだけ低くなければならないが、この作業温度は、プレスされる材料の粘度がなおプレス作業に充分である程度までしか低減できない。従って、加工温度、従って加工されるガラスの転移温度Ｔｇと、このタイプのプレス作業の採算性との間には、直接的な因果関係があり、ガラスの転移温度が低ければ低いほど、金型の有効寿命は長くなり、利ざやは大きくなる。この関係によれば、従って、「低いＴｇガラス」として知られるもの、即ち低い融点及び転移点を有するガラスが必要になり、すなわち、できるだけ低い温度で加工するのに充分な低い粘度を有するガラスが必要になる。
【０００６】
最近、溶融プロセス技術に関するさらなる顧客の判定基準として、「ショート」ガラス、即ち比較的僅かな温度変化で粘度が著しく変わるガラスに対する要望が強くなっていると報告されている。溶融プロセスにおいては、この挙動は熱間成形時間、即ち金型閉鎖時間を短縮できるという利点を有する。これは、まず第一に、処理量を増大し、即ちサイクル時間を短くし、第二に、前述したように金型材料に対してより優しく、また全体の製造コストに良い効果を有する。このタイプのショート・ガラスは、さらに、対応するロング・ガラスよりもより急速な冷却のために、結晶化傾向の強いガラスも加工できるという利点を有する。これによって、その後の二次熱間成形段階で問題を生じ得る予備核形成が不要となる。これはまた、このタイプのガラスを引き抜いてファイバーにできるという可能性をもたらす。
【０００７】
遠距離通信及び光通信技術領域からの新しい製品分野に課される特定の要望として、新しいガラスが同時にイオン交換加工に適することがさらに要求される。この種のイオン交換が主としてガラスを強化及び／又は硬くするために用いられてきたこれまでと異なり、新技術分野においては、イオン交換は低い応力又はさらに応力フリーの組織構築技術として用いられるべきである。例えば、この方法により導波素子、屈折率勾配レンズ及び位置の関数として屈折率が傾斜的に変化する同様の光学素子を製造することが可能である。イオン交換のためには、同様にできるだけ低い転移温度Ｔｇが好ましい。何故ならば、それによってイオン交換の際の加工温度はガラスの結晶化限界以下に充分低く保持できるからである。
【０００８】
本発明に係るガラスの組成範囲は最初は普通ではないとは思われないかもしれないが、従来技術ではこの分野のガラスについては殆ど述べられておらず、ましてや光学ガラスについても述べられていない。むしろ、一方ではエナメル、セラミックス及び／又はガラスセラミックなどの材料で記載されている。さらに、光が照射された時に着色（消色）する幾つかのホトクロミック（光互変）ガラス及びガラスセラミックがある。しかしながら、結晶化も光照射による消色も、所望の応用分野における光学的に高品質のガラスの製造にとって受け入れられない。記載されている例としては特許文献１（調理器具用の速焼成可能なエナメル）、特許文献２（少なくとも５０％の結晶相を有するガラスセラミック）、特許文献３（ファイバーオプティクス用ホトクロミックガラス）、特許文献４（釉、エナメル及び装飾用のＰｂＯフリー及びＣｄＯフリーのガラス）、特許文献５（蛍光顔料）、特許文献６（琺瑯掛けした衛生陶器及び壁パネル用ガラスフリット）、及び特許文献７（歯科医療におけるガラスアイオノマーセメント用のＡｌ−Ｆ珪酸塩ガラス）が挙げられる。
【０００９】
これらの特許公報に鑑みれば、この稠密なセラミック分野の丁度中間部分に光学ガラス用の結晶化安定な組成範囲が見出されたこと、及びさらにこの組成範囲は所望の応用分野に関してイオン交換能や、精密な熱間成形への適性などさらに多くの利点を有することは、著しく驚くべきことである。
先行技術としては、類似の光学特性及び似たような化学組成を有するガラスも以下の特許文献に記載されているが、これらのガラスは重大な欠点を有する。
【００１０】
特許文献８（コーニング社）に記載のＵＶ吸収ガラス偏光子は、成分Ｃｕ（Ｉ）酸化物（≧０．２質量％）及びＳｎ（II）酸化物（≧０．４質量％）を含有せねばならないガラスからなる。これらは、本発明による所望の用途のためのガラス特性に欠点をもたらす。従来のガラス溶融体の酸化条件のために、Ｃｕ（Ｉ）酸化物は、僅かな量（＞０．２質量％）でさえも悪影響を及ぼす着色成分、Ｃｕ（II）酸化物を形成するように反応する。このようにして生じる青色スペクトル縁部での透過率損失は、標準的な光学的用途にとってはなお受け入れ可能であるかもしれないが、このタイプのガラスは新しい高性能技術用には使用できない。さらに、Ｓｎ（II）酸化物は、少量でもガラスの結晶化安定性に悪影響を及ぼす。さらに困難なことは、溶融体中のＳｎ（II）は完全にはＳｎ（IV）に変換されず、むしろ部分的に還元形態で多価成分としてガラス中に残り、銀イオンとイオン交換することが不可能になる。Ａｇ（Ｉ）は、Ｓｎ（II）のＳｎ（IV）への酸化によって元素Ａｇ（０）に還元され、そこで、透過率を低下させるホトクロミック成分として作用する。またその場合、屈折率の所望の局部変化は達成されなくなる。
【００１１】
特許文献９（ボウシュ・アンド・オプティカル社）には、サングラス製造用の硼珪酸塩ガラスが記載されている。サングラスはそれらの本質により光を遮るものであるため、この場合にもまた青色の透過率縁部が破壊され、即ち、着色成分（Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｏ3Ｏ4）によって所望の用途にとってはるかに長い波長にシフトしてしまう。さらに、この材料は、少なくとも１質量％のＺｎＯを含有しなければならないが、この成分は、特に白金の導入を阻止し、従って非常に高い絶対透過率を確保するためにとりわけ高い加工温度が用いられる場合、溶融中及び熱間成形中にガラスの結晶化安定性に悪影響を及ぼす。さらに、添加される成分から、これらのガラスは還元条件（Ｓｉ及び／又はＣの使用）下で溶融されることがわかる。しかしながら、このタイプの溶融プロセスは非常に再現困難であり、特に新技術の品質、従って再生産スケールが適用される場合にそうである。特に言えることは、このプロセスでは高いレベルで白金がガラス中に導入され、連続耐火れんが設備では非常に高いレベルで耐火材料が除去され、従って設備の有効寿命は不釣合いなほど短くなる。このことは、本発明のようなガラスを必要以上にはるかに高価なものとしてしまう。
【００１２】
特許文献１０（ショット社）には、低屈折率及び高分散の珪酸塩ガラスが記載されている。このガラスは、本発明とは異なり、アルカリ金属酸化物及び酸化アルミニウムを合計含有量で３５質量％以上含有している。さらに、この材料は、３０質量％までのＴｉＯ2を含有しているので、溶融及び一次熱間成形の両方に関して、特に精密熱間成形に関して、またプレス、イオン交換、冷却、さら穴開孔等の潜在的な二次熱間成形工程に関して、材料の結晶化安定性が受け入れ難いほど低下する。しかしながら、上記特許発明は本発明に係るガラスとは完全に異なる光学特性を達成することを狙いとしているために、ＴｉＯ2は前記ガラスにおいては不可欠な成分である。本発明に係るガラスは同様に低い屈折率を示すが、高分散でよりもむしろ低分散で低い屈折率を示す。
【００１３】
特許文献１１（キャノン社）には、屈折率勾配を有するレンズ用ガラスが開示されている。しかしながら、このガラスは、本発明では含まれていない１５．７質量％までのＬｉ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏ又はＴｌ2Ｏを含有しなければならない。Ｌｉ2Ｏはガラスの結晶化安定性を著しく低下させる。同じことは、特許文献１２（保谷社）に記載され、強化可能なテレビ用ガラスとして使用できるＬｉ2Ｏ−ＳｒＯアルミノ珪酸塩ガラスにも当てはまる。必須成分である１２．４質量％までのＬｉ2Ｏと２９．２質量％までのＳｒＯにより、結晶化安定性は過度に低下する。さらに、高性能光学ガラスのために酸化リチウムは高純度Ｌｉ2Ｏの形態で使用せねばならず、それによりガラスはより高価なものになる。
【００１４】
特許文献１２（ショット社）には、光学記録媒体用のガラスが開示されている。これらのガラスは常にアルカリ土類金属を含有ているが、これは本発明に係るガラスにとって不利益である。さらに、本発明に係るガラスは塩素は含有していない。
【００１５】
【特許文献１】ソ連特許ＳＵ  １  １２７  ８６１号公報
【特許文献２】米国特許第２，９２０，９７１号明細書
【特許文献３】米国特許第３，６３０，７６５号明細書
【特許文献４】ドイツ特許ＤＥ  １９  ５１２  ８４７号公報
【特許文献５】国際公開ＷＯ  ８９／０９２５０号公報
【特許文献６】イギリス特許ＧＢ  ２２  ３４  ２４０号公報
【特許文献７】ヨーロッパ特許ＥＰ  ０  ３８３  ８７３号公報
【特許文献８】ヨーロッパ特許ＥＰ  ０  ６５８  ５２４号公報
【特許文献９】米国特許第２，７４８，００６号明細書
【特許文献１０】ドイツ特許ＤＥ  ９７３  ３５０号公報
【特許文献１１】特開平１−１３３９５６号公報
【特許文献１２】特開２００１−３４８２４５号公報
【特許文献１３】ヨーロッパ特許ＥＰ  ０  ４０４  ０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、本発明の目的は、できるだけ「ショート」なものであり、特に低いガラス転移温度Ｔｇを有し、さらに所望の光学特性（ｎd／νd）を有するＰｂＯ−フリー及びＡｓ2Ｏ3−フリーの光学ガラスを提供することにある。さらにまた、これらのガラスは、必要に応じてイオン交換反応できるものでなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的は、特許請求の範囲に記載の本発明の各種態様によって達成される。特に、本発明によれば、酸化物基準で以下の組成
ＳｉＯ2      ５３〜５８質量％、Ｂ2Ｏ3    １１〜１５質量％、
Ａｌ2Ｏ3    １６〜２０質量％、
Ｎａ2Ｏ        ０〜１３質量％、Ｋ2Ｏ      ０〜１３質量％、
ΣＭ2Ｏ（アルカリ金属酸化物）    ９〜１３質量％、
Ｆ          ０．５〜４質量％
を有し、１．４８≦ｎd≦１．５６の屈折率ｎd、６４≦νd≦７２のアッベ数νd及びＴｇ≦５００℃の転移温度を有する光学ガラスが提供される。
本明細書において、用語、成分が「実質的にフリー」とは、この種の成分は個々の成分としてガラス組成物に故意に添加されておらず、出発材料から又は溶融及び／又は加工プロセス中にこの種の成分がガラス中にせいぜい不純物として微量導入される場合もあることを意味する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るガラスは、フルオロクラウン、硼珪酸塩、フォスフェートクラウン、及びフォスフェート稠密クラウンガラスの領域にある光学特性によって識別される。特に、１．４８≦ｎd≦１．５６、好ましくは１．４９≦ｎd≦１．５４の屈折率ｎdと、それと組み合わせて同時に、６４≦νd≦７２、好ましくは６５≦νd≦７０のアッベ数νdを有する
転移温度Ｔｇは非常に低く、Ｔｇ≦５００℃、好ましくはＴｇ≦４８０℃、さらに好ましくはＴｇ≦４６０℃である。さらに本発明に係る全てのガラスは、「ショート・ガラス」として知られているもの、即ち、その粘度が、温度が低下するにつれて比較的急速に低下し、また温度が上昇するにつれて比較的急速に上昇するガラスである。
【００１９】
さらに本発明に係る全てのガラスは、良好な耐薬品性及び結晶化安定性（結晶化に対する安定性）を有する。これらはまた、良好な溶融特性及びフレキシブルで最終形状に近い加工特性、プロセスコストが低いことによる低い製造コスト、良好なイオン交換特性、及び良好な環境適合性によって識別される。
本発明のガラスの光学特性、粘度−温度プロファイル及び加工温度は、感度の高い精密機械加工を採用してさえも、高度に特定された最終形状に近い熱間成形が確実に行なえるように設定されている。さらに、結晶化安定性と粘度−温度プロファイルの相関関係が確立されており、従ってさらにガラスのプレス成形もしくは再プレス成形、又はイオン交換プロセス等の熱処理が容易に可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係るガラスの基本ガラス系は、アルミノ硼珪酸塩ガラス系であり、これは高いガラス形成剤含有量によって特徴づけられる固有的に非常に安定な系である。その結果、溶融体においてもまた一次熱間成形中においても、並びにプレス、強靭化、冷却、イオン交換等の潜在的な二次熱間成形工程においても結晶化安定性を有する。
【００２１】
本発明に係るガラスは、主成分として５３〜５８質量％、好ましくは５３〜５６質量％のＳｉＯ2を含有する。ＳｉＯ2含有量が５８質量％を超えて増大すると、材料の長さ（前記ショートに対応する用語）が過度に大きくなって高い絶対粘度となり、所望の形状の精密熱間成形には不適当となる。一方、５３質量％未満に減少すると、不充分な結晶化安定性となり、またガラスの耐薬品性はかなり低くなる。
【００２２】
Ａｌ2Ｏ3は、本発明に係るガラス中に第二の主成分として１６〜２０質量％、好ましくは１６〜１８質量％の量で存在する。Ａｌ2Ｏ3のこれらのレベルでの添加は、第一に、ガラスの粘度をより多くのＳｉＯ2が添加されたと同じ程度までに上昇させることなく、耐薬品性を増大させるのに供する。それにも拘らず、Ａｌ2Ｏ3含有量が２０質量％を超えて増大すると、粘度が過度に上昇してしまう。一方、Ａｌ2Ｏ3含有量が１６質量％の下限値未満に低下すると、ガラスが充分な耐薬品性もしくは安定性を達成不可能になる。さらに、上記限度内でのＡｌ2Ｏ3含有量はまた、Ａｌ2Ｏ3によって生じる管状構造により材料の硼珪酸塩構造を拡大し、それによって効果的な拡散プロセス、従ってイオン交換プロセスに要求される条件をつくるためにも必要である。
【００２３】
本発明に係るガラスは、１１〜１５質量％のＢ2Ｏ3を含有する。この成分は、第三のガラス形成剤として供し、結晶化に対して網状構造を安定化させ、それと同時に、絶対粘度を有利に低減し、ガラスをより「ショート」にする。しかしながら、１５質量％を超えてさらにＢ2Ｏ3含有量を増大すると、耐薬品性が低下し、それと同時に耐火材料の腐蝕を増大させる。これによって設備の有効寿命が不必要に低下し、それによってまた、材料の製造コストが著しく上昇してしまう。Ｂ2Ｏ3含有量が１１質量％未満に低くなり過ぎると、ガラスの粘度を精密熱間成形に効率的に使用可能な程度まで充分に低くできなくなる。
【００２４】
本発明に係るガラスはまた、合計量で少なくとも９質量％、好ましくは少なくとも１１質量％のアルカリ金属酸化物を含有するが、せいぜい１３質量％の上限は超えるべきではない。この種のアルカリ金属酸化物は、一方では、非常に高いレベルの精度で粘度−温度プロファイル及びガラスの光学特性を調整するための他の方法となるが、他方では、実際にその後のイオン交換を可能にするのはガラス中に存在するＮａ及びＫイオンのみである。アルカリ金属酸化物の合計含有量が９質量％未満では、不充分なイオン交換能となり、それによって、イオン交換されたガラス内で著しく不適切な屈折率勾配となってしまう。一方、アルカリ金属酸化物の含有量が１３質量％を超えると、絶対粘度が低下し過ぎ、従って結晶化傾向が増大し、また耐薬品性に悪影響を及ぼす。
【００２５】
好適なアルカリ金属酸化物は、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏである。
本発明に係るガラスは、Ｎａ2Ｏを最大１３質量％、好ましくは９〜１３質量％、特に好ましくは１１〜１３質量％の量で含有する。Ｋ2Ｏの最大含有量も１３質量％、好ましくは１０質量％、特に好ましくは８質量％であることが望ましい。
Ｎａ2ＯはＫ2Ｏよりも優先的に使用されることが好ましく、その理由は、第一に、このガラス母材においてはＮａ2Ｏは著しく高い拡散係数を有し、従ってより良いイオン交換特性を有し、第二に、少ない量で存在しても粘度を大きく低下させるためである。従って、実質的にＫ2ＯフリーのＮａ2Ｏ含有ガラスは、粘度−温度プロファイルをより効果的に設定できるために、精密な熱間成形のために著しく容易に供給できる。
【００２６】
ガラスはＬｉ2Ｏを含有しないことが好ましい。Ｌｉ2Ｏは、フラックスとして作用するためにはＫ2ＯやＮａ2Ｏとほぼ等しく適しているけれども、Ｌｉ2Ｏ含有ガラスはその後の銀イオンとのイオン交換のための潜在能力を有さない。なぜならば、Ｌｉ+とＡｇ+のサイズ比の差、また同様にＬｉ+とＫ+のサイズ比の差が効果的なイオン交換の時間及び量のためには大きすぎるからである。第二に、それはガラスの結晶化安定性に対して著しく悪影響を及ぼすからである。さらに、Ｂ2Ｏ3と組み合わされたＬｉ2Ｏにより、溶融プロセスにおけるガラスの化学挙動が非常に攻撃的になり、高レベルの耐火材腐蝕が観察されるようになる。これによって修復プロセスが課されることになるため、設備有効寿命が大幅に短くなり、製品価格は上昇する。
【００２７】
本発明のガラスはまた必須成分としてフッ素を含有する。フッ素は本発明のガラス中に０．５〜４質量％の量で存在する。本発明のガラスにおいては、この成分は感受性制御変量を構成する。フッ素は、光学特性の非常に微細な調整と粘度−温度プロファイルの微細な調整の２つの選択肢を提供する。さらに、このガラス系においてフッ素はガラスをショート化するのに供する。他の側面としては、フッ素の添加はイオン交換プロセスにおけるイオン拡散速度に有利な効果を及ぼし、特に一次イオン交換プロセス中に、またイオン交換された製品が長期的に考慮されるときに有利な効果を及ぼす。フッ素含有量が０．５質量％未満に減少すると、過剰に高い分散と共に過剰に高い屈折率となり、また、（低下した分散係数のために）イオン交換プロセスにおいて不経済な処理時間となる。一方、フッ素含有量が４質量％を超えて増大すると、第一に過剰に低い屈折率となり、第二に過剰に高い分散係数となり、これは、制御困難なほど短い処理時間となることに加えて、イオン交換された製品における屈折率プロファイルの長期安定性に悪影響を及ぼす。この点については、製品の有効寿命中のその後の拡散を挙げることができる。さらに、ガラス中のより高いフッ素含有量は必然的に溶融における安全対策を必要とし、これは従来の標準的な設備の生産能力に、従ってガラスの製造価格に非常に悪影響を及ぼす。
【００２８】
本発明のガラスは、好ましくは実質的にアルカリ土類金属化合物を含有しないことが好ましく、特にガラスがイオン交換用途に利用される場合にそうである。アルカリ土類金属化合物はイオン交換を妨げるバリヤー層の形成につながるため、イオン交換が起こるのを妨げるようになる。
さらに、環境上の理由から、本発明のガラスは実質的に鉛を含有しないことが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明に係るガラスは、通常の清澄剤、好ましくは以下の成分の１種以上を含有することもできる（質量％で）。
Ｓｂ2Ｏ3    ０〜１％及び／又は、
ＳｎＯ      ０〜１％及び／又は、
ＮａＣｌ    ０〜１％及び／又は、
ＳＯ42-    ０〜１％。
【００３０】
用いられる清澄剤は砒素化合物でないことが好ましく、本発明に係るガラスは好ましくは実質的に砒素フリーである。さらに、ガラスが銀イオンとイオン交換処理するために用いることが予定されている場合には、Ｓｂ2Ｏ3やＳｎＯなどの多価清澄剤は好ましくない。このような場合、ガラスは好ましくは実質的に多価カチオンフリーである。本発明のガラスにおいては、フッ素は一般に清澄剤としては用いられない。
【００３１】
本発明はまた、画像、映写、遠距離通信、光通信技術及び／又はレーザー技術などの応用領域における光学素子のための本発明に係るガラスの使用にも関する。
本発明はまた、本発明に係るガラスからなる光学素子にも関する。ここで、光学素子は、特にレンズ類、プリズム類、及びコンパクトな構成部品を含む。ここで、本発明によれば、用語「光学素子」は、例えば、たね、精密たね等のこの種の光学素子のプリフォームも包含する。
【実施例】
【００３２】
以下に幾つかの実施例を示して本発明についてさらに具体的に説明するが、本発明が以下の実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００３３】
本発明のガラスは以下のようにして製造した。
酸化物用の原料、好ましくは対応する炭酸塩、硝酸塩及び／又は弗化物を計量し、例えばＳｂ2Ｏ3などの１種以上の清澄剤を加え、次いで充分に混合した。ガラスバッチを連続溶解装置内で約１３００℃で溶解し、次いで清澄化し（１３５０℃）、均質化した。ガラスは約１２２０℃の注型温度で所望の寸法に注型し、加工するか、あるいはより低い温度（＜８００℃）で精密熱間成形に供した。
ガラス１００ｋｇの溶解例（計算値）の一例を表１に示す。なお、下記成分を溶解することによって得られたガラスの特性は、表２に実施例３として示されている。
【表１】
2004182591.tif 000002
【００３４】
本発明の組成範囲内の１４の実施例を表２及び表３にまとめて示す。下記表２及び表３には、本発明に係る実施例１〜１４の組成（質量％）及び特性が示されている。なお、各成分の含有量はガラスの分析データから計算した。特性としては、屈折率ｎd、アッベ数νd、スペクトルの青色領域における部分分散Ｐg,F及びこの部分分散の標準直線からの偏差ΔＰg,F［１０-4］、熱膨張率α20-300［１０-6／Ｋ］、密度ρ［ｇ/ｃｍ3］及びガラス転移温度Ｔｇ［℃］を示す。
【００３５】
アルカリ金属酸化物としてＮａ2Ｏを用いた実施例を示す表２及びＮａ2Ｏの一部又は全部をＫ2Ｏで置き換えた実施例を示す表３に示す結果から明らかなように、用いたアルカリ金属酸化物の量及び種類の点においてのみ異なる類似の組成物でも、Ｎａ2Ｏの代わりにＫ2Ｏが存在することによって著しく高いＴｇになることがわかる。
およそＴｇ−４０℃の温度での硝酸銀溶融体とのイオン交換試験を上記のようにして製造された実施例１〜１４のガラスについて行なったが、全てのガラスにおいて、イオン交換によって引き起こされた屈折率変化が観察された。また、いずれの場合にもガラスの結晶化は起こらなかった。
【００３６】
【表２】
2004182591.tif 000003
【００３７】
【表３】
2004182591.tif 000004