(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｐ2Ｏ5：７〜１３．５％、
Ｂ2Ｏ3：０．１〜１０％、
Ｎｂ2Ｏ5：１０〜４０％、
ＷＯ3：３〜３０％、
Ｂｉ2Ｏ3：１１〜５５％、
ＴｉＯ2：０％、
Ｔａ2Ｏ5：０〜１５％（ただし、ゼロを含む）、
ただし、Ｎｂ2Ｏ5＋ＷＯ3＋Ｂｉ2Ｏ3＋ＴｉＯ2＋Ｔａ2Ｏ5：６０〜８０％、
ＭｇＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、
ＣａＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、
ＳｒＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、
ＢａＯ：０．１〜１９％、
ＺｎＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、
ただし、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ：０．１〜１９％、
Ｌｉ2Ｏ：０〜３％（ただし、ゼロを含む）、
Ｎａ2Ｏ：０〜３％（ただし、ゼロを含む）、
Ｋ2Ｏ：０．１〜６％、
ただし、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：０．１〜５％、
の各ガラス成分を有し、
屈折率（ｎｄ）が１．９４６以上、アッベ数（νｄ）が２１．１以下、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５５９℃以下、着色度（λT70）が４７４ｎｍ以下であることを特徴とする光学ガラス。
【請求項２】
前記ガラス成分において、
重量％で、
Ｌｉ2Ｏ：０％、
Ｎａ2Ｏ：０％、
である請求項１記載の光学ガラス。
【請求項３】
重量％で、
ＳｉＯ2：０〜１０％、
ＧｅＯ2：０〜５％、
Ａｌ2Ｏ3：０〜５％、
Ｌａ2Ｏ3：０〜５％、
Ｙ2Ｏ3：０〜５％、
Ｇｄ2Ｏ3：０〜５％、
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又は２に記載の光学ガラス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光学ガラスからなることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の光学ガラスをモールドプレス成形して作製された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、より詳細には高屈折率（ｎd：１．９２以上）かつ高分散（νd：２５以下）の光学恒数を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が比較的低く、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】
近年、デジタルカメラや携帯電話等の光学機器の小型化が急速に進んでいる。光学機器の小型化を図るためには、使用するレンズを薄くする必要がある。レンズを薄くするには、屈折率の高い光学ガラスを用いる必要がある。
【０００３】
一方、非球面形状など加工困難な形状のガラスを比較的容易に成形できる技術として、軟化点温度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直接レンズ成形を行ういわゆるモールドプレス成形法(精密プレス成形法)が注目されている。この成形法によれば、従来は必要であったレンズの研磨および切削工程などが不要となり高生産性と低コスト化が図れる。ところが、モールドプレス成形法では、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。特にＴｇが５６０℃を超えると金型の劣化が著しくなる。それで、モールドプレス成形法に用いるガラスとしてＴｇのできるだけ低いものが要求される。
【０００４】
そこで、前述の高屈折率の光学ガラスをモールドプレス成形法を用いて成形する場合には、ガラス組成物として酸化鉛や酸化テルルを含有させて、高屈折率化と低Ｔｇ化を図っていた。例えば特許文献１では、酸化鉛を多量に含有させることによって屈折率２．０以上のガラスを得ている。また特許文献２〜４では、酸化テルルを多量に含有させることによって高屈折率を達成している。
【０００５】
ところが、この酸化鉛や酸化テルルについての人体への悪影響が近年懸念され始めた。このため酸化鉛や酸化テルルを用いずに、高屈折率且つ低Ｔｇのガラスを得る技術が検討され提案されている（例えば特許文献５）。
【特許文献１】特開昭６３−２７４６３８号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開昭６１−１９７４４３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開昭６２−１０８７４１号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】特開昭６２−１１９１３８号公報（特許請求の範囲）
【特許文献５】特開２００５−７５６６５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】
【０００６】
しかしながら特許文献５の提案技術は、Ｎｂ2Ｏ5の含有量が多く、ＷＯ3やＢｉ2Ｏ3が含有されていないため、Ｔｇが充分には低くなく、液相温度（以下、「ＴL」と記すことがある）が１，１００℃と高い。ＴLが高いと溶融成形する際の作業温度が高くなる。また失透傾向が大きくなり、脈理が入りやすくなる。
【０００７】
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酸化鉛および酸化テルルを実質的に含有させることなく、高屈折率・高分散であって耐失透性および耐久性に優れ、Ｔｇが低くモールドプレス成形に適した光学ガラスを提供することにある。
【０００８】
また本発明の他の目的は、酸化鉛および酸化テルルを実質的に含有せず、高屈折率・高分散であって耐久性に優れ、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】
【０００９】
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、Ｐ2Ｏ5−Ｎｂ2Ｏ5−Ｂｉ2Ｏ3をガラスの基本組成とし、特定のガラス成分の含有量および総量を特定範囲とすればよいことを見出し本発明をなすに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の光学ガラスは、重量％で、Ｐ2Ｏ5：７〜１７％、Ｂ2Ｏ3：０．１〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5：１０〜４０％、ＷＯ3：３〜３０％、Ｂｉ2Ｏ3：１１〜５５％、ＴｉＯ2：０〜１０％（ただし、ゼロを含む）、Ｔａ2Ｏ5：０〜１５％（ただし、ゼロを含む）、ただし、Ｎｂ2Ｏ5＋ＷＯ3＋Ｂｉ2Ｏ3＋ＴｉＯ2＋Ｔａ2Ｏ5：６０〜８０％、ＭｇＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、ＣａＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、ＳｒＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、ＢａＯ：０．１〜１９％、ＺｎＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、ただし、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ：０．１〜１９％、Ｌｉ2Ｏ：０〜３％（ただし、ゼロを含む）、Ｎａ2Ｏ：０〜３％（ただし、ゼロを含む）、Ｋ2Ｏ：０．１〜６％、ただし、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：０．１〜６％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。
【００１１】
また、溶融生産性及び成形性などの観点から、ＳｉＯ2：０〜１０％、ＧｅＯ2：０〜５％、Ａｌ2Ｏ3：０〜５％、Ｌａ2Ｏ3：０〜５％、Ｙ2Ｏ3：０〜５％、Ｇｄ2Ｏ3：０〜５％、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。
【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および前記光学ガラスをモールドプレス成形して作製したことを特徴とす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、Ｐ2Ｏ5−Ｎｂ2Ｏ5−Ｂｉ2Ｏ3をガラスの基本組成とし、特定のガラス成分の含有量および総量を特定範囲としたので、人体への悪影響が懸念される酸化鉛および酸化テルルを用いることなく、高屈折率・高分散で、しかも低いＴｇが得られ、優れたモールドプレス成形性が得られた。
【００１４】
また本発明の光学素子は、前記光学ガラスをモールド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、Ｐ2Ｏ5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７％より少ないとガラスが不安定となり失透傾向が強くなる。他方、Ｐ2Ｏ5の含有量が１７％を超えると、屈折率が低下し所望の光学恒数が得られない。そこでＰ2Ｏ5の含有量を７〜１７％の範囲と定めた。より好ましいＰ2Ｏ5の含有量は８〜１５％の範囲である。
【００１６】
Ｂ2Ｏ3は、Ｐ2Ｏ5と同様に、ガラス骨格を構成する成分（ガラスフォーマー）であり、少量の添加でガラスをより安定化させることができる。Ｂ2Ｏ3の含有量が０．１％より少ないと前記効果が得られない。他方、Ｂ2Ｏ3の含有量が１０％を超えると、屈折率が低下し所望の光学恒数が得られない。そこでＢ2Ｏ3の含有量を０．１〜１０％の範囲と定めた。より好ましい含有量は１〜７％の範囲である。
【００１７】
Ｎｂ2Ｏ5は屈折率および化学的耐久性を向上させる効果を強く奏する。Ｎｂ2Ｏ5の含有量が１０％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い。他方、含有量が４０％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、Ｎｂ2Ｏ5の含有量を１０〜４０％の範囲とした。より好ましいＮｂ2Ｏ5の含有量は１５〜３５％の範囲である。
【００１８】
ＷＯ3は、Ｔｇを上昇させることなく屈折率を高くし、耐失透性を向上させる効果を奏する。ＷＯ3の含有量が３％より少ないと前記効果が得られない。他方、含有量が３０％を超えると、ガラスの着色度が強くなり化学的耐久性が低下する。そこで、ＷＯ3の含有量を３〜３０％の範囲とした。より好ましいＷＯ3の含有量は５〜２５％の範囲である。
【００１９】
Ｂｉ2Ｏ3は、Ｔｇを上昇させることなく屈折率を高め、耐失透性を向上させる効果を奏する。Ｂｉ2Ｏ3の含有量が１１％より少ないと前記効果が得られない。他方、５５％を超えると、ガラスの着色度が強くなると共に耐失透性が悪化する。そこで、Ｂｉ2Ｏ3の含有量を１１〜５５％の範囲とした。より好ましいＢｉ2Ｏ3の含有量は１５〜５０％の範囲である。
【００２０】
ＴｉＯ2は屈折率を高める効果を奏するが、ＴｉＯ2の含有量が１０％を超えると、着色度が強くなる。そこで、ＴｉＯ2の含有量を０〜１０％の範囲とした。より好ましいＴｉＯ2の含有量は０〜６％の範囲である。
【００２１】
Ｔａ2Ｏ5は屈折率を高くする効果を奏するが、その含有量が１５％を超えると耐失透性が悪化する。このためＴａ2Ｏ5の含有量を０〜１５％の範囲とした。より好ましいＴａ2Ｏ5の含有量は０〜１０％の範囲である。
【００２２】
Ｎｂ2Ｏ5、ＷＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5は、いずれも屈折率を向上させる成分であり、これらの総量が６０％より少ないと所望の光学恒数が得られなくなる。一方、これらの総量が８０％を超えるとガラスが失透しやすくなり、また着色が強くなる。このため、これらの総量を６０％〜８０％の範囲とした。
【００２３】
ＢａＯは本発明の必須成分であって、耐失透性を向上させるとともに屈折率を上昇させる効果を奏する。ＢａＯの含有量が０．１％より少ないと前記効果が得られない。他方、ＢａＯの含有量が１９％を超えると、Ｔｇが上昇するとともに分散が低くなり所望の光学恒数が得られなくなる。そこで、ＢａＯの含有量を０．１〜１９％の範囲とした。より好ましいＢａＯの含有量は１〜１５％の範囲である。
【００２４】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯは、光学恒数の調整と耐失透性を向上させる効果を奏するが、その含有量がそれぞれ５％を超えると耐失透性が悪化する。そこでＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯの含有量をそれぞれ０〜５％の範囲とした。より好ましいＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯの各含有量は０〜３％の範囲である。
【００２５】
またＲＯ（Ｒ：Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）成分の総量が、０．１％より少ないと前記効果が得られない。他方、ＲＯ成分の総量が１９％を超えるとＴｇが上昇するとともにアッベ数が大きくなり本発明の目的とする光学恒数が得られなくなる。そこでＲＯ成分の総量を０．１〜１９％の範囲とした。ＲＯ成分の総量のより好ましい含有量は１〜１５％の範囲である。
【００２６】
Ｌｉ2Ｏ及びＮａ2Ｏは、それぞれ少量含有させることによってＴｇの低下や耐失透性の向上などの効果を奏するが、含有量が３％を超えるとガラスの粘度が低下し成形が困難となる。また化学的耐久性が低下する。そこで、Ｌｉ2Ｏ及びＮａ2Ｏの含有量をそれぞれ０〜３％の範囲とした。Ｌｉ2Ｏのより好ましい含有量は０〜２％の範囲である。
【００２７】
Ｋ2Ｏは溶融性の向上とＴｇを低下させる効果を奏する。Ｋ2Ｏの含有量が０．１％より少ないと前記効果が得られない。他方、Ｋ2Ｏの含有量が６％を超えると化学的耐久性が劣化するとともに屈折率が低下する。そこで、Ｋ2Ｏの含有量を０．１〜６％の範囲とした。より好ましいＫ2Ｏの含有量は０．１〜５％の範囲である。
【００２８】
そして、アルカリ金属成分Ｒ’2Ｏ（Ｒ’＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）の総量が６％を超えると、屈折率が低下するとともに化学的耐久性が低下する。このためＲ’2Ｏ成分の総量を０．１〜６％の範囲とした。Ｒ’2Ｏ成分の総量のより好ましい含有量は０．１〜５％の範囲である。
【００２９】
また、本発明の光学ガラスでは、ＳｉＯ2、ＧｅＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、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。
【００３０】
ＳｉＯ2はガラスの耐久性と粘度を向上させる効果を奏するが、その含有量が１０％を超えると溶融性や耐失透性が悪化し、屈折率が低下する。このためＳｉＯ2の含有量を０〜１０％の範囲とした。より好ましい含有量は０〜６％の範囲である。
【００３１】
ＧｅＯ2は屈折率を向上させる効果を奏するが、その含有量が５％を超えると耐失透性が悪化する。このためＧｅＯ2の含有量を０〜５％の範囲とした。より好ましい含有量は０〜３％の範囲である。
【００３２】
Ａｌ2Ｏ3は、化学的耐久性を向上させると共に粘度を向上させる効果を奏する。Ａｌ2Ｏ3の含有量が５％を超えると、溶融性及び耐失透性が悪化する。そこで、Ａｌ2Ｏ3の含有量を０〜５％の範囲とした。より好ましい含有量は０〜３％の範囲である。
【００３３】
Ｌａ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3はそれぞれ屈折率や化学的耐久性を向上させる効果を奏するが、それぞれの含有量が５％を超えると耐失透性が悪化する。このため、Ｌａ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3の各含有量を０〜５％の範囲とした。より好ましい各含有量は０〜３％の範囲である。
【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し、またガラスの着色度の悪化を抑える効果も奏する。このためＳｂ2Ｏ3は外割りで０．５％以下の範囲で含有させるのが好ましい。
【００３５】
本発明の光学素子は前記光学ガラスをモールドプレス成形することによって作製される。このモールド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。
【００３６】
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。成形時のガラスの粘性としては１０1〜１０12ｐｏｉｓｅの範囲が好ましい。
【００３７】
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】
【００３８】
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。
【００３９】
実施例１〜９、比較例１，２
Ｐ2Ｏ5原料としてメタリン酸塩又はピロリン酸塩を用い、他の成分については、炭酸塩、硝酸塩、酸化物等を原料として使用し、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９００〜１，２００℃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）、ガラス転移温度（Ｔｇ）、着色度、液相温度（ＴL）を測定した。測定結果を表１及び表２に合わせて示す。なお、比較例１は、特許文献５（特開２００５−７５６６５号公報）の実施例２を追試したものである。
【００４０】
前記ガラス特性の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。屈折率（ｎd）とアッベ数（νd）は、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」を用いて測定したものである。ガラス転移温度（Ｔｇ）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５℃の昇温条件で測定したものである。着色度は、サンプルを１０ｍｍの厚さに鏡面研磨を行い、日立製作所社製の分光光度計「U-4100」を用いて透過率を測定し、透過率が７０％のときの波長（ｎｍ）を求めたものである。液相温度（ＴL）は、ガラスの入った５０ｃｃの白金坩堝を、所定温度に設定しておいた電気炉内に８時間放置した後取り出し、ガラス内部に失透(結晶)が有るかどうかを観察し、失透が確認されない温度とした。
【００４１】
【表１】
0004810901.tif 000002
【００４２】
【表２】
0004810901.tif 000003
【００４３】
表１から明らかなように、実施例１〜９の光学ガラスは、屈折率ｎdが１．９４６〜２．０１４と高く、アッベ数νdは１６．２〜２１．１の範囲と小さく、所望の光学恒数を有していた。また、Ｔｇは５６０℃以下、ＴLは９００〜１０００℃と低くモールドプレス成形に適したものであった。また着色度も５００ｎｍ以下と光学機器用のレンズとして使用しても問題のないものであった。
【００４４】
これに対して、表２によれば、Ｎｂ2Ｏ5の含有量が多く、且つＷＯ3及びＢｉ2Ｏ3を含有しない比較例１の光学ガラスは、Ｔｇが６３９℃と高くまたＴLも１１２０℃と高くモールドプレス成形に適さないものであった。一方、Ｂｉ2Ｏ3を主成分とする比較例２の光学ガラスは、高屈折率・高分散な光学恒数を有するものの、着色度が５２０ｎｍと高く、光学機器向けのレンズとしては好ましくないものであった。