(57)【要約】  【課題】  鉛化合物等を実質的に含有せず、低屈折率・高分散であって、しかもＴｇ及びＴLが低く精密プレス成形に適した高耐候性光学ガラスを提供する。  【解決手段】  重量％で、Ｐ2Ｏ5：４０〜５０％、Ａｌ2Ｏ3：０．１〜２％、ＴｉＯ2：１１〜２０％、Ｎｂ2Ｏ5：０．１〜４．５％、Ｌｉ2Ｏ：０〜３％（ただし、ゼロを含む）、Ｎａ2Ｏ：１０〜２５％、Ｋ2Ｏ：０〜１５％（ただし、ゼロを含む）、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：１５〜２５％、ＭｇＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、ＣａＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、ＳｒＯ：０．１〜２０％、ＢａＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、ＺｎＯ：０．１〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ：０．５〜２０％、の各ガラス成分を含有する構成とする。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｐ2Ｏ5：４０〜５０％、
Ａｌ2Ｏ3：０．１〜２％、
ＴｉＯ2：１１〜２０％、
Ｎｂ2Ｏ5：０．１〜４．５％、
Ｌｉ2Ｏ：０〜３％（ただし、ゼロを含む）、
Ｎａ2Ｏ：１０〜２５％、
Ｋ2Ｏ：０〜１５％（ただし、ゼロを含む）、
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：１５〜２５％、
ＭｇＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、
ＣａＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、
ＳｒＯ：０．１〜２０％、
ＢａＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、
ＺｎＯ：０．１〜１０％
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ：０．５〜２０％、
の各ガラス成分を有することを特徴とする光学ガラス。
【請求項２】
重量％で、
Ｂ2Ｏ3：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、
ＷＯ3：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、
Ｂｉ2Ｏ3：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、
Ｓｂ2Ｏ3：０〜０．５％（ただし、ゼロを含む）
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記載の光学ガラス。
【請求項３】
ガラス転移温度（Ｔｇ）が４５０℃以下、屈折率（ｎd）が１．５８〜１．６８の範囲、アッベ数（νd）が２６〜３６の範囲である請求項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精密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、より詳細には低屈折率かつ高分散で、ガラス転移温度が比較的低く、耐候性に優れ、精密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、急速に普及してきたデジタルカメラや家庭用ムービーカメラ等の光学機器においては、よりコンパクトで収差の少ない高性能な撮影光学系やファインダ光学系等が望まれている。このような光学系を設計する上で、使用する光学ガラスは低屈折率で高分散の光学恒数を有するものが望ましい。
【０００３】
一方、光学機器の小型化、軽量化を図るために上記撮影光学系やファインダ光学系等においても、非球面レンズを使用することが近年多くなってきた。しかし、従来の切削・研磨によってレンズを非球面形状に加工することは難しく、必然的に生産コストが高くなっていた。そこで、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、モールド成形法(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低コスト化が図れる。したがって、前述の低屈折率で高分散の光学恒数を有する光学ガラスを、精密プレス成形法を用いて非球面レンズに成形することができれば、低コストでコンパクトかつ高性能な光学系が実現でき非常に有用的である。
【０００４】
この精密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精密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。金型劣化は、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、加えて不活性ガスのランニングコストも要するため生産コストが上昇する。したがって、精密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、屈伏温度(以下「Ａｔ」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。
【０００５】
ところが、Ｔｇを低くするのに従来から用いられてきた鉛化合物や砒素化合物について人体への悪影響が近年懸念され始めた。このためこれらの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。そこでこれらの化合物を用いずにガラスのＴｇおよびＡｔを低くする技術がこれまでから種々提案されている。例えば、特許文献１では、Ｐ2Ｏ5−ＴｉＯ2−Ｒ2Ｏ（Ｒ＝アルカリ金属）系の光学ガラスにおいてそのガラス組成比を特定範囲にすることにより低Ｔｇを実現する技術が提案されている。
【特許文献１】特開平６−１６４５０号公報（特許請求の範囲、０００５段〜０００９段）
【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１で提案されている技術では、光学ガラスのＴｇを低くすることにはある程度成功しているが、アルカリ金属酸化物を多く含有するため耐候性が悪く、また液相相度（ＴL）けるガラスの粘性が低く生産性に問題があった。
【０００７】
このように鉛化合物や砒素化合物を用いずに低Ｔｇおよび低Ａｔとしたガラスは一般に粘性が低く、また耐久性、特に耐候性が悪いという問題があった。ガラスの粘性が低いと精密プレス成形用のプリフォーム剤の成形が困難となる。この結果、所定のレンズ形状および高い面精度が得られにくくなる。また、耐候性の中でも耐熱性が悪いと使用環境によってはガラスの劣化が生じる一方、線熱膨張係数が大きいと屈折率変化が生じ焦点距離が変動するなどの光学的特性に問題が生じる。
【０００８】
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低屈折率・高分散であって、鉛化合物と砒素化合物を実質的に含有させることなくＴｇが低く、液相温度におけるガラス粘性が高く、耐候性の高い光学ガラスを提供することにある。
【０００９】
また本発明の他の目的は、低屈折率・高分散を有し、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】
【００１０】
本発明者は前記目的を達成すべく、耐候性を悪化させ、液相温度におけるガラス粘性を低下させるＲ’2Ｏ（Ｒ’＝アルカリ金属）の添加量を最小限に抑えることを前提に鋭意研究を行った結果、ＺｎＯを添加することにより低いＴｇと高粘性を同時に実現でき、またＡｌ2Ｏ3を添加すると共にＰ2Ｏ5の添加量を５０％以下に抑えることにより高耐候性を実現できることを見出し本発明をなすに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の光学ガラスは、重量％で、Ｐ2Ｏ5：４０〜５０％、Ａｌ2Ｏ3：０．１〜２％、ＴｉＯ2：１１〜２０％、Ｎｂ2Ｏ5：０．１〜４．５％、Ｌｉ2Ｏ：０〜３％（ただし、ゼロを含む）、Ｎａ2Ｏ：１０〜２５％、Ｋ2Ｏ：０〜１５％（ただし、ゼロを含む）、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：１５〜２５％、ＭｇＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、ＣａＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、ＳｒＯ：０．１〜２０％、ＢａＯ：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、ＺｎＯ：０．１〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ：０．５〜２０％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。
【００１２】
ここで、ガラスの安定性向上や光学恒数の調整等の観点から、前記ガラス成分の他、Ｂ2Ｏ3：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、ＷＯ3：０〜５％（ただし、ゼロを含む）、Ｂｉ2Ｏ3：０〜５％（ただし、ゼロを含む）Ｓｂ2Ｏ3：０〜０．５％（ただし、ゼロを含む）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。
【００１３】
また、溶融生産性及び成形性などの観点から、ガラス転移温度Ｔｇを４５０℃以下、屈折率ｎdを１．５８〜１．６８の範囲、アッベ数νdを２６〜３６の範囲とするのが好ましい。
【００１４】
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精密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】
【００１５】
本発明の光学ガラスでは、Ｐ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯの各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化合物等を用いることなく低屈折率・高分散（ｎd：１．５８〜１．６８，νd：２６〜３６）を達成でき、しかもガラス転移温度及び液相温度が低いので優れた高耐候性精密プレス成形性が得られる。
【００１６】
また本発明の光学素子は、前記光学ガラスを精密プレス成形することにより作製するので、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】
【００１７】
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４０％未満であるとガラスが不安定となり、また所望の光学恒数が得られない。他方、Ｐ2Ｏ5の含有量が５０％を超えると耐候性、耐失透傾向が悪化する。そこでＰ2Ｏ5の含有量を４０〜５０％の範囲と定めた。より好ましいＰ2Ｏ5の含有量は４０〜４７％の範囲である。
【００１８】
Ａｌ2Ｏ3は、ガラスの粘性を増大させ、ガラスの耐候性を飛躍的に向上させる効果を奏する。Ａｌ2Ｏ3の含有量が０．１％より少ないと前記効果が十分には得られない。他方、Ａｌ2Ｏ3の含有量が２％を超えると所望の液相温度が得られなくなる。そこで、Ａｌ2Ｏ3の含有量を０．１〜２％の範囲とした。より好ましいＡｌ2Ｏ3の含有量は０．１％〜１．５％の範囲である。
【００１９】
ＴｉＯ2は、分散を大きくする効果を奏する。ＴｉＯ2の含有量が１１％より少ないと所望の分散を得ることができず、他方、２０％を超えて含有させるとガラスの失透傾向が増大する。そこで、ＴｉＯ2の含有量を１１〜２０％の範囲とした。より好ましいＴｉＯ2の含有量は１２％〜１８％の範囲である。
【００２０】
Ｎｂ2Ｏ5は、ガラスの安定性を向上させる効果を奏する。Ｎｂ2Ｏ5の含有量が０．１％より少ないと前記の効果を得ることができない。他方、４．５％を超えて含有させると屈折率が高くなると共に所望の光学恒数が得られなくなる。そこで、Ｎｂ2Ｏ5の含有量を０．１〜４．５％の範囲とした。より好ましいＮｂ2Ｏ5の含有量は０．５％〜４％の範囲である。
【００２１】
Ｌｉ2Ｏは、ガラス転移温度を極端に低下させる成分として有用であるが、反面、液相温度を上昇させ、且つガラスの粘性特性を低粘性に変化させる。このため、Ｌｉ2Ｏを大量に含有したガラスは、液相温度における粘性が非常に低くなる。そこで、Ｌｉ2Ｏの含有量を０〜３％（ただし、ゼロを含む）の範囲とした。より好ましいＬｉ2Ｏの含有量は０〜２．５％（ただし、ゼロを含む）の範囲である。
【００２２】
Ｎａ2Ｏはガラスを安定化するとともにガラス転移温度を低下させる成分として有用であるが、Ｌｉ2Ｏのようには極端にガラスの粘性を低下させない。しかしＮａ2Ｏの含有量が１０％より少ないと屈折率が高くなり、また前記効果が十分には得られない。他方、Ｎａ2Ｏの含有量が２５％を超えると、液相温度が上昇すると共にガラスの粘性が低下し、耐候性も悪化する。そこで、Ｎａ2Ｏの含有量を１０〜２５％の範囲と定めた。より好ましいＮａ2Ｏの含有量は１２〜２２％の範囲である。
【００２３】
Ｋ2Ｏは、Ｎａ2Ｏと同様にガラス転移温度を低下させる効果を奏するが、Ｋ2Ｏの含有量が１５％を超えると耐失透性が悪化し、液相温度が上昇する。そこでＫ2Ｏの含有量を０〜１５％（ただし、ゼロを含む）の範囲とした。より好ましいＫ2Ｏの含有量は１０％以下である。
【００２４】
以上のＲ’2Ｏ（Ｒ’＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）成分の総量は、低Ｔｇ及び耐失透性と耐候性の向上の観点から１５〜２５％の範囲と定めた。総量が１５％より少ないと前記効果が得られない。他方、総量が２５％を超えると、ガラスの粘性が極端に低下し、液相温度が高くなり、耐候性が悪化する。より好ましいＲ’2Ｏの総量は１５〜２３％の範囲である。
【００２５】
またＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯは、ガラスの安定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％を超えると液相温度が上昇する。そこでＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯの含有量をそれぞれ０〜５％（ただし、ゼロを含む）の範囲とした。より好ましいＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯの含有量は４％以下である。
【００２６】
ＳｒＯはガラスの安定性を向上させる効果を奏する。ＳｒＯの含有量が０．１％より少ないと前記効果が十分には得られない。他方、ＳｒＯの含有量が２０％を超えると耐失透性が悪化し、また所望の分散も得られなくなる。そこでＳｒＯの含有量を０．１〜２０％の範囲とした。より好ましい含有量は１〜１５％の範囲である。
【００２７】
ＺｎＯは、ガラスの安定性を向上させると共に、ガラス転移温度を低下させる効果を奏する。ＺｎＯの含有量が０．１％より少ないと前記効果が十分には得られない。他方、ＺｎＯの含有量が１０％を超えるとガラスの安定性が低下し液相温度が上昇する。そこでＺｎＯの含有量を０．１〜１０％の範囲と定めた。より好ましいＺｎＯの含有量は２〜１０％の範囲である。
【００２８】
以上のＲＯ（Ｒ：Ｚｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ）成分の総量は、ガラスの安定性及び耐失透性の向上の観点から０．５〜２０％の範囲とした。ＲＯ成分の総量が０．５％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２０％を超えると本発明の目的とする光学恒数が得られなくなる。ＲＯ成分のより好ましい範囲は３〜１５％の範囲である。
【００２９】
また、本発明の光学ガラスでは、Ｂ2Ｏ3、ＷＯ3、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。
【００３０】
Ｂ2Ｏ3はガラスを安定化する効果を奏するが、Ｂ2Ｏ3の含有量が５％を超えると逆にガラスの耐失透性及び耐候性が低下するおそれがある。このためＢ2Ｏ3の含有量は０〜５％（ただし、ゼロを含む）の範囲が好ましい。より好ましいＢ2Ｏ3の含有量は３％以下である。
【００３１】
ＷＯ3及びＢｉ2Ｏ3はガラスを高分散とし、液相温度を低下させる効果を奏するが、ＷＯ3及びＢｉ2Ｏ3の含有量がそれぞれ５％を超えると、ガラスの透光性が極端に悪くなることがある。このためＷＯ3及びＢｉ2Ｏ3の含有量はそれぞれ０〜５％（ただし、ゼロを含む）の範囲が好ましい。より好ましい含有量は３％以下である。
【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の含有量は０〜０．５％（ただし、ゼロを含む）の範囲が好ましい。
【００３３】
その他必要により、ＳｉＯ2やＧｅＯ2、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5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精密プレス成形することによって作製される。この精密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。成形時のガラスの粘性としては１０1〜１０12ｐｏｉｓｅの範囲が好ましい。
【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１】
【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１〜１５、比較例１〜４
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、メタリン酸塩、ピロリン酸塩、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１，０００〜１，２００℃に加熱された電気炉中の白金坩堝に投入し、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）、屈伏温度（Ａｔ）、液相温度（ＴL）を測定すると共に耐候性試験を行った。測定結果を表１及び表２に合わせて示す。
【００３９】
なお、これら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）とは−２５℃／時間で徐冷した時の値である。ＴｇおよびＡｔの測定は熱機械的分析装置「ＴＭＡ／ＳＳ６０００」（Seiko Instruments Inc.社製）を用いて毎分５℃の昇温条件で行った。液相温度測定は、各ガラスサンプルを白金坩堝に入れ、失透のない完全な融液を作成し、所定の温度で１２時間保持した後、目視にて失透の有無を確認して行った。失透が確認できなかった最低保持温度を液相温度として記した。耐候性試験は、タバイ・エスペック社製ＰＬ型恒温恒湿器を用いて、温度８５℃／湿度９０％の高温高湿槽において２００時間保持した後、表面を実態顕微鏡により観察して行った。表面に曇り等の変化が見られなかった場合を「○」、表面に曇り等が確認された場合を「×」と記した。
【００４０】
【表１】
2005053743.tif 000002
【００４１】
【表２】
2005053743.tif 000003
実施例１〜１５の光学ガラスでは、屈折率ｎdが１．６３４〜１．６７８の範囲、アッベ数νdが２７．５〜３３．１の範囲、Ｔｇが４４９℃以下、Ａｔが５０８℃以下、液相温度ＴLが８５０℃以下と精密プレス成形に適したものであった。またいずれの光学ガラスも優れた耐候性を示した。これに対して、Ｐ2Ｏ5の含有が多い比較例２の光学ガラスは耐候性に問題があった。アルカリ酸化物の含有量が多い比較例１および比較例３の光学ガラスも耐候性に問題があった。また、ＴｉＯ2の含有が多い比較例４の光学ガラスは失透し、ガラスが得られなかった。