(57)【要約】【課題】Ｂｉ２Ｏ３を成分として含有しながらも、ガラス表面に白濁が生じず、モールドへのガラス揮発成分の付着がなく、低い屈伏点を有し、広い範囲の屈折率、高屈折率をもつガラスインプリント用光学ガラスの提供を課題とする。【解決手段】Ｐ２Ｏ５の１００モル％、ＺｎＯの１００モル％、Ｂｉ２Ｏ３の１００モル％をそれぞれ正三角形の頂点とする３元系成分組成図上において、前記３成分が下記Ａ〜Ｇの７点を結ぶ線で囲まれる領域にある。（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）：Ａ点（６６モル％、３４モル％、０モル％）、Ｂ点（３９モル％、６１モル％、０モル％）、Ｃ点（４４モル％、４４モル％、１２モル％）、Ｄ点（５０モル％、３４モル％、１６モル％）、Ｅ点（５８モル％、２１モル％、２１モル％）、Ｆ点（６３モル％、６モル％、３１モル％）、Ｇ点（６９モル％、０モル％、３１モル％）【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ２Ｏ５の１００モル％、ＺｎＯの１００モル％、Ｂｉ２Ｏ３の１００モル％をそれぞれ正三角形の頂点とする３元系成分組成図上において、前記３成分が下記Ａ〜Ｇの７点を結ぶ線で囲まれる領域にあることを特徴とするガラスインプリント用光学ガラス。
Ａ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（６６モル％、３４モル％、０モル％）
Ｂ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（３９モル％、６１モル％、０モル％）
Ｃ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（４４モル％、４４モル％、１２モル％）
Ｄ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（５０モル％、３４モル％、１６モル％）
Ｅ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（５８モル％、２１モル％、２１モル％）
Ｆ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（６３モル％、６モル％、３１モル％）
Ｇ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（６９モル％、０モル％、３１モル％）
【請求項２】
Ａ、Ｂ、Ｇの３点を結ぶ線で囲まれた領域にある成分組成からなることを特徴とする請求項１に記載のガラスインプリント用光学ガラス。
【請求項３】
Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３からなる３成分の合計量１００モルに対して、Ａｌ２Ｏ３を３モル以下（０を含まず）の割合で加えてあることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラスインプリント用光学ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガラスインプリント用光学ガラスに関し、低屈伏点で成形時のモールドに与えるダメージが小さく、成形時の表面白濁が発生せず、モールドに形成された微細構造の転写に適した組成を有する光学ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報家電や光通信などの分野では、偏光分離素子、無反射素子、屈折回折複合素子などの光波制御機能を有する精密光学部品への期待が高まっている。このような光波制御素子は、光の波長レベルの微細な周期構造を透明材料に形成することで実現される。従来、透明材料として紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂などを用いたナノインプリント法により、光波制御機能を有する精密光学部品が作製されてきた。
しかしながら、このような樹脂材料は、光学特性の選択できる範囲が狭く、また光学特性の温度安定性、材料としての長期信頼性の点から、用途範囲が限定される場合がある。そこで樹脂よりも光学特性の選択範囲が広く、光学特性の温度安定性及び材料としての長期信頼性に優れたガラス材料に微細構造を形成できれば、より広い用途範囲を有する光波制御素子を作製することができる。
ガラス材料に微細構造を形成する方法として、微細構造を形成した耐熱モールドを用いたガラスインプリント法が、低コスト化が見込まれる点から期待されている。ガラスインプリント法では、ガラス材料を所定の温度まで加熱した後、微細構造を形成した耐熱モールドを用いて等温成形を行い、ガラスを離型させた後冷却するという操作を行う。耐熱モールドの材質としては、金属材料、セラミックス材料が一般的である。
またガラスインプリント用の光学ガラスとしては、耐熱モールドの長寿命化のために、例えば５００℃以下といった低い温度で成形が可能なことが好ましく、成形はガラスの屈伏点（Ａｔ）近傍にて行うので、屈伏点（Ａｔ）の低いガラスがガラスインプリント用として好ましい。
また屈折率（ｎｄ）については、光波制御素子の用途範囲を拡大するためには、さまざまな値を持つことが好ましく、特に１．７以上の高い値への要求も広がっている。
【０００３】
低屈伏点、高屈折率を有するガラスを得るために、Ｂｉ２Ｏ３が有効であることが知られている。
Ｂｉ２Ｏ３が含有された光学ガラスとして、特開２００５−２００２６１号公報には精密プレス成形用光学ガラスが開示されている（特許文献１）。しかしながら、この特許文献１の光学ガラスの場合には、４００ｎｍにおける透過率が６０％程度以下であり、短波長の光を吸収したガラスが黄色に着色する問題がある。ガラスが黄色に着色した場合には、光波制御素子としての用途が狭くなり、例えば４０５ｎｍの光を用いる青色光ディスク用のピックアップレンズには使用できない。
またＢｉ２Ｏ３が含有された光学ガラスとして、特開２００３−２３８１９７号公報（特許文献２）、特開２００５−２３９４７６号公報（特許文献３）、特開２００５−１５４２５３号公報（特許文献４）が開示されている。しかし、これらの先行技術においては、精密プレス成形工程における等温成形時において、還元などの変質が起こり易く、ガラス表面に白濁が生じる問題や、モールドへのガラス揮発成分の付着が発生し易いという問題があった。成形後に白濁したガラスの表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）又は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて観察したところ、形成しようとする微細構造と同じレベルであるサブミクロンオーダーの凹状の欠陥が発生していることが判った。またモールドに付着したガラスの揮発成分も、モールドに形成された微細構造と同じ程度の大きさの異物として観察され、モールドを劣化させていることが明らかであった。
【特許文献１】特開２００５−２００２６１号公報
【特許文献２】特開２００３−２３８１９７号公報
【特許文献３】特開２００５−２３９４７６号公報
【特許文献４】特開２００５−１５４２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、Ｂｉ２Ｏ３を成分として含有しながらも、上記従来の光学ガラスにおける欠点を解消し、ガラス表面に白濁が生じることがなく、またモールドへのガラス揮発成分の付着が生じることがなく、低い屈伏点を有し、且つ広い範囲の屈折率、高屈折率をもつガラスインプリント用光学ガラスの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ガラス製造にあたって、構成成分としてＢｉ２Ｏ３以外に、Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯを選択し、これらの配合比を所望の範囲にすることにより、着色が少なく、屈伏点（Ａｔ）の低い、広い範囲の屈折率（ｎｄ）を有するガラスインプリント用に適した光学ガラスを得ることができることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
即ち、本発明のガラスインプリント用光学ガラスは、Ｐ２Ｏ５の１００モル％、ＺｎＯの１００モル％、Ｂｉ２Ｏ３の１００モル％をそれぞれ正三角形の頂点とする３元系成分組成図上において、前記３成分が下記Ａ〜Ｇの７点を結ぶ線で囲まれる領域にあることを第１の特徴としている。
Ａ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（６６モル％、３４モル％、０モル％）
Ｂ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（３９モル％、６１モル％、０モル％）
Ｃ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（４４モル％、４４モル％、１２モル％）
Ｄ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（５０モル％、３４モル％、１６モル％）
Ｅ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（５８モル％、２１モル％、２１モル％）
Ｆ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（６３モル％、６モル％、３１モル％）
Ｇ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（６９モル％、０モル％、３１モル％）
【０００７】
また本発明のガラスインプリント用光学ガラスは、上記第１の特徴において、Ａ、Ｂ、Ｇの３点を結ぶ線で囲まれた領域にある成分組成からなることを第２の特徴としている。
また本発明のガラスインプリント用光学ガラスは、上記第１又は第２の特徴において、Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３からなる３成分の合計量１００モルに対して、Ａｌ２Ｏ３を３モル以下（０を含まず）の割合で加えてあることを第３の特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載のガラスインプリント用光学ガラスによれば、そこに記載された成分組成としたので、屈折率（ｎｄ）が１．５２〜１．７７であり、着色がなく、且つ屈伏点（Ａｔ）が３４０〜４５０℃で、ガラスインプリント工程における等温成形時に白濁も生じ難い、微細構造の転写に適したものを提供することが可能となった。
【０００９】
また請求項２に記載のガラスインプリント用光学ガラスによれば、上記請求項１に記載の構成による効果に加えて、それら請求項１の構成による効果を一層安定して、確実に奏することができるものを提供することが可能となった。
また請求項３に記載のガラスインプリント用光学ガラスによれば、上記請求項１又は２に記載の構成による効果に加えて、Ａｌ２Ｏ３を３モル以下（０を含まず）の割合で加えることにより、ガラスの安定性と耐候性を一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のガラスインプリント用光学ガラスにおける成分とその含有量について説明する。
成分Ｐ２Ｏ５は、ガラスの網目構造形成成分であり、ガラスに製造可能な安定性をもたせるための必須成分である。
ＺｎＯは、ガラスの安定化、ガラスの低屈伏点化に有効な成分である。
Ｂｉ２Ｏ３は、ガラスの安定化、ガラスの低屈伏点化に有効な成分である。
【００１１】
本発明のガラスインプリント用光学ガラスは、Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３のそれぞれが１００モル％となる点を正三角形の頂点とする３元系成分組織図上において、前記３成分が下記Ａ〜Ｇの７点を結ぶ線で囲まれる領域にある成分組成のガラスとしている。
Ａ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（６６モル％、３４モル％、０モル％）
Ｂ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（３９モル％、６１モル％、０モル％）
Ｃ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（４４モル％、４４モル％、１２モル％）
Ｄ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（５０モル％、３４モル％、１６モル％）
Ｅ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（５８モル％、２１モル％、２１モル％）
Ｆ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（６３モル％、６モル％、３１モル％）
Ｇ：（Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３）＝（６９モル％、０モル％、３１モル％）
【００１２】
上記の７点を結ぶ線で囲まれる領域にある成分組成（第１の成分組成）の範囲と各点Ａ〜Ｇを図１に示す。
【００１３】
上記７点を結ぶ線で囲まれる領域を成分組成とするガラスとすることで、着色が少なく、屈伏点（Ａｔ）の低い、広い範囲の屈折率（ｎｄ）を有する光学ガラスを現に得ることが可能になる。
【００１４】
また、より単純には、上記Ａ〜Ｇの点のうちから、Ａ、Ｂ、Ｇの点を結ぶ線で囲まれた成分組成のガラスとすることができる。このＡ、Ｂ、Ｇの点を結ぶ線で囲まれる領域は、前記Ａ〜Ｇの７点を結ぶ線で囲まれる領域内に存在する。
【００１５】
上記の３点（Ａ、Ｂ、Ｇ）を結ぶ線で囲まれる領域にある成分組成（第２の成分組成）の範囲と各点Ａ、Ｂ、Ｇを図２に示す。
【００１６】
３つの点（Ａ、Ｂ、Ｇ）で成分組成を管理できるので、成分の調合等の管理が容易に行える。作用効果においても、上記７点で囲まれる領域のガラスよりも確実に安定して上記の効果を得ることができる。
【００１７】
上記Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３からなる３成分に対して、Ａｌ２Ｏ３を含有させることができる。Ａｌ２Ｏ３は得られるガラスの安定性を高め、耐候性を向上させるのに効果がある。ただし、過剰な含有はガラスが失透し易くなる。
Ａｌ２Ｏ３は、Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３からなる３成分の合計を１００モルとした場合に、３モル以下（０を含まず）の割合で加えるのが好ましい。
【００１８】
実施形態におけるガラスインプリント用光学ガラスの製造原料については、例えば成分Ｐ２Ｏ５のためには、Ｈ３ＰＯ３、Ｚｎ（ＰＯ３）２、Ａｌ（ＰＯ３）３等を用いることができ、成分ＺｎＯのためには、Ｚｎ（ＰＯ３）２、ＺｎＯ等を用いることができ、Ｂｉ２Ｏ３のためには、Ｂｉ２Ｏ３を用いることができる。
上記原料を、既述した成分範囲となるように用いて、１０５０〜１１５０℃で溶融し、清澄（ガス抜き）、攪拌の各工程を経て均質化させた後、金型に流し込み徐冷することにより、着色が少なく、屈伏点（Ａｔ）の低い、広い範囲の屈折率（ｎｄ）を有するガラスインプリント用の光学ガラスを得ることができる。
【実施例】
【００１９】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に説明する。本発明は、これらの実施例により何ら限定されるものではない。
表１〜表３に示した実施例１〜１２、比較例１〜７の成分組成となるように、原料を調合し、混合し、これを白金ルツボに入れて、電気炉中で１０５０〜１１５０℃で溶融し、清澄（ガス抜き）、攪拌の各工程を経て均質化させた後、金型に流し込んで徐冷することでガラスを得た。
得られた各ガラスについて、ガラスの状態、即ち失透等の欠陥の有無を観察し、また着色の状況を観察した後、屈伏点（Ａｔ）、屈折率（ｎｄ）の測定を行った。
ここで屈伏点（Ａｔ）とは、熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用いて熱膨張測定をしたとき、ガラスの軟化によって、膨張曲線が上昇から下降に転じる極大点である。本実施例においては、ガラスを断面積約５ｍｍ×５ｍｍ、長さ約２０ｍｍのロッドに加工し、熱機械分析装置（リガク製ＴＭＡ８３１０）を用いて測定した。
また前記屈折率（ｎｄ）とは、ヘリウムの５８７．６ｎｍの輝線に対する屈折率をいう。本実施例では屈折率（ｎｄ）は、Ｖブロック法（島津製ＫＰＲ−２０００）により測定した。
【００２０】
次に各ガラス板を賽の目状に切断加工し、複数個の同一寸法を有する厚み２ｍｍの平板を得た。更に、これら複数個の平板の両面を鏡面研磨し、洗浄したサンプルを成形用ガラスプリフォームとした。
この成形用ガラスプリフォームを、貴金属系の離型膜の設けられた、超鋼製の平板モールドにセットして成形装置に投入し、Ｎ２ガス雰囲気にて、Ａｔ近傍温度まで加熱後、加圧して成形し、冷却後、成形品として取り出した。この成形品の成形面上の目視観察（外観）及び原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）観察を行った。成形品の表面に白濁が生じた場合、これはガラスからの成分揮発が原因であり、ガラス成形面にサブミクロンオーダーの微小な凹状の欠陥が生じており、更にガラスから揮発した成分がモールドに付着してサブミクロンオーダーの異物となり、ガラスインプリント用の光学ガラスとして好ましくない。
測定結果を表１〜表３に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
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【００２３】
【表３】
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【００２４】
また実施例１〜１０及び比較例１〜６の成分組成を図３に示す。図３において、実線で囲まれた領域はガラス化領域である。記号の実１〜実１０は、実施例１〜実施例１０の成分組成を示す点（黒丸）を表す。また記号の比１〜比６は、比較例１〜比較例６の成分組成を示す点（×）を表す。
なお実施例１１、１２と比較例７は、Ａｌ２Ｏ３が添加された４成分系であり、図面上に表していないが、記号の実５の近傍に位置する。
【００２５】
表１〜表３により明らかなように、本発明の実施例のガラスは、何れも１．５２〜１．７７の範囲の屈折率（ｎｄ）を有する一方、３４０〜４５０℃の範囲の低い屈伏点（Ａｔ）を有し、黄色の着色がなく、４００ｎｍにおける透過率が８０％以上あり、平板モールドを用いた成形評価においても成形面表面に白濁発生がなく良好で、ガラスインプリント用光学ガラスとして望ましい性質を有していることが判る。
これに対して比較例１〜７のガラスは、失透が生じてガラスが得られなかったり、黄色に着色されており、４００ｎｍにおける透過率が８０％以下であり、屈伏点（Ａｔ）が４８０℃以上であったり、平板モールドを用いた成形評価において白濁が発生したりして、何れもガラスインプリント用光学ガラスとして不具合を有するものであった。
【００２６】
本発明の実施例３と比較例１について、成形後の表面をＡＦＭ観察した写真を図４に示す。比較例３（図４の（ｂ））の方の表面に白濁が発生しているのが判る。
また図５は本発明の実施例３、５と比較例１、４におけるガラスの透過率を示す。図５において、ａは実施例５の透過率、ｂは実施例３の透過率、ｃは比較例１の透過率、ｄは比較例４の透過率をそれぞれ示す。図５から判るように、本発明の実施例では、４００ｎｍにおける透過率が約８０％であるのに対し、比較例の場合は７０％以下と低くなっている。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のガラスインプリント用光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．５２〜１．７７、屈伏点（Ａｔ）が３４０〜４５０であり、黄色の着色もなく、モールドを用いた成形において表面欠陥の発生のないガラスインプリント用光学ガラスとして、産業上の利用性がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の請求項１に記載された成分組成領域を示す３元系成分組成図である。
【図２】本発明の請求項２に記載された成分組成領域を示す３元系成分組成図である。
【図３】各実施例の成分組成、各比較例の成分組成を示す３元系成分組織図である。
【図４】成形後の表面のＡＦＭ観察写真であって、（ａ）は実施例３、（ｂ）は比較例１を示す。
【図５】本発明の実施例３、５と比較例１、４におけるガラスの透過率を比較して示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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