(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0034】
本発明の光学ガラスは、質量%で、SiO
2成分を10.0%以上40.0%以下、Nb
2O
5成分を5.0%以上50.0%以下、BaO成分を1.0%以上50.0%以下含有し、25以上35以下のアッベ数(νd)を有し、部分分散比(θg,F)がアッベ数(νd)との間で、νd≦31の範囲において(−0.00162×νd+0.63622)≦(θg,F)≦(−0.00275×νd+0.68125)の関係を満たし、νd>31の範囲において(−0.00162×νd+0.63622)≦(θg,F)≦(−0.00162×νd+0.64622)の関係を満たす。Nb
2O
5成分の含有量を所定の範囲内に低減することで、高価なNb
2O
5成分の使用量が減少するため、光学ガラスの材料コストが低減される。SiO
2成分及びBaO成分を併用し、これらの含有量を所定の範囲内にすることによって、材料コストの高いNb
2O
5成分の含有量を低減させても、高い屈折率や低いアッベ数(高い分散)、低い部分分散比が得られ、ガラスの可視光透過率が高められ、且つガラスの失透が低減される。このため、屈折率(n
d)が所望の範囲内にありながら、アッベ数(ν
d)が小さく、部分分散比(θg,F)が小さく、可視光に対する透過率が高い光学ガラスと、これを用いたプリフォーム及び光学素子をより安価に得ることができる。
【0035】
以下、本発明の光学ガラスの実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施できる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。
【0036】
[ガラス成分]
本発明の光学ガラスを構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中で特に断りがない場合、各成分の含有量は、全て酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が熔融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総質量を100質量%として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。
【0037】
<必須成分、任意成分について>
SiO
2成分は、安定なガラス形成を促し、光学ガラスとして好ましくない失透(結晶物の発生)を低減する必須成分である。
特に、SiO
2成分の含有量を10.0%以上にすることで、ガラスの部分分散比を大幅に高めることなく、耐失透性に優れたガラスを得ることができる。また、これにより再加熱時における失透や着色を低減できる。従って、SiO
2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは12.0%、さらに好ましくは14.0%を下限とする。
一方で、SiO
2成分の含有量を40.0%以下にすることで、ガラスの屈折率が低下し難くなることで所望の高い屈折率を得易くすることができ、且つ、ガラスの部分分散比の上昇を抑えることができる。また、これによりガラスの溶融性を良好に保つことができる。従って、SiO
2成分の含有量は、好ましくは40.0%、より好ましくは30.0%、さらに好ましくは26.0%を上限とする。
SiO
2成分は、原料としてSiO
2、K
2SiF
6、Na
2SiF
6等を用いることができる。
【0038】
Nb
2O
5成分は、5.0%以上含有することにより、ガラスの耐失透性を高め、ガラスの屈折率を高め、且つアッベ数及び部分分散比を低くできる必須成分である。また、これによりガラスのプレス成形性を高めることができる。従って、Nb
2O
5成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは6.0%、さらに好ましくは7.0%、さらに好ましくは10.0%、さらに好ましくは13.0%を下限とする。
一方で、Nb
2O
5成分の含有量を50.0%以下にすることで、ガラスの材料コストを低減できる。また、ガラス製造時における溶解温度の上昇を抑制し、且つNb
2O
5成分の過剰な含有による失透を低減できる。従って、Nb
2O
5成分の含有量は、好ましくは50.0%以下、より好ましくは43.0%未満、さらに好ましくは40.0%未満、さらに好ましくは36.0%未満とする。
Nb
2O
5成分は、原料としてNb
2O
5等を用いることができる。
【0039】
BaO成分は、1.0%以上含有することにより、ガラスの屈折率を高められ、ガラスの部分分散比を低くでき、且つガラスの耐失透性や溶解性を高められ、且つ、CaO成分等の他のアルカリ土類成分に比べてガラスの材料コストを低減できる必須成分である。また、これにより再加熱時における失透や着色を低減できる。従って、BaO成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは2.5%、さらに好ましくは4.5%、さらに好ましくは6.0%、さらに好ましくは10.0%を下限としてもよく、さらに好ましくは12.0%超、さらに好ましくは15.0%超としてもよい。
一方で、BaO成分の含有量を50.0%以下にすることで、BaO成分の過剰な含有による耐失透性や化学的耐久性の悪化を抑制できる。従って、BaO成分の含有量は、好ましくは50.0%、より好ましくは48.0%、さらに好ましくは45.0%を上限とする。
BaO成分は、原料としてBaCO
3、Ba(NO
3)
2等を用いることができる。
【0040】
Li
2O成分は、0%超含有することで、ガラスの部分分散比を低くでき、ガラスの溶融性を高められ、且つガラス転移点を低くできる任意成分である。従って、Li
2O成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは0.5%超、さらに好ましくは1.0%超、さらに好ましくは1.2%以上としてもよい。
一方で、Li
2O成分の含有量を10.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えるとともに、Li
2O成分の過剰な含有によるガラスの形成時や再加熱時の乳白化や結晶析出を低減しつつ、ガラスの化学的耐久性を高めることができる。
従って、Li
2O成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%以下、さらに好ましくは5.0%未満を上限とする。
Li
2O成分は、原料としてLi
2CO
3、LiNO
3、LiF等を用いることができる。
【0041】
CaO成分は、0%超含有することで、アッベ数が低く耐失透性の高い光学ガラスを得られ、且つ、ガラスの溶解性を高められる任意成分である。従って、CaO成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは3.5%、さらに好ましくは6.7%を下限としてもよい。
一方で、CaO成分の含有量を30.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下やアッベ数の上昇、部分分散比の上昇を抑制しつつ、CaO成分の過剰な含有によるガラスの耐失透性の悪化を抑制できる。また、これによりガラスの材料コストを低減でき、再加熱時における失透や着色を低減できる。従って、CaO成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは22.0%、さらに好ましくは21.0%、さらに好ましくは20.0%を上限とする。
CaO成分は、原料としてCaCO
3、CaF
2等を用いることができる。
【0042】
MgO成分は、0%超含有することでガラスの溶融温度を低くできる任意成分である。
一方で、MgO成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑制しつつ、ガラスの失透を低減できる。また、これにより再加熱時における失透や着色を低減できる。従って、MgO成分の含有量は、好ましくは20.0%以下、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
MgO成分は、原料としてMgO、MgCO
3、MgF
2等を用いることができる。
【0043】
SrO成分は、0%超含有することで、ガラスの屈折率を高められ、且つ耐失透性を高められる任意成分である。
特に、SrO成分の含有量を25.0%以下にすることで、ガラスの化学的耐久性の悪化を抑制できる。従って、SrO成分の含有量は、好ましくは25.0%以下、より好ましくは15.0%以下、さらに好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
SrO成分は、原料としてSr(NO
3)
2、SrF
2等を用いることができる。
【0044】
MgO成分、CaO成分及びSrO成分の含有量の合計(質量和)は、30.0%以下が好ましい。これにより、これら成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減でき、且つガラスの化学的耐久性も高められる。従って、質量和(MgO+CaO+SrO)は、好ましくは30.0%以下、より好ましくは25.0%以下、さらに好ましくは20.0%未満、さらに好ましくは16.0%未満とする。
【0045】
RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の含有量の和(質量和)は、60.0%以下が好ましい。これにより、これら成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。従って、RO成分の質量和は、好ましくは60.0%以下、より好ましくは55.0%以下、さらに好ましくは50.0%未満、さらに好ましくは48.0%未満とする。
一方で、RO成分の質量和は、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%以上、さらに好ましくは5.0%以上、さらに好ましくは10.0%以上としてもよい。
【0046】
Na
2O成分及びK
2O成分は、少なくともいずれかを0%超含有することで、ガラスの部分分散比を低くでき、ガラスの溶融性を高められ、且つガラス転移点を低くできる任意成分である。
【0047】
一方で、Na
2O成分の含有量を20.0%以下にすることで、屈折率を低下し難くするとともに、化学的耐久性を悪化し難くできる。また、ガラス形成時における耐失透性を高め、再加熱時における失透や着色を低減できる。
従って、Na
2O成分の含有量は、好ましくは20.0%以下、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは6.0%未満、さらに好ましくは3.4%以下、さらに好ましくは2.8%以下とする。
【0048】
また、K
2O成分の含有量を15.0%以下にすることで、化学的耐久性を悪化し難くできる。また、ガラス形成時における耐失透性を高め、再加熱時における失透や着色を低減できる。
従って、K
2O成分の含有量は、好ましくは15.0%以下、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは6.0%未満、さらに好ましくは3.4%以下、さらに好ましくは2.0%以下とする。
【0049】
Na
2O成分及びK
2O成分は、原料としてNa
2CO
3、NaNO
3、NaF、Na
2SiF
6、K
2CO
3、KNO
3、KF、KHF
2、K
2SiF
6等を用いることができる。
【0050】
Cs
2O成分は、0%超含有することで、ガラス転移点を低くできる任意成分である。
一方で、Cs
2O成分の含有量を10.0%以下にすることで、Cs
2O成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。従って、Cs
2O成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Cs
2O成分は、原料としてCs
2CO
3、CsNO
3等を用いることができる。
【0051】
Rn
2O成分(式中、RnはLi、Na、K、Csからなる群より選択される1種以上)の含有量の質量和は、20.0%以下が好ましい。これにより、ガラスの屈折率を低下し難くし、ガラス形成時の失透を低減できる。従って、Rn
2O成分の合計含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは11.0%、さらに好ましくは9.0%、さらに好ましくは7.5%、さらに好ましくは5.5%を上限とする。
【0052】
ZrO
2成分は、0%超含有することで、ガラスの屈折率及びアッベ数を高め、部分分散比を低くし、且つ耐失透性を高めることができる任意成分である。また、これにより再加熱時における失透や着色を低減できる。従って、ZrO
2成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%以上、より好ましくは3.0%以上、さらに好ましくは4.5%超としてもよい。
一方で、ZrO
2成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの失透を低減でき、且つ、より均質なガラスを得易くできる。従って、ZrO
2成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは12.0%、さらに好ましくは9.0%を上限とする。
ZrO
2成分は、原料としてZrO
2、ZrF
4等を用いることができる。
【0053】
TiO
2成分は、0%超含有することで、ガラスの屈折率を高めつつ、アッベ数を低くでき、耐失透性を高められる任意成分である。従って、TiO
2成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは0.5%超とし、さらに好ましくは1.0%、さらに好ましくは1.5%を下限としてもよい。
一方で、TiO
2成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減でき、ガラスの内部透過率を高められる。また、これにより部分分散比が上昇し難くなるため、ノーマルラインに近い所望の低い部分分散比を得易くできる。従って、TiO
2成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは17.0%、さらに好ましくは14.0%を上限とする。
TiO
2成分は、原料としてTiO
2等を用いることができる。
【0054】
Nb
2O
5成分の含有量に対するZrO
2成分の含有量の比率は、0.10以上3.00以下が好ましい。
特に、この比率を0.10以上にすることで、ガラスの屈折率を高め、且つ耐失透性を高めながらも、部分分散比を低くでき、且つガラスの材料コストを低減できる。従って、質量比ZrO
2/Nb
2O
5は、従って、質量比ZrO
2/Nb
2O
5は、好ましくは0.10、より好ましくは0.12、さらに好ましくは0.17、さらに好ましくは0.23、さらに好ましくは0.25を下限とする。
一方で、この比率を3.00以下にすることで、ガラスの失透を低減できる。従って、質量比ZrO
2/Nb
2O
5は、好ましくは3.00、より好ましくは2.00、さらに好ましくは1.00、さらに好ましくは0.60を上限とする。
【0055】
WO
3成分は、0%超含有することで、ガラスの屈折率を高めてアッベ数を低くし、ガラスの耐失透性を高め、且つガラスの溶解性を高められる任意成分である。
一方で、WO
3成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比を上昇し難くでき、且つ、ガラスの着色を低減して内部透過率を高められる。従って、WO
3成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは8.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは2.5%を上限とする。
WO
3成分は、原料としてWO
3等を用いることができる。
【0056】
TiO
2成分、Nb
2O
5成分及びWO
3成分の含有量の和(質量和)は、10.0%以上50.0%以下が好ましい。
この和を10.0%以上にすることで、ガラスの屈折率を高め、且つ耐失透性を高められる。従って、質量和(TiO
2+Nb
2O
5+WO
3)は、好ましくは10.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは15.0%、さらに好ましくは21.0%、さらに好ましくは25.0%を下限とする。
一方で、この和を50.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比の上昇を抑えられる。従って、質量和(TiO
2+Nb
2O
5+WO
3)は、好ましくは50.0%、より好ましくは48.0%、さらに好ましくは44.0%、さらに好ましくは40.0%を上限とする。
【0057】
B
2O
3成分は、0%超含有することで、安定なガラス形成を促すことで耐失透性を高められ、且つガラスの溶解性を高められる任意成分である。従って、B
2O
3成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは1.5%、さらに好ましくは1.8%を下限としてもよい。
一方で、B
2O
3成分の含有量を15.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えられ、且つガラスの部分分散比の上昇を抑えられる。また、これによりガラスの再加熱時における失透を低減できる。従って、B
2O
3成分の含有量は、好ましくは15.0%以下、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.1%以下、さらに好ましくは2.6%以下とする。
B
2O
3成分は、原料としてH
3BO
3、Na
2B
4O
7、Na
2B
4O
7・10H
2O、BPO
4等を用いることができる。
【0058】
La
2O
3成分、Gd
2O
3成分、Y
2O
3成分、Yb
2O
3成分及びLu
2O
3成分は、少なくともいずれかを0%超含有することで、ガラスの屈折率及びアッベ数を高めつつ、部分分散比を小さくできる任意成分である。このうち、La
2O
3成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは0.5%、さらに好ましくは1.0%を下限としてもよい。
一方で、La
2O
3成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの失透を低減でき、アッベ数の上昇を抑えられ、ガラスの比重を低減でき、且つガラスの材料コストを低減できる。従って、La
2O
3成分の含有量は、好ましくは15.0%以下、より好ましくは12.0%以下、さらに好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは8.0%未満とする。
また、Gd
2O
3成分、Y
2O
3成分、Yb
2O
3成分及びLu
2O
3成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの失透を低減でき、アッベ数の上昇を抑えられ、且つガラスの材料コストを低減できる。特に、Gd
2O
3成分、Yb
2O
3成分及びLu
2O
3成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの比重を低減できる。従って、Gd
2O
3成分、Y
2O
3成分、Yb
2O
3成分及びLu
2O
3成分の各々の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%未満とし、さらに好ましくは5.0%未満とする。
La
2O
3成分、Gd
2O
3成分、Y
2O
3成分、Yb
2O
3成分及びLu
2O
3成分は、原料としてLa
2O
3、La(NO
3)
3・XH
2O(Xは任意の整数)、Y
2O
3、YF
3、Gd
2O
3、GdF
3、Yb
2O
3、Lu
2O
3等を用いることができる。
【0059】
Ln
2O
3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)の含有量の和(質量和)は、15.0%以下が好ましい。これにより、ガラスの失透を低減でき、アッベ数の上昇を抑えられ、且つガラスの材料コストを低減できる。従って、Ln
2O
3成分の質量和は、好ましくは15.0%以下、より好ましくは12.0%以下、さらに好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは8.0%未満とする。
【0060】
B
2O
3成分及びLa
2O
3成分の合計量(質量和)は、20.0%以下が好ましい。これにより、所望の高い屈折率を得られながらも、高い透過率を得られる。従って、質量和(B
2O
3+La
2O
3)は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%、さらに好ましくは8.5%を上限とする。
なお、質量和(B
2O
3+La
2O
3)は、ガラスの耐失透性を高める観点で、好ましくは0%超、より好ましくは0.1%超、さらに好ましくは0.5%超としてもよい。
【0061】
Al
2O
3成分及びGa
2O
3成分は、少なくともいずれかを0%超含有することで、ガラスの化学的耐久性を高め、ガラスの耐失透性を向上できる任意成分である。
一方、Al
2O
3成分の含有量を15.0%以下にし、又は、Ga
2O
3成分の含有量を10.0%以下にすることで、Al
2O
3成分やGa
2O
3成分の過剰な含有による失透を低減できる。また、これにより再加熱時における失透や着色を低減できる。
従って、Al
2O
3成分の含有量は、好ましくは15.0%以下、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは7.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
また、Ga
2O
3成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
Al
2O
3成分及びGa
2O
3成分は、原料としてAl
2O
3、Al(OH)
3、AlF
3、Ga
2O
3、Ga(OH)
3等を用いることができる。
【0062】
ZnO成分は、0%超含有することで、ガラスの部分分散比を低くし、耐失透性を高め、ガラス転移点を下げられる任意成分である。従って、ZnO成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは0.5%、さらに好ましくは1.0%、さらに好ましくは2.0%を下限としてもよい。
一方で、ZnO成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの再加熱時における失透や着色を低減しつつ、ガラスの化学的耐久性を高められる。従って、ZnO成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
ZnO成分は、原料としてZnO、ZnF
2等を用いることができる。
【0063】
GeO
2成分は、0%超含有することで、ガラスの屈折率を高め、ガラスを安定化させて成形時の失透を低減できる任意成分である。
一方で、GeO
2成分の含有量を10.0%以下にすることで、高価なGeO
2成分の使用量が低減されるため、ガラスの材料コストを低減できる。従って、GeO
2成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
GeO
2成分は、原料としてGeO
2等を用いることができる。
【0064】
P
2O
5成分は、0%超含有することでガラスの安定性を高められる任意成分である。
一方で、P
2O
5成分の含有量を10.0%以下にすることで、P
2O
5成分の過剰な含有による失透を低減できる。従って、P
2O
5成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
P
2O
5成分は、原料としてAl(PO
3)
3、Ca(PO
3)
2、Ba(PO
3)
2、BPO
4、H
3PO
4等を用いることができる。
【0065】
Ta
2O
5成分は、0%超含有することで、ガラスの屈折率を高め、ガラスのアッベ数及び部分分散比を下げ、且つガラスの耐失透性を高められる任意成分である。
一方で、Ta
2O
5成分の含有量を10.0%以下にすることで、希少鉱物資源であるTa
2O
5成分の使用量が減り、且つガラスがより低温で溶解し易くなるため、ガラスの生産コストを低減できる。また、これによりTa
2O
5成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。従って、Ta
2O
5成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%以下、さらに好ましくは5.0%以下とする。特にガラスの材料コストを低減させる観点では、Ta
2O
5成分を含有しなくてもよい。
Ta
2O
5成分は、原料としてTa
2O
5等を用いることができる。
【0066】
Bi
2O
3成分は、0%超含有することで、ガラスの屈折率を高めてアッベ数を低くでき、且つガラス転移点を低くできる任意成分である。
一方で、Bi
2O
3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比を上昇し難くでき、且つ、ガラスの着色を低減して内部透過率を高めることができる。従って、Bi
2O
3成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
Bi
2O
3成分は、原料としてBi
2O
3等を用いることができる。
【0067】
TeO
2成分は、0%超含有することで、ガラスの屈折率を上げ、ガラスの部分分散比を低くでき、且つガラス転移点を低くできる任意成分である。
一方で、TeO
2成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減して内部透過率を高めることができる。また、高価なTeO
2成分の使用を低減することで、より材料コストの安いガラスを得られる。従って、TeO
2成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
TeO
2成分は、原料としてTeO
2等を用いることができる。
【0068】
Sb
2O
3成分は、0%超含有することで、ガラスの脱泡を促進し、ガラスを清澄できる任意成分である。
一方で、Sb
2O
3成分の含有量を1.0%以下にすることで、ガラス溶融時における過度の発泡を生じ難くすることができ、Sb
2O
3成分が溶解設備(特にPt等の貴金属)と合金化し難くできる。従って、Sb
2O
3成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.5%、さらに好ましくは0.1%を上限とする。但し、光学ガラスの環境上の影響を重視する場合には、Sb
2O
3成分を含有しなくてもよい。
Sb
2O
3成分は、原料としてSb
2O
3、Sb
2O
5、Na
2H
2Sb
2O
7・5H
2O等を用いることができる。
【0069】
なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記のSb
2O
3成分に限定されるものではなく、ガラス製造の分野における公知の清澄剤や脱泡剤、或いはそれらの組み合わせを用いることができる。
【0070】
<含有すべきでない成分について>
次に、本発明の光学ガラスに含有すべきでない成分、及び含有することが好ましくない成分について説明する。
【0071】
他の成分を本願発明のガラスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加できる。ただし、Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Luを除く、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でもガラスが着色し、可視域の特定の波長に吸収を生じる性質があるため、特に可視領域の波長を使用する光学ガラスにおいては、実質的に含まないことが好ましい。
【0072】
また、PbO等の鉛化合物及びAs
2O
3等の砒素化合物は、環境負荷が高い成分であるため、実質的に含有しないこと、すなわち、不可避な混入を除いて一切含有しないことが望ましい。
【0073】
さらに、Th、Cd、Tl、Os、Be、及びSeの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には、これらを実質的に含有しないことが好ましい。
【0074】
本発明のガラス組成物は、その組成が酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表されているため直接的にモル%の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラス組成物中に存在する各成分のモル%表示による組成は、酸化物換算組成で概ね以下の値をとる。
SiO
2成分 15.0〜60.0モル%、
Nb
2O
5成分 3.0〜30.0モル%
BaO成分 1.0〜20.0モル%
並びに
Li
2O成分 0〜30.0モル%
CaO成分 0〜45.0モル%
MgO成分 0〜40.0モル%
SrO成分 0〜20.0モル%
Na
2O成分 0〜35.0モル%
K
2O成分 0〜20.0モル%
Cs
2O成分 0〜10.0モル%
ZrO
2成分 0〜15.0モル%
TiO
2成分 0〜20.0モル%
WO
3成分 0〜20.0モル%
B
2O
3成分 0〜20.0モル%
La
2O
3成分 0〜10.0モル%
Gd
2O
3成分 0〜8.0モル%
Y
2O
3成分 0〜10.0モル%
Yb
2O
3成分 0〜8.0モル%
Lu
2O
3成分 0〜8.0モル%
Al
2O
3成分 0〜15.0モル%
ZnO成分 0〜15.0モル%
GeO
2成分 0〜10.0モル%
Ga
2O
3成分 0〜8.0モル%
P
2O
5成分 0〜20.0モル%
Ta
2O
5成分 0〜8.0モル%
Bi
2O
3成分 0〜5.0モル%
TeO
2成分 0〜10.0モル%
Sb
2O
3成分 0〜1.0モル%
【0075】
[製造方法]
本発明の光学ガラスは、例えば以下のように作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を白金坩堝、石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、金坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて1100〜1400℃の温度範囲で3〜5時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1000〜1400℃の温度に下げてから仕上げ攪拌を行って脈理を除去し、金型に鋳込んで徐冷することにより作製される。
【0076】
<物性>
本発明の光学ガラスは、高屈折率と所定の範囲のアッベ数を有することが好ましい。
本発明の光学ガラスの屈折率(n
d)は、好ましくは1.70、より好ましくは1.75、さらに好ましくは1.80、さらに好ましくは1.82を下限とする。この屈折率の上限は、好ましくは1.95以下、より好ましくは1.90以下、さらに好ましくは1.88未満、さらに好ましくは1.86未満であってもよい。
本発明の光学ガラスのアッベ数(ν
d)は、好ましくは35、より好ましくは33、さらに好ましくは32を上限とする。一方、本発明の光学ガラスのアッベ数(ν
d)は、好ましくは25以上、より好ましくは27超、さらに好ましくは29超とする。
このような屈折率及びアッベ数を有する本発明の光学ガラスは光学設計上有用であり、特に高い結像特性等を図りながらも、光学系の小型化を図ることができるため、光学設計の自由度を広げることができる。
【0077】
本発明の光学ガラスは、低い部分分散比(θg,F)を有する。
より具体的には、本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、アッベ数(ν
d)との間で、ν
d≦31の範囲において(−0.00162×νd+0.63622)≦(θg,F)≦(−0.00275×νd+0.68125)の関係を満たし、且つ、ν
d>31の範囲において(−0.00162×νd+0.63622)≦(θg,F)≦(−0.00162×νd+0.64622)の関係を満たす。これにより、ノーマルラインに近付けられた部分分散比(θg,F)を有する光学ガラスが得られるため、この光学ガラスから形成される光学素子の色収差を低減できる。
【0078】
ν
d≦31における部分分散比(θg,F)の下限は、好ましくは(−0.00162×νd+0.63622)、より好ましくは(−0.00162×νd+0.63822)、さらに好ましくは(−0.00162×νd+0.63922)、さらに好ましくは(−0.00162×νd+0.64022)である。
ν
d≦31における部分分散比(θg,F)の上限は、好ましくは(−0.00275×νd+0.68125)、より好ましくは(−0.00275×νd+0.68025)、さらに好ましくは(−0.00275×νd+0.67925)、さらに好ましくは(−0.00275×νd+0.67900)、さらに好ましくは(−0.00275×νd+0.67895)である。
【0079】
ν
d>31における部分分散比(θg,F)の下限は、好ましくは(−0.00162×νd+0.63622)、より好ましくは(−0.00162×νd+0.63822)、さらに好ましくは(−0.00162×νd+0.63922)、さらに好ましくは(−0.00162×νd+0.64022)である。
ν
d>31における部分分散比(θg,F)の上限は、好ましくは(−0.00162×νd+0.64622)、より好ましくは(−0.00162×νd+0.64522)、さらに好ましくは(−0.00162×νd+0.64422)、さらに好ましくは(−0.00162×νd+0.64397)、さらに好ましくは(−0.00162×νd+0.64392)である。
【0080】
なお、特にアッベ数(ν
d)が小さい領域では、一般的なガラスの部分分散比(θg,F)はノーマルラインよりも高い値にあり、一般的なガラスの部分分散比(θg,F)とアッベ数(ν
d)の関係は曲線で表される。しかしながら、この曲線の近似が困難であるため、本発明では、一般的なガラスよりも部分分散比(θg,F)が低いことを、ν
d=31を境に異なった傾きを有する直線を用いて表した。
【0081】
本発明の光学ガラスは、着色が少ないことが好ましい。特に、本発明の光学ガラスは、ガラスの透過率で表すと、厚み10mmのサンプルで分光透過率70%を示す波長(λ
70)が好ましくは450nm以下であり、より好ましくは430nm以下であり、さらに好ましくは420nm以下である。また、本発明の光学ガラスは、厚み10mmのサンプルで分光透過率5%を示す波長(λ
5)が好ましくは400nm以下であり、より好ましくは380nm以下であり、さらに好ましくは360nm以下である。これにより、ガラスの吸収端が紫外領域の近傍に位置するようになり、可視域におけるガラスの透明性が高められるため、この光学ガラスをレンズ等の光学素子の材料として好ましく用いることができる。
【0082】
本発明の光学ガラスは、比重が小さいことが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスの比重は5.50[g/cm
3]以下であることが好ましい。これにより、光学素子やそれを用いた光学機器の質量が低減されるため、光学機器の軽量化に寄与できる。従って、本発明の光学ガラスの比重は、好ましくは5.50、より好ましくは5.40、好ましくは5.30を上限とする。なお、本発明の光学ガラスの比重は、概ね3.00以上、より詳細には3.50以上、さらに詳細には4.00以上であることが多い。
本発明の光学ガラスの比重は、日本光学硝子工業会規格JOGIS05−1975「光学ガラスの比重の測定方法」に基づいて測定する。
【0083】
本発明の光学ガラスは、ガラス作製時における耐失透性(明細書中では、単に「耐失透性」という場合がある。)が高いことが好ましい。これにより、ガラス作製時におけるガラスの結晶化等による透過率の低下が抑えられるため、この光学ガラスをレンズ等の可視光を透過させる光学素子に好ましく用いることができる。なお、ガラス作製時における耐失透性が高いことを示す尺度としては、例えば液相温度が低いことが挙げられる。
【0084】
本発明の光学ガラスは、プレス成形性が良好であることが好ましい。すなわち、本発明の光学ガラスは、再加熱試験(イ)の前後においても失透及び乳白が生じないことが好ましい。これにより、リヒートプレス加工を想定した再加熱試験によっても失透及び着色が起こり難くなることで、ガラスの光線透過率が失われ難くなるため、ガラスに対してリヒートプレス加工に代表される再加熱処理を行い易くできる。すなわち、複雑な形状の光学素子をプレス成形で作製できるため、製造コストが安く、且つ生産性の良い光学素子製造を実現することができる。
【0085】
ここで、再加熱試験(イ)は、15mm×15mm×30mmの試験片を、凹型耐火物上に載せて電気炉に入れて再加熱し、常温から150分で各試料の転移温度(Tg)より80℃〜150℃高い温度(耐火物に落ち込む温度)まで昇温し、その温度で30分保温した後、常温まで冷却して炉外に取り出し、内部で観察できるように対向する2面を厚さ10mmに研磨した後、研磨したガラス試料を目視観察する方法で行うことができる。
【0086】
なお、再加熱試験(イ)の前後における失透及び乳白の有無は、例えば目視で確認することが可能であり、「失透及び乳白が生じない」ことは、例えば再加熱試験(イ)後の試験片の波長587.56nmの光線(d線)の透過率を、再加熱試験前の試験片のd線の透過率で除した値が、概ね0.80以上であることを指す。
【0087】
[プリフォーム及び光学素子]
作製された光学ガラスから、例えばリヒートプレス成形や精密プレス成形等のモールドプレス成形の手段を用いて、ガラス成形体を作製できる。すなわち、光学ガラスからモールドプレス成形用のプリフォームを作製し、このプリフォームに対してリヒートプレス成形を行った後で研磨加工を行ってガラス成形体を作製したり、例えば研磨加工を行って作製したプリフォームに対して精密プレス成形を行ってガラス成形体を作製したりできる。なお、ガラス成形体を作製する手段は、これらの手段に限定されない。
【0088】
このようにして作製されるガラス成形体は、様々な光学素子に有用であるが、その中でも特に、レンズやプリズム等の光学素子の用途に用いることが好ましい。これにより、光学素子が設けられる光学系の透過光における、色収差による色のにじみが低減される。そのため、この光学素子をカメラに用いた場合は撮影対象物をより正確に表現でき、この光学素子をプロジェクタに用いた場合は所望の映像をより高精彩に投影できる。
【実施例】
【0089】
本発明の実施例(No.1〜No.101)及び比較例(No.A)の組成、並びに、屈折率(n
d)、アッベ数(ν
d)、部分分散比(θg,F)、分光透過率が5%及び70%を示す波長(λ
5、λ
70)、比重、並びに再加熱試験(型落し試験)の結果を表1〜表14に示す。なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。
【0090】
本発明の実施例及び比較例のガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度の原料を選定し、表に示した各実施例及び比較例の組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で1100〜1400℃の温度範囲で3〜5時間溶解し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1000〜1400℃に温度を下げて攪拌均質化してから金型に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。
【0091】
ここで、実施例及び比較例のガラスの屈折率(n
d)、アッベ数(ν
d)及び部分分散比(θg,F)は、日本光学硝子工業会規格JOGIS01―2003に基づいて測定した。そして、求められたアッベ数(ν
d)及び部分分散比(θg,F)の値について、関係式(θg,F)=−a×ν
d+bにおける、傾きaが0.00162及び0.00275のときの切片bを求めた。なお、本測定に用いたガラスは、徐冷降温速度を−25℃/hrとして、徐冷炉にて処理を行ったものを用いた。
【0092】
また、実施例及び比較例のガラスの透過率は、日本光学硝子工業会規格JOGIS02に準じて測定した。なお、本発明においては、ガラスの透過率を測定することで、ガラスの着色の有無と程度を求めた。具体的には、厚さ10±0.1mmの対面平行研磨品をJISZ8722に準じ、200〜800nmの分光透過率を測定し、λ
5(透過率5%時の波長)及びλ
70(透過率70%時の波長)を求めた。
【0093】
また、実施例及び比較例のガラスの比重は、日本光学硝子工業会規格JOGIS05−1975「光学ガラスの比重の測定方法」に基づいて測定した。
【0094】
また、実施例及び比較例のガラスについて、再加熱試験の前後における失透及び乳白の有無を目視で確認した。ここで、再加熱試験後の前後における失透及び乳白の確認は、15mm×15mm×30mmの試験片を、凹型耐火物上に載せて電気炉に入れて再加熱温度まで再加熱し、その温度で30分保温した後、常温まで冷却して炉外に取り出し、内部で観察できるように対向する2面を厚さ10mmに研磨した後、研磨したガラス試料における失透及び乳白の有無を目視で観察することで行った。このとき、再加熱温度を(Tg+80℃〜150℃)にしたときに失透及び乳白が生じず、且つ、再加熱温度を(Tg+80℃〜150℃)より高い温度にしたときにも失透及び乳白が生じなかったガラスは、「型落し試験」を「○」にした。また、再加熱温度を(Tg+80℃〜150℃)の範囲内で特定の温度にしたときに失透及び乳白が生じなかったものの、再加熱温度を(Tg+80℃〜150℃)の範囲内でより高い温度にしたときに失透又は乳白が生じたガラスは、「型落し試験」を「△」にした。また、再加熱温度を(Tg+80℃〜150℃)の範囲内で特定の温度にしたときに失透又は乳白が生じたガラスは、「型落し試験」を「×」にした。
【0095】
【表1】
【0096】
【表2】
【0097】
【表3】
【0098】
【表4】
【0099】
【表5】
【0100】
【表6】
【0101】
【表7】
【0102】
【表8】
【0103】
【表9】
【0104】
【表10】
【0105】
【表11】
【0106】
【表12】
【0107】
【表13】
【0108】
【表14】
【0109】
本発明の実施例の光学ガラスは、ν
d≦31のものは部分分散比(θg,F)が(−0.00275×νd+0.68125)以下であった。また、ν
d>31のものは、部分分散比(θg,F)が(−0.00162×νd+0.64622)以下であった。その反面で、本発明の実施例の光学ガラスは、部分分散比(θg,F)が(−0.00162×νd+0.63622)以上であった。すなわち、本願の実施例のガラスについての部分分散比(θg,F)とアッベ数(ν
d)の関係は、
図2に示されるようになった。そのため、これらの部分分散比(θg,F)が所望の範囲内にあることがわかった。
一方、本発明の比較例(No.A)のガラスは、いずれもν
d≦31であり、且つ部分分散比(θg,F)が(−0.00275×νd+0.68125)を超えていた。従って、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例のガラスに比べ、アッベ数(ν
d)との関係式において小さい部分分散比(θg,F)を有することが明らかになった。
【0110】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈折率(n
d)が1.70以上、より詳細には1.83以上であるとともに、この屈折率(n
d)は1.95以下、より詳細には1.87以下であり、所望の範囲内であった。
【0111】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもアッベ数(ν
d)が25以上、より詳細には28以上であるとともに、このアッベ数(ν
d)は35以下、より詳細には32以下であり、所望の範囲内であった。
【0112】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、λ
70(透過率70%時の波長)がいずれも450nm以下、より詳細には430nm以下であった。また、本発明の実施例の光学ガラスは、λ
5(透過率5%時の波長)がいずれも400nm以下、より詳細には360nm以下であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、可視光に対する透過率が高く着色し難いことが明らかになった。
【0113】
従って、実施例の光学ガラスから、所望の屈折率(n
d)及びアッベ数(ν
d)を有し、可視光に対する透過率が高く、且つ色収差が小さいことが明らかになった。
【0114】
また、実施例の光学ガラスは、いずれも比重が5.00以下、より詳細には4.50以下であり、所望の範囲内であった。
【0115】
また、実施例の光学ガラスは、再加熱試験(イ)を行う前後の両方で、失透及び乳白が起こり難かった。従って、本発明の実施例の光学ガラスは、再加熱による失透や乳白が起こり難いことで、高いプレス成形性を有することが推察される。
【0116】
さらに、実施例の光学ガラスを用いてレンズプリフォームを形成し、このレンズプリフォームに対してモールドプレス成形したところ、安定に様々なレンズ形状に加工することができた。
【0117】
以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、本実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を当業者により成し得ることが理解されよう。