JP2003026439A - モールド成形用光学ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３５０〜４００℃程度の低温でプレス成形可
能な耐久性に優れた低融点ガラスを提供する。 【解決手段】 リン酸塩系の酸化物ガラスにおいて、ガ
ラス形成成分に加えて耐久性改善成分を含有してなり、
耐久性テストにおける減量率が０．１５重量％以下であ
ることを特徴とする低融点ガラスで、特にモル％で、Ｐ
₂ Ｏ₅ が３２〜４０％、Ｌｉ₂ Ｏが６〜２１％、Ｎａ₂
Ｏが８〜３１％、Ｋ₂ Ｏが４〜２２％、Ａｌ₂ Ｏ₃ が
７．４〜１６％、ＺｎＯが０〜１９．６％、ＢａＯが０
〜１２％でＬｉ₂ Ｏ＋Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏが３５．１〜４
９％、からなるモールド成形用光学ガラス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモールド成形用光学
ガラス、特に４００℃以下でプレス成形可能な精密プレ
スレンズ用光学ガラスに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学レンズ系に使用される非球面
レンズや微小な光学レンズは高精度の金型を用いたプレ
ス成形技術によって研磨することなく製造されることが
多くなった。しかし、プレス成形に適する金型の材質に
は加工性、耐久性、さらに量産性などの点から様々な制
限がある。これはプレス成形されるガラスの物性にも制
限があることを意味している。制限される最も重要な物
性はガラスの軟化温度である。例えば６００〜７００℃
を超える軟化温度のガラスをプレス成形することは金型
寿命に大きな影響を与え、それはレンズの量産性を低下
させることとなる。このようなことから従来一般に市販
されているすべての種類の光学ガラスをプレス成形する
ことは量産性という点では困難と考えられ、その結果プ
レス成形性に優れたガラスの開発が一つの研究課題とな
っている。例えば、特開平２−１２４７４３号公報に
は、Ｐ₂ Ｏ₅ 、ＺｎＯを必須成分として含みＺｎＯ＋Ｂ
ａＯ＋ＳｒＯ＋ＣａＯ＋ＭｇＯの含量を２８〜４９重量
％とした組成を有し、屈伏温度（Ａｔ）が５００℃以
下、屈折率（ｎｄ）が１．５３〜１．６２、アッベ数
（νｄ）が５９．０〜６４．０で軟化点が低い中屈折率
低分散の精密プレスレンズ用光学ガラスが記載されてい
る。この光学ガラスは、安定性、化学的耐久性、耐候
性、溶融性が優れており、屈伏温度（Ａｔ）が低いので
プレス成形後研削又は研磨を必要としないという特徴を
有する。特開平８−１８３６３２号、特開平１１−１３
９８４５号各公報にも同様の提案がなされている。これ
らの発明の共通の課題は、ガラス軟化温度を下げるとい
うことである。

【０００３】しかし、これらのガラスの軟化温度は４０
０〜５００℃前後となるものが多く、これよりも低温度
になると化学的耐久性の低下等の問題が起こり実用的な
ガラスにならない。また、市販光学ガラスの光学特性に
一致するように組成を選択するような場合もあり、十分
な軟化温度とならないこともある。更に、融点の低いガ
ラス（ガラス転移温度の低いガラス）として特開昭５７
−２７９４１号公報に記載されているガラスが知られて
いる。このフツリン酸塩ガラスはガラス転移温度が１０
０℃前後で、非常に低溶融性のガラスであるが、大量の
フッ化物を含むので、ガラス溶融時に低沸点フッ化物の
揮発が起こり、生産性が低い。そのため、大量生産には
適していないと考えられている。リン酸塩ガラスは、酸
化物ガラスの中でも比較的軟化温度が低く、これまでに
低融点ガラスとしていくつか提案されている。例えば、
特開昭６０−１７１２４４号、特開昭６１−３６１３６
号、特開平２−１１６６４２号、特開平２−１２４７４
３号、特開平３−４０９３４号、特開平５−１３２３３
９号、特開平８−１８３６３２号、特開平９−２７８４
７９号、特開平９−３０１７３５号各公報などである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記の
ようなリン酸塩系の酸化物ガラス組成物において、４０
０℃以下、特に３８０℃前後という低温でプレス成形で
きるガラスの開発に努めた。従来の技術常識からする
と、ガラス軟化温度を下げるためにはアルカリ成分を増
量すればよいのであるが、単純にアルカリ成分を増やす
のではガラスの安定性、化学的耐久性、耐候性、溶融性
等を満足させることができない。ところが、本発明者ら
の研究の結果、上記リン酸塩系ガラス組成物において、
Ｌｉ₂ Ｏ，Ｎａ₂ Ｏ，Ｋ₂ Ｏ成分を必須的に増量する中
で、Ａｌ₂ Ｏ₃ を相当量含有させることにより上記の問
題が解決されることを発見して本発明に到達したもので
ある。

【０００５】すなわち、本発明の第１の目的は、４００
℃以下という低い温度で精密プレスが実施可能な、作業
性に優れたモールド成形用光学ガラスを提供することで
ある。また本発明の第２の目的は、屈折率（ｎｄ）１．
５０〜１．５５、アッベ数（νｄ）５８〜６７の光学特
性を持つ光学ガラスを優れた生産性を以て提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の本発明の課題は、
以下に要約した各発明ないしは態様によって達成され
る。 （１）モルパーセントでＰ₂ Ｏ₅ が３２〜４０％、好ま
しくは３２〜３７％、Ｌｉ₂ Ｏが６〜２１％、好ましく
は６〜１９．５％、Ｎａ₂ Ｏが８〜３１％、好ましくは
１２〜２２％、Ｋ₂ Ｏが４〜２２％、好ましくは７〜１
９％、Ａｌ₂ Ｏ ₃ が７．４〜１６％、好ましくは８〜１
５％、ＺｎＯが０〜１９．６％、好ましくは１〜１１
％、ＢａＯが０〜１２％、好ましくは０．５〜９％、で
Ｌｉ₂ Ｏ＋Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏが３５．１〜４９％、好ま
しくは３６〜４７．５％からなるモールド成形用光学ガ
ラス。

【０００７】（２）モルパーセントでＰ₂ Ｏ₅ が３２〜
３７％、好ましくは３２〜３６％、Ｌｉ₂ Ｏが６〜１
９．５％、好ましくは７〜１４％、Ｎａ₂ Ｏが１２〜２
２％、好ましくは１２〜１９％、Ｋ₂ Ｏが７〜１９％、
好ましくは７〜１４％、Ａｌ₂Ｏ₃ が８〜１５％、好ま
しくは９〜１４％、ＺｎＯが１〜１１％、好ましくは４
〜１１％、ＢａＯが０．５〜９％、好ましくは２〜９％
でＬｉ₂ Ｏ＋Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏが３６〜４７．５％、好
ましくは３６〜４３．５％からなるモールド成形用光学
ガラス。

【０００８】（３）モルパーセントでＭｇＯが０〜２
％、ＣａＯが０〜６％、ＳｒＯが０〜２％、Ｌｎ₂ Ｏ₃
が０〜２％（ＬｎはＬａ，Ｇｄ，Ｙ）、Ｉｎ₂ Ｏ₃ が０
〜２％、ＺｒＯ₂ が０〜４％、ＷＯ₃ が０〜２％、Ｎｂ
₂ Ｏ₅ が０〜２％、ＴｉＯ₂ が０〜１．５％を加えてな
る上記（１）又は（２）に記載のモールド成形用光学ガ
ラス。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の低融点ガラスは、主に光
学用に用いることができるリン酸塩系のガラスでＰ₂ Ｏ
₅ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＺｎＯ，ＢａＯ，Ｒ₂ Ｏ（Ｒ：アルカ
リ金属元素）が主な成分であるが、特に耐久性改善成分
として、Ａｌ₂ Ｏ₃ を７．４％以上含有してなり、耐久
性テストにおける減量率が０．１５重量％以下、好まし
くは０．０５重量％以下、特に０．０３重量％以下とい
う優れた化学的耐久性、安定性を付与することに成功し
たものである。このガラスは、ガラス転移温度（Ｔｇ）
３００〜３６０℃、プレス成形温度３５０〜４００℃を
示し、光学特性値としてｎｄ１．５０〜１．５５、νｄ
５８〜６７を有する。ここで採用された化学的耐久性テ
ストは、ガラス試料（１．５×１．５×１．０ｃｍ）を
蒸留水中で２時間煮沸した時の重量減少量を初期重量に
対するパーセントで表示したものである。

【００１０】本発明の低融点光学ガラスの各成分範囲を
上記（１）のように限定した理由は次のとおりである
（％は特に断り書きのない限りモル％を表す）。Ｐ₂ Ｏ
₅ はガラス形成成分であり、３２％より少ないとガラス
形成が困難となり、また４０％を超えると耐久性が低下
する。好ましい範囲は３２〜３７％である。Ｌｉ₂ Ｏは
ガラスの溶融性を改善し軟化温度を低下させる成分であ
るが、６％より少ないと上記効果が充分でなく、２１％
より多くなると耐久性及び安定性が低下する。Ｎａ₂ Ｏ
はＬｉ₂ Ｏと同様にガラスの溶融性を改善し軟化温度を
低下させる成分であるが、８％より少ないと上記効果が
充分でなく３１％を超えると耐久性が低下しガラスが不
安定になる。Ｋ₂ ＯはＬｉ₂ Ｏ，Ｎａ₂ Ｏ程ではないが
ガラスの溶融性を改善し軟化温度を低下させる成分であ
る。４％より少ないと上記効果が充分でなく、２２％を
超えると耐久性が低下しガラスが不安定になる。好まし
い範囲は、それぞれＬｉ₂ Ｏが６〜１９．５％、Ｎａ₂
Ｏが１２〜２２％、Ｋ₂ Ｏが７〜１９％である。更にＲ
₂ Ｏ（Ｌｉ₂ Ｏ＋Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ）はアルカリ金属酸
化物成分の合計量を表し、３５．１〜４９％とする。こ
こで、３５．１％より少ないと本発明のモールド成形用
光学ガラスの低融点化が充分でなく、また４９％より多
くなると耐久性の低下が著しくなるばかりでなくガラス
が不安定になる。好ましい範囲は３６〜４７．５％であ
る。

【００１１】Ａｌ₂ Ｏ₃ は本発明のガラスの特徴的成分
で耐久性を改善する効果を有するが、著しく溶解性を損
なうので上限を１６％とするべきである。また７．４％
より少ないと耐久性が著しく低下してしまう。好ましい
範囲は、８〜１５％である。ＺｎＯは、ガラスの低溶融
化を助ける成分であるが、１９．６％を超えるとガラス
が不安定になる。好ましい範囲は１〜１１％である。Ｂ
ａＯはガラスの溶解性及び安定性を向上させる成分であ
るが、１２％を超えると耐久性が低下する。好ましい範
囲は０．５〜９％である。

【００１２】次に本発明の上記（２）の光学ガラスにお
いては、Ｐ₂ Ｏ₅ 、Ｌｉ₂ Ｏ、Ｎａ ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏ、Ｒ₂
Ｏ、Ａｌ₂ Ｏ₃ の限定根拠は上記（１）の場合とほぼ同
様に説明することができる。ただし、ＺｎＯ及びＢａＯ
は必須成分であって、ＺｎＯが１％より少ないとガラス
の安定性が悪く低溶融化の効果が充分に得られない。ま
た１１％を超えると、ガラスの安定性が低下するという
問題が生じる。好ましい範囲は４〜１１％である。次
に、ＢａＯは０．５より少ないと安定性の効果が充分で
なく、また９％を超えると耐久性の低下が大きくなる。
好ましい範囲は、２〜９％である。

【００１３】次に、上記（３）の任意成分の限定根拠に
ついては次のとおりである。ＲＯ（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒか
ら選ばれるアルカリ土類金属の酸化物）は、ガラスの溶
解性を向上させる成分であるが、それらの上限値を超え
るとガラスが不安定になる。Ｉｎ₂ Ｏ₃ は、耐久性を向
上させる成分であるが、２％を超えると著しく溶解性が
悪くなり溶け残りの原因となる。

【００１４】ＺｒＯ₂ は、安定性及び耐久性を著しく改
善する効果を有するが、４％を超えると著しく溶解性が
悪くなり熔け残りの原因となる。好ましい範囲は０〜
３．５％である。ＷＯ₃ は、耐候性を向上する成分であ
るが還元雰囲気が強まるとガラスが着色するため上限値
は２％とするべきである。Ｎｂ₂ Ｏ₅ は、安定性及び耐
久性を改善する成分であるが、ガラス転移温度を上昇さ
せるため上限を２％とするべきである。ＴｉＯ₂ は、耐
久性を改善する効果を有するが、着色及び結晶化し易い
ため上限値は１．５％とすべきである。

【００１５】Ｌｎ₂ Ｏ₃ （Ｌｎ：Ｌａ，Ｙ，Ｇｄ）は、
主に耐候性を改善するためにそれぞれ０〜２％の範囲で
配合する。上限値を超えると溶解性が悪くなり熔け残り
が生じるという問題を生じる。

【００１６】以上説明したとおり、本発明者らは酸化物
ガラスで４００℃以下の温度でプレス成形できるガラス
を開発することを試みた結果、画期的なガラス組成に到
達したものである。このようなガラスはサイディングボ
ード加熱成形における量産性や作業性が格段に向上し、
また、酸化物ガラスであることから溶融製造工程におけ
る生産性も向上する。本発明によれば、これまで困難と
考えられていた微細光学素子も生産性よくプレス成形で
きるものと考えられる。本発明の低融点光学ガラスは原
料として五酸化リンあるいはメタリン酸塩などの塩類、
炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなど一般のガラス原料を
用い、通常のガラス製造方法で作製できる。溶融温度は
１０００〜１３００℃程度で白金ルツボを用い、十分に
溶融したガラス融液をカーボンなどで作られた型に流し
出すと、透明なガラスが得られる。その後、ガラス転移
温度付近でアニールをすることにより、熱的に安定なガ
ラスとなる。また、モールド成形レンズの作製に用いら
れる溶融滴下プリフォームを作製することも可能であ
る。これらのガラスはガラス転移温度が３００℃から３
５０℃程度の低温で、プレスによる加工は３５０〜４０
０℃程度である。また、化学的耐久性は蒸留水による煮
沸での減量率がいずれも０．１５％以下で、実用上まっ
たく問題とならない。

【００１７】

【実施例】以下実施例と比較例をあげて本発明の低融点
光学ガラスを具体的に説明するが、本発明はこれに限定
されるものではない。 （実施例１〜４３）各成分の原料として、各々相当する
メタ燐酸塩、酸化物、炭酸塩、硝酸塩等を使用し、ガラ
ス化後に表１，表４，表７，表１０，表１３に示した組
成となるように、表２、表５、表８、表１１、表１４に
示した成分組成（１００ｇ）で秤量し、十分混合した後
に白金ルツボに投入し電気炉中１０００〜１３００℃の
温度で数時間溶融し、撹拌により均質化、清澄した後に
金型に流し出し徐冷することによって透明で均質なガラ
スを得た。表３、表６、表９、表１２、表１５には、得
られたガラスの熱的性質（ガラス転移温度（Ｔｇ）、屈
伏温度（Ａｔ）、５０−２５０℃の熱膨張係数）及び光
学的性質（屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ））、化学
的耐久性試験のデータを示した。化学的耐久性試験は、
ガラス試料（１．５×１．５×１．０ｃｍ）を蒸留水中
で２時間煮沸した時の重量減少量を初期重量に対するパ
ーセントで表示したものである。

【００１８】（比較例１）比較例として、特公平７−２
５５６７号公報の請求範囲内で任意に組成を選択した。
各成分の原料として、各々相当するメタ燐酸塩、酸化
物、炭酸塩、硝酸塩等を使用し、ガラス化後に表１４の
比較例１に示した成分組成１００ｇとなるように秤量
し、十分混合した後に白金ルツボに投入し電気炉中１０
００〜１３００℃の温度で数時間熔解し、攪拌により均
質化、清澄した後に金型に流し出し徐冷することによっ
て透明で均質なガラスを得た。実施例と同様に、得られ
たガラスの熱的性質（ガラス転移温度（Ｔｇ）、屈伏温
度（Ａｔ）、５０−２５０℃の熱膨張係数）及び光学的
性質（屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ））、化学的耐
久性試験の結果について表１５に表示した。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】

【表５】

【００２４】

【表６】

【００２５】

【表７】

【００２６】

【表８】

【００２７】

【表９】

【００２８】

【表１０】

【００２９】

【表１１】

【００３０】

【表１２】

【００３１】

【表１３】

【００３２】

【表１４】

【００３３】

【表１５】

【００３４】

【発明の効果】本発明の上記説明したとおりの組成を有
する低融点光学ガラスは比較的低い軟化温度をもつため
プレス成形レンズや複雑な形状の微小光学素子のプレス
成形等に有用である。また化学的耐久性に優れているの
で実用性が高い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土谷 宏一 埼玉県さいたま市針ケ谷４丁目７番25号 株式会社住田光学ガラス内 (72)発明者 沢登 成人 埼玉県さいたま市針ケ谷４丁目７番25号 株式会社住田光学ガラス内 (72)発明者 永濱 忍 埼玉県さいたま市針ケ谷４丁目７番25号 株式会社住田光学ガラス内 Ｆターム(参考） 4G062 AA04 BB09 CC04 CC10 DA01 DB03 DB04 DC01 DD05 DE01 DE02 DE03 DE04 DF01 EA03 EA05 EB03 EB04 EB05 EC03 EC04 EC05 ED01 ED02 ED03 EE01 EE02 EE03 EF01 EF02 EF03 EG01 EG02 EG03 EG04 FA01 FB01 FB02 FB03 FC01 FC02 FC03 FD01 FE01 FF01 FG01 FG02 FG03 FH01 FJ01 FJ02 FJ03 FK01 FK02 FK03 FL01 GA01 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH06 HH07 HH08 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK04 KK07 KK10 MM02 NN01 NN02 NN32 NN34

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モルパーセントでＰ₂ Ｏ₅ が３２〜４０
   ％、Ｌｉ₂ Ｏが６〜２１％、Ｎａ₂ Ｏが８〜３１％、Ｋ
   ₂ Ｏが４〜２２％、Ａｌ₂ Ｏ₃ が７．４〜１６％、Ｚｎ
   Ｏが０〜１９．６％、ＢａＯが０〜１２％でＬｉ₂ Ｏ＋
   Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ ₂ Ｏが３５．１〜４９％、からなるモール
   ド成形用光学ガラス。
2. 【請求項２】 モルパーセントでＰ₂ Ｏ₅ が３２〜３７
   ％、Ｌｉ₂ Ｏが６〜１９．５％、Ｎａ₂ Ｏが１２〜２２
   ％、Ｋ₂ Ｏが７〜１９％、Ａｌ₂ Ｏ₃ が８〜１５％、Ｚ
   ｎＯが１〜１１％、ＢａＯが０．５〜９％でＬｉ₂ Ｏ＋
   Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ ₂ Ｏが３６〜４７．５％、からなるモール
   ド成形用光学ガラス。
3. 【請求項３】 モルパーセントでＭｇＯが０〜２％、Ｃ
   ａＯが０〜６％、ＳｒＯが０〜２％、Ｉｎ₂ Ｏ₃ が０〜
   ２％、ＺｒＯ₂ が０〜４％、ＷＯ₃ が０〜２％、Ｎｂ₂
   Ｏ₅ が０〜２％、ＴｉＯ₂ が０〜１．５％、Ｌａ₂ Ｏ₃
   が０〜２％、Ｙ₂ Ｏ₃ が０〜２％、Ｇｄ₂ Ｏ₃ が０〜２
   ％を加えてなる請求項１又は２に記載されたモールド成
   形用光学ガラス。