JP2011230974A - 光学ガラス、光学素子及び精密プレス成形用プリフォーム - Google Patents
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Abstract
【課題】屈折率(nd)が所望の範囲内にありながら低いアッベ数(νd)を有し、低い温度で軟化し易く、且つ研磨加工を行い易く、さらに高透過率と良好な化学的耐久性を兼ね備える光学ガラスと、これを用いた光学素子及び精密プレス成形用プリフォームを得る
【解決手段】酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%でTeO2成分を20.0〜70.0%、P2O5成分を0%〜25.0%、B2O3成分を0%〜40.0%、Nb2O5成分を0%〜20.0%、La2O3成分を0%〜30.0%含有し、TeO2/(P2O5+B2O3)が1.0以上、B2O3+Nb2O5+La2O3が0%より多く60%以下であり、摩耗度が200以上800以下、ヌープ硬度が250以上650以下、粉末法耐水性クラス(RW)が1以上3以下、粉末法耐酸性クラス(RA)が1以上3以下である光学ガラス。
【選択図】図1
【解決手段】酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%でTeO2成分を20.0〜70.0%、P2O5成分を0%〜25.0%、B2O3成分を0%〜40.0%、Nb2O5成分を0%〜20.0%、La2O3成分を0%〜30.0%含有し、TeO2/(P2O5+B2O3)が1.0以上、B2O3+Nb2O5+La2O3が0%より多く60%以下であり、摩耗度が200以上800以下、ヌープ硬度が250以上650以下、粉末法耐水性クラス(RW)が1以上3以下、粉末法耐酸性クラス(RA)が1以上3以下である光学ガラス。
【選択図】図1
Description
本発明は、光学ガラス、光学素子及び精密プレス成形用プリフォームに関する。
近年、光学系を使用する機器のデジタル化や高精細化が急速に進んでおり、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮影機器をはじめ、各種光学機器に用いられるレンズ等の光学素子に対する高精度化、軽量、及び小型化の要求は、ますます強まっている。
このため、光学素子を作製する光学ガラスの中でも特に、光学素子や光学系の軽量化及び小型化を図ることが可能な、高い屈折率(nd)を有し、低いアッベ数(νd)を有する高屈折率高分散ガラスの需要が非常に高まっている。このような高屈折率高分散ガラスとしては、例えば屈折率(nd)が1.8以上であり、20前後のアッベ数(νd)を有する光学ガラスとして、特許文献1及び2に代表されるようなテルライトガラスが知られている。
こうしたガラスを用いて光学素子を作製する場合には、ガラスを加熱軟化して成形(リヒートプレス成形)して得られたガラス成形品を研削研磨する方法や、ゴブ又はガラスブロックを切断し研磨したプリフォーム材、若しくは公知の浮上成形等により成形されたプリフォーム材を加熱軟化して、高精度な成形面を持つ金型で加圧成形する方法(精密プレス成形)が用いられている。
しかしながら、特許文献1で開示されたガラスは、ガラス転移点(Tg)が高く、これらのガラスは加熱しても軟化し難かった。このため、特許文献1のガラスからプリフォーム材を作製し、プリフォーム材を加熱軟化及びプレス成形して光学素子を作製しようとすると、プリフォーム材を加熱軟化する温度を高める必要があるため、プレス成形に用いた金型とプリフォーム材とが融着を起こしたり、光学素子の光学特性に影響が及んだりしていた。
一方、特許文献2で開示されたガラスは、本発明者が作製したところ、いずれもガラス転移点(Tg)は低いものの、摩耗度(Aa)が高いガラスであった。このため、特許文献2で開示されたガラスは、いずれも表面に傷が形成され易く研磨加工を行い難いものであり、プレス成形性と研磨加工性とを両立させることが困難であった。
さらに、近年においては、一眼カメラ用交換レンズとしても使用できるよう、高屈折率ガラス特有の透過率の低下及び化学的耐久性欠如を補い、耐水性、耐候性にも優れた光学ガラスが求められている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、屈折率(nd)が所望の範囲内にありながら低いアッベ数(νd)を有し、低い温度で軟化し易く、且つ研磨加工を行い易く、さらに高透過率と良好な化学的耐久性を兼ね備える光学ガラスと、これを用いた光学素子及び精密プレス成形用プリフォームを得ることにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、TeO2成分とP2O5及びB2O3成分との含有率を所定の範囲内に調整し、ガラスの高屈折率化が図られながらも、上記ニーズにかなう光学ガラスを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
(1) 酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%でTeO2成分を20.0〜70.0%、P2O5成分を0%〜25.0%、B2O3成分を0%〜40.0%、Nb2O5成分を0%〜20.0%、La2O3成分を0%〜30.0%含有し、TeO2/(P2O5+B2O3)が1.0以上、B2O3+Nb2O5+La2O3が0%より多く60%以下であり、摩耗度が200以上800以下、ヌープ硬度が250以上650以下、粉末法耐水性クラス(RW)が1以上3以下、粉末法耐酸性クラス(RA)が1以上3以下である光学ガラス。
(2) 分光透過率で70%を示す波長(λ70)が500nm以下である(1)の光学ガラス。
(3) (1)又は(2)の光学ガラスを、酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%でTeO2成分が65%、Bi2O3成分が5%、Li2O成分が20%、ZnO成分が10%、Al2O3成分が0.2%からなる光学ガラスの450nmの光の透過率が70%以上となるTeO2原料を用いて、溶融及び/又は成形する工程を含む光学ガラスの製造方法。
(4) (1)又は(2)の光学ガラスの製法であって、原料としてTeO2を使用し、前記原料として使用されるTeO2について、空気中での10℃/minの昇温速度におけるTG曲線の0.1%質量減少温度が420℃以上であることを特徴とする前記製造方法。
(5) (1)又は(2)の光学ガラスの製法であって、原料としてTeO2を使用し、前記原料として使用されるTeO2について、空気中での10℃/minの昇温速度におけるDTA曲線において700℃以下に0.08(μV/mg)以上の高さの発熱ピークを有さないことを特徴とする前記製造方法。
本発明によれば、高屈折率(nd)と低いアッベ数(νd)を有し、低い温度で軟化し易く、且つ研磨加工を行い易く、さらに高透過率と良好な化学的耐久性を兼ね備える光学ガラスと、これを用いた光学素子及び精密プレス成形用プリフォームを得ることができる。
本発明の光学ガラスは、モル%でTeO2成分を20.0〜70.0%、P2O5成分を0%〜25.0%、B2O3成分を0%〜40.0%、Nb2O5成分を0%〜20.0%、La2O3成分を0%〜30.0%含有し、TeO2/(P2O5+B2O3)が1.0以上であり、B2O3+Nb2O5+La2O3が0%より多く60%以下である。TeO2成分、P2O5成分、B2O3成分を併用し、それらの含有量の関係を所定の範囲とすることによって、ガラスの高屈折率化、高分散化が図られながらも、良好な摩耗度、透過率、化学的耐久性を兼ね備える光学ガラスと、これを用いた光学素子及び精密プレス成形用プリフォームを得ることができる。
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することができる。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。
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することができる。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。
[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。本明細書中において、各成分の含有率は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全物質量に対するモル%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、金属弗化物等が溶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物質量を100モル%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。
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。本明細書中において、各成分の含有率は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全物質量に対するモル%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、金属弗化物等が溶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物質量を100モル%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。
<必須成分、任意成分について>
TeO2成分は、ガラス形成成分であり、ガラスの分散を高めつつ、ガラスの屈折率を高める成分である。特に、TeO2成分の含有率を20.0%以上にすることで、ガラスの分散及び屈折率が高められるため、所望のアッベ数(νd)及び屈折率を得ることができる。一方、TeO2成分の含有率を70.0%以下にすることで、ガラスの液相温度を低くしてガラス形成時の耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するTeO2成分の含有率は、好ましくは20.0%、より好ましくは25.0%を下限とし、最も好ましくは30.0%より多くする。また、このTeO2成分の含有率は、好ましくは70.0%未満とし、より好ましくは65.0%、最も好ましくは60.0%を上限とする。TeO2成分は、原料として例えばTeO2等を用いてガラス内に含有することができる。
TeO2成分は、ガラス形成成分であり、ガラスの分散を高めつつ、ガラスの屈折率を高める成分である。特に、TeO2成分の含有率を20.0%以上にすることで、ガラスの分散及び屈折率が高められるため、所望のアッベ数(νd)及び屈折率を得ることができる。一方、TeO2成分の含有率を70.0%以下にすることで、ガラスの液相温度を低くしてガラス形成時の耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するTeO2成分の含有率は、好ましくは20.0%、より好ましくは25.0%を下限とし、最も好ましくは30.0%より多くする。また、このTeO2成分の含有率は、好ましくは70.0%未満とし、より好ましくは65.0%、最も好ましくは60.0%を上限とする。TeO2成分は、原料として例えばTeO2等を用いてガラス内に含有することができる。
B2O3成分は、ガラスの網目を構成し、ガラスの耐失透性を高めてガラスの均質化を図る成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、B2O3成分の含有率を40.0%以下にすることで、所望の屈折率を得易くし、ガラスの液相温度を高めて耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するB2O3成分の含有率は、好ましくは40.0%、より好ましくは35.0%、最も好ましくは30.0%を上限とする。B2O3成分は、原料として例えばH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いてガラス内に含有することができる。
P2O5成分は、安定なガラス形成を促し、ガラスの失透を低減する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、P2O5成分の含有率を25.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、ガラス転移点(Tg)の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するP2O5成分の含有率は、好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%、最も好ましくは15.0%を上限とする。P2O5成分は、原料として例えばAl(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスにおいては、B2O3成分及びP2O5成分の合計含有量に対するTeO2成分の含有量の比を、所定の範囲とすることにより、高屈折率化を図りつつ透過率を向上させることができる。当該組成比が小さすぎると屈折率を維持しにくい不利益があり、大きすぎると耐摩耗性を低下させる不利益がある。
したがって、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するB2O3成分及びP2O5成分の合計含有量に対するTeO2成分の含有量の比の下限は、好ましくは1.0、より好ましくは1.2、最も好ましくは1.4とする。
したがって、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するB2O3成分及びP2O5成分の合計含有量に対するTeO2成分の含有量の比の下限は、好ましくは1.0、より好ましくは1.2、最も好ましくは1.4とする。
Nb2O5成分は、ガラスの屈折率及び分散を高める成分である。特に、Nb2O5成分の含有率を20.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性の低下を抑えつつ、ガラス転移点(Tg)の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するNb2O5成分の含有率は、好ましくは20.0%、より好ましくは22.0%、最も好ましくは20.0%を上限とする。Nb2O5成分は、原料として例えばNb2O5等を用いてガラス内に含有することができる。
La2O3成分は、ガラスの屈折率を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、La2O3成分の含有率を30.0%以下にすることで、ガラス転移点(Tg)の上昇を抑えつつ、良好な耐失透性を維持し易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するLa2O3成分の含有率は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、最も好ましくは20.0%を上限とする。La2O3成分は、原料として例えばLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明においては、B2O3成分及びNb2O5成分及びLa2O3成分の合計含有量を所定の範囲の値にすることにより、耐摩耗性を向上させることができる。両成分の合計量が小さすぎると十分な耐摩耗性を得られない不利益があり、大きすぎると耐失透性が維持できない不利益がある。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するB2O3成分及びNb2O5成分及びLa2O3成分の合計含有量は、好ましくは60.0%、より好ましくは55.0%、最も好ましくは50.0%を上限とし、好ましくは0%を超え、より好ましくは3%、最も好ましくは5%を下限とする。
Li2O成分は、ガラスの溶解温度及びガラス転移点(Tg)を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Li2O成分の含有率を25%以下にすることで、ガラスの膨張係数を低減してプレス成形時のレンズ面の正確な転写を容易にしつつ、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、ガラスの化学的耐久性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するLi2O成分の含有率は、好ましくは25%、より好ましくは20%、最も好ましくは15%を上限とする。Li2O成分は、原料として例えばLi2CO3、LiNO3、LiF等を用いてガラス内に含有することができる。
Na2O成分は、ガラスの溶解温度及びガラス転移点(Tg)を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Na2O成分の含有率を25%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、ガラスの化学的耐久性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するNa2O成分の含有率は、好ましくは25%、より好ましくは20%、最も好ましくは15%を上限とする。Na2O成分は、原料として例えばNa2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6等を用いてガラス内に含有することができる。
K2O成分は、ガラスの溶解温度及びガラス転移点(Tg)を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、K2O成分の含有率を20%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、ガラスの化学的耐久性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するK2O成分の含有率は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。K2O成分は、原料として例えばK2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いてガラス内に含有することができる。
Cs2O成分は、ガラスの溶解温度を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Cs2O成分の含有率を20%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、ガラスの化学的耐久性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するCs2O成分の含有率は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。Cs2O成分は、原料として例えばCs2CO3、CsNO3等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスでは、Rn2O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)の含有率の物質量和が、25%以下であることが好ましい。この物質量和を25%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、ガラスの着色を低減し、ガラスの化学的耐久性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するRn2O成分の含有率の物質量和は、好ましくは25%、より好ましくは20%、最も好ましくは15%を上限とする。
ZnO成分は、ガラス形成時の耐失透性を高め、ガラスの着色を低減し、ガラスの溶解性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ZnO成分の含有率を40%以下にすることで、ZnO成分の過剰な含有によるガラスの液相温度の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するZnO成分の含有率は、好ましくは40%、より好ましくは35%、最も好ましくは30%を上限とする。
WO3成分は、ガラスの屈折率及び分散を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、WO3成分の含有率を40%以下にすることで、ガラス転移点(Tg)及び液相温度の上昇が抑えられるため、良好な耐失透性を維持しつつ、良好なプレス特性を得ることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するWO3成分の含有率は、好ましくは40%、より好ましくは35%、最も好ましくは30%を上限とする。WO3成分は、原料として例えばWO3等を用いてガラス内に含有することができる。
MgO成分は、ガラスの可視域での透過率を高め、ガラスの溶解性及び安定性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、MgO成分の含有率を25%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、ガラスの液相温度の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するMgO成分の含有率は、好ましくは25%、より好ましくは20%、最も好ましくは15%を上限とする。MgO成分は、原料として例えばMgCO3、MgF2等を用いてガラス内に含有することができる。
CaO成分は、ガラスの可視域での透過率を高め、ガラスの溶解性及び安定性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、CaO成分の含有率を25%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、ガラスの液相温度の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するCaO成分の含有率は、好ましくは25%、より好ましくは20%、最も好ましくは15%を上限とする。CaO成分は、原料として例えばCaCO3、CaF2等を用いてガラス内に含有することができる。
SrO成分は、ガラスの可視域での透過率を高め、ガラスの溶解性及び安定性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、SrO成分の含有率を20%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、ガラスの液相温度の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するSrO成分の含有率は、好ましくは20%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは10%を上限とする。SrO成分は、原料として例えばSr(NO3)2、SrF2等を用いてガラス内に含有することができる。
BaO成分は、ガラスの溶解性及び安定性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、BaO成分の含有率を25%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、ガラスの液相温度の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するBaO成分の含有率は、好ましくは25%、より好ましくは20%、最も好ましくは15%を上限とする。BaO成分は、原料として例えばBaCO3、Ba(NO3)2等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスでは、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)の含有率の物質量和が、25%以下であることが好ましい。この物質量和を25%以下にすることで、ガラスの摩耗度が低くなるため、ガラスへの研磨加工を行い易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するRO成分の含有率の物質量和は、好ましくは25%、より好ましくは20%、最も好ましくは15%を上限とする。
SiO2成分は、安定なガラス形成を促し、ガラスの失透を低減する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、SiO2成分の含有率を30.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、ガラス転移点(Tg)の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するSiO2成分の含有率は、好ましくは40%、より好ましくは35%、最も好ましくは30%を上限とする。SiO2成分は、原料として例えばSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いてガラス内に含有することができる。
GeO2成分は、安定なガラス形成を促し、ガラスの失透を低減する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、GeO2成分の含有率を20%以下にすることで、ガラス転移点(Tg)の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するGeO2成分の含有率は、好ましくは20%、より好ましくは15%、さらに好ましくは10%、最も好ましくは5%を上限とする。GeO2成分は、原料として例えばGeO2等を用いてガラス内に含有することができる。
Al2O3成分は、ガラスの耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Al2O3成分の含有率を20%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するAl2O3成分の含有率は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。Al2O3成分は、原料として例えばAl2O3、Al(OH)3、AlF3等を用いてガラス内に含有することができる。
Ga2O3成分は、ガラスの屈折率を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ga2O3成分の含有率を15%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高めつつ、ガラスの摩耗度を大きくして研磨加工し易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するGa2O3成分の含有率は、好ましくは15%、より好ましくは10%を上限とし、最も好ましくは5%を上限とする。Ga2O3成分は、原料として例えばGa2O3、GaF3等を用いてガラス内に含有することができる。
In2O3成分は、ガラスの屈折率を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、In2O3成分の含有率を15%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高めつつ、ガラスの摩耗度を大きくして研磨加工し易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するIn2O3成分の含有率は、好ましくは15%、より好ましくは10%、最も好ましくは5%を上限とする。In2O3成分は、原料として例えばIn2O3、InF3等を用いてガラス内に含有することができる。
ZrO2成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスを溶融状態から冷却する過程における失透を抑制する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ZrO2成分の含有率を20%以下にすることで、ガラスの耐失透性の低下を抑えつつ、ガラス転移点(Tg)の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するZrO2成分の含有率は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。ZrO2成分は、原料として例えばZrO2、ZrF4等を用いてガラス内に含有することができる。
Ta2O5成分は、ガラスの屈折率を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ta2O5成分の含有率を20%以下にすることで、ガラスの耐失透性の低下を抑えつつ、ガラス転移点(Tg)の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するTa2O5成分の含有率は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。Ta2O5成分は、原料として例えばTa2O5等を用いてガラス内に含有することができる。
TiO2成分は、ガラスの屈折率及び分散を高め、ガラスの液相温度を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、TiO2成分の含有率を30%以下にすることで、ガラスの耐失透性の低下を抑えつつ、ガラス転移点(Tg)の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するTiO2成分の含有率は、好ましくは30%、より好ましくは25%、最も好ましくは20%を上限とする。TiO2成分は、原料として例えばTiO2等を用いてガラス内に含有することができる。
Bi2O3成分は、ガラスの屈折率を上げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Bi2O3成分の含有率を40%以下にすることで、ガラスの液相温度及びガラス転移点(Tg)が低くなるため、ガラス形成時の耐失透性を高めつつ、プレス成形を行い易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するBi2O3成分の含有率は、好ましくは40%、より好ましくは35%、最も好ましくは30%を上限とする。Bi2O3成分は、原料として例えばBi2O3等を用いてガラス内に含有することができる。
Gd2O3成分は、ガラスの屈折率を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Gd2O3成分の含有率を15%以下にすることで、ガラスの耐失透性の低下を抑えつつ、ガラス転移点(Tg)の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するGd2O3成分の含有率は、好ましくは15%、より好ましくは10%、最も好ましくは5%を上限とする。Gd2O3成分は、原料として例えばGd2O3、GdF3等を用いてガラス内に含有することができる。
Y2O3成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの化学的耐久性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Y2O3成分の含有率を20%以下にすることで、ガラスの耐失透性の低下を抑えつつ、ガラス転移点(Tg)の上昇を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するY2O3成分の含有率は、好ましくは20%、より好ましくは15%、最も好ましくは10%を上限とする。Y2O3成分は、原料として例えばY2O3、YF3等を用いてガラス内に含有することができる。
Yb2O3成分は、ガラスの屈折率を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Yb2O3成分の含有率を15%以下にすることで、所望の光学定数を維持しつつ良好な耐失透性を維持し易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するYb2O3成分の含有率は、好ましくは15%、より好ましくは10%、最も好ましくは5%を上限とする。Yb2O3成分は、原料として例えばYb2O3等を用いてガラス内に含有することができる。
Sb2O3成分は、ガラスの脱泡を促進する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Sb2O3成分の含有率を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、Sb2O3成分が溶解設備(特にPt等の貴金属)と合金化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSb2O3成分の含有率は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.8%、最も好ましくは0.5%を上限とする。Sb2O3成分は、原料として例えばSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いてガラス内に含有することができる。
CeO2成分は、ガラスの清澄に効果のある成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、CeO2成分の含有率を1.0%以下にすることで、内部品質の良好な光学ガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全物質量に対するCeO2成分の含有率は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.8%、最も好ましくは0.5%を上限とする。CeO2成分は、原料として例えばCeO2等を用いてガラス内に含有することができる。
なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記のSb2O3成分やCeO2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。
<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。
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。
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、添加することがで
きる。ただし、Ti、Nb、W、Zr、Ta、La、Gd、Yを除く、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Mo、Eu、Nd、Sm、Tb、Dy及びEr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に対して用いられ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。ここで、「実質的に含有しない」とは、不純物として混入される場合を除いて含有しないことである。
きる。ただし、Ti、Nb、W、Zr、Ta、La、Gd、Yを除く、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Mo、Eu、Nd、Sm、Tb、Dy及びEr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に対して用いられ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。ここで、「実質的に含有しない」とは、不純物として混入される場合を除いて含有しないことである。
さらに、PbO等の鉛化合物及びAs2O3等のヒ素化合物、並びに、Th、Cd、Tl、Os、Be、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、不可避な混入を除き、これらを実質的に含有しないことが好ましい。これにより、光学ガラスに環境を汚染する物質が実質的に含まれなくなる。そのため、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、この光学ガラスを製造し、加工し、及び廃棄することができる。
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物質量に対するモル%で表されているため直接的に質量%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質量%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。
TeO2成分 10〜70質量%及び
Nb2O5成分 0〜40質量%、
並びに
Li2O成分 0〜15質量%及び/又は
Na2O成分 0〜20質量%及び/又は
K2O成分 0〜20質量%及び/又は
Cs2O成分 0〜20質量%及び/又は
ZnO成分 0〜30質量%及び/又は
La2O3成分 0〜40質量%及び/又は
WO3成分 0〜30質量%及び/又は
B2O3成分 0〜30質量%及び/又は
MgO成分 0〜15質量%及び/又は
CaO成分 0〜15質量%及び/又は
SrO成分 0〜20質量%及び/又は
BaO成分 0〜25質量%及び/又は
SiO2成分 0〜30質量%及び/又は
GeO2成分 0〜10質量%及び/又は
P2O5成分 0〜30質量%及び/又は
Al2O3成分 0〜20質量%及び/又は
Ga2O3成分 0〜30質量%及び/又は
In2O3成分 0〜30質量%及び/又は
ZrO2成分 0〜30質量%及び/又は
Ta2O5成分 0〜30質量%及び/又は
TiO2成分 0〜30質量%及び/又は
Bi2O3成分 0〜50質量%及び/又は
Gd2O3成分 0〜30質量%及び/又は
Y2O3成分 0〜30質量%及び/又は
Yb2O3成分 0〜30質量%及び/又は
Sb2O3成分 0〜1質量%及び/又は
CeO2成分 0〜1質量%
TeO2成分 10〜70質量%及び
Nb2O5成分 0〜40質量%、
並びに
Li2O成分 0〜15質量%及び/又は
Na2O成分 0〜20質量%及び/又は
K2O成分 0〜20質量%及び/又は
Cs2O成分 0〜20質量%及び/又は
ZnO成分 0〜30質量%及び/又は
La2O3成分 0〜40質量%及び/又は
WO3成分 0〜30質量%及び/又は
B2O3成分 0〜30質量%及び/又は
MgO成分 0〜15質量%及び/又は
CaO成分 0〜15質量%及び/又は
SrO成分 0〜20質量%及び/又は
BaO成分 0〜25質量%及び/又は
SiO2成分 0〜30質量%及び/又は
GeO2成分 0〜10質量%及び/又は
P2O5成分 0〜30質量%及び/又は
Al2O3成分 0〜20質量%及び/又は
Ga2O3成分 0〜30質量%及び/又は
In2O3成分 0〜30質量%及び/又は
ZrO2成分 0〜30質量%及び/又は
Ta2O5成分 0〜30質量%及び/又は
TiO2成分 0〜30質量%及び/又は
Bi2O3成分 0〜50質量%及び/又は
Gd2O3成分 0〜30質量%及び/又は
Y2O3成分 0〜30質量%及び/又は
Yb2O3成分 0〜30質量%及び/又は
Sb2O3成分 0〜1質量%及び/又は
CeO2成分 0〜1質量%
[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率の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を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500〜1200℃の温度範囲で溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、適当な温度に下げてから金型に鋳込み、徐冷することにより作製される。
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率の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を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500〜1200℃の温度範囲で溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、適当な温度に下げてから金型に鋳込み、徐冷することにより作製される。
[TeO2原料]
本発明の光学ガラスの主成分となるTeO2原料については、市販されているものでも問題はない。しかし所定の原料を選択して使用することにより劇的に透過率を向上させることができる。
すなわち、基準資料として酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%でTeO2成分が65%、Bi2O3成分が5%、Li2O成分が20%、ZnO成分が10%、Al2O3成分が0.2%からなる光学ガラスを作成し、JOGIS02-2003に準じた方法にて450nmの光の透過率が70%以上となるようなTeO2原料を用いて、溶融及び/又は成形する工程を含む製造方法にて製造されることが好ましい。
本発明の光学ガラスの主成分となるTeO2原料については、市販されているものでも問題はない。しかし所定の原料を選択して使用することにより劇的に透過率を向上させることができる。
すなわち、基準資料として酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%でTeO2成分が65%、Bi2O3成分が5%、Li2O成分が20%、ZnO成分が10%、Al2O3成分が0.2%からなる光学ガラスを作成し、JOGIS02-2003に準じた方法にて450nmの光の透過率が70%以上となるようなTeO2原料を用いて、溶融及び/又は成形する工程を含む製造方法にて製造されることが好ましい。
具体的には、本発明者は、TeO2原料につき、大気雰囲気において10℃/minの昇温速度にてTG測定を行った場合に、その質量が0.1%減少する温度が420℃以上である原料を選択的に使用することにより透過率の極めて良い光学ガラスを得られることを今般見出した。透過率とTG測定結果との因果関係は必ずしも明確ではないが、これはTeO2中に混入されるTe以外の元素に起因する不純物の量によるものでなく、TeO2以外のTe化合物の量によると推測ができる。
ここで「その質量が0.1%減少する温度」とはTeO2以外のTe化合物が反応したことを意味する。
本発明においては、その質量が0.1%減少する温度が420℃以上であることが好ましく。450℃以上であることがより好ましく、480℃以上であることが最も好ましい。
ここで「その質量が0.1%減少する温度」とはTeO2以外のTe化合物が反応したことを意味する。
本発明においては、その質量が0.1%減少する温度が420℃以上であることが好ましく。450℃以上であることがより好ましく、480℃以上であることが最も好ましい。
さらに、本発明者は、TeO2原料につき、大気雰囲気において10℃/minの昇温速度にてDTA測定を行った場合に、700℃以下に0.08(μV/mg)以上の高さの発熱ピークを有さない原料を選択的に使用することにより透過率の極めて良い光学ガラスを得られることを今般見出した。透過率とDTA測定結果との因果関係は必ずしも明確ではないが、これはTeO2中に混入されるTe以外の元素に起因する不純物の量によるものでなく、TeO2以外のTe化合物の量によるものと推測される。
本発明においては、700℃以下に0.08(μV/mg)以上の高さの発熱ピークを有さないことが好ましく、0.07(μV/mg)以上に有さないことがより好ましく、0.06(μV/mg)以上に有さないことが最も好ましい。
図1はTeO2原料のTG(熱重量分析)−DTA(示差熱分析)曲線である。図1において、横軸は温度(℃)、左縦軸はTGにおける重量減少率(%)、右縦軸はDTAにおける熱容量(μV)である。図1のTGから、原料4及び5は260℃付近から重量減少が観察された。また、図1のDTAから、原料4及び5は450℃付近をピークとしたブロードな発熱ピークが観察された。これはTeO2原料中にTeO2以外のTe化合物が含まれていることを示唆する。なお、図1の原料1〜原料3は透過率の極めてよい光学ガラスを得られるTeO2原料であり、原料4及び原料5は光学ガラスの透過率を劣化させる原料である。
本発明においては、700℃以下に0.08(μV/mg)以上の高さの発熱ピークを有さないことが好ましく、0.07(μV/mg)以上に有さないことがより好ましく、0.06(μV/mg)以上に有さないことが最も好ましい。
図1はTeO2原料のTG(熱重量分析)−DTA(示差熱分析)曲線である。図1において、横軸は温度(℃)、左縦軸はTGにおける重量減少率(%)、右縦軸はDTAにおける熱容量(μV)である。図1のTGから、原料4及び5は260℃付近から重量減少が観察された。また、図1のDTAから、原料4及び5は450℃付近をピークとしたブロードな発熱ピークが観察された。これはTeO2原料中にTeO2以外のTe化合物が含まれていることを示唆する。なお、図1の原料1〜原料3は透過率の極めてよい光学ガラスを得られるTeO2原料であり、原料4及び原料5は光学ガラスの透過率を劣化させる原料である。
[物性]
本発明の光学ガラスは、所定の高い屈折率(nd)を有するとともに、高い分散を有する必要がある。特に、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.70、より好ましくは1.75、最も好ましくは1.80を下限とし、好ましくは2.20、より好ましくは2.18、最も好ましくは2.15を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは40、より好ましくは38、最も好ましくは35を上限とする。これらにより、光学設計の自由度が広がり、さらに素子の薄型化を図っても大きな光の屈折量を得ることができる。なお、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)の下限は特に限定しないが、本発明によって得られるガラスのアッベ数(νd)は、概ね10以上、具体的には12以上、さらに具体的には14以上であることが多い。
本発明の光学ガラスは、所定の高い屈折率(nd)を有するとともに、高い分散を有する必要がある。特に、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.70、より好ましくは1.75、最も好ましくは1.80を下限とし、好ましくは2.20、より好ましくは2.18、最も好ましくは2.15を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは40、より好ましくは38、最も好ましくは35を上限とする。これらにより、光学設計の自由度が広がり、さらに素子の薄型化を図っても大きな光の屈折量を得ることができる。なお、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)の下限は特に限定しないが、本発明によって得られるガラスのアッベ数(νd)は、概ね10以上、具体的には12以上、さらに具体的には14以上であることが多い。
また、本発明の光学ガラスは、着色が少ない必要がある。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(λ70)が500nm以下であり、より好ましくは480nm以下であり、最も好ましくは460nm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(λ5)が450nm以下であり、より好ましくは430nm以下であり、最も好ましくは410nm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用いることができる。
また、本発明の光学ガラスは、200℃以上600℃以下のガラス転移点(Tg)を有することが好ましい。ガラス転移点(Tg)が200℃以上であることにより、特にガラスに対して研磨加工を行う場合、研磨加工によって発生する摩擦熱による悪影響を低減することができる。一方で、ガラス転移点(Tg)が600℃以下であることにより、より低い温度で軟化するため、低い温度でのプレス成形が可能になり、プレス成形に用いる金型の酸化を低減して金型の長寿命化を図ることができる。従って、本発明の光学ガラスのガラス転移点(Tg)は、好ましくは200℃、より好ましくは220℃、最も好ましくは250℃を下限とし、好ましくは600℃、より好ましくは580℃、最も好ましくは550℃を上限とする。
また、本発明の光学ガラスは、所定の摩耗度を有することが好ましい。特に、光学ガラスの「JOGIS10−1994光学ガラスの摩耗度の測定方法」に準じた測定方法における摩耗度(Aa)は、200以上800以下の摩耗度を有することが好ましい。摩耗度を200以上にすることで、研磨加工を行ったときにガラスが研磨され易くなるため、研磨加工の加工効率を高め、研磨加工を行い易くすることができる。一方で、摩耗度を800以下にすることで、光学ガラスの必要以上の摩耗や傷が低減されるため、光学ガラスに対する研磨加工における取扱いを容易にして、研磨加工を行い易くすることができる。従って、本発明の光学ガラスの摩耗度は、好ましくは200、より好ましくは250、最も好ましくは300を下限とし、好ましくは800、より好ましくは750、最も好ましくは700を上限とする。
また、本発明の光学ガラスは、所定の化学的耐久性を有することが好ましい。特に、光学ガラスの「JOGIS06−2008」に準じた測定方法における粉末法耐水性(RW)は、1〜3級であることが好ましく、1〜2級であることがより好ましく、1級であることが最も好ましい。粉末法耐水性(RW)を1〜3級にすることで、研磨加工や、研磨加工品や精密プレス成形加工品の洗浄でガラス表面の荒れが生じにくくなるため、光学ガラスに対する研磨加工や洗浄における取扱いを容易にして、研磨加工や洗浄を行い易くすることができる。
同様に光学ガラスの「JOGIS06−2008」に準じた測定方法における粉末法耐酸性(RA)は、1〜3級であることが好ましく、1〜2級であることがより好ましく、1級であることが最も好ましい。粉末法耐酸性(RA)を1〜3級にすることで、研磨加工や、研磨加工品や精密プレス成形加工品の洗浄でガラス表面の荒れが生じにくくなるため、光学ガラスに対する研磨加工や洗浄における取扱いを容易にして、研磨加工や洗浄を行い易くすることができる。
同様に光学ガラスの「JOGIS06−2008」に準じた測定方法における粉末法耐酸性(RA)は、1〜3級であることが好ましく、1〜2級であることがより好ましく、1級であることが最も好ましい。粉末法耐酸性(RA)を1〜3級にすることで、研磨加工や、研磨加工品や精密プレス成形加工品の洗浄でガラス表面の荒れが生じにくくなるため、光学ガラスに対する研磨加工や洗浄における取扱いを容易にして、研磨加工や洗浄を行い易くすることができる。
本発明の光学ガラスは、所定のヌープ硬さを有することが好ましい。特に、光学ガラスの「JOGIS09−1975」に準じた測定方法におけるヌープ硬さは、250以上600以下であることが好ましい。ヌープ硬さを250以上にすることで、ガラス表面に傷が生じにくくなるため、光学ガラスに対する研磨加工や洗浄における取扱いを容易にして、研磨加工や洗浄を行い易くすることができる。一方で、ヌープ硬さを600以下にすることで、研磨加工を行ったときにガラスが研磨され易くなるため、研磨加工の加工効率を高め、研磨加工を行い易くすることができる。従って、本発明の光学ガラスのヌープ硬さは、好ましくは250、より好ましくは270、最も好ましくは300を下限とし、好ましくは600、より好ましくは550、最も好ましくは500を上限とする。
[プリフォーム及び光学素子]
本発明の光学ガラスは、様々な光学素子及び光学設計に有用であるが、その中でも特に、レンズやプリズム、ミラー等のように、ガラス内に可視光を透過させる光学素子の用途に用いられることが好ましい。これにより、この光学ガラスを用いた光学素子による色収差が低減されるため、カメラやプロジェクタ等の光学機器に用いたときに、光学素子や光学系の小型化を図りつつ、高精細で高精度な結像特性を実現できる。ここで、本発明の光学ガラスからなる光学素子を作製するには、切削及び研磨加工を省略することが可能であるため、溶融状態のガラスを白金等の流出パイプの流出口から滴下して球状等の精密プレス成形用プリフォームを作製し、この精密プレス成形用プリフォームに対して精密プレス成形を行うことが好ましい。
本発明の光学ガラスは、様々な光学素子及び光学設計に有用であるが、その中でも特に、レンズやプリズム、ミラー等のように、ガラス内に可視光を透過させる光学素子の用途に用いられることが好ましい。これにより、この光学ガラスを用いた光学素子による色収差が低減されるため、カメラやプロジェクタ等の光学機器に用いたときに、光学素子や光学系の小型化を図りつつ、高精細で高精度な結像特性を実現できる。ここで、本発明の光学ガラスからなる光学素子を作製するには、切削及び研磨加工を省略することが可能であるため、溶融状態のガラスを白金等の流出パイプの流出口から滴下して球状等の精密プレス成形用プリフォームを作製し、この精密プレス成形用プリフォームに対して精密プレス成形を行うことが好ましい。
本発明の実施例(No.1〜No.5)、比較例(No.1〜No.4)の組成、これらのガラスの屈折率(nd)、アッベ数(νd)、ガラス転移点(Tg)、摩耗度(Aa)、ヌープ硬さ、粉末法耐水性、粉末法耐酸性、並びにTG曲線における0.1%質量が減少した温度、DTA曲線における700℃以下の発熱ピーク値、並びに分光透過率が70%及び5%を示す波長(λ70、λ5)の結果を表1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。
本発明の実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス、比較例(No.1〜No.4)の組成のガラスは、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原料を選定し、表1に示した各実施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、石英坩堝又は白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で500〜1200℃の温度範囲で溶融し、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。
ここで、実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス、比較例(No.1〜No.4)の組成のガラスの屈折率(nd)及びアッベ数(νd)については、日本光学硝子工業会規格JOGIS01―2003に基づいて測定した。なお、本測定に用いたガラスとして、アニール条件は徐冷降下速度を−25℃/hrとして、徐冷炉にて処理を行ったものを用いた。
また、実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス、比較例(No.1〜No.4)の組成のガラスのガラス転移点(Tg)は、示差熱測定装置(ネッチゲレテバウ社製 STA 409 CD)を用いて測定した。このときのサンプル粒度は10〜500μmとし、サンプル質量は200mg、昇温速度は10℃/minとした。
また、実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス、比較例(No.1〜No.4)の組成のガラスの摩耗度は、「JOGIS10−1994光学ガラスの摩耗度の測定方法」に準じて測定した。すなわち、30×30×10mmの大きさのガラス角板の試料を水平に毎分60回転する鋳鉄製平面皿(250mmφ)の中心から80mmの定位置に乗せ、9.8N(1kgf)の荷重を垂直にかけながら、水20mLに#800(平均粒径20μm)のラップ材(アルミナ質A砥粒)を10g添加した研磨液を5分間一様に供給して摩擦させ、ラップ前後の試料質量を測定して、摩耗質量を求めた。同様にして、日本光学硝子工業会で指定された標準試料の摩耗質量を求め、
摩耗度={(試料の摩耗質量/比重)/(標準試料の摩耗質量/比重)}×100
により計算した。
摩耗度={(試料の摩耗質量/比重)/(標準試料の摩耗質量/比重)}×100
により計算した。
また、実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス、比較例(No.1〜No.4)の組成のガラスの透過率については、日本光学硝子工業会規格JOGIS02−2003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の波長の光に対する分光透過率を測定し、λ70(透過率70%時の波長)とλ5(透過率5%時の波長)を求めた。
また、実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス、比較例(No.1〜No.4)の組成のガラスのヌープ硬さについては、日本光学硝子工業会規格JOGIS09−1975に準じて測定した。すなわち、ヌープ圧子(対稜角が172°30′と130°のダイヤモンド四角錘圧子)を用いて、研磨面又はこれに準ずる面に四角錘のくぼみをつけたときの荷重を、永久くぼみの長い方の対角線の長さから求めたくぼみの投射面積で割ることで求めた。
また、実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス、比較例(No.1〜No.4)の組成のガラスのTG−DTA曲線は、示差熱測定装置(ネッチゲレテバウ社製 STA 409 CD)を用いて、昇温速度を10℃/minとして測定した。
また、実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス、比較例(No.1〜No.4)の組成のガラスのFe成分及びCr成分の含有量は、実施例及び比較例の組成を有するガラスを粉末状にし、酸処理することにより得られた溶液について、ICP発光分析装置(セイコーインスツルメンツ社製 Vista-PRO)を用いて測定した。
表1に表されるように、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもアッベ数(νd)が25以下、より詳細には24以下であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、所望の低いアッベ数(νd)を有することが明らかになった。
本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈折率(nd)が1.70以上、より詳細には1.92以上であるとともに、この屈折率(nd)は2.20以下、より詳細には2.08以下であり、所望の範囲内であった。
本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもλ70(透過率70%時の波長)が500nm以下、より詳細には437nm以下であった。また、本発明の実施例の光学ガラスは、λ5(透過率5%時の波長)が450nm以下、より詳細には397nm以下であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは着色し難く、可視光に対する透明性が所望の範囲内にあることが明らかになった。
本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもガラス転移点(Tg)が200℃以上、より詳細には330℃以上であるとともに、このガラス転移点(Tg)が600℃以下、より詳細には413℃以下であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは低いガラス転移点(Tg)を有しており、低い温度で軟化し易いことが明らかになった。
本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも摩耗度が200以上、より詳細には356以上であるとともに、この摩耗度が800以下、より詳細には572以下であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、摩耗度が低く、ガラス研磨時における加工性が良好なことが明らかになった。一方で、比較例3〜4の光学ガラスは、摩耗度が823以上であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例3〜4のガラスに比べて、摩耗度が良好であることが明らかになった。
本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも粉末法耐水性が1〜3級、より詳細には1級であるとともに、粉末法耐酸性が1〜3級、より詳細には1〜2級であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、化学的耐久性に優れており、研磨加工性や洗浄性が良好であることがわかった。一方で、比較例3〜4の光学ガラスは、粉末法耐水性が1〜2級であり、粉末法耐酸性が4級あった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例3〜4のガラスに比べて、粉末法耐水性及び粉末法耐酸性が良好であることが明らかになった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもヌープ硬さが250以上、より詳細には320以上であるとともに、このヌープ硬さが600以下、より詳細には420以下であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、所望のヌープ硬さを有しており、研磨加工性や洗浄性が良好であることがわかった。一方で、比較例3〜4の光学ガラスは、ヌープ硬さが230であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例3〜4のガラスに比べて、ヌープ硬さが良好であることが明らかになった。
次に図1における原料1〜5について、他成分とともにガラスとした場合の透過率を測定した。
すなわち、酸化物換算組成のモル%でTeO2成分が65%、Bi2O3成分が5%、Li2O成分が20%、ZnO成分が10%、Al2O3成分が0.2%からなる光学ガラスを、前記実施例1〜5と同様の方法により作成し、ガラスの分光透過率を測定した。λ70(透過率70%時の波長)と波長450nmの光の透過率を表2に示す。
すなわち、酸化物換算組成のモル%でTeO2成分が65%、Bi2O3成分が5%、Li2O成分が20%、ZnO成分が10%、Al2O3成分が0.2%からなる光学ガラスを、前記実施例1〜5と同様の方法により作成し、ガラスの分光透過率を測定した。λ70(透過率70%時の波長)と波長450nmの光の透過率を表2に示す。
また、本発明の実施例の光学ガラス及び比較例のガラスは、いずれもガラス中に含まれるFe成分及びCr成分が1ppm以下であることがわかった。このため、本発明の実施例の光学ガラス及び比較例のガラスの透過率は、Fe成分及びCr成分の影響を受けていないことが明らかになった。
さらに、本発明の実施例の光学ガラスを用いて、研磨加工用プリフォームを形成した後で研削及び研磨を行い、レンズ及びプリズムの形状に加工した。また、本発明の実施例の光学ガラスを用いて、精密プレス成形用プリフォームを形成し、精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形加工してレンズ及びプリズムの形状に加工した。いずれの場合も、様々なレンズ及びプリズムの形状に加工することができた。
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。
Claims (5)
- 酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%でTeO2成分を20.0〜70.0%、P2O5成分を0%〜25.0%、B2O3成分を0%〜40.0%、Nb2O5成分を0%〜20.0%、La2O3成分を0%〜30.0%含有し、TeO2/(P2O5+B2O3)が1.0以上、B2O3+Nb2O5+La2O3が0%より多く60%以下であり、摩耗度が200以上800以下、ヌープ硬度が250以上650以下、粉末法耐水性クラス(RW)が1以上3以下、粉末法耐酸性クラス(RA)が1以上3以下である光学ガラス。
- 分光透過率で70%を示す波長(λ70)が500nm以下である請求項1記載の光学ガラス。
- 請求項1又は2に記載の光学ガラスを、酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、モル%でTeO2成分が65%、Bi2O3成分が5%、Li2O成分が20%、ZnO成分が10%、Al2O3成分が0.2%からなる光学ガラスの450nmの光の透過率が70%以上となるTeO2原料を用いて、溶融及び/又は成形する工程を含む光学ガラスの製造方法。
- 請求項1又は2に記載の光学ガラスの製法であって、原料としてTeO2を使用し、前記原料として使用されるTeO2について、空気中での10℃/minの昇温速度におけるTG曲線の0.1%質量減少温度が420℃以上であることを特徴とする前記製造方法。
- 請求項1又は2に記載の光学ガラスの製法であって、原料としてTeO2を使用し、前記原料として使用されるTeO2について、空気中での10℃/minの昇温速度におけるDTA曲線において700℃以下に0.08(μV/mg)以上の高さの発熱ピークを有さないことを特徴とする前記製造方法。
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