JP2012521942A

JP2012521942A - フルオロリン酸塩の光学ガラス

Info

Publication number: JP2012521942A
Application number: JP2012501122A
Authority: JP
Inventors: ユェン，ジュンホン; ジャオ，ユェ; ウー，ジンウェイ
Original assignee: シーディージーエムグラスカンパニーリミテッド
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: KR101251975B1; EP2412684A4; WO2010108435A1; US20120021891A1; CN101514079A; EP2412684B1; EP2412684A1; KR20110132454A; US8592331B2; JP5411347B2; CN101514079B

Abstract

【課題】
【解決手段】フルオロリン酸塩の光学ガラスであって、１８から２５モル％のＡｌＦ_３、５から２０モル％のＡｌ（ＰＯ_３）_３、７から１２モル％のＭｇＦ_２、１５から２５モル％のＣａＦ_２、１８から２５モル％のＳｒＦ_２、８から２０モル％のＢａＦ_２、０から８モル％のＢａ（ＰＯ_３）_２、０から３モル％のＹＦ_３および０から０．５モル％のＢａＣｌ_２を含んでおり、屈折率が１．４５から１．５２、アッベ数が７８から８５、ガラス転移温度が４６５℃以下であることを特徴とする。その光学ガラスの密度は３．８ｇ/ｃｍ^３以下、および硬度が３６０（１０^７ｐａ）以上である。フルオロリン酸塩の光学ガラスは精密圧縮成形処理に適している。
【選択図】なし

Description

本発明はフルオロリン酸塩の光学ガラスに関し、特に１．４５から１．５２の屈折率（ｎ_ｄ）と７８から８５のアッベ数（ｖ_ｄ）を有するフルオロリン酸塩の光学ガラスに関する。

近年の光学分野では、高精度で新規な光電装置には、情報の収集、伝達、保存、変換および表示のためにさらに高い性能が要求されている。光学部品（素子）はますます軽量および小型になり、従来式に加工したレンズに代わって高精度で低価格の非球面鏡を幅広く使用することは避けられない傾向となっている。

幅広く利用される新規なガラス材料として、フルオロリン酸塩の光学ガラスは低い光散乱性および低い屈折率を有しており、光学システムからの残存色収差による特殊な散乱を除去することができ、光学システムの解像度を向上させ、画像品質を明確に向上させる。さらに、フルオロリン酸塩の光学ガラスは低い軟化点を有しており、高品質な非球面レンズを製造するための精密成形の対象となることができる。さらにそれは、除去が困難な球状収差と光学収差を球面光学部品から除去するためのより良好なアポクロマートであり、システムの体積と重量を減少させるため、２個から３個の球面レンズと置換することができる。フルオロリン酸塩の光学ガラスは、コリメータ対物レンズ、顕微鏡、天体望遠鏡、デジタルカメラおよびＬＣＤプロジェクタ等の高精度で高解像度の光学器具の組合せレンズに幅広く利用されており、良好な需要展望を有する重要で新規な高品質である光電材料となっている。

フルオロリン酸塩の光学ガラスを溶解させることは困難である。高温でフルオロリン酸塩の光学ガラスの未加工材料を溶解させる工程では、高温にてフッ素成分が揮発し、高温ガラス面から気化して容易に縞模様を形成する。さらに、フルオロリン酸塩の光学ガラスは粘性が低くて成形が困難であるため、ガラス鋳造中の注ぎ口の温度をコントロールしなければならない。注ぎ口の温度が低いほどガラスは容易に成形される。縞模様の発生を減少させるため、フッ素の揮発も効果的にコントロールする必要がある。

フルオロリン酸塩の光学ガラスは高いアッベ数を有し、尋常ではない部分的光散乱性を有するため、８０以上のアッベ数のフルオロリン酸塩の光学ガラスが使用されてきた。例えば、特願２００２‐２３４７５３ではｎ_ｄが１．４８９から１．５１０で、ｖ_ｄが７９．２から８３．１のフルオロリン酸塩の光学ガラスが開示されている。しかしながら、ガラス組成物中のＭｇＦ_２のモルパーセントは３から６モル％であり、ガラスは後の処理には不利な低い硬度と高い研磨性を有する。ＣＮ１８５４１００Ａはガラス組成物中に大量のＬｉを有し、ガラス耐久性が低下したフルオロリン酸塩の光学ガラスを開示している。

本発明の目的は、低い屈折率、低い光散乱性および低い密度を有しており、低温での成形に適したフルオロリン酸塩の光学ガラスの提供である。

上記の目的を達成するため、屈折率が１．４５から１．５２、アッベ数が７８から８５、転移温度が４６５℃以下、密度が３．８ｇ/ｃｍ^３以下、および硬度が３６０（１０^７ｐａ）以上のフルオロリン酸塩の光学ガラスが提供される。

さらにフルオロリン酸塩の光学ガラスは１８から２５モル％のＡｌＦ_３、５から２０モル％のＡｌ（ＰＯ_３）_３、７から１２モル％のＭｇＦ_２、１５から２５モル％のＣａＦ_２、１８から２５モル％のＳｒＦ_２、８から２０モル％のＢａＦ_２、０から８モル％のＢａ（ＰＯ_３）_２、０から３モル％のＹＦ_３および０から０．５モル％のＢａＣｌ_２を含むことができる。

さらに、フルオロリン酸塩の光学ガラスは１８から２２モル％のＡｌＦ_３および８から１５モル％のＡｌ（ＰＯ_３）_３を含むことができる。

さらに、フルオロリン酸塩の光学ガラスは１７から２２モル％のＣａＦ_２、２０から２５モル％のＳｒＦ_２、および１０から１７モル％のＢａＦ_２を含むことができる。

さらに、フルオロリン酸塩の光学ガラスは１から５モル％のＢａ（ＰＯ_３）_２と０．１から３モル％のＹＦ_３を含むことができる。

さらに、フルオロリン酸塩の光学ガラスは１８から２２モル％のＡｌＦ_３、８から１５モル％のＡｌ（ＰＯ_３）_３、１７から２２モル％のＣａＦ_２、２０から２５モル％のＳｒＦ_２、１０から１７モル％のＢａＦ_２、１から５モル％のＢａ（ＰＯ_３）_２、および０．１から３モル％のＹＦ_３を含むことができる。

フルオロリン酸塩の光学ガラスは、１８から２５モル％のＡｌＦ_３、５から２０モル％のＡｌ（ＰＯ_３）_３、７から１２モル％のＭｇＦ_２、１５から２５モル％のＣａＦ_２、１８から２５モル％のＳｒＦ_２、８から２０モル％のＢａＦ_２、０から８モル％のＢａ（ＰＯ_３）_２，０から３モル％のＹＦ_３および０から０．５モル％のＢａＣｌ_２を含むことができる。
さらに、フルオロリン酸塩の光学ガラスは１８から２２モル％のＡｌＦ_３および８から１５モル％のＡｌ（ＰＯ_３）_３を含むことができる。

さらに、フルオロリン酸塩の光学ガラスは１７から２２モル％のＣａＦ_２、２０から２５モル％のＳｒＦ_２および１０から１７モル％のＢａＦ_２を含むことができる。

さらに、フルオロリン酸塩の光学ガラスは１から５モル％のＢａ（ＰＯ_３）_２および０．１から３モル％のＹＦ_３を含むことができる。

さらに、ガラスの注ぎ口の温度は６２０℃から７５０℃である。フルオロリン酸塩の光学ガラスから製造されるガラスプリフォーム（予備成形品）。フルオロリン酸塩の光学ガラスから製造される光学部品（素子）。フルオロリン酸塩の光学ガラスから製造される光学器具。

本発明は次の利点を有する。本発明のフルオロリン酸塩の光学ガラスは低屈折率、低光散乱性、低ガラス密度、高い硬度、良好な加工性、低い注ぎ口の温度、容易な成形性を有し、縞模様を効果的に防止する。

光学ガラスの低屈折率および低光散乱性の光学特性を得るため、通常はＰ、Ａｌ、ＦおよびＯを含んだガラス材料が使用されなければならない。特に、安定してバランスがとれたガラス材料とするために大量のフッ素がガラスに追加される。さらに、安定した製造のため、ガラスの屈折率とアッベ数を調整し、失透抵抗を向上させることができるようにＣａ、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも一種がガラス改質成分として導入される。しかしながら、ガラス改質効果を有するこの元素は前述の元素に限らない。

本発明のフルオロリン酸塩の光学ガラス中の成分は以下で説明されており、各成分の使用量はモル％で表わされる。

ＡｌＦ_３は本発明にとって重要な成分である。ＡｌおよびＦはガラスの形成を安定させ、屈折率とガラスの光散乱性を効果的に減少させるために加えられる。この含有量が少な過ぎると、要求される光学特性範囲に到達できない。含有量が多過ぎると、ガラスの失透抵抗性は劣化するであろう。したがって、ＡｌＦ_３の含有量は１８から２５モル％、好適には１８から２２モル％に制限される。

Ａｌ（ＰＯ_３）_３は本発明にとって必須の成分である。Ａｌ、ＰおよびＯはガラスの形成を安定させ、ガラスの機械的強度と化学的安定性を向上させるために加えられる。含有量が少な過ぎるとその性能に到達できない。含有量が多過ぎると、ガラスの屈折率は増加し、要求されるガラス特性範囲が得られない。したがって、Ａｌ（ＰＯ_３）_３の含有量は５から２０モル％、好適には８から１５モル％である。

ＣａＦ_２はガラスのアッベ数と比重を減少させるだけでなく、ガラスの形成も安定化させる。この含有量が少な過ぎると、その効果は不明になる。含有量が多過ぎると、ガラスの失透抵抗性は劣化するであろう。したがって、ＣａＦ_２の含有量は１５から２５モル％、好適には１７から２２モル％である。

ＳｒＦ_２はガラス特性を効果的に調整し、ガラスの形成を安定化させる。その含有量が少な過ぎると、その効果は不明になる。含有量が多過ぎると、要求される光学特性を得ることができず、ガラスの失透抵抗性は劣化するであろう。したがって、ＳｒＦ_２の含有量は１８から２５モル％、好適には２０から２５モル％である。

ＢａＦ_２はガラスの屈折率を効果的に調整し、ガラスの形成を安定化させる。この含有量が少な過ぎると、その性能が達成できない。その含有量が多過ぎると、ガラスの屈折率と比重が増加し、化学的安定性は劣化するであろう。したがって、ＢａＦ_２の含有量は８から２０モル％であり、好適には１０から１７モル％である。

ＭｇＦ_２はガラス特性を調整し、ガラス硬度と化学的安定性を向上させる。その含有量が少な過ぎると、その性能が達成できない。その含有量が多過ぎると、ガラスは溶解しにくくなる。したがって、ＭｇＦ_２の含有量は７から１２モル％である。

Ｂａ（ＰＯ_３）_２はガラスの形成を安定化させるだけでなく、ガラス特性を効果的に調整する。その含有量が少な過ぎると、その性能が達成できない。その含有量が多過ぎると、ガラスの化学的安定性は劣化するであろう。したがって、Ｂａ（ＰＯ_３）_２の含有量は０から８モル％であり、好適には１から５モル％である。

ＹＦ_３はガラスの屈折率を効果的に調整する。その含有量が少な過ぎると、その性能が達成できない。その含有量が多過ぎると、屈折率は所望範囲を超えるであろう。したがって、ＹＦ_３の含有量は０から３モル％であり、好適には０．１から３モル％である。

ＢａＣｌ_２を透明剤として加えることができる。その含有量が多過ぎると、Ｃｌは溶解器具に含まれるＰｔを腐食させるであろう。したがって、その含有量は０から０．５モル％に制限される。

本発明の光学ガラスの製造方法は次の通りである。
１）酸化物、炭酸塩および硝酸塩等の光学ガラスの普通の原料の重量をそれぞれモル％で計測し、完全に混合させてプラチナのるつぼに入れる。
２）材料を７００℃から１１００℃で溶解させ、精製、均質化、および冷却する。
３）溶解したガラスを予備加熱された金属型に注入し、焼なまし、および冷却のために、ガラスを金属型とともに焼きなまし炉に入れ、光学ガラスを得る。

本発明では、ガラス組成物、特に好適な範囲内の組成物のセッティングによって、次の所望の特性が得られる。本発明の光学ガラスは１．４５から１．５２の屈折率（ｎ_ｄ）と、７８から８５のアッベ数を有し、転移温度（Ｔｇ）は４６５℃以下であり、密度は３．８ｇ/ｃｍ^３以下であり、ガラス硬度（Ｈ_ｋ）は３６０（１０^７ｐａ）より高く、注入温度は６２０℃から７５０℃の範囲である。

屈折率（ｎ_ｄ）は（−２℃/ｈ）から（−６℃/ｈ）の焼きなまし値（速度）であり、屈折率および光散乱係数は“ＧＢ/Ｔ７９６２．１‐１９８７無色光学ガラス試験方法‐屈折率および散乱係数”に従って試験される。

転移温度（Ｔｇ）は“ＧＢ/Ｔ７９６２．１６‐１９８７無色光学ガラス試験方法‐線形膨張係数、転移温度および降状点温度”に従って試験される。すなわち、転移温度とは、低温領域の直線状延伸部と一定の温度範囲内で温度が１℃上昇するごとのサンプルの膨張曲線の高温部との交点の温度に対応する。

密度は“ＧＢ/Ｔ７９６２．２０−１９８７無色光学ガラス試験方法‐密度”に従って試験される。ガラスの硬度は“ＧＢ/Ｔ７９６２．２１−１９８７無色光学ガラス試験方法‐ヌープ硬度”に従って試験される。

ガラスの注入温度の試験のため、ガラスの１７０ｍｍ^＊７ｍｍ^＊７ｍｍサンプルが作られ、結晶炉に入れられ、１２００℃に４時間加熱され、その後取り出されて常温に冷却され、拡大鏡によって観察される。注ぎ口温度はガラスの失透程度に従って測定される。

本発明の光学ガラスは圧縮形成のためのガラス予備成形材料として使用するか、または溶解ガラスは直接に圧縮成形できる。ガラス予備成形物の製造のための特別な限定条件は無く、ホットモールド法、およびよく知られた製造方法および成形方法が使用できる。

さらに、本発明の光学ガラスで作られたガラス予備成形物は光学部品を製造するために圧縮成形するか、または溶解および軟化光学ガラスは光学部品を製造するため直接的に圧縮成形することもできる。

さらに光学部品は両凸面レンズ、両凹面レンズ、平凸レンズ、平凹レンズおよび凹凸レンズ、反射鏡、プリズムまたは回析格子等の多様なレンズとして使用できる。

本発明の光学ガラスの実施例１から１４の組成物およびガラスの屈折率、アッベ数、転移温度、密度、硬度および注ぎ口温度は全て表１と表２に示されている。各成分の組成はｍｏｌ％で表わされている。

表１と表２に示すように、本発明の実施例の全ての光学ガラスは特定範囲内に光学特性を有している。すなわち１．４５から１．５２の屈折率（ｎ_ｄ）、７８から８５のアッベ数（ｖ_ｄ）、４６５℃以下の転移温度、６２０℃から７５０℃の範囲の注入温度、３．８ｇ/ｃｍ^３以下の密度（Ｄ）および３６０（１０^７ｐａ）以上のガラス硬度である。これらは精密圧縮成形処理される予備成形物として適している。

Claims

屈折率が１．４５〜１．５２、アッベ数が７８〜８５、転移温度が４６５℃以下、密度が３．８ｇ/ｃｍ^３以下、および硬度が３６０（１０^７ｐａ）以上であることを特徴とするフルオロリン酸塩の光学ガラス。
１８〜２５モル％のＡｌＦ_３、５〜２０モル％のＡｌ（ＰＯ_３）_３、７〜１２モル％のＭｇＦ_２、１５〜２５モル％のＣａＦ_２、１８〜２５モル％のＳｒＦ_２、８〜２０モル％のＢａＦ_２、０〜８モル％のＢａ（ＰＯ_３）_２、０〜３モル％のＹＦ_３および０〜０．５モル％のＢａＣｌ_２を含むことを特徴とする請求項１記載のフルオロリン酸塩の光学ガラス。
１８〜２２モル％のＡｌＦ_３および８〜１５モル％のＡｌ（ＰＯ_３）_３を含むことを特徴とする請求項２記載のフルオロリン酸塩の光学ガラス。
１７〜２２モル％のＣａＦ_２、２０〜２５モル％のＳｒＦ_２、および１０〜１７モル％のＢａＦ_２を含むことを特徴とする請求項２記載のフルオロリン酸塩の光学ガラス。
１〜５モル％のＢａ（ＰＯ_３）_２と０．１〜３モル％のＹＦ_３を含むことを特徴とする請求項２記載のフルオロリン酸塩の光学ガラス。
１８〜２２モル％のＡｌＦ_３、８〜１５モル％のＡｌ（ＰＯ_３）_３、１７〜２２モル％のＣａＦ_２、２０〜２５モル％のＳｒＦ_２、１０〜１７モル％のＢａＦ_２、１〜５モル％のＢａ（ＰＯ_３）_２、および０．１〜３モル％のＹＦ_３を含むことを特徴とする請求項２記載のフルオロリン酸塩の光学ガラス。
１８〜２５モル％のＡｌＦ_３、５〜２０モル％のＡｌ（ＰＯ_３）_３、７〜１２モル％のＭｇＦ_２、１５〜２５モル％のＣａＦ_２、１８〜２５モル％のＳｒＦ_２、８〜２０モル％のＢａＦ_２、０〜８モル％のＢａ（ＰＯ_３）_２，０〜３モル％のＹＦ_３および０〜０．５モル％のＢａＣｌ_２を含むことを特徴とするフルオロリン酸塩の光学ガラス。
１８〜２２モル％のＡｌＦ_３および８〜１５モル％のＡｌ（ＰＯ_３）_３を含むことを特徴とする請求項７記載のフルオロリン酸塩の光学ガラス。
１７〜２２モル％のＣａＦ_２、２０〜２５モル％のＳｒＦ_２および１０〜１７モル％のＢａＦ_２を含むことを特徴とする請求項７記載のフルオロリン酸塩の光学ガラス。
１〜５モル％のＢａ（ＰＯ_３）_２および０．１〜３モル％のＹＦ_３を含むことを特徴とする請求項７記載のフルオロリン酸塩の光学ガラス。
ガラスの注入温度は６２０℃から７５０℃であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のフルオロリン酸塩の光学ガラス。
請求項１から１０のいずれかに記載のフルオロリン酸塩の光学ガラスから製造されるガラス予備成形品。
請求項１から１０のいずれかに記載のフルオロリン酸塩の光学ガラスから製造される光学部品。
請求項１から１０のいずれかに記載のフルオロリン酸塩の光学ガラスから製造される光学器具。