JP2014047098A - 光学ガラス、プリフォーム及び光学素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学ガラスは、質量%で、SiO2成分を5.0%以上40.0%以下、CaO成分を5.0%以上40.0%以下、及びNb2O5成分を15.0%以上50.0%以下含有し、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+0.63822)≦(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+0.63822)≦(θg,F)≦(−0.00162×νd+0.64622)の関係を満たす。
【選択図】図2
Description
θg,F=(ng−nF)/(nF−nC)・・・・・・(1)
具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
MgO成分 0〜20.0%
SrO成分 0〜25.0%
ZnO成分 0〜15.0%
である(1)から(9)のいずれか記載の光学ガラス。
Li2O成分 0〜15.0%
Na2O成分 0〜15.0%
K2O成分 0〜15.0%
Cs2O成分 0〜10.0%
である(1)から(13)のいずれか記載の光学ガラス。
Y2O3成分 0〜20.0%
La2O3成分 0〜20.0%
Gd2O3成分 0〜20.0%
Yb2O3成分 0〜20.0%
である(1)から(15)のいずれか記載の光学ガラス。
P2O5成分 0〜20.0%
GeO2成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜30.0%
WO3成分 0〜20.0%
Ta2O5成分 0〜15.0%
Bi2O3成分 0〜10.0%
TeO2成分 0〜30.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である(1)から(17)のいずれか記載の光学ガラス。
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。
SiO2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、SiO2成分の含有量を5.0%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、SiO2成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは9.0%、さらに好ましくは14.0%を下限とする。
一方で、SiO2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、SiO2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25.0%を上限とする。
SiO2成分は、原料としてSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いることができる。
特に、CaO成分の含有量を5.0%以上にすることで、アッベ数が低く耐失透性の高い光学ガラスを得ることができ、且つガラスの溶解性を高めることができる。従って、CaO成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは9.0%、さらに好ましくは11.0%、さらに好ましくは15.0%を下限とする。
一方で、CaO成分の含有量を40.0%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40.0%、より好ましくは35.0%、さらに好ましくは30.0%、さらに好ましくは27.0%を上限とする。
CaO成分は、原料としてCaCO3、CaF2等を用いることができる。
一方で、Nb2O5成分の含有量を50.0%以下にすることで、ガラス製造時における溶解温度の上昇を抑制し、且つNb2O5成分の過剰な含有による失透を低減できる。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは50.0%、より好ましくは45.0%、さらに好ましくは40.0%、さらに好ましくは37.0%を上限とする。
Nb2O5成分は、原料としてNb2O5等を用いることができる。
一方で、ZrO2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、ZrO2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10.0%を上限とする。
ZrO2成分は、原料としてZrO2、ZrF4等を用いることができる。
一方で、質量和(Nb2O5+ZrO2)の上限は、55.0%以下としてもよい。これにより、より耐失透性が高く安定なガラスを得ることができる。従って、質量和(Nb2O5+ZrO2)は、好ましくは55.0%、より好ましくは50.0%、さらに好ましくは45.0%を上限とする。
一方で、TiO2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、TiO2成分の含有量は、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7.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
TiO2成分は、原料としてTiO2等を用いることができる。
なお、この比率の下限は、ガラスの耐失透性を高める観点から、好ましくは0超、より好ましくは0.01、さらに好ましくは0.03を下限としてもよい。
なお、この比率の下限は、ガラスの耐失透性を高める観点から、好ましくは0超、より好ましくは0.01、さらに好ましくは0.03を下限としてもよい。
一方で、BaO成分の含有量を30.0%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30.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは20.0%を上限とする。
BaO成分は、原料としてBaCO3、Ba(NO3)2等を用いることができる。
一方で、この比率の上限は特に限定されないが、好ましくは2.00、より詳細には1.50、さらに詳細には1.20を上限としてもよい。
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%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
MgO成分は、原料としてMgO、MgCO3、MgF2等を用いることができる。
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%、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4.0%を上限とする。
SrO成分は、原料としてSr(NO3)2、SrF2等を用いることができる。
一方で、ZnO成分の含有量を15.0%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15.0%を上限とし、より好ましくは8.0%未満とし、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.5%を上限とする。
ZnO成分は、原料としてZnO、ZnF2等を用いることができる。
特に、RO成分を10.0%以上含有することで、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、RO成分の合計含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは17.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは30.0%を下限とする。
一方で、RO成分の含有量を60.0%以下にすることで、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、RO成分の合計含有量は、好ましくは60.0%、より好ましくは50.0%、さらに好ましくは40.0%を上限とする。
一方で、B2O3成分の含有量を30.0%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、B2O3成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは20.0%を上限とし、さらに好ましくは13.0%未満とし、さらに好ましくは10.0%、さらに好ましくは7.0%を上限とする。
B2O3成分は、原料としてH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いることができる。
一方で、Li2O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るとともに、Li2O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。
また、Na2O成分の含有量を15.0%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。
また、K2O成分の含有量を15.0%以下にすることで、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、Li2O成分、Na2O成分及びK2O成分の各々の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは7.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
Li2O成分、Na2O成分及びK2O成分は、原料としてLi2CO3、LiNO3、LiF、Na2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6、K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いることができる。
一方で、Cs2O成分の含有量を10.0%以下にすることで、Cs2O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、Cs2O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。
Cs2O成分は、原料としてCs2CO3、CsNO3等を用いることができる。
一方で、Y2O3成分、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分の各々の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの失透を低減し、ガラスのアッベ数の上昇を抑え、且つガラスの材料コストを低減できる。特に、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分の各々の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの比重を低減できる。従って、Y2O3成分、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分の各々の含有量は、好ましくは20.0%と上限とし、より好ましくは15.0%未満とし、さらに好ましくは12.0%、さらに好ましくは10.0%を上限とする。
Y2O3成分、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分は、原料としてY2O3、YF3、La2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)、Gd2O3、GdF3、Yb2O3等を用いることができる。
一方で、P2O5成分の含有量を20.0%以下にすることで、P2O5成分の過剰な含有による失透を低減できる。従って、P2O5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5.0%を上限とする。
P2O5成分は、原料としてAl(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等を用いることができる。
一方で、GeO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、高価なGeO2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、GeO2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。
GeO2成分は、原料としてGeO2等を用いることができる。
一方で、Al2O3成分の含有量を30.0%以下にすることで、Al2O3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、Al2O3成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは10.0%を上限とする。
Al2O3成分は、原料としてAl2O3、Al(OH)3、AlF3等を用いることができる。
一方で、WO3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ることができる。従って、WO3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7.0%を上限とする。
WO3成分は、原料としてWO3等を用いることができる。
一方で、Ta2O5成分の含有量を15.0%以下にすることで、希少鉱物資源であるTa2O5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Ta2O5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、Ta2O5成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
Ta2O5成分は、原料としてTa2O5等を用いることができる。
一方で、Bi2O3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、Bi2O3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。
Bi2O3成分は、原料としてBi2O3等を用いることができる。
一方で、TeO2成分の含有量を30.0%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TeO2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、TeO2成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは10.0%を上限とする。
TeO2成分は、原料としてTeO2等を用いることができる。
一方で、Sb2O3成分の含有量を3.0%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)と合金化し難くできる。従って、Sb2O3成分の含有量は、好ましくは3.0%、より好ましくは2.0%、さらに好ましくは1.0%、さらに好ましくは0.5%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、Sb2O3成分を含有しなくてもよい。
Sb2O3成分は、原料としてSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いることができる。
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。
SiO2成分 10.0〜60.0モル%、
CaO成分 20.0〜55.0モル%及び
Nb2O5成分 10.0〜30.0モル%
並びに
ZrO2成分 0〜15.0モル%
TiO2成分 0〜20.0モル%
BaO成分 0〜25.0モル%
MgO成分 0〜40.0モル%
SrO成分 0〜20.0モル%
ZnO成分 0〜20.0モル%
B2O3成分 0〜30.0モル%
Li2O成分 0〜40.0モル%
Na2O成分 0〜30.0モル%
K2O成分 0〜20.0モル%
Cs2O成分 0〜10.0モル%
Y2O3成分 0〜20.0モル%
La2O3成分 0〜15.0モル%
Gd2O3成分 0〜15.0モル%
Yb2O3成分 0〜15.0モル%
P2O5成分 0〜20.0モル%
GeO2成分 0〜10.0モル%
Al2O3成分 0〜30.0モル%
WO3成分 0〜20.0モル%
Ta2O5成分 0〜15.0モル%
Bi2O3成分 0〜15.0モル%
TeO2成分 0〜30.0モル%
Sb2O3成分 0〜3.0モル%
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。
本発明の光学ガラスは、所定の屈折率及び分散(アッベ数)を有することが好ましい。より具体的には、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1.74、さらに好ましくは1.78、さらに好ましくは1.82を下限とする。一方、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)の上限は特に限定されないが、好ましくは2.20、より好ましくは2.10、さらに好ましくは2.00、さらに好ましくは1.90であってもよい。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは35、より好ましくは34、さらに好ましくは33を上限とする。一方、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)の下限は特に限定されないが、好ましくは25、より好ましくは26、さらに好ましくは27であってもよい。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。
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。
一方、本発明の比較例(No.A〜No.C)のガラスは、いずれもνd>31であり、且つ部分分散比(θg,F)が(−0.00162×νd+0.64622)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(νd)との関係式において部分分散比(θg,F)が小さいことが明らかになった。
Claims (23)
- 質量%で、SiO2成分を5.0%以上40.0%以下、CaO成分を5.0%以上40.0%以下、及びNb2O5成分を15.0%以上50.0%以下含有し、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+0.63822)≦(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+0.63822)≦(θg,F)≦(−0.00162×νd+0.64622)の関係を満たす光学ガラス。
- 質量%で、ZrO2成分を0%超含有する請求項1記載の光学ガラス。
- 質量%で、ZrO2成分の含有量が15.0%以下である請求項1又は2記載の光学ガラス。
- 質量和(Nb2O5+ZrO2)が20.0%以上である請求項1から3のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で、TiO2成分の含有量が20.0%以下である請求項1から4のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量比TiO2/Nb2O5が0.50以下である請求項1から5のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量比TiO2/(Nb2O5+ZrO2)が0.50以下である請求項1から6のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で、BaO成分を0%超30.0%以下含有する請求項1から7のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量比BaO/CaOが0.15より大きい請求項1から8のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で
MgO成分 0〜20.0%
SrO成分 0〜25.0%
ZnO成分 0〜15.0%
である請求項1から9のいずれか記載の光学ガラス。 - RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Ba、Znからなる群より選択される1種以上)の質量和が10.0%以上60.0%以下である請求項1から10のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量比ZnO/(MgO+CaO+SrO+BaO)が0.20以下である請求項1から11のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で、B2O3成分の含有量が30.0%以下である請求項1から12のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で
Li2O成分 0〜15.0%
Na2O成分 0〜15.0%
K2O成分 0〜15.0%
Cs2O成分 0〜10.0%
である請求項1から13のいずれか記載の光学ガラス。 - 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)の質量和が20.0%以下である請求項1から14のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で
Y2O3成分 0〜20.0%
La2O3成分 0〜20.0%
Gd2O3成分 0〜20.0%
Yb2O3成分 0〜20.0%
である請求項1から15のいずれか記載の光学ガラス。 - 質量比La2O3/(BaO+CaO)が0.65以下である請求項1から16のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で
P2O5成分 0〜20.0%
GeO2成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜30.0%
WO3成分 0〜20.0%
Ta2O5成分 0〜15.0%
Bi2O3成分 0〜10.0%
TeO2成分 0〜30.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である請求項1から17のいずれか記載の光学ガラス。 - 1.70以上2.20以下の屈折率(nd)を有し、25以上35以下のアッベ数(νd)を有する請求項1から18のいずれか記載の光学ガラス。
- 分光透過率が70%を示す波長(λ70)が450nm以下である請求項1から19のいずれか記載の光学ガラス。
- 請求項1から20のいずれか記載の光学ガラスからなる研磨加工用及び/又は精密プレス成形用のプリフォーム。
- 請求項1から20のいずれか記載の光学ガラスを研削及び/又は研磨してなる光学素子。
- 請求項1から20のいずれか記載の光学ガラスを精密プレス成形してなる光学素子。
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