JP2024001862A - 光学ガラス、ガラスプリフォーム、光学素子と光学機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】屈折率が1.53～1.63、アッベ数が54～64であり、精密プレス加工に適する光学ガラスを提供する。【解決手段】光学ガラスは重量%で以下の成分を含む：SiO2：25～48%、B2O3：10～30%、Al2O3：1～10%、BaO：10～30%、ZnO：2～15%、Na2O：1～10%である。合理的な成分設計により、本発明で得られた光学ガラスは、所望の屈折率とアッベ数を有すると同時に、転移温度と降伏点温度が比較的低く、精密プレス加工に適する。【選択図】なし
Description
本発明は、光学ガラスに関し、特に屈折率が1.53～1.63、アッベ数が54～64、精密プレス加工に適した光学ガラス、及びそれを利用して製造するガラスプリフォーム、光学素子及び光学機器に関するものである。
光電業界の発展に伴い、光学素子に対して小型化、軽量化、高性能化が求められており、これによりイメージング品質を向上させることができる非球面レンズの需要量がますます増加している。非球面レンズは一般的に精密プレス成形法で製造される。この方法では、ガラス材料を冷間加工によりプリフォームを作製し、さらにプリフォームを特製の金型に入れて降伏点温度付近まで加熱し、加圧により金型の表面構造をガラス材料に転写し、予想される表面性状パラメータの非球面レンズを得る。プリフォーム製造から非球面レンズのめっきまでの工程内で、ガラスは数回の切削、研磨、洗浄を行う必要があり、酸性物質との接触は避けられない。ガラスの耐酸性が悪ければ、ガラスの光学面が破壊され、製品が廃棄されることになる。したがって、光学ガラス自体は、加工とめっき工程において良品率を向上させるためには、より良い耐酸化学安定性を備える必要がある。
特許文献１には屈折率が1.55～1.60、アッベ数が55～60、化学安定性が優れるプレス加工用光学ガラスを記述しているが、その実施例で公表された最低転移温度（Tg）が572℃であり、高すぎる転移温度は金型の耐用年数を短縮すると同時に、プレス加工時のエネルギー消費も増加する。
本発明が解決しようとする技術的課題は、屈折率が1.53～1.63、アッベ数が54～64、精密プレス加工に適する光学ガラスを提供することである。
本発明が技術的課題を解決するために採用する技術方案は次のとおりである。
重量%で以下の成分を含む、光学ガラス： SiO2：25～48%；B2O3：10～30%；Al2O3：1～10%；BaO：10～30%；ZnO：2～15%；Na2O：1～10%である。
重量%で以下の成分を含む、光学ガラス： SiO2：25～48%；B2O3：10～30%；Al2O3：1～10%；BaO：10～30%；ZnO：2～15%；Na2O：1～10%である。
さらに、重量%で以下の成分を含む、前記光学ガラス： La2O3：0～10%、及び/又はLi2O：0～5%、及び/又はK2O：0～10%、及び/又はGd2O3：0～5%、及び/又はY2O3：0～5%、及び/又はSrO：0～10%、及び/又はCaO：0～10%、及び/又はMgO：0～10%、及び/又はZrO2：0～5%、及び/又はTiO2：0～5%、及び/又はNb2O5：0～5%、及び/又はTa2O5：0～5%、及び/又はWO3：0～5%、及び/又は清澄剤：0～1%である。
重量%で以下の成分からなる、光学ガラス： SiO2：25～48%；B2O3：10～30%；Al2O3：1～10%；La2O3：0～10%；BaO：10～30%；ZnO：2～15%；Na2O：1～10%；Li2O：0～5%；K2O：0～10%；Gd2O3：0～5%；Y2O3：0～5%；SrO：0～10%；CaO：0～10%；MgO：0～10%；ZrO2：0～5%；TiO2：0～5%；Nb2O5：0～5%；Ta2O5：0～5%；WO3：0～5%；清澄剤：0～1%である。
さらに、重量%で以下の成分を含み、以下の6つの状況の1つ以上を満たす、前記光学ガラス：
1) SiO2/B2O3が0.85～4.5、好ましくはSiO2/B2O3が1.0～4.3、より好ましくはSiO2/B2O3が1.2～4.0；
2) B2O3+La2O3が38%以下、好ましくはB2O3+La2O3が36%以下、より好ましくはB2O3+La2O3が34%以下である。
3) SiO2/(B2O3+ZnO)が0.6～3.7、好ましくはSiO2/(B2O3+ZnO)が0.8～3.5、より好ましくはSiO2/(B2O3+ZnO)が1.0～3.0；
4) K2O+Na2Oが2～15%、好ましくはK2O+Na2Oが3～13%、より好ましくはK2O+Na2Oが4～11%；
5) SiO2/(K2O+Na2O)が1.7～22.0、好ましくはSiO2/(K2O+Na2O)が1.8～20.0、より好ましくはSiO2/(K2O+Na2O)が2.0～18.0；
6) Li2O/B2O3が0～0.45、好ましくはLi2O/B2O3が0～0.4、より好ましくはLi2O/B2O3が0～0.35。
1) SiO2/B2O3が0.85～4.5、好ましくはSiO2/B2O3が1.0～4.3、より好ましくはSiO2/B2O3が1.2～4.0；
2) B2O3+La2O3が38%以下、好ましくはB2O3+La2O3が36%以下、より好ましくはB2O3+La2O3が34%以下である。
3) SiO2/(B2O3+ZnO)が0.6～3.7、好ましくはSiO2/(B2O3+ZnO)が0.8～3.5、より好ましくはSiO2/(B2O3+ZnO)が1.0～3.0；
4) K2O+Na2Oが2～15%、好ましくはK2O+Na2Oが3～13%、より好ましくはK2O+Na2Oが4～11%；
5) SiO2/(K2O+Na2O)が1.7～22.0、好ましくはSiO2/(K2O+Na2O)が1.8～20.0、より好ましくはSiO2/(K2O+Na2O)が2.0～18.0；
6) Li2O/B2O3が0～0.45、好ましくはLi2O/B2O3が0～0.4、より好ましくはLi2O/B2O3が0～0.35。
さらに、重量%で以下の成分を含む、前記光学ガラス： SiO2：27～46%、好ましくはSiO2：29～45%、及び/又はB2O3：12～28%、好ましくはB2O3：14～26%、及び/又はAl2O3：1.5～8%、好ましくはAl2O3：2～6%、及び/又はLa2O3：0～8%、好ましくはLa2O3：0～6%、及び/又はBaO：12～29%、好ましくはBaO：13～28%、及び/又はZnO：3～14%、好ましくはZnO：4～13%、及び/又はLi2O：0～4%、好ましくはLi2O：0～3%、及び/又はNa2O：1.5～9%、好ましくはNa2O：2～8%、及び/又はK2O：0～8%、好ましくはK2O：0～6%、及び/又はGd2O3：0～2%、及び/又はY2O3：0～2%、及び/又はSrO：0～5%、及び/又はCaO：0～5%、好ましくはCaO：0～2%、及び/又はMgO：0～5%、及び/又はZrO2：0～2%、及び/又はTiO2：0～2%、及び/又はNb2O5：0～2%、及び/又はTa2O5：0～2%、及び/又はWO3：0～2%、及び/又は清澄剤：0～0.5%である。
さらに、その成分がGd2O3を含まない、及び/又はY2O3を含まない、及び/又はSrOを含まない、及び/又はMgOを含まない、及び/又はZrO2を含まない、及び/又はTiO2を含まない、及び/又はNb2O5を含まない、及び/又はTa2O5を含まない、及び/又はWO3を含まない、前記光学ガラス。
さらに、前記光学ガラスの屈折率ndが1.53～1.63、好ましくは屈折率ndが1.535～1.625、より好ましくは屈折率ndが1.54～1.62、アッベ数νdが54～64、好ましくはアッベ数νdが54.5～63.5、より好ましくはアッベ数νdが55～63である。
さらに、前記光学ガラスの耐酸安定性DAが4類以上、好ましくは3類以上、及び/又は転移温度Tgが550℃以下、好ましくは540℃以下、より好ましくは530℃以下、及び/又は降伏点温度Tsが600℃以下、好ましくは590℃以下、より好ましくは580℃以下、及び/又は結晶温度上限値Tmaxが1100℃未満、好ましくは1000℃未満、より好ましくは900℃未満、及び/又は侵食性変化量ΔLが5mm未満、好ましくは4mm未満、より好ましくは3mm未満である。
上記の光学ガラスで製造される、ガラスプリフォーム。
上記の光学ガラス又は上記のガラスプリフォームで製造される、光学素子。
上記の光学ガラス、及び/又は上記の光学素子を含む、光学機器。
上記の光学ガラス又は上記のガラスプリフォームで製造される、光学素子。
上記の光学ガラス、及び/又は上記の光学素子を含む、光学機器。
本発明の有益な効果は、以下の通りである。合理的な成分設計により、本発明により得られる光学ガラスは、期待される屈折率とアッベ数を有すると同時に、転移温度と降伏点温度が比較的低く、精密プレス加工に適する。
［光学ガラス］
以下に、本発明の光学ガラスの各成分（構成要素）の範囲について説明する。本明細書において、各成分の含有量は、特に説明しない限り、酸化物組成物に換算した全ガラス物質に対する重量パーセントで表すものとする。ここでいう「酸化物組成物に換算した」とは、本発明の光学ガラスの組成物の原料として用いた酸化物、錯塩、水酸化物等が溶融時に分解して酸化物に変換された場合の酸化物物質の総重量を100%とした場合のことである。本発明の光学ガラスを単にガラスと称することもある。
以下に、本発明の光学ガラスの各成分（構成要素）の範囲について説明する。本明細書において、各成分の含有量は、特に説明しない限り、酸化物組成物に換算した全ガラス物質に対する重量パーセントで表すものとする。ここでいう「酸化物組成物に換算した」とは、本発明の光学ガラスの組成物の原料として用いた酸化物、錯塩、水酸化物等が溶融時に分解して酸化物に変換された場合の酸化物物質の総重量を100%とした場合のことである。本発明の光学ガラスを単にガラスと称することもある。
具体的には、本明細書に記載されている数値範囲には、上限値および下限値が含まれ、「以上」および「以下」には端点値、ならびに範囲に含まれるすべての整数および分数が含まれ、範囲が限定されている場合に記載されている具体的な値に限定されるものではない。本明細書で「及び/又は」と呼ばれるものは包括的であり、例えば「A及び/又はB」は、Aのみ、Bのみ、またはAとBの両方を意味する。
＜必須成分とオプション成分＞
SiO2は本発明の必要な成分であり、ガラスのネットワーク形成体であり、本発明の優れた化学安定性を維持するための重要な成分である。SiO2の含有量が25%未満の場合、ガラスの化学安定性は設計要件を満たさないだけでなく、ガラスの再加熱時に結晶化しやすく、熱安定性が精密プレス加工要件を満たさなくなる。一方、SiO2の含有量が48%を超える場合、ガラスの清澄が困難になると同時に、SiO2の含有量が高すぎるとガラスの降伏点温度が上昇し、精密プレス加工に不利である。従って、SiO2の含有量が25～48%、好ましくは27～46%、より好ましくは29～45%である。
SiO2は本発明の必要な成分であり、ガラスのネットワーク形成体であり、本発明の優れた化学安定性を維持するための重要な成分である。SiO2の含有量が25%未満の場合、ガラスの化学安定性は設計要件を満たさないだけでなく、ガラスの再加熱時に結晶化しやすく、熱安定性が精密プレス加工要件を満たさなくなる。一方、SiO2の含有量が48%を超える場合、ガラスの清澄が困難になると同時に、SiO2の含有量が高すぎるとガラスの降伏点温度が上昇し、精密プレス加工に不利である。従って、SiO2の含有量が25～48%、好ましくは27～46%、より好ましくは29～45%である。
B2O3は本発明の必要な成分であり、本発明において同様にガラスのネットワーク形成体として、ガラスにおいて分散を低減し、加工性を向上し、降伏点温度を下げる役割を果たす。B2O3の含有量が10%未満である場合は、降伏点温度を下げる作用が顕著ではないが、その含有量が30%を超えると、生産中にガラスの設備への侵食が制御しにくくなる。従って、B2O3の含有量が10～30%、好ましくは12～28%、より好ましくは14～26%である。
発明者らは大量の試験と研究を重ねた結果、SiO2の含有量とB2O3の含有量との比SiO2/B2O3を制御することにより、ガラスのプレス加工性、化学安定性、溶融性および侵食性の設計要件を満たすことを見出した。いくつかの実施形態において、好ましくはSiO2/B2O3が0.85～4.5である場合、ガラスの溶融温度が比較的低く、プレス加工温度が適切であり、ガラスの化学安定性が優れ、ガラスの侵食性が低下する。より好ましくはSiO2/B2O3が1.0～4.3、さらに好ましくはSiO2/B2O3が1.2～4.0である。
Al2O3は本発明のネットワーク形成体であり、本発明の不可欠な成分である。Al2O3をガラスに添加することにより、ネットワーク構造を強化し、化学安定性を向上させる役割を果たすことができるが、その含有量が多すぎるとガラスの高温粘度が増大し、均質化と気泡除去が困難になる。従って、Al2O3の含有量は1～10%、好ましくは1.5～8%、より好ましくは2～6%である。
La2O3はガラスの光学定数を調整することができ、本発明のガラスに添加することにより、ガラスの屈折率を大幅に向上させると同時に、アッベ数に大きな影響を与えることはない。しかし、La2O3がガラスの降伏点温度を顕著に上昇させるので、精密プレス加工に不利である。したがって、本発明においては、La2O3の含有量は0～10%、好ましくは0～8%、より好ましくは0～6%である。
Gd2O3とY2O3はガラスの熱安定性と化学安定性を改善することができるが、高価な原料コストはGd2O3とY2O3の使用を制限する。従って、本発明においてはGd2O3の含有量は0～5%、好ましくは0～2%、より好ましくはGd2O3を含まないことである。また、Y2O3の含有量は0～5%、好ましくは0～2%、より好ましくはY2O3を含まないことである。
ガラスを生産するとき、B2O3およびLa2O3の両者はガラス溶融炉への腐食が強く、その合計含有量が比較的高い場合は、ガラスの耐酸性が低下する。いくつかの実施形態において、好ましくはB2O3とLa2O3の合計含有量B2O3+La2O3が38%以下、より好ましくは36%以下、さらに好ましくは34%以下であり、ガラス液の炉体への侵食を低減すると同時に、ガラス耐酸性の低下を防止することができる。
BaOはSiO2とB2O3からなるネットワーク構造の中で安定して存在することができ、たとえ含有量が多い時でも安定性を維持することができ、かつ、BaOのコストが安く、ガラスの屈折率を高めることができる成分である。しかし、その含有量が高すぎると、ガラスの化学安定性が悪くなり、ガラスの密度も大きくなる。従って、BaOの含有量は10～30%、好ましくは12～29%、より好ましくは13～28%である。
SrOも同様にガラスの屈折率を高めることができ、かつ、BaOに比べて、SrOはガラスの化学安定性の向上により有利である。しかし、SrOは高価であり、含有量が多すぎるとガラスコストが大幅に上昇する。従って、SrOの含有量は0～10%、好ましくは0～5%、より好ましくはSrOを含まないことである。
CaOはガラスの機械的性能を高め、ガラスの粘度を下げることができるが、CaOは通常CaCO3の形で導入され、既存の工業レベルに限られるので、CaCO3には不純物が多く、導入しすぎるとガラス透過率が低下する。したがって、本発明においては、CaOの含有量は0～10%、好ましくは0～5%、より好ましくは0～2%である。
MgOはガラスの耐候性を向上させることができるが、その含有量が10%を超えると、ガラスの耐結晶性と安定性が低下し、ガラスのコストが急速に上昇する。したがって、MgOの含有量は0～10%、好ましくは0～5%、より好ましくはMgOを含まないことである。
ZnOはガラスの化学安定性を向上させ、ガラスの中低温粘度を低下させることができ、本発明のガラスの比較的低い降伏点温度を実現するために必要な成分である。しかし、ZnOの分散が相対的に高いため、含有量が多すぎると光学定数が設計要件を満たさなくなる場合がある。従って、本発明のガラスにおいては、ZnOの含有量が2～15%、好ましくは3～14%、より好ましくは4～13%である。
いくつかの実施形態において、SiO2とB2O3+ZnOの比SiO2/(B2O3+ZnO)を0.6～3.7の範囲内に制御することにより、ガラスの転移温度と降伏点温度を低下させると同時に、B2O3の溶融炉内の耐火物への侵食を制限し、溶融炉白金部分へのZnOの侵食を制限し、溶融炉の耐用年数を向上させることができる。従って、好ましくはSiO2/(B2O3+ZnO)は0.6～3.7、より好ましくはSiO2/(B2O3+ZnO)が0.8～3.5、さらに好ましくはSiO2/(B2O3+ZnO)が1.0～3.0である。
ZrO2はガラスの化学安定性を高め、ガラスの屈折率を高めることができるが、ケイ酸塩系のガラスはそれに対する担持能力が低く、含有量が高すぎる場合は結石を形成しやすく、さらにガラスの熱安定性が悪くなり、精密プレス加工時に結晶問題が発生する。したがって、本発明のZrO2含有量は0～5%、好ましくは0～2％であり、いくつかの実施形態において、より好ましくはZrO2を含まないことである。
TiO2とWO3はガラスの屈折率を高め、ガラスの熱安定性を向上させることができるが、ガラスの分散が急激に増大するため、ガラスの光学定数が設計要求を満たさなくなる。従って、本発明においてはTiO2の含有量は0～5%、好ましくは0～2%、より好ましくはTiO2を含まないことである。WO3の含有量は0～5%、好ましくは0～2%、より好ましくはWO3を含まないことである。
Ta2O5とNb2O5はガラスの屈折率と耐失透性を高める役割があるが、他の成分に比べて、Ta2O5とNb2O5は非常に高価であり、実用性及びコストの観点から考慮して、その使用量をできるだけ減らす必要がある。従って、本発明においては、Ta2O5の含有量は0～5%、好ましくは0～2%、より好ましくはTa2O5を含まないことである。Nb2O5の含有量は0～5%、好ましくは0～2%、より好ましくはNb2O5を含まないことである。
K2Oはガラスの溶融温度と高温粘度を下げることができ、ガラスの溶融難易度を下げるのに役立つ。しかし、K2Oはガラスの熱膨張係数を大きくし、精密プレス加工時のレンズ割れのリスクを高める。また、K2O含有量が高すぎるとガラスの化学安定性が悪くなる。従って、K2Oの含有量は0～10%、好ましくは0～8%、より好ましくは0～6%である。
Na2Oはガラスの降伏点温度と溶融難易度を下げることができるが、Na2O含有量が高すぎるとガラスの化学安定性が悪くなる。従って、本発明のガラスにおいては、Na2Oの含有量は1～10%、好ましくは1.5～9%、より好ましくは2～8%である。
K2OとNa2Oはアルカリ金属酸化物であり、溶融促進の効果を発揮すると共に、K2OとNa2Oはガラスの転移温度と降伏点温度を下げることができるが、K2OとNa2Oの合計含有量が高すぎるとガラスの化学安定性が悪くなり、ガラス侵食性が大きくなる。いくつかの実施形態において、K2OとNa2Oの合計含有量K2O+Na2Oを2～15%範囲内に制御することにより、ガラスはより低い転移温度と降伏点温度を有すると同時に、ガラスの化学安定性が低下し、ガラス侵食性が大きくなるのを防止することができる。従って、好ましくはK2O+Na2Oが2～15%、より好ましくはK2O+Na2Oが3～13%、さらに好ましくはK2O+Na2Oが4～11%である。
本発明のいくつかの実施形態において、SiO2とK2O+Na2Oの比SiO2/(K2O+Na2O)を1.7～22.0の範囲内に制御することにより、ガラスの溶融難易度を下げ、降伏点温度を下げ、ガラスの化学安定性と熱安定性を最適化し、ガラスの侵食性を下げることができる。従って、好ましくはSiO2/(K2O+Na2O)が1.7～22.0、より好ましくはSiO2/(K2O+Na2O)が1.8～20.0、さらに好ましくはSiO2/(K2O+Na2O)が2.0～18.0である。
Li2Oはガラスの降伏点温度、溶融温度と高温粘度を下げる役割を果たすことができ、他のアルカリ金属酸化物に比べて、Li2Oのガラス化学安定性への破壊性が小さく、溶融促進効果がより優れる。しかし、Li2Oのガラス溶融炉への侵食が非常に深刻であり、含有量が多い場合は溶融炉の耐用年数を大幅に低下させる。従って、Li2Oの含有量が0～5%、好ましくは0～4%、より好ましくは0～3%である。
Na2OとK2Oに対して、Li2Oはガラス系において凝集作用を果たすことができ、Li2O含有量があまり高くない場合には、B2O3による化学安定性の低下をある程度防止することができる。発明者らは大量の試験と研究を重ねた結果、いくつかの実施形態において、Li2OとB2O3の比Li2O/B2O3を0～0.45の範囲内に制御することにより、ガラスは比較的低い降伏点温度と優れた化学安定性を得ることができることを見出した。従って、好ましくはLi2O/B2O3が0～0.45、より好ましくはLi2O/B2O3が0～0.4、さらに好ましくはLi2O/B2O3が0～0.35である。
Sb2O3、SnO2、SnO及びCeO2の1種又は複数種の成分は清澄剤としてガラスの清澄効果を高めることができ、好ましくは清澄剤の含有量が1%以下、より好ましくは0.5%以下である。Sb2O3の含有量が1%を超えると、ガラスの清澄性が低下する傾向があると同時に、その強い酸化作用は成形金型の劣化を促進する、したがって、本発明におけるSb2O3の含有量が1%以下、好ましくは0.5%以下である。SnO2、SnOも清澄剤として使われるが、その含有量が1%を超えるとガラスが着色し、ガラスを加熱、軟化してプレス成形などで再成形するとき、Snが結晶核生成の始点となり、失透する傾向がある。したがって、本発明におけるSnO2とSnOの含有量はそれぞれ1%以下、好ましくは0.5%以下、さらに好ましくは含まないことである。CeO2の作用及び含有量比率はSnO2と一致しており、その含有量は1%以下、好ましくは0.5%以下、さらに好ましくは含まないことである。
いくつかの実施形態において、清澄剤としてAs2O3、Clの化合物、Brの化合物などを用いることもでき、その含有量がそれぞれ1%以下、好ましくは0.5%以下であるが、環境保護などの観点から考慮して、好ましくはAs2O3を含まないことである。
＜含まれるべきでない成分＞
本発明のガラス特性を損害しない範囲内において、必要に応じて上記に記載されていない他の成分を含有することができる。しかし、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等の遷移金属成分は、単独又は複合的に少量含有してもガラスが着色し、可視光領域の特定の波長で吸収が発生し、本発明の可視光透過率向上効果を低下する性質があるため、特に可視光領域の波長の透過率を要求する光学ガラスに対しては、実際に含有しないことが好ましい。
本発明のガラス特性を損害しない範囲内において、必要に応じて上記に記載されていない他の成分を含有することができる。しかし、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等の遷移金属成分は、単独又は複合的に少量含有してもガラスが着色し、可視光領域の特定の波長で吸収が発生し、本発明の可視光透過率向上効果を低下する性質があるため、特に可視光領域の波長の透過率を要求する光学ガラスに対しては、実際に含有しないことが好ましい。
Pb、Th、Cd、Tl、Os、Be及びSeの陽イオンは、近年、有害な化学物質として使用を制御する傾向にあり、ガラスの製造工程だけでなく、加工工程及び完成品の処置に至るまで、環境保護への取り組みが必要である。そのため、環境への影響を重視する場合は、不可避な混入以外は、それらを含まないことが好ましい。これにより、光学ガラスは実際に環境を汚染する物質を含まなくなる。したがって、本発明の光学ガラスは、特殊な環境措置を講じなくても、製造、加工及び廃棄が可能である。
本明細書に記載されている「加えない」、「含まない」、「0%」という用語は、この成分を本発明のガラスの原料として意図的に添加しなかったことを意味する。しかし、ガラスを製造するための原料及び/又は設備として、意図的に添加されていない不純物や成分が、最終的なガラス中に少量または微量に存在することがあり、それらも本発明の特許の対象となる。
以下では、本発明の光学ガラスの特性について説明する。
＜屈折率とアッべ数＞
光学ガラスの屈折率（nd）とアッべ数(νd)は、GB/T 7962.1-2010 に規定された方法に従って試験されている。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラス屈折率（nd）の範囲は1.53～1.63、好ましくは1.535～1.625、より好ましくは1.54～1.62である。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスのアッベ数（νd）の範囲は54～64、好ましくは54.5～63.5、より好ましくは55～63である。
＜屈折率とアッべ数＞
光学ガラスの屈折率（nd）とアッべ数(νd)は、GB/T 7962.1-2010 に規定された方法に従って試験されている。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラス屈折率（nd）の範囲は1.53～1.63、好ましくは1.535～1.625、より好ましくは1.54～1.62である。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスのアッベ数（νd）の範囲は54～64、好ましくは54.5～63.5、より好ましくは55～63である。
＜耐酸安定性＞
光学ガラスの耐酸安定性（DA）は『GB/T 17129』に規定された方法に従って試験される。本発明において、耐酸作用安定性を単に耐酸性と称することもある。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスの耐酸安定性（DA）は4類以上、好ましくは3類以上である。
光学ガラスの耐酸安定性（DA）は『GB/T 17129』に規定された方法に従って試験される。本発明において、耐酸作用安定性を単に耐酸性と称することもある。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスの耐酸安定性（DA）は4類以上、好ましくは3類以上である。
＜転移温度と降伏点温度＞
光学ガラスの転移温度（Tg）と降伏点温度（Ts）は『GB/T 7962.20-2010』に規定された方法に従って測定する。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスの転移温度（Tg）は550℃以下、好ましくは540℃以下、より好ましくは530℃以下である。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスの降伏点温度（Ts）は600℃以下、好ましくは590℃以下、より好ましくは580℃以下である。
光学ガラスの転移温度（Tg）と降伏点温度（Ts）は『GB/T 7962.20-2010』に規定された方法に従って測定する。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスの転移温度（Tg）は550℃以下、好ましくは540℃以下、より好ましくは530℃以下である。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスの降伏点温度（Ts）は600℃以下、好ましくは590℃以下、より好ましくは580℃以下である。
＜結晶上限温度＞
結晶温度上限値(Tmax)の試験方法は以下の通りである：ガラス試料を10×10×150mm3の白金るつぼに入れ、るつぼを900～1200℃の温度勾配炉に4時間置く。その後、取り出して自然冷却させ、直ちにガラス表面及びガラス中の結晶化の有無を観察し、結晶化が確認されていない領域に対応する設定温度範囲内の最低温度を「結晶温度上限値」とする。注意すべきは、この試験方法は結晶温度の上限値が900～1200℃であることに対してのみ有効であり、保温後に試料表面及び内部に結晶がない場合には、試料の結晶温度上限値が900℃未満であると確認される。
結晶温度上限値(Tmax)の試験方法は以下の通りである：ガラス試料を10×10×150mm3の白金るつぼに入れ、るつぼを900～1200℃の温度勾配炉に4時間置く。その後、取り出して自然冷却させ、直ちにガラス表面及びガラス中の結晶化の有無を観察し、結晶化が確認されていない領域に対応する設定温度範囲内の最低温度を「結晶温度上限値」とする。注意すべきは、この試験方法は結晶温度の上限値が900～1200℃であることに対してのみ有効であり、保温後に試料表面及び内部に結晶がない場合には、試料の結晶温度上限値が900℃未満であると確認される。
結晶温度上限値が低いガラスは、比較的低い温度で溶融ガラスが流出しても、製造されるガラスの結晶リスクが低減されるため、溶融状態からガラスを形成する際の結晶リスクを低下し、ガラスを用いた光学素子の光学特性への影響を低減することができる。また、低い結晶温度はガラスの成形温度を下げ、ガラス成形時のエネルギー損失を減らし、ガラスの製造コストを下げることができる。
本発明の光学ガラスは結晶安定性に優れ、結晶温度上限値（Tmax）が低い。いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスの結晶温度上限値（Tmax）が1100℃未満、好ましくは1000℃未満、より好ましくは900℃未満である。
＜侵食性＞
ガラスの侵食性評価方法は以下の通りである：20×20×20 mm3の41＃メルトジルコニウムコランダム煉瓦を1200℃のガラス液に浸漬して50時間保温した後、41＃メルトジルコニウムコランダム煉瓦を取り出して煉瓦の平均辺長変化量を測定し、侵食性変化量（ΔL）とする。ΔLが小さいほど、ガラスの煉瓦への侵食性が低いことを意味する。
侵食性の低いガラスほど、生産時にガラス液の溶融炉への損傷も小さくなり、溶融炉の耐用年数を向上させ、炉の修理にかかる時間、エネルギーと材料の損失を減少させ、ガラス製造コストを下げることに有利である。
本発明の光学ガラスは侵食性が小さいという特徴を有する。いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスの侵食性変化量（ΔL）が5mm未満、好ましくは4mm未満、より好ましくは3mm未満である。
ガラスの侵食性評価方法は以下の通りである：20×20×20 mm3の41＃メルトジルコニウムコランダム煉瓦を1200℃のガラス液に浸漬して50時間保温した後、41＃メルトジルコニウムコランダム煉瓦を取り出して煉瓦の平均辺長変化量を測定し、侵食性変化量（ΔL）とする。ΔLが小さいほど、ガラスの煉瓦への侵食性が低いことを意味する。
侵食性の低いガラスほど、生産時にガラス液の溶融炉への損傷も小さくなり、溶融炉の耐用年数を向上させ、炉の修理にかかる時間、エネルギーと材料の損失を減少させ、ガラス製造コストを下げることに有利である。
本発明の光学ガラスは侵食性が小さいという特徴を有する。いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスの侵食性変化量（ΔL）が5mm未満、好ましくは4mm未満、より好ましくは3mm未満である。
[ガラスプリフォーム及び光学素子]
直接滴下成形や研磨加工、又は熱プレス成形などのプレス成形加工方法を用いて、作成された光学ガラスでガラスプリフォームを製造することができる。すなわち、直接精密滴下成形により溶融光学ガラスを精密なガラスプリフォームに製造するか、研削や研磨などの機械加工によりガラスプリフォームを製造するか、光学ガラスを使用してプレス成形用のプリフォームブランクを作製し、このプリフォームブランクを熱プレス加工して研磨し、ガラスプリフォームを作製することができる。なお、光学プリフォームの製造手段は上記手段に限定されないことを説明されたい。
直接滴下成形や研磨加工、又は熱プレス成形などのプレス成形加工方法を用いて、作成された光学ガラスでガラスプリフォームを製造することができる。すなわち、直接精密滴下成形により溶融光学ガラスを精密なガラスプリフォームに製造するか、研削や研磨などの機械加工によりガラスプリフォームを製造するか、光学ガラスを使用してプレス成形用のプリフォームブランクを作製し、このプリフォームブランクを熱プレス加工して研磨し、ガラスプリフォームを作製することができる。なお、光学プリフォームの製造手段は上記手段に限定されないことを説明されたい。
上記のように、本発明の光学ガラスは、各種光学素子及び光学設計に有用であり、特に本発明の光学ガラスからブランクを形成し、このブランクを用いて熱プレス成形、精密プレス成形等を行い、レンズ、プリズム等の光学素子を作製することが好ましい。
本発明の光学プリフォーム及び光学素子は、いずれも上記本発明の光学ガラスから形成されている。本発明の光学プリフォームは、光学ガラスが備えている優れた特性を有し、本発明の光学素子は、光学ガラスが備えている優れた特性を有し、光学的価値の高いさまざまなレンズ、プリズム等の光学素子を提供することができる。
本発明の光学プリフォーム及び光学素子は、いずれも上記本発明の光学ガラスから形成されている。本発明の光学プリフォームは、光学ガラスが備えている優れた特性を有し、本発明の光学素子は、光学ガラスが備えている優れた特性を有し、光学的価値の高いさまざまなレンズ、プリズム等の光学素子を提供することができる。
レンズの例としては、レンズ表面が球面または非球面の凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどのさまざまなレンズが挙げられる。本発明に記載のレンズは、自動車ランプのレンズをさらに含む。
[光学機器]
本発明の光学ガラスによる光学素子は、写真装置、撮像装置、投影装置、表示装置、車載装置（ランプを含む）及び監視装置等を含むがこれらに限定されない光学機器の製造に使用することができる。
本発明の光学ガラスによる光学素子は、写真装置、撮像装置、投影装置、表示装置、車載装置（ランプを含む）及び監視装置等を含むがこれらに限定されない光学機器の製造に使用することができる。
以下、当業者の参考のために、表に記載されている実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。なお、実施例1～40#におけるガラス成分の含有量は重量%で表し、本発明の保護範囲は上記実施例に限定されない。
表1～表4に記載する光学ガラス（実施例1～40#）は、表1～表4に示す各実施例の含有量に応じて光学ガラス用の一般原料（酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、ホウ酸など）を秤量混合し、混合原料を白金るつぼに入れ、1250℃～1400℃で2～5時間溶融する。その後、清澄、攪拌、均一化して、気泡及び未溶解物質を含まない均質な溶融ガラスを得、この溶融ガラスを金型に入れて鋳造し、焼きなましをして製造される。
表1～表4において、SiO2/B2O3の値はA1、B2O3+La2O3の値はA2、SiO2/(B2O3+ZnO)の値はA3、K2O+Na2Oの値はA4、SiO2/(K2O+Na2O) の値はA5、Li2O/B2O3の値はA6で示す。
表1～表4に記載する光学ガラス（実施例1～40#）は、表1～表4に示す各実施例の含有量に応じて光学ガラス用の一般原料（酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、ホウ酸など）を秤量混合し、混合原料を白金るつぼに入れ、1250℃～1400℃で2～5時間溶融する。その後、清澄、攪拌、均一化して、気泡及び未溶解物質を含まない均質な溶融ガラスを得、この溶融ガラスを金型に入れて鋳造し、焼きなましをして製造される。
表1～表4において、SiO2/B2O3の値はA1、B2O3+La2O3の値はA2、SiO2/(B2O3+ZnO)の値はA3、K2O+Na2Oの値はA4、SiO2/(K2O+Na2O) の値はA5、Li2O/B2O3の値はA6で示す。
＜ガラスプリフォーム実施例＞
実施例1～40#で得られた光学ガラスを所定の大きさに切断し、表面に離型剤を均一に塗布した後、加熱、軟化して加圧成形し、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなど、様々なレンズ、プリズムのプリフォームブランクを製造する。また、これらのブランクを洗浄、研削、研磨、艶出しをしてプリフォームを製造する。
実施例1～40#で得られた光学ガラスを所定の大きさに切断し、表面に離型剤を均一に塗布した後、加熱、軟化して加圧成形し、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなど、様々なレンズ、プリズムのプリフォームブランクを製造する。また、これらのブランクを洗浄、研削、研磨、艶出しをしてプリフォームを製造する。
＜光学素子実施例＞
上記ガラスプリフォームを精密プレス加工設備で加熱し、加圧成形し、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなど、様々な形状のレンズ、プリズムを製造する。得られた光学素子の表面には反射防止膜を塗布することもできる。
上記ガラスプリフォームを精密プレス加工設備で加熱し、加圧成形し、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなど、様々な形状のレンズ、プリズムを製造する。得られた光学素子の表面には反射防止膜を塗布することもできる。
＜光学機器実施例＞
上記光学素子の実施例で製造された光学素子は、光学設計により、1つまたは複数の光学素子を用いて光学部品または光学コンポーネントを形成することにより、撮像装置、センサ、顕微鏡、医薬技術、デジタル投影、通信、光学通信技術／情報伝送、自動車分野における光学／照明、フォトリソグラフィ技術、エキシマレーザ、ウエハ、コンピュータチップ及びこのような回路及びチップを含む集積回路及び電子デバイスに用いることができる。
上記光学素子の実施例で製造された光学素子は、光学設計により、1つまたは複数の光学素子を用いて光学部品または光学コンポーネントを形成することにより、撮像装置、センサ、顕微鏡、医薬技術、デジタル投影、通信、光学通信技術／情報伝送、自動車分野における光学／照明、フォトリソグラフィ技術、エキシマレーザ、ウエハ、コンピュータチップ及びこのような回路及びチップを含む集積回路及び電子デバイスに用いることができる。
Claims (16)
- 重量%で以下の成分を含む、光学ガラス： SiO2：25～48%；B2O3：10～30%；Al2O3：1～10%；BaO：10～30%；ZnO：2～15%；Na2O：1～10%である。
- 重量%で以下の成分をさらに含む、請求項1に記載の光学ガラス： La2O3：0～10%、及び/又はLi2O：0～5%、及び/又はK2O：0～10%、及び/又はGd2O3：0～5%、及び/又はY2O3：0～5%、及び/又はSrO：0～10%、及び/又はCaO：0～10%、及び/又はMgO：0～10%、及び/又はZrO2：0～5%、及び/又はTiO2：0～5%、及び/又はNb2O5：0～5%、及び/又はTa2O5：0～5%、及び/又はWO3：0～5%、及び/又は清澄剤：0～1%である。
- 重量%で以下の成分からなる、光学ガラス： SiO2：25～48%；B2O3：10～30%；Al2O3：1～10%；La2O3：0～10%；BaO：10～30%；ZnO：2～15%；Na2O：1～10%；Li2O：0～5%；K2O：0～10%；Gd2O3：0～5%；Y2O3：0～5%；SrO：0～10%；CaO：0～10%；MgO：0～10%；ZrO2：0～5%；TiO2：0～5%；Nb2O5：0～5%；Ta2O5：0～5%；WO3：0～5%；清澄剤：0～1%である。
- 重量%で以下の成分を含み、以下の6つの状況の1つ以上を満たす、請求項1に記載の光学ガラス：
1) SiO2/B2O3が0.85～4.5；
2) B2O3+La2O3が38%以下であり；
3) SiO2/(B2O3+ZnO)が0.6～3.7；
4) K2O+Na2Oが2～15%；
5) SiO2/(K2O+Na2O)が1.7～22.0；
6) Li2O/B2O3が0～0.45。 - 重量%で以下の成分を含み、以下の6つの状況の1つ以上を満たす、請求項1に記載の光学ガラス：
1) SiO2/B2O3が1.0～4.3；
2) B2O3+La2O3が36%以下であり；
3) SiO2/(B2O3+ZnO)が0.8～3.5；
4) K2O+Na2Oが3～13%；
5) SiO2/(K2O+Na2O)が1.8～20.0；
6) Li2O/B2O3が0～0.4。 - 重量%で以下の成分を含み、以下の6つの状況の1つ以上を満たす、請求項1に記載の光学ガラス：
1) SiO2/B2O3が1.2～4.0；
2) B2O3+La2O3が34%以下であり；
3) SiO2/(B2O3+ZnO)が1.0～3.0；
4) K2O+Na2Oが4～11%；
5) SiO2/(K2O+Na2O)が2.0～18.0；
6) Li2O/B2O3が0～0.35。 - 重量%で以下の成分を含む、請求項1に記載の光学ガラス： SiO2：27～46%、及び/又はB2O3：12～28%、及び/又はAl2O3：1.5～8%、及び/又はLa2O3：0～8%、及び/又はBaO：12～29%、及び/又はZnO：3～14%、及び/又はLi2O：0～4%、及び/又はNa2O：1.5～9%、及び/又はK2O：0～8%、及び/又はGd2O3：0～2%、及び/又はY2O3：0～2%、及び/又はSrO：0～5%、及び/又はCaO：0～5%、及び/又はMgO：0～5%、及び/又はZrO2：0～2%、及び/又はTiO2：0～2%、及び/又はNb2O5：0～2%、及び/又はTa2O5：0～2%、及び/又はWO3：0～2%、及び/又は清澄剤：0～0.5%である。
- 重量%で以下の成分を含む、請求項1に記載の光学ガラス： SiO2：29～45%、及び/又はB2O3：14～26%、及び/又はAl2O3：2～6%、及び/又はLa2O3：0～6%、及び/又はBaO：13～28%、及び/又はZnO：4～13%、及び/又はLi2O：0～3%、及び/又はNa2O：2～8%、及び/又はK2O：0～6%、及び/又はCaO：0～2%である。
- 請求項1に記載の光学ガラス： その成分にはGd2O3を含まない、及び/又はY2O3を含まない、及び/又はSrOを含まない、及び/又はMgOを含まない、及び/又はZrO2を含まない、及び/又はTiO2を含まない、及び/又はNb2O5を含まない、及び/又はTa2O5を含まない、及び/又はWO3を含まないことである。
- 前記光学ガラスの屈折率ndが1.53～1.63、アッベ数νdが54～64、及び/又は耐酸安定性DAが4類以上、及び/又は転移温度Tgが550℃以下、及び/又は降伏点温度Tsが600℃以下、及び/又は結晶温度の上限値Tmaxが1100℃未満、及び/又は侵食性変化量ΔLが5mm未満である、請求項1に記載の光学ガラス。
- 前記光学ガラスの屈折率ndが1.54～1.62、及び/又はアッベ数νdが55～63、及び/又は耐酸安定性DAが3類以上、及び/又は転移温度Tgが530℃以下、及び/又は降伏点温度Tsが580℃以下、及び/又は結晶温度上限値Tmaxが900℃未満、及び/又は侵食性変化量ΔLが3mm未満である、請求項1に記載の光学ガラス。
- 請求項1～11のいずれ一項に記載の光学ガラスで製造される、ガラスプリフォーム。
- 請求項1～11のいずれ一項に記載の光学ガラスで製造される、光学素子。
- 請求項12に記載のガラスプリフォームで製造される、光学素子。
- 請求項1～11のいずれ一項に記載の光学ガラスを含む、光学機器。
- 請求項13に記載の光学素子を含む、光学機器。
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