JP4677193B2

JP4677193B2 - 精密プレス成形用光学ガラス

Info

Publication number: JP4677193B2
Application number: JP2004050688A
Authority: JP
Inventors: 吉記山本; 宏一土谷; 成人沢登; 忍永濱
Original assignee: Sumita Optical Glass Inc
Current assignee: Sumita Optical Glass Inc
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: EP1568665B1; DE602004018262D1; US20050192174A1; EP1568665A3; EP1568665A2; US7141525B2; JP2005239476A

Description

本発明は、低温にて精密プレス成形ができ、精密プレス成形後に研削、または研磨を必要としない、精密プレス成形用光学ガラスに関する。

近年、デジタルカメラ等の光学機器の高性能化・小型化が著しく進行している中、光学系を構成するレンズに対する小型軽量化の要求がますます強まっており、これを実現するため、精密プレス成形法（モールド成形法ともいう）で作製される非球面レンズの使用が必要不可欠となってきている。そして、各種光学機器において極めてコンパクトな光学系を実現させるため、高屈折率高分散のガラスモールドレンズが強く求められている。
従来の高屈折率高分散の光学ガラスでは、酸化鉛を多量に含んだ組成系が代表的であり、耐失透性が高いために安定で、且つ、ガラス転移点（Ｔｇ）及び屈伏点（Ａｔ）が低いため、精密プレス成形用としてきた。例えば、特許文献１〜３には酸化鉛を多量に含んだ精密プレス成形用の光学ガラスが示されている。

しかし、精密プレスは通常、型の酸化を防ぐために還元性雰囲気下で行われており、そのため、ガラス成分中に酸化鉛が含まれていると、ガラス表面から還元された鉛として析出する。そして、それが型材の表面に付着してしまい、精密プレスされたレンズの面精度が維持できなくなってしまう。また、酸化鉛は環境、あるいは人体に有害であるため問題となってきた。よって、前述の特許文献１〜３に示されているガラスは、精密プレス用光学ガラスとしては、不適当であり実用的ではない。

一方、特許文献４〜６に記載のガラスには、確かに酸化鉛は含まれていない。しかし、特許文献４では、実施例７〜１１（特許文献４、７頁表２）が示すように、高屈折率高分散特性を得るために、酸化鉛の代わりに、請求項５では任意成分として述べられているＴｉＯ₂をすべて含ませており、その結果、できたガラスは非常に着色の強いものとなってしまう。特許文献６についても同様に、実施例（特許文献６、４〜６頁の表）ではすべてにＴｉＯ₂を含ませている。特許文献５記載の発明では、ＴｉＯ₂は必須成分である。通常の光学系では、ガラスレンズが単体で使用されるということはあまり現実的ではなく、ほとんどの光学系では多数のレンズ構成からなるのが一般的である。ゆえに、それぞれのガラスレンズの着色は極力小さいことが望まれているわけである。よって、特許文献４〜６に記載のガラスは、そのほとんどがＴｉＯ₂によって高屈折率高分散特性を持たせており、光学設計上好ましくないと言える。

また、特許文献７に記載のガラスは、本発明者等が発明したＰ₂Ｏ₅−Ｎｂ₂Ｏ₅−Ｂｉ₂Ｏ₃−アルカリ金属酸化物系で、屈折率（ｎｄ）が１．８３以上、アッベ数（νｄ）が２６．０以下の高屈折率高分散の光学ガラスである。しかし、ここに記載した光学ガラスの屈折率（ｎｄ）は１．８９未満のものしか示せておらず、それ以上の屈折率になると耐失透性が悪く不安定になるので限界があった。

特開平１−３０８８４３号公報特開平７−２４７１３５号公報特開平７−２４７１３６号公報特開平８−１５７２３１号公報特開２００３−３００７５１公報特開２００３−３３５５４９公報特開２００１−５８８４５公報

従って本発明の目的は、環境上問題になる有害物質である酸化鉛等を含有せず、屈伏温度（Ａｔ）が低く、屈折率（ｎｄ）が１．８９以上で、アッベ数（νｄ）が２３．０以下の高屈折率高分散の精密プレス成形用光学ガラスを提供することにある。

本発明者等は、上記目的を達成するため鋭意努力研究の結果、Ｐ_２Ｏ_５、ＧｅＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、及び、アルカリ金属酸化物がある特定の組成範囲の光学ガラスが、所期の目的を達成することを見出したものである。
すなわち、本発明は、屈折率（ｎｄ）が１．８９以上、好ましくは１．８９〜２．０３、アッベ数（νｄ）が２３．０以下、好ましくは２３．０〜１９．０であり、屈伏温度（Ａｔ）が５８０℃以下という低軟化の特性を持ち、且つ、ガラスの着色が少なく量産性に優れた高屈折率高分散の精密プレス成形用光学ガラスに関し、その化学組成を重量％で示すと下記のとおりである。
（好ましい範囲）
Ｐ_２Ｏ_５３．０〜２０．０％４．０〜１９．０％
Ｂ_２Ｏ_３０〜５．０％０〜３．０％
ＧｅＯ_２１４．０％超３７．０％以下１４．０％超３６．０％以下
但し、Ｐ_２Ｏ_５＋Ｂ_２Ｏ_３＋ＧｅＯ_２の合計量
２４．０〜４３．０％２５．０〜４２．０％
Ｌｉ_２Ｏ０〜５．０％０〜４．０％
Ｎａ_２Ｏ０〜８．０％０〜７．０％
Ｋ_２Ｏ０．８８〜１０．０％０．８８〜９．０％
但し、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの合計量
１．０〜１０．０％１．５〜９．０％
Ｎｂ_２Ｏ_５０〜５０．０％０〜４９．０％
Ｂｉ_２Ｏ_３１２．０〜６７．０％１３．０〜６６．０％
ＢａＯ０〜５．０％０〜３．０％
ＷＯ_３０〜１２．０％０〜１１．０％

本発明によれば、ガラスの高屈折率化に非常に有効な成分であるＧｅＯ₂を１４重量％を越えて含有させることで、屈折率（ｎｄ）が１．８９以上、アッベ数（νｄ）が２３．０以下の高屈折率高分散の光学恒数を有し、且つ、低温にて精密プレス成形ができ、精密プレス成形後に研削、または研磨を必要としない、精密プレス成形用光学ガラスを提供することができる。

本発明の光学ガラスの各成分範囲を上記のように限定した理由は次の通りである。
Ｐ₂Ｏ₅は、本発明の光学ガラスの必須成分であり、ガラスの網目を構成する主成分であるが、２０重量％を越えると高屈折率高分散性を維持できなくなり、３重量％より少ないと失透傾向が増大しガラスが不安定になる。よって、Ｐ₂Ｏ₅の含有量は３〜２０重量％の範囲とする。好ましくは、４．０〜１９．０重量％の範囲である。

Ｂ₂Ｏ₃は、任意配合成分であり、Ｐ₂Ｏ₅と同様ガラスの網目を構成し、適量使用することによりガラスの均質化に有効な成分であるが、５重量％を越えると所期目的とする屈折率、及び、屈伏温度（Ａｔ）が得難くなり、ガラスが不安定となる。Ｂ₂Ｏ₃の含有量は０〜５．０重量％の範囲とする。好ましくは、０〜３．０重量％の範囲である。

ＧｅＯ₂は、本発明の必須成分であり、Ｐ₂Ｏ₅と同様ガラスの網目を構成し、ガラスの高屈折率化に非常に有効な成分であるが、３７重量％を越えると失透傾向が増大しガラスが不安定になり、１４重量％以下では、所期の目的とする屈折率が得難くなる。ＧｅＯ₂の含有量は１４重量％超３７重量％以下の範囲とする。好ましくは、１４．０重量％超３６．０重量％以下の範囲である。

そして、Ｐ₂Ｏ₅、Ｂ₂Ｏ₃、及び、ＧｅＯ₂の合計量が４３重量％を越えると、ガラスが不安定となり、２４重量％より少ないと、所期の目的とする屈折率、及び、屈伏温度（Ａｔ）が得難くなる。よって、Ｐ₂Ｏ₅、Ｂ₂Ｏ₃、及び、ＧｅＯ₂の合計の含有量は２４．０〜４３．０重量％の範囲とする。好ましくは、２５．０〜４２．０重量％の範囲である。

Ｌｉ₂Ｏは、任意配合成分であり、Ｎａ₂Ｏと同様ガラスの低融化に非常に有効な成分である。しかしながら、５重量％を越えるとガラスの膨張係数が大きくなり、精密プレス成形の際のレンズ面の正確な転写が困難になるとともに、ガラスの耐水性も悪くなる。よって、Ｌｉ₂Ｏの含有量は０〜５．０重量％の範囲とする。好ましくは、０〜４．０重量％の範囲である。

Ｎａ₂Ｏは、本発明の任意配合成分であるが、本発明の組成系においてガラスの低融化、及び、安定性に大きく寄与する非常に重要な成分である。しかしながら、８重量％を越えると、所期の目的とする屈折率が得難くなり、且つ、ガラスの耐水性が悪くなる。よって、Ｎａ₂Ｏの含有量は０〜８．０重量％の範囲とする。好ましくは、０〜７．０重量％の範囲である。

Ｋ_２Ｏは、本発明の必須成分であり、Ｎａ_２Ｏと同様ガラスの低融化に非常に有効な成分である。しかしながら、１０重量％を越えるとガラスの耐水性が悪くなる。よって、Ｋ_２Ｏの含有量は０．８８〜１０．０重量％の範囲とする。好ましくは、０．８８〜９．０重量％の範囲である。
但し、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及び、Ｋ_２Ｏのいずれか一種類以上のアルカリ酸化物を１．０〜１０重量％の範囲で含有させることを必須とする。好ましくは、１．５〜９．０重量％の範囲である。

Ｂｉ₂Ｏ₃は、本発明の必須成分であり、本発明において、アルカリ金属酸化物と同様にガラスの屈伏温度（Ａｔ）を下げる効果と、ガラスの屈折率を上げる効果を併せ持つ非常に重要な成分である。しかし、１２重量％より少ないとその効果が少なく、６７重量％を越えると、溶融容器である貴金属を侵食しやすく、ガラスが着色してしまい、また、ガラスが非常に不安定になる。よって、Ｂｉ₂Ｏ₃の含有量は１２．０〜６７．０重量％の範囲とする。好ましくは、１３．０〜６６．０重量％の範囲である。

Ｎｂ₂Ｏ₅は、本発明の任意配合成分であるが、目的の高屈折率高分散を得るのに有効な成分である。しかし、５０重量％を越えるとガラスの溶融性が著しく悪くなり、また、ガラスが非常に不安定になる。よって、Ｎｂ₂Ｏ₅の含有量は０〜５０．０重量％の範囲とする。好ましくは、０〜４９．０重量％の範囲である。
ＷＯ₃は、本発明の任意配合成分であり、Ｎｂ₂Ｏ₅と同様、高屈折率高分散特性を得るのに有効な成分であるが、１２重量％を越えるとガラスの溶融性が著しく悪くなり、また、ガラスが非常に不安定になる。よって、ＷＯ₃の含有量は０〜１２．０重量％の範囲とする。好ましくは、０〜１１．０重量％の範囲である。

ＢａＯは、任意配合成分であり、ガラスの溶解性及び安定性を向上させるのに有効な成分であるが、５重量％を越えると所期目的の低い屈伏温度（Ａｔ）得ることが困難になる。よって、ＢａＯの含有量は０〜５．０重量％の範囲とする。好ましくは、０〜３．０重量％の範囲である。

本発明の光学ガラスは各成分の原料として、それぞれ相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、及び、リン酸塩などを使用し、所望の割合となるように秤量し、十分混合した後白金るつぼに投入して、電気炉で９００〜１２００℃で溶融し、適時攪拌して均質化を図り、清澄してから適当な温度に予熱した金型内に鋳込んだ後、徐冷して製造される。なお、脱泡のために少量のＳｂ₂Ｏ₃等を加えても良い。

以下実施例をあげて本発明の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１〜７、参考例１，２）
本発明の光学ガラスの実施例の成分組成（重量％）、及び、その特性値として屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、屈伏温度（Ａｔ）を表１に示す。屈伏温度（Ａｔ）は熱膨張測定器を用いて、毎分５℃で昇温した場合の結果である。
本実施例の光学ガラスは各成分の原料として、それぞれ相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、及び、リン酸塩などを使用し、表１の各実施例の組成の割合となるように秤量し、十分混合した後白金るつぼに投入して、電気炉で９００〜１２００℃で溶融し、適時攪拌して均質化を図り、清澄してから適当な温度に予熱した金型内に鋳込んだ後、徐冷して製造した。

次に、得られたガラスから所定重量のガラス塊を切り出し、従来の研磨法により円柱状に研磨し、これをプリフォームとして精密プレスを行うことにより、数種類のレンズ製品を得た。これらのレンズは良好な転写性を示し、型材へのガラスの付着、揮発物の付着などは認められなかった。

（比較例）
比較例は、特開２００１−５８８４５号公報に記載の発明の実施例９のガラスである。ここに示した比較例は、特開２００１−５８８４５号公報に記載された実施例中で一番屈折率（ｎｄ）が高いものであるが、本発明の所期の目的である屈折率（ｎｄ）が１．８９以上という値に達していない。

Claims

Ｐ_２Ｏ_５３〜２０重量％、Ｂ_２Ｏ_３０〜５重量％、ＧｅＯ_２１４重量％超３７重量％以下、且つ、Ｐ_２Ｏ_５、Ｂ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２の合計量が２４〜４３重量％、Ｌｉ_２Ｏ０〜５重量％、Ｎａ_２Ｏ０〜８重量％、Ｋ_２Ｏ０．８８〜１０重量％、且つ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの合計量が１〜１０重量％、Ｎｂ_２Ｏ_５０〜５０重量％、Ｂｉ_２Ｏ_３１２〜６７重量％、ＢａＯ０〜５重量％、ＷＯ_３０〜１２重量％の組成からなり、屈伏温度（Ａｔ）が５８０℃以下、屈折率（ｎｄ）が１．８９以上、アッベ数（νｄ）が２３．０以下であることを特徴とする高屈折率高分散の精密プレス成形用光学ガラス。