JP4687010B2

JP4687010B2 - 光学レンズ用ガラス

Info

Publication number: JP4687010B2
Application number: JP2004169766A
Authority: JP
Inventors: 浩一籔内; 史雄佐藤
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2024-06-08
Also published as: JP2005350279A

Description

本発明は、光学レンズ用ガラスに関するものである。

ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ等の各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズや、ビデオカメラ、デジタルカメラ、フィルムカメラ等の光学レンズには、屈折率（ｎｄ）が１．５５〜１．６０、アッベ数（νｄ）が５７以上の光学ガラスが利用されている。

従来より光学ガラスには、屈折率を高める目的で鉛の含有率が高いガラス（例えば、特許文献１参照。）が使用されていたが、最近では環境問題の観点から鉛を含有しないＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＲＯ−Ｒ’₂Ｏ系のガラス（例えば、特許文献２〜４参照。）に切り替えられつつある。なお、Ｒ’は、Ｌｉ、ＮａおよびＫからなる群より選ばれた１種以上の元素であり、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎからなる群より選ばれた１種以上の元素である。この系のガラスにおいて、Ｂ₂Ｏ₃はアッベ数を高めるために、Ｒ’₂Ｏは軟化点を下げ成形を容易にするために添加されている。
特開昭５８−１３０１３６号公報特開平６−１０７４２５号公報特開２０００−３０２４５９号公報特開２００４−１３７１４５号公報

これらの光ピックアップレンズや光学レンズは、溶融ガラスをノズルの先端から滴下し、研削、研磨、洗浄して得られるプリフォームガラス、または溶融ガラスを急冷鋳造してガラスブロックを作製し、同じく研削、研磨、洗浄して得られるプリフォームガラスを加熱軟化し、精密加工を施した金型の表面形状をガラスに転写させる、いわゆるモールドプレス成型法が広く用いられている。

モールドプレス成型法に使用される光学ガラスには、求められる光学特性（屈折率、アッベ数）を有することは勿論のこと、金型を劣化させないように軟化点が低いこと、耐酸性、耐候性が高いこと等が要求される。

しかし、特許文献２〜４に開示されている光学ガラスは、充分な耐酸性を備えていない場合がある。例えば、光学レンズの加工には、切削、研磨、洗浄工程が含まれるが、研磨粉を効率よく除去するために例えばｐＨ２〜４の酸性溶液が使用される。しかし、充分な耐酸性を備えていないとガラス表面の変質が起こる。表面変質が起きたプリフォームガラスをモールドプレス成型すると、失透ブツやくもり、泡などの欠陥が発生する。

また、光学ガラスが加工されて部品として最終製品に組込まれても、長期間にわたって高温多湿環境下に曝されると、ガラス表面が変質してくもりや変色が発生してしまう。

本発明の目的は、光学特性を満たしながら充分な耐酸性と耐候性を有する光学レンズ用ガラスを提供することである。

本発明者等は、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＲＯ−Ｒ’₂Ｏ系のガラスがＢ₂Ｏ₃と、Ｒ’₂Ｏとを多量に含有しているため、各種洗浄工程でそれらの成分が溶出してくもりの発生の原因となることを突き止め、また、Ｂ₂Ｏ₃の一部をＳｉＯ₂に置換するとともに、Ｒ’₂Ｏの一部をＣａＯ、ＳｒＯおよび／またはＢａＯに置換することによって酸洗浄工程におけるくもりの発生や長期間の使用によるガラス表面の変質を抑制できることを見いだし、本発明を提案するに至った。

すなわち、本発明の光学レンズ用ガラスは、質量％で、ＳｉＯ_２４２〜６０％、Ｂ_２Ｏ_３２〜１０％、ＣａＯ０．５〜１１％、ＢａＯ９．８〜１１．５％、ＳｒＯ０〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ２〜１０％、ＺｒＯ_２０〜３％、Ｌａ_２Ｏ_３０〜２．５％含有し、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの合量が３〜１０％である（ただし、Ｙ_２Ｏ_３が１〜１０質量％の場合を除く）ことを特徴とする。

また、本発明の光学レンズ用ガラスは、屈折率が１．５５〜１．６０、アッベ数が５７以上、酸溶出量が０．６５質量％未満であって、高温高湿処理した後の波長５００ｎｍの透過率が肉厚１０ｍｍにおいて８０％以上であり、該処理による透過率の低下が１０％以下であることを特徴とする。

酸溶出量は、日本光学硝子工業会規格０６−１９７５に基づき、粒度４２０〜５９０μｍに破砕したガラス試料を、その比重と同じ値の質量を秤量して白金篭に入れ、１００ｍＬの０．０１規定の硝酸を加え、沸騰水浴中で６０分間浸漬し、ガラス試料の質量減少率（質量％）を算出したものである。

また、高温高湿処理は、肉厚が１０ｍｍになるよう両面を鏡面仕上げしたガラス試料を、６０℃、９０％の高温多湿環境下に１６８時間放置した。なお、透過率は分光光度計（島津製作所製ＵＶ−３１００ＰＣ）を用いて測定した。

本発明の光学レンズ用ガラスは、上記のような組成であるため、実質的に鉛を使用することなく、屈折率が１．５５〜１．６０、アッベ数が５７以上の光学特性を有するとともに、耐酸性、耐候性に優れる。それゆえ、洗浄工程において酸性溶液によって洗浄されても、また長期間にわたって高温多湿環境下に曝されてもガラス表面が変質することがない。

本発明の光学レンズ用ガラスは、好ましくは、酸溶出量が０．６５質量％未満であって、高温高湿処理した後の波長５００ｎｍの透過率が肉厚１０ｍｍにおいて８０％以上であり、該処理による透過率の低下を１０％以内とすることができる。

酸溶出量が、０．６５質量％以上であると、酸洗浄を行なった場合、くもりや失透ブツが発生して光学レンズ用ガラスとして機能しにくくなる。

また、高温高湿処理において、処理後の透過率が８０％よりも低いと光学部品として機能しにくい。また、該処理による透過率の低下が１０％よりも大きいと経時的に変質しやすいため好ましくない。

光学レンズ用ガラスの組成範囲を上記のように限定した理由を説明する。

ＳｉＯ₂は、ガラスの骨格を構成する成分であり、Ｂ₂Ｏ₃に次いでアッベ数を高める効果の大きい成分であり、耐候性を向上させる成分でもある。ＳｉＯ₂の含有量が６０％よりも多いと、屈折率が低く、軟化点が高くなる傾向にある。また、４２％よりも少ないと、耐酸性や耐候性が悪化する傾向がある。好ましいＳｉＯ₂の含有量の範囲は４５〜５７％、より好ましい範囲は５０〜５５％である。

Ｂ₂Ｏ₃は、アッベ数を高める効果を有するが、上述した様に多量に、具体的には１０％よりも多く含有すると耐酸性が低下する傾向にある。一方、２％よりも含有量が少ないと、アッベ数を５７以上の値にすることが困難となる。好ましいＢ₂Ｏ₃の含有量の範囲は５〜９．５％、より好ましい範囲は７〜９．２％、さらに好ましい範囲は７〜９％である。

ＣａＯは、アルカリ金属酸化物に次いで軟化点を下げる効果が大きいため、アルカリ金属成分と置換することで耐候性や耐酸性を高めることのできる成分である。また、屈折率を高める効果を有する。ただし、多量に含有すると、長期間にわたって高温多湿環境下に曝された場合、ガラス表面が変質しやすい。好ましいＣａＯの含有量の範囲は１〜１０％、より好ましい範囲は５〜１０％である。

ＢａＯは、耐候性を高め、屈折率を高める成分であるとともに、ガラスの液相温度を低下させて、作業性を向上させる成分である。ただし、多量に含有すると、長期間にわたって高温多湿環境下に曝された場合ガラス表面が変質しやすい。好ましいＢａＯの含有量の範囲は９．８〜１１．５％である。

ＳｒＯは、ＢａＯと同様に耐候性を高め、屈折率を高める成分であるとともに、ガラスの液相温度を低下させて、作業性を向上させる成分である。ただし、多量に含有すると、長期間にわたって高温多湿環境下に曝された場合ガラス表面が変質しやすい。好ましいＳｒＯの含有量の範囲は３〜１０％、より好ましい範囲は５〜１０％である。

Ｌｉ₂Ｏは、溶融温度や軟化点を低下させ、作業性を高める効果があるため、必須成分として使用する。好ましいＬｉ₂Ｏの含有量の範囲は３．５〜９％、より好ましい範囲は５〜９％である。１０％を越えると分相性が強く、液相温度が高くなって作業性が悪くなる。一方、２％より少ないと溶融温度が高くなる傾向がある。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏは、溶融温度や軟化点を低下させ、作業性を高める効果を有するが、その合量は３〜１０％、好ましくは５〜１０％である。Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏ合量が多くなると、洗浄工程において表面変質が変質しやすい傾向にある。また、液相温度が上昇して、作業範囲が狭くなり、量産性に悪影響を及ぼす傾向もある。一方、これらの合量が少なくなると軟化点が高くなり、作業性が損なわれる傾向にある。

Ｎａ₂Ｏは、Ｌｉ₂Ｏと同様に溶融温度や軟化点を低下させ、作業性を高める効果を有する。ただし、多すぎるとガラス溶融時のＢ₂Ｏ₃‐Ｎａ₂Ｏで形成される揮発物が多くなり、脈理の生成を助長する傾向にある。Ｎａ₂Ｏの含有量は５％以下、特に３％以下が望ましい。

Ｋ₂Ｏは、Ｎａ₂Ｏと同様に溶融温度や軟化点を低下させ、作業性を高める効果を有するる。ただし、多すぎるとガラス溶融時のＢ₂Ｏ₃‐Ｋ₂Ｏで形成される揮発物が多くなり、脈理の生成を助長する傾向にある。Ｋ₂Ｏの含有量は５％以下、特に３％以下であることが望ましい。

ＺｒＯ₂は、屈折率を高めるとともに、耐候性を向上させるために添加する成分である。しかし、含有量が多くなるとアッベ数を低下させる傾向があるとともに、失透傾向も強くなり、均質なガラスが得られなくなるため、３％以下であることが望ましい。

Ｌａ₂Ｏ₃は、アッベ数を低下させることなく屈折率を高める効果がある。しかし、過剰に含有すると、失透する傾向にあるため、含有量は２．５％以下であることが好ましい。また、モールドプレス成形を行なう場合、含有量が多いと金型と融着する傾向もある。

本発明の光学レンズ用ガラスは、耐候性の向上を目的としてＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯおよび／またはＺｎＯを添加することができる。

Ａｌ₂Ｏ₃は、ＳｉＯ₂と共にガラスの骨格を構成する成分であり、耐候性を向上させる効果があり、１０％まで含有することができる。また、ガラス中のアルカリ成分が水に溶出することを抑制する顕著な効果を有する。しかし、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が多くなると屈折率が低くなる傾向や、軟化点が高くなる傾向がある。好ましいＡｌ₂Ｏ₃の含有量の範囲は０〜８％、より好ましい範囲は１〜５％である。

ＭｇＯは、耐候性を高めるとともに、屈折率を高めるために５％まで添加することができる。しかし、含有量が多いと分相する傾向が強く、また液相温度を高める傾向がある。ＭｇＯの含有量の好ましい範囲は４％以下、より好ましい範囲は３％以下である。

ＺｎＯは、屈折率を高めるとともに、耐候性を向上させるため添加する成分であり、５％まで含有することができる。しかし、含有量が多くなると、アッベ数が低下する傾向があるとともに、失透傾向も強くなり、均質なガラスが得られにくくなるため、その含有量は３％以下であることが望ましい。

本発明の光学レンズ用ガラスは、上記した以外の成分も適宜添加することができる。

Ｓｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂は、清澄剤として機能するため、それぞれ０．５％まで添加することができる。しかし、Ａｓ₂Ｏ₃は、環境負荷物質であるため、実質的に含有しないことが好ましい。

Ｂｉ₂Ｏ₃は、屈折率を高めるために添加する成分である。ただし、含有量が多くなるとガラスが着色する傾向があるため５％以下であることが好ましい。

Ｐ₂Ｏ₅は、液相温度を低下させるために添加する成分である。ただし、含有量が多くなるとガラスが分相しやすくなるとともに、洗浄工程で表面がくもる傾向にあるため、その含有量は５％以下であることが望ましい。

ＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅は、屈折率を高めるために有効な成分であるが、一方でアッベ数の低下を著しく引き起こすため、その含有量はＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅ともにそれぞれ０．３％以下とすることが好ましい。

ＰｂＯは、屈折率を高めるために有効な成分であるが、環境負荷物質であるため実質的に含有しないことが好ましい。

本発明の光学レンズ用ガラスは、軟化点が６３０℃以下であると、モールドプレスによって成型できるため生産性を高めることができ好ましい。軟化点が６３０℃よりも高いと金型として最も一般的に用いられるタングステンカーバイトの表面が腐食しやすくなるため好ましくない。

また、本発明の光学レンズ用ガラスは、密度が３ｇ／ｃｍ^３以下になりやすいため、光学部品の軽量化、さらには、この光学部品を搭載したＣＤ、ＤＶＤ、デジタルカメラ等の機器を軽量化しやすく好ましい。

次に、本発明の光学レンズ用ガラスを用いたレンズ等の光学部品の製造方法について説明する。

まず、所望の組成を有するように調合したガラス原料を１２００〜１４００℃で溶融する。

続いて、溶融ガラスを流し出し所定の形状に成形する。

最後に、所定の形状に成形したガラス片を切断、研削、研磨等の加工を施し、洗浄、乾燥して光学部品を作製する。

また、モールドプレス成型が可能な場合は、溶融ガラスをモールドプレス可能な大きさのプリフォームに成形し、プリフォームを加熱軟化してモールドプレスして所望の形状に加工した後、洗浄、乾燥して光学部品を作製する。

プリフォームの成形方法としては、板状や塊状のガラス片から所定の形状に切り出して研磨、洗浄して作製してもよいが、連続的に所定量ずつ滴下してから研削、研磨、洗浄する液滴成形法を用いると、容易に成形できるため好ましい。

以下、本発明の光学レンズ用ガラスを実施例に基づいて詳細に説明する。

表１は、実施例１〜３および参考例１、２と、比較例１〜３を示すものである。

各試料は、以下のようにして作製した。

まず、表１に記載の組成となるように調合したガラス原料を白金ルツボに入れ、１３５０℃で３時間溶融した。

次に、溶融ガラスをカーボン板上に流し出し、冷却固化した後、アニールを行なって試料を作製した。

屈折率は、屈折率計（カルニュー光学工業社製ＫＰＲ−２００）を用いて、ヘリウムランプのｄ線（波長：５８７．６ｎｍ）における測定値で示した。

アッベ数は、屈折率計（カルニュー光学工業社製ＫＰＲ−２００）を用いて、上記したｄ線、水素ランプのＦ線（波長：４８６．１ｎｍ）、および水素ランプのＣ線（波長：６５６．３ｎｍ）における屈折率をそれぞれ測定した値を、それぞれｎｄ、ｎＦ、ｎＣとした際の｛（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）｝の値とした。

軟化点は、ＪＩＳＲ３１０４に基づいて、ファイバーエロンゲーション法を用いて測定した。

密度は、試料を１０×１０×２０ｍｍの大きさに切り出し、水中でアルキメデス法を用いて測定した。

耐酸性は、日本光学硝子工業会規格０６−１９７５に基づき、粒度４２０〜５９０μｍに破砕したガラス試料を、その比重と同じ値の質量を秤量して白金篭に入れ、１００ｍＬの０．０１規定の硝酸を加え、沸騰水浴中で６０分間浸漬し、ガラス試料の質量減少率（質量％）を算出した。

耐候性は、肉厚が１０ｍｍになるよう両面を鏡面仕上げした試料を、６０℃、９０％の高温多湿環境下に１６８時間放置し、処理前後の波長５００ｎｍにおける透過率を分光光度計（島津製作所製ＵＶ−３１００ＰＣ）を用いて測定し、処理後の透過率と、処理前後の透過率の差で評価した。

表1から明らかなように、実施例１〜３は、屈折率が１．５８１７〜１．５８５３、アッベ数が５８．９〜５９．５であった。また、耐酸性を示す質量減少率は、０．５１％以下と良好であり、耐候性において、処理後の透過率が８３．３％以上であり、処理前後の透過率の差が６．１％以下と小さく良好であった。また、軟化点が５９０〜６１８℃であるため、モールドプレス成型も可能である。

一方、比較例１は、耐酸性を示す質量減少率が１．１５％であり、比較例２、３は、耐候性において、処理後の透過率が７７．５％以下であり、処理前後の透過率の差が１１．７％以上であった。

本発明の光学レンズ用ガラスは、実質的に鉛を含有しないガラスからなり、屈折率が１．５５〜１．６０、アッベ数が５７以上でありながら、耐酸性、耐候性に優れるため、ＣＤ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズや、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の光学レンズに使用可能である。

また、軟化点が低く成型加工時においてもガラス成分が揮発しにくく、金型が劣化しにくいため、モールドプレス成型用光学ガラスとして好適である。

Claims

質量％で、ＳｉＯ_２４２〜６０％、Ｂ_２Ｏ_３２〜１０％、ＣａＯ０．５〜１１％、ＢａＯ９．８〜１１．５％、ＳｒＯ０〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ２〜１０％、ＺｒＯ_２０〜３％、Ｌａ_２Ｏ_３０〜２．５％含有し、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの合量が３〜１０％である（ただし、Ｙ_２Ｏ_３が１〜１０質量％の場合を除く）ことを特徴とする光学レンズ用ガラス。
軟化点が６３０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ用ガラス。
モールドプレス成型用であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学レンズ用ガラス。
屈折率が１．５５〜１．６０、アッベ数が５７以上、酸溶出量が０．６５質量％未満であって、高温高湿処理した後の波長５００ｎｍの透過率が肉厚１０ｍｍにおいて８０％以上であり、該処理による透過率の低下が１０％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学レンズ用ガラス。