JP5916934B1 - 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム、及び光学素子 - Google Patents
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Abstract
Description
P5+:31〜38%、
Al3+:9〜14%、
Mg2+:10〜23%、
Ca2+:5〜12%、
Ba2+:15〜25%、
Zn2+:1〜5%、
La3+:1〜5%、
を含み、
アニオン%表示で、
O2-:57〜67%、
F-:33〜43%、
を含み、
Li+、Na+、K+、Sr2+、Y3+及びGd3+を含まず、
屈折率(nd)が1.54〜1.57であり、アッベ数(νd)が70〜74であることを特徴とする。
ここで、「Li+、Na+、K+、Sr2+、Y3+及びGd3+を含まず」とは、Li+、Na+、K+、Sr2+、Y3+及びGd3+を意図して含有させない、即ち、Li+、Na+、K+、Sr2+、Y3+及びGd3+を実質的に含有しないことを意味する。
以下、本発明の光学ガラスを具体的に説明する。
まず、本発明において、光学ガラスのガラス組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
本明細書において、各成分の含有率は特に断りがない場合は、全てモル比に基づくカチオン%又はアニオン%で表示されるものとする。ここで、「カチオン%」及び「アニオン%」とは、本発明の光学ガラスのガラス構成成分をカチオン成分及びアニオン成分に分離し、それぞれにおいて合計割合を100モル%として、ガラス中に含有される各成分の組成を示すものである。
本発明の光学ガラスにおいて、P5+は、ガラスの網目構造を形成し、ガラスに製造可能な耐失透安定性を持たせることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が38%を超えると、他の各成分を配合することの効果が十分に得られないおそれがある上、化学的耐久性が低下するおそれがあり、一方、31%未満では、耐失透安定性が低下するおそれがあるため、P5+の含有率を31〜38%の範囲とした。P5+の含有率は、好ましくは32〜37%、より好ましくは33〜36%の範囲である。
P5+は、原料としてAl(PO3)3、Mg(PO3)2、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、Zn(PO3)2等を用いてガラス内に含有させることができる。
本発明の光学ガラスにおいて、Al3+は、一定量含むことでガラスの耐失透安定性を高めると共に、化学的耐久性を高めることのできる有用成分である。しかしながら、その含有率が14%を超えると、耐失透安定性が低下するおそれがあり、一方、9%未満では、光学ガラスに通常必要とされる化学的耐久性が低下するおそれがあるため、Al3+の含有率を9〜14%の範囲とした。Al3+の含有率は、好ましくは10〜13%、より好ましくは11〜12%の範囲である。
Al3+は、原料としてAl(PO3)3、Al2O3、Al(OH)3、AlF3等を用いてガラス内に含有させることができる。
本発明の光学ガラスにおいて、Mg2+は、ガラスのアッベ数(νd)を高める(低分散性を向上させる)と共に、化学的耐久性を高めることのできる有用成分である。しかしながら、その含有率が23%を超えると、耐失透安定性が低下するおそれがあり、一方、10%未満では、低分散性や、光学ガラスに通常必要とされる化学的耐久性が十分に良好なものとならないおそれがあるため、Mg2+の含有率を10〜23%の範囲とした。Mg2+の含有率は、好ましくは11〜22%、より好ましくは13〜21%の範囲である。
Mg2+は、原料としてMg(PO3)2、MgO、MgCO3、Mg(OH)2、MgF2等を用いてガラス内に含有させることができる。
本発明の光学ガラスにおいて、Ca2+は、ガラスのアッベ数(νd)を低下させずに屈折率(nd)を高めることのできる有用成分である。しかしながら、その含有率が12%を超えると、耐失透安定性が低下するおそれがあり、一方、5%未満では、光学ガラスに通常必要とされる化学的耐久性が十分に高いものとならないおそれがあるため、Ca2+の含有率を5〜12%の範囲とした。Ca2+の含有率は、好ましくは6〜11%、より好ましくは7〜10%の範囲である。
Ca2+は、原料としてCa(PO3)2、CaCO3、CaF2等を用いてガラス内に含有させることができる。
本発明の光学ガラスにおいて、Ba2+は、ガラスの耐失透安定性を高めると共に、ガラスの屈折率(nd)を高めることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が25%を超えると、他の各成分を配合することの効果が十分に得られないおそれがある上、化学的耐久性が低下するおそれがあり、一方、15%未満では、耐失透安定性が十分に高いものとならないおそれがあるため、Ba2+の含有率を15〜25%の範囲とした。Ba2+の含有率は、好ましくは16〜24%、より好ましくは17〜23%の範囲である。
Ba2+は、原料としてBa(PO3)2、BaCO3、Ba(NO3)2、BaF2等を用いてガラス内に含有させることができる。
本発明の光学ガラスにおいて、Zn2+は、ガラスの耐失透安定性を高めると共に、ガラスの屈折率(nd)を高めることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が5%を超えると、アッベ数(νd)が低下する(低分散性が悪化する)おそれがあり、一方、1%未満では、耐失透安定性が十分に高いものとならないおそれがあるため、Zn2+の含有率を1〜5%の範囲とした。Zn2+の含有率は、好ましくは1.5〜4.5%、より好ましくは2〜4%の範囲である。
Zn2+は、原料としてZn(PO3)2、ZnO、ZnF2等を用いてガラス内に含有させることができる。
本発明の光学ガラスにおいて、La3+は、屈折率(nd)に加えて化学的耐久性を高めることができる上、Y3+やGd3+等の他の希土類カチオンに比べ、耐失透安定性を向上させることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が5%を超えると、アッベ数(νd)が低下する(低分散性が悪化する)おそれがあり、一方、1%未満では、耐失透安定性および化学的耐久性が十分に高いものとならないおそれがあるため、La3+の含有率を1〜5%の範囲とした。La3+の含有率は、好ましくは1〜4%、より好ましくは1〜3%の範囲である。
La3+は、原料としてLa(PO3)3、La2O3、LaF3等を用いてガラス内に含有させることができる。
本発明の光学ガラスにおいて、O2-は、ガラスの網目構造を形成し、ガラスに製造可能な耐失透安定性を持たせることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が67%を超えると、アッベ数(νd)が低下する(低分散性が悪化する)おそれがあり、一方、57%未満では、耐失透安定性が低下するおそれがあるため、O2-の含有率を57〜67%の範囲とした。O2-の含有率は、好ましくは58〜66%、より好ましくは59〜65%の範囲である。
O2-は、原料として各種カチオン成分の酸化物及びリン酸塩等を用いてガラス内に含有させることができる。
本発明の光学ガラスにおいて、F-は、ガラスのアッベ数(νd)を高める(低分散性を向上させる)ことができる有用成分である。しかしながら、その含有率が43%を超えると、耐失透安定性が低下するおそれがあり、一方、33%未満では、アッベ数(νd)が低下する(低分散性が悪化する)おそれがあるため、F-の含有率を33〜43%の範囲とした。好ましくは34〜42%、より好ましくは35〜41%の範囲である。
F-は、原料として各種カチオン成分のフッ化物等を用いてガラス内に含有させることができる。
なお、本発明の光学ガラスにおいて、Li+、Na+及びK+は、耐失透安定性および化学的耐久性を著しく低下させるおそれがあることが判明した。そこで、本発明では、Li+、Na+及びK+を含まないものとした。
また、本発明の光学ガラスにおいて、Sr2+は、耐失透安定性を著しく低下させるおそれがあることが判明した。そこで、本発明では、Sr2+を含まないものとした。
さらに、本発明の光学ガラスにおいて、Y3+及びGd3+は、耐失透安定性を著しく低下させるおそれがあることが判明した。そこで、本発明では、Y3+及びGd3+を含まないものとした。
本発明の光学ガラスにおいて、屈折率(nd)としては、1.54〜1.57の範囲であることを要し、1.542〜1.568の範囲が好ましく、1.544〜1.566の範囲がより好ましい。
また、本発明の光学ガラスにおいて、アッベ数(νd)としては、所望の低分散性を得る観点から、70〜74の範囲であることを要し、70.2〜73.8の範囲が好ましく、70.4〜73.6の範囲がより好ましい。
次に、本発明の光学ガラスの製造方法について説明する。
ここで、本発明の光学ガラスは、各成分の組成が上述した範囲を満足し、且つ上述した屈折率及びアッベ数を有していればよく、その製造方法については特に限定されることなく、従来の製造方法に従って製造することができる。
例えば、まず、本発明の光学ガラスに含まれ得る各成分の原料として、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩、フッ化物などを所定の割合で秤量し、十分混合したものをガラス調合原料とする。次いで、この原料を、ガラス原料等と反応性のない耐熱容器(例えば、白金坩堝等)に投入して、電気炉にて900〜1300℃に加熱して熔融しながら適時撹拌する。次いで、電気炉で清澄、均質化してから、適当な温度に予熱した金型に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷して歪みを取り除くことで、本発明の光学ガラスを製造することができる。なお、ガラスの着色改善や脱泡のため、ごく少量(例えば、光学ガラス中において0.5%以下となるような量)のSb2O3など、工業上周知の成分を加えることができる。
以下、本発明の精密プレス成形用プリフォームを具体的に説明する。
ここで、精密プレス成形用プリフォーム(Precision press−molding preform)(以下、単に「プリフォーム」と称することがある。)は、周知の精密プレス成形法に用いられる予備成形されたガラス素材であり、すなわち、加熱して精密プレス成形に供されるガラス予備成形体を意味する。
なお、本発明の精密プレス成形用ガラスプリフォームは、所望の性能を得る観点から、本発明の光学ガラスについて既述した、各成分の組成並びに屈折率及びアッベ数に関する必須要件を満たすことが好ましく、本発明の光学ガラスについて既述した、好ましいとされる各種要件を満たすことがより好ましい。
一方、両凸レンズの精密プレス成形に好適なプリフォームは、被プレス面の一方が凸面であり、他方が凸面または平面であるプリフォームである。
以下、本発明の光学素子を具体的に説明する。
本発明の光学素子は、本発明の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする。このように、本発明の光学素子は、本発明の光学ガラスを素材として用いているため、高品質である。
なお、本発明の光学素子は、所望の性能を得る観点から、本発明の光学ガラスについて既述した、各成分の組成並びに屈折率及びアッベ数に関する必須要件を満たすことが好ましく、本発明の光学ガラスについて既述した、好ましいとされる各種要件を満たすことがより好ましい。
次に本発明の光学素子の製造方法について説明する。
本発明の光学素子は、例えば、上記本発明のプリフォームをプレス成形型を用いて精密プレス成形することにより、製造することができる。
第2の光学素子の製造方法(「光学素子製法II」とする。)は、加熱したプリフォームを予熱したプレス成形型に導入し、精密プレス成形し、光学素子を得る方法である。
<耐失透安定性の評価方法>
1時間熔融したガラスについて、電気炉から取り出し撹拌を行い、撹拌開始から失透開始までの時間を測定し、以下の基準に基づいて耐失透安定性を評価した。
○:失透開始まで180秒以上
×:失透開始まで180秒未満
比較例1の光学ガラスは、Li+を含むため、耐失透安定性が低い。
比較例2の光学ガラスは、Sr2+を含むため、耐失透安定性が低い。
比較例3の光学ガラスは、La3+を含まずY3+を含むため、耐失透安定性が低い。
比較例4の光学ガラスは、La3+を含まずGd3+を含むため、耐失透安定性が低い。
比較例5の光学ガラスは、Zn2+の含有量が多いため、アッベ数(νd)が低く、低分散性に劣る。
比較例6の光学ガラスは、O2-の含有量が多い(F-の含有量が少ない)ため、アッベ数(νd)が低く、低分散性に劣る。
比較例7の光学ガラスは、Al3+の含有量が多いため、耐失透安定性が低い。
比較例8の光学ガラスは、Mg2+の含有量が多いため、耐失透安定性が低い。
比較例9の光学ガラスは、Ca2+の含有量が多いため、耐失透安定性が低い。
比較例10の光学ガラスは、Ba2+の含有量が少ないため、耐失透安定性が低い。
比較例11の光学ガラスは、La3+の含有量が少ないため、耐失透安定性が低い。
Claims (3)
- カチオン%表示で、
P5+:31〜38%、
Al3+:9〜14%、
Mg2+:10〜23%、
Ca2+:5〜12%、
Ba2+:15〜25%、
Zn2+:1〜5%、
La3+:1〜5%、
を含み、
アニオン%表示で、
O2-:57〜67%、
F-:33〜43%、
を含み、
Li+、Na+、K+、Sr2+、Y3+及びGd3+を含まず、
屈折率(nd)が1.54〜1.57であり、アッベ数(νd)が70〜74であることを特徴とする光学ガラス。 - 請求項1に記載の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする精密プレス成形用プリフォーム。
- 請求項1に記載の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする光学素子。
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