JP7075895B2 - 光学ガラス、プリフォーム及び光学素子 - Google Patents
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Description
具体的には、本発明は以下のものを提供する。
質量%で、
P2O5成分 35.0~65.0%、
B2O3成分 0超~20.0%、
BaO成分 0超~30.0%、
SrO成分 0超~35.0%
を含有し、
質量比(B2O3/SrO)が0超であり、
屈折率(nd)1.55~1.70、アッベ数(νd)45~75を有し、
粉末法による化学的耐久性(耐酸性)が1級~5級を有する光学ガラス。
SiO2成分 0~10.0%、
MgO成分 0~15.0%、
CaO成分 0~15.0%、
ZnO成分 0~25.0%、
La2O3成分 0~15.0%、
Gd2O3成分 0~15.0%、
Y2O3成分 0~15.0%、
Yb2O3成分 0~15.0%、
ZrO2成分 0~10.0%、
Nb2O5成分 0~10.0%、
WO3成分 0~10.0%、
TiO2成分 0~10.0%、
Ta2O5成分 0~5.0%、
Li2O成分 0~10.0%、
Na2O成分 0~10.0%、
K2O成分 0~10.0%、
GeO2成分 0~10.0%、
Al2O3成分 0~10.0%、
Ga2O3成分 0~10.0%、
Bi2O3成分 0~10.0%、
TeO2成分 0~10.0%、
SnO2成分 0~3.0%、
Sb2O3成分 0~1.0%
であり、
上記各元素の1種又は2種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のFとしての含有量が0~10.0質量%である(1)記載の光学ガラス。
質量%で、RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の含有量の和が10.0%~50.0%であり、Rn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の含有量の和が15.0%以下であり、Ln2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Ybからなる群より選択される1種以上)を合計20.0%以下である(1)又は(2)のいずれか記載の光学ガラス。
質量比(SrO/BaO)が0超~15.0未満である(1)から(3)記載の光学ガラス。
質量和(BaO+Gd2O3)が0超~50.0%以下である(1)から(4)の記載の光学ガラス。
(1)から(5)のいずれか記載の光学ガラスからなるプリフォーム材。
(1)から(5)のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。
(7)に記載の光学素子を備える光学機器。
また、本発明によれば、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にありながらも、摩耗度が小さく、加工性の良好な光学ガラスを得ることもできる。
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。本明細書中において、各成分の含有量は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全物質量に対する質量%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、金属弗化物等が溶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物質量を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。
本発明の光学ガラスにおいて、P2O5成分は必須の成分であり、ガラスを形成する主成分であるとともに、ガラスの粘性を高め、ガラスの安定性を高める成分である。
P2O5成分の含有量が少なすぎると、ガラスが不安定になるとともに粘性が低くなるおそれやガラスの安定性が悪化するおそれあるため、本発明の光学ガラスでは、P2O5成分の含有量は、好ましくは35.0%以上、より好ましくは38.0%以上、さらに好ましくは40.0%以上とする。
他方で、P2O5成分の含有量が多すぎると、屈折率が下がってしまうため、P2O5成分の含有量は、好ましくは65.0%以下、より好ましくは62.0%以下、より好ましくは60.0%以下、さらに好ましくは58.0%以下とする。
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。
他方で、B2O3成分の含有量を20.0%以下にすることで、化学的耐久性の悪化を抑えられる。従って、B2O3成分の含有量は、好ましくは18.0%以下、より好ましくは15.0%未満、さらに好ましくは13.0%未満とする。
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。
他方で、BaO成分の含有量が多すぎると耐酸性が悪化し、摩耗度が大きくなるため、本発明の光学ガラスが目的とする加工性の改良が難しくなる。従って、BaO成分の含有量は、好ましくは30.0%以下、より好ましくは25.0%以下、さらに好ましくは20.0%以下とする。
BaO成分は、原料としてBaCO3、Ba(NO3)2、Ba(PO3)2、BaF2、等を用いることができる。
他方で、SrO成分の含有量が多すぎると、耐酸性が悪化し、ガラスが安定しなくなる。従って、SrO成分の含有量は、好ましくは35.0%以下、より好ましくは30.0%以下、より好ましくは28.0%以下、より好ましくは26.0%以下、さらに好ましくは25.0%以下とする。
SrO成分は、原料としてSr(NO3)2、SrF2、Sr(PO3)2等を用いることができる。
他方で、この質量比を1.80未満とすることで、耐酸性を良くすることができるため、好ましくは1.80未満、より好ましくは1.70未満、より好ましくは1.50未満、さらに好ましくは1.30未満、さらに好ましくは1.15未満、最も好ましくは1.11未満とする。
他方で、SiO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、安定したガラスが得ることができる。従って、SiO2成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満とする。
SiO2成分は、原料としてSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いることができる。
他方で、MgO成分の含有量を15.0%以下にすることで、これらの成分の過剰な含有による屈折率の低下や失透を低減できる。従って、MgO成分の含有量は、好ましくは15.0%以下、より好ましくは13.0%未満、さらに好ましくは10.0%未満とする。
MgO成分は、原料としてMgCO3、MgF2、MgO、4MgCO3・Mg(OH)2等を用いることができる。
他方で、CaO成分の含有量を15.0%以下にすることで、これらの成分の過剰な含有による、屈折率の低下や失透を低減できる。CaO成分の含有量は、好ましくは15.0%以下、より好ましくは13.0%未満、さらに好ましくは11.0%未満とする。
CaO成分は、原料としてCaCO3、CaF2、等を用いることができる。
他方で、ZnO成分の含有量を25.0%以下にすることで、低分散を維持することができる。従って、ZnO成分の含有量は、好ましくは25.0%以下、より好ましくは23.0%以下、より好ましくは21.0%以下とする。
ZnO成分は、原料としてZnO、ZnF2等を用いることができる。
他方で、含有量が多いと耐失透性が悪化するため、La2O3成分の含有量は、好ましくは15.0%以下、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは7.0%未満とする。
La2O3成分は、原料としてLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)等を用いることができる。
他方で、Gd2O3成分及びYb2O3成分のそれぞれの含有量を15.0%以下にすることで、これらの成分の過剰な含有による失透を低減でき、ガラスの材料コストを抑えられる。従って、Gd2O3成分及びYb2O3成分の含有量は、それぞれ好ましくは15.0%以下、より好ましくは12.0%未満、さらに好ましくは10.0%未満とする。
また、Y2O3成分の含有量を15.0%以下にすることで、これらの成分の過剰な含有による失透を低減でき、且つアッベ数の上昇を抑えられる。従って、Y2O3成分の含有量は、好ましくは20.0%以下、より好ましくは15.0%未満、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
Gd2O3成分、Y2O3成分及びYb2O3成分は、原料としてGd2O3、GdF3、Y2O3、YF3、Yb2O3等を用いることができる。
他方で、ZrO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、所望のアッベ数を維持し、ZrO2成分の過剰な含有によるや耐失透性の低下を抑えられる。従って、ZrO2成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満とする。
ZrO2成分は、原料としてZrO2、ZrF4等を用いることができる。
他方で、Nb2O5成分の含有量を10.0%以下とすることで、低いアッベ数を維持し、耐酸性の減量率を小さくすることができるため、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%以下、さらに好ましくは7.0%以下、さらに好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満とする。
Nb2O5成分は、原料としてNb2O5等を用いることができる。
他方で、WO3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの可視光に対する透過率を低下し難くでき、且つ材料コストを抑えられる。従って、WO3成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは7.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とする。
WO3成分は、原料としてWO3等を用いることができる。
他方で、TiO2成分の含有量を10.0%以下とすることで、低いアッベ数を維持し、安定したガラスを得ることができる。従って、TiO2成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満とする。
TiO2成分は、原料としてTiO2等を用いることができる。
他方で、Ta2O5成分の含有量を5.0%以下にすることで、希少鉱物資源であるTa2O5成分の使用量が減るため、ガラスの材料コストを低減できる。従って、Ta2O5成分の含有量は、好ましくは5.0%以下、より好ましくは3.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とし、最も好ましくは含有しない。
Ta2O5成分は、原料としてTa2O5等を用いることができる。
他方で、Li2O成分の含有量を10.0%以下にすることで、失透を低減でき、熔融ガラスの粘性が高められるため、ガラスへの脈理の発生を低減できる。従って、Li2O成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
Li2O成分は、原料としてLi2CO3、LiNO3、LiF等を用いることができる。
他方で、Na2O成分及びK2O成分のそれぞれの含有量を10.0%以下にすることで、屈折率を低下し難くでき、且つ過剰な含有による失透を低減できる。従って、Na2O成分及びK2O成分のそれぞれの含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
Na2O成分及びK2O成分は、原料としてNa2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6、K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いることができる。
しかしながら、GeO2は原料価格が高いため、その量が多いと材料コストが高くなる。従って、GeO2成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とし、最も好ましくは含有しない。
GeO2成分は、原料としてGeO2等を用いることができる。
他方で、Al2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、過剰な含有による失透を低減できる。従って、Al2O3成分の含有量は、それぞれ好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
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。
他方で、Ga2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、過剰な含有による失透を低減できる。従って、Ga2O3成分の含有量は、それぞれ好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とする。
Ga2O3成分は原料としてGa2O3等を用いることが出来る。
他方で、Bi2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高められ、且つ、ガラスの着色を低減して可視光透過率を高められる。従って、Bi2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とする。
Bi2O3成分は、原料としてBi2O3等を用いることができる。
他方で、TeO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減して可視光透過率を高められる。また、TeO2は白金製の坩堝や、熔融ガラスと接する部分が白金で形成されている熔融槽でガラス原料を熔融する際、白金と合金化しうる問題がある。従って、TeO2成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とする。
TeO2成分は、原料としてTeO2等を用いることができる。
他方で、SnO2成分の含有量を3.0%以下にすることで、熔融ガラスの還元によるガラスの着色や、ガラスの失透を低減できる。また、SnO2成分と熔解設備(特にPt等の貴金属)の合金化が低減されるため、熔解設備の長寿命化を図れる。従って、SnO2成分の含有量は、好ましくは3.0%以下、より好ましくは1.0%未満、さらに好ましくは0.5%未満とする。
SnO2成分は、原料としてSnO、SnO2、SnF2、SnF4等を用いることができる。
一方で、Sb2O3量が多すぎると、可視光領域の短波長領域における透過率が悪くなる。従って、Sb2O3成分の含有量は、好ましくは1.0%以下、より好ましくは0.5%未満、さらに好ましくは0.1%未満とする。
Sb2O3成分は、原料としてSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いることができる。
しかし、F成分の含有量、すなわち上述した元素の1種又は2種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のFとしての合計量が10.0%を超えると、F成分の揮発量が多くなるため、安定した光学恒数が得られ難くなり、均質なガラスが得られ難くなる。また、アッベ数が必要以上に上昇する。
従って、F成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とする。
F成分は、原料として例えばZrF4、AlF3、NaF、CaF2等を用いることで、ガラス内に含有することができる。
特に、この和を10.0%以上にすることで、屈折率を高め、ガラスの耐失透性を高められる。従って、RO成分の合計含有量は、好ましくは10.0%以上、より好ましくは15.0%超、より好ましくは18.0%以上、さらに好ましくは20.0%以上、さらに好ましくは23.0%超とする。
他方で、この和を50.0%以下にすることで、これらの成分の過剰な含有による失透を低減でき、耐酸性の減量率や摩耗度が小さいものが得られる。従って、RO成分の合計含有量は、好ましくは50.0%以下、より好ましくは45.0%未満、さらに好ましくは42.0%未満、さらに好ましくは40.0%未満とする。
特に、この質量和を20.0%以下にすることで、ガラスの安定性を高め、ガラスの耐失透性を高められる。従って、Ln2O3成分の含有量の質量和は、好ましくは20.0%以下、より好ましくは15.0%以下、さらに好ましくは13.0%以下とする。
他方で、この質量比(SrO/BaO)は、好ましくは15.0未満、より好ましくは14.0未満、さらに好ましくは13.0未満とする。
特に、この和を0%超にすることで、所望のアッベ数を維持しながらも耐酸性の減量率が小さく、摩耗度の小さいガラスが得られる。従って、質量和(BaO+Gd2O3)は、好ましくは0%超、より好ましくは0.05%超、さらに好ましくは1.0%超、さらに好ましくは1.5%超とする。
他方で、この質量和(BaO+Gd2O3)は、50.0%以下とすることで、所望の屈折率を有しながら、摩耗度を小さくし且つガラスを安定にすることができる。好ましくは50.0%以下、より好ましくは40.0%未満、より好ましくは35.0%未満、より好ましくは30.0%未満、より好ましくは24.5%未満にしてもよい。
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。
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、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1~5時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1000~1300℃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、高屈折率及び高アッベ数(低分散)を有する。
特に、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)の下限は、好ましくは1.55以上、より好ましくは1.56以上、さらに好ましくは1.57以上とする。この屈折率の上限は、好ましくは1.70以下、より好ましくは1.65、さらに好ましくは1.63とする。
また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)の下限は、好ましくは45以上、より好ましくは50以上、さらに好ましくは55以上、さらに好ましくは60以上とする。このアッベ数の上限は、好ましくは75以下、より好ましくは73以下、さらに好ましくは70未満とする。
本発明の光学ガラスは、このような屈折率及びアッベ数を有するため、光学設計上有用であり、特に高い結像特性等を図りながらも、光学系の小型化を図ることができ、光学設計の自由度を広げることができる。
これにより、光学ガラスの加工性が改善するほか車載用途等で使用する際に、酸性雨等によるガラスの曇りが低減されるため、ガラスからの光学素子の作製をより行い易くできる。
なお、化学的耐久性(耐酸性)の「1級」は、測定前後の試料の質量の減量率が0.20質量%未満であり、「2級」は、測定前後の試料の質量の減量率が0.20質量%以上0.35質量%未満であり、「3級」は、測定前後の試料の質量の減量率が0.35質量%以上0.65質量%未満であり、「4級」は、測定前後の試料の質量の減量率が0.65質量%以上1.20質量%未満であり、「5級」は、測定前後の試料の質量の減量率が1.20質量%以上2.20質量%未満であり、「6級」は、測定前後の試料の質量の減量率が2.20質量%以上である。
なお、摩耗度とは、「JOGIS10-1994光学ガラスの磨耗度の測定方法」に準じて測定して得た値を意味するものとする。
特に、本発明の光学ガラスは、ガラスの透過率で表すと、厚み10mmのサンプルで分光透過率80%を示す波長(λ80)は、好ましくは420nm、より好ましくは410nm、さらに好ましくは400nmを上限とする。
また、本発明の光学ガラスにおける、厚み10mmのサンプルで分光透過率5%を示す最も短い波長(λ5)は、好ましくは380nm、より好ましくは370nm、さらに好ましくは360nmを上限とする。
これらにより、ガラスの吸収端が紫外領域の近傍になり、可視光に対するガラスの透明性が高められるため、この光学ガラスを、レンズ等の光を透過させる光学素子に好ましく用いることができる。
作製された光学ガラスから、例えば研磨加工の手段、又は、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することができる。すなわち、光学ガラスに対して研削及び研磨等の機械加工を行ってガラス成形体を作製したり、光学ガラスから作製した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、研磨加工を行って作製したプリフォームや、公知の浮上成形等により成形され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することができる。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。
なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。
磨耗度={(試料の磨耗質量/比重)/(標準試料の磨耗質量/比重)}×100
により計算した。
Claims (7)
- 質量%で、
P2O5成分 35.0~65.0%、
B2O3成分 0超~20.0%、
BaO成分 0超~20.0%、
SrO成分 3.0%超~35.0%
ZnO成分 1.31%~25.0%
を含有し、
Rn2O成分(式中、RnはLi 、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の含有量の和が1.47%以下であり
質量比(B2O3/SrO)が0超であり、
屈折率(nd)1.55~1.70、アッベ数(νd)45~75を有し、
粉末法による化学的耐久性(耐酸性)が1級~4級を有する光学ガラス。 - 質量%で、RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1 種以上)の含有量の和が10.0%~50.0%であり、Ln2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Ybからなる群より選択される1種以上)を合計20.0%以下である請求項1記載の光学ガラス
- 質量比(SrO/BaO)が0超~15.0未満である請求項1又は2記載の光学ガラス 。
- 質量和(BaO+Gd2O3)が0超~50.0%以下である請求項1から3のいずれか記載の光学ガラス。
- 請求項1から4のいずれか記載の光学ガラスからなるプリフォーム材。
- 請求項1から5のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。
- 請求項6に記載の光学素子を備える光学機器。
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