JP7472562B2 - Optical Glass - Google Patents
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Description
本発明はレンズ等の光学素子用途に好適な光学ガラスに関する。 The present invention relates to optical glass suitable for use in optical elements such as lenses.
近年、カメラ、顕微鏡及び内視鏡等に用いられる光学系の小型化や軽量化に伴い、使用される光学レンズに用いられるガラスの光学特性として、より高屈折率が求められている。 In recent years, as optical systems used in cameras, microscopes, endoscopes, etc. have become smaller and lighter, there is a demand for higher refractive indexes as optical properties of the glass used in the optical lenses.
ガラスをより高屈折率にするためには、ガラス骨格成分であるＳｉＯ２やＢ２Ｏ３の含有量を少なくし、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５等の希土類酸化物またはＮｂ２Ｏ５やＴｉＯ２を多量に含有させる必要がある。しかしながら、この場合ガラス化が困難になる。これは、一般に、光学ガラスは原料を坩堝等の溶融容器内で溶融し、冷却することで作製されるため、ガラス骨格成分が少ないガラス系では、溶融容器との接触界面を起点として結晶化が進行しやすくなるからである。 In order to make glass have a higher refractive index, it is necessary to reduce the content of SiO2 and B2O3 , which are glass skeleton components, and to include a large amount of rare earth oxides such as La2O3 , Gd2O3 , and Ta2O5 , or Nb2O5 and TiO2 . However, in this case, vitrification becomes difficult. This is because optical glass is generally produced by melting raw materials in a melting vessel such as a crucible and cooling them , and in glass systems with a small amount of glass skeleton components, crystallization tends to proceed from the contact interface with the melting vessel.
ガラス化しにくい組成であっても、溶融容器との界面での接触をなくすことによりガラス化が可能となる。このような方法として、原料を浮遊させた状態で溶融、冷却する無容器浮遊法（無容器凝固法）が知られている。当該方法を用いると、溶融ガラスが溶融容器にほとんど接触することがないため、溶融容器との界面を起点とする結晶化を防止することができ、ガラス化が可能となる。例えば、特許文献１では、無容器浮遊法により、ガラス組成としてＴｉＯ２とＢａＯのみを含有するガラスが作製されている。 Even if the composition is difficult to vitrify, it can be vitrified by eliminating contact at the interface with the melting vessel. As such a method, a containerless levitation method (containerless solidification method) is known in which the raw material is melted and cooled in a floating state. By using this method, the molten glass hardly comes into contact with the melting vessel, so that crystallization originating from the interface with the melting vessel can be prevented, and vitrification becomes possible. For example, in Patent Document 1, a glass containing only TiO2 and BaO as a glass composition is produced by the containerless levitation method.
特許文献１に記載のガラスは、比較的失透しやすいため、無容器浮遊法を用いた場合であっても、大径化（例えば長径２ｍｍ以上）は困難である。また、加熱により軟化変形する前に失透するため、モールドプレスによる成形も困難である。 The glass described in Patent Document 1 is relatively susceptible to devitrification, so even when the containerless floating method is used, it is difficult to make it larger in diameter (for example, to a major axis of 2 mm or more). In addition, since it devitrifies before it softens and deforms when heated, it is also difficult to mold it using a mold press.
以上に鑑み、本発明は、高屈折率であり、かつ耐失透性に優れ、大径化やモールドプレス成形が可能な新規な光学ガラスを提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention aims to provide a new optical glass that has a high refractive index, excellent resistance to devitrification, and can be made large in diameter and molded by press molding.
本発明者らが鋭意検討した結果、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２及びＢ２Ｏ３を必須成分として所定範囲で含有する光学ガラスであれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。 As a result of intensive research, the present inventors have found that the above problems can be solved by an optical glass containing La2O3 , Nb2O5 , TiO2 and B2O3 as essential components in prescribed ranges, and propose this in the present invention.
即ち、本発明の光学ガラスは、モル％で、Ｌａ２Ｏ３ １０～５０％、Ｎｂ２Ｏ５ １０～７０％、ＴｉＯ２ ０超～６０％、及び、Ｂ２Ｏ３ ０超～４０％を含有することを特徴とする。 That is, the optical glass of the present invention is characterized by containing, in mole percent, 10 to 50% La 2 O 3 , 10 to 70% Nb 2 O 5 , more than 0 to 60% TiO 2 , and more than 0 to 40% B 2 O 3 .
本発明の光学ガラスは、モル％で、Ｌａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＴｉＯ２ ６０％以上を含有することが好ましい。なお本明細書において「ｘ＋ｙ＋・・・」は該当する各成分の合量を意味する。 The optical glass of the present invention preferably contains, in mol %, at least 60% of La 2 O 3 +Nb 2 O 5 +TiO 2 . In this specification, "x+y+..." means the total amount of the corresponding components.
本発明の光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が２．０５～２．３５、アッベ数（νｄ）が１０～４０であることが好ましい。 The optical glass of the present invention preferably has a refractive index (nd) of 2.05 to 2.35 and an Abbe number (νd) of 10 to 40.
本発明の光学ガラスは、ガラス転移点（Ｔｇ）が７５０℃以下であることが好ましい。このようにすれば、モールドプレス成形を容易に行うことができる。 The optical glass of the present invention preferably has a glass transition point (Tg) of 750°C or less. This makes it easy to perform mold press molding.
本発明の光学ガラスは、モールドプレス成形用として好適である。 The optical glass of the present invention is suitable for use in mold press molding.
本発明によれば、高屈折率であり、かつ耐失透性に優れ、大径化やモールドプレス成形が可能な新規な光学ガラスを提供することができる。 The present invention provides a new optical glass that has a high refractive index, excellent resistance to devitrification, and can be made large in diameter and molded by press molding.
本発明の光学ガラスは、モル％で、Ｌａ２Ｏ３ １０～５０％、Ｎｂ２Ｏ５ １０～７０％、ＴｉＯ２ ０超～６０％、及び、Ｂ２Ｏ３ ０超～４０％を含有することを特徴とする。ガラス組成範囲をこのように限定した理由を以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量の説明において、特に断りのない限り「％」は「モル％」を意味する。 The optical glass of the present invention is characterized by containing, in mol %, 10-50% La 2 O 3 , 10-70% Nb 2 O 5 , more than 0 to 60% TiO 2 , and more than 0 to 40% B 2 O 3 . The reasons for limiting the glass composition range in this way are explained below. In the following explanation of the content of each component, "%" means "mol %" unless otherwise specified.
Ｌａ２Ｏ３は屈折率を高め、ガラス化の安定性を高める成分である。また、耐候性を向上させる効果もある。Ｌａ２Ｏ３の含有量は１０～５０％であり、好ましくは１２～４０％、より好ましくは１５～３５％、さらに好ましくは２０～３０％である。Ｌａ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、Ｌａ２Ｏ３の含有量が多すぎると、ガラス転移点が高くなり、モールドプレス成形が困難になる。また、ガラス化しにくくなる。 La 2 O 3 is a component that increases the refractive index and enhances the stability of vitrification. It also has the effect of improving weather resistance. The content of La 2 O 3 is 10 to 50%, preferably 12 to 40%, more preferably 15 to 35%, and even more preferably 20 to 30%. If the content of La 2 O 3 is too low, it is difficult to obtain the above effects. On the other hand, if the content of La 2 O 3 is too high, the glass transition point becomes high, making mold press molding difficult. It also becomes difficult to vitrify.
Ｎｂ２Ｏ５は屈折率を高める効果が大きい成分であり、ガラス化範囲を広げる効果もある。また、ガラス転移点を低下させる効果がある。Ｎｂ２Ｏ５の含有量は１０～７０％、好ましくは１５～６７％、より好ましくは２０～６５％である。Ｎｂ２Ｏ５の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、Ｎｂ２Ｏ５の含有量が多すぎると、かえってガラス化しにくくなる。 Nb 2 O 5 is a component that has a large effect of increasing the refractive index, and also has the effect of widening the vitrification range. It also has the effect of lowering the glass transition point. The content of Nb 2 O 5 is 10 to 70%, preferably 15 to 67%, and more preferably 20 to 65%. If the content of Nb 2 O 5 is too low, it becomes difficult to obtain the above effect. On the other hand, if the content of Nb 2 O 5 is too high, it becomes difficult to vitrify the glass.
ＴｉＯ２は屈折率を高める効果が大きい成分であり、化学的耐久性を高める効果もある。ＴｉＯ２の含有量は０超～６０％であり、好ましくは１～５５％、より好ましくは３～５０％、さらに好ましくは５～４５％、特に好ましくは５～４０％、最も好ましくは５～２５％である。ＴｉＯ２の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、ＴｉＯ２の含有量が多すぎると、失透しやすくなり所望の大きさのガラス材を得にくくなる。なお、屈折率を高める効果を優先する場合は、ＴｉＯ２の含有量は４０％超が好ましく、４５％以上がより好ましい。 TiO2 is a component that has a large effect of increasing the refractive index, and also has an effect of increasing chemical durability. The content of TiO2 is more than 0 to 60%, preferably 1 to 55%, more preferably 3 to 50%, even more preferably 5 to 45%, particularly preferably 5 to 40%, and most preferably 5 to 25%. If the content of TiO2 is too small, it is difficult to obtain the above effect. On the other hand, if the content of TiO2 is too large, it is easy to devitrify and it is difficult to obtain a glass material of the desired size. In addition, when the effect of increasing the refractive index is prioritized, the content of TiO2 is preferably more than 40%, more preferably 45% or more.
なお、高屈折率かつ高分散の光学特性を得る観点からは、Ｌａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＴｉＯ２の含有量は６０％以上、６５％以上、特に７０％以上であることが好ましい。上限は特に限定されないが、多すぎるとガラス化しにくくなって大径化（例えば、長径が２ｍｍ以上、３ｍｍ以上、４ｍｍ以上、さらには５ｍｍ以上）が困難となったり、ガラス転移点が高くなってモールドプレス成形が困難になる傾向がある。よって、Ｌａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＴｉＯ２の含有量は１００％未満、９９％以下、９５％以下、特に９０％以下であることが好ましい。 From the viewpoint of obtaining optical properties of high refractive index and high dispersion, the content of La2O3 + Nb2O5 + TiO2 is preferably 60% or more, 65% or more, particularly 70% or more. There is no particular upper limit, but if it is too much, it becomes difficult to vitrify and it becomes difficult to increase the diameter (for example, the major axis is 2 mm or more, 3 mm or more, 4 mm or more, or even 5 mm or more), or the glass transition point becomes high and mold press molding tends to become difficult. Therefore, it is preferable that the content of La2O3 + Nb2O5 + TiO2 is less than 100%, 99% or less, 95% or less, particularly 90% or less.
また、ガラスの熱安定性の観点から、Ｎｂ２Ｏ５とＬａ２Ｏ３の含有量のモル比（Ｎｂ２Ｏ５／Ｌａ２Ｏ３）は１～３．５、１～２．５未満、特に１～２．４であることが好ましい。このようにすれば、モールドプレス成形時における失透を抑制することができる。 From the viewpoint of the thermal stability of the glass, the molar ratio of the contents of Nb 2 O 5 and La 2 O 3 (Nb 2 O 5 /La 2 O 3 ) is preferably 1 to 3.5, 1 to less than 2.5, particularly 1 to 2.4, so that devitrification during mold press forming can be suppressed.
Ｂ２Ｏ３はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。また、ガラス転移点を低下させる効果がある。Ｂ２Ｏ３の含有量は０超～４０％、好ましくは５～３５％、より好ましくは１０～３０％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性を得にくくなる。 B 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton and expands the vitrification range. It also has the effect of lowering the glass transition point. The content of B 2 O 3 is more than 0 to 40%, preferably 5 to 35%, and more preferably 10 to 30%. If the content of B 2 O 3 is too low, it becomes difficult to obtain the above effect. On the other hand, if the content of B 2 O 3 is too high, the refractive index decreases and it becomes difficult to obtain the desired optical characteristics.
なお、高屈折率であり、かつ耐失透性に優れ、大径化やモールドプレス成形が可能なガラスを得る観点からは、Ｌａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３の含有量は７０％以上、７５％以上、特に８０％以上であることが好ましい。上限は１００％であっても良いが、他の成分を含有させる場合は、１００％未満、９９％以下、９５％以下、さらには９０％以下としてもよい。 From the viewpoint of obtaining a glass having a high refractive index, excellent resistance to devitrification, and capable of being made large in diameter or molded by press molding, the content of La2O3 + Nb2O5 + TiO2 + B2O3 is preferably 70% or more, 75 % or more, and particularly preferably 80% or more. The upper limit may be 100%, but when other components are contained, it may be less than 100%, 99% or less, 95% or less, or even 90% or less.
本発明の光学ガラスには、上記成分以外にも、以下の成分を含有させることができる。 In addition to the above components, the optical glass of the present invention may contain the following components.
Ｇｄ２Ｏ３はガラス化の安定性を高め、屈折率を高める成分である。ただし、Ｇｄ２Ｏ３の含有量が多すぎると、かえってガラス化しにくくなる。従って、Ｇｄ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０～２０％、より好ましくは０．１～１０％である。 Gd 2 O 3 is a component that increases the stability of vitrification and increases the refractive index. However, if the content of Gd 2 O 3 is too high, vitrification becomes more difficult. Therefore, the content of Gd 2 O 3 is preferably 0 to 20%, more preferably 0.1 to 10%.
Ｔａ２Ｏ５は屈折率を高める効果が大きい成分である。ただし、Ｔａ２Ｏ５の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなり、また原料コストが高くなる傾向がある。従って、Ｔａ２Ｏ５の含有量は、好ましくは０～２０％、より好ましくは０．１～５％である。 Ta 2 O 5 is a component that has a large effect of increasing the refractive index. However, if the content of Ta 2 O 5 is too high, vitrification becomes difficult and the raw material cost tends to increase. Therefore, the content of Ta 2 O 5 is preferably 0 to 20%, more preferably 0.1 to 5%.
Ｙ２Ｏ３はガラス化の安定性を高め、屈折率を高める成分である。ただし、Ｙ２Ｏ３の含有量が多すぎると、かえってガラス化しにくくなる。従って、Ｙ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０～２０％、より好ましくは０～１０％である。 Y 2 O 3 is a component that increases the stability of vitrification and increases the refractive index. However, if the content of Y 2 O 3 is too high, vitrification becomes more difficult. Therefore, the content of Y 2 O 3 is preferably 0 to 20%, more preferably 0 to 10%.
Ｙｂ２Ｏ３は屈折率を高める成分である。ただし、Ｙｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。従って、Ｙｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０～２０％、より好ましくは０～１０％である。 Yb 2 O 3 is a component that increases the refractive index. However, if the content of Yb 2 O 3 is too high, vitrification becomes difficult. Therefore, the content of Yb 2 O 3 is preferably 0 to 20%, more preferably 0 to 10%.
ＺｒＯ２は屈折率を高める成分であり、また化学的耐久性を高める効果も有する。ただしＺｒＯ２の含有量が多すぎると、ガラス転移点が高くなる。また、ガラス化しにくくなる。従って、ＺｒＯ２の含有量は、好ましくは０～１０％、より好ましくは０～５％である。 ZrO2 is a component that increases the refractive index and also has the effect of increasing chemical durability. However, if the content of ZrO2 is too high, the glass transition point becomes high. Also, it becomes difficult to vitrify. Therefore, the content of ZrO2 is preferably 0 to 10%, more preferably 0 to 5%.
Ａｌ２Ｏ３はガラス骨格を形成し、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性を得にくくなる。また、ガラス転移点が高くなる。従って、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０～２０％、より好ましくは０～１０％である。 Al 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton and expands the vitrification range. However, if the content of Al 2 O 3 is too high, the refractive index decreases and it becomes difficult to obtain the desired optical properties. In addition, the glass transition point becomes high. Therefore, the content of Al 2 O 3 is preferably 0 to 20%, more preferably 0 to 10%.
ＳｉＯ２はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。また、耐候性を向上させる効果もある。ただし、ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性を得にくくなる。従って、ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは０～３０％、より好ましくは０～２０％である。 SiO2 is a component that forms the glass skeleton and expands the vitrification range. It also has the effect of improving weather resistance. However, if the SiO2 content is too high, the refractive index decreases and it becomes difficult to obtain the desired optical characteristics. Therefore, the SiO2 content is preferably 0 to 30%, more preferably 0 to 20%.
ＧｅＯ２は屈折率を高める成分であり、ガラス化範囲を広げる効果もある。ただし、ＧｅＯ２の含有量が多すぎると、原料コストが高くなる傾向がある。従って、ＧｅＯ２の含有量は、好ましくは０～１０％、より好ましくは０～５％である。 GeO2 is a component that increases the refractive index and also has the effect of widening the vitrification range. However, if the GeO2 content is too high, the raw material cost tends to be high. Therefore, the GeO2 content is preferably 0 to 10%, more preferably 0 to 5%.
ＷＯ３は屈折率を高める効果がある。また、中間酸化物としてガラス骨格を形成するため、ガラス化範囲を広げる効果もある。ただし、ＷＯ３の含有量が多すぎると、かえって失透しやすくなり大径化が困難になる傾向がある。従って、ＷＯ３の含有量は、好ましくは０～１０％、より好ましくは０～５％である。 WO3 has the effect of increasing the refractive index. In addition, since it forms a glass skeleton as an intermediate oxide, it also has the effect of widening the vitrification range. However, if the content of WO3 is too high, it tends to be more prone to devitrification and to make it difficult to increase the diameter. Therefore, the content of WO3 is preferably 0 to 10%, more preferably 0 to 5%.
ＳｎＯ２は屈折率を高める効果が大きい成分である。ただし、還元により失透の原因となりやすい。従って、ＳｎＯ２の含有量は、好ましくは０～５％、より好ましくは０～３％である。 SnO2 is a component that has a great effect of increasing the refractive index. However, it is prone to cause devitrification due to reduction. Therefore, the content of SnO2 is preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 3%.
Ｐ２Ｏ５はガラス骨格を構成する成分であり、ガラス化範囲を広げる効果がある。ただし、その含有量が多すぎると、分相しやすくなる。従って、Ｐ２Ｏ５の含有量は、好ましくは０～１０％、より好ましくは０～３％である。 P 2 O 5 is a component that constitutes the glass skeleton and has the effect of widening the vitrification range. However, if the content is too high, phase separation is likely to occur. Therefore, the content of P 2 O 5 is preferably 0 to 10%, more preferably 0 to 3%.
ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯはガラス化の安定性を高めたり、化学的耐久性を高める効果がある。ただし、その含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性を得にくくなる。従って、これらの成分の含有量は、好ましくは各々０～１０％、より好ましくは各々０～５％である。 ZnO, MgO, CaO, SrO and BaO have the effect of increasing the stability of vitrification and increasing chemical durability. However, if the content is too high, the refractive index decreases and it becomes difficult to obtain the desired optical characteristics. Therefore, the content of these components is preferably 0 to 10% each, and more preferably 0 to 5% each.
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＣｓ２Ｏは溶融温度を低下させる効果があるが、屈折率を低下させるため、合量で０～１０％であることが好ましく、０～５％であることがより好ましい。 Li 2 O, Na 2 O, K 2 O and Cs 2 O have the effect of lowering the melting temperature, but also lower the refractive index, so their total content is preferably 0 to 10%, more preferably 0 to 5%.
清澄剤としてＳｂ２Ｏ３を含有させることができる。ただし、着色を避けるため、あるいは環境面を考慮して、Ｓｂ２Ｏ３の含有量は１％以下であることが好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。 Sb 2 O 3 can be contained as a fining agent. However, in order to avoid coloration or in consideration of environmental aspects, the content of Sb 2 O 3 is preferably 1% or less, and more preferably is substantially not contained.
ＰｂＯは環境への負荷を考慮し、実質的に含有しないことが好ましい。 Considering the environmental impact, it is preferable that PbO is not substantially contained.
なお、本発明において「実質的に含有しない」とは、意図的に原料として含有させないことを意味し、不可避的不純物の混入まで排除するものではない。より客観的には、含有量が０．１％未満であることを意味する。 In the present invention, "substantially free" means that the raw material is not intentionally included, and does not exclude the inclusion of unavoidable impurities. More objectively, it means that the content is less than 0.1%.
本発明の光学ガラスの屈折率（ｎｄ）は、好ましくは２．０５以上、より好ましくは２．０７以上、さらに好ましくは２．１０以上である。例えば、本発明の光学ガラスをレンズとして使用する場合、屈折率を高めるほどレンズを薄くすることが可能となり、光学デバイスを小型化する上で有利となる。なお、屈折率の上限は、ガラス化の安定性を考慮して、好ましくは２．３５以下、より好ましくは２．３０以下である。 The refractive index (nd) of the optical glass of the present invention is preferably 2.05 or more, more preferably 2.07 or more, and even more preferably 2.10 or more. For example, when the optical glass of the present invention is used as a lens, the higher the refractive index, the thinner the lens can be made, which is advantageous in miniaturizing optical devices. The upper limit of the refractive index is preferably 2.35 or less, more preferably 2.30 or less, taking into account the stability of vitrification.
本発明の光学ガラスのアッベ数（νｄ）は、ガラス化の安定性を考慮して、１０～４０、１２～３８、特に１５～３７であることが好ましい。 Taking into consideration the stability of vitrification, the Abbe number (νd) of the optical glass of the present invention is preferably 10 to 40, 12 to 38, and particularly preferably 15 to 37.
本発明の光学ガラスのガラス転移点（Ｔｇ）は、好ましくは７５０℃以下、より好ましくは７４０℃以下、さらに好ましくは７３５℃以下である。ガラス転移点が高すぎるとモールドプレス成形が困難になる。具体的には、モールドプレス成形の際にプレス型とガラスが反応しやすくなったり、プレス型の劣化を促進しやすくなる。 The glass transition point (Tg) of the optical glass of the present invention is preferably 750°C or lower, more preferably 740°C or lower, and even more preferably 735°C or lower. If the glass transition point is too high, mold press molding becomes difficult. Specifically, the press mold and the glass are more likely to react during mold press molding, and deterioration of the press mold is more likely to be accelerated.
本発明の光学ガラスは、モールドプレス成形によりレンズやプリズムなどの光学素子に加工して使用することができる。 The optical glass of the present invention can be processed by mold press molding into optical elements such as lenses and prisms for use.
本発明の光学ガラスは例えば無容器浮遊法により作製することができる。図１は、無容器浮遊法によりガラス材を作製するための製造装置の一例を示す模式的断面図である。以下、図１を参照しながら、本発明の光学ガラスの製造方法について説明する。 The optical glass of the present invention can be produced, for example, by the containerless levitation method. Figure 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a manufacturing apparatus for producing glass material by the containerless levitation method. The manufacturing method of the optical glass of the present invention will be described below with reference to Figure 1.
ガラス材の製造装置１は成形型１０を有する。成形型１０は溶融容器としての役割も果たす。成形型１０は、成形面１０ａと、成形面１０ａに開口している複数のガス噴出孔１０ｂとを有する。ガス噴出孔１０ｂは、ガスボンベなどのガス供給機構１１に接続されている。このガス供給機構１１からガス噴出孔１０ｂを経由して、成形面１０ａにガスが供給される。ガスの種類は特に限定されず、例えば、空気や酸素であってもよいし、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスであってもよい。 The glass material manufacturing apparatus 1 has a molding die 10. The molding die 10 also serves as a melting container. The molding die 10 has a molding surface 10a and a plurality of gas outlets 10b opening into the molding surface 10a. The gas outlets 10b are connected to a gas supply mechanism 11 such as a gas cylinder. Gas is supplied from the gas supply mechanism 11 to the molding surface 10a via the gas outlets 10b. The type of gas is not particularly limited, and may be, for example, air or oxygen, or an inert gas such as nitrogen gas, argon gas, or helium gas.
製造装置１を用いてガラス材を製造するに際しては、まず、上記組成のガラスとなるように調製した原料塊１２を成形面１０ａ上に配置する。原料塊１２としては、例えば、原料粉末のプレス成形体、原料粉末の焼結体、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶の集合体等が挙げられる。 When manufacturing a glass material using the manufacturing apparatus 1, first, a raw material lump 12 prepared to become glass of the above composition is placed on the molding surface 10a. Examples of raw material lump 12 include a pressed compact of raw material powder, a sintered compact of raw material powder, and an aggregate of crystals having a composition equivalent to the target glass composition.
次に、ガス噴出孔１０ｂからガスを噴出させることにより、原料塊１２を成形面１０ａ上で浮遊させる。すなわち、原料塊１２を、成形面１０ａに接触していない状態で保持する。その状態で、レーザー光照射装置１３からレーザー光を原料塊１２に照射する。これにより原料塊１２を加熱溶融してガラス化させ、溶融ガラスを得る。その後、溶融ガラスを冷却することにより、ガラス材を得ることができる。原料塊１２を加熱溶融する工程と、溶融ガラス、さらにはガラス材の温度が少なくとも軟化点以下となるまで冷却する工程とにおいては、少なくともガスの噴出を継続し、原料塊１２、溶融ガラス、さらにはガラス材と成形面１０ａとの接触を抑制することが好ましい。なお、加熱溶融する方法としては、レーザー光を照射する方法以外にも、輻射加熱であってもよい。 Next, gas is ejected from the gas ejection holes 10b to float the raw material lump 12 on the molding surface 10a. In other words, the raw material lump 12 is held in a state where it is not in contact with the molding surface 10a. In this state, the raw material lump 12 is irradiated with laser light from the laser light irradiation device 13. This heats and melts the raw material lump 12 to vitrify it, and molten glass is obtained. The molten glass is then cooled to obtain a glass material. In the process of heating and melting the raw material lump 12 and the process of cooling the molten glass and the glass material until the temperature of the molten glass and the glass material is at least below the softening point, it is preferable to continue ejecting at least gas and suppress contact between the raw material lump 12, the molten glass, and the glass material and the molding surface 10a. In addition to the method of irradiating laser light, the method of heating and melting may be radiation heating.
以下、本発明の光学ガラスについて、実施例を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The optical glass of the present invention will be described in detail below using examples, but the present invention is not limited to the following examples.
表１及び２は本発明の実施例（Ｎｏ．１～１７）及び比較例（Ｎｏ．１８～２０）を示す。 Tables 1 and 2 show examples of the present invention (Nos. 1 to 17) and comparative examples (Nos. 18 to 20).
まず表に示す各ガラス組成となるように原料を調合して原料バッチを作製した。０．２～０．７ｇ秤量し、プレス成型した後、８００～１１００℃で３～１２時間焼成することにより原料塊を作製した。 First, raw materials were mixed to produce raw material batches with the glass compositions shown in the table. 0.2 to 0.7 g of each raw material was weighed out, press molded, and then fired at 800 to 1100°C for 3 to 12 hours to produce raw material blocks.
上記で得られた原料塊を用いて、図１に準じた装置を用いた無容器浮遊法によって略球形状のガラス試料（長径３．５～６．５ｍｍ）を作製した。なお、熱源としては１００Ｗ ＣＯ２レーザー発振器を用いた。また、原料塊を浮遊させるためのガスとして酸素ガスを用い、流量１～１５Ｌ／ｍｉｎで供給した。得られたガラス試料は６８０～７５０℃でアニールした後、下記の方法により、屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、ガラス転移点（Ｔｇ）の測定を行った。 Using the raw material lump obtained above, a roughly spherical glass sample (major axis 3.5-6.5 mm) was prepared by a containerless levitation method using an apparatus similar to that shown in FIG. 1. A 100 W CO2 laser oscillator was used as the heat source. Oxygen gas was used as the gas for levitating the raw material lump, and was supplied at a flow rate of 1-15 L/min. The obtained glass sample was annealed at 680-750°C, and then the refractive index (nd), Abbe number (νd), and glass transition point (Tg) were measured by the following method.
屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）は、ガラス試料に対して直角研磨を行い、ＫＰＲ－２０００（島津製作所製）を用いて測定した。屈折率（ｎｄ）はヘリウムランプｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する測定値で評価した。アッベ数（νｄ）は上記ｄ線の屈折率と、水素ランプのＦ線（４８６．１ｎｍ）及びＣ線（６５６．３ｎｍ）の屈折率の値を用い、アッベ数（νｄ）＝｛（ｎｄ－１）／（ｎＦ－ｎＣ）｝の式から算出した。 The refractive index (nd) and Abbe number (νd) were measured using a KPR-2000 (Shimadzu Corporation) after polishing the glass sample at a right angle. The refractive index (nd) was evaluated using the measured value for the helium lamp d line (587.6 nm). The Abbe number (νd) was calculated from the refractive index of the d line and the refractive index of the hydrogen lamp F line (486.1 nm) and C line (656.3 nm) using the formula Abbe number (νd) = {(nd-1)/(nF-nC)}.
ガラス転移点（Ｔｇ）は、ガラス試料を粉砕し、ＤＴＡ（示差熱分析）により求めた。 The glass transition temperature (Tg) was determined by crushing the glass sample and performing DTA (differential thermal analysis).
また、Ｎｏ．８のガラス試料について、モールドプレス成形の簡易評価を行った。具体的には、φ８ｍｍの円筒状の炭化タングステン製プレス型に長径６．５ｍｍ、短径３．５ｍｍのガラス試料を入れ、上下方向からの一軸加圧、７５５℃（Ｔｇ＋４５℃）で加熱を行った。その結果、ガラス試料は長径８ｍｍ、短径２ｍｍの形状に変形した。プレス前後の写真を図２に示す。プレス後に、ガラス試料及びプレス型の表面を確認したところ、プレス型の劣化やガラス試料とプレス型の反応等の異常は見られなかった。 A simple evaluation of mold press molding was also performed on glass sample No. 8. Specifically, a glass sample with a major axis of 6.5 mm and a minor axis of 3.5 mm was placed in a cylindrical tungsten carbide press mold with a diameter of 8 mm, and uniaxial pressure was applied from above and below, followed by heating at 755°C (Tg+45°C). As a result, the glass sample was deformed to a shape with a major axis of 8 mm and a minor axis of 2 mm. Photographs before and after pressing are shown in Figure 2. After pressing, the surfaces of the glass sample and the press mold were checked, and no abnormalities such as deterioration of the press mold or reaction between the glass sample and the press mold were found.
表１、２に示すように、実施例であるＮｏ．１～１７のガラス試料は、屈折率が２．１２０６～２．２９８５、アッベ数が１８．１５～２２．０１と所望の光学特性を有していた。また、ガラス転移点が６５４～７４０℃と低く、モールドプレス成形に適していることがわかる。一方、比較例であるＮｏ．１８、１９のガラス試料はガラス転移点が７８３℃以上と高く、モールドプレス成形に適さないものであった。またＮｏ．１８のガラス試料は屈折率が１．９５１０と、実施例と比較して光学特性に劣っていた。Ｎｏ．２０のガラス試料はガラス化しなかった。 As shown in Tables 1 and 2, the glass samples No. 1 to 17, which are examples, had the desired optical properties, with a refractive index of 2.1206 to 2.2985 and an Abbe number of 18.15 to 22.01. In addition, it can be seen that the glass transition points were low, at 654 to 740°C, making them suitable for mold press molding. On the other hand, the glass samples No. 18 and 19, which are comparative examples, had high glass transition points of 783°C or higher and were not suitable for mold press molding. In addition, glass sample No. 18 had a refractive index of 1.9510, which was inferior in optical properties to the examples. Glass sample No. 20 did not vitrify.
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