説明

光学ガラス

【課題】1.55≦n≦1.64の屈折率n及び/又は42≦ν≦65のアッベ数ν、低い転移温度並びに良好な生産性及び加工性及び結晶化安定性を有し、画像、映写、電気通信、光通信技術及び/又はレーザー技術の応用分野用の好ましくは鉛−及びヒ素−フリーの光学ガラスを提供する。
【解決手段】ガラスは、酸化物基準の質量%で以下の組成範囲を有する:P 40〜58、ZnO 20〜34、LiO 0.5〜5及びGeO 0.1〜11。さらにSiO、Bを各々5質量%以下、Alを5質量%未満(但し、これらの合計量は9質量%未満)、さらに、MgO、SrOを各々3質量%以下、CaOを5質量%以下及び/又はBaOを10質量%以下(但し、これらの合計量は12質量%以下)、同様にLa、TiO、Nbを各々5質量%以下、及び/又はTaを2質量%以下(但し、これらの合計量は9質量%以下)含有できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学ガラス、そのようなガラスの使用、光学素子もしくはそのような光学素子のプリフォーム(予備成形物)、そのような光学素子の製造方法及びそのような光学素子から作製された光学部材又は光学部品に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、画像、映写、電気通信、光通信技術及びレーザー技術の応用分野での光学及びオプトエレクトロニクス技術のための市場動向は、小型化に大きく傾いている。これは最終製品からわかり、またさらに個々の部材及び部品についてさらに小さな寸法を必要とする。
【0003】
光学ガラスの製造業者にとって、これは、第1に、生産数の増大にもかかわらず、注文された材料容積の著しい減少を意味する。さらに、ブロックもしくはインゴット・ガラスからかなり小さな部品サイズを製造するときに製品に対するパーセンテージとしてかなり多くの廃棄物を生じるメーカー側には、増加するコストの圧力がかかり、さらに、そのような小さなピースの加工にはかなり大幅な支出増加をしばしば被ってしまう。
【0004】
これらの理由のために、メーカーからは、ブランクプレス成形された小さな部品、従って、前駆体としての、再プレスのための最終形状寸法に近いプリフォーム、所謂「精密ゴブ」についての要求が大きくなっている。これらの「精密ゴブ」は、各種製造方法により得ることができる、充分に火炎磨きされたセミフリー又はフリー・フォーミングされたガラス部分である。
【0005】
ゴブの1つの製造方法は、パールスプレー法である。この方法においては制御された位置決めは必要とされず;その代わりに、所望のサイズ部分は、例えば篩分けにより分離される。残りの部分は廃棄する必要がないが、特によく再溶解できる高度に純粋なカレットとして再使用することができる。さらに、技術とスタッフの点で特に容易に実施することができるこの方法により、大きなバッチ数が短時間で達成される。
【0006】
これとは対照的に、給電ラインにより大きな値が投じられるべき最終形状寸法に近い直接プレス成形は、経済的実行可能性の問題を必然的に伴う。この方法は、短いセットアップ時間によって、小さな材料片の大きなバッチ数にわたって分布する小さなガラス溶解容積をフレキシブルに補うことができるが、しかしながら、ゴブスプレー法と比べてより低いサイクル時間/バッチ数のために、材料価値からのみで、小さな形状寸法で価値ある生産をもたらすことはできない。製品は、精巧な調節を要せずに容易にシステムに組み込める(「クランプ準備完了」)の状態でプレスを離れて冷却及び/又は冷間再加工に送られなければならない。この理由のために、所望の高い幾何学的な精度のために、高品質の精密機器、従って高価な金型材料を使用する必要がある。金型の耐用年数は、製品あるいは材料の経済的実行可能性へ大きな衝撃となる。耐用年数を考慮したときの一つの非常に重要なファクターは、ここではプレスされる材料の粘度によって表される作業温度である。ガラスにとって、これは、転移温度Tgが低ければ低いほど、このガラスをプレスするときの金型の耐用年数はより長くなり、従って利益幅はより大きくなる、ということを意味する。これは、いわゆる「低Tgガラス」、即ち、できるだけ低い温度で加工することができるガラスに対するガラス生産者の要求を説明している。
【0007】
さらに、「ショート」ガラス、即ち温度と共に粘度が著しく変わるガラスに対する要望が、溶融プロセス技術の面からますます強くなっていると報告されている。加工にとって、この挙動は、熱間成形時間、従って金型閉鎖時間を短縮できるという利点を有する。このようにして、一方では、処理量を増大でき(サイクル時間低減)、他方では、それにより金型材料が節約され、これらは全体の製造コストに非常に良い影響を有する。さらに、それにより可能となるより急速な冷却のために、相応してよりロングなガラスの場合におけるよりも結晶化傾向の大きなガラスも加工可能となり、後の二次熱間成形段階で問題を生じ得る予備核形成が回避される。その結果、このことはさらに、これらの材料は、ゴブ製造及び溶融体からの直接プレス成形に加えて、棒、チューブ及びファイバー生産にも非常に適しているということを意味する。
【0008】
熱間成形にとって重要であるこれらの特性に加えて、そのようなガラスは、世界市場で実行可能に販売できるように、さらに冷間再加工にとって良好な特性を有していなければならない。何故ならば、これまでのように材料のうちのいくらかは、特にかなり大きい幾何形状あるいは寸法を有する部材及び部品について、切断、研磨及び磨き仕上げによって従来の方法で処理されているからである。このために、ガラスは充分に良好な化学的安定性あるいは耐薬品性を有さねばならない。もしそうでない場合には、磨砕剤あるいは艶出剤及び洗浄浴の主に水溶性の媒体との接触は、非常に正確に加工された表面を破損するであろう。掻き傷、風解及び変色も生じるであろう。激しい熱衝撃を伴う加工工程において応力亀裂あるいは歪を生じた材料が発生しないように保証する適度な熱膨張値も、同様に要求される。実行可能な限度内で機械加工時間を維持するためには、硬度(ここではヌープ硬度)も大きすぎるべきではない。
【0009】
本発明に関連する先行技術は、後述する先行技術文献(特許文献1〜11)にまとめられている。これらの特許文献によれば、ガラスは、同様の光学ポジション及び/又は概略比肩しえる化学組成で生産することができるけれども、それにも拘らず、これらのガラスは、本発明に係るガラスに比べて著しい不利益を示す。
【0010】
ドイツ特許出願公開DE 10 2005 005 994A1(特許文献1)には、比較可能な光学ポジションを有するガラスについて記載されている。しかしながら、これらは異なる物理化学的特性プロファイルを有するアルミノホウケイ酸塩ガラス系のガラスである。このガラスは、通常のガラス形成物質の高い割合(SiO、B、Alの合計が50〜71質量%)及びリン酸塩の非存在のために、非常に高いアルカリ土類金属酸化物含有量にも拘わらず、約500℃のガラス転移温度を示し、実施例で言及されている最も低いTgは470℃である。
【0011】
ドイツ特許DE 102 39 572B3(特許文献2)には、比較可能な光学ポジションを有するリチウム酸化物及びゲルマニウム酸塩を含有しないリン酸亜鉛ガラスについて記載されている。Tgは、最終形状寸法に近い熱間成形プロセス(例えば、ブランクプレス成形)に適している約400℃の同じ範囲にある。しかしながら、マトリックス(母材)を安定させるGeOが存在していないことにより、これらのガラスは非常に低い耐酸性のみを有している。
【0012】
特開平2−124743号公報(特許文献3)に開示されているガラスは、同じ不利益を持っている。ゲルマニウム酸塩成分が存在していないことにより、これらは、本発明に係るガラスと比べて劣る耐酸性クラスを有しており、従ってさらなる機械加工にそれほど適していない。
【0013】
米国特許出願公開2004/0138043A1(特許文献4)に開示されているガラスもまた対応する不利益を持っている。ゲルマニウム酸塩がないために、耐酸性クラスは低すぎ、また同時に、恐らくケイ酸塩系から知られている混合アルカリの効果を達成することを狙いとして全てのアルカリ金属酸化物を使用していることにより、本発明に係るガラスと比べて濁りのリスク増大を招く。少なくとも0.5モル%のBi含有量のために、記載されているガラスは、さらに青色端での透過率を失い、生産プロセスにおける大きな支出に結びつく酸化還元反応に非常に敏感な成分を含有している。
【0014】
特開平9−278479号公報(特許文献5)及び米国特許第5,022,921号(特許文献6)もまた、ゲルマニウム酸塩を含有していない。両方の公報は、耐薬品性を改善するために、通常のガラス形成物質、例えばAl、あるいは硬度を増大する成分、例えばLaを使用しているけれども、これらはいずれも、(ガラス形成物質の場合には)本発明に係るガラスの耐性安定化に対応する改善はなく、あるいは(硬度を増大する成分の場合には)GeOによる安定化なしでの網状構造(ネットワーク)修正のためにガラスの結晶化安定性を低下させる。
【0015】
同じことは、特開2007−70194号公報(特許文献7)及び特開昭63−11544号公報(特許文献8)に記載のガラスにも当てはまり、なおさら、これらはリン酸亜鉛ガラスではなくアルカリ土類金属アルミノリン酸塩ガラスであるので、その粘度−温度プロファイルは、より精密な熱間成形加工の要件に適合しておらず、即ち、ガラスはよりロングである。
【0016】
ドイツ特許DE 1 089 934(特許文献9)及び特開昭60−171244号公報(特許文献10)には、本質的にかなり高いTgを有する、ゲルマニウム酸塩を含有しないホウリン酸塩ガラス系について記載されている。これらは良好な耐薬品性を有するが、それらの粘度−温度プロファイルが相応して最適化されていないため、それらは精密な熱間成形加工法における加工に適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0017】
【特許文献1】ドイツ特許出願公開DE 10 2005 005 994A1
【特許文献2】ドイツ特許DE 102 39 572B3
【特許文献3】特開平2−124743号公報
【特許文献4】米国特許出願公開2004/0138043A1
【特許文献5】特開平9−278479号公報
【特許文献6】米国特許第5,022,921号
【特許文献7】特開2007−70194号公報
【特許文献8】特開昭63−11544号公報
【特許文献9】ドイツ特許DE 1 089 934
【特許文献10】特開昭60−171244号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0018】
従って、本発明の目的は、生態学的考慮によりできるだけPbO及びAsを使用することなく、非常に低い転移温度で所望の光学特性(n/ν)を可能とするショート光学ガラスの組成範囲を提供することにある。本発明に係るガラスは、同様のガラス・ファミリーの公知の光学ガラスと共通の光学データを有するべきである。しかしながら、それらは、良好な溶解性及び最終形状寸法に近いフレキシブルな加工可能性、低いプロセスコストによる低い生産コスト、それらのショート性による充分な結晶化安定性、及び良好な環境との適合性によって識別されるべきである。それらはさらに、充分に改善された耐薬品性、適度な熱膨張値及び低いヌープ硬度を有するべきである。
【課題を解決するための手段】
【0019】
前記目的は、特許請求の範囲に記載の各種態様によって達成される。本発明に係る光学ガラスは、酸化物基準の質量%で以下の組成:
40〜58%、
ZnO 20〜34%、
LiO 0.5〜5%、
GeO 0.1〜11%
を有する。
【0020】
特に、本発明によれば、酸化物基準の質量%で以下の組成:
45〜58%、
ZnO 25〜34%、
LiO 0.5〜5%、
GeO 0.1〜11%
を有する光学ガラスが提供される。
【発明の効果】
【0021】
本発明に係るガラスは、好ましくは、少なくとも1.55、より好ましくは少なくとも1.56の屈折率n及び/又は1.64以下、より好ましくは1.63以下の屈折率nを有する。本発明に係るガラスのアッベ数νは、好ましくは少なくとも42、より好ましくは少なくとも43であり、及び/又は好ましくは65以下、より好ましくは64以下である。
【0022】
一つの態様によれば、本発明に係るガラスは、107.6〜1013dPasの粘度範囲においてできるだけ「ショート」である。「ショート・ガラス」は、特定の粘度範囲において比較的僅かの温度変化によりその粘度が大きく変化するガラスを意味するものとする。このガラスの粘度が107.6dPasから1013dPasへ減少する温度間隔ΔTは、好ましくは100K以下である。
【0023】
本発明に係るガラスにおける改善された耐薬品性は、機械的な冷間再加工性及びクリーニングを著しく促進し、特に有効であるが攻撃的な研削、磨き仕上げ、及びクリーニング媒体を初めて使用可能にする。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下の説明において、表現「X−フリー」、「成分Xがフリー」又は「成分Xを含有しない」は、ガラスは実質的にこの成分Xを含有しない、即ちそのような成分はせいぜいガラス中に不純物として存在するが、個々の成分としてガラス組成物に添加されていないことを意味する。
【0025】
基本ガラス系は、リン酸亜鉛系であり、これは所望の特性のための良好な基礎を形成する。
本発明に係るガラスは、容易に溶融する低Tgガラスが得られるように、40〜58質量%、好ましくは少なくとも45質量%、特に好ましくは少なくとも46質量%の高いリン酸塩含有量を有する。リン酸塩含有量は、好ましくは56質量%以下に制限される。リン酸塩含有量が40質量%未満に低下すると、もはや「低Tg」と呼べないようなガラスになるであろう。さらに、58質量%を超えてさらに増加すると、一方では不充分な屈折率となり、他方では、遊離のPのために錯体のリン酸塩の割合は必然的に減少されるので、溶融方法において制御不能性につながるであろう。遊離のリン酸塩は、著しく増加する蒸発とアトマイゼーション効果(原子化効果)を生じ、それにより劣悪な内部品質をもたらす。遊離のPの貯蔵及び原料調達は共に、業務上の安全性の側面(爆発可能性、毒性、吸湿性)のために、錯体のリン酸塩のためよりも手が込んでいるので、可能な限り、遊離のリン酸塩の使用は最小限にされるべきである。さらに、遊離のリン酸塩の割合が増加すると、生産オペレーションの安全技術により大きな要件が課される。
【0026】
本発明に係るガラスは、20〜34質量%、好ましくは少なくとも25質量%、特に好ましくは少なくとも26質量%、及び/又は好ましくは31質量%以下、より好ましくは30質量%以下の高い酸化亜鉛含有量を有する。高い酸化亜鉛含有量のため、純粋なアルミニウム又はバリウム・リン酸塩と比較して、本発明に係るガラスは、所望の粘度−温度挙動、即ち、ガラスの所望のショート性を示す。高レベルの亜鉛添加により、低Tgに設定するために必要なリン酸塩量の大きな割合を、リン酸亜鉛として錯塩形態で導入することができる、という利点をもたらす。それにより溶融プロセスにおける能率は改善される。何故ならば、チャージが蒸発とアトマイゼーションを受ける程度が劇的に低減されるからである。このようにして著しく改善された均質性が達成され、これは特に光学特性の品質/均質性に反映されるが、また、たとえガラスがさもないとそのショート性のために筋を非常に受けやすくても、一般にガラスの改善された内部品質(即ち、例えば泡及び/又は筋の発生)にも反映される。もし酸化亜鉛含有量が20質量%未満に低減されれば、ガラスのショート性についての調節特性は、もはや充分な貢献をしないだろう。リン酸亜鉛によって導入することができるリン酸塩含有量がさらに減少すれば、先に説明したような内部品質の低下をもたらすであろう。酸化亜鉛含有量が34質量%を超えて増加すると、他方では従来の熱間成形加工プロセスでコントロールすることができない「ショート」ガラスになるであろうし、さらに、本発明に係るガラスの結晶化感受性を過度に増加させるであろう。
【0027】
この光学ポジションを有する公知のリン酸亜鉛ガラスとは対照的に、本発明に係るガラスは、常にGeOとLiOを含有する。
本発明に係るガラスは、0.1〜11質量%の割合で、好ましくは0.5質量%を越える割合、より好ましくは少なくとも1質量%の割合で、及び/又は10質量%以下の割合でGeOを含有する。驚くべきことに、この成分は、そうでなければガラス形成物質に関して非常に許容しないリン酸塩ガラス・マトリックスへ非常によく統合され、予測に反して、一次及び二次熱間成形工程において結晶化に関して網状構造(ネットワーク)の安定化をもたらした。さらに、化学的攻撃(酸及びアルカリ耐性(SR/AR))に対するガラスの耐性は、ゲルマニウム酸塩によって改善され、それにより、SiOがそうすると知られているような機械的な加工特性(例えばヌープ硬度H)に有害に影響することもないことが見出された。しかしながら、GeO含有量が本発明による割合を越えて増加すれば、低Tgガラスに最適のリン酸塩網状構造を非常に修正しすぎるであろうし、熱間加工温度の増大に加えて、増大した硬度により機械的な加工可能性において不利益を被るであろう。さらに、非常に屈折性のGeOは、あまりにも大きい分散、即ち低いアッベ数で光学ポジションを過度に高い屈折率値へシフトするであろう。
【0028】
LiOは、0.5〜5質量%、好ましくは5質量%未満、より好ましくは4質量%以下、及び/又は好ましくは少なくとも1質量%の割合で、本発明に係るガラスにおいて通常の融剤として使用され、また、溶融挙動の最適化に加えて、最終形状寸法に近い熱間成形、例えばブランクプレス成形を簡単にするようにガラスのショート性をもたらす。他のアルカリ金属酸化物NaO、KO及びCsOとは対照的に、驚くべきことにリン酸亜鉛マトリックス中においてLiOはガラスの内部品質の低下、特に非常に小さな結晶子(クリスタライト)による濁り現象をもたらさない。このことは驚くべきであり、何故ならば、他のガラスにおいては、白金るつぼ及びタンク内での溶融時に、一方では白金粒子により、及び他方ではこれら白金粒子上で成長し、異質種として作用する結晶子(クリスタライト)により、LiOは他のアルカリ金属酸化物よりもしばしば濁りをもたらすためである。それにも拘らず、LiOの割合は上記5質量%の上限を超えるべきではない、何故ならば、そうでなければ、非常に強い溶融性質、即ちリン酸亜鉛格子の摂動が、Tgだけでなく耐薬品性(SR/AR)及びヌープ硬度も低下させ、従って再加工性を低下させるためである。
【0029】
本発明に係るガラスは、好ましくは他のアルカリ金属NaO、KO及びCsOのどれも含有しない。何故ならば、これらは、LiOとは対照的に、濁りが増大するリスクをもたらすためである。
【0030】
本発明に係るガラスは、さらに任意に通常のガラス形成物質SiO、B及び/又はAlを少ない割合で含有することができる。これらの成分の強く網状構造を形成する特性のために、ガラスの結晶化及び/又は化学的攻撃に対する安定性を増大することができる。Alはまた、錯体のリン酸塩の補足的担体として作用し、それにより生産プロセスを安定化させる。しかしながら、これらの成分の合計割合(SiO+B+Al)は、9質量%以下であるべきである。何故ならば、これより高い割合では、網状構造が堅くされ、融点が増大するので、Tgをあまりに増大させすぎるためである。そこでまた、ガラスは望ましくない「よりロング」になるであろう。本発明に係るガラスの特定の実施態様では、合計で9質量%未満、より好ましくは7質量%以下含有しあるいはこれらの成分を含有さえしない。
【0031】
SiOは、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下の割合で含有される。特にSiOはリン酸亜鉛系よく受け入れられず、ケイ酸塩可溶性を増大させることにより、網状構造を安定化させるよりもより強く結晶化に対する感受性を促進するので、本発明に係るガラスの特に好適な実施態様ではSiOを含有しない。
【0032】
は、好ましくは5質量%以下、より好ましくは5質量%未満の割合で含有される。
Alは、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下の割合で含有される。
【0033】
比較的少ない割合で、本発明に係るガラスはさらにLa、ZrO、Nb及び/又はTaを含有することができ、これらはガラスの耐薬品性をさらに改善する。しかしながら、これらの成分はまた強い核形成作用を有するので、それらの合計割合は、好ましくは9質量%以下の割合に制限される。これらの成分がこれより高い割合では、本発明に係るガラスの光学ポジションをさらにより高い屈折率側へシフトするであろう。La、TiO及び/又はNbは、各々5質量%以下の割合に制限される。Taは、この成分はまた高価であるため、好ましくは2質量%以下の割合に制限される。本発明に係るガラスは好ましくはZrOを含有しない。何故ならば、この成分はリン酸亜鉛系において特に強い核形成剤として作用するためである。この場合、La、TiO、Nb、Taの合計含有量は、好ましくは9質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。
【0034】
粘度−温度挙動のフレキシブルな調節及びリン酸塩等価物のさらなる形成のために、本発明に係るガラスは、10質量%以下、好ましくは8質量%以下、特に好ましくは5質量%以下でBaOを含有することができる。
本発明に係るガラスは、さらに5質量%以下、好ましくは5質量%未満でCaOを含有することができる。
【0035】
BaO+CaOの合計含有量は、好ましくは少なくとも2質量%及び/又は好ましくは12質量%以下、より好ましくは10質量%以下である。これより高い合計含有量では、本発明に係るガラスは、所望の光学ポジションにとってはあまりにも高い屈折性であろう。さらに、これより高い含有量では、従来の熱間成形プロセスにおいて制御しがたいようなショートなガラスをもたらすであろう。
【0036】
本発明に係るガラスはまた、粘度−温度プロファイルをさらに微調節するために、さらにアルカリ土類金属MgO及び/又SrOを好ましくは3質量%以下の割合で含有することができる。この場合、アルカリ土類金属酸化物MgO、CaO、SrO、BaOの合計含有量は、好ましくは12質量%以下、好ましくは少なくとも2質量%、そしてまたより好ましくは8質量%以下である。
【0037】
アルカリ土類金属酸化物MO及び酸化亜鉛のグループ(MO+ZnO)において、これらの成分の合計含有量は、錯体のリン酸塩として溶融体中へ充分に多くの割合のリン酸塩を導入することができるようにするために、好ましくは30質量%を越える。しかしながら、MO+ZnOの合計含有量は、好ましくは45質量%以下に制限される。何故ならば、そうでなければ、耐薬品性を改善する成分、網状構造を形成する成分及び/又は硬度を増大する成分の割合が、充分に高いレベルで選択できないためである。
【0038】
本発明に係るガラスは、1質量%以下、好ましくは1質量%未満の含有量でフッ化物を含有することができる。これは、より低い屈折率及び分散への光学ポジションの微調節のために使用することができる。融剤として、それはさらに粘度−温度プロファイルに影響を及ぼす。しかしながら、フッ化物原料あるいはフッ化物を含有するチャージは、より精巧な業務上の安全対策でのみ取り扱うことができ、蒸発とアトマイゼーション作用により連続溶解プロセスの安定性に有害な影響を及ぼす。より高いフッ化物含有量の使用は、従って本発明に係るガラスにおいては回避され、また、特に好適な実施態様はフッ化物を含有しない。以下に説明されるように、フッ化物はまた、物理的な清澄剤として使用することができ、即ち、清澄チャンバー内において加熱することにより、それからガスを放出することができ、そのガスはガラスから泡を除去する役目をする。清澄剤として作用するためには、清澄チャンバー内の高温が必要である。フッ化物が光学ポジションの微調節のために使用されている場合、フッ化物がガラス中に残り、ガス成分として逃散しないように、比較的低温でガラスを清澄するように注意するべきである。本発明のそのような実施態様によれば、比較的低温で既に充分な清澄作用を示す無機過酸化物を清澄剤として使用することが好ましい。
【0039】
光学ガラスとして、本発明に係るガラスは、好ましくは着色剤及び/又は光学活性な、例えばレーザー活性な成分も含有しない。
【0040】
本発明の別の実施態様によれば、光学フィルタ又は固体レーザーの基礎ガラスとして、本発明に係るガラスは、5質量%以下の含有量で着色剤及び/又は光学活性な、例えばレーザー活性な成分を含有することができ、この場合、これらの量は、100質量%まで添加されたガラス組成物の他の成分に加えて添加する量とされる。
【0041】
本発明の一つの態様によれば、本発明に係るガラスの少なくとも90質量%、より好ましくは少なくとも95質量%が前記した成分からなる。
【0042】
本発明の他の態様によれば、本発明に係るガラスはまた、前述しなかった他の成分を含有せず、即ち、そのような実施態様によれば、ガラスは実質的に前記した成分からなる。表現「実質的に…からなる」は、他の成分はせいぜい不純物としては存在するが、ガラス組成物に個々の成分として故意に添加されていないことを意味する。
【0043】
本発明に係るガラスは、通常の清澄剤を少量で含有することができる。添加される清澄剤の合計量は、好ましくは2.0質量%以下、より好ましく1.0質量%以下であり、この場合、これらの量は、ガラス組成物の他の成分100質量%に添加する量とされる。本発明に係るガラスは、以下の成分の少なくとも1種を清澄剤として含有することができる(ガラス組成物の残部に加えて、質量%で)。
Sb 0〜1%及び/又は
SnO 0〜1%及び/又は
SO2− 0〜1%及び/又は
NaCl 0〜1%及び/又は
As 0〜1%及び/又は
0〜1%及び/又は
無機過酸化物 0〜1%。
【0044】
例えば、過酸化亜鉛、過酸化リチウム及び/又はアルカリ土類金属過酸化物を無機過酸化物として使用することができる。
【0045】
本発明の好適な実施態様によれば、しかしながら、As含有量は最大0.1質量%であるか、あるいは、ガラスはAs−フリーであり、何故ならば、この成分は生態学的理由のために問題と見なされているためである。
【0046】
本発明に係るガラスは全て、さらに、良好な耐薬品性と結晶化に対する安定性、即ち結晶化安定性を有する。これらはさらに、良好な溶融性と最終形状寸法に近いフレキシブルな加工性、低いプロセスコストによる低い製造コスト、良好なイオン交換特性、良好なソラリゼーション安定性、及び良好な環境適合性によって識別される。
【0047】
本発明に係るガラスは、500℃以下、好ましくは480℃以下、より好ましくは460℃以下、もっとも好ましくは430℃以下のTgを有する。
【0048】
本発明に係るガラスは、良好な耐薬品性を有する。特に、ISO 8424によるクラス52.3未満の耐酸性SR、及び/又はISO 10629による4.3未満の耐アルカリ性ARを有する。
【0049】
本発明に係るガラスは、約7K/hの冷却速度で冷却した測定サンプルについて、0〜110×10−4の負の異常相対部分分散ΔPg,Fを有する。
【0050】
本発明に係るガラスは、11×10−6/K以下、より好ましくは10×10−6/K以下の熱膨張率α20−300を有する。従って、さらなる加工及び組立技術における熱応力の問題が回避される。
【0051】
本発明に係るガラスは、4.0g/cm以下の比密度を有する。本発明に係るガラスは、鉛含有のものに比べて考えられる積載質量が低いため、それらから作製された光学素子(光学要素)及び/又は光学部品は、従って特に移動/携帯装置に適している。
【0052】
本発明に係るガラスにより、高感度な精密機械によってさえも最終形状寸法に近い高度に規定された熱間成形を確実に行えるように、光学ポジション、粘度−温度プロファイル及び加工温度の調整を達成できる。結晶化安定性と粘度−温度プロファイルの相関関係もさらに達成でき、それによってガラスのさらなる熱処理、例えばプレス又は再プレス、あるいはイオン交換プロセスも容易に可能である。
【0053】
本発明はさらに、本発明に係るガラスの画像、センサー、鏡検法、医療技術、デジタル映写、電気通信、光通信技術/情報伝達、自動車部門でのオプチクス/照明、太陽技術、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマレーザー、ウェハー、コンピューター・チップ及び/又は集積回路、及びそのような回路やチップを含む電子機器の応用分野における使用にも関する。
【0054】
本発明はさらに、本発明に係るガラスを含む光学素子にも関する。光学素子は、特にレンズ、プリズム、光導波路ロッド、アレー、光ファイバー、勾配部品、光学窓及びコンパクト部品であり得る。本発明によれば、用語「光学素子」は、例えば、ゴブ、精密ゴブ、等のそのような光学素子の半仕上げ部材もしくはプリフォームも包含する。
【0055】
本発明はさらに、
−本発明に係る光学ガラスをプランクプレスする工程
を含む光学素子の製造方法にも関する。
【0056】
本発明はさらに、光学部材や光学部品、例えば画像、センサー、鏡検法、医療技術、デジタル映写、電気通信、光通信技術/情報伝達、自動車部門でのオプチクス/照明、太陽技術、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマレーザー、ウェハー、コンピューター・チップ及び/又は集積回路、及びそのような回路やチップを含む電子機器などを製造するための、そのような光学素子の使用にも関する。
【0057】
本発明はさらに、前記したような光学素子を含む、例えば画像、センサー、鏡検法、医療技術、デジタル映写、電気通信、光通信技術/情報伝達、自動車部門でのオプチクス/照明、太陽技術、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマレーザー、ウェハー、コンピューター・チップ及び/又は集積回路、及びそのような回路やチップを含む電子機器用の光学部材や光学部品にも関する。
【実施例】
【0058】
実施例1〜27及び比較例1、2
本発明に係るガラスは、以下のように製造される:酸化物用の原料、好ましくはリン酸塩であるがまた炭酸塩、硝酸塩及び/又はフッ化物、並びに純粋な酸化物、好ましくは水不含有もしくは水分が低い原料、及び好ましくは錯体のリン酸塩としてのリン酸塩成分を計量し、例えばSbなどの1種以上の清澄剤を任意に加え、次いで充分に混合した。ガラスチャージをバッチ溶解装置内で約1050℃で溶解し、次いで酸素中に供給することにより酸化条件をセット・アップし、そして清澄及び均質化を1100℃で行う。ガラスは約800℃の注型温度で注型でき、所望の寸法に加工した。大容積の連続装置では、経験から、温度は約50〜100Kだけ低くでき、材料は約650℃での直接プレス成形法により最終形状寸法に近く加工できる。
【0059】
表1は、計量ガラス100kgの溶解例を示している。このようにして得られたガラスの特性は、表4において実施例10で特定されている。
【表1】

【0060】
ガラスの特性(屈折率n、アッベ数ν、スペクトルの青色領域における相対部分分散Pg,F、異常部分分散ΔPg,F[10−4]、熱膨張率α20−300[10−6/K]、ガラス転移温度Tg[℃]、密度ρ[g/cm]、AR(ISO 10629による耐アルカリ性のクラス)、及びSR(ISO 8424による耐酸性のクラス)もまた表2〜6に示されている。
【0061】
【表2】

【0062】
【表3】

【0063】
【表4】

【0064】
【表5】

【0065】
【表6】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸化物基準の質量%で以下の組成:
40〜58%、
ZnO 20〜34%、
LiO 0.5〜5%、
GeO 0.1〜11%
を有する光学ガラス。
【請求項2】
さらにMgO、CaO、SrO、BaOから選ばれた少なくとも1種の成分を含有し、ここで、MgO及び/又はSrOは各々3質量%以下の割合で存在し、CaOは5質量%以下の割合であり及び/又はBaOは10質量%以下の割合であり、及び/又はこれらの成分MOの割合の合計は12質量%以下の合計量である、請求項1に記載のガラス。
【請求項3】
さらにSiO、B、Alから選ばれた少なくとも1種の成分を含有し、ここで、SiO及び/又はBは各々5質量%以下の割合で存在し、及び/又はAlは5質量%以下の割合で存在し、及び/又はこれらの成分の割合の合計は9質量%以下である、請求項1又は2に記載のガラス。
【請求項4】
さらにLa、TiO、Nb、Taから選ばれた少なくとも1種の成分を含有し、ここで、La、TiO及び/又はNbは各々5質量%以下の割合で存在し、及び/又はTaは2質量%以下の割合で存在し、及び/又はこれらの成分の割合の合計は9質量%以下である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のガラス。
【請求項5】
さらにフッ素(Fとして)を1質量%以下の割合で含有する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のガラス。
【請求項6】
As、PbO、NaO、KO、CsO及び/又はSiOを含有しない、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のガラス。
【請求項7】
清澄剤として少なくとも1種の以下の成分(質量%で)
Sb 0〜1%及び/又は
SnO 0〜1%、
NaCl 0〜1%、
SO2− 0〜1%、
0〜1%、
無機過酸化物 0〜1%
を含有する、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のガラス。
【請求項8】
1.55≦n≦1.64の屈折率n及び/又は42≦ν≦65のアッベ数νを有する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のガラス。
【請求項9】
1.56≦n≦1.63の屈折率n及び/又は43≦ν≦64のアッベ数νを有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載のガラス。
【請求項10】
請求項1乃至9のいずれか一項に記載のガラスのレンズ、プリズム、光導波路ロッド、アレー、光ファイバー、勾配部品、及び光学窓等の光学素子としての使用。
【請求項11】
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の光学ガラスから形成された、再加熱後にプレスできるプレス成形されたゴブ。
【請求項12】
請求項1乃至9のいずれか一項に記載のガラスを含む光学部品。
【請求項13】
請求項1乃至9のいずれか一項に記載のガラスをプランクプレスする工程を含む光学部品の製造方法。
【請求項14】
請求項1乃至9のいずれか一項に記載のガラスを含む、レンズ、プリズム、光導波路ロッド、アレー、光ファイバー、勾配部品、及び光学窓等の光学素子。
【請求項15】
請求項14に記載の光学素子の1つ以上を含む、画像、センサー、鏡検法、医療技術、デジタル映写、電気通信、光通信技術/情報伝達、自動車部門でのオプチクス/照明、太陽技術、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマレーザー、ウェハー、コンピューター・チップ及び/又は集積回路、及びそのような回路やチップを含む電子機器用の光学部材又は光学部品。
【請求項16】
画像、センサー、鏡検法、医療技術、デジタル映写、電気通信、光通信技術/情報伝達、自動車部門でのオプチクス/照明、太陽技術、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマレーザー、ウェハー、コンピューター・チップ及び/又は集積回路、及びそのような回路やチップを含む電子機器用の光学部材又は光学部品を製造するための請求項14に記載の光学素子の使用。

【公開番号】特開2010−208934(P2010−208934A)
【公開日】平成22年9月24日(2010.9.24)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2010−47817(P2010−47817)
【出願日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【出願人】(504299782)ショット アクチエンゲゼルシャフト (346)
【氏名又は名称原語表記】Schott AG
【住所又は居所原語表記】Hattenbergstr.10,D−55122 Mainz,Germany
【Fターム(参考)】