光学ガラス
【課題】所望の屈折率およびガラス転移点を達成しやすく、しかも高い耐候性を兼ね備えた光学ガラスを提供する。
【解決手段】ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ １０〜４８％、Ｂ２Ｏ３ ３〜１５％（ただし、１５％は含まない）、Ａｌ２Ｏ３ ２〜１５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０．１〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜１５％、ＣａＯ ０．１〜２５％、ＳｒＯ ０〜２５％、ＢａＯ ０．１〜２５％（ただし、２５％は含まない）、Ｌａ２Ｏ３ ０〜４．５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜４．９％、ＺｒＯ２ ０〜７％およびＴｉＯ２ ０〜５％を含有し、かつ、Ｐｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分を実質的に含有しないことを特徴とする光学ガラス。
【解決手段】ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ １０〜４８％、Ｂ２Ｏ３ ３〜１５％（ただし、１５％は含まない）、Ａｌ２Ｏ３ ２〜１５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０．１〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜１５％、ＣａＯ ０．１〜２５％、ＳｒＯ ０〜２５％、ＢａＯ ０．１〜２５％（ただし、２５％は含まない）、Ｌａ２Ｏ３ ０〜４．５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜４．９％、ＺｒＯ２ ０〜７％およびＴｉＯ２ ０〜５％を含有し、かつ、Ｐｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分を実質的に含有しないことを特徴とする光学ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学ガラスに関するものである。より詳細には、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、その他各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機等の撮像用レンズ、光通信に使用される送受信用レンズ等に好適な光学ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、その他各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機等の撮像用レンズ、光通信に使用される送受信用レンズ等の用途では、屈折率（ｎｄ）が例えば１．４８〜１．６５の光学定数を有するガラスが使用されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
上記ガラスは、例えば以下のような方法により作製される。まず、溶融ガラスをノズルの先端から滴下して一旦液滴状ガラスを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを作製する。または、溶融ガラスを急冷鋳造して一旦ガラスインゴットを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを作製する。続いて、プリフォームガラスを加熱して軟化し、高精度な成形表面を有する金型によって加圧成形し、金型の表面形状をガラスに転写してレンズを作製する。このような成形方法は一般にモールドプレス成形法と呼ばれており、大量生産に適した方法として近年広く採用されている。
【０００４】
モールドプレス成形法では、白金やイリジウム等の非常に高価な材質からなる高精度な形状を有する金型が使用される。プレス成形温度が高い場合、金型の劣化が早くなるため、より低温でモールドプレス成形可能なガラス材質が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１４９５３６号公報
【特許文献２】特開平５−１９３９７９号公報
【特許文献３】特開２００２−２０１０３７号公報
【特許文献４】特開２００６−３０６６３５号公報
【特許文献５】特開２００８−１６９０７６号公報
【特許文献６】特開２００７−１４５６１５号公報
【特許文献７】特開２００９−１０７８９２号公報
【特許文献８】特開平５−５３４１号公報
【特許文献９】特開２００８−２５４９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜７には、屈折率が１．４８〜１．６５であり、かつ、５２０℃以下という低いガラス転移点を有するアルカリ硼珪酸ガラスが開示されている。しかしながら、これらのガラスはＢ２Ｏ３を１５％以上と多く含有しているため、切削、研磨、洗浄工程において、研磨洗浄水等の各種洗浄溶液中へガラス成分が溶出してガラス表面が変質しやすい。また、最終製品についても、高温多湿環境下に長時間晒されると、ガラス表面が変質してレンズとしての信頼性を損ないやすいという問題がある。
【０００７】
特許文献８および９には、屈折率が１．４８〜１．６５でＢ２Ｏ３含有量が少ないガラスが開示されている。しかしながら、当該ガラスはガラス転移点または屈伏点が高すぎるため、プレス成形温度が高くなり、金型の寿命が短くなる傾向にある。
【０００８】
以上に鑑み、本発明は、所望の屈折率およびガラス転移点を達成しやすく、しかも高い耐候性を兼ね備えた光学ガラスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ １０〜４８％、Ｂ２Ｏ３ ３〜１５％（ただし、１５％は含まない）、Ａｌ２Ｏ３ ２〜１５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０．１〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜１５％、ＣａＯ ０．１〜２５％、ＳｒＯ ０〜２５％、ＢａＯ ０．１〜２５％（ただし、２５％は含まない）、Ｌａ２Ｏ３ ０〜４．５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜４．９％、ＺｒＯ２ ０〜７％およびＴｉＯ２ ０〜５％を含有し、かつ、Ｐｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分を実質的に含有しないことを特徴とする光学ガラスに関する。
【００１０】
上記組成を有するガラスであれば、後述するような所望の屈折率を達成しつつ、低ガラス転移点化を図ることが可能となる。これにより、プレス成形温度を低下させることができるため、モールドプレス成形時にガラス成分が揮発しにくく、金型精度の低下や、金型の劣化または汚染等の問題が生じにくい。さらに、耐候性が良好であるため、製造工程あるいは最終製品の使用中に物性の劣化や表面変質が生じにくい。よって、本発明の光学ガラスは、一般のデジタルカメラやビデオカメラの撮影用レンズや、各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズ用の光学レンズとして好適である。
【００１１】
なお本発明において、「Ｐｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分を実質的に含有しない」とは、これらの成分を意図的にガラス中に添加しないという意味であり、不可避的不純物まで完全に排除することを意味するものではない。より客観的には、不純物を含めたＰｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分の含有量が、各々０．０１％未満であるということを意味する。
【００１２】
第二に、本発明の光学ガラスは、質量％で、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを０．１〜２０％含有することが好ましい。
【００１３】
第三に、本発明の光学ガラスは、質量％で、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯを０．１〜４５％含有することが好ましい。
【００１４】
第四に、本発明の光学ガラスは、質量％で、ＺｎＯを０〜１５％（ただし、１５％は含まない）含有することが好ましい。
【００１５】
第五に、本発明の光学ガラスは、屈折率が１．４８〜１．６５であることが好ましい。
【００１６】
第六に、本発明の光学ガラスは、ガラス転移点が４９０℃以下であり、かつ、屈伏点が５２０℃以下であることが好ましい。
【００１７】
第七に、本発明の光学ガラスは、モールドプレス成形用途であることが好ましい。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明において、各成分の含有量を上記のように規制した理由を説明する。なお、特に断りがない限り、以下の説明において「％」は「質量％」を意味する。
【００１９】
ＳｉＯ２はガラス骨格を形成する成分である。ＳｉＯ２の含有量は１０〜４８％、１２〜４５％、特に１８〜４２％であることが好ましい。ＳｉＯ２の含有量が少なすぎると、ガラス化が不安定になる。また、耐候性（高温多湿環境下での耐久性）が低下する傾向がある。一方、ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、ガラス転移点が高くなり、プレス成形温度が上昇して金型が劣化しやすくなる。
【００２０】
Ｂ２Ｏ３は低ガラス転移点化を達成するために有効な成分である。Ｂ２Ｏ３の含有量は３〜１５％（ただし、１５％は含まない）、４〜１４％、７〜１３％、特に８〜１２％であることが好ましい。Ｂ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、耐水性が低下したり、耐候性が著しく低下する傾向がある。また、モールドプレス成形時のガラス成分の揮発も多くなり、金型が劣化しやすくなる。
【００２１】
Ａｌ２Ｏ３は耐水性や耐候性を向上させる成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量は２〜１５％、２．５〜１４％、特に３〜１２％であることが好ましい。Ａｌ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多すぎると、ガラス転移点が著しく上昇し、モールドプレス成形が困難になる傾向がある。
【００２２】
Ｌｉ２Ｏはガラス転移点を効果的に低下させることができる成分である。ただし、その含有量が多すぎると、分相を顕著に引き起こす傾向がある。また、耐候性が低下しやすくなる。したがって、Ｌｉ２Ｏの含有量は０〜２０％、１〜１８％、３〜１５％、特に５〜１３％であることが好ましい。
【００２３】
Ｎａ２Ｏもガラス転移点を低下させることができる成分である。Ｎａ２Ｏの含有量は０．１〜２０％、０．５〜１２％、特に１〜１０％であることが好ましい。Ｎａ２Ｏの含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が多すぎると、耐候性が低下したり、モールドプレス成形時にガラス成分が揮発して金型を汚染するおそれがある。
【００２４】
Ｋ２ＯもＮａ２ＯやＬｉ２Ｏと同様に、ガラス転移点を低下させるために有効である。また、Ｋ２ＯはＮａ２ＯやＬｉ２Ｏと比較して、分相傾向が小さい。ただし、Ｋ２Ｏの含有量が多すぎると、耐候性が低下したり、モールドプレス成形時にガラス成分が揮発して金型を汚染するおそれがある。したがって、Ｋ２Ｏの含有量は０〜１５％、０〜１０％、０〜８％、特に０．１〜５％であることが好ましい。
【００２５】
なお、ガラス転移点を十分に低下させるためには、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを０．１％以上、５％以上、１０％以上、特に１２％以上含有することが好ましい。ただし、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが多すぎると、モールドプレス成形時の揮発成分が多くなり、金型が劣化しやすくなる。また、溶融時の揮発も多くなり、溶融窯や溶融器具が劣化するおそれがある。したがって、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏは２０％以下、１８％以下、特に１６％以下であることが好ましい。
【００２６】
ＣａＯはガラス転移点を低下させる効果を有する成分である。また、イオン半径の大きなＢａ成分と共存させておくと、耐候性が向上する効果も得られる。ＣａＯの含有量は０．１〜２５％、含有量は１〜２０％、特に２〜１８％であることが好ましい。ＣａＯの含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、ＣａＯの含有量が多すぎると、ガラス化が不安定になる傾向がある。
【００２７】
ＳｒＯもガラス転移点を低下させるために有効である。また、耐候性を向上させる効果がある。しかし、その含有量が多すぎると、ガラス化が不安定になる傾向がある。したがって、ＳｒＯの含有量は０〜２５％、０．１〜２０％、特に１〜１８％であることが好ましい。
【００２８】
ＢａＯもガラス転移点を低下させるために有効である。また、耐候性を向上させる効果があり、特にＣａと共存させるとその効果が大きくなる。ＢａＯの含有量は０．１〜２５％（ただし、２５％は含まない）、１〜２４％、特に２〜２３％であることが好ましい。ＢａＯの含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、ＢａＯ含有量が多すぎると、ガラス化が不安定になる傾向がある。
【００２９】
なお、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯ以外のアルカリ土類金属酸化物として、屈折率を高めるためにＭｇＯを含有しても構わない。ＭｇＯの含有量は０〜５％、０〜３％、特に０〜１％であることが好ましい。
【００３０】
ガラス転移点の低下および耐候性の向上の効果を十分に得るためには、アルカリ土類金属酸化物の合量ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯが０．１％以上、１０％以上、２５％以上、特に３０％以上であることが好ましい。ただし、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯの含有量が多すぎると、ガラス化が不安定になり、耐候性が低下しやすくなるため、４５％以下、４４％以下、特に４３％以下であることが好ましい。
【００３１】
Ｌａ２Ｏ３は屈折率の調整のために含有することができる。また、ガラス転移点を低下させる効果もある。なお、Ｌａ２Ｏ３はレアアース酸化物の一つであり稀少かつ高価な原料であるため、コスト削減の観点からその含有量は少ないほうが好ましい。以上に鑑み、Ｌａ２Ｏ３の含有量は０〜４．５％、０〜３％、特に０〜１％であることが好ましく、含有しないことが最も好ましい。
【００３２】
Ｎｂ２Ｏ５もＬａ２Ｏ３と同様に、光学定数の調整に使用することができる。なお、Ｎｂ２Ｏ５は稀少かつ高価な原料であるため、コスト削減の観点からその含有量は少ないほうが好ましい。以上に鑑み、Ｎｂ２Ｏ５の含有量は０〜４．９％、０〜３％、特に０〜１％であることが好ましく、含有しないことが最も好ましい。
【００３３】
ＺｒＯ２は耐候性を高める効果がある。また、屈折率を調整するためにも含有することができる。ただし、その含有量が多すぎると、屈折率やガラス転移点が高くなりすぎる傾向がある。したがって、ＺｒＯ２の含有量は０〜７％、特に０〜６％であることが好ましい。
【００３４】
ＴｉＯ２もＺｒＯ２と同様に、耐候性を高める効果がある。しかし、少量の含有でガラス転移点が顕著に高くなり、モールドプレス成形が困難になる傾向がある。また、顕著に着色する傾向がある。したがって、ＴｉＯ２の含有量は０〜５％、０〜３％、特に０〜０．１％未満であることが好ましく、含有しないことが最も好ましい。
【００３５】
Ｐｂ成分（例えばＰｂＯ）およびＦ成分（例えばＦ２）は環境上好ましくない成分であり、また、Ｐ成分（例えばＰ２Ｏ５）は化学的耐久性を顕著に低下させる成分である。したがって、本発明の光学ガラスはこれらの成分を実質的に含有しない。
【００３６】
本発明においては上記成分以外にも種々の成分を含有することができる。例えばＺｎＯ、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５およびＧｅＯ２等を含有することができる。
【００３７】
ＺｎＯは屈折率を高める成分であり、光学定数の調整として使用することができる。ただし、その含有量が多すぎると、耐候性が低下する傾向がある。したがって、ＺｎＯの含有量は０〜１５％（ただし、１５％は含まない）、特に０．１〜１０％であることが好ましい。
【００３８】
Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５は屈折率を高める成分であり、光学定数の調整のために含有することができる。ただし、各成分の含有量が多すぎると、屈折率が高くなりすぎる傾向がある。各成分の含有量は各々１％未満であることが好ましい。
【００３９】
ＧｅＯ２はガラスの安定性を向上させたり、屈折率を高める目的で含有することができる。しかし、ＧｅＯ２は稀少かつ高価な原料であるため、その含有量が多すぎると、原料コストの高騰に繋がる。したがって、ＧｅＯ２を使用するとしても、その含有量は少ない方が好ましく、具体的には０〜３％、０〜１％、特に０〜０．００１％であることが好ましい。
【００４０】
なお、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｅＯ２およびＣｌはモールドプレス成形時にガラスから揮発しやすく、金型の劣化を著しく促進するため、実質的に含有しない（具体的には各々０．０１％未満）ことが好ましい。
【００４１】
本発明の光学ガラスは上記ガラス組成を有することにより、１．４８〜１．６５、特に１．５０〜１．６２の屈折率（ｎｄ）、および、４５〜７０、特に４９〜６５のアッベ数（νｄ）を容易に達成することができる。
【００４２】
本発明の光学ガラスのガラス転移点は４９０℃以下、４８０℃以下、４７０℃以下、特に４５０℃以下であることが好ましい。また、本発明の光学ガラスの屈伏点は５２０℃以下、５１０℃以下、特に４９０℃以下であることが好ましい。ガラス転移点または屈伏点が高すぎると、プレス成形温度が高くなって金型が劣化しやすくなる。
【００４３】
次に、本発明の光学ガラスを用いて光ピックアップレンズや撮影用レンズ等を製造する方法を述べる。
【００４４】
まず、所望の組成になるようにガラス原料を調合した後、ガラス溶融炉で溶融する。
【００４５】
次に、溶融ガラスをノズルの先端から滴下して一旦液滴状ガラスを作製し、プリフォームガラスを得る。または、溶融ガラスを急冷鋳造して一旦ガラスブロックを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを得る。
【００４６】
続いて、精密加工を施した金型中にプリフォームガラスを投入して軟化状態となるまで加熱しながら加圧成形し、金型の表面形状をガラスに転写させる（モールドプレス成形）。このようにして光ピックアップレンズや撮影用レンズを得ることができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の光学ガラスを実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４８】
表１〜３は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１０）および比較例（試料Ｎｏ．１１〜１５）を示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【００５１】
【表３】
【００５２】
各ガラス試料は、以下のようにして作製した。
【００５３】
まず、表１〜３に記載の各組成となるように調合したガラス原料を白金ルツボに投入し、１２５０〜１３００℃で２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、アニールを行ってガラス試料を作製した。このようにして得られたガラス試料について、各種特性を評価した。結果を表１〜３に示す。
【００５４】
表から明らかなように、実施例であるＮｏ．１〜１０の試料は、１．５８７〜１．６５０という、光ピックアップレンズ、撮像用レンズ、光通信に使用できる送受信用レンズ等に好適な屈折率を有していた。また、ガラス転移点も４９０℃以下であり、モールドプレス成形時の金型の劣化や汚染を抑制することができる。さらに、耐候性にも優れているため、製造工程や製品の使用中における表面変質を抑制することができる。
【００５５】
これに対し、Ｎｏ．１１および１５の試料はガラス転移点が５５０℃と高いものであった。また、Ｎｏ．１２〜１４の試料は耐候性に劣っていた。
【００５６】
屈折率（ｎｄ）は、屈折率計（カルニュー製 ＫＰＲ−２０００）を用いて水素ランプのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）において測定した値である。
【００５７】
アッベ数（νｄ）は、上記したｄ線の屈折率と水素ランプのＦ線（４８６．１ｎｍ）、同じく水素ランプのＣ線（６５６．３ｎｍ）の屈折率の値を用い、アッベ数（νｄ）＝［（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）］式から算出した。
【００５８】
ガラス転移点（Ｔｇ）は熱膨張測定装置（ｄｉｌａｔｏ ｍｅｔｅｒ）を用いて得られた熱膨張曲線において、低温度域の直線と高温度域の直線の交点より求めた。また、屈伏点（Ａｔ）は上記熱膨張曲線において、ガラスが屈伏したと認められる点より求めた。
【００５９】
耐候性は、ガラス試料を温度１２１℃および湿度９５％の環境下に２４時間保持し、その後ガラス表面を顕微鏡（×５００）で観察を行い、ガラス表面における析出ブツの有無により判定を行った。ガラス表面を占める析出ブツの面積が１％未満である場合を「◎」、１〜５％未満である場合を「○」、５〜３０％未満である場合を「△」、３０％以上である場合を「×」として判定を行った。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の光学ガラスは、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤその他各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機等の撮像用レンズ、光通信に使用される送受信用レンズ等といった光学レンズの硝材として好適である。特にモールドプレス成形を利用して作製される光学レンズの硝材として好適である。また、モールドプレス成形以外の方法で成形される硝材として使用することも可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学ガラスに関するものである。より詳細には、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、その他各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機等の撮像用レンズ、光通信に使用される送受信用レンズ等に好適な光学ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、その他各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機等の撮像用レンズ、光通信に使用される送受信用レンズ等の用途では、屈折率（ｎｄ）が例えば１．４８〜１．６５の光学定数を有するガラスが使用されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
上記ガラスは、例えば以下のような方法により作製される。まず、溶融ガラスをノズルの先端から滴下して一旦液滴状ガラスを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを作製する。または、溶融ガラスを急冷鋳造して一旦ガラスインゴットを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを作製する。続いて、プリフォームガラスを加熱して軟化し、高精度な成形表面を有する金型によって加圧成形し、金型の表面形状をガラスに転写してレンズを作製する。このような成形方法は一般にモールドプレス成形法と呼ばれており、大量生産に適した方法として近年広く採用されている。
【０００４】
モールドプレス成形法では、白金やイリジウム等の非常に高価な材質からなる高精度な形状を有する金型が使用される。プレス成形温度が高い場合、金型の劣化が早くなるため、より低温でモールドプレス成形可能なガラス材質が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１４９５３６号公報
【特許文献２】特開平５−１９３９７９号公報
【特許文献３】特開２００２−２０１０３７号公報
【特許文献４】特開２００６−３０６６３５号公報
【特許文献５】特開２００８−１６９０７６号公報
【特許文献６】特開２００７−１４５６１５号公報
【特許文献７】特開２００９−１０７８９２号公報
【特許文献８】特開平５−５３４１号公報
【特許文献９】特開２００８−２５４９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜７には、屈折率が１．４８〜１．６５であり、かつ、５２０℃以下という低いガラス転移点を有するアルカリ硼珪酸ガラスが開示されている。しかしながら、これらのガラスはＢ２Ｏ３を１５％以上と多く含有しているため、切削、研磨、洗浄工程において、研磨洗浄水等の各種洗浄溶液中へガラス成分が溶出してガラス表面が変質しやすい。また、最終製品についても、高温多湿環境下に長時間晒されると、ガラス表面が変質してレンズとしての信頼性を損ないやすいという問題がある。
【０００７】
特許文献８および９には、屈折率が１．４８〜１．６５でＢ２Ｏ３含有量が少ないガラスが開示されている。しかしながら、当該ガラスはガラス転移点または屈伏点が高すぎるため、プレス成形温度が高くなり、金型の寿命が短くなる傾向にある。
【０００８】
以上に鑑み、本発明は、所望の屈折率およびガラス転移点を達成しやすく、しかも高い耐候性を兼ね備えた光学ガラスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ １０〜４８％、Ｂ２Ｏ３ ３〜１５％（ただし、１５％は含まない）、Ａｌ２Ｏ３ ２〜１５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０．１〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜１５％、ＣａＯ ０．１〜２５％、ＳｒＯ ０〜２５％、ＢａＯ ０．１〜２５％（ただし、２５％は含まない）、Ｌａ２Ｏ３ ０〜４．５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜４．９％、ＺｒＯ２ ０〜７％およびＴｉＯ２ ０〜５％を含有し、かつ、Ｐｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分を実質的に含有しないことを特徴とする光学ガラスに関する。
【００１０】
上記組成を有するガラスであれば、後述するような所望の屈折率を達成しつつ、低ガラス転移点化を図ることが可能となる。これにより、プレス成形温度を低下させることができるため、モールドプレス成形時にガラス成分が揮発しにくく、金型精度の低下や、金型の劣化または汚染等の問題が生じにくい。さらに、耐候性が良好であるため、製造工程あるいは最終製品の使用中に物性の劣化や表面変質が生じにくい。よって、本発明の光学ガラスは、一般のデジタルカメラやビデオカメラの撮影用レンズや、各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズ用の光学レンズとして好適である。
【００１１】
なお本発明において、「Ｐｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分を実質的に含有しない」とは、これらの成分を意図的にガラス中に添加しないという意味であり、不可避的不純物まで完全に排除することを意味するものではない。より客観的には、不純物を含めたＰｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分の含有量が、各々０．０１％未満であるということを意味する。
【００１２】
第二に、本発明の光学ガラスは、質量％で、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを０．１〜２０％含有することが好ましい。
【００１３】
第三に、本発明の光学ガラスは、質量％で、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯを０．１〜４５％含有することが好ましい。
【００１４】
第四に、本発明の光学ガラスは、質量％で、ＺｎＯを０〜１５％（ただし、１５％は含まない）含有することが好ましい。
【００１５】
第五に、本発明の光学ガラスは、屈折率が１．４８〜１．６５であることが好ましい。
【００１６】
第六に、本発明の光学ガラスは、ガラス転移点が４９０℃以下であり、かつ、屈伏点が５２０℃以下であることが好ましい。
【００１７】
第七に、本発明の光学ガラスは、モールドプレス成形用途であることが好ましい。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明において、各成分の含有量を上記のように規制した理由を説明する。なお、特に断りがない限り、以下の説明において「％」は「質量％」を意味する。
【００１９】
ＳｉＯ２はガラス骨格を形成する成分である。ＳｉＯ２の含有量は１０〜４８％、１２〜４５％、特に１８〜４２％であることが好ましい。ＳｉＯ２の含有量が少なすぎると、ガラス化が不安定になる。また、耐候性（高温多湿環境下での耐久性）が低下する傾向がある。一方、ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、ガラス転移点が高くなり、プレス成形温度が上昇して金型が劣化しやすくなる。
【００２０】
Ｂ２Ｏ３は低ガラス転移点化を達成するために有効な成分である。Ｂ２Ｏ３の含有量は３〜１５％（ただし、１５％は含まない）、４〜１４％、７〜１３％、特に８〜１２％であることが好ましい。Ｂ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、耐水性が低下したり、耐候性が著しく低下する傾向がある。また、モールドプレス成形時のガラス成分の揮発も多くなり、金型が劣化しやすくなる。
【００２１】
Ａｌ２Ｏ３は耐水性や耐候性を向上させる成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量は２〜１５％、２．５〜１４％、特に３〜１２％であることが好ましい。Ａｌ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多すぎると、ガラス転移点が著しく上昇し、モールドプレス成形が困難になる傾向がある。
【００２２】
Ｌｉ２Ｏはガラス転移点を効果的に低下させることができる成分である。ただし、その含有量が多すぎると、分相を顕著に引き起こす傾向がある。また、耐候性が低下しやすくなる。したがって、Ｌｉ２Ｏの含有量は０〜２０％、１〜１８％、３〜１５％、特に５〜１３％であることが好ましい。
【００２３】
Ｎａ２Ｏもガラス転移点を低下させることができる成分である。Ｎａ２Ｏの含有量は０．１〜２０％、０．５〜１２％、特に１〜１０％であることが好ましい。Ｎａ２Ｏの含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が多すぎると、耐候性が低下したり、モールドプレス成形時にガラス成分が揮発して金型を汚染するおそれがある。
【００２４】
Ｋ２ＯもＮａ２ＯやＬｉ２Ｏと同様に、ガラス転移点を低下させるために有効である。また、Ｋ２ＯはＮａ２ＯやＬｉ２Ｏと比較して、分相傾向が小さい。ただし、Ｋ２Ｏの含有量が多すぎると、耐候性が低下したり、モールドプレス成形時にガラス成分が揮発して金型を汚染するおそれがある。したがって、Ｋ２Ｏの含有量は０〜１５％、０〜１０％、０〜８％、特に０．１〜５％であることが好ましい。
【００２５】
なお、ガラス転移点を十分に低下させるためには、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを０．１％以上、５％以上、１０％以上、特に１２％以上含有することが好ましい。ただし、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが多すぎると、モールドプレス成形時の揮発成分が多くなり、金型が劣化しやすくなる。また、溶融時の揮発も多くなり、溶融窯や溶融器具が劣化するおそれがある。したがって、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏは２０％以下、１８％以下、特に１６％以下であることが好ましい。
【００２６】
ＣａＯはガラス転移点を低下させる効果を有する成分である。また、イオン半径の大きなＢａ成分と共存させておくと、耐候性が向上する効果も得られる。ＣａＯの含有量は０．１〜２５％、含有量は１〜２０％、特に２〜１８％であることが好ましい。ＣａＯの含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、ＣａＯの含有量が多すぎると、ガラス化が不安定になる傾向がある。
【００２７】
ＳｒＯもガラス転移点を低下させるために有効である。また、耐候性を向上させる効果がある。しかし、その含有量が多すぎると、ガラス化が不安定になる傾向がある。したがって、ＳｒＯの含有量は０〜２５％、０．１〜２０％、特に１〜１８％であることが好ましい。
【００２８】
ＢａＯもガラス転移点を低下させるために有効である。また、耐候性を向上させる効果があり、特にＣａと共存させるとその効果が大きくなる。ＢａＯの含有量は０．１〜２５％（ただし、２５％は含まない）、１〜２４％、特に２〜２３％であることが好ましい。ＢａＯの含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、ＢａＯ含有量が多すぎると、ガラス化が不安定になる傾向がある。
【００２９】
なお、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯ以外のアルカリ土類金属酸化物として、屈折率を高めるためにＭｇＯを含有しても構わない。ＭｇＯの含有量は０〜５％、０〜３％、特に０〜１％であることが好ましい。
【００３０】
ガラス転移点の低下および耐候性の向上の効果を十分に得るためには、アルカリ土類金属酸化物の合量ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯが０．１％以上、１０％以上、２５％以上、特に３０％以上であることが好ましい。ただし、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯの含有量が多すぎると、ガラス化が不安定になり、耐候性が低下しやすくなるため、４５％以下、４４％以下、特に４３％以下であることが好ましい。
【００３１】
Ｌａ２Ｏ３は屈折率の調整のために含有することができる。また、ガラス転移点を低下させる効果もある。なお、Ｌａ２Ｏ３はレアアース酸化物の一つであり稀少かつ高価な原料であるため、コスト削減の観点からその含有量は少ないほうが好ましい。以上に鑑み、Ｌａ２Ｏ３の含有量は０〜４．５％、０〜３％、特に０〜１％であることが好ましく、含有しないことが最も好ましい。
【００３２】
Ｎｂ２Ｏ５もＬａ２Ｏ３と同様に、光学定数の調整に使用することができる。なお、Ｎｂ２Ｏ５は稀少かつ高価な原料であるため、コスト削減の観点からその含有量は少ないほうが好ましい。以上に鑑み、Ｎｂ２Ｏ５の含有量は０〜４．９％、０〜３％、特に０〜１％であることが好ましく、含有しないことが最も好ましい。
【００３３】
ＺｒＯ２は耐候性を高める効果がある。また、屈折率を調整するためにも含有することができる。ただし、その含有量が多すぎると、屈折率やガラス転移点が高くなりすぎる傾向がある。したがって、ＺｒＯ２の含有量は０〜７％、特に０〜６％であることが好ましい。
【００３４】
ＴｉＯ２もＺｒＯ２と同様に、耐候性を高める効果がある。しかし、少量の含有でガラス転移点が顕著に高くなり、モールドプレス成形が困難になる傾向がある。また、顕著に着色する傾向がある。したがって、ＴｉＯ２の含有量は０〜５％、０〜３％、特に０〜０．１％未満であることが好ましく、含有しないことが最も好ましい。
【００３５】
Ｐｂ成分（例えばＰｂＯ）およびＦ成分（例えばＦ２）は環境上好ましくない成分であり、また、Ｐ成分（例えばＰ２Ｏ５）は化学的耐久性を顕著に低下させる成分である。したがって、本発明の光学ガラスはこれらの成分を実質的に含有しない。
【００３６】
本発明においては上記成分以外にも種々の成分を含有することができる。例えばＺｎＯ、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５およびＧｅＯ２等を含有することができる。
【００３７】
ＺｎＯは屈折率を高める成分であり、光学定数の調整として使用することができる。ただし、その含有量が多すぎると、耐候性が低下する傾向がある。したがって、ＺｎＯの含有量は０〜１５％（ただし、１５％は含まない）、特に０．１〜１０％であることが好ましい。
【００３８】
Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５は屈折率を高める成分であり、光学定数の調整のために含有することができる。ただし、各成分の含有量が多すぎると、屈折率が高くなりすぎる傾向がある。各成分の含有量は各々１％未満であることが好ましい。
【００３９】
ＧｅＯ２はガラスの安定性を向上させたり、屈折率を高める目的で含有することができる。しかし、ＧｅＯ２は稀少かつ高価な原料であるため、その含有量が多すぎると、原料コストの高騰に繋がる。したがって、ＧｅＯ２を使用するとしても、その含有量は少ない方が好ましく、具体的には０〜３％、０〜１％、特に０〜０．００１％であることが好ましい。
【００４０】
なお、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｅＯ２およびＣｌはモールドプレス成形時にガラスから揮発しやすく、金型の劣化を著しく促進するため、実質的に含有しない（具体的には各々０．０１％未満）ことが好ましい。
【００４１】
本発明の光学ガラスは上記ガラス組成を有することにより、１．４８〜１．６５、特に１．５０〜１．６２の屈折率（ｎｄ）、および、４５〜７０、特に４９〜６５のアッベ数（νｄ）を容易に達成することができる。
【００４２】
本発明の光学ガラスのガラス転移点は４９０℃以下、４８０℃以下、４７０℃以下、特に４５０℃以下であることが好ましい。また、本発明の光学ガラスの屈伏点は５２０℃以下、５１０℃以下、特に４９０℃以下であることが好ましい。ガラス転移点または屈伏点が高すぎると、プレス成形温度が高くなって金型が劣化しやすくなる。
【００４３】
次に、本発明の光学ガラスを用いて光ピックアップレンズや撮影用レンズ等を製造する方法を述べる。
【００４４】
まず、所望の組成になるようにガラス原料を調合した後、ガラス溶融炉で溶融する。
【００４５】
次に、溶融ガラスをノズルの先端から滴下して一旦液滴状ガラスを作製し、プリフォームガラスを得る。または、溶融ガラスを急冷鋳造して一旦ガラスブロックを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを得る。
【００４６】
続いて、精密加工を施した金型中にプリフォームガラスを投入して軟化状態となるまで加熱しながら加圧成形し、金型の表面形状をガラスに転写させる（モールドプレス成形）。このようにして光ピックアップレンズや撮影用レンズを得ることができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の光学ガラスを実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４８】
表１〜３は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１０）および比較例（試料Ｎｏ．１１〜１５）を示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【００５１】
【表３】
【００５２】
各ガラス試料は、以下のようにして作製した。
【００５３】
まず、表１〜３に記載の各組成となるように調合したガラス原料を白金ルツボに投入し、１２５０〜１３００℃で２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、アニールを行ってガラス試料を作製した。このようにして得られたガラス試料について、各種特性を評価した。結果を表１〜３に示す。
【００５４】
表から明らかなように、実施例であるＮｏ．１〜１０の試料は、１．５８７〜１．６５０という、光ピックアップレンズ、撮像用レンズ、光通信に使用できる送受信用レンズ等に好適な屈折率を有していた。また、ガラス転移点も４９０℃以下であり、モールドプレス成形時の金型の劣化や汚染を抑制することができる。さらに、耐候性にも優れているため、製造工程や製品の使用中における表面変質を抑制することができる。
【００５５】
これに対し、Ｎｏ．１１および１５の試料はガラス転移点が５５０℃と高いものであった。また、Ｎｏ．１２〜１４の試料は耐候性に劣っていた。
【００５６】
屈折率（ｎｄ）は、屈折率計（カルニュー製 ＫＰＲ−２０００）を用いて水素ランプのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）において測定した値である。
【００５７】
アッベ数（νｄ）は、上記したｄ線の屈折率と水素ランプのＦ線（４８６．１ｎｍ）、同じく水素ランプのＣ線（６５６．３ｎｍ）の屈折率の値を用い、アッベ数（νｄ）＝［（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）］式から算出した。
【００５８】
ガラス転移点（Ｔｇ）は熱膨張測定装置（ｄｉｌａｔｏ ｍｅｔｅｒ）を用いて得られた熱膨張曲線において、低温度域の直線と高温度域の直線の交点より求めた。また、屈伏点（Ａｔ）は上記熱膨張曲線において、ガラスが屈伏したと認められる点より求めた。
【００５９】
耐候性は、ガラス試料を温度１２１℃および湿度９５％の環境下に２４時間保持し、その後ガラス表面を顕微鏡（×５００）で観察を行い、ガラス表面における析出ブツの有無により判定を行った。ガラス表面を占める析出ブツの面積が１％未満である場合を「◎」、１〜５％未満である場合を「○」、５〜３０％未満である場合を「△」、３０％以上である場合を「×」として判定を行った。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の光学ガラスは、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤその他各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機等の撮像用レンズ、光通信に使用される送受信用レンズ等といった光学レンズの硝材として好適である。特にモールドプレス成形を利用して作製される光学レンズの硝材として好適である。また、モールドプレス成形以外の方法で成形される硝材として使用することも可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ １０〜４８％、Ｂ２Ｏ３ ３〜１５％（ただし、１５％は含まない）、Ａｌ２Ｏ３ ２〜１５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０．１〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜１５％、ＣａＯ ０．１〜２５％、ＳｒＯ ０〜２５％、ＢａＯ ０．１〜２５％（ただし、２５％は含まない）、Ｌａ２Ｏ３ ０〜４．５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜４．９％、ＺｒＯ２ ０〜７％およびＴｉＯ２ ０〜５％を含有し、かつ、Ｐｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分を実質的に含有しないことを特徴とする光学ガラス。
【請求項２】
質量％で、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを０．１〜２０％含有することを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
【請求項３】
質量％で、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯを０．１〜４５％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学ガラス。
【請求項４】
質量％で、ＺｎＯを０〜１５％（ただし、１５％は含まない）含有す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ガラス。
【請求項５】
屈折率が１．４８〜１．６５であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学ガラス。
【請求項６】
ガラス転移点が４９０℃以下であり、かつ、屈伏点が５２０℃以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学ガラス。
【請求項７】
モールドプレス成形用途であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学ガラス。
【請求項１】
ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ １０〜４８％、Ｂ２Ｏ３ ３〜１５％（ただし、１５％は含まない）、Ａｌ２Ｏ３ ２〜１５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０．１〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜１５％、ＣａＯ ０．１〜２５％、ＳｒＯ ０〜２５％、ＢａＯ ０．１〜２５％（ただし、２５％は含まない）、Ｌａ２Ｏ３ ０〜４．５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜４．９％、ＺｒＯ２ ０〜７％およびＴｉＯ２ ０〜５％を含有し、かつ、Ｐｂ成分、Ｐ成分およびＦ成分を実質的に含有しないことを特徴とする光学ガラス。
【請求項２】
質量％で、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを０．１〜２０％含有することを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
【請求項３】
質量％で、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯを０．１〜４５％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学ガラス。
【請求項４】
質量％で、ＺｎＯを０〜１５％（ただし、１５％は含まない）含有す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ガラス。
【請求項５】
屈折率が１．４８〜１．６５であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学ガラス。
【請求項６】
ガラス転移点が４９０℃以下であり、かつ、屈伏点が５２０℃以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学ガラス。
【請求項７】
モールドプレス成形用途であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学ガラス。
【公開番号】特開２０１３−１８６７４（Ｐ２０１３−１８６７４Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５２４６８（Ｐ２０１１−１５２４６８）
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
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