精密成形用光学ガラス
本発明は、１．６７＜ηｄ＜１．７０の屈折率ηｄ、及び５２．０＜ｖｄ＜５５．０のアッベ数ｖｄをもち、及びガラス転移温度がＴｇ＜５５０℃であって、以下の含有量を特徴とする精密成形用光学ガラスに関する。
ＳｉＯ２ ５．５〜１５重量％
Ｌｉ２Ｏ ２．６〜８重量％
Ｂ２Ｏ３ ２０〜４０重量％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜３５重量％
Ｙ２Ｏ３ ０．５〜１０重量％
Ｔａ２Ｏ５ ０．１〜８重量％
ＺｒＯ２ ０．１〜５重量％
ＺｎＯ ０．１〜３５重量％
ＳｒＯ ０〜１５重量％
ＢａＯ ０〜２２重量％
Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０重量％
Ｎａ２Ｏ ０〜２重量％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１重量％
ＳｎＯ２ ０〜１重量％
ＣｅＯ２ ０〜１重量％
ＳｉＯ２ ５．５〜１５重量％
Ｌｉ２Ｏ ２．６〜８重量％
Ｂ２Ｏ３ ２０〜４０重量％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜３５重量％
Ｙ２Ｏ３ ０．５〜１０重量％
Ｔａ２Ｏ５ ０．１〜８重量％
ＺｒＯ２ ０．１〜５重量％
ＺｎＯ ０．１〜３５重量％
ＳｒＯ ０〜１５重量％
ＢａＯ ０〜２２重量％
Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０重量％
Ｎａ２Ｏ ０〜２重量％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１重量％
ＳｎＯ２ ０〜１重量％
ＣｅＯ２ ０〜１重量％
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略は光学ガラスに関し、具体的には精密成形に適する光学ガラス、さらに具体的には高屈折率、低分散性、及び低ガラス転移温度を有する精密成形用光学ガラスに関する。同時に、本発明は成分蒸発性が低く、また精密成形の過程において型材料に対する付着性のない上記光学ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学及びオプトエレクトロニクス技術分野の市場における製品は、益々小型化の方向へ向けられる傾向にある。このような傾向は、より小型の最終製品に対するニーズ、及びそのような最終製品の各部材及び部品の小型化のニーズが高まっていることから明らかである。光学ガラスの製造者にとって、このような進展は、最終製品の高品質化に加えて原料ガラス量の明確な減少として把握される。同時に、ガラスブロック及び又はインゴットから作製されるこれら小型部品の製造では明らかにより多くの廃棄物が生ずることから、後処理が価格面においてガラス製造者に重圧となっている。
【０００３】
これまで一般的であった、ガラスブロックまたはインゴットから光学部品に用いるガラス部分を取り出す代わりに、最新の製造方法では、ガラス溶融物からそのままガラスの最終外形あるいは最終形状に可能な限り近いプレフォームが得られることの重要性が大きく増している。例えば、再加工業者からは、再プレス用の最終形状に近いプレフォーム、いわゆる「精密ゴブ」に対する要求が増している。通常、用語「精密ゴブ」とは、好ましくは、既に分割され、光学部品の最終形状に近い、完全に火で艶出しされた、成形の必要ないあるいは半分位成形の必要のあるガラス部品を言う。
【０００４】
「精密ゴブ」を、同義語である所謂「精密プレス(precise pressing)」、あるいは「精密成形」、あるいは「精密プレス(Precision pressing)」によって、レンズや非球面素子などの光学素子へ変換することも可能である。従って、例えば表面研磨を用いた表面の幾何学的形状のさらなる加工はもはや必要とされない。このような方法ゆえに、柔軟なやり方でより少量の溶融ガラスが取り扱われると共に準備時間もより短くなる。しかしながら、形状が小さく、処理や置き換えがかなり少ないことから、製品の付加価値は、材料自体の価値によって決まるのではなく、むしろプレス後直ぐに取り付けられる状態の製品であるか否か、すなわち骨の折れる後処理、冷却、及び又は室温での再加工などがもはや必要とされないことによって決められる。高度に正確な幾何学的形状が要求されるため、プレス加工段階において、高グレードの精密器具、従って高価な型材料を用いなければならない。このような型の寿命は製品及び又は製造された材料の利益性に多大な影響を与える。型の寿命を延ばすために極めて重要な要因は作業温度であり、温度は可能な限り低いほど良いが、温度はプレスされる材料の粘度がプレス工程において猶十分許容できる温度までしか下げることができない。このことは、加工温度、すなわち加工されるガラスの転移温度Ｔｇとプレス加工の利益性との間には直接的な因果関係があること、すなわちガラス転移温度が低ければ低いほど型の寿命は長くなり、従って高利益が得られることを意味する。従って、所謂「低Ｔｇガラス」、すなわち低融点及び低転移温度を有するガラス、すなわち可能な限り低温で十分加工が可能な粘度を有するガラスが要求されている。
【０００５】
精密成形加工において、ガラスの型表面への非粘着性は精密成形における主要な要件である。ガラス成形型及び成形ツールの表面は常に溶融ガラスと接触することから、両者間での相互作用によって、ガラスと型材料間のくっつきや、接着さえ起こり得る。このようなくっつきや接着によって、ガラス製品、あるいは型表面、もしくはそれら双方に付着摩損や損傷が生ずる可能性がある。近年のガラス製造加工においては、ガラス品質を高め、寸法許容範囲をより厳しく管理する要求が増大しているが、他方において経済性の必要から型の寿命の延長及び生産性の向上の要求も増大している。従って、非粘着性が改善された新しいガラス組成を見出すことが重要になっている。
【０００６】
他の重要な要因として、ガラスの成分蒸発が少ないこと、及び精密成形の過程における型との反応が少ないことがある。Ｂ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏは精密成形の過程において容易に蒸発する。極めて重大な課題は、精密成形中のＢ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏの蒸発を抑えて精密成形後のガラス組成の正確性を保持することである。
【０００７】
Ｐ２０００−１１９０３６Ａには精密成形用光学ガラスに関する記載があり、このガラスにおけるＣａＯ含量は５〜２０重量％、Ｌａ２Ｏ３含量は２１重量％未満であり、かかる組成によれば屈折率の増加に無影響であり、Ｂ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏの蒸発も抑制される。ＪＰ ＨＯＹＡ Ｐ２００１−１３０９２４には、精密プレス加工用の屈折率の高い光学ガラスが開示されている。このガラスにはＣａＯが少なくとも２重量％含まれている。ＵＳ６，８０６，２１７Ｂ２には型レンズガラスについて記載されている。このガラスにはＣａＯが少なくとも４重量％含まれている。ＣａＯを含むガラスは精密成形中に蒸発及び成分拡散がより多くなり、またＣａＯを含むガラスは一般的型材料である白金及び炭化タングステンと反応し易い傾向がある。ＣａＯの存在により、精密成形過程におけるＢ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏの蒸発が増加され、そのため型が害され、光学ガラス品質が低下される。
【０００８】
ＪＰ１２８６９３４では低融点ガラスに関して記載されているが、これらガラスには型表面にくっ付き易い欠点と、及び精密成形中の蒸発量が多い難点がある。
【０００９】
ＪＰ６０−２２１３３８には精密プレス加工用の高屈折率光学ガラスが開示されている。しかしながら、このガラスは、その失透温度が粘度が精密成形に適する温度よりも高いため、精密成形を用いる光学ガラスの製造には不適である。さらに、このガラスには、型表面にくっ付き易い性質及び精密成形中の蒸発量が多い難点がある。
【００１０】
実用上違った、あるいは複雑な形状をもつ光学製品を作製する観点から、成形可能ガラスに対する要求は増大している。成形可能ガラスとは、精密成形によって、異なる、あるいは複雑な形状のガラスの作製が可能なガラスを意味する。成形可能ガラスは温度に対して遅い粘度変化特性をもつものでなければならない。粘度変化速度の遅いガラスの作業範囲はより広くなり、その結果として、成形パラメータの選択範囲も広くなる。
【００１１】
その他注目すべきこととして、環境保護の要求がさらに高まり、また環境保護の観点及び作業環境の改善要求がさらに高まるなかで、如何に環境に優しい方法を実現するかの問題がより関わってきていることがある。従って、将来の未加工ガラスのトレンドとして、有毒あるいは有害な成分が使用されず、あるいはそのような成分が可能な限り少ないガラスが求められる。
【００１２】
要約すると、精密成形に現在使用されているガラスについて、下記見地において改善が為されるべきである。
１）ガラスと型との付着が減じられるように、ガラス成分の変更あるいは最適化を行うこと。
２）最終ガラスの組成がより正確になるように、加工あるいは精密成形中におけるガラス成分の蒸発をさらに減ずること。
３）ガラスの特性を、屈折率が増して、かつ分散が低下するように、さらに改善すること。
４）ガラスのＴｇを下げて、精密成形用型の寿命を延ばすこと。
５）環境に優しい方法となるように、有毒または有害な成分を使用しない、あるいは使用を少なくすること。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記目的を達成するため、本願発明者は、長期に亘る研究及び実務を経て、ガラスのＴｇをさらに下げてガラスと型との付着を減じ、またガラス特性の改善を目的として屈折率を増大し、さらにガラスの分散を低下させることにより、精密成形用の新規な光学ガラス組成を見出した。さらに、本願に係るガラスは環境に優しい方法によって製造及び加工することが可能である。
【００１４】
本発明は、具体的には、光学特性（ηｄ／Ｕｄ）において有利性があり、同時にＰｂＯ及びＡｓ２Ｏ３を用いずともＴｇが大幅に低い光学ガラスを提供することを目的とする。このようなガラスは精密成形を経てさらに加工するために適しており、マッピング、投射、遠隔通信、光通信工学、モバイルドライブ及び、レーザー技術に適用可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るガラスの屈折率は、１．６７＜ｎｄ＜１．７０、好ましくは１．６８＜ｎｄ＜１．７０、さらに好ましくは１．６９０＜ｎｄ＜１．６９５、アッベ数（ｖｄ）は５２．０＜ｖｄ＜５５．０、好ましくは５２．０＜ｖｄ＜５４．０、さらに好ましくは５２．０＜ｖｄ＜５３．６、及び転移温度はＴｇ＜５５０℃である。
【００１６】
本発明に係るガラスは、ガラス組成全重量に対する含有率（以下同様）で示された下記組成から構成される。
組成 重量％
ＳｉＯ２ ５．５〜１５％
Ｌｉ２Ｏ ２．６〜８％
Ｂ２Ｏ３ ２０〜４０％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜３５％
Ｙ２Ｏ３ ０．５〜１０％
Ｔａ２Ｏ５ ０．１〜８％
ＺｒＯ２ ０．１〜５％
ＺｎＯ １〜３５％
ＳｒＯ ０〜１５％
ＢａＯ ０〜２２％
Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％
Ｎａ２Ｏ ０〜２％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％
ＳｎＯ２ ０〜１％
ＣｅＯ２ ０〜１％
【００１７】
さらに好ましくは、本発明に係るガラスは下記組成から構成される。
組成 重量％
ＳｉＯ２ ６〜１４％
Ｌｉ２Ｏ ２．６〜６％
Ｂ２Ｏ３ ２０〜３５％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜３０％
Ｙ２Ｏ３ ３〜１０％
Ｔａ２Ｏ５ ０．１〜６％
ＺｒＯ２ ０．５〜４％
ＺｎＯ ２〜２０％
ＳｒＯ ５〜１５％
ＢａＯ ５〜２２％
Ａｌ２Ｏ３ ０．０１〜５％
Ｎａ２Ｏ ０〜１％
Ｓｂ２Ｏ３ ０．０１〜０．５％
ＳｎＯ２ ０〜０．５％
ＣｅＯ２ ０〜０．５％
【００１８】
本発明に係るガラスは、特に好ましくは下記組成から構成される。
組成 重量％
ＳｉＯ２ ７〜１０％
Ｌｉ２Ｏ ２．８〜４．５％
Ｂ２Ｏ３ ２２．５〜２７．５％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜２４％
Ｙ２Ｏ３ ３〜６．５％
Ｔａ２Ｏ５ ０．８〜２．３％
ＺｒＯ２ １．８〜２．４％
ＺｎＯ ３．８〜６．８％
ＳｒＯ ７．８〜１３％
ＢａＯ １５〜２０％
Ａｌ２Ｏ３ ０．０３〜０．２％
Ｎａ２Ｏ ０〜０．５％
Ｓｂ２Ｏ３ ０．０１〜０．３％
ＳｎＯ２ ０〜０．０５％
ＣｅＯ２ ０〜０．０５％
【００１９】
なお、ＳｉＯ２のＢ２Ｏ３に対するモル比は好ましくは０．５より小さい。
【００２０】
本発明の一実施態様によれば、本発明に係るガラス組成の少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％は、実質的に上記表に記載された成分から構成される。「実質的に〜から構成される」は、他の成分はせいぜい不純物として存在しても、ガラス組成成分として意図的に添加されていないことを意味する。
【００２１】
上記組成から成る本発明に係るガラスは、表面エネルギーが高いために、精密成形の過程における型表面への付着性が小さい。
【００２２】
上記組成から成る本発明に係るガラスは、Ｂ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏの蒸発を減じて、精密成形後における組成を正確に保持することが可能である。
【００２３】
本発明に係るガラスはＣａＯ無含有である。ＣａＯを含まないガラスは精密成形過程における成分の蒸発及び拡散が少なく、また一般的型材料であるＳｉＣ、グラッシーカーボン及び炭化タングステンとの反応も少ないため型の寿命が延長される。
【００２４】
上記組成をもつ本発明に係るガラスは精密成形加工に適し、精密成形加工中おける成分の蒸発及び拡散が少なく、一般的な型材料であるＳｉＣ、グラッシーカーボン、炭化タングステン、及び型の金属膜めっきに用いられる白金との反応が少ない。本発明に係るガラスは良好な加工及び生産特性を有し、レンズ、電気通信、光通信技術、及び又はレーザー技術分野において利用可能である。
【００２５】
本発明は高屈折率かつ低分散性の精密成形ガラスに関する。有利な用途として、本発明に係るガラスを用いて、最終仕上げなしに、例えばデジタルカメラ用レンズ等の光学素子を作製することが可能である。精密成形によって作製される光学部品は撮像、投射、電気通信、光通信工学、及びレーザー技術分野において利用可能である。
【発明を実施するための手段】
【００２６】
精密成形加工においては、ガラスの転移温度が低ければ低いほど型の寿命は長くなり、それゆえ収益も高くなる。そのため、所謂「低Ｔｇガラス」、すなわち低融点かつ低転移温度であるガラス、すなわち可能な限り低温で十分加工可能な粘度を有するガラスが要求されている。本発明において、本発明に係るガラスのガラス転移温度は５５０℃より低い。本発明に係るガラスは、転移温度が低いことの他に、ガラスからの成分の蒸発が少なく、及び一般的型材料である白金、炭化タングステンとの反応活性が少ない。
【００２７】
本発明に係るガラスはＣａＯ無含有である。ＣａＯを含まないガラスは精密成形加工中の成分の蒸発及び分散が少なく、一般的型材料であるＳｉＣ、グラッシーカーボン、及び炭化タングステンとの反応も少ないため型の寿命が延長される。ＣａＯはガラスの温度に対する粘度変化を鋭敏にするため、高品質かつ複雑形状の光学製品の作製には適しない。ＣａＯを含まないガラスはより成形性が高い。成形性のあるガラスとは、そのようなガラスから精密成形によって異なる複雑形状のガラスを作製できるガラスを言う。粘度変化の遅いガラスは作業温度範囲が広いため、成形パラメータの選択範囲も広がる。
【００２８】
本発明に係るガラスにおいて、Ｌａ２Ｏ３の含有率は２１．５重量％以上必要である一方、Ｌａ２Ｏ３の含有率は多くても３５％以下に、好ましくは２１．５〜３０重量％の範囲内に、さらに好ましくは２１．５〜２４重量％の範囲内に限定されなければならない。Ｌａ２Ｏ３の最少含有率は、高屈折率を確保するために２１．５重量％未満とすべきではなく、またその最大含有率は、成形が困難となることから、過剰とされてはならない。Ｌａ２Ｏ３を上記範囲内で含むガラスを用いることにより、Ｌａ２Ｏ３によってガラスの表面張力を高めることができるため、型材料への粘着を減ずることが可能である。また一方において、Ｌａ２Ｏ３を上記組成範囲内で含むガラスはＢ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏの蒸発を抑制することができ、その結果として、精密成形後の成分の正確性を保持することが可能となる。
【００２９】
本発明に係るガラスにはＣｅＯ２が最大で１重量％、好ましくは０〜０．５重量％、さらに好ましくは０〜０．０５重量％含まれ、ＣｅＯ２を含有することによって、放射線耐久性の安定性が増大され、また例えばレーザーダイオード用非球面レンズ等のレーザー用途にも利用可能となる。
【００３０】
本発明に係るガラスには、ＢａＯが最大で２２重量％、好ましくは５〜２２重量％が、より好ましくは１５〜２０重量％含まれ、このＢａＯによってガラス粘度が減じられ、精密成形加工中のＢ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏの蒸発が抑制され、さらに一般的型材料である白金及び炭化タングステンへの粘着が減じられ、及び型の寿命が延長される利点が得られる。ＢａＯによって温度に対する粘度変化を遅くすることが可能であり、このことは高品質な複雑形状の光学製品の成形に適する。ＢａＯを含むガラスの成形性はより良好となる。成形性の良好なガラスとは、精密成形によって異なる複雑形状のガラスを作製することが可能なガラスを言う。粘度がゆっくりと変化するガラスは作業範囲が広く、その結果として成形パラメータの選択範囲が広くなる。上記組成範囲内にＢａＯを含めることによりガラス成分系の混合におけるエンタルピーを減ずることができる。混合におけるエンタルピーが低ければ、ガラスの安定性が増し、型材料との反応が減じられ、また型の寿命も延長される。
【００３１】
本発明に係るガラスにおけるＹ２Ｏ３の含有率は最大で１０重量％、好ましくは３〜１０重量％、さらに好ましくは３〜６．５重量％である。Ｙ２Ｏ３の含量が１０重量％より高くなると、本発明ガラスに失透が生ずる。
【００３２】
本発明に係るガラスにおけるＬｉ２Ｏの含量は最大で８重量％、好ましくは２．６〜６重量％、さらに好ましくは２．８〜４．５重量％である。
【００３３】
Ｂ２Ｏ３の最大含量は４０重量％、好ましくは２０〜３５重量％、さらに好ましくは２２．５〜２７．５重量％である。Ｂ２Ｏ３の強力な網目構造形成特性によってガラスの結晶化に対する安定性及び耐薬品性が増強される。しかしながら、ガラス内において３次元空間枠構造が増加し、さらに該構造が増加する結果として、本発明にとって好ましくないガラスのＴｇ及び融点の上昇が起こるため、Ｂ２Ｏ３の含量は３０重量％を超えるべきではない。さらに、Ｂ２Ｏ３が過剰量になると、Ｂ２Ｏ３成分の蒸発が増えるため、組成の正確な調整が困難となり、製造がさらに複雑となる。
【００３４】
これらガラスにはＳｉＯ２がガラス形成剤として含量で少なくとも５．５重量％、最大で１５重量％、好ましくは６〜１４重量％、さらに好ましくは７〜１０重量％含まれる。ＳｉＯ２の含量が１５重量％以上になると転移温度が５５０℃以上まで上昇し、また屈折率が低下する。
【００３５】
本発明に係るガラスにはＴａ２Ｏ５が少なくとも０．１重量％、最大で８重量％、好ましくは０．１〜８重量％、さらに好ましくは０．８〜２．３重量％含まれる。Ｔａ２Ｏ３の存在により、高屈折率、さらには高アッベ数が確保されるが、過剰であるとガラスのコストが高くなり過ぎるため、その最大含量を超えるべきではない。
【００３６】
本発明に係るガラスに含まれる、ガラスの耐水性を向上させるＺｒＯ２の含量は０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜４重量％、さらに好ましくは１．８〜２．４重量％である。
【００３７】
本発明に係るガラスへＣｅＯ２を０〜１重量％、好ましくは０〜０．５重量％、さらに好ましくは０〜０．０５重量％の含量となるように添加することにより、光学ガラスの放射線安定性を向上させ、レーザー分野、例えばレーザーダイオード用非球面レンズなどの用途に利用することが可能となる。
【００３８】
本発明に係るガラスへ従来の清澄剤を少量含ませることも可能である。添加される清澄剤の総量は好ましくは２．０重量％まで、さらに好ましくは１．０重量％までとして、さらに他の成分を加えてガラス組成の全成分量が１００重量％とされる。本発明に係るガラスへ、清澄剤として下記成分の少なくとも１つを下記重量％の範囲内で追加することが可能である。
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１ 及び又は
ＳｎＯ２ ０〜１
【００３９】
本発明に係るガラスには、好ましくは清澄剤として、上記成分の少なくとも一方が添加される。清澄剤を含有するガラス組成物は、先行技術に基づく光学ガラス組成物のもつアッベ数及び屈折率と同様な光学特性を有する。さらに、本発明に係るガラスは、良好な溶融性及び加工性、及び低生産コストを特徴とし、さらに低加工コストゆえに環境適合性を実現できることを特徴とする。
【００４０】
光学ガラスとして、本発明に係るガラスは無着色であり、及び又は光学活性成分、例えばレーザー活性成分を含有しない。
【００４１】
本発明の一実施態様においては、ガラスには、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｅ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕから成るグループのうちの１または２以上の元素から成る成分から選択される成分がそれぞれ最大で１重量％含まれる。他方、本発明のさらに別の実施態様においては、ガラスには、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｅ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕから成るグループのうちの１または２以上の元素から成る成分から選択される成分は含まれない。
【００４２】
本発明において、表現「成分Ｘを含まない」、「Ｘ無含有」、あるいは「Ｘを含まない」とは、ガラスにこの成分Ｘが本質的に含まれないこと、すなわちこの成分が含まれるとしてもガラス中に不純物として存在するだけで、ガラス組成へ独立した成分として添加されたものではないことを意味する。
【００４３】
本発明に係るガラスは、精密ブロックや、正確な最終外形をもつ光学部品の作製を目的とする精密プレス製作等の最終外形近くまで加工を行う場合に適する。
【００４４】
さらに、本発明に係るガラスは、マッピング、投射、電気通信、光通信工学、モバイルドライブ、及びレーザー技術等の用途に適用可能なことが見出されている。
【００４５】
本発明ガラスの製造方法に特別な限定はないが、ガラスの製造に通常溶融及び冷却工程が用いられる。使用される原料は、石英砂、石灰石、長石、純アルカリ、硼酸、バリウム化合物などの酸化物であり、これら原料は割合に基づいて混合される。次いで混合物は高温で加熱され、清澄され、ホモジェナイズされ、その後冷却され、鋳造されて製品として得られる。
【００４６】
以下に本発明について実施例を用いて詳細に説明する。但し、本発明はこれら実施例によって限定されない。
【００４７】
実施例
好ましい組成範囲内にある実施例を表１にリストにして示す。これら実施例に記載のガラスは下記のように製造される。
【００４８】
使用される原料は、Sinopharm Chemical Reagents Co., Ltd.（蘇州）から入手可能な化学用の酸化物、水酸化物、炭酸塩、及び硝酸塩などである。各成分は前記表に示された量に従って秤量される。混合後、混合物は５００ｍｌ容量の白金製るつぼ中へ入れられる。混合物は電気炉中において１１００〜１４００℃の温度範囲内で溶融され、次いで清澄及びホモジェナイズ処理してから冷却される。溶融されたガラスは予め４００℃に前加熱処理された金属性型中へ注入され、ガラス及び金属型は焼鈍し炉中で焼鈍し処理されて製品が得られる。
【００４９】
実施例１〜６において用いられた、酸化物を基準として重量％で表示された組成、屈折率、アッベ数、及び転移温度を表１に示した。
【００５０】
ガラスサンプルは寸法２０×２０×５ｍｍに作成し、角度の１つは９０°±１'に加工した。屈折率及びアッベ数は高精度Ｖブロック屈折器（ドイツ、Schott社）で測定した。
【００５１】
屈折率及びアッベ数はガラスの光学的特性に影響を与える。ガラスの屈折率によって光がガラス中を通過するときの光ビームの曲がりあるいは屈折が表わされ、アッベ数によってガラスの分散特性が示される。分散とは、ガラスが波長の異なる光に対して異なる屈折率をもつことを言う。アッベ数は式ｖｄ＝（ηｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）,ηｄ： 光ｄ（５８７．５６ｎｍ）の屈折率で表わされる。ｎＦ及びｎＣはそれぞれ光Ｆ（４８６．１３ｎｍ）及び光Ｃ（６５６．２７ｎｍ）の屈折率である。種々の光学ガラスはそれぞれ異なる屈折率及びアッベ数を有している。光学ガラスの組成によって光学ガラスの特定範囲の屈折率及びアッベ数が決まってくる。
【００５２】
試験に用いられたガラスについて、ガラス転移温度Ｔｇ、熱膨張係数、及びＣＴＥを、ＮＥＴＺＳＣＨ熱膨張装置（ＮＥＴＺＳＣＨ ＤＩＬ４０２ＰＣ）によって測定した。ガラスサンプルは約５００ｍｍのストリップ片に作成し、温度は室温から毎分５℃で測定が完了するまで加温した。
【００５３】
転移温度及び熱膨張係数は、ガラスの後加工及び処理のための基準温度点及び性能指標を与えるガラスの温度特性に反映される。ガラスの膨張が鋭敏に変化する温度はサンプルの転移温度である。
【００５４】
光学ガラスを、一定温度範囲内において、固体状態から塑性状態へ変換することが可能である。転移温度Ｔｇは、ガラスサンプル温度が室温から軟化温度ＴＳまで上昇されたときに、低温領域の延長線と高温領域の延長線が交差する交差点に相当する温度を言う。なお、軟化温度TSとは、ＧＢ／Ｔ７９６２．１６に従って測定される、ガラスサンプルが温度上昇中に膨張を止める温度のことを言う。
【００５５】
ガラスの転移温度Ｔｇと精密成形加工の間には因果関係があり、ガラスの転移温度が低ければ低いほど型の寿命が長くなり、従って収益も高くなる。それゆえ、低融点及び低転移温度をもつ所謂「低Ｔｇガラス」が要望されている。
【００５６】
光学ガラスの熱膨張係数とは、一定の温度範囲内において、通常は室温から３００℃の範囲内で測定された場合において、温度が１℃上昇した時のガラスの単位長さ当たりの伸長を言う。つまりは、平均熱膨張係数が与えられる。熱膨張係数は光学ガラスの環境中における安定性にとって重要である。光学ガラスを用いるシステムでは通常極めて高い安定性が要求される。ガラス材料の熱膨張係数が高過ぎると、外気温が変動したときにガラスのサイズが変化しシステムの安定性が減じられる。
【比較例】
【００５７】
東芝ＧＭＰ連続装置において精密成形を実施した。型材料としてＰｔ−ＩｒでコーティングされたＷＣ（炭化タングステン）を用いた。
【００５８】
室温において、型中へガラスを供し、型を加熱工程において５９０℃（ガラス粘度１０９ｄＰａ．ｓに相当）まで加熱した。次いで、ガラスを１０ＭＰａの圧力を加えて１０秒間プレス処理した。プレス圧を解除した後、ガラスを冷却処理した。加熱、プレス、及び冷却中は窒素雰囲気により保護を加えた。ガラスの冷却後、ガラスはレンズとして取り出された。型及びガラスの観察を実施してガラスと型間に粘着が生じていないか調べた。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略は光学ガラスに関し、具体的には精密成形に適する光学ガラス、さらに具体的には高屈折率、低分散性、及び低ガラス転移温度を有する精密成形用光学ガラスに関する。同時に、本発明は成分蒸発性が低く、また精密成形の過程において型材料に対する付着性のない上記光学ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学及びオプトエレクトロニクス技術分野の市場における製品は、益々小型化の方向へ向けられる傾向にある。このような傾向は、より小型の最終製品に対するニーズ、及びそのような最終製品の各部材及び部品の小型化のニーズが高まっていることから明らかである。光学ガラスの製造者にとって、このような進展は、最終製品の高品質化に加えて原料ガラス量の明確な減少として把握される。同時に、ガラスブロック及び又はインゴットから作製されるこれら小型部品の製造では明らかにより多くの廃棄物が生ずることから、後処理が価格面においてガラス製造者に重圧となっている。
【０００３】
これまで一般的であった、ガラスブロックまたはインゴットから光学部品に用いるガラス部分を取り出す代わりに、最新の製造方法では、ガラス溶融物からそのままガラスの最終外形あるいは最終形状に可能な限り近いプレフォームが得られることの重要性が大きく増している。例えば、再加工業者からは、再プレス用の最終形状に近いプレフォーム、いわゆる「精密ゴブ」に対する要求が増している。通常、用語「精密ゴブ」とは、好ましくは、既に分割され、光学部品の最終形状に近い、完全に火で艶出しされた、成形の必要ないあるいは半分位成形の必要のあるガラス部品を言う。
【０００４】
「精密ゴブ」を、同義語である所謂「精密プレス(precise pressing)」、あるいは「精密成形」、あるいは「精密プレス(Precision pressing)」によって、レンズや非球面素子などの光学素子へ変換することも可能である。従って、例えば表面研磨を用いた表面の幾何学的形状のさらなる加工はもはや必要とされない。このような方法ゆえに、柔軟なやり方でより少量の溶融ガラスが取り扱われると共に準備時間もより短くなる。しかしながら、形状が小さく、処理や置き換えがかなり少ないことから、製品の付加価値は、材料自体の価値によって決まるのではなく、むしろプレス後直ぐに取り付けられる状態の製品であるか否か、すなわち骨の折れる後処理、冷却、及び又は室温での再加工などがもはや必要とされないことによって決められる。高度に正確な幾何学的形状が要求されるため、プレス加工段階において、高グレードの精密器具、従って高価な型材料を用いなければならない。このような型の寿命は製品及び又は製造された材料の利益性に多大な影響を与える。型の寿命を延ばすために極めて重要な要因は作業温度であり、温度は可能な限り低いほど良いが、温度はプレスされる材料の粘度がプレス工程において猶十分許容できる温度までしか下げることができない。このことは、加工温度、すなわち加工されるガラスの転移温度Ｔｇとプレス加工の利益性との間には直接的な因果関係があること、すなわちガラス転移温度が低ければ低いほど型の寿命は長くなり、従って高利益が得られることを意味する。従って、所謂「低Ｔｇガラス」、すなわち低融点及び低転移温度を有するガラス、すなわち可能な限り低温で十分加工が可能な粘度を有するガラスが要求されている。
【０００５】
精密成形加工において、ガラスの型表面への非粘着性は精密成形における主要な要件である。ガラス成形型及び成形ツールの表面は常に溶融ガラスと接触することから、両者間での相互作用によって、ガラスと型材料間のくっつきや、接着さえ起こり得る。このようなくっつきや接着によって、ガラス製品、あるいは型表面、もしくはそれら双方に付着摩損や損傷が生ずる可能性がある。近年のガラス製造加工においては、ガラス品質を高め、寸法許容範囲をより厳しく管理する要求が増大しているが、他方において経済性の必要から型の寿命の延長及び生産性の向上の要求も増大している。従って、非粘着性が改善された新しいガラス組成を見出すことが重要になっている。
【０００６】
他の重要な要因として、ガラスの成分蒸発が少ないこと、及び精密成形の過程における型との反応が少ないことがある。Ｂ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏは精密成形の過程において容易に蒸発する。極めて重大な課題は、精密成形中のＢ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏの蒸発を抑えて精密成形後のガラス組成の正確性を保持することである。
【０００７】
Ｐ２０００−１１９０３６Ａには精密成形用光学ガラスに関する記載があり、このガラスにおけるＣａＯ含量は５〜２０重量％、Ｌａ２Ｏ３含量は２１重量％未満であり、かかる組成によれば屈折率の増加に無影響であり、Ｂ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏの蒸発も抑制される。ＪＰ ＨＯＹＡ Ｐ２００１−１３０９２４には、精密プレス加工用の屈折率の高い光学ガラスが開示されている。このガラスにはＣａＯが少なくとも２重量％含まれている。ＵＳ６，８０６，２１７Ｂ２には型レンズガラスについて記載されている。このガラスにはＣａＯが少なくとも４重量％含まれている。ＣａＯを含むガラスは精密成形中に蒸発及び成分拡散がより多くなり、またＣａＯを含むガラスは一般的型材料である白金及び炭化タングステンと反応し易い傾向がある。ＣａＯの存在により、精密成形過程におけるＢ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏの蒸発が増加され、そのため型が害され、光学ガラス品質が低下される。
【０００８】
ＪＰ１２８６９３４では低融点ガラスに関して記載されているが、これらガラスには型表面にくっ付き易い欠点と、及び精密成形中の蒸発量が多い難点がある。
【０００９】
ＪＰ６０−２２１３３８には精密プレス加工用の高屈折率光学ガラスが開示されている。しかしながら、このガラスは、その失透温度が粘度が精密成形に適する温度よりも高いため、精密成形を用いる光学ガラスの製造には不適である。さらに、このガラスには、型表面にくっ付き易い性質及び精密成形中の蒸発量が多い難点がある。
【００１０】
実用上違った、あるいは複雑な形状をもつ光学製品を作製する観点から、成形可能ガラスに対する要求は増大している。成形可能ガラスとは、精密成形によって、異なる、あるいは複雑な形状のガラスの作製が可能なガラスを意味する。成形可能ガラスは温度に対して遅い粘度変化特性をもつものでなければならない。粘度変化速度の遅いガラスの作業範囲はより広くなり、その結果として、成形パラメータの選択範囲も広くなる。
【００１１】
その他注目すべきこととして、環境保護の要求がさらに高まり、また環境保護の観点及び作業環境の改善要求がさらに高まるなかで、如何に環境に優しい方法を実現するかの問題がより関わってきていることがある。従って、将来の未加工ガラスのトレンドとして、有毒あるいは有害な成分が使用されず、あるいはそのような成分が可能な限り少ないガラスが求められる。
【００１２】
要約すると、精密成形に現在使用されているガラスについて、下記見地において改善が為されるべきである。
１）ガラスと型との付着が減じられるように、ガラス成分の変更あるいは最適化を行うこと。
２）最終ガラスの組成がより正確になるように、加工あるいは精密成形中におけるガラス成分の蒸発をさらに減ずること。
３）ガラスの特性を、屈折率が増して、かつ分散が低下するように、さらに改善すること。
４）ガラスのＴｇを下げて、精密成形用型の寿命を延ばすこと。
５）環境に優しい方法となるように、有毒または有害な成分を使用しない、あるいは使用を少なくすること。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記目的を達成するため、本願発明者は、長期に亘る研究及び実務を経て、ガラスのＴｇをさらに下げてガラスと型との付着を減じ、またガラス特性の改善を目的として屈折率を増大し、さらにガラスの分散を低下させることにより、精密成形用の新規な光学ガラス組成を見出した。さらに、本願に係るガラスは環境に優しい方法によって製造及び加工することが可能である。
【００１４】
本発明は、具体的には、光学特性（ηｄ／Ｕｄ）において有利性があり、同時にＰｂＯ及びＡｓ２Ｏ３を用いずともＴｇが大幅に低い光学ガラスを提供することを目的とする。このようなガラスは精密成形を経てさらに加工するために適しており、マッピング、投射、遠隔通信、光通信工学、モバイルドライブ及び、レーザー技術に適用可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るガラスの屈折率は、１．６７＜ｎｄ＜１．７０、好ましくは１．６８＜ｎｄ＜１．７０、さらに好ましくは１．６９０＜ｎｄ＜１．６９５、アッベ数（ｖｄ）は５２．０＜ｖｄ＜５５．０、好ましくは５２．０＜ｖｄ＜５４．０、さらに好ましくは５２．０＜ｖｄ＜５３．６、及び転移温度はＴｇ＜５５０℃である。
【００１６】
本発明に係るガラスは、ガラス組成全重量に対する含有率（以下同様）で示された下記組成から構成される。
組成 重量％
ＳｉＯ２ ５．５〜１５％
Ｌｉ２Ｏ ２．６〜８％
Ｂ２Ｏ３ ２０〜４０％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜３５％
Ｙ２Ｏ３ ０．５〜１０％
Ｔａ２Ｏ５ ０．１〜８％
ＺｒＯ２ ０．１〜５％
ＺｎＯ １〜３５％
ＳｒＯ ０〜１５％
ＢａＯ ０〜２２％
Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％
Ｎａ２Ｏ ０〜２％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％
ＳｎＯ２ ０〜１％
ＣｅＯ２ ０〜１％
【００１７】
さらに好ましくは、本発明に係るガラスは下記組成から構成される。
組成 重量％
ＳｉＯ２ ６〜１４％
Ｌｉ２Ｏ ２．６〜６％
Ｂ２Ｏ３ ２０〜３５％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜３０％
Ｙ２Ｏ３ ３〜１０％
Ｔａ２Ｏ５ ０．１〜６％
ＺｒＯ２ ０．５〜４％
ＺｎＯ ２〜２０％
ＳｒＯ ５〜１５％
ＢａＯ ５〜２２％
Ａｌ２Ｏ３ ０．０１〜５％
Ｎａ２Ｏ ０〜１％
Ｓｂ２Ｏ３ ０．０１〜０．５％
ＳｎＯ２ ０〜０．５％
ＣｅＯ２ ０〜０．５％
【００１８】
本発明に係るガラスは、特に好ましくは下記組成から構成される。
組成 重量％
ＳｉＯ２ ７〜１０％
Ｌｉ２Ｏ ２．８〜４．５％
Ｂ２Ｏ３ ２２．５〜２７．５％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜２４％
Ｙ２Ｏ３ ３〜６．５％
Ｔａ２Ｏ５ ０．８〜２．３％
ＺｒＯ２ １．８〜２．４％
ＺｎＯ ３．８〜６．８％
ＳｒＯ ７．８〜１３％
ＢａＯ １５〜２０％
Ａｌ２Ｏ３ ０．０３〜０．２％
Ｎａ２Ｏ ０〜０．５％
Ｓｂ２Ｏ３ ０．０１〜０．３％
ＳｎＯ２ ０〜０．０５％
ＣｅＯ２ ０〜０．０５％
【００１９】
なお、ＳｉＯ２のＢ２Ｏ３に対するモル比は好ましくは０．５より小さい。
【００２０】
本発明の一実施態様によれば、本発明に係るガラス組成の少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％は、実質的に上記表に記載された成分から構成される。「実質的に〜から構成される」は、他の成分はせいぜい不純物として存在しても、ガラス組成成分として意図的に添加されていないことを意味する。
【００２１】
上記組成から成る本発明に係るガラスは、表面エネルギーが高いために、精密成形の過程における型表面への付着性が小さい。
【００２２】
上記組成から成る本発明に係るガラスは、Ｂ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏの蒸発を減じて、精密成形後における組成を正確に保持することが可能である。
【００２３】
本発明に係るガラスはＣａＯ無含有である。ＣａＯを含まないガラスは精密成形過程における成分の蒸発及び拡散が少なく、また一般的型材料であるＳｉＣ、グラッシーカーボン及び炭化タングステンとの反応も少ないため型の寿命が延長される。
【００２４】
上記組成をもつ本発明に係るガラスは精密成形加工に適し、精密成形加工中おける成分の蒸発及び拡散が少なく、一般的な型材料であるＳｉＣ、グラッシーカーボン、炭化タングステン、及び型の金属膜めっきに用いられる白金との反応が少ない。本発明に係るガラスは良好な加工及び生産特性を有し、レンズ、電気通信、光通信技術、及び又はレーザー技術分野において利用可能である。
【００２５】
本発明は高屈折率かつ低分散性の精密成形ガラスに関する。有利な用途として、本発明に係るガラスを用いて、最終仕上げなしに、例えばデジタルカメラ用レンズ等の光学素子を作製することが可能である。精密成形によって作製される光学部品は撮像、投射、電気通信、光通信工学、及びレーザー技術分野において利用可能である。
【発明を実施するための手段】
【００２６】
精密成形加工においては、ガラスの転移温度が低ければ低いほど型の寿命は長くなり、それゆえ収益も高くなる。そのため、所謂「低Ｔｇガラス」、すなわち低融点かつ低転移温度であるガラス、すなわち可能な限り低温で十分加工可能な粘度を有するガラスが要求されている。本発明において、本発明に係るガラスのガラス転移温度は５５０℃より低い。本発明に係るガラスは、転移温度が低いことの他に、ガラスからの成分の蒸発が少なく、及び一般的型材料である白金、炭化タングステンとの反応活性が少ない。
【００２７】
本発明に係るガラスはＣａＯ無含有である。ＣａＯを含まないガラスは精密成形加工中の成分の蒸発及び分散が少なく、一般的型材料であるＳｉＣ、グラッシーカーボン、及び炭化タングステンとの反応も少ないため型の寿命が延長される。ＣａＯはガラスの温度に対する粘度変化を鋭敏にするため、高品質かつ複雑形状の光学製品の作製には適しない。ＣａＯを含まないガラスはより成形性が高い。成形性のあるガラスとは、そのようなガラスから精密成形によって異なる複雑形状のガラスを作製できるガラスを言う。粘度変化の遅いガラスは作業温度範囲が広いため、成形パラメータの選択範囲も広がる。
【００２８】
本発明に係るガラスにおいて、Ｌａ２Ｏ３の含有率は２１．５重量％以上必要である一方、Ｌａ２Ｏ３の含有率は多くても３５％以下に、好ましくは２１．５〜３０重量％の範囲内に、さらに好ましくは２１．５〜２４重量％の範囲内に限定されなければならない。Ｌａ２Ｏ３の最少含有率は、高屈折率を確保するために２１．５重量％未満とすべきではなく、またその最大含有率は、成形が困難となることから、過剰とされてはならない。Ｌａ２Ｏ３を上記範囲内で含むガラスを用いることにより、Ｌａ２Ｏ３によってガラスの表面張力を高めることができるため、型材料への粘着を減ずることが可能である。また一方において、Ｌａ２Ｏ３を上記組成範囲内で含むガラスはＢ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏの蒸発を抑制することができ、その結果として、精密成形後の成分の正確性を保持することが可能となる。
【００２９】
本発明に係るガラスにはＣｅＯ２が最大で１重量％、好ましくは０〜０．５重量％、さらに好ましくは０〜０．０５重量％含まれ、ＣｅＯ２を含有することによって、放射線耐久性の安定性が増大され、また例えばレーザーダイオード用非球面レンズ等のレーザー用途にも利用可能となる。
【００３０】
本発明に係るガラスには、ＢａＯが最大で２２重量％、好ましくは５〜２２重量％が、より好ましくは１５〜２０重量％含まれ、このＢａＯによってガラス粘度が減じられ、精密成形加工中のＢ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏの蒸発が抑制され、さらに一般的型材料である白金及び炭化タングステンへの粘着が減じられ、及び型の寿命が延長される利点が得られる。ＢａＯによって温度に対する粘度変化を遅くすることが可能であり、このことは高品質な複雑形状の光学製品の成形に適する。ＢａＯを含むガラスの成形性はより良好となる。成形性の良好なガラスとは、精密成形によって異なる複雑形状のガラスを作製することが可能なガラスを言う。粘度がゆっくりと変化するガラスは作業範囲が広く、その結果として成形パラメータの選択範囲が広くなる。上記組成範囲内にＢａＯを含めることによりガラス成分系の混合におけるエンタルピーを減ずることができる。混合におけるエンタルピーが低ければ、ガラスの安定性が増し、型材料との反応が減じられ、また型の寿命も延長される。
【００３１】
本発明に係るガラスにおけるＹ２Ｏ３の含有率は最大で１０重量％、好ましくは３〜１０重量％、さらに好ましくは３〜６．５重量％である。Ｙ２Ｏ３の含量が１０重量％より高くなると、本発明ガラスに失透が生ずる。
【００３２】
本発明に係るガラスにおけるＬｉ２Ｏの含量は最大で８重量％、好ましくは２．６〜６重量％、さらに好ましくは２．８〜４．５重量％である。
【００３３】
Ｂ２Ｏ３の最大含量は４０重量％、好ましくは２０〜３５重量％、さらに好ましくは２２．５〜２７．５重量％である。Ｂ２Ｏ３の強力な網目構造形成特性によってガラスの結晶化に対する安定性及び耐薬品性が増強される。しかしながら、ガラス内において３次元空間枠構造が増加し、さらに該構造が増加する結果として、本発明にとって好ましくないガラスのＴｇ及び融点の上昇が起こるため、Ｂ２Ｏ３の含量は３０重量％を超えるべきではない。さらに、Ｂ２Ｏ３が過剰量になると、Ｂ２Ｏ３成分の蒸発が増えるため、組成の正確な調整が困難となり、製造がさらに複雑となる。
【００３４】
これらガラスにはＳｉＯ２がガラス形成剤として含量で少なくとも５．５重量％、最大で１５重量％、好ましくは６〜１４重量％、さらに好ましくは７〜１０重量％含まれる。ＳｉＯ２の含量が１５重量％以上になると転移温度が５５０℃以上まで上昇し、また屈折率が低下する。
【００３５】
本発明に係るガラスにはＴａ２Ｏ５が少なくとも０．１重量％、最大で８重量％、好ましくは０．１〜８重量％、さらに好ましくは０．８〜２．３重量％含まれる。Ｔａ２Ｏ３の存在により、高屈折率、さらには高アッベ数が確保されるが、過剰であるとガラスのコストが高くなり過ぎるため、その最大含量を超えるべきではない。
【００３６】
本発明に係るガラスに含まれる、ガラスの耐水性を向上させるＺｒＯ２の含量は０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜４重量％、さらに好ましくは１．８〜２．４重量％である。
【００３７】
本発明に係るガラスへＣｅＯ２を０〜１重量％、好ましくは０〜０．５重量％、さらに好ましくは０〜０．０５重量％の含量となるように添加することにより、光学ガラスの放射線安定性を向上させ、レーザー分野、例えばレーザーダイオード用非球面レンズなどの用途に利用することが可能となる。
【００３８】
本発明に係るガラスへ従来の清澄剤を少量含ませることも可能である。添加される清澄剤の総量は好ましくは２．０重量％まで、さらに好ましくは１．０重量％までとして、さらに他の成分を加えてガラス組成の全成分量が１００重量％とされる。本発明に係るガラスへ、清澄剤として下記成分の少なくとも１つを下記重量％の範囲内で追加することが可能である。
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１ 及び又は
ＳｎＯ２ ０〜１
【００３９】
本発明に係るガラスには、好ましくは清澄剤として、上記成分の少なくとも一方が添加される。清澄剤を含有するガラス組成物は、先行技術に基づく光学ガラス組成物のもつアッベ数及び屈折率と同様な光学特性を有する。さらに、本発明に係るガラスは、良好な溶融性及び加工性、及び低生産コストを特徴とし、さらに低加工コストゆえに環境適合性を実現できることを特徴とする。
【００４０】
光学ガラスとして、本発明に係るガラスは無着色であり、及び又は光学活性成分、例えばレーザー活性成分を含有しない。
【００４１】
本発明の一実施態様においては、ガラスには、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｅ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕから成るグループのうちの１または２以上の元素から成る成分から選択される成分がそれぞれ最大で１重量％含まれる。他方、本発明のさらに別の実施態様においては、ガラスには、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｅ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕから成るグループのうちの１または２以上の元素から成る成分から選択される成分は含まれない。
【００４２】
本発明において、表現「成分Ｘを含まない」、「Ｘ無含有」、あるいは「Ｘを含まない」とは、ガラスにこの成分Ｘが本質的に含まれないこと、すなわちこの成分が含まれるとしてもガラス中に不純物として存在するだけで、ガラス組成へ独立した成分として添加されたものではないことを意味する。
【００４３】
本発明に係るガラスは、精密ブロックや、正確な最終外形をもつ光学部品の作製を目的とする精密プレス製作等の最終外形近くまで加工を行う場合に適する。
【００４４】
さらに、本発明に係るガラスは、マッピング、投射、電気通信、光通信工学、モバイルドライブ、及びレーザー技術等の用途に適用可能なことが見出されている。
【００４５】
本発明ガラスの製造方法に特別な限定はないが、ガラスの製造に通常溶融及び冷却工程が用いられる。使用される原料は、石英砂、石灰石、長石、純アルカリ、硼酸、バリウム化合物などの酸化物であり、これら原料は割合に基づいて混合される。次いで混合物は高温で加熱され、清澄され、ホモジェナイズされ、その後冷却され、鋳造されて製品として得られる。
【００４６】
以下に本発明について実施例を用いて詳細に説明する。但し、本発明はこれら実施例によって限定されない。
【００４７】
実施例
好ましい組成範囲内にある実施例を表１にリストにして示す。これら実施例に記載のガラスは下記のように製造される。
【００４８】
使用される原料は、Sinopharm Chemical Reagents Co., Ltd.（蘇州）から入手可能な化学用の酸化物、水酸化物、炭酸塩、及び硝酸塩などである。各成分は前記表に示された量に従って秤量される。混合後、混合物は５００ｍｌ容量の白金製るつぼ中へ入れられる。混合物は電気炉中において１１００〜１４００℃の温度範囲内で溶融され、次いで清澄及びホモジェナイズ処理してから冷却される。溶融されたガラスは予め４００℃に前加熱処理された金属性型中へ注入され、ガラス及び金属型は焼鈍し炉中で焼鈍し処理されて製品が得られる。
【００４９】
実施例１〜６において用いられた、酸化物を基準として重量％で表示された組成、屈折率、アッベ数、及び転移温度を表１に示した。
【００５０】
ガラスサンプルは寸法２０×２０×５ｍｍに作成し、角度の１つは９０°±１'に加工した。屈折率及びアッベ数は高精度Ｖブロック屈折器（ドイツ、Schott社）で測定した。
【００５１】
屈折率及びアッベ数はガラスの光学的特性に影響を与える。ガラスの屈折率によって光がガラス中を通過するときの光ビームの曲がりあるいは屈折が表わされ、アッベ数によってガラスの分散特性が示される。分散とは、ガラスが波長の異なる光に対して異なる屈折率をもつことを言う。アッベ数は式ｖｄ＝（ηｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）,ηｄ： 光ｄ（５８７．５６ｎｍ）の屈折率で表わされる。ｎＦ及びｎＣはそれぞれ光Ｆ（４８６．１３ｎｍ）及び光Ｃ（６５６．２７ｎｍ）の屈折率である。種々の光学ガラスはそれぞれ異なる屈折率及びアッベ数を有している。光学ガラスの組成によって光学ガラスの特定範囲の屈折率及びアッベ数が決まってくる。
【００５２】
試験に用いられたガラスについて、ガラス転移温度Ｔｇ、熱膨張係数、及びＣＴＥを、ＮＥＴＺＳＣＨ熱膨張装置（ＮＥＴＺＳＣＨ ＤＩＬ４０２ＰＣ）によって測定した。ガラスサンプルは約５００ｍｍのストリップ片に作成し、温度は室温から毎分５℃で測定が完了するまで加温した。
【００５３】
転移温度及び熱膨張係数は、ガラスの後加工及び処理のための基準温度点及び性能指標を与えるガラスの温度特性に反映される。ガラスの膨張が鋭敏に変化する温度はサンプルの転移温度である。
【００５４】
光学ガラスを、一定温度範囲内において、固体状態から塑性状態へ変換することが可能である。転移温度Ｔｇは、ガラスサンプル温度が室温から軟化温度ＴＳまで上昇されたときに、低温領域の延長線と高温領域の延長線が交差する交差点に相当する温度を言う。なお、軟化温度TSとは、ＧＢ／Ｔ７９６２．１６に従って測定される、ガラスサンプルが温度上昇中に膨張を止める温度のことを言う。
【００５５】
ガラスの転移温度Ｔｇと精密成形加工の間には因果関係があり、ガラスの転移温度が低ければ低いほど型の寿命が長くなり、従って収益も高くなる。それゆえ、低融点及び低転移温度をもつ所謂「低Ｔｇガラス」が要望されている。
【００５６】
光学ガラスの熱膨張係数とは、一定の温度範囲内において、通常は室温から３００℃の範囲内で測定された場合において、温度が１℃上昇した時のガラスの単位長さ当たりの伸長を言う。つまりは、平均熱膨張係数が与えられる。熱膨張係数は光学ガラスの環境中における安定性にとって重要である。光学ガラスを用いるシステムでは通常極めて高い安定性が要求される。ガラス材料の熱膨張係数が高過ぎると、外気温が変動したときにガラスのサイズが変化しシステムの安定性が減じられる。
【比較例】
【００５７】
東芝ＧＭＰ連続装置において精密成形を実施した。型材料としてＰｔ−ＩｒでコーティングされたＷＣ（炭化タングステン）を用いた。
【００５８】
室温において、型中へガラスを供し、型を加熱工程において５９０℃（ガラス粘度１０９ｄＰａ．ｓに相当）まで加熱した。次いで、ガラスを１０ＭＰａの圧力を加えて１０秒間プレス処理した。プレス圧を解除した後、ガラスを冷却処理した。加熱、プレス、及び冷却中は窒素雰囲気により保護を加えた。ガラスの冷却後、ガラスはレンズとして取り出された。型及びガラスの観察を実施してガラスと型間に粘着が生じていないか調べた。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率ηｄが１．６７＜ηｄ＜１．７０、アッベ数（ｖｄ）が５２．０＜ｖｄ＜５５．０、及び転移温度がＴｇ＜５５０℃である、ＰｂＯ及びＡｓ２Ｏ３を含まない光学ガラス。
【請求項２】
ガラスの屈性率ηｄが１．６８＜ηｄ＜１．７０であることを特徴とする請求項１項記載の光学ガラス。
【請求項３】
ガラスの屈性率ηｄが１．６９０＜ηｄ＜１．６９５であることを特徴とする請求項２項記載の光学ガラス。
【請求項４】
ガラスのアッベ数（ｖｄ）が５２．０＜ｖｄ＜５４．０であることを特徴とする請求項１項記載の光学ガラス。
【請求項５】
ガラスのアッベ数（ｖｄ）が５２．０＜ｖｄ＜５３．６であることを特徴とする請求項１項記載の光学ガラス。
【請求項６】
以下の含有量を特徴とする光学ガラス：
組成 重量％
ＳｉＯ２ ５．５〜１５％
Ｌｉ２Ｏ ２．６〜８％
Ｂ２Ｏ３ ２０〜４０％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜３５％
Ｙ２Ｏ３ ０．５〜１０％
Ｔａ２Ｏ５ ０．１〜８％
ＺｒＯ２ ０．１〜５％
ＺｎＯ １〜３５％
ＳｒＯ ０〜１５％
ＢａＯ ０〜２２％
Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％
Ｎａ２Ｏ ０〜２％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％
ＳｎＯ２ ０〜１％
ＣｅＯ２ ０〜１％
【請求項７】
ガラスにＬａ２Ｏ３が２１．５〜３０重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項８】
ガラスにＬａ２Ｏ３が２１．５〜２４重量％含まれることを特徴とする請求項７項記載の光学ガラス。
【請求項９】
ガラスにＢａＯが５〜２２重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項１０】
ガラスにＢａＯが１５〜２０重量％含まれることを特徴とする請求項９項記載の光学ガラス。
【請求項１１】
ガラスにＹ２Ｏ３が３〜１０重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項１２】
ガラスにＹ２Ｏ３が３〜６．５重量％含まれることを特徴とする請求項１１項記載の光学ガラス。
【請求項１３】
ガラスにＬｉ２Ｏが２．６〜６重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項１４】
ガラスにＬｉ２Ｏが２．８〜４．５重量％含まれることを特徴とする請求項１３項記載の光学ガラス。
【請求項１５】
ガラスにＢ２Ｏ３が２０〜３５重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項１６】
ガラスにＢ２Ｏ３が２２．５〜２７．５重量％含まれることを特徴とする請求項１５項記載の光学ガラス。
【請求項１７】
ガラスにＳｉＯ２が６〜１４重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項１８】
ガラスにＳｉＯ２が７〜１０重量％含まれることを特徴とする請求項１７項記載の光学ガラス。
【請求項１９】
ガラスにＴａ２Ｏ５が０．１〜６重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項２０】
ガラスにＴａ２Ｏ５が０．８〜２．３重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項２１】
ガラスにＺｒＯ２が０．５〜４重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項２２】
ガラスにＺｒＯ２が１．８〜２．４重量％含まれることを特徴とする請求項２１項記載の光学ガラス。
【請求項２３】
ガラスにＣｅＯ２が０〜０．５重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項２４】
ガラスにＣｅＯ２が０〜０．０５重量％含まれることを特徴とする請求項２３項記載の光学ガラス。
【請求項２５】
以下の含有量を特徴とする光学ガラス：
組成 重量％
ＳｉＯ２ ６〜１４％
Ｌｉ２Ｏ ２．６〜６％
Ｂ２Ｏ３ ２０〜３５％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜３０％
Ｙ２Ｏ３ ３〜１０％
Ｔａ２Ｏ５ ０．１〜６％
ＺｒＯ２ ０．５〜４％
ＺｎＯ ２〜２０％
ＳｒＯ ５〜１５％
ＢａＯ ５〜２２％
Ａｌ２Ｏ３ ０．０１〜５％
Ｎａ２Ｏ ０〜１％
Ｓｂ２Ｏ３ ０．０１〜０．５％
ＳｎＯ２ ０〜０．５％
ＣｅＯ２ ０〜０．５％
【請求項２６】
以下の含有量を特徴とする光学ガラス：
組成 重量％
ＳｉＯ２ ７〜１０％
Ｌｉ２Ｏ ２．８〜４．５％
Ｂ２Ｏ３ ２２．５〜２７．５％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜２４％
Ｙ２Ｏ３ ３〜６．５％
Ｔａ２Ｏ５ ０．８〜２．３％
ＺｒＯ２ １．８〜２．４％
ＺｎＯ ３．８〜６．８％
ＳｒＯ ７．８〜１３％
ＢａＯ １５〜２０％
Ａｌ２Ｏ３ ０．０３〜０．２％
Ｎａ２Ｏ ０〜０．５％
Ｓｂ２Ｏ３ ０．０１〜０．３％
ＳｎＯ２ ０〜０．０５％
ＣｅＯ２ ０〜０．０５％
【請求項２７】
ガラスにＣａＯが含まれないことを特徴とする請求項１〜２６のいずれかに記載のガラス。
【請求項１】
屈折率ηｄが１．６７＜ηｄ＜１．７０、アッベ数（ｖｄ）が５２．０＜ｖｄ＜５５．０、及び転移温度がＴｇ＜５５０℃である、ＰｂＯ及びＡｓ２Ｏ３を含まない光学ガラス。
【請求項２】
ガラスの屈性率ηｄが１．６８＜ηｄ＜１．７０であることを特徴とする請求項１項記載の光学ガラス。
【請求項３】
ガラスの屈性率ηｄが１．６９０＜ηｄ＜１．６９５であることを特徴とする請求項２項記載の光学ガラス。
【請求項４】
ガラスのアッベ数（ｖｄ）が５２．０＜ｖｄ＜５４．０であることを特徴とする請求項１項記載の光学ガラス。
【請求項５】
ガラスのアッベ数（ｖｄ）が５２．０＜ｖｄ＜５３．６であることを特徴とする請求項１項記載の光学ガラス。
【請求項６】
以下の含有量を特徴とする光学ガラス：
組成 重量％
ＳｉＯ２ ５．５〜１５％
Ｌｉ２Ｏ ２．６〜８％
Ｂ２Ｏ３ ２０〜４０％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜３５％
Ｙ２Ｏ３ ０．５〜１０％
Ｔａ２Ｏ５ ０．１〜８％
ＺｒＯ２ ０．１〜５％
ＺｎＯ １〜３５％
ＳｒＯ ０〜１５％
ＢａＯ ０〜２２％
Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％
Ｎａ２Ｏ ０〜２％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％
ＳｎＯ２ ０〜１％
ＣｅＯ２ ０〜１％
【請求項７】
ガラスにＬａ２Ｏ３が２１．５〜３０重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項８】
ガラスにＬａ２Ｏ３が２１．５〜２４重量％含まれることを特徴とする請求項７項記載の光学ガラス。
【請求項９】
ガラスにＢａＯが５〜２２重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項１０】
ガラスにＢａＯが１５〜２０重量％含まれることを特徴とする請求項９項記載の光学ガラス。
【請求項１１】
ガラスにＹ２Ｏ３が３〜１０重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項１２】
ガラスにＹ２Ｏ３が３〜６．５重量％含まれることを特徴とする請求項１１項記載の光学ガラス。
【請求項１３】
ガラスにＬｉ２Ｏが２．６〜６重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項１４】
ガラスにＬｉ２Ｏが２．８〜４．５重量％含まれることを特徴とする請求項１３項記載の光学ガラス。
【請求項１５】
ガラスにＢ２Ｏ３が２０〜３５重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項１６】
ガラスにＢ２Ｏ３が２２．５〜２７．５重量％含まれることを特徴とする請求項１５項記載の光学ガラス。
【請求項１７】
ガラスにＳｉＯ２が６〜１４重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項１８】
ガラスにＳｉＯ２が７〜１０重量％含まれることを特徴とする請求項１７項記載の光学ガラス。
【請求項１９】
ガラスにＴａ２Ｏ５が０．１〜６重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項２０】
ガラスにＴａ２Ｏ５が０．８〜２．３重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項２１】
ガラスにＺｒＯ２が０．５〜４重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項２２】
ガラスにＺｒＯ２が１．８〜２．４重量％含まれることを特徴とする請求項２１項記載の光学ガラス。
【請求項２３】
ガラスにＣｅＯ２が０〜０．５重量％含まれることを特徴とする請求項６項記載の光学ガラス。
【請求項２４】
ガラスにＣｅＯ２が０〜０．０５重量％含まれることを特徴とする請求項２３項記載の光学ガラス。
【請求項２５】
以下の含有量を特徴とする光学ガラス：
組成 重量％
ＳｉＯ２ ６〜１４％
Ｌｉ２Ｏ ２．６〜６％
Ｂ２Ｏ３ ２０〜３５％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜３０％
Ｙ２Ｏ３ ３〜１０％
Ｔａ２Ｏ５ ０．１〜６％
ＺｒＯ２ ０．５〜４％
ＺｎＯ ２〜２０％
ＳｒＯ ５〜１５％
ＢａＯ ５〜２２％
Ａｌ２Ｏ３ ０．０１〜５％
Ｎａ２Ｏ ０〜１％
Ｓｂ２Ｏ３ ０．０１〜０．５％
ＳｎＯ２ ０〜０．５％
ＣｅＯ２ ０〜０．５％
【請求項２６】
以下の含有量を特徴とする光学ガラス：
組成 重量％
ＳｉＯ２ ７〜１０％
Ｌｉ２Ｏ ２．８〜４．５％
Ｂ２Ｏ３ ２２．５〜２７．５％
Ｌａ２Ｏ３ ２１．５〜２４％
Ｙ２Ｏ３ ３〜６．５％
Ｔａ２Ｏ５ ０．８〜２．３％
ＺｒＯ２ １．８〜２．４％
ＺｎＯ ３．８〜６．８％
ＳｒＯ ７．８〜１３％
ＢａＯ １５〜２０％
Ａｌ２Ｏ３ ０．０３〜０．２％
Ｎａ２Ｏ ０〜０．５％
Ｓｂ２Ｏ３ ０．０１〜０．３％
ＳｎＯ２ ０〜０．０５％
ＣｅＯ２ ０〜０．０５％
【請求項２７】
ガラスにＣａＯが含まれないことを特徴とする請求項１〜２６のいずれかに記載のガラス。
【公表番号】特表２０１３−５１９６１０（Ｐ２０１３−５１９６１０Ａ）
【公表日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５２２５０（Ｐ２０１２−５５２２５０）
【出願日】平成２３年２月１１日（２０１１．２．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２０１１／０７０９３６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９８０４３
【国際公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５１２１３９８４７）ショット グラス テクノロジーズ （スゾウ） カンパニー リミテッド (3)
【氏名又は名称原語表記】ＳＣＨＯＴＴ ＧＬＡＳＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ （ＳＵＺＨＯＵ） ＣＯ．， ＬＴＤ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１１日（２０１１．２．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２０１１／０７０９３６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９８０４３
【国際公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５１２１３９８４７）ショット グラス テクノロジーズ （スゾウ） カンパニー リミテッド (3)
【氏名又は名称原語表記】ＳＣＨＯＴＴ ＧＬＡＳＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ （ＳＵＺＨＯＵ） ＣＯ．， ＬＴＤ．
【Ｆターム（参考）】
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