鉛及び砒素無含有光学硼酸ランタンガラス
【課題】望ましくかつ有利な光学特性（ｎｄ／ｖｄ）と低転移温度を同時に達成でき、さらに環境に対する配慮からＰｂＯ及びＡｓ２Ｏ３無含有であり、また好ましくはＧｄ２Ｏ３及びフッ素を成分として無含有である光学ガラスを提供する。
【解決手段】光学ガラスを、下記組成（酸化物ベースでの重量％）から成り、１．７５〜１．８３の屈折率ｎｄ及び３４〜４４のアッベ数ｖｄを有する鉛及び砒素無含有光学ガラスとなる組成を構成する。ＳｉＯ２ ０．５−８，Ｂ２Ｏ３ １０−２５，ＺｎＯ １０−２６，Ｌａ２Ｏ３ １８−３４，Ｔａ２Ｏ５ ＞１５−２５，Ｎｂ２Ｏ５ ０．５−１５，Σアルカリ金属酸化物 ０−１０，Σアルカリ土金属酸化物 ０−８，ΣＡｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＷＯ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，アルカリ土金属酸化物 ０−１５，慣用清澄剤 ０−２
【解決手段】光学ガラスを、下記組成（酸化物ベースでの重量％）から成り、１．７５〜１．８３の屈折率ｎｄ及び３４〜４４のアッベ数ｖｄを有する鉛及び砒素無含有光学ガラスとなる組成を構成する。ＳｉＯ２ ０．５−８，Ｂ２Ｏ３ １０−２５，ＺｎＯ １０−２６，Ｌａ２Ｏ３ １８−３４，Ｔａ２Ｏ５ ＞１５−２５，Ｎｂ２Ｏ５ ０．５−１５，Σアルカリ金属酸化物 ０−１０，Σアルカリ土金属酸化物 ０−８，ΣＡｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＷＯ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，アルカリ土金属酸化物 ０−１５，慣用清澄剤 ０−２
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛及び砒素無含有であり、かつ、好ましくはガドリニウム及びフッ素無含有である光学硼酸ランタンガラス、同ガラスの写像、投影、遠距離通信、光通信工学、移動励振及びレーザ技術分野における使用、及び前記分野の光学素子をそれぞれ実行する光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学技術分野、さらにオプトエレクトニクス技術分野（写像、投影、遠距離通信、光通信工学、移動励振及びレーザ技術等の用途分野）における市場はより小型化の方向へと進んでいる。かかる傾向は、最終製品がより小型化され、必然的にこれら最終製品の構造部材及び部品のさらなる小型化が要求されていることに表れている。このことは、光学ガラスメーカーにとっては、最終製品量の増加にも拘らず未加工ガラスの需要量が明らかに減少することを意味している。同時に、ブロック及び／またはインゴットガラスから成るより小型の部品の製造に伴い、製品に比例して廃ガラスが顕著に増加し、また小型部品の加工には大型の構造部材に比べてより多くの作業経費を要することから、ガラスメーカーに対して再加工業者からの値上げ圧力も生じている。
【０００３】
今日まで常法であったブロックあるいはインゴットガラスからガラスを部分的に取り除いて光学部品を作製する方法に代わって、近年ではガラス溶融物から例えば塊状物あるいは球状物等の最終輪郭及び形状のそれぞれに可能な限り近いプレフォーム及びピルそれぞれを直接製造できる製造工程が重要となっている。例えば、再加工業者からは、再プレスのための最終形状に近いプレフォーム、所謂「精密塊状物」に対する要求が高まっている。通常、このような「精密塊状物」は、好ましくは既に部分化され及び光学部品の最終形状に近い外形をもつ、完全火炎研磨済みのフリーあるいはハーフフリー成形されたガラス部材を意味する。
【０００４】
かかる「精密塊状物」は、所謂「精密プレス」あるいは「精密成形」加工によって好ましくはレンズ、非球面レンズ等の光学素子へ加工することも可能である。かかる加工によれば、表面研磨のような外形あるいは表面のさらなる加工はもはや必要とされない。この方法によれば、より短い設置時間で柔軟な方法を用いて、（多数の小型材料部品上へ配置される）より少量の溶融ガラスにも対応可能である。単位時間当たりの部品数が比較的少なく、また通常外形が小さいため、加工品の価値は材料の価値だけから生ずるわけではない。プレス機を直ぐに設置できる状態のままで製品が得られなければならず、すなわち煩雑な後加工、冷却及び／または再加工が必要とされるべきではない。外形には高度な正確性が要求されるため、このようなプレス加工にはグレードの高い精密器具、そして高価な成形材料を用いることが求められる。かかる成形型の寿命によって製品及び製造された材料の利益性が大きく影響される。成形型の寿命にとって極めて重要な要因は可能な限り低い作業温度であるが、この温度はプレスされる材料の粘度がプレス加工に十分適する温度までしか低くすることができない。つまり、加工温度と、その加工温度におけるプレスされるガラスの転移温度Ｔｇ、及びプレス加工の利益性には直接的相関があるのである。ガラスの転移温度が低ければ低い程成形型の寿命は延びるので収益性も高くなる。そのため所謂「低Ｔｇガラス」、すなわち融点及び転移温度の低いガラス、すなわち可能な限り低い温度において加工に十分適する粘度をもつガラスに対する需要がある。
【０００５】
さらに、溶融物の加工技術的観点から、「ショート」ガラス、すなわち比較的小さな温度変化によって一定粘度範囲内で大きく粘度が変化するガラスに対しても需要が伸びている。前記ショートガラスの利用は、溶融加工において熱成形時間、すなわち成形型を閉じている時間を短縮できる点で有利である。かかる時間の短縮化により、一方において生産を増加すること、すなわちサイクル時間を減ずることが可能である。他方、成形型も保護されるため、上述したように全体としての製造コストにも有利な影響が及ぶ。「ショート」ガラスにはさらに、冷却を対応するより粘度変化の小さいガラスの場合よりも速く行うことにより、結晶化し易いガラスでも加工できる利点がある。かかる利点により、後続の二次熱成形段階において問題を生じ得る前核形成を防止することが可能である。このことは、このようなガラスを繊維へと延伸できる可能性を示している。
【０００６】
また、ショートガラスは、上述された必要な特性をもつ他に十分な耐薬品性をもつ点においても望ましい材料である。
【０００７】
類似の光学状態あるいは同等な化学組成をもつガラスは先行技術において開示されているが、これらのガラスには大きな欠点がある。これらガラスの多くには、特に希土酸化物として５９０ｎｍに弱いバンドをもつため内部透過性を低下させるＧｄ２Ｏ３、及び／または例えばＴｉＯ２等の結晶化傾向を増大させる成分が高含量で含まれている。
【０００８】
ＵＳ２００３／０２１１９２９は、Ｔｇが６３０℃より低い精密プレス製品用光学ガラスに関する。このＴｇに関する特性は極めて多量のＢ２Ｏ３及びＺｎＯを添加することによって得られる。あらゆる場合において、このガラスにはＧｄ２Ｏ３が少なくとも５モル％の割合で含まれている。
【０００９】
ＪＰ２００３／２０１１４２には、同様に低Ｔｇをもつ精密プレス製品用光学ガラスが開示されている。この引例においても、この特性は極めて多量のＢ２Ｏ３及びＺｎＯの添加によって得られている。あらゆる場合において、このガラスにはＧｄ２Ｏ３が少なくとも６重量％の割合で含まれている。
【００１０】
ＵＳ２００３／０１９１００８には精密プレス技術用の高屈折率光学ガラスが含まれている。このガラスには、Ｎｂ２Ｏ３が少なくとも３０重量％という極めて高い含量で含まれている。Ｎｂ２Ｏ３がこのように高含量で含まれることによりガラスの内部透過性が低くなっている。
【００１１】
ＪＰ２００３／２３８１９８には、低Ｔｇをもつ精密プレス製品用光学ガラスが開示されている。この低Ｔｇ特性はＬｉＦ及び／またはＺｎＦの添加によって得られており、あらゆる場合において、成分としてフッ素が少なくとも９重量％の割合で含まれている。フッ素の含有は特にその強い揮発性ゆえに安定な溶融及び製造加工との関連において不利となる。
【００１２】
ＪＰ２００３／３００７５１には精密プレス製品用の低融点ガラスが開示されている。本引例では４８０〜５８０℃の低ＴｇはＢｉ２Ｏ３の添加によって得られている。あらゆる場合においてＢｉ２Ｏ３が含まれるため、ガラスは着色され、ガラスの内部透過性が低下している。
【００１３】
ＪＰ２００２／１７３３３６には、２０〜３２という低いアッベ数をもつ高散乱性の低融点リン酸ガラスが開示されている。
【００１４】
ＤＥ３５３４５７５には眼鏡レンズ用ガラスに関する記載があるが、いずれの場合にも着色成分が含まれている。なおこの引例では酸化ランタンは単なる任意成分として取り扱われている。
【００１５】
ＤＥ３６０５６６８には亜テルル酸塩ガラスに関する記載があるが、いずれの場合にも成分として毒性のある酸化テルルが含まれている。
【００１６】
ＤＥ１０１２６５５４には屈折率が極めて高い硼珪酸ガラスが開示されている。
【００１７】
ＥＰ１２３６６９４Ａ１、ＵＳ２００３／０１００４３３及びＵＳ２００３／０２１１９２９には、鉛及びフッ素無含有の光学ガラスが開示されているが、あらゆる場合においてＧｄ２Ｏ３が含まれている。
【００１８】
ＪＰ６０−２２１３３８には、あらゆる場合において成分として酸化リチウムが含まれ、及び酸化物１種の少なくとも一部がフッ素で置換えられたガラスに関する記載がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、望ましくかつ有利な光学特性（ｎｄ／ｖｄ）と低転移温度を同時に達成でき、さらに環境に対する配慮からＰｂＯ及びＡｓ２Ｏ３無含有であり、また好ましくはＧｄ２Ｏ３及びフッ素を成分として無含有である光学ガラスを提供することを目的とする。本発明に従ったガラスはさらに、精密プレスによって加工可能であり、また写像、投影、遠距離通信、光通信工学、移動励振及びレーザ技術の分野での使用に適さなければならず、及び１．７５〜１．８５の範囲内の屈折率ｎｄ、３５〜４４のアッベ数、及び好ましくは５６０℃以下の可能な限り低い転移温度Ｔｇを有するものでなければならない。これらガラスの溶融性及び加工適性もまた良好であり、さらにガラス集塊を連続的処理する方式での製造が可能となるように十分結晶化安定性でなければならない。粘度が１０７．６〜１０１３ｄＰａｓの範囲内で可能な限り「ショート」なガラスが望ましい。所謂ショートガラスとは、一般的に１０２〜１０１３ｄＰａｓの粘度範囲内で極めて急勾配な粘度曲線をもつガラスを意味する。本発明に従ったガラスに関して用語「ショート」を用いる場合には１０７．６〜１０１３ｄＰａｓの粘度範囲内に必ず含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的は、本願特許請求の範囲において限定された本発明の実施態様によって達成される。
【００２１】
特に本発明では、下記組成（酸化物としての重量％に基づく）から成り、屈折率ｎｄが１．７５〜１．８５の範囲内であり、かつ、アッベ数ｖｄが３４〜４４の範囲内である、鉛及び砒素無含有、さらに好ましくはガドリニウム及びフッ素無含有の光学ガラスが提供される。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ＳｉＯ２ ０．５−８
Ｂ２Ｏ３ １０−２５
ＺｎＯ １０−２６
Ｌａ２Ｏ３ １８−３４
Ｔａ２Ｏ５ ＞１５−２５
Ｎｂ２Ｏ５ ０．５−１５
ＷＯ３ ０−１０
Ａｌ２Ｏ３ ０−２
Ｌｉ２Ｏ ０−５
Ｎａ２Ｏ ０−６
Ｋ２Ｏ ０−８
Ｃｓ２Ｏ ０−９
ＭｇＯ ０−５
ＣａＯ ０−５
ＳｒＯ ０−５
ＢａＯ ０−５
Ｙ２Ｏ３ ０−１０
ＴｉＯ２ ０−６
ＺｒＯ２ ０−１１
ＨｆＯ２ ０−６
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ΣＢ２Ｏ３＋ＺｎＯ ３０−４５
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Σアルカリ金属酸化物 ０−１０
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Σアルカリ土金属酸化物 ０−８
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ΣＡｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＷＯ３，ＴｉＯ２， ０−１５
ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，アルカリ土金属酸化物
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慣用清澄剤 ０−２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【００２２】
好ましくは、含有される酸化物の総和、Ｌａ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋ＺｒＯ２は酸化物ベースで５０重量％以上である。
【００２３】
また好ましくは、本発明ガラスには上記組成に含まれない成分は含まれない。
【００２４】
本発明に従ったガラスは、類似ガラス種である既知光学ガラスとアッベ数及び屈折率等において同一の光学的性状を有する。しかしながら、本発明ガラスは良好な溶融性及び加工適性、加工コストの低減による低製造コスト、さらに環境適合性において特徴付けられる。
【００２５】
特に、本発明によるガラスは例えば精密塊状物等の最終外形に近い加工、また正確な最終外形をもつ光学部品製造のための形板プレス加工（精密プレス）に適する。このため、好ましくは本発明に従ったガラスの粘度温度分布及び加工温度は、高感度な精密装置を用いた最終外形及び輪郭それぞれに近い熱成形も可能となるように適合される。
【００２６】
さらに、本発明に従ったガラスの結晶化安定性及び粘度温度分布を組み合わせることにより、ほぼ問題を生ずることなく、本発明ガラスに対して（さらなる）熱処理（プレス及び再プレスそれぞれ）を行うことが可能となる。
【００２７】
特に、本発明に従ったガラスの屈折率ｎｄは１．７５〜１．８５、好ましくは１．７８〜１．８３、特に好ましくは１．８０〜１．８１の範囲内であり、またアッベ数ｖｄは３４〜４４、好ましくは３６〜４３、さらに好ましくは３９〜４３、特に好ましくは４０〜４２の範囲内である。
【００２８】
本発明の一実施態様では、本発明に従ったガラスは５６０℃以下、好ましくは５５０℃以下の転移温度Ｔｇを有する。
【００２９】
本発明において所謂「低Ｔｇガラス」は、低転移温度をもつガラス、すなわち好ましくは転移温度が高くても５６０℃であるガラスを意味する。
【００３０】
本発明に従ったガラスは、好ましくは可能な限り「ショート」で、その粘度は１０７．６〜１０１３ｄＰａｓの範囲内である。ここで「ショートガラス」は、比較的小さな温度変化において一定粘度範囲内で粘度が大きく変化するガラスを意味する。好ましくは、本発明ガラスの粘度が１０７．６から１０１３ｄＰａｓまで減少する温度差ΔＴは１００°Ｋである。
【００３１】
図１には実施例１０に従った本発明ガラスの粘度曲線が示されている。図１において、縦線はこのガラスが１０７．６から１０１３ｄＰａｓまで変化する温度差ΔＴを示している。この図においてΔＴは５４２℃と６３７℃との差、すなわち９５°Ｋである。
【００３２】
図２には実施例１９に従った本発明ガラスの転移曲線が示されている。透過率が５％及び８０％となる波長が示されている。これら波長からカラーコードは３８／３２となる。
【００３３】
本発明において「内部品質」は、ガラスに気泡、及び／またはすじ、及び／または類似の欠陥がそれぞれ可能な限り少なく含まれる程度を言い、このような欠陥が全く含まれないことが好ましい。
【００３４】
以下において、用語「Ｘ無含有」及び「成分Ｘ無含有」それぞれは、ガラスにこの成分Ｘが実質的に含まれないこと、すなわちこのような成分がガラス中に不純物としてのみ存在し、単一成分としてガラス組成中に加えられたものではないことを意味する。ここでＸとは、例えばＧｄ２Ｏ３等の任意な成分である。
【００３５】
以下において特に説明がない限り、ガラス成分比に関するすべてのデータは酸化物をベースとした重量％で示されている。
【００３６】
本発明に従ったガラスの基本ガラス系は、所望の特性を本来的に備える硼酸ランタン系である。
【００３７】
本発明に従ったガラスは、ＺｎＯを少なくとも１０重量％、好ましくは少なくとも１２重量％、特に好ましくは少なくとも１４重量％の割合で含み、さらにＢ２Ｏ３を少なくとも１０重量％、好ましくは少なくとも１５重量％、特に好ましくは１７重量％の割合で含んで成ることから、溶融性の良好な低Ｔｇガラスである。前記ＺｎＯの含量は多くても２６重量％、好ましくは多くても２４重量％、特に好ましくは多くても２２重量％である。ＺｎＯは、１０７．６〜１０１３ｄＰａｓの粘度範囲内における所望の粘度温度特性（「ショート」ガラス）に寄与している。
【００３８】
前記Ｂ２Ｏ３含量は最大で２５重量％であり、好ましくは多くても２４重量％、特に好ましくは多くても２３重量％である。Ｂ２Ｏ３の強い網状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大される。しかしながら、この含量が２５重量％を超えると、ガラスが「よりロング」となり本発明にとって好ましくなくなるため、Ｂ２Ｏ３含量は２５重量％を超えてはならない。また、溶融及び溶融進行過程において添加されたＢ２Ｏ３の一部が揮発してガラス組成の正確な調整が困難となる場合がある。
【００３９】
ＺｎＯ及びＢ２Ｏ３含量の総和は少なくとも３０重量％、好ましくは少なくとも３３重量％、さらに好ましくは３４重量％、特に好ましくは３８重量％である。ＺｎＯ及びＢ２Ｏ３含量を３０重量％より低くまで減ずるとガラスの「低Ｔｇガラス」としての特徴が失われてしまう。また、ＺｎＯ及びＢ２Ｏ３含量の総和は多くても４５重量％、好ましくは多くても４２重量％、特に好ましくは多くても４１重量％である。この総和を４５重量％以上まで増加させると、屈折率が低下し過ぎてしまう。適切なＺｎＯ及びＢ２Ｏ３含量の総和範囲は３０〜４５重量％、３４〜４２重量％、３８〜４１重量％、あるいは３３〜４１重量％である。
【００４０】
またこれらのガラスには、Ｂ２Ｏ３及びＳｉＯ２が網状構造形成剤として少なくとも０．５重量％、好ましくは少なくとも１重量％、特に好ましくは２重量％含まれる。ＳｉＯ２の最大含量は８重量％、好ましくは７重量％、特に好ましくは６重量％である。ＳｉＯ２含量を８重量％以上まで増加させると転移温度が５６０℃以上まで高くなり、さらに屈折率の低下がひき起こされる。
【００４１】
本発明に従ったガラスにはＬａ２Ｏ３が少なくとも１８重量％、好ましくは少なくとも２０重量％、さらに好ましくは少なくとも２１重量％、特に好ましくは少なくとも２３重量％の割合で含まれる。このＬａ２Ｏ３の含量は多くても３４重量％、好ましくは多くても３３重量％、特に好ましくは多くても３２重量％に制限される。上記３４重量％の上限を超えるとガラス粘度が高くなり過ぎるためこの上限を超えてはならない。またＬａ２Ｏ３の下限含量は、高屈折率を確保するため２０重量％以下となってはならない。
【００４２】
また、本発明に従ったガラスにはＴａ２Ｏ５が少なくとも１５重量％、好ましくは少なくとも１５．５重量％含まれる。Ｔａ２Ｏ５の最大含量は２５重量％、好ましくは多くても２４重量％、特に好ましくは多くても２０重量％である。上記２５重量％の上限を超えるとガラスのコストが高くなり過ぎて経済的でなくなるため、この上限を超えてはならない。また、高屈折率及びアッベ数を同時に確保するため、Ｔａ２Ｏ３の含量下限を１５重量％以下としてはならない。
【００４３】
さらに、本発明に従ったガラスにはＮｂ２Ｏ５が少なくとも０．５重量％、好ましくは少なくとも１重量％、特に好ましくは２重量％の割合で含まれる。Ｎｂ２Ｏ５の最大含量は１５重量％、好ましくは多くても１０重量％、さらに好ましくは多くても８重量％、特に好ましくは多くても７重量％である。上記１５重量％の上限を超えるとＮｂ２Ｏ５によってガラスに着色が付与されガラスの内部透過率が低下するため、前記上限は１５重量％を超えてはならない。さらにＮｂ２Ｏ５の含量が１５重量％以上になるとアッベ数の低下が大きくなり過ぎてしまう。また高屈折率を確保するため、Ｎｂ２Ｏ５の最小含量は０．５重量％を下回ってはならない。
【００４４】
本発明ガラスにはＷＯ３を最大で１０重量％、好ましくは５重量％の割合で混入可能である。ＷＯ３には屈折率及びアッベ数を調整させる働きがある。本発明の特定の実施態様で最も好ましくはガラスにＷＯ３は含まれない。
【００４５】
また本発明ガラスには、Ｙ２Ｏ３を０〜最大１０重量％まで、好ましくは９重量％まで、特に好ましくは８重量％まで含ませることが可能である。ＷＯ３と同様に、Ｙ２Ｏ３には光学的性状を調整させる働きがある。
【００４６】
特に好ましくは、本発明ガラスにはＴｉＯ２及びＨｆＯ２は含まれない。これらの酸化物は０〜最大６重量％まで、好ましくは最大で３重量％まで含まれていてもよい。これら成分は高屈折率及び高散乱性に寄与する他、Ｔｇ及びガラス粘度の増大もひき起こす。さらにＴｉＯ２は、ＵＶにおける吸収によって透過率に、及び結晶化特性に負の影響を与える。
【００４７】
本発明ガラスは好ましくはＺｒＯ２無含有であるが、少なくとも１重量％、好ましくは少なくとも２重量％含まれていてもよい。ＺｒＯ２の最大含量は１１重量％、好ましくは多くても１０重量％、特に好ましくは多くても９重量％である。ガラス中にＺｒＯ２が高含量含まれると強い失透が生ずるため、上記１１重量％の上限を超えてはならない。
【００４８】
本発明に従ったガラスには、Ｌｉ２Ｏがアルカリ金属酸化物として最大含量で５重量％、好ましくは多くても４重量％、さらに好ましくは３重量％含まれる。前記Ｌｉ２Ｏの含量は２重量％、１重量％、あるいは０．１重量％等のさらに低い含量でも適する。適する含量範囲は例えば０．１〜４重量％である。なお、本発明ガラスは任意であるがＬｉＯ無含有であってもよい。
【００４９】
本発明に従ったガラスにはＮａ２Ｏが多くても６重量％、好ましくは多くても５重量％、特に好ましくは多くても４重量％含まれる。
【００５０】
また、本発明に従ったガラスにはＫ２Ｏが多くても８重量％、好ましくは多くても７重量％、特に好ましくは多くても６重量％含まれる。
【００５１】
本発明ガラスに酸化セシウムが含まれる場合、酸化セシウム含量は多くても９重量％、好ましくは多くても８重量％、さらに好ましくは多くても７重量％である。
【００５２】
本発明に従ったガラス中のアルカリ金属酸化物の総含量は０〜１０重量％の範囲内である。好ましい総含量は多くても７重量％、特に好ましくは多くても６重量％である。前記多くても１０重量％のアルカリ金属酸化物総含量を超えるとこのガラス系の屈折率が低下し過ぎるため、アルカリ金属酸化物はこの上限値を超えて含まれてはならない。アルカリ金属酸化物の添加により溶融特性が最適化される。すなわちこれら酸化物は融剤として働く。さらにこれら酸化物はＴｇの低下にも作用する。
【００５３】
粘度温度分布を柔軟に調節するため、本発明に従ったガラスに、任意であるが、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及び／またはＢａＯから選択されるアルカリ土金属（ＭＯ）を含ませることも可能である。前記ＭＯの総量は多くても８重量％、好ましくは多くても５重量％、最も好ましくは多くても４重量％である。
【００５４】
本発明に従ったガラスにはＡｌ２Ｏ３が多くても２重量％、好ましくは多くても１．５重量％、特に好ましくは多くても１重量％含まれる。
【００５５】
光学ガラスとしての本発明に従ったガラスは好ましくは着色成分を含まず、及び／またはレーザ活性成分等の光学活性成分は含まれない。
【００５６】
特に、本発明に従ったガラスは、好ましくは例えばＡｇ等のレドックス感受性成分、及び／または例えばＴｌ、Ｔｅ、Ｂｅ及びＡｓの酸化物等の有毒かつ有害成分を無含有である。あらゆる場合において、本発明ガラスはＰｂＯ及び砒素無含有である。
【００５７】
本発明の一実施態様において、本発明ガラスは好ましくは本願特許請求の範囲に記載されていない他成分についても無含有である。すなわちこの実施態様にでは、本発明ガラスは実質的に本願特許請求の範囲に記載された成分から成る。ここで用語「実質的に〜から成る」は、他成分が不純物としては存在し、ガラス組成へ単一成分として意識的に添加されたものでないことを意味する。
【００５８】
本発明に従ったガラスには慣用の清澄剤を少量含有させることが可能である。添加する清澄剤の総量は多くても２．０重量％、より好ましくは多くても１重量％である。本発明に従ったガラスには清澄剤として下記成分中の少なくとも１種を（添加後のガラス組成における重量％で表示）含ませることができる。
Ｓｂ２Ｏ３ ０−１ 及び／または
ＳｎＯ ０−１ 及び／または
ＳＯ４２− ０−１ 及び／または
Ｆ− ０−１
【００５９】
フッ素及びフッ素含有化合物は溶融及び溶融進行過程中に揮発しやすいため、ガラス組成の正確な調整が困難となる。そのため、本発明ガラスでは好ましくはフッ素も無含有とされる。
【００６０】
本発明はさらに、本発明に従ったガラスの写像、投影、遠距離通信、光通信工学、移動励振及びレーザ技術等の用途分野における使用にも関する。
【００６１】
本発明はまた、本発明に従ったガラスを含む光学素子にも関する。本発明ガラスの使用対象となる光学素子としては、特にレンズ、非球面レンズ、プリズム及び小型構造部材がある。なお、本発明では、用語「光学素子」には上記光学素子のプレフォーム、例えば塊状物、精密塊状物等も含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
以下において一連の実施例を用いて本発明について詳細に説明する。但し本発明は下記実施例に限定されない。
実施例
【００６３】
実施例２における表２〜５には好ましいガラス組成範囲内における実施態様例が示されている。以下の実施例に記載されたガラスは実施例１において作製されたものである。
【実施例１】
【００６４】
酸化物原料を秤量し、例えばＳｂ２Ｏ３等の清澄剤を前記原料へ加えてから、これらの混合物を十分に混合する。このガラス混合物を凡そ１１５０℃で溶融して連続状の溶融集塊を得てから清澄（１２００℃）及び均質化する。ガラスは約１１８０℃の注入成形温度において注入成形して所望の寸法へと加工可能である。大量の連続状集塊中の温度を少なくとも凡そ１００Ｋ低下させ、及び前記材料をプレス法によって最終外形に近い形状に加工できることが実験によって示された。
【００６５】
【表１】
本ガラスの特性を実施例１０と同様に表３に示す。
【実施例２】
【００６６】
本発明に従った実施例１〜２６について表２〜５に示す。
【００６７】
本発明に従ったすべてのガラスは５６０℃以下のＴｇを有し、極めて良好な耐アルカリ性を示し、また加工性も良好である。本発明に従ったガラスのカラーコードは３８／３２までの数値が得られる。
【００６８】
【表２】
【００６９】
【表３】
【００７０】
【表４】
【００７１】
【表５】
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施例１０に従った本発明ガラスの粘度曲線を示した図である。
【図２】実施例１９に従った本発明ガラスの透過率曲線を示した図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛及び砒素無含有であり、かつ、好ましくはガドリニウム及びフッ素無含有である光学硼酸ランタンガラス、同ガラスの写像、投影、遠距離通信、光通信工学、移動励振及びレーザ技術分野における使用、及び前記分野の光学素子をそれぞれ実行する光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学技術分野、さらにオプトエレクトニクス技術分野（写像、投影、遠距離通信、光通信工学、移動励振及びレーザ技術等の用途分野）における市場はより小型化の方向へと進んでいる。かかる傾向は、最終製品がより小型化され、必然的にこれら最終製品の構造部材及び部品のさらなる小型化が要求されていることに表れている。このことは、光学ガラスメーカーにとっては、最終製品量の増加にも拘らず未加工ガラスの需要量が明らかに減少することを意味している。同時に、ブロック及び／またはインゴットガラスから成るより小型の部品の製造に伴い、製品に比例して廃ガラスが顕著に増加し、また小型部品の加工には大型の構造部材に比べてより多くの作業経費を要することから、ガラスメーカーに対して再加工業者からの値上げ圧力も生じている。
【０００３】
今日まで常法であったブロックあるいはインゴットガラスからガラスを部分的に取り除いて光学部品を作製する方法に代わって、近年ではガラス溶融物から例えば塊状物あるいは球状物等の最終輪郭及び形状のそれぞれに可能な限り近いプレフォーム及びピルそれぞれを直接製造できる製造工程が重要となっている。例えば、再加工業者からは、再プレスのための最終形状に近いプレフォーム、所謂「精密塊状物」に対する要求が高まっている。通常、このような「精密塊状物」は、好ましくは既に部分化され及び光学部品の最終形状に近い外形をもつ、完全火炎研磨済みのフリーあるいはハーフフリー成形されたガラス部材を意味する。
【０００４】
かかる「精密塊状物」は、所謂「精密プレス」あるいは「精密成形」加工によって好ましくはレンズ、非球面レンズ等の光学素子へ加工することも可能である。かかる加工によれば、表面研磨のような外形あるいは表面のさらなる加工はもはや必要とされない。この方法によれば、より短い設置時間で柔軟な方法を用いて、（多数の小型材料部品上へ配置される）より少量の溶融ガラスにも対応可能である。単位時間当たりの部品数が比較的少なく、また通常外形が小さいため、加工品の価値は材料の価値だけから生ずるわけではない。プレス機を直ぐに設置できる状態のままで製品が得られなければならず、すなわち煩雑な後加工、冷却及び／または再加工が必要とされるべきではない。外形には高度な正確性が要求されるため、このようなプレス加工にはグレードの高い精密器具、そして高価な成形材料を用いることが求められる。かかる成形型の寿命によって製品及び製造された材料の利益性が大きく影響される。成形型の寿命にとって極めて重要な要因は可能な限り低い作業温度であるが、この温度はプレスされる材料の粘度がプレス加工に十分適する温度までしか低くすることができない。つまり、加工温度と、その加工温度におけるプレスされるガラスの転移温度Ｔｇ、及びプレス加工の利益性には直接的相関があるのである。ガラスの転移温度が低ければ低い程成形型の寿命は延びるので収益性も高くなる。そのため所謂「低Ｔｇガラス」、すなわち融点及び転移温度の低いガラス、すなわち可能な限り低い温度において加工に十分適する粘度をもつガラスに対する需要がある。
【０００５】
さらに、溶融物の加工技術的観点から、「ショート」ガラス、すなわち比較的小さな温度変化によって一定粘度範囲内で大きく粘度が変化するガラスに対しても需要が伸びている。前記ショートガラスの利用は、溶融加工において熱成形時間、すなわち成形型を閉じている時間を短縮できる点で有利である。かかる時間の短縮化により、一方において生産を増加すること、すなわちサイクル時間を減ずることが可能である。他方、成形型も保護されるため、上述したように全体としての製造コストにも有利な影響が及ぶ。「ショート」ガラスにはさらに、冷却を対応するより粘度変化の小さいガラスの場合よりも速く行うことにより、結晶化し易いガラスでも加工できる利点がある。かかる利点により、後続の二次熱成形段階において問題を生じ得る前核形成を防止することが可能である。このことは、このようなガラスを繊維へと延伸できる可能性を示している。
【０００６】
また、ショートガラスは、上述された必要な特性をもつ他に十分な耐薬品性をもつ点においても望ましい材料である。
【０００７】
類似の光学状態あるいは同等な化学組成をもつガラスは先行技術において開示されているが、これらのガラスには大きな欠点がある。これらガラスの多くには、特に希土酸化物として５９０ｎｍに弱いバンドをもつため内部透過性を低下させるＧｄ２Ｏ３、及び／または例えばＴｉＯ２等の結晶化傾向を増大させる成分が高含量で含まれている。
【０００８】
ＵＳ２００３／０２１１９２９は、Ｔｇが６３０℃より低い精密プレス製品用光学ガラスに関する。このＴｇに関する特性は極めて多量のＢ２Ｏ３及びＺｎＯを添加することによって得られる。あらゆる場合において、このガラスにはＧｄ２Ｏ３が少なくとも５モル％の割合で含まれている。
【０００９】
ＪＰ２００３／２０１１４２には、同様に低Ｔｇをもつ精密プレス製品用光学ガラスが開示されている。この引例においても、この特性は極めて多量のＢ２Ｏ３及びＺｎＯの添加によって得られている。あらゆる場合において、このガラスにはＧｄ２Ｏ３が少なくとも６重量％の割合で含まれている。
【００１０】
ＵＳ２００３／０１９１００８には精密プレス技術用の高屈折率光学ガラスが含まれている。このガラスには、Ｎｂ２Ｏ３が少なくとも３０重量％という極めて高い含量で含まれている。Ｎｂ２Ｏ３がこのように高含量で含まれることによりガラスの内部透過性が低くなっている。
【００１１】
ＪＰ２００３／２３８１９８には、低Ｔｇをもつ精密プレス製品用光学ガラスが開示されている。この低Ｔｇ特性はＬｉＦ及び／またはＺｎＦの添加によって得られており、あらゆる場合において、成分としてフッ素が少なくとも９重量％の割合で含まれている。フッ素の含有は特にその強い揮発性ゆえに安定な溶融及び製造加工との関連において不利となる。
【００１２】
ＪＰ２００３／３００７５１には精密プレス製品用の低融点ガラスが開示されている。本引例では４８０〜５８０℃の低ＴｇはＢｉ２Ｏ３の添加によって得られている。あらゆる場合においてＢｉ２Ｏ３が含まれるため、ガラスは着色され、ガラスの内部透過性が低下している。
【００１３】
ＪＰ２００２／１７３３３６には、２０〜３２という低いアッベ数をもつ高散乱性の低融点リン酸ガラスが開示されている。
【００１４】
ＤＥ３５３４５７５には眼鏡レンズ用ガラスに関する記載があるが、いずれの場合にも着色成分が含まれている。なおこの引例では酸化ランタンは単なる任意成分として取り扱われている。
【００１５】
ＤＥ３６０５６６８には亜テルル酸塩ガラスに関する記載があるが、いずれの場合にも成分として毒性のある酸化テルルが含まれている。
【００１６】
ＤＥ１０１２６５５４には屈折率が極めて高い硼珪酸ガラスが開示されている。
【００１７】
ＥＰ１２３６６９４Ａ１、ＵＳ２００３／０１００４３３及びＵＳ２００３／０２１１９２９には、鉛及びフッ素無含有の光学ガラスが開示されているが、あらゆる場合においてＧｄ２Ｏ３が含まれている。
【００１８】
ＪＰ６０−２２１３３８には、あらゆる場合において成分として酸化リチウムが含まれ、及び酸化物１種の少なくとも一部がフッ素で置換えられたガラスに関する記載がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、望ましくかつ有利な光学特性（ｎｄ／ｖｄ）と低転移温度を同時に達成でき、さらに環境に対する配慮からＰｂＯ及びＡｓ２Ｏ３無含有であり、また好ましくはＧｄ２Ｏ３及びフッ素を成分として無含有である光学ガラスを提供することを目的とする。本発明に従ったガラスはさらに、精密プレスによって加工可能であり、また写像、投影、遠距離通信、光通信工学、移動励振及びレーザ技術の分野での使用に適さなければならず、及び１．７５〜１．８５の範囲内の屈折率ｎｄ、３５〜４４のアッベ数、及び好ましくは５６０℃以下の可能な限り低い転移温度Ｔｇを有するものでなければならない。これらガラスの溶融性及び加工適性もまた良好であり、さらにガラス集塊を連続的処理する方式での製造が可能となるように十分結晶化安定性でなければならない。粘度が１０７．６〜１０１３ｄＰａｓの範囲内で可能な限り「ショート」なガラスが望ましい。所謂ショートガラスとは、一般的に１０２〜１０１３ｄＰａｓの粘度範囲内で極めて急勾配な粘度曲線をもつガラスを意味する。本発明に従ったガラスに関して用語「ショート」を用いる場合には１０７．６〜１０１３ｄＰａｓの粘度範囲内に必ず含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的は、本願特許請求の範囲において限定された本発明の実施態様によって達成される。
【００２１】
特に本発明では、下記組成（酸化物としての重量％に基づく）から成り、屈折率ｎｄが１．７５〜１．８５の範囲内であり、かつ、アッベ数ｖｄが３４〜４４の範囲内である、鉛及び砒素無含有、さらに好ましくはガドリニウム及びフッ素無含有の光学ガラスが提供される。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ＳｉＯ２ ０．５−８
Ｂ２Ｏ３ １０−２５
ＺｎＯ １０−２６
Ｌａ２Ｏ３ １８−３４
Ｔａ２Ｏ５ ＞１５−２５
Ｎｂ２Ｏ５ ０．５−１５
ＷＯ３ ０−１０
Ａｌ２Ｏ３ ０−２
Ｌｉ２Ｏ ０−５
Ｎａ２Ｏ ０−６
Ｋ２Ｏ ０−８
Ｃｓ２Ｏ ０−９
ＭｇＯ ０−５
ＣａＯ ０−５
ＳｒＯ ０−５
ＢａＯ ０−５
Ｙ２Ｏ３ ０−１０
ＴｉＯ２ ０−６
ＺｒＯ２ ０−１１
ＨｆＯ２ ０−６
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＢ２Ｏ３＋ＺｎＯ ３０−４５
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ金属酸化物 ０−１０
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ土金属酸化物 ０−８
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＡｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＷＯ３，ＴｉＯ２， ０−１５
ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，アルカリ土金属酸化物
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
慣用清澄剤 ０−２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【００２２】
好ましくは、含有される酸化物の総和、Ｌａ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋ＺｒＯ２は酸化物ベースで５０重量％以上である。
【００２３】
また好ましくは、本発明ガラスには上記組成に含まれない成分は含まれない。
【００２４】
本発明に従ったガラスは、類似ガラス種である既知光学ガラスとアッベ数及び屈折率等において同一の光学的性状を有する。しかしながら、本発明ガラスは良好な溶融性及び加工適性、加工コストの低減による低製造コスト、さらに環境適合性において特徴付けられる。
【００２５】
特に、本発明によるガラスは例えば精密塊状物等の最終外形に近い加工、また正確な最終外形をもつ光学部品製造のための形板プレス加工（精密プレス）に適する。このため、好ましくは本発明に従ったガラスの粘度温度分布及び加工温度は、高感度な精密装置を用いた最終外形及び輪郭それぞれに近い熱成形も可能となるように適合される。
【００２６】
さらに、本発明に従ったガラスの結晶化安定性及び粘度温度分布を組み合わせることにより、ほぼ問題を生ずることなく、本発明ガラスに対して（さらなる）熱処理（プレス及び再プレスそれぞれ）を行うことが可能となる。
【００２７】
特に、本発明に従ったガラスの屈折率ｎｄは１．７５〜１．８５、好ましくは１．７８〜１．８３、特に好ましくは１．８０〜１．８１の範囲内であり、またアッベ数ｖｄは３４〜４４、好ましくは３６〜４３、さらに好ましくは３９〜４３、特に好ましくは４０〜４２の範囲内である。
【００２８】
本発明の一実施態様では、本発明に従ったガラスは５６０℃以下、好ましくは５５０℃以下の転移温度Ｔｇを有する。
【００２９】
本発明において所謂「低Ｔｇガラス」は、低転移温度をもつガラス、すなわち好ましくは転移温度が高くても５６０℃であるガラスを意味する。
【００３０】
本発明に従ったガラスは、好ましくは可能な限り「ショート」で、その粘度は１０７．６〜１０１３ｄＰａｓの範囲内である。ここで「ショートガラス」は、比較的小さな温度変化において一定粘度範囲内で粘度が大きく変化するガラスを意味する。好ましくは、本発明ガラスの粘度が１０７．６から１０１３ｄＰａｓまで減少する温度差ΔＴは１００°Ｋである。
【００３１】
図１には実施例１０に従った本発明ガラスの粘度曲線が示されている。図１において、縦線はこのガラスが１０７．６から１０１３ｄＰａｓまで変化する温度差ΔＴを示している。この図においてΔＴは５４２℃と６３７℃との差、すなわち９５°Ｋである。
【００３２】
図２には実施例１９に従った本発明ガラスの転移曲線が示されている。透過率が５％及び８０％となる波長が示されている。これら波長からカラーコードは３８／３２となる。
【００３３】
本発明において「内部品質」は、ガラスに気泡、及び／またはすじ、及び／または類似の欠陥がそれぞれ可能な限り少なく含まれる程度を言い、このような欠陥が全く含まれないことが好ましい。
【００３４】
以下において、用語「Ｘ無含有」及び「成分Ｘ無含有」それぞれは、ガラスにこの成分Ｘが実質的に含まれないこと、すなわちこのような成分がガラス中に不純物としてのみ存在し、単一成分としてガラス組成中に加えられたものではないことを意味する。ここでＸとは、例えばＧｄ２Ｏ３等の任意な成分である。
【００３５】
以下において特に説明がない限り、ガラス成分比に関するすべてのデータは酸化物をベースとした重量％で示されている。
【００３６】
本発明に従ったガラスの基本ガラス系は、所望の特性を本来的に備える硼酸ランタン系である。
【００３７】
本発明に従ったガラスは、ＺｎＯを少なくとも１０重量％、好ましくは少なくとも１２重量％、特に好ましくは少なくとも１４重量％の割合で含み、さらにＢ２Ｏ３を少なくとも１０重量％、好ましくは少なくとも１５重量％、特に好ましくは１７重量％の割合で含んで成ることから、溶融性の良好な低Ｔｇガラスである。前記ＺｎＯの含量は多くても２６重量％、好ましくは多くても２４重量％、特に好ましくは多くても２２重量％である。ＺｎＯは、１０７．６〜１０１３ｄＰａｓの粘度範囲内における所望の粘度温度特性（「ショート」ガラス）に寄与している。
【００３８】
前記Ｂ２Ｏ３含量は最大で２５重量％であり、好ましくは多くても２４重量％、特に好ましくは多くても２３重量％である。Ｂ２Ｏ３の強い網状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大される。しかしながら、この含量が２５重量％を超えると、ガラスが「よりロング」となり本発明にとって好ましくなくなるため、Ｂ２Ｏ３含量は２５重量％を超えてはならない。また、溶融及び溶融進行過程において添加されたＢ２Ｏ３の一部が揮発してガラス組成の正確な調整が困難となる場合がある。
【００３９】
ＺｎＯ及びＢ２Ｏ３含量の総和は少なくとも３０重量％、好ましくは少なくとも３３重量％、さらに好ましくは３４重量％、特に好ましくは３８重量％である。ＺｎＯ及びＢ２Ｏ３含量を３０重量％より低くまで減ずるとガラスの「低Ｔｇガラス」としての特徴が失われてしまう。また、ＺｎＯ及びＢ２Ｏ３含量の総和は多くても４５重量％、好ましくは多くても４２重量％、特に好ましくは多くても４１重量％である。この総和を４５重量％以上まで増加させると、屈折率が低下し過ぎてしまう。適切なＺｎＯ及びＢ２Ｏ３含量の総和範囲は３０〜４５重量％、３４〜４２重量％、３８〜４１重量％、あるいは３３〜４１重量％である。
【００４０】
またこれらのガラスには、Ｂ２Ｏ３及びＳｉＯ２が網状構造形成剤として少なくとも０．５重量％、好ましくは少なくとも１重量％、特に好ましくは２重量％含まれる。ＳｉＯ２の最大含量は８重量％、好ましくは７重量％、特に好ましくは６重量％である。ＳｉＯ２含量を８重量％以上まで増加させると転移温度が５６０℃以上まで高くなり、さらに屈折率の低下がひき起こされる。
【００４１】
本発明に従ったガラスにはＬａ２Ｏ３が少なくとも１８重量％、好ましくは少なくとも２０重量％、さらに好ましくは少なくとも２１重量％、特に好ましくは少なくとも２３重量％の割合で含まれる。このＬａ２Ｏ３の含量は多くても３４重量％、好ましくは多くても３３重量％、特に好ましくは多くても３２重量％に制限される。上記３４重量％の上限を超えるとガラス粘度が高くなり過ぎるためこの上限を超えてはならない。またＬａ２Ｏ３の下限含量は、高屈折率を確保するため２０重量％以下となってはならない。
【００４２】
また、本発明に従ったガラスにはＴａ２Ｏ５が少なくとも１５重量％、好ましくは少なくとも１５．５重量％含まれる。Ｔａ２Ｏ５の最大含量は２５重量％、好ましくは多くても２４重量％、特に好ましくは多くても２０重量％である。上記２５重量％の上限を超えるとガラスのコストが高くなり過ぎて経済的でなくなるため、この上限を超えてはならない。また、高屈折率及びアッベ数を同時に確保するため、Ｔａ２Ｏ３の含量下限を１５重量％以下としてはならない。
【００４３】
さらに、本発明に従ったガラスにはＮｂ２Ｏ５が少なくとも０．５重量％、好ましくは少なくとも１重量％、特に好ましくは２重量％の割合で含まれる。Ｎｂ２Ｏ５の最大含量は１５重量％、好ましくは多くても１０重量％、さらに好ましくは多くても８重量％、特に好ましくは多くても７重量％である。上記１５重量％の上限を超えるとＮｂ２Ｏ５によってガラスに着色が付与されガラスの内部透過率が低下するため、前記上限は１５重量％を超えてはならない。さらにＮｂ２Ｏ５の含量が１５重量％以上になるとアッベ数の低下が大きくなり過ぎてしまう。また高屈折率を確保するため、Ｎｂ２Ｏ５の最小含量は０．５重量％を下回ってはならない。
【００４４】
本発明ガラスにはＷＯ３を最大で１０重量％、好ましくは５重量％の割合で混入可能である。ＷＯ３には屈折率及びアッベ数を調整させる働きがある。本発明の特定の実施態様で最も好ましくはガラスにＷＯ３は含まれない。
【００４５】
また本発明ガラスには、Ｙ２Ｏ３を０〜最大１０重量％まで、好ましくは９重量％まで、特に好ましくは８重量％まで含ませることが可能である。ＷＯ３と同様に、Ｙ２Ｏ３には光学的性状を調整させる働きがある。
【００４６】
特に好ましくは、本発明ガラスにはＴｉＯ２及びＨｆＯ２は含まれない。これらの酸化物は０〜最大６重量％まで、好ましくは最大で３重量％まで含まれていてもよい。これら成分は高屈折率及び高散乱性に寄与する他、Ｔｇ及びガラス粘度の増大もひき起こす。さらにＴｉＯ２は、ＵＶにおける吸収によって透過率に、及び結晶化特性に負の影響を与える。
【００４７】
本発明ガラスは好ましくはＺｒＯ２無含有であるが、少なくとも１重量％、好ましくは少なくとも２重量％含まれていてもよい。ＺｒＯ２の最大含量は１１重量％、好ましくは多くても１０重量％、特に好ましくは多くても９重量％である。ガラス中にＺｒＯ２が高含量含まれると強い失透が生ずるため、上記１１重量％の上限を超えてはならない。
【００４８】
本発明に従ったガラスには、Ｌｉ２Ｏがアルカリ金属酸化物として最大含量で５重量％、好ましくは多くても４重量％、さらに好ましくは３重量％含まれる。前記Ｌｉ２Ｏの含量は２重量％、１重量％、あるいは０．１重量％等のさらに低い含量でも適する。適する含量範囲は例えば０．１〜４重量％である。なお、本発明ガラスは任意であるがＬｉＯ無含有であってもよい。
【００４９】
本発明に従ったガラスにはＮａ２Ｏが多くても６重量％、好ましくは多くても５重量％、特に好ましくは多くても４重量％含まれる。
【００５０】
また、本発明に従ったガラスにはＫ２Ｏが多くても８重量％、好ましくは多くても７重量％、特に好ましくは多くても６重量％含まれる。
【００５１】
本発明ガラスに酸化セシウムが含まれる場合、酸化セシウム含量は多くても９重量％、好ましくは多くても８重量％、さらに好ましくは多くても７重量％である。
【００５２】
本発明に従ったガラス中のアルカリ金属酸化物の総含量は０〜１０重量％の範囲内である。好ましい総含量は多くても７重量％、特に好ましくは多くても６重量％である。前記多くても１０重量％のアルカリ金属酸化物総含量を超えるとこのガラス系の屈折率が低下し過ぎるため、アルカリ金属酸化物はこの上限値を超えて含まれてはならない。アルカリ金属酸化物の添加により溶融特性が最適化される。すなわちこれら酸化物は融剤として働く。さらにこれら酸化物はＴｇの低下にも作用する。
【００５３】
粘度温度分布を柔軟に調節するため、本発明に従ったガラスに、任意であるが、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及び／またはＢａＯから選択されるアルカリ土金属（ＭＯ）を含ませることも可能である。前記ＭＯの総量は多くても８重量％、好ましくは多くても５重量％、最も好ましくは多くても４重量％である。
【００５４】
本発明に従ったガラスにはＡｌ２Ｏ３が多くても２重量％、好ましくは多くても１．５重量％、特に好ましくは多くても１重量％含まれる。
【００５５】
光学ガラスとしての本発明に従ったガラスは好ましくは着色成分を含まず、及び／またはレーザ活性成分等の光学活性成分は含まれない。
【００５６】
特に、本発明に従ったガラスは、好ましくは例えばＡｇ等のレドックス感受性成分、及び／または例えばＴｌ、Ｔｅ、Ｂｅ及びＡｓの酸化物等の有毒かつ有害成分を無含有である。あらゆる場合において、本発明ガラスはＰｂＯ及び砒素無含有である。
【００５７】
本発明の一実施態様において、本発明ガラスは好ましくは本願特許請求の範囲に記載されていない他成分についても無含有である。すなわちこの実施態様にでは、本発明ガラスは実質的に本願特許請求の範囲に記載された成分から成る。ここで用語「実質的に〜から成る」は、他成分が不純物としては存在し、ガラス組成へ単一成分として意識的に添加されたものでないことを意味する。
【００５８】
本発明に従ったガラスには慣用の清澄剤を少量含有させることが可能である。添加する清澄剤の総量は多くても２．０重量％、より好ましくは多くても１重量％である。本発明に従ったガラスには清澄剤として下記成分中の少なくとも１種を（添加後のガラス組成における重量％で表示）含ませることができる。
Ｓｂ２Ｏ３ ０−１ 及び／または
ＳｎＯ ０−１ 及び／または
ＳＯ４２− ０−１ 及び／または
Ｆ− ０−１
【００５９】
フッ素及びフッ素含有化合物は溶融及び溶融進行過程中に揮発しやすいため、ガラス組成の正確な調整が困難となる。そのため、本発明ガラスでは好ましくはフッ素も無含有とされる。
【００６０】
本発明はさらに、本発明に従ったガラスの写像、投影、遠距離通信、光通信工学、移動励振及びレーザ技術等の用途分野における使用にも関する。
【００６１】
本発明はまた、本発明に従ったガラスを含む光学素子にも関する。本発明ガラスの使用対象となる光学素子としては、特にレンズ、非球面レンズ、プリズム及び小型構造部材がある。なお、本発明では、用語「光学素子」には上記光学素子のプレフォーム、例えば塊状物、精密塊状物等も含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
以下において一連の実施例を用いて本発明について詳細に説明する。但し本発明は下記実施例に限定されない。
実施例
【００６３】
実施例２における表２〜５には好ましいガラス組成範囲内における実施態様例が示されている。以下の実施例に記載されたガラスは実施例１において作製されたものである。
【実施例１】
【００６４】
酸化物原料を秤量し、例えばＳｂ２Ｏ３等の清澄剤を前記原料へ加えてから、これらの混合物を十分に混合する。このガラス混合物を凡そ１１５０℃で溶融して連続状の溶融集塊を得てから清澄（１２００℃）及び均質化する。ガラスは約１１８０℃の注入成形温度において注入成形して所望の寸法へと加工可能である。大量の連続状集塊中の温度を少なくとも凡そ１００Ｋ低下させ、及び前記材料をプレス法によって最終外形に近い形状に加工できることが実験によって示された。
【００６５】
【表１】
本ガラスの特性を実施例１０と同様に表３に示す。
【実施例２】
【００６６】
本発明に従った実施例１〜２６について表２〜５に示す。
【００６７】
本発明に従ったすべてのガラスは５６０℃以下のＴｇを有し、極めて良好な耐アルカリ性を示し、また加工性も良好である。本発明に従ったガラスのカラーコードは３８／３２までの数値が得られる。
【００６８】
【表２】
【００６９】
【表３】
【００７０】
【表４】
【００７１】
【表５】
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施例１０に従った本発明ガラスの粘度曲線を示した図である。
【図２】実施例１９に従った本発明ガラスの透過率曲線を示した図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記組成（酸化物ベースでの重量％）から成ることを特徴とする、１．７５〜１．８３の屈折率ｎｄ及び３４〜４４のアッベ数ｖｄを有する鉛及び砒素無含有光学ガラス：
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ＳｉＯ２ ０．５−８
Ｂ２Ｏ３ １０−２５
ＺｎＯ １０−２６
Ｌａ２Ｏ３ １８−３４
Ｔａ２Ｏ５ ＞１５−２５
Ｎｂ２Ｏ５ ０．５−１５
ＷＯ３ ０−１０
Ａｌ２Ｏ３ ０−２
Ｌｉ２Ｏ ０−５
Ｎａ２Ｏ ０−６
Ｋ２Ｏ ０−８
Ｃｓ２Ｏ ０−９
ＭｇＯ ０−５
ＣａＯ ０−５
ＳｒＯ ０−５
ＢａＯ ０−５
Ｙ２Ｏ３ ０−１０
ＴｉＯ２ ０−６
ＺｒＯ２ ０−１１
ＨｆＯ２ ０−６
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＢ２Ｏ３，ＺｎＯ ３０−４５
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ金属酸化物 ０−１０
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ土金属酸化物 ０−８
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＡｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＷＯ３，ＴｉＯ２， ０−１５
ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，アルカリ土金属酸化物
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
慣用清澄剤 ０−２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【請求項２】
Ｌａ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋ＺｒＯ２の総含量が酸化物ベースで５０重量％を越えることを特徴とする請求項１項記載のガラス。
【請求項３】
下記組成（酸化物ベースでの重量％）から成ることを特徴とする請求項１または２項記載のガラス：
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ＳｉＯ２ １−７
Ｂ２Ｏ３ １５−２４
ＺｎＯ １２−２４
Ｌａ２Ｏ３ ２３−３３
Ｔａ２Ｏ５ １５．５−２３
Ｎｂ２Ｏ５ １−８
ＷＯ３ ０−５
Ａｌ２Ｏ３ ０−１．５
Ｌｉ２Ｏ ０．１−４
Ｎａ２Ｏ ０−５
Ｋ２Ｏ ０−６
Ｃｓ２Ｏ ０−８
ＭｇＯ ０−４
ＣａＯ ０−４
ＳｒＯ ０−４
ＢａＯ ０−４
Ｙ２Ｏ３ ０−９
ＴｉＯ２ ０−３
ＺｒＯ２ ０−１０
ＨｆＯ２ ０−３
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＢ２Ｏ３，ＺｎＯ ３４−４２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＬａ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５， ＞５０
Ｙ２Ｏ３，ＺｒＯ２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ金属酸化物 ０−７
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ土金属酸化物 ０−５
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＡｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＷＯ３，ＴｉＯ２， ０−１３
ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，アルカリ土金属酸化物
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
慣用清澄剤 ０−２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【請求項４】
下記組成（酸化物ベースでの重量％）から成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス：
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ＳｉＯ２ １−７
Ｂ２Ｏ３ １５−２３
ＺｎＯ １２−２４
Ｌａ２Ｏ３ ２３−３３
Ｔａ２Ｏ５ １５．５−２３
Ｎｂ２Ｏ５ １−８
ＷＯ３ ０−５
Ａｌ２Ｏ３ ０−１．５
Ｌｉ２Ｏ ０．５−４
Ｎａ２Ｏ ０−４
Ｋ２Ｏ ０−４
Ｃｓ２Ｏ ０−４
ＭｇＯ ０−４
ＣａＯ ０−４
ＳｒＯ ０−４
ＢａＯ ０−４
Ｙ２Ｏ３ ０−９
ＴｉＯ２ ０−３
ＺｒＯ２ １−１０
ＨｆＯ２ ０−３
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＢ２Ｏ３，ＺｎＯ ３８−４１
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＬａ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５， ＞５０
Ｙ２Ｏ３，ＺｒＯ２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ金属酸化物 ０−６
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ土金属酸化物 ０−４
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＡｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＷＯ３，ＴｉＯ２， ０−１３
ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，アルカリ土金属酸化物
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
慣用清澄剤 ０−２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【請求項５】
清澄剤として下記成分（重量％）の少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス：
Ｓｂ２Ｏ３ ０−１ 及び／または
ＳｎＯ ０−１ 及び／または
ＳＯ４２− ０−１ 及び／または
Ｆ ０−１
【請求項６】
ガドリニウム及び／またはフッ素無含有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ガラス。
【請求項７】
写像、投影、遠距離通信、光通信工学、移動励振及び／またはレーザ技術分野における請求項１〜６のいずれかに記載のガラスの使用。
【請求項８】
光学素子への請求項１〜６のいずれかに記載のガラスの使用。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載のガラスを含む光学素子。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれかに記載のガラスを精密プレスする工程を含む光学素子の製造方法。
【請求項１】
下記組成（酸化物ベースでの重量％）から成ることを特徴とする、１．７５〜１．８３の屈折率ｎｄ及び３４〜４４のアッベ数ｖｄを有する鉛及び砒素無含有光学ガラス：
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ＳｉＯ２ ０．５−８
Ｂ２Ｏ３ １０−２５
ＺｎＯ １０−２６
Ｌａ２Ｏ３ １８−３４
Ｔａ２Ｏ５ ＞１５−２５
Ｎｂ２Ｏ５ ０．５−１５
ＷＯ３ ０−１０
Ａｌ２Ｏ３ ０−２
Ｌｉ２Ｏ ０−５
Ｎａ２Ｏ ０−６
Ｋ２Ｏ ０−８
Ｃｓ２Ｏ ０−９
ＭｇＯ ０−５
ＣａＯ ０−５
ＳｒＯ ０−５
ＢａＯ ０−５
Ｙ２Ｏ３ ０−１０
ＴｉＯ２ ０−６
ＺｒＯ２ ０−１１
ＨｆＯ２ ０−６
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＢ２Ｏ３，ＺｎＯ ３０−４５
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ金属酸化物 ０−１０
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ土金属酸化物 ０−８
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＡｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＷＯ３，ＴｉＯ２， ０−１５
ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，アルカリ土金属酸化物
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
慣用清澄剤 ０−２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【請求項２】
Ｌａ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ３＋Ｎｂ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋ＺｒＯ２の総含量が酸化物ベースで５０重量％を越えることを特徴とする請求項１項記載のガラス。
【請求項３】
下記組成（酸化物ベースでの重量％）から成ることを特徴とする請求項１または２項記載のガラス：
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ＳｉＯ２ １−７
Ｂ２Ｏ３ １５−２４
ＺｎＯ １２−２４
Ｌａ２Ｏ３ ２３−３３
Ｔａ２Ｏ５ １５．５−２３
Ｎｂ２Ｏ５ １−８
ＷＯ３ ０−５
Ａｌ２Ｏ３ ０−１．５
Ｌｉ２Ｏ ０．１−４
Ｎａ２Ｏ ０−５
Ｋ２Ｏ ０−６
Ｃｓ２Ｏ ０−８
ＭｇＯ ０−４
ＣａＯ ０−４
ＳｒＯ ０−４
ＢａＯ ０−４
Ｙ２Ｏ３ ０−９
ＴｉＯ２ ０−３
ＺｒＯ２ ０−１０
ＨｆＯ２ ０−３
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＢ２Ｏ３，ＺｎＯ ３４−４２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＬａ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５， ＞５０
Ｙ２Ｏ３，ＺｒＯ２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ金属酸化物 ０−７
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ土金属酸化物 ０−５
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＡｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＷＯ３，ＴｉＯ２， ０−１３
ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，アルカリ土金属酸化物
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
慣用清澄剤 ０−２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【請求項４】
下記組成（酸化物ベースでの重量％）から成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス：
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ＳｉＯ２ １−７
Ｂ２Ｏ３ １５−２３
ＺｎＯ １２−２４
Ｌａ２Ｏ３ ２３−３３
Ｔａ２Ｏ５ １５．５−２３
Ｎｂ２Ｏ５ １−８
ＷＯ３ ０−５
Ａｌ２Ｏ３ ０−１．５
Ｌｉ２Ｏ ０．５−４
Ｎａ２Ｏ ０−４
Ｋ２Ｏ ０−４
Ｃｓ２Ｏ ０−４
ＭｇＯ ０−４
ＣａＯ ０−４
ＳｒＯ ０−４
ＢａＯ ０−４
Ｙ２Ｏ３ ０−９
ＴｉＯ２ ０−３
ＺｒＯ２ １−１０
ＨｆＯ２ ０−３
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＢ２Ｏ３，ＺｎＯ ３８−４１
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＬａ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５， ＞５０
Ｙ２Ｏ３，ＺｒＯ２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ金属酸化物 ０−６
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Σアルカリ土金属酸化物 ０−４
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ΣＡｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＷＯ３，ＴｉＯ２， ０−１３
ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，アルカリ土金属酸化物
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
慣用清澄剤 ０−２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【請求項５】
清澄剤として下記成分（重量％）の少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス：
Ｓｂ２Ｏ３ ０−１ 及び／または
ＳｎＯ ０−１ 及び／または
ＳＯ４２− ０−１ 及び／または
Ｆ ０−１
【請求項６】
ガドリニウム及び／またはフッ素無含有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ガラス。
【請求項７】
写像、投影、遠距離通信、光通信工学、移動励振及び／またはレーザ技術分野における請求項１〜６のいずれかに記載のガラスの使用。
【請求項８】
光学素子への請求項１〜６のいずれかに記載のガラスの使用。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載のガラスを含む光学素子。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれかに記載のガラスを精密プレスする工程を含む光学素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−３０６７１７（Ｐ２００６−３０６７１７Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１５１０４（Ｐ２００６−１１５１０４）
【出願日】平成１８年４月１９日（２００６．４．１９）
【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）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１９日（２００６．４．１９）
【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）】
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