JP2008105864A - 高屈折率の精密プレス成形用光学ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】 屈折率（ｎｄ）が高く、屈伏点（Ａｔ）が低い精密プレス成形用光学ガラスを提供すること。
【解決手段】 構成成分として重量％表示で、Ｂｉ₂Ｏ₃：６４〜８３％、Ｂ₂Ｏ₃：４〜１７％、ＧｅＯ₂：０〜１２％（但し、Ｂ₂Ｏ₃ とＧｅＯ₂ の合計量が１０〜２０％）、Ｌａ₂Ｏ₃：０~７％、Ｇｄ₂Ｏ₃：０〜７％（但し、Ｌａ₂Ｏ₃ とＧｄ₂Ｏ₃ の合計量が１〜１３％）、ＺｒＯ₂：０〜４％、Ｔａ₂Ｏ₅：０〜５％、ＺｎＯ：０〜１５％、Ｓｂ₂Ｏ₃：０〜２％、Ｉｎ₂Ｏ₃：０〜１％を含み、屈折率（ｎｄ）が２．０５〜２．２５、アッベ数（νｄ）が１５〜２２の光学恒数を有し、屈伏点（Ａｔ）が５１０℃以下である精密プレス成形用光学ガラス。
【選択図】 なし

Description

本発明は、Ｂｉ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系で、屈折率（ｎｄ）が２．０５以上の精密プレス成形用光学ガラスに関する。

近年、デジタル光学機器の普及、発展に伴い、光学レンズの高性能化及び小型化が要求されている。これらの要求を解決するには、精密プレス成形による非球面レンズを使用した光学設計が必要不可欠となっている。そして、この非球面レンズに使用される光学ガラスには、できるだけ屈折率（ｎｄ）が高いことと、できるだけ屈伏点（Ａｔ）が低いことが求められている。ここで、屈伏点とは温度上昇に伴うガラスの膨張が止まり、収縮が始まる温度で、ほぼガラスのプレス成形温度に相当する。しかしながら、従来の光学ガラスでは、屈折率（ｎｄ）が２．０を超えるようなものはほとんどない。

ところで、屈折率が非常に高いガラスとしては、例えば特許文献１〜５等が知られている。
特許文献１には屈折率（ｎｄ）が１．８〜２．１であるＢ₂Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃系の光学ガラスが開示されているが、２．０００３０より大の屈折率（ｎｄ）を有するガラスについての具体的な組成は示されていない。また、特許文献１に開示のガラスには、Ｌａ₂Ｏ₃やＴｉＯ₂が多く含まれているため屈伏点（Ａｔ）が高くなる。
また、特許文献２にはＢｉ₂Ｏ₃を多量に含有させたプレス成形用ガラスが記載されている。一般に、ガラスの屈折率は、波長が長くなるに従い小さくなるが、特許文献２に示されているガラスは、波長０．８μｍの光に対する屈折率が１．９以上あり、しかも屈伏点（Ａｔ）が５４０℃と低い。しかしながら、ここに示されたプレス成形用ガラスは、波長０．８〜１．８μｍ程度の長波長の光用途に適用するためのものであり、可視光領域での使用を前提に開発されたものではない。すなわち、着色が強いため、可視光領域、とくに青色領域における光線透過性能が著しく低いという欠点を持っている。
さらに、特許文献３〜５に記載のガラスはいずれも光通信で使用されるガラスファイバーに関するもので、いずれも赤外線領域での使用を前提にした光通信分野への適用を意図した光ファイバー用のガラスに関するものである。
このように、従来の光学レンズ、特に精密プレス成形による非球面レンズに使用される光学ガラスでは、屈折率（ｎｄ）が２．０５以上もあるような高屈折率の光学ガラスがなく、その開発が望まれていた。

特開２００５−１７９１４２ 特開２００２−２０１０３９ 特表２００５−５０２５７６ 特表２００６−５１８３２５ 特表２００５−５０３００８

本発明は、可視光領域での使用を前提とし、屈折率（ｎｄ）が高く、かつ、屈伏点（Ａｔ）が低い精密プレス成形用光学ガラスを提供すること目的とするものである。

本発明者等は、上記目的を達成するため鋭意努力研究の結果、Ｂｉ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系の光学ガラスにより、その目的を達成し得ることを見出したものである。

すなわち、本発明の精密プレス成形用光学ガラスは、構成成分として重量％表示で、
Ｂｉ₂Ｏ₃：６４〜８３％、
Ｂ₂Ｏ₃：４〜１７％、
ＧｅＯ₂：０〜１２％（但し、Ｂ₂Ｏ₃ とＧｅＯ₂ との合計量が１０〜２０％）、
Ｌａ₂Ｏ₃：０~７％、
Ｇｄ₂Ｏ₃：０〜７％（但し、Ｌａ₂Ｏ₃ とＧｄ₂Ｏ₃ との合計量が１〜１３％）、
ＺｒＯ₂：０〜４％、
Ｔａ₂Ｏ₅：０〜５％、
ＺｎＯ：０〜１５％、
Ｓｂ₂Ｏ₃：０〜２％、及び
Ｉｎ₂Ｏ₃：０〜１％
を含み、屈折率（ｎｄ）が２．０５〜２．２５、アッベ数（νｄ）が１５〜２２の光学恒数を有し、屈伏点（Ａｔ）が５１０℃以下であることを特徴とする。

本発明によれば、屈折率（ｎｄ）が２．０５以上を有し、かつ、屈伏点（Ａｔ）が５１０℃以下の精密プレス成形用光学ガラスを提供することができる。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明の精密プレス成形用光学ガラスは、Ｂｉ₂Ｏ₃とＢ₂Ｏ₃とを必須成分として含むことを組成上の特徴とするもので、重量％表示で、Ｂｉ₂Ｏ₃：６４〜８３％、Ｂ₂Ｏ₃：４〜１７％、ＧｅＯ₂：０〜１２％（但し、Ｂ₂Ｏ₃ とＧｅＯ₂ の合計量が１０〜２０％）、Ｌａ₂Ｏ₃：０~７％、Ｇｄ₂Ｏ₃：０〜７％（但し、Ｌａ₂Ｏ₃ とＧｄ₂Ｏ₃ の合計量が１〜１３％）、ＺｒＯ₂：０〜４％、Ｔａ₂Ｏ₅：０〜５％、ＺｎＯ：０〜１５％、Ｓｂ₂Ｏ₃：０〜２％、Ｉｎ₂Ｏ₃：０〜１％を含む組成からなるものである。
上記組成範囲の光学ガラスとすることによって、屈折率（ｎｄ）が２．０５〜２．２５、アッベ数（νｄ）が１５〜２２の範囲で、屈伏点（Ａｔ）が５１０℃以下の安定したガラスを得ることができる。

本発明の光学ガラスの各成分を前記のように限定した理由は次の通りである。
Ｂｉ₂Ｏ₃は、本発明の必須構成成分であり、本発明において、ガラスの高屈折率化と屈伏点（Ａｔ）を下げる効果を併せ持つ非常に重要な成分である。しかし、６４重量％未満では、所期の屈折率が得られず、８３重量％を越えるとガラスが非常に不安定になる。よって、Ｂｉ₂Ｏ₃の含有量は６４．０〜８３．０重量％の範囲である。好ましくは、６４．０〜８２．０重量％の範囲である。

Ｂ₂Ｏ₃も本発明の必須成分であり、ガラスの網目を形成する成分である。ガラスの溶融性を高め、他の原料組成物をガラス化し易くする効果を有するが、４重量％未満では耐失透性が悪くなり、１７重量％を越えると所望の屈折率が得難くなる。好ましくは、５．０〜１６．０重量％の範囲である。

ＧｅＯ₂は本発明の任意成分であり、ガラスの高屈折率化に非常に有効な成分である。Ｂ₂Ｏ₃と同様にガラスの網目を形成する成分であるが、耐失透性を高める効果が低いため１２重量％を越えると失透傾向が増大しガラスが不安定になる。好ましくは、０〜１１．０重量％の範囲である。
そして、Ｂ₂Ｏ₃ とＧｅＯ₂ の合計量が１０〜２０重量％の範囲を外れるとガラスが出来難くなる。好ましくは、１２．０〜１８．０重量％の範囲である。

Ｌａ₂Ｏ₃は本発明の任意成分であるが、ガラスを着色させることなく屈折率を高める成分である。また、本組成系においてＢ₂Ｏ₃と混在させることで耐失透性に有効であるが、７重量％を超えると逆に耐失透性が悪くなる。好ましくは、０〜６．０重量％の範囲である。

Ｇｄ₂Ｏ₃は本発明の任意成分であり、Ｌａ₂Ｏ₃と併用して使用することで耐失透性が向上する効果があるが、７重量％を越えると逆に耐失透性が悪くなる。好ましくは、０〜６．０重量％の範囲である。
そして、Ｌａ₂Ｏ₃ とＧｄ₂Ｏ₃ の合計量が１〜１３重量％の範囲を外れるとガラスが出来難くなる。好ましくは、１．５〜１２．０重量％の範囲である。

ＺｒＯ₂は本発明の任意成分であり、少量の添加で耐失透性を高め、化学的耐久性を向上させる成分であるが、４重量％を越えると逆に耐失透性が悪くなる。好ましくは、０〜３．０重量％の範囲である。

Ｔａ₂Ｏ₅は本発明の任意成分であり、ガラスを安定化させる効果があるが、５重量％を越えると逆に不安定になる。好ましくは、０〜４．０重量％の範囲である。

ＺｎＯは本発明の任意成分であり、屈伏点（Ａｔ）を低く維持させる効果と、溶解性、耐失透性、化学的耐久性の向上に有効な成分であるが、１５重量％を超えると所期目的とする屈折率が得難くなる。好ましくは、０〜１４重量％の範囲である。

上記成分以外にＳｂ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃を添加させることでガラスの着色を薄くする効果がある。Ｓｂ₂Ｏ₃の添加量は０〜２．０重量％、Ｉｎ₂Ｏ₃の添加量は０〜１．０重量％である。その他に、光学恒数の調整、溶融性の改善、ガラスの安定性拡大のために、本発明の目的を外れない限り、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃等を含有させることができるが、より上記目的に合致した良質なガラスを得る上では、上記成分を含有させないことが望ましい。

以下、実施例を挙げて本発明の光学ガラスを具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
下記表１の組成の欄に示す成分組成となる割合で各原料化合物を秤量し、十分混合した後、白金坩堝に投入して、電気炉で９００〜１１５０℃で溶融し、適時攪拌して均質化を図り、清澄してから適当な温度に予熱した金型内に鋳込んだ後、徐冷して実施例１〜１０の光学ガラスを製造した。なお、表中、各成分の組成はｗｔ％（上段）、並びに、ｍｏｌ％（下段の括弧内）で表示した。
得られた実施例１〜１０の光学ガラスについて、公知の方法で光学恒数｛屈折率（ｎｄ）、及びアッベ数（νｄ）｝、と屈伏点（Ａｔ／℃）を測定した結果を各光学ガラスの組成と共に表１に示す。

表１から、実施例に示す本発明の各光学ガラスは、いずれも屈折率（ｎｄ）は２．０５〜２．２５、アッベ数（νｄ）が１５〜２２の範囲にあり、また、屈伏点（Ａｔ）は５１０℃以下であることがわかる。

Claims (1)

1. ガラス構成成分として重量％表示で、
   Ｂｉ₂Ｏ₃：６４〜８３％、
   Ｂ₂Ｏ₃：４〜１７％、
   ＧｅＯ₂：０〜１２％（但し、Ｂ₂Ｏ₃ とＧｅＯ₂ の合計量が１０〜２０％）、
   Ｌａ₂Ｏ₃：０~７％、
   Ｇｄ₂Ｏ₃：０〜７％（但し、Ｌａ₂Ｏ₃ とＧｄ₂Ｏ₃ の合計量が１〜１３％）、
   ＺｒＯ₂：０〜４％、
   Ｔａ₂Ｏ₅：０〜５％、
   ＺｎＯ：０〜１５％、
   Ｓｂ₂Ｏ₃：０〜２％、及び
   Ｉｎ₂Ｏ₃：０〜１％
   を含み、屈折率（ｎｄ）が２．０５〜２．２５、アッベ数（νｄ）が１５〜２２の光学恒数を有し、屈伏点（Ａｔ）が５１０℃以下であることを特徴とする精密プレス成形用光学ガラス。