CN101318770A - 光学玻璃以及用其制作的光学元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学玻璃以及用其制作的光学元件。本发明中的光学玻璃具有以下各玻璃成分：P₂O₅、B₂O₃、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、TiO₂、Bi₂O₃、Nb₂O₅以及WO₃。

Description

光学玻璃以及用其制作的光学元件

技术领域

本发明涉及光学玻璃以及用这种光学玻璃构成的光学元件，更具体地说，是涉及适合于压榨成型的光学玻璃，以及用这种光学玻璃构成的光学元件。

背景技术

作为玻璃透镜等光学元件的制造方法，通过采用一对加热了的上下模组成的成型模具，对加热到屈曲温度(A_t)以上的玻璃进行压榨，由此直接成型光学元件，即所谓的压榨成型法，该方法与以往的研磨玻璃成型法相比制造工序少，能够短时间且廉价地制造光学元件，因此，近年来，作为光学元件的制造方法被广泛使用。

该压榨成型法与再加热方式和直接压榨方式有很大区别。再加热方式是在先制作基本上具有最终产品形状的无研磨预成形品或研磨预成形品之后，再次将这些预成形品加热到软化点以上，然后用一对加热过的上下模具进行压榨成型，形成最终产品形状。而直接压榨方式是在加热后的模具上，从玻璃熔融炉直接滴下熔融玻璃滴，通过压榨成型形成最终产品形状。用上述任何方式的压榨成型法成型玻璃时，都必须将压榨模具加热到接近或超过玻璃转移温度(T_g)之温度。因此，玻璃的玻璃转移温度(T_g)越高，越容易出现模具表面的氧化和金属成分的变化，导致模具寿命缩短及生产成本上升。虽然可以通过在氮等惰性气体环境下进行成型，来抑制模具的劣化，但是为了控制环境，成型装置变得复杂，还需要惰性气体的运行成本，所以生产成本上升。因此，作为用于压榨成型法的玻璃，优选玻璃转移温度(T_g)尽量低的玻璃。

另外，在滴下熔融玻璃滴时，通常采用由白金等形成的喷嘴。用该喷嘴的温度来控制滴下的玻璃的重量。液相温度(T_L)低的玻璃，能够在从高温到低温之较广的温度范围设定喷嘴的温度，所以，能够制作从大到小的各种各样大小的光学元件。而液相温度(T_L)高的玻璃的情况时，如果不将喷嘴温度保持在液相温度以上的话，玻璃则透明消失，所以，存在不能进行安定滴下之问题。另外，液相温度(T_L)高的玻璃的情况时，滴下的玻璃其本身的温度也高，所以，与模具的反应性也大，又存在模具寿命缩短之问题。

但是，顾及到作业环境，希望不使用铅化合物、砷化合物、氟化合物。有各种不使用上述有害化合物而降低玻璃转移温度(T_g)以及液相温度(T_L)的技术被检讨建议(例如，参照专利文献1至3)。

专利文献1：特开2002-173336号公报(权利要求项)

专利文献2：特开2005-8518号公报(权利要求项)

专利文献3：特开2005-306733号公报(权利要求项)

但是，专利文献1至3中所示的光学玻璃，其中，虽然也有玻璃转移温度(T_g)为520℃以下的，但液相温度(T_L)并非低得令人满意。由于液相温度(T_L)并不低，所以喷嘴内玻璃透明消失，如动脉硬化似的引起喷嘴堵塞。其结果不能进行安定的玻璃滴下和压榨成型，存在问题。

发明内容

本发明鉴于上述以往的问题，目的在于提供一种光学玻璃，其实质上不含有铅、砷等化合物，且生产性较高。

本发明者反复进行了为了达成上述目的的锐意检讨，发现下述结果，以致构成本发明，即：以P₂O₅、B₂O₃、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、TiO₂、Bi₂O₃、Nb₂O₅以及WO₃作为必须成分，当该玻璃成分在一定范围内时，能够得到一种光学玻璃，其在维持一定光学常数的同时，具有适合压榨成型的低玻璃转移温度(T_g)，以及提供良好熔融玻璃滴之滴下性的低液相温度(T_L)。

也就是说，本发明的压榨成型用光学玻璃，其特征在于，各玻璃成分具有以下重量百分比％，P₂O₅：12～30％；B₂O₃：1～5％；Li₂O：1～8％；Na₂O：0.5～10％；K₂O：0.5～15％，其中，Na₂O+K₂O：3～20％；CaO：1～5％；BaO：0～20％；SrO：0～5％；TiO₂：1～10％；Bi₂O₃：1～20％；Nb₂O₅：3～35％；WO₃：13～60％；Sb₂O₃：0～1％。以下说明中，若不作特殊说明，“％”则表示“重量百分比％”之意思。

这里优选折射率(n d)在1.80～1.85范围，阿贝数(vd)在20～28.5范围，玻璃转移温度(T_g)在520℃以下，液相温度(T_L)在700℃以下。

根据本发明，提供用上述光学玻璃构成的光学元件。作为这种光学元件，优选透镜或棱镜、面镜。

另外，根据本发明，通过压榨成型所述光学玻璃，提供透镜等光学元件。

本发明的光学玻璃，其中，通过使含有特定量的所定玻璃成分，不采用担心对人体产生坏影响的铅、砷等化合物，能够得到高折射率、高分散的光学常数，而且玻璃转移温度(T_g)低，压榨成型性优异，液相温度(T_L)低，熔融玻璃滴的滴下性优异。

另外，本发明的光学元件是通过压榨成型所述光学玻璃而制成，所以具有所述光学玻璃的特性，且实现高生产效率和低成本化。

具体实施方式

对上述限定本发明光学玻璃各成分的理由作以下说明。

首先，P₂O₅是形成玻璃的氧化物，其含有量不满12％的话玻璃容易透明消失。反之，P₂O₅的含有量超过30％的话玻璃的折射率(nd)降低。在此，规定P₂O₅的含有量在12～30％范围。较优选含有量在13～28％范围。

B₂O₃是本发明涉及的光学玻璃的必须成分，具有降低液相温度(T_L)的效果。B₂O₃的含有量不满1％的话则降低液相温度(T_L)的效果不充分。反之，B₂O₃的含有量超过5％的话则玻璃变得高粘性而不利于熔融玻璃滴的滴下。在此，规定B₂O₃的含有量在1～5％范围。较优选含有量在1.5～3.0％范围。

Li₂O是本发明涉及的光学玻璃的必须成分，具有较大的降低玻璃转移温度(T_g)的效果。Li₂O的含有量不满1％的话不能充分得到上述效果。反之，Li₂O的含有量超过8％的话玻璃变得不安定。在此，规定Li₂O的含有量在1～8％范围。较优选含有量在2.0～6.0％范围。

另外，Na₂O、K₂O分别是本发明涉及的光学玻璃的必须成分，具有降低玻璃转移温(T_g)度的效果。Na₂O的含有量不满0.5％的话则不能充分得到上述效果。反之，Na₂O的含有量超过10％的话则难以维持所望达到的目的折射率。在此，规定Na₂O的含有量在0.5～10％范围。较优选含有量在1.0～8.0％范围。K2O的含有量不满0.5％的话不能充分得到上述效果。反之，K₂O的含有量超过15％的话则难以维持所望达到的目的折射率。在此，规定K₂O的含有量在0.5～15％范围。较优选含有量在1.0～6.0％范围。

然而，Na₂O和K₂O加起来的量不满3％的话则不能充分得到降低玻璃转移温度(T_g)的效果。反之，Na₂O和K₂O加起来的量超过20％的话玻璃的安定性恶化。在此，规定Na₂O和K₂O加起来的量在3～20％范围。较优选Na₂O和K₂O加起来的量在4～12％范围。

CaO在提高折射率(nd)的同时还具有降低液相温度(T_L)的效果。CaO的含有量不满1％的话不能充分得到上述效果。反之，CaO的含有量超过5％的话玻璃变得不安定。在此，规定CaO的含有量在1～5％范围。较优选含有量在1.5～4.5％范围。

BaO起到调整折射率(nd)的作用，但BaO的含有量增加的话玻璃转移温度(T_g)升高。在此，规定BaO的含有量在0～20％范围。较优选含有量在0～12％范围。

SrO也起到调整折射率(nd)的作用，但是，SrO的含有量增加的话玻璃转移温度(T_g)升高。在此，规定SrO的含有量在0～5％范围。

TiO₂在提高折射率(nd)的同时还具有降低液相温度(TL)之效果。TiO₂的含有量不满1％的话不能充分得到上述效果。反之，TiO₂的含有量超过10％的话玻璃变得容易着色。在此规定TiO₂的含有量在1～10％范围。较优选含有量在1.5～8.0％范围。

Bi₂O₃具有降低玻璃转移温度(T_g)以及液相温度(T_L)之效果。Bi₂O₃的含有量不满1％的话不能充分得到上述效果。反之，Bi₂O₃的含有量超过20％的话玻璃变得容易着色。在此，规定Bi₂O₃的含有量在1～20％范围。较优选含有量在1.5～10％范围。

Nb₂O₅在提高玻璃折射率(nd)的同时还具有提高玻璃耐久性的效果。Nb₂O₅的含有量不满3％的话不能充分得到上述效果。反之，Nb₂O₅的含有量超过35％的话液相温度(T_L)升高。在此，规定Nb₂O₅的含有量在3～35％范围。较优选含有量在5.0～32％范围。

WO3不至于像Nb₂O₅那样使玻璃转移温度(T_g)上升，其具有使玻璃变得高折射率(nd)和高分散(vd)之效果。WO₃的含有量不满13％的话不能充分得到上述效果。反之，WO₃的含有量超过60％的话玻璃变得容易着色。在此，规定WO₃的含有量在13～60％范围。较优选含有量在15～54％范围。

通过添加少量Sb₂O₃可以获得提高澄清作用之效果。在此，以Sb₂O₃的含有量在0～1％范围。

本发明的光学元件通过压榨成型所述光学玻璃制成。作为这种压榨成型法，可以举出直接压榨成型法和再加热成型法，其中，直接压榨成型法是从喷嘴向被加热到一定温度的模具滴下熔融玻璃进行压榨成型；再加热成型法是将预成形品材料载置于模具，然后加热到玻璃软化点以上进行压榨成型。根据这些方法的话，不需要研磨、研削，提高了生产性，还能够得到例如自由曲面、非球面等形状加工困难的光学元件。

作为成型条件，随玻璃成分和成形品形状等不同而不同，但一般优选模具温度在350～600℃范围，其中更优选接近玻璃转移温度的温度区域。压榨时间优选在几秒～几十秒范围。另外，压榨压力根据透镜的形状和大小，优选在20MPa～60MPa范围，压榨用的压力越高，越能够高精度成型。

本发明的光学元件，可以用作为例如：数码相机的透镜、激光打印机等的准直透镜、棱镜、面镜等。

实施例

以下，根据实施例对本发明做更具体的说明。但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1～10，比较例11～13

采用氧化物原料、碳酸盐、硝酸盐等一般性的玻璃原料，按表1所示目标成分配制玻璃原料，用粉末充分混合做成调制原料。将调制原料投入被加热到1,000～1,300℃的熔融炉，熔融、清澄后，进行搅拌均匀化，然后铸入预先被加热的铁或碳制的铸模，进行徐冷，制作各样品。分别测定各样品对d线的折射率(nd)、阿贝数(vd)、玻璃转移温度(T_g)、玻璃屈曲温度(A_t)、液相温度(T_L)。将实施例1～10和比较例11～13的测定结果归纳出示在表1。

比较例11、比较例12以及比较例13分别是上述专利文献1(特开2005-306733号公报)中的实施例50、专利文献2(特开2005-8518号公报)中的实施例11、专利文献3(特开2002-173336号公报)中的实施例78的追加试验。

上述物性的测定按照日本光学玻璃工业会规格(JOGIS)的实验方法进行。即折射率(nd)和阿贝数(vd)是用-50℃/小时进行徐冷后的数值。用カルニユ一光学工业公司制造「KPR-200」进行测定。

玻璃转移温度(T_g)以及玻璃屈曲温度(A_t)的测定，采用セイコ一インスツルメンツ公司制造的热机械性分析装置「TMA/SS6000」，用每分钟10℃的升温条件进行。

液相温度(T_L)的测定是在具有500℃至1000℃温度梯度的透明消失试验炉内，将熔融玻璃流入铸模中，保持1小时之后，将玻璃冷却到室温，采用オリンパス公司制造的光学显微镜「BX50」的40倍放大率，对玻璃内部进行观察。然后，以玻璃内部没有确认到透明消失(结晶)的温度为液相温度(T_L)。

从表1可知，实施例1～10的光学玻璃为高折射率、高分散，而且玻璃转移温度(T_g)在520℃以下，液相温度(T_L)低为700℃以下，压榨成型性以及熔融玻璃滴的滴下性优异。反之，比较例11～13的光学玻璃，液相温度(T_L)都高于700℃，不适合熔融玻璃滴的滴下，生产性低。

Claims (4)

1.一种光学玻璃，其特征在于，具有以下各玻璃成分：P₂O₅：12～30％、B₂O₃：1～5％、Li₂O：1～8％、Na₂O：0.5～10％、K₂O：0.5～15％、其中，Na₂O+ K₂O：3～20％、CaO：1～5％、BaO：0～20％、SrO：0～5％、TiO₂：1～10％、Bi₂O₃：1～20％、Nb₂O₅：3～35％、WO₃：13～60％、Sb₂O₃：0～1％。

2.如权利要求1中记载的光学玻璃，其特征在于，折射率在(nd)1.80～1.85范围，阿贝数(vd)在20～28.5范围，玻璃转移温度(T_g)在520℃以下，液相温度(T_L)在700℃以下。

3.一种光学元件，其特征在于，由权利要求1中记载的光学玻璃构成。

4.一种光学元件，其特征在于，通过模具压榨成型权利要求1中记载的光学玻璃而制成。