CN101891385A - 光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的光学玻璃，其特征在于：含有40～65质量％的P2O5和合计为1～5质量％(不包括5％)的(Li2O+Na2O+K2O)；(MgO+CaO)的合计质量％与(Li2O+Na2O+K2O)的合计质量％之比(MgO+CaO)/(Li2O+Na2O+K2O)在6～38范围。

Description

光学玻璃
技术领域
本发明涉及光学玻璃，尤其涉及低色散的磷酸盐光学玻璃。
背景技术
以P2O5为主要成分的磷酸盐光学玻璃因为具有低色散特征而被用作各种光学元件的材料，是有用的光学玻璃。但是，由于P2O5持有可溶于水的特性，所以，磷酸盐光学玻璃存在耐候性较低之问题。因此，人们对改善磷酸盐光学玻璃的耐候性进行各种尝试。例如专利文献1、2中公开的磷酸盐光学玻璃，是通过使玻璃的成份比在所定范围，从而改善了耐候性。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：特开昭63-11544号公报
专利文献2：特开2006-52119号公报
近年来，携带型器械、车载型器械等在严峻环境中使用的器械增多，对磷酸盐光学玻璃的耐候性要求也更高了。但是，专利文献1、2中记载的磷酸盐光学玻璃还难以说是具备了充分的耐候性，还不能充分满足现况的要求，存在问题。
发明内容
本发明鉴于上述技术性课题，目的在于提供一种具备优异耐候性的低色散的光学玻璃。
为了解决上述课题，本发明具有以下特征。
1.一种光学玻璃，其特征在于，
含有：40～65质量％的P2O5；合计为1～5质量％(不包括5％)的(Li2O+Na2O+K2O)；
(MgO+CaO)的合计质量％与(Li2O+Na2O+K2O)的合计质量％之比(MgO+CaO)/(Li2O+Na2O+K2O)在6～38范围。
2.上述1中记载的光学玻璃，其特征在于，
Al2O3为1～10质量％，
B2O3为1～20质量％，
Li2O为1～5质量％(不包括5％)，
CaO为6～38质量％。
3.上述2中记载的光学玻璃，其特征在于，
Na2O为0～3质量％，
K2O为0～3质量％，
MgO为0～25质量％，
SrO为0～10质量％，
BaO为0～12质量％，
ZnO为0～14质量％，
Sb2O3为0～0.5质量％。
4.上述2中记载的光学玻璃，其特征在于，SiO2为0～0.1质量％。
5.上述1至4的任何一项中记载的光学玻璃，其特征在于，不含有PbO、As2O3及氟的任何一种。
6.上述1至5的任何一项中记载的光学玻璃，其特征在于，折射率(nd)为1.54～1.62，阿贝数(νd)为65～70。
具体实施方式
以下对本发明实施方式作详细说明，但本发明并不局限于该实施方式。
为了达成上述目的，本发明人员反复锐意研讨，结果发现：玻璃成分中，(MgO+CaO)的合计质量％与(Li2O+Na2O+K2O)的合计质量％之比(MgO+CaO)/(Li2O+Na2O+K2O)是得到具备优异耐候性玻璃的指标。已经知道，MgO、CaO是提高磷酸盐光学玻璃耐候性的非常有效的成分。相反也已经知道，Li2O、Na2O及K2O使耐候性明显恶化，但对于磷酸盐光学玻璃的稳定化来说却是不可缺少的成分。根据这些知识见解，进一步反复研讨，结果发现：通过使含有40～65质量％的P2O5和合计为1～5质量％(不包括5％)的(Li2O+Na2O+K2O)，并使(MgO+CaO)的合计质量％与(Li2O+Na2O+K2O)的合计质量％之比(MgO+CaO)/(Li2O+Na2O+K2O)在6～38范围，这样能够得到具备优异耐候性的低色散磷酸盐光学玻璃。
下面，详细说明对本发明的磷酸盐光学玻璃中各含有成分的含有量作上述限定的理由。
P2O5是形成玻璃的主要成分，是必须成分。含有量在40质量％以上的话可以维持目标光学常数，在65质量％以下的话可以提高耐候性。因此，使P2O5的含有量在40～65质量％之范围。其中，优选在41～62质量％之范围。
Al2O3是提高耐候性的有效成分。含有量在1质量％以上的话可以得到进一步提高耐候性的效果，另外，在10质量％以下的话玻璃不易失透。因此，优选Al2O3的含有量在1～10质量％之范围，较优选在3～8质量％之范围。
B2O3具有降低玻璃色散之效果，同时也是有助于玻璃稳定化的成分。含有量在1质量％以上就能够充分得到上述效果，另外在20质量％以下的话可以防止耐候性恶化。因此，优选B2O3的含有量在1～20质量％之范围，较优选在5～15质量％之范围。
为碱金属氧化物成分的Li2O，Na2O，K2O都有助于容易形成玻璃和玻璃稳定化。Li2O+Na2O+K2O的合计在1质量％以上的话可以充分得到上述效果，合计不到5质量％的话可以防止耐候性的恶化。因此，使Li2O+Na2O+K2O的合计在1～5质量％(不包括5％)之范围。较优选在1～4.6质量％之范围。另外，这些成分中，Li2O最有效于玻璃的稳定化，相对来说对耐候性的不良影响较小。从玻璃的稳定化性和对耐候性的影响之观点出发，优选Li2O的含有量在1～5质量％(不包括5％)之范围，较优选在1～4.6质量％之范围。Na2O、K2O都是任意成分。优选Na2O的含有量在0～3质量％(包括0)之范围，优选K2O的含有量在0～3质量％(包括0)之范围。
CaO是提高耐候性的非常有效的成分。CaO与共存的P2O5都是牙齿釉质的主要成分，可以构成不溶于水的无色透明的磷酸钙Ca3(PO4)2的结构。含有量在6质量％以上的话能够充分得到提高耐候性的效果，另外，在38质量％以下的话玻璃不易失透。因此，优选CaO的含有量在6～38质量％之范围，较优选在18～34质量％(不包括18质量％)之范围。
MgO具有与CaO同等程度的提高耐候性的效果。但与CaO相比耐洗净性差，在纯水中进行超声波洗净的话有时容易发生潜伤，所以把它作为任意成分。优选MgO的含有量在0～25质量％(包括0)，较优选在0～20质量％(包括0)。
如上所述，从玻璃的耐候性和稳定化的平衡之观点出发，必须使MgO+CaO的合计质量％，与Li2O+Na2O+K2O的合计质量％之比(MgO+CaO)/(Li2O+Na2O+K2O)在6～38之范围。较优选在8～30之范围。
SrO是任意成分。对玻璃的稳定化有效，但太多的话耐洗净性恶化。因此，优选SrO的含有量在0～10质量％(包括0)之范围。
BaO是任意成分。对玻璃的稳定化非常有效，但太多的话耐候性明显恶化。因此，优选BaO的含有量在0～12质量％(包括0)之范围。
ZnO是任意成分。对提高折射率有效，但太多的话耐候性恶化。因此，优选ZnO的含有量在0～14质量％(包括0)之范围。
Sb2O3是任意成分。熔融时作为清澄剂使用效果好。还可以用作去色剂。优选Sb2O3的含有量在0～0.5质量％(包括0)之范围。若无必要用作清澄剂、去色剂则较优选不含有。
另外，优选不含有上述各成分之外的其他成分(例如SiO2、La2O3、Y2O3、TiO2、CuO、Ta2O5、PbO、As2O3、氟成分等)。但是，允许在不影响本发明光学玻璃特性程度的含有。此时，优选P2O5、B2O3、Li2O、Na2O、K2O、CaO、MgO、SrO、BaO、ZnO及Sb2O3的合计含有量在95质量％以上，较优选在98质量％以上。
其中，尤其优选SiO2的含有量为0～0.1质量％(包括0)，较优选不含有。这样，可解消SiO2的含有量太多的话容易产生细纹之问题。
另外，优选不含有PbO、As2O3的任何一种。这样，可以抑制玻璃废弃时对环境的影响为最小限度。并且，氟成分因为需要特殊处理装置来维持制造时的作业环境，所以优选作为玻璃成分不含有。
本发明的磷酸盐光学玻璃因为如上所述以所定比例含有各成分，所以在具备优异耐候性的同时，具有持折射率(nd)在1.54～1.62、阿贝数(νd)在65～70范围的光学常数之特性。
实施例
下面说明为确认本发明效果所作的实施例，但本发明不局限于此。
制作本发明成份比范围内的光学玻璃15种(实施例1～15)及本发明成份比范围外的光学玻璃2种(比较例1、2)。实施例1～15的玻璃成份比出示在表1～表3，比较例1、2的玻璃成份比出示在表4。其中，比较例1是前面专利文献1中记载的实施例2的追加试验，比较例2是专利文献2中记载的实施例3的追加试验。
【表1】
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5
  P2O5                (质量％)   48.0   50.0   57.5   61.0   60.0
  Al2O3               (质量％)   4.0   5.0   5.5   7.0   6.5
  B2O3                (质量％)   11.0   12.0   10.0   10.0   9.8
  Li2O                (质量％)   3.0   3.0   3.0   2.8   2.8
  Na2O                (质量％)   0.2
  K2O                 (质量％)
  CaO                 (质量％)   34.0   30.0   24.0   19.0   20.9
  MgO                 (质量％)
  SrO                 (质量％)
  BaO                 (质量％)
  ZnO                 (质量％)
  Sb2O3               (质量％)
  总计                (质量％)   100.0   100.0   100.0   100.0   100.0
  Li2O+Na2O+K2O       (质量％)   3.0   3.0   3.0   3.0   2.8
  MgO+CaO             (质量％)   34.0   30.0   24.0   19.0   20.9
  (MgO+CaO)/(Li2O+Na2O+K2O)   11.33   10.00   8.00   6.30   7.46
  nd   1.5975   1.5892   1.5740   1.5597   1.5653
  νd   65.6   66.7   67.5   68.2   68.0
  耐候性   A   A   A   A   A
【表2】
  实施例6   实施例7   实施例8   实施例9   实施例10
  P2O5              (质量％)   48.0   47.8   47.0   40.8   47.2
  Al2O3             (质量％)   4.2   4.5   4.2   4.4   3.9
  B2O3              (质量％)   10.8   10.8   11.8   17.8   11.8
  Li2O              (质量％)   2.0   1.9   2.7   3.0   2.7
  Na2O              (质量％)
  K2O               (质量％)   0.3
  CaO               (质量％)   23.5   24.0   24.9   20.0   18.6
  MgO               (质量％)   14.0   15.7
  SrO               (质量％)   9.1
  BaO               (质量％)   11.5
  ZnO               (质量％)   11.0
  Sb2O3             (质量％)   0.1
  总计              (质量％)   100.0   100.0   100.0   100.0   100.0
  Li2O+Na2O+K2O     (质量％)   2.0   1.9   3.0   3.0   2.7
  MgO+CaO           (质量％)   23.5   24.0   24.9   34.0   34.3
  (MgO+CaO)/(Li2O+Na2O+K2O)   11.75   12.63   8.30   11.33   12.70
  nd   1.5963   1.5916   1.5936   1.5836   1.5857
νd 66.8 65.2 66.2 65.4 66.2
  耐候性   A   A   A   A   A
【表3】
  实施例11   实施例12   实施例13   实施例14   实施例15
  P2O5              (质量％)   48.0   48.0   47.9   47.9   61.2
  Al2O3             (质量％)   6.1   4.2   4.7   3.4   6.8
  B2O3              (质量％)   8.9   10.8   10.5   11.7   10.2
  Li2O              (质量％)   4.1   2.0   1.0   2.9   2.8
  Na2O              (质量％)   0.3
  K2O               (质量％)   0.2
  CaO               (质量％)   13.0   7.9   11.0   29.7   6.9
  MgO               (质量％)   14.9   17.8   19.0   2.9   10.6
  SrO               (质量％)   0.7
  BaO               (质量％)   4.5   9.3   0.8   1.1
  ZnO               (质量％)   5.9   0.4
  Sb2O3             (质量％)
  总计              (质量％)   100.0   100.0   100.0   100.0   100.0
  Li2O+Na2O+K2O     (质量％)   4.6   2.0   1.0   2.9   2.8
  MgO+CaO           (质量％)   27.9   25.7   30.0   32.6   17.5
  (MgO+CaO)/(Li2O+Na2O+K2O)   6.07   12.85   30.00   11.24   6.25
  nd   1.5878   1.5767   1.5732   1.6010   1.5475
  νd   67.4   67.4   67.6   65.9   69.0
  耐候性   A   A   A   A   A
【表4】
  比较例1   比较例2
  P2O5              (质量％)   65.0   52.90
  Al2O3             (质量％)   8.0   4.68
  B2O3              (质量％)   2.0   11.98
  Li2O              (质量％)   5.0   3.43
  Na2O              (质量％)   1.78
  K2O               (质量％)   2.70
  CaO               (质量％)   7.07
  MgO               (质量％)   8.09
  SrO               (质量％)   2.97
  BaO               (质量％)   15.0   4.40
  La2O3             (质量％)   5.0
  总计              (质量％)   100.0   100.00
  Li2O+Na2O+K2O     (质量％)   5.00   7.91
  MgO+CaO           (质量％)   0.0   15.16
  (MgO+CaO)/(Li2O+Na2O+K2O)   0.00   1.92
  nd   1.5550   1.5606
  νd   68.0   68.5
  耐候性   B   B
首先，用氧化物原料、碳酸盐原料、硝酸盐原料、磷酸盐原料、氢氧化物原料等一般的玻璃原料，按照表1～4出示的玻璃成份比，调制玻璃原料，在粉末状态下充分混合，作为调制原料。将该调制原料投入被加热到900℃～1300℃的熔融槽中，熔融、清澄、搅拌均匀化之后，铸入预先被加热的铁制铸模，以-50℃/小时的冷却速度徐冷至室温(25℃)，制作各样品。
接下去，测定各样品的折射率(nd)(对氦d线(波长587.56nm的折射率)、阿贝数(νd)并评价耐候性。折射率nd和阿贝数νd是采用KALNEW光学工业公司制造的测定装置「KPR-200」，对制作的各样品进行测定。耐候性评价是通过对制作的各样品的表面作镜面研磨之后，放在60℃、95％的清净恒温恒湿机内持续168小时，取出后用显微镜(40倍)观察样品表面进行的。表面状态没有变化判断耐候性良好时用A表示，确认表面有异常(起雾、有异物析出等)判断耐候性有问题时用B表示。
在表1～4中出示结果。确认到：本发明成份比范围外的光学玻璃、即比较例1、2的耐候性有问题；本发明成份比范围的实施例1～15都具有良好的耐候性。
也就是说，本实施例的光学玻璃，是使含有40～65质量％的P2O5和合计为1～5质量％(不包括5％)的Li2O+Na2O+K2O，且有效于提高耐候性的成分MgO+CaO的合计质量％，与使耐候性恶化但对玻璃稳定性来说是不可缺少的成分Li2O+Na2O+K2O的合计质量％之比(MgO+CaO)/(Li2O+Na2O+K2O)在所定范围。证实了能够得到具备优异耐候性的低色散的磷酸盐光学玻璃。

Claims (6)

1.一种光学玻璃，其特征在于，
含有：40～65质量％的P2O5；合计为1～5质量％但不包括5质量％的(Li2O+Na2O+K2O)；
(MgO+CaO)的合计质量％与(Li2O+Na2O+K2O)的合计质量％之比(MgO+CaO)/(Li2O+Na2O+K2O)在6～38范围。
2.如权利要求1中记载的光学玻璃，其特征在于，
Al2O3为1～10质量％，
B2O3为1～20质量％，
Li2O为1～5质量％，但不包括5质量％，
CaO为6～38质量％。
3.如权利要求2中记载的光学玻璃，其特征在于，
Na2O为0～3质量％，
K2O为0～3质量％，
MgO为0～25质量％，
SrO为0～10质量％，
BaO为0～12质量％，
ZnO为0～14质量％，
Sb2O3为0～0.5质量％。
4.如权利要求2中记载的光学玻璃，其特征在于，SiO2为0～0.1质量％。
5.如权利要求1中记载的光学玻璃，其特征在于，不含有PbO、As2O3及氟的任何一种。
6.如权利要求1中记载的光学玻璃，其特征在于，折射率nd为1.54～1.62，阿贝数vd为65～70。
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