CN103068757B - 光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有期望的光学特性并且耐失透性优异、批量生产性优异的光学玻璃。该光学玻璃的特征在于，由折射率（nd）为1.75～1.95、阿贝数（νd）为15～35的SiO2‑Nb2O5‑TiO2类玻璃构成，操作温度范围（ΔT）＝（100.5泊时的温度－液相温度）为20℃以上。作为玻璃组成，以质量%计，包括15～45%的SiO2、15～40%的Nb2O5（其中，不包括40%）和1～30%的TiO2。

Description

光学玻璃
技术领域
本发明涉及特别是作为数码照相机、摄像机的光学透镜、光通信用透镜适合的光学玻璃。
背景技术
近年来，数码照相机、摄像机的高性能化、具体来说，小型化、高倍率化、高精细化等越来越发展。为了实现这样的高性能化，多要求数码照相机和摄像机中使用的光学透镜用玻璃具有高折射率、高分散和反常分散等的特性。
作为满足该特性的玻璃，例如提出了折射率（nd）为1.78以上、阿贝数（νd）为30以下的SiO2-Nb2O5类玻璃（例如，参照专利文献1）。该玻璃利用高折射率、高耐候性等的特性，也能够在光通信用透镜中使用。
作为在数码照相机、摄像机等中使用的光学透镜的制作方法，已知有：暂时将熔融玻璃成型为锭状，对从其中以适当大小切割出的硝材（glass material）进行研磨，之后进行模压成型的方法；或者从喷嘴前端滴下熔融玻璃成为液滴状，通过所谓的液滴成型而成型为硝材，研磨该硝材之后或者不进行研磨，进行模压成型的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-179538号公报
发明内容
发明所要解决的课题
现有的SiO2-Nb2O5类玻璃失透性强，因此，存在其批量生产性差的倾向。特别是存在液滴成型时的硝材制作困难的问题。
鉴于以上的课题，本发明的目的在于提供具有期望的光学特性并且耐失透性优异、批量生产性优异的光学玻璃。
用于解决课题的方法
本发明的第一光学玻璃，其特征在于，由折射率（nd）为1.75～1.95、阿贝数（νd）为15～35的SiO2-Nb2O5-TiO2类玻璃构成，操作温度范围（ΔT）＝（100.5泊时的温度－液相温度）为20℃以上。
本发明的发明者的研究结果，发现SiO2-Nb2O5类玻璃中发生失透的主要原因在于大量含有作为用于提高折射率和分散的成分的Nb2O5。因此可知，如果是将SiO2-Nb2O5类玻璃的Nb2O5的一部分以TiO2置换得到的SiO2-Nb2O5-TiO2类玻璃，就能够不使折射率和分散降低太多而抑制失透。并且，能够提高耐候性，在制造工序中和产品使用中，不易产生物性的劣化和表面的变质。
此外，例如通过液滴成型制作硝材的情况下，由于从喷嘴前端滴下熔融玻璃，所以需要一定程度的粘度。即，以低粘度滴下熔融玻璃，熔融玻璃会形成连续流，无法形成液滴，因此为了进行液滴形成，例如需要100.5泊程度以上的玻璃粘度。但是，现有的SiO2-Nb2O5类玻璃在100.5泊程度以上的高粘度存在容易失透的问题。另一方面，本发明的光学玻璃，操作温度范围为20℃以上，由此能够起到特别是适当进行液滴成型的效果。
本发明中“SiO2-Nb2O5-TiO2类玻璃”是指含有SiO2、Nb2O5和TiO2作为必需成分的玻璃。
第二，本发明的第一光学玻璃，作为玻璃组成，以质量%计，优选包括15～45%的SiO2、15～40%的Nb2O5（其中，不包括40%）、1～30%的TiO2。
第三，本发明的第一光学玻璃，作为玻璃组成，以质量%计，优选还包括0～15%的Li2O和0～20%的Na2O。
第四，本发明的第一光学玻璃，作为玻璃组成，以质量%计，优选还包括0～2%的K2O、0～20%的R2O（不包括20%）（R＝Li、Na、K）和0～2%的R'O（R'＝Mg、Ca、Sr、Ba），实质上不包括PbO、As2O3、CsO、GeO2和Bi2O3。
本发明的第二光学玻璃，其特征在于，作为玻璃组成，以质量%计，包括15～45%的SiO2、15～40%的Nb2O5（其中，不包括40%）、1～30%的TiO2、0～15%的Li2O、0～20%的Na2O、0～2%的K2O、0～20%的R2O（不包括20%）（R＝Li、Na、K）和0～2%的R'O（R'＝Mg、Ca、Sr、Ba），实质上不包括PbO、As2O3、CsO、GeO2和Bi2O3。
第六，本发明的光学玻璃，优选用于模压成型。
第七，本发明的光学玻璃，优选用于光通信用透镜。
具体实施方式
本发明的光学玻璃，其特征在于，由折射率（nd）为1.75～1.95、阿贝数（νd）为15～35的SiO2-Nb2O5-TiO2类玻璃构成，操作温度范围（ΔT）＝（100.5泊时的温度－液相温度）为20℃以上。本发明中，如上所述限制各种特性的理由表示如下。
例如，光学玻璃作为透镜使用的情况下，越提高折射率则透镜越能够变薄，对于光学设备的小型化有利。因此，本发明的光学玻璃的折射率优选为1.75以上，1.765以上、1.775以上、1.785以上，特别优选为1.80以上。另一方面，为了提高玻璃的折射率，必须要大量添加Nb2O5等的使得玻璃不稳定的成分，因此，考虑到玻璃的稳定性，需要规定折射率的上限。具体来说，本发明的光学玻璃的折射率优选为1.95以下，特别优选为1.90以下。
为了实现高分散特性，本发明的光学玻璃的阿贝数优选为35以下，30以下、26以下，特别优选为24以下。此外，阿贝数越低，越有利于降低在光学设计上与其他透镜组合时的色收差，因此优选，但是存在折射率降低或玻璃不稳定的倾向。因此，本发明的光学玻璃的阿贝数优选为20以上、21以上，特别优选为22以上。
如果操作温度范围为20℃以上、30℃以上，特别为40℃以上，就能够以良好的成品率制造预成型玻璃。操作温度范围越大越好，上限没有特别限定，但现实中为300℃以下，特别为200℃以下。此外，相当于100.5泊的温度为液滴成型法中的成型温度。此外，液滴成型已知是玻璃最容易失透的成型方法之一，因此，如果100.5泊时的温度和液相温度之差ΔT为20℃以上，则可以认为在包括液滴成型法的几乎所有成型方法中，能够不产生失透进行成型。
只要是满足上述所有特性的玻璃，对SiO2-Nb2O5-TiO2类玻璃的组成就没有特别限定。为了得到具有上述特性的SiO2-Nb2O5-TiO2类玻璃，考虑下述方面选择适当组成即可。
为了在SiO2-Nb2O5-TiO2类玻璃中提高折射率、缩小阿贝数，增加Nb2O5、TiO2的含量即可。另外，如果在这些成分之外，还添加Ta2O5、ZrO2、Y2O3、WO3等，能够提高折射率，缩小阿贝数。
另外，增大操作温度范围，意味着降低玻璃的失透倾向。SiO2-Nb2O5-TiO2类玻璃中，增加SiO2、B2O3、TiO2的各成分的含量即可。另外，如果在这些成分之外，还添加ZrO2、Y2O3、WO3等，能够增大操作温度范围。
具体来说，本发明的光学玻璃，作为玻璃组成，以质量%计，优选包括15～45%的SiO2、15～40%的Nb2O5（其中，不包括40%）、1～30%的TiO2。如果在上述组成范围，就容易实现折射率为1.75～1.95、阿贝数为15～35、操作温度范围为20℃以上的特性。
以下叙述如上限定组成范围的理由。其中，以下涉及玻璃组成的说明中，“%”只要没有特别说明就表示“质量%”。
SiO2为构成玻璃骨架的成分，其具有提高耐失透性、增大操作温度范围的效果。另外，还具有提高耐候性的效果。SiO2的含量优选为15～45%、20～40%，特别优选为25～37%。当SiO2的含量超过45%时，折射率显著降低，玻璃化转变温度过高（例如超过700℃）。另一方面，当SiO2的含量少于15%时，存在难以玻璃化的倾向。
Nb2O5为提高折射率的成分。Nb2O5的含量优选为15～40%（不包括40%）、20～39.5%，特别优选为25～39%。当Nb2O5的含量为40%以上时，存在液相温度上升、玻璃的稳定性降低的倾向。另一方面，当Nb2O5的含量少于15%时，难以得到1.75以上的折射率。
TiO2为提高折射率的成分。此外，作为中间氧化物形成玻璃，因此还具有提高耐失透性和化学耐久性的效果。TiO2的含量优选为1～30%、5～25%，特别优选为10～20%。当TiO2的含量超过30%时，相反会存在失透倾向增加、难以玻璃化的倾向。另一方面，当TiO2的含量少于1%时，化学耐久性容易显著下降。
另外，在上述组成的基础上，通过添加Li2O、Na2O、K2O等碱金属氧化物，容易制作具有期望的折射率、阿贝数、操作温度范围的玻璃。此外，这些成分容易使耐候性恶化，因此，通常为难以在SiO2-Nb2O5类玻璃中添加的成分，但是在减少Nb2O5的含量的情况下（例如，不足40%），就能够比较大量地含有，容易设计软化点低的玻璃。
Li2O为用于抑制分相、提高玻璃稳定性的成分。Li2O的含量优选为0～15%、0.1～10%，特别优选为0.5～5%。当Li2O的含量超过15%时，存在耐候性显著降低或折射率降低的倾向。
Na2O与Li2O同样，为用于抑制分相、提高玻璃的稳定性的成分。Na2O的含量优选为0～20%、0.1～18%、0.5～15%，特别优选为1～14%。当Na2O的含量超过20%时，存在耐候性显著降低或折射率降低的倾向。
K2O与Li2O、Na2O同样，为用于抑制分相、提高玻璃的稳定性的成分。K2O的含量优选为0～2%、0.1～1%，特别优选为0.2～0.5%。当K2O的含量超过2%时，存在耐候性显著降低或折射率降低的倾向。
此外，Li2O、Na2O、K2O的合计量优选为0～20%、0.1～18%、0.5～15%，特别优选为1～14%。当这些成分的合计量超过20%时，存在耐候性显著降低或折射率降低的倾向。
另外，在上述成分的基础上，还能够添加ZrO2、WO3、B2O3、ZnO、Ta2O5。
ZrO2为提高折射率的成分。由于作为中间氧化物形成玻璃，所以还具有提高耐失透性和化学耐久性的效果。ZrO2的含量优选为0～15%、0.5～10%，特别优选为1～8%。当ZrO2的含量超过15%时，相反存在失透倾向变强、玻璃化变得困难的倾向。
WO3为提高折射率的成分。由于作为中间氧化物形成玻璃，所以还具有提高耐失透性的效果。WO3的含量优选为0～15%、0.5～10%，特别优选为1～8%。当WO3的含量超过15%时，相反存在失透倾向增强、玻璃化变得困难的倾向。另外，存在紫外区域透过率降低，或与压制模具的亲和性增大而在模压成型的情况下容易与模具热粘接的倾向。
B2O3为玻璃的骨架成分，具有提高耐失透性的效果。另外，还具有提高阿贝数或降低软化点的效果。并且在模压成型的情况下，还具有抑制与模具的热粘接的效果。B2O3的含量优选为0～30%、1～20%，特别优选为5～15%。当B2O3的含量超过30%时，存在玻璃的化学耐久性降低、耐候性显著恶化的倾向。
ZnO为提高折射率和化学耐久性、降低软化点的成分。ZnO的含量优选为0～20%、0.5～15%，特别优选为1～10%。当ZnO的含量超过20%时，相反存在失透倾向增强、玻璃化变得困难的倾向。
Ta2O5具有提高折射率、化学耐久性、耐失透性的效果。Ta2O5的含量优选为0～20%、0.5～15%，特别优选为1～10%。当Ta2O5的含量超过20%时，相反存在失透倾向增强、玻璃化变得困难的倾向。此外，还有成本升高的倾向。
另外除了上述之外，还能够添加各种成分。例如，作为澄清剂和消色剂能够添加Sb2O3。为了避免对玻璃的过度着色，Sb2O3的含量优选为1%以下。
MgO、CaO、SrO、BaO这类的碱土金属氧化物，耐候性的降低和液相温度的上升显著，因此，其含量优选为2%以下，特别优选为1%以下，更优选不包含。
PbO、CsO、As2O3、GeO2、Bi2O3对环境的负荷大，还可能对玻璃着色，因此优选实质上不包含（具体而言，各自的含量不足0.1质量%）。
La2O3、Ce2O3、Gd2O3、Yb2O3等成本容易过高，因此优选不包含。
此外，除了已经叙述的特性之外，本发明的光学玻璃优选满足低的玻璃化转变温度。由此，能够抑制模压成型时的与模具的热粘接，提高批量生产性。此外，玻璃化转变温度越低，模压成型时玻璃成分越难以挥发，就越难以产生成型精度降低和模具的劣化或污染的问题。具体来说，本发明的光学玻璃的玻璃化转变温度，优选为630℃以下，特别优选为600℃以下。
接着，说明使用本发明的光学玻璃，制作数码照相机、摄像机等中使用的光学透镜的方法。
首先，以具有期望的组成的方式配制玻璃原料，使其熔融，制成熔融玻璃。接着，从喷嘴前端滴下熔融玻璃，成型（液滴成型）为液滴状，得到硝材。接着对成型的硝材进行研磨之后或者不研磨，进行模压成型，得到规定形状的透镜。此外，也能够代替液滴成型，采用将熔融玻璃成型为锭状，对从其中以适当大小切割出的硝材进行研磨，之后进行模压成型的方法。
此外，从本发明的光学玻璃制得的光学透镜，也能够作为与金属部件组装得到的透镜帽使用。
实施例
以下，基于实施例说明本发明，但本发明不受这些实施例任何限制。
表1～3表示本发明的实施例（试样No.1～22）和比较例（试样No.23、24）。
[表1]
[表2]
[表3]
各试样如下制备。首先，配制玻璃原料使其成为表中所示的组成，使用铂坩埚，在1400℃熔融2小时。熔融后，在碳板上流出熔融玻璃，然后退火，之后制作适于各测定的试样。
对得到的试样，测定折射率（nd）、阿贝数（νd）、玻璃化转变温度（Tg）、液滴成型的成型温度（Tw）、液相温度（T1）、操作温度范围（ΔT）。结果示于表1～3。
折射率以相对于氦灯的d线（587.6nm）的测定值表示。
阿贝数使用氦灯的d线的折射率和氢灯的F线（486.1nm）、相同的氢灯的C线（656.3nm）的折射率的值，由阿贝数＝{（nd-1）/（nF-nC）}的式子计算。
玻璃化转变温度根据日本工业规格R-3102和ISO7991的玻璃的线膨胀系数的测定方法测定。
操作温度范围如下求出。首先通过铂球提拉法（拉球法），求出相当于100.5泊的温度，作为成型温度。另外，粉碎玻璃试样，成为297～500μm的粉末状，分级后，投入铂制的器皿中，在具有温度梯度的电炉中保持24小时后，放置在空气中放冷，以光学显微镜求出失透的析出位置，由此测定液相温度。将这样得到的成型温度和液相温度之差作为操作温度范围。
从表1～3可知，作为本发明的实施例的No.1～22的各试样，折射率为1.7766～1.8793，阿贝数为22.2～25.7，具有期望的光学特性。此外，玻璃化转变温度为588℃以下，很低，适于模压成型。操作温度范围为51℃以上，操作性优异。
另一方面，作为比较例的No.23的试样操作温度范围为12℃，很小，操作性差。此外，No.24的试样的折射率为1.7401，很低，不满足期望的范围。此外，玻璃化转变温度为840℃，很高，不适于模压成型。
工业上的可利用性
本发明的光学玻璃，作为模压成型用硝材、研磨加工用硝材，适于CD、MD、DVD其他的各种光盘系统的光拾取器透镜、摄像机、数码照相机、其他普通的照相机的摄影用透镜、光通信透镜等。

Claims (8)

1.一种光学玻璃，其特征在于：
由折射率(nd)为1.75～1.95，阿贝数(νd)为15～35的SiO2-Nb2O5-TiO2类玻璃构成，作为玻璃组成，以质量％计，包括25.9～45％的SiO2、15％～39.5％的Nb2O5、1～16.1％的TiO2和0～1％的R′O，其中，R′＝Mg、Ca、Sr、Ba，操作温度范围(ΔT)＝(100.5泊时的温度－液相温度)为20℃以上。
2.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于：
作为玻璃组成，以质量％计，还包括0～15％的Li2O和0～20％的Na2O。
3.如权利要求2所述的光学玻璃，其特征在于：
作为玻璃组成，以质量％计，还包括0～2％的K2O和0％以上且小于20％的R2O，实质上不包括PbO、As2O3、CsO、GeO2和Bi2O3，其中，R＝Li、Na、K。
4.一种光学玻璃，其特征在于：
作为玻璃组成，以质量％计，包括25.9～45％的SiO2、15％～39.5％的Nb2O5、1～16.1％的TiO2、0～15％的Li2O、0～20％的Na2O、0～2％的K2O、0％以上且小于20％的R2O和0～1％的R′O，实质上不包括PbO、As2O3、CsO、GeO2和Bi2O3，其中，R＝Li、Na、K，R′＝Mg、Ca、Sr、Ba。
5.如权利要求1～4中任一项所述的光学玻璃，其特征在于：
用于模压成型。
6.如权利要求1～4中任一项所述的光学玻璃，其特征在于：
用于光通信用透镜。
7.一种光学透镜，其特征在于：由权利要求1～4中任一项所述的光学玻璃制成。
8.一种透镜帽，其特征在于：权利要求7所述的光学玻璃与金属部件组装而成。
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