DE69303374T2

DE69303374T2 - Optisches Glas

Info

Publication number: DE69303374T2
Application number: DE1993603374
Authority: DE
Inventors: Muneo Nakahara; Tatsuya Senoo; Katsuhiko Yamaguchi
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: EP0645348B1; DE69303374T3; EP0645348A1; DE69303374D1; EP0645348B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Glas eines SiO&sub2;- TiO&sub2;-K&sub2;O-RO (worin R Mg-, Ca-, Sr-, Ba- und Zn-Metallelemente darstellt)-Systems das PbO-frei ist, eine ausgezeichnete Entgiasungseigenschaft und optische Konstanten des Brechungsindexes (Nd) von etwa 1,58-1,75 und der Abbesche-Zahl (vd) von etwa 28-45 hat.
Als ein Glas, das die oben erwähnten optischen Konstanten hat, ist ein Silicatglas bekannt, das PbO enthält. Um jedoch die Umweltprobleme zu lösen, die sich durch das Verfahren der Herstellung eines Glases ergeben, wurden verschiedene Gläser vorgeschlagen, die keinen toxischen PbO-Inhaltsstoff, sondern stattdessen einen TiO&sub2;-Inhaltsstoff enthalten. Z.B. offenbart die Beschreibung des deutschen Patents Nr. 973350 ein Silicatglas, das TiO&sub2; und Fluor enthält, und die Beschreibung der japanische Offenlegungsschrift Nr. Sho 54-105119 offenbart ein SiO&sub2;-TiO&sub2;-K&sub2;O-BPO&sub4;- und/oder Al(PO&sub3;)&sub3;-Glassystem. Diese Gläser sind jedoch bezüglich der Entglasungsstabilität unzureichend. Zudem läßt sich das erstere Glas beim Schmelzen aufgrund der Verdampfung des Fluor-Inhaltsstoffes schwer homogenisieren. Die Beschreibung des US Patents 4 812 423 offenbart ein Glas eines SiO&sub2;-TiO&sub2;-Li&sub2;O-K&sub2;O-Systems. Dieses Glas ist jedoch be- züglich der Entglasungsstabilität auch unzureichend.
US-A-2 554 952 beschreibt ein Titandioxid enthaltendes Silicatglas, das einen hohen Brechungsindex (1,57-1,65) hat, mit einer Zusammensetzung, die auf einem Soda-Kalk-Silicatglas (73 96 SiO&sub2;, 17 % Na&sub2;O, 8 % CaO und 2 % geringerer Inhaltsstoffe) basiert, wobei wenigstens 10 % und bis zu 30 % des SiO&sub2; durch TiO&sub2; ersetzt werden, um den Brechungsindex zu erhöhen, ein Teil des Na&sub2;O durch K&sub2;O für die Farbverbesserung ersetzt wird, und Teile des CaO für die Farbverbesserung durch BaO und MgO ersetzt werden.
Fk-A-23 20 031 beschreibt ein optisches Glas mit einem Brechungsindex von 1,65 bis 1,75 und Abbeschen Zahlen von 26,6 bis 33,7, das aus 36 bis 47 % SiO&sub2;, 3 bis 17 % K&sub2;O, 0 bis 14 % Na&sub2;O, 0 bis 2 % Li&sub2;O, 6 bis 14 % RO (CaO, BaO, SrO), 20 bis 30 % TiO&sub2; und als wahlweisen Komponenten ZrO&sub2; (0 bis 3,5 %) und Nb&sub2;O&sub5; (0 bis 2,5 b) besteht.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der Gläser des Standes der Technik umfassend zu verbessern und ein optisches Glas bereitzustellen, das die oben erwähnten optischen Konstanten und eine verbesserte Entglasungseigenschaft hat.
Durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführte umfanreiche Untersuchungen und Versuche zum Lösen der oben beschriebenen Aufgabe der Erfindung ergaben einen Befund, der zu der vorliegenden Erfindung geführt hat, daß ein erwünschtes Glas - wobei die oben erwähnten optischen Konstanten beibehalten werden -, welches bezüglich der Entglasungseigenschaft merklich verbessert ist und in einem großen Maßstab hergestellt werden kann, in einem neuen SiO&sub2;-TiO&sub2;-K&sub2;O-RO-Glassystem eines spezifischen Gehaltsbereichs erhalten werden kann.
Das optische Glas, das die oben beschriebene Aufgabe der Erfindung löst, ist dadurch gekennzeichnet, daß das optische Glas in Gew.-% aus;
besteht und einen Brechungsindex (Nd) von 1,58-1,75 und eine Abbesche Zahl ( d) von 28-45 hat.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

In dem optischen Glas, das gemäß der Erfindung hergestellt wird, wurden die oben beschriebenen Gehaltsbereiche der entsprechenden Jnhaltsstoffe aufgrund der nachstehend aufgeführten Gründe ausgewählt. In der folgenden Beschreibung wird der Gehaltsbereich der entsprechenden Inhaltsstoffe in Gew.-% ausgedrückt.
Der SiO&sub2;-Inhaltsstoff ist als ein glasbildendes Oxid brauchbar. Wenn die Menge dieses Inhaltsstoffs unterhalb 46 % liegt werden die Lichtdurchlässigkeit und die chemische Beständig keit des Glases verschlechtert. Wenn die Menge 65 % übersteigt, ergibt sich eine Schwierigkeit bei Schmelzen des Glases. Der TiO&sub2;-Inhaltsstoff ist dahingehend wirksam, daß er dem Glas eine hohe Dispersionseigenschaft erteilt. Wenn die Menge weniger als 21 % beträgt, erniedrigt sich der Brechungsindex und die Dispersion wird reduziert. Wenn die Menge 30 % übersteigt, werden die Lichtdurchlässigkeit und die Stabilität des Glases verschlechtert. Zur Verbesserung der Schmelzeigenschaft des Glases kann der Na&sub2;O-Inhaltsstoff in bis zu 25 % zugegeben werden, was die Grenze darstellt, bei der die Verschlechterung der chemischen Beständigkeit verhindert werden kann. Der K&sub2;O-Inhaltsstoff ist ein wichtiger Inhaltsstoff, da er zur Verbesserung der Schmelzeigenschaft und der Stabilität des Glases wirksam ist. Wenn die Menge geringer als 5 % ist, kann keine ausreichende Wirkung erreicht werden. Wenn die Menge 30 % übersteigt, wird die chemische Beständigkeit des Glases verschlechtert. Die Gesamtmenge von Na&sub2;O und K&sub2;O sollte in einem Bereich von 10-30 % liegen, um die Schmelzeigenschaft und die Stabilität des Glases beizubehalten.
Die MgO-, CaO-, SrO-, BaO- und ZnO-Inhaltsstoffe sind zur Beibehaltung der oben erwähnten optischen Konstanten und zur Verbesserung der Schmelzeigenschaft, Stabilität und Lichtdurchlässigkeit des Glases wichtig, und ein oder mehrere dieser Inhaltsstoff(e) sollte(n) dem Glas zugefügt werden. Um diese Eigenschaften zu erreichen, genügt es, wenn die entsprechenden Inhaltsstoffe in bis zu 4 %, 4 %, 10 %, 15 % bzw. 10 % zugegeben werden. Wenn jedoch die Gesamtmenge von MgO und CaO 4 % übersteigt, verschlechtert sich die Lichtdurchlässig keit. Um die erwünschten Wirkungen zu erreichen, ist es notwendig, eines oder mehrerer von Mge, CaO, SrO, BaO und ZnO in einer Gesamtmenge von 2 % oder mehr zuzugeben. Wenn jedoch die Gesamtmenge dieser Inhaltsstoffe 15 % übersteigt, wird die Dispersion des Glases reduziert, wobei sich die Schwierigkeit ergibt, die erwünschten optischen Konstanten beizubehalten. Der Nb&sub2;O&sub5;-Inhaltsstoff kann in bis zu 2 % zum Einstellen der optischen Eigenschaften des Glases zugefügt werden.
Für die Zwecke, die die Einstellung der optischen Konstanten und die Verbesserung der Schmelzeigenschaft und der chemischen Beständigkeit einschließen, können Al&sub2;O&sub3;, ZrO&sub2; und Li&sub2;O, falls erforderlich, zu ]ewells etwa 2 %, und W0&sub3; bis zu etwa 5 % innerhalb eines Bereichs zugefügt werden, in dem die Eigenschaften des Glases nicht verschlechtert werden. As&sub2;O&sub3; und Sb&sub2;O&sub3; können auch als ein Läuterungsmittel bis zu jeweils etwa 1 % zugefügt werden.

Beispiele

Es werden nun Beispiele des optischen Glases gemäß der Erfindung beschrieben.
Tabelle 1 zeigt zusammensetzungen der Beispiele (Nr. 1-Nr. 12) des optischen Glases gemäß der Erfindung und Zusammensetzungen von Vergleichsbeispielen von Gläsern gemäß dem Stand der Technik (Nr. A, Nr. B und Nr. C) sowie Ergebnisse der Messung des Brechungsindexes (Nd), der Abbeschen Zahl ( d) und der Temperatur in flüssiger Phase (ºC) dieser Gläser. Tabelle 1
Diese Gläser wurden durch Herstellung und Vermischen normaler Ausgangsmaterialien, die für die Herstellung optischer Gläser verwendet werden, und Schmelzen der Mischung der Ausgangsmaterialien in einem Platintiegel, Rühren der Mischung, um sie zu homogenisieren, Gießen derselben in eine Form, um einen Glasblock herzustellen, und Tempern des Glasblocks hergestellt.
Die Temperatur der flüssigen Phase, die in der Tabelle 1 gezeigt wird, wurde durch Zerbrechen des durch das oben beschriebene Verfahren erhaltenen Glases, Anordnen des zerbrochenen Glases auf einer Platinplatte und Aufbewahren desselben in einem Temperaturgradientenofen während 30 Minuten und mikroskopischer Beobachtung des Entglasungszustandes erhalten.
Wie in der Tabelle 1 gezeigt wird, weisen die Gläser Nrn. A, B und C hohe Temperaturen der flüssigen Phase auf, während die Gläser der vorliegenden Erfindung eine niedrige Temperatur der flüssigen Phase aufweisen, was auf eine verbesserte Entglasungseigenschaft hinweist,und daher darauf hinweist, daß die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst worden ist.
Die Messung wurde bei Wellenlängen (T&sub8;&sub0;) durchgeführt, die eine Lichtdurchlässigkeit von 80 % in einer Probe jedes Glases ergeben, das zwei polierte Oberflächen und eine Dicke von 10 mm hat. Die Ergebnisse der Messungen zeigen, daß das T&sub8;&sub0; der Gläser Nrn. A und B der Vergleichsbeispiele 405-415 nm beträgt, während das T&sub8;&sub0; der Gläser der vorliegenden Erfindung 380-395 nm beträgt, wobei dieser Wert zu der Seite der kürze ren Wellenlänge gegenüber den Vergleichsbeispielen verschobell ist, was darauf hinweist, daß die Gläser der vorliegender[ Erfindung den Nrn. A und B der Vergleichsbeispiele bezüglich der Lichtdurchlässigkeit überlegen sind. Bezüglich der Nr. C der Vergleichsbeispiele sind die T&sub8;&sub0;-Werte der Gläser der vorliegenden Erfindung im wesentlichen die gleichen wie die T&sub8;&sub0;-Werte der Nr. C.
Die Gläser der vorliegenden Erfindung sind bezüglich ihrer Schmelzeigenschaft ausgezeichnet, leicht zu homogemisieren, und haben eine gute chemische Beständigkeit.

Claims

1. Optisches Glas, das im wesentlichen in Gew.-% besteht aus: und das einen Brechungsindex (Nd) von 1,58-1,75 und eine Abbesche Zahl ( d) von 28-45 hat.