JP2005060194A - 光学ガラスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 屈折率ndが1.7以上となる光学ガラスの製造方法であって、溶融槽20内に供給されたガラス原料を加熱して、溶融ガラスGを得るにあたり、前記ガラス原料を、溶融槽20内の溶融ガラスの上部に配置したバーナ70の燃焼炎による加熱と、前記溶融槽20内の前記溶融ガラスに上方から浸漬させた電極80による通電加熱とによって溶融し、光学ガラスを製造する。
【選択図】 図1
Description
光学ガラスに高い屈折率を与えるガラス成分として、TiO2やNb2O5が知られている。これらを含有するガラスは、上記の撮像機器などの光学系に好適に用いられる。
しかしながら、上記のような光学ガラスは、光学特性を重視した組成となっているため、ガラスの安定性に乏しく、特に、溶融時のわずかな温度降下によってガラスの一部が結晶化し、失透する可能性がある。
しかしながら、高屈折率成分を含むガラスは、侵食性が強いため、加熱温度を高くすると、激しい反応によって溶融槽の侵食が進行し、溶融槽の寿命が短くなるだけでなく、溶融槽の成分によってガラスに着色が生じるという問題がある。
したがって、上記のような光学ガラスの溶融工程では、失透が生じないように溶融ガラスを均等に加熱しながら、過度の加熱による溶融槽の侵食を抑制する必要がある。
また、電極は、溶融ガラスに上方から浸漬され、溶融槽との間に適度な距離を確保するので、溶融槽の侵食を抑制して溶融槽の寿命を延長できるだけでなく、侵食によるガラスの着色も防止することができる。
好ましくは、溶融槽中の溶融ガラスに、連続的又は間歇的に新たなガラス原料を供給しつつ、連続的に溶融ガラスを次工程に送る方法を用いる。
このようにすると、溶融槽内の雰囲気を常に適切な酸化雰囲気に維持することができるので、高屈折率成分の還元や、白金の酸化を抑止して、着色の抑止効果を高めることができる。
このようにすると、溶融槽内の溶融ガラス全体を均等に通電加熱することが可能になる。特に、溶融槽の底部に低温の溶融ガラスが滞留することを防止し、ガラスの均質性を高めることができる。
このようにすると、溶融槽内の溶融ガラス全体を適切な温度範囲に維持し、失透のない均質な光学ガラスを製造することができる。
このようにすると、高屈折率、高分散の光学ガラスが得られる。TiO2又はNb2O5を含有するガラスは、溶融温度と結晶化する温度領域が近いため、溶融中の僅かな温度不均一により失透しやすく、更に、侵食性も強いが、本発明の製造方法によれば、溶融槽の侵食を抑えつつ、ガラスを均等に加熱することができるので、失透のない高屈折率、高分散の光学ガラスを効率良く製造することが可能になる。
このようにすると、高屈折率、高分散を達成するためのガラス成分が相当量含有された光学ガラスが得られる。このような光学ガラスは、骨格成分の含有量が相対的に少なくなり、溶融域での失透が起きやすく、かつ、溶融槽を侵食しやすい傾向があるため、本発明の効果が顕著となる。
このようにすると、電荷移動物質であるアルカリ成分を含有することにより、ガラスが効率良く通電加熱され、ガラスの均質性が更に高められる。
なお、アルカリ成分は、槽への侵食性を高める成分であるので、本発明の効果が顕著となる。
図1は、光学ガラスの製造装置を示す断面図、図2は、光学ガラスの製造装置を示す平面図である。
これらの図に示すように、光学ガラスの製造装置は、光学ガラスの原料を連続的又は間歇的に供給するガラス原料供給部10と、ガラス原料供給部10から供給されてくるガラス原料を溶融する溶融槽20と、連結パイプ30を介して溶融槽20に接続され、溶融槽20から供給されてくる溶融ガラスGの脱泡処理などを行う清澄槽40と、連結パイプ50を介して清澄槽40に接続され、清澄槽40から供給されてくる溶融ガラスGの粘度調整などを行う作業槽60とを備えて構成されている。
燃焼バーナ70は、溶融槽20の上部側面から溶融槽20内の上部に向けて、水平方向に燃焼ガスを吐出し、その燃焼炎Fによってガラス原料及び溶融ガラスGを加熱する。燃焼バーナ70の個数や配置については、特に制限はなく、溶融槽20の構成などに応じて適宜定めることができる。
また、電極80の素材としては、白金、白金合金、モリブデン、酸化スズなどを使用できるが、光学ガラスに対する着色が極めて小さい白金電極が好ましい。
また、電極80の本数や配置は、溶融槽20の構成などに応じて適宜定めることができる。好ましくは、溶融槽20内の溶融ガラスGが均等に加熱されるように、適数本の電極80を偏りなく配置する。
この光学ガラスの製造方法は、屈折率ndが1.7以上の光学ガラスを溶融する工程に適用される。
このような光学ガラスは、溶融時において局所的に低温部分が生じると、結晶化が進み、失透してしまう。したがって、十分な加熱能力を持つ溶融槽20を用い、溶融ガラスGの全体温度を、液相温度(LT)より、少なくとも10℃〜数10℃高くなるように維持することが必要である。
燃焼バーナ70によって形成される燃焼炎Fは熱効率が高く、供給後のガラス原料を直接加熱し、ガラス化するために有用である。また、液面から溶融ガラスGを所定の熱量で加熱することにより、完全にガラス化が進む。しかしながら、燃焼炎Fによる加熱のみで溶融槽20の底部まで十分に加熱し、底部での失透を防ぐためには、液面付近の温度を液相温度よりも相当高くする必要がある。
したがって、溶融ガラスG全体の温度を、液相温度(LT)+10℃以上、液相温度(LT)+100℃以下の範囲に維持することが好ましい。
ただし、溶融ガラスG全体を上記温度範囲内に維持すれば、その範囲内での僅かな温度差は許容され、例えば、溶融槽の侵食しやすい部分を外部から調温(冷却)することで侵食を抑止することが可能である。
燃焼炎Fによってガラス原料を加熱溶融させるにあたっては、燃焼ガス中に、空気とともに酸素を供給することが好ましい。この酸素は、製造される光学ガラスを、10mm厚に加工したとき、その分光透過率が70%を示す光の波長が470nm以下で、5%を示す光の波長が390nm以下となるように導入する。
より好ましくは、光学ガラスの透過率が80%を示す光の波長が450nm以下となるように導入する。
このときに導入する酸素の量は、導入空気量に対して、1vol%を超え、10vol%以下とすることが好ましい。
燃焼に用いる燃料としては、メタン、エタン、プロパン、n−ブタン、又は、それらが適宜混合された天然ガスなどを好適に用いることができる。
本発明によれば、溶融槽20内における溶融ガラスGの表面部分と底部分の温度差を50℃以内に維持することが可能である。
特に、液相温度における粘度が低い(例えば、30ポアズ以下)光学ガラスは失透安定性が低いため、本発明の効果が顕著となる。
ガラス成分として重量%表示で、SiO2:18%以上35%未満、TiO2:22〜37%、Nb2O5:7%以上16%未満を含有する光学ガラスが挙げられる。
更に、本発明の効果が顕著に得られるガラスとしては、ガラス成分として、TiO2又はNb2O5が合計39〜45重量%の範囲で含有されているケイ酸塩ガラスが挙げられる。
これらのガラスは、高屈折率、高分散を達成するためのガラス成分を相当量含有するため、骨格成分の含有量が相対的に少ない。このような場合に、溶融域での失透が起きやすく、かつ溶融槽20を侵食しやすい傾向があるが、本発明により効果的に防止できる。
更に、屈折率(nd)が1.80以上のガラス、又はアッベ数(νd)が25以下である高屈折率、高分散ガラスに本発明は好適に適用される。
CaO、SrOは、BaOと同様の効果を有するが、多すぎると耐失透性が低下する。したがってCaO及びSrOの含有量は0〜5%が好ましい。
20 溶融槽
40 清澄槽
60 作業槽
70 燃焼バーナ
80 電極
F 燃焼炎
G 溶融ガラス
Claims (5)
- 屈折率ndが1.7以上となる光学ガラスの製造方法であって、
溶融槽内に供給されたガラス原料を加熱して、溶融ガラスを得るにあたり、
前記ガラス原料を、溶融槽内の溶融ガラスの上部に配置したバーナの燃焼炎による加熱と、前記溶融槽内の前記溶融ガラスに上方から浸漬させた電極による通電加熱とによって溶融する
ことを特徴とした光学ガラスの製造方法。 - 前記溶融槽内における前記溶融ガラスの表面部分と底部分の温度差を50℃以内としたことを特徴とする請求項1記載の光学ガラスの製造方法。
- 前記光学ガラスが、ガラス成分として、TiO2又はNb2O5を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学ガラスの製造方法。
- 前記光学ガラスが、ガラス成分として、SiO2を18重量%以上35重量%未満、TiO2を22重量%以上37重量%未満、Nb2O5を7重量%以上16重量%未満、含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光学ガラスの製造方法。
- 前記光学ガラスが、アルカリ成分を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光学ガラスの製造方法。
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