JP2009527442A

JP2009527442A - 高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラス及び製造方法と設備

Info

Publication number: JP2009527442A
Application number: JP2008555598A
Authority: JP
Inventors: スン，ウェイ; ル，ミンシン; ヤン，チョンシュン; リュ，チャヨウ
Original assignee: シーディージーエムグラスコーポレーションリミテッド
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: WO2008028341A1; CN1915875B; JP5044573B2; CN1915875A

Abstract

【課題】高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスを提供すること。
【解決手段】その組成の重量％は、SiO₂20〜44％、TiO₂22〜34％、Nb₂O₅5〜22％、Na₂O7〜18％、BaO9〜17％、K₂O0〜9％、CaO0〜3％、ZrO₂0〜3％、SrO0〜0.5％及びSb₂O₃0〜0.5％である。高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法は、下記のステップを含み、１）調合した原料を十分に混合し、均一性を確保する。２）1150〜1300℃の高温下、タンク釜にてガラス液に溶製し、ガラス液の屈折率の一致性は良好になる。３）屈折率の合格したガラス液は清澄及び十分に均質化を通して、ガラス帯板に成型した。４）ガラス帯板を徐冷釜にてアニール処理を行う。高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造設備は、タンク釜と徐冷釜を含み、前記タンク釜の溶融タンクは自動燃焼制御システムに接続している。本発明の光学ガラスには、環境を汚染するPbO、As₂O₃及びGdO組成分が含まれていない、タンク釜にて一回溶融の方式を採用して光学ガラスを製造し、高温溶融の回数を減少し、光学的透過性能を向上した。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学ガラス及び製造方法と設備に関し、特に、高屈折率（Nd）高分散性環境対策フリント光学ガラス及び製造方法と設備に関する。

人々の生活水準の向上することに伴って、高品質デジタル製品の高画像数、小型軽量の要求を満たすため、高屈折率、高分散性（低アッベ数）、低密度などの優れている点を有するフリント光学ガラスのニーズは益々増大するが、光学ガラスの中にPbO、As₂O₃及びGdOを含有し、環境汚染を深刻化するので、光学設備製造メーカーは同じ光学的特性を有し、PbO、As₂O₃及びGdOを含有していないガラスが要求される。

光学ガラスに高屈折率を有するため、それに応じてガラス組成分の中にTiO₂及びNb₂O₅などの成分の含有量も多くなり、これらの組成分によって製造過程におけるガラス液の粘度は低く、再結晶は多くなり、定数変動は大きく、成型は困難で、ガラスのストリーク品質を低下し、製造の困難さは大きくなる。

現在の光学ガラス製造メーカーでは、一般的にタンク釜を用いて、二回溶融の方式にて製造する。製造プロセスは、配合した原料を十分に混合した後、単独の坩堝にて高温の下、適合した粒度のガラスカレットに溶製し、ガラスカレットの屈折率を検査し、再び屈折率の合格したガラスカレットを高温精錬タンク釜に投入し、ガラス液に溶製し、清澄及び十分に均質化を通して、ガラス帯板に成型した。当該製造方法は二回の高温を通して、ガラスの光学的透過性能に影響し、且つ工程は多く、製造サイクルは長く、製造コストは高くなる。

本発明が解決しよう技術的課題は、高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスを提供するものであり、当該光学ガラス組成分はPbO、As₂O₃及びGdOを含有していない。

本発明はもう一方、前記光学ガラスの製造方法を提供するもので、当該方法は一回高温だけ通して、ガラスの光学的透過性能は良好で、工程は少なく、サイクルは短い。

本発明はさらにもう一方、前記光学ガラスの製造設備を提供するものである。

本発明が採用する技術的解決手段としては、高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスのその組成の重量％は、SiO₂20〜44％、TiO₂22〜34％、Nb₂O₅5〜22％、Na₂O 7〜18％、BaO 9〜17％、K₂O 0〜9％、CaO 0〜3％、ZrO₂0〜3％、SrO 0〜0.5％及びSb₂O₃0〜0.5％である。

高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法は、当該方法は下記のステップを含み、１）調合した原料を十分に混合し、均一性を確保する。２）1150〜1300℃の高温下、タンク釜にてガラス液に溶製し、ガラス液の屈折率の一致性を良好にする。３）屈折率の合格したガラス液は清澄及び十分に均質化を通して、ガラス帯板に成型した。４）ガラス帯板を徐冷釜にてアニール処理を行う。

高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造設備は、タンク釜及び徐冷釜を備え、前記のタンク釜の溶融タンクは自動燃焼制御システムに接続している。

本発明の有益な効果は以下であり、本発明の光学ガラスは高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスであり、当該光学ガラスは環境を汚染するPbO、As₂O₃及びGdO組成分を含有せず、そのNdは1.7〜1.85であり、Vd（アッベ数）は23.5〜28.5である。本発明はタンク釜を用いて一回溶融方式にて、光学ガラスを製造する。製造工程は連続で、簡潔であり、高温溶融の回数を減少し、原料品質は同じ条件下、光学的透過性能を向上でき、且つ製造工程は少なく、製造サイクルは短く、製造コストを低減した。

本発明の光学ガラス中に20〜44％のガラス形成体SiO₂を含有し、若しSiO₂の含有量は高すぎると、ガラスの屈折率、分散性の指標は要求に満たせず、同時に溶融温度は高くなり、溶融し難くなる。若しSiO₂の含有量は低すぎると、結晶性及び化学的安定性を低下し、SiO₂の含有量は23〜44％が好ましく、SiO₂の含有量は25〜37％がより好ましい。

ガラス形成体のほかに、所定の割合の融剤を用いて溶融温度が高い高屈折率の組成分を低減し、融剤の含有量は高すぎると、ガラスの研磨性能、化学的安定性に影響する。融剤の含有量は低すぎると、高屈折率の組成分は溶融し難い。従って、ガラス中の融剤Na₂O+ K₂Oの総含有量は7〜27％であり、その中、Na₂Oの含有量は7〜18％、K₂Oの含有量は0〜9％。Na₂Oの含有量は10〜16％、K₂Oの含有量は0〜8％が好ましい。Na₂Oの含有量は12〜15％、K₂Oの含有量は0〜8％がより好ましい。

ガラスの光学的指標は要求に満たすために、高割合の高屈折率の組成分を含有すべきである。従って、ガラス形成体SiO₂及び融剤Na₂OとK₂Oの割合は制限され、SiO₂+Na₂O+K₂Oの総含有量≦50％が好ましく、SiO₂+Na₂O+K₂Oの総含有量≦45％がより好ましい。

アルカリ土金属酸化物BaO、CaO及びSrOはガラスのミクロ構造を調整でき、ガラスの化学的安定性を改善でき、BaO+CaO+SrOの総含有量は10〜20％が好ましく、その中、BaOの含有量は9〜17％であり、CaOの含有量は0〜3％であり、SrOの含有量は0〜0.5％である。BaO+CaO+SrOの総含有量は12〜18％がより好ましく、その中、BaOの含有量は12〜16％であり、CaOの含有量は0〜3％であり、SrOの含有量は0〜0.5％である。

TiO₂はガラスに高骨折率を有することができるが、含有量は高すぎると、分散係数を大幅に低下し、且つ再結晶の傾向を大幅に増加する。含有量は低すぎると、要求される高屈折率に満たすことができない。従って、TiO₂の含有量は22〜34％であり、27〜34％が好ましく、28〜32％がより好ましい。

Nb₂O₅はガラスに高屈折率を有することができ、適量のNb₂O₅をTiO₂に代替することによってガラスが高屈折率を有することを保証でき、同時に再結晶の傾向を減少するが、Nb₂O₅の含有量は多すぎると、屈折率、分散係数ともに要求に満たすことができない。従って、Nb₂O₅の含有量は5〜22％であり、10〜22％が好ましく、12〜20％がより好ましい。

ZrO₂はガラスに高屈折率を有することができ、同時にガラスの化学的安定性、膨張性を改善し、ZrO₂をTiO₂に部分的に代替することができることによって光学的指標は要求に満たすが、ZrO₂の含有量は多すぎると、再結晶の傾向は増加し、屈折率を低下する。従って、ZrO₂の含有量は0〜3％であり、0〜2％が好ましく、0〜1.5％がより好ましい。

Sb₂O₃は清澄剤であり、ガラス溶融段階における相違の温度区域では、他の気体と可逆的な吸収を発生し、気体を放出することによって、微小の気体を集合させ大きな気体となり、ガラス液に浮力により表面まで浮かべた後、消去されたが、Sb₂O₃の含有量は多すぎると、ガラスの彩度に影響し、且つ白金容器の使用寿命を低下する。従って、Sb₂O₃の含有量は0〜0.5％であり、0〜0.3％が好ましく、0〜0.15がより好ましい。

表１は本発明における光学ガラスの九つの実施例である

表１により、本発明の光学ガラスは環境を汚染するPbO、As₂O₃及びGdOの組成分を含有せず、その光学的指標はNdが1.7〜1.85、Vdは23.5〜28.5である。

図１は既存の二回溶融の製造方式の工程図であり、当該製造方法は以下のステップを含み、原料配合、単独の坩堝にてガラスカレットに溶製し、定数検査且つロット管理、合格したガラスカレットをタンク釜にてガラス液に溶製し、清澄、均一化、成型、徐冷釜にてアニール処理である。

図２は本発明の一回溶融の製造方式の工程図であり、当該製造方法の具体的なステップは、
一、配合した原料を十分に混合し、均一性を確保する。
１）快速水分測定器を採用し、原料特に水分吸収しやすい原料に対して水分を制御し、光学ガラス原料基準の原料を使用でき、不合格品を使用禁止する。２）原料配合は少量数回での計量方法を採用し、毎回計量は30kgのガラス粉末を超えない。計量設備は高精度の計量設備（例えば電子秤）を使用し、精度は0.01kgである。３）攪拌器を用いて均一に混合する。４）原料の激しい層分離を防止するため、少量の箱詰めを採用し、各箱にガラス粉末を30kg以上詰めない。５）人工定時的に原料を投入することによって、運送、貯蔵過程における層分離を減少するため、毎回原料を投入する前に人工攪拌を採用する。
二、本発明のタンク釜を用いて1150〜1300℃の高温下、ガラス液に溶製し、ガラス液の屈折率の一致性を良好にする。
１）溶融タンクに起泡器を増設し、１個から２〜４個に変更する。２）自動燃焼制御システムを採用し、燃焼火炎の酸化雰囲気を保持し、且つ温度を自動的に調整し、プロセスに要求される安定性を満たす溶融温度及び雰囲気を保証する。３）溶融タンクにおけるガラス液の屈折率を測定する回数を増加し、４時間ごとに一回にし、必要時、直ちに校正する。相違の屈折率の同系列ガラス品番または原料を用いて校正し、校正用原料は被校正のガラス中に有していない成分を混入しないことを保証する。４）円盤状攪拌器を枠式攪拌器に代替する。図３は枠式攪拌器の簡略図であり、枠式攪拌器の攪拌原理はリム１によって掻き回し、せん断し、リム１の幅は小さい。図４は円盤状攪拌器の簡略図であり、円盤２は軸によって連結され一体となり、リム３は円盤２の外辺縁の両側に設置され、且つ階段状を成して上昇する。円盤状攪拌器の攪拌原理は円盤２によってガラス液の流れを変更し、リム３によってせん断し、リム３の幅は大きい。ガラスの粘度は小さいので、回転する攪拌器に対して抵抗は小さく、相対的にリムの幅が大きい円盤状攪拌器は抵抗が大きくて、攪拌能力は高くて、粘度が低いガラスに対してよりよく攪拌できる。

三、屈折率が合格したガラス液を清澄及び十分に均一化した後、ガラス帯板に成型する。

四、ガラス帯板を徐冷釜にてアニール処理する。
二回溶融の製造方法に対する一回溶融の製造方法の長所は、単独の坩堝にてガラスを溶融する過程を削減し、この過程の主な目的はガラスの屈折率の一致性を保証する。タンク釜にて一回溶融の製造方法を採用するキーポイントは、配合した原料から溶融の過程まで有効的な措置を採用し、原料の均一性を保証し、且つガラス液に溶製する過程で補助装置を増設し、ガラス液の屈折率の一致性を向上する。

本発明の製造方法を用いて製造した高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの各技術的指標はすべて製品の技術的指標を達し、且つ光学的透過性はより優れる。同様の原料を用いて、二回溶融の製造方法を用いて製造したH-ZF_52Aの彩度、内部透過率ともオハラ（OHARA）基準の上限となり、本発明の製造方法を用いて製造したH-ZF_52Aの彩度、内部透過率とも基準値の下限（+10nm）となる。同様の原料を用いて、二回溶融の製造方法を用いて製造したH-ZF_7LA帯板の彩度、内部透過率は本発明の製造方法を用いて製造したH-ZF_7LAの彩度、内部透過率より約10nm高く、基準値の下限（-10nm）となる。

本発明の製造設備は図５に示すように、タンク釜及び徐冷釜を備え、タンク釜の溶融タンクは自動燃焼制御システムに接続し、その中の自動燃焼制御システムの接続関係は下記の順となり、天然ガスの吸入口、濾過調圧定圧自動遮断システム、天然ガス流量測定制御システム、割合調節システム。助燃風吸入口、調圧定圧自動遮断システム、助燃風流量測定制御システム、割合調節システム。その中、助燃風流量測定制御システムとタンク釜の溶融タンクとの間に温度制御器を備え、前記割合調節システムは溶融タンクのバーナーノズルに接続する。

本発明の製造設備が作動時の作動原理は、割合調節システムにおいて天然ガスと空気の割合を設定したことによって、天然ガスが十分に燃焼することを保証し、温度制御器でタンク釜の溶融タンクの実際温度値を測定し、且つ設定温度値と比較し、天然ガス流量測定制御システムに指令を与えることによって天然ガスの流量を調節し、同時に天然ガス流量変化の信号は割合調節システムによって助燃風流量測定制御システムに伝送し、助燃風流量測定制御システムは天然ガス流量とマッチングするよう助燃風流量を調節し、二つの流量を設定値に達させ、最終的に温度を設定温度に保持させ、プロセスの安定を維持する。

既存の二回溶融製造方式の流れ図である。本発明の一回溶融製造方式の流れ図である。枠式攪拌器の概略図。円盤状攪拌器の概略図。（その内：図４ａは円盤状攪拌器の正面図である。図４ｂは円盤状攪拌器の側面図。図４ｃは円盤状攪拌器の部分断面の平面図である。）本発明の製造設備の配置概略図。

Claims

その組成の重量％は、SiO₂20〜44％、TiO₂22〜34％、Nb₂O₅5〜22％、Na₂O 7〜18％、BaO 9〜17％、K₂O 0〜9％、CaO 0〜3％、ZrO₂0〜3％、SrO 0〜0.5％及びSb₂O₃0〜0.5％であることを特徴とする高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラス。
前記SiO₂、Na₂O及びK₂Oの重量％の和は≦50％、前記BaO、CaO及びSrOの重量％の和は10〜20％であることを特徴とする請求項１記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラス。
前記組成の重量％は、SiO₂23〜44％、TiO₂27〜34％、Nb₂O₅10〜22％、Na₂O 10〜16％、BaO 12〜16％、K₂O 0〜8％、CaO 0〜3％、ZrO₂0〜2％、SrO 0〜0.5％及びSb₂O₃0〜0.3％であることを特徴とする請求項１記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラス。
前記組成の重量％は、SiO₂25〜37％、TiO₂28〜32％、Nb₂O₅12〜20％、Na₂O 12〜15％、BaO 12〜16％、K₂O 0〜8％、CaO 0〜3％、ZrO₂0〜1.5％、SrO 0〜0.5％及びSb₂O₃0〜0.15％であることを特徴とする請求項１記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラス。
前記SiO₂、Na₂O及びK₂Oの重量％の和は≦45％、前記BaO、CaO及びSrOの重量％の和は12〜18％であることを特徴とする請求項4記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラス。
１）調合した原料を十分に混合し、均一性を確保するステップと、
２）1150〜1300℃の高温下、タンク釜にてガラス液に溶製し、ガラス液の屈折率の一致性を良好ならしめるステップと、
３）屈折率の合格したガラス液は清澄及び十分に均質化を通して、ガラス帯板に成型するステップと、
４）ガラス帯板を徐冷釜にてアニール処理を行うステップと、
を含むことを特徴とする請求項１記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
前記ステップ１に十分に混合するために、少量且つ数回計量の方法を採用する配合であることを特徴とする請求項６記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
前記少量且つ数回計量の方法として、毎回計量はガラス粉30kg以下、計量設備は高精度の計量設備を使用することを特徴とする請求項7記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
前記ステップ１に十分に混合するのは、攪拌器を用いて均一に混合することを特徴とする請求項６記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
前記ステップ１に十分に混合するために、少量の箱詰めを採用することを特徴とする請求項６記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
前記少量の箱詰めは、毎回箱詰めのガラス粉が３０Kg以下であることを特徴とする請求項10記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
前記ステップ１に十分に混合するために、毎回添加する前に人工攪拌を採用することを特徴とする請求項６記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
前記ステップ１では、快速水分測定器を用いて光学ガラス原料に対して水分を検査し、光学ガラス原料の基準が満たされる原料を使用でき、不合格品の使用を禁止することを特徴とする請求項６記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
前記ステップ２のタンク釜の起泡器は２〜４個であることを特徴とする請求項６記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
前記ステップ２のタンク釜は、自動燃焼制御システムを採用し、燃焼火炎の酸化雰囲気を保持し、且つ自動的温度を調節し、プロセスに要求される安定性を満たす溶融温度及び雰囲気を保証することを特徴とする請求項６記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
前記ステップ２のガラス液の屈折率の一致性を良好ならしめるため、４時間毎に溶融タンクにおけるガラス液の屈折率を検査し、速やかに校正することを特徴とする請求項６記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
前記校正は相違の屈折率の同系列のガラス品番または原料を用いて校正することを特徴とする請求項１６記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
前記ステップ２のタンク釜は円盤状攪拌器を採用することを特徴とする請求項６記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造方法。
タンク釜及び徐冷釜を備え、前記タンク釜の溶融タンクは自動燃焼制御システムと接続されていることを特徴とする請求項１記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造設備。
前記自動燃焼制御システムの接続は下記の順となり、
天然ガスの吸入口、濾過調圧定圧自動遮断システム、天然ガス流量測定制御システム及び割合調節システムと、
助燃風吸入口、調圧定圧自動遮断システム、助燃風流量測定制御システム及び割合調節システムと、
その内助燃風流量測定制御システムとタンク釜の溶融タンクとの間に温度制御器を備えることと、
前記割合調節システムは溶融タンクのバーナーノズルに接続すること、を特徴とする請求項１９記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造設備。
前記タンク釜は起泡器を２〜４個用いることを特徴とする請求項１９記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造設備。
前記タンク釜は円盤状攪拌器を採用し、円盤２は軸によって連結され、リム３は円盤２の外辺縁の両側に設置されていることを特徴とする請求項１９記載の高屈折率高分散性環境対策重フリント光学ガラスの製造設備。