JP2013119517A

JP2013119517A - リン酸塩光学ガラス

Info

Publication number: JP2013119517A
Application number: JP2012111136A
Authority: JP
Inventors: ▲孫▼▲偉▼; Wei Sun
Original assignee: CDGM Glass Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2013-06-17
Also published as: CN102515527A; TW201323366A; US9434636B2; US20140323285A1; CN102515527B; TWI419857B; WO2013082880A1

Abstract

【課題】失透上限温度が低く、屈折率の範囲は1.93〜1.95であり、アッベ数の範囲は16〜19であるリン酸塩光学ガラスを提供する。
【解決手段】リン酸塩光学ガラスは、その重量パーセントの含有量がNaPO₃5〜25％、KPO₃1〜20％、P₂O₅2〜15%、BaO0〜5％、Ba（PO₃）₂0〜10％、0%＜B₂O₃＜2%、TiO₂5〜25％、Nb₂O₅35〜55％、SiO₂0〜5％である。該リン酸塩光学ガラスは1120℃以下の失透上限温度を有し、溶融製造工程で優れたプロセス性能を有し、ガラスの成形が容易である。また、ガラスの後工程では、ガラス表面に結晶化し難い。
【選択図】なし

Description

本発明は、リン酸塩光学ガラスに関する。

新型光電製品の速い発展に伴い、屈折率の範囲が1.93〜1.95であり、アッベ数の範囲が16〜19である光学ガラスの需要は大きくなっている。屈折率とアッベ数との関係において、屈折率の範囲が1.93〜1.95であり、アッベ数の範囲が16〜19である光学ガラスには、SiO₂-Nb₂O₅-TiO₂-BaO-R₂O配合系を適用しない。当該ガラス系は化学的に極めて不安定なので、均一な内部品質が要求されるような製品を製造するのが難しくなり、かつ、透過率も品質要求を満たさないからである。一方、リン酸塩配合系を用いることでガラスに明らかな化学的安定性が生まれ、可視光の透過率を保証することができるようになることが知られている。

また、リン酸塩ガラスの溶融製造工程における好ましい状態とは、ガラスの失透上限温度をできるだけ低下させ、即ち、リン酸塩ガラスを安定に製造するためのガラス配合設計時には、できるだけ低失透上限温度を実現できる組成系を用いるべきである。なぜならば、ガラス失透温度が高ければ、ガラスの溶融製造工程での成形が難くなり、プロセス性能が悪くなり、ガラスに対する後二次加工工程では、ガラスの表面に結晶体が析出しやすくなり、加工製品の表面品質に影響を与えるからである。

本発明が解決しようとする技術課題は、ガラス失透上限温度が低く、屈折率の範囲が1.93〜1.95であり、アッベ数の範囲が16〜19であるリン酸塩光学ガラスを提供するものである。

本発明が技術課題を解決するために用いる技術方案は以下の通りである。リン酸塩光学ガラスであって、その組成の重量パーセントの含有量は、NaPO₃5〜25％、KPO₃1〜20％、P₂O₅2〜15%、BaO 0〜5％、Ba（PO₃）₂0〜10％、0%＜B₂O₃＜2%、TiO₂5〜25％、Nb₂O₅35〜55％、Si O₂0〜5％である。

さらに、含有量は、0%＜B₂O₃＜１%である。

さらに、含有量は、0%＜B₂O₃＜0.8%である。

さらに、含有量は、TiO₂10〜20％である。

さらに、含有量は、14%＜TiO₂＜18%である。

さらに、含有量は、Nb₂O₅40〜48％である。

さらに、含有量は、NaPO₃10〜20％である。

さらに、含有量は、KPO₃5〜15％である。

さらに、含有量は、Ba（PO₃）₂1〜5％である。

さらに、含有量は、P₂O₅5〜10％である。

さらに、含有量は、BaO0.1〜2％である。

さらに、含有量は、Si O₂0.1〜2％である。

さらに、NaPO₃とKPO₃との総含有量は20〜30％である。

上述のリン酸塩光学ガラスを用いて形成される光学素子。

本発明の有益な効果は以下の通りである。ガラスの屈折率は1.93〜1.95に達し、アッベ数は16〜19に達することができ、1120℃以下の失透上限温度を有し、溶融製造工程で優れたプロセス性能を有し、ガラスの成形が容易である。また、ガラスの後工程においてはガラス表面の結晶化が少なくなる。

本発明者は多くの研究及び実験により、特定のガラス組成を設計することで、特にB₂O₃の配合系での配合量を制限することで、低い失透上限温度かつ、上記屈折率、アッベ数の要求を満たすガラス組成物が得られることを発見した。

本発明は、その重量パーセントの含有量が、NaPO₃5〜25％、KPO₃1〜20％、P₂O₅2〜15%、BaO 0〜5％、Ba（PO₃）₂0〜10％、0%＜B₂O₃＜2%、TiO₂5〜25％、Nb₂O₅35〜55％、Si O₂0〜5％であることを特徴とする光学ガラスを提供するものである。

NaPO₃は本発明に不可欠な原料組成であり、ガラスの化学的安定性を促進し、ガラスの溶融温度を効果的に低下させ、可視光領域における高透過率を保証することができる。従って、NaPO₃の導入量は少なくとも5％を超えなければならず、さもないと、上記の効果を実現することができない。しかし、25％を超えると、高屈折率の光学性能を実現することができない。従って、本発明では、NaPO₃の含有量は、5〜25％であり、好ましくは10〜20％であり、より好ましくは12〜16％である。

KPO₃も本発明に不可欠な原料組成であり、NaPO₃と混在溶融して、さらにガラスの化学的安定性を促進し、ガラスの溶融温度を低下させることができ、可視光領域おける高透過率を保証することができる。従って、KPO₃の配合量は少なくとも1％を超えなければならず、さもないと、上記の発明効果を実現することができない。しかし、KPO₃の配合量が20％を超えると、ガラスの耐失透性が悪化する。従って、本発明では、KPO₃の含有量は、1〜20％であり、好ましくは5〜15％であり、より好ましくは8〜12％である。

本発明者は、NaPO₃及びKPO₃の導入量を制限することによって、ガラスの耐熱衝撃性能を改善することができることを発見した。NaPO₃及びKPO₃の総含有量が35％を超えると、ガラスの熱膨張係数が大きくなり、後の加工工程で破裂し易くなる。従って、その総含有量は6〜35％であり、より好ましくは含有量が20〜30％である。

リン酸塩配合系の主な組成として、P₂O₅の主な作用はガラスの溶融温度を低下させ、ガラスの透過率を向上させることであるが、P₂O₅の配合量が2％以下になると、効果は顕著ではない。P₂O₅の配合量が15％を超えると、ガラスの屈折率が著しく低下し、必要な光学性能が得られない。従って、P₂O₅の含有量は、2〜15％であり、好ましくは5〜10％である。

本発明では、適量のBaOを導入することができ、ガラスの失透性を改善し、且つ本発明のガラスのアッベ数を調整すると同時に、溶融工程でのガラス成形性をより良くする。従って、BaOの含有量を0〜5％に制限し、好ましくは0.1〜2％の範囲である。

Ba（PO₃）₂はガラスの耐失透性を向上させることができると同時に、ガラスの屈折率を調整することができる。本発明では、配合系におけるリン酸及び/又はBaOの含有量を調整するために適量を配合することができる。また、Ba（PO₃）₂形式で配合した後、配合組成では出来るだけ制限して、P₂O₅を少なく配合することができる。なぜなら、Ba（PO₃）₂に対するPO₅の性質は活発であるため、ガラスの溶融が不安定になる。但し、Ba（PO₃）₂の含有量が10％を超えると、ガラスの高色分散特性は実現できない。従って、本発明はBa（PO₃）₂の含有量を0〜10％に制限し、好ましくは1〜5％であり、より好ましくは2％＜Ba（PO₃）₂の含有量＜4％である。

B₂O₃はガラスの溶融性を改善し、及びその溶融温度を低下するための効果成分である。また、本発明では、低含有量のB₂O₃を導入することによって、ガラスの失透上限温度を著しく低下させる。B₂O₃の含有量が2％を超えると、又はB₂O₃を導入しないと、ガラスの失透上限温度を低下させる効果は明らかに悪くなる。従って、0％＜B₂O₃の含有量＜2％であり、好ましくは0％＜B₂O₃の含有量＜1％であり、より好ましくは0％＜B₂O₃の含有量＜0.8％であり、その導入量になると、B₂O₃のガラス組成物に対する失透上限温度を低下させる効果はより良くなる。

Nb₂O₅は本発明の高屈折率を得るため、及びアッベ数を調整するための効果的な組成であると同時に、結晶化を抑制する作用をも有する。また、本発明者は、Nb₂O₅の組成範囲を最適化することによって、ガラスの熱膨張係数を効果的に低下することもでき、ガラスの耐熱衝撃性能を高めることができることを発見した。Nb₂O₅の含有量が35％以下になると、上記発明効果は得られない。Nb₂O₅の含有量が55％を超えると、ガラスのコストが高くなり、結晶化し易くなる。従って、Nb₂O₅の含有量は35〜55％であり、好ましくは40〜48％であり、より好ましくは45〜48％である。

TiO₂は本発明の前記光学性能目標を実現するための不可欠な原料組成であり、Nb₂O₅と同様に、ガラスの熱膨張係数を効果的に低下させることができる。Nb₂O₅の価格は高いため、本発明が必要な光学性能及び高い耐熱衝撃性能を達成するために、本発明はTiO₂の配合量を適度増大して、Nb₂O₅の配合量を効果的に減少する。TiO₂の配合量は5％より小さくなると、本発明に要求される発明効果を達成することができない。TiO₂の配合量が25％を超えると、ガラスの耐失透性は低下し、ガラスの着色度が悪くなる。従って、本発明はTiO₂の含有量を5〜25％に制限し、好ましくはTiO₂10〜20％の範囲であり、より好ましくは14％＜TiO₂の含有量＜18％の範囲である。

SiO₂は本発明のガラスの任意選択成分であり、適量のSiO₂を配合することによって、熱膨張係数を効果的に低下させることができ、また本発明のガラスの耐化学性を向上し、ガラスの安定性を改善することができる。SiO₂の含有量が5％を超えると、ガラスが溶融し難くなる。SiO₂の含有量は0〜5％であり、好ましくは0.1〜2％であり、より好ましくは0.１〜１％である。

リン酸塩ガラス組成物は溶融製造温度が低過ぎると、気泡が残留し、完全排出が難く、溶融製造工程では、清澄剤としてSb₂O₃をよく導入する。通常Sb₂O₃の配合は硝酸塩と配合して使用する必要があり、ガラス組成物の溶融製造工程で必ず窒素酸化物の排出が増加するため、環境に対してある程度の汚染をもたらしてしまう。大気中の汚染物の排出を制限するため、本発明はBa（PO₃）₂、BaOなどの組成を配合することによって、ガラスの活性を増加させるので、清澄剤としてのSb₂O₃を導入しなくても、ガラス組成物の溶融製造を実現することができる。

本発明が提供する光学ガラスの屈折率の範囲は1.93〜1.95であり、アッベ数の範囲は16〜19である。本発明が提供される光学ガラスの屈折率の範囲は1.94〜1.95であり、アッベ数の範囲は17〜19であることを好ましい。

本発明の光学ガラスを安定に製造するために、ガラスの失透上限温度を1120℃以下に制限することがとても重要である。好ましくは本発明のガラス失透上限温度を1100℃以下に制限し、より好ましくは1090℃以下に制限する。

本発明が提供するガラスの熱膨張係数α_(20-120)は59×10^-7/℃以下であり、好ましくは57×10^-7/℃以下であり、より好ましくは53×10^-7/℃以下である。

また、本発明は上記ガラスから形成される光学素子を提供し、当該光学素子は上記ガラスの各種特性を有する。

本発明が提供するガラスの性能パラメータは以下の方法に従って試験する。

その際、屈折率及びアッベ数は《GB/T 7962.1〜1987 無色光学ガラス試験方法屈折率と色分散係数》に準じて試験する。

温度勾配加熱炉を用いてガラスの失透性を測定し、ガラスを180×10×10mmのサンプルとして作製し、側面を研磨して、温度勾配を有する加熱炉内に入れ、4時間保温した後に取り出し、顕微鏡でガラスの失透状況を観察し、ガラスに現れる結晶体に対応する最高温度を、ガラスの失透上限温度とする。

熱膨張係数α_(20-120) とは20〜120℃の温度範囲内で温度が1℃を上昇する時にガラスの単位長さ当たりの伸び量を指し、GB/T7962.16-1987に規定される方法に従う。

本発明が提供するガラスの製造方法について、特に制限せず、当業者の熟知している方法により製造する。原料を溶融、清澄、均質化した後に降温し、予熱した金型に注入し、アニールして光学ガラスが得られる。ガラスの製造工程では、NaPO₃、KPO₃、Ba（PO₃）₂などの形態が安定している原料を導入することにより、製造の安定性を実現することができる。

本発明の実施例1〜20が提供するガラスは以下の方法で製造する。実施例1〜20中のガラスの成分が対応する原料を割合に従って計量し、十分に混合した後、白金の坩堝内に加え、1000〜1300℃で溶融、清澄、均質化した後に降温する。550〜600℃程度で溶融ガラスを予熱した金型に流し込む。予熱した金型に注入する溶融ガラスと金型と共に、アニール炉内に入れ、徐冷アニールした後にガラスが得られ、ガラスに関するパラメータの試験を行う。実施例1〜20が提供するガラスは後二次加工工程で表面に結晶体を析出することなく、表面品質が良い。

実施例1〜20が提供されるガラスの屈折率、アッベ数、失透上限温度及び熱膨張係数は表1〜表4に示す通りである。

上記実施例から、本発明の実施例が提供されるガラス及び光学素子は、低い失透上限温度及び熱膨張係数を有し、ガラスの安定性及び耐熱衝撃性能が良く、溶融製造工程では清澄剤を導入せず、屈折率が1.93〜1.95であり、アッベ数が16〜19であり、現代的な新型光電製品の需求を満たすことができる。

Claims

リン酸塩光学ガラスであって、
その重量パーセントの含有量は、NaPO₃5〜25％、KPO₃1〜20％、P₂O₅2〜15%、BaO 0〜5％、Ba（PO₃）₂0〜10％、0%＜B₂O₃＜2%、TiO₂5〜25％、Nb₂O₅35〜55％、Si O₂0〜5％であることを特徴とするリン酸塩光学ガラス。
B₂O₃含有量は、0%＜B₂O₃＜１%であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
B₂O₃含有量は、0%＜B₂O₃＜0.8%であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
TiO₂含有量は、TiO₂10〜20％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
TiO₂含有量は、14%＜TiO₂＜18%であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
Nb₂O₅含有量は、Nb₂O₅40〜48％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
Nb₂O₅含有量は、Nb₂O₅45〜48％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
NaPO₃含有量は、NaPO₃10〜20％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
NaPO₃含有量は、NaPO₃12〜16％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
KPO₃含有量は、KPO₃5〜15％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
KPO₃含有量は、KPO₃8〜12％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
Ba（PO₃）₂含有量は、Ba（PO₃）₂1〜5％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
Ba（PO₃）₂含有量は、2%＜Ba（PO₃）₂＜4%であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
P₂O₅含有量は、P₂O₅5〜10％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
BaO含有量は、BaO0.1〜2％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
Si O₂含有量は、Si O₂0.1〜2％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
Si O₂含有量は、Si O₂0.1〜1％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
NaPO₃とKPO₃との総含有量は20〜30％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
NaPO₃とKPO₃との総含有量は6〜35％であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
前記屈折率の範囲は1.93〜1.95であり、前記アッベ数の範囲は16〜19であることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
前記光学ガラスの失透上限温度は1120℃以下に制限させることを特徴とする請求項１記載のリン酸塩光学ガラス。
光学要素であって、
請求項１〜21記載のリン酸塩光学ガラスを用いて形成することを特徴とする光学素子。