TW202319361A - 化學強化光學玻璃 - Google Patents

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吉川早矢
嶋村圭介
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日商小原股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種硬度高之化學強化光學玻璃，維持對先前之光學玻璃所要求之折射率、阿貝數、穿透率，並且提升了耐衝擊性。本發明之化學強化光學玻璃的特徵在於：於表面具有壓縮應力層，以氧化物換算之質量%計含有SiO 2成分20.0%至50.0%、TiO 2成分10.0%至45.0%、Na 2O成分0.1%至20.0%，折射率(nd)為1.65至1.85，於使16.0g之SUS球掉落之砂紙落球試驗中具備8cm以上之耐衝擊性。

Description

化學強化光學玻璃
本發明係關於一種於表面具有壓縮應力層之化學強化光學玻璃。
近年來，附投影機之眼鏡、眼鏡型顯示器、護目鏡型顯示器、虛擬實境顯示裝置、擴增實境顯示裝置、虛像顯示裝置等AR(Augmented Reality；擴增實境)或VR(Virtual Reality；虛擬實境)等所利用之可穿戴終端、車載用相機等受到關注。
由於假想此種可穿戴終端、車載用相機等於嚴酷的外部環境下使用，因此謀求一種具有更高的硬度之光學玻璃，維持對先前之光學玻璃所要求之高折射率、阿貝數，並且耐衝擊性高而不易破裂，以使得這些機器能夠耐受更嚴酷的使用。
於專利文獻1中，揭示有一種以光學機器之數位化及高精細化為課題而折射率(nd)為1.7以上、阿貝數(νd)為20以上至30以下之高折射率高色散玻璃，但並未假想於嚴酷的外部環境下使用，亦未揭示以耐衝擊性為課題之硬度高之光學玻璃。另外，於專利文獻1之申請等時，VR或AR等現代最尖端之技術一般並未普及，進而汽車之自動駕駛及確保安全性之「周邊識別用感測器」之主角之車載用相機之普及亦為近年來開始陡增之用途，因此於專利文獻1之申請時並未假想提升了耐衝擊性之硬度高之光學玻璃。
進而，若為提升了耐衝擊性之高強度之光學玻璃，則能夠使光學透鏡所使用之玻璃變薄，因此能夠使光學透鏡薄型化、小型化。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特願2009-203134。
[發明所欲解決之課題]
本發明之課題在於獲得一種硬度高之光學玻璃，維持對先前之光學玻璃所要求之折射率、阿貝數，並且提升了耐衝擊性。 [用以解決課題之手段]
本發明人為了解決上述課題而反復進行了專心試驗研究，結果發現了適於獲得如下高硬度之光學玻璃之玻璃組成及調配，從而完成了本發明，藉由對光學玻璃實施化學強化而於表面具有壓縮應力層之玻璃基板，於使16.0g之SUS(Steel Use Stainless；不鏽鋼)球掉落之砂紙落球試驗中具備8cm以上之耐衝擊性。 進而，本發明人為了解決上述課題而反復進行了專心試驗研究，結果發現了適於獲得如下高硬度之光學玻璃之玻璃組成及調配，從而完成了本發明，藉由對光學玻璃實施化學強化而於表面具有壓縮應力層之玻璃基板，於使16.0g之SUS球掉落之砂紙落球試驗中，[玻璃基板未被破壞之高度(化學強化後)]－[玻璃基板未被破壞之高度(化學強化前)]≧2.0cm。 具體而言，本發明提供以下形態。
(1) 一種化學強化光學玻璃，其特徵在於：於表面具有壓縮應力層，以氧化物換算之質量%計含有SiO 2成分20.0%至50.0%、TiO 2成分10.0%至45.0%、Na 2O成分0.1%至20.0%，折射率(nd)為1.65至1.85，於使16.0g之SUS球掉落之砂紙落球試驗中具備8cm以上之耐衝擊性。
(2) 一種化學強化光學玻璃，其特徵在於：於表面具有壓縮應力層，以氧化物換算之質量%計含有SiO 2成分20.0%至50.0%、TiO 2成分10.0%至45.0%、Na 2O成分0.1%至20.0%，折射率(nd)為1.65至1.85，於使16.0g之SUS球掉落之砂紙落球試驗中具備[玻璃基板未被破壞之高度(化學強化後)]－[玻璃基板未被破壞之高度(化學強化前)]≧2.0cm之耐衝擊性。
(3) 如(1)或(2)所記載之化學強化光學玻璃，其以氧化物換算之質量%計進而含有Nb 2O 5成分3.0%至20.0%、BaO成分0%至20.0%。
(4) 如(1)至(3)中任一項所記載之化學強化光學玻璃，其以氧化物換算之質量%計進而含有Al 2O 3成分0%至15.0%、ZrO 2成分 0%至15.0%、Li 2O成分0%至10.0%、K 2O成分0%至15.0%、Sb 2O 3成分0%至1.0%。
(5) 如(1)至(4)中任一項所記載之化學強化光學玻璃，其特徵在於：阿貝數(νd)為20.0至33.0。 [發明功效]
根據本發明，能夠提供一種維持高折射率、阿貝數，並且提升了耐衝擊性之硬度高之具有壓縮應力層之化學強化光學玻璃。
以下說明構成本發明之化學強化光學玻璃之各成分的組成範圍。於本說明書中，只要無特別說明，則各成分的含量全部以相對於氧化物換算組成的總質量之質量%表示。此處，所謂「氧化物換算組成」，係指於假定作為本發明之玻璃構成成分之原料使用之氧化物、複合鹽、金屬氟化物等於熔融時全部分解而轉化為氧化物之情形時，將該生成氧化物的總質量數設為100質量%，來表述玻璃中所含有之各成分之組成。
[玻璃成分] 本發明之化學強化光學玻璃的特徵在於：於表面具有壓縮應力層，以氧化物換算之質量%計含有SiO 2成分20.0%至50.0%、TiO 2成分10.0%至45.0%、Na 2O成分0.1%至20.0%。
[關於必要成分、任意成分] SiO 2成分係形成玻璃之網狀結構之成分，係減少作為光學玻璃而言欠佳之失透(結晶物之產生)之成分，係本發明之化學強化光學玻璃的必要成分。 尤其是，藉由將SiO 2成分的含量設為20.0%以上，能夠製作強度高且穩定的光學玻璃。因此，SiO 2成分的含量的下限較佳為20.0%以上，更佳為23.0%以上，進而較佳為超過25.0%。 另一方面，藉由將SiO 2成分的含量設為50.0%以下，能夠抑制黏性過度上升及熔融性惡化，且能夠抑制折射率降低。另外，能夠抑制化學強化降低。因此，SiO 2成分的含量的上限較佳為50.0%以下，更佳為47.0%以下，進而較佳為43.0%以下。
TiO 2成分係提高折射率且提高化學耐久性(耐酸性)之成分，係本發明之化學強化光學玻璃的必要成分。 尤其是，藉由將TiO 2成分的含量設為10.0%以上，能夠達成所需的玻璃的折射率、阿貝數等。因此，TiO 2成分的含量的下限較佳為10.0%以上，更佳為13.0%以上，進而較佳為超過15.0%。 另一方面，藉由將TiO 2成分的含量設為45.0%以下，能夠抑制玻璃的失透性及玻璃對於可見光(尤其是波長500nm以下)之穿透率降低。因此，TiO 2成分的含量的上限較佳為45.0%以下，更佳為40.0%以下，進而較佳為35.0%以下，進而較佳為33.0%以下。
Na 2O成分係提升玻璃的熔融性之成分，並且係如後所述於化學強化中用於離子交換之成分，係本發明之化學強化光學玻璃中的必要成分。 尤其是，藉由將Na 2O成分的含量設為0.1%以上，熔鹽中的離子半徑大的鉀成分(鉀離子)與基板中的離子半徑小的鈉成分(鈉離子)進行交換反應，結果於基板表面形成壓縮應力。因此，Na 2O成分的含量的下限較佳為0.1%以上，更佳為0.5%以上，進而較佳為5.0%以上。 另一方面，藉由將Na 2O成分的含量設為20.0%以下，能夠使玻璃的折射率不易降低，且減少玻璃之失透。因此，Na 2O成分的含量的上限較佳為20.0%以下，更佳為17.0%以下，更佳為15.0%以下，進而較佳為未達14.0%。
Nb 2O 5成分係提高折射率且使玻璃穩定化之成分，係本發明之化學強化光學玻璃之任意成分。 尤其是，藉由將Nb 2O 5成分的含量設為3.0%以上，能夠提高耐失透性。另外，能夠抑制化學強化時因鹽浴所致之硬度降低。因此，Nb 2O 5成分的含量的上限較佳為3.0%以上，更佳為4.0%以上，更佳為超過5.0%，進而較佳為6.0%以上。 另一方面，藉由將Nb 2O 5成分的含量設為20.0%以下，能夠減少因過量含有所致之失透。因此，Nb 2O 5成分的含量的上限較佳為20.0%以下，更佳為17.0%以下，更佳為15.0%以下，進而較佳為13.0%以下。
K 2O成分係於含有超過0%之情形時調整玻璃的熔融性且調整折射率及阿貝數之成分，係於化學強化中能夠提升表面壓縮應力之成分。因此，K 2O成分的含量的下限較佳為0%以上，更佳為超過0%，更佳為0.5%以上，進而較佳為2.0%以上。 另一方面，藉由將K 2O成分的含量設為15.0%以下，能夠使玻璃的折射率不易降低，且減少玻璃之失透。因此，K 2O成分的含量的上限較佳為15.0%以下，更佳為10.0%以下，更佳為8.0%以下，進而較佳為7.5%以下。
Li 2O成分係於含有超過0%之情形時調整玻璃的熔融性且調整折射率及阿貝數之成分，係於化學強化中用於離子交換之成分。因此，Li 2O成分的含量的下限較佳為0%以上，更佳為超過0%，更佳為0.1%以上，更佳為0.3%以上，進而較佳為0.5%以上。 另一方面，藉由將Li 2O成分的含量設為10.0%以下，能夠抑制折射率降低，且能夠減少因過量含有所致之失透。因此，Li 2O成分的含量的上限較佳為10.0%以下，更佳為8.0%以下，進而較佳為7.5%以下。
BaO成分係於含有超過0%之情形時提高玻璃的折射率之成分，係本發明之化學強化光學玻璃中的任意成分。另外，藉由含有超過0%，能夠抑制化學強化時因鹽浴所致之硬度降低。因此，BaO成分的含量的下限較佳為0%以上，更佳為超過0%，更佳為1.0%以上，進而較佳為2.0%以上。 另一方面，藉由將BaO成分的含量設為20.0%以下，能夠抑制失透性惡化、化學強化耐性惡化，抑制玻璃表面變脆。因此，BaO成分的含量的上限較佳為20.0%以下，更佳為15.0%以下，進而較佳為12.0%以下。
MgO成分、CaO成分及SrO成分係於含有超過0%之情形時提高玻璃的折射率之成分，係本發明之化學強化光學玻璃中的任意成分。 另一方面，藉由將MgO成分、CaO成分及SrO成分各自的含量設為20.0%以下，能夠抑制化學強化時因鹽浴所致之硬度降低。因此，MgO成分、CaO成分及SrO成分各自的含量的上限較佳為20.0%以下，更佳為15.0%以下，進而較佳為10.0%以下。 尤其是，就生產性之觀點而言，能夠減少失透性惡化，因此較理想為將CaO成分設為較佳為未達0.5%、更佳為未達0.3%。
ZnO成分係於含有超過0%之情形時提高玻璃的折射率之成分，係本發明之化學強化光學玻璃中的任意成分。 另一方面，藉由將ZnO成分的含量設為15.0%以下，能夠抑制化學強化時因鹽浴所致之硬度降低。因此，ZnO成分的含量的上限較佳為15.0%以下，更佳為10.0%以下，進而較佳為未達8.0%。
Al 2O 3成分係於含有超過0%之情形時對於提高玻璃的化學耐久性、提升熔融玻璃的耐失透性而言有效的成分，係本發明之化學強化光學玻璃中的任意成分。 另一方面，藉由將Al 2O 3成分的含量設為15.0%以下，能夠降低玻璃的液相溫度，減少因過量含有所致之失透。因此，Al 2O 3成分的含量的上限較佳為15.0%以下，更佳為10.0%以下，進而較佳為5.0%以下。
ZrO 2成分係於含有超過0%之情形時提高玻璃的折射率之成分，係本發明之化學強化光學玻璃中的任意成分。 另一方面，藉由將ZrO 2成分的含量設為15.0%以下，能夠減少因含有過量ZrO 2成分所致之失透。因此，ZrO 2成分的含量的上限較佳為15.0%以下，更佳為10.0%以下，進而較佳為5.0%以下。
B 2O 3成分係於含有超過0%之情形時能夠促進形成穩定的玻璃、提高耐失透性之任意成分。 另一方面，藉由將B 2O 3成分的含量設為15.0%以下，能夠減少因含有過量B 2O 3成分所致之失透。因此，B 2O 3成分的含量的上限較佳為15.0%以下，更佳為10.0%以下，進而較佳為5.0%以下。
La 2O 3成分、Gd 2O 3成分、Y 2O 3成分及Yb 2O 3成分係藉由含有至少任一種成分超過0%而能夠提高折射率且減小部分色散比之任意成分。 另一方面，若含有大量La 2O 3成分、Gd 2O 3成分、Y 2O 3成分及Yb 2O 3成分，則液相溫度下降，使玻璃失透。 尤其是，藉由將La 2O 3成分、Gd 2O 3成分、Y 2O 3成分及Yb 2O 3成分各自的含量設為10.0%以下，能夠減少失透，且能夠減少著色。因此，La 2O 3成分、Gd 2O 3成分、Y 2O 3成分及Yb 2O 3成分各自的含量的上限較佳為10.0%以下，更佳為8.0%以下，進而較佳為5.0%以下，最佳為3.0%以下。
WO 3成分係可提高折射率、降低阿貝數、且提高玻璃原料的熔解性之任意成分。 另一方面，藉由將WO 3成分的含量設為10.0%以下，能夠使玻璃的部分色散比不易上升，且可減少玻璃之著色而提高內部穿透率。因此，WO 3成分的含量的上限較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，最佳為1.0%以下。
P 2O 5成分係可提高玻璃的穩定性之任意成分。 另一方面，藉由將P 2O 5成分的含量設為5.0%以下，能夠減少因含有過量P 2O 5成分所致之部分色散比上升。因此，P 2O 5成分的含量的上限較佳為5.0%以下，更佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。
Ta 2O 5成分係提高折射率、降低阿貝數及部分色散比、且提高耐失透性之任意成分。 尤其是，藉由將Ta 2O 5成分的含量設為10.0%以下，作為稀有礦物資源之Ta 2O 5成分的使用量減少，且玻璃容易以更低溫熔解，因此能夠減少玻璃之生產成本。另外，藉此能夠減少因含有過量Ta 2O 5成分所致之玻璃之失透。因此，Ta 2O 5成分的含量的上限較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。尤其是，就減少玻璃的材料成本之觀點而言，亦可不含有Ta 2O 5成分。
GeO 2成分係能夠提高折射率且減少失透之任意成分。藉由將GeO 2成分的含量設為10.0%以下，價格昂貴的GeO 2成分的使用量減少，因此能夠減少玻璃的材料成本。因此，GeO 2成分的含量的上限較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。
Ga 2O 3成分係能夠提高折射率且提升耐失透性之任意成分。 另一方面，藉由將Ga 2O 3成分的含量設為10.0%以下，能夠減少因含有過量Ga 2O 3成分所致之失透。因此，Ga 2O 3成分的含量的上限較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。
Bi 2O 3成分係能夠提高折射率、降低阿貝數、且能夠降低玻璃轉移點之任意成分。藉由將Bi 2O 3成分的含量設為10.0%以下，能夠使部分色散比不易上升，且能夠減少玻璃之著色而提高內部穿透率。因此，Bi 2O 3成分的含量的上限較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，更佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。
TeO 2成分係能夠提高折射率、降低部分色散比、且能夠降低玻璃轉移點之任意成分。藉由將TeO 2成分的含量設為10.0%以下，能夠減少玻璃之著色而提高內部穿透率。另外，藉由減少價格昂貴之TeO 2成分之使用，可獲得材料成本更低之玻璃。因此，TeO 2成分的含量的上限較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，更佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。尤其是，就減少玻璃的材料成本之觀點而言，亦可不含有TeO 2成分。
SnO 2係能夠將熔解之玻璃澄清(脫泡)且可提高玻璃的可見光穿透率之任意成分。藉由將SnO 2的含量設為1.0%以下，能夠使熔融玻璃之還原所致之玻璃之著色、玻璃之失透變得不易產生。另外，SnO 2與熔解設備(尤其是Pt等貴金屬)之合金化減少，因此能夠實現熔解設備之長壽命化。因此，SnO 2的含量的上限較佳為1.0%以下，更佳為0.5%以下，進而較佳為0.1%以下。
Sb 2O 3成分係於含有超過0%之情形時能夠使熔融玻璃脫泡之任意成分。 另一方面，藉由將Sb 2O 3成分的含量設為1.0%以下，可抑制可見光區域之短波長區域中之穿透率之降低、玻璃之曝曬作用(solarization)、內部品質之降低。因此，Sb 2O 3成分的含量可設為較佳為1.0%以下，更佳為未達1.0%，更佳為未達0.7%，進而較佳為0.5%以下，最佳為0.4%以下。
於Rn 2O成分(式中，Rn為選自由Li、Na、K所組成之群組中的1種以上)的含量之和(質量和)含有5.0%以上之情形時，能夠提升玻璃的熔融性。因此，Rn 2O成分之和的下限較佳為5.0%以上，更佳為7.0%以上，進而較佳為10.0%以上。 另一方面，藉由Rn 2O成分的含量之和(質量和)設為30.0%以下，可抑制折射率降低，且能夠減少因過量含有所致之失透。因此，上限較佳為30.0%以下，更佳為25.0%以下，進而較佳為23.0%以下，最佳為20.0%以下。
於RO成分(式中，R為選自由Mg、Ca、Sr、Ba所組成之群組中的1種以上)的含量之和設為超過0%之情形時，能夠提升低溫熔融性。因此，RO成分的含量之和的下限較佳為超過0%，更佳為1.0%以上，進而較佳為2.0%以上。 另一方面，為了抑制因過量含有所致之耐失透性降低，RO成分的含量之和較佳為20.0%以下。因此，RO成分的質量和的上限較佳為20.0%以下，更佳為15.0%以下，更佳為14.0%以下，進而較佳為13.0%以下。
於Ln 2O 3成分(式中，Ln為選自由La、Gd、Y、Yb所組成之群組中的1種以上)的含量之和(質量和)含有超過0%之情形時，能夠容易獲得高折射率。 另一方面，藉由Ln 2O 3成分的含量之和(質量和)設為15.0%以下，能夠減少因過量含有所致之失透。因此，上限較佳為15.0%以下，更佳為10.0%以下，進而較佳為5.0%以下。
於質量和TiO 2＋BaO＋Nb 2O 5設為30.0%以上之情形時，能夠提高折射率。因此，質量和TiO 2＋BaO＋Nb 2O 5的下限較佳為30.0%以上，更佳為33.0%以上，進而較佳為35.0%以上。 另一方面，藉由質量和TiO 2＋BaO＋Nb 2O 5設為60.0%以下，能夠抑制玻璃對於可見光(尤其是波長500nm以下)之穿透率降低。因此，質量和TiO 2＋BaO＋Nb 2O 5的上限較佳為60.0%以下，更佳為57.0%以下，進而較佳為55.0%以下，最佳為未達50.0%。
於質量比K 2O/Na 2O設為超過0之情形時，能夠使化學強化容易進行。因此，質量比K 2O/Na 2O的下限較佳為超過0，更佳為0.10以上，進而較佳為0.20以上。 另一方面，藉由將質量比K 2O/Na 2O設為1.00以下，能夠減少玻璃之失透。因此，質量比K 2O/Na 2O的上限較佳為1.00以下，更佳為0.95以下，更佳為0.90以下。
於質量和Nb 2O 5＋BaO設為8.0%以上之情形時，能夠抑制化學強化時因鹽浴所致之硬度降低。因此，質量和Nb 2O 5＋BaO的下限較佳為8.0%以上，更佳為超過10.0%，更佳為13.0%以上，進而較佳為15.0%以上。 另一方面，藉由質量和Nb 2O 5＋BaO設為30.0%以下，能夠減少玻璃的失透性惡化。因此，質量和Nb 2O 5＋BaO的上限較佳為30.0%以下，更佳為27.0%以下，進而較佳為25.0%以下。
於質量和SiO 2＋RO設為35.0%以上之情形時，能夠製作穩定的光學玻璃。因此，質量和SiO 2＋RO的下限較佳為35.0%以上，更佳為38.0%以上，進而較佳為40.0%以上。 另一方面，藉由質量和SiO 2＋RO設為60.0%以下，能夠抑制折射率降低，並且能夠使化學強化容易發生。因此，質量和SiO 2＋RO的上限較佳為60.0%以下，更佳為57.0%以下，進而較佳為54.0%以下。
於質量和SiO 2＋TiO 2＋Na 2O設為50.0%以上之情形時，能夠穩定地製作高折射率且能夠化學強化之玻璃。因此，質量和SiO 2＋TiO 2＋Na 2O的下限較佳為50.0%以上，更佳為55.0%以上，更佳為60.0%以上，進而較佳為63.5%以上。 另一方面，藉由質量和SiO 2＋TiO 2＋Na 2O設為90.0%以下，能夠減少玻璃的失透性惡化。因此，質量和SiO 2＋TiO 2＋Na 2O的上限較佳為90.0%以下，更佳為85.0%以下，進而較佳為81.0%以下。
於質量和SiO 2＋Na 2O＋BaO設為45.0%以上之情形時，能夠穩定地製作能夠化學強化之光學玻璃。因此，質量和SiO 2＋Na 2O＋BaO的下限較佳為45.0%以上，更佳為48.0%以上，更佳為50.0%以上，進而較佳為51.5%以上。 另一方面，藉由質量和SiO 2＋Na 2O＋BaO設為70.0%以下，能夠抑制折射率降低。因此，質量和SiO 2＋Na 2O＋BaO的上限較佳為70.0%以下，更佳為68.0%以下，進而較佳為65.0%以下。
於質量比(ZrO 2＋Na 2O)/BaO設為0.20以上之情形時，成為提升熔融性且失透性良好的玻璃材料。因此，質量比(ZrO 2＋Na 2O)/BaO的下限較佳為0.20以上，更佳為0.50以上，進而較佳為0.60以上，進而較佳為0.80以上。 另一方面，藉由將質量比(ZrO 2＋Na 2O)/BaO設為20.0以下，能夠防止因成分之過度添加所致之失透性惡化。因此，質量比(ZrO 2＋Na 2O)/BaO的上限較佳為20.0以下，更佳為18.0以下，更佳為15.0以下，進而較佳為13.0以下。 尤其是，就化學強化之觀點而言，為了容易藉由化學強化而實現硬度上升，較理想為將質量比(ZrO 2＋Na 2O)/BaO設為超過0.86。
於質量和SiO 2＋Na 2O設為33.0%以上之情形時，能夠穩定地製作能夠化學強化之光學玻璃。因此，質量和SiO 2＋Na 2O的下限較佳為33.0%以上，更佳為35.0%以上，進而較佳為38.0%以上。 另一方面，藉由質量和SiO 2＋Na 2O設為65.0%以下，能夠抑制折射率降低。因此，質量和SiO 2＋Na 2O的上限較佳為65.0%以下，更佳為60.0%以下，進而較佳為58.0%以下，最佳為55.0%以下。
[製造方法] 本發明之化學強化光學玻璃例如以如下方式製作。亦即，將氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽及氫氧化物等原料以各成分成為預定含量範圍內之方式均勻混合，將所製作之混合物投入至鉑坩堝中，根據玻璃組成的熔融難易度，利用電爐於1200℃至1500℃之溫度範圍內熔融1小時至4小時，進行攪拌均質化後，降至適當溫度後澆鑄至模具中，並進行緩冷，藉此來製作，然後進行化學強化。
[化學強化] 玻璃中的化學強化玻璃係藉由被稱為化學強化法或Chemical強化法、及離子交換強化法等之用以使玻璃表面強化之方法進行了強化後的玻璃。對於本發明之化學強化光學玻璃，對玻璃表面實施離子交換處理，形成殘留有壓縮應力之表面層(壓縮應力層)，藉此將玻璃表面強化。離子交換一般以玻璃轉移點以下之溫度藉由離子交換將玻璃表面的離子半徑小的鹼金屬離子(典型地為鋰離子、鈉離子)置換為離子半徑更大的鹼金屬離子(典型地，相對於鋰離子為鈉離子或鉀離子，相對於鈉離子為鉀離子)。藉此，於玻璃的表面殘留壓縮應力，使得玻璃的強度提升。
化學強化法例如可利用如下步驟來實施。使玻璃母材接觸或浸漬於含有鉀或鈉之鹽、例如硝酸鉀(KNO 3)、硝酸鈉(NaNO 3)或這些鹽之混合鹽或複合鹽之熔鹽。使玻璃母材接觸或浸漬於該熔鹽之處理(化學強化處理)可以一階段進行處理亦可以兩階段進行處理。
例如，於兩階段化學強化處理之情形時，第一，使玻璃母材接觸或浸漬於以370℃至550℃加熱後的鈉鹽或鉀與鈉之混合鹽1分鐘至1440分鐘、較佳為90分鐘至800分鐘。繼而，第二，使玻璃母材接觸或浸漬於以350℃至550℃加熱後的鉀鹽或鉀與鈉之混合鹽1分鐘至1440分鐘、較佳為60分鐘至800分鐘。 於一階段化學強化處理之情形時，使玻璃母材接觸或浸漬於以370℃至550℃加熱後的含有鉀或鈉之鹽或這些鹽之混合鹽1分鐘至1440分鐘、較佳為60分鐘至800分鐘。
關於熱強化法，並無特別限定，例如將玻璃母材加熱為300℃至600℃後，實施水浴冷卻及／或空氣冷卻等急速冷卻，藉此可利用玻璃基板的表面與內部的溫差而形成壓縮應力層。此外，藉由與上述化學處理法組合，亦能夠更有效地形成壓縮應力層。
關於離子佈植法，並無特別限定，例如以母材表面未被破壞之程度之加速能量、加速電壓使任意離子碰撞玻璃母材表面，藉此將離子佈植至母材表面。然後，視需要進行熱處理，藉此可與其他方法同樣地於表面形成壓縮應力層。
[折射率及阿貝數] 本發明之化學強化光學玻璃較佳為具有高折射率。尤其是，本發明之化學強化光學玻璃的折射率(nd)的下限較佳為1.65以上，更佳為1.67以上，進而較佳為1.68以上。 另一方面，該折射率的上限較佳為1.85以下，更佳為1.83以下，更佳為1.80以下，進而較佳為1.79以下。 另外，本發明之化學強化光學玻璃的阿貝數(νd)的下限較佳為20.0以上，更佳為22.0以上，進而較佳為23.0以上。另一方面，該阿貝數的上限較佳為33.0以下，更佳為30.0以下，進而較佳為28.0以下。
本發明之光學玻璃較佳為可見光穿透率、尤其是可見光中短波長側的光的穿透率高，藉此著色少。 尤其是，利用本發明之光學玻璃中的厚度10mm之樣品顯示分光穿透率5%之最短波長(λ 5)的上限較佳為400nm以下，更佳為390nm以下，進而較佳為380nm以下。 藉由這些設定，玻璃的吸收端成為紫外區域或其附近，玻璃對於可見光之透明性得以提高，因此可將該光學玻璃較佳地用於透鏡等使光穿透之光學元件。
[比重] 就有助於光學元件或光學機器之輕量化之觀點而言，本發明之光學玻璃的比重的上限較佳為4.00以下，更佳為3.80以下，更佳為3.50以下，進而較佳為3.30以下。 另一方面，本發明之光學玻璃的比重多數情況下為約2.00以上，更詳細地為2.50以上，進而詳細地為3.00以上。
針對結晶化玻璃基板，利用以下方法進行使用砂紙之落球試驗。該落球試驗係模擬掉落至瀝青上。 於SUS製之基台上鋪設粗糙度#180之砂紙，放置結晶化玻璃基板(φ36×2mm)。然後，使16.0g之SUS製鐵球從距離基板60mm(6cm)之高度自由掉落至基板。掉落後，若基板未被破壞，則使高度升高20mm(2cm)，繼續同樣之試驗並利用目視來進行觀察，直至結晶化玻璃基板被破壞為止。此處，破壞係表示於目視下有裂斷、龜裂、缺損、裂紋(破裂)。試驗係各進行3次，算出破壞前的高度的平均值。 就有助於可穿戴終端、車載用相機等的耐衝擊性之觀點而言，於本發明中，較佳為於使16.0g之SUS球掉落之砂紙落球試驗中，玻璃基板具備8cm以上之耐衝擊性。因此，本發明之化學強化光學玻璃於使16.0g之SUS球掉落之砂紙落球試驗中，具備8cm以上、更佳為12cm以上、進而較佳為14cm以上之耐衝擊性。 另外，本發明之實施例之化學強化光學玻璃較佳為於使16.0g之SUS球掉落之砂紙落球試驗中，具有[玻璃基板未被破壞之高度(化學強化後)]－[玻璃基板未被破壞之高度(化學強化前)]≧2.0cm之耐衝擊性。因此，本發明之化學強化光學玻璃的[玻璃基板未被破壞之高度(化學強化後)]－[玻璃基板未被破壞之高度(化學強化前)]較佳為2.0cm以上，更佳為2.5cm以上，更佳為3.0cm以上，進而較佳為4.0cm以上。
於以下之實施例中，以例示為目的詳細地說明本發明。然而，應注意這些實施例僅以例示為目的，可不脫離本發明之主旨及範圍而由業者進行各種改變。
作為實施例(No.1至No.9)及比較例1，製作如表1所例舉之各種組成的玻璃。作為各成分的原料，均選定各自相應的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氟化物、偏磷酸化合物等通常化學強化光學玻璃中所使用之高純度原料，以成為表1所示之各實施例的組成的比率之方式稱量並混合後，投入至鉑坩堝中，根據玻璃組成的熔融難易度利用電爐於1200℃至1400℃之溫度範圍內歷時1小時至4小時進行熔解，攪拌均質化後，降至適當溫度，然後澆鑄至模具等，進行緩冷而獲得。針對這些玻璃分別測定折射率(nd)、阿貝數(νd)、穿透率(λ5)、比重，測定結果示於表1。
玻璃的折射率(nd)及阿貝數(νd)係依據JIS B 7071-2:2018中所規定之V形塊法，以對於氦燈之d射線(587.56nm)之測定值表示。另外，阿貝數(νd)係使用上述d射線之折射率、對於氫燈之F射線(486.13nm)之折射率(n F)、對於C射線(656.27nm)之折射率(n C)之值，根據阿貝數(νd)＝[(nd－1)/(n F－n C)]之式算出。 此處，折射率(nd)及阿貝數(νd)係藉由對將緩冷降溫速度設為-25℃/hr而獲得之玻璃進行測定而求出。
玻璃的穿透率係依據日本光學玻璃工業會標準JOGIS02-2019來測定。此外，於本發明中，藉由測定玻璃的穿透率，來求出玻璃的著色的有無及程度。具體而言，針對厚度10±0.1mm之對面平行研磨品，依據JISZ8722測定200nm至800nm之分光穿透率，求出分光穿透率顯示5%之波長(λ5)。
實施例及比較例之玻璃的比重ρ係基於日本光學玻璃工業會標準JISZ8807:2012「光學玻璃的比重的測定方法」來測定。
使玻璃基板於硝酸鉀(KNO 3)浴(K浴)或硝酸鈉(NaNO 3)浴(Na浴)中以表2中所記載之溫度及時間浸漬。然後，為了確認是否於玻璃基板的表面形成表面壓縮應力層，自玻璃基板的最表面至內部於垂直深度方向上進行EDX(Energy Dispersive X-Ray，能量分散型X射線)射線分析。EDX射線分析中使用日本電子公司製造的掃描型電子顯微鏡(JSM-IT700HR)。實施例5-A及實施例7-B之EDX射線分析結果中起因於鈉及鉀之特性X射線強度比(ratio)之變化分別示於圖1及圖2。另外，於圖1及圖2中，橫軸表示距離玻璃基板表面之深度。關於起因於鉀之特性X射線強度比(ratio)，可知玻璃基板的最表面最大，且減少至深度10μm左右。另一方面，關於起因於鈉之特性X射線強度，可知增加至距離玻璃基板最表面深度10μm左右。根據圖1及圖2之起因於鉀及鈉之特性X射線強度比(ratio)之變化，確認到玻璃基板的最表面藉由鹽浴進行了離子交換。
另外，針對這些玻璃，使16.0g之SUS球掉落之砂紙落球試驗的結果示於表2。
[表1]
wt% 實施例 比較例
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
SiO 2 31.92 31.92 36.22 36.20 36.50 28.92 35.92 45.87 36.90 39.65
B 2O 3                   14.01
Al 2O 3   4.00         3.00     4.79
Y 2O 3                    
La 2O 3                    
TiO 2 28.91 28.91 29.14 29.13 29.37 34.91 17.91 21.88 28.89 0.02
ZrO 2       3.18 3.21   3.00   3.16  
Nb 2O 5 8.50 8.50 8.58 8.57 8.64 8.50 13.50 7.49 9.21  
WO 3                    
MgO                 3.00  
CaO                 1.00  
BaO 11.64 11.64 11.74 7.77 7.83 11.64 11.64 11.33   41.03
Li 2O     0.77              
Na 2O 14.00 10.00 8.48 10.08 11.78 11.00 10.00 8.99 10.41 0.22
K 2O 5.00 5.00 5.04 5.04 2.63 5.00 5.00 4.00 7.41  
Sb 2O 3 0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.45 0.03 0.30
總計 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
折射率(nd) 1.7552 1.7595 1.7701 1.7674 1.7717 1.8119 1.7175 1.6971 1.7470 1.5891
阿貝數(νd) 27.30 26.10 26.25 25.91 25.80 24.00 30.04 30.79 26.68 61.14
穿透率(λ5) 362 368 368 370 371 371 361 370 368 300
比重(ρ) 3.18 3.16 3.18 3.13 3.15 3.26 3.17 3.03 2.98 3.31
[表2]
玻璃組成 No. 化學強化條件 落球試驗 n＝3平均值 [未被破壞之高度(化學強化後)]－[未被破壞之高度(化學強化前)]
實施例3 - 未經強化 13.3 -
實施例3-A Na浴430℃6h K浴430℃6h 15.3 2.0
實施例3-B Na浴480℃6h K浴480℃6h 16.7 3.3
實施例5 - 未經強化 10.7 -
實施例5-A K浴450℃6h 15.3 4.7
實施例6 - 未經強化 10.0 -
實施例6-A K浴400℃7h 12.0 2.0
實施例6-B K浴450℃7h 12.7 2.7
實施例7 - 未經強化 10.7 -
實施例7-A K浴400℃7h 12.7 2.0
實施例7-B K浴450℃7h 14.0 3.3
比較例 - 未經強化 12.0 -
比較例A K浴400℃6h 6.0 -6.0
顯然本發明之實施例之化學強化光學玻璃顯示高折射率，並且於使16.0g之SUS球掉落之砂紙落球試驗中具備8cm以上之耐衝擊性。 另外，顯然本發明之實施例之化學強化光學玻璃顯示高折射率，並且於使16.0g之SUS球掉落之砂紙落球試驗中具備[玻璃基板未被破壞之高度(化學強化後)]－[玻璃基板未被破壞之高度(化學強化前)]≧2.0cm之耐衝擊性。
[圖1]係實施例5-A之斷裂面之EDX射線分析結果。 [圖2]係實施例7-B之斷裂面之EDX射線分析結果。

Claims (7)

  1. 一種化學強化光學玻璃，於表面具有壓縮應力層； 以氧化物換算之質量%計含有： SiO 2成分20.0%至50.0%； TiO 2成分10.0%至45.0%； Na 2O成分0.1%至20.0%； 折射率(nd)為1.65至1.85； 於使16.0g之不鏽鋼球掉落之砂紙落球試驗中具備8cm以上之耐衝擊性。
  2. 一種化學強化光學玻璃，於表面具有壓縮應力層； 以氧化物換算之質量%計含有： SiO 2成分20.0%至50.0%； TiO 2成分10.0%至45.0%； Na 2O成分0.1%至20.0%； 折射率(nd)為1.65至1.85； 於使16.0g之不鏽鋼球掉落之砂紙落球試驗中具備以下之耐衝擊性： (化學強化後玻璃基板未被破壞之高度)－(化學強化前玻璃基板未被破壞之高度)≧2.0cm。
  3. 如請求項1所記載之化學強化光學玻璃，其中以氧化物換算之質量%計進而含有： Nb 2O 5成分3.0%至20.0%； BaO成分0%至20.0%。
  4. 如請求項2所記載之化學強化光學玻璃，其中以氧化物換算之質量%計進而含有： Nb 2O 5成分3.0%至20.0%； BaO成分0%至20.0%。
  5. 如請求項1至4中任一項所記載之化學強化光學玻璃，其中以氧化物換算之質量%計進而含有： Al 2O 3成分0%至15.0%； ZrO 2成分0%至15.0%； Li 2O成分0%至10.0%； K 2O成分0%至15.0%； Sb 2O 3成分0%至1.0%。
  6. 如請求項1至4中任一項所記載之化學強化光學玻璃，阿貝數(νd)為20.0至33.0。
  7. 如請求項5所記載之化學強化光學玻璃，阿貝數(νd)為20.0至33.0。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5245616A (en) * 1975-10-08 1977-04-11 Tokyo Shibaura Electric Co Process for tempering high refractive indexed glass
JPS5291010A (en) * 1976-01-28 1977-08-01 Tokyo Shibaura Electric Co Glass products of high refraction index
DE2824982C3 (de) * 1978-06-07 1981-04-30 Jenaer Glaswerk Schott & Gen., 6500 Mainz Hochbrechende optische Gläser des Systems SiO↓2↓-B↓2↓O↓3↓-TiO↓2↓- ZrO↓2↓-BaO-Nb↓2↓O↓5↓-Li↓2↓O mit geringer Dichte von s = 3,4 - 3,7 für Fernteil- und Nahteil-Brillengläser mit Brechwerten n↓D↓ = 1,79 - 1,81 und Dispersionen v↓D↓ = 31 - 29
DE3206226A1 (de) * 1982-02-20 1983-09-01 Schott Glaswerke, 6500 Mainz Optisches und ophthalmisches glas mit brechwerten >=1,56, abbezahlen von >=40 und dichten <=2,70 q/cm (pfeil hoch)3(pfeil hoch)
JPS605037A (ja) * 1983-06-20 1985-01-11 Ohara Inc 光学ガラス
CN108290771A (zh) * 2015-11-24 2018-07-17 旭硝子株式会社 光学玻璃
WO2018051754A1 (ja) * 2016-09-14 2018-03-22 旭硝子株式会社 強化レンズおよび強化レンズの製造方法
CN108069591A (zh) * 2017-12-13 2018-05-25 成都光明光电股份有限公司 玻璃组合物及化学钢化玻璃
CN107963808B (zh) * 2017-12-13 2022-01-25 成都光明光电股份有限公司 玻璃组合物及化学钢化玻璃

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