CN105366938B - 玻璃、光学玻璃、模压成型用玻璃坯料和光学元件 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的为提供透过率优异的玻璃、光学玻璃、模压成型用玻璃坯料和光学元件。本发明涉及一种玻璃,其是含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的至少任一种氧化物作为玻璃成分的玻璃,其中,所述TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为20摩尔%以上,下述式(1)所示的βOH值满足由下述式(2)表示的关系。βOH=‑[ln(B/A)]/t···(1)βOH≥0.4891×ln(1/HR)+2.48···(2)
Description
本申请是分案申请,其原申请的申请号为201380032938.5,申请日为2013年6月21日,发明名称为“玻璃、光学玻璃、模压成型用玻璃坯料和光学元件”。
技术领域
本发明涉及透过率优异的玻璃、光学玻璃、模压成型用玻璃坯料和光学元件。
背景技术
近年来,伴随着摄像光学***或投射光学***等装置的高性能化、小型化,作为有效的光学元件的材料,对高折射率的光学玻璃的需求正在提高。
通常高折射率的光学玻璃大量含有Ti、Nb、W、Bi等高折射率成分作为玻璃成分。这些成分容易在玻璃的熔融过程中被还原,被还原的这些成分会吸收可见光区域的短波长侧的光,因此玻璃的着色(以下有时称为“还原色”)增加。
另外,上述容易被还原的高折射率成分会与被广泛用作坩埚材料的铂等贵金属材料发生反应(氧化),成为由贵金属被氧化而产生的贵金属离子融入熔融玻璃中的原因。融入熔融玻璃中的贵金属离子会吸收可见光,因此玻璃的着色增加。
如上所述,在大量含有高折射率成分的高折射率光学玻璃中存在着玻璃的着色、尤其是可见区域的短波长侧的透过率容易下降这样的问题。作为解决上述问题的手段,在专利文献1中提出了下述技术:在玻璃熔融中进行非氧化性气体的鼓泡(bubbling)的技术、和通过将暂时得到的玻璃再次加热来进行热处理的技术。
但是,在对大量含有Ti、Nb、W、Bi等高折射率成分的玻璃进行熔融时,若利用专利文献1所述的一氧化碳、氢等还原性气体进行鼓泡,则作为氧化物而添加的高折射率成分会被还原而金属化,与构成熔融容器的铂等金属材料形成合金,会产生熔融容器的强度、耐久性显著下降这样的问题。另外,氦或氩等惰性气体的价格高,因此从生产成本的增加的观点出发,存在不适合长时间的鼓泡的问题。
另外,玻璃的熔融通常在大气气氛中进行,因此大气中的氧有时与作为熔融容器的材料的铂等贵金属材料反应。尤其是熔融容器为铂系材料的情况下,有时生成二氧化铂(PtO2)并融入熔融物中、或从熔融物与铂系材料的界面以铂离子(Pt4+)的形式融入熔融物,由此有时会产生玻璃的着色。
因此,仅利用专利文献1这样的进行非氧化性气体的鼓泡的技术,无法充分抑制铂等贵金属融入玻璃中,仍然难以大幅降低高折射率光学玻璃的着色。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-246344号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的为提供透过率优异的玻璃、光学玻璃、模压成型用玻璃坯料和光学元件。
用于解决问题的手段
本发明人为了达成上述目的而反复进行了深入研究,结果发现,通过对玻璃的βOH值、与玻璃中含有的TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的各成分的含量的总量(摩尔%)(以下有时仅称为“高折射率成分的含量”)进行控制以使它们满足规定的关系,从而可以达成其目的,本发明基于上述见解而完成。
即,本发明的要点如下所述。
[1].一种玻璃,其是含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的至少任一种氧化物作为玻璃成分的玻璃,其中,所述TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为20摩尔%以上,下述式(1)所示的βOH值满足由下述式(2)表示的关系。
βOH=-[ln(B/A)]/t···(1)
βOH≥0.4891×ln(1/HR)+2.48···(2)
[式(1)中,t表示外部透过率测定中所使用的所述玻璃的厚度(mm);A表示相对于所述玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对波长2500nm的外部透过率(%);B表示对于所述玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对波长2900nm的外部透过率(%)。式(2)中,HR表示所述玻璃中的TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的各成分的含量的总量(摩尔%)。并且,式(1)和式(2)中,ln为自然对数。]
[2].如上述[1]所述的玻璃,其中,贵金属的含量为4ppm以下。
[3].如上述[1]或[2]所述的玻璃,其中,含有P2O5作为所述玻璃成分。
[4].一种光学玻璃,其是由上述[1]~[3]任一项所述的玻璃构成的。
[5].一种模压成型用玻璃坯料,其是由上述[4]所述的光学玻璃构成的。
[6].一种光学元件,其是由上述[4]所述的光学玻璃构成的。
发明效果
对于本发明的玻璃,按照玻璃的βOH值与高折射率成分的含量满足规定关系的方式进行了控制,从而能够显著地改善透过率。另外,可以大幅降低铂等贵金属融入玻璃中的量。
附图说明
图1以流程图来表示本发明的一个实施方式所涉及的从批次(batch)原料的调合到玻璃的制造为止的工序。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的试料的βOH和高折射率成分(HR)的关系的图。
图3为表示在本发明的第2变形例中,在使由表1所示的组成构成的No.1玻璃的βOH值变化的情况下的、外部透过率(T450)对于βOH值的变化的图,其中,外部透过率(T450)为对于厚度为5mm的No.1玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对于波长450nm的外部透过率。
图4为表示在本发明的第3变形例中,在使由表2所示的组成构成的No.3玻璃的βOH值变化的情况下的、外部透过率(T450)对于βOH值的变化的图,其中,外部透过率(T450)为对于厚度为5mm的No.3玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对于波长450nm的外部透过率。
图5是表示本发明的第1变形例所涉及的试料的βOH和折射率nd的关系的图。
具体实施方式
玻璃
本发明涉及的玻璃是含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的至少任一种氧化物(以下有时仅称为“高折射率成分”)作为玻璃成分的玻璃,其特征在于,所述TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为20摩尔%以上,下述式(1)所示的βOH值满足由下述式(2)表示的关系。
βOH=-[ln(B/A)]/t···(1)
βOH≥0.4891×ln(1/HR)+2.48···(2)
此处,上述式(1)中,t表示外部透过率测定中所使用的所述玻璃的厚度(mm);A表示对于所述玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对于波长2500nm的外部透过率(%);B表示对于所述玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对于波长2900nm的外部透过率(%)。并且,上述式(1)和式(2)中,ln为自然对数。βOH的单位为mm-1。
需要说明的是,“外部透过率”是指透过玻璃的透过光的强度Iout相对于入射至玻璃的入射光的强度Iin之比(Iout/Iin),即其是也考虑到玻璃表面处的表面反射的透过率;后述的“内部透过率”是指没有玻璃表面处的表面反射时的透过率(即构成玻璃的玻璃材料自身的透过率)。这些不同的透过率可以使用分光光度计并通过测定透过光谱来得到。
另外,上述式(2)中,HR表示所述玻璃中的TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的各成分的含量的总量(摩尔%)。为了得到高折射率玻璃,使TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为20摩尔%以上、即HR的值为20以上。HR的下限优选为25、更优选为30、进一步优选为35。另外,HR的上限优选为85、更优选为80、进一步优选为75。
另外,本实施方式所涉及的玻璃中,上述式(1)所示的βOH值优选满足由下述式(3)表示的关系、更优选满足由下述式(4)表示的关系、进一步优选满足由下述式(5)表示的关系。
βOH≥0.4891×ln(1/HR)+2.50···(3)
βOH≥0.4891×ln(1/HR)+2.53···(4)
βOH≥0.4891×ln(1/HR)+2.58···(5)
另外,βOH上限因玻璃的种类或制造条件而有所不同,只要能够进行调整就无特别限制。若提高βOH,则来自熔融玻璃的挥发物量有增加的倾向,因此,从抑制源于熔融玻璃的挥发的观点出发,βOH优选为10mm-1以下、更优选为8mm-1以下、进一步优选为6mm-1以下、更加优选为5mm-1以下、更进一步优选为4mm-1以下、再更进一步优选为3mm-1以下、再更加进一步优选为2mm-1以下。
上述式(1)所表示的βOH意味着因羟基而产生的吸光度。因此,通过对βOH进行评价,可以对玻璃中所含有的水(和/或氢氧化物离子;以下仅称为“水”)的浓度进行评价。即,βOH高的玻璃意味着玻璃中所含有的水的浓度高。
本实施方式涉及的玻璃中,βOH值满足由上述式(2)所表示的关系。即,本实施方式涉及的玻璃按照玻璃中的水的浓度高于一定的值的方式进行了控制。
对于提高玻璃的βOH的方法没有特别限定,优选可以举出在熔融工序中提高熔融玻璃中的水分量的操作。此处,作为提高熔融玻璃中的水分量的操作,例如可以举出:向熔融气氛加添水蒸汽的处理;或在熔融物内进行含有水蒸汽的气体的鼓泡的处理;等等。
通常,利用这些方法,可以将水导入玻璃中,可以提高βOH,但其提高率因玻璃组成而有所不同。这是因为,玻璃中的吸收水的难易度因玻璃组成而有所不同。
在容易吸收水的玻璃组成的情况下,通过进行如上所述的提高βOH的处理,可以大幅提高玻璃的βOH。但是,在难以吸收水的玻璃组成的情况下,即使进行相同条件的处理,也难以将玻璃的βOH值提高到与容易吸收水的组成的玻璃的相同程度,所得到的玻璃的βOH变低。
另外,在容易吸收水的玻璃组成的情况下,即使是利用通常的制造方法而制作得到的玻璃,也可积极地吸收熔融气氛(大气气氛)中的水分,因此与难以吸收水的玻璃组成相比,βOH值变高。
如此,水在玻璃中的吸收难易度因玻璃组成而存在差异。因此,本发明中,基于因组成而导致的水的吸收难易度的不同来规定上述式(2),并根据玻璃组成来确定βOH的下限。
此处,上述式(2)中,HR表示所述玻璃100摩尔%中的TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的各成分的含量的总量(摩尔%)。
如上所述,因玻璃的组成而存在容易吸水且容易提高βOH的玻璃和并非如此的玻璃。本发明人进行了深入研究,结果发现了玻璃组成中的TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的各成分的比例越高则倾向于越难以吸收水,从而确定了上述式(2)。
对于这样的上述式(2)而言,玻璃在其制造工序中是否接受了提高βOH的处理是有区别的。即,在玻璃的制造工序中,尤其是未接受提高βOH的处理的玻璃(由以往的制造方法制作得到的玻璃)不满足由上述式(2)表示的关系。
然而,对于大量含有Ti、Nb、W、Bi等高折射率成分作为玻璃成分的玻璃而言,通常在玻璃的熔融过程中这些高折射率成分被还原,会吸收可见光区域的短波长侧的光,因此所得到的玻璃存在着色增加的问题。
这种着色(以下有时称为还原色)可通过在氧化性气氛下对玻璃进行再加热处理而得到降低。其原因可以考虑为,还原状态的Ti、Nb、W、Bi等的各离子在氧化性气氛下被再加热处理,从而被氧化,由此减弱了各离子的可见光吸收。
特别是为了在短时间降低着色,需要使热处理时的Ti、Nb、W、Bi等的氧化速度变快,为此,在玻璃中需要存在下述离子,该离子在热处理时可在玻璃中迅速移动、传递电荷、将Ti、Nb、W、Bi等氧化。可以认为,H+作为这种离子是合适的。
此处,本实施方式所涉及的玻璃满足上述式(2)。即,可以说水分充分地导入至玻璃中,源于水的H+大量存在于玻璃中。其结果为,通过再加热处理,H+能够在玻璃中迅速移动、传递电荷,从而将Ti、Nb、W、Bi等各离子有效地氧化。由此,在本实施方式所涉及的玻璃中,可以通过短时间的热处理而显著地降低着色,并且再加热处理后的玻璃具有优异的透过率。
需要说明的是,即使是深着色的玻璃也会透过红外光,因此可以不论玻璃是否着色(还原色的有无)都能够进行βOH的评价。另外,通常情况下,再加热处理是在低于玻璃的软化点的温度进行的,因此玻璃的βOH值在再加热处理前后实质是不发生变化的,在再加热处理的前后均能够进行测定。因此,对于玻璃的βOH,可以使用经过再加热处理(使着色降低的处理)的透明玻璃、以及未经再加热处理的有着深着色的玻璃的任一种玻璃进行测定。
本实施方式的玻璃只要满足上述式(2)就没有特别限定,可以经过再加热处理(使还原色降低的处理)、也可以不经过该处理。
另外,本实施方式涉及的玻璃中,作为玻璃的熔融容器材料或熔融器具材料而使用的铂等贵金属的融入量少。即,本实施方式所涉及的玻璃即使在含有贵金属的情况下,其贵金属的含量也极少。
从降低因贵金属离子导致的玻璃着色、改善透过率、降低曝晒反应(ソラリゼーション、solarization)、减少贵金属杂质等观点出发,玻璃中所含有的贵金属的含量优选为4ppm以下。玻璃中所含有的贵金属的含量的上限值越低越为优选,按照3ppm、2.7ppm、2.5ppm、2.2ppm、2.0ppm、1.8ppm、1.6ppm、1.4ppm、1.2ppm、1.1ppm、1.0ppm、0.9ppm的顺序,上限值越低,则越是更优选的。对于贵金属的含量的下限没有特别限制,但不可避免地含有0.001ppm左右。
作为贵金属,可以例示出:Pt、Au、Rh、Ir等金属单质;Pt合金、Au合金、Rh合金、Ir合金等合金。作为熔融容器材料或熔融器具材料,在贵金属中优选耐热性、耐蚀性优异的Pt或Pt合金。因此,对于使用Pt或Pt合金制的熔融容器、熔融器具制作的玻璃而言,玻璃中所含有的Pt的含量优选为4ppm以下。关于Pt的含量的更优选的上限,其与玻璃中所含有的贵金属的含量的更优选的上限相同。另外,对于Pt的含量的下限没有特别限制,但不可避免地含有0.001ppm左右。
在以下的说明中,以熔融容器为铂(Pt)的情况作为示例,但使用由铂之外的贵金属等金属材料构成的熔融容器等的情况也是同样的。
本实施方式涉及的玻璃在其制造工序中进行了提高熔融玻璃中的水分量的操作。因此,可以减少熔融气氛中的氧分压,防止作为熔融容器(坩埚等)等的材料的铂等贵金属材料的氧化。其结果为,可以有效地防止熔融气氛中的氧与铂材料等反应而生成的二氧化铂或铂离子(Pt4+)融入熔融物(玻璃)中,在得到的玻璃中,Pt的融入量减少。
通常情况下,融入熔融玻璃中的贵金属离子会吸收可见光,因此存在玻璃着色增加的问题。但是,如上所述,本实施方式所涉及的玻璃的Pt含量充分降低,因此由Pt离子导致的着色少、透过率优异。
另外,本实施方式涉及的玻璃在澄清性方面优异。可以认为,通过在玻璃的制造工序(特别是熔融工序)中进行提高熔融玻璃中的水分量的操作,可以提高熔融玻璃中的溶存(dissolved)气体量。其结果为,在本实施方式涉及的玻璃中,因优异的澄清性,可以在其制造工序缩短澄清工序所需的时间、提高生产性。
本实施方式涉及的玻璃可以适当地用作光学玻璃。
通常情况下,高折射率光学玻璃大量含有Ti、Nb、W、Bi等高折射率成分作为玻璃成分,因此如上所述要求减少玻璃的着色(还原色)。
本实施方式的光学玻璃即使在大量含有如上所述的高折射率成分的情况下,也可通过再加热处理高效地去除还原色。另外,本实施方式的光学玻璃可以显著地减少Pt的含量,因此由Pt导致的着色少。这种本实施方式涉及的光学玻璃为高折射率,并且具有优异的透过率。
玻璃的制造方法
接着,作为本实施方式涉及的玻璃,以光学玻璃的制造方法作为示例,参照图1对制造方法的一个示例进行说明。
本实施方式涉及的光学玻璃的制造方法的特征在于,该制造方法具有将调合材料熔融而得到碎玻璃(cullet)1的粗熔(rough melt)工序P1、和对所述碎玻璃1进行再熔融(remelt)而得到玻璃2的再熔融工序P2,并且,在所述粗熔工序和所述再熔融工序的至少任一个工序中,进行提高熔融玻璃中的水分量的操作。
此处,对于提高熔融玻璃中的水分量的操作没有特别限定,例如优选为下述处理中的至少任一种:向熔融气氛加添水蒸汽的处理、以及在熔融物内进行含水蒸汽的气体的鼓泡的处理。
以下,根据图1,给出了一个示例,该示例中,在粗熔工序P1和再熔融工序P2这两个工序中进行向熔融气氛加添水蒸汽的处理,但也可以在粗熔工序P1和再熔融工序P2的任一个工序中进行向熔融气氛加添水蒸汽的处理。
但是,若不进行任何提高熔融玻璃中的水分量的操作而将玻璃保持为熔融状态,则熔融玻璃中的水分量会慢慢减少。因此,为了提高对熔融玻璃进行固化而得到的玻璃的βOH,优选在玻璃制造工序的后半程、即再熔融工序P2中进行提高熔融玻璃中的水分量的操作,尤其是更优选在再熔融工序P2的后半程、即熔融玻璃的均质化工序中进行提高熔融玻璃中的水分量的操作。
进一步,作为提高熔融玻璃中的水分量的操作,可以在粗熔工序P1和再熔融工序P2的任一工序或这两个工序中,在向熔融气氛加添水蒸汽的处理的同时进行向熔融物内鼓入(bubbling)含水蒸汽的气体的处理;或者也可以在粗熔工序P1和再熔融工序P2的任一工序或这两个工序中,替换向熔融气氛加添水蒸汽的处理而仅进行向熔融物内鼓入含水蒸汽的气体的处理。
[粗熔工序P1]
粗熔工序是将调合材料熔融而得到碎玻璃1的工序。
本实施方式涉及的粗熔工序优选具有:工序s1,其中,进行原料调合由此来准备批次原料;工序s2,其中,对所述批次原料进行加热、熔融;工序s3,其中,对熔融物进行骤冷,得到碎玻璃1。
(准备批次原料的工序s1)
首先,按照得到所期望的特性的光学玻璃的方式称量与玻璃成分对应的原材料,充分混合,得到调合材料(批次原料)。
对于混合方法没有特别限定,可以使用公知的方法。可以举出例如使用球磨机或干式混合机而进行的混合。
作为对应于玻璃成分的原料,可以根据玻璃组成而适当选择使用,但可以举出例如氧化物原料、碳酸盐原料、硝酸盐原料、磷酸原料、磷酸盐原料等。
(对批次原料进行加热、熔融的工序s2)
接着,将调合材料投入至粗熔容器中,进行加热、熔融。
用于粗熔的容器或器具可以根据想要制造的玻璃的组成等而适当选择,可以使用例如贵金属制(例如铂制、铂合金制)或石英制的容器或器具。
例如在含有P2O5、和选自TiO2、Nb2O5、WO3以及Bi2O3中的至少一种氧化物的玻璃、即含有高折射率成分的磷酸盐玻璃的情况下,在制造工序中对批次原料进行加热、熔融时,会生成显示出强烈侵蚀性的熔解生成物。这种熔融生成物存在连铂等耐蚀性优异的材料都侵蚀的倾向。因此,铂等贵金属材料因被上述熔融生成物所侵蚀,融入熔融物中,从而存在下述问题:生成杂质、和/或使玻璃的着色增大。
与此相对,石英等耐火物也会被上述熔融生成物侵蚀,但即使被侵蚀而混入到熔融物中,其也会成为玻璃组合物的一部分,因此类似于贵金属那样的问题少。因此,在制造含有高折射率成分的磷酸盐玻璃的情况下,用于粗熔的容器或器具中,石英制等耐火物制的容器或器具是合适的。
另一方面,在制造含有选自B2O3、和TiO2、Nb2O5、WO3以及Bi2O3的至少一种氧化物的玻璃、即高折射率成分的硼酸盐玻璃的情况下,上述磷酸盐玻璃那样的熔融生成物连贵金属材料都侵蚀的问题少。因此,在制造如上所述的含有高折射率成分的硼酸盐玻璃的情况下,用于粗熔的容器或器具中,可以适当使用在玻璃的制造过程中难以受侵蚀的铂制或铂合金制等贵金属制的容器或器具。需要说明的是,硼酸盐玻璃的情况下,石英等耐火物容器有明显受到侵蚀的倾向。
粗熔时的批次原料的熔解温度(粗熔解温度)优选为800℃~1400℃的范围。然而,溶存气体的溶解度会随着熔融物的温度上升而减少,因此,从进一步提高澄清效果的观点出发,粗熔工序中的熔融物的温度优选为与再熔融工序中的碎玻璃的熔融温度(再熔解温度)相同、或小于碎玻璃的熔融温度,特别优选低于再熔融工序中的澄清温度。
另外,粗熔工序中的熔解时间可以通过考虑坩埚的容量、批次原料在坩埚中的投入量而进行适当调整,例如可以使熔解时间为0.1小时~20小时的范围。
对于粗熔工序中的熔融气氛没有特别限定,从提高最终得到的玻璃的βOH的观点出发,优选向熔融气氛加添水蒸汽。
通过向熔融气氛加添水蒸汽,可以将最终得到的光学玻璃的βOH值和高折射率成分的含量控制为满足规定的关系,同时在玻璃的制造工序中,即使使用铂制容器或铂合金制容器来进行熔融的情况下,也可有效地防止Pt等向玻璃融入,并且可以向玻璃供给充分的用于改善澄清性的溶存气体。
对于向熔融气氛加添水蒸汽的方法没有特别限定,可以举出例如下述方法:从设置在熔融装置的开口部将连结导管***坩埚内,根据需要通过该导管向坩埚内的空间供给水蒸汽;等等。
粗熔工序中的熔融可以以熔融物的均质化为目的而伴随有鼓泡。粗熔时的鼓泡也可以在调合材料熔融后继续进行。另外,为了熔融物的均质化,也可利用鼓泡以外的方法来进行熔融物的搅拌。
需要说明的是,粗熔工序为制作作为中间原料的碎玻璃的工序,因此熔融物的均质化并非是必须的。均质化的方法可以根据粗熔工序的形式而适当选择公知的方法。
另外,对用于鼓泡的气体并没有限定,可以使用公知的气体,可以使用市售的气体或生成的气体。
从以下等的观点出发,用于鼓泡的气体优选为含有水蒸汽的气体:将最终得到的光学玻璃的βOH值和高折射率成分的含量控制为满足规定的关系、同时在玻璃的制造工序中,即使使用铂制容器或铂合金制容器来进行熔融的情况下,也可有效地防止Pt等向玻璃融入,并且可以向玻璃供给充分的用于改善澄清性的溶存气体。
这种含有水蒸汽的气体中的水蒸汽的含量优选为10体积%以上、更优选为20体积%以上、进一步优选为30体积%以上、更加优选为40体积%以上、更进一步优选为50体积%以上、再更进一步优选为60体积%以上、再更加进一步优选为70体积%以上、特别优选为80体积%以上、进一步特别优选为90体积%以上。水蒸汽的含量越高越为优选,尤其是使水蒸汽的含量为上述范围,可以将最终得到的光学玻璃的βOH值和高折射率成分的含量控制为满足规定的关系。
(制作碎玻璃的工序s3)
接着,对熔融物进行骤冷,制作得到碎玻璃。
对于熔融物骤冷方法没有特别限定,可以使用公知的方法,可以举出例如:将熔融物滴加至水中,进行冷却、固化,从而制作得到碎玻璃的方法;和使熔融物在耐热板上流出,对熔融物进行冷却、固化,将固形物粉碎从而制作得到碎玻璃的方法;等等。
碎玻璃由玻璃构成,但并不需要为均质的玻璃。另外,碎玻璃可以含有气泡。进一步,还可以含有批次原料的未熔解物。对于碎玻璃的组成、光学特性(例如折射率、阿贝值等)而言,将碎玻璃再熔融而形成均质且不含气泡的玻璃,将该玻璃的组成、光学特性分别作为碎玻璃的组成、光学特性。
碎玻璃的尺寸可以通过考虑保管、转移、和其它后续工序的处理难易度而适当调整。例如,利用将熔融物滴加至水中的方法来进行制作的情况下,可以通过调整滴加量来调整尺寸。另外,利用使熔融物在金属板上流出的方法来进行制作的情况下,可以通过将得到的玻璃粉碎为适当的尺寸来进行调整。
需要说明的是,从防止分离化的观点出发,在使熔融物从粗熔容器流出期间也可继续进行鼓泡。进一步从提高碎玻璃中的溶存气体量、并且提高得到的玻璃的βOH的观点出发,更优选利用含有水蒸汽的气体来进行鼓泡。
(碎玻璃的折射率测定s4)
在熔融物流出的同时,从粗熔容器中捞取一部分熔融物然后进行成型,得到折射率测定用的玻璃试料。并且,对该玻璃试料的折射率进行测定,将所得到的折射率作为碎玻璃的折射率。
碎玻璃的折射率测定并非是必要的工序,但经由该工序,可以精度准确地进行光学玻璃的特性控制,从该观点出发,优选经由该工序。
[再熔融工序P2]
粗熔工序为将碎玻璃1再熔融而得到光学玻璃2的工序。
本实施方式涉及的再熔融工序优选具有:工序s5,其中,对所述碎玻璃1进行调合;工序s6,其中,对所述碎玻璃1进行加热、再熔融;工序s7,其中,进行熔融玻璃的澄清;工序s8,其中,进行熔融玻璃的均质化;工序s9,其中,对熔融物进行成型;以及工序s10,其中,进行缓冷(slow coolng)。
(对碎玻璃1进行调合的工序s5)
碎玻璃优选预先进行折射率测定,折射率的测定值与期望值相等的情况下,将碎玻璃直接作为调合碎玻璃。另一方面,折射率的测定值与期望值存在偏差的情况下,将具有高于期望值的折射率的碎玻璃和具有低于期望值的折射率的碎玻璃混合,从而得到调合碎玻璃。
在本实施方式中,碎玻璃优选满足上述式(2),并且最好为溶存气体量高且澄清作用优异的碎玻璃。即,优选为在熔融工序(粗熔工序)中向熔融气氛加添水蒸汽而制作得到的碎玻璃。通过使用这种碎玻璃,即使例如在再熔融工序中未进行向熔融气氛加添水蒸汽的情况下,也可将玻璃的βOH值和高折射率成分的含量控制为满足规定的关系,可以减少Pt等的融入量,在澄清工序中也可发挥优异的澄清性。
(对碎玻璃1进行加热、再熔融的工序S6)
接着,将调合碎玻璃投入至再熔融容器中,进行加热、熔融。
用于再熔融的容器或器具可以根据想要制造的玻璃的组成等而适当选择,可以使用例如贵金属制(例如铂制、铂合金制)或石英制的容器或器具。其中,从对于熔解时的熔解生成物具有优异的耐蚀性、并具备优异的耐热性的观点出发,优选铂制、铂合金制的容器或器具。
作为进行再熔融工序的装置,可以使用在一个坩埚中进行调合碎玻璃的熔解、澄清、均质化的再熔融装置,除此之外,还可以使用具备多个槽并在各个槽内分别进行熔解、澄清、均质化的再熔融装置。
该装置具备:熔解槽,其用于对调合碎玻璃进行熔解;澄清槽,其用于对熔解得到的熔融玻璃进行澄清的澄清槽;作业槽,其用于在澄清后对熔融玻璃进行均质化同时调整为适合成型的粘度;使熔融玻璃从熔解槽流向澄清槽的连结导管;使熔融玻璃从澄清槽流向作业槽的连结导管;使作业槽内的熔融玻璃流出的玻璃流出导管;等等。该装置中,可以在一个容器内设置隔断而分成熔解槽和澄清槽。上述装置均可使用公知的装置。
再熔融工序中的调合碎玻璃的熔解温度(再熔解温度)优选为800℃~1500℃的范围。然而,从进一步提高澄清效果的观点出发,优选使该再熔解温度低于澄清温度。再熔融工序中的熔解时间可以考虑坩埚的容量、调合碎玻璃在坩埚中的投入量而进行适当调整,例如可以使再熔融时间为2小时~20小时的范围。
对于再熔融工序中的熔融气氛没有特别限定,从提高最终得到的玻璃的βOH的观点出发,优选向熔融气氛加添水蒸汽。
通过向熔融气氛加添水蒸汽,可以将最终得到的光学玻璃的βOH值和高折射率成分的含量控制为满足规定的关系,同时在玻璃的制造工序中,可有效地防止Pt等向玻璃融入,并且可以向玻璃供给充分的用于改善澄清性的溶存气体。
特别是在粗熔工序和再熔融工序这两个工序中,通过向熔融气氛加添水蒸汽,可以维持在碎玻璃阶段所提高的βOH值、同时还可进一步提高βOH,可以提高基于再加热处理的着色的降低效果。另外,通过在整个工序中进行向气氛加添水蒸汽,可以有效地防止氧与由铂等贵金属材料构成的熔融容器反应,可以减少Pt等在玻璃中的融入量,可有效地防止透过率的劣化。进一步,可以将在碎玻璃阶段所补充的溶存气体维持到即将进行澄清工序之前,同时可以进一步提高溶存气体量,使澄清性的改善效果得以提高。
对于向熔融气氛加添水蒸汽的方法没有特别限定,可以举出例如下述方法:从设置在熔融装置的开口部将连结导管***坩埚内,根据需要通过该导管向坩埚内的空间供给水蒸汽;等等。
对于供给至坩埚内的空间的含水蒸汽的气体的流量没有特别限定,可以基于试验性地制作得到的玻璃的βOH的测定结果来进行调整。例如,在将水蒸汽供给至基本上密封的熔融容器内的情况下,只要供给较为少量的水蒸汽就能够得到具有所期望的βOH的玻璃。另一方面,在将未盖着盖的坩埚配置于玻璃熔融炉内而进行玻璃的熔融的情况下,玻璃熔融炉内的体积大于坩埚内的体积,因此为了使βOH为所期望的值,需要向玻璃熔融炉内供给较多的水蒸汽。基于上述实验结果,将水蒸汽的供给量、即气体的流量反馈于之后的生产,从而可以生产具有所期望的βOH的玻璃。需要说明的是,下文中,气体的流量、水蒸汽的流量、气氛加添流量、水蒸汽的供给量为在25℃、1个大气压进行换算得到的值。
再熔融工序中的熔融以熔融物的均质化为目的最好伴随有鼓泡。再熔融时的鼓泡优选在调合碎玻璃熔融后继续进行。
需要说明的是,未进行鼓泡的情况下,优选利用其它的搅拌方法对熔融物进行搅拌、均质化。作为其它的搅拌方法,可以使用公知的方法,例如可以利用搅拌棒进行搅拌。
另外,对用于鼓泡的气体没有特别限定,可以使用公知的气体,可以使用市售的气体或生成的气体。
从以下等的观点出发,用于鼓泡的气体优选为含有水蒸汽的气体:可以将最终得到的光学玻璃的βOH值和高折射率成分的含量控制为满足规定的关系、同时在玻璃的制造工序中可有效地防止Pt等融入玻璃、并且可以向玻璃供给对于改善澄清性充分的溶存气体。
对于吹入至熔融物中的含水蒸汽的气体的流量没有特别限定,可以基于试验性地制作得到的玻璃的βOH的测定结果来进行调整。例如,对试验性地制作得到的玻璃的βOH进行测定,并进行下述调整:测定结果小于期望值的情况下,使气体的流量增加;相反地,测定结果大于期望的βOH值的情况下,使气体的流量减少。这样,可以试验性地求出玻璃的βOH,并由测定结果调整气体的流量即可。如此,基于试验性地制作得到的玻璃的βOH的测定值,将水蒸汽的供给量、即气体的流量反馈于之后的生产,从而可以生产具有所期望的βOH的玻璃。
这种含有水蒸汽的气体中的水蒸汽的含量优选为10体积%以上、更优选为20体积%以上、进一步优选为30体积%以上、更加优选为40体积%以上、更进一步优选为50体积%以上、再更进一步优选为60体积%以上、再更加进一步优选为70体积%以上、特别优选为80体积%以上、进一步特别优选为90体积%以上。水蒸汽的含量越高越为优选,尤其是使水蒸汽的含量为上述范围,可以将最终得到的光学玻璃的βOH值和高折射率成分的含量控制为满足规定的关系。
(熔融玻璃的澄清工序s7)
如果将碎玻璃完全熔融而得到均质的熔融玻璃,在进行鼓泡的情况下,停止鼓泡,使熔融玻璃的温度上升,进行澄清。
澄清温度、即澄清工序中的熔融玻璃的温度优选为900℃~1500℃的范围。然而,从进一步提高澄清效果的观点出发,优选使澄清温度高于粗熔工序和再熔融工序的熔解温度。澄清时间只要按照玻璃中残存的气泡的量为需要量以下、并且玻璃的着色为期望值以下的方式设定即可。延长澄清时间对于气泡消除效果的提高是有效的,但这样会使熔融玻璃长时间以高温状态保持在铂或铂合金制的坩埚内,因此容易产生下述问题:铂融入熔融玻璃中,使玻璃的着色增大、和/或在玻璃中混入铂杂质。
因此,优选在得到充分的气泡消除效果的范围缩短澄清时间、抑制玻璃的着色。例如,可以使澄清时间为1小时~10小时的范围。
(熔融玻璃的均质化工序s8)
利用澄清将熔融玻璃中的气泡排出至熔融玻璃外后,使熔融玻璃的温度下降,对熔融玻璃进行搅拌,从而进行均质化。
均质化是在将熔融玻璃降温至低于澄清温度的温度来进行的。在均质化工序中,对熔融玻璃进行搅拌,从而进行均质化。均质化工序不仅对熔融玻璃进行均质化,其还是将熔融玻璃的粘度调整为适于成型的粘度的工序。对于均质化时间而言,例如可以观察成型后的玻璃有无波筋,按照减少或消除波筋、并且熔融玻璃达到适于成型的粘度的方式对均质化时间进行适当调整。
(成型工序s9)
使澄清·均质化后的熔融玻璃由安装于再熔融容器底部的玻璃流出导管流出,流入铸模中,然后进行玻璃的成型。
玻璃流出导管的温度为流动的熔融玻璃不失透的温度区域,并按照为适于成型的粘度的方式进行调整、维持。
在一个坩埚中进行原料的熔解、澄清、均质化的方式的情况下,对玻璃流出导管的一部分进行冷却以使内部的玻璃固化,然后关闭导管,进行熔解、澄清、均质化等各个工序。然后,对导管的冷却部分进行加热而使玻璃熔解,开放导管从而使熔融玻璃流出。玻璃流出导管的温度控制可以利用公知的方法进行。
熔融玻璃的成型可以利用公知的方法来进行。例如使熔融玻璃流入铸模中进行成型。或者,从熔融玻璃中分离熔融玻璃块,然后进行模压成型。或者,从熔融玻璃中分离熔融玻璃块,然后施加风压从而在上浮状态下进行成型。
(退火工序s10)
接着,将成型后的玻璃缓冷,进行再加热处理,去除着色和应变,并且对折射率进行微调整,从而得到作为目标的光学玻璃。
成型玻璃的缓冷可以使用公知的方法。例如,可以将成型玻璃保持在玻璃化转变温度附近的温度后,以规定的降温速度进行缓冷。降温速度因玻璃组成而有所不同,例如可以为0.1℃/时~100℃/时。
再加热处理优选在氧化性气氛中进行。由此,可以减小光学玻璃的着色。
如此得到的玻璃中,来源于熔融容器等制造器具的Pt等贵金属的含量极少。因此,由被称为曝晒反应的紫外线照射而导致的玻璃的着色少。其结果为,使用了上述玻璃的光学元件的透过率的经年变化少。另外,使用紫外线固化型粘接剂(adhesive)来固定光学元件时,即使对光学元件照射紫外线,也可以得到透过率不会下降这样的效果。
作为用于氧化性气氛的气体,只要为含有氧的气体即可,氧浓度例如可以为与空气相同的程度左右或更高。作为这种氧化性气氛气体,例如可以使用氧、空气和它们的混合气体等。另外,热处理温度优选为低于玻璃的软化点、且比玻璃化转变温度Tg低100℃的温度(Tg-100℃)以上的温度。
需要说明的是,将玻璃的着色降低至规定的水平时,只要提高热处理温度就能够缩短热处理时间。另外,提高氧化性气氛中的氧分压也可缩短热处理时间。如此,热处理时间会因热处理温度或氧化性气氛中的氧分压而发生变化,但只要按照玻璃的着色为所期望的水平的方式进行设定即可。作为典型的情况,热处理时间优选为0.1小时~100小时。
关于玻璃组成
以下,只要没有特别说明,玻璃成分的含量、总含量、添加剂的含量以氧化物换算的摩尔%来表示。
本实施方式涉及的玻璃含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的至少任一种氧化物(以下有时称为“高折射率成分”)作为玻璃成分。玻璃中所含有的TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量优选为20%以上、更优选为25%以上、进一步优选为30%以上、更加优选为35%以上。若TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量超过85%,则耐失透性显示出恶化的倾向,因此从维持耐失透性的观点出发,TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量优选为85%以下、更优选为80%以下、进一步优选为75%以下。
从提高玻璃中的TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的含量的观点出发,本实施方式的玻璃优选为含有P2O5的玻璃。在含有P2O5的玻璃中,加热处理时的H+的移动速度快,与其它组成系相比,能够以短时间的加热处理来降低着色。
作为这种玻璃,在以摩尔%表示的情况下,可以举出P2O5的含量大于SiO2的含量且多于B2O3的含量的玻璃、或P2O5的含量多于SiO2和B2O3的总含量的玻璃。
本实施方式中,除了实施例所示例出的组成之外,也可适用于TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的含量处于上述范围且含有公知的组成的玻璃组成。
接着,对本实施方式中的优选的玻璃组成进行说明。
P2O5为玻璃网络形成成分,其具有维持玻璃的热稳定性的作用。若P2O5的含量小于7%,则热稳定性显示出下降的倾向,因此优选使P2O5的含量为7%以上。若P2O5的含量大于40%,则折射率下降。因此优选使P2O5的含量为7%~40%的范围。P2O5的含量的更优选下限为10%,进一步优选的下限为12%、更加优选的下限为15%、更进一步优选的下限为18%。P2O5的含量的更优选上限为35%,进一步优选的上限为33%、更加优选的上限为30%、更进一步优选的上限为28%。
SiO2难以在P2O5系组成的玻璃中熔解,若大量导入SiO2则会产生熔解残留,从而显示出玻璃的均质性恶化的倾向。因此,SiO2的含量优选比P2O5的含量(M)少。若将SiO2的含量表示为与上述M(P2O5的含量[%])的关系,则更优选的SiO2的含量的范围为0[%]~0.8×M[%]、进一步优选的范围为0[%]~0.5×M[%]、更加优选的范围为0[%]~0.3×M[%]、更进一步优选的范围为0[%]~0.15×M[%]。
通过少量含有B2O3,可以发挥改善耐失透性的作用。若将B2O3的含量表示为与上述M(P2O5的含量[%])的关系,B2O3的含量的范围优选为0[%]以上且小于M[%]、更优选的范围为0[%]~0.9×M[%]、进一步优选的范围为0[%]~0.7×M[%]、更加优选的范围为0[%]~0.6×M[%]、更进一步优选的范围为0[%]~0.5×M[%]、再更进一步优选的范围为0[%]~0.4×M[%]、更加进一步优选的范围为0[%]~0.35×M[%]。
TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3是可以发挥提高折射率同时提高分散的作用、并且可以发挥改善化学耐久性的作用的成分。但是,TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的含量分别变多的情况下,耐失透性显示出恶化的倾向。
从维持耐失透性的观点出发,TiO2的含量的优选上限为40%、更优选的上限为35%、进一步优选的上限为33%、更加优选的上限为30%。从得到TiO2的导入效果的观点出发,TiO2的含量的优选下限为1%、更优选的下限为3%。也可以使TiO2的含量为0%。
从维持耐失透性的观点出发,Nb2O5的含量的优选上限为45%、更优选的上限为40%、进一步优选的上限为35%。从得到Nb2O5的导入效果的观点出发,Nb2O5的含量的优选下限为5%、更优选的下限为8%、进一步优选的下限为11%。也可以使Nb2O5的含量为0%。
WO3的含量的优选的范围为0%~30%。从得到上述WO3的导入效果的观点出发,WO3的含量的优选下限为1%、更优选的下限为3%、进一步优选下限为5%。另一方面,从维持耐失透性的观点出发,WO3的含量的优选上限为27%、更优选的上限为24%、进一步优选的上限为20%、更加优选的上限为18%。也可以使WO3的含量为0%。
Bi2O3的含量的优选的范围为0%~35%。从得到上述Bi2O3的导入效果的观点出发,Bi2O3的含量的优选下限为1%、更优选的下限为3%、进一步优选的下限为5%。另一方面,从维持耐失透性的观点出发,Bi2O3的含量的优选上限为30%、更优选的上限为28%、进一步优选的上限为24%。也可以使Bi2O3的含量为0%。
BaO、SrO、CaO、MgO、ZnO等二价金属成分可发挥改善玻璃的熔融性、降低玻璃的着色的作用。另外,只要为适量就可发挥改善耐失透性的作用。但是,其含量过剩时会显示出折射率下降、耐失透性恶化的倾向,因此BaO、SrO、CaO、MgO和ZnO的总含量优选为0%~40%、更优选为0%~32%。BaO、SrO、CaO、MgO和ZnO的总含量的优选上限为30%、更优选的上限为27%、进一步优选的上限为25%。BaO、SrO、CaO、MgO和ZnO的总含量的优选下限为0.1%、更优选的下限为0.5%、进一步优选的下限为1%。
在这些2价金属成分中,BaO在维持高折射率方面是有效的成分,因此优选使BaO的含量为0%~40%的范围、更优选为0%~32%的范围。BaO的含量的优选上限为30%、更优选的上限为27%、进一步优选的上限为25%。BaO的含量的优选下限为0.1%、更优选的下限为0.5%、进一步优选的下限为1%。也可以使BaO的含量为0%。
Li2O、Na2O、K2O等碱金属氧化物可发挥改善玻璃的熔融性、降低玻璃的着色的作用。另外,还可发挥降低玻璃化转变温度、软化温度,降低玻璃的加热处理温度的作用。但是,其含量过剩时会显示出折射率下降、耐失透性恶化的倾向,因此Li2O、Na2O和K2O的总含量优选为0%~40%、更优选为0%~35%、进一步优选为0%~32%、更加优选为0%~30%。可以分别使Li2O、Na2O和K2O的含量为0%。尤其是使用Li2O作为碱金属氧化物的情况下,从得到高折射率玻璃的观点出发,其含量在所制造的玻璃中更优选为超过0%且小于10%、进一步优选为超过0%且9%以下、特别优选为超过0%且8%以下。
若Al2O3为少量则可发挥改善耐失透性的作用,但其含量过剩时会使折射率降低。因此,Al2O3的含量的优选的范围为0%~12%、更优选的范围为0%~7%、进一步优选的范围为0%~3%。
ZrO2可发挥提高折射率的作用,若为少量则可以发挥改善耐失透性的作用。但是,其含量过剩时,耐失透性和熔融性显示出恶化的倾向,因此ZrO2的含量的优选范围为0%~16%、更优选的范围为0%~12%、进一步优选的范围为0%~7%、更加优选的范围为0%~3%。
GeO2可发挥维持耐失透性且提高折射率的作用。另外,GeO2具有提高折射率的作用,但与TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3不同,其不会使玻璃的着色增大。但是,与其它成分相比,其是价格非常高的成分,因此从降低玻璃的制造成本的观点出发,GeO2的含量越少越好。因此,为了广泛普及高折射率玻璃产品,期望提供一种消减GeO2的含量、同时透过率优异的高折射率玻璃。根据本实施方式,通过使TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为20%以上,即使不使用大量的GeO2也可提供透过率优异的高折射率玻璃。
从这些观点出发,GeO2的含量的优选范围为0%~10%、更优选的范围为0%~5%、进一步优选的范围为0%~3%、更加优选的范围为0%~2%、更进一步优选的范围为0%~1%、再更进一步优选的范围为0%~0.5%,也可以不含有GeO2。需要说明的是,若不考虑制造成本,可以以有效量而适当使用GeO2。
TeO2可发挥维持耐失透性且提高折射率的作用。但是,从减轻对环境的负荷的观点出发,TeO2的含量的优选范围为0%~10%、更优选的范围为0%~5%、进一步优选的范围为0%~3%、更加优选的范围为0%~2%、更进一步优选的范围为0%~1%、再更进一步优选的范围为0%~0.5%,也可以不含有TeO2。
Sb2O3具有氧化作用,也可发挥抑制TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的还原的作用。但是,Sb2O3自身在可见区域具有吸收,因其氧化作用会将贵金属的熔融容器氧化而助长贵金属离子融入熔融玻璃。因此,Sb2O3的含量的优选范围为0ppm以上且小于1000ppm。从上述观点出发,对于Sb2O3的含量的上限,按照900ppm、800ppm、700ppm、600ppm、500ppm、400ppm、300ppm、200ppm、100ppm的顺序,值越小,则越是优选的。也可以不含有Sb2O3。
若大量含有上述成分以外的成分,则会显示出玻璃的耐失透性恶化、液相温度上升的倾向。因此,不得不提高玻璃熔融温度,从而会使贵金属制熔融容器的侵蚀增大,玻璃中融入的贵金属的量增加。另外,TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的还原色也会增大。
从抑制这种贵金属量的增加、抑制玻璃的着色的观点出发,优选使P2O5、SiO2、B2O3、TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2O、Al2O3、ZrO2、GeO2、TeO2和Sb2O3的总含量为90%以上、更优选为92%以上、进一步优选为95%以上、更加优选为96%以上、更进一步优选为97%以上、再更进一步优选为98%以上、再更加进一步优选为超过99%。另外,还可以使上述总含量为100%。
也可以使其少量含有Ta2O5、Y2O3、La2O3、Gd2O3、Yb2O3、In2O3、Ga2O3、SnO2、CeO2、F等。优选使Ta2O5、Y2O3、La2O3、Gd2O3、Yb2O3、In2O3、Ga2O3和F的总含量为0%~10%、更优选为0%~7%、进一步优选为0%~5%、更加优选为0%~3%、更进一步优选为0%~1%、更加进一步优选为0%~0.5%。
从提高熔融玻璃的挥发性并得到均质的玻璃的观点、以及得到具有稳定的光学特性的玻璃的观点出发,F并不是应该大量含有的成分。F的含量的优选的范围为0%~3%、更优选的范围为0%~1%、进一步优选的范围为0%~0.5%、更加优选实质上不含有F。
从降低对环境的负荷的观点出发,优选实质上不含有Pb、As、Cd、U、Th、Tl。
从降低玻璃的着色的观点出发,优选实质上不含有Cu、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、V、Mo、Nd、Eu、Er、Tb、Ho、Pr等在可见区域具有吸收的成分、添加剂。
但是,在本实施方式涉及的玻璃中,并不排除含有不可避免的杂质。
需要说明的是,作为玻璃原料,根据玻璃成分,可以使用氧化物、磷酸、磷酸盐(多磷酸盐、偏磷酸盐、焦磷酸盐等)、硼酸、硼酐、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氢氧化物等公知的玻璃原料。
光学元件的制造
为了使用上述光学玻璃制作光学元件,可以使用公知的方法。例如,通过将熔融玻璃成型来制作模压成型用玻璃坯料。接着,对该玻璃坯料进行再加热、模压成型,从而制作得到光学元件毛坯(blank)。进一步,通过包括光学元件毛坯的研磨的工序来进行加工,从而制作得到光学元件。
或者,对熔融玻璃进行成型来制作模压成型用玻璃坯料,然后对该玻璃坯料进行加热、精密模压成型,从而制作得到光学元件。
在上述各工序中,可以对熔融玻璃进行成型来制作得到玻璃成型体,然后对玻璃成型体进行加工,从而制作得到模压成型用玻璃坯料。
或者,对熔融玻璃进行成型来制作玻璃成型体,然后对该成型体进行加工,从而制作得到光学元件。
根据使用目的,可以在制作得到的光学元件的光学功能面涂布防反射膜、全反射膜等。
作为光学元件,可以示例出球面透镜、非球面透镜、微透镜、透镜阵列等各种透镜、棱镜、衍射光栅等。
以上,对本发明的实施方式进行了说明,但本发明并不受上述实施方式的任何限定,在不脱离本发明的主旨的范围内可以以各种各样的方式来实施,这自不言而喻。
例如,在本实施方式中,对利用粗熔-再熔融方式的玻璃的制作进行了说明,但可适当采用对批次原料进行加热、熔融、成型而得到玻璃的方法(分批直接熔融方式)等公知的方法。
另外,在本实施方式中,作为提高玻璃的βOH的方法,主要以向熔融气氛加添水蒸汽的方法进行了说明,但也可以举出下述方法:在熔融物中进行含有水蒸汽的气体的鼓泡的方法、或使用含有水分的化合物作为玻璃原料的方法;等等。这些方法也可以适当组合来使用。
需要说明的是,使用含有水分的化合物(例如正磷酸或硼酸)作为玻璃原料来增加熔融玻璃中的水分量的方法的情况下,水分会从熔融玻璃散逸出去,单独利用该方法难以充分提高玻璃的βOH。因此,使用含有水分的化合物作为玻璃原料的方法优选与上述其它方法合用。
另外,本实施方式涉及的玻璃作为光学元件用的材料是合适的,因此优选为非晶质性(无定形,amorphous)的玻璃。在制作玻璃制的光学元件的方法中,例如存在对玻璃材料进行加热、软化而进行成型的方法。玻璃质中分散有结晶相的结晶化玻璃并不适合上述成型方法。另外,结晶化玻璃中的结晶相有时会使光散射、使作为光学元件的性能下降。非晶质性玻璃中不存在这样的问题。
另外,本实施方式示例出了光学玻璃,但只要为因还原成分而导致的着色会出问题的玻璃产品,不仅是光学元件,还可以适用于各种玻璃产品的制造。作为这种玻璃产品,可以举出例如光学窗户材料、太阳能电池用玻璃、玻璃罩(cover glass)等。
另外,在本实施方式中,作为光学玻璃的制造方法的一个示例,主要示出了使用坩埚对原材料进行熔融的方法,但也可以使用两端开口的石英制导管等作为熔融容器。
具体而言,在玻璃熔解炉内,以倾斜状态固定石英制等的导管。在玻璃熔解炉的底部,预先在相当于导管的低位置侧的开口端的下方的位置处设置开口部。从导管的高位置侧的开口端向导管内导入原材料(批次原料或碎玻璃),在导管内进行熔解(或熔融),从而得到熔融物。熔融物缓慢地在导管中流动,连续不断地使熔融物从导管的低位置侧的开口侧流出。
例如,在粗熔工序中使用上述导管等的情况下,流出物通过炉底的开口部,连续不断地向预先配置在玻璃熔解炉的底部的开口部下方的水槽中的水滴加,形成碎玻璃。
在上述方法中,使用石英制等的导管进行原材料的熔融,但也可以使用石英制等的坩埚来代替导管。可以先将原材料投入至石英制等的坩埚中,然后进行加热、熔融,得到熔融物,接着将熔融物浇铸(cast)到水中、或将其流出到经冷却的耐热板上,从而制作得到碎玻璃。
接着,以下示出含水率高的玻璃之外的实施方式作为上述主要实施方式的变形例。
第1变形例涉及的实施方式
本实施方式与上述主要实施方式相比,确定玻璃的βOH的下限的式在以下方面存在不同,除此之外,基本上与上述实施方式相同,因此省略其重复的说明。
在本实施方式中,以减少熔融玻璃中的贵金属的融入和改善澄清性为主要目的。这样的本实施方式涉及的玻璃的特征在于,折射率nd为1.75以上,下述式(1)所示的βOH值满足下述式(6)所表示的关系。
βOH=-[ln(B/A)]/t···(1)
βOH≥181.39×nd-3-325.75×nd-2+194.85×nd-1-38.1···(6)
t与之前所述相同,其为用于测定外部透过率的玻璃的厚度(mm)。另外,βOH的单位为mm-1。式(6)中,nd表示所述玻璃对波长为587.56nm(黄色氦的d线)的折射率。本实施方式涉及的玻璃的折射率nd为1.75以上。另外,折射率nd的优选下限为1.80、更优选为1.85、进一步优选为1.90。另外,对于折射率nd的上限,只要能够得到玻璃就无特别限制,但例如可以为2.5左右。通过使用由折射率高的玻璃构成的光学元件来构成光学***,从而能够使光学***小型化、高性能化。从这些观点出发,折射率nd越高越为优选。但是,若提高折射率则会显示出玻璃的耐失透性降低的倾向。因此,从维持耐失透性的观点出发,折射率nd的优选上限为2.4、更优选为2.3。
另外,本实施方式涉及的玻璃中,上述式(1)所示的βOH值优选满足下述式(7)所表示的关系、更优选满足下述式(8)所表示的关系。
βOH≥181.39×nd-3-325.75×nd-2+194.85×nd-1-38.05···(7)
βOH≥181.39×nd-3-325.75×nd-2+194.85×nd-1-38.00···(8)
另外,βOH的上限因玻璃的种类或制造条件而有所不同,但只要能够进行调整就无特别限制。若提高βOH,则来自熔融玻璃的挥发物量倾向于增加,因此从抑制来自熔融玻璃的挥发的观点出发,βOH优选为10mm-1以下、更优选为8mm-1以下、进一步优选为6mm-1以下、更加优选为5mm-1以下、更进一步优选为4mm-1以下、再更进一步优选为3mm-1以下、再更加进一步优选为2mm-1以下。
本实施方式涉及的玻璃的βOH值满足上述式(6)表示的关系。即,本实施方式涉及的玻璃与利用通常的制造方法制作得到的玻璃相比,玻璃中的水的浓度高。这是因为,本实施方式涉及的玻璃在其制造工序中,通过提高熔融玻璃中的水分量的操作而积极地将水导入至玻璃中。此处,对于提高熔融玻璃中的水分量的操作,可以举出例如向熔融气氛加添水蒸汽的处理、或在熔融物内进行含水蒸汽的气体的鼓泡的处理;等等。
另外,如上所述,在玻璃的熔融中,通常使用铂、金、铑、铱等贵金属或这些贵金属的合金制作的熔融容器,但这些贵金属材料在玻璃的熔融时会融入熔融物中,成为玻璃的着色和曝晒反应等的原因。
即使使用铂等贵金属作为熔融容器或熔融器具的情况下,本实施方式涉及的玻璃的贵金属融入量也少。即,即使本实施方式涉及的玻璃含有贵金属的情况下,其贵金属的含量也极少。
从降低因贵金属离子导致的玻璃的着色、改善透过率、降低曝晒反应、降低贵金属杂质等观点出发,玻璃中所含有的贵金属的含量优选为4ppm以下。玻璃中所含有的贵金属的含量的上限值越低越为优选,按照3ppm、2.7ppm、2.5ppm、2.2ppm、2.0ppm、1.8ppm、1.6ppm、1.4ppm、1.2ppm、1.1ppm、1.0ppm、0.9ppm的顺序,上限值越低,则越是更优选的。对于贵金属的含量的下限没有特别限制,但不可避免地含有0.001ppm左右的贵金属。
作为贵金属,可以示例出Pt、Au、Rh、Ir等金属单质;Pt合金、Au合金、Rh合金、Ir合金等合金。作为熔融容器材料或熔融器具材料,在贵金属中优选耐热性、耐蚀性优异的Pt或Pt合金。因此,对于使用Pt或Pt合金制的熔融容器或熔融器具制作得到的玻璃,玻璃中所含有的Pt的含量优选为4ppm以下。Pt的含量的更优选的上限与玻璃中所含有的贵金属的含量的更优选的上限相同。另外,对于Pt的含量的下限没有特别限制,但不可避免地含有0.001ppm左右。
在以下的说明中,以熔融容器为铂(Pt)的情况作为示例,但使用由铂以外的贵金属等金属材料构成的熔融容器等的情况也是同样的。
本实施方式涉及的玻璃在其制造工序中进行了提高熔融玻璃中的水分量的操作。若在玻璃的制造工序中进行这种处理,则可以降低熔融气氛中的氧分压,可以防止作为熔融容器(坩埚等)等的材料的铂等贵金属材料的氧化。
其结果为,可以有效地防止由熔融气氛中的氧与铂材料等的反应而生成的二氧化铂或铂离子(Pt4+)融入熔融物(玻璃)中,可以降低所得到的玻璃中的Pt的融入量。
通常情况下,融入熔融玻璃中的贵金属离子会吸收可见光,因此存在玻璃的着色增加的问题。但是,如上所述,本实施方式涉及的玻璃中的Pt的含量充分下降,因此由Pt离子导致的着色少,透过率优异。
另外,本实施方式涉及的玻璃具有优异的澄清性。因此,可以缩短澄清工序所需的时间,可大幅降低生产成本。
一般情况下,玻璃的澄清性依存于熔融玻璃中的溶存气体量。这种溶存气体量会因玻璃的组成(特别是原材料的种类)、玻璃的熔融时间或熔融次数而受到很大的影响。但是,只要在熔融工序中补充溶存气体就可以解决澄清性的问题。
本实施方式涉及的玻璃在其制造工序中进行了提高熔融玻璃中的水分量的操作,从而积极地将水导入至玻璃中。其结果可以认为能够以水蒸汽的形式将溶存气体补充至熔融玻璃中,能够改善玻璃的澄清性。
如上所述,这种本实施方式涉及的玻璃在制造工序中进行了提高熔融玻璃中的水分量的操作。经由这种处理的本实施方式涉及的玻璃在其熔融工序中可将水分吸收至熔融玻璃中,因此与利用通常的制造方法制作得到的相同组成的玻璃相比,玻璃中的水的浓度高,βOH也高。
因此,本发明人认为通过对所得到的玻璃进行提高βOH的处理,能够降低Pt的融入、并且改善澄清性。
对于提高玻璃的βOH的方法没有特别限定,但优选可以举出在熔融工序中提高熔融玻璃中的水分量的操作。此处,作为提高熔融玻璃中的水分量的操作,可以举出例如向熔融气氛加添水蒸汽的处理、以及在熔融物内进行含水蒸汽的气体的鼓泡的处理。
通常,利用这些方法可以将水导入至玻璃中,可以提高βOH,但其提高率因玻璃而有所不同。本发明人进行了深入研究,结果发现:水在玻璃中的吸收难易度依存于玻璃的折射率nd。即,玻璃的折射率nd越大则越难以吸收水。
因此,例如折射率nd较低的玻璃容易吸收水,因此通过进行如上所述的提高βOH的处理,可以大幅提高玻璃的βOH。但是,折射率nd较高的玻璃难以吸收水,因此即使进行相同条件的处理,也难以将玻璃的βOH值提高至与折射率高的玻璃的情况相同的程度,所得到的玻璃的βOH变低。
如此,水在玻璃中的吸收难易度因玻璃的折射率nd而有所差异。因此,在本发明中,基于因玻璃的折射率nd而产生的水的吸收难易度的差异,规定上述式(6),并且根据玻璃组成来确定βOH的下限。
此处,上述式(6)中,nd表示玻璃的折射率。
如上所述,因玻璃的折射率nd而存在容易吸水而容易提高βOH的玻璃和难以吸水而难以提高βOH的玻璃。本发明人进行了深入研究,结果发现越提高玻璃的折射率nd,则倾向于越难以吸收水,并且规定了得到上述式(6)。
这种上述式(6)用于区别玻璃在其制造工序中是否接受提高βOH的处理。即,在玻璃的制造工序中,尤其是玻璃的制造工序中并未接受提高βOH的处理的玻璃(由以往的制造方法制作得到的玻璃)不满足上述式(6)所表示的关系。
然而,作为提高玻璃的折射率nd的成分,例如存在Ti、b、W、Bi等高折射率成分,但对于大量含有这些高折射率成分的玻璃而言,通常这些高折射率成分在玻璃的熔融过程中会被还原,吸收可见光区域的短波长侧的光,因此有时在所得到的玻璃中着色增加。
通过在氧化性气氛下对玻璃进行再加热处理,可以降低这种玻璃的着色(以下有时称为还原色)。可以考虑这是因为:在氧化性气氛下对还原状态的高折射率成分进行再加热处理从而使其氧化,由此减弱了各离子的可见光吸收。
特别是,为了短时间降低着色,需要加快对加热处理时被还原的高折射率成分进行氧化的速度,为此,在玻璃中需要存在下述离子,该离子在热处理时可在玻璃中迅速移动、传递电荷、将被还原的高折射率成分氧化。可以认为,H+作为这种离子是合适的。
此处,本实施方式涉及的玻璃满足上述式(6)。即,在玻璃中充分导入水,可以说这种情况下由水产生的H+大量存在于玻璃中。其结果为:通过再加热处理,H+在玻璃中迅速移动、传递电荷、有效地将被还原的高折射率成分的各离子氧化。由此,在本实施方式涉及的玻璃中,可以利用短时间的热处理显著地降低着色,再加热处理后的玻璃具有优异的透过率。
需要说明的是,即使是深着色的玻璃也会透过红外光,因此可以不论玻璃是否着色都能够进行βOH的评价。另外,通常情况下,再加热处理是在低于玻璃的软化点的温度进行的,因此玻璃的βOH值在再加热处理前后实质是不发生变化的,在再加热处理的前后均能够进行测定。因此,对于玻璃的βOH,可以使用经过再加热处理(使着色降低的处理)的透明玻璃、以及未经再加热处理的有着深着色的玻璃的任一者进行测定。
本实施方式的玻璃只要满足上述式(6)就没有特别限定,可以经过降低还原色的处理,也可以不经过该处理。
另外,本实施方式涉及的玻璃可以适当地用作光学玻璃。
通常,光学玻璃要求优异的透过率和澄清性。在这方面,本实施方式的光学玻璃中的Pt的含量显著地降低,因此由Pt导致的着色极少,具有优异的透光性,并且熔融玻璃中的溶存气体量得以提高,具有优异的澄清性,能够以短时间得到气泡少的均质的玻璃。
进一步,即使在本实施方式涉及的光学玻璃大量含有高折射率成分的情况下,通过再加热处理也可以高效地降低着色。
需要说明的是,本实施方式涉及的玻璃可以利用与上述主要实施方式涉及的玻璃相同的制造方法而制作得到。
第2变形例涉及的实施方式
第2变形例涉及的第1实施方式的光学玻璃是折射率nd为1.9以上且小于1.97的氧化物玻璃,其含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3中的至少一种氧化物作为玻璃成分,其特征在于,TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为30mol%~60mol%的范围内,并且,下述式(1)所示的βOH值为0.1mm-1以上。
βOH=-ln(B/A)/t···(1)
另外,第2变形例涉及的第2实施方式的光学玻璃是折射率nd为1.97以上的氧化物玻璃,其含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3中的至少一种氧化物作为玻璃成分,其特征在于,TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为40mol%~80mol%的范围内,并且,下述式(1)所示的βOH值为0.1mm-1以上。
βOH=-ln(B/A)/t···(1)
在以下的说明中,“光学玻璃用坯料”是经由将熔融容器内的熔融玻璃成型为规定形状的成型工序制作得到的玻璃,并且意味着接受热处理前的有着深着色的状态的玻璃。进一步,“光学玻璃”意味着,对有着深着色的状态的光学玻璃用坯料进行热处理后的玻璃。即,“光学玻璃”为通过热处理而比“光学玻璃用坯料”降低了着色的玻璃。另外,“光学玻璃用坯料”和“光学玻璃”、以及使用“光学玻璃用坯料”和“光学玻璃”制作得到的“模压成型用玻璃坯料”、“光学元件”和“其它玻璃物品”均为无定形(amorphous)的玻璃,并非是结晶化玻璃。
在第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃中,即使以上述的范围大量含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3中的至少一种高折射率成分,其着色也少。关于得到这种效果的理由,本发明人进行了如下推测。
首先,使用铂等贵金属制的熔融容器将含有TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3等高折射率成分的高折射率玻璃熔融时,若以熔融玻璃作为还原侧进行熔融则可以抑制金属离子融入熔融玻璃中。但是,若使还原侧的熔融玻璃过剩,则如上所述,熔融容器被合金化。另外,即使不过剩还原熔融玻璃,玻璃的着色程度也因高折射率成分被还原而增强,在该情况下,即使在后续工序对该光学玻璃用坯料进行热处理,着色的降低也停留在小幅度降低的程度。
为了解决这种问题,制作下述光学玻璃用坯料即可,该光学玻璃用坯料可以形成构成熔融容器的金属材料不会因离子化而融入熔融玻璃的状态,同时通过对暂时得到的光学玻璃用坯料进行热处理而能够大幅降低着色。
关于光学玻璃用坯料的着色因热处理而降低的现象,本发明人有如下考虑。首先,通过在氧化性气氛中对光学玻璃用坯料进行热处理而得到的光学玻璃的着色变少,可以认为,这是由于还原状态的Ti、Nb、W、Bi等各离子被氧化,各离子的可见光吸收变弱而导致的。即使对光学玻璃用坯料进行热处理,但若Ti、Nb、W、Bi的氧化速度慢,则着色的改善停留在小幅度的改善。为了大幅降低光学玻璃用坯料的着色,只要增大热处理时的Ti、Nb、W、Bi的氧化速度即可。假如存在有在光学玻璃用坯料中容易移动的离子,并且该离子不会直接对着色产生影响,则在热处理时,这种离子能够在光学玻璃用坯料中迅速移动并传递电荷,能够以短时间降低因Ti、Nb、W、Bi的还原而导致的着色。可以认为H+作为这种离子是合适的,但为了使H+更加容易移动,可以认为在玻璃结构中导入OH-,H+能够以OH-为起点进行电子跳跃(ホッピング),从而能够使热处理时的氧化速度增大。
为了向光学玻璃用坯料中导入H+和OH-,只要在光学玻璃用坯料中导入H2O即可。此处,对于光学玻璃用坯料中的水分量而言,可通过对着色变少且透明度提高的光学玻璃、基于OH-的红外吸收的强度进行测定来间接地定量化。
因此,对于光学玻璃用坯料,通过使光学玻璃用坯料中(换而言之光学玻璃中)的OH-含量的指标(即βOH值)为0.1mm-1以上,可以使着色减小。其中,该光学玻璃是折射率nd为1.9以上且小于1.97、含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3中的至少一种氧化物作为玻璃成分的氧化物玻璃,且TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为30mol%~60mol%的范围内;或者,该光学玻璃是折射率nd为1.97以上、含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3中的至少一种氧化物作为玻璃成分的氧化物玻璃,且TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的质量为40mol%~80mol%的范围内。
进一步,在制作按照βOH值为0.1mm-1以上的方式而大量含有水分的光学玻璃用坯料时,可以进行向熔融气氛中加添水蒸汽、或向熔融物中鼓入水蒸汽泡等操作。这些操作可以降低熔融气氛中的氧分压,因此可以抑制构成用于熔融玻璃的熔融的熔融容器的金属材料(也包括合金材料)的氧化。其结果为,可以降低金属材料在熔融玻璃中的融入量,还可以抑制因金属材料(也包括合金材料)的融入而导致的着色增大。需要说明的是,对于βOH值而言,即使是有着深着色的状态的光学玻璃用坯料也能够与光学玻璃同样地进行测定。这是因为光学玻璃用坯料可透过红外线。
接着,对于第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃中的将βOH值的下限设定为0.1mm-1的理由进行说明。
图3为表示使由表1所示的组成构成的No.1玻璃的βOH值变化的情况下的、外部透过率(T450)对于βOH值的变化的图表,其中,外部透过率(T450)为对于厚度为5mm的No.1玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对于波长450nm的外部透过率。需要说明的是,图3所示的外部透过率(T450)的值是在大气中以600℃对No.1玻璃进行1小时热处理后的值,βOH值也是热处理后的值。另外,No.1玻璃的折射率nd为1.9以上,TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为30mol%~60mol%的范围内。即,在折射率nd和玻璃组成方面,No.1玻璃与第1实施方式的光学玻璃是相同的。
[表1]
玻璃成分(摩尔%) | No.1 | No.2 |
P2O5 | 25.43 | 23.43 |
B2O3 | 4.07 | 4.45 |
SiO2 | 1.18 | 1.29 |
TiO2 | 26.6 | 15.5 |
Nb2O5 | 25.04 | 24.74 |
WO3 | 0 | 0 |
Bi2O3 | 0 | 0 |
Na2O | 10.28 | 4.99 |
K2O | 6.01 | 2.46 |
BaO | 1.39 | 21.24 |
ZnO | 0 | 1.9 |
合計 | 100 | 100 |
TiO2+N2O5+WO3+Bi2O3 | 51.64 | 40.24 |
折射率nd | 1.9546 | 1.922 |
阿贝值νd | 17.9 | 20.9 |
玻璃化转变温度Tg(℃) | - | - |
液相温度LT(℃) | 1100 | 1080 |
图4为表示使由表2所示的组成构成的No.3玻璃的βOH值变化的情况下的、外部透过率(T450)对于βOH值的变化的图表,其中,外部透过率(T450)为对于厚度为5mm的No.3玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对于波长450nm的外部透过率。需要说明的是,图4所示的外部透过率(T450)的值是在大气中以570℃对No.3玻璃进行4.5小时热处理后的值,βOH值也是热处理后的值。另外,No.3玻璃的折射率nd为1.97以上,TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为40mol%~80mol%的范围内。即,在折射率nd和玻璃组成方面,No.3玻璃与第2实施方式的光学玻璃是相同的。
[表2]
玻璃成分(摩尔%) | No.3 | No.4 |
P2O5 | 22.579 | 25.5 |
B2O3 | 2.826 | 2.0 |
SiO2 | 1.613 | 0 |
TiO2 | 18.148 | 7.0 |
Nb2O5 | 16.535 | 18.0 |
WO3 | 14.515 | 8.0 |
Bi2O3 | 20.966 | 20.0 |
Li2O | 0 | 6.0 |
Na2O | 0 | 10.5 |
K2O | 0 | 2.0 |
BaO | 2.818 | 1.0 |
ZnO | 0 | 0 |
合计 | 100 | 100 |
TiO2+N2O5+WO3+Bi2O3 | 70.164 | 53.0 |
折射率nd | 2.10639 | 2.003 |
阿贝值νd | 17.01 | 19.1 |
玻璃化转变温度Tg(℃) | 562.5 | 486 |
液相温度LT(℃) | 970 | 920 |
进一步,图3和图4所示的5个点的βOH值是通过在将No.1玻璃和No.3玻璃熔融时对导入至玻璃熔融气氛中的水蒸汽的量进行调整而设定的值。由图3和图4可知,伴随着βOH值的增加,外部透过率(T450)也随之增加。并且,由图3所示的外部透过率(T450)对于βOH值的变化的倾向可知:只要βOH值为0.1mm-1以上则外部透过率(T450)能够可靠地提高30%。另外,由图4所示的外部透过率(T450)相对于βOH值的变化的倾向可知:只要βOH值为0.1mm-1以上则外部透过率(T450)能够可靠地提高10%。
如此,无论是No.1玻璃还是No.3玻璃,随着延长热处理时间,外部透过率(T450)进一步增加,可以得到作为光学元件的材料而合适的透过率特性。
可是,将光学元件固定在镜筒等时,若使用紫外线固化型的粘接剂则作业性会格外地提高。以往,在使用了折射率nd为1.9以上、进一步折射率nd为1.97以上的高折射率的光学玻璃的光学元件中,可见光区域的短波长侧的光会被光学玻璃过滤(cut)掉,因此隔着光学元件照射粘接剂固化用的光难以使其固化。但是,通过改善可见光区域的短波长侧的透过率,能够使用紫外线固化型的粘接剂来进行粘接。
因此,若考虑到构成光学***的光学元件的透光性和使用紫外线固化型粘接剂时的粘接操作的便利性,在第1实施方式涉及的光学玻璃的情况下,βOH值的下限按照0.2mm-1、0.3mm-1、0.4mm-1、0.5mm-1、0.6mm-1、0.7mm-1、0.8mm-1的顺序越大则越为优选。另外,在第2实施方式涉及的光学玻璃的情况下,βOH值的下限按照0.15mm-1、0.2mm-1、0.25mm-1、0.3mm-1、0.35mm-1、0.4mm-1、0.45mm-1、0.5mm-1、0.55mm-1、0.6mm-1、0.65mm-1、0.7mm-1、0.75mm-1、0.8mm-1、0.85mm-1、0.9mm-1的顺序越大则越为优选。如此,通过使βOH值变大,更容易使外部透过率(T450)增加、并且使光学玻璃的着色变小。
需要说明的是,第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃优选为磷酸盐系玻璃。磷酸盐系玻璃比硼酸盐系玻璃更容易吸收水分,因此更容易减小光学玻璃的着色。
此时,第1实施方式的光学玻璃优选在15mol%~35mol%的范围内含有P2O5作为玻璃成分。通过使P2O5的含量为15mol%以上,可以容易地使光学玻璃中的含水量提高、进一步增大βOH值。另一方面,通过使P2O5的含量为35mol%以下,可以容易地维持高折射率。需要说明的是,P2O5的含量的优选的下限值为17mol%、优选的上限值为33mol%。
另外,第2实施方式的光学玻璃优选在10mol%~35mol%的范围内含有P2O5作为玻璃成分。通过使P2O5的含量为10mol%以上,可以容易地使光学玻璃中的含水量提高、进一步增大βOH值。另一方面,通过使P2O5的含量为35mol%以下,可以容易地维持高折射率。需要说明的是,P2O5的含量的优选的下限值为12mol%、优选的上限值为33mol%。
需要说明的是,光学玻璃的着色程度可以通过作为表示着色度的指标的λτ80来定量化。λτ80意味着内部透过率(内部透过率τ)为80%时的波长(nm),该内部透过率是通过下述方法计算得到:对于光学玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射,此时在波长为280nm~700nm的范围对内部透过率进行测定后,基于该测定得到的内部透过率计算出假定光学玻璃的厚度为10mm时的上述内部透过率τ。此处,内部透过率τ是除去入射侧和出射侧处的表面反射损失的透过率,其是由下述方法得到的值:使用厚度不同的2个试料,在波长为280nm~1550nm的范围进行各试料的包括表面反射损失的透过率T1、T2,即外部透过率T1、T2的测定,使用这些测定值并基于下式(9)来算出上述值。
logτ=-(logT1-logT2)×10/Δd···(9)
此处,式(9)中,T1表示厚度为d1(mm)的第1试料的包括表面反射损失的透过率(%),其是通过使光从与其厚度方向平行的方向入射时在波长为280nm~1550nm的范围内测定得到的;T2表示由与第1试料相同的玻璃构成且厚度为d2(mm)的第2试料的包括表面反射损失的透过率(%),其是通过使光从与其厚度方向平行的方向入射时在波长为280nm~1550nm的范围内测定得到的。需要说明的是,λτ80是使用波长为280nm~700nm的透过率测定的结果而算出的,因此可以在波长为280nm~700nm的范围进行透过率T1、T2的测定。另外,Δd表示厚度d1和厚度d2的差d2-d1(mm),厚度d1和厚度d2满足d1<d2的关系。
λτ80伴随着TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量的增加而增加。将以mol%表示的TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量作为X时,在热处理前不增加光学玻璃用坯料中的含水量就对该光学玻璃用坯料进行热处理而制作得到的光学玻璃中,X和λτ80的关系为下式(10)所示的关系。因此,难以进行λτ80的大幅度的改善。
λτ80>aX+b···(10)
需要说明的是,式(10)中,a表示常数(1.8359nm/mol%),b表示常数(351.06nm)。
另一方面,在第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃中,可以将λτ80降低至满足下述(11)式的范围。
λτ80<aX+b···(11)
需要说明的是,式(11)中,a和b与式(10)中所表示的常数相同。
需要说明的是,进一步,第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃更优选满足下式(12)、进一步优选满足下式(13)。
λτ80<aX+c···(12)
λτ80<aX+d···(13)
此处,式(12)中,a和b的值与式(10)中所表示的常数相同。另外,式(13)中,a和b的值与式(10)中所表示的常数相同。式(12)中的c表示常数(348.06nm)。另外,式(13)中的d表示常数(345.06nm)。
利用第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃,在λτ80以上且700nm以下的波长区域中,换算为10mm的厚度的内部透过率为80%以上;优选的是,在λτ80以上且1550nm以下的波长区域中,换算为10mm的厚度的内部透过率为80%以上。
需要说明的是,以往为了在玻璃熔融中抑制高折射率成分的还原,进行具有氧化作用的氧化锑的添加。但是,在第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃的制造时,即使不利用氧化锑的氧化作用也可以减小着色。进一步,因氧化锑的添加,构成熔融容器的金属材料被氧化成为离子而融入光学玻璃用坯料中,成为导致最终得到的光学玻璃的着色的原因。因此,在第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃中,换算为Sb2O3的情况下,优选使氧化锑的含量小于1000ppm、更优选小于700ppm。需要说明的是,对于氧化锑的含量的上限,按照600ppm、500ppm、400ppm、300ppm、200ppm、100ppm的顺序,小于上述值是更优选的。进一步,第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃还可以不含有氧化锑。
第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃中,优选为含有P2O5、和至少选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的至少一种氧化物的组成;除此之外,更优选含有碱金属氧化物、碱土金属氧化物、ZnO、B2O3、SiO2等作为可选成分的组成。在由这种组成构成的光学玻璃中,P2O5的含量、和TiO2、Nb2O5、WO3与Bi2O3的总含量的优选的范围如上所述。
另外,第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃中还可以不含有Li2O等碱金属氧化物。此处,使用Li2O作为碱金属氧化物的情况下,从得到高折射率玻璃的观点出发,其含量优选为超过0mol%且小于10mol%、更优选为超过0mol%且为9mol%以下、进一步优选为超过0mol%且为8mol%以下。另外,第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃中还可以含有GeO2和/或Ga2O3。但是,这些氧化物的价格高,因此在光学玻璃中可以完全不含有Ga2O3,但在含有Ga2O3的情况下,优选尽可能减少其含量。此处,光学玻璃中含有GeO2的情况下,其含量优选为超过0mol%且为5mol%以下、更优选为超过0mol%且为2mol%以下、进一步优选为超过0mol%且为1mol%以下。另外,光学玻璃中含有Ga2O3的情况下,其含量优选为超过0mol%且为0.5mol%以下、更优选为超过0mol%且为0.2mol%以下、进一步优选为超过0mol%且为0.1mol%以下。第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃既可以不含有Li2O、又可以不含有GeO2、也可以不含有Ga2O3。
在第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃中,若考虑到环境影响的负荷,优选不含有Pb、As、Cd、U、Th作为玻璃成分。另外,从防止着色增大的观点出发,优选不含有Cr、Ni、Eu、Er、Tb、Fe、Cu、Nd等会吸收可见光的成分。在不损害本发明的目的的范围可以含有Te,但若考虑到对环境影响的负荷,优选不含有Te作为玻璃成分。需要说明的是,在本申请说明书中,不含有并非是指甚至连作为杂质而不可避免地混入也排除在外的情况。
接着,对第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃的制造方法进行说明。
在第1实施方式的光学玻璃的制造方法中,为了得到熔融玻璃,通过至少经由在熔融容器内对玻璃原料进行加热·熔融的加热·熔融工序、和将熔融容器内的熔融玻璃成型为规定形状的成型工序,可以制造下述光学玻璃用坯料,其是含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的至少一种氧化物作为玻璃成分的氧化物玻璃,其中,TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为30mol%~60mol%的范围内。接着,在氧化性气氛气体中对该光学玻璃用坯料进行热处理,从而得到第1实施方式的光学玻璃。
在第2实施方式的光学玻璃的制造方法中,为了得到熔融玻璃,通过至少经由在熔融容器内对玻璃原料进行加热·熔融的加热·熔融工序、和将熔融容器内的熔融玻璃成型为规定形状的成型工序,可以制造下述光学玻璃用坯料,其是含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的至少一种氧化物作为玻璃成分的氧化物玻璃,其中,TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为40mol%~80mol%的范围内。接着,在氧化性气氛气体中对该光学玻璃用坯料进行热处理,从而得到第2实施方式的光学玻璃。
此处,只要通过在加热·熔融工序中对熔融容器内的熔融玻璃中所含有的水分量进行调整就可以将光学玻璃的βOH值控制为0.1mm-1以上。
在第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃的制造中,关于玻璃原料的调整法、玻璃原料的加热法、熔融法、熔融玻璃的成型法,可以适当采用公知的方法。另外,从得到均质的光学玻璃的观点出发,熔融容器优选由金属材料构成。此处,作为构成熔融容器的金属材料,因耐蚀性、耐热性优异而优选为铂、金等贵金属;以及铂合金、金合金等贵金属合金。
此处,作为熔融玻璃中所含有的水分量的调整方法,优选利用选自向将熔融玻璃熔融的气氛中供给水蒸汽的第1水分量调整方法、一边在熔融玻璃中进行水蒸汽的鼓泡一边供给水蒸汽的第2水分量调整方法、以及第1水分量调整方法和第2水分量调整方法组合而成的第3水分量调整方法中的任一种方法。需要说明的是,熔融容器内的熔融玻璃中所含有的水分量的调整主要意味着,如上所述的第1水分量调整方法~第3水分量调整方法那样增加熔融玻璃中含有的水分量的操作。
需要说明的是,作为熔融容器内的熔融玻璃中所含有的水分量的调整方法,可以举出使用含有水分的化合物作为玻璃原料的方法,例如通过使用含有正磷酸或硼酸的玻璃原料来增加熔融玻璃中的水分量方法。但是,在该方法中,在将玻璃原料熔融的过程中,水分会蒸发散逸,难以确保光学玻璃用坯料和光学玻璃中的充分的含水量。进一步,对化合物进行调合而得到原料,将该原料粗熔解从而制作得到碎玻璃,对碎玻璃进行再调合,然后在熔融容器中进行再熔融,在该方式中,原料中当初所含有的水分进一步丧失,在熔融容器中进行再熔融时含水量大幅下降。
因此,即使使用正磷酸或硼酸等含有水分的化合物作为玻璃原料的情况下,为了抑制水分从熔融玻璃中蒸发散逸,优选提高熔融气氛的水蒸汽分压。或者,使用含有水分的化合物作为玻璃原料的情况下,也可以将熔融容器气密化以使在加热·熔融工序中水蒸汽不向熔融容器外散逸。这种操作也包括在熔融容器内的熔融玻璃中所含有的水分量的调整中。
需要说明的是,加热·熔融工序通常包括:熔解工序,其中,通过对玻璃原料进行加热来进行熔解从而得到熔融玻璃;澄清工序,其用于促进熔融玻璃的脱泡;均质化工序,其中,使澄清后的熔融玻璃降温从而达到适于成型的粘度、同时进行搅拌以便进行均质化。使用碎玻璃作为玻璃原料的情况下,在熔解工序之前实施碎玻璃化工序,所述碎玻璃化工序中,进行如上所述那样对化合物进行调合而得到的玻璃原料、所谓的批次原料的粗熔解,由此来进行碎玻璃化。
即使是制作碎玻璃的方式、或者是直接在熔融工序中对批次原料进行熔解的方式,从抑制Ti、Nb、W和Bi的过剩的还原、并且抑制熔融容器由金属材料构成的情况下的该金属材料的离子化、确保光学玻璃用坯料和光学玻璃中的含水量的观点出发,优选将加热·熔融工序中的玻璃的加热温度维持在1400℃以下、更优选维持在1300℃以下。进一步,从改善澄清性、同时得到着色少的光学玻璃的观点出发,优选按照加热·熔融工序中的玻璃的加热温度在澄清工序中为最高的方式进行设定,即在澄清温度以下进行玻璃的熔融。
另外,若增加加热·熔融工序的从开始至结束为止的时间,则会助长高折射率成分的还原,并且在熔融容器由金属材料构成的情况下还会助长该金属材料的离子化,光学玻璃中的含水量也显示出下降的倾向。因此,优选使加热·熔融工序的从开始至结束为止的时间在100小时以内。需要说明的是,加热·熔融工序的从开始至结束为止的时间只要根据熔融容器的容量大小等适当调整即可。通过在氧化性气氛中对如此熔融、成型得到的光学玻璃用坯料进行热处理,可以减小光学玻璃的着色。
作为氧化性气氛气体,使用空气、向空气中加入了氧的气体、氧等即可。另外,热处理温度、热处理时间优选按照λτ80满足式(11)的方式进行设定、更优选按照λτ80满足式(12)的方式进行设定、进一步优选按照λτ80满足式(13)的方式进行设定。
本实施方式的模压成型用玻璃坯料和本实施方式的光学元件含有第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃,通常情况下,仅由第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃构成。
模压成型用玻璃坯料是用于通过对光学玻璃进行加热、软化然后进行模压成型来得到模压成型品、具体而言是光学元件毛坯或光学元件等的玻璃坯料。作为模压成型用玻璃坯料的制作法,例如可以举出:将流出的熔融玻璃的流体分离后制作熔融玻璃块,在将该熔融玻璃块冷却的过程中成型为模压成型用玻璃坯料的方法;以及,将熔融玻璃浇铸至铸模中来成型得到玻璃块,对玻璃块进行加工来得到模压成型用玻璃坯料的方法;等等。
作为光学元件的示例,可以举出球面透镜、非球面透镜等各种透镜;棱镜等。本实施方式的光学元件是至少经由对本实施方式的光学玻璃进行后加工的后加工工序而制作得到的。作为后加工,可以适当实施加热处理、成型、研磨等各种公知的后加工,根据需要也可以组合2种以上的后加工处理。作为通过后加工来制作光学元件的方法,可以举出:对光学玻璃(或者模压成型用玻璃坯料)进行加热、软化,然后进行模压成型从而制作得到光学元件毛坯,对光学元件毛坯进行加工而得到光学元件的方法;对模压成型用玻璃坯料进行加热、软化,然后精密模压成型来得到光学元件的方法;将熔融玻璃模压成型来制作得到光学元件毛坯,对光学元件毛坯进行加工来得到光学元件的方法;等等。
需要说明的是,在制作模压成型用玻璃坯料和光学元件时,也可以利用用于第1实施方式和第2实施方式的光学玻璃的制作的光学玻璃坯料,进行成型、研磨等各种加工,之后进行用于降低着色的热处理,从而制作得到模压成型用玻璃坯料和光学元件。
实施例
以下,通过实施例对本发明进行更详细说明,但本发明并不限于这些实施例。
(实施例1)
[批次原料的调制]
首先,在制作具备所期望的特性的光学玻璃时,作为玻璃的原材料,分别准备磷酸、偏磷酸钡、氧化钛、氧化铌、氧化钨、氧化铋、硼酸、碳酸钡、碳酸钠、碳酸钾和氧化硅。接着,适当对上述原材料进行选择、称量以使最终得到的光学玻璃的玻璃组成为表3所示的氧化物组成I~VIII,充分混合,从而制作得到批次原料I~VIII。
[碎玻璃和调合碎玻璃的制作(粗熔工序)]
将调合得到的批次原料I~VIII作为各光学玻璃的玻璃原料。将该玻璃原料投入至石英制坩埚中,在大气气氛中以900℃~1350℃进行熔解,从而得到熔融物。将如此得到的熔融物滴加至水中,从而得到碎玻璃。
对从水中取出的碎玻璃进行干燥,对碎玻璃的一部分进行采样以便用于折射率测定,投入至铂制坩埚中进行熔解,对得到的玻璃熔液进行澄清、均质化,之后浇铸至铸模中进行成型,保持在玻璃化转变温度附近的温度,之后以30℃/小时的降温速度进行冷却。利用由日本光学硝子工业会标准所规定的折射率测定法,对如此得到的折射率测定用试料的折射率nd进行测定。
接着,根据测定得到的折射率nd,按照为所期望的折射率的方式进行碎玻璃的调合,得到光学玻璃制造用的调合碎玻璃。
[光学玻璃的制作(再熔融工序)]
接着,将调合碎玻璃投入至铂制坩埚(熔融容器),在800℃~1350℃的范围内对铂制坩埚内的调合碎玻璃进行加热、熔融,得到熔融玻璃(熔融工序)。
之后,将坩埚的温度升温至澄清温度(900℃~1450℃的范围),进行澄清(澄清工序)。接着,将坩埚的温度降温至均质化温度,利用搅拌器具搅拌从而进行均质化(均质化工序)。
需要说明的是,熔融炉内的容积(收纳坩埚的耐火物制的炉内的空间体积)和熔融物在熔融炉内的滞留时间(从将碎玻璃投入至铂熔融容器至熔融玻璃由熔融容器流出为止的时间)示于表4。
另外,在实施熔融工序、澄清工序、均质化工序时,根据需要进行提高熔融玻璃中的水分量的操作。
具体而言,将铂制导管从熔融炉外***至配置于炉内的铂制坩埚内,通过该铂制导管向铂制坩埚内的空间供给水蒸汽(H2O 100体积%)。如此,向熔融气氛加添水蒸汽是通过向大气加添水蒸汽来进行的。所供给的水蒸汽的流量示于表4。
另外,根据需要从设置于坩埚下部的管,在熔融物中进行水蒸汽(H2O 100体积%)的鼓泡。如此,熔融物内的水蒸汽鼓泡是通过对大气气氛中的熔融物、或在大气中加添了水蒸汽的熔融气氛中的熔融物进行水蒸汽鼓泡来进行的。所供给的水蒸汽的流量示于表4。
需要说明的是,表4中所示出的水蒸汽的流量为换算为常温、常压下的流量,单位为升/分钟。
另外,在不向坩埚内供给水蒸汽的情况下,在并未盖上铂制的盖而使熔融容器开放的状态,于大气气氛下进行从熔解工序经由澄清工序至均质化工序为止的全部工序。
[表4]
在大气气氛中,使如此均质化后的熔融玻璃从安装于坩埚底部的铂制的玻璃流出导管流出(流出工序),使其流入至配置于流出导管下方的铸模中,由此成型得到长条状的玻璃块(宽150mm×厚10mm)(成型工序)。
之后,在大气气氛中,以+100℃/小时的速度使上述玻璃块升温,在各自的玻璃化转变温度附近保持1.5小时~8小时,以-10℃/小时的速度进行降温(退火(anneal)工序),由此得到去除了变形(distortion)的光学玻璃试样。
[光学玻璃的评价]
所得到的光学玻璃试样(试料11~试料84)的各种物性如下进行测定、评价。
[1]玻璃组成
适量采取光学玻璃试样,对其进行酸和碱的处理,使用感应耦合等离子体质量分析法(ICP-MS法)、离子色谱(chromatograph)法,对各成分的含量进行定量,由此进行测定,确认到与氧化物组成I~VIII一致。
[2]折射率nd、阿贝值νd和玻璃化转变温度Tg
在制作光学玻璃试样时,将经过均质化工序的熔融玻璃浇铸至铸模中从而进行成型,保持在玻璃化转变温度附近的温度后,以10℃/小时的降温速度进行冷却,制作得到测定用试料。关于所得到的测定用试料,利用由日本光学硝子工业会标准所规定的折射率测定法,进行折射率nd、ng、nF、nc的测定。进一步,由这些折射率的测定值算出阿贝值νd。
接着,对光学玻璃试样进行加工,制作得到圆柱状的测定用试料(直径5mm、高度20mm)。对于得到的测定用试料,使用热机械分析装置(TMA),在升温速度为+10℃/分钟的条件下对玻璃化转变温度Tg进行测定。
需要说明的是,这些特性值起因于玻璃组成,因此在将相同的批次原料作为玻璃原料的光学玻璃试样中确认到为实质上相同的值。结果示于表5。
[3]βOH
对光学玻璃试样进行加工,准备两面互相平行且光学研磨成平坦的厚度为1mm的板状玻璃试料。从与该板状玻璃试料的研磨面垂直的方向入射光,使用分光光度计分别对于波长为2500nm下的外部透过率A和波长为2900nm下的外部透过率B进行测定,由下述式(1)算出βOH。
βOH=-[ln(B/A)]/t···(1)
上述式(1)中,ln为自然对数,厚度t相当于上述两个平面的间隔。另外,外部透过率包括玻璃试料表面处的反射损失,其是透过光的强度对于入射至玻璃试料的入射光的强度的比(透过光强度/入射光强度)。另外,βOH值越高则意味着玻璃中含有更多的水。结果示于表8和图2。
图2所示的是按照不同的玻璃组成对各光学玻璃试样的βOH进行标绘而得到的图。在图2中,实线表示基于下述式(2)的规定而将实施例和比较例隔开的边界线。
βOH≥0.4891×ln(1/HR)+2.48···(2)
需要说明的是,隔开各组成的实施例和比较例的边界的值(可期待本发明的效果的βOH的下限值)可以由上述式(2)算出。即,通过表3所示的上述组成比,算出HR(玻璃中的TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的各成分的含量的总量(摩尔%)),并导入上述式(2)。基于各氧化物组成算出的值示于表8。βOH的单位为mm-1。
[4]T450(H)
在大气气氛中,以+100℃/小时的速度使光学玻璃试样升温,在规定的保持温度保持100小时,然后以-30℃/小时的速度降温,由此来进行热处理。需要说明的是,保持温度根据组成而有所不同,因此,根据各自的光学玻璃试样的氧化物组成来采用表6所示的温度。
[表6]
对热处理后的光学玻璃试样进行加工,准备两面互相平行且光学研磨成平坦的厚度为10mm的板状玻璃试料。对于如此得到的板状玻璃试料,使用分光光度计来求出450nm下的外部透过率T450(H)。T450(H)的值越大则意味着透过率越优异,可进一步降低玻璃的着色。结果示于表8。
[5]Pt含量
适量采取光学玻璃试样,对其进行碱溶解,从而进行Pt的分离处理后,利用ICP-MS法对玻璃中的Pt量进行定量。结果示于表8。
[6]着色度λ80和λ70
首先,在与T450(H)的情况相同的条件下对光学玻璃试样进行热处理。
对热处理后的光学玻璃试样进行加工,准备两面互相平行且光学研磨成平坦的厚度为10mm±0.1mm的板状玻璃试料。使光从与该板状玻璃试料的研磨面垂直的方向入射,使用分光光度计对波长为280nm~700nm的范围的包含表面反射损失的分光透过率进行测定,分别将分光透过率(外部透过率)为80%和70%的波长作为着色度λ80和λ70。λ80和λ70的值均意味着,它们的值越小则玻璃的着色越少。结果示于表8。需要说明的是,关于由λ80评价的试料,在示于表8的结果中加添了下划线。
[7]T450(L)
制作光学玻璃试样时,采取0.5cc~0.7cc的经过均质化工序的熔融玻璃,使其流入至浮法成型用的铸模(该铸模的结构为:接受熔融玻璃的凹部由多孔质体构成,气体通过多孔质体从凹部表面喷出)的凹部,从凹部喷出气体,向凹部上的熔融玻璃块施加向上的风压,以上浮状态对玻璃块进行成型。
之后,以+100℃/小时的速度使上述玻璃块升温,以规定的保持温度和保持时间进行保持,然后以-30℃/小时的速度降温,由此得到热处理后的球状光学玻璃试样。需要说明的是,保持温度和保持时间根据组成而有所不同,因此根据各自的光学玻璃试样的氧化物组成来采用表7所示的温度和时间。
[表7]
对得到的球状光学玻璃试样进行加工,准备得到了两面互相平行且光学研磨成平坦的厚度为5mm的板状玻璃试料。对于如此得到的板状玻璃试料,使用分光光度计来求出450nm下的外部透过率T450(L)。T450(L)的值越大则意味着透过率越优异,以短时间的热处理也可降低玻璃的着色。
[8]气泡消除
制作光学玻璃试样时,采取40cc的开始澄清工序之前的熔融玻璃(玻璃熔液),在大气中于另一个铂坩埚中进行一定时间的澄清,在铂坩埚中对玻璃熔液进行冷却,使其固化。在该过程中,将着色降低至能够对玻璃中所含有的气泡的数量进行统计的程度。接着,将固化后的玻璃从铂坩埚中取出。
对于如此得到的测定用试样,使用光学显微镜(倍率为20倍~100倍)对玻璃内部进行放大观察(100倍),对玻璃中所含有的气泡的数量进行统计。对于澄清时间不同的测定用试样分别进行同样的观察,将玻璃中残留的气泡数量为100个/kg以下的测定用试料的澄清时间作为气泡消除的时间来进行评价。气泡消除时间越短则澄清性越优异。结果示于表8。
[表8]
如表8和图2所示,光学玻璃试样的βOH满足上述式(2)的本发明的玻璃的情况下,可以确认到:基于热处理的透过率改善效果非常大、且来源于熔融容器的Pt的融入量也会大幅降低,因此发挥出优异的透过率(试料13~试料16、试料24~试料26、试料33~试料35、试料43~试料46、试料53~试料56、试料63~试料66、试料72、试料73和试料82~试料84)。
另一方面,玻璃的βOH不满足上述式(2)的情况下相当于本发明的比较例,可以确认到,这种情况下,基于热处理的透过率改善效果小、且来源于熔融容器的Pt的融入量也多,因此透过率较低(试料11、试料12、试料21~试料23、试料31、试料32、试料41、试料42、试料51、试料52、试料61、试料62、试料71和试料81)。
另外,本发明的玻璃的情况下,可以确认到:与相当于本发明的比较例的玻璃的情况相比,能够以短时间的热处理得到充分的透过率提高效果,并且气泡消除所需的时间也短。即,本发明的玻璃的情况下,可以格外地缩短澄清工序和热处理工序所需的时间,在光学玻璃的制造中可以降低生产成本、并且提高生产性。
(实施例2)
向批次原料V中添加氧化锑(Sb2O3)作为玻璃原料,除此之外,在与实施例1的试料51~试料56相同的条件下制作光学玻璃试样(试料51a~试料56a)。氧化锑的添加量示于表9。需要说明的是,单位为相对于批次原料100质量%的ppm。
[光学玻璃的评价]
所得到的光学玻璃试样(试料51a~试料56a)的各种物性利用与实施例1的情况相同的条件进行测定、评价。
其结果为,折射率nd、阿贝值νd和玻璃化转变温度Tg实质上与实施例1的氧化物组成V所示的值相同。其它结果示于表9。
如表9所示,可以确认到:玻璃的βOH值不会因玻璃中的氧化锑的有无而发生实质性地变化(试料51~试料56和试料51a~试料56a)。
另外,使用添加了氧化锑的批次原料的情况下,在本发明涉及的光学玻璃试样中,也在热处理后确认到了优异的透过率,并确认到玻璃中的Pt的融入量得以降低(试料53a~试料56a)。
(实施例3)
对实施例1和实施例2中制作得到的光学玻璃试样(玻璃块)进行分割,根据需要进一步实施加工,得到与各光学玻璃对应的模压成型用玻璃坯料。
在大气中对如此得到的模压成型用玻璃坯料进行加热、软化,然后进行模压成型,制作得到近似于透镜形状的光学元件毛坯。
接着,在大气中对得到的光学元件毛坯进行退火,进一步进行磨削、研磨等加工,制作得到与实施例1和实施例2的各试料对应的透镜、棱镜等玻璃制光学元件。
需要说明的是,退火时的降温速度按照光学元件的折射率为所期望的值的方式进行设定。
另外,玻璃的模压成型方法、透镜毛坯的退火方法、磨削方法、研磨方法均可以使用公知的方法。
对于使用本发明涉及的光学玻璃试样(试料13~试料16、试料24~试料26、试料33~试料35、试料43~试料46、试料53~试料56、试料63~试料66、试料72、试料73、试料82~试料84和试料53a~试料56a)制作得到的光学元件,确认到由于在从熔融玻璃的成型至光学元件毛坯的加工为止的期间于大气等氧化性气氛中接受热处理,其着色得到大幅的降低。
另一方面,对于使用相当于本发明的比较例的光学玻璃试样玻璃(试料11、试料12、试料21~试料23、试料31、试料32、试料41、试料42、试料51、试料52、试料61、试料62、试料71、试料81、试料51b和试料52b)制作得到的光学元件,确认到其在从熔融玻璃的成型至光学元件毛坯的加工为止的期间即使经由大气等氧化性气氛中的热处理,也会残留有着色,着色的降低效果低。
[第1变形例涉及的实施例]
接着,从第1变形例的观点出发,按照不同的玻璃的折射率nd对第1实施例的实施例1中制作得到的光学玻璃试样的βOH进行标绘,将得到的图示于图5。
在图5中,实线表示基于下述式(6)的规定而将实施例和比较例隔开的边界线。
βOH≥181.39×nd-3-325.75×nd-2+194.85×nd-1-38.1···(6)
此处,式(6)中的nd表示所述玻璃的折射率。
[第2变形例涉及的实施例]
接着,示出第2变形例涉及的实施例。需要说明的是,关于第2变形例,其也并不限于以下的实施例。需要说明的是,以下重新编实施例的序号。
(实施例1~实施例6)
将批次原料粗熔解而制作得到碎玻璃,将碎玻璃投入至铂制坩埚,然后进行加热、熔融、成型,按照以下的步骤制作得到示于表1和表2的No.1~No.4的各光学玻璃。
首先,最先对磷酸盐、正磷酸、氧化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐进行称量,充分混合,从而得到调合后的原料(批次原料),将该批次原料投入至石英制容器中,在800℃~1400℃的范围对No.1和No.2的光学玻璃进行加热、在液相温度LT~1300℃的范围对No.3和No.4的光学玻璃进行加热,得到熔融玻璃,将该熔融玻璃滴加至水中,从而制作得到碎玻璃原料。
接着,使碎玻璃原料干燥后,对碎玻璃原料进行再调合,投入至铂制坩埚(熔融容器),然后盖上铂制的盖。在该状态下,对于铂制坩埚内的碎玻璃原料,No.1和No.2的光学玻璃的情况下在该碎玻璃原料的玻璃组成的液相温度LT~1300℃的范围内进行加热、No.3和No.4的光学玻璃的情况下在该碎玻璃原料的玻璃组成的液相温度LT~1250℃的范围内进行加热,将碎玻璃原料熔解,从而进行熔融玻璃化(熔解工序)。
进一步,在No.1和No.2的光学玻璃的情况下,将熔融玻璃升温至液相温度LT~1400℃的范围内而进行澄清(澄清工序)后,降温至液相温度LT~1300℃的范围内;在No.3和No.4的光学玻璃的情况下,将熔融玻璃升温至液相温度LT~1300℃的范围内而进行澄清(澄清工序)后,降温至液相温度LT~1250℃的范围内,然后分别进行搅拌、均质化(均质化工序),使进行了澄清、均质化的熔融玻璃从玻璃流出导管流出而浇铸至铸模中,由此成型得到玻璃块。
需要说明的是,在实施熔解工序、澄清工序、均质化工序时,从设置于铂制的盖处的开口部向铂制坩埚内***铂制导管,根据需要通过该铂制导管向铂制坩埚内的空间供给水蒸汽。供给至铂制坩埚内的单位时间的水蒸汽流量示于表10。需要说明的是,表10中所示的水蒸汽流量为换算为常温下的流量的值,单位为升/分钟。另外,在不向坩埚内供给水蒸汽的情况下,利用没有开口部铂制的盖将铂制坩埚密封,从熔解工序经由澄清工序至均质化工序为止的期间对铂制坩埚内进行气密化,从而抑制了熔解工序中的源于碎玻璃原料和熔融玻璃的水分的蒸发散逸。
接着,在大气中,利用2小时将No.1和No.2的光学玻璃的玻璃块从25℃升温至600℃,在600℃进行退火(热处理),进行降低玻璃块(光学玻璃用坯料)的着色的操作。之后,以-30℃/小时的降温速度将玻璃块冷却至常温。需要说明的是,将玻璃块保持在600℃的时间为1小时。
另外,关于No.3和No.4的光学玻璃的上述玻璃块,在大气中,利用2小时将其从25℃升温至570℃,在570℃进行退火(热处理),进行降低玻璃块(光学玻璃用坯料)的着色的操作。之后,以-30℃/小时的降温速度将玻璃块冷却至常温。需要说明的是,将玻璃块保持在570℃的时间为4小时30分钟。
退火后,对玻璃块(光学玻璃)的βOH值、λτ80、折射率nd、阿贝值νd、玻璃化转变温度Tg进行测定。关于No.1和No.3的光学玻璃,将βOH值、T450、λτ80值示于表10,将No.1~No.4的各光学玻璃的折射率nd、阿贝值νd、玻璃化转变温度Tg示于表1和表2。
需要说明的是,示于表1的折射率nd、阿贝值νd的测定值是使用以每小时30℃的冷却速度进行冷却的试料而测定得到的值;关于液相温度LT的测定值,对试料进行再加热,保持2小时后,冷却至室温,利用光学显微镜确认玻璃内部有无结晶析出,将未确认到结晶的最低温度作为液相温度。
表10的实施例1~实施例3为未从铂制导管向熔融容器内导入水蒸汽而制作得到的光学玻璃的数据,实施例4~实施例6为从铂制导管向熔融容器内导入水蒸汽而制作得到的光学玻璃的数据。实施例1~实施例3中,通过使用正磷酸原料、并且提高熔融容器的气密性,从而将水分导入至熔融玻璃、并且抑制了水蒸汽从熔融容器散逸。进一步,在实施例4~实施例6中,熔融容器内的水蒸汽分压也积极地得到了提高。
若对实施例1~实施例3的光学玻璃的T450、λτ80和实施例4~实施例6的光学玻璃的T450、λτ80进行比较可知:积极地提高了熔融容器内的水蒸汽分压的实施例4~实施例6的光学玻璃的βOH值大,实现了更大幅度的着色程度的降低。通过如此进行热处理,可以得到着色小的表1的No.1和表2的No.3中所示的组成的光学玻璃。
[表10]
需要说明的是,在实施例1~实施例6中,即使分别将制作得到的光学玻璃由示于表1的No.1的组成的光学玻璃变更为示于No.2的组成的光学玻璃、由No.3的组成的光学玻璃变更为No.4的组成的光学玻璃,也可以大幅度减小着色程度。另外,在实施例1~实施例6中,使用了铂制坩埚作为熔融容器,但即使使用铂合金制坩埚、金制坩埚、金合金制坩埚来制作光学玻璃,对得到的的光学玻璃进行热处理,也可以得到着色程度大幅度减小的光学玻璃。进一步,在实施例4~实施例6中,通过导管向盖着盖的铂制坩埚内供给水蒸汽,但即使通过向铂坩埚内的熔融玻璃中吹入水蒸汽而进行鼓泡也可以得到同样的效果,这在将制作的光学玻璃的组成变更为表1所示的No.2和表2所示的No.4的组成的情况下也是同样的。
另外,在实施例4~实施例6中,作为向铂制坩埚内供给的水蒸汽,使用了通过使用锅炉使水沸腾而得到的水蒸汽。但是,制作光学玻璃坯料时,也可以适当地利用由其它方法得到的水蒸汽。例如,也可以通过向收纳有铂制坩埚等熔融容器的耐火物制的玻璃熔解炉内喷射雾状的水,从而进行水蒸汽化,提高玻璃熔解炉内部和熔融容器内部的气氛的水蒸汽分压。或者,还可以使用泵将水供给至玻璃熔解炉中,利用熔解炉内的热使水沸腾,从而进行水蒸汽化,提高玻璃熔融气氛中的水蒸汽分压。即使利用这些方法都能够提高光学玻璃用坯料中的含水量。
(比较例1)
取下铂制盖从而使熔融容器气氛开放,除此之外,按照与实施例1~实施例3同样的方法制作得到玻璃块(光学玻璃用坯料),之后按照与实施例1~实施例6同样的方法进行热处理。但是,热处理后的玻璃块(光学玻璃)的着色程度大于实施例1~实施例6。
另外,对于玻璃组成,分别以No.2和No.4的组成来替代No.1和No.3的组成,除此之外,与比较例1同样制作玻璃块(光学玻璃用坯料),进行热处理。热处理后的玻璃块(光学玻璃)的着色程度大于实施例1~实施例6。
(比较例2)
代替水蒸汽,向熔融容器内导入氮气,除此之外,按照与实施例4~实施例6同样的方法制作得到玻璃块(光学玻璃用坯料),之后按照与实施例1~实施例6同样的方法进行热处理。与比较例1的玻璃块(光学玻璃)相比,热处理后的玻璃块(光学玻璃)的着色程度非常大。
(比较例3)
代替水蒸汽,向熔融容器内导入一氧化碳气体等还原性气体,除此之外,按照与实施例4~实施例6同样的方法制作得到玻璃块(光学玻璃用坯料),之后按照与实施例1~实施例6同样的方法进行热处理。与比较例1的玻璃块(光学玻璃)相比,热处理后的玻璃块(光学玻璃)的着色程度非常大。
需要说明的是,若提高还原性气体的浓度,则被还原的玻璃成分与铂坩埚合金化,产生对坩埚的破坏。这在将玻璃组成变更为表1所示的No.2和表2所示的No.4的组成的情况下也是同样的。
(热处理前后的玻璃块的着色程度的具体观察结果)
表11中示出了各实施例和比较例制作得到的玻璃块的热处理前后的着色程度的观察结果。需要说明的是,着色程度是通过下述方法进行评价的:将平面形状大致为圆形的玻璃块配置于白色的纸张上,在室内光下目测进行观察,由此来评价着色程度。需要说明的是,用于观察的所有实施例和比较例的玻璃块的厚度几乎是相同的。另外,表11中所示出的透明度的评价标准如下所示。A:玻璃块(光学玻璃)有淡淡的着色,但透明度高,能够充分确认到位于玻璃块(光学玻璃)下方的纸张的白度的程度(高透明度)。B:玻璃块(光学玻璃)有着色,但透明度为能够充分确认到位于玻璃块(光学玻璃)下方的纸张的程度(中透明度)。C:玻璃块(光学玻璃)有深着色,仅为刚好能够确认到位于玻璃块(光学玻璃)下方的纸张的程度的低透明度(低透明度)。D:玻璃块(光学玻璃)完全不透明,完全无法确认到位于玻璃块(光学玻璃)下方的纸张的存在(不透明)。
(铂混入等的确认)
在实施例1~实施例6和比较例1~比较例3中所使用的热处理后的玻璃块中,除了透明度的评价为D的示例,利用光学显微镜对玻璃块的内部进行观察。其结果为,无论在哪一个玻璃块中,在其内部均未确认到混入的铂杂质和析出的结晶。另外,使用ICP发光分光法对实施例1~实施例6和比较例1~比较例3中所使用的玻璃块的铂熔解量进行测定,结果为均小于2ppm。
(实施例7)
将实施例1~实施例6中制作得到的光学玻璃加工为模压成型用玻璃坯料,进行加热、软化,然后进行模压成型,制作得到光学元件毛坯。进一步,对光学元件毛坯进行加工,制作得到的球面透镜、棱镜等光学元件。进一步,在透镜表面、棱镜表面涂布防反射膜,从而得到最终产品。
对于示于表1的No.2和示于表2的NO.4的光学玻璃,也按照同样的方法制作得到模压成型用玻璃坯料、光学元件毛坯、光学元件。
以下,对主要的实施方式和各种变形例进行总结概括。
第1变形例涉及的实施方式中的优选的玻璃中,折射率nd为1.75以上,下述式(1)中示出的βOH值满足下述式(6)所表示的关系。
βOH=-[ln(B/A)]/t···(1)
βOH≥181.39×nd-3-325.75×nd-2+194.85×nd-1-38.1···(6)
[式(1)中,t表示外部透过率测定中所使用的所述玻璃的厚度(mm);A表示对于所述玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对波长2500nm的外部透过率(%);B表示对于所述玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对波长2900nm的外部透过率(%)。另外,ln为自然对数。式(6)中,nd表示所述玻璃的折射率。]需要说明的是,βOH的单位为mm-1。
第1变形例涉及的实施方式中的优选的玻璃中,玻璃中的贵金属的含量为4ppm以下。
第1变形例涉及的实施方式中的优选的玻璃中,含有P2O5作为玻璃成分。
第2变形例涉及的第1实施方式中的优选的玻璃是折射率nd为1.9以上且小于1.97的氧化物玻璃,其含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3中的至少一种氧化物作为玻璃成分,其特征在于,TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为30mol%~60mol%的范围内,并且,下述式(1)所示的βOH值为0.1mm-1以上。
βOH=-ln(B/A)/t···(1)
[式(1)中,t表示外部透过率测定中所使用的所述光学玻璃的厚度(mm);A表示对于所述光学玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对波长2500nm的外部透过率(%);B表示对于所述光学玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对波长2900nm的外部透过率(%)。另外,ln为自然对数。]
第2变形例涉及的第1实施方式中的优选的玻璃的特征在于,在15mol%~35mol%的范围内含有P2O5作为玻璃成分。
第2变形例涉及的第2实施方式中的优选的玻璃是折射率nd为1.97以上的氧化物玻璃,其含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3中的至少一种氧化物作为玻璃成分,其特征在于,TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为40mol%~80mol%的范围内,并且,下述式(1)所示的βOH值为0.1mm-1以上。
βOH=-ln(B/A)/t···(1)
[式(1)中,t表示外部透过率测定中所使用的所述光学玻璃的厚度(mm);A表示对于所述光学玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对波长2500nm的外部透过率(%);B表示对于所述光学玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对波长2900nm的外部透过率(%)。另外,ln为自然对数。]
第2变形例涉及的第2实施方式中的优选的玻璃的特征在于,在10mol%~35mol%的范围内含有P2O5作为玻璃成分。
第2变形例涉及的第1实施方式和第2实施方式中的优选的玻璃的特征在于,满足下式(11)。
λτ80<aX+b···(11)
[式(11)中,λτ80表示内部透过率为80%时的波长(nm),该内部透过率是通过下述方法计算得到:对于所述光学玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射,此时在波长为280nm~700nm的范围对内部透过率进行测定后,基于该测定得到的内部透过率,计算出假定所述光学玻璃的厚度为10mm时的上述内部透过率;a表示常数(1.8359nm/mol%);b表示常数(351.06nm);X表示TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量(mol%)。]
第2变形例涉及的第1实施方式和第2实施方式中的优选的玻璃的特征在于,按Sb2O3换算,含有的氧化锑小于1000ppm。
进一步,主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃为玻璃中所含有的TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为25摩尔%以上的玻璃、更优选为30摩尔%以上的玻璃、进一步优选为35摩尔%以上的玻璃。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃为以摩尔%表示时的P2O5的含量大于SiO2的含量的玻璃。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃为以摩尔%表示时的P2O5的含量大于B2O3的含量的玻璃。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃为以摩尔%表示时的P2O5的含量多于SiO2和B2O3的总含量的玻璃。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃为P2O5的含量为10摩尔%以上的玻璃。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃为P2O5的含量为40摩尔%以下的玻璃。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃中,GeO2的含量为0摩尔%~10摩尔%、更优选为0摩尔%~5摩尔%、进一步优选为0摩尔%~3摩尔%、更加优选为0摩尔%~2摩尔%、更进一步优选为0摩尔%~1摩尔%、再更进一步优选为0摩尔%~0.5摩尔%。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃中,TeO2的含量为0摩尔%~10摩尔%、更优选为0摩尔%~5摩尔%、进一步优选为0摩尔%~3摩尔%、更加优选为0摩尔%~2摩尔%、更进一步优选为0摩尔%~1摩尔%、再更进一步优选为0摩尔%~0.5摩尔%。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃中,Sb2O3的含量为0ppm以上且小于1000ppm,进一步优选的玻璃中,Sb2O3的含量为900ppm以下,更加优选的玻璃中,Sb2O3的含量为800ppm以下,更进一步优选的玻璃中,Sb2O3的含量为700ppm以下,更加进一步优选的玻璃中,Sb2O3的含量为600ppm以下,再更加进一步优选的玻璃中,Sb2O3的含量为500ppm以下,并且以下按照400ppm、300ppm、200ppm、100ppm的顺序,值越小,则越是优选的。也可以不含有Sb2O3。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃中,P2O5、SiO2、B2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2O、Al2O3、ZrO2、GeO2、TeO2和Sb2O3的总含量为90摩尔%以上、更优选为92摩尔%以上、进一步优选为95摩尔%以上、更加优选为96摩尔%以上、更进一步优选为97摩尔%以上、更加进一步优选为98摩尔%以上、再更加进一步优选为超过99摩尔%。
在主要实施方式和上述变形例中,从降低对环境的负荷的观点出发,玻璃优选实质不含有Pb、As、Cd、U、Th、Tl。
在主要实施方式和上述变形例中,玻璃优选实质不含有Cu、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、V、Mo、Nd、Eu、Er、Tb、Ho、Pr。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃含有贵金属,并且贵金属的含量为4ppm以下。对于玻璃中所含有的贵金属的含量的更优选的上限量,按照3ppm、2.7ppm、2.5ppm、2.2ppm、2.0ppm、1.8ppm、1.6ppm、1.4ppm、1.2ppm、1.1ppm、1.0ppm、0.9ppm的顺序,值越低,则越为优选的上限值。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃含有Pt,并且Pt的含量为4ppm以下。对于玻璃中所含有的Pt的含量的更优选的上限量,按照3ppm、2.7ppm、2.5ppm、2.2ppm、2.0ppm、1.8ppm、1.6ppm、1.4ppm、1.2ppm、1.1ppm、1.0ppm、0.9ppm的顺序,值越低,则越为优选的上限值。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃中,折射率nd为1.75以上、更优选为1.80以上、进一步优选为1.85以上、更加优选为1.90以上。
主要实施方式和上述变形例中优选的玻璃为光学玻璃。
Claims (25)
1.一种玻璃,其折射率为1.75以上,P2O5的含量为7摩尔%~40摩尔%,满足以下的(a)~(c)的任一项以上,
(a)P2O5、SiO2、B2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2O、Al2O3、ZrO2、GeO2、TeO2和Sb2O3的总含量为90摩尔%以上,
(b)所述Nb2O5的含量为5摩尔%以上,
(c)所述TiO2的含量为1摩尔%以上;
其中,
下述式(1)所示的βOH值满足由下述式(2)表示的关系,
βOH=-[ln(B/A)]/t···(1)
βOH≥181.39×nd-3-325.75×nd-2+194.85×nd-1-38.1···(2)
式(1)中,t表示外部透过率测定中所使用的所述玻璃的厚度、其单位为mm,A表示对于所述玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对波长2500nm的外部透过率(%),B表示对于所述玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对波长2900nm的外部透过率(%);并且,ln为自然对数;式(2)中,nd表示所述玻璃的折射率。
2.如权利要求1所述的玻璃,其中,含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的至少一种氧化物作为玻璃成分,
所述TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为20摩尔%以上。
3.如权利要求1所述的玻璃,其中,含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的至少一种氧化物作为玻璃成分,
所述TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为25摩尔%以上。
4.如权利要求1所述的玻璃,其中,含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的至少一种氧化物作为玻璃成分,
所述TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为40摩尔%以上。
5.一种玻璃,其折射率为1.75以上,P2O5的含量为7摩尔%~40摩尔%,
含有选自TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的至少一种氧化物作为玻璃成分,
所述TiO2、Nb2O5、WO3和Bi2O3的总含量为35摩尔%以上,
其中,
下述式(1)所示的βOH值满足由下述式(2)表示的关系,
βOH=-[ln(B/A)]/t···(1)
βOH≥181.39×nd-3-325.75×nd-2+194.85×nd-1-38.1···(2)
式(1)中,t表示外部透过率测定中所使用的所述玻璃的厚度,其单位为mm,A表示对于所述玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对波长2500nm的外部透过率(%),B表示对于所述玻璃使光从与其厚度方向平行的方向入射时对波长2900nm的外部透过率(%);并且,ln为自然对数;式(2)中,nd表示所述玻璃的折射率。
6.如权利要求5所述的玻璃,其中,满足以下的(a)~(c)的任一项以上,
(a)P2O5、SiO2、B2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2O、Al2O3、ZrO2、GeO2、TeO2和Sb2O3的总含量为90摩尔%以上,
(b)所述Nb2O5的含量为5摩尔%以上,
(c)所述TiO2的含量为1摩尔%以上。
7.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,贵金属的含量为4ppm以下。
8.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,以摩尔%表示的所述P2O5的含量比B2O3的含量大。
9.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,所述Nb2O5的含量为8摩尔%以上。
10.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,所述P2O5的含量为35摩尔%以下。
11.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,所述P2O5的含量为33摩尔%以下。
12.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,以摩尔%表示,SiO2的含量为0%以上、且所述P2O5的含量的0.8倍以下。
13.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,BaO、SrO、CaO、MgO和ZnO的总含量为0摩尔%~32摩尔%。
14.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,所述Bi2O3的含量为0摩尔%~35摩尔%。
15.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,所述Bi2O3的含量为0摩尔%~30摩尔%。
16.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,所述Bi2O3的含量为0摩尔%~24摩尔%。
17.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,P2O5、SiO2、B2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2O、Al2O3、ZrO2、GeO2、TeO2和Sb2O3的总含量为95摩尔%以上。
18.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,P2O5、SiO2、B2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2O、Al2O3、ZrO2、GeO2、TeO2和Sb2O3的总含量为98摩尔%以上。
19.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,P2O5、SiO2、B2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2O、Al2O3、ZrO2、GeO2、TeO2和Sb2O3的总含量为超过99摩尔%。
20.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,GeO2的含量为0摩尔%~1摩尔%。
21.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,TeO2的含量为0摩尔%~1摩尔%。
22.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,Sb2O3的含量为0ppm以上且小于1000ppm。
23.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,Sb2O3的含量为0ppm以上且500ppm以下。
24.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,所述βOH的值满足由下式(3)表示的关系,
βOH≥181.39×nd-3-325.75×nd-2+194.85×nd-1-38.05···(3)。
25.如权利要求1或5所述的玻璃,其中,所述βOH的值满足由下式(4)表示的关系,
βOH≥181.39×nd-3-325.75×nd-2+194.85×nd-1-38.00···(4)。
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