TWI498303B - 光學玻璃以及光學元件 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種光學玻璃，且特別是有關於一種高折射率且耐失透性優異的光學玻璃。而且，本發明是有關於一種以上述光學玻璃作為素材的光學元件。
近年來，隨著數位(digital)光學設備的普及、發展，要求光學透鏡(lens)的高性能化以及小型化。要應對這些要求，使用精密壓制(press)成形的非球面透鏡的光學設計將不可或缺。並且，對於所述非球面透鏡中所用的光學玻璃，要求其折射率(nd)盡可能高。
為了應對這些要求，近年來正盛行含有大量Bi2
O3
的光學玻璃的開發。
例如，作為高折射率的光學玻璃，在專利文獻1中提出一種以莫耳%計而含有25%～80%的Bi2
O3
的光學玻璃，在專利文獻2中提出一種以質量%計而含有10%以上且小於90%的Bi2
O3
的光學玻璃，在專利文獻3中提出一種以質量%計而含有10%以上且小於90%的Bi2
O3
的光學玻璃。
而且，在專利文獻4中提出一種以氧化物基準的莫耳%表示而實質上包含25%～70%的Bi2
O3
的高折射率壓制成形用玻璃。
然而，專利文獻1～專利文獻4中記載的光學玻璃在玻璃的穩定性或成形性方面均難以足夠充分。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2006-327926號公報
[專利文獻2]日本專利特開2007-106625號公報
[專利文獻3]日本專利特開2007-99606號公報
[專利文獻4]日本專利特開2002-201039號公報
本發明有利地解決上述問題，其目的在於提出一種不會導致折射率下降而改善了玻璃的耐失透性的光學玻璃以及以所述光學玻璃作為素材的光學元件。
此外，發明人對於在上述專利文獻1～專利文獻4中，為何未能獲得良好的玻璃的耐失透性的原因進行了調查。
其結果獲得以下所述的見解。
(1)專利文獻1～專利文獻3所揭示的光學玻璃由於需要大量Bi2
O3
的關係，因此不得不將例如SiO2
或B2
O3
的合計量抑制至以莫耳%計為60%以下，因此在玻璃的耐失透性方面存在問題。
因此，從玻璃的耐失透性方面考慮，較為理想的是含有超過60%的B2
O3
。
但是，如果超過60%而大量地含有B2
O3
，則又可能會導致折射率降低。
因此，發明人為了解決此點而進一步反復研究，結果判明，即使B2
O3
超過60莫耳%時，只要一併含有La2
O3
、Gd2
O3
以及ZrO2
，便能夠達成所期望的目的。
(2)另外，專利文獻4所揭示的光學玻璃中也不含La2
O3
、Gd2
O3
以及ZrO2
，從而在玻璃的耐失透性方面存在問題。
因此獲得下述見解：從玻璃的耐失透性方面考慮，優選一併含有La2
O3
、Gd2
O3
以及ZrO2
。
本發明是立足於上述見解，反復進行各種研究後完成。
亦即，本發明的光學玻璃的組成上的特徵在於：在含有比60莫耳%還多的B2
O3
的Bi2
O3
系光學玻璃中，使其適量含有La2
O3
、Gd2
O3
、ZrO2
，且使其不含鹼金屬氧化物或堿土類金屬氧化物、ZnO。
以下，對本發明進行說明。
1.一種光學玻璃，其特徵在於由下述組成構成，即：以莫耳%計，B2
O3
：超過60%且75%以下、Bi2
O3
：24%以上且39%以下、La2
O3
：7%以下、Gd2
O3
：7%以下、以及ZrO2
：7%以下。
2.根據1所述的光學玻璃，其特徵在於，La2
O3
、Gd2
O3
以及ZrO2
的合計量為0.3%～10%。
3.根據1或2所述的光學玻璃，其特徵在於，所述光學玻璃以莫耳%計而更包含從SiO2
：5%以下、GeO2
：5%以下、Ta2
O5
：5%以下、Nb2
O5
：5%以下、WO3
：5%以下、以及Sb2
O3
：1%以下中選擇的一種或二種以上。
4.根據1至3中任一項所述的光學玻璃，其特徵在於，此光學玻璃的玻璃轉移點(glass transformation point,Tg)為500℃以下，並具有折射率(nd)為1.85以上且阿貝數(Abbe number,vd)為15.0～30.0的光學常數。
5.一種光學元件，其特徵在於由根據1至4中任一項所述的光學玻璃構成。
[發明的效果]
根據本發明，可獲得不會導致折射率降低而使玻璃的耐失透性以及成形性一併提高的光學玻璃。
而且，根據本發明，通過將所述光學玻璃作為素材，可獲得玻璃的耐失透性優異的光學元件。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下，對本發明進行具體說明。
首先，在本發明中，對於玻璃組成，對上述範圍進行說明。另外，與成分有關的“%”的表示是指“莫耳%”。
[B2
O3
：超過60%且75%以下]
在本發明中，B2
O3
是特別重要的成分。B2
O3
形成玻璃的網眼構造，可獲得幾乎不會導致折射率下降而提高了耐失透性的玻璃。而且，可提高玻璃的熔融性而將熔融溫度抑制為較低，其結果，可抑制玻璃的著色而提高在可見光區域中的透射率。
但是，如果B2
O3
含量為60%以下，則耐失透性有可能會惡化，另一方面，如果超過75%，則將無法獲得所需的折射率，因此B2
O3
設為超過60%且75%以下的範圍。優選為60.1%以上且74.5%以下的範圍。
[Bi2
O3
：24%以上且39%以下]
在本發明中，Bi2
O3
是大為有助於玻璃的高折射率化和高分散化，進而還具備降低玻璃轉移點(Tg)的效果的非常重要的成分。
但是，如果Bi2
O3
含量小於24%，則將無法獲得所需的高折射率和高分散，另一方面，如果超過39%，則耐失透性將下降，且有可能難以玻璃化，因此Bi2
O3
設為24%以上且39%以下的範圍。優選24.5%以上且38.5%以下的範圍。
[La2
O3
：7%以下(其中不包括0%)]
在本發明中，La2
O3
是重要的成分。本發明中，如上所述，從玻璃的耐失透性方面考慮而含有超過60%的B2
O3
，因此，與其成反比而Bi2
O3
的含量降低，相應地，折射率可能會降低。La2
O3
的添加一掃上述顧慮，通過複合含有La2
O3
和後述的Gd2
O3
、ZrO2
，可有效地抑制折射率的下降。亦即，La2
O3
有效地有助於玻璃折射率的提高，而且，對於化學耐久性或耐失透性的提高發揮較大的效果。
但是，如果La2
O3
含量超過7%，則不僅玻璃的熔融性或耐失透性會下降，而且玻璃轉移點(Tg)還有可能會上升，因此La2
O3
設為7%以下。優選為6%以下。另外，為了充分獲得上述效果，優選含有0.2%以上的La2
O3
。
[Gd2
O3
：7%以下(其中不包括0%)]
如上所述，Gd2
O3
是與La2
O3
或ZrO2
一同對於抑制折射率的下降而言重要的成分。而且，Gd2
O3
通過與La2
O3
並用而含有，還具有提高耐失透性的效果。
但是，如果Gd2
O3
含量超過7%，則玻璃的熔融性或耐失透性有可能會惡化，因此Gd2
O3
設為7%以下。優選為6%以下。另外，為了充分獲得上述效果，優選含有0.2%以上的Gd2
O3
。
[ZrO2
：7%以下(其中不包括0%)]
同樣地，ZrO2
也是對於抑制折射率的下降而言重要的成分。而且，ZrO2
還具有提高耐失透性，提高化學耐久性的效果。
但是，如果ZrO2
含量超過7%，玻璃的熔融性或耐失透性有可能會惡化，因此ZrO2
設為7%以下。優選為6%以下。另外，為了充分獲得上述效果，優選含有0.1%以上的ZrO2
。
另外，如果La2
O3
、Gd2
O3
以及ZrO2
的合計量例如不足0.3%，則折射率以及耐失透性的改善效果將較弱，另一方面，如果超過10%，將無法忽略耐失透性的劣化，因此優選其合計量設為0.3%～10%。更優選0.5%～9%的範圍。
以上，對本發明中的必需成分進行了說明，但在本發明中，除此以外還可適當含有以下所述的成分。
[SiO2
：5%以下(其中不包括0%)]
SiO2
是形成玻璃的網眼，以提高玻璃的耐失透性的有效成分。
但是，如果SiO2
量超過5%，則會導致熔融溫度的高溫化，而玻璃的著色會變濃，因此較為理想的是含有5%以下的SiO2
量。優選為4%以下。
[GeO2
：5%以下(其中不包括0%)]
GeO2
是與SiO2
同樣地，形成玻璃的網眼，從而對於玻璃的耐失透性的提高有用的成分。
但是，如果GeO2
量超過5%，則有可能會因還原性強而導致玻璃的著色變濃，因此優選GeO2
量為5%以下。更優選為4%以下。
[Ta2
O5
：5%以下(其中不包括0%)]
Ta2
O5
是不僅有提高玻璃的折射率的效果，而且在提高玻璃的耐失透性方面也有效的成分。
但是，如果Ta2
O5
量超過5%，玻璃的耐失透性將會惡化，因此優選Ta2
O5
量設為5%以下。更優選為4%以下。
[Nb2
O5
：5%以下(其中不包括0%)]
Nb2
O5
是能夠提高玻璃的折射率的有用成分。
然而，如果Nb2
O5
量超過5%，則玻璃的熔融性或耐失透性有可能會發生惡化，因此優選Nb2
O5
量設為5%以下。更優選為4%以下。
[WO3
：5%以下(其中不包括0%)]
WO3
是能夠提高玻璃的折射率的有用成分。
然而，如果WO3
量超過5%，則耐失透性有可能會發生惡化，因此優選WO3
量設為5%以下。更優選為4%以下。
[Sb2
O3
：1%以下(其中不包括0%)]
Sb2
O3
可為了改善玻璃的著色或脫泡而添加，Sb2
O3
等的工業上眾所周知的脫泡成分為1%以下而具有充分的效果。
然而，在先前的光學玻璃中，可通過添加鹼金屬氧化物(Li2
O、Na2
O、K2
O)來獲得提高玻璃的熔融性，降低玻璃轉移點(Tg)的效果，但根據本發明人的研究，所述鹼金屬氧化物的添加會切斷玻璃的網眼而導致結合的弱化，結果判明，耐失透性或化學耐久性會發生惡化，或者在壓制成形時易揮發。因此，本發明中不含所述鹼金屬氧化物。
另外，本發明中，即使不添加這些鹼金屬氧化物等，但由於尤其含有較多的Bi2
O3
，因此耐失透性或熔融性等也不會發生惡化，且不會導致玻璃轉移點的上升。
而且，堿土類金屬氧化物(MgO、CaO、SrO、BaO)或ZnO是對於熔融性、耐失透性、化學耐久性的提高有效的成分，但在本發明的光學玻璃中，由於已判明會無法獲得所需的折射率，因此本發明中也不含這些堿土類金屬氧化物。
另外，對於熔融性等，如已述般通過調整本發明的成分，可獲得充分滿足的若干特性。
由上述的組成範圍構成的光學玻璃中，玻璃轉移點(Tg)為500℃以下、優選400℃～490℃的範圍，且可獲得折射率(nd)為1.85以上、優選1.854～2.031的範圍且阿貝數(νd)為15.0～30.0、優選20～27的範圍的光學常數。
因此，通過使用本發明的光學玻璃組成，可製造高折射率且耐失透性優異的光學玻璃。藉由對所述光學玻璃進行研磨加工，可製造研磨預成型體(preform)或透鏡、棱鏡(prism)、鏡子(mirror)等的光學元件。而且，本發明的光學玻璃可使處於熔融液狀態者直接滴下而製作預成型胚(gob preform)。
此處，所謂預成型體，是指鑄模(mold)成形前的透鏡母材，是成為鏡面狀態的玻璃。並且，將研磨預成型體或預成型胚放入經鏡面加工的模具，加熱使其軟化後進行壓制(精密鑄模)，以此可製造各種形狀的光學元件。
接下來，對本發明的光學玻璃的較佳製造方法進行說明。
本發明的光學玻璃的製造方法並無特別限定，只要是先前的製造方法，均可有利地適合。
亦即，只要以規定的比例來稱量與各成分各自對應的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽等，並充分混合後作為玻璃調合原料。將所述玻璃調合原料優選投入鉑坩堝或金坩堝，利用電爐以800℃～1100℃來熔融1小時～10小時後，適時攪拌以達成均質化，繼而，澄清(脫泡)後，鑄入至已預熱到適當溫度的模具內之後，於電爐內進行緩冷即可。
[實例]
以下，列舉實例以及比較例，對本發明的光學玻璃進行具體說明，但本發明並不限定於這些實例。
將表1、表2中記載的氧化物以合計量達到100 g的方式來稱量原料，充分混合後，投入鉑坩堝，利用電爐以800℃～1100℃來熔融1小時～2小時之後，進行攪拌，進而熔融1小時～2小時，並適時攪拌以達成均質化，澄清後鑄入至已預熱到適當溫度的模具內後，於電爐內進行緩冷，由此，獲得實例光學玻璃1～實例光學玻璃20以及比較例光學玻璃1～比較例光學玻璃6。
對於各光學玻璃，進行玻璃轉移點(Tg)、折射率(nd)以及阿貝數(νd)的測定以及耐失透性的評價。
玻璃轉移溫度(Tg)、折射率(nd)、阿貝數(νd)的測定是根據遵照日本光學玻璃工業會規格的“JOGIS08-2003光學玻璃的熱膨脹的測定方法”以及“JOGIS01-2003光學玻璃的折射率的測定方法”中記載的方法來進行。
耐失透性的評價方法是，對以800℃～1100℃來將表1、表2中記載的氧化物熔融1小時～2小時後的熔融液進行攪拌，判定熔融液是否失透。
另外，耐失透性的評價標準是，“○”：熔融液直到攪拌結束時未發生失透；“△”：在攪拌結束時看到熔融液變得灰暗，但仍保持透明性，可實現製造化；“×”：在攪拌時發生失透以及結晶化，難以實現製造化。
實例1～實例20的所有光學玻璃的玻璃轉移點(Tg)、折射率(nd)、阿貝數以及耐失透性優異。
而且，從實例光學玻璃1～實例光學玻璃20切出規定量的玻璃塊來製作研磨預成型體，利用精密鑄模而獲得數種透鏡。這些透鏡展現出良好的轉印性，沒有發現玻璃對模具的附著、揮發物的附著等成形性存在問題的現象，是能夠精密鑄模的光學玻璃。
比較例光學玻璃1由於含有超過60%的作為玻璃形成成分的B2
O3
，因此易被認為能夠製造耐失透性高的光學玻璃，但由於不含La2
O3
、Gd2
O3
、ZrO2
等的成分，因此是耐失透性非常差的玻璃。
比較例光學玻璃2雖然B2
O3
與Bi2
O3
滿足本發明的要件，但由於La2
O3
+Gd2
O3
+ZrO2
超過10%，因此是耐失透性差的玻璃。
比較例光學玻璃3雖然Bi2
O3
、La2
O3
、Gd2
O3
、ZrO2
滿足本發明的要件，但由於B2
O3
不足60%，因此耐失透性存在問題。
比較例光學玻璃4由於B2
O3
與Bi2
O3
不滿足本發明的要件，因此成為耐失透性差，而且折射率(nd)也不足1.85的玻璃。
比較例光學玻璃5雖然折射率(nd)非常高，但由於所有成分不滿足本發明的要件，因此耐失透性存在問題。
比較例光學玻璃6也由於所有成分不滿足本發明的要件，因此耐失透性存在問題。而且，由於含有較多的Li2
O，因此化學耐久性也存在問題。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (4)
- 一種光學玻璃，其特徵在於由下述組成構成，即：以莫耳%計，B2 O3 ：超過60%且75%以下、Bi2 O3 ：24%以上且39%以下、La2 O3 ：7%以下、Gd2 O3 ：7%以下、以及ZrO2 ：7%以下，且La2 O3 、Gd2 O3 以及ZrO2 的合計量為0.3%~10%。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學玻璃，其特徵在於，所述光學玻璃以莫耳%計而更包含從SiO2 ：5%以下、GeO2 ：5%以下、Ta2 O5 ：5%以下、Nb2 O5 ：5%以下、WO3 ：5%以下、以及Sb2 O3 ：1%以下中選擇的一種或二種以上。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之光學玻璃，其特徵在於，所述光學玻璃的玻璃轉移點(Tg)為500℃以下，並具有折射率(nd)為1.85以上且阿貝數(νd)為15.0~30.0的光學常數。
- 一種光學元件，其特徵在於由如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之光學玻璃構成。
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