TWI580655B - Glass, optical glass, glass material for compression molding and optical components - Google Patents
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Description
本發明係關於透過率優異的玻璃、光學玻璃、壓製成型用玻璃素材及光學元件。
近年來,伴隨著攝影光學系統或投射光學系統等裝置之高性能化、小型化,作為有效的光學元件之材料,對高折射率之光學玻璃之需求正在提高。
通常高折射率之光學玻璃大量含有Ti、Nb、W、Bi等高折射率成分作為玻璃成分。這些成分容易於玻璃之熔融過程中被還原,被還原之該等成分會吸收可見光區域之短波長側之光,因此玻璃之著色(以下有時稱為“還原色”)增加。
又,上述容易被還原之高折射率成分會與被廣泛用作坩堝材料之白金等貴金屬材料發生反應(氧化),成為由貴金屬被氧化而產生之貴金屬離子融入熔融玻璃中的原因。融入熔融玻璃中的貴金屬離子會吸收可見光,因此玻璃之著色增加。
如上所述,於大量含有高折射率成分之高折射率光學玻璃中存在玻璃之著色、尤其係可見區域之短波長側之透過率容易下降這樣之問題。作為解決上述問題之手段,於專利文獻1中提出了下述技術:於玻璃熔融中進行非氧化性氣體之
鼓泡(bubbling)之技術、及藉由將暫時得到的玻璃再次加熱來進行熱處理之技術。
但是,在對大量含有Ti、Nb、W、Bi等高折射率成
分之玻璃進行熔融時,若利用專利文獻1所述的一氧化碳、氫等還原性氣體進行鼓泡,則作為氧化物而添加的高折射率成分會被還原而金屬化,與構成熔融容器之白金等金屬材料形成合金,會產生熔融容器之強度、耐久性顯著下降這樣的問題。又,氦或氬等惰性氣體價格高,因此從生產成本之增加的觀點出發,存在不適合長時間之鼓泡之問題。
又,玻璃之熔融通常在大氣氣氛中進行,因此大
氣中的氧有時與作為熔融容器之材料之白金等貴金屬材料反應。尤其係熔融容器為白金系材料的情況下,有時生成二氧化白金(PtO2)並融入熔融物中、或從熔融物與白金系材料之界面以白金離子(Pt4+)之形式融入熔融物,由此有時會產生玻璃之著色。
因此,僅利用專利文獻1這樣的進行非氧化性氣體
之鼓泡之技術,無法充分抑制白金等貴金屬融入玻璃中,仍然難以大幅降低高折射率光學玻璃之著色。
專利文獻1:日本特開2011-246344號公報
本發明鑑於上述情況完成,其目的為提供透過率優異的玻璃、光學玻璃、壓製成型用玻璃素材及光學元件。
本發明人為達成上述目的而反復進行了深入研究,結果發現,藉由對玻璃之βOH值、與玻璃中含有的TiO2、
Nb2O5、WO3及Bi2O3之各成分之含量的總量(莫耳%)(以下有時僅稱為“高折射率成分之含量”)進行控制以使它們滿足規定的關係,從而可以達成其目的,本發明基於上述見解而完成。
即,本發明之要點如下所述。
[1]一種玻璃,含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中至少任一種氧化物作為玻璃成分,其中,上述TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為20莫耳%以上,下述式(1)所示之βOH值滿足由下述式(2)表示之關係。
βOH=-[ln(B/A)]/t‧‧‧(1)
βOH0.4891×ln(1/HR)+2.48‧‧‧(2)
[式(1)中,t表示外部透過率測定中所使用的上述玻璃之厚度(mm);A表示對於上述玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長2500nm的外部透過率(%);B表示對於上述玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長2900nm的外部透過率(%)。式(2)中,HR表示上述玻璃中的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之各成分之含量的總量(莫耳%)。並且,式(1)及式(2)中,ln為自然對數。]
[2]如上述[1]之玻璃,其中,貴金屬之含量為4ppm以下。
[3]如上述[1]或[2]之玻璃,其中,含有P2O5作為上述玻璃成分。
[4]一種光學玻璃,由上述[1]至[3]中任一項之玻璃而構成者。
[5]一種壓製成型用玻璃素材,由上述[4]之光學
玻璃而構成者。
[6]一種光學元件,由上述[4]之光學玻璃而構成
者。
本發明之玻璃,以玻璃的βOH值與高折射率成分之
含量滿足規定關係之方式進行控制,藉此能夠顯著地改善透過率。又,可以大幅降低白金等貴金屬融入玻璃中的量。
第1圖係以流程圖來表示本發明之一個實施形態所涉及的從批次(batch)原料的配製至玻璃製造之工序。
第2圖係表示本發明之實施形態所涉及的試料之βOH及高折射率成分(HR)之關係的圖。
第3圖係表示在本發明之第2變形例中,在使由表1所示的組成構成的No.1玻璃的βOH值變化之情況下、外部透過率(T450)對於βOH值之變化的圖,其中,外部透過率(T450)為對於厚度為5mm的No.1玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長450nm的外部透過率。
第4圖係表示在本發明之第3變形例中,在使由表2所示的組成構成的No.3玻璃之βOH值變化之情況下、外部透過率(T450)對於βOH值之變化的圖,其中,外部透過率(T450)為對於厚度為5mm的No.3玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長450nm的外部透過率。
第5圖係表示本發明之第1變形例所涉及的試料之βOH及折射率nd之關係的圖。
本發明之玻璃係含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中至少一種氧化物(以下有時僅稱為“高折射率成分”)作為玻璃成分之玻璃,其特徵為,上述TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為20莫耳%以上,下述式(1)所示之βOH值滿足由下述式(2)表示之關係。
βOH=-[ln(B/A)]/t‧‧‧(1)
βOH0.4891×ln(1/HR)+2.48‧‧‧(2)
此處,上述式(1)中,t表示外部透過率測定中所使用的上述玻璃之厚度(mm);A表示對於上述玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長2500nm的外部透過率(%);B表示對於上述玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長2900nm的外部透過率(%)。並且,上述式(1)及式(2)中,ln為自然對數。βOH之單位為mm-1。
此外,“外部透過率”係透過玻璃之透過光的強度Iout相對於入射至玻璃之入射光的強度Iin之比(Iout/Iin),即、其係亦考慮到玻璃表面處之表面反射的透過率;後述的“內部透過率”係沒有玻璃表面處之表面反射時的透過率(即構成玻璃之玻璃材料自身的透過率)。該等透過率的每個可以使用分光光度計並通過測定透過光譜來得到。
又,上述式(2)中,HR表示上述玻璃中的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中各成分之含量之總量(莫耳%)。為了得到高折射率玻璃,使TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為20
莫耳%以上、即HR之值為20以上。HR之下限較佳為25,更佳為30,進而更佳為35。又,HR之上限較佳為85,更佳為80,進而更佳為75。
又,本實施形態之玻璃中,上述式(1)所示之βOH
值滿足由下述式(3)表示之關係較佳,滿足由下述式(4)表示之關係更佳,滿足由下述式(5)表示之關係進而更佳。
又,βOH上限因玻璃之種類或製造條件而有所不同,只要能夠進行調整就無特別限制。若提高βOH,則來自熔融玻璃之揮發物量有增加之傾向,因此,從抑制源於熔融玻璃之揮發的觀點出發,βOH較佳為10mm-1以下,更佳為8mm-1以下,進而更佳為6mm-1以下,進一步更佳為5mm-1以下,更進一步更佳為4mm-1以下,更加進一步更佳為3mm-1以下,尤其更加進一步更佳為2mm-1以下。
上述式(1)所表示之βOH意味著因羥基而產生之吸光度。因此,通過對βOH進行評價,可以對玻璃中所含有的水(及/或氫氧化物離子;以下僅稱為“水”)之濃度進行評價。即、βOH高的玻璃意味著玻璃中所含有的水之濃度高。
本實施形態之玻璃中,βOH值滿足由上述式(2)所表示之關係。即、本實施形態之玻璃按照玻璃中的水之濃度高於一定的值的方式進行了控制。
對於提高玻璃的βOH之方法沒有特別限定,但例舉
較佳為於熔融工序中提高熔融玻璃中的水分量之操作。此處,作為提高熔融玻璃中的水分量之操作,例如可以舉出:向熔融氣氛加添水蒸汽之處理;或在熔融物內進行含有水蒸汽之氣體之鼓泡的處理;等等。
通常,利用該等方法,可以將水導入玻璃中,可
以提高βOH,但其提高率因玻璃組成而有所不同。這是因為,玻璃中的吸收水之難易度因玻璃組成而有所不同。
在容易吸收水的玻璃組成之情況下,通過進行如
上所述之提高βOH之處理,可以大幅提高玻璃的βOH。但是,在難以吸收水的玻璃組成之情況下,即使進行相同條件之處理,亦難以將玻璃的βOH值提高到與容易吸收水的組成的玻璃之相同程度,所得到的玻璃的βOH變低。
又,在容易吸收水的玻璃組成之情況下,即使是
利用通常的製造方法而製作得到的玻璃,亦可積極地吸收熔融氣氛(大氣氣氛)中的水分,因此與難以吸收水的玻璃組成相比,βOH值變高。
如此,水在玻璃中的吸收難易度因玻璃組成而存
在差異。因此,本發明中,基於因組成而導致的水的吸收難易度之不同來規定上述式(2),並根據玻璃組成來確定βOH之下限。
此處,上述式(2)中,HR表示上述玻璃100莫耳%中
的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中各成分之含量之總量(莫耳%)。
如上所述,因玻璃的組成而存在容易吸水且容易
提高βOH之玻璃及並非如此之玻璃。本發明人進行了深入研
究,結果發現了玻璃組成中的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之各成分之比例越高則傾向於越難以吸收水,從而確定了上述式(2)。
對於這樣的上述式(2)而言,玻璃在其製造工序中
是否接受了提高βOH之處理是有區別的。即、於玻璃之製造工序中,尤其是未接受提高βOH之處理之玻璃(通過先前之製造方法得到的玻璃)不滿足由上述式(2)表示之關係。
然而,對於作為玻璃成分大量含有Ti、Nb、W、
Bi等高折射率成分之玻璃而言,通常在玻璃的熔融過程中這些高折射率成分被還原,會吸收可見光區域之短波長側之光,因此所得到的玻璃存在著色增加之問題。
這種玻璃的著色(以下有時稱為還原色)可通過在
氧化性氣氛下對玻璃進行再加熱處理而得到降低。其原因可以考慮為,還原狀態之Ti、Nb、W、Bi等的各離子在氧化性氣氛下被再加熱處理,從而被氧化,由此減弱了各離子之可見光吸收。
特別是為了在短時間降低著色,需要使熱處理時
的Ti、Nb、W、Bi等的氧化速度變快,為此,在玻璃中需要存在下述離子:該離子在熱處理時可在玻璃中迅速移動、傳遞電荷、將Ti、Nb、W、Bi等氧化。可以認為,作為該種離子H+為適合者。
此處,本實施形態之玻璃滿足上述式(2)。即、可
以說水分充分地導入至玻璃中,源於水的H+大量存在於玻璃中。其結果為,通過再加熱處理,H+能夠在玻璃中迅速移動、
傳遞電荷,從而將Ti、Nb、W、Bi等各離子有效地氧化。由此,在本實施形態之玻璃中,可以通過短時間之熱處理而顯著地降低著色,並且再加熱處理後的玻璃具有優異的透過率。
此外,即使是深著色之玻璃亦會透過紅外光,因
此不論玻璃是否著色(還原色之有無)都能夠進行βOH的評價。
又,通常情況下,再加熱處理是在低於玻璃之軟化點之溫度進行的,因此玻璃的βOH值在再加熱處理前後不發生實質變化,在再加熱處理的前後均能夠進行測定。因此,對於玻璃的βOH,可以使用經過再加熱處理(使著色降低的處理)之透明玻璃、以及未經再加熱處理的有深著色之玻璃的任一種玻璃進行測定。
本實施形態之玻璃只要滿足上述式(2)就沒有特別
限定,可以經過再加熱處理(使還原色降低之處理)、亦可不經過該處理。
又,本實施形態之玻璃中,作為玻璃的熔融容器
材料或熔融器具材料而使用的白金等貴金屬之融入量少。即、本實施形態之玻璃即使在含有貴金屬之情況下,其貴金屬之含量亦極少。
從降低因貴金屬離子導致的玻璃著色、改善透過
率、降低曝曬作用(solarization)、減少貴金屬雜質等觀點出發,玻璃中所含有的貴金屬之含量較佳為4ppm以下。玻璃中所含有的貴金屬之含量之上限值越低越佳,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之順序,上限值越低則越佳。對於貴
金屬之含量之下限沒有特別限制,但不可避免地含有0.001ppm左右。
作為貴金屬,可以例示出:Pt、Au、Rh、Ir等金屬
單體;Pt合金、Au合金、Rh合金、Ir合金等合金。作為熔融容器材料或熔融器具材料,在貴金屬中耐熱性、耐蝕性優異的Pt或Pt合金較佳。因此,對於使用Pt或Pt合金製之熔融容器、熔融器具製作的玻璃而言,玻璃中所含有的Pt之含量較佳為4ppm以下。關於Pt之含量之更佳上限,其與玻璃中所含有的貴金屬之含量之更佳上限相同。又,對於Pt之含量之下限沒有特別限制,但不可避免地含有0.001ppm的程度。
在以下說明中,以熔融容器為白金(Pt)之情況作為
示例,但使用由白金之外的貴金屬等金屬材料構成的熔融容器等的情況亦同樣。
本實施形態之玻璃在其製造工序中進行了提高熔
融玻璃中的水分量之操作。因此,可以減少熔融氣氛中的氧分壓,防止作為熔融容器(坩堝等)等的材料之白金等貴金屬材料的氧化。其結果為,可以有效地防止熔融氣氛中的氧與白金材料等反應而生成的二氧化白金或白金離子(Pt4+)融入熔融物(玻璃)中,在得到的玻璃中,Pt之融入量減少。
通常情況下,融入熔融玻璃中的貴金屬離子會吸
收可見光,因此存在玻璃著色增加之問題。但是,如上所述,本實施形態之玻璃的Pt含量充分降低,因此由Pt離子導致的著色少、透過率優異。
又,本實施形態之玻璃在澄清性方面優異。可以
認為,通過在玻璃之製造工序(特別是熔融工序)中進行提高熔融玻璃中的水分量之操作,可以提高熔融玻璃中的溶存(dissolved)氣體量。其結果為,在本實施形態之玻璃中,因優異的澄清性,可以在其製造工序縮短澄清工序所需時間、提高生產性。
本實施形態之玻璃可以較佳地用作光學玻璃。
通常情況下,高折射率光學玻璃大量含有Ti、Nb、W、Bi等高折射率成分作為玻璃成分,因此如上所述要求減少玻璃之著色(還原色)。
本實施形態之光學玻璃即使在大量含有如上所述
的高折射率成分之情況下,亦可通過再加熱處理高效地除去還原色。又,本實施形態之光學玻璃可以顯著地減少Pt之含量,因此由Pt導致的著色少。諸如本實施形態之光學玻璃雖然為高折射率,但具有優異的透過率。
其次,作為本實施形態之玻璃,以光學玻璃之製造方法作為示例,參照第1圖對製造方法之一示例進行說明。
本實施形態之光學玻璃的製造方法的特徵為,該製造方法具有將配製材料熔融而得到玻璃屑(cullet)1之粗熔(rough melt)工序P1、及對上述玻璃屑1進行再熔融(remelt)而得到玻璃2之再熔融工序P2,並且,在上述粗熔工序及上述再熔融工序中至少一個工序中,進行提高熔融玻璃中的水分量之操作。
此處,對於提高熔融玻璃中的水分量之操作沒有
特別限定,例如較佳為下述處理中的至少一種:向熔融氣氛加添水蒸汽之處理、以及在熔融物內進行含水蒸汽之氣體之鼓泡的處理。
以下,根據第1圖,表示在粗熔工序P1及再熔融工
序P2這兩個工序中進行向熔融氣氛加添水蒸汽之處理的事例,但亦可在粗熔工序P1及再熔融工序P2之任一工序中不進行向熔融氣氛加添水蒸汽之處理。
但是,若不進行任何提高熔融玻璃中的水分量之
操作而將玻璃保持為熔融狀態,則熔融玻璃中的水分量會慢慢減少。因此,為了提高對熔融玻璃進行固化而得到的玻璃的βOH,較佳為在玻璃製造工序之後半過程、即再熔融工序P2中進行提高熔融玻璃中的水分量之操作,尤其更佳為在再熔融工序P2之後半過程、即熔融玻璃之均質化工序中進行提高熔融玻璃中的水分量之操作。
進一步,作為提高熔融玻璃中的水分量之操作,
可以在粗熔工序P1及再熔融工序P2之任一工序或這兩個工序中,在向熔融氣氛加添水蒸汽之處理之同時進行向熔融物內鼓入(bubbling)含水蒸汽之氣體之處理;或者亦可以在粗熔工序P1及再熔融工序P2之任一工序或這兩個工序中,替換向熔融氣氛加添水蒸汽之處理而進行向熔融物內鼓入含水蒸汽之氣體之處理。
粗熔工序是將配製材料熔融而得到玻璃屑1之工序。
本實施形態之粗熔工序較佳為具有:工序s1,其
中,進行原料配製由此來準備批次原料;工序s2,其中,對上述批次原料進行加熱、熔融;工序s3,其中,對熔融物進行驟冷,得到玻璃屑1。
首先,按照得到所期望之特性之光學玻璃的方式稱量與玻璃成分對應之原材料,充分混合,得到配製材料(批次原料)。
對於混合方法沒有特別限定,可以使用公知的方法。可以舉出例如使用球磨機或乾式混合機而進行的混合。
作為對應於玻璃成分之原料,可以根據玻璃組成而適當選擇使用,但可以舉出例如氧化物原料、碳酸鹽原料、硝酸鹽原料、磷酸原料、磷酸鹽原料等。
接著,將配製材料投入至粗熔容器中,進行加熱、熔融。
用於粗熔之容器或器具可以根據想要製造的玻璃之組成等而適當選擇,可以使用例如貴金屬製(例如白金製、白金合金製)或石英製之容器或器具。
例如在含有P2O5、及選自TiO2、Nb2O5、WO3以及Bi2O3中的至少一種氧化物之玻璃、即含有高折射率成分的磷酸鹽玻璃之情況下,在製造工序中對批次原料進行加熱、熔融時,會生成顯示出強烈侵蝕性之熔解生成物。該種熔融生成物存在連白金等耐蝕性優異的材料都侵蝕之傾向。因此,白金等貴金屬材料因被上述熔融生成物所侵蝕,融入熔融物中,從而存在下述問題:生成雜質、及/或使玻璃之著色增大。
與此相對,石英等耐火物亦會被上述熔融生成物
侵蝕,但即使被侵蝕而混入到熔融物中,其亦會成為玻璃組合物的一部分,因此類似於貴金屬那樣的問題少。因此,在製造含有高折射率成分的磷酸鹽玻璃之情況下,用於粗熔的容器或器具中,石英製等耐火物製之容器或器具為較佳。
另一方面,在製造含有選自B2O3、及TiO2、Nb2O5、
WO3以及Bi2O3中至少一種氧化物之玻璃、即高折射率成分之硼酸鹽玻璃的情況下,上述磷酸鹽玻璃那樣的熔融生成物連貴金屬材料都侵蝕的問題少。因此,在製造如上所述的含有高折射率成分的硼酸鹽玻璃的情況下,用於粗熔之容器或器具中,可以適當使用在玻璃的製造過程中難以受侵蝕的白金製或白金合金製等貴金屬製之容器或器具。此外,硼酸鹽玻璃的情況下,石英等耐火物容器有明顯受到侵蝕之傾向。
粗熔時的批次原料之熔解溫度(粗熔解溫度)較佳
為800℃~1400℃的範圍。然而,溶存氣體的溶解度會隨著熔融物之溫度上昇而減少,因此,從進一步提高澄清效果之觀點出發,粗熔工序中的熔融物之溫度較佳為與再熔融工序中的玻璃屑之熔融溫度(再熔解溫度)相同、或小於玻璃屑之熔融溫度,尤其低於再熔融工序中的澄清溫度為更佳。
又,粗熔工序中的熔解時間可以通過考慮坩堝之
容量、批次原料在坩堝中的投入量而進行適當調整,例如可以使熔解時間為0.1小時~20小時的範圍。
對於粗熔工序中的熔融氣氛沒有特別限定,從提
高最終得到的玻璃的βOH之觀點出發,較佳為向熔融氣氛加添水蒸汽。
通過向熔融氣氛加添水蒸汽,可以將最終得到的
光學玻璃的βOH值及高折射率成分之含量控制為滿足規定的關係,同時在玻璃的製造工序中,即使使用白金製容器或白金合金製容器來進行熔融之情況下,亦可有效地防止Pt等向玻璃融入,並且可以向玻璃供給充分的用於改善澄清性之溶存氣體。
對於向熔融氣氛加添水蒸汽的方法沒有特別限
定,可以舉出例如下述方法:從設置於熔融裝置之開口部將連結導管***坩堝內,根據需要通過該導管向坩堝內的空間供給水蒸汽;等等。
粗熔工序中的熔融可以以熔融物之均質化為目的
而伴隨有鼓泡。粗熔時的鼓泡亦可以在配製材料熔融後繼續進行。又,為了熔融物之均質化,亦可利用鼓泡以外的方法來進行熔融物的攪拌。
此外,粗熔工序為製作作為中間原料之玻璃屑的
工序,因此熔融物之均質化並非是必須的。均質化的方法可以根據粗熔工序之形式而適當選擇公知的方法。
又,對用於鼓泡之氣體並沒有限定,可以使用公
知的氣體,可以使用市售的氣體或生成的氣體。
從以下等的觀點出發,用於鼓泡的氣體較佳為含
有水蒸汽之氣體:將最終得到的光學玻璃的βOH值及高折射率成分之含量控制為滿足規定的關係、同時在玻璃的製造工序中,即使使用白金製容器或白金合金製容器來進行熔融之情況下,亦可有效地防止Pt等向玻璃融入,並且可以向玻璃供給充
分的用於改善澄清性之溶存氣體。
該種含有水蒸汽之氣體中的水蒸汽之含量較佳為
10體積%以上,更佳為20體積%以上,進而更佳為30體積%以上,進一步更佳為40體積%以上,更進一步更佳為50體積%以上,更加進一步更佳為60體積%以上,尤其更加進一步更佳為70體積%以上,較最佳為80體積%以上,最佳為90體積%以上。
水蒸汽之含量越高越佳,尤其是使水蒸汽之含量為上述範圍,可以將最終得到的光學玻璃的OH值及高折射率成分之含量控制為滿足規定的關係。
接著,對熔融物進行驟冷,製作得到玻璃屑。
對於熔融物驟冷方法沒有特別限定,可以使用公
知的方法,可以舉出例如:將熔融物滴加至水中,進行冷卻、固化,從而製作得到玻璃屑之方法;及使熔融物在耐熱板上流出,對熔融物進行冷卻、固化,將固形物粉碎從而製作得到玻璃屑之方法;等等。
玻璃屑由玻璃構成,但並不需要為均質的玻璃。
又,玻璃屑可以含有氣泡。進一步,還可以含有批次原料之未熔解物。對於玻璃屑的組成、光學特性(例如折射率、阿貝數等)而言,將玻璃屑再熔融而形成均質且不含氣泡的玻璃,將該玻璃的組成、光學特性分別作為玻璃屑的組成、光學特性。
玻璃屑的尺寸可以通過考慮保管、轉移、及其他
後續工序之處理難易度而適當調整。例如,利用將熔融物滴加至水中的方法來進行製作之情況下,可以通過調整滴加量來調
整尺寸。又,利用使熔融物在金屬板上流出的方法來進行製作之情況下,可以通過將得到的玻璃粉碎為適當之尺寸來進行調整。
此外,從防止分離化之觀點出發,在使熔融物從
粗熔容器流出期間亦可繼續進行鼓泡。進一步從提高玻璃屑中的溶存氣體量、並且提高得到的玻璃的βOH之觀點出發,利用含有水蒸汽之氣體來進行鼓泡更佳。
在熔融物流出之同時,從粗熔容器中撈取一部分熔融物然後進行成型,得到折射率測定用的玻璃試料。並且,對該玻璃試料之折射率進行測定,將所得到的折射率作為玻璃屑之折射率。
玻璃屑之折射率測定並非為必要的工序,但經由
該工序,可以精度準確地進行光學玻璃之特性控制,從該觀點出發,較佳為經由該工序。
粗熔工序為將玻璃屑1再熔融而得到光學玻璃2之工序。
本實施形態之再熔融工序較佳為具有:工序s5,其
中,對上述玻璃屑1進行配製;工序s6,其中,對上述玻璃屑1進行加熱、再熔融;工序s7,其中,進行熔融玻璃之澄清;工序s8,其中,進行熔融玻璃之均質化;工序s9,其中,對熔融物進行成型;以及工序s10,其中,進行緩冷(slow cooling)。
玻璃屑較佳為預先進行折射率測定,折射率之測定值與期
望值相等之情況下,將玻璃屑直接作為配製玻璃屑。另一方面,折射率之測定值與期望值存在偏差之情況下,將具有高於期望值之折射率之玻璃屑及具有低於期望值之折射率之玻璃屑混合,從而得到配製玻璃屑。
在本實施形態中,玻璃屑滿足上述式(2)較佳,並
且最好為溶存氣體量高且澄清作用優異的玻璃屑。即、較佳為在熔融工序(粗熔工序)中向熔融氣氛加添水蒸汽而製作得到的玻璃屑。通過使用該種玻璃屑,即使例如在再熔融工序中未進行向熔融氣氛加添水蒸汽之情況下,亦可將玻璃的βOH值及高折射率成分之含量控制為滿足規定的關係,可以減少Pt等的融入量,在澄清工序中亦可發揮優異的澄清性。
接著,將配製玻璃屑投入至再熔融容器中,進行加熱、熔融。
用於再熔融之容器或器具可以根據想要製造的玻
璃之組成等而適當選擇,可以使用例如貴金屬製(例如白金製、白金合金製)或石英製的容器或器具。其中,從對於熔解時的熔解生成物具有優異的耐蝕性、並具備優異的耐熱性之觀點出發,較佳為白金製、白金合金製之容器或器具。
作為進行再熔融工序之裝置,可以使用在一個坩
堝中進行配製玻璃屑之熔解、澄清、均質化的再熔融裝置,除此之外,還可以使用具備多個槽並在各個槽內分別進行熔解、澄清、均質化之再熔融裝置。
該裝置具備:用於對配製玻璃屑進行熔解之熔解
槽;用於對熔解得到的熔融玻璃進行澄清之澄清槽;用於在澄清後對熔融玻璃進行均質化的同時調整為適合成型的粘度之作業槽;使熔融玻璃從熔解槽流向澄清槽之連結導管;使熔融玻璃從澄清槽流向作業槽之連結導管;使作業槽內的熔融玻璃流出之玻璃流出導管;等等。該裝置中,可以在一個容器內設置隔斷而分成熔解槽及澄清槽。上述裝置均可使用公知的裝置。
再熔融工序中的配製玻璃屑之熔解溫度(再熔解溫
度)較佳為800℃~1500℃的範圍。然而,從進一步提高澄清效果之觀點出發,使該再熔解溫度低於澄清溫度較佳。再熔融工序中的熔解時間可以考慮坩堝之容量、配製玻璃屑在坩堝中的投入量而進行適當調整,例如可以使再熔融時間為2小時~20小時的範圍。
對於再熔融工序中的熔融氣氛沒有特別限定,從
提高最終得到的玻璃的βOH之觀點出發,向熔融氣氛加添水蒸汽較佳。
通過向熔融氣氛加添水蒸汽,可以將最終得到的
光學玻璃的βOH值及高折射率成分之含量控制為滿足規定的關係,同時在玻璃的製造工序中,可有效地防止Pt等向玻璃融入,並且可以向玻璃供給充分的用於改善澄清性之溶存氣體。
尤其是在粗熔工序及再熔融工序這兩個工序中,
通過向熔融氣氛加添水蒸汽,可以維持在玻璃屑階段所提高的βOH值、同時還可進一步提高βOH,可以提高基於再加熱處理之著色之降低效果。又,通過在整個工序中進行向氣氛加添水
蒸汽,可以有效地防止氧與由白金等貴金屬材料構成的熔融容器反應,可以減少Pt等在玻璃中的融入量,可有效地防止透過率之劣化。進一步,可以將在玻璃屑階段所補充的溶存氣體維持到即將進行澄清工序之前,同時可以進一步提高溶存氣體量,使澄清性之改善效果得以提高。
對於向熔融氣氛加添水蒸汽之方法沒有特別限
定,可以舉出例如下述方法:從設置於熔融裝置之開口部將連結導管***坩堝內,根據需要通過該導管向坩堝內的空間供給水蒸汽;等等。
對於供給至坩堝內的空間之含水蒸汽之氣體的流
量沒有特別限定,可以基於試驗性地製作得到的玻璃的βOH之測定結果來進行調整。例如,在將水蒸汽供給至基本上密封的熔融容器內之情況下,只要供給較為少量的水蒸汽就能夠得到具有所期望的βOH之玻璃。另一方面,在將未蓋著蓋的坩堝配置於玻璃熔融爐內而進行玻璃熔融之情況下,玻璃熔融爐內的體積大於坩堝內的體積,因此為了使βOH為所期望的值,需要向玻璃熔融爐內供給較多的水蒸汽。基於上述實驗結果,將水蒸汽之供給量、即氣體之流量反饋於之後續生產,從而可以生產具有所期望的βOH之玻璃。此外,下文中,氣體之流量、水蒸汽之流量、氣氛加添流量、水蒸汽之供給量為在25℃、1個大氣壓進行換算得到的值。
再熔融工序中的熔融以熔融物之均質化為目的最
好伴隨有鼓泡。再熔融時的鼓泡較佳為於配製玻璃屑熔融後繼續進行。
此外,未進行鼓泡之情況下,利用其他的攪拌方
法對熔融物進行攪拌、均質化較佳。作為其他的攪拌方法,可以使用公知的方法,例如可以利用攪拌棒進行攪拌。
又,對用於鼓泡之氣體沒有特別限定,可以使用
公知的氣體,可以使用市售的氣體或生成的氣體。
從以下等的觀點出發,用於鼓泡的氣體較佳為含
有水蒸汽之氣體:可以將最終得到的光學玻璃的βOH值及高折射率成分之含量控制為滿足規定的關係、同時在玻璃的製造工序中可有效地防止Pt等融入玻璃、並且可以向玻璃供給對於改善澄清性所需的充分的溶存氣體。
對於吹入至熔融物中的含水蒸汽之氣體之流量沒
有特別限定,可以基於試驗性地製作得到的玻璃的βOH之測定結果來進行調整。例如,對試驗性地製作得到的玻璃的βOH進行測定,並進行下述調整:測定結果小於期望值之情況下,使氣體之流量增加;相反地,測定結果大於期望的βOH值之情況下,使氣體之流量減少。這樣,可以試驗性地求出玻璃的βOH,並由測定結果調整氣體之流量即可。如此,基於試驗性地製作得到的玻璃的βOH之測定值,將水蒸汽之供給量、即氣體之流量反饋於後續生產,從而可以生產具有所期望的βOH之玻璃。
這種含有水蒸汽之氣體中的水蒸汽之含量較佳為
10體積%以上,更佳為20體積%以上,進而更佳為30體積%以上,進一步更佳為40體積%以上,更進一步更佳為50體積%以上,更加進一步更佳為60體積%以上,尤其更加進一步更佳為70體積%以上,較最佳為80體積%以上,最佳為90體積%以上。
水蒸汽之含量越高越佳,尤其是使水蒸汽之含量為上述範圍,可以將最終得到的光學玻璃的βOH值及高折射率成分之含量控制為滿足規定的關係。
如果將玻璃屑完全熔融而得到均質的熔融玻璃,在進行鼓泡之情況下,停止鼓泡,使熔融玻璃之溫度上昇,進行澄清。
澄清溫度、即澄清工序中的熔融玻璃之溫度較佳
為900℃~1500℃的範圍。然而,從進一步提高澄清效果之觀點出發,使澄清溫度高於粗熔工序及再熔融工序之熔解溫度較佳。澄清時間只要按照玻璃中殘存之氣泡之量為需要量以下、並且玻璃之著色為期望值以下的方式設定即可。延長澄清時間對於氣泡消除效果之提高是有效的,但這樣會使熔融玻璃長時間以高溫狀態保持在白金或白金合金製的坩堝內,因此容易產生下述問題:白金融入熔融玻璃中,使玻璃之著色增大、及/或在玻璃中混入白金雜質。
因此,在得到充分的氣泡消除效果的範圍縮短澄清時間、抑制玻璃之著色較佳。例如,可以使澄清時間為1小時~10小時的範圍。
藉由澄清將熔融玻璃中的氣泡排出至熔融玻璃外後,使熔融玻璃之溫度下降,對熔融玻璃進行攪拌,從而進行均質化。
均質化是在將熔融玻璃降溫至低於澄清溫度的溫
度來進行的。在均質化工序中,對熔融玻璃進行攪拌,從而進行均質化。均質化工序不僅對熔融玻璃進行均質化,其還是將
熔融玻璃之粘度調整為適於成型之粘度的工序。對於均質化時間而言,例如可以觀察成型後的玻璃有無波筋,按照減少或消除波筋、並且熔融玻璃達到適於成型的粘度之方式對均質化時間進行適當調整。
使澄清、均質化後的熔融玻璃經由安裝於再熔融容器底部之玻璃流出導管流出,流入鑄模中,然後進行玻璃之成型。
玻璃流出導管之溫度為流動之熔融玻璃不失透之溫度區域,並按照為適於成型之粘度之方式進行調整、維持。
在一個坩堝中進行原料之熔解、澄清、均質化之方式的情況下,對玻璃流出導管的一部分進行冷卻以使內部的玻璃固化,然後關閉導管,進行熔解、澄清、均質化等各個工序。然後,對導管之冷卻部分進行加熱而使玻璃熔解,開放導管從而使熔融玻璃流出。玻璃流出導管之溫度控制可以利用公知的方法進行。
熔融玻璃之成型可以利用公知的方法來進行。例如使熔融玻璃流入鑄模中進行成型。或者,從熔融玻璃中分離熔融玻璃塊,然後進行壓製成型。或者,從熔融玻璃中分離熔融玻璃塊,然後施加風壓從而在上浮狀態下進行成型。
接著,將成型後的玻璃緩冷,進行再加熱處理,去除著色及應變,並且對折射率進行微調整,從而得到作為目標的光學玻璃。
成型玻璃的緩冷可以使用公知的方法。例如,可
以將成型玻璃保持在玻璃化轉變溫度附近之溫度後,以規定的降溫速度進行緩冷。降溫速度因玻璃組成而有所不同,例如可以為0.1℃/時~100℃/時。
再加熱處理較佳為在氧化性氣氛中進行。由此,
可以減小光學玻璃之著色。
如此得到的玻璃中,來源於熔融容器等製造器具
的Pt等貴金屬之含量極少。因此,由被稱為曝曬作用的紫外線照射而導致的玻璃之著色少。其結果為,使用了上述玻璃之光學元件之透過率的經年變化少。又,使用紫外線固化型粘接劑(adhesive)來固定光學元件時,即使對光學元件照射紫外線,亦可以得到透過率不會下降這樣的效果。
作為用於氧化性氣氛之氣體,只要為含有氧的氣
體即可,氧濃度例如可以為與空氣相同的程度或更高。作為這種氧化性氣氛氣體,例如可以使用氧、空氣及它們的混合氣體等。又,熱處理溫度較佳為低於玻璃之軟化點、且比玻璃化轉變溫度Tg低100℃(Tg-100℃)以上的溫度。
此外,將玻璃之著色降低至規定的水平時,只要
提高熱處理溫度就能夠縮短熱處理時間。又,提高氧化性氣氛中的氧分壓亦可縮短熱處理時間。如此,熱處理時間會因熱處理溫度或氧化性氣氛中的氧分壓而發生變化,但只要按照玻璃之著色為所期望的水平之方式進行設定即可。作為典型情況,熱處理時間較佳為0.1小時~100小時。
以下,只要沒有特別說明,玻璃成分之含量、總含量、添
加劑之含量以氧化物換算的莫耳%來表示。
本實施形態之玻璃含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及
Bi2O3中至少任一種氧化物(以下有時稱為“高折射率成分”)作為玻璃成分。玻璃中所含有的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為20%以上較佳,為25%以上更佳,為30%以上進而更佳,為35%以上進一步更佳。若TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量超過85%,則耐失透性顯示出惡化之傾向,因此從維持耐失透性之觀點出發,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為85%以下較佳,為80%以下更佳,為75%以下進而更佳。
從提高玻璃中的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之含量
之觀點出發,本實施形態之玻璃較佳為含有P2O5之玻璃。在含有P2O5之玻璃中,加熱處理時H+的移動速度快,與其他組成系相比,能夠以短時間的加熱處理來降低著色。
作為這種玻璃,在以莫耳%表示之情況下,可以舉
出P2O5之含量大於SiO2之含量且多於B2O3之含量的玻璃、或P2O5之含量多於SiO2及B2O3之總含量的玻璃。
本實施形態中,除了實施例所示例出的組成之
外,亦適用於TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之含量處於上述範圍且含有公知的組成之玻璃組成。
接著,對本實施形態中的較佳的玻璃組成進行說明。
P2O5為玻璃網絡形成成分,其具有維持玻璃之熱
穩定性的作用。若P2O5之含量小於7%,則熱穩定性顯示出下降之傾向,因此使P2O5之含量為7%以上較佳。若P2O5之含量大於40%,則折射率下降。因此使P2O5之含量為7%~40%的範圍較
佳。P2O5之含量之更佳下限為10%,進而更佳下限為12%,進一步更佳下限為15%,更進一步更佳下限為18%。P2O5之含量之更佳上限為35%,進而更佳上限為33%,進一步更佳上限為30%,更進一步更佳上限為28%。
SiO2難以在P2O5系組成之玻璃中熔解,若大量導入
SiO2則會產生熔解殘留,從而顯示出玻璃之均質性惡化之傾向。因此,SiO2之含量較佳為比P2O5之含量(M)少。若將SiO2之含量表示為與上述M(P2O5之含量[%])之關係,則SiO2之含量之更佳範圍為0[%]~0.8×M[%],進而更佳範圍為0[%]~0.5×M[%],進一步更佳範圍為0[%]~0.3×M[%],更進一步更佳範圍為0[%]~0.15×M[%]。
通過少量含有B2O3,可以發揮改善耐失透性之作
用。若將B2O3之含量表示為與上述M(P2O5之含量[%])之關係,B2O3之含量之較佳範圍為0[%]以上且小於M[%],更佳範圍為0[%]~0.9×M[%],進而更佳範圍為0[%]~0.7×M[%],進一步更佳範圍為0[%]~0.6×M[%],更進一步更佳範圍為0[%]~0.5×M[%],更加進一步更佳範圍為0[%]~0.4×M[%],最佳範圍為0[%]~0.35×M[%]。
TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3是可以發揮提高折射率
同時提高分散之作用、並且可以發揮改善化學耐久性之作用的成分。但是,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之含量分別變多之情況下,耐失透性顯示出惡化之傾向。
從維持耐失透性之觀點出發,TiO2之含量之較佳
上限為40%,更佳上限為35%,進而更佳上限為33%,進一步
更佳上限為30%。從得到TiO2之導入效果之觀點出發,TiO2之含量較佳下限為1%,更佳下限為3%。亦可以使TiO2之含量為0%。
從維持耐失透性之觀點出發,Nb2O5之含量之較佳
上限為45%,更佳上限為40%,進而更佳上限為35%。從得到Nb2O5之導入效果之觀點出發,Nb2O5之含量之較佳下限為5%,更佳下限為8%,進而更佳下限為11%。亦可以使Nb2O5之含量為0%。
WO3之含量之較佳範圍為0%~30%。從得到上述
WO3之導入效果之觀點出發,WO3之含量之更佳下限為1%,進而更佳下限為3%,進一步更佳下限為5%。另一方面,從維持耐失透性之觀點出發,WO3之含量之更佳上限為27%,進而更佳上限為24%,進一步更佳上限為20%,更進一步更佳上限為18%。亦可以使WO3之含量為0%。
Bi2O3之含量之較佳範圍為0%~35%。從得到上述
Bi2O3之導入效果之觀點出發,Bi2O3之含量之更佳下限為1%,進而更佳下限為3%,進一步更佳下限為5%。另一方面,從維持耐失透性之觀點出發,Bi2O3之含量更佳上限為30%,進而更佳上限為28%,進一步更佳上限為24%。亦可以使Bi2O3之含量為0%。
BaO、SrO、CaO、MgO、ZnO等二價金屬成分可發
揮改善玻璃之熔融性、降低玻璃之著色之作用。又,只要為適量就可發揮改善耐失透性之作用。但是,其含量過剩時會顯示出折射率下降、耐失透性惡化之傾向,因此BaO、SrO、CaO、
MgO及ZnO之總含量較佳為0%~40%,更佳為0%~32%。BaO、SrO、CaO、MgO及ZnO之總含量之更佳上限為30%,進而更佳上限為27%,進一步更佳上限為25%。BaO、SrO、CaO、MgO及ZnO之總含量之更佳下限為0.1%,進而更佳下限為0.5%,進一步更佳下限為1%。
在這些2價金屬成分中,BaO在維持高折射率方面
是有效的成分,因此使BaO之含量為0%~40%的範圍較佳,為0%~32%的範圍更佳。BaO之含量之更佳上限為30%,進而更佳上限為27%,進一步更佳上限為25%。BaO之含量之更佳下限為0.1%,進而更佳下限為0.5%,進一步更佳下限為1%。亦可以使BaO之含量為0%。
Li2O、Na2O、K2O等鹼金屬氧化物可發揮改善玻璃
之熔融性、降低玻璃之著色的作用。又,還可發揮降低玻璃化轉變溫度、軟化溫度,降低玻璃之加熱處理溫度之作用。但是,其含量過剩時會顯示出折射率下降、耐失透性惡化之傾向,因此Li2O、Na2O及K2O之總含量較佳為0%~40%,更佳為0%~35%,進而更佳為0%~32%,進一步更佳為0%~30%。可以分別使Li2O、Na2O及K2O之含量為0%。尤其是使用Li2O作為鹼金屬氧化物之情況下,從得到高折射率玻璃之觀點出發,其含量在所製造之玻璃中更佳為超過0%且小於10%,進而更佳為超過0%且9%以下,進一步更佳為超過0%且8%以下。
若Al2O3為少量則可發揮改善耐失透性之作用,但
其含量過剩時會使折射率降低。因此,Al2O3之含量之較佳範圍為0%~12%,更佳範圍為0%~7%,進而更佳範圍為0%~3%。
ZrO2可發揮提高折射率之作用,若為少量則可以
發揮改善耐失透性之作用。但是,其含量過剩時,耐失透性及熔融性顯示出惡化之傾向,因此ZrO2之含量之較佳範圍為0%~16%,更佳範圍為0%~12%,進而更佳範圍為0%~7%,進一步更佳範圍為0%~3%。
GeO2可發揮維持耐失透性且提高折射率之作用。
又,GeO2具有提高折射率之作用,但與TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3不同,其不會使玻璃之著色增大。但是,與其他成分相比,其係價格非常高的成分,因此從降低玻璃之製造成本之觀點出發,GeO2之含量越少越好。因此,為了廣泛普及高折射率玻璃產品,期望提供一種削減GeO2之含量、同時透過率優異的高折射率玻璃。根據本實施形態,通過使TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為20%以上,即使不使用大量的GeO2亦可提供透過率優異的高折射率玻璃。
從這些觀點出發,GeO2之含量之較佳範圍為0%~
10%,更佳範圍為0%~5%,進而更佳範圍為0%~3%,進一步更佳範圍為0%~2%,更進一步更佳範圍為0%~1%,更加進一步更佳範圍為0%~0.5%,亦可以不含有GeO2。此外,若不考慮製造成本,能夠以有效量而適當使用GeO2。
TeO2可發揮維持耐失透性且提高折射率之作用。
但是,從減輕對環境之負荷之觀點出發,TeO2之含量之較佳範圍為0%~10%,更佳範圍為0%~5%,進而更佳範圍為0%~3%,進一步更佳範圍為0%~2%,更進一步更佳範圍為0%~1%,更加進一步更佳範圍為0%~0.5%,亦可以不含有TeO2。
Sb2O3具有氧化作用,亦可發揮抑制TiO2、Nb2O5、
WO3及Bi2O3之還原之作用。但是,Sb2O3自身在可見區域具有吸收,因其氧化作用會將貴金屬之熔融容器氧化而助長貴金屬離子融入熔融玻璃。因此,Sb2O3之含量之較佳範圍為0ppm以上且小於1000ppm。從上述觀點出發,對於Sb2O3之含量之上限,按照900ppm、800ppm、700ppm、600ppm、500ppm、400ppm、300ppm、200ppm、100ppm之順序,值越小則越佳。亦可以不含有Sb2O3。
若大量含有上述成分以外之成分,則會顯示出玻
璃之耐失透性惡化、液相溫度上昇之傾向。因此,不得不提高玻璃熔融溫度,從而會使貴金屬製熔融容器之侵蝕增大,玻璃中融入的貴金屬的量增加。又,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之還原色亦會增大。
從抑制這種貴金屬量的增加、抑制玻璃之著色之
觀點出發,使P2O5、SiO2、B2O3、TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2O、Al2O3、ZrO2、GeO2、TeO2及Sb2O3之總含量為90%以上較佳,為92%以上更佳,為95%以上進而更佳,為96%以上進一步更佳,為97%以上更進一步更佳,為98%以上更加進一步更佳,為超過99%最佳。又,還可以使上述總含量為100%。
亦可以使其少量含有Ta2O5、Y2O3、La2O3、Gd2O3、
Yb2O3、In2O3、Ga2O3、SnO2、CeO2、F等。使Ta2O5、Y2O3、La2O3、Gd2O3、Yb2O3、In2O3、Ga2O3及F之總含量為0%~10%較佳,為0%~7%更加,為0%~5%進而更佳,為0%~3%進一
步更佳,為0%~1%更進一步更佳,為0%~0.5%更加進一步更佳。
從提高熔融玻璃之揮發性並得到均質的玻璃之觀
點、以及得到具有穩定的光學特性之玻璃之觀點出發,F並不是應該大量含有的成分。F之含量之較佳範圍為0%~3%,更佳範圍為0%~1%,進而更佳範圍為0%~0.5%,進一步更佳為實質上不含有F。
從降低對環境之負荷之觀點出發,實質上不含有
Pb、As、Cd、U、Th、Tl較佳。
從降低玻璃之著色之觀點出發,實質上不含有
Cu、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、V、Mo、Nd、Eu、Er、Tb、Ho、Pr等在可見區域具有吸收之成分、添加劑較佳。
但是,在本實施形態之玻璃中,並不排除含有不
可避免的雜質。
此外,作為玻璃料,根據玻璃成分,可以使用氧
化物、磷酸、磷酸鹽(多磷酸鹽、偏磷酸鹽、焦磷酸鹽等)、硼酸、硼酐、碳酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物等公知的均質的玻璃料。
為使用上述光學玻璃製作光學元件,可以使用公知的方法。例如,通過將熔融玻璃成型來製作壓製成型用玻璃素材。其次,對該玻璃素材進行再加熱、壓製成型,從而製作得到光學元件胚料(blank)。進一步,通過包括光學元件胚料之研磨之工序來進行加工,從而製作得到光學元件。
或者,對熔融玻璃進行成型來製作壓製成型用玻璃素材,然後對該玻璃素材進行加熱、精密壓製成型,從而製作得到光學元件。
在上述各工序中,可以對熔融玻璃進行成型來製
作得到玻璃成型體,然後對玻璃成型體進行加工,從而製作得到壓製成型用玻璃素材。
或者,對熔融玻璃進行成型來製作玻璃成型體,然後對該成型體進行加工,從而製作得到光學元件。
根據使用目的,可以在製作得到的光學元件之光
學功能面塗佈防反射膜、全反射膜等。
作為光學元件,可以示例出球面透鏡、非球面透鏡、微透鏡、透鏡陣列等各種透鏡、稜鏡、衍射光柵等。
以上,對本發明之實施形態進行了說明,但本發
明並不受上述實施形態之任何限定,在不脫離本發明之主旨之範圍內當然可以以各種各樣的方式來實施。
例如,在本實施形態中,對利用粗熔-再熔融方式
之玻璃之製作進行了說明,但可適當採用對批次原料進行加熱、熔融、成型而得到玻璃之方法(分批直接熔融方式)等公知的方法。
又,在本實施形態中,作為提高玻璃的βOH之方
法,主要以向熔融氣氛加添水蒸汽之方法進行了說明,但亦可舉出下述方法:在熔融物中進行含有水蒸汽之氣體之鼓泡的方法、或使用含有水分的化合物作為玻璃料之方法;等等。這些方法亦可適當組合來使用。
此外,使用含有水分的化合物(例如正磷酸或硼酸)
作為玻璃料來增加熔融玻璃中的水分量之方法之情況下,水分會從熔融玻璃散逸出去,單獨利用該方法難以充分提高玻璃的βOH。因此,使用含有水分的化合物作為玻璃料之方法較佳為與上述其他方法合用。
又,本實施形態之玻璃為合適地作為光學元件用
的材料,較佳為非晶質性(無定形,amorphous)之玻璃。在製作玻璃製之光學元件之方法中,例如有對玻璃材料進行加熱、軟化而進行成型之方法。玻璃質中分散有結晶相的結晶化玻璃並不適合上述成型方法。又,結晶化玻璃中的結晶相有時會使光散射、使作為光學元件之性能下降。非晶質性玻璃中不存在這樣的問題。
又,本實施形態示例出了光學玻璃,但只要係因
還原成分而導致的著色問題之玻璃產品,不僅光學元件,還可以適用於各種玻璃產品之製造。作為該種玻璃產品,可以舉出例如光學窗戶材料、太陽能電池用玻璃、玻璃蓋(cover glass)等。
又,在本實施形態中,作為光學玻璃之製造方法
的一個示例,主要示出了使用坩堝對原材料進行熔融之方法,但亦可使用兩端開口的石英製導管等作為熔融容器。
具體而言,在玻璃熔解爐內,以傾斜狀態固定石
英製等的導管。在玻璃熔解爐之底部,預先在相當於導管的低位置側之開口端下方之位置處設置開口部。從導管的高位置側之開口端向導管內導入原材料(批次原料或玻璃屑),在導管內
進行熔解(或熔融),從而得到熔融物。熔融物緩慢地在導管中流動,連續不斷地使熔融物從導管的低位置側之開口側流出。
例如,在粗熔工序中使用上述導管等的情況下,
流出物通過爐底之開口部,連續不斷地向預先配置在玻璃熔解爐底部之開口部下方之水槽中的水滴加,形成玻璃屑。
在上述方法中,使用石英製等的導管進行原材料
之熔融,但亦可使用石英製等的坩堝來代替導管。可以先將原材料投入至石英製等的坩堝中,然後進行加熱、熔融,得到熔融物,接著將熔融物澆鑄(cast)到水中、或將其流出到經冷卻之耐熱板上,從而製作得到玻璃屑。
其次,作為上述主要實施形態之變形例,以下示
出含水率高的玻璃以外的實施形態。
第1變形例之實施形態
本實施形態與上述主要實施形態相比,確定玻璃的βOH之下限的式在以下方面存在不同,除此之外,基本上與上述實施形態相同,因此省略其重複之說明。
在本實施形態中,以減少熔融玻璃中的貴金屬之
融入及改善澄清性為主要目的。這樣的本實施形態之玻璃之特徵在於,折射率nd為1.75以上,下述式(1)所示的βOH值滿足下述式(6)所表示的關係。
βOH=-[ln(B/A)]/t‧‧‧(1)
βOH181.39×nd-3-325.75×nd-2+194.85×nd-1-38.1‧‧‧(6)
t與前面所述相同,其為用於測定外部透過率之玻
璃之厚度(mm)。又,βOH的單位為mm-1。式(6)中,nd表示上述玻璃對波長為587.56nm(黃色氦的d線)之折射率。本實施形態之玻璃之折射率nd為1.75以上。又,折射率nd之較佳下限為1.80,更佳為1.85,進而更佳為1.90。又,對於折射率nd之上限,只要能夠得到玻璃就無特別限制,但例如可以為2.5左右。
通過使用由折射率高的玻璃構成的光學元件來構成光學系統,從而能夠使光學系統小型化、高性能化。從這些觀點出發,折射率nd越高越佳。但是,若提高折射率則會顯示出玻璃之耐失透性降低之傾向。因此,從維持耐失透性之觀點出發,折射率nd之較佳上限為2.4,更佳為2.3。
又,本實施形態之玻璃中,上述式(1)所示的βOH
值滿足下述式(7)所表示的關係較佳,滿足下述式(8)所表示的關係更佳。
又,βOH之上限因玻璃的種類或製造條件而有所不
同,但只要能夠進行調整就無特別限制。若提高βOH,則來自熔融玻璃之揮發物量傾向於增加,因此從抑制來自熔融玻璃的揮發之觀點出發,βOH較佳為10mm-1以下,更佳為8mm-1以下,進而更佳為6mm-1以下,進一步更佳為5mm-1以下,更進一步更佳為4mm-1以下,更加進一步更佳為3mm-1以下,最佳為2mm-1以下。
本實施形態之玻璃的βOH值滿足上述式(6)表示的
關係。即、本實施形態之玻璃與利用通常的製造方法製作得到的玻璃相比,玻璃中的水的濃度高。這是因為,本實施形態之玻璃在其製造工序中,通過提高熔融玻璃中的水分量之操作而積極地將水導入至玻璃中。此處,對於提高熔融玻璃中的水分量之操作,可以舉出例如向熔融氣氛加添水蒸汽之處理、或在熔融物內進行含水蒸汽之氣體之鼓泡的處理;等等。
又,如上所述,在玻璃的熔融中,通常使用白金、
金、銠、銥等貴金屬或這些貴金屬之合金製作的熔融容器,但這些貴金屬材料在玻璃的熔融時會融入熔融物中,成為玻璃之著色及曝曬作用等的原因。
即使使用白金等貴金屬作為熔融容器或熔融器具
之情況下,本實施形態之玻璃的貴金屬融入量亦少。即、即使本實施形態之玻璃含有貴金屬之情況下,其貴金屬之含量亦極少。
從降低因貴金屬離子導致的玻璃之著色、改善透
過率、降低曝曬作用、降低貴金屬雜質等觀點出發,玻璃中所含有的貴金屬之含量較佳為4ppm以下。玻璃中所含有的貴金屬之含量之上限值越低越佳,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之順序,上限值越低則越佳。對於貴金屬之含量之下限沒有特別限制,但不可避免地含有0.001ppm左右之貴金屬。
作為貴金屬,可以示例出Pt、Au、Rh、Ir等金屬單
體;Pt合金、Au合金、Rh合金、Ir合金等合金。作為熔融容器材料或熔融器具材料,在貴金屬中耐熱性、耐蝕性優異的Pt或Pt合金較佳。因此,對於使用Pt或Pt合金製的熔融容器或熔融器具製作得到的玻璃,玻璃中所含有的Pt之含量較佳為4ppm以下。Pt之含量之更佳上限與玻璃中所含有的貴金屬之含量之更佳上限相同。又,對於Pt之含量之下限沒有特別限制,但不可避免地含有0.001ppm左右。
在以下的說明中,以熔融容器為白金(Pt)之情況作
為示例,但使用由白金以外的貴金屬等金屬材料構成的熔融容器等的情況亦是同樣。
本實施形態之玻璃在其製造工序中進行了提高熔
融玻璃中的水分量之操作。若在玻璃的製造工序中進行這種處理,則可以降低熔融氣氛中的氧分壓,可以防止作為熔融容器(坩堝等)等的材料之白金等貴金屬材料之氧化。
其結果為,可以有效地防止由熔融氣氛中的氧與
白金材料等的反應而生成的二氧化白金或白金離子(Pt4+)融入熔融物(玻璃)中,可以降低所得到的玻璃中的Pt之融入量。
通常情況下,融入熔融玻璃中的貴金屬離子會吸
收可見光,因此存在玻璃之著色增加之問題。但是,如上所述,本實施形態之玻璃中的Pt之含量充分下降,因此由Pt離子導致的著色少,透過率優異。
又,本實施形態之玻璃具有優異的澄清性。因此,
可以縮短澄清工序所需的時間,可大幅降低生產成本。
一般情況下,玻璃之澄清性依存於熔融玻璃中的
溶存氣體量。這種溶存氣體量會因玻璃之組成(特別是原材料之種類)、玻璃之熔融時間或熔融次數而受到很大的影響。但是,只要在熔融工序中補充溶存氣體就可以解決澄清性之問題。
本實施形態之玻璃在其製造工序中進行了提高熔
融玻璃中的水分量之操作,從而積極地將水導入至玻璃中。其結果可以認為能夠以水蒸汽之形式將溶存氣體補充至熔融玻璃中,能夠改善玻璃之澄清性。
如上所述,這種本實施形態之玻璃在製造工序中
進行了提高熔融玻璃中的水分量之操作。經過該處理的本實施形態之玻璃在其熔融工序中可將水分吸收至熔融玻璃中,因此與利用通常的製造方法製作得到的相同組成的玻璃相比,玻璃中的水的濃度高,βOH亦高。
因此,本發明人認為通過對所得到的玻璃進行提
高βOH之處理,能夠降低Pt之融入、並且改善澄清性。
對於提高玻璃的βOH之方法沒有特別限定,但例舉
較佳為於熔融工序中提高熔融玻璃中的水分量之操作。此處,作為提高熔融玻璃中的水分量之操作,可以舉出例如向熔融氣氛加添水蒸汽之處理、以及在熔融物內進行含水蒸汽之氣體之鼓泡的處理。
通常,利用這些方法可以將水導入至玻璃中,可
以提高βOH,但其提高率因玻璃而有所不同。本發明人進行了深入研究,結果發現:水在玻璃中的吸收難易度依存於玻璃之折射率nd。即、玻璃之折射率nd越大則越難以吸收水。
因此,例如折射率nd較低的玻璃容易吸收水,因
此通過進行如上所述的提高βOH之處理,可以大幅提高玻璃的βOH。但是,折射率nd較高的玻璃難以吸收水,因此即使進行相同條件的處理,亦難以將玻璃的βOH值提高至與折射率低的玻璃之情況相同的程度,所得到的玻璃的βOH變低。
如此,水在玻璃中的吸收難易度因玻璃之折射率
nd而有所差異。因此,在本發明中,基於因玻璃的折射率nd而產生的水的吸收難易度的差異,規定上述式(6),並且根據玻璃組成來確定βOH之下限。
此處,上述式(6)中,nd表示玻璃之折射率。
如上所述,因玻璃之折射率nd而存在容易吸水而
容易提高βOH之玻璃及難以吸水而難以提高βOH之玻璃。本發明人進行了深入研究,結果發現越提高玻璃之折射率nd,則傾向於越難以吸收水,並且確定了上述式(6)。
這種上述式(6)用於區別玻璃在其製造工序中是否
接受提高βOH之處理。即、在玻璃之製造工序中,尤其是玻璃的製造工序中並未接受提高βOH之處理的玻璃(由以往的製造方法製作得到的玻璃)不滿足上述式(6)所表示的關係。
然而,作為提高玻璃之折射率nd的成分,例如存
在Ti、b、W、Bi等高折射率成分,但對於大量含有這些高折射率成分之玻璃而言,通常這些高折射率成分在玻璃之熔融過程中會被還原,吸收可見光區域之短波長側的光,因此有時在所得到的玻璃中著色增加。
通過在氧化性氣氛下對玻璃進行再加熱處理,可
以降低這種玻璃之著色(以下有時稱為還原色)。可以考慮這是因為:在氧化性氣氛下對還原狀態之高折射率成分進行再加熱處理從而使其氧化,由此減弱了各離子的可見光吸收。
特別是,為了短時間降低著色,需要加快對加熱
處理時被還原的高折射率成分進行氧化的速度,為此,在玻璃中需要存在下述離子:該離子在熱處理時可在玻璃中迅速移動、傳遞電荷、將被還原的高折射率成分氧化。作為這種離子可以考慮H+為合適者。
此處,本實施形態之玻璃滿足上述式(6)。即、在
玻璃中充分導入水,可以說這種情況下由水產生的H+大量存在於玻璃中。其結果為:通過再加熱處理,H+在玻璃中迅速移動、傳遞電荷、有效地將被還原的高折射率成分之各離子氧化。由此,在本實施形態之玻璃中,可以利用短時間的熱處理顯著地降低著色,再加熱處理後之玻璃具有優異的透過率。
此外,即使是深著色之玻璃亦會透過紅外光,因
此可以不論玻璃是否著色都能夠進行βOH之評價。又,通常情況下,再加熱處理是在低於玻璃之軟化點之溫度進行的,因此玻璃的βOH值在再加熱處理前後實質不發生變化,在再加熱處理之前後均能夠進行測定。因此,對於玻璃的βOH,可以使用經過再加熱處理(使著色降低之處理)之透明玻璃、及未經再加熱處理的有深著色之玻璃的任一者進行測定。
本實施形態之玻璃只要滿足上述式(6)就沒有特別
限定,可以經過降低還原色之處理,亦可不經過該處理。
又,本實施形態之玻璃可以適當地用作光學玻璃。
通常,光學玻璃要求優異的透過率及澄清性。在
此方面,本實施形態之光學玻璃中的Pt之含量顯著地降低,因此由Pt導致的著色極少,具有優異的透光性,並且熔融玻璃中的溶存氣體量得以提高,具有優異的澄清性,能夠以短時間得到氣泡少、均質的玻璃。
進一步,即使在本實施形態之光學玻璃大量含有
高折射率成分之情況下,通過再加熱處理亦可高效地降低著色。
此外,本實施形態之玻璃可以利用與上述主要實
施形態之玻璃相同的製造方法而製作得到。
第2變形例之實施形態
第2變形例之第1實施形態之光學玻璃是折射率nd為1.9以上且小於1.97的氧化物玻璃,其含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中至少一種氧化物作為玻璃成分,其特徵在於,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為30mol%~60mol%的範圍內,並且,下述式(1)所示的βOH值為0.1mm-1以上。
βOH=-ln(B/A)/t‧‧‧(1)
又,第2變形例之第2實施形態之光學玻璃是折射率nd為1.97以上的氧化物玻璃,其含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中至少一種氧化物作為玻璃成分,其特徵在於,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為40mol%~80mol%的範圍內,並且,下述式(1)所示的βOH值為0.1mm-1以上。
βOH=-ln(B/A)/t‧‧‧(1)
在以下說明中,“光學玻璃用素材”係經過將熔融容
器內的熔融玻璃成型為規定形狀之成型工序製作得到的玻璃,並且係接受熱處理前的有深著色之狀態的玻璃。進一步,“光學玻璃”係對有深著色之狀態之光學玻璃用素材進行熱處理後的玻璃。即、“光學玻璃”為通過熱處理而比“光學玻璃用素材”降低了著色之玻璃。又,“光學玻璃用素材”及“光學玻璃”、以及使用“光學玻璃用素材”及“光學玻璃”製作得到的“壓製成型用玻璃素材”、“光學元件”及“其他玻璃物品”均為無定形(amorphous)之玻璃,並非是結晶化玻璃。
在第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃中,即
使以上述的範圍大量含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中的至少一種高折射率成分,其著色亦少。關於得到這種效果之理由,本發明人進行了如下推測。
首先,使用白金等貴金屬製之熔融容器將含有
TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3等高折射率成分的高折射率玻璃熔融時,若以熔融玻璃作為還原側進行熔融則可以抑制金屬離子融入熔融玻璃中。但是,若使還原側之熔融玻璃過剩,則如上所述,熔融容器被合金化。又,即使不過剩還原熔融玻璃,玻璃之著色程度亦因高折射率成分被還原而增強,在該情況下,即使在後續工序對該光學玻璃用素材進行熱處理,著色之降低亦停留在小幅度降低之程度。
為解決這種問題,製作下述光學玻璃用素材即
可,該光學玻璃用素材可以形成構成熔融容器之金屬材料不會因離子化而融入熔融玻璃之狀態,同時通過對暫時得到的光學玻璃用素材進行熱處理而能夠大幅降低著色。
關於光學玻璃用素材之著色因熱處理而降低之現
象,本發明人有如下考慮。首先,通過在氧化性氣氛中對光學玻璃用素材進行熱處理而得到的光學玻璃之著色變少,可以認為,這是由於還原狀態之Ti、Nb、W、Bi等各離子被氧化,各離子之可見光吸收變弱而導致的。即使對光學玻璃用素材進行熱處理,但若Ti、Nb、W、Bi之氧化速度慢,則著色之改善停留在小幅度的改善。為了大幅降低光學玻璃用素材之著色,只要增大熱處理時的Ti、Nb、W、Bi之氧化速度即可。假如存在有在光學玻璃用素材中容易移動之離子,並且該離子不會直接對著色產生影響,則在熱處理時,這種離子能夠在光學玻璃用素材中迅速移動並傳遞電荷,能夠以短時間降低因Ti、Nb、W、Bi之還原而導致的著色。作為這種離子可以考慮H+為合適者,但為了使H+更加容易移動,可以考慮在玻璃結構中導入OH-,H+能夠以OH-為起點進行電子跳躍,從而能夠使熱處理時之氧化速度增大。
為了向光學玻璃用素材中導入H+及OH-,只要在光
學玻璃用素材中導入H2O即可。此處,對於光學玻璃用素材中的水分量而言,可通過對著色變少且透明度提高之光學玻璃、基於OH-之紅外吸收之強度進行測定來間接地定量化。
因此,對於光學玻璃用素材,通過使光學玻璃用
素材中(換而言之光學玻璃中)的OH-含量之指標(即βOH值)為0.1mm-1以上,可以使著色減小。其中,該光學玻璃是折射率nd為1.9以上且小於1.97、含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中的至少一種氧化物作為玻璃成分之氧化物玻璃,且TiO2、
Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為30mol%~60mol%的範圍內;或者,該光學玻璃是折射率nd為1.97以上、含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中的至少一種氧化物作為玻璃成分之氧化物玻璃,且TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之質量為40mol%~80mol%的範圍內。
進一步,在製作按照βOH值為0.1mm-1以上的方式
而大量含有水分的光學玻璃用素材時,可以進行向熔融氣氛中加添水蒸汽、或向熔融物中鼓入水蒸汽泡等操作。這些操作可以降低熔融氣氛中的氧分壓,因此可以抑制構成用於熔融玻璃之熔融之熔融容器的金屬材料(亦包括合金材料)的氧化。其結果為,可以降低金屬材料在熔融玻璃中的融入量,還可以抑制因金屬材料(亦包括合金材料)之融入而導致的著色增大。此外,對於βOH值而言,即使是有深著色之狀態之光學玻璃用素材亦能夠與光學玻璃同樣地進行測定。這是因為光學玻璃用素材可透過紅外線。
其次,對於第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃中的將βOH值之下限設定為0.1mm-1的理由進行說明。
第3圖為表示使由表1所示的組成構成的No.1玻璃的βOH值變化之情況下的、外部透過率(T450)對於βOH值之變化的圖表,其中,外部透過率(T450)為對於厚度為5mm的No.1玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長450nm的外部透過率。此外,第3圖所示的外部透過率(T450)之值是在大氣中以600℃對No.1玻璃進行1小時熱處理後的值,βOH值亦是熱處理後之值。又,No.1玻璃之折射率nd為1.9以上,TiO2、
Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為30mol%~60mol%的範圍內。
即、在折射率nd及玻璃組成方面,No.1玻璃與第1實施形態之光學玻璃是相同的。
第4圖為表示使由表2所示的組成構成的No.3玻璃之βOH值變化之情況下、外部透過率(T450)對於βOH值之變化的圖表,其中,外部透過率(T450)為對於厚度為5mm的No.3玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長450nm的外部透過率。此外,第4圖所示的外部透過率(T450)之值是在大氣中以570℃對No.3玻璃進行4.5小時熱處理後之值,βOH值亦是熱處理後之值。又,No.3玻璃之折射率nd為1.97以上,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為40mol%~80mol%的範圍內。即、在折射率nd及玻璃組成方面,No.3玻璃與第2實施形態之
光學玻璃是相同的。
進一步,第3圖及第4圖所示的5個點的βOH值是通
過在將No.1玻璃及No.3玻璃熔融時對導入至玻璃熔融氣氛中的水蒸汽之量進行調整而設定的值。由第3圖及第4圖可知,伴隨著βOH值之增加,外部透過率(T450)亦隨之增加。並且,由第3圖所示的外部透過率(T450)對於βOH值之變化之傾向可知:只要βOH值為0.1mm-1以上則外部透過率(T450)能夠可靠地提高30%。又,由第4圖所示的外部透過率(T450)相對於βOH值之變化之傾向可知:只要βOH值為0.1mm-1以上則外部透過率(T450)能夠可靠地提高10%。
如此,無論是No.1玻璃還是No.3玻璃,隨著延長
熱處理時間,外部透過率(T450)進一步增加,可以得到作為光
學元件之材料而合適的透過率特性。
可是,將光學元件固定在鏡筒等時,若使用紫外
線固化型之粘接劑則作業性會格外地提高。以往,在使用了折射率nd為1.9以上、進一步折射率nd為1.97以上之高折射率之光學玻璃的光學元件中,可見光區域之短波長側的光會被光學玻璃過濾(cut)掉,因此隔著光學元件照射粘接劑固化用的光難以使其固化。但是,通過改善可見光區域之短波長側的透過率,能夠使用紫外線固化型之粘接劑來進行粘接。
因此,若考慮到構成光學系統之光學元件之透光
性及使用紫外線固化型粘接劑時的粘接操作之便利性,在第1實施形態之光學玻璃之情況下,βOH值之下限按照0.2mm-1、0.3mm-1、0.4mm-1、0.5mm-1、0.6mm-1、0.7mm-1、0.8mm-1之順序越大則越佳。又,在第2實施形態涉及之光學玻璃之情況下,βOH值之下限按照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之順序越大則越佳。如此,通過使βOH值變大,更容易使外部透過率(T450)增加、並且使光學玻璃之著色變小。
此外,第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃較
佳為磷酸鹽系玻璃。磷酸鹽系玻璃比硼酸鹽系玻璃更容易吸收水分,因此更容易減小光學玻璃之著色。
於此情況,第1實施形態之光學玻璃在15mol%~
35mol%的範圍內含有P2O5作為玻璃成分較佳。通過使P2O5之含量為15mol%以上,可以容易地使光學玻璃中的含水量提高、
進一步增大βOH值。另一方面,通過使P2O5之含量為35mol%以下,可以容易地維持高折射率。此外,P2O5之含量之較佳下限值為17mol%、較佳上限值為33mol%。
又,第2實施形態之光學玻璃在10mol%~35mol%
的範圍內含有P2O5作為玻璃成分較佳。通過使P2O5之含量為10mol%以上,可以容易地使光學玻璃中的含水量提高、進一步增大βOH值。另一方面,通過使P2O5之含量為35mol%以下,可以容易地維持高折射率。此外,P2O5之含量之較佳下限值為12mol%、較佳上限值為33mol%。
此外,光學玻璃之著色程度可以通過作為表示著
色度之指標的λτ80來定量化。λτ80意味著內部透過率(內部透過率τ)為80%時之波長(nm),該內部透過率是通過下述方法計算得到:對於光學玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射,此時在波長為280nm~700nm之範圍對內部透過率進行測定後,基於該測定得到的內部透過率計算出假定光學玻璃之厚度為10mm時的上述內部透過率τ。此處,內部透過率τ是除去入射側及出射側處之表面反射損失之透過率,其是由下述方法得到的值:使用厚度不同的2個試料,在波長為280nm~1550nm的範圍進行各試料的包括表面反射損失之透過率T1、T2,即外部透過率T1、T2的測定,使用這些測定值並基於下式(9)來算出上述值。
logτ=-(logT1-logT2)×10/△d‧‧‧(9)
此處,式(9)中,T1表示厚度為d1(mm)的第1試料的包括表面反射損失之透過率(%),其是通過使光從與其厚度
方向平行之方向入射時在波長為280nm~1550nm的範圍內測定得到的;T2表示由與第1試料相同的玻璃構成且厚度為d2(mm)的第2試料的包括表面反射損失之透過率(%),其是通過使光從與其厚度方向平行之方向入射時在波長為280nm~1550nm的範圍內測定得到的。此外,λτ80是使用波長為280nm~700nm之透過率測定的結果而算出的,因此可以在波長為280nm~700nm的範圍進行透過率T1、T2的測定。又,△d表示厚度d1及厚度d2之差d2-d1(mm),厚度d1及厚度d2滿足d1<d2的關係。
λτ80伴隨著TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量之
增加而增加。將以mol%表示的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量作為X時,在熱處理前不增加光學玻璃用素材中的含水量就對該光學玻璃用素材進行熱處理而製作得到的光學玻璃中,X及λτ80的關係為下式(10)所示的關係。因此,難以進行λτ80之大幅度的改善。
λτ80>aX+b‧‧‧(10)
此外,式(10)中,a表示常數(1.8359nm/mol%),b表示常數(351.06nm)。
另一方面,在第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃中,可以將λτ80降低至滿足下述(11)式的範圍。
λτ80<aX+b‧‧‧(11)
此外,式(11)中,a及b與式(10)中所表示的常數相同。
此外,進一步,第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃滿足下式(12)更佳,滿足下式(13)進而更佳。
λτ80<aX+c‧‧‧(12)
λτ80<aX+d‧‧‧(13)
此處,式(12)中,a及b之值與式(10)中所表示的常數相同。又,式(13)中,a及b之值與式(10)中所表示的常數相同。式(12)中的c表示常數(348.06nm)。又,式(13)中的d表示常數(345.06nm)。
利用第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃,在
λτ80以上且700nm以下的波長區域中,換算為10mm的厚度的內部透過率為80%以上;較佳為,在λτ80以上且1550nm以下的波長區域中,換算為10mm的厚度的內部透過率為80%以上。
此外,以往為了在玻璃熔融中抑制高折射率成分
之還原,進行具有氧化作用的氧化銻的添加。但是,在第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃的製造時,即使不利用氧化銻的氧化作用亦可以減小著色。進一步,因氧化銻的添加,構成熔融容器之金屬材料被氧化成為離子而融入光學玻璃用素材中,成為導致最終得到的光學玻璃之著色的原因。因此,在第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃中,換算為Sb2O3的情況下,較佳為使氧化銻之含量小於1000ppm,更佳為小於700ppm。此外,對於氧化銻之含量的上限,按照600ppm,500ppm、400ppm、300ppm、200ppm、100ppm之順序,小於上述值更佳。進一步,第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃還可以不含有氧化銻。
第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃中,較佳
為含有P2O5、及至少選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中至少一
種氧化物之組成;除此之外,更佳為含有鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、ZnO、B2O3、SiO2等作為可選成分之組成。在由這種組成構成的光學玻璃中,P2O5之含量、及TiO2、Nb2O5、WO3與Bi2O3之總含量之較佳的範圍如上所述。
又,第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃中還
可以不含有Li2O等鹼金屬氧化物。此處,使用Li2O作為鹼金屬氧化物之情況下,從得到高折射率玻璃之觀點出發,其含量較佳為超過0mol%且小於10mol%,更佳為超過0mol%且為9mol%以下,進而更佳為超過0mol%且為8mol%以下。又,第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃中還可以含有GeO2及/或Ga2O3。
但是,這些氧化物價格高,因此在光學玻璃中可以完全不含有Ga2O3,但在含有Ga2O3之情況下,較佳為儘可能減少其含量。
此處,光學玻璃中含有GeO2之情況下,其含量較佳為超過0mol%且為5mol%以下,更佳為超過0mol%且為2mol%以下,進而更佳為超過0mol%且為1mol%以下。又,光學玻璃中含有Ga2O3之情況下,其含量較佳為超過0mol%且為0.5mol%以下,更佳為超過0mol%且為0.2mol%以下,進而更佳為超過0mol%且為0.1mol%以下。第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃既可以不含有Li2O,又可以不含有GeO2,亦可以不含有Ga2O3。
在第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃中,若
考慮到環境影響的負荷,較佳為不含有Pb、As、Cd、U、Th作為玻璃成分。又,從防止著色增大之觀點出發,不含有Cr、Ni、Eu、Er、Tb、Fe、Cu、Nd等會吸收可見光之成分較佳。在不損害本發明之目的的範圍可以含有Te,但若考慮到對環境影響
的負荷,不含有Te作為玻璃成分較佳。此外,在本申請說明書中,不含有並非是指甚至連作為雜質而不可避免地混入亦排除在外之情況。
其次,對第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃
之製造方法進行說明。
在第1實施形態之光學玻璃之製造方法中,為了得
到熔融玻璃,通過至少經過在熔融容器內對玻璃料進行加熱、熔融之加熱、熔融工序,及將熔融容器內的熔融玻璃成型為規定形狀之成型工序,可以製造下述光學玻璃用素材,其是含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中至少一種氧化物作為玻璃成分之氧化物玻璃,其中,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為30mol%~60mol%的範圍內。其次,在氧化性氣氛氣體中對該光學玻璃用素材進行熱處理,從而得到第1實施形態之光學玻璃。
在第2實施形態之光學玻璃之製造方法中,為了得
到熔融玻璃,通過至少經過在熔融容器內對玻璃料進行加熱、熔融之加熱、熔融工序,及將熔融容器內的熔融玻璃成型為規定形狀之成型工序,可以製造下述光學玻璃用素材,其是含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中至少一種氧化物作為玻璃成分之氧化物玻璃,其中,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為40mol%~80mol%的範圍內。其次,在氧化性氣氛氣體中對該光學玻璃用素材進行熱處理,從而得到第2實施形態之光學玻璃。
此處,只要通過在加熱、熔融工序中對熔融容器
內的熔融玻璃中所含有的水分量進行調整就可以將光學玻璃之βOH值控制為0.1mm-1以上。
在第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃之製造
中,關於玻璃料之調整法、玻璃料之加熱法、熔融法、熔融玻璃之成型法,可以適當採用公知的方法。又,從得到均質的光學玻璃之觀點出發,熔融容器由金屬材料構成較佳。此處,作為構成熔融容器之金屬材料,因耐蝕性、耐熱性優異而較佳為白金、金等貴金屬;以及白金合金、金合金等貴金屬合金。
此處,作為熔融玻璃中所含有之水分量之調整方
法,較佳為利用選自向將熔融玻璃熔融之氣氛中供給水蒸汽之第1水分量調整方法、一邊在熔融玻璃中進行水蒸汽之鼓泡一邊供給水蒸汽之第2水分量調整方法、以及第1水分量調整方法及第2水分量調整方法組合而成的第3水分量調整方法中的任一種方法。此外,熔融容器內的熔融玻璃中所含有的水分量之調整主要意味著,如上所述的第1水分量調整方法~第3水分量調整方法那樣增加熔融玻璃中含有的水分量之操作。
此外,作為熔融容器內的熔融玻璃中所含有的水
分量之調整方法,可以舉出使用含有水分之化合物作為玻璃料之方法,例如通過使用含有正磷酸或硼酸之玻璃料來增加熔融玻璃中的水分量方法。但是,在該方法中,在將玻璃料熔融之過程中,水分會蒸發散逸,難以確保光學玻璃用素材及光學玻璃中的充分的含水量。進一步,對化合物進行配製而得到原料,將該原料粗熔解從而製作得到玻璃屑,對玻璃屑進行再配製,然後在熔融容器中進行再熔融,在該方式中,原料中當初
所含有的水分進一步喪失,在熔融容器中進行再熔融時含水量大幅下降。
因此,即使使用正磷酸或硼酸等含有水分之化合
物作為玻璃料之情況下,為了抑制水分從熔融玻璃中蒸發散逸,提高熔融氣氛之水蒸汽分壓較佳。或者,使用含有水分之化合物作為玻璃料之情況下,亦可以將熔融容器氣密化以使在加熱、熔融工序中水蒸汽不向熔融容器外散逸。這種操作亦包括在熔融容器內的熔融玻璃中所含有的水分量之調整中。
此外,加熱、熔融工序通常包括:熔解工序,其
中,通過對玻璃料進行加熱來進行熔解從而得到熔融玻璃;澄清工序,其用於促進熔融玻璃之脫泡;均質化工序,其中,使澄清後之熔融玻璃降溫從而達到適於成型之粘度、同時進行攪拌以便進行均質化。使用玻璃屑作為玻璃料之情況下,在熔解工序之前實施玻璃屑化工序,上述玻璃屑化工序中,進行如上所述那樣對化合物進行配製而得到的玻璃料、所謂的批次原料之粗熔解,由此來進行玻璃屑化。
即使是製作玻璃屑之方式、或者是直接在熔融工
序中對批次原料進行熔解之方式,從抑制Ti、Nb、W及Bi之過剩的還原、並且抑制熔融容器由金屬材料構成之情況下的該金屬材料之離子化、確保光學玻璃用素材及光學玻璃中的含水量之觀點出發,將加熱、熔融工序中的玻璃的加熱溫度維持在1400℃以下較佳,維持在1300℃以下更佳。進一步,從改善澄清性、同時得到著色少的光學玻璃之觀點出發,較佳為按照加熱、熔融工序中的玻璃之加熱溫度在澄清工序中為最高的方式
進行設定,即在澄清溫度以下進行玻璃之熔融。
又,若增加加熱、熔融工序的從開始至結束為止
的時間,則會助長高折射率成分之還原,並且在熔融容器由金屬材料構成的情況下還會助長該金屬材料之離子化,光學玻璃中的含水量亦顯示出下降之傾向。因此,使加熱、熔融工序的從開始至結束為止之時間在100小時以內較佳。此外,加熱、熔融工序的從開始至結束為止之時間只要根據熔融容器的容量大小等適當調整即可。通過在氧化性氣氛中對如此熔融、成型得到的光學玻璃用素材進行熱處理,可以減小光學玻璃之著色。
作為氧化性氣氛氣體,使用空氣、向空氣中加入
了氧的氣體、氧氣等即可。又,熱處理溫度、熱處理時間按照λτ80滿足式(11)之方式進行設定較佳,按照λτ80滿足式(12)之方式進行設定更佳,按照λτ80滿足式(13)之方式進行設定進而更佳。
本實施形態之壓製成型用玻璃素材及本實施形態
之光學元件含有第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃,通常情況下,僅由第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃構成。
壓製成型用玻璃素材是用於通過對光學玻璃進行
加熱、軟化然後進行壓製成型來得到壓製成型品、具體而言是光學元件胚料或光學元件等的玻璃素材。作為壓製成型用玻璃素材之製作法,例如可以舉出:將流出的熔融玻璃的流體分離後製作熔融玻璃塊,在將該熔融玻璃塊冷卻的過程中成型為壓製成型用玻璃素材之方法;以及,將熔融玻璃澆鑄至鑄模中來
成型得到玻璃塊,對玻璃塊進行加工來得到壓製成型用玻璃素材之方法;等等。
作為光學元件之示例,可以舉出球面透鏡、非球
面透鏡等各種透鏡;稜鏡等。本實施形態之光學元件是至少經過對本實施形態之光學玻璃進行後加工的後加工工序而製作得到的。作為後加工,可以適當實施加熱處理、成型、研磨等各種公知的後加工,根據需要亦可以組合2種以上的後加工處理。作為通過後加工來製作光學元件之方法,可以舉出:對光學玻璃(或者壓製成型用玻璃素材)進行加熱、軟化,然後進行壓製成型從而製作得到光學元件胚料,對光學元件胚料進行加工而得到光學元件之方法;對壓製成型用玻璃素材進行加熱、軟化,然後精密壓製成型來得到光學元件之方法;將熔融玻璃壓製成型來製作得到光學元件胚料,對光學元件胚料進行加工來得到光學元件之方法;等等。
此外,在製作壓製成型用玻璃素材及光學元件
時,亦可以利用用於第1實施形態及第2實施形態之光學玻璃之製作的光學玻璃素材,進行成型、研磨等各種加工,之後進行用於降低著色之熱處理,從而製作得到壓製成型用玻璃素材及光學元件。
以下,通過實施例對本發明進行更詳細說明,但本發明並不限於這些實施例。
首先,在製作具備所期望的特性之光學玻璃時,作為玻璃的原材料,分別準備磷酸、偏磷酸鋇、氧化鈦、鈮氧化、氧化鎢、氧化鉍、硼酸、碳酸鋇、碳酸鈉、碳酸鉀及氧化矽。接著,適當對上述原材料進行選擇、稱量以使最終得到的光學玻璃之玻璃組成為表3所示的氧化物組成I~VIII,充分混合,從而製作得到批次原料I~VIII。
將配製得到的批次原料I~VIII作為各光學玻璃之玻璃料。將該玻璃料投入至石英製坩堝中,在大氣氣氛中以900℃~1350℃進行熔解,從而得到熔融物。將如此得到的熔融物滴加至水中,從而得到玻璃屑。
對從水中取出的玻璃屑進行乾燥,對玻璃屑之一
部分進行採樣以便用於折射率測定,投入至白金製坩堝中進行熔解,對得到的玻璃熔液進行澄清、均質化,之後澆鑄至鑄模中進行成型,保持在玻璃化轉變溫度附近之溫度,之後以30℃/小時之降溫速度進行冷卻。利用由日本光學硝子工業會標準
所規定的折射率測定法,對如此得到的折射率測定用試料之折射率nd進行測定。
其次,根據測定得到的折射率nd,按照為所期望
的折射率之方式進行玻璃屑之配製,得到光學玻璃製造用的配製玻璃屑。
其次,將配製玻璃屑投入至白金製坩堝(熔融容器),在800℃~1350℃的範圍內對白金製坩堝內的配製玻璃屑進行加熱、熔融,得到熔融玻璃(熔融工序)。
之後,將坩堝的溫度升溫至澄清溫度(900℃~1450
℃的範圍),進行澄清(澄清工序)。接著,將坩堝之溫度降溫至均質化溫度,利用攪拌器具攪拌從而進行均質化(均質化工序)。
此外,熔融爐內的容積(收納坩堝的耐火物製的爐
內的空間體積)及熔融物在熔融爐內的滯留時間(從將玻璃屑投入至白金熔融容器至熔融玻璃由熔融容器流出為止的時間)示於表4。
又,在實施熔融工序、澄清工序、均質化工序時,
根據需要進行提高熔融玻璃中的水分量之操作。
具體而言,將白金製導管從熔融爐外***至配置
於爐內的白金製坩堝內,通過該白金製導管向白金製坩堝內的空間供給水蒸汽(H2O 100體積%)。如此,向熔融氣氛加添水蒸汽是通過向大氣加添水蒸汽來進行的。所供給的水蒸汽之流量示於表4。
又,根據需要從設置於坩堝下部的管,在熔融物
中進行水蒸汽(H2O 100體積%)之鼓泡。如此,熔融物內的水蒸汽鼓泡是通過對大氣氣氛中的熔融物、或在大氣中加添了水蒸汽之熔融氣氛中的熔融物進行水蒸汽鼓泡來進行的。所供給的水蒸汽之流量示於表4。
此外,表4中所示出的水蒸汽之流量為換算為常
溫、常壓下之流量,單位為升/分鐘。
又,在不向坩堝內供給水蒸汽之情況下,在並未
蓋上白金製的蓋而使熔融容器開放的狀態,於大氣氣氛下進行從熔解工序經過澄清工序至均質化工序為止之全部工序。
在大氣氣氛中,使如此均質化後的熔融玻璃從安裝於坩堝底部的白金製的玻璃流出導管流出(流出工序),使其流入至配置於流出導管下方的鑄模中,由此成型得到長條狀的玻璃塊(寬150mm×厚10mm)(成型工序)
之後,在大氣氣氛中,以+100℃/小時之速度使上述玻璃塊升溫,在各自的玻璃化轉變溫度附近保持1.5小時~8小時,以-10℃/小時之速度進行降溫(退火(anneal)工序),由此得到去除了變形(distortion)的光學玻璃試樣。
所得到的光學玻璃試樣(試料11~試料84)的各種物性如下進行測定、評價。
適量採取光學玻璃試樣,對其進行酸及鹼之處理,使用感應耦合等離子體質量分析法(ICP-MS法)、離子色譜
(chromatograph)法,對各成分之含量進行定量,由此進行測定,確認到與氧化物組成I~VIII一致。
在製作光學玻璃試樣時,將經過均質化工序之熔融玻璃澆鑄至鑄模中從而進行成型,保持在玻璃化轉變溫度附近之溫度後,以10℃/小時之降溫速度進行冷卻,製作得到測定用試料。關於所得到的測定用試料,利用由日本光學硝子工業會標準所規定的折射率測定法,進行折射率nd、ng、nF、nc之測定。進一步,由這些折射率之測定值算出阿貝數νd。
其次,對光學玻璃試樣進行加工,製作得到圓柱狀的測定用試料(直徑5mm、高度20mm)。對於得到的測定用試料,使用熱機械分析裝置(TMA),在升溫速度為+10℃/分鐘之條件下對玻璃化轉變溫度Tg進行測定。
此外,這些特性值起因於玻璃組成,因此在將相同的批次原料作為玻璃料之光學玻璃試樣中確認到為實質上相同的值。結果示於表5。
對光學玻璃試樣進行加工,準備兩面互相平行且光學研磨成平坦的厚度為1mm的板狀玻璃試料。從與該板狀玻璃試料之
研磨面垂直的方向入射光,使用分光光度計分別對波長為2500nm下的外部透過率A及波長為2900nm下的外部透過率B進行測定,由下述式(1)算出βOH。
βOH=-[ln(B/A)]/t‧‧‧(1)
上述式(1)中,ln為自然對數,厚度t相當於上述兩個平面之間隔。又,外部透過率包括玻璃試料表面處之反射損失,其是透過光之強度對於入射至玻璃試料之入射光的強度之比(透過光強度/入射光強度)。又,βOH值越高則意味著玻璃中含有更多的水。結果示於表8及第2圖。
第2圖所示的是按照不同的玻璃組成對各光學玻璃試樣的βOH進行標繪而得到的圖。在第2圖中,實線表示基於下述式(2)的規定而將實施例及比較例隔開的邊界線。
βOH0.4891×ln(1/HR)+2.48‧‧‧(2)
此外,隔開各組成的實施例及比較例之邊界之值(可期待本發明的效果的βOH之下限值)可以由上述式(2)算出。即、通過表3所示的上述組成比,算出HR(玻璃中的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中各成分之含量之總量(莫耳%)),並導入上述式(2)。基於各氧化物組成算出的值示於表8。βOH之單位為mm-1。
在大氣氣氛中,以+100℃/小時之速度使光學玻璃試樣升溫,在規定的保持溫度保持100小時,然後以-30℃/小時之速度降溫,由此來進行熱處理。此外,保持溫度根據組成而有所不同,因此,根據各自的光學玻璃試樣之氧化物組成來採用表6
所示的溫度。
對熱處理後的光學玻璃試樣進行加工,準備兩面互相平行且光學研磨成平坦的厚度為10mm的板狀玻璃試料。對於如此得到的板狀玻璃試料,使用分光光度計來求出450nm下的外部透過率T450(H)。T450(H)之值越大則意味著透過率越優異,可進一步降低玻璃之著色。結果示於表8。
適量採取光學玻璃試樣,對其進行鹼溶解,從而進行Pt之分離處理後,利用ICP-MS法對玻璃中的Pt量進行定量。結果示於表8。
首先,在與T450(H)的情況相同之條件下對光學玻璃試樣進行熱處理。
對熱處理後的光學玻璃試樣進行加工,準備兩面互相平行且光學研磨成平坦的厚度為10mm±0.1mm的板狀玻璃試料。使光從與該板狀玻璃試料之研磨面垂直的方向入射,使用分光光度計對波長為280nm~700nm的範圍的包含表面反射損失之分光透過率進行測定,分別將分光透過率(外部透過率)為80%及70%之波長作為著色度λ80及λ70。λ80及λ70之值均意味著,它們的值越小則玻璃之著色越少。結果示於表8。此外,關於由λ80評價之試料,在示於表8的結果中加添了下劃線。
製作光學玻璃試樣時,採取0.5cc~0.7cc的經過均質化工序的熔融玻璃,使其流入至浮法成型用的鑄模(該鑄模的結構為:接受熔融玻璃的凹部由多孔質體構成,氣體通過多孔質體從凹部表面噴出)之凹部,從凹部噴出氣體,向凹部上的熔融玻璃塊施加向上的風壓,以上浮狀態對玻璃塊進行成型。
之後,以+100℃/小時之速度使上述玻璃塊升溫,
以規定的保持溫度及保持時間進行保持,然後以-30℃/小時之速度降溫,由此得到熱處理後的球狀光學玻璃試樣。此外,保持溫度及保持時間根據組成而有所不同,因此根據各自的光學玻璃試樣的氧化物組成來採用表7所示的溫度及時間。
對得到的球狀光學玻璃試樣進行加工,準備得到
了兩面互相平行且光學研磨成平坦的厚度為5mm的板狀玻璃試料。對於如此得到的板狀玻璃試料,使用分光光度計來求出450nm下的外部透過率T450(L)。T450(L)之值越大則意味著透過率越優異,以短時間的熱處理亦可降低玻璃之著色。
製作光學玻璃試樣時,採取40cc的開始澄清工序之前的熔融玻璃(玻璃熔液),在大氣中於另一個白金坩堝中進行一定時間的澄清,在白金坩堝中對玻璃熔液進行冷卻,使其固化。在
該過程中,將著色降低至能夠對玻璃中所含有的氣泡之數量進行統計的程度。接著,將固化後的玻璃從白金坩堝中取出。
對於如此得到的測定用試樣,使用光學顯微鏡(倍
率為20倍~100倍)對玻璃內部進行放大觀察(100倍),對玻璃中所含有的氣泡之數量進行統計。對於澄清時間不同的測定用試樣分別進行同樣的觀察,將玻璃中殘留之氣泡數量為100個/kg以下的測定用試料之澄清時間作為氣泡消除之時間來進行評價。氣泡消除時間越短則澄清性越優異。結果示於表8。
如表8及第2圖所示,光學玻璃試樣之βOH滿足上述
式(2)的本發明之玻璃的情況下,可以確認到:基於熱處理之透過率改善效果非常大、且來源於熔融容器的Pt之融入量亦會大幅降低,因此發揮出優異的透過率(試料13~試料16、試料24~試料26、試料33~試料35、試料43~試料46、試料53~試料56、試料63~試料66、試料72、試料73及試料82~試料84)。
另一方面,玻璃之βOH不滿足上述式(2)之情況下
相當於本發明之比較例,可以確認到,這種情況下,基於熱處理之透過率改善效果小、且來源於熔融容器的Pt之融入量亦多,因此透過率較低(試料11、試料12、試料21~試料23、試料31、試料32、試料41、試料42、試料51、試料52、試料61、試料62、試料71及試料81)。
又,本發明之玻璃之情況下,可以確認到:與相
當於本發明之比較例之玻璃的情況相比,能夠以短時間的熱處理得到充分的透過率提高效果,並且氣泡消除所需的時間亦短。即,本發明之玻璃之情況下,可以格外地縮短澄清工序及熱處理工序所需的時間,在光學玻璃之製造中可以降低生產成本、並且提高生產性。
向批次原料V中添加氧化銻(Sb2O3)作為玻璃料,除此之外,在與實施例1之試料51~試料56相同的條件下製作光學玻璃試樣(試料51a~試料56a)。氧化銻之添加量示於表9。此外,單位為相對於批次原料100質量%的ppm。
所得到的光學玻璃試樣(試料51a~試料56a)之各種物性利用與實施例1之情況相同的條件進行測定、評價。
其結果為,折射率nd、阿貝數νd及玻璃化轉變溫度Tg實質上與實施例1之氧化物組成V所示的值相同。其他結果示於表9。
如表9所示,可以確認到:玻璃之βOH值不會因玻璃中的氧化銻之有無而發生實質性地變化(試料51~試料56及
試料51a~試料56a)。
又,使用添加了氧化銻之批次原料之情況下,在
本發明之光學玻璃試樣中,亦在熱處理後確認到了優異的透過率,並確認到玻璃中的Pt之融入量得以降低(試料53a~試料56a)。
對實施例1及實施例2中製作得到的光學玻璃試樣(玻璃塊)進行分割,根據需要進一步實施加工,得到與各光學玻璃對應的壓製成型用玻璃素材。
在大氣中對如此得到的壓製成型用玻璃素材進行
加熱、軟化,然後進行壓製成型,製作得到近似於透鏡形狀的光學元件胚料。
其次,在大氣中對得到的光學元件胚料進行退
火,進一步進行磨削、研磨等加工,製作得到與實施例1及實施例2之各試料對應的透鏡、稜鏡等玻璃製光學元件。
此外,退火時的降溫速度按照光學元件之折射率
為所期望的值之方式進行設定。
又,玻璃之壓製成型方法、透鏡胚料之退火方法、
磨削方法、研磨方法均可以使用公知的方法。
對於使用本發明涉及之光學玻璃試樣(試料13~試
料16、試料24~試料26、試料33~試料35、試料43~試料46、試料53~試料56、試料63~試料66、試料72、試料73、試料82~試料84及試料53a~試料56a)製作得到的光學元件,確認到由於在從熔融玻璃之成型至光學元件胚料之加工為止的期間
於大氣等氧化性氣氛中接受熱處理,其著色得到大幅的降低。
另一方面,對於使用相當於本發明之比較例之光
學玻璃試樣玻璃(試料11、試料12、試料21~試料23、試料31、試料32、試料41、試料42、試料51、試料52、試料61、試料62、試料71、試料81、試料51b及試料52b)製作得到的光學元件,確認到其在從熔融玻璃之成型至光學元件胚料之加工為止的期間即使經過大氣等氧化性氣氛中的熱處理,亦會殘留有著色,著色之降低效果低。
其次,從第1變形例之觀點出發,按照不同的玻璃之折射率nd對第1實施例之實施例1中製作得到的光學玻璃試樣之βOH進行標繪,將得到的圖示於第5圖。
在第5圖中,實線表示基於下述式(6)之規定而將實施例及比較例隔開的邊界線。
此處,式(6)中的nd表示上述玻璃之折射率。
其次,示出第2變形例涉及之實施例。此外,關於第2變形例,其亦並不限於以下之實施例。此外,以下重新編實施例之序號。
將批次原料粗熔解而製作得到玻璃屑,將玻璃屑投入至白金製坩堝,然後進行加熱、熔融、成型,按照以下的步驟製作
得到示於表1及表2的No.1~No.4之各光學玻璃。
首先,最先對磷酸鹽、正磷酸、氧化物、碳酸鹽、
硝酸鹽、硫酸鹽進行稱量,充分混合,從而得到配製後之原料(批次原料),將該批次原料投入至石英製容器中,在800℃~1400℃的範圍對No.1及No.2之光學玻璃進行加熱、在液相溫度LT~1300℃的範圍對No.3及No.4之光學玻璃進行加熱,得到熔融玻璃,將該熔融玻璃滴加至水中,從而製作得到玻璃屑料。
其次,使玻璃屑料乾燥後,對玻璃屑料進行再配
製,投入至白金製坩堝(熔融容器),然後蓋上白金製之蓋。在該狀態下,對於白金製坩堝內之玻璃屑料,No.1及No.2之光學玻璃之情況下在該玻璃屑料的玻璃組成的液相溫度LT~1300℃的範圍內進行加熱、No.3及No.4之光學玻璃之情況下在該玻璃屑料的玻璃組成的液相溫度LT~1250℃的範圍內進行加熱,將玻璃屑料熔解,從而進行熔融玻璃化(熔解工序)。
進一步,在No.1及No.2之光學玻璃之情況下,將
熔融玻璃升溫至液相溫度LT~1400℃的範圍內而進行澄清(澄清工序)後,降溫至液相溫度LT~1300℃的範圍內;在No.3及No.4之光學玻璃之情況下,將熔融玻璃升溫至液相溫度LT~1300℃的範圍內而進行澄清(澄清工序)後,降溫至液相溫度LT~1250℃的範圍內,然後分別進行攪拌、均質化(均質化工序),使進行了澄清、均質化的熔融玻璃從玻璃流出導管流出而澆鑄至鑄模中,由此成型得到玻璃塊。
此外,在實施熔解工序、澄清工序、均質化工序
時,從設置於白金製的蓋處之開口部向白金製坩堝內***白金
製導管,根據需要通過該白金製導管向白金製坩堝內的空間供給水蒸汽。供給至白金製坩堝內的單位時間之水蒸汽流量示於表10。此外,表10中所示的水蒸汽流量為換算為常溫下的流量之值,單位為升/分鐘。又,在不向坩堝內供給水蒸汽之情況下,利用沒有開口部白金製的蓋將白金製坩堝密封,從熔解工序經由澄清工序至均質化工序為止的期間對白金製坩堝內進行氣密化,從而抑制了熔解工序中的源於玻璃屑料及熔融玻璃之水分之蒸發散逸。
其次,在大氣中,利用2小時將No.1及No.2之光學
玻璃之玻璃塊從25℃升溫至600℃,在600℃進行退火(熱處理),進行降低玻璃塊(光學玻璃用素材)之著色之操作。之後,以-30℃/小時之降溫速度將玻璃塊冷卻至常溫。此外,將玻璃塊保持在600℃的時間為1小時。
又,關於No.3及No.4之光學玻璃之上述玻璃塊,
在大氣中,利用2小時將其從25℃升溫至570℃,在570℃進行退火(熱處理),進行降低玻璃塊(光學玻璃用素材)之著色之操作。之後,以-30℃/小時之降溫速度將玻璃塊冷卻至常溫。此外,將玻璃塊保持在570℃的時間為4小時30分鐘。
退火後,對玻璃塊(光學玻璃)之βOH值、λτ80、折
射率nd、阿貝數νd、玻璃化轉變溫度Tg進行測定。關於No.1及No.3之光學玻璃,將βOH值、T450、λτ80值示於表10,將No.1~No.4之各光學玻璃之折射率nd、阿貝數νd、玻璃化轉變溫度Tg示於表1及表2。
此外,示於表1的折射率nd、阿貝數νd之測定值是
使用以每小時30℃之冷卻速度進行冷卻之試料而測定得到的值;關於液相溫度LT之測定值,對試料進行再加熱,保持2小時後,冷卻至室溫,利用光學顯微鏡確認玻璃內部有無結晶析出,將未確認到結晶之最低溫度作為液相溫度。
表10之實施例1~實施例3為未從白金製導管向熔
融容器內導入水蒸汽而製作得到的光學玻璃之數據,實施例4~實施例6為從白金製導管向熔融容器內導入水蒸汽而製作得到的光學玻璃之數據。實施例1~實施例3中,通過使用正磷酸原料、並且提高熔融容器之氣密性,從而將水分導入至熔融玻璃、並且抑制了水蒸汽從熔融容器散逸。進一步,在實施例4~實施例6中,熔融容器內的水蒸汽分壓亦積極地得到了提高。
若對實施例1~實施例3之光學玻璃之T450、λτ80
及實施例4~實施例6之光學玻璃之T450、λτ80進行比較可知:積極地提高了熔融容器內的水蒸汽分壓之實施例4~實施例6之光學玻璃的βOH值大,實現了更大幅度的著色程度的降低。
通過如此進行熱處理,可以得到著色小的表1的No.1及表2的No.3中所示的組成的光學玻璃。
此外,在實施例1~實施例6中,即使分別將製作
得到的光學玻璃由示於表1的No.1之組成之光學玻璃變更為示於No.2之組成之光學玻璃、由No.3之組成之光學玻璃變更為No.4之組成之光學玻璃,亦可以大幅度減小著色程度。又,在實施例1~實施例6中,使用了白金製坩堝作為熔融容器,但即使使用白金合金製坩堝、金製坩堝、金合金製坩堝來製作光學玻璃,對得到的光學玻璃進行熱處理,亦可以得到著色程度大幅度減小的光學玻璃。進一步,在實施例4~實施例6中,通過導管向蓋著蓋的白金製坩堝內供給水蒸汽,但即使通過向白金坩堝內的熔融玻璃中吹入水蒸汽而進行鼓泡亦可以得到同樣的效果,這在將製作的光學玻璃之組成變更為表1所示的No.2及表2所示的No.4之組成之情況下亦是同樣的。
又,在實施例4~實施例6中,作為向白金製坩堝
內供給的水蒸汽,使用了通過使用鍋爐使水沸騰而得到的水蒸汽。但是,製作光學玻璃素材時,亦可以適當地利用由其他方法得到的水蒸汽。例如,亦可以通過向收納有白金製坩堝等熔融容器的耐火物製的玻璃熔解爐內噴射霧狀的水,從而進行水蒸汽化,提高玻璃熔解爐內部及熔融容器內部的氣氛之水蒸汽分壓。或者,還可以使用泵將水供給至玻璃熔解爐中,利用熔解爐內的熱使水沸騰,從而進行水蒸汽化,提高玻璃熔融氣氛中的水蒸汽分壓。即使利用這些方法都能夠提高光學玻璃用素材中的含水量。
取下白金製蓋從而使熔融容器氣氛開放,除此之外,按照
與實施例1~實施例3同樣的方法製作得到玻璃塊(光學玻璃用素材),之後按照與實施例1~實施例6同樣之方法進行熱處理。但是,熱處理後的玻璃塊(光學玻璃)之著色程度大於實施例1~實施例6。
又,對於玻璃組成,分別以No.2及No.4之組成來
替代No.1及No.3之組成,除此之外,與比較例1同樣製作玻璃塊(光學玻璃用素材),進行熱處理。熱處理後的玻璃塊(光學玻璃)之著色程度大於實施例1~實施例6。
代替水蒸汽,向熔融容器內導入氮氣,除此之外,按照與實施例4~實施例6同樣的方法製作得到玻璃塊(光學玻璃用素材),之後按照與實施例1~實施例6同樣的方法進行熱處理。與比較例1之玻璃塊(光學玻璃)相比,熱處理後的玻璃塊(光學玻璃)之著色程度非常大。
代替水蒸汽,向熔融容器內導入一氧化碳氣體等還原性氣體,除此之外,按照與實施例4~實施例6同樣的方法製作得到玻璃塊(光學玻璃用素材),之後按照與實施例1~實施例6同樣的方法進行熱處理。與比較例1之玻璃塊(光學玻璃)相比,熱處理後的玻璃塊(光學玻璃)之著色程度非常大。
此外,若提高還原性氣體之濃度,則被還原之玻璃成分與白金坩堝合金化,產生對坩堝之破壞。這在將玻璃組成變更為表1所示的No.2及表2所示的No.4之組成之情況下亦是同樣的。
表11中示出了各實施例及比較例製作得到的玻璃塊之熱處理前後之著色程度的觀察結果。此外,著色程度是通過下述方法進行評價的:將平面形狀大致為圓形的玻璃塊配置於白色的紙張上,在室內光下目測進行觀察,由此來評價著色程度。此外,用於觀察的所有實施例及比較例之玻璃塊之厚度幾乎是相同的。又,表11中所示出的透明度之評價標準如下所示。A:玻璃塊(光學玻璃)有淡淡的著色,但透明度高,能夠充分確認到位於玻璃塊(光學玻璃)下方的紙張的白度的程度(高透明度)。B:玻璃塊(光學玻璃)有著色,但透明度為能夠充分確認到位於玻璃塊(光學玻璃)下方的紙張的程度(中透明度)。C:玻璃塊(光學玻璃)有深著色,僅為剛好能夠確認到位於玻璃塊(光學玻璃)下方的紙張的程度之低透明度(低透明度)。D:玻璃塊(光學玻璃)完全不透明,完全無法確認到位於玻璃塊(光學玻璃)下方的紙張的存在(不透明)。
在實施例1~實施例6及比較例1~比較例3中所使用的熱
處理後的玻璃塊中,除了透明度之評價為D之示例,利用光學顯微鏡對玻璃塊之內部進行觀察。其結果為,無論在哪一個玻璃塊中,在其內部均未確認到混入的白金雜質及析出的結晶。
又,使用ICP發光分光法對實施例1~實施例6及比較例1~比較例3中所使用的玻璃塊的白金熔解量進行測定,結果為均小於2ppm。
將實施例1~實施例6中製作得到的光學玻璃加工為壓製成型用玻璃素材,進行加熱、軟化,然後進行壓製成型,製作得到光學元件胚料。進一步,對光學元件胚料進行加工,製作得到的球面透鏡、稜鏡等光學元件。進一步,在透鏡表面、稜鏡表面塗佈防反射膜,從而得到最終產品。
對於示於表1之No.2及示於表2之NO.4的光學玻璃,亦按照同樣的方法製作得到壓製成型用玻璃素材、光學元件胚料、光學元件。
以下,對主要的實施形態及各種變形例進行總結概括。
第1變形例之實施形態中的較佳的玻璃中,折射率nd為1.75以上,下述式(1)中示出的βOH值滿足下述式(6)所表示的關係。
βOH=-[ln(B/A)]/t‧‧‧(1)
[式(1)中,t表示外部透過率測定中所使用的上述玻璃之厚
度(mm);A表示對於上述玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長2500nm的外部透過率(%);B表示對於上述玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長2900nm的外部透過率(%)。又,ln為自然對數。式(6)中,nd表示上述玻璃之折射率。]此外,βOH之單位為mm-1。
第1變形例之實施形態中的較佳的玻璃中,玻璃中
的貴金屬之含量為4ppm以下。
第1變形例之實施形態中的較佳的玻璃中,含有
P2O5作為玻璃成分。
第2變形例之第1實施形態中的較佳的玻璃是折射
率nd為1.9以上且小於1.97之氧化物玻璃,其含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中的至少一種氧化物作為玻璃成分,其特徵在於,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為30mol%~60mol%的範圍內,並且,下述式(1)所示的βOH值為0.1mm-1以上。
βOH=-ln(B/A)/t‧‧‧(1)
[式(1)中,t表示外部透過率測定中所使用的上述光學玻璃之厚度(mm);A表示對於上述光學玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長2500nm的外部透過率(%);B表示對於上述光學玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長2900nm的外部透過率(%)。又,ln為自然對數。]
第2變形例之第1實施形態中的較佳的玻璃之特徵在於,在15mol%~35mol%的範圍內含有P2O5作為玻璃成分。
第2變形例之第2實施形態中的較佳的玻璃是折射
率nd為1.97以上的氧化物玻璃,其含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中的至少一種氧化物作為玻璃成分,其特徵在於,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為40mol%~80mol%的範圍內,並且,下述式(1)所示的βOH值為0.1mm-1以上。
βOH=-ln(B/A)/t‧‧‧(1)
[式(1)中,t表示外部透過率測定中所使用的上述光學玻璃之厚度(mm);A表示對於上述光學玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長2500nm的外部透過率(%);B表示對於上述光學玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長2900nm的外部透過率(%)。又,ln為自然對數。]
第2變形例之第2實施形態中的較佳的玻璃之特徵在於,在10mol%~35mol%的範圍內含有P2O5作為玻璃成分。
第2變形例之第1實施形態及第2實施形態中的較佳的玻璃之特徵在於,滿足下式(11)。
λτ80<aX+b‧‧‧(11)
[式(11)中,λτ80表示內部透過率為80%時的波長(nm),該內部透過率是通過下述方法計算得到:對於上述光學玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射,此時在波長為280nm~700nm的範圍對內部透過率進行測定後,基於該測定得到的內部透過率,計算出假定上述光學玻璃之厚度為10mm時的上述內部透過率;a表示常數(1.8359nm/mol%);b表示常數(351.06nm);X表示TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量(mol%)。]
第2變形例之第1實施形態及第2實施形態中的較佳的玻璃之特徵在於,按Sb2O3換算,含有的氧化銻小於
1000ppm。
進一步,主要實施形態及上述變形例中較佳的玻
璃為玻璃中所含有的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為25莫耳%以上的玻璃,更佳的為30莫耳%以上的玻璃,進而更佳的為35莫耳%以上的玻璃。
主要實施形態及上述變形例中較佳的玻璃為以莫
耳%表示時的P2O5之含量大於SiO2之含量之玻璃。
主要實施形態及上述變形例中較佳的玻璃為以莫
耳%表示時的P2O5之含量大於B2O3之含量之玻璃。
主要實施形態及上述變形例中較佳的玻璃為以莫
耳%表示時的P2O5之含量多於SiO2及B2O3之總含量之玻璃。
主要實施形態及上述變形例中較佳的玻璃為P2O5
之含量為10莫耳%以上的玻璃。
主要實施形態及上述變形例中較佳的玻璃為P2O5
之含量為40莫耳%以下的玻璃。
主要實施形態及上述變形例中,玻璃之GeO2之含
量較佳為0莫耳%~10莫耳%,更佳為0莫耳%~5莫耳%,進而更佳為0莫耳%~3莫耳%,進一步更佳為0莫耳%~2莫耳%,更進一步更佳為0莫耳%~1莫耳%,更加進一步更佳為0莫耳%~0.5莫耳%。
主要實施形態及上述變形例中,玻璃之TeO2之含
量較佳為0莫耳%~10莫耳%,更佳為0莫耳%~5莫耳%,進而更佳為0莫耳%~3莫耳%,進一步更佳為0莫耳%~2莫耳%,更進一步更佳為0莫耳%~1莫耳%,更加進一步更佳為0莫耳%~
0.5莫耳%。
主要實施形態及上述變形例中,較佳玻璃之Sb2O3
之含量為0ppm以上且小於1000ppm,更佳玻璃之Sb2O3之含量為900ppm以下,進而更佳玻璃之Sb2O3之含量為800ppm以下,更進一步更佳玻璃之Sb2O3之含量為700ppm以下,更加進一步更佳玻璃之Sb2O3之含量為600ppm以下,尤其更加進一步更佳玻璃之Sb2O3之含量為500ppm以下,並且以下按照400ppm、300ppm、200ppm、100ppm之順序,值越小則越佳。亦可以不含有Sb2O3。
主要實施形態及上述變形例中,玻璃之P2O5、
SiO2、B2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、Na2O、K2O、Al2O3、ZrO2、GeO2、TeO2及Sb2O3之總含量較佳為90莫耳%以上,更佳為92莫耳%以上,進而更佳為95莫耳%以上,進一步更佳為96莫耳%以上,更進一步更佳為97莫耳%以上,更加進一步更佳為98莫耳%以上,最佳為超過99莫耳%。
在主要實施形態及上述變形例中,從降低對環境
之負荷之觀點出發,玻璃實質不含有Pb、As、Cd、U、Th、Tl較佳。
在主要實施形態及上述變形例中,玻璃實質不含
有Cu、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、V、Mo、Nd、Eu、Er、Tb、Ho、Pr較佳。
主要實施形態及上述變形例中的玻璃含有貴金屬
較佳,並且貴金屬之含量為4ppm以下。對於玻璃中所含有的貴
金屬之含量之更佳上限量,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之順序,值越低則越佳。
主要實施形態及上述變形例中的玻璃含有Pt較佳,並且Pt之含量為4ppm以下。對於玻璃中所含有的Pt之含量之更佳上限量,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之順序,值越低則越佳。
主要實施形態及上述變形例中的玻璃之折射率nd較佳為1.75以上,更佳為1.80以上,進而更佳為1.85以上,進一步更佳為1.90以上。
主要實施形態及上述變形例中較佳的玻璃為光學玻璃。
Claims (10)
- 一種玻璃,含有選自TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中至少任一種氧化物作為玻璃成分,上述TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3之總含量為20%以上;其折射率nd為1.75以上,下述式(1)所示的βOH值滿足下述式(6)所表示的關係:βOH=-[ln(B/A)]/t‧‧‧(1) βOH181.39×nd-3-325.75×nd-2+194.85×nd-1-38.1‧‧‧(6)式(1)中,t表示外部透過率測定中所使用的上述光學玻璃之厚度(mm),A表示對於上述光學玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長2500nm的外部透過率(%),B表示對於上述光學玻璃使光從與其厚度方向平行之方向入射時對波長2900nm的外部透過率(%);並且,ln為自然對數;式(6)中,nd表示上述玻璃之折射率。
- 如申請專利範圍第1項之玻璃,其中,貴金屬的含量為4ppm以下。
- 如申請專利範圍第1或2項之玻璃,其中,含有P2O5作為玻璃成分。
- 如申請專利範圍第1或2項之玻璃,其中,在以莫耳%表示之情況下,P2O5之含量大於SiO2之含量且多於B2O3之含量。
- 如申請專利範圍第1或2項之玻璃,其中,作為玻璃成分,包含5莫耳%以上的Nb2O5。
- 如申請專利範圍第1或2項之玻璃,其中,P2O5、SiO2、B2O3、TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、 Li2O、Na2O、K2O、Al2O3、ZrO2、GeO2、TeO2及Sb2O3之總含量為90%以上。
- 如申請專利範圍第1或2項之玻璃,其中,其玻璃化轉變溫度Tg為541℃~666℃。
- 一種光學玻璃,由申請專利範圍第1至7項任一項之玻璃而構成者。
- 一種壓製成型用玻璃素材,由申請專利範圍第8項之光學玻璃而構成者。
- 一種光學元件,由申請專利範圍第8項之光學玻璃而構成者。
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