光學玻璃的制作方法

專利名稱：：光學玻璃的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種適于精密模壓成形的光學玻璃。
背景技術：
：近來，精密光學設備如數字攝像機和攝影機在性能方面有所提高，并且顯著地小型化。由于實現高性能和小型化，需要小型化、高集成、并且能夠以高性能用于光學設備中的光學元件如光學透鏡。這些光學元件之中，非球面透鏡在光學設計中具有重要作用，因為使用單個非球面透鏡能實現迄今通過使用多個球面透鏡才實現的像差消除，并且能夠使光學系統高集成。為了實現更高集成，日益需要特別是具有高折射低色散性能的非球面透鏡。在光學元件成形法中，精密模壓成形法引起了人們的注意，其中模壓成形表面不經過研磨等就原樣使用。精密模壓成形法是一種通過使用具有所需形狀高精密成形表面的金屬模，在高于玻璃化轉變點(Tg)的溫度下將稱作預成形品的光學玻璃坯塊進行模壓成形的方法，并且精密模壓成形法是一種能夠批量生產非球面透鏡的重要成形法。為了防止粘附光學玻璃，在用于精密模壓成形的金屬模表面上形成有隔離膜等。因為隨著溫度的增加加速了隔離膜的損壞而隔離膜膜形成的成本是很高的，所以需要一種可以在低溫下成形的光學玻璃，即該玻璃具有低的玻璃化轉變溫度。迄今為止，硼酸基玻璃被認為是在高折射(折射率nd:1.651.72)和低色散(阿貝數vd:4757)領域中具有低轉變溫度的光學玻璃，如專利文獻1和2所公開的。然而，在該文獻中公開的光學玻璃具有由于其高液相溫度(L.T.)而缺少大量生產和在形成其預成形品時傾向于引起失透的問題。盡管專利文獻3和4提出了通過改善先前提及的硼酸基玻璃而得到的硼酸基玻璃，然而所提出的光學玻璃具有大的線性熱膨脹系數，和由于該玻璃在模壓成形期間熱收縮而容易破裂，所以具有產量易降低的問題。專利文獻1:JP-A-8-26766專利文獻2:JP-A-5-201743專利文獻3:JP-A-2000-l19036專利文獻4:JP-A-2000-1683
發明內容本發明要解決的技術問題本發明的一個目的是提供一種光學玻璃，該玻璃具有高折射低色散性能、低玻璃化轉變溫度、低液相溫度和低線性熱膨脹系數，并且適于精密模壓成形。解決問題的手段本發明的發明人對該問題進行廣泛的研究發現，通過下列描述的光學玻璃能夠達到上述目的，從而實現本發明。(1)一種光學玻璃，按質量％計包括30~40%的B203;2.56%的Li20;1017%的ZnO;1222%的La203;1525%的Gd203;05%的Si02;0~5%的Bi203;0~15%的A1203;03%的Zr02;05%的W03;05%的Ta205;0~3%的Ti02;0~5c/。的Y203;和05%的MgO+CaO+SrO+BaO。(2)根據項(l)的光學玻璃，其中折射率(nd)為1.651.72且阿貝數(vd)為4757。(3)根據項(1)或(2)的光學玻璃，其中玻璃化轉變溫度(Tg)為580°C以下。(4)根據項(1)、(2)或(3)的光學玻璃，其中液相溫度(L.T.)為950°C以下。(5)根據項(l)-(4)任一項的光學玻璃，其中在液相溫度(L.T.)下的粘度(1工)為1005~102'4dPa's.(6)根據項(l)-(5)任一項的光學玻璃，其中在5(TC到350。C這一溫度范圍內的平均線性熱膨脹系數(ct)為85X10力r以下。本發明的有益效果本發明的光學玻璃(以下簡稱本發明的玻璃)通過包括8203、Li20、ZnO、La203和Gd203作為主要組分而具有高折射和低色散的光學特性。根據本發明的玻璃，可以達到折射率nd為1.65-1.72且阿貝數vd為4757的光學特性。根據本發明的玻璃，因為能夠達到58(TC以下的玻璃化轉變溫度，所以抑制了在金屬模表面上的膜的損壞程度，導致金屬模耐久性的改善，從而極大地提高了生產率。另外，根據本發明的玻璃，因為能夠達到95(TC以下的液相溫度，所以該光學玻璃難以或從不發生失透，從而極大提高了生產率。此外，根據這種玻璃，因為能夠達到85X10力'C以下的平均線性熱膨脹系數(a)，所以在模壓成形期間難以或從不發生玻璃破裂，從而有助于提高本發明的最佳實施方式本發明的玻璃具有上述范圍組分的理由如下。B203是形成玻璃網目的主要成分，并且為了使玻璃穩定并改善耐失透性，本發明的玻璃包括30質量％(以下質量％將縮寫成％)以上的B203。B203的含量可以優選為34%以上，更優選35%以上。因為當B203含量太大時會降低折射率，所以在本發明的玻璃中的8203含量為40%以下。B203的含量可以優選為39%以下，更優選38°/。以下。在本發明的玻璃中，1^203和Gd203是賦予高折射率的必要組分。為了達到所需的折射率，在本發明的玻璃中將1^203的含量設置為12%以上，并將Gd203的含量設置為15%以上。當1^203的含量和Gd203的含量太大時會損壞耐失透性，從而容易導致失透。因此，為了達到所需的耐失透性，將1^203的含量設置為22%以下，且Gd203的含量設置為25%以下。在本發明的玻璃中，根據平衡折射率和耐失透性的觀點，La203的含量可優選為15%以上，更優選16%以上。出于同樣的原因，La203的含量可優選為19%以下，更優選18%以下。在本發明的玻璃中，根據平衡折射率和耐失透性的觀點，Gd203的含量可優選為16%以上，更優選18%以上。出于同樣的原因，0(1203的含量可優選為21%以下，更優選20%以下。Li20對于降低玻璃化轉變溫度具有顯著效果，并且其用作本發明的玻璃中的必要組分。然而，線性熱膨脹系數隨著Li20含量的增加而增加。因此，為了達到所需的玻璃化轉變溫度和線性膨脹系數，將020含量設置為2.5%~6%。為了達到所需的適于模壓成形的玻璃化轉變溫度和線性膨脹系數，1^20的含量可優選為2.8%以上，更優選3%以上。出于同樣的原因，1^20的含量可優選為5%以下，更優選4%以下。ZnO能有效地保持高折射率并且降低玻璃化轉變溫度和線性熱膨脹系數，并且是本發明的玻璃中的必要組分。為了達到所需的效果，本發明的玻璃中的ZnO含量為10%以上。因為當ZnO含量太大時容易發生失透，所以本發明的玻璃中的ZnO含量為17%以下。本發明的玻璃中的ZnO含量可優選為12%以上，更優選13.5%以上。ZnO含量可優選為16%以下，更優選15.5%以下。在本發明的玻璃中，Si02是能夠保持耐失透性同時調節光學特性的任選組分。為了達到該效果，Si02的含量可優選為0.1%以上。因為當Si02含量太大時，由于玻璃化轉變溫度的增加而難以進行模壓成形，所以Si02含量可優選為5%以下，更優選4.3%以下。在本發明的玻璃中，BaO、MgO、CaO和SrO是能夠保持耐失透性和低溫軟化性，同時調節光學特性的任選組分。為了達到該效果，在本發明的玻璃中，BaO、MgO、CaO和SrO中每二種的含量或BaO、MgO、CaO和SrO的總含量可優選為0.1%以上。因為當這些組分的含量太大時，線性熱膨脹系數變得太大，所以在本發明的玻璃中，BaO、MgO、CaO和SrO中每一種的含量或BaO、MgO、CaO和SrO的總含量可優選為5%以下，更優選3%以下。在本發明的玻璃中，Na20和K20是能夠保持低溫軟化性，同時調節光學特性的任選組分。為了達到該效果，在本發明的玻璃中，Na20和K20中每一種的含量或Na20和K20的總含量可優選為0.1%以上。因為當這些組分的含量太大時能削弱化學耐久性，所以在本發明的玻璃中，Na20和K20中每一種的含量或Na20和K20的總含量可優選為5%以下，更優選3%以下。在本發明的玻璃中，Bi203、Zr02、W03、Ta205、Ti02、和Y203是能夠賦予高折射率的任選組分。為了達到該效果，在本發明的玻璃中，Bi203、Zr02、W03、Ta205、Ti02和Y203中每一種的含量可優選為0.1%以上。當這些組分的含量變得太大時，會損壞耐失透性。在本發明的玻璃中，Bi203、W03、1&205和￥203中每一種的含量可優選為7%以下，更優選5%以下。同樣，Ti02和Zr02中每一種的含量可優選為3%以下，更優選2%以下。在本發明的玻璃中，Al203是調節光學特性和改善化學耐久性的任選組分。為了達到該效果，八1203的含量可優選為0.1%以上。因為當Al203的含量太大時，會使耐失透性降低而遭受失透作用，所以在本發明的玻璃中，Al203含量可優選為15%以下，更優選10%以下，特別優選5%以下。在本發明的玻璃中，Sb203是用于澄清度的任選組分。為了達到該效果，Sb203的含量可優選為0.1%以上。在本發明的玻璃中，Sb203的含量可優選為1%以下。在本發明的玻璃中，優選不包含PbO、八3203和T102的任意一種。作為本發明的玻璃的光學特性，折射率nd可優選為1.65以上。折射率nd可更優選為1.67以上，特別優選1.68以上。為了達到低色散性，本發明的玻璃的折射率nd可優選為1.72以下。本發明的玻璃折射率nd可更優選為1.71以下，特別優選1.70以下。本發明的玻璃的阿貝數vd可優選為47~57。阿貝數vd可更優選為48以上，特別優選49以上。本發明的玻璃的阿貝數vd可更優選為56以下，特別優選55以下。折射率nd和阿貝數vd之間的關系可優選如此，以使當折射率nd為1.67-1.71時，阿貝數vd為5055。該關系可更優選如此，以使當折射率nd為1.681.70時，阿貝數vd為5254。本發明的玻璃的玻璃化轉變溫度Tg可優選為58(TC以下，因為這種玻璃化轉變溫度Tg改善了金屬模的耐久性并且使模壓成形容易進行。本發明的玻璃的玻璃化轉變溫度可更優選為57(TC以下，特別優選560'C以下。本發明的玻璃的液相溫度(L.T.)可優選為950'C以下，因為這種液相溫度(L.T.)容易防止在預成形體的成形期間的失透，從而使本發明的玻璃適用于批量生產。本發明的玻璃的液相溫度可更優選為92(TC以下，特別優選87(TC以下。在本發明中，液相溫度(L.T.)是指在比玻璃軟化溫度高IO(TC以上的溫度范圍內，不析出微晶的最低溫度。在玻璃的液相溫度下的粘度(iU.T.)可優選為10"dPas以上，因為這種粘度容易防止在預成形體的成形期間的失透，從而使本發明的玻璃適用于批量生產。在玻璃液相溫度下的粘度(iU.T.)可優選為10Q-8dPa's以上，更優選10"dPa's以上。同樣，考慮到與其它特性相平衡，在玻璃液相溫度下的粘度(iU.T.)可優選為102'4dPa*s以下，更優選1022dPas以下，最優選102QdPas以下。根據與玻璃化轉變溫度相平衡的觀點，本發明的玻璃在5(TC到350'C這一溫度范圍內的平均線性熱膨脹系數a可優選為60X10力r以上。平均線性熱膨脹系數a可更優選為65X10力'C以上，最優選70X10力'C以上。根據防止在模壓成形期間破裂的觀點，a可優選為85X10力。C以下。平均線性熱膨脹系數a可更優選為80X10力r以下，最優選75X10力。C以下。實施例以下，將基于實施例詳細描述本發明的實施方式，但本發明不局限于這些實施例。使用氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氫氧化物等作為各組分的材料。特別地，將硼酸用作B203的材料；可商業獲得的氧化鋁和氫氧化鋁用作A1203的材料；以及合適的碳酸鹽和硝酸鹽用作Li20代表的堿金屬氧化物和CaO代表的堿土金屬氧化物的材料。將合適的氧化物用作其它組分如La203和Gd203的材料。如表1和表2所示稱取各組分的材料，并且將各材料的粉末充分混合以用作混合料。將混合料置于鉑坩堝中在1,10(TC1，20(TC的熔融溫度下熔融1小時。通過鉑攪拌器將該玻璃熔體攪拌0.5小時，從而得到均勻的熔融玻璃，在均勻的熔融玻璃流出以成形為板狀形狀后，接著在570'C下保持4小時，從而消除殘余應力。以rC/min的冷卻速率將板狀成形玻璃逐步冷卻到室溫，從而得到光學玻璃。將每種樣品加工成直徑為5mm和長為20mm的柱狀，通過使用熱機械分析器(MacScience的產品；商品名DIALTOMETER5000)以5°C/min的升溫速率測量其在50到35(TC這一溫度范圍內在玻璃化轉變溫度Tg("C)下的平均線性膨脹系數a(X10—7/°C)。通過使用折射率測量裝置(KalnewOpticalIndustrialCompany的產品；商品名KPR-2)來測量各自具有20mmX20mm大小和10mm厚以及兩面經鏡面研磨后的每個玻璃塊的折射率nd和阿貝數vd。檢測每個測量值的小數點后五位。將折射率nd小數點后第三位四舍五入掉，將阿貝數vd小數點后第二位四舍五入掉。各自具有10mmXIOmmXIOmm大小的每個玻璃塊的液相溫度(L.T.)的測量如下。將玻璃塊放在含95%的Pt和5%的Au的鉑合金盤上，并在溫度設置成比玻璃化轉變溫度高IO(TC的電爐中保持1小時后，在爐外靜置。目測或通過使用顯微鏡(X100)來觀察該玻璃，將未觀察到結晶組分的最低溫度作為液相溫度。通過使用玻璃低粘度測量裝置(OptoCo.,Ltd.的產品商品名RVM-6)來測量每個實施例在液相溫度(L.T.)下的粘度(iUT.)。在表1和表2中，"-"是指沒有進行測量。上述測量結果連同組成如表1和表2所示。在表中，實施例1-7是本發明的實施例，而實施例810是比較例。實施例8和9是本說明書
背景技術：
欄中涉及的JP-A-2000-16831的實施例10和11，實施例10是本發明
背景技術：
欄中涉及的JP-A-2000-119036的實施例10。與實施例17相比，實施例8~9具有較低的玻璃化轉變溫度，較低的液相溫度，和較高的平均熱膨脹系數，實施例IO具有較低的玻璃化轉變溫度，較高的液相溫度，和較高的平均線性膨脹系數。表<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>盡管參考其特定的實施方式對本發明進行了詳細描述，在不脫離本發明精神和范圍的條件下可以作出各種改變和修飾，這對于本領域技術人員顯而易見的。本專利申請基于2006年2月20日提交的日本專利申請No.2006-042529，并且在此將其內容引入作為參考。工業實用性本發明能夠得到一種光學玻璃，該玻璃具有1.651.72的折射率nd，47~57的阿貝數vd，58(TC以下的玻璃化轉變溫度，950。C以下的液相溫度，和85X10力'C的平均熱膨脹系數。g卩，能夠提供具有高折射率、低色散和優異預成形體成形性且在模壓成形期間更不易發生破裂的光學玻璃。另外，通過將這種玻璃模壓成形而成形后，能夠不經過研磨就可以制造各種光學元件，所以能夠提供具有改善的生產率和有利的成本的光學元件。權利要求1.一種光學玻璃，按質量％計包括30～40％的B2O3；2.根據權利要求1的光學玻璃，其中折射率(nd)為1.651.72且P可貝數(vd)為47~57。3.根據權利要求1或2的光學玻璃，其中玻璃化轉變溫度(Tg)為58(TC以下。4.根據權利要求1、2或3的光學玻璃，其中液相溫度(L.T.)為950'C以下。5.根據權利要求1~4任一項的光學玻璃，其中在液相溫度(L.T.)下的粘度d.T.)為10G5~1024dPa's。6.根據權利要求l-5任一項的光學玻璃，其中在5。C到350。C這一溫度范圍內的平均線性熱膨脹系數(a)為85X10-7/。C以下。全文摘要本發明提供一種光學玻璃，按質量％計包括30～40％的B₂O₃；2.5～6％的Li₂O；10～17％的ZnO；12～22％的La₂O₃；15～25％的Gd₂O₃；0～5％的SiO₂；0～5％的Bi₂O₃；0～15％的Al₂O₃；0～3％的ZrO₂；0～5％的WO₃；0～5％的Ta₂O₅；0～3％的TiO₂；0～5％的Y₂O₃；和0～5％的MgO+CaO+SrO+BaO。文檔編號G02B1/00GK101389574SQ20078000610公開日2009年3月18日申請日期2007年2月20日優先權日2006年2月20日發明者今北健二,杉本直樹,笹井淳申請人:旭硝子株式會社