玻璃、光学玻璃、模压成型用玻璃坯料和光学元件的制作方法_5

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第2实施方式的光学玻璃构 成。
[0302] 模压成型用玻璃巧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巧或光学元件等的玻璃巧料。作为模压成型用玻 璃巧料的制作法,例如可W举出:将流出的烙融玻璃的流体分离后制作烙融玻璃块,在将该 烙融玻璃块冷却的过程中成型为模压成型用玻璃巧料的方法;W及,将烙融玻璃诱铸至铸 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巧料的方法;等等。
[0303] 作为光学元件的示例,可W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W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W组合2种W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W举出:对光 学玻璃(或者模压成型用玻璃巧料)进行加热、软化,然后进行模压成型从而制作得到光学 元件毛巧,对光学元件毛巧进行加工而得到光学元件的方法;对模压成型用玻璃巧料进行 加热、软化,然后精密模压成型来得到光学元件的方法;将烙融玻璃模压成型来制作得到光 学元件毛巧,对光学元件毛巧进行加工来得到光学元件的方法;等等。
[0304] 需要说明的是,在制作模压成型用玻璃巧料和光学元件时,也可W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巧料,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巧料和光学元件。
[0305] 实施例
[0306] W下,通过实施例对本发明进行更详细说明,但本发明并不限于运些实施例。
[0307] (实施例1)
[0308] [批次原料的调制]
[0309] 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,分别准备憐 酸、偏憐酸领、氧化铁、氧化妮、氧化鹤、氧化祕、棚酸、碳酸领、碳酸钢、碳酸钟和氧化娃。接 着,适当对上述原材料进行选择、称量W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。
[0310]
[0311] [碎玻璃和调合碎玻璃的制作(粗烙工序)]
[0312] 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 入至石英制相蜗中,在大气气氛中W900°C~1350°C进行烙解,从而得到烙融物。将如此得 到的烙融物滴加至水中,从而得到碎玻璃。
[0313] 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W便用于折射率测 定,投入至销制相蜗中进行烙解,对得到的玻璃烙液进行澄清、均质化,之后诱铸至铸模中 进行成型,保持在玻璃化转变溫度附近的溫度,之后W30°C/小时的降溫速度进行冷却。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。
[0314] 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。
[0315][光学玻璃的制作(再烙融工序)]
[0316] 接着,将调合碎玻璃投入至销制相蜗(烙融容器),在800°C~1350°C的范围内对 销制相蜗内的调合碎玻璃进行加热、烙融,得到烙融玻璃(烙融工序)。
[0317] 之后,将相蜗的溫度升溫至澄清溫度巧00°C~1450°C的范围),进行澄清(澄清工 序)。接着,将相蜗的溫度降溫至均质化溫度,利用揽拌器具揽拌从而进行均质化(均质化 工序)。
[031引需要说明的是,烙融炉内的容积(收纳相蜗的耐火物制的炉内的空间体积)和烙 融物在烙融炉内的滞留时间(从将碎玻璃投入至销烙融容器至烙融玻璃由烙融容器流出 为止的时间)示于表4。
[0319] 另外,在实施烙融工序、澄清工序、均质化工序时,根据需要进行提高烙融玻璃中 的水分量的操作。
[0320] 具体而言,将销制导管从烙融炉外插入至配置于炉内的销制相蜗内,通过该销制 导管向销制相蜗内的空间供给水蒸汽化2〇100体积%)。如此,向烙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。
[0321] 另外,根据需要从设置于相蜗下部的管,在烙融物中进行水蒸汽化2〇 100体积% ) 的鼓泡。如此,烙融物内的水蒸汽鼓泡是通过对大气气氛中的烙融物、或在大气中加添了水 蒸汽的烙融气氛中的烙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。
[0322] 需要说明的是,表4中所示出的水蒸汽的流量为换算为常溫、常压下的流量,单位 为升/分钟。
[0323] 另外,在不向相蜗内供给水蒸汽的情况下,在并未盖上销制的盖而使烙融容器开 放的状态,于大气气氛下进行从烙解工序经由澄清工序至均质化工序为止的全部工序。
[0324][表"
[0325]

[0327] 在大气气氛中,使如此均质化后的烙融玻璃从安装于相蜗底部的销制的玻璃流出 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ISOmmX厚IOmm)(成型工序)。
[032引之后,在大气气氛中,W+100°C/小时的速度使上述玻璃块升溫,在各自的玻璃化 转变溫度附近保持1. 5小时~8小时,W-10°C/小时的速度进行降溫(退火(anneal)工 序),由此得到去除了变形(distcxrtion)的光学玻璃试样。
[0329][光学玻璃的评价]
[0330] 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。
[0331] [1]玻璃组成
[0332] 适量采取光学玻璃试样,对其进行酸和碱的处理,使用感应禪合等离子体质量分 析法(ICP-MS法)、离子色谱(C虹omatograph)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-致。
[0333] [2]折射率nd、阿贝值Vd和玻璃化转变溫度Tg
[0334] 在制作光学玻璃试样时,将经过均质化工序的烙融玻璃诱铸至铸模中从而进行成 型,保持在玻璃化转变溫度附近的溫度后,Wl〇°C/小时的降溫速度进行冷却,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,由运些折射率的测定值算出阿贝值vd。 [033引接着,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),在升溫速度为+10°C/分钟的 条件下对玻璃化转变溫度Tg进行测定。
[0336] 需要说明的是,运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。
[0337]
[033引 閒 0OH
[0339] 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Imm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P0H。
[0340] 0OH=-[In度/A)]/t ? ? ? (1)
[03川上述式(I)中,In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,POH值越高则意味着玻璃中含有更多的水。 结果不于表8和图2。
[0342] 图2所示的是按照不同的玻璃组成对各光学玻璃试样的0OH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。
[034引0OH> 0. 4891Xln(l/HR)+2. 48 ? ? ? (2)
[0344] 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POH的下限值)可W由上述式(2)算出。旨P,通过表3所示的上述组成比,算出皿(玻 璃中的Ti〇2、Nb2〇5、W〇3和Bi2〇3的各成分的含量的总量(摩尔% )),并导入上述式似。基 于各氧化物组成算出的值示于表8。POH的单位为mm1。
[0345] [4] 1450(H)
[0346] 在大气气氛中,W+100°C/小时的速度使光学玻璃试样升溫,在规定的保持溫度 保持100小时,然后W-30°C/小时的速度降溫,由此来进行热处理。需要说明的是,保持溫 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 溫度。
[0347] [表 6]
[0349] 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IOmm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。
[0350][引Pt含量
[0351] 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。
[0352] [6]着色度A80和入70
[0353] 首先,在与T450做的情况相同的条件下对光学玻璃试样进行热处理。
[0354] 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.Imm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A80和A70。 入80和A70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A80评价的试料,在示于表8的结果中加添了下划线。
[0355] [7]T450(D
[0356] 制作光学玻璃试样时,采取0.5cc~0.7cc的经过均质化工序的烙融玻璃,使其流 入至浮法成型用的铸模(该铸模的结构为:接受烙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,向凹部上的烙融玻璃块施加向上 的风压,W上浮状态对玻璃块进行成型。
[0357] 之后,W+100°C/小时的速度使上述玻璃块升溫,W规定的保持溫度和保持时间 进行保持,然后W-30°C/小时的速度降溫,由此得到热处理后的球状光学玻璃试样。需要 说明的是,保持溫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所示的溫度和时间。
[0358][表7]
[0360] 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T45(KL)。T450 (L)的值越大则意味着透过率越优异,W短时间的热 处理也可降低玻璃的着色。
[0361][引气泡消除
[0362] 制作光学玻璃试样时,采取40CC的开始澄清工序之前的烙融玻璃(玻璃烙液),在 大气中于另一个销相蜗中进行一定时间的澄清,在销相蜗中对玻璃烙液进行冷却,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, 将固化后的玻璃从销相蜗中取出。
[0363] 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AgW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。
[0364][表 8]
[0365]

[0367]如表8和图2所示,光学玻璃试样的eOH满足上述式(2)的本发明的玻璃的情况 下,可W确认到:基于热处理的透过率改善效果非常大、且来源于烙融容器的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)。
[036引另一方面,玻璃的POH不满足上述式(2)的情况下相当于本发明的比较例,可W 确认到,运种情况下,基于热处理的透过率改善效果小、且来源于烙融容器的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)。
[0369] 另外,本发明的玻璃的情况下,可W确认到:与相当于本发明的比较例的玻璃的情 况相比,能够W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。目P,本发明的玻璃的情况下,可W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W降低生产成本、并且提高生产性。
[0370](实施例。
[0371]向批次原料V中添加氧化錬(Sb2〇3)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)。氧化錬的添加量 示于表9。需要说明的是,单位为相对于批次原料100质量%的99111。
[0372][光学玻璃的评价]
[0373] 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I的情 况相同的条件进行测定、评价。
[0374] 其结果为,折射率nd、阿贝值Vd和玻璃化转变溫度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。
[0375]
[0376] 如表9所示,可W确认到:玻璃的POH值不会因玻璃中的氧化錬的有无而发生实 质性地变化(试料51~试料56和试料51a~试料56a)。
[0377] 另外,使用添加了氧化錬的批次原料的情况下,在本发明设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W降低(试料 53a~试料56a)。
[037引(实施例如
[0379] 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巧料。
[0380] 在大气中对如此得到的模压成型用玻璃巧料进行加热、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巧。
[0381] 接着,在大气中对得到的光学元件毛巧进行退火,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。
[0382] 需要说明的是,退火时的降溫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。
[0383] 另外,玻璃的模压成型方法、透镜毛巧的退火方法、磨削方法、研磨方法均可W使 用公知的方法。
[0384] 对于使用本发明设及的光学玻璃试样(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,确认到由于在从烙融玻璃 的成型至光学元件毛巧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。
[0385] 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5化和试料52b)制作得到的光学元件,确认到其在从烙融玻璃的 成型至光学元件毛巧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。
[0386][第1变形例设及的实施例]
[0387] 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POH进行标绘,将得到的图示于图5。
[038引在图5中,实线表示基于下述式化)的规定而将实施例和比较例隔开的边界线。
[0389] 0OH^ 181. 39Xnd3-325. 75Xnd2+194. 85Xnd1-38. 1 ???化)
[0390] 此处,式(6)中的nd表示所述玻璃的折射率。
[0391][第2变形例设及的实施例]
[0392] 接着,示出第2变形例设及的实施例。需要说明的是,关于第2变形例,其也并不 限于W下的实施例。需要说明的是,W下重新编实施例的序号。
[0393](实施例1~实施例6)
[0394] 将批次原料粗烙解而制作得到碎玻璃,将碎玻璃投入至销制相蜗,然后进行加热、 烙融、成型,按照W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。
[0395] 首先,最先对憐酸盐、正憐酸、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°C~ 1400°C的范围对No. 1和No. 2的光学玻璃进行加热、在液相溫度LT~1300°C的范围对No. 3 和No. 4的光学玻璃进行加热,得到烙融玻璃,将该烙融玻璃滴加至水中,从而制作得到碎 玻璃原料。
[0396] 接着,使碎玻璃原料干燥后,对碎玻璃原料进行再调合,投入至销制相蜗(烙融容 器),然后盖上销制的盖。在该状态下,对于销制相蜗内的碎玻璃原料,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溫度LT~1300°C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溫度LT~1250°C的 范围内进行加热,将碎玻璃原料烙解,从而进行烙融玻璃化(烙解工序)。
[0397] 进一步,在No. 1和No. 2的光学玻璃的情况下,将烙融玻璃升溫至液相溫度LT~ 1400°C的范围内而进行澄清(澄清工序)后,降溫至液相溫度LT~1300°C的范围内;在 No. 3和No. 4的光学玻璃的情况下,将烙融玻璃升溫至液相溫度LT~1300°C的范围内而进 行澄清(澄清工序)后,降溫至液相溫度LT~1250°C的范围内,然后分别进行揽拌、均质化 (均质化工序),使进行了澄清、均质化的烙融玻璃从玻璃流出导管流出而诱铸至铸模中, 由此成型得到玻璃块。
[039引需要说明的是,在实施烙解工序、澄清工序、均质化工序时,从设置于销制的盖处 的开口部向销制相蜗内插入销制导管,根据需要通过该销制导管向销制相蜗内的空间供给 水蒸汽。供给至销制相蜗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溫下的流量的值,单位为升/分钟。另外,在不向相蜗内供给水 蒸汽的情况下,利用没有开口部销制的盖将销制相蜗密封,从烙解工序经由澄清工序至均 质化工序为止的期间对销制相蜗内进行气密化,从而抑制了烙解工序中的源于碎玻璃原料 和烙融玻璃的水分的蒸发散逸。
[0399] 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°C升溫至 600°C,在600°C进行退火(热处理),进行降低玻璃块(光学玻璃用巧料)的着色的操作。 之后,W-30°C/小时的降溫速度将玻璃块冷却至常溫。需要说明的是,将玻璃块保持在 600 °C的时间为1小时。
[0400] 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°C升溫至570°C,在570°C进行退火(热处理),进行降低玻璃块(光学玻璃用巧料)的着 色的操作。之后,W-30°C/小时的降溫速度将玻璃块冷却至常溫。需要说明的是,将玻璃 块保持在570°C的时间为4小时30分钟。
[0401] 退火后,对玻璃块(光学玻璃)的POH值、AT80、折射率nd、阿贝值Vt玻璃化 转变溫度Tg进行测定。关于No. 1和No. 3的光学玻璃,将0OH值、T450、AT80值示于表 10,将No. 1~No. 4的各光学玻璃的折射率ml、阿贝值Vt玻璃化转变溫度Tg示于表1和 表2。
[0402] 需要说明的是,示于表1的折射率nd、阿贝值Vd的测定值是使用W每小时30°C 的冷却速度进行冷却的试料而测定得到的值;关于液相溫度LT的测定值,对试料进行再加 热,保持2小时后,冷却至室溫,利用光学显微镜确认玻璃内部有无结晶析出,将未确认到 结晶的最低溫度作为液相溫度。
[0403] 表10的实施例1~实施例3为未从销制导管向烙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为从销制导管向烙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,通过使用正憐酸原料、并且提高烙融容器 的气密性,从而将水分导入至烙融玻璃、并且抑制了水蒸汽从
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