本发明涉及一种光学玻璃。
背景技术：
近年来，电子部件等正在微细化。因此，要求电子线路、光纤、半导体材料的品质管理等中使用的紫外线相机、在硅晶片上形成电子线路的紫外线激光的高精度化，它们所使用的透镜的形状也在复杂化。目前，在用于紫外线激光等的透镜中，使用紫外线(大致波长350nm以下)透射率高的二氧化硅玻璃(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4－305035号公报
技术实现要素：
发明要解决的技术问题
然而，二氧化硅玻璃的玻璃化转变温度、软化点高，因此存在压制成型性差、难以获得所希望的透镜形状这样的问题。
本发明的目的在于，鉴于上述技术问题提供一种紫外线透射率高且压制成型性优异的光学玻璃。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的光学玻璃的特征在于：以质量％计，含有40～75％的sio2、1～30％的b2o3、0～15％的al2o3、0.1～10％的ro(r为选自mg、ca、sr、ba和zn中的至少1种)、0.1～10％的li2o、0.5～15％的na2o+k2o、0～3％的zro2、0～5％的f2，实质上不含sb2o3。其中“na2o+k2o”意指na2o和k2o的含量的总量。本发明中，通过将提高紫外线透射率的sio2的含量规定在40质量％以上、将使紫外线透射率下降的碱成分的含量规定在以总量计为25质量％以下，实现高紫外线透射率。另外，通过将使玻璃化转变温度下降的ro(r为选自mg、ca、sr、ba和zn中的至少1种)的含量规定在0.1质量％以上、将碱成分的含量规定在以总量计为0.6质量％以上，实现优异的压制成型性。此外，“实质上不含sb2o3”，意指不作为原料有意地含有，客观上是指sb2o3的含量小于0.1％。
本发明的光学玻璃以质量％计优选还含有0～0.05％的la2o3+nb2o5+bi2o3+wo3。其中，“la2o3+nb2o5+bi2o3+wo3”意指la2o3、nb2o5、bi2o3和wo3的含量的总量。
本发明的光学玻璃以质量％计优选还含有100ppm以下的tio2、50ppm以下的fe2o3。
本发明的光学玻璃优选折射率(nd)为1.45～1.55。其中“nd”为d线的折射率。
本发明的光学玻璃优选玻璃化转变温度为550℃以下。
本发明的光学玻璃优选软化点为700℃以下。
本发明的光学玻璃优选在厚度为1mm、波长为270nm时的透射率在50％以上。
本发明的光学玻璃优选在厚度为1mm、波长为300nm时的透射率在80％以上。
本发明的光学玻璃优选用于压制成型。
本发明的光学玻璃透镜的特征在于：包括上述的光学玻璃。
发明的效果
根据本发明，能够提供紫外线透射率高且压制成型性优异的光学玻璃。
具体实施方式
本发明的光学玻璃含有40～75％的sio2、1～30％的b2o3、0～15％的al2o3、0.1～10％的ro(r为选自mg、ca、sr、ba和zn中的至少1种)、0.1～10％的li2o、0.5～15％的na2o+k2o、0～3％的zro2、0～5％的f2，实质上不含sb2o3。以下，详细叙述如上所述特定各成分的含量的理由。此外，在没有特别说明的情况下，以下的“％”意指“质量％”。
sio2具有提高紫外线透射率和耐候性、并且使折射率下降、而且提高液相粘度的效果。sio2的含量优选为40～75％、45～70％、特别是50～65％。sio2的含量过少时，存在难以使折射率下降、紫外线透射率下降的趋势。另一方面，sio2的含量过多时，存在玻璃化转变温度上升而压制成型性降低的趋势。另外，玻璃的熔化性变差、容易析出包含sio2的失透物。
b2o3具有使折射率下降、并且提高液相粘度、而且提高耐候性的效果。b2o3的含量优选为1～30％、3～26％、特别是5～22％。b2o3的含量过少时，难以使折射率下降。另一方面，b2o3的含量过多时，耐候性变差、并且由于成型时容易蒸发而容易产生纹理。
al2o3具有使折射率下降、并且提高液相粘度、而且提高耐候性的效果。al2o3的含量优选为0～15％、1～13％、2～11％、特别是3～9％。al2o3的含量过多时，玻璃的熔化性变差、容易析出包含al2o3的失透物。
此外，sio2/b2o3优选为10以下、7.5以下、5以下、4以下、特别是3以下。sio2/b2o3过大时，玻璃的熔化性变差，容易析出包含sio2的失透物。另外，sio2/b2o3的下限虽然没有特别限定，但现实上优选为1以上。其中，“sio2/b2o3”意指sio2的含量除以b2o3的含量而得到的值。
另外，sio2/al2o3优选为10以下、7.5以下、5以下、4以下、特别是3以下。sio2/al2o3过大时，玻璃的熔化性变差，容易析出包含sio2的失透物。另外，sio2/al2o3的下限虽然没有特别限定，但现实上优选为1以上。其中，“sio2/al2o3”意指sio2的含量除以al2o3的含量而得到的值。
ro(r为选自mg、ca、sr、ba和zn中的至少1种)为使玻璃化转变温度下降、并且使玻璃的高温粘性下降的成分。ro的含量(总量)优选为0.1～10％、1～8％、特别是2～5％。ro的含量过少时，难以使玻璃化转变温度下降。另一方面，ro的含量过多时，失透趋势变强而难以玻璃化，压制成型时玻璃容易熔融粘着在压制模具上。此外，优选ro的各成分的含量也分别在上述范围。
li2o为使玻璃化转变温度下降、并且使玻璃的高温粘性下降的成分。li2o的含量优选为0.1～10％、1～8％、特别是2～6％。li2o的含量过少时，难以使玻璃化转变温度下降。另一方面，li2o的含量过多时，紫外线透射率下降、并且耐候性容易变差。另外，压制成型时玻璃容易熔融粘着在压制模具上。
na2o和k2o为使玻璃化转变温度下降、并且使玻璃的高温粘性下降的成分。na2o+k2o的含量优选为0.5～15％、1～10％、1～8％、2～7％、特别是3～6％。na2o+k2o的含量过少时，难以获得上述效果。另一方面，na2o+k2o的含量过多时，紫外线透射率下降、耐候性容易变差。
此外，na2o和k2o的含量的优选范围如下所述。
na2o的含量优选为0～10％、0.5～8％、1～7％、特别是2～6％。
k2o的含量优选为0～10％、0.5～8％、1～7％、特别是2～6％。
li2o+na2o+k2o的含量优选为0.6～25％、2～18％、特别是5～12％。li2o+na2o+k2o的含量过少时，难以使玻璃化转变温度下降。另一方面，li2o+na2o+k2o的含量过多时，紫外线透射率下降、并且耐候性容易变差。其中，“li2o+na2o+k2o”意指li2o、na2o和k2o的含量的总量。
li2o/(na2o+k2o)优选为10以下、5以下、3以下、2以下、特别是1以下。li2o/(na2o+k2o)过大时，压制成型时玻璃容易熔融粘着在压制模具上。优选li2o/(na2o+k2o)的下限为0.01以上。其中，“li2o/(na2o+k2o)”意指li2o的含量除以na2o+k2o的含量而得到的值。
(li2o+na2o+k2o)/ro优选为100以下、50以下、30以下、25以下、特别是20以下。(li2o+na2o+k2o)/ro过大时，紫外线透射率下降、耐候性容易变差。优选(li2o+na2o+k2o)/ro的下限为0.1以上。其中，“(li2o+na2o+k2o)/ro”意指li2o+na2o+k2o的含量除以ro的含量而得到的值。
zro2具有使耐候性提高的效果。zro2的含量优选为0～3％、0～2％、特别是0.1～2％。zro2的含量过多时，紫外线透射率下降、液相粘度下降而变得容易失透。
f2为提高紫外线透射率的成分。f2的含量优选为0～5％、0.5～3％、特别是1～2％。f2的含量过多时，熔融时的蒸发增加而产生纹理等，玻璃容易变得不均质。另外，压制成型时玻璃容易熔融粘着在压制模具上。
sb2o3容易使紫外线透射率下降，因此优选实质上不含有。
除上述成分以外，可以含有以下所示的各种成分。
la2o3、nb2o5、bi2o3和wo3为提高耐侯性和化学耐候性的成分。另外，通过含有这些成分，能够调整折射率。la2o3+nb2o5+bi2o3+wo3的含量优选为0～0.05％。这些成分的含量过多时，容易发生耐失透性下降、熔融温度上升、或者紫外线透射率下降等不良情况。此外，优选la2o3、nb2o5、bi2o3和wo3的各成分的含量也分别为上述范围。
tio2容易使紫外线透射率下降，因此优选其含量尽可能少。具体而言，tio2的含量优选为100ppm以下、特别是50ppm以下。
容易作为杂质混入的fe2o3容易使紫外线透射率下降，因此优选其含量尽可能少。具体而言，fe2o3的含量优选为50ppm以下、特别是30ppm以下。
在熔融玻璃时，也可以添加1％以下的作为还原剂的碳、金属锡等成分。
另外，由于cu、ag、pr、br是使玻璃着色的成分，因而优选实质上不含有。考虑对环境的影响，优选实质上不含cd。其中，“实质上不含cu、ag、pr、br、cd”，意指不作为原料有意地含有，客观上是指cu、ag、pr、br、cd的含量小于0.1％。
具有以上组成的光学玻璃的折射率nd优选为1.45～1.55、1.48～1.53、特别是1.49～1.52。另外，阿贝数优选为50～65、52～63、特别是54～60。
本发明的光学玻璃由于如上所述折射率比较低，因而光入射效率高。因此，即使不设置防反射膜也实质上没有问题。但是，也可以根据需要形成防反射膜。
本发明的光学玻璃的玻璃化转变温度优选为550℃以下、530℃以下、特别是500℃以下。玻璃化转变温度的下限虽然没有特别限定，但现实上为400℃以上。另外，软化点优选为700℃以下、680℃以下、特别是650℃以下。软化点的下限虽然没有特别限定，但现实上为550℃以上。由于玻璃化转变温度、软化点低，因而压制成型温度变低，容易抑制压制模具的劣化。
本发明的光学玻璃的玻璃化转变温度与软化点之差优选为245℃以下、220℃以下、特别是200℃以下。玻璃化转变温度与软化点之差小时，进行压制成型并冷却时玻璃容易快速固化，因此，玻璃不容易熔融粘着在压制模具上。
本发明的光学玻璃在30～300℃的范围时的热膨胀系数优选为40×10－7/℃以上、50×10－7/℃以上、60×10－7/℃以上、特别是70×10－7/℃以上。热膨胀系数过低时，进行压制成型并冷却后，玻璃难以从压制模具脱模。此外，热膨胀系数的上限虽然没有特别限定，但现实上为150×10－7/℃以下。
本发明的光学玻璃在大致波长350nm以下的深紫外域具有良好的光透射率。具体而言，本发明的光学玻璃在厚度为1mm、波长为270nm时的透射率优选光透射率为50％以上、60％以上、特别是70％以上。另外，在厚度为1mm、波长为300nm时的光透射率优选为80％以上、85％以上、特别是90％以上。
接下来，对制造本发明的光学玻璃透镜的方法进行叙述。
首先，以成为所希望组成的方式调配玻璃原料后，在玻璃熔融炉中进行熔融。玻璃的熔融温度优选为1150℃以上、1200℃以上、特别是1250℃以上。此外，从防止因来自构成熔融容器的铂金属的pt熔入而导致玻璃着色的观点考虑，熔融温度优选为1450℃以下、1400℃以下、1350℃以下、特别是1300℃以下。
另外，熔融时间过短时，存在无法充分消泡的可能性，因此熔融时间优选为2小时以上、特别是3小时以上。但是，从防止因来自熔融容器的pt熔入而导致玻璃着色的观点考虑，熔融时间优选为8小时以内、特别是5小时以内。
接下来，使熔融玻璃从喷嘴的前端滴落，制作液滴状玻璃，得到光学玻璃。或者，对熔融玻璃进行急冷铸造，暂时制作玻璃块，再进行磨削、研磨、清洗，从而得到光学玻璃。
接下来，将光学玻璃投入实施精密加工后的模具中，一边加热至成为软化状态、一边进行压制成型，使模具的表面形状转印至光学玻璃。如此操作，能够得到光学玻璃透镜。
实施例
以下，基于实施例对本发明的光学玻璃进行详细说明。
表1和表2表示本发明的实施例(试样no.1～12)和比较例(试样no.13)。
[表1]
[表2]
如下操作来制作各试样。
首先，将以表1和表2所示的组成调配的玻璃原料放入铂坩埚中，在1300℃分别熔融2小时。接下来，使熔融玻璃流出在碳板上，使其冷却固化后，进行退火，制作玻璃块。然后，进行磨削、研磨、清洗，得到光学玻璃。对如此操作得到的光学玻璃评价各种特性。将结果示于各表中。然后，将光学玻璃投入实施精密加工后的模具中，一边以软化点加热、一边进行加压成型，将模具的表面形状转印至光学玻璃，得到正面曲率半径20mm、中心厚度4mm的平凸透镜、正面曲率半径10mm、中心厚度0.5mm的平凸透镜、和正面曲率半径10mm、背面曲率半径10mm、中心厚度0.5mm的两凸透镜。
关于折射率nd，利用折射率计，以d线(波长：587.6nm)的测定值表示。
玻璃化转变温度利用膨胀计进行测定。
软化点利用纤维伸长法进行测定。
关于热膨胀系数，利用膨胀计测定30～300℃的温度范围的值。
光透射率利用分光光度计(岛津制作所制uv－3100)进行测定。
tio2和fe2o3的含量利用感应耦合等离子体质量分析计(icp－ms)进行分析。
如从表可明确，作为本发明实施例的no.1～12的各试样的折射率nd为1.46～1.54、玻璃化转变温度为440～540℃、软化点为600～699℃、热膨胀系数为42～90×10－7/℃、光透射率(270nm)为55～78％、光透射率(300nm)为81～94％。与之相对，可知作为比较例的no.13的试样的玻璃化转变温度高达630℃、软化点高达785℃，压制成型性差。