光学玻璃 本发明涉及具有折射率(nd)1.60～1.68、阿贝数(vd)55以上的光学常数的光学玻璃。
过去，作为具有上述范围光学常数的光学玻璃，已知有例如以SiO2、B2O3及BaO作为基本成分的玻璃。这种组成体系的玻璃，虽然熔融时的稳定性优良，但化学的耐久性非常差，在玻璃的研磨及洗涤工序中，或是在作为镜片经过长时期的使用过程中，玻璃表面易发生因被烧或风化作用而造成的侵蚀，因此上述过去的玻璃在加工及使用时需要特别的注意。另外，上述过去的玻璃含有比较多量的BaO成分，因此比重有变大的倾向，再有，在将调合原料熔融时，SiO2成分易于分离到熔液表面，难以得到均质的玻璃。
本发明的目的在于，消除上述现有技术中所表现出地各个缺点，提供一种具有上述规定范围的光学常数及良好的化学耐久性的、耐失透性及熔融性优良的、并且不含有Gd2O3及Ta2O5那样高原料价格成分或不将其作为必要成分的稳定的光学玻璃。
本发明人为解决上述课题进行了反复试验研究，结果发现，通过在特定组成范围的SiO2-B2O3-CaO-La2O3系玻璃中添加Li2O及Y2O3作为必要成分，就可达到上述目的，从而完成了本发明。
即，达到上述目的的本发明的光学玻璃，其特征在于，以重量％计，由下列成分构成：
SiO2 5＜～20％、
B2O3 35～55％、
Al2O3 0～不足10％、
La2O3 10～30％、
Y2O3 0.5～15％、
CaO 10～30％、
Li2O 0＜～不足0.5％、
MgO 0～5％、
SrO 0～5％、
BaO 0～15％、
ZnO 0～15％、
TiO2 0～3％、
ZrO2 0～5％、
Nb2O5 0～5％、
Ta2O5 0～5％、
WO3 0～5％及Sb2O3 0～1％。
另外，其进一步的特征在于，以重量％计，由下列成分构成：SiO2 6～15％、
B2O3 40～50％、
Al2O3 0.3～5％、
La2O3 10～25％、
Y2O3 1～12％，但La2O3+Y2O3 15～30％、
CaO 18～25％、
Li2O 0＜～不足0.5％、
MgO 0～5％、
SrO 0～5％、
BaO 0～10％、
ZrO 0～10％、
ZrO2 0～5％、
Ta2O5 0～5％及Sb2O3 0～0.5％，不含有TiO2、Nb2O5及WO3。另外，其再进一步的特征在于，以重量％计，由下列成分构成：
SiO2 6～15％、
B2O3 40～50％，但SiO2+B2O3 50％以上、
Al2O3 0.3～5％、
La2O3 10～25％、
Y2O3 1～12％但La2O3+Y2O3 15～30％、
CaO 18～25％、
Li2O 0＜～不足0.5％、
MgO 0～5％、
SrO 0～5％、
BaO 0～10％、
ZnO 0～10％、
ZrO2 0～5％、
Ta2O5 0～5％及Sb2O3 0～0.5％，不含有TiO2、Nb2O5及WO3。
以下叙述在本发明的光学玻璃中，将各成分限定在上述组成范围内的理由。
SiO2及B2O3成分是玻璃形成氧化物，在本发明中，为扩大玻璃化范围并使玻璃内具有适度的粘度是有效的。SiO2成分，其量在5％以下时上述效果不充分，超过20％时混合原料的熔融性变差，易生成未熔融物。另外，B2O3成分，在其量不足35％时及超过55％时，难以得到具有所希望的折射率的玻璃。特别是为了得到均质性良好的玻璃，将SiO2成分的量定为6～15％，将B2O3成分的量定为40～50％为佳。而且为得到更加稳定的玻璃，将SiO2成分及B2O3成分的合计量定在50％以上更佳。
Al2O3成分，对玻璃化学耐久性的提高和粘度的调整，以及对失透的稳定化具有效果。但是，其量在10％以上时，反而使失透性增大，因而不佳。更佳的量为0.3～5％。
La2O3成分，使玻璃的化学耐久性及耐失透性提高，同时在不使分散过大的情况下提高折射率，是为获得具有高折射率的稳定玻璃的有效的成分。其量不足10％时，玻璃的化学耐久性和耐失透性不充分，而超过30％时得不到所期望的折射率。为获得具有所期望的光学常数，并且不失透的均质的玻璃，La2O3成分的量在10～25％的范围内更佳。
Y2O3成分，与La2O3成分同样，是为使玻璃的化学耐久性及耐失透性提高、使在分散不过大的情况下提高折射率、并且使比重变小的有效的成分。其量不足0.5％时上述效果不充分，而超过15％时，反而使结晶的析出温度上升、使玻璃易于失透。Y2O3成分量的更佳范围是1～12％。
另外，在本发明中，为了得到更加稳定的玻璃，将La2O3成分及Y2O3成分的合计量定作15～30％为佳。
CaO成分，对提高玻璃的化学耐久性、耐失透性及玻璃原料的熔融性有效果。CaO成分的量不足10％时上述效果不充分，而且难以得到所期望的光学常数。但其量超过30％时，反而失透化的倾向增大，因而不佳。CaO成分更佳的量为18～25％。
Li2O成分，在本发明中是为促进玻璃原料的熔融的有效的必要成分，但为了得到上述效果，其量不足0.5％就足够了。而且可以将Li2O成分的一部分由Na2O及K2O成分之一者或二者进行置换。
MgO、SrO、BaO及ZnO各成分，对玻璃的折射率和阿贝数的调整、玻璃原料熔融性的提高及耐失透性的改善是有效的，可分别将MgO及SrO成分加到最多达5％，分别将BaO及ZnO成分加到最多达15％。而分别将BaO及ZnO成分的量定为最多达10％则更佳。
在本发明的玻璃中，为了折射率和阿贝数的调整或玻璃稳定性的提高，可任选添加TiO2、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5及WO3各成分，但它们的量：TiO2成分最多达3％,ZrO2、NbO5、Ta2O5及WO3各成分分别最多达5％就足够了。但是，TiO2、Nb2O5及WO3成分，由于有使短波侧玻璃的光线透过率变低的倾向，因此不含有这些成分的情况更佳。
Sb2O3成分，作为玻璃熔融时的澄清剂可任选地添加，但其量在1％以下就足够了，更适当的量为0.5％以下。
另外，在本发明的玻璃中，除上述成分之外，即使以最多达5％的比例添加含在上述各金属氧化物成分中的金属元素的氟化物或P2O5等成分也无妨碍。
实施例
以下，将本发明光学玻璃的实施例No.1～No.4)及过去玻璃的比较例(No.A)，与这些玻璃的折射率(nd)、阿贝数(vd)、失透温度(℃)、比重及Y2O3相对于La2O3的重量比同时示于表1，将上述实施例(No.1～No.4)及比较例(No.A)玻璃的Y2O3成分的含量和失透温度的关系示于图1。上述失透温度表示的是：将所得到的各玻璃的破碎片置于设在白金板上的小穴上，在温度梯度炉内熔解并保持30分钟后，取出到炉外，用显微镜观察结晶产生状况求出的结果。而将本发明光学玻璃的其它实施例(No.5～No.26)，与这些玻璃的折射率(nd)及阿贝数(vd)一起示于表2、表3及表4。[表1] (重量％) No． 实施例 比较例 1 2 3 4 A SiO2 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 B2O3 43.00 43.00 43.00 43.00 43.00 Al2O3 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 La2O3 22.75 19.75 16.75 13.75 25.75 Y2O3 3.00 6.00 9.00 12.00 CaO 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 Li2O 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 Sb2O3 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 Y2O3/La2O3 0.13 0.30 0.54 0.87 nd 1.6593 1.6567 1.6540 1.6514 1.6620 vd 58.4 58.2 57.9 57.7 58.6失透温度(℃) 978 969 957 952 985比重 3.20 3.17 3.15 3.13 3.22
[表2] (重量％) No. 实施例 5 6 7 8 9 10 11 12 SiO2 11.00 15.00 8.00 7.00 12.35 6.00 6.50 8.50 B2O3 46.73 42.00 43.50 43.75 50.00 44.00 45.50 48.73 Al2O3 1.20 0.30 4.00 0.48 2.50 3.00 1.00 1.20 La2O3 16.57 20.50 22.95 25.00 10.00 22.00 20.40 17.07 Y2O3 3.00 2.00 1.00 5.00 5.00 1.50 8.00 3.00 CaO 21.25 20.00 20.00 18.45 19.85 23.00 18.00 21.25 Li2O 0.20 0.10 0.45 0.30 0.20 0.20 0.30 0.20 Sb2O3 0.05 0.10 0.10 0.02 0.10 0.30 0.30 0.05 nd 1.6380 1.6464 1.6517 1.6712 1.6143 1.6603 1.6626 1.6395 vd 60.0 59.7 58.4 58.1 61.7 57.7 58.4 60.0
[表3] (重量％) No. 实施例 13 14 15 16 17 18 19 20 21 SiO2 13.00 7.50 10.00 10.00 7.50 9.00 8.50 7.50 7.50 B2O3 42.50 40.00 43.50 43.00 44.00 44.00 45.00 42.50 42.50 Al2O3 1.50 2.00 2.00 1.00 5.00 1.00 1.25 1.00 1.00 La2O3 14.10 20.00 14.60 10.75 20.00 18.75 17.00 16.75 16.75 Y2O3 4.00 10.00 4.40 15.00 2.00 6.00 3.00 3.50 3.50 CaO 24.20 19.80 25.00 20.00 21.00 19.00 20.00 18.50 18.50 Li2O 0.30 0.20 0.40 0.20 0.40 0.20 0.20 0.20 0.20 Sb2O3 0.40 0.50 0.10 0.05 0.10 0.05 0.05 0.05 0.05 MgO 2.00 SrO 5.00 BaO 10.00 ZnO 10.00 nd 1.6432 1.6759 1.6480 1.6488 1.6472 1.6575 1.6486 1.6644 1.6614 vd 59.2 56.7 58.4 57.5 57.9 58.6 59.2 58.1 57.4
[表4] (重量％) No. 实施例 22 23 24 25 26 SiO2 10.00 8.00 8.00 10.00 8.00 B2O3 43.00 43.00 43.00 43.00 41.50 Al2O3 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 La2O3 17.75 2275 23.75 19.75 21.75 Y2O3 3.00 3.00 3.00 5.00 5.00 CaO 20.00 20.00 19.00 20.00 19.50 Li2O 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 Sb2O3 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 Ta2O5 5.00 Nb2O5 2.00 WO3 2.00 TiO2 1.00 BaF2 3.00 nd 1.6604 1.6763 1.6602 1.6627 1.6605 vd 58.0 56.2 56.9 56.9 58.3
[表5] (重量％) No. 实施例 27 28 29 30 31 32 33 34 SiO2 20.00 5.10 6.00 11.00 7.00 11.00 9.80 6.00 B2O3 35.00 50.00 5.00 44.98 45.00 45.00 45.00 43.00 Al2O3 2.00 2.00 2.00 9.80 2.00 2.00 1.00 1.00 La2O3 17.78 13.00 15.00 18.00 30.00 17.80 13.00 16.00 Y2O3 5.00 10.00 6.00 3.00 1.00 5.00 5.00 7.80 CaO 20.00 19.68 15.78 13.00 14.78 14.00 11.00 11.00Li2O 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 MgO 5.00 BaO 15.00 ZnO 15.00 Sb2O3 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 nd 1.6439 1.6454 1.6242 1.6077 1.6623 1.6275 1.6368 1.6466 vd 58.4 59.4 62.5 61.1 58.4 61.0 60.8 55.6
[表6] (重量％)] No. 实施例 35 36 37 38 39 40 41 SiO2 8.00 7.00 9.80 6.00 11.00 11.00 11.00 B2O3 45.00 46.80 45.00 48.30 45.00 47.00 45.00 Al2O3 2.00 2.00 0.50 1.50 1.00 2.00 La2O3 20.80 16.00 16.00 15.00 19.30 19.80 21.30 Y2O3 6.00 7.00 7.00 10.00 2.00 1.00 0.50 CaO 16.00 16.00 20.00 15.00 20.00 20.00 20.00 Li2O 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 TiO2 2.00 ZrO2 5.00 Nb2O5 2.00 WO3 5.00 Sb2O3 1.00 nd 1.6627 1.6560 1.6182 1.6575 1.6481 1.6399 1.6433 vd 55.1 57.4 57.3 57.3 59.2 59.3 59.6
由表1及图1可知，本发明实施例的玻璃，与比较例的玻璃相比，失透温度低，耐失透性更为优良，比重也小。而且上述实施例都得到了熔融性优良、没有气泡和条纹的均质玻璃，并且化学耐久性也良好。另外，表2～表4所示的本发明实施例的玻璃，也同样是耐失透性、熔融性及化学耐久性优良，比重小。
本发明的上述表1～表4实施例的玻璃，可通过下述方法容易地制造：将氧化物、碳酸盐、氢氧化物、硝酸盐及氟化物等通常的光学玻璃的原料称量混合，使用白金坩埚，在约1200℃至1400℃下约2至4小时，熔融、澄清、搅拌之后，铸入预热过的金属模中，再进行缓冷。
如上所述，本发明的光学玻璃，是在特定组成范围的SiO2-B2O3-CaO-La2O3系玻璃中，作为必要成分添加Li2O及Y2O3的玻璃，可获得具有折射率(nd)1.60～1.68、阿贝数(νd)55以上范围的光学常数的、耐失透性及熔融性优良的、具有良好化学耐久性的稳定且均质的光学玻璃。而且本发明的光学玻璃不含有原料价格高的Gd2O3成分，不以Ta2O5成分作为必要成分，并可廉价制造，这些优点都是有利的。
图1是表示Y2O3成分的含量和失透温度(℃)的关系的图。