JP2022066785A - Optical element with compressive stress layer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮応力層を有する光学素子に関する。 The present invention relates to an optical element having a compressive stress layer.
近年、プロジェクタ等の投射光学系機器や車載用カメラ、監視用カメラ等の撮像光学系機器の需要が増えてきており、光学系内部に使用される光学素子についても様々な環境下を想定して対策しなければならなくなってきている。 In recent years, there has been an increase in demand for projection optical equipment such as projectors and imaging optical equipment such as in-vehicle cameras and surveillance cameras, and the optical elements used inside the optical system are assumed to be in various environments. It is becoming necessary to take measures.
投射光学系機器においては、映像をより鮮明にスクリーンに拡大投影するために高出力の半導体発光素子を用いた光源が必要とされ、従来は高圧放電等が利用されてきたが、コンパクト化の要請からLDやLED光源が用いられるようになってきた。 In projection optical system equipment, a light source using a high-output semiconductor light-emitting element is required in order to magnify and project an image onto a screen more clearly, and high-pressure discharge or the like has been used in the past, but there is a demand for compactness. Since then, LDs and LED light sources have come to be used.
投射光学系機器のLDやLED光源からは光とともに熱も放出されるため、投射光学系機器内部の光学素子は高い温度に曝されることがある。特に高出力の光源が用いられるようになったことにより、大きな温度変化にも曝されている。その温度変化は大きく、光学素子の温度が約200℃以上になることもあり、その高温の状態から室温まで下げたときに光学素子が割れてしまうという課題があった。
そのため、投射光学系に使用される光学素子は、高透過、高均質である上に、耐熱衝撃性も求められるようになってきた。
Since heat is also emitted from the LD or LED light source of the projection optical system device together with the light, the optical element inside the projection optical system device may be exposed to a high temperature. In particular, the use of high-power light sources has led to exposure to large temperature changes. The temperature change is large, and the temperature of the optical element may be about 200 ° C. or higher, and there is a problem that the optical element is cracked when the temperature is lowered from the high temperature state to room temperature.
Therefore, optical elements used in projection optical systems are required to have high transmission and high homogeneity as well as thermal shock resistance.
また、投射光学系機器内部の光学素子は、縦横をマトリクス状に配列したような複雑な形状の非球面レンズを作製する必要があり、従来の光学素子よりも高いプレス成形性が求められている。 Further, for the optical element inside the projection optical system device, it is necessary to manufacture an aspherical lens having a complicated shape such that the vertical and horizontal arrangements are arranged in a matrix, and higher press formability than the conventional optical element is required. ..
特に、研削や研磨法で非球面レンズを作製することは高コスト、低能率であるために、非球面レンズの製造方法としては、ゴブ或いはガラスブロックを切断・研磨したプリフォーム材を加熱軟化させ、これを高精度な面を持つ成形型で加圧成形させる精密モールド成型によって、研削・研磨工程を省略することが可能となり、低コスト・大量生産が実現している。 In particular, it is expensive and low efficiency to manufacture an aspherical lens by grinding or polishing, so as a method for manufacturing an aspherical lens, a preform material obtained by cutting and polishing a gob or a glass block is heated and softened. By precision mold molding, in which this is pressure-molded with a molding mold having a high-precision surface, it is possible to omit the grinding and polishing steps, and low cost and mass production are realized.
他方で、撮像光学系機器においては、直射日光によって光学素子や光学機器全体が急激に加熱され、加熱された後に雨等や洗車時の水によって急冷され光学素子が割れてしまうという課題があった。 On the other hand, in an imaging optical system device, there is a problem that the optical element and the entire optical device are rapidly heated by direct sunlight, and after being heated, the optical element is rapidly cooled by rain or water at the time of car wash and the optical element is cracked. ..
プレス成形性が良好なガラスとしては、特許文献1に記載の発明が開示されている。 The invention described in Patent Document 1 is disclosed as a glass having good press formability.
しかし、特許文献1で開示された発明では、転移点を低くすることでプレス成形性が良好なガラスを得ているものの、logη=8.5となる温度が高いため複雑な非球面レンズを作製できるものではなく、さらに耐熱衝撃性を安定させることが困難である。 However, in the invention disclosed in Patent Document 1, although a glass having good press formability is obtained by lowering the transition point, a complicated aspherical lens is manufactured because the temperature at logη = 8.5 is high. It is not possible, and it is difficult to stabilize the thermal shock resistance.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、プレス成型性に優れており、所望の圧縮応力及び圧縮応力層の深さを持ち、耐熱衝撃性に優れた光学素子を得ることにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is excellent in press moldability, having a desired compressive stress and a depth of a compressive stress layer, and having thermal shock resistance. The purpose is to obtain an excellent optical element.
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意試験研究を重ねた結果、logη=8.5(粘性)となる温度を700℃未満とすることでプレス成形性を向上させつつ、更に100~1000MPaの圧縮応力及び10~100μmの圧縮応力層の深さを持ち、熱応力に対する圧縮応力の比(圧縮応力/熱応力)を1.00以上とすることで耐熱衝撃性に優れた本発明を完成するに至った。 As a result of intensive test and research to solve the above problems, the present inventor has improved the press formability by setting the temperature at which logη = 8.5 (viscosity) is less than 700 ° C. The present invention has excellent thermal shock resistance by having a compressive stress of 1000 MPa and a depth of a compressive stress layer of 10 to 100 μm and setting the ratio of compressive stress to thermal stress (compressive stress / thermal stress) to 1.00 or more. It came to be completed.
(1) 表面に圧縮応力層を有する光学素子であって、
圧縮応力層の圧縮応力が100~1000MPa、圧縮応力層の深さが10~100μmであり、
logη=8.5(粘性)となる温度が700℃未満である光学素子。
(1) An optical element having a compressive stress layer on its surface.
The compressive stress of the compressive stress layer is 100 to 1000 MPa, and the depth of the compressive stress layer is 10 to 100 μm.
An optical element having a temperature of less than 700 ° C. at logη = 8.5 (viscosity).
(2)屈折率(nd)が1.45000以上1.70000以下、アッベ数(νd)が45.00以上70.00以下であることを特徴とする(1)に記載の光学素子。 (2) The optical element according to (1), wherein the refractive index (nd) is 1.45,000 or more and 1.70000 or less, and the Abbe number (νd) is 45.00 or more and 70.00 or less.
(3)熱応力に対する圧縮応力の比(圧縮応力/熱応力)が1.00以上となることを特徴とする(1)又は(2)に記載の光学素子。 (3) The optical element according to (1) or (2), wherein the ratio of compressive stress to thermal stress (compressive stress / thermal stress) is 1.00 or more.
(4)投射光学系機器に使用される(1)から(3)いずれかに記載の光学素子。 (4) The optical element according to any one of (1) to (3) used in a projection optical system device.
(5)撮像光学系機器に使用される(1)から(3)いずれかに記載の光学素子。 (5) The optical element according to any one of (1) to (3) used in an imaging optical system device.
本発明の光学素子は、その表面に圧縮応力層を有する。表面に圧縮応力層を形成する方法として、物理強化法と化学強化法があるが、本発明の光学素子は化学強化法で形成される。
また、本発明ではモールドプレス成形性について、プレス成形性と記載する箇所がある。
The optical element of the present invention has a compressive stress layer on its surface. There are a physical strengthening method and a chemical strengthening method as a method of forming a compressive stress layer on the surface, and the optical element of the present invention is formed by the chemical strengthening method.
Further, in the present invention, the mold press formability is described as press formability.
本発明の光学素子は、圧縮応力層の圧縮応力が、好ましくは100MPa以上、より好ましくは200MPa以上、さらに好ましくは280MPa以上、最も好ましくは340MPa以上を下限とする。圧縮応力が大きい程、強化ガラスの機械的強度が高くなる。
一方、表面に極端に大きな圧縮応力が形成されると、強化ガラスに内在する引張応力CTが高くなり、自己破壊するおそれがある。このため、圧縮応力層の圧縮応力はより好ましくは1000MPa以下、より好ましくは800MPa以下、さらに好ましくは650MPa以下、最も好ましくは600MPa以下を上限とする。
In the optical element of the present invention, the lower limit of the compressive stress of the compressive stress layer is preferably 100 MPa or more, more preferably 200 MPa or more, further preferably 280 MPa or more, and most preferably 340 MPa or more. The greater the compressive stress, the higher the mechanical strength of the tempered glass.
On the other hand, when an extremely large compressive stress is formed on the surface, the tensile stress CT inherent in the tempered glass becomes high, and there is a risk of self-destruction. Therefore, the compressive stress of the compressive stress layer is more preferably 1000 MPa or less, more preferably 800 MPa or less, further preferably 650 MPa or less, and most preferably 600 MPa or less.
圧縮応力層の深さは、圧縮応力層の深さが大きい程、表面に形成された傷が圧縮応力層を突き抜け難くなることから、割れ耐性が向上する。従って、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、最も好ましくは20μm以上を下限とする。一方、圧縮応力層の深さが大きい程、強化ガラスに内在する引張応力CTが高くなり、自己破壊するおそれがあり、更に屈折率やアッベ数に影響を及ぼしてしまい光学素子として使用しにくくなる。従って、圧縮応力層の深さは好ましくは100μm以下、より好ましくは70μm以下、より好ましくは50μm以下、さらに好ましくは40μm以下、最も好ましくは33μm以下を上限とする。 As for the depth of the compressive stress layer, the larger the depth of the compressive stress layer, the more difficult it is for scratches formed on the surface to penetrate the compressive stress layer, so that the crack resistance is improved. Therefore, the lower limit is preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and most preferably 20 μm or more. On the other hand, the deeper the compressive stress layer, the higher the tensile stress CT inherent in the tempered glass, which may cause self-destruction, which further affects the refractive index and Abbe number, making it difficult to use as an optical element. .. Therefore, the depth of the compressive stress layer is preferably 100 μm or less, more preferably 70 μm or less, more preferably 50 μm or less, still more preferably 40 μm or less, and most preferably 33 μm or less.
熱応力に対する圧縮応力の比(圧縮応力/熱応力)が1.00以上であることが好ましい。これにより、耐熱衝撃性が高くなり、大きな温度差が生じても光学素子が割れにくくなる。従って、好ましくは1.00以上、より好ましくは1.60以上、より好ましくは2.00以上、さらに好ましくは2.20以上、最も好ましくは2.40以上を下限値とする。 The ratio of compressive stress to thermal stress (compressive stress / thermal stress) is preferably 1.00 or more. As a result, the thermal shock resistance is increased, and the optical element is less likely to crack even if a large temperature difference occurs. Therefore, the lower limit is preferably 1.00 or more, more preferably 1.60 or more, more preferably 2.00 or more, still more preferably 2.20 or more, and most preferably 2.40 or more.
ここでいう熱応力は、300℃から100℃まで温度が下がった場合の、温度差を用いて熱応力を表している。
熱応力(MPa)=ヤング率(108Pa)× 平均線熱膨張係数α(10-7/℃)× 200(℃)×10-6
The thermal stress here represents the thermal stress using the temperature difference when the temperature drops from 300 ° C to 100 ° C.
Thermal stress (MPa) = Young's modulus (10 8 Pa) x average linear thermal expansion coefficient α ( 10-7 / ° C) x 200 (° C) x 10-6
本発明の光学素子は、熱応力が小さいことによって、熱割れの発生を抑えることができる。従って熱応力は、好ましくは330(MPa)以下、より好ましくは230(MPa)以下、さらに好ましくは180(MPa)以下を上限としてもよい。 The optical element of the present invention can suppress the occurrence of thermal cracking due to the small thermal stress. Therefore, the thermal stress may be preferably 330 (MPa) or less, more preferably 230 (MPa) or less, and further preferably 180 (MPa) or less as the upper limit.
本発明の光学素子は、ヤング率が小さいものであってもよい。特に、本発明の光学素子のヤング率は、好ましくは1100(108Pa)以下、より好ましくは1000(108Pa)以下、さらに好ましくは950(108Pa)以下を上限としてもよい。 The optical element of the present invention may have a small Young's modulus. In particular, the Young's modulus of the optical element of the present invention may be preferably 1100 (108 Pa) or less, more preferably 1000 ( 10 8 Pa) or less, and further preferably 950 ( 108 Pa) or less.
本発明の光学素子において、100~300℃における平均線熱膨張係数αは40~150(×10-7/℃)の範囲が好ましい。本発明の光学ガラスは、上記した範囲のαを有することで、耐熱衝撃性を損なわずに精密プレス成形時の金型との膨張マッチングが良好である。このαは、より好ましくは40~150(×10-7/℃)であり、さらに好ましくは50~135(×10-7/℃)、さらにより好ましくは60~115(×10-7/℃)、特に好ましくは65~105(×10-7/℃)である。 In the optical element of the present invention, the average linear thermal expansion coefficient α at 100 to 300 ° C. is preferably in the range of 40 to 150 (× 10-7 / ° C.). Since the optical glass of the present invention has α in the above range, the expansion matching with the mold at the time of precision press molding is good without impairing the heat impact resistance. This α is more preferably 40 to 150 (× 10 -7 / ° C.), still more preferably 50 to 135 (× 10 -7 / ° C.), and even more preferably 60 to 115 (× 10 -7 / ° C.). ), Particularly preferably 65 to 105 (× 10 -7 / ° C.).
本発明の光学素子は、logη=8.5(粘性)となる温度が700℃未満となることが好ましい。これによりガラスがより低い温度で軟化するため、より低い温度でガラスをプレス成型しやすく、更に複雑な形状の非球面レンズをプレス成形することが可能となる。またプレス成型に用いる金型の酸化を低減して金型の長寿命化を図ることもできる。よって好ましくは700℃未満であり、より好ましくは650℃以下、さらに好ましくは620℃以下、よりさらに好ましくは610℃以下である。 The optical element of the present invention preferably has a temperature at which logη = 8.5 (viscosity) is less than 700 ° C. As a result, the glass softens at a lower temperature, so that the glass can be easily press-molded at a lower temperature, and an aspherical lens having a more complicated shape can be press-molded. It is also possible to reduce the oxidation of the die used for press molding to extend the life of the die. Therefore, it is preferably less than 700 ° C., more preferably 650 ° C. or lower, still more preferably 620 ° C. or lower, still more preferably 610 ° C. or lower.
本発明の光学素子は、所定の屈折率と所定の範囲のアッベ数を有する。
本発明の光学素子の屈折率(nd)は、好ましくは1.45000以上、より好ましくは1.48000以上を下限とする。この屈折率の上限は、好ましくは1.70000以下、より好ましくは1.65000以下、より好ましくは1.60000以下、更に好ましくは1.55000を上限とする。
本発明の光学素子のアッベ数(νd)は、好ましくは45.00以上、より好ましくは47.00以上、さらに好ましくは50.00以上を下限とする。このアッベ数の上限は、好ましくは70.00以下、より好ましくは67.00以下を上限とする。
このような屈折率及びアッベ数を有する本発明の光学素子は光学設計上有用であり、特に高い結像特性等を図りながらも、光学系の小型化を図ることができるため、光学設計の自由度を広げることができる。
The optical element of the present invention has a predetermined refractive index and a predetermined Abbe number in a predetermined range.
The lower limit of the refractive index (nd) of the optical element of the present invention is preferably 1.45,000 or more, more preferably 1.48,000 or more. The upper limit of the refractive index is preferably 1.70000 or less, more preferably 1.65000 or less, more preferably 1.60000 or less, and further preferably 1.55000.
The Abbe number (νd) of the optical element of the present invention is preferably 45.00 or more, more preferably 47.00 or more, and further preferably 50.00 or more as the lower limit. The upper limit of the Abbe number is preferably 70.00 or less, more preferably 67.00 or less.
The optical element of the present invention having such a refractive index and Abbe number is useful in optical design, and the optical system can be miniaturized while achieving particularly high imaging characteristics, so that the optical design is free. You can increase the degree.
以下、本発明の光学素子を構成するガラスについて記載する。
[ガラス成分]
本明細書中において、各成分の含有率は特に断りがない場合は、全てモル比に基づくカチオン%又はアニオン%で表示されるものとする。まず、ガラスの構成成分をカチオン成分とアニオン成分とに分ける。そして、「カチオン%」とは、ガラス中に含まれる全カチオン成分の合計含有量を100モル%としたときに、各カチオン成分の含有量を百分率で表記した単位である。「アニオン%」とは、ガラス中に含まれる全アニオン成分の合計含有量を100モル%としたときに、各アニオン成分の含有量を百分率で表記した単位である。
Hereinafter, the glass constituting the optical element of the present invention will be described.
[Glass component]
In the present specification, the content of each component shall be indicated by cation% or anion% based on the molar ratio, unless otherwise specified. First, the constituent components of glass are divided into a cation component and an anion component. The "cation%" is a unit in which the content of each cation component is expressed as a percentage when the total content of all cation components contained in the glass is 100 mol%. The "anion%" is a unit in which the content of each anion component is expressed as a percentage when the total content of all anion components contained in the glass is 100 mol%.
<必須成分、任意成分について>
Si4+は、安定なガラス形成を促し、液相温度を下げ、失透(結晶物の発生)を低減することができる成分である。
特に、Si4+の含有量を37.0%以上にすることで、ガラス化しやすくなり、また熱膨張係数を低くすることができ、耐熱衝撃性が向上し、耐失透性に優れたガラスを得られるだけではなく、イオン交換性能が向上し、圧縮応力が大きくなる傾向にある。従って、Si4+の含有量は、好ましくは37.0%以上、より好ましくは41.0%より好ましくは44.0%以上、さらに好ましくは45.5%以上を下限とする。
他方で、Si4+の含有量を75.0%以下にすることで、熔融性や成形性が低下し易くなり、また熱膨張係数が低くなり過ぎることを防止することができる。従って、Si4+の含有量は、好ましくは75.0%以下、より好ましくは70.0%以下、さらに好ましくは67.5%以下を上限とする。
Si4+は、原料としてSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いることができる。
<About essential ingredients and optional ingredients>
Si 4+ is a component capable of promoting stable glass formation, lowering the liquidus temperature, and reducing devitrification (generation of crystals).
In particular, by setting the Si 4+ content to 37.0% or more, vitrification becomes easier, the coefficient of thermal expansion can be lowered, thermal impact resistance is improved, and glass with excellent devitrification resistance can be obtained. Not only can it be obtained, but the ion exchange performance tends to improve and the compressive stress tends to increase. Therefore, the lower limit of the Si 4+ content is preferably 37.0% or more, more preferably 41.0%, more preferably 44.0% or more, still more preferably 45.5% or more.
On the other hand, by setting the Si 4+ content to 75.0% or less, the meltability and moldability are likely to decrease, and the coefficient of thermal expansion can be prevented from becoming too low. Therefore, the content of Si 4+ is preferably 75.0% or less, more preferably 70.0% or less, still more preferably 67.5% or less.
As the Si 4+ , SiO 2 , K 2 SiF 6 , Na 2 SiF 6 , and the like can be used as raw materials.
Li+は、イオン交換成分であり、また高温粘性を低下させて、熔融性や成形性を高める成分であると共に、ヤング率を高める任意成分である。従って、Li+の含有量は、好ましくは0%以上、より好ましくは0%超、より好ましくは5.0%以上、より好ましくは10.0%以上、最も好ましくは12.0%以上を下限とする。
他方でLi+の含有量が極端に多くなると、圧縮応力が低下する傾向がある。低温粘性が低下し、応力緩和が起こり易くなり、圧縮応力が低下する場合がある。熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなる。
従って、Li+の含有量は、好ましくは30.0%以下、より好ましくは26.0%以下、さらに好ましくは24.0%以下を上限とする。
Li+は、原料としてLi2CO3、LiNO3、LiF等を用いることができる。
Li + is an ion exchange component, a component that lowers high-temperature viscosity, enhances meltability and moldability, and is an optional component that enhances Young's modulus. Therefore, the lower limit of the Li + content is preferably 0% or more, more preferably more than 0%, more preferably 5.0% or more, more preferably 10.0% or more, and most preferably 12.0% or more. And.
On the other hand, when the Li + content is extremely high, the compressive stress tends to decrease. Low temperature viscosity may decrease, stress relaxation may occur more easily, and compressive stress may decrease. The coefficient of thermal expansion becomes too high, the thermal impact resistance decreases, and it becomes difficult to match the coefficient of thermal expansion of the peripheral materials.
Therefore, the Li + content is preferably 30.0% or less, more preferably 26.0% or less, still more preferably 24.0% or less.
As Li + , Li 2 CO 3 , LiNO 3 , LiF or the like can be used as a raw material.
Na+は、イオン交換成分であり、圧縮応力を高め、また高温粘性を低下させて、熔融性や成形性を高め、熱膨張係数を大きくする任意成分である。従って、Na+の含有量は、好ましくは0%以上、より好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは0.2%以上を下限とする。
他方で、Na+の含有量を25.0%以下にすることで、過剰な含有による失透を低減できる。
従って、Na+の含有量は、好ましくは25.0%以下、より好ましくは12.5%以下、さらに好ましくは10.0%以下を上限とする。
Na+は、原料としてNa2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6等を用いることができる。
Na + is an ion exchange component, and is an optional component that increases compressive stress, reduces high-temperature viscosity, enhances meltability and moldability, and increases the coefficient of thermal expansion. Therefore, the lower limit of the Na + content is preferably 0% or more, more preferably 0.1% or more, still more preferably 0.2% or more.
On the other hand, by setting the Na + content to 25.0% or less, devitrification due to excessive content can be reduced.
Therefore, the Na + content is preferably 25.0% or less, more preferably 12.5% or less, still more preferably 10.0% or less.
As Na + , Na 2 CO 3 , NaNO 3 , NaF, Na 2 SiF 6 and the like can be used as raw materials.
K+は、イオン交換を促進する成分であり、アルカリ金属酸化物の中では圧縮応力層の深さを大きくし易い任意成分である。高温粘性を低下させて、熔融性や成形性を高め、耐失透性を改善する成分でもある。従って、K+の含有量は、好ましくは0%以上、より好ましくは0%超、より好ましくは1.0%以上、最も好ましくは3.0%以上を下限とする。
他方で、K+の含有量が多過ぎると、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下する。従って、K+の含有量は、好ましくは18.0%以下、より好ましくは15.0%以下、さらに好ましくは13.0%以下を上限とする。
K+は、原料としてK2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いることができる。
K + is a component that promotes ion exchange, and is an optional component that easily increases the depth of the compressive stress layer among alkali metal oxides. It is also a component that lowers high-temperature viscosity, enhances meltability and moldability, and improves devitrification resistance. Therefore, the lower limit of the K + content is preferably 0% or more, more preferably more than 0%, more preferably 1.0% or more, and most preferably 3.0% or more.
On the other hand, if the content of K + is too high, the coefficient of thermal expansion becomes too high and the thermal shock resistance deteriorates. Therefore, the content of K + is preferably 18.0% or less, more preferably 15.0% or less, still more preferably 13.0% or less.
For K + , K 2 CO 3 , KNO 3 , KF, KHF 2 , K 2 SiF 6 , or the like can be used as a raw material.
B3+は、0%超含有する場合に、安定なガラス形成を促し、また液相温度を下げることができるため、耐失透性を高められ、ガラス原料の熔解性を高められ、且ガラスの強度やクラック耐性などの機械的特性を向上させる任意成分である。従って、B3+の含有量は、好ましくは0%以上、より好ましくは0%超、より好ましくは5.0%以上、さらに好ましくは10.0%以上、さらに好ましくは13.0%以上、最も好ましくは15.0%以上を下限とする。
他方で、B3+が多くなると化学的耐久性の悪化や分相を招いてしまう。従って、B3+の含有量は、好ましくは35.0%以下、より好ましくは30.0%以下、さらに好ましくは27.0%以下、最も好ましくは25.0%以下を上限とする。
B3+は、原料としてH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いることができる。
When B 3+ is contained in an amount of more than 0%, stable glass formation can be promoted and the liquidus temperature can be lowered, so that the devitrification resistance is enhanced, the meltability of the glass raw material is enhanced, and the glass is made of glass. It is an optional component that improves mechanical properties such as strength and crack resistance. Therefore, the content of B 3+ is preferably 0% or more, more preferably more than 0%, more preferably 5.0% or more, still more preferably 10.0% or more, still more preferably 13.0% or more, most preferably. The lower limit is preferably 15.0% or more.
On the other hand, if the amount of B 3+ increases, the chemical durability deteriorates and phase separation occurs. Therefore, the content of B 3+ is preferably 35.0% or less, more preferably 30.0% or less, still more preferably 27.0% or less, and most preferably 25.0% or less.
As the B 3+ , H 3 BO 3 , Na 2 B 4 O 7 , Na 2 B 4 O 7・ 10H 2 O, BPO 4 and the like can be used as raw materials.
Zn2+は、高温粘性を低下させることができる任意成分である。しかし、Zn2+の含有量が多過ぎると、ガラスが分相したり、耐失透性が低下したり、圧縮応力層の深さが小さくなり、さらに応力緩和が起こり易くなり、かえって圧縮応力が低下する場合がある。従って、Zn2+の含有量は、好ましくは0%以上、より好ましくは0%超、より好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは0.2%以上を下限とする。
他方で、Zn2+の含有量を2.0%以下にすることで、ガラスが分相したり、耐失透性の低下を抑えることができ、応力緩和による圧縮応力の低下を防ぐことができる。従って、Zn2+の含有量は、好ましくは2.0%以下、より好ましくは1.5%以下、より好ましくは1.0%以下、最も好ましくは0.8%以下を上限とする。
Zn 2+ is an optional component capable of reducing high temperature viscosity. However, if the content of Zn 2+ is too large, the glass is phase-separated, the devitrification resistance is lowered, the depth of the compressive stress layer is reduced, stress relaxation is more likely to occur, and the compressive stress is rather increased. May decrease. Therefore, the lower limit of the Zn 2+ content is preferably 0% or more, more preferably more than 0%, more preferably 0.1% or more, still more preferably 0.2% or more.
On the other hand, by setting the Zn 2+ content to 2.0% or less, it is possible to suppress the phase separation of the glass and the decrease in devitrification resistance, and it is possible to prevent the decrease in compressive stress due to stress relaxation. .. Therefore, the content of Zn 2+ is preferably 2.0% or less, more preferably 1.5% or less, more preferably 1.0% or less, and most preferably 0.8% or less.
Nb5+及びLa3+、Gd3+、Y3+、Yb3+等の希土類酸化物は、剛性を高める任意成分である。しかし、原料自体のコストが高く、また多量に添加すると、耐失透性が低下し易くなる。従って、希土類酸化物の含有量は、好ましくは3%以下、好ましくは2%以下、好ましくは1%以下、好ましくは0.5%以下、特に好ましくは0.1%以下を上限とする。
Nb5+、La3+、Gd3+、Y3+及びYb3+は、原料としてNb2O5、La2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)、Y2O3、YF3、Gd2O3、GdF3、Yb2O3等を用いることができる。
Rare earth oxides such as Nb 5+ and La 3+ , Gd 3+ , Y 3+ , and Yb 3+ are optional components that increase rigidity. However, the cost of the raw material itself is high, and if a large amount is added, the devitrification resistance tends to decrease. Therefore, the content of the rare earth oxide is preferably 3% or less, preferably 2% or less, preferably 1% or less, preferably 0.5% or less, and particularly preferably 0.1% or less.
Nb 5+, La 3+ , Gd 3+ , Y 3+ and Yb 3+ are raw materials such as Nb 2 O 5, La 2 O 3 , La (NO 3 ) 3 · XH 2 O (X is an arbitrary integer), Y 2 O 3 , YF 3 , Gd 2 O 3 , GdF 3 , Yb 2 O 3 , and the like can be used.
Ti4+は、イオン交換性能を高める成分であり、また高温粘性を低下させる任意成分である。従って、Ti4+の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは0.02%以上、最も好ましくは0.03%以上を下限とする。
他方で、Ti4+を10.0%以下とすることで、ガラスの着色を低減でき、内部透過率を高められる。従って、Ti4+の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%以下、さらに好ましくは1.0%以下を上限とする。
Ti4+は、原料としてTiO2等を用いることができる。
Ti 4+ is a component that enhances ion exchange performance and is an optional component that lowers high-temperature viscosity. Therefore, the lower limit of the Ti 4+ content is preferably more than 0%, more preferably 0.02% or more, and most preferably 0.03% or more.
On the other hand, by setting Ti 4+ to 10.0% or less, the coloring of the glass can be reduced and the internal transmittance can be increased. Therefore, the content of Ti 4+ is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less, and further preferably 1.0% or less.
For Ti 4+ , TIO 2 or the like can be used as a raw material.
Al3+は、イオン交換性能を高める任意成分である。Al3+が少な過ぎると、イオン交換性能を十分に発揮できない。従って、Al3+の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%以上、さらに好ましくは1.5%以上、最も好ましくは2.0%以上を下限とする。
他方で、Al3+の含有量を10.0%以下にすることで、Al3+の過剰な含有による失透を低減できる。従って、Al3+の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%以下、さらに好ましくは3.0%以下を上限とする。
Al3+は、原料としてAl2O3、Al(OH)3、AlF3等を用いることができる。
Al 3+ is an optional component that enhances ion exchange performance. If the amount of Al 3+ is too small, the ion exchange performance cannot be fully exhibited. Therefore, the lower limit of the content of Al 3+ is preferably more than 0%, more preferably 1.0% or more, further preferably 1.5% or more, and most preferably 2.0% or more.
On the other hand, by reducing the content of Al 3+ to 10.0% or less, devitrification due to excessive content of Al 3+ can be reduced. Therefore, the content of Al 3+ is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less, and further preferably 3.0% or less.
As the Al 3+ , Al 2 O 3 , Al (OH) 3 , Al F 3 and the like can be used as raw materials.
Mg2+は、ガラスの熔解温度を低くでき、高温粘性を低下させて、熔融性を高め、ヤング率を高めることができる任意成分である。
他方で、Mg2+の含有量を10.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑制しつつ、失透を低減できる。従って、Mg2+の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%以下、さらに好ましくは1.0%以下を上限とする。
Mg2+は、原料としてMgO、MgCO3、MgF2等を用いることができる。
Mg 2+ is an optional component that can lower the melting temperature of glass, lower the high temperature viscosity, increase the meltability, and increase Young's modulus.
On the other hand, by setting the content of Mg 2+ to 10.0% or less, devitrification can be reduced while suppressing a decrease in the refractive index. Therefore, the content of Mg 2+ is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less, and further preferably 1.0% or less.
As the Mg 2+ , MgO, MgCO 3 , MgF 2 , or the like can be used as a raw material.
Ca2+は、耐失透性の低下を伴うことなく、高温粘性を低下させて、熔融性を高め、ヤング率を高めることができる任意成分である。しかし、Ca2+の含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が高くなり、またガラス組成の成分バランスを欠いて、かえってガラスが失透し易くなったり、イオン交換性能が低下したり、イオン交換溶液を劣化させ易くなる傾向がある。従って、従って、Ca2+の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%以下、さらに好ましくは3.0%以下、最も好ましくは1.0以下を上限とする。
Ca2+は、原料としてCaCO3、CaF2等を用いることができる。
Ca 2+ is an optional component capable of lowering high-temperature viscosity, increasing meltability, and increasing Young's modulus without reducing devitrification resistance. However, if the content of Ca 2+ is too large, the density and the coefficient of thermal expansion become high, and the component balance of the glass composition is lost, so that the glass tends to be devitrified, the ion exchange performance deteriorates, and ions. It tends to deteriorate the exchange solution. Therefore, the Ca 2+ content is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less, still more preferably 3.0% or less, and most preferably 1.0 or less.
For Ca 2+ , CaCO 3 , CaF 2 , or the like can be used as a raw material.
Sr2+は、ガラスの熔解温度を低くでき、高温粘性を低下させて、熔融性を高め、ヤング率を高めることができる任意成分である。
他方で、Sr2+の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスが安定し、ガラスの失透性を抑えられる。従って、Sr2+の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%以下、さらに好ましくは1.0%以下を上限とする。
Sr2+は、原料としてSr(NO3)2、SrF2等を用いることができる。
Sr 2+ is an optional component that can lower the melting temperature of glass, lower the high-temperature viscosity, increase the meltability, and increase Young's modulus.
On the other hand, by setting the content of Sr 2+ to 10.0% or less, the glass is stabilized and the devitrification of the glass can be suppressed. Therefore, the content of Sr 2+ is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less, and further preferably 1.0% or less.
For Sr 2+ , Sr (NO 3 ) 2 , SrF 2 , or the like can be used as a raw material.
Ba2+は、0%超含有する場合に、高温粘性を低下させて、熔融性や成形性を高めることができる任意成分である。
他方で、Ba2+の含有量を20.0%以下にすることで、リヒートプレス時の失透を低減でき、イオン交換反応が阻害されにくくなる。従って、Ba2+の含有量は、好ましくは20.0%以下、より好ましくは15.0%以下、さらに好ましくは12.0%以下を上限とする。
Ba2+は、原料としてBaCO3、Ba(NO3)2等を用いることができる。
Ba 2+ is an optional component capable of lowering high-temperature viscosity and improving meltability and moldability when it is contained in an amount of more than 0%.
On the other hand, by setting the Ba 2+ content to 20.0% or less, devitrification during reheat pressing can be reduced, and the ion exchange reaction is less likely to be inhibited. Therefore, the content of Ba 2+ is preferably 20.0% or less, more preferably 15.0% or less, still more preferably 12.0% or less.
For Ba 2+ , BaCO 3 , Ba (NO 3 ) 2 , and the like can be used as raw materials.
Rn+(式中、Rn+はLi+、Na+、K+からなる群より選択される1種以上)の含有量の和(質量和)は、5.0%以上含有する場合に、熔融性や成形性を高めることができる任意成分である。従って、Rn+の和は、好ましくは5.0%以上、より好ましくは15.0%以上、より好ましくは20.0%以上を下限とする。
他方で、 Rn+の含有量の和(質量和)は、35.0%以下とすることで、屈折率の低下を抑えられ、且つ過剰な含有による失透を低減できる。従って、好ましくは35.0%以下、より好ましくは32.0%以下、さらに好ましくは30.0%以下を上限とする。
The sum of the contents (mass sum) of Rn + (in the formula, Rn + is one or more selected from the group consisting of Li + , Na + , and K + ) is melted when it is contained in an amount of 5.0% or more. It is an optional component that can enhance the properties and moldability. Therefore, the lower limit of the sum of Rn + is preferably 5.0% or more, more preferably 15.0% or more, and more preferably 20.0% or more.
On the other hand, when the sum of the contents of Rn + (sum of mass) is 35.0% or less, the decrease in the refractive index can be suppressed and the devitrification due to the excessive content can be reduced. Therefore, the upper limit is preferably 35.0% or less, more preferably 32.0% or less, and further preferably 30.0% or less.
Zr4+は、0%超含有する場合に、ガラスの屈折率及びアッベ数を高めることができる任意成分である。
他方で、Zr4+の含有量を10.0%以下にすることで、失透を低減でき、且つ、より均質なガラスを得易くできる。従って、Zr4+の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%以下、より好ましくは1.0%以下を上限とする。
Zr4+は、原料としてZrO2、ZrF4等を用いることができる。
Zr 4+ is an optional component that can increase the refractive index and Abbe number of glass when it is contained in excess of 0%.
On the other hand, by setting the content of Zr 4+ to 10.0% or less, devitrification can be reduced and more homogeneous glass can be easily obtained. Therefore, the content of Zr 4+ is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less, and more preferably 1.0% or less.
For Zr 4+ , ZrO 2 , ZrF 4 , or the like can be used as a raw material.
Ta5+は、0%超含有する場合に、屈折率を高め、アッベ数を高められる任意成分である。
他方で、Ta5+の含有量を10.0%以下にすることで、Ta5+の過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。従って、Ta5+の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%以下、さらに好ましくは3.0%以下、さらに好ましくは1.0%以下を上限とする。
Ta5+は、原料としてTa2O5等を用いることができる。
Ta 5+ is an optional component that can increase the refractive index and the Abbe number when it is contained in excess of 0%.
On the other hand, by setting the Ta 5+ content to 10.0% or less, the devitrification of the glass due to the excessive Ta 5+ content can be reduced. Therefore, the content of Ta 5+ is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less, still more preferably 3.0% or less, still more preferably 1.0% or less.
For Ta 5+ , Ta 2 O 5 or the like can be used as a raw material.
W6+は、0%超含有する場合に、屈折率を高めてアッベ数を低くし且つガラス原料の熔解性を高められる任意成分である。
他方で、W6+の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減し、ガラスの失透を抑制することができる。従って、W6+の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%以下、さらに好ましくは3.0%以下、さらに好ましくは1.0%以下を上限とする。
W6+は、原料としてWO3等を用いることができる。
W 6+ is an optional component that, when it is contained in excess of 0%, can increase the refractive index, reduce the Abbe number, and enhance the meltability of the glass raw material.
On the other hand, by setting the W 6+ content to 10.0% or less, the coloring of the glass can be reduced and the devitrification of the glass can be suppressed. Therefore, the content of W 6+ is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less, still more preferably 3.0% or less, still more preferably 1.0% or less.
For W 6+ , WO 3 or the like can be used as a raw material.
P5+は、0%超含有する場合に、ガラスの安定性を高められ、イオン交換性能を高め、圧縮応力層の深さを大きくすることができる任意成分である。
一方で、P5+の含有量を10.0%以下にすることで、P5+の過剰な含有による失透を低減でき、ガラスの分相を防ぎ、耐水性が低下することを抑えることができる。従って、P5+の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%以下、さらに好ましくは3.0%以下を上限とする。
P5+は、原料としてAl(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等を用いることができる。
P 5+ is an optional component capable of enhancing the stability of the glass, enhancing the ion exchange performance, and increasing the depth of the compressive stress layer when the content exceeds 0%.
On the other hand, by reducing the content of P 5+ to 10.0% or less, devitrification due to excessive content of P 5+ can be reduced, phase separation of glass can be prevented, and deterioration of water resistance can be suppressed. .. Therefore, the content of P 5+ is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less, and further preferably 3.0% or less.
For P 5+ , Al (PO 3 ) 3 , Ca (PO 3 ) 2 , Ba (PO 3 ) 2 , BPO 4 , H 3 PO 4 , and the like can be used as raw materials.
Ge4+は、0%超含有する場合に、屈折率を高めることができる任意成分である。
他方で、Ge4+の含有量を10.0%以下にすることで、失透を抑制できる。従って、Ge4+の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%以下、さらに好ましくは3.0%以下を上限とする。
Ge4+は、原料としてGeO2等を用いることができる。
Ge 4+ is an optional component capable of increasing the refractive index when it is contained in excess of 0%.
On the other hand, devitrification can be suppressed by setting the content of Ge 4+ to 10.0% or less. Therefore, the content of Ge 4+ is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less, still more preferably 3.0% or less.
For Ge 4+ , GeO 2 or the like can be used as a raw material.
Sn4+は、0%超含有する場合に、熔解したガラスを清澄(脱泡)でき、且つイオン交換性能を高めることができる任意成分である。
一方で、Sn4+の含有量を1.0%以下にすることで、熔融ガラスの還元によるガラスの着色や、ガラスの失透を生じ難くすることができる。また、Sn4+と熔解設備(特にPt等の貴金属)との合金化が低減されるため、熔解設備の長寿命化を図ることができる。従って、Sn4+の含有量は、好ましくは1.0%以下、より好ましくは0.5%以下、さらに好ましくは0.1%以下を上限とする。
Sn4+は、原料としてSnO、SnO2、SnF2、SnF4等を用いることができる。
Sn 4+ is an optional component capable of clarifying (defoaming) the melted glass and enhancing the ion exchange performance when the content exceeds 0%.
On the other hand, by setting the Sn 4+ content to 1.0% or less, it is possible to prevent the glass from being colored or devitrified by the reduction of the molten glass. Further, since the alloying of Sn 4+ and the melting equipment (particularly noble metal such as Pt) is reduced, the life of the melting equipment can be extended. Therefore, the Sn 4+ content is preferably 1.0% or less, more preferably 0.5% or less, still more preferably 0.1% or less.
For Sn 4+ , SnO, SnO 2 , SnF 2 , SnF 4 , and the like can be used as raw materials.
Sb3+は、0%超含有する場合にガラスの脱泡を促進し、ガラスを清澄する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。Sb3+は、ガラス全質量に対する含有量を1.0%以下にすることで、ガラス熔融時における過度の発泡を生じ難くすることができ、Sb3+が熔解設備(特にPt等の貴金属)と合金化し難くすることができる。従って、Sb3+の含有率は、好ましくは1.0%以下、より好ましくは0.8%以下、さらに好ましくは0.6%以下を上限とする。
Sb3+は、原料としてSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いることができる。
Sb 3+ is a component that promotes defoaming of glass and clears glass when it is contained in excess of 0%, and is an optional component in the optical glass of the present invention. By setting the content of Sb 3+ to 1.0% or less of the total mass of the glass, it is possible to prevent excessive foaming during glass melting, and Sb 3+ is an alloy with melting equipment (particularly precious metals such as Pt). It can be difficult to change. Therefore, the content of Sb 3+ is preferably 1.0% or less, more preferably 0.8% or less, and further preferably 0.6% or less.
As the Sb 3+ , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 5 , Na 2 H 2 Sb 2 O 7.5 H 2 O and the like can be used as raw materials.
なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記のSb3+に限定されるものではなく、ガラス製造の分野における公知の清澄剤や脱泡剤、或いはそれらの組み合わせを用いることができる。 The component that clarifies and defoams the glass is not limited to the above Sb 3+ , and a clarifying agent, a defoaming agent, or a combination thereof known in the field of glass production can be used.
F-は、0%超含有する場合に、ガラスを失透し難くする性質を有する。
他方で、F-は、含有率が多いと、ガラスのアッベ数を過剰に高め、屈折率を低下させ、液相温度を低下させる。従って、F-の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは7.0%以下、さらに好ましくは5.0%以下を上限とする。
F-は、原料として例えばAlF3、MgF2、BaF2等の各種カチオン成分のフッ化物を用いてガラス内に含有させることができる。
F − has a property of making it difficult for the glass to be devitrified when it is contained in excess of 0%.
On the other hand, when the content of F − is high, the Abbe number of the glass is excessively increased, the refractive index is lowered, and the liquidus temperature is lowered. Therefore, the content of F − is preferably 10.0% or less, more preferably 7.0% or less, still more preferably 5.0% or less.
F − can be contained in glass by using fluoride of various cationic components such as AlF 3 , MgF 2 , and BaF 2 as a raw material.
<含有すべきでない成分について>
次に、本発明の光学ガラスに含有すべきでない成分、及び含有することが好ましくない成分について説明する。
<Ingredients that should not be included>
Next, components that should not be contained in the optical glass of the present invention and components that are not preferable to be contained will be described.
他の成分を本発明のガラスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加できる。ただし、Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Luを除く、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でもガラスが着色し、可視域の特定の波長に吸収を生じる性質があるため、特に可視領域の波長を使用する光学ガラスにおいては、実質的に含まないことが好ましい。 Other components can be added as needed within a range that does not impair the characteristics of the glass of the present invention. However, each transition metal component such as V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag and Mo, excluding Ti, Zr, Nb, W, La, Gd, Y, Yb and Lu, is used alone. Alternatively, even if the glass is compounded and contained in a small amount, the glass is colored and has a property of causing absorption at a specific wavelength in the visible region. ..
また、Pb2+等の鉛化合物及びAs3+等の砒素化合物は、環境負荷が高い成分であるため、実質的に含有しないこと、すなわち、不可避な混入を除いて一切含有しないことが望ましい。 Further, since lead compounds such as Pb 2+ and arsenic compounds such as As 3+ are components having a high environmental load, it is desirable that they are not substantially contained, that is, they are not contained at all except for unavoidable contamination.
さらに、Th、Cd、Tl、Os、Be、及びSeの各成分は、近年有害な化学物質として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には、これらを実質的に含有しないことが好ましい。 Furthermore, each component of Th, Cd, Tl, Os, Be, and Se has tended to refrain from being used as a harmful chemical substance in recent years, and is used not only in the glass manufacturing process but also in the processing process and disposal after commercialization. Environmental measures are required up to this point. Therefore, when the environmental impact is emphasized, it is preferable that these are not substantially contained.
[製造方法]
本発明に用いる光学ガラスは、例えば以下のように作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を白金坩堝、石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗熔融した後、金坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて1000~1400℃の温度範囲で3~5時間熔融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、950~1250℃の温度に下げてから仕上げ攪拌を行って脈理を除去し、金型に鋳込んで徐冷することにより作製される。
[Production method]
The optical glass used in the present invention is produced, for example, as follows. That is, the above raw materials are uniformly mixed so that each component is within a predetermined content range, and the prepared mixture is put into a platinum crucible, a quartz crucible or an alumina crucible and roughly melted, and then a gold crucible and a platinum crucible. , Platinum alloy crucible or iridium crucible, melted in a temperature range of 1000 to 1400 ° C for 3 to 5 hours, stirred and homogenized to break bubbles, etc., then lowered to a temperature of 950 to 1250 ° C and then finished stirring. It is produced by removing the crucible, casting it in a mold, and slowly cooling it.
[光学素子]
作製された光学ガラスから、例えばモールドプレス成形の手段を用いて、ガラス光学素子を作製できる。すなわち、光学ガラスからモールドプレス成形用のプリフォームを作製し、このプリフォームに対してモールドプレス成形を行ってガラス成形体を作製したり、例えば研磨加工を行って作製したプリフォームに対してモールドプレス成形を行ってガラス光学素子を作製したりできる。なお、ガラス成形体を作製する手段は、これらの手段に限定されない。
[Optical element]
A glass optical element can be manufactured from the manufactured optical glass by using, for example, mold press molding means. That is, a preform for mold press molding is produced from optical glass, and the preform is molded by mold press molding to produce a glass molded body, or, for example, a preform produced by polishing is molded. A glass optical element can be manufactured by press molding. The means for producing the glass molded body is not limited to these means.
このようにして作製される光学素子は、その中でも特に、レンズやプリズム等の用途に用いることが好ましい。これにより、光学素子が設けられる光学系の透過光における、色収差による色のにじみが低減される。そのため、この光学素子をカメラに用いた場合は撮影対象物をより正確に表現でき、この光学素子をプロジェクタに用いた場合は所望の映像をより高精彩に投影できる。 The optical element thus produced is particularly preferably used for applications such as lenses and prisms. As a result, color bleeding due to chromatic aberration in the transmitted light of the optical system provided with the optical element is reduced. Therefore, when this optical element is used in a camera, an object to be photographed can be expressed more accurately, and when this optical element is used in a projector, a desired image can be projected with higher definition.
本発明の光学素子の化学強化法は、ガラスの歪点以下の温度でイオン交換処理によりガラスの表面にイオン半径が大きいアルカリイオンを導入する方法である。化学強化法で圧縮応力層を形成すれば、ガラスの板厚が小さい場合でも、圧縮応力層を適正に形成し得ると共に、圧縮応力層を形成した後に、強化ガラスを切断しても、風冷強化法等の物理強化法と異なり、強化ガラスが容易に破壊しないという特徴がある。 The chemical strengthening method of the optical element of the present invention is a method of introducing alkaline ions having a large ionic radius into the surface of glass by ion exchange treatment at a temperature equal to or lower than the strain point of the glass. If the compressive stress layer is formed by the chemical strengthening method, the compressive stress layer can be formed properly even if the glass plate thickness is small, and even if the tempered glass is cut after the compressive stress layer is formed, it is air-cooled. Unlike the physical strengthening method such as the strengthening method, the tempered glass is not easily broken.
化学強化法は、例えば次のような工程で実施することができる。結晶化ガラス母材を、カリウムまたはナトリウムを含有する塩、例えば硝酸カリウム(KNO3)、硝酸ナトリウム(NaNO3)またはその混合塩や複合塩の溶融塩に接触または浸漬させる。この溶融塩に接触または浸漬させる処理(化学強化処理)は、1段階でもよく2段階で処理してもよい。 The chemical fortification method can be carried out, for example, in the following steps. The crystallized glass base material is contacted or immersed in a salt containing potassium or sodium, such as potassium nitrate (KNO 3 ), sodium nitrate (NaNO 3 ) or a mixed salt thereof or a molten salt of a composite salt. The treatment of contacting or immersing the molten salt (chemical strengthening treatment) may be performed in one step or in two steps.
例えば、1段階化学強化処理の場合、350℃~550℃で加熱したカリウムまたはナトリウムを含有する塩、またはその混合塩に30分~24時間接触または浸漬させる。2段階化学強化処理の場合、第1に350℃~550℃で加熱したナトリウム塩またはカリウムとナトリウムの混合塩に30分~24時間接触または浸漬させる。続けて第2に350℃~550℃で加熱したカリウム塩またはカリウムとナトリウムの混合塩に30分~24時間接触または浸漬させる。 For example, in the case of a one-step chemical strengthening treatment, the salt containing potassium or sodium heated at 350 ° C. to 550 ° C., or a mixed salt thereof, is contacted or immersed for 30 minutes to 24 hours. In the case of the two-step chemical strengthening treatment, first, it is contacted or immersed in a sodium salt heated at 350 ° C. to 550 ° C. or a mixed salt of potassium and sodium for 30 minutes to 24 hours. Subsequently, it is contacted or immersed in a potassium salt heated at 350 ° C. to 550 ° C. or a mixed salt of potassium and sodium for 30 minutes to 24 hours.
表1は、本実施例及び比較例で使用するガラスの組成例(a―c)である。なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例にのみ限定されるものではない。 Table 1 is a composition example (ac) of the glass used in this example and the comparative example. The following examples are for illustrative purposes only, and are not limited to these examples.
表1のガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、メタ燐酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度の原料を選定し、表1に示した組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、石製坩堝(ガラスの熔融性によっては白金坩堝、アルミナ坩堝を用いても構わない)に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で1100~1400℃の温度範囲で0.5~5時間熔解した後、白金坩堝に移して攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1000~1200℃に温度を下げて攪拌均質化してから金型に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。 For the glass in Table 1, high-purity raw materials used for ordinary optical glass such as oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, fluorides, and metaphosphate compounds corresponding to each component are selected as raw materials. Then, after weighing and mixing uniformly so as to have the composition ratio shown in Table 1, the glass is put into a stone crucible (a platinum crucible or an alumina crucible may be used depending on the meltability of the glass) and glass. Depending on the difficulty of melting the composition, it is melted in an electric furnace in a temperature range of 1100 to 1400 ° C. for 0.5 to 5 hours, then transferred to a platinum crucible, stirred and homogenized to break bubbles, and then 1000 to 1200 ° C. After lowering the temperature to homogenize by stirring, the glass was cast into a mold and slowly cooled to prepare glass.
表2のガラスの屈折率(nd)、アッベ数(νd)は、JIS B 7071-2:2018に規定されるVブロック法に準じて測定した。 The refractive index (nd) and Abbe number (νd) of the glass in Table 2 were measured according to the V-block method specified in JIS B 7071-2: 2018.
表2の光弾性定数の測定方法は、試料形状を対面研磨して直径25mm、厚さ8mmの円板状とし、側面方向に圧縮荷重0~約100.kgfを加え、ガラスの中心に生じる波長546.1nmにおける光路差を測定し、δ=β・d・Fの関係式により求めた。上記式では、光路差をδ(nm)、ガラスの厚さをd(cm)、応力をF(MPa)として表記している。 The method for measuring the photoelastic constant in Table 2 is that the sample shape is face-to-face polished to form a disk with a diameter of 25 mm and a thickness of 8 mm, and the compressive load is 0 to about 100 in the lateral direction. kgf was added, and the optical path difference at a wavelength of 546.1 nm generated in the center of the glass was measured and determined by the relational expression of δ = β · d · F. In the above formula, the optical path difference is expressed as δ (nm), the glass thickness is expressed as d (cm), and the stress is expressed as F (MPa).
光弾性定数は、表面の圧縮応力層の圧縮応力と圧縮応力層の深さを測定するのに用いる。 The photoelastic constant is used to measure the compressive stress of the surface compressive stress layer and the depth of the compressive stress layer.
表2のガラスの平均線熱膨張係数α(100-300℃)は、日本光学硝子工業会規格JOGIS08-2003「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に従い、温度と試料の伸びとの関係を測定することで得られる熱膨張曲線より求めた。 The average coefficient of linear thermal expansion α (100-300 ° C.) of glass in Table 2 measures the relationship between temperature and sample elongation in accordance with the Japan Optical Glass Industry Association standard JOBIS08-2003 “Method for measuring thermal expansion of optical glass”. It was obtained from the thermal expansion curve obtained by doing so.
表2のヤング率は、JIS R 1602:1995に規定されるファインセラミックスの弾性率試験方法に準じて測定した。 The Young's modulus in Table 2 was measured according to the elastic modulus test method for fine ceramics specified in JIS R 1602: 1995.
表2のlogη=8.5(粘性)となる温度は、試料形状が約φ7×7mmt、平面が平行になるようにガラス試料を加工し、硝子平行板粘度測定装置(型番:PPVM-1100)を用いて測定を実施した。 The temperature at which logη = 8.5 (viscosity) in Table 2 is such that the sample shape is about φ7 × 7 mmt, the glass sample is processed so that the planes are parallel, and the glass parallel plate viscosity measuring device (model number: PPVM-1100). The measurement was carried out using.
各試料(a―c)を切断及び研削し、さらに厚みが約1.0mmとなるように両面平行研磨し、ガラス板を作製した。 Each sample (ac) was cut and ground, and double-sided parallel polishing was performed so that the thickness was about 1.0 mm to prepare a glass plate.
次に作製したガラス板に対して表3から表5の条件で化学強化処理を行った。表面応力計(折原製作所製FSM-6000LE)を用いて観察される干渉縞の本数とその間隔から表面の圧縮応力層の圧縮応力と圧縮応力層の深さを算出した。算出に当たり、各試料の屈折率(nd)ならびに光学弾性定数(β)の測定値を用いた。 Next, the prepared glass plate was chemically strengthened under the conditions shown in Tables 3 to 5. The compressive stress of the surface compressive stress layer and the depth of the compressive stress layer were calculated from the number of interference fringes observed using a surface stress meter (FSM-6000LE manufactured by Orihara Seisakusho) and their intervals. In the calculation, the measured values of the refractive index (nd) and the optical elastic constant (β) of each sample were used.
表3には化学強化処理を行った試料aの実施例及び比較例を示している。 Table 3 shows an example and a comparative example of the sample a subjected to the chemical strengthening treatment.
表4には化学強化処理を行った試料bの実施例及び比較例を示している。 Table 4 shows an example and a comparative example of the sample b subjected to the chemical strengthening treatment.
表5には化学強化処理を行った試料cの実施例を示している。 Table 5 shows an example of the sample c that has been chemically strengthened.
表2で表されるように、本実施例及び比較例で使用する試料(a―c)のlogη=8.5(粘性)となる温度は、700℃未満であった。このため、本実施例及び比較例で使用する試料(a―c)はプレス成形性に優れていることが明らかとなった。 As shown in Table 2, the temperature at which logη = 8.5 (viscosity) of the sample (ac) used in this example and comparative example was less than 700 ° C. Therefore, it was clarified that the samples (ac) used in this example and the comparative example were excellent in press formability.
また試料(a―c)は、いずれも屈折率(nd)が1.45000以上1.70000以下、アッベ数(νd)が、45.00以上70.00以下であり所望の範囲内であった。 Further, the samples (ac) had a refractive index (nd) of 1.45,000 or more and 1.70000 or less, and an Abbe number (νd) of 45.00 or more and 70.00 or less, which were within the desired ranges. ..
表3から表5で表される実施例の圧縮応力は100~1000Mpa、圧縮応力層の深さは10~100μmであり、所望の範囲内であった。表4で表される比較例b-1は、圧縮応力層の深さが9.7μmしかなく、所望の範囲外であった。 The compressive stress of the examples represented by Tables 3 to 5 was 100 to 1000 Mpa, and the depth of the compressive stress layer was 10 to 100 μm, which were within the desired range. In Comparative Example b-1 represented by Table 4, the depth of the compressive stress layer was only 9.7 μm, which was out of the desired range.
表3から表5で表されるように、実施例の圧縮応力/熱応力は1.00以上であった。このため表3から表5で表されている実施例は、耐熱衝撃性が良好であった。 As shown in Tables 3 to 5, the compressive stress / thermal stress of the examples was 1.00 or more. Therefore, the examples shown in Tables 3 to 5 had good thermal impact resistance.
以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、本実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を当業者により成し得ることが理解されよう。
Although the present invention has been described in detail above for the purpose of illustration, the present embodiment is merely for the purpose of illustration, and many modifications can be made by those skilled in the art without departing from the idea and scope of the present invention. Will be understood.
Claims (5)
圧縮応力層の圧縮応力が100~1000MPa、圧縮応力層の深さが10~100μmであり、
logη=8.5(粘性)となる温度が700℃未満である光学素子。 An optical element having a compressive stress layer on its surface.
The compressive stress of the compressive stress layer is 100 to 1000 MPa, and the depth of the compressive stress layer is 10 to 100 μm.
An optical element having a temperature of less than 700 ° C. at logη = 8.5 (viscosity).
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