專利名稱：：光學玻璃及光學元件的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及光學玻璃及由該光學玻璃構成的光學元件。更詳細地說，涉及具有中折射率低色散之光學常數的適合于模壓成型的光學玻璃及由該光學玻璃構成的光學元件。
背景技術：
：各種光盤用光拾取鏡頭、搭載在手機中的攝像用鏡頭等由光學玻璃構成的各種光學元件被廣泛使用。近年來，由于這種光學元件的需求激增，所以要求提高生產力和降低成本。為此，作為這種光學元件的制造方法，最近廣泛采用模壓成型法，該方法與以往的研磨方法相比制造工序少，能夠以短時間廉價制造光學元件。模壓成型法大致可以分為再加熱方式和直接模壓方式。再加熱方式是制作具有近似于最終產品形狀的無研磨預成型品或研磨預成型品后，再次將這些預成型品加熱到玻璃軟化點以上的溫度，用加熱了的上下一對成型模具模壓成型形成最終產品形狀。而直接模壓方式是從玻璃熔融爐直接向加熱了的成型模具上滴下熔融玻璃滴，通過模壓成型形成最終產品形狀。上述任何一種方式，都必須在模壓成型時將成型模具加熱到被成型光學玻璃的玻璃轉移溫度Tg附近或以上的溫度。因此，被成型光學玻璃的玻璃轉移溫度Tg越高，成型模具越容易產生表面氧化和金屬成分變化，成型模具的壽命縮短，導致生產成本上升。雖然可以考慮在氮等惰性氣體大氣下成型來抑制上述成型模具劣化的方法，但是為了控制大氣成型裝置變得復雜，另外必須惰性氣體的運行成本，所以生產成本上升。因此，作為用于模壓成型法的光學玻璃優(yōu)選玻璃轉移溫度Tg盡量低。另外，考慮到制造時的作業(yè)環(huán)境，優(yōu)選不含有PbO、As203、Te02、313203及氟化物成分的任何一種。從上述觀點出發(fā)，有幾種中折射率低色散且玻璃轉移溫度Tg低的光學玻璃被提案(參照例如專利文獻15)。專利文獻1:特開2004—217513號公報專利文獻2:特開2007—145613號公報專利文獻3:特開平2—124743號公報專利文獻4:特開2002—211949號公報專利文獻5:特開2005—53749號公報但是，上述專利文獻15中記載的光學玻璃，它們的成分比重視降低玻璃轉移溫度Tg，存在韌性低(脆)之缺點。因此存在一個問題，在模壓成型和模壓成型后進行的定心等后工序時，由于受到沖擊容易出現裂縫。
發(fā)明內容本發(fā)明鑒于上述技術問題，目的在于提供一種光學玻璃及由該光學玻璃構成的光學元件，這種光學玻璃具有中折射率低色散之光學常數，玻璃轉移溫度Tg低，不易出現裂縫。為了解決上述課題，本發(fā)明具有以下特征。1.一種光學玻璃，其特征在于，含有相對玻璃成分總體的質量百分比如下的各玻璃成分P205:3545質量％(不包括45質量％);B203:0.510質量％(不包括10質量％);A1203:016質量％;Si02:02.5質量％;Ba0:026質量％;Sr0:020質量％;ZnO:2349質量％;CaO:620質量％(不包括6質量％);Mg0:016質量％;其中BaO、SrO、ZnO、Ca0及Mg0的合計含有量在55質量％以下，Li20:01質量％(但不包括1質量％);Na20:319質量％;K20:020質量％;其中Li20、Na20及120的合計含有量在24質量％以下。2.上述l中記載的光學玻璃，其特征在于，含有相對玻璃成分總體的質量百分比如下的各玻璃成分Ti02:05質量％(但不包括5質量％);Zr02:010質量％;Ta205:10質量％。3.上述1或2中記載的光學玻璃，其特征在于，不含有PbO、As203、Te02、Sb203及氟化物成分的任何一種。4.上述13的任何一項中記載的光學玻璃，其特征在于，具有折射率nd在l.551.62、阿貝數vd在5562范圍的光學常數，玻璃轉移溫度Tg在450"C以下，壓入維氏硬度計壓頭所得壓痕的對角線長度L1，除以從該壓痕四角延伸的裂縫長度L2，所得的值(L1/L2)在0.38以上；其中，L1=(A1+A2)/2;Al、A2:相互垂直的2個方向上的所述壓痕的對角線長度；L2=(Bl+B2)/2;Bl:Al方向延伸的2根所述裂縫的兩端的長度；B2:A2方向延伸的2根所述裂縫的兩端的長度。5.—種光學元件，其特征在于，由上述14的任何一項中記載的光學玻璃構成。6.上述5中記載的光學元件，其特征在于，用成型模具模壓成型制造。圖1:維氏硬度計壓痕的模式圖。具體實施例方式以下說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。本發(fā)明優(yōu)選實施方式的光學玻璃，因為含有所定量的所定玻璃成分，所以具備下述特性具有中折射率低色散之光學常數、玻璃轉移溫度Tg低、不易出現裂縫。因此，能夠通過模壓成型法以良好的生產力低成本制造光學元件。為了達成上述目本發(fā)明人員反復銳意探討，得到見解使P205系玻璃中多含有ZnO能夠維持所定的光學常數而且不使韌性大大降低并且降低玻璃轉移溫度Tg。進一步反復探討結果發(fā)現將Li20的含有量抑制在1質量％未滿，并且限定R'20成分(R，=Li、Na、K)的合計量，這樣能夠大大提高韌性。并且發(fā)現使含有所定量的B203，這樣能夠得到玻璃轉移溫度Tg低、韌性高不易出現裂縫的玻璃，由此構成本發(fā)明。加上因為提高了耐候性，所以使含有的Ca0多于6質量％。另外考慮到制造時的作業(yè)環(huán)境，不含Pb0、As203、Te02、Sb203及氟化物成分的任何一種，所以優(yōu)選。也就是說，本實施方式的光學玻璃如上所述，因為按所定比例含有各成分，所以具備下述特性具有中折射率低色散之光學常數、玻璃轉移溫度Tg低、不易出現裂縫(韌性高)。優(yōu)選折射率nd在1.551.62范圍、阿貝數vd在5862范圍的光學常數，玻璃轉移溫度Tg在45(TC以下。作為裂縫出現難度(韌性的高度)的指標，采用下述(L1/L2)時，優(yōu)選(L1/L2)在0.38以上。L1/L2本說明書中，用下述作為表示裂縫出現難度(韌性的高度)的指標壓入維氏硬度計壓頭所得壓痕的對角線長度L1除以從該壓痕四角延伸的裂縫長度L2所得的值(L1/L2)。L1及L2分別由下式求得。Ll=(Al+A2)/2Al、A2:相互垂直的2個方向的所述壓痕的對角線長度L2=(Bl+B2)/2Bl:A1方向延伸的2根所述裂縫的兩端的長度B2:A2方向延伸的2根所述裂縫的兩端的長度圖1是在玻璃表面壓入維氏硬度計壓頭所得的壓痕(維氏硬度計壓痕10)模式圖。裂縫11a11d分別從維氏硬度計壓痕10的四個角延伸。如圖l所示，分別測定垂直2個方向的維氏硬度計壓痕10的對角線長度(A1、A2)、Al方向延伸的2根裂縫(11a、lib)的兩端的長度(B1)、A2方向延伸的2根裂縫(11c、11d)的兩端的長度(B2)，由上式求出L1、L2。由上式可知，(L1/L2)值在01，越不易出現裂縫，其值越大，接近1玻璃成分接下去，對上述限定本實施方式光學玻璃各成分含有量的理由，作詳細說明。沒有特殊表明時，各成分的含有量相對玻璃成分總體而言。P20s是構成玻璃骨架的成分(玻璃構成物)，含有量不到35質量％的話玻璃不安定，出現強烈失透傾向。反之P20s含有量達到45質量％以上的話得不到所望的光學常數，而且耐候性顯著惡化。因此，必須使P20s的含有量在3545質量％(不包括45質量％)范圍。其中較優(yōu)選在4044.5質量%范圍。B203具有使玻璃安定和提高韌性(L1/L2)使不易產生裂縫的效果，必須含有O.5質量％以上。另外還有減小線膨脹系數的效果。反之B203的含有量達到l0質量X以上的話玻璃轉移溫度Tg上升，耐失透性降低。因此，必須使B2O3的含有量在0.510質量％(不包括l0質量％)范圍。其中較優(yōu)選在15質量％范圍。A1203具有減小線膨脹系數的效果，同時還具有提高玻璃耐候性的效果。但是A1203的含有量超過16質量X的話玻璃轉移溫度Tg升高，同時玻璃不安定，耐失透性降低。因此，必須使A1203的含有量在016質量％范圍(包括0)。其中較優(yōu)選在16質量％范圍。Si02具有降低折射率11d和提高耐候性的效果。但Si02的含有量超過2.5質量％的話玻璃中容易殘留未溶物。因此，必須使Si02的含有量在02.5質量％范圍(包括0)。BaO具有提高折射率nd和提高玻璃安定性的效果。但Ba0的含有量超過26質量％的話線膨脹系數太大。因此，必須使BaO的含有量在026質量％范圍(包括Q)。其中較優(yōu)選在115質量％范圍。SrO具有提高玻璃安定性的效果。但SrO的含有量超過20質量％的話玻璃不安定，失透傾向增大。因此，必須使SrO的含有量在020質量％范圍(包括0)。其中較優(yōu)選在010(包括0)質量％范圍。ZnO具有不太大降低韌性(L1/L2)地使玻璃轉移溫度Tg降低之效果。另外也不增大線膨脹系數。Zn0的含有量在不到23質量％的話不能夠充分得到使玻璃轉移溫度Tg降低的效果。反之ZnO的含有量超過49質量％的話玻璃的安定性降低失透傾向增大。因此，必須使ZnO的含有量在2349質量％范圍。其中較優(yōu)選在23.538質量％范圍。CaO具有減小線膨脹系數、提高玻璃化學耐久性和耐候性的效果。Ca0的含有量在6質量％以下的話不能充分得到上述效果。反之CaO的含有量超過20質量X的話玻璃轉移溫度Tg上升，玻璃變得不安定失透傾向增大，并且韌性(L1/L2)也降低。因此，必須使Ca0的含有量在620質量％(不包括6質量％)范圍。其中較優(yōu)選在6.510質量％范圍。MgO具有減小線膨脹系數、提高玻璃耐候性的效果。但MgO的含有量超過l6質量％的話玻璃變得不安定失透傾向增大，并且韌性(Ll/L2)也降低。因此，必須使MgO的含有量在O16質量％范圍(包括0)。其中較優(yōu)選在07質量％范圍(包括O)。上述RO成分(BaO、SrO、ZnO、CaO及MgO)的合計含有量超過55質量％的話玻璃變得不安定失透傾向增大。因此，必須使上述RO成分的合計含有量在55質量％以下。其中較優(yōu)選在48質量％以下。Li20使玻璃轉移溫度Tg降低的效果非常高。但Li20的含有量在1質量％以上的話韌性(L1/L2)顯著下降。另外線膨脹系數變大，玻璃的耐候性也大大降低。因此，必須使Li20的含有量在01質量％范圍(包括0但不包括1質量％)。其中較優(yōu)選在0.20.6質量％范圍。Na20具有使玻璃轉移溫度Tg降低的效果，必須使含有3質量％以上。反之Na20的含有量超過19質量％的話韌性(L1/L2)降低，同時化學耐久性降低。因此，必須使Na20的含有量在319質量Q/^范圍。其中較優(yōu)選在3.510質量％范圍。K20與Na20相同，具有降低玻璃轉移溫度Tg的效果。但K20的含有量超過20質量％的話韌性(L1/L2)降低同時耐失透性下降。因此，必須使K20的含有量在020質量％范圍(包括0)。其中較優(yōu)選在110質量％范圍。上述R，20成分(Li20、Na20及K20)的合計含有量超過24質量%的話韌性(L1/L2)降低同時耐候性惡化。因此，必須使上述R，20成分的合計含有量在24質量％以下。其中較優(yōu)選在l2質量％以下。Ti02具有使折射率11d上升使玻璃安定之效果。但Ti02的含有量在5質量％以上的話阿貝數vd變小，有時難以得到所望的光學常數，另外玻璃有可能著色。因此，優(yōu)選TiO2的含有量在05質量％范圍(包括0但不包括5質量％)。Zr02具有調整光學常數和提高耐候性的效果。但Zr02的含有量超過10質量％的話有時難以維持所望的阿貝數vd。因此優(yōu)選Zr02的含有量在010質量％范圍(包括0)。Ta205具有調整光學常數和提高化學耐久性之效果。但Ta205的含有量超過l0質量％的話有時玻璃變得不安定失透傾向增大。因此優(yōu)選丁&205的含有量在010質量％范圍(包括0)。本實施方式的光學玻璃中，優(yōu)選在一般被用作光學玻璃的成分中除了上述成分之外不含有其他成分(例如La203、MnO、Nb203、Bi203、\￥03等)。但允許在不影響本實施方式光學玻璃特性程度的含有。此時優(yōu)選P20s、B203、Al2〇3、Si02、BaO、SrO、ZnO、CaO、MgO、Li20、Na20、K20、Ti02、Zr02、及Ta205的合計含有量在98質量％以上。較優(yōu)選在99質量％以上，更優(yōu)選在99.9質量％以上。至于PbO、As203、Te02、及氟化物，考慮制造時的作業(yè)環(huán)境，從確保作業(yè)人員安全的觀點出發(fā)，優(yōu)選不含有任何一種成分。光學元件本實施方式的光學元件由具有上述玻璃成分的光學玻璃構成，可以用作例如光盤用拾取透鏡、數字相機和手機中搭載的攝像用透鏡、激光打印機的準直透鏡等，還有各種面鏡、棱鏡等。如上所述，本實施方式的光學玻璃具有玻璃轉移溫度Tg低、不易出現裂縫(L1/L2大)之適合于模壓成型法的特性，所以能夠通過模壓成型法以良好的生產力且低成本制造光學元件。對模壓成型的方法沒有特別限制，可以通過周知的方法進行制造。模壓成型的方法可以是再加熱方式，也可以是直接模壓方式，但直接模壓方式能夠以高生產力制造光學元件。直接模壓方式中，為了能夠在光學元件上轉印良好的光學面，成型模具必須加熱到所定溫度。該溫度根據制造的光學元件的形狀和大小等各種條件不同，但一般是設定在光學玻璃的玻璃轉移溫度Tg附近。因此，一般來說，光學玻璃的玻璃轉移溫度Tg越高，成型模具的加熱溫度也必須提高，所以成型模具的劣化厲害。從抑制成型模具劣化的觀點出發(fā)，優(yōu)選光學玻璃的玻璃轉移溫度Tg盡量低。本實施方式的光學玻璃，其玻璃轉移溫度Tg非常低，所以能夠有效地抑制成型模具的劣化，具有能夠以高生產力制造光學元件之利點。另外直接模壓方式中，被滴到下模上的熔融玻璃滴由上下一對成型模具模壓成形。在成型模具加壓期間，熔融玻璃滴主要是從與成型模具的接觸面放熱，由此急劇冷卻固化形成光學元件。本實施方式的光學玻璃因為具有高韌性(L1/L2)，所以有下述利點即使受到模壓成型時加壓的沖擊和急劇的溫度變化也不易出現裂縫。實施例以下舉實施例更具體地說明本發(fā)明。但本發(fā)明并不局限于這些實施例。按照以下操作順序，制作上述實施方式成分范圍內的光學玻璃3Q種類(實施例130)及上述實施方式成分范圍外的光學玻璃5種類(比較例15)。實施例130的玻璃成分出示在表1表3，比較例15的玻璃成分出示在表4。比較例1是對上述專利文獻1中實施例11的分析，比較例2是對上述專利文獻2中實施例9的分析，比較例3是對上述專利文獻3中實施例4的分析，比較例4是對上述專利文獻4中實施例4的分析，比較例5是對上述專利文獻5中實施例3的分析。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>原料。將該調制原料投入被加熱到900°C13oor的熔融爐中，待熔融清澄后攪拌均勻，鑄入被事先加熱的鐵質鑄模，徐冷，制造各樣品。接下去對各制成的樣品測定折射率nd、阿貝數vd、玻璃轉移溫度Tg及韌性(L1/L2)。測定結果出示在表1表4。根據日本光學玻璃工業(yè)會規(guī)格(JOGIS)規(guī)定的實驗方法，測定折射率nd、阿貝數vd、玻璃轉移溫度Tg。折射率nd和阿貝數vd是對上述鑄入鑄模的玻璃以一2.3°C/小時的冷卻速度徐冷到室溫(25°C)后的樣品采用力^二工一光學工業(yè)社制造的測定裝置「KPR—200」進行測定。玻璃轉移溫度Tg是采用七<:r一^>^、7a乂>社制造的熱機械性分析裝置「TMA/SS6000」，以10。C/分的升溫條件進行測定。韌性(L1/L2)是采用7力〉公司制造的微小維氏硬度計「HM—112」，用壓入時間l5秒、壓入荷重l00g的條件形成維氏硬度計壓痕，然后用光學顯微鏡測定壓痕對角線長度和從壓痕四角延伸的裂縫長度，求得靭性(L1/L2)。表1表3所示的實施例130，其中，光學玻璃都具有折射率nd在1.551.62、阿貝數vd在5562范圍的光學常數。玻璃轉移溫度Tg都在450。C以下，韌性(L1/L2)都在0.38以上，確認到具有良好的特性。而表4所示的比較例15的光學玻璃，韌性(L1/L2)都在0.34以下，沒有充分的韌性。權利要求1.一種光學玻璃，其特征在于，含有相對玻璃成分總體的質量百分比如下的各玻璃成分P2O535～45質量％(不包括45質量％)；B2O30.5～10質量％(不包括10質量％)；Al2O30～16質量％；SiO20～2.5質量％；BaO0～26質量％；SrO0～20質量％；ZnO23～49質量％；CaO6～20質量％(不包括6質量％)；MgO0～16質量％；其中BaO、SrO、ZnO、CaO及MgO的合計含有量在55質量％以下，Li2O0～1質量％(但不包括1質量％)；Na2O3～19質量％；K2O0～20質量％；其中Li2O、Na2O及K2O的合計含有量在24質量％以下。2.權利要求1中記載的光學玻璃，其特征在于，含有相對玻璃成分總體的質量百分比如下的各玻璃成分Ti02:05質量％(但不包括5質量％);Zr02:010質量％;Ta205:010質量％。3.權利要求1中記載的光學玻璃，其特征在于，不含有PbO、As203、Te02、Sb203及氟化物成分的任何一種。4.權利要求1中記載的光學玻璃，其特征在于，具有折射率nd在l.551.62、阿貝數vd在5562范圍的光學常數，玻璃轉移溫度Tg在450。C以下，壓入維氏硬度計壓頭所得壓痕的對角線長度L1，除以從該壓痕四角延伸的裂縫長度L2，所得的值(Ll/L2)在0.38以上；L1=(A1+A2)/2;Al、A2:相互垂直的2個方向上的所述壓痕的對角線長度；L2=(Bl+B2)/2;B1:A1方向延伸的2根所述裂縫的兩端的長度；B2:A2方向延伸的2根所述裂縫的兩端的長度。5.一種光學元件，其特征在于，由權利要求1中記載的光學玻璃構成。6.權利要求5中記載的光學元件，其特征在于，用成型模具模壓成型制造。全文摘要本發(fā)明涉及光學玻璃及由該光學玻璃構成的光學元件，更詳細地說，涉及具有中折射率低色散之光學常數的適合于模壓成型的光學玻璃及由該光學玻璃構成的光學元件。本發(fā)明涉及的光學玻璃含有相對玻璃成分總體的質量百分比如下的各玻璃成分P₂O₅35～45質量％(不包括45質量％)；B₂O₃0.5～10質量％(不包括10質量％)；Al₂O₃0～16質量％；SiO₂0～2.5質量％；BaO0～26質量％；SrO0～20質量％；ZnO23～49質量％；CaO6～20質量％(不包括6質量％)；MgO0～16質量％；Li₂O0～1質量％(但不包括1質量％)；Na₂O3～19質量％；K₂O0～20質量％；其中BaO、SrO、ZnO、CaO及MgO的合計含有量在55質量％以下，Li₂O、Na₂O及K₂O的合計含有量在24質量％以下。文檔編號C03C3/066GK101643314SQ20091016118公開日2010年2月10日申請日期2009年7月31日優(yōu)先權日2008年8月6日發(fā)明者田口祿人申請人:柯尼卡美能達精密光學株式會社