JPH06107436A

JPH06107436A - 光学素子接合体の製造方法

Info

Publication number: JPH06107436A
Application number: JP27809892A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Matsuo; 大介松尾
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1994-04-19

Abstract

(57)【要約】【目的】安価に、ガラス光学素子上にガラスとの密着
力の高いＡｌ₂Ｏ₃層を設けることにより、剥離に対す
る耐久性を高める。【構成】接着性の悪い光学ガラスからなるレンズ１の
接着剤等の樹脂との接合面に、アルミニウムアルコレー
ト化合物またはアルミニウムキレート化合物等のアルミ
ニウム有機化合物（またはアルミナゾル）２の希釈液を
スピンコート塗布、スプレー塗布、ディッピング等の塗
布方法により均一に塗布する。その後、１００〜３００
℃程度で塗布面を加熱しＡｌ₂Ｏ₃膜を形成する。次
に、そのＡｌ₂Ｏ₃膜上に樹脂を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス光学素子とエネ
ルギー硬化性透明樹脂とが接して界面を形成する、例え
ばガラス光学素子同士の接合体、ガラス光学素子と樹脂
製光学素子の接合体あるいはガラス光学素子上に樹脂層
を形成した複合光学素子等の光学素子接合体の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガラスレンズ同士の接合では、
複数枚のレンズを接着剤により接合して、一つのレンズ
系を構成している。ここで使用される接着剤は、バルサ
ムなどのホットメルト型接着剤や、エポキシ系の反応型
接着剤などが用いられている。一方、接合されるレンズ
の素材は、種々の光学ガラスが用いられている。一般に
ガラスは、ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃を多く含んでいる。Ｓ
ｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃は表面に水酸基を有していることが
知られ、このため接着性は、良好である。しかし、光学
ガラスの中には、ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃の含有量が少な
く、非常に接着性が悪いガラス（例えばＬａＫ０１１、
ＦＫ０３等）があり、この種類の光学ガラスを接着した
場合、耐久試験などで接合層の剥離を生じ、光学性能を
損うことになる。このことは、ガラス同士のレンズ接合
だけではなく、ガラスレンズと樹脂レンズとの接合、あ
るいはガラスレンズの上に直接に樹脂層を形成して得た
ガラス−樹脂複合レンズにおいても同様の現象が見られ
る。

【０００３】特に、ガラス−樹脂複合レンズにおいて
は、樹脂に接着性が低いものを用いることがあるため、
ガラス表面にシランカップリング剤による表面処理を行
うことがあるが、カップリング剤とガラス表面の結合に
もＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃が関与しているのである。

【０００４】これに対して、特開昭６３−８９３４３号
公報記載のものでは、真空蒸着法によりガラス基板の接
合面にＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃コーティングを施してい
る。一般に、このようなＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃は、表面
に水酸基を持ち、極性があるため、樹脂への接着性は良
好である。したがって、樹脂との界面にＳｉＯ₂やＡｌ
₂Ｏ₃の層を設けることにより樹脂のレンズへの接着性
が高くなり、ガラス−樹脂複合レンズにおいて剥離に対
する耐久性を向上させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６３−
８９３４３号公報にみられるように、接着性の低い光学
ガラスの接着性の向上のために、真空蒸着法によりＳｉ
Ｏ₂やＡｌ₂Ｏ₃層を形成する場合、高額な真空蒸着装
置が必要となり、レンズを製作する上で、大きな投資を
しなければならない。

【０００６】さらに、蒸着では膜が物理的に乗っている
だけのため、ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃層との接着剤の密着
力は確保できても、ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃層とガラスと
の密着力は余り高くなく、その部分で剥離が生じてしま
うという問題があった。

【０００７】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、安価に、ガラス光学素子上にガラスとの
密着力の高いＡｌ₂Ｏ₃層を設けることにより、剥離に
対する耐久性を高めた光学素子接合体の製造方法を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ガラス光学素子とエネルギー硬化性透明
樹脂とが接して界面を形成しているガラス−樹脂光学素
子接合体を製造するにあたり、ガラス光学素子の表面に
アルミニウムアルコレート化合物、アルミニウムキレー
ト化合物、環状アルミニウムオリゴマー等のアルミニウ
ム有機化合物またはアルミナゾルを塗布し、加熱する工
程と、その上に樹脂層を形成する工程とを設けた。

【０００９】すなわち、例えば図１に示すように、接着
性の悪い光学ガラスからなるレンズ１の接着剤等の樹脂
との接合面に、アルミニウムアルコレート化合物または
アルミニウムキレート化合物等のアルミニウム有機化合
物（またはアルミナゾル）２の希釈液をスピンコート塗
布、スプレー塗布、ディッピング等の塗布方法により均
一に塗布し、この後１００〜３００℃程度で塗布面を加
熱する。

【００１０】

【作用】通常、レンズ表面や、希釈溶媒および雰囲気中
には、水分が存在するため、化１に示すような反応で、
レンズ表面に塗布されたアルミニウムアルコレート化合
物またはアルミニウムキレート化合物等が、前記レンズ
表面に付着している水分および希釈溶媒中や雰囲気中に
存在している水分と加水分解反応をし、レンズ表面にＡ
ｌ₂Ｏ₃膜を生じる。また、レンズ材料中にＳｉＯ₂、
Ａｌ₂Ｏ₃等の金属酸化物がわずかに存在する場合、レ
ンズ表面にわずかに水酸基が形成されるため、この水酸
基とも反応して、共有結合を生じるので、よりレンズに
密着したＡｌ₂Ｏ₃膜が形成される。

【００１１】

【化１】

【００１２】このように、レンズにおける接着剤等の樹
脂との接合面側にＡｌ₂Ｏ₃膜が形成されるので、接着
剤によりレンズ接合を行った際、レンズ表面のＡｌ₂Ｏ
₃膜が表面に極性基を有しており、接着性が向上し、剥
離に対する耐久性を向上させることができる。さらに、
Ａｌ₂Ｏ₃膜を形成させるために必要な設備は、加熱装
置および塗布装置程度であるので、比較的安価な設備で
本発明を実現することができる。

【００１３】

【実施例１】図２は、本実施例によるレンズ接合体を示
している。レンズ３は、硝材ＦＫ０１（（株）オハラ
製）により作成した。レンズ４は、硝材ＫＺＦＳ４０
（（株）オハラ製）により作成した。接着剤５は、アク
リレート系の紫外線硬化型の接着剤である。

【００１４】まず、レンズ３の中心部にモノＳＥＣブト
キシアルミニウムジイソプロピレート（（ＣＨ₃）₂Ｃ
ＨＣＨ₂−Ｏ−Ａｌ（Ｏ−ＣＨ（ＣＨ₃）₂））のｎ−
ヘキサンによる１０％溶液を適量滴下した。次に、図３
に示すように、レンズ３全体を高速回転させ、モノＳＥ
Ｃブトキシアルミニウムジイソプロピレートをレンズ３
表面に均一に塗布した。その後、レンズ３のモノＳＥＣ
ブトキシアルミニウムジイソプロピレート塗布面の上部
から赤外線ヒーターにより加熱を行った。この時のレン
ズ３表面の加熱温度は、１５０〜２００℃に調整した。
この加熱により、化１に示した化学反応が起こり、レン
ズ３の表面にＡｌ₂Ｏ₃膜６が形成された。加熱後、レ
ンズ３を常温まで徐冷した。その後、液状の接着剤５を
レンズ３の中心部に適量塗布し、この上からレンズ４を
接着剤５に気泡が入らないように静かに押しつけ、接着
剤５層の厚さを１０μｍとした。次に、所定の方法によ
り、光学芯を調整し、レンズ４の上部から紫外線を照射
し、接着剤５を硬化させた。以上の工程により、レンズ
接合体を製造した。

【００１５】このレンズ接合体に熱衝撃試験（−５０〜
＋９０℃：２時間／１サイクル）５サイクルを行ったと
ころ、レンズの接合部には、剥離は見られなかった。こ
れに対し、比較例として、レンズ３にＡｌ₂Ｏ₃膜を形
成しなかったレンズ接合体について同様の試験を行った
ところ、レンズ外周部付近に接合層の剥離が見られた。

【００１６】

【実施例２】実施例１と同じ硝材のレンズおよび接着剤
と、構造式を化２に示すアルキルアセトアセテートアル
ミニウムジイソプロピレート（商品名；プレンアクトＡ
Ｌ−Ｍ，味の素（株）製）を用いて実施例１と同様にレ
ンズ接合体を作成した。

【００１７】

【化２】

【００１８】このレンズ接合体に熱衝撃試験（−５０〜
＋９０℃：２時間／１サイクル）５サイクルを行ったと
ころ、レンズの接合部には、剥離は見られなかった。こ
れに対し、比較例として、レンズ３にＡｌ₂Ｏ₃膜を形
成しなかったレンズ接合体について同様の試験を行った
ところ、レンズ外周部付近に接合層の剥離が見られた。

【００１９】なお、本実施例および実施例１では、接着
剤に紫外線硬化性のものを使用したが、エポキシ系等の
熱硬化性の接着剤や、電子線硬化性の接着剤を使用して
も良い。

【００２０】

【実施例３】図４は、本実施例によるガラス−樹脂複合
レンズを示している。レンズ７は、硝材ＬａＫ０１１
（（株）オハラ製）（ｎｄ＝１．７４）により作成し
た。樹脂８は、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化型
の樹脂である。

【００２１】まず、アルミニウムトリイソプロポキシド
（Ａｌ₂（ＯＣＨ（ＣＨ₃）₂）₃）と蒸留水とをモル
比で１：１００になるように混合し、７５〜８５℃の温
度で２時間撹拌しながら加水分解を行った。これらの作
業は透明度を上げるのに特に有効である。その後、塩酸
を滴下して、解こうさせ、８時間熟成して半透明のアル
ミナゾルを得た。次に、レンズ７の中心部に上記アルミ
ナゾルを適量滴下し、実施例１と同様に図５に示すよう
に、レンズ７全体を高速回転させ、アルミナゾルをレン
ズ７表面に均一に塗布した。その後、レンズ７のアルミ
ナゾル塗布面の上部から赤外線ヒーターにより加熱を行
った。この時のレンズ７表面の加熱温度は、１５０℃に
調整した。この加熱により、レンズ７の表面にＡｌ₂Ｏ
₃膜が形成された。加熱後、レンズ７を常温まで徐冷し
た。さらに、レンズ７のＡｌ₂Ｏ₃膜上にシランカップ
リング剤（商品名；ＫＢＭ−５０３，信越化学（株）
製）により表面処理を行った。その後、液状の紫外線硬
化型樹脂８（ｎｄ＝１．５２）をレンズ７の中心部に適
量塗布し、この上から非球面等の所望の形状に形成した
金型９を樹脂８に気泡が入らないように静かに押しつ
け、樹脂８層の厚さを中心で１００μｍとした。次に、
レンズ７の下部から紫外線を照射し、樹脂８を硬化させ
た。樹脂８が硬化した後、金型９を離型した。以上の工
程により、ガラス−樹脂複合レンズを製造した。

【００２２】このガラス−樹脂複合レンズに熱衝撃試験
（−５０〜＋９０℃：２時間／１サイクル）５サイクル
を行ったところ、樹脂層のクラックや、剥離は見られな
かった。これに対し、比較例として、レンズ７にＡｌ₂
Ｏ₃膜を形成しなかったガラス−樹脂複合レンズについ
て同様の試験を行ったところ、レンズ外周部付近に樹脂
層の剥離が見られた。

【００２３】本実施例においては、Ａｌ₂Ｏ₃膜の屈折
率（ｎｄ＝１．６４）が、樹脂の屈折率と硝材の屈折率
とのほぼ中間になり、Ａｌ₂Ｏ₃膜厚のコントロールに
より、接合面の反射率を大幅に低下させることが可能で
ある。具体的には、５５０ｎｍを中心として反射率を低
下させる場合、λ／４＝１３７５より、Ａｌ₂Ｏ₃膜
厚を１３７５にすれば良いのである。

【００２４】

【実施例４】本実施例では、前記実施例３と同様にガラ
ス−樹脂複合レンズを製造した。レンズは、硝材ＬａＫ
０１１（（株）オハラ製）（ｎｄ＝１．７４）により作
成した。樹脂は、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化
型の樹脂である。

【００２５】まず、レンズの中心部にアルミナクリアー
ゾル（川研ファインケミカル（株）製）（Ａｌ₂Ｏ₃；
５ｗｔ％品）を適量滴下し、実施例３と同様に（図５参
照）、レンズ全体を高速回転させ、アルミナクリアーゾ
ルをレンズ表面に均一に塗布した。その後、レンズのア
ルミナクリアーゾル塗布面の上部から赤外線ヒーターに
より加熱を行った。この時のレンズ表面の加熱温度は、
１５０℃に調整した。この加熱により、レンズの表面に
Ａｌ₂Ｏ₃膜が形成された。加熱後、レンズを常温まで
徐冷した。さらに、レンズのＡｌ₂Ｏ₃膜上にシランカ
ップリング剤（商品名；ＫＢＭ−５０３，信越化学
（株）製）により表面処理を行った。その後、液状の紫
外線硬化型樹脂をレンズの中心部に適量塗布し、この上
から非球面等の所望の形状に形成した金型を樹脂に気泡
が入らないように静かに押しつけ、樹脂層の厚さを中心
で１００μｍとした。次に、レンズの下部から紫外線を
照射し、樹脂を硬化させた。樹脂が硬化した後、金型を
離型した。以上の工程により、ガラス−樹脂複合レンズ
を製造した。

【００２６】このガラス−樹脂複合レンズに熱衝撃試験
（−５０〜＋９０℃：２時間／１サイクル）５サイクル
を行ったところ、樹脂層のクラックや、剥離は見られな
かった。これに対し、比較例として、レンズにＡｌ₂Ｏ
₃膜を形成しなかったガラス−樹脂複合レンズについて
同様の試験を行ったところ、レンズ外周部付近に樹脂層
の剥離が見られた。

【００２７】なお、本発明は、前記各実施例に限定され
るものではなく、特にＡｌ₂Ｏ₃膜の形成材料として
は、アルミニウムｓｅｃ−ブチレート、アルミニウムエ
チレート、アルミニウムトリス（エチルアセテート）、
アルミニウムモノアセチルアセテートビス（エチルアセ
トアセテート）、アルミニウムトリス（アセチルアセト
ネート）、環状アルミニウムオキサイドイソプロピレー
ト等のアルミニウム有機化合物およびそれらから製造さ
れたアルミナゾル、さらに、市販材料として川研ファイ
ンケミカル（株）製のアルミナゾルシリーズ（例えばア
ルミゾル−１０、アルミゾル−ＣＳＡ５５、アルミゾル
−ＳＨ５）等が適用可能であり、塗布方法もスピンコー
ト、スプレー、ディッピング等が可能である。

【００２８】また、樹脂（接着剤）も、エポキシ系、エ
ポキシアクリレート系、シリコーン系、ウレタン系、ウ
レタンアクリレート系、アクリル系、ポリエステル系、
エステルアクリレート系等、およびこれらの組み合わせ
によるもの等を用いることが可能であり、硬化も紫外線
（光）、熱、電子線等のエネルギー硬化型の樹脂（接着
剤）を用いることが可能である。

【００２９】さらに、適用可能な硝材も前記実施例に用
いた材料に限定されるものではなく、様々な硝材が適用
可能である。

【００３０】また、本発明は、凹面に限らず、凸面や平
面を有する光学素子にも適用可能であり、レンズに限ら
ず、フィルター、プリズム等にも適用可能である。

【００３１】以上のように、適用材料に制限を受けず、
樹脂−レンズ接合体を製造することが可能なため、光学
設計的な自由度が大幅に拡大するという効果がある。ま
た、各材料の屈折率が、樹脂（接着剤）＜Ａｌ₂Ｏ₃＜
硝材、または硝材＜Ａｌ₂Ｏ₃＜樹脂（接着剤）を満た
すときには、Ａｌ₂Ｏ₃の膜厚をコントロールすること
により、任意の波長を中心として大幅に反射率を低下さ
せることが可能であり、光学的な性能向上も見込める。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明のレンズ接合体の
製造方法によれば、安価な設備で、耐剥離性に優れたレ
ンズ接合体を製造することができ、特に高屈折率低分散
の硝材を用いるときや、大口径の光学素子を用いると
き、また樹脂（接着剤）の肉厚を厚くしたいときにはさ
らに有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造したレンズ接合体の縦断面図
である。

【図２】本発明の実施例１で製造したレンズ接合体の縦
断面図である。

【図３】同実施例１の製造工程を示す工程図である。

【図４】本発明の実施例３で製造したガラス−樹脂複合
レンズの縦断面図である。

【図５】同実施例３の製造工程を示す工程図である。

【符号の説明】

１，３，４，７レンズ２アルミニウム有機化合物５接着剤６Ａｌ₂Ｏ₃ ８樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス光学素子とエネルギー硬化性透明
樹脂とが接して界面を形成しているガラス−樹脂光学素
子接合体を製造するにあたり、ガラス光学素子の表面に
アルミニウム有機化合物またはアルミナゾルを塗布し、
加熱する工程と、その上に樹脂層を形成する工程とを有
することを特徴とする光学素子接合体の製造方法。