JPS62100451A - 屈折率勾配を有するガラス体の製造に適したガラス組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はイオン交換によって大きな屈折挙句＾１１を
右づるガラス体を製造するのに好適なガラス組成物に関
する。

目に来の技栴］ ガラス体に屈折率勾配を形成させる７ｊ法の１つとして
、イオン交換法が知られている。この方法（ま、ガラス
のｌｉｄ折率を高める効果が大ぎい１−１＋Ｃ８＋、Ｔ
ｌ、△０＋イ【どの−価の陽イＡン（以下、△イオンと
いう）を含有するがシス体と、Ａイオンよりイブ屈折率
に寄与する力が小さいＮａ”　、Ｋ”　’Ｊどの一価の
アルカリ金属イオン（以１・、１３イＡンという）を含
有する溶融塩を使用し、この溶融塩中に−１−記のガラ
ス体を浸漬して、△、１３両イオンを相ｎに交換させる
方法であって、例えばｌ：１ツド（円柱）状ガラス体を
この方法で処理覆れば、ロッドの中心軸に関して対称に
、はぼ式（１）で示される１ｉｌｌ！折率勾配を［１ラ
ド状ガラス体に形成させることができる。

ｒｌ（ｒ）２−ｒ１ｏ２（１−０２ｒ２）（１）ここで
、　ｎ（ｒ）：中心軸から半径方向に距ＩＩＩＩｔｒだ
け離れた地熱での屈折率 ｎｏ：中心軸１の屈折率 ｑ：屈折重分イ１１定数 そして、ロッド状ガラス体の代りに、スラブ状ガラス体
や球状ガ′ノス体を選／υだ場合には、１記のイオン交
換法にＪ、ってスラブ状ガ）ス体には中心面対称の屈折
率勾配を、ま／ｅ球状ガラス体には中心点対称のｒ１１
１折率勾配をそれぞれ形成さ【！ることができる。

ところで、イオン交換法で使用されるガラス体をＡイオ
ンの種類別に整理するど、特公昭４７−８１６号、同４
γ−８２２月、ｆｉ＋Ｊ　５７−１８８４３１月の各公
報イＴどに記載されたＴ１含４１ガラスと、持分Ｉｔｎ
　４７−８１６　Ｑ公報などに記載されたＣ８含′４ｊ
ガラスと、特開昭５８−１２５６３２号公報などに記載
されたＬ　＋含イ１ガラスに大別される。この中で、下
記の式（２）で表わされる開［１数（Ｎ、△、）で０．
５以十の伯が実現可能で、Ｌ　Ｄ光源の集光や光デイス
ク用ビック）ｌツ１に応用できる集光性に優れたレンズ
が製造０■能なガラスは、王！含右ガラスに限られる。

しかし、１−！２は青竹が極めＣ強く、製造干、イの取
扱いにおいて困難を生じる。

Ｎ、　Ａ、　−ｎｏ　（１ｒｏ　　　　　（２）ここで
、　ｎｏ：ｌＩツド中中心ヒト屈折率ｊ’Ｑ：ｒｌツド
半径 （］：屈１ｈ牢分布定数 しかるに、ＡＩ）ｆ）ｌｔｅｄ　０１）目ＣＳνｏｌ　
２１．（６）　Ｐ１０６３Ｊ、　１．、Ｃ０ＩＩｔａＺ
らによると、光学ガラス１−　ｉ　Ｉ’ｌｌ　　（重ｆ
ｉｔ　％で　、　　　４７．９Ｐ　２　０ｂ　　、　１
９．８Ｎ　　ａ　　２０　　、　　　　７．７に２０．
３．１△（１２０３、１５，４−ｉ　ｉ　０２なる組成
をイｊし、ｔｉｉｔ折率は１．６１　）を、Ａ（］４イ
Ａンを含む溶融塩中に浸漬し−ｒ７ｉＦ＋３中のＮａ＋
イオンと、溶融塩中のへ〇＋イオンとの間でイオン交換
を行なわせると、０．２以上と大きな屈折率差が得られ
ることが示されている。（ｆｆｉ−、て、Ｎａ塩を含む
溶融塩中にＡ０２０含有ガ−シスを浸）ムするイオン交
換処即により、Ｎ、△、０５以−１のレンズが製造でき
ることがＷ１持される。

１梵明が解決しようと！Ｉる問題点１ しか（）ながら、△０２０を多ｉｔに含有４るガラスｔ
よ、溶解中にＡ（］４イＡンが−１［１イド化して黒色
に着色してしまうばかりでなく、失透しゃ−りい等のガ
ラスの安定性の点でも問題があった。

この発明は、Ｐｚ　０ｓ−ＡＱ？０系ガラスに適当聞の
Ｒ’Ｏ（Ｍ（ＪＯもしくはｚ　ｎ　ｏ　＞おＪ、び■ Ｒｘ　Ｏｙ　（Ａ　１２０３　、Ｎ　ｂ　２０　ｂもし
くはＷＯ３）を配合することにより、溶解中にへ〇＋イ
オンのニー１１１イド化や失透を起こすことなく、しか
も比較的短時間のイオン交換処理で聞］１数０．２〜０
８程度のレンズをｖＩ造することかできるガラス組成物
を提供りる。

Ｅ問題点を解決ＪるＩ、：めの−Ｆ段］この発明のガラ
ス組成物は、モル％で、Ｐ２Ｏ５３０〜６０ Ａ０２０　　　３〜５０ Ｌ　ｉ　２０　　　０〜２Ｏ Ｎａ２０　　０〜４０ に２０　　　　０〜３゜ ＡＣＪ？０＋Ｌ１２０−１−Ｎａｐ　Ｏ＋−に２０　２
０〜！１５Ｍ０Ｏ□〜３゜ ｚ　ｎ　ｏ　　　　　□〜３゜ Ｍ（ＪＯ−１−Ｚｎ０３〜３０ ＳｒＯＯ〜１０ ｔｌａ００〜１０ ＭＱＯ１−ＺｎＯ＋５ｒ０１−１３ａ０　　　３〜３５
△ｆｆ？　Ｏｘ　　　　Ｏ〜３Ｏ Ｎｂｐ０６０〜３０ ＷＯ：ｉ　０〜３０ Ａ！２０３］−Ｎｂ２０ｂ十Ｗ０３　　　２〜３０１で
ｂ２０　　　Ｑ〜２ Ｃ８２０Ｑ〜２ １’　ｂ　０　　　　０〜２ Ｍｎ（’）　　　　　０〜２ Ｙ２　０３　　　　０〜１ Ｓｔ）ｚ０３０〜１ Ａ８２　０３　０〜１ ＺｒＯ２０〜１ Ｔａ？　０５　０〜１ １３２０３　　　　０〜１ ３１０２！　　　　Ｑ〜１ からなる組成を有することを特徴とするもので、以）、
各成分の州内限定３！ｌ！　＋ｂを述べれば、次の通り
である。

Ｐ２Ｏ５は、ガラス成形酸化物であって、含４］量３０
％が未満ではガラスが不宥定で失透が起こりやすくなる
。また、６０％を越えると、ガラスの化学的耐久性が悪
くなるとともに、イオン交換処理中に失透したり、浸食
されやりくなる。従って、Ｐ２Ｏ５含有聞（１３０〜６
０％、好ましくｔま３５〜５０％とすべぎである。

ＡＯ２０は、ガラスに高屈折率をもたらし、かつイオン
交換法によりガラス内に回折率勾配を形成する成分であ
つ−Ｃ１その含有量が多いほど得られるレンズの聞［１
数が大ぎくなるが、５０％を越えると失透やＩ　［１イ
ド化が起り易く、そのうえガラスの化学的耐久性が悪く
なる。また３％未満では、得られるレンズの開［」数が
０．２を〜ト廻り実用的でない。好ましいΔ（１２０ｆ
ｔは５〜４０％であって、レンズの聞１１数を０．５稈
醍以１とより大きくするためには、八〇２０ｆｌｉを１
０％以ににすることが必要である。

一〇− Ｌ　ｌ　２０、ＮａｚＯおよびに２０は、レンズの聞［
−１数を改良するうえでは特別な効果を発揮しないが、
ＡＯ？Ｏと共存させると混合アルカリ効果により、ガラ
スの失透性や科学的耐久性を改良づる働きをする。しか
し、Ｌ　ｉ　２０、ＮａｚＯおよびに２０！１１味の含
有量が、ぞれぞれ２０％、４０％、３０％を越えたり、
Ａ　［Ｊ　ｔ　Ｏ＋　Ｌ　ｉ　２０　＋　Ｎ　ａ　２０
＋　Ｋ　２０　＆ｊが５５％を越えたりすると、耐失透
性や化学的耐久性が逆に低十ｌる。また、Δ（３２０→
ＬＩ２０トＮａ２Ｏ＋に２０Ｓｉが２０％未満ｒ　ハ失
透し易くなる。好ましくは、１．１２（１醸０−１０％
、ＮａｚＯ＆１０〜３０％、Ｋ２０＆ｌＯ〜２０％であ
り、ＡＣ１２０−ＩＬｉｚ　Ｏ＋Ｎａｚ　Ｏ＋ＫＰ　ｏ
吊は２５〜４５％である。

ＭＧＯおよびＺｎＯは、△ｇ２０の屈折率を高める働き
を損うこと＜１＜、ガラスの耐失透性や化学的耐久性を
向上さ１！、かつＡＱ＋イオンのコ［ｌイド化を防ぐ働
ぎをづる。しかし、Ｍ　に）　Ｏ十Ｚｎ０ｆｆｉが３％
未ｖＡ′ｃはこの働きが小さく、逆にＭ　ＯＯＡ’３　
Ｊ、びＺｎＯ単味の含有量もしくはｔｖｌｏ。

十Ｚ　ｎ　Ｏｔｉが３０％を越えると、溶解温石が１３
５０℃以トと高くなるので、Ａ（１２（’）Ｊとが揮発
し易くなり、また失透し易くなる。好ましくは、Ｍ　ｏ
　０ｉｔＯ〜２０％、ＺｎＯＭ（’）−２０％、Ｍｏ（
）＋７ｎ（’）量５〜２０％である。

ＳｒＯとＰ　ａ　Ｏは、ＭｈｏやＺｎＯより効果（ま劣
るが、ＭｈｏやｌｎＯと同様にガラスの耐失透性や化学
的耐久性を白土させる働ぎをづる。しかし、ＳｒＯおよ
びＢ　ａ　ＯＩ（味の含有量が１０％を越えたり、Ｍｏ
Ｏ＋ｌｎＯ＋−８ｒｏ＋ｆ３ａｏｍが３５％を越えると
、失透し易くなる。好ましくは、５ｒ０１０〜５％、Ｒ
ａＯ＆ｔＯ〜５％、Ｍ００１ＺｎＯ＋ＳｒＯ＋ｆ３ａＯ
ｉＭ５〜２５％である。

Ａｆｆ２０３　、Ｎｂ２Ｏ５およびＷＯ２は、イの合欝
量を２％以−１−と−４−ることにＪ：す、ガラスの耐
失透性を損うことなく、またイオン交換法によってＡＧ
２０−Ｐ２０Ｉｉ系ガラスから得られるレンズの開口数
を高くし、しかもガラスの化学的耐久性を向上させ、か
つへ〇＋イオンの二１［］イド化を防ぐことがｉＪ能と
（２る。しかし、これら３限分の合計量が２％に満たな
い場合は、ガラスの化学的耐久性が不Ｗし、逆に多すぎ
ると溶解湯面が高くなるので、ガラス陣料の溶解性の而
からそれぞれ中味の含有量おＪ、び△ρｐ　０３　＋Ｎ
ｂ２Ｏら士Ｗ　０３伽千の１限は３０％となる。好まし
くは、Ａｊ！ｚＯ：＋吊０〜２０％、Ｎｂ２Ｏ５量０〜
２０％、ＷＯ２ｌｏ−１０％、Ａｆｆｚ　０３１−Ｎｂ
２０ｓ　＋Ｗ０３　ｆｆ１５〜２０％’ｌ’アル。

このほか、本発明のガラス組成物にＧｅｔガ′ンスの諸
性ｖ１に悪影彎を与えない一ト記の範囲においで、ガラ
スを安定化づる次のような各成分を含有させることがで
きる。

Ｒｈ　２０；０　へ・　２　％　　　Ｃ３ｚＯ：（）〜
　２　％ＰｂＯ；０〜２％　Ｍｎｏ　　；０〜２％／ｒ
Ｏ２；０〜１％　Ｙ２Ｏ３；０〜１％１−ａｐ　Ｏｓ　
　：　０〜１％　５ｂ２０３　；０〜１％ＡＳ２０３；
Ｏ〜１％　Ｂ２Ｏ３：Ｏ〜１％ＳｉＯ？　　：０〜１％ ［実施例１ １ニル％表示で、Ａｇ２０３０％、７ｎ０１５％、八ｇ
？　０３５％、Ｎｂ２０ｂ　５％、ｒ−’２０ｓ　　４
５％の組成になるガラスｆｌ；を利を、８１０２ルツボ
中、１．１５０℃に加熱し、溶解中　１．１）時間撹拌
を行／ｉって、計５時間溶解させた後、鋳型に流し込／
ｖで１−ヤストし、次いで３８０℃で２時間保持した後
、炉内で室温まで敢冷してガラスブ［１ツクを得た。こ
のガラスブ［］ツクから２．５ａｖφのロッド（ＰＩ　
４１）を切り出して加丁した。得られにロットを、モル
％組成で　ＮＦ１２ＳＯ４３７％、Ｋ２８０４２１％、
７ｎＳ０４４２％ニアル’ｆＡＢ　１１０５℃（７）ｆ
ｆ［１ａｌ（以−１−１［溶融塩■］と呼ぶ。）中に７
２時間浸漬してイオン交換処理を行なつ７Ｌ　ｇ処理後
、この」１ツドから軸方向に垂直に厚さ５０μ霧程亀の
薄片を切り出し、干渉顕微鏡を用いて、Ｎ　ａ　：　ｌ
）線で屈折率分相を測定したどころ、前掲の式（１）か
ら求められる理想的な屈折率分布と良く一致していた。

こうして屈折重分’ｆｆｉ　Ｔ、　数（Ｊ−０，２８（
Ｉｌｌ−’）　、聞［１数Ｎ、△。

＝０．６の良好す１−１ツドレンズが得られた。

また、１，０５０℃〜１，２５０℃の温度で溶解ｆｌ製
した組成が責なる本発明のガラス組成物から、十と同様
にして［］ツドレンズを得た。ガラス組成、・イオン交
換処理条ｆ＋およびロットレンズの性能をまとめて第１
表に示す。なお、づべての実施例で、ロッドの直径は２
．５＋ｕ＋＋φとし、イオン交換処理にはＮａＮ０＋溶
融塩もしく　ｔｉｔ前記の溶融塩１を用いた。　（以上
余白） ［発明の効果１ この発明のガラス組成物を使用すれば、ＡＧ”イオンの
：’：Ｉ　＋：］イド化や失透を伴うことなく、ガラス
が溶解でき、かつＮａ塩を含む溶融塩などに浸漬してイ
オン交換行なうことにより、比較的短時間で間１１数Ｎ
、Ａ、＝＝　０．２〜０．８（ロッドレンズの場合）の
レンズを製造ツることができる。

さらに、Ａ（３２０原利はｒｆ２０原料に比べ向性が極
めて少なく、製造ト、その取扱いにおいて困難を生ずる
ことがないという優れた効果が得られる。

出　願　人　　ホーヤ株式会社 代　　理　　人　　　　朝　　自　　正　　幸１６一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　モル％で Ｐ＿２Ｏ＿５　　　　　　　　　　　　　　　　　　３
   ０〜６０ Ａｇ＿２Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３
   〜５０ Ｌｉ＿２Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０
   〜２０ Ｎａ＿２Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜４０ Ｋ＿２Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜３０ Ａｇ＿２Ｏ＋Ｌｉ＿２Ｏ＋Ｎａ＿２Ｏ＋Ｋ２＿Ｏ　　２
   ０〜５５ ＭｇＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜３０ ＺｎＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜３０ ＭｇＯ＋ＺｎＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ３〜３０ ＳｒＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜１０ ＢａＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜１０ ＭｇＯ＋ＺｎＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　　　　　　　　　　
   ３〜３５ Ａｌ＿２Ｏ＿３　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜３０ Ｎｂ＿２Ｏ＿５　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜３０ ＷＯ＿３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜３０ Ａｌ＿２Ｏ＿３＋Ｎｂ＿２Ｏ＿５＋ＷＯ＿３　　　　　
   ２〜３０ Ｒｂ＿２Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜２ Ｃｓ＿２Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜２ ＰｂＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜２ ＭｎＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜２ Ｙ＿２Ｏ＿３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜１ Ｓｂ＿２Ｏ＿３　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜１ Ａｓ＿２Ｏ＿３　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜１ ＺｒＯ＿２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜１ Ｔａ＿２Ｏ＿５　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜１ Ｂ＿２Ｏ＿３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜１ ＳｉＯ＿２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜１ からなる組成を有することを特徴として、イオン交換法
   で屈折率勾配を有するガラス体を製造するのに適したガ
   ラス組成物。 ２　モル％で Ｐ＿２Ｏ＿５　　　　　　　　　　　　　　　　　　３
   ５〜５０ Ａｇ＿２Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
   ０〜４０ Ｌｉ＿２Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜１０ Ｎａ＿２Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜３０ Ｋ＿２Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜２０ Ａｇ＿２Ｏ＋Ｌｉ＿２Ｏ＋Ｎａ＿２Ｏ＋Ｋ＿２Ｏ　　２
   ５〜４５ ＭｇＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜２０ ＺｎＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜２０ ＭｇＯ＋ＺｎＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ５〜２０ ＳｒＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜５ ＢａＯ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜５ ＭｇＯ＋ＺｎＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　　　　　　　　　　
   ５〜２５ Ａｌ＿２Ｏ＿３　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜２０ Ｎｂ＿２Ｏ＿５　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜２０ ＷＯ＿３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   ０〜１０ Ａｌ＿２Ｏ＿３＋Ｎｂ＿２Ｏ＿５＋ＷＯ＿３　　　　　
   ５〜２０ からなる組成を有することを特徴として、イオン交換法
   で大きな屈折率勾配を有するガラス体を製造するのに適
   した特許請求の範囲第１項のガラス組成物。