JPS6341860B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の背景 本発明は、少なくとも1.59の屈折率を有し、一
方、比較的に低い分散性（Vd40.5）と密度
（2.67g／cm³）との特徴を有している光学ガラス
組成物に関する。 伝統的に、眼鏡工業は、1.5231±0.0010の屈折
率n_d55〜60のV_dおよび2.5〜2.6g／cm³の密度をも
つクラウンガラスレンズを製造し、配布してき
た。より最近に、CR39のように同様な光学特性
を有するが、基本的により低い密度を有する材料
からなる。プラスチツク眼鏡レンズを使用するこ
とが、広くひろがつてきた。これらの材料を利用
する非常に高い負視度の処方は、非常に大きな端
部厚さを有し、一方、非常に大きな正視度処方で
は、非常に大きな中心厚さを要する。これは美容
上および実際上の両方の見地から望ましくない。

【表】 伝統的眼鏡クラウンより基本的に高い屈折率
と、等価の屈折率の他の化学品位ガラスと比べ
て、比較的に低い密度を有する（第１表参照）
Schott Ｓ―1005眼鏡ガラス（米国特許第3898093
号）を導入すると、端部および／または中心の厚
さが基本的に減少せしめられ、そしてまた、より
高い視度の処方に対する伝統的クラウンガラスに
比べて顕しく重量減少せしめられる。しかしなが
ら、このガラス組成は、一つの著しい不利な点が
ある。すなわち、その比較的高い分散により、色
収差効果が生じ、処方レンズの使用者を悩ませ
る。 Ｓ―1005の導入以来、同じ高い屈折率と比較的
低い密度を有し、低い分散を有する代替のガラス
を開発する努力がなされてきた。Sovirel D00.35
眼鏡ガラス（フランス特許第2395961号）および
保谷組成LH―１（米国特許第4084987号）が、開
発されたそれらの特性も第１表にあげられてい
る。保谷組成LH1―Ｉは基本的に低い分散を有
するが、その屈折率および密度は、Ｓ―1005のも
のと非常に近い、一方、Sovirelガラスの分散は
LH1―ＩとＳ―1005の間である。 最も最近の開発において、保谷硝子は、LH1
―11、良好な分散特長を有するが、基本的に低い
密度を有する代替高屈折率クラウンガラスを導入
した（特開昭56−59640号）。このガラスは、他の
記載の組成のいずれよりも低い屈折率を有する
（第１表参照）が、一方、普通の眼鏡クラウンガ
ラスと比較すると、高い視度処方で基本的に重量
減少せしめられている。 発明の概略 したがつて、本発明の目的は、標準の眼鏡クラ
ウン組成物に比べて、比較的に高い屈折率、比較
的に低い分散性および比較的に低い密度の高品質
光学ガラスを供することにある。 本発明の他の目的は、従来の製品より低い分散
を有する高屈折率、比較的に軽量の眼鏡レンズを
供することである。 本発明のさらに他の目的は、適合できる性質の
他の光学クラウンガラスと一緒に溶融できる上記
の性質をもつガラスを供し、多重焦点の眼鏡レン
ズを形成し、あるいは他の化合物光学部材を作る
ためのものを供することである。 本発明の付加物目的は、単一部材の両方の眼鏡
に、あるいは上記の溶融法を利用して、多重焦点
のものに、容易に処理できるそのようなガラスを
与えることである。 本発明の他の目的は、通常のイオン交換技術に
よつて化学的に強化できる上記特性を有するガラ
スを与えることである。 明細書及び特許請求の範囲を更に研究すること
により、本発明の更に目的および利点は、当業者
に明らかにされるだろう。 上記の目的は、眼鏡レンズへの使用に適し、少
なくとも1.59の屈折率n_d、少なくとも40.5のアツ
ベ数V_d、2.67g／cm³以下の密度、90×10^-7／℃以
下の熱膨脹係数を有し、少なくとも90モル％の
SiO₂、Na₂O、Li₂O、K₂O、CaOおよびTiO₂を
含み、Al₂O₃、B₂O₃またはNb₂O₅、La₂O₃あるい
はZrO₂の如き高分子量酸化物を含まない、すな
わち、90以上の原子量の元素を含むもの；および 60〜75重量％のSiO₂； 10〜15重量％の全Li₂O、Na₂OおよびK₂O、そ
して、３〜13％NaOおよび典型的には０〜２重
量％のLi₂Oおよび０〜12重量％のK₂Oを含む； ５〜12重量％アルカリ土類金属酸化物、典型的
には５〜12重量％のCaO； 12〜18重量％TiO₂を有する光学品位ガラスを
供することによつて本発明によつて達成された。 詳細な検討 本発明のガラスは、LH1―11のものと同様な
屈折率、分散性および密度の特性を有するが、
LH1―11あるいは、、従来記載された高屈折率、
低密度組成のものとは、基本的に異なる化学組成
のものである。この化学組成の差は、ガラス製造
のためのコストを基本的に下げ、そして、光学ガ
ラスの製造者および消費者の双方によつて基本的
に利益をもたらす。 本発明のガラス組成物のこの範囲は、前記のよ
うに、Ｓ―1005を含めて高屈折率、低密度の従来
ガラス組成物と強く接している。これらのほとん
どは、第２表からわかるように、100以上の分子
量をもつ重元素酸化物、即ち、Nb₂O₅、Ta₂O₅、
La₂O₃およびZrO₂を顕著な濃度で含んでいる。本
発明と最も類似するLH1―11は、これらの元素
の濃度を２重量％以下に制限している。しかしな
がら、本発明によつて必要なアルカリ土類金属酸
化物の量は５〜12重量％であり、特にCaOはこれ
である。これは、LH1―11のアルカリ土類含量
の組成限度のはるかに外側である。さらに、本発
明のガラスはB₂O₃を含まないが、一方、LH1―
11ではその担当範囲は０〜7.0％のB₂O₃であり、
典型的には3.8重量％のB₂O₃を含んでいる。さら
に、本発明のガラスは、酸化アルミニウムを含ま
ないが、一方、LH1―11の相当する組成範囲は、
０〜５％のAl₂O₃であり、典型的組成では1.4重量
％のAl₂O₃を含んでいる。 本発明の好適な組成範囲は、一般的に、62〜64
重量％のSiO₂、０〜0.5重量％のLi₂O、典型的に
は、Li₂Oが事実存在しても0.1〜0.5重量％で、３
〜６重量％のNa₂O；０〜10重量％のK₂O、典型
的にはK₂Oが事実存在するとき、0.1〜10重量％
で、12〜13重量％の全アルカリ金属酸化物
（Li₂O、Na₂O、K₂O）；7.4〜9.6重量％のアルカ
リ土類金属酸化物、典型的には7.4〜9.6重量％の
CaOであり、一方、本発明に用いる適当なアルカ
リ土類金属は、90以下の要件原子量をもつもの、
Mg、CaおよびSrを含み；そして、TiO₂は13.5〜
16.5重量％である。

【表】 混合アルカリ金属シリカガラスの一部として、
カルシウムおよびチタンの酸化物の組合せは、本
発明の一つの特別に特異な特長である。酸化チタ
ンは、一般的に、ガラス工業において、屈折率に
非常に貢献し、ガラスの密度に貢献しないものと
して知られている。他方、分散には非常に負に影
響し、すなわち、アツベ定数V_dを低め、その結
果、ガラスレンズの望ましくないプリズム収差を
招く。本発明のTiO₂の量は、これらの効果の間
に適切にバランスをとるものである。本発明によ
つて必要なアルカリ土類金属酸化物の量は、得ら
れるガラス系の屈折率、分散および密度の特性の
組合せに最もよくバランスされた効果が供される
ものである。酸化リチウムの導入は、ガラスマト
リツクスに基本的により高いコンパクトネスを与
える。したがつて、ナトリウムおよび／またはカ
リウムの酸化物と比べて、ガラス密度に対して最
小の効果で、より高い屈折率を与える。 本発明によるガラスは、本質的には、SiO₂、
アルカリ土類酸化物、好適にはCaO、しかし、
SrOあるいはMgOも、TiO₂およびR₂Oのみから
なる。後者は、Li₂O、Na₂OおよびK₂Oの組合せ
である。 これらは、トレース量の清澄剤を除いて、90以
上の原子量の元素を含んでいない。このような清
澄剤は、典型的には、As₂O₃またはSb₂O₃を含み、
0.1〜0.3％の量で一般的に十分である。しかしな
がら、製造技術に依存して、より高い濃度の清澄
剤、例えば１％までのものを、通常技術に十分知
られるように用いることができる。このように、
通常に用いられる清澄剤の量は、本発明のガラス
の光学特性上に顕著な影響を与える効果のないも
のである。90以上の原子量をもつものの如き、他
の排除された元素に関しても同じことが正しい。
トレース量のこのような元素が、存在することは
可能であり、例えば、経済上あるいは実際上、避
けがたい不純物が、例えば0.1重量％以下の量存
在し得る。しかしながら、このような量は、本発
明のガラスの本質的光学特性を基本的に変えるに
ついて効果はないものである。 また、本発明のガラスが着色されることも可能
である。この目的のために、着色効果のある量の
通常の着色剤（90以上の原子量をもつこともあ
る）FeあるいはCr等のごときものを含めること
もできる。これらは、上記の特定の光学特性に顕
著に悪影響を与えることはない。 本発明のガラスは、次の特性をもつ： (a) 屈折率n_d1.59、一般的に1.601〜1.605、 (b) アツベ数V_d40.5、一般的に40.5〜42.0、 (c) 密度2.67g／cm³、一般的に2.62〜2.65、 (d) 膨脹係数、α、90×10^-7／℃、一般的に78
〜87。 ガラスも、他の価値ある特性を有する。例え
ば、適合できる性質の他のガラスと通常的に溶融
せしめて、多焦点レンズをつくり、あるいは他の
種類の化合物光学部材をつくることができる。そ
れらは、十分に通常の技術によつても、レンズブ
ランク中に容易に、プレスすることができる。さ
らにそれらは通常のイオン交換技術によつて化学
的に強化できるものである（例えば、米国特許第
3790260号参照）。 本発明のガラスは、光学ガラス製造に、特に関
連組成のものの製造に用いられる通常の方法のい
かなるもの、普通、連続タンク製造によつて作る
ことができる。同様に、光学部材は、本発明のガ
ラスから、光学ガラス、特に、関連組成のものに
関連して用いられる通常の方法のいずれかを用い
ることによつて製造できる。 さらに工夫することなしに、当業者は上記の説
明を用いて本発明を、その最も充足する程度にま
で利用することができると信じる。次の好適な特
定の具体例は、したがつて、単に例示のためのみ
に解されるものであつて、いかなる方法によつて
も、開示の残部を制限するためのものでない。次
の実施例では、全ての温度は、摂氏度で修正しな
いで示され、特に示されない限り、全ての部およ
びパーセントは重量による。 例 １ 本発明の範囲内の多数の典型的サンプルガラス
組成と、それらの代表的特性が、第３表に重量％
で示され、第４表にモル％で示される。これらの
組成のうち１、２、３および４番が好適である。 全ての例のガラスは、バツチ溶融によつて作ら
れた。例えば、所望の目的重量％含有量に相当す
る各々のバツチ成分の必要重量を、1.5の白金
るつぼ中で、誘導加熱により、例えば1250〜1280
℃に、２時間溶融した。次に、ガラスを1450℃で
3.5時間清澄化し、1500℃で１時間撹拌で均質化
し、次に1260℃で鋳込んだ。製品を２時間Tgよ
り20℃上の温度で焼なましし、次に、40℃／時間
の速度で室温に冷却した。 典型的には、各々の最終ガラス成分に対するバ
ツチ成分は、SiO₂―石英；Na₂O―Na₂CO₃；
NaClおよびNa₂SO₄；K₂O―K₂CO₃；Li₂O―
Li₂CO₃；CaO―CaCO₃；TiO₂―TiO₂および
As₂O₃―As₂O₃であつた。 例 ２ 三つのより好適な組成14、15および16番および
それらの代表的特性が第５表に重量％で、そして
第６表にモル％で示されている。これらの組成
は、その高い屈折率と低い密度とのより望ましい
組合せのために、好適である。

【表】 後の表面
圧縮

【表】 後の表面
圧縮

【表】 後の表面
圧縮

【表】 後の表面
圧縮

【表】

【表】 後の表面
圧縮
(nm〓cm)

【表】

【表】 圧縮
(nm〓cm)
例 ３ 例示的例として組成物14を用いて、研磨された
サンプル2.0×5.0cm×0.2cm厚を、標準的眼鏡化学
強化ユニツト（OMI自動レンズ硬化器）を用い
て処理した。溶融塩浴の化学組成は99％KNO₃、
0.5％NaNO₃および0.5％ケイ酸であつた。処理温
度は、450〜460℃であつた。そして処理時間は16
時間であつた。処理後の表面圧縮は、複屈折によ
つて測定して標準Ｓ―１眼鏡クラウンガラスの化
学強化の後に得られる表面圧縮と比べて、
1156nm／cmであつた。 例 ４ 再び、例示的例として組成14の特性を用いて、
負視度値の多数の異なる修正レンズの質量および
端部厚を通常的に計算した。等価計算を、Ｓ―
３、Ｓ―1005およびCR39をレンズ材料としてそ
の特性を利用して行つた。本発明のガラスを負視
度処方で用いると、正視度処方のため用いたとき
よりもレンズ重量および端部厚において、基本的
により大きな減少となる。従つて、標準亜鉛眼鏡
クラウンに関して重量節減が、負、正の視度レン
ズの両方の場合に得られるが、それらは特に負視
度レンズに用いるに非常に適している。 計算では、−１以上の負強度の視度に対して、
本発明ガラスは、Ｓ―３クラウンで作られた等価
レンズに対して、基本的重量減少を与えることを
示している。多くの高視度処方に対して、この重
量節減は15％以上になる。いくらかの非常に強い
負レンズ（10以上の視度）に対して、Ｓ―1005
は、本発明ガラスよりも少し大きな重量節減を与
える。しかしながら、全ての実施例において、本
発明のガラスは比較的温和な処方（低い視度値）
の最大に対して、Ｓ―1005に比べて基本的に大き
な重量節減を与える。例えば、０視度の正面強度
をもつ6.5mm直径のレンズに対して、本発明のガ
ラスを、Ｓ―1005の代りに用いると、−12までの
視度のレンズ強度に対してのＳ―３クラウンに比
べて、大きな％の重量節減を与える。この値以上
で、Ｓ―1005はその高い屈折率によつて、大きな
％の重量減少を与える。 ０視度あるいは＋1.25視度の正面強度をもち、
本発明のガラス、Ｓ―３またはＳ―1005によつて
作られた6.5mmφレンズの計算された絶対質量で
は、伝統的眼鏡ガラスに比べて本発明のガラスを
使用することによつて得られる重量節減を示して
いる。 全ての場合において、本発明のガラスを利用す
ることによつて、Ｓ―３あるいはCCR39プラス
チツクレンズ材料で作られた等価レンズに比べて
レンズ端部厚が著しく減少する。高い視度値に対
してCR39に比べて端部厚のこの減少は基本的で
あり、ある場合には35％以上である。 例 ５ 例４と同じく、例示的例として組成14を用い
て、本発明のガラスで作られた正視度値の異なる
多数の修正レンズの質量および中心厚は第５表の
屈折率および密度データを用いて、通常的に計算
された。同じ一連のレンズに対する等価の計算を
Ｓ―３眼鏡クラウン、Ｓ―1005高屈折率、低密度
ガラスおよびCR39プラスチツクレンズ材料に対
して行つた。データは、はつきりと、ほとんどの
レンズ形状について、本発明のガラスを使用する
と、Schott Ｓ―３の如き典型的亜鉛クラウン眼
鏡ガラスの使用に比べてレンズ重量が測定できる
程減少することを示している。 多くのテストされた高い正視度の処方に対し
て、この重量節減は、15％に近いものである。非
常に強い正修レンズ（高視度値）に対して、Ｓ―
1005は、本発明のガラスよりも少し大きな重量節
減を与える。しかしながら、全ての計算された例
において、本発明のガラスは、強度５以下の視度
をもつ処方に対するＳ―1005と比べて、大きな重
量節減を与える。例えば＋8.25視度の正面強度を
もつ6.5mm直径レンズについて、本発明のガラス
を、Ｓ―1005の代りに使用すると、５までの視度
のレンズ強度に対するＳ―３クラウンに比べて大
きな％の重量節減を与える。この値以上で、Ｓ―
1005は、その高い屈折率によつて大きな％の重量
節減を与える。＋6.25視度あるいは＋8.25視度の
正面強度を有し、本発明のガラス、Ｓ―３および
Ｓ―1005で作られた6.5mm直径レンズの計算され
た絶対質量では、本発明によつて得られた重量節
減を示している。 テストされた全ての場合において、本発明のガ
ラスを使用すると、Ｓ―３あるいはCR39プラス
チツクレンズ材料で作られた等価正レンズと比べ
て、レンズ中心厚さが著しく減少する。高い視度
値に対して、CR39に比べて厚さの減少が25％程
になり得る。 前記の例を、同様の成果で、一般的或は特定的
に記載した反応剤及び／或は本発明の操作条件
を、前記の例で用いられたものに置換することに
よつて繰り返すことができる。 前記の説明から、当業者は、本発明の本質的特
長を、その精神及び範囲から離れることなしに、
達成することが容易にでき、それを、種々の用途
及び条件に適合するように発明を種々変更するこ
とができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも1.59の屈折率ndと、少なくとも
   40.5のアツベ数Vdと、2.67g／cm³以下の密度と90
   ×10^-7／℃（20゜−300℃）以下の熱膨張係数αを
   有し、本質的に 62 〜64 重量％のSiO₂ 0 〜 0.5重量のLi₂O 3 〜 6 重量％のNa₂O 0.1〜10 重量％のK₂O 12 〜13 重量％のLi₂O、
   Na₂OおよびK₂Oの合計 7.4〜 9.6重量％のアルカリ
   土類金属酸化物MgO、CaOま
   たはSrOの合計 13.5〜16.5重量％のTiO₂および、 必要により90以上の原子量を有し得る多重焦点
   の眼鏡レンズあるいは他のコンパウンド光学部材
   用ガラスに通常の着色剤の着色効果のある量、お
   よび必要により多重焦点の眼鏡レンズあるいは他
   のコンパウンド光学部材用ガラス製造に通常の清
   澄剤の清澄に効果のある量とより本質的になるこ
   とを特徴とする多重焦点の眼鏡レンズあるいは他
   のコンパウンド光学部材用ガラス。 ２ 0.1重量％以下である清澄に効果のある有効
   量のAs₂O₃またはSb₂O₃を含有する特許請求の範
   囲第１項に記載のガラス。 ３ 着色剤を含む特許請求の範囲第１項に記載の
   ガラス。 ４ Li₂O量が0.1〜0.5重量％である特許請求の範
   囲第１項に記載のガラス。 ５ アルカリ土類金属酸化物が本質的にCaO単独
   である特許請求の範囲第１項に記載のガラス。 ６ CaO量が7.4〜9.6重量％である特許請求の範
   囲第５項に記載のガラス。 ７ 本質的に重量％でつぎの組成よりなる特許請
   求の範囲第１項に記載のガラス。 62.6 〜63.0 重量％のSiO₂ 4.8 〜 5.2 重量％のNa₂O 7.8 〜 8.2 重量％のK₂O 7.75〜 8.05重量％のCaO 16.0 〜16.4 重量％のTiO₂ （残部がある場合ににはAs₂O₃であり、その量は
   0.1重量％以下である。） ８ 本質的に重量％でつぎの組成よりなる特許請
   求の範囲第１項に記載のガラス。 62.95〜63.35重量％のSiO₂ 0.18〜 0.28重量％のLi₂O 4.8 〜 5.2 重量％のNa₂O 7.1 〜 7.5 重量％のK₂O 7.8 〜 8.2 重量％のCaO 16.1 〜16.5 重量％のTiO₂ （残部がある場合にはAs₂O₃であり、その量は、
   0.1重量％以下である。） ９ 本質的に重量％でつぎの組成よりなる特許請
   求の範囲第１項に記載のガラス。 63.0 〜63.4 重量％のSiO₂ 0.30〜 0.40重量％のLi₂O 4.8 〜 5.2 重量％のNa₂O 7.1 〜 7.5 重量％のK₂O 7.8 〜 8.2 重量％のCaO 15.8 〜16.2 重量％のTiO₂ （残部がある場合にはAs₂O₃であり、その量は、
   0.1重量％以下である。） １０ つぎの光学物性を有してなる特許請求の範
   囲第１項に記載のガラス。 n_d：1.601〜1.605 V_d：40.5〜42.0 density：2.62〜2.65g／cm³ α：78〜87℃ １１ イオン交換処理により化学的に強化されて
   なる特許請求の範囲第１項に記載のガラス。 １２ 特許請求の範囲第１項に記載のガラスとと
   もに他の光学ガラスを溶融してなるコンパウンド
   光学エレメント。