DE3427696A1 - Hochbrechendes optisches glas mit niedriger dispersion geeignet fuer mehrfokalkorrekturbrillen - Google Patents

Hochbrechendes optisches glas mit niedriger dispersion geeignet fuer mehrfokalkorrekturbrillen

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DE3427696A1 DE19843427696 DE3427696A DE3427696A1 DE 3427696 A1 DE3427696 A1 DE 3427696A1 DE 19843427696 DE19843427696 DE 19843427696 DE 3427696 A DE3427696 A DE 3427696A DE 3427696 A1 DE3427696 A1 DE 3427696A1
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Description

Be sehreibung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes optisches Glas mit der speziellen Anwendung als Segmentbrillenglas (oder Zusatzlinse) zum Gebrauch in der Herstellung von verbundenen optischen Elementen wie Mehrfokalkorrekturbrillengläser.
Mehrfokalbrillengläser werden normalerweise hergestellt durch Verschmelzen von einem oder mehr Segmentbrillengläsern mit einem Hauptkronglas. Der Brechungsindex des Segmentbrillenglases ist höher als der des Hauptglases, aus dem der Linsenrohling hergestellt wird. Der Brechungsindex des Segmentbrillenglases bestimmt das Ausmaß der visuellen Korrektur, die erreicht wird.
Über den Brechungsindex' hinaus muß das Segmentbrillenglas sehr genau zu einigen kritischen Eigenschaften des Grundglases passen. Dies schließt vergleichbare Werte des thermischen Expansionskoeffizienten, der Viskositätseigenschaften und des Erweichungspunktes ein. Darüber hinaus ist es notwendig, daß das Segmentbrillenglas einen relativ niedrigen Dispersionswert hat und im ganzen von hoher Qualität ist. Natürlich ist es ebenfalls wünschenswert, daß das Segmentbrillenglas von niedriger Dichte ist; dadurch werden Stücke mit niedrigerem Gewicht geliefert.
Viele solche Segmentbrillengläser sind bekannt und werden mit unterschiedlichen Typen von Krongläsern verschmolzen (z.B. US-PS 4,351,906). Das in dieser US-Patentschrift und anderen genannte Segmentbrillenglas ist jedoch ungeeignet für den Einsatz in dieser Erfindung, d.h., als Segmentbrillenglas in Verbindung mit dem Schott-Glas S-1018. Dies wird klar aus der stark unterschiedlichen Zusammensetzung, die es beinhaltet.
3*27696
Andere Veröffentlichungen zum Stand der Technik, die irgendwie verwandte Gläser offenbaren, sind US-PS 3,022,182, JP-PS 7573914 und JP-PS 7828448. Die erstgenannte ist deutlich anders, z.B. darin, daß sie nicht die Komponenten Bor oder Aluminium erlaubt. Die zweitgenannte unterscheidet sich z.B. darin, daß in ihr deutliche Mengen von Tantal und Zirkon gefordert werden. Die dritte unterscheidet sich darin, daß in ihr z.B. bedeutende Mengen von Lithium gefordert werden.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein optisches Segmentbrillenglas mit hoher Qualität herzustellen, welches einen relativ hohen Brechungsindex und eine relativ niedrige Dispersion hat, verglichen mit den üblichen Zusammensetzungen von Brillengläsern.
Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, solch ein Glas herzustellen, welches als Segmentbrillenglas in einer Mehrfokalkorrekturbrille benutzt werden kann, und das einen hohen Brechungsindex, eine niedrige Dispersion und eine niedrige Dichte hat.
Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, solch ein Glas herzustellen, das besonders nützlich als Segmentbrillenglas ist, in Verbindung mit Gläsern wie das Schott-Glas S-1018.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, solch ein Glas herzustellen, welches nützlich ist als Segmentbrillenglas, in Verbindung mit konventionellen Prozessen der Herstellung von Multifokalbrillengläsern.
— ς —
Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, solch ein Glas herzustellen, welches für sich alleine als Brillenglas benutzt werden kann, z.B. in einem Einelementbrillenglas, als einfaches optisches Element und genauso in anderen verbundenen optischen Elementen.
Nach weiterem Studium der Beschreibung und der Ansprüche, werden jedem Fachmann weitere Ziele und Vorteile dieser Erfindung klar werden.
Diese Ziele der vorliegenden Erfindung wurden durch Herstellung eines optischen Qualitätsglases erreicht, welches geeignet ist zum Gebrauch in Brillengläsern, besonders als Segmentbrillenglas in Multifokalbrillenglasern, und welches einen Brechungsindex n_ von mindestens 1,730, bevorzugt 1,733-1,750 hat; eine Abbezahl Vd von mindestens 33, bevorzugt 35-40; eine Dichte nicht größer als 4,45 g/cm3, bevorzugt 4,37-4,41 g/cm3, und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (20-3000C) von nicht mehr als 83 χ 10"
pro 0C und nicht weniger als 77 χ 10" pro 0C, bevorzugt 79-81x10 pro 0C, und welches mindestens 90 Mol-% von
B3O3, Al3O3, Bao, PbO, Ti<>2' La2°3
hauptsächlich in Gew.-% besteht aus:
bevorzugt
SiO2 23-32 % 26-28 %
B2O3 4-7 % 5.0-6.0 %
Al3O3 0.5-3 % 0.9-1.1 %
allgemein % % % %
23-32 % %
4-7 %
0.5-3 %
23-30
15-30
0.5-10
5-20
0-1
BaO 23-30 % 25-27 %
PbO 15-30 % 20-24 %
TiO2 0.5-10 % 2-4 %
La3O3 5-20 % 13-15 %
Nb2O5 0-1 % 0.9-1.0 %
£Ba + La 28-50 %, typisch um 40 %
+ Nb2O5, 0.5-11 %, typisch um 4 %
Wie an den folgenden typischen Eigenschaften des Glases S-1018 (Schott 1,60 Kronglas) zu sehen ist, ist das Segmentbrillenglas dieser Erfindung dafür besonders nützlich und verträglich als Segmentbrillenglas:
Brechungsindex 1.601
Abbezahl 40.7
thermischer Ausdehnungekoeffizient 79.5 χ 10"7
Dichte (g/cm3) 2.62
Erweichungspunkt (0C) 751
Spannungspunkt (0C) 587
Anlassungspunkt (0C) 609
Die Erweichungspunkte Ts (0C) der Gläser dieser Erfindung liegen normalerweise in dem Bereich von 730-740. Typische Spannungspunkte und Anlaßpunkte der Gläser dieser Erfindung sind 585-595 und 610-616.
Die Glaszusammensetzungen dieser Erfindung sind dadurch charakterisiert, daß sie niedrige Kosten und ausgezeichnete optische Eigenschaften, wie oben diskutiert, haben. Darüber hinaus sind sie wichtig, da sie keine Alkalimetalloxide enthalten, welche normalerweise in verwandten Gläsern erforderlich sind, um den gewünschten Brechungsindex und die Viskositätswerte zu erreichen. Bei den Gläsern dieser Erfindung wurde jedoch entdeckt, daß diese Alkalimetalloxide weggelassen werden können, während trotzdem die erstaunlichen Eigenschaften dieser Erfindung erzielt werden, und ebenso, daß die Anwesenheit von einigen Alkalimetalloxiden, z.B. Li?^' ^e wichtigen Eigenschaften entgegengesetzt beeinflussen können, besonders den thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Die Gläser enthalten darüber hinaus kein Zirkon und kein Tantal. Dies trägt besonders zu ihren niedrigen Kosten und zu den niedrigen Dichten bei.
Zusätzlich zu den oben genannten Bestandteilen kann das Glas dieser Erfindung natürlich konventionelle Läutermittel in den konventionell benötigten Mengen enthalten. Solche Mittel beinhalten besonders As3O3 und Sb3O3, typische Mengen sind 0.1-1,0 Gew.-%.
Der Gehalt an SiO3 in dem Glas dieser Erfindung ist 23-32 %, bevorzugt 26-28 %. SiO3 ist notwendig für die Stabilität des Glases. Zu wenig SiO2 (Beträge unter 23 %) bewirkt eine geringe chemische Beständigkeit und Kristallisationseffekte, welche unerwünscht sind, sowohl bei der Herstellung als auch bei dem Verschmelzen zu Multifokaleleraenten. Ein zu hoher SiO2-Gehalt (über 32 %) führt zu unakzeptierbar hohen Anlaßpunkten und Erweichungspunkten für einen erfolgreichen Einsatz mit dem bevorzugten Hauptglas S-1018.
Der Gehalt an B3O3 in dem Glas dieser Erfindung ist 4-7 %, bevorzugt 5,0-6 %. Boroxid ist eine notwendige Komponente, um die geeigneten Schmelzeigenschaften, Viskositätseigenschaften und die Steuerung der thermischen Expansion sicherzustellen. Boroxidbeträge unter 4 % führen zu unakzeptierbar hohen AnIaB- und Erweichungspunkten, während Beträge über 7 % zu unerwünscht niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten führen können.
Der Gehalt an Al3O3 ist 0,5-3 Gew.-%, bevorzugt 0,9-1,1 Gew.-%. Dieser Bestandteil ist notwendig, um sowohl geeignete Ausdehnungseigenschaften als auch eine hohe chemische Beständigkeit zu erzielen. Beträge über diesen Grenzen bewirken eine geringe zusätzliche Zunahme in der chemischen Beständigkeit, hingegen eine starke Zunahme in den Anlaß- und Erweichungspunkten.
BaO wird in Mengen von 23-30 Gew.-% gefordert, bevorzugt 25-27 Gew.-%. Seine Hauptfunktion ist, einen richtigen Brechungsindex und Viskositätseigenschaften sicherzustellen. BaO-Beträge unter 23 % bewirken einen zu kleinen Brechungsindex, während BaO-Beträge über 30 % unerwünscht hohe AnIaß- und Erweichungstemperaturen bewirken.
PbO ist normalerweise in Mengen von 15-30 Gew.-% enthalten, bevorzugt 20-24 Gew.-%, und seine Funktion liegt hauptsächlich darin, den Brechungsindex zu erhöhen und die Viskosität zu erniedrigen. Die obere und untere Grenze zu PbO ist aus demselben Grund wie bei BaO festgelegt.
TiO2 ist in den Gläsern dieser Erfindung in den üblichen Mengen von 0,5-10 Gew.-% enthalten, bevorzugt 2-4 Gew.-%. Es ist eine zusätzliche Komponente, deren Haupteffekt darin liegt, Gläser mit niedriger Dichte herzustellen, die gleichzeitig einen hohen Brechungsindex haben. TiO.-Mengen unter 0,5 % haben keine bewerkenswerten Auswirkungen, wo hingegen zu hohe Mengen (größer als 10 %) unerwünscht hohe Kristallisationsgeschwindigkeiten bewirken können, ein schwerwiegendes Problem bei MultifokalVerschmelzprozessen.
Der Gehalt an La2O3 ist 5-20 Gew.-%, bevorzugt 13-15 Gew.-%. Lanthanoxid dient der Hebung des Brechungsindex; während es eine niedrige Dispersion (großes vd) aufrecht erhält. Mengen unter 13 % erlauben es nicht, den gewünschten Brechungsindex und die Dispersion zu erzielen, während höhere Mengen (über 15 %) zu Kristallisationseffekten führen.
Typische Gehalte an Nb3O5 sind 0-1 Gew.-%, bevorzugt 0,9-1,0 Gew.-%, bei häufigen Maximalbeträgen von 0,5 oder 0,6 Gew.-%. Nioboxid dient hauptsächlich der Erhebung des Brechungsindexes, während es eine niedrige Dispersion gewährleistet. Ein Nb-O^-Gehalt über 1 % bewirkt ein deutliches Ansteigen der Viskosität, der Dichte und der Glaskosten.
Die Gläser dieser Erfindung können hergestellt werden, indem man die konventionellen Techniken benutzt, die normalerweise für Gläser dieser Typen gebraucht werden. Zum Beispiel werden die üblichen Rohmaterialien, die den Oxiden, die in den Gläsern dieser Erfindung gefordert werden, entsprechen, z.B. Oxide als solche, Karbonate, Nitrate, Hydroxide usw. in der Schmelze in Mengen gemischt, die den gewünschten Mengen in dem Endglas entsprechen. Typische Schmelztemperaturen sind 1000-12000C. Es können konventionelle Schmelztiegel oder Wannen, z.B. keramische Behälter oder Platinbehälter genutzt werden. Die homogene Schmelze wird dann konventionell weiterbehandelt, z.B. geläutert, in Formen abgegossen, allmählich abgekühlt, zu Linsenrohlingen verschmolzen usw.
Es wird angenommen, daß ohne weitere Ausarbeitung ein Fachmann, der die vorhergehende Beschreibung benutzt, die vorliegende Erfindung völlig verwerten kann. Die folgenden bevorzugten speziellen Ausführungsformen sind deshalb mehr zur Illustration dargelegt und nicht dafür, um den Rest der Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken. In den folgenden Beispielen werden alle Temperaturen in 0C benannt; wenn nicht anders darauf hingewiesen wird, sind alle Mengen und Prozente auf das Gewicht bezogen.
Beispiel 1
Das Folgende beschreibt die Herstellung des Glases, welches weiter unten als die bevorzugte Zusammensetzung G bezeichnet wird. Entsprechende Verfahren werden benutzt, um die anderen Glaszusammensetzungen, die in der folgenden Tabelle zusammengefaßt sind, herzustellen.
Glasherstellung
Der folgende Gemengesatz wurde gewogen und dann sorgfältig gemischt:
Gemengesatz Menge (kg)
Siliziumdioxid 0.271
Borsäure 0.093
Aluminiumhydrat 0.016
Bariumnitrat 0.437
Mennige 0.233
Titandioxid 0.027
Lanthanoxid 0.146
Niobpentoxid 0.010
Asentrioxid 0.001 .
Das gemischte Gemenge wird dann in einem 0,5 1 Platinschmelztiegel geschmolzen, der durch Induktionsheizung auf 12500C erhitzt wird. Nach dem Schmelzen wird das Glas homogenisiert und bei 14500C drei Stunden lang geläutert. Nachdem die Temperatur auf 11000C reduziert wurde, wird das Glas in graphitausgekleidete Stahlformen gegossen und getempert, wobei eine Anlaßtemperatur von 6150C und eine Kühlgeschwindigkeit von 3O0C pro Stunde benutzt wird. Nach dem Anlassen werden die Bifokalbrillensegmente aus den Rohlingen hergestellt, unter Benutzung von konventionellen Schleif- und Poliermethoden.
Die folgende Tabelle enthält verschiedene Beispiele der Gläser dieser Erfindung sowie ihre Eigenschaften. Die Beispiele A, E und G sind bevorzugt.
αλ
Tabelle
Gewicht % A B C D E F G
SiO2 26.0 26.0 26.0 26.0 26.0 26.P. 27.1
B2O3 5.1 5.1 5".I 5.6 5.3 5.3 5.J
Al2O3 1.0 1,0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
BaO 26.5 25.5 25.5 25.5 25.5" 25.5 25.5
PbO 22.8 23.8 22.8 22.8 22.8 22.B 22. i:
TiO2 4.0 4.0 4.0 3.5 3.8 3.0 2.7
La2O3 14.5 14.5 14.5 14.5 14. b 1-4.5 14.5
Nb2O5 — -- 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
As2O3 0.1 0.1 OJ 0.1 0.1 0.1 0.1
"0 1.7494T 1.74432 1.75459 1.74869 1.75041 1.74111 1.73739
"F - nf. 0.02053 0.02073 0.021OR 0.02051 .020679 .019945 .-Ül967«i
vD 36.5 35.9 35.8 36.5 36.29 37.16 37.48
f(g/cm3) · 4.450 4.370 4.438 4.436 4.439 4.413 4.407
oO20-300°C 81.9 79.4 81.1 82.2 82.6 81.9 HO. 9
TqI"C) 602 602 606 559 601J 602 Gü6
1 o(ju = 7.6( °C) 733 734 738 732 737 740 737
1ogu=4(0C) — — — — 874 885 3H0
Verschmelz-
spannung *
(nm/cm)		 71T 235C 75 T ,_- 40T
*Benerkungs CTE das Schnelzstandards (Schott S-1018.) nominal = 79.5 la ~50 nm/cra T = Zug
C = Druck
= 7.8. 5 r
Die vorgenannten Beispiele können mit einem ähnlichen Erfolg wiederholt werden, wenn die allgemeinen oder speziell beschriebenen Reaktanten und/oder Arbeitsbedingungen dieser Erfindung durch solche ersetzt werden, die in den vorausgehenden Beispielen benutzt wurden.

Claims (3)

SCHOTT GLASS TECHNOLOGIES, INC. S.OP 8 Duryea, USA Hochbrechendes optisches Glas mit niedriger Dispersion geeignet für Mehrfokalkorrekturbrillen Patentansprüche
1. Ein Glas mit einem Brechungsindex von wenigstens 1.730, einer Abbezahl von wenigstens 33, einer Dichte nicht größer als 4,45 g/cm3, einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten nicht größer als 83 und nicht kleiner als 77 χ 10~7/°C zwischen .20-3000C, dadurch gekennzeichnet, daß es, ausgedrückt in Gewichtsprozenten auf Oxidbasis, enthält:
SiO2 23-32 B2O3 4-7 A12°3 0.5-3 BaO 23-30 PbO 15-30 TiO2 0.5-10 La2°3 5-20 Nb2O5 0-1
2. Ein Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Eigenschaften hat:
Brechungsindex 1.733-1.750
Abbezahl 35-40
Dichte (g/cm3) 4.37-4.41
OC20-300-C {prO °C) 79-8IxIO-7 ·
3. Ein Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es enthält:
SiO2 26-28 % B2°3 5.0-6.0 % Al2O3 0.9-1.1 % BaO 25-27 % PbO 20-24 % TiO2 2-4 % La2°3 13-15 % Nb2 0S 0.9-1.0 % . 4. Ein Glas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es enthält: SiO2 26-28 % B2°3 5.0-6.0 % 0.9-1.1 % BaO 25-27 % PbO 20-24 % TiO„ 2-4 %
La3O3 13-15 %
Nb3O5 0.9-1.0 %
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