JP2006022265A

JP2006022265A - 光学部品

Info

Publication number: JP2006022265A
Application number: JP2004203331A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Shibuya; 篤渋谷; Toshiyuki Hirose; 敏行広瀬
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】短波長のレーザー光学系に射出成形によって得られる光学部品に適用する。
【解決手段】波長が３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、強度が0.5ｍＷ以上であり、レーザーの光束の断面積が１００ｍｍ²以下のレーザー光を透過せしめる光学系に用いられ、射出成形により得られる光学部品であって、使用によりレーザーの光線透過率が低下しないことを特徴とする光学部品。好ましくは、光学部品が、一般化学式（１）;

（式中、Ｒ^１は、炭素数２〜２０の炭化水素基群から選ばれる１種ないし２種以上の二価の基、Ｒ^２は、水素及び炭素数1〜5の炭化水素基からなる群から選ばれる1種ないし2種以上の一価の基、ｘおよびｙは共重合比を示し、x/yが５／９５以上、９５／５以下となる実数である。）で表現される環状オレフィン系共重合体からなる光学部品。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学部品に関する。さらに詳しくは、300 nm以上500 nm以下のレーザー光を透過せしめる光学系に用いられる射出成形により得られる光学部品に関する。

従来より光学部品には、軽量で成形性に優れる、例えばポリメタクリル酸メチルや環状オレフイン系重合体などの透明プラスチック材料が用いられてきた。特には複屈折・吸水率の小さい樹脂であり、近年レンズ等の高精度光学部品材料として注目されている。
例えば、特開2001-074915に紹介されているトーリックレンズは、樹脂として、炭素原子数が２〜２０のα-オレフィンと特定構造の環状オレフィンから導かれるα-オレフィン・環状オレフィンランダム共重合体が好ましいとされている。
特開2001-074915号公報

一方、レーザー光のトレンドは短波長化に向かっており、2003年4月には405nm付近のレーザーを用いた光ディスクが商品化されるとの発表がなされている。

しかし短波長のレーザー光学系に射出成形によって得られる光学部品を使用する場合、従来の技術では性能上、問題となるケースがあった。例えば使用初期は光学部品としての性能を保持していたものが、使用するに従い性能が損なわれるなどである。

本発明の課題は上記問題を回避することにある。

本発明者らは該課題を解決するため鋭意検討した結果、光学部品として特定のものを用いることにより上記課題が解決可能であることを見いだし、本発明を完成した。

本発明の手段によれば、レーザ光によって透過率が低下しないばかりか上昇する場合もあり、このことは公知の技術・知見からは予想できないものである。

すなわち、本発明は波長が300 nm以上500 nm以下、強度が0.5 mW以上であり、レーザーの光束の断面積が100mm²以下のレーザー光を透過せしめる光学系に用いられ、射出成形により得られる光学部品であって、500時間以上の使用によってもレーザー光の優れた光線透過率が維持されることを特徴とする光学部品に関する。

本発明の光学部品に用いられる材料としては、特に一般化学式（１）;

（式中、Ｒ^１は、炭素数2〜20の炭化水素基群から選ばれる1種ないし2種以上の二価の基
、Ｒ^２は、水素又は炭素数1〜5の炭化水素基からなる群から選ばれる1種ないし2種以上の一価の基、ｘおよびｙは共重合比を示し、x/yが5/95以上、95/5以下となる実数である。）で表現される環状オレフィン系共重合体を用いることが望ましい。

以下、本発明の光学部品について具体的に説明する。
本発明の光学部品は、波長が300 nm以上500 nm以下、強度が0.5 mW以上であり、レーザーの光束の断面積が100mm²以下のレーザー光を透過せしめる光学系に用いられ、射出成形により得られ、使用によりレーザー光の優れた光線透過率が維持されることを特徴とする光学部品である。

（レーザー光）
レーザー光の波長・強度・光束の大きさは上記範囲内で、用途に応じ任意に選択される。
レーザーの光線透過率は、光路中の光学部品前後の光量を比較することによって計算される。測定方法は特に限定されず、公知の任意の方法で測定される。

本発明の光学部品は使用によりレーザーの優れた光線透過率が維持されることを特徴とする光学部品である。なお、態様によっては、光線透過率が経時的に低下せず、不変または向上することも見られる。

(原料ポリマー)
本発明の光学部品の原料として用いられる樹脂は特に限定されるものではないが、好ましくは前記一般化学式（１）で表現される環状オレフィン系共重合体からなる。

また、前記一般化学式（１）において、Ｒ^１は、好ましくは、炭素数2〜12の炭化水素基群から選ばれる1種ないし2種以上の二価の基であり、さらに好ましくは、一般化学式（２）；

で表される二価の基であり、最も好ましくは、前記一般化学式(2)においてｐが0または1である二価の基である。R¹の構造は1種のみ用いても、2種以上併用しても構わない。

また、前記一般化学式（１）において、R²の例としては水素、メチル基、エチル基、n-プロピル基、I-プロビル基、n-ブチル基、2-メチルプロビル基等が挙げられるが、好ましくは、水素及び／または−ＣＨ_３であり、最も好ましくは水素である。

また、共重合のタイプは本発明において全く制限されるものではなく、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、交互共重合等、公知の様々な共重合タイプを適用することができるが、好ましくはランダムコポリマーである。

主たる成分として用いられる樹脂の構造が上記のものでない場合、透明性・屈折率・複屈折率等の光学物性が劣るため、光学部品の性能が劣る場合がある。

（主鎖の一部として用いることのできるその他の構造）
また本発明で用いられるポリマーは、本発明の成形方法によって得られる製品の良好な物性を損なわない範囲で、必要に応じて他の共重合可能なモノマーから誘導される繰り返し構造単位を有していてもよい。その共重合比は限定されないが、好ましくは２０モル％以下、さらに好ましくは１０モル％以下であり、それ以上共重合させた場合、光学物性を損ない、高精度の光学部品が得られない恐れがある。また、共重合の種類は限定されないが、ランダムコポリマーが好ましい。

（ポリマーの分子量）
本発明の光学部品に用いられるポリマーの分子量は限定されるものではないが、好ましくは１３５℃のデカリン中で測定される極限粘度［η］が、０．０３〜１０ｄｌ／ｇ、さらに好ましくは０．０５〜５ｄｌ／ｇであり、最も好ましくは０．１０〜２ｄｌ／ｇである。

この範囲より分子量が高い場合、成形性が悪くなり、また、この範囲より分子量が低い場合、成形物は脆くなる。

（ポリマーのガラス転移温度）
なお、ポリマーのガラス転移温度（以下Ｔｇと記載）は７０℃以上であることが好ましく、さらに好ましくは７０〜２５０℃であり、最も好ましくは１００〜２００℃である。

この範囲よりＴｇが高くなる共重合比を選択した場合、成形性が悪くなり、また、この範囲よりＴｇが低くなる共重合比を選択した場合、成形物は熱に弱くなる。
なお、TgはDSC, 粘弾性測定等、通常公知の方法で測定することができる。

（ポリマーの変性）
このポリマーは本発明の光学部品の良好な諸物性を損なわない範囲内で、グラフト変性など、公知の様々な方法により変性して用いることができる。

原料ポリマーからグラフト変性物を得るには、従来公知のポリマー変性方法を広く適用することができる。たとえば溶融状態にある原料樹脂に変性剤を添加してグラフト重合（反応）させる方法、あるいは原料樹脂の溶媒溶液に変性剤を添加してグラフト反応させる方法などである。このようなグラフト反応は、通常６０〜３５０℃の温度で行われる。またグラフト反応は、有機過酸化物およびアゾ化合物などのラジカル開始剤の共存下に行うことができる。

ここで用いられる変性剤としては、通常不飽和カルボン酸類があげられ、具体的には、（メタ）アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、エンドシス-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボン酸（ナジック酸TM）などの不飽和カルボン酸、さらにこれら不飽和カルボン酸の誘導体たとえば不飽和カルボン酸無水物、不飽和カルボン酸ハライド、不飽和カルボン酸アミド、不飽和カルボン酸イミド、不飽和カルボン酸のエステル化合物などが例示される。

不飽和カルボン酸の誘導体としては、より具体的に、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、塩化マレイル、マレイミド、マレイン酸モノメチル、マレイン酸ジメチル、グリシジルマレエートなどが挙げられる。

これらのなかでは、α,β-不飽和ジカルボン酸およびα,β-不飽和ジカルボン酸無水物
たとえばマレイン酸、ナジック酸およびこれら酸の無水物が好ましく用いられる。これらの変性剤は、１種単独または、２種以上組合わせて用いることができる。

これらの方法により得られたグラフト変成物はそのままで用いることもできるが、予め高変性率の変性物を調製し、次いでこの変性物と未変性の原料樹脂とを所望の変性率になるように混合することにより効率よく製造することもできる。

（樹脂組成物）
本発明においては、ポリマーに、必要に応じて、さらに他の樹脂を配合してなる樹脂組成物を用いることもできる。他の樹脂は、本発明の目的を損なわない範囲で添加される。

例えば、次に示す（１）〜（１７）である。
(1)１個または２個の不飽和結合を有する炭化水素から誘導される重合体。具体的には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルブテン-1、ポリ4-メチルペンテン-1、ポリブテン-1およびポリスチレンなどのポリオレフィンが挙げられる。なおこれらのポリオレフィンは架橋構造を有していてもよい。

(2)ハロゲン含有ビニル重合体。具体的にはポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリクロロプレン、塩素化ゴムなどが挙げられる。

(3)α,β-不飽和酸とその誘導体から誘導された重合体。具体的にはポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、または前記の重合体を構成するモノマーとの共重合体、たとえばアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・スチレン・アクリル酸エステル共重合体などが挙げられる。

(4)不飽和アルコールおよびアミン、または不飽和アルコールのアシル誘導体またはアセタールから誘導される重合体。具体的にはポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリスレアリン酸ビニル、ポリ安息香酸ビニル、ポリマレイン酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリアリルフタレート、ポリアリルメラミン、または前記重合体を構成するモノマーとの共重合体、たとえばエチレン・酢酸ビニル共重合体などが挙げられる。

(5)エポキシドから誘導される重合体。具体的にはポリエチレンオキシドまたはビスグリシジルエーテルから誘導された重合体などが挙げられる。

(6)ポリアセタール。具体的にはポリオキシメチレン、ポリオキシエチレン、コモノマーとしてエチレンオキシドを含むようなポリオキシメチレンなどが挙げられる。

(7)ポリフェニレンオキシド。

(8)ポリカーボネート。

(9)ポリスルフォン。

(10)ポリウレタンおよび尿素樹脂。

(11)ジアミンおよびジカルボン酸および／またはアミノカルボン酸、または相応するラクタムから誘導されたポリアミドおよびコポリアミド。具体的にはナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２などが挙げられる。

(12)ジカルボン酸およびジアルコールおよび／またはオキシカルボン酸、または相応するラクトンから誘導されたポリエステル。具体的にはポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ1,4-ジメチロール・シクロヘキサンテレフタレートなどが挙げられる。

(13)アルデヒドとフェノール、尿素またはメラミンから誘導された架橋構造を有した重合体。具体的には、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、尿素・ホルムアルデヒド樹脂、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂などが挙げられる。

(14)アルキッド樹脂。具体的にはグリセリン・フタル酸樹脂などが挙げられる。

(15)飽和および不飽和ジカルボン酸と多価アルコールとのコポリエステルから誘導され、架橋剤としてビニル化合物を使用して得られる不飽和ポリエステル樹脂ならびにハロゲン含有改質樹脂。

(16)天然重合体。具体的にはセルロース、ゴム、蛋白質、あるいはそれらの誘導体たとえば酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、セルロースエーテルなどが挙げられる。

(17)軟質重合体。例えば、環状オレフィン成分を含む軟質重合体、α-オレフィン系共重合体、α-オレフィン・ジエン系共重合体、芳香族ビニル系炭化水素・共役ジエン系軟質共重合体、イソブチレンまたはイソブチレン・共役ジエンからなる軟質重合体または共重合体等が挙げられる。

（添加剤）
本発明で用いるポリマーには、上述の成分に加えてさらに、本発明の光学部品の良好な特性を損なわない範囲で、公知の耐候安定剤、耐熱安定剤、帯電防止剤、難燃剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、防曇剤、滑剤、染料、顔料、天然油、合成油、ワックス、有機または無機の充填剤などが配合されていてもよい。

たとえば、任意成分として配合される耐候安定剤の紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、ニッケル系化合物、ヒンダードアミン系化合物があり、具体的には、2,2',4,4'-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2-(2'-ヒドロキシ-3'-t-ブチル-5'-ブチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾールや2-(2'-ヒドロキシ-3'-t-ブチル-5'-ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、ビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンゾイルフォスフォリックアシッドエチルエステルのニッケル塩、ビス(2,2',6,6'-テトラメチル-4-ピペリジン)セバケイトなどが挙げられる。

また、任意成分として配合される耐熱安定剤としては、テトラキス［メチレン-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル）プロピオネート］メタン、β-（3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル）プロピオン酸アルキルエステル、2,2'-オキザミドビス［エチル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートなどのフェノール系酸化防止剤、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、1,2-ヒドロキシステアリン酸カルシウムなどの脂肪酸金属塩、グリセリンモノステアレート、グリセリンジステアレート、ペンタエリスリトールモノステアレート、ペンタエリスリトールジステアレート、ペンタエリスリトールトリステアレートなどの多価アルコール脂肪酸エステルなどを挙げることができ、また、ジステアリルペンタエリスリトールジフォスファイト、フェニル-4,4'-イソプロピリデンジフェノール-ペンタエリスリトールジフォスファイト、ビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェニル)ペンタエリスリトールジフォスファイト、トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)フォスファイト等のリン系安定剤を使用してもよい。これらは単独で配合してもよいが、組み合わせて配合してもよい。たとえばテトラキス［メチレン-3-(3.5-ジ-t-
ブチル-4-ヒドロキシフェニル）プロピオネート］メタンとステアリン酸亜鉛とグリセリンモノステアレートとの組み合わせなどを例示できる。これらの安定剤は、１種または２種以上組み合わせて用いることができる。

本発明で使用される環状オレフィン系重合体と他の樹脂成分や添加剤との混合方法は限定されるものではなく、公知の方法が適用できる。たとえば各成分を同時に混合する方法などである。

次に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によりなんら制限されるものではない。
実施例における物性測定方法は次の通りである。
（１）溶融流れ指数（ＭＦＲ）
ＡＳＴＭＤ１２３８に準じ２６０℃、荷重２.１６ｋｇで測定。
（２）ガラス転移温度（Ｔｇ）
ＳＥＩＫＯ電子工業（株）製ＤＳＣ２０を用いて窒素中10℃/min.の昇温条件で250℃まで昇温させた後、一旦サンプルを急冷し、その後に昇温速度１０℃／分で測定。
（３）405nm光線透過率
厚み5mmの角板を用いて紫外・可視分光光度計により測定した。

[成形例］
チーグラー触媒を用いて得られたエチレン・テトラシクロドデセンランダム共重合体（テトラシクロドデセン単位含量：３４モル％、ＭＦＲ：３８ｇ／１０分、Ｔｇ：１３３℃）を原料として、射出成形機（東芝機械(株)製ＩＳ５０ＥＰ）を使用し、シリンダー温度２６０℃、金型温度１２０℃にて、６５mm×３５mmの5.0mm平板を成形した。……(a)

チーグラー触媒を用いて得られたエチレン・テトラシクロドデセンランダム共重合体（テトラシクロドデセン単位含量：３７モル％、ＭＦＲ：１１ｇ／１０分、Ｔｇ：１４８℃）を原料として、射出成形機（東芝機械(株)製ＩＳ５０ＥＰ）を使用し、シリンダー温度２８０℃、金型温度１３０℃にて、６５mm×３５mmの5.0mm平板を成形した。……(b)

チーグラー触媒を用いて得られたエチレン・テトラシクロドデセンランダム共重合体（テトラシクロドデセン単位含量：３１モル％、ＭＦＲ：２１ｇ／１０分、Ｔｇ：１２３℃）を原料として、射出成形機（東芝機械(株)製ＩＳ５０ＥＰ）を使用し、シリンダー温度２５０℃、金型温度１１０℃にて、６５mm×３５mmの5.0mm平板を成形した。……(c)

メタロセン触媒を用いて得られたエチレン・ノルボルネンテトラシクロドデセンランダム共重合体（ノルボルネン単位含量：４４モル％、ＭＦＲ：２５ｇ／１０分、Ｔｇ：１３３℃）を原料として、射出成形機（東芝機械(株)製ＩＳ５０ＥＰ）を使用し、シリンダー温度２６０℃、金型温度１２０℃にて、６５mm×３５mmの5.0mm平板を成形した。……(d)

ポリカーボネート（帝人(株)製ＡＤ５５０３）を用い、射出成形機（東芝機械(株)製ＩＳ５０ＥＰ）を使用し、シリンダー温度３２０℃、金型温度１３０℃で６５mm×３５mmの5.0mm平板を成形した。……(e)

実施例１〜４および比較例１
定格30mW、405nmのレーザー（日亜化学製ＮＤＨＶ３１０ＡＣＡ）を用い、コリメータレンズによりビーム形状を断面形状短径1.5mm、長径3.0mmの楕円となる平行光に調整し、(a)〜(e)で得られた平板に直角に照射する光学系をそれぞれ組み、23℃、常圧下で2000時
間の照射を行った。

照射中、500時間ごとに、照射部中心部を中心とした3mm径の円内の405nmでの分光光線透過率を測定した。

また、この平板の光学性能変化を測定するため、王子計測器KOBRA-CCD/X20SP微小面積複屈折計を用い、照射前後の照射中心部のリタデーションの変化量を測定した。

結果を表1にまとめて示す。

以上により、実施例の各試験片は、比較例のものに比べて耐レーザー性が高く、短波長のレーザー光学系に射出成形によって得られる光学部品を使用する場合でも、本発明の光学部品では問題なく使用できることがわかる。

短波長のレーザー光学系に射出成形によって得られる光学部品を使用する場合でも、、本発明の光学部品では問題なく使用できる。

Claims

波長が３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、強度が0.5 ｍＷ以上であり、レーザーの光束の断面積が１００ｍｍ²以下のレーザー光を透過せしめる光学系に用いられ、射出成形により得られる光学部品であって、５００時間以上の使用によってもレーザー光の優れた光線透過率が維持されることを特徴とする光学部品。
請求項１記載の光学部品が、一般化学式（１）;

（式中、Ｒ^１は、炭素数２〜２０の炭化水素基群から選ばれる１種ないし２種以上の二価の基、Ｒ^２は、水素又は炭素数１〜５の炭化水素基からなる群から選ばれる１種ないし２種以上の一価の基、ｘおよびｙは共重合比を示し、x/yが５／９５以上、９５／５以下となる実数である。）で表現される環状オレフィン系共重合体からなることを特徴とする請求項１記載の光学部品。