JP3247482B2 - 高屈折性眼科及び光学ガラス - Google Patents
高屈折性眼科及び光学ガラスInfo
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Description
し、さらに詳しくは、光学及び/又は眼科用レンズの製
造に適する高屈折性ガラスに関する。
作用は、本質的にガラスレンズの境界を形成する面の曲
率半径及びガラスの屈折率により決定される。ジオプト
リー数が増す(およそ±4ジオプトリー以上に)程、レ
ンズの端縁領域及び中央領域は相対的に厚く作製せねば
ならないので、その重量は眼鏡装着者にとって不快にな
る。そのため、例えば低密度及び比較的に高い屈折率
(nd)を有するガラスの開発により矯正がなされてお
り、これにより、同等の高い焦点力を有するより薄くか
つ軽いガラスの製造が可能になっている。屈折率(n
d)>1.77のガラスが上記目的に特に適しており、
工業上の標準となっている。しかしながら、高い屈折率
(nd)を有するガラスは充分に高いアッベ数(νd)
を有さないのが一般的である。アッベ数は、高ければ高
い程、レンズ又は光学系における像欠陥を取り除くのに
特に有利に働く。特に眼鏡用レンズにとって、アッベ数
>34のガラスを用いるのが有利である。
する要求を全体的に又は部分的に満たす全系列のガラス
が、今では眼科用又は光学用の用途として知られるよう
になっている。特開昭58−229949号には、1.
77〜1.81の屈折率(nd)を有するSiO2 (B
2 O3 )−CaO−Nb2 O5 系から成るガラスが記載
されている。特開昭58−229949号によるガラス
は、従って眼鏡レンズとして好適な非常に良好な屈折率
を示すけれども、このガラスの化学的安定性は充分とは
言えない。これは、なかんずく、ガラス組成物中の非常
に高いB2 O3 含量及び比較的に小さいTiO2 含量に
よるものである。
O2 (B2 O3 )−CaO−Nb2O5 系から成る眼鏡
レンズ用のガラスが記載されており、このガラスは1.
790〜1.813の屈折率及び32.2〜37.0の
アッベ数を有するが、上記公報に記載の実施例により溶
融された大部分のガラスは34未満のアッベ数を有す
る。特開昭64−7012号によるガラスは、比較的に
CaO及び/又はMgOに富み(CaO+MgO合計=
16〜42重量%)、またCs2 Oを含有しないが、一
方では比較的に僅かのLa2 O3 を含有する(最大14
重量%まで)。上記公報の例示されたガラスにおいて
は、僅かに最大10重量%のLa2 O3 が同時に溶融さ
れている。しかしながら、その結果、全ての場合におい
て、要求される高いアッベ数を達成することは困難にな
る。さらに、上記特開昭64−7012号に記載のガラ
スは一般に特に高いNb2 O5 含量を有し(1〜35重
量%と記載されているが、実施例によれば慨ね28〜3
3重量%である)、この含量は要求されかつ望ましい高
い屈折率を達成するのには適しているかも知れないが、
所望のアッベ数を得るには不充分である。これもまた、
特開昭64−7012号のガラスにおいて特に19重量
%までの非常に高い潜在的なTiO2 含量によってお
り、TiO2 含量を増大することはガラスのアッベ数を
著しく低下させる。同様に、TiO2 及びNb2 O5 の
比較的高い割合はガラスの比較的に低い失透安定性につ
ながり、即ち、特開昭64−7012号に記載のガラス
は低いTiO2 及びNb2 O5 含量を有する比較し得る
ガラスよりもさらに結晶化され易くなる。前記したこと
はまた本質的にドイツ特許第34 20 306号に開
示されているガラスについても言え、ここに記載のガラ
スは20.4重量%以上のMgO+CaO含量及び最大
6.8重量%のLa2 O3 含量を有し、また同様にCs
2Oを含有していない。
2〜1.85の屈折率(nd)及び35〜65のアッベ
数(νd)を有するガラスが記載されている。B2 O3
−SiO2 系から成るこのガラスにおいては、50重量
%までの極めて高いB2 O3割合が可能であるが、最小
量1重量%は常にガラス組成物中に含まれている。さら
に、特開昭60−221338号に記載のガラスにおい
ては、幾つかの例においては、酸化物はフッ化物により
多量置換され、それによって20重量%までの比較的高
いフッ化物割合となっている。さらに、当該ガラスは必
然的に常に最小限のY2 O3 含量は有さねばならず、比
較的に高価なガラスバッチとなる。しかしながら、全て
の点から考察して、特開昭60−221338号によれ
ば、多数のガラスバッチがその特許請求の範囲に記載さ
れた組成物範囲を基に製造できるが、例えば、唯単に広
範囲の割合のために生ずるのであるが、得られる非常に
多くのガラスはもはや工業上の要求を満たさない非常に
小さな屈折率を有する。
ロッパ特許出願公開第227269号にも開示されてお
り、ここに記載のガラスは1.78〜1.82の屈折率
(nd)及び31を越えるアッベ数(νd)を有し、S
iO2 −B2 O3 −CaO−Nb2 O5 −La2 O3 系
から成っている。ヨーロッパ特許出願公開第22726
9号に記載のガラスは、16〜33重量%のアルカリ土
類酸化物含量を有する。しかしながら、これらの比較的
高いアルカリ土類酸化物含量により、前記したタイプの
ガラスにおいて比較的に劣った失透挙動を示すようにな
る。さらに、二価のガラス成分が高含量になると、カリ
ウム/ナトリウム交換について知られるようなアルカリ
酸化物の拡散を妨げるようになる(ラウシェンバッハ、
リッヒター「シリケートテクニーク」Rauschenbach,Ric
hter in "Silikattechnik",33(1982)、70−
72頁)。ヨーロッパ特許出願公開第227269号に
記載のガラスはまた、その耐薬品性は依然として改善さ
れる必要がある。上記公報の記載によれば、10%HC
lと10分間接触後のサンプルの重量損失により決定さ
れる耐薬品性は、例示されたガラスの場合13mg/d
m2 まである。今日では慣例となっているかなりのより
苛酷な試験条件下で2mg/dm2 未満というガラスの
耐薬品性に関する厳重な要求は、上記ガラスで満たすに
は不十分であり、あるいは全く満たされない。
は、前記したような従来技術により公知のガラスの不利
益を解消し、屈折率(nd)>1.77及びアッベ数
(νd)>34を有し、同時に良好な結晶化抵抗性(耐
結晶化性)及び薬品の侵蝕に対する改善された耐性を有
するガラスを提供することにある。さらに、ガラスを化
学的に硬化させることが可能であり、また、バッチ価格
も比較的に好都合なものでなければならない。
2Oはアルカリ酸化物、MOはアルカリ土類酸化物とさ
らにPbO及びZnOを表し、またM2O3はLa2O3,
Gd2O3及びBi2O3を表わす)ことを特徴とする1.
77より大きい屈折率(nd)、34より大きいアッベ
数(νd)、良好な耐薬品性及び非常に良好な結晶化抵
抗性を有する高屈折性眼科及び光学ガラスが提供され
る。
して要求されている屈折率>1.77という要求を満た
し、充分に高いアッベ数>34(低分散に相当する)を
有し、結晶化に対する良好な抵抗性、一般に好適なCs
2 Oの存在下において薬品侵蝕に対する優れた耐性、及
び例えばイオン交換プロセスにおける良好な化学的硬化
性を有することを特徴とする。また、このように優れた
品質を有するガラスを、比較的有利なバッチコストで製
造することができる。
ガラス系は成分SiO2 、アルカリ酸化物、CaO,L
a2 O3 及びTiO2 を基礎としており、ここでSiO
2 は網状組織形成体として働く。上に挙げた他の成分は
ガラス変化成分として働き、それらの添加の結果として
変性された結合条件及び群配列が網状構造内に生じ、従
ってガラスの物理的及び化学的特性において対応する変
化を生ずる結果となる。本発明によれば、原則として、
網状組織形成体として20〜35重量%、好ましくは2
6〜31重量%の量のSiO2 のみを用いることが可能
である。SiO2 の7重量%までの量を本発明の範囲内
において同族のGeO2 で置き換えることができるが、
置換によりガラスのコストが著しく増大することになる
ので、関連するGeO2 による置換はない方が好まし
い。
ガラスの場合には、3重量%以下の量のP2 O5 及び/
又は7重量%以下の量のB2 O3 もまた網状組織形成体
として好適である。しかしながら、この選択される二つ
の網状組織形成体のうち、比較的高濃度のP2 O5 では
ガラスは望ましくない不透明になり易いのでB2 O3が
好ましい。従って、もしP2 O5 が全く使用されない以
外の場合、上記網状組織形成体(P2 O5 )はほんの1
重量%までの量で用いることが望ましい。これに対し
て、ガラスの好適な態様においては、低含量のB2 O3
によって溶融特性が改善されるために少なくとも2重量
%をB2 O3 必須含量とすることが望ましい。しかしな
がら、有利には、B2 O3 の割合は5重量%を越えるべ
きではない。何故ならば、上記割合を越えると所望の耐
薬品性がもはや充分ではなくなるという危険性があるか
らである。
都合な範囲に低下させるために、本発明のガラス中に
0.1〜5重量%の量で含有される。驚くべきことに、
本発明に係るガラス系においては、Cs2Oが最良の効
果を示すということが見い出された。これが、何故この
成分が必須かという理由である。好適な態様において
は、アルカリ酸化物Li2O,K2O及びCs2Oはガラ
スバッチ中合計量で2.3〜5重量%含有される。合計
量が2.3重量%未満の場合、所望の融点に調節するこ
とがより困難となり、一方、合計量が5重量%を越える
と、所望の耐薬品性及び光学特性を得ることがより困難
になるという危険性がある。必須のCs2Oの好ましい
割合は0.5〜2重量%であり、その結果、ガラス密度
を過剰に大きく増大することなく、またガラスバッチの
コストを大きく押し上げることもなく、融点を低下させ
ることができる。この必須のCs2O以外の他のアルカ
リ酸化物の中では、Li2Oを1.8〜4.5重量%の
量で用いることが好ましい。Li2OはNa2O又はK2
Oよりも好ましく、というのはこれら他のアルカリ酸化
物は眼科用ガラスの密度をかなり大きく増大させるから
である。Li2Oの割合は化学的硬化にとっても有利で
ある。各種用途にとって重量軽減が不十分なことは密度
増大から生じている。上記の点から鑑みて、Na2O及
びK2Oの最大含量を最大1重量%に制限することは特
に好ましく、また特にNa2Oは全く使用しないのが望
ましい。
O,BaO,ZnO及びPbOは、ガラスの耐薬品性を
増大させるために、本発明の高屈折性ガラス中に少なく
とも5重量%の合計量で含有される。上に挙げた二価の
金属酸化物の割合の上限は15重量%である。その理由
は、特にアルカリ土類酸化物を多量に使用すると、失透
性(失透感受性)が増大するためにガラスの安定性が低
下するためである。上記二価の金属酸化物の中でも、C
aOの使用はガラスの耐薬品性を改善するために必須で
あり、8〜15重量%の割合が好ましい。CaOの5重
量%まではMgOで置換し得るが、ガラスの失透性はか
なり増大する。同様に、CaOの7重量%までのSr
O,BaO又はZnOによる置換、あるいはまたCaO
の5重量%までのPbOによる置換は可能であるが、但
し、CaOの最大10重量%までが他の二価の酸化物の
混合物と置換し得る。さらに、二価の金属酸化物の各々
は、置換しようとする混合物中にそれぞれの上限までの
割合でのみ添加し得る。しかしながら、本発明により可
能なCaOのSrO及び/又はBaOによる置換は、ガ
ラスの密度に本発明による上限が生ずるように悪影響を
及ぼす。同様な状況は、CaOが前記した範囲で置換さ
れ得るガラス成分ZnO及びPbOにも当てはまる。好
適なガラス組成物においては、従って、PbO及びBa
Oは全く使用されず、二価の酸化物MgO,SrO及び
ZnOはそれぞれ最大2重量%、3重量%及び6重量%
まで用いられ、ここで、CaOの合計7重量%までが上
記3つの酸化物の混合物と置換し得、該混合物中、3つ
の酸化物の各々はそのそれぞれの上限までの割合で存在
し得る。
発明による眼科用ガラスにとって必須である。La2 O
3 の割合がこの範囲未満あるいはこの範囲を超えた場
合、高屈折率>1.77及び所望のアッベ数>34は得
られ難くなる。必須成分CaOの場合と同様に、La2
O3 もまた或る限度内でBi2 O3 又はGd2 O3 など
同様な効果を有するガラス成分と置き換えることができ
る。全ての点から考察して、2重量%までのBi2 O3
及び/又は5重量%までのGd2 O3 により相当する重
量割合のLa2 O3 を置換し得る。しかしながら、置換
を全体的にみると、そのような置換はガラスの価格に悪
影響を及ぼすことに留意すべきである。さらに、Bi2
O3 の使用によりガラスが望ましくない黄色に着色され
得るようになり、そのためにBi2 O3 による置換の上
限はまた比較的に低く僅かに2重量%に設定されるべき
である。好適な態様においては、Bi2 O3 及びGd2
O3 は全く使用されず、排他的にLa2 O3 のみが17
〜24重量%の量で用いられる。
必須成分はTiO2 とNb2 O5 である。5〜13重量
%(TiO2 )及び10〜25重量%(Nb2 O5 )の
範囲において、両成分共に所望の屈折率増大に重要な役
割を果たす。必要に応じて本発明に係るガラスに添加し
得る同様に屈折率を増大する他の成分は、ZrO2 (1
0重量%以下)、及びTa2 O5 及びWO3 (各々5重
量%以下)である。上記成分、特にZrO2 の使用は望
ましい。何故ならば、TiO2 は屈折率を大きく増大す
るだけでなく、分散も増大し、従って、TiO2 含量が
13重量%を越える場合、所望のアッベ数>34を得ら
れないという危険性があるからである。従って、特に好
適なガラス組成物においては、TiO2 含量の上限は1
0重量%であり、一方、ZrO2 は必須成分となり、こ
れは2〜7重量%の割合でガラスバッチ中に同時に溶解
される。この場合、ガラスはWO3 又はTa2 O5 を含
有しないことが好ましい。何故ならば、Ta2 O5 はガ
ラスの価格に悪影響を及ぼし、またWO3 は着色注型品
を生じ易いからである。ZrO2 とTiO2 を同時に使
用することが望ましい他の理由としては、両成分共に全
体的にみてガラスの化学的性質にプラスの効果を有する
ことが挙げられる。10重量%までのZrO2 割合はガ
ラスの耐アルカリ性を増大し、一方、13重量%までの
TiO2 割合はガラスの耐酸性を増大する。一方、Nb
2 O5 の好適な割合は14〜20重量%である。
スにおいては、5重量%以下、好ましくは2重量%以下
のAl2 O3 を同様に含有でき、その結果としてガラス
の耐薬品性を改善し得る。しかしながら、Al2 O3 含
量が増加する程、特に2重量%を越える量の場合、ガラ
スの失透安定性が低下するため、ガラスに添加するAl
2 O3 は最大1重量%までの割合とすることが特に好ま
しい。さらに、3重量%以下のF及び1重量%以下のS
O3 を本発明のガラス中に含有し得る。好適な態様にお
いては、フッ素含量の上限は1.5重量%であり、SO
3 含量は最大1重量%である。有利には、SO3 成分は
全く使用されない。F及びSO3 共に、清澄剤として使
用される添加剤から生じ得る。上に挙げた上限よりも高
い含量の場合、特にFの場合、不透明の徴候を生じ易く
なる。また、眼科用ガラス及び光学ガラスの製造におい
て慣用されているように、必要に応じて、従来公知の各
種清澄剤を1重量%以下の量でガラス中に添加すること
ができる。公知の清澄剤は、ヒ素及びアンチモンの酸化
物、化合物、ハロゲン化物、及び硫酸塩である。
具体的に説明するが、本発明が下記実施例に限定される
ものでないことはもとよりである。
物、炭酸塩、硝酸塩、フッ化物等)を充分に混合し、1
400℃で溶解し、精製し、均質化した。ガラスを約1
300℃に予備加熱した金型中に注ぎ、冷却した。実施
例として溶融した5つのガラスの組成及び特性を表1に
示す。表中、ガラス成分の全ての割合は重量%で示す。
化物により置き換えられた。この実施例においてF2 −
Oはフッ素により置き換えられた酸素原子の割合を表わ
す。F2 −Oを記入することにより、フッ素が用いられ
ても実施例を100%に標準化(換算)することが可能
である。具体的なケースにおいては、フッ素割合のF 2
−Oへの変換は以下の比率によって行われた。 F2 −O:F=22:38 従って、実施例5においては、これからフッ素原子によ
り置換された酸素原子の割合0.59重量%が導かれ
る。従って、Fの行はF2 −Oに相当するフッ素の割合
のみを示し、一方、組成欄のF2 −Oの行から上の全て
の成分の含量は合計100%になる。屈折率(nd)及
びアッベ数(νd)の測定は常法に従って行った。屈折
率(nd)を測定するために、Heの黄色線beo 587
nmを用いた。
して示されている)は、酸/塩基組合せ試験による重量
損失(減失mg/dm2 )により決定された。このため
に、被検ガラスを90℃の50重量%KOH中で15分
間処理し、次いで60℃の0.05N HNO3 中で1
5分間また室温下の0.05N HNO3 中でさらに1
5分間処理した。ガラスはすすぎ、乾燥し、処理により
得られた重量損失をmg/dm2 で決定した。表1から
明らかなように、各実施例により得られた本発明に係る
ガラスは、屈折率及びアッベ数について要求される値を
満足すると共に、酸/塩基組合せ試験において優れた耐
薬品性を示し、このことは減失が2mg/dm2 未満で
あること、あるいは2つの実施例(実施例1及び3)の
場合にはさらに1.0mg/dm2 未満であることから
明らかである。
Claims (3)
- 【請求項1】 下記の組成 SiO2 20〜35 重量% GeO2 0〜7 重量% ΣSiO2+GeO2 20〜35 重量% B2O3 0〜7 重量% P2O5 0〜3 重量% Li2O 0〜4.9重量% Na2O 0〜4.9重量% K2O 0〜4.9重量% Cs2O 0.1〜5 重量% ΣM2O 0.1〜5 重量% MgO 0〜5 重量% CaO 5〜15 重量% SrO 0〜7 重量% BaO 0〜7 重量% ZnO 0〜7 重量% PbO 0〜5 重量% ΣMO 5〜15 重量% Al2O3 0〜5 重量% La2O3 15〜25 重量% Bi2O3 0〜2 重量% Gd2O3 0〜5 重量% ΣM2O3 15〜25 重量% TiO2 5〜13 重量% ZrO2 0〜10 重量% Ta2O5 0〜5 重量% Nb2O5 10〜25 重量% WO3 0〜5 重量% F 0〜3 重量% SO3 0〜1 重量% 及び必要に応じて慣用の量の清澄剤を有する(ここでM
2Oはアルカリ酸化物、MOはアルカリ土類酸化物とさ
らにPbO及びZnOを表し、またM2O3はLa2O3,
Gd2O3及びBi2O3を表わす)ことを特徴とする1.
77より大きい屈折率(nd)、34より大きいアッベ
数(νd)、良好な耐薬品性及び非常に良好な結晶化抵
抗性を有する高屈折性眼科及び光学ガラス。 - 【請求項2】 下記の組成 SiO2 26〜31 重量% B2O3 2〜5 重量% P2O5 0〜1 重量% Li2O 1.8〜4.5重量% ΣK2O+Na2O 0〜1 重量% Cs2O 0.5〜2 重量% ΣLi2O+K2O+Cs2O+Na2O 2.3〜5重量% MgO 0〜2 重量% CaO 8〜15 重量% SrO 0〜3 重量% ZnO 0〜6 重量% ΣMgO+CaO+ZnO+SrO 8〜15 重量% Al2O3 0〜1 重量% La2O3 17〜24 重量% TiO2 5〜10 重量% ZrO2 2〜7 重量% Nb2O5 14〜20 重量% F 0〜1.5重量% SO3 0〜1 重量% 及び必要に応じて慣用の量の清澄剤を有することを特徴
とする請求項1に記載のガラス。 - 【請求項3】 酸/塩基組合せ試験において2mg/d
m2未満の重量損失(減失)を示すことを特徴とする請
求項1又は2に記載のガラス。
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