JPH0733481A - Ion exchange treatment of rod-shaped glass - Google Patents

Ion exchange treatment of rod-shaped glass

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JPH0733481A
JPH0733481A JP17908893A JP17908893A JPH0733481A JP H0733481 A JPH0733481 A JP H0733481A JP 17908893 A JP17908893 A JP 17908893A JP 17908893 A JP17908893 A JP 17908893A JP H0733481 A JPH0733481 A JP H0733481A
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JP
Japan
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rod
glass
ion exchange
shaped glass
titanium dioxide
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Application number
JP17908893A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Nishimura
佳高 西村
Shigeo Kikko
重雄 橘高
Kiyosumi Fujii
清澄 藤井
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent deformation and to increase a refractive index difference by immersing glass contg. thallium oxide into a fused salt contg. univalent cations contg. a prescribed titanium dioxide. CONSTITUTION:Potassium nitrate, etc., and >=10wt.% powdery titanium dioxide 3 are put into a stainless steel vessel 4 of a desired capacity and are heated to obtain the fused salt 2. The upper part of rod-shaped glass 1 contg. 15 to 25mol% thallium oxide is then lanced 11 and is hung to a quartz rod 5 by means of a stainless steel wire 6. After the hung down rod-shaped glass 1 is preheated, the rod-shaped glass is immersed into the fuse salt 2 kept at a desired ion exchange temp. and is subjected to an ion exchange treatment.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガラスをイオン交換し
て屈折率分布を付与する処理方法、特に屈折率分布型ロ
ッドレンズを生産するためのイオン交換処理技術に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of ion-exchange glass to give a refractive index distribution, and more particularly to an ion-exchange processing technique for producing a gradient index rod lens.

【0002】[0002]

【従来技術の説明】ガラスに屈折率分布をつける方法と
しては、イオン交換法があげられる。イオン交換とは、
ガラス体をそのガラス転移点付近の温度に保持された溶
融塩に、長時間浸漬させることにより、前記ガラス体内
に存在する一価陽イオンと溶融塩中に含まれる一価陽イ
オンとが相互拡散することである。
2. Description of the Related Art As a method of providing a refractive index distribution on glass, an ion exchange method can be mentioned. What is ion exchange?
By immersing the glass body in a molten salt maintained at a temperature near the glass transition point for a long time, the monovalent cations present in the glass body and the monovalent cations contained in the molten salt interdiffuse. It is to be.

【0003】この方法によって、得られる前記ガラス体
内部では組成が連続的に変化し、それに伴って、ガラス
体内部の屈折率も連続的に変化させることができる。
By this method, the composition inside the obtained glass body is continuously changed, and accordingly, the refractive index inside the glass body can be continuously changed.

【0004】例えば、タリウムイオンを含有するロッド
状ガラスを溶融状態の硝酸カリウムに浸漬させて、一価
陽イオンのタリウムイオンとカリウムイオンとをイオン
交換させた場合、ロッド状ガラス中のタリウムイオンが
ロッド表面から溶融塩中に出て行くため、イオン交換後
のロッド状ガラスでは中心部から周辺部にかけて連続的
にタリウム成分の濃度が少なくなっている。この逆に、
カリウムイオンは周辺部から中心部にかけて連続的に増
加している。
For example, when a rod-shaped glass containing thallium ions is immersed in molten potassium nitrate to ion-exchange the monovalent cations thallium ions and potassium ions, the thallium ions in the rod-shaped glass are rod-shaped. Since it goes out from the surface into the molten salt, the concentration of the thallium component decreases continuously from the central portion to the peripheral portion in the rod-shaped glass after ion exchange. On the contrary,
Potassium ions continuously increase from the periphery to the center.

【0005】このタリウムイオンは、カリウムイオンに
比べて屈折率を大きくする成分なので、ロッド状ガラス
の中心部の屈折率が最も大きく、周辺部にいくにしたが
い連続的に屈折率が小さくなるような屈折率分布がつ
く。このような屈折率分布のついたロッド状ガラスは、
両端面が平面でも凸レンズとしての作用をする。
Since this thallium ion has a larger refractive index than potassium ion, the central part of the rod-shaped glass has the largest refractive index, and the refractive index continuously decreases toward the peripheral part. It has a refractive index distribution. Rod-shaped glass with such a refractive index distribution,
Even if both end surfaces are flat, it functions as a convex lens.

【0006】このようなロッド状レンズの一つの用途と
して、内視鏡の対物レンズが挙げられる。この対物レン
ズでは、視野の大きなことが要求されている。対物レン
ズの視野は大きくするには、屈折率分布型ロッド状レン
ズの中心と周辺の屈折率差を大きくすればよい。したが
って、屈折率差を大きくするに、母材ガラスに屈折率を
大きくする成分である酸化タリウムを多く含ませる必要
がある。
One of the uses of such a rod-shaped lens is an objective lens of an endoscope. This objective lens is required to have a large field of view. The field of view of the objective lens can be increased by increasing the difference in refractive index between the center and the periphery of the gradient index rod lens. Therefore, in order to increase the difference in refractive index, it is necessary to make the matrix glass contain a large amount of thallium oxide, which is a component for increasing the refractive index.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、本発
明者らの研究によると、15mol%以上の酸化タリウ
ムを含有するロッド状ガラス(以下、タリウム系ロッド
ガラスと記す)を溶融状態の硝酸カリウムに浸漬させ
て、タリウムイオンとカリウムイオンとをイオン交換さ
せる場合、イオン交換中のタリウム系ロッドガラスの断
面形状が、円形から楕円状に変形してしまう問題点を発
見した。
However, according to the research conducted by the present inventors, a rod-shaped glass containing 15 mol% or more of thallium oxide (hereinafter referred to as thallium-based rod glass) is immersed in molten potassium nitrate. Then, when thallium ions and potassium ions are ion-exchanged, a problem that the cross-sectional shape of the thallium-based rod glass during ion exchange is deformed from a circular shape to an elliptical shape has been discovered.

【0008】その状況を図2に示す。この変形の大きさ
は、例えば、もともと長軸と短軸の差が1〜2μmであ
る直径2mmのロッド状ガラスをイオン交換処理した場
合、処理後のロッド状ガラスの長軸と短軸の差は、約1
50μmにも達する。これは、もとの直径の7.5%に
も相当することになる。
The situation is shown in FIG. The magnitude of this deformation is, for example, when the rod-shaped glass having a diameter of 2 mm, which originally has a difference between the major axis and the minor axis of 1 to 2 μm, is subjected to an ion exchange treatment, the difference between the major axis and the minor axis of the treated rod-shaped glass. Is about 1
It reaches 50 μm. This corresponds to 7.5% of the original diameter.

【0009】この楕円状の変形は光軸に対して非対称で
あるため、著しい非点収差を生じ、レンズ性能を下げる
原因となってしまう。
Since this elliptical deformation is asymmetric with respect to the optical axis, it causes remarkable astigmatism and causes deterioration of lens performance.

【0010】本発明の目的は、イオン交換処理において
高タリウム系ロッドガラスに発生する上述の変形を防ぐ
方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method for preventing the above-mentioned deformation occurring in a high thallium-based rod glass in an ion exchange treatment.

【0011】[0011]

【問題点を解決するための手段】本発明では、ガラス組
成として酸化タリウムを含有するガラスを、一価の陽イ
オンを含む溶融塩に浸漬させてイオン交換処理する方法
において、前記溶融塩中に10重量%以上の粉末状の二
酸化チタンを含ませて、ロッド状ガラスのイオン交換処
理を行う。
In the present invention, a glass containing thallium oxide as a glass composition is immersed in a molten salt containing a monovalent cation to perform an ion exchange treatment. Ion exchange treatment of the rod-shaped glass is performed by adding 10% by weight or more of powdery titanium dioxide.

【0012】[0012]

【実施例】以下に、本発明について詳しく説明する。The present invention will be described in detail below.

【0013】本発明者らは、溶融塩中に粉末状の二酸化
チタンまたは活性アルミナを加えることによって、高タ
リウム系ロッドガラスに発生する楕円状の変形を抑えら
れることを見いだした。
The inventors have found that the addition of powdered titanium dioxide or activated alumina into the molten salt can suppress the elliptical deformation generated in the high thallium rod glass.

【0014】しかしながら、活性アルミナを溶融塩中に
加えた場合では、作業環境に悪化させるNOX が発生し
てしまう。一方、二酸化チタンの場合には、このような
ことは起こらないので、二酸化チタンを溶融塩中に添加
するのがよい。なお、この二酸化チタンは、溶融塩中で
は容器の底に沈澱した形で存在している。
However, when activated alumina is added to the molten salt, NO x which deteriorates the working environment is generated. On the other hand, in the case of titanium dioxide, such a phenomenon does not occur, so it is preferable to add titanium dioxide to the molten salt. The titanium dioxide is present in the molten salt in the form of being precipitated at the bottom of the container.

【0015】(具体例)以下、本発明の具体例につき詳
細に説明する。まず、直径が100mmで深さが100
mmのステンレス容器(4)に硝酸カリウム1200g
と所定量の粉末状の二酸化チタン(3)を入れて、電気
炉中で550℃まで昇温し、溶融塩(2)として数時間
保つ。
(Specific Example) Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in detail. First, the diameter is 100 mm and the depth is 100
1200g potassium nitrate in mm stainless steel container (4)
And a predetermined amount of powdery titanium dioxide (3) are charged, the temperature is raised to 550 ° C. in an electric furnace, and the molten salt (2) is kept for several hours.

【0016】使用するタリウム系ロッドガラスの組成
は、SiO2−ZnO−R2O系であり、R2O 成分とし
て、Na2Oが5〜10mol%、Tl2O成分が15〜
25mol%含まれる。なお、Tl2O 成分が25mo
l%を越える場合では、ガラス化が困難である。タリウ
ム系ロッドガラス(1)の直径は、直径6mmで長さは
65mmとした。
The composition of the thallium-based rod glass used is SiO 2 —ZnO—R 2 O system, and Na 2 O is 5 to 10 mol% and Tl 2 O component is 15 to 10 mol% as the R 2 O component.
25 mol% is contained. The Tl 2 O component is 25mo
If it exceeds 1%, vitrification is difficult. The thallium rod glass (1) had a diameter of 6 mm and a length of 65 mm.

【0017】次に、図1に示すようにその上部に切れ込
み(11)を入れ、ステンレスワイヤ−(6)で石英棒
(5)に吊り下げ、石英棒ごと550℃の雰囲気下で1
0分間保ち、予熱されたタリウム系ロッドガラスをイオ
ン交換温度に保持した上記溶融塩(2)に浸漬させてイ
オン交換を行った。
Next, as shown in FIG. 1, a notch (11) is made in the upper part, and the wire is hung on a quartz rod (5) with a stainless wire (6).
Ion exchange was performed by immersing the preheated thallium-based rod glass in the molten salt (2) kept at the ion exchange temperature for 0 minute.

【0018】図3に、溶融塩中の二酸化チタンの添加量
を変化させた場合の、ロッドガラスの変形(長軸と短軸
の差)との関係を示す。なおこの場合、二酸化チタンの
添加量は硝酸カリウムに対する量である。また、そのと
きのタリウム系ロッドガラスの組成とイオン交換条件
は、表1に示す。
FIG. 3 shows the relationship with the deformation of the rod glass (difference between the long axis and the short axis) when the amount of titanium dioxide added to the molten salt was changed. In this case, the amount of titanium dioxide added is the amount with respect to potassium nitrate. Table 1 shows the composition of the thallium-based rod glass and the ion exchange conditions at that time.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】この結果より、前記ロッドガラスの組成と
イオン交換条件の範囲において、二酸化チタンの添加量
が約9%を境として、ロッドガラスの変形の程度が大き
く変化していることがわかる。二酸化チタンの添加量と
しては、溶融塩量に対して10重量%以上含ませる必要
のあることがわかった。なお、望ましい二酸化チタンの
添加量としては、15〜20%程度である。
From these results, it can be seen that the degree of deformation of the rod glass greatly changes when the amount of titanium dioxide added is about 9% within the range of the composition of the rod glass and the ion exchange conditions. It was found that the amount of titanium dioxide added should be 10% by weight or more based on the amount of molten salt. The desirable addition amount of titanium dioxide is about 15 to 20%.

【0021】なお、変形の大きさが長短軸差で3μm以
下であれば、レンズとしての性能にさほど影響はない
が、3μm以上になるとその影響が大きくなりレンズ性
能に影響を与える。
It should be noted that if the magnitude of deformation is 3 μm or less in terms of axial and minor axis difference, the performance as a lens is not significantly affected, but if it is 3 μm or more, the effect is large and lens performance is affected.

【0022】(比較例1〜3)比較例1〜3について
の、タリウム系ロッドガラスの組成、イオン交換条件、
二酸化チタンの添加量及びロッドガラスの変形の有無を
表2に示す。
(Comparative Examples 1 to 3) The composition of thallium-based rod glass, ion exchange conditions, and
Table 2 shows the addition amount of titanium dioxide and the presence or absence of deformation of the rod glass.

【0023】[0023]

【表2】 [Table 2]

【0024】この比較例の場合は、酸化タリウムの組成
がいずれも10%以下であるので、溶融塩に二酸化チタ
ンを添加しなくても、ロッドガラスに変形は発生してい
ないことがわかる。
In the case of this comparative example, since the composition of thallium oxide is 10% or less, it is understood that the rod glass is not deformed even if titanium dioxide is not added to the molten salt.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明では、イオン交換前の溶融塩に予
め10重量%以上の二酸化チタンを含有させることによ
り、高タリウム系ロッドガラスの楕円状の変形を防ぐこ
とができ、ロッド状ガラスレンズの中心部と周辺部と
で、屈折率差の大きなレンズを得ることができる。
According to the present invention, by preliminarily containing 10% by weight or more of titanium dioxide in the molten salt before the ion exchange, it is possible to prevent the elliptical deformation of the high thallium system rod glass, and thus the rod-shaped glass lens. It is possible to obtain a lens having a large difference in refractive index between the central portion and the peripheral portion.

【0026】したがって、視野角の大きな屈折率分布型
レンズが、変形による光学特性の低下を伴うことなく、
安定して得ることができる。
Therefore, the gradient index lens having a wide viewing angle does not cause deterioration of optical characteristics due to deformation,
It can be stably obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】イオン交換処理の方法を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a method of ion exchange treatment.

【図2】変形したロッド状ガラスの断面形状の図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a deformed glass rod.

【図3】二酸化チタンの添加量と変形の関係を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of titanium dioxide added and deformation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 タリウム系ロッドガラス 1a ロッドガラスの断面の短軸 1b ロッドガラスの断面の短軸 11 ロッドガラスの切れ込み部 2 硝酸カリウム溶融塩 3 粉末状の二酸化チタン 4 ステンレス容器 5 石英棒 6 ステンレスワイヤ− 1 Thallium-based rod glass 1a Short axis of rod glass cross section 1b Short axis of rod glass cross section 11 Cut portion of rod glass 2 Potassium nitrate molten salt 3 Powdered titanium dioxide 4 Stainless steel container 5 Quartz rod 6 Stainless wire-

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガラス組成として酸化タリウムを含有す
るガラスを、一価の陽イオンを含む溶融塩に浸漬させて
イオン交換処理する方法において、前記溶融塩中に10
重量%以上の粉末状の二酸化チタンを含ませることを特
徴とするロッド状ガラスのイオン交換処理方法。
1. A method of immersing a glass containing thallium oxide as a glass composition in a molten salt containing a monovalent cation to perform an ion exchange treatment, wherein 10 parts of the molten salt are contained in the molten salt.
A method for ion-exchange treatment of rod-shaped glass, which comprises containing powdery titanium dioxide in an amount of at least wt%.
【請求項2】 請求項1において、前記ガラスが酸化タ
リウムを15〜25mol%含むロッド状ガラスのイオ
ン交換処理方法。
2. The ion exchange treatment method for a rod-shaped glass according to claim 1, wherein the glass contains thallium oxide in an amount of 15 to 25 mol%.
JP17908893A 1993-07-20 1993-07-20 Ion exchange treatment of rod-shaped glass Pending JPH0733481A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100463586B1 (en) * 2000-08-31 2004-12-29 재단법인 포항산업과학연구원 Method for preparing high refractive index glass bead by ion-exchange
CN112358179A (en) * 2020-11-24 2021-02-12 郑州大正光电科技有限公司 Self-focusing lens and preparation method thereof

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