JPS63190733A

JPS63190733A - 光学ガラス体の製造方法

Info

Publication number: JPS63190733A
Application number: JP62020677A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sakai; 裕之坂井; Shigeaki Omi; 成明近江; Yoshitaka Yoneda; 嘉隆米田; Yoshiyuki Asahara; 浅原　慶之
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1987-01-31
Filing date: 1987-01-31
Publication date: 1988-08-08
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPH0729800B2; US4851024A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、カメラ、望遠鏡、顕微＃ＩＬ等の光学機器や
オプトエレクトロニクス＠Ｃ用いられる光学ガラス体の
製造方法に関する。

〔従来の技術〕

カメラ、望遠鏡、顕微鏡等の光学機器やオプトエレクト
ロニクスの分野において、レンズ、光学系の設計の面か
ら多種多用な光学特性（屈折率、色分散等）を持った光
学ガラスが必要とされ、現在数百種類もの光学ガラスが
、その組成に見合った原料を溶解、冷却固化することに
より製造されている。しかし、溶解法による製造では、
目的どする種々の光学特性を持っているにも拘らず、熱
的安定性が悪いため失透し易いために製造が極めて困難
な組成のガラスも多い。

発明者は特開昭６１−２２２９４３＠公報記載の発明の
第一の工程によって、上記の熱的安定性が悪い組成のガ
ラスをイオン交換を用いて製造する方法を開示した。即
ち、Ｎａ十やに十等の低屈折率を生じるイオン（Ｉ）を
多く含むガラス体をΔＱ＋、Ｔ１＋、Ｌ１＋等の高屈折
率を生じるイオン〔ＩＩ〕を含む物質と接触さけ、上記
ガラス体を構成するイオン（Ｉ）（Ｎａ”、Ｋ＋）と高
屈折率を生ずるイオン〔■〕　（八〇＋、Ｔｆ＋、Ｌｉ
＋）とのイオン交換を充分に行ない、高屈折率を生じる
イオンの濃度をガラス体の中心部から外方に亘って均一
に高くすることにより、ガラス体の屈折率を一様に高く
するものである。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記の従来の方法ではガラス体中のイオ
ン（Ｉ’）とガラス体外のイオン（［）との平衡関係か
ら、ガラス体中でのイオン（Ｉ）及びイオン（ＩＩ）の
濃度は限定されてしまうために、イオン（Ｉ）を含む一
種類のガラスに対して一種類の屈折率を有する光学ガラ
ス体しか作製できない欠点があった。

また、多種多用な光学設計の必要性から現在でも屈折率
が１．４６から１．９８　、アツベ数（色分散）νｄが
２０から９１までの多くの光学ガラスが市場に出ており
、用途に応じた良好な光学時ｔ／［を持つ光学ガラスを
イオン交換を用いて製造するためには、従来の方法では
それぞれ穴なる組成（！Ｕ）のイオン（Ｉ）を含むガラ
ス体を溶解法によって作製する必要があった。

従って本発明の目的は、同一のガラス体から任意の戎な
る屈折率と良好な光学特性を有し、しかも均一なイオン
ｆ：１度分布を右する各種光学ガラス体を製造する方法
を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的は、ガラス体を該ガラス体を構成するイオン
ＣＩ）よりも高屈折率を生じ、しかもガラス中にイオン
拡散が可能なイオン〔ＩＩ〕を含む溶融塩中に、ガラス
体中のイオン（ＩＩ）のＩｆｆがガラス体の中心部から
外方に亘って飽和しく占い換えると平衡状態に達し）均
一な濃度分布になる以前の任意の段階まで浸漬して、ガ
ラス体中のイオンＣＩ）の一部をイオン〔ＩＩ〕とイオ
ン交換することにより、ガラス体の中心部から外方に向
かって、イオン（Ｉ）及び（Ｉ［）のそれぞれのｌｌｆ
Ｕ分布が均一でないガラス体を形成する第一の工程と、
第一の工程において得られたガラス体を、ガラス体中の
イオン〔Ｉ〕及び〔ＩＩ〕のそれぞれの濃度分布をガラ
ス体の中心部から外方に亘って実質的に均一にするに充
分な程度に加熱する第二の工程とを含むことを特徴とす
る本発明の光学ガラス体の製造方法によって達成され、
本発明によれば同一のガラス体から、任意の５′Ｉ！な
る屈折率を有する光学ガラス体を製造することが可能に
なった。

本発明の好ましい実施の態様を列挙りると以下の通りで
ある。

（１）高屈折率を生じるイオン〔ＩＩ〕をガラス体に尋
人する第一の工程におけるイオン交換をガラス体に電解
を印加しながら行なう。

（ＩＩ）第一の工程において、高屈折率を生じるイオン
〔ＩＩ〕としてＡｇ”、Ｔ立＋、Ｃ８＋またはｌｉ＋を
用いる。

（ｍ）ガラス体としてリン酸塩ガラスを、また第一の工
程で高屈折率を生じるイオン（、ＩＩ）としてＡｑ＋を
用いる。

ここで（ｉ）、（ｍ）について、ざらに詳しく述べると
、イオン〔ＩＩ〕としては屈折率の高いガラス体を製造
するにはＣ５＋、Ｔ１＋、Ａｃｔ＋や１−ｉ＋を用いる
ことができ、これらのイオンとイオン交換を行なうべき
イオン（Ｉ）としてはＮａ中やに十等を用いることがで
きる。ここでイオン（Ｉｆ）としてＡ（７＋を用いる場
合には、ケイｌ！！塩ガラスやホウ酸塩ガラスでは含有
し得るＡｇ＋の聞はかなり制限を受けるが、リン酸塩ガ
ラスではこれらのガラスに比べて多量の八〇＋を含有さ
せることができる。

以下図面に基づいて本発明を詳ｊホする。

第１図は第３図に示されたような形状を右ηる半径ｒＱ
のロッド状ガラスを出発ガラス体として用いて本発明の
方法を実施した場合における各工程後のガラス体中のイ
オン濃度分布の変化を示したものである。

初めにＮａ中やに＋などのイオン（イオン（Ｉ））を多
く含有するロッド状ガラス体を溶解法により製造し、こ
れを本発明において出発ガラス体として用いる。この出
発ガラス体中のイオン〔Ｉ〕の温度は同図（＾）の点線
１ａで示すように中心部Ｏから半径ｒＱに亘って均一で
ある（濃度Ｃ）。

この出発ガラス体をＡＱ”、Ｔｆｔ＋、ｌ−ｉ＋などの
高屈折率を生じるイオン（イオン〔■〕）の硝酸塩や硫
酸塩等の溶ｍ塩中に所定温度（Ｔ）で所定時間（１）浸
漬して、ガラス体中のイオン（１）の一部と溶融塩中の
イオン（ＩＦ）とのイオン交換を行なう（第一の工程）
。この工程においてイオン交換は、溶融塩からガラス体
中に拡散移入するイオン（［）のガラス体中の濃度がガ
ラス体の中心部０から半径ｒＱに亘って飽和し均一な濃
度分布になる以前の任意の段階で停止することが本発明
において必須条件であり、この工程により、ガラス体中
のイオン〔Ｉ〕のｍ度は第１図（Ｂ）の点線１ｂで示す
ように中心部Ｏから半径ｒＱの方向に向かって放物線状
に減少するとともに、イオン（ＩＩ）の濃度は実線２ｂ
で示すように中心部０から半径ｒＯの方向に向かって放
物線状に増加し、ガラス体の中心部０から半径ｒＱの方
向に向かってイオン〔１〕及び（ＩＩ）のそれぞれの濃
度分布が均一でないガラス体が得られる。

次いでこのガラス体を溶融塩から取り出し、ガラス体中
のイオンＣＩ）及び（ＩＩ）のイれぞれの濃度分布をガ
ラス体の中心部０から半径ｒＱに亘って実質的に均一に
りるに充分な程度に加熱する（第二の工程）。この工程
により、ガラス体中のイオン（Ｉ）とイオン〔ＩＩ〕と
は相互拡散して、イオン（Ｉ）及びイオン（ＩＩ）のｃ
Ｊ度力分布第１図（Ｃ）の点線１Ｃ及び実線２Ｃでそれ
ぞれ示すように中心部Ｏから半径ｒＱに亘って実質的に
均一となる。

次に光学ガラス体の屈折率の制御について説明する。上
記の場合よりも屈折率の小さなレンズを作製する場合に
は、第一の工程において、ガラス体を溶融塩に浸漬する
時間を上記時間ｔよりも矩−１くするか、温度を上記温
度Ｔよりも低くする。こうすることにより、溶ＦＭＡ塩
からガラス体中へ拡散移入するイオン（Ｈ）の聞は少な
くなり、屈折率の低い光学ガラス体が得られる。

逆に屈折率の高い光学ガラス体を作製する場合、第一の
工程においてガラス体を溶融塩に浸漬する時間を上記時
間ｔよりも長くするか、温度を上記温度Ｔよりも高くす
る。こうすることにより、溶融塩からガラス体中へ拡散
移入するイオン（ＩＩ）の吊は多くなり、屈折率の高い
光学ガラス体が得られる。

このように同一のガラス体から、任意の異なる屈折率を
有する光学ガラス体が１ｑられることは本発明の最大の
利点である。

以上、出発ガラス体として第３図に示したような形状の
ガラスロッドを用いた場合について説明してきたが、本
発明では出発ガラス体の形状を他の形状のガラス体にも
適用できる。たとえば、第４図に示したような形状の厚
み２・ｄＯの板状ガラス体を用いたり、第５図に示した
ような形状の半径ｒＱの球状のガラス体を用いることに
より球レンズを作製覆ることが可能である。また凸レン
ズ、凹レンズ、メニスカスレンズ等の各秤レンズ形状に
加工したガラス体に適用することも可能である。

また本発明では、第一の工程を、電界を印加しながら溶
融塩中のイオン（Ｈ）をガラス体へ拡散移入させる、い
わゆる電界イオン移入法で実施することも可能である。

この電界イオン移入法は、例えば第２図（Δ）に示した
ような装置を用いて行なわれる。この図において、溶融
塩容器１０には溶融塩７が満たされており、その中に電
極（プラス側）９が浸漬されており、一方、その四方に
壁が設けられていて内側容器を構成している■１状ガラ
ス試料６には溶融Ｊ！！７が満たされており、ぞの中に
電極（マイナス側）８が浸漬されている。この装置を用
いて、溶Ｉａ塩７の温度を所定温度に保って電極８．９
問に所定の電界を印加すると、イオン（ＩＩ）のガラス
体中への拡散移入速度が数倍程度甲くなるので、処理時
間を短縮することができる。なお、電界イオン移入法に
より第１の工程を実施することにより得られた、第４図
に図示の如く、形状の厚み２・ｄ、の板状ガラス体中の
イオン（Ｉ）及び（Ｉ［）の濃度分布は、第２図（Ｂ）
の点線１ｄ及び実線２ｄにそれぞれ示すように、中心部
Ｏから厚みｄｏの方向に向かって非対称になるが、第二
の工程で加熱することにより、容易にイオン（Ｉ）及び
（ＩＦ）のそれぞれの濃度分布を均一にすることができ
る。

〔実施例）以下、実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明
はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）モル％でＮａ２０４０％、Ｐ２０５３２％を含有するリ
ン酸塩ガラス（屈折率ｎｄ＝１．６８０、アツベ数νｄ
＝３２．０）を厚さ２ＩＩＩｒ１１、縦横それぞれ２５
ＩＩＩＩＲの板状に加工した板状ガラス体を出発ガラス
体として用いた。この板状ガラス体中のＮａ２Ｏの中心
部Ｏからｄ、方向に向かっての濃度分布は第６図（Ａ）
の直線４ａで示される如く、４０ｍｏ　１％で均一であ
った。

この板状ガラス体を重量基型で４０％のΔｇＮ０３と６
０％のＫＮＯ３とからなる、４１０℃に保持した溶融塩
中に８時間浸漬して板状ガラス体中のＮａ中と溶融塩中
の八〇＋とのイオン交換を行った（第一の工程）。第一
の工程により、Ｎａ２Ｏの濃度は、第６図（Ｂ）の曲線
４ｂに示ずように中心部０から厚みｄ、の方向に向かっ
て放物線状に減少し、逆にＡｇ２Ｏの濃度は、同図の曲
線５ｂに示すように中心部０から厚みｄ　Ｏの方向に向
かって放物線状に増加した。

次に板状ガラス体を溶融塩から取り出し、空気中で４１
０℃で１７０時間加熱したく第二の工程）。

第二の工程により、Ｎａ２Ｏ及びＡｇ２０の２１２度は
、第６図（Ｃ）の直線４Ｃ及び５　ｃ　ｉ；二それぞれ
示すように、中心部Ｏから厚みｄＯに亘って、一様に均
一な光学ガラス体が得られた。この光学ガラス体の屈折
率は、ｎｄ＝１．７４９、アツベ数νｄ＝２９．８であ
った。

同様に、同一の板状ガラス体、溶融塩を用いて、溶解塩
を用いて第一の工程の浸漬時間のみを変えて（第一の工
程の浸漬温度及び第二の工程の熱処理温度、熱処理時間
は同じ。）得られた光学ガラス体のＡｇ２０及びＮａ２
Ｏの（平均）８１度をＥＰＭＡ　（電子線マイクロアナ
ライザ）を用いて測定したところ、第７図に示す如く、
第一の工程での浸漬時間が増すにつれ、ＡＱ２０の平均
濃度は曲線１１のように増加し、Ｎａ２Ｏの平均濃度は
曲線１２のように減少覆ることが解った。こうして第一
の工程の浸漬時間を変化さけること（つまり、各イオン
の濃度分布が飽和し均一な濃度分布になる以前の任意の
段階まで浸漬すること）によって種々の屈折率を有し、
良好な光学特性の光学ガラス体を得られることが解った
。

（実施例２）実施例１と同一ガラス組成、同一形状の板状ガラス体を
、実施例１と同一の溶融塩中で、４１０℃で１５０時間
浸漬しく第一の工程）、第二の工程の加熱処理を同温度
４１０℃にて２０時間行なったところ、屈折率ｎ　ｄ　
＝　１．８８０、アラへ数ｖ　ｄ　＝　２５．３の均一
な光学ガラス体が得られた。

（実施例３）第２図（△）に示した装置を用いて、第一の工程を電界
イオン移入法によって実施した。即ち、ＢＫ７と称する
光学ガラス（重量基型で５ｉ０２６８．９％　、　８２
０３１０．１％　１Ｎ　ａ２０８．８％、Ｋ２Ｏ３，４
％、ＢａＯ２，８％、Ａ８２０３　１．０％。

屈折率ｎ　ｄ　＝　　１．５２）のＩｌ杭状物肉厚１ｍ
ｍ＞を出発ガラス体として用い、溶融塩としては、ｍｏ
１％ｒＴｉｓＯｓ３０％、ＺｎＳ０４４０％、Ｋ２ＳＯ
４３０％からなる溶融塩を用いて、電界の強さ７ｖ／＃
Ｉｌ！の電界を印加しながら５３０℃で２０時間かけて
第一の工程のイオン交換を行なった。

次いで空気中、５３０℃で１２０時間加熱して第二の工
程を行なうことにより、屈折率ｎｄ＝１．６４の光学ガ
ラス体を得た。

〔発明の効果〕以上の通り、本発明の光学ガラス体の製造方法はガラス
体を構成づるイオンＣＩ）の一部を、ｉ！’！１屈折率
を生ずるイオン〔ＩＩ〕とイオン交換する第一の工程と
、ガラス体中のイオン（Ｉ）及び（ＴＩ）のそれぞれの
濃度分布を均一にする第二の工程とからなるものであり
、第一の工程のイオン交換処理条何を制御することによ
り、高屈折率を生ずるイオンを含む多種のガラス体を溶
解法により作製することなく、同一ガラス体から、任意
の異なる屈折率を有する多種の光学ガラス体を容易かつ
安定して作製することができるので、その工業的意義は
極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を実施した場合における各工程
後のガラス体中のイオン濃度分布説明図、第２図は、第
一の工程を電界イオン移入法で実施する場合に用いられ
る装置の断面図及びガラス体中のイオン濃度分布説明図
、第３図は、ロッド状ガラス体の斜視図、第４図は、板状
ガラス体の斜視図、第５図は、球レンズの斜視図、第６図は、実施例１における各工程後のガラス体中のイ
オン濃度分布説明図、第７図は、実施例１における、第一の工程のイオン交換
時間とガラス体中のイオン濃度の関係を示す説明図であ
る。１ａ−ｄ・・・イオン〔Ｉ〕の濃度分布線２ｂ〜ｄ・・
・イオン（ＩＩ）のＷＩ瓜分布線４ａ〜Ｃ・・・Ｎａ２
Ｏの濃度分布線５ｂ、ｃ・・・Δｇ２０の濃度分布線６・・・ガラス試料７・・・溶融塩８・・・電極（マイナス側）９・・・電極（プラス側）１０・・・溶融塩容器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガラス体を、該ガラス体を構成するイオン〔 I
〕よりも高屈折率を生じ、しかもガラス中にイオン拡散
が可能なイオン〔II〕を含む溶融塩中に、ガラス体中の
イオン〔II〕の濃度がガラス体の中心部から外方に亘っ
て飽和し均一な濃度分布になる以前の任意の段階まで浸
漬して、ガラス体中のイオン〔 I 〕の一部をイオン〔
II〕とイオン交換することにより、ガラス体の中心部か
ら外方に向かって、イオン〔 I 〕及び〔II〕のそれぞ
れの濃度分布が均一でないガラス体を形成する第一の工
程と、第一の工程において得られたガラス体を、ガラス
体中のイオン〔 I 〕及び〔II〕のそれぞれの濃度分布
をガラス体の中心部から外方に亘って実質的に均一にす
るに充分な程度に加熱する第二の工程とを含むことを特
徴とする光学ガラス体の製造方法。