JPH0459256B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は眼科および光学用として用いられる低
密度および高屈折率を有するガラスに関するもの
である。 （従来の技術） 従来のガラスの屈折率（nd＝1.523）よりも高
い屈折率を有するガラスによれば、同一のパワー
において、端部（負のパワーの場合）もしくは中
心部（正のパワーの場合）の厚さを薄くすること
が可能である。しかしながら、屈折率の増加は通
常、アツベ数の減少を招く。（すなわち、ガラス
の分散が増大する。）分散が高くなり過ぎると色
収差が有意となり、その結果、レンズ端部の外縁
が着色された外観を呈するようになる。この欠点
を軽減するため、ガラスは高いアツベ数を有する
ものとすることが必要である。 厚さの変化に関連する無視できない他の利点の
１つは重量が軽いことであり、この特徴は極めて
小さな補正を除く全範囲の補正において得られる
べきものである。このため、ガラスの密度は高過
ぎないようにすることが必要であり、好ましくは
2.65ｇ／cm³未満とする。 このような特徴により、レンズの美観は改善さ
れ、またレンズ着用者はより快適にレンズを着用
することができるようになる。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は連続的に製造することが可能な眼科お
よび光学用レンズとして用いるための軽量ガラス
を提供することをその目的とするものである。通
常の成形（プレス成形）による連続製造を可能と
するためにはガラスの液相線温度を1000℃未満と
し、この液相線温度における粘度を数百ポイズと
する必要がある。 （問題点を解決するための手段） 本発明による基礎ガラス系はカリウム、チタ
ン、硼珪酸塩（K₂Ｏ−TiO₂−B₂O₃−SiO₂）であ
る。この系はリチウムもしくはナトリウムの硼珪
酸塩と比較して失透に対する安定性が良好なため
に選択された。屈折率を増加させるための主要成
分はTiO₂である。 同様の目的で他の酸化物、例えばMgO，CaO，
BaO，SrO，ZnO，ZrO₂およびLa₂O₃を基礎系に
添加することも可能である。しかしながら、密度
をできる限り低く保つため、これらの酸化物は後
述の特定の条件下においてのみ使用する。 また、ガラスはLi₂ＯおよびNa₂Ｏ等のアルカ
リ金属酸化物を含むこともできる。これらを基礎
系に添加した場合、密度の増加が小さく、また良
好な物理・化学特性を示す組成を選択する上で適
応性が増すという利点がある。 本発明によるガラスの屈折率は約1.595〜1.607
の範囲にあり、アツベ数は約40〜47、密度は約
2.65ｇ／cm³未満である。10mm厚における可視光
（400nm）透過率は約83％より大である。さらに、
これらのガラスは優れた光学耐性（A.O.試験）
を示す。 上記の特性を有する本発明のガラスを構成する
酸化物は主として、酸化物を基準とする重量％で
表わされる以下の成分、 SiO₂ 45−55 B₂O₃ ５−13 Al₂O₃ ０−５ Li₂Ｏ １−5.4 Na₂Ｏ １−９ K₂Ｏ ＞10−24 MgOおよび／もしくはBaOおよび／もしくは
SrOおよび／もしくはLa₂O₃ ０−６ CaO ０−12 ZnO ０−８ ZrO₂ ０−７ TiO₂ 9.5−17.5 As₂O₃および／もしくはSb₂O₃ ０−１ からなる。 上記のガラス成分の割合の範囲は本発明に要求
される物理・化学特性を得る上で極めて重要であ
る。特にSiO₂含有量は45〜55重量％の範囲とす
る。この範囲は含有量が下記のように限定される
他のガラス成分を選択することによつて規定され
るものである。 B₂O₃はガラス組成中における必須成分である。
その主要な利点は、SiO₂の代りに添加した際に
粘度の減少を伴う密度の増加が小さいことであ
る。粘度に及ぼすB₂O₃の影響、その結果による
ガラスの溶融および成形の容易さは着色を殆ど示
さないガラスを得る上においても望ましいもので
ある。したがつて、B₂O₃の含有量は少なくとも
５重量％とする。B₂O₃が13重量％を超える場合
にはガラスの特性を保つためにSiO₂含有量を減
少させねばならないが、このような場合にはガラ
スの失透に対する安定性に悪影響が及ぼされる。 Al₂O₃はガラスの粘度を増加させ、化学耐性を
改善するが、反面、ガラスの耐失透性を急激に劣
化させる。したがつて、その含有量は５重量％以
下とする。 アルカリ金属酸化物のうち、K₂Ｏは組成物に
失透に対する優れた安定性を付与するものであ
る。K₂ＯはSiO₂の代わりに添加されると密度の
みならず屈折率をも減少させる。ガラス中におけ
るその含有量は24重量％以下とする。この限界を
超えると屈折率の増加はアツベ数の有意な減少
（TiO₂との相殺）もしくは密度の増大（アルカリ
金属酸化物との相殺）によつて相殺されてしま
う。K₂Ｏの一部はLi₂ＯおよびNa₂Ｏ等、同様の
酸化物で置き換えることができる。しかしなが
ら、前述のようにLi₂ＯおよびNa₂Ｏ等の酸化物
含量が増大するとガラスの失透が起こりやすくな
る。したがつて、ガラス中のK₂Ｏ含有量は10重
量％より大とする。 Li₂Ｏは屈折率を得る上で最も好ましいアルカ
リ金属酸化物である。しかしながら、大量に添加
されるとガラスの粘度が減少し、失透傾向が増大
する。したがつて、Li₂Ｏ含有量は5.4重量％以下
とする。 Na₂ＯはLi₂Ｏと同様にして使用されるが、密
度および屈折率の点においては後者ほど好ましく
はない。失透の点においては、Li₂Ｏより多量の
Na₂Ｏを用いても許容できる。Na₂Ｏの含有量は
９重量％以下としなければならない。 一般にLi₂Ｏ，Na₂ＯおよびK₂Ｏからなる３種
の酸化物の組合せが好ましい。この場合、これら
の合計量は下式、 15重量％Li₂Ｏ＋Na₂Ｏ＋K₂Ｏ24.5重量％ を満足するようにする。 TiO₂は密度と屈折率との間に最良の妥協点を
成立させる成分である。しかしながら、大量に使
用すると可視透過を減少させ、失透を容易にし、
密度を増大させ、アツベ数を急激に減少させる。
したがつて、TiO₂の最小含有量は9.5重量％、最
大許容量は約17.5重量％である。 同様にZrO₂はガラスの屈折率および密度を増
大させるが、TiO₂ほど急激にアツベ数を減少さ
せることはない。また、ZrO₂はガラスの耐アル
カリ性を改善する。したがつて、好ましいガラス
には少なくとも１重量％のZrO₂含まれる。しか
しながら、有意な結晶化を防止するため、その含
有量は７重量％以下とする。 他の酸化物のうち、MgO，BaO，SrOおよび
La₂O₃は６重量％まで導入することができ、一
方、CaOおよびZnOはそれぞれ12重量％および８
重量％まで導入することができる。これらの限界
値はこれらの酸化物のうちの１つのみがガラスに
添加される際の最大値を示すものである。これら
の酸化物は密度および屈折率を増大させる。屈折
率を維持するためには、これらの添加と共に
TiO₂含有量を減少させねばならない。こうする
ことによつてアツベ数が急激に増加する。しかし
ながら、これらの酸化物は密度を大幅に増加させ
るため、その使用は制限される。 CaOおよびZnOは失透の点でMgOよりも好ま
しく、密度の点でBaOおよびSrOよりも好まし
い。CaOは高アツベ数のガラスに好ましく使用さ
れる酸化物である。 物理特性（nd，Vd、密度）を所定の範囲内に
保つためには下記の条件を満足させねばならな
い。 13.5TiO₂＋ZrO₂＋La₂O₃＋RO23.5（重量
％） （ただし、式中ＲはMg，Ca，Ba，Znおよび
Srからなる群より選択された元素である。） 同様の理由で、Nb₂O₅，Gd₂O₃，Ta₂O₅、およ
びY₂O₃等、他の酸化物を組成中に少量添加する
ことができる。しかしながら、これらは極めて高
価なため、ガラスはこれらを含まないことが好ま
しい。 最後に、ガラスをより良く清澄するためにAs₂
O₃およびSb₂O₃等、通常の清澄剤を用いることが
できる。ガラスに対する過度の着色を避けるた
め、これらの含有量は１重量％未満とする。 屈折率が約1.595〜1.607の範囲にあり、密度が
約2.65ｇ／cm³以下であり、アツベ数が約40〜47の
範囲にあるガラスのためのガラス成分は好ましく
は酸化物を基準とする重量％で表わされる下記の
範囲、 SiO₂ 50−55 B₂O₃ 7.5−12 Al₂O₃ ０−２ Li₂Ｏ ２−5.4 Na₂Ｏ １−４ K₂Ｏ ＞10−16 Li₂Ｏ＋Na₂Ｏ＋K₂Ｏ 17−23 CaO ０−８ ZrO₂ ０−３ TiO₂ 9.5−17 MgO，BaO，SrO，ZnO，La₂O₃ ０ TiO₂＋ZnO₂＋CaO 15−22 As₂O₃ ０−0.6 にある。 （先行技術） 米国特許第2901365号は、密度が2.7ｇ／cm³未
満、好ましくは2.55〜2.6ｇ／cm³であり、屈折率
が1.56〜1.58の範囲にあるガラスを開示してい
る。このガラスは主として重量％で表わされる以
下の成分、 SiO₂ 58−64 Na₂Ｏ ０−17.5 K₂Ｏ ０−15.5 Li₂Ｏ ０−５ Na₂Ｏ＋K₂Ｏ＋Li₂Ｏ 12.5−17.5 CaO＋MgO 7.5−14 TiO₂ ５−９ B₂O₃ ０−10 Al₂O₃ ０−３ からなる。詳細に説明はされていないが、実施例
におけるアツベ数は48.4〜53.2の範囲にある。 この組成物におけるSiO₂およびTiO₂の含有量
は本発明のガラスの範囲外ｉあり、またLi₂Ｏお
よびNa₂Ｏは必須成分ではなく任意の成分であ
る。 英国特許出願第2115403A号は屈折率＞1.56、
アツベ数＞40、および密度＜2.7ｇ／cm³を有し、
主として重量％で表わされる以下の成分、 SiO₂ 47−75 B₂O₃ １−20 Al₂O₃ ０−10 P₂O₅ ０−５ SiO₂＋B₂O₃＋Al₂O₃＋P₂O₅ 57−85 Li₂Ｏ ０−15 Na₂Ｏ ０−10 K₂Ｏ ０−10 Li₂Ｏ＋Na₂Ｏ＋K₂Ｏ ５−17 CaO ０−20 MgO ０−15 SrO ０−４ BaO ０−４ ZnO ０−５ TiO₂ １−15 ZrO₂ ０−８ Nb₂O₅ ０−５ Ｆ ０−５ からなる眼科および光学用ガラスを開示してい
る。この組成物におけるK₂Ｏの含有量は本発明
のガラスの範囲外にあり、またLi₂ＯおよびNa₂
Ｏは必須成分ではなく任意の成分である。 （実施例） 以下の表に示す非制限的な実施例により、本発
明を説明する。好ましい実施例は実施例３であ
る。 ガラスメルトの例 様々なガラス成分を以下のバツチ原料から得
た。酸化物 バツチ原料 SiO₂ SiO₂ B₂O₃ Ｂ（OH）₃ Al₂O₃ Al（OH）₃ Li₂Ｏ Li₂CO₃ Na₂Ｏ Na₂CO₃、NaNO₃ K₂Ｏ K₂CO₃、KNO₃ MgO MgCO₃ CaO CaCO₃ BaO BaCO₃ SrO SrCO₃ ZnO ZnO La₂O₃ La₂O₃ ZrO₂ ZrO₂ TiO₂ TiO₂ As₂O₃ As₂O₃ Sb₂O₃ Sb₂O₃ できるだけ「白い」ガラスを得るためには選択
されるバツチ原料中に極く少量のFe₂O₃が含まれ
ていることが好ましい。 秤量後、様々なバツチを現行の技術によつて混
合した。次いで、バツチを約1100℃の温度におい
てプラチナるつぼに入れた。完全に溶融した後、
バツチの温度を約1300°〜1400℃とし、均質化お
よび清澄化のために約２〜５時間保持した。その
後、ガラスのバツチは鋼金型中における成形およ
び冷却に適した粘度に対応する温度まで冷却し
た。 ガラスの物理・化学特性の測定 アニールしたサンプルに対し、通常の方法
（ndについてはHeの黄色線を用いた）による屈折
率およびアツベ数の測定を行なつた。密度は浸漬
法によつて測定し、ｇ／cm³で表現した。 化学耐性は雑誌Applied Optics第７巻、第５
号、第847頁、1968年５月、に記載されたA.O.試
験によつて評価した。この試験方法は研磨したサ
ンプルを25℃において10重量％のHCl水溶液に10
分間浸漬した後に該サンプルの減少重量を測定す
ることからなるものである。重量の減少はmg／cm²
で表現した。 液相線温度は熱勾配を有する炉を用いて測定し
た。測定は17時間にわたつて行ない、結晶の存在
は光学顕微鏡を通して観察することにより検出し
た。 高温粘度の測定は回転粘度計を用いて行ない、
測定値はポイズで表わした。 400nmにおけるガラスの透過率は研磨した10mm
厚のサンプルをCARY−14分光光度計で測定す
ることによつて得た。

【表】 （発明の効果） 本発明によるガラスは約2.65ｇ／cm³未満の密
度、約1.595〜1.607の範囲の屈折率、約40〜47の
範囲のアツベ数を有する連続製造可能なガラスで
あり、優れた可視透過率および化学耐性を示し、
眼科および光学用レンズとして用いることのでき
るものであり、その利用価値は極めて大きい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主として酸化物を基準とする重量％で表わさ
   れる以下の成分、 SiO₂ 45−55 B₂O₃ ５−13 Al₂O₃ ０−５ Li₂Ｏ １−5.4 Na₂Ｏ １−９ K₂Ｏ ＞10−24 TiO₂ 9.5−17.5 MgO ０−６ BaO ０−６ SrO ０−６ La₂O₃ ０−６ MgO＋BaO＋SrO＋La₂O₃ ０−６ CaO ０−12 ZnO ０−８ ZrO₂ ０−７ As₂O₃ ０−１ Sb₂O₃ ０−１ As₂O₃＋Sb₂O₃ ０−１ 13.5＜TiO₂＋ZrO₂＋La₂O₃＋MgO＋CaO＋
   BaO＋ZnO＋SrO＜23.5 からなることを特徴とする眼科および光学用ガラ
   ス。 ２ 前記成分において、15重量％Li₂Ｏ＋Na₂
   Ｏ＋K₂Ｏ24.5重量％であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のガラス。 ３ 前記成分において、ZrO₂の含有量が少なく
   とも１重量％であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のガラス。 ４ 酸化物を基準とする重量％で表わされる以下
   の成分、 SiO₂ 50−55 B₂O₃ 7.5−12 Al₂O₃ ０−２ Li₂Ｏ ２−5.4 Na₂Ｏ １−４ K₂Ｏ ＞10−16 Li₂Ｏ＋Na₂Ｏ＋K₂Ｏ 17−23 CaO ０−８ ZrO₂ ０−３ TiO₂ 9.5−17 TiO₂＋ZrO₂＋CaO 15−22 As₂O₃ ０−0.6 からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のガラス。 ５ 酸化物を基準とする重量％で表わされる以下
   の成分、 SiO₂ 54.4 K₂Ｏ 13.7 B₂O₃ 7.9 ZrO₂ 1.0 Al₂O₃ 0.5 TiO₂ 15.5 Li₂Ｏ 4.2 As₂O₃ 0.3 Na₂Ｏ 2.5 からなることを特徴とする特許請求の範囲第４項
   記載のガラス。