(57)【要約】【課題】非極性の光学樹脂中に無機微粒子を均一に分散させ、透明性を向上させた無機有機複合熱可塑性材料を提供する。【解決手段】  チタンカップリング剤又はアルミニウムカップリング剤を用いて表面処理された無機微粒子が分散した非極性有機溶媒と、透明非極性熱可塑性樹脂が溶解した非極性有機溶媒と、を混合させることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンカップリング剤又はアルミニウムカップリング剤を用いて表面処理された粒子と透明非極性熱可塑性樹脂とを含有することを特徴とする無機有機複合熱可塑性材料。
【請求項２】
前記粒子は体積平均粒子径が３０ｎｍ以下の微粒子であることを特徴とする請求項１に記載の無機有機複合熱可塑性材料。
【請求項３】
前記透明非極性熱可塑性樹脂はポリオレフィンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の無機有機複合熱可塑性材料。
【請求項４】
前記透明非極性熱可塑性樹脂は環状構造を有するポリオレフィンであることを特徴とする請求項３に記載の無機有機複合熱可塑性材料。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の無機有機複合熱可塑性材料を射出成形してなることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機有機複合熱可塑性材料及び光学素子に係り、特に、光学樹脂と微粒子とを含有する無機有機複合熱可塑性材料及び光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光ピックアップ装置には、光源から発した所定波長の光を媒体に照射し、反射した光を受光素子で受光する光学素子ユニットが備えられている。そして、この光学素子ユニットは、これらの光を媒体の反射層や受光素子で集光させるためのレンズなどの光学素子を有している。このような光学素子は、射出成形などの手段によって安価に製造できるなどの観点から、光学樹脂を材料とすることが好ましい。
【０００３】
光学樹脂を材料として適用した光学素子においては、ガラスレンズのような光学的安定性を有する物質であることが求められている。そこで、光学樹脂に微粒子を混合させて、得られる樹脂組成物の熱膨張率や光学屈折率の温度変化を抑える方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、十分な効果を得るには多量の微粒子を混合させる必要がある。しかも、光ピックアップ装置に用いるためには、一般的に、高い透明性の光学素子であることが必要である。光学素子の透明性を上げるためには、微粒子は、Ｍｉｅ散乱やレイリー散乱を防止するような超微粒子（体積平均粒子径１００ｎｍ以下）であってかつ略一次粒子の状態で分散される必要があるため、高い分散性が求められる。
【０００５】
微粒子の分散方法としてはさまざまな方法が提案されているが、特許文献２においては、無機微粒子及び樹脂エマルジョンからなる分散液を、該樹脂エマルジョンと相溶性の熱可塑性樹脂と混合、乾固させて成形体を製造する方法が提案されている。このような方法で分散させることにより、超微粒子を均一に分散させ透明性に優れた熱可塑性樹脂組成物を提供することができる。
【特許文献１】特開２００２−２４１５９２号公報
【特許文献２】特開２００４−２０３９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、従来より公知の、光学素子の材料として優れている光学樹脂の一つとして、構造体の中に極性基が存在することがほとんど無い非極性のポリオレフィン樹脂（例えば、環状ポリオレフィン）が挙げられる。
しかしながら、特許文献２に記載の方法では、非極性ポリオレフィン樹脂を光学樹脂として用いた場合、微粒子は非極性ポリオレフィン樹脂と相溶性の非極性有機溶媒（例えば、ヘキサン）に分散させておく必要がある。ところが、非極性有機溶媒中では微粒子間の静電反発力が小さく、たとえ分散剤を用いたとしても微粒子が凝集してしまうといういう問題があった。
【０００７】
そこで、分子量の大きなシリコンオイルなどの表面処理剤若しくは高分子分散剤を用いて、微粒子に表面処理を施して、表面の立体障害により凝集を防止する方法が挙げられる。しかしながら、このような表面処理剤若しくは高分子分散剤を用いて微粒子を分散させた溶液は、光学樹脂が溶解した溶液と混合させると、混合液は白濁して透明性が低下するという問題があった。この原因としては、表面処理剤若しくは高分子分散剤の界面分離による層分離や、同様の性質を持つ高分子同士の非溶解により、微粒子の分散が不十分となってしまったためと考えられる。
【０００８】
また、界面活性剤で処理した微粒子を、光学樹脂の溶解した溶液に分散させても、一般的な界面活性剤は微粒子の表面と化学結合を起こさないので、樹脂組成物の成形過程で界面活性剤が微粒子の表面から剥離してしまい、層分離を引き起こすおそれがあるという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、微粒子の表面と化学結合を形成する表面処理剤を用いて微粒子同士の凝集を防止することによって、非極性光学樹脂中に微粒子を分散させ、その熱膨張率や光学屈折率の温度変化を抑えつつ、透明性を向上させた無機有機複合熱可塑性材料を提供することを目標とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、無機有機複合熱可塑性材料において、
チタンカップリング剤又はアルミニウムカップリング剤を用いて表面処理された粒子と透明非極性熱可塑性樹脂とを含有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無機有機複合熱可塑性材料において、
前記粒子は体積平均粒子径が３０ｎｍ以下の微粒子であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の無機有機複合熱可塑性材料において、
前記透明非極性熱可塑性樹脂はポリオレフィンであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の無機有機複合熱可塑性材料において、
前記透明非極性熱可塑性樹脂は環状構造を有するポリオレフィンであることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、光学素子において、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の無機有機複合熱可塑性材料を射出成形してなることを特徴する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、微粒子の表面と化学結合を形成する表面処理剤を用いて微粒子同士の凝集を防止することによって、非極性光学樹脂中に微粒子を分散させることができ、その熱膨張率や光学屈折率の温度変化を抑えつつ、透明性を向上させた無機有機複合熱可塑性材料を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る無機有機複合熱可塑性材料の実施形態について説明する。ただし、発明の範囲を限定するものではない。
【００１７】
本実施形態の無機有機複合熱可塑性材料は、チタンカップリング剤又はアルミニウムカップリング剤を用いて表面処理された粒子が、透明非極性熱可塑性樹脂中に分散されて調整されたものである。以下、各成分について説明する。
【００１８】
本実施形態における透明非極性熱可塑性樹脂とは、分子中に極性基が存在しない熱可塑性の樹脂である。このような樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、スチレン、スチレンブタジエンコポリマー、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。中でも光学素子の材料として優れた性質を持つという点から、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
ここで、ポリオレフィン樹脂とは、エチレン、プロピレンなどのオレフィン類の単独重合体又は異種ポリオレフィンとの共重合体の総称であり、環状構造を有するオレフィン（シクロオレフィン）を含む。
【００１９】
ポリオレフィン樹脂の中でも環状構造を有するポリオレフィンは、吸湿性や寸法安定性に優れ、微粒子などを分散させても相互作用が発生しないという利点があり好ましい。
また、環状構造を有するポリオレフィン樹脂としては、モノマーとしてノルボルネンを用いるＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン製）、ＡＰＥＬ（三井化学製）などが挙げられる。これらの環状構造を有するポリオレフィン樹脂は、一般的な鎖状のポリオレフィン樹脂と比較して水分透過率が低いことから吸湿性に優れており、ガラス転移温度が高いことから熱安定性に優れている。
【００２０】
本実施形態において用いられる粒子は無機微粒子であり、例えば、酸化物微粒子、硫化物微粒子、セレン化物微粒子、テルル化物微粒子、燐化物、複酸化物微粒子、オキソ酸塩微粒子、複塩微粒子、錯塩微粒子などが挙げられる。より具体的には、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化鉛、これら酸化物より構成される複酸化物であるニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウムなど、これら酸化物との組み合わせで形成されるリン酸塩、硫酸塩など、硫化亜鉛、硫化カドミウム、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、などが挙げられる。さらに、リン酸アルミニウム、炭酸カルシウムなどを挙げることができ、これらに限定されるものではない。
【００２１】
また、無機微粒子としては半導体結晶組成の微粒子も好ましく利用できる。該半導体結晶組成には特に制限はないが、光学素子として使用する波長領域において吸収、発光、蛍光などが生じないものが望ましい。具体的な組成例としては、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫などの周期表第１４族元素の単体、リン（黒リン）などの周期表第１５族元素の単体、セレン、テルルなどの周期表第１６族元素の単体、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの複数の周期表第１４族元素からなる化合物、酸化錫（IV）（ＳｎＯ２）、硫化錫（II，IV）（Ｓｎ(II)Ｓｎ(IV)Ｓ３）、硫化錫（IV）（ＳｎＳ２）、硫化錫（II）（ＳｎＳ）、セレン化錫（II）（ＳｎＳｅ）、テルル化錫（II）（ＳｎＴｅ）、硫化鉛（II）（ＰｂＳ）、セレン化鉛（II）（ＰｂＳｅ）、テルル化鉛（II）（ＰｂＴｅ）などの周期表第１４族元素と周期表第１６族元素との化合物、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、砒化ホウ素（ＢＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、砒化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）などの周期表第１３族元素と周期表第１５族元素との化合物（あるいはIII−Ｖ族化合物半導体）、硫化アルミニウム（Ａｌ２Ｓ３）、セレン化アルミニウム（Ａｌ２Ｓｅ３）、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）、セレン化ガリウム（Ｇａ２Ｓｅ３）、テルル化ガリウム（Ｇａ２Ｔｅ３）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓ３）、セレン化インジウム（Ｉｎ２Ｓｅ３）、テルル化インジウム（Ｉｎ２Ｔｅ３）などの周期表第１３族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化タリウム（Ｉ）（ＴｌＣｌ）、臭化タリウム（Ｉ）（ＴｌＢｒ）、ヨウ化タリウム（Ｉ）（ＴｌＩ）などの周期表第１３族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）などの周期表第１２族元素と周期表第１６族元素との化合物（あるいはII−VI族化合物半導体）、硫化砒素（III）（Ａｓ２Ｓ３）、セレン化砒素（III）（Ａｓ２Ｓｅ３）、テルル化砒素（III）（Ａｓ２Ｔｅ３）、硫化アンチモン（III）（Ｓｂ２Ｓ３）、セレン化アンチモン（III）（Ｓｂ２Ｓｅ３）、テルル化アンチモン（III）（Ｓｂ２Ｔｅ３）、硫化ビスマス（III）（Ｂｉ２Ｓ３）、セレン化ビスマス（III）（Ｂｉ２Ｓｅ３）、テルル化ビスマス（III）（Ｂｉ２Ｔｅ３）などの周期表第１５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化銅（Ｉ）（Ｃｕ２Ｏ）、セレン化銅（Ｉ）（Ｃｕ２Ｓｅ）などの周期表第１１族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）、臭化銅（Ｉ）（ＣｕＢｒ）、ヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）���どの周期表第１１族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化ニッケル（II）（ＮｉＯ）などの周期表第１０族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化コバルト（II）（ＣｏＯ）、硫化コバルト（II）（ＣｏＳ）などの周期表第９族元素と周期表第１６族元素との化合物、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、硫化鉄（II）（ＦｅＳ）などの周期表第８族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化マンガン（II）（ＭｎＯ）などの周期表第７族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化モリブデン（IV）（ＭｏＳ２）、酸化タングステン（IV）（ＷＯ２）などの周期表第６族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化バナジウム（II）（ＶＯ）、酸化バナジウム（IV）（ＶＯ２）、酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ２Ｏ５）などの周期表第５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化チタン（ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ５、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ５Ｏ９など）などの周期表第４族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、セレン化マグネシウム（ＭｇＳｅ）などの周期表第２族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化カドミウム（II）クロム（III）（ＣｄＣｒ２Ｏ４）、セレン化カドミウム（II）クロム（III）（ＣｄＣｒ２Ｓｅ４）、硫化銅（II）クロム（III）（ＣｕＣｒ２Ｓ４）、セレン化水銀（II）クロム（III）（ＨｇＣｒ２Ｓｅ４）などのカルコゲンスピネル類、バリウムチタネート（ＢａＴｉＯ３）などが挙げられる。なお、Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄら；Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，４巻，４９４頁（１９９１）に報告されている（ＢＮ）７５（ＢＦ２）１５Ｆ１５や、Ｄ．Ｆｅｎｓｋｅら；Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．，２９巻，１４５２頁（１９９０）に報告されているＣｕ１４６Ｓｅ７３（トリエチルホスフィン）２２のように構造の確定されている半導体クラスターも同様に例示される。
【００２２】
ここで、粒子としては、一種類の無機微粒子を用いてもよく、また複数種類の無機微粒子を併用してもよい。また、無機微粒子を無機材料から作成することとしてもよい。
【００２３】
無機微粒子の形状は、特に限定されるものではないが、好適には球状の微粒子が用いられる。
粒子の体積平均粒子径は光学素子としての透明性を得るためには１ｎｍ〜３０ｎｍであることが好ましく、より望ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍである。体積平均粒子径が１ｎｍ未満の場合、無機微粒子の分散が困難になり所望の性能が得られないおそれがあり、体積平均粒子径が３０ｎｍを超える場合、得られる熱可塑性材料組成物が濁り透明性が低下するおそれがある。ここで、体積平均粒子径とは、エックス線小角散乱測定法により求められる平均粒子径である。ここで、無機微粒子同士が凝集して凝集粒子を形成している場合は、その凝集粒子を一粒子として換算した平均粒子径であるものとする。
また、粒子径の分布に関しても特に制限されるものではないが、本発明の効果をより効率よく発現させるためには、広範な分布を有するものよりも、比較的狭い分布を持つものが好適に用いられる。具体的には、変動係数（測定値のばらつきの指標として標準偏差を平均で割った値、無次元数）±３０以下が好ましく、±１０以下がより好ましい。
【００２４】
無機微粒子の屈折率としては、１．３〜２．３の範囲であることが好ましく、１．５〜１．８の範囲であることがより好ましい。また、無機微粒子の線膨張係数は小さいほうが好ましい。これは無機微粒子を分散させた後の光学樹脂の線膨張係数に影響を与えるからである。
【００２５】
光学樹脂中に分散させる無機微粒子の割合は特に制限されるものではないが、無機微粒子の割合が低すぎる場合、得られる樹脂組成物の熱膨張率や光学屈折率の温度変化を十分に抑えることができない。また、無機微粒子の割合が高すぎる場合、得られる樹脂組成物の混練性や成形性が低下するおそれがある。これらの点を考慮すると、使用する無機微粒子の膨張係数などにもよるが、無機微粒子の割合は光学樹脂に対して５〜７０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜５０ｖｏｌ％である。
【００２６】
本実施形態の無機微粒子は、チタンカップリング剤又はアルミニウムカップリング剤を表面処理剤として用いて表面処理が施されている。これらは使用する無機微粒子に応じて適宜選択可能である。
【００２７】
チタンカップリング剤又はアルミニウムカップリング剤としては特に制限は無く、用いる無機微粒子に応じて公知のものから適宜選択して用いることができる。例えば、チタンカップリング剤としては、テトライソプロピルチタネートやテトラブチルチタネートなどのチタネート系カップリング剤が挙げられる。市販のものとしては、味の素ファインテクノ製のＫＲ−ＴＴＳ、ＫＲ−４６Ｂ、ＫＲ−５５、ＫＲ−４１Ｂ、ＫＲ−３８Ｓ、ＫＲ−１３８Ｓ、ＫＲ−２３８Ｓ、３３８Ｘ、ＫＲ−４４、ＫＲ−９ＳＡ、ＫＲ−ＥＴなどがある。中でも、ＫＲ−ＴＴＳは表面処理後の無機微粒子がより疎水化されて、非極性有機溶媒に容易に溶解するので好ましい。アルミニウムカップリング剤としてはアルミネート系カップリング剤が挙げられ、市販のものとしてはアセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレートなどがある。
【００２８】
これらのカップリング剤は用いる無機微粒子の重量に対して１〜２０ｗｔ％であることが好ましく、より好ましくは１〜１０ｗｔ％である。
【００２９】
また、これらのカップリング剤による表面処理の方法としては、湿式加熱法、湿式濾過法、乾式攪拌法、インテグルブレンド法、造粒法などが挙げられる。本実施形態においては、乾式攪拌法で表面処理を施した後に、媒体攪拌ミルを用いて表面処理された無機微粒子の粒子径を調整するようになっている。従って、体積平均粒子径が３０ｎｍ以下でかつ表面処理を施された無機微粒子とすることができる。
ここで、無機材料を水系溶媒中で反応させてから無機微粒子を作成する場合、無機微粒子を十分乾燥させて作成した後に、前記のようにして表面処理を施すのが好ましい。
【００３０】
本実施形態において用いられる溶媒としては、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、キシレン、シクロへキサンなどの非極性有機溶媒が挙げられ、粒子の分散性や安定性、また、表面処理剤の特性などに応じて、単独又は二種類以上混合して用いることが可能である。
【００３１】
次に、本実施形態における無機有機複合熱可塑性材料の調整方法について説明する。
【００３２】
まず、無機微粒子を乾式攪拌機に投入し、無溶媒かつ減圧条件の下、高速攪拌を行って無機微粒子の乾燥を行う。前記攪拌に用いる具体的な乾式攪拌機としては、スーパーミキサー（カワタ製）、ヘンシェルミキサー（三井三池化工機製）又はロッキングミキサー（愛知電機製）などが挙げられる。
【００３３】
無機微粒子の紛体が十分に乾燥すると、所定量の表面処理剤を噴霧して、前記乾式攪拌機により過熱攪拌する。すると、無機微粒子の表面と表面処理剤との間で化学結合が形成され、無機微粒子が表面処理される。このようにして表面処理が施された無機微粒子を非極性有機溶媒中に所定濃度になるように投入して混合溶液Ａを作成する。
【００３４】
次に、媒体攪拌ミルの容器内にメディアとしてビーズを充填し攪拌する。そして、ビーズが攪拌しているところに混合溶液Ａを流し込み、ともに攪拌する。すると、混合溶液Ａ中の表面処理された無機化合物の凝集粒子は、ビーズにより粉砕されて、体積平均粒子径３０ｎｍ以下の一次粒子に近い状態となって分散する。
ここで、媒体攪拌ミルとしては、スターミル（アシザワファインテック製）、ウルトラアペックスミル（寿工業製）などが挙げられる。ビーズとしては、ガラス、アルミナ、スチール、ダイヤモンド、フリント石などを用いることができるが、ジルコニア粉末（東ソー製，ＴＺシリーズ）が好ましい。また、ビーズの粒子径としては０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍ程度のものが好ましい。
媒体攪拌ミルの攪拌速度としては特に制限は無いが、高速すぎると無機微粒子の表面から表面処理剤が剥離してしまうおそれがあるという点を考慮すると、用いる装置にもよるが周速６ｍ／ｓｅｃ程度が好ましい。
【００３５】
媒体攪拌ミルにより所定時間攪拌して無機微粒子を十分粉砕してから、ビーズのみを分離する。この際、ビーズのみの分離を遠心分離により行うこととすると、より小さなビーズを媒体攪拌ミルに用いることができるので、一次粒子に近い状態まで無機微粒子を分散することが可能となるので好ましい。
このようにして、ビーズのみが分離して、非極性有機溶媒中に表面処理された無機微粒子が均一に分散した溶液をスラリーという。
【００３６】
一方で、透明非極性熱可塑性樹脂を、スラリーの作成に用いた溶媒と同一の非極性有機溶媒に投入し、溶解させて混合溶液Ｂを準備しておく。この混合溶液Ｂに前記スラリーを攪拌しつつ徐々に加えることにより、光学樹脂を含んだ非極性有機溶媒中で表面処理された無機粒子が分散する。この段階で、混合するスラリーの量を調節して任意の微粒子濃度とすることができる。また、無機微粒子の表面には表面処理剤の化学結合によって表面処理が施されているので、混合溶液Ｂに均一に分散する。
この分散した溶液をスプレードライにより乾燥して、本実施形態の無機有機複合熱可塑性材料を作成する。
【００３７】
以上のようにして、環状ポリオレフィンのような非極性のポリオレフィン樹脂に無機微粒子を分散させた無機有機複合熱可塑性材料により光学素子を製造することにより、熱膨張や屈折率の温度変化を抑えつつ、透明性が向上した光学素子とすることができる。
【００３８】
このようにして得られた無機有機複合熱可塑性材料を用いて、一般的な成形方法により光学素子を製造する。ここで、光学素子の成形方法としては格別制限はないが、低複屈折性、機械強度、寸法精度などの特性に優れた成型物を得る為には溶融成型が好ましい。溶融成型法としては、例えば、市販のプレス成型、市販の押し出し成型、市販の射出成型などが挙げられるが、射出成型が成型性、生産性の観点から好ましい。
【００３９】
成型条件は使用目的、または成型方法により適宜選択されるが、例えば、射出成型における無機有機複合熱可塑性材料の温度は、成型時に適度な流動性を樹脂に付与して成型品のヒケやひずみを防止し、樹脂の熱分解によるシルバーストリークの発生を防止し、更に、成型物の黄変を効果的に防止する観点から１５０℃〜４００℃の範囲が好ましく、更に好ましくは２００℃〜３５０℃の範囲であり、特に好ましくは２００℃〜３３０℃の範囲である。
【００４０】
本実施形態の無機有機複合熱可塑性材料を用いた成型物は、球状、棒状、板状、円柱状、筒状、チューブ状、繊維状、フィルム又はシート形状など種々の形態で使用することができ、また、低複屈折性、透明性、機械強度、耐熱性、低吸水性に優れるため、本発明の一つである光学素子として用いられるが、その他の光学部品としても好適である。
【００４１】
本発明に係る光学素子は、前記の作成方法により得られるが、光学部品への具体的な適用例としては、以下のようである。
例えば、光学レンズや光学プリズムとしては、カメラの撮像系レンズ；顕微鏡、内視鏡、望遠鏡レンズなどのレンズ；眼鏡レンズなどの全光線透過型レンズ；ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＷＯＲＭ（追記型光ディスク）、ＭＯ（書き変え可能な光ディスク；光磁気ディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）などの光ディスクのピックアップレンズ；レーザビームプリンターのｆθレンズ、センサー用レンズなどのレーザ走査系レンズ；カメラのファインダー系のプリズムレンズなどが挙げられる。
光ディスク用途としては、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＷＯＲＭ（追記型光ディスク）、ＭＯ（書き変え可能な光ディスク；光磁気ディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）などが挙げられる。その他の光学用途としては、液晶ディスプレイなどの導光板；偏光フィルム、位相差フィルム、光拡散フィルムなどの光学フィルム；光拡散板；光カード；液晶表示素子基板などが挙げられる。
これらの中でも、低複屈折性が要求されるピックアップレンズやレーザ走査系レンズとして好適であり、ピックアップレンズに最も好適に用いられる。
【００４２】
次に、本発明に係る光学素子を用いた光ピックアップ装置１について図１を用いて説明する。
図１は光ピックアップ装置１の概略構成を示す断面図である。
この図に示す通り、光ピックアップ装置１は、光源としての３種類の半導体レーザー発振器Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を有している。
【００４３】
半導体レーザー発振器Ｌ１は、ＢＤ（ブルーレイディスク）１０を記録媒体として情報の記録／再生を行う際に、波長３５０〜４５０ｎｍ中の特定波長（例えば４０５ｎｍ，４０７ｎｍ）の光束を出射するものである。なお、本実施の形態においては、ＢＤ１０の保護層の厚さは０．１ｍｍとなっている。
【００４４】
半導体レーザー発振器Ｌ２は、ＤＶＤ２０を記録媒体として情報の記録／再生を行う際に、波長６２０〜６８０ｎｍ中の特定波長（例えば、６５５ｎｍ）の光束を出射するものであり、半導体レーザー発振器Ｌ３と一体化されて光源ユニットＬ４を形成している。なお、本実施の形態においては、ＤＶＤ２０の保護層の厚さは０．６ｍｍとなっている。また、本明細書において、ＤＶＤとは、ＤＶＤ−ＲＯＭや、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等、ＤＶＤ系列の光情報記録媒体の総称である。
【００４５】
半導体レーザー発振器Ｌ３は、ＣＤ３０を記録媒体として情報の記録／再生を行う際に、７５０〜８１０ｎｍ中の特定波長（例えば、７８５ｎｍ）の光束を出射するものである。なお、本実施の形態においては、ＣＤ３０の保護層の厚さは１．２ｍｍとなっている。また、本明細書において、ＣＤとは、ＣＤ−ＲＯＭや、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等、ＣＤ系列の光情報記録媒体の総称である。
【００４６】
半導体レーザー発振器Ｌ１から出射される光束の光軸方向には、図１中下側から上側に向けてビームシェイパー４０、ビームスプリッタ４１、コリメートレンズ４２、ビームスプリッタ４３、１／４波長板４４、絞り部材４５、対物レンズ６が順に並んで配されている。対物レンズ６には、対物レンズ６を図１中上下方向に移動させる２次元アクチュエータ６０が配されている。対物レンズ６との対向位置には、光情報記録媒体としてのＢＤ１０、ＤＶＤ２０又はＣＤ３０が配されるようになっている。
【００４７】
また、ビームスプリッタ４１に対し、図１中右側にはセンサーレンズ４６及び光検出器４７が順に並んで配されている。センサーレンズ４６は、シリンドリカルレンズ４６０及び凹レンズ４６１を備えている。
【００４８】
また、半導体レーザー発振器Ｌ２，Ｌ３から出射される光束の光軸方向には、図１中右側から左側に向けてビームスプリッタ４８，コリメートレンズ４９、ビームスプリッタ４３が順に並んで配されている。ビームスプリッタ４８の図１中上側にはセンサーレンズ５０及び光検出器５１が順に並んで配されている。センサーレンズ５０は、シリンドリカルレンズ５００及び凹レンズ５０１を備えている。
【００４９】
続いて、光ピックアップ装置１における動作・作用を簡単に説明する。ＢＤ１０への情報の記録時やＢＤ１０中の情報の再生時には、半導体レーザー発振器Ｌ１が光束を出射する。この光束は、図１において実線でその光線経路を示すように、始めにビームシェイパー４０を透過して整形され、ビームスプリッタ４１を透過した後、コリメートレンズ４２で平行光に変換される。次に、この光束は、ビームスプリッタ４３及び１／４波長板４４を透過して絞り部材４５で絞られた後、対物レンズ６で集光されてＢＤ１０の情報記録面１０ａ上に集光スポットを形成する。このとき、対物レンズ６は、その周辺に配置された２次元アクチュエータ６０によってフォーカシングやトラッキングを行う。
【００５０】
次に、集光スポットを形成した光は、ＢＤ１０の情報記録面１０ａで情報ピットにより変調されて反射する。次に、この反射光は、対物レンズ６、１／４波長板４４、ビームスプリッタ４３及びコリメートレンズ４２を透過してビームスプリッタ４１で反射した後、センサーレンズ４６により非点収差が与えられて、光検出器４７に到達する。そして、光検出器４７の出力信号を用いることにより、ＢＤ１０中の情報の再生が行われる。
【００５１】
ＤＶＤ２０への情報の記録時やＤＶＤ２０中の情報の再生時には、半導体レーザー発振器Ｌ２が光を出射する。この光束は、図１において点線でその光線経路を示すように、始めにビームスプリッタ４８を透過した後、コリメートレンズ４９で平行光に変換される。次に、この光束は、ビームスプリッタ４３で反射して、１／４波長板４４を透過して絞り部材４５で絞られた後、対物レンズ６で集光されてＤＶＤ２０の情報記録面２０ａ上に集光スポットを形成する。このとき、対物レンズ６は、その周辺に配置された２次元アクチュエータ６０によってフォーカシングやトラッキングを行う。
【００５２】
次に、集光スポットを形成した光は、ＤＶＤ２０の情報記録面２０ａで情報ピットにより変調されて反射する。次に、この反射光は、対物レンズ６、１／４波長板４４を透過して、ビームスプリッタ４３，４８でそれぞれ反射した後、センサーレンズ５０により非点収差が与えられて、光検出器５１に到達する。そして、光検出器５１の出力信号を用いることにより、ＤＶＤ２０中の情報の再生が行われる。
【００５３】
ＣＤ３０への情報の記録時やＣＤ３０中の情報の再生時には、半導体レーザー発振器Ｌ３が光を出射する。この光束は、図１において２点鎖線でその光線経路を示すように、始めにビームスプリッタ４８を透過した後、コリメートレンズ４９で平行光に変換される。次に、この光束は、ビームスプリッタ４３で反射して、１／４波長板４４を透過して絞り部材４５で絞られた後、対物レンズ６で集光されてＣＤ３０の情報記録面３０ａ上に集光スポットを形成する。このとき、対物レンズ６は、その周辺に配置された２次元アクチュエータ６０によってフォーカシングやトラッキングを行う。
【００５４】
次に、集光スポットを形成した光は、ＣＤ３０の情報記録面２０ａで情報ピットにより変調されて反射する。次に、この反射光は、対物レンズ６、１／４波長板４４を透過して、ビームスプリッタ４３，４８でそれぞれ反射した後、センサーレンズ５０により非点収差が与えられて、光検出器５１に到達する。そして、光検出器５１の出力信号を用いることにより、ＣＤ３０中の情報の再生が行われる。
【００５５】
続いて、対物レンズ６の構成について詳細に説明する。
対物レンズ６は本発明に係る光学素子であり、各半導体レーザー発振器Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３から出射された光束をＢＤ１０、ＤＶＤ２０，ＣＤ３０の情報記録面１０ａ，２０ａ，３０ａ上に集光する機能を有している。この対物レンズ６は単レンズであり、２つの光学面がともに非球面となっている。対物レンズ６の開口数ＮＡは、半導体レーザー発振器Ｌ１，Ｌ２から出射される光束に対しては０．８５、半導体レーザー発振器Ｌ３から出射される光束に対しては０．４５〜０．５１となっている。また、対物レンズ６の屈折率は、１．５５となっている。
【００５６】
対物レンズ６の２つの光学面のうち、少なくとも光源側の光学面は、図示しない中央側領域及び外周側領域に分割されている。
中央側領域は、半導体レーザー発振器Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３から出射される光束が透過する領域である。この中央側領域には、図示しない回折構造が形成されている。この回折構造は、光路差を発生させることによって半導体レーザー発振器Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３からの各光束を、それぞれ対応する光情報記録媒体の情報記録面１０ａ，２０ａ，３０ａに集光させるものである。このような回折構造の形状としては、従来より公知の形状を用いることができる。
【００５７】
外周側領域は、半導体レーザー発振器Ｌ１，Ｌ２から出射される光束が透過する領域である。この外周側領域は、半導体レーザー発振器Ｌ１，Ｌ２の２つの光束が透過する領域と、半導体レーザー発振器Ｌ２から出射される光束のみが透過する領域とに更に分割してもよい。
【００５８】
以上の対物レンズ６は、本発明に係る無機有機複合熱可塑性材料を成形することによって形成されている。この無機有機複合熱可塑性材料は、チタンカップリング剤又はアルミニウムカップリング剤を用いて表面処理された無機微粒子を、透明非極性熱可塑性樹脂に均一に分散させたものであり、その熱膨張率や光学屈折率の温度変化を抑えつつ、透明性が向上したものとなっている。そのため、光学素子の透過率が高く、対物レンズ６によるデータの読取精度が高くなっている。
【実施例】
【００５９】
以下に、実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、勿論本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６０】
〔チタンカップリング剤を用いた実施例〕
まず、チタンカップリング剤を用いて無機微粒子に表面処理を施した樹脂材料を用いて光学素子を作成し、評価を行った。
以下に、実施例１、比較例１及び比較例２の製造方法について説明する。
【００６１】
＜実施例１＞
まず、リン酸アルミニウムのナノ粒子を、ダブルジェット方式を用いた反応晶析により作成した。以下、その作成方法について説明する。
操作はまず、第一の溶液を硫酸アルミニウム１６水和物（ＦＬＵＫＡ製）３１．５ｇを純粋２００ｃｃで溶かして調整する（ＰＨ＝３．２）。続いて、第二の溶液としてリン酸ナトリウム１２水和物（関東化学製）３８ｇを純水２００ｃｃで溶かして調整する（ＰＨ＝１２．６）。この二つの溶液をグランドとして、チタンカップリング剤ＫＲ−ＥＴを３％と、消泡剤ＤＦ−１０２の１０％溶液１ｃｃと、を投入して水溶液５００ｃｃを調整して、反応及び晶析を行う。さらに、第一の溶液は２５ｃｃ／ｍｉｎ、第二の溶液は５０ｃｃ／ｍｉｎでグランドに追加投入し、激しく攪拌して反応及び晶析を行う。その後、この溶液をフラットシートメンブレンＮＴＵ−３１５０（日東電工製）を用いて限外濾過装置Ｃ１０Ｔ（日東電工製）で濾過して脱塩する。この溶液をスプレードライで乾燥することによって体積平均粒子径が１６ｎｍのリン酸アルミニウムの粉体を得た。
【００６２】
作成したリン酸アルミニウムの紛体を、加熱装置を据え付けたロッキングミキサーを用いて、減圧下１００℃で３時間かけて乾燥した。次に、チタンカップリング剤としてＫＲ−ＴＴＳを１０ｗｔ％（リン酸アルミニウムの重量に対するｗｔ％）入れて、１２０℃で２時間攪拌し、表面処理を行った。
そして、表面処理された無機微粒子を、シクロヘキサン中に１０ｗｔ％濃度となるように投入し、混合溶液Ａとした。そして、混合溶液Ａをウルトラアペックスミルにより周速６ｍ／ｓｅｃで２０分攪拌させて分散させるとともにビーズを分離して、リン酸アルミニウムのスラリーを得た。
【００６３】
一方、混合溶液Ｂとして、ＺＥＯＮＥＸ３３０Ｒの１０％シクロヘキサン溶液１００ｇを別途調整する。そして、混合溶液Ｂに前記スラリー５０ｇを攪拌しつつ徐々に加える。この溶液をスプレードライによって乾燥することによって無機有機複合熱可塑性材料を得た。これを射出成形することによって、実施例１の光学素子（厚さ３ｍｍ）を得た。
【００６４】
＜比較例１＞
まず、リン酸アルミニウムのナノ粒子を、ダブルジェット方式を用いた反応晶析により作成した。以下、その作成方法について説明する。
操作はまず、第一の溶液を硫酸アルミニウム１６水和物３１．５ｇを純粋２００ｃｃで溶かして調整する（ＰＨ＝３．２）。続いて、第二の溶液としてリン酸ナトリウム１２水和物３８ｇを純水２００ｃｃで溶かして調整する（ＰＨ＝１２．６）。この二つの溶液をグランドとして、ＰＥＩ（日本触媒製）を２％と、消泡剤ＤＦ−１０２の１０％溶液１ｃｃと、を投入して水溶液５００ｃｃを調整して、反応及び晶析を行う。さらに、第一の溶液は２５ｃｃ／ｍｉｎ、第二の溶液は５０ｃｃ／ｍｉｎでグランドに追加投入し、激しく攪拌して反応及び晶析を行う。その後、この溶液をフラットシートメンブレンＮＴＵ−３１５０を用いて限外濾過装置Ｃ１０Ｔで濾過して脱塩する。この溶液をスプレードライで乾燥することによって体積平均粒子径が１６ｎｍのリン酸アルミニウムの粉体を得た。
【００６５】
作成したリン酸アルミニウムの紛体を、加熱装置を据え付けたロッキングミキサーを用いて、減圧下１００℃で３時間かけて乾燥した。次に、変性シリコンオイルＸ−２２−３７０１Ｅ（信越化学製）を１０ｗｔ％（リン酸アルミニウムの重量に対するｗｔ％）入れて、１２０℃で２時間攪拌し、表面処理を行った。
そして、表面処理された無機微粒子を、シクロヘキサン中に１０ｗｔ％濃度となるように投入し、混合溶液Ａとした。そして、混合溶液Ａをウルトラアペックスミルにより周速６ｍ／ｓｅｃで２０分攪拌させて分散させるとともにビーズを分離して、リン酸アルミニウムのスラリーを得た。
このスラリーを用いて実施例１と同様にして光学素子を作成した。
【００６６】
＜比較例２＞
比較例１と同様にして作成したリン酸アルミニウムの紛体を、加熱装置を据え付けたロッキングミキサーを用いて、減圧下１００℃で３時間かけて乾燥した。次に、高分子分散剤ＤＡ７０３−５０（楠本化成製）を１０ｗｔ％（リン酸アルミニウムの重量に対するｗｔ％）入れて、４０℃で２時間攪拌し、表面処理を行った。
そして、表面処理された無機微粒子を、シクロヘキサン３００ｇ中に投入し、混合溶液Ａとした。そして、混合溶液Ａをウルトラアペックスミルにより周速６ｍ／ｓｅｃで２０分攪拌させて分散させるとともにビーズを分離して、リン酸アルミニウムのスラリーを得た。
このスラリーを用いて実施例１と同様にして光学素子を作成した。
【００６７】
＜評価＞
上記の手法で得られた光学素子を島津製作所製分光光度計ＵＶ−３１５０を用いて５８７．５ｎｍにおける透過率を測定した。表１にその結果を示す。
【表１】
2006213895.tif 000003
【００６８】
表１の結果より、無機微粒子としてのリン酸アルミニウムに、チタンカップリング剤を用いて表面処理を施すことにより、得られる光学素子の透過率が向上することがわかる。従って、チタンカップリング剤を表面処理剤として用いることにより無機微粒子を無機有機複合熱可塑性材料中に均一に分散させることができ、その結果、熱膨張率や光学屈折率の温度変化を抑えつつ、透明性を向上させた無機有機複合熱可塑性材料とすることができる。
【００６９】
〔アルミニウムカップリング剤を用いた実施例〕
次に、アルミニウムカップリング剤を用いて無機微粒子に表面処理を施した無機有機複合熱可塑性材料を用いて光学素子を作成し、評価を行った。アルミニウムカップリング剤を表面処理剤として用いる場合、チタンカップリング剤を表面処理剤として用いる場合と比べて、無機微粒子としてリン酸アルミニウムに代えてアルミナＣ（日本アエロジル製）を用いた。
以下に、実施例２、比較例３及び比較例４の製造方法について説明する。
【００７０】
＜実施例２＞
まず、アルミナＣを、加熱装置を据え付けたロッキングミキサーを用いて、減圧下１００℃で３時間かけて乾燥した。次に、表面処理剤としてのアセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレートを１０ｗｔ％（アルミナＣの重量に対するｗｔ％）入れて、１２０℃で２時間攪拌し、表面処理を行った。
表面処理された無機微粒子３０ｇを、シクロヘキサン３００ｇ中に投入し、混合溶液Ａとした。そして、混合溶液Ａをウルトラアペックスを用いて周速６ｍ／ｓｅｃで２０分攪拌させて分散させるとともにビーズを分離して、アルミナＣのスラリーを得た。
【００７１】
一方、混合溶液Ｂとして、ＺＥＯＮＥＸ３３０Ｒの１０％シクロヘキサン溶液１００ｇを別途調整する。そして、混合溶液Ｂに前記スラリー５０ｇを攪拌しつつ徐々に加える。この溶液をスプレードライによって乾燥することによって無機有機複合熱可塑性材料を得た。これを射出成形することによって、実施例２の光学素子（厚さ３ｍｍ）を得た。
【００７２】
＜比較例３＞
まず、アルミナＣを、加熱装置を据え付けたロッキングミキサーを用いて、減圧下１００℃で３時間かけて乾燥した。次に、変性シリコンオイルＸ−２２−３７０１Ｅ（信越化学製）を１０ｗｔ％（リン酸アルミニウムの重量に対するｗｔ％）入れて、１２０℃で２時間攪拌し、表面処理を行った。
そして、表面処理されたアルミナＣ３０ｇを、シクロヘキサン３００ｇ中に投入し、混合溶液Ａとした。そして、混合溶液Ａをウルトラアペックスミルにより周速６ｍ／ｓｅｃで２０分攪拌させて分散させるとともにビーズを分離して、リン酸アルミニウムのスラリーを得た。
このスラリーを用いて実施例２と同様にして光学素子を作成した。
【００７３】
＜比較例４＞
まず、アルミナＣを、加熱装置を据え付けたロッキングミキサーを用いて、減圧下１００℃で３時間かけて乾燥した。次に、高分子分散剤ＤＡ７０３−５０（楠本化成変製）を１０ｗｔ％（リン酸アルミニウムの重量に対するｗｔ％）入れて、１２０℃で２時間攪拌し、表面処理を行った。
そして、表面処理されたアルミナＣ３０ｇを、シクロヘキサン３００ｇ中に投入し、混合溶液Ａとした。そして、混合溶液Ａをウルトラアペックスミルにより周速６ｍ／ｓｅｃで２０分攪拌させて分散させるとともにビーズを分離して、リン酸アルミニウムのスラリーを得た。
このスラリーを用いて実施例２と同様にして光学素子を作成した。
【００７４】
＜評価＞
上記の手法で得られた光学素子を島津製作所製分光光度計ＵＶ−３１５０を用いて５８７．５ｎｍにおける透過率を測定した。表２にその結果を示す。
【表２】
2006213895.tif 000004
【００７５】
表２の結果より、無機微粒子としてのアルミナＣに、アルミニウムカップリング剤を用いて表面処理を施すことにより、得られる光学素子の透過率が向上することがわかる。従って、アルミニウムカップリング剤を表面処理剤として用いることにより無機微粒子を無機有機複合熱可塑性材料中に均一に分散させることができ、その結果、熱膨張率や光学屈折率の温度変化を抑えつつ、透明性を向上させた無機有機複合熱可塑性材料とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】光ピックアップ装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
６  対物レンズ（光学素子）
【図１】
2006213895.tif 000005