JP2000511868A

JP2000511868A - 赤外線フィルタ

Info

Publication number: JP2000511868A
Application number: JP10501340A
Authority: JP
Inventors: クック，トレヴァー; ソーンダース，エイドリアン
Original assignee: アヴィモ・リミテッド
Priority date: 1996-06-08
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 2000-09-12
Also published as: DE69724423D1; GB9612027D0; ATE248380T1; WO1997047994A2; DE69724423T2; AU728653B2; EP0902902A2; WO1997047994A3; AU3040097A; US6252702B1; EP0902902B1

Abstract

(57)【要約】２重量％以下の銅をドープしたリン酸ガラスを成形して外部航空機用ライト用のレンズが製造される。前記ガラスは、夜間視界用ゴーグルを着用するパイロットを一時的視界喪失（ブラインド）状態にすることなく、かつ、可視状態を維持する程度に、赤外線放射を減衰させる。前記ガラスは、可視スペクトルに於ける光透過に対してほとんど感知可能な影響を与えない。好適には、前記ガラスは、複雑なレンズ形状を作り出すために、モールドに対して、軟化温度でのスランピングによって形成することができる。更に、前記ガラスは、従来の強化工程に耐えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】赤外線フィルタ発明の技術分野本発明は、赤外線（ＩＲ）フィルタとして使用されるリン酸ガラスと、その製造方法、詳しくは、但し非限定的に、航空機、船舶等の外部ライトとして使用されるフィルタに関する。背景航空機用ライトは、民間航空機であれ、あるいは軍用機であれ、一般に、外翼に取り付けられる航空灯（左舷の赤色ライトと、右舷の緑色ライト）と、白色の尾燈とを有する。更に、胴体の上部と下部に強力な衝突防止用ストロボ・ライトが取り付けられる。航空機のライトの色と強度は、厳しい規則によって取り締まられている。英国に於いては、民用航空局（Civil Aviation Authority）(CAA)が、すべての航空機にこれらの規則を遵守させる義務を有する。たとえば、少なくとも民間機に関して、赤色及び緑色の外翼灯は、規定された色帯域幅内になければならず、そのライトが、赤又は緑ではなく、オレンジ色や青い色合いの光を発する航空機はＣＡＡの規則を満たすことができず、従って許可されないであろう。軍用航空機の場合はこれらの規則を免除されてはいるが、軍用航空機のライトも、それらの規則を可能な限り遵守することが望ましいことは明らかである。弱光条件下に於ける視野を改善するために、今日では、パイロットは、夜間視野用ゴーグルを着用することが一般的に行われている。これらのゴーグルには、可視スペクトルの光を除去し、赤外線（ＩＲ）領域（６５０ｎｍないし１０００ｎｍ）での放射を検出することによって作用するフィルタが取り付けられる。種々の光レベル下に於いて良好な出力像を維持するために、前記ゴーグルには、自動利得制御機能が備えられている。この自動利得制御機能は大半の条件下に於いて十分に作用するものではあるが、視界に非常に明るい光が入ってきた時に、これを補償することができない。このような状況は、たとえば、パイロットが夜間に、別の航空機に接近し、その結果、その出力像が非常に明るくなり、時として、その表示像全体が「真っ白」になる時に発生する。従って、前記ゴーグルが夜間における明るい光に対応できないことによって、パイロットは近傍の別の航空機を正確に位置づけることが出来ず、最悪の場合には、パイロットは一時的に視覚喪失状態になることもある。このような場合に於いて、両方の航空機が非常に危険な状況に置かれうることが理解されるであろう。他方、もしも他の航空機が夜間飛行用ゴーグルを通して見られた時に、はっきりと見え、識別可能な状態に維持されるためには、少なくともＩＲ放射の一部がライトから出ることが許容されることが好ましい。換言すれば、ＩＲ放出が理想的に抑制されるが、完全には除去されないことが必要である。パイロットの一時的視覚喪失状態を避けることと、パイロットが近傍の他の航空機を認識可能であるのに十分なＩＲ放射を透過することとの間に微妙なバランスが存在することが理解されるであろう。本出願人の知る限り、誰も、上記クライテリアを満たすＩＲ透過の強度を定量化できたものはいない。しかし、当該分野の専門家は、いつ適切なバランスが達成されたかを認識できる。この点に関して、前記バランスは、前記ゴーグルを通して見られるそれぞれの航空機ライトの効果が「フットボール」に類似する時におよそ適切であると考えられる。この現象が、一般に、最適なＩＲ透過レベルを判断するインジケータとして使用される。もちろん、上述した問題は、他の航空機の近傍で飛行するパイロットにとって非常に深刻な問題ではあるが、パイロットが、たとえば、航空母艦等の海軍船舶、海上石油及びガス掘削装置、又は飛行場やあるいは高層ビル等に接近する時等の、低視界条件下に於いて他の構造物を明瞭に見ることができることも同様に重要である。ＩＲ放射をフィルタする場合に、考慮するべきもう一つの要因は、フィルタ媒体が可視スペクトルで放射される光に影響する可能性である。この点に関して、ＩＲ放射の減衰と同時に、可視域における色ずれ（シフト）が発生する可能性がある。外翼燈に関していえば、色ずれの量は、ＣＡＡ規則に合致するか否かの差を意味する。大幅な色ずれを避けながら、ＩＲ放射の一部をフィルタ除去することの問題を解決する試みは、これまで下記のように部分的にしか成功を収めていない。たとえば、航空機ライト用のレンズは、これまで、もっぱら従来の珪酸ガラスからのみ形成された。というのは、これが、複数の湾曲部分に形成され、その後、互いに接合してレンズを形成するのに適した唯一のガラスであったからである。この点に関して、珪酸ガラスは、通常、ガラスが溶融状態にある間の成形又はプレス加工によって形成される。珪酸タイプのＩＲフィルタガラスは市販されているが、可視スペクトルで発せられる光も影響されるため、その航空機ライト用としての使用は限定されている。この点に関して、このガラスは、赤域に於いて測定可能な色ずれを起こし、これによって、ＣＡＡ規定に適合することが困難となる。上述したＩＲフィルタガラスを使用するのに代えて、従来の珪酸ガラス上にＩＲフィルタ材をコーティングする代替案があった。その後にレンズに組み立てられる前記ガラス部分を形成する際に高温を使用するということは、コーティングは、形成段階の後にのみ有効に塗布することが可能である、ということを意味する。更に、コーティングに対する過失的な損傷を避けるためには、個々の部分を互いに接合して完全なレンズを形成した後で、コーティングを塗布することが好ましい。しかしながら、レンズの組み立て後にＩＲフィルタ材でコーティングすることは、高度に成形された表面が関係することからまだ信頼性が低いものであることが判った。特に、レンズの内面又は外面に均一にコーティングすることは困難であった。有効であるためには、ＩＲフィルタコーティングは、均一に塗布されなければならず、コーティングが薄すぎればＩＲ減衰が不適切となり悲惨な結果を招く可能性があり、又、コーティングが厚すぎれば、ＩＲスペクトルが完全にブロックされてしまう。従って、従来の珪酸ガラスから成るレンズのコーティングには問題がある。他のタイプのガラスに関しては、ＩＲ域での低い透過率を達成するために、リン酸ガラスを銅でドープすることが知られおり、このようなガラスは、飛行機のコックピットにおけるもののような照射カラーディスプレーをシールドするのに使用されてきた。このタイプのＩＲフィルタガラスは、たとえば、本出願と同様にＳｃｈｏｔｔＧｌａｓｗｅｒｋｅに譲渡されている米国特許第５，１７３，２１２号に記載されているように、市販されている。しかしながら、外部ライト用としては、前記ガラスを、わずか１ｍｍ厚にする必要があり、その結果、機械的に有用性の低いものになってしまう。特に、公知のガラス強化工程に於ける処理に耐えることが出来ない。このような処理は、航空機の外部に使用される場合に遭遇する厳しい物理的条件のために必要とされる強度と耐久性を達成するには必須である。更に、その公知の用途に於いて、リン酸ガラスは、その脆い性質によって特徴付けられ、従って、それを、実質的に非平面状の部材に形成することは不可能であった。上記記載から、特に航空用に適したものとするべく強化することが可能で、しかも、ＩＲ透過を十分なレベルにまで減少させ、かつ、それを完全に除去することがなく、可視域に於いて有害な色ずれを起こさず、更に、レンズを作るべく成形可能な材料を見出すという問題が未解決のままである、ということが明らかである。上記課題を念頭に於いて、本出願人他は、そのような材料を作ることに着手した。従って、本発明の課題は、ＩＲ放射の減衰を提供するのみならず、可視スペクトルに大きな影響を与えることがなく、しかも、機械的かつ光学的に従来のガラス強化工程に耐えることができる、航空機用又はその他の照明機用に適した材料を提供することにある。従来技術が、リン酸ガラスは、航空機ライト等のためのレンズに形成することが一見すると不可能であるということを示しているにも拘わらず、本出願人他は、この材料に関する広範囲な研究と開発を行った。その努力の結果、本出願人他は、ＩＲ放射を所望のレベルにまで減衰させることが可能なリン酸ガラスからなる材料を発明したのみならず、リン酸ガラスを、航空機レンズ又はその構成部分に形成可能な方法をも発明したのである。発明の要旨第１の態様に於いて、本発明は、ＩＲフィルタとして使用されるリン酸ガラスであって、前記ガラスは、該ガラスの総重量に対して、２重量％以下の銅（ＩＩ）酸化物でドープされたものである。換言すると、本発明は、銅をドープされたリン酸ガラスであって、前記銅が前記ガラス中に於いて、前記ガラスの総重量に対して２重量％以下の銅（ＩＩ）酸化物として存在するものに関する。本発明のガラスに実際に含まれる銅の量は、様々な要因によって変化し、その主要なものとしては、そのガラス自身の厚みと、フィルタされるべき光源とが挙げられる。たとえば、高強度のストロボ・ライトの発光特性は、尾燈や、赤色及び緑色の外翼燈のそれとは異なる。更に、前記ガラスの厚みは、特定の用途、たとえば、それが既存のレンズと併用される副フィルタとして使用されるか、若しくは、代用レンズとして使用されるか、に応じて、変化する。しかしながら、本発明に依れば、ＩＲ放射を、パイロットのゴーグルの自動利得制御機能に対して悪影響を与えず、かつ、パイロットが光源を容易に識別することを可能にするレベルにまで減衰されることが可能である。更に、そのガラス組成は、可視スペクトルに対して大きな影響を与えない。以下から理解されるように、外部航空機ライトに対する使用、特に、代用レンズとして使用される場合に適切であるためには、前記フィルタ材は、非常に機械強度が高いものでなければならない。この点に関して、本出願人他は、リン酸ガラスが約２ｍｍないし６ｍｍの厚みを有する時に、そのような用途として十分な強度を有することを見出した。これまでリン酸ガラスは、感知可能な厚みのスラブ、シート、等として市販されているが、そのＩＲ及びそれよりも低い可視域に於ける高い減衰作用から、それを、許容可能な透過特性を提供するために、約１ｍｍの厚みにまで機械加工する必要があった。このような厚みに於いて、ガラスは強度を有さず、強化工程に耐えることができない。従って、本発明の別の態様は、約２ｍｍないし６ｍｍの厚みを有する銅ドープリン酸ガラスから成るレンズ用ＩＲフィルタを提供する。前記「約２ｍｍないし６ｍｍ」という表現は、それらの間のすべての範囲又は特定値を含むものである。特に、本発明は、そのような厚みを有する強化銅ドープリン酸ガラスを提供する。前述の具体例では、りん酸ガラスの厚みは、約３ｍｍないし５ｍｍであるが、光源の種類により前述の範囲は変更されることが理解される。本発明に依る前記ＩＲフィルタは、一般に、約２ｍｍないし６ｍｍの厚みで使用されるものではあるが、前記フィルタは、好ましくは、約１０ｍｍ以上の厚みを有するシート又はスラブとして製造される。これは、加工されたガラスの中央又は中心部分のみが、フィルタ用として必要な光学特性を有することを本出願人他が見出したからである。前記所望の厚みに到達するために、研削、研磨、その他の従来式の冷間加工法が使用される。所望の厚みが達成された後、そのガラスを次に成形工程に処する。従来のＩＲフィルタリン酸ガラスと異なり、本発明のリン酸ガラスは、その後のガラス強化工程において発生する応力に機械的に十分に耐えることができる。強化工程に耐えうることは、もちろん、航空機ライトのレンズ用としての使用に必要な強度を達成するための前提条件である。重要なことは、本発明のリン酸ガラスは、強化工程中に於いてその光学特性を維持するということである。可視、特に、赤色側端部に於ける、スペクトルの光を最大限透過させながら所望のＩＲ減衰を達成するために、前記好ましい特定範囲の厚みを有するＩＲフィルタは、ガラスの総重量に対して２重量％以下の銅（ＩＩ）酸化物を含有する銅ドープリン酸ガラスからなる。好ましくは、前記リン酸ガラスの銅（ＩＩ）酸化物含有率は、約１．５ないし１．８重量％の範囲であり、その他の成分は、前記リン酸ガラスの全体特性に起用する様々な分量含有されている。より好ましくは、約１．６ないし１．７重量％の範囲である。目的とする光学特性を達成するのに必要な、２重量％以下の銅（ＩＩ）酸化物含有量という限定は別として、他の要素は、りん酸ガラスの性質全てに貢献するべく、種々の値で存在する。ＭｇＯは、本発明のリン酸ガラスに好ましくは含有されるそのような成分の一つである。好ましくは、ＭｇＯは、５．０ないし７．０重量％、更に好ましくは、５．４ないし６．６重量％の量が含有される。Ｋ₂Ｏは、前記ガラスに好ましくは含有される別の成分であって、好ましくは、約０．２ないし０．４重量％、更に好ましくは、０．２４ないし０．３７重量％の量が含有される。ＳｉＯ₂も、含有されることが好ましく、その理由は、これがガラスの耐候特性に対して好影響を与えるものと考えられるからである。この点に関して、これは、理想的には、約１．５ないし２．４重量％、更に好ましくは１．９ないし２．２重量％の範囲で含有される。好適に含有されるその他の成分には、Ａｌ₂Ｏ₃(好ましくは１０．０ないし１４．０重量％)、ＣａＯ(好ましくは、約０．１ないし０．５重量％)、そしてＮａ₂Ｏ（好ましくは、約３．０ないし６．０重量％）が挙げられる。もちろん、前記ガラス組成物のバルクは、Ｐ₂Ｏ₅を含有し、これは、通常、６５．０ないし８０．０重量％、より好ましくは、６９．０ないし７２．０重量％の範囲で含有される。尚、ここに記載した範囲は、すべて、それらの間の範囲又は特定値を含むものであり、それらはガラスの総重量に基づくものであると銘記される。ガラス製造技術に於いて周知のように、ガラスの最終組成は、多数の要因によって影響を受ける。たとえば、同量の出発物質を使用しても、もしも同じ加工条件が使用されなければ同じ製品とはならない。炉温度、雰囲気、炉煙突内の風速、耐火チャンバの組成、等のすべての要因によって、最終的ガラス組成が影響される。更に、バッチサイズを変えることによっても、影響され、製造されるべきガラスの容積を増加又は減少するべく開始材料の量を単純に推定しても、たとえその他の要因を一定に維持しても必ずしも再現可能な結果となる分けではない。しかしながら、普通の検討作業によって、必要な銅（ＩＩ）酸化物と、所望量のその他の成分とを有する最終製品を製造することはガラス製造の当業者の技術範囲内である。前記銅（ＩＩ）酸化物含有率とフィルタの厚みとを前記特定パラメータの範囲内において注意深くバランスさせることによって、本出願人他は、特に赤色端部側に於ける可視スペクトルのスペクトル品質を犠牲にすることなく、ＩＲ放射の高い減衰率、特に７００ｎｍないし９００ｎｍの範囲に於ける減衰率を達成することができた。光学的には、厚さ４ｍｍのサンプルに基づき、本発明による前記リン酸ガラスは、好ましくは、５１２ｎｍ±４ｎｍのピーク波長に於いて好ましくは８２．５％±５．０％のピーク透過率を有する。より好ましくは、そのような厚みに於いて、前記ガラスは、４００ｎｍに於ける６０．０％±７．０％の透過率と、７００ｎｍに於ける２．６５±１０％の光学密度とを有する。従って、本発明は、更に、厚さ４ｍｍのサンプルでの測定に於いて、５１２ｎｍ±４ｎｍのピーク波長に於ける８２．５％±５．０％のピーク透過率と、４００ｎｍに於ける６０．０％±７．０％の透過率と、７００ｎｍに於ける２．６５ ±１０％の光学密度とを有する銅ドープリン酸ガラスを提供する。このような特性は、夜間視界用ゴーグルを着用するパイロットの一時的視界喪失を避けるために適切な発光を達成するのための最適値を表わすものである。本発明に依って、本出願人他が悪視界条件下に於ける航空安全の改善に大きく寄与したことが理解されるであろう。この安全に対する重要な貢献に加えて、この分野に於ける本出願人他の研究によって、リン酸ガラス技術に於ける別の重要な進歩が達成された。特に、本出願人他は、ガラスの割れ、又は長期耐久性に影響することなく、リン酸ガラスを形成又は湾曲させることが可能であることを見出した。更に、本発明のＩＲフィルタガラスに対して形成工程を行った時、それはガラスの光学特性に対してなんの悪影響も与えない。いくつかのレンズの形状は、単純に、鋳造されたガラスのブロック又はスラブを機械加工することによって作り出すことが可能であるが、その他の形状の為には、ガラスの成形がレンズを製造するための唯一の実用的な方法である。繰り返すと、本発明に依るリン酸ガラスが、その光学特性に対する悪影響無く形成工程に耐えることができる能力は驚くべきものである。本出願人他によって公知のリン酸ＩＲフィルタガラスに対して行われた実験に於いて、軟化点又は可塑状態温度にまで加熱すると、その公知のガラスに於いて許容不能な色変化が発生し、ガラスが暗色化し、より視覚認識可能な光減衰を起こした。このような可視光透過に於ける顕著なシフトは、従来技術のガラスの航空機照明用途に於ける不適切性を更に示すものである。本発明の更に別の態様に於いて、本発明は、リン酸ガラスを形成する方法であって、前記ガラスを、そのガラスが可塑状態に達し、その自重によって形成されるまで加熱する工程と、前記形成されたガラスを中間温度にまで冷却する工程と、前記ガラスを、長時間、前記中間温度又はそれに近い温度に維持する工程と、前記ガラスを外気温度にまで冷却させる工程とを有する方法を提供する。上記方法は、好ましくは、約２ｍｍないし６ｍｍの厚みを有するリン酸ガラスの形成に適したものである。所望の形状を達成するために、前記ガラスは、好ましくは、前記ガラスが可塑温度に達した時に、それが、モールドに対して倒壊又は「スランピング」して形成され、その外観と同じ形状とされるように、モールドと接触状態に置かれる。たとえば、前記ガラスは、全体として凹状のモールド面、又は上方に凸状のモールド面に「スランピング」することができる。前記ガラスを、その自重によって「自然に」成形されるようにすることが好ましいが、これに代えて、ガラスを、たとえば、二部モールドによって、モールド内に押し込むことも可能である。しかしながら、プレスによって、ガラスに応力がかかるリスクが増加し、従って、それなりの注意を払う必要が生じる。理想的には、それに対してガラスが湾曲、「スランピング」又はプレスされる前記モールドは、セラミック材から成る。これは、セラミックは、ガラスと膨張係数が類似し、冷却時に、ガラスと同じ又は類似の比率で収縮するからである。又、セラミックは、伝統的に使用されてきた鋳鉄よりも熱伝達率が低く、ガラスとモールドとが接触する時に、ガラスを冷却することがない。このようにすることで、表面品質の劣化と、割れとを有効に避けることができる。鋳鉄よりもセラミックを選択するもう一つの理由は、鋳鉄は使用される成形温度で容易に酸化し、従って、ガラスの表面品質を更に低下させるからである。一般に、本発明に依る銅ドープリン酸ガラスは、５００℃ないし６００℃、より一般的には、約５４０℃ないし５７０℃の温度で可塑状態に達し、従って、ガラスの温度が、成形工程中に於いてこれらの温度を上回って上昇することがないことが好ましい。前記可塑状態又軟化温度は、ガラスの厳密な組成によって変化し、問題の組成によってスランピングのための理想温度を選択することは当業者の技術範囲内である。前記ガラスがその可塑状態温度にまで加熱される速度は、理想的には、ガラス内の応力が発生させる可能性がある加熱差が発生することを避けるように制御される。好ましくは、ガラスは、毎時８０℃ないし１２０℃、より好ましくは、毎時約１００℃の速度で加熱される。ガラスの実際の溶解は、はるかに高い温度、通常は、約１２００℃で発生し、ガラスがこの温度に到達しないことが重要であり、もしそうでなければ、その光学特性がほとんど確実に影響される。理想的には、ガラスの加熱は、前記可塑状態温度が達成された時に一旦停止されるか、もしくは、温度がその過疎化状態温度以上に上昇しないように、少なくとも低下される。一旦、ガラスが可塑状態に達すると、スランピングが終了するまで、加熱を、その同じ温度で維持する。ガラスの厚みに依り、ガラスの曲げ又は「スランピング」は、通常、１５分間ないし１時間、平均で３０分間、で達成される。更に、ガラスが成形された後、ガラスをモールドから取り外した状態で、徐冷又は冷却を行うことが好ましい。この目的の為に、好ましくは、ガラスは一旦その形状を維持するのに十分硬化した時に、前記モールドから取り外される。モールドからの取り外し後、まだ支持されてないが、既に成形済みのガラスは、好ましくは、中間温度にまで冷却される前に、更に追加の時間、前記軟化温度に近いがそれ以下の感度に維持される。たとえば、成形されたガラスは、約１時間ないし３時間の間、前記軟化温度以下の、２０℃ないし１００℃、好ましくは５０℃の温度に維持される。成形後、そして、理想的には、一定時間前記軟化温度近くで、かつそれよりも低い温度に維持された後、ガラスは、好ましくは約２５０℃ないし３５０℃の中間温度にまで冷却される。約３００℃の中間温度が特に好適であることが判った。前記中間温度への冷却は、好適には、前記加熱工程が行われたのと同じ又は類似の速度で行われる。毎時１００℃の冷却速度が従って好ましい。次に、ガラスは、前記スランピング中に於いてガラス中に発生した応力を開放するのに十分な時間、前記中間温度、又はその近傍に保持される。一般に、約３時間の時間が十分であると考えられる。但し、これは、ガラスが湾曲される程度及びその厚みに応じて増減可能である。もしもガラスが適切に徐冷されなければ、たとえば、ガラスが十分な時間冷却されなければ、その結果、ガラスは、環境温度に於いて使用不能及び加工不能となる可能性がある。前記成形済みガラスは、制御された状態で環境温度に戻される。換言すると、それを急激、又は不均一な速度で冷却してはならない。好ましくは、ガラスは、約８時間の時間をかけて、毎時約４０℃の速度で冷却される。外気温度にまで冷却されると、研磨又はその他の公知の方法によって、ガラスの一部、その側縁を加工して、これによって使用のための最終形状に加工することが好ましい。上述したリン酸ガラスの形成方法は、完全なフィルタを形成するため、又は、後に互いに接合されるその複数の部分を形成するためのいずれにも使用可能である。種々の部分を接合する必要がある場合には、従来式の光学用高温半硬質接着剤が一般に使用される。成形後、前記フィルタの表面は、通常、その表面を後の強化工程に供するべく完全なものにするために、最終研磨及び研削される。強化工程は、ガラス製造分野の当業者にとって周知でありここで説明を繰り返す必要はない。強化後は、一般にどのようなガラスの加工も不可能であることが理解されるであろう。従って、研削、研磨、等のすべては、その強化段階の前に完了されなければならない。レンズが、たとえば、高度に不規則に形状を達成するべく、複数の部分から構成される場合には、これらの部分は、前記強化工程後に互いに接合することができる。後述するもののようなこのような複雑な形状は、公知の銅ドープＩＲリン酸フィルタガラスを使用した場合、その光学特性を劣化させることなく達成することは従来不可能であった。これは、市販されているリン酸ガラスの熱処理によって、その光透過特性に悪影響を与える化学反応が発生するからである。本発明に依るガラスの組成と、これを形成する方法とによって、そのような複雑な形状を形成することが可能となった。特に、本発明のリン酸ガラスは、従来のガラスと比較して、加熱された時に化学的により安定性が高く、このガラスを形成するのに使用される方法は、それが高温に晒される程度を最低限にするものである。図面の簡単な説明本発明の理解をより容易にするべく、次に、以下の具体例及び図面に言及するが、これらは、本発明を例示することを意図されたものであり、その範囲を限定するものではない。図面に於いて、図１は、公知のリン酸ガラスと本発明に依るＩＲフィルタガラスとの光透過の比較を示すグラフ、図２は、図１と同じガラスを使用したＩＲ域での光学密度の比較を示すグラフ、図３は、本発明に依るＩＲフィルタを使用した航空機尾燈の端面図、図４は、図３に図示したライトの側面図、図５は、図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図、図６は、本発明に依るＩＲフィルタを使用した航空機右舷航空灯の側面図、図７は、図６の航空灯の底面図、図８は、図７のＸ−Ｘ線に沿った断面図、図９は、本発明に依るＩＲフィルタを使用した航空機高強度ストロボ・ライトの平面図、図１０ａは、図９のライトの側面図、図１０ｂは、図９のライトの端面図、そして図１１は、図１０ｂのＸ−Ｘ線に沿った断面図である。発明の詳細説明公知のガラス製造法に依って様々な厚みのシートとして製造された複数のリン酸ガラスを３ｍｍの厚みに研削した。製造されたガラスの中間コアを構成するこれらの研削されたシートは、表１に記載された組成を有していた。種々の成分の量は、ＸＲＦ分析を使用して計算されたものであり、百分率は、酸化物ベースの重量によって表わされている。例１のガラスの光学分析は、５０８ｎｍのピーク波長での８２．８８％のピーク透過率、４００ｎｍでの６６．７７％の透過率、そして、７００ｎｍでの２．１２の光学密度とを示した。例２のガラスの類似の分析は、５１８ｎｍのピーク波長での８１．２４％のピーク透過率、４００ｎｍでの５８．７７％の透過率、そして、７００ｎｍでの１．８１４の光学密度とを示した。例１及び２の両方のガラスサンプルが外部航空機ライト用のＩＲフィルタとしての有用性に於いて所望の光学特性をしめたが、例１のサンプルが可視域に於いて特に有効であった。本発明に依るリン酸ガラスの改善された光学特性を更に例証するために、図１に、従来技術のフィルタ（Ａ）と、本発明に依るＩＲフィルタとを比較した透過率グラフを示す。これらの結果は、各ガラスに１ｍｍのサンプルを使用して得られたものであった。図１から、本発明に依るＩＲフィルタ（Ｂ）は、従来フィルタ（Ａ）よりも、可視域に於いて一律に高い透過率を提供するものであることが判る。スペクトルの赤色端部に於いて、その差は最も顕著である。たとえば、６５０ｎｍに於いて、従来フィルタ（Ａ）は、わずかに約１０％の透過率を示すのに対して、本発明に依るフィルタ（Ｂ）は約５０％を示している。更に、本発明に依るフィルタ（Ｂ）は、ＩＲ域に於いて少なくともいくらかの透過を許容してるのに対し、従来フィルタ（Ａ）の場合には、それはほとんど完全にブロックされていることも判る。ＩＲ域に於ける前記二つのガラス（Ａ，Ｂ）の特性の差は、恐らく、図１に使用されたものと同じ１ｍｍ厚のサンプル（Ａ，Ｂ）の光学密度を示すグラフである図２からより明白に理解されるであろう。特に、本発明のフィルタ（Ｂ）の光学密度は、従来フィルタ（Ａ）と比較してＩＲ波長の前後に於いて遥かに低いことが明らかである。事実、従来フィルタ（Ａ）によるＩＲ領域の減衰は、夜間視界用ゴーグルを着用するパイロットが、そのようなフィルタを組み込んだ光を見ることが出来ないようなものである。次に、形成方法の例を記載する。例４約１００ｍｍｘ５０ｍｍｘ４ｍｍ厚の寸法の銅ドープリン酸ガラス片を、１０ｍｍ厚の材料シートから、そのそれぞれの面の厚みを縮小させることによって加工した。次のこの片を、その縁部を、前スランプ形状にプロファイル加工した。次に、このガラスを、炉中に於いてセラミック製モールド中にセットし、その温度を毎時１００℃の速度で大気温度が５５０℃にまで上昇させた。この温度を、３０分間維持し、その間に、ガラスがそれ自身、モールドの形状に形成された。次に、温度を、３０分間かけて５００℃にまで低下させ、２時間、この温度に保持し、この段階に於いて、ガラスを、炉内に於いてモールドから取り外した。次に、炉温度を、２時間かけて３００℃にまで低下させ、次に、３時間、３００℃ に維持させた。この中間段階後、前記炉温度を、再度、８時間かけて外気（２５ ℃）温度にまで低下させた。次に、スランプされたガラスを、最終形状にプロファイル加工し、表面欠陥を除去するべく研磨した。前記成形工程の完了後、前記リン酸ガラスは、交換用レンズとして、又は、既存のレンズと併用される副フィルタとして使用されるべく航空機ライトに取り付け可能にするために、最終強化処理される。本発明に依るＩＲフィルタを取り付けた様々なタイプの航空機ライトの具体例が図３ないし１０に図示されている。特に、図３ないし５に図示された航空機尾灯は、内部に光源（図示せず）を収納した不透明なハウジング又はキャストマウント（１）を有する。該ハウジング（１）の一端部には、開口部が形成され、これが、外側に凸の表面を有し、それを介して光がフィルタされるＩＲフィルタ（２）によってカバーされている。ＩＲフィルタ（２）は、前記「スランピング」工程を使用せず、単純に、ブロック状のリン酸ガラスを機械加工することによって作ることができる。図６ないし８に示す改変航空燈は、湾曲カウル（４）を有し、これに、本発明のＩＲフィルタ（６）が取り付けられた副フレーム（５）が取り付けられている。図８に最も明瞭に図示されているように、本発明の前記ＩＲフィルタ（６）は、既存のレンズフレーム（８）によって保持された既存のレンズ（７）の外側に凸の表面に取り付けられている。前記ＩＲフィルタ（６）は、一つの平面（Ｘ−Ｘ断面）から見てわずかに湾曲しているが、垂直平面から見て大きく湾曲している。図９ないし１１に図示されている高強度ストロボライトは、フィルタ取り付けフレーム（１０）を有し、これに、４つのガラス部分、即ち、端部ガラス（１２ａ，１２ｂ）と、側部ガラス（１４ａ，１４ｂ）とから成るフィルタが支持されている。端部ガラス（１２ａ，１２ｂ）は、断面に沿って一定の曲率半径で一つの平面に於いて識別可能な程度に湾曲しているが、図１０ｂから、側部ガラス（１４ａ，１４ｂ）はより複雑な形状であり、曲率半径の異なる複数の部分を含むことが理解されるであろう。以上、本発明の特定の実施例を記載したが、当業者に於いては、本発明の広い範囲から外れることなく様々な改変が可能であることが理解されるはずである。たとえば、本発明は、最も一般的に、外部航空照明装置用として記載したが、本発明がこれに限定されるものでないことが銘記される。この点に関して、本発明は、内部のコックピット照明や、マップ読み取り用照明、船舶、海洋構造物（オイルリグ、灯台、ブイ等）用の海上照明、更に、高層ビルの外部照明にも同様に適用可能であることが理解される。更に、本発明に依るＩＲフィルタは、飛行場に於ける着陸用及びその他のナビゲーション用ライトにも適用可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者ソーンダース，エイドリアンイギリス国サマセットティエイ１２ティイートーントンブラックブルックテムズ・ドライブ 123

Claims

【特許請求の範囲】１．ＩＲフィルタ用のリン酸ガラスであって、前記ガラスは、該ガラスの総重量の２重量％以下の銅（ＩＩ）酸化物がドープされている。２．請求項１のリン酸ガラスであって、前記銅（ＩＩ）酸化物は、約１．５ないし１．８重量％含有されている。３．前記請求項のいずれかのリン酸ガラスであって、前記銅（ＩＩ）酸化物は、約１．６ないし１．７重量％含有されている。４．前記請求項のいずれかのリン酸ガラスであって、ＭｇＯが、前記ガラスの総重量に対して約５．０ないし７．０重量％含有されている。５．前記請求項のいずれかのリン酸ガラスであって、前記ガラスは、約２ｍｍないし６ｍｍの厚みを有する。６．請求項５のリン酸ガラスであって、前記ガラスは、約３ｍｍないし５ｍｍの厚みを有する。７．前記所望の厚みを達成するべくその両面が研削されたシートから製造される請求項５又は６のリン酸ガラス。８．請求項７のリン酸ガラスであって、前記シートは、約１０ｍｍ以上の厚みから研削される。９．請求項１ないし８のいずれかのリン酸ガラスであって、厚さ４ｍｍのとき、次の特性を有する、８２．５％±５．０％のピーク透過率、５１２ｎｍ±４ｎｍのピーク波長、４００ｎｍに於いて６０％±７．０％の透過率、そして７００ｎｍに於いて２．６５±１０％の光学密度。１０．前記請求項のいずれかのリン酸ガラスを有するＩＲフィルタ。１１．請求項１０のＩＲフィルタであって、前記ガラスは成形されたものである。１２．リン酸ガラスを形成する方法であって、前記ガラスを、そのガラスが可塑状態に達し、その自重によって形成されるまで加熱する工程と、前記形成されたガラスを中間温度にまで冷却する工程と、前記ガラスを、長時間、前記中間温度又はそれに近い温度に維持する工程と、前記ガラスを外気温度にまで冷却させる工程とを有する方法。１３．請求項１２の方法であって、前記ガラスは、モールド表面への倒壊又はスランピングによって形成される。１４．請求項１２又は請求項１３の方法であって、前記ガラスは、約５００℃ないし６００℃の成形温度にまで加熱される。１５．請求項１４の方法であって、前記ガラスは、約５５０℃ないし５７０℃の成形温度にまで加熱される。１６．請求項１２ないし１５のいずれかの方法であって、前記ガラスは、約２５０℃ないし３５０℃中間温度にまで冷却される。１７．請求項１６の方法であって、前記ガラスは、約３００℃の中間温度にまで冷却される。１８．請求項１４ないし１７のいずれかの方法であって、請求項１３に従属する場合、前記成形ガラスは、前記中間温度にまで冷却される前に前記モールドから取り外される。１９．請求項１４ないし１７のいずれかの方法であって、請求項１ないし９のリン酸ガラスに適用される方法。２０．請求項１ないし９のいずれかのりん酸ガラスであって、請求項１２ないし１８のいずれかの方法によって形成される場合に於いて、前記ガラスは強化される。２１．請求項１ないし９及び２０による、又は、請求項１２ないし１９のいずれかの方法によって製造されるリン酸ガラスから成るレンズ。２２．互いに接合された複数のガラス部分から成るレンズであって、その単数又は複数の部分は、請求項１ないし９及び２０のいずれかの銅ドープリン酸ガラスから製造されている。２３．互いに接合された複数のガラス部分から成るレンズであって、その単数又は複数の部分は、請求項１２ないし１９のいずれかの方法によって形成されたものである。２４．副レンズを形成するべく既存のレンズに取り付けられた、請求項２１ないし２３のいずれかのレンズ。２５．請求項３２ないし２４のいずれかのレンズを有するライト装置。２６．請求項２５のライトを取り付けた航空機、船舶、建築物、又は構造物。２７．ＸＲＦ分析による測定に於いて、例１ないし３のいずれかの組成を有するリン酸ガラス。２８．例４の方法に依って製造されたリン酸ガラス。