JP2003238196A - 耐熱性ガラス - Google Patents

耐熱性ガラス

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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
    • C03C3/091—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 耐熱性及び耐熱衝撃性に優れた耐熱性ガラス
を提供すること。 【解決手段】 本発明に係る耐熱性ガラスは、重量％
で、ＳｉＯ２を５２.０〜５８.０％、Ａｌ２Ｏ３を１
８.０〜２３.０％、Ｂ２Ｏ３を３．０〜１１.０％、Ｚ
ｎＯを２．０〜７.５％、ＭｇＯを４．５〜７.５％、Ｎ
ａ２Ｏを０.５〜２.０％、Ｌｉ２Ｏを０〜１.０％含む
組成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プロジェクター、投写
機、照明装置等に組み込まれる反射鏡、及びその基板ガ
ラスに関するものである。また、半導体集積回路を作成
する際に使用されるフォトマスクや、各種ディスプレー
等のガラス基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の反射鏡は、その内面に形成され
た多層反射膜によって光源ランプの可視光線のみを選択
的に効率良く前方に反射する仕組みになっている。近
年、パソコンの急激な普及に伴い、パソコン画面上の画
像を直接スクリーンに投影できる液晶プロジェクター
が、プレゼンテーション用あるいは会議用のツールとし
て飛躍的に伸びてきているが、特に最近では、この液晶
プロジェクターに携帯性が求められるようになってきて
おり、プロジェクター本体自体のコンパクト化が進んで
いる。一方では、投影される画像に明るさの向上が求め
られ、高輝度化ランプの開発も進められている。光源ラ
ンプの高輝度化が進むとランプの発熱も激しくなる。ま
た、装置本体のコンパクト化・小型化が進むことによっ
てランプと反射鏡との距離が縮まることになり、結果と
して反射鏡は６００℃を越えるような高温にさらされる
ようになってきた。即ち、従来よりも優れた耐熱性、耐
熱衝撃性が要求されてきている。
【０００３】このような優れた耐熱性及び耐熱衝撃性を
有する反射鏡用のガラス素材は、特許２０３１８７６号
及び特許２０７０９４９号に記述されている。また、特
許１８６５４０３号、特開２００１−３０５３２０号に
も開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】特許２０３１８７６号
及び特許２０７０９４９号に記述されている素材は結晶
化ガラスであり、耐熱性、耐熱衝撃性等の性能には極め
て優れているものの、一旦成型したガラスを結晶化させ
るための熱処理工程が必要不可欠であり、製造コスト的
には不利であるという問題点があった。
【０００５】一方、特許１８６５４０３号、特開２００
１−３０５３２０号に記述されているのはガラス（非晶
質）であるが、小規模な製造方法に難があった。例え
ば、容量１〜３トン程度のタンク炉による生産を考えた
場合、上記２つの技術では直接通電タイプの電気炉を採
用することが極めて困難であった。現在、小規模タンク
炉では、溶融方式としては直接通電タイプの電気炉を採
用することが一般的である。
【０００６】本発明の主目的は、耐熱性及び耐熱衝撃性
に優れた低膨張・高転移点を有するガラス（非晶質）を
提供することにある。
【０００７】また、容量１〜３トン程度の直接通電タイ
プの小規模タンク炉で容易に製造可能な耐熱性ガラスを
提供することを他の目的とする。
【０００８】更に、環境汚染成分を最小限度に抑えた耐
熱性ガラスを提供することを別の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、熱膨張係
数を低く抑えつつ、かつガラス融液の電気伝導度を向上
させるのに、Ｌｉ２Ｏの添加が極めて効果的であること
を見出した。また、微量（２〜７重量％）のＹ２Ｏ３を
添加することにより、ガラス転移点を上昇させる。
【００１０】請求項１に示すように、本発明に係る耐熱
性ガラスは、重量％で、ＳｉＯ２を５２.０〜５８.０
％、Ａｌ２Ｏ３を１８.０〜２３.０％、Ｂ２Ｏ３を３．
０〜１１.０％、ＺｎＯを２．０〜７.５％、ＭｇＯを
４．５〜７.５％、Ｎａ２Ｏを０.５〜２.０％、Ｌｉ２
Ｏを０〜１.０％含んでいる。
【００１１】例えば、請求項２に記載のように、重量％
で、ＳｉＯ２を５２.０〜５７.０％、Ａｌ２Ｏ３を１
８.０〜２２.０％、Ｂ２Ｏ３を８.５〜１１.０％、Ｚｎ
Ｏを４.５〜７.０％、ＭｇＯを６.０〜７.５％、Ｎａ２
Ｏを０.５〜２.０％、Ｌｉ２Ｏを０〜１.０％含む組成
とする。ここで、好ましくは、Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏとの
合計量が１.０％未満とする。
【００１２】或いは、請求項４に記載のように、重量％
で、ＳｉＯ２を５５.０〜５８.０％、Ａｌ２Ｏ３を２
０.０〜２３.０％、Ｂ２Ｏ３を３．０〜９.０％、Ｚｎ
Ｏを２．０〜７.５％、ＭｇＯを４．５〜７.５％、Ｎａ
２Ｏを０.５〜２.０％、Ｌｉ２Ｏを０〜１.０％、Ｙ２
Ｏ３を２．０〜７．０％含む組成とする。
【００１３】また、製造工程（原料調合等）の簡素化や
環境汚染成分を排除する目的で、ＣａＯ、Ｐ２Ｏ５、Ｓ
ｒＯ、ＢａＯ、Ｋ２Ｏ、ＰｂＯ、ＴｉＯ２を含まない組
成とすることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て反射鏡基板用に使用されるガラスを例にとって説明す
るが、本発明はこのようなガラスに限定されるものでは
なく、耐熱性が要求される種々の装置、部品に使用され
るガラスに適用可能なものである。
【００１５】一般的に、熱膨張係数を低く抑えるために
はアルカリ金属酸化物（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）
の含有量を少なくするが、アルカリ金属酸化物の含有率
を小さくするとガラス融液の電気伝導度が低下して電気
を通し難くなり、ガラスの電気溶融が困難になる。
【００１６】優れた耐熱性（最高使用温度）はガラス転
移点が高いことで達成され、優れた耐熱衝撃性は熱膨張
係数が低い（小さい）ことで達成される。具体的には、
３０〜４００℃の範囲における平均熱膨張係数が４０×
１０−７／℃以下で、且つガラス転移点が６３０℃以
上、理想的には７００℃以上であることが好ましい。
【００１７】表１に基礎実験データを示す。ガラス融液
の電気伝導度は、実際にはその逆数である比抵抗値で表
現することが多い。表１においては、Ｌｉ２Ｏの添加・
置換効果を確認することを目的として、Ｎａ２ＯとＬｉ
２Ｏの含有量を便宜上モル（原子数）で比較している
が、表中の組成Ａ、Ｂ、ＣはＮａ２Ｏを除いて、いずれ
も以下に示す組成（重量％）範囲内にある。 ＳｉＯ２：５２.０〜５７.０％ Ａｌ２Ｏ３：１８.０〜２２.０％ Ｂ２Ｏ３：８.５〜１１.０％ ＺｎＯ：４.５〜７.０％ ＭｇＯ：６.０〜７.５％ Ｌｉ２Ｏ：０〜１.０％
【００１８】
【表１】
【００１９】表１より、Ｎａ２ＯとＬｉ２Ｏの合計量
（モル％）が増加すると熱膨張係数は大きくなり、一方
比抵抗値は低下する傾向にあることが分かる。また、ア
ルカリ金属酸化物の全量、即ちＮａ２ＯとＬｉ２Ｏの合
計量（モル％）が同じであっても、Ｌｉ２Ｏの割合が増
えると熱膨張係数は若干ではあるが低下し、比抵抗値は
著しく低下することが分かる。
【００２０】Ｌｉ２Ｏの微量添加が、熱膨張係数を低く
抑えながら、かつガラス融液の電気伝導度を向上させる
（電気抵抗を下げる）のに極めて効果的であることを発
見したのである。ただし、実際にはＬｉ２Ｏ含有率が
１.０重量％を越えると、溶融炉の耐火物が侵食され易
くなり、また０.５重量％を越えると分相する傾向が大
きくなるため、Ｌｉ２Ｏ含有率は０〜１.０重量％、よ
り好ましくは０.１〜０.５重量％の添加に留めるのが良
い。
【００２１】また、比抵抗値は低ければ低いほど電気溶
融し易くなるが、アルカリ金属酸化物の全量が増えると
熱膨張係数は大きくなる傾向にあるので、Ｎａ２ＯとＬ
ｉ２Ｏの各含有量は要求される特性と溶融炉の設計上の
条件とを考慮して決定する。好ましくは、Ｌｉ２ＯとＮ
ａ２Ｏとの合計量が１．０％未満となるようにする。
【００２２】表１の組成において、ＳｉＯ２はガラスを
構成するための主成分であるが、５２.０％未満の場合
にはガラスが失透し易くなり、５７.０％を越えると粘
性が高くなって精密成型が困難になる。
【００２３】Ａｌ２Ｏ３は、熱膨張係数を大きくするこ
となく粘性を低下させる効果やガラス転移点を高くする
効果、機械的強度（ヤング率）を大きくする効果がある
が、１８.０％未満の場合にはそれらの効果に乏しく、
逆に２２.０％を越えると溶融し難くなる。
【００２４】Ｂ２Ｏ３は、ガラスの溶融性や作業性を向
上させる効果があるが、８.５％未満ではそれらの効果
に乏しく、また１１.０％を越えると分相する傾向が増
し化学的な耐久性が低下する。
【００２５】ＺｎＯは、熱膨張係数を大きくすることな
く粘性を低下させるのに非常に有効であるが、４.５％
未満ではその効果に乏しく、７.０％を越えると失透し
易くなる。
【００２６】ＭｇＯは、熱膨張係数を大きくすることな
く粘性を低下させる効果があるが、６.０％未満ではそ
の効果に乏しく、７.５％を越えると失透し易くなる。
【００２７】Ｎａ２Ｏは、溶融性を改善し粘性を低下さ
せる成分であるが、０.５％未満の場合には効果が乏し
く、２.０％を越えると熱膨張係数が大きくなり過ぎて
しまう。
【００２８】Ａｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３を清澄剤として
２.０重量％まで添加することは差し支えない。
【００２９】本発明の一態様として、ＣａＯ、Ｐ
２Ｏ５、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｋ２Ｏ、ＰｂＯ、ＴｉＯ２を
含まないようにすることができる。これにより、調合す
る原料の数が減少し、製造工程の簡略化が図れるという
メリットがある。また、ＰｂＯを含まないことにより、
環境汚染成分を減らすことが可能となる。
【００３０】なお、上述の組成％は原料調合時の目標組
成であり、耐火物の侵食に伴う耐火物成分の混入、ガラ
ス融液からの特定成分の揮発等によって、実際に得られ
るガラス組成は目標組成から若干ずれることがある。通
常ずれ幅は、各成分の目標含有量のほぼ±５％以内であ
るが、それよりも大きくなる場合もある。
【００３１】
【第１実施例】次に、本発明の第１の実施例に係る耐熱
ガラスを用いて反射鏡基板用ガラスを製造する過程につ
いて説明する。本実施例においては、まず、表２のＮ
ｏ.１〜Ｎｏ.１３に示した組成となるように原料を調合
し、１４５０℃に保持された坩堝で溶融してガラス化し
た。
【００３２】
【表２】
【００３３】上述のように溶融して成形されたガラスを
プレス法により直径６０ｍｍの反射鏡の基板形状に成型
し徐冷した。各組成の熱膨張係数及びガラス転移点は表
２に示した通りである。これらの組成はいずれも微量な
がら０.１〜０.５重量％の範囲でＬｉ２Ｏを含有してお
り、３０〜４００℃の範囲における平均熱膨張係数が４
０×１０−７／℃以下で、かつガラス転移点が６３０℃
以上という特性を保持しつつ、比抵抗値が１００Ωｃｍ
以下であるという特徴を有しており、直接電気通電タイ
プの電気溶融法の採用を可能にしている。
【００３４】次に、反射鏡基板の内面にＴｉＯ２−Ｓｉ
Ｏ２交互多層反射膜を真空蒸着して反射鏡を製造した。
交互多層反射膜の形成に際しては真空蒸着法に限らず、
スパッタリング法等その他の物理堆積法（ＰＶＤ法）や
化学堆積法（ＣＶＤ法）を採用することができる。
【００３５】このようにして得られた反射鏡について、
６００℃まで加熱後、自然冷却で常温まで冷却するとい
う操作を１０回繰り返すという耐熱性試験、耐熱衝撃性
試験を行ったところ、いずれの反射鏡についても割れや
クラックが発生せず、また真空蒸着によって形成した多
層反射膜にも剥離やクラックの発生等の異常は観察され
なかった。
【００３６】
【第２実施例】次に、本発明の第２の実施例に係る耐熱
ガラスを用いて反射鏡基板用ガラスを製造する過程につ
いて説明する。本実施例においては、まず、表３のＮ
ｏ．１〜Ｎｏ．７及び表４のＮｏ．８〜Ｎｏ．１４に示
した組成となるように原料を調合し、１４５０℃に保持
された坩堝で溶融してガラス化した。なお、表３，４
中、括弧内の数字はモル％を示し、それ以外は重量％を
示す。
【００３７】
【表３】
【００３８】
【表４】
【００３９】上述のように溶融して成形されたガラスを
プレス法により直径６０ｍｍの反射鏡の基板形状に成型
し徐冷した。各組成の熱膨張係数及びガラス転移点は表
３、表４に示した通りである。これらの組成はいずれも
微量ながら０.０１〜０.５重量％の範囲でＬｉ２Ｏを含
有しており、３０〜４００℃の範囲における平均熱膨張
係数が４０×１０−７／℃以下で、かつガラス転移点が
７００℃以上という特性を保持しつつ、比抵抗値がほぼ
１００Ωｃｍ以下であるという特徴を有しており、直接
電気通電タイプの電気溶融法の採用を可能にしている。
最もＬｉ２Ｏ含有量の少ない表４中のＮｏ.１２組成で
も、比抵抗値が１０４Ωｃｍと電気溶融が十分可能であ
ることを示している。
【００４０】次に、反射鏡基板の内面にＴｉＯ２−Ｓｉ
Ｏ２交互多層反射膜を真空蒸着して反射鏡を製造した。
交互多層反射膜の形成に際しては真空蒸着法に限らず、
スパッタリング法等その他の物理堆積法（ＰＶＤ法）や
化学堆積法（ＣＶＤ法）を採用することができる。
【００４１】このようにして得られた反射鏡について、
７００℃まで加熱後、自然冷却で常温まで冷却するとい
う操作を１０回繰り返すという耐熱性試験、耐熱衝撃性
試験を行ったところ、いずれの反射鏡についても割れや
クラックが発生せず、また真空蒸着によって形成した多
層反射膜にも剥離やクラックの発生等の異常は観察され
なかった。
【００４２】上記第１の実施例のガラス組成に比べ、第
２実施例においては、Ｙ２Ｏ３を２〜７重量％添加する
とともに、Ｂ２Ｏ３の量を減らすことにより、ガラス転
移点を更に上昇させることに成功している。本発明者ら
は、ガラス転移点を上昇させる手段として、Ｙ２Ｏ３の
添加以外にＺｒＯ２の添加も試みたが、ガラス自体の溶
融が困難となり良好な結果が得られなかった。Ｙ２Ｏ３
は２〜７重量％添加しても比較的溶融及び成型がし易
く、溶融性や作業性に悪影響を与えずにガラス転移点を
上昇させるのに極めて有効な成分であることが判明し
た。なお、ここで、Ｙ２Ｏ３が２重量％より少ないと転
移点アップの効果が乏しくなり、一方、Ｙ２Ｏ３が７重
量％より多いとガラス自体が溶融し難くなる。また、Ｂ
２Ｏ３は２重量％より少なくなると、溶融性や作業性が
低下する。さらに、第１の実施例のガラス組成に比べ
て、第２実施例においては、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を
若干多めに含有させているが、これもガラス転移点の上
昇に効果的である。ただし、ＳｉＯ２は５８.０％を越
えると、またＡｌ２Ｏ３は２３.０％を越えるとガラス
自体の溶融が困難になる。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
耐熱性及び耐熱衝撃性に優れた耐熱性ガラスを提供する
ことが可能となる。また、容量１〜３トン程度の直接通
電タイプの小規模タンク炉で容易に製造することができ
る。このような特性、利点は反射鏡用の基板に適してい
る。更に、優れた耐熱性及び耐熱衝撃性を利用し、半導
体集積回路を作成する際に使用されるフォトマスクや、
各種ディスプレー等の電子工業用ガラス基板にも十分適
用可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 貞吉 千葉県柏市十余二380番地 岡本硝子株式 会社内 (72)発明者 新井 敦 千葉県柏市十余二380番地 岡本硝子株式 会社内 Ｆターム(参考） 4G059 AA11 AA13 AC05 EA04 EA05 EB03 GA02 GA04 GA12 4G062 AA04 BB01 BB05 CC04 DA06 DB04 DC03 DC04 DD01 DE03 DF01 EA01 EA02 EB02 EB03 EC01 ED03 EE01 EF01 EG01 FA01 FA10 FB01 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM02 MM27 MM28 NN33

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】重量％で、ＳｉＯ２を５２.０〜５８.０
    ％、Ａｌ２Ｏ３を１８.０〜２３.０％、Ｂ２Ｏ３を３．
    ０〜１１.０％、ＺｎＯを２．０〜７.５％、ＭｇＯを
    ４．５〜７.５％、Ｎａ２Ｏを０.５〜２.０％、Ｌｉ２
    Ｏを０〜１.０％含む耐熱性ガラス。
  2. 【請求項２】重量％で、ＳｉＯ２を５２.０〜５７.０
    ％、Ａｌ２Ｏ３を１８.０〜２２.０％、Ｂ２Ｏ３を８.
    ５〜１１.０％、ＺｎＯを４.５〜７.０％、ＭｇＯを６.
    ０〜７.５％、Ｎａ２Ｏを０.５〜２.０％、Ｌｉ２Ｏを
    ０〜１.０％含む請求項１の耐熱性ガラス。
  3. 【請求項３】重量％で、Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏとの合計量
    が１.０％未満である請求項２の耐熱性ガラス。
  4. 【請求項４】重量％で、ＳｉＯ２を５５.０〜５８.０
    ％、Ａｌ２Ｏ３を２０.０〜２３.０％、Ｂ２Ｏ３を３．
    ０〜９.０％、ＺｎＯを２．０〜７.５％、ＭｇＯを４．
    ５〜７.５％、Ｎａ２Ｏを０.５〜２.０％、Ｌｉ２Ｏを
    ０〜１.０％、Ｙ２Ｏ３を２．０〜７．０％含む請求項
    １の耐熱性ガラス。
  5. 【請求項５】Ｌｉ２Ｏを０.１〜０.５重量％含む請求項
    １，２，３又は４の耐熱性ガラス。
  6. 【請求項６】Ｌｉ２Ｏを０.０１〜０.０５重量％含む請
    求項４の耐熱性ガラス。
  7. 【請求項７】ＣａＯ、Ｐ２Ｏ５、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｋ２
    Ｏ、ＰｂＯ、ＴｉＯ２を含まない請求項１，２，３，
    ４，５又は６の耐熱性ガラス。
  8. 【請求項８】請求項１，２，３，４，５，６又は７に記
    載のガラスを用いた反射鏡基板。
  9. 【請求項９】請求項８に記載の反射鏡基板の表面に多層
    反射膜を形成してなる反射鏡。
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