JP2008273782A - ガラス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】0℃から50℃における平均線膨張係数が40×10−7℃−1以下であり、酸化物基準でAl2O3成分およびB2O3成分を含有し、質量%で表わしたB2O3 /Al2O3比が0.8以上であることを特徴とするガラス。
【選択図】なし
Description
しかしながら、このような低熱膨張性を有するガラスは、一般的にガラスを製造する際のガラス原料の溶融温度が非常に高温となる。
そのため、このようなガラスの製造においては作業性が低下する、製造設備のコスト高くなる、また製造設備の維持コストが高くなるという問題があった。
そしてこの様な問題を解決するためにガラスの溶融性を改善すると、平均線膨張係数が大きくなる傾向となる。ガラスの物性においては一般的に低熱膨張性と低温溶融性は相反する関係にあり、その二つの特性を兼ね備えたガラスの開発は困難であった。
一方で、低熱膨張性を有するガラスは幅広い分野において需要があるため、低熱膨張性と低温溶融性を兼ね備えた低コストで製造できるガラスの開発が望まれていた。
また、平均線膨張係数は低熱膨張性の指標であり、JOGIS(日本光学硝子工業会規格)16−2003「光学ガラスの常温付近の平均線膨張係数の測定方法」に則り、温度範囲を0℃から50℃の範囲に換えて測定した値をいう。
0℃から50℃における平均線膨張係数が40×10−7℃−1以下であり、酸化物基準でAl2O3成分およびB2O3成分を含有し、質量%で表わしたB2O3/Al2O3比が0.8以上であることを特徴とするガラス。
(構成2)
酸化物基準でSiO2成分を含有し、質量%で表わしたSiO2/Al2O3比が3.2以下であることを特徴とする構成1に記載のガラス。
(構成3)
酸化物基準の質量%で、
SiO2 40〜64%および
B2O3 10〜30%および
Al2O3 12.5〜25%および
ZnO 0〜10%
の各成分を含有する構成1または2に記載のガラス。
(構成4)
酸化物基準の質量%でZnO成分を1〜10%含有することを特徴とする構成3に記載のガラス。
(構成5)
酸化物基準の質量%で、
TiO2 0〜10%および/または
CaO 0〜10%および/または
BaO 0〜10%および/または
As2O3 0〜3%
の各成分を含有する構成3または4に記載のガラス。
(構成6)
SiO2成分、Al2O3成分、B2O3成分以外のガラス中に含有される各成分がいずれも酸化物基準の質量%で15%を超えないことを特徴とする構成2から5のいずれかに記載のガラス。
(構成7)
アルカリ金属酸化物成分を含まないことを特徴とする構成1から6のいずれかのガラス。
(構成8)
ガラス原料の溶融温度が1,550℃以下であることを特徴とする構成1から7のいずれかのガラス。
(構成9)
溶融後のガラスが酸化物基準でAl2O3成分およびB2O3成分を含有し、B2O3/Al2O3比が0.8以上となるガラス原料を溶融法によって製造するガラスの製造方法であって、前記ガラス原料の溶融温度が1550℃以下であることを特徴とするガラス製造方法。
(構成10)
前記ガラス原料は、前記溶融後のガラスが酸化物基準でSiO2成分を含有し、質量%で表わしたSiO2/Al2O3比が3.2以下となるガラス原料であることを特徴とする構成9に記載のガラス製造方法。
(構成11)
前記ガラス原料は、前記溶融後のガラスが酸化物基準の質量%で、
SiO2 40〜64%および
B2O3 10〜30%および
Al2O3 12.5〜25%および
ZnO 0〜10%
の各成分を含有するガラス原料である構成10または11に記載のガラス製造方法。
(構成12)
前記ガラス原料は、前記溶融後のガラスが酸化物基準の質量%でZnO成分を1〜10%含有するガラス原料である構成11に記載のガラス製造方法。
(構成13)
前記ガラス原料は、前記溶融後のガラスが酸化物基準の質量%で、
TiO2 0〜10%および/または
CaO 0〜10%および/または
BaO 0〜10%および/または
As2O3 0〜3%
の各成分を含有するガラス原料である構成11または13に記載のガラス製造方法。
(構成14)
前記ガラス原料は、SiO2成分、Al2O3成分、B2O3成分以外の前記溶融後のガラス中に含有される各成分がいずれも酸化物基準の質量%で15%を超えないガラス原料である構成10から13のいずれかに記載のガラス製造方法。
(構成15)
前記ガラス原料は、前記溶融後のガラスがアルカリ金属酸化物成分を含まないガラス原料である構成10から14のいずれかのガラス製造方法。
(構成16)
構成1から8のいずれかに記載のガラスを用いた基板材。
(構成17)
構成1から8のいずれかに記載のガラスを用いた構造部材。
(構成18)
構成1から8のいずれかに記載のガラスを用いた透過光学系材料。
(構成19)
酸化物基準のモル%で、
SiO2 45〜72%および
B2O3 10〜32%および
Al2O3 7〜20%および
ZnO 0〜10%
の各成分を含有する構成1または2に記載のガラス。
(構成20)
酸化物基準のモル%でZnO成分を3〜10%含有することを特徴とする構成19に記載のガラス。
(構成21)
酸化物基準のモル%で、
TiO2 0〜10%および/または
CaO 0〜13%および/または
BaO 0〜5%および/または
As2O3 0〜2%
の各成分を含有する構成19または20に記載のガラス。
本発明のガラスは、熱的寸法安定性や耐熱性を要求する各種基板材、構造部材、透過光学系材料等として好適である。
ここで、「酸化物基準」とは、本発明のガラスの構成成分の原料として使用される酸化物、硝酸塩等が溶融時にすべて分解され酸化物へ変化すると仮定して、ガラス中に含有される各成分の組成を表記する方法であり、この生成酸化物の質量の総和を100質量%として、ガラス中に含有される各成分の量を表記する。
B2O3成分、Al2O3成分は本発明のガラス骨格を形成する成分である。また、Al2O3成分は耐熱性を向上させるとともに、ガラスの分相を抑制する効果があり、B2O3成分は高温領域での粘性を下げ低温溶融性を向上させる(より低温で溶融することができる)効果がある。
そして、前記B2O3/Al2O3比を0.8以上とすることで、低い溶融温度維持しながら、0〜50℃における平均線膨張係数が40×10−7℃−1以下のガラスとすることが可能となる。
また、より低い平均線膨張係数と、更により低い溶融温度を得やすくするためには、B2O3/Al2O3比は0.9以上であることが好ましく、0.95以上であることが最も好ましい。
また、前記B2O3成分の含有量が30%を超えるとガラスの耐熱性が低下し易くなるともに、平均線膨張係数が大きくなり易くなるため、前記B2O3成分の含有量の上限は30%以下とすることが好ましく、25%以下とすることがより好ましく、22%以下とすることが最も好ましい。
また、前記Al2O3成分の含有量が25%を超えるとガラスの溶融温度が高温となりやすく、低温溶融性が著しく低下(溶融温度がより高温化)しやすくなるため、Al2O3成分の含有量の上限は25%以下とすることが好ましく、23%以下とすることがより好ましく、20%以下とすることが最も好ましい。
そして、より低い平均線膨張係数とより低い溶融温度を得やすくするためには、質量%で表わしたSiO2/Al2O3比が3.2以下であることが好ましく、3.18であることがより好ましく、3.15以下であることが最も好ましい。
さらに所望の平均線膨張係数を得やすくするためには、前記SiO2成分の含有量の下限を40%以上とすることが好ましく、42%以上とすることがより好ましく、44%以上とすることが最も好ましい。
また、本発明のガラスの溶融温度をより低くし、低温溶融性をより良くするためには、前記SiO2成分の含有量の上限は64%以下とすることが好ましく、60%以下とすることがより好ましく、58%以下とすることが最も好ましい。
アルカリ土類金属酸化物成分は添加することで低温溶融性を向上させるが、添加量にともなって平均線膨張係数も上昇する傾向にある。しかし、このZnO成分は他のアルカリ土類金属酸化物と比較して、添加量に対する平均線膨張係数の上昇が小さい。
従って、本発明のガラスの低温溶融性を向上しつつ、低熱膨張性を維持し易くするためには添加することが好ましく、含有量の下限としては1%以上がより好ましく、3%以上が最も好ましい。
ただし、ここでいう含有しないとは、不純物として混入される場合を除き、人為的に含有させないことを意味する。
また、小さい平均線膨張係数を得やすくするために、SiO2成分、Al2O3成分、B2O3成分以外のガラス中に含有される各成分がいずれも酸化物基準の質量%で15%を超えないことが好ましい。
溶融後、必要に応じ清澄、撹拌を行いガラスを均質化させ、その後成形型に溶融ガラスを流しこみ急冷することによって成形、徐冷炉において徐冷する。
表1に本発明の実施例の酸化物基準の質量%で表わされたガラス組成、溶融温度および0〜50℃における平均線膨張係数を示す。
また、上記実施例のガラスは、MgO成分を含有しておらず、耐酸性が良好である。
Claims (18)
- 0℃から50℃における平均線膨張係数が40×10−7℃−1以下であり、酸化物基準でAl2O3成分およびB2O3成分を含有し、質量%で表わしたB2O3/Al2O3比が0.8以上であることを特徴とするガラス。
- 酸化物基準でSiO2成分を含有し、質量%で表わしたSiO2/Al2O3比が3.2以下であることを特徴とする請求項1に記載のガラス。
- 酸化物基準の質量%で、
SiO2 40〜64%および
B2O3 10〜30%および
Al2O3 12.5〜25%および
ZnO 0〜10%
の各成分を含有する請求項1または2に記載のガラス。 - 酸化物基準の質量%でZnO成分を1〜10%含有することを特徴とする請求項3に記載のガラス。
- 酸化物基準の質量%で、
TiO2 0〜10%および/または
CaO 0〜10%および/または
BaO 0〜10%および/または
As2O3 0〜3%
の各成分を含有する請求項3または4に記載のガラス。 - SiO2成分、Al2O3成分、B2O3成分以外のガラス中に含有される各成分がいずれも酸化物基準の質量%で15%を超えないことを特徴とする請求項2から5のいずれかに記載のガラス。
- アルカリ金属酸化物成分を含まないことを特徴とする請求項1から6のいずれかのガラス。
- ガラス原料の溶融温度が1,550℃以下であることを特徴とする請求項1から7のいずれかのガラス。
- 溶融後のガラスが酸化物基準でAl2O3成分およびB2O3成分を含有し、B2O3/Al2O3比が0.8以上となるガラス原料を溶融法によって製造するガラスの製造方法であって、前記ガラス原料の溶融温度が1550℃以下であることを特徴とするガラス製造方法。
- 前記ガラス原料は、前記溶融後のガラスが酸化物基準でSiO2成分を含有し、質量%で表わしたSiO2/Al2O3比が3.2以下となるガラス原料であることを特徴とする請求項9に記載のガラス製造方法。
- 前記ガラス原料は、前記溶融後のガラスが酸化物基準の質量%で、
SiO2 40〜64%および
B2O3 10〜30%および
Al2O3 12.5〜25%および
ZnO 0〜10%
の各成分を含有するガラス原料である請求項10または11に記載のガラス製造方法。 - 前記ガラス原料は、前記溶融後のガラスが酸化物基準の質量%でZnO成分を1〜10%含有するガラス原料である請求項11に記載のガラス製造方法。
- 前記ガラス原料は、前記溶融後のガラスが酸化物基準の質量%で、
TiO2 0〜10%および/または
CaO 0〜10%および/または
BaO 0〜10%および/または
As2O3 0〜3%
の各成分を含有するガラス原料である請求項11または13に記載のガラス製造方法。 - 前記ガラス原料は、SiO2成分、Al2O3成分、B2O3成分以外の前記溶融後のガラス中に含有される各成分がいずれも酸化物基準の質量%で15%を超えないガラス原料である請求項10から13のいずれかに記載のガラス製造方法。
- 前記ガラス原料は、前記溶融後のガラスがアルカリ金属酸化物成分を含まないガラス原料である請求項10から14のいずれかのガラス製造方法。
- 請求項1から8のいずれかに記載のガラスを用いた基板材。
- 請求項1から8のいずれかに記載のガラスを用いた構造部材。
- 請求項1から8のいずれかに記載のガラスを用いた透過光学系材料。
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