JP2014129195A - Inorganic material for optical element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inorganic material for an optical element and a component for an optical element having high infrared permeability, and a method for manufacturing the inorganic material for an optical element.SOLUTION: In an inorganic material for an optical element which mainly comprises a compound comprising zinc and sulfur, an element ratio of sulfur to zinc, (S/Zn), is 0.80 or more and 0.95 or less. Preferably a cubic polycrystalline material represented by ZnS(0<x≤0.2) is contained as a compound, and preferably the average crystal grain size of the cubic polycrystalline material is 0.5 μm or more and 20 μm or less. Preferably an amorphous material interposed between crystals of the cubic polycrystalline material is further contained as a compound.

Description

本発明は、亜鉛と硫黄とからなる化合物を主体とする光学素子用無機材料、これを備える光学素子用部品及び光学素子用無機材料の製造方法に関する。 The present invention relates to an inorganic material for optical elements mainly composed of a compound composed of zinc and sulfur, an optical element component including the same, and a method for producing the inorganic material for optical elements.

ZnS(硫化亜鉛)は、赤外線透過特性が良好なため、赤外線センサ、赤外線画像処理装置、赤外線レーザ等、赤外線を利用する装置の窓材やレンズ等の光学素子材料として多用されている。単結晶ZnSは非常に良好な透光性を有するが、大型化が困難である。そのため多結晶ZnSの開発が進められている。前記多結晶ZnSの製造方法としては、主にCVD(Chemical Vapor Deposition)法とHP(Hot Press)法とが用いられているが、CVD法は気相蒸着の速度が遅く、製造コストが高くなる。 Since ZnS (zinc sulfide) has good infrared transmission characteristics, it is frequently used as an optical element material such as a window material or a lens of an infrared sensor, an infrared image processing apparatus, an infrared laser or the like. Single crystal ZnS has very good translucency, but is difficult to increase in size. Therefore, the development of polycrystalline ZnS is in progress. As the method for producing the polycrystalline ZnS, the CVD (Chemical Vapor Deposition) method and the HP (Hot Press) method are mainly used. However, the CVD method has a low vapor deposition rate and high production cost. .

このような中、HP法を用いたZnS多結晶体の製造方法として、原料粉末の平均粒径が0.1〜5μmであり、温度500〜850℃において真空中で焼結する方法(特許文献1参照)、原料粉末として粒径5μm以下の微細な高純度粉末を用い、温度800〜1050℃、圧力0.8〜1.4ton/cmの条件にて、真空で熱間圧縮成形する方法(特許文献2参照)、平均粒径1〜2μm、純度98%以上の粉末を用い、非酸化性雰囲気中、900〜1000℃の温度範囲にて150〜800kg/cmの圧力下で熱間圧縮成形する方法(特許文献3参照)等が提案されている。これらの方法によれば、赤外線透過率が高いZnS多結晶体が得られるとされているものの、赤外線を利用する装置の光学素子材料としては、より高い赤外線透過率を有する材料の開発が求められている。 Under such circumstances, as a method for producing ZnS polycrystals using the HP method, the raw material powder has an average particle diameter of 0.1 to 5 μm and is sintered in vacuum at a temperature of 500 to 850 ° C. (Patent Document) 1), using a fine high-purity powder having a particle size of 5 μm or less as a raw material powder, and performing hot compression molding in vacuum under conditions of a temperature of 800 to 1050 ° C. and a pressure of 0.8 to 1.4 ton / cm 2. (Refer to Patent Document 2), powder having an average particle diameter of 1 to 2 μm and a purity of 98% or more, and hot in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 900 to 1000 ° C. under a pressure of 150 to 800 kg / cm 2. A compression molding method (see Patent Document 3) has been proposed. According to these methods, a ZnS polycrystal having a high infrared transmittance is obtained, but development of a material having a higher infrared transmittance is required as an optical element material for an apparatus using infrared rays. ing.

特開2008−127236号公報JP 2008-127236 A 特開昭61−205659号公報JP-A 61-205659 特開平11−295501号公報JP-A-11-295501

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、赤外線透過性が高い光学素子用無機材料及び光学素子用部品、並びにこのような光学素子用無機材料の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this situation, and it aims at providing the manufacturing method of the inorganic material for optical elements with high infrared transmittance, components for optical elements, and such an inorganic material for optical elements.

従来、光学素子用のZnS多結晶体をホットプレス法により製造する場合、真空状態で熱間圧縮成形を行うことで、原料中に残留するSOx等が除去され、光透過率が高まるとされていた(前記特許文献1参照)。しかし、発明者らは、このように高温かつ高真空状態で熱間圧縮成形を行うと、ZnS自体の昇華又は分解等によるZn元素及びS元素の逃散が生じ、これが光透過率を下げる原因となることを知見した。この逃散は、単体の沸点差等に起因して、ZnよりSの方が大きいため、Zn(亜鉛元素)に対してS(硫黄元素)の減少が顕著になる。そこで発明者らは、これらの知見から、製造工程においてこの硫黄元素の相対的な減少を抑えることにより、得られる無機材料の光透過率を高めることができることを見出し、本発明に至った。 Conventionally, when manufacturing a ZnS polycrystal for an optical element by a hot press method, it is said that by performing hot compression molding in a vacuum state, SOx remaining in the raw material is removed and the light transmittance is increased. (See Patent Document 1). However, the inventors have performed hot compression molding at a high temperature and in a high vacuum state in this manner, causing escape of Zn element and S element due to sublimation or decomposition of ZnS itself, which is a cause of lowering light transmittance. I found out that This escape is caused by a difference in boiling point of the single substance, so that S is larger than Zn. Therefore, the decrease of S (sulfur element) is remarkable with respect to Zn (zinc element). Thus, the inventors have found that the light transmittance of the obtained inorganic material can be increased by suppressing the relative decrease of the elemental sulfur in the production process from these findings, and have reached the present invention.

すなわち、前記目的に沿う第1の発明に係る光学素子用無機材料は、亜鉛と硫黄とからなる化合物を主体とする光学素子用無機材料において、亜鉛に対する硫黄の元素比率(S/Zn)が0.80以上0.95以下である。 That is, the inorganic material for optical elements according to the first invention that meets the above object is an inorganic material for optical elements mainly composed of a compound consisting of zinc and sulfur, and the element ratio of sulfur to zinc (S / Zn) is 0. .80 or more and 0.95 or less.

第1の発明に係る光学素子用無機材料によれば、亜鉛に対する硫黄の元素比率(光学素子用無機材料全体における元素比率)を上記範囲とすることにより、高い赤外線透過性を発揮させることができる。 According to the inorganic material for optical elements according to the first invention, by setting the element ratio of sulfur to zinc (element ratio in the entire inorganic material for optical elements) within the above range, high infrared transmittance can be exhibited. .

第1の発明に係る光学素子用無機材料において、前記化合物としてZnS1−x(0<x≦0.2)で表される立方晶系多結晶体を含み、該立方晶系多結晶体の平均結晶粒径が0.5μm以上20μm以下であることが好ましい。このような組成及び結晶粒径からなる立方晶系多結晶体を含むことで、赤外線透過性をより高めることができる。 In the inorganic material for an optical element according to the first invention, the compound includes a cubic polycrystal represented by ZnS 1-x (0 <x ≦ 0.2), and the cubic polycrystal The average crystal grain size is preferably 0.5 μm or more and 20 μm or less. By including a cubic polycrystal having such a composition and crystal grain size, the infrared transmittance can be further improved.

第1の発明に係る光学素子用無機材料において、前記化合物として前記立方晶系多結晶体の結晶間に介在する非晶質体をさらに含むことが好ましい。このような非晶質体を介在させることで、赤外線透過性をより高め、また、強度等も高めることができる。 In the inorganic material for an optical element according to the first invention, it is preferable that the compound further includes an amorphous body interposed between crystals of the cubic polycrystalline body. By interposing such an amorphous body, the infrared transmittance can be further increased, and the strength and the like can be increased.

第1の発明に係る光学素子用無機材料において、厚さ2mmでの最大光透過率が、7〜12μm波長領域で62%以上75%以下であることが好ましい。また、厚さ2mmでの最大光透過率が、2.5〜3μm波長領域で34%以上45%以下、4〜6μm波長領域で57%以上70%以下、13〜14μm波長領域で43%以上60%以下であることが好ましい。第1の発明に係る光学素子用無機材料がこのような高い光透過率を有すると、利用価値を高めることができる。 In the inorganic material for an optical element according to the first invention, the maximum light transmittance at a thickness of 2 mm is preferably 62% or more and 75% or less in a wavelength range of 7 to 12 μm. The maximum light transmittance at a thickness of 2 mm is 34% to 45% in the 2.5 to 3 μm wavelength region, and 57% to 70% in the 4 to 6 μm wavelength region, and 43% or more in the 13 to 14 μm wavelength region. It is preferable that it is 60% or less. When the inorganic material for optical elements according to the first invention has such a high light transmittance, the utility value can be increased.

第1の発明に係る光学素子用無機材料は、気孔を含有し、該気孔の平均径が0.1μm以上0.5μm以下であることが好ましい。このように、気孔の平均径を前記範囲とすることで、赤外線透過性等をさらに高めることができる。 The inorganic material for optical elements according to the first invention preferably contains pores, and the average diameter of the pores is preferably 0.1 μm or more and 0.5 μm or less. Thus, infrared transmittance etc. can be further improved by making the average diameter of a pore into the said range.

第1の発明に係る光学素子用無機材料において、3点曲げ強度が80MPa以上180MPa以下であることが好ましい。このように高い3点曲げ強度を有することで、第1の発明に係る光学素子用無機材料は高い耐久性等を発揮することができる。 In the inorganic material for an optical element according to the first invention, the three-point bending strength is preferably 80 MPa or more and 180 MPa or less. By having such a high three-point bending strength, the inorganic material for optical elements according to the first invention can exhibit high durability and the like.

第1の発明に係る光学素子用無機材料は、不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方によって0.1MPa以上とした雰囲気圧下での、硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末の熱間圧縮成形により形成されていることが好ましい。このような光学素子用無機材料は、一般的な硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末から得ることができるため、生産性などに優れる。 The inorganic material for an optical element according to the first aspect of the present invention is a hot material of zinc sulfide cubic crystal particle powder under an atmospheric pressure set to 0.1 MPa or more by one or both of an inert gas and a non-oxidizing gas. It is preferably formed by compression molding. Since such an inorganic material for optical elements can be obtained from a general zinc sulfide cubic crystal particle powder, it is excellent in productivity.

また、前記目的に沿う第2の発明に係る光学素子用部品は、第1の発明に係る光学素子用無機材料と、該光学素子用無機材料の表面に積層された反射防止膜とを備え、厚さ2mmでの最大光透過率が、7〜12μm波長領域で75%以上90%以下である。第2の発明に係る光学素子用部品は、このように優れた赤外線透過特性を発揮することができる。 Further, an optical element component according to the second invention that meets the above object comprises the optical element inorganic material according to the first invention, and an antireflection film laminated on the surface of the optical element inorganic material, The maximum light transmittance at a thickness of 2 mm is 75% or more and 90% or less in the wavelength range of 7 to 12 μm. The optical element component according to the second invention can thus exhibit excellent infrared transmission characteristics.

さらに、前記目的に沿う第3の発明に係る光学素子用無機材料の製造方法は、硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末をホットプレス用耐熱モールドに充填し、0.1Pa以下の雰囲気圧(P1)下で加熱脱気する第一工程、
前記雰囲気圧(P1)を保ちつつ、ホットプレスにより前記ホットプレス用耐熱モールド内の充填物を850℃以上1100℃以下の温度範囲(t2)まで昇温させながら20MPa以上70MPa以下の圧力範囲まで加圧する第二工程、及び
前記温度範囲(t2)及び前記圧力範囲を保ちつつ、不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方により0.1MPa以上の雰囲気圧(P2)とし、該雰囲気圧(P2)下で熱間圧縮成形をする第三工程
を有する。
Furthermore, in the method for producing an inorganic material for an optical element according to the third aspect of the invention, the zinc sulfide cubic crystal particle powder is filled in a heat-resistant mold for hot pressing, and the atmospheric pressure (P1) is 0.1 Pa or less. The first step of heat degassing under,
While maintaining the atmospheric pressure (P1), the filling in the heat-resistant mold for hot pressing is heated to a temperature range (t2) of 850 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower by hot pressing to a pressure range of 20 MPa or higher and 70 MPa or lower. The atmospheric pressure (P2) of 0.1 MPa or more by one or both of the inert gas and the non-oxidizing gas while maintaining the temperature range (t2) and the pressure range. (P2) It has the 3rd process of carrying out hot compression molding under.

第3の発明に係る光学素子用無機材料の製造方法によれば、第三工程の熱間圧縮成形の際に、従来とは逆に不活性ガス及び/又は非酸化性ガスにより雰囲気圧を高めている。このようにすることで硫黄元素の逃散が抑えられ、赤外線透過性の高い光学素子用無機材料を得ることができる。 According to the method for manufacturing an inorganic material for an optical element according to the third invention, the atmospheric pressure is increased by an inert gas and / or a non-oxidizing gas, contrary to the conventional method, during the hot compression molding in the third step. ing. By doing so, the escape of sulfur element can be suppressed, and an inorganic material for optical elements having high infrared transmittance can be obtained.

第3の発明に係る光学素子用無機材料の製造方法において、前記硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末の純度が97%以上、亜鉛に対する硫黄の元素比率(S/Zn)が0.99以上1.01以下、平均粒子径が10μm以下であることが好ましい。このような原料を用いることで、得られる無機材料の赤外線透過性等をより高めることができる。 In the method for producing an inorganic material for optical elements according to the third invention, the purity of the zinc sulfide cubic crystal particle powder is 97% or more, and the element ratio of sulfur to zinc (S / Zn) is 0.99 or more. It is preferable that the average particle size is not more than 01 and the average particle size is not more than 10 μm. By using such a raw material, the infrared transmittance and the like of the obtained inorganic material can be further increased.

第3の発明に係る光学素子用無機材料の製造方法において、前記第一工程の加熱脱気を、室温から400℃以上850℃未満の温度範囲(t1)まで3〜20℃/分の速度で昇温し、次いで該温度範囲(t1)を1〜4時間保つことにより行い、
前記第二工程の昇温を2〜10℃/分の速度で、加圧を2.5〜5.0MPa/分の速度で行い、
前記第三工程における熱間圧縮成形を6時間以上30時間以下行うことが好ましい。
In the method for producing an inorganic material for an optical element according to the third invention, the heat deaeration in the first step is performed at a rate of 3 to 20 ° C./min from room temperature to a temperature range (t1) of 400 ° C. or more and less than 850 ° C. The temperature is increased, and then the temperature range (t1) is maintained for 1 to 4 hours,
The second step is performed at a rate of 2 to 10 ° C./min and pressurization is performed at a rate of 2.5 to 5.0 MPa / min,
The hot compression molding in the third step is preferably performed for 6 hours to 30 hours.

また、第3の発明に係る光学素子用無機材料の製造方法において、前記第三工程における熱間圧縮成形を、前記雰囲気圧(P2)の調整により、前記硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末からの硫黄元素の逃散を制御しながら行うことが好ましい。 Moreover, in the manufacturing method of the inorganic material for optical elements according to the third invention, the hot compression molding in the third step is carried out from the zinc sulfide cubic crystal particle powder by adjusting the atmospheric pressure (P2). It is preferable to carry out while controlling the escape of elemental sulfur.

第3の発明に係る光学素子用無機材料の製造方法において、第一〜第三工程の条件を前記のようにすることで、得られる光学素子用無機材料の赤外線透過性等をより高めることができる。 In the method for producing an inorganic material for optical elements according to the third invention, the infrared transmittance and the like of the obtained inorganic material for optical elements can be further improved by making the conditions of the first to third steps as described above. it can.

第1の発明に係る光学素子用無機材料及び第2の発明に係る光学素子用部品は、高い赤外線透過性を有する。また、第3の発明に係る光学素子用無機材料の製造方法は、高い赤外線透過性を有する光学素子用無機材料を得ることができる。 The inorganic material for optical elements according to the first invention and the optical element component according to the second invention have high infrared transmittance. Moreover, the manufacturing method of the inorganic material for optical elements which concerns on 3rd invention can obtain the inorganic material for optical elements which has high infrared transmittance.

実施例1で得られた厚さ2mmの光学素子用無機材料の光透過率を示すグラフである。4 is a graph showing the light transmittance of the inorganic material for optical elements having a thickness of 2 mm obtained in Example 1. 実施例1で得られた厚さ4mmの光学素子用無機材料の光透過率を示すグラフである。4 is a graph showing the light transmittance of the inorganic material for optical elements having a thickness of 4 mm obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた光学素子用無機材料の切断面の電界放射型走査電子顕微鏡写真である。2 is a field emission scanning electron micrograph of a cut surface of an inorganic material for optical elements obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた光学素子用無機材料の破断面の電界放射型走査電子顕微鏡写真である。2 is a field emission scanning electron micrograph of a fracture surface of an inorganic material for optical elements obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られた厚さ4mmの光学素子用無機材料の光透過率を示すグラフである。4 is a graph showing the light transmittance of an inorganic material for optical elements having a thickness of 4 mm obtained in Example 2. 実施例3で得られた厚さ4mmの光学素子用無機材料の光透過率を示すグラフである。6 is a graph showing the light transmittance of an inorganic material for optical elements having a thickness of 4 mm obtained in Example 3. 実施例4で得られた厚さ4mmの光学素子用無機材料の光透過率を示すグラフである。6 is a graph showing the light transmittance of an inorganic material for optical elements having a thickness of 4 mm obtained in Example 4. 実施例5で得られた厚さ4mmの光学素子用無機材料の光透過率を示すグラフである。6 is a graph showing the light transmittance of an inorganic material for optical elements having a thickness of 4 mm obtained in Example 5.

続いて、本発明を具体化した実施の形態について説明する。 Next, an embodiment embodying the present invention will be described.

<光学素子用無機材料>
本発明の第1の実施の形態に係る光学素子用無機材料は、亜鉛と硫黄とからなる化合物を主体とする。ここで、「亜鉛と硫黄とからなる化合物」とは、ZnS(yは任意の正の数)で表される化合物をいい、ZnSで表されるいわゆる硫化亜鉛に限定されるものではない。また、「この化合物を主体とする」とは、この化合物が、光学素子用無機材料全体に対して最も大きい質量を占めることをいい、具体的には、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、99質量%以上がさらに好ましい。
<Inorganic materials for optical elements>
The inorganic material for optical elements according to the first embodiment of the present invention is mainly composed of a compound consisting of zinc and sulfur. Here, the “compound composed of zinc and sulfur” refers to a compound represented by ZnS y (y is an arbitrary positive number), and is not limited to so-called zinc sulfide represented by ZnS. Further, “mainly composed of this compound” means that this compound occupies the largest mass with respect to the entire inorganic material for optical elements, specifically, 80% by mass or more is preferable, and 90% by mass. The above is more preferable, and 99 mass% or more is still more preferable.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料(全体)における亜鉛に対する硫黄の元素比率(S/Zn)は、0.80以上0.95以下であり、0.80以上0.85以下が好ましい。この比が0.80未満の場合は、Zn単体の析出等により赤外線透過率が低下する。逆に、この比が0.95を超えることは、ホットプレス法においてはこの製造工程上難しい。なお、無機材料全体における元素含有率は、ICP分析法により測定した値とする。 The element ratio (S / Zn) of sulfur to zinc in the inorganic material for an optical element (whole) according to the present embodiment is 0.80 or more and 0.95 or less, and preferably 0.80 or more and 0.85 or less. When this ratio is less than 0.80, infrared transmittance decreases due to precipitation of Zn alone. On the other hand, it is difficult for this production ratio to exceed 0.95 in the hot press method. In addition, let the element content rate in the whole inorganic material be the value measured by the ICP analysis method.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料は、亜鉛と硫黄とからなる化合物以外に、本発明の効果を阻害しない範囲で他の成分が単体又は化合物として含有されていてもよい。他の成分としては、酸素元素、水素元素等が挙げられる。 The inorganic material for an optical element according to the present embodiment may contain other components as a simple substance or a compound as long as the effects of the present invention are not impaired, in addition to the compound composed of zinc and sulfur. Examples of other components include an oxygen element and a hydrogen element.

亜鉛と硫黄とからなる化合物は、通常、多結晶体として光学素子用無機材料中に含有されている。この多結晶体の結晶構造は、立方晶系であることが好ましい。亜鉛と硫黄とからなる化合物(例えば、ZnS)の結晶構造としては、主に立方晶系と六方晶系とが挙げられるが、立方晶系は六方晶系と比べて赤外線透過性が高い。従って、このように結晶構造が立方晶系であることで、赤外線透過性を高めることができる。なお、この結晶構造としては、一部に六方晶系等の立方晶系以外の結晶構造が含まれていてもよい。 The compound consisting of zinc and sulfur is usually contained in the inorganic material for optical elements as a polycrystal. The crystal structure of this polycrystal is preferably cubic. The crystal structure of a compound composed of zinc and sulfur (for example, ZnS) mainly includes a cubic system and a hexagonal system, but the cubic system has higher infrared transmittance than a hexagonal system. Therefore, infrared transmission can be improved by having a cubic crystal structure. In addition, as this crystal structure, crystal structures other than cubic systems, such as a hexagonal system, may be included in part.

この多結晶体は、組成式(化学式)がZnS1−x(0<x≦0.2)で表されることが好ましく、xは0<x≦0.1を満たすことがより好ましい。このように、結晶中のSの減少が抑えられた(xの値が小さい)組成とすることで、赤外線透過性を高めることができる。この多結晶体中の元素含有量(率)は、エネルギー分散型X線分光法により測定した値とする。 In this polycrystal, the composition formula (chemical formula) is preferably represented by ZnS 1-x (0 <x ≦ 0.2), and x more preferably satisfies 0 <x ≦ 0.1. Thus, infrared transmittance can be improved by setting it as the composition by which the reduction | decrease of S in a crystal | crystallization was suppressed (x value is small). The element content (rate) in the polycrystal is a value measured by energy dispersive X-ray spectroscopy.

この多結晶体の平均結晶粒径は0.5μm以上20μm以下が好ましく、1μm以上15μm以下が好ましい。この平均結晶粒径が0.5μm未満の場合は、結晶粒界に起因する光散乱の増加等により、赤外線透過性が低下する。逆に、この平均結晶粒径が20μmを超える場合は、結晶の粗大化による機械的強度の低下等が生じる。なお、平均結晶粒径は、電子顕微鏡により表面を撮影した写真を用い、任意の5本の線分(1本50μm)上にある結晶の個数を数えて算出した値とする。 The average crystal grain size of this polycrystal is preferably 0.5 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 15 μm or less. When the average crystal grain size is less than 0.5 μm, the infrared transmittance decreases due to an increase in light scattering caused by the crystal grain boundary. On the other hand, when the average crystal grain size exceeds 20 μm, the mechanical strength is reduced due to the coarsening of the crystal. The average crystal grain size is a value calculated by counting the number of crystals on any five line segments (one 50 μm) using a photograph of the surface taken with an electron microscope.

亜鉛と硫黄とからなる化合物は、前述の多結晶体に加え、この結晶間に介在する非晶質体として光学素子用無機材料中に含有されていることが好ましい。このような非晶質体を結晶間に介在させることで、赤外線透過性をより高め、また、強度等も高めることができる。この理由は定かではないが、非晶質体が多結晶体間の空隙を埋めることで赤外線透過性が高まること、非晶質体がバインダーとして機能して強度が高まることなどが推察される。なお、この非晶質体は、亜鉛元素と硫黄元素とが任意の比で混合してなる化合物であると推察される。 The compound composed of zinc and sulfur is preferably contained in the inorganic material for optical elements as an amorphous body interposed between the crystals in addition to the above-described polycrystalline body. By interposing such an amorphous body between crystals, infrared transmittance can be further increased, and strength and the like can be increased. The reason for this is not clear, but it is presumed that the amorphous body fills the gaps between the polycrystalline bodies to increase the infrared transmittance, and the amorphous body functions as a binder to increase the strength. In addition, it is guessed that this amorphous body is a compound formed by mixing zinc element and sulfur element in an arbitrary ratio.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料は、通常、気孔を含有しうる。この気孔の平均径としては、0.1μm以上0.5μm以下が好ましい。この気孔の平均径を前記下限未満とすることは、製造上困難であり、生産コストの上昇に繋がる。逆に、この気孔の平均径が前記上限を超えると赤外線透過率が低下するおそれがある。なお、気孔の平均径は、電子顕微鏡により表面を撮影した写真を用い、任意の50μm四方の領域に存在する気孔の径から算出した値(フェレ径)とする。 The inorganic material for optical elements according to the present embodiment can usually contain pores. The average diameter of the pores is preferably 0.1 μm or more and 0.5 μm or less. Setting the average diameter of the pores to less than the lower limit is difficult in production and leads to an increase in production cost. Conversely, if the average diameter of the pores exceeds the upper limit, the infrared transmittance may be reduced. The average pore diameter is a value (Ferre diameter) calculated from the pore diameter existing in an arbitrary 50 μm square area using a photograph of the surface taken with an electron microscope.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料における厚さ2mmでの最大光透過率としては、7〜12μm波長領域で62%以上75%以下が好ましく、65%以上がより好ましい。本実施の形態に係る光学素子用無機材料は、このように赤外線(7〜12μm波長領域)の高い透過性を発揮することができる。なお、光透過率は、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)にて測定された値とする。 In the inorganic material for optical elements according to the present embodiment, the maximum light transmittance at a thickness of 2 mm is preferably 62% or more and 75% or less, and more preferably 65% or more in the 7 to 12 μm wavelength region. Thus, the inorganic material for optical elements which concerns on this Embodiment can exhibit the high transmittance | permeability of infrared rays (7-12 micrometers wavelength range). The light transmittance is a value measured with a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR).

本実施の形態に係る光学素子用無機材料における厚さ2mmでの最大光透過率としては、2.5〜3μm波長領域で34%以上45%以下が好ましく、40%以上がさらに好ましい。4〜6μm波長領域で57%以上70%以下が好ましく、60%以上がさらに好ましい。また、13〜14μm波長領域で43%以上60%以下が好ましく、50%以上がさらに好ましい。本実施の形態に係る光学素子用無機材料によれば、赤外線領域の透過性を高めることができることに加え、その前後の広い波長領域で透過性を向上させることができ、活用の幅を広げることができる。 In the inorganic material for optical elements according to the present embodiment, the maximum light transmittance at a thickness of 2 mm is preferably 34% or more and 45% or less, and more preferably 40% or more in the 2.5 to 3 μm wavelength region. 57 to 70% is preferable in the 4 to 6 μm wavelength region, and 60% or more is more preferable. Moreover, 43 to 60% is preferable in a 13-14 micrometer wavelength range, and 50% or more is further more preferable. According to the inorganic material for an optical element according to the present embodiment, in addition to being able to increase the transmittance in the infrared region, the transmittance can be improved in a wide wavelength region before and after that, and the range of utilization is widened. Can do.

さらに、厚さ2mmでの光透過率としては、2.5〜3μm波長領域で34%以上45%以下、4〜6μm波長領域で57%以上70%以下、7〜12μm波長領域で62%以上75%以下、13〜14μm波長領域で43%以上60%以下が好ましい。各波長領域における光透過率をこのような範囲とする(最低の透過率を前記範囲の下限以上とする)ことで、光学材料としての価値を高めることができる。 Further, the light transmittance at a thickness of 2 mm is 34% to 45% in the 2.5 to 3 μm wavelength region, and 57% to 70% in the 4 to 6 μm wavelength region, and 62% or more in the 7 to 12 μm wavelength region. 75% or less, preferably 43% or more and 60% or less in the 13 to 14 μm wavelength region. By setting the light transmittance in each wavelength region to such a range (the minimum transmittance is equal to or higher than the lower limit of the above range), the value as an optical material can be increased.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料における厚さ4mmでの最大光透過率としては、2.5〜3μm波長領域で20%以上30%以下、4〜6μm波長領域で55%以上70%以下、7〜12μm波長領域で60%以上75%以下、13〜14μm波長領域で40%以上50%以下であることが好ましい。また、本実施の形態に係る光学素子用無機材料における厚さ4mmでの光透過率としては、2.5〜3μm波長領域で15%以上30%以下、4〜6μm波長領域で40%以上70%以下、7〜12μm波長領域で45%以上75%以下、13〜14μm波長領域で20%以上50%以下であることが好ましい。このように、本実施の形態に係る光学素子用無機材料においては、厚さ4mmとした場合も高い光透過率を有し、光学素子用途としての利用価値が高まる。 The maximum light transmittance at a thickness of 4 mm in the optical element inorganic material according to the present embodiment is 20% to 30% in the 2.5 to 3 μm wavelength region and 55% to 70% in the 4 to 6 μm wavelength region. Hereinafter, it is preferably 60% or more and 75% or less in the 7 to 12 μm wavelength region, and 40% or more and 50% or less in the 13 to 14 μm wavelength region. The light transmittance at a thickness of 4 mm in the inorganic material for optical elements according to the present embodiment is 15% to 30% in the 2.5 to 3 μm wavelength region and 40% to 70 in the 4 to 6 μm wavelength region. % Or less, 45 to 75% in the 7 to 12 μm wavelength region, and preferably 20 to 50% in the 13 to 14 μm wavelength region. Thus, the inorganic material for optical elements according to the present embodiment has a high light transmittance even when the thickness is 4 mm, and the utility value for optical element applications is increased.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料の3点曲げ強度としては、80MPa以上180MPa以下であることが好ましく、100MPa以上であることがさらに好ましい。このように高い3点曲げ強度を有することで、本実施の形態に係る光学素子用無機材料は高い耐久性等を発揮することができる。なお、3点曲げ強度は、JIS R1601(ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験法)に準拠して測定した値とする。 The three-point bending strength of the optical element inorganic material according to the present embodiment is preferably 80 MPa or more and 180 MPa or less, and more preferably 100 MPa or more. By having such a high three-point bending strength, the inorganic material for optical elements according to the present embodiment can exhibit high durability and the like. The three-point bending strength is a value measured in accordance with JIS R1601 (a room temperature bending strength test method for fine ceramics).

本実施の形態に係る光学素子用無機材料の製造方法としては特に限定されないが、後述する硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末を用いたホットプレス法、特に不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方によって0.1MPa以上とした雰囲気圧下での硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末の熱間圧縮成形により好適に得ることができる。但し、CVD法等の他の方法で得られた光学素子用無機材料も第1の発明から外れるものではない。 The method for producing the inorganic material for optical elements according to the present embodiment is not particularly limited, but is a hot press method using a zinc sulfide cubic crystal particle powder to be described later, particularly any one of an inert gas and a non-oxidizing gas. One or both of them can be suitably obtained by hot compression molding of zinc sulfide cubic crystal particle powder under an atmospheric pressure of 0.1 MPa or more. However, the inorganic material for optical elements obtained by other methods such as CVD is not deviated from the first invention.

<光学素子用部品>
本発明の第2の実施の形態に係る光学素子用部品は、第1の実施の形態に係る光学素子用無機材料と、該光学素子用無機材料の表面に積層された反射防止膜とを備える。
<Optical element parts>
An optical element component according to a second embodiment of the present invention includes the optical element inorganic material according to the first embodiment and an antireflection film laminated on the surface of the optical element inorganic material. .

前記反射防止膜としては、光の反射を低減することができるものであれば特に限定されず、公知の材料から形成することができる。この反射防止膜の具体的材料としては、例えばCeF、MgF等のフッ化物や、TiO等の酸化物等を挙げることができる。これらは、蒸着やコーティング等の公知の方法で、前記光学素子用無機材料表面に積層させることができる。 The antireflection film is not particularly limited as long as it can reduce light reflection, and can be formed from a known material. Specific examples of the antireflection film include fluorides such as CeF 3 and MgF 2 and oxides such as TiO 2 . These can be laminated on the surface of the inorganic material for optical elements by a known method such as vapor deposition or coating.

本実施の形態に係る光学素子用部品においては、厚さ2mmでの最大光透過率(前記反射防止膜表面から光を入射させた場合の透過率)が、7〜12μm波長領域で75%以上90%以下であることが好ましい。本実施の形態に係る光学素子用部品によれば、このように優れた赤外線透過特性を発揮することができる。 In the optical element component according to the present embodiment, the maximum light transmittance at 2 mm in thickness (transmittance when light is incident from the surface of the antireflection film) is 75% or more in the wavelength range of 7 to 12 μm. It is preferable that it is 90% or less. The optical element component according to the present embodiment can exhibit such excellent infrared transmission characteristics.

<光学素子用無機材料の製造方法>
本発明の第3の実施の形態に係る光学素子用無機材料の製造方法は、硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末をホットプレス用耐熱モールドに充填し、0.1Pa以下の雰囲気圧(P1)下で加熱脱気する第一工程、前記雰囲気圧(P1)を保ちつつ、ホットプレスにより前記ホットプレス用耐熱モールド内の充填物を850℃以上1100℃以下の温度範囲(t2)まで昇温させながら20MPa以上70MPa以下の圧力範囲まで加圧する第二工程、及び前記温度範囲(t2)及び圧力範囲を保ちつつ、不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方により0.1MPa以上の雰囲気圧(P2)とし、該雰囲気圧下で熱間圧縮成形をする第三工程を有する。
<Method for producing inorganic material for optical element>
In the method for producing an inorganic material for an optical element according to the third embodiment of the present invention, a zinc sulfide cubic crystal particle powder is filled in a heat-resistant mold for hot pressing, and the atmospheric pressure (P1) is 0.1 Pa or less. In the first step of heating and deaeration, the temperature in the heat-resistant mold for hot pressing is raised to a temperature range (t2) of 850 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower by hot pressing while maintaining the atmospheric pressure (P1). A second step of pressurizing to a pressure range of 20 MPa or more and 70 MPa or less, and an atmospheric pressure of 0.1 MPa or more by one or both of an inert gas and a non-oxidizing gas while maintaining the temperature range (t2) and the pressure range. (P2) and has a third step of hot compression molding under the atmospheric pressure.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料の製造方法においては、第三工程の熱間圧縮成形の際に、従来の方法とは逆に非酸化性ガス等により雰囲気圧を高め、硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末中の成分(特に硫黄元素)の逃散を抑えている。このようにすることで、多結晶体中、ひいては得られる光学素子用無機材料中のS含有比率の低下を抑え、赤外線透過性の高い光学素子用無機材料を得ることができると考えられる。以下、各工程について詳説する。 In the method of manufacturing an inorganic material for an optical element according to the present embodiment, during the hot compression molding in the third step, the atmospheric pressure is increased by a non-oxidizing gas or the like contrary to the conventional method, and the zinc sulfide cubic The escape of components (especially elemental sulfur) in the crystalline crystal particle powder is suppressed. By doing in this way, it is thought that the inorganic material for optical elements with a high infrared transmittance can be obtained by suppressing the fall of S content rate in the polycrystal body and by extension, the inorganic material for optical elements obtained. Hereinafter, each step will be described in detail.

(1)第一工程
本工程においては、先ず硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末をホットプレス用耐熱モールドに充填し、0.1Pa以下の雰囲気圧(P1)下で結晶粒子粉末を加熱脱気する。
(1) First Step In this step, first, zinc sulfide cubic crystal particle powder is filled in a heat-resistant mold for hot pressing, and the crystal particle powder is heated and deaerated under an atmospheric pressure (P1) of 0.1 Pa or less. .

硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末としては、公知のものを用いることができる。この結晶粒子粉末の純度としては、97%以上が好ましく、98%以上がさらに好ましい。純度97%未満のものを用いると得られる光学素子用無機材料中の不純物量が増加し、赤外線透過性が低下する場合がある。 As the zinc sulfide cubic crystal particle powder, a known powder can be used. The purity of the crystal particle powder is preferably 97% or more, and more preferably 98% or more. If a material with a purity of less than 97% is used, the amount of impurities in the resulting inorganic material for optical elements may increase, and the infrared transparency may decrease.

硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末における亜鉛に対する硫黄の元素比率(S/Zn)としては、0.99以上1.01以下が好ましく、1がより好ましい。この元素比率が前記範囲から外れると、得られる光学素子用無機材料の赤外線透過性等が低下する場合がある。 The element ratio of sulfur to zinc (S / Zn) in the zinc sulfide cubic crystal particle powder is preferably 0.99 or more and 1.01 or less, and more preferably 1. If this element ratio is out of the above range, the infrared transmittance and the like of the obtained inorganic material for optical elements may be lowered.

硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末の平均粒子径としては、10μm以下が好ましく、8μm以下がより好ましい。結晶粒子粉末の平均粒子径が10μmを超えると、得られる光学素子用無機材料の赤外線透過性等が低下する傾向にある。なお、この平均粒子径の下限としては、特に限定されないが例えば0.1μmとすることができる。なお、この平均粒子径は、レーザ回折法により測定される値とする。 The average particle diameter of the zinc sulfide cubic crystal particle powder is preferably 10 μm or less, and more preferably 8 μm or less. When the average particle diameter of the crystal particle powder exceeds 10 μm, the infrared transmittance and the like of the obtained inorganic material for optical elements tend to be lowered. The lower limit of the average particle diameter is not particularly limited, but can be 0.1 μm, for example. The average particle diameter is a value measured by a laser diffraction method.

前記ホットプレス用耐熱モールドとしては、ホットプレスの際の加熱加圧に耐えられるものであれば特に限定されず、例えば黒鉛、C/Cコンポジット等の公知の材料からなるモールドを用いることができる。 The heat-resistant mold for hot pressing is not particularly limited as long as it can withstand the heat and pressure during hot pressing, and for example, a mold made of a known material such as graphite or C / C composite can be used.

この第一工程の加熱脱気としては、具体的には雰囲気圧を0.1Pa以下の雰囲気圧(P1)に減圧した後、この雰囲気圧(P1)を保って、室温から400℃以上850℃未満の温度範囲(t1)まで3〜20℃/分の速度で昇温し、次いで前記温度範囲(t1:400℃以上850℃未満)を1時間以上4時間以下(より好ましくは1.5時間以上、さらに好ましくは2時間以上)保つことにより行うことが好ましい。前記雰囲気圧(P1)が0.1Paを超える場合は、脱気が不十分となる。なお、この雰囲気圧(P1)の下限としては、特に限定されないが、例えば10−4Paと定めることができる。前記温度範囲(t1)の下限が400℃未満の場合は、脱気が不十分となり、次工程で突沸が生じやすくなり、上限が850℃以上の場合は、十分に脱気が行われていない状態で焼結が進みうるため好ましくない。この温度範囲(t1)は、600℃以上820℃以下がより好ましい。また、昇温速度が3℃/分未満の場合は、昇温に時間がかかり非効率的であり、20℃/分を超える場合は、突沸が生じやすくなる。また、前記温度範囲(t1)の保持時間が1時間未満の場合は十分に脱気が行われないおそれがあり、4時間を超える場合は非効率的となる。 Specifically, the heat deaeration in the first step is performed by reducing the atmospheric pressure to an atmospheric pressure (P1) of 0.1 Pa or less, and then maintaining the atmospheric pressure (P1) to increase the temperature from room temperature to 400 ° C. to 850 ° C. The temperature is raised at a rate of 3 to 20 ° C./min to a temperature range of less than (t1), and then the temperature range (t1: 400 ° C. to less than 850 ° C.) is 1 hour to 4 hours (more preferably 1.5 hours). As described above, more preferably, it is preferably carried out for 2 hours or more. When the atmospheric pressure (P1) exceeds 0.1 Pa, deaeration is insufficient. In addition, although it does not specifically limit as a minimum of this atmospheric pressure (P1), For example, it can set to 10 <-4> Pa. When the lower limit of the temperature range (t1) is less than 400 ° C., the deaeration becomes insufficient, and bumping is likely to occur in the next step. When the upper limit is 850 ° C. or more, the deaeration is not sufficiently performed. Since sintering can proceed in this state, it is not preferable. The temperature range (t1) is more preferably 600 ° C. or higher and 820 ° C. or lower. Further, when the rate of temperature increase is less than 3 ° C./min, it takes time to increase the temperature and is inefficient, and when it exceeds 20 ° C./min, bumping is likely to occur. Further, when the holding time of the temperature range (t1) is less than 1 hour, there is a possibility that the deaeration is not sufficiently performed, and when it exceeds 4 hours, it becomes inefficient.

(2)第二工程
本工程においては、前記雰囲気圧(P1:0.1Pa以下)を保ちつつ、ホットプレスにより前記ホットプレス用耐熱モールド内の充填物を昇温加圧する。この際の加圧は、一軸加圧であってもよく、ガス等を用いた等方加圧(HIP)であってもよい。
(2) Second step In this step, the filler in the heat-resistant mold for hot pressing is heated and pressurized by hot pressing while maintaining the atmospheric pressure (P1: 0.1 Pa or less). The pressurization at this time may be uniaxial pressurization or isotropic pressurization (HIP) using gas or the like.

この第二工程の昇温は第一工程の温度範囲(t1)から、850℃以上1100℃以下の温度範囲(t2)まで行い、加圧は20MPa以上70MPa以下の圧力範囲まで行う。第二工程での前記温度範囲(t2)の下限が850℃未満の場合は、十分な結晶粒成長が進行し難くなり、上限が1100℃を超える場合は、六方晶系への相転移が進み赤外線透過性が低下したり、粒成長が進みすぎて強度が低下するおそれがある。この温度範囲(t2)としては、950℃以上1050℃以下がより好ましく、970℃以上1030℃以下がさらに好ましい。また、前記圧力範囲の下限が20MPa未満の場合は十分な反応(結晶粒成長等)が進行せず赤外線透過性の高い無機材料を得られ難くなり、上限が70MPaを超える場合は耐熱モールドの耐圧性能上好ましくない。 The temperature increase in the second step is performed from the temperature range (t1) of the first step to a temperature range (t2) of 850 ° C. to 1100 ° C., and the pressurization is performed to a pressure range of 20 MPa to 70 MPa. When the lower limit of the temperature range (t2) in the second step is less than 850 ° C., sufficient crystal grain growth is difficult to proceed, and when the upper limit exceeds 1100 ° C., the phase transition to the hexagonal system proceeds. There is a possibility that the infrared transmittance is lowered or the grain growth is excessively advanced and the strength is lowered. The temperature range (t2) is more preferably 950 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower, and further preferably 970 ° C. or higher and 1030 ° C. or lower. In addition, when the lower limit of the pressure range is less than 20 MPa, sufficient reaction (crystal grain growth, etc.) does not proceed and it is difficult to obtain an inorganic material having high infrared transparency, and when the upper limit exceeds 70 MPa, the pressure resistance of the heat resistant mold It is not preferable in terms of performance.

前記昇温は2〜10℃/分の速度で、加圧は2.5〜5.0MPa/分の速度で行うことが好ましい。前記昇温の速度が2℃/分未満の場合は、時間がかかり非効率的であり、10℃/分を超える場合は突沸が生じやすくなる。前記加圧の速度が2.5MPa/分未満の場合は時間がかかり非効率的であり、5.0MPaを超える場合は急な加圧によりひび割れ等が生じるおそれがある。 The temperature rise is preferably performed at a rate of 2 to 10 ° C./min, and the pressurization is performed at a rate of 2.5 to 5.0 MPa / min. When the rate of temperature increase is less than 2 ° C./min, it takes time and is inefficient, and when it exceeds 10 ° C./min, bumping is likely to occur. When the pressurization rate is less than 2.5 MPa / min, it takes time and is inefficient, and when it exceeds 5.0 MPa, there is a possibility that cracks or the like may occur due to sudden pressurization.

(3)第三工程
本工程においては、第二工程で昇温及び加圧した後の前記温度範囲(t2)及び圧力範囲を保ちつつ、不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方により雰囲気圧を0.1MPa以上の雰囲気圧(P2)とし、この雰囲気圧(P2)下で熱間圧縮成形をする。この熱間圧縮成形は、不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方による雰囲気圧(P2)の調整により、硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末からの硫黄元素の逃散を制御しながら行うことが好ましい。このようにすることで原料粉末からの硫黄元素の逃散が抑えられ、赤外線透過性の高い光学素子用無機材料を得ることができる。なお、この逃散は、例えばSOx(xは通常0.5〜3.0)、HS等の化合物の放出といった形態で生じる。
(3) Third step In this step, either or both of an inert gas and a non-oxidizing gas while maintaining the temperature range (t2) and pressure range after the temperature is raised and pressurized in the second step. Thus, the atmospheric pressure is set to an atmospheric pressure (P2) of 0.1 MPa or more, and hot compression molding is performed under the atmospheric pressure (P2). This hot compression molding is performed while controlling the escape of elemental sulfur from the zinc sulfide cubic crystal particle powder by adjusting the atmospheric pressure (P2) with one or both of an inert gas and a non-oxidizing gas. It is preferable. By doing in this way, the escape of the sulfur element from raw material powder is suppressed, and the inorganic material for optical elements with high infrared transmittance can be obtained. This escape occurs, for example, in the form of release of compounds such as SOx (x is usually 0.5 to 3.0), H 2 S and the like.

不活性ガスは、反応性を有さないガスをいい、ヘリウム、アルゴン、窒素等を挙げることができる。非酸化性ガスとは、反応性を有するものの酸化反応を生じさせないガスをいい、一酸化炭素等の還元性ガス等を挙げることができる。これらの中でも不活性ガスが好ましい。 The inert gas refers to a gas having no reactivity, and examples thereof include helium, argon, and nitrogen. A non-oxidizing gas refers to a gas that has reactivity but does not cause an oxidation reaction, and includes a reducing gas such as carbon monoxide. Among these, an inert gas is preferable.

雰囲気圧(P2)が0.1MPa未満の場合は、原料粉末からの硫黄元素の逃散の制御が困難になり、得られる無機材料の赤外線透過性が低下するおそれがある。雰囲気圧(P2)としては、0.3MPa以上がより好ましく、0.4MPa以上がさらに好ましい。なお、この雰囲気圧(P2)の上限としては、特に制限されないが、例えば1MPaとすることができる。 When the atmospheric pressure (P2) is less than 0.1 MPa, it is difficult to control the escape of sulfur element from the raw material powder, and the infrared transmittance of the resulting inorganic material may be reduced. The atmospheric pressure (P2) is more preferably 0.3 MPa or more, and further preferably 0.4 MPa or more. In addition, although it does not restrict | limit especially as an upper limit of this atmospheric pressure (P2), For example, it can be 1 MPa.

熱間圧縮成形の時間(不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方により雰囲気圧を0.1MPa以上(好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.4MPa以上)とし、ホットプレスによる加熱加圧状態を保持する時間)としては、6時間以上30時間以下が好ましく、12時間以上がより好ましく、18時間以上がさらに好ましい。この時間が6時間未満の場合は、十分な成形が行われず、得られる無機材料の赤外線透過性や強度が低下するおそれがある。一方、30時間を超える場合は、時間がかかり非効率的である。 Hot compression molding time (atmospheric pressure is set to 0.1 MPa or more (preferably 0.3 MPa or more, more preferably 0.4 MPa or more) by one or both of inert gas and non-oxidizing gas), and by hot press The time during which the heating and pressing state is maintained is preferably 6 hours or more and 30 hours or less, more preferably 12 hours or more, and further preferably 18 hours or more. When this time is less than 6 hours, sufficient shaping | molding is not performed and there exists a possibility that the infrared transmittance and intensity | strength of the inorganic material obtained may fall. On the other hand, when it exceeds 30 hours, it takes time and is inefficient.

(4)第四工程
第三工程の熱間圧縮成形により得られる成形物は、通常、室温まで冷却後、ホットプレス用耐熱モールドから取り出し、研削、研磨等の加工がなされる。このようにして、第一の実施の形態に係る光学素子用無機材料を得ることができる。
(4) Fourth step The molded product obtained by hot compression molding in the third step is usually cooled to room temperature, then taken out from the heat-resistant mold for hot pressing, and subjected to processing such as grinding and polishing. Thus, the inorganic material for optical elements which concerns on 1st embodiment can be obtained.

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the configuration thereof can be changed without changing the gist of the present invention.

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the contents of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited to a following example.

[実施例1]
純度99.5%、平均粒子径4.2μmの硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末200gを内径100mmのホットプレス用黒鉛耐熱モールドに充填し、雰囲気圧が0.1Pa以下になるまで減圧した。次いで、モールドを10℃/分の速度で800℃まで昇温して2時間保持した(第一工程)。次に、前記雰囲気圧を保ちつつ、ホットプレスを5℃/分の速度で1000℃まで昇温しながら、3.25MPa/分の速度で65MPaまで加圧した(第二工程)。この後、1000℃、65MPaの加熱加圧状態を保ちつつ、Arガスを雰囲気圧が0.5MPa(ゲージ圧)になるまで送入した。前記ホットプレスの加熱加圧状態(1000℃、65MPa)及び雰囲気圧(0.5MPa)を24時間維持することで熱間圧縮成形を行った(第三工程)。この後、得られた成形物を冷却した後モールドから取り出し、表面研削及び研磨加工し、直径100mm、厚さ6mmの光学素子用無機材料を得た(第四工程)。
[Example 1]
200 g of zinc sulfide cubic crystal particle powder having a purity of 99.5% and an average particle size of 4.2 μm was filled in a graphite heat resistant mold for hot press having an inner diameter of 100 mm, and the pressure was reduced until the atmospheric pressure became 0.1 Pa or less. Next, the mold was heated to 800 ° C. at a rate of 10 ° C./min and held for 2 hours (first step). Next, while maintaining the atmospheric pressure, the hot press was pressurized to 65 MPa at a rate of 3.25 MPa / min while raising the temperature to 1000 ° C. at a rate of 5 ° C./min (second step). Thereafter, Ar gas was fed until the atmospheric pressure became 0.5 MPa (gauge pressure) while maintaining the heating and pressing state at 1000 ° C. and 65 MPa. Hot compression molding was performed by maintaining the hot press state (1000 ° C., 65 MPa) and the atmospheric pressure (0.5 MPa) for 24 hours (third step). Then, after cooling the obtained molding, it was taken out from the mold, surface-ground and polished, and an inorganic material for optical elements having a diameter of 100 mm and a thickness of 6 mm was obtained (fourth step).

(評価)
得られた光学素子用無機材料から直径30mm、厚さ2mm及び4mmの2種類の光学特性評価試料を切り出し、フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光社製、FT/IR−6300)により、2.5μm〜14μmの波長領域の光透過率を測定した。厚さ2mmの試料の測定結果を図1に、厚さ4mmの試料の計測結果を図2に示す。
(Evaluation)
Two types of optical property evaluation samples having a diameter of 30 mm, a thickness of 2 mm, and a thickness of 4 mm were cut out from the obtained inorganic material for optical elements, and 2 samples were obtained using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT / IR-6300, manufactured by JASCO Corporation). The light transmittance in the wavelength region of 5 μm to 14 μm was measured. FIG. 1 shows the measurement result of a sample having a thickness of 2 mm, and FIG. 2 shows the measurement result of a sample having a thickness of 4 mm.

図1に示されるように、厚さ2mmでの光透過率は、2.5〜3μm波長領域で34〜43%、4〜6μm波長領域で57〜67%、7〜12μm波長領域で62〜72%、13〜14μm波長領域で43〜58%であり、良好な透光性を有することが確認できた。さらに図2に示されるように、厚さ4mmでの光透過率は、2.5〜3μm波長領域で18〜28%、4〜6μm波長領域で47〜63%、7〜12μm波長領域で51〜70%、13〜14μm波長領域で25〜45%と、十分な透光性を有することが確認できた。 As shown in FIG. 1, the light transmittance at a thickness of 2 mm is 34 to 43% in the 2.5 to 3 μm wavelength region, 57 to 67% in the 4 to 6 μm wavelength region, and 62 to 62 in the 7 to 12 μm wavelength region. It was 72% and 43 to 58% in the 13 to 14 μm wavelength region, and it was confirmed that the film had good translucency. Further, as shown in FIG. 2, the light transmittance at a thickness of 4 mm is 18 to 28% in the 2.5 to 3 μm wavelength region, 47 to 63% in the 4 to 6 μm wavelength region, and 51 in the 7 to 12 μm wavelength region. It was confirmed that the film had sufficient translucency at ˜70% and 25˜45% in the 13-14 μm wavelength region.

得られた光学素子用無機材料に対して、ICPにより元素分析を行い、ZnとSとの元素比率を算出した。Zn(1:00)に対し、Sが0.81であった。 The obtained inorganic material for optical elements was subjected to elemental analysis by ICP, and the element ratio of Zn and S was calculated. S was 0.81 with respect to Zn (1: 0).

得られた光学素子用無機材料から、厚さ方向の切断面試料片を切り出し、試料片の切断面中心付近をクロスセクションポリッシャーにより研磨し、この切断面を電界放射型走査電子顕微鏡により観察した。この切断面の電界放射型走査電子顕微鏡写真を図3に示す。観測される気孔の直径は0.1〜0.5μmの範囲内であり、平均径は0.3μmであった。結晶粒径は2〜10μmの範囲内であり、平均結晶粒径は6μmであった。なお、図3の写真における結晶粒界(例えば白色部分)に非結晶質が存在していると推測される。 A cut surface sample piece in the thickness direction was cut out from the obtained inorganic material for optical elements, the vicinity of the center of the cut surface of the sample piece was polished by a cross section polisher, and this cut surface was observed with a field emission scanning electron microscope. A field emission scanning electron micrograph of this cut surface is shown in FIG. The observed pore diameter was in the range of 0.1 to 0.5 μm, and the average diameter was 0.3 μm. The crystal grain size was in the range of 2-10 μm, and the average crystal grain size was 6 μm. In addition, it is estimated that an amorphous substance exists in the crystal grain boundary (for example, white part) in the photograph of FIG.

エネルギー分散型X線分光法により、図3において四角で囲んだ部分(結晶内)の組成分析を行った。この分析結果から、ZnとSとの元素比率は、Zn(1:00)に対し、Sが0.92であった。また、X線回折装置により結晶構造は立方晶系からなることを確認した。 The composition analysis of the portion surrounded by a square in FIG. 3 (inside the crystal) was performed by energy dispersive X-ray spectroscopy. From this analysis result, the element ratio of Zn and S was 0.92 for Zn (1: 0). Further, it was confirmed by an X-ray diffractometer that the crystal structure was cubic.

得られた光学素子用無機材料の3点曲げ強さをJIS R1601(ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法)に準拠して測定した。測定された3点曲げ強さは110MPaであった。また、曲げ強さ試験後の試料破断面の電界放射型走査電子顕微鏡写真を図4に示す。粒界破断と粒内破断とが混在して起きていることがわかる。 The three-point bending strength of the obtained inorganic material for optical elements was measured based on JIS R1601 (room temperature bending strength test method for fine ceramics). The measured 3-point bending strength was 110 MPa. A field emission scanning electron micrograph of the sample fracture surface after the bending strength test is shown in FIG. It can be seen that intergranular fracture and intragranular fracture occur together.

[実施例2]
第一工程における保持時間を1時間とし、第三工程における保持時間(熱間圧縮成形時間)を15時間にしたこと以外は実施例1と同様の製造方法により光学素子用無機材料を得た。
[Example 2]
An inorganic material for an optical element was obtained by the same production method as in Example 1, except that the holding time in the first step was 1 hour and the holding time (hot compression molding time) in the third step was 15 hours.

厚さ4mmの光学特性試料を作製し、実施例1と同様にして2.5μm〜14μmの波長領域の光透過率を測定した。測定結果を図5に示す。
光透過率は、2.5〜3μm波長領域で1〜2%、4〜6μm波長領域で13〜41%、7〜12μm波長領域で45〜62%、13〜14μm波長領域で24〜43%と、十分な透光性を有することが確認できた。
An optical property sample having a thickness of 4 mm was prepared, and the light transmittance in the wavelength region of 2.5 μm to 14 μm was measured in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG.
The light transmittance is 1 to 2% in the 2.5 to 3 μm wavelength region, 13 to 41% in the 4 to 6 μm wavelength region, 45 to 62% in the 7 to 12 μm wavelength region, and 24 to 43% in the 13 to 14 μm wavelength region. It was confirmed that it has sufficient translucency.

[実施例3]
第一工程における保持時間を1時間とし、第二工程における加熱温度及び第三工程における保持温度を950℃、第三工程における保持時間(熱間圧縮成形時間)を6時間、Arガスによる雰囲気圧を0.3MPa(ゲージ圧)にしたこと以外は実施例1と同様の製造方法により光学素子用無機材料を得た。
[Example 3]
The holding time in the first step is 1 hour, the heating temperature in the second step and the holding temperature in the third step are 950 ° C., the holding time in the third step (hot compression molding time) is 6 hours, and the atmospheric pressure by Ar gas An inorganic material for optical elements was obtained by the same production method as in Example 1 except that the pressure was changed to 0.3 MPa (gauge pressure).

厚さ4mmの光学特性試料を作製し、実施例1と同様にして2.5μm〜14μmの波長領域の光透過率を測定した。測定結果を図6に示す。
光透過率は、2.5〜3μm波長領域で0%、4〜6μm波長領域で0〜6%、7〜12μm波長領域で0〜21%、13〜14μm波長領域で10〜18%と、透光性を有することが確認できた。
An optical property sample having a thickness of 4 mm was prepared, and the light transmittance in the wavelength region of 2.5 μm to 14 μm was measured in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG.
The light transmittance is 0% in the 2.5-3 μm wavelength region, 0-6% in the 4-6 μm wavelength region, 0-21% in the 7-12 μm wavelength region, 10-18% in the 13-14 μm wavelength region, It was confirmed to have translucency.

[実施例4]
第一工程における保持時間を1時間とし、第三工程における保持時間(熱間圧縮成形時間)を6時間にしたこと以外は実施例1と同様の製造方法により光学素子用無機材料を得た。
[Example 4]
An inorganic material for optical elements was obtained by the same production method as in Example 1, except that the holding time in the first step was 1 hour and the holding time (hot compression molding time) in the third step was 6 hours.

厚さ4mmの光学特性試料を作製し、実施例1と同様にして2.5μm〜14μmの波長領域の光透過率を測定した。測定結果を図7に示す。
光透過率は、2.5〜3μm波長領域で1〜3%、4〜6μm波長領域で15〜42%、7〜12μm波長領域で43〜62%、13〜14μm波長領域で23〜44%と、透光性を有することが確認できた。
An optical property sample having a thickness of 4 mm was prepared, and the light transmittance in the wavelength region of 2.5 μm to 14 μm was measured in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG.
The light transmittance is 1 to 3% in the 2.5 to 3 μm wavelength region, 15 to 42% in the 4 to 6 μm wavelength region, 43 to 62% in the 7 to 12 μm wavelength region, and 23 to 44% in the 13 to 14 μm wavelength region. It was confirmed that it has translucency.

[実施例5]
第一工程における保持時間を1時間とし、第二工程における加熱温度及び第三工程における保持温度を1050℃、第三工程における保持時間(熱間圧縮成形時間)を6時間、Arガスによる雰囲気圧を0.3MPa(ゲージ圧)にしたこと以外は実施例1と同様の製造方法により光学素子用無機材料を得た。
[Example 5]
The holding time in the first step is 1 hour, the heating temperature in the second step and the holding temperature in the third step are 1050 ° C., the holding time in the third step (hot compression molding time) is 6 hours, and the atmospheric pressure by Ar gas An inorganic material for optical elements was obtained by the same production method as in Example 1 except that the pressure was changed to 0.3 MPa (gauge pressure).

厚さ4mmの光学特性試料を作製し、実施例1と同様にして2.5μm〜14μmの波長領域の光透過率を測定した。測定結果を図7に示す。
光透過率は、2.5〜3μm波長領域で0%、4〜6μm波長領域で0〜2%、7〜12μm波長領域で0〜22%、13〜14μm波長領域で14〜23%と、透光性を有することが確認できた。
An optical property sample having a thickness of 4 mm was prepared, and the light transmittance in the wavelength region of 2.5 μm to 14 μm was measured in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG.
The light transmittance is 0% in the 2.5-3 μm wavelength region, 0-2% in the 4-6 μm wavelength region, 0-22% in the 7-12 μm wavelength region, 14-23% in the 13-14 μm wavelength region, It was confirmed to have translucency.

[比較例1]
第一工程における昇温を500℃まで、保持時間を1時間とし、第二工程における加熱温度及び第三工程における保持温度を800℃、第三工程における保持時間(熱間圧縮成形時間)を6時間、Arガスによる雰囲気圧を0.3MPa(ゲージ圧)としたこと以外は実施例1と同様の製造方法により光学素子用無機材料を得た。実施例1と同様にして光学特性評価試料を作製し、7〜12μm波長領域の最大光透過率を測定したところ1%であった。
[Comparative Example 1]
The temperature rise in the first step is up to 500 ° C., the holding time is 1 hour, the heating temperature in the second step and the holding temperature in the third step are 800 ° C., and the holding time in the third step (hot compression molding time) is 6 An inorganic material for optical elements was obtained by the same production method as in Example 1 except that the atmospheric pressure by Ar gas was 0.3 MPa (gauge pressure). A sample for evaluating optical characteristics was prepared in the same manner as in Example 1, and the maximum light transmittance in the 7 to 12 μm wavelength region was measured and found to be 1%.

本発明に係る光学素子用無機材料は、赤外線センサ、赤外線画像処理装置、赤外線レーザ等、赤外線を利用する装置の窓材やレンズ等の材料等として好適に用いることができる。 The inorganic material for an optical element according to the present invention can be suitably used as a material for a window material or a lens of an apparatus using infrared rays such as an infrared sensor, an infrared image processing apparatus, and an infrared laser.

本発明は、亜鉛と硫黄とからなる化合物を主体とする光学素子用無機材料に関する。 The present invention relates to an inorganic material for optical elements mainly composed of a compound comprising zinc and sulfur.

ZnS(硫化亜鉛)は、赤外線透過特性が良好なため、赤外線センサ、赤外線画像処理装置、赤外線レーザ等、赤外線を利用する装置の窓材やレンズ等の光学素子材料として多用されている。単結晶ZnSは非常に良好な透光性を有するが、大型化が困難である。そのため多結晶ZnSの開発が進められている。前記多結晶ZnSの製造方法としては、主にCVD(Chemical Vapor Deposition)法とHP(Hot Press)法とが用いられているが、CVD法は気相蒸着の速度が遅く、製造コストが高くなる。 Since ZnS (zinc sulfide) has good infrared transmission characteristics, it is frequently used as an optical element material such as a window material or a lens of an infrared sensor, an infrared image processing apparatus, an infrared laser or the like. Single crystal ZnS has very good translucency, but is difficult to increase in size. Therefore, the development of polycrystalline ZnS is in progress. As the method for producing the polycrystalline ZnS, the CVD (Chemical Vapor Deposition) method and the HP (Hot Press) method are mainly used. However, the CVD method has a low vapor deposition rate and high production cost. .

このような中、HP法を用いたZnS多結晶体の製造方法として、原料粉末の平均粒径が0.1〜5μmであり、温度500〜850℃において真空中で焼結する方法(特許文献1参照)、原料粉末として粒径5μm以下の微細な高純度粉末を用い、温度800〜1050℃、圧力0.8〜1.4ton/cmの条件にて、真空で熱間圧縮成形する方法(特許文献2参照)、平均粒径1〜2μm、純度98%以上の粉末を用い、非酸化性雰囲気中、900〜1000℃の温度範囲にて150〜800kg/cmの圧力下で熱間圧縮成形する方法(特許文献3参照)等が提案されている。これらの方法によれば、赤外線透過率が高いZnS多結晶体が得られるとされているものの、赤外線を利用する装置の光学素子材料としては、より高い赤外線透過率を有する材料の開発が求められている。 Under such circumstances, as a method for producing ZnS polycrystals using the HP method, the raw material powder has an average particle diameter of 0.1 to 5 μm and is sintered in vacuum at a temperature of 500 to 850 ° C. (Patent Document) 1), using a fine high-purity powder having a particle size of 5 μm or less as a raw material powder, and performing hot compression molding in vacuum under conditions of a temperature of 800 to 1050 ° C. and a pressure of 0.8 to 1.4 ton / cm 2. (Refer to Patent Document 2), powder having an average particle diameter of 1 to 2 μm and a purity of 98% or more, and hot in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 900 to 1000 ° C. under a pressure of 150 to 800 kg / cm 2. A compression molding method (see Patent Document 3) has been proposed. According to these methods, a ZnS polycrystal having a high infrared transmittance is obtained, but development of a material having a higher infrared transmittance is required as an optical element material for an apparatus using infrared rays. ing.

特開2008−127236号公報JP 2008-127236 A 特開昭61−205659号公報JP-A 61-205659 特開平11−295501号公報JP-A-11-295501

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、赤外線透過性が高い光学素子用無機材料を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an inorganic material for optical elements having high infrared transmittance.

従来、光学素子用のZnS多結晶体をホットプレス法により製造する場合、真空状態で熱間圧縮成形を行うことで、原料中に残留するSOx等が除去され、光透過率が高まるとされていた(前記特許文献1参照)。しかし、発明者らは、このように高温かつ高真空状態で熱間圧縮成形を行うと、ZnS自体の昇華又は分解等によるZn元素及びS元素の逃散が生じ、これが光透過率を下げる原因となることを知見した。この逃散は、単体の沸点差等に起因して、ZnよりSの方が大きいため、Zn(亜鉛元素)に対してS(硫黄元素)の減少が顕著になる。そこで発明者らは、これらの知見から、製造工程においてこの硫黄元素の相対的な減少を抑えることにより、得られる無機材料の光透過率を高めることができることを見出し、本発明に至った。 Conventionally, when manufacturing a ZnS polycrystal for an optical element by a hot press method, it is said that by performing hot compression molding in a vacuum state, SOx remaining in the raw material is removed and the light transmittance is increased. (See Patent Document 1). However, the inventors have performed hot compression molding at a high temperature and in a high vacuum state in this manner, causing escape of Zn element and S element due to sublimation or decomposition of ZnS itself, which is a cause of lowering light transmittance. I found out that This escape is caused by a difference in boiling point of the single substance, so that S is larger than Zn. Therefore, the decrease of S (sulfur element) is remarkable with respect to Zn (zinc element). Thus, the inventors have found that the light transmittance of the obtained inorganic material can be increased by suppressing the relative decrease of the elemental sulfur in the production process from these findings, and have reached the present invention.

すなわち、前記目的に沿う発明に係る光学素子用無機材料は、亜鉛と硫黄とからなる化合物を主体とする光学素子用無機材料において、亜鉛に対する硫黄の元素比率(S/Zn)が0.80以上0.95以下であり、前記化合物として、ZnS 1−x (0<x≦0.2)で表される立方晶系多結晶体を含み、前記立方晶系多結晶体の平均結晶粒径が0.5μm以上20μm以下であり、厚さ2mmでの最大光透過率が、2.5〜3μm波長領域で34%以上45%以下、4〜6μm波長領域で57%以上70%以下、7〜12μm波長領域で62%以上75%以下、13〜14μm波長領域で43%以上60%以下である。 That is, the inorganic material for optical elements according to the present invention that meets the above object is an inorganic material for optical elements mainly composed of a compound consisting of zinc and sulfur, and the element ratio of sulfur to zinc (S / Zn) is 0.80. It is 0.95 or less, and includes, as the compound, a cubic polycrystalline body represented by ZnS 1-x (0 <x ≦ 0.2), and an average crystal grain size of the cubic polycrystalline body 0.5 μm or more and 20 μm or less, and the maximum light transmittance at a thickness of 2 mm is 34% or more and 45% or less in the 2.5 to 3 μm wavelength region, and 57% or more and 70% or less in the 4 to 6 μm wavelength region, 7 It is 62% or more and 75% or less in the ˜12 μm wavelength region, and 43% or more and 60% or less in the 13-14 μm wavelength region .

発明に係る光学素子用無機材料によれば、亜鉛に対する硫黄の元素比率(光学素子用無機材料全体における元素比率)を上記範囲とすることにより、高い赤外線透過性を発揮させることができる。 According to the inorganic material for optical elements according to the present invention, by setting the element ratio of sulfur to zinc (element ratio in the entire inorganic material for optical elements) within the above range, high infrared transmittance can be exhibited.

発明に係る光学素子用無機材料は、このような組成及び結晶粒径からなる立方晶系多結晶体を含むことで、赤外線透過性をより高めることができる。 Inorganic materials for an optical element according to the present invention, by including a cubic polycrystal composed of such composition and crystal grain size, it is possible to further increase the infrared transparent.

発明に係る光学素子用無機材料において、前記化合物として前記立方晶系多結晶体の結晶間に介在する非晶質体をさらに含むことが好ましい。このような非晶質体を介在させることで、赤外線透過性をより高め、また、強度等も高めることができる。 In the inorganic material for an optical element according to the present invention, it is preferable that the compound further includes an amorphous body interposed between crystals of the cubic polycrystal. By interposing such an amorphous body, the infrared transmittance can be further increased, and the strength and the like can be increased.

発明に係る光学素子用無機材料、厚さ2mmでの最大光透過率が、7〜12μm波長領域で62%以上75%以下2.5〜3μm波長領域で34%以上45%以下、4〜6μm波長領域で57%以上70%以下、13〜14μm波長領域で43%以上60%以下であり、このような高い光透過率を有すると、利用価値を高めることができる。 Inorganic materials for an optical element according to the present invention, the maximum light transmittance at a thickness of 2mm is 75% or less 62% or more 7~12μm wavelength region, 45% or less 34% or more 2.5~3μm wavelength region, 4 to 6 [mu] m 70% 57% or more in the wavelength region below state, and are 60% or less 43% or more in 13~14μm wavelength region and having such a high light transmittance, it is possible to increase the utility value.

発明に係る光学素子用無機材料は、気孔を含有し、該気孔の平均径が0.1μm以上0.5μm以下であることが好ましい。このように、気孔の平均径を前記範囲とすることで、赤外線透過性等をさらに高めることができる。 The inorganic material for optical elements according to the present invention contains pores, and the average diameter of the pores is preferably 0.1 μm or more and 0.5 μm or less. Thus, infrared transmittance etc. can be further improved by making the average diameter of a pore into the said range.

発明に係る光学素子用無機材料において、3点曲げ強度が80MPa以上180MPa以下であることが好ましい。このように高い3点曲げ強度を有することで、第1の発明に係る光学素子用無機材料は高い耐久性等を発揮することができる。 In the inorganic material for optical elements according to the present invention, the three-point bending strength is preferably 80 MPa or more and 180 MPa or less. By having such a high three-point bending strength, the inorganic material for optical elements according to the first invention can exhibit high durability and the like.

発明に係る光学素子用無機材料は、不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方によって0.1MPa以上とした雰囲気圧下での、硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末の熱間圧縮成形により形成されていることが好ましい。このような光学素子用無機材料は、一般的な硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末から得ることができるため、生産性などに優れる。 The inorganic material for optical elements according to the present invention is a hot compression molding of zinc sulfide cubic crystal particle powder under an atmospheric pressure of 0.1 MPa or more by one or both of an inert gas and a non-oxidizing gas. It is preferable that it is formed by. Since such an inorganic material for optical elements can be obtained from a general zinc sulfide cubic crystal particle powder, it is excellent in productivity.

発明に係る光学素子用無機材料は、高い赤外線透過性を有する。 The inorganic material for optical elements according to the present invention has high infrared transmittance.

実施例1で得られた厚さ2mmの光学素子用無機材料の光透過率を示すグラフである。4 is a graph showing the light transmittance of the inorganic material for optical elements having a thickness of 2 mm obtained in Example 1. 実施例1で得られた厚さ4mmの光学素子用無機材料の光透過率を示すグラフである。4 is a graph showing the light transmittance of the inorganic material for optical elements having a thickness of 4 mm obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた光学素子用無機材料の切断面の電界放射型走査電子顕微鏡写真である。2 is a field emission scanning electron micrograph of a cut surface of an inorganic material for optical elements obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた光学素子用無機材料の破断面の電界放射型走査電子顕微鏡写真である。2 is a field emission scanning electron micrograph of a fracture surface of an inorganic material for optical elements obtained in Example 1. FIG. 参考例1で得られた厚さ4mmの光学素子用無機材料の光透過率を示すグラフである。 6 is a graph showing the light transmittance of the inorganic material for optical elements having a thickness of 4 mm obtained in Reference Example 1 . 参考例2で得られた厚さ4mmの光学素子用無機材料の光透過率を示すグラフである。 6 is a graph showing the light transmittance of an inorganic material for optical elements having a thickness of 4 mm obtained in Reference Example 2 . 参考例3で得られた厚さ4mmの光学素子用無機材料の光透過率を示すグラフである。 6 is a graph showing the light transmittance of an inorganic material for optical elements having a thickness of 4 mm obtained in Reference Example 3 . 参考例4で得られた厚さ4mmの光学素子用無機材料の光透過率を示すグラフである。 10 is a graph showing the light transmittance of an inorganic material for optical elements having a thickness of 4 mm obtained in Reference Example 4 .

続いて、本発明を具体化した実施の形態について説明する。 Next, an embodiment embodying the present invention will be described.

<光学素子用無機材料>
本発明の第1の実施の形態に係る光学素子用無機材料は、亜鉛と硫黄とからなる化合物を主体とする。ここで、「亜鉛と硫黄とからなる化合物」とは、ZnS(yは任意の正の数)で表される化合物をいい、ZnSで表されるいわゆる硫化亜鉛に限定されるものではない。また、「この化合物を主体とする」とは、この化合物が、光学素子用無機材料全体に対して最も大きい質量を占めることをいい、具体的には、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、99質量%以上がさらに好ましい。
<Inorganic materials for optical elements>
The inorganic material for optical elements according to the first embodiment of the present invention is mainly composed of a compound consisting of zinc and sulfur. Here, the “compound composed of zinc and sulfur” refers to a compound represented by ZnS y (y is an arbitrary positive number), and is not limited to so-called zinc sulfide represented by ZnS. Further, “mainly composed of this compound” means that this compound occupies the largest mass with respect to the entire inorganic material for optical elements, specifically, 80% by mass or more is preferable, and 90% by mass. The above is more preferable, and 99 mass% or more is still more preferable.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料(全体)における亜鉛に対する硫黄の元素比率(S/Zn)は、0.80以上0.95以下であり、0.80以上0.85以下が好ましい。この比が0.80未満の場合は、Zn単体の析出等により赤外線透過率が低下する。逆に、この比が0.95を超えることは、ホットプレス法においてはこの製造工程上難しい。なお、無機材料全体における元素含有率は、ICP分析法により測定した値とする。 The element ratio (S / Zn) of sulfur to zinc in the inorganic material for an optical element (whole) according to the present embodiment is 0.80 or more and 0.95 or less, and preferably 0.80 or more and 0.85 or less. When this ratio is less than 0.80, infrared transmittance decreases due to precipitation of Zn alone. On the other hand, it is difficult for this production ratio to exceed 0.95 in the hot press method. In addition, let the element content rate in the whole inorganic material be the value measured by the ICP analysis method.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料は、亜鉛と硫黄とからなる化合物以外に、本発明の効果を阻害しない範囲で他の成分が単体又は化合物として含有されていてもよい。他の成分としては、酸素元素、水素元素等が挙げられる。 The inorganic material for an optical element according to the present embodiment may contain other components as a simple substance or a compound as long as the effects of the present invention are not impaired, in addition to the compound composed of zinc and sulfur. Examples of other components include an oxygen element and a hydrogen element.

亜鉛と硫黄とからなる化合物は、通常、多結晶体として光学素子用無機材料中に含有されている。この多結晶体の結晶構造は、立方晶系であることが好ましい。亜鉛と硫黄とからなる化合物(例えば、ZnS)の結晶構造としては、主に立方晶系と六方晶系とが挙げられるが、立方晶系は六方晶系と比べて赤外線透過性が高い。従って、このように結晶構造が立方晶系であることで、赤外線透過性を高めることができる。なお、この結晶構造としては、一部に六方晶系等の立方晶系以外の結晶構造が含まれていてもよい。 The compound consisting of zinc and sulfur is usually contained in the inorganic material for optical elements as a polycrystal. The crystal structure of this polycrystal is preferably cubic. The crystal structure of a compound composed of zinc and sulfur (for example, ZnS) mainly includes a cubic system and a hexagonal system, but the cubic system has higher infrared transmittance than a hexagonal system. Therefore, infrared transmission can be improved by having a cubic crystal structure. In addition, as this crystal structure, crystal structures other than cubic systems, such as a hexagonal system, may be included in part.

この多結晶体は、組成式(化学式)がZnS1−x(0<x≦0.2)で表されることが好ましく、xは0<x≦0.1を満たすことがより好ましい。このように、結晶中のSの減少が抑えられた(xの値が小さい)組成とすることで、赤外線透過性を高めることができる。この多結晶体中の元素含有量(率)は、エネルギー分散型X線分光法により測定した値とする。 In this polycrystal, the composition formula (chemical formula) is preferably represented by ZnS 1-x (0 <x ≦ 0.2), and x more preferably satisfies 0 <x ≦ 0.1. Thus, infrared transmittance can be improved by setting it as the composition by which the reduction | decrease of S in a crystal | crystallization was suppressed (x value is small). The element content (rate) in the polycrystal is a value measured by energy dispersive X-ray spectroscopy.

この多結晶体の平均結晶粒径は0.5μm以上20μm以下が好ましく、1μm以上15μm以下が好ましい。この平均結晶粒径が0.5μm未満の場合は、結晶粒界に起因する光散乱の増加等により、赤外線透過性が低下する。逆に、この平均結晶粒径が20μmを超える場合は、結晶の粗大化による機械的強度の低下等が生じる。なお、平均結晶粒径は、電子顕微鏡により表面を撮影した写真を用い、任意の5本の線分(1本50μm)上にある結晶の個数を数えて算出した値とする。 The average crystal grain size of this polycrystal is preferably 0.5 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 15 μm or less. When the average crystal grain size is less than 0.5 μm, the infrared transmittance decreases due to an increase in light scattering caused by the crystal grain boundary. On the other hand, when the average crystal grain size exceeds 20 μm, the mechanical strength is reduced due to the coarsening of the crystal. The average crystal grain size is a value calculated by counting the number of crystals on any five line segments (one 50 μm) using a photograph of the surface taken with an electron microscope.

亜鉛と硫黄とからなる化合物は、前述の多結晶体に加え、この結晶間に介在する非晶質体として光学素子用無機材料中に含有されていることが好ましい。このような非晶質体を結晶間に介在させることで、赤外線透過性をより高め、また、強度等も高めることができる。この理由は定かではないが、非晶質体が多結晶体間の空隙を埋めることで赤外線透過性が高まること、非晶質体がバインダーとして機能して強度が高まることなどが推察される。なお、この非晶質体は、亜鉛元素と硫黄元素とが任意の比で混合してなる化合物であると推察される。 The compound composed of zinc and sulfur is preferably contained in the inorganic material for optical elements as an amorphous body interposed between the crystals in addition to the above-described polycrystalline body. By interposing such an amorphous body between crystals, infrared transmittance can be further increased, and strength and the like can be increased. The reason for this is not clear, but it is presumed that the amorphous body fills the gaps between the polycrystalline bodies to increase the infrared transmittance, and the amorphous body functions as a binder to increase the strength. In addition, it is guessed that this amorphous body is a compound formed by mixing zinc element and sulfur element in an arbitrary ratio.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料は、通常、気孔を含有しうる。この気孔の平均径としては、0.1μm以上0.5μm以下が好ましい。この気孔の平均径を前記下限未満とすることは、製造上困難であり、生産コストの上昇に繋がる。逆に、この気孔の平均径が前記上限を超えると赤外線透過率が低下するおそれがある。なお、気孔の平均径は、電子顕微鏡により表面を撮影した写真を用い、任意の50μm四方の領域に存在する気孔の径から算出した値(フェレ径)とする。 The inorganic material for optical elements according to the present embodiment can usually contain pores. The average diameter of the pores is preferably 0.1 μm or more and 0.5 μm or less. Setting the average diameter of the pores to less than the lower limit is difficult in production and leads to an increase in production cost. Conversely, if the average diameter of the pores exceeds the upper limit, the infrared transmittance may be reduced. The average pore diameter is a value (Ferre diameter) calculated from the pore diameter existing in an arbitrary 50 μm square area using a photograph of the surface taken with an electron microscope.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料における厚さ2mmでの最大光透過率としては、7〜12μm波長領域で62%以上75%以下が好ましく、65%以上がより好ましい。本実施の形態に係る光学素子用無機材料は、このように赤外線(7〜12μm波長領域)の高い透過性を発揮することができる。なお、光透過率は、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)にて測定された値とする。 In the inorganic material for optical elements according to the present embodiment, the maximum light transmittance at a thickness of 2 mm is preferably 62% or more and 75% or less, and more preferably 65% or more in the 7 to 12 μm wavelength region. Thus, the inorganic material for optical elements which concerns on this Embodiment can exhibit the high transmittance | permeability of infrared rays (7-12 micrometers wavelength range). The light transmittance is a value measured with a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR).

本実施の形態に係る光学素子用無機材料における厚さ2mmでの最大光透過率としては、2.5〜3μm波長領域で34%以上45%以下が好ましく、40%以上がさらに好ましい。4〜6μm波長領域で57%以上70%以下が好ましく、60%以上がさらに好ましい。また、13〜14μm波長領域で43%以上60%以下が好ましく、50%以上がさらに好ましい。本実施の形態に係る光学素子用無機材料によれば、赤外線領域の透過性を高めることができることに加え、その前後の広い波長領域で透過性を向上させることができ、活用の幅を広げることができる。 In the inorganic material for optical elements according to the present embodiment, the maximum light transmittance at a thickness of 2 mm is preferably 34% or more and 45% or less, and more preferably 40% or more in the 2.5 to 3 μm wavelength region. 57 to 70% is preferable in the 4 to 6 μm wavelength region, and 60% or more is more preferable. Moreover, 43 to 60% is preferable in a 13-14 micrometer wavelength range, and 50% or more is further more preferable. According to the inorganic material for an optical element according to the present embodiment, in addition to being able to increase the transmittance in the infrared region, the transmittance can be improved in a wide wavelength region before and after that, and the range of utilization is widened. Can do.

さらに、厚さ2mmでの光透過率としては、2.5〜3μm波長領域で34%以上45%以下、4〜6μm波長領域で57%以上70%以下、7〜12μm波長領域で62%以上75%以下、13〜14μm波長領域で43%以上60%以下が好ましい。各波長領域における光透過率をこのような範囲とする(最低の透過率を前記範囲の下限以上とする)ことで、光学材料としての価値を高めることができる。 Further, the light transmittance at a thickness of 2 mm is 34% to 45% in the 2.5 to 3 μm wavelength region, and 57% to 70% in the 4 to 6 μm wavelength region, and 62% or more in the 7 to 12 μm wavelength region. 75% or less, preferably 43% or more and 60% or less in the 13 to 14 μm wavelength region. By setting the light transmittance in each wavelength region to such a range (the minimum transmittance is equal to or higher than the lower limit of the above range), the value as an optical material can be increased.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料における厚さ4mmでの最大光透過率としては、2.5〜3μm波長領域で20%以上30%以下、4〜6μm波長領域で55%以上70%以下、7〜12μm波長領域で60%以上75%以下、13〜14μm波長領域で40%以上50%以下であることが好ましい。また、本実施の形態に係る光学素子用無機材料における厚さ4mmでの光透過率としては、2.5〜3μm波長領域で15%以上30%以下、4〜6μm波長領域で40%以上70%以下、7〜12μm波長領域で45%以上75%以下、13〜14μm波長領域で20%以上50%以下であることが好ましい。このように、本実施の形態に係る光学素子用無機材料においては、厚さ4mmとした場合も高い光透過率を有し、光学素子用途としての利用価値が高まる。 The maximum light transmittance at a thickness of 4 mm in the optical element inorganic material according to the present embodiment is 20% to 30% in the 2.5 to 3 μm wavelength region and 55% to 70% in the 4 to 6 μm wavelength region. Hereinafter, it is preferably 60% or more and 75% or less in the 7 to 12 μm wavelength region, and 40% or more and 50% or less in the 13 to 14 μm wavelength region. The light transmittance at a thickness of 4 mm in the inorganic material for optical elements according to the present embodiment is 15% to 30% in the 2.5 to 3 μm wavelength region and 40% to 70 in the 4 to 6 μm wavelength region. % Or less, 45 to 75% in the 7 to 12 μm wavelength region, and preferably 20 to 50% in the 13 to 14 μm wavelength region. Thus, the inorganic material for optical elements according to the present embodiment has a high light transmittance even when the thickness is 4 mm, and the utility value for optical element applications is increased.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料の3点曲げ強度としては、80MPa以上180MPa以下であることが好ましく、100MPa以上であることがさらに好ましい。このように高い3点曲げ強度を有することで、本実施の形態に係る光学素子用無機材料は高い耐久性等を発揮することができる。なお、3点曲げ強度は、JIS R1601(ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験法)に準拠して測定した値とする。 The three-point bending strength of the optical element inorganic material according to the present embodiment is preferably 80 MPa or more and 180 MPa or less, and more preferably 100 MPa or more. By having such a high three-point bending strength, the inorganic material for optical elements according to the present embodiment can exhibit high durability and the like. The three-point bending strength is a value measured in accordance with JIS R1601 (a room temperature bending strength test method for fine ceramics).

本実施の形態に係る光学素子用無機材料の製造方法としては特に限定されないが、後述する硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末を用いたホットプレス法、特に不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方によって0.1MPa以上とした雰囲気圧下での硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末の熱間圧縮成形により好適に得ることができる。但し、CVD法等の他の方法で得られた光学素子用無機材料も発明から外れるものではない。 The method for producing the inorganic material for optical elements according to the present embodiment is not particularly limited, but is a hot press method using a zinc sulfide cubic crystal particle powder to be described later, particularly any one of an inert gas and a non-oxidizing gas. One or both of them can be suitably obtained by hot compression molding of zinc sulfide cubic crystal particle powder under an atmospheric pressure of 0.1 MPa or more. However, the inorganic material for optical elements obtained by other methods such as the CVD method does not depart from the present invention.

<光学素子用部品>
本発明の第2の実施の形態に係る光学素子用部品は、第1の実施の形態に係る光学素子用無機材料と、該光学素子用無機材料の表面に積層された反射防止膜とを備える。
<Optical element parts>
An optical element component according to a second embodiment of the present invention includes the optical element inorganic material according to the first embodiment and an antireflection film laminated on the surface of the optical element inorganic material. .

前記反射防止膜としては、光の反射を低減することができるものであれば特に限定されず、公知の材料から形成することができる。この反射防止膜の具体的材料としては、例えばCeF、MgF等のフッ化物や、TiO等の酸化物等を挙げることができる。これらは、蒸着やコーティング等の公知の方法で、前記光学素子用無機材料表面に積層させることができる。 The antireflection film is not particularly limited as long as it can reduce light reflection, and can be formed from a known material. Specific examples of the antireflection film include fluorides such as CeF 3 and MgF 2 and oxides such as TiO 2 . These can be laminated on the surface of the inorganic material for optical elements by a known method such as vapor deposition or coating.

本実施の形態に係る光学素子用部品においては、厚さ2mmでの最大光透過率(前記反射防止膜表面から光を入射させた場合の透過率)が、7〜12μm波長領域で75%以上90%以下であることが好ましい。本実施の形態に係る光学素子用部品によれば、このように優れた赤外線透過特性を発揮することができる。 In the optical element component according to the present embodiment, the maximum light transmittance at 2 mm in thickness (transmittance when light is incident from the surface of the antireflection film) is 75% or more in the wavelength range of 7 to 12 μm. It is preferable that it is 90% or less. The optical element component according to the present embodiment can exhibit such excellent infrared transmission characteristics.

<光学素子用無機材料の製造方法>
本発明の第3の実施の形態に係る光学素子用無機材料の製造方法は、硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末をホットプレス用耐熱モールドに充填し、0.1Pa以下の雰囲気圧(P1)下で加熱脱気する第一工程、前記雰囲気圧(P1)を保ちつつ、ホットプレスにより前記ホットプレス用耐熱モールド内の充填物を850℃以上1100℃以下の温度範囲(t2)まで昇温させながら20MPa以上70MPa以下の圧力範囲まで加圧する第二工程、及び前記温度範囲(t2)及び圧力範囲を保ちつつ、不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方により0.1MPa以上の雰囲気圧(P2)とし、該雰囲気圧下で熱間圧縮成形をする第三工程を有する。
<Method for producing inorganic material for optical element>
In the method for producing an inorganic material for an optical element according to the third embodiment of the present invention, a zinc sulfide cubic crystal particle powder is filled in a heat-resistant mold for hot pressing, and the atmospheric pressure (P1) is 0.1 Pa or less. In the first step of heating and deaeration, the temperature in the heat-resistant mold for hot pressing is raised to a temperature range (t2) of 850 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower by hot pressing while maintaining the atmospheric pressure (P1). A second step of pressurizing to a pressure range of 20 MPa or more and 70 MPa or less, and an atmospheric pressure of 0.1 MPa or more by one or both of an inert gas and a non-oxidizing gas while maintaining the temperature range (t2) and the pressure range. (P2) and has a third step of hot compression molding under the atmospheric pressure.

本実施の形態に係る光学素子用無機材料の製造方法においては、第三工程の熱間圧縮成形の際に、従来の方法とは逆に非酸化性ガス等により雰囲気圧を高め、硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末中の成分(特に硫黄元素)の逃散を抑えている。このようにすることで、多結晶体中、ひいては得られる光学素子用無機材料中のS含有比率の低下を抑え、赤外線透過性の高い光学素子用無機材料を得ることができると考えられる。以下、各工程について詳説する。 In the method of manufacturing an inorganic material for an optical element according to the present embodiment, during the hot compression molding in the third step, the atmospheric pressure is increased by a non-oxidizing gas or the like contrary to the conventional method, and the zinc sulfide cubic The escape of components (especially elemental sulfur) in the crystalline crystal particle powder is suppressed. By doing in this way, it is thought that the inorganic material for optical elements with a high infrared transmittance can be obtained by suppressing the fall of S content rate in the polycrystal body and by extension, the inorganic material for optical elements obtained. Hereinafter, each step will be described in detail.

(1)第一工程
本工程においては、先ず硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末をホットプレス用耐熱モールドに充填し、0.1Pa以下の雰囲気圧(P1)下で結晶粒子粉末を加熱脱気する。
(1) First Step In this step, first, zinc sulfide cubic crystal particle powder is filled in a heat-resistant mold for hot pressing, and the crystal particle powder is heated and deaerated under an atmospheric pressure (P1) of 0.1 Pa or less. .

硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末としては、公知のものを用いることができる。この結晶粒子粉末の純度としては、97%以上が好ましく、98%以上がさらに好ましい。純度97%未満のものを用いると得られる光学素子用無機材料中の不純物量が増加し、赤外線透過性が低下する場合がある。 As the zinc sulfide cubic crystal particle powder, a known powder can be used. The purity of the crystal particle powder is preferably 97% or more, and more preferably 98% or more. If a material with a purity of less than 97% is used, the amount of impurities in the resulting inorganic material for optical elements may increase, and the infrared transparency may decrease.

硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末における亜鉛に対する硫黄の元素比率(S/Zn)としては、0.99以上1.01以下が好ましく、1がより好ましい。この元素比率が前記範囲から外れると、得られる光学素子用無機材料の赤外線透過性等が低下する場合がある。 The element ratio of sulfur to zinc (S / Zn) in the zinc sulfide cubic crystal particle powder is preferably 0.99 or more and 1.01 or less, and more preferably 1. If this element ratio is out of the above range, the infrared transmittance and the like of the obtained inorganic material for optical elements may be lowered.

硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末の平均粒子径としては、10μm以下が好ましく、8μm以下がより好ましい。結晶粒子粉末の平均粒子径が10μmを超えると、得られる光学素子用無機材料の赤外線透過性等が低下する傾向にある。なお、この平均粒子径の下限としては、特に限定されないが例えば0.1μmとすることができる。なお、この平均粒子径は、レーザ回折法により測定される値とする。 The average particle diameter of the zinc sulfide cubic crystal particle powder is preferably 10 μm or less, and more preferably 8 μm or less. When the average particle diameter of the crystal particle powder exceeds 10 μm, the infrared transmittance and the like of the obtained inorganic material for optical elements tend to be lowered. The lower limit of the average particle diameter is not particularly limited, but can be 0.1 μm, for example. The average particle diameter is a value measured by a laser diffraction method.

前記ホットプレス用耐熱モールドとしては、ホットプレスの際の加熱加圧に耐えられるものであれば特に限定されず、例えば黒鉛、C/Cコンポジット等の公知の材料からなるモールドを用いることができる。 The heat-resistant mold for hot pressing is not particularly limited as long as it can withstand the heat and pressure during hot pressing, and for example, a mold made of a known material such as graphite or C / C composite can be used.

この第一工程の加熱脱気としては、具体的には雰囲気圧を0.1Pa以下の雰囲気圧(P1)に減圧した後、この雰囲気圧(P1)を保って、室温から400℃以上850℃未満の温度範囲(t1)まで3〜20℃/分の速度で昇温し、次いで前記温度範囲(t1:400℃以上850℃未満)を1時間以上4時間以下(より好ましくは1.5時間以上、さらに好ましくは2時間以上)保つことにより行うことが好ましい。前記雰囲気圧(P1)が0.1Paを超える場合は、脱気が不十分となる。なお、この雰囲気圧(P1)の下限としては、特に限定されないが、例えば10−4Paと定めることができる。前記温度範囲(t1)の下限が400℃未満の場合は、脱気が不十分となり、次工程で突沸が生じやすくなり、上限が850℃以上の場合は、十分に脱気が行われていない状態で焼結が進みうるため好ましくない。この温度範囲(t1)は、600℃以上820℃以下がより好ましい。また、昇温速度が3℃/分未満の場合は、昇温に時間がかかり非効率的であり、20℃/分を超える場合は、突沸が生じやすくなる。また、前記温度範囲(t1)の保持時間が1時間未満の場合は十分に脱気が行われないおそれがあり、4時間を超える場合は非効率的となる。 Specifically, the heat deaeration in the first step is performed by reducing the atmospheric pressure to an atmospheric pressure (P1) of 0.1 Pa or less, and then maintaining the atmospheric pressure (P1) to increase the temperature from room temperature to 400 ° C. to 850 ° C. The temperature is raised at a rate of 3 to 20 ° C./min to a temperature range of less than (t1), and then the temperature range (t1: 400 ° C. to less than 850 ° C.) is 1 hour to 4 hours (more preferably 1.5 hours). More preferably, it is preferably carried out by maintaining for 2 hours or more. When the atmospheric pressure (P1) exceeds 0.1 Pa, deaeration is insufficient. In addition, although it does not specifically limit as a minimum of this atmospheric pressure (P1), For example, it can set to 10 <-4> Pa. When the lower limit of the temperature range (t1) is less than 400 ° C., the deaeration becomes insufficient, and bumping is likely to occur in the next step. When the upper limit is 850 ° C. or more, the deaeration is not sufficiently performed. Since sintering can proceed in this state, it is not preferable. The temperature range (t1) is more preferably 600 ° C. or higher and 820 ° C. or lower. Further, when the rate of temperature increase is less than 3 ° C./min, it takes time to increase the temperature and is inefficient, and when it exceeds 20 ° C./min, bumping is likely to occur. Further, when the holding time of the temperature range (t1) is less than 1 hour, there is a possibility that the deaeration is not sufficiently performed, and when it exceeds 4 hours, it becomes inefficient.

(2)第二工程
本工程においては、前記雰囲気圧(P1:0.1Pa以下)を保ちつつ、ホットプレスにより前記ホットプレス用耐熱モールド内の充填物を昇温加圧する。この際の加圧は、一軸加圧であってもよく、ガス等を用いた等方加圧(HIP)であってもよい。
(2) Second step In this step, the filler in the heat-resistant mold for hot pressing is heated and pressurized by hot pressing while maintaining the atmospheric pressure (P1: 0.1 Pa or less). The pressurization at this time may be uniaxial pressurization or isotropic pressurization (HIP) using gas or the like.

この第二工程の昇温は第一工程の温度範囲(t1)から、850℃以上1100℃以下の温度範囲(t2)まで行い、加圧は20MPa以上70MPa以下の圧力範囲まで行う。第二工程での前記温度範囲(t2)の下限が850℃未満の場合は、十分な結晶粒成長が進行し難くなり、上限が1100℃を超える場合は、六方晶系への相転移が進み赤外線透過性が低下したり、粒成長が進みすぎて強度が低下するおそれがある。この温度範囲(t2)としては、950℃以上1050℃以下がより好ましく、970℃以上1030℃以下がさらに好ましい。また、前記圧力範囲の下限が20MPa未満の場合は十分な反応(結晶粒成長等)が進行せず赤外線透過性の高い無機材料を得られ難くなり、上限が70MPaを超える場合は耐熱モールドの耐圧性能上好ましくない。 The temperature increase in the second step is performed from the temperature range (t1) of the first step to a temperature range (t2) of 850 ° C. to 1100 ° C., and the pressurization is performed to a pressure range of 20 MPa to 70 MPa. When the lower limit of the temperature range (t2) in the second step is less than 850 ° C., sufficient crystal grain growth is difficult to proceed, and when the upper limit exceeds 1100 ° C., the phase transition to the hexagonal system proceeds. There is a possibility that the infrared transmittance is lowered or the grain growth is excessively advanced and the strength is lowered. The temperature range (t2) is more preferably 950 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower, and further preferably 970 ° C. or higher and 1030 ° C. or lower. In addition, when the lower limit of the pressure range is less than 20 MPa, sufficient reaction (crystal grain growth, etc.) does not proceed and it is difficult to obtain an inorganic material having high infrared transparency, and when the upper limit exceeds 70 MPa, the pressure resistance of the heat resistant mold It is not preferable in terms of performance.

前記昇温は2〜10℃/分の速度で、加圧は2.5〜5.0MPa/分の速度で行うことが好ましい。前記昇温の速度が2℃/分未満の場合は、時間がかかり非効率的であり、10℃/分を超える場合は突沸が生じやすくなる。前記加圧の速度が2.5MPa/分未満の場合は時間がかかり非効率的であり、5.0MPaを超える場合は急な加圧によりひび割れ等が生じるおそれがある。 The temperature rise is preferably performed at a rate of 2 to 10 ° C./min, and the pressurization is performed at a rate of 2.5 to 5.0 MPa / min. When the rate of temperature increase is less than 2 ° C./min, it takes time and is inefficient, and when it exceeds 10 ° C./min, bumping is likely to occur. When the pressurization rate is less than 2.5 MPa / min, it takes time and is inefficient, and when it exceeds 5.0 MPa, there is a possibility that cracks or the like may occur due to sudden pressurization.

(3)第三工程
本工程においては、第二工程で昇温及び加圧した後の前記温度範囲(t2)及び圧力範囲を保ちつつ、不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方により雰囲気圧を0.1MPa以上の雰囲気圧(P2)とし、この雰囲気圧(P2)下で熱間圧縮成形をする。この熱間圧縮成形は、不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方による雰囲気圧(P2)の調整により、硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末からの硫黄元素の逃散を制御しながら行うことが好ましい。このようにすることで原料粉末からの硫黄元素の逃散が抑えられ、赤外線透過性の高い光学素子用無機材料を得ることができる。なお、この逃散は、例えばSOx(xは通常0.5〜3.0)、HS等の化合物の放出といった形態で生じる。
(3) Third step In this step, either or both of an inert gas and a non-oxidizing gas while maintaining the temperature range (t2) and pressure range after the temperature is raised and pressurized in the second step. Thus, the atmospheric pressure is set to an atmospheric pressure (P2) of 0.1 MPa or more, and hot compression molding is performed under the atmospheric pressure (P2). This hot compression molding is performed while controlling the escape of elemental sulfur from the zinc sulfide cubic crystal particle powder by adjusting the atmospheric pressure (P2) with one or both of an inert gas and a non-oxidizing gas. It is preferable. By doing in this way, the escape of the sulfur element from raw material powder is suppressed, and the inorganic material for optical elements with high infrared transmittance can be obtained. This escape occurs, for example, in the form of release of compounds such as SOx (x is usually 0.5 to 3.0), H 2 S and the like.

不活性ガスは、反応性を有さないガスをいい、ヘリウム、アルゴン、窒素等を挙げることができる。非酸化性ガスとは、反応性を有するものの酸化反応を生じさせないガスをいい、一酸化炭素等の還元性ガス等を挙げることができる。これらの中でも不活性ガスが好ましい。 The inert gas refers to a gas having no reactivity, and examples thereof include helium, argon, and nitrogen. A non-oxidizing gas refers to a gas that has reactivity but does not cause an oxidation reaction, and includes a reducing gas such as carbon monoxide. Among these, an inert gas is preferable.

雰囲気圧(P2)が0.1MPa未満の場合は、原料粉末からの硫黄元素の逃散の制御が困難になり、得られる無機材料の赤外線透過性が低下するおそれがある。雰囲気圧(P2)としては、0.3MPa以上がより好ましく、0.4MPa以上がさらに好ましい。なお、この雰囲気圧(P2)の上限としては、特に制限されないが、例えば1MPaとすることができる。 When the atmospheric pressure (P2) is less than 0.1 MPa, it is difficult to control the escape of sulfur element from the raw material powder, and the infrared transmittance of the resulting inorganic material may be reduced. The atmospheric pressure (P2) is more preferably 0.3 MPa or more, and further preferably 0.4 MPa or more. In addition, although it does not restrict | limit especially as an upper limit of this atmospheric pressure (P2), For example, it can be 1 MPa.

熱間圧縮成形の時間(不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方により雰囲気圧を0.1MPa以上(好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.4MPa以上)とし、ホットプレスによる加熱加圧状態を保持する時間)としては、6時間以上30時間以下が好ましく、12時間以上がより好ましく、18時間以上がさらに好ましい。この時間が6時間未満の場合は、十分な成形が行われず、得られる無機材料の赤外線透過性や強度が低下するおそれがある。一方、30時間を超える場合は、時間がかかり非効率的である。 Hot compression molding time (atmospheric pressure is set to 0.1 MPa or more (preferably 0.3 MPa or more, more preferably 0.4 MPa or more) by one or both of inert gas and non-oxidizing gas), and by hot press The time during which the heating and pressing state is maintained is preferably 6 hours or more and 30 hours or less, more preferably 12 hours or more, and further preferably 18 hours or more. When this time is less than 6 hours, sufficient shaping | molding is not performed and there exists a possibility that the infrared transmittance and intensity | strength of the inorganic material obtained may fall. On the other hand, when it exceeds 30 hours, it takes time and is inefficient.

(4)第四工程
第三工程の熱間圧縮成形により得られる成形物は、通常、室温まで冷却後、ホットプレス用耐熱モールドから取り出し、研削、研磨等の加工がなされる。このようにして、第一の実施の形態に係る光学素子用無機材料を得ることができる。
(4) Fourth step The molded product obtained by hot compression molding in the third step is usually cooled to room temperature, then taken out from the heat-resistant mold for hot pressing, and subjected to processing such as grinding and polishing. Thus, the inorganic material for optical elements which concerns on 1st embodiment can be obtained.

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the configuration thereof can be changed without changing the gist of the present invention.

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the contents of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited to a following example.

[実施例1]
純度99.5%、平均粒子径4.2μmの硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末200gを内径100mmのホットプレス用黒鉛耐熱モールドに充填し、雰囲気圧が0.1Pa以下になるまで減圧した。次いで、モールドを10℃/分の速度で800℃まで昇温して2時間保持した(第一工程)。次に、前記雰囲気圧を保ちつつ、ホットプレスを5℃/分の速度で1000℃まで昇温しながら、3.25MPa/分の速度で65MPaまで加圧した(第二工程)。この後、1000℃、65MPaの加熱加圧状態を保ちつつ、Arガスを雰囲気圧が0.5MPa(ゲージ圧)になるまで送入した。前記ホットプレスの加熱加圧状態(1000℃、65MPa)及び雰囲気圧(0.5MPa)を24時間維持することで熱間圧縮成形を行った(第三工程)。この後、得られた成形物を冷却した後モールドから取り出し、表面研削及び研磨加工し、直径100mm、厚さ6mmの光学素子用無機材料を得た(第四工程)。
[Example 1]
200 g of zinc sulfide cubic crystal particle powder having a purity of 99.5% and an average particle size of 4.2 μm was filled in a graphite heat resistant mold for hot press having an inner diameter of 100 mm, and the pressure was reduced until the atmospheric pressure became 0.1 Pa or less. Next, the mold was heated to 800 ° C. at a rate of 10 ° C./min and held for 2 hours (first step). Next, while maintaining the atmospheric pressure, the hot press was pressurized to 65 MPa at a rate of 3.25 MPa / min while raising the temperature to 1000 ° C. at a rate of 5 ° C./min (second step). Thereafter, Ar gas was fed until the atmospheric pressure became 0.5 MPa (gauge pressure) while maintaining the heating and pressing state at 1000 ° C. and 65 MPa. Hot compression molding was performed by maintaining the hot press state (1000 ° C., 65 MPa) and the atmospheric pressure (0.5 MPa) for 24 hours (third step). Then, after cooling the obtained molding, it was taken out from the mold, surface-ground and polished, and an inorganic material for optical elements having a diameter of 100 mm and a thickness of 6 mm was obtained (fourth step).

(評価)
得られた光学素子用無機材料から直径30mm、厚さ2mm及び4mmの2種類の光学特性評価試料を切り出し、フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光社製、FT/IR−6300)により、2.5μm〜14μmの波長領域の光透過率を測定した。厚さ2mmの試料の測定結果を図1に、厚さ4mmの試料の計測結果を図2に示す。
(Evaluation)
Two types of optical property evaluation samples having a diameter of 30 mm, a thickness of 2 mm, and a thickness of 4 mm were cut out from the obtained inorganic material for optical elements, and 2 samples were obtained using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT / IR-6300, manufactured by JASCO Corporation). The light transmittance in the wavelength region of 5 μm to 14 μm was measured. FIG. 1 shows the measurement result of a sample having a thickness of 2 mm, and FIG. 2 shows the measurement result of a sample having a thickness of 4 mm.

図1に示されるように、厚さ2mmでの光透過率は、2.5〜3μm波長領域で34〜43%、4〜6μm波長領域で57〜67%、7〜12μm波長領域で62〜72%、13〜14μm波長領域で43〜58%であり、良好な透光性を有することが確認できた。さらに図2に示されるように、厚さ4mmでの光透過率は、2.5〜3μm波長領域で18〜28%、4〜6μm波長領域で47〜63%、7〜12μm波長領域で51〜70%、13〜14μm波長領域で25〜45%と、十分な透光性を有することが確認できた。 As shown in FIG. 1, the light transmittance at a thickness of 2 mm is 34 to 43% in the 2.5 to 3 μm wavelength region, 57 to 67% in the 4 to 6 μm wavelength region, and 62 to 62 in the 7 to 12 μm wavelength region. It was 72% and 43 to 58% in the 13 to 14 μm wavelength region, and it was confirmed that the film had good translucency. Further, as shown in FIG. 2, the light transmittance at a thickness of 4 mm is 18 to 28% in the 2.5 to 3 μm wavelength region, 47 to 63% in the 4 to 6 μm wavelength region, and 51 in the 7 to 12 μm wavelength region. It was confirmed that the film had sufficient translucency at ˜70% and 25˜45% in the 13-14 μm wavelength region.

得られた光学素子用無機材料に対して、ICPにより元素分析を行い、ZnとSとの元素比率を算出した。Zn(100)に対し、Sが0.81であった。 The obtained inorganic material for optical elements was subjected to elemental analysis by ICP, and the element ratio of Zn and S was calculated. For Zn (1. 00), S was 0.81.

得られた光学素子用無機材料から、厚さ方向の切断面試料片を切り出し、試料片の切断面中心付近をクロスセクションポリッシャーにより研磨し、この切断面を電界放射型走査電子顕微鏡により観察した。この切断面の電界放射型走査電子顕微鏡写真を図3に示す。観測される気孔の直径は0.1〜0.5μmの範囲内であり、平均径は0.3μmであった。結晶粒径は2〜10μmの範囲内であり、平均結晶粒径は6μmであった。なお、図3の写真における結晶粒界(例えば白色部分)に非結晶質が存在していると推測される。 A cut surface sample piece in the thickness direction was cut out from the obtained inorganic material for optical elements, the vicinity of the center of the cut surface of the sample piece was polished by a cross section polisher, and this cut surface was observed with a field emission scanning electron microscope. A field emission scanning electron micrograph of this cut surface is shown in FIG. The observed pore diameter was in the range of 0.1 to 0.5 μm, and the average diameter was 0.3 μm. The crystal grain size was in the range of 2-10 μm, and the average crystal grain size was 6 μm. In addition, it is estimated that an amorphous substance exists in the crystal grain boundary (for example, white part) in the photograph of FIG.

エネルギー分散型X線分光法により、図3において四角で囲んだ部分(結晶内)の組成分析を行った。この分析結果から、ZnとSとの元素比率は、Zn(100)に対し、Sが0.92であった。また、X線回折装置により結晶構造は立方晶系からなることを確認した。 The composition analysis of the portion surrounded by a square in FIG. 3 (inside the crystal) was performed by energy dispersive X-ray spectroscopy. Element ratio from this analysis, Zn and S, compared Zn (1. 00), S is 0.92. Further, it was confirmed by an X-ray diffractometer that the crystal structure was cubic.

得られた光学素子用無機材料の3点曲げ強さをJIS R1601(ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法)に準拠して測定した。測定された3点曲げ強さは110MPaであった。また、曲げ強さ試験後の試料破断面の電界放射型走査電子顕微鏡写真を図4に示す。粒界破断と粒内破断とが混在して起きていることがわかる。 The three-point bending strength of the obtained inorganic material for optical elements was measured based on JIS R1601 (room temperature bending strength test method for fine ceramics). The measured 3-point bending strength was 110 MPa. A field emission scanning electron micrograph of the sample fracture surface after the bending strength test is shown in FIG. It can be seen that intergranular fracture and intragranular fracture occur together.

[参考例1]
第一工程における保持時間を1時間とし、第三工程における保持時間(熱間圧縮成形時間)を15時間にしたこと以外は実施例1と同様の製造方法により光学素子用無機材料を得た。
[ Reference Example 1 ]
An inorganic material for an optical element was obtained by the same production method as in Example 1, except that the holding time in the first step was 1 hour and the holding time (hot compression molding time) in the third step was 15 hours.

厚さ4mmの光学特性試料を作製し、実施例1と同様にして2.5μm〜14μmの波長領域の光透過率を測定した。測定結果を図5に示す。
光透過率は、2.5〜3μm波長領域で1〜2%、4〜6μm波長領域で13〜41%、7〜12μm波長領域で45〜62%、13〜14μm波長領域で24〜43%と、十分な透光性を有することが確認できた。
An optical property sample having a thickness of 4 mm was prepared, and the light transmittance in the wavelength region of 2.5 μm to 14 μm was measured in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG.
The light transmittance is 1 to 2% in the 2.5 to 3 μm wavelength region, 13 to 41% in the 4 to 6 μm wavelength region, 45 to 62% in the 7 to 12 μm wavelength region, and 24 to 43% in the 13 to 14 μm wavelength region. It was confirmed that it has sufficient translucency.

[参考例2]
第一工程における保持時間を1時間とし、第二工程における加熱温度及び第三工程における保持温度を950℃、第三工程における保持時間(熱間圧縮成形時間)を6時間、Arガスによる雰囲気圧を0.3MPa(ゲージ圧)にしたこと以外は実施例1と同様の製造方法により光学素子用無機材料を得た。
[ Reference Example 2 ]
The holding time in the first step is 1 hour, the heating temperature in the second step and the holding temperature in the third step are 950 ° C., the holding time in the third step (hot compression molding time) is 6 hours, and the atmospheric pressure by Ar gas An inorganic material for optical elements was obtained by the same production method as in Example 1 except that the pressure was changed to 0.3 MPa (gauge pressure).

厚さ4mmの光学特性試料を作製し、実施例1と同様にして2.5μm〜14μmの波長領域の光透過率を測定した。測定結果を図6に示す。
光透過率は、2.5〜3μm波長領域で0%、4〜6μm波長領域で0〜6%、7〜12μm波長領域で0〜21%、13〜14μm波長領域で10〜18%と、透光性を有することが確認できた。
An optical property sample having a thickness of 4 mm was prepared, and the light transmittance in the wavelength region of 2.5 μm to 14 μm was measured in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG.
The light transmittance is 0% in the 2.5-3 μm wavelength region, 0-6% in the 4-6 μm wavelength region, 0-21% in the 7-12 μm wavelength region, 10-18% in the 13-14 μm wavelength region, It was confirmed to have translucency.

[参考例3]
第一工程における保持時間を1時間とし、第三工程における保持時間(熱間圧縮成形時間)を6時間にしたこと以外は実施例1と同様の製造方法により光学素子用無機材料を得た。
[ Reference Example 3 ]
An inorganic material for optical elements was obtained by the same production method as in Example 1, except that the holding time in the first step was 1 hour and the holding time (hot compression molding time) in the third step was 6 hours.

厚さ4mmの光学特性試料を作製し、実施例1と同様にして2.5μm〜14μmの波長領域の光透過率を測定した。測定結果を図7に示す。
光透過率は、2.5〜3μm波長領域で1〜3%、4〜6μm波長領域で15〜42%、7〜12μm波長領域で43〜62%、13〜14μm波長領域で23〜44%と、透光性を有することが確認できた。
An optical property sample having a thickness of 4 mm was prepared, and the light transmittance in the wavelength region of 2.5 μm to 14 μm was measured in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG.
The light transmittance is 1 to 3% in the 2.5 to 3 μm wavelength region, 15 to 42% in the 4 to 6 μm wavelength region, 43 to 62% in the 7 to 12 μm wavelength region, and 23 to 44% in the 13 to 14 μm wavelength region. It was confirmed that it has translucency.

[参考例4]
第一工程における保持時間を1時間とし、第二工程における加熱温度及び第三工程における保持温度を1050℃、第三工程における保持時間(熱間圧縮成形時間)を6時間、Arガスによる雰囲気圧を0.3MPa(ゲージ圧)にしたこと以外は実施例1と同様の製造方法により光学素子用無機材料を得た。
[ Reference Example 4 ]
The holding time in the first step is 1 hour, the heating temperature in the second step and the holding temperature in the third step are 1050 ° C., the holding time in the third step (hot compression molding time) is 6 hours, and the atmospheric pressure by Ar gas An inorganic material for optical elements was obtained by the same production method as in Example 1 except that the pressure was changed to 0.3 MPa (gauge pressure).

厚さ4mmの光学特性試料を作製し、実施例1と同様にして2.5μm〜14μmの波長領域の光透過率を測定した。測定結果を図7に示す。
光透過率は、2.5〜3μm波長領域で0%、4〜6μm波長領域で0〜2%、7〜12μm波長領域で0〜22%、13〜14μm波長領域で14〜23%と、透光性を有することが確認できた。
An optical property sample having a thickness of 4 mm was prepared, and the light transmittance in the wavelength region of 2.5 μm to 14 μm was measured in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG.
The light transmittance is 0% in the 2.5-3 μm wavelength region, 0-2% in the 4-6 μm wavelength region, 0-22% in the 7-12 μm wavelength region, 14-23% in the 13-14 μm wavelength region, It was confirmed to have translucency.

[比較例1]
第一工程における昇温を500℃まで、保持時間を1時間とし、第二工程における加熱温度及び第三工程における保持温度を800℃、第三工程における保持時間(熱間圧縮成形時間)を6時間、Arガスによる雰囲気圧を0.3MPa(ゲージ圧)としたこと以外は実施例1と同様の製造方法により光学素子用無機材料を得た。実施例1と同様にして光学特性評価試料を作製し、7〜12μm波長領域の最大光透過率を測定したところ1%であった。
[Comparative Example 1]
The temperature rise in the first step is up to 500 ° C., the holding time is 1 hour, the heating temperature in the second step and the holding temperature in the third step are 800 ° C., and the holding time in the third step (hot compression molding time) is 6 An inorganic material for optical elements was obtained by the same production method as in Example 1 except that the atmospheric pressure by Ar gas was 0.3 MPa (gauge pressure). A sample for evaluating optical characteristics was prepared in the same manner as in Example 1, and the maximum light transmittance in the 7 to 12 μm wavelength region was measured and found to be 1%.

本発明に係る光学素子用無機材料は、赤外線センサ、赤外線画像処理装置、赤外線レーザ等、赤外線を利用する装置の窓材やレンズ等の材料等として好適に用いることができる。 The inorganic material for an optical element according to the present invention can be suitably used as a material for a window material or a lens of an apparatus using infrared rays such as an infrared sensor, an infrared image processing apparatus, and an infrared laser.

Claims (13)

亜鉛と硫黄とからなる化合物を主体とする光学素子用無機材料において、
亜鉛に対する硫黄の元素比率(S/Zn)が0.80以上0.95以下であることを特徴とする光学素子用無機材料。
In an inorganic material for optical elements mainly composed of a compound consisting of zinc and sulfur,
An inorganic material for optical elements, wherein the element ratio of sulfur to zinc (S / Zn) is 0.80 or more and 0.95 or less.
請求項1記載の光学素子用無機材料において、
前記化合物としてZnS1−x(0<x≦0.2)で表される立方晶系多結晶体を含み、該立方晶系多結晶体の平均結晶粒径が0.5μm以上20μm以下であることを特徴とする光学素子用無機材料。
In the inorganic material for optical elements according to claim 1,
The compound includes a cubic polycrystal represented by ZnS 1-x (0 <x ≦ 0.2), and the average crystal grain size of the cubic polycrystal is 0.5 μm or more and 20 μm or less. An inorganic material for optical elements.
請求項2記載の光学素子用無機材料において、
前記化合物として前記立方晶系多結晶体の結晶間に介在する非晶質体をさらに含むことを特徴とする光学素子用無機材料。
In the inorganic material for optical elements according to claim 2,
An inorganic material for optical elements, further comprising an amorphous body interposed between crystals of the cubic polycrystal as the compound.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学素子用無機材料において、
厚さ2mmでの最大光透過率が、7〜12μm波長領域で62%以上75%以下であることを特徴とする光学素子用無機材料。
In the inorganic material for optical elements according to any one of claims 1 to 3,
An inorganic material for an optical element, wherein the maximum light transmittance at a thickness of 2 mm is 62% or more and 75% or less in a wavelength range of 7 to 12 μm.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学素子用無機材料において、
厚さ2mmでの最大光透過率が、2.5〜3μm波長領域で34%以上45%以下、4〜6μm波長領域で57%以上70%以下、13〜14μm波長領域で43%以上60%以下であることを特徴とする光学素子用無機材料。
In the inorganic material for optical elements according to any one of claims 1 to 4,
Maximum light transmittance at a thickness of 2 mm is 34% to 45% in the 2.5 to 3 μm wavelength region, and 57% to 70% in the 4 to 6 μm wavelength region, and 43% to 60% in the 13 to 14 μm wavelength region. An inorganic material for optical elements, characterized by:
請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学素子用無機材料において、
気孔を含有し、該気孔の平均径が0.1μm以上0.5μm以下であることを特徴とする光学素子用無機材料。
In the inorganic material for optical elements according to any one of claims 1 to 5,
An inorganic material for optical elements, comprising pores, wherein the pores have an average diameter of 0.1 μm to 0.5 μm.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学素子用無機材料において、
3点曲げ強度が80MPa以上180MPa以下であることを特徴とする光学素子用無機材料。
In the inorganic material for optical elements according to any one of claims 1 to 6,
An inorganic material for optical elements, having a three-point bending strength of 80 MPa or more and 180 MPa or less.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の光学素子用無機材料において、
不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方によって0.1MPa以上とした雰囲気圧下での、硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末の熱間圧縮成形により形成されていることを特徴とする光学素子用無機材料。
In the inorganic material for optical elements according to any one of claims 1 to 7,
It is formed by hot compression molding of zinc sulfide cubic crystal particle powder under an atmospheric pressure of 0.1 MPa or more by one or both of an inert gas and a non-oxidizing gas. Inorganic materials for devices.
請求項1〜8のいずれか1項に記載の光学素子用無機材料と、
該光学素子用無機材料の表面に積層された反射防止膜と
を備え、
厚さ2mmでの最大光透過率が、7〜12μm波長領域で75%以上90%以下であることを特徴とする光学素子用部品。
The inorganic material for optical elements according to any one of claims 1 to 8,
An antireflection film laminated on the surface of the inorganic material for optical elements,
A component for an optical element, wherein the maximum light transmittance at a thickness of 2 mm is 75% or more and 90% or less in a wavelength range of 7 to 12 μm.
硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末をホットプレス用耐熱モールドに充填し、0.1Pa以下の雰囲気圧(P1)下で加熱脱気する第一工程、
前記雰囲気圧(P1)を保ちつつ、ホットプレスにより前記ホットプレス用耐熱モールド内の充填物を850℃以上1100℃以下の温度範囲(t2)まで昇温させながら20MPa以上70MPa以下の圧力範囲まで加圧する第二工程、及び
前記温度範囲(t2)及び前記圧力範囲を保ちつつ、不活性ガス及び非酸化性ガスのいずれか一方又は双方により0.1MPa以上の雰囲気圧(P2)とし、該雰囲気圧(P2)下で熱間圧縮成形をする第三工程
を有することを特徴とする光学素子用無機材料の製造方法。
A first step of filling a zinc sulfide cubic crystal particle powder in a heat-resistant mold for hot pressing and heating and degassing under an atmospheric pressure (P1) of 0.1 Pa or less,
While maintaining the atmospheric pressure (P1), the filling in the heat-resistant mold for hot pressing is heated to a temperature range (t2) of 850 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower by hot pressing to a pressure range of 20 MPa or higher and 70 MPa or lower. The atmospheric pressure (P2) of 0.1 MPa or more by one or both of the inert gas and the non-oxidizing gas while maintaining the temperature range (t2) and the pressure range. (P2) A method for producing an inorganic material for optical elements, comprising a third step of performing hot compression molding under (P2).
請求項10記載の光学素子用無機材料の製造方法において、
前記硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末の純度が97%以上、亜鉛に対する硫黄の元素比率(S/Zn)が0.99以上1.01以下、平均粒子径が10μm以下であることを特徴とする光学素子用無機材料の製造方法。
In the manufacturing method of the inorganic material for optical elements of Claim 10,
The zinc sulfide cubic crystal particle powder has a purity of 97% or more, an element ratio of sulfur to zinc (S / Zn) of 0.99 to 1.01, and an average particle diameter of 10 μm or less. A method for producing an inorganic material for optical elements.
請求項10又は11記載の光学素子用無機材料の製造方法において、
前記第一工程の加熱脱気を、室温から400℃以上850℃未満の温度範囲(t1)まで3〜20℃/分の速度で昇温し、次いで該温度範囲(t1)を1〜4時間保つことにより行い、
前記第二工程の昇温を2〜10℃/分の速度で、加圧を2.5〜5.0MPa/分の速度で行い、
前記第三工程における熱間圧縮成形を6時間以上30時間以下行うことを特徴とする光学素子用無機材料の製造方法。
In the manufacturing method of the inorganic material for optical elements of Claim 10 or 11,
In the first step, heat deaeration is performed at a rate of 3 to 20 ° C./minute from room temperature to a temperature range (t1) of 400 ° C. or more and less than 850 ° C., and then the temperature range (t1) is set for 1 to 4 hours. Done by keeping,
The second step is performed at a rate of 2 to 10 ° C./min and pressurization is performed at a rate of 2.5 to 5.0 MPa / min,
The method for producing an inorganic material for an optical element, wherein the hot compression molding in the third step is performed for 6 hours to 30 hours.
請求項10〜12のいずれか1項に記載の光学素子用無機材料の製造方法において、
前記第三工程における熱間圧縮成形を、前記雰囲気圧(P2)の調整により、前記硫化亜鉛立方晶系結晶粒子粉末からの硫黄元素の逃散を制御しながら行うことを特徴とする光学素子用無機材料の製造方法。
In the manufacturing method of the inorganic material for optical elements of any one of Claims 10-12,
Inorganic for optical elements, wherein the hot compression molding in the third step is performed while controlling escape of sulfur element from the zinc sulfide cubic crystal particle powder by adjusting the atmospheric pressure (P2) Material manufacturing method.
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