JP2015074589A

JP2015074589A - 紫外線発光素子用カバーガラス

Info

Publication number: JP2015074589A
Application number: JP2013212596A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　史雄; Fumio Sato; 史雄佐藤
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2015-04-20

Abstract

【課題】所望の光学特性を有し、かつ、加工性に優れ量産が可能な紫外線発光素子用カバーガラスを提供する。
【解決手段】肉厚１ｍｍで波長２５５ｎｍにおける光透過率が６０％以上のＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスからなることを特徴とする紫外線発光素子用カバーガラス。
【選択図】なし

Description

本発明は、紫外線発光素子を保護するためのカバーガラスに関する。

紫外線発光素子は、殺菌、消毒、浄水、センシング、樹脂硬化等の各種用途に用いられる。従来、紫外線発光素子として水銀灯が多く使用されてきたが、近年は、より環境負荷の少ないＬＥＤ（発光ダイオード）への転換が検討されつつある。

紫外線ＬＥＤには、光出射部分に光学レンズが取り付けられることがある。当該光学レンズは、紫外線ＬＥＤチップを保護するカバー部材としての機能を果たすとともに、紫外線ＬＥＤから発せられた光を集光したり拡大する働きがある。当該光学レンズの材料として、例えば、概ね波長３５０ｎｍ以下の短波長域（深紫外域）において透過特性に優れた石英ガラスが用いられている。

特開２００５−２０３４８１号公報

石英ガラスは硬度が高いため、加工性に劣り量産が困難である。また、非常に高価である。

以上の課題に鑑み、本発明は、所望の光学特性を有し、かつ、加工性に優れ量産が可能な紫外線発光素子用カバーガラスを提供することを目的とする。

本発明の紫外線発光素子用カバーガラスは、肉厚１ｍｍで波長２５５ｎｍにおける光透過率が６０％以上のＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスからなることを特徴とする。

本発明の紫外線発光素子用カバーガラスは、質量％で、ＳｉＯ_２５０〜８５％、Ｂ_２Ｏ_３１５〜５０％、及び、Ｒ_２Ｏ０〜２０％（ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種）を含有することが好ましい。

本発明の紫外線発光素子用カバーガラスは、さらに、質量％で、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１５％、Ｒ’Ｏ０〜２０％（Ｒ’はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択される少なくとも１種）、及び、Ｆ_２０〜４％を含有することが好ましい。

本発明の紫外線発光素子用カバーガラスは、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量が５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。

本発明の紫外線発光素子用カバーガラスは、レンズとしての機能を備えることが好ましい。

本発明によれば、所望の光学特性を有し、かつ、加工性に優れ量産が可能な紫外線発光素子用カバーガラスを提供することができる。

本発明の紫外線発光素子用カバーガラスは、概ね波長３５０ｎｍ以下の深紫外域において良好な光透過率を有する。それにより、紫外線発光素子から発せられた光を効率良く外部に透過させることが可能となる。具体的には、本発明の紫外線発光素子用カバーガラスは、肉厚１ｍｍで波長２５５ｎｍにおける光透過率が６０％以上であり、７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、８５％以上であることがさらに好ましい。また、肉厚１ｍｍで波長２００ｎｍにおける光透過率が３０％以上であることが好ましく、４０％以上であることがより好ましく、５０％以上であることがさらに好ましい。

本発明の紫外線発光素子用カバーガラスは、上記特性を満足するＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスであれば特に限定されない。具体的には、本発明の紫外線透過光学ガラスは、質量％で、ＳｉＯ_２５０〜８５％、Ｂ_２Ｏ_３１５〜５０％、及び、Ｒ_２Ｏ０〜２０％（ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種）を含有することが好ましい。ガラス組成範囲をこのように限定した理由を以下に述べる。なお、以下のガラス組成に関する説明において、「％」は特に断りのない限り「質量％」を意味する。

ＳｉＯ_２はガラス骨格を構成する成分であり、紫外線透過率と耐失透性を向上させる効果を有する。また、耐候性を向上させる効果もある。ＳｉＯ_２の含有量は５０〜８５％が好ましく、６０〜７０％がより好ましく、６１〜６７％がさらに好ましい。ＳｉＯ_２の含有量が少なすぎると、ガラス化が困難になったり、紫外線透過率が低下する傾向がある。一方、ＳｉＯ_２の含有量が多すぎると、溶融温度が上昇したり、耐失透性や清澄性に劣る傾向がある。また、加工性が低下する傾向がある。結果として、量産性に劣る傾向がある。

Ｂ_２Ｏ_３はガラス骨格を構成する成分であり、耐失透性を向上させる効果がある。また、溶融温度を低下させるとともに、硬度を低下させて加工性を高める効果がある。なお、Ｂ_２Ｏ_３は紫外線透過率をあまり低下させず、かつ、Ｒ_２ＯやＲ’Ｏによる紫外線吸収を抑制する効果がある。よって、Ｂ_２Ｏ_３を積極的に含有させることにより、高い紫外線透過率を維持しつつ、製造工程での設備への負担を軽減し、量産性を向上させることが可能となる。Ｂ_２Ｏ_３含有量は１５〜５０％が好ましく、１８〜３５％がより好ましく、２０〜２５％がさらに好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、溶融温度が上昇したり、加工性が低下して、量産性に劣る傾向がある。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、分相してガラスの安定性が低下する傾向がある。

Ｒ_２Ｏは溶融温度を低下させるとともに、硬度を低下させて加工性を高める効果がある。Ｒ_２Ｏの含有量（合量）は０〜２０％が好ましく、２〜１５％がより好ましく、６〜１１％がさらに好ましい。Ｒ_２Ｏの含有量が多すぎると、失透傾向が強くなってガラス化しにくくなり、また紫外線透過率が低下する傾向がある。なお、Ｒ_２Ｏの各成分の含有量も、それぞれ上記範囲であることが好ましい。

本発明の紫外線発光素子用カバーガラスには、上記成分以外にも下記の成分を含有させることができる。

Ａｌ_２Ｏ_３は、Ｂ_２Ｏ_３と同様に溶融温度を低下させるとともに、硬度を低下させて加工性を高める成分である。また、分相を抑制したり、Ｒ_２ＯやＲ’Ｏによる紫外線吸収を抑制する効果がある。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は０〜１５％が好ましく、３〜１０％がより好ましく、４〜８％がさらに好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、失透が生じて量産性が低下する傾向がある。

Ｒ’Ｏ（Ｒ’はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択される少なくとも１種）は、Ｒ_２Ｏと同様に溶融温度を低下させるとともに、硬度を低下させて加工性を高める成分である。Ｒ’Ｏの含有量（合量）は０〜２０％が好ましく、１〜１０％がより好ましく、２〜５％がさらに好ましい。Ｒ’Ｏの含有量が多すぎると、失透傾向が強くなってガラス化しにくくなり、また紫外線透過率が低下する傾向がある。なお、Ｒ’Ｏの各成分の含有量も、それぞれ上記範囲であることが好ましい。

Ｆ_２は紫外線透過率を高める成分である。Ｆ_２の含有量は０〜４％が好ましく、０．５〜３％がより好ましく、１〜２％がさらに好ましい。Ｆ_２の含有量が多すぎると、溶融時の蒸発が増加して脈理等が発生し、ガラスが不均質になりやすい。

不純物として混入しやすいＦｅ_２Ｏ_３は紫外線透過率を低下させやすいため、その含有量は極力少ないほうが好ましい。具体的には、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量は、５０ｐｐｍ以下が好ましく、３０ｐｐｍ以下がより好ましい。

本発明の紫外線発光素子用カバーガラスは板状以外にも、例えば凸レンズや凹レンズ等のレンズ形状を有していてもよい。紫外線発光素子用カバーガラスがレンズ形状を有する場合、紫外線発光素子を保護する機能以外にも、紫外線発光素子が発する光を集光したり、拡大するレンズとしての機能も備える。なお、レンズ状の紫外線発光素子用カバーガラスを金属部品とアセンブリして、レンズキャップとして使用することもできる。

次に本発明の紫外線発光素子用カバーガラスを作製する方法を説明する。

まず所望のガラス組成となるように調合した原料を溶融容器内で溶融し、溶融ガラスとする。溶融の際に、還元剤として金属アルミニウムを０．１質量％程度添加してもよい。次に溶融ガラスをインゴットに成形し、当該インゴットから適当な大きさの硝材を切り出し、研磨加工を施すことにより、紫外線発光素子用カバーガラスを得る。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例）
ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２６３．７％、Ａｌ_２Ｏ_３６．４％、Ｂ_２Ｏ_３２１．３％、Ｎａ_２Ｏ６．４％、Ｋ_２Ｏ１．９％、及び、Ｆ_２０．５％を含有するように原料を調製し、白金ルツボを用いて電気炉内にて１５００℃で４時間溶融した。得られた溶融ガラスをカーボン板上に流し出し、アニールした後、厚み１ｍｍに研磨加工することにより試料を作製した。

得られた試料について、紫外域における光透過率を測定したところ、波長２５５ｎｍにおける光透過率が８５％、波長２００ｎｍにおける光透過率が６０％であった。

（比較例）
ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２８０％、Ａｌ_２Ｏ_３２．５％、Ｂ_２Ｏ_３１２．５％、Ｎａ_２Ｏ４．５％、及び、Ｋ_２Ｏ０．５％を含有するように原料を調製したこと以外は、実施例と同様にして試料を作製した。

得られた試料について、紫外域における光透過率を測定したところ、波長２５５ｎｍでの光透過率が３５％、波長２００ｎｍでの光透過率が５％であった。

Claims

肉厚１ｍｍで波長２５５ｎｍにおける光透過率が６０％以上のＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスからなることを特徴とする紫外線発光素子用カバーガラス。
質量％で、ＳｉＯ_２５０〜８５％、Ｂ_２Ｏ_３１５〜５０％、及び、Ｒ_２Ｏ０〜２０％（ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種）を含有することを特徴とする請求項１に記載の紫外線発光素子用カバーガラス。
さらに、質量％で、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１５％、Ｒ’Ｏ０〜２０％（Ｒ’はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択される少なくとも１種）、及び、Ｆ_２０〜４％を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の紫外線発光素子用カバーガラス。
Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量が５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の紫外線発光素子用カバーガラス。
レンズとしての機能を備えることを特徴とする請求項１〜４に記載の紫外線発光素子用カバーガラス。