JP2016088760A - 赤外線透過ガラス、光学素子及びプリフォーム - Google Patents
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Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
【解決手段】赤外線透過ガラスは、酸化物基準のモル%で、Bi2O3成分を1.0〜60.0%、GeO2成分を0.5〜30.0%含有し、モル和(Bi2O3+TeO2)が20.0%以上80.0%以下、モル和(ZnO+BaO+Li2O)が5.0%以上50.0%以下であり、波長6000nmの光についての分光透過率が30%超である。
【選択図】なし
Description
具体的には、本発明は以下のものを提供する。
ZnO成分 0〜30.0%、
BaO成分 0〜25.0%、
Li2O成分 0〜30.0%、
Al2O3成分 0〜10.0%
Ga2O3成分 0〜10.0%
Na2O成分 0〜25.0%
K2O成分 0〜25.0%
SiO2成分 0〜10.0%
B2O3成分 0〜10.0%
P2O5成分を0〜10.0%
Ta2O5成分 0〜10.0%
Nb2O5成分 0〜10.0%
La2O3成分 0〜20.0%
Gd2O3成分 0〜20.0%
Y2O3成分 0〜20.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
MgO成分 0〜25.0%
CaO成分 0〜25.0%
SrO成分 0〜25.0%
WO3成分 0〜15.0%
TiO2成分 0〜15.0%
ZrO2成分 0〜15.0%
SnO成分 0〜10.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である(1)又は(2)記載の赤外線透過ガラス。
MO成分の含有量の和が30.0%以下、
Ln2O3成分の含有量の和が15.0%以下
である(1)から(8)のいずれか記載の赤外線透過ガラス(式中、MはMg、Ca、Sr及びBaからなる群より選択される1種以上であり、Lnは、Y、La、Gd及びYbからなる群より選択される1種以上である)。
本発明の赤外線透過ガラスを構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中において、各成分の含有量は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全物質量に対するモル%で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が溶融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総物質量を100モル%として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。
Bi2O3成分は、赤外線についての透過率を高め、ガラスの安定性を高め、且つガラス転移点や屈伏点を下げる必須成分である。従って、Bi2O3成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは2.0%、さらに好ましくは2.5%を下限とする。特に、TeO2成分の含有量の少ない態様では、Bi2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは25.0%を下限としてもよい。
他方で、Bi2O3成分の含有量を60.0%以下にすることで、ガラスの安定性を高められる。また、ガラス原料の熔解温度を低くでき、坩堝の成分等の溶け込みによる安定性の低下を抑えられる。従って、Bi2O3成分の含有量は、好ましくは60.0%、より好ましくは55.0%、さらに好ましくは50.0%を上限とする。より低温での熔解を可能にする観点では、Bi2O3成分の含有量を40.0%未満としてもよい。
Bi2O3成分は、原料としてBi2O3等を用いることができる。
特に、GeO2成分を0.5%以上含有することで、ガラスの耐失透性が高められるため、プレス成形の際に失透を生じ難くできる。また、ガラスの熱膨張が低減されるため、プレス成型時におけるガラスの割れを低減できる。従って、GeO2成分の含有量は、好ましくは0.5%以上、より好ましくは1.0%超、さらに好ましくは2.0%超、さらに好ましくは3.0%超とする。
他方で、GeO2成分の含有量を30.0%以下にすることで、ガラスの原料コストの上昇や、透過光の波長の上限(吸収端)が短波長側にシフトすることを抑えられるため、赤外線についての透過率の低下を抑えられる。従って、GeO2成分の含有量は、好ましくは30.0%以下、より好ましくは25.0%未満、さらに好ましくは20.0%未満、さらに好ましくは15.0%未満とする。
GeO2成分は、原料としてGeO2等を用いることができる。
特に、この和を20.0%以上にすることで、赤外線透過性及び耐失透性の低下、及び、ガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、モル和(Bi2O3+TeO2)は、好ましくは20.0%以上、より好ましくは30.0%超、より好ましくは40.0%超とする。
他方で、この和を80.0%以下にすることで、これら成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。従って、モル和(Bi2O3+TeO2)は、好ましくは80.0%、より好ましくは75.0%、さらに好ましくは70.0%を上限とする。
特に、この和を5.0%以上にすることで、赤外線についての透過率の低下させることなく、ガラスの安定性を高められる。従って、モル和(ZnO+BaO+Li2O)は、好ましくは5.0%以上、より好ましくは5.0%超、より好ましくは10.0%超、さらに好ましくは20.0%超、さらに好ましくは23.0%超とする。
他方で、この和を50.0%以下にすることで、これら成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。また、ガラスを軟化させた際の粘性の低下を抑えられる。従って、モル和(ZnO+BaO+Li2O)は、好ましくは50.0%、より好ましくは48.0%、さらに好ましくは45.0%を上限とする。
他方で、TeO2成分の含有量を80.0%以下にすることで、ガラスの失透を低減でき、且つ、ガラス原料を熔解する際の坩堝や、プレス成型時の金型への不純物の形成を低減できる。従って、TeO2成分の含有量は、好ましくは80.0%、より好ましくは74.0%、さらに好ましくは68.0%、さらに好ましくは65.0%を上限とする。
TeO2成分は、原料としてTeO2等を用いることができる。
他方で、ZnO成分の含有量を30.0%以下にすることで、過剰な含有によるガラスの失透を抑えられる。従って、ZnO成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは20.0%、さらに好ましくは17.0%、さらに好ましくは15.0%を上限とする。
ZnO成分は、原料としてZnO、ZnF2等を用いることができる。
他方で、BaO成分の含有量を25.0%以下にすることで、過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。従って、BaO成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは17.0%、さらに好ましくは15.0%を上限とする。
BaO成分は、原料としてBaCO3、Ba(NO3)2等を用いることができる。
他方で、Li2O成分の含有量を30.0%以下にすることで、ガラスの膨張係数を低減でき、且つ過剰な含有によるガラスの失透を抑えられる。従って、Li2O成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは22.0%、さらに好ましくは20.0%を上限とする。
Li2O成分は、原料としてLi2CO3、LiNO3、LiF等を用いることができる。
他方で、Al2O3成分及びGa2O3成分の含有量をそれぞれ10.0%以下にすることで、吸収端が短波長側にシフトすることを抑えられるため、赤外線についての透過率の低下を抑えられる。従って、Al2O3成分及びGa2O3成分の含有量は、それぞれ好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満とする。
Al2O3成分及びGa2O3成分は、原料としてAl2O3、Al(OH)3、AlF3、Ga2O3等を用いることができる。
他方で、Na2O成分及びK2O成分の含有量をそれぞれ25.0%以下にすることで、過剰な含有による失透を抑え、且つガラスの耐水性を高めることができる。従って、Na2O成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは2.5%を上限とする。
Na2O成分及びK2O成分は、原料としてNa2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6、K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いることができる。
他方で、SiO2成分、B2O3成分及びP2O5成分の含有量をそれぞれ10.0%以下にすることで、吸収端が短波長側にシフトすることを抑えられるため、赤外線についての透過率の低下を抑えられる。従って、SiO2成分、B2O3成分及びP2O5成分の含有量は、それぞれ好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
SiO2成分、B2O3成分及びP2O5成分は、原料としてSiO2、K2SiF6、Na2SiF6、H3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4、Al(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等を用いることができる。
他方で、Ta2O5成分及びNb2O5成分の含有量をそれぞれ10.0%以下にすることで、赤外線透過特性の低下を抑えられ、ガラスの材料コストを低減でき、且つ過剰な含有による失透を低減できる。従って、Ta2O5成分及びNb2O5成分の含有量は、それぞれ好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Ta2O5成分及びNb2O5成分は、原料としてTa2O5、Nb2O5等を用いることができる。
他方で、La2O3成分、Gd2O3成分及びY2O3成分の含有量をそれぞれ20.0%以下にし、又は、Yb2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの安定性を高められる。従って、La2O3成分、Gd2O3成分及びY2O3成分の含有量は、それぞれ好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。また、Yb2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
La2O3成分、Gd2O3成分、Y2O3成分及びYb2O3成分は、原料としてLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)、Gd2O3、GdF3、Y2O3、YF3、Yb2O3等を用いることができる。
他方で、MgO成分、CaO成分及びSrO成分の含有量をそれぞれ25.0%以下にすることで、過剰な含有による失透を抑えられる。従って、MgO成分、CaO成分及びSrO成分の含有量は、それぞれ好ましくは25.0%以下、より好ましくは20.0%未満、さらに好ましくは15.0%未満とする。
MgO成分、CaO成分及びSrO成分は、原料としてMgCO3、MgF2、CaCO3、CaF2、Sr(NO3)2、SrF2等を用いることができる。
他方で、WO3成分の含有量を15.0%以下にすることで、過剰な含有による失透を抑えられる。また、透過光の上限波長の短波長側へのシフトを抑えられるため、赤外線についての透過率の低下を抑えられる。従って、WO3成分の含有量は、好ましくは15.0%以下、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは7.0%未満とする。
WO3成分は、原料としてWO3等を用いることができる。
他方で、TiO2成分及びZrO2成分の含有量をそれぞれ15.0%以下にすることで、過剰な含有による失透を抑えられる。また、特にZrO2成分の含有量を低減することで、ガラス原料をより低温で熔解し易くできる。従って、TiO2成分及びZrO2成分の含有量は、それぞれ好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
TiO2成分及びZrO2成分は、原料としてTiO2、ZrO2、ZrF4等を用いることができる。
他方で、SnO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、熔融ガラスの還元によるガラスの着色や、ガラスの失透を低減できる。また、SnO2成分と熔解設備(特にPt等の貴金属)の合金化が低減されるため、熔解設備の長寿命化を図れる。従って、SnO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
SnO2成分は、原料としてSnO、SnO2、SnF2、SnF4等を用いることができる。
他方で、Sb2O3成分の含有量を1.0%以下にすることで、ガラス溶融時における過度の発泡を生じ難くすることができ、Sb2O3成分が溶解設備(特にPt等の貴金属)と合金化し難くすることができる。従って、Sb2O3成分の含有量は、好ましくは3.0%、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは0.5%を上限とする。
Sb2O3成分は、原料としてSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いることができる。
他方で、R2O成分の含有量の和(モル和)を0%超としてもよい。これにより、ガラス原料の溶解性と、ガラスの安定性を高められ、且つガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、R2O成分の含有量のモル和は、好ましくは0%超、より好ましくは5.0%超、さらに好ましくは8.0%超、さらに好ましくは10.0%超、さらに好ましくは13.0%超としてもよい。
他方で、MO成分の含有量の和(モル和)を0%超としてもよい。これにより、特にTeO2成分の含有量の少ない態様では、ガラスの安定性を高められる。従って、この場合におけるMO成分の含有量のモル和は、好ましくは0%超、より好ましくは5.0%超、さらに好ましくは10.0%超、さらに好ましくは13.0%超としてもよい。
ガラスの安定性を高められる。従って、Ln2O3成分の合計含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
他方で、F成分及びCl成分の合量が20.0%を超えると、ガラスの耐失透性が低下しやすくなる。そのため、F成分及びCl成分の合計量を20.0%以下にすることで、上述の効果を十分に発揮でき、且つガラスの失透を抑えられる。従って、F成分及びCl成分の合量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
F成分及びCl成分は、原料としてZr、Al、Zn、アルカリ金属又はアルカリ土類金属等の、フッ化物又は塩化物を用いることができる。
次に、本発明の赤外線透過ガラスに含有すべきでない成分、及び含有することが好ましくない成分について説明する。
本発明の赤外線透過ガラスは、例えば以下のように作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、金坩堝、白金坩堝又は白金合金坩堝に入れて700〜1200℃の温度範囲で溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、適当な温度に下げてから金型に鋳込み、徐冷することにより作製される。
また、原料混合物の熔解は、金坩堝を用いることが好ましい。金坩堝を用いることで、均質の高いガラスを容易に得ることができる。また、石英坩堝を使った場合のように坩堝のSiO2成分が溶け込んでガラスに入ることがなく、それによる赤外線透過特性の低下を抑えられる。また、白金坩堝を使った場合のように熔解したガラス原料が坩堝を侵食し、それにより坩堝に穴が開くことも抑えられる。
本発明の赤外線透過ガラスは、赤外線について高い透過率を有する。特に、本発明の赤外線透過ガラスは、波長6000nmの光についての透過率が、好ましくは30%超、より好ましくは40%超、さらに好ましくは50%以上である。これにより、赤外線についての透過率が高められ、赤外線を透過させたときの光の損失が低減されるため、赤外線を扱う光学機器等において、レンズ等の材料として好ましく用いることができる。また、ガラスを透過する光の上限波長(吸収端)がより長波長側に位置するため、より幅広い波長の光について用いることが可能な光学素子を得られる。
なお、耐失透性が高いことを示す尺度としては、例えば液相温度が低いことや、ガラス転移点及び結晶化開始温度の差が小さいことが挙げられる。
本発明の赤外線透過ガラスから、例えば研磨加工の手段、又は、リヒートプレス成形や精密プレス成形等のモールドプレス成形の手段を用いて、ガラス成形体を作製することができる。すなわち、赤外線透過ガラスに対して研削及び研磨等の機械加工を行ってガラス成形体を作製したり、赤外線透過ガラスから作製したプリフォームに対してリヒートプレス成形を行った後で研磨加工を行ってガラス成形体を作製したり、研磨加工を行って作製したプリフォームや、公知の浮上成形等により成形されたプリフォームに対して精密プレス成形を行ってガラス成形体を作製したりすることができる。なお、ガラス成形体を作製する手段は、これらの手段に限定されない。
なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。
他方で、比較例のガラスは、特開2014−097904号公報の図2に記載されるように、波長6000nmの光についての透過率が30%未満であった。
そのため、実施例の赤外線透過ガラスは、比較例のガラスに比べてより長波長の赤外線についての透過率が高いことが明らかになった。
また、実施例の赤外線透過ガラスは、いずれも屈伏点が500℃以下、より詳細には400℃以下であり、所望の範囲内であった。
そのため、本発明の実施例の赤外線透過ガラスは、より低い温度でのプレス成形が可能なことが推察される。
Claims (13)
- 酸化物基準のモル%で、Bi2O3成分を1.0〜60.0%、GeO2成分を0.5〜30.0%含有し、モル和(Bi2O3+TeO2)が20.0%以上80.0%以下、モル和(ZnO+BaO+Li2O)が5.0%以上50.0%以下であり、波長6000nmの光についての分光透過率が30%超である赤外線透過ガラス。
- 酸化物基準のモル%で、TeO2成分の含有量が80.0%以下である請求項1記載の赤外線透過ガラス。
- 酸化物基準のモル%で、
ZnO成分 0〜30.0%、
BaO成分 0〜25.0%、
Li2O成分 0〜30.0%、
Al2O3成分 0〜10.0%
Ga2O3成分 0〜10.0%
Na2O成分 0〜25.0%
K2O成分 0〜25.0%
SiO2成分 0〜10.0%
B2O3成分 0〜10.0%
P2O5成分を0〜10.0%
Ta2O5成分 0〜10.0%
Nb2O5成分 0〜10.0%
La2O3成分 0〜20.0%
Gd2O3成分 0〜20.0%
Y2O3成分 0〜20.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
MgO成分 0〜25.0%
CaO成分 0〜25.0%
SrO成分 0〜25.0%
WO3成分 0〜15.0%
TiO2成分 0〜15.0%
ZrO2成分 0〜15.0%
SnO成分 0〜10.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である請求項1又は2記載の赤外線透過ガラス。 - モル和(Al2O3+Ga2O3)が10.0%以下である請求項1から3のいずれか記載の赤外線透過ガラス。
- 酸化物基準のモル%で、R2O成分の含有量の和が30.0%以下である請求項1から4のいずれか記載の赤外線透過ガラス(RはLi、Na及びKからなる群より選択される1種以上である)。
- モル比(Li2O/R2O)が0.30以上である請求項1から5のいずれか記載の赤外線透過ガラス(式中、RはLi、Na及びKからなる群より選択される1種以上である)。
- モル和(SiO2+B2O3+P2O5)が10.0%以下である請求項1から6のいずれか記載の赤外線透過ガラス。
- モル和(Ta2O5+Nb2O5)が10.0%以下である請求項1から7のいずれか記載の赤外線透過ガラス。
- 酸化物基準のモル%で、
MO成分の含有量の和が30.0%以下、
Ln2O3成分の含有量の和が15.0%以下
である請求項1から8のいずれか記載の赤外線透過ガラス(式中、MはMg、Ca、Sr及びBaからなる群より選択される1種以上であり、Lnは、Y、La、Gd及びYbからなる群より選択される1種以上である)。 - 酸化物基準の外割りのモル%で、F成分及びCl成分の合計量が20.0%以下である請求項1から9のいずれか1項に記載の赤外線透過ガラス。
- 請求項1から10のいずれか記載の赤外線透過ガラスからなる光学素子。
- 請求項1から10いずれか記載の赤外線透過ガラスからなる研磨加工用及び/又は精密プレス成形用のプリフォーム。
- 請求項12記載のプリフォームを精密プレスしてなる光学素子。
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