JP4219197B2 - 結晶化ガラスおよび反射鏡用基体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶化ガラス、および、当該結晶化ガラスを構成材料とする反射鏡用基体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
結晶化ガラスは、耐熱性に優れていることから、高温に曝される用途に使用される種々の機器部品を構成する材料として有用である。高温に曝される用途に使用される機器部品の代表例としては、光源ランプが取付けられて光源ランプとともに照明機器を形成する反射鏡がある。当該反射鏡においては、光源ランプの発熱に長時間曝されて高温化されることから、高い耐熱性が要求される。
【０００３】
このため、当該反射鏡を構成する基体（反射鏡用基体）には、当然のことながら、高い耐熱性が要求されることになる。従来の反射鏡用基体は、一般には、耐熱性に優れたパイレックス（登録商標）級ガラスを構成材料として形成されている。
【０００４】
近年、照明装置や映写機等においては、使用される光源ランプが高輝度化される傾向にあり、高輝度の光源ランプが採用される照明機器を構成する反射鏡には、一段と高い耐熱性が要求される。かかる要求に対処すべく、反射鏡用基体を、β−スポジュウメン固溶体やβ−ユークリプタイト固溶体を主要構成成分とする結晶化ガラスにて形成することが提案されている。かかる結晶化ガラスは、低膨張結晶化ガラスとして知られているもので、耐熱性に優れていることから、高い耐熱性の反射鏡を構成することができる（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の反射鏡用基体においては、その構成材料である結晶化ガラスを形成するガラス原料は高い融点を有することから、反射鏡用基体を成形するに当たっては、ガラス原料を１５００℃以上という高い温度で溶融しなければならない。また、反射鏡用基体の成形には、プレス成形、ロール成形、キャスト成形、ブロー成形等の成形方法が採られるが、これらの成形方法においては、ガラス原料を１５００℃以上に溶融して成形することから、使用する成形型の型面が酸化して早期に表面荒れが発生し、成形型の寿命を縮めることになる。
【０００６】
特に、成形型の型面に表面荒れが発生すると、反射鏡用基体の表面に要求される設定された高精度の面粗度が得られない。このような成形条件の下で、成形される反射鏡用基体の表面を設定された高精度の面粗度に保持するには、成形型をその型面の表面荒れに起因して早期に交換しなければならず、これに対処するには、交換のために準備する多数の成形型の費用や、成形型を交換するための交換作業の費用が大幅に増大することになる。
【０００７】
本出願人は、反射鏡用基体を、β−スポジュウメン固溶体やβ−ユークリプタイト固溶体からなる結晶化ガラスとは異なる成分を主要構成成分とし、当該結晶化ガラスと同等の耐熱性を有する結晶化ガラスにて形成した、耐熱性に優れた反射鏡を提案している（特許文献２参照）。
【０００８】
当該反射鏡は、結晶化ガラスからなる基体の表面に薄膜の反射膜を蒸着してなる反射鏡であり、当該反射鏡を構成する基体は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯを主要構成成分とするとともにＴｉＯ2を結晶核成分とするセルジアンを主結晶相とする結晶化ガラスであって、熱膨張係数α（×１０− 7／℃）が３０〜４５の範囲にある。当該反射鏡を構成する基体は、反射鏡を構成する基体の成形に起因する上記した諸問題を解消し得る、耐熱性に優れたものである。
【０００９】
また、本出願人は、上記した特許文献２に記載の反射鏡を構成する基体、および、同基体を構成する結晶化ガラスよりさらに優れた熱的特性を有する結晶化ガラスを開発し、当該結晶化ガラス、および、これを構成材料とする反射鏡用基体として特許出願している（特許文献３参照）。
【００１０】
上記した特許文献３に記載の結晶化ガラスは、反射鏡用基体の構成材料である、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分としセルジアンを主結晶相とする結晶化ガラスについてさらに検討した結果得られたものである。当該結晶化ガラスの結晶の生成には、特定の修飾成分であるＬｉ2Ｏが大きく拘わっていて、ガラス中のＬｉ2Ｏの含有量によって、ヘキサセルジアンの結晶が皆無または極めて少なくて、結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスが得られるとの知見に基づくものである。
【００１１】
【特許文献１】
特公平７−９２５２７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０９９２３号公報
【特許文献３】
欧州特許出願公開第１２８１６８８号（ＥＰ１２８１６８８Ａ１）明細書
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した特許文献３にて提案した結晶化ガラスを基本とし、これよりさらに、耐熱性、機械的強度、光学特性に優れた機器部品を構成する材料として極めて有用なガラス質材料（結晶化ガラス）を提供することにある。特に、本発明の主たる目的は、反射鏡等の使用態様のごとき高温度に曝されても、熱的に安定で熱的損傷を発生させるおそれがない、優れた熱的特性を有する結晶化ガラスを提供するとともに、当該結晶化ガラスを構成材料とする高品質の反射鏡用基体を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、結晶化ガラス、および、当該結晶化ガラスを構成材料とする反射鏡用基体に関する。
【００１４】
本発明に係る結晶化ガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とする結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスであり、当該結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下では、他の結晶を発生させることなく実質的にセルジアンの単相を保持する特性を有していることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に係る結晶化ガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とする結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスであり、当該結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下では熱膨張係数が実質的に変化しない特性を有していることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る結晶化ガラスにおいて、「結晶相が実質的にセルジアンのみからなる」とは、結晶相の全てまたはそのほとんどのものがセルジアンであることを意味する。また、本発明に係る結晶化ガラスにおいて、「熱膨張係数が実質的に変化しない」とは、熱膨張係数が全くまたはほとんど変化しないことを意味する。
【００１７】
本発明に係る結晶化ガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とするとともにＬｉ2Ｏを修飾成分とし、同修飾成分であるＬｉ2Ｏの含有量を０．０５〜１．０重量％とし、かつ、Ａｌ2Ｏ3の含有量を当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下でのＳｉＯ2結晶の発生を規制する量とすることによって構成することができる。換言すれば、本発明に係る結晶化ガラスは、上記した組成を有するガラス原料を採用することによって形成することができる。
【００１８】
本発明に係るこれらの結晶化ガラスにおいては、修飾成分として、Ｎａ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｂｉ2Ｏ3の群から選択される１または複数の成分を含有する構成とすることができる。
【００１９】
本発明に係る反射鏡用基体は、本発明に係るこれらの結晶化ガラスを構成材料とするものである。本発明に係る反射鏡用基体においては、その熱膨張係数α（×１０− 7／℃）が３０〜４５の範囲にあること、曲げ強度が室温では１２０〜１９０Ｍｐａ、３００℃では１４０〜２１０Ｍｐａ、６００℃では１７０〜２２５Ｍｐａの範囲にあること、弾性率が室温では９０〜９５Ｇｐａ、３００℃では６５〜８０Ｇｐａ、６００℃では４０〜４５Ｇｐａの範囲にあることが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る反射鏡用基体においては、当該基体を構成する結晶化ガラスを透過する光の最短波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて８００ｎｍ以上であること、当該基体を構成する結晶化ガラスを透過する透過率が５０％の光の波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて８５０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係る反射鏡用基体においては、曲げ強度が室温においては１２０〜１９０Ｍｐａ、３００℃においては１４０〜２１０Ｍｐａ、６００℃においては１７０〜２２５Ｍｐａの範囲にあり、弾性率が室温においては９０〜９５Ｇｐａ、３００℃においては６５〜８０Ｇｐａ、６００℃においては４０〜４５Ｇｐａの範囲にあり、かつ、当該基体を構成する結晶化ガラスを透過する光の最短波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて６５０ｎｍ以上であり、当該基体を構成する結晶化ガラスを透過する透過率が５０％の光の波長は厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて８５０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２２】
【発明の作用・効果】
本発明に係る結晶化ガラスは、結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスであって、耐熱性、機械的強度、光学特性に優れていることは勿論であるが、特に、下記の特性を有するものである。
【００２３】
すなわち、本発明に係る結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下という、当該結晶化ガラスの結晶化温度を下回る高温度下では、他の結晶を発生させることなく実質的にセルジアン単相を保持する特性を有している。当該特性は、当該結晶化ガラスがその結晶化温度に近い高温度に長時間曝される場合においても、当該結晶化ガラスには体積収縮がなくて熱的損傷が発生しないことを意味する。このため、当該結晶化ガラスは、その結晶化温度に近い高温度に長時間曝される使用態様が採られる部品の構成材料に最適である。
【００２４】
また、本発明に係る結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下という、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度を下回る高温度下に保持した時の熱膨張係数αが実質的に変化しない特性を有している。当該特性は、当該結晶化ガラスがその結晶化温度に近い高温に長時間曝される場合においても、当該結晶化ガラスには体積収縮がなくて熱的損傷が発生しないことを意味する。このため、当該結晶化ガラスは、その結晶化温度に近い高温に長時間曝される使用態様が採られる部品の構成材料に最適である。
【００２５】
このように、本発明に係る結晶化ガラスは、耐熱性、機械的強度、光学特性に優れた機器部品を構成する材料として極めて有用なガラス質材料であって、高温に曝される使用態様の各種の機器部品を構成する材料として好適である。当該機器部品の代表的なものとしては、高輝度の光源ランプが取付けられて照明機器を構成する反射鏡を挙げることができる。本発明に係る結晶化ガラスは、当該反射鏡を構成する基体の構成材料として最適である。当該基体は、本発明に係る反射鏡用基体に該当する。
【００２６】
本発明に係る結晶化ガラスは、例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とするとともにＬｉ2Ｏを修飾成分とし、同修飾成分であるＬｉ2Ｏの含有量が０．０５〜１．０重量％、かつ、Ａｌ2Ｏ3の含有量が当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下でのＳｉＯ2結晶の発生を規制する量である組成によって構成することができる。すなわち、本発明に係る結晶化ガラスは、基本的には、上記した組成と同一の組成のガラス原料を採用することによって形成することができる。なお、当該ガラス原料には、さらに修飾成分として、Ｎａ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｂｉ2Ｏ3の群から選択される１または複数の成分を含有させることができる。
【００２７】
当該組成のガラス原料により形成されたガラスは、結晶化処理によって、必須不可欠とする修飾成分であるＬｉ2Ｏが主体的に機能し、かつ、他の修飾成分が存在する場合には当該修飾成分が副次的に機能して、実質的にセルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）のみからなる結晶相を形成する。
【００２８】
しかして、本発明の特徴の一は、当該ガラス組成の成分中のＡｌ2Ｏ3の含有量を特定して、結晶化温度を下回るが当該結晶化温度に近い温度雰囲気においても熱安定性に優れていて、セルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）結晶相が本来有する特性を保持する結晶化ガラスを生成することにある。本発明では、Ａｌ2Ｏ3の含有量を、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下でのＳｉＯ2結晶の発生を規制する量に規定している。当該手段によって、当該結晶化ガラスに優れた熱的特性が付与される理由は定かではないが、本発明者等はＡｌ2Ｏ3の機能を以下のように推測している。
【００２９】
セルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）結晶相は、量論的には、ＢａＯ：Ａｌ2Ｏ3：２ＳｉＯ2（モル比）を１：１：２とすることによって形成させるが、安定したガラスであるためには、ＳｉＯ2のガラス相の存在が不可欠である。このためには、ＳｉＯ2を当該モル比に対応する量よりも多く含有させる必要がある。
【００３０】
従って、セルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）結晶相のみからなる安定な結晶化ガラスは、ＳｉＯ2量が上記したモル比に対応する量より多い量の組成を基本組成とするものであり、本出願人の冒頭の先願に開示している結晶化ガラスは、当該基本組成からなるものである。当該基本組成を形成するＳｉＯ2における、当該モル比に対応する量よりも多い量を、便宜的にＳｉＯ2の余剰量と定義する。
【００３１】
実質的にセルジアン結晶相のみからなる結晶化ガラスにおいては、結晶化処理中のセルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）結晶の成長に伴い、結晶粒子間に残存するガラス相では、ガラス修飾成分（Ｌｉ2Ｏ，Ｎａ2Ｏ，Ｂ2Ｏ3，ＺｎＯ等） の比率が増大する。当該結晶化ガラスを結晶化処理温度に近い高温度に保持すると、余剰量のＳｉＯ2が存在する場合には、修飾成分の機能により、残存ガラス相内では、余剰量のＳｉＯ2に起因する新たなＳｉＯ2結晶が生成される。このため、当該結晶化ガラスにおいては、当該ＳｉＯ2結晶の生成に起因して体積収縮が発生すると同時に、熱膨張係数αが増大する。従って、上記に定義しているＳｉＯ2余剰量に対応して、本発明で規定しているＡｌ2Ｏ3の含有量「ＳｉＯ2結晶の発生を規制する量」は、上記した基本組成のＡｌ2Ｏ3量にＳｉＯ2余剰量に対処し得る余剰量を含有する量ということができる。従って、Ａｌ2Ｏ3のＳｉＯ2余剰量に対処し得る余剰量をＡｌ2Ｏ3の余剰量と定義する。
【００３２】
ガラス相中に余剰量のＳｉＯ2が存在する結晶化ガラスにおいては、この余剰量に対応する余剰量のＡｌ2Ｏ3が存在している場合には、当該結晶化ガラスを結晶化処理温度に近い高温度に保持しても、余剰量のＡｌ2Ｏ3が残存ガラス相内での新たなＳｉＯ2結晶の生成を規制する。このため、当該結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度に近い高温の雰囲気にあっても、実質的にセルジアンのみからなる単相の結晶化状態を保持し、体積収縮がなくて熱膨張係数が変化しない熱的に安定した状態を維持することができるものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る結晶化ガラスは、耐熱性、機械的強度、光学特性に優れた特性を有するもので、これらの特性を要求されている機器部品を構成する材料として極めて有用なガラス質材料である。また、本発明に係る反射鏡用基体は、本発明に係る結晶化ガラスを構成材料とするもので、耐熱性、機械的強度、光学特性に優れた特性を有し、これらの特性が要求されている反射鏡を構成する基体として極めて有用なものである。
【００３４】
本発明に係る結晶化ガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とする実質的にセルジアンのみのからなる結晶化ガラスであって、当該結晶化ガラスにおける結晶化温度を下回る高温度では、他の結晶を発生させることなく実質的にセルジアンの単相を保持する特性を有し、および／または、当該結晶化ガラスにおける結晶化温度を下回る高温度で保持した時の熱膨張係数αが実質的に変化しない特性を有しているものである。
【００３５】
本発明に係る結晶化ガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とするとともにＬｉ2Ｏを修飾成分とし、同修飾成分であるＬｉ2Ｏの含有量が０．０５〜１．０重量％にあり、かつ、Ａｌ2Ｏ3の含有量が当該結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下でのＳｉＯ2結晶の発生を規制する量の組成を有するものである。従って、当該結晶化ガラスの組成は、上記した基本組成に余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有するものである。当該結晶化ガラスは、かかる組成と同様の組成を有するガラス原料にて形成することができる。当該結晶化ガラスにおいては、上記した各成分以外に、Ｎａ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｂｉ2Ｏ3の群から選択される１または複数の成分を修飾成分として含有していることが好ましい。
【００３６】
光源ランプが取付けられて照明機器を構成する反射鏡において、優れた特性の反射鏡を構成するには、反射鏡を構成する基体（反射鏡用基体）に対しては、耐熱性、機械的強度、光学特性等の種々の特性に優れていることが要請される。また、かかる要請に対処するには、反射鏡用基体を構成する構成材料が耐熱性、機械的強度、光学特性等の特性に優れていることが必要である。本発明者等は、かかる事項に着目して、反射鏡用基体を構成する最適な構成材料についての検討をすでに行っている。
【００３７】
本発明者等は、反射鏡用基体の構成材料としては結晶化ガラスが最適であるとの認識の下、セルジアンを結晶相とする結晶化ガラスを構成するＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＢａＯ系ガラスに着目して、ガラスの構成成分、結晶相、および、熱膨張係数αの関係を種々検討すべく実験を試みたところ、本出願人の先願に係る冒頭に示した特許文献２にて開示しているように、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とするガラスによって、セルジアンを主結晶相とする結晶化ガラスを構成することができること、および、当該結晶化ガラスの熱膨張係数α（×１０− 7／℃）が３０〜４５の範囲にあることの知見を得ている。
【００３８】
本発明者等は、かかる知見に基づき、さらに、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＢａＯ系ガラスに着目して、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯおよびＴｉＯ2を基本組成とするガラス原料の融点を低減させること、および、当該ガラス原料を成形材料とする成形体の結晶化能、および、結晶化後の耐熱性についてさらに検討している。
【００３９】
本発明者等はかかる検討によって、上記した基本組成のガラス原料に所定量のＬｉ2Ｏを付加することによって一層良好な結晶化ガラスが得られること、すなわち、結晶相が実質的にセルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）のみからなる結晶化ガラスが得られることを見出して、本出願人の先願に係る冒頭に示した特許文献３にて開示している。
【００４０】
本発明者等は、これに加えて、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯおよびＴｉＯ2を主要構成成分とするガラス原料中のＡｌ2Ｏ3の含有量を特定することによって、特異な熱的特性の結晶化ガラスが生成されることを見出した。
【００４１】
上記した基本組成の成分を主要構成成分とするガラス原料において、少なくともＬｉ2Ｏを修飾成分とすれば、融点が１５００℃より著しく低い１４５０℃以下の融点のガラス原料を構成することができる。また、このような低融点のガラス原料を成形材料とするガラス成形体は、加熱処理により、セルジアンを主結晶相とする結晶化ガラスに変換でき、熱膨張係数α（×１０− 7／℃）が３０〜４５の範囲にある耐熱性の高い成形体を構成することができる。さらにまた、当該ガラス成形体は加熱処理温度、換言すれば結晶化温度を制御することにより、一層機械的特性および光学特性に優れた成形体を構成することができる。
【００４２】
修飾成分であるＬｉ2Ｏは、微量な範囲で、ガラスの溶解性を向上させ、セルジアン結晶の析出を促進し、かつ、セルジアン結晶の成長速度を増大するべく機能する。この場合のＬｉ2Ｏの含有量は、０．０５〜１．０重量％であることが好ましい。これにより、結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスを得ることができる。Ｌｉ2Ｏの含有量が０．０５重量％未満では溶解性の向上が低く、Ｌｉ2Ｏの含有量が１．０重量％を越えると成形時の失透性（光学特性）が悪化するおそれがある。
【００４３】
このような成分組成を有するガラス原料は、融点が１５００℃より著しく低い１４５０℃以下の融点のガラス原料を構成することができる。また、このような低融点のガラス原料を成形材料とするガラス成形体は、加熱処理により、結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスに変換でき、熱膨張係数α（×１０-7／℃）が３０〜４５の範囲にある耐熱性の高い成形体を構成することができる。また、ガラス成形体における結晶化ガラスの結晶粒子の粒子径を、０．１〜１μｍという極めて微粒子の結晶粒子とすることができて、ガラス成形体の反射特性を著しく向上させることができる。
【００４４】
以上の結晶化ガラスの特徴は、冒頭に示した本出願人の先願である特許文献３に開示している結晶化ガラスが有する特徴でもあり、本発明に係る結晶化ガラスの最大の特徴は、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下では他の結晶を発生させることなく実質的にセルジアンの単相を保持する特性を有し、および／または、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度を下回る高温度下で保持した時の熱膨張係数αが実質的に変化しない特性を有していることにある。当該結晶化ガラスの「結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度」は、当該結晶化ガラスの成形体を基体とする反射鏡の使用態様における雰囲気温度を想定して設定した温度である。
【００４５】
当該結晶化ガラスは、（ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＢａＯ）組成のセルジアン単結晶相を構成する基本組成に、Ａｌ2Ｏ3を、基本組成の成分量より余剰に付加したものである。Ａｌ2Ｏ3の余剰量は、当該結晶化処理温度を下回る高温度下でのＳｉＯ2結晶の発生を規制する量であり、当該基本組成に含まれている上記しているＳｉＯ2の余剰量に対応する。また、当該結晶化ガラスは、当該組成のガラス原料によって形成される。
【００４６】
このような特異な熱的特性を有する結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化温度に近い高温に長時間曝される場合においても、熱的に極めて安定した状態にあって当該結晶化ガラスに熱的損傷が発生することがない。このため、当該結晶化ガラスは、その結晶化温度に近い高温に長時間曝される使用態様が採られる部品、例えば、高輝度の照明機器を構成する反射鏡を構成する基体（反射鏡用基体）の構成材料に最適である。
【００４７】
ガラス原料および結晶化ガラスにおける上記した余剰量のＡｌ2Ｏ3が、結晶化ガラスにこのような特異な熱的特性を付与する理由は定かではないが、「作用効果」の項で詳述しているように、余剰量のＡｌ2Ｏ3が、ガラス相中のＳｉＯ2が結晶を生成する機能を阻止するためと推測される。
【００４８】
このため、当該結晶化ガラスにおいては、当該ＳｉＯ2結晶の生成に起因する体積収縮の発生が抑制される。この現象は、熱膨張係数αが増大することがないことを意味する。
【００４９】
本発明に係る結晶化ガラスにおいては、ガラス原料の組成の選定と合わせて、結晶化温度を例えば８００〜９００℃の範囲で適宜制御することにより、曲げ強度、弾性率、透過性等の特性を異にする各種の特性の結晶化ガラスを構成することができる。これらの特性を有する結晶化ガラスから、反射鏡用基体として極めて優れた結晶化ガラスを選択して、高品質の反射鏡用基体を構成することができる。なお、このような成分組成を有するガラス原料には、修飾成分として、Ｌｉ2Ｏの他に、Ｎａ2Ｏ、Ｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＺｎＯおよびＢｉ2Ｏ3の群から選択される１または複数の成分を追加することができる。
【００５０】
このような特殊な成分組成のガラス原料は、通常のガラス原料を用いたガラスの成形と同様に、溶融状態で成形型に供給されて、プレス成形、ロール成形、キャスト成形、ブロー成形等の成形手段により、基体と同一形状のガラス成形体に成形される。ガラス成形体の成形時におけるガラス原料の溶融温度は、ガラス原料の融点の関係から、１４５０℃以下に設定することができる。
【００５１】
当該ガラス原料の溶融温度では、ガラス成形体の成形工程における成形型の型面での酸化の助長を抑制し得て、成形型の型面の表面荒れを大幅に低減させることができる。このため、ガラス成形体に要求される高精度の表面粗度に適合した成形型の型面の面粗度を長期間維持し得て、成形されるガラス成形体の表面の面粗度を、ガラス成形体に要求される高精度の面粗度、例えば、反射鏡用基体に要求される面粗度である０．０３μｍ以下という面粗度に形成することができる。この場合の面粗度は、ＪＩＳＢ０６０１の「中心線平均粗さＲａ」を意味する。
【００５２】
反射鏡用基体は、上記した成分組成のガラス原料を溶融して成形されたガラス成形体を熱処理して、ガラス成形体を構成するガラスを結晶化させることにより形成される。ガラス成形体の結晶化処理は加熱炉で行い、一般的には、１００℃／ｈｒ〜３００℃／ｈｒの昇温速度でガラスの変形温度以下の温度、例えば、６００℃〜７５０℃に昇温しこの温度範囲で１〜３時間熱処理し、引き続き、８００℃〜１１００℃に昇温しこの温度範囲で１〜３時間熱処理をする。後者の熱処理が主たる結晶化処理であり、主たる結晶化処理の温度を結晶化温度と称している。
【００５３】
かかる結晶化処理により、ガラス成形体を構成するガラスにおいては、その内部に微細で均一な結晶が生成されて、セルジアンを主結晶相としたヘキサセルジアンの結晶相が皆無または皆無に近い、実質的にセルジアン結晶相のみからなる結晶化ガラスに変換される。ガラス成形体は、実質的にセルジアン結晶相のみからなる基体に変換される。
【００５４】
換言すれば、ガラス成形体は、ガラス原料中のＬｉ2Ｏ、余剰のＡｌ2Ｏ3の含有量を適正に設定することにより、また、付与すべき熱処理温度（結晶化温度）を適正に設定することにより、ヘキサセルジアン結晶相が存在しないセルジアン結晶相のみからなる結晶化ガラスに変換でき、かつ、特異な熱的特性を付与することができる。
【００５５】
当該基体（反射鏡用基体）には、通常の手段で、その表面に薄膜多層の反射膜が蒸着されて反射鏡に形成される。形成された反射鏡は、高い反射率で散乱光を反射するとともに赤外線を透過し、その際、結晶化ガラスの結晶構造が透過しようとする赤外線を散乱させて、反射鏡の背面側に配設される部品の温度上昇を抑制する。
【００５６】
本発明に係る反射鏡用基体は、結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスにて構成されていて、熱膨張係数α（×１０− 7／℃）が３０〜４５という低い範囲にあって高い耐熱性を有するため、反射鏡は耐熱衝撃性に優れ、高い温度での使用態様が可能な優れた反射鏡となる。また、当該基体を構成する結晶化ガラスを、結晶粒子が０．１〜１．０μｍという微小の結晶粒子に形成することができて、反射率を一層向上させることができる。
【００５７】
本発明に係る反射鏡用基体の最大の特徴は、特異な熱的特性（上記した熱膨張係数の特異性）を有する結晶化ガラスを形成材料としていることにある。これにより、反射鏡用基体は、形成材料である結晶化ガラスが有する熱的特性をそのまま保持することになる。このため、当該反射鏡用基体は、当該結晶化ガラスの結晶化温度に近い高温に長時間曝される使用態様が採られる高輝度の照明機器を構成する部品（反射鏡用基体）として最適である。
【００５８】
得られる高品質の反射鏡用基体の特性の第１は、曲げ強度が、室温においては１２０〜１９０Ｍｐａ、３００℃においては１４０〜２１０Ｍｐａ、６００℃においては１７０〜２２５Ｍｐａの範囲にあり、かつ、弾性率が、室温においては９０〜９５Ｇｐａ、３００℃においては６５〜８０Ｇｐａ、６００℃においては４０〜４５Ｇｐａの範囲にあって、機械的特性および熱的特性に優れた耐久性の高い点にある。
【００５９】
また、得られる高品質の反射鏡用基体の特性の第２は、基体を構成する結晶化ガラスを透過する光の最短波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて６５０ｎｍ以上であり、かつ、基体を構成する結晶化ガラスを透過する透過率が５０％の光の波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて８５０ｎｍ以上であって、光学特性に優れている点にある。
【００６０】
さらに、得られる高品質の反射鏡用基体の特性の第３は、曲げ強度が、室温においては１２０〜１９０Ｍｐａ、３００℃においては１４０〜２１０Ｍｐａ、６００℃においては１７０〜２２５Ｍｐａの範囲にあり、かつ、弾性率が、室温においては９０〜９５Ｇｐａ、３００℃においては６５〜８０Ｇｐａ、６００℃においては４０〜４５Ｇｐａの範囲にあり、基体を構成する結晶化ガラスを透過する光の最短波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて６５０ｎｍ以上であり、かつ、基体を構成する結晶化ガラスを透過する透過率が５０％の光の波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて８５０ｎｍ以上であって、機械的特性、熱的特性、および光学的特性に優れている点にある。
【００６１】
反射鏡用基体の最適な形態は、上記した曲げ強度および弾性率を有する厚みが３〜６ｍｍのもので、基体を構成する結晶化ガラスを透過する光の最短波長が８５０ｎｍ、好ましくは１０００ｎｍのものである。本発明に係る反射鏡用基体においては、ガラス原料の選定および結晶化温度の制御により、当該形態の反射鏡用基体を容易に構成することができる。
【００６２】
なお、反射鏡用基体を構成するガラス原料としては、融点が１４５０℃以下のものを選択することができる。この場合には、ガラス成形体を成形する際のガラス原料の溶融温度を１４５０℃以下という、通常のガラス原料の溶融温度である１５００℃に比較して著しく低温度に設定することができる。
【００６３】
このため、当該基体を成形する際に使用する成形型の型面は、１５００℃以上の高温に曝されることがなくて、成形型の型面に対する高温加熱に起因する酸化の助長を抑制し得て、型面の表面荒れを抑制することができる。これにより、成形型の寿命が向上して、交換用の成形型を多数準備することに費やされる費用や、成形型の交換作業の費用を大幅に低減することができる。さらには、成形型の型面の表面荒れを抑制し得るため、当該基体に要求されている表面の面粗度（０．０３μｍ以下）に対応して設定される成形型の型面の面粗度を長期間維持することができて、面粗度が０．０３μｍ以下である基体を長期にわたって成形できる利点がある。
【００６４】
当該基体を構成するガラス原料の組成における各成分、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯの成分は、結晶化ガラスの基本構造を形成するものである。当該結晶化ガラスを構成するガラス原料の組成は、主要構成成分であるＳｉＯ2が３５〜５５重量％、Ａｌ2Ｏ3が７〜２５重量％、ＢａＯが１８〜３８重量％、ＴｉＯ2が８〜１５重量％であり、かつ、修飾成分であるＬｉ2Ｏが０．０５〜１．０重量％、Ｂ2Ｏ3が３．０〜４重量％、ＺｎＯが２．０〜２．５重量％、Ｎａ2Ｏが０．２〜２．０重量％、Ｓｂ2Ｏ3が０．１〜０．５重量％である。
【００６５】
当該ガラス原料の最適な組成は、モル換算では概略、主要構成成分であるＳｉＯ2が５５．８ｍｏｌ％、Ａｌ2Ｏ3が余剰分を含めて１４．１ｍｏｌ％、ＢａＯが１３．１ｍｏｌ％、ＴｉＯ2が９．２ｍｏｌ％であり、かつ、修飾成分であるＬｉ2Ｏが０．８ｍｏｌ％、Ｂ2Ｏ3が３．９ｍｏｌ％、ＺｎＯが２．５ｍｏｌ％、Ｎａ2Ｏが０．５ｍｏｌ％、Ｓｂ2Ｏ3が０．２〜０．５ｍｏｌ％である。
【００６６】
当該組成中の各修飾成分のうち、ＺｎＯはガラスの熱膨張率を低下させ化学的耐久性を向上すべく機能し、Ｎａ2Ｏはガラスの溶解、清澄化を容易にするが、化学的耐久性を低下させ、熱膨張率を増加すべく機能し、Ｓｂ2Ｏ3は溶融ガラスの清澄段階でＳｂ2Ｏ5中のＯ2を放出して溶解ガラスを清澄化すべく機能する。
【００６７】
当該基体を構成する結晶化ガラスを構成する結晶相は、実質的にセルジアンの結晶のみからなるもので、その結晶の粒子径（粒子の大きさ）は、好ましくは０．１〜１μｍであり、より好ましくは０．１〜０．５μｍである。結晶の粒子径が０．１μｍを下回ると、当該基体の反射鏡の構成材料としての強度低下をきたし、また、結晶の粒子径が１μｍを上回ると、基体を反射鏡に形成した場合の反射光の反射強度低下をきたす。また、結晶の粒子径が０．５μｍの値は、反射光のうちの短波長である青色の散乱が始まる時点である。
【００６８】
本発明に係る基体を構成部材とする反射鏡においては、基体を構成する結晶化ガラスが上記したごとき構成成分であって、実質的にセルジアンの結晶相のみからなる結晶化ガラスであり、結晶化ガラスの熱膨張係数α（×１０− 7／℃）を３０〜４５の範囲に設定することができるとともに、結晶化ガラスの結晶粒子を０．１〜１．０μｍの微粒子状に設定できる。
【００６９】
当該反射鏡は、機械的強度が向上し、結晶粒子サイズの微小化および均一化に起因して表面粗さが一層向上して研磨加工の低減を図ることができ、実質的にセルジアンのみからなる結晶相に起因して、耐熱性等の熱的特性が向上する。また、熱応力に対する耐衝撃性が向上するとともに、可視光透過率の低減等、光学特性の適正化を図ることができる。当該反射鏡は、使用態様における高温雰囲気での熱安定性に特に優れている。
【００７０】
本発明においては、結晶化温度を制御することにより、透過する光の最短波長が異なるガラス成形体を得ることができること、結晶化温度を高く設定するほど、透過する光の最短波長が長いガラス成形体を得ることができる。結晶化ガラスのガラス成形体を反射鏡用基体として採用する場合には、基体からの可視光の漏れが皆無または皆無に近いほど好ましい。このような好ましい光学的特性を有する反射鏡用基体を構成する結晶化ガラスは、厚みが１ｍｍにおける結晶化ガラスを透過する光の最短波長が６５０ｎｍ以上のものであり、当該結晶化ガラスはガラス成形体の結晶化温度を制御することにより容易に得られるものである。
【００７１】
図１は、上記した結晶化ガラスからなる板状のガラス成形体（結晶化ガラス）分光透過特性を示すグラフであり、肉厚１ｍｍのガラス成形体における光の各波長（ｎｍ）における透過率（％）の関係を示すグラフである。分光透過特性を示すグラフのうち、グラフ１は結晶化温度８２５℃で３時間結晶化させたもの、グラフ２は結晶化温度８５０℃で１時間結晶化させたもの、グラフ３は結晶化温度８５０℃で３時間結晶化させたものである。
【００７２】
図１の分光透過特性を示すグラフから、結晶化温度を制御することにより、光の波長の透過率が異なるガラス成形体を得ることができること、結晶化温度を高く設定するほど、光の透過率の低いガラス成形体を得ることができることが確認される。結晶化ガラスのガラス成形体を反射鏡用基体として採用する場合には、基体からの可視光の漏れが皆無または皆無に近いほど好ましい。このような好ましい光学的特性を有する反射鏡用基体を構成する結晶化ガラスは、厚みが１ｍｍにおける結晶化ガラスを透過する透過率が５０％の光の波長が８５０ｎｍ以上のものであり、当該結晶化ガラスはガラス成形体の結晶化温度を制御することにより容易に得られるものである。
【００７３】
ガラス成形体の結晶化温度を制御することにより、光学的特性の異なる種々の結晶化ガラスのガラス成形体を得ることができるが、これにより、曲げ強度（Ｍｐａ）および弾性率（Ｇｐａ）の異なるガラス成形体を得ることができることも確認している。結晶化ガラスのガラス成形体を反射鏡用基体として採用する場合には、基体は光源ランプにより相当高い温度に長時間曝される。この場合においても基体は高い機械的強度を保持し続けることが好ましい。このような好ましい機械的特性および熱的特性を有する反射鏡用基体は、下記の曲げ強度および弾性率を有するものである。
【００７４】
すなわち、曲げ強度については、室温においては１２０〜１９０Ｍｐａ、３００℃においては１４０〜２１０Ｍｐａ、６００℃においては１７０〜２２５Ｍｐａの範囲の曲げ強度を有し、弾性率については、室温においては９０〜９５Ｇｐａ、３００℃においては６５〜８０Ｇｐａ、６００℃においては４０〜４５Ｇｐａの範囲の弾性率を有するものである。このような好適な反射鏡用基体は、結晶化温度を制御することにより容易に得ることができる。
【００７５】
以上の結果、すなわち、ガラス原料、結晶化ガラス、結晶化ガラスからなる基体の特性は、本出願人の冒頭に示した特許文献３である本出願人の先願の発明において確認しているところである。
【００７６】
図２および図３は、結晶相がセルジアンのみからなる結晶ガラスを構成材料とする反射鏡用基体（ガラス成形体）における、所定の加熱温度での体積膨張率の経時的挙動を示すグラフであって、後述する本発明の実施例および比較例の結果を示している。また、図４および図５は、上記したガラス成形体における、所定の加熱温度で２０時間保持した後のＸ線回折チャートを示している。
【００７７】
なお、当該Ｘ線回折データの測定には、Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ２１００／ＰＣ（リガク社製）を採用して、測定条件として管電圧５０ＫＶ、管電流３０ｍＡ、測定範囲１０度〜４０度（回折角）、ステップ幅０．０２度、ステップ送り速度０．６秒を採用した。
【００７８】
図２に示すグラフは、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有しないガラス原料からなるガラス成形体（比較例）におけるグラフであり、図３に示すグラフは、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有するガラス原料からなるガラス成形体（実施例）におけるグラフである。また、図４に示すＸ線回折チャートは、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有しないガラス原料からなるガラス成形体（比較例）におけるＸ線回折チャートであり、図５に示すＸ線回折チャートは、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有するガラス原料からなるガラス成形体（実施例）におけるＸ線回折チャートである。
【００７９】
各ガラス成形体においては、ガラス原料における余剰量のＡｌ2Ｏ3の有無によって、体積膨張率の熱的挙動が大きく異なる。余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有しないガラス原料を構成材料とするガラス成形体（比較例）では、体積膨張率が経時的に漸次低下し、また、測定によれば熱膨張係数αは増大している。これに対して、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有するガラス原料を構成材料とするガラス成形体（実施例）では、体積膨張率は経時的にはほとんど変化せず、また、測定によれば熱膨張係数αは変化していない。
【００８０】
また、各成形体においては、ガラス原料中での余剰量のＡｌ2Ｏ3の有無によって結晶状態が異なる。余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有しないガラス原料を構成材料とするガラス成形体（比較例）では、Ｘ線回折チャートの回折角２θが２６．３度および２０．５度の位置（矢印表示）にピークがある。これらのピークは、ガラス成形体内にＳｉＯ2が存在していることを意味している。これに対して、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有するガラス原料を構成材料とするガラス成形体（実施例）では、Ｘ線回折チャートの回折角２θが２６．３度および２０．５度にピークはない。ピークがないことは、ガラス成形体内にＳｉＯ2が存在していないとを意味している。
【００８１】
換言すれば、実施例に係るガラス成形体および比較例に係るガラス成形体を、結晶化処理温度の７５％〜９０％（６５０℃，７００℃，７５０℃）の温度下では、後者のガラス成形体（比較例）内にＳｉＯ2結晶が発生して、実質的にセルジアンのみからなる結晶相（セルジアン単相）の結晶構造が損なわれること、これとは逆に、前者のガラス成形体（実施例）内には他の結晶は発生せず、実質的にセルジアンのみからなる結晶相（セルジアン単相）の結晶構造が保持されることを示している。
【００８２】
このような熱的特性は、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有するガラス原料を構成材料とするガラス成形体（実施例）では、結晶化温度に近い高温に長時間曝されても熱的に安定で熱的損傷を受けないことを教示し、また、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有しないガラス原料を構成材料とするガラス成形体（比較例）では、結晶化温度に近い高温に長時間曝されると熱的に不安定な状態になって、熱的損傷を受けるおそれがあることを教示しているものである。
【００８３】
【実施例】
本実施例では、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とするとともに、Ｌｉ2Ｏ、その他の成分を修飾成分とするガラス原料を使用して結晶化ガラスを生成して、ガラス原料および結晶化ガラスの組成における「余剰量のＡｌ2Ｏ3」の有無と結晶化ガラスの特性の関係を確認する実験を行った。
【００８４】
（ガラス原料の調製）：ガラス原料の調製では、結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスが生成される基本組成のガラス原料において、余剰量のＡｌ2Ｏ3が存在するガラス原料（実施例）と、余剰量のＡｌ2Ｏ3が存在しないガラス原料（比較例）の２種類のガラス原料を調製した。調製されたガラス原料の組成を表１に示す。また、表２には、表１に示すガラス原料に形成される結晶化ガラスにおいて、量論的に、セルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）が１００％析出すると想定した場合の、残存ガラス成分比（モル比）を示している。これらのガラス原料の組成は、結果的には、生成される結晶化ガラスの組成である。
【００８５】
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
（ガラス成形体の生成）：結晶化ガラスの生成では、上記した２種類のガラス原料を１４５０℃で溶融して、反射鏡用基板である椀形状のガラス成形体を成形し、得られた各ガラス成形体を８５０℃の温度でそれぞれ結晶化処理して、各ガラス成形体を構成するガラスを結晶化ガラスに変換して、結晶相がセルジアン単相（実質的にセルジアンのみからなる結晶ガラス）の反射鏡用基体を構成した。得られた各ガラス成形体の特性を表３に示す。
【００８８】
【表３】
【００８９】
（ガラス成形体の高温暴露試験）：当該試験は、ガラス成形体（基体）を構成材料とする反射鏡の使用態様を想定したもので、各ガラス成形体を、反射鏡が長時間曝されると予想される温度６５０℃、７００℃、７５０℃で２０時間保持して、この状態での各ガラス成形体における体積膨張の経時的変化を測定した。得られた結果を図２および図３のグラフに示す。また、２０時間加熱後の各ガラス成形体のＸ線回折を行うとともに、各成形体の熱膨張係数αを測定した。Ｘ線回折の回折チャートについては、図４および図５のグラフに示すとともに、熱膨張係数αについては表３に示す。
【００９０】
（反射鏡の耐熱サイクル試験）：当該試験では、生成した各ガラス成形体を基体とする各反射鏡について、エレマヒータによる耐熱サイクル試験を行って、各反射鏡の椀形形状の内周面を結晶化温度に近い高温に曝した場合の、「余剰のＡｌ2Ｏ3」の有無とクラックの発生との関係を観察した。耐熱サイクル試験では、反射鏡の内周側に挿入して設置してあるエレマヒータへの通電の断続（通電２時間３０分、断電３０分）を１サイクルとしてこれを繰り返し行って、この間の各反射鏡におけるクラックの発生の有無を観察した。
【００９１】
エレマヒータへの通電時には、エレマヒータの側部温度は１１１０℃となり、反射鏡の内周面におけるエレマヒータが近接する部位の温度は、エレマヒータが最も近接する内周面上部では８００℃、エレマヒータが最も近接する内周面側部では６５０℃となった。得られた結果を表４に示す。
【００９２】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶化ガラスからなる一成形体における透過する光の波長と透過率の関係（分光透過特性）を示すグラフである。
【図２】比較例に係るガラス成形体の高温雰囲気下での体積膨張率の経時挙動を示すグラフである。
【図３】実施例に係るガラス成形体の高温雰囲気下での体積膨張率の経時挙動を示すグラフである。
【図４】比較例に係るガラス成形体の高温雰囲気曝露後のＸ線回折チャートである。
【図５】実施例に係るガラス成形体の高温雰囲気曝露後のＸ線回折チャートである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶化ガラス、および、当該結晶化ガラスを構成材料とする反射鏡用基体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
結晶化ガラスは、耐熱性に優れていることから、高温に曝される用途に使用される種々の機器部品を構成する材料として有用である。高温に曝される用途に使用される機器部品の代表例としては、光源ランプが取付けられて光源ランプとともに照明機器を形成する反射鏡がある。当該反射鏡においては、光源ランプの発熱に長時間曝されて高温化されることから、高い耐熱性が要求される。
【０００３】
このため、当該反射鏡を構成する基体（反射鏡用基体）には、当然のことながら、高い耐熱性が要求されることになる。従来の反射鏡用基体は、一般には、耐熱性に優れたパイレックス（登録商標）級ガラスを構成材料として形成されている。
【０００４】
近年、照明装置や映写機等においては、使用される光源ランプが高輝度化される傾向にあり、高輝度の光源ランプが採用される照明機器を構成する反射鏡には、一段と高い耐熱性が要求される。かかる要求に対処すべく、反射鏡用基体を、β−スポジュウメン固溶体やβ−ユークリプタイト固溶体を主要構成成分とする結晶化ガラスにて形成することが提案されている。かかる結晶化ガラスは、低膨張結晶化ガラスとして知られているもので、耐熱性に優れていることから、高い耐熱性の反射鏡を構成することができる（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の反射鏡用基体においては、その構成材料である結晶化ガラスを形成するガラス原料は高い融点を有することから、反射鏡用基体を成形するに当たっては、ガラス原料を１５００℃以上という高い温度で溶融しなければならない。また、反射鏡用基体の成形には、プレス成形、ロール成形、キャスト成形、ブロー成形等の成形方法が採られるが、これらの成形方法においては、ガラス原料を１５００℃以上に溶融して成形することから、使用する成形型の型面が酸化して早期に表面荒れが発生し、成形型の寿命を縮めることになる。
【０００６】
特に、成形型の型面に表面荒れが発生すると、反射鏡用基体の表面に要求される設定された高精度の面粗度が得られない。このような成形条件の下で、成形される反射鏡用基体の表面を設定された高精度の面粗度に保持するには、成形型をその型面の表面荒れに起因して早期に交換しなければならず、これに対処するには、交換のために準備する多数の成形型の費用や、成形型を交換するための交換作業の費用が大幅に増大することになる。
【０００７】
本出願人は、反射鏡用基体を、β−スポジュウメン固溶体やβ−ユークリプタイト固溶体からなる結晶化ガラスとは異なる成分を主要構成成分とし、当該結晶化ガラスと同等の耐熱性を有する結晶化ガラスにて形成した、耐熱性に優れた反射鏡を提案している（特許文献２参照）。
【０００８】
当該反射鏡は、結晶化ガラスからなる基体の表面に薄膜の反射膜を蒸着してなる反射鏡であり、当該反射鏡を構成する基体は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯを主要構成成分とするとともにＴｉＯ2を結晶核成分とするセルジアンを主結晶相とする結晶化ガラスであって、熱膨張係数α（×１０− 7／℃）が３０〜４５の範囲にある。当該反射鏡を構成する基体は、反射鏡を構成する基体の成形に起因する上記した諸問題を解消し得る、耐熱性に優れたものである。
【０００９】
また、本出願人は、上記した特許文献２に記載の反射鏡を構成する基体、および、同基体を構成する結晶化ガラスよりさらに優れた熱的特性を有する結晶化ガラスを開発し、当該結晶化ガラス、および、これを構成材料とする反射鏡用基体として特許出願している（特許文献３参照）。
【００１０】
上記した特許文献３に記載の結晶化ガラスは、反射鏡用基体の構成材料である、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分としセルジアンを主結晶相とする結晶化ガラスについてさらに検討した結果得られたものである。当該結晶化ガラスの結晶の生成には、特定の修飾成分であるＬｉ2Ｏが大きく拘わっていて、ガラス中のＬｉ2Ｏの含有量によって、ヘキサセルジアンの結晶が皆無または極めて少なくて、結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスが得られるとの知見に基づくものである。
【００１１】
【特許文献１】
特公平７−９２５２７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０９９２３号公報
【特許文献３】
欧州特許出願公開第１２８１６８８号（ＥＰ１２８１６８８Ａ１）明細書
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した特許文献３にて提案した結晶化ガラスを基本とし、これよりさらに、耐熱性、機械的強度、光学特性に優れた機器部品を構成する材料として極めて有用なガラス質材料（結晶化ガラス）を提供することにある。特に、本発明の主たる目的は、反射鏡等の使用態様のごとき高温度に曝されても、熱的に安定で熱的損傷を発生させるおそれがない、優れた熱的特性を有する結晶化ガラスを提供するとともに、当該結晶化ガラスを構成材料とする高品質の反射鏡用基体を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、結晶化ガラス、および、当該結晶化ガラスを構成材料とする反射鏡用基体に関する。
【００１４】
本発明に係る結晶化ガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とする結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスであり、当該結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下では、他の結晶を発生させることなく実質的にセルジアンの単相を保持する特性を有していることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に係る結晶化ガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とする結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスであり、当該結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下では熱膨張係数が実質的に変化しない特性を有していることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る結晶化ガラスにおいて、「結晶相が実質的にセルジアンのみからなる」とは、結晶相の全てまたはそのほとんどのものがセルジアンであることを意味する。また、本発明に係る結晶化ガラスにおいて、「熱膨張係数が実質的に変化しない」とは、熱膨張係数が全くまたはほとんど変化しないことを意味する。
【００１７】
本発明に係る結晶化ガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とするとともにＬｉ2Ｏを修飾成分とし、同修飾成分であるＬｉ2Ｏの含有量を０．０５〜１．０重量％とし、かつ、Ａｌ2Ｏ3の含有量を当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下でのＳｉＯ2結晶の発生を規制する量とすることによって構成することができる。換言すれば、本発明に係る結晶化ガラスは、上記した組成を有するガラス原料を採用することによって形成することができる。
【００１８】
本発明に係るこれらの結晶化ガラスにおいては、修飾成分として、Ｎａ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｂｉ2Ｏ3の群から選択される１または複数の成分を含有する構成とすることができる。
【００１９】
本発明に係る反射鏡用基体は、本発明に係るこれらの結晶化ガラスを構成材料とするものである。本発明に係る反射鏡用基体においては、その熱膨張係数α（×１０− 7／℃）が３０〜４５の範囲にあること、曲げ強度が室温では１２０〜１９０Ｍｐａ、３００℃では１４０〜２１０Ｍｐａ、６００℃では１７０〜２２５Ｍｐａの範囲にあること、弾性率が室温では９０〜９５Ｇｐａ、３００℃では６５〜８０Ｇｐａ、６００℃では４０〜４５Ｇｐａの範囲にあることが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る反射鏡用基体においては、当該基体を構成する結晶化ガラスを透過する光の最短波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて８００ｎｍ以上であること、当該基体を構成する結晶化ガラスを透過する透過率が５０％の光の波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて８５０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係る反射鏡用基体においては、曲げ強度が室温においては１２０〜１９０Ｍｐａ、３００℃においては１４０〜２１０Ｍｐａ、６００℃においては１７０〜２２５Ｍｐａの範囲にあり、弾性率が室温においては９０〜９５Ｇｐａ、３００℃においては６５〜８０Ｇｐａ、６００℃においては４０〜４５Ｇｐａの範囲にあり、かつ、当該基体を構成する結晶化ガラスを透過する光の最短波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて６５０ｎｍ以上であり、当該基体を構成する結晶化ガラスを透過する透過率が５０％の光の波長は厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて８５０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２２】
【発明の作用・効果】
本発明に係る結晶化ガラスは、結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスであって、耐熱性、機械的強度、光学特性に優れていることは勿論であるが、特に、下記の特性を有するものである。
【００２３】
すなわち、本発明に係る結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下という、当該結晶化ガラスの結晶化温度を下回る高温度下では、他の結晶を発生させることなく実質的にセルジアン単相を保持する特性を有している。当該特性は、当該結晶化ガラスがその結晶化温度に近い高温度に長時間曝される場合においても、当該結晶化ガラスには体積収縮がなくて熱的損傷が発生しないことを意味する。このため、当該結晶化ガラスは、その結晶化温度に近い高温度に長時間曝される使用態様が採られる部品の構成材料に最適である。
【００２４】
また、本発明に係る結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下という、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度を下回る高温度下に保持した時の熱膨張係数αが実質的に変化しない特性を有している。当該特性は、当該結晶化ガラスがその結晶化温度に近い高温に長時間曝される場合においても、当該結晶化ガラスには体積収縮がなくて熱的損傷が発生しないことを意味する。このため、当該結晶化ガラスは、その結晶化温度に近い高温に長時間曝される使用態様が採られる部品の構成材料に最適である。
【００２５】
このように、本発明に係る結晶化ガラスは、耐熱性、機械的強度、光学特性に優れた機器部品を構成する材料として極めて有用なガラス質材料であって、高温に曝される使用態様の各種の機器部品を構成する材料として好適である。当該機器部品の代表的なものとしては、高輝度の光源ランプが取付けられて照明機器を構成する反射鏡を挙げることができる。本発明に係る結晶化ガラスは、当該反射鏡を構成する基体の構成材料として最適である。当該基体は、本発明に係る反射鏡用基体に該当する。
【００２６】
本発明に係る結晶化ガラスは、例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とするとともにＬｉ2Ｏを修飾成分とし、同修飾成分であるＬｉ2Ｏの含有量が０．０５〜１．０重量％、かつ、Ａｌ2Ｏ3の含有量が当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下でのＳｉＯ2結晶の発生を規制する量である組成によって構成することができる。すなわち、本発明に係る結晶化ガラスは、基本的には、上記した組成と同一の組成のガラス原料を採用することによって形成することができる。なお、当該ガラス原料には、さらに修飾成分として、Ｎａ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｂｉ2Ｏ3の群から選択される１または複数の成分を含有させることができる。
【００２７】
当該組成のガラス原料により形成されたガラスは、結晶化処理によって、必須不可欠とする修飾成分であるＬｉ2Ｏが主体的に機能し、かつ、他の修飾成分が存在する場合には当該修飾成分が副次的に機能して、実質的にセルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）のみからなる結晶相を形成する。
【００２８】
しかして、本発明の特徴の一は、当該ガラス組成の成分中のＡｌ2Ｏ3の含有量を特定して、結晶化温度を下回るが当該結晶化温度に近い温度雰囲気においても熱安定性に優れていて、セルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）結晶相が本来有する特性を保持する結晶化ガラスを生成することにある。本発明では、Ａｌ2Ｏ3の含有量を、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下でのＳｉＯ2結晶の発生を規制する量に規定している。当該手段によって、当該結晶化ガラスに優れた熱的特性が付与される理由は定かではないが、本発明者等はＡｌ2Ｏ3の機能を以下のように推測している。
【００２９】
セルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）結晶相は、量論的には、ＢａＯ：Ａｌ2Ｏ3：２ＳｉＯ2（モル比）を１：１：２とすることによって形成させるが、安定したガラスであるためには、ＳｉＯ2のガラス相の存在が不可欠である。このためには、ＳｉＯ2を当該モル比に対応する量よりも多く含有させる必要がある。
【００３０】
従って、セルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）結晶相のみからなる安定な結晶化ガラスは、ＳｉＯ2量が上記したモル比に対応する量より多い量の組成を基本組成とするものであり、本出願人の冒頭の先願に開示している結晶化ガラスは、当該基本組成からなるものである。当該基本組成を形成するＳｉＯ2における、当該モル比に対応する量よりも多い量を、便宜的にＳｉＯ2の余剰量と定義する。
【００３１】
実質的にセルジアン結晶相のみからなる結晶化ガラスにおいては、結晶化処理中のセルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）結晶の成長に伴い、結晶粒子間に残存するガラス相では、ガラス修飾成分（Ｌｉ2Ｏ，Ｎａ2Ｏ，Ｂ2Ｏ3，ＺｎＯ等） の比率が増大する。当該結晶化ガラスを結晶化処理温度に近い高温度に保持すると、余剰量のＳｉＯ2が存在する場合には、修飾成分の機能により、残存ガラス相内では、余剰量のＳｉＯ2に起因する新たなＳｉＯ2結晶が生成される。このため、当該結晶化ガラスにおいては、当該ＳｉＯ2結晶の生成に起因して体積収縮が発生すると同時に、熱膨張係数αが増大する。従って、上記に定義しているＳｉＯ2余剰量に対応して、本発明で規定しているＡｌ2Ｏ3の含有量「ＳｉＯ2結晶の発生を規制する量」は、上記した基本組成のＡｌ2Ｏ3量にＳｉＯ2余剰量に対処し得る余剰量を含有する量ということができる。従って、Ａｌ2Ｏ3のＳｉＯ2余剰量に対処し得る余剰量をＡｌ2Ｏ3の余剰量と定義する。
【００３２】
ガラス相中に余剰量のＳｉＯ2が存在する結晶化ガラスにおいては、この余剰量に対応する余剰量のＡｌ2Ｏ3が存在している場合には、当該結晶化ガラスを結晶化処理温度に近い高温度に保持しても、余剰量のＡｌ2Ｏ3が残存ガラス相内での新たなＳｉＯ2結晶の生成を規制する。このため、当該結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度に近い高温の雰囲気にあっても、実質的にセルジアンのみからなる単相の結晶化状態を保持し、体積収縮がなくて熱膨張係数が変化しない熱的に安定した状態を維持することができるものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る結晶化ガラスは、耐熱性、機械的強度、光学特性に優れた特性を有するもので、これらの特性を要求されている機器部品を構成する材料として極めて有用なガラス質材料である。また、本発明に係る反射鏡用基体は、本発明に係る結晶化ガラスを構成材料とするもので、耐熱性、機械的強度、光学特性に優れた特性を有し、これらの特性が要求されている反射鏡を構成する基体として極めて有用なものである。
【００３４】
本発明に係る結晶化ガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とする実質的にセルジアンのみのからなる結晶化ガラスであって、当該結晶化ガラスにおける結晶化温度を下回る高温度では、他の結晶を発生させることなく実質的にセルジアンの単相を保持する特性を有し、および／または、当該結晶化ガラスにおける結晶化温度を下回る高温度で保持した時の熱膨張係数αが実質的に変化しない特性を有しているものである。
【００３５】
本発明に係る結晶化ガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とするとともにＬｉ2Ｏを修飾成分とし、同修飾成分であるＬｉ2Ｏの含有量が０．０５〜１．０重量％にあり、かつ、Ａｌ2Ｏ3の含有量が当該結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下でのＳｉＯ2結晶の発生を規制する量の組成を有するものである。従って、当該結晶化ガラスの組成は、上記した基本組成に余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有するものである。当該結晶化ガラスは、かかる組成と同様の組成を有するガラス原料にて形成することができる。当該結晶化ガラスにおいては、上記した各成分以外に、Ｎａ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｂｉ2Ｏ3の群から選択される１または複数の成分を修飾成分として含有していることが好ましい。
【００３６】
光源ランプが取付けられて照明機器を構成する反射鏡において、優れた特性の反射鏡を構成するには、反射鏡を構成する基体（反射鏡用基体）に対しては、耐熱性、機械的強度、光学特性等の種々の特性に優れていることが要請される。また、かかる要請に対処するには、反射鏡用基体を構成する構成材料が耐熱性、機械的強度、光学特性等の特性に優れていることが必要である。本発明者等は、かかる事項に着目して、反射鏡用基体を構成する最適な構成材料についての検討をすでに行っている。
【００３７】
本発明者等は、反射鏡用基体の構成材料としては結晶化ガラスが最適であるとの認識の下、セルジアンを結晶相とする結晶化ガラスを構成するＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＢａＯ系ガラスに着目して、ガラスの構成成分、結晶相、および、熱膨張係数αの関係を種々検討すべく実験を試みたところ、本出願人の先願に係る冒頭に示した特許文献２にて開示しているように、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とするガラスによって、セルジアンを主結晶相とする結晶化ガラスを構成することができること、および、当該結晶化ガラスの熱膨張係数α（×１０− 7／℃）が３０〜４５の範囲にあることの知見を得ている。
【００３８】
本発明者等は、かかる知見に基づき、さらに、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＢａＯ系ガラスに着目して、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯおよびＴｉＯ2を基本組成とするガラス原料の融点を低減させること、および、当該ガラス原料を成形材料とする成形体の結晶化能、および、結晶化後の耐熱性についてさらに検討している。
【００３９】
本発明者等はかかる検討によって、上記した基本組成のガラス原料に所定量のＬｉ2Ｏを付加することによって一層良好な結晶化ガラスが得られること、すなわち、結晶相が実質的にセルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）のみからなる結晶化ガラスが得られることを見出して、本出願人の先願に係る冒頭に示した特許文献３にて開示している。
【００４０】
本発明者等は、これに加えて、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯおよびＴｉＯ2を主要構成成分とするガラス原料中のＡｌ2Ｏ3の含有量を特定することによって、特異な熱的特性の結晶化ガラスが生成されることを見出した。
【００４１】
上記した基本組成の成分を主要構成成分とするガラス原料において、少なくともＬｉ2Ｏを修飾成分とすれば、融点が１５００℃より著しく低い１４５０℃以下の融点のガラス原料を構成することができる。また、このような低融点のガラス原料を成形材料とするガラス成形体は、加熱処理により、セルジアンを主結晶相とする結晶化ガラスに変換でき、熱膨張係数α（×１０− 7／℃）が３０〜４５の範囲にある耐熱性の高い成形体を構成することができる。さらにまた、当該ガラス成形体は加熱処理温度、換言すれば結晶化温度を制御することにより、一層機械的特性および光学特性に優れた成形体を構成することができる。
【００４２】
修飾成分であるＬｉ2Ｏは、微量な範囲で、ガラスの溶解性を向上させ、セルジアン結晶の析出を促進し、かつ、セルジアン結晶の成長速度を増大するべく機能する。この場合のＬｉ2Ｏの含有量は、０．０５〜１．０重量％であることが好ましい。これにより、結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスを得ることができる。Ｌｉ2Ｏの含有量が０．０５重量％未満では溶解性の向上が低く、Ｌｉ2Ｏの含有量が１．０重量％を越えると成形時の失透性（光学特性）が悪化するおそれがある。
【００４３】
このような成分組成を有するガラス原料は、融点が１５００℃より著しく低い１４５０℃以下の融点のガラス原料を構成することができる。また、このような低融点のガラス原料を成形材料とするガラス成形体は、加熱処理により、結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスに変換でき、熱膨張係数α（×１０-7／℃）が３０〜４５の範囲にある耐熱性の高い成形体を構成することができる。また、ガラス成形体における結晶化ガラスの結晶粒子の粒子径を、０．１〜１μｍという極めて微粒子の結晶粒子とすることができて、ガラス成形体の反射特性を著しく向上させることができる。
【００４４】
以上の結晶化ガラスの特徴は、冒頭に示した本出願人の先願である特許文献３に開示している結晶化ガラスが有する特徴でもあり、本発明に係る結晶化ガラスの最大の特徴は、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下では他の結晶を発生させることなく実質的にセルジアンの単相を保持する特性を有し、および／または、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度を下回る高温度下で保持した時の熱膨張係数αが実質的に変化しない特性を有していることにある。当該結晶化ガラスの「結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度」は、当該結晶化ガラスの成形体を基体とする反射鏡の使用態様における雰囲気温度を想定して設定した温度である。
【００４５】
当該結晶化ガラスは、（ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＢａＯ）組成のセルジアン単結晶相を構成する基本組成に、Ａｌ2Ｏ3を、基本組成の成分量より余剰に付加したものである。Ａｌ2Ｏ3の余剰量は、当該結晶化処理温度を下回る高温度下でのＳｉＯ2結晶の発生を規制する量であり、当該基本組成に含まれている上記しているＳｉＯ2の余剰量に対応する。また、当該結晶化ガラスは、当該組成のガラス原料によって形成される。
【００４６】
このような特異な熱的特性を有する結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化温度に近い高温に長時間曝される場合においても、熱的に極めて安定した状態にあって当該結晶化ガラスに熱的損傷が発生することがない。このため、当該結晶化ガラスは、その結晶化温度に近い高温に長時間曝される使用態様が採られる部品、例えば、高輝度の照明機器を構成する反射鏡を構成する基体（反射鏡用基体）の構成材料に最適である。
【００４７】
ガラス原料および結晶化ガラスにおける上記した余剰量のＡｌ2Ｏ3が、結晶化ガラスにこのような特異な熱的特性を付与する理由は定かではないが、「作用効果」の項で詳述しているように、余剰量のＡｌ2Ｏ3が、ガラス相中のＳｉＯ2が結晶を生成する機能を阻止するためと推測される。
【００４８】
このため、当該結晶化ガラスにおいては、当該ＳｉＯ2結晶の生成に起因する体積収縮の発生が抑制される。この現象は、熱膨張係数αが増大することがないことを意味する。
【００４９】
本発明に係る結晶化ガラスにおいては、ガラス原料の組成の選定と合わせて、結晶化温度を例えば８００〜９００℃の範囲で適宜制御することにより、曲げ強度、弾性率、透過性等の特性を異にする各種の特性の結晶化ガラスを構成することができる。これらの特性を有する結晶化ガラスから、反射鏡用基体として極めて優れた結晶化ガラスを選択して、高品質の反射鏡用基体を構成することができる。なお、このような成分組成を有するガラス原料には、修飾成分として、Ｌｉ2Ｏの他に、Ｎａ2Ｏ、Ｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＺｎＯおよびＢｉ2Ｏ3の群から選択される１または複数の成分を追加することができる。
【００５０】
このような特殊な成分組成のガラス原料は、通常のガラス原料を用いたガラスの成形と同様に、溶融状態で成形型に供給されて、プレス成形、ロール成形、キャスト成形、ブロー成形等の成形手段により、基体と同一形状のガラス成形体に成形される。ガラス成形体の成形時におけるガラス原料の溶融温度は、ガラス原料の融点の関係から、１４５０℃以下に設定することができる。
【００５１】
当該ガラス原料の溶融温度では、ガラス成形体の成形工程における成形型の型面での酸化の助長を抑制し得て、成形型の型面の表面荒れを大幅に低減させることができる。このため、ガラス成形体に要求される高精度の表面粗度に適合した成形型の型面の面粗度を長期間維持し得て、成形されるガラス成形体の表面の面粗度を、ガラス成形体に要求される高精度の面粗度、例えば、反射鏡用基体に要求される面粗度である０．０３μｍ以下という面粗度に形成することができる。この場合の面粗度は、ＪＩＳＢ０６０１の「中心線平均粗さＲａ」を意味する。
【００５２】
反射鏡用基体は、上記した成分組成のガラス原料を溶融して成形されたガラス成形体を熱処理して、ガラス成形体を構成するガラスを結晶化させることにより形成される。ガラス成形体の結晶化処理は加熱炉で行い、一般的には、１００℃／ｈｒ〜３００℃／ｈｒの昇温速度でガラスの変形温度以下の温度、例えば、６００℃〜７５０℃に昇温しこの温度範囲で１〜３時間熱処理し、引き続き、８００℃〜１１００℃に昇温しこの温度範囲で１〜３時間熱処理をする。後者の熱処理が主たる結晶化処理であり、主たる結晶化処理の温度を結晶化温度と称している。
【００５３】
かかる結晶化処理により、ガラス成形体を構成するガラスにおいては、その内部に微細で均一な結晶が生成されて、セルジアンを主結晶相としたヘキサセルジアンの結晶相が皆無または皆無に近い、実質的にセルジアン結晶相のみからなる結晶化ガラスに変換される。ガラス成形体は、実質的にセルジアン結晶相のみからなる基体に変換される。
【００５４】
換言すれば、ガラス成形体は、ガラス原料中のＬｉ2Ｏ、余剰のＡｌ2Ｏ3の含有量を適正に設定することにより、また、付与すべき熱処理温度（結晶化温度）を適正に設定することにより、ヘキサセルジアン結晶相が存在しないセルジアン結晶相のみからなる結晶化ガラスに変換でき、かつ、特異な熱的特性を付与することができる。
【００５５】
当該基体（反射鏡用基体）には、通常の手段で、その表面に薄膜多層の反射膜が蒸着されて反射鏡に形成される。形成された反射鏡は、高い反射率で散乱光を反射するとともに赤外線を透過し、その際、結晶化ガラスの結晶構造が透過しようとする赤外線を散乱させて、反射鏡の背面側に配設される部品の温度上昇を抑制する。
【００５６】
本発明に係る反射鏡用基体は、結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスにて構成されていて、熱膨張係数α（×１０− 7／℃）が３０〜４５という低い範囲にあって高い耐熱性を有するため、反射鏡は耐熱衝撃性に優れ、高い温度での使用態様が可能な優れた反射鏡となる。また、当該基体を構成する結晶化ガラスを、結晶粒子が０．１〜１．０μｍという微小の結晶粒子に形成することができて、反射率を一層向上させることができる。
【００５７】
本発明に係る反射鏡用基体の最大の特徴は、特異な熱的特性（上記した熱膨張係数の特異性）を有する結晶化ガラスを形成材料としていることにある。これにより、反射鏡用基体は、形成材料である結晶化ガラスが有する熱的特性をそのまま保持することになる。このため、当該反射鏡用基体は、当該結晶化ガラスの結晶化温度に近い高温に長時間曝される使用態様が採られる高輝度の照明機器を構成する部品（反射鏡用基体）として最適である。
【００５８】
得られる高品質の反射鏡用基体の特性の第１は、曲げ強度が、室温においては１２０〜１９０Ｍｐａ、３００℃においては１４０〜２１０Ｍｐａ、６００℃においては１７０〜２２５Ｍｐａの範囲にあり、かつ、弾性率が、室温においては９０〜９５Ｇｐａ、３００℃においては６５〜８０Ｇｐａ、６００℃においては４０〜４５Ｇｐａの範囲にあって、機械的特性および熱的特性に優れた耐久性の高い点にある。
【００５９】
また、得られる高品質の反射鏡用基体の特性の第２は、基体を構成する結晶化ガラスを透過する光の最短波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて６５０ｎｍ以上であり、かつ、基体を構成する結晶化ガラスを透過する透過率が５０％の光の波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて８５０ｎｍ以上であって、光学特性に優れている点にある。
【００６０】
さらに、得られる高品質の反射鏡用基体の特性の第３は、曲げ強度が、室温においては１２０〜１９０Ｍｐａ、３００℃においては１４０〜２１０Ｍｐａ、６００℃においては１７０〜２２５Ｍｐａの範囲にあり、かつ、弾性率が、室温においては９０〜９５Ｇｐａ、３００℃においては６５〜８０Ｇｐａ、６００℃においては４０〜４５Ｇｐａの範囲にあり、基体を構成する結晶化ガラスを透過する光の最短波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて６５０ｎｍ以上であり、かつ、基体を構成する結晶化ガラスを透過する透過率が５０％の光の波長が厚み１ｍｍの結晶化ガラスにおいて８５０ｎｍ以上であって、機械的特性、熱的特性、および光学的特性に優れている点にある。
【００６１】
反射鏡用基体の最適な形態は、上記した曲げ強度および弾性率を有する厚みが３〜６ｍｍのもので、基体を構成する結晶化ガラスを透過する光の最短波長が８５０ｎｍ、好ましくは１０００ｎｍのものである。本発明に係る反射鏡用基体においては、ガラス原料の選定および結晶化温度の制御により、当該形態の反射鏡用基体を容易に構成することができる。
【００６２】
なお、反射鏡用基体を構成するガラス原料としては、融点が１４５０℃以下のものを選択することができる。この場合には、ガラス成形体を成形する際のガラス原料の溶融温度を１４５０℃以下という、通常のガラス原料の溶融温度である１５００℃に比較して著しく低温度に設定することができる。
【００６３】
このため、当該基体を成形する際に使用する成形型の型面は、１５００℃以上の高温に曝されることがなくて、成形型の型面に対する高温加熱に起因する酸化の助長を抑制し得て、型面の表面荒れを抑制することができる。これにより、成形型の寿命が向上して、交換用の成形型を多数準備することに費やされる費用や、成形型の交換作業の費用を大幅に低減することができる。さらには、成形型の型面の表面荒れを抑制し得るため、当該基体に要求されている表面の面粗度（０．０３μｍ以下）に対応して設定される成形型の型面の面粗度を長期間維持することができて、面粗度が０．０３μｍ以下である基体を長期にわたって成形できる利点がある。
【００６４】
当該基体を構成するガラス原料の組成における各成分、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯの成分は、結晶化ガラスの基本構造を形成するものである。当該結晶化ガラスを構成するガラス原料の組成は、主要構成成分であるＳｉＯ2が３５〜５５重量％、Ａｌ2Ｏ3が７〜２５重量％、ＢａＯが１８〜３８重量％、ＴｉＯ2が８〜１５重量％であり、かつ、修飾成分であるＬｉ2Ｏが０．０５〜１．０重量％、Ｂ2Ｏ3が３．０〜４重量％、ＺｎＯが２．０〜２．５重量％、Ｎａ2Ｏが０．２〜２．０重量％、Ｓｂ2Ｏ3が０．１〜０．５重量％である。
【００６５】
当該ガラス原料の最適な組成は、モル換算では概略、主要構成成分であるＳｉＯ2が５５．８ｍｏｌ％、Ａｌ2Ｏ3が余剰分を含めて１４．１ｍｏｌ％、ＢａＯが１３．１ｍｏｌ％、ＴｉＯ2が９．２ｍｏｌ％であり、かつ、修飾成分であるＬｉ2Ｏが０．８ｍｏｌ％、Ｂ2Ｏ3が３．９ｍｏｌ％、ＺｎＯが２．５ｍｏｌ％、Ｎａ2Ｏが０．５ｍｏｌ％、Ｓｂ2Ｏ3が０．２〜０．５ｍｏｌ％である。
【００６６】
当該組成中の各修飾成分のうち、ＺｎＯはガラスの熱膨張率を低下させ化学的耐久性を向上すべく機能し、Ｎａ2Ｏはガラスの溶解、清澄化を容易にするが、化学的耐久性を低下させ、熱膨張率を増加すべく機能し、Ｓｂ2Ｏ3は溶融ガラスの清澄段階でＳｂ2Ｏ5中のＯ2を放出して溶解ガラスを清澄化すべく機能する。
【００６７】
当該基体を構成する結晶化ガラスを構成する結晶相は、実質的にセルジアンの結晶のみからなるもので、その結晶の粒子径（粒子の大きさ）は、好ましくは０．１〜１μｍであり、より好ましくは０．１〜０．５μｍである。結晶の粒子径が０．１μｍを下回ると、当該基体の反射鏡の構成材料としての強度低下をきたし、また、結晶の粒子径が１μｍを上回ると、基体を反射鏡に形成した場合の反射光の反射強度低下をきたす。また、結晶の粒子径が０．５μｍの値は、反射光のうちの短波長である青色の散乱が始まる時点である。
【００６８】
本発明に係る基体を構成部材とする反射鏡においては、基体を構成する結晶化ガラスが上記したごとき構成成分であって、実質的にセルジアンの結晶相のみからなる結晶化ガラスであり、結晶化ガラスの熱膨張係数α（×１０− 7／℃）を３０〜４５の範囲に設定することができるとともに、結晶化ガラスの結晶粒子を０．１〜１．０μｍの微粒子状に設定できる。
【００６９】
当該反射鏡は、機械的強度が向上し、結晶粒子サイズの微小化および均一化に起因して表面粗さが一層向上して研磨加工の低減を図ることができ、実質的にセルジアンのみからなる結晶相に起因して、耐熱性等の熱的特性が向上する。また、熱応力に対する耐衝撃性が向上するとともに、可視光透過率の低減等、光学特性の適正化を図ることができる。当該反射鏡は、使用態様における高温雰囲気での熱安定性に特に優れている。
【００７０】
本発明においては、結晶化温度を制御することにより、透過する光の最短波長が異なるガラス成形体を得ることができること、結晶化温度を高く設定するほど、透過する光の最短波長が長いガラス成形体を得ることができる。結晶化ガラスのガラス成形体を反射鏡用基体として採用する場合には、基体からの可視光の漏れが皆無または皆無に近いほど好ましい。このような好ましい光学的特性を有する反射鏡用基体を構成する結晶化ガラスは、厚みが１ｍｍにおける結晶化ガラスを透過する光の最短波長が６５０ｎｍ以上のものであり、当該結晶化ガラスはガラス成形体の結晶化温度を制御することにより容易に得られるものである。
【００７１】
図１は、上記した結晶化ガラスからなる板状のガラス成形体（結晶化ガラス）分光透過特性を示すグラフであり、肉厚１ｍｍのガラス成形体における光の各波長（ｎｍ）における透過率（％）の関係を示すグラフである。分光透過特性を示すグラフのうち、グラフ１は結晶化温度８２５℃で３時間結晶化させたもの、グラフ２は結晶化温度８５０℃で１時間結晶化させたもの、グラフ３は結晶化温度８５０℃で３時間結晶化させたものである。
【００７２】
図１の分光透過特性を示すグラフから、結晶化温度を制御することにより、光の波長の透過率が異なるガラス成形体を得ることができること、結晶化温度を高く設定するほど、光の透過率の低いガラス成形体を得ることができることが確認される。結晶化ガラスのガラス成形体を反射鏡用基体として採用する場合には、基体からの可視光の漏れが皆無または皆無に近いほど好ましい。このような好ましい光学的特性を有する反射鏡用基体を構成する結晶化ガラスは、厚みが１ｍｍにおける結晶化ガラスを透過する透過率が５０％の光の波長が８５０ｎｍ以上のものであり、当該結晶化ガラスはガラス成形体の結晶化温度を制御することにより容易に得られるものである。
【００７３】
ガラス成形体の結晶化温度を制御することにより、光学的特性の異なる種々の結晶化ガラスのガラス成形体を得ることができるが、これにより、曲げ強度（Ｍｐａ）および弾性率（Ｇｐａ）の異なるガラス成形体を得ることができることも確認している。結晶化ガラスのガラス成形体を反射鏡用基体として採用する場合には、基体は光源ランプにより相当高い温度に長時間曝される。この場合においても基体は高い機械的強度を保持し続けることが好ましい。このような好ましい機械的特性および熱的特性を有する反射鏡用基体は、下記の曲げ強度および弾性率を有するものである。
【００７４】
すなわち、曲げ強度については、室温においては１２０〜１９０Ｍｐａ、３００℃においては１４０〜２１０Ｍｐａ、６００℃においては１７０〜２２５Ｍｐａの範囲の曲げ強度を有し、弾性率については、室温においては９０〜９５Ｇｐａ、３００℃においては６５〜８０Ｇｐａ、６００℃においては４０〜４５Ｇｐａの範囲の弾性率を有するものである。このような好適な反射鏡用基体は、結晶化温度を制御することにより容易に得ることができる。
【００７５】
以上の結果、すなわち、ガラス原料、結晶化ガラス、結晶化ガラスからなる基体の特性は、本出願人の冒頭に示した特許文献３である本出願人の先願の発明において確認しているところである。
【００７６】
図２および図３は、結晶相がセルジアンのみからなる結晶ガラスを構成材料とする反射鏡用基体（ガラス成形体）における、所定の加熱温度での体積膨張率の経時的挙動を示すグラフであって、後述する本発明の実施例および比較例の結果を示している。また、図４および図５は、上記したガラス成形体における、所定の加熱温度で２０時間保持した後のＸ線回折チャートを示している。
【００７７】
なお、当該Ｘ線回折データの測定には、Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ２１００／ＰＣ（リガク社製）を採用して、測定条件として管電圧５０ＫＶ、管電流３０ｍＡ、測定範囲１０度〜４０度（回折角）、ステップ幅０．０２度、ステップ送り速度０．６秒を採用した。
【００７８】
図２に示すグラフは、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有しないガラス原料からなるガラス成形体（比較例）におけるグラフであり、図３に示すグラフは、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有するガラス原料からなるガラス成形体（実施例）におけるグラフである。また、図４に示すＸ線回折チャートは、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有しないガラス原料からなるガラス成形体（比較例）におけるＸ線回折チャートであり、図５に示すＸ線回折チャートは、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有するガラス原料からなるガラス成形体（実施例）におけるＸ線回折チャートである。
【００７９】
各ガラス成形体においては、ガラス原料における余剰量のＡｌ2Ｏ3の有無によって、体積膨張率の熱的挙動が大きく異なる。余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有しないガラス原料を構成材料とするガラス成形体（比較例）では、体積膨張率が経時的に漸次低下し、また、測定によれば熱膨張係数αは増大している。これに対して、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有するガラス原料を構成材料とするガラス成形体（実施例）では、体積膨張率は経時的にはほとんど変化せず、また、測定によれば熱膨張係数αは変化していない。
【００８０】
また、各成形体においては、ガラス原料中での余剰量のＡｌ2Ｏ3の有無によって結晶状態が異なる。余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有しないガラス原料を構成材料とするガラス成形体（比較例）では、Ｘ線回折チャートの回折角２θが２６．３度および２０．５度の位置（矢印表示）にピークがある。これらのピークは、ガラス成形体内にＳｉＯ2が存在していることを意味している。これに対して、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有するガラス原料を構成材料とするガラス成形体（実施例）では、Ｘ線回折チャートの回折角２θが２６．３度および２０．５度にピークはない。ピークがないことは、ガラス成形体内にＳｉＯ2が存在していないとを意味している。
【００８１】
換言すれば、実施例に係るガラス成形体および比較例に係るガラス成形体を、結晶化処理温度の７５％〜９０％（６５０℃，７００℃，７５０℃）の温度下では、後者のガラス成形体（比較例）内にＳｉＯ2結晶が発生して、実質的にセルジアンのみからなる結晶相（セルジアン単相）の結晶構造が損なわれること、これとは逆に、前者のガラス成形体（実施例）内には他の結晶は発生せず、実質的にセルジアンのみからなる結晶相（セルジアン単相）の結晶構造が保持されることを示している。
【００８２】
このような熱的特性は、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有するガラス原料を構成材料とするガラス成形体（実施例）では、結晶化温度に近い高温に長時間曝されても熱的に安定で熱的損傷を受けないことを教示し、また、余剰量のＡｌ2Ｏ3を含有しないガラス原料を構成材料とするガラス成形体（比較例）では、結晶化温度に近い高温に長時間曝されると熱的に不安定な状態になって、熱的損傷を受けるおそれがあることを教示しているものである。
【００８３】
【実施例】
本実施例では、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とするとともに、Ｌｉ2Ｏ、その他の成分を修飾成分とするガラス原料を使用して結晶化ガラスを生成して、ガラス原料および結晶化ガラスの組成における「余剰量のＡｌ2Ｏ3」の有無と結晶化ガラスの特性の関係を確認する実験を行った。
【００８４】
（ガラス原料の調製）：ガラス原料の調製では、結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスが生成される基本組成のガラス原料において、余剰量のＡｌ2Ｏ3が存在するガラス原料（実施例）と、余剰量のＡｌ2Ｏ3が存在しないガラス原料（比較例）の２種類のガラス原料を調製した。調製されたガラス原料の組成を表１に示す。また、表２には、表１に示すガラス原料に形成される結晶化ガラスにおいて、量論的に、セルジアン（ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）が１００％析出すると想定した場合の、残存ガラス成分比（モル比）を示している。これらのガラス原料の組成は、結果的には、生成される結晶化ガラスの組成である。
【００８５】
【表１】
【表２】
（ガラス成形体の生成）：結晶化ガラスの生成では、上記した２種類のガラス原料を１４５０℃で溶融して、反射鏡用基板である椀形状のガラス成形体を成形し、得られた各ガラス成形体を８５０℃の温度でそれぞれ結晶化処理して、各ガラス成形体を構成するガラスを結晶化ガラスに変換して、結晶相がセルジアン単相（実質的にセルジアンのみからなる結晶ガラス）の反射鏡用基体を構成した。得られた各ガラス成形体の特性を表３に示す。
【００８８】
【表３】
（ガラス成形体の高温暴露試験）：当該試験は、ガラス成形体（基体）を構成材料とする反射鏡の使用態様を想定したもので、各ガラス成形体を、反射鏡が長時間曝されると予想される温度６５０℃、７００℃、７５０℃で２０時間保持して、この状態での各ガラス成形体における体積膨張の経時的変化を測定した。得られた結果を図２および図３のグラフに示す。また、２０時間加熱後の各ガラス成形体のＸ線回折を行うとともに、各成形体の熱膨張係数αを測定した。Ｘ線回折の回折チャートについては、図４および図５のグラフに示すとともに、熱膨張係数αについては表３に示す。
【００９０】
（反射鏡の耐熱サイクル試験）：当該試験では、生成した各ガラス成形体を基体とする各反射鏡について、エレマヒータによる耐熱サイクル試験を行って、各反射鏡の椀形形状の内周面を結晶化温度に近い高温に曝した場合の、「余剰のＡｌ2Ｏ3」の有無とクラックの発生との関係を観察した。耐熱サイクル試験では、反射鏡の内周側に挿入して設置してあるエレマヒータへの通電の断続（通電２時間３０分、断電３０分）を１サイクルとしてこれを繰り返し行って、この間の各反射鏡におけるクラックの発生の有無を観察した。
【００９１】
エレマヒータへの通電時には、エレマヒータの側部温度は１１１０℃となり、反射鏡の内周面におけるエレマヒータが近接する部位の温度は、エレマヒータが最も近接する内周面上部では８００℃、エレマヒータが最も近接する内周面側部では６５０℃となった。得られた結果を表４に示す。
【００９２】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶化ガラスからなる一成形体における透過する光の波長と透過率の関係（分光透過特性）を示すグラフである。
【図２】比較例に係るガラス成形体の高温雰囲気下での体積膨張率の経時挙動を示すグラフである。
【図３】実施例に係るガラス成形体の高温雰囲気下での体積膨張率の経時挙動を示すグラフである。
【図４】比較例に係るガラス成形体の高温雰囲気曝露後のＸ線回折チャートである。
【図５】実施例に係るガラス成形体の高温雰囲気曝露後のＸ線回折チャートである。
Claims (5)
- ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とする結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスであり、当該結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下では、他の結晶を発生させることなく実質的にセルジアンの単相を保持する特性を有していることを特徴とする結晶化ガラス。
- ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とする結晶相が実質的にセルジアンのみからなる結晶化ガラスであり、当該結晶化ガラスは、当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下では、熱膨張係数が実質的に変化しない特性を有していることを特徴とする結晶化ガラス。
- 請求項１または２に記載の結晶化ガラスであり、当該結晶化ガラスは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2を主要構成成分とするとともにＬｉ2Ｏを修飾成分とし、同修飾成分であるＬｉ2Ｏの含有量は０．０５〜１．０重量％であり、かつ、Ａｌ2Ｏ3の含有量は当該結晶化ガラスの結晶化処理温度の７５％〜９０％の温度下でのＳｉＯ2結晶の発生を規制する量であることを特徴とする結晶化ガラス。
- 請求項３に記載の結晶化ガラスであり、当該結晶化ガラスは、Ｎａ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｂｉ2Ｏ3の群から選択される１または複数の成分を修飾成分として含有することを特徴とする結晶化ガラス。
- 表面に薄膜状の反射膜が蒸着されて反射鏡を形成する基体であり、当該基体は請求項１〜４のいずれか一項に記載の結晶化ガラスにて構成されていることを特徴とする反射鏡用基体。
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