JP4886928B2

JP4886928B2 - 結晶化ガラス製リフレクター基体の製造方法

Info

Publication number: JP4886928B2
Application number: JP2000343177A
Authority: JP
Inventors: 稔国松
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP2002154837A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主に投影機や照明の光源ランプや天体観測用望遠鏡に使用される結晶化ガラス製リフレクター基体の製造方法であって、特に液晶プロジェクタ用光源に使用される結晶化ガラス製リフレクター基体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、投影機は、液晶プロジェクタの登場により、高精細化や高輝度化が進んできた。高輝度化に伴い、光源に求められる要求特性が厳しくなってきており、高輝度のものになるほど発熱も著しいため、光源に用いられるリフレクター基体の材料には、耐熱衝撃性や耐熱性に優れた材料が求められるようになってきた。
【０００３】
そこで、リフレクター基体の材料としては、従来使用されてきたホウケイ酸塩ガラスよりも耐熱衝撃性や耐熱性に優れたＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系低膨張結晶化ガラスが使用されるようになってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この低膨張結晶化ガラスからなるリフレクター基体は、高温で溶融されたガラス生地をプレス成型して略椀状のリフレクター基体の形状にした後、焼成炉中で熱処理し、ガラス中に、所望の結晶を析出させることによって作製される。
【０００５】
このリフレクター基体の内表面は、光反射率を高く保つために、その内表面を滑らかにしなければならない。
【０００６】
しかしながら、プレス成型によって結晶化ガラス製リフレクター基体を作製した場合、押金型仕上げ面の経時変化によるわずかな凹凸や肌荒れにより内表面の表面粗さが大きくなるため、結晶化後に内表面を機械的に研磨することによって、平滑な面を形成する必要がある。ところが、リフレクター基体の内表面は、曲面を有するため、均質に研磨することが難しく、また手間がかかり、製造コストが高くなるという問題点を有している。
【０００７】
本発明の目的は、上記事情に鑑みなされたものであり、結晶化後に研磨することなく、表面粗さの小さい内表面を備えた結晶化ガラス製リフレクター基体を安価に製造することができる方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、リフレクター基体の形状にプレス成型した後、その内表面をバーナーで強熱して平滑面にしておくと、結晶化した後の表面粗さを全体的に小さくできるため、より経済的に結晶化ガラス製リフレクター基体を作製できることを見出し、本発明を提案するに至った。
【０００９】
即ち、本発明の結晶化ガラス製リフレクタ―基体の製造方法は、結晶性ガラスをリフレクター基体の形状にプレス成型した後、その内表面をバーナーで強熱して平滑面とし、底金型から取り出し、次いで焼成炉中で熱処理して結晶化することによって、内表面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以下のリフレクター基体とすることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明における結晶化ガラス製リフレクター基体の製造方法は、結晶性ガラスをリフレクター基体の形状にプレス成型し、その内表面をバーナーで強熱して表面をわずかに軟化流動させることにより平滑面にし、底金型から取り出し、次いで焼成炉中で熱処理して結晶化するため、得られる結晶化ガラス製リフレクター基体の内表面の表面粗さがＲａで０．０５μｍ以下となり、液晶プロジェクターの光源に用いた際に光反射率が高くなる。したがって、結晶化後の研磨を必要としないため、経済的である。
【００１１】
また、結晶性ガラスをリフレクター基体の形状にプレス成型し、その内表面をバーナーで強熱した後、さらに好ましくは、強制冷却してから、底金型上部端面に載置してある胴金型を取り除き、ガラス成型体を底金型から取り出すようにすると、バーナーで強熱されたガラス成型体が軟化変形しにくく、内表面の曲面精度が悪化しにくく、液晶プロジェクターの光源に用いた際にスクリーン照度が低下しにくいため好ましい。すなわち、ガラス基体が底金型中にある時に、その内表面をバーナーで強熱すれば、ガラス基体は、軟化変形しにくく、さらに、ガラス成型体の口部の端面形状を形成するための胴金型をプレス成型後すぐに取り除かず、強制冷却した後に取り除くことによって、基体の軟化変形を防ぐことができるからである。
【００１２】
また、本発明の結晶化ガラス製リフレクター基体の製造方法は、結晶化ガラスが、質量百分率で、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＺｎＯ０〜０．２９％であるＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系結晶化ガラスからなると、成型時に失透しにくく、主結晶としてβ−石英固溶体又はβ−スポジュメン固溶体を析出するため、耐熱性や耐熱衝撃性に優れたリフレクター基体になり、高輝度の光源に使用可能となり、また、結晶化時に表面粗さが大きくなりにくいため好ましい。尚、結晶化ガラス製リフレクター基体は、主結晶として準安定なβ−石英固溶体を析出させると、膨張係数がゼロに近く、特に耐熱衝撃性に優れた透明結晶化ガラスになり、さらに高温で処理してβ−石英固溶体を安定なβ−スポジュメン固溶体に転移させると、特に耐熱性に優れた白色不透明な結晶化ガラスとなる。
【００１３】
具体的に、本発明のリフレクター基体を構成する結晶化ガラスの好適な組成範囲は、質量百分率で、ＳｉＯ₂ ５０〜８０％、Ａｌ₂Ｏ₃ １２〜３０％、Ｌｉ₂Ｏ１〜６％、ＭｇＯ０〜０．２％、ＺｎＯ０〜０．２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＺｎＯ０〜０．２９％、Ｎａ₂Ｏ０〜５％、Ｋ₂Ｏ０〜５％、ＢａＯ０〜８％、ＴｉＯ₂ ０〜８％、ＺｒＯ₂ ０〜７％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜７％である。
【００１４】
また、リフレクター基体の熱膨張係数が、−１０〜３０×１０^-7／℃、好ましくは−１０〜１５×１０^-7／℃（３０〜７５０℃）の低い熱膨張係数を有していると、特に耐熱衝撃性に優れるため好ましい。
【００１５】
次に上記結晶化ガラスを用いた本発明のリフレクター基体の製造方法を説明する。
【００１６】
まず質量百分率で、ＳｉＯ₂ ５０〜８０％、Ａｌ₂Ｏ₃ １２〜３０％、Ｌｉ₂Ｏ１〜６％、ＭｇＯ０〜０．２％、ＺｎＯ０〜０．２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＺｎＯ０〜０．２９％、Ｎａ₂Ｏ０〜５％、Ｋ₂Ｏ０〜５％、ＢａＯ０〜８％、ＴｉＯ₂ ０〜８％、ＺｒＯ₂ ０〜７％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜７％の組成を有するように原料を調合する。なお必要に応じてさらにＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、Ｃｌ、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 等を添加してもよい。
【００１７】
次に調合したガラス原料を１５５０〜１７５０℃で４〜２０時間溶融した後、適量のガラス生地（ゴブ）を、底金型内に投入し、押金型によりプレス成型することによって、リフレクター基体の形状を有するガラス成型体を作製する。その後、底金型上部に設けられたバーナーによりガラス成型体の内表面を強熱することによって表面がわずかに軟化流動し、押金型による凹凸や小さな傷跡が完全に溶解して、内表面が鏡面状に滑らかになる。次にエアーをガラス成型体の内表面に吹きかけ強制冷却し、ガラス成型体が軟化変形しない温度まで下がったら胴金型を取り除き、ガラス成型体を脱型した後、徐冷炉を用いて室温まで冷却する。因みに、バーナーは、燃料として酸素とガスの混合気体を使用し、火勢の調節は、空気圧によって行えばよい。また、強熱時に、バーナーをガラス成型体の上方で回転させると、均一に加熱でき、内表面の表面粗さのばらつきや曲面精度が小さくなるため好ましい。また、バーナーの加熱時間は２〜８秒で、上記効果を発揮するため、生産性を低下させることはない。
【００１８】
次いで前記ガラス成型体を焼成炉に入れて、７００〜８００℃で１〜４時間保持して核形成を行い、透明な結晶化ガラスとする場合は８００〜９５０℃で０．５〜３時間熱処理してβ−石英固溶体を析出させ、また白色不透明な結晶化ガラスとする場合は核形成後に１０５０〜１２５０℃で０．５〜２時間熱処理してβ−スポジュメン固溶体を析出させることによって、結晶化ガラス製リフレクター基体が作製できる。
【００１９】
このリフレクタ―基体を使って光源ランプを作製する場合には、リフレクタ―基体の中心部にランプを取り付けるための穴があけられる。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明の結晶化ガラス製リフレクター基体の製造方法を説明する。
【００２１】
図１は、本発明における結晶化ガラス製リフレクター基体の製造方法の概念図で、（ａ）は、プレス工程、（ｂ）は、バーナーによる加熱工程を示している。図２は、リフレクター基体の平面図であり、表面粗さの測定点を示している。
【００２２】
実施例の結晶化ガラス製リフレクター基体は次のようにして作製した。
【００２３】
まず質量百分率で、ＳｉＯ₂ ６５．１％、Ａｌ₂Ｏ₃ ２２．０％、Ｌｉ₂Ｏ４．２％、ＭｇＯ０．１％、ＺｎＯ０．１％、Ｎａ₂Ｏ０．４％、Ｋ₂Ｏ０．３％、ＢａＯ１．３％、ＴｉＯ₂ ２．０％、ＺｒＯ₂ ２．２％、Ｐ₂Ｏ₅１．４％、Ｓｂ₂Ｏ₃ ０．６％、Ａｓ₂Ｏ₃ ０．３％の組成を有するように原料を調合し、均一に混合した後、溶融炉で１５５０〜１６５０℃で８〜２０時間溶融した。次いで溶融したガラス生地（ゴブ）を、図１に示すように胴金型１０を載置した底金型１１内に投入し、押金型１２を用いてプレス成型することによってリフレクター基体の形状を有するガラス成型体１３を成形した後、図１（ｂ）に示すようにガラス成形体１３の上方に設けられたバーナー１４を回転させながらガラス成型体１３の内表面１３ａを５秒間強熱し平滑にした。
【００２４】
次にガラス成型体１３の内表面１３ａにエアーを吹きかけ強制冷却してから、胴金型１０を取り除き、ガラス成型体１３を脱型し徐冷炉を用いて室温まで冷却した。このガラス成型体１３を電気炉に入れ、７８０℃で２時間保持（核形成）した後、９００℃で３時間保持（結晶成長）後、炉冷し、結晶化することによって、結晶化ガラス製リフレクター基体２０を得た。なお昇温速度は、室温から核形成温度までを３００℃／ｈ、核形成温度から結晶成長温度までを１００〜２００℃／ｈとした。
【００２５】
また、比較例として、バーナーによる加熱を行わず、それ以外は全て実施例と同様の方法で結晶化ガラス製リフレクター基体を作製した。
【００２６】
実施例及び比較例における、結晶化後のリフレクター基体内表面の表面粗さを触針式表面粗さ計（東京精密製）を用いて、ＪＩＳＢ０６０１に基づき測定し、その結果を表１に示した。尚、測定点は、図２に示すようにＡ〜Ｄの各４点で、測定長さは８ｍｍ、カットオフは０．８ｍｍとした。
【００２７】
【表１】

【００２８】
実施例のリフレクター基体は、その内表面をバーナーにより強熱しているため、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．０２μｍと小さかった。
【００２９】
それに対し、比較例のリフレクター基体は、その内表面をバーナーにより強熱していないため、内表面の表面粗さ（Ｒａ）は０．１０〜０．１４μｍと大きかった。また、このリフレクター基体の内表面を研磨すると、表面粗さが０．０１〜０．０３μｍとなり、実施例のリフレクター基体とほぼ同じ値になった。
【００３０】
尚、結晶化前のガラス成型体の内表面の表面粗さは、結晶化後とほぼ同じであり、結晶化によって表面粗さが変化することは無かった。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によると、結晶化後に内表面を研磨することなく、表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍの内表面を備えた結晶化ガラス製リフレクター基体が得られるため、液晶プロジェクタ用光源のリフレクター基体を安価に製造する方法として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における結晶化ガラス製リフレクター基体の製造方法の概念図で、（ａ）は、プレス工程、（ｂ）は、バーナーによる加熱工程を示している。
【図２】本発明のリフレクター基体の平面図であり、表面粗さの測定点を示している。
【符号の説明】
１０胴金型
１１底金型
１２押金型
１３ガラス成型体
１３ａガラス成型体の内表面
１４バーナー
２０結晶化ガラス製リフレクター基体

Claims

結晶性ガラスをリフレクター基体の形状にプレス成型した後、その内表面をバーナーで強熱して平滑面とし、底金型から取り出し、次いで焼成炉中で熱処理して結晶化することによって、内表面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以下のリフレクター基体とすることを特徴とする結晶化ガラス製リフレクター基体の製造方法。
結晶性ガラスをリフレクター基体の形状にプレス成型した後、その内表面をバーナーで強熱し、次いで強制冷却してから、底金型上部端面に載置してある胴金型を取り除き、ガラス成型体を底金型から取り出すことを特徴とする請求項１に記載の結晶化ガラス製リフレクター基体の製造方法。
結晶化ガラスが、質量百分率で、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＺｎＯ０〜０．２９％であるＬｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶化ガラスからなることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶化ガラス製リフレクター基体の製造方法。