JP4953156B2 - 光学ガラス - Google Patents

Description

本発明は、光学デバイスに使用する光学ガラス、具体的には、光レセプタクル等の光通
信用デバイスに使用する光学ガラスに関するものである。特に、本発明は、スタブに使用
する光学ガラスに関するものである。

現在、スタブ（ガラスロッドとも称される）等が光通信用デバイスに使用されている。
スタブ等は、光の結合、分波、分岐等の機能を付与することを目的として、光ファイバか
ら出射される光源の光軸上に設置されるとともに、光レセプタクル等の光通信用デバイス
に実装される。

例えば、下記の特許文献１には、半導体モジュールの本体に形成された内孔の基端部に
スタブを挿着し、このスタブの先端面と、上記内孔の先端側に挿入されたプラグフェルー
ルの端面とを接触させる光レセプタクルが開示されている。そして、上記スタブにおける
フェルールの端面と接触する先端面（同文献ではＢ面）は、球面研磨されている。さらに
、近年、フェルールの内孔に挿着されるスタブを、スリーブの内表面に直接且つ熱処理に
より固着した光レセプタクルが検討されている。このような光レセプタクルは、スリーブ
とスタブが強固に固着され、且つ製造の低廉化および接続損失の低下が実現でき、更には
気温の変動や高温高湿環境下に曝されても、スタブの接着位置が変化することがなくなり
、結合効率の低下を可及的に抑制することができる。
特開平４−２２３４１２号公報

光レセプタクル等の光通信用デバイス中に搭載され、光ファイバとＰＣ（ｐｈｙｓｉｃ
ａｌ ｃｏｎｔａｃｔ）接続させて使用される特許文献１の光学ガラスは、光ファイバと
の光信号の出入力の際、接続ロスが少ないことが要求される。この接続ロスは、光ファイ
バと光学ガラスの屈折率差が大きい場合、光ファイバ端面や光通信用デバイスに搭載され
る部品端面で反射光が発生する不具合が生じるため、光学ガラスの屈折率は、石英ガラス
からなる光ファイバの屈折率に近いことが望ましい。

光ファイバと略同等の低屈折率を有する光学ガラスとしては、ホウ珪酸ガラスがある。
ホウ珪酸ガラスの屈折率を石英ガラスに近づけるためには、ガラス中のＳｉＯ₂を必然的
に多く含有させる必要がある。しかし、ＳｉＯ₂含有量を多く含有させると、ガラスの再
加熱および再軟化の際に、クリストバライト等のＳｉＯ₂を主成分とする結晶がガラス表
面に析出しやすくなる。

また、従来の光学ガラスは、十分な耐失透性を有していないことが多く、所望の寸法や
形状とするための線引き成形や再加熱成形中に、ガラス表面から結晶が析出し、高精度が
維持できないとともに、透明性が損なわれ、光学デバイス本来の光通信機能を果たすこと
ができないという問題があった。

具体的には、代表的なホウ珪酸ガラスとしてパイレックス（登録商標）ガラスがあるが、パイレックス（登録商標）ガラスは、液相粘度が１０^5.0ｄＰａ・ｓと低いため、線引き成形や再加熱成形中に、ガラス表面から結晶が析出し、高精度が維持できないとともに、透明性が損なわれ、本来の光通信機能を果たすことができず、その結果、パイレックス（登録商標）ガラスは、光通信用デバイスに使用することができなかった。

一方、光通信用デバイスに使用される光学ガラスのビッカース硬度が光ファイバのビッ
カース硬度（約８００）に比して著しく小さい場合、光学ガラスと光ファイバを接触させ
たとき、光ファイバ部が凸状、光学ガラス部が凹状になりやすく、且つ精密研磨が極めて
困難になるという問題があった。

また、光通信用デバイスに使用される光学ガラスの熱膨張係数が光ファイバの熱膨張係
数よりも著しく大きい場合、両者に大きな残留応力が発生し、使用環境によっては光ファ
イバが突き出したり、引き込まれたりし、長期信頼性が問題となる場合があり、光学ガラ
スの熱膨張係数は、光ファイバの熱膨張係数に近いことが望まれている。

さらに、近年、光学デバイス中を通る光の出力が大きくなっている。高出力光あるいは
紫外光を長時間照射すると、ガラスが着色し、その結果、ガラスの透過率が低下する。特
に、紫外光の場合、その傾向が顕著であり、近年、耐紫外線性に優れた光学ガラスが要望
されている。

そこで、本発明の目的は、屈折率、熱膨張係数が、それぞれ石英ガラスのそれに近く、
さらに線引き成形や再加熱成形しても、失透等の欠陥がガラス表面に発現しない程度の良
好な耐失透性を兼ね備えたガラス、具体的には、光通信用デバイスに使用される光学ガラ
ス、特にスタブに使用する光学ガラスを提供することである。更には、本発明の目的は、
熱膨張係数が石英ガラスのそれに近いとともに、高出力の紫外光を長時間照射しても透過
率が低下し難いガラス、具体的には、光通信用デバイスに使用される光学ガラス、特にス
タブに使用する光学ガラスを提供することである。

本発明者らは、種々検討した結果、ホウ珪酸ガラスの屈折率、熱膨張係数、液相粘度等
を適切な値に設定することで上記課題を解決し、本発明を提案するに至った。

具体的には、上記目的を達成するために、本発明の光学ガラスは、屈折率が１．４４〜
１．４６、３０〜３００℃の温度範囲における熱膨張係数が１０〜５０×１０^-7／℃、液
相粘度が１０^5.5ｄＰａ・ｓ以上のホウ珪酸ガラスを用いることを特徴としている。

光学ガラスとして、ホウ珪酸ガラスを適用し、且つガラスの特性を上記のように規制す
ることにより、光学デバイスとして好適な特性を光学ガラスに付与することができる。す
なわち、本発明の光学ガラスは、屈折率が石英ガラスからなる光ファイバの屈折率と近似
しているため、光ファイバ端面や光通信用デバイスに搭載される部品端面で反射光が発生
する事態を回避できる。また、本発明の光学ガラスは、熱膨張係数が光ファイバの熱膨張
係数と大きく相違していないため、両者に大きな残留応力が発生することがなく、つまり
光ファイバが突き出したり、引き込まれたりすることがないため、光学デバイスの長期信
頼性を確保することができる。さらに、本発明の光学ガラスは、耐失透性が良好であるた
め、所望の寸法や形状とするための線引き成形や再加熱成形中に、ガラス表面からクリス
トバライト等の結晶が析出することがなく、高精度な成形を行うことができるとともに、
熱処理中にガラスの透明性が損なわれる事態も生じないことから、光通信用デバイス本来
の光通信機能を長期間維持することができる。

本発明の光学ガラスは、１．５ｋＷの紫外線を９６時間照射したとき、波長４０５ｎｍにおける透過率の減少割合が８％以下であることが好ましい。本発明の光学ガラスは、耐紫外線特性に優れるため、高出力の紫外線に長時間さらされた場合であっても、ガラスの透過率が低下しにくく、光学デバイスの長期安定性を確保することができる。

本発明の光学ガラスは、ガラス組成として、下記酸化物換算の質量％でＳｉＯ_２ ７０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜７％、Ｂ_２Ｏ_３ １０〜１８％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ ０〜５％、ＢａＯ ０〜５％、ＳｒＯ ０〜５％、ＺｎＯ ０〜５％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜５％、Ｎａ_２Ｏ １〜１０％、Ｋ_２Ｏ ０．１〜７％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ ０〜５％、ＳｎＯ_２ ０〜１％、Ｃｌ_２ ０〜１％を含有することを特徴としている。

本発明の光学ガラスは、ガラス組成として、下記酸化物換算の質量％でＳｉＯ_２ ７５〜８２％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜５％、Ｂ_２Ｏ_３ １２〜１８％、ＭｇＯ ０〜３％、ＣａＯ ０〜３％、ＢａＯ ０〜３％、ＳｒＯ ０〜３％、ＺｎＯ ０〜３％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜３％、Ｎａ_２Ｏ １〜５％、Ｋ_２Ｏ ０．１〜５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ ０〜３％、ＳｎＯ_２ ０．１〜０．５％、Ｃｌ_２ ０〜０．５％、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ ３〜１０％を含有することが好ましい。

本発明の光学ガラスは、ガラス組成として、質量分率でＮａ_２Ｏ／Ｋ_２Ｏの値が０．０５〜４０であることが好ましい。

本発明の光学ガラスは、ビッカース硬度が７００〜１１００であることが好ましい。本発明の光学ガラスのビッカース硬度を上記の範囲に規制することにより、光学ガラスのビッカース硬度を光ファイバのビッカース硬度（約８００）と整合させることができ、光学ガラスと光ファイバを接触させたとき、光ファイバ部が凸状、光学ガラス部が凹状になり難く、且つ精密研磨を容易に実行することができる。

本発明の光学ガラスは、光通信用デバイスに用いることが好ましい。

本発明の光学ガラスは、光レセプタクルに用いることが好ましい。

本発明の光学ガラスは、スタブに使用することが好ましい。

本発明でいう「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度をいう。ガラスの液相温
度は、２９７〜５００μｍの粉末状の試料を白金製のボートに入れ、温度勾配を有する電
気炉に３時間保持した後、空気中で放冷し、次いでガラス中に結晶が析出し始めた温度を
指す。液相粘度は、白金引き上げ法で求めた粘度から粘度曲線を作成し、この粘度曲線か
ら液相温度に相当するガラスの粘度を算出することで求めた値を指す。なお、ガラス表面
を研磨すると、ガラス中に析出した結晶の析出位置が判別しやすくなる。

本発明でいう「屈折率」は、１５５０ｎｍにおける屈折率を指し、「熱膨張係数」はデ
ィラトメーターで測定した３０〜３００℃の温度範囲における平均熱膨張係数を指し、「
ビッカース硬度」は、ＪＩＳ Ｚ２２４４に準拠した方法で測定した値を指す。

本発明でいう「１．５ｋＷの紫外線を９６時間照射したとき、波長４０５ｎｍにおける
透過率の減少割合」とは、以下のような手順で測定した値を指す。まず、光学研磨された
厚さ５ｍｍの板ガラスに対し、分光光度計ＵＶ−３１００ＰＣ（株式会社島津製作所製）
を用いて、波長４０５ｎｍにおける透過率Ｔ₁を測定する。次に、この板ガラスに対し、
高圧水銀ランプ照射装置（岩崎電気株式会社製ＵＥ０１５１−３２６−０３Ｃ−００２、
ランプタイプＨ（Ｍ）０１５−Ｌ３１）を用いて、板ガラスの厚さ方向に１．５ｋＷの紫
外線を９６時間照射する。なお、光源と板ガラスの間隔は、２７ｃｍとする。その後、分
光光度計ＵＶ−３１００ＰＣ（株式会社島津製作所製）を用いて、波長４０５ｎｍにおけ
る紫外線照射後の板ガラスの透過率Ｔ₂を測定する。そして、紫外線照射後の波長４０５
ｎｍにおける透過率の減少割合（１００×（Ｔ₁−Ｔ₂）／Ｔ₁％）を算出する。

本発明の光学ガラスは、屈折率、熱膨張係数、ビッカース硬度が、それぞれ石英ガラス
のそれに近いことに加えて、耐紫外線特性も良好であり、更には線引き成形や再加熱成形
しても、失透等の欠陥がガラス表面に発現せず、良好な耐失透性を兼ね備えている。

本発明の光学ガラスにおいて、屈折率は、１．４４〜１．４６、好ましくは１．４４９
〜１．４６である。屈折率を１．４４より小さくするには、ＳｉＯ₂の含有量を極めて増
やさなければならず、その結果、ガラスの高温粘度が増大し、ガラスの溶融性（生産性）
が悪化する。さらに、屈折率が１．４４より小さいと光ファイバのコア屈折率（１．４４
９）との差が大きくなることにより、光ファイバ端面や光通信用デバイスに搭載される部
品端面で反射光が発生し、光通信において接続ロスが発生する。同様に、屈折率が１．４
６より大きくなると、光ファイバのコア屈折率との差が大きくなることにより、光ファイ
バ端面や光通信用デバイスに搭載される部品端面で反射光が発生し、光通信において接続
ロスが発生する。

本発明の光学ガラスにおいて、３０〜３００℃の温度範囲における熱膨張係数は１０〜
５０×１０^-7／℃、好ましくは２５〜４５×１０^-7／℃、より好ましくは２８〜４３×１
０^-7／℃である。熱膨張係数が１０×１０^-7／℃より小さいと、ＳｉＯ₂の含有量を極め
て増やさなければならず、その結果、ガラスの高温粘度が増大し、ガラスの溶融性が悪化
する。熱膨張係数が５０×１０^-7／℃より大きいと、光ファイバと光学ガラスの熱膨張係
数の差が大きくなることで両者間に生じる残留応力が大きくなり、使用環境によっては光
ファイバが突き出したり、引き込まれたりし、光学デバイスの長期信頼性が乏しくなる。

本発明の光学ガラスにおいて、液相粘度は１０^5.5ｄＰａ・ｓ以上、好ましくは１０^5.7
ｄＰａ・ｓ以上、より好ましくは１０^5.9ｄＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは１０^6.1ｄＰ
ａ・ｓ以上、最も好ましくは１０^6.2ｄＰａ・ｓ以上である。液相粘度が１０^5.5ｄＰａ・
ｓ未満であると、線引き成形や再加熱成形中に、ガラス表面から結晶が析出し、高精度が
維持できないとともに、透明性が損なわれ、光通信用デバイス本来の光通信機能が損なわ
れやすくなる。また、一般的に、ガラスの特性改善は、何らかの特性を低下させることによって達成され、他の特性といわゆるトレードオフの関係となり易い。ここで、屈折率、熱膨張係数等のガラスに要求される種々の特性を満たすためのバランスを考慮すると、ガラスの液相粘度は１０^8.6ｄＰａ・ｓ以下に設計することが目安となる。

具体的には、液相粘度が１０^5.5ｄＰａ・ｓ以上であると、２０×２０×５ｍｍの片面
を鏡面研磨したガラスを線引き成形に適した粘度１０^6.0ｄＰａ・ｓとなる温度に保持し
た熱処理炉内に６０分間放置した後、これを取り出し、結晶の析出の有無を光学顕微鏡で
観察しても、結晶の析出は認められない。しかし、液相粘度が１０^5.5ｄＰａ・ｓ未満で
あると、２０×２０×５ｍｍの片面を鏡面研磨したガラスを線引き成形に適した粘度１０
^6.0ｄＰａ・ｓとなる温度に保持した熱処理炉内に６０分間放置した後、これを取り出し
、結晶の析出の有無を光学顕微鏡で観察すると、結晶の析出が認められる。

同様にして、液相粘度が１０^5.5ｄＰａ・ｓ以上であると、２０×２０×５ｍｍの片面
を鏡面研磨したガラスを再加熱成形に適した粘度１０^8.5ｄＰａ・ｓとなる温度に保持し
た熱処理炉内に６０分間放置した後、これを取り出し、結晶の析出の有無を光学顕微鏡で
観察しても、結晶の析出は認められない。しかし、液相粘度が１０^5.5ｄＰａ・ｓ未満で
あると、２０×２０×５ｍｍの片面を鏡面研磨したガラスを再加熱成形に適した粘度１０
^8.5ｄＰａ・ｓとなる温度に保持した熱処理炉内に６０分間放置した後、これを取り出し
、結晶の析出の有無を光学顕微鏡で観察すると、結晶の析出が認められる。

したがって、ガラスの液相温度を１０^5.5ｄＰａ・ｓ以上とすることで、再加熱成形や
線引き成形しても、失透等の欠陥がガラス表面に発現しない良好な耐失透性を兼ね備えた
光学ガラスを得ることができる。

本発明の光学ガラスにおいて、ビッカース硬度は好ましくは７００〜１１００、より好
ましくは７５０〜１０５０、更に好ましくは８００〜１０００である。ガラスと光ファイ
バの硬度差が大きく、例えばビッカース硬度７００未満であると、光レセプタクルにおい
てスタブとプラグフェルールを突き合わせた場合、プラグフェルール先端の光ファイバ部
が凸状、光学ガラス部が凹状になりやすい。一方、ビッカース硬度が１１００より大きい
と、光ファイバ部が凹状、光学ガラス部が凸状になりやすい。

本発明の光学ガラスにおいて、１．５ｋＷの紫外線を９６時間照射したとき、波長４０
５ｎｍにおける透過率の減少割合は８％以下が好ましく、４％以下がより好ましい。近年
、多くの光学デバイスにレーザー光等の高出力光源が使用されつつある。良好な光の透過
性を利用して、ガラスは、光学デバイス中で光を絞ったり、平行光にしたり、屈折したり
する目的で種々の光学デバイスに使用されている。しかしながら、ガラスは、高出力光あ
るいは紫外光を長時間照射すると、ガラスが着色すること（一般的に、ソラリゼーション
と称される）があり、高出力の紫外光を用いた光学デバイスに使用できない場合があった
。そこで、高出力の紫外光を長時間照射しても、透過率が低下し難いガラスであれば、光
学デバイスにおいて、不当な使用制限が課されることがなく、特に、長期信頼性が要求さ
れる光通信用デバイスに好適に使用することができる。具体的には、１．５ｋＷの紫外線
を９６時間照射したとき、波長４０５ｎｍにおける透過率の減少割合が８％より大きいと
、光学ガラスとして、長期間使用したときにガラスが着色するとともに、透過率が低下し
、その結果、光学特性が劣化するため、光学デバイスの長期信頼性が担保できなくなる虞
が生じる。特に、レーザー光等の高出力光源を使用する光学デバイスの場合、長期間の使
用により、透過率が減少する割合が大きくなるため、本用途では本発明がもたらす効果を
より的確に享受することができる。

本発明の光学ガラスにおいて、１．５ｋＷの紫外線を９６時間照射したとき、波長３６
５ｎｍにおける透過率の減少割合は１５％以下が好ましく、８％以下がより好ましい。１
．５ｋＷの紫外線を９６時間照射したとき、波長３６５ｎｍにおける透過率の減少割合が
１５％より大きいと、光学ガラスとして、長期間使用したときにガラスが着色するととも
に、透過率が低下し、その結果、光学特性が劣化するため、光学デバイスの長期信頼性を
担保し難くなる。特に、レーザー光等の高出力光源を使用する光学デバイスの場合、長期
間の使用により、透過率が減少する割合が大きくなるため、本用途では本発明がもたらす
効果をより的確に享受することができる。

本発明者らは、光学ガラスとして必要な諸特性を維持しつつ、特に耐失透性向上の手段
として、ＳｉＯ₂系の結晶が析出し難い組成を検討した。種々の検討を重ねた結果、Ｂ₂Ｏ
₃、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏを適当量含有させることで、ＳｉＯ₂系の結晶の析出を抑制
でき、ガラスの耐失透性が向上することを見出した。

具体的には、本発明の光学ガラスは、熱膨張係数が１０〜５０×１０^−７／℃、液相粘度が１０^５．５ｄＰａ・ｓ以上となるように、質量％で、ＳｉＯ_２ ７０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜７％、Ｂ_２Ｏ_３ １０〜１８％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ ０〜５％、ＢａＯ ０〜５％、ＳｒＯ ０〜５％、ＺｎＯ ０〜５％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜５％、Ｎａ_２Ｏ １〜１０％、Ｋ_２Ｏ ０．１〜７％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ ０〜５％、ＳｎＯ_２ ０．１〜１％、Ｃｌ_２ ０〜１％の組成範囲内から適宜選択して作製される。

また、本発明の光学ガラスは、熱膨張係数が１０〜５０×１０^−７／℃、液相粘度が１０^５．５ｄＰａ・ｓ以上となるように、質量％で、ＳｉＯ_２ ７５〜８２％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜５％、Ｂ_２Ｏ_３ １２〜１８％、ＭｇＯ ０〜３％、ＣａＯ ０〜３％、ＢａＯ ０〜３％、ＳｒＯ ０〜３％、ＺｎＯ ０〜３％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜３％、Ｎａ_２Ｏ １〜５％、Ｋ_２Ｏ ０．１〜５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ ０〜３％、ＳｎＯ_２ ０．１〜０．５％、Ｃｌ_２ ０〜０．５％、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ ３〜１０％の組成範囲内から適宜選択して作製するのがさらに好ましい。

各成分の範囲を上記のように限定した理由を述べる。

ＳｉＯ₂は、ガラスの骨格を形成する成分であり、屈折率を低下させ、耐候性を向上さ
せる効果があり、必須の成分である。その含有量は７０〜８５％、好ましくは７３〜８３
％、より好ましくは７５〜８０％である。ＳｉＯ₂が８５％より多くなると、ＳｉＯ₂主成
分の結晶析出を増大し、耐失透性が損なわれる傾向がある。また、高温粘度が極めて高く
なるので、溶融温度が１７００℃を超える高温となり、ガラスの溶融性に問題が生じ易く
なる。一方、ＳｉＯ₂が７０％より少なくなると、屈折率が高く、熱膨張係数が高く、ビ
ッカース硬度が小さくなり、光学デバイスとして、必要な特性が維持できなくなる虞があ
る。

Ａｌ₂Ｏ₃は、ＳｉＯ₂と共にガラスの骨格を形成する成分であり、耐失透性の向上に寄
与する成分である。特にＳｉＯ₂との置換によって、耐失透性を極めて向上させることが
できる。その含有量は１〜７％、好ましくは１〜５％、より好ましくは１〜３％である。
Ａｌ₂Ｏ₃が７％より多くなると、高温粘度を著しく高めてしまうので、ガラスの溶融性が
悪化する。一方、Ａｌ₂Ｏ₃が１％より少なくなると、耐失透性が損なわれ易くなる。

Ｂ₂Ｏ₃は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃と同様にガラスの骨格を形成する成分であるが、高温粘
度を低下させる効果があり、溶融温度を低くし、ガラスの生産性を高めるために必須の成
分である。その含有量は１０〜２０％、好ましくは１０〜１８％、より好ましくは１２〜
１８％である。Ｂ₂Ｏ₃が２０％より多くなると、溶融時の成分揮発が顕著となり、脈理等
の異質ガラスの形成を助長し、均質なガラスを得られなくなるという問題が生じ易くなる
。また、分相傾向を強めることもある。一方、Ｂ₂Ｏ₃が１０％より少なくなると、高温粘
度が高くなり、ガラスの溶融性が悪くなるばかりでなく、屈折率も高くなる虞がある。

Ｎａ₂Ｏは、高温粘度を低下させる効果があり、溶融温度を低くし、ガラスの生産性を
高めるための成分である。その含有量は１〜１０％、好ましくは１〜７％、より好ましく
は１〜５％である。Ｎａ₂Ｏが１０％より多くなると、Ｂ₂Ｏ₃との結びつきが強くなり、
分相傾向を強め、均質なガラスを得にくくなる。また、熱膨張係数が高くなり、光学デバ
イスとして、必要な特性が維持できなくなる。一方、Ｎａ₂Ｏが１％より少なくなると、
高温粘度が高くなり、ガラスの溶融性が悪くなる虞がある。

Ｋ₂Ｏは、Ａｌ₂Ｏ₃と同様に耐失透性の向上に寄与する成分である。しかし、Ｋ₂Ｏは、
高温粘度を高める傾向が強いので、溶融性と耐失透性を両立させるために、Ｂ₂Ｏ₃やＮａ
₂Ｏと共用する必要がある。その含有量は０．１〜７％、好ましくは０．３〜５％、より
好ましくは０．６〜４％である。Ｋ₂Ｏが７％より多くなると、溶融性が悪化し易くなる
。一方、Ｋ₂Ｏが０．１％より少なくなると、耐失透性を確保し難くなる。

本発明のガラスにおいて、Ａｌ₂Ｏ₃とＫ₂Ｏを共用すれば、さらに良好な耐失透性を得
ることができる。その合量は３〜１０％、好ましくは４〜７％である。これら合量が３％
より少なくなると、線引き成形や再加熱成形がなされる粘度領域１０^6.0〜１０^8.5ｄＰａ
・ｓ付近でガラスが失透する場合があり、十分な耐失透性を得られない虞がある。一方、
これら合量が１０％より多くなると、ガラスの溶融性が悪くなる傾向がある。

Ｌｉ₂Ｏは、高温粘度を顕著に低下させる効果があるものの、屈折率、熱膨張係数も顕
著に高めてしまう傾向があるため、その含有量は０〜５％、好ましくは０〜３％とする。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯは、高温粘度の低下や分相の抑制に効果があ
るが、いずれも屈折率、熱膨張係数を高め、ビッカース硬度を低下させる傾向が高く、光
学デバイスとして、必要な特性が維持できなくなる虞があるので、これらの成分は、合量
で０〜５％、好ましくは０〜３％に制限するのが望ましい。

ＳｎＯ₂は、清澄剤として作用する成分である。本発明のガラスは、溶融時における粘
度域である１０^2.5ｄＰａ・ｓに相当する温度が１６００℃〜１７００℃となるが、Ｓｎ
Ｏ₂はこの温度域での清澄作用を有するため、好適である。その含有量は０〜１％、好ま
しくは０．１〜０．５％である。ＳｎＯ₂が１％より多くなると、ＳｎＯ₂を核とする結晶
が析出しやすくなり、耐失透性が低下し易くなる。

Ｃｌ₂は、ＳｎＯ₂と共用して、清澄剤として添加することができる。その含有量は０〜
１％、好ましくは０〜０．５％である。Ｃｌ₂が１％より多くなると、耐失透性が低下し
易くなる。

なお、上記成分以外にも本発明のガラス特性を損なわない範囲で他の成分を１０％まで
含有させることができる。

本発明の光学ガラスは、ガラス組成として、質量分率でＮａ_２Ｏ／Ｋ_２Ｏの値が０．０５〜４０であることが好ましく、０．１〜１５であることがより好ましく、０．３〜７であることが更に好ましい。本発明者らは、鋭意努力の結果、Ｎａ_２Ｏ／Ｋ_２Ｏの値を所定範囲に規制すれば、紫外光を長時間照射しても、透過率（特に、波長４０５ｎｍおよび／または波長３６５ｎｍにおける透過率）が減少しないことを見出した。すなわち、Ｎａ_２Ｏ／Ｋ_２Ｏの値を所定範囲に規制すれば、光学デバイスを長期間使用しても、ガラスが着色しないため、透過率が減少する事態を抑止することができ、その結果、光学デバイスの長期信頼性を担保することができる。特に、レーザー光等の高出力光源を使用しても、ガラスの透過率の減少を抑制できるため、この用途で本発明の効果をより的確に享受することができる。質量分率でＮａ_２Ｏ／Ｋ_２Ｏの値が０．０５未満であれば、紫外線を長期間照射すると、経時的にガラスが着色するとともに、透過率が減少し、光学デバイスの長期信頼性を担保し難くなる。同様にして、質量分率でＮａ_２Ｏ／Ｋ_２Ｏの値が４０より大きいと、紫外線を長期間照射した場合、経時的にガラスが着色するとともに、透過率が減少し、光学デバイスの長期信頼性を担保し難くなる。

以下、本発明を実施例に基づいて詳しく説明する。

本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜６）を表１に示し、本発明の比較例（試料Ｎｏ．７）
を表２に示す。

各試料は次のようにして調製した。まず表１、２に示す組成になるようにガラス原料を
調合し、白金ルツボを用いて１６５０℃で６時間溶融した。溶融後、融液をカーボン板上
に流し出し、更にアニール後、各測定に適した試料を作製した。

屈折率は、屈折率計（カルニュー株式会社製ＫＰＲ−２００）を用いて、１５５０ｎｍ
における測定値を示した。

熱膨張係数はディラトメーターを用いて３０〜３００℃の温度範囲における平均熱膨張
係数を測定した。

ビッカース硬度は、ＪＩＳ Ｚ２２４４に準拠した方法で測定した。

液相粘度は、白金引き上げ法で求めた粘度から粘度曲線を作成し、この粘度曲線から液
相温度に相当するガラスの粘度を算出することで求めた。液相温度は、２９７〜５００μ
ｍの粉末状の試料を白金製のボートに入れ、温度勾配を有する電気炉に３時間保持した後
、空気中で放冷し、光学顕微鏡を用いてガラス中に結晶が析出し始めた温度を測定するこ
とで求めた。

１０^6.0ｄＰａ・ｓにおける耐失透性は、２０×２０×５ｍｍの片面を鏡面研磨した各
ガラス試料を線引き成形に適した粘度１０^6.0ｄＰａ・ｓとなる温度に保持した熱処理炉
内に６０分間放置した後、これを取り出し、結晶の析出の有無を光学顕微鏡で観察し、結
晶の析出が認められなかったものを○、結晶の析出が認められたものを×とした。

１０^8.5ｄＰａ・ｓにおける耐失透性は、２０×２０×５ｍｍの片面を鏡面研磨した各
ガラス試料を再加熱成形に適した粘度１０^8.5ｄＰａ・ｓとなる温度に保持した熱処理炉
内に６０分間放置した後、これを取り出し、結晶の析出の有無を光学顕微鏡で観察し、結
晶の析出が認められなかったものを○、結晶の析出が認められたものを×とした。

表１から明らかなように、実施例Ｎｏ．１〜６のガラスは、屈折率が１．４５２〜１．
４５８であり、光ファイバのコアの屈折率と近似していた。熱膨張係数は３０．８〜４０
．５×１０^-7／℃と小さな値であり、光ファイバの熱膨張係数との差は小さかった。ビッ
カース硬度は７７０〜８２０であり、光ファイバのビッカース硬度と近似していた。液相
粘度は１０^6.2ｄＰａ・ｓ以上であり、ガラスの耐失透性が良好であった。さらに、１０^6
.0ｄＰａ・ｓにおける耐失透性および１０^8.5ｄＰａ・ｓにおける耐失透性も良好であっ
た。

その結果、実施例Ｎｏ．１〜６のガラスは、屈折率、熱膨張係数、ビッカース硬度がそ
れぞれ光ファイバのそれと近似しており、ガラスの再加熱成形や線引き成形中にガラス表
面から結晶が析出することはないため、高精度に成形でき、光通信用デバイス、特に光レ
セプタクルのスタブとして実装することができた。

さらに、実施例Ｎｏ．５のガラスについて、１．５ｋＷの紫外線を９６時間照射したと
き、波長４０５ｎｍにおける透過率の減少割合を測定したところ、３．８８％であった（
図１参照）。同様にして、実施例Ｎｏ．５のガラスについて、波長３６５ｎｍにおける透
過率の減少割合を測定したところ、８．９３％であった。なお、１．５ｋＷの紫外線を９
６時間照射したとき、波長４０５ｎｍまたは３６５ｎｍにおける透過率の減少割合は、以
下のような手順で測定した。まず、光学研磨された厚さ５ｍｍの板ガラスに対し、分光光
度計ＵＶ−３１００ＰＣ（株式会社島津製作所製）を用いて、波長４０５ｎｍまたは３６
５ｎｍにおける透過率を測定した。次に、この板ガラスに対し、高圧水銀ランプ照射装置
（岩崎電気株式会社製ＵＥ０１５１−３２６−０３Ｃ−００２、ランプタイプＨ（Ｍ）０
１５−Ｌ３１）を用いて、板ガラスの厚さ方向に１．５ｋＷの紫外線を９６時間照射した
。なお、光源と板ガラスの間隔は、２７ｃｍとした。その後、分光光度計ＵＶ−３１００
ＰＣ（株式会社島津製作所製）を用いて、波長４０５ｎｍまたは３６５ｎｍにおける紫外
線照射後の板ガラスの透過率を測定した。そして、波長４０５ｎｍまたは３６５ｎｍにお
ける紫外線照射後の透過率の減少割合を算出した。

一方、比較例Ｎｏ．７のガラスは、液相粘度は１０^5.2ｄＰａ・ｓであるため、ガラス
の再加熱成形や線引き成形中にガラス表面から結晶が析出し、高精度に成形することがで
きず、光通信用デバイス、特に、光レセプタクルのスタブとして実装することができない
と考えられる。

次に、本発明の光学ガラスを図２に示すような光レセプタクルに適用した応用例を示す。

図２に示すように、光レセプタクル１は、基端側の端部に鍔部２ａを有するホルダー２
の内部に、フェルール保持部材３を装着したものである。まず、表１の実施例Ｎｏ．５の
ガラスを線引き成形によりロッド状に成形して、スタブ５を得た。さらに、作製したスタ
ブ５を結晶化ガラス製スリーブ４（熱膨張係数２７×１０^-7／℃）の内孔に挿入し、スリ
ーブの基端側の端面とスタブ５の基端側の端面とを合致させて組み込み体とした状態で、
この組み込み体を電気炉中で熱処理し、スタブ５を軟化させることによって光レセプタク
ル１を得た。なお、上記熱処理は、電気炉で７５０℃３０分間加熱した後、２０℃／分の
昇温速度でピーク温度８５０℃まで昇温し、ピーク温度８５０℃で１０分保持した後、２
０℃／分で降温することで行った。この熱処理により、スタブ５は軟化し、スリーブ４に
融着固定された。次に、スリーブ４の開口部からＯＴＤＲ（アンリツ株式会社製ＭＷ９０
７０Ｂ）と接続したプラグフェルールを挿入し、スタブ端部５ａとＰＣ接続させることに
よって、スタブ５とプラグフェルールとの接続部における反射減衰量を測定した。なお、
スタブの端部５ｂ（プラグフェルールが挿入され、ＰＣ接続される側の反対の端部）を光
軸の法線方向に対し８°斜めにフラット研磨することで端部の反射を原理的に無視できる
ようにした。

その結果、ガラスをロッド状に成形する線引き成形およびスタブ５を軟化させる再加熱
成形において、ガラスに失透は認められなかった。また、スタブ５と結晶化ガラス製スリ
ーブ４との熱膨張係数差が小さかったため、スタブ５やスリーブ４における割れやクラッ
クの発生がなかった。さらに、得られた反射減衰量は良好な値（４５ｄＢ）であり、実施
例Ｎｏ．５のガラスは、光レセプタクルとして好適に使用できた。

以上に説明したとおり、本発明の光学ガラスは、屈折率が１．４４〜１．４６、熱膨張
係数が１０〜５０×１０^-7／℃、液相粘度が１０^5.5ｄＰａ・ｓ以上のホウ珪酸ガラスか
らなるため、高性能、高精度が求められる光学ガラス、具体的には光レセプタクル等の光
通信用デバイスに用いる光学ガラス、特にスタブに使用する光学ガラスとして好適である
。

また、本発明の光学ガラスは、光カプラ、光スイッチ等の光通信用デバイスに使用する
マイクロレンズ、マイクロプリズム等にも好適に使用できる。また、本発明の光学ガラス
は、光通信用に限らず、幅広い用途で使用することができ、例えば撮像用レンズ等にも使
用できる。また、本発明の光学ガラスは、耐失透性等の諸特性が優れるため、フェルール
用ガラス、特に光コネクタ、スタブフェルール等にも好適に使用可能である。

実施例Ｎｏ．５のガラスの透過率曲線および１．５ｋＷの紫外線を９６時間照射したときの実施例Ｎｏ．５のガラスの透過率曲線である。 本発明の光学ガラスを用いた光レセプタクルを示す縦断正面図である。

符号の説明

１ 光レセプタクル
２ ホルダー
２ａ ホルダー鍔部
３ フェルール保持部材（光レセプタクル用フェルール保持部材）
４ 結晶化ガラス製スリーブ
５ スタブ
５ａ スタブ端部
５ｂ スタブ端部

Claims (8)

1. 屈折率が１．４４〜１．４６、３０〜３００℃の温度範囲における熱膨張係数が１０〜５０×１０^−７／℃、液相粘度が１０^５．５ｄＰａ・ｓ以上のホウ珪酸ガラスであり、該ホウ珪酸ガラスが、ガラス組成として、下記酸化物換算の質量％でＳｉＯ _２ ７０〜８５％、Ａｌ _２ Ｏ _３ １〜７％、Ｂ _２ Ｏ _３ １０〜２０％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ ０〜５％、ＢａＯ ０〜５％、ＳｒＯ ０〜５％、ＺｎＯ ０〜５％、Ｌｉ _２ Ｏ ０〜５％、Ｎａ _２ Ｏ １〜１０％、Ｋ _２ Ｏ ０．１〜７％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ ０〜５％、ＳｎＯ _２ ０〜１％、Ｃｌ _２ ０〜１％を含有することを特徴とする光学ガラス。
2. １．５ｋＷの紫外線を９６時間照射したとき、波長４０５ｎｍにおける透過率の減少割合が８％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
3. ガラス組成として、下記酸化物換算の質量％でＳｉＯ_２ ７５〜８２％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜５％、Ｂ_２Ｏ_３ １２〜１８％、ＭｇＯ ０〜３％、ＣａＯ ０〜３％、ＢａＯ ０〜３％、ＳｒＯ ０〜３％、ＺｎＯ ０〜３％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜３％、Ｎａ_２Ｏ １〜５％、Ｋ_２Ｏ ０．１〜５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ ０〜３％、ＳｎＯ_２ ０．１〜０．５％、Ｃｌ_２ ０〜０．５％、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ ３〜１０％を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学ガラス。
4. ガラス組成として、質量分率でＮａ_２Ｏ／Ｋ_２Ｏの値が０．０５〜４０であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学ガラス。
5. ビッカース硬度が７００〜１１００であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学ガラス。
6. 光通信用デバイスに使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学ガラス。
7. 光レセプタクルに使用することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学ガラス。
8. スタブに使用することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学ガラス。

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