JP5751744B2 - Glass - Google Patents
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Description
本発明は、各種基板材やMEMS装置の気密封止部材として有用な低い平均線膨張係数を有するガラスに関する。 The present invention relates to a glass having a low average linear expansion coefficient that is useful as an airtight sealing member for various substrate materials and MEMS devices.
平均線膨張係数の低いガラスは精密機器分野における基板材、耐熱ガラス等の幅広い分野で使用されており、近年では望遠鏡用のミラー基板用などの用途において、平均線膨張係数が低く、かつ熱間加工性に優れたガラスが求められている。
また、センサまたはアクチュエータ(機械的駆動機構)と、それを駆動する集積回路とが混在するMEMS(マイクロエレクトロニクスメカニカルシステム)装置においては、外部要因から内部を保護するための気密封止する方法として陽極接合が用いられる。この陽極接合とはガラスとシリコンウエハを接合する方法であり、これに用いられるガラスは可動イオンを含有し、シリコンウエハと近似した低い平均線膨張係数を有することが好ましい。
Glass with a low average coefficient of linear expansion is used in a wide range of fields such as substrate materials and heat-resistant glass in the field of precision equipment. In recent years, it has a low average coefficient of linear expansion and is hot for applications such as mirror substrates for telescopes. There is a demand for glass with excellent workability.
Further, in a MEMS (microelectronic mechanical system) device in which a sensor or actuator (mechanical drive mechanism) and an integrated circuit that drives the sensor are mixed, an anode is used as a hermetically sealed method for protecting the inside from external factors. Bonding is used. This anodic bonding is a method of bonding glass and a silicon wafer, and the glass used in this method preferably contains mobile ions and has a low average linear expansion coefficient approximate to that of a silicon wafer.
また、上記気密封止基板を、ガラスよりも大量生産性に優れるグリーンシート焼結により作製するという考えもある。アルミナやコージェライトなどのセラミックスとガラスを混合焼結したものである。ここで、セラミックスは絶縁性や高機械強度の発現要素として、そしてガラスはセラミックス粒子の結着材としてそれぞれ機能する。この場合、一般的に用いられるアルミナやコージェライトなどのセラミックスを用いる場合、アルミナやコージェライト自体はシリコンよりも膨張係数が大きいため、フィラーガラスの膨張係数をシリコンよりも小さくし、焼結体としての膨張係数をシリコンに近似する様に調整する必要がある。 There is also an idea that the hermetic sealing substrate is produced by green sheet sintering which is superior to glass in mass productivity. Ceramics such as alumina and cordierite and glass are mixed and sintered. Here, the ceramic functions as an expression element of insulation and high mechanical strength, and the glass functions as a binder for ceramic particles. In this case, when using ceramics such as generally used alumina and cordierite, alumina and cordierite itself have a larger expansion coefficient than silicon. Therefore, the expansion coefficient of filler glass is smaller than that of silicon, and the sintered body is used as a sintered body. It is necessary to adjust the expansion coefficient to approximate silicon.
集積回路とMEMS装置の混在するデバイスを、携帯電話などの民生用に活用するためには、低コストで製造する必要がある。従って、上記機密封止基板自体も低コストで作られる必要があり、ガラスにも低コスト化が求められている。 In order to use a device in which an integrated circuit and a MEMS device are mixed for consumer use such as a mobile phone, it is necessary to manufacture the device at a low cost. Therefore, the above-mentioned confidential sealing substrate itself needs to be manufactured at a low cost, and the glass is also required to be reduced in cost.
ガラスを低温で溶融することが可能であれば低コストにつながるが、ガラスを低温で溶融するためには、アルカリ成分を含有させることが有効であり、同時にアルカリ成分は陽極接合時の可動イオンとして機能する。しかし、アルカリ成分はガラスの平均線膨張係数を増大させるため、低温での溶融が可能な低膨張ガラスを得ることは困難であった。 If the glass can be melted at a low temperature, it leads to low cost. However, in order to melt the glass at a low temperature, it is effective to contain an alkali component, and at the same time, the alkali component is used as a mobile ion at the time of anodic bonding. Function. However, since the alkali component increases the average linear expansion coefficient of the glass, it has been difficult to obtain a low expansion glass that can be melted at a low temperature.
特許文献1には低膨張ガラスが開示されているが、熱膨張係数(平均線膨張係数)は36〜39×10−7℃−1であり、十分に低い平均線膨張係数が得られておらず、リヒートプレスなどの熱間加工性については議論されていない。
さらに可動イオンとして好ましいリチウム成分の含有量が少なく、陽極接合性が低いことが予測される。
Further, it is expected that the content of a lithium component preferable as a mobile ion is small and the anodic bonding property is low.
本発明の課題はLi2O成分を含有していても低い平均線膨張係数を有し、熱間加工においても失透が生じず、比較的低温での溶融が可能であるガラスを提供することである。 An object of the present invention is to provide a glass that has a low average linear expansion coefficient even if it contains a Li 2 O component, does not cause devitrification even in hot working, and can be melted at a relatively low temperature. It is.
本発明者は上記の課題に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、特定成分の含有範囲を規定することによって、上記の課題を解決することを見いだし、この発明を完成したものであり、その具体的な構成は以下の通りである。 As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventor has found that the above problems can be solved by defining the content range of specific components, and has completed the present invention. The main configuration is as follows.
(構成1)
酸化物基準の質量%で、SiO2成分、B2O3成分、Al2O3成分およびLi2O成分を含有し、これらの成分の合量が90%以上であり、
これらの成分の質量%の比Li2O/Al2O3が0.9以上であり、
0〜300℃における平均線膨張係数が30×10−7℃−1以下であるガラス。
(構成2)
酸化物基準の質量%で、
SiO2 64%〜95%
B2O3 2%〜35%
Al2O3 0.1%〜10%
Li2O3 0.1%〜10%
の各成分を含有する構成1に記載のガラス。
(構成3)
酸化物基準の質量%で、
Na2O成分を0〜5%、および/または
K2O成分を0〜5%、および/または
Cs2O成分を0〜5%
の各成分を含有する構成1または2に記載のガラス。
(構成4)
酸化物基準の質量%で、Na2O成分、Li2O成分、K2O成分およびCs2O成分の合量が17%以下である構成1〜3のいずれかに記載のガラス。
(構成5)
酸化物基準の質量%で、
MgO成分を0〜5%、および/または
CaO成分を0〜5%、および/または
SrO成分を0〜5%、および/または
BaO成分を0〜5%、
の各成分を含有する構成1〜4のいずれかに記載のガラス。
(構成6)
酸化物基準の質量%でAs2O3成分および/またはSb2O3成分を0%〜2%含有する構成1〜5のいずれかに記載のガラス。
(構成7)
酸化物基準の質量%でCeO2成分および/またはSnO2成分を0%〜2%含有する構成1〜6のいずれかに記載のガラス。
(構成8)
ガラス転移点が600℃以下である構成1〜7のいずれかに記載のガラス。
(構成9)
粘度が103.0dPa・sを示すときの温度が1500℃以下である構成1〜8のいずれか記載のガラス。
(Configuration 1)
It contains SiO 2 component, B 2 O 3 component, Al 2 O 3 component and Li 2 O component in mass% based on oxide, and the total amount of these components is 90% or more,
The mass% ratio Li 2 O / Al 2 O 3 of these components is 0.9 or more,
Glass whose average linear expansion coefficient in 0-300 degreeC is 30 * 10 < -7 > degreeC- 1 or less.
(Configuration 2)
% By mass based on oxide,
SiO 2 64% to 95%
B 2 O 3 2% to 35%
Al 2 O 3 0.1% to 10%
Li 2 O 3 0.1% to 10%
The glass of the structure 1 containing each component of.
(Configuration 3)
% By mass based on oxide,
Na 2 O component 0-5%, and / or K 2 O component 0-5% and / or Cs 2 O component 0-5%
The glass of the structure 1 or 2 containing each component of these.
(Configuration 4)
% By mass on the oxide basis, the glass according to any one of Na 2 O component, Li 2 O component, constituting 1-3 total amount of K 2 O component and Cs 2 O component is less than 17%.
(Configuration 5)
% By mass based on oxide,
MgO component 0-5%, and / or CaO component 0-5%, and / or SrO component 0-5%, and / or BaO component 0-5%,
The glass in any one of the structures 1-4 containing each component of these.
(Configuration 6)
Glass according to any of the 1 to 5, containing 2% 0% As 2 O 3 component and / or Sb 2 O 3 component in weight percent on the oxide basis.
(Configuration 7)
Glass according to any of the 1-6, containing 2% 0% CeO 2 component and / or the SnO 2 component in terms of% by mass on the oxide basis.
(Configuration 8)
The glass in any one of the structures 1-7 whose glass transition point is 600 degrees C or less.
(Configuration 9)
Glass temperature according to any of the configurations 1-8 is 1500 ° C. or less when a viscosity is 10 3.0 dPa · s.
本発明によればLi2O成分を含有しながらも、30×10−7℃−1以下の低い平均線膨張係数を有し、リヒート成形などの熱間加工においてもガラスに失透が生じにくいガラスを得ることが可能である。また、本発明ガラスはその製造工程において、原料からガラス融液を得る際の最高温度(以下「溶融温度」とする)を1600℃以下とすることが可能であり、低コストでの生産が可能である According to the present invention, the Li 2 O component is contained, but it has a low average linear expansion coefficient of 30 × 10 −7 ° C. −1 or less, and glass is not easily devitrified even during hot working such as reheat molding. It is possible to obtain glass. In addition, the glass of the present invention can be produced at a low cost because the maximum temperature (hereinafter referred to as “melting temperature”) for obtaining a glass melt from raw materials can be set to 1600 ° C. or lower in the production process. Is
本発明のガラスの平均線膨張係数は、熱的寸法安定性を要求する各種基板材、構造部材、または透過光学系材料等として好ましく適用可能となるために、0℃〜300℃において30×10−7℃−1以下が好ましく、29×10−7℃−1以下がより好ましく、28×10−7℃−1以下が最も好ましい。また、0℃〜300℃における平均線膨張係数の下限値は、本発明のガラスにおいては15×10−7℃−1まで得ることが可能である。 The average linear expansion coefficient of the glass of the present invention can be preferably applied as various substrate materials, structural members, or transmission optical system materials that require thermal dimensional stability. −7 ° C. −1 or less is preferable, 29 × 10 −7 ° C. −1 or less is more preferable, and 28 × 10 −7 ° C. −1 or less is most preferable. Moreover, the lower limit value of the average linear expansion coefficient at 0 ° C. to 300 ° C. can be obtained up to 15 × 10 −7 ° C. −1 in the glass of the present invention.
ガラス転移点は、熱間加工を要する各種基板材、構造部材等として好ましく適用可能となるために、600℃以下が好ましく、595℃以下がより好ましく、590℃以下が最も好ましい。また、ガラス転移点は低い程好ましいが、本発明のガラスにおいては490℃まで低い値を示すことが可能である。本発明のガラスはこのようにガラス転移点が低いため、リヒート成形などの熱間加工においても低い温度で加工することが可能である。 The glass transition point is preferably 600 ° C. or lower, more preferably 595 ° C. or lower, and most preferably 590 ° C. or lower because it can be preferably applied as various substrate materials and structural members that require hot working. Moreover, although a glass transition point is so preferable that it is low, in the glass of this invention, it can show a low value to 490 degreeC. Since the glass of the present invention has such a low glass transition point, it can be processed at a low temperature even in hot working such as reheat molding.
ガラス原料の溶融温度はガラス製造のコストを低くし、ガラスの清澄を容易とするために1600℃以下であることが好ましく、1580℃以下がより好ましく、1560℃以下が最も好ましい。また、本発明のガラスの前記溶融温度は1450℃程度まで低い値を示すことが可能である。 The melting temperature of the glass raw material is preferably 1600 ° C. or less, more preferably 1580 ° C. or less, and most preferably 1560 ° C. or less in order to reduce the cost of glass production and facilitate glass refining. The melting temperature of the glass of the present invention can be as low as about 1450 ° C.
本発明のガラスを構成する各成分について説明する。なお、特に記載の無い場合、本明細書においては前記各成分は酸化物基準の質量%にて表現する。
ここで、「酸化物基準」とは、本発明のガラスの構成成分の原料として使用される酸化物、硝酸塩等が溶融時にすべて分解され酸化物へ変化すると仮定して、ガラス中に含有される各成分の組成を表記する方法であり、この生成酸化物の質量の総和を100質量%として、ガラス中に含有される各成分の量を表記する。
Each component which comprises the glass of this invention is demonstrated. Note that unless otherwise specified, in the present specification, the respective components are expressed in terms of mass% based on oxides.
Here, the “oxide standard” is contained in the glass on the assumption that oxides, nitrates, etc. used as raw materials of the constituent components of the glass of the present invention are all decomposed and changed into oxides when melted. This is a method of expressing the composition of each component, and the amount of each component contained in the glass is described with the total mass of the generated oxides being 100% by mass.
本発明のガラスは酸化物基準の質量%で、SiO2成分、B2O3成分、Al2O3成分およびLi2O成分を含有し、これらの成分の合量が90%以上であり、これらの成分の質量%の比Li2O/Al2O3が0.9以上であることを特徴とする。
これらの条件を満たすことにより、Li2O成分を比較的多く含有しつつ低い平均線膨張係数を有するガラスを得ることができる。
The glass of the present invention contains the SiO 2 component, the B 2 O 3 component, the Al 2 O 3 component, and the Li 2 O component in an oxide-based mass%, and the total amount of these components is 90% or more, The mass ratio of these components, Li 2 O / Al 2 O 3, is 0.9 or more.
By satisfying these conditions, a glass having a low average linear expansion coefficient while containing a relatively large amount of Li 2 O component can be obtained.
SiO2成分、B2O3成分、Al2O3成分およびLi2O成分の合量が90%未満であると低い平均線膨張係数が得られないため、前記の合量は90%以上が好ましく、92%以上がより好ましく、94%以上が最も好ましい。 When the total amount of the SiO 2 component, B 2 O 3 component, Al 2 O 3 component and Li 2 O component is less than 90%, a low average linear expansion coefficient cannot be obtained, so the total amount is 90% or more. Preferably, 92% or more is more preferable, and 94% or more is most preferable.
Li2O成分のAl2O3成分に対する比Li2O/Al2O3の値が0.9未満であると溶融温度が高くなってしまう。従って、Li2O/Al2O3の値は0.9以上が好ましく、1.0以上がより好ましく、1.1以上が最も好ましい。またこの値が11を超えると低い平均線膨張係数が得難くなり、熱間加工時に失透が生じやすくなるためLi2O/Al2O3の値は11以下が好ましく、10.5以下がより好ましく、10以下が最も好ましい。 If the ratio Li 2 O / Al 2 O 3 of the Li 2 O component to the Al 2 O 3 component is less than 0.9, the melting temperature will be high. Therefore, the value of Li 2 O / Al 2 O 3 is preferably 0.9 or more, more preferably 1.0 or more, and most preferably 1.1 or more. If this value exceeds 11, it is difficult to obtain a low average linear expansion coefficient, and devitrification is likely to occur during hot working. Therefore, the value of Li 2 O / Al 2 O 3 is preferably 11 or less, and is preferably 10.5 or less. More preferred is 10 or less.
SiO2成分はガラス骨格を形成する成分であり、その含有量が64%未満であると、所望の平均線膨張係数が得難くなるためSiO2成分の含有量の下限は64%以上とすることが好ましく、65%以上とすることがより好ましく、66%以上とすることが最も好ましい。
また、本発明のガラスの溶融温度をより低くし、低温溶融性を得やすくするためには、前記SiO2成分の含有量の上限は95%以下とすることが好ましく、93%以下とすることがより好ましく、90%以下とすることが最も好ましい。
The SiO 2 component is a component that forms a glass skeleton. If the content is less than 64%, it is difficult to obtain a desired average linear expansion coefficient, so the lower limit of the content of the SiO 2 component should be 64% or more. Is preferable, more preferably 65% or more, and most preferably 66% or more.
Moreover, in order to lower the melting temperature of the glass of the present invention and make it easy to obtain low temperature meltability, the upper limit of the content of the SiO 2 component is preferably 95% or less, and 93% or less. Is more preferable, and most preferably 90% or less.
B2O3成分もSiO2成分と同様にガラス骨格を形成する成分であり、この成分の含有量が2%未満であると、ガラス原料の溶融が困難となりやすいため、前記B2O3成分の含有量の下限を2%以上とすることが好ましく、3%以上とすることがより好ましく、4%以上とすることが最も好ましい。
また、前記B2O3成分の含有量が35%を超えるとガラスの平均線膨張係数が大きくなるとともに、分相傾向が増大するため、前記B2O3成分の含有量の上限は35%以下とすることが好ましく、33%以下とすることがより好ましく、30%以下とすることが最も好ましい。
B 2 O 3 component is also a component forming a glass skeleton like the SiO 2 component, the content of this component is less than 2%, and is easy to become difficult to melt the glass material, the B 2 O 3 component The lower limit of the content is preferably 2% or more, more preferably 3% or more, and most preferably 4% or more.
Further, if the content of the B 2 O 3 component exceeds 35%, the average linear expansion coefficient of the glass increases and the phase separation tendency increases. Therefore, the upper limit of the content of the B 2 O 3 component is 35%. The content is preferably set to not more than 33%, more preferably not more than 33%, and most preferably not more than 30%.
Al2O3成分は本発明のガラス骨格を形成することができ、また、分相を抑制する成分である。Al2O3成分が0.1%未満であると、平均線膨張係数が大きくなりやすくなるとともに、ガラスの分相傾向が大きくなりやすく、熱間成型時に失透が生じやすくなるため、0.1%以上とすることが好ましく、0.12%以上とすることがより好ましく、0.13%とすることが最も好ましい。
またAl2O3成分の含有量が10%を超えると溶融温度が高温になるとともに、ガラス転移点が高くなるため、熱間加工性が悪くなりやすい。従って、Al2O3成分の上限は10%以下とすることが好ましく、9%以下とすることがより好ましく、8%以下とすることが最も好ましい。
The Al 2 O 3 component is a component that can form the glass skeleton of the present invention and suppresses phase separation. If the Al 2 O 3 component is less than 0.1%, the average linear expansion coefficient tends to increase, the phase separation tendency of the glass tends to increase, and devitrification easily occurs during hot forming. It is preferably 1% or more, more preferably 0.12% or more, and most preferably 0.13%.
On the other hand, when the content of the Al 2 O 3 component exceeds 10%, the melting temperature becomes high and the glass transition point becomes high, so that the hot workability tends to deteriorate. Therefore, the upper limit of the Al 2 O 3 component is preferably 10% or less, more preferably 9% or less, and most preferably 8% or less.
Li2O成分はガラス転移点の低下、溶融温度の低下に貢献する成分である。また、陽極接合時の可動イオンとして振る舞い、陽極接合性を良好とする成分である。Li2O成分の含有量が0.1%未満であると、低い溶融温度が得られにくくなり、陽極接合性が良好で無くなるために、Li2O成分の下限は0.1%であることが好ましく、0.15%であることがより好ましく、0.2%であることが最も好ましい。
また、Li2O成分の含有量が10%を超えると平均線膨張係数が大きくなりやすく、熱間成形時にガラスが失透し易くなるためLi2O成分の上限は10%であることが好ましく、9%であることがより好ましく、8%であることが最も好ましい。
The Li 2 O component is a component that contributes to lowering the glass transition point and lowering the melting temperature. Further, it is a component that behaves as mobile ions during anodic bonding and improves anodic bonding properties. When the content of the Li 2 O component is less than 0.1%, it becomes difficult to obtain a low melting temperature and the anodic bondability is not good, so the lower limit of the Li 2 O component is 0.1%. Is preferable, 0.15% is more preferable, and 0.2% is most preferable.
Further, if the content of the Li 2 O component exceeds 10%, the average linear expansion coefficient tends to increase, and the glass tends to devitrify during hot forming, so the upper limit of the Li 2 O component is preferably 10%. 9% is more preferable, and 8% is most preferable.
Na2O成分、K2O、Cs2Oの各成分はガラス転移点の低下および溶融温度を低下させやすくする成分であり、任意で添加できる成分である。ただし含有量が大きくなると平均線膨張係数が大きくなりやすく、陽極接合時には電気抵抗が増大することから、その含有量の上限はそれぞれ、好ましくは5%以下、より好ましくは4.5%以下であり、最も好ましくは4%以下である。 Each of the Na 2 O component, K 2 O, and Cs 2 O is a component that facilitates lowering the glass transition point and lowering the melting temperature, and can be optionally added. However, since the average linear expansion coefficient tends to increase as the content increases and the electrical resistance increases during anodic bonding, the upper limit of the content is preferably 5% or less, more preferably 4.5% or less, respectively. Most preferably, it is 4% or less.
また、Li2O成分、Na2O成分、K2O、Cs2O成分の合計の含有量が17%を超えると平均線膨張係数が大きくなりやすく、熱間成型時に失透が生じやすく、化学的耐久性が悪化しやすくなることから、これらの成分の合計量は17%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、14%以下であることが最も好ましい。 Further, if the total content of Li 2 O component, Na 2 O component, K 2 O, Cs 2 O component exceeds 17%, the average linear expansion coefficient tends to increase, and devitrification is likely to occur during hot molding, Since chemical durability tends to deteriorate, the total amount of these components is preferably 17% or less, more preferably 15% or less, and most preferably 14% or less.
K2O成分を含有する場合、K2O成分がLi2O成分よりも多いと平均線膨張係数が大きくなりやすいため、K2O成分はLi2O成分と同等または少ないほうが好ましい。 When the K 2 O component is contained, if the K 2 O component is greater than the Li 2 O component, the average linear expansion coefficient tends to increase. Therefore, the K 2 O component is preferably equal to or less than the Li 2 O component.
MgO成分、CaO成分は溶融温度を低くさせやすくする任意で添加できる成分である。ただし含有量が大きくなると、ガラス転移点が高くなるとともに、熱間成型時の失透性が増大するため、その含有量の上限は、それぞれ好ましくは5%以下、より好ましくは4%以下、最も好ましくは2%以下である。 The MgO component and the CaO component are components that can be optionally added to easily lower the melting temperature. However, as the content increases, the glass transition point increases and devitrification during hot forming increases, so the upper limit of the content is preferably 5% or less, more preferably 4% or less, most preferably Preferably it is 2% or less.
SrO成分は溶融温度を低下させやすくする任意で添加できる成分である。ただし添加量が多いと平均線膨張係数が大きくなりやすくなるため、その含有量の上限は、好ましくは5%以下、より好ましくは4%以下、最も好ましくは2%以下である。 The SrO component is a component that can be optionally added to easily lower the melting temperature. However, since the average linear expansion coefficient tends to increase when the addition amount is large, the upper limit of the content is preferably 5% or less, more preferably 4% or less, and most preferably 2% or less.
BaO成分はガラスの分相を抑制しやすくするとともに、溶融温度を低下させやすくする任意で添加できる成分である。ただし添加量が多いと平均線膨張係数が大きくなりやすくなるため、その含有量の上限は、好ましくは5%以下、より好ましくは4%以下、最も好ましくは2%以下である。 The BaO component is a component that can be optionally added to easily suppress the phase separation of the glass and to lower the melting temperature. However, since the average linear expansion coefficient tends to increase when the addition amount is large, the upper limit of the content is preferably 5% or less, more preferably 4% or less, and most preferably 2% or less.
As2O3成分およびSb2O3成分はガラスの清澄剤として任意で添加できる成分である。ただし多量に加えても清澄効果は大きくならないため、As2O3成分および/またはSb2O3成分の含有量は2%を上限とし、好ましくは1.3%以下、最も好ましくは1%以下である。 As 2 O 3 component and Sb 2 O 3 component are components that can be optionally added as a glass refining agent. However, since the clarification effect does not increase even when added in a large amount, the content of As 2 O 3 component and / or Sb 2 O 3 component is limited to 2%, preferably 1.3% or less, most preferably 1% or less. It is.
しかし、As2O3成分およびSb2O3成分は近年人体や環境への影響を考慮して使用が控えられる傾向にあり、この点においてはこれらの成分はできるだけ含有しないことが好ましい。本発明のガラスにおいては上記清澄剤の代替としてCeO2成分および/またはSnO2成分を使用できる。これらの成分もAs2O3成分およびSb2O3成分と同様に多量に加えても清澄効果は大きくならないため、CeO2成分および/またはSnO2成分の含有量は2%を上限とし、好ましくは1.3%以下、最も好ましくは1%以下である。 However, the As 2 O 3 component and the Sb 2 O 3 component have recently tended to be refrained from use in consideration of the influence on the human body and the environment. In this respect, it is preferable that these components are not contained as much as possible. In the glass of the present invention, a CeO 2 component and / or a SnO 2 component can be used as an alternative to the fining agent. Even if these components are added in a large amount in the same manner as the As 2 O 3 component and the Sb 2 O 3 component, the clarification effect does not increase, so the content of the CeO 2 component and / or the SnO 2 component is preferably 2%, and preferably Is 1.3% or less, most preferably 1% or less.
TiO2成分を添加すると、ガラス転移点(Tg)が大幅に上がり、所望のTgが得にくくなる。また、熱処理をした時に結晶化を発生または促進させる成分であるため、含有しないことが好ましい。 When a TiO 2 component is added, the glass transition point (Tg) is significantly increased, making it difficult to obtain a desired Tg. Further, since it is a component that generates or accelerates crystallization when heat-treated, it is preferably not contained.
塩化物原料から導入されるCl、臭化物原料から導入されるBrは、揮発成分が環境に悪影響を与えるだけでなく、内部品質の不均質性の問題も生じやすい点で、含有しない方が好ましい。 Cl introduced from a chloride raw material and Br introduced from a bromide raw material are preferably not contained because volatile components not only have an adverse effect on the environment but also tend to cause inhomogeneity of internal quality.
PbO成分はガラスを製造、加工、及び廃棄をする際に環境対策上の措置を講ずる必要があり、そのためのコストを要するため、本発明のガラスにPbOを含有させるべきでない。 Since the PbO component requires measures for environmental measures when manufacturing, processing, and discarding the glass, and costs are required for this, PbO should not be contained in the glass of the present invention.
さらに本発明のガラスにおいては、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Mo、Eu、Nd、Sm、Tb、Dy、Er等の各成分は本発明の目的への貢献が少なく、ガラスが着色してしまうため透過光学系材料としての使用を考慮した場合、含有しないことが好ましい。
ただし、ここでいう含有しないとは、不純物として混入される場合を除き、人為的に含有させないことを意味する。
Furthermore, in the glass of the present invention, each component such as V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo, Eu, Nd, Sm, Tb, Dy, and Er contributes little to the object of the present invention. In consideration of use as a transmission optical system material because it is colored, it is preferably not contained.
However, the term “not contained” means that it is not contained artificially unless it is mixed as an impurity.
ガラスの粘度が103.0dPa・sを示すときの温度は溶融温度と高い相関関係を有するので、溶融温度が低いことを示す指標として用いることができる。本発明のガラスは粘度が103.0dPa・sを示すときの温度が1500℃以下であり、より好ましい態様においては1490℃以下、最も好ましい態様においては1480℃以下となる。 Since the temperature at which the viscosity of the glass exhibits 10 3.0 dPa · s has a high correlation with the melting temperature, it can be used as an index indicating that the melting temperature is low. In the glass of the present invention, the temperature when the viscosity is 10 3.0 dPa · s is 1500 ° C. or less, and in a more preferred embodiment, 1490 ° C. or less, and in a most preferred embodiment, 1480 ° C. or less.
本発明のガラスの製造方法としては、公知の溶融法を用いる事が出来る。すなわち、本発明のガラスが酸化物基準で表わされた組成となるように珪砂、硼酸、酸化アルミニウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、酸化セシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム、亜砒酸、五酸化アンチモン、酸化錫、酸化セリウム等からなるガラス原料を、石英、アルミナまたは白金などからなる坩堝へ充填する。そして電気炉、ガス炉などの溶融炉で加熱溶融する。本発明のガラスはガラス原料の溶融温度が1600℃以下であり、前記溶融炉での加熱溶融時の温度は1450℃〜1600℃、好ましい態様においては1450℃〜1550℃の温度で溶融することができる。
溶融後、必要に応じ清澄、撹拌を行いガラスを均質化させ、その後成形型に溶融ガラスを流しこみ急冷することによって成形、徐冷炉において徐冷する。
As a method for producing the glass of the present invention, a known melting method can be used. That is, silica sand, boric acid, aluminum oxide, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, cesium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, strontium nitrate, and barium nitrate so that the glass of the present invention has a composition expressed on the oxide basis. A glass material made of arsenous acid, antimony pentoxide, tin oxide, cerium oxide or the like is filled in a crucible made of quartz, alumina, platinum, or the like. And it heat-melts in melting furnaces, such as an electric furnace and a gas furnace. In the glass of the present invention, the melting temperature of the glass raw material is 1600 ° C. or lower, the temperature at the time of heating and melting in the melting furnace is 1450 ° C. to 1600 ° C., and in a preferred embodiment, the glass raw material is melted at a temperature of 1450 ° C. to 1550 ° C. it can.
After melting, clarification and stirring are performed as necessary to homogenize the glass, and then the molten glass is poured into a mold and rapidly cooled to form and slowly cool in a slow cooling furnace.
徐冷炉から取りだしたガラスは必要に応じて切断、研削、研磨を行うことで、各種基板材、構造部材、透過光学系材料などを得ることができる。 The glass taken out from the slow cooling furnace can be cut, ground, and polished as necessary to obtain various substrate materials, structural members, transmission optical system materials, and the like.
また、徐冷炉から取りだしたガラスを粉末状に加工し、アルミナやコージェライトなどのセラミックス粉末と共にグリーンシートを成形し、焼結することも可能である。 It is also possible to process the glass taken out from the slow cooling furnace into a powder form, shape a green sheet together with ceramic powder such as alumina or cordierite, and sinter.
本発明の実施例について説明する。ガラスが酸化物基準で表わされた表1に示す組成比となるように珪砂、硼酸、酸化アルミニウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、亜砒酸からなるガラス原料バッチを調製した。バッチはアルミナまたは石英坩堝へ充填し、1400〜1500℃の電気炉により、6時間加熱溶融した。溶融したガラスを板状に成型し徐冷した。 Examples of the present invention will be described. A glass raw material batch composed of silica sand, boric acid, aluminum oxide, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, and arsenous acid was prepared so that the composition ratio of glass was expressed on the oxide basis as shown in Table 1. The batch was filled in an alumina or quartz crucible and heated and melted in an electric furnace at 1400 to 1500 ° C. for 6 hours. The molten glass was molded into a plate shape and slowly cooled.
表1〜表5に本発明の実施例及び参考例の酸化物基準の質量%で表わされたガラス組成、ガラス転移点(Tg)、0℃〜50℃における平均線膨張係数(α0〜50)、0℃〜50℃における平均線膨張係数(α0〜300)、比重、ガラスの粘度が103.0dPa・sを示すときの温度(T at 1E3 dPa.s)、80%の透過率を示す波長(λ80%)と5%の透過率を示す波長(λ5%)を示す。
また、図1に本発明の実施例15と比較例1の温度−粘度グラフを示す。
Tables 1 to 5 show glass compositions, glass transition points (Tg), and average linear expansion coefficients (α0 to 50 ° C.) expressed in terms of mass% based on oxides in Examples and Reference Examples of the present invention. ), Average linear expansion coefficient (α0 to 300) at 0 ° C. to 50 ° C., specific gravity, temperature at which the viscosity of the glass exhibits 10 3.0 dPa · s (T at 1E3 dPa · s), 80% transmittance A wavelength indicating λ (λ80%) and a wavelength indicating transmittance of 5% (λ5%) are shown.
Moreover, the temperature-viscosity graph of Example 15 of this invention and the comparative example 1 is shown in FIG.
なお、ガラスの粘度が103.0dPa・sを示すときの温度の測定は球引上げ式粘度計を用いて測定をすることができ、例えば有限会社オプト企業製BVM−13LHを用いて測定することができる。
また、平均線膨張係数はJOGIS(日本光学硝子工業会規格)16−2003「光学ガラスの常温付近の平均線膨張係数の測定方法」に則り、温度範囲を0℃から50℃および0℃から300℃の範囲に換えて測定した値をいう。
また、ガラス転移点はJOGIS08−2003「光学ガラスの熱膨張の測定方法」により測定した値である。
In addition, the measurement of the temperature when the viscosity of the glass shows 10 3.0 dPa · s can be measured using a ball pulling-up type viscometer, for example, using a BVM-13LH manufactured by Opto Corporation. be able to.
The average linear expansion coefficient is in accordance with JOGIS (Japan Optical Glass Industry Association Standard) 16-2003 “Measuring Method of Average Linear Expansion Coefficient of Optical Glass Near Room Temperature”, and the temperature range is 0 ° C. to 50 ° C. and 0 ° C. to 300 ° C. The value measured in the range of ° C.
The glass transition point is a value measured by JOGIS08-2003 “Measurement method of thermal expansion of optical glass”.
透過率測定については、JOGIS02−2003に準じて行った。尚、本発明においては、着色度ではなく肉厚10mmのガラスにおいて80%の透過率を示す波長(λ80%)と5%の透過率を示す波長(λ5%)を示した。具体的には、厚さ10±0.1mmの対面平行研磨品をJISZ8722に準じ、200〜800nmの分光透過率を測定し、透過率80%時の波長(λ80%)と5%の透過率を示す波長(λ5%)を求めた。
About the transmittance | permeability measurement, it carried out according to JOGIS02-2003. In the present invention, not a coloring degree but a wavelength showing a transmittance of 80% (λ80%) and a wavelength showing a transmittance of 5% (λ5%) in a glass having a thickness of 10 mm. Specifically, a face parallel polished product having a thickness of 10 ± 0.1 mm is measured for a spectral transmittance of 200 to 800 nm according to JISZ8722, and a wavelength (λ80%) at a transmittance of 80% and a transmittance of 5% are measured. Was obtained (λ5%).
次に本発明のガラスの熱間成型時の失透性を評価する為に、実施例15のガラスを約20×20×10mmサイズのブロックに加工し、本発明のガラスが粘度logη=7.5を示す温度である890℃となるように電気炉の温度を設定し、当該温度に到達した後に電気炉に前記のガラスを投入し、890℃で1hr保持し、熱処理をした。
熱処理後のガラスを観察したところ失透の発生はなく、熱処理の前後での透過率の変化を調査したところ、透過率に変化は見られなかった。
Next, in order to evaluate the devitrification property during hot forming of the glass of the present invention, the glass of Example 15 was processed into blocks of about 20 × 20 × 10 mm size, and the glass of the present invention had a viscosity log η = 7. The temperature of the electric furnace was set to 890 ° C., which is a temperature showing 5, and after reaching the temperature, the glass was put into the electric furnace, kept at 890 ° C. for 1 hr, and heat-treated.
When the glass after the heat treatment was observed, devitrification did not occur, and when the change in the transmittance before and after the heat treatment was investigated, no change was found in the transmittance.
Claims (6)
SiO2 76.02%〜95%
B2O3 2%〜16.77%
Al2O3 0.14%〜1.00%
Li2O 1.3%〜3.00%
Na2O 0〜5%、
K2O 0〜5%、
Cs2O 0〜5%、
MgO 0〜5%、
CaO 0〜5%、
SrO 0〜5%、
BaO 0〜5%、
の各成分を含有し、
SiO2成分、B2O3成分、Al2O3成分およびLi2O成分の合量が90%以上であり、
これらの成分の質量%の比Li2O/Al2O3が3.00以上9.67以下であり、
0〜300℃における平均線膨張係数が30×10−7℃−1以下であるガラス。 % By mass based on oxide,
SiO 2 76.02 % to 95%
B 2 O 3 2% to 16.77%
Al 2 O 3 0.14% to 1.00%
Li 2 O 1.3% to 3.00%
Na 2 O 0~5%,
K 2 O 0-5%,
Cs 2 O 0~5%,
MgO 0-5%,
CaO 0-5%,
SrO 0-5%,
BaO 0-5%,
Each component of,
The total amount of SiO 2 component, B 2 O 3 component, Al 2 O 3 component and Li 2 O component is 90% or more,
The mass% ratio Li 2 O / Al 2 O 3 of these components is 3.00 or more and 9.67 or less,
Glass whose average linear expansion coefficient in 0-300 degreeC is 30 * 10 < -7 > degreeC- 1 or less.
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