JP6293672B2 - ガラス物品およびその製造方法 - Google Patents
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Description
P、Al、アルカリ土類金属、F及びOを含有するガラス物品であって、
P及びOの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多く、
アルカリ土類金属の合計含有量及びFの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少ないことを特徴とするガラス物品である。
アルカリ土類金属の含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少ないことを特徴とする第1の態様に記載のガラス物品である。
Alの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多いことを特徴とする第1の態様または第2の態様に記載のガラス物品
前記ガラス物品は光学素子であることを特徴とする。
本実施形態においては、次の順序で説明を行う。以下、明細書に特筆のない事項については、公知の技術を使用しても構わない。
1.ガラス物品の製造方法
A)ガラス物品の準備
B)ガラス物品に対する加工
a)CG加工
b)スムージング
c)研磨加工
d)欠陥発生抑制処理
e)第1の洗浄
f)第1のリンス
g)芯取加工
h)第2の洗浄
i)第2のリンス
C)ガラス物品の保管
D)その他(成膜等)
2.ガラス物品
3.実施の形態による効果
4.変形例
A)ガラス物品の準備
本実施形態におけるガラス物品は、光学素子そのもの、又はその材料(ガラス素材)、もしくは製品となる前の段階の中間品を指す。ガラス素材としては精密プレス成形用プリフォームなどを例示することができる。このガラス物品としては、ガラス成分として、P、Al、アルカリ土類金属、F及びOを含有するガラスからなり、後に光学素子として出荷できる程度の品質を有するものであれば、素材・形状共に、特に限定はない。本実施形態においてはフツリン酸塩ガラスをガラス物品として用いた場合について述べる。なお、このガラス物品の組成についても特に限定されることはない。
a)CG加工
最終形状の光学素子に近似させた形状に形成したガラス物品(例えば光学素子ブランク)に対し、切削・研削方法として球面加工、トーリック面加工、および自由曲面加工を行うためのカーブジェネレーティング加工(CG加工)を行う。CG加工が行われる工程は、粗削り工程とも呼ばれる。
CG加工が行われたガラス物品に対し、スムージングを行う。このスムージングは、CG加工により粗くなったガラス物品表面を整えるために行われる工程である。CG加工およびスムージングは、後の研磨工程の前段階の研磨でもあり、研削加工ともいう。この研削加工では、研削液を供給しながらガラス物品表面(レンズ面等)を研削加工する。この研削液は、界面活性剤等を含む液体であり、研削加工時の潤滑性を高め、被加工物を冷却するために用いられる。
次いで、研磨工程において、レンズ形状を略反転した形状の研磨工具を用いて研磨液を供給しながらレンズ面を研磨加工して平滑な面に仕上げる。この研磨液は、たとえば、粒径が数μmの砥粒(酸化セリウム粒子、酸化ジルコニウム粒子等)を含む液体である。
なお、上記のa)CG加工、b)スムージング、c)研磨加工の代わりに、精密プレス成形によりガラス物品(レンズ等)の加工を行っても構わない。
先にも述べたように、ガラス物品を製造する際の各工程において、ガラス物品の表面の品質の低下のおそれがある。それに加え、ガラス物品の表面品質の低下の抑制のためには、環境負荷が大きな物質を用いる必要が生じる場合もある。
上記の各問題を解消すべく、本実施形態においては、上記のガラス物品を、処理液を用いて処理する欠陥発生抑制処理を行う。以下、詳述する。
処理液は溶質および溶媒を含む溶液であり、本実施形態では、例えば処理液としてリン酸イオンPxOyn−、例えばPO4 3−とアルカリ金属イオンを含む水溶液を用い、これらのイオンにより水溶液のpHがコントロールされていることが好ましい。そのための処理液は、溶質としてのリン酸塩と、溶媒としての水と、を含む。リン酸塩としては、特に制限されず、リン酸二水素ナトリウム(NaH2PO4)、リン酸水素二ナトリウム(Na2HPO4)、リン酸ナトリウム(Na3PO4)、リン酸二水素カリウム(KH2PO4)、リン酸水素カリウム(KH2PO4)、リン酸カリウム(K3PO4)等が例示される。ただし、トリポリリン酸ナトリウム(STTP Na5P3O10)のようにリン酸化合物であってもキレート効果を有する物質(キレート錯体)を溶質として使用すると、金属イオンがキレート効果を有する物質に取り込まれ、ガラス表面の品質が劣化してしまう。そのため、処理液中にキレート効果を有する物質を加えないことが好ましく、処理液がキレート効果を有する物質を含まないことが好ましい。処理液は、リン酸塩などの溶質を溶媒に溶解した溶液であってもよいし、溶媒に酸とアルカリを加えて中和させ、溶質が溶媒に溶解した状態と同様の溶液であってもよい。いずれの場合も処理液は溶質と溶媒とを含む。
なお、処理液の温度は特に限定されず、例えば、常温を含む5〜60℃の範囲内で適宜使用できる。
研磨加工が行われたガラス物品の表面に付着する付着物(研磨液や研磨剤など)を除去するために、ガラス物品に対して洗浄が行われる。この洗浄については公知の手法を用いても構わないが、本実施形態の主な特徴である上述のd)欠陥発生抑制処理で用いた処理液に洗剤を加えた液により洗浄を行うのが好ましい。具体的には、研磨加工後のガラス物品(光学レンズ)を保持具に載置し、洗剤や界面活性剤を上述した処理液に添加した洗浄液を貯留する洗浄槽に浸漬することにより洗浄を行う(洗浄工程)。このとき、洗浄槽の底面周囲から洗浄液に対して所定の周波数(例えば、50kHz)で超音波を印加し洗浄液を振動させて超音波洗浄を行うことが好ましい。この洗浄は複数の槽で所望の回数行うことができる。
第1の洗浄工程を終えた後、ガラス物品の表面に付着する洗浄液を洗い流すために、ガラス物品に対して第1のリンス工程が行われる。第1のリンス工程については、公知の手法を用いても構わないが、本実施形態の主な特徴であるd)欠陥発生抑制処理で用いた処理液によりリンス工程を行うのが好ましい。なお、第1のリンス工程は第1の洗浄工程に含めた一連のプロセスとして行うことができる。
芯取加工は、研磨加工または精密プレス成形によって得られたガラス物品の外周部を、光軸を中心として所望の形状に研削する工程である。この工程では、芯取り液を供給しながら、ガラス物品の外周部を研削する。この芯取り液は、研削液と同様に、芯取り時の潤滑性を高め、被加工物を冷却するために用いられる。芯取り加工を行うことにより、ガラス物品の外周形状が、ガラス物品をレンズとしたときの光軸を中心とする真円形となる。芯取加工の具体的な手法については、本出願人における特許第4084919号明細書に記載のような、公知のものを適用すれば良い。
芯取加工が行われた後、ガラス物品に付着している加工液やスラッジを除去するために、ガラス物品に対して洗浄が行われる。この洗浄については公知の手法を用いても構わないが、第1の洗浄と同様に、本実施形態の主な特徴である欠陥発生抑制処理で用いた処理液または処理液に洗剤を加えた液にて洗浄を行うのが好ましい。
その後、ガラス物品の表面に付着する洗浄液を洗い流すために、ガラス物品に対して第2のリンス工程が行われる。リンス工程については、公知の手法を用いても構わないが、第1のリンスと同様に、本実施形態の主な特徴である欠陥発生抑制処理で用いた処理液により第2のリンス工程を行うのが好ましい。なお、第2のリンス工程は第2の洗浄工程に含めた一連のプロセスとして行うことができる。
なお、本実施形態では、処理液の溶媒として、水を用いている。一方、上述した芯取り液は通常油系の液体を用いるため、必ずしも処理液を芯取り液として用いる必要はない。
上記の研磨、洗浄、リンス等の各種処理を行った後、もしくは各種処理の途中で、ガラス物品の少なくとも一部の表面を、溶質と溶媒とを含む保管液に接触させてガラス素材またはガラス物品を保管する保管工程を経ても構わない。その際、保管液としては、上記の処理液を用いるのが好ましい。
本実施形態の特徴は、欠陥発生抑制処理が行われた後のガラス物品に、構造的に大きな特徴がある。具体的に言うと、ガラス物品において、処理液と直接接触した部分(即ち最表面側の部分)と、それ以外の部分(即ちガラス物品の内部側の部分)との間で、組成に大きな違いがある。
光学機能面とは周知のように、光を透過させたり、屈折させたり、回折させたり、反射させたり、部分反射させたりする面であり、当該面に入射した光が散乱しないことが好ましいとされる。表面欠陥は光の散乱原因になるので、光学機能面において欠陥発生を抑制することが求められる。
勿論、ガラス物品の高い表面品質が求められる面以外においても、以下に説明する表面側と内部側の所定の関係が成り立っていてもよい。
・Al及びアルカリ土類金属を含むガラス物品(好ましくは、アルカリ土類金属は、Mg、Ca、Sr及びBaのうち少なくともいずれかである。)
・Znを含むガラス物品
・希土類元素を含むガラス物品
もちろん、上記以外の物質を更に含有するガラス物品であっても構わない。なお、フツリン酸塩ガラスにおいて、ガラスを構成するガラス成分をカチオン成分とアニオン成分とに分けた場合、周知のように、P、Al、アルカリ土類金属、Znおよび希土類元素はカチオンであり、OおよびFはアニオンである。
なお、これらのレンズに対し、必要に応じて、反射防止膜、全反射膜、部分反射膜、分光特性を有する膜等の光学薄膜や多層膜を設け、光学素子とすることもできる。
また、上記光学素子は、高性能かつコンパクトな撮像光学系の部品として好適であり、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話搭載カメラ、車載カメラ等の撮像光学系に好適である。
また、上記ガラス物品の中でも、研磨面、特に光学研磨面を有するガラス物品において、液体処理後の表面品質低下が深刻な問題を引き起こしやすい。
そのため、上記ガラス物品は、研磨を含む工程を経て作製されたガラス物品、すなわち、研磨面を有するガラス物品であることが好ましく、光学研磨面を有するガラス物品であることがより好ましい。したがって、上記ガラス物品は、光学研磨面を有する光学素子であることが好ましい。
上記の実施形態では、ガラス物品を処理液に接触させることで、処理液に含まれる溶質の一部を、ガラス表面に存在するガラス成分と結合させ、ガラス表面に処理液に対して難溶性の化合物を形成(ガラス表面の難溶化)させ、フツリン酸塩ガラスが元来有する網目構造と一体化させている。このようにすることで、ガラス物品の表面近傍において、処理液との接触前よりも網目構造が密に存在することになる。この網目構造は、比較的強い結合を有しているため、溶媒と反応しがたい。したがって、溶媒が水である場合でも、溶媒中のヒドロニウムイオンや水酸化物イオン等がガラス内へ移動するのを抑制することができる。
以下、上記の本実施形態以外の変形例について述べる。
本実施形態におけるガラス物品としては特に限定がないことは上述の通りだが、本発明を適用する際には、耐潜傷性(DNaOH)が比較的低いガラス物品であっても、処理液がもたらすガラス物品表面への悪影響を軽減することができる。特に、潜傷の顕在化等による品質低下が生じ易い硝種(即ち、耐潜傷性が低い硝種)に対して、本発明を適用することは好適である。具体的には、空気中での保管あるいは水中での保管により、ヤケ、クモリの発生や潜傷の顕在化等による品質低下が生じるような硝種(耐潜傷性の低い硝種)にも特に好適である。また、処理液(研削液、研磨液、洗浄液、リンス液等)として水を用いた場合に、ヤケ、クモリの発生や潜傷の顕在化等による品質低下が生じるような硝種(耐潜傷性の低い硝種)にも特に好適である。
処理液として水溶液を用いた場合のメリットについては既に述べたとおりだが、溶質をガラス骨格の一員に迎え入れることができるのなら、有機化合物を用いた処理液を使用しても構わない。
溶質をガラス骨格の一員に迎え入れることができるのならば、処理液には特に限定はない。たとえば、溶質は酸と塩基との組み合わせによる塩でもよい。また、溶質は、ガラス成分の一種と結合するため、ガラス成分に含まれる元素から構成されることがより好ましい。リン酸塩水溶液以外の処理液としては、例えばケイ酸塩水溶液が挙げられるが、この場合、ガラス物品がケイ酸塩ガラス物品であるのが好ましい。また、ホウケイ酸塩水溶液でも構わない。また、リン酸塩及びホウケイ酸塩を加えた水溶液を処理液として用いても構わない。
また、緩衝液として用いられている化合物(酢酸、クエン酸、フタル酸等々)の水溶液に対して適宜化合物を混合して、これを処理液としても構わない。ただし、キレート機能を有する溶質を含む液体はガラス物品の表面品質を低下させるおそれがあるため、処理液としては好ましくない。
本実施形態においては、c)研磨加工後に、欠陥発生抑制処理を行った。しかしながら、この処理は、ガラス物品の欠陥が発生または顕在化する前に行われるならば、任意のタイミングで行っても構わない。例えば、保管工程を兼ねて、欠陥発生抑制処理を行っても構わない。研磨工程、洗浄工程又はリンス工程については、ガラス物品と処理液とが接触する時間が短くなるものの、表面の難溶化は瞬間的に生じるため、本発明の効果を奏することができる。光学素子を研削、研磨して製造する場合、高い品質が求められる光学機能面は最終的に研磨工程により創成される。仮に研磨工程前にガラス表面の品質が劣化したとしても、品質が劣化した表面を研磨工程で除去すれば、高い品質を有する表面を得ることができる。表面品質の劣化が特に問題になるのは、研磨工程後、もしくは研磨工程の最終段階における光学機能面の品質劣化である。したがって、欠陥発生抑制処理は研磨工程後の工程、または研磨工程の最終段階を含む研磨工程において行うことが好ましい。精密プレス成形により光学素子を製造する場合は、精密プレス成形用プリフォームの表面品質の良否が光学素子の光学機能面の品質の良否に大きく影響する。したがって、精密プレス成形用プリフォームの研磨工程の最終段階や研磨工程後のプリフォーム洗浄工程、リンス工程において欠陥発生抑制処理を行うことが好ましい。
なお、上記の実施形態に係る効果を実現するための条件は、ガラス物品の硝種等によって異なる。本明細書においては主に、ガラス物品がフツリン酸塩ガラスである場合について例示している。ガラス物品の硝種によっては、処理液をリン酸塩水溶液とすると本発明の効果を奏さない場合もある。
上記の実施形態では、ガラス素材を研削加工および研磨加工することにより、光学レンズを製造しているが、光学レンズは、プレス成形、たとえば精密モールドプレス成形法により製造することもできる。この成形法は、以下に示すような方法である。まず、球形状や扁平球形状など所定の形状に予備成形されたガラス素材を上型および下型からなる成形型の間に供給し、成形型と共にガラス素材を加熱する。加熱後、ガラス素材を軟化させた状態において上下の成形型を用いてプレスしてガラス素材を変形させる。その後、ガラス素材がガラス転移点温度以下になった後に、成形型から取り出すことによりガラス物品としての光学レンズが得られる。
次にフツリン酸塩ガラスの組成例について説明するが、本実施形態において使用するガラスは、これら組成例のガラスに限定されるものではない。なお、これらの組成例は、バルク部分の組成である。
ガラス2において、Caを1〜20原子%、Srを1〜20原子%、Baを1〜20原子%、Fを30〜60原子%、Oを1〜20原子%、Mgを0〜10原子%、Yを0〜10原子%含有することが好ましい。ガラス2によればアッベ数νdが90〜100のガラスを得ることができる。
以下、ガラス物品としてホウ酸塩ガラス物品を用いた例について述べる。
・アルカリ土類金属及びZnを含むガラス物品
・希土類金属(希土類元素)を含むガラス物品
・アルカリ金属を含むガラス物品
まず、ガラス物品としては、円盤状の平面ガラス基板(直径43.7mm、厚さ5mm)を用いた。この平面基板は、既に研磨加工され、光学研磨面を有している。また、このガラス基板の硝材は、カチオン成分としてP5+を5.4カチオン%、Al3+を33.7カチオン%、Li+を1.0カチオン%、Na+を1.2カチオン%、Mg2+を6.8カチオン%、Ca2+を28.7カチオン%、Sr2+を17.2カチオン%、Ba2+を4.7カチオン%、Y3+を1.3カチオン%含み、アニオン成分としてF−を91.6アニオン%、O2−を8.2アニオン%、Cl−を0.2アニオン%を含むフツリン酸塩ガラス(モル比O2−/P5+=3.5)であり、屈折率ndが1.433、アッベ数νdが96である(ガラスAという)。ここで、上記のガラス組成、光学特性は上記ガラス基板のバルク部分の組成、特性である。
原子%(atomic%)表示でのガラスAの組成は、Pの含有量が1.64%、Alの含有量が10.21%、Mgの含有量が2.06%、Caの含有量が8.69%、Srの含有量が5.21%、Baの含有量が1.42%、Liの含有量が0.3%、Naの含有量が0.36%、Yの含有量が0.39%、Fの含有量が63.85%、Oの含有量が5.72%、Clの含有量が0.14%である。
参考例においては、実施例1における研磨後のガラス基板の表面を直ちにエタノールで拭いて、ガラス表面に付着したスラリーやスラッジを除去した。こうして得られたガラス基板を参考例とした。したがって、参考例のガラス基板は、リン酸塩水溶液に接触していない。それ以外は、実施例1と同様の手法を用いて、ガラス基板を作製した。なお、ガラス物品の量産において、研磨直後のガラス表面をエタノールで拭いて、固着の原因となる研磨砥粒などを除去する作業は生産性を低下させるため、このような方法は実用上、好ましくない。
実施例1で得られたガラス基板の表面をエタノールで拭いた後、実施例1および参考例の各ガラス基板に対し、XPSスペクトルを測定し、ガラス基板の表面近傍(4〜5nm)に含まれる元素の種類および結合状態について評価した。また、比較のため、組成とガラス基板の内部(表面から100nm程度)についても、元素の種類および結合状態を評価した。なお、ガラス基板の内部を測定する際には、スパッタリングにより表面を100nm程度削った。
励起X線:Al mono
検出領域:φ100μm
取出し角:45deg
検出深さ:破線:4〜5nm、実線:100nm(スパッタリング)
スパッタリング条件:Ar+ 2.0kV
スパッタリングレート:約5nm/min(SiO2換算)
上記測定条件により、ガラス基板、すなわちガラス物品の表面側および内部側に存在する元素の種類、各元素の存在比および結合状態を評価することができる。
次に、硝種毎における実施例及び比較例の結果について述べる。
まず、試料となるガラス物品としては、実施例1と同様のガラスAからなる円盤状の平面ガラス基板(直径43.7mm、厚さ5mm)を用いた。この平面基板は、研磨加工され、光学研磨面を有している。
重量変化値は、処理液への浸漬前後での試料の重量を計測し、それぞれの計測結果の差分として算出される。重量変化値が大きいと、潜傷が拡大している可能性が高いため、重量変化値は小さいことが好ましい。結果を表1に示す。
ヘイズ値は、いわゆるガラスの曇りの度合を表す値であり、数値が小さい程透明性が高く好ましい。具体的には、ヘイズ値(%)=Td/Tt×100(Td:拡散透過率、Tt:全光線透過率)の式で特定される。このようなヘイズ値は、「日本光学硝子工業会規格JOGIS 光学ガラス物品の化学的耐久性の測定方法(表面法) 07−1975」に定められたヘイズメーターを用い、処理液に所定時間浸漬した後における硝材試料の対向する二つの表面に対し垂直に測定光を透過させることで、測定される。結果を表1に示す。
表2に示す処理液に接触させた以外は実施例2〜18と同様に評価を行った。結果を表2に示す。
実施例2〜18においても、実施例1と同様にガラスAからなる表面にクモリのない清浄なレンズを得た。
硝材として、カチオン成分として、P5+を27.4カチオン%、Al3+を20.9カチオン%、Mg2+を8.3カチオン%、Ca2+を14.2カチオン%、Sr2+を16.9カチオン%、Ba2+を11.7カチオン%、Y3+を0.6カチオン%、アニオン成分としてF−を62.9アニオン%、O2−を37.1アニオン%含み、モル比O2−/P5+が3、屈折率ndが1.497、アッベ数νdが81.6のフツリン酸塩ガラス(ガラスBという)を用いて、表3に示す処理液に接触させた以外は実施例2〜18と同様に評価を行った。なお、ガラス基板のバルク部分の組成は、上記硝材の組成である。
原子%(atomic%)表示でのガラスBの組成は、Pの含有量が8.52%、Alの含有量が6.5%、Mgの含有量が2.58%、Caの含有量が4.42%、Srの含有量が5.26%、Baの含有量が3.64%、Yの含有量が0.19%、Fの含有量が43.34%、Oの含有量が25.56%である。
次にガラスBを研削してレンズ形状に加工し、さらに研磨液を用いて光学研磨し、光学レンズを作製した。研磨液は、上記各処理液に研磨砥粒を分散させたものである。研磨後、上記処理液と同種の液を保管液をとし、この保管液の中にレンズを浸漬して保管した。さらに、レンズを保管液から取り出し、上記各処理液と同種の液に洗剤を加えた液でレンズ表面に着いた異物を洗浄、除去し、さらに上記各処理液と同種の液をリンス液としてレンズをリンスした。そして最後にレンズをIPA(イソプロピルアルコール)で処理し、乾燥させて表面にクモリのない清浄なレンズを得た。
表4に示す処理液に接触させた以外は実施例19〜22と同様に評価を行った。結果を表4に示す。
次に、原子%(atomic %)表示にて、Pを1.89%、Alを9.74%、Mgを2.04%、Caを8.55%、Srを5.11%、Baを1.4%、Liを1.47%、Naを0.61%、Yを0.38%、Fを61.41%、Oを7.28%、Clを0.12%含み、屈折率ndが1.437、アッべ数νdが95.1のフツリン酸ガラス(以下、ガラスCという)を用い、実施例1と同様の光学研磨面を有する円盤状の平面ガラス基板を7枚、用意した。
なお、ガラスCのモル比(O2−/P5+)は3.85であり、カチオン%、アニオン%表示の組成は、P5+の含有量が6.06カチオン%、Al3+の含有量が31.23カチオン%、Mg2+の含有量が6.54カチオン%、Ca2+の含有量が27.41カチオン%、Sr2+の含有量が16.38カチオン%、Ba2+の含有量が4.49カチオン%、Li+の含有量が4.71カチオン%、Na+の含有量が1.96カチオン%、Y3+の含有量が1.22カチオン%であり、F−の含有量が89.25アニオン%、O2−の含有量が10.58アニオン%、Cl−の含有量が0.17アニオン%である。
なお、ガラス基板のバルク部分の組成は、上記硝材の組成である。
各基板を、以下に示す条件C−1から条件C−5までの5種の条件でそれぞれ処理した。
まず、処理液としてのリン酸塩水溶液を用意した。リン酸塩水溶液としては、NaH2PO4とNa2HPO4をモル比1:1としてpH7.0となるようにした水溶液である。処理液におけるリン(P)濃度とナトリウム(Na)濃度はともに150ppmとした。
7槽からなるリンス装置を用い、第1槽から第3槽にリンス液として上記処理液を入れ、第4槽から第6槽にリンス液としてイソプロピルアルコール(IPA)を入れた。
第1槽、第2槽、第4槽、第5槽では超音波洗浄を行った。第1槽から第6槽まで順次、ガラス基板を浸漬し、ガラス基板表面の清浄度を高めていった。第1槽から第6槽までの各槽におけるガラス基板の浸漬時間はいずれも100秒とした。また、第1槽から第6槽までの各槽において、槽毎に槽内の液を槽内からフィルター、イオン交換樹脂、槽内へと循環させて、リンス液としての機能が低下しないようにした。第1槽から第6槽までの各槽におけるリンス液の温度はいずれも室温である。第7槽はベーパー槽(Vapour槽)と呼ばれる。ベーパー槽では、103℃でイソプロピルアルコール(IPA)によるVapour処理(IPA蒸気乾燥処理)を60秒間行い、ガラス基板の表面を清浄な状態で乾燥させた。
条件C−1によりリンスした平面ガラス基板を250℃で30分間、真空加熱した(条件C−2)。条件C−2は光学研磨面に光学多層膜をコーティングするとき基板加熱を想定したものである。
条件C−2の真空加熱とともに、酸素、アルゴンガスを導入し、熱電子イオンガンを用いて、平面ガラス基板の光学研磨面をイオンクリーニングした(条件C−3)。条件C−3も光学研磨面に光学多層膜をコーティングするとき基板加熱を想定したものである。
平面ガラス基板を、実施例1と同様のリン酸塩水溶液に15時間浸漬した。リン酸塩水溶液の温度を16℃とした。リン酸塩水溶液は保管液に相当する。
平面ガラス基板を、実施例1と同様のリン酸塩水溶液に1分間浸漬した。リン酸塩水溶液の温度を16℃とした。
研磨後のガラス基板の表面を直ちにエタノールで拭いて、ガラス表面に付着したスラリーやスラッジを除去した。
平面ガラス基板を、16℃の純水に15時間浸漬した。
条件C−1〜条件C−5の各条件で処理した各ガラス基板に対し、XPSスペクトルを測定し、ガラス基板の表面近傍(4〜5nm)に含まれる元素の存在比および結合状態について評価した。また、比較のため、ガラス基板の内部(表面から100nm程度)についても、XPSスペクトルを測定し、元素の存在比および結合状態を評価した。なお、ガラス基板の内部を測定する際には、スパッタリングにより表面を100nm程度削った。
XPSの測定条件は、実施例1と同様である。
単一の元素が単一の結合状態にある場合、その元素に由来するXPSスペクトルの波形はガウス関数形となる。結合状態が単一ではなく、複数の結合状態にある場合、XPSスペクトルの波形は、ピーク位置が僅かに異なる複数のガウス関数形を合成した形になる。したがって、XPSによって得られたスペクトル波形を、想定される結合状態に対応する束縛エネルギーの位置をピークとする複数種のガウス関数に分解(分離)し、得られた各ガウス関数とベースラインとによって囲まれる領域の面積の比を求めれば、各結合状態の元素の存在比を算出することができる。XPSスペクトルの複数種のガウス関数への分解(分離)は、各ガウス関数における定数を最小二乗法などによりフィッティングすればよい。
表5に、条件C−1〜C−5の処理をそれぞれ行ったガラス基板についてXPS測定を行い、ガラス基板の表面側におけるP、Al、Mg、Ca、Sr、Ba、F、Oの各存在量と、内部側における各元素の存在量と、の比率を示す。
条件C−1〜C−5の処理を行った各ガラス基板の光学研磨面のヘイズ値は0.0%、重量変化量は1.6×10-3mg/(cm2・hour)以下であった。
表6に、条件C−1〜C−5の処理をそれぞれ行ったガラス基板と、試験例Bのガラス基板についてXPS測定を行い、測定結果から求めたガラス基板の表面側におけるYの存在量と、内部側におけるYの存在量と、の比率を示す。
表7に、条件C−1〜C−5の処理をそれぞれ行ったガラス基板と、試験例Aのガラス基板についてXPS測定を行い、測定結果から求めたガラス基板の表面側におけるOの存在量と、内部側におけるOの存在量と、の比率、ならびにガラス基板の表面側におけるFの存在量と、内部側におけるFの存在量と、の比率を示す。
また、リン酸塩水溶液を用いて処理した条件C−1〜C−5については、Fの内部側の存在量に対する表面側の存在量の比率(表面側の存在量/内部側の存在量)が0.13〜0.68と0.80以下の値を示した。一方、試験例Aについては、比率(表面側の存在量/内部側の存在量)が0.84と0.80を超えていた。
表8に、条件C−1〜C−5の処理をそれぞれ行ったガラス基板と、試験例Aのガラス基板についてXPS測定を行い、測定結果から求めたガラス基板の表面側における結合状態毎のAlの存在量と、試験例Aのガラス基板の内部側における結合状態毎のAlの存在量と、を示す。
なお、表8において、Alの存在量は、Alおよびその他のガラス成分元素の存在量の合計が100原子%(atomic %)となるように定めている。
また、AlのXPSスペクトル波形は、6種の結合状態のガウス関数形に分離することができる。
6種の結合状態は、束縛エネルギーが70.60eVに相当する帯電状態の異なる金属Al、束縛エネルギーが73.05eVに相当する金属Al、束縛エネルギーが74.07eVに相当するAl2O3等の酸化状態のAl、束縛エネルギーが74.93eVに相当するAl−POx等のリン酸塩状態のAl、束縛エネルギーが75.45eVに相当するAlOF等、束縛エネルギーが76.90eVに相当するAlF3等のフッ化状態のAlである。
前述の方法により、AlのXPSスペクトル波形を6種の結合状態毎の波形に分離し、分離した各波形とベースラインとにより囲まれる領域の面積の比から、各結合状態にあるAlの存在量を求めた。
また、条件C−1〜C−4により処理したガラス基板の最表面におけるリン酸塩状態のAlの存在量は、ガラス基板の内部側におけるリン酸塩状態のAlの存在量よりも多いことがわかる。
さらに、条件C−1〜C−4により処理したガラス基板の最表面における酸化状態のAlの存在量とリン酸塩状態のAlの存在量との合計は、ガラス基板の内部側における酸化状態のAlの存在量とリン酸塩状態のAlの存在量との合計よりも多いことがわかる。
さらに、Alの総量(各状態のAlの存在量の合計量)に対する酸化状態のAlの存在量とリン酸塩状態のAlの存在量との合計量の比率((酸化状態のAlの存在量+リン酸塩状態のAlの存在量)/Alの総量)は、条件C−1〜C−4により処理したガラス基板はいずれも0.5以上であるのに対し、試験例Aのガラス基板では、上記比率が0.43と、酸化状態またはリン酸塩状態のAlの合計存在量がAlの総量の半分にも達していないことがわかる。
結局のところ、表8は、ガラス基板を処理液(リン酸塩水溶液)で処理することにより、処理液の溶質がガラス内部に取り込まれ、ガラス基板の表面が難溶化すれば、その後に、加熱等の処理を行い、表面側のリン酸塩状態のAlが減少したとしても、欠陥発生抑制効果は維持されることを示している。
次に、原子%(atomic %)表示にて、Pを8.53%、Alを6.5%、Mgを2.58%、Caを4.41%、Srを5.25%、Baを3.64%、Yを0.2%、Fを43.32%、Oを25.58%含み、屈折率ndが1.497、アッべ数νdが81.61であるフツリン酸ガラス(以下、ガラスDという)を用い、実施例1と同様の光学研磨面を有する円盤状の平面ガラス基板を用意した。
なお、ガラスDのモル比(O2−/P5+)は3.00であり、カチオン%、アニオン%表示の組成は、P5+の含有量が27.42カチオン%、Al3+の含有量が20.89カチオン%、Mg2+の含有量が8.29カチオン%、Ca2+の含有量が14.18カチオン%、Sr2+の含有量が16.88カチオン%、Ba2+の含有量が11.70カチオン%、Y3+の含有量が0.64カチオン%であり、F−の含有量が62.87アニオン%、O2−の含有量が37.13アニオン%である。
なお、ガラス基板のバルク部分の組成は、上記硝材の組成である。
条件C−1と同様の条件D−1で上記ガラス基板を処理した。
実施例23と同様にして、条件D−1により処理したガラス基板における表面側と内部側とのガラス成分元素の存在量を定量した。得られた表面側におけるP、Al、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、F、Oの存在量と、内部側における各元素の存在量と、の比率を表9に示す。
また、Yの比率(表面側の存在量/内部側の存在量)は1.00であり、実施例23においてリン酸塩水溶液を用いて処理したときと同様、上記比率の増大がリン酸塩水溶液の使用によって抑えられている。
条件D−1による処理後の光学研磨面のヘイズ値は0.0%、重量変化量は0.9×10-3mg/(cm2・hour)未満であった。
実施例23と同様にして、条件D−1による処理後のガラス基板についてXPS測定を行い、ガラス基板の表面側および内部側における結合状態毎のAlの存在量を求めた。各結合状態のAlの存在量(原子%)を表10に示す。
表11(原子%表示)および表12(カチオン%およびアニオン%表示)に示す組成および特性を有するガラスE1〜E10、ガラスF1、ガラスF2の12種のフツリン酸ガラスについても、上記実施例と同様、光学研磨面を有する平面ガラス基板を作製し、条件C−1〜条件C−5の各条件で処理を行い、XPSによりガラス基板の表面側および内部側における各元素の存在量、結合状態を分析、定量した。
条件C−1〜C−5により処理したガラス基板について、P、Al及びOの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多く、アルカリ土類金属の含有量、アルカリ土類金属の合計含有量及びFの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少なかった。
ガラスE1〜E10はいずれも希土類元素成分を含む。原子%表示にて、内部側における希土類元素の含有量をRE(in)、表面側における希土類元素の含有量をRE(su)としたとき、条件C−1〜C−5により処理した各ガラス基板について、RE(in)に対するRE(su)の比(RE(su)/RE(in))が2以下であったが、ガラスE1〜E10の各ガラスを用い、試験例Bと同様の方法により処理したガラス基板については、光学研磨面が白濁し、比(RE(su)/RE(in))が3を超えていた。
条件C−1〜C−5により処理した各ガラス基板において、原子%表示にて、内部側におけるOの含有量をO(in)、表面側におけるOの含有量をO(su)としたとき、O(in)に対するO(su)の比(O(su)/O(in))が2.0以上であった。一方、試験例Aと同様の方法により処理したガラス基板において、比(O(su)/O(in))が2.0未満であった。
条件C−1〜C−5により処理した各ガラス基板において、リン酸塩状態のAlの含有量、酸化状態のAl及びリン酸塩状態のAlの合計含有量については、いずれもガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多かった。
また、条件C−1〜C−5により処理した各ガラス基板において、原子%表示で、各結合状態のAlの含有量(Alの総量)をAl(all)、酸化状態のAlの含有量をAl(ox)、リン酸塩状態のAlの含有量をAl(ph)としたとき、表面側においてAl(all)に対するAl(ox)とAl(ph)との合計量の比((Al(ox)+Al(ph))/Al(all))が0.5以上であった。
条件C−1〜C−5により処理した各ガラス基板について、Fの内部側の存在量に対する表面側の存在量の比率(表面側のFの存在量/内部側のFの存在量)を求めたところ、0.1〜0.69と、いずれのガラス基板においても0.70以下であった。
条件C−1〜C−5により処理した各ガラス基板の光学研磨面には、クモリ、白濁などの欠陥は認められなかった。また、上記各ガラス基板の光学研磨面のヘイズ値は0.0%であった。また重量減少量も実施例23における重量減少量と同等であった。
条件C−1〜C−5により処理したガラス基板について、P及びOの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多く、アルカリ土類金属の含有量、アルカリ土類金属の合計含有量及びFの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少なかった。
ガラスF1、ガラスF2はいずれも希土類金属成分を含む。原子%表示にて、内部側における希土類元素の合計含有量をRE(in)、表面側における希土類元素の合計含有量をRE(su)としたとき、条件C−1〜C−5により処理した各ガラス基板について、RE(in)に対するRE(su)の比(RE(su)/RE(in))が2以下であったが、試験例Bと同様の方法により処理したガラス基板については、光学研磨面が白濁し、比(RE(su)/RE(in))が3を超えていた。
条件C−1〜C−5により処理した各ガラス基板において、原子%表示にて、内部側におけるOの含有量をO(in)、表面側におけるOの含有量をO(su)としたとき、O(in)に対するO(su)の比(O(su)/O(in))が1.0を超えていた。
条件C−1〜C−5により処理した各ガラス基板において、リン酸塩状態のAlの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多かった。
また、条件C−1〜C−5により処理した各ガラス基板において、原子%表示で、各結合状態のAlの含有量(Alの総量)をAl(all)、酸化状態のAlの含有量をAl(ox)、リン酸塩状態のAlの含有量をAl(ph)としたとき、表面側においてAl(all)に対するAl(ox)とAl(ph)の合計量の比((Al(ox)+Al(ph))/Al(all))が0.5以上であった。
条件C−1〜C−5により処理した各ガラス基板について、Fの内部側の存在量に対する表面側の存在量の比率(表面側のFの存在量/内部側のFの存在量)を求めたところ、0.69〜0.75であり、いずれのガラス基板においても0.75以下であった。
条件C−1〜C−5により処理した各ガラス基板の光学研磨面には、クモリ、白濁などの欠陥は認められなかった。また、上記各ガラス基板の光学研磨面のヘイズ値は0.0%であった。また重量減少量も実施例24における重量減少量と同等であった。
ガラスA〜ガラスDの各ガラスを、研磨工程を含む工程により両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ、両凹レンズなどのレンズ形状に加工した。研磨工程途中において上記各実施例において使用したリン酸塩水溶液(保管液)の中にガラスを浸漬、保管し、その後、リン酸塩水溶液中からガラスを取り出し、さらに研磨して上記レンズ形状に加工した。
次に、ガラスA〜ガラスDの各ガラスからなるレンズを洗浄して研磨スラリーや加工屑を除去し、条件C−1と同様の条件で洗浄したレンズをリンスし、IPAによるvapour処理を行って清浄な表面を有するレンズを得た。
得られたレンズの光学研磨面(光学機能面に相当する)について、表面側および内部側における各元素の存在量、特定状態にある元素の存在量をXPSにより分析したところ、上記実施例で得た結果と一致していた。
次に、ガラスCからなるレンズを条件C−2(条件C−1+真空加熱)により処理した後、XPSにより分析したところ、実施例23と同様の結果が得られた。
さらに、ガラスCからなるレンズを条件C−3(条件C−2+イオンクリーニング)により処理した後、XPSにより分析したところ、実施例23と同様の結果が得られた。
いずれの場合も、各レンズの光学機能面にクモリ、白濁は認められず、ヘイズ値も0.0%であった。また、十分な洗浄、リンスが行われたため、研磨剤や加工屑、汚れが完全に除去されていた。このように、リン酸塩水溶液による処理後に、真空加熱やイオンクリーニングを行っても、ガラス物品の表面品質は維持される。
レンズの光学研磨面上に反射防止用の光学多層膜をコーティングした。コーティングによってもレンズの表面側の状態はコーティング前の状態に保たれており、光学機能面にクモリ、白濁は認められなかった。
したがって、ガラス物品の表面をコートしても、ガラス物品の表面品質は維持される。
上記レンズは研磨工程を含む工程を経て加工されたガラス物品であるが、研磨工程を経ずに精密プレス成形により成形されるレンズについても、同様に清浄かつクモリや白濁のないレンズを得ることができ、表面側、内部側における元素の存在量、結合状態についても、上記実施例と同様の関係が成り立つ。
こうして得た各種レンズは、カメラなどの撮像光学系を構成する光学素子、プロジェクタなどの投射光学系を構成する光学素子、光ディスクなどにデータを記録したり、光ディスクに記録されたデータを読み取るための光学系を構成するマイクロレンズなどの光学素子、CCTVなどの監視カメラや車載カメラの撮像光学系、内視鏡に搭載される光学素子などに好適である。
これらの光学素子は、従来のものと比較して、クモリ、白濁、汚れの付着などの表面の欠陥が極めて低レベルに抑えられているため、撮像光学系においては、極めて鮮明な画像を提供することを可能にする。例えば、内視鏡など極めて鮮明な画像が求められる医療分野の機器に好適である。また、表面欠陥が低レベルであるため、レーザー光を入射してもダメージが発生することもないため、レーザー光を導くための光学素子としても好適である。
以上、光学素子の例としてレンズを挙げたが、プリズムなどの他種の光学素子にも応用ができる。
ガラスE1〜E10、ガラスF1、ガラスF2についても、同様に表面品質が高い光学素子を作ることができる。
本発明を適用可能なガラスの例として、ガラス1及びガラス2を挙げた。その一方、ガラスの性質によっては、本発明を適用するのが更に好ましい場合がある。具体例を挙げると、純水に決まった時間浸漬させても表面がもともと白濁しにくいガラスよりも、純水に決まった時間浸漬させると表面が白濁しやすいガラスの方が、白濁を抑制し、ガラス物品の品質を維持する効果を顕著に発現できるという点で、本発明の適用が更に有効である。
図9において、横軸は束縛エネルギー、縦軸はXPSの信号強度である。ここでは、酸素O1sに注目し、束縛エネルギーが525〜540eVの範囲でXPSスペクトルを示す。
図9において、白丸は、ガラス1から構成されるガラス基板を純水に15時間浸漬させた場合のガラス基板の最表面について得られたデータである。黒丸は、上記ガラス基板の最表面をスパッタにより100nm掘り下げた面についてXPS分析を行い、得られたデータである。すなわち、白丸は純水浸漬後の表面側(最表面)に関するプロットであり、黒丸はガラス基板の内部側に関するプロットである。
本例では、ガラス基板の最表面から100nmよりも深い部分は、深さによらず、ほぼ一定の組成を有している。
なお、ガラス1から構成されるガラス基板は、純水に15時間浸漬させた後、表面が白濁していた。
図10において、横軸は束縛エネルギー、縦軸はXPSの信号強度である。
図10も、束縛エネルギーが525〜540eVの範囲でXPS波形を示す。
図10において、白丸は、ガラスαから構成されるガラス基板を純水に15時間浸漬させた場合のガラス基板の最表面のプロットであり、黒丸は、上記ガラス基板の最表面をスパッタにより100nm掘り下げた面についてXPS分析を行って得られたデータである。すなわち、白丸は純水浸漬後の表面側(最表面)に関するプロットであり、黒丸はガラス基板の内部側に関するプロットである。
本例でも、ガラス基板の最表面から100nmよりも深い部分は、深さによらず、ほぼ一定の組成を有している。
なお、ガラスαから構成されるガラス基板は、浸漬させた後、表面は白濁していなかった。
図9では、内部側(黒丸)に比べて純水浸漬後の表面側(白丸)のピーク位置が高エネルギー側にシフトしている。
ガラスAを用いて作製したガラス基板を純水に浸漬すると、修飾物質であるアルカリ土類金属成分やF成分が基板表面から純水へ溶出し、ヒドロニウムイオンや水酸化物イオンなどの水に由来するイオンがガラス内に進入すると考えられる。そのため、純水に浸漬することによって、基板表面の金属−POx、金属−OH等の結合状態にある酸素が相対的に増加すると考えられる。このようなガラスは、純水に浸漬することにより、表面が白濁しやすい。
一方、ガラスαを用いて作製したガラス基板を純水に浸漬しても、基板表面の金属−POx、金属−OH等の結合状態にある酸素の相対的な増加は見られない。このようなガラスは、比較的、純水に浸漬しても、表面が白濁しにくい。
また、表面側および内部側における各元素の存在量をXPSデータから求め、表面側における酸素Oの存在量(原子%)と内部側における酸素Oの存在量(原子%)の比率からも純水に浸漬したときに白濁しやすいガラスか白濁しにくいガラスかを区分けすることができる。
試験例Bと同様の条件で純水に浸漬したガラスCでは、内部側における酸素Oの存在量に対する表面側における酸素Oの存在量の比率(表面側における酸素Oの存在量/内部側における酸素Oの存在量)が3.3であった。
一方、同様の条件で純水に浸漬したガラスαでは、比率(表面側における酸素Oの存在量/内部側における酸素Oの存在量)が1.8であった。
このように、純水に浸漬したとき、白濁しにくいガラスでは、比率(表面側における酸素Oの存在量/内部側における酸素Oの存在量)が2.0未満であるのに対し、白濁しやすいガラスでは、前記比率が2.0以上となる。
したがって、試験例Bと同様の条件で純水に浸漬した後の比率(表面側における酸素Oの存在量/内部側における酸素Oの存在量)が2.0以上のガラス物品が、本発明の適用が好ましいガラス物品である。試験例Bと同様の条件で純水に浸漬した後の比率(表面側における酸素Oの存在量/内部側における酸素Oの存在量)が2.5以上のガラス物品に本発明の適用がより好適であり、前記比率が3.0以上のガラス物品に本発明の適用がさらに好適である。特に、Fの含有量が80アニオン%以上、Oの含有量が20アニオン%以下のガラスにおいて、試験例Bと同様の条件で純水に浸漬した後の比率(表面側における酸素Oの存在量/内部側における酸素Oの存在量)が上記範囲内になるガラスが好ましい。
Fの含有量が80アニオン%以上であるガラスA、ガラスE1〜ガラスE10についても、試験例Bと同様の条件で純水に浸漬した後の比率(表面側における酸素Oの存在量/内部側における酸素Oの存在量)が3.0以上であった。
ガラスB、ガラスD、ガラスF1、ガラスF2についても、参考例3と同様の条件で純水に浸漬した後の比率(表面側における酸素Oの存在量/内部側における酸素Oの存在量)が2.5以上であった。
水に浸漬した後に表面が白濁しやすいガラスでは、ガラス表面からのフッ素の溶出量が多いため、水に浸漬した後に表面が白濁しにくいガラスと比較して、内部側におけるフッ素Fの存在量(原子%)に対する表面側におけるフッ素Fの存在量(原子%)の比率(表面側におけるフッ素Fの存在量/内部側におけるフッ素Fの存在量)が小さくなる。
試験例Bと同様の条件で純水に浸漬したガラスCでは、比率(表面側におけるフッ素Fの存在量/内部側におけるフッ素Fの存在量)が0.5である。
一方、同様の条件で純水に浸漬したガラスαでは、比率(表面側におけるフッ素Fの存在量/内部側におけるフッ素Fの存在量)が0.74である。
このように、純水に浸漬したとき、白濁しにくいガラスでは、比率(表面側における酸素Oの存在量/内部側における酸素Oの存在量)が0.7以上であるのに対し、白濁しやすいガラスでは、前記比率が0.7未満となる。
したがって、試験例Bと同様の条件で純水に浸漬した後の比率(表面側におけるフッ素Fの存在量/内部側におけるフッ素Fの存在量)が0.7未満のガラス物品が、本発明の適用が好ましいガラス物品である。試験例Bと同様の条件で純水に浸漬した後の比率(表面側におけるフッ素Fの存在量/内部側におけるフッ素Fの存在量)が0.65以下のガラス物品に本発明の適用がより好適であり、前記比率が0.6以下のガラス物品に本発明の適用がさらに好適であり、前記比率が0.55以下のガラス物品に本発明の適用が一層好適である。
ガラスA、ガラスE1〜ガラスE10についても、試験例Bと同様の条件で純水に浸漬した後の比率(表面側におけるフッ素Fの存在量/内部側におけるフッ素Fの存在量)が0.55以下となる。
なお、ガラス物品の表面側についてXPS分析を行う場合、分析を行う面を光学研磨面とすることが好ましい。
このように、純水浸漬後の最表面のXPSスペクトルと、スパッタにより100nm掘り下げた面のXPSスペクトルとの間に見られる関係は、純水浸漬後のガラス表面の白濁しやすさと関連付けることができる。
Isur>Iin
Isur:純水に15時間浸漬させたガラスの表面において、束縛エネルギー531.9eVでのXPSの信号強度
Iin:純水に15時間浸漬させたガラスの最表面より深さ100nm掘り下げた面において、束縛エネルギー531.9eVでのXPSの信号強度
ただし、Isur、Iinは任意単位ではあるが、共通の単位により求めた値である。
また、XPSの測定条件は、前述の条件と同様、以下の通りである。
励起X線:Al mono
検出領域:φ100μm
取出し角:45deg
検出深さ:4〜5nm(表面)
スパッタ深さ:100nm
スパッタリング条件:Ar+ 2.0kV
スパッタリングレート:約5nm/min(SiO2換算)
16℃の純水に15時間浸漬した後において、比率(表面側における酸素Oの存在量/内部側における酸素Oの存在量)が2.0以上のガラス物品が好ましく、前記比率が2.5以上のガラス物品がより好ましく、前記比率が3.0以上のガラス物品がさらに好ましい。
NaOH水溶液(pH=8.2)に15時間浸漬させた後のガラスの表面のヘイズ値>1%
更に好適な関係としては、以下の通りである。
NaOH水溶液(pH=8.2)に15時間浸漬させた後のガラスの表面のヘイズ値>5%
一層好適な関係としては、以下の通りである。
NaOH水溶液(pH=8.2)に15時間浸漬させた後のガラスの表面のヘイズ値>10%
なお、ガラスA〜D、ガラスE1〜E10、ガラスF1、ガラスF2は、いずれも、上記水酸化ナトリウム水溶液に15時間浸漬すると表面が白濁する。
[付記1]
液体を用いてガラス物品を洗浄する洗浄工程を有するガラス物品の製造方法であって、
前記液体を構成する物質を、ガラス成分をガラス物品の表面に対して新たに供給する源とし、ガラス物品の前記液体と接する表面の欠陥発生を抑制することを特徴とするガラス物品の製造方法。
[付記2]
液体を用いてガラス物品を洗浄する洗浄工程を有するガラス物品の製造方法であって、
前記液体は、溶媒及び溶質から構成される溶液であり、
前記洗浄工程の際に、前記溶質を、ガラス成分をガラス物品に対して新たに供給する源とすることを特徴とするガラス物品の製造方法。[付記3]
ガラス素材を加工してなるガラス物品を製造する方法であって、
前記ガラス素材または前記ガラス物品の少なくとも一部の表面を、溶質と溶媒とを含む処理液(研削液、研磨液、洗浄液、リンス液、保管液等)に接触させて前記ガラス素材または前記ガラス物品を処理する処理工程を有し、
前記ガラス素材は、ガラス成分として少なくともP、Al、アルカリ土類金属元素、OおよびFを含み、
前記処理液が接触した前記ガラス素材または前記ガラス物品の表面において、前記溶質の一部が、前記ガラス成分の少なくとも一種と結合して、前記表面を前記溶媒に対して難溶化することを特徴とするガラス物品の製造方法。
[付記4]
前記ガラス物品の表面に、難溶性化合物を形成することを特徴とする付記3に記載のガラス物品の製造方法。
[付記5]
前記難溶性化合物は、リン酸アルミニウムである付記4に記載のガラス物品の製造方法。
[付記6]
前記ガラス素材のFの含有量が55アニオン%以上、Oの含有量が45アニオン%以下であることを特徴とする付記3〜5のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
[付記7]
ガラス素材を加工してなるガラス物品を製造する方法であって、
前記ガラス素材または前記ガラス物品の少なくとも一部の表面を、溶質と溶媒とを含む処理液(研削液、研磨液、洗浄液、リンス液、保管液等)に接触させて前記ガラス素材または前記ガラス物品を処理する処理工程を有し、
前記ガラス素材は、ガラス成分として少なくともP、Al、アルカリ土類金属元素、OおよびFを含み、
前記処理液がリン酸塩溶液であることを特徴とするガラス物品の製造方法。
[付記8]
前記処理液中に含まれる水素の前記ガラス素材または前記ガラス物品中への移動を抑制することを特徴とする付記3〜7のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
[付記9]
ガラス素材を加工してなるガラス物品を製造する方法であって、
前記ガラス素材または前記ガラス物品の少なくとも一部の表面を、溶質と溶媒とを含む処理液(研削液、研磨液、洗浄液、リンス液、保管液等)に接触させて前記ガラス素材または前記ガラス物品を処理する処理工程を有し、
前記ガラス素材は、ガラス成分として少なくともP、Al、アルカリ土類金属元素、OおよびFを含み、
前記処理液が接触した前記ガラス素材または前記ガラス物品の表面において、前記溶質の一部が前記ガラス成分の少なくとも一種と結合することにより、前記処理液中に含まれる水素の前記ガラス素材または前記ガラス物品内への移動を抑制することを特徴とするガラス物品の製造方法。
[付記10]
前記ガラス素材のFの含有量が55アニオン%以上、Oの含有量が45アニオン%以下であることを特徴とする付記7〜9のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
[付記11]
前記溶質がリン酸塩である付記3〜10のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
[付記12]
前記溶媒が水を含むことを特徴とする付記3〜11のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
[付記13]
前記ガラス素材は、Znを含むことを特徴とする付記3〜12のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
[付記14]
前記ガラス素材は、希土類元素を含むことを特徴とする付記3〜13のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
[付記15]
前記処理液がpHの緩衝作用を有することを特徴とする付記3〜14のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
[付記16]
前記処理液のpHが3〜9.8であることを特徴とする付記3〜15のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
[付記17]
前記処理工程は、前記処理液を研削液として用いる研削工程、前記処理液を研磨液として用いる研磨工程、前記処理液を洗浄液として用いる洗浄工程から選ばれる少なくとも1つである付記3〜16のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
[付記18]
前記洗浄工程は、前記処理液をリンス液として用いるリンス工程を含むことを特徴とする付記17に記載のガラス物品の製造方法。
[付記19]
前記洗浄工程後に、前記ガラス物品に被膜を形成する被膜形成工程を有することを特徴とする付記17または18に記載のガラス物品の製造方法。
[付記20]
前記ガラス物品が光学素子であることを特徴とする付記3〜19のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
[付記21]
ガラス物品の少なくとも一部の表面を処理液(研削液、研磨液、洗浄液、リンス液、保管液等)に接触させて前記ガラス物品を処理するガラス物品の処理方法であって、
前記ガラス物品は、ガラス成分として少なくともP、Al、アルカリ土類金属元素、OおよびFを含み、
前記処理液が接触した前記ガラス物品の表面において、前記処理液中に含まれる溶質の一部が、前記ガラス成分の少なくとも一種と結合して、前記表面を前記溶媒に対して難溶化することを特徴とするガラス物品の処理方法。
[付記22]
ガラス物品の少なくとも一部の表面を処理液(研削液、研磨液、洗浄液、リンス液、保管液等)に接触させて前記ガラス物品を処理するガラス物品の処理方法であって、
前記ガラス物品は、ガラス成分として少なくともP、Al、アルカリ土類金属元素、OおよびFを含み、
前記処理液がリン酸塩溶液であることを特徴とするガラス物品の処理方法。
[付記23]
ガラス物品の少なくとも一部の表面を処理液(研削液、研磨液、洗浄液、リンス液、保管液等)に接触させて前記ガラス物品を処理するガラス物品の処理方法であって、
前記ガラス物品は、ガラス成分として少なくともP、Al、アルカリ土類金属元素、OおよびFを含み、
前記処理液が接触した前記ガラス物品の表面において、前記処理液中に含まれる溶質の一部が前記ガラス成分の少なくとも一種と結合することにより、前記処理液中に含まれる水素の前記ガラス素材または前記ガラス物品内への移動を抑制することを特徴とするガラス物品の処理方法。[付記24]
前記処理工程は、研磨加工後のガラス物品を前記保管液に接触させて保管する保管工程であることを特徴とする付記3〜16のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
[付記25]
前記保管工程において保管したガラス素材またはガラス物品を洗浄する洗浄工程を有することを特徴とする付記24に記載のガラス物品の製造方法。
P、Al、アルカリ土類金属、F及びOを含有するガラス物品であって、
P及びOの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多く、
アルカリ土類金属の合計含有量及びFの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少ないことを特徴とするガラス物品である。
好ましくは、さらに、アルカリ土類金属の含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少ないガラス物品である。
Alの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多いことを特徴とするガラス物品である。
酸化状態のAl及びリン酸塩状態のAlの合計含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多いのが好ましい。
リン酸塩状態のAlの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多いのが好ましい。
酸化状態のAl及びリン酸塩状態のAlの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多いのが好ましい。
フッ化状態のアルカリ土類金属の含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少ないことが好ましい。
前記アルカリ土類金属は、Mg、Ca、Sr及びBaのうち少なくともいずれかであることが好ましい。
Fの含有量(F−の含有量)が55アニオン%以上、Oの含有量(O2−の含有量)が45アニオン%以下であるガラスを用いて作製されたガラス物品であることが好ましく、Fの含有量が80アニオン%以上、Oの含有量が20アニオン%以下であるガラスを用いて作製されたガラス物品であることがより好ましく、Fの含有量が85アニオン%以上、Oの含有量が15アニオン%以下であるガラスを用いて作製されたガラス物品であることがさらに好ましい。
前記ガラス物品の表面のヘイズ値が1%以下であることが好ましい。
本発明の実施の形態において、P5+含有量に対するO2−含有量のモル比O2−/P5+が2.8以上であるガラスを用いて作製されたガラス物品であることが好ましい。
Isur>Iin ・・・ (1)
ただし、
Isur:純水に15時間浸漬させたガラスの表面において、束縛エネルギー531.9eVでのXPSの信号強度
Iin:純水に15時間浸漬させたガラスの最表面より深さ100nm掘り下げた面において、束縛エネルギー531.9eVでのXPSの信号強度
Isur、Iinは任意単位ではあるが、共通の単位により求めた値。
希土類元素を含み、原子%表示にて、内部側における希土類元素の合計含有量をRE(in)、表面側における希土類元素の合計含有量をRE(su)としたとき、RE(in)に対するRE(su)の比(RE(su)/RE(in))が3以下であるガラス物品が好ましい。
原子%表示にて、内部側におけるOの含有量をO(in)、表面側におけるOの含有量をO(su)としたとき、O(in)に対するO(su)の比(O(su)/O(in))が2.0以上であるガラス物品が好ましく、特に、F−の含有量が80アニオン%以上であることが好ましい。
酸化状態のAl及びリン酸塩状態のAlの合計含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多いガラス物品が好ましい。
前記ガラス物品は光学素子であることが好ましい。
処理液が接触したガラス素材またはガラス物品の表面において、溶質の一部が、ガラス成分の少なくとも一種と結合して、表面を溶媒に対して難溶化することを特徴とするガラス物品の製造方法である。
ガラス物品は、ガラス成分として少なくともP、Al、アルカリ土類金属、O、Fを含み、
処理液が接触したガラス素材またはガラス物品の表面において、溶質の一部がガラス成分の少なくとも一種と結合することにより、処理液中に含まれる水素のガラス内への移動を抑制することを特徴とするガラス物品の製造方法である。
処理液がリン酸塩溶液であることを特徴とするガラス物品の製造方法である。
Isur>Iin ・・・ (1)
ただし、
Isur:純水に15時間浸漬させたガラスの表面において、束縛エネルギー531.9eVでのXPSの信号強度
Iin:純水に15時間浸漬させたガラスの最表面より深さ100nm掘り下げた面において、束縛エネルギー531.9eVでのXPSの信号強度
Isur、Iinは任意単位ではあるが、共通の単位により求めた値。
ガラス素材は、ガラス成分として少なくともP、Al、アルカリ土類金属、O、Fを含み、処理液は溶質と溶媒とを含み、処理液が接触したガラス素材の表面において、溶質の一部が、ガラス成分の少なくとも一種と結合して、表面を溶媒に対して難溶化することを特徴とするガラス素材の処理方法である。
処理液が接触したガラス物品の表面において、溶質の一部がガラス成分の少なくとも一種と結合することにより、処理液中に含まれる水素のガラス内への移動を抑制することを特徴とするガラス物品の処理方法である。
Claims (20)
- P、Al、アルカリ土類金属、F及びOを含有するガラス物品であって、
ガラス物品の内部におけるAlの含有量が4.66カチオン%以上、Fの含有量が80アニオン%以上、Oの含有量が20アニオン%以下であり、
P及びOの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多く、
アルカリ土類金属の合計含有量及びFの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少ない状態であり、
原子%表示で、結合状態毎のAlの含有量の合計をAl(all)、酸化状態のAlの含有量をAl(ox)、リン酸塩状態のAlの含有量をAl(ph)としたとき、表面側においてAl(all)に対するAl(ox)とAl(ph)の合計量の比((Al(ox)+Al(ph))/Al(all))が0.5以上であり、
ガラス物品の表面のヘイズ値が1%以下であることを特徴とするガラス物品。 - P、Al、アルカリ土類金属、F及びOを含有するガラス物品であって、
ガラス物品の内部におけるアルカリ土類金属の含有量が39.38カチオン%以上、Fの含有量が80アニオン%以上、Oの含有量が20アニオン%以下であり、
P及びOの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多く、
アルカリ土類金属の合計含有量及びFの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少ない状態であり、
原子%表示で、結合状態毎のAlの含有量の合計をAl(all)、酸化状態のAlの含有量をAl(ox)、リン酸塩状態のAlの含有量をAl(ph)としたとき、表面側においてAl(all)に対するAl(ox)とAl(ph)の合計量の比((Al(ox)+Al(ph))/Al(all))が0.5以上であり、
ガラス物品の表面のヘイズ値が1%以下であることを特徴とするガラス物品。 - ガラス物品の内部におけるFの含有量が85アニオン%以上、Oの含有量が15アニオン%以下である請求項1または2に記載のガラス物品。
- ガラス物品の内部におけるFの含有量が86.55アニオン%以上、Oの含有量が13.29アニオン%以下である請求項1ないし3のいずれかに記載のガラス物品。
- 前記ガラス物品は、希土類元素を含み、原子%表示にて、ガラス物品の内部側における希土類元素の合計含有量をRE(in)、ガラス物品の表面側における希土類元素の合計含有量をRE(su)としたとき、RE(in)に対するRE(su)の比(RE(su)/RE(in))が3以下であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のガラス物品。
- Alの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多いことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のガラス物品。
- アルカリ土類金属の含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少ないことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のガラス物品。
- 原子%表示にて、ガラス物品の内部側におけるOの含有量をO(in)、ガラス物品の表面側におけるOの含有量をO(su)としたとき、O(in)に対するO(su)の比(O(su)/O(in))が2.0以上であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載のガラス物品。
- 酸化状態のAl及びリン酸塩状態のAlの合計含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多いことを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載のガラス物品。
- リン酸塩状態のAlの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多いことを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載のガラス物品。
- 酸化状態のAl及びリン酸塩状態のAlの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多いことを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載のガラス物品。
- フッ化状態のアルカリ土類金属の含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少ないことを特徴とする請求項11に記載のガラス物品。
- 前記アルカリ土類金属は、Mg、Ca、Sr及びBaのうち少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載のガラス物品。
- モル比O2−/P5+が2.5以上である請求項1ないし13のいずれかに記載のガラス物品。
- 前記ガラス物品は光学素子であることを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載のガラス物品。
- 16℃の純水に15時間浸漬した後、内部側における酸素Oの存在量(原子%)に対する表面側における酸素Oの存在量(原子%)の比率(表面側における酸素Oの存在量/内部側における酸素Oの存在量)が2以上となるガラスが、
P及びOの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多く、
アルカリ土類金属の合計含有量及びFの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少ない状態となった請求項1ないし15のいずれかに記載のガラス物品。 - P、Al、アルカリ土類金属、F及びOを含有するガラス物品であって、
16℃の純水に浸漬した後、内部側におけるフッ素Fの存在量(原子%)に対する表面側におけるフッ素Fの存在量(原子%)の比率(表面側におけるフッ素Fの存在量/内部側におけるフッ素Fの存在量)が0.7未満のガラスが、
P及びOの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多く、
アルカリ土類金属の合計含有量及びFの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少ない状態となった請求項1ないし15のいずれかに記載のガラス物品。 - 16℃の純水に15時間浸漬した後、内部側における酸素Oの存在量(原子%)に対する表面側における酸素Oの存在量(原子%)の比率(表面側における酸素Oの存在量/内部側における酸素Oの存在量)が2以上、かつ、内部側におけるフッ素Fの存在量(原子%)に対する表面側におけるフッ素Fの存在量(原子%)の比率(表面側におけるフッ素Fの存在量/内部側におけるフッ素Fの存在量)が0.7未満のガラスが、
P及びOの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも多く、
アルカリ土類金属の合計含有量及びFの含有量については、ガラス物品の表面側が、ガラス物品の内部側よりも少ない状態となった請求項1ないし15のいずれかに記載のガラス物品。 - ガラス素材を加工してなるガラス物品を製造する方法であって、
ガラス素材またはガラス物品の少なくとも一部の表面を、溶質としてのリン酸イオンと溶媒とを含む処理液に接触させてガラス素材またはガラス物品を処理する処理工程を有し、
ガラス素材またはガラス物品は、ガラス成分として少なくともP、Al、アルカリ土類金属、OおよびFを含み、
ガラス素材またはガラス物品の内部におけるAlの含有量が4.66カチオン%以上、Fの含有量が80アニオン%以上、Oの含有量が20アニオン%以下であり、
P及びOの含有量については、ガラス素材またはガラス物品の表面側が、ガラス素材またはガラス物品の内部側よりも多く、
アルカリ土類金属の合計含有量及びFの含有量については、ガラス素材またはガラス物品の表面側が、ガラス素材またはガラス物品の内部側よりも少ない状態であり、
前記処理工程により、
処理液が接触したガラス素材またはガラス物品において、原子%表示で、結合状態毎のAlの含有量の合計をAl(all)、酸化状態のAlの含有量をAl(ox)、リン酸塩状態のAlの含有量をAl(ph)としたとき、表面側においてAl(all)に対するAl(ox)とAl(ph)の合計量の比((Al(ox)+Al(ph))/Al(all))を0.5以上とし、
ガラス素材またはガラス物品の表面のヘイズ値を1%以下とすることを特徴とするガラス物品の製造方法。 - ガラス素材を加工してなるガラス物品を製造する方法であって、
ガラス素材またはガラス物品の少なくとも一部の表面を、溶質としてのリン酸イオンと溶媒とを含む処理液に接触させてガラス素材またはガラス物品を処理する処理工程を有し、
ガラス素材またはガラス物品は、ガラス成分として少なくともP、Al、アルカリ土類金属、OおよびFを含み、
ガラス素材またはガラス物品の内部におけるアルカリ土類金属の含有量が39.38カチオン%以上、Fの含有量が80アニオン%以上、Oの含有量が20アニオン%以下であり、
P及びOの含有量については、ガラス素材またはガラス物品の表面側が、ガラス素材またはガラス物品の内部側よりも多く、
アルカリ土類金属の合計含有量及びFの含有量については、ガラス素材またはガラス物品の表面側が、ガラス素材またはガラス物品の内部側よりも少ない状態であり、
前記処理工程により、処理液が接触したガラス素材またはガラス物品において、原子%表示で、結合状態毎のAlの含有量の合計をAl(all)、酸化状態のAlの含有量をAl(ox)、リン酸塩状態のAlの含有量をAl(ph)としたとき、表面側においてAl(all)に対するAl(ox)とAl(ph)の合計量の比((Al(ox)+Al(ph))/Al(all))を0.5以上とし、
ガラス素材またはガラス物品の表面のヘイズ値を1%以下とすることを特徴とするガラス物品の製造方法。
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