JPH05270854A

JPH05270854A - 超音波遅延線素子用ガラス

Info

Publication number: JPH05270854A
Application number: JP6875692A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Hachitani; 洋一蜂谷
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1993-10-19

Abstract

(57)【要約】【目的】その製造に際し徐冷に要する時間が短く、生
産性に優れ、かつ超音波遅延線素子用ガラスとしての所
定の特性を有しつつ遅延時間の経時変化が極めて小さい
超音波遅延線素子用ガラスを提供する。【構成】重量百分率でＳｉＯ₂ ４２．１〜５０％ＰｂＯ４０〜５５％Ｋ₂Ｏ１〜３．９％ＢａＯ０．１〜１０％Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％Ａｓ₂Ｏ₃ ０〜１％但しＳｂ₂Ｏ₃＋Ａｓ₂Ｏ₃ ０．１〜１％を含有するガラスからなることを特徴とする超音波遅延
線素子用ガラス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーテレビジョン受
像機、ＶＴＲなどの電子機器において用いられる超音波
遅延線素子用ガラスに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】カラ
ーテレビジョン放送では、像の輝度（白黒）を表す信号
と、色信号を表す２つの色差信号（赤と青）とに分けて
発信される。緑の色信号は、輝度信号から青と赤の和を
差し引いた残りとして表される。パル（ＰＡＬ）または
セカム（Ｓｅｃａｍ）方式のカラーテレビジョン受像機
においては、その色差信号を６４μｓだけ遅らせるため
の遅延線素子が不可欠となっている。またＶＴＲやＮＴ
ＳＣ方式のカラーテレビジョン受像機においては、ドロ
ップアウト補償用や櫛形フィルターとしての遅延線素子
が用いられている。信号を遅延させる方法としては、圧
電変換子により電気信号を超音波に変換し、伝播速度の
小さい媒体中を通過させた後、再び電気信号に変換する
方法が最もよく使用されている。その媒体には、均質
で、音速が低く、温度変化による遅延時間の変動が小さ
いものが得られるという理由からガラスが用いられてき
た。

【０００３】最近のＶＴＲの小型化、回路の高密度化に
より、超音波遅延線素子のパッケージサイズは小さいも
のが望まれている。そのため、素材であるガラスの音速
を低くして、短い伝播距離で長い遅延時間を得ることが
試みられている。しかし２５００ｍ／ｓ以下の音速を得
ようとすると、必然的にＳｉＯ₂が少なく、ＰｂＯまた
はＫ₂Ｏが多い組成になり、遅延時間の温度変化や経時
変化、あるいは超音波の減衰の大きいものになりやす
い。

【０００４】温度変化による遅延時間の変動はＶＴＲに
使用される場合、特に重要である。超音波遅延線素子は
ＶＴＲのモーター部などからの発熱により、数十℃の温
度変化のある環境下で使用されるからである。遅延時間
の温度係数は、通常の使用環境温度を想定して−１０〜
７０℃で測定される。遅延時間の温度係数は、±５ｐｐ
ｍ／℃以内であるのが望ましい。この範囲を越えると、
モニター画面上に明かな影響（色むらなど）が現われ
る。

【０００５】遅延時間の経時変化については、ＶＴＲな
どを長時間使用中に初期設定値より遅延時間の変化が生
じ、カラーテレビジョン受像機やＶＴＲの画像を乱す原
因となる。従って、１０００時間経過後の遅延時間の経
時変化は、５ｎｓ以下に抑えなければならない。

【０００６】また超音波の減衰は、ガラス内を伝播中に
失われる超音波のエネルギーであり、使用周波数によっ
て変化するが、圧電変換子の容量を決定する上でも重要
な数値であり、６４μｓの遅延時間に対して２０ｄｂ以
下であることが望ましい。

【０００７】従来この種の超音波遅延線用ガラスとして
は、ＰｂＯを含有するケイ酸塩ガラスが用いられてい
る。例えば特公昭４０−２２５号公報には、超音波遅延
線素子用ケイ酸塩ガラスの特に好ましいものとしてＰｂ
Ｏ，ＳｉＯ₂およびＫ₂Ｏからなるガラスが記載されて
いる。しかしこのガラスはＫ₂Ｏを４％以上含有するた
め、低音速が得られるが、遅延時間の経時変化が大きい
という欠点がある。さらにこの超音波遅延線素子用ガラ
スは、ガラスの徐冷点またはそれ以上の温度から、５℃
／ｈを越えない冷却速度、好ましくは２〜３℃／ｈで、
２００℃以下にまで冷却することにより得られるので、
生産性が低いという欠点がある。

【０００８】また特公昭５２−４２１６６号公報には、
ＰｂＯ，ＳｉＯ₂，Ｋ₂ＯとともにＢ₂Ｏ₃を１〜３％
含有した超音波遅延線素子用ガラスが記載されている
が、Ｂ₂Ｏ₃は超音波の減衰を大きくする上、溶融中の
揮発が大きいので、安定的に特性を得るのが困難であ
る。さらにこの超音波遅延線素子用ガラスは、一般の光
学ガラスと同じ徐冷方法によって得られるとされている
が、その冷却速度は一般に０．５〜５℃／ｈであり、こ
の超音波遅延線素子用ガラスも生産性に劣る。

【０００９】また特公昭５８−４３３４１号公報には、
超音波の横波音速が２４００ｍ／ｓより小さいことを特
徴とする超音波遅延線素子用ガラスが記載されている
が、ＳｉＯ₂が４２％以下であるのに対し、ＰｂＯを５
７％以上含有しているので、遅延時間の温度係数が大き
い上、超音波の減衰が大きい。

【００１０】徐冷は超音波遅延線素子用ガラスの特性に
大きな影響を与える。一般に高温状態にあるガラスを急
冷すると、ガラスはその高温状態の構造に凍結される
が、転移温度域での恒温保持から徐冷することによっ
て、凍結された高温状態から徐々に低温固有の安定な構
造をとるようになる。例えば急冷したガラスは、室温で
長時間使用するうちに凍結されたアルカリイオンが徐々
に安定なサイトに移動し、特性の経時変化がおこりやす
くなる。また高温構造における剛性率の温度変化が大き
い状態のまま凍結されるので、遅延時間の温度変化も大
きくなりやすい。さらに音速は徐冷したものに比べて小
さくなる。特にガラス成分の中で最も動きやすいのがア
ルカリイオンであるので、アルカリ成分が多い組成のガ
ラスほど時間をかけて徐冷する必要がある。そこで従来
の超音波遅延線素子用ガラスは、安定な特性を得るため
に１℃／ｈ前後の冷却速度で徐冷される。しかし徐冷に
２０日程度の日数がかかり、生産性がきわめて悪かっ
た。生産性の点において徐冷は、全工程で７日以内で終
了するのが望ましい。

【００１１】本発明の目的は、その製造に際して徐冷に
要する時間が短く、かつ超音波遅延線素子用ガラスとし
ての所定の特性を有しつつ遅延時間の経時変化が極めて
小さい超音波遅延線素子用ガラスを提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、重量百
分率でＳｉＯ₂ ４２．１〜５０％ＰｂＯ４０〜５５％Ｋ₂Ｏ１〜３．９％ＢａＯ０．１〜１０％Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％Ａｓ₂Ｏ₃ ０〜１％但しＳｂ₂Ｏ₃＋Ａｓ₂Ｏ₃ ０．１〜１％を含有するガラスからなることを特徴とする超音波遅延
線素子用ガラスによって達成された。

【００１３】以下、本発明を詳細に説明する。まず本発
明のガラスにおける、ＳｉＯ₂，ＰｂＯ，Ｋ₂Ｏ，Ｂａ
Ｏ，Ｓｂ₂Ｏ₃，Ａｓ₂Ｏ₃の組成範囲について述べ
る。

【００１４】ＳｉＯ₂は遅延時間の温度係数（以下ＴＣ
ＤＴという）を負にし、超音波の減衰を小さくする成分
である。重量百分率でＳｉＯ₂が４２．１％未満では、
ＴＣＤＴが大きくなりすぎる。また５０％を越えると、
音速が過大となる上、溶融温度が高くなり、均質なガラ
スを得にくい。従ってＳｉＯ₂の含有量は４２．１〜５
０％に限定される。特に好ましくは４４〜４７％であ
る。

【００１５】ＰｂＯは音速を小さくする成分であるが、
５５％を越えるとＴＣＤＴが大きくなる上、超音波の減
衰が大きくなる。また４０％未満では、音速が大きくな
りすぎる。従ってＰｂＯの含有量は４０〜５５％に限定
される。特に好ましくは４５〜５０％である。

【００１６】Ｋ₂Ｏは音速を小さくし、ガラスの溶融温
度を下げる成分であるが、遅延時間の経時変化を大きく
する成分でもある。Ｋ₂Ｏが１％未満では、音速が過大
となる上、溶融温度が高くなり均質なガラスを得にく
い。逆に３．９％を越えると遅延時間の経時変化が大き
くなる。従ってＫ₂Ｏの含有量は１〜３．９％に限定さ
れる。特に好ましくは２〜３％である。

【００１７】ＢａＯは超音波の減衰を小さくし、ガラス
の化学的耐久性を向上させる成分である。ＢａＯが０．
１％未満では上記の効果はない。また１０％を越えると
音速およびＴＣＤＴが大きくなりすぎる。従ってＢａＯ
の含有量は０．１〜１０％に限定される。特に好ましく
は０．５〜７％である。

【００１８】Ｓｂ₂Ｏ₃およびＡｓ₂Ｏ₃は清澄剤とし
て脱泡効果を得るために合量で０．１％以上必要である
が、１％を越えると溶融中に泡が多く発生し、均質なガ
ラスが得にくい。従ってＳｂ₂Ｏ₃およびＡｓ₂Ｏ₃の
含有量は各々０〜１％、合量で０．１〜１％に限定され
る。特に好ましい合量は０．１〜０．５％である。

【００１９】本発明の超音波遅延線用ガラスは、Ｂ₂Ｏ
₃を含有しない。これはＢ₂Ｏ₃を含有するガラスは、
室温付近における超音波の減衰が大きいためと、Ｂ₂Ｏ
₃は溶融中の揮発が大きいため製造ロットによってＢ₂
Ｏ₃量が多少異なり、そのうえＢ₂Ｏ₃は音速やＴＣＤ
Ｔに与える影響も大きいので、製造ロット間の特性のば
らつきが生じやすいためによる。

【００２０】本発明の超音波遅延線素子用ガラスは、重
量百分率でＳｉＯ₂ ４２．１〜５０％ＰｂＯ４０〜５５％Ｋ₂Ｏ１〜３．９％ＢａＯ０．１〜１０％Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％Ａｓ₂Ｏ₃ ０〜１％但しＳｂ₂Ｏ₃＋Ａｓ₂Ｏ₃ ０．１〜１％を含有するガラスを、そのガラス転移点より１５℃低い
温度ないし３０℃高い温度からガラス転移点より１００
〜１５０℃低い温度まで１０〜３０℃／ｈの冷却速度で
徐冷することによって得られる。

【００２１】すなわち本発明によれば、ガラス組成を上
記のように規定することにより、冷却速度１０〜３０℃
／ｈでの徐冷が可能となり、超音波遅延線素子用ガラス
の生産性が著るしく向上するだけでなく、得られた超音
波遅延線素子用ガラスが、超音波遅延線素子用ガラスと
しての所定の特性を有し、かつ遅延時間の経時変化が１
０００時間で５ｎｓ以下であるという顕著な効果が得ら
れる。

【００２２】なお、ガラスのガラス転移点（Ｔｇ）は日
本光学ガラス工業会規格ＪＯＧＩＳ−１９７５に基づく
熱機械分析装置（ＴＭＡ）で測定される。また、示差熱
分析計で測定してもよく、さらに比熱を測定してガラス
転移点を求めてもよい。

【００２３】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００２４】実施例１〜１２ＳｉＯ₂，ＰｂＯ，Ｐｂ（ＮＯ₃）₂，Ｋ₂ＣＯ₃，Ｂ
ａＣＯ₃，Ｓｂ₂Ｏ₃，Ａｓ₂Ｏ₃などの酸化物、炭酸
塩、硝酸塩などを原料に適宜用いて、表１および表２に
示す組成となるようにバッチ原料を調製し、これを１４
００〜１５００℃で５〜７時間溶融した。ついで１１０
０℃〜１３００℃に降温し、溶融状態のガラスを所定の
形状に成形後、冷却してガラス塊を得た。得られたガラ
スを電気炉にて、４５０〜６００℃（ガラス転移点より
１５℃低い温度ないし３０℃高い温度に相当する）の範
囲の温度にて６〜１２時間保持後、３００〜５００℃
（ガラス転移点よりも１００〜１５０℃低い温度に相当
する）までを一定の降温速度１０〜３０℃／ｈで冷却
し、しかる後、炉内で室温まで冷却する。徐冷の全工程
はこの徐冷方法によって７日以内で終了した。得られた
ガラスの特性値を表１および表２に示した。

【００２５】なお、特性値中の音速は長さ１００ｍｍに
加工したガラス棒の、２５℃における４．４３ＭＨｚの
超音波（横波）音速の測定値である。

【００２６】ＴＣＤＴは４．４３ＭＨｚの超音波につい
て、−１０〜７０℃における、ＴＣＤＴ＝（Δτ／τ）
・（１／ΔＴ）の計算値である。

【００２７】ここで、τは２５℃における遅延時間、Δ
τは温度変化による遅延時間の変化、ΔＴは温度変化を
表す。ただし超音波遅延線素子としてのＴＣＤＴは、ガ
ラスのＴＣＤＴだけでなく、圧電変換子のＴＣＤＴおよ
び遅延線素子の整合回路によって大きく変化するので、
この数値の限りではない。遅延時間の経時変化は、２５
℃における１０００時間経過後の遅延時間の変化量を示
す。超音波の減衰量は４．４３ＭＨｚの超音波につい
て、遅延時間６４μｓにおける測定値である。

【００２８】本実施例１〜１２によれば、徐冷に要する
時間を大幅に短縮できる。また本実施例１〜１２で得ら
れた超音波遅延線素子用ガラスは、表１および表２に示
すように超音波の横波音速が２５００〜２５５０ｍ／
ｓ、遅延時間の温度係数（ＴＣＤＴ）が±５ｐｐｍ／℃
以内、遅延時間の経時変化が１０００時間で５ｎｓ以
下、超音波の減衰が遅延時間６４μｓにおいて２０ｄＢ
以下であり、超音波遅延線素子用ガラスとして優れたも
のであった。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、超音
波遅延線素子用ガラスの製造に際して徐冷に要する時間
を大幅に短縮して生産コストを下げることができる。ま
た本発明によれば、超音波遅延線素子用ガラスとしての
所定の性質を有しつつ、遅延時間の経時変化が極めて小
さい超音波遅延線素子用ガラスが得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量百分率でＳｉＯ₂ ４２．１〜５０％ＰｂＯ４０〜５５％Ｋ₂Ｏ１〜３．９％ＢａＯ０．１〜１０％Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％Ａｓ₂Ｏ₃ ０〜１％但しＳｂ₂Ｏ₃＋Ａｓ₂Ｏ₃ ０．１〜１％を含有するガラスからなることを特徴とする超音波遅延
線素子用ガラス。