JPH0733265B2 - イオン交換処理炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガラス板をイオン交換処理するための溶融塩
炉の構造に関する。

〔従来の技術〕

ガラス板に対し、ガラス中に含まれるイオンとはイオン
半径の異なるイオンを、ガラス中イオンとの交換により
表面から拡散させて何らかの表面改質を行なう技術は、
イオン交換法として従来から知られている。

かかるイオン交換法は、平板マイクロレンズアレイ、屈
折率分布型ロッドレンズ、光導波路、化学強化ガラス等
の製造に用いられている。

本発明は、これらのうち特に平板マイクロレンズアレイ
の製造に適した方法であり、以下平板マイクロレンズア
レイについて説明する。

平板マイクロレンズアレイは、透明ガラス基板中に、屈
折率が基板よりも大な略半球状ないしは略半円柱状の微
小レンズ部を多数配列形成したレンズアレイであり、一
般には次のような方法で製造される。すなわち、ガラス
板の表面を、所定のレンズ配列パターンで小開口を設け
たイオン透過防止マスク材で被覆し、この被覆ガラス板
を、基板ガラスの屈折率を増大させる一価の陽イオンを
含む溶融塩例えば溶融した硝酸タリウム中に浸漬し、上
記マスク材の開口部を通してタリウム（Tl）イオンをガ
ラス中のアルカリイオンとの交換によって内部拡散させ
る。

ただし硝酸タリウムのみであると、基板ガラスに浸蝕を
生じる等の問題があるため、硝酸タリウムに硝酸ナトリ
ウム等の他の塩を加えた２成分以上の混塩を用いること
が望ましい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように２成分以上から成る混塩を用いてイオン交
換処理を行なった場合、次のような問題を生じる。

すなわち、硝酸タリウムと硝酸ナトリウムの混塩を例に
とると、前者の比重は5.5、後者の比重は2.3であって両
者で比重が大きく異なり、このため、時間の経過ととも
に硝酸ナトリウムがイオン交換処理炉の上部に集中し、
硝酸タリウムが下部に集中するという混塩の分離現象を
生ずる。

一方、ガラス基板中に形成される微小レンズの屈折率分
布は主としてタリウムイオンの濃度によって決まり、従
って、炉内に垂直に置かれたガラス基板の上部と下部と
では基板内に形成されるタリウムイオン濃度に差が生
じ、同一の基板内で場所によって光学特性が異なるレン
ズが形成されるという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

高温溶融塩を保持するイオン交換炉内に、内部に立姿勢
とした被処理ガラス板をその下辺部で保持するガラス板
載置部を有する内筒隔壁を設ける。この内筒隔壁は上下
端を開放し、外周壁との間に環状空間を残し、また底壁
との間に溶融塩流通空隙が残るような構造にする。そし
て、上記の内筒の上方（溶融塩内）には、外部から回転
駆動される撹拌羽根を設ける。この撹拌羽根は、内筒の
上端開口をほぼ塞ぐ位置、大きさに設けた内羽根と、内
筒外の環状空間部をほぼ塞ぐように設けた外羽根とから
成る二重構造とする。

そして内羽根と外羽根とで羽根の傾斜方向を互いに逆向
きに構成する。

すなわち、撹拌羽根を回転させたとき、外羽根は環状空
間部の溶融塩を下方に向けて送り、内羽根は内筒内の溶
融塩を上方に向けて送るように、回転方向に応じて各羽
根の傾斜方向を設定しておく。

〔作用〕

撹拌羽根のうち、外羽根によって溶融塩が良く混合され
た後、内筒下端から流入してガラス板表面と層流状態で
接触しつつ上昇し、再び内筒外環状部へと対流する。こ
のようにして、溶融塩はガラス板表面と接触する前に良
く混合され、また混合された後に、立姿勢で下辺部を保
持したガラス板にその浮力方向に沿った上昇流で接触す
るため、基板ガラス全面にわたりイオン交換条件が均一
化するとともに、ガラス板に振動等の悪影響を与えるこ
ともない。

〔実施例〕

以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係るイオン交換処理炉を示す断面図で
ある。

１は容器状を成した炉外壁であり、その内部には２成分
以上の混塩から成る溶融塩２が収容されており、図外の
加熱装置によって高温に保持される。この外壁１で囲ま
れた炉内には、別途の内筒隔壁３が固設してある。

この内筒隔壁３は、上下端が開放されているとととも
に、中央部に比べて上下端付近の口径が拡大してある。
そして、外壁１と内筒隔壁３との間には、溶融塩の流路
となる環状空間４が形成されており、且つ内筒隔壁３の
下端と外壁底部との間には、内筒内へ溶融塩が無理なく
流入し得るだけの空隙が設けてある。

上記のような状態で、内筒隔壁３は炉内に接続部材５を
介して固定されている。内筒隔壁３内の上下方向ほぼ中
央部には、多数枚のイオン交換処理ガラス板６を立姿勢
で保持する保持具７が、内方に張り出した載置部８上に
置かれる。なお内筒隔壁３は、上下端拡大開口部3Aが断
面円形で、中間の胴部3Bは断面角形を成している。

上記の保持具７は第３図に示すように、一対の側枠7A・
7A間にわたして上下辺にそれぞれ櫛歯溝を有する横枠7B
の一対ずつを設け、立てた被処理ガラス板６を、上下横
枠7Bの櫛歯溝間に横方向からスライド挿入して保持させ
るようにしてある。内筒隔壁３の上方には、溶融塩を混
合撹拌する撹拌羽根９が設けてある。

この撹拌羽根９は、炉蓋10の中心を貫通して図外の回転
駆動機構に接続された回転シャフト11の下端に取り付け
られている。

撹拌羽根９の平面視を第２図に示す。

図のように、撹拌羽根９は、円筒状のセパレータ9Cより
内側に設けられた内羽根9A（一例として８枚羽根）と、
このセパレータ9Cの外側に円環状に設けられた外羽根9B
（一例として24枚羽根）とを有する二重構造となってい
る。

そしてセパレータ9Cの径及び肉厚は内筒隔壁３の上端拡
大開口部3Aとほぼ同一であり、これにより内筒隔壁３の
上端開口部3Aの壁面とセパレータ9Cの壁面とはほぼ同一
面上にある。

上記構造により、内羽根9Aは内筒隔壁３の上端開口部を
塞ぐように位置し、また外羽根9Bは内筒外側の環状空間
入口を塞ぐように位置する。

そして内羽根9Aと外羽根9Bとは、同一方向に回転させた
ときに流体の送り方向が互いに逆向きになるように羽根
の傾斜方向を相違させてある。すなわち、図外の駆動装
置でシャフト11を所定方向に回転させたときに、外羽根
9Bによって環状空間内の溶融塩が底部に向けて送られ、
また内筒隔壁３内の溶融塩が内羽根9Aで上方に送られる
ように構成してある。

上記装置において、内筒隔壁３内にレンズアレイパター
ンのマスク膜を設けた被処理ガラス板６を保持具７を介
してセットし、溶融塩中で撹拌羽根を回転させると、溶
融塩２は撹拌羽根９によって撹拌されるとともに、外羽
根９によって内筒隔壁３外の環状空間を下方へと流れ、
内筒隔壁３内の下端から筒内に流入し、内羽根9Aによる
引き上げ力によって上昇し、ガラス板６の表面と接触し
た後、上方から再び外周環状空間へと対流とする。従っ
て、溶融塩２が前述したような比重が大きく異なる２種
以上の混塩であっても分離を生じることなく充分に均質
化され、また内筒３による流路の区画で、均質化前の塩
が被処理ガラス板に直接接触することもなく、これによ
りガラス板６全面にわたり各マスク開口部で一定したイ
オン交換が行なわれ、光学特性の揃ったレンズアレイが
得られる。

また、均質化された溶融塩は、下辺部を保持されたガラ
ス板の下方から上方に向けて、ガラス板に加わる浮力及
び面方向と一致した方向に層流状態で流れるため、イオ
ン交換に悪影響を与える流れの乱れあるいはガラス板の
振れを最小限度に抑えることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、２成分以上から成る混塩を用いた溶融
塩でのイオン交換により、平板マイクロレンズアレイを
製造する際に、溶融塩に成分分離を生じることなく、ガ
ラス基板全面にわたりレンズ間で光学特性が一定したレ
ンズアレイを形成することができる。また撹拌に伴なう
溶融塩の対流の乱れ、ガラス基板の振動といったイオン
交換に悪影響を与える外乱は最小限度に抑えることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図の装置の撹拌羽根部分を示す平面図、第３図は第１
図の装置で内筒内に被処理ガラス板をセットするための
ガラス板保持具を示す斜視図である。 １…溶融塩炉外壁、２…溶融塩、３…内筒隔壁、４…環
状空間（溶融塩流路）５…接続部材、６…被処理ガラス
板、７…ガラス板保持具、８…保持具載置部、９…撹拌
羽根、9A…内羽根、9B…外羽根、9C…セパレータ、10…
蓋、11…回転シャフト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高温溶融塩を保持し、これに浸漬した被処
   理ガラス板中のイオンと前記塩中のイオンとの交換を行
   なわせるためのイオン交換処理炉において、炉内に上下
   端が開放された内筒隔壁を、外周壁との間に環状空間を
   残すとともに底壁との間に空隙を残した状態で設置し、
   前記内筒内に被処理ガラス板を立姿勢で保持するガラス
   板載置部を設け、前記内筒の上方に外部から回転駆動さ
   れる撹拌羽根を設けるとともに、この撹拌羽根を、内筒
   開口に位置する内羽根と前記環状空間に位置する外羽根
   とから成る二重構造とし、外羽根は溶融塩を底部に向け
   て送るように、又内羽根は溶融塩を上方に向けて送るよ
   うに各羽根の傾斜方向を設定したことを特徴とするイオ
   ン交換処理炉。