JPH08248227A

JPH08248227A - 偏光ガラス及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08248227A
Application number: JP33927795A
Authority: JP
Inventors: Hidemi Tajima; 英身田島; Takashi Takahashi; 岳志高橋
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 1996-09-27
Anticipated expiration: 2015-12-26
Also published as: JP3705505B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】偏光特性は従来の偏光ガラスと同等であり、
かつ透過損失を大きく低減させ、かつ実用的強度を有す
る偏光ガラス及びその製造方法の提供。【解決手段】金属ハロゲン化物粒子を含有するガラス
体と実質的に光散乱を生じないガラス板とを隣接して、
ガラス粘度２×１０⁶ポイズを超え、７×１０⁷ポイズ
以下の状態で線引きし、得られた形状異方性を有する金
属ハロゲン化物粒子が配向して分散されているガラス層
を有するガラス複合体を還元処理して、前記金属ハロゲ
ン化物粒子の少なくとも一部を形状異方性を有する金属
粒子にする前記偏光ガラスの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザーと光フ
ァイバーを使用した光通信において利用される超小型ア
イソレーターに用いられる偏光ガラス及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス中にアスペクト比の大きな金属粒
子を一方向に配向させた偏光ガラスはすでに公知であ
る。例えば、特開昭５６−１６９１４０号公報（以下、
先行技術１と称する）にはＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ及びＡｇ
Ｉ等のハロゲン化銀粒子を含むガラスを延伸せしめ、こ
れを還元雰囲気中で３００℃以上の温度で還元すること
により、一方向に伸長された金属銀粒子を析出させて、
偏光ガラスを得ることが開示されている。

【０００３】特開平５−２０８８４４号公報（以下、先
行技術２と称する）にはＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ及びＣｕＩ
等のハロゲン化銅粒子をガラス中に析出させ、これを延
伸し、さらに還元することにより、一方向に延伸された
金属銅粒子を析出させた偏光ガラスとその製造方法が開
示されている。

【０００４】特開昭５９−８３９５１号公報（以下、先
行技術３と称する）には、表面付近での引っ張り応力の
集中に起因する破損を防止するため、未だ金属粒子が析
出、延伸されていない潜在的な偏光ガラス即ちコアガラ
スをかなり粘性の低いガラスで被覆し、延伸物の表面に
はほとんど引っ張り応力が存在しないホトクロミック特
性を併せ持つ偏光ガラスとその製造方法が開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】先行技術１及び２に開
示された偏光ガラスは、ハロゲン化金属を含むガラスを
延伸し、これを還元雰囲気中で高温に保持して金属粒子
を析出させることにより製造される。しかし、ガラス内
部のハロゲン化金属粒子はほとんど還元されないまま残
り、金属粒子が析出している部分は極めて薄い表面層に
限定されている。ガラス内部に残ったハロゲン化金属
は、偏光特性にはまったく寄与しない。そればかりか、
ハロゲン化金属粒子は周囲の母体ガラスと屈折率が異な
るために光散乱の原因となり、入射光の一部を散乱して
透過損失の原因となっている。さらに、ハロゲン化金属
の一部はガラス中でイオン化する。イオン化した金属は
特定の波長領域を吸収するため、これも波長領域によっ
ては透過損失の原因となる。

【０００６】先行技術３には積層した偏光ガラスが開示
されているが、この発明の目的は、ホトクロミック特性
を有する偏光ガラスである。コアガラスは、未だ金属粒
子が析出、延伸されていない潜在的な偏光ガラスを使用
せざるを得ず、必然的にハロゲン化金属粒子を含有する
ことになる。このため、母体ガラスとハロゲン化金属粒
子との屈折率差からくる散乱により、光の透過損失が生
じる。

【０００７】また、表面付近での引っ張り応力に起因す
る破損を防止するため、コアガラスをかなり粘性の低い
ガラスで被覆しており、コアガラスの組成と異なるガラ
スで被覆することが特徴となっている。しかし、一般に
被覆ガラス即ち表面ガラスとコアガラスの組成が異なる
と、両ガラスの屈折率が異なり、これらのガラスの界面
での屈折率差による反射ロスも、光の透過損失の一因と
なっている。

【０００８】上記のように従来の偏光ガラスは透過損失
が大きく、実用上大きな問題である。特に、偏光ガラス
を光アイソレーターに使用する場合、アイソレーター全
体の透過損失に占める偏光ガラスの透過損失はかなり大
きなものになっている。上記先行技術に記載の偏光ガラ
スでは、還元を長時間行うことで金属ハロゲン化物の還
元率を上げて、透過損失をある程度低減することは可能
である。しかし、満足できるレベルではない。さらに、
還元時間の長期化は、生産性の低下を招き、実用性に乏
しい。

【０００９】また、偏光ガラス全体の厚みを薄くすれ
ば、ハロゲン化金属粒子を含有する層が薄くなり、ある
程度は透過損失を低減できる。しかし、厚みの薄い偏光
ガラスは、応力に弱く扱いが困難となり、実用的なもの
でなくなる。さらに、通常の偏光ガラスは高い面精度を
得るために研磨を行うが、薄いガラスを研磨皿に載せる
とガラスの変形が起こり、高い面精度を得るための研磨
ができないという不都合がある。本発明者らの検討によ
れば、例えば、先行技術２の偏光ガラスにおいて、厚み
を１ｍｍから０．３ｍｍにすることで偏光特性は維持し
つつ透過損失を２％程度低減できる。しかし、強度は不
十分であり、実用できる程度のものではなかった。

【００１０】そこで本発明の目的は、偏光特性は従来の
偏光ガラスと同等であり、かつ透過損失を大きく低減さ
せ、かつ実用的強度を有する偏光ガラス及びその製造方
法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、形状異方性を
有する金属粒子が配向して分散されているガラス層を、
実質的に光散乱を生じないガラス基体の少なくとも一方
の面の一部又は全部に有することを特徴とする偏光ガラ
スに関する。

【００１２】さらに本発明は、形状異方性を有する金属
ハロゲン化物粒子が配向して分散されているガラス板を
実質的に光散乱を生じないガラス板の少なくとも一方の
表面の一部又は全部に融着一体化したガラス複合体を、
還元処理して前記金属ハロゲン化物粒子の少なくとも一
部を形状異方性を有する金属粒子にすることを特徴とす
る本発明の偏光ガラスの製造方法（第１の製造方法）に
関する。

【００１３】さらに本発明は、金属ハロゲン化物粒子を
含有するガラス体と実質的に光散乱を生じないガラス体
とを隣接して、ガラス粘度が２×１０⁶ポイズを超え、
７×１０⁷ポイズ以下の状態で線引きし、得られた形状
異方性を有する金属ハロゲン化物粒子が配向して分散さ
れているガラス層を有するガラス複合体を還元処理し
て、前記金属ハロゲン化物粒子の少なくとも一部を形状
異方性を有する金属粒子にすることを特徴とする本発明
の偏光ガラスの製造方法（第２の製造方法）に関する。

【００１４】本発明の偏光ガラスは、形状異方性を有す
る金属粒子が配向して分散されているガラス層を、実質
的に光散乱を生じないガラス基体の少なくとも一方の面
の一部又は全部に有することを特徴とする。「形状異方
性を有する金属粒子」としては、例えば、アスペクト比
が２：１〜１００：１、好ましくは２：１〜１５：１の
範囲にあるＡｇ粒子及びＣｕ粒子等の金属粒子を挙げる
ことができる。但し、これらに限定されるものではな
く、金属としては、白金や金等を用いることも可能であ
る。尚、アスペクト比とは、金属粒子の縦横比を意味
し、縦は金属粒子の長手方向の長さであり、横は長手方
向に垂直な長さ、即ち幅である。

【００１５】形状異方性を有する金属粒子のガラス層の
分散量は、透過率を高く維持するために体積比×厚さで
２×１０^-4ｍｍ以下とすることが好ましく、実用的な消
光比を得るためには上記値が２×１０^-6ｍｍ以上である
ことが好ましい。さらに、このガラス層中に未還元の金
属ハロゲン化物粒子が含有されている場合にも、偏光ガ
ラスの透過損失は大きくなる。実用的に満足できる透過
損失を有する偏光ガラスを得るには、上記ガラス層中の
金属ハロゲン化物粒子の残存量が体積比×厚さで４×１
０^-3ｍｍより少ないことが好ましい。尚、偏光ガラスが
２層の形状異方性を有する金属粒子のガラス層を有する
場合には、上記金属ハロゲン化物粒子の残存量は、２層
合計の量である。

【００１６】「実質的に光散乱を生じないガラス基体」
は、例えば、上記金属粒子やその前駆体となるハロゲン
化物粒子を実質的に含まないガラス基体である。但し、
光散乱は、直径が１０ｎｍ以下の粒子では極めて小さい
ので、直径が１０ｎｍ以下の金属粒子やハロゲン化物粒
子を含むガラス基体は、「実質的に光散乱を生じないガ
ラス基体」に含まれる。

【００１７】本発明の偏光ガラスは、実質的に光散乱を
生じないガラス基体の一方の面のみに形状異方性を有す
る金属粒子を含むガラス層を有する態様、及び実質的に
光散乱を生じないガラス基体の両方の面に形状異方性を
有する金属粒子を含むガラス層を有する態様がある。ま
た、形状異方性を有する金属粒子を含むガラス層は、ガ
ラス基体の表面の一部に設けることも、全面に設けるこ
ともできる。

【００１８】本発明の偏光ガラスにおいて、「形状異方
性を有する金属粒子」を含むガラス層と「実質的に光散
乱を生じないガラス基体」とは、屈折率が実質的に等し
いことが好ましい。屈折率が実質的に等しいとは、ガラ
ス層とガラス基体の屈折率の差により反射ロスがほとん
ど生じないことを意味する。例えば、屈折率の差が０．
１以内であれば、ガラス層とガラス基体との屈折率の差
による反射ロスはほとんど問題にならない。

【００１９】本発明のガラス層及びガラス基体として使
用できるガラスは、珪酸塩ガラス、ホウ珪酸塩、燐酸塩
ガラス、フツ燐酸塩ガラス、フッ化物ガラス等のガラス
である。特に望ましい系はホウ珪酸塩ガラスで、その組
成の範囲は、重量％でＳｉＯ₂２８〜６５％、Ｂ₂Ｏ₃
１３〜５０％、Ａｌ₂Ｏ₃６〜１３％、ＡｌＦ₃０〜５
％、アルカリ金属化合物７〜１７％、アルカリ金属塩化
物が０〜５％、酸化銅とハロゲン化銅の合量が０〜２．
５％、酸化銀とハロゲン化銀の合量が０〜２．５％、Ｓ
ｎＯ０〜０．６％、Ａｓ₂Ｏ₃０〜５％であるガラス
が少なくとも８０％以上含まれる範囲である。

【００２０】さらに、本発明の偏光ガラスにおいては、
「形状異方性を有する金属粒子」を含むガラス層と「実
質的に光散乱を生じないガラス基体」とが、熱膨張率及
び粘度とが実質的に等しいことが好ましい。熱膨張率及
び粘度とが実質的に等しいとは、ガラス層とガラス基体
の接合により、ガラスに応力が生じ、クラック等が発生
しないような熱膨張率及び粘度を意味し、例えば、両ガ
ラスの熱膨張率及び粘度の対数の差がそれぞれ１０×１
０^-7／℃及び０．３以内であればほとんど問題がない。
２つのガラスの熱膨張率及び粘度とは、例えば、ガラス
基体のガラス組成とガラス層のガラス組成の各成分の差
を、ガラス層のガラス組成から金属粒子を除いた各成分
について最大５％を乗じた値以内とすることで、実質的
に等しくすることができる。

【００２１】本発明の偏光ガラスでは、「形状異方性を
有する金属粒子」を含むガラス層の厚みが０．４ｍｍ以
下であることが好ましい。ガラス層が２層ある場合に
は、各ガラス層ともに０．２ｍｍ以下であることが好ま
しい。前記範囲の厚みであることにより、通常の還元条
件で、ガラス層内のハロゲン化金属粒子の残存量を、光
散乱が実用的に許容できる範囲に抑えることができる。
また、ガラス層（１層又は２層）とガラス基体の合計の
厚み、即ち偏光ガラスの厚みは、０．５ｍｍ以上である
ことが、実用的な強度を保持できるという観点から好ま
しい。

【００２２】次に本発明の偏光ガラスの製造方法につい
て、図１に基づいて説明する。尚、図１は、形状異方性
を有する金属粒子を含むガラス層を２層有する偏光ガラ
スの製造方法の例である。

【００２３】第１の製造方法においては、まず、形状異
方性を有する金属ハロゲン化物粒子が配向して分散され
ているガラス板を実質的に光散乱を生じないガラス板の
少なくとも一方の表面の一部又は全部に融着一体化した
ガラス複合体を作製する。この複合体の成形は、例え
ば、図１の２列目に示すように、金属ハロゲン化物を含
有するガラス板中に金属ハロゲン化物粒子を析出させる
工程（Ａ）を行い、金属ハロゲン化物粒子を含有するガ
ラス板（２枚）と実質的に光散乱を生じないガラス板と
を融着一体化する工程（Ｂ）を行い、次いで金属ハロゲ
ン化物粒子を含有するガラス層を有するガラス板を延伸
する工程（Ｃ）、により行うことができる。

【００２４】上記３つの工程は、上記順序により行うの
が好ましい。例えば、ガラス板を延伸する工程（Ｃ）の
後に融着一体化する工程（Ｂ）を行うと、融着の際金属
ハロゲン化粒子の径が変形したり、延伸された粒子が元
の形状に戻り易く、その温度コントロールが難しい場合
があるからである。さらに、金属ハロゲン化物を含有す
るガラス板と、実質的に光散乱を生じないガラス板とを
融着し一体化物を得る工程（Ｂ）は、少なくとも一方の
ガラスの屈伏点より０〜２５０℃高い温度で行うことが
好ましい。その理由は、屈伏点より２５０℃を越える高
い温度になるとガラスの軟化速度が速すぎてガラスが変
形してしまい不都合である。また、屈伏点より低い温度
では融着不良となる。

【００２５】尚、上記以外の順序でもガラス複合体を作
製することはできる。例えば、図１の上の列に示すよう
に、例えば、金属ハロゲン化物を含有するガラス板と、
実質的に光散乱を生じないガラス板とを融着し一体化物
を得る工程（Ｂ）、金属ハロゲン化物を含有する前記ガ
ラス板中に金属のハロゲン化物粒子を析出させる工程
（Ａ）、及び金属ハロゲン化物粒子を含有するガラス板
を延伸する工程（Ｃ）、により行うことができる。ま
た、図示していないが、金属ハロゲン化物粒子を析出さ
せる工程（Ａ）と融着一体化する工程（Ｂ）を同時に行
うこともできる。

【００２６】金属ハロゲン化物のハロゲンとしては、例
えば塩素、臭素、ヨウ素を挙げることができる。金属ハ
ロゲン化物としては、例えば塩化銀、臭化銀、ヨウ化
銀、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、塩化金、臭化金、ヨウ
化金、塩化白金、臭化白金、ヨウ化白金等を挙げること
ができる。金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラ
スは、公知の方法により容易に製造することができる。

【００２７】尚、実質的に光散乱を生じないガラス板に
おいて、金属粒子又は金属のハロゲン化物粒子を実質的
に含まないとは、ガラス板のガラス組成に不純物として
含まれる該金属又は該金属のハロゲン化物以外の該金属
粒子又は該金属のハロゲン化物粒子は含まないことを意
味する。

【００２８】前記ガラス複合体の還元処理は、従来技術
に記載の方法及び条件をそのまま用いることができる。
但し、表面のガラス層に含まれる金属ハロゲン化物粒子
をできるだけ多く還元して形状異方性を有する金属粒子
とし、前記のように金属ハロゲン化物粒子の残存量を体
積比×厚さで４×１０^-3ｍｍより少なくすることが、光
散乱を抑制するという観点から好ましい。

【００２９】還元処理は、例えば、ガラス複合体を還元
性のガス雰囲気中で熱処理することで行うことができ
る。還元性のガスとしては、例えば水素ガスやＣＯ−Ｃ
Ｏ₂ガス等を挙げることができる。還元の条件は、還元
すべき金属ハロゲン化物の種類により異なる。但し、還
元の温度が高すぎると還元して得られる金属粒子が再球
状化することを考慮して、還元温度は決められる。例え
ば、ハロゲン化銅の場合、約３５０〜５５０℃であるこ
とが適当である。また、還元の時間は、還元温度及び還
元の程度を勘案して適宜決めることができる。通常、３
０分間〜１０時間の範囲で行うことができる。

【００３０】本発明の第２の製造方法では、延伸法のな
かでも、特に線引き法を用いる。線引きは、金属ハロゲ
ン化物粒子を含有するガラス体と実質的に光散乱を生じ
ないガラス体とを隣接させて行う。実質的に光散乱を生
じないガラス基体の両表面に形状異方性を有する金属ハ
ロゲン化物粒子が配向して分散されているガラス層を有
する偏光ガラスの場合には、実質的に光散乱を生じない
ガラス体の対向する２つの表面のそれぞれに金属ハロゲ
ン化物粒子を含有するガラス体を隣接させて線引きす
る。線引き法を用いることにより、ガラス体の融着と延
伸を同時に行うことができるとともに、後述のように、
ガラスの破損を防止して安定して偏光ガラスの前駆体で
あるガラス複合体を得ることができる。

【００３１】線引きは、ガラス粘度が２×１０⁶ポイズ
を超え、７×１０⁷ポイズ以下の状態で行う。ガラスの
粘度が、上記範囲で線引きすることで、ガラスの破壊を
防止しつつ伸長を行うことができる。従って、金属ハロ
ゲン化物粒子を含有するガラス体と実質的に光散乱を生
じないガラス体のいずれもが、上記粘度範囲となる条件
で行う。粘度が２×１０⁶ポイズ未満の場合、金属粒子
の析出熱処理温度域に達するため、引張り工程において
金属粒子を成長させるので長尺な線引き物の場合、その
長さ方向において均一な偏光特性をもった偏光ガラスを
作成することができない。さらに、実験によれば、ガラ
スの粘度が低すぎてハロゲン化物粒子を伸張できるだけ
の応力（張力）を掛けて線引きすることは困難である。
また、ガラスの粘度が、７×１０⁷ポイズを超えると、
ガラスの軟化温度域に達しないので、線引き中に破断す
る確率が増えるので好ましくない。

【００３２】線引き時のガラスの粘度は、好ましくは７
×１０⁶ポイズ〜４×１０⁷ポイズの範囲である。ガラ
スの粘度は、ガラスの種類及び温度により変化するの
で、ガラスの種類により、上記粘度になる温度を適宜設
定する。また、線引きの程度は、金属ハロゲン化物粒子
の所望のアスペクト比に応じて適宜決定する。また、金
属ハロゲン化物粒子のアスペクト比は、還元後の金属粒
子の所望のアスペクト比を考慮して適宜決定する。例え
ば、金属ハロゲン化物粒子のアスペクト比は、１０：１
〜５００：１の範囲とすることで、２：１〜１００：１
の範囲のアスペクト比の金属粒子を得ることができる。

【００３３】また、線引きして得られるガラス複合体の
形状異方性を有する金属粒子を含有するガラス層の厚み
は０．４ｍｍ以下とすることで、線引きして得られるガ
ラスを効率良く冷却でき、伸長した金属ハロゲン化物粒
子の再球状化を防止することができる。好ましくはガラ
スの厚みは０．１〜０．４ｍｍである。また、線引きし
て得られるガラスの厚みは０．４ｍｍ以下であること
で、後工程での還元処理において、比較的容易に金属ハ
ロゲン化物粒子を金属粒子に還元することができ、残存
する金属ハロゲン化物粒子量を少なくして、透過損失を
低減できるという利点もある。また、ガラス複合体は、
光アイソレータに用いるという観点から、断面が矩形又
は略矩形であることが好ましい。尚、本発明では、略矩
形には楕円形も含む。断面形状は、最終製品である偏光
ガラスに要求される形状に応じて適宜決定できる。但
し、矩形は、一般には正方形又は長方形である。

【００３４】また、上記線引きは、ガラスに対する応力
が、５０ｋｇ／ｃｍ²〜６００ｋｇ／ｃｍ²の範囲とな
るようにして行うことが好ましい。この範囲で線引きす
ることで、ガラスの破壊等を防止でき、かつ金属ハロゲ
ン化物粒子を適度に伸長することもできるからである。
尚、応力が５０ｋｇ／ｃｍ²未満の場合、アスペクト比
１０：１以上に金属粒子を伸長することができず、吸収
ピーク波長を赤外域に有する偏光ガラスは得られにく
い。また、応力が６００ｋｇ／ｃｍ²を超えると、ガラ
スに実用的破壊値以上の力が加わり、ガラスの破損が発
生し易くなる傾向がある。

【００３５】上記のような条件で線引きを行うことによ
り、所望のアスペクト比の金属ハロゲン化物粒子を分散
含有するガラス層を有するガラス複合体を得ることがで
きる。尚、金属ハロゲン化物粒子は後工程で還元されて
金属粒子となるが、金属ハロゲン化物粒子が還元されて
金属粒子になると体積が減少する。従って、金属ハロゲ
ン化物粒子のアスペクト比は、還元により得られる金属
粒子のアスペクト比を考慮して決めることが好ましい。

【００３６】この方法によれば、各ガラス体の屈折率、
熱膨張係数、軟化温度を合わせることができ、反射ロス
や歪みのない熱融着面が得られる。また、偏光ガラスに
使うガラス組成から金属ハロゲン化物だけを除いたガラ
スを用意して、これを金属ハロゲン化物粒子を含まない
ガラス板に使用しても良い。

【００３７】本発明の線引きに用いる装置の例を図２に
示す。図２において、１は金属ハロゲン化物粒子を含有
するガラス体と実質的に光散乱を生じないガラス体とを
隣接させたガラスプリフォームである。熱融着されるガ
ラス体の面は光学研磨されていることが好ましい。さら
に、得られるガラス複合体の表面となる面（線引きの結
果融着する面と対向する面）も光学研磨されていること
が好ましい。

【００３８】プリフォーム１は送り装置２に針金を介し
て保持されて下方に移動可能になっている。プリフォー
ム１の先端付近は、加熱炉（線引き炉）３内で軟化され
てプリフォーム１の下端部から下方に向けて引張装置４
によって線引きが行われる。線引きにより、伸長した金
属ハロゲン化物粒子が分散しているガラス層を有するテ
ープ状のガラス複合体５が形成される。線引きされて加
熱炉３の外に出たテープ状のガラス複合体５は、外気に
より急激に冷却される。

【００３９】加熱炉３の上の円筒形のフード６の上部に
は中央部に送り装置２とプリフォーム１を連結する針金
が通る穴が開いたフタ７が取りつけられている。このフ
ード６とフタ７は、プリフォーム１を加熱炉３内に挿入
の際、急激な温度上昇によりガラスが破損することを防
止すること、及び加熱炉３内の熱の放出を防ぐ効果があ
る。尚、この加熱炉３は図示しない温度制御装置によっ
て温度制御がなされ、加熱炉３内にあるプリフォーム１
の粘性を適度に調整することができる。プリフォーム１
は、送り装置２による送り速度と、引張装置４による引
張速度、及び張力を調整することにより、所望のアスペ
クト比の金属ハロゲン化物粒子が分散しているガラス層
を有するテープ状のガラス複合体５が得られる。

【００４０】本発明の線引き法で用いる線引き炉はガウ
ス型温度分布を持っていることが好ましい。ガウス型温
度分布を図３に示す。ガウス型温度分布を持つ線引き炉
のピーク温度位置をプリフォームを変形させる位置に合
わせることで、大きく変形させることができる。さら
に、炉内の温度はピーク温度位置から遠ざかる程低くな
るので、線引きにより得られたガラス複合体の温度を、
移動にともなって急速に低下させることができる。これ
により、ピーク温度位置では、延伸によるガラスの破壊
が生じることがないガラス粘度で延伸ができ、かつ急速
に冷却できることで、延伸された金属ハロゲン化物粒子
の再球状化を有効に防止することができる。

【００４１】但し、ガラス複合体の冷却速度は、炉内の
温度分布と線引き速度により変化するので、この両者を
適宜調整することで、適当な条件を決定することができ
る。特に、線引きして得られたガラス複合体が、線引き
におけるガラスの変形開始位置から雰囲気温度が１００
℃になる位置まで１２０秒以内に移動するようにするこ
とが好ましい。より好ましくは、６０秒以内で雰囲気温
度が１００℃になる位置まで移動させることである。

【００４２】加えて、線引き後のガラス複合体の冷却速
度は、ガラス複合体の厚みにも依存する。そのため、全
体の厚さは２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下とするこ
とが適当である。

【００４３】次に本発明の光アイソレーターについて説
明する。本発明のアイソレーターは、ファラディー回転
素子及び少なくとも１つの偏光子を構成部品として含
み、好ましくは、ファラディー回転素子、２つの偏光子
及び磁石を構成部品として含み、上記偏光子として前記
本発明の偏光ガラスを用いたものである。図４には、本
発明の偏光ガラス１１と１２、磁性ガーネット膜１３、
Ｓｍ−Ｃｏ系磁石１４からなるアイソレーターの説明図
を示す。偏光ガラス１１側から光が入射する。本発明の
アイソレーターは、高いアイソレーションを有するとと
もに、透過損失が低減された優れた光アイソレーターで
ある。尚、偏光の対象とする光の波長に応じて、偏光ガ
ラス中の金属の種類や大きさ及びアスペクト比を適宜変
更することかできる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、消光比は従来の偏光ガ
ラスと同等であり、かつ透過損失を大きく低減させ、か
つ実用的強度を有する偏光ガラス及びその製造方法を提
供することができる。さらに、ガラス基体と形状異方性
を有する金属粒子含有ガラス層の熱膨張率、屈折率、粘
度を実質的に等しくすることにより、ガラス界面での屈
折率の差による反射損失を防止できるばかりでなく、ガ
ラス界面で応力を生ずることなく容易に接合させること
もできる。

【００４５】本発明の第１の製造方法は、比較的簡単な
方法で偏光ガラスを作製できることから、装置への投資
が少なくて済む上、プリフォームを在庫として準備して
おけば、需要に対して早急に対応することが可能とな
る。さらに、融着一体化する温度をいずれかのガラスの
屈伏点よりも０〜２５０℃高い温度とすることで、確実
に融着一体化できる。

【００４６】線引き法を用いる本発明の第２の製造方法
では、ガラス体の融着と延伸を同時に行うことができる
とともに、後述のように、ガラスの破損を防止して安定
して偏光ガラスの前駆体であるガラス複合体を得ること
ができる。

【００４７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って具体的
に説明する。なお、実施例では、Ｃｕ又はＡｇのハロゲ
ン化物粒子を含むガラス層を表面ガラスと称し、Ｃｕ又
はＡｇのハロゲン化物粒子を実質的に含まないガラス基
体をコアガラスと称する。

【００４８】実施例１重量％で、ＳｉＯ₂ ５７．５％、Ｂ₂Ｏ₃ １９．５
％、Ａｌ₂Ｏ₃ ８．９％、ＡｌＦ₃ ２．０％、Ｎａ
₂Ｏ９．８％、ＮａＣｌ１．４％、ＣｕＣｌ０．
８％、ＳｎＯ０．１％の組成のガラスを、原料として
ＳｉＯ₂、Ｈ₃ＢＯ₃、Ａｌ（ＯＨ）₃、Ｎａ₂Ｃ
Ｏ₃、ＮａＣｌ、ＡｌＦ₃、ＣｕＣｌ、ＳｎＯ等を用い
て調合し、３リットルの白金製ルツボに入れ、約１４５
０℃で溶解した後、グラファイトの型に流し込んで成形
し、室温まで徐冷した。このガラスを７００℃で１時間
熱処理して、約７０ｎｍのハロゲン化銅粒子を析出させ
た後、１×１０×１００ｍｍのサイズに切り出し、これ
を表面ガラスとした。上記の組成からＣｕＣｌを除いた
組成のガラスを上記と同様な方法でガラスを作成し、４
×１０×１００ｍｍのサイズに切り出し、これをコアガ
ラスとした。これらのガラスは共に屈伏点は５５０℃で
あった。

【００４９】これらのガラスの表面を研磨して、図５に
示すように２枚の表面ガラス２の間にコアガラス１を挟
み、６５０℃で２０分間保持して、両ガラスを融着し
た。こうして作成したプリフォームの下端を温度６００
℃（表面ガラスとコアガラス共に、粘度２×１０⁹ポア
ズに相当する温度）に保持し、Ａの方向に、速度１５０
ｍｍ／分で、平均４００ｋｇ／ｃｍ²の応力でその断面
が１．２×２．０ｍｍになるまで延伸した。

【００５０】このガラスの両面を研磨により、それぞれ
０．１ｍｍ削除し、１ｍｍ厚（表面ガラスの厚さ０．１
ｍｍ、コアガラスの厚さ０．８ｍｍ）とした。次に、こ
のガラスを４００℃、３時間、水素雰囲気中で還元処理
し、金属銅粒子（アスペクト比６：１）を析出させて本
発明の偏光ガラスを得た。得られた偏光ガラスの波長
１．３１μｍ及び１．５５μｍにおける消光比及び透過
損失を表１に示す。

【００５１】比較例１表面ガラスのみのガラスについて、実施例１と同様の条
件で１ｍｍ厚の金属銅粒子（アスペクト比６：１）が配
向・分散している偏光ガラスを作成し、偏光特性を実施
例１と同様にして測定した。結果を表１に示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】アスペクト比は電子顕微鏡により、金属粒
子を観察し、ランダムに１００ケを選びその縦横比を測
定し、その平均値をとった。透過損失は作成した偏光ガ
ラス（ＡＲコート付き）の透過率Ｔｐを測定し、次の計
算式により得た。損失Ｌ＝−１０×１ｏｇ₁₀（Ｔｐ／１００）

【００５４】消光比は、直線偏光を試料に照射し、試料
を回転させることにより、粒子の長軸と照射光の偏光面
が垂直な場合の透過率（Ｔｐ％）、粒子の長軸と照射光
の偏光面が平行な場合の透過率（Ｔｈ％）を測定し、次
の式により算出した。消光比Ｅ＝＋１０×１ｏｇ₁₀（Ｔｐ／Ｔｈ）

【００５５】表１の結果、本発明の偏光ガラスは、従来
の偏光ガラス（比較例１）に比較して、透過損失は２５
％改善されていることが分かる。

【００５６】実施例２重量％で、ＳｉＯ₂ ５７．５％、Ｂ₂Ｏ₃ １９．５
％、Ａｌ₂Ｏ₃ ８．９％、ＡｌＦ₃ ２．０％、Ｎａ
₂Ｏ９．８％、ＮａＣｌ１．４％、ＡｇＣｌ０．
８％の組成のガラスを、原料としてＳｉＯ₂、Ｈ₃ＢＯ
₃、Ａｌ（ＯＨ）₃、Ｎａ₂ＣＯ₃、ＮａＮＯ₃、Ｎａ
Ｃｌ、ＡｌＦ₃、ＡｇＣｌ等を用いて調合し、３リット
ルの白金製ルツボに入れ、約１４５０℃で溶解した後、
グラファイトの型に流し込んで成形し、室温まで徐冷し
た。このガラスを７００℃で１時間熱処理して、約７０
ｎｍのハロゲン化銀粒子を析出させた後、２×１０×１
００ｍｍのサイズに切り出し、これを表面ガラスとし
た。上記の組成からＡｇＣｌを除いた組成のガラスを上
記と同様な方法でガラスを作成し、４×１０×１００ｍ
ｍのサイズに切り出し、これをコアガラスとした。これ
らのガラスは共に屈伏点は５５０℃であった。

【００５７】これらのガラスの表面を研磨して、図６に
示すように表面ガラス２とコアガラス１を重ね、６５０
℃で２０分間保持して、両ガラスを融着した。こうして
作成したプリフォームの下端を温度６００℃（表面ガラ
スとコアガラス共に、粘度２×１０⁹ポアズに相当する
温度）に保持し、Ａの方向に、速度１５０ｍｍ／分で、
平均４００ｋｇ／ｃｍ²の応力でその断面が１．２×
２．０ｍｍになるまで延伸した。

【００５８】このガラスの両表面ガラス側を研磨によ
り、各０．１ｍｍ削除し、１ｍｍ厚（表面ガラスの厚さ
０．３ｍｍ、コアガラスの厚さ０．７ｍｍ）とした。こ
れを４４０℃、６．８時間、水素雰囲気中で還元処理
し、金属銀粒子（アスペクト比６：１）を析出させて本
発明の偏光ガラスを得た。得られた偏光ガラスの波長
１．３１μｍ及び１．５５μｍにおける消光比及び透過
損失を表２に示す。

【００５９】比較例２表面ガラスのみのガラスについて、実施例２と同様の条
件で１ｍｍ厚の金属銀粒子（アスペクト比６：１）が配
向・分散している偏光ガラスを作成した。但し、還元層
の合計の厚さが同じになるように還元時間を１．７時間
とした。偏光特性を実施例２と同様にして測定し、結果
を表２に示す。

【００６０】

【表２】

【００６１】実施例３〜６実施例１、２と同様の方法で、偏光ガラスを作成し、ア
スペクト比、及び波長１．３１μｍ、１．５５μｍでの
透過損失を実施例と同様な方法で測定した。表３はそれ
ぞれの実施例の表面ガラスとコアガラスの組成、表４は
偏光ガラスの作成条件、表５はそれらの偏光特性を示
す。表中、粘度はガラスへの圧子の貫入速度を計って粘
度を測定するペネトレーション法によって測定した。

【００６２】

【表３】

【００６３】

【表４】

【００６４】

【表５】

【００６５】ハロゲン化金属粒子のアスペクト比を高め
る方法として、実施例では延伸法のみを説明したが、本
発明は押し出し法でも可能である。しかし、延伸法の方
がより小さいハロゲン化金属粒子を引き延ばすことが可
能であり、特に、波長の短い領域での損失を改善するこ
とができるという点で、延伸法の方が望ましい。

【００６６】ハロゲン化金属の析出条件、コアガラスと
表面ガラスとの融着条件、延伸条件、及び還元条件につ
いては、上記ガラスの組成範囲によって異なるが、コア
ガラスと表面ガラスの融着条件は、その融着温度が少な
くとも一方のガラスの屈伏点よりも０〜２５０℃、より
好ましくは５０〜１００℃高い温度にある。また、延伸
する温度はガラスの粘度が１×１０⁴ポアズ〜１×１０
¹¹ポアズに相当する温度であることが好ましい。

【００６７】実施例７（１）プリフォームの作成ＳｉＯ₂５９．９％、ＡｌＦ₃２％、Ａｌ₂Ｏ₃６．８
％、Ｂ₂Ｏ₃２０％、Ｎａ₂Ｏ９．７％、ＮａＣｌ
１％、ＣｕＣｌ０．８％、ＳｎＯ０．１％なる組成
のガラスを、５Ｌ白金ルツボにて１４１０℃で溶解した
後、鋳型に流し込み４７０℃で徐冷し、ガラスブロック
を作成した。このガラスブロックから適当な大きさに切
り出し、７６５℃にて６０分熱処理し、前記ガラスブロ
ック中に平均粒径約１３０ｎｍの塩化銅粒子を含むガラ
スを得た。このガラスを加工して、板状のガラス（20×
１×220mm)を作成した。これとは別に、熱処理をしない
（塩化銅粒子を含まない）板状のガラス（20×６×220m
m)を作成した。

【００６８】（２）線引き前記熱処理をしない板状のガラスを２枚の塩化銅粒子を
含む板状のガラスで挟み込みプリフォームとし、これを
図２に示す線引き装置で線引きした。プリフォーム１を
送り装置２に取りつけ（針金によってプリフォーム１の
上端を送り装置２の下端に吊り下げた）、前記プリフォ
ーム１の下端部が、加熱炉３の下端から約５０ｍｍ上方
にくるように、位置をセットした。図示しない温度制御
装置により加熱炉３内の温度を７１０℃まで昇温した。
（尚、このときに炉内温度は、ピークの温度を意味し、
そのピークの位置は炉の高さ方向の略中点に位置する。
以降炉内温度とは、このピークの温度を意味する。）プ
リフォーム１下端には、針金が巻きつけてあり、前記炉
３内温度が安定した後、前記針金に荷重をかけ、ガラス
の伸長を開始した。

【００６９】線引きして線状になったガラスを、引張装
置４である双方ベルト方式のローラーに挟み、加熱炉３
内の温度をガラスの軟化温度より１５℃高い６９０℃
（ガラスの粘度ν＝２×１０⁷ポイズ）に設定した（炉
の温度のピークの位置における粘度を示す）。温度が安
定した後、ガラスの下端にローラーにより張力をかけて
連続的にテープ状ガラスを引っ張った。この時の送り装
置２の送り速度は、６ｍｍ／分、引張装置４の引張速度
は、６０ｃｍ／分、荷重は１６００ｇ（応力：１００ｋ
ｇ／ｃｍ²）であった。得られた線状ガラスの断面のサ
イズは、２×０．８ｍｍ（幅×厚さ）であった。また、
表面ガラス層中の塩化銅粒子の平均アスペクト比は、透
過型電子顕微鏡により観察した結果、約３０：１であっ
た。

【００７０】（３）還元得られた線状のガラスを水素ガス雰囲気中で、４３０℃
４時間熱処理して偏光ガラス（銅粒子の平均アスペクト
比５：１）を作成した。この偏光ガラスの消光比は、４
８ｄＢ（波長１．３１μｍ）であった。尚、表面ガラス
層の厚みはそれぞれ０．１ｍｍであり、３層構造の中間
のガラス基体の厚みは０．６ｍｍであった。またガラス
基体は実質的に塩化銅粒子を含んでいないので、この部
分での塩化銅粒子による散乱はなくなり、透過損失を小
さくできた。波長１．３１μｍでの透過損失は０．１０
ｄＢであった。

【００７１】比較例３実施例１の方法で、平均粒径約１３０ｎｍの塩化銅粒子
を含む板状のガラス（20×８×220mm)を作成した。この
１枚の板状のガラスをプリフォームとして、温度を６８
０℃（軟化温度より５℃高い）とした以外は、実施例７
の同様の線引き方法で、断面寸法が２．０×０．８ｍｍ
のガラスを得た。得られたガラスを水素ガス雰囲気中
で、４２５℃４時間熱処理して偏光ガラス（銅粒子の平
均アスペクト比５：１）を作成した。この偏光ガラスの
消光比は、４９ｄＢ（波長１．３１μｍ）であった。波
長１．３１μｍでの透過損失は０．１４ｄＢであった。

【００７２】実施例７と比較例３とを比較すると、両者
はほぼ同じ消光比を有するが、本発明の偏光ガラスは、
約２９％透過損失が低下していることが分かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏光ガラスの製造方法の概略説明
図。

【図２】本発明の方法に用いる線引き装置の概略図。

【図３】ガウス型温度分布を示す図。

【図４】本発明のアイソレーターの説明図。

【図５】実施例１及び３〜６におけるコアガラスと表
面ガラスの融着方法の斜視説明図。

【図６】実施例２おけるコアガラスと表面ガラスの融
着方法の斜視説明図。

【符号の説明】

１プリフォーム２送り装置３加熱炉４引張装置５ガラス複合体６円筒形のフード７針金が通る穴が開いたフタ８コアガラス９表面ガラス１１、１２偏光ガラス１３磁性ガーネット膜１４Ｓｍ−Ｃｏ系磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】形状異方性を有する金属粒子が配向して
分散されているガラス層を、実質的に光散乱を生じない
ガラス基体の少なくとも一方の面の一部又は全部に有す
ることを特徴とする偏光ガラス。
【請求項２】形状異方性を有する金属粒子が、アスペ
クト比が２：１〜１００：１の範囲であるＡｇ粒子又は
Ｃｕ粒子である、請求項１記載の偏光ガラス。
【請求項３】ガラス層の屈折率とガラス基体の屈折率
とが実質的に等しい請求項１又は２記載の偏光ガラス。
【請求項４】ガラス層を構成するガラスの熱膨張率及
び粘度とガラス基体を構成するガラスの熱膨張率及び粘
度とがそれぞれ実質的に等しい請求項１〜３のいずれか
１項に記載の偏光ガラス。
【請求項５】ガラス層の厚み（但し、ガラス層が２層
ある場合にはその合計の厚み）が０．４ｍｍ以下であ
り、かつガラス層とガラス基体の合計の厚みが０．５ｍ
ｍ以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏光
ガラス。
【請求項６】形状異方性を有する金属ハロゲン化物粒
子が配向して分散されているガラス板を実質的に光散乱
を生じないガラス板の少なくとも一方の表面の一部又は
全部に融着一体化したガラス複合体を還元処理して、前
記金属ハロゲン化物粒子の少なくとも一部を形状異方性
を有する金属粒子にすることを特徴とする請求項１〜５
のいずれか１項に記載の偏光ガラスの製造方法。
【請求項７】ガラスの融着一体化を、いずれかのガラ
ス板の屈伏点より０〜２５０℃高い温度で行う請求項６
記載の製造方法。
【請求項８】金属ハロゲン化物粒子を含有するガラス
体と実質的に光散乱を生じないガラス体とを隣接して、
ガラス粘度が２×１０⁶ポイズを超え、７×１０⁷ポイ
ズ以下の状態で線引きし、得られた形状異方性を有する
金属ハロゲン化物粒子が配向して分散されているガラス
層を有するガラス複合体を還元処理して、前記金属ハロ
ゲン化物粒子の少なくとも一部を形状異方性を有する金
属粒子にすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
１項に記載の偏光ガラスの製造方法。
【請求項９】実質的に光散乱を生じないガラス体の対
向する２つの表面のそれぞれに金属ハロゲン化物粒子を
含有するガラス体を隣接させて線引きする、請求項８記
載の製造方法。
【請求項１０】線引きして得られたガラス複合体の形
状異方性を有する金属ハロゲン化物粒子含有層の厚みが
０．４ｍｍ以下である請求項８又は９に記載の製造方
法。
【請求項１１】線引きして得られたガラス複合体が、
線引きにおけるガラスの変形開始位置から雰囲気温度が
１００℃になる位置まで１２０秒以内に移動する請求項
８〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】線引きの結果融着する面と対向する面
を光学研磨したガラス体を用いる請求項８〜１１のいず
れか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】請求項１〜５のいずれか１項に記載の
偏光ガラスからなる光アイソレーター用の、透過損失が
低減された偏光ガラス。
【請求項１４】請求項１〜５のいずれか１項に記載の
偏光ガラスを用いる透過損失が低減された光アイソレー
ター。