JPS593042A - 石英ガラスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は赤外線吸収石英ガラス及びその製造方法に関
する。

石英ガラスの加工は通常、酸素−水素の流量比１：２の
ガスバーナを使用して火焔加熱によりガラスを軟化して
行うが、鉄を含有する赤外線吸収石英ガラス（特願昭５
５−１８１２９４号）の場合、Ｆｅ含有量１．０％程度
では、鉄を含まない通常の透明石英ガラスと比較して、
同程度の加工を行うには約２倍のガス量を必要とし、し
かも長い処理時間を要するようになる。この傾向は鉄の
含有量の増加とともに顕著となり、Ｆｅ含有量３％以上
ではほとんど加工不能となる。

このため、ランプな′どの加工で大量の燃料ガスを使用
することになり、コストアップの原因となると同時に、
安定した形状を得ることが困難で、加工部分のガラス中
には歪が残り易く、ランプの破壊などの不良発生の原因
となっていた。

本発明は熱線発生源近くの高温域において使用可能な赤
外線吸収能と可視光透過性を有するガラス体を供給する
ことを目的とするものであり、耐熱性に優れていること
に加えて、容易にランプ化を可能とするため加工性を改
良したものである。

本発明の詳細な説明すれば、ｌ”　ｅ含有量が０．０５
〜５％で、Ａ１含有針が０．０２５〜１０％の範囲内に
あり、赤外線吸収能を有し、かつ可視光に対して透光性
を有づる石英ガラスであり、Ｆｅ含有量の一部をｌ−ｉ
、Ｎａ　、　Ｋ、　Ｍｕ　、　Ｃａ　１Ｓｒ　、　Ｂａ
　、　Ｚｎのうち少なくとも一つと＠換し、置換後のＦ
ｅの含有量を少なくとも０．０５％以上にづる。

＠換後のガラス組成中の置換金属と鉄の含有量を置換金
属の酸化物１−ｉｚＯ１Ｎａ２０、ＫｚＯ。

Ｍ（ＪＯｌＣａ　Ｏ，Ｓｒ　０ＳＢａ　Ｏ，Ｚｎ　Ｏお
よびＦｅＯとみなして算出した酸化物のモル濃度の合計
が前記Ｆｅ含有量（Ｆｅの重量％）をＦｅＯとみなして
算出したモルｍ度の範囲内にある。前記Ａ１含有量の一
部あるいは全部をホウ素と置換し、置換後のＡ１および
Ｂの含有量をそれぞれＡ１□０３、ＢＬＯ３として算出
したモル濃度の合計が前記Ａ１含有量をＡｌ２Ｏ３とし
て計粋したモル濃度の範囲内にある。

本発明は、このような組成の石英ガラスおよびその製造
方法を提供するものである。

本発明による石英ガラスは赤外線吸収能を有し、かつ可
視光に対して透光性を有することを特徴とする。

本発明の方法にあっては、前記組成物の各成分およびけ
い素のそれぞれの酸化物あるいは酸化物となり得るそれ
ぞれの化合物の混合物を酸素あるいは水蒸気、二酸化炭
素のうちすくなくとも一部を含む炉内雰囲気の加熱炉の
中で溶融してガラス化する。

また、本発明の別の方法にあっては、前記石英ガラス組
成物を板状または管状に形成し、その形成体を水素を含
む雰囲気中で加熱処理して、赤外線吸収能を有しかつ可
視光に対して透光性を有づるようにする。

本発明の実施態様の概略は次のとおりである。

まず例（１）では、粉砕及び精製工程を経た石英精製粉
に鉄、アルミニウム及び置換成分（ｌ−ｉ、Ｎａ、に、
Ｍ（］、Ｃａ、Ｓｒ。

Ｂａ　、Ｚｎ　、Ｂ）の一部あるいは全成分を含む溶液
あるいは懸濁液を付着させ、乾燥及び加熱処理を行う。

その後、酸素あるいは酸化物を雰囲気とする加熱炉〈第
１．２図）に供給して溶融することによって青色〜褐色
〜黒色の種々のガラスを得る。

第１図は石英ガラス管の連続製造装置を示し、１は原料
粉、水素及び酸素の供給源、２はそれらを燃焼させるバ
ーナである。３は耐火物製の装置本体で、その内部にバ
ーナ２により作られた溶融ガラス４を収容し底部にＭ。

モールド５及びヒータ６を設け、下方に石英ガラス管７
を取り出す。チューブ８から保護ガスを送り、ケース９
内を満たす。

第２図はアーク溶融法による６英ガラス製造装置を示し
、装置本体１０の上部１１がら原料粉及び雰囲気調節ガ
スを供給して、電極１２．１３間のアーク熱により原料
粉を溶融し、装置本体１０内の底部で石英ガラスのイン
ゴット１４を作る。

例（２）では、そのようにして得られたガラス体を必要
に応じて水素を含む雰囲気で熱処理し、淡青色の透明な
ガラス体とする。

第３図は前記例（１）により得られた褐色のガラス体及
び前記例（２）により水素処理した後のガラス体の分光
光度計により測定した透過率曲線の一例を示している。

このようにして得られた前記例（１）によるガラス体は
１．１μ■付近の赤外域に吸収のピークがあるが、０．
４〜０．７μｍの可視域にも吸収があり、褐色に着色し
ていた。

これを前記例（２）により水素処理した後のガラスでは
１μｍより長波長側の赤外線の吸収はほとんど変化する
ことなく（むしろ大きくなる傾向で）存在するが、０．
４〜０．７μｍの可視光線の吸収は実質的になくなり、
その透過率は通常の透明石英ガラスのそれと近似するも
のとなった。このようなガラスの着色と水素処理による
着色の変化は鉄及びアルミニウムのみを添加して溶融し
た赤外線吸収能英ガラス（特願昭５５−１８１２９４号
発明）と基本的には相違なく、水素処理後の１．１μｍ
の赤外線の透過率は鉄の含有量によってのみ変化し、置
換成分の種類、含有量ににる相違は見出せなかつＩＣＱ 最も一般的な透明石英ガラスの溶融方法である酸素−水
素火焔溶融法で作った鉄及びアルミニウムを含有する石
英ガラスはその溶融条件（炉の構造、溶融温度、酸素−
水素の使用量比、溶融速度など）、精製粉の粒度、Ｆ　
ｅ　　、　　Δ　ｌ　　　、　　Ｌ−ｉ、Ｎａ、に、Ｍ
（＋、（ン　ａｌＳｒ　、Ｂａ　、Ｚｎ　、Ｂなどの添
加形、配合量などにより、イの着色は青色から褐色〜黒
色と微妙に変化し、透過率曲線もほとんど紫外−可視−
赤外の全波長域にわたって透光性のないものから、第３
図におりる水素処理品と同様に可視光線は透過する。１
μｍより長波長の赤外域では不透明となるものまで変化
した。

Ｅ〕かし、可視域に透光しないものでも前記例（２）の
水素処理により赤外域の吸光は変化しないまま、０．４
〜０．７μｍの可視光域はほとんど透明化された。

このように前記例（２）の水素処理は溶融の条件によっ
ては必要としない場合もあるが、能率良く赤外線吸収石
英ガラスを作ろうと−するときには必要となるものであ
る。

前記例（２）の水素処理は通常６００〜１２００℃で行
うが、可視部透明になるまでに要覆る時間は処理づるガ
ラスの厚さにより異なる。厚さ３ｍｍでは２４時間程度
であるが、１５ＩＩＩＩ１１では１００時間経過しても
中心部の褐色は脱色されない。厚さ１０ＩＩＩＩｎ以下
の板あるいは管とした侵に水素処理を行うのが実際的で
ある。

酸素分圧のない加熱炉例えば真空溶融法によりＦｅＸＡ
ｌの他にｌ−ｉ　、　Ｎａ　、に、ＭＱ、Ｃａ　、　Ｓ
ｒ　、　Ｂａ　、　Ｚｎ　、　Ｂ（７）化合物の全部あ
るいは一部を含む配合石英粉を溶融するとぎには黒色の
ガラス体が得られるが、このガラス体は水素処理、その
他どのような処理を行っても、可視光に対し透明で赤外
線吸収能のある本発明のごときガラス体にはならなかっ
た。

特願昭５５−１８１２９４号発明における含有鉄量の一
部をＬｉ、Ｎａ、に、Ｍｏ、Ｃａ　、Ｓｒ　、　Ｂａ　
、Ｚｎなどの元素と置換し、また含有アルミニウム量の
一部あるいは全部をホウ素と置換覆ることにより得られ
た本発明の石英ガラスは特願昭５５−１８１２９４号発
明の赤外線吸収石英ガラスと比較して火焔加熱によるガ
ラスの加工性は良好で、同一加工を行うに必要な燃料ガ
ス量はガラス中の鉄含有間が１．０％程度の場合では約
１／２以下に低減し、加工作業時間も１／２程度に短縮
され通常の透明石英ガラスと同程度となった。このこと
は加工困１な赤外線吸収石英ガラスに鉄を含まない通常
の透明石英ガラスと同程度の加工性を付与したことを意
味している。これは重要で、ハロゲンランプ、キセノン
ランプ、水銀燈などの、石英ガラスを使用する電球類か
ら一般的には石英ガラスの加工装置を含む自動化された
機械により連続的に製造されていることを考え合わせる
と、赤外線吸収石英ガラスを使用して熱線放射の少ない
電球を製造する場合にも通常のハロゲンランプ、キセノ
ンランプ、水銀燈などの製造工程がそのまま使用可能で
あり、石英ガラスの加工装置を含む電球製造用自動化装
置に何らの変更や手直しをすることなく使用できること
を意味し、新たな設備投資の必要なく、工業的に重要で
ある。

置換元素の種類や量は元素組成の赤外線吸収石英ガラス
のアルミニウム含有量あるいはＨ換後のガラス中にお１
ノる鉄含有間との関係で決定されるが、一般的には高鉄
含有吊のときにはホウ素量及びＬｉ、Ｎａ、Ｋ、などの
アルカリ成分元素を多くし、比較的鉄含有量の小さい場
合にはＭ（＋　、Ｇａ　、　Ｓｒ　、　Ｂａ　。

Ｚｎなどの二価金属元素を使用プるのが好ましく、実際
的なガラス組成は鉄を含まない透明石英ガラスの加工性
と赤外線吸収石英ガラスの加工性を近似させる方向で選
択される。

特願昭５５−１８１２９４号発明における赤外線吸収石
英ガラスの含有鉄量の一部をＬｉ　、Ｎａ　、に、、Ｍ
ｇ、Ｃａ　、Ｓｒ　、ｌｅａ　。

Ｚｎなどの元素と置換し、また含有アルミニウム量の一
部あるいは全部をボウ素と置換ジることにより、赤外線
吸収石英ガラスの火焔加熱による加工性を良くし、鉄を
含まない従来の透明石英ガラスと同稈度の加工性（ガス
量、加工時間）と１−ることにより、従来ランプ化の困
難であった赤外線吸収石英ガラスの工業的なランプ化を
可能とした。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例による赤外線吸収石英ガラス管の
連続製造装置を示す概略説明図、第２図はアーク溶融法
による本発明の石英ガラスの製造方法の一例を示す説明
図、第３図は本発明による石英ガラスの一例の透過率曲
線を示すグラフである。 第３図 手続補正書（自発）　　　　　　　　７゜昭和５７年７
月７日 特許庁長官　若杉　和夫　殿 昭和５７タ［６月２４日提出の特Ｖ［願２、発明の名称 石英ガラスおＪ、びその製造方法 ３、補１トを４る当 事イ１どの関係　特Ｗ［出願人 名称　東芝ヒラミックス株式会社 ４、代理人 住所　東京都港区西新橋２−３９−８ 鈴丸ビル 自発 ６、・補正の対象 明細書の［発明の詳細な説明Ｊと「図面補正の内容 明ｉｔｓの第１２頁、１６頁を別紙のように補正いたし
ま１３゜ しかし、可視域で透光のないものでも前記例〈２）の水
素処理により赤外域の吸光は変化しないまま、０．４〜
０．７μｍの可視光域はほとんど透明化された。 このＪ：うに前記例（２〉の水素処理は溶融の条例によ
っては必要としない場合もあるが、能率良く赤外線吸収
Ｅｉ英ガラスを作ろうと（るときには必要となるもので
ある。 前記例（２）の水素処理は通常６００〜１２００℃で行
うが、可視部透明になるまでに要づる時間は処理づるガ
ラスの厚さにより異なる。厚さ３ＩｌｌＩｌｌでは２４
時間程度であるが、１５ｍｎ＋では１００時間経過して
も中心部の褐色は脱色されない。厚さｌＱｍｍ以下の板
あるいは管とした後に水素処理を行うのが実際的である
。 酸素分圧のない加熱炉例えば真空溶融法により［ｅ、Ａ
Ｉの他にｌ−ｉ、Ｎａ、に、Ｍｏ。 Ｃａ　、Ｓｒ　、Ｂａ　、Ｚｎ　１Ｂの化合物の全部あ
るいは一部を含む配合石英粉を溶融Ｊるとは本発明によ
る石英ガラスの一例の透過率曲線を示すグラフであり、
第３図の例（３）は比較のために従来の透明石英ガラス
の透過率曲線を示したものである。 １・・・・・・・・供給源 ２・・・・・・・・バーナ ３・・・・・・・・装置本体 ４・・・・・・・・溶融ガラス ６・・・・・・・・ヒータ ７・・・・・・・・石英ガラス管 ８・・・・・・・・チューブ ９・・・・・・・・ケース １２．１３・・・・電極 １４・・・・・・・インボッ！へ 特許出願人　東芝セラミックス株式会社ぐＳ・。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〈１）（イ）Ｆｅ含有量が０．０５〜’５％で、ＡＩ金
   含有間０．０２５〜１０％の範囲内にあり、赤外線吸収
   能を有し、かつ可視光に対して透光性を有する石英ガラ
   スにおいて、（ロ）Ｆｅ含有量の一部をｌｉ、Ｎａ、Ｋ
   、Ｍ（ｌ　ＳＣａ　、Ｓｒ　、、Ｂａ　ＳＺｎのうち少
   なくとも一つと置換し、置換後のＦｅの含有量が少なく
   とも０．０５％以上であること、（ハ）置換後のガラス
   組成中の置換金 属と鉄の含有量を置換金属の酸化物Ｌｉシ０１Ｎａ２０
   、Ｋ、０１ＭＱＯ１Ｃａ　０Ｓｓｒ　ｏ。 ＢａＯ，Ｚｎ、ＯおよびＦｅＯとみなして算出した酸化
   物のモル濃度の合計が前記（イ）記載のＦｅ含有１ｔ（
   Ｆｅの重量％）をＦｅＯとみなして篩用したモル１度の
   範囲内にあること、 （ニ）前記（イ）記載のＡＩ含有量の 一部あるいは全部をホウ素と置換し、置換後のＡＩおよ
   びＢの含有量をそれぞれＡｌ２Ｏ３、Ｂ２０．とじて算
   出したモルＳｔ度の合計が前記（イ）記載のＡ１含有量
   をＡ　Ｉ２−　ＯＪとして計評したモルｍ度の範囲内に
   あること、 （ホ）赤外線吸収能を有し、かつ可視 光に対して透光性を有すること、 （へ）を特徴とする石英ガラス （２）（イ）Ｆｅ含有量が０．０５〜５％で、ＡＩ含有
   饅が０．０２５〜１０％の範囲内にあり、赤外線吸収能
   を有し、かつ可視光に対して透光性を有（る石英ガラス
   であること、（Ｄ）Ｆｅ含有量の一部を１．ｉ、Ｎａ、
   ＫＳＭＱ　、Ｃａ　、Ｓｒ　、　Ｂａ　、Ｚｎのうち少
   なくとも一つと置゛換し、置換後のＦｅの含有量が少な
   くとも０．０５％以上であること、（ハ）置換後のガラ
   ス組成中の置換金 属と鉄の含有量を置換金属の酸化物Ｌ　ｉ２０、Ｎａｚ
   Ｏ１ＫｉＯ１Ｍ！ＩＩ　Ｏ，Ｃａ　Ｏ，Ｓｒ　Ｏ。 Ｂａ　Ｏ，Ｚｎ　ＯおよびＦｅＯとみなして算汁した酸
   化物のモル濃度の合計が前記（イ）記載のＦｅ含有量（
   Ｆｅの重量％）をＦｅＯとみなして算出したモル濃度の
   範囲内にあること、 （ニ）前記（イ）記載のＡ１含有量の 一部あるいは全部をホウ素と置換し、置換後のＡＩおよ
   びＢの含有量をそれぞれＡ１．０３、ＢＬＯａとして篩
   用したモル濃度の合計が前記（イ）記載のＡ１含有量を
   ＡｌｚＯ３として計算したモルＳ度の範囲内にあること
   、 （ホ）赤外線吸収能を有し、かつ可視 光に対して透光性を有づること、 （へ）を特徴とする石英ガラスの組成 物を製造する方法において、 （ト）前記各成分およびけい素のそれ ぞれの酸化物あるいは酸化物となり得るそれぞれの化合
   物の混合物を酸素あるいは水蒸気、二酸化炭素のうち少
   なくとも一種を含む炉内雰囲気の加熱炉の中で溶融して
   ガラス化すること （チ）を特徴とする石英ガラスの製造 方法 （３）（イ）Ｆｅ含有量が０．０５〜５％で、ＡＩ含有
   齢が０．０２５〜１０％の範囲内にあり、赤外線吸収能
   を有し、かつ可視光に対して透光性を有する石英ガラス
   であること、（ロ）Ｆｅ含有量の一部をｌｉ、Ｎａ１に
   、Ｍｌｌｌ　、Ｃａ　、３ｒ　、Ｂａ　ＳＺｎのうら少
   なくとも一つと置換し、置換後のＦｅの含有量が少なく
   とも０．０５％以上であること、（ハ）置換後のガラス
   組成中の置換金 属と鉄の含有量を置換金属の酸化物Ｌ！ｚｏ、ＮａｚＯ
   ＳＫＺＯｌＭＱ　Ｏ，Ｃａ　ｏ、　Ｓｒ　ｏｌＢａ　０
   １Ｚｎ　ＯおよびＦｅＯとみなして算出した酸化物のモ
   ル濃度の合計が前記（イ）記載のＦｅ含有量（Ｆｅの重
   量％）をＦｅＯとみなして算出したモル濃度の範囲内に
   あること、 （ニ）前記（イ）記載のＡ１含有量の 一部あるいは全部をホウ素と置換し、置換後のＡＩおよ
   びＢの含有量をそれぞれＡ１λ０３、ＢＬＯａとして算
   出したモルｌ１１度の合計が前記（イ）記載のＡ１含有
   量をＡｌｚ０３として計算したモル濃度の範囲内にある
   こと、 （ボ）赤外線吸収能を有し、かつ可視 光に対して透光性を有すること、 （へ）を特徴とする石英ガラスの組成 物を製造する方法において、 （ト）前記（イ）記載の石英ガラスの 組成物を板状または管状に形成し、その形成体を水素を
   含む雰囲気中で加熱処理して、赤外線吸収能を有しかつ
   可視光に対して透光性を有するようにすること （チ）を特徴とする石英ガラスの製造 方法