JPWO2016194780A1 - 紫外線透過ガラス - Google Patents
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Abstract
Description
他方、石英ガラス以外の紫外線を効率よく透過させるガラスとして、リン酸塩ガラスやホウケイ酸ガラスが知られている(例えば、特許文献1,2参照。)。
しかしながら、これらのガラスは、波長400nm以下の光、特に波長200〜280nmの光(以下、深紫外光ということがある。)の透過率が低く、改善が望まれていた。
劣化度(%)=[(T0−T1)/T0]×100
(式中、T0は、両面を光学研磨した肉厚0.5mmのガラス基板の波長254nmにおける初期透過率であり、T1は、前記のガラス基板に波長254nmの紫外線を5mW/cm2の強度で100時間照射した後の、波長254nmにおける透過率である。)
以下、本発明の紫外線透過ガラスを構成する各成分について説明する。なお、以下の各成分の説明において、「%」は、特に断りのない限り「モル%」を示す。
ガラスにおける深紫外光の透過率は、ガラスの非架橋酸素量に依存し、非架橋酸素量が多いと深紫外光の透過率が低くなると考えられる。そして、Al2O3は、ガラスの非架橋酸素量を減らす成分であり、Al2O3を含有することで深紫外光の透過率の高いガラスが得られると従来は考えられていた。しかしながら、本発明者らは、Al2O3やその他のガラス組成条件を変えて試験をしたところ、従来の技術常識に反して、Al2O3の含有量を極力少なくする、好ましくは含有しないことで、深紫外光の透過率が高いガラスが得られるという、新たな知見を見出した。そのメカニズムは詳細にはわかっていないが、下記の理由が考えられる。
なお、本発明において、特定の成分を実質的に含有しないとは、意図して添加しないという意味であり、原料等から不可避的に混入し、所期の特性に影響を与えない程度の含有を排除するものではない。
紫外線照射試験においては、ガラスサンプルを一辺30mm角の板状にカットし、厚さが0.5mmとなるよう両面光学研磨加工した試料を、理化学用高圧水銀ランプを用いて、波長254nmにおける紫外線照射強度が約5mW/cm2の条件で100時間紫外線を照射する。そして、波長254nmにおける透過率(T1)を測定し、紫外線照射前の波長254nmにおける初期透過率(T0)からの低下率として、以下の式で劣化度が求められる。
劣化度(%)=[(T0−T1)/T0]×100
劣化度(%)=[(T2−T3)/T2]×100
ここで、T3は、理化学用高圧水銀ランプを用いて、波長254nmにおける紫外線照射強度が約5mW/cm2の条件で100時間紫外線を照射した後の、波長365nmにおける透過率であり、T2は、前記紫外線照射前の波長365nmにおける初期透過率である。
なお、本発明において、熱膨張係数は示差膨張計を用いて測定した。昇温速度10℃/分で加熱し、0〜300℃での平均線膨張係数を算出した。
まず、所望の組成の各成分を構成するためのガラス原料を準備する。本発明で用いるガラス原料は、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、フッ化物、塩化物など、いずれの形態の化合物も用いることができる。
しかし、透明材料として、本発明の熱膨張係数が制御された紫外線高透過ガラスを用いることで、基材との熱膨張係数の差異を改善することができ、かつ良好な耐候性も有していることから、長期間使用しても可視域の透過率を低下させることがなく、製品の割れやクラック発生も少ないUV−LEDデバイスを提供することができる。
しかし、透明材料として、本発明の熱膨張係数が制御された紫外線高透過ガラスを用いることで、基材との熱膨張係数の差異を改善することができ、良好な耐候性も有していることから、長期間使用しても可視域の透過率を低下させることがなく、製品の割れやクラック発生も少ないUVセンサーを提供することができる。
しかし、透明材料として、本発明の熱膨張係数が制御された紫外線高透過ガラスを用いることで、基材との熱膨張係数の差異を改善することができ、良好な耐候性も有していることから、長期間使用しても可視域の透過率を低下させることがなく、製品の割れやクラック発生も少ないUVレーザデバイスを提供することができる。
なお、水殺菌に使用される光源は、水中に浸漬された状態または水に触れる状態で使用されるため、光源から発せられる熱によって加熱される管の内表面と、水に接する管の外表面との温度差が大きくなることがある。そのため、ヒートショックによるガラス管の破損を防止する観点から、管を構成するガラスは熱膨張係数が低いことが望ましく、本発明のガラスはこの点でも好適である。
本発明のガラスをこの用途に用いる場合、0〜300℃の温度範囲の平均熱膨張係数が70×10−7/℃以下であることが好ましく、60×10−7/℃以下であることがより好ましく、50×10−7/℃以下であることがさらに好ましい。
なお、それぞれの波長における劣化度(%)(=[(紫外線照射前の透過率−紫外線照射後の透過率)/紫外線照射前の透過率]×100)が、10%以上の場合を、「変化あり」、10%未満の場合を「変化なし」とした。実施例である例1〜例22および例24〜例41のガラスは、いずれも紫外線照射前後の透過率の変化が少なかった。
具体的な測定方法は以下のとおりである。測定対象のガラスを円形断面のガラス棒(長さ:100mm、外径:4〜6mm)に加工する。次いで、ガラスを石英製のホルダに保持し、0℃で30分間保持した後、マイクロゲージで長さを測定する。次いで、300℃の電気炉にガラスを入れ、30分間保持した後、マイクロゲージで長さを測定する。測定したガラスの0℃と300℃との伸びの差から熱膨張係数を算出する。なお、白金製の棒(長さ:100mm、外径:4.5mm、熱膨張係数:92.6×10−7/℃)についても同様に、0℃と300℃の伸びの差を用いた熱膨張係数の測定を行い、白金製の棒の熱膨張係数が92.6×10−7/℃からずれていた場合、ずれた量を用いてガラスの熱膨張係数の測定結果に対して補正を行う。
具体的には、例2および例5のガラスについて、ガラス表面の組成を蛍光X線分析(XRF装置(リガク社製、装置名:ZSX Primus2))により分析した。次いで、ガラスを中心で割断し、板厚方向中心部(内部)の組成を湿式分析法により分析した。ガラス表面および内部における組成の分析結果を、表5に示す。また、ガラス内部の屈折率を測定し、それから計算される反射率を求めた。また、例5のガラスの各波長における実測の反射率を求めた。それらの結果を表6に示す。
なお、表6において、ndはd線(波長587.6nm)の屈折率、nCはC線(波長656.3nm)の屈折率、nFはF線(波長486.1nm)の屈折率をそれぞれ示す。
Claims (13)
- 酸化物基準のモル百分率表示で、
SiO2を55〜80%、
B2O3を12〜27%、
R2O(Rは、Li、Na、およびKからなる群より選択される少なくとも1種のアルカリ金属を示す。)を合計で4〜20%、
Al2O3を0〜3.5%、
R´O(R´は、Mg、Ca、Sr、およびBaからなる群より選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属を示す。)を合計で0〜5%、
ZnOを0〜5%、
ZrO2を0〜10%含有し、
板厚0.5mmにおける分光透過率において、波長254nmの透過率が70%以上であることを特徴とする紫外線透過ガラス。 - 酸化物基準のモル百分率表示で、
SiO2を55〜80%、
B2O3を12〜27%、
R2O(Rは、Li、Na、およびKからなる群より選択される少なくとも1種のアルカリ金属を示す。)を合計で4〜20%、
Al2O3を0〜3.5%、
R´O(R´は、Mg、Ca、Sr、およびBaからなる群より選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属を示す。)を合計で0〜5%、
ZnOを0〜5%、
Ta2O5を0〜5%含有し、
板厚0.5mmにおける分光透過率において、波長254nmの透過率が70%以上であることを特徴とする紫外線透過ガラス。 - Ta2O5を0.01〜2%含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の紫外線透過ガラス。
- Al2O3を実質的に含有しないことを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- R´O(R´は、Mg、Ca、Sr、およびBaからなる群より選択されるアルカリ土類金属を示す。)を実質的に含有しないことを特徴とする、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- Fe2O3 0.00005〜0.01%および/またはTiO2 0.0001〜0.02%をさらに含有することを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- Cr2O3、NiO、CuO、CeO2、V2O5、WO3、MoO3、MnO2、CoOのいずれも実質的に含有しないことを特徴とする、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- Clを実質的に含有しないことを特徴とする、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- 波長250〜1200nmの光の平均反射率において、表面の平均反射率が内部の平均反射率に比べて3%以上低いことを特徴とする、請求項1ないし8のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- 表面のSiO2含有量が内部に比べて高く、かつ表面のB2O3含有量が内部に比べて低いことを特徴とする、請求項1ないし9のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- 紫外線照射試験において、以下の式で求められる、波長254nmの透過率の劣化度が10%以下であることを特徴とする、請求項1ないし10のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
劣化度(%)=[(T0−T1)/T0]×100
(式中、T0は、両面を光学研磨した肉厚0.5mmのガラス基板の波長254nmにおける初期透過率であり、T1は、前記のガラス基板に波長254nmの紫外線を5mW/cm2の強度で100時間照射した後の、波長254nmにおける透過率である。) - 板厚0.5mmにおける分光透過率において、波長365nmの透過率が80%以上であることを特徴とする、請求項1ないし11のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- 0〜300℃の温度範囲の平均熱膨張係数が、30×10−7〜90×10−7/℃であることを特徴とする、請求項1ないし12のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
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