JPWO2017163963A1 - 紫外線透過ガラス、紫外線照射装置および紫外線殺菌装置 - Google Patents
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Abstract
表面から深さ方向に3〜50μmの表面圧縮応力層を有するガラス体であって、前記ガラス体は、板厚0.5mmの分光透過率測定において、波長254nmの透過率が70%以上である紫外線透過ガラス、該紫外線透過ガラスを用いた紫外線照射装置および該紫外線透過ガラス12を用いた紫外線殺菌装置10。
Description
本発明の一実施形態における紫外線透過ガラスは、上記したように、表面から深さ方向に3〜50μmの表面圧縮応力層を有するガラス体であって、該ガラス体は、板厚0.5mmの分光透過率測定において、波長254nmの透過率が70%以上である。
ガラスにおける深紫外線の透過率は、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線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線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、深紫外線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、下記の理由であると推定される。
劣化度(%)=[(T0−T1)/T0]×100
(このとき、紫外線照射前の波長254nmにおける透過率をT0、紫外線照射後の波長254nmにおける透過率をT1とする。)
まず、各成分を構成するためのガラス原料を準備する。本実施形態で利用するガラス原料は、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、フッ化物、塩化物等、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、本実施形態の熱膨張係数が制御された紫外線透過ガラスを用いることで、基材との熱膨張係数のずれ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、本実施形態の熱膨張係数が制御された紫外線透過ガラスを用いることで、基材との熱膨張係数のずれ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レーザを提供することができる。
以下、紫外線照射装置について、水の殺菌処理を行う紫外線殺菌装置を例に図面を参照しながら説明する。
[紫外線の初期透過率]
各例で得られた板厚0.5mmの強化ガラス板について、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光社製、商品名:V−570)により、波長254nmの紫外線の初期透過率(T0)を測定した。
各例で得られた板厚0.5mmの強化ガラス板に対し、理化学用高圧水銀ランプ(ハリソン東芝ライテック社製、型番:H−400P)を用いて、波長254nmの紫外線照射強度が約5mW/cm2の紫外線を100時間照射した後、強化ガラス板の透過率を同様に測定し、紫外線照射後の紫外線の透過率(T1)を得た。
この紫外線透過率の劣化度は、上記測定で得られた初期透過率T0および紫外線照射後の透過率T1から次の式により算出した。
劣化度(%)=[(T0−T1)/T0]×100
なお、表1には記載していないが、各実施例のガラスの紫外線透過率の劣化度は、化学強化処理の有無で相違はなかった。
熱膨張係数は、0℃と300℃における強化ガラス板の伸びの差を測定し、これらの長さの変化量から0〜300℃での平均線膨張係数α0−300を算出した。
具体的な測定方法は以下の通りである。測定対象のガラス板を円形断面のガラス棒(長さ:100mm、外径:4〜6mm)に加工した。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した。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した。測定したガラスの0℃と300℃との伸びの差から線膨張係数を算出した。なお、白金製の棒(長さ:100mm、外径:4.5mm、線膨張係数:92.6×10−7/℃)についても同様に、0℃と300℃の伸びの差を用いた線膨張係数の測定を行い、白金製の棒の線膨張係数が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線膨張係数の測定結果に対して補正を行った。
強化ガラス板の圧縮応力(CS)および圧縮応力層の深さ(DOL)は、表面応力計(折原製作所社製、FSM−6000LE)を用いて、干渉縞の本数とその間隔を観察して求めた。
ビッカース硬度試験機により、温度:22℃、湿度:40%の雰囲気中にて強化ガラス板表面にビッカース圧子を15秒間押し込んだ後、ビッカース圧子を外し、圧痕部分を観察する。押し込む荷重を0.5kg、1.0kg、1.5kg、2.0kg、3.0kg、5.0kgのそれぞれについて、クラック発生確率を算出した。その後、横軸にクラック発生荷重、縦軸にクラック発生確率をプロットし、クラック発生確率が50%となるビッカース荷重を求め、クラック・イニシエーション・ロードとした。
Claims (12)
- 表面から深さ方向に3〜50μmの表面圧縮応力層を有するガラス体であって、
前記ガラス体は、板厚0.5mmの分光透過率測定における、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。 - 前記ガラス体は、酸化物基準のモル百分率表示で、
SiO2を55〜80%、
B2O3を12〜27%、
Na2Oを4〜20%、
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種のアルカリ金属を示す。)を0〜5%、
ZnOを0〜5%、
ZrO2を0〜10%、を含有する請求項1に記載の紫外線透過ガラス。 - 前記ガラス体は、Al2O3を実質的に含有しない、請求項1または2に記載の紫外線透過ガラス。
- 前記ガラス体は、酸化物基準のモル百分率表示で、Fe2O3 0.00005〜0.01%および/またはTiO2 0.0001〜0.02%をさらに含有する請求項1ないし3のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- 前記ガラス体は、その表面に300〜1400MPaの圧縮応力を有する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- 前記ガラス体は、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。
劣化度(%)=[(T0−T1)/T0]×100
(式中、T0は、厚さ0.5mmの紫外線透過ガラスにおける波長254nmの初期透過率であり、T1は、前記紫外線透過ガラスに対し波長254nmの紫外線を5W/cm2の強度で100時間照射した後の、波長254nmの透過率である。) - 前記ガラス体は、板厚0.5mmの分光透過率測定において、波長365nmの透過率が80%以上である請求項1ないし6のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- 前記ガラス体の0〜300℃の温度範囲における平均熱膨張係数が、30×10−7〜90×10−7/℃である請求項1ないし7のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- 前記ガラス体は、CILが1.5kgf以上である請求項1ないし8のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- 前記ガラス体は、管形状である請求項1ないし9のいずれか1項に記載の紫外線透過ガラス。
- 紫外線を外部に放射可能な紫外線光源と、前記紫外線光源と該紫外線光源から放射される紫外線の照射対象物との間に設けられた紫外線透過部材と、を有する紫外線照射装置であって、
前記紫外線透過部材が、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であることを特徴とする紫外線照射装置。 - 紫外線を外部に放射可能な紫外線光源と、前記紫外線光源を収容する管状の紫外線透過部材と、前記管状の紫外線透過部材の外周に紫外線の照射対象物の流路を形成するように設けられた流路形成部材と、を有する紫外線殺菌装置であって、
前記紫外線透過部材が、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であることを特徴とする紫外線殺菌装置。
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