JPWO2019065643A1 - 赤外線透過ガラス - Google Patents
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Abstract
毒性の化合物を用いることなく、所定の赤外領域の透過率を十分に高くするとともに、可視領域の透過率を低く抑えて、動作の安定した赤外線センサ用のカバーガラスを提供する。酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を６０モル％以上含有し、酸化物のみからなる透過率調整成分を含有する赤外線透過ガラスであって、該赤外線透過ガラスの、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍにおける透過率の最小値Ｔｍｉｎが７０％以上、該透過率の最大値Ｔｍａｘと最小値Ｔｍｉｎとの差（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）が１０％以下であり、上記赤外線透過ガラスの、波長３８０ｎｍ〜６５０ｎｍにおける透過率の最大値Ｔｖｍａｘが５０％以下である、赤外線透過ガラス。
Description
本発明は、赤外線透過ガラスに係り、特に、所定の近赤外領域において透過率が高く、かつ、可視領域において透過率を抑えた、暗色系の色調を有する赤外線透過ガラスに関する。
赤外線センサは、赤外領域の光（赤外線）を受光し、これを電気信号に変換する装置であり、近年、その用途は拡大の一途にある。特に、近赤外線（ＮＩＲ）は、従来からリモコン等の赤外線通信、自動ドアの開閉や照明の自動点灯等の人感センサ等に用いられており、それに加えて、自動車の車載用途や、ロボットやドローン等への搭載用途など、様々な用途への適用が実施、検討されている。
すなわち、自動車の車載用としては、自動車と外部の障害物等との距離測定や、自動車内への搭乗者の有無の感知、車内環境の監視等に使用される。また、ロボットの人感センサやドローンの高度測定（地面との距離測定等）でも応用されている。
このような用途の拡大に応じて、屋外環境での用途も増えてきており、その際、太陽光に起因して、可視光によりセンサがダメージを受けたり、迷光により近赤外線カメラのＮＩＲ画像が不鮮明化したりする問題がある。
このような赤外線センサには、通常、センサ保護や隠蔽の目的で、赤外線センサの検知対象である赤外領域の光透過を良好にしつつ、それ以外の光を遮断するような赤外線透過部材が求められている。
このような赤外線透過部材としては、赤外領域の透過率が良好であって、かつ、可視領域の透過率を抑制する赤外線透過膜を有する赤外線透過フィルタが知られている（例えば、特許文献１〜２等参照）。
ところで、これらの赤外線透過フィルタは、樹脂製の赤外線透過膜を設けることによって該フィルタを得るものであるが、このような赤外線透過膜は外部環境に直接曝されるには強度が不十分であり、赤外線センサのカバーガラス等の外部表面に設けても経時的な劣化が著しく、用途が限定されてしまう。
一方、ガラス製である透過率調整成分としてカドミウム（Ｃｄ）化合物を含有、分散させたＣｄＳ−ＣｄＳｅ系のガラスが赤外線透過ガラスとして知られている（例えば、非特許文献１参照）。この赤外線透過ガラスは、屋外用として用いるのに強度が十分に高く、また、その光学特性は、可視領域の光を遮断し、赤外領域の光を透過するため、赤外線センサ用のカバーガラスとしての特性は好ましいものである。
また、ＣｄＳ−ＣｄＳｅ系のガラスに対して、近赤外線は透過しつつ、可視光線に加え、遠赤外線をも吸収するように吸収特性を調整した、Ｃｒ２Ｏ３とＣｏＯを所定の含有量、配合比で有する赤外線透過ガラスも知られている（例えば、特許文献３参照）。
作花 済夫編，「ガラスハンドブック」，朝倉書店，１９７５年，Ｐ１６８
しかしながら、ＣｄＳ−ＣｄＳｅ系の赤外線透過ガラスの含有成分であるカドミウム（Ｃｄ）が人体に対して毒性を有し、さらに、カドミウムは発がん性を有するとの報告もなされている。また、カドミウムは人体への蓄積性も指摘され、一度カドミウムに暴露されると、長期間その毒性にさらされる危険性がある。
そのため、近年では、特にヨーロッパを中心に、製品への使用が規制され、脱カドミウム化が推進されている。
また、Ｃｒ２Ｏ３とＣｏＯで吸収特性を調整した赤外線透過ガラスは、その吸収特性を近赤外線のみとするためにシャープな吸収曲線を有するものとしているが、シャープであるがため、近赤外線センサに用いられる波長が狭く、特定の波長の赤外線センサにしか使用できない。また、透過が良好な波長以外の赤外線の吸収量もそれなりにあるため、ガラス自体の温度が上昇し、赤外線センサ内部の温度も上昇するおそれがある。
そこで、上記のような状況を鑑み、本発明は、カドミウムのような毒性の化合物を用いることなく、所定の赤外領域の透過率を十分に高くするとともに、可視領域の透過率を低く抑えて、動作の安定した赤外線センサ用のカバーガラスを提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、上記のような所定の特性を満たす赤外線透過ガラスを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の赤外線透過ガラスは、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を６０モル％以上含有する赤外線透過ガラスであって、前記赤外線透過ガラスが、酸化物のみからなる透過率調整成分を含有し、前記赤外線透過ガラスの、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍにおける透過率の最小値Ｔｍｉｎが７０％以上、該透過率の最大値Ｔｍａｘと最小値Ｔｍｉｎとの差（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）が１０％以下であり、前記赤外線透過ガラスの、波長３８０ｎｍ〜６５０ｎｍにおける透過率の最大値Ｔｖｍａｘが５０％以下である、ことを特徴とする。
本発明の赤外線センサ用カバーガラスは、上記本発明の赤外線透過ガラスからなる、ことを特徴とする。
本発明の赤外線透過ガラスによれば、毒性を有する化合物を用いることなく、所定の赤外領域の透過率が十分に高く、かつ、可視領域の透過率が低い赤外線透過ガラスを提供できる。
本発明の赤外線センサ用カバーガラスによれば、上記特性を有する赤外線透過ガラスからなるため、赤外線センサの動作を安定させることができるカバーガラスを提供できる。
以下、本発明の赤外線透過ガラスについて、実施形態を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変形して実施できる。
［赤外線透過ガラス］
本実施形態の赤外線透過ガラスは、上記の通りの構成を有するガラス体である。
すなわち、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を６０モル％以上含有する赤外線透過ガラスであって、赤外線透過ガラスが、酸化物のみからなる透過率調整成分を含有する。
本実施形態の赤外線透過ガラスは、上記の通りの構成を有するガラス体である。
すなわち、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を６０モル％以上含有する赤外線透過ガラスであって、赤外線透過ガラスが、酸化物のみからなる透過率調整成分を含有する。
また、この赤外線透過ガラスの、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍにおける透過率（％）の最小値Ｔｍｉｎが７０％以上、該透過率の最大値Ｔｍａｘと最小値Ｔｍｉｎとの差（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）が１０％以下であり、かつ、波長３８０ｎｍ〜６５０ｎｍにおける透過率の最大値Ｔｖｍａｘが５０％以下である。
＜透過率＞
本実施形態の赤外線透過ガラスは、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍにおける透過率の最小値Ｔｍｉｎが７０％以上であり、該透過率の最大値Ｔｍａｘと最小値Ｔｍｉｎとの差（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）が１０％以下である。
本実施形態の赤外線透過ガラスは、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍにおける透過率の最小値Ｔｍｉｎが７０％以上であり、該透過率の最大値Ｔｍａｘと最小値Ｔｍｉｎとの差（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）が１０％以下である。
本実施形態の赤外線透過ガラスは、上記したように波長９００〜１０００ｎｍという特定の範囲の透過率の最小値Ｔｍｉｎが７０％以上、すなわち、この波長領域における透過率を７０％以上としたものである。この波長領域における透過率の最小値Ｔｍｉｎは、８０％以上が好ましく、８５％以上がより好ましい。上記透過率を満たすことにより、赤外領域の光を効率的に利用でき、赤外線センサとして近赤外線を検知するセンサのカバーガラスとして好適である。
また、ここで波長９００〜１０００ｎｍにおける透過率の最大値Ｔｍａｘと最小値Ｔｍｉｎとの差（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）を１０％以下とする。この差は、８％以下が好ましく、５％以下がより好ましい。この特性を満たすことにより、波長９００〜１０００ｎｍの領域における透過率が良好で、比較的広い範囲で近赤外線を透過できるため、異なる複数の波長を利用したセンサ用のカバーガラスとしても用いることができる。また、赤外領域の光の吸収がしにくいものであるため、カバーガラス自体の温度の上昇を抑制できる。
なお、ここで透過率の測定は、分光光度計（例えば、パーキンエルマー社製、商品名：ラムダ９５０）を用いて測定し、ＩＳＯ−９０５０（１９９０年）に従って、９００〜１０００ｎｍの領域の最小値Ｔｍｉｎと最大値Ｔｍａｘを百分率（％）で表せばよい。また、ここで得られた最小値Ｔｍｉｎと最大値Ｔｍａｘから、最大値Ｔｍａｘと最小値Ｔｍｉｎとの差（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）は容易に算出できる。
また、本実施形態の赤外線透過ガラスは、波長３８０〜６５０ｎｍにおける透過率の最大値Ｔｖｍａｘが５０％以下である。この透過率の最大値Ｔｖｍａｘは、４５％以下が好ましく４２％以下がより好ましい。すなわち、可視領域の光の透過を抑制できる。
これにより、太陽光等が直接又は間接に曝されるような環境において赤外線センサが使用される場合であっても、センサ自体に太陽光の可視領域の光の入射を遮断し、センサが受けるダメージを抑制し、劣化を抑制できる。そのため製品寿命を長くできる。また、可視領域の光の入射を遮断することで、ＮＩＲ画像における迷光を低減させ、センサの品質を向上させ、製品信頼性を高めることができる。
ここでの透過率の測定も、上記と同様に行うことができる。通常は、測定領域である波長を一度に測定することで、透過率特性の数値を得ることができる。すなわち、本実施形態の特性を満たすか否かは、測定対象のガラス板に対して、例えば、３００〜１５００ｎｍの領域の透過率を測定すればよい。
上記のように赤外線領域の光は透過し、可視領域の光の透過を抑制することで、検知対象である赤外線を安定して利用でき、その際、可視領域の光のノイズ等を十分に低減できるため、赤外線センサのカバーガラスとして好適な赤外線透過ガラスが得られる。
＜ガラス組成＞
また、本実施形態の赤外線透過ガラスは、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を６０モル％以上含有し、酸化物のみからなる透過率調整成分を含有するガラス体である。
また、本実施形態の赤外線透過ガラスは、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を６０モル％以上含有し、酸化物のみからなる透過率調整成分を含有するガラス体である。
ここで、この赤外線透過ガラスの基本組成（母組成）としては、二酸化ケイ素を主成分とする一般的なガラス、例えば、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等の公知のガラスが挙げられ、上記光学特性及び組成範囲を満たすものであれば特に制限なく用いることができる。
なお、ここで用いられるガラス材料は、強化処理によりガラス表面に圧縮応力層の形成が可能な材料であり、化学強化処理により圧縮応力層を形成できる材料が好ましい。
本実施形態においては、このようなガラスに対して、透過率調整成分を含有させて、上記のような赤外領域の透過率を満たしつつ、かつ、可視領域の透過率も満たすようにする。このとき用いられる透過率調整成分は、酸化物からなる透過率調整成分である。
この透過率調整成分としては、例えば、Ｃｒ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４及びＭｎＯ２が挙げられる。これら透過率調整成分は、ガラスに含有させる成分としては公知であるが、一般に、赤外線透過を考慮していない着色ガラスに用いられ、赤外線透過を考慮したものでも、上記特性を満たすような具体的な組成については知られていない。
Ｃｒ２Ｏ３は可視領域の光を吸収し、近赤外領域の光を透過させる成分であり、上記特性を満たすために基本的な吸収特性を形づくるのに好適な成分である。
Ｃｒ２Ｏ３の含有量は、酸化物基準のモル百分率表示で、０．０３〜１モル％が好ましい。上記特性を有効に発揮するため、Ｃｒ２Ｏ３の含有量は、０．０３モル％以上が好ましい。一方、Ｃｒ２Ｏ３の含有量が多くなるとＴｍｉｎが低下し、（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）が増加する傾向にあるため、Ｃｒ２Ｏ３の含有量は１モル％以下が好ましい。Ｃｒ２Ｏ３の含有量は、０．０４％以上がより好ましく、０．０５％以上がさらに好ましい。また、Ｃｒ２Ｏ３の含有量は、０．５％以下がより好ましく、０．３％以下がさらに好ましい。
Ｃｏ３Ｏ４は可視領域の光を吸収し、近赤外領域の光を透過させる成分であり、上記特性を満たすために好適な成分である。このＣｏ３Ｏ４は、特に、５００〜７００ｎｍの範囲で光を吸収するため、Ｃｒ２Ｏ３の光学特性を補完する成分である。
Ｃｏ３Ｏ４の含有量は、酸化物基準のモル百分率表示で、０．００３〜０．３モル％が好ましい。上記特性を有効に発揮するため、Ｃｏ３Ｏ４の含有量は、０．００３モル％以上が好ましい。一方、Ｃｏ３Ｏ４の含有量が多くなるとＴｍｉｎが低下し、（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）が増加する傾向にあるため、Ｃｏ３Ｏ４の含有量は０．３モル％以下が好ましい。Ｃｏ３Ｏ４の含有量は、０．００５％以上がより好ましく、０．０１％以上がさらに好ましい。また、Ｃｏ３Ｏ４の含有量は、０．２％以下がより好ましく、０．１％以下がさらに好ましく、０．０６％以下がもっとも好ましい。
ＭｎＯ２は可視領域の光を吸収し、近赤外領域の光を透過させる成分であり、上記特性を満たすために好適な成分である。このＭｎＯ２は、特に、４００〜８００ｎｍの範囲で光を吸収するため、Ｃｒ２Ｏ３の光学特性を補完する成分である。
ＭｎＯ２の含有量は、酸化物基準のモル百分率表示で、０．００１〜２モル％が好ましい。上記特性を有効に発揮するため、ＭｎＯ２の含有量は、０．００１モル％以上が好ましい。一方、ＭｎＯ２の含有量が多くなるとＴｍｉｎが低下、（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）が増加する傾向にあるため、ＭｎＯ２の含有量は２モル％以下が好ましい。ＭｎＯ２の含有量は、０．０１％以上がより好ましく、０．０５％以上がさらに好ましい。また、ＭｎＯ２の含有量は、１％以下がより好ましく、０．５％以下がさらに好ましい。
本実施形態の赤外線透過ガラスは、この透過率調整成分として、上記Ｃｒ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４及びＭｎＯ２を全て含有することが好ましい。これら成分を全て含有することで、上記特性を満たすとともに、赤外線透過ガラスの色調を暗色系の色味に調整できる。
また、酸化物基準のモル百分率表示で、赤外線透過ガラス中に、Ｃｒ２Ｏ３を０．０５〜０．３モル％、Ｃｏ３Ｏ４を０．０１〜０．１モル％、ＭｎＯ２を０．０５〜０．５モル％、含有することがより好ましい。さらに、これら透過率調整成分の含有割合は、各成分の比として、Ｃｒ２Ｏ３／Ｃｏ３Ｏ４が２〜１０モル比、ＭｎＯ２／Ｃｏ３Ｏ４が３〜２０モル比、（Ｃｒ２Ｏ３＋（１／２）×ＭｎＯ２）／Ｃｏ３Ｏ４が４〜２０モル比であることが（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）を小さくする観点から好ましい。
本実施形態の赤外線透過ガラスは、上記のような組成からなるものであり、基本的にはガラスを構成する酸化物と、上記透過率調整成分と、を含有するため、その組成として酸化物のみから構成されるものであってもよい。ただし、本実施形態の効果を阻害しない範囲であれば、酸化物以外の成分を含有させてもよい。
以下、ガラス組成について、より具体的に説明する。
ガラスは、上記のように種々の組成を有するガラスを利用できるが、例えば、酸化物基準のモル％表記で、以下の組成を有するアルミノシリケートガラスが好ましいものとして挙げられる。
ガラスは、上記のように種々の組成を有するガラスを利用できるが、例えば、酸化物基準のモル％表記で、以下の組成を有するアルミノシリケートガラスが好ましいものとして挙げられる。
本実施形態の赤外線透過ガラスを構成するガラス材料は、例えば、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を６０〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を２〜３０％、Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）を５〜２５％、含有する。ここで用いられるガラス材料は、強化処理によりガラス表面に圧縮応力層の形成が可能な材料であり、化学強化処理により圧縮応力層を形成できる材料が好ましい。
ここで、ガラスの組成は、簡易的には蛍光エックス線法による半定量分析によって求められるが、より正確には、ＩＣＰ発光分析等の湿式分析法により測定できる。なお、各成分の含有量は、酸化物基準のモル百分率（モル％）表示で表し、特に断りのない限り、以下「％」で表す。ガラス組成について構成する成分を、以下、具体的に説明する。
ＳｉＯ２はガラスの骨格を構成する成分である。また、化学的耐久性を上げる成分であり、ガラス表面に傷（圧痕）がついた時のクラックの発生を低減させる成分である。
このＳｉＯ２の含有量は６０％以上である。上記特性を有効に発揮するため、ＳｉＯ２の含有量は、６３％以上が好ましく、６５％以上がより好ましい。一方、ＳｉＯ２の含有量が７５％超であると溶融性が低下する傾向にあるため、ＳｉＯ２の含有量は７５％以下であり、７４％以下が好ましく、７３％以下がより好ましい。
Ａｌ２Ｏ３はヤング率と硬度を向上させる成分であり、含まれると好ましい成分である。また、Ａｌ２Ｏ３は化学強化の際のイオン交換性能を向上させ、強化後の表面圧縮応力を大きくするために有効な成分である。さらに、Ａｌ２Ｏ３はガラスのガラス転移点（Ｔｇ）を高くする成分であり、化学強化時に圧縮応力深さを深くするために長時間の処理を行っても、圧縮応力を小さくしにくくする成分でもある。
Ａｌ２Ｏ３の含有量は２％以上である。上記特性を有効に発揮するため、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、２．５％以上が好ましい。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が３０％超であるとガラスの耐酸性が低下し、または失透温度が高くなる傾向にあるため、Ａｌ２Ｏ３の含有量は３０％以下である。また、ガラスの粘性が増大し溶融性が低下するおそれがある。そのため、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、２７％以下が好ましく、２０％以下がより好ましく、１５％以下がさらに好ましく、１０％以下が特に好ましい。
Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）は、イオン交換によりガラス表面に表面圧縮応力層を形成するための成分であり、化学強化ガラスの破砕性を改善する成分である。これら成分の合量（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）は、５％以上であり、８％以上が好ましく、１０％以上がより好ましく、１２％以上がさらに好ましい。一方、Ｒ２Ｏの含有量が２５％超ではガラスの耐酸性が低下する傾向にあるため、Ｒ２Ｏの含有量は２５％以下である。Ｒ２Ｏの含有量は、２０％以下が好ましく、１８％以下がより好ましい。
Ｌｉ２Ｏは、軽量で、絶縁性を有し、十分な強度を有する赤外線透過ガラスを実現するため、密度を低く維持したままヤング率を大きくするために有用な成分である。また、イオン交換によりガラス表面に表面圧縮応力層を形成する際に利用され、ガラスの耐摩耗性を向上させる成分である。ガラス表面のＬｉイオンをＮａイオンに交換して化学強化処理を行う場合、Ｌｉ２Ｏの含有量は、２％以上が好ましく、３％以上がより好ましく、５％以上がさらに好ましく、７％以上が特に好ましい。一方、Ｌｉ２Ｏの含有量が２０％超ではガラスの耐酸性が低下する傾向にあるため、Ｌｉ２Ｏの含有量が２０％以下が好ましく、１７％以下がより好ましい。
Ｎａ２Ｏはイオン交換により表面圧縮応力層を形成させ、またガラスの溶融性を向上させる成分である。Ｎａ２Ｏは含有させなくてもよいが、ガラス表面のＬｉイオンをＮａイオンに交換するのを促進できるため、Ｎａ２Ｏを含有させる場合の含有量は１％以上が好ましい。Ｎａ２Ｏの含有量は、２％以上がより好ましく、３％以上がさらに好ましい。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が２５％超ではイオン交換により形成される表面圧縮応力が低下するおそれがある。Ｎａ２Ｏの含有量は、２３％以下が好ましく、２１％以下がより好ましく、２０％以下がさらに好ましく、１９％以下が特に好ましく、１８％以下が最も好ましい。
強化処理の際、硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの混合溶融塩に浸漬する等の方法により、ガラス表面のＬｉイオンとＮａイオン、ＮａイオンとＫイオンを同時にイオン交換する場合には、Ｎａ２Ｏの含有量は、さらに好ましくは１７％以下、特に好ましくは１６％以下である。また、Ｎａ２Ｏの含有量は、好ましくは２％以上、より好ましくは３％以上、さらに好ましくは４％以上である。
Ｋ２Ｏは、イオン交換性能を向上させる等のために含有させてもよい。Ｋ２Ｏを含有させる場合の含有量は、０．１％以上が好ましく、０．２％以上がより好ましい。一方、Ｋ２Ｏの含有量が１０％超であると、ヤング率が低下する、強化しにくくなる、ため、Ｋ２Ｏの含有量は１０％以下が好ましい。Ｋ２Ｏの含有量は、８％以下がより好ましく、６％以下がさらに好ましく、４％以下が特に好ましく、２％以下が最も好ましい。
また、このガラス材料のガラス組成としては、上記成分の他、本実施形態の効果を阻害しない範囲で、種々の任意成分を含有できる。ここで任意成分としては、例えば、以下の成分が挙げられる。
Ｂ２Ｏ３は、赤外線透過ガラスの脆さを低減させ、また溶融性を向上させる成分である。Ｂ２Ｏ３は必須ではないが、Ｂ２Ｏ３を含有させる場合の含有量は、溶融性を向上するため０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましい。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量は５％を超えると耐酸性が悪化しやすいため、５％以下が好ましく、４％以下がより好ましく、３％以下がさらに好ましい。また、溶融時に脈理が発生しガラスの品質を低下しにくくするためには含有しないことが好ましい。
Ｐ２Ｏ５は、イオン交換性能および脆さを低減させる成分である。Ｐ２Ｏ５は含有させなくてもよいが、Ｐ２Ｏ５を含有させる場合の含有量は、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましい。一方、Ｐ２Ｏ５の含有量が６％超では、化学強化処理後のガラス（以下、「化学強化ガラス」ともいう）の圧縮応力が低下し、また耐酸性が低下するため、Ｐ２Ｏ５の含有量は、６％以下が好ましく、４％以下がより好ましく、３％以下がさらに好ましい。また、溶融時に脈理が発生しガラスの品質を低下しにくくするためには含有しないことが好ましい。
ＭｇＯは、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、ヤング率を向上させる成分でもあり、含有させてもよい。ＭｇＯを含有させる場合の含有量は、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましく、３％以上が特に好ましく、５％以上が最も好ましい。一方、ＭｇＯの含有量が２０％超となるとイオン交換性能が著しく低下するため、ＭｇＯの含有量は２０％以下が好ましい。ＭｇＯの含有量は、１６％以下がより好ましく、１４％以下がさらに好ましく、１２％以下が特に好ましく、１０％以下が最も好ましい。
ＣａＯは、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、ヤング率を向上させる成分でもあり、含有させてもよい。ＣａＯを含有させる場合の含有量は、０．１％以上が好ましく、０．２％以上がより好ましく、０．５％以上がさらに好ましい。一方、ＣａＯの含有量が５％超となるとイオン交換性能が著しく低下するため、ＣａＯの含有量は５％以下が好ましい。ＣａＯの含有量は、４％以下がより好ましく、３％以下がさらに好ましく、２％以下が特に好ましく、１％以下が最も好ましい。
ＳｒＯは、ガラスの溶融性を向上する成分であり、ヤング率を向上させる成分でもあり、含有させてもよい。ＳｒＯを含有させる場合の含有量は、０．１％以上が好ましく、０．２％以上がより好ましく、０．３％以上がさらに好ましく、０．４％以上が特に好ましく、０．５％以上が最も好ましい。一方、ＳｒＯの含有量が２０％超となるとイオン交換性能が著しく低下するため、ＳｒＯの含有量は５％以下が好ましく、４％以下がより好ましく、３％以下がさらに好ましく、２％以下が特に好ましく、１％以下が最も好ましい。脆さを低減させるためには、３％以下が好ましく、含有しないことがより好ましい。
ＢａＯは、ガラス材料の溶融性を向上する成分であり、ヤング率を向上させる成分でもあり、含有させてもよい。ＢａＯを含有させる場合の含有量は、０．１％以上が好ましく、０．２％以上がより好ましく、０．３％以上がさらに好ましく、０．４％以上が特に好ましく、０．５％以上が最も好ましい。一方、ＢａＯの含有量が５％超となるとイオン交換性能が著しく低下するため、ＢａＯの含有量は５％以下が好ましい。ＢａＯの含有量は、４％以下がより好ましく、３％以下がさらに好ましく、２％以下が特に好ましい。脆さを低減させるためには、含有しないことが好ましい。
ＺｎＯはガラスの溶融性を向上させる成分であり、含有させてもよい。ＺｎＯを含有させる場合の含有量は、０．２５％以上が好ましく、０．５％以上がより好ましい。一方、ＺｎＯの含有量が１０％超となるとガラスの耐候性が著しく低下するため、ＺｎＯの含有量は１０％以下が好ましい。ＺｎＯの含有量は、７％以下がより好ましく、５％以下がさらに好ましく、２％以下が特に好ましく、１％以下が最も好ましい。
ＴｉＯ２は、ヤング率を向上させる成分であり、含有させてもよい。ＴｉＯ２を含有させる場合の含有量は、０．１％以上が好ましく、０．１５％以上がより好ましく、０．２％以上がさらに好ましい。一方、ＴｉＯ２の含有量が５％超であると溶融時に失透しやすくなり、ガラスの品質が低下するおそれがあるため、ＴｉＯ２の含有量は５％以下が好ましい。ＴｉＯ２の含有量は、３％以下が好ましく、１％以下がより好ましく、０．５％以下がさら好ましく、０．２５％以下が特に好ましい。
ＺｒＯ２は、イオン交換による表面圧縮応力を増大させる成分であり、またヤング率を向上させる成分でもあり、含有させてもよい。ＺｒＯ２を含有させる場合の含有量は、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましい。一方、ＺｒＯ２の含有量が８％超であると溶融時に失透しやすくなり、ガラスの品質が低下するおそれがあるため、ＺｒＯ２の含有量は８％以下が好ましい。ＺｒＯ２の含有量は、６％以下がより好ましく、４％以下がさらに好ましく、２％以下が特に好ましく、１．２％以下が最も好ましい。
Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５は、ヤング率を向上させる成分であり、含有させてもよい。これらの成分を含有させる場合のそれぞれの含有量は、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、１．５％以上がさらに好ましく、２％以上が特に好ましく、２．５％以上が最も好ましい。一方、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５の含有量はそれぞれ８％超であると溶融時にガラスが失透しやすくなり化学強化ガラスの品質が低下するおそれがあるため、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５の含有量はそれぞれ、８％以下が好ましい。Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５の含有量はそれぞれ、６％以下がより好ましく、５％以下がさらに好ましく、４％以下が特に好ましく、３％以下が最も好ましい。
Ｔａ２Ｏ５、Ｇｄ２Ｏ３は、ヤング率を向上させるために少量含有してもよいが、溶融時に失透しやすくなり、ガラスの品質が低下するおそれがあるため、これらの成分を含有させる場合のそれぞれの含有量は１％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましく、含有しないことがさらに好ましい。
さらに、ガラスをより暗色系に着色して使用する際は、所望の透過率特性の達成を阻害しない範囲において着色成分を添加してもよい。着色成分としては、例えば、ＮｉＯ、ＣｕＯ、Ｖ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＳｅＯ２、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等が好適なものとして挙げられる。
これら着色成分の含有量は、酸化物基準のモル百分率表示で、合計で７％以下の範囲が好ましい。７％を超えるとガラスが失透しやすくなり望ましくない。この含有量は５％以下が好ましく、３％以下がより好ましく、１％以下がさらに好ましい。ガラスの可視透過率を優先させる場合は、これらの成分は実質的に含有しないことが好ましい。
なお、着色成分として一般的な酸価鉄は、近赤外領域の透過率を低下させる成分であるため、本実施形態においては、実質的に含有させないようにする。ここで、実質的に含有させないとは、不可避的に混入する場合を許容する意味であり、具体的な含有量としては、Ｆｅ２Ｏ３換算値として０．１％以下とすることが好ましく、０．０８％以下がより好ましく、０．０５％以下がさらに好ましい。
ガラスの溶融の際の清澄剤として、ＳＯ３、塩化物、フッ化物などを適宜含有してもよい。Ａｓ２Ｏ３は含有しないことが好ましい。Ｓｂ２Ｏ３を含有する場合は、０．３％以下が好ましく、０．１％以下がより好ましく、含有しないことが最も好ましい。
＜ガラス特性＞
また、本実施形態の赤外線透過ガラスは、ＣＩＥＬａｂにおけるＬ*が１０〜４５、ａ*が−１０〜１０、ｂ*が−１０〜１０、であることが好ましい。このような範囲とすることにより、赤外線透過ガラスの色味が、暗色系でもより黒色に近いものとなる。
また、本実施形態の赤外線透過ガラスは、ＣＩＥＬａｂにおけるＬ*が１０〜４５、ａ*が−１０〜１０、ｂ*が−１０〜１０、であることが好ましい。このような範囲とすることにより、赤外線透過ガラスの色味が、暗色系でもより黒色に近いものとなる。
ここで、Ｌ*は１５〜４３がより好ましく、２０〜４２がさらに好ましく、ａ*は−９〜９がより好ましく、−８〜８がさらに好ましく、ｂ*は−９〜９がより好ましく、−８〜８がさらに好ましい。
このような赤外線透過ガラスを、赤外線センサのカバーガラスとして用いると、近赤外線画像に対する迷光を遮断し、センサの信頼性を向上させたり、太陽光の可視光等からセンサを保護してセンサの劣化を抑制したり、センサの存在を隠蔽したり、することができる。
なお、本明細書におけるＣＩＥＬａｂ表示は、国際照明委員会（ＣＩＥ）で規格化されたＣＩＥ １９７６（Ｌ*ａ*ｂ*）色空間（ＣＩＥＬＡＢ）である。本願においては、Ｄ６５光源における明度（Ｌ*）、Ｄ６５光源における反射光の色度（ａ*、ｂ*）をいう。
赤外線透過ガラスとしては、その形状は特に限定されず、例えば、板状に成形したガラスが好ましい。ここで、板状のガラス（ガラス板）としては、その形状は平坦でも湾曲でもよい。このようなガラス板は、赤外線センサー等のカバーガラスとして好適に用いることができる。ガラス板としたときの厚さは、０．５〜６ｍｍが好ましく、０．７〜５ｍｍがより好ましく、１〜４ｍｍがさらに好ましい。
ガラス板の製造方法は特に限定されず、公知の方法で製造できる。例えば、所望のガラス原料を溶融炉に投入し、１５００〜１６００℃で加熱溶融し清澄した後、成形装置に供給して溶融ガラスを板状に成形し、徐冷することにより製造できる。なお、ガラス板の成形方法は特に限定されず、例えば、ダウンドロー法（例えば、オーバーフローダウンドロー法、スロットダウン法、リドロー法等）、フロート法、ロールアウト法、プレス法等を利用可能である。
このようなガラス板として用いる場合には、その強度を高めるために、ガラス板の主面に対し、物理強化又は化学強化を施した強化ガラスであることが好ましい。
赤外線透過ガラスの表面に圧縮応力層を形成する強化処理方法としては、風冷強化法、水冷強化法（物理強化法）および化学強化法が代表的なものとして知られている。風冷強化法、水冷強化法（物理強化法）は、軟化点付近まで加熱した赤外線透過ガラスの表面を風冷や水冷などにより急速に冷却する手法である。また、化学強化法は、ガラス転移点以下の温度で、イオン交換により、赤外線透過ガラスの表面に存在するイオン半径が小さいアルカリ金属イオン（典型的にはＬｉイオン、Ｎａイオン）を、イオン半径のより大きいアルカリ金属イオン（典型的にはＬｉイオンに対してはＮａイオンまたはＫイオンであり、Ｎａイオンに対してはＫイオンである。）に交換する手法である。
本実施形態に用いられる赤外線透過ガラスは、その表面に圧縮応力層を有していると、機械的強度の高いガラスとなり好ましい。機械的強度が高いと、外部からの衝撃等に対しても破損しにくくなるため、外部環境に用いられる赤外線センサのカバーガラスとして好適である。本実施形態において、所望の圧縮応力層を形成するには、いずれの強化手法であってもよいが、厚みが薄くかつ圧縮応力（ＣＳ）値が大きな赤外線透過ガラスを得るために、化学強化法によって強化することが好ましい。
本実施形態に用いられる赤外線透過ガラスは、さらに、表面に反射防止膜、防曇膜等の機能膜を、片面、あるいは両面につけることができる。反射防止膜をつければ片面あたり約４％の透過率の向上が、両面で約８％の透過率向上が期待できる。
［赤外線センサ用カバーガラス］
上記で説明したような本実施形態の赤外線透過ガラスを用いることにより、赤外線センサ用として好適なカバーガラスとできる。このカバーガラスは、ガラス製であるため、強度が高く、割れやひっかき傷等の発生を抑制でき、熱や外部からの衝撃等による変形も抑制でき、耐候性、耐環境化学耐湿性、も良好である。
上記で説明したような本実施形態の赤外線透過ガラスを用いることにより、赤外線センサ用として好適なカバーガラスとできる。このカバーガラスは、ガラス製であるため、強度が高く、割れやひっかき傷等の発生を抑制でき、熱や外部からの衝撃等による変形も抑制でき、耐候性、耐環境化学耐湿性、も良好である。
上記のような強化処理を施すと、これらの特性がより向上し、好ましいものである。なお、このカバーガラスについては、上記赤外線透過ガラスとして板状のものをそのまま適用できる。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの記載により限定されるものではない。
（実施例１〜１４、比較例１）
表１〜２中に示される酸化物基準のモル百分率（モル％）表示の各ガラス組成となるように板状のガラスを次の手順により白金るつぼ溶融にて作製した。
表１〜２中に示される酸化物基準のモル百分率（モル％）表示の各ガラス組成となるように板状のガラスを次の手順により白金るつぼ溶融にて作製した。
まず、酸化物、水酸化物、炭酸塩または硝酸塩等一般に使用されているガラス原料を適宜選択し、ガラスとして１０００ｇになるように秤量した。ついで、混合した原料を白金るつぼに入れ、１５００〜１７００℃の抵抗加熱式電気炉に投入して３時間程度溶融し、脱泡、均質化した。得られた溶融ガラスを型材に流し込み、ガラス転移点＋５０℃の温度において１時間保持した後、０．５℃／分の速度で室温まで冷却し、ガラスブロックを得た。得られたガラスブロックを切断、研削し、最後に表面を鏡面に加工して、４ｃｍ角で、厚さ１ｍｍのガラス板を得た。
［特性評価］
得られたガラス板の特性について、その近赤外透過率、可視透過率、色度を次のように測定し、その結果を表１〜２に併せて示した。
得られたガラス板の特性について、その近赤外透過率、可視透過率、色度を次のように測定し、その結果を表１〜２に併せて示した。
＜透過率＞
上記得られたガラス板の分光特性を分光光度計（パーキンエルマー社製、商品名：ラムダ９５０）を用いて測定し、ＩＳＯ−９０５０（１９９０年）に従って、ガラス板の３００〜１５００ｎｍでの透過率をそれぞれ測定し、各ガラス板について、波長３８０〜６５０ｎｍにおける最大透過率をＴｖｍａｘ、波長９００〜１０００ｎｍにおける最大透過率Ｔｍａｘ、最小透過率Ｔｍｉｎ、それらの差（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）を算出し、表１〜２に示した。また、測定により得られた透過率曲線を図１に示した。
上記得られたガラス板の分光特性を分光光度計（パーキンエルマー社製、商品名：ラムダ９５０）を用いて測定し、ＩＳＯ−９０５０（１９９０年）に従って、ガラス板の３００〜１５００ｎｍでの透過率をそれぞれ測定し、各ガラス板について、波長３８０〜６５０ｎｍにおける最大透過率をＴｖｍａｘ、波長９００〜１０００ｎｍにおける最大透過率Ｔｍａｘ、最小透過率Ｔｍｉｎ、それらの差（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）を算出し、表１〜２に示した。また、測定により得られた透過率曲線を図１に示した。
＜色度＞
上記得られたガラス板について、エックスライト株式会社製の色調測定器（商品名：Ｃｏｌｏｒ ｉ７）を用いて、Ｄ６５光源における明度（Ｌ*）、Ｄ６５光源における反射光の色度（ａ*、ｂ*）を測定した。
上記得られたガラス板について、エックスライト株式会社製の色調測定器（商品名：Ｃｏｌｏｒ ｉ７）を用いて、Ｄ６５光源における明度（Ｌ*）、Ｄ６５光源における反射光の色度（ａ*、ｂ*）を測定した。
以上の結果から、実施例の赤外線透過ガラスは、近赤外領域の光を安定して透過する一方、可視領域の光の透過を抑制でき、さらに、暗色系の色調を有するものであるため、赤外線センサ用のカバーガラスとして好ましいことがわかった。
Claims (7)
- 酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を６０モル％以上含有する赤外線透過ガラスであって、
前記赤外線透過ガラスが、酸化物のみからなる透過率調整成分を含有し、
前記赤外線透過ガラスの、波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍにおける透過率の最小値Ｔｍｉｎが７０％以上、該透過率の最大値Ｔｍａｘと最小値Ｔｍｉｎとの差（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）が１０％以下であり、かつ、
前記赤外線透過ガラスの、波長３８０ｎｍ〜６５０ｎｍにおける透過率の最大値Ｔｖｍａｘが５０％以下である、ことを特徴とする赤外線透過ガラス。 - 前記赤外線透過ガラスのＣＩＥＬａｂにおけるＬ*が１０〜４５、ａ*が−１０〜１０、ｂ*が−１０〜１０、である請求項１に記載の赤外線透過ガラス。
- 酸化物基準のモル百分率表示で、前記透過率調整成分として、Ｃｒ２Ｏ３を０．０３〜１モル％、Ｃｏ３Ｏ４を０．００３〜０．３モル％、ＭｎＯ２を０．００１〜２モル％含有する請求項１又は２に記載の赤外線透過ガラス。
- 前記透過率調整成分の比として、Ｃｒ２Ｏ３／Ｃｏ３Ｏ４が２〜１０モル比、ＭｎＯ２／Ｃｏ３Ｏ４が３〜２０モル比、（Ｃｒ２Ｏ３＋（１／２）×ＭｎＯ２）／Ｃｏ３Ｏ４が４〜２０モル比である請求項３に記載の赤外線透過ガラス。
- 前記透過率調整成分として、酸化鉄を実質的に含有しない、請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線透過ガラス。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載の赤外線透過ガラスを有することを特徴とする赤外線センサ用カバーガラス。
- 厚さが０．５〜５ｍｍの板状である、請求項６に記載の赤外線センサ用カバーガラス。
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