WO2016140123A1 - ガラス材及びその製造方法 - Google Patents

ガラス材及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2016140123A1
WO2016140123A1 PCT/JP2016/055404 JP2016055404W WO2016140123A1 WO 2016140123 A1 WO2016140123 A1 WO 2016140123A1 JP 2016055404 W JP2016055404 W JP 2016055404W WO 2016140123 A1 WO2016140123 A1 WO 2016140123A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
glass material
glass
cover member
raw material
present
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/055404
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敦信 増野
ソーサ グスターボ アルベルト ロサレス
井上　博之
朋子 山田
佐藤　史雄
Original Assignee
国立大学法人 東京大学
日本電気硝子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立大学法人 東京大学, 日本電気硝子株式会社 filed Critical 国立大学法人 東京大学
Publication of WO2016140123A1 publication Critical patent/WO2016140123A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor

Definitions

  • the present invention relates to a glass material suitable as a material for a cover member or the like for protecting a medical treatment instrument such as an endoscope, and a manufacturing method thereof.
  • Medical endoscopes are sterilized in a high-temperature and high-humidity environment using an autoclave before and / or after use.
  • Devices such as a CCD camera and illumination are provided at the distal end portion of the endoscope. If these are directly exposed to a high temperature and high humidity environment in an autoclave, they may cause deterioration or failure. Therefore, a cover member for protecting each device is provided at the distal end portion of the endoscope.
  • the cover member is required to have high chemical durability so that it can withstand a high temperature and high humidity environment during sterilization.
  • the endoscope is attached to the tip of a movable tube inserted into the body. Due to the mobility, there is a possibility that excessive stress may be applied to the cover member itself or internal equipment during use, and thus the cover member is required to have high rigidity.
  • sapphire has been used as a material for a cover member that satisfies the above characteristics (see, for example, Patent Document 1).
  • an object of the present invention is to provide a glass material having high rigidity and excellent chemical durability, and a method for producing the same.
  • the glass material of the present invention is characterized by containing Al 2 O 3 40 to 70% and Ta 2 O 5 30 to 60% in mol%. If it is a glass material having the above composition range, it is excellent in rigidity. For example, when it is used as a cover member of a medical treatment instrument with high mobility, excessive stress is applied to the cover member itself or the internal device. It becomes difficult to break.
  • the glass material of the present invention preferably has a Young's modulus of 70 GPa or more.
  • the glass material of the present invention preferably has a Vickers hardness of 5 GPa or more.
  • the Vickers hardness of the glass material of the present invention is preferably in the above range because it is excellent in mechanical strength and hardly breaks.
  • the glass material of the present invention is preferably mol%, and the content of R 2 O (R is at least one selected from Li, Na and K) is preferably 10% or less.
  • the glass material of the present invention preferably has a particle size of 0.1 mm or more.
  • the glass material of the present invention can be used as a cover member for a medical treatment instrument.
  • the glass material of the present invention can be used as an optical lens.
  • the method for producing a glass material according to the present invention is a method for producing the above glass material, and in a state where the glass material is suspended and held, the glass material is heated and melted to obtain a molten glass, and then melted. A step of cooling the glass is provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an apparatus for producing the glass material of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of an apparatus for producing the glass material of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a part of a molding surface in the manufacturing apparatus of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing an embodiment of an endoscope cover member made of the glass material of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example in which the endoscope cover member made of the glass material of the present invention is used by being attached to the distal end portion of the endoscope.
  • the glass material of the present invention is characterized by containing Al 2 O 3 40 to 70% and Ta 2 O 5 30 to 60% in mol%.
  • Al 2 O 3 is a component that improves chemical durability. It also has the effect of improving Vickers hardness.
  • the content of Al 2 O 3 is 40 to 70% or more, preferably 45 to 65%, more preferably 50 to 60%, and still more preferably 52 to 58%. When the content of Al 2 O 3 is too small, the effect is difficult to obtain. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is too large, there is a tendency that devitrification tends vitrification tends to be difficult.
  • Ta 2 O 5 is a component that improves the Young's modulus. It also has the effect of increasing Vickers hardness and refractive index.
  • the content of Ta 2 O 5 is 30 to 60%, preferably 35 to 55%, more preferably 40 to 50%, still more preferably 42 to 48%. When the content of Ta 2 O 5 is too small, the effect is difficult to obtain. On the other hand, when the content of Ta 2 O 5 is too large, there is a tendency for vitrification tends to be difficult.
  • the content of Al 2 O 3 + Ta 2 O 5 is 70% or more, more preferably 80% or more, further preferably 90% or more, and 95% or more. It is particularly preferred. When the content of Al 2 O 3 + Ta 2 O 5 is too small, the Young's modulus and Vickers hardness or chemical durability, tends to decrease.
  • the glass material of the present invention can contain the following components.
  • La 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , TiO 2 , WO 3 etc. in a total amount of 0 to 40%, preferably 0.1 to 20%, More preferably, it can be contained in the range of 1 to 10%.
  • SiO 2 In order to widen the vitrification range, SiO 2 can be contained. However, in order to suppress a decrease in Young's modulus, 30% or less, 20% or less, and particularly 10% or less are preferable.
  • Sb 2 O 3 can be contained as a fining agent.
  • the content of Sb 2 O 3 is preferably in the range of 0.1% or less, and more preferably not contained.
  • R 2 O (R is at least one selected from Li, Na and K) has an effect of lowering the melting temperature, but in order to reduce the chemical durability, the total amount thereof is 10% or less. Preferably, it is preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and particularly preferably not contained.
  • PbO, CdO and As 2 O 3 are preferably not contained from the viewpoint of the environment.
  • the Young's modulus of the glass material of the present invention is preferably 70 GPa or more, more preferably 90 GPa or more, further preferably 110 GPa or more, and particularly preferably 130 GPa or more. If the Young's modulus is too small, for example, when used as a cover member of a highly mobile medical treatment instrument, excessive stress is applied to the cover member itself or the internal device, causing damage.
  • the glass material used for the cover member has high mechanical strength. Therefore, the Vickers hardness of the glass material of the present invention is preferably 5 GPa or more, and more preferably 7.5 GPa or more.
  • the glass material of the present invention is excellent in chemical durability. Specifically, it is preferable that no alteration is observed on the surface of the glass material by a pressure cooker test (133 ° C., 100% Rh, 250 hours).
  • a glass material containing Al 2 O 3 and Ta 2 O 5 as main components generally has a strong crystallization tendency and is difficult to vitrify. That is, when producing this type of glass material, if the raw material is melted in a melting container such as a crucible and cooled, crystal precipitation is likely to proceed from the contact interface between the molten glass and the melting container.
  • the glass material of the present invention includes a composition that is difficult to vitrify as described above, but even in such a case, vitrification is possible by eliminating contact at the interface with the melting vessel.
  • a containerless floating method in which a raw material is melted and cooled in a suspended state is known.
  • this method since the molten glass hardly comes into contact with the melting vessel, it is possible to prevent the precipitation of crystals starting from the interface with the melting vessel, and vitrification becomes possible. Thereby, it becomes easy to obtain a glass material with a large particle size easily.
  • a glass material having a particle size of 0.1 mm or more, preferably 0.6 mm or more, more preferably 1 mm or more, and further preferably 2 mm or more can be produced.
  • the particle size of a glass material points out a long diameter, when shapes are other than spherical shape (ellipsoid etc.).
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing apparatus for producing a glass material by a containerless floating method. Hereinafter, based on FIG. 1, the manufacturing apparatus of a glass material is demonstrated.
  • the glass material manufacturing apparatus 1 has a mold 10.
  • the mold 10 also serves as a melting container.
  • the molding die 10 has a molding surface 10a and a gas ejection hole 10b that is open to the molding surface 10a.
  • the gas ejection hole 10b is connected to a gas supply mechanism 11 such as a gas cylinder. Gas is supplied from the gas supply mechanism 11 to the molding surface 10a via the gas ejection hole 10b.
  • the type of gas is not particularly limited, and may be air or oxygen, or an inert gas such as nitrogen gas, argon gas, or helium gas.
  • the glass raw material lump 12 is first arrange
  • the glass raw material block 12 for example, a raw material powder integrated by press molding or the like, a sintered body obtained by integrating the raw material powder by press molding or the like, and a composition equivalent to the target glass composition are used. For example, an aggregate of crystals.
  • the raw material powder may be once melted in a melting container and then cooled to precipitate crystals composed of reaction products of the constituent components.
  • the glass raw material block 12 is floated on the molding surface 10a by ejecting gas from the gas ejection holes 10b. That is, the glass raw material block 12 is held in a state where it is not in contact with the molding surface 10a. In this state, the glass material block 12 is irradiated with laser light from the laser light irradiation device 13. Thereby, the glass raw material lump 12 is heated and melted to be vitrified to obtain molten glass. Thereafter, the glass material can be obtained by cooling the molten glass.
  • the method of heating and melting may be radiant heating.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of a manufacturing apparatus for producing a glass material by a containerless floating method.
  • the glass material manufacturing apparatus 1a shown in FIG. 2 differs from the glass material manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 in that a plurality of gas ejection holes 10b are opened on the molding surface 10a.
  • the plurality of gas ejection holes 10b are arranged radially from the center of the molding surface 10a as shown in FIG. 3, for example.
  • the glass material produced by the above method is processed into a desired shape (for example, a plate shape or a lens shape) by cutting or polishing as necessary.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing an embodiment of an endoscope cover member made of the glass material of the present invention.
  • the cover member 21 is made of a disk-shaped plate.
  • the shape of the cover member 21 is not particularly limited, and may be a plate-like body such as a rectangular shape.
  • the cover member 21 may have a lens shape, and in that case, the cover member 21 has both a function as a cover member that protects the distal end portion of the endoscope and a function as an optical lens.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example in which the cover member 21 is attached to the distal end portion 22a of the endoscope 22. As shown in FIG. 5, the cover member 21 is mounted so as to protect the distal end portion 22 a of the endoscope 22.
  • the method of attaching the cover member 21 is not particularly limited, and examples thereof include a method of adhering to the distal end portion 22a of the endoscope 22 with glass frit, solder, or the like.
  • the distal end portion 22a of the endoscope 22 may be formed with an opening for inserting the treatment instrument and an opening for flowing gas or liquid. In that case, the cover member 21 is also provided with an opening (or a notch) so as to correspond to the position of the opening.
  • Example 1 Raw material powders were weighed and mixed so as to have a glass composition of 54% Al 2 O 3 and 46% Ta 2 O 5 in mol% to prepare a raw material batch. The raw material batch was heat-treated at a temperature of 1050 ° C. and sintered to obtain a glass raw material lump.
  • a carbon dioxide laser with an output of 100 W is irradiated, and the glass raw material lump is heated to 1800 to 2000 ° C. to be melted. It was. Then, laser irradiation was stopped and the molten glass was cooled. As a result, a substantially spherical glass material having a particle size of 2.0 mm was obtained.
  • the obtained glass material had a Young's modulus of 158.3 GPa and a Vickers hardness of 9.3 GPa.
  • the refractive index at 589 nm was 1.94.
  • the Young's modulus was measured by an ultrasonic pulse method using a glass material that was processed to be parallel planes and optically polished.
  • the Vickers hardness was calculated from the area of the indentation by placing a Vickers indenter for 5 seconds at a load of 0.98 N on the surface of the optically polished glass material in a thermostatic chamber at a temperature of 25 ° C. and a humidity of 60%.
  • the refractive index was measured with an ellipsometer using a glass material that had been processed to a parallel plane and optically polished.
  • Example 2 A glass material was produced in the same manner as in Example 1 except that a manufacturing apparatus (gas ejection hole diameter: 0.3 mm) according to FIG. 2 was used. As a result, a substantially spherical glass material having a particle size of 3.5 mm was obtained. About the characteristic, it was equivalent to the glass material obtained in Example 1.
  • Example 3 A glass material was produced in the same manner as in Example 1 except that a raw material batch was prepared so as to have a glass composition of 52% Al 2 O 3 and 48% Ta 2 O 5 in mol%. As a result, a substantially spherical glass material having a particle size of 1.9 mm was obtained.
  • the Young's modulus was 159.9 GPa
  • the Vickers hardness was 9.3 GPa
  • the refractive index at 589 nm was 1.93.
  • the pressure cooker test was done with respect to the obtained glass material, the quality change was not recognized by the glass material surface.
  • Example 4 A glass material was produced in the same manner as in Example 1 except that a raw material batch was prepared so as to have a glass composition of Al 2 O 3 56% and Ta 2 O 5 44% in mol%. As a result, a substantially spherical glass material having a particle size of 1.9 mm was obtained.
  • the Young's modulus was 156.8 GPa
  • the Vickers hardness was 8.7 GPa
  • the refractive index at 589 nm was 1.92.
  • the pressure cooker test was done with respect to the obtained glass material, the quality change was not recognized by the glass material surface.
  • Example 5 A glass material was produced in the same manner as in Example 1 except that a raw material batch was prepared so as to have a glass composition of 58% Al 2 O 3 and 42% Ta 2 O 5 in mol%. As a result, a substantially spherical glass material having a particle size of 1.9 mm was obtained.
  • the Young's modulus was 155.2 GPa
  • the Vickers hardness was 8.8 GPa
  • the refractive index at 589 nm was 1.89.
  • the pressure cooker test was done with respect to the obtained glass material, the quality change was not recognized by the glass material surface.
  • Example 2 A glass material was produced in the same manner as in Example 1 except that the raw material batch was prepared so as to have a glass composition of 75% Al 2 O 3 and 25% Ta 2 O 5 in mol%. As a result, it devitrified and the glass material was not obtained.
  • the glass material of the present invention is suitable for medical treatment instruments such as endoscopes, semiconductor elements such as solid-state imaging elements, and cover members for optical devices.
  • the glass material of the present invention has a high refractive index, and can be used as an optical element such as an optical lens.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
  • Endoscopes (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)

Abstract

　高剛性であり、かつ化学的耐久性に優れるガラス材、及びその製造方法を提供する。　モル％で、Ａｌ２Ｏ３　４０～７０％、及びＴａ２Ｏ５　３０～６０％を含有することを特徴とするガラス材。

Description

ガラス材及びその製造方法
　本発明は、内視鏡等の医療用治療器具を保護するためのカバー部材等の材料として好適なガラス材、及びその製造方法に関する。
　医療用の内視鏡は、使用前及び／または使用後にオートクレーブを用いて高温高湿環境下で滅菌処理が行われる。内視鏡の先端部には、ＣＣＤカメラや照明等の装置が備えられているが、これらがオートクレーブ内で高温高湿環境下に直接曝されると、劣化や故障の原因となる。そのため、内視鏡の先端部には、各装置を保護するためのカバー部材が備え付けられている。
　上記カバー部材としては、滅菌処理時に高温高湿環境に耐え得るように高い化学的耐久性が求められる。また、内視鏡は体内に挿入される可動性チューブの先端に取り付けられる。その可動性が原因となって、使用時にカバー部材自体、あるいは内部機器に過剰な応力が負荷されるおそれがあることから、上記カバー部材には、高い剛性が求められる。従来、上記特性を満足するカバー部材の材料としてサファイアが用いられている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０－１０８８２３号公報
　サファイアは高価な材料であるため、より安価な代替材料が求められている。例えば、化学強化ガラスは比較的安価でかつ高剛性な材料であるが、アルカリ成分を多く含有するため、化学的耐久性に劣るという問題がある。
　以上に鑑み、本発明は、高剛性であり、かつ化学的耐久性に優れるガラス材、及びその製造方法を提供することを目的とする。
　本発明のガラス材は、モル％で、Ａｌ２Ｏ３　４０～７０％、及びＴａ２Ｏ５　３０～６０％を含有することを特徴とする。上記組成範囲を有するガラス材であれば、剛性に優れるため、例えば可動性の高い医療用治療器具のカバー部材等として使用した場合に、カバー部材自身、あるいは内部機器に過剰な応力が負荷されても破損しにくくなる。
　本発明のガラス材は、ヤング率が７０ＧＰａ以上であることが好ましい。
　本発明のガラス材は、ビッカース硬度が５ＧＰａ以上であることが好ましい。本発明のガラス材を例えば医療用治療器具のカバー部材等として使用した場合、使用時に誤って打突による破損が発生するおそれがある。しかしながら、本発明のガラス材のビッカース硬度が上記範囲であれば、機械的強度に優れ、破損が発生しにくいため好ましい。
　本発明のガラス材は、モル％で、Ｒ２Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種）の含有量が１０％以下であることが好ましい。
　本発明のガラス材は、粒径が０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
　本発明のガラス材は、医療用治療器具のカバー部材として使用することができる。
　本発明のガラス材は、光学レンズとして使用することができる。
　本発明のガラス材の製造方法は、上記のガラス材を製造するための方法であって、ガラス原料を浮遊させて保持した状態で、ガラス原料を加熱融解させて溶融ガラスを得た後に、溶融ガラスを冷却する工程を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、高強度かつ化学的耐久性に優れ、しかも比較的安価であるガラス材を提供することが可能となる。
図１は、本発明のガラス材を製造するための装置の一実施形態を示す模式的断面図である。 図２は、本発明のガラス材を製造するための装置の別の実施形態を示す模式的断面図である。 図３は、図２の製造装置における成形面の一部分を示す略図的平面図である。 図４は、本発明のガラス材からなる内視鏡用カバー部材の一実施形態を示す模式的斜視図である。 図５は、本発明のガラス材からなる内視鏡用カバー部材を内視鏡の先端部に装着して使用する例を示す模式的断面図である。
　本発明のガラス材は、モル％で、Ａｌ２Ｏ３　４０～７０％、及びＴａ２Ｏ５　３０～６０％を含有することを特徴とする。以下に、各成分の含有量を上記の通り規定した理由を説明する。なお、以下の各成分の含有量に関する説明において、特に断りのない限り、「％」は「モル％」を意味する。
　Ａｌ２Ｏ３は化学的耐久性を向上させる成分である。また、ビッカース硬度を向上させる効果もある。Ａｌ２Ｏ３の含有量は４０～７０％以上であり、４５～６５％であることが好ましく、５０～６０％であることがより好ましく、５２～５８％であることがさらに好ましい。Ａｌ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多すぎると、失透しやすくガラス化が困難になる傾向がある。
　Ｔａ２Ｏ５はヤング率を向上させる成分である。また、ビッカース硬度や屈折率を高める効果もある。Ｔａ２Ｏ５の含有量は３０～６０％であり、３５～５５％であることが好ましく、４０～５０％であることがより好ましく、４２～４８％であることがさらに好ましい。Ｔａ２Ｏ５の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｔａ２Ｏ５の含有量が多すぎると、ガラス化が困難になる傾向がある。
　本発明のガラス材において、Ａｌ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ５の含有量は７０％以上であり、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましく、９５％以上であることが特に好ましい。Ａｌ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ５の含有量が少なすぎると、ヤング率やビッカース硬度、あるいは化学的耐久性が低下しやすくなる。
　本発明のガラス材には、上記成分以外にも以下の成分を含有させることができる。
　屈折率を向上させるために、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＷＯ３等を合量で０～４０％、好ましくは０．１～２０％、より好ましくは１～１０％の範囲で含有させることができる。
　ガラス化範囲を広げるためにＳｉＯ２を含有させることができる。ただし、ヤング率の低下を抑制するため、３０％以下、２０％以下、特に１０％以下が好ましい。
　清澄剤としてＳｂ２Ｏ３を含有させることができる。ただし、着色を避けるため、あるいは環境面を考慮して、Ｓｂ２Ｏ３の含有量は０．１％以下の範囲であることが好ましく、含有させないことがより好ましい。
　なお、Ｒ２Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種）は、溶融温度を低下させる効果があるが、化学的耐久性を低下させるため、その合量は１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましく、３％以下であることがさらに好ましく、含有しないことが特に好ましい。
　ＰｂＯ、ＣｄＯ及びＡｓ２Ｏ３は環境面から含有させないことが好ましい。
　本発明のガラス材のヤング率は７０ＧＰａ以上であることが好ましく、９０ＧＰａ以上であることがより好ましく、１１０ＧＰａ以上であることがさらに好ましく、１３０ＧＰａ以上であることが特に好ましい。ヤング率が小さすぎると、例えば可動性の高い医療用治療器具のカバー部材等として使用した場合に、カバー部材自身、あるいは内部機器に過剰な応力が負荷されて破損の原因となる。
　なお、例えば医療用治療器具のカバー部材は、使用時に誤って打突による破損が発生するおそれがあることから、当該カバー部材に用いるガラス材の機械的強度も高いことが好ましい。それゆえ、本発明のガラス材のビッカース硬度は５ＧＰａ以上であることが好ましく、７．５ＧＰａ以上であることがより好ましい。
　本発明のガラス材は化学的耐久性に優れる。具体的には、プレッシャークッカーテスト（１３３℃、１００％Ｒｈ、２５０時間）によりガラス材表面に変質は認められないことが好ましい。
　主成分としてＡｌ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ５を含有するガラス材は、一般に結晶化傾向が強く、ガラス化が困難である。つまり、この種のガラス材を作製する際、原料を坩堝等の溶融容器内で溶融し、冷却すると、溶融ガラスと溶融容器との接触界面を起点として結晶の析出が進行しやすくなる。
　本発明のガラス材は、上記のようなガラス化しにくい組成を含むが、このような場合であっても、溶融容器との界面での接触をなくすことによりガラス化が可能となる。このような方法として、原料を浮遊させた状態で溶融、冷却する無容器浮遊法が知られている。当該方法を用いると、溶融ガラスが溶融容器にほとんど接触することがないため、溶融容器との界面を起点とする結晶の析出を防止することができ、ガラス化が可能となる。これにより、粒径が大きいガラス材が容易に得られやすくなる。具体的には、粒径が０．１ｍｍ以上、好ましくは０．６ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、さらに好ましくは２ｍｍ以上のガラス材を作製することが可能となる。なお、ガラス材の粒径は、形状が球状以外の場合（楕球状等）は長径を指す。
　図１は、無容器浮遊法によりガラス材を作製するための製造装置の模式的断面図である。以下、図１に基づき、ガラス材の製造装置について説明する。
　ガラス材の製造装置１は、成形型１０を有する。成形型１０は溶融容器としての役割も果たす。成形型１０は、成形面１０ａと、成形面１０ａに開口しているガス噴出孔１０ｂとを有する。ガス噴出孔１０ｂは、ガスボンベなどのガス供給機構１１に接続されている。このガス供給機構１１からガス噴出孔１０ｂを経由して、成形面１０ａにガスが供給される。ガスの種類は特に限定されず、例えば、空気や酸素であってもよいし、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスであってもよい。
　製造装置１を用いてガラス材を製造するに際しては、まず、ガラス原料塊１２を成形面１０ａ上に配置する。ガラス原料塊１２としては、例えば、原料粉末をプレス成形等により一体化したものや、原料粉末をプレス成形等により一体化した後に焼結させた焼結体や、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶の集合体等が挙げられる。
　原料粉末の焼結時に構成成分の反応物からなる結晶を析出させることが好ましい。このようにすることで、ガラス原料塊１２の溶融工程において、構成成分の蒸発を抑制することが可能となる。なお、原料粉末を溶融容器内で一旦溶融後、冷却することにより、構成成分の反応物からなる結晶を析出させてもよい。
　次に、ガス噴出孔１０ｂからガスを噴出させることにより、ガラス原料塊１２を成形面１０ａ上で浮遊させる。すなわち、ガラス原料塊１２を、成形面１０ａに接触していない状態で保持する。その状態で、レーザー光照射装置１３からレーザー光をガラス原料塊１２に照射する。これによりガラス原料塊１２を加熱溶融してガラス化させ、溶融ガラスを得る。その後、溶融ガラスを冷却することにより、ガラス材を得ることができる。ガラス原料塊１２を加熱溶融する工程と、溶融ガラス、さらにはガラス材の温度が少なくとも軟化点以下、好ましくはガラス転移点以下となるまで冷却する工程とにおいては、少なくともガスの噴出を継続し、ガラス原料塊１２、溶融ガラス、さらにはガラス材と成形面１０ａとの接触を抑制することが好ましい。なお、加熱溶融する方法としては、レーザー光を照射する方法以外にも、輻射加熱であってもよい。
　図２は、無容器浮遊法によりガラス材を作製するための製造装置の別の実施形態を示す模式的断面図である。図２に示すガラス材の製造装置１ａでは、成形面１０ａに複数のガス噴出孔１０ｂが開口している点で、図１に示すガラス材の製造装置１と異なっている。複数のガス噴出孔１０ｂは、例えば図３に示すように成形面１０ａの中心から放射状に配列されている。本実施形態のように、成形面１０ａにおいて複数のガス噴出孔１０ｂを設けることにより、ガラス原料塊１２の浮遊状態がより一層安定し、溶融中に成形面１０ａに接触しにくくなる。よって、溶融中または成形中におけるガラス材の結晶化がさらに抑制され、より粒径の大きいガラス材を得ることが可能となる。
　上記の方法により作製されたガラス材に対して、必要に応じて切削または研磨等を施すことにより、所望の形状（例えば、板状やレンズ状）に加工することが好ましい。
　本発明のガラス材は剛性に優れるため、例えば内視鏡等の医療用治療器具のカバー部材に好適である。図４は、本発明のガラス材からなる内視鏡用カバー部材の一実施形態を示す模式的斜視図である。カバー部材２１は円盤状の板状体からなる。なお、カバー部材２１の形状は特に限定されず、矩形状等の板状体であってもよい。あるいは、カバー部材２１はレンズ状であってもよく、その場合は内視鏡の先端部を保護するカバー部材としての機能と、光学レンズとしての機能の両方を兼ね備える。
　図５は、カバー部材２１を内視鏡２２の先端部２２ａに装着した例を示す模式的断面図である。図５に示すように、カバー部材２１は内視鏡２２の先端部２２ａを保護するように装着されている。カバー部材２１の装着方法は特に限定されず、例えばガラスフリットやはんだ等により内視鏡２２の先端部２２ａに接着する方法が挙げられる。なお、内視鏡２２の先端部２２ａには、処置具が挿入される開口部や、気体や液体を流すための開口部が形成されることがある。その場合、当該開口部の位置に対応するように、カバー部材２１にも開口部（あるいは切り欠き部）が設けられる。
　以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　（実施例１）
　モル％で、Ａｌ２Ｏ３　５４％、Ｔａ２Ｏ５　４６％のガラス組成となるように原料粉末を秤量、混合して原料バッチを調製した。原料バッチを１０５０℃の温度で熱処理して焼結させることにより、ガラス原料塊を得た。
　次に、図１に準ずる製造装置を用い、ガラス原料塊を成形面の上方に浮上させた状態で、出力１００Ｗの二酸化炭素レーザーを照射し、ガラス原料塊を１８００～２０００℃まで加熱し溶解させた。その後、レーザー照射を停止し、溶融ガラスを冷却させた。その結果、粒径が２．０ｍｍの略球状のガラス材が得られた。得られたガラス材のヤング率は１５８．３ＧＰａ、ビッカース硬度は９．３ＧＰａであった。また５８９ｎｍにおける屈折率は１．９４であった。
　ヤング率は、平行平面となるように加工し、かつ光学研磨されたガラス材を用い、超音波パルス法により測定した。
　ビッカース硬度は、温度２５℃湿度６０％の恒温恒湿槽内で、光学研磨されたガラス材表面に０．９８Ｎの荷重でビッカース圧子を５秒間打ち込み、圧痕の面積から算出した。
　屈折率は、平行平面となるように加工し、かつ光学研磨されたガラス材を用い、エリプソメーターにより測定した。
　また、得られたガラス材に対し、プレッシャークッカーテスト（１３３℃、１００％Ｒｈ、２５０時間）を行った。試験後、ガラス材表面を観察したところ変質は認められなかった。
　（実施例２）
　図２に準ずる製造装置（ガス噴出孔の直径０．３ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の方法にてガラス材を作製した。その結果、粒径が３．５ｍｍの略球状のガラス材が得られた。特性については、実施例１で得られたガラス材と同等であった。
　（実施例３）
　モル％で、Ａｌ２Ｏ３　５２％、Ｔａ２Ｏ５　４８％のガラス組成となるように原料バッチを調製した以外は、実施例１と同様の方法にてガラス材を作製した。その結果、粒径が１．９ｍｍの略球状のガラス材が得られた。
　実施例１と同様にしてガラス材の特性を測定したところ、ヤング率は１５９．９ＧＰａ、ビッカース硬度は９．３ＧＰａ、５８９ｎｍにおける屈折率は１．９３であった。また、得られたガラス材に対し、プレッシャークッカーテストを行ったところ、ガラス材表面に変質は認められなかった。
　（実施例４）
　モル％で、Ａｌ２Ｏ３　５６％、Ｔａ２Ｏ５　４４％のガラス組成となるように原料バッチを調製した以外は、実施例１と同様の方法にてガラス材を作製した。その結果、粒径が１．９ｍｍの略球状のガラス材が得られた。
　実施例１と同様にしてガラス材の特性を測定したところ、ヤング率は１５６．８ＧＰａ、ビッカース硬度は８．７ＧＰａ、５８９ｎｍにおける屈折率は１．９２であった。また、得られたガラス材に対し、プレッシャークッカーテストを行ったところ、ガラス材表面に変質は認められなかった。
　（実施例５）
　モル％で、Ａｌ２Ｏ３　５８％、Ｔａ２Ｏ５　４２％のガラス組成となるように原料バッチを調製した以外は、実施例１と同様の方法にてガラス材を作製した。その結果、粒径が１．９ｍｍの略球状のガラス材が得られた。
　実施例１と同様にしてガラス材の特性を測定したところ、ヤング率は１５５．２ＧＰａ、ビッカース硬度は８．８ＧＰａ、５８９ｎｍにおける屈折率は１．８９であった。また、得られたガラス材に対し、プレッシャークッカーテストを行ったところ、ガラス材表面に変質は認められなかった。
　（比較例）
　モル％で、Ａｌ２Ｏ３　７５％、Ｔａ２Ｏ５　２５％のガラス組成となるように原料バッチを調製した以外は、実施例１と同様の方法にてガラス材を作製した。その結果、失透し、ガラス材は得られなかった。
　本発明のガラス材は、内視鏡等の医療用治療器具、あるいは固体撮像素子等の半導体素子や光学機器のカバー部材に好適である。また、本発明のガラス材は、屈折率が高く、光学レンズ等の光学素子として使用することも可能である。
１、１ａ：ガラス材の製造装置
１０：成形型
１０ａ：成形面
１０ｂ：ガス噴出孔
１１：ガス供給機構
１２：ガラス原料塊
１３：レーザー光照射装置
２１：カバー部材
２２：内視鏡
２２ａ：先端部

Claims (8)

  1. 　モル％で、Ａｌ２Ｏ３　４０～７０％、及びＴａ２Ｏ５　３０～６０％を含有することを特徴とするガラス材。
  2. 　ヤング率が７０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載のガラス材。
  3. 　ビッカース硬度が５ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス材。
  4. 　モル％で、Ｒ２Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種）の含有量が１０％以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のガラス材。
  5. 　粒径が０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のガラス材。
  6. 　医療用治療器具のカバー部材として使用されることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のガラス材。
  7. 　光学レンズとして使用されることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のガラス材。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載のガラス材を製造するための方法であって、
    　ガラス原料を浮遊させて保持した状態で、前記ガラス原料を加熱融解させて溶融ガラスを得た後に、前記溶融ガラスを冷却する工程を備えることを特徴とする、ガラス材の製造方法。
PCT/JP2016/055404 2015-03-04 2016-02-24 ガラス材及びその製造方法 WO2016140123A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015042821A JP6539068B2 (ja) 2015-03-04 2015-03-04 ガラス材及びその製造方法
JP2015-042821 2015-03-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016140123A1 true WO2016140123A1 (ja) 2016-09-09

Family

ID=56846186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/055404 WO2016140123A1 (ja) 2015-03-04 2016-02-24 ガラス材及びその製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6539068B2 (ja)
WO (1) WO2016140123A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6519947B2 (ja) * 2015-06-02 2019-05-29 日本電気硝子株式会社 ガラス材の製造方法及びガラス材の製造装置
CN107082561B (zh) * 2017-04-01 2019-11-26 武汉理工大学 一种钙钽铝酸盐玻璃及其制备方法和用途
WO2019198350A1 (ja) * 2018-04-13 2019-10-17 オリンパス株式会社 外科用内視鏡
JP2021098616A (ja) * 2019-12-20 2021-07-01 日本電気硝子株式会社 光学ガラス材の製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5048006A (ja) * 1973-08-31 1975-04-28
JPS50130811A (ja) * 1974-04-05 1975-10-16
JPH06296058A (ja) * 1993-04-08 1994-10-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> レーザまたは光増幅用ガラス組成物
JP2007505815A (ja) * 2003-09-18 2007-03-15 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Ａｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２および／またはＨｆＯ２と、Ｎｂ２Ｏ５および／またはＴａ２Ｏ５とを含むセラミックスおよびガラス、および／またはそれらを製造するための方法
JP2011098869A (ja) * 2009-11-07 2011-05-19 Ohara Inc ガラスセラミックス及びその製造方法、光触媒機能性成形体、及び親水性成形体

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5048006A (ja) * 1973-08-31 1975-04-28
JPS50130811A (ja) * 1974-04-05 1975-10-16
JPH06296058A (ja) * 1993-04-08 1994-10-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> レーザまたは光増幅用ガラス組成物
JP2007505815A (ja) * 2003-09-18 2007-03-15 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Ａｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２および／またはＨｆＯ２と、Ｎｂ２Ｏ５および／またはＴａ２Ｏ５とを含むセラミックスおよびガラス、および／またはそれらを製造するための方法
JP2011098869A (ja) * 2009-11-07 2011-05-19 Ohara Inc ガラスセラミックス及びその製造方法、光触媒機能性成形体、及び親水性成形体

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016160162A (ja) 2016-09-05
JP6539068B2 (ja) 2019-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016140123A1 (ja) ガラス材及びその製造方法
US10689288B2 (en) Ultraviolet transmitting glass
JP4810901B2 (ja) 光学ガラス及び光学素子
US11051918B2 (en) Glass ceramic having a quartz solid solution phase
US20180244559A1 (en) Optical glass
US20200180992A1 (en) Methods of making three dimensional glass ceramic articles
JP2008201646A (ja) 光学ガラス及び光学素子
WO2010071202A1 (ja) ガラス及びガラスの処理方法
JP6869482B2 (ja) 光学ガラス及びその製造方法
US20180215652A1 (en) Ultraviolet light transmitting glass
JP6628021B2 (ja) 光学ガラス及びその製造方法
JP6471894B2 (ja) 光学ガラス及びその製造方法
JP6469390B2 (ja) ガラス材及びその製造方法
JP2012017254A (ja) 光学ガラス
JP6501054B2 (ja) 光学ガラス
JP6869481B2 (ja) 光学ガラス及びその製造方法
JP6173224B2 (ja) 光学ガラス
JP2008179500A (ja) 光学ガラス及び光学素子
JP6451199B2 (ja) 光学ガラス及びその製造方法
JP6340623B2 (ja) 光学ガラス
JP6681013B2 (ja) 光学ガラス及びその製造方法
JP6442952B2 (ja) 光学ガラス及びその製造方法
JP7472562B2 (ja) 光学ガラス
JP6701557B2 (ja) 光学ガラス及びその製造方法
WO2019216176A1 (ja) 光学ガラス、光学素子、光学機器、光学ガラスの製造方法および光学レンズの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16758817

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16758817

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1