WO2022215505A1 - ガラスの製造方法 - Google Patents

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伸敏 伊藤
和人 中塚
翼 加賀井
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日本電気硝子株式会社
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    • C03B2201/80Non-oxide glasses or glass-type compositions
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    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/18Stirring devices; Homogenisation

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing glass.
  • Chalcogenide glass has been known as a material suitable for use in the field of infrared optics.
  • Chalcogenide glass not only has infrared transmittance, but is also excellent in terms of mass productivity and cost reduction because it can be molded and pressed.
  • optical members such as lenses
  • molten glass is rapidly cooled and cast to produce a glass ingot, which is then ground, polished, and washed to produce preformed glass.
  • an optical member such as a lens is produced by molding the preformed glass by press molding or the like.
  • Patent Document 1 discloses an example of a method for manufacturing a glass article.
  • glass is obtained by melting raw materials for glass in a vacuum-sealed ampoule.
  • Patent Document 1 When forming glass such as chalcogenide glass, it is necessary to suppress oxidation. Although the method described in Patent Document 1 can suppress oxidation, it is necessary to break the ampoule when taking out the glass. Therefore, it is difficult to sufficiently increase productivity.
  • An object of the present invention is to provide a glass manufacturing method that can suppress oxidation and increase productivity.
  • a method for producing a glass according to the present invention comprises a step of making a raw material placed in a container into a melt, a step of homogenizing the melt, and a step of degassing gas from the melt. At least one of the step of forming a liquid and the step of homogenizing the melt is performed in an inert gas or reducing gas atmosphere, and in the step of degassing the gas from the melt, the temperature of the melt is is lower than the temperature in the homogenization step to deaerate the inert gas or reducing gas.
  • At least one of the step of turning the raw material into a melt and the step of homogenizing the melt is performed in an atmosphere of one of an inert gas and a reducing gas, and the melt flows out of the container. It is preferable to carry out the inside under the atmosphere of the other of the inert gas and the reducing gas.
  • the glass is preferably chalcogenide glass.
  • FIGS. 1(a) to 1(c) are schematic cross-sectional views for explaining the process of using a melt as a raw material in a glass manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2(a) and 2(b) are schematic cross-sectional views for explaining the steps after the step of homogenizing the melt in the glass manufacturing method according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a temperature profile in the method for manufacturing glass according to one embodiment of the present invention.
  • the feature of this embodiment lies in the step of degassing the inert gas or reducing gas from the melt obtained by melting the raw material.
  • the manufacturing method of this embodiment will be described below with reference to each drawing.
  • FIGS. 1(a) to 1(c) are schematic cross-sectional views for explaining the process of using a melt as a raw material in a method for producing glass according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2(a) and 2(b) are schematic cross-sectional views for explaining the steps after the step of homogenizing the melt in the glass manufacturing method according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a temperature profile in the method for manufacturing glass according to one embodiment of the present invention.
  • the coil 10A or the coil 10B is omitted in part of the drawing.
  • the temperature profile of FIG. 3 is an example, and is not limited to this.
  • the manufacturing method of this embodiment is a method of manufacturing chalcogenide glass as an example of the present invention.
  • the method of the present invention can also be applied to the production of glasses other than chalcogenide glasses.
  • Container 1 has a bottom 2 and side walls 3 .
  • the container 1 is preferably made of quartz glass. Thereby, glass can be suitably formed in the following steps.
  • a pipe 4 is connected to the bottom 2 of the container 1 .
  • a jacket tube 5 is arranged so as to surround the pipe 4 .
  • the pipe 4 passes through the outer tube 5 .
  • the pipe 4 is made of quartz glass.
  • the outer tube 5 is made of Pt.
  • the outer tube 5 may be made of an appropriate metal.
  • a glass raw material 6 is placed in a container 1.
  • the raw material 6 is a mixture containing components constituting chalcogenide glass.
  • the raw material 6 should just contain a metal.
  • metal includes metal elements, metalloid elements, alkali metal elements, alkaline earth metal elements and the like. Details of the raw material 6 will be described later. It is preferable that a small amount of raw material 6 is melted in advance to form a small amount of melt, and the small amount of melt flows out into pipe 4 . A small amount of the melt is cooled in the pipe 4 and becomes a solidified product (solid glass). Thereby, the plug 12 can be formed. Formation of the plug 12 allows the raw material 6 to be stably arranged even when the pipe 4 is connected to the bottom 2 of the container 1 .
  • the lid 7 is placed on the side wall 3 of the container 1. Then, as shown in FIG. A gas supply pipe 8 and a gas discharge pipe 9 are connected to the lid 7 .
  • the gas inside the container 1 is discharged from the gas discharge pipe 9 to reduce the pressure.
  • inert gas or reducing gas is supplied into the container 1 from the gas supply pipe 8 .
  • the inside of the container 1 is made into an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere.
  • nitrogen, helium, argon, or the like can be used as the inert gas.
  • reducing gas for example, hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbon gas, or the like can be used.
  • the chalcogenide glass When forming chalcogenide glass, it is necessary to prevent the heated raw material 6 or the later-described melt from reacting with oxygen and moisture. In this embodiment, since the air in the container 1 is replaced with an inert gas or a reducing gas, oxygen and moisture are removed from the container 1 . Therefore, the chalcogenide glass can be suitably formed without using a sealed container kept in a vacuum state. In this embodiment, as will be described later, the glass is formed after the melt flows out of the container 1 through the pipe 4. Therefore, it is not necessary to destroy the container 1 to take out the formed glass. 1 can be reused.
  • the coil 10A is arranged so as to surround at least part of the side wall portion 3 of the container 1. Specifically, the coil 10A is arranged so as to surround the portion of the container 1 where the raw material 6 is arranged.
  • the raw material 6 is induction-heated by passing an electric current through the coil 10A. Specifically, an induced current is generated by an induced magnetic field generated by applying a current to the coil 10A.
  • the raw material 6 contains metal, and metal has internal resistance. Therefore, when an induced current flows through the metal, the metal contained in the raw material 6 becomes a heat source, and the whole raw material 6 is heated. By this induction heating, the raw material 6 is turned into a melt 11 as shown in FIG. 2(a).
  • the reaction proceeds by heating the melt 11 at a temperature a° C., which will be described later. Thereby, the melt 11 can be homogenized.
  • the Lorentz force is applied to the melt 11 by generating an induced magnetic field and an induced current by applying an electric current to the coil 10A.
  • the melt 11 can also be homogenized by stirring the melt 11 by the Lorentz force.
  • the melt 11 can be homogenized without using a means such as a stirrer or the like for stirring the melt 11 by bringing a member into direct contact with the melt 11 .
  • a stirrer or the like may be used to stir the melt 11 in order to efficiently homogenize it.
  • part of the melt 11 flows out into the pipe 4 .
  • the melt 11 in the pipe 4 is cooled and becomes a solidified product (solid glass).
  • the plug 12 is thereby formed. Therefore, a small amount of the melt 11 that forms the plug 12 flows out into the pipe 4, but the plug 12 prevents the other melt 11 from flowing out.
  • a lid, a plunger, or the like may be used instead of the stopper 12 .
  • the step of homogenizing the melt 11 is performed at a°C.
  • a 600.degree. C. to 1000.degree.
  • the melt 11 is degassed of inert gas or reducing gas. More specifically, after the step of homogenizing the melt 11, the melt 11 is cooled to a temperature below a°C (b°C) to degas the gas.
  • b°C a°C
  • the melt 11 is heated to a temperature (c°C) suitable for molding.
  • c°C a temperature suitable for molding.
  • c 400°C to less than 700°C.
  • the inside of the container 1 is changed to an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere, and the melt 11 is allowed to flow out of the container 1 .
  • a coil 10B is arranged around the outer tube 5.
  • the outer tube 5 is induction-heated by applying an electric current to the coil 10B. Radiant heat from the outer tube 5 heats the pipe 4 and the plug 12 in the pipe 4 . Since the plug 12 is solid glass and does not contain a single metal or alloy, it is not induction-heated. The stopper 12 is melted by the heating by the radiant heat, and the melted liquid 11 flows out of the container 1 .
  • FIGS. 1(a) to 1(c) and FIGS. 2(a) and 2(b) and the temperatures shown in FIG. The method in the step of heating, the step of homogenizing the melt 11, and the step of flowing the melt 11 out of the container 1, and the temperature of each step are not limited to the above.
  • the flowed out melt 11 is flowed into, for example, an appropriate mold.
  • the glass is then formed by allowing the melt 11 to cool in the mold.
  • Preform glass can be produced by grinding, polishing, and cleaning this glass.
  • optical members such as lenses can be produced by subjecting the preformed glass to mold press molding or the like. An optical member such as a lens may be directly produced from the glass without producing the preformed glass.
  • a feature of this embodiment is that the raw material 6 is melted in an inert gas or reducing gas atmosphere to homogenize the melt 11, and then the melt 11 is homogenized in the step of degassing the gas from the melt 11.
  • the object is to deaerate the inert gas or reducing gas by setting the temperature to be lower than the temperature in the process. Since the process of making the raw material 6 into the melt 11 and the process of homogenizing the melt 11 are performed in an inert gas or reducing gas atmosphere, oxidation can be suppressed. Furthermore, since the degassing is performed at a low temperature, the degassing can be performed more reliably. More specifically, the solubility of gases often increases at lower temperatures.
  • At least one of the process of turning the raw material 6 into the melt 11 and the process of homogenizing the melt 11 may be performed in an inert gas or reducing gas atmosphere. However, it is preferable to perform both the process of making the raw material 6 into the melt 11 and the process of homogenizing the melt 11 in an inert gas or reducing gas atmosphere. Oxidation can thereby be suppressed more reliably.
  • step of degassing the gas from the melt 11 it is preferable to depressurize the inside of the container 1 as in the present embodiment. Thereby, degassing can be effectively performed. However, it is not always necessary to reduce the pressure during the degassing.
  • the melt 11 is heated after the step of degassing the gas from the melt 11 to flow the melt 11 out of the container 1 .
  • the temperature of the melt 11 in the step of degassing the melt 11 is lower than the temperature of the melt 11 in the step of flowing the melt 11 out of the container 1 .
  • At least one of the step of converting the raw material 6 into the melt 11 and the step of homogenizing the melt 11 is performed under one atmosphere of an inert gas and a reducing gas to flow the melt 11 out of the container 1. It is preferable to carry out the process under the atmosphere of the other of inert gas and reducing gas.
  • the process of flowing the melt 11 out of the container 1 is preferably performed in a reducing gas atmosphere.
  • the step of homogenizing the melt 11 is performed in a reducing gas atmosphere, it is preferable to perform the step of flowing the melt 11 out of the container 1 in an inert gas atmosphere. This makes it easier to reduce the amount of gas in the melt 11 .
  • the temperature (a°C) in the process of homogenizing the melt 11 is preferably 600°C to 1000°C, 700°C to 1000°C, 750°C to 1000°C, particularly 800°C to 950°C. If the temperature of the process for homogenizing the melt 11 is too low, the viscosity of the melt 11 increases, making it difficult to homogenize the melt 11 . In addition, productivity tends to decrease. If the temperature in the process of homogenizing the melt 11 is too high, the container 1 is likely to deteriorate. Moreover, the raw material 6 becomes easy to volatilize.
  • the temperature (b°C) of the gas degassing step is preferably 300°C to less than 700°C, 300°C to less than 600°C, and particularly preferably 300°C to less than 500°C. If the temperature in the process of degassing the gas is too low, the melt 11 will have a high viscosity and will be difficult to be degassed. Moreover, the melt 11 becomes easy to devitrify. If the temperature in the step of degassing the gas is too high, degassing tends to be insufficient.
  • the temperature (c° C.) suitable for molding is appropriately adjusted so that the viscosity is suitable for the desired molding means. Preferably.
  • the temperature (b°C) in the process of degassing the gas be lower than the temperature (c°C) suitable for molding. This makes it easier to sufficiently deaerate the inert gas or reducing gas.
  • the ratio of the materials contained is adjusted so as to form a glass having the following composition.
  • “%” means “mol %”.
  • the total content of A, B and C may be described as "content of A+B+C" or "A+B+C”.
  • the glass formed by the method of the present embodiment has a glass composition of more than 0% to 50% Ge, more than 0% to 50% Ga, more than 30% to 90% Te, and more than 0% to 40% Ag+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Zn+Mn in terms of molar ratio. , and F + Cl + Br + I 0% to 50%.
  • Ge is a component for forming a glass skeleton.
  • Ge is a metalloid element.
  • the Ge content is more than 0% to 50%, preferably 2% to 40%, more preferably 4% to 35%, even more preferably 5% to 30%, Even more preferably 7% to 25%, even more preferably 10% to 20%. If the Ge content is too low, vitrification becomes difficult. On the other hand, if the Ge content is too high, Ge-based crystals tend to precipitate more easily, and raw material costs tend to increase.
  • Ga is a component for increasing the thermal stability of glass (vitrification stability). Moreover, Ga is a metal element.
  • the content of Ga is more than 0% to 50%, preferably 1% to 45%, more preferably 2% to 40%, even more preferably 4% to 30%, 5% to 25% is even more preferred, and 10% to 20% is even more preferred. If the Ga content is too low, vitrification will be difficult. On the other hand, if the Ga content is too high, Ga-based crystals tend to precipitate more easily and raw material costs tend to increase.
  • Te which is a chalcogen element, is a component that essentially forms the glass skeleton. Moreover, Te is a metalloid element.
  • the Te content is 30% to 90%, preferably 40% to 89%, more preferably 50% to 88%, even more preferably 60% to 86%, and 70%. % to 85% is even more preferred. If the Te content is too low, it becomes difficult to vitrify. On the other hand, if the Te content is too high, Te-based crystals tend to precipitate.
  • Ag+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Zn+Mn are metal elements. Thermal stability can be enhanced by including the metal element in the glass.
  • the content of Ag+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Zn+Mn is 0% to 40%, preferably more than 0% to 30%, more preferably more than 0% to 20%, and preferably 0.1% to 10%. More preferred. If the content of Ag+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Zn+Mn is too low or too high, vitrification becomes difficult.
  • each component Ag, Al, Ti, Cu, In, Sn, Bi, Cr, Zn and Mn is 0% to 40%, respectively, and 0% to 30% (at least one is 0% more preferably 0% to 20% (at least one species is greater than 0%), more preferably 0.1% to 10%.
  • the glass formed in this embodiment can contain, for example, the following components in addition to the above components.
  • F, Cl, Br, and I are also components that increase the thermal stability of the glass.
  • the content of F + Cl + Br + I is 0% to 50%, preferably 1% to 40%, more preferably 1% to 30%, even more preferably 1% to 25%, 1% ⁇ 20% is particularly preferred. If the content of F+Cl+Br+I is too high, vitrification becomes difficult and weather resistance tends to decrease.
  • the content of each component of F, Cl, Br, and I is 0% to 50%, preferably 1% to 40%, more preferably 1% to 30%, and 1 % to 25%, particularly preferably 1% to 20%. Among them, it is preferable to use I because element raw materials can be used and the effect of improving the glass stability is particularly large.
  • Si and Sb are semimetals.
  • Si + Sb + Cs is preferably 0% to 40%, more preferably 0% to 30%, even more preferably 0% to 20%, and more preferably 0.1% to 10%. More preferred.
  • the content of each component of Si, Sb, and Cs is 0% to 40%, preferably 0% to 30%, more preferably 0% to 20%, and 0.1 % to 10% is particularly preferred.
  • S is a component that widens the vitrification range and tends to increase the thermal stability of the glass.
  • the content is preferably 0% to 30%, more preferably 0% to 20%, even more preferably 0% to 10%, and particularly preferably 0% to 3%. . If the content of S is too high, the transmittance of infrared rays having a wavelength of 10 ⁇ m or longer tends to be lowered.
  • the content thereof is preferably 0% to 10%, more preferably 0% to 5%, and particularly preferably 0.5% to 5%.
  • these substances are toxic, it is preferable that they are not substantially contained from the viewpoint of reducing the effects on the environment and the human body, as described above.
  • the glass preferably does not substantially contain Cd, Tl and Pb, which are toxic substances.
  • substantially does not contain means that the content is 0.1% or less.
  • the ratio of the metal in the raw material 6 is preferably 80% or more, 85% or more, particularly 90% or more by volume. In this way, the raw material 6 can be easily melted by induction heating. Therefore, it is possible to raise or lower the temperature more easily and at a higher speed than in the case of heating by radiation, so that the productivity can be improved.
  • the upper limit is not particularly limited, it can be, for example, 100% or less, 99% or less, and particularly 98% or less.

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Abstract

酸化を抑制することができ、生産性を高めることができる、ガラスの製造方法を提供する。 本発明のガラスの製造方法は、容器1内に配置された原料6を融液11とする工程と、融液11を均質にする工程と、融液11からガスを脱気する工程とを備え、原料6を融液11とする工程、及び融液11を均質にする工程のうち少なくとも一方を、不活性ガスまたは還元ガス雰囲気下において行い、融液11からガスを脱気する工程においては、融液11の温度を、融液11を均質にする工程における温度よりも低温とすることにより、不活性ガスまたは還元ガスを脱気する。

Description

ガラスの製造方法
 本発明は、ガラスの製造方法に関する。
 近年、赤外線光学分野において好適に用いられる材料としては、カルコゲナイドガラスが知られている。カルコゲナイドガラスは、赤外線の透過性を有するだけでなく、モールドプレス成形が可能な点により、量産性や低コスト化の観点において優れている。
 レンズ等の光学部材を製造する際には、例えば、溶融ガラスを急冷鋳造して、一旦ガラスインゴットを作製し、研削、研磨、洗浄してプリフォームガラスを作製する。続いて、プリフォームガラスのモールドプレス成形等を行うことにより、レンズ等の光学部材を作製する。
 下記の特許文献1には、ガラス物品の製造方法の例が開示されている。この製造方法においては、真空封緘したアンプル内において、ガラスの原料を溶融することにより、ガラスを得る。
特開平06-183779号公報
 カルコゲナイドガラス等のガラスを形成する際には、酸化を抑制する必要がある。特許文献1に記載の方法では、酸化を抑制し得る一方で、ガラスを取り出す際にアンプルを破壊する必要がある。そのため、生産性を十分に高めることは困難である。
 本発明の目的は、酸化を抑制することができ、生産性を高めることができる、ガラスの製造方法を提供することにある。
 本発明に係るガラスの製造方法は、容器内に配置された原料を融液とする工程と、融液を均質にする工程と、融液からガスを脱気する工程とを備え、原料を融液とする工程、及び融液を均質にする工程のうち少なくとも一方を、不活性ガスまたは還元ガス雰囲気下において行い、融液からガスを脱気する工程においては、融液の温度を、融液を均質にする工程における温度よりも低温とすることにより、不活性ガスまたは還元ガスを脱気することを特徴とする。
 融液からガスを脱気する工程において、容器内を減圧することが好ましい。
 原料を融液とする工程、及び融液を均質にする工程の双方を不活性ガスまたは還元ガス雰囲気下において行うことが好ましい。
 融液からガスを脱気する工程の後に、融液を加熱し、融液を容器の外に流出させる工程をさらに備えることが好ましい。
 原料を融液とする工程、及び融液を均質にする工程のうち少なくとも一方を、不活性ガス及び還元ガスのうち一方の雰囲気下において行い、融液を容器の外に流出させる工程において、容器内を不活性ガス及び還元ガスのうち他方の雰囲気下において行うことが好ましい。
 ガラスがカルコゲナイドガラスであることが好ましい。
 本発明によれば、酸化を抑制することができ、生産性を高めることができる、ガラスの製造方法を提供することができる。
図1(a)~図1(c)は、本発明の一実施形態に係るガラスの製造方法における、原料を融液とする工程を説明するための模式的断面図である。 図2(a)及び図2(b)は、本発明の一実施形態に係るガラスの製造方法における、融液を均質にする工程以降を説明するための模式的断面図である。 図3は、本発明の一実施形態に係るガラスの製造方法における温度プロファイルを示す図である。
 以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
 (ガラスの製造方法)
 本実施形態の特徴は、原料を融解させた融液から、不活性ガスまたは還元ガスを脱気する工程にある。以下において、各図を参照し、本実施形態の製造方法を説明する。
 図1(a)~図1(c)は、本発明の一実施形態に係るガラスの製造方法における、原料を融液とする工程を説明するための模式的断面図である。図2(a)及び図2(b)は、本発明の一実施形態に係るガラスの製造方法における、融液を均質にする工程以降を説明するための模式的断面図である。図3は、本発明の一実施形態に係るガラスの製造方法における温度プロファイルを示す図である。なお便宜上、図面の一部において、コイル10Aまたはコイル10Bを省略している。図3の温度プロファイルは一例であって、これに限定されるものではない。
 本実施形態の製造方法は、本発明の一例としての、カルコゲナイドガラスを製造する方法である。もっとも、本発明の方法は、カルコゲナイドガラス以外のガラスの製造にも適用することができる。
 図1(a)に示すように、本実施形態においては、容器1としてのるつぼを用いる。容器1は底部2及び側壁部3を有する。容器1は石英ガラスからなることが好ましい。これにより、以下の工程において、好適にガラスを形成することができる。
 容器1の底部2には配管4が接続されている。配管4を囲むように、外套管5が配置されている。配管4は外套管5内を通っている。本実施形態においては、配管4は石英ガラスからなる。また、外套管5はPtからなる。もっとも、外套管5は適宜の金属からなっていればよい。
 図1(a)に示すように、容器1内にガラスの原料6を配置する。本実施形態では、原料6は、カルコゲナイドガラスを構成する成分を含む混合物である。本実施形態においては、原料6が金属を含んでいればよい。なお、本発明において、「金属」は金属元素、半金属元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素等を含む。原料6の詳細は後述する。なお、あらかじめ少量の原料6を溶かして少量の融液とし、少量の融液を配管4内に流出させることが好ましい。少量の融液は、配管4内にて冷却され、固化物(固体のガラス)となる。これにより、栓12を形成することができる。栓12の形成により、容器1の底部2に配管4が接続されていても、原料6を安定して配置することができる。
 次に、図1(b)に示すように、容器1の側壁部3上に蓋7を配置する。蓋7にはガス供給管8及びガス排出管9が接続されている。ガス排出管9から容器1内の気体を排出し、減圧する。次に、ガス供給管8から不活性ガスまたは還元ガスを容器1内に供給する。これを繰り返すことにより、容器1内を不活性ガス雰囲気または還元ガス雰囲気とする。
 不活性ガスとしては、例えば、窒素、ヘリウムまたはアルゴン等を用いることができる。還元ガスとしては、例えば、水素、一酸化炭素、炭化水素ガス等を用いることができる。
 カルコゲナイドガラスを形成する場合には、加熱された原料6、または後述する融液が酸素や水分と反応することを防ぐ必要がある。本実施形態においては、容器1内の空気を不活性ガスまたは還元ガスに置換するため、容器1内から酸素や水分が除去される。よって、真空状態に保たれた、密閉された容器を用いずとも、カルコゲナイドガラスを好適に形成することができる。本実施形態においては、後述するように、融液を配管4から容器1の外に流出させた後にガラスを形成するため、形成されたガラスを取り出すために容器1を破壊する必要はなく、容器1を再利用することができる。
 ところで、図1(c)に示すように、容器1の側壁部3の少なくとも一部を囲むように、コイル10Aが配置されている。具体的には、容器1における原料6が配置される部分を囲むように、コイル10Aが配置されている。コイル10Aに電流を流すことにより、原料6を誘導加熱する。具体的には、コイル10Aに電流を流すことにより生じた誘導磁場により、誘導電流が生じる。原料6は金属を含み、金属は内部抵抗を有する。そのため、誘導電流が金属に流れることにより、原料6に含まれる金属が熱源となって、原料6全体が加熱される。この誘導加熱により、原料6を、図2(a)に示すように融液11とする。融液11は後述する温度a℃で加熱されることにより反応が進む。これにより、融液11を均質にすることができる。
 また、コイル10Aに電流を流すことによって誘導磁場及び誘導電流が生じることにより、融液11にローレンツ力が加わる。このローレンツ力により融液11が撹拌されることによっても、融液11を均質にすることができる。このように、本実施形態においては、スターラ等のような、融液11に直接的に部材を接触させて撹拌する手段を用いずして、融液11を均質にすることができる。もっとも、融液11を効率よく均質にするためスターラ等を用いて撹拌してもよい。
 上述したように、融液11の一部は、上記配管4内に流出する。配管4内の融液11は冷却され、固化物(固体のガラス)となる。これにより、栓12が形成される。よって、栓12を形成する分の少量の融液11は配管4内に流出するが、他の融液11の流出は栓12により止められる。もっとも、栓12の代わりに、蓋やプランジャ等を用いてもよい。
 図3の両矢印Aに示すように、本実施形態では、融液11を均質にする工程は、a℃において行う。例えば、a=600℃~1000℃である。融液11を均質にする工程の後、融液11から不活性ガスまたは還元ガスを脱気する。より詳細には、融液11を均質にする工程の後に、融液11を冷却して、a℃よりも低温(b℃)とすることにより、ガスの脱気を行う。例えば、図3の両矢印Bに示すように、b=300℃~700℃未満において上記脱気を行う。
 次に、融液11を加熱して、成形に適した温度(c℃)とする。例えば、c=400℃~700℃未満である。その後、容器1内を不活性ガス雰囲気または還元ガス雰囲気とし、融液11を容器1から流出させる。
 ここで、図2(b)に示すように、上記外套管5の周囲にはコイル10Bが配置されている。コイル10Bに電流を流すことにより、外套管5が誘導加熱される。外套管5からの輻射熱により、配管4及び配管4内の栓12が加熱される。なお、栓12は固体のガラスであり、単体の金属及び合金を含まないため、誘導加熱されない。上記の輻射熱による加熱により栓12が融解し、融液11が容器1から流出する。
 なお、図1(a)~図1(c)並びに図2(a)及び図2(b)に示した方法、並びに図3に示した温度は一例であって、原料6を融液11とする工程、融液11を均質にする工程、及び融液11を容器1の外に流出させる工程における方法、並びに各工程の温度は、上記に限定されるものではない。
 流出させた融液11を、例えば、適宜の成形型に流入させる。次に、成形型内において融液11を冷却させることによって、ガラスを形成する。このガラスを研削、研磨、洗浄することにより、プリフォームガラスを作製することができる。また、プリフォームガラスに対しモールドプレス成形等を行うことにより、レンズ等の光学部材を作製することができる。なお、プリフォームガラスを作製せず、上記ガラスからレンズ等の光学部材を直接作製してもよい。
 本実施形態の特徴は、不活性ガスまたは還元ガス雰囲気下において原料6を融解させ、融液11を均質にした後、融液11からガスを脱気する工程において、融液11を均質にする工程における温度よりも低温とすることにより不活性ガスまたは還元ガスを脱気することにある。原料6を融液11とする工程、及び融液11を均質にする工程を不活性ガスまたは還元ガス雰囲気下において行うため、酸化を抑制することができる。さらに、低温下において脱気を行うため、脱気をより確実に行うことができる。より詳細には、気体の溶解度は、低温となるほど高くなることが多い。他方、不活性ガス及び還元ガスの融液11に対する溶解度は、低温となるほど低くなる。よって、本実施形態においては、融液11からの脱気をより確実に行うことができ、ガラスを形成する際に、融液11において発泡することを抑制できる。従って、形成したガラスが気泡を含むことをより確実に抑制することができ、ガラスの生産性を高めることができる。
 なお、原料6を融液11とする工程、及び融液11を均質にする工程のうち少なくとも一方を不活性ガスまたは還元ガス雰囲気下において行えばよい。もっとも、原料6を融液11とする工程、及び融液11を均質にする工程の双方を不活性ガスまたは還元ガス雰囲気下において行うことが好ましい。それによって、酸化をより確実に抑制することができる。
 融液11からガスを脱気する工程においては、本実施形態のように、容器1内を減圧することが好ましい。それによって、効果的に脱気することができる。もっとも、脱気に際し、必ずしも減圧しなくともよい。
 本実施形態においては、融液11からガスを脱気する工程の後に融液11を加熱し、融液11を容器1の外に流出させる。このように、融液11からガスを脱気する工程における融液11の温度を、融液11を容器1の外に流出させる工程における融液11の温度よりも低温とすることが好ましい。それによって、脱気をより一層確実に行うことができる。
 原料6を融液11とする工程、及び融液11を均質にする工程のうち少なくとも一方を不活性ガス及び還元ガスのうち一方の雰囲気下において行い、融液11を容器1の外に流出させる工程を不活性ガス及び還元ガスのうち他方の雰囲気下において行うことが好ましい。具体的には、例えば、融液11を均質にする工程を不活性ガス雰囲気下において行った場合は、融液11を容器1の外に流出させる工程を還元ガス雰囲気下において行うことが好ましい。あるいは、例えば、融液11を均質にする工程を還元ガス雰囲気下において行った場合は、融液11を容器1の外に流出させる工程を不活性ガス雰囲気下において行うことが好ましい。このようにすれば、融液11中のガスの量を低減しやすくなる。
 融液11を均質にする工程の温度(a℃)は、600℃~1000℃、700℃~1000℃、750℃~1000℃、特に800℃~950℃であることが好ましい。融液11を均質にする工程の温度が低すぎると、融液11の粘度が高くなり、融液11を均質にしづらくなる。また、生産性が低下しやすくなる。融液11を均質にする工程の温度が高すぎると、容器1が劣化しやすくなる。また、原料6が揮発しやすくなる。
 ガスを脱気する工程の温度(b℃)は、300℃~700℃未満、300℃~600℃未満、特に300℃~500℃未満であることが好ましい。ガスを脱気する工程の温度が低すぎると、融液11の粘度が高くなり、かえって脱気されづらくなる。また、融液11が失透しやすくなる。ガスを脱気する工程の温度が高すぎると、脱気が不十分になりやすくなる。
 成形に適した温度(c℃)は、所望の成形手段に適した粘度となるよう適宜調節されるが、例えば、400℃~700℃未満、450℃~650℃、特に500℃~650℃であることが好ましい。
 ガスを脱気する工程の温度(b℃)は、成形に適した温度(c℃)よりも低いことが好ましい。これにより、不活性ガスまたは還元ガスの脱気を十分に行いやすくなる。
 本実施形態の原料6は、以下の組成のガラスとなるように、含有する材料の比が調整されている。ガラスの組成の説明において、「%」は「モル%」を意味する。なお、例えば、A、B及びCの含有量の合計を「A+B+Cの含有量」または「A+B+C」と記載することがある。
 本実施形態の方法により形成されるガラスは、ガラス組成として、モル比で、Ge 0%超~50%、Ga 0%超~50%、Te 30%~90%、Ag+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Zn+Mn 0%超~40%、及びF+Cl+Br+I 0%~50%を含有する。
 Geはガラス骨格を形成するための成分である。また、Geは半金属元素である。Geの含有量は、0%超~50%であり、2%~40%であることが好ましく、4%~35%であることがより好ましく、5%~30%であることがさらに好ましく、7%~25%であることがより一層好ましく、10%~20%であることがさらにより一層好ましい。Geの含有量が少なすぎると、ガラス化し難くなる。一方、Geの含有量が多すぎると、Ge系結晶が析出し易くなると共に、原料コストが高くなる傾向がある。
 Gaはガラスの熱的安定性(ガラス化の安定性)を高めるための成分である。また、Gaは金属元素である。Gaの含有量は、0%超~50%であり、1%~45%であることが好ましく、2%~40%であることがより好ましく、4%~30%であることがさらに好ましく、5%~25%であることがより一層好ましく、10%~20%であることがさらにより一層好ましい。Gaの含有量が少なすぎると、ガラス化し難くなる。一方、Gaの含有量が多すぎると、Ga系結晶が析出し易くなると共に、原料コストが高くなる傾向がある。
 カルコゲン元素であるTeはガラス骨格を必須形成する成分である。また、Teは半金属元素である。Teの含有量は、30%~90%であり、40%~89%であることが好ましく、50%~88%であることがより好ましく、60%~86%であることがさらに好ましく、70%~85%であることがより一層好ましい。Teの含有量が少なすぎると、ガラス化し難くなる。一方、Teの含有量が多すぎるとTe系結晶が析出し易くなる。
 Ag+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Zn+Mnは、金属元素である。ガラスが上記金属元素を含むことにより、熱的安定性を高めることができる。Ag+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Zn+Mnの含有量は、0%~40%であり、0%超~30%であることが好ましく、0%超~20%であることがより好ましく、0.1%~10%であることがさらに好ましい。Ag+Al+Ti+Cu+In+Sn+Bi+Cr+Zn+Mnの含有量が少なすぎると、あるいは多すぎると、ガラス化し難くなる。なお、Ag、Al、Ti、Cu、In、Sn、Bi、Cr、Zn及びMnの各成分の含有量は、各々0%~40%であり、0%~30%(少なくとも1種は0%超)であることが好ましく、0%~20%(少なくとも1種は0%超)であることがより好ましく、0.1%~10%であることがさらに好ましい。中でも、ガラスの熱的安定性を高める効果が特に大きいという点で、Ag及び/又はSnを使用することが好ましい。
 本実施形態において形成するガラスには、上記成分以外にも、例えば下記の成分を含有させることができる。
 F、Cl、Br、Iもガラスの熱的安定性を高める成分である。F+Cl+Br+Iの含有量は0%~50%であり、1%~40%であることが好ましく、1%~30%であることがより好ましく、1%~25%であることがさらに好ましく、1%~20%であることが特に好ましい。F+Cl+Br+Iの含有量が多すぎると、ガラス化し難くなると共に、耐候性が低下し易くなる。なお、F、Cl、Br、Iの各成分の含有量は、各々0%~50%であり、1%~40%であることが好ましく、1%~30%であることがより好ましく、1%~25%であることがさらに好ましく、1%~20%であることが特に好ましい。中でも、元素原料を使用可能であり、ガラス安定性を高める効果が特に大きいという点で、Iを使用することが好ましい。
 Si、Sb、Csを含むことにより、熱的安定性を高めることができる。ここで、Si及びSbは半金属である。Si+Sb+Csは、0%~40%であることが好ましく、0%~30%であることがより好ましく、0%~20%であることがさらに好ましく、0.1%~10%であることがより一層好ましい。なお、Si、Sb、Csの各成分の含有量は、各々0%~40%であり、0%~30%であることが好ましく、0%~20%であることがより好ましく、0.1%~10%であることが特に好ましい。
 Sはガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高めやすい成分である。その含有量は0%~30%であることが好ましく、0%~20%であることがより好ましく、0%~10%であることがさらに好ましく、0%~3%であることが特に好ましい。Sの含有量が多すぎると、波長10μm以上の赤外線の透過性が低下しやすくなる。
 Se、Asはガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高める成分である。その含有量はそれぞれ0%~10%であることが好ましく、0%~5%であることがより好ましく、0.5%~5%であることが特に好ましい。ただし、これらの物質は毒性を有するため、上記のように、環境や人体への影響を低減する観点からは実質的に含有しないことが好ましい。
 なお、上記ガラスは、有毒物質であるCd、Tl及びPbを実質的に含有しないことが好ましい。ここで、「実質的に含有しない」とは、含有量が0.1%以下であることをいう。
 原料6に占める金属の割合は、体積%で80%以上、85%以上、特に90%以上であることが好ましい。このようにすれば、誘導加熱により原料6を容易に融解させることができる。よって、輻射による加熱よりも、昇温または降温を容易に高速に行うことができ、生産性を高めることができる。上限は特に限定されないが、例えば100%以下、99%以下、特に98%以下とすることができる。
1…容器
2…底部
3…側壁部
4…配管
5…外套管
6…原料
7…蓋
8…ガス供給管
9…ガス排出管
10A…コイル
10B…コイル
11…融液
12…栓

Claims (6)

  1.  容器内に配置された原料を融液とする工程と、
     前記融液を均質にする工程と、
     前記融液からガスを脱気する工程と、
    を備え、
     前記原料を前記融液とする工程、及び前記融液を均質にする工程のうち少なくとも一方を、不活性ガスまたは還元ガス雰囲気下において行い、
     前記融液からガスを脱気する工程においては、前記融液の温度を、前記融液を均質にする工程における温度よりも低温とすることにより、不活性ガスまたは還元ガスを脱気する、ガラスの製造方法。
  2.  前記融液からガスを脱気する工程において、前記容器内を減圧する、請求項1に記載のガラスの製造方法。
  3.  前記原料を前記融液とする工程、及び前記融液を均質にする工程の双方を不活性ガスまたは還元ガス雰囲気下において行う、請求項1または2に記載のガラスの製造方法。
  4.  前記融液からガスを脱気する工程の後に、前記融液を加熱し、前記融液を前記容器の外に流出させる工程をさらに備える、請求項1~3のいずれか一項に記載のガラスの製造方法。
  5.  前記原料を前記融液とする工程、及び前記融液を均質にする工程のうち少なくとも一方を、不活性ガス及び還元ガスのうち一方の雰囲気下において行い、
     前記融液を前記容器の外に流出させる工程において、前記容器内を不活性ガス及び還元ガスのうち他方の雰囲気下において行う、請求項4に記載のガラスの製造方法。
  6.  前記ガラスがカルコゲナイドガラスである、請求項1~5のいずれか一項に記載のガラスの製造方法。
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