特許 7104494 ガラス材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-12

(45)【発行日】2022-07-21

(54)【発明の名称】ガラス材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C03B 11/00 20060101AFI20220713BHJP

   C03C 3/068 20060101ALI20220713BHJP

   C03C 3/15 20060101ALI20220713BHJP

   C03C 3/19 20060101ALI20220713BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20220713BHJP

   G02F 1/09 20060101ALI20220713BHJP

【ＦＩ】

C03B11/00 A

C03C3/068

C03C3/15

C03C3/19

G02B3/00 Z

G02F1/09 501

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2016231941

(22)【出願日】2016-11-30

(65)【公開番号】P2018087112

(43)【公開日】2018-06-07

【審査請求日】2019-06-04

【審判番号】

【審判請求日】2020-12-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000232243

【氏名又は名称】日本電気硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001232

【氏名又は名称】弁理士法人大阪フロント特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 太志

【合議体】

【審判長】宮澤 尚之

【審判官】関根 崇

【審判官】後藤 政博

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１５５７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１０５８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０３５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２７４８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２９８２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】ＳＡＶＩＮＫＯＶ，Ｖ．Ｉ．，ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｎｏｎ－Ｃｒｙｓｔ．Ｓｏｌｉｄｓ，２０１０年７月３０日，Ｖｏｌ．３５６，ｐｐ．１６５５－１６５９

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

C03B1/00-17/06

C03B19/00-21/06

C03C1/00-14/00

INTERGLAD

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガラス原料塊を浮遊させて保持した状態で加熱溶融した後に冷却してガラス塊を得るガ
ラス塊作製工程と、
前記ガラス塊をプレスすることにより、前記ガラス塊の形状を変形させるプレス工程と
を備える、ガラス材の製造方法であって、
前記ガラス塊が希土類酸化物を、モル％で、２５％以上含有し、
前記プレス工程が、前記ガラス塊をプレスする第１のプレス工程と、前記第１のプレス
工程においてプレスした方向と略直交する方向に、前記第１のプレス工程後の前記ガラス
塊をプレスする第２のプレス工程とを有し、
前記プレス工程において、前記ガラス塊のガラス転移温度をＴ℃としたときに、前記ガ
ラス塊をＴ＋５℃以上、Ｔ＋２００℃以下に加熱しながらプレスすることを特徴とする、
ガラス材の製造方法。

【請求項2】

前記ガラス塊作製工程により得た前記ガラス塊が長径方向を有し、前記プレス工程が、
前記長径方向に前記ガラス塊をプレスする工程を含む、請求項１に記載のガラス材の製造
方法。

【請求項3】

前記プレス工程において、前記ガラス材が最終的に柱状の形状になるように、前記ガラ
ス塊を変形させる、請求項１または２に記載のガラス材の製造方法。

【請求項4】

前記希土類酸化物がＴｂ_２Ｏ_３である、請求項１～３のいずれか一項に記載のガラス材
の製造方法。

【請求項5】

前記ガラス塊のガラス転移点が１０００℃以下である、請求項１～４のいずれか一項に
記載のガラス材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガラス材の製造方法、ガラス材及び磁気光学素子に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、ガラス材の製造方法として、無容器浮遊法に関する研究がなされている。例えば、特許文献１には、ガス浮遊炉で浮遊させたバリウムチタン系強誘電体の試料にレーザービームを照射して加熱溶融した後に、冷却することにより、バリウムチタン系強誘電体の試料をガラス化させる方法が記載されている。このように、無容器浮遊法では、容器の壁面との接触に起因する結晶化の進行を抑制できるため、従来の容器を用いた製造方法ではガラス化させることができなかった材料であってもガラス化し得る場合がある。従って、無容器浮遊法は、新規な組成を有するガラス材を製造し得る方法として注目に値すべき方法である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－２４８８０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、磁気光学素子等を作製する場合、光軸方向の長さが大きいほど特性の向上を図りやすいため、長手方向を有する形状のガラス材を用いることが好ましい。しかしながら、無容器浮遊法では、ガラス材を浮かせた状態で冷却するため、ガラス材の形状は、球状や略楕円体状になる傾向があり、磁気光学素子等を作製したときに光軸方向を十分に長くすることができない。

【0005】

本発明の目的は、容器を用いた製造方法ではガラス化し難い組成のガラス材であっても、光軸方向の長さを大きくすることができる、ガラス材の製造方法を提供することにある。

【0006】

また、本発明の目的は、容器を用いた製造方法ではガラス化し難い組成を有し、かつ光軸方向の長さが大きい、ガラス材及び磁気光学素子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るガラス材の製造方法は、ガラス原料塊を浮遊させて保持した状態で加熱溶融した後に冷却してガラス塊を得るガラス塊作製工程と、ガラス塊をプレスすることにより、ガラス塊の形状を変形させるプレス工程とを備えることを特徴としている。

【0008】

本発明において、ガラス塊作製工程により得たガラス塊が長径方向を有し、プレス工程が、長径方向にガラス塊をプレスする工程を含むことが好ましい。

【0009】

本発明において、プレス工程は、ガラス塊をプレスする第１のプレス工程と、第１のプレス工程においてプレスした方向と略直交する方向に、第１のプレス工程後のガラス塊をプレスする第２のプレス工程とを有することが好ましい。

【0010】

本発明において、プレス工程においてガラス材が最終的に柱状の形状になるように、ガラス塊を変形させることが好ましい。

【0011】

本発明において、ガラス塊が希土類酸化物を、モル％で、２５％以上含有することが好ましい。希土類酸化物はＴｂ_２Ｏ_３であることが好ましい。

【0012】

本発明において、プレス工程においてガラス塊を、ガラス塊のガラス転移点以上の温度に加熱しながらプレスすることが好ましい。

【0013】

本発明において、ガラス塊のガラス転移点が１０００℃以下であることが好ましい。

【0014】

本発明に係るガラス材は、柱状の形状を有し、表面に未研磨面を有し、希土類酸化物を、モル％で、２５％以上含有することを特徴としている。

【0015】

希土類酸化物はＴｂ_２Ｏ_３であることが好ましい。

【0016】

長さが３ｍｍ以上であることが好ましい。

【0017】

本発明に係る磁気光学素子は、上記のガラス材を用いてなる。

【発明の効果】

【0018】

本発明の製造方法によれば、容器を用いた製造方法ではガラス化し難い組成のガラス材であっても、光軸方向の長さを大きくすることができる。

【0019】

また、本発明によれば、容器を用いた製造方法ではガラス化し難い組成を有し、かつ光軸方向の長さが大きい、ガラス材及び磁気光学素子とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係るガラス材を示す斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係るガラス材の製造方法におけるガラス塊作製工程を説明するための正面断面図である。

【図3】本発明の実施形態におけるガラス塊作製工程において得られるガラス塊の正面断面図である。

【図4】本発明の実施形態におけるガラス塊作製工程において得られるガラス塊の平面図である。

【図5】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係るガラス材の製造方法における第１のプレス工程を説明するための正面断面図である。

【図6】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係るガラス材の製造方法における第１のプレス工程を説明するための平面図である。

【図7】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係るガラス材の製造方法における第２のプレス工程を説明するための正面断面図である。

【図8】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係るガラス材の製造方法における第２のプレス工程を説明するための平面図である。

【図9】第２のプレス工程で得られるガラス材を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

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、各図面において、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。

【0022】

（ガラス材）
図１は、本発明の実施形態に係るガラス材を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係るガラス材１は、四角柱状の形状を有する。なお、ガラス材１の形状はこれに限定されない。例えば、ガラス材１は、四角柱以外の角柱状や円柱状の形状であってもよい。

【0023】

本実施形態に係るガラス材１は未研磨面１ａを有する。未研磨面１ａは、プレス工程により成形された面であり、研磨されていない面である。本実施形態では、ガラス材１の長さ方向に延びる４つの側面が未研磨面１ａであり、ガラス材１の端面は、研磨された面１ｂである。４つの側面の内のいずれかを研磨された面１ｂとしてもよい。それによって、ガラス材１の配置に際し、ガラス材１の側面を区別することができる。なお、ガラス材１を構成する全ての面が未研磨面であってもよい。

【0024】

ガラス材１は、希土類酸化物を、モル％で、２５％以上含有することが好ましい。より具体的には、ガラス材１は、Ｔｂ_２Ｏ_３を、モル％で、２５％以上含有することが好ましい。これにより、ガラス材１のベルデ定数の絶対値を大きくすることができ、大きいファラデー効果を得ることができる。よって、ガラス材１は、例えば、光アイソレータのファラデー素子等に好適に用いることができる。

【0025】

ガラス材１は、本実施形態のように、柱状の形状を有することが好ましい。柱状形状の長さ方向を光軸方向に設定することにより、ファラデー効果を特に大きくすることができる。よって、ファラデー素子等の磁気光学素子に好適に用いることができる。

【0026】

ガラス材１の長さは、３ｍｍ以上、４ｍｍ以上、５ｍｍ以上、６ｍｍ以上、８ｍｍ以上、１０ｍｍ以上、１２ｍｍ以上、１４ｍｍ以上、特に１５ｍｍ以上であることが好ましい。

【0027】

なお、１１００ｎｍ以上の波長に使用されるファラデー素子は、Ｆｅを含む膜状の素子が一般的に用いられている。しかしながら、１０６４ｎｍ以下の波長においては、Ｆｅの吸光度が大きくなる。一方、本実施形態に係るガラス材１は、１０６４ｎｍ以下の波長においてＦｅの吸光度が小さいため、１０６４ｎｍ以下の短波長用のファラデー素子に、特に好適に用いることができる。

【0028】

ガラス材１は、Ｔｂ_２Ｏ_３を、モル％で、３０％以上、４０％以上、４５％以上、４９％以上、特に５０％以上含有することがより好ましい。それによって、より一層ベルデ定数の絶対値を大きくすることができ、より一層大きいファラデー効果を得ることができる。一方、Ｔｂ_２Ｏ_３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ため、Ｔｂ_２Ｏ_３の含有量は、モル％で、８０％以下、７５％以下、特に７０％以下であることが好ましい。

【0029】

本実施形態のガラス材１のガラス転移点は、１０００℃以下、９５０℃以下、９００℃以下、８５０℃以下、８４０℃以下、８３０℃以下、特に８１０℃以下であることが好ましい。ガラス転移点が高すぎると、プレス温度が高くなり、プレス型材が破損し易くなる。

【0030】

なお、Ｔｂはガラス中で３価や４価の状態で存在するが、本発明ではこれら全てをＴｂ_２Ｏ_３として表す。

【0031】

Ｔｂについてベルデ定数の起源となる磁気モーメントはＴｂ^４＋よりもＴｂ^３＋の方が大きい。よって、ガラス材におけるＴｂ^３＋の割合が大きいほど、ファラデー効果が大きくなるため好ましい。具体的には、全Ｔｂ^３＋の割合は、モル％で、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、特に９０％以上であることが好ましい。

【0032】

ガラス材１には、Ｔｂ_２Ｏ_３以外にも、以下に示す種々の成分を含有させることができる。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。

【0033】

ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３及びＰ_２Ｏ_５はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、これらの成分はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られ難くなる。従って、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３及びＰ_２Ｏ_５の含有量は各々０％～７５％、１％～６０％、１．５％～５０％、特に２％～４０％であることが好ましい。また、ＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３の合計含有量は０％～７５％、１５％～７０％、特に２０％～５０％であることが好ましい。Ｂ_２Ｏ_３とＰ_２Ｏ_５の合計含有量は０％～７５％、１５％～７０％、特に２０％～５０％であることが好ましい。ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３及びＰ_２Ｏ_５の合計含有量は０％～７５％、１５％～７０％、特に２０％～５０％であることが好ましい。

【0034】

Ａｌ_２Ｏ_３は中間酸化物としてガラス骨格を形成し、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、Ａｌ_２Ｏ_３はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られ難くなる。従って、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は０％～７５％、０％～５０％、０％～３０％、０％～２０％、特に０％～１０％であることが好ましい。

【0035】

Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３及びＹ_２Ｏ_３はガラスを安定化する効果があるが、その含有量が多すぎると却ってガラス化し難くなる。よって、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３及びＹ_２Ｏ_３の含有量は１０％以下、特に５％以下であることが好ましい。

【0036】

Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３及びＣｅ_２Ｏ_３はガラスを安定化するとともに、ベルデ定数の向上にも寄与する。ただし、その含有量が多すぎると却ってガラス化し難くなる。よって、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３及びＣｅ_２Ｏ_３の含有量は各々１５％以下、特に１０％以下であることが好ましい。なお、ガラス中に存在するＤｙ、Ｅｕ、Ｃｅは３価や４価の状態で存在するが、本発明ではこれら全てをそれぞれＤｙ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３として表す。

【0037】

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯはガラスの安定性と化学的耐久性を高める効果がある。ただし、ベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られ難くなる。従って、これらの成分の含有量は各々０％～１０％、特に０％～５％であることが好ましい。

【0038】

Ｇａ_２Ｏ_３はガラス形成能を高め、ガラス化範囲を広げる効果を有する。ただし、その含有量が多すぎると失透し易くなる。また、Ｇａ_２Ｏ_３はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られ難くなる。従って、Ｇａ_２Ｏ_３の含有量は０％～６％、特に０％～５％であることが好ましい。

【0039】

フッ素はガラス形成能を高め、ガラス化範囲を広げる効果を有する。ただし、その含有量が多すぎると溶融中に揮発して組成変動したり、ガラスの安定性に影響を及ぼすおそれがある。従って、フッ素の含有量（Ｆ_２換算）は好ましくは０％～１０％、より好ましくは１０％～７％、さらに好ましくは０％～５％である。

【0040】

還元剤としてＳｂ_２Ｏ_３を添加することができる。ただし、着色を避けるため、あるいは環境への負荷を考慮して、Ｓｂ_２Ｏ_３の含有量は０．１％以下であることが好ましい。

【0041】

ガラス材１の光透過率は、波長６３３ｎｍにおいて、５０％以上、６０％以上、特に７０％以上であることが好ましい。それによって、上記ファラデー素子に用いる場合等に、光透過損失を小さくすることができる。

【0042】

（ガラス塊作製工程）
図２は、本発明の実施形態に係るガラス材の製造方法におけるガラス塊作製工程を説明するための正面断面図である。図３は、ガラス塊作製工程において得られるガラス塊の正面断面図である。図４は、ガラス塊作製工程において得られるガラス塊の平面図である。

【0043】

本実施形態に係るガラス材の製造方法は、無容器浮遊法によりガラス塊を作製するガラス塊作製工程を有する。図２に示すように、ガラス原料塊１０は、成形部材２のガス噴出部２ａのガス噴出面２ｂの上方に浮遊した状態で配置されている。ガス噴出部２ａには、ガス噴出面２ｂからガス３を噴出するガス噴出孔４が形成されている。ガス噴出孔４からガス３が噴出することにより、ガラス原料塊１０が略垂直方向に浮遊している。ガス噴出孔４から噴出するガス３は、ガスボンベなどのガス供給手段５から供給される。なお、ガラス原料塊１０は、ガラス塊を作製するための原料塊（ガラス化していない原料塊）である。ガラス原料塊１０は、例えば、原料粉末を調合し、混合して得られた混合粉末をプレス成型等により一体化したものである。混合粉末をプレス成型した後に、焼成やレーザー光照射等の熱処理工程を行うことにより、焼結体からなるガラス原料塊１０を得てもよい。また、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶体をガラス原料塊１０として用いてもよい。

【0044】

ガス３の種類は、特に限定されるものではなく、例えば、空気や酸素であってもよいし、窒素ガスやアルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスであってもよいし、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素を含有した還元性ガスであってもよい。

【0045】

成形部材２は、例えば、炭化ケイ素、超鋼、ステンレス、ジュラルミン、カーボン等により構成することができる。なお、ガス噴出部２ａがこれらの材料から構成され、ガス噴出部２ａ以外の部分は他の材料から構成されていてもよい。

【0046】

上記のように、ガラス原料塊１０を浮遊させた状態で、加熱手段であるレーザー照射装置６からレーザー光をガラス原料塊１０に照射することにより加熱溶融してガラス化させ、その後、冷却することにより、ガラス塊を得る。ガラス原料塊１０を加熱溶融する工程と、ガラス材の温度が少なくとも軟化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３の噴出を継続し、ガラス原料塊１０またはガラス塊がガス噴出面２ｂに接触しないようにすることが好ましい。なお、ガラス原料塊１０の加熱方法は、レーザー光を照射する方法に特に限定されない。例えば、ガラス原料塊１０を輻射加熱してもよい。

【0047】

上記ガラス塊作製工程により、容器を用いた製造方法ではガラス化し難い組成を有するガラス塊を作製することができる。なお、本発明の製造方法により製造されるガラス材の組成は、上記本発明のガラス材の組成に限定されるものではない。すなわち、無容器浮遊法により製造することができるガラス組成であればよく、希土類酸化物を、モル％で、２５％以上含有するガラス組成に限定されるものではない。容器を用いた製造方法ではガラス化し難い組成のガラス材としては、例えば、チタン酸バリウム系ガラス材、ランタン－ニオブ複合酸化物系ガラス材、ランタン－ニオブ－アルミニウム複合酸化物系ガラス材、ランタン－ニオブ－タンタル複合酸化物系ガラス材、ランタン－タングステン複合酸化物系ガラス材等が挙げられる。

【0048】

本実施形態では、略回転楕円体状のガラス塊を作製する。より具体的には、図３に示すように、ガラス塊１１の断面形状は、短軸Ｓを有する略楕円形である。ガラス塊１１は、この略楕円形を、短軸Ｓを回転軸として回転させた略回転楕円体状の形状を有する。図３に示すように、本実施形態のガラス塊１１は、下半分の体積が上半分よりも大きい形状を有している。これは、無容器浮遊法でガラスを溶解する際に重力の影響で下半分の体積が上半分よりも大きくなるためであると考えられる。

【0049】

図４に示すように、ガラス塊１１の平面形状は略円形状であり、長径方向Ｒを有する。長径方向Ｒは、回転軸である短軸Ｓと略直交する方向である。

【0050】

（プレス工程）
次に、ガラス塊１１をプレス工程においてプレスする。本実施形態では、プレス工程において、ガラス材が最終的に柱状の形状になるように、ガラス塊１１を変形させる。プレス工程は、第１のプレス工程及び第２のプレス工程を有する。

【0051】

図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係るガラス材の製造方法における第１のプレス工程を説明するための正面断面図である。図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係るガラス材の製造方法における第１のプレス工程を説明するための平面図である。図６（ａ）及び（ｂ）は、上方から見た平面図である。

【0052】

本実施形態では、図５（ｂ）に示す第１の型材１２及び第２の型材１５を用いて第１のプレス工程を行う。第１の型材１２は、底部１３及び壁部１４を有する。より具体的には、底部１３は、中央部に設けられた突出部１３ａを有する。壁部１４は中央部に設けられた貫通孔１４ａを有する。突出部１３ａの平面形状と貫通孔１４ａの平面形状とは略同一である。底部１３の突出部１３ａが壁部１４の貫通孔１４ａ内に嵌め込まれるように、底部１３上に壁部１４が配置されている。これにより、貫通孔１４ａの内壁及び突出部１３ａの上面により囲まれた凹部１２ａが形成されている。凹部１２ａは、底部１３側とは反対側に開口している開口部１２ｂを有する。

【0053】

図５（ａ）に示すように、ガラス塊１１を第１の型材１２の凹部１２ａ内に配置する。このとき、ガラス塊１１の長径方向Ｒが略垂直方向（ｚ方向）となるように、ガラス塊１１を凹部１２ａ内に配置する。

【0054】

図６（ａ）に示すように、ガラス塊１１の短軸Ｓが略水平方向（ｙ方向）となる状態でガラス塊１１が凹部１２ａ内で保持されるように、凹部１２ａ内の寸法形状が設定されている。これにより、上記のように、ガラス塊１１の長径方向Ｒが略垂直方向（ｚ方向）となるように、ガラス塊１１が凹部１２ａ内で保持される。

【0055】

次に、図５（ｂ）に示すように、第２の型材１５を用いてガラス塊１１をプレスする。第２の型材１５は、中央部に設けられた突出部１５ａを有する。第２の型材１５の突出部１５ａの平面形状は、貫通孔１４ａの平面形状と略同一である。第２の型材１５の突出部１５ａを、第１の型材１２の凹部１２ａ内に挿入し、第２の型材１５を下方に押圧することにより、ガラス塊１１の長径方向Ｒ（ｚ方向）に、ガラス塊１１をプレスする。このとき、ガラス塊１１を加熱しながらプレスする。これにより、ガラス塊１１を変形させる。

【0056】

図５（ｂ）は、第１のプレス工程後のガラス塊１１の断面形状を示している。図６（ｂ）は、第１のプレス工程後のガラス塊１１の上方から見た平面形状を示している。図６（ｂ）に示すように、第１のプレス工程後のガラス塊１１は、第１のプレス工程前の短軸Ｓの方向と同じ方向である、方向Ｓ１を有している。また、第１のプレス工程後のガラス塊１１は、方向Ｓ１と略直交する長手方向Ｌ１を有している。第１のプレス工程後のガラス塊１１は、長手方向Ｌ１に沿う長さが長くなっており、また方向Ｓ１に沿う長さも長くなっている。

【0057】

図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、第１のプレス工程後のガラス塊１１は、ｘ方向（長手方向Ｌ１）及びｙ方向（方向Ｓ１）に沿った扁平な形状を有している。

【0058】

上記のように、ガラス塊１１を長径方向Ｒにプレスして変形させるため、ガラス塊１１の変形量を大きくすることができる。よって、ガラス塊１１を効率的に変形させることができる。

【0059】

第１の型材１２及び第２の型材１５の材質は特に限定されないが、カーボン、タングステンカーバイド、炭化ケイ素、グラッシーカーボン、窒化ケイ素または炭化チタンからなることが好ましい。それによって、第１の型材１２及び第２の型材１５の耐熱性を高めることができ、かつ高温においても離型性が低下し難い。また、離型性を高めるため、窒化ホウ素、炭化チタン、ダイヤモンドライクカーボン等をコーティングしてもよい。なお、上記第１，第２の型材１２，１５はプレス用の治具の一例であって、第１のプレス工程において用いられる治具の形状や構造は特に限定されない。

【0060】

ガラス塊１１を、ガラス塊１１のガラス転移点以上の温度に加熱しながらプレスすることが好ましい。より具体的には、ガラス塊１１のガラス転移点をＴ℃としたときに、Ｔ＋５℃以上、Ｔ＋１０℃以上、Ｔ＋１５℃以上、Ｔ＋２０℃以上、Ｔ＋２５℃以上、特にＴ＋３０℃以上の温度に加熱することが好ましい。それによって、ガラス塊１１をより一層容易に変形させることができる。ガラス塊１１を加熱する温度が高すぎる場合には、ガラス塊１１が失透する、または、プレス型材が破損するおそれがあるため、Ｔ＋２００℃以下、Ｔ＋１５０℃以下、特にＴ＋１００℃以下の温度に加熱することが好ましい。

【0061】

なお、上述したように、第１の型材１２及び第２の型材１５は高温においても離型性が低下し難いため、ガラス塊１１をガラス転移点より高い温度に加熱した場合であっても、第１のプレス工程後にガラス塊１１を好適に脱離することができる。

【0062】

第１のプレス工程は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の還元雰囲気下において行うことが好ましい。安価である点から、特に窒素雰囲気下であることが好ましい。それによって、ガラス塊１１を加熱しながらプレスしても、ガラス塊１１中のＴｂ^３＋などの酸化されやすい成分が酸化され難くなる。よって、ファラデー効果などの特性の劣化が生じ難い。また、プレス型材が酸化され難いため、破損し難くなる。

【0063】

ガラス塊１１をプレスするに際し、荷重が大きいほどガラス塊１１を容易に変形させることができる。一方で、荷重が大きすぎると、ガラス塊１１、第１の型材１２または第２の型材１５が破損するおそれがある。従って、ガラス塊１１をプレスする際の荷重は、０．０１Ｎ～２０ｋＮ、０．２Ｎ～１０ｋＮ、特に０．３Ｎ～８ｋＮであることが好ましい。

【0064】

図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係るガラス材の製造方法における第２のプレス工程を説明するための正面断面図である。図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係るガラス材の製造方法における第２のプレス工程を説明するための平面図である。図８（ａ）及び（ｂ）は、上方から見た平面図である。

【0065】

本実施形態では、図７（ｂ）に示す第３の型材２２及び第４の型材２５を用いて第２のプレス工程を行う。第３の型材２２は、底部２３及び壁部２４を有する。より具体的には、底部２３は、中央部に設けられた突出部２３ａを有する。壁部２４は中央部に設けられた貫通孔２４ａを有する。突出部２３ａの平面形状と貫通孔２４ａの平面形状とは略同一である。底部２３の突出部２３ａが壁部２４の貫通孔２４ａ内に嵌め込まれるように、底部２３上に壁部２４が配置されている。これにより、貫通孔２４ａの内壁及び突出部２３ａの上面により囲まれた凹部２２ａが形成されている。凹部２２ａは、底部２３側とは反対側に開口している開口部２２ｂを有する。

【0066】

図７（ａ）に示すように、第１のプレス工程後のガラス塊１１を第３の型材２２の凹部２２ａ内に配置する。このとき、ガラス塊１１の方向Ｓ１が略垂直方向（ｚ方向）となるように、ガラス塊１１を凹部２２ａ内に配置する。

【0067】

図８（ａ）に示すように、ガラス塊１１の長手方向Ｌ１が略水平方向（ｘ方向）となる状態でガラス塊１１が凹部２２ａ内で保持されるように、凹部２２ａの寸法形状が設定されている。これにより、上記のように、ガラス塊１１の方向Ｓ１が略垂直方向（ｚ方向）となるように、ガラス塊１１が凹部２２ａ内で保持される。

【0068】

次に、図７（ｂ）に示すように、第４の型材２５を用いてガラス塊１１をプレスする。第４の型材２５は、中央部に設けられた突出部２５ａを有する。第４の型材２５の突出部２５ａの平面形状は、貫通孔２４ａの平面形状と略同一である。第４の型材２５の突出部２５ａを、第３の型材２２の凹部２２ａ内に挿入し、第４の型材２５を下方に押圧することにより、ガラス塊１１の方向Ｓ１（ｚ方向）に、ガラス塊１１をプレスする。従って、ガラス塊１１を、第１のプレス工程においてプレスした方向と略直交する方向にプレスする。このとき、ガラス塊１１を加熱しながらプレスする。これにより、ガラス塊１１を変形させる。

【0069】

第２のプレス工程では、第１のプレス工程後のガラス塊１１において、ｙｚ平面における長径方向である方向Ｓ１にガラス塊１１をプレスするため、長手方向Ｌ１に沿いガラス塊１１がより一層長くなるように、効率的に変形させることができる。

【0070】

第２のプレス工程におけるプレス温度、プレス雰囲気、プレス荷重、及び、プレス型材の材料については、第１のプレス工程と同様である。なお、第３の型材２２の突出部２３ａの上面（ガラス塊１１との接触面）は、例えば断面が半円等の凹状であってもよい。同様に第４の型材２５の突出部２５ａの下面（ガラス塊１１との接触面）は、例えば、断面が半円等の凹状であってもよい。このようにすれば、プレスにより略円柱状のガラス材を容易に得ることができる。

【0071】

図９は、第２のプレス工程で得られるガラス材を示す斜視図である。図９に示すように、第２のプレス工程後のガラス材２１は、四角柱の形状を有している。また、ガラス材２１の長さ方向に延びる４つの側面は未研磨面１ａであり、ガラス材２１の端面１１ｃも未研磨の状態である。端面１１ｃを研磨することにより、図１に示すガラス材１を製造することができる。

【0072】

未研磨面１ａは、上述のように、プレス工程で形成される面であるので、未研磨の状態で使用することができる。しかしながら、本発明の製造方法で製造されるガラス材は、未研磨面を有することに限定されるものではない。必要に応じて、全ての面を研磨してもよい。

【0073】

本実施形態の製造方法によれば、無容器浮遊法によるガラス塊作製工程及びプレス工程を有することにより、容器を用いた製造方法ではガラス化し難い組成であっても、柱状等の形状にすることができる。

【0074】

無容器浮遊法を用いることにより、ガラス化し難い組成であるガラス原料塊をガラス化することはできるが、ガラス材のサイズを大きくすることは、一般に困難である。本実施形態では、無容器浮遊法により得られるガラス材における最大の長さより長い部分を有する、柱状等のガラス材を作製することができる。よって、本実施形態により作製したガラス材をファラデー素子等に用いた場合、無容器浮遊法により得られるガラス材と同じ組成であり、同じ質量であっても、より一層大きいファラデー効果等を得ることができる。

【符号の説明】

【0075】

１…ガラス材
１ａ…未研磨面
１ｂ…研磨された面
２…成形部材
２ａ…ガス噴出部
２ｂ…ガス噴出面
３…ガス
４…ガス噴出孔
５…ガス供給手段
６…レーザー照射装置
１０…ガラス原料塊
１１…ガラス塊
１１ｃ…端面
１２…第１の型材
１２ａ…凹部
１２ｂ…開口部
１３…底部
１３ａ…突出部
１４…壁部
１４ａ…貫通孔
１５…第２の型材
１５ａ…突出部
２１…ガラス材
２２…第３の型材
２２ａ…凹部
２２ｂ…開口部
２３…底部
２３ａ…突出部
２４…壁部
２４ａ…貫通孔
２５…第４の型材
２５ａ…突出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】