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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-11
(45)【発行日】2024-12-19
(54)【発明の名称】UV-C透過ガラス及びガラス部品
(51)【国際特許分類】
   C03C 3/118 20060101AFI20241212BHJP
【FI】
C03C3/118
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2024172781
(22)【出願日】2024-10-01
【審査請求日】2024-10-02
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】391009936
【氏名又は名称】株式会社住田光学ガラス
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100195556
【弁理士】
【氏名又は名称】柿沼 公二
(74)【代理人】
【識別番号】100225864
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 諒
(72)【発明者】
【氏名】山本 吉記
【審査官】酒井 英夫
(56)【参考文献】
【文献】特開平2-141438(JP,A)
【文献】特開2015-193521(JP,A)
【文献】国際公開第2016/194780(WO,A1)
【文献】特開昭60-77144(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2022/0388893(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C03C 3/118
C03C 4/00
INTERGLAD
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量%で、
SiO:46.90%以上55.00%未満、
:27.00%超35.10%以下、
Al:6.90%以上12.00%以下、
LiO:0.90%以上8.00%以下、
NaO:0.90%以上8.10%以下、
O:0%以上5.10%以下、
O:4.00%以上9.00%未満(但し、ROは、LiO、NaO及びKOの総和を示す。)、
MgO:0%以上3.00%以下、
CaO:0%以上3.00%以下、
SrO:0%以上4.00%以下、
BaO:0%以上4.00%以下、
R’O:0%以上5.00%未満(但し、R’Oは、MgO、CaO、SrO及びBaOの総和を示す。)、
Sb:0%以上1.00%以下、
F:0.01%超1.00%以下、
Cl:0.05%以上1.00%以下
を含有し、
(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1より小さい、ことを特徴とする、UV-C透過ガラス。
【請求項2】
平均線膨張係数(α100-300℃)が45×10-7/℃以上60×10-7/℃以下である、請求項1に記載のUV-C透過ガラス。
【請求項3】
ガラス厚1mmにおける波長265nmの内部透過率が90%以上である、請求項1又は2に記載のUV-C透過ガラス。
【請求項4】
ガラス転移点が510℃以下である、請求項1又は2に記載のUV-C透過ガラス。
【請求項5】
20mm×10mm×10mmのガラス片とし、前記ガラス片を純水1000ml中で60分間煮沸処理した際の、前記煮沸処理前後における減量率が、0.1質量%より少ない、請求項1又は2に記載のUV-C透過ガラス。
【請求項6】
精密モールドプレス成形用である、請求項1又は2に記載のUV-C透過ガラス。
【請求項7】
請求項1又は2に記載のUV-C透過ガラスを素材として用いたことを特徴とする、ガラス部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、UV-C透過ガラス及びガラス部品に関する。
【背景技術】
【0002】
殺菌用途の光源には、従来、184.9nm、253.7nmの紫外線を放出する低圧水銀ランプが使用されてきた。しかしながら、2013年に締結された国際条約「水銀に関する水俣規制」により、2021年から、一部適用除外品を除き水銀含有の製品の製造、輸出入が禁止となった。こうしたことから、低圧水銀ランプの代替として、人体及び環境に対する負荷が少ないUV-C LED(深紫外線LED)への期待が高まっていた。そして、新型コロナウィルス感染症のまん延がきっかけとなり、不特定多数の人が触るものをその場で除菌する必要性が高まり、手軽に使用でき且つコンパクトである、UV-C LEDが新市場として急速に普及してきた。
【0003】
しかしながら、水銀ランプは、一本当たりの出力が数W~数十Wであるのに対し、UV-C LEDは、一素子当たりの出力が数mW~数十mWである。そのため、UV-C LEDは、出力の観点で、まだまだ開発段階にある。今後、電気・光発電効率が上がり、UV-C LEDの出力が100mWを超えてくると、UV-C LEDは極めて強い殺菌作用を持ち、今まで水銀ランプが担っていた大型UV-C装置への実装も可能になる。
【0004】
UV-C LEDの高出力化に伴い、UV-C LEDパッケージは耐久性が求められる。UV-C LEDパッケージには、平板又はレンズ等の形状を有する窓部材が用いられる。レンズの形状を有する窓部材は、外気からUV-C LEDのチップを保護するものであり、また、UV-C LEDから発せられた光を制御し、効率良くUV-Cを照射することを可能とするものである。
【0005】
UV-C LEDパッケージの窓部材に用いられるガラスとしては、UV-Cの透過性及び耐久性に優れる石英ガラスが好適とされていた。しかしながら、石英ガラスの製造には、原料を2000℃以上で熔融する必要がある。また、石英ガラスの加工は、インゴットからの切削・研磨による機械加工となる。そのため、石英ガラスは、生産性及び加工性に問題がある。
【0006】
一方、アルミノホウケイ酸塩ガラスは、熔融温度が石英ガラスより低く、また、広い波長範囲において、透過率が高いものがある。そのため、アルミノホウケイ酸塩ガラスは、UV-C LEDパッケージに用いられるガラスとして有用となり得る。
【0007】
例えば、特許文献1-4には、紫外線の透過性を有するアルミノホウケイ酸塩ガラスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開平4-342437号公報
【文献】特開2018-197190号公報
【文献】特開2012-140314号公報
【文献】特開2013-230952号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
UV-C透過ガラスは、生産性の観点から、熔融性が良いことが肝要である。しかしながら、特許文献1に開示されているガラスは、熔融性が悪く、該ガラスの製造には、原料を高温で熔融することが必要となる場合がある。さらに、熔融性が悪いことで泡切れが悪くなり、ガラス内部に泡が残る虞がある。また、特許文献2に開示されているガラスは、主成分であるSiOを60~68質量%含有させることが特に好ましいとされているため、多量のSiOに起因して熔融性が悪くなる虞がある。
【0010】
UV-C透過ガラスは、熱膨張率が低いことが肝要である。例えば、UV-C LEDのパッケージには、筐体材料として、通常、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム(AlN)、アルミナ(Al)等のセラミックスが使用される。ガラスとセラミックスとでは熱伝導率が大きく異なるため、ガラスとセラミックス製の筐体とに熱を加えて接合させる際、ガラスと筐体との温度差が大きくなる。そのため、ガラスの熱膨張率が高いと、ガラス内に歪みが発生し、破損不良を起こす虞がある。しかしながら、特許文献3及び4は、熱膨張率に関して、何ら着目をしていない。
【0011】
UV-C透過ガラスは、外気の水分等からUV-C LEDのチップを保護する封止材としての機能が求められるため、耐水性が良いことも肝要である。また、ガラスの耐水性が悪いと、ガラスと水が反応してガラスに濁りが生じ、UV-Cの透過性が悪くなる虞がある。しかしながら、特許文献2及び4は、耐水性に関して、何ら着目をしていない。
【0012】
以上に鑑み、UV-C透過ガラスについて、特には組成の適正化によって、熔融性が良いこと、熱膨張率が低いこと、及び耐水性に優れること、という要求を全て満たすことが求められる。
【0013】
そこで、本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、アルミノホウケイ酸塩ガラスの特定組成において、熔融性が良く、熱膨張率が低く、且つ、耐水性に優れるUV-C透過ガラスを提供することを課題とする。
また、本発明は、上述したUV-C透過ガラスを用いたガラス部品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、アルミノホウケイ酸塩ガラスの特定組成において上記課題を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
上記課題を解決する本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
【0015】
[1] 質量%で、
SiO:46.90%以上55.00%未満、
:27.00%超35.10%以下、
Al:6.90%以上12.00%以下、
LiO:0.90%以上8.00%以下、
NaO:0.90%以上8.10%以下、
O:0%以上5.10%以下、
O:4.00%以上9.00%未満(但し、ROは、LiO、NaO及びKOの総和を示す。)、
MgO:0%以上3.00%以下、
CaO:0%以上3.00%以下、
SrO:0%以上4.00%以下、
BaO:0%以上4.00%以下、
R’O:0%以上5.00%未満(但し、R’Oは、MgO、CaO、SrO及びBaOの総和を示す。)、
Sb:0%以上1.00%以下、
F:0.01%超1.00%以下、
Cl:0.05%以上1.00%以下
を含有し、
(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1より小さい、ことを特徴とする、UV-C透過ガラス。
【0016】
[2] 平均線膨張係数(α100-300℃)が45×10-7/℃以上60×10-7/℃以下である、[1]に記載のUV-C透過ガラス。
【0017】
[3] ガラス厚1mmにおける波長265nmの内部透過率が90%以上である、[1]又は[2]に記載のUV-C透過ガラス。
【0018】
[4] ガラス転移点が510℃以下である、[1]~[3]のいずれかに記載のUV-C透過ガラス。
【0019】
[5] 20mm×10mm×10mmのガラス片とし、前記ガラス片を純水1000ml中で60分間煮沸処理した際の、前記煮沸処理前後における減量率が、0.1質量%より少ない、[1]~[4]のいずれかに記載のUV-C透過ガラス。
【0020】
[6] 精密モールドプレス成形用である、[1]~[5]のいずれかに記載のUV-C透過ガラス。
【0021】
[7] [1]~[6]のいずれかに記載のUV-C透過ガラスを素材として用いたことを特徴とする、ガラス部品。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、アルミノホウケイ酸塩ガラスの特定組成において、熔融性が良く、熱膨張率が低く、且つ、耐水性に優れるUV-C透過ガラスを提供することができる。
また、本発明によれば、上述したUV-C透過ガラスを用いたガラス部品を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0023】
(UV-C透過ガラス)
以下、本発明の一実施形態のUV-C透過ガラス(以下、「本実施形態のガラス」と称することがある。)を具体的に説明する。
本実施形態のガラスは、
質量%で、
SiO:46.90%以上55.00%未満、
:27.00%超35.10%以下、
Al:6.90%以上12.00%以下、
LiO:0.90%以上8.00%以下、
NaO:0.90%以上8.10%以下、
O:0%以上5.10%以下、
O:4.00%以上9.00%未満(但し、ROは、LiO、NaO及びKOの総和を示す。)、
MgO:0%以上3.00%以下、
CaO:0%以上3.00%以下、
SrO:0%以上4.00%以下、
BaO:0%以上4.00%以下、
R’O:0%以上5.00%未満(但し、R’Oは、MgO、CaO、SrO及びBaOの総和を示す。)、
Sb:0%以上1.00%以下、
F:0.01%超1.00%以下、
Cl:0.05%以上1.00%以下
を含有する(組成要件)、ことを一特徴とする。
さらに、本実施形態のガラスは、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1より小さい、ことを一特徴とする。本実施形態のガラスは、本発明者が実験を繰り返したことにより見出されたものであり、上記組成要件を満たしつつ、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1より小さいことにより、アルミノホウケイ酸塩ガラスの特定組成において、熔融性が良く、熱膨張率が低く、且つ、耐水性に優れるUV-C透過ガラスを提供することができる。
【0024】
組成要件における各成分の範囲限定の理由は次の通りである。なお、成分に関する「%」は、特に断りのない限り「質量%」を意味するものとする。
【0025】
<SiO
SiOは、本実施形態のガラスにおける必須成分であり、ガラスの網目構造を形成する主成分である。SiOは、熱膨張率を低くし、耐水性を高めることができる成分である。さらに、SiOは、耐失透安定性を高めることができる成分である。しかしながら、SiOの含有量が55.00%以上であると、ガラス融液の粘度が増大し、熔融性が著しく低下する虞がある。一方、SiOの含有量が46.90%未満であると、熱膨張率を低くする効果、及び耐水性を高める効果が十分に得られない虞がある。また、耐失透安定性を高める効果が十分に得られない虞もある。そのため、本実施形態のガラスにおいては、SiOの含有量を46.90%以上55.00%未満の範囲とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるSiOの含有量は47.00%以上であることが好ましく、また、54.90%以下であることが好ましい。
【0026】
<B
は、本実施形態の光学ガラスにおいて、SiOと同様にガラスの網目構造を形成する成分である。Bは、ガラスの熱膨張率に変化を与えずにガラス融液の粘度を低減させ、熔融性を向上させることができる成分である。さらに、Bは、耐失透安定性を高めることができる成分である。しかしながら、Bの含有量が35.10%を超えると、耐水性が悪くなる虞がある。一方、Bの含有量が27.00%以下であると、ガラス融液の粘度が増大し、熔融性を向上させる効果が十分に得られなくなる虞がある。そのため、本実施形態のガラスにおいては、Bの含有量を27.00%超35.10%以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるBの含有量は、27.50%以上であることが好ましく、また、35.05%以下であることが好ましい。
【0027】
<Al
本実施形態のガラスにおいて、Alは、ガラスの熱膨張率を低くし、ガラスの耐水性を高めることができる成分である。また、Alは、ガラスが分相することを抑制し、耐失透安定性を高めることができる成分である。しかしながら、Alの含有量が12.00%を超えると、ガラスの熔融性が悪くなる虞がある。一方、Alの含有量が6.90%未満であると、ガラスの熱膨張率を低くし、ガラスの耐水性を高める効果を十分に得ることができない虞がある。また、Alの含有量が6.90%未満であると、ガラスが分相することを抑制できず、耐失透安定性が著しく低下する虞がある。そのため、本実施形態のガラスにおいては、Alの含有量を6.90%以上12.00%以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるAlの含有量は、7.00%以上が好ましく、また、11.80%以下が好ましい。
【0028】
<LiO>
本実施形態のガラスにおいて、LiOは、アルカリ金属酸化物の中で最もガラス融液の粘度を低減させ、熔融性を向上させる成分である。しかしながら、LiOの含有量が8.00%を超えると、ガラスの熱膨張率が高くなる虞がある。一方、LiOの含有量が0.90%未満であると、ガラス融液の粘度を低減させて熔融性を向上させる効果が十分に得られなくなる虞がある。そのため、本実施形態のガラスにおいては、LiOの含有量を0.90%以上8.00%以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるLiOの含有量は、1.00%以上が好ましく、また、7.80%以下が好ましい。
【0029】
<NaO>
本実施形態のガラスにおいて、NaOは、LiOほどではないが、ガラス融液の粘度を低減させ、熔融性を向上させる成分である。しかしながら、NaOの含有量が8.10%を超えると、熱膨張率が高くなり、また、耐水性が著しく悪くなる虞がある。一方、NaOの含有量が0.90%未満であると、ガラス融液の粘度を低減させて熔融性を高める効果が十分に得られなくなる虞がある。そのため、本実施形態のガラスにおいては、NaOの含有量を0.90%以上8.10%以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるNaOの含有量は、1.00%以上が好ましく、また、8.00%以下が好ましい。
【0030】
<KO>
本実施形態のガラスにおいて、KOは、LiO、NaOほどではないが、ガラス融液の粘度を低減させ、熔融性を向上させる成分である。しかしながら、KOの含有量が5.10%を超えると、熱膨張率が高くなる虞がある。そのため、本実施形態のガラスにおいては、KOの含有量を0%以上5.10%以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるKOの含有量は、5.00%以下であることが好ましい。
【0031】
<RO>
Oは、LiO、NaO及びKOの総和を示す。本実施形態のガラスにおいて、ROの含有量は、4.00%以上9.00%未満である。ROの含有量が9.00%以上になると、ガラスの熱膨張率が高くなる虞がある。一方、ROの含有量が4.00%未満であると、ガラス融液の粘度を低減させて熔融性を高める効果が十分に得られなくなる虞がある。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるROの含有量は、4.50%以上であることが好ましく、また、8.97%以下であることが好ましい。
【0032】
<MgO>
本実施形態のガラスにおいて、MgOは、ガラスの耐久性を高めることができる成分である。しかしながら、MgOの含有量が3.00%を超えると、ガラスの熔融性が悪くなる虞がある。そのため、本実施形態のガラスにおいては、MgOの含有量を0%以上3.00%以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるMgOの含有量は、2.50%以下であることが好ましい。
【0033】
<CaO>
本実施形態のガラスにおいて、CaOは、ガラスの耐久性を高めることができる成分である。しかしながら、CaOの含有量が3.00%を超えると、ガラスの熔融性が悪くなる虞がある。そのため、本実施形態のガラスにおいては、CaOの含有量を0%以上3.00%以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態の光学ガラスにおけるCaOの含有量は、2.50%以下であることが好ましい。
【0034】
<SrO>
本実施形態の光学ガラスにおいて、SrOは、ガラスの耐失透安定性を高めると共に、ガラスの耐久性を高めることができる成分である。しかしながら、SrOの含有量が4.00%を超えると、ガラスの熔融性が悪くなる虞がある。そのため、本実施形態のガラスにおいては、SrOの含有量を0%以上4.00%以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態の光学ガラスにおけるSrOの含有量は、3.50%以下であることが好ましい。
【0035】
<BaO>
本実施形態のガラスにおいて、BaOは、ガラスの耐失透安定性を高めると共に、ガラスの耐久性を高めることができる成分である。しかしながら、BaOの含有量が4.00%を超えると、ガラスの熔融性が悪くなる虞がある。そのため、本実施形態のガラスにおいては、BaOの含有量を0%以上4.00%以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態の光学ガラスにおけるBaOの含有量は、3.50%以下であることが好ましい。
【0036】
<R’O>
R’Oは、MgO、CaO、SrO及びBaOの総和を示す。本実施形態のガラスにおいて、R’Oの含有量は、0%以上5.00%未満である。R’Oの含有量が5.00%を超えると、ガラスの熔融性が悪くなる虞がある。なお、本実施形態の光学ガラスにおけるR’Oの含有量は、ガラスの耐久性、及び、耐失透性をより高める観点から、4.50%以下であることが好ましい。
【0037】
<Sb
本実施形態のガラスにおいて、Sbは、ガラス融液を脱泡することができる成分であり、任意に添加することができる成分である。Sbの含有量が1.00%以下で、ガラス融液を脱泡する効果を十分に得ることができる。そのため、本実施形態のガラスにおいては、Sbの含有量を0%以上1.00%以下の範囲とした。
【0038】
<F>
本実施形態のガラスにおいて、Fは清澄促進剤である。ガラスにFを微量(例えば、0.01%超)含有させることにより、脱泡されて、清澄が促進される。一方、Fの含有量が1.00%を超えると有害なフッ素の揮発物が発生し、ガラス中に泡として残存する虞がある。そのため、本実施形態のガラスにおいては、Fの含有量を0.01%超1.00%以下の範囲とした。
ここで、Fは、原料としてKF、LiF、NaF、MgF、CaF、SrF、BaF、AlF等のフッ化物を用いることにより、ガラス内に含有させることができる。
【0039】
<Cl>
本実施形態のガラスにおいて、Clは清澄促進剤である。ガラスにClを0.05%以上添加すると、小さな気泡が拡大し浮上し、清澄が促進される。しかしながら、Clの含有量が1.00%を超えると紫外線の透過率を低下させてしまう虞がある。そのため、本実施形態のガラスにおいては、Clの含有量を0.05%以上1.00%以下の範囲とした。
ここで、Clは、原料としてKCl、LiCl、NaCl、AlCl、MgCl、CaCl、SrCl、BaCl等の塩化物を用いることにより、ガラス内に含有させることができる。
【0040】
<(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比>
本実施形態のガラスは、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1より小さいこと、を要する。上述した組成要件を満たすだけでは、熱膨張率を低くすることと、耐水性に優れることとを両立することができない虞がある。本実施形態のガラスは、熱膨張率を高くする成分(RO及びR’O)の含有量と、熱膨張率を低くする又は熱膨張率に影響を与えない成分(SiO、B及びAl)の含有量とを調整すること、即ち(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比を0.1より小さくすることによって、確実に熱膨張率を低くすることができる。したがって、本発明は、上述の組成要件を満たしつつ、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1より小さいことにより、熔融性が良く、熱膨張率が低く、且つ、耐水性に優れるUV-C透過ガラスを提供することができる。
【0041】
<Fe
Feは、UV-Cを吸収し、UV-Cの透過性を悪くする虞がある成分である。しかしながら、ガラス原料や製造プロセスからの混入を完全に回避することは非常に難しく、通常、ガラスはFeを不可避的に含有する。そのため、本実施形態のガラスは、Feの含有量が少ないことが好ましい。具体的には、本実施形態のガラスは、Feの含有量が、0.01%以下、0.005%以下、0.0005%以下であることが好ましい。一方、ガラスの生産性の観点から、本実施形態のガラスは、Feの含有量が0.00001%以上、0.0001%以上であることが好ましい。
【0042】
<TiO
TiOは、Feと同様に、UV-Cを吸収し、UV-Cの透過性を悪くする虞がある成分である。しかしながら、ガラス原料や製造プロセスからの混入を完全に回避することは非常に難しく、通常、ガラスはTiOを不可避的に含有する。そのため、本実施形態のガラスは、TiOの含有量が少ないことが好ましい。具体的には、本実施形態のガラスは、TiOの含有量が、0.02%以下、0.015%以下、0.01%以下であることが好ましい。一方、ガラスの生産性の観点から、本実施形態のガラスは、TiOの含有量が0.0001%以上、0.0003%以上であることが好ましい。
【0043】
<その他の成分>
本実施形態のガラスは、目的を外れない限り、上述した成分(SiO、B、Al、LiO、NaO、KO、MgO、CaO、SrO、BaO、Sb、F、Cl、Fe、TiO)以外のその他の成分を含有することができる。その他の成分としては、例えば、GdO、Y、La、ZrO、GeO、Ta、P等が挙げられる。但し、本実施形態のガラスは、所望の特性をより確実に発現させる観点から、当該その他の成分の含有量が、5%以下であることが好ましく、3%以下であることがより好ましく、1%以下であることが更に好ましく、そして、本実施形態のガラスは、上述した成分のみからなる組成を有することが特に好ましい。
ここで、「上述した成分のみからなる」とは、上述した成分以外の不純物成分を実質的に含有しない、具体的には、その他の成分の含有量が0.2%以下である場合を包含することとする。
【0044】
Cr、NiO、CuO、CeO、V、WO、MoO、MnO、及びCoOは、UV-Cを吸収して、UV-Cの透過性を悪くする虞がある成分である。そのため、本実施形態のガラスは、これらの成分を実質的に含有しないことが好ましい。
【0045】
次に、本実施形態のガラスの諸特性について説明する。
【0046】
<熔融性>
本明細書において「熔融性」とは、均質に混合した調合原料を熔融温度で加熱することで、ガラス化反応が進行し、未熔融物が残らずに完全な融液状態になる現象をいう。本実施形態のガラスは、熔融性が良いため、熔融温度が低く、また、融液中に未熔融物及び/又は泡が残存しにくくなる。本実施形態のガラスは、例えば、本実施形態のガラスの調合原料を電気炉にて1450℃の熔融温度で3時間加熱することで、未熔融物及び/又は泡がない均質なガラスを得ることができる。
【0047】
<熱膨張率>
熱膨張率は、平均線膨張係数(α100-300℃)を測定することにより、評価することができる。平均線膨張係数は、温度の上昇に対応して物体の長さが変化する割合を、温度当たりで示す物性値であり、熱膨張係数とも呼ばれている。
本実施形態のガラスは熱膨張率が低いため、ガラスの一部分に熱が加わってガラス内での温度差が大きくなったときに、ガラスに歪みが発生しにくくなり、熱割れしづらくなる。ガラスの熱膨張率をより低くする観点から、本実施形態のガラスは、平均線膨張係数(α100-300℃)が60×10-7/℃以下であることが好ましい。同様の観点から、本実施形態のガラスは、平均線膨張係数(α100-300℃)が59×10-7/℃以下であることがより好ましい。また、本実施形態のガラスは、平均線膨張係数(α100-300℃)が45×10-7/℃以上であることが好ましく、46×10-7/℃以上であることがより好ましい。
【0048】
なお、上述の「平均線膨張係数(α100-300℃)」は、日本光学硝子工業会規格のJOGIS08-2019「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に準拠して測定される値を指す。また、本実施形態のガラスの「平均線膨張係数(α100-300℃)」の調整は、例えば、上述した各成分の含有量を、所定の範囲内において適宜調節しつつ、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比を0.1より小さくすることによって、行うことができる。
【0049】
<UV-Cの透過性>
本実施形態のガラスは、UV-Cの透過性を有する。UV-Cの透過性は、ガラス厚1mmにおける波長265nmの内部透過率を測定することにより評価することができる。具体的に、本実施形態のガラスは、ガラス厚1mmにおける波長265nmの内部透過率が90%以上であることができ、また、91%以上であることができる。
なお、上述の「内部透過率」は、日本光学硝子工業会規格のJOGIS 17-2019「光学ガラスの内部透過率の測定方法」の計算式に準拠して求める。また、本実施形態のガラスの「内部透過率」の調整は、例えば、上述した各成分の含有量を、所定の範囲内において適宜調節することにより行うことができる。
【0050】
<ガラス転移点>
本実施形態のガラスは、ガラス転移点が510℃以下であることが好ましい。ガラス転移点は、融液からガラスになる過程を示す温度であり、モールド成形の可否を判断する指標ともなる温度である。ガラス転移点が高くなると成形温度も高くなり、ガラスが使用する金型と癒着して離型できない等の問題が生じる虞がある。そのため、ガラス転移点はできる限り低いことが好ましく、本実施形態のガラスにおいては、ガラス転移点が500℃以下であることがより好ましく、490℃以下であることがさらに好ましい。
【0051】
なお、上述の「ガラス転移点」は、日本光学硝子工業会規格のJOGIS 08-2019「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に準拠して測定される熱膨張曲線において、その屈曲部の低温側及び高温側から引いた2本の接戦の交点に相当する温度を指す。また、本実施形態のガラスの「ガラス転移点」の調整は、例えば、上述した各成分の含有量を、所定の範囲内において適宜調節することにより行うことができる。
【0052】
<耐水性>
耐水性は、減量率を算出することにより、評価することができる。本明細書において、ガラスについて「減量率」は、20mm×10mm×10mmのガラス片とし、前記ガラス片を純水1000ml中で60分間煮沸処理した際の、前記煮沸処理前後におけるガラス片の減量率(質量%)を指す。減量率は、以下の式から算出される。
減量率=(「煮沸処理前のガラス片の質量」-「煮沸処理後のガラス片の質量」)×100/「煮沸処理前のガラス片の質量」
【0053】
本実施形態のガラスは、耐水性に優れており、例えば、減量率が0.1質量%より少ないことが好ましい。
【0054】
本実施形態のガラスの「減量率」の調整は、例えば、上述した各成分の含有量を、所定の範囲内において適宜調節することにより行うことができる。
【0055】
(UV-C透過ガラスの製造方法)
次に、本実施形態のガラスの製造方法について説明する。
ここで、本実施形態のガラスは、各成分の組成(含有量、質量比)が上述した範囲を満足していればよく、その製造方法については特に限定されることなく、従来の製造方法に従って製造することができる。
例えば、まず、本実施形態の光学ガラスに含まれ得る各成分の原料として、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、フッ化物、塩化物などを所定の割合で秤量し、十分混合したものをガラス調合原料とする。次いで、このガラス調合原料を、ガラス調合原料等と反応性のない熔融容器(例えば、白金族金属、白金族金属の合金、石英などの坩堝)に投入して、電気炉にて1300~1450℃に加熱して熔融し、適時撹拌する。次いで、電気炉で清澄、均質化してから、適当な温度に予熱した金型内に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷して歪みを取り除くことで、本実施形態のガラスを製造することができる。
【0056】
(UV-C透過ガラスの用途)
本実施形態のガラスは、その用途は特に限定されないが、精密モールドプレス成形用であることが好ましい。
本実施形態のガラスはモールド成形にも優位性を持つため、本実施形態のガラスを精密モールドプレス成形に供することにより、後述するガラス部品を容易に製造することができる。
【0057】
(ガラス部品)
以下、本発明の一実施形態のガラス部品(以下、「本実施形態のガラス部品」と称することがある)について説明する。
本実施形態のガラス部品は、上述したUV-C透過ガラスを素材として用いたことを特徴とする。本実施形態のガラス部品は、上述したUV-C透過ガラスを素材として用いているため、熱膨張率が低く、耐水性に優れる。
【0058】
本実施形態のガラス部品としては、特に限定されないが、LEDカバーレンズ、マイクロレンズアレイ等のレンズアレイ、レンズ機能付きプリズム、プリフォーム用素材、ファイバー用素材等が挙げられる。ガラス部品がレンズを含む場合、該レンズは球面レンズ、非球面レンズ、平凹レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、両凸レンズ、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、マイクロレンズ、回折格子付きレンズ、ロッドレンズ等であってもよい。また、レンズは、必要に応じて、その表面に反射防止膜、波長選択性のある部分反射膜等を設けられてもよい。
【0059】
本実施形態のガラス部品の製造方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜公知の方法を選択することができ、例えば、本実施形態のガラスを精密モールドプレス成形する方法が挙げられる。
【実施例
【0060】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0061】
実施例及び比較例のガラスは、以下の方法で製造した。
【0062】
表1~表8に記載の組成における各成分の原料として、各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、フッ化物、塩化物などを使用し、所望の割合となるよう秤量して、十分に混合したものを調合原料とした。次に、調合原料を白金製の坩堝に投入し、電気炉にて1300~1450℃の温度で数時間熔融しながら、白金製の攪拌棒で適時攪拌することで均質化を図り、清澄させた。その後、適当な温度に予熱しておいた金型に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷することで、各例のガラスを得た。各例では、フッ化物としてAlFを使用し、塩化物として、NaClを使用した。また、各例のガラスは、Feの含有量が0.01質量%以下であり、TiOの含有量が、0.02質量%以下であった。
【0063】
なお、比較例1,2は、特許文献1(特開平4-342437号公報)に記載の実施例1,4の組成にそれぞれ対応させた例であり、比較例3は、特許文献2(特開2018-197190号公報)の実施例1に対応させた例である。比較例4、5、6は、特許文献3(特開2012-140314号公報)の資料No.1、8、11に対応させた例である。また、比較例7は、特許文献4(特開2013-230952号公報)の実施例1に対応させた例である。
【0064】
得られた各例のガラスについて、以下の手順に従い、熔融性、熱膨張率、耐水性、及びUV-Cの透過性の評価、ガラス転移点の測定を行った。結果をそれぞれ表1~表7に示す。
【0065】
<熔融性の評価>
熔融性の評価としては、調合原料を電気炉にて1450℃の温度で3時間加熱した後に、未熔融物及び泡が確認されなかった場合は「A」、未熔融物又は泡が確認された場合は「B」として目視評価した。
【0066】
<熱膨張率の評価>
熱膨張率の評価として、平均線膨張係数(α100-300℃)を測定した。具体的に、平均線膨張係数(α100-300℃)の測定は、日本光学硝子工業会規格のJOGIS 08-2019「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に記載された方法に従って行った。かかる平均線膨張係数(α100-300℃)の値が小さいほど、熱膨張率が低い(良好である)ことを示す。
【0067】
<耐水性の評価>
耐水性の評価として、減量率を算出した。具体的に、減量率の算出は、以下の方法により行った。
各例のガラスを20mm×10mm×10mmのガラス片とし、該ガラス片を1000mlの純水中で60分間煮沸処理した。その後、以下の式により、減量率を算出した。かかる減量率の値が小さいほど、耐水性に優れることを示す。
減量率=(「煮沸処理前のガラス片の質量」-「煮沸処理後のガラス片の質量」)×100/「煮沸処理前のガラス片の質量」
【0068】
<ガラス転移点の測定>
ガラス転移点の測定は、日本光学硝子工業会規格のJOGIS 08-2019「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に記載された方法に従って行った。かかるガラス転移点が低いほど、モールド成形性に優れることを示す。
【0069】
<UV-Cの透過性の評価>
UV-Cの透過性の評価として、ガラス厚1mmにおける波長265nmの内部透過率を測定した。具体的に、ガラス厚1mmにおける波長265nmの内部透過率の算出は、日本光学硝子工業会規格のJOGIS 17-2019「光学ガラスの内部透過率の測定方法」に記載された方法に従って行った。かかる内部透過率の値が大きいほど、UV-Cの透過性に優れることを示す。
【0070】
【表1】
【0071】
【表2】
【0072】
【表3】
【0073】
【表4】
【0074】
【表5】
【0075】
【表6】
【0076】
【表7】
【0077】
【表8】
【0078】
表1~表3より、本発明に従う実施例1~20のガラスは、熔融性の評価結果が「A」であり、平均線膨張係数(α100-300℃)が60×10-7/℃以下であり、減量率が0.10質量%より少なく、ガラス厚1mmにおける波長265nmの内部透過率が90%以上であった。これらのことから、実施例1~20のガラスは、熔融性が良く、熱膨張率が低く、耐水性に優れ、UV-C透過性に優れることがわかる。
【0079】
また、実施例1~20のガラスは、ガラス転移点が510℃以下であった。このことから、実施例1~20のガラスは、モールド成形にも優位性を持つことがわかる。
【0080】
一方、表4~表8より、比較例1~33のガラスは、本発明で規定されている範囲のいずれかを満たしていないので、熔融性が悪い、熱膨張率が高い及び/又は耐水性が優れないガラスとなった。
【0081】
比較例1のガラスは、熔融性の評価結果が「B」であった。これは、SiOの含有量が多いこと、Bの含有量が少ないことに因るものと考えられる。
【0082】
比較例2のガラスは、熔融性の評価結果が「B」であった。これは、Bの含有量が少ないことに因るものと考えられる。
【0083】
また、比較例1及び2のガラスは、ガラス厚1mmにおける波長265nmの内部透過率[%]が低かった。これは、比較例1及び2のガラスは熔融性が悪く、ガラス中に未熔融物及び泡が残存したことに因るものと考えられる。
【0084】
比較例3のガラスは、熔融性の評価結果が「B」であり、平均線膨張係数(α100-300℃)が高かった。また、比較例3のガラスは、ガラス転移点が高かった。これらは、SiO及びNaOの含有量が多いこと、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1以上であることに因るものと考えられる。
【0085】
比較例4のガラスは、平均線膨張係数(α100-300℃)が高かった。これは、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1以上であることに因ると考えられる。
【0086】
比較例5のガラスは、熔融性の評価結果が「B」であり、平均線膨張係数(α100-300℃)が高かった。また、比較例5のガラスは、ガラス転移点が高かった。これらは、SiOの含有量が多いこと、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1以上であることに因るものと考えられる。
【0087】
比較例6及び7のガラスは、平均線膨張係数(α100-300℃)が高かった。これは、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1以上であることに因ると考えられる。
【0088】
比較例8~25のガラスは、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1より小さいが、該ガラスにおける成分の含有量のいずれかが、組成要件における各成分の範囲を満たさないガラスである。
【0089】
比較例8のガラスは、減量率が大きかった。これは、SiOの含有量が少ないこと、Bの含有量が多いことに因るものと考えられる。
【0090】
比較例9のガラスは、減量率が特に大きかった。また、比較例9のガラスは、分相し、ガラス厚1mmにおける波長265nmの内部透過率[%]が、ほぼ0であった。これらは、Alの含有量が、少なすぎたことに因るものと考えられる。
【0091】
比較例10のガラスは、減量率が大きかった。これは、Alの含有量が少ないことに因るものと考えられる。
【0092】
比較例11~13のガラスは、熔融性の評価結果が「B」であった。これは、Alの含有量が多いことに因るものと考えられる。
【0093】
比較例14のガラスは、熔融性の評価結果が「B」であった。これは、比較例14のガラスがLiOを含まないことに因るものと考えられる。
【0094】
比較例15のガラスは、熔融性の評価結果が「B」であった。これは、比較例15のガラスがLiOを含まないこと、NaOの含有量が少ないことに因るものと考えられる。
また、比較例15のガラスは、ガラス厚1mmにおける波長265nmの内部透過率[%]が低かった。これは、比較例15のガラスは熔融性が悪く、ガラス中に未熔融物及び泡が残存したことに因るものと考えられる。
【0095】
比較例16のガラスは、平均線膨張係数(α100-300℃)が高かった。これは、KOの含有量が多いことに因るものと考えられる。
【0096】
比較例17のガラスは、熔融性の評価結果が「B」であった。これは、ROの含有量が少ないことに因るものと考えられる。
【0097】
比較例18及び19のガラスは、平均線膨張係数(α100-300℃)が高かった。これは、LiOの含有量が多いこと、NaOの含有量が少ないことに因るものと考えられる。
【0098】
比較例20のガラスは、平均線膨張係数(α100-300℃)が高かった。これらは、LiOの含有量が少ないこと、NaOの含有量が多いことに因るものと考えられる。
【0099】
比較例21のガラスは、平均線膨張係数(α100-300℃)が高く、減量率が大きかった。これらは、LiOを含まないこと、NaOの含有量が多いことに因るものと考えられる。
【0100】
比較例22のガラスは、熔融性の評価結果が「B」であった。これは、MgOの含有量が多いことに因るものと考えられる。
【0101】
比較例23のガラスは、熔融性の評価結果が「B」であった。これは、CaOの含有量が多いことに因るものと考えられる。
【0102】
比較例24のガラスは、熔融性の評価結果が「B」であった。これは、SrOの含有量が多いことに因るものと考えられる。
【0103】
比較例25のガラスは、熔融性の評価結果が「B」であった。これは、BaOの含有量が多いことに因るものと考えられる。
【0104】
比較例26のガラスは、平均線膨張係数(α100-300℃)が高く、減量率が大きかった。これは、ROの含有量が多く、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1以上であることに因るものと考えられる。
【0105】
比較例32のガラスは、平均線膨張係数(α100-300℃)が高かった。これは、ROの含有量が多く、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1以上であることに因るものと考えられる。
【0106】
比較例27~31、33は、組成要件を満たすが、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1以上であるガラスである。比較例27~31のガラスは、いずれも平均線膨張係数(α100-300℃)が高かった。また、比較例33のガラスは、減量率が大きかった。これらのことから、組成要件を満たしたとしても、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1以上であると、熱膨張率を低くすることと、耐水性に優れることとを両立することができないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【0107】
本発明によれば、アルミノホウケイ酸塩ガラスの特定組成において、熔融性が良く、熱膨張率が低く、且つ、耐水性に優れるUV-C透過ガラスを提供することができる。
また、本発明によれば、上述したUV-C透過ガラスを用いたガラス部品を提供することができる。
【要約】
【課題】アルミノホウ酸塩系ガラスの特定組成において、熔融性が良く、熱膨張率が低く、且つ、耐水性に優れるUV-C透過ガラスを提供する。
【解決手段】質量%で、SiO:46.90%以上55.00%未満、B:27.00%超35.10%以下、Al:6.90%以上12.00%以下、LiO:0.90%以上8.00%以下、NaO:0.90%以上8.10%以下、KO:0%以上5.10%以下、RO:4.00%以上9.00%未満(但し、ROは、LiO、NaO及びKOの総和を示す。)、MgO:0%以上3.00%以下、CaO:0%以上3.00%以下、SrO:0%以上4.00%以下、BaO:0%以上4.00%以下、R’O:0%以上5.00%未満(但し、R’Oは、MgO、CaO、SrO及びBaOの総和を示す。)、Sb:0%以上1.00%以下、F:0.01%超1.00%以下、Cl:0.05%以上1.00%以下を含有し、(RO+R’O)/(SiO+B+Al)で表される質量比が0.1より小さい、ことを特徴とする、UV-C透過ガラス。
【選択図】なし