(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂｉ２Ｏ３又はＴｅＯ2の少なくともいずれかを５〜６０ｍｏｌ％含む溶融ガラスを処理するためのガラス製造用の材料であって、
Ｚｒ又はＳｍの少なくともいずれかを０．０５〜０．５質量％、金を９９．５〜９９．９５質量％含む金合金からなるガラス製造用の材料。
【請求項２】
Ｂｉ２Ｏ３又はＴｅＯ2の少なくともいずれかを５〜６０ｍｏｌ％含む溶融ガラスを処理するためのガラス製造装置であって、
前記溶融ガラスとの接触面がＺｒ又はＳｍの少なくともいずれかを０．０５〜０．５質量％、金を９９．５〜９９．９５質量％含む金合金からなるガラス製造装置。
【請求項３】
Ｂｉ２Ｏ３又はＴｅＯ2の少なくともいずれかを５〜６０ｍｏｌ％含む溶融ガラスを処理して成形するガラス製造方法において、
請求項２記載のガラス製造装置を用いるガラス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定組成の溶融ガラスによる耐侵食性に優れた金合金に関し、更に、当該金合金を使用したガラスの製造方法及びガラス製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス製造装置の構成材料としては、従来から、白金又は白金合金が最も多く使用されている（ガラス工業に適用可能な白金材料としては、特許文献１の従来の技術の欄に詳細が記載されている。）。白金は融点が高く、大気中で酸化物層を形成しないため劣化せず、装置稼動時に変形、損傷するおそれが低いことに加え、化学的安定性にも優れ、溶融ガラスを汚染するおそれが低いことによる。この白金材料としては、白金の他、白金−ロジウム合金等の白金合金が広く使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４９３３８号公報
【０００４】
ところで、近年のガラス製品の多様化に伴い、その組成系も多種のものが知られている。例えば、デジタルカメラ用非球面レンズや発光素子モジュール用レンズ等で使用される高屈折高分散の光学ガラスとして、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５を多量に含む組成のガラス（ＳＦタイプ）が知られている。しかし、これらの光学ガラスを、高精度に光学研磨された金型でプレス成形する事により非球面形状を得ようとすると、プレス成形温度が高い為に金型或いは金型表面を損傷するといった問題があった。また、十分に高い屈折率を得られないといった課題もあった。
【０００５】
そこで、プレス成形に適した高屈折率ガラスとして、Ｂｉ２Ｏ３やＴｅＯ2の含有量を５〜６０ｍｏｌ％とした光学ガラスの使用が最近増えている。この光学ガラスはプレス成形温度が低いので、金型或いは金型表面の損傷が無く、良好な加工品質を維持する事が可能である。
【０００６】
しかしながら、Ｂｉ２Ｏ３やＴｅＯ2を多量に含む光学ガラスはその製造過程での溶融状態において、これらの成分が製造装置を構成する白金材料を侵食する傾向がある。この溶融ガラスによる侵食は、ガラスの着色という問題や、白金材料の強度低下による製造装置の耐久性低下の問題を生じさせる。そのため、Ｂｉ２Ｏ３等を多量に含む光学ガラスを品質確保しつつ製造するために、製造装置の構成材料の見直しが必要と考えられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、Ｂｉ２Ｏ３やＴｅＯ2を多量に含む光学ガラスの製造用に好適な材料、及び、この材料を使用するガラス製造方法、装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本願発明は、Ｂｉ２Ｏ３又はＴｅＯ2の少なくともいずれかを５〜６０ｍｏｌ％含む溶融ガラスを処理するためのガラス製造用の材料であって、Ｚｒ又はＳｍの少なくともいずれかを０．０５〜０．５質量％含み、金を９９．５〜９９．９５質量％含む金合金からなるガラス製造用の材料である。
【０００９】
従来のガラス製造用材料である白金は、本来、化学的安定性が高い材料ではあるが、上記の通りＢｉ２Ｏ３やＴｅＯ2のような特定成分による侵食性については耐性が低いといえる。金は、耐食性に関しては、白金を凌ぐ金属であり、Ｂｉ２Ｏ３やＴｅＯ2に対しても耐侵食性を有する。
【００１０】
一方、金は、比較的軟らかく白金等に比して強度面で劣る金属である。この点、ガラス製造装置としては、高温の溶融ガラスを保持する溶解槽や粘度の高い溶融ガラスを撹拌するスターラー等があるが、いずれも高温下で強度確保が要求される。従って、ガラス製造に金を応用するとしても、高温強度の確保は必須である。高温に晒される金属材料の強化法としては、通常、固溶強化（合金化）、分散強化のいずれかが用いられることが多く、従来のガラス製造用材料である強化白金は、分散強化によるものが多い。これに対し、本願発明者は、Ｂｉ２Ｏ３等の侵食性成分を含む溶融ガラスについては、材料素地（マトリックス）そのものの強化を図ることが溶接性、伸びを向上させるということから好ましく、固溶強化による金合金の採用が好適であると考え、本発明に想到した。
【００１１】
本発明において、金に合金化する元素をＺｒ又はＳｍとするのは、本発明者等の検討から、Ｚｒ、Ｓｍ以外の金属の合金化によっては溶融ガラスによる侵食を抑制し難いからである。そして、これらの添加量を０．０５〜０．５質量％とするのは、０．０５質量％未満では、合金の耐食性及び強度の向上効果が発揮されないからであり、０．５質量％を超えると、脆性が増し耐久性が落ちるからである。この合金元素添加量は、より好ましくは０．１〜０．３質量％とする。
【００１２】
上記本発明に係る金合金を適用するガラス製造装置は、溶融ガラスと接触する面が、金合金からなるものであれば良く、装置全体を金合金とする必要はない。即ち、装置の溶融ガラスと接触する面について、クラッド法、溶射法等の方法により金合金の皮膜を形成することで、本発明に係る装置とすることができる。このようにガラス接触面のみについて皮膜を形成することで、装置コストの低減を図ることができる。
【００１３】
ここで、本発明におけるガラス製造装置とは、溶融ガラスを貯留可能な塔槽類の形態として、溶解槽、清澄槽、撹拌槽が挙げられる。また、撹拌槽において溶融ガラスを撹拌して均質化処理を行う撹拌棒（スターラー）も対象となる。更に、溶融ガラスを流通させる樋形状の流路、スロート、接続パイプ、流出ノズルも対象となる。図１にガラス製造装置１の構成例を示す。本発明においては、これらのガラス製造装置の少なくとも一つが、金合金から構成される。上記の通り、これらのガラス製造装置は、溶融ガラスとの接触面が金合金で形成されていれば良く、上記クラッド法、溶射法等による皮膜形成が有効である。皮膜の厚さは、０．１〜３．０ｍｍとするのが好ましい。
【００１４】
そして、本発明に係る金合金で構成されるガラス製造装置を用いるガラス製造方法は、Ｂｉ２Ｏ３やＴｅＯ2の含有量を５〜６０ｍｏｌ％とした光学ガラスであっても製造装置を侵食させることなく取扱うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明した本発明に係る金合金は、金を主成分とすることから耐食性に優れ、白金に対して侵食性を有するＢｉ２Ｏ３やＴｅＯ2を多量に含む溶融ガラスにも侵食され難い。そのため、ガラス製造装置成分の溶出によるガラスの着色を防止し、高品質な光学ガラスの製造が可能となる。また、金を主成分としつつも機械的性質に優れ、高温下で負荷を受けるガラス製造装置に対して、長期使用を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ガラス製造装置の構成例を示す図
【図２】Ａｕ−Ｚｒ合金、Ａｕ−Ｓｍ合金の高温クリープ強度試験の結果を示す図。
【図３】Ａｕ−Ｚｒ合金、Ａｕ−Ｓｍ合金の焼鈍特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。本実施形態では、まず、金合金を製造し、溶融ガラスによる侵食性、機械的性質を評価した。その後、この金合金を適用する坩堝により熔解したガラスの光学特性を評価した。
【００１８】
金合金の評価
本実施形態では、Ｚｒ、Ｓｍの他、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇの各種貴金属を合金化した金合金を製造した。これら金合金の製造は、溶解鋳造法により製造した合金インゴットを、鍛造及び圧延して１．０ｍｍの試験片とした。
【００１９】
製造した各金合金について、溶融ガラスに対する侵食性を評価した。この評価試験は、予め調整したガラス原料（組成は後述する表３の例３に対応する）を、各金合金からなる坩堝（寸法：６０Ｗ×６０Ｌ×３５Ｈ）に入れ、９００℃に加熱して溶解ガラスとし、この状態で２４時間保持した後に、鋳型に流し出して冷却凝固させ、その着色の有無を目視観察した。その結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
上記試験結果から、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇを合金化した金合金は、ガラスに明瞭な着色を生じさせるものであり、溶融ガラスによる侵食が発生していることがわかる。一方、Ｚｒ、Ｓｍを合金化した金合金については、このようなガラスの着色を抑制することができ、耐侵食性の観点から良好な特性を有することが確認された。
【００２２】
次に、Ｚｒ、Ｓｍを合金化した金合金について、高温下での機械的強度を評価した。この評価試験は、高温引張強度測定（８００℃、９００℃）、硬度測定（焼鈍前後）、高温クリープ強度測定（８００℃）を行った。
【００２３】
表２は、高温引張強度及び硬度の測定結果を、また、図２に高温クリープ測定の結果を、図３にそれぞれの焼鈍特性を表すグラフを示す。これらの機械的強度の評価結果から、Ａｕ−Ｚｒ合金、Ａｕ−Ｓｍ合金は、いずれも純金よりも高温における機械的強度が改善されていることがわかる。尚、Ａｕ−Ｓｍ合金は、９００℃における引張強度が若干低下している事から、８００℃までの使用に適している。一方、８００℃〜１０００℃で熔解するガラスに対してはＡｕ−Ｚｒ合金が適している。また図３に示すように、Ａｕ−Ｓｍ合金の焼鈍温度は約６００℃、Ａｕ−Ｚｒ合金の焼鈍温度は約５００℃であり、焼鈍後の硬度はいずれも純金より高く優れていた。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
試験装置における金合金の光学特性評価
表３の例１〜例６に示す化学組成（ｍｏｌ％）となる様に原料を秤量して混合し、これを容量３００ｃｃの金合金製るつぼに入れて８００〜１０００℃で２時間熔解した。尚、この試験で使用した金合金製るつぼは、ＡｕにＺｒを０．３質量％添加したものを使用した。この際、金製スターラーにより1時間撹拌して溶融ガラスを均質化した。均質化した溶融ガラスを鋳型に流し出して、板状に成形後、徐冷して測定試料を得た。
【００２６】
得られたガラスについて、透過率（％）、ｄ線における屈折率ｎｄ、及びアッベ数νｄを測定した。
屈折率ｎｄは、ヘリウムｄ線に対する屈折率であり、屈折率計（カルニュー光学工業社製、商品名：ＫＲＰ−２０００）で測定した。屈折率の値は、小数点以下第４位まで測定し、小数点以下第４位を四捨五入して小数点以下第３位として記載した。
アッベ数νｄは、νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）により算出し、小数点以下第２位を四捨五入して小数点以下第１位として記載した。ただし、ｎＦ、ｎＣは、それぞれ水素Ｆ線およびＣ線に対する屈折率である。
透過率λ７０は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０２−２００３に準じて分光光度計（パーキンエルマー社製、商品名：Ｌａｍｂｄａ９５０）を用い、厚さ１０ｍｍに両面研磨した試料について、１ｎｍきざみで分光透過率（表面反射損失を含む）を測定した。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
表３から明らかな通り、本発明のＡｕ合金製坩堝を使用した例1〜例６のガラスはＢｉ２Ｏ３やＴｅＯ2を多量に含んでいるにも関わらず、いずれも極めて良好な透過特性を有している。
【００２９】
また、大気中９００℃の環境で１００時間を越えて使用しても試験坩堝の破損・変形は生じておらず、坩堝内壁の変質なども観られなかった。
【００３０】
ガラス製造装置の設計において、８００℃〜１０００℃の領域は、形状の安定性はあるものの融点に近い温度域である事から、一時的に過昇温とならない様に温度制御に注意する必要がある。また、温度制御性を向上させる等して炉内温度分布を均一にする必要もある。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、Ａｕに微量のＺｒ、Ｓｍを合金化した金合金であり、この金合金を適用したガラス溶解坩堝は、従来のガラス溶解坩堝の主力であった白金製の装置に対して、所定の溶融ガラスに対する耐久性が改良されている。本発明により、高品質のガラスを安定的に製造・供給することができる。本発明により製造される材料は透過特性が良好である事から、デジタルカメラ等の光学部材、光ファイバーを用いた光通信用部材に使用されるレンズ・プリズム・回折素子・光ファイバーなどに好適である。また、ＣＤ・ＤＶＤ等の光ピックアップに使用される対物レンズ、コリメートレンズに好適である。また、軟化温度が低い事からディスプレイパネル向けの封着材料としても適している。
【符号の説明】
【００３２】
１  ガラス製造装置
２  溶解槽
３  清澄槽
４  攪拌槽
５  ガラス材料投入口
６  連結流路１
７  連結流路２
８  接続パイプ
９  流出ノズル
１０  攪拌棒
２０  溶融ガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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