(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モル％で、ＴｅＯ２  ５０％以上、ＺｎＯ  ０〜３５％（ただし０％を含まない）、ＢａＯ  １〜２５％、ＧｅＯ２  １％未満、及びＬａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３  ０〜３０％（ただし０％を含まない）を含有し、Ｐｂ及びＣｓを実質的に含有しない赤外線透過ガラスからなることを特徴とする赤外線センサー用カバー部材。
【請求項２】
赤外線透過ガラスがＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｍｏ及びＢｉを実質的に含有しないことを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサー用カバー部材。
【請求項３】
赤外線透過ガラスがＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５及びＡｌ２Ｏ３の含有量が各々１％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線センサー用カバー部材。
【請求項４】
赤外線透過ガラスがＣｄを実質的に含有しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外線センサー用カバー部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の赤外線センサー用カバー部材を備えることを特徴とする赤外線センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＯ２センサーや人感センサー等の赤外線センサーのカバー部材等として好適なガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＯ２センサーや人感センサー等の赤外線センサーには、波長約４〜８μｍの中赤外域の光が利用される。当該赤外線センサーのカバー部材として、中赤外域で高い光透過性を示すガラスが用いられる。具体的には、当該ガラスとしては、フッ化物ガラスやカルコゲナイドガラスが挙げられる。
【０００３】
しかしながら、フッ化物ガラス及びカルコゲナイドガラスはいずれも溶融工程で有毒ガスが発生するため、有毒ガス処理設備等を準備する必要があり、製造コストが高くなる傾向がある。また、溶融工程におけるガラス成分の揮発により組成ズレも発生しやすい。さらに、耐候性が低いという問題もある。なお、カルコゲナイドガラスは可視域での光透過性が低いため、例えば意匠性等の観点から可視域の光透過性が要求される用途においては使用できない場合がある。
【０００４】
可視域での光透過性に優れた酸化物ガラスとしてアルミン酸ガラスが知られているが、当該ガラスは特に波長５μｍ以上の赤外域での光透過性が非常に低い。波長５μｍ以上においても良好な光透過性を示す酸化物ガラスとして、特許文献１にＢｉ２Ｏ３−ＰｂＯ−ＢａＯ−ＺｎＯ系ガラスが、特許文献２にはＢｉ２Ｏ３−ＰｂＯ−ＺｎＯ−ＣｄＦ２系ガラスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許３７２３１４１号
【特許文献２】特開平８−１８８４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２に記載のガラスは、ガラス化を安定にするため、環境に有害なＰｂＯやＣｄＦ２を大量に含有している。近年、環境に対する負荷軽減のニーズが高まりつつあるため、これらのガラスを使用することが困難になってきている。
【０００７】
以上に鑑み、本発明は、環境に有害な化合物を含有させずにガラス化することができ、かつ、可視域から波長４〜８μｍ程度の中赤外域まで高い光透過性を示す新規な赤外線透過ガラス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】
本発明の赤外線透過ガラスは、モル％で、ＴｅＯ２  ５０％以上、ＺｎＯ  ０〜４５％（ただし０％を含まない）、及びＬａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３  ０〜５０％（ただし０％及び５０％を含まない）を含有することを特徴とする。上記組成範囲内であれば、ガラス化の安定に有用なＰｂＯやＣｄＦ２、Ｃｓ２Ｏ等の有害な化合物を含有しない場合であっても、可視域から中赤外域まで高い光透過性を有するガラスを得ることができる。
【０００９】
本発明の赤外線透過ガラスは、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｍｏ及びＢｉを実質的に含有しないことが好ましい。上記元素は波長約４００〜８００ｎｍの可視域における吸収が大きい成分である。従って、これらの元素を実質的に含有しないことにより、可視域の広い範囲にわたり高い光透過性を有するガラスが得られやすくなる。なお、本明細書において、「実質的に含有しない」とは、原料として意図的に含有させないことを意味し、不可避的不純物の混入までをも排除するものではない。具体的には、ガラス組成中の含有量が、酸化物換算のモル％で０．１％未満であることを指す。
【００１０】
本発明の赤外線透過ガラスは、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２及びＡｌ２Ｏ３の含有量が各々１％未満であることが好ましい。ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２及びＡｌ２Ｏ３は赤外域における光透過性を低下させる成分である。よって、これらの成分の含有量を上記の通り規制することにより、赤外域における光透過率に優れたガラスが得られやすくなる。
【００１１】
本発明の赤外線透過ガラスは、Ｐｂ、Ｃｓ及びＣｄを実質的に含有しないことが好ましい。このようにすれば、近年の環境的要請を満たすことができる。
【００１２】
本発明の赤外線センサー用カバー部材は、上記の赤外線透過ガラスからなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の赤外線センサーは、上記の赤外線センサー用カバー部材を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、環境に有害な化合物を含有させずにガラス化することができ、かつ、可視域から波長４〜８μｍ程度の中赤外域まで高い光透過性を示す新規な赤外線透過ガラスを提供することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の赤外線透過ガラスは、ガラス転移点が低くプレス成型性に優れている。さらに高屈折率であるため、レンズに加工した際、薄型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例における試料Ｎｏ．１のガラスの中赤外域における光透過率曲線を示すグラフである。
【図２】実施例における試料Ｎｏ．１のガラスの可視域における光透過率曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の赤外線透過ガラスは、モル％で、ＴｅＯ２  ５０％以上、ＺｎＯ  ０〜４５％（ただし０％を含まない）、及びＬａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３  ０〜５０％（ただし０％及び５０％を含まない）を含有することを特徴とする。ガラス組成範囲をこのように限定した理由を以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量の説明において、特に断りがない限り「％」は「モル％」を示す。
【００１８】
ＴｅＯ２はガラス骨格を形成する成分である。また、ガラス転移点を低下させ、屈折率を高める効果も有する。ＴｅＯ２の含有量は５０％以上であり、７０％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましい。ＴｅＯ２の含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなる。一方、ＴｅＯ２の含有量の上限は特に限定されないが、他の成分の含有量を考慮し、９９％以下であることが好ましい。なお、特に可視域における光透過率を向上させたい場合は、９０％以下であることがより好ましく、８０％以下であることがさらに好ましい。
【００１９】
ＺｎＯは熱的安定性を高める成分である。ＺｎＯの含有量は０〜４５％（ただし０％を含まない）であり、１０〜３５％であることが好ましく、１５〜３０％であることがより好ましい。ＺｎＯを含有しない場合、あるいはＺｎＯの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。
【００２０】
Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３は赤外線透過特性を低下させることなく、液相温度を低下させてガラス化の安定性を高める成分である。Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３の含有量は０〜５０％（ただし０％及び５０％を含まない）であり、１〜３０％であることが好ましく、１〜１５％であることがより好ましく、１〜１１％であることがさらに好ましく、２〜１０％であることが特に好ましく、３〜９％であることが最も好ましい。これらの成分を含有しない場合は、上記効果が得られにくくなり、一方、その含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。また、ガラス転移点も上昇し、プレス成型性が低下しやすくなる。なお、上記成分のなかでＬａ２Ｏ３はガラス化の安定性を高める効果が最も高い。よって、Ｌａ２Ｏ３を積極的に含有させることにより、ガラス化が容易となる。なお、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３の各成分の含有量は、０〜５０％（ただし５０％を含まない）であり、０〜３０％であることが好ましく、０．５〜１５％であることがより好ましく、１〜１１％であることがさらに好ましく、２〜１０％であることが特に好ましく、３〜９％であることが最も好ましい。
【００２１】
本発明の赤外線透過ガラスには、上記成分以外にも下記の成分を含有させることができる。
【００２２】
ＲＯ（ＲはＣａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種）は赤外線透過特性を低下させることなくガラス化の安定性を高める成分である。ＲＯの含有量は０〜２５％であることが好ましく、１〜２０％であることがより好ましく、２〜１５％であることがさらに好ましく、３〜１０％であることが特に好ましい。ＲＯの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。
【００２３】
なお、各ＲＯ成分の含有量の好ましい範囲は以下の通りである。ＣａＯの含有量は０〜２５％であることが好ましく、１〜１３％であることがより好ましく、２〜１０％であることがさらに好ましい。ＳｒＯの含有量は０〜２５％であることが好ましく、１〜１５％であることがより好ましい。ＢａＯの含有量は０〜２５％であることが好ましく、１〜２０％であることがより好ましく、２〜１５％であることがさらに好ましく、２〜１４％であることがなお好ましく、２〜１０％であることが特に好ましく、２〜５％であることが最も好ましい。ＲＯのうちＢａＯが、ガラス化の安定性を高める効果が最も高い。よって、ＲＯとしてＢａＯを積極的に含有させることにより、ガラス化が容易となる。
【００２４】
Ｌｉ、Ｎａ及びＫは可視域における透過率を向上させる成分である。ただし、ガラス骨格の結合を切断する成分でもあるため、その含有量が多すぎると、化学的耐久性を低下する傾向がある。よって、Ｌｉ、Ｎａ及びＫは合量で０〜２０％であることが好ましく、０〜１０％であることがより好ましく、０〜５％であることがさらに好ましい。
【００２５】
ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２及びＡｌ２Ｏ３は赤外域における光透過性を低下させるため、その含有量は各々１％未満とすることが好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。
【００２６】
Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｍｏ及びＢｉは、約４００〜８００ｎｍの可視域における吸収が大きい。よって、これらの成分を実質的に含有しないことにより、可視域の広い範囲にわたり高い光透過性を有するガラスが得られやすくなる。
【００２７】
Ｐｂ、Ｃｓ及びＣｄは環境に有害な物質であるため、実質的に含有しないことが好ましい。
【００２８】
本発明の赤外線透過ガラスは中赤外域（波長約４〜８μｍ）における光透過性に優れる。中赤外域における光透過性を評価するための指標として、波長５〜７μｍにおける５０％光透過波長、及び赤外吸収端波長が挙げられる。波長５〜７μｍにおける５０％光透過波長、及び赤外吸収端波長が大きいほど、中赤外域における光透過性に優れると言える。本発明の赤外線透過ガラスの波長５〜７μｍにおける５０％光透過波長（厚み１ｍｍ）は５．５μｍ以上であることが好ましく、５．７μｍ以上であることがより好ましい。また、本発明の赤外線透過ガラスの赤外吸収端波長（厚み１ｍｍ）は７μｍ以上であることが好ましく、７．５μｍ以上であることがより好ましい。
【００２９】
本発明の赤外線透過ガラスの可視吸収端波長（厚み１ｍｍ）は３８０ｎｍ以下であることが好ましく、３６０ｎｍ以下であることがより好ましい。可視吸収端波長が小さいほど、可視域における光透過率に優れると言える。可視吸収端波長が上記範囲であれば、意匠性等の観点から可視域の光透過性が要求される用途において好適である。
【００３０】
本発明の赤外透過ガラスの屈折率ｎｄは２．００以上であることが好ましく、２．０５以上であることがより好ましい。また、ｎ１５５０は１．９５以上であることが好ましく、２．００以上であることがより好ましい。屈折率が大きいと短い光路長で光線を屈折させることができる。そのため、例えば、本発明の光学ガラスをレンズとして使用する場合、屈折率を高めるほどレンズを薄くすることが可能となり、光学デバイスを小型化する上で有利となる。
【００３１】
本発明の赤外透過ガラスのアッベ数は１８以上であることが好ましく、１９以上であることがより好ましい。アッベ数が高いほど屈折率の波長分散が小さくなるため好ましい。ただし、アッベ数は屈折率とトレードオフの関係にあるため、高屈折率特性の維持の観点から、上限は２１以下であることが好ましく、２０以下であることがより好ましい。
【００３２】
本発明の赤外透過ガラスのガラス転移点は４００℃以下であることが好ましく、３５０℃以下であることがより好ましい。ガラス転移点が低いほどプレス加工が容易になり、レンズ等の光学素子に成形する際に有利である。
【００３３】
本発明の赤外線透過ガラスの液相温度は６００℃以下であることが好ましく、５５０℃以下であることがより好ましい。液相温度は失透しやすさの指標であり、温度が低いほど、耐失透性に優れている。
【００３４】
本発明の赤外線透過ガラスは、赤外線センサーのセンサー部を保護するためのカバー部材と用いられる他、例えばセンサー部に赤外光を集光させるためのレンズ等の光学素子として使用することもできる。
【実施例】
【００３５】
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。
【００３６】
表１は本発明の実施例（Ｎｏ．１〜６）及び比較例（Ｎｏ．７、８）をそれぞれ示している。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
各試料は次のようにして調製した。まず表に示すガラス組成になるように調合した原料を、８００〜１０００℃で３０分〜２時間撹拌しながら溶融し、溶融ガラスをカーボン板上に流し出すことにより板状に成形した。得られた試料について、可視域及び赤外域における光透過率、並びに液相温度を測定した。また、各試料の色調を目視にて確認した。結果を表１に示す。なお、試料Ｎｏ．１のガラスの中赤外域における光透過率曲線を示すグラフを図１に、可視域における光透過率曲線を示すグラフを図２に示す。
【００３９】
光透過率の測定には、厚さ１ｍｍの両面に鏡面研磨加工を施した試料を用いた。可視域は３００〜８００ｎｍ、赤外域は２〜１０μｍの範囲で測定を行った。「可視吸収端波長」は、波長３００〜４００ｎｍ付近において光透過率が０．５％となる波長を読み取った。「赤外５０％光透過波長」は、波長５〜７μｍにおいて光透過率が５０％となる波長を読み取った。「赤外吸収端波長」は、波長７〜９μｍ付近において光透過率が０．５％となる波長を読み取った。
【００４０】
屈折率は、Ｖブロック法にて測定した値である。具体的には、試料を直角研磨加工し、ＫＰＲ−２０００（島津製作所製）を用いて、ヘリウムランプのｄ線（５８７．６ｎｍ）、水素ランプのＦ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）及び半導体レーザの１５５０ｎｍ線に対する測定値で評価した。
【００４１】
アッベ数は上記ｄ線、Ｆ線及びＣ線の屈折率の値を用い、アッベ数（νｄ）＝｛（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）｝の式から算出した。
【００４２】
ガラス転移点は、ディラトメーターでの測定から得られた熱膨張曲線から求めた。
【００４３】
液相温度は次のようにして測定した。各試料を粉砕して白金ボートに入れ、溶融温度にて１５分保持した。その後、白金ボートを温度勾配炉中に１６時間保持して、結晶の析出が確認された温度を液相温度とした。
【００４４】
表１に示すように、実施例であるＮｏ．１〜６の試料は赤外５０％光透過波長が５．９７〜６．１１μｍ、赤外吸収端波長が７．８１〜８．５３μｍであり、波長約４〜８μｍの中赤外域で良好な光透過性を示した。また、可視吸収端波長が３３９〜３４７ｎｍと、可視域において良好な光透過性を示した。特に、Ｎｏ．１〜５の試料は可視域全体において光透過性に優れており、色調が淡黄色と無色透明に近かった。さらに、Ｎｏ．１〜６の試料は屈折率ｎｄが２．０３５２９〜２．０７７２０、ｎ１５５０が１．９７８９９〜２．０１５８５と高屈折率であり、アッベ数も１８．２〜１９．６と高かった。また、ガラス転移点も３４７〜３８７℃と低くプレス成型性に優れていた。なお、Ｎｏ．１〜６の試料は液相温度が４４６〜５９２℃と低く、ガラス化が比較的安定していた。
【００４５】
一方、比較例であるＮｏ．７の試料は液相温度が６２３℃と高く、ガラス化が不安定で耐失透性に劣っていた。Ｎｏ．８の試料はガラス化しなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の赤外線透過ガラスは、ＣＯ２センサーや人感センサー等の赤外線センサーのカバー部材や、レンズ等の光学素子として好適である。
【図１】
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【図２】
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