(57)【要約】【課題】紫外線吸収・可視光透過性に優れかつ、耐失透性及び耐熱性に優れた石英ガラス及びその製造方法を提供する。【解決手段】ＯＨ基含有量が１ｐｐｍ以下、Ｈ２含有量が１×１０１７個／ｃｍ３以下、Ｃｌ含有量が１０ｐｐｍ以下及び金属不純物含有量の総和が１ｐｐｍ以下、厚さ１ｃｍあたりの透過率が２３０ｎｍ以下の波長領域で５％以下、３００ｎｍ以上の波長領域で８０％以上である石英ガラスであり、このガラスはガラス形成原料を酸水素火炎中で加水分解し、生成したシリカ微粒子をターゲット上に堆積させ多孔質シリカ体（スート体）を形成し、得られたスート体をＨ２ガス含有雰囲気で熱処理した後、透明ガラス化して透明石英ガラスを得る工程と得られた透明石英ガラスにＸ線またはγ線を照射線量４×１０４Ｃ／ｋｇ以上照射することにより得ることができる。【選択図】選択図なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＨ基含有量が１ｐｐｍ以下、Ｈ２含有量が１×１０１７個／ｃｍ３以下、Ｃｌ含有量が１０ｐｐｍ以下及び金属不純物含有量の総和が１ｐｐｍ以下であり、厚さ１ｃｍあたりの透過率が、２３０ｎｍ以下の波長領域で５％以下かつ３００ｎｍ以上の波長領域で８０％以上である石英ガラス。
【請求項２】
ガラス形成原料を、酸水素火炎中で火炎加水分解し、生成したシリカ微粒子をターゲット上に堆積させ多孔質シリカ体（スート体）を形成し、得られたスート体を、Ｈ２ガス含有雰囲気で熱処理した後、透明ガラス化して透明石英ガラスを得る工程と、得られた透明石英ガラスにＸ線またはγ線を照射する工程を含むことを特徴とする石英ガラスの製造方法。
【請求項３】
Ｘ線またはγ線の照射線量が４×１０４Ｃ／ｋｇ以上であることを特徴とする、請求項２記載の石英ガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線吸収性及び可視光透過性に優れ、かつ耐失透性及び耐熱性にも優れた、照明用ランプ、高輝度放電ランプ、レーザー励起ランプ等のバルブ材としての使用に適した合成石英ガラス及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
合成石英ガラスは、赤外から真空紫外までの広い波長範囲において透明であるばかりでなく、熱的及び化学的安定性に優れている事から、各種照明ランプ等の光源用窓材等として広く使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
合成石英ガラスの高い光透過性のため光源から発生した紫外線が直接人体に悪影響を及ぼすばかりでなく、紫外線により空気中の酸素から人体に有害なオゾンが発生したり、レーザー素子が紫外線によりダメージを受け、レーザー発信効率が低下したり、光源の窓材を支持する樹脂が紫外線によりダメージを受け劣化する等の問題があった。
【０００４】
この問題を解決する方法として、石英ガラス中に遷移金属元素を含有させて、紫外線を吸収する石英ガラスが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。金属元素をドープするこれらの方法では、金属元素による吸収、散乱のため、紫外線領域だけでなく、可視光領域の透過率も低下する。また、金属元素を均一にドープするのが困難であるばかりでなく、ドープした金属元素と石英ガラスが反応して石英ガラスが結晶化し透明性が低下（失透）する等の問題があった。また、高温にさらされる事で、ドープした金属元素が拡散あるいは飛散して、紫外線吸収効率が低下するばかりでなく、金属元素により周辺機器が汚染される等の問題の他、高温使用時にバルブが熱変形する等、耐熱性にも問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２９５５４６３号（請求項１）
【特許文献２】
特許第２９９１９０１号（請求項１）
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決するため、合成石英ガラスの諸物性と、光透過特性、耐失透性及び耐熱性との関係について鋭意検討を行った結果、合成石英ガラスに金属元素をドープする事なく効率的に紫外線を吸収し、かつ耐失透性及び耐熱性にも優れた、紫外線吸収・可視光透過性石英ガラスを提供できる事を見出した。
【０００７】
すなわち本発明は、ＯＨ基含有量が１ｐｐｍ以下、Ｈ２含有量が１×１０１７個／ｃｍ３以下、Ｃｌ含有量が１０ｐｐｍ以下及び金属不純物含有量の総和が１ｐｐｍ以下であり、厚さ１ｃｍあたりの透過率が、２３０ｎｍ以下の波長領域で５％以下かつ、３００ｎｍ以上の波長領域で８０％以上である石英ガラスである。
【０００８】
また、ガラス形成原料を、酸水素火炎中で火炎加水分解し、生成したシリカ微粒子をターゲット上に堆積させ多孔質シリカ体（スート体）を形成し、得られたスート体を、Ｈ２ガス含有雰囲気で熱処理した後、透明ガラス化して透明石英ガラスを得る工程と、得られた石英ガラスに、Ｘ線またはγ線を照射する工程とを含む事を特徴とする石英ガラスの製造方法である。
【０００９】
以下本発明を詳細に説明する。
【００１０】
石英ガラス中に含有される、ＯＨ基、Ｈ２及び金属不純物は熱的に不安定であり、例えばランプの窓材等、高温にさらされる条件で使用した場合、これらは容易に石英ガラス内を拡散する。その際、石英ガラスの骨格構造と反応して、石英ガラスの結晶化を促進し、可視光の透過性が低下する。また、石英の骨格構造が不安定となる事で耐熱性も低下する。従って、これらの含有量は出来るだけ少なくする必要があり、本発明においては、ＯＨ基濃度が１ｐｐｍ以下、Ｈ２含有量が１×１０１７個／ｃｍ３以下、好ましくは０．５×１０１７個／ｃｍ３以下、Ｃｌ含有量が１０ｐｐｍ以下及び金属不純物含有量の総和を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下とする。
【００１１】
ＳｉＯ２以外の成分をドープさせる事なく、紫外線を効率よく吸収する石英ガラスを得るには、紫外線を吸収する構造を持つＳｉ元素とＯ元素だけからなる石英ガラスを製造する必要があるが、スート法で合成した石英ガラスにＸ線またはγ線を照射する事で上記目的が達成させる事を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明の石英ガラスの製造方法について説明する。スート法では、例えば、多重管構造の石英ガラス製バーナーの中心から、ＳｉＣｌ４などの原料を供給し、その外側の管からＨ２およびＯ２を供給して原料を火炎加水分解してシリカ微粒子を得る。このシリカ微粒子をターゲット上に堆積させシリカ微粒子堆積体（スート体）を得る。このスート体は多量のＯＨ基を含有するため、第１の熱処理として、還元性ガス含有雰囲気で処理を行い、ＯＨ基濃度を適切な範囲まで低減させる必要がある。
【００１３】
第１の熱処理に使用する還元性ガスは、Ｈ２を使用する。Ｈ２以外の還元性ガスとして、例えばＣｌ２ガス等を使用しても、ＯＨ基濃度の低減は可能であるが、後のＸ線またはγ線照射による効果が十分得られず、紫外線吸収効果が不充分になるばかりでなく、使用したガスの一部が石英ガラス内に残留して耐失透性及び耐熱性に悪影響を及ぼす。第１の熱処理を行う温度、時間等は特に限定されるものではなく、所望のＯＨ基濃度が得られる条件であればよいが、例えば、１２００〜１４００℃で２〜１０時間熱処理を行えばよい。
【００１４】
第１の熱処理を行ったスート体を、ガラス化温度以上の温度で第２の熱処理を施して、透明な石英ガラスを得る。第２の熱処理の温度、時間等の条件も特に制限されるものではなく、透明な石英ガラスが得られる条件で行えばよいが、例えば、１４００〜１５５０℃で１〜１０時間熱処理を行えばよい。
【００１５】
なお、第１の熱処理で使用したＨ２ガスの一部は、石英ガラス中に取り込まれるが、第２の熱処理の際、容易に石英得ガラス中を拡散して石英ガラスから除去される。
【００１６】
このようにして得られた透明石英ガラスに、Ｘ線またはγ線を４×１０４Ｃ／ｋｇ以上照射する事で、紫外線吸収・可視光透過性の石英ガラスが得られる。Ｘ線及びγ線の照射条件は特に制限されるものではく、例えば、照射線量率２×１０４Ｃ／ｋｇ・ｈで２時間以上照射すればよい。
【００１７】
【実施例】
以下の実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何等限定されるものではない。
【００１８】
実施例１
原料にＳｉＣｌ４を使用して、スート法により合成石英ガラスインゴットを製造した。即ち、石英ガラス製バーナーの中心管から原料を供給し、バーナーの外管からＨ２およびＯ２を供給してスート体を合成した。このスート体を１００ｖｏｌ％（容積％）Ｈ２ガス雰囲気、１３００℃で５時間熱処理を行った。その後、１００ｖｏｌ％Ｈｅガス雰囲気で１５００℃、５時間熱処理して透明化し、合成石英ガラスインゴットを得た。
【００１９】
得られた石英ガラスに、Ｘ線を、照射線量率２×１０４Ｃ／ｋｇ・ｈで４時間照射して実施例１の合成石英ガラスインゴットを得た。
【００２０】
以下の各実施例・比較例において、得られたインゴットから厚さ１０ｍｍのテストピースを切り出し、評価用試料とした。
【００２１】
実施例２
Ｘ線を照射線量率１×１０４Ｃ／ｋｇ・ｈで８時間照射した以外は、実施例１と同様に行い、合成石英ガラスインゴットを得た。
【００２２】
実施例３
Ｘ線を照射線量率２×１０４Ｃ／ｋｇ・ｈで３時間照射した以外は、実施例１と同様に行い、合成石英ガラスインゴットを得た。
【００２３】
実施例４
Ｘ線を照射線量率２×１０４Ｃ／ｋｇ・ｈで２時間照射した以外は、実施例１と同様に行い、合成石英ガラスインゴットを得た。
【００２４】
実施例５
γ線を照射線量率２×１０４Ｃ／ｋｇ・ｈで４時間照射した以外は、実施例１と同様に行い、合成石英ガラスインゴットを得た。
【００２５】
実施例１〜５の製造条件を表１にまとめて示し、各試料の定量結果の一覧を表２に示す。
【００２６】
なお、各試料の含有成分の定量方法は以下の通りである。
【００２７】
ＯＨ基含有量は約２．７μｍの吸収からＩＲ測定法により定量した。
【００２８】
Ｈ２含有量は、ラマン分光測定法で定量した。Ｈ２に対応するピークは約４１５０ｃｍ−１あらわれる。このピークの面積強度と石英ガラスの基本構造による約８００ｃｍ−１のピークの面積強度との比からＨ２含有量を算出した。
【００２９】
Ｃｌ含有量は検量線法により蛍光Ｘ線測定法で定量した。金属不純物含有量はＩＣＰ質量分析法で求めた。
【００３０】
耐失透性及び耐熱性は、大気中、１１００℃で２４時間熱処理を行い、目視により失透の有無及び変形の有無を観察して評価した。
【００３１】
比較例１
Ｘ線の照射時間を１時間とした以外は、実施例１と同様の条件で、石英ガラスインゴットを得た。比較例１の試料は２３０ｎｍの透過率が８％で、紫外線吸収性に劣っていた。
【００３２】
比較例２
Ｈ２ガス雰囲気における熱処理時間を１時間とした以外は、実施例１と同様の条件で石英ガラスインゴットを得た。比較例２の試料はＯＨ基濃度が５ｐｐｍであり、２３０ｎｍの透過率が１０％で、紫外線吸収性に劣っており、耐失透性及び耐熱性に劣っていた。
【００３３】
比較例３
実施例１と同様の条件で得た、Ｈｅガス雰囲気下で熱処理することによって透明化した石英ガラスインゴットを、１００％Ｈ２、５００℃で５時間処理してＨ２を含浸させた。続いて、実施例１と同様の条件でＸ線を照射して石英ガラスインゴットを得た。比較例３の試料はＨ２を３×１０１７個／ｃｍ３含有しており、２３０ｎｍの透過率が１３％で、紫外線吸収効果が不充分であると共に、耐失透性及び耐熱性に劣っていた。
【００３４】
比較例４
Ｈ２ガス雰囲気における熱処理を１００％Ｃｌ２ガスを用いて１３００℃で５時間行った以外は、実施例１と同様な条件で石英ガラスインゴットを得た。比較例４の試料はＣｌを４０ｐｐｍ含有しており、２３０ｎｍの透過率が３５％と紫外線吸収性が非常に悪く、耐失透性及び耐熱性も劣っていた。
【００３５】
比較例５
ＳｉＣｌ４にＴｉの塩化物を０．１重量％混合した原料を用い、熱処理を１３００℃で５時間行った以外は、実施例１と同様の条件で石英ガラスインゴットを得た。比較例５の試料にはＴｉが２０ｐｐｍ含有されており、３００ｎｍの透過率が７０％と低く、可視域の透過性、耐失透性及び耐熱性に劣っていた。
【００３６】
【表１】
2005067914.tif 000002
【表２】
2005067914.tif 000003
【発明の効果】
本発明によれば、合成石英ガラスに金属元素をドープする事なく効率的に紫外線を吸収し、かつ耐失透性及び耐熱性にも優れた紫外線吸収・可視光透過性石英ガラス及びその製造方法を提供することが可能となり、この石英ガラスは、照明用ランプ、高輝度放電ランプ、レーザー励起ランプ等のバルブ材として有用である。