(57)【要約】【課題】優れた紫外線吸収特性を有する反射鏡基板及び反射鏡を提供すること。【解決手段】優れた耐熱性及び耐熱衝撃性を有するアルミノシリケートガラスに、Ｔｉ及びＣｅを含有させることで、紫外線吸収特性を有する反射鏡を得る。例えば、本発明に係る反射鏡基板は、アルミノシリケートガラスにおいて、ＴｉをＴｉＯ２に、ＣｅをＣｅＯ２に換算したとき、それぞれの含有率が    ＴｉＯ２重量％≧−７×ＣｅＯ２重量％＋３.５    ただし、ＴｉＯ２重量％≧０、ＣｅＯ２重量％≧０なる範囲で表すことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミノシリケートガラスにＴｉ、Ｃｅの少なくとも一方を含有してなる反射鏡基板。
【請求項２】
ＴｉをＴｉＯ２に、ＣｅをＣｅＯ２に換算したとき、それぞれの含有率が以下の式（１）〜（３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の反射鏡基板。
（１）ＴｉＯ２重量％  ≧  −７×ＣｅＯ２重量％＋３.５
（２）ＴｉＯ２重量％  ≧  ０
（３）ＣｅＯ２重量％  ≧  ０
【請求項３】
厚さが１.０〜６.０ｍｍとした時の透過率を測定した場合、３８０ｎｍの波長における透過率が２０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射鏡基板。
【請求項４】
前記アルミノシリケートガラスが以下の組成を含有することを特徴とする請求項１，２又は３に記載の反射鏡基板。
ＳｉＯ２：５０.０〜６５.０重量％
Ａｌ２Ｏ３：１０.０〜２０.０重量％
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯの少なくとも１種類を合計で５.０〜２５.０重量％
【請求項５】
請求項１に記載の反射鏡基板の表面に多層反射膜を形成してなることを特徴とする反射鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線吸収性能を有する反射鏡基板及びこれを用いた反射鏡に関する。特に、プロジェクター、投写機、照明装置等に組み込まれる反射鏡基板及び反射鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射鏡は、その反射鏡基板の内表面に形成された多層反射膜によって光源ランプの可視光線のみを選択的に効率良く反射する仕組みになっている。近年、パソコンの急激な普及に伴い、パソコン画面上の画像を直接スクリーンに投影できるプロジェクターが、プレゼンテーション用あるいは会議用のツールとして飛躍的に伸びてきている。最近では、プロジェクターに対する携帯性の要求に応えるように、プロジェクター本体自体のコンパクト化が進んでいる。一方では、投影される画像に明るさの向上が求められ、高輝度化ランプの開発も進められている。
【０００３】
光源ランプの高輝度化が進むと、これに伴ってランプの発熱も激しくなる。また、装置本体のコンパクト化・小型化が進むことによって、ランプと反射鏡との距離が縮まり、結果として反射鏡は６００℃を越えるような高温に曝されることになる。そこで、高輝度化及びコンパクト性向上を図るために、従来よりも優れた耐熱性、耐熱衝撃性を有する反射鏡の実現が待たれる。
【０００４】
以下の特許文献１〜４に示すように、優れた耐熱性及び耐熱衝撃性を有する反射鏡基板用のガラス素材としては、アルミノシリケートガラスが適している。
【０００５】
【特許文献１】特許３５２７２２３号
【特許文献２】特許３６３７２６１号
【特許文献３】特開２００３−２３８１９６号
【特許文献４】特開２００５−１３９０３１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、アルミノシリケートガラスは、紫外線の一部を透過する性質を有する。また、反射鏡表面に形成される多層反射膜は、可視光を反射するものの、紫外線の一部を透過する。つまり、反射鏡の裏側に相当量の紫外線が透過するため、光源ランプハウジング内の樹脂部品・樹脂製接着剤等の早期劣化を招くことがあった。
【０００７】
本発明は上記のような状況に鑑みてなされたものであり、優れた紫外線吸収特性を有する反射鏡基板及び反射鏡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】
本発明者らは、優れた耐熱性及び耐熱衝撃性を有するアルミノシリケートガラスに、紫外線吸収成分であるＴｉ及びＣｅを含有させることで、紫外線吸収特性を有する反射鏡を作製することに成功した。
【０００９】
請求項１に示すように、本発明に係る反射鏡基板は、Ｔｉ（チタン）あるいはＣｅ（セリウム）、あるいはＴｉとＣｅとを同時に含有するアルミノシリケートガラスを用いて作製される。
【００１０】
また、請求項２に示すように、本発明に係る反射鏡基板は、アルミノシリケートガラスにおいて、ＴｉをＴｉＯ２に、ＣｅをＣｅＯ２に換算したとき、それぞれの含有率が、
ＴｉＯ２重量％  ≧  −７×ＣｅＯ２重量％＋３.５
ただし、ＴｉＯ２重量％  ≧  ０、ＣｅＯ２重量％  ≧  ０
なる範囲で表せることを特徴とするものである。
【００１１】
なお、ＴｉとＣｅをハロゲン化物などの形で含有させることも可能である。
【００１２】
また、請求項３に示すように、本発明に係る反射鏡基板の紫外線吸収特性は、１.０〜６.０ｍｍ厚のアルミノシリケートガラスの透過率を測定したとき、３８０ｎｍの波長における透過率が２０％以下であることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項４に示すように、本発明に係る反射鏡基板は、ＳｉＯ２を５０.０〜６５.０重量％、Ａｌ２Ｏ３を１０.０〜２０.０重量％、ＭｇＯとＣａＯとＢａＯのうちのいずれかを単独であるいは、それらのうちのいずれか２者あるいは３者の合計で５.０〜２５.０重量％含有するアルミノシリケートガラスであることを特徴とするものである。
【００１４】
更に、請求項５に示すように、本発明に係る反射鏡は、紫外線吸収特性を有するアルミノシリケートガラス製の基板の表面に、多層反射膜を形成してなる反射鏡である。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、紫外線を反射鏡の裏側にほとんど透過することのない新規な紫外線吸収反射鏡を提供することが可能となる。その結果、プロジェクター等に使用した場合に、光源ランプハウジング内の樹脂部品・樹脂製接着剤等の劣化を抑制し、長寿命化を図ることができる。
【００１６】
なお、紫外線の一部は多層反射膜を透過するが、その反射鏡基板であるアルミノシリケートガラスが紫外線を吸収するので、反射鏡の裏側には紫外線はほとんど透過しないことになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。まず、アルミノシリケートガラスについて説明する。アルミノシリケートガラスとは、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とを主成分とするガラスのことであり、耐熱性、耐熱衝撃性に優れていることで知られている。反射鏡用の基板ガラスとしては、前記の特許文献１〜４に開示されており、平均熱膨張係数が概ね４０×１０−７／℃以下、歪点が概ね６２０℃以上（または、ガラス転移点が概ね６３０℃以上）という特徴を有している。主成分であるＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の他に、第３成分としてＢ２Ｏ３が添加されているガラス系をアルミノボロシリケートガラスあるいは、アルミノホウケイ酸ガラスと呼ぶこともあるが、広義にはアルミノシリケートガラスに含まれる。
【００１８】
ＴｉもＣｅも紫外線吸収効果を有する成分であること、また、ＴｉとＣｅとを共存させることで紫外線吸収効果が増大することが知られている。そこで、本発明者らは、優れた耐熱性及び耐熱衝撃性を有するアルミノシリケートガラスにＴｉ及びＣｅを種々の割合で添加して鋭意研究を行った結果、１.０〜６.０ｍｍ厚のガラスにおいて波長３８０ｎｍの波長における透過率が２０％以下とすることが可能な組成を見いだしたのである。なお、通常の反射鏡のガラス基板は、厚さ略３〜５ｍｍ程度である。
【００１９】
本発明においては、Ｔｉ及びＣｅのアルミノシリケートガラス中の含有率は、
ＴｉＯ２重量％  ≧  −７×ＣｅＯ２重量％＋３.５
ただし、ＴｉＯ２重量％  ≧  ０、ＣｅＯ２重量％  ≧  ０
なる範囲で表すことができ、図１にこの範囲を示した。
【００２０】
図１に示した範囲外、即ちＴｉをＴｉＯ２に、ＣｅをＣｅＯ２に換算したとき、ＴｉＯ２が３.５重量％未満かつＣｅＯ２が０.５重量％未満の範囲では、１.０〜６.０ｍｍ厚のガラスにおいて波長３８０ｎｍの波長における透過率が２０％以下とならない。即ち、紫外線を有効に吸収・遮断できない。
【００２１】
ガラス中にＦｅ分が存在するとさらに紫外線吸収効果が増大するが、通常のガラス原料中にはＦｅ分（Ｆｅ２Ｏ３）が不純物として含有されており、さらにガラス溶融中に接触する耐火物からもＦｅ分が不純物として溶け込んでくることにより、通常ガラス中には不純物としてのＦｅ分が例えば、〜０．０３重量％程度含有されているため、あえて酸化鉄等を原料として添加する必要はない。原料として１.０重量％以下の少量の酸化鉄を予め含有させることは可能である。
【００２２】
一方、母ガラス組成にも依るが、一般的な傾向として、Ｔｉ及びＣｅを大量に含有させると失透が起こり易くなる。また、Ｔｉ及びＣｅを大量に含有させると、平均熱膨張係数は大きくなる傾向、歪点やガラス転移点は低くなる傾向、即ち耐熱衝撃性や耐熱性が低下する傾向を示す。母ガラス組成、ガラスの溶融・成形方法等を総合的に勘案してＴｉ及びＣｅの含有量を決定することが望ましい。
【００２３】
現実的には、１.０〜６.０ｍｍ厚のガラスにおいて波長３８０ｎｍの波長における透過率を２０％以下とするためには、ＴｉをＴｉＯ２に、ＣｅをＣｅＯ２に換算したとき、両者の含有率の合計で１５重量％以下とすることができる。
【００２４】
アルミノシリケートガラスの紫外線吸収特性を、波長３８０ｎｍの波長における透過率が２０％以下とすることに限定した理由について述べる。３８０ｎｍ以下の波長の光が紫外線であるので、紫外線を完全に吸収・遮断させるのであれば３８０ｎｍにおける透過率が０％であることとするのが本来妥当であると思われる。しかしながら、実際にガラス基板に多層反射膜を成膜した反射鏡を用いて、実施例で後述するような樹脂板の耐久性試験を行った結果、波長３８０ｎｍの波長における透過率が２０％以下であれば、十分に紫外線を吸収・遮断し樹脂の劣化抑制に有効であることが判明した。
【００２５】
一方、アルミノシリケートガラスは、主成分として、少なくともＳｉＯ２を５０.０〜６５.０重量％、Ａｌ２Ｏ３を１０.０〜２０.０重量％、ＭｇＯとＣａＯとＢａＯのうちのいずれかを単独であるいはそれらのうちのいずれか２者あるいは３者の合計で５.０〜２５.０重量％含有することが好ましい。
【００２６】
ＳｉＯ２はガラスを構成する主成分であり、５０.０重量％未満の場合にはガラスが失透し易くなり、６５.０重量％を越えると粘性が高くなって精密成型が困難になる。また、ＳｉＯ２の含有量が６５.０重量％を越えると、クリストバライト等のＳｉＯ２を主成分とする結晶が析出し易くなり好ましくない。
【００２７】
Ａｌ２Ｏ３は、熱膨張係数を大きくすることなく粘性を低下させる効果や、ガラス転移点を高くして耐熱性を向上させる効果がある。また、機械的強度（ヤング率）を大きくする効果がある。しかしながら、ガラス中のＡｌ２Ｏ３は１０.０重量％未満では、それらの効果に乏しくなる。逆に、ガラス中のＡｌ２Ｏ３が２０.０重量％を越えると、ガラスが逆に溶けにくくなると同時に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ２Ｏ３）の結晶が析出し易くなり好ましくない。
【００２８】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯは、ガラスを溶け易くし粘性を低下させる成分である一方、ガラス転移点を低下させ熱膨張係数を大きくする成分である。これらの含有率が５.０重量％未満では、ガラスが溶けにくく、また粘性が大きくなって精密成型が困難になる。他方、ガラス中のＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯの含有量が２５.０重量％を越えると、耐熱性、耐熱衝撃性が低下するので好ましくない。
【００２９】
本発明の反射鏡ガラス基板は耐熱性、耐熱衝撃性に優れていることが前提となり、平均熱膨張係数が概ね４０×１０−７／℃以下、歪点が概ね６２０℃以上（またはガラス転移点が概ね６３０℃以上）であることが望ましい。Ｔｉ及びＣｅの含有量に応じて、溶融性、成型性等も含めて総合的に考慮しつつ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ等の成分の含有率・組み合わせを決定する必要がある。
【００３０】
なお、ガラス溶融性や作業性を向上させるＢ２Ｏ３、熱膨張係数をあまり大きくすることなく粘性を低下させる効果のあるＺｎＯ、溶融性を向上させ粘性を低下させるＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等のアルカリ金属酸化物成分、溶融性および成型性を向上させるＰｂＯ、機械的な強度を向上させるＺｒＯ２及びＹ２Ｏ３、溶融性を向上させるＰ２Ｏ５、脱泡剤として作用するＡｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３等々の成分を含有させることができる。
【００３１】
さらに、一般に知られているＣｏ，Ｎｉ，Ｍｎなどの遷移金属元素を着色剤としてガラスに添加することもできる。これらの元素を添加することにより、光源ランプハウジングから一部洩れてくる可視光をある程度吸収することができ、「洩れ光抑制効果」が期待される。遷移金属元素は酸化物換算の合計量で、ガラスに１重量％以下の割合で添加される。通常、１重量％を越えて添加しても着色効果はほとんど変わらない。
【実施例】
【００３２】
本発明の実施例を図２に示す。図２に示すガラス組成は、一般的なアルミノシリケートガラス組成にＴｉＯ２及びＣｅＯ２を含有させた組成である。Ｎｏ.１〜Ｎｏ.７が実施例、Ｎｏ.８〜Ｎｏ.１０が比較例である。図２のＮｏ.１〜Ｎｏ.１０に示した組成となるように原料を調合し、１５５０℃に保持された坩堝で溶融してガラス化した。
【００３３】
溶融されたガラスを開口部が約６０ｍｍ角、厚さ約５.５ｍｍの反射鏡の基板形状にプレス法により成型し徐冷した。得られたガラス成型品の平均熱膨張係数と歪点を測定したところ、ガラスＮｏ.１〜Ｎｏ.１０のいずれも平均熱膨張係数が４０×１０−７／℃以下、歪点が６２０℃以上であった。即ち、比較例のガラス組成も含めて、プロジェクター用反射鏡ガラス基板に相応しい優れた耐熱性、耐熱衝撃性を有していることが分かった。
【００３４】
次に、このガラス製反射鏡基板それぞれから約２０×１０×５ｍｍ厚の試料片を切り出した。この試料片の透過率を測定し、３８０ｎｍの波長における透過率が２０％以下であるものを○、２０％を越えるものを×として図２に記載した。ここで言う透過率とは、ガラス表面に反射防止膜を成膜していない状態での反射を含む透過率である。
【００３５】
実施例Ｎｏ.１〜Ｎｏ.７のガラス、即ちＴｉをＴｉＯ２に、ＣｅをＣｅＯ２に換算したとき、それぞれの含有率が
ＴｉＯ２重量％  ≧  −７×ＣｅＯ２重量％＋３.５
ただし、ＴｉＯ２重量％  ≧  ０、ＣｅＯ２重量％  ≧  ０
なる範囲にあるガラスでは、３８０ｎｍの波長における透過率がすべて２０％以下となっている。
【００３６】
これに対しＮｏ.８〜Ｎｏ.１０の比較例のガラス、即ちＴｉをＴｉＯ２に、ＣｅをＣｅＯ２に換算したとき、ＴｉＯ２が３.５重量％未満かつＣｅＯ２が０.５重量％未満の範囲にあるガラスでは、３８０ｎｍの波長における透過率が２０％を越えている。
【００３７】
図３に実際の透過率曲線を示した。曲線Ａは実施例Ｎｏ.１からＴｉＯ２及びＣｅＯ２成分を除去したガラス（通常のアルミノシリケートガラス）の測定データである。実施例Ｎｏ.１、Ｎｏ.２、Ｎｏ.５、Ｎｏ.６のガラスのデータ、また比較例Ｎｏ.８のガラスの測定データを併せて示した。本発明による実施例のガラスのみで、３８０ｎｍの波長における透過率が２０％以下となっている。
【００３８】
次に、Ｎｏ.１〜Ｎｏ.１０の組成のガラスでプレス成型された反射鏡基板の内表面に、ＴｉＯ２−ＳｉＯ２多層反射膜を真空蒸着して反射鏡を製造した。多層反射膜の形成に際しては真空蒸着法に限らず、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理堆積法（ＰＶＤ法）や化学堆積法（ＣＶＤ法）を採用することができる。また、多層反射膜の成分もＴｉＯ２、ＳｉＯ２に限るものではなく、Ｔａ２Ｏ３、ＺｒＯ２等の公知の成分を使用することができる。
【００３９】
このようにして得られた反射鏡について、６５０℃まで加熱後、自然冷却で常温まで冷却するという操作を１０回繰り返す耐熱性試験、耐熱衝撃性試験を行ったところ、いずれの反射鏡についても割れやクラックが発生せず、また真空蒸着によって形成した多層反射膜にも剥離やクラックの発生等の異常は全く観察されなかった。従って、十分にプロジェクター用反射鏡として使用できるものであると判断された。
【００４０】
次に、反射鏡に実際の超高圧水銀ランプを装填・連続点灯し、反射鏡の背面側に設置した樹脂板の８００時間後の劣化状態を観察するという、樹脂板の耐久性試験を行った。その結果、Ｎｏ.８〜Ｎｏ.１０の比較例のガラス基板の反射鏡の場合には、樹脂板の変色や試験前には滑らかであった樹脂表面に荒れが見られた。一方、Ｎｏ.１〜Ｎｏ.７の本発明の実施例のガラス基板の反射鏡の場合には、何ら異常は観察されなかった。本発明による新規な紫外線吸収反射鏡が実際の光源ランプハウジング内の樹脂部品・樹脂製接着剤等の劣化抑制に有効であることが明確に示された。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明によるガラス組成の範囲を示すグラフである。
【図２】本発明によるガラス組成を比較例と共に示す表である。
【図３】本発明によるガラス組成及び比較例に係るガラス組成による光透過率曲線を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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