(57)【要約】【課題】低熱膨張性と低温溶融性を兼ね備えたガラスを提供することであり、０℃〜３００℃における平均線膨張係数が好ましくは２５〜５５×１０−７℃−１の範囲内に入り、かつ溶融温度が好ましくは１４５０℃以下、より好ましくは１４００℃以下で製造可能なガラスを提供する。【解決手段】０℃から３００℃における平均線膨張係数が２５〜５５×１０−７℃−１であり、酸化物基準でＡｌ２Ｏ３成分およびＭｇＯ成分を含有し、質量％で表わしたＡｌ２Ｏ３/ＭｇＯ比が０．５７を超えるガラス。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物基準でＳｉＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分およびＭｇＯ成分を含み、酸化物基準の質量％でＳｉＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分およびＭｇＯ成分の合計が８０％を超え、Ａｌ２Ｏ３成分とＭｇＯ成分の質量比Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯが０．５７を超え、且つ０〜３００℃における平均線膨張係数が２５〜５５×１０−７℃−１であることを特徴とするガラス。
【請求項２】
酸化物基準の質量％でＳｉＯ２  成分を５０〜６５％含むことを特徴とする請求項１記載のガラス。
【請求項３】
酸化物基準の質量％でＡｌ２Ｏ３  成分を８〜２５％、ＭｇＯ成分を  １０〜２０％、およびＢ２Ｏ３  成分を１〜１０％含むことを特徴とする請求項１または２記載のガラス。
【請求項４】
酸化物基準の質量％でＣａＯ  成分を０〜５％、および／またはＢａＯ成分を  ０〜５％、および／またはＺｒＯ２成分を  ０〜５％、および／またはＬｉ２Ｏ成分を０〜１０％、および／またはＮａ２Ｏ成分を０〜１０％、および／またはＫ２Ｏ成分を０〜１０％含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかのガラス。
【請求項５】
酸化物基準の質量％でＡｓ２Ｏ３成分および／またはＳｂ２Ｏ３成分を０〜１％含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかのガラス。
【請求項６】
ガラスの粘度が１０２．５ｄＰａ・ｓを示すときの温度が１４５０℃以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかのガラス。
【請求項７】
日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）で定められる粉末法耐水性および粉末法耐酸性において、ともに１級または２級を示すことを特徴とする請求項１〜６のいずれかのガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱ガラスや各種基板材として有用な低い平均線膨張係数を有するガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
平均線膨張係数の低いガラスは特許文献１記載のように精密機器分野における基板材、耐熱ガラス等の分野で使用され、さらに無アルカリであればディスプレイ用基板材料等、幅広い分野で使用されている。
【０００３】
低熱膨張性のガラスとして一般的に知られているのは硼珪酸ガラスである。その代表としてコーニング社製の＃７７４０が知られており、その平均線膨張係数は０〜３００℃で３２．５×１０−７℃−１である。
【０００４】
しかしながら、このような低熱膨張性を有するガラスは、一般的にＳｉＯ２の含有量が高く、ガラスを製造する際のガラス原料の溶融温度は１５００℃以上と非常に高温となる。
【０００５】
そのため、このようなガラスの製造においては、作業性が低下する、製造設備のコスト高くなる、また製造設備の維持コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
そしてこの様な問題を解決するためにガラスの溶融性を改善すると、平均線膨張係数が大きくなる傾向となる。ガラスの物性においては一般的に低熱膨張性と低温溶融性は相反する関係にあり、その二つの特性を兼ね備えたガラスの開発は困難であった。
【０００７】
一方で、低熱膨張性を有するガラスは幅広い分野において需要があり、特に近年においては液晶やプラズマデイスプレイ基板分野の発展のため、低熱膨張性と低温溶融性を兼ね備えた低コストで製造できるガラスの開発が望まれていた。
【０００８】
特許文献２には液晶ディスプレイ用のガラスとして、３０℃から３８０℃における平均線膨張係数が３３〜４９（×１０−７℃−１）、ガラスの高温粘度である１０２．５ポイズの粘度に相当する温度が１４９９℃から１５９５℃であるガラスが開示されているが、平均線膨張係数が比較的低い実施例は前記温度が高く、低熱膨張性と低温溶融性を兼ね備えたガラスの実施例は開示されていない。
【特許文献１】特開昭６０−１４１６４２号公報
【特許文献２】特開２００１−２６１３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、低熱膨張性と低温溶融性を兼ね備えたガラスを提供することであり、０℃〜３００℃における平均線膨張係数が２５〜５５×１０−７℃−１であり、更に要求されうる特性として、溶融温度が１４５０℃以下、より好ましくは１４００℃以下で製造可能なガラスを提供することである。
【００１０】
なお、ガラス原料の溶融温度（単に溶融温度ともいう）とは低温溶融性の指標であり、原料を加熱して融液とするとき、その粘度が１０２．５ｄＰａ・ｓとなる時の温度をいう。測定は球引上げ式粘度計を用いて測定をすることができ、例えば有限会社オプト企業製ＢＶＭ−１３ＬＨを用いて測定することができる。
【００１１】
また、平均線膨張係数は低熱膨張性の指標であり、ＪＯＧＩＳ（日本光学硝子工業会規格）１６−２００３「光学ガラスの常温付近の平均線膨張係数の測定方法」に則り、温度範囲を０℃から３００℃の範囲に換えて測定した値をいう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題の解決のため、本発明者はＳｉＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分およびＭｇＯ成分を含み、酸化物基準の質量％でＳｉＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分およびＭｇＯ成分の合計が８０％を超え、質量％で表わしたＡｌ２Ｏ３／ＭｇＯ比が０．５７を超えるガラスは、０℃から３００℃における平均線膨張係数が２５〜５５×１０−７℃−１であることを見いだした。更にこのガラスの中にはガラス原料の粘度が１０２．５ｄＰａ・ｓの時の溶融温度が好ましくは１４５０℃以下、より好ましくは１４００℃以下で製造可能なガラスを多く含む。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【００１３】
構成１
酸化物基準でＳｉＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分およびＭｇＯ成分を含み、酸化物基準の質量％でＳｉＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分およびＭｇＯ成分の合計が８０％を超え、Ａｌ２Ｏ３成分とＭｇＯ成分の質量比Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯが０．５７を超え、且つ０〜３００℃における平均線膨張係数が２５〜５５×１０−７℃−１であることを特徴とするガラス。
【００１４】
構成２
酸化物基準の質量％でＳｉＯ２  成分を５０〜６５％含むことを特徴とする構成１のガラス。
【００１５】
構成３
酸化物基準の質量％でＡｌ２Ｏ３  成分を８〜２５％、ＭｇＯ成分を  １０〜２０％、およびＢ２Ｏ３  成分を１〜１０％含むことを特徴とする構成１または２のガラス。
【００１６】
構成４
酸化物基準の質量％でＣａＯ  成分を０〜５％、および／またはＢａＯ成分を  ０〜５％、および／またはＺｒＯ２成分  ０〜５％および／またはＬｉ２Ｏ成分を０〜１０％、および／またはＮａ２Ｏ成分を０〜１０％、および／またはＫ２Ｏ成分を０〜１０％含むことを特徴とする構成１〜３のいずれかのガラス。
【００１７】
構成５
酸化物基準の質量％でＡｓ２Ｏ３成分および／またはＳｂ２Ｏ３成分を０〜１％含有することを特徴とする構成１〜４のいずれかのガラス。
【００１８】
構成６
ガラスの粘度が１０２．５ｄＰａ・ｓを示すときの温度が１４５０℃以下であることを特徴とする構成１〜５のいずれかのガラス。
【００１９】
構成７
日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）で定められる粉末法耐水性および粉末法耐酸性において、ともに１級または２級を示すことを特徴とする構成１〜６のいずれかのガラス。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、低熱膨張性、より好ましい特性として低温溶融性をも兼ね備えたガラスを提供することができる。すなわち、０℃〜３００℃における平均線膨張係数が好ましくは２５〜５５×１０−７℃−１であり、より好ましい特性としてガラス原料の粘度が１０２．５ｄＰａ・ｓの時の溶融温度が好ましくは１４５０℃以下、より好ましくは１４００℃以下で製造可能なガラスを提供することができる。
【００２１】
本発明のガラスは、熱的寸法安定性や耐熱性を要求する各種基板材、構造部材、透過光学系材料等として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態について詳細に説明する。  
本発明のガラスの平均線膨張係数は、熱的寸法安定性や耐熱性を要求する各種基板材、構造部材、または透過光学系材料等として好ましく適用可能な範囲である０℃〜３００℃において２５〜５５×１０−７℃−１の範囲内にある。
【００２３】
本発明のガラスを構成する各成分について説明する。なお、前記各成分は酸化物基準の質量％にて表現する。
【００２４】
ここで、「酸化物基準」とは、本発明のガラスの構成成分の原料として使用される酸化物、硝酸塩等が溶融時にすべて分解され酸化物へ変化すると仮定して、ガラス中に含有される各成分の組成を表記する方法であり、この生成酸化物の質量の総和を１００質量％として、ガラス中に含有される各成分の量を表記する。
【００２５】
本発明のガラスは、ＳｉＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分およびＭｇＯ成分を含み、酸化物基準の質量％でＳｉＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分およびＭｇＯ成分の合計が８０％を超え、質量％で表わしたＡｌ２Ｏ３／ＭｇＯ比が０．５７を超えるものであることを特徴とする。
【００２６】
Ａｌ２Ｏ３成分は本発明においてＳｉＯ２とともにガラス骨格を形成する成分である。また、Ａｌ２Ｏ３成分は耐熱性を向上させるとともに、ガラスの分相を抑制する効果がある。  そして、前記Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ比を０．５７を超えるものとすることで、低い溶融温度を維持しながら、０〜３００℃における平均線膨張係数が２５〜５５×１０−７℃−１の範囲内のガラスとすることが可能となる。
【００２７】
また、より低い平均線膨張係数と、更により低い溶融温度を得やすくするためには、Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ比は０．７以上であることが好ましく、１．０以上であることが最も好ましい。
【００２８】
Ａｌ２Ｏ３成分の含有量が８％未満では分相しやすくなり、上記効果を充分に得ることができない。したがって、この成分の含有量の下限を８％とすることが好ましい。上記効果を充分に得るためにはＡｌ２Ｏ３成分の下限を１２％とすることがより好ましく、１６％とすることが最も好ましい。
【００２９】
またＡｌ２Ｏ３成分の含有量が２５％を超えると溶融性が著しく低下するので、この成分の含有量の上限は２５％とすることが好ましく、２２％とすることがより好ましく、２０％とすることが最も好ましい。
【００３０】
ＭｇＯ成分は、本発明において、ガラスの粘性を下げ、失透を抑制する効果がある重要な成分である。ＭｇＯ成分の含有量が１０％未満ではこれらの効果が充分でないので、この成分の含有量の下限を１０％とすることが好ましく、１２％とすることがより好ましく、１４％とすることが最も好ましい。
【００３１】
また、ＭｇＯ成分の含有量が２０％を超えると所望の熱膨張係数が得られなくなる。したがって、この成分の含有量の上限は２０％とすることが好ましく、１８％とすることがより好ましく、１６％とすることが最も好ましい。
【００３２】
ＳｉＯ２成分は本発明のガラスの骨格を形成しうる成分であり、この成分を含有することによって、本発明のガラスがより低い平均線膨張係数を得やすくなる。
【００３３】
所望の平均線膨張係数を得やすくするためには、ＳｉＯ２成分の含有量の下限を５０％とすることが好ましく、５２％とすることがより好ましく、５３％とすることが最も好ましい。
【００３４】
また、本発明のガラスの溶融温度をより低くし、低温溶融性をより良くするためには、ＳｉＯ２成分の含有量の上限は６５％とすることが好ましく、６２％とすることがより好ましく、６０％とすることが最も好ましい。
【００３５】
本発明の前記所望の平均線膨張係数を得ながらガラス原料の粘度が１０２．５ｄＰａ・ｓの時の溶融温度を１４５０℃とするには、酸化物基準の質量％でＳｉＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分およびＭｇＯ成分の合計量が８０％を超えることが好ましい。
【００３６】
Ｂ２Ｏ３成分は低膨張ガラスを作成する際の融剤として機能する効果がある。Ｂ２Ｏ３成分の含有量が１％未満であると、ガラス原料の溶融が困難となりやすいため、Ｂ２Ｏ３成分の含有量の下限を１％とすることが好ましく、１．５％とすることがより好ましく、２％とすることが最も好ましい。
【００３７】
また、Ｂ２Ｏ３成分の含有量が１０％を超えるとガラス融液の粘性が増大し、成形が困難となるので、Ｂ２Ｏ３成分の含有量の上限は１０％とすることが好ましく、９％とすることがより好ましく、８％とすることが最も好ましい。
【００３８】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの各成分は、ガラスの溶融性を向上させる効果があるので、任意成分として添加することができる。ただし、この成分の各々の含有量が１０％を超えると、所望の熱膨張係数を得ることが困難になるので、この成分の各々の含有量の上限は１０％とすることが好ましく、５％未満とすることがより好ましく、２％未満とすることが最も好ましい。
また、所望の熱膨張係数を得やすくするためには、これらの成分の合計の含有量を１０％以下とすることがより好ましい。
【００３９】
ＣａＯ成分は低温溶融性を向上させ、失透傾向を抑制しやすくするので任意で添加できる成分である。ただし含有量が大きくなると、耐酸性が低下しやすくなるともに平均線膨張係数が大きくなりやすくなるので、その含有量の上限は好ましくは５％、より好ましくは４％未満、最も好ましくは２％未満である。
【００４０】
ＢａＯ成分は低温溶融性を向上させやすくするので、任意で添加できる成分である。ただし添加量が多いと平均線膨張係数が大きくなりやすくなるため、その含有量の上限は、好ましくは５％、より好ましくは４％未満、最も好ましくは２％未満である。
【００４１】
ＺｒＯ２成分はガラスの化学的耐久性を向上させる効果があるので任意で添加できる成分である。ただし、含有量が５％を超えると溶融温度が高くなるので、この成分の含有量の上限は５％とすることが好ましく、より好ましくは４％未満、最も好ましくは３％未満である。
【００４２】
Ａｓ２Ｏ３成分および／またはＳｂ２Ｏ３成分はガラスの清澄剤として任意で添加できる成分である。ただし多量に加えても清澄効果は大きくならないため１％を上限とし、好ましくは０．５％未満、最も好ましくは０．３％未満である。また、これらの成分は環境保護の見地から問題がある成分であるので、ガラスがこれらの成分以外の脱泡成分を含んでいる場合は、これらの成分の添加は差し控える方が好ましい。
【００４３】
ＰｂＯ成分はガラスを製造、加工、及び廃棄をする際に環境対策上の措置を講ずる必要があり、そのためのコストを要するため、本発明のガラスにＰｂＯを含有させるべきでない。
【００４４】
さらに本発明のガラスにおいては、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｅｕ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ等の各酸化物成分は本発明の目的への貢献が少なく、ガラスが着色してしまうため透過光学系材料としての使用を考慮した場合、含有しないことが好ましい。
【００４５】
ただし、ここでいう含有しないとは、不純物として混入される場合を除き、人為的に含有させないことを意味する。
その他の成分については、本発明の主旨を損なわない程度であれば添加しても良い。
【００４６】
本発明の低膨張ガラスは、化学的耐久性においても優れており、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）で定められる粉末法耐水性および粉末法耐酸性においてともに１級または２級を示すことが証明されている。
【００４７】
本発明のガラスの製造方法としては、公知の溶融法を用いる事が出来る。すなわち、本発明のガラスが酸化物基準で表わされた組成となるように珪砂、硼酸、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、硝酸バリウム、亜砒酸等からなるガラス原料を、石英または白金などからなる坩堝へ充填する。そして電気炉、ガス炉などの溶融炉で加熱溶融する。本発明のガラスはガラス原料の溶融温度が１４５０℃以下であるものが多く、前記溶融炉での加熱溶融時の温度は１４５０℃以下、好ましい態様においては１３４０℃〜１４３０℃の温度で溶融することができる。
【００４８】
溶融後、必要に応じ清澄、撹拌を行いガラスを均質化させ、その後成形型に溶融ガラスを流しこみ急冷することによって成形、徐冷炉において徐冷する。
【００４９】
徐冷炉から取りだしたガラスは必要に応じて切断、研削、研磨を行うことで、各種基板材、構造部材、透過光学系材料を得ることができる。
【実施例】
【００５０】
本発明の実施例について説明する。ガラスが酸化物基準で表わされた表１に示す組成比となるように珪砂、硼酸、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、硝酸バリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、酸化ジルコニウムおよび亜砒酸からなるガラス原料バッチを調製した。バッチは白金坩堝へ充填し、１３４０℃〜１４５０℃の電気炉により、６時間加熱溶融した。溶融したガラスを板状に成型し徐冷した。
【００５１】
平均線熱膨張係数は上記で得られたガラス板からφ３×２５ｍｍの試料を作製し、マックサイエンス製低温膨張計により測定した。
【００５２】
表１および表２に本発明の実施例の酸化物基準の質量％で表わされたガラス組成、溶融温度および０〜３００℃における平均線膨張係数（α）を示す。なお溶融温度は粘度１０２．５ｄＰａ・ｓを示す時の温度である。また、実施例１、２および７における溶融の際の粘度と温度の関係を図１に示す。
【００５３】
【表１】
2009203154.tif 000002
【００５４】
【表２】
2009203154.tif 000003
【００５５】
【表３】
2009203154.tif 000004
【００５６】
上記実施例のガラスは、すべて０℃から３００℃における平均線膨張係数が２５〜５５×１０−７℃−１の範囲内に入り、かつガラス原料の粘度が１０２．５ｄＰａ・ｓの時の溶融温度が１４５０℃以下である。
【００５７】
これらのガラスを切断、研削、研磨といった加工を順に行い、基板材、構造部材、透過光学材料を作成した。これらは全て熱的な寸法安定性と耐熱性を有するものであり、従来の熱低膨張性ガラス、セラミックス材料等に比較して安価に製造でき、容易に加工ができた。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明のガラス原料の溶融の際の粘度と温度の関係を示すグラフである。
【図１】
2009203154.tif 000005