(57)【要約】【課題】ガラスに対して、短時間で効率よく、かつ大面積領域に加熱処理を行うことが可能であり、それにより、例えば結晶性ガラス中に結晶を容易に大面積領域に析出させることが可能なガラスの加熱方法を提供する。【解決手段】５００〜２５００ｎｍのいずれかの波長における吸光係数が１．０ｃｍ−１以上であるガラスに、近赤外線ランプを用いて波長５００〜２５００ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を照射することを特徴とするガラスの加熱方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
５００〜２５００ｎｍのいずれかの波長における吸光係数が１．０ｃｍ−１以上であるガラスに、近赤外線ランプを用いて波長５００〜２５００ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を照射することを特徴とするガラスの加熱方法。
【請求項２】
ガラスの表面において、近赤外線ランプのスポット径を５ｍｍ以上にすることを特徴とする請求項１に記載のガラスの加熱方法。
【請求項３】
近赤外線ランプがハロゲンランプであることを特徴とする請求項１または２に記載のガラスの加熱方法。
【請求項４】
ガラスが、５００〜２５００ｎｍのいずれかの波長に吸収ピークを有する遷移金属イオンを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラスの加熱方法。
【請求項５】
遷移金属イオンが、チタンイオン、ジルコニウムイオン、バナジウムイオン、ニオブイオンから選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラスの加熱方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法を用いてガラスを加熱することにより結晶を析出させることを特徴とする結晶化ガラスの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法により製造された結晶化ガラス。
【請求項８】
ＬｉＦｅＰＯ４結晶、Ｌｉ３Ｆｅ２(ＰＯ４)３結晶、またはＬｉＶＯＰＯ４結晶を含有することを特徴とする請求項７に記載の結晶化ガラス。
【請求項９】
光部品用封着ガラスを用いた光部品の封着方法であって、請求項１〜５のいずれかに記載の加熱方法により光部品用封着ガラスを軟化させて、封着処理に供することを特徴とする光部品の封着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスの加熱方法、さらには、当該ガラスの加熱方法を用いた結晶化ガラスの製造方法および光部品の封着方法に関する。より詳細には、本発明は、特にイオン伝導性材料に好適な結晶化ガラスの製造方法および光部品用封着ガラスを用いた光部品の封着方法等に好適なガラスの加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラスを結晶化させたり、封着用途等でガラスを軟化させたりするためには、電気炉等を用いてガラス試料を全体的に加熱する方法が一般的に行われている。しかしながら、この方法では、昇降温に時間がかかる、炉壁等の断熱構造物におけるエネルギーロスが大きい、装置が大きくなる等の問題があった。
【０００３】
そこで、ガラス表面にレーザー光を照射することで、ガラスを直接加熱する方法が提案されている。この方法では、レーザー光によりガラスに対して局所的に高エネルギーを与えることができるため、必要部分を集中的に加熱し、ガラスの結晶化等を行うことが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２２２０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザー光はスポット径が小さく（例えば、５ｍｍ未満）、特許文献１に記載のように、ガラス中に線状あるいは面状のイオン導波路を設けるには適しているものの、ガラスを全体的に加熱するには長時間を要する。また、レーザー光は発信器内で誘導放出により増幅された後、出射されるため、印加する電力に対する光の変換効率が低い。したがって、比較的大面積領域でガラスを加熱し、結晶化させたり軟化させたりするには、レーザー光は不向きである。
【０００５】
そこで、本発明は、ガラスに対して、短時間で効率よく、かつ大面積領域に加熱処理を行うことが可能であり、それにより、例えば結晶性ガラス中に結晶を容易に大面積領域に析出させることが可能なガラスの加熱方法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】
【０００６】
本発明者等は、以上のような状況に鑑み鋭意検討した結果、レーザー光の代わりにハロゲンランプ等の近赤外線ランプを用いて結晶性ガラスの表面を加熱することにより、前記課題を解消できることを見出し、本発明として提案するものである。
【０００７】
すなわち、本発明のガラスの加熱方法は、５００〜２５００ｎｍのいずれかの波長における吸光係数が１．０ｃｍ−１以上であるガラスに、近赤外線ランプを用いて波長５００〜２５００ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を照射することを特徴とする。なお、「吸光係数」は、板状のガラス試料について分光光度計を用いて吸光度を測定し、（吸光度）／（試料の厚さ）により算出される。
【０００８】
レーザー光の代わりにハロゲンランプ等の近赤外線ランプを用いてガラス表面を加熱することにより、短時間で効率よく、大面積領域でガラス表面を加熱することが可能となる。
【０００９】
また、近赤外線ランプの照射対象であるガラスとして、５００〜２５００ｎｍのいずれかの波長において、吸光係数が１．０ｃｍ−１以上のものであれば、近赤外線ランプの照射光エネルギーを効率よく吸収し、例えば結晶化等の反応が促進されやすい。
【００１０】
第二に、本発明のガラスの加熱方法は、ガラスの表面において近赤外線ランプのスポット径を５ｍｍ以上とすることを特徴とする。
【００１１】
第三に、本発明のガラスの加熱方法は、近赤外線ランプがハロゲンランプであることを特徴とする。
【００１２】
第四に、本発明のガラスの加熱方法は、ガラスが、５００〜２５００ｎｍのいずれかの波長に吸収ピークを有する遷移金属イオンを含有することを特徴とする。
【００１３】
遷移金属イオンは幅広い波長域で光吸収を行うことができるため、照射するランプの光を効率よく熱エネルギーに変換することが可能であり、例えばガラスの結晶化を行う際にも反応を促進することが可能となる。
【００１４】
第五に、本発明のガラスの加熱方法は、遷移金属イオンが、チタンイオン、ジルコニウムイオン、バナジウムイオン、ニオブイオンから選択される少なくとも１種であることを特徴とする。
第六に、本発明の結晶化ガラスの製造方法は、前記いずれかに記載の方法を用いてガラスを加熱することにより結晶を析出させることを特徴とする。
本発明の結晶化ガラスの製造方法においては、加熱対象となる「ガラス」は「結晶性ガラス」である。目的とする結晶の結晶化温度付近まで結晶性ガラスを加熱し、結晶を析出させることにより結晶化ガラスを得ることができる。
第七に、本発明の結晶化ガラスは、前記方法により製造されたものである。
【００１５】
第八に、本発明の結晶化ガラスは、ＬｉＦｅＰＯ４結晶、Ｌｉ３Ｆｅ２(ＰＯ４)３結晶、またはＬｉＶＯＰＯ４結晶を含有することを特徴とする。
【００１６】
第九に、本発明の光部品の封着方法は、光部品用封着ガラスを用いた光部品の封着方法であって、前記いずれかに記載の加熱方法により光部品用封着ガラスを軟化させて、封着処理に供することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明において用いられる近赤外線ランプとしては、波長５００〜２５００ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を照射するものであれば特に限定されない。具体例としては、ハロゲンランプが挙げられる。
【００１８】
近赤外線ランプの照射条件は、照射対象であるガラスの吸光係数や吸収ピーク波長によって異なり、結晶性ガラスの結晶化が十分に進行するよう適宜調整される。例えば、出力は３００Ｗ以上であることが好ましく、照射時間は３０〜３００秒、さらには４５〜１２０秒間であることが好ましい。
【００１９】
ガラス表面における近赤外線ランプのスポット径は、好ましくは５ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上、さらに好ましくは２０ｍｍ以上である。近赤外線ランプのスポット径が５ｍｍ未満であると、ガラスの大面積領域を加熱するには長時間を要する傾向がある。一方、上限については特に限定されないが、スポット径が大きすぎると光の強度が低下するため、現実的には１００ｍｍ以下である。
【００２０】
なお、ガラス表面に近赤外線ランプの光を照射するにあたって、照射領域を調節するためにガラス表面に適宜マスクを設けてもよい。
【００２１】
本発明に係るガラスは、５００〜２５００ｎｍのいずれかの波長において、吸光係数が１．０ｃｍ−１以上、好ましくは１０．０ｃｍ−１以上、より好ましくは５０．０ｃｍ−１以上、さらに好ましく１００．０ｃｍ−１以上である。ガラスの波長５００〜２５００ｎｍの範囲での吸光係数が１．０ｃｍ−１未満であると、近赤外線ランプを照射してもガラスの温度上昇が不十分となる。その結果、例えば、当該加熱方法を用いてガラスの結晶化を行う際に、目的とする結晶析出が困難となる傾向がある。
【００２２】
ガラスとしては、５００〜２５００ｎｍのいずれかの波長に吸収ピークを持つ遷移金属イオンを含有することが好ましい。このような遷移金属イオンとしては、チタンイオン、ジルコニウムイオン、バナジウムイオン、ニオブイオンなどが挙げられる。これらは２種以上含有されていても構わない。なお、本発明において「ガラス」とは、既述の「結晶性ガラス」のみならず、「非結晶性ガラス」、「結晶化ガラス」等ガラス全般を対象とする。
【００２３】
これらの遷移金属イオンの含有量は、ガラス中において、酸化物換算で好ましくは０．１モル％以上、より好ましくは１モル％以上、さらに好ましくは３モル％以上である。上限については特に限定されないが、遷移金属イオンの含有量が多すぎると、例えば電池の正極材料として用いた場合、電気伝導度が低下するおそれがあることから、２５モル％以下に制限することが好ましい。
【００２４】
本発明の加熱方法により結晶性ガラスを加熱することにより得られる結晶化ガラスとしては、例えば、ＬｉＦｅＰＯ４結晶、Ｌｉ３Ｆｅ２(ＰＯ４)３結晶、またはＬｉＶＯＰＯ４結晶を含有する結晶化ガラスが挙げられる。これらはリチウムイオン電池正極材料として好適である。
【００２５】
本発明のガラスの加熱方法は、例えば、光部品用封着ガラスを用いた光部品の封着方法等に好適である。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２７】
（実施例１）
Ｌｉ２ＣＯ３、Ｆｅ(II)Ｃ２Ｏ４・２Ｈ２Ｏ、Ｎｂ２Ｏ５、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４を原料とし、モル比で、２６Ｌｉ２Ｏ−４３ＦｅＯ−２６Ｐ２Ｏ５−５Ｎｂ２Ｏ５となるように原料粉末を調合し、窒素雰囲気中にて３００℃で１０時間仮焼成してアンモニア、水等を除去した後に、１２００℃にて１５分間一酸化炭素雰囲気中にて溶融を行った。その後、プレス急冷することによりガラス試料（結晶性ガラス）を作製した。得られたガラスの光吸収のピーク波長は約１０００ｎｍであり、そのときの吸光係数は１４０ｃｍ−１であった。なお、吸光係数は分光光度計（株式会社島津製作所製ＵＶ−３１００）を用いて算出した。
【００２８】
得られたガラス試料を、１０００ｎｍ付近に発光ピークを有するハロゲンランプの焦点付近に配置し、出力１．２ｋＷで６０秒間光照射した。このとき、ガラス試料表面におけるハロゲンランプのスポット径は３０ｍｍであった。光照射後のガラス試料の薄膜Ｘ線回折パターンを図１に示す。
【００２９】
図１からリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）結晶が析出していることが確認できた。
【００３０】
（実施例２）
実施例１で得られたガラス試料を平均粒径４μｍになるように粉砕した。得られたガラス粉末をハロゲンランプの焦点付近に配置し、出力１．５ｋＷで６０秒間照射した。このとき、ガラス試料表面におけるハロゲンランプのスポット径は３０ｍｍであった。光照射後のガラス試料の粉末Ｘ線回折パターンを図２に示す。
【００３１】
図２からリン酸鉄リチウム（Ｌｉ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３）結晶が析出していることが確認できた。
【００３２】
実施例１および２ともに、短時間の光照射で、結晶性ガラスの比較的大面積領域の結晶化を行うことができた。
【００３３】
（比較例１）
実施例１で得られたガラス試料を、１０００ｎｍ付近に発光ピークを有するＹＡＧレーザーにて、出力７０〜１００ｍＷで２５μｍ／ｓの走査速度で照射した。このとき、ガラス試料表面におけるＹＡＧレーザーのスポット径は０．１ｍｍであった。光照射後のガラス試料の薄膜Ｘ線回折パターンによると、ＬｉＦｅＰＯ４結晶が析出していることが確認できたが、実施例１で結晶化を行った領域の１／１０の領域を結晶化するために８時間要した。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、リチウムイオン二次電池用途、超伝導用途、磁性用途に使用される結晶化ガラスの製造や有機ＥＬなどのディスプレイのパネル封止などに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１で作製した結晶化ガラスの薄膜Ｘ線回折パターンを示す図である。
【図２】実施例２で作製した結晶化ガラスの粉末Ｘ線回折パターンを示す図である。
【図１】
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【図２】
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