JP2004026510A - 多層膜フィルター用基板ガラス及び多層膜フィルター - Google Patents
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Abstract
【目的】本発明の目的は、加工性と耐候性に優れるため、安価で長期間に亘って多層膜が劣化しにくい多層膜フィルター用基板ガラス及び多層膜フィルターを提供することにある。
【構成】本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分以上であり、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒ以下、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒ以下であることを特徴とする。
【選択図】 なし
【構成】本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分以上であり、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒ以下、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒ以下であることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いる多層膜フィルター用基板ガラス及び多層膜フィルターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信網の急速な発達により、高性能で安価な光デバイスが大量に必要となってきている。特に、多層膜フィルターは、特定の波長を透過させたり反射させたりすることにより、光の分波・合波を行うパッシブデバイスとして必要不可欠である。
【０００３】
光通信分野で用いられる代表的な多層膜フィルターには、多波長の光を極めて狭帯域に切り出すバンドパスフィルター（ＢＰＦ）、Ｃバンド（１５２８ｎｍ〜１５６１ｎｍ）とＬバンド（１５６１ｎｍ〜１６２０ｎｍ）を分けるエッジフィルター、Ｃバンドの中心をさらに短波長領域（１５２８ｎｍ〜１５４５ｎｍ：通称ブルーバンド）と長波長領域（１５４５ｎｍ〜１５６１ｎｍ：通称レッドバンド）に分ける広帯域フィルター、ＥＤＦＡ（エルビウム−ドープドファイバー−アンプリファイア）の利得をフラットにするゲインイコライザ等がある。
【０００４】
一般にカメラ用の光学フィルターの基材には、プラスティックが使用されているが、上記した多層膜フィルターの基材は、強いレーザー光が入射されるため、耐熱性に優れたガラスが用いられている。
【０００５】
また、より多くの情報を伝達するためには、波長の多重数を増加させることが有効であるが、多重数が増大すればするほど、これらの波長を精度よく分離する技術が要求される。多層膜フィルターを使用して波長分離の精度を向上させるためには、多層膜の層数を増加させなければならないが、多層膜の層数が増加すると、基板ガラスに要求される特性もより厳しいものとなってくる。すなわち、多層膜の屈折率温度安定性を維持させるために、基材の熱膨張係数を多層膜のそれより大きくすることが求められ、また、多層膜と基材との熱膨張差によって多層膜に応力が発生しにくいようにするために、基材の弾性率を高くすることが求められており、特開２００１−６６４２５号には、このような特性を有する光フィルター用基板ガラスが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の光通信市場の急激な膨張に伴い、量産性向上による低価格化を実現する技術が要求され、多層膜フィルターにおいては、基板ガラスの加工性が重要視されるようになってきている。すなわち、多層膜フィルターは、まず、最終形状より大きいサイズの透明板状体に蒸着やスパッタにより多層膜を形成し、その後切断及び研磨加工により最終形状に仕上げられる。成膜前の透明板状体は、成膜時の多層膜の変形を防ぐために、１０ｍｍ以上の肉厚を有し、その後の研磨加工によって、１ｍｍの最終肉厚まで薄くされる。そのため、研磨加工時の生産効率を向上させることが、低価格化を実現するための必須条件になる。
【０００７】
さらに、多層膜フィルターは、長期に亘ってフィルター特性が維持されるように、耐候性にも優れていることが求められる。すなわち、高温高湿条件に曝されると、ガラス表面に曇りが発生しやすく、また多層膜が劣化しやすいからである。
【０００８】
しかしながら、特開２００１−６６４２５号に開示されている光フィルター用基板ガラスは、加工性と耐候性の両方の特性を満たすものではない。
【０００９】
本発明の目的は、加工性と耐候性に優れるため、安価で長期間に亘って多層膜が劣化しにくい多層膜フィルター用基板ガラス及び多層膜フィルターを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、加工性に優れるため、研磨速度が大きく、また、耐候性に優れるため、安価で長期間に亘ってフィルター特性が劣化しにくい多層膜フィルター用基板ガラスを見出し、本発明として提案するものである。
【００１１】
すなわち、本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分以上であり、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒ以下、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒ以下であることを特徴とする。
【００１２】
また本発明の多層膜フィルターは、ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分以上であり、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒ以下、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒ以下である基板ガラスを使用してなることを特徴とする。
【００１３】
ここで、ラップ法による研磨速度は、板状試料を水平に回転するラップ板の定位置に保持し、垂直に荷重を加えてラップ剤を供給しながら加工し、板状試料の質量減少量を測定して評価する。この時のラップ条件は、ラップ荷重を３０〜５０ｋＰａ、ラップ板の回転速度が５０〜２００ｒ．ｐ．ｍ、ラップ板の中心から板状試料の中心までの距離が５〜２０ｃｍ、ラップ剤として１２００番アルミナ粉末と水との質量比が１：１０〜１：５０のスラリーを用いるものとする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分以上であり、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒ以下、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒ以下であるため、安価で長期間に亘ってフィルター特性が劣化しにくい。すなわち、ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分未満であると、基板ガラスの加工性が悪く、加工時間がかかるため、多層膜フィルターの生産効率が悪く、低価格化が実現できず、また、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒより多く、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒより多いと、多層膜フィルターの耐候性が低下し、長期に亘って、高温高湿条件に曝されると、ガラス表面に曇りが発生しやすく、また多層膜が劣化しやすいからである。尚、上記した加工性とは、ガラスの研削加工、切削加工、鏡面研磨加工等の加工性を意味する。
【００１５】
また、耐候性を評価するガラスの質量減の測定方法は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）０６−１９７５」に基づいている。
【００１６】
上記したように優れた加工性及び耐候性を有する基板ガラスとして、実質的にＰｂＯを含有せず、質量％で（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦１．５５、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜２２％を含有する基板ガラスが好適であり、実質的にＰｂＯを含有せず、質量％で、ＳｉＯ２ ３０〜６０％、Ａｌ２Ｏ３ １〜１０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ １５〜３５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ５〜２２％、（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦１．５５、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２ １〜１０％、Ｇｄ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３０〜１０％を含有する基板ガラスがさらに好適である。
【００１７】
次に、上記した範囲に成分含有量を限定した理由を述べる。
【００１８】
ＰｂＯは、耐候性を低下させるとともに、環境上好ましくない成分であるため、ガラス成分として含有させないほうが好ましい。
【００１９】
（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）が１．５５より大きいと、相対的にガラス骨格成分が多くなるため、ガラス構造中の非架橋結合が少なくなり、研磨速度が小さくなりやすい。
【００２０】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏは、加工性を向上させる成分であり、特に、これらの含有量の合量が５〜２２％であるとさらに好ましい。Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが２２％よりも多いと、耐候性に劣るため好ましくない。
【００２１】
ＳｉＯ２はガラスの骨格を構成する成分であり、耐候性を向上させる効果を有し、特にその含有量が４０〜５５％であるとさらに好ましい。ＳｉＯ２が６０％を超えると研磨速度が小さく、またガラスの成形が困難になりやすく、３０％より少ないと耐候性が著しく悪化しやすい。
【００２２】
Ａｌ２Ｏ３は、ＳｉＯ２と同様にガラスの骨格を構成する成分であり、ガラス中のアルカリ成分の溶出を抑制し、耐候性を向上させる効果が顕著であるため、１％以上含有することが望ましい。１０％より多いと、研磨速度が小さくなりやすい。
【００２３】
Ｂ２Ｏ３は、融剤として作用してガラスの溶融を助ける効果があり、特にその含有量が０〜１０％であるとさらに好ましい。Ｂ２Ｏ３が２０％より大きいと、耐候性が著しく悪化し、研磨速度が小さくなりやすく、また、ガラス溶融時に揮発が多くなって脈理が生じ、均一なガラスが得られにくい。
【００２４】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯは、融剤として作用してガラスの溶融を助け、また、研磨速度を大きくし、加工性を向上させる効果を有し、特にこれらの含有量の合量が２０〜３０％であるとさらに好ましい。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯが３５％より多いと、耐候性が悪くなりやすく、１５％より少ないと、ガラスの研磨速度が小さくなりやすく、加工性が悪くなりやすい。
【００２５】
ＴｉＯ２及びＺｒＯ２は、耐候性を維持しつつ熱膨張係数を大きくする効果があり、特にこれらの含有量の合量が１〜８％であるとさらに好ましい。ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２が１０％より多くなると、ガラスが失透しやすくなり、１％より少ないと、高い熱膨張係数が得られにくい。
【００２６】
Ｇｄ２Ｏ３及びＬａ２Ｏ３は、熱膨張係数をあまり低下させずに耐候性を向上させる効果を有し、特にこれらの含有量の合量が０〜８％であるとさらに好ましい。Ｇｄ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３が１０％よりも多いと熱膨張係数が低くなりやすい。
【００２７】
上記した以外にも本発明のガラスは、Ｓｂ２Ｏ３等の清澄剤を添加することが可能である。ただし、Ａｓ２Ｏ３は環境上好ましくないため、使用しないほうがよい。
【００２８】
また、本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、熱膨張係数が−３０〜７０℃の温度範囲で、１００〜１４０×１０−７／℃の範囲内にあると、多層膜の屈折率温度安定性が維持できるため好ましい。なお、肉厚１ｍｍ、波長１５５０ｎｍでの内部透過率が９８％以下であると光線強度が低下するため使用できない。
【００２９】
また、ガラス中のＯＨ基は、１４００ｎｍ付近の波長の光を吸収する原因となり、光強度が低下するため、１４００ｎｍ付近の波長の光を使用する場合には、ガラス中のＯＨ基をできるだけ少なくすることが望ましい。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の多層膜フィルター用基板ガラス及び多層膜フィルターを実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
表１、２は、本発明の実施例１〜８を、表３、４は、比較例１〜７を示す。また、図１に実施例２の赤外域の透過率曲線を示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
【表４】
【００３６】
まず、表１〜４に示す組成になるようにガラス原料を調合し、白金ルツボを用いて１３００〜１５００℃で４時間溶融し、融液をカーボン板上に流しだし、アニールして、ガラス成形体を得た。ついで得られたガラスを平面研磨機にてアルミナ粉末を用いて１０〜２０分間ラッピングし、その後、酸化セリウム粉末を用いて３０〜６０分間ポリッシュして、多層膜フィルター用基板ガラスを作製した。
【００３７】
尚、表中のΣＡ／ΣＢは、（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）を示している。
【００３８】
耐水性及び耐酸性は、ガラス試料を粒度４２０〜５９０μｍに粉砕し、その比重グラムを秤量して白金篭に入れ、それを試薬の入ったフラスコに入れて煮沸水浴中で６０分間処理し、処理後の粉末ガラスの質量減少量（質量％）を算出したものである（日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）０６−１９７５」）。尚、耐水性評価で用いた試薬は、ｐＨ６．５〜７．５に調整した純水であり、耐酸性評価で用いた試薬は、０．０１Ｎに調整した硝酸水溶液である。
【００３９】
ラップ法による研磨速度は、一辺２５ｍｍ、肉厚３ｍｍの板状試料を水平に回転する鋳鉄製ラップ板の定位置に保持し、垂直に荷重を加えてラップ剤を供給しながら加工し、試料ガラスの質量減少量を測定して評価した。この時のラップ条件は、ラップ荷重が３５ｋＰａ、ラップ板の回転速度が１００ｒ．ｐ．ｍ、ラップ板の中心から板状試料の中心までの距離が１０ｃｍ、ラップ剤が１２００番アルミナ粉末と水との質量比が１：２０のスラリーであった。
【００４０】
熱膨張係数は、ディラトメーター（マックサイエンス製ＴＤ−５０００Ｓ）を使用し、内部透過率は、肉厚の異なる２枚の試料を用意し、島津製分光光度計ＵＶ−３１００ＰＣを使用して１５５０ｎｍの波長で測定した後、厚さ１ｍｍの内部透過率を計算により求めた。赤外域の透過率は、島津製分光光度計ＵＶ−３１００ＰＣを使用して、厚さ１０ｍｍで、９５０〜１６５０ｎｍの波長範囲で測定した。
【００４１】
本発明の実施例１〜８は、研磨速度が大きく、耐候性に優れるため、多層膜フィルターの加工性や耐候性に優れ、また、多層膜より熱膨張係数が大きく、赤外透過率が高いため、多層膜フィルター用の基板材料として適していた。また、図１に示すように、実施例２は、１４００ｎｍ付近の光の吸収がほとんど見られなかった。
【００４２】
一方、比較例１、４及び５は、ΣＡ／ΣＢが小さいため、研磨速度が大きく、加工性に優れるが、アルカリ成分が多いため耐候性が低かった。また、比較例２はＢ２Ｏ３が多く含まれているため、研磨速度が大きいものの耐候性が低かった。比較例３及び６は、アルカリ成分が少ないため、耐候性に優れるが、ΣＡ／ΣＢが大きいため、研磨速度が小さく、加工性に劣っていた。比較例７は、ΣＡ／ΣＢが小さいため、研磨速度が大きく、加工性に優れるが、ＰｂＯを含有するため、耐候性が低く、また、環境上好ましくない。
【００４３】
また、上記したガラス基板上に、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２誘電体被膜を交互に繰り返した計１００層からなる多層膜をイオンアシスト蒸着装置を用いて形成し、多層膜フィルターを作製した。
【００４４】
実施例の基板ガラスを使用した多層膜フィルターは、安価で長期に亘ってフィルター特性が劣化することがなく、また、中心波長の温度依存性が小さく、光通信用光フィルターとして非常に優れるものである。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、研磨速度が大きく、また、耐候性に優れるため、多層膜フィルターの生産効率が高く安価に製造でき、多層膜フィルターとして長期に亘ってフィルター特性が劣化しにくく、中心波長の温度依存性が小さく、光通信用の光フィルターとして好適である。
【００４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施例２の赤外域の透過率曲線である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いる多層膜フィルター用基板ガラス及び多層膜フィルターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信網の急速な発達により、高性能で安価な光デバイスが大量に必要となってきている。特に、多層膜フィルターは、特定の波長を透過させたり反射させたりすることにより、光の分波・合波を行うパッシブデバイスとして必要不可欠である。
【０００３】
光通信分野で用いられる代表的な多層膜フィルターには、多波長の光を極めて狭帯域に切り出すバンドパスフィルター（ＢＰＦ）、Ｃバンド（１５２８ｎｍ〜１５６１ｎｍ）とＬバンド（１５６１ｎｍ〜１６２０ｎｍ）を分けるエッジフィルター、Ｃバンドの中心をさらに短波長領域（１５２８ｎｍ〜１５４５ｎｍ：通称ブルーバンド）と長波長領域（１５４５ｎｍ〜１５６１ｎｍ：通称レッドバンド）に分ける広帯域フィルター、ＥＤＦＡ（エルビウム−ドープドファイバー−アンプリファイア）の利得をフラットにするゲインイコライザ等がある。
【０００４】
一般にカメラ用の光学フィルターの基材には、プラスティックが使用されているが、上記した多層膜フィルターの基材は、強いレーザー光が入射されるため、耐熱性に優れたガラスが用いられている。
【０００５】
また、より多くの情報を伝達するためには、波長の多重数を増加させることが有効であるが、多重数が増大すればするほど、これらの波長を精度よく分離する技術が要求される。多層膜フィルターを使用して波長分離の精度を向上させるためには、多層膜の層数を増加させなければならないが、多層膜の層数が増加すると、基板ガラスに要求される特性もより厳しいものとなってくる。すなわち、多層膜の屈折率温度安定性を維持させるために、基材の熱膨張係数を多層膜のそれより大きくすることが求められ、また、多層膜と基材との熱膨張差によって多層膜に応力が発生しにくいようにするために、基材の弾性率を高くすることが求められており、特開２００１−６６４２５号には、このような特性を有する光フィルター用基板ガラスが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の光通信市場の急激な膨張に伴い、量産性向上による低価格化を実現する技術が要求され、多層膜フィルターにおいては、基板ガラスの加工性が重要視されるようになってきている。すなわち、多層膜フィルターは、まず、最終形状より大きいサイズの透明板状体に蒸着やスパッタにより多層膜を形成し、その後切断及び研磨加工により最終形状に仕上げられる。成膜前の透明板状体は、成膜時の多層膜の変形を防ぐために、１０ｍｍ以上の肉厚を有し、その後の研磨加工によって、１ｍｍの最終肉厚まで薄くされる。そのため、研磨加工時の生産効率を向上させることが、低価格化を実現するための必須条件になる。
【０００７】
さらに、多層膜フィルターは、長期に亘ってフィルター特性が維持されるように、耐候性にも優れていることが求められる。すなわち、高温高湿条件に曝されると、ガラス表面に曇りが発生しやすく、また多層膜が劣化しやすいからである。
【０００８】
しかしながら、特開２００１−６６４２５号に開示されている光フィルター用基板ガラスは、加工性と耐候性の両方の特性を満たすものではない。
【０００９】
本発明の目的は、加工性と耐候性に優れるため、安価で長期間に亘って多層膜が劣化しにくい多層膜フィルター用基板ガラス及び多層膜フィルターを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、加工性に優れるため、研磨速度が大きく、また、耐候性に優れるため、安価で長期間に亘ってフィルター特性が劣化しにくい多層膜フィルター用基板ガラスを見出し、本発明として提案するものである。
【００１１】
すなわち、本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分以上であり、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒ以下、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒ以下であることを特徴とする。
【００１２】
また本発明の多層膜フィルターは、ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分以上であり、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒ以下、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒ以下である基板ガラスを使用してなることを特徴とする。
【００１３】
ここで、ラップ法による研磨速度は、板状試料を水平に回転するラップ板の定位置に保持し、垂直に荷重を加えてラップ剤を供給しながら加工し、板状試料の質量減少量を測定して評価する。この時のラップ条件は、ラップ荷重を３０〜５０ｋＰａ、ラップ板の回転速度が５０〜２００ｒ．ｐ．ｍ、ラップ板の中心から板状試料の中心までの距離が５〜２０ｃｍ、ラップ剤として１２００番アルミナ粉末と水との質量比が１：１０〜１：５０のスラリーを用いるものとする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分以上であり、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒ以下、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒ以下であるため、安価で長期間に亘ってフィルター特性が劣化しにくい。すなわち、ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分未満であると、基板ガラスの加工性が悪く、加工時間がかかるため、多層膜フィルターの生産効率が悪く、低価格化が実現できず、また、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒより多く、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒより多いと、多層膜フィルターの耐候性が低下し、長期に亘って、高温高湿条件に曝されると、ガラス表面に曇りが発生しやすく、また多層膜が劣化しやすいからである。尚、上記した加工性とは、ガラスの研削加工、切削加工、鏡面研磨加工等の加工性を意味する。
【００１５】
また、耐候性を評価するガラスの質量減の測定方法は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）０６−１９７５」に基づいている。
【００１６】
上記したように優れた加工性及び耐候性を有する基板ガラスとして、実質的にＰｂＯを含有せず、質量％で（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦１．５５、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜２２％を含有する基板ガラスが好適であり、実質的にＰｂＯを含有せず、質量％で、ＳｉＯ２ ３０〜６０％、Ａｌ２Ｏ３ １〜１０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ １５〜３５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ５〜２２％、（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦１．５５、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２ １〜１０％、Ｇｄ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３０〜１０％を含有する基板ガラスがさらに好適である。
【００１７】
次に、上記した範囲に成分含有量を限定した理由を述べる。
【００１８】
ＰｂＯは、耐候性を低下させるとともに、環境上好ましくない成分であるため、ガラス成分として含有させないほうが好ましい。
【００１９】
（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）が１．５５より大きいと、相対的にガラス骨格成分が多くなるため、ガラス構造中の非架橋結合が少なくなり、研磨速度が小さくなりやすい。
【００２０】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏは、加工性を向上させる成分であり、特に、これらの含有量の合量が５〜２２％であるとさらに好ましい。Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが２２％よりも多いと、耐候性に劣るため好ましくない。
【００２１】
ＳｉＯ２はガラスの骨格を構成する成分であり、耐候性を向上させる効果を有し、特にその含有量が４０〜５５％であるとさらに好ましい。ＳｉＯ２が６０％を超えると研磨速度が小さく、またガラスの成形が困難になりやすく、３０％より少ないと耐候性が著しく悪化しやすい。
【００２２】
Ａｌ２Ｏ３は、ＳｉＯ２と同様にガラスの骨格を構成する成分であり、ガラス中のアルカリ成分の溶出を抑制し、耐候性を向上させる効果が顕著であるため、１％以上含有することが望ましい。１０％より多いと、研磨速度が小さくなりやすい。
【００２３】
Ｂ２Ｏ３は、融剤として作用してガラスの溶融を助ける効果があり、特にその含有量が０〜１０％であるとさらに好ましい。Ｂ２Ｏ３が２０％より大きいと、耐候性が著しく悪化し、研磨速度が小さくなりやすく、また、ガラス溶融時に揮発が多くなって脈理が生じ、均一なガラスが得られにくい。
【００２４】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯは、融剤として作用してガラスの溶融を助け、また、研磨速度を大きくし、加工性を向上させる効果を有し、特にこれらの含有量の合量が２０〜３０％であるとさらに好ましい。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯが３５％より多いと、耐候性が悪くなりやすく、１５％より少ないと、ガラスの研磨速度が小さくなりやすく、加工性が悪くなりやすい。
【００２５】
ＴｉＯ２及びＺｒＯ２は、耐候性を維持しつつ熱膨張係数を大きくする効果があり、特にこれらの含有量の合量が１〜８％であるとさらに好ましい。ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２が１０％より多くなると、ガラスが失透しやすくなり、１％より少ないと、高い熱膨張係数が得られにくい。
【００２６】
Ｇｄ２Ｏ３及びＬａ２Ｏ３は、熱膨張係数をあまり低下させずに耐候性を向上させる効果を有し、特にこれらの含有量の合量が０〜８％であるとさらに好ましい。Ｇｄ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３が１０％よりも多いと熱膨張係数が低くなりやすい。
【００２７】
上記した以外にも本発明のガラスは、Ｓｂ２Ｏ３等の清澄剤を添加することが可能である。ただし、Ａｓ２Ｏ３は環境上好ましくないため、使用しないほうがよい。
【００２８】
また、本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、熱膨張係数が−３０〜７０℃の温度範囲で、１００〜１４０×１０−７／℃の範囲内にあると、多層膜の屈折率温度安定性が維持できるため好ましい。なお、肉厚１ｍｍ、波長１５５０ｎｍでの内部透過率が９８％以下であると光線強度が低下するため使用できない。
【００２９】
また、ガラス中のＯＨ基は、１４００ｎｍ付近の波長の光を吸収する原因となり、光強度が低下するため、１４００ｎｍ付近の波長の光を使用する場合には、ガラス中のＯＨ基をできるだけ少なくすることが望ましい。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の多層膜フィルター用基板ガラス及び多層膜フィルターを実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
表１、２は、本発明の実施例１〜８を、表３、４は、比較例１〜７を示す。また、図１に実施例２の赤外域の透過率曲線を示す。
【００３２】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
まず、表１〜４に示す組成になるようにガラス原料を調合し、白金ルツボを用いて１３００〜１５００℃で４時間溶融し、融液をカーボン板上に流しだし、アニールして、ガラス成形体を得た。ついで得られたガラスを平面研磨機にてアルミナ粉末を用いて１０〜２０分間ラッピングし、その後、酸化セリウム粉末を用いて３０〜６０分間ポリッシュして、多層膜フィルター用基板ガラスを作製した。
【００３７】
尚、表中のΣＡ／ΣＢは、（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）を示している。
【００３８】
耐水性及び耐酸性は、ガラス試料を粒度４２０〜５９０μｍに粉砕し、その比重グラムを秤量して白金篭に入れ、それを試薬の入ったフラスコに入れて煮沸水浴中で６０分間処理し、処理後の粉末ガラスの質量減少量（質量％）を算出したものである（日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）０６−１９７５」）。尚、耐水性評価で用いた試薬は、ｐＨ６．５〜７．５に調整した純水であり、耐酸性評価で用いた試薬は、０．０１Ｎに調整した硝酸水溶液である。
【００３９】
ラップ法による研磨速度は、一辺２５ｍｍ、肉厚３ｍｍの板状試料を水平に回転する鋳鉄製ラップ板の定位置に保持し、垂直に荷重を加えてラップ剤を供給しながら加工し、試料ガラスの質量減少量を測定して評価した。この時のラップ条件は、ラップ荷重が３５ｋＰａ、ラップ板の回転速度が１００ｒ．ｐ．ｍ、ラップ板の中心から板状試料の中心までの距離が１０ｃｍ、ラップ剤が１２００番アルミナ粉末と水との質量比が１：２０のスラリーであった。
【００４０】
熱膨張係数は、ディラトメーター（マックサイエンス製ＴＤ−５０００Ｓ）を使用し、内部透過率は、肉厚の異なる２枚の試料を用意し、島津製分光光度計ＵＶ−３１００ＰＣを使用して１５５０ｎｍの波長で測定した後、厚さ１ｍｍの内部透過率を計算により求めた。赤外域の透過率は、島津製分光光度計ＵＶ−３１００ＰＣを使用して、厚さ１０ｍｍで、９５０〜１６５０ｎｍの波長範囲で測定した。
【００４１】
本発明の実施例１〜８は、研磨速度が大きく、耐候性に優れるため、多層膜フィルターの加工性や耐候性に優れ、また、多層膜より熱膨張係数が大きく、赤外透過率が高いため、多層膜フィルター用の基板材料として適していた。また、図１に示すように、実施例２は、１４００ｎｍ付近の光の吸収がほとんど見られなかった。
【００４２】
一方、比較例１、４及び５は、ΣＡ／ΣＢが小さいため、研磨速度が大きく、加工性に優れるが、アルカリ成分が多いため耐候性が低かった。また、比較例２はＢ２Ｏ３が多く含まれているため、研磨速度が大きいものの耐候性が低かった。比較例３及び６は、アルカリ成分が少ないため、耐候性に優れるが、ΣＡ／ΣＢが大きいため、研磨速度が小さく、加工性に劣っていた。比較例７は、ΣＡ／ΣＢが小さいため、研磨速度が大きく、加工性に優れるが、ＰｂＯを含有するため、耐候性が低く、また、環境上好ましくない。
【００４３】
また、上記したガラス基板上に、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２誘電体被膜を交互に繰り返した計１００層からなる多層膜をイオンアシスト蒸着装置を用いて形成し、多層膜フィルターを作製した。
【００４４】
実施例の基板ガラスを使用した多層膜フィルターは、安価で長期に亘ってフィルター特性が劣化することがなく、また、中心波長の温度依存性が小さく、光通信用光フィルターとして非常に優れるものである。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多層膜フィルター用基板ガラスは、研磨速度が大きく、また、耐候性に優れるため、多層膜フィルターの生産効率が高く安価に製造でき、多層膜フィルターとして長期に亘ってフィルター特性が劣化しにくく、中心波長の温度依存性が小さく、光通信用の光フィルターとして好適である。
【００４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施例２の赤外域の透過率曲線である。
Claims (6)
- ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分以上であり、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒ以下、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒ以下であることを特徴とする多層膜フィルター用基板ガラス。
- 実質的にＰｂＯを含有せず、質量％で（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦１．５５、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜２２％を含有することを特徴とする請求項１に記載の多層膜フィルター用基板ガラス。
- 実質的にＰｂＯを含有せず、質量％で、ＳｉＯ２ ３０〜６０％、Ａｌ２Ｏ３ １〜１０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ １５〜３５％、（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦１．５５、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ５〜２２％、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２ １〜１０％、Ｇｄ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３ ０〜１０％を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の多層膜フィルター用基板ガラス。
- ラップ法による研磨速度が１０μｍ／分以上であり、沸騰水浴での質量減が０．０５ｗｔ％／ｈｒ以下、０．０１Ｎの硝酸水溶液での質量減が０．２０ｗｔ％／ｈｒ以下である基板ガラスを使用してなることを特徴とする多層膜フィルター。
- 基板ガラスが、実質的にＰｂＯを含有せず、質量％で（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦１．５５、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜２２％を含有することを特徴とする請求項４に記載の多層膜フィルター。
- 基板ガラスが、実質的にＰｂＯを含有せず、質量％で、ＳｉＯ２ ３０〜６０％、Ａｌ２Ｏ３ １〜１０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ １５〜３５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ５〜２２％、（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦１．５５、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２ １〜１０％、Ｇｄ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３ ０〜１０％を含有することを特徴とする請求項４又は５に記載の多層膜フィルター。
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-
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