偏光ガラスの製造方法
【課題】面内の偏光軸ずれを低減すると共に、面内の消光比特性を高める。
【解決手段】形状異方性を有する金属粒子がガラス中に配向して分散された偏光ガラスの製造方法の中の延伸工程において、延伸途中のガラスシートを、ノズルからの冷却ガスの吹き付けにより強制冷却する。
【解決手段】形状異方性を有する金属粒子がガラス中に配向して分散された偏光ガラスの製造方法の中の延伸工程において、延伸途中のガラスシートを、ノズルからの冷却ガスの吹き付けにより強制冷却する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信などに利用される小型の光アイソレータ、あるいは、液晶・電気光学結晶・ファラデーローテータなどの組み合わせからなる光スイッチや電気磁気センサ等の偏光子として用いられる偏光ガラスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配向、分散された形状異方性を有する微細な金属粒子、例えば銀粒子や銅粒子を分散含有するガラスは、その金属の光吸収波長帯が入射偏光方向によって異なるために、偏光子になることが知られている。そのような偏光ガラスは、伸長されたハロゲン化銅粒子含有ガラスあるいはハロゲン化銀粒子含有ガラスを還元することで作製できることも知られている。
【０００３】
例えば、ハロゲン化銅粒子含有ガラスから偏光ガラスを作製する方法が、特許文献１に開示されている。この方法は、ガラスの粘度が１０７〜１０１０Ｐａ・Ｓの範囲になる温度においてハロゲン化銅粒子を伸長し、次いで還元雰囲気下で熱処理することによりハロゲン化銅粒子を還元して、伸長された形状異方性の金属銅粒子を含有する偏光ガラスを製造するというものである。
【０００４】
また、上記形状異方性の金属銅粒子を含有する偏光ガラスの製造方法を改良した方法として、ハロゲン化金属粒子含有ガラスを線引きする方法が、特許文献２に提案されている。この方法は、金属ハロゲン化粒子が分散されているガラスプリフォームを線引きする際に、伸長したガラスの冷却（自然冷却）を伸長と同時に行い、伸長したガラスを効率良く自然冷却することによって、伸長したハロゲン化金属粒子の再球状化を防止し、優れた偏光特性を有する偏光ガラスを製造するというものである。
【０００５】
ところで、従来の、アイソレーションが３５ｄＢ程度求められる高性能幹線系光アイソレータの部品として使用される偏光ガラスは、平面の寸法が１．０〜１．２ｍｍ角のものであった。そして、この偏光ガラスを、同サイズのファラデー素子の結晶に個々に位置合わせして接着することにより、光アイソレータ用の非相反素子を製造していた。これ以下のサイズの部品は、ハンドリングがしにくく、例えば、偏光ガラスとファラデー素子の結晶との接着作業が容易ではなく、実用化が難しいとされていた。
【０００６】
それに対して最近では、メトロ系の光アイソレータ用として、平面の寸法が０．５〜０．６ｍｍ角程度の小さい部品が使用されるようになってきた。その製造方法は、まず１０ｍｍ角程度のファラデー素子結晶と、同程度の寸法を有する偏光ガラスとを、位置合わせして貼り付ける。次いで、それを０．５〜０．６ｍｍ角程度の多数の部品にカットするというものである。この方法によれば、前記の従来品に較べて、約１／４の平面面積で済む部品を、多数、簡便に作製できるようになった。
【０００７】
ところが、平面の寸法が小さい偏光ガラスを同サイズのファラデー素子結晶に個々に位置合わせして接着する場合は問題とならなかったが、１０ｍｍ角程度の比較的大きめのサイズの偏光ガラスを使用する場合、ガラス面内での偏光軸ずれの問題が無視できなくなってきた。即ち、ガラス面内に偏光軸のずれた部分が存在すると、その部分では、偏光軸がずれた状態でファラデー素子と貼り合わされることになり、光アイソレータとしての偏光特性が損なわれるからである。
【０００８】
従来、偏光ガラスにおける偏光軸ずれを低減する方法として、特許文献３に記載の方法が知られている。この方法は、延伸に使用する加熱炉の温度分布を、延伸方向に垂直な方向における両端部の温度が中央部より低くなるように設定すると共に、プリフォームのガラス厚を４ｍｍ以上と厚くすることで、延伸時の幅方向両端部のガラスの冷却速度を中心部より相対的に速くして、両端部の構造の凍結を速め、それにより、両端でのハライド金属延伸軸のハの字の開きを抑えるというものである。
【０００９】
【特許文献１】特許第２７４０６０１号公報
【特許文献２】特許第２８４９３５８号公報
【特許文献３】特開２００４−２２４６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献３に記載のように、加熱炉の両端部の温度を低く設定してプリフォームガラスを延伸すると、延伸されたガラスの幅方向両端部が中心部に較べて粘度が高い状態で延伸されるので、両端部に中心部よりも大きな張力がかかり、そのため、両端部のハライド金属微粒子が中心部よりも大きく延伸されて、面内の消光比特性にバラツキや分布が生じてしまうという問題がある。
【００１１】
また、プリフォームガラスの厚さを厚くして延伸すると、相対的に幅方向の中心部に較べて両端部が早く冷却されるので、結果的に上述の加熱炉の端部の温度を低くして延伸することと同じことになり、面内の消光比特性にバラツキや分布が生じてしまうという問題がある。また、プリフォームガラスの厚さを厚くした場合、プリフォームの体積が増し、延伸時に、より大きな張力をかける必要が生じるので、延伸装置を、その張力に耐えるだけの大型の設備とする必要が出てくる。また、プリフォームの体積が増すことで、母材となるガラスも多く消費することになり、結果的にコストが上昇するという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、偏光ガラスの面内の偏光軸ずれを低減することができると共に、面内の消光比特性を高めることができ、しかも、均質で製造コストの安価な偏光ガラスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、形状異方性を有する金属粒子がガラス中に配向して分散されている偏光ガラスの製造方法であって、金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスプリフォームを加熱し延伸する延伸工程と、該工程により得られたガラスシートを還元処理して、金属ハロゲン化粒子の一部又は全部を金属粒子とする還元工程と、を有し、前記延伸工程において、延伸途中のガラスシートを強制冷却手段によって強制冷却することを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の偏光ガラスの製造方法であって、前記強制冷却を、前記延伸途中のガラスシートの幅方向の中央部に対して行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の偏光ガラスの製造方法であって、前記強制冷却手段として、ガスの吹き付けノズルを設け、前記強制冷却を、前記延伸途中のガラスシートに対する前記ノズルからのガスの吹き付けにより行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３に記載の偏光ガラスの製造方法であって、前記ガスとして、室温より低い温度のガスを使用することを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１または２に記載の偏光ガラスの製造方法であって、前記強制冷却手段として、周囲より温度を低く制御した冷却部材を設け、前記強制冷却を、前記冷却部材を前記延伸途中のガラスシートの表面に近接させることにより行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明は、形状異方性を有する金属粒子がガラス中に配向して分散されている偏光ガラスの製造方法であって、金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスプリフォームを加熱し延伸する延伸工程と、該工程により得られたガラスシートを還元処理して、金属ハロゲン化粒子の一部又は全部を金属粒子とする還元工程と、を有し、前記延伸工程において、加熱用の発熱体と延伸途中のガラスシートとの間に、該ガラスシートの幅方向の中央部に対する前記発熱体からの熱輻射を遮断する遮熱部材を挿入することを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項６に記載の偏光ガラスの製造方法であって、前記遮熱部材として、セラミックス材、または金属板の表面にセラミックスを付与した材料を使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、延伸途中のガラスシートを、従来のように室温によって自然冷却（放冷）するのではなく、強制冷却手段によって強制的に冷却するので、延伸したガラスシートの冷却速度を速めることができ、延伸軸が凍結する速度を全体的に速めることによって、延伸ガラスシートの幅方向端部でのハライド金属微粒子の延伸軸上部の中心側への傾き（延伸軸のハの字の傾き）を小さく抑えることができる。そして、このガラスシートを還元することによって、延伸面内の幅方向における偏光軸ずれの小さな偏光ガラスを得ることができる。
【００２１】
また、ガラスシートの冷却速度が速まることにより、延伸したハロゲン化金属粒子の延伸形状の戻りを防止でき、還元後、高い消光比の偏光ガラスを幅方向の全域で得られるようになる。また、特別に厚いプリフォームを用意する必要がないため、母材ガラスから採取するプリフォーム枚数も増やすことができ、製造コストを安価に抑えることができる。また、プリフォームの断面積を小さくできるので、引き取り装置にかかる荷重を小さくでき、大型の引取り装置も不要となるため、製造コストを低く維持できる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、延伸途中のガラスシートの幅方向中央部を強制冷却するので、中央部のガラス構造を端部よりも早く凍結させることによって、端部での延伸ハライド金属粒子上部の中心側に向かう力を小さくして、延伸軸のハの字の傾きを小さく抑えることができる。また、従来のような延伸ガラスシートの自然冷却（放冷）では、幅方向中央部が冷えにくく、端部が冷えやすいことにより、ガラス粘性の違いで中央部と端部で張力に差が生じ、結果的に消光比特性が中央部と端部で異なってしまう現象を生じていたが、延伸ガラスシートの中央部を強制冷却手段により強制冷却することで、幅方向の中心部と端部で冷却速度の差を小さくすることができる。よって、ハライド金属微粒子にかかる中央部と端部での張力の差が小さくなり、ハライド金属微粒子の延伸状態が幅方向で均一となり、還元後、偏光ガラスの消光比特性の幅方向でのバラツキや分布を小さくすることができる。
【００２３】
請求項３の発明によれば、ノズルからガスを吹き付けることによりガラスシートを強制冷却するので、簡単な設備によって、容易にガラスシートの温度を制御することができる。
【００２４】
請求項４の発明によれば、室温より低い温度のガスを吹き付けるので、速やかにガラスシートを冷却することができる。
【００２５】
請求項５の発明によれば、周囲より温度を低く制御した冷却部材をガラスシートの表面に近接させることにより、ガラスシートを強制冷却するので、簡単な設備によって、容易にガラスシートの温度を制御することができる。
【００２６】
請求項６の発明によれば、延伸工程において、加熱用の発熱体と延伸途中のガラスシートとの間に、ガラスシートの幅方向の中央部に対する発熱体からの熱輻射を遮断する遮熱部材を挿入するので、ガラスシートの幅方向の中央部の受熱量を制限することができ、同中央部を強制冷却するのと同様の温度分布を加熱炉を出る段階のガラスシートに与えることができる。従って、中央部のガラス構造を端部よりも早く凍結させることができ、それによって、端部での延伸ハライド金属粒子上部の中心側に向かう力を小さくして、延伸軸のハの字の傾きを小さく抑えることができる。そして、このガラスシートを還元することによって、延伸面内の幅方向における偏光軸ずれの小さい偏光ガラスを得ることができるようになる。
【００２７】
また、延伸ガラスシートの自然冷却では、幅方向中央部が冷えにくく、端部が冷えやすいことにより、ガラス粘性の違いで中央部と端部で張力に差が生じ、結果的に消光比特性が中央部と端部で異なってしまう現象を生じる可能性があったが、延伸ガラスシートの中央部の加熱量を、予め加熱炉を出る段階において制限しておくことにより、ガラスシートの中心部と両端部の冷却速度のバランスをよくすることができる。よって、ハライド金属微粒子にかかる中央部と端部での張力の差を小さくすることができ、ハライド金属微粒子の延伸状態を幅方向で均一にすることができ、還元後、偏光ガラスの消光比特性の幅方向でのバラツキや分布を小さくすることができる。
【００２８】
また、特別に厚いプリフォームを用意する必要がないため、母材ガラスから採取するプリフォーム枚数も増やすことができ、製造コストを安価に抑えることができる。また、プリフォームの断面積を小さくできるので、引き取り装置にかかる荷重を小さくでき、大型の引取り装置も不要となるため、製造コストを低く維持できる。
【００２９】
請求項７の発明によれば、前記遮熱部材として、セラミックス材、または金属板の表面にセラミックスを付与した材料を使用するので、遮熱部材の耐久性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
第１実施形態の偏光ガラスの製造方法は、形状異方性を有する金属粒子がガラス中に配向して分散されている偏光ガラスを、金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスプリフォームを加熱し延伸する延伸工程と、得られたガラスシートを還元処理して、金属ハロゲン化粒子の一部又は全部を金属粒子とする還元工程と、を経て製造するものであって、その特徴として、延伸工程において、延伸途中のガラスシートを強制冷却手段によって強制的に冷却するものである。
【００３１】
図１は第１実施形態の偏光ガラスの製造方法の説明図であり、図中１はガラスプリフォーム、２はプリフォーム送り装置、３は加熱炉、４は引っ張りローラ、１Ａはガラスシート、５はガス吹き付けノズル、６は防風カバーである。本製造方法では、強制冷却手段として、ガスの吹き付けノズル５を設け、強制冷却を、延伸途中のガラスシート１Ａに対する前記ノズル５からのガスの吹き付けにより行うことを特徴としている。
【００３２】
ここで形状異方性を有するとは、１を超えるアスペクト比を有することを意味している。金属粒子の金属としては、例えば銅、銀、金、及び白金等を挙げることができる。また、金属粒子のアスペクト比は、偏光ガラスに要求される物性、特に光吸収波長に応じて適宜決定できるが、例えば２：１〜１００：１の範囲であることが好ましい。特に、光通信波長（１．３１〜１．５５μｍ）付近を吸収波長とするためには、１０：１〜３０：１の範囲であることが好ましい。
【００３３】
偏光ガラスにおける形状異方性の金属粒子は、ガラス中に実質的に一方向に配向して分散される。母材であるガラスの種類としては、例えば、特にガラスの軟化温度がハロゲン化物の融点よりも高い、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラス、ホウ酸塩ガラス等を挙げることができる。
【００３４】
また、原料としては、金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスを用いる。金属ハロゲン化物のハロゲンとしては、例えば塩素、臭素、ヨウ素を挙げることができる。金属ハロゲン化物としては、例えば塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、塩化金、臭化金、ヨウ化金、塩化白金、臭化白金、ヨウ化白金等を挙げることができる。金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスは、公知の方法により容易に製造することができる。
【００３５】
このような金属ハロゲン化物粒子としては、粒径が５０〜２００ｎｍの範囲のもの、特に７０〜１７０ｎｍの範囲のものが好ましい。粒径が上記範囲より小さくなると、線引きしたときに所定のアスペクト比が得られにくく、その結果、光通信用の波長での光吸収波長が得られ難くなる傾向がある。粒径が上記範囲よりも大きくなると、偏光ガラスとしたときにガラス内部に残存する金属ハロゲン化物による透過損失の影響が大きくなる傾向がある。また、金属ハロゲン化物の含有量は、所定の還元処理で得られる金属粒子により充分な消光比が得られ、かつ偏光ガラスとしたときにガラス内部に残存する金属ハロゲン化物による透過損失の影響が大きくならない程度に調整されることが好ましく、ガラス組成中のハロゲン化物を形成する金属とハロゲンの量を適宜調節することで変化させることができる。
【００３６】
ところで、１０ｍｍ角程度の平板サイズの偏光ガラス面内での偏光軸ずれは、延伸工程で発生するものと考えられている。板状のプリフォームを加熱して延伸する際に、プリフォームに存在するハライド金属微粒子は、ガラス軟化温度付近（ハライド金属の融点以上）で棒状に延伸され、ガラス構造が凍結する温度（Ｔｇ付近）に冷却された時点で、延伸軸が固定される。その際に偏光軸ずれが発生する。そこで、その発生原理について説明する。
【００３７】
図２は板状のプリフォーム１をガラスシート１Ａに延伸する段階の幅方向正面（図１のＩＩ矢印方向）から見た図である。板状のプリフォーム１は、加熱延伸により、その幅が除々に減少してゆく。このとき、プリフォーム１の幅の減少率が大きいＡ地点では、プリフォーム１の端部のハライド金属微粒子Ｐの延伸軸は、中央部に対して、上に開いた逆ハの字の形に大きく傾斜している。この傾きは、プリフォーム１の外形形状の変化に対応している。
【００３８】
プリフォーム１の幅の減少が、緩やかになっている地点Ｂでは、上述の上に開いた逆ハの字の傾斜が、外形の変化の減少と共に小さくなっている。プリフォーム１の幅が一定になる直前の地点Ｃでは、プリフォーム１の端部での延伸軸の傾きが、中央部に対して平行になる。
【００３９】
ガラス構造が凍結する直前（地点ＣとＤの間）においては、図３に示すように、延伸面内の幅方向の中心部では、ハライド金属粒子Ｐが下方に大きな張力を受け、左右に等しい張力を受けるので、その延伸軸は延伸方向に平行である。しかし、延伸面内の幅方向の端部、例えば右端では、下方への大きな張力と左下へのわずかな張力がかかっており、その反力として、大きな上方への反力と、わずかな左上の反力が延伸微粒子Ｐに働いている。その結果、延伸面内の幅方向の右端では、延伸されたハライド微粒子は上側がわずかに左側（中心部側）に傾斜するようになる。同様に延伸面内の幅方向の左端では、延伸されたハライド微粒子は、右上へのわずかな反力のため、上側がわずかに右側に傾斜するようになる。
【００４０】
そして、プリフォーム１の幅が最小になり、ガラス構造が凍結されるＤ地点では、上述のプリフォーム１の端部の中央部に向かう反力の影響で、Ａ、Ｂ地点とは逆の下に開いたハの字に延伸軸が僅かに傾斜する。ガラス構造が凍結されてプリフォームの幅がＤ地点同様に最小になっているＥ地点では、延伸軸は下に開いたハの字にＤ地点と同じ傾斜で傾斜している。これが連続してゆくので、還元処理後、１０ｍｍ角程度に切断した偏光ガラスには、面内に偏光軸のずれが生じることになっていた。
【００４１】
その点、本実施形態の方法では、金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスプリフォームを加熱し延伸する工程において、延伸されたガラスシートを冷却手段によって連続的に冷却することを特徴としている。ここでの冷却は、ガラスシートを室温にて自然冷却（放冷）するのではなく、強制的にガラスシートに冷却ガスを吹き付けて放熱を促すことを意味する。
【００４２】
加熱炉３から引き出されたガラスシート１Ａは、特許文献２に記載のように、ガラスプリフォーム１の変形開始位置から雰囲気温度が１００℃になる位置まで１２０秒以内に移動させることによって、その冷却速度を延伸ハロゲン化微粒子が再球状化しないように調整できるが、さらに強制冷却することによって、その冷却速度を上げることができる。また、冷却速度を上げることによって、さらに延伸したハロゲン化金属微粒子の延伸形状の戻りを防止でき、還元後、高い消光比の偏光ガラスが得られる。
【００４３】
また、冷却ガスの吹き付けによる強制冷却によって、延伸されたガラスの幅方向全域での冷却速度が上がり、延伸軸が凍結する速度が全体的に速まることによって、前述した延伸ガラスシート端部でのハライド金属微粒子延伸軸が中心部へ傾く（延伸軸のハの字の傾き）のを、小さく抑えることができる。即ち、強制的な冷却を、Ｂ地点から行うことによって、ガラス構造が凍結するＤ地点までの距離（Ｂ−Ｄ）を短くし、同時にプリフォーム端部の延伸軸が下に開くハの字の傾斜角度を小さく抑えることができる。そして、このガラスシートを還元することによって、延伸面内の幅方向で偏光軸のずれが小さい偏光ガラスが得られる。
【００４４】
特にこの場合、ガラスプリフォーム１を加熱し延伸する工程において、延伸されたガラスシート１Ａの幅方向の中央部を冷却するのが効果的である。ここで幅方向の中央部とは、延伸されたガラスシート１Ａの幅の中心点から両端部方向にシート半幅の２％から６０％、好ましくは１０〜５０％の範囲を言う。延伸されたガラスの幅方向での中央部を冷却することによって、幅方向端部での延伸ハライド金属粒子上部の中心部に向かう反力を小さくし、反力による延伸方向との傾きを小さくし、延伸軸のハの字の傾きを小さく抑えることができる。
【００４５】
また、延伸されたガラスシートの幅方向の中心部と端部で冷却速度の差が小さくなるので、ハライド金属微粒子にかかる張力の大きさが中央部と端部で差が小さくなり、その延伸状態が幅方向で均一となり、還元後、偏光ガラスの消光比特性の幅方向でのバラツキや分布を小さくすることができる。
【００４６】
延伸して得られるガラスシートは、次いで還元処理して、ガラス中の金属ハロゲン化物粒子の一部又は全部を金属粒子とする。この還元処理は、例えば、シート状のガラスを還元性のガス雰囲気中で熱処理することで行うことができる。還元性のガスとしては、例えば水素ガスやＣＯ−ＣＯ２ガス等を挙げることができる。還元の条件は、還元すべき金属ハロゲン化物の種類により異なる。但し、還元の温度が高すぎると、還元して得られる金属粒子が再球状化することを考慮して、還元温度は決められる。例えば、ハロゲン化銅の場合、約３５０〜５５０℃であることが適当である。また、還元の時間は、還元温度及び還元の程度を勘案して適宜決めることができる。通常、３０分〜１０時間の範囲で行うことができる。
【００４７】
この方法の場合、特別に厚いプリフォームを用意する必要がないため、母材ガラスから採取するプリフォーム枚数も増やすことができ、製造コストを安価に抑えることができる。また、プリフォームの断面積を小さくできるので、引き取り装置にかかる荷重を小さくでき、大型の引取り装置も不要となるため、製造コストを低く維持できる。
【００４８】
前記の冷却ガスとしては、Ａｉｒ、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、混合ガス等、どのようなガスを用いてもよい。また、この冷却ガスを、コールドトラップ等に通すことによりガス中の水分を除き、ガラスに吹き付けるガス温度を室温より下げることによって、冷却速度を更に増すことができる。
【００４９】
また、冷却ガスを延伸したガラスに吹き付ける際に、加熱炉３への温度低下の影響がないように、下方に向かって角度を付けてガスを吹き付けることが好ましい。さらに、加熱炉３に冷却ガスが流れ込まないように、加熱炉３と延伸されたガラスの間に、図１に示すような防風カバー６を取り付けてもよい。
【００５０】
なお、ノズル５の形状は、例えば内径０．５〜２０ｍｍΦ程度の円形管状でもよいし、２０×２ｍｍ程度の矩形管状でもよい。また、延伸されるガラスの幅、厚さ、延伸速度等によって、ノズル５の形状やサイズを適宜調節することにより、吹き付け効果に変化をもたせることもできる。
【００５１】
また、ガスを吹き付ける際の流量は、例えば０．０１〜５．０リットル／分程度の弱い吹き付けが可能なレベルに設定するのがよく、その流量も、ノズル５とガラスの距離、吹き付けの角度、吹き付けるガスの温度、ノズル形状、開口部面積、延伸速度等によって適宜調節するのがよい。あまり強く吹き付けると、上部の加熱炉３の温度を乱したり、延伸して強い歪がかかっているガラスの急激な冷却のため、破断が生じるので注意が必要である。
【００５２】
図４は本発明の第２実施形態の説明図である。
前記第１実施形態では、ノズルからのガスの吹き付けにより、延伸されたガラスシートを強制冷却するようにしたが、本実施形態では、延伸されたガラスシート１Ａの冷却を、周囲よりも温度を低く制御した冷却部材７をガラスシート１Ａの表面の間近に挿入してガラスシート１Ａの熱を吸収することで行うようにしている。
【００５３】
冷却部材７は、その内部に冷却媒体を循環させることのできる構造になっており、外部に接続した温度制御装置８から冷却媒体が送り込まれることにより、周囲より温度が低い状態に保たれ、それにより、ガラスシート１Ａの熱を吸収する。なお、ガラスシート１Ａの発する熱を、冷却部材７で吸収し、循環している冷却媒体に伝わった熱を、温度制御装置８で放出するシステムであれば、使用する冷却部材７や冷却媒体の種類等は適宜選択可能である。
【００５４】
このように、冷却部材７を使用することでも、ガラスシート１Ａを強制冷却することができる。従って、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、冷却部材７をガラスシート１Ａの幅方向の中央部に対応させて配置することにより、中央部にガスを吹き付けて強制するのと同様の効果を得ることができる。
【００５５】
図５は本発明の第３実施形態の説明図である。
前記第１、第２実施形態では、加熱炉３から出てくるガラスシート１Ａを、ノズル５からのガスの吹き付けや冷却部材７の近接配置により強制的に冷却する場合を示したが、本実施形態では、加熱炉３中の発熱体３ａと延伸途中のガラスシート１Ａとの間に、ガラスシート１Ａの幅方向の中央部に対する発熱体３ａからの熱輻射を遮断する遮熱部材９を挿入する。このようにすることで、ガラスシート１Ａの幅方向の中央部の受熱量を制限することができ、同中央部を強制冷却するのと同様の温度分布を加熱炉３を出る段階のガラスシート１Ａに与えることができる。従って、前記第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
加熱炉３からの熱輻射を遮る遮熱部材９としては、アルミナ、ジルコニア、石英等のセラミックスや、冷却したＳＵＳなどの金属等、耐熱性と断熱性がある材料であれば良い。特にアルミナやジルコニア、石英等のセラミックスは、断熱性に特に優れ、形状加工性や耐熱性も良いので、遮熱材料として好ましい。
【００５７】
また、厚さ０．３〜３ｍｍ程度のＳＵＳ板に、石英、ジルコニア、アルミナ等のセラミックス粉末を塗布して焼成した材料を遮熱部材９として利用することも、効率良く加熱炉３の輻射熱を遮る方法として好ましい。
【００５８】
遮熱部材９の形状としては、例えば２０×５ｍｍの矩形形状や、上面６×下面４×高さ５ｍｍ等の台形形状、Ｒ数ｍｍ程度の面取りをした矩形形状や台形形状などを採用することができる。また、形状やサイズは、延伸されるガラスの幅、厚さ、延伸速度等によって適宜調節するのがよい。
【００５９】
次に実施例について述べる。
【実施例１】
【００６０】
実施例１では、次のように偏光ガラスを作成した。
（１）プリフォームの作成：
ＳｉＯ２５９．６％、ＡｌＦ３２％、Ａｌ２Ｏ３６．８％、Ｂ２Ｏ３２０％、Ｎａ２Ｏ９．７％、ＮａＣｌ１％、ＣｕＣｌ０．８％、ＳｎＯ０．１％からなる組成のガラスを、５リットルの白金ルツボにて１４１０℃で溶解した後、鋳型に流し込み４７０℃で除冷し、ガラスブロックを作製した。このガラスブロックから適当な大きさに切り出し、７５０℃にて９０分熱処理し、前記ガラスブロック中に平均粒径約１００ｎｍの塩化銅粒子を含むガラスを得た。このガラスを加工して、１１０×２５０×３ｍｍｔの面の両側を光学的に研磨した板状のガラスプリフォームを得た。
【００６１】
（２）延伸工程：
上記のプリフォームを線引き装置で加熱延伸した。図１に示すように、プリフォーム１を送り装置２に取り付け、プリフォーム１の下端部が、加熱炉３のほぼ中央にくるように位置をセットした。図示しない温度制御装置により加熱炉３内の温度を７１０℃まで昇温した。プリフォーム１下端には、針金が巻きつけてあり、前記炉３温度が安定した後、前記針金に加重をかけ、ガラスの伸長を開始し、引っ張り装置４のローラ部に伸長したガラスが達した後、針金の加重をはずした。
【００６２】
延伸してシート状になったガラスを、引っ張り装置４である駆動ローラに挟み、加熱炉３内の温度を６９０℃に再設定した。温度が安定した後、水平方向３０ｍｍ、垂直方向５ｍｍの開口部形状の吹き付けノズル５から室温の窒素ガスを０．５リットル／分の流速で、ガラスシート１Ａに対して約４５°の角度で吹き付けながら、プリフォーム送り装置２によりプリフォームを１５ｍｍ／分で送り、同時にローラにより張力をかけて、連続的にガラスシート１Ａを引っ張った。このときのガラスと吹き付けノズル５との距離は５ｍｍで、引っ張り速度は４０ｃｍ／分であった。得られたガラスシート形状は、幅１８ｍｍ、厚さ０．６ｍｍで、引っ張り応力は２０．５ＭＰａであった。
【００６３】
（３）還元：
得られたガラスシート１Ａを１気圧の水素ガス雰囲気中で、４２５℃で８時間熱処理して、偏光ガラスを作製した。幅方向の中心点と、そこから幅方向の両端部に５ｍｍ離れた点における１．３１μｍでの消光比と、中心点の偏光軸を基準角度とした偏光軸のずれを測定した結果を表１に示す。
【実施例２】
【００６４】
実施例２では、実施例１と同様のプリフォーム作製、加熱延伸を行った。ただし、冷却ガスとしては０℃の乾燥空気を用い、ノズル５は内径２ｍｍφの円形管状のものを使用した。冷却するガラス面に対し、ノズル５の吹き付け角度を約６０°に設定し、ガス流速は２．０リットル／分に設定した。得られたガラスシート１Ａに対しては、実施例１と同様の還元を行った。測定した消光比と偏光軸ずれの結果を表１に示す。
【実施例３】
【００６５】
実施例３では、実施例１と同様のプリフォーム作製、加熱延伸を行った。ただし、水平方向３０ｍｍ、垂直方向１０ｍｍの矩形形状の銅製冷却部材７を、ガラスシート１Ａから５ｍｍ離して、図４に示すように、ガラスシート１Ａに対向させて配置し、ガラスシート１Ａの冷却を行った。矩形形状の銅製冷却部材７は、内部に冷却水が循環する構造になっており、ガラスシート１Ａを挟むそれぞれの冷却部材７には、それぞれ冷却水を循環させる二本のパイプが接続され、冷却水は、外部のチラー（冷却水温度制御装置８）に導かれ、１５℃の冷却水が循環する。得られたガラスシートに対しては、実施例１と同様の還元を行った。測定した消光比と偏光軸ずれの結果を表１に示す。
【実施例４】
【００６６】
実施例４では、実施例１と同様のプリフォーム作製、加熱延伸を行った。ただし、図５に示すように、延伸したガラスシート１Ａと加熱炉３の発熱体３ａの間に、水平方向３０ｍｍ、垂直方向２０ｍｍ、厚さ３ｍｍのＺｒＯ２製の遮熱部材９を２枚挿入した。そして、２枚の遮熱部材９を、ガラス面から５ｍｍの距離をおいて対向させ、その下端を加熱炉３の下端に合わせて設置し、加熱炉３からの輻射熱を遮ることで、延伸したガラスシート１Ａの幅方向の中心部を冷却した。得られたガラスシートに対しては、実施例１と同様の還元を行った。測定した消光比と偏光軸ずれの結果を表１に示す。
【実施例５】
【００６７】
実施例５では、実施例１と同様のプリフォーム作製、加熱延伸を行った。ただし、図５に示すように、延伸したガラスシート１Ａと加熱炉３の発熱体３ａの間に、ＺｒＯ２粉末を水平方向５ｍｍ、垂直方向３０ｍｍ、厚さ２ｍｍのＳＵＳ板両面に塗布して乾燥させた遮熱部材９を２枚挿入した。そして、２枚の遮熱部材９を、ガラス面から５ｍｍの距離をおいて対向させ、その下端を加熱炉３の下端に合わせて設置し、加熱炉３からの輻射熱を遮ることで、延伸したガラスシート１Ａの幅方向の中心部を冷却した。得られたガラスシート１Ａに対しては、実施例１と同様の還元を行った。測定した消光比と偏光軸ずれの結果を表１に示す。
【実施例６】
【００６８】
実施例６（比較例１）では、実施例１と同様のプリフォーム作製、加熱延伸を行った。ただし、延伸したガラスに対し、実施例１〜実施例５の手段（ノズル、冷却部材、遮熱部材による冷却や受熱調整）を講じなかった。得られたガラスシートに対しては、実施例１と同様の還元を行った。測定した消光比と偏光軸ずれの結果を表１に示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】
表１から分かるように、実施例１〜５では、実施例６（比較例１）と較べて、端部と中央部の消光比のバラツキが小さくなった。また、端部の偏光軸ずれ角度も小さくなった。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態の説明図である。
【図２】偏光軸ずれの元になる延伸軸の傾斜の発生メカニズムの説明図である。
【図３】偏光軸ずれの元になる延伸軸の傾斜の発生メカニズムの説明図でさる。
【図４】本発明の第２実施形態の説明図である。
【図５】本発明の第３実施形態の説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１：プリフォーム
１Ａ：ガラスシート
３：加熱炉
５：ガス吹き付けノズル
７：冷却部材
９：遮熱部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信などに利用される小型の光アイソレータ、あるいは、液晶・電気光学結晶・ファラデーローテータなどの組み合わせからなる光スイッチや電気磁気センサ等の偏光子として用いられる偏光ガラスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配向、分散された形状異方性を有する微細な金属粒子、例えば銀粒子や銅粒子を分散含有するガラスは、その金属の光吸収波長帯が入射偏光方向によって異なるために、偏光子になることが知られている。そのような偏光ガラスは、伸長されたハロゲン化銅粒子含有ガラスあるいはハロゲン化銀粒子含有ガラスを還元することで作製できることも知られている。
【０００３】
例えば、ハロゲン化銅粒子含有ガラスから偏光ガラスを作製する方法が、特許文献１に開示されている。この方法は、ガラスの粘度が１０７〜１０１０Ｐａ・Ｓの範囲になる温度においてハロゲン化銅粒子を伸長し、次いで還元雰囲気下で熱処理することによりハロゲン化銅粒子を還元して、伸長された形状異方性の金属銅粒子を含有する偏光ガラスを製造するというものである。
【０００４】
また、上記形状異方性の金属銅粒子を含有する偏光ガラスの製造方法を改良した方法として、ハロゲン化金属粒子含有ガラスを線引きする方法が、特許文献２に提案されている。この方法は、金属ハロゲン化粒子が分散されているガラスプリフォームを線引きする際に、伸長したガラスの冷却（自然冷却）を伸長と同時に行い、伸長したガラスを効率良く自然冷却することによって、伸長したハロゲン化金属粒子の再球状化を防止し、優れた偏光特性を有する偏光ガラスを製造するというものである。
【０００５】
ところで、従来の、アイソレーションが３５ｄＢ程度求められる高性能幹線系光アイソレータの部品として使用される偏光ガラスは、平面の寸法が１．０〜１．２ｍｍ角のものであった。そして、この偏光ガラスを、同サイズのファラデー素子の結晶に個々に位置合わせして接着することにより、光アイソレータ用の非相反素子を製造していた。これ以下のサイズの部品は、ハンドリングがしにくく、例えば、偏光ガラスとファラデー素子の結晶との接着作業が容易ではなく、実用化が難しいとされていた。
【０００６】
それに対して最近では、メトロ系の光アイソレータ用として、平面の寸法が０．５〜０．６ｍｍ角程度の小さい部品が使用されるようになってきた。その製造方法は、まず１０ｍｍ角程度のファラデー素子結晶と、同程度の寸法を有する偏光ガラスとを、位置合わせして貼り付ける。次いで、それを０．５〜０．６ｍｍ角程度の多数の部品にカットするというものである。この方法によれば、前記の従来品に較べて、約１／４の平面面積で済む部品を、多数、簡便に作製できるようになった。
【０００７】
ところが、平面の寸法が小さい偏光ガラスを同サイズのファラデー素子結晶に個々に位置合わせして接着する場合は問題とならなかったが、１０ｍｍ角程度の比較的大きめのサイズの偏光ガラスを使用する場合、ガラス面内での偏光軸ずれの問題が無視できなくなってきた。即ち、ガラス面内に偏光軸のずれた部分が存在すると、その部分では、偏光軸がずれた状態でファラデー素子と貼り合わされることになり、光アイソレータとしての偏光特性が損なわれるからである。
【０００８】
従来、偏光ガラスにおける偏光軸ずれを低減する方法として、特許文献３に記載の方法が知られている。この方法は、延伸に使用する加熱炉の温度分布を、延伸方向に垂直な方向における両端部の温度が中央部より低くなるように設定すると共に、プリフォームのガラス厚を４ｍｍ以上と厚くすることで、延伸時の幅方向両端部のガラスの冷却速度を中心部より相対的に速くして、両端部の構造の凍結を速め、それにより、両端でのハライド金属延伸軸のハの字の開きを抑えるというものである。
【０００９】
【特許文献１】特許第２７４０６０１号公報
【特許文献２】特許第２８４９３５８号公報
【特許文献３】特開２００４−２２４６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献３に記載のように、加熱炉の両端部の温度を低く設定してプリフォームガラスを延伸すると、延伸されたガラスの幅方向両端部が中心部に較べて粘度が高い状態で延伸されるので、両端部に中心部よりも大きな張力がかかり、そのため、両端部のハライド金属微粒子が中心部よりも大きく延伸されて、面内の消光比特性にバラツキや分布が生じてしまうという問題がある。
【００１１】
また、プリフォームガラスの厚さを厚くして延伸すると、相対的に幅方向の中心部に較べて両端部が早く冷却されるので、結果的に上述の加熱炉の端部の温度を低くして延伸することと同じことになり、面内の消光比特性にバラツキや分布が生じてしまうという問題がある。また、プリフォームガラスの厚さを厚くした場合、プリフォームの体積が増し、延伸時に、より大きな張力をかける必要が生じるので、延伸装置を、その張力に耐えるだけの大型の設備とする必要が出てくる。また、プリフォームの体積が増すことで、母材となるガラスも多く消費することになり、結果的にコストが上昇するという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、偏光ガラスの面内の偏光軸ずれを低減することができると共に、面内の消光比特性を高めることができ、しかも、均質で製造コストの安価な偏光ガラスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、形状異方性を有する金属粒子がガラス中に配向して分散されている偏光ガラスの製造方法であって、金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスプリフォームを加熱し延伸する延伸工程と、該工程により得られたガラスシートを還元処理して、金属ハロゲン化粒子の一部又は全部を金属粒子とする還元工程と、を有し、前記延伸工程において、延伸途中のガラスシートを強制冷却手段によって強制冷却することを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の偏光ガラスの製造方法であって、前記強制冷却を、前記延伸途中のガラスシートの幅方向の中央部に対して行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の偏光ガラスの製造方法であって、前記強制冷却手段として、ガスの吹き付けノズルを設け、前記強制冷却を、前記延伸途中のガラスシートに対する前記ノズルからのガスの吹き付けにより行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３に記載の偏光ガラスの製造方法であって、前記ガスとして、室温より低い温度のガスを使用することを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１または２に記載の偏光ガラスの製造方法であって、前記強制冷却手段として、周囲より温度を低く制御した冷却部材を設け、前記強制冷却を、前記冷却部材を前記延伸途中のガラスシートの表面に近接させることにより行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明は、形状異方性を有する金属粒子がガラス中に配向して分散されている偏光ガラスの製造方法であって、金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスプリフォームを加熱し延伸する延伸工程と、該工程により得られたガラスシートを還元処理して、金属ハロゲン化粒子の一部又は全部を金属粒子とする還元工程と、を有し、前記延伸工程において、加熱用の発熱体と延伸途中のガラスシートとの間に、該ガラスシートの幅方向の中央部に対する前記発熱体からの熱輻射を遮断する遮熱部材を挿入することを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項６に記載の偏光ガラスの製造方法であって、前記遮熱部材として、セラミックス材、または金属板の表面にセラミックスを付与した材料を使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、延伸途中のガラスシートを、従来のように室温によって自然冷却（放冷）するのではなく、強制冷却手段によって強制的に冷却するので、延伸したガラスシートの冷却速度を速めることができ、延伸軸が凍結する速度を全体的に速めることによって、延伸ガラスシートの幅方向端部でのハライド金属微粒子の延伸軸上部の中心側への傾き（延伸軸のハの字の傾き）を小さく抑えることができる。そして、このガラスシートを還元することによって、延伸面内の幅方向における偏光軸ずれの小さな偏光ガラスを得ることができる。
【００２１】
また、ガラスシートの冷却速度が速まることにより、延伸したハロゲン化金属粒子の延伸形状の戻りを防止でき、還元後、高い消光比の偏光ガラスを幅方向の全域で得られるようになる。また、特別に厚いプリフォームを用意する必要がないため、母材ガラスから採取するプリフォーム枚数も増やすことができ、製造コストを安価に抑えることができる。また、プリフォームの断面積を小さくできるので、引き取り装置にかかる荷重を小さくでき、大型の引取り装置も不要となるため、製造コストを低く維持できる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、延伸途中のガラスシートの幅方向中央部を強制冷却するので、中央部のガラス構造を端部よりも早く凍結させることによって、端部での延伸ハライド金属粒子上部の中心側に向かう力を小さくして、延伸軸のハの字の傾きを小さく抑えることができる。また、従来のような延伸ガラスシートの自然冷却（放冷）では、幅方向中央部が冷えにくく、端部が冷えやすいことにより、ガラス粘性の違いで中央部と端部で張力に差が生じ、結果的に消光比特性が中央部と端部で異なってしまう現象を生じていたが、延伸ガラスシートの中央部を強制冷却手段により強制冷却することで、幅方向の中心部と端部で冷却速度の差を小さくすることができる。よって、ハライド金属微粒子にかかる中央部と端部での張力の差が小さくなり、ハライド金属微粒子の延伸状態が幅方向で均一となり、還元後、偏光ガラスの消光比特性の幅方向でのバラツキや分布を小さくすることができる。
【００２３】
請求項３の発明によれば、ノズルからガスを吹き付けることによりガラスシートを強制冷却するので、簡単な設備によって、容易にガラスシートの温度を制御することができる。
【００２４】
請求項４の発明によれば、室温より低い温度のガスを吹き付けるので、速やかにガラスシートを冷却することができる。
【００２５】
請求項５の発明によれば、周囲より温度を低く制御した冷却部材をガラスシートの表面に近接させることにより、ガラスシートを強制冷却するので、簡単な設備によって、容易にガラスシートの温度を制御することができる。
【００２６】
請求項６の発明によれば、延伸工程において、加熱用の発熱体と延伸途中のガラスシートとの間に、ガラスシートの幅方向の中央部に対する発熱体からの熱輻射を遮断する遮熱部材を挿入するので、ガラスシートの幅方向の中央部の受熱量を制限することができ、同中央部を強制冷却するのと同様の温度分布を加熱炉を出る段階のガラスシートに与えることができる。従って、中央部のガラス構造を端部よりも早く凍結させることができ、それによって、端部での延伸ハライド金属粒子上部の中心側に向かう力を小さくして、延伸軸のハの字の傾きを小さく抑えることができる。そして、このガラスシートを還元することによって、延伸面内の幅方向における偏光軸ずれの小さい偏光ガラスを得ることができるようになる。
【００２７】
また、延伸ガラスシートの自然冷却では、幅方向中央部が冷えにくく、端部が冷えやすいことにより、ガラス粘性の違いで中央部と端部で張力に差が生じ、結果的に消光比特性が中央部と端部で異なってしまう現象を生じる可能性があったが、延伸ガラスシートの中央部の加熱量を、予め加熱炉を出る段階において制限しておくことにより、ガラスシートの中心部と両端部の冷却速度のバランスをよくすることができる。よって、ハライド金属微粒子にかかる中央部と端部での張力の差を小さくすることができ、ハライド金属微粒子の延伸状態を幅方向で均一にすることができ、還元後、偏光ガラスの消光比特性の幅方向でのバラツキや分布を小さくすることができる。
【００２８】
また、特別に厚いプリフォームを用意する必要がないため、母材ガラスから採取するプリフォーム枚数も増やすことができ、製造コストを安価に抑えることができる。また、プリフォームの断面積を小さくできるので、引き取り装置にかかる荷重を小さくでき、大型の引取り装置も不要となるため、製造コストを低く維持できる。
【００２９】
請求項７の発明によれば、前記遮熱部材として、セラミックス材、または金属板の表面にセラミックスを付与した材料を使用するので、遮熱部材の耐久性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
第１実施形態の偏光ガラスの製造方法は、形状異方性を有する金属粒子がガラス中に配向して分散されている偏光ガラスを、金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスプリフォームを加熱し延伸する延伸工程と、得られたガラスシートを還元処理して、金属ハロゲン化粒子の一部又は全部を金属粒子とする還元工程と、を経て製造するものであって、その特徴として、延伸工程において、延伸途中のガラスシートを強制冷却手段によって強制的に冷却するものである。
【００３１】
図１は第１実施形態の偏光ガラスの製造方法の説明図であり、図中１はガラスプリフォーム、２はプリフォーム送り装置、３は加熱炉、４は引っ張りローラ、１Ａはガラスシート、５はガス吹き付けノズル、６は防風カバーである。本製造方法では、強制冷却手段として、ガスの吹き付けノズル５を設け、強制冷却を、延伸途中のガラスシート１Ａに対する前記ノズル５からのガスの吹き付けにより行うことを特徴としている。
【００３２】
ここで形状異方性を有するとは、１を超えるアスペクト比を有することを意味している。金属粒子の金属としては、例えば銅、銀、金、及び白金等を挙げることができる。また、金属粒子のアスペクト比は、偏光ガラスに要求される物性、特に光吸収波長に応じて適宜決定できるが、例えば２：１〜１００：１の範囲であることが好ましい。特に、光通信波長（１．３１〜１．５５μｍ）付近を吸収波長とするためには、１０：１〜３０：１の範囲であることが好ましい。
【００３３】
偏光ガラスにおける形状異方性の金属粒子は、ガラス中に実質的に一方向に配向して分散される。母材であるガラスの種類としては、例えば、特にガラスの軟化温度がハロゲン化物の融点よりも高い、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラス、ホウ酸塩ガラス等を挙げることができる。
【００３４】
また、原料としては、金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスを用いる。金属ハロゲン化物のハロゲンとしては、例えば塩素、臭素、ヨウ素を挙げることができる。金属ハロゲン化物としては、例えば塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、塩化金、臭化金、ヨウ化金、塩化白金、臭化白金、ヨウ化白金等を挙げることができる。金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスは、公知の方法により容易に製造することができる。
【００３５】
このような金属ハロゲン化物粒子としては、粒径が５０〜２００ｎｍの範囲のもの、特に７０〜１７０ｎｍの範囲のものが好ましい。粒径が上記範囲より小さくなると、線引きしたときに所定のアスペクト比が得られにくく、その結果、光通信用の波長での光吸収波長が得られ難くなる傾向がある。粒径が上記範囲よりも大きくなると、偏光ガラスとしたときにガラス内部に残存する金属ハロゲン化物による透過損失の影響が大きくなる傾向がある。また、金属ハロゲン化物の含有量は、所定の還元処理で得られる金属粒子により充分な消光比が得られ、かつ偏光ガラスとしたときにガラス内部に残存する金属ハロゲン化物による透過損失の影響が大きくならない程度に調整されることが好ましく、ガラス組成中のハロゲン化物を形成する金属とハロゲンの量を適宜調節することで変化させることができる。
【００３６】
ところで、１０ｍｍ角程度の平板サイズの偏光ガラス面内での偏光軸ずれは、延伸工程で発生するものと考えられている。板状のプリフォームを加熱して延伸する際に、プリフォームに存在するハライド金属微粒子は、ガラス軟化温度付近（ハライド金属の融点以上）で棒状に延伸され、ガラス構造が凍結する温度（Ｔｇ付近）に冷却された時点で、延伸軸が固定される。その際に偏光軸ずれが発生する。そこで、その発生原理について説明する。
【００３７】
図２は板状のプリフォーム１をガラスシート１Ａに延伸する段階の幅方向正面（図１のＩＩ矢印方向）から見た図である。板状のプリフォーム１は、加熱延伸により、その幅が除々に減少してゆく。このとき、プリフォーム１の幅の減少率が大きいＡ地点では、プリフォーム１の端部のハライド金属微粒子Ｐの延伸軸は、中央部に対して、上に開いた逆ハの字の形に大きく傾斜している。この傾きは、プリフォーム１の外形形状の変化に対応している。
【００３８】
プリフォーム１の幅の減少が、緩やかになっている地点Ｂでは、上述の上に開いた逆ハの字の傾斜が、外形の変化の減少と共に小さくなっている。プリフォーム１の幅が一定になる直前の地点Ｃでは、プリフォーム１の端部での延伸軸の傾きが、中央部に対して平行になる。
【００３９】
ガラス構造が凍結する直前（地点ＣとＤの間）においては、図３に示すように、延伸面内の幅方向の中心部では、ハライド金属粒子Ｐが下方に大きな張力を受け、左右に等しい張力を受けるので、その延伸軸は延伸方向に平行である。しかし、延伸面内の幅方向の端部、例えば右端では、下方への大きな張力と左下へのわずかな張力がかかっており、その反力として、大きな上方への反力と、わずかな左上の反力が延伸微粒子Ｐに働いている。その結果、延伸面内の幅方向の右端では、延伸されたハライド微粒子は上側がわずかに左側（中心部側）に傾斜するようになる。同様に延伸面内の幅方向の左端では、延伸されたハライド微粒子は、右上へのわずかな反力のため、上側がわずかに右側に傾斜するようになる。
【００４０】
そして、プリフォーム１の幅が最小になり、ガラス構造が凍結されるＤ地点では、上述のプリフォーム１の端部の中央部に向かう反力の影響で、Ａ、Ｂ地点とは逆の下に開いたハの字に延伸軸が僅かに傾斜する。ガラス構造が凍結されてプリフォームの幅がＤ地点同様に最小になっているＥ地点では、延伸軸は下に開いたハの字にＤ地点と同じ傾斜で傾斜している。これが連続してゆくので、還元処理後、１０ｍｍ角程度に切断した偏光ガラスには、面内に偏光軸のずれが生じることになっていた。
【００４１】
その点、本実施形態の方法では、金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスプリフォームを加熱し延伸する工程において、延伸されたガラスシートを冷却手段によって連続的に冷却することを特徴としている。ここでの冷却は、ガラスシートを室温にて自然冷却（放冷）するのではなく、強制的にガラスシートに冷却ガスを吹き付けて放熱を促すことを意味する。
【００４２】
加熱炉３から引き出されたガラスシート１Ａは、特許文献２に記載のように、ガラスプリフォーム１の変形開始位置から雰囲気温度が１００℃になる位置まで１２０秒以内に移動させることによって、その冷却速度を延伸ハロゲン化微粒子が再球状化しないように調整できるが、さらに強制冷却することによって、その冷却速度を上げることができる。また、冷却速度を上げることによって、さらに延伸したハロゲン化金属微粒子の延伸形状の戻りを防止でき、還元後、高い消光比の偏光ガラスが得られる。
【００４３】
また、冷却ガスの吹き付けによる強制冷却によって、延伸されたガラスの幅方向全域での冷却速度が上がり、延伸軸が凍結する速度が全体的に速まることによって、前述した延伸ガラスシート端部でのハライド金属微粒子延伸軸が中心部へ傾く（延伸軸のハの字の傾き）のを、小さく抑えることができる。即ち、強制的な冷却を、Ｂ地点から行うことによって、ガラス構造が凍結するＤ地点までの距離（Ｂ−Ｄ）を短くし、同時にプリフォーム端部の延伸軸が下に開くハの字の傾斜角度を小さく抑えることができる。そして、このガラスシートを還元することによって、延伸面内の幅方向で偏光軸のずれが小さい偏光ガラスが得られる。
【００４４】
特にこの場合、ガラスプリフォーム１を加熱し延伸する工程において、延伸されたガラスシート１Ａの幅方向の中央部を冷却するのが効果的である。ここで幅方向の中央部とは、延伸されたガラスシート１Ａの幅の中心点から両端部方向にシート半幅の２％から６０％、好ましくは１０〜５０％の範囲を言う。延伸されたガラスの幅方向での中央部を冷却することによって、幅方向端部での延伸ハライド金属粒子上部の中心部に向かう反力を小さくし、反力による延伸方向との傾きを小さくし、延伸軸のハの字の傾きを小さく抑えることができる。
【００４５】
また、延伸されたガラスシートの幅方向の中心部と端部で冷却速度の差が小さくなるので、ハライド金属微粒子にかかる張力の大きさが中央部と端部で差が小さくなり、その延伸状態が幅方向で均一となり、還元後、偏光ガラスの消光比特性の幅方向でのバラツキや分布を小さくすることができる。
【００４６】
延伸して得られるガラスシートは、次いで還元処理して、ガラス中の金属ハロゲン化物粒子の一部又は全部を金属粒子とする。この還元処理は、例えば、シート状のガラスを還元性のガス雰囲気中で熱処理することで行うことができる。還元性のガスとしては、例えば水素ガスやＣＯ−ＣＯ２ガス等を挙げることができる。還元の条件は、還元すべき金属ハロゲン化物の種類により異なる。但し、還元の温度が高すぎると、還元して得られる金属粒子が再球状化することを考慮して、還元温度は決められる。例えば、ハロゲン化銅の場合、約３５０〜５５０℃であることが適当である。また、還元の時間は、還元温度及び還元の程度を勘案して適宜決めることができる。通常、３０分〜１０時間の範囲で行うことができる。
【００４７】
この方法の場合、特別に厚いプリフォームを用意する必要がないため、母材ガラスから採取するプリフォーム枚数も増やすことができ、製造コストを安価に抑えることができる。また、プリフォームの断面積を小さくできるので、引き取り装置にかかる荷重を小さくでき、大型の引取り装置も不要となるため、製造コストを低く維持できる。
【００４８】
前記の冷却ガスとしては、Ａｉｒ、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、混合ガス等、どのようなガスを用いてもよい。また、この冷却ガスを、コールドトラップ等に通すことによりガス中の水分を除き、ガラスに吹き付けるガス温度を室温より下げることによって、冷却速度を更に増すことができる。
【００４９】
また、冷却ガスを延伸したガラスに吹き付ける際に、加熱炉３への温度低下の影響がないように、下方に向かって角度を付けてガスを吹き付けることが好ましい。さらに、加熱炉３に冷却ガスが流れ込まないように、加熱炉３と延伸されたガラスの間に、図１に示すような防風カバー６を取り付けてもよい。
【００５０】
なお、ノズル５の形状は、例えば内径０．５〜２０ｍｍΦ程度の円形管状でもよいし、２０×２ｍｍ程度の矩形管状でもよい。また、延伸されるガラスの幅、厚さ、延伸速度等によって、ノズル５の形状やサイズを適宜調節することにより、吹き付け効果に変化をもたせることもできる。
【００５１】
また、ガスを吹き付ける際の流量は、例えば０．０１〜５．０リットル／分程度の弱い吹き付けが可能なレベルに設定するのがよく、その流量も、ノズル５とガラスの距離、吹き付けの角度、吹き付けるガスの温度、ノズル形状、開口部面積、延伸速度等によって適宜調節するのがよい。あまり強く吹き付けると、上部の加熱炉３の温度を乱したり、延伸して強い歪がかかっているガラスの急激な冷却のため、破断が生じるので注意が必要である。
【００５２】
図４は本発明の第２実施形態の説明図である。
前記第１実施形態では、ノズルからのガスの吹き付けにより、延伸されたガラスシートを強制冷却するようにしたが、本実施形態では、延伸されたガラスシート１Ａの冷却を、周囲よりも温度を低く制御した冷却部材７をガラスシート１Ａの表面の間近に挿入してガラスシート１Ａの熱を吸収することで行うようにしている。
【００５３】
冷却部材７は、その内部に冷却媒体を循環させることのできる構造になっており、外部に接続した温度制御装置８から冷却媒体が送り込まれることにより、周囲より温度が低い状態に保たれ、それにより、ガラスシート１Ａの熱を吸収する。なお、ガラスシート１Ａの発する熱を、冷却部材７で吸収し、循環している冷却媒体に伝わった熱を、温度制御装置８で放出するシステムであれば、使用する冷却部材７や冷却媒体の種類等は適宜選択可能である。
【００５４】
このように、冷却部材７を使用することでも、ガラスシート１Ａを強制冷却することができる。従って、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、冷却部材７をガラスシート１Ａの幅方向の中央部に対応させて配置することにより、中央部にガスを吹き付けて強制するのと同様の効果を得ることができる。
【００５５】
図５は本発明の第３実施形態の説明図である。
前記第１、第２実施形態では、加熱炉３から出てくるガラスシート１Ａを、ノズル５からのガスの吹き付けや冷却部材７の近接配置により強制的に冷却する場合を示したが、本実施形態では、加熱炉３中の発熱体３ａと延伸途中のガラスシート１Ａとの間に、ガラスシート１Ａの幅方向の中央部に対する発熱体３ａからの熱輻射を遮断する遮熱部材９を挿入する。このようにすることで、ガラスシート１Ａの幅方向の中央部の受熱量を制限することができ、同中央部を強制冷却するのと同様の温度分布を加熱炉３を出る段階のガラスシート１Ａに与えることができる。従って、前記第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
加熱炉３からの熱輻射を遮る遮熱部材９としては、アルミナ、ジルコニア、石英等のセラミックスや、冷却したＳＵＳなどの金属等、耐熱性と断熱性がある材料であれば良い。特にアルミナやジルコニア、石英等のセラミックスは、断熱性に特に優れ、形状加工性や耐熱性も良いので、遮熱材料として好ましい。
【００５７】
また、厚さ０．３〜３ｍｍ程度のＳＵＳ板に、石英、ジルコニア、アルミナ等のセラミックス粉末を塗布して焼成した材料を遮熱部材９として利用することも、効率良く加熱炉３の輻射熱を遮る方法として好ましい。
【００５８】
遮熱部材９の形状としては、例えば２０×５ｍｍの矩形形状や、上面６×下面４×高さ５ｍｍ等の台形形状、Ｒ数ｍｍ程度の面取りをした矩形形状や台形形状などを採用することができる。また、形状やサイズは、延伸されるガラスの幅、厚さ、延伸速度等によって適宜調節するのがよい。
【００５９】
次に実施例について述べる。
【実施例１】
【００６０】
実施例１では、次のように偏光ガラスを作成した。
（１）プリフォームの作成：
ＳｉＯ２５９．６％、ＡｌＦ３２％、Ａｌ２Ｏ３６．８％、Ｂ２Ｏ３２０％、Ｎａ２Ｏ９．７％、ＮａＣｌ１％、ＣｕＣｌ０．８％、ＳｎＯ０．１％からなる組成のガラスを、５リットルの白金ルツボにて１４１０℃で溶解した後、鋳型に流し込み４７０℃で除冷し、ガラスブロックを作製した。このガラスブロックから適当な大きさに切り出し、７５０℃にて９０分熱処理し、前記ガラスブロック中に平均粒径約１００ｎｍの塩化銅粒子を含むガラスを得た。このガラスを加工して、１１０×２５０×３ｍｍｔの面の両側を光学的に研磨した板状のガラスプリフォームを得た。
【００６１】
（２）延伸工程：
上記のプリフォームを線引き装置で加熱延伸した。図１に示すように、プリフォーム１を送り装置２に取り付け、プリフォーム１の下端部が、加熱炉３のほぼ中央にくるように位置をセットした。図示しない温度制御装置により加熱炉３内の温度を７１０℃まで昇温した。プリフォーム１下端には、針金が巻きつけてあり、前記炉３温度が安定した後、前記針金に加重をかけ、ガラスの伸長を開始し、引っ張り装置４のローラ部に伸長したガラスが達した後、針金の加重をはずした。
【００６２】
延伸してシート状になったガラスを、引っ張り装置４である駆動ローラに挟み、加熱炉３内の温度を６９０℃に再設定した。温度が安定した後、水平方向３０ｍｍ、垂直方向５ｍｍの開口部形状の吹き付けノズル５から室温の窒素ガスを０．５リットル／分の流速で、ガラスシート１Ａに対して約４５°の角度で吹き付けながら、プリフォーム送り装置２によりプリフォームを１５ｍｍ／分で送り、同時にローラにより張力をかけて、連続的にガラスシート１Ａを引っ張った。このときのガラスと吹き付けノズル５との距離は５ｍｍで、引っ張り速度は４０ｃｍ／分であった。得られたガラスシート形状は、幅１８ｍｍ、厚さ０．６ｍｍで、引っ張り応力は２０．５ＭＰａであった。
【００６３】
（３）還元：
得られたガラスシート１Ａを１気圧の水素ガス雰囲気中で、４２５℃で８時間熱処理して、偏光ガラスを作製した。幅方向の中心点と、そこから幅方向の両端部に５ｍｍ離れた点における１．３１μｍでの消光比と、中心点の偏光軸を基準角度とした偏光軸のずれを測定した結果を表１に示す。
【実施例２】
【００６４】
実施例２では、実施例１と同様のプリフォーム作製、加熱延伸を行った。ただし、冷却ガスとしては０℃の乾燥空気を用い、ノズル５は内径２ｍｍφの円形管状のものを使用した。冷却するガラス面に対し、ノズル５の吹き付け角度を約６０°に設定し、ガス流速は２．０リットル／分に設定した。得られたガラスシート１Ａに対しては、実施例１と同様の還元を行った。測定した消光比と偏光軸ずれの結果を表１に示す。
【実施例３】
【００６５】
実施例３では、実施例１と同様のプリフォーム作製、加熱延伸を行った。ただし、水平方向３０ｍｍ、垂直方向１０ｍｍの矩形形状の銅製冷却部材７を、ガラスシート１Ａから５ｍｍ離して、図４に示すように、ガラスシート１Ａに対向させて配置し、ガラスシート１Ａの冷却を行った。矩形形状の銅製冷却部材７は、内部に冷却水が循環する構造になっており、ガラスシート１Ａを挟むそれぞれの冷却部材７には、それぞれ冷却水を循環させる二本のパイプが接続され、冷却水は、外部のチラー（冷却水温度制御装置８）に導かれ、１５℃の冷却水が循環する。得られたガラスシートに対しては、実施例１と同様の還元を行った。測定した消光比と偏光軸ずれの結果を表１に示す。
【実施例４】
【００６６】
実施例４では、実施例１と同様のプリフォーム作製、加熱延伸を行った。ただし、図５に示すように、延伸したガラスシート１Ａと加熱炉３の発熱体３ａの間に、水平方向３０ｍｍ、垂直方向２０ｍｍ、厚さ３ｍｍのＺｒＯ２製の遮熱部材９を２枚挿入した。そして、２枚の遮熱部材９を、ガラス面から５ｍｍの距離をおいて対向させ、その下端を加熱炉３の下端に合わせて設置し、加熱炉３からの輻射熱を遮ることで、延伸したガラスシート１Ａの幅方向の中心部を冷却した。得られたガラスシートに対しては、実施例１と同様の還元を行った。測定した消光比と偏光軸ずれの結果を表１に示す。
【実施例５】
【００６７】
実施例５では、実施例１と同様のプリフォーム作製、加熱延伸を行った。ただし、図５に示すように、延伸したガラスシート１Ａと加熱炉３の発熱体３ａの間に、ＺｒＯ２粉末を水平方向５ｍｍ、垂直方向３０ｍｍ、厚さ２ｍｍのＳＵＳ板両面に塗布して乾燥させた遮熱部材９を２枚挿入した。そして、２枚の遮熱部材９を、ガラス面から５ｍｍの距離をおいて対向させ、その下端を加熱炉３の下端に合わせて設置し、加熱炉３からの輻射熱を遮ることで、延伸したガラスシート１Ａの幅方向の中心部を冷却した。得られたガラスシート１Ａに対しては、実施例１と同様の還元を行った。測定した消光比と偏光軸ずれの結果を表１に示す。
【実施例６】
【００６８】
実施例６（比較例１）では、実施例１と同様のプリフォーム作製、加熱延伸を行った。ただし、延伸したガラスに対し、実施例１〜実施例５の手段（ノズル、冷却部材、遮熱部材による冷却や受熱調整）を講じなかった。得られたガラスシートに対しては、実施例１と同様の還元を行った。測定した消光比と偏光軸ずれの結果を表１に示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】
表１から分かるように、実施例１〜５では、実施例６（比較例１）と較べて、端部と中央部の消光比のバラツキが小さくなった。また、端部の偏光軸ずれ角度も小さくなった。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態の説明図である。
【図２】偏光軸ずれの元になる延伸軸の傾斜の発生メカニズムの説明図である。
【図３】偏光軸ずれの元になる延伸軸の傾斜の発生メカニズムの説明図でさる。
【図４】本発明の第２実施形態の説明図である。
【図５】本発明の第３実施形態の説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１：プリフォーム
１Ａ：ガラスシート
３：加熱炉
５：ガス吹き付けノズル
７：冷却部材
９：遮熱部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状異方性を有する金属粒子がガラス中に配向して分散されている偏光ガラスの製造方法であって、
金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスプリフォームを加熱し延伸する延伸工程と、
該工程により得られたガラスシートを還元処理して、金属ハロゲン化粒子の一部又は全部を金属粒子とする還元工程と、を有し、
前記延伸工程において、延伸途中のガラスシートを強制冷却手段によって強制冷却することを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光ガラスの製造方法であって、
前記強制冷却を、前記延伸途中のガラスシートの幅方向の中央部に対して行うことを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の偏光ガラスの製造方法であって、
前記強制冷却手段として、ガスの吹き付けノズルを設け、前記強制冷却を、前記延伸途中のガラスシートに対する前記ノズルからのガスの吹き付けにより行うことを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の偏光ガラスの製造方法であって、
前記ガスとして、室温より低い温度のガスを使用することを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の偏光ガラスの製造方法であって、
前記強制冷却手段として、周囲より温度を低く制御した冷却部材を設け、前記強制冷却を、前記冷却部材を前記延伸途中のガラスシートの表面に近接させることにより行うことを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項６】
形状異方性を有する金属粒子がガラス中に配向して分散されている偏光ガラスの製造方法であって、
金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスプリフォームを加熱し延伸する延伸工程と、
該工程により得られたガラスシートを還元処理して、金属ハロゲン化粒子の一部又は全部を金属粒子とする還元工程と、を有し、
前記延伸工程において、加熱用の発熱体と延伸途中のガラスシートとの間に、該ガラスシートの幅方向の中央部に対する前記発熱体からの熱輻射を遮断する遮熱部材を挿入することを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の偏光ガラスの製造方法であって、
前記遮熱部材として、セラミックス材、または金属板の表面にセラミックスを付与した材料を使用することを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項１】
形状異方性を有する金属粒子がガラス中に配向して分散されている偏光ガラスの製造方法であって、
金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスプリフォームを加熱し延伸する延伸工程と、
該工程により得られたガラスシートを還元処理して、金属ハロゲン化粒子の一部又は全部を金属粒子とする還元工程と、を有し、
前記延伸工程において、延伸途中のガラスシートを強制冷却手段によって強制冷却することを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光ガラスの製造方法であって、
前記強制冷却を、前記延伸途中のガラスシートの幅方向の中央部に対して行うことを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の偏光ガラスの製造方法であって、
前記強制冷却手段として、ガスの吹き付けノズルを設け、前記強制冷却を、前記延伸途中のガラスシートに対する前記ノズルからのガスの吹き付けにより行うことを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の偏光ガラスの製造方法であって、
前記ガスとして、室温より低い温度のガスを使用することを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の偏光ガラスの製造方法であって、
前記強制冷却手段として、周囲より温度を低く制御した冷却部材を設け、前記強制冷却を、前記冷却部材を前記延伸途中のガラスシートの表面に近接させることにより行うことを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項６】
形状異方性を有する金属粒子がガラス中に配向して分散されている偏光ガラスの製造方法であって、
金属ハロゲン化物粒子が分散されているガラスプリフォームを加熱し延伸する延伸工程と、
該工程により得られたガラスシートを還元処理して、金属ハロゲン化粒子の一部又は全部を金属粒子とする還元工程と、を有し、
前記延伸工程において、加熱用の発熱体と延伸途中のガラスシートとの間に、該ガラスシートの幅方向の中央部に対する前記発熱体からの熱輻射を遮断する遮熱部材を挿入することを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の偏光ガラスの製造方法であって、
前記遮熱部材として、セラミックス材、または金属板の表面にセラミックスを付与した材料を使用することを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−３０２５０５（Ｐ２００７−３０２５０５Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３１９１９（Ｐ２００６−１３１９１９）
【出願日】平成１８年５月１０日（２００６．５．１０）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１０日（２００６．５．１０）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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