JPH06183779A - Method for manufacturing infrared transparent glass - Google Patents
Method for manufacturing infrared transparent glassInfo
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- JPH06183779A JPH06183779A JP33573592A JP33573592A JPH06183779A JP H06183779 A JPH06183779 A JP H06183779A JP 33573592 A JP33573592 A JP 33573592A JP 33573592 A JP33573592 A JP 33573592A JP H06183779 A JPH06183779 A JP H06183779A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 赤外線透過性ガラスの製造方法に関するもの
で、特に赤外線領域での透過性が優れ、クラックの無い
赤外線透過用カルコゲナイドガラスの提供を目的とす
る。
【構成】 原料として99.999%以上の純度を有するゲル
マニウムのインゴットを粉砕したものと、99.999%以上
の純度を有するセレンのペレットを用い、シリカガラス
アンプルに真空封入して熔融する。また封入真空度が1
×10-3Torr以下であることを特徴とする。さらに熔融温
度が900〜1000℃で、熔融時間が少なくとも1時間であ
ることを特徴とする。また室温から熔融温度まで少なく
とも4時間かけることを特徴とする。さらに熔融後のガ
ラスを、ガラスの結晶化温度より10℃以上低い温度に設
定された炉に移動し、該温度に3時間以上保持した後、
ガラス転移点より20℃以上低い温度にまで徐冷すること
を特徴とする。
(57) [Summary] [Object] The present invention relates to a method for producing an infrared-transparent glass, and an object thereof is to provide a chalcogenide glass for infrared transmission, which has excellent transparency particularly in the infrared region and has no cracks. [Constitution] A crushed germanium ingot having a purity of 99.999% or more and a selenium pellet having a purity of 99.999% or more are used as a raw material, and a silica glass ampoule is vacuum sealed and melted. Also, the enclosed vacuum degree is 1
It is characterized in that it is not more than × 10 -3 Torr. Further, the melting temperature is 900 to 1000 ° C., and the melting time is at least 1 hour. It is also characterized in that it takes at least 4 hours from room temperature to the melting temperature. Further, the glass after the melting was moved to a furnace set at a temperature lower than the crystallization temperature of the glass by 10 ° C. or more and kept at the temperature for 3 hours or more,
It is characterized by slow cooling to a temperature lower than the glass transition point by 20 ° C or more.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はカルコゲナイドガラスを
使用した赤外線透過性レンズの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an infrared ray transmitting lens using chalcogenide glass.
【0002】[0002]
【従来の技術】焦電型赤外センサを用いた人体センサは
家電製品、産業機器において広く利用されている。例え
ばドアーの開閉、便器の給水栓、エアコンの作動などで
ある。2. Description of the Related Art A human body sensor using a pyroelectric infrared sensor is widely used in home electric appliances and industrial equipment. For example, opening and closing doors, water taps in toilets, and air conditioners.
【0003】一般にセンサの前には人体から出る8〜12
μmの赤外線を効率よく集めるため、赤外光のみを透過
するレンズが設けられている。レンズの材質はシリコ
ン、ゲルマニウム、重金属ハロゲン化物、セレン化亜
鉛、カルコゲナイドガラス等が使用されているが、近年
ダイレクトプレス成形可能なカルコゲナイドガラスが注
目されている。代表的なカルコゲナイドガラスの製造方
法は、シリカガラスアンプルに真空封入した原料をロッ
キングファーネスと呼ばれる揺動型電気炉で熔融するも
のである。Generally, 8 to 12 that come out from the human body in front of the sensor
In order to collect μm infrared rays efficiently, a lens that transmits only infrared rays is provided. Silicon, germanium, heavy metal halides, zinc selenide, chalcogenide glass, etc. are used as the material of the lens, but in recent years chalcogenide glass that can be directly press-molded has attracted attention. A typical method for producing chalcogenide glass is to melt a raw material vacuum-sealed in a silica glass ampoule in an oscillating electric furnace called a rocking furnace.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし従来の方法では
用いる原料の種類や封入時の真空度によって酸素と原料
の結合に由来する不純物の吸収が赤外線領域に出てしま
うことがあった。この場合人体から出る8〜12μmの赤外
線を効率よく集めることが不可能になった。また熔融後
のガラスを適切に徐冷しないとクラックが多数発生し、
ダイレクトプレスに最適なガラスができないことがあっ
た。However, in the conventional method, the absorption of impurities derived from the bond between oxygen and the raw material may occur in the infrared region depending on the type of the raw material used and the degree of vacuum at the time of encapsulation. In this case, it became impossible to efficiently collect infrared rays of 8 to 12 μm emitted from the human body. Also, if the glass after melting is not slowly cooled appropriately, many cracks will occur,
Sometimes the best glass for direct press could not be made.
【0005】本発明はこのような従来の製造方法の課題
を考慮した赤外線透過性ガラスの製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an infrared transmissive glass in consideration of the above problems of the conventional manufacturing method.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、原料の選択
と、封入時の真空度と、熔融後の冷却をそれぞれ適切に
行うことによって上記の問題を解決するものである。The present invention solves the above problems by appropriately selecting the raw materials, the degree of vacuum at the time of sealing, and the cooling after melting.
【0007】[0007]
【作用】本発明によれば、前記不純物の吸収が赤外線領
域に出てしまうことがなく、しかもクラックのないガラ
スが得られる。According to the present invention, the absorption of the impurities does not occur in the infrared region, and a glass free from cracks can be obtained.
【0008】[0008]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0009】(実施例1)図1は、本発明の一実施例を
示す赤外線スペクトルである。ゲルマニウムは99.999%
の純度を有するインゴット(大きさは断面30×30mmの角
棒)を乳鉢と乳棒で粉砕した。またセレンは湿式または
乾式ショット法による99.999%の純度を有するペレット
を真空パックを破ってそのまま使用した。これらの原料
はガラスの組成としてGeSe4になるように、手早く秤量
してシリカガラスアンプルに入れた後、ただちにアンプ
ルを排気装置に結合して内部を真空にして、5×10-4Tor
rで封入した。アンプルを電気炉に移し、室温から950℃
まで4時間かけて昇温し、950℃で2時間溶融した。得
られたガラス(厚み3mm)の赤外線スペクトルは図1に
示す通りであり、800cm-1における透過率は67%で、16.3
μmまで透過率が50%以上であった。ここで800cm-1にお
ける透過率を取り上げたのは、780cm-1(12.8μm)に
ゲルマニウムと酸素(Ge-O)の不純物吸収が存在するた
めである。(Example 1) FIG. 1 is an infrared spectrum showing an example of the present invention. 99.999% for germanium
An ingot having the above-mentioned purity (square rod having a cross section of 30 × 30 mm) was crushed with a mortar and a pestle. As selenium, pellets having a purity of 99.999% by a wet or dry shot method were used as they were after breaking the vacuum pack. These raw materials were quickly weighed and put in a silica glass ampoule so that the composition of the glass would be GeSe 4, and then the ampoule was immediately connected to an exhaust device and the inside was evacuated to 5 × 10 −4 Torr.
Enclosed with r. Transfer ampoule to electric furnace, room temperature to 950 ℃
Up to 4 hours and melted at 950 ° C. for 2 hours. The infrared spectrum of the obtained glass (thickness: 3 mm) is as shown in FIG. 1, and the transmittance at 800 cm −1 is 67%.
The transmittance was 50% or more up to μm. The reason why the transmittance at 800 cm -1 is taken here is that impurity absorption of germanium and oxygen (Ge-O) exists at 780 cm -1 (12.8 μm).
【0010】(比較例1)ゲルマニウムとして99.999%
の純度を有する粉末試薬を使用し、セレンは実施例1の
ものを使用した。図2はそのガラスの赤外線スペクトル
であり、800cm-1における透過率は28%で、透過率が50%
以上の波長は11.9μmまでにすぎなかった。ゲルマニウ
ムは空気中の酸素と結合しやすく、とくに粉末状態で少
しでも湿気がある場合著しい。上記の結果は粉末試薬の
ゲルマニウムの表面が酸化されていたため、780cm-1(1
2.8μm)のGe-Oの不純物吸収が大きくなったものであ
る。またセレンとして99.999%の純度を有する粉末試薬
を使用し、ゲルマニウムとして実施例1のものを使用し
た場合も結果はほぼ同様であった。これも粉末試薬のセ
レンの表面が酸化されていたため、780cm-1(12.8μ
m)のGe-Oの不純物吸収が大きくなったものであると考
えられる。(Comparative Example 1) 99.999% as germanium
The powdered reagent having the purity of 1 was used, and the selenium used in Example 1 was used. Fig. 2 shows the infrared spectrum of the glass. The transmittance at 800 cm -1 is 28% and the transmittance is 50%.
The above wavelength was only 11.9 μm. Germanium is easy to combine with oxygen in the air, especially when it is powdery and has a little moisture. The above results indicate that the surface of germanium of the powdered reagent was oxidized, so 780 cm -1 (1
2.8 μm) Ge-O has a larger impurity absorption. Also, when the powdered reagent having a purity of 99.999% was used as selenium and the one of Example 1 was used as germanium, the result was almost the same. The surface of selenium, which is a powder reagent, was also oxidized, so 780 cm -1 (12.8 μ
It is considered that the absorption of impurities of Ge-O in m) is increased.
【0011】(比較例2)実施例1において封入時の真
空度を10-3Torr台にして封入した。その結果得られたガ
ラスの800cm-1における透過率は45%と低いものであっ
た。これはアンプル中および原料に残存していた酸素に
よって、780cm-1(12.8μm)のGe-Oの不純物吸収が大
きくなったものである。逆に真空度を10-5や10-6Torr台
にして封入した結果は実施例1と大差無かった。少なく
とも10-4Torr台必要である。(Comparative Example 2) In Example 1, the degree of vacuum at the time of encapsulation was adjusted to the order of 10 -3 Torr and encapsulation was performed. The resulting glass had a low transmittance of 45% at 800 cm -1 . This is because the oxygen remaining in the ampoule and the raw material increased the absorption of impurities in Ge—O at 780 cm −1 (12.8 μm). On the contrary, the result of encapsulation at a vacuum degree of 10 -5 or 10 -6 Torr was not much different from that of Example 1. You need at least 10 -4 Torr units.
【0012】(比較例3)実施例1において熔融温度を
850℃とした結果ガラスが熔融不足となり不混和状態を
呈し二層化した。また1050℃としたときガラスとアンプ
ルが過剰に反応してアンプルが破壊した。さらに熔融温
度が900〜1000℃において熔融時間が1時間未満とする
とガラスが熔融不足となり二層化した。(Comparative Example 3) In Example 1, the melting temperature was changed.
As a result of heating at 850 ° C, the glass became insufficiently molten and exhibited an immiscible state, resulting in two layers. At 1050 ° C, the glass and ampoule reacted excessively and the ampoule broke. Further, when the melting temperature was 900 to 1000 ° C. and the melting time was less than 1 hour, the glass was insufficiently melted and the glass was bilayered.
【0013】(比較例4)実施例1において室温から95
0℃まで4時間未満とすると、ガラスが熔融不足となり
二層化した。またしばしば昇温途中でアンプルが爆発す
ることがあった。これはセレンの蒸気圧が高い(920℃
で10気圧、1010℃で20気圧)ため急速昇温によって爆発
したものである。それゆえ熔融温度に達するまでゆっく
りと温度を上げる必要がある。少なくとも4時間は必要
である。(Comparative Example 4) In Example 1, from room temperature to 95
If the temperature was reduced to 0 ° C for less than 4 hours, the glass was insufficiently melted to form a double layer. Also, ampoules sometimes exploded during the temperature rise. This is because the vapor pressure of selenium is high (920 ℃
At 10 atm, 20 at 1010 ℃) because it explodes due to rapid temperature rise. Therefore, it is necessary to raise the temperature slowly until the melting temperature is reached. At least 4 hours is required.
【0014】(実施例2)実施例1において溶融したガ
ラスを徐冷温度に保持した電気炉に移動した。徐冷温度
は260℃とした。260℃にした理由はガラスの結晶化温度
が273℃であるからである。260℃で3時間保持後、130
℃まで9時間かけて冷却し、あとは炉冷した。130℃に
した理由はガラスの転移点が154℃であるからである。
こうして得られたガラスはクラックのないものであっ
た。Example 2 The glass melted in Example 1 was transferred to an electric furnace maintained at a slow cooling temperature. The slow cooling temperature was 260 ° C. The reason for setting the temperature to 260 ° C is that the crystallization temperature of glass is 273 ° C. After holding at 260 ℃ for 3 hours, 130
It cooled to 9 degreeC over 9 hours, and cooled the furnace after that. The reason why the temperature is 130 ° C is that the glass transition point is 154 ° C.
The glass thus obtained was free of cracks.
【0015】(比較例5)実施例2において徐冷温度を
270℃にするとガラスの一部に結晶化がみられ透過率も5
1%に低下した。また260℃での保持時間を3時間未満と
するとガラスにクラックが発生した。また260℃で3時
間保持後、160℃まで9時間かけて冷却するとガラスに
マイクロクラックが多数発生した。(Comparative Example 5) In Example 2, the slow cooling temperature was changed.
At 270 ° C, part of the glass was crystallized and the transmittance was 5
It fell to 1%. When the holding time at 260 ° C was less than 3 hours, the glass cracked. When the glass was kept at 260 ° C for 3 hours and then cooled to 160 ° C over 9 hours, many microcracks were generated in the glass.
【0016】なお、上記実施例におけるガラス原料とし
ては次のように考えることができる。家電製品、産業機
器に使用される人体センサに使用するレンズには毒性の
無い元素を主成分とすることが望ましい。カルコゲナイ
ドガラスの主要元素はイオウ、セレン、テルル、ゲルマ
ニウム、ヒ素、アンチモンである。このうち毒物に指定
されているのはヒ素、セレンであるが、特に毒性の強い
のはヒ素とされている。セレンは海魚や卵に1〜1.5ppm
含まれ、家畜の必須栄養素であることからそれ自体の毒
性は弱いとされている。したがって、ヒ素を除いた元素
から、人体から出る8〜12μmの赤外線を効率よく集め
ることを条件に入れるとゲルマニウム、セレンが主成分
となる。また、これらに加えて、赤外透過域の拡大や結
晶化の抑制のためイオウ、ヨウ素、アンチモン、テルル
などを含有してもよい。さらに、熱膨張係数の適正化の
ため少量のリチウム、ナトリウム、銅、銀、ホウ素、ガ
リウム、インジウム、シリコン、スズ、鉛、ビスマス、
リン、臭素を含むことを本発明は除外しない。このガラ
スの組成は一例であって、エネルギ伝送のような用途に
使用されるセレン−ヒ素系、ゲルマニウム−セレン−テ
ルル系、ゲルマニウム−セレン−ヒ素系等も同様に考慮
して製造できる。The glass raw material in the above embodiment can be considered as follows. Lenses used for human body sensors used in home appliances and industrial equipment should preferably contain non-toxic elements as main components. The main elements of chalcogenide glass are sulfur, selenium, tellurium, germanium, arsenic and antimony. Of these, arsenic and selenium are designated as poisons, but arsenic is particularly toxic. Selenium is 1 to 1.5 ppm in sea fish and eggs
Since it is included and is an essential nutrient for livestock, its toxicity is considered to be weak. Therefore, germanium and selenium will be the main components under the condition that 8-12 μm infrared rays emitted from the human body are efficiently collected from the elements excluding arsenic. In addition to these, sulfur, iodine, antimony, tellurium, and the like may be contained in order to expand the infrared transmission region and suppress crystallization. In addition, a small amount of lithium, sodium, copper, silver, boron, gallium, indium, silicon, tin, lead, bismuth, to optimize the coefficient of thermal expansion,
The present invention does not exclude the inclusion of phosphorus and bromine. The composition of this glass is an example, and selenium-arsenic system, germanium-selenium-tellurium system, germanium-selenium-arsenic system, etc., which are used for applications such as energy transmission, can be manufactured in the same manner.
【0017】[0017]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、赤外線領
域での透過性が優れ、クラックの無い赤外線透過用カル
コゲナイドガラスが得られる。その結果優れた性能のレ
ンズを作製することができる。また、ガラス原料が少な
くともゲルマニウム、セレンを主成分とする場合は、人
体に安全であって、人体から出る赤外線を効率よく集め
ることができるという特徴を有する。As described above, according to the present invention, there is obtained a chalcogenide glass for infrared ray transmission, which has excellent transparency in the infrared region and is free from cracks. As a result, a lens with excellent performance can be manufactured. Further, when the glass raw material contains at least germanium or selenium as a main component, it has characteristics that it is safe for the human body and infrared rays emitted from the human body can be efficiently collected.
【図1】本発明の一実施例のガラスの赤外線透過スペク
トルFIG. 1 is an infrared transmission spectrum of glass according to an embodiment of the present invention.
【図2】一比較例のガラスの赤外線透過スペクトルFIG. 2 is an infrared transmission spectrum of a glass of a comparative example.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 昭彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Akihiko Yoshida 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (5)
とする赤外線透過性ガラスの製造において、原料として
99.999%以上の純度を有するゲルマニウムのインゴット
を粉砕したものと、99.999%以上の純度を有するセレン
のペレットを用い、シリカガラスアンプルに真空封入し
て熔融することを特徴とする赤外線透過性ガラスの製造
方法。1. A raw material for the production of an infrared-transparent glass containing germanium or selenium as a main component.
Manufacture of infrared transmissive glass characterized by crushing germanium ingot having a purity of 99.999% or more and selenium pellets having a purity of 99.999% or more, vacuum sealing in a silica glass ampoule and melting Method.
特徴とする請求項1記載の赤外線透過性ガラスの製造方
法。2. The method for producing infrared transmissive glass according to claim 1, wherein the degree of enclosure vacuum is 10 −4 Torr or less.
なくとも1時間であることを特徴とする請求項1または
2記載の赤外線透過性ガラスの製造方法。3. The method for producing infrared transmissive glass according to claim 1, wherein the melting temperature is 900 to 1000 ° C. and the melting time is at least 1 hour.
けることを特徴とする請求項1,2または3記載の赤外
線透過性ガラスの製造方法。4. The method for producing an infrared-transparent glass according to claim 1, wherein the temperature is from room temperature to the melting temperature for at least 4 hours.
り10℃以上低い温度に設定された炉に移動し、該温度に
3時間以上保持した後、ガラス転移点より20℃以上低い
温度にまで徐冷することを特徴とする請求項1,2,3
くまたは4記載の赤外線透過性ガラスの製造方法。5. The glass after melting is transferred to a furnace set at a temperature lower than the crystallization temperature of glass by 10 ° C. or more and kept at the temperature for 3 hours or more, and then at a temperature 20 ° C. or more lower than the glass transition point. 4. The method of claim 1, 2, 3 characterized by slow cooling to
The method for producing the infrared-transparent glass according to item 4 or 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33573592A JPH06183779A (en) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | Method for manufacturing infrared transparent glass |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33573592A JPH06183779A (en) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | Method for manufacturing infrared transparent glass |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06183779A true JPH06183779A (en) | 1994-07-05 |
Family
ID=18291892
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33573592A Pending JPH06183779A (en) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | Method for manufacturing infrared transparent glass |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06183779A (en) |
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1992
- 1992-12-16 JP JP33573592A patent/JPH06183779A/en active Pending
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