本發(fā)明涉及適合于光隔離器、光環(huán)行器、磁傳感器等構(gòu)成磁氣設(shè)備的磁光學(xué)元件的玻璃材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
已知包含作為順磁性化合物的氧化鋱的玻璃材料顯示作為磁光效應(yīng)之一的法拉第效應(yīng)。法拉第效應(yīng)是指使通過(guò)放置在磁場(chǎng)中的材料的直線偏光的偏光面旋轉(zhuǎn)的效果。這樣的效果在光隔離器或磁場(chǎng)傳感器等中利用。
將磁場(chǎng)的強(qiáng)度設(shè)為h，將偏光所通過(guò)的物質(zhì)的長(zhǎng)度設(shè)為l，通過(guò)以下的式子表示由法拉第效應(yīng)帶來(lái)的旋光度(偏光面的旋轉(zhuǎn)角)θ。在式中，v是依賴于物質(zhì)的種類的常數(shù)，被稱為維爾德常數(shù)。維爾德常數(shù)在反磁性體時(shí)為正的值，在順磁性體時(shí)為負(fù)的值。維爾德常數(shù)的絕對(duì)值越大，則旋光度的絕對(duì)值也越大，作為結(jié)果顯示更大的法拉第效應(yīng)。
θ＝vhl
以往，作為顯示法拉第效應(yīng)的玻璃材料，已知sio2－b2o3－al2o3－tb2o3系的玻璃材料(參照專利文獻(xiàn)1)、p2o5－b2o3－tb2o3系的玻璃材料(參照專利文獻(xiàn)2)或者p2o5－tbf3－rf2(r為堿土金屬)系的玻璃材料(參照專利文獻(xiàn)3)等。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1：日本特公昭51－46524號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2：日本特公昭52－32881號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3：日本特公昭55－42942號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明所要解決的課題
上述的玻璃材料雖然顯示一定程度的法拉第效應(yīng)，但近年來(lái)，隨著磁氣設(shè)備越來(lái)越小型化，要求法拉第效應(yīng)的進(jìn)一步的提高，以使得即使小的部件也顯示充分的旋光度。
鑒于以上情況，本發(fā)明的目的在于提供顯示比以往更大的法拉第效應(yīng)的玻璃材料。
用于解決課題的方法
本發(fā)明的玻璃材料的特征在于，以摩爾％計(jì)，含有48％以上的tb2o3(其中不包括48％)。本發(fā)明的玻璃材料由于含有如上所述大量的tb2o3，所以維爾德常數(shù)的絕對(duì)值增大。其結(jié)果，顯示比以往更大的法拉第效應(yīng)。此外，含有如上所述大量的tb2o3的玻璃材料通常難以玻璃化。然而，根據(jù)后述的無(wú)容器漂浮法，即使是這樣難以玻璃化的組成，也能夠容易地玻璃化。
在本發(fā)明的玻璃材料中，以摩爾％計(jì)，優(yōu)選tb2o3的含量為80％以下。如果tb2o3的含量為上述范圍，則能夠比較容易地進(jìn)行玻璃化。
本發(fā)明的玻璃材料，以摩爾％計(jì)，優(yōu)選還含有0～50％的sio2、0～50％的b2o3、0～50％的al2o3、0～50％的p2o5。sio2、b2o3、al2o3、p2o5是構(gòu)成玻璃骨架的成分，因此通過(guò)含有這些成分，能夠比較容易地進(jìn)行玻璃化。
本發(fā)明的玻璃材料能夠用作磁光學(xué)元件。例如，本發(fā)明的玻璃材料能夠用作作為磁光學(xué)元件的一種的法拉第旋轉(zhuǎn)元件。通過(guò)用于上述的用途，能夠享有本發(fā)明的效果。
本發(fā)明的玻璃材料的制造方法是用于制造上述的玻璃材料的方法，其特征在于，包括：在保持玻璃原料塊漂浮的狀態(tài)下，將玻璃原料塊加熱使其熔解，得到熔融玻璃后，將熔融玻璃冷卻的工序。
通常，玻璃材料通過(guò)將原料在坩堝等熔融容器內(nèi)熔融、冷卻來(lái)制作(熔融法)。然而，本發(fā)明的玻璃材料基本上具有如上所述大量含有不構(gòu)成玻璃骨架的tb2o3的組成，是難以玻璃化的材料，因此在熔融法中，存在以與熔融容器的接觸界面為起點(diǎn)進(jìn)行結(jié)晶化的問(wèn)題。
即使是難以玻璃化的組成，通過(guò)消除在與熔融容器的界面的接觸，也能夠玻璃化。作為這樣的方法，已知在使原料漂浮的狀態(tài)下進(jìn)行熔融、冷卻的無(wú)容器漂浮法。如果使用該方法，則熔融玻璃幾乎不與熔融容器接觸，因此能夠防止以與熔融容器的界面為起點(diǎn)的結(jié)晶化，從而能夠玻璃化。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供顯示比以往更大的法拉第效應(yīng)的玻璃材料。
附圖說(shuō)明
圖1是表示用于制造本發(fā)明的玻璃材料的裝置的一個(gè)實(shí)施方式的示意剖面圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的玻璃材料以摩爾％計(jì)含有48％以上(其中不包括48％)的tb2o3，優(yōu)選含有49％以上的tb2o3，特別優(yōu)選含有50％以上的tb2o3。如果tb2o3的含量過(guò)少，則維爾德常數(shù)的絕對(duì)值變小，難以得到充分的法拉第效應(yīng)。另一方面，如果tb2o3的含量過(guò)多，則存在玻璃化困難的傾向，因此優(yōu)選80％以下、75％以下，特別優(yōu)選70％以下。
此外，關(guān)于tb規(guī)定了3價(jià)的氧化物的含量，而關(guān)于3價(jià)以外的氧化物，優(yōu)選換算成3價(jià)的氧化物時(shí)的含量在上述范圍內(nèi)。
關(guān)于tb而言，成為維爾德常數(shù)的起源的磁矩，tb3+大于tb4+。因此，玻璃材料中的tb3+的比例越大，則法拉第效應(yīng)越大，故而優(yōu)選。具體而言，全部tb中tb3+的比例以摩爾％計(jì)優(yōu)選為50％以上、60％以上、70％以上、80％以上、特別優(yōu)選為90％以上。
本發(fā)明的玻璃材料中除了tb2o3以外，還能夠含有以下所示的各種成分。此外，在關(guān)于以下的各成分的含量的說(shuō)明中，在沒(méi)有特別說(shuō)明的情況下，“％”是指“摩爾％”。
sio2、b2o3和p2o5是成為玻璃骨架，使玻璃化范圍變寬的成分。只是，由于這些成分對(duì)于維爾德常數(shù)的提高沒(méi)有幫助，所以如果其含量過(guò)多，則難以得到充分的法拉第效應(yīng)。因此，sio2、b2o3和p2o5的含量各自優(yōu)選為0～50％、1～45％、特別優(yōu)選為2～40％。另外，sio2和b2o3的合計(jì)量?jī)?yōu)選為0～52％、15～51％、特別優(yōu)選為20～50％。b2o3和p2o5的合計(jì)量?jī)?yōu)選為0～52％、15～51％、特別優(yōu)選為20～50％。sio2、b2o3和p2o5的合計(jì)量?jī)?yōu)選為0～52％、15～51％、特別優(yōu)選為20～50％。
al2o3是作為中間氧化物形成玻璃骨架、使玻璃化范圍變寬的成分。只是，由于al2o3對(duì)于維爾德常數(shù)的提高沒(méi)有幫助，所以如果其含量過(guò)多，則難以得到充分的法拉第效應(yīng)。因此，al2o3的含量?jī)?yōu)選為0～50％、0.1～40％、1～30％、1～20％、特別優(yōu)選為1～10％。
la2o3、gd2o3、yb2o3、y2o3具有使玻璃穩(wěn)定化的效果，但如果其含量過(guò)多，則反而難以玻璃化。因此，la2o3、gd2o3、yb2o3、y2o3的含量各自優(yōu)選為10％以下、特別優(yōu)選為5％以下。
dy2o3、eu2o3、ce2o3使玻璃穩(wěn)定化，并且還有助于維爾德常數(shù)的提高。只是，如果其含量過(guò)多，則反而難以玻璃化。因此，dy2o3、eu2o3、ce2o3的含量各自優(yōu)選為15％以下、特別優(yōu)選為10％以下。此外，關(guān)于dy、eu、ce規(guī)定了3價(jià)的氧化物的含量，但關(guān)于3價(jià)以外的氧化物(例如ceo2等)，優(yōu)選換算成3價(jià)的氧化物時(shí)的含量在上述范圍內(nèi)。
mgo、cao、sro、bao具有提高玻璃的穩(wěn)定性和化學(xué)的耐久性的效果。只是，對(duì)于維爾德常數(shù)的提高沒(méi)有幫助，因此如果其含量過(guò)多，則難以得到充分的法拉第效應(yīng)。因此，這些成分的含量各自優(yōu)選為0～10％、特別優(yōu)選為0～5％。
ga2o3具有提高玻璃形成能力、使玻璃化范圍變寬的效果。只是，如果其含量過(guò)多，則容易失透。另外，ga2o3對(duì)于維爾德常數(shù)的提高沒(méi)有幫助，因此如果其含量過(guò)多，則難以得到充分的法拉第效應(yīng)。因此，ga2o3的含量?jī)?yōu)選為0～6％，特別優(yōu)選為0～5％。
氟具有提高玻璃形成能力、使玻璃化范圍變寬的效果。只是，如果其含量過(guò)多，則可能會(huì)在熔融中揮發(fā)而發(fā)生組成變動(dòng)、或者影響玻璃的穩(wěn)定性。因此，氟的含量(f2換算)優(yōu)選為0～10％，更優(yōu)選為0～7％，進(jìn)一步優(yōu)選為0～5％。
能夠作為還原劑添加sb2o3。只是，為了避免著色或者考慮對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)，優(yōu)選sb2o3的含量為0.1％以下。
本發(fā)明的玻璃材料優(yōu)選特別是在作為隔離器等的磁光學(xué)元件使用的情況下的光透過(guò)損失盡可能小。因此，本發(fā)明的玻璃材料的透光率在波長(zhǎng)633nm時(shí)優(yōu)選為50％以上、60％、特別優(yōu)選為70％以上。
本發(fā)明的玻璃材料例如能夠利用無(wú)容器漂浮法制作。圖1是表示用于通過(guò)無(wú)容器漂浮法制作玻璃材料的制造裝置的一例的示意剖面圖。以下，一邊參照?qǐng)D1，一邊對(duì)于本發(fā)明的玻璃材料的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
玻璃材料的制造裝置1具有成型模具10。成型模具10還發(fā)揮作為熔融容器的作用。成型模具10具有成型面10a和在成型面10a上開(kāi)口的多個(gè)氣體噴出孔10b。氣體噴出孔10b與氣瓶等的氣體供給機(jī)構(gòu)11連接。氣體從該氣體供給機(jī)構(gòu)11經(jīng)由氣體噴出孔10b，供給到成型面10a。氣體的種類沒(méi)有特別限定，例如，既可以為空氣、氧，也可以為氮?dú)?、氬氣、氦氣、一氧化碳?xì)怏w、二氧化碳?xì)怏w、含有氫的還原性氣體。
在使用制造裝置1制造玻璃材料時(shí)，首先將玻璃原料塊12配置在成型面10a上。作為玻璃原料塊12，例如可以列舉將原料粉末通過(guò)加壓成型等一體化而成的原料快、將原料粉末通過(guò)加壓成型等一體化后使其燒結(jié)得到的燒結(jié)體、具有與目標(biāo)玻璃組成同等的組成的結(jié)晶的集合體等。
然后，使氣體從氣體噴出孔10b噴出，由此使玻璃原料塊12漂浮在成型面10a上。即，將玻璃原料塊12以不與成型面10a接觸的狀態(tài)保持。在該狀態(tài)下，從激光照射裝置13對(duì)玻璃原料塊12照射激光。由此，將玻璃原料塊12加熱熔融，使其玻璃化，得到熔融玻璃。然后，通過(guò)將熔融玻璃冷卻，能夠得到玻璃材料。在將玻璃原料塊12加熱熔融的工序和將熔融玻璃、以及玻璃材料的溫度冷卻到至少軟化點(diǎn)以下的工序中，優(yōu)選至少繼續(xù)氣體的噴出，抑制玻璃原料塊12、熔融玻璃、以及玻璃材料與成型面10a的接觸。此外，也可以利用通過(guò)施加磁場(chǎng)發(fā)生的磁力，使玻璃原料塊12漂浮在成型面10a上。另外，作為加熱熔融的方法，除了照射激光的方法以外，也可以為輻射加熱。
實(shí)施例
以下，根據(jù)實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
表1表示本發(fā)明的實(shí)施例和比較例。
[表1]
各試樣如下制作。首先，將以成為表所示的玻璃組成的方式調(diào)合的原料加壓成型，在1100～1400℃燒結(jié)12小時(shí)，由此制作玻璃原料塊。
接下來(lái)，在研缽中將玻璃原料塊進(jìn)行粗粉碎，制成0.05～0.5g的小片。使用所得到的玻璃原料塊的小片，通過(guò)利用根據(jù)圖1的裝置的無(wú)容器漂浮法制作玻璃材料(直徑約1～8mm)。其中，作為熱源使用100wco2激光發(fā)振器。另外，作為用于使原料塊漂浮的氣體使用氮?dú)?，以流?～30l/分鐘供給。
關(guān)于所得到的玻璃材料，使用克爾(kerr)效應(yīng)測(cè)定裝置(日本分光(株)制，型號(hào)：k－250)，測(cè)定維爾德常數(shù)。具體而言，將所得到的玻璃材料以成為1mm左右的厚度的方式進(jìn)行研磨加工，在15koe的磁場(chǎng)中測(cè)定波長(zhǎng)400～850nm的法拉第旋轉(zhuǎn)角，算出波長(zhǎng)633nm和850nm時(shí)的維爾德常數(shù)。此外，波長(zhǎng)的掃描速度設(shè)為6nm/分鐘。將結(jié)果表示在表1中。
從表1可知，實(shí)施例1～7的玻璃材料在波長(zhǎng)633nm時(shí)顯示－0.69～－1.04的維爾德常數(shù)，在波長(zhǎng)850nm顯示－0.34～－0.52的維爾德常數(shù)。另一方面，比較例1的玻璃材料的維爾德常數(shù)在波長(zhǎng)633nm時(shí)為－0.37，在波長(zhǎng)850nm時(shí)為－0.18，絕對(duì)值小。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的玻璃材料適合作為構(gòu)成光隔離器、光環(huán)行器、磁傳感器等的磁氣設(shè)備的磁光學(xué)元件。
符號(hào)說(shuō)明
1：玻璃材料的制造裝置
10：成型模具
10a：成型面
10b：氣體噴出孔
11：氣體供給機(jī)構(gòu)
12：玻璃原料塊
13：激光照射裝置