JP2005047801A - ガラス組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
中間的色調の赤外線及び紫外線吸収性ソーダ石灰シリカガラスを提供する
【解決手段】
中間的色調の赤外線及び紫外線吸収性ソーダ石灰シリカガラスは、Ｓｅ、Ｃｏ３Ｏ４と共に鉄を含み、鉄の総量はＦｅ２Ｏ３の量として換算したとき０．３〜０．７重量％、また、第一鉄の量の鉄の総量に対する換算比率は２１〜３４％の範囲である。このガラスには、ＮｉＯ及びＴｉＯ２が添加されてもよい。その結果得られたガラスで基準厚さが４ｍｍのものは、少なくとも７０％の可視光透過率を有し、かつ、この可視光透過率より少なくとも１２％低い直射太陽熱エネルギー透過率を有する。鉄分のガラスへの添加は、ガラスバッチ混合物に鉱物ウスタイトを添加することによってなされるのが好ましい。
【選択図】なし
中間的色調の赤外線及び紫外線吸収性ソーダ石灰シリカガラスを提供する
【解決手段】
中間的色調の赤外線及び紫外線吸収性ソーダ石灰シリカガラスは、Ｓｅ、Ｃｏ３Ｏ４と共に鉄を含み、鉄の総量はＦｅ２Ｏ３の量として換算したとき０．３〜０．７重量％、また、第一鉄の量の鉄の総量に対する換算比率は２１〜３４％の範囲である。このガラスには、ＮｉＯ及びＴｉＯ２が添加されてもよい。その結果得られたガラスで基準厚さが４ｍｍのものは、少なくとも７０％の可視光透過率を有し、かつ、この可視光透過率より少なくとも１２％低い直射太陽熱エネルギー透過率を有する。鉄分のガラスへの添加は、ガラスバッチ混合物に鉱物ウスタイトを添加することによってなされるのが好ましい。
【選択図】なし
Description
（発明の背景）
本発明は、窓ガラスに利用される、赤外線（ＩＲ）及び紫外線（ＵＶ）吸収性ソーダ石灰シリカガラスに関する。本発明は、特に、このようなガラスで作られた中間的色調の窓ガラスであって、用途をこれに限定するのものではないが、自動車のような乗り物用の窓ガラスに関する。
本発明は、窓ガラスに利用される、赤外線（ＩＲ）及び紫外線（ＵＶ）吸収性ソーダ石灰シリカガラスに関する。本発明は、特に、このようなガラスで作られた中間的色調の窓ガラスであって、用途をこれに限定するのものではないが、自動車のような乗り物用の窓ガラスに関する。
直射太陽熱エネルギー透過率（ＤＳＨＴ）及び紫外線透過率（ＵＶＴ）のレベルが低い特殊ガラスが、乗り物用として開発されてきた。このようなガラスは、晴天時に乗り物内が過度に熱せられることによって生ずる問題を少なくすること、及び紫外線照射による車内の備品の品質劣化を防止することを目的として作られたものである。良好な紫外線吸収特性を有するガラスは、一般にガラスに含有される鉄を第一鉄に還元することによって、若しくは銅を添加することによって製造される。このような材料の添加によってガラスは青色となる。一方、良好な紫外線吸収特性を得るために添加される材料には、Ｆｅ３＋、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｖ等がある。所望の吸収率を得るために上記の材料を一定量添加することによって、ガラスは黄色に着色されることが多い。従って、良好なＵＶ吸収性と良好なＩＲ吸収性の双方をガラスが兼ね備えるようにしたい場合は、ガラスの色が緑色または青色がかることが避けられない。ガラスの色をＣＩＥＬＡＢシステムの変数によって定義すると、上述のようなガラスであって、厚さが４ｍｍで光透過率が６０％を越えるものの色は、濃緑色（−ａ＊＞８）または濃青色（−ｂ＊＞７）となり、どちらの場合も現在では美的観点から望ましくないものとされている。
ＩＲ照射またはＵＶ照射に対する良好な防護特性を有する淡灰色若しくはブロンズ色の乗り物用窓ガラスが作り出されてきたが、このようなガラスもやはり緑がかった黄色の色調を帯びている。
我々が必要性を認識しているのは、ＣＩＥＬＡＢシステムによる定義で、−７＜ａ＊＜＋１、−５＜ｂ＊＜＋７．５の範囲内にある色合いを有するような、中間的色調で、（ＣＩＥの光源Ａでの）可視光透過率が少なくとも７０％のガラスである。「中間的色調」という用語は、本明細書において、このような色合いガラスを記述するのに用いるものとする。
更に必要性が認識されているのは、（４ｍｍの厚みで）少なくとも７０％の可視光透過率を有し、かつ、この可視光透過率よりも少なくとも１２％低い（望ましくは１５％低く、最も望ましくは２０％低い）直射太陽熱エネルギー透過率を有する中間的色調のガラスである。低い直射太陽熱エネルギー透過率を有するガラスの存在は既に知られているが、このようなガラスは、基本的には全て可視光透過率も低く、乗り物の窓ガラス用として使用するには限界がある。その点、上述の条件を満たすガラスならば、高い可視光透過率と共に低い直射太陽熱エネルギー透過率を兼ね備えており、光透過率の高さにも関わらず車内を涼しく保つことになるので、乗り物用としてより広く用いられることになろう。
更に、特に自動車において低紫外線透過率のガラスを用いることによって、車内のプラスチック材料及び構造物が紫外線によって損なわれることが少なくなるので、紫外線透過率が５５％未満、理想的には５０％未満のガラスを用いることは特に望ましいことと考えられる。
着色ガラスについての技術分野では、僅かな成分等の変更により大きな色調の変化を与えることができる。従来の特許において多くの様々な着色ガラスが開示されており、様々な実施例がそこに包含される。しかし、このような実施例が示すのは、特定の範囲の赤外線及び紫外線吸収率を有する特定の色調をいかにして得ることができるか、ということに過ぎなかった。
本発明は、ある着色剤を比較的少量混合することにより、赤外線及び紫外線吸収性の成分の存在によって生ずる緑色が打ち消される、という驚くべき発見に基づくものである。
（発明の要約）
本発明によれば、４ｍｍの厚みを有し、可視光透過率が少なくとも７０％で、直射太陽熱エネルギー透過率が可視光透過率より少なくとも１２％低く、ＵＶ透過率が５５％以下、主波長が５６０ｎｍ未満で、色純度が６以下、好ましくは５以下、最も好ましくは３以下である、（本明細書において定義された意味で）中間的色調のＩＲ及びＵＶ吸収性ソーダ石灰シリカガラスが提供される。直射太陽熱エネルギー透過率は、最も好ましくは、可視光透過率より少なくとも２０％低い。組成物は、ソーダ石灰シリカガラスを主成分に、Ｆｅ２Ｏ３として換算された総量が０．３〜０．７重量％の鉄分を含有する。更に０．５〜１０重量ｐｐｍ（０．００００５〜０．００１重量％）のＳｅ、約３〜２５重量ｐｐｍのＣｏ３Ｏ４も含み、また第一鉄の量の鉄の総量に対する換算比率が、２１〜３４％、好ましくは２５〜３１％（即ち、鉄分のうち第一鉄（Ｆｅ２＋）として存在する分のパーセンテージが２１％〜３４％、好ましくは２５％〜３１％）の範囲となるようにすることによって、ガラスは中間的色調を示すことになる。０〜５０重量ｐｐｍのＮｉＯ及び０〜１．５重量％のＴｉＯ２をガラスに添加してもよい。この範囲の量のＮｉＯ及びＴｉＯ２を添加することにより、色純度及びＵＶ吸収性のそれぞれに関して有益な効果をもたらすが、このことが、本発明の新規なガラスの独特で極めて有益な特性に悪影響を与えることはない。
本発明によれば、４ｍｍの厚みを有し、可視光透過率が少なくとも７０％で、直射太陽熱エネルギー透過率が可視光透過率より少なくとも１２％低く、ＵＶ透過率が５５％以下、主波長が５６０ｎｍ未満で、色純度が６以下、好ましくは５以下、最も好ましくは３以下である、（本明細書において定義された意味で）中間的色調のＩＲ及びＵＶ吸収性ソーダ石灰シリカガラスが提供される。直射太陽熱エネルギー透過率は、最も好ましくは、可視光透過率より少なくとも２０％低い。組成物は、ソーダ石灰シリカガラスを主成分に、Ｆｅ２Ｏ３として換算された総量が０．３〜０．７重量％の鉄分を含有する。更に０．５〜１０重量ｐｐｍ（０．００００５〜０．００１重量％）のＳｅ、約３〜２５重量ｐｐｍのＣｏ３Ｏ４も含み、また第一鉄の量の鉄の総量に対する換算比率が、２１〜３４％、好ましくは２５〜３１％（即ち、鉄分のうち第一鉄（Ｆｅ２＋）として存在する分のパーセンテージが２１％〜３４％、好ましくは２５％〜３１％）の範囲となるようにすることによって、ガラスは中間的色調を示すことになる。０〜５０重量ｐｐｍのＮｉＯ及び０〜１．５重量％のＴｉＯ２をガラスに添加してもよい。この範囲の量のＮｉＯ及びＴｉＯ２を添加することにより、色純度及びＵＶ吸収性のそれぞれに関して有益な効果をもたらすが、このことが、本発明の新規なガラスの独特で極めて有益な特性に悪影響を与えることはない。
本明細書及び請求の範囲においては、「可視光透過率」という用語が示すのは、ＣＩＥの光源Ａを用いて測定された光透過率（ＬＴ）であり、“ＵＶＴ”または「紫外線透過率」という用語が示すのは、透過率を縦軸に、波長を横軸にとったグラフの曲線の、波長３００〜４００ｎｍ間における下側の部分の面積であり、「直射太陽熱エネルギー透過率（ＤＳＨＴ」）という用語が示すのは、空気量２における相対的太陽スペクトル分布パリームーン（Parry Moon）に基づく熱エネルギー透過率の、波長３５０〜２１００ｎｍ間での積分値である。
本発明に基づくガラスの製造のための適切なガラスバッチ材料は、砂、石灰石、ドロマイト、ソーダ灰、ぼう硝（粗製硫酸ソーダ)若しくは石膏、酸化鉄、炭素、セレン及び酸化コバルト（Ｃｏ３Ｏ４）を含み、従来のガラスバッチ成分混合装置によって混和される。組成物の成分としてＴｉＯ２及び／若しくはＮｉＯが必要な場合は、酸化チタンのようなチタン化合物、及び酸化ニッケルのようなニッケル化合物がバッチの中に含まれてもよい。これに関連して、本発明の重要な実施例において用いられているように、鉄分源としてウスタイトを用いてＦｅ２Ｏ３の少なくとも一部、望ましくは全部を与えることによって、実質的に炭素が不要になるという驚くべき発見がなされた。ここで、中間的色調のガラス、即ち淡灰色及びブロンズ色のガラスにおいては、炭素が有害な要素であるにもかかわらず、バッチの鉄分源としてべんがらを用いる場合に、ガラスの鉄分値を増加させるために炭素が必要であった。しかし、鉄分源としてべんがらの代わりにウスタイトを用いることにより、ガラスの鉄分値を大幅に増加させることができる。もともと鉄分値の高い原料をそのまま用いることにより、本発明の中間的色調のガラスのようにガラスの鉄分値をより高くするように調節することが可能となる。
バッチ材料は、従来と同様に従来のガラス製造炉のなかでまとめて溶融され、中間的色調の赤外線エネルギー及び紫外線吸収性ガラス組成物を形成する。形成されたガラス組成物は、その後続けてフロートガラス工程の溶融金属バスに鋳込みされる。
本発明に基づいて使用するのに適する板状ソーダ石灰シリカガラスの組成は、典型的には以下の各成分、
ＳｉＯ２ ６５〜８０重量％
Ｎａ２Ｏ １０〜２０
ＣａＯ ５〜１５
ＭｇＯ ０〜５
Ａｌ２Ｏ３ ０〜５
Ｋ２Ｏ ０〜５
ＢａＯ ０〜５
Ｂ２Ｏ３ ０〜５
を含有する。
ＳｉＯ２ ６５〜８０重量％
Ｎａ２Ｏ １０〜２０
ＣａＯ ５〜１５
ＭｇＯ ０〜５
Ａｌ２Ｏ３ ０〜５
Ｋ２Ｏ ０〜５
ＢａＯ ０〜５
Ｂ２Ｏ３ ０〜５
を含有する。
ＳＯ３のような溶融、精製補助成分のような他の成分が、僅かな量だけガラスの組成に含まれていてもよい。上述の本発明の着色成分は、ベースガラスに添加される。ガラスには、鉄、コバルト、セレン、所望に応じてニッケル及びチタン、更に不純物として存在し得る極めて微量の酸化物を除いて、着色成分は用いられない。従って、本発明のガラスは従来の溶融炉において溶融、精製され、フロート方式で様々な厚さの板状のガラスシートに形成される。ここで、フロート方式のガラス製造工程においては、溶融ガラスは、通例錫製の溶融金属プールに支持され、それがリボン形状を呈するにつれて冷却される
本発明のガラス組成物は、自動車及び建築物の窓ガラス用の赤外線エネルギー及び紫外線吸収性ガラスの製造に特に適するものである。従って、この組成のガラスシートは、熱強化処理または焼入れを施したり、或いは、例えばフロントガラス用として、焼鈍しを施して、例えばポリビニルブチラールからなる樹脂層を間に挟んで積層化してもよい。通例、フロントガラス用ガラスシートは、約１．７ｍｍ〜約２．５ｍｍの厚みを有し、一方焼入れを施され、車幅灯及び尾灯用として用いられるものは約３ｍｍ〜約５ｍｍの厚みを有する。
本発明のガラス組成物は、自動車及び建築物の窓ガラス用の赤外線エネルギー及び紫外線吸収性ガラスの製造に特に適するものである。従って、この組成のガラスシートは、熱強化処理または焼入れを施したり、或いは、例えばフロントガラス用として、焼鈍しを施して、例えばポリビニルブチラールからなる樹脂層を間に挟んで積層化してもよい。通例、フロントガラス用ガラスシートは、約１．７ｍｍ〜約２．５ｍｍの厚みを有し、一方焼入れを施され、車幅灯及び尾灯用として用いられるものは約３ｍｍ〜約５ｍｍの厚みを有する。
特に注記していない場合は、本明細書及び請求の範囲において用いられているパーセント（％）という用語は、重量パーセントを意味する。ＴｉＯ２及びＦｅ２Ｏ３の量として換算された鉄の総量の重量パーセント値は、波長分散性Ｘ線蛍光により測定される。還元率、即ち鉄の総量の何パーセントが還元されたかを測定するには、初めに分光光度計を用いて、１０６０ｎｍの波長におけるサンプルの放射線透過率を測定する。次に、以下の式を用いて、１０６０ｎｍでの透過率値から、
光学濃度＝Ｌｏｇ１０Ｔ０／Ｔ （Ｔ０＝１００−（推定反射ロス）＝９２、Ｔ＝１０６０ｎｍでの透過率（％））
を計算する。
光学濃度＝Ｌｏｇ１０Ｔ０／Ｔ （Ｔ０＝１００−（推定反射ロス）＝９２、Ｔ＝１０６０ｎｍでの透過率（％））
を計算する。
次に、計算された光学濃度値を用いて、
還元率（％）＝｛１１０×（光学濃度）｝／｛（ガラスの厚み（ｍｍ））×（Ｆｅ２Ｏ３の量として換算された鉄の総量の重量％値）｝
を求める。
還元率（％）＝｛１１０×（光学濃度）｝／｛（ガラスの厚み（ｍｍ））×（Ｆｅ２Ｏ３の量として換算された鉄の総量の重量％値）｝
を求める。
（好適実施例の詳細な説明）
３種の不可欠な着色剤成分のそれぞれの濃度は、所望のガラスの特性によってきまり、相互に関係づけられる。典型的にはＦｅ２Ｏ３として表される形で鉄分が添加され、部分的にＦｅＯに還元される。バッチの中の鉄の総量は重要であり、Ｆｅ２Ｏ３の量として換算したとき０．３〜約０．７重量パーセントの含有量でなければならない。同様に還元率も重要であって、２１％〜３４％でなければならない。鉄の還元率を限界量より大きくした場合、若しくは鉄の総量を限界量より大きくした場合、ガラスは過度に暗くなり、光源Ａでの可視光透過率は約７０パーセント低下することになる。更に、ＦｅＯの量が増加するとガラスバッチ溶融体の内部に熱が浸透しにくくなるので、ガラスバッチ溶融処理の困難さが増すことになる。鉄の還元率を限界量より小さくした場合、若しくは鉄の総量を限界量より小さくした場合、所望の厚みのガラスに対する直射太陽熱エネルギー透過率が、許容範囲を越えたレベル、即ち約５８％以上にまで上昇し得ることになる。
３種の不可欠な着色剤成分のそれぞれの濃度は、所望のガラスの特性によってきまり、相互に関係づけられる。典型的にはＦｅ２Ｏ３として表される形で鉄分が添加され、部分的にＦｅＯに還元される。バッチの中の鉄の総量は重要であり、Ｆｅ２Ｏ３の量として換算したとき０．３〜約０．７重量パーセントの含有量でなければならない。同様に還元率も重要であって、２１％〜３４％でなければならない。鉄の還元率を限界量より大きくした場合、若しくは鉄の総量を限界量より大きくした場合、ガラスは過度に暗くなり、光源Ａでの可視光透過率は約７０パーセント低下することになる。更に、ＦｅＯの量が増加するとガラスバッチ溶融体の内部に熱が浸透しにくくなるので、ガラスバッチ溶融処理の困難さが増すことになる。鉄の還元率を限界量より小さくした場合、若しくは鉄の総量を限界量より小さくした場合、所望の厚みのガラスに対する直射太陽熱エネルギー透過率が、許容範囲を越えたレベル、即ち約５８％以上にまで上昇し得ることになる。
典型的には、酸化コバルトをＣｏ３Ｏ４の量として換算したとき約３〜約２５重量ｐｐｍ、約０．５〜約１０重量ｐｐｍのセレンと共に添加する。セレン及びコバルト分の適当な添加によって、ガラスに美的利点がもたらされ、中間的色調、及び多少の淡灰色が与えられる。好適な組成物は、ソーダ石灰シリカガラスベースと着色剤とを含み、この着色剤は、主として、総量が（Ｆｅ２Ｏ３の量として換算したとき）０．４５〜０．６５重量％の鉄、鉄の総量に対する換算比率が２５〜３１％の第一鉄、１〜５重量ｐｐｍのＳｅ、８〜２０重量ｐｐｍのＣｏ３Ｏ４、０〜３５重量ｐｐｍのＮｉＯ、及び０〜１重量％のＴｉＯ２からなる。
以下に示す実施例は、自動車のフロントガラスのような窓ガラスやガラス製品にたやすく形成される、本発明のガラス組成物である。このガラス組成物は赤外線及び紫外線の双方を吸収し、少なくとも７０％の可視光透過率、及びこの可視光透過率より少なくとも１２％低い直射太陽熱エネルギー透過率を有する。
比較の為にのみ示した実施例１及び１１を除いた全ての本発明の実施例は、発明の範囲をこれに限定するものではない。実施例のおいて、部及びパーセンテージは全て重量ベースである。また、
（ａ）Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ、及びＴｉＯ２はパーセントで表され、Ｓｅ、Ｃｏ３Ｏ４、及びＮｉＯは重量ｐｐｍで表される。
（ｂ）鉄の総量は、鉄が全て酸化第二鉄として存在していることを仮定して酸化第二鉄の量に換算して示される。
（ｃ）ＦｅＯ分は、以下の等式、
％ＦｅＯ＝％Ｆｅ２＋／１００×Ｆｅ２Ｏ３×１４３．７／１５９．７
から求められる。ここで、“Ｆｅ２Ｏ３”はガラスにおいてＦｅ２Ｏ３の量として換算された鉄の総量のパーセンテージである（また、“１４３．７”は２×ＦｅＯの分子量、“１５９．７”はＦｅ２Ｏ３の分子量である。）。
（ａ）Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ、及びＴｉＯ２はパーセントで表され、Ｓｅ、Ｃｏ３Ｏ４、及びＮｉＯは重量ｐｐｍで表される。
（ｂ）鉄の総量は、鉄が全て酸化第二鉄として存在していることを仮定して酸化第二鉄の量に換算して示される。
（ｃ）ＦｅＯ分は、以下の等式、
％ＦｅＯ＝％Ｆｅ２＋／１００×Ｆｅ２Ｏ３×１４３．７／１５９．７
から求められる。ここで、“Ｆｅ２Ｏ３”はガラスにおいてＦｅ２Ｏ３の量として換算された鉄の総量のパーセンテージである（また、“１４３．７”は２×ＦｅＯの分子量、“１５９．７”はＦｅ２Ｏ３の分子量である。）。
下記の全ての表における透過率のデータは、基準厚みが４ｍｍのガラスの場合のデータである。
実施例７のガラスベースの組成は、全ての実施例に共通であり、これを以下に示す。
実施例７のバッチ混合物は、着色剤を除いて全ての実施例で概ね同一であり、これを以下に示す。
本発明の利点は、商業的製造工程、特にフロート工程を用いて、組成物から板ガラス製品を製造することが可能であるという点である。フロート工程によって形成されたガラスシートの特徴は、酸化錫を含むことであって、ガラスの少なくとも一方の側の面に移動した酸化錫の量が測定され得る。典型的には、フロート工程により形成されたガラスの、錫に接触した表面から数μｍの部分に含まれるＳｎＯ２の濃度は、少なくとも０．０５重量％である。フロート工程によって製造されたガラスの厚みは、典型的には約２〜１０ｍｍである。
フロートガラスの他の特徴は、ガラス中でのＳＯ３として分析される硫黄や、フッ素、塩素のような溶融、精製補助成分が微量存在することである。しかし、このような溶融、精製補助成分が微量（通例０．３重量％未満）本発明のガラス組成物中に存在したとしても、その特性に影響を与えることはない。
本発明の特定の実施例について言及したが、当業者に知られているように実施例の様々な変更及び変形を、請求の範囲に定義された本発明の範囲を逸脱することなくなし得るということを理解されたい。
Claims (1)
- 鉄及びコバルトの酸化物を含み、第一鉄の量の前記（Ｆｅ２Ｏ３の量として換算される）鉄分の総量に対する換算比率が２１乃至３４％の範囲内である、中間的色調のＩＲ及びＵＶ吸収性ソーダ石灰シリカガラスの製造方法であって、
砂、ソーダ灰、ドロマイト、石灰石、及びぼう硝及び石膏何れかの硫酸塩を含む、ソーダ石灰シリカフロートガラスのガラスバッチ混合物を混和する過程と、
前記ガラスバッチ混合物を加熱する過程と、
前記ガラスバッチ混合物を溶融する過程とを有し、
前記ガラスバッチが、製造されるガラスに含まれる酸化鉄の少なくとも一部の原料となるウスタイトを含むことを特徴とするＩＲ及びＵＶ吸収性ソーダ石灰シリカガラスの製造方法。
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