JP2021066654A - ガラス物品 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、輝きとファイアに優れ、かつ観察する光源により色調が変化するガラス物品を提供する。【解決手段】モル%で、La2O30超〜70%、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3+B2O3+Al2O30%超、及び、Ho2O3+Nd2O30超〜20%を含有することを特徴とするガラス物品。【選択図】図1
Description
本発明は、指輪、ペンダント、イヤリング、ブレスレット等の装飾品用途に好適なガラス物品に関する。
異なる光源に曝された際に色調が変化するガラスが知られている。例えばネオジム含有ガラスは、太陽光下では紫色の色調を呈するが、蛍光灯下では水色を呈するというように色調が変化する。また、他にも種々の着色元素を添加することにより、ガラスの色調をカスタマイズする技術が提案されている(例えば特許文献1、2参照)。
しかし、前述のガラスはいずれもSiO2を主成分とする低屈折率のガラスであり、装飾品として用いた場合に十分な輝きが得られない。また、「ファイア」と呼ばれる虹色の輝きも弱い傾向がある。
以上に鑑み、本発明は、輝きとファイアに優れ、かつ異なる光源に曝された際に色調が変化するガラス物品を提供することを目的とする。
本発明者等が鋭意検討した結果、La2O3を必須成分として含有するベースガラスに対し、Ho2O3またはNd2O3を含有させた組成を有するガラス物品により、前記課題を解決できることを見出した。
即ち、本発明のガラス物品は、モル%で、La2O3 0超〜70%、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3+B2O3+Al2O3 0%超、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%を含有することを特徴とする。なお本明細書において、「x+y+・・・」は各成分の合量を意味する。
本発明のガラス物品は、モル%で、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3を0%超含有することが好ましい。
本発明のガラス物品は、モル%で、B2O3+Al2O3 0超〜80%を含有することが好ましい。
本発明の別の局面のガラス物品は、モル%で、La2O3 0超〜70%、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3 0%超、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%を含有することを特徴とする。
本発明のさらなる別の局面のガラス物品は、モル%で、La2O3 0超〜70%、B2O3+Al2O3 0超〜80%、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%を含有することを特徴とする。
本発明のさらなる別の局面のガラス物品は、モル%で、La2O3 0超〜70%、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3 0%超、B2O3+Al2O3 0超〜80%、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%を含有することを特徴とする。
本発明のガラス物品は、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ru、Ce、PrまたはErの酸化物からなる着色成分を、モル%で0〜20%を含有してもよい。このようにすれば、ガラス物品の色調を多彩にアレンジすることができる。
本発明のガラス物品は、屈折率が1.7以上、かつ、アッベ数が45以下であることが好ましい。ガラス物品の屈折率を高くすることにより、ガラス物品の内部と外部(大気)との屈折率差が大きくなり、ガラス物品内部で光が反射しやすくなる。その結果、ガラス物品としての十分な輝きを得やすくなる。また、アッベ数を小さくすることにより、高分散となり、ファイアが発現しやすくなる。
本発明のガラス物品は、太陽光下に曝された際に第一の色調を呈し、蛍光灯下に曝された際に第一の色調とは異なる第二の色調を呈することが好ましい。このようにすれば、屋内と屋外とで異なる色調を呈しやすくなり、装飾用として好適となる。
本発明のガラス物品は、面取り加工が施されていることが好ましい。このようにすれば、ガラス物品内部で光が反射しやすくなり、輝きを高めることが可能となる。
本発明のガラス物品は、装飾用であることが好ましい。
本発明のガラス物品は、疑似宝石であることが好ましい。
本発明の装飾品は、上記のガラス物品を備えることを特徴とする。
本発明によれば、輝きとファイアに優れ、かつ異なる光源に曝された際に色調が変化するガラス物品を提供することができる。
本発明のガラス物品は、モル%で、La2O3 0超〜70%、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3+B2O3+Al2O3 0%超、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%を含有することを特徴とする。ガラス組成をこのように限定した理由を以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量に関する説明において、特に断りのない限り「%」は「モル%」を意味する。
La2O3はガラス骨格を形成する成分であり、透過率を低下させることなく屈折率を高める成分である。また、耐候性を向上させる効果もある。La2O3の含有量は0超〜70%であり、5〜68%、特に8〜63%であることが好ましい。La2O3の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、La2O3の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。
Nb2O5、Ta2O5、Gd2O3、ZrO2、TiO2、Ga2O3、B2O3及びAl2O3は、屈折率を高めたり、アッベ数を低下させ高分散にしたり、ガラス化範囲を広げたりする成分である。Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3+B2O3+Al2O3の含有量は0%超であり、5%以上、10%以上、20%以上、特に30%以上であることが好ましい。Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3+B2O3+Al2O3の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3+B2O3+Al2O3の含有量の上限は、他の成分の含有量を考慮し、100%未満、99%以下、特に95%以下とすることが好ましい。
以下に、Nb2O5、Ta2O5、Gd2O3、ZrO2、TiO2、Ga2O3、B2O3及びAl2O3の各成分について詳細に説明する。
Nb2O5は屈折率を高める効果が大きい成分であり、アッベ数を低下させ高分散にする成分である。またガラス化範囲を広げる効果もある。Nb2O5の含有量は0〜80%、0.5〜75%、1〜73%、特に1.5〜70%であることが好ましい。Nb2O5の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、Nb2O5の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。
Ta2O5は屈折率を高める効果が大きい成分である。ただし、Ta2O5の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなり、また原料コストが高くなる傾向がある。従って、Ta2O5の含有量は0〜60%、0〜50%、0〜45%、特に0.1〜40%であることが好ましい。
Gd2O3は屈折率を高める成分である。また、耐候性を向上させる効果もある。ただし、Gd2O3の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。従って、Gd2O3の含有量は0〜45%、0.1〜40%、1〜35%、3〜30%、特に5〜20%であることが好ましい。
ZrO2は屈折率を高める成分である。また、中間酸化物としてガラス骨格を形成するため、ガラス化範囲を広げる効果がある。ただし、ZrO2の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなり、また溶融温度が高くなりすぎる。従って、ZrO2の含有量は0〜40%、0.1〜35%、1〜30%、3〜25%、特に5〜20%であることが好ましい。
TiO2は屈折率を高める効果が大きい成分であり、化学的耐久性を高める効果もある。またアッベ数を低下させ高分散にする効果もある。TiO2の含有量は0〜90%、0.1〜88%、5〜86%、特に10〜83%であることが好ましい。TiO2の含有量が多すぎると、吸収端が長波長側にシフトするため可視光(特に短波長域の可視光)の透過率が低下しやすくなる。また、ガラス化しにくくなる。
Ga2O3は屈折率を高める成分である。また、中間酸化物としてガラス骨格を形成するため、ガラス化範囲を広げる効果がある。ただし、Ga2O3の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなり、また原料コストが高くなる傾向がある。従って、Ga2O3の含有量は0〜50%、0〜30%、0〜20%、特に0〜10%であることが好ましい。
B2O3はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、B2O3の含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性を得にくくなる。従って、B2O3の含有量は0〜50%、0.1〜40%、3〜38%、特に5〜37%であることが好ましい。
Al2O3はガラス骨格を形成し、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、Al2O3の含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性を得にくくなる。従って、Al2O3の含有量は0〜80%、1〜75%、特に3〜70%であることが好ましい。
なお、高屈折率かつ高分散の光学特性を得るためには、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3の含有量を調整することが好ましい。Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3の含有量は0%以上、0%超、5%以上、10%以上、15%以上、特に20%以上であることが好ましい。ただし、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3の含有量が多すぎるとガラス化しにくくなるため、100%未満、99%以下、特に95%以下とすることが好ましい。
また、ガラス化しやすくするためには、B2O3+Al2O3の含有量を調整することが好ましい。B2O3+Al2O3の含有量は0%以上、0.1%以上、3%以上、特に5%以上であることが好ましい。ただし、B2O3+Al2O3の含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性を得にくくなるため、80%以下、75%以下、特に70%以下であることが好ましい。
本発明ガラス物品は、La2O3、Nb2O5、TiO2、B2O3等のガラス化範囲を広げる成分を積極的に含有させることにより、ガラス作製時における不当な結晶化を抑制し、ガラス物品のサイズを大きくする(例えば、直径2mm以上、3mm以上、4mm以上、特に5mm以上)ことが容易になる。
Ho2O3及びNd2O3は、異なる光源に曝された際にガラス物品の色調を変化させる成分である。Ho2O3+Nd2O3の含有量は0超〜20%、0.1〜15%、0.2〜10%、特に0.3〜5%であることが好ましい。Ho2O3+Nd2O3の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、Ho2O3+Nd2O3の含有量が多すぎるとガラス化しにくくなる。なお、Ho2O3及びNd2O3の各成分の含有量は、0〜20%、0超〜20%、0.1〜15%、0.2〜10%、特に0.3〜5%であることが好ましい。
本発明のガラス物品は、上記以外にも下記の成分を含有させることができる。
SiO2はガラス骨格を形成し、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、SiO2の含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性を得にくくなる。従って、SiO2の含有量は0〜40%、0〜30%、特に0.1〜20%であることが好ましい。
MgO、CaO、SrO、BaO、ZnOはガラス化範囲を広げる成分である。これらの成分は各々10%以下の範囲で含有させることができる。これらの成分の含有量が多すぎると、屈折率が低下して所望の光学特性を得にくくなる。
Y2O3は屈折率を高めたり、ガラス化範囲を広げる成分である。Y2O3は20%以下の範囲で含有させることができる。Y2O3の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ru、Ce、PrまたはErの酸化物からなる着色成分を含有させることにより、ガラス物品を所望の色調に調整することができる。これらの着色成分は単独で含有させてもよく、2種以上を含有させてもよい。これらの酸化物の含有量(2種以上含有させる場合は合量)は、0〜20%、0.001〜10%、0.005〜5%、特に0.01〜1%であることが好ましい。なお、含有させる成分によっては着色が強くなりすぎて、可視域透過率が低下し、所望の輝きやファイアが得られない場合がある。その場合は、上記の酸化物の含有量を1%未満、0.5%以下、さらには0.1%以下としてもよい。
なお、本発明の別の局面のガラス物品として、以下のガラス組成A〜Cを有するものが挙げられる。ガラス組成A〜Cにおける各成分の含有量の限定理由は、上述したものと同様である。
(ガラス組成A)
モル%で、La2O3 0超〜70%(好ましくは5〜50%、より好ましくは7〜40%)、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3 0%超(好ましくは10〜99%、より好ましくは30〜95%、特に好ましくは50〜90%)、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%(好ましくは0.1〜15%、より好ましくは0.2〜10%、さらに好ましくは0.3〜5%)を含有する。
モル%で、La2O3 0超〜70%(好ましくは5〜50%、より好ましくは7〜40%)、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3 0%超(好ましくは10〜99%、より好ましくは30〜95%、特に好ましくは50〜90%)、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%(好ましくは0.1〜15%、より好ましくは0.2〜10%、さらに好ましくは0.3〜5%)を含有する。
(ガラス組成B)
モル%で、La2O3 0超〜70%(好ましくは10〜67%、より好ましくは20〜65%)、B2O3+Al2O3 0超〜80%(好ましくは10〜75%、より好ましくは20〜73%、さらに好ましくは30〜72%)、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%(好ましくは0.1〜15%、より好ましくは0.2〜10%、さらに好ましくは0.3〜5%)を含有する。
モル%で、La2O3 0超〜70%(好ましくは10〜67%、より好ましくは20〜65%)、B2O3+Al2O3 0超〜80%(好ましくは10〜75%、より好ましくは20〜73%、さらに好ましくは30〜72%)、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%(好ましくは0.1〜15%、より好ましくは0.2〜10%、さらに好ましくは0.3〜5%)を含有する。
(ガラス組成C)
モル%で、La2O3 0超〜70%(好ましくは5〜65%、より好ましくは10〜60%)、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3 0%超(好ましくは5〜90%、より好ましくは10〜80%)、B2O3+Al2O3 0超〜80%(好ましくは3〜70%、より好ましくは5〜65%)、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%(好ましくは0.1〜15%、より好ましくは0.2〜10%、さらに好ましくは0.3〜5%)を含有する。
モル%で、La2O3 0超〜70%(好ましくは5〜65%、より好ましくは10〜60%)、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3 0%超(好ましくは5〜90%、より好ましくは10〜80%)、B2O3+Al2O3 0超〜80%(好ましくは3〜70%、より好ましくは5〜65%)、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%(好ましくは0.1〜15%、より好ましくは0.2〜10%、さらに好ましくは0.3〜5%)を含有する。
本発明のガラス物品は、屈折率(nd)が1.7以上、1.8以上、1.9以上、特に2.0以上であることが好ましい。このようにすれば、ガラス物品の内部と外部(大気)との屈折率差が大きくなり、ガラス物品内部で光が反射しやすくなる。その結果、装飾用ガラス物品としての十分な輝きを得やすくなる。なお、屈折率の上限は特に限定されないが、大きすぎるとガラス化が不安定になるため、2.6以下、2.5以下、特に2.4以下であることが好ましい。
本発明のガラス物品のアッベ数(νd)は45以下、45未満、44以下、特に41以下であることが好ましい。このようにすれば、ガラス物品が高分散となり、ファイアが発現しやすくなる。なお、アッベ数の下限は特に限定されないが、小さすぎるとガラス化が不安定になるため、10以上、特に15以上であることが好ましい。
本発明のガラス物品は、異なる光源に曝された際に色調が変化する。具体的には、太陽光下に曝された際に第一の色調を呈し、蛍光灯下に曝された際に第一の色調とは異なる第二の色調を呈する。太陽光と蛍光灯は、日常生活においてガラス物品が曝される可能性の高い光源であると言える。そのため、太陽光下に曝された場合と蛍光灯下に曝された場合とでガラス物品の色調が変化する場合、日常生活において色調の変化を頻繁に観察することができるため、例えば疑似宝石等の装飾用として好適である。
観察時の光源を太陽光から蛍光灯を変えることによって、例えば、黄色→ピンク色、緑色→紫色、紫色→薄青色、青色→紫色、紫色→緑色に色調が変化する。このように、色調が変化するのは以下の理由によるものと考えられる。
太陽光は可視域においてブロードな発光スペクトルを有するのに対し、蛍光灯の光はR(赤)G(緑)B(青)の各波長においてシャープな発光スペクトルを有する。ガラス物品中に含まれるHo2O3及びNd2O3は着色成分であり、可視域において複数の吸収ピークを有するが、特に蛍光灯の青色光のピーク位置付近に大きなシャープな吸収ピークを有する。Ho2O3またはNd2O3を含有するガラス物品を太陽光下に曝した場合、青色光付近の一部の波長が吸収されても、当該波長近辺の青色に近い光は吸収されないため、全体としてRGBのバランスが崩れにくい。一方、Ho2O3またはNd2O3を含有するガラス物品を蛍光灯下に曝した場合は、蛍光灯の光が有するシャープな青色光成分が大きく吸収されて、RGBの色のバランスを失い、色調が変化する。
なお、LED光も比較的ブロードな発光スペクトルを有するため、上述と同様のメカニズムにより、本発明のガラス物品をLED光下に曝した場合と蛍光灯下に曝した場合とで、色調の変化を観察することができる。
本発明のガラス物品は、宝飾品、芸術品、食器等の装飾品用途に使用することができる。例えば、指輪、ペンダント、イヤリング、ブレスレット等の装飾品(宝飾品)に疑似宝石として取り付けて使用することができる。装飾用ガラス物品の形状は特に限定されず球形、楕球形、多面体等が挙げられる。
本発明のガラス物品は、いわゆるブリリアントカット、ステップカット、ミックスカット等の面取り加工が施されていることが好ましい。このようにすれば、ガラス物品内部で光が反射しやすくなり、輝きを高めることが可能となり、特に疑似宝石として好適となる。
以下、本発明のガラス物品について、実施例を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
表1〜4は本発明の実施例(No.1〜33)及び比較例(No.34〜36)を示す。
まず表に示す各ガラス組成となるように原料を調合して原料バッチを作製した。得られた原料バッチを均質になるまで溶融した後、急冷してガラス試料を得た。なお溶融温度は、試料No.1〜33は1500〜2000℃、試料No.34〜36は1400〜1500℃とした。得られたガラス試料はガラス転移温度付近(450〜720℃)でアニールした後、下記の方法により、屈折率(nd)、アッベ数(νd)の測定、及び外観評価(色調変化、輝き、ファイア)を行った。
屈折率及びアッベ数は、ガラス試料に対して直角研磨を行い、精密屈折計(島津製作所製 KPR−2000)を用いて測定した。屈折率はヘリウムランプd線(587.6nm)に対する測定値で評価した。アッベ数は上記d線の屈折率と、水素ランプのF線(486.1nm)及びC線(656.3nm)の屈折率の値を用い、アッベ数(νd)={(nd−1)/(nF−nC)}の式から算出した。
外観評価は次のように行った。まず、各試料の平面形状が5〜7mmφ程度の大きさになるようにブリリアント加工を行った。色調変化については、室内の太陽光が入る窓際で観察した色調と、太陽光が入ってこない室内の蛍光灯下において観察した色調を比較した。次に、上記の加工したガラス試料について、蛍光灯光源下で目視にて、輝き及びファイアを評価した。評価は以下に示す4段階で行った。なお、No.23、24及び31の試料の平面写真を図1に示す。
[輝き]
◎:輝いて見え、輝きが強い。
○:輝いて見える。
△:少しだけ輝いて見える。
×:ほとんど輝いて見えない(ガラス窓と同程度)。
◎:輝いて見え、輝きが強い。
○:輝いて見える。
△:少しだけ輝いて見える。
×:ほとんど輝いて見えない(ガラス窓と同程度)。
[ファイア]
◎:虹色(様々な色)の輝きが見える。
○:虹色の輝きが見えるが、色数が少ない。
△:少しだけ虹色の輝きが見える。
×:虹色の輝きがほとんど見えない。
◎:虹色(様々な色)の輝きが見える。
○:虹色の輝きが見えるが、色数が少ない。
△:少しだけ虹色の輝きが見える。
×:虹色の輝きがほとんど見えない。
表1から明らかなように、実施例であるNo.1〜33の試料は光源に応じて色調が変化し、かつ、輝きが◎、ファイアが○〜◎と良好であった。一方、比較例であるNo.34の試料は輝きが×であり、No.35の試料は輝き及びファイアともに×であった。またNo.36の試料は輝き及びファイアともに×であり、光源に応じた色調の変化もなかった。
Claims (13)
- モル%で、La2O3 0超〜70%、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3+B2O3+Al2O3 0%超、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%を含有することを特徴とするガラス物品。
- モル%で、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3を0%超含有することを特徴とする請求項1に記載のガラス物品。
- モル%で、B2O3+Al2O3 0超〜80%を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のガラス物品。
- モル%で、La2O3 0超〜70%、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3 0%超、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%を含有することを特徴とするガラス物品。
- モル%で、La2O3 0超〜70%、B2O3+Al2O3 0超〜80%、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%を含有することを特徴とするガラス物品。
- モル%で、La2O3 0超〜70%、Nb2O5+Ta2O5+Gd2O3+ZrO2+TiO2+Ga2O3 0%超、B2O3+Al2O3 0超〜80%、及び、Ho2O3+Nd2O3 0超〜20%を含有することを特徴とするガラス物品。
- V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ru、Ce、PrまたはErの酸化物からなる着色成分を、モル%で0〜20%を含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 屈折率が1.7以上、かつ、アッベ数が45以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 太陽光下に曝された際に第一の色調を呈し、蛍光灯下に曝された際に第一の色調とは異なる第二の色調を呈することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 面取り加工が施されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 装飾用であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のガラス物品。
- 疑似宝石であることを特徴とする請求項11に記載のガラス物品。
- 請求項11または12に記載のガラス物品を備えることを特徴とする装飾品。
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- 2020-10-20 JP JP2020175826A patent/JP2021066654A/ja active Pending
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