JP2759653B2 - 耐ソラリゼーションガラスマイクロシート - Google Patents

耐ソラリゼーションガラスマイクロシート

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JP2759653B2 JP63084977A JP8497788A JP2759653B2 JP 2759653 B2 JP2759653 B2 JP 2759653B2 JP 63084977 A JP63084977 A JP 63084977A JP 8497788 A JP8497788 A JP 8497788A JP 2759653 B2 JP2759653 B2 JP 2759653B2
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/095Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing rare earths
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の背景) 薄いシート型のガラス(ガラス工業界ではマイクロシ
ートと呼ばれ、つまり、慣例上約0.05mm〜0.64mm(約0.
002インチ〜0.025インチ)の範囲の厚さ寸法を有するガ
ラスシート)が長年の間製造されてきた。例えば、コー
ニング グラス ワークス(Corning Glass Works,Corn
ing,New York)は薄いシート型のコード0211ガラス(Co
de 0211 glass)を、研究所で使われる顕微鏡スライド
用のカバー スリップ(cover slips)、磁気フィルム
記憶装置(magnetic film memory devices)に使用され
る薄いフィルム及び厚いフィルムの支持体、液晶ディス
プレー、及びエレクトロルミネセント装置などの種々の
用途に市場開拓し、より大きな切片の型では、高度な耐
久性及び摩耗や衝撃に対する優れた抵抗力を有する窓ガ
ラスを与えるため透明なプラスチックに貼り合わせてき
た。このようなガラスは長い間、種々の寸法を個々のシ
ート型に製造され、さらに最近は、スプールに巻き取ら
れる連続したシートとして製造されている。
マイクロシートのひとつの重要な実用上の用途は、電
気エネルギー発生に利用されるシリコン太陽電池用の保
護被覆から成る。高度に透明なシートは透明なポリマー
接着剤によって太陽電池に貼り付けられ、太陽電池に取
り込まれる太陽エネルギーの量に重大な影響を与えるこ
となく、敏感な太陽電池を不純物、機械的摩耗や衝撃、
及び天候にさらされることによる影響から保護する。さ
らに、マイクロシートは大変薄い〔従来、約0.006″
(0.152mm)以下〕ので、保護ガラスシートによってほ
とんど重量が増加しない。
太陽電池の製造業者は、例えば宇宙における地球の周
りの軌道その他を回る人工衛生のようにあるエネルギー
的に対立する環境において、太陽電池の効率は保護ガラ
スのくもりにより時間と共に減少することを見い出し
た。このくもりは一般にソラリゼーションと呼ばれてい
る。高エネルギー粒子及び光子は、原子レベルでガラス
中に損傷を起し、それによりシリコン電池にとどくエネ
ルギーを減少させる。ソラリゼーション及び類似の減少
についての説明はJ.Wong及びC.A.Angellのグラス スト
ラクチャー バイ スペクトロスコピー(Glass struct
ure by Spectroscopy)、マーセル デッカー社(Marce
l Dekker,Inc.)1976出版の第6章,6.5節,“イラディ
エーション−インデュースト オプティカル フェノメ
ナ(Irradiation−Induced Optical Phenomena)”に記
載されている。
ガラスのソラリゼーションに対するひとつの既知の防
止法は、セリウムを、通常は酸化セリウムの形でガラス
組成物中に含有させることから成る。ウォング(Wong)
及びアンゲェル(Angell)は、セリウムがガラスをくも
りから保護するメカニズムを説明している。
ガラスマイクロシートは成形は大変微妙なごまかしき
かない工程である。従って、同ガラスの成形特性は極め
て厳重なコントロールを必要とする。これらの重要な特
徴の中でも最も重要なことは、ガラスの液相線温度、あ
るいはもっとも正確には最大失透温度である。よって、
同ガラスの成形粘度(約100,000ポイズ)において結晶
を成長させる傾向が少しでも有意に増加すると、許容外
の製品となるか又は製造工程の失敗すらまねく。
同ガラスの光透過特性は厳重にコントロールされなけ
ればならない。従って、同ガラスは約350nm未満の波長
の放射を高度に吸収しなければならず、その結果ポリマ
ー接着物質が劣化から保護される。一方、同ガラスは約
370nmより長い波長を有する放射を高度に透過しなけれ
ばならず、その結果太陽エネルギーが下にある太陽電池
に伝達される。この後者の必要条件は0.152mm(0.006イ
ンチ)の厚さにおける370nmの波長での50%より大きい
透過率を要求するという形で明細書に記されている。こ
の特色は“紫外線遮断”として効果的に定義される。
コーニングコート0211ガラス(Corning Code 0211 gl
ass)は、酸化物基準の重量パーセントで表わして、SiC
2:64.3,K2O:6.65,Al2O3:2.25,ZnO:7.0,B2O3:9.3,TiO2:
3.11,Na2O:7.15,Sb2O3:0.25の近似組成を有し、軟化点:
720℃,焼なまし点:550℃,ひずみ点:508℃,熱膨張率
(0℃〜300℃):74×10-7/℃,24時間液相線:890℃,の
特性を示す。
マイクロシートの望まれる薄さ〔約0.152mm(約0.006
インチ)以下〕の観点から、少なくとも4重量%のCe
O2、好ましくは最小5%のCeO2が、ソラリゼーションへ
の必要な耐性を与えるために要求される、と予測され
た。コード0211ガラス組成への単なるCeO2添加が、その
液相線温度を劇的に上昇させ、370nmの波長での必要な
紫外線透過率を与えなかった。
従って、本願発明の第一の目的は、溶融及び成形装
置、そしてマイクロシートに引き伸ばすための従来技術
を利用してマイクロシートに引き伸ばせるようにするた
めの溶融及び成形特性を示すガラス組成物を開発するこ
とであって、特に、内部液相線が1,050℃より低く、好
ましくは1,000℃より低く、最も好ましくは950℃より低
く、しかしソラリゼーションへの優れた耐性及び370nm
の波長での効果的な紫外線遮断性を示すマイクロシート
への引き伸ばしを可能にする前記諸特性を示すガラス組
成物を開発することであった。
(発明の概要) マイクロシートに引き伸ばすことを可能にする溶融及
び成形特性を示すガラスの必要性から、コーニング コ
ード0211の組成は研究のための基礎を与えた。しかし、
前述したごとく、コード0211組成への単なるCeO2添加で
は、要求される特性を示すガラスが得られなかった。研
究室の実験から、注意深くコントロールされた濃度のCe
O2及びTiO2を存在させることにより、必要な効果的紫外
線遮断性と共にソラリゼーションへの要求される耐性を
達成できることがわかった。このため、4重量%以上6
重量%以下のCeO2、及び1重量%以上3重量%以下のTi
O2が、CeO2+TiO2の合計が6重量%〜8重量%の範囲に
おいて、要求される。
研究室での調査は、基準Na2O−K2O−ZnO−Al2O3−B2O
3−SiO2系の各成分レベルは、ガラスの要求される溶融
及び成形特性に重大な影響を与えることなく、下記設定
の狭い範囲内において変化させ得ることを示している。
Na2O:6.75〜7.75,Al2O3:2〜2.5,K2O:6.25〜7.0,B2O3:8.
75〜10,ZnO:6.5〜7.5,SiO2:59〜63 所望ならば、清澄剤(fining agent)として通例の役
割を演ずるために約0.5%までの量のSb2O3を含有しても
よい。
以上の通り、本発明のガラスは、約0.05mm〜0.64mm
(約0.002インチ〜0.025インチ)の範囲の厚さを有する
ガラスシートの製造に適するガラスであって、強い耐ソ
ラリゼーション性を備え、350nm未満の波長の放射線を
高度に吸収しかつ0.152mmの厚さにおいて370nmの波長の
放射線の透過率が50%を超える工学特性を有し、酸化物
基準の重量パーセントでNa2O:6.75〜7.75,B2O3:8.75〜1
0,K2O:6.25〜7.0,SiO2:59〜63,ZnO:6.5〜7.5CeO2:4〜6,
Al2O3:2〜2.5,TiO2:1〜3,Sb2O3:0〜0.5,CeO2+TiO2:6〜
8,から実質的になることを特徴とするものである。
(好ましい実施態様の説明) 表Iは酸化物基準の重量パーセントで表わしたいくつ
かのガラス組成を示しており、これらは例1および例6
の比較例を除いて本願発明のものである。ガラスの実際
のバッチ成分はどんな物質でもよく、酸化物又は他の化
合物でもよい。これらを一緒に溶融し、適正な比率の所
望する酸化物に変換する。例えば、ホウ砂(borax)はN
a2O及びB2O3の供給源を構成する。
下記に報告する研究室での実験において、合計約1kg
のガラスバッチを混ぜ合わせ、一緒にかきまわしてプラ
チナの湯だまりに充填した。それにふたをした後、湯だ
まりを約1,500℃にたいている電気炉に導入し、バッチ
を約6時間かくはんしながら溶融した。溶融物をスチー
ルモールドに注ぎ、寸法約6インチ×6インチ×0.5イ
ンチのガラス平板に成形し、これらの平板は直ちに約50
0℃にしてあるかまに移した。
表IIは、ガラス工業で既知の技術を利用して前記ガラ
スについて測定した物性を示す。軟化点(S.P.)、焼な
まし点(A.P.)及びひずみ点(St.P.)は℃の単位で、
熱膨張率(Exp.)は×10-7/℃の単位で、そして密度(D
en.)はg/cm3の単位で記録されている。内部液相線(Li
q.)の決定は、勾配温度炉(a gradient temperature f
urnace)中のプラチナ ボート(a platinum boat)を
利用した従来の方法により行った。
表IIはまた、約1mm厚の研いでみがかれた試料につい
て得られたスペクトルから計算されたTiO2レベル(一定
の5%CeO2含有量における)の関数として、370nmの波
長での吸収率(単位はmm-1)(β370)を表示してい
る。これらの試料のうちのいくつかは、更に研いでみが
かれて約0.5mmの厚さとし、そこから得られるスペクト
ルから吸収率を再度算定した。後者の値はより厚い試料
から得られた値とよく一致した。最後に、表IIは観察さ
れた吸収を基に、0.006″の厚さのマイクロシートにつ
いて予想される、算定された透過レベル(T370)を列挙
している。結果は、例1および例6の比較例とその他の
例(本願発明の実施例)との比較から明らかなように、
許容される紫外線透過性および紫外線吸収性を確保する
ためにTiO2含有量を1〜3%にする必要があることを示
している。
ちなみに、Sb2O3の有無は、ガラスの物性にごくわず
かな影響を与えるに過ぎないことを明記すべきである。
(例3vs例7) 例5は、総合的な溶融及び成形特性とそれによって表
示される物性の基板を基に判断して、最も好ましい組成
を構成すると考えられた。
以下、本発明の実施態様を項分け記載する。
(1)約0.002″〜0.025″の範囲の厚さを有するガラス
シートの製造に適するガラスであって、強い耐ソラリゼ
ーション性及び370nmにおける紫外線遮断性を示し、本
質的に酸化物基準の重量パーセントでNa2O:6.75〜7.75,
B2O3:8.75〜10,K2O:6.25〜7.0,SiO2:59〜63,ZnO:6.5〜
7.5,CeO2:4〜6,Al2O3:2〜2.5,TiO2:1〜3,Sb2O3:0〜0.5,
CeO2+TiO2:6〜8,からなるガラス。
(2)近似組成でNa2O:7.15,B2O3:9.3,K2O:6.65,SiO2:6
1.4,ZnO:7.0,CeO2:5.0,Al2O3:2.25,TiO2:1.0,Sb2O3:0.2
5,CeO2+TiO2:6.0,を有することを特徴とする実施態様
1記載のガラス。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】約0.05mm〜0.64mm(約0.002インチ〜0.025
    インチ)の範囲の厚さを有するガラスシートの製造に適
    するガラスであって、強い耐ソラリゼーション性を備
    え、350nm未満の波長の放射線を高度に吸収しかつ0.152
    mmの厚さにおいて370nmの波長の放射線の透過率が50%
    を超える光学特性を有し、酸化物基準の重量パーセント
    でNa2O:6.75〜7.75,B2O3:8.75〜10,K2O:6.25〜7.0,Si
    O2:59〜63,ZnO:6.5〜7.5,CeO2:4〜6,Al2O3:2〜2.5,Ti
    O2:1〜3,Sb2O3:0〜0.5,CeO2+TiO2:6〜8,から実質的に
    なるガラス。
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