JP4209544B2 - 着色ガラス - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも0.5%のFe2O3に換算した全酸化鉄(T−Fe2O3)を含む着色ガラス、とりわけ風冷強化されて建築用や自動車用窓等に用いられる着色ガラスにおいて、意匠性・生産性を損なうことなくガラス中に出現する硫化ニッケル(NiS)を除去または減少させた着色ガラスに関する。
【0002】
【従来の技術】
硫化ニッケル石は希にガラス中に発生する。その粒子径は数十μm程度の小さい物から肉眼でも認識できる数百μm程度の物まで様々であるが、これら硫化ニッケル石はガラス製品の信頼性(品質)を著しく損なうことが知られている。
【0003】
すなわち、ガラスを軟化点付近の温度まで加熱し、而る後ガラスの表面を、一般的には空気によって急冷してやることで、ガラス表面に強力な圧縮応力層を、内部に引張応力層を形成させてガラスの強度を向上させた風冷強化ガラスにおいて、硫化ニッケル石がガラス中に存在する場合、しばしば重大な問題が引き起こされる。
【0004】
硫化ニッケルは、ガラスの軟化点よりも低い温度域で相転移を起こすことが知られている。風冷強化の際にガラスの軟化点付近の温度まで加熱されると、硫化ニッケル石は高温安定相(α相)に変態し、室温まで冷却された後もα相のままでガラス中に存在する。その後、時間が経過するにつれ徐々に室温安定相(β相)へと相転移していく。硫化ニッケル石のα相からβ相への相転移には大きな体積変化を伴うため、硫化ニッケル石周辺には強い局部応力が生じ、時にクラックを発生させるが、このクラックが風冷強化ガラスの内部に存在する引張応力層に到達するとガラスは瞬時に破壊に至る。
【0005】
通常、硫化ニッケル石を含むガラスが強化されてから、硫化ニッケル石の相転移に起因する破壊に至るまでには長時間かかるため、硫化ニッケル石を含むガラスを、風冷強化される建築用や自動車用窓等として提供しないようにすることは、製品ひいてはガラス製造業者の信頼性を損なわないために非常に重要である。
【0006】
硫化ニッケル石の生成を防ぐには、まずガラス溶融炉にニッケル源を入れないことが第一である。しかし、極微量のニッケル系不純物の混入を避けるのはかなり難しい。それは工事で使用された溶接棒の端材や、機械設備に用いられたステンレス鋼部品がニッケル系不純物混入の原因であったりするからである。また、ガラスの着色原料として酸化ニッケルが意図的に投入されることもある。いずれにせよ、一般にはニッケル系不純物の混入を完全に絶つことは難しい。
そこで、仮にニッケル系不純物が混入しても硫化ニッケル石を生成しないようにする方法が、これまでにも幾つか考案されてきた。
【0007】
例えば、米国特許第4919698号公報において、溶融炉の底付近及び少なくとも入口と炉のスプリングゾーンの間の範囲の部分を電気的に酸化状態にすることによって、ガラス中の硫化ニッケル石の発生を減少させる方法が開示されている。
【0008】
また、特開平7−144922号公報において、粗バッチ物質に、モリブデン、砒素、アンチモン、ビスマス、銅、銀、二クロム酸カリウム及びクロマイト鉄並びにそれらの組み合わせから本質的になる群から選ばれた物質を少なくとも0.010重量%添加することで、硫化ニッケル石の形成を減少させる方法が開示されている。
【0009】
また、特開平9−169537号公報において、ガラス原料中に含有されるニッケル系化合物及び/または前記ガラス原料の溶融過程で混入するニッケル系化合物に起因して溶融成形されたガラス中に生成される硫化ニッケルを、前記ガラス原料に亜鉛化合物を微量添加させることにより抑制することを特徴とするソーダ石灰系ガラスの製造方法が開示されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
前記米国特許第4919698号公報に開示された硫化ニッケル石の発生を減少させる方法は、炉の構造や操業条件を著しく制限するものであり、とりわけ、特に硫化ニッケル対策を必要とする熱線吸収ガラスにおいては、熱線吸収能を示す二価の鉄イオンを十分量ガラス中に含むようにするために炉内を還元状態とする必要があるため、この方法を用いることはできないという不具合があった。
【0011】
また、前記特開平7−144922号公報に開示された硫化ニッケル石の形成を減少させる方法は、その本文中にも記されているが、モリブデン、銅、二クロム酸鉄及びクロマイト鉄の添加はガラス色調を変えてしまうという不具合があった。これらの着色は、とりわけ自動車用窓ガラスのように意匠性を重視される場合看過できない。また、砒素、アンチモンはフロートバス内での揮発によりバス内の雰囲気を汚染するため、フロート板ガラス製造には使用できず、一方、ビスマス、銀は原料が非常に高価なため、大量生産を前提とするフロート板ガラス製造に用いることはコストを押し上げ、不適当であった。
【0012】
また、特開平9−169537号公報に開示された硫化ニッケル石の形成を減少させる方法は、ガラス原料中に亜鉛化合物を微量添加させることにより硫化ニッケルを抑制することを特徴とするが、原料中に添加された亜鉛はフロートバス内での揮発が著しいために、フロートバス内の雰囲気を汚染し、フロートバスの天井部分から亜鉛酸化物が落下してガラス品質を損ない、歩留まりを低下させるという不具合があった。
【0013】
本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、とりわけ風冷強化されて建築用や自動車用窓等に用いられる着色ガラスにおいて、ガラス中に出現する硫化ニッケル(NiS)を除去または減少させるために、0.5%〜1.00%のFe2O3に換算した全酸化鉄及び0.0002%以上0.007%以下のMoに換算したモリブデンを含むことで、意匠性・生産性を損なうことなく硫化ニッケル石を除去または減少した着色ガラスを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の着色ガラスは、重量%で表示して、65〜80%のSiO 2 、0〜5%のAl 2 O 3 、0〜10%のMgO、5〜15%のCaO、5〜15%のMgO+CaO、10〜18%のNa 2 O、0〜5%のK 2 O、10〜20%のNa 2 O+K 2 O、及び0〜5%のB 2 O 3 からなる基礎ガラス組成と、着色成分として、0.5〜1.00%のFe 2 O 3 に換算した全酸化鉄(T−Fe 2 O 3 )、0.01〜1.0%のTiO 2 、及び0.1〜2.0%のCeO 2 を含み、更に、硫化ニッケル石の生成抑制のために、0.0002%以上0. 007%以下のMoに換算したモリブデンを含むことを特徴とする着色ガラスである。
【0015】
前記着色ガラスは、重量%で表示して、0.5%〜1.00%のFe2O3に換算した全酸化鉄(T−Fe2O3)と、0.0002%以上0.007%以下のMoに換算したモリブデンとともに、TiO2,CeO2,NiO,CoO,Se,MnO,Cr2O3,V2O5,Nd2O3及びEr2O3から成る群より選ばれた少なくとも1種類の着色成分を含むことが好ましく、上記のように、0.01〜1.0%のTiO 2 、及び0.1〜2.0%のCeO 2 を含む。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0017】
まず、本発明の硫化ニッケル石の生成を抑えた着色ガラス組成の限定理由について説明する。但し、以下の組成は重量%で表示したものである。
【0018】
酸化鉄は、ガラス中ではFe2O3とFeOの状態で存在する。ガラスの光学特性については、Fe2O3は紫外線吸収能を高める成分であり、FeOは熱線吸収能を高める成分である。また、酸化鉄にはモリブデンと共に硫化ニッケルの生成を抑制する働きもある。
【0019】
Fe2O3に換算した全酸化鉄(T−Fe2O3)が0.5%未満では紫外線及び赤外線の吸収効果が小さく、所望の光学特性が得られない。一方、T−Fe2O3が多すぎると酸化第1鉄の有する熱線吸収効果により、その輻射熱により溶融時に熔解槽天井部の温度が耐熱温度以上になる恐れがあり好ましくない。更に、ガラス溶融窯で連続的に生産を行う場合を考えると、T−Fe2O3が多すぎると異組成ガラス素地との組成変更に時間を要する。
【0020】
モリブデンは硫化ニッケル石の生成を抑制するための成分であり、本発明の必須成分である。酸化鉄と共に微量のモリブデンを着色ガラス中に添加することによって、ガラス色調に影響を与えることなく硫化ニッケルの生成を抑制することができる。
【0021】
理由は明らかではないが、本発明のごとく鉄とモリブデンを共に含むようなガラス組成においては、それぞれ単独に存在する場合に期待される硫化ニッケル石の生成を抑制する効果を、上回るような抑制効果が得られることが見いだされた。それは、例えば鉄とモリブデン間に何らかの相互作用が働くために生じた効果であると考えられる。
【0022】
モリブデン量がMoに換算して0.0002%未満では充分な効果が得られず、0.01%以上の添加はガラス色調に影響を及ぼす。モリブデンによって着色されたガラスの色調は黄褐色を帯びたものとなり、あたかもたばこのヤニが付着したかの如き、著しく意匠性が損なわれた色調となるため好ましくない。また、多量の添加はガラスの製造コストを押し上げ好ましくない。
【0023】
TiO2,CeO2及びV2O5はガラスに紫外線吸収能を付与する着色成分である。NiO,CoO,Se,MnO,Cr2O3,Nd2O3及びEr2O3はこれらを単独または組み合わせて添加することで、主に可視光透過率を調整しガラスに所望の色調を付与することができる。具体的な色調を得るための好ましい組み合わせを以下に示す。
【0024】
例えば、A光源を用いて測定した可視光透過率(YA)が70%以上と高い、緑色色調を持つガラスの場合、着色成分は、0.5〜1.00%のT−Fe2O3の他、0.01〜1.0%のTiO2、0.1〜2.0%のCeO2の組み合わせから成ることが好ましい。
【0025】
本発明の着色ガラスは、フロート法によって生産されることが好ましいが、必ずしもこれに限定するものではない。好ましい基礎ガラス組成の限定理由について以下に詳述する。以下の組成は重量%で表示したものである。
【0026】
SiO2(シリカ)はガラスの骨格を形成する主成分である。SiO2が65%未満ではガラスの耐久性が低下し、80%を超えるとガラスの溶解が困難になる。
【0027】
Al2O3はガラスの耐久性を向上させる成分であるが、5%を超えるとガラスの溶解が困難になる。Al2O3の好ましい範囲は0.1〜2%である。
【0028】
MgOとCaOはガラスの耐久性を向上させるとともに、成形時の失透温度、粘度を調整するのに用いられる。MgOが10%を超えると失透温度が上昇する。CaOが5%未満または15%を超えると失透温度が上昇する。MgOとCaOの合計が5%未満ではガラスの耐久性が低下し、15%を超えると失透温度が上昇する。
【0029】
Na2OとK2Oはガラスの溶解を促進させる。Na2Oが10%未満あるいはNa2OとK2Oとの合計が10%未満では溶解促進効果が乏しく、Na2Oが18%を超えるか、またはNa2OとK2Oの合計が20%を超えるとガラスの耐久性が低下する。K2O量が多いとコストが高くなるため、K2Oは5%以下に留めることが望ましい。
【0030】
B2O3はガラスの耐久性向上のため、あるいは溶解助剤としても使用される成分であるが、紫外線の吸収を強める働きもある。B2O3が5%を超えると、揮発等による成形時の不都合が生じるので5%を上限とする。
【0031】
本発明の組成範囲のガラスに、清澄剤あるいは還元剤としてSnO2を合計量で0〜1%の範囲で、本発明が目的とする色調を損なわない範囲で添加しても良い。
【0032】
【実施例】
以下、本発明の実施形態を具体的な実施例を挙げて説明する。
【0033】
実施例1〜2、参照例1〜5、比較例1〜4
典型的なソーダ石灰シリカガラスバッチ成分に、三酸化モリブデン、酸化第二鉄、酸化チタン、酸化セリウム、酸化コバルト、金属セレン、酸化ニッケル、酸化クロム及び酸化ネオジムのうちの必要量を添加すると共に、炭素系還元剤(具体的にはコークス粉末等)、清澄剤及び、硫化ニッケル石の生成を促進させるための金属ニッケル粉末0.035%相当量を加えて混合した。この原料を容量250ccのアルミナ製坩堝に入れ、電気炉中で1400℃に加熱、2時間20分溶融した後、ステンレス板上にガラス素地を流し出し、室温まで徐冷してガラス板を得た。得られたガラス板は顕微鏡観察によって、ガラス中に存在する硫化ニッケル石の個数と大きさを測定した。
【0034】
表1に、得られたサンプルの基礎ガラス組成を示す。また、表2及び表3に、各サンプルのT−Fe2O3濃度、FeO(Fe2O3換算)/T−Fe2O3比(重量%)、TiO2濃度、CeO2濃度、CoO濃度、NiO濃度、Se濃度及びMo濃度と、各サンプルの硫化ニッケル石(NiS)の個数(個)、最大径(μm)、ガラス重量当たりのNiSの個数(個/g)を示した。表1〜3の濃度を示す数字は重量%表示であるが、CoO濃度、NiO濃度、Se濃度及びMo濃度はppm単位で表示した。また、表1中のSiO2濃度には小数点以下の数値が表示されていないが、これはSiO2の小数点以下を四捨五入したためである。
【0035】
【表1】
基礎ガラス組成(重量%)
SiO2 71
Al2O3 1.6
MgO 3.6
CaO 7.7
Na2O 13.7
K2O 0.9
【0036】
【表2】
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
実施例1 実施例2 参照例1 参照例2
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
T−Fe2O3 (重量%) 1.00 0.65 1.25 1.24
FeO/T−Fe2O3(%) 23 26 23 24
TiO2 (重量%) 0.03 0.15 0.03 0.03
CeO2 (重量%) 1.00 1.65 0 0
CoO (ppm) 0 2 180 190
NiO (ppm) 0 0 690 660
Se (ppm) 0 0 0 14
Mo (ppm) 7 11 20 60
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
NiS個数 (個) 26 32 12 3
最大径 (μm) 250 300 200 260
NiS個数 (個/g) 0.17 0.20 0.097 0.019
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
参照例3 参照例4 参照例5
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
T−Fe2O3 (重量%) 2.00 1.30 3.1
FeO/T−Fe2O3(%) 24 23 24
TiO2 (重量%) 0.05 0.03 0.03
CeO2 (重量%) 0 0 0
Nd2O3 (重量%) 1.0 0 0
CoO (ppm) 0 180 0
NiO (ppm) 0 1000 0
Se (ppm) 0 0 0
Mo (ppm) 3 20 70
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
NiS個数 (個) 19 16 0(NiSは認められず)
最大径 (μm) 240 320 0
NiS個数 (個/g) 0.13 0.089 0
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【0037】
【表3】
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
比較例1 比較例2 比較例3 比較例4
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
T−Fe2O3 (重量%) 0.12 0.65 0.12 0.12
FeO/T−Fe2O3(%) 22 26 22 26
TiO2 (重量%) 0.03 0.13 0.03 0.13
CeO2 (重量%) 0 1.65 0 0
CoO (ppm) 0 0 0 0
NiO (ppm) 0 0 0 0
Se (ppm) 0 0 0 0
Mo (ppm) 0 0 75 11
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
NiS個数 (個) 65 45 58 63
最大径 (μm) 180 240 200 200
NiS個数 (個/g) 0.49 0.29 0.26 0.41
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【0038】
実施例1〜2は、請求項1の範囲内の組成である。比較例1は典型的ソーダ石灰シリカガラス組成であるが、比較例1におけるNiS個数を本実施例と比較することで、本発明に硫化ニッケルを除去あるいは減少させる効果があることが分かる。
【0039】
実施例1〜2,参照例1,2及び4はとりわけ建築用あるいは自動車用窓ガラスとして好適な、意匠性に優れた組成であり、以下にその特徴について述べる。
【0040】
実施例1及び2は、A光源を用いて測定した可視光透過率が70%以上と高く、緑色色調を持つ着色ガラスであり、表2から明らかなように、硫化ニッケルを除去あるいは減少させた着色ガラスであることが分かる。また、実施例2と比較例2及び比較例3との対比から、鉄とモリブデンを同時に含む場合に優れた硫化ニッケル減少効果が得られることが分かる。
【0041】
参照例1及び参照例4は、灰色味がかった緑色(グレイッシュグリーン)色調を持つ着色ガラスであり、表2から明らかなように、硫化ニッケルを除去あるいは減少させた着色ガラスである。
【0042】
参照例2は、刺激純度の低い灰色色調を持つ着色ガラスであり、表2から明らかなように、硫化ニッケルを除去あるいは減少させた着色ガラスである。
【0043】
比較例1は典型的ソーダ石灰シリカガラス組成であり、T−Fe2O3、モリブデン量ともに本発明の範囲外の組成である。この組成におけるNiS生成数を見れば、本発明におけるNiS生成抑止効果は明らかである。また比較例2はT−Fe2O3のみ本発明の範囲内の組成であり、一方、比較例3,4はモリブデン量のみ本発明の範囲内の組成である。いずれも本発明の実施例と比較してNiS生成抑止効果に劣ることが分かる。
【0044】
以上詳述したとおり、本発明によれば、意匠性・生産性を損なうことなく硫化ニッケル石を除去あるいは減少させた着色ガラスが提供される。
Claims (1)
- 重量%で表示して、65〜80%のSiO2、0〜5%のAl2O3、0〜10%のMgO、5〜15%のCaO、5〜15%のMgO+CaO、10〜18%のNa2O、0〜5%のK2O、10〜20%のNa2O+K2O、及び0〜5%のB2O3からなる基礎ガラス組成と、着色成分として、0.5〜1.00%のFe2O3に換算した全酸化鉄(T−Fe2O3)、0.01〜1.0%のTiO2、及び0.1〜2.0%のCeO2を含み、更に、0.0002%以上0.007%以下のMoに換算したモリブデンを含むことを特徴とする着色ガラス。
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