JP4237920B2 - 紫外線遮断ガラス - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C03C—CHEMICAL 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
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学的な耐久性に優れた紫外線遮断ガラスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強力な水銀灯やハロゲンランプは可視光線だけでなく強い紫外線を放射するので、これをそのまま照明装置等の光源として使用すると人の健康に悪影響を及ぼしたり各種高分子物質の劣化を促進したりする。したがって、これら紫外線放射をともなう光源ランプを使用する装置には可視光線を透過して紫外線は遮断するような選択的透過性を有するフィルターが必要になる。
【０００３】
紫外線遮断用のフィルターとしては用途に応じて様々なタイプのものが使われているが、耐熱性と耐久性に優れたガラスを基材としそれに紫外線吸収物質を塗布または含有させたものが普通である。たとえば自動車用紫外線遮断窓ガラスには、ソーダライムガラスを基材としそれにＣeＯ2、Ｆe2Ｏ3、Ｖ2Ｏ5、ＴiＯ2等の紫外線吸収物質を含有させたものが使われている。
【０００４】
多量のＮa2Ｏを含有するソーダライムガラスはその製造工程における原料溶解温度が低くくて済むこと等により比較的安価に製造することができる。しかしながら、自動車用の窓ガラスに使用して太陽光中の紫外線の一部を遮断する程度の用途の場合はともかく、前述の紫外線放射性光源ランプのためのものの場合は高度の紫外線遮断能が求められるが、ソーダライムガラスに十分な紫外線遮断能を付与しようとして多量の紫外線吸収物質を含有させると可視光線領域の透過率も低下し、ガラスは着色してしまう。
【０００５】
ソーダライムガラスはまた、多量のナトリウム成分を含むことにより耐久性に問題があり、高湿度環境や化学物質で汚染された空気と接触するような悪条件下で長期間使用すると表面から変質が進み、ついには肉眼観察でもわかるほど着色したり不透明化したりするに至る。
【０００６】
ホウケイ酸ガラスは熱膨張係数が小さく耐久性にも優れるなど、紫外線遮断フィルターの素材ガラスとして有利な性質を備えているが、これも十分な紫外線遮断能を付与しようとすると可視光線領域の透過率低下が避けられず、透明度の高いフィルターを得ることは困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ソーダライム系ガラスと同等の溶解性とホウケイ酸ガラスに匹敵する耐久性を備えた、実質的に無着色のシャープカット紫外線遮断ガラスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ホウケイ酸ガラスに紫外線吸収物質としてＣeＯ2を含有させる場合においてホウケイ酸ガラスの特徴的な構成成分であるＢ2Ｏ3の一部をＳb2Ｏ3で置換すると同時にNa2O量をソーダライムガラスなみまたはそれ以上に増やすとシャープカット性が向上すると共に可視光線領域の透過率低下がくなって実質的に無着色のガラスが得られ、しかも耐アルカリ性（化学的耐久性の目安となる）が向上するという、新規な知見に基づき完成されたものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、ＳiＯ2 ６５〜７５重量％、Ｎａ2Ｏ １１〜２０重量％(好ましくは１１〜１５重量％)、Ａｌ2Ｏ3 ０〜３重量％(好ましくは１〜３重量％)、ＣeＯ2 ０.２〜３重量％、ＺnＯ ０〜３重量％、Ｂ2Ｏ3 ３〜８重量％、Ｓb2Ｏ3 ５〜１０重量％よりなる紫外線遮断ガラスを提供するものである。
【００１０】
この紫外線遮断ガラスは、通常波長３２０nm以下の紫外線の透過率が０％、波長３６５nmの近紫外線透過率が７０％以下、波長４００nmの可視光線の透過率が８０％以上でイェローインデックスＹＩが２以下であり、かつホウケイ酸ガラスと同等またはそれ以上の耐アルカリ性を有する（透過率は厚さ３mmの板についての測定値）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明による紫外線遮断ガラスは、ＣeＯ2以外の基本的なガラス成分に着目するとホウケイ酸ガラスとソーダライムガラスのいずれでもなく、両者の中間的な組成のものである。
【００１２】
個々の構成成分について説明すると、まず主成分のＳiＯ2は６５〜７５％とする。これ以上ＳiＯ2を多くするとガラス原料の溶解温度が高くなりすぎるので好ましくない。また６５％以下では熱膨張係数が大きくなるほか構造的に弱くなり、化学的耐久性も悪化し、失透を起こしやすくなる。
【００１３】
Ｎａ2Ｏは、１１〜２０重量％、好ましくは１０〜１５重量％とすることが本発明の目的との関係で重要である。これよりも少ないと、後述するＳb2Ｏ3添加の効果だけでは可視光線領域の透過率低下防止が充分でなく、黄色味を帯びたガラスとなる。しかし、多すぎると化学的耐久性を悪くするばかりか熱膨張係数を大きくするので、２０重量％、好ましくは１５重量％を上限とする。
【００１４】
Ｂ2Ｏ3は、典型的なホウケイ酸ガラスの場合よりも少なく、３〜８重量％とする。これよりも多くすると、Ｓb2Ｏ3を添加してもシャープな紫外線遮断特性が得られず、また黄色に着色するようになる。
【００１５】
Ｓb2Ｏ3は、ＣeＯ2を含まないホウケイ酸ガラスに添加した場合、紫外線および可視光線の透過率にはほとんど影響しない。しかし、ＣeＯ2添加ホウケイ酸ガラスの場合は、約５重量％以上のＳb2Ｏ3を添加すると波長約３５０nm以上の近紫外から可視光線にわたる広い波長範囲で透過率が顕著に向上し、それにより、ＣeＯ2による紫外線遮断のシャープカット性が向上する。この効果は、Ｎa2Ｏを多量に含有させた本発明のガラスにおいても顕著に現れる。
【００１６】
Ｓb2Ｏ3の添加はまた化学的耐久性の向上にも役立ち、多量のＮa2Ｏを含有させた本発明のガラスでも、ホウケイ酸ガラス以上に化学的耐久性に優れたものとなる。
【００１７】
なお、Ｂ2Ｏ3の含有量を変えずにＣeＯ2とＳb2Ｏ3を添加するとガラスの熱膨張係数が大きくなり、耐熱衝撃性が悪化するが、それは、Ｓb2Ｏ3添加量に応じてＢ2Ｏ3の量を減じ、Ｓb2Ｏ3とＢ2Ｏ3の合計量が約１０〜１５重量％の範囲内にあるようにすればほぼ防止することができる。
【００１８】
ＺnＯとＡl2Ｏ3は紫外線遮断能とは関係がないが、少量を配合するとガラスの化学的耐久性を向上させるのに有効であり、特にＡl2Ｏ3は配合効果が顕著であるから１〜３重量％を配合することが望ましい。
【００１９】
紫外線遮断のための主剤であるＣeＯ2は過剰に配合するとガラスを着色させる原因になるから、０.２〜３重量％の範囲内で必要最小限度の量を用いるべきである。通常、好適添加量は約０.５〜１.５重量％である。
【００２０】
Ｎａ2Ｏ含有量の多い本発明によるガラスの製造は容易であって、上述の組成になるように、かつガラス製造の常法に従って選択され調製された原料混合物を加熱して溶融状態にすることによりガラス化させればよい。
【００２１】
これにより、波長３２０nm以下の全紫外線の透過率が０％、波長３６５nmの近紫外線透過率が７０％以下、波長４００nmの可視光線の透過率が８０％以上（イェローインデックスＹＩで２以下）という、実質的に無着色のシャープカット性紫外線遮断ガラスを容易に得ることができる。
【００２２】
このガラスの特に優れている点は、１０〜２０重量％という高いＮａ2Ｏ含有量からは考えられないような優れた化学的耐久性を示すことであって、従来は典型的なホウケイ酸ガラス系のものしか使えなかったような悪環境での長期使用にも充分耐えることである。
【００２３】
本発明による紫外線遮断ガラスは加工も容易であって、任意の方法で成形、研磨して紫外線遮断フィルターとすることができる。
【００２４】
【実施例】
次に具体例を示して本発明を説明する。
表１に示した組成の５種類の紫外線遮断ガラス（実施例１〜５）を常法により製造した。得られたガラスならびに標準的なソーダライムガラス(参考例１)およびホウケイ酸ガラス（参考例２）について熱膨張係数およびアルカリ溶出量を測定し、さらに、波長３００nm以上の紫外線および可視光線領域の分光透過率の測定とイェローインデックスＹＩの測定を行なった。
【００２５】
なお、熱膨張係数はＪＩＳ Ｒ３１０２に、またアルカリ溶出量はＪＩＳ Ｒ３５０２に、それぞれ規定されている方法により測定した。イェローインデックスＹＩは次式により算出される値である（但しX,Y,Zは三色刺戟値；測定光源はＣ光源）。
ＹＩ＝(1.28X−1.06Z)100／Y
測定結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
また、実施例２及び実施例４について測定された分光透過率曲線を図１に示した。
【００２８】
【発明の効果】
上述のように、本発明によればホウケイ酸ガラスと同等またはそれ以上の化学的耐久性を備えた実質的に無着色の紫外線遮断ガラスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例２及び実施例４のガラスの分光透過率曲線である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学的な耐久性に優れた紫外線遮断ガラスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強力な水銀灯やハロゲンランプは可視光線だけでなく強い紫外線を放射するので、これをそのまま照明装置等の光源として使用すると人の健康に悪影響を及ぼしたり各種高分子物質の劣化を促進したりする。したがって、これら紫外線放射をともなう光源ランプを使用する装置には可視光線を透過して紫外線は遮断するような選択的透過性を有するフィルターが必要になる。
【０００３】
紫外線遮断用のフィルターとしては用途に応じて様々なタイプのものが使われているが、耐熱性と耐久性に優れたガラスを基材としそれに紫外線吸収物質を塗布または含有させたものが普通である。たとえば自動車用紫外線遮断窓ガラスには、ソーダライムガラスを基材としそれにＣeＯ2、Ｆe2Ｏ3、Ｖ2Ｏ5、ＴiＯ2等の紫外線吸収物質を含有させたものが使われている。
【０００４】
多量のＮa2Ｏを含有するソーダライムガラスはその製造工程における原料溶解温度が低くくて済むこと等により比較的安価に製造することができる。しかしながら、自動車用の窓ガラスに使用して太陽光中の紫外線の一部を遮断する程度の用途の場合はともかく、前述の紫外線放射性光源ランプのためのものの場合は高度の紫外線遮断能が求められるが、ソーダライムガラスに十分な紫外線遮断能を付与しようとして多量の紫外線吸収物質を含有させると可視光線領域の透過率も低下し、ガラスは着色してしまう。
【０００５】
ソーダライムガラスはまた、多量のナトリウム成分を含むことにより耐久性に問題があり、高湿度環境や化学物質で汚染された空気と接触するような悪条件下で長期間使用すると表面から変質が進み、ついには肉眼観察でもわかるほど着色したり不透明化したりするに至る。
【０００６】
ホウケイ酸ガラスは熱膨張係数が小さく耐久性にも優れるなど、紫外線遮断フィルターの素材ガラスとして有利な性質を備えているが、これも十分な紫外線遮断能を付与しようとすると可視光線領域の透過率低下が避けられず、透明度の高いフィルターを得ることは困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ソーダライム系ガラスと同等の溶解性とホウケイ酸ガラスに匹敵する耐久性を備えた、実質的に無着色のシャープカット紫外線遮断ガラスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ホウケイ酸ガラスに紫外線吸収物質としてＣeＯ2を含有させる場合においてホウケイ酸ガラスの特徴的な構成成分であるＢ2Ｏ3の一部をＳb2Ｏ3で置換すると同時にNa2O量をソーダライムガラスなみまたはそれ以上に増やすとシャープカット性が向上すると共に可視光線領域の透過率低下がくなって実質的に無着色のガラスが得られ、しかも耐アルカリ性（化学的耐久性の目安となる）が向上するという、新規な知見に基づき完成されたものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、ＳiＯ2 ６５〜７５重量％、Ｎａ2Ｏ １１〜２０重量％(好ましくは１１〜１５重量％)、Ａｌ2Ｏ3 ０〜３重量％(好ましくは１〜３重量％)、ＣeＯ2 ０.２〜３重量％、ＺnＯ ０〜３重量％、Ｂ2Ｏ3 ３〜８重量％、Ｓb2Ｏ3 ５〜１０重量％よりなる紫外線遮断ガラスを提供するものである。
【００１０】
この紫外線遮断ガラスは、通常波長３２０nm以下の紫外線の透過率が０％、波長３６５nmの近紫外線透過率が７０％以下、波長４００nmの可視光線の透過率が８０％以上でイェローインデックスＹＩが２以下であり、かつホウケイ酸ガラスと同等またはそれ以上の耐アルカリ性を有する（透過率は厚さ３mmの板についての測定値）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明による紫外線遮断ガラスは、ＣeＯ2以外の基本的なガラス成分に着目するとホウケイ酸ガラスとソーダライムガラスのいずれでもなく、両者の中間的な組成のものである。
【００１２】
個々の構成成分について説明すると、まず主成分のＳiＯ2は６５〜７５％とする。これ以上ＳiＯ2を多くするとガラス原料の溶解温度が高くなりすぎるので好ましくない。また６５％以下では熱膨張係数が大きくなるほか構造的に弱くなり、化学的耐久性も悪化し、失透を起こしやすくなる。
【００１３】
Ｎａ2Ｏは、１１〜２０重量％、好ましくは１０〜１５重量％とすることが本発明の目的との関係で重要である。これよりも少ないと、後述するＳb2Ｏ3添加の効果だけでは可視光線領域の透過率低下防止が充分でなく、黄色味を帯びたガラスとなる。しかし、多すぎると化学的耐久性を悪くするばかりか熱膨張係数を大きくするので、２０重量％、好ましくは１５重量％を上限とする。
【００１４】
Ｂ2Ｏ3は、典型的なホウケイ酸ガラスの場合よりも少なく、３〜８重量％とする。これよりも多くすると、Ｓb2Ｏ3を添加してもシャープな紫外線遮断特性が得られず、また黄色に着色するようになる。
【００１５】
Ｓb2Ｏ3は、ＣeＯ2を含まないホウケイ酸ガラスに添加した場合、紫外線および可視光線の透過率にはほとんど影響しない。しかし、ＣeＯ2添加ホウケイ酸ガラスの場合は、約５重量％以上のＳb2Ｏ3を添加すると波長約３５０nm以上の近紫外から可視光線にわたる広い波長範囲で透過率が顕著に向上し、それにより、ＣeＯ2による紫外線遮断のシャープカット性が向上する。この効果は、Ｎa2Ｏを多量に含有させた本発明のガラスにおいても顕著に現れる。
【００１６】
Ｓb2Ｏ3の添加はまた化学的耐久性の向上にも役立ち、多量のＮa2Ｏを含有させた本発明のガラスでも、ホウケイ酸ガラス以上に化学的耐久性に優れたものとなる。
【００１７】
なお、Ｂ2Ｏ3の含有量を変えずにＣeＯ2とＳb2Ｏ3を添加するとガラスの熱膨張係数が大きくなり、耐熱衝撃性が悪化するが、それは、Ｓb2Ｏ3添加量に応じてＢ2Ｏ3の量を減じ、Ｓb2Ｏ3とＢ2Ｏ3の合計量が約１０〜１５重量％の範囲内にあるようにすればほぼ防止することができる。
【００１８】
ＺnＯとＡl2Ｏ3は紫外線遮断能とは関係がないが、少量を配合するとガラスの化学的耐久性を向上させるのに有効であり、特にＡl2Ｏ3は配合効果が顕著であるから１〜３重量％を配合することが望ましい。
【００１９】
紫外線遮断のための主剤であるＣeＯ2は過剰に配合するとガラスを着色させる原因になるから、０.２〜３重量％の範囲内で必要最小限度の量を用いるべきである。通常、好適添加量は約０.５〜１.５重量％である。
【００２０】
Ｎａ2Ｏ含有量の多い本発明によるガラスの製造は容易であって、上述の組成になるように、かつガラス製造の常法に従って選択され調製された原料混合物を加熱して溶融状態にすることによりガラス化させればよい。
【００２１】
これにより、波長３２０nm以下の全紫外線の透過率が０％、波長３６５nmの近紫外線透過率が７０％以下、波長４００nmの可視光線の透過率が８０％以上（イェローインデックスＹＩで２以下）という、実質的に無着色のシャープカット性紫外線遮断ガラスを容易に得ることができる。
【００２２】
このガラスの特に優れている点は、１０〜２０重量％という高いＮａ2Ｏ含有量からは考えられないような優れた化学的耐久性を示すことであって、従来は典型的なホウケイ酸ガラス系のものしか使えなかったような悪環境での長期使用にも充分耐えることである。
【００２３】
本発明による紫外線遮断ガラスは加工も容易であって、任意の方法で成形、研磨して紫外線遮断フィルターとすることができる。
【００２４】
【実施例】
次に具体例を示して本発明を説明する。
表１に示した組成の５種類の紫外線遮断ガラス（実施例１〜５）を常法により製造した。得られたガラスならびに標準的なソーダライムガラス(参考例１)およびホウケイ酸ガラス（参考例２）について熱膨張係数およびアルカリ溶出量を測定し、さらに、波長３００nm以上の紫外線および可視光線領域の分光透過率の測定とイェローインデックスＹＩの測定を行なった。
【００２５】
なお、熱膨張係数はＪＩＳ Ｒ３１０２に、またアルカリ溶出量はＪＩＳ Ｒ３５０２に、それぞれ規定されている方法により測定した。イェローインデックスＹＩは次式により算出される値である（但しX,Y,Zは三色刺戟値；測定光源はＣ光源）。
ＹＩ＝(1.28X−1.06Z)100／Y
測定結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
また、実施例２及び実施例４について測定された分光透過率曲線を図１に示した。
【００２８】
【発明の効果】
上述のように、本発明によればホウケイ酸ガラスと同等またはそれ以上の化学的耐久性を備えた実質的に無着色の紫外線遮断ガラスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例２及び実施例４のガラスの分光透過率曲線である。
Claims (3)
- ＳiＯ2 ６５〜７５重量％、Ｎａ2Ｏ １１〜２０重量％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜３重量％、ＣeＯ2 ０.２〜３重量％、ＺnＯ ０〜３重量％、Ｂ2Ｏ3 ３〜８重量％、Ｓb2Ｏ3 ５〜１０重量％よりなることを特徴とする紫外線遮断ガラス。
- ＳiＯ2 ６５〜７５重量％、Ｎａ2Ｏ １１〜２０重量％、Ａｌ2Ｏ3 １〜３重量％、ＣeＯ2 ０.２〜３重量％、ＺnＯ ０〜３重量％、Ｂ2Ｏ3 ３〜８重量％、Ｓb2Ｏ3 ５〜１０重量％よりなることを特徴とする紫外線遮断ガラス。
- 波長３２０nm以下の紫外線の透過率が０％、波長３６５nmの近紫外線透過率が７０％以下、波長４００nmの可視光線の透過率が８０％以上であり、イェローインデックスＹＩが２以下である請求項１または２に記載の紫外線遮断ガラス（ただし透過率は厚さ３mmの板についての測定値である）。
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