JP5947272B2 - ソラリゼーション耐性ホウケイ酸ガラス、並びにガラス管及びランプの製造におけるその使用並びに照射ユニットにおけるその使用 - Google Patents
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Description
本発明は、良好なソラリゼーション耐性（solarization resistance：露光劣化耐性）を有するホウケイ酸ガラス、並びにガラス管の製造及びランプの製造におけるその使用、並びに例えばトップガラス、フロントペイン又はシェルチューブ（shell tube）としての照射ユニットにおけるその使用を提供する。ソラリゼーションは、様々な波長範囲の光に対する透明度の低下を意味するものと認識されており、これは、短波紫外（ＵＶ）線の作用によって引き起こされるものである。最も広い意味で、紫外線範囲は、可視光の波長を下回る波長範囲（約３８０ｎｍ未満）を意味すると認識されている。本発明のより狭い意味では、ＵＶ範囲を約１００ｎｍ〜３３０ｎｍの波長範囲とみなしている。
紫外線に曝されるランプ、光源及び照射ユニットには概して、最大のソラリゼーション耐性を有するガラスを必要とする。また、透過及び遮断されるＵＶ線の波長範囲及び割合を特定及び確定するには、既定位置のＵＶ端が望ましい。ＵＶ端は、高透過率のＵＶ範囲から、透明度の限界に至る極めて低い透過率のＵＶ範囲までの透過率曲線における移行を意味すると認識されている。上記のタイプのガラスは、例えば、トップガラスとして、又は照射装置、例えば耐候システム（weathering systems）のフロントペイン若しくはシェルチューブとして必要とされる。かかるシステムでは、例えば、ラッカー、顔料、材料、部品等の経年劣化耐性が研究されている。より詳細には、それらはまた、太陽光に対するポリマーの耐性をシミュレーションするのにも、それに関連する方法、指針又は基準を検査するのにも役立つ。
ガラスの使用中にソラリゼーション作用によってもたらされる透明度の任意の低下を低減させるために、ガラスをＵＶ照射によって予めエージングさせてもよいことが知られている。しかしながら、この方法は、予めエージングさせたガラスは全体的に低い透過率を有するため、都合が悪く、また相当のコストを伴い、多くの用途にとって満足のいかない結果をもたらす。したがって、より高いソラリゼーション耐性を有するガラスに対する要求が依然として存在する。
本出願人は、ＵＶ端のその事前設定位置を通る特定のＵＶ成分の透過率を抑制する一方で、可視光及び近赤外線を高い割合で透過させる、例えば、ＵＶフィルタ用の８２８１タイプのホウケイ酸ガラスを提供している。ＵＶ線に影響を及ぼす重要な成分として、このガラスは、酸化モリブデンＭｏＯ３による遮断を受けている。
特許文献１は同様に、ＵＶ遮断がとりわけＭｏＯ３物質（content）によって確立されるガラスを記載している。特に短波範囲における透過特性に影響を与えるように、ＴｉＯ２及びＢｉ２Ｏ３の更なる補助物質が提案されている。
しかしながら、特定の用途にとっては、透過される短波光の分散が不適切であるか、又はソラリゼーション耐性が不十分である。
本発明によって提案されるホウケイ酸ガラスは、以下の含有量（以下の数字は全て酸化物に基づく重量％に関する）：
ＳｉＯ２ ６５％〜８５％、好ましくは７３％〜７７％
Ｂ２Ｏ３ ７％〜２０％、好ましくは１３．５％〜１７．５％
Ａｌ２Ｏ３ ０％〜７％、好ましくは１．３％〜３．３％
Ｌｉ２Ｏ ０％〜２％
Ｎａ２Ｏ ０％〜８％
Ｋ２Ｏ ０％〜１２％
を有する。
ＳｉＯ２ ６５％〜８５％、好ましくは７３％〜７７％
Ｂ２Ｏ３ ７％〜２０％、好ましくは１３．５％〜１７．５％
Ａｌ２Ｏ３ ０％〜７％、好ましくは１．３％〜３．３％
Ｌｉ２Ｏ ０％〜２％
Ｎａ２Ｏ ０％〜８％
Ｋ２Ｏ ０％〜１２％
を有する。
好ましくは、存在するアルカリ金属酸化物の総合計は４．５％以上かつ６．５％未満である。
加えて、本発明に従い以下の成分：
ＢａＯ ０％〜５％
ＣａＯ ０％〜２％
ＭｇＯ ０％〜２％
が存在していてもよい。
ＢａＯ ０％〜５％
ＣａＯ ０％〜２％
ＭｇＯ ０％〜２％
が存在していてもよい。
アルカリ土類金属酸化物の総計は好ましくは０％〜３％である。
加えて、以下：
ＺｎＯ ０％〜２％
及び通常量の清澄剤、とりわけ、
Ｃｌ− ０％〜３％及び／又は
Ｆ− ０％〜０．６％
が存在していてもよい。
ＺｎＯ ０％〜２％
及び通常量の清澄剤、とりわけ、
Ｃｌ− ０％〜３％及び／又は
Ｆ− ０％〜０．６％
が存在していてもよい。
本発明によれば、以下の３つの成分の組合せ：
ＴｉＯ２ ０．０５％〜０．４％
ＭｏＯ３ ０．０２５％〜０．３％
Ｖ２Ｏ５ ０．００１％〜０．０１％
により、良好なソラリゼーション耐性が達成され、ＵＶ端の既定位置を確立することが可能となる。
ＴｉＯ２ ０．０５％〜０．４％
ＭｏＯ３ ０．０２５％〜０．３％
Ｖ２Ｏ５ ０．００１％〜０．０１％
により、良好なソラリゼーション耐性が達成され、ＵＶ端の既定位置を確立することが可能となる。
０．１％〜０．３％、とりわけ０．２％のＴｉＯ２含有量が好ましい。
酸化モリブデンＭｏＯ３の特に好ましい割合は、０．０５％〜０．１５％、とりわけ０．１％である。
Ｖ２Ｏ５の特に好ましい含有量は０．００２％〜０．００６％、とりわけ０．００３％である。
熱サイクル安定性を促進させる低膨張係数を実現することから、ガラス成分中のアルカリ金属酸化物の総合計が５％〜６％の割合を有することが好ましい。
リチウムが比較的高価な成分であるばかりでなく、比較的強いマイグレーション傾向及び関連する材質変化を有することから、使用されるアルカリ金属酸化物は、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏのみであり、Ｌｉ２Ｏを含まないことが更に好ましい。
アルカリ土類金属酸化物の割合は、好ましくは合計０．５％〜２％である。これは、低応力溶融性が生じ得るように変態温度を調節するものである。
特に好ましい清澄剤は塩素であり、その割合は好ましくは０．１％〜０．２％である。
本発明のガラスは標準的なプロセスによって効率的にプロセス加工した結果、ガラス管とすることができ、半製品として、及びランプバルブ、シェルチューブを得るような更なるプロセス加工に特に適するが、フロントペイン及びカバーガラスにも適する。
指定される要件のプロファイルから、以下のガラス組成：
ＳｉＯ２ ７５．３５％
Ｂ２Ｏ３ １５．５％
Ａｌ２Ｏ３ ２．３％
Ｎａ２Ｏ ３．９％
Ｋ２Ｏ １．５％
ＣａＯ ０．６％
ＭｇＯ ０．４％
ＴｉＯ２ ０．２％
ＭｏＯ３ ０．１％
Ｖ２Ｏ５ ０．００３％
Ｃｌ− ０．１５％
が、特に好適であることが分かった。
ＳｉＯ２ ７５．３５％
Ｂ２Ｏ３ １５．５％
Ａｌ２Ｏ３ ２．３％
Ｎａ２Ｏ ３．９％
Ｋ２Ｏ １．５％
ＣａＯ ０．６％
ＭｇＯ ０．４％
ＴｉＯ２ ０．２％
ＭｏＯ３ ０．１％
Ｖ２Ｏ５ ０．００３％
Ｃｌ− ０．１５％
が、特に好適であることが分かった。
ガラス製造用の成分中に、鉄が不純物又は付随物質として発生する場合がある。ガラス中の鉄、又は酸化鉄はソラリゼーションをもたらすことが知られているため、低い鉄含有量を有するガラスが望ましい。好ましくは、Ｆｅ２Ｏ３含有量は２０ｐｐｍ以下、更に好ましくは１０ｐｐｍ以下である。
紫外波長による照射を可能な限り回避又は抑制すべき用途では、急勾配のＵＶ端を有するガラスが通常望ましい。かかるガラスは、比較的短波長において、高い透過率値の状態から極めて低い透過率値の状態まで比較的急激に移行する。しかしながら、特定の割合の紫外線がガラスを透過することが望ましい、ランプ、照射ユニット、耐候システム等では、対照的に、高い透過率の状態から遮断領域への段階的な移行、それ故、ＵＶ端のより平らなプロファイルを目的とする。
特定の用途では、７２％の透過率が３１９．５ｎｍ〜３２７．５ｎｍの波長範囲において達成されることを明記する。３８．５％の透過率値が３０１ｎｍ〜３０５ｎｍの波長において達成され、最終的には、第３の参照値すなわち指定値として、２８０ｎｍ〜２８５ｎｍの波長において５％の透過率が達成されるものである。添付の図中、これらの参照値は黒丸として示され、最大値及び最小値を伴うそれぞれのキャプション中で指定されるものとする。透過率プロファイルが要件を満たすためには、透過率曲線が、それぞれの最小波長値と最大波長値との間を通っていなければならない。
図１〜図３中、様々なガラスサンプルについて、パーセント単位の透過率プロファイルを２５０ｎｍ〜４００ｎｍの波長範囲にわたってプロットした。
図１は従来技術によるガラスサンプル（本出願人のガラスタイプ８２８１）の透過率プロファイルを示している。ガラスサンプルの厚みは１．２９ｍｍとした。未照射状態（図１における上の曲線）では、透過率曲線が目標値の二点間を通る、すなわち、既定の透過率値が所望の波長において達成される。サンプルに、ＵＶ放射器からのＵＶ光を１５時間照射した。ＵＶ放射器はＰｈｉｌｉｐｓ ＨＯＫ／４ランプ（ＨＯＫ ４／１２０高圧水銀ランプ）で構成されるものであった。サンプルからのランプの距離は７ｃｍとした。ランプの主な発光は３６５ｎｍの発光とし、１ｍの距離における２００ｎｍ〜２８０ｎｍでの照射強度は、８５０μＷ／ｃｍ２であった。第２の曲線は、ＵＶ照射後の透過率曲線のプロファイルを示す（図１における下の曲線）。この比較的短い照射時間後であっても、曲線が既定の値範囲からはずれるとともに、より平らなプロファイルを有し、かつ、より詳細には、７２％の透過率値がより大きい波長において既に達成されることがはっきり明白になっている。
対照的に、図２には、（請求項１０に記載の）本発明の組成を有するガラスサンプルについての透過率曲線をプロットしている（下の曲線がソラリゼーション前の透過率プロファイルを示し、上の曲線がソラリゼーション後のものを示す）。このガラスサンプルの壁厚は１．４０ｍｍとし、図１のサンプルと同様の照射処置を施した。ＵＶ照射処置前後の透過率プロファイルが、プロットされる全波長範囲にわたって略同じように、又は互いに極めて近くをたどることは明らかである。それ故、本発明のガラスサンプルは、ＵＶ照射に起因して、透過特性の極めて僅かな変化度を有するか、又は透過特性が殆ど変化せず、３つの既定の透過率値は、ＵＶ照射後であっても所望の波長範囲内で達成される。
この特性の長所は、以下に記載する比較用の測定結果によって説明される。図３は、いずれの場合にも１．２５ｍｍ〜１．４１ｍｍの厚みとした８つの異なる比較用サンプルの透過率プロファイルを示している。８つのサンプルは全て照射されておらず、未照射状態であっても全てのサンプルが透過率値について指定値を満たしていないことが明白である。ＵＶ端は急勾配過ぎるか、又は高い透過率値から低い透過率値までの移行が、所望のプロファイルに比べてより大きい波長値へとシフトする。８つの比較例の中に３つの指定値全てを満たすものは存在しない。サンプル番号１〜８は、図２に示されるガラスサンプルと同様のベースガラス組成を有するが、酸化物ＴｉＯ２、ＭｏＯ３及びＶ２Ｏ５の本発明の組合せを有しない。比較用サンプル１〜８では、ＵＶ透過率及びソラリゼーション耐性に影響を及ぼすことが知られている様々な成分を個々に、及び異なる組合せで添加した。比較及び完全性のために、図１に透過率曲線を示した８２８１タイプのガラスサンプルを、表１の最後の行に含める。遮断成分として、このガラスは、０．２５％しか酸化モリブデンを含有せず、二酸化チタン、酸化スズ若しくは酸化マンガンを含まず、またＭｏＯ３もＶ２Ｏ５も全く含まないものである。
表１（酸化物に基づく重量％単位での割合）
本明細書で望まれるような特に有利なソラリゼーション耐性及びＵＶ端の設定が、３つの成分ＴｉＯ２、ＭｏＯ３及びＶ２Ｏ５の上述の割合における組み合わせを伴うホウケイ酸ガラスの本発明のベースガラス組成において実現可能であることは、比較により明確になる。
Claims (13)
- ＳｉＯ２ ６５％〜８５％
Ｂ２Ｏ３ ７％〜２０％
Ａｌ２Ｏ３ ０％〜７％
Ｌｉ２Ｏ ０％〜２％
Ｎａ２Ｏ ０％〜８％
Ｋ２Ｏ ０％〜１２％
ＢａＯ ０％〜５％
ＣａＯ ０％〜２％
ＭｇＯ ０％〜２％
ＺｎＯ ０％〜２％
（酸化物に基づく重量％）を含有し、ソラリゼーションに対する高い耐性及び既定位置のＵＶ端を有するホウケイ酸ガラスであって、
下記各成分組合せ：
ＴｉＯ２ ０．０５％〜０．４％
ＭｏＯ３ ０．０２５％〜０．３％
Ｖ２Ｏ５ ０．００１％〜０．０１％
を含むことを特徴とするホウケイ酸ガラス。 - ＳｉＯ２ ７３％〜７７．５％
Ｂ２Ｏ３ １３．５％〜１７．５％
Ａｌ２Ｏ３ １．３％〜３．３％
アルカリ金属酸化物の総和 ４．５％以上かつ６．５％未満
アルカリ土類金属酸化物の総和 ０％〜３％
及び、清澄剤として、
Ｃｌ− ０％〜０．３％
Ｆ− ０％〜０．６％
を含有する請求項１に記載のホウケイ酸ガラス。 - ０．２％のＴｉＯ２を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のホウケイ酸ガラス。
- ０．１％のＭｏＯ３を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載のホウケイ酸ガラス。
- ０．００３％のＶ２Ｏ５を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載のホウケイ酸ガラス。
- 前記アルカリ金属酸化物の含有量が５％〜６％である請求項２〜５のいずれか一項に記載のホウケイ酸ガラス。
- 前記アルカリ金属酸化物物質が、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏのみで構成される請求項１〜６のいずれか一項に記載のホウケイ酸ガラス。
- ０．５％〜２．０％の割合のアルカリ土類金属酸化物を含有する請求項２〜７のいずれか一項に記載のホウケイ酸ガラス。
- 清澄剤として、Ｃｌ−の割合が０．１％〜０．２％である塩素を含有する請求項２〜８のいずれか一項に記載のホウケイ酸ガラス。
- ＳｉＯ２ ７５．３５％
Ｂ２Ｏ３ １５．５％
Ａｌ２Ｏ３ ２．３％
Ｎａ２Ｏ ３．９％
Ｋ２Ｏ １．５％
ＣａＯ ０．６％
ＭｇＯ ０．４％
ＴｉＯ２ ０．２０％
ＭｏＯ３ ０．１％
Ｖ２Ｏ５ ０．００３％
Ｃｌ− ０．１５％
を含有する請求項１〜９のいずれか一項に記載のホウケイ酸ガラス。 - ５％の透過率が２８０ｎｍ〜２８５ｎｍの波長範囲内に存在し、３８．５％の透過率が３０１ｎｍ〜３０４ｎｍの範囲内において存在し、かつ７２％の透過率が３１９．５ｎｍ〜３２７．５ｎｍの範囲内において存在する請求項１〜１０のいずれか一項に記載のホウケイ酸ガラス。
- ガラス管の製造又はランプの製造における請求項１〜１１のいずれか一項に記載のガラスの使用。
- 照射ユニットにおけるトップガラス又はフロントペイン又はシェルチューブとしての、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のガラスの使用。
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