JPH06157066A - 無鉛高級クリスタルガラス - Google Patents
無鉛高級クリスタルガラスInfo
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- JPH06157066A JPH06157066A JP5137523A JP13752393A JPH06157066A JP H06157066 A JPH06157066 A JP H06157066A JP 5137523 A JP5137523 A JP 5137523A JP 13752393 A JP13752393 A JP 13752393A JP H06157066 A JPH06157066 A JP H06157066A
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- 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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-
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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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- C03C4/0028—Compositions for glass with special properties for crystal glass, e.g. lead-free crystal glass
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Abstract
的、および物理的特性のすべてを示す、無鉛ガラスを提
供する。 【構成】 酸化物基準の重量%で表して、54〜64%
のSiO2 、0〜3%のLi2 O、0〜6.5%のNa
2 O、0〜7%のK2 O、8〜15%のLi2O+Na
2 O+K2 O、8〜13%のBaO、8〜13%のSr
O、5.5〜9%のZnO、および22〜33%のBa
O+SrO+ZnOから実質的になり、Li2 O、Na
2 O、およびK2 Oの少なくとも2種類が含まれ、実質
的に等モル比で存在する。
Description
ガラスに関するものである。
よびガラス製品に関する用語の標準定義)はクリスタル
ガラスを「芸術作品および卓上食器類に使用されること
が多い、透明度の高い無色ガラス」と定義している。何
世紀にもわたって、最高級クリスタルガラス製品の組成
には大量の酸化鉛の存在が必要であると考えられてき
た。このため、多くの高級クリスタルガラス製品組成物
はその組成中に24〜30重量%の酸化鉛を含み、さら
に大量に含むガラス組成物もある。例えば、ニューヨー
ク州、コーニングのコーニング インコーポレーテッド
からストーベン(STEUBEN)の商標で市販されて
いるクリスタルガラス製品は約30重量%のPbOを含
む。ヨーロッパでは、鉛クリスタルガラス製品は少なく
とも24%の酸化鉛を含むことが必要である。従来か
ら、基本ガラス配合に酸化鉛を加えることにより、輝
き、透明性、溶融性、反響(共鳴)、重量、および加工
性のような特別な品質をガラスに与えることが分かって
いる。言い換えれば、そのような特性の組合せを示すガ
ラスは無鉛ガラス組成物では製造できなかった。
一つは、そのようなガラスの製品、例えばディナー用平
皿、ゴブレット、つぼ、椀、等の縁を、鉛筆や金属食器
類、例えばナイフ、フォークまたはスプーンのような物
体でたたいた時に鈴のような音が生じることである。鈴
の製造技術では、この音響は「打撃」音の後に共鳴、つ
まり「響き」音が長時間続くことと特徴付けられてい
る。響き(つまり共鳴)の持続が、発生する音響の全体
的な美しさに大きく貢献している。ガラス組成物中に鉛
が存在することが高級クリスタルガラス中で共鳴が長く
続く理由であると考えられてきた。というのは通常のソ
ーダ−石灰−シリカガラスは、あるにしても、非常に僅
かな共鳴しか示さないからである。
れる特徴はその重量である。つまり、1個のガラスの
「重さ」がその豊かさを示しているのである。したがっ
て、クリスタルガラスは一般的に密度が少なくとも2.
7g/cm3 であり、多くの高級鉛含有クリスタルガラスは
2.8g/cm3 以上の密度を示す。ストーベンガラス製品
は密度が約3g/cm3 である。
ガラス製品と同じ程度の耐薬品性を示す必要はないが、
少なくとも、環境に長時間さらした時に表面に曇りを生
じてはならない。ある種の古い鉛含有クリスタルガラス
では、表面が非常に劣化してクレージングおよび/また
はしわを発生している。
特徴は、特に手作業で加工する場合、ストーベンガラス
製品にあてはまるように、成形するのに粘度が高くなり
過ぎる前の、ガラスの加工範囲が広いことである。粘度
が高くなり過ぎた時点でガラス片がまだ完全に望ましい
形状に成形されていない場合、再び加工可能になり、さ
らに成形できるようになるまで、そのガラス片を炉中で
再加熱する。この再加熱の際、表面が結晶化してはなら
ない。製品の成形に最適な粘度は約105 ポアズ(10
4 Pa.s)であると考えられている。ストーベンガラス製
品の場合、その粘度に相当する温度は約790℃であ
る。
い特徴の一つは傷が付き易いことである。ガラスの耐引
っ掻き性の一尺度はその表面硬度である。大量の鉛を含
むガラスの表面硬度は常に低い。その上、表面硬度の高
いガラスは、表面硬度の低いガラスよりも一般的により
輝きのある表面を呈し、その輝きはガラスの全体的な美
しさを高める。
のガラスが接触する可能性がある食品中の酸およびアル
カリ分による攻撃に耐えなければならない。鉛の毒性は
以前から認められている。近年は、あらゆる調理用具お
よび卓上食器類から鉛を少なくする/なくす動きがあ
る。そのため、連邦食品医薬品局(FDA)は食品と接
触する表面の超えてはならない最高鉛放出量を規定して
おり、食品と接触する表面から放出される鉛を完全に無
くすことを規定している州法もある。このような状況下
で、米国特許第4,084,976号(ヒントン)、第
4,224,074号(ニグリン)、第4,282,0
35号(ニグリン)、第4,285,731号(ニグリ
ン)、第4,590,171号(ニグリン)に記載され
ているように、食器類の被覆および装飾に使用する無鉛
エナメルおよび釉薬の製造が行われている。しかし、こ
れらのガラスの特性は高級クリスタルガラスにより示さ
れる特性には及ばない。
ガラス分野、すなわちテレビ受像管の前面板でも注目さ
れている。X線放射を伴う高速の電子がPbO含有ガラ
スと衝突することにより、そこに褐色がかった変色を引
き起こす。そのため、X線は吸収するが、褐変現象を起
こさないガラス組成物が開発されている。このようなガ
ラスは下記の特許に記載されている。
ーら)は、実質的に重量%で表して、Na2 Oが0〜1
0%および/またはK2 Oが0〜13%であり、Na2
O+K2 Oの合計が4〜20%を構成し、SiO2 が4
0〜70%、SrOが20%までの有効量であり、Na
2 Oおよび/またはK2 O+SrO+SiO2 の合計が
全組成物の少なくとも70重量%になるガラスを開示し
ている。このガラス組成物は、20%までのBaOおよ
び/または合計15%までのCaO+MgO+ZnOお
よび/または10%までのAl2 O3 および/またはZ
rO2 を含むことができる。この特許には、ZnOはど
こにも記載されていない。
ド)は、実質的に重量%で表して、61〜65%のSi
O2 、10〜13%のSrO、0.2〜0.8%のLi
2 O、7〜10%のK2 O、6〜9%のNa2 O、1.
5〜3.5%のAl2 O3 、2〜4%のCaO+Mg
O、0.2〜0.7%のTiO2 、0.1〜0.3%の
CeO2 、および0.4〜0.8%のAs2 O3 +Sb
2 O3 からなる、テレビ受像管前面板用のPbOを含ま
ないガラス組成物を記載している。この特許にも、Zn
Oはどこにも記載されていない。
ロウら)は、実質的に重量%で表して、54〜69%の
SiO2 、6〜10%のNa2 O、5〜10%のK
2 O、14〜20%のNa2 O+K2 O、0〜4%のC
aO、0〜2.5%のMgO、0〜6%のAl2 O3 、
0〜6%のZrO2 、20%より多い2ZrO2 +Ba
O+ZnO+4Sb2 O3 、6%より少ないAl2 O3
+ZrO2 、0.05〜0.3%のCeO2 、8〜18
%のBaO、0〜5%のZnO、0〜0.3%のAs2
O3 、0〜3%のSb2 O3 、0.3%以上のAs2 O
3 +Sb2 O3 、および3%より多いZrO2 +ZnO
+Sb2 O3 からなる、テレビ受像管前面板用のPbO
を含まないガラス組成物を記載している。SrOはどこ
にも記載されていない。
ド)は、実質的に重量%で表して、43〜55%のSi
O2 、0〜4%のAl2 O3 、5〜12%のZnO、
0.5〜3%のLi2 O、4〜8%のNa2 O、3〜8
%のK2 O、10〜18%のLi2 O+Na2 O+K2
O、2〜8%のZrO2 、0.3〜1%のCeO2 、0
〜5%のCaO、2〜14%のSrO、10〜20%の
BaO、および16〜30%のCaO+SrO+BaO
からなる、テレビ受像管前面板用のPbOを含まないガ
ラス組成物を記載している。
で使用する最高値よりも高く、所望により使用する成分
ではなく、必要な成分であり、この特許に記載されてい
る作業実施例のどれも本発明のガラスの範囲に入る組成
を有していない。
ロンら)は、実質的に重量%で表して、60〜63%の
SiO2 、0.25〜0.8%のLi2 O、7.25〜
9.25%のNa2 O、6〜8.25%のK2 O、5.
5〜8.5%のSrO、4〜6.25%のZrO2 +A
l2 O3 、0.25〜0.55%のSb2 O3 、0〜
0.25%のAs2 O3 、0.35〜0.75%のSb
2 O3 +As2 O3 、0.15〜0.5%のCeO2 、
5.5〜8.5%のBaO、1.5〜4.0%のCa
O、0.25〜0.75%のTiO2 、4〜6.25%
のZrO2 、および0〜2%未満のAl2 O3 からな
る、テレビ受像管前面板用のPbOを含まないガラス組
成物を記載している。ZnOはこの特許請求された組成
物のどこにも記載されていない。
ー)は、実質的に重量%で表して、0.75〜3%のL
i2 O、5〜7%のNa2 O、5〜7%のK2 O、7.
5〜10%のSrO、14〜16%のBaO、0〜3%
のCaO、11〜16%のLi2 O+Na2 O+K
2 O、21.5〜26%のCaO+SrO+BaO、1
〜2%のAl2 O3 、2〜7%のZrO2 、55〜60
%のSiO2 、および0.4〜0.8%のCeO2 から
なる投写管前面板用のPbOおよびZnOを含まないガ
ラス組成物を記載している。このガラス組成物はZnO
を含まないと明確に述べている。
ら)は、実質的に重量%で表して、60〜65%のSi
O2 、0〜3%のAl2 O3 、6.5〜8%のNa
2 O、6.5〜10%のK2 O、1〜8%のZnO、
0.1〜1%のCeO2 、0.1〜1%のTiO2 、
0.1〜1%のSb2 O3 、0〜3%のCaO+Mg
O、8〜12%のSrO、8〜12%のBaO、および
16〜21%のSrO+BaOからなる陰極線管前面板
用のPbOおよびLi2 Oを含まないガラス組成物を記
載している。
される最高値よりも一般的に高く、ZnOの好ましい量
は本発明のガラスに必要な最少値よりも低く、このガラ
ス組成物にはLi2 Oが存在しない。
スから放出される鉛の量は非常に少ないが、食品と接触
するあらゆる道具から鉛をなくす運動が現在行われてい
るので、本発明の目的は、鉛を含まないが、高級鉛クリ
スタルガラスに固有の美的、化学的、および物理的特性
のすべてを示すガラス組成物を提供することである。
ると考えられているので、特殊な、経費のかかる廃棄手
段が必要になる。鉛含有バッテリーやテレビ受像機の廃
棄と異なり、鉛クリスタルガラス製品の所有者にとって
は何の問題もないが、製造工程から生じるドロスを廃棄
しなければならないガラスメーカーにとっては、これは
非常に重要である。したがって、ガラス組成物から鉛を
除去することのもう一つの長所は、埋め立ての問題がほ
とんどなくなることである。
2種の、ほとんど等モル比のアルカリ金属酸化物Li2
O、Na2 OおよびK2 O、BaO、SrO、およびZ
nOを含むケイ酸塩ガラスで達成された。好ましいガラ
スでは、すべてのアルカリ金属酸化物が実質的に等モル
比で存在する。これら3種類のすべてのアルカリ金属酸
化物が実質的に等モル比で含むことにより、ガラスから
生じる音響に著しく有利な影響を及ぼす。所望の目的を
達成するには、酸化物基準の重量%で表して、54〜6
4%のSiO2 、0〜3%のLi2 O、0〜6.5%の
Na2 O、0〜7%のK2 O、8〜15%のLi2 O+
Na2 O+K2 O、8〜13%のBaO、8〜13%の
SrO、5.5〜9%のZnO、および22〜33%の
BaO+SrO+ZnOからなり、3種類のアルカリ金
属の少なくとも2種類が含まれ、実質的に等モル比で存
在する組成物が有効であることが分かった。
属酸化物のすべてが含まれ、実質的に等モル比で存在
し、ガラスが、酸化物基準の重量%で表して、58〜6
1%のSiO2 、0.75〜2.5%のLi2 O、2〜
5%のNa2 O、2〜7%のK2 O、9〜13%のLi
2 O+Na2 O+K2 O、9〜12%のBaO、9〜1
2%のSrO、6〜9%のZnO、および24〜33%
のBaO+SrO+ZnOから実質的になる。
び加工特性を変えるために、合計5%までの、Al2 O
3 、B2 O3 、Bi2 O3 、CaO、MgO、TiO2
およびZrO2 のような相容性のある金属酸化物を、そ
れぞれが3%を超えない量で加えることができる。例え
ば、Al2 O3 およびZrO2 はガラス業界でガラスの
耐薬品性を改良するための有用な補助剤として認められ
ている。しかし、これらの酸化物にはガラスを硬くする
傾向があるので、その添加量は制限される。所望によ
り、As2 O3 および/またはSb2 O3 を通常の量で
ガラスバッチに加え、それらの一般的な清澄作用を発揮
させることもできる。同様に、着色ガラスが望ましい場
合には、遷移金属酸化物のような従来のガラス着色剤を
通常の量でガラスに配合することができる。
5g/cm3 であり、好ましい組成物では密度が少なくとも
2.85g/cm3 である。
る、酸化物基準の重量%で表した一連のガラス組成物を
示す。ガラス製造用の実際のバッチ成分は、酸化物で
も、溶融した時に適切な比率で、所望の酸化物に変換さ
れる他の化合物でもよい。例えば、BaCO3 およびN
a2 CO3 はそれぞれBaOおよびNa2 Oの供給源と
なる。Sb2 O3 は、ガラス溶融物中で清澄剤としての
従来の機能を果たすために導入した。
を十分に混合し、その混合物を白金るつぼに入れた。る
つぼを約1450℃の炉に入れ、バッチを約3時間溶融
させた。その後、溶融物を鋼製の鋳型に流し込み、寸法
が約10''x4''x0.5''(約25.4x10.16
x1.27cm)の、長方形のガラススラブを形成し、こ
れらのスラブをただちに約500℃の徐冷装置に入れ
た。
形作業だけを記載しているが、無論、表Iに示す本発明
の組成物は、通常の商業的溶融装置およびガラス成形技
術を使用し、はるかに大きな量で溶融および成形するこ
とができる。
に鉛を含まないクリスタルガラス製品組成物も含むが、
それらの重量%の分析結果を会社の名称の下に示す。
より測定した、軟化点(S.P.)、℃で表した徐冷点(A.P.)
およびひずみ点(St.P)、x10-7/℃で表した、25°
〜300℃の温度範囲にわたる線熱膨脹係数(Exp) 、g/
cm3 で表示した密度(Den) 、および屈折率を示す。
定義されるガラスの耐薬品性は、重量が既知である研磨
した板を5重量%のHClの水性浴に95℃で24時間
浸漬して測定した。浴から引き上げて乾燥させた後、そ
の板を再度計量し、重量損失を mg/cm2 で測定した。
て定義されるガラスの耐薬品性は、重量が既知である板
を5重量%のNaOHの水性浴に95℃で6時間浸漬し
て測定した。浴から引き上げて乾燥させた後、その板を
再度計量し、重量損失を mg/cm2 で測定した。
その結果を表III に示す。この試験では、各ガラスの試
験片2個を98%相対湿度/50℃に12週間さらす。
一方の試験片は2週間毎に脱イオン水で洗浄した。もう
一方の試験片は12週の終りまで洗浄せずに2週間毎に
検査した。耐候性の程度はA(目に見える損傷なし)か
らE(過度の堆積物)まで評価した。ガラスの輝きは表
面品質の一部であるが、優れた耐候性は高級クリスタル
ガラスの重要な特徴である。表III では記号を使用す
る。
I に含める。
ない試料の試験は、耐候性が非常に悪いことが目視で分
かったので、12週前に打ち切った。これらの試料は終
了時に洗浄し、その値を「洗浄」と表記した欄に記録し
た。
た試料の試験は、12週前に打ち切った。試験の終了時
にこれらの試料により示された耐候性の値を、試験の打
ち切りを示す欄に記載する。
化学的および物理的特性を示す、鉛を含まないガラスで
あり、実施例1が最も好ましい実施態様である。したが
って、これらのガラスは、「重さ」、すなわち望ましい
高密度、と共に比較的低い軟化および徐冷点、比較的良
好な化学的耐性、および優れた耐候性を示す。最後の2
つの特性は、組成が実施例1の組成に近いので、実施例
2〜5に固有の特性であると考えられる。
現在市販されている無鉛クリスタルガラス製品よりも一
般的に軟らかく、高密度である。しかし、実施例1〜5
と市販の無鉛クリスタルガラス製品(実施例6〜10は
望ましい特性を有するガラスが得られることが分かって
いる範囲の外にある組成を有する)との最も大きな違い
は、表III に示されているように、耐候性がはるかに良
いことである。
に入るガラスは大型の商業的製造装置で溶融させること
ができる。試験的製造において、鉛含有クリスタルガラ
ス製品で通常使用されている手順にしたがって、実施例
1のガラスを手作業で成形および彫刻した。作業者は、
このガラスの挙動は、鉛含有クリスタルガラス製品より
優れてはいなくても、少なくとも同等であり、再加熱の
再に結晶化しなかったと報告している。このように、1
05 ポアズ(104 Pa.s) における温度はSTEUBE
Nガラス製品のそれよりも約60℃高かったが、そのフ
ァクターは溶融および成形工程に悪影響を及ぼさなかっ
た。このガラスから手作業で加工したつぼや椀から生じ
る、共鳴する鈴のような音響は、ストーベンガラス製品
のそれに匹敵した。一般的に、本発明のガラスは、スト
ーベンガラス製品の温度よりも約50°〜125℃高い
温度で105 ポアズ(104 Pa.s) の粘度を示す。
EUBENガラス製品と比較することも重要である。実
施例1は両試験においてやや優れていることが立証され
た。さらに、ヌープ硬さ値(100g荷重)は実施例1
が498であり、ストーベンガラス製品が415である
ことから明らかなように、実施例1の表面硬度はストー
ベンガラス製品のそれよりも大きい。
Claims (4)
- 【請求項1】 実質的に鉛を含まず、密度が少なくとも
2.75g/cm3 であり、打撃を加えた時に鈴のような音
響を発し、耐候性が優れたガラスであって、酸化物基準
の重量%で表して、54〜64%のSiO2 、0〜3%
のLi2 O、0〜6.5%のNa2 O、0〜7%のK2
O、8〜15%のLi2 O+Na2 O+K2 O、8〜1
3%のBaO、8〜13%のSrO、5.5〜9%のZ
nO、および22〜33%のBaO+SrO+ZnOか
ら実質的になり、Li2 O、Na2 O、およびK2 Oの
少なくとも2種類が含まれ、実質的に等モル比で存在す
ることを特徴とするガラス。 - 【請求項2】 合計5%までの、Al2 O3 、B
2 O3 、Bi2 O3 、CaO、MgO、TiO2 および
ZrO2 からなる群より選択された少なくとも1種の金
属酸化物を、それぞれが3%を超えない量で含むことを
特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項3】 前記ガラスが、酸化物基準の重量%で表
して、58〜61%のSiO2 、0.75〜2.5%の
Li2 O、2〜5%のNa2 O、2〜7%のK2 O、9
〜13%のLi2 O+Na2 O+K2 O、9〜12%の
BaO、9〜12%のSrO、6〜9%のZnO、およ
び24〜33%のBaO+SrO+ZnOから実質的に
なり、Li2 O、Na2 O、およびK2 Oが実質的に等
モル比で存在することを特徴とする請求項1記載のガラ
ス。 - 【請求項4】 合計5%までの、Al2 O3 、B
2 O3 、Bi2 O3 、CaO、MgO、TiO2 および
ZrO2 からなる群より選択された少なくとも1種の金
属酸化物を、それぞれが3%を超えない量で含むことを
特徴とする請求項1記載のガラス。
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