JPH06199540A - タングステンとの封止形成可能な高耐薬品性及び高耐熱性ホウケイ酸ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラス転移温度＞ 570℃、3.95〜4.5 ×10^-6
Ｋ^-1の熱膨脹率、DIN 12111 によるクラス１の耐加水分
解性、DIN 52326 による 240℃以上のＴＫ₁₀₀ 値を有
し、タングステンとの封止形成可能な高耐薬品性ホウケ
イ酸ガラスを提供する。 【構成】 酸化物基準（重量％表示）でSiO₂：70〜78、
B₂O₃：9 〜12、Al₂ O₃：1.5 〜 4、Li₂O：0 〜 4、Na
₂O：1 〜 5、K₂O ：1 〜 5、Σアルカリ金属酸化物：5
〜 7、MgO ：0 〜 3、CaO ：1 〜 3、BaO ＋SrO ：0 〜
2、ZnO ：0 〜 2、ZrO₂：0.5 〜 3、Σアルカリ土類金
属酸化物＋ZnO ＋ZrO₂：6 〜10及び必要に応じて慣用量
の清澄剤を含有する。K₂O :Na₂O 比＞１で、CaO を除き
アルカリ土類金属酸化物を含有しないことが好ましい。
紫外線透過率を減少させるために 1.5重量％以下のTiO₂
を含有できる。非常な高温に付されるランプのランプガ
ラスや耐燃性安全ガラスとして特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タングステンとの封止
形成可能な高耐薬品性及び高耐熱性ホウケイ酸ガラスに
関し、さらにそれらの高温に付されるランプ用のランプ
ガラス及び耐燃性安全ガラスとしての用途にも関する。

【０００２】

【従来の技術】３００℃以上の温度で使用されるランプ
は高い耐熱衝撃性を有するホウケイ酸ガラスで作製され
ている。それらの大きな加工範囲（「長い」）のため
に、高温（７００℃程度）でのみ軟化され得るこれらの
（「強硬な」）ガラスはプレス機械上でのあるいは裸火
による加工（ランプの前）に非常に適している。ガラス
が非常に高い周囲温度に耐えねばならないような使用位
置、例えばフラッシュガンの管あるいはオーブンの窓な
どにおいては、特に高い使用温度が望まれる。

【０００３】通常のソーダ石灰ガラスに比べて、ホウケ
イ酸ガラスはまた大きな硬さ、良好な表面品質、良好な
耐薬品性及び改善された絶縁性能により識別される。給
電線がガラスに挿通されたときに何ら問題を生じないよ
うに、ガラスの膨脹挙動はタングステンのそれと調和さ
れる。これまでに知られているこのタイプのガラスは、
例えば、プフェンデル（Pfaender）著、ショット・ガラ
スガイド（SCHOTT Guide to Glass ）、ファン・ノスト
ランド・ラインホルド社（van Nostrand Reinhold Comp
any ）、ニューヨーク、１９８３年（ＩＳＢＮ ０−４
４２−２７４３５−１）、第１１０頁に列挙されてい
る。より最近のガラスとしては、例えば特公平４−３３
７４１号に、６８〜８２重量％のＳｉＯ₂ 、０．５〜５
重量％のＡｌ₂ Ｏ₃ 、１０〜１８重量％のＢ₂ Ｏ₃ 、
３．５〜８重量％のＮａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ＋Ｌｉ₂ Ｏ、０〜
３重量％のＣａＯ＋ＭｇＯ、０．０６〜１重量％の清澄
剤の組成を有するガラスが記載されている。しかしなが
ら、ランプの使用温度が増大すると、特に高温に付され
るランプや非常に長い発熱期間の場合には、ガラスの安
全率が間断なく低下するという結果を生ずる。従って、
これらのガラスに改善された耐熱性を付与するようにさ
らに開発することが望まれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、非常に高いガラス転移温度を有し、アニール温度が
５７０℃以上であるホウケイ酸ガラスを見い出すことに
ある。さらに、これらのガラスは通常の溶融装置で製造
することが可能でなければならず、即ち、加工温度Ｖ_A
は１２８５℃以下でなければならず、加工範囲（加工温
度Ｖ_A と軟化点Ｅ_W との間の温度差）は少なくとも３５
０℃でなければならず、タングステンとの封着が可能で
なければならず、電気絶縁性が良好（少なくとも２４０
℃のＴＫ_{10 0} ）でなければならず、またガラスは良好も
しくは非常に良好な耐薬品性を有するべきである。さら
に本発明の目的は、前記のようなガラスを用いたランプ
ガラス及び耐燃性安全ガラスを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明によれば、酸化物基準で以下の組成 ＳｉＯ₂ ７０〜７８重量％、Ｂ₂ Ｏ₃ ９〜１２重量％、 Ａｌ₂ Ｏ₃ １．５〜４重量％、Ｌｉ₂ Ｏ ０〜４重量％、 Ｎａ₂ Ｏ １〜５重量％、Ｋ₂ Ｏ １〜５重量％、 ΣＮａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ＋Ｌｉ₂ Ｏ ５〜７重量％、 ＭｇＯ ０〜３重量％、ＣａＯ １〜３重量％、 ＢａＯ＋ＳｒＯ ０〜２重量％、ＺｎＯ ０〜２重量％、 ＺｒＯ₂ ０．５〜３重量％、 ΣＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋ＺｒＯ₂ ６〜１０重量％ 及びさらに必要に応じて慣用量の清澄剤を含有し、５７
０℃より高いガラス転移温度、３．９５〜４．５×１０
^-6Ｋ^-1の熱膨脹率、ＤＩＮ １２１１１によるクラス１
の耐加水分解性、及びＤＩＮ ５２３２６による少なく
とも２４０℃のＴＫ₁₀₀ 値を有し、タングステンとの封
止形成可能な高耐薬品性ホウケイ酸ガラスが提供され
る。本発明に係るホウケイ酸ガラスは、特に高温に付さ
れるランプ用のランプガラス、あるいはオーブンの窓ガ
ラス等に用いられる耐燃性安全ガラスなどとして有用で
ある。

【０００６】

【発明の作用及び態様】本発明に係るガラスは、７０〜
７８重量％のＳｉＯ₂ を含有する。ＳｉＯ₂ 含量が７８
重量％を超えると、ガラスの加工が困難になり、加工温
度Ｖ_A が受け入れ難いものになる。ここで加工温度Ｖ_A
とは、ガラスの粘度が１０⁴ ｄＰａｓとなる温度（℃）
を意味する。ＳｉＯ₂ 含量が７０重量％未満では、ガラ
スの熱膨脹が、ガラスを挿通しているタングステン金属
への封着をもはや確保できなくなる程増大する。７３〜
７５重量％のＳｉＯ₂ 含量が特に好ましい。

【０００７】良好な耐薬品性、失透安定性及び電気絶縁
性を達成するために、ガラスは９〜１２重量％のＢ₂ Ｏ
₃ 含量を有する。Ｂ₂ Ｏ₃ 含量が上記範囲内にあれば、
フラックスとしてガラスの溶融を容易にする。これらの
ガラスのＡｌ₂ Ｏ₃ 含量は１．５〜４重量％の範囲内に
ある。もしＡｌ₂ Ｏ₃ 含量が上記範囲より高ければ、加
工温度が受け入れ難い程増大し、相分離の傾向が増大す
る。一方、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含量が１．５重量％の下限未満に
低下すると、失透傾向が著しく増大する。特に好ましい
結果は２〜３重量％のＡｌ₂ Ｏ₃ 含量で得られる。

【０００８】アルカリ金属酸化物は、ガラス中に５〜７
重量％の合計量で存在すべきである。これらは、ガラス
の良好な溶融性を達成し、かつ熱膨脹率を修正するため
のフラックスとして供し、この範囲外では所望の値は得
られない。Ｎａ₂ Ｏ含量及びＫ₂ Ｏ含量はそれぞれ１〜
５重量％の範囲内であるべきである。ガラスはさらに０
〜４重量％のＬｉ₂ Ｏを含有し得るが、Ｌｉ₂ Ｏ−フリ
ーのガラスが好ましい。１〜３重量％のＮａ₂ Ｏ及び３
〜５重量％のＫ₂ Ｏ含量がさらに好ましい。さらに、Ｋ
₂ ＯとＮａ₂ Ｏの重量比が１より大きければ、ガラスの
絶縁性が増大することが見い出された。従って、このよ
うな重量比とすることが好ましい。

【０００９】ガラス転移温度を増大するために、ガラス
はさらに０〜３重量％のＭｇＯ、１〜３重量％のＣａＯ
及び０〜２重量％のＢａＯを含有する。ＢａＯの全量あ
るいは幾らかはまたＳｒＯで置換することができる。ア
ルカリ土類金属酸化物に加えて、ガラスはさらに０〜２
重量％のＺｎＯ及び０．５〜３重量％のＺｒＯ₂ を含有
する。ＺｒＯ₂ は耐薬品性を改善するが、その含量は３
重量％を超えるべきではない。さもなくば、そのような
ガラスは溶融残存物なしには溶融困難となるからであ
る。アルカリ土類金属酸化物＋ＺｎＯ＋ＺｒＯ₂ の合計
含量は６〜１０重量％の範囲内にあるべきである。この
範囲未満の値では、所望の高い転移温度がもはや得られ
なくなり、一方、上記範囲を超えた値では、特にＭｇＯ
及びＢａＯが使用されれば相分離が起こり得、従って使
用に適したガラスを得ることができなくなる。従って、
アルカリ土類金属酸化物は酸化カルシウムを除き全く含
有しないことが好ましい。酸化カルシウムは好ましくは
２〜３重量％の量で用いられる。好ましくはＺｎＯは１
〜２重量％の量で、ＺｒＯ₂ は２〜３重量％の量で用い
られる。

【００１０】本発明に係るガラスの好適な応用は、非常
に高い温度に付されるランプ用のランプガラスとしての
使用である。これらのランプは殆ど著しい量の紫外線を
放射する。この紫外線が望ましくない場合には、１．５
重量％以下、好ましくは０．５〜１重量％の量のＴｉＯ
₂ をガラスに添加することができ、それによって透過す
る紫外線を著しく減少させることができる。非常に高い
温度に耐える能力により、このガラスのさらに好適な用
途としては、防火性窓ガラスなどにおける耐燃性安全ガ
ラスとしての用途が挙げられる。また、ガラスはＡｓ₂
Ｏ₃ 、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、ＣｅＯ₂ 、ＮａＣｌ、ＣａＦ₂ ある
いはＮａＦなどの慣用の清澄剤により清澄できる。清澄
剤は、使用する清澄剤の量及びタイプに応じて、最終ガ
ラス中に０．０５〜１重量％の量で含まれるようにす
る。

【００１１】

【実施例】以下、実施例を示して本発明についてさらに
具体的に説明する。慣用の原材料を１６２０℃で溶融
し、ガラス材料をこの温度で１．５時間清澄し、引き続
いて溶融物を１５５０℃で３０分間攪拌して均質化する
ことにより４２の種々の組成のガラスを製造した。４１
のガラスの組成（重量％表示）を表１に、これらのガラ
スの物性を表２に示す。

【００１２】Ｎｏ．４，２５，２７，２９〜３４及び３
６〜４１のガラスは本発明による組成を有し、Ｎｏ．１
〜３，５〜２４，２６，２８及び３５のガラスは比較例
である。表１及び表２から明らかなように、本発明によ
る組成範囲から僅かに外れても本発明に係るガラス系は
相分離し易くなり、あるいは所望の物性値からずれ易く
なることがわかる。ガラスＮｏ．４１については、ＤＩ
Ｎ（ドイツ工業規格）１２１１６による耐酸性及びＤＩ
Ｎ ５２３２２（ＩＳＯ ６９５）による耐アルカリ性
についても試験した。いずれの場合も、ガラスは耐酸及
び耐アルカリでクラス１であった。また、本発明に係る
ガラスは、ＤＩＮ １２１１１による耐加水分解におい
てもクラス１であるので、高い耐薬品性のガラスである
ことは明らかであり、そのため化学装置の構造におい
て、例えばオーブンの窓などに使用可能である。

【００１３】ＴｉＯ₂ の添加による紫外線放射の減少を
示すために、実施例Ｎｏ．４１を、ＳｉＯ₂ 含量を０．
５重量％だけ下げ（従って７３．７重量％）その代りに
０．５重量％のＴｉＯ₂ を添加して繰り返し実施した。
波長２９６．７ｎｍ、サンプル厚さ１ｍｍでの紫外線の
透過率は、Ｎｏ．４１のガラス（ＴｉＯ₂ 添加なし）に
ついては５８．５％であったが、０．５重量％のＴｉＯ
₂ を添加した後では１１．５％に低下した。スペクトル
の可視領域における透過率は実質的に変化しなかった。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るホウケイ酸
ガラスは、非常に高いガラス転移温度（５７０℃より高
い）を有し、また１２８５℃以下の加工温度を有し、し
かも加工範囲（加工温度と軟化点との温度差）が３５０
℃以上であり、３．９５〜４．５×１０^-6Ｋ^-1の熱膨脹
率を有し、タングステンとの封着が可能であると共に、
耐熱性、電気絶縁性にも優れている（ＤＩＮ ５２３２
６によるＴＫ₁₀₀ 値が２４０℃以上）。さらに、耐加水
分解性、耐酸性、耐アルカリ性等の耐薬品性にも優れて
いる。従って、本発明に係るホウケイ酸ガラスは、高温
に付されるランプ用のランプガラスや耐燃性安全ガラス
などの用途に特に好適に用いることができる。また、Ｔ
ｉＯ₂ の添加によってこのような用途における紫外線放
射を著しく低減することができる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化物基準で以下の組成 ＳｉＯ₂ ７０〜７８重量％、Ｂ₂ Ｏ₃ ９〜１２重量％、 Ａｌ₂ Ｏ₃ １．５〜４重量％、Ｌｉ₂ Ｏ ０〜４重量％、 Ｎａ₂ Ｏ １〜５重量％、Ｋ₂ Ｏ １〜５重量％、 ΣＮａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ＋Ｌｉ₂ Ｏ ５〜７重量％、 ＭｇＯ ０〜３重量％、ＣａＯ １〜３重量％、 ＢａＯ＋ＳｒＯ ０〜２重量％、ＺｎＯ ０〜２重量％、 ＺｒＯ₂ ０．５〜３重量％、 ΣＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯ＋ＺｒＯ₂ ６〜１０重量％ 及びさらに必要に応じて慣用量のＡｓ₂ Ｏ₃ 、Ｓｂ₂ Ｏ
   ₃ 又はＮａＣｌなどの清澄剤を含有し、５７０℃より高
   いガラス転移温度、３．９５〜４．５×１０^-6Ｋ^-1の熱
   膨脹率、ＤＩＮ １２１１１によるクラス１の耐加水分
   解性、及びＤＩＮ５２３２６による少なくとも２４０℃
   のＴＫ₁₀₀ 値を有し、タングステンとの封止形成可能な
   高耐薬品性ホウケイ酸ガラス。
2. 【請求項２】 以下の組成 ＳｉＯ₂ ７３〜７５重量％、Ｂ₂ Ｏ₃ ９〜１２重量％、 Ａｌ₂ Ｏ₃ ２〜３重量％、Ｎａ₂ Ｏ １〜３重量％、 Ｋ₂ Ｏ ３〜５重量％、ＣａＯ ２〜３重量％、 ＺｎＯ １〜２重量％、ＺｒＯ₂ ２〜３重量％、 ΣＣａＯ＋ＺｎＯ＋ＺｒＯ₂ ＞６重量％ を有する請求項１に記載のホウケイ酸ガラス。
3. 【請求項３】 Ｋ₂ Ｏ／Ｎａ₂ Ｏ重量比＞１であること
   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。
4. 【請求項４】 １．５重量％以下のＴｉＯ₂ を含有する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載
   のホウケイ酸ガラス。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
   ホウケイ酸ガラスを用いた高温に付されるランプ用のラ
   ンプガラス。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
   ホウケイ酸ガラスを用いた耐燃性安全ガラス。