JPH0393643A - 平板ガラス組成物 - Google Patents
平板ガラス組成物Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産.業上の利用分野〕
本発明は、溶融及び成形に関し経済的な利点を与え、一
層よい強化(tempering)特性及び改良された
表面耐久性を有する改良されたソーダ・石灰・シリカ平
板ガラス組成物に関する.その組成物は、フロート法に
よる平板ガラスの製造に特に適している. ?従来の技術〕 商業的に製造される平板(flat)ガラスの組成はむ
しろ狭く標準化されてきており、世界中の種々の製造業
者によって製造されている平板ガラス製品の組成は、次
の典型的な組成: 戒分重量% Sio*73.08 Nat013.68 K20G.02 CaO8.94 MgO3.88 AI■0,0.11 SO30.23 Fe*030.12 から主成分が1又は2%より多く変化することはめった
にない. この種の組成は標準的になっている.何故ならそれらは
平板ガラス製品の製造及び後の処理に望ましい注意深く
釣合わせた諸性質の組み合わせを与えるからである.一
つの性質を改良するため一つの成分を変えると、少なく
とも一つ以上の他の性質に悪影響を与える.今まで標準
的平板ガラス組成物が最適にされていると考えられてい
る幾つかの性質には、最低の溶融温度、成形中の失透の
回避、表面摩耗抵抗、表面耐候性、溶融中の低い耐火物
侵食性、低いバッチコストが含まれる.上に記載した標
準的平板ガラス組成物の溶融温度は2630″Fである
.シリカのIを少なくし、且つ又はガラス中のアルカリ
の量を増大するとガラスの溶融温度が低下し、溶融に必
要なエネルギーを低下することができるが、そうすると
ガラス製品の表面耐久性が低下して望ましくないことが
以前から知られている.耐久性の低下を補うため他の成
分を調節すると、『作業範囲(workingrang
e)Jの減少、即ちガラスの実質的な失透を起こすこと
なくガラスを形成することができる温度範囲の縮小の如
き他の欠点をもたらすことになる.結局、溶融の利点及
びエネルギーの節約を達成するためには、ガラスのシリ
カ含有量を70%よりかなり低く低下させることは、平
板ガラス製造業者、特にフロート法ガラス製造業者にと
って非実際的であると今まで考えられてきた. 米国特許第3,833,388号明細書〔オールベルグ
(Ohlberg)その他〕には、通常よりアルカリ含
有量が高いが、シリカ含有量が70%以上である平板ガ
ラス組成物が記載されている.従って、溶融温度を低下
できる可能性は、その組成物では完全には実現されてい
ない. 米国特許第3,779,733号明細書〔ジャナキラマ
・ラオ(Janakirama−Rao))番こは、含
まれるシリカノ濃度は70%よりかなり低い平板ガラス
組成物のための広い組成範囲が記載されているが、それ
は70%より低いシリカ濃度を有する平板ガラスを成功
裡に製造することができるようにするものではない.そ
の特許は、ある透過特性をもつガラス製品を製造するこ
とを取り扱っているが、溶融特性を改良することには無
関係である. 米国特許第2,581,639号明細書〔ダンカン(D
unean)その他〕には、金属部品に密封するのに用
いられ、シート引張り法による製造に適していると記載
されているテレビジョン前面ガラスが記載されている.
シリカの濃度は70%よりわずかに低いだけである. 米国特許第2,669,808号明細書(ダンカンその
他)には、ブラウン管の金属部品へ封着するために用い
られる別のガラス組成物が記載されている.そのガラス
は、シート引張り法により製造できるように考えられて
いるが、シリカ濃度は極めて低く、そのガラスが、ビル
ディング又は乗物の嵌め込みガラスの如き一般的平板ガ
ラスの用途に漏しているとは考えられない.低いシリカ
濃度は表面耐久性を低下する結果になると予想される.
特願昭61−197444号公報には、ガラスの強化特
性を改良する為に70%より低いシリカ濃度を有するソ
ーダ・石灰・シリカガラス組成物が記載されている.通
常より高いCaO濃度を有すると共に、Sin.濃度を
低くすると、溶融の利点が得られると予想されるであろ
う.しかし、CaO濃度を増大し、比較的中程度の量の
アルカリを維持することに頼ることは、温度/粘度曲線
の望ましくない平坦化をもたらし、その結果平らな帯に
形成するのに適した粘度範囲の温度が上昇し、失透の危
険が増大する(即ち作業範囲は減少する).或るフロー
ト法ガラス形戒操作にとっては、上記特許出願に記載さ
れた実施例の幾つかは失透を起こさずには形成できず、
或は溶融段階と成形段階との間でかなりのガラス冷却を
必要とするであろう.前記特許出願にはかなり広い範囲
のアルミナが記載されているが、希望の結果を得るため
には、実施例で比較的多量(5%)のアルミナ必要とす
るか、又はアルミナとチタニアの組み合わせを必要とし
、それらは両方とも実質的にバッチコストを増大する.
実施例中シリ力とアルミナの合計が比較的高いことは、
溶融温度の低下が最適にされていないことも示している
. ソーダ・石灰・シリカガラス、それらの威分、成分とガ
ラス生成物の性質の或るものとの間の関係についての一
般的説明は、G.W.モーレイ(Norey)による「
ガラスの性質』(ThePropertiesofGl
ass)(Reinhold,1954)pp.74−
78に見出すことができる.そこに与えられているガラ
ス組成の幾つかの例の中で、シリカが70%より少ない
例で大量生産されている平板ガラスであるものは一つも
ない.シリカが60%の例1は耐久性が欠如されている
と記載されている. 〔本発明の要約〕 本発明は、平板ガラス製造に有利な性質の独特の組合せ
:低い溶融温度(259G’Fより低く、最もよい実施
例では2560″Fより低い);平板ガラスへ平らに成
形するのに適した少なくとも50’Fの広い作業範囲;
改良された表面耐久性;及び改良された強化能力:を有
することが発見されたソーダ・石灰・シリカガラス組戒
物の特に規定された範囲にある.この諸性質の組合せは
、70%より低く低下させたシリカ濃度、比較的高いア
ルカリ含有量、平板ガラスで一般的な量よりも実質的に
多いアルミナ、及び注意深く規定した量のCoo及びM
.0によって一般的に特徴付けられる組成物によって得
られることが判明している.特に本発明の組成物は,次
の如く規定される: ?分範囲好ましい範囲 (重量%)(重量%) Si0266.0〜89.166.5〜68.5AI1
032.0〜4.02.0〜4.0(Sioz+AI*
O3>71.6未満71.1未満Nmgo15〜191
6.5〜19 K.OO〜20〜2 (Nago十Kao)15〜2017.2〜20CaO
7.5〜97.5〜8.5 M.02〜42〜4 (CaO+MgO)10.2〜12.01G.2〜12
.0(Cao/Mgo)1.9〜3.5■ 1.9〜3
.5酸化鉄、セレン、酸化コバルトの如き着色剤が、着
色ガラスを製造する慣用的やり方に従って全組成物の1
%をめったに越えないわずかな量でガラス中に存在して
いてもよい.S03の如き当分野で慣用的に用いられて
いる溶融及び清澄化助剤を少量存在させてもよく、ガラ
スの性質に影響を与えない. 〔詳細な記述〕 ソーダ・石灰・シリカガラスでは、シリカはガラス網目
構造を主に形成するので主成分である.シリカは溶融す
るのに最も難しい成分でもある.本発明のガラスのシリ
カ含有量を70%より低く減少させると、溶融温度を低
くする結果になる.アルミナも溶融温度を上昇させる傾
向があるが、本発明では、幾らかのシリカの代わりにア
ルミナを用いることによりシリカ+アルミナの合計含有
量を低下させ、それによって溶融温度を下げることがで
きることが発見されている.同時にアルミナは表面腐食
に対するガラスの耐久性を改良し、ガラス中のシリカの
量を減少させることにより起こされる耐久性の低下が、
一層少ない量のアルミナで置き換えることにより充分以
上補償されることが見出されている.驚いたことに、表
面耐久性は標準的市販の平板ガラスよりも大きくさえな
ることが判明している.従って、66.0〜69.1重
量%、好ましくは66.5〜68.5%のシリカ含有量
をもち、シリカ+アルミナの合計含有lが71.6重量
%より少ないと、2590’Fより低く、最もよい場合
には2560゜Fより低い溶融温度が本発明により耐久
性の損失を起こすことなく得られている.溶融温度は、
粘度が100ボアズになるガラスの温度として定義され
ている.アルミナの含有量が2.0〜4.0重量%の範
囲に限定される.何故ならこの範囲外のアルミナ濃度は
この種のガラス組成物の液相温度を上昇させることが判
明しているからである.液相温度とは、ガラス生成物中
に望ましくない曇りを起こす失透をガラスが起こし始め
る温度である.ガラスが平らな帯又は他の製品の形に威
形された後、ガラスを失透温度を通って比較的速く冷却
し、成形中失透が起きないようにすることが必須である
.従って、液相温度が成形温度より実質的に低くなるこ
とが望ましい.本発明の目的から戒形温度は、ガラスの
粘度が10.000ボアズになる温度として定義される
.成形温度と液相温度との間の差は作業範囲として知ら
れている.作業範囲が40゜Fより大きく、好ましくは
50′Fより大きくなることが望ましい.これは一つに
は本発明の注意深く限定したアルミナ濃度範囲により達
戒される. ソーダ・石灰・シリカガラス中の主たるアルカリは酸化
ナトリウムであり、原料の幾らか、特にアルミナのため
の原料から不純物として入る少量の酸化カリウムを件っ
ている.アルカリは融剤として働き、即ちそれらはシリ
カの粒子を溶解するのを助け、それによってシリカ単独
の溶融温度よりも実質的に低い温度で溶融が行われるよ
うにする.本発゛明のガラス組戒物のアルカリ含有量は
、溶Iam度を下げるため比較的高いが、最大20%を
越える量は、表面耐久性の低下、及び炉耐火物に対する
溶融ガラスの腐食性の増大を与える結果になることがあ
る. 酸化カルシウム及び酸化マグネシウムも敵剤として働き
、シリカの溶解を助ける.それらが存在することは耐久
性を改良するため望ましいが、酸化カルシウムは作業範
囲に悪影響を与えることがある.カルシウム及びマグネ
シウムの酸化物の量を夫々及び合計として、更に酸化マ
グネシウムの量に対する酸化カルシウムの量を注意深く
調節することにより、本発明のガラスは、低下した溶融
温度、増大した耐久性、及び適切な作業範囲の綜合され
た利点を得ることができることが見出されている.特に
、酸化カルシウムの濃度は7.5〜9重量%、好ましく
は7.5〜8.5重量%であるべきであることが見出さ
れている.最も良い例は、最適作業範囲のために8.1
重量%未満である.カルシウムとマグネシウムの酸化物
の合計含有量は、全ガラス組戒物の10.2〜12.0
重量%であるのがよく、酸化カルシウム濃度対酸化マグ
ネシウム濃度の重量比は1.9〜3.5であるのがよい
ことが判明している.M化マグネシウムの存在は、酸化
カルシウムと同じ機能の多くの働きをするが、作業範囲
に有害な影響を余り与えないので有用である.ここに記
載する例は上述の本発明の原理を例示するものである.
例1〜15(表■)は、本発明の組成範囲に近いが、そ
れに入らないソーダ・石灰シリカガラス組成物を示し、
それらの例が本発明の利点を得ることができない点は、
記載した物理的性質に示されている.一方例16〜28
(表■)は本発明の具体例であり、上述した改良された
物理的性質の有利な組合せを種々の程度に示している.
それらの例では、溶融温度及び成形温度は、回転円柱法
により決定された.この方法は、theJournal
ofResearchoftheNationalBu
reauofStandards,Vol.68^,N
o.5,SepLemberOctober1964に
記載されている.成形温度は、ガラスのボアズ粘度の対
数が4.0になる温度として定義されている.作業範囲
は成形温度一液相温度であり、液相温度は、ガラスを入
れた白金ボートを温度傾斜炉中に入れる方法を用いたA
STMC−829法により決定された. 例1、3、7、8、及び12は、少なくとも一つには高
いSi01濃度又は高いSiOよ+AI103合計に起
因して、希望よりも高い溶融温度を示している.例7は
NazO濃度も低いが、例7と例8を比較することによ
り、単にN**0の量を多くし、Sin.の量を少なく
しても希望する程の改良は得られないことが分かる,A
I,O,含有量が低く、Sins濃度が僅かに高い例9
はがろうじて許容出来ると考えられるかも知れないが、
溶融温度の僅かな改良はその組成変化を正当化できるも
のではない.表Iの他の例の多くは許容出来ない作業範
囲の減少を示し(或る場合には負の作業範囲を生ずるこ
とさえある)、それはSiOzを部分的にNatO及び
Cooで置換することにより溶融温度を低下させようと
したことにより起こされている.例5、6、及び14の
作業範囲がよくない原因は過剰のCaOにあるであろう
.例10及び11では、余りにも多くのMgOが望まし
くない程小さな作業範囲の原因になっていると思われる
.例11もAltOsの濃度が低い.例4、6、10、
11,13、及び15では、CaO+MgOの合計が高
いことにより許容出来ない作業範囲をもたらしている.
例5及び例14の作業範囲が悪いことは、CaOの量対
MgOの量の比が重要であることを例示している.この
比は同様に例6、10、及び11の許容出来ない作業範
囲の一因になっていると思われる.表■では全ての例が
許容出来る作業範囲及び溶融温度を有するが例17、1
8、及び20の溶融温度は他のものより僅かに高く、従
って好ましい例には入らない.のべ 2窯 のしwE憾牟 C/)< 2窯 0Σ C/)山鉤91檗 のべ 2窯 0:E c/)山泊霊社 ?iO■ AI20s (Sio2+ALO3) Nano K.0 (Nl!O+KxO) CaO M寥O (CaO+M冒O) (CaO/MgO) SO, Fe*Os 溶融温度、1 成形温度、1 作業範囲、↑ 表■ 67.18 3.19 70.37 17.67 0.69 18.3B 7.79 3.09 to.ss 2.521 0.29 o.tot (続き) 6ア.07 3.16 70.23 17.5G 0.69 18.19 2.84 11.20 2.943 0.30 0.100 67.3G 3.17 70.47 18.05 0.65 1B70 7,88 3.15 tt.o’a 0.005 0.084 l774 原料配合物で、それから本発明のガラスが溶融されるも
のは、当業者によって容易に計算することができる.例
として例28のためのバッチ混合物は次の通りであった
: tJkll3i 砂3899 ソーダ灰1846 石灰石374 ドロマイト1042 へんがら2 ネフェリンシエナイト837 (Hepltelinesyenite)同じ成分を生
ずる他の原料も知られており、上記例に記載した原料の
代わりに又はそれに加えて使用してもよい.種々の清澄
化助剤及び着色剤を少量加えてもよく、本発明のガラス
の望ましい品質に影響を与えることはないことも理解さ
れるべきである.商業的製造の場合、用いられる特定の
溶融操作の特徴に従い、揮発又は同伴による幾らかの材
料損失を補うため、バッチ混合物を幾らか調節する必要
があるかも知れない. 次の表は、上の従来の技術の項で述べた標準的市販の平
板ガラス組成物に比較して、本発明のガラスの摩耗抵抗
が優れていることを示している.フロート法により平ら
なシートへ形成された本発明の例28との比較が行われ
た.フロート工程中溶融錫と接触したガラス面は、通常
他方(空気)側よりも摩耗抵抗が大きく、従って両方の
面についての結果は別々に報告されている.摩耗はAS
TMC−501のテイバー(Taber)摩耗試験によ
り試験され、摩耗パッドと接触させて回転させたガラス
試料の或る回転数後の曇りの量の増大が測定された.本
発明のガラスは、標準的ガラス組成物に比較して、両方
の面で示された摩耗による曇りの生成は少なかったこと
がわかる. 摩耗試験 曇り差(%) ![IL!炙胤且麩 錫?Jm?J 5000.810.830.440.5010001.
161.090.820.7115001.251.2
40.980.8820001.391.361.17
1.04表面耐久性についての別の試験では、標準的フ
ロート法ガラス及び例28の試料を閉じた室中に入れ、
加熱・冷却サイクルにかけ、それらの表面上の水蒸気を
繰り返し気化及び凝縮させた.全ての試料のフロート工
程中編と接触していた表面は腐食抵抗を示していたが、
標準的試料の非錫側の腐食は17〜19日で透明性を実
質的に損なう点まで進行した.それに対し、例28のガ
ラスでは90日曝した後まで透明性は損なわれなかった
. 本発明の改良された熱強化能力は、熱膨張係数が大きい
ことに起因する.上に記載した標準的フロート法ガラス
組成物の熱膨張係数は8.62X1G−’/℃であるの
に対し、10.44Xto−●/℃である.熱膨張係数
は、ASTME−228−71の方法に従って11のガ
ラス棒を用いて膨張計により決定され、報告された膨張
係数は25℃〜300℃の範囲のものである.標準的フ
ロート法ガラス及び例28のガラスのシートを、4つの
異なった組の工程変数の下で同じやり方で横に並べて熱
的に強化した.夫々の場合について差動表面屈折計によ
り測定された表面圧縮量は、強化により得られた強化度
を示すものであるが、本発明のガラスでは10〜15%
高かった.別の比較として、種々の厚さのシートを同じ
熱強化工程で、その工程で得られる最大表面圧縮水準ま
で強化した.標準的ガラス組成物で得られる最大表面圧
縮は、0.225in厚のシートでは、26,OOOp
siであった.しかし、例28のガラスは、わずか0.
155in厚のシートで同じ表面圧縮水準を得ることが
できた.このことは、本発明のガラスが標準的フロート
法ガラスよりも薄く、従って軽い製品で同じ水準の強度
を与えるこどができることを示している. 溶融温度を低下させた幾つかの提案されたガラス組成物
は、溶融炉の耐火物構造体に対し、普通よりも大きな腐
食性をもつ欠点を有する.標準的フロート法ガラス組成
物と比較した本発明のガラスについての腐食性試験では
、腐食性は同じ温度で実質的に同じであることが判明し
ている.更に本発明のガラスは、一層低い温度で溶融す
るように考えられているので、炉耐火物の腐食はかなり
少なくなることを予測することができる.平板ガラスを
製造する時に生ずる粘度範囲は、標準的フロート法ガラ
スの場合より本発明のガラスでは小さい湿度範囲に互っ
て現れてくる.このことは、溶融温度が低いことによる
明白なエネルギーの節約の他に、幾つかの製造上の利点
を与える.溶融温度と成形温度が〒層近くなっているの
で、溶融炉を熱的不安定性を起こすことなく大きな処理
量で操作することができる.何故なら溶融炉の下流端で
ガラスを成形用に調整するのに必要な冷却は少なくてす
むからである.成形温度と徐冷温度も一層近接しており
、そのことは一層太きな処理量でフロート法成形室を操
作するのに有利である.別法として、本発明のガラスで
は、一層短くコストの低いフロート法成形室を用いるこ
とができる.同様に、本発明のガラスは軟化点と歪点と
の差が一層小さいので熱的強化は一層容易になる. 本発明の利点はどのようなガラス製品の製造にも利用で
きるが、本発明のガラスは殆どフロート法により製造さ
れる平板ガラスの製造に特に適している.従って、本発
明に従って製造される平板ガラス製品は、戒形工程中溶
融鍋とガラスとの接触により少なくとも一方の表面近く
に微量の酸化錫が存在するのが典型的であろう.典型的
には、フロート法ガラスは、溶融錫と接触した表面の下
最初の数μ中少なくとも0.05重量%(Sn02とし
て測定して)の酸化錫濃度を有する.成形中又は成形後
のガラスの表面部分を、別の計画的な変性にかけること
は知られている.これらにはガラスの表面にイオンを移
動させてガラスの色を変えたり、或はガラスを強化する
ことが含まれる.ここに与えた組成は本体のガラス組成
に関するものであり、即ちガラス製品の内部体積の大部
分である組成に関し、僅かな表面部分でのこの種の組成
的変化の可能性を除外するものではないことを理解すべ
きである. 本発明のこの記述は、特定の例を参照して行われてきた
が、特許請求の範囲に規定した本発明の範囲から外れる
ことなく変更及び修正を行えることは当業者には分かる
であろう. 代 理 人 浅 村 皓
層よい強化(tempering)特性及び改良された
表面耐久性を有する改良されたソーダ・石灰・シリカ平
板ガラス組成物に関する.その組成物は、フロート法に
よる平板ガラスの製造に特に適している. ?従来の技術〕 商業的に製造される平板(flat)ガラスの組成はむ
しろ狭く標準化されてきており、世界中の種々の製造業
者によって製造されている平板ガラス製品の組成は、次
の典型的な組成: 戒分重量% Sio*73.08 Nat013.68 K20G.02 CaO8.94 MgO3.88 AI■0,0.11 SO30.23 Fe*030.12 から主成分が1又は2%より多く変化することはめった
にない. この種の組成は標準的になっている.何故ならそれらは
平板ガラス製品の製造及び後の処理に望ましい注意深く
釣合わせた諸性質の組み合わせを与えるからである.一
つの性質を改良するため一つの成分を変えると、少なく
とも一つ以上の他の性質に悪影響を与える.今まで標準
的平板ガラス組成物が最適にされていると考えられてい
る幾つかの性質には、最低の溶融温度、成形中の失透の
回避、表面摩耗抵抗、表面耐候性、溶融中の低い耐火物
侵食性、低いバッチコストが含まれる.上に記載した標
準的平板ガラス組成物の溶融温度は2630″Fである
.シリカのIを少なくし、且つ又はガラス中のアルカリ
の量を増大するとガラスの溶融温度が低下し、溶融に必
要なエネルギーを低下することができるが、そうすると
ガラス製品の表面耐久性が低下して望ましくないことが
以前から知られている.耐久性の低下を補うため他の成
分を調節すると、『作業範囲(workingrang
e)Jの減少、即ちガラスの実質的な失透を起こすこと
なくガラスを形成することができる温度範囲の縮小の如
き他の欠点をもたらすことになる.結局、溶融の利点及
びエネルギーの節約を達成するためには、ガラスのシリ
カ含有量を70%よりかなり低く低下させることは、平
板ガラス製造業者、特にフロート法ガラス製造業者にと
って非実際的であると今まで考えられてきた. 米国特許第3,833,388号明細書〔オールベルグ
(Ohlberg)その他〕には、通常よりアルカリ含
有量が高いが、シリカ含有量が70%以上である平板ガ
ラス組成物が記載されている.従って、溶融温度を低下
できる可能性は、その組成物では完全には実現されてい
ない. 米国特許第3,779,733号明細書〔ジャナキラマ
・ラオ(Janakirama−Rao))番こは、含
まれるシリカノ濃度は70%よりかなり低い平板ガラス
組成物のための広い組成範囲が記載されているが、それ
は70%より低いシリカ濃度を有する平板ガラスを成功
裡に製造することができるようにするものではない.そ
の特許は、ある透過特性をもつガラス製品を製造するこ
とを取り扱っているが、溶融特性を改良することには無
関係である. 米国特許第2,581,639号明細書〔ダンカン(D
unean)その他〕には、金属部品に密封するのに用
いられ、シート引張り法による製造に適していると記載
されているテレビジョン前面ガラスが記載されている.
シリカの濃度は70%よりわずかに低いだけである. 米国特許第2,669,808号明細書(ダンカンその
他)には、ブラウン管の金属部品へ封着するために用い
られる別のガラス組成物が記載されている.そのガラス
は、シート引張り法により製造できるように考えられて
いるが、シリカ濃度は極めて低く、そのガラスが、ビル
ディング又は乗物の嵌め込みガラスの如き一般的平板ガ
ラスの用途に漏しているとは考えられない.低いシリカ
濃度は表面耐久性を低下する結果になると予想される.
特願昭61−197444号公報には、ガラスの強化特
性を改良する為に70%より低いシリカ濃度を有するソ
ーダ・石灰・シリカガラス組成物が記載されている.通
常より高いCaO濃度を有すると共に、Sin.濃度を
低くすると、溶融の利点が得られると予想されるであろ
う.しかし、CaO濃度を増大し、比較的中程度の量の
アルカリを維持することに頼ることは、温度/粘度曲線
の望ましくない平坦化をもたらし、その結果平らな帯に
形成するのに適した粘度範囲の温度が上昇し、失透の危
険が増大する(即ち作業範囲は減少する).或るフロー
ト法ガラス形戒操作にとっては、上記特許出願に記載さ
れた実施例の幾つかは失透を起こさずには形成できず、
或は溶融段階と成形段階との間でかなりのガラス冷却を
必要とするであろう.前記特許出願にはかなり広い範囲
のアルミナが記載されているが、希望の結果を得るため
には、実施例で比較的多量(5%)のアルミナ必要とす
るか、又はアルミナとチタニアの組み合わせを必要とし
、それらは両方とも実質的にバッチコストを増大する.
実施例中シリ力とアルミナの合計が比較的高いことは、
溶融温度の低下が最適にされていないことも示している
. ソーダ・石灰・シリカガラス、それらの威分、成分とガ
ラス生成物の性質の或るものとの間の関係についての一
般的説明は、G.W.モーレイ(Norey)による「
ガラスの性質』(ThePropertiesofGl
ass)(Reinhold,1954)pp.74−
78に見出すことができる.そこに与えられているガラ
ス組成の幾つかの例の中で、シリカが70%より少ない
例で大量生産されている平板ガラスであるものは一つも
ない.シリカが60%の例1は耐久性が欠如されている
と記載されている. 〔本発明の要約〕 本発明は、平板ガラス製造に有利な性質の独特の組合せ
:低い溶融温度(259G’Fより低く、最もよい実施
例では2560″Fより低い);平板ガラスへ平らに成
形するのに適した少なくとも50’Fの広い作業範囲;
改良された表面耐久性;及び改良された強化能力:を有
することが発見されたソーダ・石灰・シリカガラス組戒
物の特に規定された範囲にある.この諸性質の組合せは
、70%より低く低下させたシリカ濃度、比較的高いア
ルカリ含有量、平板ガラスで一般的な量よりも実質的に
多いアルミナ、及び注意深く規定した量のCoo及びM
.0によって一般的に特徴付けられる組成物によって得
られることが判明している.特に本発明の組成物は,次
の如く規定される: ?分範囲好ましい範囲 (重量%)(重量%) Si0266.0〜89.166.5〜68.5AI1
032.0〜4.02.0〜4.0(Sioz+AI*
O3>71.6未満71.1未満Nmgo15〜191
6.5〜19 K.OO〜20〜2 (Nago十Kao)15〜2017.2〜20CaO
7.5〜97.5〜8.5 M.02〜42〜4 (CaO+MgO)10.2〜12.01G.2〜12
.0(Cao/Mgo)1.9〜3.5■ 1.9〜3
.5酸化鉄、セレン、酸化コバルトの如き着色剤が、着
色ガラスを製造する慣用的やり方に従って全組成物の1
%をめったに越えないわずかな量でガラス中に存在して
いてもよい.S03の如き当分野で慣用的に用いられて
いる溶融及び清澄化助剤を少量存在させてもよく、ガラ
スの性質に影響を与えない. 〔詳細な記述〕 ソーダ・石灰・シリカガラスでは、シリカはガラス網目
構造を主に形成するので主成分である.シリカは溶融す
るのに最も難しい成分でもある.本発明のガラスのシリ
カ含有量を70%より低く減少させると、溶融温度を低
くする結果になる.アルミナも溶融温度を上昇させる傾
向があるが、本発明では、幾らかのシリカの代わりにア
ルミナを用いることによりシリカ+アルミナの合計含有
量を低下させ、それによって溶融温度を下げることがで
きることが発見されている.同時にアルミナは表面腐食
に対するガラスの耐久性を改良し、ガラス中のシリカの
量を減少させることにより起こされる耐久性の低下が、
一層少ない量のアルミナで置き換えることにより充分以
上補償されることが見出されている.驚いたことに、表
面耐久性は標準的市販の平板ガラスよりも大きくさえな
ることが判明している.従って、66.0〜69.1重
量%、好ましくは66.5〜68.5%のシリカ含有量
をもち、シリカ+アルミナの合計含有lが71.6重量
%より少ないと、2590’Fより低く、最もよい場合
には2560゜Fより低い溶融温度が本発明により耐久
性の損失を起こすことなく得られている.溶融温度は、
粘度が100ボアズになるガラスの温度として定義され
ている.アルミナの含有量が2.0〜4.0重量%の範
囲に限定される.何故ならこの範囲外のアルミナ濃度は
この種のガラス組成物の液相温度を上昇させることが判
明しているからである.液相温度とは、ガラス生成物中
に望ましくない曇りを起こす失透をガラスが起こし始め
る温度である.ガラスが平らな帯又は他の製品の形に威
形された後、ガラスを失透温度を通って比較的速く冷却
し、成形中失透が起きないようにすることが必須である
.従って、液相温度が成形温度より実質的に低くなるこ
とが望ましい.本発明の目的から戒形温度は、ガラスの
粘度が10.000ボアズになる温度として定義される
.成形温度と液相温度との間の差は作業範囲として知ら
れている.作業範囲が40゜Fより大きく、好ましくは
50′Fより大きくなることが望ましい.これは一つに
は本発明の注意深く限定したアルミナ濃度範囲により達
戒される. ソーダ・石灰・シリカガラス中の主たるアルカリは酸化
ナトリウムであり、原料の幾らか、特にアルミナのため
の原料から不純物として入る少量の酸化カリウムを件っ
ている.アルカリは融剤として働き、即ちそれらはシリ
カの粒子を溶解するのを助け、それによってシリカ単独
の溶融温度よりも実質的に低い温度で溶融が行われるよ
うにする.本発゛明のガラス組戒物のアルカリ含有量は
、溶Iam度を下げるため比較的高いが、最大20%を
越える量は、表面耐久性の低下、及び炉耐火物に対する
溶融ガラスの腐食性の増大を与える結果になることがあ
る. 酸化カルシウム及び酸化マグネシウムも敵剤として働き
、シリカの溶解を助ける.それらが存在することは耐久
性を改良するため望ましいが、酸化カルシウムは作業範
囲に悪影響を与えることがある.カルシウム及びマグネ
シウムの酸化物の量を夫々及び合計として、更に酸化マ
グネシウムの量に対する酸化カルシウムの量を注意深く
調節することにより、本発明のガラスは、低下した溶融
温度、増大した耐久性、及び適切な作業範囲の綜合され
た利点を得ることができることが見出されている.特に
、酸化カルシウムの濃度は7.5〜9重量%、好ましく
は7.5〜8.5重量%であるべきであることが見出さ
れている.最も良い例は、最適作業範囲のために8.1
重量%未満である.カルシウムとマグネシウムの酸化物
の合計含有量は、全ガラス組戒物の10.2〜12.0
重量%であるのがよく、酸化カルシウム濃度対酸化マグ
ネシウム濃度の重量比は1.9〜3.5であるのがよい
ことが判明している.M化マグネシウムの存在は、酸化
カルシウムと同じ機能の多くの働きをするが、作業範囲
に有害な影響を余り与えないので有用である.ここに記
載する例は上述の本発明の原理を例示するものである.
例1〜15(表■)は、本発明の組成範囲に近いが、そ
れに入らないソーダ・石灰シリカガラス組成物を示し、
それらの例が本発明の利点を得ることができない点は、
記載した物理的性質に示されている.一方例16〜28
(表■)は本発明の具体例であり、上述した改良された
物理的性質の有利な組合せを種々の程度に示している.
それらの例では、溶融温度及び成形温度は、回転円柱法
により決定された.この方法は、theJournal
ofResearchoftheNationalBu
reauofStandards,Vol.68^,N
o.5,SepLemberOctober1964に
記載されている.成形温度は、ガラスのボアズ粘度の対
数が4.0になる温度として定義されている.作業範囲
は成形温度一液相温度であり、液相温度は、ガラスを入
れた白金ボートを温度傾斜炉中に入れる方法を用いたA
STMC−829法により決定された. 例1、3、7、8、及び12は、少なくとも一つには高
いSi01濃度又は高いSiOよ+AI103合計に起
因して、希望よりも高い溶融温度を示している.例7は
NazO濃度も低いが、例7と例8を比較することによ
り、単にN**0の量を多くし、Sin.の量を少なく
しても希望する程の改良は得られないことが分かる,A
I,O,含有量が低く、Sins濃度が僅かに高い例9
はがろうじて許容出来ると考えられるかも知れないが、
溶融温度の僅かな改良はその組成変化を正当化できるも
のではない.表Iの他の例の多くは許容出来ない作業範
囲の減少を示し(或る場合には負の作業範囲を生ずるこ
とさえある)、それはSiOzを部分的にNatO及び
Cooで置換することにより溶融温度を低下させようと
したことにより起こされている.例5、6、及び14の
作業範囲がよくない原因は過剰のCaOにあるであろう
.例10及び11では、余りにも多くのMgOが望まし
くない程小さな作業範囲の原因になっていると思われる
.例11もAltOsの濃度が低い.例4、6、10、
11,13、及び15では、CaO+MgOの合計が高
いことにより許容出来ない作業範囲をもたらしている.
例5及び例14の作業範囲が悪いことは、CaOの量対
MgOの量の比が重要であることを例示している.この
比は同様に例6、10、及び11の許容出来ない作業範
囲の一因になっていると思われる.表■では全ての例が
許容出来る作業範囲及び溶融温度を有するが例17、1
8、及び20の溶融温度は他のものより僅かに高く、従
って好ましい例には入らない.のべ 2窯 のしwE憾牟 C/)< 2窯 0Σ C/)山鉤91檗 のべ 2窯 0:E c/)山泊霊社 ?iO■ AI20s (Sio2+ALO3) Nano K.0 (Nl!O+KxO) CaO M寥O (CaO+M冒O) (CaO/MgO) SO, Fe*Os 溶融温度、1 成形温度、1 作業範囲、↑ 表■ 67.18 3.19 70.37 17.67 0.69 18.3B 7.79 3.09 to.ss 2.521 0.29 o.tot (続き) 6ア.07 3.16 70.23 17.5G 0.69 18.19 2.84 11.20 2.943 0.30 0.100 67.3G 3.17 70.47 18.05 0.65 1B70 7,88 3.15 tt.o’a 0.005 0.084 l774 原料配合物で、それから本発明のガラスが溶融されるも
のは、当業者によって容易に計算することができる.例
として例28のためのバッチ混合物は次の通りであった
: tJkll3i 砂3899 ソーダ灰1846 石灰石374 ドロマイト1042 へんがら2 ネフェリンシエナイト837 (Hepltelinesyenite)同じ成分を生
ずる他の原料も知られており、上記例に記載した原料の
代わりに又はそれに加えて使用してもよい.種々の清澄
化助剤及び着色剤を少量加えてもよく、本発明のガラス
の望ましい品質に影響を与えることはないことも理解さ
れるべきである.商業的製造の場合、用いられる特定の
溶融操作の特徴に従い、揮発又は同伴による幾らかの材
料損失を補うため、バッチ混合物を幾らか調節する必要
があるかも知れない. 次の表は、上の従来の技術の項で述べた標準的市販の平
板ガラス組成物に比較して、本発明のガラスの摩耗抵抗
が優れていることを示している.フロート法により平ら
なシートへ形成された本発明の例28との比較が行われ
た.フロート工程中溶融錫と接触したガラス面は、通常
他方(空気)側よりも摩耗抵抗が大きく、従って両方の
面についての結果は別々に報告されている.摩耗はAS
TMC−501のテイバー(Taber)摩耗試験によ
り試験され、摩耗パッドと接触させて回転させたガラス
試料の或る回転数後の曇りの量の増大が測定された.本
発明のガラスは、標準的ガラス組成物に比較して、両方
の面で示された摩耗による曇りの生成は少なかったこと
がわかる. 摩耗試験 曇り差(%) ![IL!炙胤且麩 錫?Jm?J 5000.810.830.440.5010001.
161.090.820.7115001.251.2
40.980.8820001.391.361.17
1.04表面耐久性についての別の試験では、標準的フ
ロート法ガラス及び例28の試料を閉じた室中に入れ、
加熱・冷却サイクルにかけ、それらの表面上の水蒸気を
繰り返し気化及び凝縮させた.全ての試料のフロート工
程中編と接触していた表面は腐食抵抗を示していたが、
標準的試料の非錫側の腐食は17〜19日で透明性を実
質的に損なう点まで進行した.それに対し、例28のガ
ラスでは90日曝した後まで透明性は損なわれなかった
. 本発明の改良された熱強化能力は、熱膨張係数が大きい
ことに起因する.上に記載した標準的フロート法ガラス
組成物の熱膨張係数は8.62X1G−’/℃であるの
に対し、10.44Xto−●/℃である.熱膨張係数
は、ASTME−228−71の方法に従って11のガ
ラス棒を用いて膨張計により決定され、報告された膨張
係数は25℃〜300℃の範囲のものである.標準的フ
ロート法ガラス及び例28のガラスのシートを、4つの
異なった組の工程変数の下で同じやり方で横に並べて熱
的に強化した.夫々の場合について差動表面屈折計によ
り測定された表面圧縮量は、強化により得られた強化度
を示すものであるが、本発明のガラスでは10〜15%
高かった.別の比較として、種々の厚さのシートを同じ
熱強化工程で、その工程で得られる最大表面圧縮水準ま
で強化した.標準的ガラス組成物で得られる最大表面圧
縮は、0.225in厚のシートでは、26,OOOp
siであった.しかし、例28のガラスは、わずか0.
155in厚のシートで同じ表面圧縮水準を得ることが
できた.このことは、本発明のガラスが標準的フロート
法ガラスよりも薄く、従って軽い製品で同じ水準の強度
を与えるこどができることを示している. 溶融温度を低下させた幾つかの提案されたガラス組成物
は、溶融炉の耐火物構造体に対し、普通よりも大きな腐
食性をもつ欠点を有する.標準的フロート法ガラス組成
物と比較した本発明のガラスについての腐食性試験では
、腐食性は同じ温度で実質的に同じであることが判明し
ている.更に本発明のガラスは、一層低い温度で溶融す
るように考えられているので、炉耐火物の腐食はかなり
少なくなることを予測することができる.平板ガラスを
製造する時に生ずる粘度範囲は、標準的フロート法ガラ
スの場合より本発明のガラスでは小さい湿度範囲に互っ
て現れてくる.このことは、溶融温度が低いことによる
明白なエネルギーの節約の他に、幾つかの製造上の利点
を与える.溶融温度と成形温度が〒層近くなっているの
で、溶融炉を熱的不安定性を起こすことなく大きな処理
量で操作することができる.何故なら溶融炉の下流端で
ガラスを成形用に調整するのに必要な冷却は少なくてす
むからである.成形温度と徐冷温度も一層近接しており
、そのことは一層太きな処理量でフロート法成形室を操
作するのに有利である.別法として、本発明のガラスで
は、一層短くコストの低いフロート法成形室を用いるこ
とができる.同様に、本発明のガラスは軟化点と歪点と
の差が一層小さいので熱的強化は一層容易になる. 本発明の利点はどのようなガラス製品の製造にも利用で
きるが、本発明のガラスは殆どフロート法により製造さ
れる平板ガラスの製造に特に適している.従って、本発
明に従って製造される平板ガラス製品は、戒形工程中溶
融鍋とガラスとの接触により少なくとも一方の表面近く
に微量の酸化錫が存在するのが典型的であろう.典型的
には、フロート法ガラスは、溶融錫と接触した表面の下
最初の数μ中少なくとも0.05重量%(Sn02とし
て測定して)の酸化錫濃度を有する.成形中又は成形後
のガラスの表面部分を、別の計画的な変性にかけること
は知られている.これらにはガラスの表面にイオンを移
動させてガラスの色を変えたり、或はガラスを強化する
ことが含まれる.ここに与えた組成は本体のガラス組成
に関するものであり、即ちガラス製品の内部体積の大部
分である組成に関し、僅かな表面部分でのこの種の組成
的変化の可能性を除外するものではないことを理解すべ
きである. 本発明のこの記述は、特定の例を参照して行われてきた
が、特許請求の範囲に規定した本発明の範囲から外れる
ことなく変更及び修正を行えることは当業者には分かる
であろう. 代 理 人 浅 村 皓
Claims (10)
- (1)SiO_266.0〜69.1重量%Al_2O
_32.0〜4.0 (SiO_2+Al_2O_3)71.6未満Na_2
O15〜19 K_2O0〜2 (Na_2+K_2O)15〜20 CaO7.5〜9 MgO2〜4 (CaO+MgO)10.2〜12.0 (CaO/MgO)1.9〜3.5 からなるガラス組成物。 - (2)SiO_266.5〜68.5重量%Al_2O
_32.0〜4.0 (SiO_2+Al_2O_3)71.1未満Na_2
O16.5〜19 K_2O0〜2 (Na_2O+K_2O)17.2〜20 CaO7.5〜8.5 MgO2〜4 (CaO+MgO)10.2〜12.0 (CaO/MgO)1.9〜3.5 からなる請求項1に記載のガラス組成物。 - (3)SiO_266.0〜69.1重量%Al_2O
_32.0〜4.0 (SiO_2+Al_2O_3)71.6未満Na_2
O15〜19 K_2O0〜2 (Na_2O+K_2O)15〜20 CaO7.5〜9 MgO2〜4 (CaO+MgO)10.2〜12.0 (CaO/MgO)1.9〜3.5 着色剤0〜1 清澄化剤0〜1 から本質的になる請求項1に記載のガラス組成物。 - (4)SiO_266.5〜68.5重量%Al_2O
_32.0〜4.0 (SiO_2+Al_2O_3)71.1未満Na_2
O16.5〜19 K_2O0〜2 (Na_2O+K_2O)17.2〜20 CaO7.5〜8.5 MgO2〜4 (CaO+MgO)10.2〜12.0 (CaO/MgO)1.9〜3.5 着色剤0〜1 清澄化剤0〜1 から本質的になる請求項1に記載のガラス組成物。 - (5)本体の組成が、 SiO_266.0〜69.1重量% Al_2O_32.0〜4.0 (SiO_2+Al_2O_3)71.6未満Na_2
O15〜19 K_2O0〜2 (Na_2O+K_2O)15〜20 CaO7.5〜9 MgO2〜4 (CaO+MgO)10.2〜12.0 (CaO/MgO)1.9〜3.5 からなるガラスシートからなる平板ガラス製品。 - (6)本体の組成が、 SiO_266.5〜68.5重量% Al_2O_32.0〜4.0 (SiO_2+Al_2O_3)71.1未満Na_2
O16.5〜19 K_2O0〜2 (Na_2O+K_2O)17.2〜20 CaO7.5〜8.5 MgO2〜4 (CaO+MgO)10.2〜12.0 (CaO/MgO)1.9〜3.5 からなるガラスシートからなる請求項5に記載の平板ガ
ラス製品。 - (7)本体の組成が、 SiO_266.0〜69.1重量% Al_2O_32.0〜4.0 (SiO_2+Al_2O_3)71.6未満Na_2
O15〜19 K_2O0〜2 (Na_2O+K_2O)15〜20 CaO7.5〜9 MgO2〜4 (CaO+MgO)10.2〜12.0 (CaO/MgO)1.9〜3.5 着色剤0〜1 清澄化剤0〜1 から本質的になるガラスシートからなる請求項5に記載
の平板ガラス製品。 - (8)本体の組成が、 SiO_266.5〜68.5重量% Al_2O_32.0〜4.0 (SiO_2+Al_2O_3)71.1未満Na_2
O_316.5〜19 K_2O0〜2 (Na_2O+K_2O)17.2〜20 CaO7.5〜8.5 MgO2〜4 (CaO+MgO)10.2〜12.0 (CaO/MgO)1.9〜3.5 着色剤0〜1 清澄化剤0〜1 から本質的になるガラスシートからなる請求項5に記載
の平板ガラス製品。 - (9)ガラスシートの表面部分が酸化錫を含む請求項5
に記載の平板ガラス製品。 - (10)表面部分の酸化錫濃度が少なくともSnO_2
0.05重量%である請求項9に記載の平板ガラス製品
。
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