JP3177919B2 - 紫外線吸収ガラス - Google Patents
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Description
が、非フォトクロミックで実質的に無色である一群のガ
ラスに関するものである。
影響はたいそうな注目を浴びている。そのような照射の
目に対する影響には特に関心が向けられている。したが
って、眼鏡による強いUV吸収の値が認識されている。
ような品目に、分解および変色を生じさせることがよく
知られている。それゆえ、建築上の上塗り物質による強
いUV吸収が有益である。太陽は、UVを放射する唯一
の光源ではない。ハロゲンランプのような様々な種類の
人工照明もまた、紫外線を放射する。したがって、同様
に人工照明により放射されるUV放射を最小にすること
にも関心が向けられている。ランプの筒、反射器および
レンズの製造にUV吸収ガラスを用いることにより、こ
れらのことが達成される。
り活性化せしめられることが一般的に知られている。そ
のようなガラスの最も明確な用途は、可視光透過の制御
であった。しかしながら、本質的にそれらのガラスはま
たUV透過の強度にも強く影響する。この作用は、吸収
される光のみが化学反応を起こし得るというグロートゥ
ス−ドレーパーの法則の言葉で容易に理解される。
ックガラスは、320 nmより短い波長で猛烈に吸収する
が、320 と400 nmの範囲では少ししか吸収しない。32
0 −400 nmの波長範囲における放射は、それより短い
波長領域における放射と比べてほとんど有害ではない。
言うまでもなく、ある目的にとっては、この放射の透過
をも同様に除去することが望ましい。それゆえ、上述し
たガラスを、UV放射の追加の吸収を提供するイオンに
浸漬(dope)することが提案されている。
物を含有するフォトクロミックガラスも知られている
が、市販されていない。そのようなガラスは、米国特許
第3,325,299 号(アロージョ)に開示されたものであっ
た。これらのガラスにおける透過のカットオフはほぼ40
0 nmで生じ、ハロゲン化銀ガラスのカットオフよりも
かなり鋭い。その結果として、UV照射に対する保護
は、追加の浸漬なくしてこれらのガラスにおいて完全で
ある。可視光放射とUV放射の間の正確な境界で鋭い透
過カットオフを提供する他の物質は知られていない。こ
れらのガラスにおけるハロゲン化銅相の沈殿は、ハロゲ
ン化銀フォトクロミックガラスにおけるハロゲン化銀相
の沈殿と似ている。沈殿には、溶液中で問題の銅イオン
と銀イオンを含有するガラスを加熱することが必要であ
る。その特許に教示されているように、そのガラスはア
ニーリング点よりいくぶん高い温度で短期間保持され
る。
意を払われたい。
は、1.52−1.54の屈折率を有し、ナトリウムイオンをリ
チウムイオンと交換することにより強化せしめられた銅
−カドミウムフォトクロミックガラスを開示している。
ハロゲン化銅に基づくフォトクロミックガラスを開示し
ており、ここで基礎ガラス中のアルカリ金属酸化物、A
l2O3 およびB2 O3 の濃度を制御することに
より、および/またはその組成物にMoO3 またはW
O3 を添加することにより、良好な光学的清澄および
フォトクロミック特性が得られている。
5,805 号)(タルミら)は、15%までハロゲン化銅を含
有する2つのガラス群を開示している。非リン酸塩群
は、重量パーセントで、20−80%のSiO2 、2−75
%のB2 O3 、15%までのAl2 O3 、30%ま
でのアルカリ金属酸化物、10%までの二価金属酸化物、
並びに、10%までの、ZrO2 、La2 O3 、Y
2 O3 、Ta2 O3 およびGd2 O3 の少
なくとも1つからなる。この開示の広範囲の組成は本発
明の重大な特性を開示していない。
ムハロゲン化物ガラスに固有な鋭いUVカットオフを有
するガラスには様々な用途がある。しかしながら、しば
しばそのような用途には、UV照射、例えば日光に露出
されたフォトクロミックガラスに生じるような可視光吸
収度合いの変化を避ける必要がある。それゆえ、フォト
クロミック作用を付随することなく銅および銅−カドミ
ウムハロゲン化物ガラスの鋭いUVカットオフ特性を達
成することがつよく望まれている。ほとんどのUV吸収
物質に関連する黄色は多くの用途で容認されないので、
実質的に無色のガラスを製造することもつよく望まれて
いる。しかしながら、様々な固定色が別の用途では望ま
しい。
はないUV吸収ガラスを提供することにある。本発明の
さらなる目的は、可視光放射とUV放射を分離する波長
域における透過の鋭いカットオフを示すガラスを提供す
ることにある。本発明の別の目的は、UV吸収の強度を
減少することなく所望の可視色が得られるようなガラス
を提供することにある。
たは第一銅−カドミウムハロゲン化物結晶相を含有し、
約400 nmで鋭いスペクトルのカットオフを有する非−
フォトクロミックR2O−B2 O3 −SiO2 ガ
ラスであって、該ガラスの組成が、カチオンパーセント
で、35−73%のSiO2 、15−45%のB2 O3 、
0−12%のAl2 O3 、ここでSiO2 が55%を
超える場合にはAl2 O3 が10%未満であり、0−
12%のLi2 O、0−20%のNa2 O、0−12%の
K2O、ここでLi2 O+Na2 O+K2 Oが4.
75−20%であり、0−5%のCaO+BaO+SrO、
0.125 −1.0 %のCu2 O、0−1%のCdO、0−
5%のZrO2 、0−0.75%のSnO2 、0−1%
のAs2 O3 および/またはSb2 O3 から実
質的になり、該ガラスが、重量パーセントで、0−1.75
%のCl、0−1.0 %のBr、0.25−2.0 %のCl+B
rおよび0−2%のFを含有し、モルパーセントで計算
した0.15−0.45のR値を有し、該ガラス組成が、12カチ
オン%までのLi2 O、10カチオン%未満のAl2
O3 、少なくとも0.3 カチオン%のCu2 Oおよび
0.50−2.0 %のCl+Brの群から選択される少なくと
も1つの条件を満たす場合を除いて、前記R値が0.30を
超えないガラスにある。カドミウムは、紫外線の吸収を
確保するのに必要とされていない。CdOはCu2 O
の作用を補足するが、その極度の毒性により使用に際し
て直面する危険を補償できる並外れた利点を提供しな
い。さらに、CdOはフォトクロミズムを促進し得るも
のであり、その現象は、本発明においては望ましくはな
い。それゆえ、CdOの含有量は厳密に制限されるべき
であり、すなわち、1%以下、好ましくは0.5 %以下で
ある。
確実にするために、そのガラス中に少なくとも0.25%の
量のAl2 O3 を含有せしめる。好ましいガラス組
成は、カチオンパーセントで表して、40−70%のSiO
2 、ここでSiO2 が55%を超える場合にはAl
2 O3 が10%未満であり、0−12%のLi2 O、
0−20%のNa2 O、0−12%のK2 O、ここでL
i2 O+Na2 O+K2 Oが8−20%であり、0
−5%のCaO+BaO+SrO、0.2 −0.5 %のCu
2 O、0−5%のZrO2 、0−0.5 %のSnO
2 、0−1%のAs2 O3 および/またはSb
2 O3 から実質的になり、該ガラスが、重量パーセ
ントで、0−1.0 %のCl、0−1.0 %のBr、0.5 −
1.5 %のCl+Brおよび0−2%のFを含有し、モル
パーセントで計算した0.15−0.45のR値を有し、該ガラ
ス組成が、12カチオン%までのLi2 O、10カチオン
%未満のAl2 O3 、少なくとも0.3 カチオン%の
Cu2 Oおよび0.5 −1.5 %のCl+Brの群から選
択される少なくとも1つの条件を満たす場合を除いて、
前記R値が0.30を超えない。
ムハロゲン化物結晶相を含有し、非フォトクロミックで
あり、可視光に対して透明であり、可視光放射とUV放
射の間の範囲、すなわち約400 nmでの鋭い透過カット
オフを有するR2 O−B2O3 −SiO2 ガラス
の一群の発見に基づくものである。フォトクロミックガ
ラスの場合のように、ハロゲン化物結晶相の沈殿には、
ガラス物体が形成された後に追加の熱処理が必要であ
る。好ましい実施態様において、ガラスは無色である。
すなわち、それらガラスには所定の色彩がない。本発明
はさらに、そのようなガラスを製造するのに必要な組成
パラメータの発見に基づく。
を検討する。これは、所望の鋭い透過カットオフを提供
するのに必須である。この目的のために、ガラスはその
組成中に、少なくとも0.125 カチオンパーセントの第一
銅酸化物(Cu2 O)を含有する。その含有量は、約
1パーセントまでに亘るが、第一銅イオンはそのように
高い含有量では、第二銅イオンと中性原子に不均化する
傾向にある。それゆえ、約0.5 %以下を使用することが
好ましい。
るスペクトルの赤部分における吸収は、第二銅(Cu
+2)イオンの「d」状態の間の遷移に関連する。第一
銅(Cu+ )イオンにおいて「d」状態は完全に満た
されている。それゆえ、このイオンは可視色には帰さな
い。第一銅イオンのみがハロゲン化第一銅の形成に必要
であるので、銅の酸化状態の適切な調整により鋭いUV
カットオフの無色ガラスが得られる。
物の温度、その溶融物がさらされる酸素の分圧、ガラス
中の多価イオンの濃度、およびガラスの塩基性度(R
値)により影響を受ける。As2 O3 、Sb2 O
3 およびSnO2 は、直接にはガラスに色を与えな
いので、特に有用な多価金属酸化物である。言うまでも
なく、還元剤の選択と使用量に注意を払わねばならな
い。
に関して弱く還元するのみで、第一銅イオンを中性原子
までは還元しないことが示された。しかしながら、フッ
素が高濃度で存在すると、ヒ素はガラスにつよいオレン
ジ色を与える酸化第二銅結晶の沈殿を促進せしめる。対
称的に、錫は第二銅イオンをつよく還元する傾向にあ
り、高濃度では、銅を金属にまで還元する。コロイド銅
金属は、赤色をガラスに与える。酸化アンチモンの作用
は、酸化錫の作用に似ている。
結晶相を形成するのに、少なくとも0.25重量%の塩素ま
たは臭素が必要である。Fの存在も役立つが、他のハロ
ゲン化物が存在しない場合にはハロゲン化第一銅相を生
成しない。ハロゲン化物は、明らかにカチオンパーセン
トの表現に適さないので、重量パーセントで示す。残り
の組成物成分は、カチオンの原子量における不均衡のた
めに、カチオンパーセントで示す。
るようになったものである。この値はガラスの塩基性度
の基準であり、以下の式により定義され、
ルカリ土類金属酸化物を表す。ハロゲン化第一銅結晶相
の沈殿は、0.15より低いR値を有するガラス中に観察さ
れた。しかしながら、そのようなガラスには特に利点も
見られず、そのようなガラスは溶融が困難であったり、
乏しい化学的耐久性を示す傾向にある。
きではない。しかしながら、その値は、他の成分を制御
することにより0.45まで広げられる。これら制御は、12
カチオンパーセントまでのLi2 Oを用いること、A
l2 O3 の量を10カオチン%より低く保持するこ
と、0.3 カオチン%より高いCu2 Oおよび/または
1.5 %までのCl+Brを用いることを含む。しかしな
がら一般的に、良好なUV吸収と組み合わせた最適な物
理特性は、R値がほぼ0.25である場合に観察されること
が分かった。その値が最適値と考えられる。
収する第二銅イオンに関連する青−緑色は、銅を第一銅
状態に化学的に還元することにより避けられる。緑が望
ましい環境において、その色は不完全な還元により得ら
れる。もちろん、ガラス業界において着色剤として通常
用いられる少量の(約1%まで)遷移金属イオンまたは
希土類イオンは、有害な影響なくして色を与えるのに用
いられる。ヒ素、酸化アンチモンまたは酸化錫を大量に
使用すると、オレンジ、茶または赤のガラスを生成でき
ることがすでに述べられている。無色ガラスが多くの状
況で好ましいが、高水準の還元剤により生成される色が
望ましい用途もある。
鉛、およびアルカリ土類金属酸化物のような物質のいず
れもが、ガラスの屈折率を上昇せしめるのに用いられて
おり、UV吸収に重大な犠牲を払うことなく少量で使用
できる。TiO2 のようなこれらの物質の多くは、塩
化銅の沈殿に繋がるR値を有するそれらのガラス中に銅
が存在する場合、並からつよい黄色または金色を生じ
る。ジルコニアとアルカリ土類は、そのような黄色に帰
さず、約5カチオン%までの量で使用できるという点で
特に有用である。高い屈折率、通常標準では1.523 が眼
鏡用レンズに必要とされるので、この要因は重要であ
る。CaOおよび/またはBaOを用いる場合、CaO
のみでは不透明となり、BaOのみではハロゲン化物相
の沈殿を阻害するので、それらはおおよそ等量であるこ
とが好ましい。
外線を吸収するガラスの能力に対して有害な影響なくガ
ラスの屈折率を調節できるけれども、それらの酸化物の
量は、本発明の組成が抑えるフォトクロミズムを高める
ので、約0.5 カチオンパーセントより低い水準に保持す
るべきである。
ックであるガラスにおいて、いくつかの単純な組成の調
節により、UVの吸収は保持され、フォトクロミズムは
抑えられ、または全体的に除去される。銅のわずかな減
少は、UV吸収を著しく犠牲にすることなくフォトクロ
ミズムを除去する。あるいは、もしかするとフッ化物の
濃度の減少が伴う塩化物および臭化物の濃度の増大によ
り、常温でフォトクロミズムが除去される。
詳細に説明する。
たハロゲンを除いて、いくつかのガラスの組成をカチオ
ンパーセントで示したものである。これらのガラスは、
ハロゲン化銅結晶相の特徴である鋭いUV透過カットオ
フを示す。さらに、それらのガラスは非フォトクロミッ
クであり所定の色彩を呈さない。ガラス5および7は、
屈折率を高める一方で黄変を避けるZrO2 の使用を
説明するものである。ガラスのR値もまた示す。
量パーセントで示したものである。表1Aにおいて基礎
組成(ハロゲン、酸化銅および酸化錫を除く)はほぼ10
0 である。表1Bにおいて全組成はほぼ100 である。同
様に表2Aおよび2Bにおいても事実である。CuOを
バッチ材料として用い、そのバッチ中に還元剤を存在せ
しめることによりCuOのCu2 Oへの還元を確実に
した。Cu2 OはCuOの量の約56%を占める。
てカチオンパーセントで示したものである。これらのガ
ラスはまた、ハロゲン化銅結晶相の鋭いUV透過カット
オフの特徴を示し、非フォトクロミックである。しかし
ながら、それらのガラスは記載したように所定の色を示
す。これらのガラスのR値も表に記載した。
セントで示したものである。
錫の効果が示されている。同様に、実施例15と16の
比較により、アルカリ金属酸化物含有量を変化させた結
果を説明するものである。
である3つのガラス組成を示すものである。ガラスのU
Vカットオフ特性と同様に組成にR値が与えられてい
る。
(ガラスA)のCuOの含有量を有するガラスは400 n
mで鋭いUV透過を有し、それゆえ、ハロゲン化物結晶
相の存在を示すものである。0.28%のCuO[〜16%の
Cu2 O](ガラスC)を有するガラスは、325 −40
0 nmの波長において弱い吸収を示した。0.20%のCu
O[〜11%のCu2 O](ガラスB)を有するガラス
は、325nmを超える波長の放射線を実質的に全く吸収
せず、それゆえハロゲン化銅相の沈殿は示さなかった。
る。この図は、nmで示した波長を水平軸にプロット
し、吸収度を縦軸にプロットしてグラフに表したもので
ある。3つの曲線は、表3の3つのガラスの試料につい
て行なわれた吸収測定に基づく。曲線は表3の実施例の
番号により認識される。ガラスA、0.36%CuOガラス
の曲線は、約400 nmで鋭い透過カットオフを有する。
曲線Cは、弱い吸収とカットオフを示し、一方曲線Bは
約325 nmより上では実質的に吸収を示さない。
3 の含有量を変化させたことにより異なるR値を有す
るいくつかのガラスをカチオンパーセントで表した組成
と、結果として生じるUVカットオフへの効果を示した
ものである。
れは、リチアを含有しないこととR値が高いことが組み
合わされた結果を示す。対称的に、ガラスDとEは、つ
よいUV吸収を示す。区別される特徴は、ガラスEはL
i2 Oを含有し、一方ガラスDは、高いB2 O3
含有量と減少したNa2 O含有量により低いR値を有
することである。
ガラスHおよびIは同一のR値を有するのにUVカット
オフを示す。ガラスGおよびIは、R値が最適値に近く
保持されるガラスにおいてさえアルミナとシリカの量を
規定された範囲内に保持する重要性を説明している。
ガラスをカチオンパーセントで表した組成を示す。これ
らのガラスは、ガラスを非フォトクロミックにできる組
成変化を示している。
る。ガラスKにより示されるように、ハロゲン含有量を
増大せしめることによりそのガラスを非フォトクロミッ
クガラスにできる。また、ガラスLにより示されるよう
に、CuOの量を減少させることによりそのガラスを非
フォトクロミックガラスにできる。
非フォトクロミックにできるフォトクロミックガラスで
ある。ガラスMはSnO2 含有量の少しの増大の効果
を示している。銅金属への還元を生じる点までSnO
2 含有量を増大せしめないように注意を払わねばなら
ない。ガラスOは、Na2 OおよびB2 O3 含有
量を変化させることによりR値が減少して同一の目的が
達成させることを示している。実施例M、N、およびO
は、WO3 のフォトクロミズムへの寄与を示す上で重
要である。実施例PおよびQは、UVカットオフを示
し、CdOは、あるガラス組成物中でフォトクロミズム
を促進できるので、存在する場合には、その使用を低い
値まで制限しなければならないことを示す。
グラフ
Claims (16)
- 【請求項1】 沈降第一銅または第一銅−カドミウムハ
ロゲン化物結晶相を含有し、約400 nmで鋭いスペクト
ルのカットオフを有する非−フォトクロミックR2 O
−B2 O3 −SiO2 ガラスであって、該ガラス
の組成が、カチオンパーセントで、35−73%のSiO
2 、15−45%のB2 O3 、0−12%のAl2 O
3 、ここでSiO2 が55%を超える場合にはAl
2 O3が10%未満であり、0−12%のLi2 O、0
−20%のNa2 O、0−12%のK2 O、ここでLi
2 O+Na2 O+K2 Oが4.75−20%であり、0
−5%のCaO+BaO+SrO、0.125 −1.0 %のC
u2 O、0−1%のCdO、0−5%のZrO2 、
0−0.75%のSnO2 、0−1%のAs2 O3およ
び/またはSb2 O3 から実質的になり、該ガラス
が、重量パーセントで、0−1.75%のCl、0−1.0 %
のBr、0.25−2.0 %のCl+Brおよび0−2%のF
を含有し、モルパーセントで計算した0.15−0.45のR値
を有し、該ガラス組成が、12カチオン%までのLi2
O、10カチオン%未満のAl2 O3 、少なくとも0.
3 カチオン%のCu2 Oおよび0.50−2.0 %のCl+
Brの群から選択される少なくとも1つの条件を満たす
場合を除いて、前記R値が0.30を超えないことを特徴と
するガラス。 - 【請求項2】 前記ガラスが、5カチオン%までのZr
O2 を含有し、その存在する量が、該ガラスの屈折率
を増大せしめるのに効果的である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、5カチオン%までのCa
O、BaOおよび/またはSrOを含有し、その存在す
る量が、該ガラスの屈折率を増大せしめるのに効果的で
あることを特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項4】 前記ガラスが、12カチオン%までのLi
2 Oを含有し、その存在する量が、400 nmでの鋭い
UVカットオフを与えるのに効果的であることを特徴と
する請求項1記載のガラス。 - 【請求項5】 前記ガラスが、0.5 カチオン%までのC
u2 Oを含有し、その存在する量が、400 nmでの鋭
いUVカットオフを与えるのに効果的であることを特徴
とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項6】 前記ガラスが、0.15を超えるが、塩化第
一銅相の沈殿が抑制される値より低いR値を有すること
を特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項7】 前記ガラスが、少なくとも2%からUV
吸収に対して有害である量までAl2 O3 を含有す
ることを特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項8】 前記Cu2 O含有量が0.2 −0.5 カチ
オンパーセントであることを特徴とする請求項5記載の
ガラス。 - 【請求項9】 前記Cl+Brの含有量が0.5 −1.5 重
量%であることを特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項10】 前記ガラスが所定の色彩を有さず、該
ガラスの組成が、40−70%のSiO2 、20−35%のB
2 O3 、2−10%のAl2 O3 、並びに0−12
%のLi2 O、0−20%のNa2 Oおよび0−12%
のK2 Oから選択される8−12%のR2 O、0.2 −
0.5 %のCu2 Oおよび0.25−1.5重量%のClおよ
び/またはBrから実質的になることを特徴とする請求
項1記載のガラス。 - 【請求項11】 1%までの遷移金属酸化物を含有し、
それにより所定の色彩が前記ガラスに与えられることを
特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項12】 2%までの、TiO2 、Nb2 O
3 、およびPbOからなる群より選択される酸化物、
および/または0.5 %までの、WO3 およびMoO
3 からなる群より選択される酸化物を含有し、それに
より屈折率が高められ、所定の色彩が前記ガラスに与え
られることを特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項13】 前記銅の一部が第二銅の状態にあり、
それにより所定の色彩が前記ガラスに与えられることを
特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項14】 前記銅含有量の一部がコロイド状態に
あり、そのコロイド状態の銅の量が所定の色彩を前記ガ
ラスに与えるのに十分であることを特徴とする請求項1
記載のガラス。 - 【請求項15】 ハロゲン化銅結晶相を有し、フォトク
ロミズムを示すR2 O−B2 O3 −SiO2 ガラ
スからフォトクロミック作用を除去する方法であって、
該方法が、 a. フォトクロミック作用を除去するのに効果的な0.
5 カチオンパーセントまでの量のSiO2 を添加する
こと、 b. CuOの含有量を減少せしめること、 c. Clの含有量を増大せしめること、 d. R値を減少せしめること、 以上の方法の少なくとも1つの方法で前記ガラス組成を
変更することを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項16】 少なくとも0.125 カチオン%のCu
2 Oおよび少なくとも0.25%のCl+Brを含有する
R2 O−B2 O3 −SiO2 ガラスにおいて40
0 nmでの鋭いUV透過カットオフを誘発する方法であ
って、 a. 12カチオン%までLi2 Oを添加すること、 b. Cu2 Oの含有量を増大せしめること、 c. R値を減少せしめること、 以上の方法の少なくとも1つの方法で前記ガラス組成を
変更することからなることを特徴とする方法。
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