(57)【要約】  ガラス物品は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、少なくとも１種のアルカリ金属酸化物、および少なくとも１種のアルカリ土類金属酸化物を含み得る。ガラス物品は、イオン交換によって強化されることが可能であり得る。ガラス物品は、厚さｔを有する。ガラスの構成成分の濃度は、以下のようなものであり得る：１３≦０．０３０８５４３・（１８８．５＋（（２３．８４・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１６．９７・Ｂ２Ｏ３）＋（６９．１０・Ｎａ２Ｏ）＋（−２１３．３・Ｋ２Ｏ））＋（（Ｎａ２Ｏ−７．２７４）２・（−７．３６２８）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８６３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（３２１．５）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６６８）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（−３９．７４）））／Ｔ。
2021534060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、少なくとも１種のアルカリ金属酸化物、および少なくとも１種のアルカリ土類金属酸化物を含むガラス物品であって、
前記ガラス物品は、イオン交換によって強化されることが可能であり、
前記ガラス物品は、厚さｔを有し、かつ
１３≦０．０３０８５４３・（１８８．５＋（（２３．８４・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１６．９７・Ｂ２Ｏ３）＋（６９．１０・Ｎａ２Ｏ）＋（−２１３．３・Ｋ２Ｏ））＋（（Ｎａ２Ｏ−７．２７４）２・（−７．３６２８）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８６３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（３２１．５）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６６８）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（−３９．７４）））／ｔである、ガラス物品。
【請求項２】
ＳｉＯ２が７２モル％以上８２モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項３】
ＳｉＯ２が７３モル％以上８１モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項４】
ＳｉＯ２が７４モル％以上８１モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項５】
Ｎａ２Ｏが５モル％以上１２モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項６】
Ｎａ２Ｏが８モル％以上１１モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項７】
Ｎａ２Ｏが５モル％以上１０モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項８】
Ｋ２Ｏが０．３モル％以上１．５モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項９】
Ｋ２Ｏが０．３モル％以上１．０モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項１０】
Ａｌ２Ｏ３が１モル％以上６モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項１１】
Ａｌ２Ｏ３が３モル％以上６モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項１２】
Ａｌ２Ｏ３が１モル％以上５モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項１３】
Ｂ２Ｏ３が３モル％以上１６モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項１４】
Ｂ２Ｏ３が４モル％以上１１モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項１５】
Ｂ２Ｏ３が５モル％以上１０モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項１６】
ＭｇＯが０．１モル％以上６．０モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項１７】
ＭｇＯが０．１５モル％以上６．０モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項１８】
ＭｇＯが０．１５モル％以上４．０モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項１９】
ＣａＯが０モル％以上４モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項２０】
ＣａＯが０．５モル％以上２モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項２１】
ＣａＯが０．５モル％以上３．５モル％以下である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項２２】
１．５＞２２５．３＋（（−２．２３７・ＳｉＯ２）＋（−１．９３５・Ａｌ２Ｏ３）＋（−２．５７７・Ｂ２Ｏ３）＋（−２．０３２・Ｎａ２Ｏ）＋（−１０．５２・Ｋ２Ｏ）＋（−２．６００・ＭｇＯ）＋（−１．２３０８・ＢａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）２・（−０．１００１）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６２３）２・（−０．２１２２）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（−０．０８７０７）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（６．８９８）＋（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（３．７５８７））である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項２３】
０．７＞２２５．３＋（（−２．２３７・ＳｉＯ２）＋（−１．９３５・Ａｌ２Ｏ３）＋（−２．５７７・Ｂ２Ｏ３）＋（−２．０３２・Ｎａ２Ｏ）＋（−１０．５２・Ｋ２Ｏ）＋（−２．６００・ＭｇＯ）＋（−１．２３０８・ＢａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）２・（−０．１００１）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６２３）２・（−０．２１２２）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（−０．０８７０７）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（６．８９８）＋（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（３．７５８７））である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項２４】
１７５＞−９１．２６＋（（１．０４９・ＳｉＯ２）＋（−８．２７０・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１０．１８・Ｂ２Ｏ３）＋（４．７４５・Ｎａ２Ｏ）＋（−３．０５１・ＭｇＯ）＋（ＳｉＯ２−７７．５９）２・（−０．８３６５）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．９１２）・（Ｂ２Ｏ３−９．６１７）・（１．６４９）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．９１２）・（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（３．５７３）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６１７）・（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（２．７８９）＋（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（ＭｇＯ−０．６９９１）・（２．２９４））である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項２５】
０．１０＞−０．５９６３＋（（−０．１９９６・Ａｌ２Ｏ３）＋（０．０６３９３・Ｂ２Ｏ３）＋（０．９５３６・Ｋ２Ｏ）＋（０．１４９８・ＣａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）２・（０．０３７４１））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（Ｂ２Ｏ３−９．６５３）・（−０．０４４０７））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５１８５）・（−１．５４７））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（ＣａＯ−１．０７８）・（−０．７４８８））である、請求項１記載のガラス物品。
【請求項２６】
ＳｉＯ２が７２モル％以上であり、
Ａｌ２Ｏ３が１モル％以上であり、
Ｂ２Ｏ３が３モル％以上であり、
Ｎａ２Ｏが５モル％以上であり、
Ｋ２Ｏが０．３０モル％以上であり、かつ
ＭｇＯが０．１０モル％以上である、
請求項１記載のガラス物品。
【請求項２７】
７２モル％以上８２モル％以下のＳｉＯ２、
１モル％以上６モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
３モル％以上１６モル％以下のＢ２Ｏ３、
５モル％以上１２モル％以下のＮａ２Ｏ、
０．３０モル％以上１．５モル％以下のＫ２Ｏ、
０．１０モル％以上６．００モル％以下のＭｇＯ、および
０．５０モル％以上４．０モル％以下のＣａＯ
を含むガラス物品であって、
前記ガラス物品は、イオン交換によって強化されることが可能であり、
前記ガラス物品は、厚さｔを有し、かつ
１３≦０．０３０８５４３・（１８８．５＋（（２３．８４・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１６．９７・Ｂ２Ｏ３）＋（６９．１０・Ｎａ２Ｏ）＋（−２１３．３・Ｋ２Ｏ））＋（（Ｎａ２Ｏ−７．２７４）２・（−７．３６２８）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８６３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（３２１．５）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６６８）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（−３９．７４）））／ｔである、ガラス物品。
【請求項２８】
ＳｉＯ２が７３モル％以上８０モル％以下であり、
Ｂ２Ｏ３が４モル％以上１１モル％以下であり、かつ
ＭｇＯが０．１５モル％以上６．００モル％以下である、
請求項２７記載のガラス物品。
【請求項２９】
ＳｉＯ２が７３モル％以上７５モル％以下であり、
Ａｌ２Ｏ３が３モル％以上であり、
Ｂ２Ｏ３が５モル％以上１０モル％以下であり、
Ｎａ２Ｏが８モル％以上１１モル％以下であり、
ＭｇＯが０．１５モル％以上４．００モル％以下であり、かつ
ＣａＯが２モル％以下である、
請求項２７記載のガラス物品。
【請求項３０】
ＳｉＯ２が７３モル％以上８０モル％以下であり、
Ａｌ２Ｏ３が５モル％以下であり、
Ｂ２Ｏ３が４モル％以上１１モル％以下であり、
Ｎａ２Ｏが１０モル％以下であり、
Ｋ２Ｏが１．０モル％以下であり、
ＭｇＯが０．１５モル％以上であり、かつ
ＣａＯが３．５モル％以下である、
請求項２７記載のガラス物品。
【請求項３１】
１．５＞２２５．３＋（（−２．２３７・ＳｉＯ２）＋（−１．９３５・Ａｌ２Ｏ３）＋（−２．５７７・Ｂ２Ｏ３）＋（−２．０３２・Ｎａ２Ｏ）＋（−１０．５２・Ｋ２Ｏ）＋（−２．６００・ＭｇＯ）＋（−１．２３０８・ＢａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）２・（−０．１００１）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６２３）２・（−０．２１２２）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（−０．０８７０７）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（６．８９８）＋（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（３．７５８７））である、請求項２７記載のガラス物品。
【請求項３２】
０．７＞２２５．３＋（（−２．２３７・ＳｉＯ２）＋（−１．９３５・Ａｌ２Ｏ３）＋（−２．５７７・Ｂ２Ｏ３）＋（−２．０３２・Ｎａ２Ｏ）＋（−１０．５２・Ｋ２Ｏ）＋（−２．６００・ＭｇＯ）＋（−１．２３０８・ＢａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）２・（−０．１００１）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６２３）２・（−０．２１２２）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（−０．０８７０７）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（６．８９８）＋（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（３．７５８７））である、請求項２７記載のガラス物品。
【請求項３３】
１７５＞−９１．２６＋（（１．０４９・ＳｉＯ２）＋（−８．２７０・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１０．１８・Ｂ２Ｏ３）＋（４．７４５・Ｎａ２Ｏ）＋（−３．０５１・ＭｇＯ）＋（ＳｉＯ２−７７．５９）２・（−０．８３６５）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．９１２）・（Ｂ２Ｏ３−９．６１７）・（１．６４９）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．９１２）・（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（３．５７３）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６１７）・（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（２．７８９）＋（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（ＭｇＯ−０．６９９１）・（２．２９４））である、請求項２７記載のガラス物品。
【請求項３４】
０．１０＞−０．５９６３＋（（−０．１９９６・Ａｌ２Ｏ３）＋（０．０６３９３・Ｂ２Ｏ３）＋（０．９５３６・Ｋ２Ｏ）＋（０．１４９８・ＣａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）２・（０．０３７４１））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（Ｂ２Ｏ３−９．６５３）・（−０．０４４０７））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５１８５）・（−１．５４７））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（ＣａＯ−１．０７８）・（−０．７４８８））である、請求項２７記載のガラス物品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、米国特許法第１２０条のもと、２０１８年８月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／７１８２１３号明細書の優先権の利益を主張し、その内容が依拠され、その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、総じて、ガラス組成物、より具体的には、イオン交換可能なホウケイ酸塩ガラス組成物、および当該ガラス組成物から形成されたガラス物品、例えばガラス製の医薬品包装に関する。
【背景技術】
【０００３】
歴史的に、ガラスは、他の材料に比べて気密性、光学的透明性および優れた化学的耐久性を有することから、医薬品を包装するための好ましい材料として使用されてきた。具体的には、医薬品の包装に使用されるガラスは、その中に含まれる医薬組成物の安定性に影響を与えないように、適切な化学的耐久性を有していなければならない。適切な化学的耐久性を有するガラスとしては、化学的耐久性が証明されているＡＳＴＭ規格の「タイプ１Ａ」および「タイプ１Ｂ」のガラス組成物のうちのガラス組成物が挙げられる。
【０００４】
医薬品メーカーにとって、充填から輸送および保管を経て使用されるまでの間、包装内容物の無菌性を維持することが重要な課題である。ガラス容器は他の代わりとなる多くの材料に比べて優れているものの、割れないわけではなく、取り扱いおよび輸送の際に損傷を被ることがある。このような損傷から生じる亀裂は、内容物の気密性および無菌性を損なう可能性があるが、包装の壊滅的な破損には至らない。このような亀裂は、使用時に医療従事者や患者に発見された場合、リコールの原因となる可能性があり、医薬品メーカーにとってはコストがかさむことになる。
【０００５】
したがって、ガラス物品、例えばガラス製の医薬品包装および類似の用途における使用のための代替的なガラス組成物が必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態によれば、ガラス物品は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、少なくとも１種のアルカリ金属酸化物、および少なくとも１種のアルカリ土類金属酸化物を含み得る。ガラス物品は、イオン交換によって強化されることが可能であり得る。ガラス物品は、厚さｔを有する。ガラスの構成成分の濃度は、以下のようなものであり得る：１３≦０．０３０８５４３・（１８８．５＋（（２３．８４・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１６．９７・Ｂ２Ｏ３）＋（６９．１０・Ｎａ２Ｏ）＋（−２１３．３・Ｋ２Ｏ））＋（（Ｎａ２Ｏ−７．２７４）２・（−７．３６２８）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８６３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（３２１．５）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６６８）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（−３９．７４）））／Ｔ。
【０００７】
別の実施形態によれば、ガラス物品は、７２モル％以上８２モル％以下のＳｉＯ２、１モル％以上６モル％以下のＡｌ２Ｏ３、３モル％以上１６モル％以下のＢ２Ｏ３、５モル％以上１２モル％以下のＮａ２Ｏ、０．３０モル％以上１．５モル％以下のＫ２Ｏ、０．１０モル％以上６．００モル％以下のＭｇＯ、および０．５０モル％以上４．０モル％以下のＣａＯを含み得る。ガラス物品は、イオン交換によって強化されることが可能であり、厚さｔを有し得る。ガラスの構成成分の濃度は、以下のようなものであり得る：１３≦０．０３０８５４３・（１８８．５＋（（２３．８４・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１６．９７・Ｂ２Ｏ３）＋（６９．１０・Ｎａ２Ｏ）＋（−２１３．３・Ｋ２Ｏ））＋（（Ｎａ２Ｏ−７．２７４）２・（−７．３６２８）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８６３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（３２１．５）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６６８）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（−３９．７４）））／ｔ。
【０００８】
本明細書に記載されるホウケイ酸塩ガラス組成物および当該組成物から形成されたガラス物品の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部は、その説明から当業者に容易に明らかになるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面などの本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識されるであろう。
【０００９】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方が、様々な実施形態を説明しており、特許請求の範囲に記載された主題の性質および特徴を理解するための概要または枠組みを提供することを意図していることが理解されるべきである。添付の図面は、様々な実施形態の更なる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本明細書に記載される様々な実施形態を示すものであり、本明細書と合わせて、特許請求の範囲に記載された主題の原理および操作を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】壊滅的な破損を伴わない先行技術のガラス製の医薬品包装の亀裂を示す写真である。
【図２】壊滅的な破損を伴わない亀裂を有する容器の割合（ｙ座標）を中心張力（ｘ座標）の関数としてグラフで示したものである。
【図３】公称１ｍｍ（または１．１ｍｍ）の壁厚における先行技術のアルミノケイ酸塩ガラス組成物と２種の先行技術のホウケイ酸塩ガラス組成物の圧縮応力（ｙ座標）、中心張力（等高線）、および層の深さ（ｘ座標）をグラフで示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、イオン交換強化に付すことが可能であり、医薬品包装としての使用に適しているホウケイ酸塩ガラス組成物および当該組成物から形成されたガラス物品の実施形態について詳細に言及する。可能な限り、図面を通して同じ参照数字を使用して、同じまたは同様の部品を参照する。一実施形態によれば、ガラス物品は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、少なくとも１種のアルカリ金属酸化物、および少なくとも１種のアルカリ土類金属酸化物を含み得る。ガラス物品は、イオン交換によって強化されることが可能であり得る。ガラス物品は、厚さｔを有する。ガラスの構成成分の濃度は、以下のようなものであり得る：１３≦０．０３０８５４３・（１８８．５＋（（２３．８４・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１６．９７・Ｂ２Ｏ３）＋（６９．１０・Ｎａ２Ｏ）＋（−２１３．３・Ｋ２Ｏ））＋（（Ｎａ２Ｏ−７．２７４）２・（−７．３６２８）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８６３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（３２１．５）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６６８）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（−３９．７４）））／ｔである。ホウケイ酸塩ガラス組成物および当該組成物から形成されたガラス物品、例えばガラス製の医薬品包装の様々な実施形態について、添付図面を具体的に参照しながら本明細書でさらに詳細に説明する。
【００１２】
本明細書では、範囲を「約」１つの特定の値から、かつ／または「約」他の特定の値までと表現することができる。このような範囲が表現される場合、別の実施形態には、１つの特定の値から、かつ／または他の特定の値までが含まれる。同様に、値が近似値として表現される場合、先行詞「約」の使用により、特定の値が別の実施形態を形成することが理解されるであろう。さらに、各範囲の終点は、他の終点との関係において重要であるし、他の終点とは無関係に重要であることも理解されるであろう。
【００１３】
本明細書で使用される方向性の用語（例えば、上、下、右、左、前、後ろ、頂部、底部）は、描写されている図を参照しているだけであり、絶対的な方向性を意味することを意図していない。
【００１４】
明示的に別段の定めがない限り、本明細書に記載されている方法は、いかなる点においても、そのステップが特定の順序で実行される必要があると解釈されることも、また、いかなる装置においても特定の方向性が要求されることも意図していない。したがって、方法の請求項がそのステップに従うべき順序を実際に記載していない場合、または装置の請求項が個々の構成要素に対する順序もしくは向きを実際に記載していない場合、またはステップが特定の順序に限定されることが請求項もしくは明細書に具体的に記載されていない場合、または装置の構成要素に対する特定の順序もしくは向きが記載されていない場合、いかなる点においても、順序もしくは向きが推測されることは意図していない。これは、ステップの配置、操作フロー、構成要素の順序、または構成要素の向きに関する論理的な問題、文法的な構成もしくは句読点から得られる明白な意味、明細書に記載される実施形態の数または種類などの、あらゆる可能な非明示的な解釈の根拠に当てはまる。
【００１５】
本明細書で使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈上特に明記されていない限り、複数の参照語を含む。したがって、例えば、「ａ」構成要素という表現には、文脈上特に明記されていない限り、２つ以上の構成要素を有する態様が含まれる。
【００１６】
本明細書で使用される場合、「軟化点」という用語は、ガラス組成物の粘度が１×１０７．６ポアズ（１×１０６．６Ｐａ・ｓ）になる温度を指す。
【００１７】
本明細書で使用される場合、「徐冷点」という用語は、ガラス組成物の粘度が１×１０１３ポアズ（１×１０１２Ｐａ・ｓ）になる温度を指す。
【００１８】
本明細書で使用される場合、「歪み点」および「Ｔ歪み」という用語は、ガラス組成物の粘度が３×１０１４ポアズ（３×１０１３Ｐａ・ｓ）になる温度を指す。
【００１９】
本明細書で使用される場合、「ＣＴＥ」という用語は、約室温（ＲＴ）〜約３００℃の温度範囲にわたるガラス組成物の熱膨張係数を指す。
【００２０】
圧縮応力は、ＦＳＭ（Fundamental Stress Meter）機器、例えばＦＳＭ−６０００（株式会社折原製作所（日本、東京）製）で測定され、ここで、圧縮応力値は、測定された応力光学係数（ＳＯＣ）に基づく。ＦＳＭ機器は、複屈折ガラス表面に光を入射／出射させる。次いで、測定された複屈折は、材料定数である応力光学係数または光弾性係数（ＳＯＣまたはＰＥＣ）を介して応力と関連づけられ、最大表面圧縮応力（ＣＳ）と交換された層の深さ（ＤＯＬ）という２つのパラメータが得られる。
【００２１】
ガラス組成物は、その共通の構成要素によってファミリーに分類され得る。より具体的には、ガラスの２つまたは３つの最も豊富な構成要素の名前を、典型的には昇順に並べて、ガラスファミリー名とする。例えば、実質的な濃度のナトリウム、アルミニウム、ホウ素およびケイ素を含むガラスは、ホウケイ酸ナトリウム、ホウケイ酸塩、またはアルミノホウケイ酸塩と呼ぶことができる。しかしながら、このファミリーネームは、１つまたは２つの特定のガラス組成物に限定されるものではなく、それらの元素を主たる構成要素として含むあらゆるガラスを意味する。したがって、ホウ素およびケイ素を含む多くのガラスがホウケイ酸塩と呼ばれ得るが、すべてのホウケイ酸塩が必ずしもＡＳＴＭ  Ｅ４３８のタイプＩガラスの要件を満たしているわけではない。本明細書で使用される場合、「ホウケイ酸塩ガラス」および「ホウケイ酸塩ガラス組成物」という用語は、ガラス組成物の１重量％を超える濃度のホウ素を含むガラス組成物を指す。
【００２２】
本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態では、構成成分（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３など）の濃度は、別段の定めがない限り、酸化物基準のモルパーセント（モル％）で規定される。
【００２３】
ガラス組成物中の特定の構成成分の濃度および／または不在を表すのに使用するときの「含まない」および「実質的に含まない」という用語は、構成成分がガラス組成物に意図的に添加されていないことを意味する。しかしながら、ガラス組成物は、０．０１モル％未満の量の構成成分を汚染物質または痕跡として含んでもよい。
【００２４】
本明細書で使用される場合、「化学的耐久性」という用語は、ガラス組成物が特定の化学的条件に曝されたときに分解しにくい能力を指す。具体的には、本明細書に記載されるガラス組成物の化学的耐久性を、３つの確立された材料試験基準に従って評価した：２００１年３月に発行された標題「ガラスの試験−塩酸の沸騰水溶液による攻撃への抵抗−試験方法と分類（Testing of glass - Resistance to attack by a boiling aqueous solution of hydrochloric acid - Method of test and classification）」のＤＩＮ  １２１１６；標題「ガラス−混合アルカリの沸騰水溶液による攻撃への抵抗−試験方法と分類（Glass -- Resistance to attack by a boiling aqueous solution of mixed alkali -- Method of test and classification）」のＩＳＯ  ６９５：１９９１；および標題「ガラス−１２１℃におけるガラス粒子の耐加水分解性−試験方法と分類（Glass -- Hydrolytic resistance of glass grains at 121 degrees C -- Method of test and classification）」のＩＳＯ  ７２０：１９８５。ガラスの化学的耐久性は、上記の規格に加えて、ＩＳＯ  ７１９：１９８５「ガラス−９８℃におけるガラス粒子の耐加水分解性−試験方法と分類（Glass -- Hydrolytic resistance of glass grains at 98 degrees C -- Method of test and classification）」に従って評価することもできる。ＩＳＯ  ７１９規格は、ＩＳＯ  ７２０規格のより攻撃的でないバージョンであり、そのため、ＩＳＯ  ７２０規格の指定された分類に適合するガラスは、ＩＳＯ  ７１９規格の対応する分類にも適合すると考えられる。
【００２５】
イオン交換による化学強化またはケミカル強化などの強化処理を施したガラスサンプルの場合、ガラスにおける圧縮応力は、ＦＳＭ機器で測定され、ここで、圧縮応力値は、測定された応力光学係数（ＳＯＣ）に基づく。ＦＳＭ機器は、空気よりも高い屈折率を有するガラス表面に光を入射／出射させる。次いで、測定された複屈折は、材料定数である応力光学係数または光弾性係数（ＳＯＣまたはＰＥＣ）を介して応力と関連づけられ、最大表面圧縮応力（ＣＳ）と交換された層の深さ（ＤＯＬ）という２つのパラメータが得られる。また、ガラス中のアルカリ金属イオンの拡散性および時間の平方根あたりの応力の変化を求めることもできる。ガラスの拡散性（Ｄ）は、測定された層の深さ（ＤＯＬ）とイオン交換時間（ｔ）とから、関係式ＤＯＬ＝約１．４・ｓｑｒｔ（４・Ｄ・ｔ）に従って算出される。拡散性はアレニウスの関係式に従って温度とともに増加し、そのため特定の温度で報告される。
【００２６】
ガラスは、光学的透明性、気密性、化学的不活性などのいくつかの理由から、医薬品包装に好ましい材料である。しかしながら、ガラス包装には、当該ガラス包装がその内容物を保持および維持する能力を損なわずにガラス包装の気密性（ひいては、ガラス包装の内容物の無菌性）を破壊し得る亀裂が生じる可能性がある。すなわち、ガラス包装の気密性が亀裂によって損なわれているにもかかわらず、ガラス包装とその内容物は無傷のままである。
【００２７】
例えば、図１は、ガラス製の医薬品包装、具体的にはガラスバイアルの底部の写真である。写真に示すとおり、ガラス製の医薬品包装には、医薬品包装の底部の直径を横切って延びる亀裂が含まれる。この亀裂の存在が、ガラス製の医薬品包装の気密性を損なった。しかしながら、亀裂の存在にもかかわらず、包装自体は無傷のままであり、その内容物を保持することができた。すなわち、亀裂は、ガラス製の医薬品包装の壊滅的な破損と、それに伴うその内容物の放出とをもたらさない。このことは、ガラス製の医薬品包装の気密性が損なわれているにもかかわらず、包装の内容物が使用されてしまう危険性を示す。
【００２８】
ガラス製の医薬品包装の気密性に亀裂が生じた場合に、その内容物の使用を防止する一つの手法として、ガラス製の医薬品包装が亀裂の形成時に壊滅的に破損するようにすることが挙げられる。この現象は、ガラス包装の「自己破壊(self-elimination)」と呼ばれている。ガラス包装の自己破壊は、ガラス容器の壁の表面が層の深さＤＯＬまで壁厚に及ぶ圧縮応力を受けるようにガラス包装を強化し、それによりガラスに圧縮領域を形成することによって達成することができる。圧縮応力は、例えば、イオン交換によってガラスを化学的に強化すること、ガラスを熱的に強化すること、および／またはガラスを積層することによって、ガラス包装に形成することができる。ガラス包装の壁に圧縮応力を導入することで、壁の中心領域（すなわち、壁の表面間のガラスの厚さに位置する領域）に中心張力ＣＴが発生する。この中心張力は、圧縮応力と釣り合う。
【００２９】
ガラスの表面に割れができても、圧縮応力の層の深さを超えていない場合、ガラスの壁の圧縮応力が、当該圧縮応力を克服するのに十分な外部エネルギーが導入されない限り、割れがさらに広がるのを防ぐ。
【００３０】
しかしながら、中心張力が、ガラス包装の自己破壊に十分な閾値中心張力よりも大きく、割れの割れ前線が圧縮応力の層の深さを通り過ぎて中心張力まで延びている場合、中心張力により、割れがさらにガラスに広がり、割れの枝分かれ（多重分岐とも呼ばれる）の可能性も含めて、結果的にガラス包装が複数のピースに破断される可能性がある。このタイプの破断は、既存のＣＣＩ検出方法、例えば高電圧リーク検出、ヘッドスペース分析などによって、容器の裂け目をより容易に検出可能にする。いくつかの実施形態では、このタイプの破断は、ガラス包装を効果的に破壊し、ガラス包装の内容物の放出を引き起こし、それにより、包装の気密性が損なわれたときにガラス包装の内容物が使用できなくなる。
【００３１】
したがって、ガラス包装に圧縮応力を導入することで、一方では、ガラス包装を強化し、機械的損傷による破損に対するガラス包装の耐性を向上させることができる。他方では、ガラス包装に圧縮応力を導入することで、自己破壊に十分な閾値中心張力を超える対応する中心張力を伴う場合には、割れまたは機械的損傷が圧縮応力の層の深さを通って中心張力にまで及ぶ条件下でガラス包装の自己破壊を確実に行うことができ、この導入は、自己破壊に十分な閾値中心張力の存在がなければガラス包装を破壊せずにガラス包装の気密性を損なうことになる。
【００３２】
自己破壊に十分な閾値中心張力が１３ＭＰａと低いこと（すなわち、閾値中心張力が１３ＭＰａ以上であること）が、ここで判明した。すなわち、ガラス包装の中心張力が１３ＭＰａ以上でありかつ割れまたは機械的損傷が圧縮応力の層の深さを通って中心張力にまで及ぶ場合、中心張力が割れまたは機械的損傷を広げ、結果的にガラス包装が壊滅的に破損する。この閾値中心張力の値は，壁厚が１．１ミリメートル（ｍｍ）のガラス容器について求めたものである。この値は壁厚にある程度依存すると考えられていたが、本願のデータによると、閾値中心張力は壁厚にあまり依存しないことがわかる。
【００３３】
例えば、図２は、壊滅的な破損を伴わない亀裂を有する容器の割合（ｙ座標）を、中心張力（ｘ座標）の関数としてグラフに示したものである。容器の壁厚は１．１ｍｍであった。図２に示されているように、中心張力が１３ＭＰａ未満であるガラス包装は、当該ガラス包装が壊滅的に破損せずに亀裂の形成に耐える可能性がある。これらの状況下では、外部エネルギーを導入して亀裂を広げない限り、亀裂は本質的に安定しているため、亀裂はガラス包装を破壊せずに当該ガラス包装の気密性を効果的に損なう。
【００３４】
しかしながら、図２に示すとおり、中心張力が１３ＭＰａ以上のガラス包装は、傷または他の機械的損傷が中心張力に及んだ場合、壊滅的に破損する（すなわち、自己破壊する）。
【００３５】
米国薬局方（ＵＳＰ）＜６６０＞のタイプＩ容器に分類されているガラス製の医薬品包装は、一般的にホウケイ酸塩ガラスから形成されている。ＵＳＰ＜６６０＞によれば、タイプＩ容器として分類された容器は、高い耐加水分解性を有しており、ほとんどの非経口および非−非経口（nonparenteral）組成物を入れるのに適している。しかしながら、ガラス製の医薬品包装に現在使用されているタイプＩのホウケイ酸塩ガラス（ＡＳＴＭ  Ｅ４３８に記載）は、中心張力が１３ＭＰａ以上になるように強化できないことが、ここで判明した。そのため、このようなガラス組成物から形成されたガラス製の医薬品包装は、ガラス包装の気密性を損なうがガラス包装の自己破壊には至らない亀裂が形成しやすい。
【００３６】
例えば、図３は、先行技術のアルミノケイ酸塩ガラス組成物と２種の先行技術のホウケイ酸塩ガラス組成物の圧縮応力（ｙ座標）、中心張力（等高線）、および層の深さ（ｘ座標）をグラフで示したものである。「ガラスＡ」と識別されたガラスは、ホウ素およびホウ素含有化合物を含まない先行技術のアルミノケイ酸塩ガラス組成物であるコーニング社のガラスコード２３４５であった。「ガラスＢ１」と識別されたガラスは、ガラス製の医薬品包装に使用される市販のホウケイ酸塩ガラス組成物であり、以下の組成（モル％）を有していた：ＳｉＯ２  ７７．９、Ａｌ２Ｏ３  ３．４、Ｂ２Ｏ３  ９．８、Ｎａ２Ｏ  ７．０、Ｋ２Ｏ  ０．１、ＭｇＯ  ０．１、ＣａＯ  １．７およびＡｓ２Ｏ５  ０．１。「ガラスＢ２」と識別されたガラスは、ガラス製の医薬品包装に使用される市販のホウケイ酸塩ガラス組成物であり、以下の組成（モル％）を有していた：ＳｉＯ２  ７６．０、Ａｌ２Ｏ３  ４．２、Ｂ２Ｏ３  １０．５、Ｎａ２Ｏ  ６．６、Ｋ２Ｏ  １．６、ＭｇＯ  ０．５、ＣａＯ  ０．６およびＣｌ−  ０．１。ガラス組成物のサンプルを、１００％ＫＮＯ３を含む溶融塩浴中で約４１０℃〜約５００℃の温度にて０．２時間〜約８８時間までイオン交換した。イオン交換強化後、本明細書に記載されているように、圧縮応力およびＤＯＬを測定した。中心張力（ＣＴ）は、ＤＯＬ、圧縮応力（ＣＳ）、および壁厚ｔの関数として算出した。具体的には、
【００３７】
【数１】
2021534060.tif 000003
【００３８】
である。
【００３９】
また、図３を参照すると、ガラスＡ、ガラスＢ１、ガラスＢ２について、イオン交換時間および／またはイオン交換温度の増加に伴ってＤＯＬが増加し、イオン交換時間および／またはイオン交換温度の増加に伴って圧縮応力が減少することが判明した。ガラスＡについてのデータは、イオン交換時間および／またはイオン交換温度の増加に伴って中心張力が増加し、１３ＭＰａ以上の中心張力がイオン交換によって容易に達成できることを示す。
【００４０】
しかしながら、市販のホウケイ酸塩ガラス組成物であるガラスＢ１およびガラスＢ２に関しては、イオン交換時間および／またはイオン交換温度の増加に伴って中心張力がわずかに増加するだけであった。このデータに基づき、ガラスＢ１とガラスＢ２のいずれも、イオン交換時間および／またはイオン交換温度に関係なく中心張力は１３ＭＰａに達することができないことも判明した。そのため、これらの市販のガラス組成物から形成されたガラス製の医薬品包装は、ガラス包装の気密性を損なうがガラス包装の自己破壊には至らない亀裂が形成しやすい。
【００４１】
本明細書に記載されるガラス組成物は、上記で特定されたホウケイ酸塩ガラス組成物の欠陥に対処するものである。具体的には、本明細書に記載されているのは、イオン交換による強化の影響を受けやすく、１３ＭＰａ以上の中心張力を達成することができるホウケイ酸塩ガラス組成物である。本明細書に記載されるホウケイ酸塩ガラス組成物は、医薬品包装としての使用にも適している。そのため、本明細書に記載されるホウケイ酸塩ガラス組成物から形成されたガラス製の医薬品包装は、当該ガラス製の医薬品包装の気密性が損なわれた場合に自己破壊することができる。
【００４２】
ホウケイ酸塩ガラス組成物および当該組成物から形成されたガラス物品について、特定の構成成分の濃度（モル％）の関係が、ガラス組成物のイオン交換性能、ひいてはイオン交換強化時にガラスにおいて達成され得る中心張力の大きさに影響を与えることが判明した。
【００４３】
特に、ホウケイ酸塩ガラス組成物の特定の構成成分、具体的にはＢ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、およびＭｇＯの濃度（モル％）の関係が、イオン交換強化時にホウケイ酸塩ガラスにおいて達成され得る中心張力の大きさを決定するために使用され得ることが、ここで判明した。具体的には、ホウケイ酸塩ガラス組成物から形成されたガラス物品において達成可能な中心張力は、以下のように表すことができると判明した：
式１：
ＣＴ＝０．０３０８５４３・（１８８．５＋（（２３．８４・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１６．９７・Ｂ２Ｏ３）＋（６９．１０・Ｎａ２Ｏ）＋（−２１３．３・Ｋ２Ｏ））＋（（Ｎａ２Ｏ−７．２７４）２・（−７．３６２８）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８６３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（３２１．５）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６６８）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（−３９．７４）））／ｔ
式中、ＣＴは中心張力、Ａｌ２Ｏ３はガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の濃度（モル％）、Ｂ２Ｏ３はガラス組成物中のＢ２Ｏ３の濃度（モル％）、Ｎａ２Ｏはガラス組成物中のＮａ２Ｏの濃度（モル％）、Ｋ２Ｏはガラス組成物中のＫ２Ｏの濃度（モル％）、ｔはガラスの厚さである。例えば、ガラス組成物がガラス板などのガラス物品へと形成されている場合、ｔはガラス板の厚さであり、ガラス組成物がガラスバイアルなどのガラス製の医薬包装へと形成されている場合、ｔは測定箇所におけるガラス物品の公称厚さである。これらの中心張力の値は、イオン交換時間の２４時間以内、例えば交換時間の１２時間以内、さらには交換時間の６時間以内に得られる。
【００４４】
上述したように、ガラス組成物がガラス製の医薬品包装などのガラス物品へと形成され、ガラス製の医薬品包装の側壁の中心張力が１３ＭＰａ以上である場合（すなわち、ＣＴ≧１３ＭＰａの場合）、ガラス製の医薬品包装は、当該ガラス製の医薬品包装の気密性が包装の自己破壊を引き起こす中心張力に及ぶ割れ（この割れは中心張力がなければ亀裂を生じていたであろう）の発生によって損なわれる場合に自己破壊する。
【００４５】
式１は、ガラス中のＡｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの濃度に関する用語を含んでいるが、式１で特徴付けられるホウケイ酸塩ガラス組成物は、ＳｉＯ２、他のアルカリ金属酸化物、他のアルカリ土類金属酸化物などが挙げられるがこれらに限定されない他の構成成分を含んでもよいことが理解されるべきである。さらに、式１は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの濃度に関する用語を含んでいるが、式１は、Ａｌ２Ｏ３および／またはＫ２Ｏを含まないホウケイ酸塩ガラスにおいて得られる中心張力の推定にも使用できることが理解されるべきである。
【００４６】
本明細書に記載されるガラス組成物は、イオン交換強化後に中心張力が１３ＭＰａ以上となるようにイオン交換強化されることが可能なホウケイ酸塩ガラス組成物であり、このガラス組成物は、例えばガラス製の医薬品包装として使用された場合に自己破壊し得る。したがって、本明細書に記載されるガラス組成物について、式１で定義されるＣＴは１３ＭＰａ以上である。
【００４７】
本明細書に記載されるガラス組成物は、総じて、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、および少なくとも１種のアルカリ金属酸化物、例えばＮａ２Ｏおよび／またはＫ２Ｏの組み合わせを含む。ガラス組成物はまた、Ａｌ２Ｏ３および／または少なくとも１種のアルカリ土類金属酸化物を含んでもよい。ガラス組成物は、化学的分解に耐性があり得、イオン交換による化学強化にも適している。いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、例えば、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｓ２Ｏ３などの１種以上の追加の酸化物をさらに含んでもよい。これらの成分は、清澄剤として、かつ／またはガラス組成物の化学的耐久性をさらに高めるために添加されてもよい。いくつかの実施形態では、ガラス組成物はまた、Ｃｌ、Ｆ、および／またはＢｒを含んでもよく、これらは清澄剤としてガラスに添加されてもよい。
【００４８】
本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態では、ＳｉＯ２が組成物の最大の構成要素であり、そのため、ＳｉＯ２が結果として得られるガラスネットワークの主たる構成要素である。ＳｉＯ２は、ガラスの化学的耐久性を高め、特に、ガラス組成物の酸での分解に対する耐性およびガラス組成物の水での分解に対する耐性を高める。したがって、高いＳｉＯ２濃度が総じて望まれる。しかしながら、ＳｉＯ２の含有量が高すぎると、ＳｉＯ２の濃度が高いほどガラスの溶融の難易度が増し、ひいてはガラスの成形性に悪影響を及ぼすため、ガラスの成形性が低下し得る。本明細書に記載される実施形態では、ガラス組成物は、総じて、７０モル％以上のＳｉＯ２、例えば、約７２モル％以上のＳｉＯ２、さらには約７４モル％以上のＳｉＯ２を含む。例えば、いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、７２モル％以上約８２モル％以下、８１モル％以下、さらには８０モル％以下の量のＳｉＯ２を含む。これらの実施形態のいくつかでは、ガラス組成物中のＳｉＯ２の量は、約７２．５モル％以上、約７３モル％以上、約７４モル％以上、さらには７５モル％以上であってもよい。他のいくつかの実施形態では、ガラス組成物は、約７３モル％以上約８０モル％以下、さらには約７８モル％以下のＳｉＯ２を含んでもよい。
【００４９】
本明細書に記載されるガラス組成物は、Ａｌ２Ｏ３をさらに含んでもよい。Ａｌ２Ｏ３は、ガラス組成物中に存在するアルカリ金属酸化物、例えばＮａ２Ｏなどと併用することで、ガラスのイオン交換強化に対する感受性を向上させる。しかしながら、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量が多すぎると、酸攻撃に対するガラス組成物の耐性が低下する。したがって、本明細書に記載されるガラス組成物は、総じて、約１モル％以上の量のＡｌ２Ｏ３を含む。実施形態では、ガラス組成物は、約１モル％以上約６モル％以下の量のＡｌ２Ｏ３を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量は、約１モル％以上約５モル％以下、さらには４．５モル％以下である。他のいくつかの実施形態では、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量は、約２モル％以上約６モル％以下である。他のいくつかの実施形態では、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量は、約３モル％以上約６モル％以下である。さらに他の実施形態では、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量は、約３モル％以上約５モル％以下である。一般に、ガラス中のＡｌ２Ｏ３の濃度が増加すると、ガラスにおける中心張力（ＣＴ）も増加する。
【００５０】
酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）は、ガラス組成物に添加されて所定の温度（例えば、歪み温度、徐冷温度および軟化温度）における粘度を低下させ、それによりガラスの成形性を向上させることができる融剤である。本明細書に記載される実施形態では、ガラス組成物中のＢ２Ｏ３の濃度は、総じて約３モル％以上である。例えば、実施形態では、Ｂ２Ｏ３の濃度は、約３モル％以上約１６モル％以下であってもよい。これらの実施形態のいくつかでは、Ｂ２Ｏ３の濃度は、約４モル％以上約１２モル％以下、約１１モル％以下、さらには１０．５モル％以下であってもよい。これらの実施形態のいくつかでは、Ｂ２Ｏ３は、約５モル％以上約１２モル％以下、さらには約１１モル％以下の量で存在してもよい。
【００５１】
実施形態では、全アルカリ金属酸化物濃度（Ｒ２Ｏ、ここで、Ｒは、Ｋ、Ｌｉ、およびＮａである）（モル％）とＡｌ２Ｏ３濃度（モル％）との差を、全Ｂ２Ｏ３濃度（モル％）で割った値（すなわち、（Ｒ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３）／Ｂ２Ｏ３）は、０．７以上、さらには１．０以上である。この値が少なくとも０．７であれば、イオン交換後のガラスにおける中心張力が自己破壊に十分であることがわかっている。
【００５２】
実施形態では、ガラス組成物は、Ｎａ２Ｏおよび／またはＫ２Ｏなどの１種以上のアルカリ金属酸化物も含む。アルカリ金属酸化物は、ガラス組成物のイオン交換性を促進し、そのため、ガラスの化学強化を促進する。本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態では、ガラス組成物は、約６モル％以上約１２モル％以下のアルカリ金属酸化物を含む。これらの実施形態のいくつかでは、ガラス組成物は、約６モル％以上約１１モル％以下のアルカリ金属酸化物を含む。これらの実施形態のいくつかでは、ガラス組成物は、約９モル％以上約１１モル％以下のアルカリ金属酸化物を含むか、または代替的に、約６モル％以上約９モル％以下のアルカリ金属酸化物を含んでもよい。
【００５３】
ガラス組成物のイオン交換性は、主に、イオン交換の前にガラス組成物中に最初から存在するアルカリ金属酸化物Ｎａ２Ｏの量によってガラス組成物に付与される。したがって、本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態では、ガラス組成物中に存在するアルカリ金属酸化物は、少なくともＮａ２Ｏを含む。具体的には、イオン交換強化時にガラス組成物の所望の圧縮応力および層の深さを達成するために、ガラス組成物は、約５モル％以上約１２モル％以下の量のＮａ２Ｏを含む。いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、約８モル％以上約１１モル％以下のＮａ２Ｏを含む。他のいくつかの実施形態では、Ｎａ２Ｏの濃度は、約５モル％以上約１０モル％以下であってもよい。さらに他の実施形態では、Ｎａ２Ｏの濃度は、約６モル％以上約９．５モル％以下であってもよい。
【００５４】
上述したように、ガラス組成物中のアルカリ金属酸化物は、Ｋ２Ｏをさらに含んでもよい。ガラス組成物中に存在するＫ２Ｏの量は、ガラス組成物のイオン交換性にも関係する。具体的には、ガラス組成物中に存在するＫ２Ｏの量が増加すると、イオン交換プロセスの速度を向上させる拡散速度が増加するが、カリウムイオンとナトリウムイオンが交換される結果、イオン交換により得られる圧縮応力が減少することになる。したがって、ガラス組成物中に存在するＫ２Ｏの量を制限することが好ましい。いくつかの実施形態では、Ｋ２Ｏの量は、約０．１モル％以上、さらには約０．３モル％以上約２．５モル％以下である。これらの実施形態のいくつかでは、Ｋ２Ｏの量は、約２モル％以下、さらには約１．５モル％以下である。いくつかの実施形態では、Ｋ２Ｏは、約０．３モル％以上約１．０モル％以下の濃度で存在してもよい。
【００５５】
ガラスバッチ材料の溶融性を向上させ、ガラス組成物の化学的耐久性を高めるために、アルカリ土類金属酸化物が組成物中に存在してもよい。本明細書に記載されるガラス組成物では、ガラス組成物のイオン交換性を向上させるために、ガラス組成物中に存在するアルカリ土類金属酸化物の合計モル％は、総じて、ガラス組成物中に存在するアルカリ金属酸化物の合計モル％よりも少ない。本明細書に記載される実施形態では、ガラス組成物は、総じて、約０モル％以上約１０モル％以下のアルカリ土類金属酸化物を含む。これらの実施形態のいくつかでは、ガラス組成物中のアルカリ土類金属酸化物の量は、約０モル％以上約５モル％以下であってもよく、さらには約０モル％以上約３モル％以下であってもよい。
【００５６】
ガラス組成物中のアルカリ土類金属酸化物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯまたはそれらの組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、ＭｇＯおよびＣａＯの両方を含む。これらの実施形態では、ＣａＯおよびＭｇＯの合計濃度は、０．１５モル％以上１０モル％以下であってもよい。
【００５７】
本明細書に記載される実施形態では、アルカリ土類金属酸化物はＭｇＯを含む。ＭｇＯは、約０．１モル％以上約６モル％以下の量でガラス組成物中に存在する。いくつかの実施形態では、ＭｇＯは、約０．１５モル％以上約６モル％以下の量でガラス組成物中に存在してもよい。これらの実施形態のいくつかでは、ＭｇＯは、約０．１５モル％以上約５モル％以下、約０．１５モル％以上約４モル％以下、さらには約０．２モル％以上約４モル％以下の量でガラス組成物中に存在してもよい。
【００５８】
いくつかの実施形態では、アルカリ土類金属酸化物は、ＣａＯをさらに含んでもよい。これらの実施形態では、ＣａＯは、０．１モル％以上、さらには０．１５モル％以上の量でガラス組成物中に存在する。例えば、ガラス組成物中に存在するＣａＯの量は、約０．５モル％以上約４モル％以下であってもよい。これらの実施形態のいくつかでは、ＣａＯは、約０．５モル％以上約３．５モル％以下、さらには約０．５モル％以上約３モル％以下の量でガラス組成物中に存在してもよい。他のいくつかの実施形態では、ＣａＯは、約０．５モル％以上約２．５モル％以下、さらには約０．５モル％以上約２．０モル％以下の量でガラス組成物中に存在してもよい。
【００５９】
いくつかの実施形態では、アルカリ土類金属酸化物は、ＢａＯをさらに含んでもよい。これらの実施形態では、ＢａＯは、約０．０モル％以上の量でガラス組成物中に存在する。例えば、ガラス組成物中に存在するＢａＯの量は、約０．０モル％以上約１．５モル％以下であってもよい。これらの実施形態のいくつかでは、ＢａＯは、約０．０モル％以上約１．０モル％以下、さらには約０．５モル％以上約１．０モル％以下の量でガラス組成物中に存在してもよい。他のいくつかの実施形態では、ＢａＯは、約０．５モル％以上約０．７５モル％以下の量でガラス組成物中に存在してもよい。
【００６０】
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物に加えて、本明細書に記載されるガラス組成物は、任意に、例えばＳｎＯ２、Ａｓ２Ｏ３、Ｆ−、Ｂｒ−、および／またはＣｌ−（ＮａＣｌなどから）などの１種以上の清澄剤をさらに含んでもよい。ガラス組成物中に清澄剤が存在する場合、清澄剤は、約１モル％以下、さらには約０．４モル％以下の量で存在してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、清澄剤としてＳｎＯ２を含んでもよい。これらの実施形態では、ＳｎＯ２は、約０モル％以上約１モル％以下、さらには約０．０１モル％以上約０．３０モル％以下の量でガラス組成物中に存在してもよい。他の実施形態では、清澄剤はＣｌ−を含んでもよい。これらの実施形態では、Ｃｌ−は、約０モル％超約０．５モル％以下、さらには約０．０１モル％超約０．３０モル％以下の量でガラス組成物中に存在してもよい。
【００６１】
さらに、本明細書に記載されるガラス組成物は、ガラス組成物の化学的耐久性をさらに向上させるために、１種以上の追加の金属酸化物を含んでもよい。例えば、ガラス組成物は、ＴｉＯ２、またはＺｒＯ２をさらに含んでもよく、これらの各々は、ガラス組成物の化学的攻撃に対する耐性をさらに向上させる。これらの実施形態では、追加の金属酸化物は、約０モル％以上約２モル％以下の量で存在してもよい。これらの実施形態のいくつかでは、ＺｒＯ２またはＴｉＯ２は、約１モル％以下の量で存在してもよい。
【００６２】
前述の構成成分の様々な濃度範囲を有するホウケイ酸塩ガラス組成物を含む、ホウケイ酸塩ガラス組成物の様々な実施形態が企図され、可能であることが理解されるべきである。したがって、本明細書に記載される酸化物構成成分の任意の範囲は、１種以上の他の酸化物構成成分の任意の他の範囲と組み合わせて、所望の特性を有するホウケイ酸塩ガラス組成物に到達することができることが理解されるべきである。
【００６３】
特定の実施形態では、ホウケイ酸塩ガラス組成物は、例えば、限定されないが、７２モル％以上８２モル％以下のＳｉＯ２、１モル％以上６モル％以下のＡｌ２Ｏ３、３モル％以上１６モル％以下のＢ２Ｏ３、５モル％以上１２モル％以下のＮａ２Ｏ、０．３０モル％以上１．５モル％以下のＮａ２Ｏ、０．３０モル％以上１．５モル％以下のＫ２Ｏ、０．１０モル％以上６．００モル％以下のＭｇＯ、および０モル％以上、さらには０．５モル％以上４．０モル％以下のＣａＯを含んでもよい。
【００６４】
それらの実施形態のいくつかでは、ガラス組成物は、７３モル％以上８０モル％以下のＳｉＯ２、１モル％以上６モル％以下のＡｌ２Ｏ３、４モル％以上１１モル％以下のＢ２Ｏ３、５モル％以上１２モル％以下のＮａ２Ｏ、０．３０モル％以上１．５モル％以下のＫ２Ｏ、０．１５モル％以上６．００モル％以下のＭｇＯ、および０モル％以上、さらには０．５モル％以上４．０モル％以下のＣａＯを含んでもよい。
【００６５】
さらに別の実施形態では、ガラス組成物は、７３モル％以上７５モル％以下のＳｉＯ２、３モル％以上６モル％以下のＡｌ２Ｏ３、５モル％以上１０モル％以下のＢ２Ｏ３、８モル％以上１１モル％以下のＮａ２Ｏ、０．３０モル％以上１．５モル％以下のＫ２Ｏ、０．１５モル％以上１．５モル％以下のＫ２Ｏ、０．１５モル％以上４．００モル％以下のＭｇＯ、０モル％以上、さらには０．５モル％以上４．０モル％以下のＣａＯを含んでもよい。
【００６６】
さらに別の実施形態では、ガラス組成物は、７３モル％以上８０モル％以下のＳｉＯ２、１モル％以上５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、４モル％以上１１モル％以下のＢ２Ｏ３、５モル％以上１０モル％以下のＮａ２Ｏ、０．３０モル％以上１．０モル％以下のＫ２Ｏ、０．１５モル％以上１．０モル％以下のＫ２Ｏ、０．１５モル％以上６．００モル％以下のＭｇＯ、および０モル％以上、さらには０．５モル％以上４．０モル％以下のＣａＯを含んでもよい。
【００６７】
さらに別の実施形態では、ガラス組成物は、７４モル％以上８１モル％以下のＳｉＯ２、１モル％以上４．５モル％以下のＡｌ２Ｏ３、４モル％以上１０．５モル％以下のＢ２Ｏ３、６モル％以上９．５モル％以下のＮａ２Ｏ、０．１０モル％以上１．５モル％以下のＫ２Ｏ、０．２モル％以上４．００モル％以下のＭｇＯ、０モル％以上、さらには０．５モル％以上４．０モル％以下のＣａＯを含んでもよい。
【００６８】
上述したように、ガラス組成物中にアルカリ金属酸化物が存在すると、イオン交換によるガラスの化学強化が容易になる。具体的には、カリウムイオン、ナトリウムイオンなどのアルカリ金属イオンは、イオン交換を促進するためにガラス中で十分に移動可能である。本明細書に記載されているように、強化後のガラスは１３ＭＰａ以上の中心張力を有しており、これにより、傷および／または他の機械的損傷が圧縮応力の層の深さを通って中心張力に達した場合に、自己破壊が容易になる。いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、１０μｍ以上の層の深さを有する圧縮応力層を形成するためにイオン交換可能である。いくつかの実施形態では、層の深さは、約２５μｍ以上、さらには約５０μｍ以上であってもよい。他のいくつかの実施形態では、層の深さは、６０μｍ以上、さらには６５μｍ以上であってもよい。さらに他の実施形態では、層の深さは、１０μｍ超約１００μｍ以下、さらには１５μｍ超７０μｍ以下であってもよい。関連する表面圧縮応力は、ガラス組成物を３５０℃〜５００℃の温度で、約３０時間未満、さらには約２０時間未満の期間、１００％溶融ＫＮＯ３の塩浴で処理した後に、約２００ＭＰａ以上、約２５０ＭＰａ以上、約３００ＭＰａ以上、さらには約３５０ＭＰａ以上であってもよい。
【００６９】
さらに、実施形態では、本明細書に記載されるガラス組成物は、ＤＩＮ  １２１１６規格、ＩＳＯ  ６９５規格、およびＩＳＯ  ７２０規格のうちの１つ以上によって決定される化学的耐久性および耐分解性を有し得る。
【００７０】
具体的には、ＤＩＮ  １２１１６規格は、酸性溶液中に置かれたときのガラスの分解に対する耐性の指標である。簡単に説明すると、ＤＩＮ  １２１１６規格は、既知の表面積の研磨または溶融形成されたガラスサンプルを利用し、このサンプルの重量を測定し、次いで、比例した量の沸騰６Ｍ塩酸と６時間接触させて置く。次いで、サンプルを溶液から取り出して乾燥させ、再び重量を測定する。酸性溶液への曝露中に失われたガラス質量は、サンプルの耐酸性の指標となり、数値が小さいほど耐久性が高いことを示す。試験結果は、表面積あたりの半質量の単位、具体的にはｍｇ／ｄｍ２で報告される。ＤＩＮ  １２１１６規格は個々のクラスに分類されている。クラスＳ１は０．７ｍｇ／ｄｍ２までの重量損失を示し、クラスＳ２は０．７ｍｇ／ｄｍ２〜１．５ｍｇ／ｄｍ２までの重量損失を示し、クラスＳ３は１．５ｍｇ／ｄｍ２〜１５ｍｇ／ｄｍ２までの重量損失を示し、クラスＳ４は１５ｍｇ／ｄｍ２超の重量損失を示す。
【００７１】
ホウケイ酸塩ガラス組成物および当該組成物から形成されたガラス物品について、特定の構成成分の濃度（モル％）の関係が、酸性溶液中でのガラスの耐分解性に影響を与えることが、ここで判明した。特に、ホウケイ酸塩ガラス組成物の特定の構成成分、具体的にはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、およびＭｇＯの濃度（モル％）の関係を利用して、酸性溶液中でのガラスの耐分解性を決定できることが、ここで判明した。具体的には、ホウケイ酸塩ガラス組成物の耐酸性は、以下のように表すことができると判明した：
式２：
ＡＲ＝２２５．３＋（（−２．２３７・ＳｉＯ２）＋（−１．９３５・Ａｌ２Ｏ３）＋（−２．５７７・Ｂ２Ｏ３）＋（−２．０３２・Ｎａ２Ｏ）＋（−１０．５２・Ｋ２Ｏ）＋（−２．６００・ＭｇＯ）＋（−１．２３０８・ＢａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）２・（−０．１００１）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６２３）２・（−０．２１２２）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（−０．０８７０７）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（６．８９８）＋（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（３．７５８７））
式中、ＡＲはガラスの耐酸性、ＳｉＯ２はガラス組成物中のＳｉＯ２の濃度（モル％）、Ａｌ２Ｏ３はガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の濃度（モル％）、Ｂ２Ｏ３はガラス組成物中のＢ２Ｏ３の濃度（モル％）、Ｎａ２Ｏはガラス組成物中のＮａ２Ｏの濃度（モル％）、Ｋ２Ｏはガラス組成物中のＫ２Ｏの濃度（モル％）、ＢａＯはガラス組成物中のＢａＯの濃度（モル％）、ＭｇＯはガラス組成物中のＭｇＯの濃度（モル％）である。
【００７２】
ガラス組成物が、式２により算出して１．５未満のＡＲ値（すなわち、ＡＲ＜１．５）を有する場合、そのガラス組成物から形成されたガラス物品は、ＤＩＮ  １２１１６に準拠したクラスＳ１またはクラスＳ２の耐酸性を有することになる。
【００７３】
式２は、ガラス中のＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＢａＯ、およびＭｇＯの濃度に関する用語を含んでいるが、式２で特徴付けられるホウケイ酸塩ガラス組成物は、他のアルカリ金属酸化物、他のアルカリ土類金属酸化物などが挙げられるがこれらに限定されない他の構成成分を含んでもよいことが理解されるべきである。さらに、式２は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＢａＯ、およびＭｇＯの濃度に関する用語を含んでいるが、式２は、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、および／またはＭｇＯを含まないホウケイ酸塩ガラスの耐酸性を特徴付けるためにも使用できることが理解されるべきである。
【００７４】
ＩＳＯ  ６９５規格は、塩基性溶液中に置かれたときのガラスの分解に対する耐性の指標である。簡単に説明すると、ＩＳＯ  ６９５規格は、研磨されたガラスサンプルを利用し、このサンプルの重量を測定し、次いで、沸騰１Ｍ  ＮａＯＨ＋０．５Ｍ  Ｎａ２ＣＯ３の溶液に３時間入れる。次いで、サンプルを溶液から取り出して乾燥させ、再び重量を測定する。塩基性溶液への曝露中に失われたガラス質量は、サンプルの耐塩基性の指標であり、数値が小さいほど耐久性が高いことを示す。ＤＩＮ  １２１１６規格と同様に、ＩＳＯ  ６９５規格の結果は、表面積あたりの質量、具体的にはｍｇ／ｄｍ２の単位で報告される。ＩＳＯ  ６９５規格は個々のクラスに分類されている。クラスＡ１は７５ｍｇ／ｄｍ２までの重量損失を示し、クラスＡ２は７５ｍｇ／ｄｍ２〜１７５ｍｇ／ｄｍ２までの重量損失を示し、クラスＡ３は１７５ｍｇ／ｄｍ２超の重量損失を示す。
【００７５】
ホウケイ酸塩ガラス組成物および当該組成物から形成されたガラス物品について、特定の構成成分の濃度（モル％）の関係が、塩基性溶液中でのガラスの耐分解性に影響を与えることが、ここで判明した。特に、ホウケイ酸塩ガラス組成物の特定の構成成分、具体的にはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、およびＭｇＯの濃度（モル％）の関係を利用して、塩基性溶液中でのガラスの耐分解性を決定できることが、ここで判明した。具体的には、ホウケイ酸塩ガラス組成物の耐塩基性は、以下のように表すことができると判明した：
式３：
ＢＲ＝−９１．２６＋（（１．０４９・ＳｉＯ２）＋（−８．２７０・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１０．１８・Ｂ２Ｏ３）＋（４．７４５・Ｎａ２Ｏ）＋（−３．０５１・ＭｇＯ）＋（ＳｉＯ２−７７．５９）２・（−０．８３６５）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．９１２）・（Ｂ２Ｏ３−９．６１７）・（１．６４９）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．９１２）・（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（３．５７３）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６１７）・（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（２．７８９）＋（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（ＭｇＯ−０．６９９１）・（２．２９４））
式中、ＢＲはガラスの耐塩基性、ＳｉＯ２はガラス組成物中のＳｉＯ２の濃度（モル％）、Ａｌ２Ｏ３はガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の濃度（モル％）、Ｂ２Ｏ３はガラス組成物中のＢ２Ｏ３の濃度（モル％）、Ｎａ２Ｏはガラス組成物中のＮａ２Ｏの濃度（モル％）、ＭｇＯはガラス組成物中のＭｇＯの濃度（モル％）を示す。
【００７６】
ガラス組成物が、式２により算出して１７５未満のＢＲ値（すなわち、ＢＲ＜１７５）を有する場合、そのガラス組成物から形成されたガラス物品は、ＩＳＯ  ６９５に準拠したクラスＡ１またはクラスＡ２の耐塩基性を有することになる。
【００７７】
式３は、ガラス中のＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、およびＭｇＯの濃度に関する用語を含んでいるが、式３で特徴付けられるホウケイ酸塩ガラス組成物は、他のアルカリ金属酸化物、他のアルカリ土類金属酸化物などが挙げられるがこれらに限定されない他の構成成分を含んでもよいことが理解されるべきである。さらに、式３は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、およびＭｇＯの濃度に関する用語を含んでいるが、式３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、および／またはＭｇＯを含まないホウケイ酸塩ガラスの耐酸性を特徴付けるためにも使用できることが理解されるべきである。
【００７８】
ＩＳＯ  ７２０規格は、ＣＯ２を含まない純水でのガラスの耐分解性の指標である。簡単に説明すると、ＩＳＯ  ７２０規格は、粉砕されたガラス粒子をオートクレーブ条件（１２１℃、２ａｔｍ）で３０分間、ＣＯ２を含まない純水に接触させて置く。次いで、この溶液を希塩酸で比色滴定して、中性のｐＨにする。中性溶液に滴定するのに必要なＨＣｌの量は、ガラスから抽出された相当量のＮａ２Ｏに変換され、ガラスの重量あたりのＮａ２Ｏ（μｇ単位）で報告され、この値が小さいほど耐久性が高いことを示す。ＩＳＯ  ７２０規格は、個々のタイプに分類されている。タイプＨＧＡ１は、試験したガラス１ｇあたりの抽出相当量のＮａ２Ｏが６２μｇまでであることを示し、タイプＨＧＡ２は、試験したガラス１ｇあたりの抽出相当量のＮａ２Ｏが６２μｇ超５２７μｇまでであることを示し、タイプＨＧＡ３は、試験したガラス１ｇあたりの抽出相当量のＮａ２Ｏが５２７μｇ超９３０μｇまでであることを示す。
【００７９】
ホウケイ酸塩ガラス組成物および当該組成物から形成されたガラス物品について、特定の構成成分の濃度（モル％）の関係が、水中でのガラスの耐分解性に影響を与えることが判明した。特に、ホウケイ酸塩ガラス組成物の特定の構成成分、具体的には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、およびＭｇＯの濃度（モル％）の関係を利用して、水中でのガラスの耐分解性（すなわち、ガラスの耐加水分解性）を決定できることが、ここで判明した。具体的には、ホウケイ酸塩ガラス組成物の耐加水分解性は、以下のように表すことができると判明した：
式４：
ＨＲ＝−０．５９６３＋（（−０．１９９６・Ａｌ２Ｏ３）＋（０．０６３９３・Ｂ２Ｏ３）＋（０．９５３６・Ｋ２Ｏ）＋（０．１４９８・ＣａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）２・（０．０３７４１））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（Ｂ２Ｏ３−９．６５３）・（−０．０４４０７））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５１８５）・（−１．５４７））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（ＣａＯ−１．０７８）・（−０．７４８８））
式中、ＨＲはガラスの耐加水分解性、Ａｌ２Ｏ３はガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の濃度（モル％）、Ｂ２Ｏ３はガラス組成物中のＢ２Ｏ３の濃度（モル％）、Ｋ２Ｏはガラス組成物中のＫ２Ｏの濃度（モル％）、ＣａＯはガラス組成物中のＣａＯの濃度（モル％）を示す。
【００８０】
ガラス組成物が、式４により算出して０．１０以下のＨＲ値（すなわち、ＨＲ≦０．１０）を有する場合、そのガラス組成物から形成されたガラス物品は、ＩＳＯ  ７２０に準拠したタイプＨＧＡ１の耐加水分解性を有することになる。
【００８１】
式４は、ガラス中のＡｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｋ２ＯおよびＣａＯの濃度に関する用語を含んでいるが、式４で特徴付けられるホウケイ酸塩ガラス組成物は、他のアルカリ金属酸化物、他のアルカリ土類金属酸化物などが挙げられるがこれらに限定されない他の構成成分を含んでもよいことが理解されるべきである。さらに、式４は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、およびＣａＯの濃度に関連する用語を含んでいるが、式４は、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、および／またはＣａＯを含まないホウケイ酸塩ガラスの耐酸性を特徴付けるためにも使用できることが理解されるべきである。
【００８２】
ＩＳＯ  ７１９規格は、ＣＯ２を含まない純水でのガラスの耐分解性の指標である。簡単に説明すると、ＩＳＯ  ７１９規格は、粉砕されたガラス粒子を利用し、この粒子を、温度９８℃、１気圧で３０分間、ＣＯ２を含まない純水に接触させて置く。次いで、この溶液を希塩酸で比色滴定して、中性のｐＨにする。中性溶液に滴定するのに必要なＨＣｌの量は、ガラスから抽出相当量のＮａ２Ｏに変換され、ガラスの重量あたりのＮａ２Ｏ（μｇ単位）で報告され、この値が小さいほど耐久性が高いことを示す。ＩＳＯ  ７１９規格は、個々のタイプに分類されている。ＩＳＯ  ７１９規格は、個々のタイプに分類されている。タイプＨＧＢ１は、３１μｇまでの抽出相当量のＮａ２Ｏを示し、タイプＨＧＢ２は、３１μｇ超６２μｇまでの抽出相当量のＮａ２Ｏを示し、タイプＨＧＢ３は、６２μｇ超２６４μｇまでの抽出相当量のＮａ２Ｏを示し、タイプＨＧＢ４は、２６４μｇ超６２０μｇまでの抽出相当量のＮａ２Ｏを示し、タイプＨＧＢ５は、６２０μｇ超１０８５μｇまでの抽出相当量のＮａ２Ｏを示す。本明細書に記載されるガラス組成物は、ＩＳＯ  ７１９の耐加水分解性がタイプＨＧＢ２以上であり、いくつかの実施形態では、タイプＨＧＢ１の耐加水分解性を有する。
【００８３】
いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、イオン交換強化の前と後の両方で、ＤＩＮ  １２１１６に準拠したクラスＳ１またはクラスＳ２の耐酸性を有し、いくつかの実施形態では、イオン交換強化後にクラスＳ１の耐酸性を有する。他のいくつかの実施形態では、ガラス組成物は、イオン交換強化の前と後の両方で、少なくともクラスＳ２の耐酸性を有し得、いくつかの実施形態では、イオン交換強化後にクラスＳ１の耐酸性を有する。さらに、いくつかの実施形態では、ガラス組成物は、イオン交換強化の前と後の両方で、ＩＳＯ  ６９５に準拠したクラスＡ１またはクラスＡ２の耐塩基性を有し、いくつかの実施形態では、少なくともイオン交換強化後にクラスＡ１の耐塩基性を有する。いくつかの実施形態では、ガラス組成物はまた、イオン交換強化の前と後の両方で、ＩＳＯ  ７２０タイプＨＧＡ１の耐加水分解性を有し、いくつかの実施形態では、イオン交換強化後にタイプＨＧＡ１の耐加水分解性を有し、他のいくつかの実施形態では、イオン交換強化の前と後の両方で、タイプＨＧＡ１の耐加水分解性を有する。本明細書に記載されるガラス組成物は、ＩＳＯ  ７１９の耐加水分解性がタイプＨＧＢ２であり、いくつかの実施形態では、タイプＨＧＢ１の耐加水分解性を有する。
【００８４】
ＤＩＮ  １２１１６、ＩＳＯ  ６９５、ＩＳＯ  ７２０およびＩＳＯ  ７１９に準拠した上述の参照分類を参照する場合、指定された分類を「少なくとも」有するガラス組成物またはガラス物品は、ガラス組成物の性能が指定された分類と同程度またはそれ以上であることを意味すると理解されるべきである。例えば、「少なくともクラスＳ２」のＤＩＮ  １２１１６耐酸性を有するガラス物品は、Ｓ１またはＳ２のいずれかのＤＩＮ  １２１１６分類を有し得る。
【００８５】
本明細書に記載されるガラス組成物は、ガラス原料のバッチが所望の組成を有するように、当該ガラス原料のバッチ（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物などの粉末）を混合することによって形成される。その後、ガラス原料のバッチを加熱して溶融ガラス組成物を形成し、この溶融ガラス組成物を引き続き冷却して固化させてガラス組成物を形成する。固化中（すなわち、ガラス組成物が塑性変形可能なとき）に、標準的な成形技術を用いてガラス組成物を成形して、ガラス組成物を所望の最終形態にしてもよい。あるいはガラス物品を、シート、チューブなどのストック形状に成形し、引き続き再加熱して所望の最終形状に成形してもよい。
【００８６】
本明細書に記載されるガラス組成物は、例えば、シート、チューブなどの様々な形態を有するガラス物品に成形することができる。しかしながら、ガラス組成物の化学的耐久性を考慮すると、本明細書に記載されるガラス組成物は、液体、粉末などの医薬組成物を収容するためのガラス製の医薬品包装または医薬容器として使用されるガラス物品の形成に使用するのに特に適している。例えば、本明細書に記載されるガラス組成物を使用して、Ｖａｃｕｔａｉｎｅｒｓ（登録商標）、カートリッジ、シリンジ、アンプル、ボトル、フラスコ、ファイアル、チューブ、ビーカー、バイアルなどを含む、様々な形状を有するガラス容器を形成することができる。さらに、イオン交換によりガラス組成物を化学的に強化する能力は、ガラス組成物から形成されたこのような医薬品包装またはガラス物品の機械的耐久性を向上させるために利用することができる。したがって、少なくとも１つの実施形態では、医薬品包装の化学的耐久性および／または機械的耐久性を向上させるために、ガラス組成物を医薬品包装に組み込むことが理解されるべきである。
【実施例】
【００８７】
本明細書に記載される実施形態は、以下の実施例によってさらに明らかにされる。
【００８８】
表１に記載の組成（モル％）を有するガラスを溶融し、徐冷した。その後、ＣＴＥ（×１０−７Ｋ−１）、ＩＳＯ  ７２０に準拠した耐加水分解性（試験したガラス１ｇあたりのＮａ２Ｏの抽出相当量μｇ）、ＤＩＮ  １２１１６に準拠した耐酸性（ｍｇ／ｄｍ２）、およびＩＳＯ  ６９５に準拠した耐塩基性（ｍｇ／ｄｍ２）を含むガラスの特性を測定した。これらの各特性の値を表２に報告する。さらに、厚さ約１ｍｍのガラス板を、４５０℃で１６時間、５００℃で８時間，および５００℃で１６時間、溶融硝酸カリウム（ＫＮＯ３）の浴中に入れてイオン交換強化に付した。最大表面圧縮応力（ＣＳ０、単位：ＭＰａ）は、層の深さ（ＤＯＬ、単位：μｍ）と同様に、本明細書に記載したように測定した。最大中心張力（ＣＴｍａｘ）は、ＣＳ０とガラスサンプルの厚さの商であることに留意されたい。表面圧縮応力は、表２に報告している。表２のデータは、上記の式１〜４で示されるモデルの基礎として使用した。
【００８９】
【表１】
2021534060.tif 000004
【００９０】
【表２】
2021534060.tif 000005
【００９１】
次いで、検証として、例１〜３６の組成物を式１〜４に従って個別に評価して、各ガラスサンプルのＩＳＯ  ７２０、ＤＩＮ  １２１１６、およびＩＳＯ  ６９５の値を求めた。各ガラスサンプルの最大中心張力も算出した。これらの算出により、測定値と算出値との間には合理的な相関関係があることが判明した。したがって、式１〜４を使用して、ガラス組成物の最大中心張力、ならびにＩＳＯ  ７２０、ＤＩＮ  １２１１６、およびＩＳＯ  ６９５の値を予測することができる。このようにして、ガラス組成物を、例えば１３ＭＰａ超の最大中心張力を有するガラス組成物などの所望の性能基準を満たすように、特別に調整することができる。
【００９２】
本明細書に記載されるホウケイ酸塩ガラス組成物および当該組成物から形成されたガラス物品は、化学的に耐久性があり、イオン交換による強化にも適していることが、ここで理解されるべきである。ガラスの化学的耐久性を考慮すると、本明細書に記載されるガラス組成物は、医薬品包装として使用するのに特に適している。さらに、ガラスは１３ＭＰａ以上の中心張力を達成することができるため、本明細書に記載されるホウケイ酸塩ガラス組成物から形成されたガラス製の医薬品包装は、ガラス製の医薬品包装の気密性が破られたときに自己破壊することができ、それにより、無菌性が潜在的に損なわれた場合にガラス製の医薬品包装の内容物が使用または消費されるリスクを軽減することができる。
【００９３】
当業者であれば、特許請求の範囲に記載された主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態に様々な修正および変形を加えることができることは明らかであろう。したがって、本明細書は、本明細書に記載される様々な実施形態の修正および変形を、このような修正および変形が添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にあることを条件に、網羅することを意図している。
【００９４】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００９５】
実施形態１  
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、少なくとも１種のアルカリ金属酸化物、および少なくとも１種のアルカリ土類金属酸化物を含むガラス物品であって、
前記ガラス物品は、イオン交換によって強化されることが可能であり、
前記ガラス物品は、厚さｔを有し、かつ
１３≦０．０３０８５４３・（１８８．５＋（（２３．８４・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１６．９７・Ｂ２Ｏ３）＋（６９．１０・Ｎａ２Ｏ）＋（−２１３．３・Ｋ２Ｏ））＋（（Ｎａ２Ｏ−７．２７４）２・（−７．３６２８）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８６３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（３２１．５）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６６８）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（−３９．７４）））／ｔである、ガラス物品。
【００９６】
実施形態２  
ＳｉＯ２が７２モル％以上８２モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【００９７】
実施形態３  
ＳｉＯ２が７３モル％以上８１モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【００９８】
実施形態４  
ＳｉＯ２が７４モル％以上８１モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【００９９】
実施形態５  
Ｎａ２Ｏが５モル％以上１２モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１００】
実施形態６  
Ｎａ２Ｏが８モル％以上１１モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１０１】
実施形態７  
Ｎａ２Ｏが５モル％以上１０モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１０２】
実施形態８  
Ｋ２Ｏが０．３モル％以上１．５モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１０３】
実施形態９  
Ｋ２Ｏが０．３モル％以上１．０モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１０４】
実施形態１０  
Ａｌ２Ｏ３が１モル％以上６モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１０５】
実施形態１１  
Ａｌ２Ｏ３が３モル％以上６モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１０６】
実施形態１２  
Ａｌ２Ｏ３が１モル％以上５モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１０７】
実施形態１３  
Ｂ２Ｏ３が３モル％以上１６モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１０８】
実施形態１４  
Ｂ２Ｏ３が４モル％以上１１モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１０９】
実施形態１５  
Ｂ２Ｏ３が５モル％以上１０モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１１０】
実施形態１６  
ＭｇＯが０．１モル％以上６．０モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１１１】
実施形態１７  
ＭｇＯが０．１５モル％以上６．０モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１１２】
実施形態１８  
ＭｇＯが０．１５モル％以上４．０モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１１３】
実施形態１９  
ＣａＯが０モル％以上４モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１１４】
実施形態２０  
ＣａＯが０．５モル％以上２モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１１５】
実施形態２１  
ＣａＯが０．５モル％以上３．５モル％以下である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１１６】
実施形態２２  
１．５＞２２５．３＋（（−２．２３７・ＳｉＯ２）＋（−１．９３５・Ａｌ２Ｏ３）＋（−２．５７７・Ｂ２Ｏ３）＋（−２．０３２・Ｎａ２Ｏ）＋（−１０．５２・Ｋ２Ｏ）＋（−２．６００・ＭｇＯ）＋（−１．２３０８・ＢａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）２・（−０．１００１）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６２３）２・（−０．２１２２）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（−０．０８７０７）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（６．８９８）＋（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（３．７５８７））である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１１７】
実施形態２３  
０．７＞２２５．３＋（（−２．２３７・ＳｉＯ２）＋（−１．９３５・Ａｌ２Ｏ３）＋（−２．５７７・Ｂ２Ｏ３）＋（−２．０３２・Ｎａ２Ｏ）＋（−１０．５２・Ｋ２Ｏ）＋（−２．６００・ＭｇＯ）＋（−１．２３０８・ＢａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）２・（−０．１００１）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６２３）２・（−０．２１２２）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（−０．０８７０７）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（６．８９８）＋（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（３．７５８７））である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１１８】
実施形態２４  
１７５＞−９１．２６＋（（１．０４９・ＳｉＯ２）＋（−８．２７０・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１０．１８・Ｂ２Ｏ３）＋（４．７４５・Ｎａ２Ｏ）＋（−３．０５１・ＭｇＯ）＋（ＳｉＯ２−７７．５９）２・（−０．８３６５）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．９１２）・（Ｂ２Ｏ３−９．６１７）・（１．６４９）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．９１２）・（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（３．５７３）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６１７）・（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（２．７８９）＋（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（ＭｇＯ−０．６９９１）・（２．２９４））である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１１９】
実施形態２５  
０．１０＞−０．５９６３＋（（−０．１９９６・Ａｌ２Ｏ３）＋（０．０６３９３・Ｂ２Ｏ３）＋（０．９５３６・Ｋ２Ｏ）＋（０．１４９８・ＣａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）２・（０．０３７４１））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（Ｂ２Ｏ３−９．６５３）・（−０．０４４０７））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５１８５）・（−１．５４７））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（ＣａＯ−１．０７８）・（−０．７４８８））である、実施形態１記載のガラス物品。
【０１２０】
実施形態２６  
ＳｉＯ２が７２モル％以上であり、
Ａｌ２Ｏ３が１モル％以上であり、
Ｂ２Ｏ３が３モル％以上であり、
Ｎａ２Ｏが５モル％以上であり、
Ｋ２Ｏが０．３０モル％以上であり、かつ
ＭｇＯが０．１０モル％以上である、
実施形態１記載のガラス物品。
【０１２１】
実施形態２７  
７２モル％以上８２モル％以下のＳｉＯ２、
１モル％以上６モル％以下のＡｌ２Ｏ３、
３モル％以上１６モル％以下のＢ２Ｏ３、
５モル％以上１２モル％以下のＮａ２Ｏ、
０．３０モル％以上１．５モル％以下のＫ２Ｏ、
０．１０モル％以上６．００モル％以下のＭｇＯ、および
０．５０モル％以上４．０モル％以下のＣａＯ
を含むガラス物品であって、
前記ガラス物品は、イオン交換によって強化されることが可能であり、
前記ガラス物品は、厚さｔを有し、かつ
１３≦０．０３０８５４３・（１８８．５＋（（２３．８４・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１６．９７・Ｂ２Ｏ３）＋（６９．１０・Ｎａ２Ｏ）＋（−２１３．３・Ｋ２Ｏ））＋（（Ｎａ２Ｏ−７．２７４）２・（−７．３６２８）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８６３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（３２１．５）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６６８）・（Ｋ２Ｏ−０．５２０）・（−３９．７４）））／ｔである、ガラス物品。
【０１２２】
実施形態２８  
ＳｉＯ２が７３モル％以上８０モル％以下であり、
Ｂ２Ｏ３が４モル％以上１１モル％以下であり、かつ
ＭｇＯが０．１５モル％以上６．００モル％以下である、
実施形態２７記載のガラス物品。
【０１２３】
実施形態２９  
ＳｉＯ２が７３モル％以上７５モル％以下であり、
Ａｌ２Ｏ３が３モル％以上であり、
Ｂ２Ｏ３が５モル％以上１０モル％以下であり、
Ｎａ２Ｏが８モル％以上１１モル％以下であり、
ＭｇＯが０．１５モル％以上４．００モル％以下であり、かつ
ＣａＯが２モル％以下である、
実施形態２７記載のガラス物品。
【０１２４】
実施形態３０  
ＳｉＯ２が７３モル％以上８０モル％以下であり、
Ａｌ２Ｏ３が５モル％以下であり、
Ｂ２Ｏ３が４モル％以上１１モル％以下であり、
Ｎａ２Ｏが１０モル％以下であり、
Ｋ２Ｏが１．０モル％以下であり、
ＭｇＯが０．１５モル％以上であり、かつ
ＣａＯが３．５モル％以下である、
実施形態２７記載のガラス物品。
【０１２５】
実施形態３１  
１．５＞２２５．３＋（（−２．２３７・ＳｉＯ２）＋（−１．９３５・Ａｌ２Ｏ３）＋（−２．５７７・Ｂ２Ｏ３）＋（−２．０３２・Ｎａ２Ｏ）＋（−１０．５２・Ｋ２Ｏ）＋（−２．６００・ＭｇＯ）＋（−１．２３０８・ＢａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）２・（−０．１００１）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６２３）２・（−０．２１２２）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（−０．０８７０７）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（６．８９８）＋（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（３．７５８７））である、実施形態２７記載のガラス物品。
【０１２６】
実施形態３２  
０．７＞２２５．３＋（（−２．２３７・ＳｉＯ２）＋（−１．９３５・Ａｌ２Ｏ３）＋（−２．５７７・Ｂ２Ｏ３）＋（−２．０３２・Ｎａ２Ｏ）＋（−１０．５２・Ｋ２Ｏ）＋（−２．６００・ＭｇＯ）＋（−１．２３０８・ＢａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）２・（−０．１００１）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６２３）２・（−０．２１２２）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（−０．０８７０７）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．８９２）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（６．８９８）＋（Ｎａ２Ｏ−７．１５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５２１４）・（３．７５８７））である、実施形態２７記載のガラス物品。
【０１２７】
実施形態３３  
１７５＞−９１．２６＋（（１．０４９・ＳｉＯ２）＋（−８．２７０・Ａｌ２Ｏ３）＋（−１０．１８・Ｂ２Ｏ３）＋（４．７４５・Ｎａ２Ｏ）＋（−３．０５１・ＭｇＯ）＋（ＳｉＯ２−７７．５９）２・（−０．８３６５）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．９１２）・（Ｂ２Ｏ３−９．６１７）・（１．６４９）＋（Ａｌ２Ｏ３−２．９１２）・（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（３．５７３）＋（Ｂ２Ｏ３−９．６１７）・（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（２．７８９）＋（Ｎａ２Ｏ−７．２９４）・（ＭｇＯ−０．６９９１）・（２．２９４））である、実施形態２７記載のガラス物品。
【０１２８】
実施形態３４  
０．１０＞−０．５９６３＋（（−０．１９９６・Ａｌ２Ｏ３）＋（０．０６３９３・Ｂ２Ｏ３）＋（０．９５３６・Ｋ２Ｏ）＋（０．１４９８・ＣａＯ））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）２・（０．０３７４１））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（Ｂ２Ｏ３−９．６５３）・（−０．０４４０７））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（Ｋ２Ｏ−０．５１８５）・（−１．５４７））＋（（Ａｌ２Ｏ３−２．９５３）・（ＣａＯ−１．０７８）・（−０．７４８８））である、実施形態２７記載のガラス物品。
【図１】
2021534060.tif 000006
【図２】
2021534060.tif 000007
【図３】
2021534060.tif 000008
【国際調査報告】
2021534060.tif 000009
2021534060.tif 000010
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