(57)【要約】【課題】作成したガラス製品の特性のバッチ間変動がほとんどないことを特徴とするガラス組成物を提供する。【解決手段】本ガラス組成物は４０〜９９重量％のＳｉＯ２を含み、軟化温度は６００℃〜１６５０℃であり、かつロットから製造されたガラス品の無作為に選択した１０以上のサンプルから得られた軟化温度測定の標準偏差は、１０℃以下である。そして、ロット内で無作為に選択した１０以上のガラス品のサンプルについて測定した軟化温度の標準偏差σが５℃以下である。【選択図】  図２
2008001586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ロットのガラス品を含むガラス組成物において、
ＳｉＯ２を４０〜９９重量％含有するガラス組成物であって、前記ロット内で無作為に選択した１０以上のガラス品のサンプルについて軟化温度を測定したとき、軟化温度が６００℃〜１６５０℃の範囲にあり、標準偏差σが１０℃未満にあるガラス組成物。
【請求項２】
請求項１のガラス組成物において、
前記ロット内で無作為に選択した１０以上のガラス品のサンプルについて測定した軟化温度の標準偏差σが５℃以下であるガラス組成物。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれかのガラス組成物において、
ＳｉＯ２を９０〜９５重量％含有し、前記ロット内で無作為に選択した１０以上のガラス品のサンプルについて焼なまし温度を測定したとき、焼なまし温度が１０００〜１２５０℃の範囲にあり、標準偏差σが１０℃未満にあるガラス組成物。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかのガラス組成物において、
前記ロット内で無作為に選択した１０以上のガラス品のサンプルからＯＨ濃度を測定しとき、ＯＨ−濃度が１００ｐｐｍ未満にあり、標準偏差σが１０ｐｐｍ未満にあるガラス組成物。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかのガラス組成物において、
ロット内で無作為に選択した１０以上のガラス品のサンプルからＯＨ濃度を測定したとき、ＯＨ濃度が３０ｐｐｍ未満にあり、標準偏差σが５ｐｐｍ未満にあるガラス組成物。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかのガラス組成物において、
ガラス品が工程能力ＣｐＫ１．３３超に標準化されたプロセスに基づいて加工されたガラス組成物。
【請求項７】
請求項１乃至２および請求項４乃至６のいずれかのガラス組成物において、
ＳｉＯ２を４０〜９９重量％、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｄ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｓｂ２Ｏ３、およびその混合物の金属酸化物群から選択した少なくとも１つのドーパントを０．１〜２５重量％；およびＢＥＴが５０〜４００ｍ２／ｇであり、平均粒径１μｍ未満であるフュームド金属酸化物を０．０２〜０．５０重量％含有する組成物であって、フュームド金属酸化物はＳｉＯ２、またはドーパント内に存在する金属酸化物であるガラス組成物。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかのガラス組成物において、
Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｄ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｓｂ２Ｏ３、およびその混合物の金属酸化物群から選択した少なくとも１つのドーパントを０．１〜２５重量％；およびＢＥＴが５０〜４００ｍ２／ｇであり、平均粒径が１μｍ未満であるフュームド金属酸化物を０．０５〜０．１５重量％含有する組成物であって、
フュームド金属酸化物はＳｉＯ２、またはドーパント内に存在する金属酸化物であり、フュームド金属酸化物を少なくとも１つのドーパント２０〜１００％とまず混合してマスターバッチを形成し、ついでこれをガラス組成物のＳｉＯ２に加えるガラス組成物。
【請求項９】
特性の変動を低減したガラス製品を作成するプロセスにおいて、
ＳｉＯ２を４０〜９９重量％、およびＡｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｎｄ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＴｉＯ２、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｓｂ２Ｏ３、およびその混合物の金属酸化物群から選択した少なくとも１つのドーパントを０．１〜２５重量％供給するステップ、
但し、分散剤はＢＥＴが５０〜４００ｍ２／ｇであり、平均粒径が１μｍ未満であるフュームド金属酸化物であり、フュームド金属酸化物はＳｉＯ２、またはドーパント内に存在する金属酸化物であり；次に
分散剤０．０２〜０．５０重量％と少なくとも１つのドーパント２０％〜１００％との第１のブレンドを形成するステップ；
第１のブレンドをＳｉＯ２および混合物を形成する少なくとも１つのドーパントのいくらかの残部にブレンドするステップ；
その混合物から溶融ガラスの溶解物を生成するステップ；
溶融ガラスをガラス製品を形成する工具に沿って通すステップから成り、
石英製品は管、ロッド、ブランク、ストランドの形状となり、重量％は最終混合物の全重量に基づくガラス製品を作成するプロセス。
【請求項１０】
石英ガラス製品において、ＳｉＯ２を４０〜９９重量％、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｎｄ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＢａＯ、ＴｉＯ２、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｓｂ２Ｏ３、およびその混合物の金属酸化物群から選択した少なくとも１つのドーパントを０．１〜２５重量％；およびＢＥＴが５０〜４００ｍ２／ｇであり、平均粒径が１μｍ未満であるフュームド金属酸化物を０．０４〜０．３０重量％から成る石英ガラス製品であって、フュームド金属酸化物はＳｉＯ２、またはドーパント内に存在する金属酸化物であり、４０〜９９重量％のＳｉＯ２と少なくとも１つのドーパントのいくらかの残部とのブレンドに先立ち、フュームド金属酸化物を、マスターバッチを形成する少なくとも１つのドーパント２０〜１００％とまずブレンドする石英ガラス製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、どの与えられたロット内においても基本性質の変動がほとんどないガラス組成物、およびそれから製造した製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネル、例えば光学フィルターや光スイッチ等の光通信装置、記録媒体、ハロゲンおよび高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ等のガラスの用途においては、ガラス基板特性の一貫性が極めて重要な意味を持つ。高出力レーザーシステムは複数の大きな光学品質ガラスを、時には数千の大型レーザガラス片を使用し、ガラス片が一貫した光学品質を有することが必須となる。ガラス組成物は、溶融石英組成物と同様に、組成物を用いた製品の製造または特性に影響する少数の基本的特性、すなわちいくつかを挙げるなら粘性、透過パーセント、ＯＨレベル等により特徴付けられる。ガラスまたは石英の粘性に対するＯＨ（水酸基）の効果は広く知られている。例えば、図１は種々のＯＨ濃度で作成した高純度石英の粘度曲線を示す。図から分かるように、ガラスの粘性は水酸基濃度の増加とともに大幅に減少する。ガラスまたは石英のＯＨレベルがバッチごとにまたはロット内で変動すると、一貫しない製造性と製品品質をもたらす。ランプ製造業者の観点からすると、ガラス特性の変動は高速ランプ生産ラインの歩留りに影響し、ガラス特性の変動原因となった設備に対して望ましくない頻繁な調節が必要となる。
【０００３】
タングステン・ハロゲンランプのような、ほとんど全てのアーク放電ランプおよび多くの高輝度フィラメントランプは、人間の目と皮膚に有害となりうる紫外線（ＵＶ）を放射する。特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４および特許文献５に開示されたように、これまで開発されてきたランプは、溶融石英のガラス質のエンベロープで囲われたＵＶおよび可視光線の両方を放射する光源を持つ。特許文献６、特許文献７および特許文献８は、ランプの作成に使用する管またはロッドの形状を有し、ＵＶ吸収物質またはドーパントと呼ばれる物質を含有する溶融石英組成物、例えばＵＶ放射を吸収する特性を備えたランプ・エンベロープを開示している。
【０００４】
特許文献９は、特定の線熱膨張係数、破壊靭性、および所定の表面硬度のような望ましい特性を有し、情報記録媒体に用いるガラス基板の形成に有用な組成物を開示している。繊維ガラスのようなバルク・ガラス品を作成する用途において、粘性、湿度抵抗等に所望の範囲の特性を得るには、ガラス組成物が一貫性を有することがまた有用となる。特許文献１０は、マイクロエレクトロニクスクリーンルーム環境で用いるガラス繊維フィルターを作成するための組成物を開示している。
【０００５】
ガラス組成物を作成する原材料のかさ体積により、先行技術のガラス組成物から作成された製品の特性と同様にガラス組成物には広いバッチ間変動がある。作成する製品の変動特性が均一または小幅となるように、ガラス組成物が一貫した特性を有することが重要である。さらに、一貫した特性は、高い生産性および一貫して良好なガラス製品を得るためのラインを軽微な調整でまたは無調整で稼動させることを製造業者に可能にする。
【特許文献１】米国特許２，８９５，８３９号
【特許文献２】米国特許３，１４８，３００号
【特許文献３】米国特許３，８４８，１５２号
【特許文献４】米国特許４，３０７，３１５号
【特許文献５】米国特許４，３６１，７７９号
【特許文献６】米国特許２，２２１，７０９号
【特許文献７】米国特許５，５６９，９７９号
【特許文献８】米国特許６，６７７，２６０号
【特許文献９】米国特許公開２００４００６３５６４Ａ１
【特許文献１０】米国特許公開２００２００７７２４３Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、新しいガラス組成物、および標準偏差で測定して均一な特性を備えるガラス製品の製造法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの様相において、本発明は１ロットのガラス品を含有するガラス組成物に関し、該ガラス組成物はＳｉＯ２を４０〜９９重量％含有し、該ガラス組成物の軟化温度は、６００℃〜１６５０℃の範囲にあり、製造されたガラス品のロットから無作為に選択した１０以上のサンプルから得られた軟化温度測定の標準偏差は１０℃以下である。
【０００８】
別の様相において、本発明はガラス製品を作るプロセスに関し、プロセスは：ａ）分散剤０．０２〜０．５０重量％とＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ｎｄ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｓｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｏ、Ｃｒ２Ｏ３およびその混合物の金属酸化物の群から選択したドーパント１〜２５重量％との第１のブレンドを形成するステップ、但し、分散剤は、ＢＥＴが５０〜４００ｍ２／ｇであり平均粒径が１μｍ未満であるフュームド金属酸化物であり；ついでｂ）第の１ブレンドを石英混合物を形成する９２〜９９重量％のＳｉＯ２にブレンドするステップ；ｃ）混合物から溶融ガラスの溶解物を生成するステップ；およびｄ）ガラス製品を形成する工具に沿って溶融ガラスを通すステップから成る。１つの実施形態において、ガラス製品は管、ロッド、またはブランクの形状をなす。第２の実施形態において、フュームド金属酸化物は、シリカまたはドーパント内に既に存在する金属酸化物のうち少なくとも１つから選択する。
【０００９】
本発明はさらにＳｉＯ２を９２〜９９重量％、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｄ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｓｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｃｏ４Ｏ４、Ｃｕ２Ｏ、Ｃｒ２Ｏ、およびその混合物の金属酸化物群から選択したドーパントを１〜８重量％；およびＢＥＴが５０〜４００ｍ２／ｇであり、平均粒径が１μｍであるフュームド金属酸化物を０．０２〜０．５０重量％から成るガラス製品に関し、フュームド金属酸化物はＳｉＯ２またはドーパント内に存在する金属酸化物であり、同一のバッチから調製した複数の製品の粘性は１０℃未満の標準偏差を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ここに使用するように、近似的な表現は、その表現が関係する基本機能に変化をもたらすことなく変化してもよい何らかの量的表示を修飾するために適用することができる。
したがって、「約」および「実質的に」のような用語（複数可）によって修飾される値は、指定された正確な値に限定されない場合がある。
【００１１】
ここに使用するように、「機能化した」という用語は、シリカと本発明の分散剤を備えるドーパント成分のコーティングに関係し、「表面機能化」、「機能化表面」、「コートした」「表面処理された」、あるいは「処理された」と同義的に使用することができる。ここに使用するように、「コーティング剤」は「分散」剤と同義的に使用する。
【００１２】
諸々の用語を異なる材料（異なるシリカ濃度）の組成物または物品を表わすために使用することができるが、ここで使用するように、「ガラス」という用語は組成物、一部分、製品、あるいは天然または合成砂（シリカ）から成る混合物を溶解することにより形成された物品を参照して、「石英ガラス」、「石英」または「溶融石英」と同義的に使用することができる。天然または合成砂（シリカ）のどちらかまたは双方を本発明の組成物に使用することができ、用語は砂／岩のような自然に存在する結晶シリカ、合成的に生成した二酸化ケイ素（シリカ）のいずれかから成る組成物、または両方の混合物を表わすのに使用する。「砂」という用語は、天然砂か合成砂または両方の混合物のいずれかを表わし、シリカと同義的に使用することができる。
【００１３】
ここに使用するように、「ロット」という用語は、本発明のガラス製品を製造するためのバッチ操作に適用した場合、砂および他の添加物の全組成物において少なくとも１００ｋｇの単一バッチの砂材から製造されたガラス品を参照している。ガラス製品を製造する連続法に適用した場合、ロットという用語は、一プロセスから連続的に製造される、合計重量が少なくとも１００ｋｇとなるガラス品を参照している。
【００１４】
１実施形態において、本発明は、少なくともドーパントの砂粒への付着を助ける分散剤／コーティング剤を介して、ガラス組成物を、同じロットの組成物から形成された物品、例えば繊維ガラス、管、ロッド、ブランク、プレート等の特性の最低の変動に関連づける。分散剤は、同じロットから製造された物品または部品の粘性、ＯＨ−等の特性の変動が最低限になるように、同じロット内の組成物の均質性を最大化する。特性変動が最低限である本発明の組成物から作成した物品は、引き続き溶融、延伸して最終ガラス製品に形成、または調整することができる。
【００１５】
砂成分：
最終用途に応じて、砂（ＳｉＯ２）材は合成砂か天然砂のどちらかまたはその混合物とすることができる。１実施形態において、ＳｉＯ２の量は４０〜７５％の範囲にある。第２の実施形態において、その量は７０〜９５重量％である。第３の実施形態において、ガラスは、ＳｉＯ２含有量が少なくとも９０重量％である光透過性、ガラス質の成分から成る。高融点石英組成物の第４の実施形態においては、ＳｉＯ２を少なくとも９５重量％使用する。第５の実施形態において、ＳｉＯ２の量は４０〜９９％の範囲にある。
【００１６】
分散剤成分：
１実施形態において、同剤は、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、酸化ネオジム、およびその混合物から成る群から選択したフュームド金属酸化物であり、そのＢＥＴ値は５０ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇであり、粒径は２５ミクロン未満である。フュームド金属酸化物は、当該技術における既知のプロセス、１例では、水素−酸素炎内の適切な供給原料蒸気（フュームドシリカ用四塩化ケイ素等）の加水分解を用いて製造される。
【００１７】
金属酸化物の表面積は、Ｓ．Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｐ．Ｈ．ＥｍｍｅｔおよびＩ．Ｔｅｌｌｅｒの窒素吸着法、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、６０巻、３０９頁（１９３８）、によって測定することができ、一般にＢＥＴと呼ばれている。１実施形態において、分散剤のＢＥＴは１００ｍ２／ｇ〜約４００ｍ２／ｇである。第２の実施形態において、フュームド金属酸化物の分散剤の平均粒径は１５μｍ以下である。第３の実施形態において、フュームド金属酸化物の平均粒径は１．０μｍ未満である。第４の実施形態において、フュームド金属酸化物のＢＥＴ値は５０ｍ２／ｇ〜１００ｍ２／ｇであり、その平均粒径は０．１〜０．５μｍである。
【００１８】
分散剤は、ガラス組成物に対して（最終ガラス組成物の合計重量に基づき）０．０２〜０．５０重量％の範囲の量で加えられる。１実施形態において、分散剤は、０．０４〜０．３０重量％の範囲の量で砂混合物に加えられる。第２の実施形態において、０．０５〜０．１５重量％。第３の実施形態において、０．０５〜０．１０重量％。
【００１９】
１実施形態において、分散剤は、ドーパントと共にガラス組成物に直接加えられる。第２の実施形態において、分散剤は、少なくともドーパント（複数可）の一つまたはドーパント（複数可）の一部とあらかじめ混合し、マスターバッチを形成し、ついで砂混合物に加えられる。第３の実施形態において、分散剤は、マスターバッチを形成する選択されたドーパント（複数可）の一部またはすべてと混合され、ついでそのマスターバッチを砂混合物および他のドーパントに加える。第４の実施形態において、分散剤はいくらかの砂と同様に選択されたドーパントの全てまたはいくらかと混合されマスターバッチを形成し、ついでそのマスターバッチを最終砂混合物に加える。
【００２０】
１実施形態において、分散剤は未処理のフュームドシリカである。第２の実施形態において、Ａｌ２Ｏ３をドーパントとして使用し、分散剤はフュームドアルミナである。第３の実施形態において、ＣｅＯ２をドーパントとして加え、フュームドセリアを分散剤として使用する。第４の実施形態において、使用するドーパントの１つはＮｄ２０３であり、フュームド酸化ネオジムとフュームドシリカの混合物を分散剤として使用する。さらに別の実施形態において、使用されるドーパントにかかわらず、分散剤は、ガラス製品の特性にほとのど悪影響を及ぼさないフュームド金属酸化物、すなわちフュームドアルミナ、シリカ、チタニア、セリア、酸化ネオジム、およびその混合物から成る群から選択される。
【００２１】
ドーパント成分（複数可）：
最終用途および所望の性状、例えば高輝度放電ランプ、タングステン・ハロゲンランプ、自動車のつや出し、光学レンズ等に応じて、多くの異なるドーパントおよびその混合物を基材のケイ酸塩またはホウケイ酸ガラスに加えることができる。ドーパントの例としては、当該技術において既知の金属、金属酸化物、およびアルカリ金属酸化物が挙げられるが、これらに限定されることはなく、各ドーパントの量は０．１〜２５重量％である。
【００２２】
１実施形態において、他の特性の中でも色と透過特性を変えるためにドーパントをガラスに加える。第２の実施形態において、ドーパントの総量は０．１〜１０重量％の範囲にある。第３の実施形態において、各ドーパントは０．１〜８重量％の範囲にある。第３の実施形態において、各ドーパントは０．１〜５重量％の範囲にある。
【００２３】
１実施形態において、ドーパントは酸化ネオジムＮｄ２Ｏ３である。ネオジムは他の希土類元素のように着色剤として久しく知られており、可視および不可視領域の双方に広がる吸収スペクトルを有し、ガラスのようなベースコンパウンドに実質的に変化せずに移動する。ネオジムは約５６８〜５９０ｎｍの可視スペクトルの黄色の領域で光を吸収する。その結果、ネオジムを含有するガラスを通過する光は、周辺環境に赤と緑のトーンを目立たせる。さらに、ネオジムを含有するガラスは、霧が立ちこめた天候において視認性を向上する。
【００２４】
第２の実施形態において、ドーパントは酸化硼素Ｂ２Ｏ３である。Ｂ２Ｏ３の量を注意深く調整してガラスに十分な低粘性を与え、その溶融を容易にすることができるが、ガラスの膨張を惹起することはない。第３の実施形態において、ドーパントは酸化アルカリ、例えば、低膨張係数および低軟化温度を有するガラス用ホウケイ酸塩組成物（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）におけるＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、またはその混合物である。第４の実施形態において、ドーパントは０．１〜５重量％の量のＣｅＯ２である。セリウムは、紫外線を吸収する一方、スペクトルの可視領域で吸収を示さない唯一の希土類元素である。さらに、第５の実施形態において、チタンまたは酸化チタンを加えることができ、チタンの添加は時に黄褐色のガラスを生成する。第６の実施形態において、ドーパントは、酸化ユウロピウムＥｕ２Ｏ３を単独でまたはＴｉＯ２およびＣｅＯ２のような他のドーパントと組み合わせて構成される。第７の実施形態において、ＣａＯおよび／または酸化マグネシウムＭｇＯのようなドーパントを組成物に安定性を与えるために加えることができる。
【００２５】
分散剤を除いてＳｉＯ２を９５〜９９．９重量％含有するガラス組成物の１実施形態において、ドーパントは、０．１〜５重量％の範囲のＡｌ２Ｏ３として加えられ、他の不純物は１５０ｐｐｍ（合計）を越えない量で加えられる。第２の実施形態において、組成物は９５〜９９．９重量％のＳｉＯ２、０．１〜５重量％のドーパントとしてのＡｌ２Ｏ３、０．１〜４００ｐｐｍのチタン（元素）、０．１〜４０００のセリウム（元素の形態またはＣｅＯ２で）、および１５０ｐｐｍ（合計）を越えない他の不純物から成る。第３の実施形態において、組成物は９５〜９９．９重量％のＳｉＯ２、０．１〜５重量％のドーパントとしてのＡｌ２Ｏ３、０．１〜４００ｐｐｍのチタン（元素）、０．１〜４０００のセリウム（元素の形態またはＣｅＯ２で）、０．０１〜２重量％のＮｄ２Ｏ３、１５０ｐｐｍ（合計）を越えない他の不純物から成る。
【００２６】
さらに別の実施形態において、分散剤を除いて、タングステン・ハロゲンランプおよび他の高温ランプのエンベロープ用として、組成物は基本的に、重量％で、９０．５〜９５．７％のＳｉＯ２、２．８〜３．０％のＢ２Ｏ３、０．７〜１．７％のＡｌ２Ｏ３、０．４〜４．５％のＮｄ２Ｏ３、および０．１〜１％のＣｅＯ２から成る。さらに、ハロゲンランプ・エンベロープを製造する別の実施形態において、分散剤を除き、組成物は基本的に、重量％で、５５〜６６％のＳｉＯ２、０〜１３％のＢ２Ｏ３、１４〜１８％のＡｌ２Ｏ３、０〜１３％のＢａＯ、０〜４％のＳｒＯ、０〜１３％のＣａＯ、０〜８％のＭｇＯ、０．４〜４．５％のＮｄ２Ｏ３、および０．１〜１％のＣｅＯ２から成る。シールドビーム白熱ヘッドライト用ガラス組成物の別の実施形態において、分散剤を除き、組成物は基本的に、６４〜８５％のＳｉＯ２、１１〜２８％のＢ２Ｏ、０．５〜８．５％のＡｌ２Ｏ３、０〜３．５％のＢａＯ、０〜１．５％のＣａＯ、０〜７．５％のＮａ２Ｏ、０〜９．５％のＫ２Ｏ、０〜１．５％のＬｉ２Ｏ、０〜１．５％のＳｂ２Ｏ３、０．４〜４．５％のＮｄ２Ｏ３、および０．１〜１％のＣｅＯ２から成る。
【００２７】
５６０〜６２０ｎｍの範囲の赤色光を吸収するガラス組成物の１実施形態において、添加分散剤の量を除き、組成物は９５〜１１０重量部のＳｉＯ２、０．５〜１．２重量部のＣｅＯ２、０．５〜２．５重量部のＮｄ２Ｏ３、０．１〜１重量部のＡｌ２Ｏ３、任意に０．００１〜０．１重量部のＥｕ２Ｏ３、０．００１〜０．１重量部のＴｉＯ２、０．００１〜０．５重量部のＢａＯから成る。
【００２８】
クリーンルームＨＥＰＡおよびＵＬＰＡフィルター製造用のガラス組成物の１実施形態において、分散剤としてのフュームドシリカの０．０５〜０．１０重量％を除き、組成物は１重量％未満のホウ素；５．５〜１８重量％の酸化バリウム；１０〜１４．５の重量％の酸化アルカリ；４〜８重量％のアルミナ；１〜９重量％のアルカリ土類酸化物；２〜６重量％の酸化亜鉛；０．１〜１．５重量％のフッ素；および残部シリカから成る。さらに、優れた電気絶縁特性を有するランプのガラス部品用ガラス組成物の別の実施形態において、分散剤としてのフュームドアルミナ０．０２〜０．５０重量％を除き、組成物は５５〜８０の重量％のＳｉＯ２；０．５〜５重量％のＡｌ２Ｏ３；０〜５重量％のＢ２Ｏ３；２〜１５重量％のＮａ２Ｏ；０〜５重量％のＬｉ２Ｏ；および１〜１５重量％のＫ２Ｏから成り、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、およびＫ２Ｏの総含有量は３〜２５重量％の範囲以内にある。さらに光学用途、例えば屈折率分布型レンズ用の別のガラス組成物において、分散剤としてのフュームドシリカ０．０２〜０．５０重量％を除き、組成物は４０〜６５モル％のＳｉＯ２；１〜１０モル％のＴｉＯ２；２２モル％までのＭｇＯ；２〜１８モル％のＬｉ２Ｏ；２〜２０モル％のＮａ２Ｏ；およびＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯのうちいずれかの１〜１５モル％から成る。
【００２９】
ガラス組成物／製品の製造プロセス：
本発明の組成物における分散剤の使用は、砂材におけるドーパントのブレンディングを促進し、したがってガラス製品を均質化する。組成物は、バッチ法（一つずつの融解プロセス）または連続融解法によって製造することができる。
【００３０】
バッチ操作の１実施形態において、ガラス製品は、砂材のバッチから砂の樽またはバッグの形状で製造され、各樽またはバッグの重量はそれぞれ少なくとも１００ポンドである。別の実施形態において、ガラス製品は、各バッチ用の少なくとも１００ｋｇの砂材のバッチから製造され、砂は１００ｋｇのサイズの樽で供給される。さらに別の実施形態において、砂は各バッグまたは樽用に３００ポンドのバッチで供給され、したがって、少なくとも３００ポンドの各単一バッチからガラス品を製造する。
【００３１】
１実施形態において、分散剤、すなわちフュームドシリカ、フュームドアルミナ等のフュームド金属酸化物は、まず単一のドーパント、少数のドーパント、またはすべてのドーパント２０〜１００％と混合され、マスターバッチ、言い換えれば濃縮物を形成する。フュームド金属酸化物の分散剤はドーパント材料と同じか異なる金属酸化物することができる。その混合／ブレンディングは、当該技術において既知の処理装置で、例えばブレンダー、強力ミキサー等で、ドーパントが分散剤で完全に被覆されるのに十分な時間実施することができる。１実施形態において、分散剤としてのフュームドシリカの混合物をＴｕｒｂｕｌａＲミキサーでＡｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｎｄ２Ｏ３等のドーパントと共に１〜５時間混合し、マスターバッチを形成する。理論的に制約されないが、フュームドシリカは砂粒「コーティング」剤として作用し、酸化アルミニウムのようなドーパントのより小さな粒子状物質を引きつけ、したがって、より均一な混合を提供すると信じられている。
【００３２】
次のステップで、被覆されたドーパント（複数可）を含有するマスターバッチを、天然／合成砂材と、もしあれば残余の被覆していないドーパントに加え、タンブラー、サンドマラー等の装置で完全に混合する。
【００３３】
本発明の１実施形態において、均質な混合物を、５００〜１５００℃の温度範囲で十分な時間、例えば１／２〜４時間、焼成するか加熱して砂を乾かす。ついで混合物を十分な高温で溶解しガラス製品を形成する。温度はガラス成分に依存し、石英成分（９５％超のＳｉＯ２を含有）においては、混合物を温度範囲２０００℃超２５００℃以下で溶解し、ガラス質材料を与える。１実施形態において、混合物を、１４００〜２３００℃の温度範囲で作動する高温誘導（電気）炉に連続的に供給して、様々なサイズの管およびロッドを形成する。別の実施形態において、混合物を鋳型に供給し火炎溶融を用いて組成物を溶解し、溶解した混合物をガラス粒子を形成する鋳型に誘導する。
【００３４】
１実施形態において、ガラス製品を連続的な管の引き抜き方式で、例えば、管をダナープロセス、ベロプロセス、連続引抜きプロセスまたは修正プロセスを含む当該技術における既知の何らかのプロセスによって製造することができる。
【００３５】
本発明の組成物からのガラス製品：
理論的に制約されないが、大きな表面積を有するフュームド金属酸化物の形を有する分散剤は、混合剤として機能し、ドーパントの砂粒への貼り付きまたは付着を助けて均質な混合を可能にし、ついで、同じ砂のバッチに由来する生成物のガラス製品特性の変動を極めて小さくすると信じられている。ガラス製品をガラス管の中間型として、ハロゲンランプの電球または水処理用ランプ；ランプ・エンベロープ製造用の中実のガラスロッドまたはプリフォーム；ブランク、ガラスプレートまたは自動車のつや出用シートの製造に用いることができる。ガラス製品はガラス繊維のような最終のバルク形態を取りうる。
【００３６】
１実施形態において、管類は１〜５００ｍｍ範囲の外径（ＯＤ）サイズを有し、管のサイズにより１〜２０ｍｍ範囲の厚さを有する。管類の長さは、１００ｍｍ未満のＯＤを有する管類で２４〜６０インチ、１００ｍｍ超のＯＤを有する管類で２４〜９６インチである。
【００３７】
別の実施形態において、少なくとも２ステップの連続的なドロー加工を含む当該技術において既知のプロセスを用いて、ガラスプリフォームまたはロッドを製造する。第１のステップにおいて、開口を有し細長く固化したプリフォームを、直径を縮小したプリフォームに延伸する。第２のステップは、延伸中のガラスロッドにおける介在物の形成を低減する第１のステップより低温度でロッドを延伸し、プリフォームの直径を縮小する。１例において、ロッドのＯＤ範囲は０．５ｍｍ〜５０ｍｍである。１実施形態において、ロッドはドロー加工で製造される。
【００３８】
連続プロセスの１実施形態において、例えば自動車用途に使用するガラスプレートの製造において、原料を混合し溶解した後、溶解物を従来のフロートガラス炉に供給し、ついで最終製品を形成する型に供給する
【００３９】
ガラス製品の均一な特性：
１実施形態において、本発明のガラス製品は、同じロットから製造されたガラス品、すなわち同一混合バッチから製造された物品または部分品に対して、各バッチにおいて少なくとも砂の最小サイズ１００ｋｇを使用する、または合計重量少なくとも１００ｋｇの連続プロセスによって製造されたガラス品に対して均一な特性を有することを特徴とする。均一な特性とは、同じロットからのガラス片か製品を測定した特性が小さな変動しか示さないことを意味する。前記特性はＯＨレベルのような化学的性質から粘性、透過率、強靭性、および色測定、軟化点、焼鈍点等のような物理的性質；熱膨張率のような熱的物性；圧縮強度等のような機械的性質まで多岐にわたる。ここに使用した複数の製品とは、同じロットから作成した製品／部分品から無作為に選択した少なくとも１０のサンプルを意味する。
【００４０】
溶解温度、軟化温度、変形温度および焼なまし温度はそれぞれガラス成分によって異なり、すなわち、低いホウ酸鉛ガラスの軟化点の６００℃から溶融シリカの１６５０℃まで変動する。本発明のガラス品は組成物中に存在するシリカの量により加工温度が異なる。しかしながら、同じロットから作られたガラス品の溶解温度、軟化温度、変形温度および焼なまし温度はすべてほとんど異ならないことを特徴とする。１実施形態において、同じロットから作成したガラス品は、同じロットから製造したガラス品の任意に選択した１０以上のサンプルについて測定して、融点、軟化点、曲がり点および焼なまし点の標準偏差σがそれぞれ１０℃未満である。第２の実施形態において、少なくとも任意に選択した１０のサンプルの測定について、溶解温度、軟化温度、曲がり温度、焼なまし温度の標準偏差の変動はそれぞれ５℃未満である。
【００４１】
１つの実施形態において、同じロットから作成したガラス品の平均焼なまし温度は１０００〜１２５０℃（１３．１８ポイズの対数粘度に相当）の範囲にあり、標準偏差σは１０℃未満である。第２の実施形態において、同じロットから作成したガラス品の標準偏差σは５℃未満である。
【００４２】
１実施形態において、同一ロットから製造されたガラス品は、平均ＯＨ濃度の標準偏差σが１０ｐｐｍである。１実施形態において、ガラス品の平均ＯＨ濃度は１００ｐｐｍ未満でありその標準偏差σは１０ｐｐｍ未満である。別の実施形態において、ガラスは、同じバッチからのガラス品において、平均ＯＨ濃度は５０ｐｐｍ未満であり、σ値は５ｐｐｍ未満である。さらに別の実施形態において、同じロットからのガラス品の平均ＯＨ濃度は３０ｐｐｍ未満であり、σ値は５ｐｐｍ未満である。第４の実施形態において、同一ロットからのガラス品の平均ＯＨ濃度は２０ｐｐｍであり、σ値は３ｐｐｍ未満である。
【００４３】
本発明の組成物から作成したガラス品は、優れた寸法管理／安定性を有すること、例えば同一の型および同一ロットから作成した完成品の寸法における変動がほとんどないことを特徴とする。一般に、ガラス製品の寸法精度（成形性）は、行程能力（Ｃｐｋ）で正確に判断することができる。ここで、「行程能力」は、プロセスが標準化されるときに達成される質の程度を示し、異常の原因を取り除かれ、それにより前記プロセスの安定条件が維持される。１実施形態において、平板状のガラス品の寸法は、少なくともガラス品の長さ、厚さおよび幅の三つの寸法について、マイクロメーターおよびカリパスを用いて測定する。第２の実施形態において、（管の）長さ、厚さおよび直径のラインに沿った寸法を測定する。１実施形態において、本発明のガラス品は、数量化された３寸法において、すべてのＣｐｋ（工程能力指数）が１．５０超であることを特徴とする。第２の実施形態において、同じロットから作成したガラス品のＣｐｋは１．３３超である。さらに別の実施形態において、ガラス品を外径、肉厚および楕円率（周囲まわりの外径における変動）について測定したところ、同じロットからの物品のＣｐＫは１．３３超である。
【００４４】
１つの実施形態において、本発明の同じロットから製造されたガラス品の、２５℃〜３２０℃の平均熱膨張率は０．５４×１０−６／Ｋ〜５．５×１０−７／Ｋであり、標準偏差σは０．５×１０−７／Ｋ未満である。１実施形態において、ガラス品の２５℃〜３２０℃の平均熱膨張率は７．０×１０＾−７／Ｋ未満であり、標準偏差σは７×１０−８／Ｋ未満である。
【００４５】
１実施形態において、本発明の同じロットから作成したガラス品の屈折率は１．４０〜１．６８であり、標準偏差は０．００１未満である。１実施形態において、同一ロットから作成したガラス品の屈折率は１．４５０〜１．４８０であり、標準偏差は０．０００１未満である。
【００４６】
１実施形態において、同じロットから製造された９５〜９９．９９５重量％の高純度二酸化ケイ素から成る本発明のガラス品は、波長範囲４００〜８００ｎｍにおいて９０％超の可視透過率を示し、標準偏差は２％未満である。第２の実施形態において、同じロットから製造されたガラス品は、波長範囲４００〜８００ｎｍで９０％超の可視透過率および０．５％未満の標準偏差を示す。
【００４７】
ガラス製品を使用した用途および物品：
１実施形態において、溶解したガラス組成物はガラスプレートまたは容器のような最終生産物に成型／形成される。ランプ製品、例えばタングステン・ハロゲンランプ・システムのランプ・エンベロープまたはタングステン・ハロゲンランプおよび他の高温照明装置（「高輝度放電ランプ」）用のランプ・スリーブで用いる別の実施形態において、溶解したガラス組成物は、ランプ・エンベロープまたはスリーブとしての最終用途に形成される前にロッドまたは管のような中間ガラス製品に製造される。
【００４８】
１実施形態において、組成物は、透過または反射した可視光線のハイコントラストおよび可視特性の向上が利益となりうる用途に用いられる。そのような用途は、例えば、サングラスのような眼鏡類のガラス、またはレーザー用のガラス・ホストとしての用途を含んでいる。さらに別の実施形態において、ガラスはコントラスト特性を向上したコンピューター画面を作成して視覚的な不快性を低減し、またはまぶしい光を弱めるバックミラーを作成することができる。本発明の均一な特性を備えたガラス製品は、アンプル、ボトル、試薬容器、試験管、滴定シリンダー等の医療品、化学製品、および医薬品の容器のような用途においても使用することができる。別の実施形態において、製品は自動車のつや出しのような用途において使用される。本ガラス組成物は、繊維ガラスのようなバルクのガラス製品においても使用するができる。
【００４９】
<<各種実施例>>
ここに本発明を例証するために実施例を提供するが、これら実施例は本発明の適用範囲を制限することを意図するものではない。
【００５０】
実施例におけるフュームドシリカはＣａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ  Ｍ５としてマットソン−リドルフィ社から入手可能であり、ＢＥＴ表面積２００ｍ２／ｇおよび平均粒子（凝集体）サイズ０．２〜０．３μｍを有する。使用する砂は、少なくとも９９．９９％の純度レベルを有する天然砂であり、多くの供給元から入手可能である。
【実施例１】
【００５１】
ガラス組成物を、高純度二酸化ケイ素９６重量％、ドーパントとしてのＡｌ２Ｏ３  ４重量％、および１５０ｐｐｍ未満に維持した他の不純物で作成する。Ａｌ２Ｏ３ドーパントをＳｉＯ２のバッチに混合する前に、まずフュームドシリカ０．０８重量％で被覆する。ついで、この組成物を高温誘導電気炉において２０００℃で溶解し、石英管類（後の実施例においてＬＳＰＧ１とラベル）を形成する。
【実施例２】
【００５２】
ＵＶ遮断ガラス組成物を、高純度二酸化ケイ素、９６重量％、Ａｌ２Ｏ３４重量％、チタン２００ｐｐｍ、ＣｅＯ２５００ｐｐｍ、および１５０ｐｐｍ未満に維持された他の不純物で作成する。Ａｌ２Ｏ３、チタン、ＣｅＯ２ドーパント混合物をＳｉＯ２のバッチに混合する前に、まずフュームドシリカ０．０５重量％で被覆する。ついで、組成物を高温誘導電気炉において２０００℃で溶解し、石英管類（後の実施例においてＬＳＰＧ２とラベル）を形成する。
【実施例３】
【００５３】
実施例１の石英ガラス組成物ＬＳＰＧ１から作成した溶融石英管類の断面から採取したランダムサンプルのＯＨ濃度（ｐｐｍ）を測定した。また、ランダムサンプルは、ニューヨーク州コーニングのコーニング社がＶｙｃｏｒ（登録商標）  ７９０７、Ｖｙｃｏｒ（登録商標）  ７９１３、およびＶｙｃｏｒ（登録商標）  ７９２１として市販している溶融石英ガラス管からも採取し、ＯＨ濃度を測定した。標準偏差を測定した結果は以下のとおり表１に示す：
表１
【表１】
2008001586.tif 000003
【実施例４】
【００５４】
ランプ・エンベロープは、実施例１の組成物ＬＳＰＧ１から作成し無作為に選択した溶融石英管類およびＶｙｃｏｒ（登録商標）  ７９１３管類で作成した。管類の物理的および化学的性質の差を明らかにするため、ランプ生産ラインには調整を施さなかった。図２は、本発明の石英組成物から作成したランプ（右側の２つのランプ）および先行技術の組成物から作成したランプ（写真左側の２つのランプ）を比較し、先行技術の組成物から作成した２つのランプの変形を示す写真である。
【実施例５】
【００５５】
２００〜４００ｎｍのＵＶ透過率データを、ａ）実施例１〜２の組成物ＬＳＰＧ１およびＬＳＰＧ２； ｂ）オハイオ州のＧＥクォーツ社から入手した市販のＧＥ２１４の天然石英から作成した石英管のサンプルについて測定した。図３はＵＶ透過性データを比較するグラフであり、同じバッチから作成した本発明の石英ガラス製品が、先行技術（ＧＥ２１４石英）の石英ガラス組成物と比較するとはるかに狭いＵＶ透過率変動帯を有していることを示している。
また、図に示すとおり、本発明の石英ガラス製品は２５０〜４００ｎｍのＵＶ放射の少なくとも９０％、および２００〜４００ｎｍのＵＶ放射の少なくとも８７％を吸収している。なお、測定せず／図３には示さないが、本発明の組成物の２００〜３００ｎｍの範囲における１０％未満の狭い変動と比較して、Ｖｙｃｏｒ（登録商標）  ７９１３の公に利用可能な透過データは２００から３００ｎｍにおいて５％超から約９０％まで有意な急上昇を示すことが注目される。
【実施例６】
【００５６】
実施例２の組成物ＬＳＰＧ２から作成した石英管類のサンプルならびにＯｓｒａｍ  ４０６、Ｐｈｉｌｉｐｓ  ５２１およびＶｙｃｏｒ（登録商標）  ７９０７を含む市販の製品について、２００ｎｍ〜８００ｎｍのＵＶ透過率データを測定した。図４は、種々のサンプルのＵＶ透過性データを比較するグラフである。図のとおり、本発明のサンプルの透過データは先行技術のサンプルと比較して、２００〜３００ｎｍの範囲においてほとんど変動を示さない。
【実施例７】
【００５７】
実施例２の組成物ＬＳＰＧ２から作成した石英管のサンプルならびにＯｓｒａｍ  ４０６、Ｐｈｉｌｉｐｓ  ５２１、Ｖｙｃｏｒ（登録商標）  ７９０７およびＰｈｉｌｉｐｓ低粘性ガラスを含む市販製品について、ＯＨ濃度を測定した。図５は、本組成物の実施例２対種々の先行技術ガラス試料（参照サンプル１〜５として示す市販のガラス）について、ｐｐｍでＯＨ濃度を比較したグラフである。図に示すように、本発明のサンプルは、先行技術のサンプルと比較するとはるかに低い平均ＯＨレベルおよび標準偏差を有する。
【実施例８】
【００５８】
４×４×１インチ（厚）寸法のガラス・パックを、１）高純度二酸化ケイ素９６重量％、ドーパントとしてのＡｌ２Ｏ３４重量％、１５０ｐｐｍ未満に維持した他の不純物を含有する比較用ガラス成分；および２）本発明、実施例１のＬＳＰＧ１組成物とフュームドシリカ０．０８重量％の組成物から溶解、作成する。図６は、写真の左側に比較用ガラス・パック、右側にＬＳＰＧ１ガラス・パックを並べて２つのガラス・パックを比較した写真である。写真が示すように、左側のガラスと比較して、右側のガラスはより大きな清澄度（またはガラスを通した透過性）を有し、右側のＬＳＰＧ１パック真下の文字がより明瞭に現れ／容易に読むことができる。
この明細書により、最良の形態を含む実施例を用いて本発明が開示され、またいかなる当業者も本発明を為し、また用いることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】高純度石英ガラスの粘性変化をＯＨ濃度の関数として示したグラフである。
【図２】本発明の１実施形態におけるガラス組成物で作成したランプ・エンベロープすなわち右側の２個のワイヤーランプと先行技術のガラス組成物で作成した２個のランプ・エンベロープ（左側のランプ）とを比較した写真である。
【図３】同一のロットから作成した本発明のガラス製品からのサンプルと、先行技術の組成物から作成したガラス製品からのサンプルのＵＶ透過データの変動を比較したグラフである。
【図４】同一のロットから作成した本発明のガラス製品からのサンプルと、市販されている先行技術ガラス製品からのサンプルとの、範囲２００〜８００ｎｍにおけるＵＶ透過データの変動を比較したグラフである。
【図５】本発明のガラス組成物の１実施形態および市販されている先行技術ガラス製品からの参照サンプルの平均ＯＨ濃度および標準偏差を比較したグラフである。
【図６】特に清澄度（またはガラスの透過率）に関して、本発明の１実施形態におけるガラス組成物から作成したガラス「パック」と先行技術におけるガラス組成物から作成したガラス・パックとを比較した写真である。
【図１】
2008001586.tif 000004
【図２】
2008001586.tif 000005
【図３】
2008001586.tif 000006
【図４】
2008001586.tif 000007
【図５】
2008001586.tif 000008
【図６】
2008001586.tif 000009
【外国語明細書】
2008001586000001.pdf
2008001586000002.pdf
2008001586000003.pdf
2008001586000004.pdf