(57)【要約】【課題】結節（ｋｎｏｔｓ）、ストーンズ（ｓｔｏｎｅｓ）および脈理（ｃｏｒｄ）のようなガラスの欠陥の数を減少させるために、鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラスの溶融特性を改善する。【解決手段】実質的にＭｇＯおよびＣａＯを含有しない組成物を製造し、ＢａＯ１．０〜４．０質量％を添加することによってガラスの溶融速度を劇的に改善する。【効果】改善された溶融特性は、多数の溶融されていないバッチ量のストーンズ中でナインティナインパーセントまでの還元を達成する。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の組成：
Ｂ２Ｏ３　　１３．５〜１６．８、
Ｎａ２Ｏ　　　２．０〜５．０、
Ｋ２Ｏ　　　　１．３〜４．０、
Ｌｉ２Ｏ　　　０〜０．３０、
Ａｌ２Ｏ３　　２．０〜４．０、
Ｆｅ２Ｏ３　　０．０２〜０．１７、
ＣｅＯ２　　　０〜０．１２、
ＴｉＯ２　　　０．０１〜０．３０、
ＢａＯ　　　　１．０〜４．０、
ＳｉＯ２　　残余
を質量％で有する、鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラスにおいて、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＬｉ２Ｏの総和が４．７〜６．５質量％であり、この組成が実質的にＭｇＯおよびＣａＯを含まないことを特徴とする、鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラス。
【請求項２】
ＢａＯ含量が２．０質量％〜４．０質量％の範囲内にある、請求項１記載の硼珪酸塩ガラス。
【請求項３】
ＢａＯ含量が２．０質量％である、請求項１記載の硼珪酸塩ガラス。
【請求項４】
次の組成：
Ｂ２Ｏ３　　１４．４、
Ｎａ２Ｏ　　　２．９、
Ｋ２Ｏ　　　　２．６、
Ｌｉ２Ｏ　　　０．２０、
Ａｌ２Ｏ３　　３．０、
Ｆｅ２Ｏ３　　０．０６０、
ＣｅＯ２　　　０．０７５、
ＴｉＯ２　　　０．１０、
ＢａＯ　　　　２．０、
ＳｉＯ２　　残余
を質量％で有する、鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラスにおいて、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＬｉ２Ｏの総和が４．７〜６．５質量％であり、この組成が実質的にＭｇＯおよびＣａＯを含まないことを特徴とする、鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硼珪酸塩ガラス、殊に鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラスに関する。別の視点で云えば、本発明は、電球のためのガラス製外囲容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ガラス工業では、硼珪酸塩ガラス組成物から鉛および砒素を排除する傾向にある。例えば、ここで参考のために引用した米国特許第６２８４６８６号明細書には、電球（ＯＳＲＡＭ　ＳＹＬＶＡＮＩＡ　型ＳＧ７７３）に使用するための有用な鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラス組成物が記載されている。電球の製造に使用される他の鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラスは、Ｓｃｈｏｔｔ　Ｇｌａｓ社によって製造された型８４８６および８４８７を含む。
【０００３】
鉛および砒素の排除は、環境にとって好ましいが、しかし、この排除は、数多くのガラスの欠陥の増加、特に結節（ｋｎｏｔｓ）、ストーンズ（ｓｔｏｎｅｓ）および脈理（ｃｏｒｄ）を生じうる。鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラス中で発生する大多数の欠陥は、不完全な溶融およびバッチ成分の減少された対流混合によって引き起こされ、例えば結節およびストーンズは、不完全な融液の残留物および表面スカムである。それ故、ガラスの欠陥の数を減少させるために、鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラスの溶融特性を改善することが望ましいであろう。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第６２８４６８６号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、公知技術の欠点を排除することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラスを溶融する際に発生するガラスの欠陥の数を減少させることである。
【０００７】
更に、本発明の別の目的は、鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラスの溶融特性を改善することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記目的および他の目的ならびに利点は、実質的にＭｇＯおよびＣａＯを硼珪酸塩ガラス配合物から除去し、ＢａＯ１．０〜４．０質量％を添加することによって達成される。殊に、次の組成：
Ｂ２Ｏ３　　１３．５〜１６．８、
Ｎａ２Ｏ　　　２．０〜５．０、
Ｋ２Ｏ　　　　１．３〜４．０、
Ｌｉ２Ｏ　　　０〜０．３０、
Ａｌ２Ｏ３　　２．０〜４．０、
Ｆｅ２Ｏ３　　０．０２〜０．１７、
ＣｅＯ２　　　０〜０．１２、
ＴｉＯ２　　　０．０１〜０．３０、
ＢａＯ　　　　１．０〜４．０、
ＳｉＯ２　　残余
を質量％で有する、鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラスが提供され、この場合、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＬｉ２Ｏの総和は、４．７〜６．５質量％であり、この組成は、実質的にＭｇＯおよびＣａＯを含まない。
【０００９】
好ましくは、本発明の硼珪酸塩ガラスは、２．０質量％〜４．０質量％、よりいっそう好ましくは２．０質量％のＢａＯ含量を有する。
【００１０】
より狭い視点で云えば、鉛および砒素を含有しない本発明による硼珪酸塩ガラスは、次の組成：
Ｂ２Ｏ３　　１４．４、
Ｎａ２Ｏ　　　２．９、
Ｋ２Ｏ　　　　２．６、
Ｌｉ２Ｏ　　　０．２０、
Ａｌ２Ｏ３　　３．０、
Ｆｅ２Ｏ３　　０．０６０、
ＣｅＯ２　　　０．０７５、
ＴｉＯ２　　　０．１０、
ＢａＯ　　　　２．０、
ＳｉＯ２　　残余
を質量％で有し、この場合、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＬｉ２Ｏの総和は、４．７〜６．５質量％であり、この組成は、実質的にＭｇＯおよびＣａＯを含まない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明をよりいっそう理解するためには、別の目的、その利点および特性と共に、次の開示および係属中の特許請求の範囲の記載が参照される。
【００１２】
不完全な溶融および減少された対流混合から生じるガラスの欠陥は、電気ガラス炉と比較してガス燃焼溶融室についての多数の問題を生じがちである。ガス燃焼溶融室は、溶融表面層を有するガラス融液を生じ、溶融表面をバルクと混合するために融液中で対流の流動に依存している。電気ガラス炉は、通常、冷時にクラウニングされ、したがって重力が作用して、表面での冷たく緻密なガラスを融液中に連行する。また、冷たい表面は、揮発および表面スカムの形成を減少させる。それ故、本発明によるガラスは、電気炉を含めて最も常用のガス燃焼溶融室中で溶融されうるが、しかし、改善された溶融特性により、特に本明細書中に記載されたようなガス燃焼溶融室についての利点を提供する。
【００１３】
ガス燃焼溶融室中での溶融処理の間に、清澄ガスは、耐火粒子（一次砂粒子）を融液の表面に浮上させることができ、緻密な成分を生じる。融液表面での砂粒子の蓄積は、下方のよりいっそう緻密なガラスとの混合を困難にするであろう。シリカに富んだ表面スカムが生じうる。スカム形成を阻止する目的で、対流の力が必要とされ、砂粒子が融液中に戻され、溶融処理が完結される。ガス燃焼溶融室を用いた場合には、一列または二列の気泡管を溶融室中に設置し、対流混合を補助することは、普通に実施される。この方法は、シリカスカムを阻止する点で部分的に有効であるにすぎない。
【００１４】
硼珪酸塩ガラスの融液の表面張力を低下させることは、対流混合を改善するための１つの手段として研究された。溶融実験によれば、鉛および砒素を含有する硼珪酸塩ガラスを用いた場合には、対流混合は極めて力強いことを示した。ＰｂＯおよびＡｓ２Ｏ３の双方は、融液の表面張力を低下させる。また、ＢａＯは、ガラスの表面張力を低下させることが公知である。
【００１５】
しかし、他のアルカリ土類金属、例えばＭｇＯ、ＣａＯおよびＳｒＯは、全て表面張力を増加させることが公知である。（例えば、Ｗ．Ａ．　ＷｅｙｌおよびＥ．Ｃ．　Ｍａｒｂｏｅ，　Ｔｈｅ　Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｌａｓｓｅｓ：　Ａ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ，　Ｖｏｌ　ＩＩ，　（１９６４），　第６３９〜６４４頁；　およびＭ．Ｂ．　Ｖｏｌｆ，　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　Ｇｌａｓｓ，　Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，　（１９８４）参照）。米国特許第６２８４６８６号明細書に記載の型ＳＧ７７３の鉛および砒素を含有しない硼珪酸塩ガラスの清澄特性は、ＭｇＯおよびＣａＯをガラス組成から除去し、ＢａＯ１．０〜４．０質量％（ｗｔ．％）が添加される場合に劇的に改善されることができた。殊に、ナインティナインパーセントの数少ないストーンズ（溶融されていない原料粒子）は、典型的なＳＧ７７３ガラスと比較観察された。この劇的な改善は、融液の表面張力を低下させることによって惹起される、融液中でのより良好な対流混合の結果であることが確信される。
【００１６】
公知技術水準の硼珪酸塩ガラス組成物の製造業者にとって、ドロマイト、ＣａＭｇ（ＣＯ３）２をＭｇＯおよびＣａＯの安価な源として使用することは、通常実施していることである。ドロマイトは、本発明による硼珪酸塩組成物中には使用されていない。それというのも、ＭｇＯおよびＣａＯは、ガラス組成物中に含有されていないからである。しかし、ＣａＯおよびＭｇＯは、意図的には本発明による硼珪酸塩ガラスに添加されないが、しかし、少量のＣａＯおよびＭｇＯは、完全には除外することができない。それというのも、ＭｇおよびＣａの不純物は、幾つかの天然に産出するバッチ材料中に存在しうるからである。それ故、本明細書中で使用されているように、ＭｇＯおよびＣａＯを実質的に含有しないということは、ガラス組成物中のＭｇＯおよびＣａＯの総量が約０．１５質量％（ｗｔ．％）を超えないことを意味する。
【００１７】
無水ボラックス（ＡＢＸ）および５モルのボラックス（ＢＸ）、Ｎａ２Ｏ・Ｂ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ、の双方は、硼珪酸塩ガラス組成物中のＢ２Ｏ３およびＮａ２Ｏの源として使用された。実験室での実験は、５モルのボラックスをボラックス含有原料として使用した場合には殆んどの場合にシリカ粒子が浮上することを示した。殊に、こうして観察された溶融速度における最大の改善は、５モルのボラックスと共に溶融されたＢａＯ４質量％（ドロマイトではない）を含有するバッチ量にあった。
【００１８】
以下には、制限を受けない実施例が記載されている。
【００１９】
【実施例】
例
第１表、第２表および第３表に記載されたガラスバッチ組成物を溶融し、ガラスの溶融品質を比較した。バッチ量を５モルのボラックス１００％（ＢＸ）（第１表および第２表）ならびに５モルのボラックスと無水ボラックス（ＡＢＸ）との混合物：ＢＸ６０％／ＡＢＸ４０％（第３表）を用いて作製した。十分に混合されたバッチ量を実験室用炉内で１５５０℃で白金坩堝中で溶融した。融液を２時間および３時間で除去し、長いストリップ（約２０ｃｍ×４ｃｍ×１ｃｍ）に注型し、急冷し、溶融されていないストーンズについて検査した。ｌ波長板（ｆｕｌｌ−ｗａｖｅ　ｔｉｎｔ　ｐｌａｔｅ）を備えた偏光顕微鏡を溶融されていないバッチストーンズのカウントのために使用した。
【００２０】
【表１】
2004010476.tif 000002
【００２１】
実験室内で砂粒子の浮上を最大化するために、バッチ量をボラックスの原料源としての５モルのボラックスと共に、調製した。第１表には、標準ＳＧ７７３ガラス（ＢａＯ０質量％、ドロマイト）の溶融速度をバッチ量中のＣａＯおよびＭｇＯ１質量％へのＢａＯの置き換えによって２時間で８７％改善したことが示されている。ＢａＯをＣａＯ不含およびＭｇＯ不含のバッチ量に添加して増量した場合には、溶融速度は、さらに改善された。殊に、好ましいＢａＯ２質量％のバッチ量のための溶融速度は、ＢａＯ１質量％を含有するバッチ量と比較した場合に６５％改善されることが示されている。
【００２２】
更に、ＳＧ７７３組成物へのＢａＯの添加により、溶融速度は増加されるが、しかし、ＢａＯは、比較的高価な成分である。ＢａＯが４質量％を超えると、溶融速度のインクレメンタルな増加と比較して、バッチ量の費用は、極端に高価になる。
【００２３】
【表２】
2004010476.tif 000003
【００２４】
第２表は、好ましいＢａＯ２質量％のバッチ量からのドロマイトの除去の効果を示す。５モルのボラックスと無水ボラックスとの製造比（ＢＸ６０％／ＡＢＸ４０％）をこの例のために使用した。２時間の加熱後、ドロマイトを含有しないバッチ量は、３時間の加熱後のドロマイトを含有するバッチ量と同じ数の溶融されていないストーンズを有している。溶融時間におけるこの１時間の改善は、溶融効率において卓越した利点を有する。３時間以内で、ドロマイトを含有しないバッチ量は、完全に溶融された。
【００２５】
第２表から判断することができるように、ドロマイトなしの好ましいＳＧ７７３　ＢａＯ２質量％の組成物は、標準ＳＧ７７３組成物よりも数少ないナインティセブンパーセントの溶融されていないバッチ量のストーンズを有していた。このバッチ量のストーンズの数の主な減少は、標準ＳＧ７７３バッチ量の溶融速度における卓越した改善を示す。ドロマイトがＢａＯを含有するバッチ量中に維持されている場合には、溶融速度も改善されるが、しかし、６０％にすぎない。また、バッチ量からのドロマイトの除去の効果は、５モルのボラックス１００％を用いて作製されたＢａＯ含有バッチ量について第３表に明示されている。
【００２６】
【表３】
2004010476.tif 000004
【００２７】
本明細書中には、本発明の好ましい実施態様について提示され、記載されているけれども、係属された特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲から逸脱することなく、当業者であれば、種々の変更および変法を行なうことができることは、明らかなことである。