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  • 特許-濃緑色系ガラス及び濃緑色系ガラス容器 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-25
(45)【発行日】2023-06-02
(54)【発明の名称】濃緑色系ガラス及び濃緑色系ガラス容器
(51)【国際特許分類】
   C03C 4/02 20060101AFI20230526BHJP
   C03C 3/087 20060101ALI20230526BHJP
【FI】
C03C4/02
C03C3/087
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2019007124
(22)【出願日】2019-01-18
(65)【公開番号】P2020117410
(43)【公開日】2020-08-06
【審査請求日】2021-12-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000222222
【氏名又は名称】東洋ガラス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149799
【弁理士】
【氏名又は名称】上村 陽一郎
(72)【発明者】
【氏名】東條 誠司
【審査官】酒井 英夫
(56)【参考文献】
【文献】特開昭63-185841(JP,A)
【文献】特開2001-048578(JP,A)
【文献】特開2001-058847(JP,A)
【文献】特開平01-111751(JP,A)
【文献】特開平02-302336(JP,A)
【文献】特開昭63-285135(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C03C 1/00-14/00
INTERGLAD
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガラス成分として酸化クロム及び酸化鉄を含む濃緑色ガラスの製造方法であって、
原料としてK Cr を用いる工程を含み、
前記ガラス中の酸化クロムの含有量(X)(質量%)は、Cr換算で、下記式(I)を満たし、
Feの含有量は0.06~0.10質量%であり、
前記ガラスの合計質量に対する、原料として用いるCrの質量の割合を、KCrの添加率とした場合、下記式(II)で表されるYは、式(III)を満たし、
前記ガラスの厚さ10mmで測定した場合の、下記式(IV)で表される380~500nmの積算透過度が20以下である、濃緑色ガラスの製造方法
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
(式中、Tλは波長λnmにおける透過率を表す。)
【請求項2】
CIE表示(厚み10mm換算)で、明度Y=2~30%、主波長λd=550~570nm、刺激純度Pe=90~98%である、請求項1に記載の濃緑色系ガラスの製造方法
【請求項3】
請求項1又は2に記載の製造方法で得られる濃緑色系ガラスを成形する工程を含む、濃緑色系ガラス容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、濃緑色系ガラス及びそのガラスを成形してなる濃緑色系ガラス容器に関する。
【背景技術】
【0002】
近紫外線領域から可視光の中でも短波長領域の光は、飲料や酒類、調味料によってはこれらの内容物に対して悪影響を及ぼす場合がある。そのため、その領域の光の透過率を極力低くするように、従来から濃緑色系ガラスなどの様々な着色ガラスが、ガラス容器に用いられてきた(特許文献1、特許文献2)。
【0003】
目的とする光吸収性能を得るためには、緑色に着色する原料として使用されているクロムを、Cr6+として含有させる必要がある。これは、ガラス中のCr6+が目的の波長を有する光に対して強い吸収帯を持つためである。
【0004】
Cr6+をガラス中に高い割合で存在させるための方法として、ガラスを酸化させる方法が知られている。ガラスを酸化させる方法としては、例えば、重クロム酸塩を大量に添加する方法、硝酸ナトリウムなどの酸化剤を大量に添加する方法などを挙げることができる。しかし、これらの方法は環境負荷が高い点で問題となっている。
【0005】
特許文献1では、酸化クロムをCr換算で0.3~1.5重量%、及びFeを0.06質量%以下含有する、340~460nmの光を実質的に遮断する緑色ガラス(ガラス厚み4mm)が示されている。当該特許文献では、Cr6+による発色を高める方法として、ガラス中に混入する鉄の濃度を下げる方法を提案しており、具体的には、ガラス中のFe濃度を0.06質量%(mass%)以下に調整することを開示している。
【0006】
しかし、ガラスの原料として用いられる市中から回収される透明色のフリントカレットのFe濃度は0.05~0.06重量%であり、Fe濃度は上限付近まで上昇してしまう。それ以外の色物カレットのFe濃度は約0.1~0.25重量%で使用することができない点が問題となっている。
【0007】
また、特許文献2においては、400~450nmの波長域の光を実質的に遮断(ガラス厚3mm)することが記載されているものの、KCrの添加率(質量%)と、CrやFeの関係性についてはなんら言及しておらず、実際の製造においてFe含有量の低減には、限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開昭63-185841号公報
【文献】特開2001-48578号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
濃緑色系ガラスを製造する際の、ガラス中のCrの質量%、ガラス中のFeの質量%、添加するKCrの添加率(質量%)の関係を明らかにし、Fe濃度がこれまでの上限値より高い値でも、380~500nmの積算透過度を抑制できるガラスを提供することを目的とする。これにより、濃緑色系ガラスにおけるカレットリサイクル性能の向上が見込まれる。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、鋭意研究の結果、以下の濃緑色系ガラス及びその濃緑色系ガラスを成形してなるガラス容器を開発した。
【0011】
すなわち、本発明は以下を包含する。
【0012】
[1] ガラス成分として酸化クロム及び酸化鉄を含み、原料として少なくともKCrを用いて得られる濃緑色系ガラスであって、
前記酸化クロムの前記ガラス中の含有量(X)(質量%)は、Cr換算で、下記式(I)を満たし、
前記ガラスの合計質量に対する、原料として用いるKCrの質量の割合を、KCrの添加率とした場合、下記式(II)で表されるYは、式(III)を満たす、濃緑色系ガラス。
【数1】
【数2】
【数3】
[2] ガラスの厚さ10mmで測定した場合の、下記式(IV)で表される380~500nmの積算透過度が20以下である、前項[1]に記載の濃緑色系ガラス。
【数4】
(式中、Tλは波長λnmにおける透過率を表す。)
[3] CIE表示(厚み10mm換算)で、明度Y=2~30%、主波長λd=550~570nm、刺激純度Pe=90~98%である、前項[1]又は[2]に記載の濃緑色系ガラス。
[4] 前項[1]乃至[3]のいずれか一項に記載の濃緑色系ガラスを成形してなる、濃緑色系ガラス容器。
【発明の効果】
【0013】
本発明の濃緑色系ガラスは、濃緑色系ガラス中のCrの濃度、濃緑色系ガラス中のFeの濃度、濃緑色系ガラスの原料として添加するKCrの添加率の関係を明らかにすることにより、ガラス中の鉄濃度を極めて低くしなくとも、380~500nmの積算透過度を抑えることができる濃緑色系ガラスである。このため、本発明の濃緑色系ガラスには、原料として、フリントカレット以外のFe濃度の高いカレットも原料として使用することができ、ガラスのリサイクル性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】各実施例、比較例の濃緑色系ガラス1乃至9について、式(I)、式(II)、式(III)から得られるX、Yをプロットしたものである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は実施の形態に限定されるべきものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者により適宜設計、変更できるものとする。
【0016】
本明細書において、「~」は範囲を示すものであり、上限及び下限の数値も包含する。また、本明細書において、濃緑色系ガラス中の各金属酸化物の成分割合は、表記される化学式の酸化物基準換算で計算されるものとする。
【0017】
[380~500nm積算透過度について]
本明細書において、濃緑色系ガラスの光吸収性能を表す指標として、380~500nm積算透過度という値を用いる。380~500nm積算透過度は、以下の式(IV)で表される。
【数5】
式(IV)中、Tλは、波長λnmにおける光透過率(%)を表す。380~500nm積算透過度が小さいほど、特定の波長の光がガラスに吸収されるため、ガラス容器の内容物に対する近紫外線の影響が小さいと言える。本発明では、ガラス10mmの厚みで380~500nm積算透過度が20以下であることが好ましく、18以下であることがより好ましく、16以下がさらに好ましい。
【0018】
[式(I)について]
本発明においては、ガラス中の酸化クロムの質量%(X)は、Cr換算で0.45未満である。すなわち、濃緑色系ガラスは、以下の式(I)を満たす。
【数6】
濃緑色系ガラス中のCrの含有量(X)は、好ましくは0.25~0.43質量%である。本明細書中、濃緑色系ガラス中の酸化クロムの含有量を、Crの含有量という場合がある。
【0019】
[式(II)、式(III)について]
本発明の濃緑色系ガラスは、下記式(II)で表されるYが、式(III)を満たすものである。
【数7】
【数8】
【0020】
式(II)中、「KCrの添加率」とは、濃緑色系ガラスの合計質量に対する、原料として用いるKCrの割合(質量%)であり、「ガラス中のFeの質量%」とは、濃緑色系ガラス中のFeの含有率(質量%)である。
【0021】
本発明において、濃緑色系ガラス10mmの厚さで380~500nm積算透過度が20以下となる範囲が、式(III)である。以下、式(III)の導出過程について説明する。
【0022】
まず、上述したように、濃緑色系ガラス中の酸化クロムの含有量を、Cr換算で、X(質量%)とし、ガラスの合計質量に対する、原料として用いるKCrの割合を、KCrの添加率として、下記式(II)で表されるYとする。
【数9】
【0023】
次に、Xと380~500nm積算透過度の関係を表す式を実験データより得る。下記基本組成を有する濃緑色系ガラスを用いることにより、実験データを得た場合、式(V)が得られる。式(V)は、以下のように表される。
【0024】
【数10】
【0025】
なお、ここでデータ取得のために使用した濃緑色系ガラスの基本組成は以下の通りである。
(成分割合)
成分割合は以下の通りである。
SiO 72.6質量%
Al 2.1質量%
Fe 0.084質量%
NaO 13.9質量%
CaO 10.0質量%
上記基本組成に対して、KCrを添加したときの、380~500nm積算透過度を測定することにより、式(V)を得た。
【0026】
そして、Yと380~500nm積算透過度との関係を表す式(VI)を、実験データより得る。
【数11】
【0027】
式(VI)は、上記式(V)の実験データ取得に用いた濃緑色系ガラスにおいて、Cr濃度0.140質量%、Fe濃度0.100質量%に設定した場合のデータ群をもとに得られたものである。なお、使用した原料は、すべて粉体原料である。
【0028】
ここで、式380~500nm積算透過度の変化はCr6+吸収の変化によって起きていると考えられる。式(V)のデータ群のクロム源は全てKCrで賄っていることから、Cr濃度、Fe濃度が変化した場合であっても、式(VI)の類似の挙動で、変化すると考えられる。したがって、濃緑色系ガラス中の酸化クロム濃度が変化しても、Cr6+吸収の変化による380~500nm積算透過度の変化割合は同じ挙動を示すと考えられる。
【0029】
以上のことから、式(V)において、さらにYの変化も加味した場合の380~500nm積算透過度は、以下の式(VII)で表される。
【数12】
【0030】
この式の380~500nm積算透過度が20未満になるように整理すると、下記のYとXの関係式(III)が得られる。
【数13】
【0031】
なお、380~500nm積算透過度が20の場合に限らず、380~500nm積算透過度に所定の数値を記入すれば、所定の積算透過度の場合のXとYの関係式が得られる。
【0032】
[ガラス成分]
本発明の濃緑色系ガラスとして、ソーダ石灰ガラスを用いることができる。ソーダ石灰ガラスの中でも、通常、以下の組成を有するガラスを好ましくは用いることができる。
【0033】
(Cr成分)
濃緑色系ガラス中のCr6+の量が多いと380~500nm積算透過度の低いガラスを製造することが可能である。一方、ガラス中の酸化クロムの含有量が多くなると、クロム起因の異物流出が問題となる。よって、本発明の濃緑色系ガラスにおいては、ガラス中の酸化クロム(Cr換算)の質量%(X)は、[式(I)について]で説明したように、下記式(I)を満たすものである。
【数14】
Xの値は、好ましくは0.25~0.43質量%である。
【0034】
(Fe成分)
本発明では、従来のガラスよりもFe濃度が高くても380~500nm積算透過度の低いガラスを製造することが可能である。ガラス中のFe濃度は、式(II)の条件を満たす範囲であれば特に限定されるものではないが、ガラスのリサイクル性、ガラスの酸化還元特性の観点から、濃緑色系ガラス中のFeは、0.06~0.10質量%であることが好ましい。
【0035】
(その他のガラス成分)
本発明の母材のガラスとなるソーダ石灰シリカ系ガラスは、SiO、NaO、及びCaOを主な構成成分とするガラスであり、耐候性が良好であることから飲料や酒類、調味料用のガラス容器として汎用的に用いられるものである。本発明においては、例えばSiO、NaO、及びCaOの3成分の合計が80質量%以上のガラスを用いることができる。
【0036】
(SiO成分)
SiOはガラス骨格を構成する成分であり、含有量は特に制限されるものではないが、通常65~80質量%である。65質量%以上では表面にヤケ等が発生しにくく、耐候性が良好となる。80質量%以下であれば、溶融のための温度が高くなりすぎることがない。
【0037】
(NaO成分)
NaOはガラスの溶融性を高めるものである。含有量は特に限定されるものではないが、通常、10~18質量%含である。10質量%以上であれば、溶融性が高まり、失透も生じにくくなる。18質量%以下であれば、良好な耐候性を有し、表面にヤケ等が発生しにくくなる。
【0038】
(CaO成分)
CaOは溶融温度を下げることができ、耐水性を向上させることができる成分である。含有量は特に制限されるものではないが、通常5~20質量%である。含有量が5質量%以上であれば、良好な溶融性を有することができ、20質量%以下であれば失透しにくくなる。
【0039】
本発明のガラスにおいては、Al含有量は0~5質量%が好ましい。
【0040】
本発明のガラスには、LiO、KO、RuO等の第1族元素の酸化物、MgO、SrO、BaO等の第2族元素の酸化物、その他、ZnO、B、ZrO、TiO、Sb等の金属酸化物を含有することができる。
【0041】
[添加率]
本発明の濃緑色系ガラスの原料はどのような形態の原料を用いてもかまわない。原料の一例として、下記のような原料、添加率で目的の濃緑色系ガラスが得られる。
珪砂 10~30質量%
石灰 0~10質量%
ソーダ灰 0~10質量%
硝酸ソーダ 0~1質量%
ぼう硝 0~1質量%
重クロム酸カリウム 0~1質量%
カレット 50~90質量%
【0042】
[KCr(重クロム酸カリウム)]
本発明の濃緑色系ガラスの一つの特徴として、原料として、重クロム酸カリウム(KCr)を必須成分として用いる。KCrを原料として用いると、ガラス中にCr6+を高い割合で存在させることができ、380~500nm積算透過度が低下させることができる。KCrの使用量は、上記式(II)、式(III)を満たすことができれば、特に限定されるものではないが、KCrを大量に添加することは、環境負荷やコスト面の観点から好ましくない。したがって、KCr添加率は、0~1質量%が好ましい。添加率とは、得られる濃緑色系ガラスの質量を100とした場合に、使用するKCrの質量の割合である。
【0043】
[カレット]
通常、透明色のフリント系カレット中のFe濃度は、0.05~0.06質量%であるのに対し、色ガラス系カレット(「色込みカレット」とも呼ばれる。)中のFe濃度は約0.1~0.25質量%程度であるため、従来の濃緑色系ガラスには、実質的に色ガラス系カレットを使用することができなかった。しかしながら、本発明の濃緑色系ガラスは、ある程度のFe濃度を許容できるため、市中の色ガラス系カレットを使用することができる。具体的には、本発明の濃緑色系ガラスの総質量に対して、0~30質量%の色ガラス系カレットを使用することができる。また、透明色のフリント系カレットは、50~90質量%を使用することができる。0.05~0.3%の範囲内の極めて少量であり
ここで、原料として、クロムを含む色ガラス系カレットを使用したとしても、色ガラス系カレットには、六価クロムはほとんど存在しないか、極めて少ないと考えられ、そのため、本発明の濃緑色系ガラス中の六価クロムの大部分は、添加する重クロム酸カリウム由来であると考えられる。色ガラス系カレット中に六価クロムがほとんど存在しないか、極めて少ない理由は、色ガラス系カレットには、ワイン用ガラス容器などの還元性ガラスも多く含まれるため、色ガラス系カレットに含まれる一部のガラスにクロムが六価の状態のものが含まれていたとしても、他のガラスと混合・熔融されればすぐに三価クロムの状態になると考えられるからである。
したがって、本件では、リサイクルの色ガラス系カレットを多く用いた場合であっても、得られるガラスの酸化クロム含有量、添加する重クロム酸カリウムと得られるガラスのFeとの割合を特定すれば、所定の積算透過率の濃緑色系ガラスを得ることができる。
一般的な市中の色ガラス系カレットの組成を記す。
(カレットの組成例)
SiO・・・70~74質量%
NaO・・・12~16質量%
CaO・・・8~12質量%
Al・・・1~3質量%
O・・・0~2質量%
Fe・・・0.18~0.26質量%
Cr・・・0.10~0.16質量%
なお、カレット由来の有機物や、還元性ガラスが大量に混入すると、380~500nm積算透過度が上昇する可能性があるため、これらの項目については別途管理する必要がある。
【0044】
[製造方法]
本発明のガラスは、通常のガラスの製造方法で製造することができる。すなわち、所定の組成になるように、粉体のガラス原料を混合・溶融し、冷却することにより、製造することができる。なお、冷却は、ひずみによりガラスが割れてしまうため、徐冷することが好ましい。
【0045】
粉体のガラス材料を混合するだけでなく、組成が既知であるガラス状態の材料であるカレットを溶融しながら、足りない成分を追加投入し、本発明の組成のガラスを製造することもできる。
【0046】
また、本発明のガラスは連続製造することができ、例えば、押し出し式の連続色替窯を用いて製造することができる。
【0047】
溶融温度は、特に限定されるものではないが、通常1100℃~1550℃が好ましい。
【0048】
びん形状のガラスにするためには、溶融状態の本発明のガラスを用いて、種々のびんの成形方法により製造することができる。
【0049】
本発明のガラスは、CIE表示(厚み10mm換算)で、好ましくは、明度Y=2~30%、主波長λd=550~570nm、刺激純度Pe=90~98%である。本発明のソーダ石灰シリカ系ガラスがこれらの条件を満たすことにより、好ましい濃緑色系ガラスの色になる。
【実施例
【0050】
(実施例1)
基本ガラスは、下記の範囲を満たすものであった。
SiO 70~74質量%
Al 1~4質量%
O 0~2質量%
NaO 12~15質量%
CaO 8~12質量%
このガラス中のCr質量%、ガラス中のFe質量%、KCrの添加率が、それぞれ表1に記載された値としたときのガラス1を作製した。ガラス1のXとYの値は、図1の通りである。なお、380~500nmの積算透過度は81.1であった。その他の値は、表1のとおり
【0051】
(実施例2)
ガラス中のCr質量%、ガラス中のFe質量%、KCrの添加率が、それぞれ表1に記載された以外は、実施例1と同様の条件により、ガラス2を作製した。ガラス2のXとYの値は、図1の通りである。なお、380~500nmの積算透過度は40.5であった。その他の値は、表1の通りである。
【0052】
(比較例1)
ガラス中のCr質量%、ガラス中のFe質量%、KCrの添加率が、それぞれ表1に記載された以外は、実施例1と同様の条件により、ガラス3を作製した。ガラス3のXとYの値は、図1の通りである。なお、380~500nmの積算透過度は81.1であった。その他の値は、表1の通りである。
【0053】
(比較例2)
ガラス中のCr質量%、ガラス中のFe質量%、KCrの添加率が、それぞれ表1に記載された以外は、実施例1と同様の条件により、ガラス4を作製した。ガラス4のXとYの値は、図1の通りである。なお、380~500nmの積算透過度は40.5であった。その他の値は、表1の通りである。
【0054】
(比較例3)
ガラス中のCr質量%、ガラス中のFe質量%、KCrの添加率が、それぞれ表1に記載された以外は、実施例1と同様の条件により、ガラス5を作製した。ガラス5のXとYの値は、図1の通りである。なお、380~500nmの積算透過度は8.7であったが、Crの含有量が高いものである。その他の値は、表1の通りである。
【0055】
(比較例4)
特許文献2における実施例1のガラス(ガラス6とする)のX、Y値を図1にプロットした。本発明の範囲から外れるものであった。
【0056】
(比較例5)
特許文献2における実施例2のガラス(ガラス7とする)のX、Y値を図1にプロットした。本発明の範囲から外れるものであった。
【0057】
(比較例6)
特許文献2における実施例3のガラス(ガラス8とする)のX、Y値を図1にプロットした。本発明の範囲から外れるものであった。
【0058】
(比較例7)
特許文献2における実施例4のガラス(ガラス9とする)のX、Y値を図1にプロットした。本発明の範囲から外れるものであった。
【0059】
【表1】
図1