JP2009007194A - ガラス組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】高い放射線遮蔽性能を有すると同時に一定の耐酸性、耐洗剤性を有するガラス組成物を提供すること。
【解決手段】ＩＳＯ−９６８９に規定する耐洗剤性試験を行った場合、クラスが３以下となる性質を有し、かつ、ＩＳＯ−８４２４に規定する耐酸性試験を行った場合、クラスが５以下となる性質を有するガラス組成物。ヤング率が７０ＧＰａ以上である請求項１に記載のガラス組成物。ＳｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３のうちいずれか一方又は両方を含有し、酸化物基準のｍｏｌ％で、Ｌｎ_２Ｏ_３（Ｌｎは、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群より選択される１種以上を示す）を０．５〜５０％含有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ガラス組成物に関し、さらに詳しくは、Ｘ線やγ線等の放射線を遮蔽する能力を有するガラス組成物に関する。

Ｘ線、γ線等の放射線を取り扱う施設において、仕事をしやすくするため、及び業務に携わる人々を放射線から守るために、放射線遮蔽ガラスが使用されている。このようなガラスとしては、可視域に高い透明性と、放射線に対して優れた遮蔽能力（吸収能力）が要求される。遮蔽能力はガラスの質量吸収係数と密度に比例するので、昔から密度の大きい鉛ガラスが使われている。

しかし、鉛成分は有害物質であるため、鉛成分を多量に含む放射線遮蔽ガラスは、その製造、加工、及び廃棄をする際に環境対策上の措置を講ずる必要がある。その結果、コストが高くなりやすいという問題を有していた。また、鉛成分を多量に含む放射線遮蔽ガラスは、化学耐久性が低いため、ガラス表面の汚れを落とす際に接触する水や洗剤と反応しやく、このため、ガラス表面に「ヤケ」が発生しやすく、この「ヤケ」により、ガラスの透明性が著しく低下することも問題となっていた。

また、表面硬度が低く、研磨や切断等の加工工程において、表面にキズがつきやすく、キズを原因としてガラスが割れることがあった。従って放射線を扱う機器の窓ガラスに使用された場合、その取り扱いは慎重に行う必要があった。

このため、鉛成分を含まない放射線遮蔽ガラスが要求されており、下記の特許文献１には、本質的に鉛成分を含有せず、ＳｉＯ_２−ＢａＯ系のガラスであって、密度が３．０１ｇ／ｃｍ^３以上である放射線遮蔽ガラスが開示されている。また、下記の特許文献２には、本質的には、鉛成分を含有せず、ＳｉＯ_２成分とＡｌ_２Ｏ_３成分を含有し、１００ｋＶのＸ線に対する鉛当量が、０．０３ｍｍＰｂ／ｍｍ以上である放射線遮蔽ガラスが開示されている。
特開平６−１２７９７３号公報 特開２００３−３１５４８９号公報

しかしながら、特許文献１、２の放射線遮蔽ガラスは、遮蔽能力が鉛ガラスに比べてかなり低いため、主にエネルギーの低い放射線を取り扱う場所にのみ使用が限定されていた。

また、これらの放射線遮蔽ガラスにおいても、鉛を主成分とするものと同様に化学耐久性が悪く、洗浄等を行う場合ヤケが生じ、放射線遮蔽ガラスの透明性が保てなくなるという問題があった。また、ヤング率が低く、たわみや変形が生じやすいという問題もあった。放射線遮蔽ガラスは放射線を扱う装置の窓ガラスとして使用されることが多いため、このように化学的耐久性やヤング率が低いと、実用上、あまり有利ではない。

本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、Ｌｎ_２Ｏ_３成分（Ｌｎは、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群より選択される１種以上を示す）を主成分としたガラス系を用いて、高い放射線遮蔽性能を有すると同時に、実用上有利な化学的耐久性と機械的強度を兼ね備えるガラス組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、従来よりも耐洗剤性、耐酸性が高く、さらに放射線遮蔽能力をまでも高いガラスを得ることができた。特にその好ましい組成は、ＳｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３の各成分のいずれか及びＬｎ_２Ｏ_３を含有させ、さらにＳｉＯ_２成分とＢ_２Ｏ_３成分との合計量との比を所定の範囲に限定することにより、鉛ガラスと比べても遜色ない放射線遮蔽能力を示し、かつ実用上有利な化学的耐久性を有するとともに、高い機械的強度をも有しうることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） ＩＳＯ−９６８９に規定する耐洗剤性試験を行った場合、クラスが３以下となる性質を有し、かつ、ＩＳＯ−８４２４に規定する耐酸性試験を行った場合、クラスが５以下となる性質を有するガラス組成物。

（２） ヤング率が７０ＧＰａ以上である（１）のガラス組成物。

（３） ＳｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３のうちいずれか一方又は両方を含有し、酸化物基準のｍｏｌ％で、Ｌｎ_２Ｏ_３（Ｌｎは、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群より選択される１種以上を示す）を０．５〜５０％含有する（１）又は（２）のガラス組成物。

（４）酸化物基準のｍｏｌ％で、Ｌｎ_２Ｏ_３/（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）の値が０．１〜０．８の範囲である（１）から（３）のいずれかのガラス組成物。

（５）酸化物基準のｍｏｌ％で、Ｇｄ_２Ｏ_３を１０〜４０％含有する（１）から（４）のいずれかのガラス組成物。

（６）ＲＯ（ＲはＺｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇからなる群より選択される１種以上を示す）成分を４０％以下含有し、かつＲｎ_２Ｏ（Ｒｎは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓからなる群より選択される１種以上を示す）成分を４０％以下含有する請求項１〜６のいずれかに記載のガラス組成物。

（７）酸化物基準のｍｏｌ％で、
ＳｉＯ_２ ０〜７５％、及び／又は
Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７５％、及び／又は
Ｐ_２Ｏ_５ ０〜１０％、及び／又は
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜３５％、及び／又は
Ｇａ_２Ｏ_３ ０〜３５％、及び／又は
Ｉｎ_２Ｏ_３ ０〜３５％、及び／又は
ＺｎＯ ０〜４０％、及び／又は
ＢａＯ ０〜４０％、及び／又は
ＳｒＯ ０〜４０％、及び／又は
ＣａＯ ０〜４０％、及び／又は
ＭｇＯ ０〜４０％、及び／又は
Ｌｉ_２Ｏ ０〜４０％、及び／又は
Ｎａ_２Ｏ ０〜４０％、及び／又は
Ｋ_２Ｏ ０〜４０％、及び／又は
Ｃｓ_２Ｏ ０〜４０％、及び／又は
Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜２５％、及び／又は
Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜２５％、及び／又は
ＷＯ_３ ０〜２０％及び／又は
ＴｉＯ_２ ０〜１０％、及び／又は
ＧｅＯ_２ ０〜１０％、及び／又は
ＣｅＯ_２ ０〜５％、及び／又は
ＺｒＯ_２ ０〜１５％、及び／又は
ＳｎＯ_２を０〜１５％、及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３ ０〜５％、及び／又は
Ａｓ_２Ｏ_３ ０〜５％、
の各成分を含有することを特徴とする（１）から（６）のいずれかのガラス組成物。

（８）酸化物基準のｍｏｌ％で、
ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３を３０〜７５％、及び／又は
Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３＋Ｉｎ_２Ｏ_３ を０〜３５％、及び／又は
ＲＯ（ＲはＺｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇからなる群より選択される１種以上を示す）及びＲｎ_２Ｏ（Ｒｎは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓからなる群より選択される１種以上を示す）の合計量が０〜４０％、及び／又は
Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｔａ_２Ｏ_５を０〜２５％、及び／又は
ＺｒＯ_２＋ＳｎＯ_２を０〜１５％、及び／又は
ＧｅＯ_２＋ＴｉＯ_２を０〜１０％及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３＋Ａｓ_２Ｏ_３ を０〜５％
の各成分を含有することを特徴とする（１）から（７）のいずれかのガラス組成物。

（９）酸化物基準のｍｏｌ％で、
ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３を３５〜７０％及び／又は
Ａｌ_２Ｏ_３を１〜３０％及び／又は
並びに
ＺｎＯを０〜１５％及び／又は
Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｔａ_２Ｏ_５を０〜２５％及び／又は
ＷＯ_３を０〜１５％及び／又は
ＺｒＯ_２を０〜１３％及び／又は
ＧｅＯ_２＋ＴｉＯ_２を０〜１０％及び／又は
ＣｅＯ_２を０〜５％及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３を０〜１％
の各成分を含有することを特徴とする（１）から（８）のいずれかのガラス組成物。

（１０）（１）から（９）のいずれかに記載のガラス組成物からなり、鉛当量が０．１ｍｍＰｂ／ｍｍ以上である放射線遮蔽ガラス。

（１１） 厚みが１０ｍｍの前記ガラス組成物において、４００ｎｍの波長における透過率が４０％以上、５５０ｎｍの波長における透過率が８０％以上である（１０）の放射線遮蔽ガラス。

本発明のガラス組成物によれば、一定の耐洗剤性及び耐酸性を有することにより、洗浄等を行ってもヤケが生じることを防止できるようになった。また、ヤング率が高いため、たわみや変形が生じにくくなった。これにより、本発明のガラス組成物は、放射線遮蔽ガラスとして、実用上、種々の用途に用いることができるようになった。

本発明のガラス組成物は、ＩＳＯ−９６８９に規定する耐洗剤性試験を行った場合、クラスが３以下となる性質を有し、かつ、ＩＳＯ−８４２４に規定する耐酸性試験を行った場合、クラスが５以下となる性質を有し、さらに、ヤング率が７０ＧＰａ以上であることを特徴とする。

以下、本発明のガラス組成物の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。

［ガラス成分］
本発明のガラス組成物を構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中において、各成分の含有率は特に断りがない場合は全て酸化物基準のｍｏｌ％で表示されるものとする。「酸化物基準」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、炭酸塩、硝酸塩等が、溶融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定し、生成酸化物の総モル分率を１００ｍｏｌ％とした場合にガラス中に含有される各成分の含有量を表記した組成である。

また、本明細書中において「実質的に含まない」とは、原料組成として含有しない、すなわち意識的に含有させるものではないということを意味するものであり、不純物として混入してしまうものを除外するものではない。

＜必須成分、任意成分について＞
Ｂ_２Ｏ_３成分は、Ｌｎ_２Ｏ_３等の希土類酸化物を多量に含む本発明のガラス組成物において、失透がなく透明性の高いガラスを得るのに有用な成分である。しかし、その量が多すぎると放射線遮蔽能力が減じやすくなるため、上限は７５％であることが好ましく、６５％であることより好ましく、６０％であることが最も好ましい。なお必ずしもＢ_２Ｏ_３自体が含まれなくともガラス形成は可能であるが、失透に対しより安定したガラスを得るためには下限が好ましくは５％、より好ましくは１０％、最も好ましくは１５％を下限として含有される。

ＳｉＯ_２成分は、ガラス形成酸化物で、失透に対する安定性を向上させ、ガラスの化学的耐久性及び表面硬度を改善する効果を有する成分である。しかしその量が多すぎると放射線遮蔽能力が減じやすくなるため、上限は７５％であることが好ましく、６５％であることがより好ましく、６０％であることが最も好ましい。なお必ずしもＳｉＯ_２自体が含まれなくともガラス形成は可能であるが、失透に対しより安定したガラスを得るためには下限が５％であることが好ましく、１０％であることがより好ましく、１５％であることが最も好ましい。

前述のように、Ｂ_２Ｏ_３成分及びＳｉＯ_２成分は、いずれもガラス形成酸化物として重要な成分である。従って、Ｂ_２Ｏ_３単独又はＳｉＯ_２単独でガラス中に導入しても本発明の目的を達成することができるが、Ｂ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２の少なくとも一方は、必ず含有させることが好ましい。さらにＢ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２成分を同時に使用することにより、ガラスの溶融性、安定性及び化学的耐久性が顕著に向上する。このため、Ｂ_２Ｏ_３成分とＳｉＯ_２成分の合計量の下限は３０％であることが好ましく、３５％であることがより好ましく、４５％であることが最も好ましい。また、上限は７５％であることが好ましく、７０％であることがより好ましく、６０％であることが最も好ましい。

Ｌｎ_２Ｏ_３成分（ＬｎはＬａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群より選択される１種以上を示す。）は、ガラスの密度を大きくし、ガラスに高い放射線遮蔽能力を付与するため、本発明の目的を達成するのに特に有用な成分である。また、化学的耐久性や表面硬度を向上させる効果を有する。特に、耐酸性、耐洗剤性の向上という面ではＧｄ_２Ｏ_３を少なくとも０％を超えて含有させることが好ましい。Ｌｎ_２Ｏ_３成分の量が少なすぎるとガラスの放射線遮蔽能力や化学的耐久性が不十分となりやすく、逆にその量が多すぎると耐失透性が悪くなりガラスの安定性が損なわれやすい。従って、その下限は０．５％であることが好ましく、１％であることがより好ましく、５％であることが最も好ましい。上限は５０％であることが好ましく、４５％であることがより好ましく、４０％であることが最も好ましい。

Ｌｎ_２Ｏ_３成分の中でも、Ｇｄ_２Ｏ_３成分は、ガラスの密度を大きくし、ガラスに高い放射線遮蔽能力を付与する成分であり、さらに、耐酸性や耐洗剤性等の化学的耐久性や表面硬度を向上させる効果が大きく、重要な成分である。従って、その下限は１０％であることが好ましく、１２％であることがより好ましく、１５％であることが最も好ましい。しかし、その含有量が多すぎると、ガラスの安定性を損ない、ガラス化が困難になりやすい。従って、その上限は４０％が好ましく３５％がより好ましく、３０％が最も好ましい。ただし、１０％以下であっても差し支えない。

Ｌｎ_２Ｏ_３の他の成分は、適宜に添加することができる。すなわち、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３成分のそれぞれは、上限が５０％であることが好ましく、４５％であることがより好ましく、４０％であることが最も好ましい。また下限についてはＬｎ_２Ｏ_３成分総量で０．５％以上であれば、それぞれについては含有しなくても差し支えない。

放射線遮蔽能力だけでなく、実用上、窓ガラスやゴーグル等の使用に耐えるだけの耐酸性、耐洗剤性、ヤング率をも向上させたガラスを提供するためには、Ｌｎ_２Ｏ_３成分とネットワークフォーマー、すなわちＳｉＯ_２成分＋Ｂ_２Ｏ_３成分との関係を、所定の範囲に厳格に制限することが好ましい。具体的にはＬｎ_２Ｏ_３成分の含有量／（ＳｉＯ_２成分＋Ｂ_２Ｏ_３成分の含有量）の値が０．１〜０．８の範囲内となるように各成分の組成範囲を構成させることが好ましく、０．１５〜０．７５の範囲内となるようにすることがより好ましく、０．２〜０．７の範囲内となるようにすることが最も好ましい。

Ｐ_２Ｏ_５成分は、ガラス形成酸化物であり、失透がなく透明性の高いガラスを得るのに特に有用であるため、場合によってはＢ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２成分の一部を置換することができる任意成分である。しかし、その量が多すぎるとガラスの放射線遮蔽能力が低下しやすくなる。従って、その上限は１０％であることが好ましく、８％であることがより好ましく、６％であることが最も好ましい。

Ａｌ_２Ｏ_３成分は、ガラスの溶融性、安定性、化学耐久性、表面硬度を改善する効果のある任意成分である。しかしその量が多すぎるとガラスの安定性が悪くなりやすい。従って、その上限は３５％であることが好ましく、３０％であることがより好ましく、２０％であることが最も好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３成分の含有量は０％でも実用上差し支えないが、その含有量を１％以上とすることにより、窓ガラスとして使用する場合、特に有利である。

Ｇａ_２Ｏ_３成分は、ガラスの溶融性、安定性、化学耐久性、表面硬度を改善する効果のある任意成分である。しかしその量が多すぎるとガラスの安定性が悪くなりやすい。従って、その上限は３５％であることが好ましく、３０％であることがより好ましく、２５％であることが最も好ましい。

Ｉｎ_２Ｏ_３成分は、ガラスの溶融性、安定性、化学耐久性、表面硬度を改善する効果のある任意成分である。しかしその量が多すぎるとガラスの安定性が悪くなりやすい。従って、その上限は３５％であることが好ましく、３０％であることがより好ましく、２５％であることが最も好ましい。

Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３及びＩｎ_２Ｏ_３成分は、前述のとおりガラスの溶融性、安定性及び化学耐久性及び表面硬度の向上に寄与する成分である。しかし、その量が多すぎるとガラスの安定性が悪くなりやすい。従って、その上限は３５％であることが好ましく、３０％であることがより好ましく、２５％であることが最も好ましい。

ＲＯ成分（ＲはＺｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇからなる群より選択される１種以上を示す。）は、ガラスの溶融性と安定性の向上に効果がある任意成分である。しかし、その量が多すぎるとガラスの安定性を低下させやすくする。従って、その上限は４０％であることが好ましく、３８％であることがより好ましく、３５％であることが最も好ましい。

ＺｎＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯの各成分については、ＲＯ成分の合計含有量が前述の範囲であれば、特にその含有量は制限されない。すなわち上限は４０％であることが好ましく、３８％であることがより好ましく、３５％であることが最も好ましい。ただし、ＺｎＯについては上限を１５％以下とすることにより、特に安定性に寄与する。

Ｒｎ_２Ｏ成分（ＲｎはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓからなる群より選択される１種以上を示す。）は、ガラスの溶融性と安定性の向上に効果があるとともに、放射線照射による着色の防止にも効果がある任意成分である。しかし、その量が多すぎると、ガラスの安定性を損ないやすく、放射線遮蔽能力も大きく低下しやすい。従って、合計量の上限は４０％であることが好ましく、３８％であることがより好ましく、３５％であることが最も好ましい。また、Ｒｎ_２Ｏ成分を２種以上組合せると、放射線照射による着色の防止により大きな効果が得やすい。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｃｓ_２Ｏの各成分については、Ｒｎ_２Ｏ成分の合計含有量が前述の範囲であれば、特にその含有量は制限されない。すなわち上限は４０％であることが好ましく、３８％であることがより好ましく、３５％であることが最も好ましい。

ＲＯ成分及びＲｎ_２Ｏ成分は、前述のとおり、いずれもガラスの溶融性と安定性の向上に効果がある成分である。しかしその合計量が多すぎると、ガラスの安定性を損ないやすく、放射線遮蔽能力も大きく低下しやすい。従って、合計量の上限は４０％であることが好ましく、３８％であることがより好ましく、３５％であることが最も好ましい。

Ｎｂ_２Ｏ_５成分は、放射線の遮蔽能力の向上に効果がある任意成分である。しかし、その量が多すぎるとガラスの安定性が低下しやすい。従って、その上限は２５％であることが好ましく、２３％であることがより好ましく、２０％であることが最も好ましい。

Ｔａ_２Ｏ_５成分は、放射線の遮蔽能力の向上に効果がある任意成分である。しかし、その量が多すぎるとガラスの安定性が低下しやすい。従って、その上限は２５％であることが好ましく、２３％であることがより好ましく、２０％であることが最も好ましい。

Ｎｂ_２Ｏ_５成分及びＴａ_２Ｏ_５成分は、前述のとおり、いずれも放射線の遮蔽能力の向上に効果がある任意成分である。しかし、その合計量が多すぎるとガラスの安定性が低下しやすい。従って、その上限は２５％であることが好ましく、２３％であることがより好ましく、２０％であることが最も好ましい。

ＷＯ_３成分は、放射線の遮蔽能力の向上に効果がある任意成分である。しかし、その量が多すぎるとガラスの安定性が低下しやすい。従って、その上限は２０％であることが好ましく、１５％であることがより好ましく、５％であることが最も好ましい。

ＴｉＯ_２成分は、ガラスの安定性と表面の硬さの向上に効果がある任意成分であるが、その量が多すぎるとガラスの安定性が低くなりやすいばかりでなく、ガラスが着色しやすくなるという不利益がある。従って、その上限は１０％であることが好ましく、８％であることがより好ましく、５％であることが最も好ましい。

ＧｅＯ_２成分は、ガラス形成酸化物となり、失透がなく透明性の高いガラスを得るのに特に有用である任意成分であるが、その量が多すぎるとガラスの放射線遮蔽能力が低下しやすいばかりでなく、コストが高くなりすぎる。従って、その上限は１０％であることが好ましく、８％であることがより好ましく、５％であることが最も好ましい。

ＧｅＯ_２成分及びＴｉＯ_２成分は、前述のような効果を奏する成分である。しかし、その量が多すぎるとガラスの安定性が低くなりやすいばかりでなく、ガラスが着色しやすくなるという不利益がある。従って、ＧｅＯ_２成分及びＴｉＯ_２成分の合計含有量の上限は１０％であることが好ましく、８％であることがより好ましく、５％であることが最も好ましい。

ＺｒＯ_２成分は、放射線の遮蔽能力とガラスの表面の硬さの向上に効果がある任意成分であるが、その量が多すぎるとガラスの安定性を低下させやすくする。従って、その上限は１５％であることが好ましく、８％であることがより好ましく、５％であることが最も好ましい。

ＳｎＯ_２成分は、放射線の遮蔽能力の向上に効果がある任意成分である。しかし、その量が多すぎるとガラスの安定性を低下させやすい。従って、その上限は１５％であることが好ましく、１３％であることがより好ましく、１０％であることが最も好ましい。

ＺｒＯ_２成分及びＳｎＯ_２成分の合計含有量は、ガラスの安定性を低下させないためには、好ましくは１５％、より好ましくは１３％、最も好ましくは１０％を上限とする。

ＣｅＯ_２成分は、放射線の照射による着色を防ぐ効果がある任意成分であるが、その量が多すぎると、ガラスの吸収端が長波長側にシフトし、可視域での透明性の低下を招くことがある。従って、その上限は５％であることが好ましく、４％であることがより好ましく、３％であることが最も好ましい。

Ｓｂ_２Ｏ_３、Ａｓ_２Ｏ_３成分は、ガラス溶融の脱泡のために任意に添加することができる成分である。Ｓｂ_２Ｏ_３及びＡｓ_２Ｏ_３の合計量で、５％以下で十分に効果を有する。また、Ａｓ_２Ｏ_３は、ガラスを製造、加工、及び廃棄をする際に環境対策上の措置を講ずる必要があるため、使用量は少ない方がよい。従って、Ｓｂ_２Ｏ_３及びＡｓ_２Ｏ_３の合計量の上限は５％であることが好ましく、４％であることがより好ましく、１％であることが最も好ましい。また、それぞれの単独の含有量も、上限は５％であることが好ましく、４％であることがより好ましく、１％であることが最も好ましい。

＜含有させるべきでない成分について＞
他の成分を本発明のガラス組成物の特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加することができる。ただし、Ｔｉを除くＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＭｏ等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合においても、ガラスが着色し、可視域の特定の波長に吸収を生じさせる。従って、本発明のガラス組成物においては、実質的に含まないことが好ましい。

Ｐｂ、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｏｓの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあるため、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には実質的に含まないことが好ましい。

Ｆ（フッ素）成分は、ガラス溶融の際に揮発する問題があり、さらに脈理発生の原因となりやすいため、実質的に含まないことが好ましい。

＜本発明のガラス組成物の物性について＞
以上の組成を含有する本発明のガラス組成物は、ＩＳＯ−９６８９に規定する耐洗剤性試験を行った場合、クラスが好ましくは３以下、より好ましくは２以下、最も好ましくは１となる性質を有する。さらに、ＩＳＯ−８４２４に規定する耐酸性試験を行った場合、クラスが好ましくは５以下、より好ましくは４以下となる性質を有する。このため、本発明のガラス組成物は、洗浄等を行ってもヤケ等が起こることを防止することができる。

また、本発明のガラス組成物は、前述のように窓ガラスやゴーグルに使用されることが想定されるため、一定の機械的強度が要求されることとなる。具体的にはヤング率が７０ＧＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは７５ＧＰａ以上であり、最も好ましくは８０ＧＰａ以上である。このように、本発明のガラス組成物が所定の機械的強度を有することにより、たわみや変形を防止することができる。またポアソン比も同様に機械的強度の指標となるものであり、好ましくは０．２５を超え、より好ましくは０．２５５以上、最も好ましくは０．２６以上である。

本発明のガラス組成物は、密度を４．０ｇ／ｃｍ^３以上とすることにより、従来にない特性を得やすくなる。より好ましくは４．２ｇ／ｃｍ^３以上であり、最も好ましくは４．５ｇ／ｃｍ^３以上である。

前述のように、本発明のガラス組成物は、窓ガラスやゴーグルに使用されることが想定されるため、可視域での透明性が高い方が実用上有利である。具体的には、厚み１０ｍｍのガラス片において４００ｎｍの波長を有する光線の透過率が４０％以上であることが好ましく、４５％以上であることがより好ましく、５０％以上であることが最も好ましい。さらに５５０ｎｍにおける透過率が８０％以上であることが好ましく、８２％以上であることがより好ましく、８５％以上であることが最も好ましい。なお、本明細書中で「透過率」とは、反射損失を含む分光透過率を意味する。

本発明において、放射線遮蔽能力は鉛当量で表される。鉛当量とはＸ線の遮蔽能力が等しい鉛板の厚みで表され、この値が大きいほど放射線遮蔽能力が優れることを意味する。本発明のガラス組成物について１５０ｋＶのＸ線に対する鉛当量は、ＪＩＳ Ｚ ４５０１に準じた方法で測定した鉛当量を厚み１ｍｍに換算して求めた。本発明のガラス組成物の鉛当量は、０．１ｍｍＰｂ／ｍｍ以上とすることが好ましく、０．１５ｍｍＰｂ／ｍｍ以上とすることがより好ましく、０．２０ｍｍＰｂ／ｍｍ以上とすることが最も好ましい。

［製造方法］
本発明のガラス組成物は、通常のガラスを製造する方法であれば、特に限定されないが、例えば、以下の方法により製造することができる。各出発原料（酸化物、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩、硫酸塩、フッ化物塩等）を所定量秤量し、均一に混合する。混合した原料を石英坩堝、アルミナ坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝、金坩堝又はイリジウム坩堝に投入し、溶解炉で１１００〜１５５０℃で１〜１０時間溶解する。その後、撹拌、均質化した後、適当な温度に下げて金型等に鋳込み、ガラスを製造する。なお、溶解工程を、カレットを作成するカレット溶解と、カレットを再溶解してガラス成形体を得る本溶解との２段階の溶解にする場合は、各工程において使用する坩堝を変えても良い。

以下、実施例及び比較例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１〜７］
表１に示す実施例１〜７の組成（単位はｍｏｌ％）で出発原料を秤量し、均一に混合した後、白金坩堝を使って１２００〜１４５０℃で２〜４時間溶解したのち、金型に鋳込み、ガラスを作製した。

［比較例１］
比較例１として放射線遮蔽用ガラスとして使われている鉛含有ガラスを以下のようにして作製した。

表１に示す比較例１の組成になるように出発原料を秤量し、均一に混合した後、まず石英坩堝を使って１３００℃で１時間２０分間溶解し、カレットを作製した。その後、カレットを白金坩堝に入れて１３２０℃で２時間３０分間溶解してから、金型に鋳込み、ガラスを作製した。

表１に実施例１〜７及び比較例１のＩＳＯ−８４２４に規定する耐酸性試験の結果（耐酸性）、ＩＳＯ−９６８９に規定する耐洗剤性試験（耐洗剤性）、ヤング率、ポアソン比、５５０ｎｍ及び４００ｎｍの光線透過率及び鉛当量を示す。

ヤング率は、十分によく徐冷された１００×１０×１０ｍｍの角棒のガラス試料について、室温での縦波及び横波の音速を超音波パルス重畳法（４．５ＭＨｚ）によって測定した。ヤング率（Ｅ）は次式１によって算出した。

（Ｇは剛性率、ｖ_ｔは縦波の音速、ｖ_ｌは横波の音速、ｎは密度、Ｋは体積弾性率を表す。）

光線透過率は厚み１０ｍｍのガラス片において、４００ｎｍ及び５５０ｎｍの光線を透過させた際の反射損失を含む分光透過率を測定した。なお、表１においては、Ｔ％_{５５０ｎｍ}／Ｔ％_{４００ｎｍ}として、それぞれ表示した。

ポアソン比は、次式２を用いて求めた。

（Ｇは剛性率、Ｅはヤング率を表す。）

表１によると、本発明のガラス組成物の耐洗剤性は全て１．０であり、耐酸性は３．０〜４．０であり、比較例に比べて耐洗剤性及び耐酸性に優れていることがわかる。

また、表１によると、本発明のガラス組成物は、ヤング率が全て７０ＧＰａ以上であり、比較例１の鉛ガラスに比べて機械的強度にも優れていた。

Claims (11)

1. ＩＳＯ−９６８９に規定する耐洗剤性試験を行った場合、クラスが３以下となる性質を有し、かつ、ＩＳＯ−８４２４に規定する耐酸性試験を行った場合、クラスが５以下となる性質を有するガラス組成物。
2. ヤング率が７０ＧＰａ以上である請求項１に記載のガラス組成物。
3. ＳｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３のうちいずれか一方又は両方を含有し、酸化物基準のｍｏｌ％で、Ｌｎ_２Ｏ_３（Ｌｎは、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群より選択される１種以上を示す）を０．５〜５０％含有する請求項１又は２に記載のガラス組成物。
4. 酸化物基準のｍｏｌ％で、Ｌｎ_２Ｏ_３/（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が０．１〜０．８の範囲である請求項１から３のいずれかに記載のガラス組成物。
5. 酸化物基準のｍｏｌ％で、Ｇｄ_２Ｏ_３を１０〜４０％含有する請求項１から４のいずれかに記載のガラス組成物。
6. 酸化物基準のｍｏｌ％で、
   ＳｉＯ_２ ０〜７５％、及び／又は
   Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７５％、及び／又は
   Ｐ_２Ｏ_５ ０〜１０％、及び／又は
   Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜３５％、及び／又は
   Ｇａ_２Ｏ_３ ０〜３５％、及び／又は
   Ｉｎ_２Ｏ_３ ０〜３５％、及び／又は
   ＺｎＯ ０〜４０％、及び／又は
   ＢａＯ ０〜４０％、及び／又は
   ＳｒＯ ０〜４０％、及び／又は
   ＣａＯ ０〜４０％、及び／又は
   ＭｇＯ ０〜４０％、及び／又は
   Ｌｉ_２Ｏ ０〜４０％、及び／又は
   Ｎａ_２Ｏ ０〜４０％、及び／又は
   Ｋ_２Ｏ ０〜４０％、及び／又は
   Ｃｓ_２Ｏ ０〜４０％、及び／又は
   Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜２５％、及び／又は
   Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜２５％、及び／又は
   ＷＯ_３ ０〜２０％及び／又は
   ＴｉＯ_２ ０〜１０％、及び／又は
   ＧｅＯ_２ ０〜１０％、及び／又は
   ＣｅＯ_２ ０〜５％、及び／又は
   ＺｒＯ_２ ０〜１５％、及び／又は
   ＳｎＯ_２を０〜１５％、及び／又は
   Ｓｂ_２Ｏ_３ ０〜５％、及び／又は
   Ａｓ_２Ｏ_３ ０〜５％、
   の各成分を含有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のガラス組成物。
7. ＲＯ（ＲはＺｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇからなる群より選択される１種以上を示す）成分を４０％以下含有し、かつＲｎ_２Ｏ（Ｒｎは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓからなる群より選択される１種以上を示す）成分を４０％以下含有する請求項１〜６のいずれかに記載のガラス組成物。
8. 酸化物基準のｍｏｌ％で、
   ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３を３０〜７５％、及び／又は
   Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３＋Ｉｎ_２Ｏ_３ を０〜３５％、及び／又は
   ＲＯ（ＲはＺｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇからなる群より選択される１種以上を示す）及びＲｎ_２Ｏ（Ｒｎは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓからなる群より選択される１種以上を示す）の合計量が０〜４０％、及び／又は
   Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｔａ_２Ｏ_５を０〜２５％、及び／又は
   ＺｒＯ_２＋ＳｎＯ_２を０〜１５％、及び／又は
   ＧｅＯ_２＋ＴｉＯ_２を０〜１０％及び／又は
   Ｓｂ_２Ｏ_３＋Ａｓ_２Ｏ_３ を０〜５％
   の各成分を含有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のガラス組成物。
9. 酸化物基準のｍｏｌ％で、
   ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３を３５〜７０％及び／又は
   Ａｌ_２Ｏ_３を１〜３０％及び／又は
   並びに
   ＺｎＯを０〜１５％及び／又は
   Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｔａ_２Ｏ_５を０〜２５％及び／又は
   ＷＯ_３を０〜１５％及び／又は
   ＺｒＯ_２を０〜１３％及び／又は
   ＧｅＯ_２＋ＴｉＯ_２を０〜１０％及び／又は
   ＣｅＯ_２を０〜５％及び／又は
   Ｓｂ_２Ｏ_３を０〜１％
   の各成分を含有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のガラス組成物。
10. 請求項１から９のいずれかに記載のガラス組成物からなり、鉛当量が０．１ｍｍＰｂ／ｍｍ以上である放射線遮蔽ガラス。
11. 厚みが１０ｍｍの前記ガラス組成物において、４００ｎｍの波長における透過率が４０％以上、５５０ｎｍの波長における透過率が８０％以上である請求項１０に記載の放射線遮蔽ガラス。