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ガラスの用語集(1)
ガラス原料あれこれ
の最後は、ガラスの用語集。このコーナーでも何気なく使ってきたガラス特有の用語、言葉を 解説してみたいと思います。
[ 熱膨張係数 ]
ガラスが熱によって膨張する度合いを表したもので、正確には
平均熱膨張係数
といい、
[ 係数x10−7/℃ ]
で表します。ガラスにとって、
熱膨張係数
は大きなファクターとなります。
まず一つには、
「硬質ガラス」
と
「並ガラス」
の違い。
熱膨張係数
が低いガラスを
「硬質ガラス」
と呼びます。これは、実際のガラスの硬度が固いという意味ではなく、熱膨張の度合いが低ければ、 熱衝撃−すなわち急冷したり、熱を加えたりなどの熱変化−に対して強くなるので、そういうガラスのことを
「硬質ガラス」
とよんでいる訳です。
熱膨張係数
は、
硬質ガラス
で30〜50x10−7/℃ぐらい。 ビンや板ガラスなど一般的な
並ガラス
で90〜100x10−7/℃ぐらいです。
それから、もう一つは、いわゆる
「合わせ」
の問題。違う種類のガラスを
合わせ
て使用する場合、それぞれの ガラスの
熱膨張係数
が合っている必要があるのです。そうでないと、ガラスを成型する1000℃から1200℃ の温度から、室温まで冷めていく間に(もちろん、ゆっくり徐冷しながら冷ますのですが)、 ガラスによって収縮の度合いが違うと、割れてしまうのです。
この
「合わせ」
の問題は、大変微妙な部分があります。
熱膨張係数
は、室温(または0℃)〜300℃ の間のガラスの
熱膨張
の平均値で表します。ところが、ガラスが実際に固くなり始めるのは、300℃よりも もっと高い温度であるために、たとえ
熱膨張係数
が数字上合っていても、割れるというケースが出てきます。
「合わせ」
に関しては、最終的には、実際に
「合わせ」
てみないとわからないという部分があります(それって、すごく不安ですが^^;)。 また、もともと
「合っている」
ガラス同士でも、着色剤を入れることで、ガラスの冷め方が変わって
「合わなく」
なるケースもあるので、注意が必要です。
[ 溶融雰囲気 ]
ガラスを溶融する際の炉の中の雰囲気のことをさします。
酸化雰囲気
というのは、炉内の酸素が多い状態、
還元雰囲気
は、 酸素が足りない状態を言います。
どうして、そんなことが大事かというと、色ガラスのお話の中で、何度も触れた通り、着色原料によっては、
溶融雰囲気
によって発色の具合が変わってくる訳です。というか、色によっては
酸化、還元雰囲気
が絶対条件になります。
酸化雰囲気
にするためには、
酸化剤
−具体的には硝酸ソーダ(天然物はチリ硝石といいます)などの硝酸化合物を 入れるのが一般的です。
還元雰囲気
にするには、
還元剤
−カーボン、松ヤニなどを入れます。要するに「燃えるもの」を入れることによって、 炉内の酸素を足りなくさせる訳です。
もう少し説明しますと、カーボンや松ヤニの中の炭素Cと空気中の酸素O2がくっついて(燃えて)、
C+O2→CO2になり、それで炉内の酸素を少なくするという理屈です。
この
溶融雰囲気
の問題は、溶融、清澄(泡を切ること)にも大きくかかわってきます。 一般に、
酸化雰囲気
の方が溶融、清澄がスムーズに行われ易いといえます。 逆に、
還元雰囲気
のほうが難しくなります。
[ ガラスの徐冷 ]
ガラスにとって、
徐冷
はとっても大事なことです。ガラスは、高温で溶融し成型したあと、徐々に温度を下げて 常温に戻します。その際、急激に冷やすとガラスの中に
歪み
が生じます。
それを避けるために、一定の温度カーブでガラスを
徐冷
して行きます。その際重要になるのは、
徐冷点
と
歪点
です。
徐冷点
と
歪点
の定義は少しややこしいのですが、 簡単に言えば、
徐冷点
は、その温度以下ではガラスの
歪み
がなくならないという温度で、
歪点
は、その温度以下では
歪み
は発生しないという温度です。
徐冷点
は板ガラス、びんガラスで 550℃ぐらい、鉛クリスタルガラスでは450℃ぐらい、硼珪酸ガラス(硬質ガラス)では550〜600℃ ぐらいです。また、
歪点
は
徐冷点
より30〜100℃ぐらい低くなります。
当社の
Aスキ
は、
徐冷点481℃、歪点436℃
となっております。
徐冷
の際には、特に
徐冷点
から
歪点
までの間をゆっくりと温度を下げて行くことで、 ほぼ
歪み
の発生は防ぐことが出来ます。また、
歪み
の入ったガラスでも、このように
再加熱/徐冷
することによって、
歪み
を除去することが出来ます。
ガラス工場では通常、成型後、レアー(徐冷炉)に入れて
徐冷
を行います。
[ ガラスの化学耐久性 ]
ガラスは、簡単に言うと溶けにくい<
珪砂(SiO2)
を
ソーダ分(Na2O)
などを添加して溶け易くしたものだと 言うことができると思います。そのため、その成分によっては、ガラスの
化学耐久性
が変わってきます。ソーダを たくさん入れすぎると、あとで
アルカリ分(ソーダ分)
がガラスの中からにじみ出してくる現象−粉をふいた ような状態−が起こります。これは極端な例で、一般の板ガラスやびんガラスでは、そういうことはまず 起こりませんが。
ガラスの
化学耐久性
を計る一つの基準として、
アルカリ溶出試験
という方法があります。これは、ガラスから どれくらいの
アルカリ(ソーダ分など)
が表面から出てくるかを計る試験(JIS3502)です。食品衛生法 では
アルカリ溶出量
が3.0mg以下と定められています。
ガラスの
化学耐久性
は、
アルミナ(Al2O3)
や、
酸化亜鉛(ZnO)
などを入れることによって、また
ソーダ分
を
硼素分(B2O3)
で置き換えることによって増します。
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