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ガラスの成り立ち

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ガラスは人々にとって大変身近な素材ですが、それがどのような原料で作られているかは、意外に知られていません。このコーナーでは、ガラスの成分や発色方法など、素材としての基本的な成り立ちについて紹介します。

ガラスの成分

ガラスの成分のうち、およそ60%から80%は、珪酸(珪砂・珪石)と呼ばれる物質です。砂や岩石の主成分として地球上のあらゆる場所に存在しており、日本における産地としては、愛知県の瀬戸市、静岡県の西伊豆市などが有名です。珪酸

ガラスの種類

ガラスには様々な種類がありますが、代表的なものとして、次のようなガラスがあります。
※それぞれの成分表の数値は代表的なものです。用途や製法により若干の相違があります。


ソーダガラス

現在最も普及しているガラスで、珪酸の他に炭酸ナトリウム(ソーダ灰)、炭酸カルシウム(石灰)を主成分とします。原料の入手が比較的容易で、そのため価格も安価なことから、窓ガラスやガラス瓶など幅広い用途に使用されています。過去の歴史を見ても、エジプトやメソポタミアなどで使用されていた古代ガラスのほとんどは、ソーダガラスであったことが判明しています。ソーダガラスの成分グラフ

鉛ガラス

鉛ガラスの成分グラフソーダ灰の代わりに酸化鉛を使用したガラスで、屈折率が高く、一般的に無色透明です。素地がやわらかく、加工しやすいのも特徴です。
一般的に、酸化鉛を25%以上含んだガラスを、鉛クリスタルガラスと呼びます。ちなみに「クリスタルガラス」といえば、以前はこの鉛クリスタルガラスのことを指しましたが、現在では鉛以外にも様々な成分が使用されているため、一般的には外見上無色透明に見えるガラスを総称して「クリスタルガラス」と呼んでいます。


カリガラス

ソーダ灰の代わりに炭酸カリ(K2CO3)を含んだガラスで、屈折率が高く、透明度が高いのが特徴です。歴史的には、17世紀にヨーロッパ市場を席巻した「ボヘミアン・クリスタル」(カリ・クリスタルガラス)や、ドイツやオランダで15世紀頃から製作されていた「ヴァルト・ガラス(森林ガラス)」が有名です。カリガラスの成分グラフ

硼珪酸ガラス

硼珪酸ガラスの成分グラフいわゆる耐熱ガラスと呼ばれるガラスの一種で、成分に硼酸を含んだガラスです。ソーダガラスや鉛ガラスのように加工しやすい軟質ガラス対して、硬質ガラスとも呼ばれます。熱膨張率が低いため、理化学機器や電子レンジ使用可能商品など、様々な加熱容器に使用されています。


シリカガラス

ガラスの主成分が珪酸(SiO2)であることは述べましたが、このガラスは珪酸の混合割合が非常に高く、主に自然界の石英(SiO2)結晶から生成されることから、石英ガラスとも呼ばれています。耐食性、耐熱性に優れているため、主に理化学機器や光ファイバーなどの素材に使用されます。シリカガラスの成分グラフ

ガラスの発色

ここでいうガラスの発色とは、原料生成の際にガラスそのものに着色することを指します。一般的にガラスを発色させるには、原料を溶かすときに金属酸化物を混入する方法が使われます。混入する金属酸化物の種類と、混入時の炎状態(酸化炎or還元炎)の組み合わせで、発色が決まってきます。


発色に用いる代表的な金属と炎状態

金属 炎の状態
赤色
硫化カドミウム+セレン Cds + Se
還元状態
酸化第二銅 Cuo
還元状態
青色
酸化コバルト
両方
酸化第一銅もしくは硫化銅 Cu2O,Cus
酸化状態
黄色
硫化カドミウム Cds
還元状態
硫化セリウム + 酸化チタン Ce2O3 + TiO2
両方
紫色
二酸化マンガン MnO2
酸化状態
青緑色
酸化第二銅 CuO
酸化状態
酸化鉄 Fe2O3
還元状態
酸化第一銅もしくは硫化銅 Cu2O,CuS
還元状態


反射光と透過光について

一般的に、身の回りの素材の色は、光が物質の表面に当たって、反射してくる光の色として認識されており、これを反射光、もしくは不透明色と呼びます。これに対してガラスの色は、光がガラスの中を通過するときに帯びた色として認識されており、これを透過光、もしくは透明色と呼びます。



ガラスの成形温度

ガラスには決まった融点や凝固点がなく、加熱すればするほど粘性が低下し液状になり、逆に常温に近づくほど固体に近い状態となります。ガラスの種類にもよりますが、一般的に摂氏600度前後からやわらかくなり始め、およそ700度から1200度の間で加工が行われます。
ガラスは常温にさらすと急激に硬化するため、吹きガラスなどの場合は、加工中にガラスの温度が下がらないよう、何度も加熱し直す必要があります。


ガラスの状態と一般的な作業内容


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