


ガラスの色
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ガラスの色は化学です。同じ金属でも炎の状態によってガラスが青や赤になることがあり、同じガラスでも加熱中は透明で、再加熱すると着色されることがあります。この記事ではその理由と、トーチで扱う方法を解説します。
ガラスが着色される4つの仕組み、金属ごとの解説、ガラスが透明である理由と無色化の方法、トーチによる着色技法、そして最後に、ホウケイ酸ガラスにおける色の特殊性、色のテスト方法、安全な使用方法について説明します。
ガラスが着色される仕組み
ガラスに金属を加えると、金属原子が光のエネルギーを吸収する電子を持ちます。白色光には赤、オレンジ、黄、緑、青、紫のすべての色が混ざっています。それぞれの色は異なるエネルギーに対応しています。金属が一部の色を吸収すると、ガラスを透過する光からその色が取り除かれます。残ったものが、私たちに見える色です。例えばコバルトガラスは主に黄色、オレンジ、赤の光を吸収するため、目に届くのは青色になります。
金属はガラスを着色する最も一般的な方法ですが、唯一の方法ではありません。主な仕組みは4つあります。
1. 溶解した金属イオン
コバルト、銅、鉄、クロム、マンガン、ニッケルなどの遷移金属には、可視光の特定のエネルギーを吸収する電子があります。例えば、Co²⁺は青、Cr³⁺は緑、Mn³⁺は紫になります。これらの色は通常透明です。イオンがガラスのネットワークに完全に溶解しているためです。正確な色合いは、イオンの酸化状態(失った電子の数)とガラス内での周囲の環境によって決まるため、同じ金属でもレシピや炎の状態によって異なる色になることがあります。
2. 金属ナノ粒子
一部のガラスでは、金属はイオンとして溶解したままではなく、数ナノメートルから数十ナノメートルの大きさの小さな金属粒子を形成します。これらは表面プラズモン共鳴を通じて光と相互作用します。光が粒子に当たると、粒子の表面にある自由電子が一緒に振動し、その振動の周波数がどの波長が吸収・散乱されるかを決定します。金属イオンが還元されて中性原子になり、それらが集まって核を形成し、成長するときに粒子ができます。
色は金属、粒子サイズ、濃度によって決まります。金は典型的な例です。小さな粒子は緑色の光を吸収するため、ガラスはルビーレッドに見えます。粒子が成長するにつれて吸収がより長い波長へとシフトし、色は紫や青へと変化します。非常に大きな粒子は光を散乱させ、ガラスを曇らせたり茶色っぽくしたりします。銀の粒子は代わりに青紫を吸収し、黄色やアンバーの色合いを生み出します。したがって、粒子が小さいほど寒色になるという普遍的なルールはありません。金の場合はその逆です。
3. ガラス内の結晶
ここでは微細な結晶が2つの異なる方法で役割を果たします。硫化カドミウム(CdS)と硫化セレン化カドミウム(CdSSe)は、ある一定以上のエネルギーを持つすべての光を吸収します。CdSは青色をカットして黄色に見え、セレンを加えるとカットオフがオレンジから赤へと移動します。これらの結晶が非常に小さい場合、ガラスは透明になることがあります(古い信号機のレンズの赤色)。結晶が大きくなるか、不透明化剤を加えると不透明になります。酸化スズなどの他の結晶は何も吸収しませんが、すべての光を散乱させるため、ガラスを白く不透明にします。
4. 色中心(構造欠陥)
あまり馴染みのない仕組みです。色が色素ではなく、電子を閉じ込めるガラス構造の欠陥から生じることがあります。X線やガンマ線などの高エネルギー放射線がこれらの色中心を作り出し、透明なガラスを茶色に変えることがあります。そのため、放射線環境向けのガラスにはセリウムが添加されます。
金属ごとの解説
「酸化」と「還元」は化学的な状態を表します。トーチでは、酸素の多い炎が前者へ、燃料の多い炎が後者へと導きます。
| 着色剤 | ガラス中での形態と色 | 備考 |
|---|---|---|
| コバルト | Co²⁺:0.1%程度でも強烈な青 | 炎の中で非常に安定しています。ごく少量で脱色剤とバランスが取れます。 |
| クロム | Cr³⁺:緑。Cr⁶⁺(酸化、クロム酸):黄色 | 酸化条件では黄緑色になります。高濃度ではほぼ黒、または酸化クロムの結晶(クロムアベンチュリン)になります。 |
| マンガン | Mn³⁺(酸化):バイオレット、紫。Mn²⁺(還元):ほぼ無色 | 歴史的な脱色剤(後述)。 |
| 鉄 | Fe³⁺(酸化):淡黄色から黄褐色。Fe²⁺(還元):青緑色。両方:ボトルグリーン | 一般的なガラスの緑がかった色合いは、砂に含まれる鉄によるものです。アンバーのボトルガラスは、鉄と硫黄の組み合わせです。 |
| 銅 | Cu²⁺(酸化):青、ターコイズ、緑。Cu⁺:無色。Cu⁰ナノ粒子:ルビーレッド。Cu₂O結晶:不透明な赤オレンジ | 還元により、赤や金属的な銅の表面を生み出せます。銅の結晶がゴールドストーンに輝きを与えます。 |
| ニッケル | Ni²⁺:茶色、黄褐色、グレー。一部のカリウムガラスや鉛ガラスではバイオレット | 他の酸化物と組み合わせてグレーや黒色を作ります。強い還元により、グレーまたは金属的な表面になります。 |
| 金 | 溶解した金:ほぼ無色。Au⁰ナノ粒子:ルビー、ピンク、クランベリー、紫 | ルビーガラスには金が約0.001%あれば十分です。色は焼成時に現れます。 |
| 銀 | Ag⁺:無色。Ag⁰ナノ粒子:黄色、アンバー、オレンジ | 銀を多く含むアートガラスは、焼成すると多くの色になり、還元すると銀色の光沢になります。 |
| セレン | 酸化セレン:無色。Se⁰ナノ粒子:ピンクから赤 | 微量で脱色し、増やすとピンクになります。硫化カドミウムと組み合わせるとセレンルビーになります。 |
| カドミウム | Cd²⁺のみ:無色。CdS結晶:黄色。CdSSe結晶:オレンジから赤 | 鮮やかな黄色、オレンジ、赤。過熱すると色がくすんだり茶色くなったりします。毒性あり:以下の安全情報参照。 |
透明度、不透明度、および無色のガラス
ガラスが透明なのは、その構造が光を通すためです。光をほとんど散乱せず、ほとんど吸収しません。
ガラスは主にケイ素と酸素で作られています。これらの原子の電子は紫外線と赤外線を吸収しますが、可視光は吸収しません。また、ガラスの内部には粒状の物質や結晶の境界がないため、光が跳ね返るものがありません。そのため、可視光はそのまま通り抜けます。
溶融ガラスに特殊な化合物を加えることで、ガラスを不透明にできます。
酸化スズ(SnO₂)が代表的な例です。フッ化物やリン酸カルシウムもその一つです。ガラスが冷えるときに微細な結晶を形成し、その結晶が光をあらゆる方向に散乱させるため、ガラスは乳白色または不透明に見えます。
透明 = すべてが原子レベルで混ざっている。
不透明 = 内部に光を散乱させる小さな「固形物」がある。
マンガンの話
少なくともローマ時代から、マンガンは(アンチモンとともに)ガラスの脱色に使われ、砂に含まれる鉄の緑がかった色合いを中和してきました。その仕組みは2つあります。化学的には、強い着色を持つ青緑色のFe²⁺を、はるかに淡いFe³⁺に変えます。視覚的には、少しの紫色のMn³⁺がカラーホイール上で緑と反対側に位置するため、残った色合いが打ち消し合います。その結果、無色に見えるガラスになります。
副作用があります。長年にわたる太陽の紫外線によって、ほぼ無色のMn²⁺が再び紫色のMn³⁺に戻り、透明なガラスはゆっくりとラベンダー色になります。これは太陽化と呼ばれ、コレクターはこのようなガラスを「太陽で紫になった」または「太陽で着色されたアメジスト」ガラスと呼びます。
アメリカのボトル製造では、1870年代から1880年代頃から約1920年まで、マンガンが標準的な脱色剤でした。第一次世界大戦が供給を混乱させました。ドイツがその供給源としてよく挙げられますが、研究によるとその多くはインドやブラジルからもたらされていました。より大きな理由は技術的なものでした。マンガンは手作業のポットではうまく機能しましたが、新しい自動ボトル製造機に供給する大型タンクではうまく機能せず、セレンの方が安価でした。そのため、紫がかったボトルや窓は通常1920年代以前のものです。
セレンとセリウム
セレンも同じように視覚的に脱色します。微量のピンク色を、しばしば少量のコバルトとバランスさせることで、緑色を隠します。酸化セリウムは化学的に作用し、Fe²⁺をFe³⁺に酸化するとともに、放射線による褐変にも耐えます。今日では、より純粋で鉄の少ない原料がその役割の多くを担っています。
トーチによる着色技法
ストライキング
一部のガラスは加熱中は透明または淡く見えますが、ゆっくりと再加熱すると色が現れます。色は、まだ形成されていない粒子に依存します。ガラスが非常に熱いとき、金属はイオンとして溶解しています。冷えるにつれて微細な核が形成され、適度な温度まで再加熱すると、ガラスに着色できるほど大きな粒子に成長します。ストライキングガラスには通常、金、銀、銅、セレン、またはカドミウムが含まれています。
手順:作品が赤熱するまで冷まします。赤熱に戻さないように、ゆっくりと再加熱します(キルン内、または炎のより低温の部分で)。ナノ粒子が形成されます。色が現れます。好みの状態になったら中止します。過剰にストライキングすると、一部の色が暗くなったり、濁ったり、不透明になったりします。また、完全に赤熱するまで再加熱すると粒子が溶解してしまい、最初からやり直す必要があります。
還元
炎に酸素が少ないとき、一部の金属は還元されます。これにより、金属的な表面、虹色の色合い、より暗いトーンを生み出すことができます。銀を多く含むガラス、および金や銅のガラスでよく見られます。還元効果は表面に現れるため、酸化炎で再び焼き払うことができます。
ファミング
ファミングとは、微細な銀または純金(22~24カラット)を炎中で蒸発させ、その蒸気が熱いガラスの表面に顕微鏡レベルの薄い膜として沈着させることです。通常、ガラス棒の先端に取り付けられた小さな金属片を、高温の酸化炎に保持し、その蒸気が流れるように作品を炎の下流に保持します。透明なガラスで包み込むと、膜は柔らかな色合いを生み出します。
膜の厚さが結果を決定します。薄い銀のファミングは、透かして見ると淡い黄色からアンバーに見え、暗い背景の上では重い銀はしばしば青色に見えます。金は柔らかなピンクを生み出し、ローズやマゼンタへと深まり、重い金は金属的または鏡のような見た目になります。どちらもキルンの中でさらに変化するため、アニーリング後に色を判断してください。
結果を左右する変数:
- ガラスの温度:蒸気が付着するのに十分な温度で、柔らかくなるほど熱くしてはいけません。多くのランプワーカーは、目に見える赤熱の直前でファミングを行います。
- 金属からの距離:炎に沿って数センチメートルが一般的です。近いほど、通常はより多く沈着します。
- 蒸気流に対する角度:正面から向けると均一な層になり、斜めから向けるとグラデーションになります。
- 速度と回数:ゆっくり通すとより多く沈着し、追加のパスごとに深みが加わります。
- 炎:金属を蒸発させるために高温で酸化炎(金は銀よりも多くの熱を必要とします)、次に包み込むために中性炎を使用します。包んでいないファミングを強く再加熱すると、焼き払われることがあります。
包み込むファミング:内側の層をファミングし、透明ガラスで包み込み、さらに層を加えます。結果は立体的で、ほぼホログラフィックです。金の上に銀を重ねて、珍しい色合いを作ることもできます。
反応性ガラス
一部のガラスは、接触部分で互いに反応します。典型的な例は硫黄を含むものです。硫黄を含むガラスが銅、銀、または鉛を含むガラスと接すると、境界に暗い金属硫化物を形成し、暗い線またはハローとして見えます。よく知られたソフトガラスの組み合わせは、アイボリーと銅ターコイズです。意図的に使用すると、これらの反応は細い輪郭を描きます。偶然起こると、デザインを濁らせます。
ダイクロイックガラス
ダイクロイックガラスには、真空チャンバー内で電子ビームにより蒸着された、金属酸化物とシリカの非常に薄い多数の層のコーティングが施されています。通常30~50層で、合計で1000分の1ミリメートル未満です。層の境界からの反射光が干渉するため、一方の色帯が反射される一方で補色の透過し、その両方が見る角度によって変化します。これは光学的な干渉であり、シャボン玉と同じ物理現象です。現代のコーティングは、光学フィルターに関するNASA関連の研究から発展しました。ランプワークでは、ガラスの種類に合わせて作られたダイクロイックガラスを使用し、包み込み、コーティングがくすんだり剥がれたりする過熱を避けてください。
トーチでの着色作業
- 透明な色を重ねる:ベースの色の上に異なる透明な色合いを重ねると、光によって変化するような色が生み出されます。
- グラデーション:作品全体で熱を変えて色のグラデーションを作り、特に彫刻作品やストライキングカラーで活用します。
- 着色棒を予熱する:追加する前に、均一な色と熱衝撃の軽減のために、カラー棒を炎のより低温の部分で温めておきます。
- 厚みに注意:透明な色は、厚い塊よりも細いストリンガーでずっと明るく見え、コバルトは重い作品ではほぼ黒く見えることがあります。
ホウケイ酸ガラスの色、テストと安全
ホウケイ酸ガラスのパレットが異なる理由
ホウケイ酸ガラスはもともと実験室用ガラスとして始まったため、スタジオアーティスト向けの着色ホウケイ酸棒は、着色ソフトガラスの長い伝統に比べると最近のものです。着色もより困難です。ホウケイ酸はシリカとホウ素が多く、アルカリが少なく、はるかに高温で加工されるため、着色剤は溶解し、異なる挙動を示します。硫黄、セレン、カドミウムなどの揮発性成分は保持しにくく、すべての色は透明なホウケイ酸の低い熱膨張率(COEは約33)に合わせる必要があります。長い間、ホウケイ酸は色が少なく淡いもので、特に鮮やかな赤や黄色は困難でした。その差は縮まっています。銀や金が豊富なストライキングカラーがホウケイ酸の強みとなり、その後、より明るいカドミウムベースの不透明色が続きました。範囲は依然としてソフトガラスより狭く、熱と炎により大きく依存します。ガラスそのものについては、What Glass Is: Structure, Types and Borosilicateをご覧ください。
色のテスト
- 新しい色のたびに、メーカー、名称、バッチ番号を記載したテスト作品を作ります。バッチによって異なる場合があります。
- 実際に使用する方法でテストします:細く、厚く、包み込み、表面に、ストライキング、ストライキングなし、中性炎、還元炎。何をしたかをメモします。
- 判断する前にアニーリングします。多くの色はキルンの中で変化するためです。
- 異なる光の下で観察します:日光下と室内、白と暗い背景、光を透過させる場合と反射させる場合。
- 完成品を作る前に組み合わせをテストし、反応と適合性を確認します。
色に関する安全
これらは、The Studio: Workspace, Safety and Equipmentのスタジオの基本に加えています。
- カドミウムとセレンの色:カドミウム化合物は毒性があり発がん性があります。セレン化合物も毒性があります。完成したガラスでは閉じ込められていますが、これらの色を過熱すると蒸気が放出される可能性があります。換気の良い環境で作業し、沸騰させたり燃やしたりせず、サプライヤーの安全データシートを読み、そのようなガラスを食品用途から遠ざけてください。
- ファミング:金属の蒸気は吸入すると危険です。蒸気をスタジオの外に排出する強力な局所排気装置を使用してファミングを行ってください。純銀と純金のみを使用してください。銅、亜鉛、鉛、またはカドミウムを含む可能性のあるスターリングシルバー、メッキ金属、はんだ、または不明な金属は決して使用しないでください。
- 粉塵と衛生:着色ガラスは濡らして研磨し、湿った布で粉塵を拭き取り、棒やフリットを扱った後は手を洗い、作業台で飲食しないでください。
常にサプライヤーの安全データと地域の規制に従ってください。
色を理解したら、次のステップは完成品です:Finishing, Combining and Troubleshooting。
Test yourself10 questions
Choose one answer for each question, then check your results at the end.
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01Why does cobalt glass look blue?
What reaches your eye is the light that was not absorbed.
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02What makes gold ruby glass red?
This is surface plasmon resonance: the particles' surface electrons oscillate and absorb green light.
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03As gold particles grow larger, the colour moves:
There is no universal rule that smaller means cooler: for gold it is the opposite.
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04How does tin oxide make glass opaque?
Transparent means mixed at the atomic level; opaque means tiny solid things inside scatter the light.
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05What was manganese historically used for in glass?
It turns blue-green Fe²⁺ into paler Fe³⁺, and a touch of purple masks what is left.
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06Why does some old clear glass turn lavender in the sun?
Collectors call it sun-purpled glass. It helps date bottles made before the 1920s.
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07What is striking?
Stop when you like the colour: overstriking can make some colours dark or muddy.
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08Which metals should be used for fuming?
Never sterling, plated metal or solder, which can contain copper, zinc, lead or cadmium. Always fume under strong extraction.
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09Where does dichroic glass get its colour?
The same physics as a soap bubble: colours shift with the viewing angle.
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10Why is the borosilicate colour palette smaller than soft glass?
The gap has narrowed: silver and gold striking colours became a boro strength.
0 / 10 answered






























