普段、私たちが目にするガラスと言えば、住宅やビルの窓に使われる板ガラス（フロートガラス）や、安全性を高めた強化ガラスが主流です。しかし、この世には、私たちが抱くガラスの常識をはるかに超えた超高性能な特殊素材が存在します。
それが、石英ガラス（せきえいガラス）“英語表記：Quartz Glass” です。
「単なるガラスの一種だろう」と思われるかもしれませんが、石英ガラスは現代のハイテク産業、特に半導体や光学の世界で、他の素材では代替できないほど重要な役割を果たしています。
本記事では、この高性能ガラスが一体どんな素材なのか、なぜ普通のガラスと次元が違うのか、そしてどのような極限の環境で活躍しているのかを、詳しく解説します。
目次
石英ガラスの基礎：板ガラスとの決定的な違い
石英ガラスの正体は「ほぼ純粋なシリカ」
石英ガラスの主成分は、地球上で最も身近な鉱物の一つである二酸化ケイ素（SiO2）です。
通常のガラスもSiO2が主成分ですが、決定的に異なるのはその純度です。
一般的なガラスは、融点を下げて加工しやすくしたり、安定性を高めたりするために、酸化ナトリウムや酸化カルシウムなどの不純物や添加物を意図的に混ぜて製造されます。
一方、石英ガラスは、純粋な二酸化ケイ素が99.99パーセント以上！不純物が極限まで取り除かれた、非常にクリーンな素材なのです。
この「超高純度」こそが、石英ガラスの並外れた性能の源泉となっています。
| 特徴 | 石英ガラス | 一般的な板ガラス（フロートガラス） |
| 主成分 | ほぼ純粋な二酸化ケイ素（シリカ） | シリカ + 酸化ナトリウム + 酸化カルシウムなど |
| 純度 | 極めて高い（99.99%以上） | 低い（多くの添加物を含む） |
| 製造コスト | 非常に高価 | 比較的安価 |
下：フロートガラス
（出典：sxetglass.com）
製造方法による2つのタイプ
石英ガラスは、原料と製法によって大きく「溶融石英」と「合成石英」の2つのタイプに分けられ、用途によって使い分けられています。
- 溶融石英 (Fused Quartz)：天然の水晶や高純度ケイ砂を高温で溶かして作られます。比較的コストを抑えつつ、高い耐熱性と赤外線透過性を持ちます。
- 合成石英 (Synthetic Fused Silica)：化学的に合成された超高純度シリカを原料とします。不純物が極めて少なく、特に深紫外線（UV）に対する高い透過性が求められる最高精度の光学用途で不可欠です。
石英ガラスが持つ「常識外れ」な卓越した特性
なぜ、石英ガラスは高額でありながら、特定の産業で不可欠なのでしょうか？
それは、一般的なガラスでは到底実現できない、極端な環境下でこそ活きるユニークな特性を持っているからです。
圧倒的な耐熱性と熱割れしない強さ
これが石英ガラスの代名詞とも言える特性です。
- 使用温度: 連続使用で1,000℃を超える高温環境に耐えられます。通常のガラスが300℃～500℃程度で軟化・変形するのとは比べ物になりません。
- 極めて低い熱膨張率: 熱によって体積が膨張する度合い（熱膨張率）が非常に低いのが最大の特徴です。このため、急激な温度変化にさらされても、内部に応力（ひずみ）が発生しにくく、熱割れを起こしにくいのです。例えば、灼熱に熱した状態から急に水に浸しても耐える、驚異的なヒートショック耐性を持ちます。
広い波長域を透過する光学的特性
高純度であるため、光の吸収や散乱が極めて少なく、非常にクリアな光学性能を発揮します。
- 紫外線（UV）透過性: 一般的なガラスが吸収してしまう深紫外線域を、石英ガラス（特に合成石英）は高い効率で透過させます。これは、殺菌灯や半導体露光など、UVを積極的に「利用する」ハイテク技術には欠かせない特性です。
- 赤外線（IR）透過性: 可視光だけでなく、熱線である赤外線もよく通すため、赤外線ヒーターの保護管や、温度計測機器の窓材にも利用されます。
優れた耐薬品性
化学的に非常に安定しており、ほとんどの酸やアルカリに対して高い耐性を持ちます。
- 強酸への耐性: 塩酸、硫酸、硝酸などの強酸に対してもほとんど侵食されないため、化学実験器具や、半導体製造で使われる高純度な薬液槽や配管に必須の素材です。
- 注意点: ただし、フッ化水素酸（フッ酸）や、高温・高圧のアルカリ溶液には侵食されるため、使用環境には注意が必要です。
石英ガラスの主な用途：現代技術のインフラを支える
石英ガラスは、その突出した特性から、現代社会の最先端技術を支える「縁の下の力持ち」として活躍しています。
半導体製造プロセス：超高温・超クリーン環境の要
これが石英ガラスの最大の需要分野です。
半導体チップの基板となるシリコンウェハーを製造する際、ウェハーは1,000℃を超える超高温にさらされます。
- 高温処理装置: ウェハーを熱処理する炉の炉心管（チューブ）や、ウェハーを保持する治具（ボート）として、石英ガラスは欠かせません。この高純度石英がなければ、熱で歪んだり、不純物がウェハーに付着したりして、超精密な半導体製造は成立しません。
- 露光装置: IC回路を焼き付ける超精密な露光装置のレンズやフォトマスク基板には、光の歪みがなく、UVを完全に透過させる合成石英が必須です。
光学・通信・照明分野
- 光ファイバー: 高速大容量の通信を可能にする光ファイバーケーブルのコア材（中心部）に、光の損失が極めて少ない石英ガラスが使われています。
- 特殊照明: 殺菌灯、紫外線ランプ、高性能な放電ランプなど、高温になり、かつUVを効率よく放射する必要がある光源の保護管として、石英ガラスが使われます。
- レーザー機器: 高エネルギーレーザーを制御・伝達するための光学窓やレンズとして、熱や光に強い特性が活かされます。
建築分野における石英ガラスの立ち位置
石英ガラスは、一般的な建築材料として使われることはほぼありません。
しかし、その特性を理解しておくことは、特殊な建築プロジェクトに関わる際に役立ちます。
採用されない理由（コストと加工）
石英ガラスが建築の窓ガラスに使われない最大の理由は、前述の通り製造コストが非常に高いこと、そして加工が難しいことです。
一般的なフロートガラスや強化ガラスで、コストと性能のバランスが取れるため、石英ガラスを選ぶ経済合理性がないのです。
特殊な環境での限定的な利用
石英ガラスの利用が検討されるのは、その特性が「代替不可能」な極めて特殊な環境に限られます。
- 超高温工業炉の覗き窓（耐熱窓）: 製鉄所や工業炉など、1,000℃を超える超高温環境で、内部の様子を安全に観察するための特殊な覗き窓として採用されます。一般的な耐熱ガラスでは持たない環境です。
- 特殊研究施設: 大学や企業の化学ラボ、クリーンルームで、強酸・強アルカリを扱う作業エリアの仕切りや、特定の光（UVなど）を透過させる必要がある特殊な窓材として、ごく限定的に利用されます。
まとめ：高性能素材の知識を力に
石英ガラスは、私たちが普段目にするガラスとは一線を画す、「超高純度」「超耐熱」「低熱膨張」「広帯域透過」という極めて突出した特性を持つ特殊素材です。
一般的な建築材料としては使われませんが、その知識は、熱や薬品、特定の光波長といった極端な環境要件を扱うプロジェクトに携わる上で、専門的な引き出しを広げてくれるはずです。
