森のガラス

フォレストグラス （ドイツ語ではWaldglas ）は、中世の ガラスの一種で、西暦1000年から1700年頃、北西ヨーロッパと中央ヨーロッパで、木灰と砂を主な原料として、森林地帯のガラス工場で作られていた。 ^[1]さまざまな緑がかった黄色の色が特徴で、初期の製品はデザインが粗雑で品質が悪いものが多かった。主に日常の器に使われ、教会のステンドグラスにも使われるようになった。その組成と製造方法は、地中海沿岸や東方の同時代のビザンチンやイスラムのガラス製造を中心としたローマ時代およびローマ時代以前のガラス製造とは大きく対照的である。本稿では主にイギリスにおけるフォレストグラスの製造について述べるが、ヨーロッパの他の地域でもフォレストグラスは作られていた。

ローマ統治下においては、北ヨーロッパの原材料と製造方法はローマの伝統であり、鉱物ナトロンが使用されていました。西ローマ帝国が崩壊した西暦450年頃以降の数世紀にわたり、ローマガラスのリサイクルが地元産業の主要部分を占め、ガラス製造技術は衰退しました。西暦800年頃、カロリング朝が北西ヨーロッパで拡大するにつれて、ガラスの需要は増加しましたが、伝統的な原材料の供給は高価で不安定でした。衰退するビザンチン帝国と洗練されたイスラム帝国の製品品質を超えたいという帝国の願望は、新しい原材料の実験と新しいガラス製造技術の開発につながりました。^{[1] [2]}

考古学的には、中世のガラス工場が西ヨーロッパと中央ヨーロッパ、特にドイツの山岳地帯で数多く発見されている。建築資材が後から再利用されたため、そのほとんどは保存状態が悪いが、ガラス製造と作業の両方が同じ場所で行われていたという証拠がある。^[3]

原材料からガラスを製造することと、他の場所で作られた生ガラスやカレットを溶かしたり、古いガラスをリサイクルしたりして完成品を製造するガラス加工を区別することが重要です。ガラスは 4 つの主要な成分で構成されています。

1. 前者 – ガラスのマトリックスを形成する原子のネットワークを提供します。^[4] これはシリカ（SiO ₂）であり、古代には砕いた石英として添加され、^[5]ローマ時代以降は砂の形で添加されました。
2. アルカリフラックス– シリカが溶ける温度を下げるため、現在利用可能な作業温度で実現可能。古代では、地中海東部の乾燥地帯に生育するナトリウムを豊富に含む植物の灰がフラックスとしてソーダ（Na ₂ CO ₃）を供給していた。ローマ時代には、エジプトのワディ・エル・ナトゥルン地域から採取された天然のアルカリ性ナトリウム塩の混合物である鉱物ナトロンが使用されていた。ローマ帝国崩壊後のイスラムのガラス職人は、ナトリウムを豊富に含む植物灰の使用に戻ったが、^[6]北欧では、木材の灰を使ってフラックスとしてカリ（K ₂ CO ₃）を供給する方法が開発された。酸化カルシウム（石灰、CaO）もフラックスとして機能できる。^[4]
3. 安定剤 – ガラスが水に溶けるのを防ぎ、耐腐食性を高めます。最も効果的なのは石灰（CaO）ですが、アルミナ（Al ₂ O ₃）とマグネシア（MgO）でもある程度の効果が得られます。^[4]これらの鉱物は、砂の中にすでにさまざまな量で存在している可能性があります。
4. 着色剤または不透明化剤– これらは、原材料の不純物によりガラスに自然に存在する場合もあれば、鉱物として、または金属加工工程からのスラグとして溶融ガラスに意図的に追加される場合もあります。最も重要なのは、鉄、銅、コバルト、マンガン、スズ、アンチモン、鉛です。不透明度は、ガラス内の泡や、スズやアンチモンなどの不透明化剤の含有により生じます。特定の組成から生じる色と不透明度は、炉内の温度と酸化還元状態によっても制御できます。 ^{[6] [7]}

ローマ帝国滅亡後の時代には、ワディ・エル・ナトゥルン地域の政治問題によりナトロンの供給が途絶えたため、代替品の開発が必要となった。^[8]東方のガラス職人はナトリウムを豊富に含む植物灰の使用に戻り、しばらくの間、既存のローマの貿易ルートを利用して南ヨーロッパに供給した。^[1]ローマのガラス製造技術を受け継いだベネチアのガラス職人は、植物灰の取引を独占し、職人が市外で働くことを禁止した。^[7]アルプス山脈以北のヨーロッパの残りの地域では、別のガラス製造方法を見つけなければならなかった。ガラスの前者と安定剤の成分は、砂や石英、さまざまな形の石灰として、あらゆる地域で存在する。北ヨーロッパ人は、アルカリフラックスの供給源として、木、シダ、シダの灰を試す実験を行った。^[9]最盛期には、ローマのガラス産業は、一貫した組成の高品質で薄い無色透明のガラスを生産していた。^[1]現存する初期のフォレストガラスの容器は、組成が多様で品質が低いという特徴があり、緑がかった色から茶色がかった色、壁が厚く、繊維に内包物や気泡が含まれていることが多い。これは、木灰の使用は単に原材料を変更するだけの問題ではなく、開発上の問題を伴うまったく新しい技術を必要としたことを示唆している。

ローマ以前のガラス（Si/Na/Ca組成）は、広範囲にわたって何世紀にもわたって顕著な均一性を示していたのに対し、^[5]中世のガラス（Si/K/Ca組成）は多様な組成が特徴です。これは、ガラスの融点が成分の相対的割合（ここでは簡単のため3つに減らしています）によってどのように決まるかを調べることで、ある程度説明できます。^{[5]実際には、ガラスにはシステムを複雑にする多くの成分が含まれています。このような}3成分系の研究は、微量元素の分析と併せて、考古学者がガラスの 起源を突き止めるのに役立ちます。

中世以前の時代には、原材料のバッチを部分的に溶ける温度まで加熱し、溶けなかった部分を取り除いて非反応性成分を洗い流し、次のバッチに加えたと考えられています。^[5] Si/Na/Ca の組成が融点に大きく影響するため、結果として得られるガラスは、使用した原材料の配合に関係なく、かなり均一な組成になりました。^[5] Si/K/Ca ガラスの融点は組成にそれほど影響されず、より多様な組成のガラスになります。そのため、従来の部分バッチ法で一貫した組成を生成できるようにしていた Na システムの自己制限機能は適用されなくなり、一貫性を制御する新しい方法を開発する必要がありました。^[5]組成の多様性とガラス製造の歴史的記録^{[10] [11]}から、新しい方法では原材料のバッチ全体を溶かし、非反応性成分をスカムとして除去することが示唆されています。^[5]

1400年頃から、ヴェネツィアのガラスの品質に対抗するために、貝殻、石灰岩、大理石などの形で砂とカリの混合物に酸化カルシウム（CaO）をフラックスとして加えると、必要なカリの量とそれに伴う着色料が減って、より透明度の高いガラスができることがわかった。^{[2] [12]}

歴史的および古代のガラスの典型的な組成 - 成分は重量パーセントで示されています。記載されているものに加えて、古代のガラスには最大1パーセントの酸化鉄と最大3パーセントの酸化アルミニウム、さらに着色剤と乳白剤が含まれていました^[7]

新しい技術を試していた森のガラス職人たちは、主に原料に含まれる色を制御する要素の大きなばらつきのために、ローマ時代の方法のような高い透明度と色を達成するのが難しいことに気付いた。ヨーロッパの砂と土は、一般的に鉄とマンガンを多く含んでいる。鉄は、通常の炉の雰囲気条件下ではガラスに青緑色の色合いを与えるが、黄色を与えることもある。マンガンには独自の紫色があり、鉄の色とバランスをとって無色のガラスを作ることができる。^[13]たとえば、石灰分の多い貧弱な土壌 (例:ジュラ地方のクラインルツェル) で育ったブナ材から作られたガラスはマンガンが多く、したがってほぼ無色であるが、粘土分の多い地域 (例: ジュラ地方のクール・シャルヴェ) で育ったブナ材から作られたガラスはオリーブグリーンである。^[12]したがって、さまざまな色を作ることができ、実験によってガラス職人は初期の泥のような緑がかった黄褐色から透明で無色のガラスへと進歩することができた。地域の状況により、いくつかの地域では早い段階でより上質なガラスを生産することができた。16世紀末のボヘミアでは、マンガンの脱色力を利用して、彫刻に適した透明なガラスを生産していました。^[1]木灰に残っている炭素の量も、炉の雰囲気を変えてガラスの色に影響を与える可能性があります。^[12]ヨーク大聖堂のガラスは、着色剤を添加せずに、90%が自然な色であることがわかっています。^[14]

その他の透明な色は、金属酸化物を意図的に添加することで作られており、その多くは地元の金属加工の副産物である。緑や青緑には酸化銅、濃い青にはコバルトが使われた。赤は、銅の粒子を微妙に制御された酸化還元条件下で使用するため、特に生成が困難であった。 ^[4]アンチモンやスズをベースとした乳白剤が使用されたという証拠はほとんどなく、^[13]他の色を変更するために鉛が使用されたという証拠もない。

中世ヨーロッパのガラス製造に関する歴史的記述は2つしかない。1120年にドイツで執筆したテオフィラス・プレスビテルは詳細なレシピと手順を示し、1530年にはゲオルギウス・アグリコラが当時のガラス製造について書いた。^{[10] [11]}その他の有用な情報は考古学的発見や実験的および理論的再構築から得られている。しかし、テューリンゲンでは、グライナー家とミュラー家がラウシャと他のいくつかのガラス小屋を設立した。

砂は川底から採取されたものと思われます。川底の砂は比較的きれいで、粒子の大きさも均一でした。^[15]灰の生産と炉の燃料として使われる木材の伐採、輸送、乾燥、保管は労働集約的で、高度な組織化が必要でした。^{[15] [16] [17]}

テオフィラスはブナの丸太の使用を推奨しているが^[10]、分析によると石灰質の土壌で育ったブナは CaO の含有率が高いことがわかっている。^[17] どのような木材を使用する場合でも、木材に含まれるカリと CaO の量、および色と不透明度に影響する可能性のある他の成分は、樹齢と樹木の部位、土壌の化学組成、気候、樹木が伐採された時期、焼却時の木材の乾燥度など、ガラス職人がほとんど制御できない要因によって大きく異なる。^[12]この変動性により、ガラス職人が一貫した品質のガラスを製造しようとするときに問題が生じた。予測可能なガラス組成を与えるために必要な均質性を得るには、大量の灰を用意して混ぜ合わせる必要がある。^[12]ブナからの灰の典型的な収率はわずか 1% 程度なので、テオフィラスのレシピである砂 2 部に対して灰 1 部を使用すると、1 キログラムのガラスを製造するのにブナ材 63 キログラムが必要になる。^[17]燃料を含めると、ガラス1キログラムあたり150～200キログラムの木材が必要になると推定されています。^[15]

次に、準備された灰と砂は、比較的低温（約900℃または1650℉まで）で加熱されたが、溶融はされなかった。このプロセスはフリッティングと呼ばれる。テオフィラスは「一昼夜の間」と明記している。^{[10] [17]}このプロセスは、温度上昇に伴う色の変化で監視することができ、最終的な溶解段階のためにるつぼに充填する前に体積が減少したため、炉を開ける回数が最小限に抑えられ、また、炉内で舞い上がって汚染を引き起こす可能性のある軽い粉末状の灰が固められた。^[17]

最終段階は、るつぼに入れたフリット材料を蓋付きの炉で溶かして溶融ガラスを作ることである。溶融が速く、フラックスの使用量が少ないとガラスの品質が向上するため、炉はできるだけ高温で稼働する必要があった。ナトロンからカリウムへの変更には、溶融温度を約200℃から1350℃程度に上げる必要があり、炉の技術を根本的に変える必要があり、高温セラミックスの開発が必要となった。^[5]この高温では、通常の粘土はガラスと化学的に反応する。^[18]

ガラスは溶けると、容器や円筒に吹き込まれ、その後開かれて窓ガラス用のシートになります。最終段階では、収縮応力による損傷を防ぐために完成したガラスを焼きなます。 ^[1]

テオフィラスとアグリコラの記述を除けば、初期の森林ガラスハウスの描写は、およそ 1380 年のボヘミアの作品（マンデヴィル ミニアチュール）のみである。^[3]この絵には、ガラス製造の高温工程のすべてが 1 つの構造で行われる炉が描かれている。この構造には複数の炉があり、炉の温度は絶えず注意を払うことで必要に応じて制御できる。原材料は近くの穴で混合され、受け皿に入れて運ばれ、炉の 1 つでフリット化される。最適温度は 1100 °C に達する。フリットは 2 番目の炉のるつぼで 1400 °C の高温で溶解され、準備ができたら、ガラスを吹き込んで物体にする。これらは冷却のために焼きなまし炉に入れられる。構造全体は木造の建物で囲まれており、炉の上に木材が保管され、乾燥されていた可能性が高い。^{[15] [16] 15 世紀後半の同様の構造の遺跡がドイツの}アイヒスフェルトで発見されている。^[3] 17世紀に考古学的に発見されたもう一つのデザインは「蝶型炉」です。この炉は石で作られ、るつぼは輸入された耐火性の高い粘土で作られていました。^[15]東洋のイスラムの炉や南ヨーロッパの炉とはスタイルが異なり、焼きなまし室がメインの炉と同じ高さではなく上にある「蜂の巣」スタイルです。^[1]

炉の燃焼サイクルは燃料消費、出力、人力に合わせて最適化され、技術が進歩するにつれて、より大きな温室がほぼ連続的に稼働するようになった。^{[15] [16]}大規模な温室では、年間40週間稼働し、通常、週に67トンの木材を使用すると推定されている。^[15]

この方法でガラスを生産するには大量の木材が必要だったため、温室は森林地帯に設置され、森林は伐採や枝刈りによって慎重に管理され、木材資源を最大限に活用し、使用する木材のサイズを最適化する必要がありました。^{[15] [16]}それでも、森林が枯渇したため、定期的に温室を移転しなければなりませんでした。ガラス産業は、木材の供給を鉱業や国内需要などの他の産業と競争しなければなりませんでした。16世紀のイギリスでは、ガラス製造の燃料としての木材の使用が禁止されました。^{[19]温室は教会が所有する森林に設置されることが多かったです。森林ガラスの主な用途の1つは、教会の}ステンドグラスの窓 でした。

• 石の心（ドイツの童話） - 黒い森のガラス工場がこのドイツの民話の重要な要素です

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