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JP2000272927A - 強化ガラス製品およびその製造方法 - Google Patents

強化ガラス製品およびその製造方法

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Publication number
JP2000272927A
JP2000272927A JP11082992A JP8299299A JP2000272927A JP 2000272927 A JP2000272927 A JP 2000272927A JP 11082992 A JP11082992 A JP 11082992A JP 8299299 A JP8299299 A JP 8299299A JP 2000272927 A JP2000272927 A JP 2000272927A
Authority
JP
Japan
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tempered glass
glass
air
foreign matter
phase
Prior art date
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Pending
Application number
JP11082992A
Other languages
English (en)
Inventor
Chihiro Sakai
千尋 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority to JP11082992A priority Critical patent/JP2000272927A/ja
Priority to KR1020007002288A priority patent/KR100661762B1/ko
Priority to EP20030027756 priority patent/EP1413557A1/en
Priority to EP99926943A priority patent/EP1018490A4/en
Priority to CA002302544A priority patent/CA2302544A1/en
Priority to PCT/JP1999/003631 priority patent/WO2000001627A1/ja
Priority to CNB998010790A priority patent/CN1159240C/zh
Publication of JP2000272927A publication Critical patent/JP2000272927A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Landscapes

  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硫化ニッケルをはじめとした異物による風冷
強化ガラスの自然破損を無くすことを可能とする風冷強
化ガラス製品の製造方法を提供する。 【解決手段】 ガラスを加熱しおよび風冷により強化し
た後の連続した徐冷工程において、熱的な残留応力とそ
れに伴って発生するクラックを伸展させる異物を含む風
冷強化ガラスを、300℃付近から12℃/分未満の速
度で、150〜200℃まで連続的に徐冷することによ
り、異物を含む風冷強化ガラスを異物の体積膨張により
破損させて除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、風冷強化を行うこ
とのできる全てのガラス組成に対して、強化ガラスの自
然破損を起こす原因の1つとなる異物を全く含まない、
高品質の風冷強化ガラス製品とその製造方法に関する。
【0002】本発明が対象とする風冷強化ガラス製品
は、板ガラスのような板状のものから、複雑な形状のも
のまでの全てのものを含んでいる。
【0003】
【従来の技術】風冷強化ガラスは、通常の製造工程で行
われているように、600℃以上でガラスを加熱した後
に、ガラス表面にエアーを急激に吹き付けることによっ
て(一般には、この工程をクエンチという)、ガラス表
面に強い圧縮応力を生じさせ、さらに冷却することによ
って製造される。
【0004】ガラス原料の溶解によって製造されたガラ
スは、溶解時に混入したニッケル(Ni)系金属(例え
ばステンレス破片や溶接の火花など)などが溶解の過程
におけるイオウ成分(ガラス中の溶解成分や炉内雰囲気
中のガス成分)との反応で形成された硫化ニッケル(N
iS)をしばしば含む。また、耐火煉瓦との反応で形成
されたガラス質の侵食相や溶解窯の構成相、あるいは未
溶解の原料粒子そのものなどの未溶解異物も含む場合が
ある。
【0005】これらの異物は、母材のガラスに対して熱
膨張係数が異なったり、またそれ自身が温度の関数とし
て相転移を起こす場合がある。例えば硫化ニッケルの場
合では、350℃付近に高温で安定なα相と低温で安定
なβ相の相転移の境界があり、風冷強化ガラスが急冷さ
れて短時間でこの温度以下に至る場合には、α相が不安
定な状態でガラス製品中に残存していることになる(い
わゆるガラスが過冷却になっている状態)。このα相が
室温で長時間の放置によって次第に安定なβ相に相転移
していき、同時に4%以上の体積膨張を伴ってβ相に相
転移が完了する。
【0006】風冷強化ガラスは、その性質からガラス表
面では強い圧縮応力が働き、また内部では引張り応力が
働くため、硫化ニッケル異物の周囲でガラス母材に対し
て強い圧縮応力が働いた結果としてクラックが形成さ
れ、さらに成長して最終的にはガラス自身の破損に至
る。
【0007】風冷強化ガラス製品に含まれる硫化ニッケ
ルの異物をはじめとするガラス欠点による強化ガラスの
自然破損を防止するためには、強化工程で製造され常温
に戻されたガラス製品を再び焼成炉(一般的には熱ソー
ク炉と呼ばれている)の中に挿入して、最高温度で30
0℃までの任意の温度条件で一定時間保持することによ
って、主として硫化ニッケルを室温で不安定なα相から
安定なβ相に相転移させることによって、約4%の体積
膨張を生じさせ、製造した強化ガラス製品を急激なクラ
ックの伸展によって、自ら破損することによって不良品
を除去している。
【0008】この従来の室温から昇温するタイプの熱的
なソーク処理法は、風冷強化ガラス・ソーク処理の従来
の工程を示す図1に示されるように一度室温まで冷えた
強化ガラスを再度昇温によって所定の温度に保持するた
め、保持すべき温度域までの昇温に多くの時間とコスト
を費やし、またガラスが板状の場合には、板厚の変化に
対して、昇温速度や一定温度域での保持時間も異なり、
生産性の低下や歩留まりの低下、あるいは生産コストの
アップにもつながっていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】強化ガラスは、特に板
ガラス製品に関しては、自動車や鉄道を中心とした輸送
用車両用や住宅や非住宅などの建材用に広く使われてい
る。近年、建材用の風冷強化板ガラスは、人の多く出入
りする開口部にも広い面積で使用され、その安全上の品
質の向上も要求されている。また、ガラスの形状の変化
によっては、板ガラス以外にも多方面の用途に使用され
ている。
【0010】しかしながら、従来ではガラス原料の溶融
時にガラス素板に含まれる異物やガラス表面の傷などの
影響によって、強化ガラスは製造時あるいは強化ガラス
が製造された後に自然破損する場合があった。
【0011】このような問題を無くすために、前述した
ように、現在ではガラス製造の段階で強化ガラスの製造
後に再び再加熱(アニール)を行って、異物周囲に応力
歪みを発生させ、含まれる異物や傷を始発点としたクラ
ックを急速に伸展させ、このような欠点を持つ強化ガラ
スの不良品を除く方法が広く採用されている。このよう
な自然破損のない品質の高い風冷強化ガラスを製造する
工程を、ソーク処理工程(いわゆるバッチ式ソーク処
理)と呼んでいる。この従来のソーク処理の工程では、
以下のことが問題となっている。
【0012】1)加熱と風冷(クエンチ)後に、一度常
温に降下させた風冷強化ガラスを再び焼成炉内で加熱す
るため、所定の温度(通常は300℃以下)までの昇温
や最高温度域での保持に時間がかかり、製造に占めるコ
ストのアップにつながっている。
【0013】2)強化ガラスの製造工程と異物を除去す
るためのソーク処理の工程とが、分かれているために、
強化後の製品を再度運搬し直すなど、製造上の効率化の
低下や、生産性の向上ができない。
【0014】3)従来のソーク処理では、室温に放置し
た製品を再度加熱するため、昇温時にガラスの形状や品
種、あるいは板厚が異なるために、硫化ニッケルの相転
移を起こす条件が異なり、これらの異物を含む強化ガラ
ス製品を除くことは困難であった。
【0015】本発明の目的は、これらの問題を解決した
風冷強化ガラス製品およびその製造方法を提供すること
にある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の風冷強化ガラス
は、硫化ニッケルをはじめとしたガラスの溶融時あるい
は製造時の未溶解異物や混入異物が除かれたものであ
る。このような風冷強化ガラス製品は、以下のような熱
的な処理を行って製造される。
【0017】すなわち、600℃以上での加熱とその後
に行われる風冷強化(クエンチ)の処理後に、一定の温
度と時間の条件で、風冷強化後のガラスを連続的に徐冷
することによって、ガラスの内部に硫化ニッケルの異物
が含まれる場合には、すでに述べたような高温で安定な
α相から室温で安定なβ相に相転移させることによっ
て、約4%の体積膨張を生じさせることにより、同時に
異物の周囲のガラス相にクラックを伸展させガラスを破
損させてこれらの異物を含まない強化ガラスを得る。
【0018】本発明によれば、約300℃の温度域から
の連続的な徐冷条件は以下の通りである。
【0019】すなわち、風冷(クエンチ)後に約300
℃の温度域から、12℃/分未満の冷却速度で150〜
200℃まで徐冷する。その後は、ガラスが熱割れしな
い程度に冷却して取り出す。
【0020】このような徐冷条件は、硫化ニッケルを含
むガラスサンプルを用意し、熱処理実験を行うことによ
り求められる。
【0021】徐冷条件が求められると、具体的には、次
に述べる(1)から(4)のプロセスを順次行って、強
化ガラス製品を製造する。
【0022】(1)風冷強化ガラスは、通常の製造工程
で行われているように、600℃以上でガラスを加熱し
た後に、ガラス表面にエアーを急激に吹き付けることに
よって、ガラス表面に強い圧縮応力を生じさせ、さらに
冷却することによって製造する。
【0023】(2)通常の工程ではこれ以後の作業で室
温近くまでガラスを冷却するが、本発明では、最適な温
度と時間の条件の中で、強化後のガラスを徐冷する。処
理時間を考慮すると、連続徐冷の場合には、12℃/分
未満の熱履歴で処理することが望ましい。
【0024】(3)上記の適正な温度と時間の条件で
は、ガラス中に含まれる硫化ニッケルは、高温で安定な
α相から低温で安定なβ相に完全な相転移を起こし、同
時に4%程度の体積膨張を生じて粒子周囲のガラスに圧
縮応力を発生することによって、クラックが急激に進展
され、ガラスは内部の引張応力の部分で破壊が生じて破
損を起こす。
【0025】(4)上記の(2)および(3)の処理の
過程で、徐冷炉あるいは温度調整炉の内部で、硫化ニッ
ケル異物を含むガラスは急激な破損を起こし、さらに強
化が入っているために細かく粉砕されて不良品は除かれ
製品として出荷されることがなくなり、自然破損のない
高品質の強化ガラスを実現することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】クエンチの工程における徐冷にお
ける温度および時間を設定するために、以下のプロセス
を順次行う。
【0027】試料の作成および熱処理実験 この熱処理実験に用いた硫化ニッケルの異物は、通常の
板ガラスの製造で得られたガラス板中に流出したもので
ある。これらの硫化ニッケルの異物は、電子線マイクロ
アナライザー(EPMA)を用いて組成的にNiS(あ
るいはそれに近いもの)であることが確認されたもので
ある。
【0028】硫化ニッケルの相転移の調査は、それらの
粒子を含むガラス板(約10mmの厚み)を約3mmの
厚みに研磨して、そのサンプルA〜Hを500℃まで昇
温可能な顕微鏡(以下に高温顕微鏡とする)に装着した
ものを用いた。
【0029】なお、サンプルの組成(重量%)は、次の
とおりである。
【0030】SiO2 71〜73 Al2 3 1.5〜1.8 MgO 4.0〜4.5 CaO 8〜10 Na2 O 13〜14 K2 O 0.5〜1.5 Fe2 3 0.02〜0.05 SO3 0.1〜0.5 相転移の測定 上記のNiSを含むガラス板サンプルを室温から350
℃に70℃/分以上の昇温速度で昇温して、10分以上
350℃で保持して、完全に安定なα相をガラス中で形
成させた。その後、約50℃/分の速度で冷却を行い
(クエンチの過程を再現)、さらに300℃付近から徐
冷することよって、β相への転移の状況を高温顕微鏡下
のその場観察によって調査した。
【0031】徐冷速度は、サンプルAについては6℃/
分、サンプルBについては8℃/分、サンプルCについ
ては8.5℃/分、サンプルDについては 9.0℃/
分、サンプルE,Fについては10.0℃/分、サンプ
ルGについては12.0℃/分、サンプルHについては
15.0℃/分とした。
【0032】α相からβ相への相転移は、偏光顕微鏡下
で偏光板をクロスニコルの状態にして、さらに530μ
m鋭敏色検板を用いて、4%の体積増加に伴う異物周囲
のガラスへの圧縮による残留応力の発生状況と強さをレ
ターデーションの発生と変化を連続的に観察することで
行った。
【0033】β相への完全転移の状態は、この圧縮応力
の状態が最大になる時点(顕微鏡下ではレターデーショ
ンが最も強くなる時点)で判断した。硫化ニッケル欠点
サンプルA〜Hに対して、α相からβ相への相転移温度
と時間の結果を表1に示す。○印は硫化ニッケルがα相
の状態にあり、●印はβ相の状態にあることを示してい
る。これら印の側に記載されている数字は温度(℃)を
示す。
【0034】
【表1】
【0035】表1の結果を、グラフ化したものが図2で
ある。図2において、横軸は時間(分)を、縦軸は温度
(℃)を示す。図中、白抜きのマークは硫化ニッケルが
α相の状態にあり、黒く塗りつぶされたマークはβ相の
状態にあることを示している。
【0036】図2の座標系によれば、温度12℃/分未
満の速度で150℃まで徐冷すれば、完全β相に転移す
ることがわかる。
【0037】以上により、クエンチ工程の徐冷におい
て、硫化ニッケルをα相からβ相に相転移させる徐冷速
度および温度の条件が定まった。
【0038】本発明によってNiSをはじめとした溶解
異物による破損のない風冷強化ガラスを製造するために
は、図3に示す工程の流れにしたがって行うのが好適で
ある。
【0039】600℃以上にガラスを加熱する。
【0040】風冷(クエンチ)により表面部分に強化
層を作る。
【0041】急冷して強化の残留歪みを保持する。こ
のとき、硫化ニッケルは安定α相の状態にある。
【0042】徐冷炉で300℃付近から連続徐冷を行
う。このとき、12℃/分未満の冷却速度で150℃ま
で徐冷する。硫化ニッケルを含む場合には、この時点で
β相に転移して体積膨張によりガラスが破損する。
【0043】冷却 ユーザサイドで破損のない風冷強化ガラスを出荷 これらの工程に対する実際の温度調整炉または徐冷炉に
関しては、強化炉とクエンチ設備の下流側に連続的に設
置して、連続的に熱的ソーク処理を可能とした処理炉の
システムを作ることができる。すなわち、風冷後の徐冷
工程において、300℃付近から連続的な徐冷できる炉
が設置できれば本発明での効果が得られる。
【0044】また、本発明の温度と処理時間の範囲で熱
処理を行う場合には、風冷強化によるガラス表面部分の
残留応力の分布は緩和されないので、強化の程度もほと
んど変化しない。すなわち強化ガラスとしての品質は損
なわれない。
【0045】
【発明の効果】本発明によれば、硫化ニッケルをはじめ
とした異物による風冷強化ガラスの自然破損を無くすこ
とが可能である。さらに、生産性を下げることなく、低
コストで処理することができるので、実用的には大きな
効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のソーク工程を示す図である。
【図2】冷却時の連続的な徐冷によってα相からβ相へ
の相転移を起こす温度−時間条件を示す図である。
【図3】本発明によるソーク工程を示す図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラスを加熱しおよび風冷により強化した
    後の連続した徐冷工程において、熱的な残留応力とそれ
    に伴って発生するクラックを伸展させる異物を含む風冷
    強化ガラスを、300℃付近から連続的に徐冷すること
    により、前記異物を含む風冷強化ガラスを前記異物の体
    積膨張により破損させて除去することを特徴とする風冷
    強化ガラス製品の製造方法。
  2. 【請求項2】前記異物が硫化ニッケルを含む場合には、
    前記徐冷は、12℃/分未満の速度で、150〜200
    ℃まで冷却し、前記硫化ニッケルを、高温で安定なα相
    から低温で安定なβ相に連続的に相転移させて、同時に
    体積膨張を起こさせ、クラックを急激に伸展させること
    によってガラスを破損させることを特徴とする請求項1
    記載の強化ガラス製品の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1または2のいずれかに記載の方法
    により製造され、熱的な残留応力とそれに伴って発生す
    るクラックを伸展させる異物を含まないことを特徴とす
    る強化ガラス製品。
  4. 【請求項4】風冷強化ガラス製品を製造するための強化
    炉とクエンチ設備の下流側に連続して設置された温度調
    整炉もしくは徐冷炉を備え、前記温度調整炉もしくは徐
    冷炉において、熱的な残留応力とそれに伴って発生する
    クラックを伸展させる異物を含む風冷強化ガラスを、徐
    冷することにより、前記異物を含む風冷強化ガラスを破
    損させて除去することを特徴とする風冷強化ガラス製品
    の製造装置。
JP11082992A 1998-07-07 1999-03-26 強化ガラス製品およびその製造方法 Pending JP2000272927A (ja)

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EP20030027756 EP1413557A1 (en) 1998-07-07 1999-07-06 Method for producing air-quench-touchende glass plate
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CA002302544A CA2302544A1 (en) 1998-07-07 1999-07-06 Method for producing air-quench toughened glass plate
PCT/JP1999/003631 WO2000001627A1 (fr) 1998-07-07 1999-07-06 Procede permettant de produire une plaque de verre trempe refroidi a l'air
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