JP2003171131A - ガラス板およびガラス板の強化方法 - Google Patents
ガラス板およびガラス板の強化方法Info
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Abstract
入れられるようにする。 【解決手段】50〜300℃における平均線熱膨張係数
が88×10-7/℃以上であり、軟化点が715〜74
0℃である、2〜3mm厚のガラス板の強化方法であっ
て、ガラス板厚をt(mm)とすると熱伝達係数h(W
/m2K)が以下の(1)または(2)式を満足するよ
うに、109〜1010ポアズの粘性範囲にある冷却開始
温度から1012ポアズの粘性になる温度まで冷却する。
h>4970.5−3149.9t+550.3t2・
・(1)、h>2123.6・t− 1.4641・・
(2)。
Description
やすいガラス板およびその強化方法に関する。
て、通常のソーダライムシリケートからなるガラス板が
用いられている。このような強化ガラスは、一般に、所
定の冷却開始温度まで加熱したあと、急冷することによ
り製造される。この急冷は、加熱されたガラス板に、風
を吹きつけることにより行われることが多い。
のため、自動車窓ガラスは、ますます薄いガラス板で製
造することが求められている。しかし、ガラス板の厚さ
が2〜3mmになると、急冷の程度を非常に大きくする
必要が生じ、従来の方法が適用できない。
であっても容易に強化を入れることができるガラス板お
よびガラス板の強化方法を提供することを目的とする。
決するために、50〜300℃における平均線熱膨張係
数が88×10-7/℃以上であり、軟化点が715〜7
40℃である、2〜3mm厚のガラス板の強化方法であ
って、ガラス板厚をt(mm)とすると熱伝達係数h
(W/m2K)が以下の(1)式を満足するように、1
09〜1010ポアズの粘性範囲にある冷却開始温度から
1012ポアズの粘性になる温度まで冷却することを特徴
とするガラス板の強化方法を提供する。 h>4970.5−3149.9t+550.3t2・・(1)。
張係数が88×10-7/℃以上であり、軟化点が715
〜740℃である、2〜3mm厚のガラス板の強化方法
であって、ガラス板厚をt(mm)とすると熱伝達係数
h(W/m2K)が以下の(2)式を満足するように、
109〜1010ポアズの粘性範囲にある冷却開始温度か
ら1012ポアズの粘性になる温度まで冷却することを特
徴とするガラス板の強化方法を提供する。 h>2123.6・t−1.4641・・(2)。
化方法を提供する。
強化方法を提供する。
いガラス板であっても必要な熱強化を入れることができ
る。
する。本発明の強化方法に用いるガラス板は、50〜3
00℃における平均線熱膨張係数が88×10-7/℃以
上である。平均線熱膨張係数がこれより小さいと、易強
化性に劣る。好ましくは、89×10-7/℃以上、特に
好ましくは、90×10-7/℃以上である。ただし、平
均線熱膨張係数が非常に大きいガラスは、従来用いられ
ているソーダライムシリケートガラスに比べて、軟化点
などの物性が大きく異なることが多い。したがって、こ
のようなガラスを用いるためには、生産工程を変更する
必要が生じるため、現実的とはいえない。実際には、5
0〜300℃における平均線熱膨張係数は92×10-7
/℃程度、特に91×10-7/℃程度が上限となる。
は、軟化点が715〜740℃である。ここで、軟化点
はJIS R3104に記載された試験方法によって測
定される温度として定義される。軟化点がこの範囲を超
えると、既存の生産工程を変更する必要が生じるおそれ
がある。特に、熱強化工程における加熱により結晶化す
るタイプのセラミックペイントを併用する場合は、従来
と異なる温度で結晶化するような従来と異なるセラミッ
クペイントの組成を採用する必要が生じる場合があり、
不都合である。軟化点は、好ましくは、720℃以上、
特に好ましくは、725℃以上である。また、好ましく
は、735℃以下、特に好ましくは、730℃以下であ
る。
m)とすると熱伝達係数h(W/m2K)が上記の
(1)または(2)式を満足するように、109〜10
10ポアズの粘性範囲にある冷却開始温度から1012ポア
ズの粘性になる温度まで冷却する。なお、(1)式より
も(2)式を満足させる方がより好ましい。
温度より高いと、ガラス板が軟化しすぎて、光学品質を
維持できないおそれがある。好ましくは、冷却開始温度
は109.3ポアズの粘性を示す温度以下である。逆に、
冷却開始温度が1010ポアズの粘性を示す温度より低い
と、易強化性が劣る。好ましくは、冷却開始温度は10
9.7ポアズの粘性を示す温度以上である。また、冷却時
の熱伝達係数が、上記(1)または(2)式を満足しな
いと、充分な強化ができないおそれがある。
aswamy O.S., Journal of th
e American Ceramics Socie
ty,Vol.61,No.3−4(1978),14
6−152の記載にしたがって、線熱膨張係数が90×
10-7/℃のガラス板を660℃から急冷したときに、
所定の中心引張応力が生じるような熱伝達係数を厚さ
2.25mm、2.5mmおよび2.8mmで算出し、
得られた各熱伝達係数を放物線でフィットすることによ
り導出した。ここで、所定の中心引張応力とは、2.8
mm厚で50MPa、2.5mm厚で51MPa、2.
25mm厚で54MPaであって、このような中心引張
応力が生じれば、充分に強化されていると考えてよい。
以下のような組成を有することが好ましい。 SiO2 66.0〜74.0質量%、 Al2O3 1.5〜 4.0質量%、 CaO 7.0〜10.0質量%、 MgO 3.8〜 6.0質量%、 Na2O 12.6〜14.6質量%、 K2O 0.4〜 2.0質量%、 これらの成分の総和が96質量%以上であり、 SiO2+Al2O3 70.0〜74.0質量%、 CaO+MgO 12.0〜14.5質量%、 Na2O+K2O 13.5〜15.5質量%。
その上下限の意義について述べる。SiO2は、耐候性
を確保する成分であり、66.0質量%より少ないと、
耐候性が低下するおそれがある。より好ましくは67.
0質量%以上である。また、74.0質量%を超える
と、粘性が高くなり、溶融が困難になるおそれがある。
より好ましくは73.0質量%以下、特に好ましくは7
2.0質量%以下である。
り、1.5質量%より少ないと、耐候性が低下するおそ
れがある。より好ましくは1.7質量%以上、特に好ま
しくは1.8質量%以上である。また、4.0質量%を
超えると、粘性が高くなり、溶融が困難になるおそれが
ある。この観点で、より好ましくは3.5質量%以下、
特に好ましくは3.3質量%以下である。
7.0質量%より少ないと、溶融性が低下するおそれが
ある。より好ましくは7.4質量%以上、特に好ましく
は8.4質量%以上である。また、10.0質量%を超
えると、失透しやすくなりフロートガラスに成形する際
の安定性が低下するおそれがある。より好ましくは9.
8質量%以下、特に好ましくは9.6質量%以下であ
る。
3.8質量%より少ないと、溶融性が低下するおそれが
ある。より好ましくは4.0質量%以上、特に好ましく
は4.2質量%以上である。また、6.0質量%を超え
ると、失透しやすくなりフロートガラスに成形する際の
安定性が低下するおそれがある。より好ましくは5.8
質量%以下、特に好ましくは5.6質量%以下である。
り、12.6質量%より少ないと、溶融性が低下するお
それがある。より好ましくは12.8質量%以上、特に
好ましくは13.0質量%以上である。また、14.6
質量%を超えると、耐候性が低下するおそれがある。よ
り好ましくは13.8質量%以下、特に好ましくは1
3.6質量%以下である。
0.4質量%より少ないと、溶融性が低下するおそれが
ある。より好ましくは0.5質量%以上、特に好ましく
は0.9質量%以上である。また、2.0質量%を超え
ると、耐候性が低下するおそれがあり、またガラス板の
コストも高くなる。より好ましくは1.8質量%以下、
特に好ましくは1.6質量%以下である。
O2、Al2O3、CaO、MgO、Na2OおよびK2O
の総和が、96質量%以上となることが好ましい。これ
より少ないと、物性が通常用いられるソーダライムシリ
ケートガラスから乖離して、従来のガラス板の製造工程
を大きく変更する必要が生じるおそれがある。
化点の低下を防ぐため、70.0質量%以上であること
が好ましく、線熱膨張係数が低下して結果として易強化
性が低下するのを防ぐため、74.0質量%以下である
ことが好ましい。CaOとMgOとの合量は、線熱膨張
係数が低下して結果的に易強化性が低下するのを防ぐた
め、12.0質量%以上であることが好ましく、軟化点
が低下するのを防ぐため、14.5質量%以下であるこ
とが好ましい。Na2OとK2Oとの合量は、線熱膨張係
数が低下して結果的に易強化性が低下するのを防ぐた
め、13.5質量%以上であることが好ましく、軟化点
が低下するのを防ぐため、15.5質量%以下であるこ
とが好ましい。
発明の効果を損なわない範囲で、SrOまたはBaOを
使用できる。また、Na2OまたはK2Oの代わりに、本
発明の効果を損なわない範囲でLi2Oを使用できる。
澄剤の残存成分、着色成分または光透過吸収機能の改善
成分等として、本発明の効果を損なわない範囲で、Fe
2O3、CoO、Se、NiO、Cr2O3、MnO、V2
O5、TiO2、CeO2、SnO、ZnO、SO3を添加
できる。
て、109ポアズの粘性を示す温度と1012ポアズの粘
性を示す温度との差(以下、本明細書では、「強化粘性
温度差」と呼ぶ)がある。強化粘性温度差が小さくなる
と、易強化性が向上する。具体的には、強化粘性温度差
が100℃以下であることが好ましく、95℃以下であ
ることが特に好ましい。ただし、強化粘性温度差が非常
に小さいガラスは、従来用いられているソーダライムシ
リケートガラスに比べて、軟化点などの物性が大きく異
なることが多い。したがって、このようなガラスを用い
るためには、生産工程を変更する必要が生じるため、現
実的とはいえない。現実的には、強化粘性温度差は90
℃以上である。
aOとMgOとの合量を増やすことが効果的である。一
方、CaOとMgOとの合量を増やすと、失透温度が上
昇し、フロート成形の安定性が低下するおそれがある。
また、軟化点が低下するおそれもある。
るガラス板の組成は、以下のような条件を満たすことが
特に好ましい。 Al2O3 2.0〜 4.0質量%、 CaO+MgO 12.5〜14.5質量%、 CaO/MgO(質量比)=1.7〜2.2。
ート成形の安定性をさほど損なうことなく、軟化点の比
較的高い、易強化ガラスを得ることができる。より好ま
しくは、以下のような条件を満たすことである。 Al2O3 2.5〜 4.0質量%、 CaO+MgO 13.0〜14.5質量%、 CaO/MgO(質量比)=1.7〜2.2。
限定されないが、たとえば、次のようにして製造でき
る。調合した原料を連続的に溶融炉に供給し、重油等に
より約1500℃に加熱してガラス化する。次いで、こ
の溶融ガラスを清澄した後、フロート法等により所定の
厚さのガラス板に成形する。次いで、このガラス板を所
定の形状に切断することにより、本発明のガラス板が製
造される。
る。強化処理は、前述のように、所定温度まで加熱した
後に、急冷することにより行われる。強化処理のための
加熱と同時に、曲げ成形や、セラミックペイントの焼付
けを行ってもよい。
灰、芒硝、酸化第二鉄、酸化チタン、酸化セリウムを用
い、表1に示す目標組成が得られるように調合したバッ
チを通常のタイプの溶融槽(O2濃度2%程度の雰囲
気)で溶融し、その溶融槽に接続された小型フロート試
験設備に溶融ガラスを供給してガラス板を製造した。各
ガラス板の物性と併せて表1に示す。各例はすべて実施
例である。
02に従って測定した50〜300℃の平均線熱膨張係
数であり、単位は×10-7/℃である。また、軟化点
は、JIS R3104に従って測定したもので、単位
は℃である。各成分の単位は質量%である。なお、例5
および例6以外は外挿計算により求めた。
ogη=9)およびT(logη=12)は、それぞれ
104ポアズ、109ポアズおよび1012ポアズの粘性と
なる温度であり、単位は℃である。これらは、回転円筒
法により測定した102〜105ポアズの粘性となる温度
とJIS R3104に従って測定した軟化点とをもと
にして作成した粘性曲線から算出した。また、失透温度
は、様々な温度に保持した電気炉内で加熱したガラス板
サンプルを急冷した後に、光学顕微鏡で観察して失透の
有無を調べて測定したものであり、単位は℃である。
度と1012ポアズの粘性となる温度との差で評価して、
表1の「強化粘性温度差」の欄に記載した。強化粘性温
度差が100℃以下だと易強化性が高く、95℃以下だ
と特に易強化性が高いといえる。
4ポアズの粘性となる温度との比較で評価して、表1の
「差(フロート成形性)」の欄に記載した。104ポア
ズの粘性となる温度が失透温度と同等以上に高ければ、
フロート成形が安定に可能である。次に、表1の例8に
記載したガラスについて、1350×550mmで厚さ
2.5mmのガラス板とし、640℃から熱伝達係数6
48W/m2Kの熱伝達係数で、冷却して、強化した。
2の手順に従って、ポイント3の位置を破砕する試験を
行ったところ、最も粗い破片が63〜142個となり、
強化が充分になされていることが確認された。
の強化方法によれば、厚さ2〜3mm程度の薄いガラス
板をであって、従来の3mm以上のガラス板と遜色のな
い強化度を持つガラス板が得られる。このような強化ガ
ラス板は、自動車、電車などの車両用の他、建築用のガ
ラス板等として有用である。
Claims (5)
- 【請求項1】50〜300℃における平均線熱膨張係数
が88×10-7/℃以上であり、軟化点が715〜74
0℃である、2〜3mm厚のガラス板の強化方法であっ
て、ガラス板厚をt(mm)とすると熱伝達係数h(W
/m2K)が以下の(1)式を満足するように、109〜
1010ポアズの粘性範囲にある冷却開始温度から1012
ポアズの粘性になる温度まで冷却することを特徴とする
ガラス板の強化方法。 h>4970.5−3149.9t+550.3t2・・(1) - 【請求項2】50〜300℃における平均線熱膨張係数
が88×10-7/℃以上であり、軟化点が715〜74
0℃である、2〜3mm厚のガラス板の強化方法であっ
て、ガラス板厚をt(mm)とすると熱伝達係数h(W
/m2K)が以下の(2)式を満足するように、109〜
1010ポアズの粘性範囲にある冷却開始温度から1012
ポアズの粘性になる温度まで冷却することを特徴とする
ガラス板の強化方法。 h>2123.6・t−1.4641・・(2) - 【請求項3】 SiO2 66.0〜74.0質量%、 Al2O3 1.5〜 4.0質量%、 CaO 7.0〜10.0質量%、 MgO 3.8〜 6.0質量%、 Na2O 12.6〜14.6質量%、 K2O 0.4〜 2.0質量%、 これらの成分の総和が96質量%以上であり、 SiO2+Al2O3 70.0〜74.0質量%、 CaO+MgO 12.0〜14.5質量%、 Na2O+K2O 13.5〜15.5質量%、 なる組成を有するガラス板を強化する請求項1または2
に記載のガラス板の強化方法。 - 【請求項4】 Al2O3 2.0〜 4.0質量%、 CaO+MgO 12.5〜14.5質量%、 CaO/MgO(質量比)=1.7〜2.2、 なる組成を有するガラス板を強化する請求項3に記載の
ガラス板の強化方法。 - 【請求項5】 SiO2 66.0〜74.0質量%、 Al2O3 2.0〜 4.0質量%、 CaO 7.0〜10.0質量%、 MgO 3.8〜 6.0質量%、 Na2O 12.6〜14.6質量%、 K2O 0.4〜 2.0質量%、 これらの成分の総和が96質量%以上であり、 SiO2+Al2O3 70.0〜74.0質量%、 CaO+MgO 12.5〜14.5質量%、 Na2O+K2O 13.5〜15.5質量%、 CaO/MgO(質量比)=1.7〜2.2、 なる組成を有するガラス板。
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