CN1134336A - 加工板状玻璃边缘的方法、热强化板玻璃以及防火器具 - Google Patents

加工板状玻璃边缘的方法、热强化板玻璃以及防火器具 Download PDF

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Abstract

本发明提供了加工板玻璃端部边缘的方法，包括第一道研磨工序将板玻璃的端面研磨成向外凸出弯曲的曲面形状，和加工工序，将第一道研磨工序在板玻璃端面形成的曲面部位和板玻璃正反平面之间的边缘，进一步加工成比第一道工序更光滑的程度；并提供了利用这种方法的热强化板玻璃，以及使用了这种板玻璃的防火器具。

Description

加工板状玻璃边缘的方法、 热强化板玻璃以及防火器具
本发明关于，如加工可应用于防火门窗等防火器具的板状玻璃边缘的方法，和使用了这种方法的热强化板玻璃，及使用了这种热强化板玻璃的防火器具。
在将板玻璃用于防火门等防火器具时，为了防止板玻璃的热裂现象，必须提高玻璃的边缘强度。所说的板玻璃热裂现象，是当板玻璃受热时，在板玻璃的中央部位由于产生热膨胀，支撑在窗框等处的板玻璃边缘部分受到拉伸应力的作用，这种拉伸应力超过板玻璃边缘应有的强度时，所产生的破裂现象。
作为防火用板玻璃，已知有夹层玻璃，它掺夹有由夹网玻璃和含水硅酸盐形成的中间层。前者具有因内装网遮挡视野而损伤透视性的危险。后者具有因中间层受热起泡变得不透明而损伤透视性的危险。作为消除这些缺点的办法是对钠钙系列玻璃进行热强化处理。
作为热强化处理，是将板玻璃置于玻璃软化点(720～730℃)更高的温度内(约760℃)进行加热，在连续进行空气冷却中，以背压950mmAq非常高的压力进行吹拂冷却空气的方法。但是像这样的板玻璃热强化处理，可以达到所预定的边缘强度，由于对在超过玻璃软化点的高温区域内加热的板玻璃吹拂强压空气，破坏了玻璃表面的平坦性，而产生翘曲，带来反射映像不好的危险。
过去，作为加工这种板玻璃边缘的方法，为了形成平整的边缘，如图6(a)，(b)所示，使圆盘轮20，在其轴心周围旋转，使轮的侧面20a与板玻璃21的边缘21a和棱角21b相接触，进行研磨。在此，所说的圆盘轮，在其轮的侧面20a上付设研磨用的金刚石或磨石。
在这种加工板玻璃边缘的方法中，由于对边缘部位的研磨，在棱角处会产生肉眼难以观察到的细小研磨沟。由此，伴随着热膨胀的热应力会很容易地集中作用在研磨沟上，特别是在上述钠钙系列的玻璃(没有进行热强化处理的)中，存在着不可能期望获得很高的边缘强度的缺点。
因此，为了作防火板玻璃来使用，必须实施上述的热强化处理。其结果是会带来因热强化处理而产生不好的现象。为了消除这种热强化处理所带来的不好现象(表面不平坦、产生翘曲现象)，当实施加热温度和吹拂空气的背压比过去热强化处理时更低的值进行热强化处理(低热强化处理)时，例如作为防火门，不可能获得适宜的边缘强度。
本发明的目的是提供一种加工板玻璃边缘的方法，该方法可以消除以前技术所具有的缺点，并能提高板玻璃的边缘强度，和利用这种方法确保板玻璃边缘达到所定强度的热强化板玻璃，及使用了这种热强化板玻璃的防火器具。
为了达到上述目的，本发明的加工板玻璃边缘的方法技术特征是经过第一道研磨工序，将板玻璃的端面研磨成向外凸出弯曲的曲面形状，至少在第一道研磨工序中，在上述板玻璃端面形成的曲面和上述板玻璃正反平面的边缘部位，进一步加工，达到比第一道工序研磨的更加光滑。
一般讲，在板玻璃内生的应力很容易集中在棱部。根据本发明的加工板玻璃边缘的方法，经过第一道研磨工序，至少将板玻璃的端面研磨成向外凸出的弯曲的曲面形状，再进一步加工，将第一道研磨工序在板玻璃端面形成的曲面和上述板玻璃正反平面的边缘部位加工成比第一道工序研磨的更加光滑，这可以使应力难以集中在板玻璃的端部边缘处。特别是，由于实施了对曲面部位的板玻璃正反平硕部位的边缘处加工到比第一道工序研磨的更加光滑地加工的工序，当消除了棱角部位时，与此同时形成更加光滑的加工表面，所以也就很容易地防止了应力集中。其结果与过去相比，就能够大大提高板玻璃的边缘强度。
若要增加边缘强度，可实施热强化处理，即使在比过去更低的温度下加热，或比过去更低的压力吹拂空气，以实施热强化处理，仍可以确保所规定的热处理后的边缘强度。结果防止了像过去那样失去了玻璃表面的平坦性，产生了翘曲和反射映像不好的现象。进而也可以降低热强化处理设备的运行费用。
因此，根据本发明的加工板玻璃边缘的方法，可以很容易防止所产生的应力集中作用于板玻璃的边缘部位，与过去相比可大大增加板玻璃的边缘强度。与此同时，即使采用比过去更简便的方法对板玻璃进行热强化处理，仍可以维持作防火玻璃的性能、作为板玻璃、其质量提高并也可以降低热强化处理设备的运行费用。
上述加工工序可以根据抛光研磨、加热熔融，或化学溶解等种种方法，进行实施。
加工工序，如果采用抛光研磨，由于研磨表面的凹凸程度可磨到数μm量级，所以可更加提高板玻璃的边缘强度。
再有，上述加工工序，如果采用加热熔融法实施，可以将利用上述加工工序加工的面，加工成和板玻璃表面相同的面，这样，作用于板玻璃的应力可以全部由端部边缘所承受。其结果可以更加增加板玻璃的边缘强度。
进而，上述加工工序，如采用化学溶解法实施，加工工序采用简单的作业操作就可实施，而且也可以提高板玻璃端部边缘加工作业的效率。
进而为达到上述目的，有关本发明的热强化板玻璃的技术特征是，当整面上实施热强化处理的板玻璃的边缘，在板玻璃厚度方向上的大约中间部位，向板玻璃面方向的外侧，形成凸出弯曲的曲面形状，同时，曲面边缘处的表面凹凸程度加工到低于0.5mm，上述曲面边缘和上述板玻璃正平面的边缘部位，表面的凹凸程度可加工到低于0.007mm。
采用这种技术特征，整个面上施以热强化处理的板玻璃边缘部位，在板玻璃厚度方向上的中间部位，向板玻璃面方向的外侧，形成凸出弯曲的曲面边缘，同时，这个曲面边缘的表面，最大凹凸程度加工到低于0.05mm，上述曲面边缘部位和板玻璃正反平面部位的边缘部位，表面最大凹凸程度可加工到低于0.007mm，因此，制作的热强化板玻璃，其应力难以集中在端部边缘处。
即，在板玻璃端部边缘处形成的曲面边缘，当表面最大凹凸程度在0.05mm以下时，就为加工到了光滑的状态，而且，由于在曲面边缘处不再呈棱角状，所以可避免了应力集中在曲面边缘处。再者，上述曲面边缘处和上述板玻璃正反平面间的边缘部位，当表面最大凹凸程度在0.007mm以下时，由于加工成更加光滑的状态，即使作为板玻整体看，很容易引起应力集中的棱角部位消失了。其结果，可避免了应力向板玻璃端部边缘处集中，从而也就在构造上提高了边缘强度。这种边缘强度约为4kgf/mm2以上。
即使是难以产生应力集中的曲面形状，当凹凸程度大于0.05mm时，在凹凸的凹部和突出部，应力仍容易集中。再有，上述曲面边缘部位和上述板玻璃正反平面部位之间的边缘处，面与面之间的变化，当最大凹凸程度超过0.007mm时，应力很容易集中在凹凸之间的凹部和突出部。
这样，如按上述办法提高边缘强度，实施热强化处理，即使以比过去更低的温度加热，以比过去更低的压力吹拂空气，以实施热强化处理，仍可以确保所定热强化处理后的边缘强度，从而防止了过去那种玻璃表面产生不平坦性和翘曲，反射映像不好的现象。
因此，根据本发明的热强化板玻璃，即使以比过去更简便的方法对板玻璃进行热强化处理，也能维持作防火玻璃的性能，作为板玻璃的质量提高了，而且也降低了热强化处理设备的运行费用。
进而根据权利要求5所记载的，热强化处理产生的表面压缩应力最好在17kgf/mm2以上。
根据日本建设省公告第1125号，作为防火试验用的甲种和乙种防火门而使用热强化板玻璃时，板玻璃的边缘强度没有确保在21kgf/mm2以上时，就会有产生上述热破裂现象的危险(作为板玻璃的支撑状态，如图2所示，在板玻璃周边处和门框的有关深度尺寸(叫作按装余量)d为10mm，用热传导性良好的固定金属框9夹持住周边时)。但是若根据本发明权利要求5的结构，由于热强化处理产生的表面压缩应力在17kgf/mm2以上，而利用上述加工玻璃边缘产生的边缘强度在4kgf/mm2以上，合在一起，实际上可保证边缘强度在21kgf/mm2以上，可以作为上述甲种和乙种防火门使用，没有任何问题。
当以安装余量d为15mm来支撑板玻璃时，玻璃周边和中间部位的温度差比较大，因而表面压缩应力必须在18kgf/mm2以上。
上述安装余量d取为15mm，且，没有使用固定金属框9的支撑状态时(参照图5)，表面压缩应力必须在22kgf/mm2以上。
即，无论采用上述何种支撑状态，也都可以作甲种或乙种防火门使用。
再有，本发明的防火器具的特征结构在于使用上述热强化板玻璃，由此可以提供防火性能更加优异的防火门和防火窗一类的防火器具。
图1(a)、(b)表示说明有关本发明的加工板玻璃边缘的实施例。
图2表示图1实施例的防火门主要部分的断面图。
图3表示实施例的安装板玻璃的状况断面图。
图4表示另一实施例的安装板玻璃的状况断面图。
图5表示实施例的防火门主要部分断面图。
图6(a)、(b)表示说明过去的加工板玻璃边缘的方法。
参照附图详细说明本发明的实施例。
图2表示，根据本发明加工板玻璃边缘方法的一实施例，将在其边缘处2加工过的板玻璃3，安装在门框1上而形成的防火门4。
上述门框1是，由形成门框部分的环状框本体5，和在这窗框本体5的框内周部分安装离合自由，并将上述板玻璃23固定在框本体5内的固定部件6而构成的。
上述窗框本体5和支承部件6都由金属制成，这是考虑当火灾发生时仍能支承住板玻璃3。上述支承部件6由一对角形件构成，在这些角形件间安装上述窗框本体5，使之形成为能够固定上述板玻璃3的边缘处2的间隙7。
在上述问题7中设有具备保护上述板玻璃3边缘端部机能的，氯丁橡胶制的调节定位块8，和固定在支承件6内夹持板玻璃3的边缘2的支承金属夹9。调节定位块8设置在上述窗框1下边的间隙7中。
上述支承金属夹9是由金属薄板制成，根据板玻璃3在上述间隙7中所设定的位置，形成对端部边缘2可以弹簧夹持固定。具体讲，板玻璃3的端部边缘2大致为全长的长度尺寸来形成。这样，这个支承金属夹9，如图2所示，从端部边缘2的长的方向看，其断面形状，角度张开略呈「U」字形状(去掉六角图形的一个上边的形状)，上述「U」字形状的两端分别在板玻璃3的正反面上形成线接触。支承金属夹9的外径尺寸，由于比间隙7的幅宽尺寸大，所以能以夹持状态将板玻璃3的端部边缘2置于间隙7中，受到来自支承部件6的夹持压力，可以强有力地夹持固定住上述板玻璃3。其结果，可以防止火灾时板玻璃3受热变形而引起玻璃周边部分脱落。
另外，由于支承金属夹9是由金属(如，铁或不锈钢)制成，热传导性好，很容易快速与环境温度相适应。在火灾发生时，所支承着的上述板玻璃3的周边部位也很容易传热，周边部位和中间部位难以形成温度差，所以板玻璃3也就难以被破坏。将板玻璃3的破坏难度，换算成边缘处产生的应力时，对于图2所示支承部件6，板玻璃3的安装余量d通常保持在15mm，这时产生的应力约为22kgf/mm2。但是，安装余量d小于10mm的支承状态下，由于板玻璃中间部位和边缘部位之间的温度差较小，产生的应力缓和大约1kgf/mm2，则约为21kgf/mm2。
下面，对板玻璃3进行说明。
这种板玻璃3是以不用吊具制法制成的钠钙系列板玻璃，由于经过下述的边缘加工工序后实施热强化处理。
上述板玻璃3，经过第一道研磨工序，使板玻璃3在其端面厚度方向上的大致中间部位，经研磨形成向板玻璃3的面方向外侧凸出弯曲的曲面形状(被研磨面的最大凹凸程度在0.05mm以下)，对第一道研磨工序在板玻璃3的端面形成的曲面边缘3a和板玻璃3正反平面3b之间的边缘部3c，进一步进行加工研磨，使其比第一道工序研磨的更加光滑(加工面的最大凹凸程度在0.007mm以下)。
具体讲，上述第一研磨工序，如图1(a)所示，使轴心旋转的圆筒轮10的外周面进行研磨，以平行旋转圆筒轮型研磨方式的研磨方法进行实施。上述圆筒轮10，它的外周面形成为使之在轴心方向上的大致中间部位的外径尺寸为小直径，这种结构可将研磨部分的板玻璃端面，研磨成向外突出的曲面形状。这样，上述圆筒轮10的外周面形成粒度小于200#的细研磨面。
在第一道研磨工序中被研磨的曲面3a被加工成表面的凹凸程度为0.03mm。这种加工面，由于是非常细的凹凸面，所以很容易避免板玻璃3产生应力集中作用的现象。
再者，第一道研磨工序中的研磨方向，由于设定为沿着板玻璃端面的纵向，伴随研磨形成的伤痕同样沿着板玻璃端面的纵向形成，从而很容易避免沿板玻璃3板面作用的热破坏力等的集中。
上述加工工序，如图1(b)所示，实施的研磨方法是被二个旋转轴靠皮带旋转研磨用皮带11的外周面而进行研磨的抛光研磨方式。这种抛光磨也叫做极上加工，一般使用用羊皮形成的皮带11进行研磨。在进行这种研磨时，一边将氧化铈(非常细小粒度的研磨粉)水溶液喷撒在被研磨部位，一边进行研磨，使表面粗糙度(板玻璃正反面的表面粗糙度大致相等)达到3-7μm细度为止，出现光泽也是可能的，这样很难引起应力向边缘3c处集中。不过，当实施本发明时，作为研磨剂并不只限定于上述的氧化铈，只要是对这种细微的凹凸面可以进行加工，也可以使用其它研磨制。
这样，依靠上述第一道研磨工序及再加工工序，可以使所产生的应力难以集中在板玻璃3的端部边缘处。特别是很容易地避免了沿板玻璃3板面作用的应力产生集中。结果，即使受火灾产生的热，难以发生破坏现象，确认其边缘强度可以达到约4kgf/mm2以上。
正如上述，例如，根据日本公告第1125号进行防火试验，使用作为甲种或乙种防火门的板玻璃时，以图5所示一般的防火旋工，板玻璃的边缘强度必须确保在26kgf/mm2以上(上述安装余量在15mm时)，但若采用本实施例的板玻璃3，利用支承金属夹9进行支承时会缓解产生应力的4kgf/mm2，再加上端面的加工更可以确保边缘强度在4kgf/mm2以上，因此利用热强化处理，只要达到最低18kgf/mm2的强化就可以了。再有，上述安装余量保持在10mm的状态下，板玻璃中间处和周边处的温度差多少会减少些，这样产生的热应力也减少，利用热强化处理只要达到最低17kgf/mm2的强化就可以了。
因此，当板玻璃3进行热强化处理时，不是按照像过去一样，将板玻璃3进行760℃加热，吹拂冷却空气时，喷咀的背压为950mmAq而进行实施时，例如，加热温度在玻璃软化点(720～730℃)以下，冷却空气吹拂背压为500mmAq，仍可以确保所规定的边缘强度。结果防止了伴随热强化处理板玻璃质量下降的现象(失去了表面的平坦性，产生翘曲现象)，会得到很好的合格率，同时，也降低了热强化处理设备的运行费用。
另外，对经过热强化处理的板玻璃3的边缘强度(以表面压缩应力作代用特性)的测定，可采用全反射应力测定法。这种全反射应力测定法，是将比板玻璃的折射率稍大的棱镜置于被测板玻璃表面上，以大致等于全反射临界角的角度入射聚集在被测定点上的圆偏光光束，以刻记来测定利用已知应力校准出现在反射光观察望远镜视野中明暗的全反射界线之间的偏离量。
下面说明另一实施例。
(1)上述第一道研磨工序，并不只限定在上一例中说明的采用平行旋转圆筒轮型的研磨方式的研磨方法。例如，和使用杯型轮研磨方法并用(在轮的面上附设研磨用金刚石或磨石)和抛光磨的研磨方法，而且也可以是将其并用的研磨方法。
上述的加工方法，也不只限定于上一例中说明的抛光研磨，例如，也可以在板玻璃3端部边缘处进行局部加热熔融的方法，或者化学溶解的方法。总而言之，至少将上述第一道研磨工序研磨的曲面3a和板玻璃3正反平面3b之间的边缘部位c，进一步加工，加工到比第一道工序更加光滑为止。这样，最好是曲面边缘处3a的表面最凹凸程度在0.05mm以下，上述边缘3c处表面最大凹凸程度在0.007mm以下。
(2)根据本实施加工的板玻璃3，和窗框本体5的安装并不只限定于上一实施例。例如，如图3所示，作为所用的支承金属夹，如果使用金属制的弹性支承金属夹9a，与框本体5进行面接触固定时，向框本体5的辐射热可以很有效地从支承金属夹9a传播到板玻璃3的周边处，板玻璃的中间部位和周边的温度差也就很小，可以确保不易破坏。
(3)作为安装状态的其它实施例，如图4所示，利用嵌在框本体5的押边5a内的金属制弹性支承金属夹9b和不燃性板(例如，轻质碳酸钙板)进行夹持固定。
(4)再有，如图5所示，其结构是不使用支承金属夹9，在板玻璃3和支承部位6之间的间隙7中，塞入陶瓷纤维(rope)S1和陶瓷薄片S2，以支承板玻璃3。
当采用如此结构，使安装余量保持在通常的15mm时，伴随板玻璃端面的加工，可以确保边缘强度约为4kgf/mm2，因此再进行热强化处理，只要达到最低22kgf/mm2的强化就可以了。当安装余量保持在10mm时，由于板玻璃中间部位和周边部位的温度差多少都会减少，从而产生热应力也就减少，热强化处理可以获得最低20kgf/mm2的强化。

Claims (10)

1.一种加工板玻璃端部边缘的方法，其特征在于：第一道研磨工序：将板玻璃(3)的端面研磨成向外侧凸出弯曲的曲面形状；和加工工序：至少将通过第一道研磨工序在板玻璃(3)的端面形成的曲面部位(3a)和板玻璃(3)正反平面(3b)之间的边缘(3c)，进行比第一道研磨工序更光滑地进行加工。
2.根据权利要求1的加工板玻璃端部边缘的方法，其特征在于：通过上述第一道研磨工序，将板玻璃(3)的曲面研磨面研磨到其最大凹凸程度在0.05mm以下，同时，通过加工工序，将边缘(3c)的加工面，加工成最大凹凸程度在0.007mm以下。
3.根据权利要求1或2的加工板玻璃端部边缘的方法，其特征在于：采用抛光研磨、加热熔融、或化学溶解中任何一种方法进行上述加工工序。
4.根据权利要求1或2的加工板玻璃端部边缘的方法，其特征在于：上述第一道研磨工序采用的研磨方法是使用绕轴心旋转的圆筒轮(10)的外周面而进行研磨的平行旋转圆筒轮型研磨方式。
5.一种热强化板玻璃，全面施以热强化处理，边缘部位，大致在上述板玻璃(3)的面方向外侧，凸出弯曲的曲面形状的曲面边缘(3a)，其特征在于：曲面边缘部位(3a)，加工到表面最大凹凸程度在0.05mm以下，上述曲面边缘部位(3a)和上述板玻璃(3)正反平面(3b)之间的边缘部位，被加工到表面最大凹凸程度在0.007mm以下。
6.根据权利要求5的热强化板玻璃，其特征在于：通过热强化处理使表面压缩应力为17kgf/mm2以上。
7.一种防火器具，门框(1)：备有门框部分设有形成环状的金属制框本体(5)和安装在该框本体(5)上，支承板玻璃的金属支承部位(6)，其特征在于：上述板玻璃(3)是权利要求(5)的热强化板玻璃。
8.根据权利要求7的防火器具，其特征在于：上述支承部件(6)由一对部件构成，在这些部件间形成的间隙7中，配置支承金属夹(9)，夹持住上述板玻璃(3)的边缘(2)，将上述板玻璃(3)固定在上述支承部件(6)中。
9.根据权利要求7的防火器具，其特征在于：上述支承部件(6)由一对部件构成，在这些部件间形成的间隙7中，配置支承金属夹(9)和不燃性板，夹持住上述玻璃(3)边缘(2)，将上述板玻璃(3)固定在支承部件(6)中。
10.根据权利要求7的防火器具，其特征在于：上述支承部件(6)由一对部件构成，在这些部件间形成的间隙7中，配置陶瓷材料，夹持住上述板玻璃(3)边缘(2)，将上述板玻璃(3)固定在支承部件(6)中。
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