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

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JP2003171131A JP2002072190A JP2002072190A JP2003171131A JP 2003171131 A JP2003171131 A JP 2003171131A JP 2002072190 A JP2002072190 A JP 2002072190A JP 2002072190 A JP2002072190 A JP 2002072190A JP 2003171131 A JP2003171131 A JP 2003171131A
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glass plate
strengthening
mgo
cao
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Kazunari Yoda
和成 依田
Yasuzane Kato
保真 加藤
Shuichi Akata
修一 赤田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】板厚が２〜３ｍｍ程度であっても容易に強化を
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

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱による強化をし
やすいガラス板およびその強化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、熱による強化ガラスの素板とし
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、自動車の軽量化
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。
【０００４】そこで、本発明は、板厚が２〜３ｍｍ程度
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
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）。
【０００６】また、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
〜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）。
【０００７】特に、 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上記ガラス板の強
化方法を提供する。
【０００８】さらに、 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上記のガラス板の
強化方法を提供する。
【０００９】本発明によれば、厚さ２〜３ｍｍ程度の薄
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。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
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。
【００１１】また、本発明の強化方法に用いるガラス板
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。
【００１２】さらに、本発明は、ガラス板厚をｔ（ｍ
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。
【００１３】冷却開始温度が１０9ポアズの粘性を示す
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。
【００１４】（１）および（２）式は、Ｎａｒａｙａｎ
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。
【００１５】本発明におけるガラス板は、具体的には、
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％。
【００１６】以下に、この組成における各成分の意味と
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。
【００１７】Ａｌ2Ｏ3は、耐候性を確保する成分であ
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。
【００１８】ＣａＯは、溶融性を向上する成分であり、
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。
【００１９】ＭｇＯは、溶融性を向上する成分であり、
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。
【００２０】Ｎａ2Ｏは、溶融性を向上する成分であ
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。
【００２１】Ｋ2Ｏは、溶融性を向上する成分であり、
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。
【００２２】本発明におけるガラス板の組成では、Ｓｉ
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。
【００２３】また、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3との合量は、軟
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。
【００２４】なお、ＣａＯまたはＭｇＯの代わりに、本
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。
【００２５】さらに、本発明におけるガラス板には、清
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。
【００２６】ガラス板の易強化性を示す１つの目安とし
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。
【００２７】強化粘性温度差を小さくするためには、Ｃ
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。
【００２８】このような点を考慮すると、本発明におけ
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。
【００２９】このような条件を満たすことにより、フロ
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。
【００３０】本発明におけるガラス板の製造法は、特に
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。
【００３１】その後、切断したガラス板を強化処理す
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。
【００３２】
【実施例】原料としてケイ砂、長石、苦灰石、ソーダ
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。
【００３３】
【表１】
【００３４】表１で、線熱膨張係数は、ＪＩＳ Ｒ３１
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。
【００３５】表１におけるＴ（ｌｏｇη＝４）、Ｔ（ｌ
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。
【００３６】易強化性は、１０9ポアズの粘性となる温
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。
【００３７】フロート成形の安定性は、失透温度と１０
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。
【００３８】得られた強化ガラス板をＪＩＳ Ｒ３２１
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。
【００３９】
【発明の効果】以上のように、本発明のガラス板と、そ
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。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G015 CA02 CA10 CB01 4G062 AA01 BB03 CC04 DA06 DA07 DB03 DC01 DD01 DE01 DF01 EA01 EB04 EC02 EC03 ED03 EE03 EF01 EG01 FA01 FB01 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM01 NN29 NN33 NN34

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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）
  2. 【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）
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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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