JP2004099370A

JP2004099370A - 防火ガラス

Info

Publication number: JP2004099370A
Application number: JP2002263937A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Hashibe; 橋部　吉夫
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【目的】火災時において、非難活動や消化活動に支障をきたさず、防火性能が高く、うねりやそりがない防火ガラスを提供することである。
【構成】質量％で、ＳｉＯ_２　５０〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３　１０〜３５％、Ｌｉ_２Ｏ　０．５〜１５％の組成を有し、イオン交換処理されたガラスからなることを特徴とする。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防火設備及び特定防火設備として使用される防火ガラスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、防火ガラスとしては、網入りガラス、風冷強化ソーダ石灰ガラス、風冷強化硼珪酸ガラスが用いられてきた。
【０００３】
網入りガラスは、金属網をガラス板全面に亘って肉厚の略中間に埋設することによって、機械的強度や熱的強度を向上させた防火ガラスである。一方、風冷強化ソーダ石灰ガラスや風冷強化硼珪酸ガラスは、ガラス板をガラスの軟化点以上の温度で加熱した後、冷却空気を高圧で吹き付けることにより、ガラス板の表面層に圧縮応力を付与させて強化する、いわゆる風冷強化処理が施され、機械的強度や熱的強度を向上させた防火ガラスである。
【０００４】
また、上記以外にも、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスをイオン交換処理して強化した防火ガラスが開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１８２１８２号公報
【特許文献２】
特許第２５５９５７２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、網入りガラスは、埋設された金属網があるため、意匠性が悪いだけでなく、火災時においても、避難活動や消火活動に支障をきたす。また、熱膨張係数が略９０×１０^−７／℃と大きいので、耐熱性に劣り、火災時には破損してしまうという問題を有していた。
【０００７】
また、風冷強化硼珪酸ガラスや風冷強化ソーダ石灰ガラスは、機械的強度を向上させるためには、風冷強化処理温度を、ガラスの軟化点と略同等かもしくはそれ以上の温度にして風冷強化処理を行わなければならず、その結果、ガラス表面にうねりが生じたり、ガラスに反りが発生したりして、像の歪みが生じやすい。
【０００８】
また、特許文献１（特開平１０−１８２１８２号公報）や特許文献２（特許第２５５９５７２号公報）に記載のイオン交換強化ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスは、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が５％以下と少なく、また、アルカリ酸化物として、Ｌｉ_２Ｏを含有せず、Ｎａ_２ＯやＫ_２Ｏしか含まないため、イオン交換処理によって機械的強度が向上する程度が低く、防火性能が低い。
【０００９】
本発明の目的は、火災時において、非難活動や消化活動に支障をきたさず、防火性能が高く、うねりやそりがない防火ガラスを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の防火ガラスは、質量％で、ＳｉＯ_２　５０〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３　１０〜３５％、Ｌｉ_２Ｏ　０．５〜１５％の組成を有し、イオン交換処理されたガラスからなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の防火ガラスは、Ａｌ_２Ｏ_３を多量に含有し、Ｌｉ_２Ｏを含有するアルミノシリケートガラスからなるため、具体的には、質量％で、ＳｉＯ_２　５０〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３　１０〜３５％、Ｌｉ_２Ｏ　０．５〜１５％の組成を有し、イオン交換処理されたガラスからなるため、機械的強度や耐熱衝撃強度が高く、防火性能に優れる。
【００１２】
上記のようにガラス組成を限定した理由は、以下の通りである。
【００１３】
ＳｉＯ_２は、ガラスの骨格を形成する成分であり、その含有量は５０〜７５％、好ましくは５５〜７５％、より好ましくは６０〜７２％である。ＳｉＯ_２が５０％よりも少ないと、歪点が低下するとともに熱膨張係数が大きくなって、耐熱衝撃強度が低くなり、７５％より多いと、ガラスの溶融が困難になる。
【００１４】
Ａｌ_２Ｏ_３もＳｉＯ_２と同様に、ガラスの骨格を形成する成分であり、その含有量は１０〜３５％、好ましくは１０〜３０％、より好ましくは１２〜２８％である。Ａｌ_２Ｏ_３が１０％よりも少ないと、歪点が低下して耐熱衝撃強度が低くなるとともに、イオン交換処理に時間がかかり、イオン交換処理を施しても機械的強度が向上する程度が低い。３５％よりも多いと、ガラスが失透しやすく、またガラスの粘度が高くなり、ガラスの溶融が困難になる。
【００１５】
Ｌｉ_２Ｏは、ガラスの粘度を調整するとともに、イオン交換成分であり、合量で０．５〜１５％、好ましくは１〜１０％、より好ましくは１〜７％である。Ｌｉ_２Ｏが０．５％よりも少ないと、イオン交換しても充分な機械的強度を得ることができず、１５％よりも多いと、ガラスが失透しやすくなる。
【００１６】
また、本発明の防火ガラスのガラス組成としては、上記成分以外にも、ガラスの粘性、熱膨張係数、失透性、溶融性等を調整する目的で、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＢａＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５等を各々１０％まで、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３及びＣｌからなる群より選ばれた一種又はニ種以上の清澄剤を合量で２％まで含有させることができる。尚、Ａｓ_２Ｏ_３は、環境上、有害であるため使用しない方がよい。
【００１７】
また、本発明の防火ガラスは、歪点が６００℃以上、熱膨張係数が２０〜６０×１０^−７／℃、可視光域の平均透過率が９０％以上であるガラスからなると、耐熱衝撃性や耐熱性に優れ、イオン交換処理時の急熱急冷にも耐えることができるため好ましい。
【００１８】
上記した特性を有するガラスとしては、ＳｉＯ_２　６０〜７２％、Ａｌ_２Ｏ_３　１２〜２８％、Ｌｉ_２Ｏ　１〜７％、Ｎａ_２Ｏ　０〜５％、Ｋ_２Ｏ　０〜５％、ＭｇＯ　０〜５％、ＺｎＯ　０〜５％、ＢａＯ　０〜８％、ＴｉＯ_２　０〜８％、ＺｒＯ_２　０〜７％、Ｐ_２Ｏ_５　０〜７％、Ｓｂ_２Ｏ_３　０〜２％、ＳｎＯ_２　０〜２％の組成を有するガラスであると好ましい。
【００１９】
また、本発明の防火ガラスは、フロート法、ダウンドロー法、ロールアウト法等の周知の成形法によって作製されたガラス板を使用できる。
【００２０】
次に、本発明のイオン交換処理方法について以下に説明する。
【００２１】
まず、上記した組成を有するガラス板を、ガラスの軟化点以下の温度、より具体的にはガラスの徐冷点よりも少し低い温度に保った硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）等の溶融塩に、４〜４８時間浸漬させる。この処理によって、ガラス表面において、ガラス中のイオン半径の小さいＬｉ^＋イオンと、溶融塩中のイオン半径の大きいＮａ^＋イオンもしくはＫ^＋イオンとのアルカリイオンの交換反応が進行し、ガラス表面の容積増加が起こり、ガラス表層中に圧縮応力が発生し、その結果、ガラス板の機械的強度が向上する。
【００２２】
このようにイオン交換処理によって化学強化されたガラスは、風冷強化処理に代表される物理強化されたガラスよりも、２倍以上の機械的強度を得ることができる。
【００２３】
また、イオン交換処理方法は、形状や肉厚の制約を受けず、徐冷点よりも低い温度で処理を行うため、ガラスの寸法変化や変形を伴わず、また表面の硬度が高くなるため、キズがつきにくく、さらには、イオン交換処理を行った後でも切断加工、端面加工等の加工が可能であるという特徴を有するものである。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の防火ガラスを実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
表１は、実施例と比較例１〜３を示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
実施例及び比較例３の防火ガラスは以下のようにして作製した。
【００２８】
まず、表中の組成になるように調合したバッチ原料を溶融窯に投入し、１６００〜１６５０℃で溶融した後、溶融ガラス生地を、ロール成形し、次いで徐冷して、９００×１８００×５ｍｍのガラス板を作製した。尚、比較例１は、市販の肉厚が５ｍｍのソーダ石灰ガラス板（窓板）を、比較例２は、市販の肉厚が５ｍｍの硼珪酸ガラス板を用いた。
【００２９】
次にこれらのガラス板から熱膨張係数、軟化点、歪点測定用試料を切り出した。
【００３０】
さらに、２５×６０×５ｍｍの曲げ強度測定用試料と、９００×６００×５ｍｍの防火試験用試料を切り出し、曲げ強度測定用試料と防火試験用試料については、イオン交換処理又は風冷強化処理を施した。
【００３１】
すなわち、実施例及び比較例３は、試料を５００℃に保持したＫＮＯ_３溶融塩中に２４時間浸漬することによってイオン交換処理を行った。また、比較例１及び２は、試料を軟化点と同じ温度に設定した電気炉中に入れ、１時間保持した後取り出し、冷却空気を吹き付けることによって風冷強化処理を行った。
【００３２】
表１から明らかなように、本発明の実施例は、イオン交換処理により、曲げ強度が非常に高くなったため、防火試験で破損せず、また、イオン交換処理後の外観品位も、うねりや反りがなく問題がなかった。さらに、熱膨張係数が４２×１０^−７／℃低く、歪点が６４０℃と高いため、耐熱衝撃性にも優れていると判断される。
【００３３】
一方、比較例１及び２は、風冷強化処理によって、曲げ強度が高くなり、防火試験で破損しなかったものの、風冷強化処理後の外観品位が悪く、像がゆがんで見えた。比較例３は、イオン交換処理後の外観品位は問題なかったが、イオン交換処理を行ったものの、曲げ強度が１９０ＭＰａと低めで、防火試験において、破損した。
【００３４】
尚、表中の３０〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は、Ｄｉｌａｔｏ計を用いて測定した。軟化点及び歪点は、Ｆｉｂｅｒ　Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ法によって測定した。
【００３５】
また、イオン交換や風冷強化処理の前後で、機械的強度を曲げ強度によって評価し、曲げ強度は３点荷重法を用いて測定した。
【００３６】
外観品位は、イオン交換処理や風冷強化処理を行った後のガラス板の外観を目視によって観察し、全く像に歪みが見られない場合を「○」、像にゆがみがみられる場合を「×」とした。
【００３７】
防火性能は、試料の片面に加熱炉をセットし、ＩＳＯ８３４の標準加熱曲線に準じ、２０分後に７８１℃、６０分後に９４５℃となるように加熱し、加熱後６０分経過しても、試料が破損せず、防火試験に合格したものを「○」、試料が破損し、防火試験に合格しなかったものを「×」として評価した。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の防火ガラスは、機械的強度や耐熱衝撃強度が高く、防火性能に優れ、機械的強度を向上させる処理を行っても外観品位が維持されるため、防火設備及び特定防火設備に用いる防火ガラスとして好適である。

Claims

質量％で、ＳｉＯ_２　５０〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３　１０〜３５％、Ｌｉ_２Ｏ　０．５〜１５％の組成を有し、イオン交換処理されたガラスからなることを特徴とする防火ガラス。
歪点が６００℃以上、３０〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数が２０〜６０×１０^−７／℃、可視光域の平均透過率が９０％以上であるガラスからなることを特徴とする請求項１の防火ガラス。