JP2013148259A

JP2013148259A - 燃焼装置用窓ガラス

Info

Publication number: JP2013148259A
Application number: JP2012008549A
Authority: JP
Inventors: Shohei Yokoyama; 尚平横山
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; Nichiden Glass Kako KK
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; Nichiden Glass Kako KK
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-08-01
Also published as: WO2013108673A1; EP2806215A1; US20140366862A1; US9005764B2; EP2806215B1; EP2806215A4

Abstract

【課題】透明結晶化ガラス板の表面に、無機顔料粉末とガラス粉末を含む遮光層が形成されてなる燃焼装置用窓ガラスであって、燃焼装置において、装置本体に窓ガラスを固定するための接着剤やガスケット等を十分に隠蔽することができ、しかも遮光層において、熱によるクラックの発生を抑制することが可能な燃焼装置用窓ガラスを提供する。
【解決手段】透明結晶化ガラス板の表面に、無機顔料粉末とガラス粉末を含む遮光層が形成されてなる燃焼装置用窓ガラスであって、遮光層が、無機顔料粉末３０〜５０質量％およびガラス粉末５０〜７０質量％を含有し、かつ、膜厚が１〜１０μｍであり、無機顔料粉末の平均粒子径が０．８μｍ以下であることを特徴とする燃焼装置用窓ガラス。
【選択図】図１

Description

本発明は、薪、ガス、石炭、石油等を燃料とする燃焼装置に用いられる窓ガラスに関する。

従来、暖房効果のある燃焼装置として、薪、ガス、石炭、石油等を燃焼させるストーブや暖炉が使用されている。当該燃焼装置には、火炎の様子を外部から視認できるように窓ガラスが備え付けられている。当該窓ガラスは、可視光に対して透明であることとともに、高い耐熱衝撃も備える必要がある。そのような特性を有する材料として、一般に低膨張の透明結晶化ガラス板が用いられている。

燃焼装置用窓ガラスは、例えば燃焼装置本体の金属製枠に、ガスケットや接着剤等を介して固定される。ここで、ガスケットや接着剤が外部から視認されると意匠性を損なうため、ガスケットや接着剤の部分が隠蔽されるように、窓ガラスの少なくとも一部に遮光層が印刷形成される。例えば、特許文献１および２には、透明結晶化ガラス板の表面に無機顔料およびガラス粉末を含む層を形成する方法が開示されている。

特開２００７−３９２９４号公報特開２０１０−９６３９０号公報

特許文献１では、ガラス表面に比較的緻密な装飾層を形成することを目的としているため、燃焼装置を長期間使用しているとクラックが発生しやすいという問題がある。また、遮光性に劣るため、当該方法を採用したとしても、ガスケットや接着剤を十分に隠蔽することができない。

一方、特許文献２で提案されている方法によると、遮光層に含まれる無機顔料の量が比較的多いため多孔質であり、熱によるクラックの発生が生じにくい。しかしながら、遮光性が不十分なため外観に劣るという問題がある。

以上に鑑み、本発明は、透明結晶化ガラス板の表面に、無機顔料粉末とガラス粉末を含む遮光層が形成されてなる燃焼装置用窓ガラスであって、燃焼装置において、装置本体に窓ガラスを固定するための接着剤やガスケット等を十分に隠蔽することができ、しかも遮光層において、熱によるクラックの発生を抑制することが可能な燃焼装置用窓ガラスを提供することを目的とする。

本発明は、透明結晶化ガラス板の表面に、無機顔料粉末とガラス粉末を含む遮光層が形成されてなる燃焼装置用窓ガラスであって、遮光層が、無機顔料粉末３０〜５０質量％およびガラス粉末５０〜７０質量％を含有し、かつ、膜厚が１〜１０μｍであり、無機顔料粉末の平均粒子径が０．８μｍ以下であることを特徴とする燃焼装置用窓ガラスに関する。

本発明の燃焼装置用窓ガラスにおいて、遮光層における無機顔料粉末とガラス粉末の配合比率および膜厚を上記の通り規定することにより、熱によるクラックの発生を抑制することができる。また、スス等を含んだ水分や、接着剤等によるシミの発生も同時に抑制することが可能となる。さらに、無機顔料粉末の平均粒子径を０．８μｍ以下と微細なものとすることにより、遮光層における無機顔料粉末の充填率が高くなり、遮光性を向上させることができる。

第二に、本発明の燃焼装置用窓ガラスは、遮光層が、透明結晶化ガラス板の周縁部の少なくとも一部に形成されていることが好ましい。

通常、燃焼装置の窓ガラスはその周縁部において、燃焼装置本体の金属製枠等と、ガスケットや接着剤等を介して固定される。そのため、窓ガラスを構成する透明結晶化ガラス板の周縁部の少なくも一部に遮光層を形成することにより、ガスケットや接着剤等を効果的に隠蔽することが可能となる。

第三に、本発明の燃焼装置用窓ガラスは、無機顔料粉末がＣｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系顔料であることが好ましい。

Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系黒色顔料は、燃焼装置用窓ガラスの製造工程において、高温で熱処理を行った際も、ほとんど劣化や変色がないという特徴がある。

第四に、本発明の燃焼装置用窓ガラスは、透明結晶化ガラス板の３０〜７５０℃における平均線熱膨張係数が−１０〜＋３０×１０^−７／℃であることが好ましい。

当該構成によれば、耐熱衝撃性に優れた窓ガラスを得ることが可能となる。また、加熱および冷却を繰り返しても、遮光層にクラックが発生しにくく、水分や接着剤によるシミの発生を抑制することができる。

第五に、本発明は、前記いずれかの燃焼装置用窓ガラスを備えてなることを特徴とする燃焼装置に関する。

本発明の燃焼装置用窓ガラスを用いれば、燃焼装置において装置本体に窓ガラスを固定するための接着剤やガスケット等を十分に隠蔽することができ、しかも遮光層において、熱によるクラックの発生や、水分や接着剤等によるシミの発生を抑制することが可能となる。

本発明に係る燃焼装置用窓ガラスの一実施形態を示す模式的斜視図である。本発明に係る燃焼装置用窓ガラスの一実施形態を示す模式的断面図である。

以下に、本発明の燃焼装置用窓ガラスの実施形態について図面を用いて説明する。

図１および２は、本発明に係る燃焼装置用窓ガラスの一実施形態を示す模式的斜視図および模式的断面図である。

本発明の燃焼装置用窓ガラス１は、透明結晶化ガラス板２およびその表面に形成された遮光層３から構成される。遮光層３は、例えば透明結晶化ガラス板２の周縁部に形成される。これにより、図２に示すように、例えば燃焼装置本体の枠に燃焼装置用窓ガラス１を固定する際に用いるガスケット４を、外部から視認できないように隠蔽することができる。また、燃焼装置用窓ガラス１を固定するために接着剤を使用する場合も、当該接着剤が遮光層３により隠蔽される。

透明結晶化ガラス板２としては、例えばβ−石英固溶体結晶が主結晶として析出した結晶化ガラスが挙げられる。当該結晶化ガラスは熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れる点で好ましい。

透明結晶化ガラス板２は、３０〜７５０℃の温度範囲において、−１０〜＋３０×１０^−７／℃、特に、−１０〜＋２０×１０^−７／℃の熱膨張係数を有することが好ましい。熱膨張係数が当該範囲内であれば、加熱と冷却が繰り返されたときに、遮光層３においてクラックが発生することを抑制できる。

上記のような熱膨張係数を有する結晶化ガラスとしては、質量％で、ＳｉＯ_２５０〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３１０〜３０％、ＭｇＯ０〜８％、ＢａＯ０〜８％、ＺｎＯ０〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ１〜７％、Ｎａ_２Ｏ０〜７％、Ｋ_２Ｏ０〜７％、ＴｉＯ_２１〜５％、ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２１〜１０％、Ｐ_２Ｏ_５０〜１０％および清澄剤０．１〜３％を含有し、内部にβ−石英固溶体結晶を析出してなる結晶化ガラスが挙げられる。

なかでも、質量％で、ＳｉＯ_２５５〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３１５〜２５％、ＭｇＯ０〜５％、ＢａＯ０〜５％、ＺｎＯ０〜５％、Ｌｉ_２Ｏ３〜５％、Ｎａ_２Ｏ０〜２％、Ｋ_２Ｏ０〜２％、ＴｉＯ_２１．３〜３％、ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２２〜６％、Ｐ_２Ｏ_５０〜５％および清澄剤０．１〜２％を含有するものであることが好ましい。

なお、上記清澄剤としては、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２およびＣｌから選択された少なくとも１種を用いることが好ましい。

また、透明結晶化ガラス板２として、質量％で、ＳｉＯ_２６０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３１４〜２８％、ＭｇＯ０．１〜２％、ＣａＯ０〜２％、ＢａＯ０〜３％、ＺｎＯ０．１〜３％、Ｌｉ_２Ｏ２．５〜５．５％、Ｎａ_２Ｏ０．１〜２％、Ｋ_２Ｏ０〜１％、ＴｉＯ_２０〜６％、ＺｒＯ_２０〜３％およびＶ_２Ｏ_５０．０３〜０．５％の組成を含有し、β−石英固溶体結晶を析出してなり、外観が黒色を呈する着色結晶化ガラスも使用することもできる。

遮光層３は、無機顔料粉末とガラス粉末を含有してなる。遮光層３における各粉末の含有量は、無機顔料粉末３０〜５０質量％およびガラス粉末が５０〜７０質量％であり、無機顔料粉末４０〜５０質量％およびガラス粉末が５０〜６０質量％であることが好ましい。無機顔料粉末の含有量が少なすぎる（あるいは、ガラス粉末の含有量が多すぎる）と、遮光層３を形成する際に熱処理を施した後に、または、燃焼装置用窓ガラスとしての使用において加熱と冷却が繰り返された際に、遮光層３においてクラックが発生しやすくなる。また、十分な遮光性が得られにくくなる。一方、無機顔料粉末の含有量が多すぎる（あるいは、ガラス粉末の含有量が少なすぎる）と、遮光層３が多孔質になるため、水分や接着剤等が付着した際にシミが発生しやすくなる。

無機顔料粉末の平均粒子径（Ｄ_５０）は０．８μｍ以下であり、０．５μｍ以下であることが好ましい。これにより、遮光層３における無機顔料粉末の充填率が高くなり、遮光性の向上を図ることが可能となる。無機顔料粉末の平均粒子径の下限は特に限定されないが、小さすぎると、取扱いが困難になる、製造コストが上昇する、凝集しやすくなる等の不具合が発生しやすくなるため、０．１μｍ以上、特に０．２μｍ以上であることが好ましい。

無機顔料粉末の具体例としては、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系、Ｃｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｆｅ系、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｍｎ系等の酸化物黒色顔料；ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｒＳｉＯ_４等の酸化物白色顔料；Ｃｏ−Ａｌ−Ｚｎ系、Ｃｏ−Ａｌ−Ｓｉ系、Ｃｏ−Ａｌ−Ｔｉ系等の酸化物青色顔料；Ｃｏ−Ａｌ−Ｃｒ系、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｔｉ−Ｚｎ系等の酸化物緑色顔料；Ｔｉ−Ｓｂ−Ｃｒ系、Ｔｉ−Ｎｉ系等の酸化物黄色顔料；Ｃｏ−Ｓｉ系等の酸化物赤色顔料；Ｔｉ−Ｆｅ−Ｚｎ系、Ｆｅ−Ｚｎ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｚｎ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系等の酸化物茶色顔料；等が挙げられる。なかでも、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系の黒色顔料は、燃焼装置用窓ガラスの製造工程において、高温で熱処理を行った際も、ほとんど劣化や変色がないという特徴がある。

ガラス粉末としては、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、Ｎａ_２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス等を使用することができる。

遮光層３の膜厚は１〜１０μｍであり、２〜５μｍであることが好ましい。遮光層３の膜厚が小さすぎると、遮光性が不十分になる傾向がある。一方、遮光層３の膜厚が大きすぎると、製造工程または燃焼装置使用時にクラックが発生しやすくなる。また、クラックの発生により、シミが発生しやすくなる。

なお、本実施形態では、遮光層３は、透明結晶化ガラス板２の周縁部等の少なくとも一部に形成されているが、透明結晶化ガラス板２の全面に形成してもよい。この場合、ガスケットや接着剤等を隠蔽する部分の遮光層３を厚く形成し、その他の部分を内部の火炎を適度に視認することができるように薄く形成してもよい。

本実施形態では、燃焼装置用窓ガラス１が平面形状である場合について説明したが、意匠性、実用性等を考慮して、曲面形状や屈曲形状等の非平面形状であっても構わない。

次に、燃焼装置用窓ガラス１の製造方法について説明する。

まず所定のサイズおよび形状に成形、加工された透明結晶化ガラス板２を用意する。また無機顔料粉末とガラス粉末を混合し、有機溶剤等を添加してペースト化する。得られたペーストを、結晶化ガラス板表面に、例えばスクリーン印刷や転写等の方法で印刷し、乾燥後、焼成して遮光層３を形成することにより、燃焼装置用窓ガラス１を得ることができる。特に、スクリーン印刷によれば、均一な厚みを有する遮光層３を容易かつ効率良く形成することができるため好ましい。

焼成は、例えば電気炉で行われる。焼成条件は、無機顔料粉末およびガラス粉末が十分に焼結するよう適宜調整すればよい。例えば、焼成温度は２００〜１０００℃、特に２５０℃〜９００℃であることが好ましい。焼成時間は１０分〜１時間、特に３０分〜１時間であることが好ましい。

なお、非平面形状の燃焼装置用窓ガラス１を作製する際は、上記製造方法の適用が困難な場合がある。これは、透明結晶化ガラス板２が平面形状である場合と異なり、非平面形状の透明結晶化ガラス板２に対しては、遮光層３を形成しにくいためである。特に、スクリーン印刷は、設備の制約上、不可能な場合がある。なお、平面形状の透明結晶化ガラス板２に遮光層３を形成した後、非平面形状になるように軟化変形させる方法も考えられるが、結晶化ガラスは加熱による軟化変形が生じにくいため、当該方法を適用することは事実上困難である。

そこで、非平面形状を有する燃焼装置用窓ガラス１を作製する際は、下記の方法を適用することが好ましい。

まず、所定のサイズおよび形状に成形、加工された、結晶化前の平面形状前駆体ガラスを準備し、当該平面形状前駆体ガラスに遮光層３を形成するためのペーストを印刷する。次に、ペーストが形成された平面形状前駆体ガラスを、加熱プレスにより所定の非平面形状に成型（曲げ加工等）する。その後、熱処理を行うことにより、前駆体ガラスを結晶化させると同時に、ペーストを焼結して遮光層３を形成する。このようにして、非平面形状の燃焼装置用窓ガラス１を得ることが可能となる。

なおこの場合、前駆体ガラスの結晶化温度は高温（例えば８５０℃以上）であることから、無機顔料粉末としては、当該温度で劣化や変色が生じないことが要求される。既述の通り、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系顔料は、例えば８５０℃以上の熱処理に対しても、劣化や変色がほとんど生じないため、所望の特性を有する遮光層３を形成することが可能である。また、平面形状の燃焼装置用窓ガラス１を作製する場合であっても、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系顔料を用いれば、前駆体ガラスの結晶化と遮光層３の形成を同時に行うことができるため、生産性が良好となる。

以下に、本発明の燃焼装置用窓ガラスを実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

まず市販のＣｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系黒色無機顔料とＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス粉末（ＳｉＯ_２含有量：６３質量％、Ｂ_２Ｏ_３含有量：１９質量％）を表１の質量比になるように混合し、さらに樹脂および有機溶剤を添加してペーストを作製した。

次に、このペーストを透明結晶化ガラス板（日本電気硝子株式会社製Ｎ−０、３０〜７５０℃での平均線熱膨張係数：−４×１０^−７／℃）にスクリーン印刷した。続いて、ペーストを１０〜１５０℃で１０〜２０分間乾燥させた後、９００℃で６０分間焼成を行って遮光層を形成し、燃焼装置用窓ガラスを得た。

得られた燃焼装置用窓ガラスに対し、クラック、シミ、遮光性および色の各項目について、下記の方法に従い評価を行った。結果を表１に示す。

クラックの評価は、遮光層において、透明結晶化ガラス板の界面部分にクラックが発生しているかどうかを目視にて確認し、クラックが確認されたものを「○」、確認されなかったものを「×」とした。

シミの評価は、遮光層の表面に、ススを５質量％添加した水を刷毛で塗布して反対側から目視観察し、シミが確認されないものを「○」、明瞭に確認されたものを「×」とした。

遮光性の評価は、遮光層から１００ｃｍの距離にある蛍光灯の光を反対側から目視観察し、光の透過が確認されないものを「○」、確認されたものを「×」とした。

色の評価は、肉眼で観察して使用した無機顔料粉末本来の色（黒色）を呈しているものを「○」、変色して色合いが薄くなっているものを「×」とした。

表１から明らかなように、実施例１〜５の燃焼装置用窓ガラスは、ススによるシミが確認されず、十分な遮光性を有し、かつ、無機顔料粉末本来の黒色を呈しており、外観に優れていることがわかる。

一方、比較例１および２の燃焼装置用窓ガラスは遮光性に劣っていた。特に、比較例１の燃焼装置用窓ガラスは無機顔料が変色しており、所望の色合いが得られなかった。比較例３および４の燃焼装置用窓ガラスはシミの発生が確認された。なお、比較例４では遮光層にクラックが発生したため、当該クラックに水分が侵入してシミが発生したと考えられる。

１燃焼装置用窓ガラス
２透明結晶化ガラス板
３遮光層
４ガスケット

Claims

透明結晶化ガラス板の表面に、無機顔料粉末とガラス粉末を含む遮光層が形成されてなる燃焼装置用窓ガラスであって、
遮光層が、無機顔料粉末３０〜５０質量％およびガラス粉末５０〜７０質量％を含有し、かつ、膜厚が１〜１０μｍであり、無機顔料粉末の平均粒子径が０．８μｍ以下であることを特徴とする燃焼装置用窓ガラス。
遮光層が、透明結晶化ガラス板の周縁部の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置用窓ガラス。
無機顔料粉末がＣｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系顔料であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼装置用窓ガラス。
透明結晶化ガラス板の３０〜７５０℃における平均線熱膨張係数が−１０〜＋３０×１０^−７／℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼装置用窓ガラス。
請求項１〜４のいずれかに記載の燃焼装置用窓ガラスを備えてなることを特徴とする燃焼装置。