JP2016515506A - セラミックガラスからのディスクの製造 - Google Patents

Abstract

グリーンガラス板を提供するステップと、グリーンガラス板を機械的に研削するおよび／または研磨するステップと、研削および／または研磨の後に、グリーンガラス板をセラミックガラス板へとセラミック化するステップとを含む、セラミックガラス板を製造するための方法が提案される。驚くべきことに、ガラスがセラミック化ステップの前に研磨されると、研磨時間および研磨の労力が大幅に減少され得ることがわかった。

Description

本発明は、ガラスセラミックスに関する。特に、本発明は、セラミックガラス板の製造に関する。

ガラスセラミックスは、ベースガラス（いわゆる「グリーンガラス」）の、制御された少なくとも部分的な結晶化により製造されるガラスである。特に欧州規格ＥＮ １７４８−２−１：２００４に準拠するアルミノケイ酸ガラスは、特に重要である。

通常、ベースガラスは、ほとんどの市販のガラス板の場合のようにフロート法（すなわち、液状スズの浴への投入による）によっては製造されない。反対に、ベースガラスは、ほとんどの場合溶融され、回転ローラを介して圧延される。このように製造されるガラスは、このような延伸プロセスにつきものであるが、表面上にテクスチャが付与されてしまう。これにより、該ガラスが、（建物、輸送手段などにおける）透明の建築要素として使用されると、ガラスの背景の物体の光学歪が生じてしまう。ガラスが光を「散乱させ」、ガラスの背景の物体が若干拡散してまたはぼんやりして作用する。

ベースガラスからガラスセラミックを製造するためには、さらなる処理ステップが必要であり、具体的には、ガラスは、特別な高温プロセスで熱的に後処理される。これにより、微結晶がガラス内に生じる。すなわち、ガラスが「セラミック化する」。このようなセラミック化形態が存在して初めて、ガラスセラミックスの有利な特徴、特に、０に近づく熱膨張係数が得られる。およそ０であるこのような熱膨張係数は、たとえば、他のガラスの場合のように、急な温度変化または大きな温度勾配によりガラスセラミックが割れたり破裂することがないという効果を有している。このため、ガラスセラミックスは、調理器具またはホットプレートならびにあらゆるタイプのオーブン用の覗き窓のための材料としても知られている。

この特徴は、建築要素としての用途についても有利である。たとえば、規定される防火試験により（たとえば、消防隊による消火過程をシミュレーションする、いわゆる「ホース放水試験」において）、急冷されてもガラスの保全性が要求される国（ＵＳＡを含む）がある。ガラスは、急冷された場合でも、熱ストレスにより破壊されてはいけない。

しかしながら、建物建築および土木工学または輸送手段における建築要素としての使用における不都合は、上記のセラミック化ガラスにも未だ存在する光学歪である。ガラスは、セラミック化過程によっても若干縮小する（すなわち、少量の収縮が生じる）。これは、外面／表面テクスチャ付与の作用をさらに拡大してしまい、ガラスがより一層拡散してしまう。さらに、この問題は、研磨過程によって克服することが難しいことがわかっている。セラミックガラスの表面粗さを排除することは、甚大な量の労力を伴う一般的な機械的または機械／化学的研磨法によってのみ可能である。

改善された表面を有するガラスセラミック品を製造するための方法が、ＤＥ １０ ２００６ ０２３ ０７８により知られている。これは、熱間成形によって製造されたグリーンガラス板を、セラミック化の前またはセラミック化中に表面の熱処理（いわゆるファイヤーポリッシュ）に供することを想定している。これにより、熱間成形の後に冷却を伴うため、この処理は、核形成が生じる温度に達する前に行なわれるよう注意しなければならない。なぜなら、そうしなければガラスセラミックの曇りが生じてしまうためである。

この方法の不都合は、表面処理がグリーンガラスの熱間成形に続いて非常に迅速に行なわれなければならないという状況と、プロセスの制御のしにくさとにある。

本発明の目的は、先行技術の不都合を克服し、特に、許容され得る労力で表面テクスチャ付与を排除するセラミックガラス部品、特にセラミックガラス板を製造するための方法を提供することである。

この目的は、特許クレームに規定される方法によって達成される。
本発明は、一方では、光学知覚を損なう表面テクスチャ付与が無くなるように、すなわち、ガラス板の背景の物体が拡散して作用しないように、グリーンガラス板（すなわち、ガラスセラミックにセラミック化可能なベースガラス板）を適量の労力で機械的に研削および／または研磨することができるというきわめて驚くべき認識に基づく。他方では、本発明はまた、後にセラミック化を有するこのような機械的研削／研磨プロセス後にも、良好な表面特徴が保持される、すなわち、仕上がったセラミックガラスが曇っておらず、拡散もしていないという認識に基づいている。

さらに、驚くべきことに、グリーンガラスの研削および／または研磨による表面処理の結果、最終品に機械的荷重性の低下が生じないことも同様に確認された。

本明細書においては、機械的研削または研磨として、ガラス表面が純粋に機械的な方法で削られるおよび／または平滑化される方法、または、これが、たとえばガラス表面と反応する成分を研削または研磨手段／研削または研磨剤に混入することによって化学的援助により機械的に行なわれる方法が示される。特に好ましくは、該処理は、たとえばダイヤモンド工具を用いて（研削）、または（たとえば、酸化セリウム、酸化アルミニウム（たとえばコランダム）、酸化鉄などの）研磨手段を用いて、純粋に機械的なプロセスによって達成される。

第１のオプションに係る研削および／または研磨のプロセスは、たとえば、ダイヤモンド工具などにより、まず最上層を機械的に削ることと、次に、酸化ダイヤモンド、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化鉄および／または他の好適な粒子を含むペーストなどにより、表面を機械的に研磨することとを含む。第２のオプションに従うと、該プロセスは、対応する研磨プロセスしか含まず、この研磨プロセスによっては、それほど多くない量のガラスが削られる。得られる表面粗さが所望の目的のために十分小さい場合には、研削プロセスのみ実行することも基本的には想定され得る。

表面粗さは、研磨の際に減少される。したがって、表面の研磨は、粗面化に相反するまたは粗面化の逆としてみなされる。

グリーンガラス板の研削および／または研磨は、表面の少なくとも一部に関する。たとえば、表面の２つの対向する大きな領域が研削および／または研磨され得る。このような処理（機械加工）は、ほとんどの場合エッジにおいては必要でないが、除外もされない。用途によっては、この研削および／または研磨は、たとえば、残りの粗面が浸漬媒体（たとえば、飛散保護箔／膜など）により被覆されている場合には、一方側のみで行われる、および／または、一部の領域のみで行なわれれば十分であり得る。

したがって、セラミックガラス板の製造は、まず、好適なガラス塊（たとえばアルミノケイ酸塊）のグリーンガラス板の製造を含み、さらに、直後に行なわれる研削および／または研磨による機械加工を含み得る。ここで、グリーンガラス板は、好ましくは、熱間成形後に最高２００℃の温度にまでまず冷却される。

ここで、たとえば、回転ローラ間における溶融状態での圧延など、熱間成形によるグリーンガラス板の製造が行なわれ得る。

本明細書に教示される方法は、グリーンガラス板が、表面機械加工／処理が行なわれるのと同じ場所で製造されず、さらに、表面処理が、時間に関して、グリーンガラス板の成形に依存しない実施形態にも非常に好適である。これは、本発明の方法が、その表面処理によりグリーンガラス板の温度の上昇を必要とせず、表面処理前の室温への冷却が問題とならないためである。たとえば、既存の製造条件、保存条件および輸送条件によっては、不都合が生じることなく、比較的長い時間経過可能である（たとえば、少なくとも２時間、さらには数日または数週間）。

次のセラミック化（「焼成」）は、時間および／または場所について表面処理に依存せずに行なわれ得る。これにより、中間の熱ステップのためにさらなるエネルギーを消費する必要なしに、既存の状況および生産能力を考慮することによって最適化される柔軟な生産が可能になる。

本発明の方法は、熱間成形によって製造されるセラミックガラス板に特に有利であるが、異なる方法で製造されるグリーンガラス板、たとえば、フロート法で製造されたガラス板自体にも好適である。

グリーンガラスは、特に、欧州規格ＥＮ １７４８−２−１に準拠するアルミノケイ酸ガラスであり得る。

一般的に、グリーンガラス板は、セラミック化後に、透明かつ、たとえばクリアな、すなわち曇っていないという性質を有しており、セラミック化は、たとえば、バッチプロセスまたは連続的プロセスで、このような目的のために一般的な炉内で行なわれ得る。

所定のサイズへの切断、エッジの処理などのさらなる機械的加工／処理ステップは、研削および／または研磨の前後およびセラミック化の前後に行なわれ得る。

セラミック化後に、たとえば、コーティング、枠へのはめ込み、さらなるガラス板および／または他の層とともに接合して複合ガラス板を形成する、および／または他のプロセスなどのさらなる処理が、透明ガラス板についてそれら自体が知られているように行なわれ得る。

本発明に係る方法は、熱間成形、特に、回転ローラによってなど、溶融グリーンガラスの機械的変形によるグリーンガラス板の製造に関して特に好ましい。

本発明はまた、建物または輸送手段（車両、船舶、飛行機）の透明ガラス板としての、単独または複合体の一部としての、本発明に係る方法により製造されるセラミックガラス板の使用に関する。セラミック化および、場合によってはさらなる処理ステップの後に、このような用途のためのセラミックガラス板は、建物または輸送手段の一部として好適な方法で組立てられる。

以下に、概略図により本発明の特徴および実施形態を説明する。図中、同じまたは類似の構成要素は同じ参照番号で示される。

グリーンガラス板成形のプロセスを示す図である。 研削プロセスを示す図である。 研磨プロセスを示す図である。 セラミック化プロセスを示す図である。

図１に示されるガラス溶融物３のグリーンガラス板１を熱間成形するステップは、任意に、本発明に係る方法の一部であり得る。本発明に係る方法は、代替的に、予め製造されたグリーンガラス板、たとえば市販のグリーンガラス板を用いて行なうこともできる。

このプロセスにおけるグリーンガラス板１は、２つの回転ローラ５間で圧延することによって成形される。図示する例においては、これは連続的プロセスで達成され、連続的プロセスにおいては、たとえば、得られる「延伸された」グリーンガラス板が一定の間隔で切断されることにより、複数の別個のグリーンガラス板１が得られる。これらは、受動的に冷却されることも、能動的手段（換気、冷却器と接触させて冷却するなど）により加速的に冷却されることもでき、必要に応じて保存、輸送および／または処理され得る。

図２は、たとえば、表面に沿ってガラス板に対して動かされる回転ダイヤモンド工具１１により、グリーンガラス板１の１つを研削しているところを示す。研削の際に最上層のガラス材料が削られる。研削プロセスは、図中、２つの大きな表面の一方について示されている。しかし、研削プロセスは、これらの大きな表面の両方について同時にまたは後に行なわれることもでき、後者の場合には、ガラス板は、２つの表面のための研削過程の間に反転され得る。

図３は、全図の場合と同様に、極めて概略的に研磨プロセスを示している。このような研磨プロセスは、研削プロセス（図２）の後に行なわれても、または先の研削プロセスなしに単独で行なわれてもよい。得られる表面粗さが所望の目的のために十分に小さい場合、その逆（研磨なしに研削のみ）も基本的に想定され得る。

研磨プロセスは、それ自体が知られている方法でも行なわれ得る。図３は、回転研磨パッド２１と、パッド２１とガラス表面との間の好適なペースト２２とを有する研磨装置を示す。研磨装置は、研磨のために表面に対して動かされる。本明細書に説明されるすべての相対的運動と同様に、これは、静止能動的手段（ここでは研磨装置）の場合には、ガラス板を動かすことによって行なわれ、またはガラス板および能動的手段を動かすことによって（たとえば、能動的手段の表面に沿った運動と組合せて、ガラス板を搬送方向に動かし、上記運動は、この搬送方向に対して横方向である）も行なわれ得る。

研磨は、所望の表面テクスチャが得られるまで行なわれる。
研磨は、対向するガラス両面に対して、同時または順次に行なわれ得て、研磨過程の間にガラス板１を反転させることも同様に可能である。

図４は、グリーンガラス板１がセラミックガラス板へと焼成される高温炉３１を概略的に示している。これは、たとえば、規格ＥＮ１７４８−２−１に準拠してなど、ガラスセラミックの製造のためにそれ自体が知られている条件下で、セラミック化に必要なそれぞれの動作パラメータを用いて行なわれる。

セラミック化は、研削および／または研磨プロセスで得られた平滑表面を変質させないことがわかっている。

上記に説明されたものの代わりに、図１および図２／図３に示される過程を連続的方法で順次に行なうこともできる。すなわち、熱間成形（図１）の際に生じる連続的なガラス板を、ある程度冷却させた後に、広い表面の一方または両方で研削および／または研磨し、その後初めて、または炉内でのセラミック化後に初めて、別個のガラス板に分離する。

ガラス板が研削され、研磨される場合には、図２および図３に従うプロセスが任意に、同じ設備内で直接連続的に行なわれ得る。

一方では、図２／図３のプロセスと、他方では図４のプロセスとを、たとえば、ガラス板または連続的なガラス板を研削／研磨装置を通して焼成炉３１に送ることにより、表面処理直後に焼成することによって組合せることもできる。

表面から研削／研磨手段の残渣を取除くために、研削／研磨ステップ後、焼成の前に図中に示さないクリーニングステップを行なうこともできる。

Claims (10)

1. グリーンガラス板を提供するステップと、
   前記グリーンガラス板を機械的に研削するおよび／または研磨するステップと、
   前記研削および／または研磨の後に、前記グリーンガラス板をセラミックガラス板へとセラミック化するステップとを含む、セラミックガラス板を製造するための方法。
2. 前記グリーンガラス板は、熱間成形により製造される、請求項１に記載の方法。
3. 前記グリーンガラス板は、溶融および回転ローラを介した圧延により製造される、請求項２に記載の方法。
4. 前記グリーンガラス板の製造と前記研削および／または研磨との間に、前記ガラスは機械的に変形可能とならない程度にまで冷却される、請求項２または３に記載の方法。
5. 前記グリーンガラス板は、前記機械的研削および／または研磨中に２００℃未満の温度を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記機械的研削および／または研磨は、材料が研削プロセスにより表面から削られる第１の部のステップと、表面研磨が行なわれる第２の部のステップとを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記グリーンガラスは、アルミノケイ酸ガラスである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記セラミックガラスは、透明かつクリアである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記セラミック化は、前記グリーンガラス板を８００℃を超える温度にすることを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 建物または輸送手段の透明ガラス板としての請求項１〜９のいずれか１項に従って製造されるセラミックガラス板の使用。

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