JP4397196B2 - 熱強化ガラス、及びその製造方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は、風冷法で製造されるいわゆる熱強化ガラス、特に湾曲した２．５ｍｍ厚以下の熱強化ガラス、その製造方法及びその製造装置に関する。

省資源・省エネルギーの観点から、強化ガラスの薄板化や強化度アップが進んでおり、このための手法として主に化学強化法と物理強化法が用いられている。 化学強化法は、イオン交換、結晶化、熱膨張率の違いなどを利用してガラス表面に圧縮応力を与える方法であり、その方法による強化ガラスは化学強化ガラスと呼ばれている。化学強化法は３ｍｍ以下特に２ｍｍ以下の板厚をもった薄板の強化には適しているが、化学強化ガラスの圧縮応力層の厚さが薄いことから加傷強度の問題が発生しやすいので、その使用場所が限定されるという欠点がある。

これに対し、物理強化法による強化ガラスは、熱強化ガラスとも呼ばれているように、軟化点近傍まで加熱したガラスをその表面から急冷することにより製造される。熱強化ガラスの場合、板厚の約１／６の圧縮応力層を有し、加傷強度の問題が発生しにくいという長所がある。熱強化ガラスの製造方法としては、急冷用の冷却媒体として生産コスト上及び安全上の理由から空気を用いるいわゆる風冷強化法が多く採用され、製造された熱強化ガラスは風冷強化ガラスとも呼ばれている。

熱強化ガラスは炉内で加熱後、そのガラス内の温度差と粘性流動を利用することにより製造される。このため、熱強化ガラスの強化度アップを行う場合、大きくは主に以下の２つの方法で対応することが知られている。一つは冷却開始時のガラス温度をできるだけ高くすることであり、もう一つは冷却時における表層と内層のガラス内温度差を大きくすることである。

冷却開始時のガラス温度を高くすることにより、強化度を高くすることができ、薄板の強化ガラスも製造することができる。また、製造中のガラス破壊を少なくすることができる。しかし、ガラス温度を高くしすぎると、ガラスが変形して、所定の形状を得ることができないという致命的な問題が発生してくる。このため、薄板強化ガラスの強化度アップを行う場合、ガラス温度を高くする手法のみでは限界がある。

一方、冷却時における表層と内層のガラス内温度差を大きくすることに関しては、例えば、ビオー数を大きくする概念で説明することができる。ビオー数は（熱伝達係数ｘ板厚／熱伝導率）で表される無次元数であるが、このビオー数を大きくすることにより、ガラスの強化度を上げることができる。すなわち、熱伝達係数を大きくすること、板厚を厚くすること、そして熱伝導率を小さくすることにより、ガラスの強化度を上げることができる。しかし、強化ガラスの板厚を薄くする場合、すなわち薄板強化ガラスを製造する場合、一般的にガラスの熱伝導率は一定であるので、ビオー数の分子を大きくするためには、熱伝達係数を大きくせざるを得ない。このため、ガラスを薄板化する場合、熱伝達係数を大きくする方法が主な対策となっている。

ノズルを使った冷却において、熱伝達係数とその冷却条件との間には、
（ｈ・ｒ_ｎ）／λ＝０．２８６Ｒｅ^{０．６２５}
Ｒｅ＝（Ｖ_ｇ・ｒ_ｎ）／ν
Ｖ_ｇ＝６．６３Ｖ_ｎ・ｄ／Ｚ
等の関係が実験的に導き出されている（例えば、非特許文献１参照）。ここで、ｈは熱伝達係数、λは空気の熱伝導率、νは空気の動粘性係数、Ｒｅはレイノルズ数、ｒ_ｎはノズル間距離、ｄはノズル出口でノズル直径、Ｖ_ｎはノズル出口での流速、Ｖ_ｇはガラス面での流速、Ｚはノズル−ガラス間距離である。上述の数値はＺ／ｄが８よりも大きな場合に成立するとされているが、上式の形から明らかなように、熱伝達係数を大きくする一般的な方法としては、ノズルからの噴出速度を大きくする（ノズルからの噴出圧力を大きくする）、ノズル径を大きくする、ノズル数を増やす他、ガラスとノズル先端との距離を小さくすることや冷却媒体の衝突時のエネルギー増大などが効果的とされている。

強化ガラスにおける省資源・省エネルギーの流れは、強化ガラス形状の複雑化というもう一つの大きな流れを有する。例えば、自動車の燃費を下げるため、自動車の流線形化が進み、その形状に合わせた強化ガラスが要求されてきている。この動きは、自動車に限らず、電車や飛行機など、多くの分野でも進んでいる。 流線形化に対応するため、強化ガラス形状を複雑化する要求があり、この要求にも対応しなければならない状況下にある。しかし、この要求に対する対応は簡単ではない。特に、大きく湾曲したガラスにおいては、その湾曲部周辺において所定の強化度を得ることは非常に難しい。さらには、前述したように、強化ガラスは薄板化の要請もあるため、この対応は非常に難しい技術となっている。

公知技術をみれば、例えば、急冷に用いた排気エアで板幅方向のガラス温度を調整したり（例えば、特許文献１参照）、先細ノズルの使用を特徴としたり（例えば、特許文献２参照）、ブロアエアを噴射する第１群ノズルとコンプレッスドエアを噴射する第２ノズル群を備えたり（例えば、特許文献３参照）、形状変化する湾曲板ガラスに追随するように工夫したり（例えば、特許文献４参照）、帯状領域の幅、最大主応力差および平均表面圧縮応力などを限定したり（例えば、特許文献５参照）する考え方が開示されている。また、本出願人も衝撃波管的な利用による熱強化方法を示している（例えば、特許文献６参照）。

特開2001-48561号公報 特公平6-76223号公報 特開2001-26434号公報 特開平7-29164号公報 特開平11-199257号公報 特開昭62-158128号公報 R.Gardon and J.Cobonpue, Heat Transfer between a Flat Plate and Jets of Air Impinging on It, Int. Develop Heat Transfer, ASME (1962), pp454-460.

２．５ｍｍ厚以下の熱強化ガラス、特に２．３ｍｍ厚以下の薄板強化ガラスを製造する場合、従来の強化時のガラス温度を上げる手法および／または大きな熱伝達係数を得る手法では、熱強化ガラスの製造方法が確立されているとは言えず、したがって、所望の熱強化ガラスを得ることができない状況にある。特に、薄板で湾曲した熱強化ガラスの場合、この傾向は顕著である。

すなわち、熱伝達係数を大きくする方法としては、ノズルからの噴出速度を大きくする（ノズルからの噴出圧力を大きくする）、ノズル径を大きくする、ノズル数を増やす他、ガラスとノズル先端との距離を小さくすることや冷却媒体の衝突エネルギー増大などが効果的とされているが、ノズルからの噴出速度を大きくしたり、ガラスとの距離を近づけたりする方法では、ガラスにノズルの噴出跡がつき、光学的に問題が発生する。また、ノズル径を大きくする、あるいはノズル本数を増やす方法では、ノズルの占める断面積が増加するためにガラスに衝突後の空気の流れをうまく管理することができず、結果的に大きな熱伝達係数を得ることができない。さらに、空気以外の冷却媒体を使うことも生産コストの上から現実性はない。冷却開始時のガラス温度を高くとることも限度がある。

特開2001-48561号公報に開示された方法では十分なガラス温度を確保することができない。また、特公平6-76223号公報や特開2001-26434号公報に開示された手法でも、大きな熱伝達係数を得ることはできない。特開平7-29164号公報に開示された手法でも上述の薄板強化ガラスを得ることができず、場合によっては強化度が下がることさえある。さらには、特開平11-199257号公報に開示された手法では湾曲強化ガラスに応用することは実質的に無理がある。

本発明は、上述の問題点に鑑み、新しい概念での薄板強化ガラス、その強化方法及び強化装置を提供するものである。すなわち、本発明は、冷却用ノズルからの衝突噴流をガラスに吹き付けて２．５ｍｍ厚以下の熱強化ガラスを製造する場合において、冷却用ノズルの口径が異なる２種類以上の冷却用ノズルを同時に用いて急冷し、該冷却用ノズルの口径ｄはφ１ｍｍ以上φ８ｍｍ以下であること、冷却用ノズル−ガラス間距離Ｚは１ｍｍ以上８０ｍｍ以下であること、冷却用ノズルにつながるチャンバー内の圧力Ｐは０．１〜０．８ＭＰａであることを特徴とする湾曲した熱強化ガラスの製造方法である。

また、ノズル−ガラス間距離Ｚ、チャンバー内の圧力Ｐ及び冷却用ノズルの径ｄを適宜変更することにより、ガラス面内での熱流束の差を１５０ｋＷ／ｍ^２以下とする上記の湾曲した熱強化ガラスの製造方法である。

また、熱強化ガラス内の表面圧縮応力値のばらつきが２０ＭＰａ以下となるように冷却用ノズル−ガラス間距離Ｚ、チャンバー内の圧力Ｐ、及び冷却用ノズル径ｄを設定する上記の湾曲した熱強化ガラスの製造方法である。

さらに、上記のいずれかの方法で製造された湾曲した熱強化ガラスである。

本発明者は、強化ガラスを製造するときに使われるノズルから噴き出されるエアの流れを詳細に検討した結果、従来の熱伝達の概念を一部修正する必要があることを見出し、この修正した概念に基づく新たな強化ガラスの製造方法を開発した。すなわち、冷却用ノズルからの噴出噴流と熱伝達係数の関係は、従来から言われていたように単純ではなく、ノズルの内径や形状、衝突噴流の圧力及びノズル−ガラス間距離などに影響される複雑な挙動であることを見出し、この挙動に対応する手段によってこれまで難しいとされていた２．５ｍｍ厚以下の湾曲した薄板強化ガラスの製造を可能とした。特に、これまで製造が極めて難しかった２．３ｍｍ厚以下の湾曲した薄板強化ガラスに対し、有効である。

これまで、困難とされてきた２．５ｍｍ厚以下の薄板強化ガラス、特に２．３ｍｍ以下の湾曲した強化ガラスを安定して製造することができるようになった。

図１に示すように、細長いノズルに高圧のエアを流すと一部の条件下では不足膨張噴流が発生し、ノズルとガラス板表面の衝突面までの距離の違いで、衝突圧力が変化するとともに、熱伝達係数が変化する。

本発明は、冷却用ノズルからの衝突噴流をガラスに吹き付けて熱強化ガラスを製造する場合において、冷却用ノズルの口径が異なる２種類以上の冷却用ノズルを同時に用いて急冷する湾曲した熱強化ガラスの製造方法である。従来行われてきたように、１種類の口径のノズルを使うだけでは湾曲したガラスに対してノズルの長さを変更するだけでは良好な強化ガラスを得ることはできない。

また、冷却用ノズルの口径ｄはφ１ｍｍ以上φ８ｍｍ以下であること、冷却用ノズル−ガラス間距離Ｚは１ｍｍ以上８０ｍｍ以下であること、冷却用ノズルにつながるチャンバーの圧力Ｐは０．１ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下であることが好ましい。ここで、冷却用ノズルの口径ｄとはノズル出口での直径を意味する。

冷却用ノズルの口径ｄがφ１ｍｍ未満ではその冷却能を維持するために多くのノズルを必要とするので、その管理が難しくなる。一方、冷却用ノズルの口径ｄがφ８ｍｍを越えると、冷却能が下がる傾向にあるとともに、均一冷却することが難しくなる。より好ましくは、φ２ｍｍ以上φ６ｍｍ以下である。

冷却用ノズル−ガラス間距離Ｚは１ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。冷却用ノズル−ガラス間距離Ｚが１ｍｍ未満であると、ノズルからでた衝突噴流の跡がつく。一方、８０ｍｍを越えると、薄い板厚の強化ガラスを得ることができない。より好ましくは、３ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。なお、ガラス冷却用ノズル−ガラス間距離Ｚは、ノズルの先端とガラス板間の距離を示している。

冷却用ノズルは通常ブラストヘッドと呼ばれるチャンバーと連結しており、そのチャンバーの上流にはコンプレッサーあるいは高圧ブロワーがある。冷却用ノズルにつながるチャンバーの圧力Ｐは０．１ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下であることが好ましい。冷却用ノズルにつながるチャンバーの圧力Ｐが０．１ＭＰａ未満であると、２．５ｍｍ厚以下の熱強化ガラスを得ることは難しい。一方、０．８ＭＰａを越える圧力を一般的な装置で得ることは難しく、大幅なコスト高となる。好ましくは、０．２ＭＰａ以上０．７５ＭＰａ以下である。

また、ノズル−ガラス間距離Ｚ、冷却用ノズルにつながるチャンバーの圧力Ｐ及び冷却用ノズルの径ｄを適宜変更することにより、ガラス面内での熱流束の差を１５０ｋＷ／ｍ^２以下とすることが好ましい。１５０ｋＷ／ｍ^２を越えると、均一性が下がった熱強化ガラスとなり、破砕試験での問題、例えばある破砕始点では破砕の最大値がオーバーする一方、別の破砕始点では最小値が小さすぎることがあり、またスプラインと呼ばれる危険な細長い断片が発生することがある。

また、熱強化ガラス内の表面圧縮応力値のばらつきが２０ＭＰａ以下となるように冷却用ノズル−ガラス間距離Ｚ、衝突噴流の圧力Ｐ、及び冷却用ノズル径ｄを設定することが好ましい。熱強化ガラス内の表面圧縮応力値のばらつきが２０ＭＰａを越えると、均一性の下がった熱強化ガラスとなる。なお、一般的な製造条件では、熱強化ガラス内の表面圧縮応力値のばらつきが２０ＭＰａ以下とするために、冷却時の熱流束を１５０ｋＷ／ｍ^２以下とすることが多い。しかし、冷却開始時のガラス温度が低い場合には上述の値よりも小さな差とした方が良い。

さらに、上記のいずれかの方法で製造された湾曲した熱強化ガラスである。この熱強化ガラスは、これまで極めて難しいとされてきた２．５ｍｍ以下であり、さらに２．３ｍｍ以下の湾曲した熱強化ガラスを製造することもできる。

さらに、詳細に述べると、最低でも開口面積で１０％口径が異なる２種類の冷却ノズルを必要とする。一方、その上限は開口面積で５００％である。望ましくは、開口面積で２０％以上３００％以下の異なる冷却用ノズルを用いることが好ましい。ノズルの内径、ノズルの長さ、ノズルとガラス板表面の衝突面までの距離、および衝突噴流の圧力を適宜選択することにより、熱伝達係数が大きなノズルと、それよりも熱伝達係数が小さなノズルを適正に配することが重要となってくる。一般的には、熱伝達係数の大きなノズルは、大きな冷却能を必要とするところ、例えば、湾曲の大きな場所に使用される。衝突噴流は不足膨張噴流であることが好ましい。不足膨張噴流であることが熱伝達係数を上げるために重要であるからである。

なお、冷却用ノズルの配置は、湾曲度の他、ガラス面内の温度分布も考慮する必要がある。同様の条件で加熱したとしても、ガラス面の温度は均一になっていないのが常であるからである。一般的には冷却用ノズルの種類は多いほど、均一化した熱強化ガラスを得ることができるが、ノズル配置及び冷却条件が逆に限定されるので、対象とする熱強化ガラスの形状や板厚のみではなく、設備仕様や冷却条件等を総合的に考えるべきである。

また、冷却用ノズルは一般的な細長形状が好ましいが、例えばラバールノズルのように内径が変化するノズルの場合でも良い。しかし、その内径が大きく変化する場合は、結果として大口径のノズルを用いたのと同様となり、冷却後の空気の流れを考えると効率的ではない。

なお、図６にノズル径がφ８でチャンバー圧力が０．６５ＭＰａにおける冷却用ノズルからの熱流束測定結果、図７にノズル径がφ４でチャンバー圧力が０．３ＭＰａにおける冷却用ノズルからの熱流束測定結果、図８にノズル径がφ１でチャンバー圧力が０．６５ＭＰａにおける冷却用ノズルからの熱流束測定結果の一例を示す。いずれも縦軸は熱流束、横軸はガラス−ノズル間距離を冷却ノズルの口径ｄで除した無次元距離である。

このように、種々の条件により、熱流束の値は複雑に変化する。空気を噴き出すノズル先端とガラス表面の衝突面までの距離の違いで熱伝達係数と衝突圧力は変化するとともに、チャンバー内の圧力によっても両者の挙動が全く異なる。すなわち、不足膨張噴流の場合、衝突面までの距離を短くしても熱伝達係数が必ずしも向上するとは言えず、長くした方が向上する場合もある。また、チャンバー内の圧力を増加させてもガラス表面の衝突面までの距離によっては逆効果となることもある。

熱強化ガラスの強化度を求める方法としては、破砕試験（ＪＩＳ Ｒ３２０５）や表面圧縮応力（ＪＩＳ Ｒ３２２２）から推定する方法が広く提案されている。破砕試験は、５ｃｍ角の中の破砕数を断片密度として表され、破片が５ｃｍ角内にある場合には１、辺にかかる場合は０．５としてカウントされる。断片密度が大きいほど、強化度は大きく、一般的な熱強化ガラスの場合、断片密度は４０〜４００の間にあることが必要とされる。４００を越した場合、一般的な熱強化ガラスの範疇外になるが、一部では超強化ガラスとして使用される場合もある。強化ガラスの表面圧縮応力の値については限定されている訳ではないが、一般的には表面圧縮応力が大きな値をとる方が強化度の大きな強化ガラスである。

熱強化ガラス面内における表面圧縮応力の差を２０ＭＰａ以下とすることが必要である。熱強化ガラス面内における表面圧縮応力の差が２０ＭＰａを越えると、強化ガラス内の断片密度のばらつきが多くなり、強化ガラスの仕様を満足できない場合が多くなってくる。好ましくは、１５ＭＰａ以下である。なお、ノズル長さも上述の因子ほどではないが影響するので、５０〜２５０ｍｍの範囲であるのが好ましい。
以下、実施例に基づき、述べる。

寸法が４９０ｘ８２０（ｍｍ）で湾曲した２．３ｍｍ厚ガラスを準備し、図３に示すように、比較的平面的な領域形成部には内径ｄが３ｍｍで長さＬが１００ｍｍの図２に示す形状のノズル１群を、湾曲した領域形成部（曲面半径：〜５００ｍｍ）には内径ｄが４ｍｍ、長さＬが１００〜１３０ｍｍの図２に示す形状のノズル２群を用いて熱強化ガラスの製作を行った。なお、いずれのノズルもブラストヘッド３を介して高圧空気供給装置につながっている。このときのガラス−ノズル間の距離は約３０ｍｍを基準とし、チャンバー圧は０．４ＭＰａとした。

この冷却条件で風冷強化処理した結果、比較的平面的な領域形成部では断片密度（個数／２５ｃｍ^２）で約１００、湾曲した領域形成部でも約６０が得られた。この結果は、強化ガラスとしての仕様を満足している。また、この強化ガラスの表面圧縮応力を測定したところ、最も大きな値がえられた場所では９０ＭＰａ、最も小さな値が得られた場所でも８０ＭＰａであり、その差は１０ＭＰａであった。

寸法が４９０ｘ８２０（ｍｍ）で湾曲した２．３ｍｍ厚ガラスを準備し、比較的平面的な領域形成部には内径が３ｍｍで長さが１００ｍｍのノズル群を、湾曲した領域形成部（曲面半径：〜２５０ｍｍ）には内径が４ｍｍ、長さが１５０〜２００ｍｍのノズル群を用いて強化ガラスの製作を行った。このときのガラス−ノズル間距離は２５ｍｍを基準とし、チャンバー圧は０．５ＭＰａとした。

この冷却条件で風冷強化処理した結果、比較的平面的な領域形成部では断片密度（個数／２５ｃｍ^２）で約３５０、湾曲した領域形成部でも約２５０が得られた。この結果は、強化ガラスとしての仕様を満足している。また、この強化ガラスの表面圧縮応力を測定したところ、最も大きな値がえられた場所では１３５ＭＰａ、最も小さな値が得られた場所でも１２０ＭＰａであり、その差は１５ＭＰａであった。

寸法が５４０ｘ１１５０（ｍｍ）で湾曲した２．３ｍｍ厚ガラスを準備し、比較的平面的な領域形成部には径が２．５ｍｍで長さが１００ｍｍのノズル群を、湾曲した領域形成部Ａ（曲面半径：〜５００ｍｍ）には内径が３ｍｍ、長さが１５０〜２００ｍｍのノズル群を、湾曲した領域形成部Ｂ（曲面半径：〜２５０ｍｍ）には内径が４ｍｍ、長さが１５０〜２００ｍｍのノズル群を用いて強化ガラスの製作を行った。このときのガラス−ノズル間距離は２５ｍｍを基準とし、チャンバー圧は０．５５ＭＰａとした。

この冷却条件で風冷強化処理した結果、比較的平面的な領域形成部では断片密度（個数／２５ｃｍ^２）で約１５０、湾曲した領域形成部でも約８０が得られた。この結果は、強化ガラスとしての仕様を満足している。また、この強化ガラスの表面圧縮応力を測定したところ、最も大きな値がえられた場所では１００ＭＰａ、最も小さな値が得られた場所でも９０ＭＰａであり、その差は１０ＭＰａであった。

寸法が５４０ｘ１１５０（ｍｍ）で湾曲した１．８ｍｍ厚ガラスを熱強化するため、図４に示すように、ノズル口径とノズル長さが異なる冷却装置を用いた。比較的平面的な領域形成部には口径が３ｍｍ及び５ｍｍのノズル群を、湾曲した領域形成部Ａ（曲面半径：〜５００ｍｍ）には口径が２．５ｍｍ及び４ｍｍのノズル群を、湾曲した領域形成部Ｂ（曲面半径：〜２５０ｍｍ）には口径が２ｍｍ、３ｍｍ、及び４ｍｍのノズル群を用いて熱強化ガラスの製作を行った。このときの衝突噴流の圧力は平面的な領域形成部で０．４ＭＰａ、湾曲した領域形成部Ａでは０．５ＭＰａ、湾曲した領域形成部Ｂでは０．６５ＭＰａとした。ガラス−ノズル間距離Ｚについては、平面的な領域形成部の口径が３ｍｍのノズルでは２０ｍｍ、口径が５ｍｍのノズルでは２５ｍｍ、湾曲した領域形成部Ａの口径が２．５ｍｍのノズルでは１６ｍｍ、口径が４ｍｍのノズルで１８ｍｍ、湾曲した領域形成部Ｂの口径が２ｍｍのノズルでは１６ｍｍ、口径が３ｍｍのノズルでは２０ｍｍ、口径が４ｍｍのノズルでは２４ｍｍを基準とした。

炉内温度が６８０℃、炉内時間が１８０秒の加熱条件とし、上述の冷却装置で風冷強化処理した結果、比較的平面的な領域形成部では断片密度（個数／２５ｃｍ^２）で約１６０、湾曲した領域形成部でも約１００が得られた。この結果は、強化ガラスとしての仕様を満足している。また、この熱強化ガラスの表面圧縮応力を測定したところ、最も大きな値がえられた場所では１００ＭＰａ、最も小さな値が得られた場所でも９０ＭＰａであり、その差は１０ＭＰａであった。

（比較例１）
寸法が４９０ｘ８２０（ｍｍ）で湾曲した２．３ｍｍ厚ガラス（曲面半径：〜５００ｍｍ）を準備し、図５に示すように内径ｄが３ｍｍで長さＬが１００ｍｍの図２に示す形状のノズル１群を一様に配置して熱強化ガラスの製作を行った。このとき、湾曲形成部については先端を曲げたノズル４を使った。なお、いずれのノズルもブラストヘッド３を介して高圧空気供給装置につながっている。ガラス−ノズル間距離は３０ｍｍを基準とし、チャンバー圧は０．４ＭＰａとした。

この冷却条件で２．３ｍｍ厚ガラスを風冷強化処理した場合、比較的平面的な領域形成部では約１００の断片密度（個数／２５ｃｍ^２）が得られたが、湾曲した領域形成部では４５であり、熱強化ガラスとしての仕様を満足することができなかった。この強化ガラスの表面圧縮応力を測定したところ、最も大きな値がえられた場所では９０ＭＰａであったが、最も小さな値が得られた場所でも６５ＭＰａであり、その差は２５ＭＰａであった。

（比較例２)
寸法が４９０ｘ８２０（ｍｍ）で湾曲した２．３ｍｍ厚ガラス（曲面半径：〜２５０ｍｍ）を準備し、内径が３ｍｍで長さが１００ｍｍのノズル群のみを用いて強化ガラスの製作を行った。このときのガラス−ノズル間距離は２５ｍｍを基準とし、チャンバー圧は０．５ＭＰａとした。

この冷却条件で風冷強化処理した結果、比較的平面的な領域形成部では断片密度（個数／２５ｃｍ^２）で約３３０が得られた。また、湾曲した領域形成部での約８０が得られた。しかし、破砕始点を中心部としたときに、８０ｍｍの長さを持つスプラインが湾曲形成部の近傍で発生した。このため、熱強化ガラスとしての仕様を満足しないと判断せざるを得なかった。この強化ガラスの表面圧縮応力を測定したところ、最も大きな値がえられた場所では１３５ＭＰａ、最も小さな値が得られた場所でも１１０ＭＰａであり、その差は２５ＭＰａであった。

（比較例３)
寸法が５４０ｘ１１５０（ｍｍ）で湾曲した２．３ｍｍ厚ガラス（湾曲した領域形成部Ａ（曲面半径：〜５００ｍｍ）と湾曲した領域形成部Ｂ（曲面半径：〜２５０ｍｍ）を有す）を準備し、内径が２．５ｍｍで長さが１００ｍｍのノズル群のみを用いて強化ガラスの製作を行った。このときのガラス−ノズル間距離は２５ｍｍを基準とし、チャンバー圧は０．５５ＭＰａとした。

この冷却条件で風冷強化処理した結果、湾曲した領域形成部では約４０しか得られなかったため、さらにチャンバー圧を０．６５ＭＰａに上げて製作した。

この結果、湾曲した領域形成部でも約６０の断片密度が得られた。しかし、圧力を上げたことによって、ガラスに跡が残るようになり、光学特性としても強化ガラスとしての仕様を満足することができなかった。このため、総合評価としては、強化ガラスとしての仕様を満足させることはできなかった。この強化ガラスの表面圧縮応力を測定したところ、最も大きな値がえられた場所では１１０ＭＰａ、最も小さな値が得られた場所でも８０ＭＰａであり、その差は３０ＭＰａであった。

（比較例４）
寸法が５４０ｘ１１５０（ｍｍ）で１．８ｍｍ厚ガラスを準備し、すべての冷却用ノズルを口径が３ｍｍ、ノズル−ガラス間距離を４０ｍｍ、衝突噴流の圧力を０．４ＭＰaとして、実施例４と同様の熱強化ガラスの製作を試みた。

しかし、破砕試験を行っても、未強化ガラスの場合のように断片化現象を示さなかったので、衝突噴流の圧力を０．６ＭＰａまで上げ、かつノズル−ガラス間距離を２０ｍｍまで近づけた。この結果、平面的な領域では断片化現象を示すようになったが、湾曲した領域形成部Ｂでは破砕の荒い部分（断片密度１２）があった。さらに、全体をみると断片密度は十数個〜８０個と大きくばらついていた。

なお、ガラスの表面圧縮応力は、東芝硝子製の表面応力計を用いた。また、熱強化ガラスの製作時の冷却開始温度は６８０℃とした。

以上の結果から示されるように、ノズルからの噴出圧力が高いことやノズルとガラス間の距離を小さくすることが熱伝達係数を必ずしも大きくするとは言えず、も湾曲した薄板強化ガラスを品質良く製造することは極めて困難であった。しかし、本発明の条件とすることで、湾曲薄板強化ガラスの製造が可能となり、その生産歩留も安定した。なお、実施例で噴流自体が不足膨張噴流となっていることは、二重露光ホログラフィー干渉計法での可視化により確認した。

不足膨張噴流の熱伝達係数の変化を示す概念図である。 実施例１および比較例１のノズル形状を示す概念図であり、(a)は側面図、(b)は正面図である。 実施例１の口径の異なる２種類以上の冷却用ノズルを配した冷却装置を示す概念図であり、(a)はその全体図、(b)はその部分拡大図である。 比較例１の口径の同じ冷却用ノズルを配した冷却装置を示す概念図であり、(a)はその全体図、(b)はその部分拡大図である。 実施例４の口径の異なる２種類以上の冷却用ノズルを配した冷却装置を示す概念図であり、(a)はその全体図、(b)はその部分拡大図である。 ノズル径がφ８でチャンバー圧力が０．６５ＭＰａにおける冷却用ノズルからの熱流束測定結果を示す分布図である。 ノズル径がφ４でチャンバー圧力が０．３ＭＰａにおける冷却用ノズルからの熱流束測定結果を示す分布図である。 ノズル径がφ１でチャンバー圧力が０．６５ＭＰａにおける冷却用ノズルからの熱流束測定結果を示す分布図である。

符号の説明

１ 冷却用ノズル
２ 冷却用ノズル
３ ブラストヘッド
４ 冷却用ノズル
Ｌ ノズルの長さ
ｄ ノズルの内径

Claims (4)

1. 冷却用ノズルからの衝突噴流をガラスに吹き付けて２．５ｍｍ厚以下の熱強化ガラスを製造する場合において、冷却用ノズルの口径が異なる２種類以上の冷却用ノズルを同時に用いて急冷し、該冷却用ノズルの口径ｄはφ１ｍｍ以上φ８ｍｍ以下であること、冷却用ノズル−ガラス間距離Ｚは１ｍｍ以上８０ｍｍ以下であること、冷却用ノズルにつながるチャンバー内の圧力Ｐは０．１〜０．８ＭＰａであることを特徴とする湾曲した熱強化ガラスの製造方法。
2. ノズル−ガラス間距離Ｚ、チャンバー内の圧力Ｐ及び冷却用ノズルの径ｄを適宜変更することにより、ガラス面内での熱流束の差を１５０ｋＷ／ｍ^２以下とすることを特徴とする請求項１に記載の湾曲した熱強化ガラスの製造方法。
3. 熱強化ガラス内の表面圧縮応力値のばらつきが２０ＭＰａ以下となるように冷却用ノズル−ガラス間距離Ｚ、チャンバー内の圧力Ｐ、及び冷却用ノズル径ｄを設定することを特徴とする請求項１または２に記載の湾曲した熱強化ガラスの製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかの方法で製造されたことを特徴とする湾曲した熱強化ガラス。

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