JP4400912B2

JP4400912B2 - ガラス組成物および合わせガラス

Info

Publication number: JP4400912B2
Application number: JP2003332989A
Authority: JP
Inventors: 啓充瀬戸; 信行山本; 弘之田中
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: JP2004137147A

Description

本発明は、優れた熱遮蔽性能を持つ合わせガラスおよび該合わせガラスに用いるのに好適なガラス組成に関する。詳しくは、特別な中間膜や熱線反射膜等を用いなくとも、実質的にそれらと同等の熱線遮蔽性能を発揮する合わせガラスおよび該合わせガラスに用いるのに好適なガラス組成に関する。

近年、自動車の冷房負荷低減のため、自動車用窓ガラスとして熱線遮断性能を持つ窓ガラスが用いられている。例えば、ガラス板表面に各種金属、または金属酸化物薄膜が積層された薄膜付ガラス板がある。しかし、これら金属または金属酸化物薄膜は導電性能を有し、電波も遮断するため、自動車外との電波送受信による機能システムの動作が阻害されたり、携帯電話による通信が阻害されたりするなどの不具合を生じることがあった。そこで電波透過性能は確保し、熱線遮断性能を持つ合わせガラスが提案されてきた。

例えば、特許文献１には、複数枚のガラス板と、粒径が０．２μｍ以下の赤外線遮蔽性微粒子が分散配合された中間膜とを有し、前記複数枚のガラス板間に前記中間膜が介在されており、前記複数枚のガラス板のうちの少なくとも１枚のガラス板が、重量百分率表示でＦｅ₂Ｏ₃換算した全鉄０．３〜１％含有する、ソーダライムシリカガラスからなる合わせガラスが記載されている。
特開２００１−１５１５３９号公報

一方、これとは別にガラス板自体の熱遮蔽性能を向上させて「高熱遮蔽」を達成するという考え方もある。具体的には全太陽光エネルギー透過率を減ずるには、ガラス中に導入された酸化鉄のうち酸化第一鉄（ＦｅＯ）の絶対量を増加させ、かつガラスの塩基度を高くしてＦｅＯのピークを長波長側にシフトさせてやればよい。この様なガラス板として、例えば、特許文献２に記載された透明板ガラス製造用のガラス組成物がある。このガラス組成物は、重量％で表示して、
６９〜７５％のＳｉＯ₂、
０〜３％のＡｌ₂Ｏ₃、
２〜１０％のＣａＯ、
０〜２％のＭｇＯ、
９〜１７％のＮａ₂Ｏ、
０〜８％のＫ₂Ｏ、
０．２〜１．５％のＦｅ₂Ｏ₃を含み、
さらに、フッ素および亜鉛，ジルコニウム，セリウム，チタンの酸化物，４重量％未満の酸化バリウムおよび合計で１０％以下の残りのアルカリ土類酸化物を含むことができるガラス組成物である。
特表平８−５００８１１号公報

前記特許文献１に記載された合わせガラスは、「高熱線遮蔽」の目安とされる４２％以下の全太陽エネルギー透過率を達成するためには、ヘイズ率が０．５％以上に高くなってしまうという不具合があった。

また、前記特許文献２に記載された透明板ガラス製造用のガラス組成物では、透過性を得るためにアルカリ土類酸化物を合計で１０％以下に制限しているが、耐久性と両立させるため溶融点(logη=2)、作業点(logη=4)温度がいずれも高くなるという不具合があった。またＭｇＯが実質的に含まれないために、熱線遮蔽性能を向上させるべくＦｅＯ量を増加させると、アンバー着色を発生しやすいという不具合があった。

本発明は上記従来技術の問題点を鑑みてなされたものであって、低いヘイズ率および優れた熱線遮蔽性能を持つ合わせガラスおよび合わせガラスに用いるのに好適で溶融および成形作業が容易なガラス組成物を提供することを目的とする。

本発明のガラス組成物は、重量％で表して、
６９．４〜７０．１％のＳｉＯ₂ 、
１．９８〜２．４０％のＡｌ₂Ｏ_３、
１．６１〜２．８９％のＭｇＯ、
８．９５〜９．１８％のＣａＯ、
０〜１．００％のＳｒＯ、
０〜１．００％のＢａＯ、
１０．５６％以上１２％未満のＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ、
０〜０．９９％のＬｉ₂Ｏ、
１３．３〜１５．２％のＮａ₂Ｏ、
０．７３〜１．４０％のＫ₂Ｏ、
１４．０３〜１７．５９％のＬｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ、
０．０１〜０．２０％のＴｉＯ₂および
０．５５〜１．３％のＦｅ₂Ｏ_３に換算した全酸化鉄
からなり、Ｂ ₂ Ｏ _３およびＣｅＯ ₂ を含まず、ＦｅＯの前記全酸化鉄に対する割合が２８〜４８％であり、２．１ｍｍの厚みに換算して、８０％以上のＡ光源を用いて測定した可視光透過率および６２％以下の全太陽光エネルギー透過率を有し、溶融点（ｌｏｇη＝２になる温度）が１３９２℃以下であり、作業点（ｌｏｇη＝４になる温度）が１００１℃以下であるガラス組成物である。

本発明によれば、溶融および成形作業が容易でかつ優れた熱遮蔽性能を持つガラス組成およびそれを有するガラス板を用いてヘイズ率が低くかつ優れた熱遮蔽性能を持つ合わせガラスが得られる。そして特別な中間膜や熱線反射膜等を用いなくとも、実質的にそれらと同等の熱線遮断性能を発揮する合わせガラスおよび合わせガラスに用いるのに好適なガラス組成が得られる。

まず、本発明のガラス組成の限定理由について説明する。ただし、以下の組成は重量％で表示したものである。

ＳｉＯ₂はガラスの骨格を形成する主成分である。ＳｉＯ₂が６５％未満ではガラスの耐久性が低下し、７４％を越えるとガラスの溶解が困難になる。より好ましくは６５〜７１％の範囲である。

Ｂ₂Ｏ₃は必須成分ではないが、ガラスの耐久性向上のため、あるいは溶解助剤としても使用される成分であり、紫外線の吸収を強める働きもある。Ｂ₂Ｏ₃含有量が５％を越えると紫外域の透過率の低下が可視域まで及ぶようになり、色調が黄色味を帯び易くなるとともに、Ｂ₂Ｏ₃の揮発等による成形時の不都合が生じるので５％を上限とする。好ましくは０〜２％の範囲である。

Ａｌ₂Ｏ₃はガラスの耐久性を向上させる成分である。自動車用ガラスその他として充分なレベルの化学耐久性を付与するためには１．９％以上必要であり、１．９％未満では耐久性に劣る。また２．５％を超えるとガラスの溶解性が低下し好ましくない。より好ましいＡｌ₂Ｏ₃含有量は２．０〜２．４％である。

ＭｇＯおよびＣａＯはガラスの耐久性を向上させるとともに、成形時の失透温度、粘性を調整するのに用いられる。ＳｒＯおよびＢａＯは必須成分ではないが、ガラスの耐久性を向上させるとともに、成形時の失透温度、粘性を調整するのに用いられる。本発明においては、ＭｇＯを１．０〜３．０％とし、アルカリ土類酸化物の合計（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）を１０％以上にすることにより、ガラスの塩基度を増大させＦｅＯのピークを長波長側にシフトさせて熱遮蔽性能を向上させることができ、かつ溶解性と耐久性を両立させることが可能となる。

ＭｇＯが３．０％を超えると十分な熱遮蔽性能が得られない。逆に１．０％未満ではガラスがアンバー発色しやすくなるため充分なＦｅＯ量と可視光透過率とが安定的に得られない。ＣａＯが５％未満または１０％を越えると失透温度が上昇する。また、ＳｒＯおよびＢａＯは必須成分ではないが、ＭｇＯおよびＣａＯと置換する形でガラス中に導入することにより、さらに高い塩基度を得ることができる。ＳｒＯおよびＢａＯは原料が高価なためその含有量はそれぞれ０〜１０％である。また、アルカリ土類酸化物の合計が１０％未満では十分な熱遮蔽性能が得にくくなる上、成形時の失透温度が高くなり、かつ溶解性と耐久性を両立させることが困難になる。１５％を越えると失透温度が上昇し、またガラスの密度が大きくなるので、ガラスの製造上好ましくない。より好ましくは１０％を超え１２％未満である。

Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏはガラスの溶解促進剤として用いられる。Ｌｉ₂Ｏは必須成分ではないが、同様にガラスの溶解促進剤として用いられる。Ｎａ₂Ｏが１３％未満あるいはＬｉ₂Ｏ，Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの合計が１４％未満では溶解促進効果が乏しく、Ｎａ₂Ｏが１７％を越えるか、またはＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの合計が２０％を越えるとガラスの耐久性が低下する。Ｌｉ₂ＯはＮａ₂Ｏに比して原料が高価であるため、５％を越えるのは好ましくない。また、Ｋ₂ＯにはＬｉ₂ＯまたはＮａ₂Ｏと置換する形でガラス中に導入することでガラスの塩基度を高める効果もあるため０．５％以上、好ましくは１％以上添加する。Ｌｉ₂Ｏ，Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの合計の含有量は好ましくは１４．５〜１９％である。

ＴｉＯ₂は添加量が多くなるとガラスが黄色味を帯び易くなるので、その上限は０．４０％である。
酸化鉄はガラス中ではＦｅ₂Ｏ₃とＦｅＯの形で存在し、Ｆｅ₂Ｏ₃は紫外線を吸収し、ＦｅＯは赤外線を吸収する。本発明のガラス組成物は０．３〜２．０％のＦｅ₂Ｏ₃に換算した全酸化鉄（以下、Ｔ−Ｆｅ₂Ｏ₃）を含む。これにより合わせガラスを形成した際、全太陽光エネルギー透過率が４２％以下の高遮熱性能を得ることができる。Ｔ−Ｆｅ₂Ｏ₃が０．３％未満では遮熱性能が小さく、２．０％より多いと可視光透過率が下がり好ましくない。

本発明のガラス組成物に高遮熱性能と高い可視光透過率とを併せ持たせる場合には、０．５５〜１．３％のＴ−Ｆｅ₂Ｏ₃、０．０１〜０．２０％のＴｉＯ₂および０〜２．０％のＣｅＯ₂を含み、ＦｅＯの割合がＴ−Ｆｅ₂Ｏ₃の２２〜４８％であることが好ましい。特に、０．５５〜０．７５％のＴ−Ｆｅ₂Ｏ₃、０．０１％以上０．２０％未満のＴｉＯ₂、および０〜１．０％のＣｅＯ₂を含み、ＦｅＯの割合がＴ−Ｆｅ₂Ｏ₃の２８％〜４８％であることがさらに好ましい。

本発明のガラスに、色調調整その他の理由で着色成分ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＳｅおよびＣｒ₂Ｏ₃を導入することができ、０．００５％未満のＣｏＯ、０．０１％以下のＮｉＯ、０．００１％以下のＳｅおよび０．０２％以下のＣｒ₂Ｏ₃の範囲内にあることが好ましい。

本発明のガラスは優れた溶解性を持つ。ここでは溶解性の代用特性として溶融点(logη＝２になる温度)の温度を用いており、溶融点が低いほど溶解性に優れる。本発明のガラス組成物は１４００℃以下の溶融点を持つことが好ましい。またガラスの成形を容易に行うためには、本発明のガラス組成物は１０１０℃以下の作業点(logη＝４になる温度)を持つことが好ましい。

本発明の合わせガラスは、本発明のガラス組成物からなるガラス板を少なくとも１枚含む少なくとも２枚のガラス板と、その間に少なくとも１層の樹脂層とを貼り合わせることにより得られる。各ガラス板としては通常１．６〜２．１ｍｍの厚みのものが用いられ、本発明のガラス組成物からなるガラス板は、２．１ｍｍの厚みにおいて、可視光透過率が８０％以上かつ全太陽光エネルギー透過率が６２％以下の特性を持つものが用いられる。各ガラス板としては、すべて同一の組成および同一の厚みのガラス板を用いてもよく、またいずれも本発明のガラス組成の範囲内にある異種組成および異なる厚みを有するガラス板を用いてもよく、さらに本発明のガラス組成物からなるガラス板と本発明のガラス組成物でないガラス板とを組み合わせてもよい。前記合わせガラスの、Ａ光源を用いて測定した可視光透過率が６９％以上、全太陽光エネルギー透過率が４５％以下であり、さらに、該合わせガラスの全太陽光エネルギー透過率が４２％以下であることが好ましい。また、前記樹脂層中には機能性微粒子、例えば特開２０００−７２４８４号公報に記載されているような熱線遮蔽性微粒子を分散させ、さらなる特性改善を図ってもよい。また本発明のガラス組成物は、単板、強化ガラスあるいは複層ガラスなどとして使用してもよく、その場合にも優れた熱線遮蔽性能を発揮する。

[実施例]
以下、本発明について表を参照しながら詳細に説明する。
表１に本発明の実施例および比較例のガラス組成および光学特性値を示す。表中の濃度はすべて重量％表示である。

ガラスの製造にあたっては、珪砂、硼酸、苦灰石、石灰石、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、ソーダ灰、芒硝、炭酸カリウム、炭酸リチウム、カーボン、酸化鉄を表に示す割合になるように調合、混合したバッチを電気炉中で１４５０℃に加熱、溶融し、その後ステンレス板上にガラス素地を流し出し、室温まで徐冷した。これらは、各物性を測定するために適当な大きさに切断、研磨した。

厚さ２．１ｍｍのガラス板試料について、ＣＩＥ標準のＡ光源を用いて測定した可視光透過率（ＹＡ）、全太陽光エネルギー透過率（ＴＧ）、ＩＳＯに規定される紫外線透過率（Ｔｕｖ）、ＣＩＥ標準のＣ光源を用いて測定した主波長（λｄ），刺激純度（Ｐｅ）およびＣＩＥ色度図によるＬ^*，ａ^*，ｂ^*値を測定した。また、各試料２枚をその間に樹脂層を介在させて貼り合わせて厚み５ｍｍとした合わせガラスの光学特性値およびヘイズ率もあわせて示した。樹脂層には市販のポリビニルブチラール膜を使用した。また高温粘性は、球引き上げ法（「ガラスハンドブック」朝倉書店、635-636頁）に準じた試料引き下げ式自動粘度測定装置を用いて、試料溶融ガラス中に白金球を吊し、容器ごと試料を引き下げる際、球にかかる粘性抵抗を荷重として測定することにより、試料の粘度を求め、溶融点(logη＝２になる温度)および作業点(logη＝４になる温度)を計算した。耐水性および耐酸性は日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）光学ガラスの化学的耐久性の測定方法に基づいて測定した。ただし、測定回数はＮ＝１とし、耐酸性試験の溶出液には０．０１Ｎの硝酸を用いた。

実施例１〜７はいずれも１４００℃以下の溶融点、１０１０℃以下の作業点、０．０３以下の耐水性、０．０３以下の耐酸性、８０．５％以上の可視光透過率ＹＡ、６０．５％以下の全太陽光エネルギー透過率ＴＧを有している。実施例３および４はＹＡとＴＧの差が特に大きく、遮熱性能に優れたガラスである。実施例１〜４は合わせガラスとして用いた場合、７１．１％以上の可視光透過率と４０．６％以下の全太陽光エネルギー透過率を持ち、０．３〜０．４のヘイズ率を有し、高い視認性と遮熱性とを併せ持ったガラスでもあることが分かる。

実施例１のガラス組成を有し厚み４．６ｍｍのガラス板の光学特性は、ＹＡ＝７０．７％、ＴＧ＝４１．６％、Ｔｕｖ＝１９．１％、Ｌ^*＝８８．４，ａ^*＝−９．６、ｂ^*＝−１．１、λｄ＝４９４．０ｎｍおよびＰｅ＝５．６％であった。また実施例３のガラス組成を有し厚み４．３ｍｍのガラス板の光学特性は、ＹＡ＝７１．１％、ＴＧ＝４１．５％、Ｔｕｖ＝２１．０％、Ｌ^*＝８８．６，ａ^*＝−９．４、ｂ^*＝−１．９、λｄ＝４９２．６ｎｍおよびＰｅ＝６．１％であった。このように実施例１および３のガラスは単板で用いても、６９％以上の可視光透過率と４５％以下の全太陽光エネルギー透過率を持ち、高い視認性と遮熱性とを併せ持ったガラスでもあることが分かる。

比較例１は一般的に用いられるフロートガラス組成であり、緑色を呈し、全鉄が多く酸化セリウムを含むためＵＶカット性、遮熱性に優れるが、母組成が本発明の範囲外であるため、高い可視光透過率との両立を図ることができず、合わせガラスのＹＡが７０％以下となり好ましくない。さらに、溶融点で６０℃以上高く溶解性にも劣る。比較例２では、Ａｌ₂Ｏ₃が本発明の範囲よりも小さく、しかもＭｇＯが本発明の範囲よりも大きいガラスであるため、実施例と比較して溶融点で８０℃以上、作業点で約１７０℃以上高く、溶融性および作業性に劣ることが分かる。比較例３では、Ａｌ₂Ｏ₃およびＭｇＯの両方が本発明の範囲よりも小さいガラスであるため、実施例と比較して溶融点で２０℃以上高く、溶融性に劣ることが分かる。また比較例４では、Ａｌ₂Ｏ₃が本発明の範囲よりも小さいガラスであるため、耐水性および耐酸性が劣る。

Claims

重量％で表して、
６９．４〜７０．１％のＳｉＯ₂ 、
１．９８〜２．４０％のＡｌ₂Ｏ_３、
１．６１〜２．８９％のＭｇＯ、
８．９５〜９．１８％のＣａＯ、
０〜１．００％のＳｒＯ、
０〜１．００％のＢａＯ、
１０．５６％以上１２％未満のＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ、
０〜０．９９％のＬｉ₂Ｏ、
１３．３〜１５．２％のＮａ₂Ｏ、
０．７３〜１．４０％のＫ₂Ｏ、
１４．０３〜１７．５９％のＬｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ、
０．０１〜０．２０％のＴｉＯ₂および
０．５５〜１．３％のＦｅ₂Ｏ_３に換算した全酸化鉄
からなり、Ｂ ₂ Ｏ _３およびＣｅＯ ₂ を含まず、ＦｅＯの前記全酸化鉄に対する割合が２８〜４８％であり、２．１ｍｍの厚みに換算して、８０％以上のＡ光源を用いて測定した可視光透過率および６２％以下の全太陽光エネルギー透過率を有し、溶融点（ｌｏｇη＝２になる温度）が１３９２℃以下であり、作業点（ｌｏｇη＝４になる温度）が１００１℃以下であるガラス組成物。
請求項１に記載のガラス組成物からなり板厚が１．６〜２．１ｍｍである２枚のガラス板と、その間の少なくとも１層の樹脂層とを貼り合わせてなる合わせガラスであって、Ａ光源を用いて測定した可視光透過率が６９％以上であり、全太陽光エネルギー透過率が４５％以下である合わせガラス。
全太陽光エネルギー透過率が４２％以下である請求項２に記載の合わせガラス。
前記樹脂層中に機能性微粒子を分散させてある請求項２または３に記載の合わせガラス。