JP4749519B2 - 熱強化用ガラスシート - Google Patents

Description

本発明は熱強化用ガラスシートに関する。より詳細には本発明は自動車装備用ガラスシートに関する。
本発明は上記の用途に限定はされないが、本発明では特に厚み２．５ｍｍ未満の薄い熱強化ガラスシートを製造する場合に関して記載する。その理由は、自動車業界の現状では、自動車においてガラスが占める面積が拡大しつつあり、ガラス部品に相当する重量の軽減に対する要求が益々高まっているからである。従って、これらの新しい要件に適合するようなより薄いガラスシートが要望されている。
これらのガラスシート、より特定的には自動車のサイドガラスに使用されるガラスシートは、欧州規制Ｎｏ．４３で規定された駆動車両及び付随車両に装備される安全ガラス及びガラス材料の認可要件に適合するように熱強化されていなければならない。この規定によれば、強化ガラスは、ガラス部品が破損した場合に５ｃｍ×５ｃｍの大きさのガラスあたりの破片の数が４０未満にならないまたは３５０以上にならないように強化される必要がある（厚み２．５ｍｍ以下のガラス部品の場合には破片の数が４００以上になってはならないと規定されている）。前出の規制はまた、ガラス部品の周縁の幅２ｃｍの帯状部分及び衝撃点の周囲の半径７．５ｃｍ以内の部分を例外として３．５ｃｍ²よりも大きい破片が生じてはならない、及び、例外なしにすべての部分から７．５ｃｍよりも長い破片が生じてはならないと規定している。
慣用の強化装置、特にガラスシートの移動方向で弯曲した輪郭をもつローラコンベアに沿ってガラスシートを移動させることによってガラスシートを弯曲させ強化する慣用の強化装置は、厚み３．２ｍｍのガラスシートに対しては欧州規制Ｎｏ．４３に完全に適合する強化を達成し得る。
上記の技術は特にフランス特許ＦＲ−Ｂ−２，２４２，２１９及びＦＲ−Ｂ−２，５４９，４５６によって公知である。この技術は、水平炉でガラスシートを加熱し、曲線輪郭をもつように配列されたローラまたは別の回転部材の２つの表層面の間でガラスシートを移動させ、次いで熱強化ゾーンにガラスシートを導入する工程から成る。サイドガラス、サンルーフまたはその他のガラス部品、特に円筒状のガラス部品を製造する場合、上記表層面は、例えば円形輪郭に従って配列された複数の直円柱状ロッドによって構成される。あるいは上記表層面は、円錐状部材またはディアボロ形もしくはバレル形の部材のようなガラス部品に二次的弯曲を与える部材によって構成され得る。この技術によれば、一方では、ガラスシート間に広い間隔を設ける必要がないので先行するガラスシートの処理が完了しないうちに次のガラスシートを形成ゾーンに問題なく導入できる、他方では、ローラの長さ次第では２枚または３枚のガラスシートを横並びで同時に処理できるという理由から、極めて高い生産能力が可能である。
ガラスプレートまたはガラスシートの移動速度は少なくとも１０ｃｍ／秒であり、約１５〜２５ｃｍ／秒である。十分な強化時間が与えられるように３０ｃｍ／秒を越える速度は使用しないのが普通である。
ガラスシートの厚みが小さい場合、同じ強化標準に適合するためには極めて高い熱交換係数が必要である。このために、強化装置の送風力を増強することは可能である。しかしながらこのような改造は、一方で多大な投資を要し、他方で運転コストの高騰を招く。更に、送風力が増加すると、ガラスシートの光学的品質及び／またはガラスシートの平面性の低下が生じる可能性がある。
上記のような現状に鑑み、出願人らは、上記種類の標準的強化装置を使用して厚み２．５ｍｍ未満の薄いガラスシートを欧州規制Ｎｏ．４３に適合するように強化する研究に専念した。
従って本発明の目的は、２．５ｍｍ未満の厚みであっても、同じ冷却装置で厚み３ｍｍ以上のガラスシートの通常の結果と同等の熱強化を達成し得る固有特性を有している熱強化用ガラスシートを提供することである。
上記の目的は、１００×１０^-7Ｋ^-1を上回る膨張率α、６０ＧＰａを上回るヤング率Ｅ及び０．９Ｗ／ｍ．Ｋを下回る熱伝導率Ｋを有しているシリカ−ソーダ石灰素地の熱強化用ガラスシートによって達成される。
これらの特性は実際にガラスシートに対して、該シートが厚み２．５ｍｍである場合にも欧州規制Ｎｏ．４３に適合するように熱強化できるという可能性を与える。
本発明の好ましい実施態様によれば、ガラスシートは０．２１を上回るポアソン比を有している。
弾性率及びポアソン比は以下の試験によって測定される。１００×１００ｍｍ²の寸法及び６ｍｍ未満の厚みをもつガラス試験片を４点曲げ法で試験する。外側支持点は９０ｍｍずつ離間させ、内側支持点は３０ｍｍずつ離間させる。ガラスプレートの中央に歪み計を張り付ける。（プレートの長さ方向及び幅方向の）主要なずれを計算する。作用させた力から作用した応力を計算する。応力と主要なずれとの関係式から弾性率とポアソン比を計算し得る。
また、ガラスシートの比熱は７４０Ｊ／ｋｇ．Ｋを上回る値であるのが好ましい。
本発明の有利な実施態様によれば、ガラスシートは２５２０ｋｇ／ｃｍ³、好ましくは２５５０ｋｇ／ｍ³を上回る密度を有している。
また、本発明のガラスシートは以下の関係式：
α×Ｅ／Ｋ＞８０００
に適合するのが好ましい。
本発明のガラスシートのガラス素地は好ましくは、以下の構成成分を以下の重量％で含む素地から選択されるのが有利である：
ＳｉＯ₂ ４５−６９％
Ａｌ₂Ｏ₃ ０−１４％
ＣａＯ ０−２２％
ＭｇＯ ０−１０％
Ｎａ₂Ｏ ６−２４％
Ｋ₂Ｏ ０−１０％
ＢａＯ ０−１２％
Ｂ₂Ｏ₃ ０− ６％
ＺｎＯ ０−１０％
上記に提示したガラス組成物は特に、フロート型装置において慣用のシリカ−ソーダ石灰ガラスの製造に使用される温度に近い温度で溶融しガラスリボンに二次加工できるという利点を有している。
実際には組成物としては、標準条件下で溶融できるように、ポイズで表してｌｏｇη＝２となる粘度ηに対応する温度が１５００℃未満であるような組成物が選択される。更に、本発明の組成物は、ガラス形成温度と液相線温度との間に十分に大きい差を有している。その理由は、特にフロートガラス技術では、ガラスの液相線温度がポイズで表してｌｏｇη＝３．５となる粘度に対応する温度以下の値に維持されるのが重要なためである。好ましくはこの差は少なくとも１０℃〜３０℃である。
ＳｉＯ₂含量は６９％を上回ってはならない。この値を上回るとき、バッチの溶融及びガラスの精製に高温を要するので炉の耐火材料の摩耗が促進される。４５％以下の値では本発明のガラスが十分に安定でない。ＳｉＯ₂含量は５３％を上回るのが好ましい。
アルミナは安定剤として作用する。この酸化物は歪み点温度の上昇を援助する。Ａｌ₂Ｏ₃含量は１４％を上回ってはならない。１４％を上回ると溶融が極めて難しく、ガラスの高温粘度が不適格な値まで増加する。
本発明のガラス組成物はまた、酸化物Ｂ₂Ｏ₃を含有し得る。この場合、Ｂ₂Ｏ₃含量は６％を上回ってはならない。何故なら、６％を上回る値になると、ガラス製造中にアルカリ金属酸化物の存在下でホウ素が有意に蒸発し、耐火材料が腐食されるからである。更に、Ｂ₂Ｏ₃含量がより高い値になるとガラスの品質が低下する。ガラス組成物中に存在するＢ₂Ｏ₃含量が４％を上回る値であるときは、Ａｌ₂Ｏ₃含量は１０％を上回る値であるのが好ましい。
その他の酸化物は、本発明のガラスの溶融能力及び金属バッチ上の浮遊能力並びにガラスの特性に対して以下の影響を及ぼす。アルカリ金属酸化物、特にＮａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏは、本発明のガラスの融点及び高温粘度を合格限界内に維持する。このためには、これらのアルカリ金属酸化物の含量の総和が１１％を上回る値、好ましくは１３％を上回る値に維持されていなければならない。
本発明のガラスに導入されるアルカリ土類金属酸化物は、融点及びガラスの高温粘度を低下させる効果を有している。これらの酸化物の含量の総和は少なくとも６％、好ましくは８％を上回る値でなければならない。約２８％以上になると、金属浴フロート法に不適格なレベルまでガラスが失透する傾向が顕著である。
ガラス組成物は更に、自動車窓などの用途に特に好適な着色剤を含有し得る。着色剤の特定例としては、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、セレン、などの酸化物がある。
本発明の第一の実施態様によれば、本発明のガラスシートは、上記構成成分を上記の重量％で含有し、更に以下の関係式を満足させる素地から成る：
Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＞２０％
Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＋ＣａＯ＞２７％
本発明の第二の実施態様によれば、ガラス素地は、以下の関係式を満足させる：
Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＞１７％
Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＋ＣａＯ＞３５％
本発明の他の実施態様によれば、ガラス素地は、以下の関係式を満足させる：
Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＞１７％
Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＋ＣａＯ＞２９％
但し、Ｎａ₂Ｏ＞１８％
及び／またはＫ₂Ｏ＞５％
及び／またはＡｌ₂Ｏ₃＜３％。
本発明の最後の実施態様によれば、素地に酸化物ＴｉＯ₂が含まれているとき、素地は更に以下の関係式を満足させる：
ＴｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＜３％。
これらの種々の実施態様に記載のガラス素地から製造されるガラスシートはいずれも、２．５ｍｍ未満で好ましくは１．６ｍｍを上回る厚みを有しており、本来は３．１５ｍｍの厚みをもつガラス用の強化装置で欧州規制Ｎｏ．４３に適合するように熱強化し得る。
本発明のガラス組成物によって得られる利点は以下の実施例から更に十分に理解されよう。
本発明の種々のガラス組成物を溶融し、本発明に従ってガラスリボンに二次加工した。これらの組成物を６種類用意する（１〜６の番号を付ける）。組成物Ｔは対照組成物であり、厚み３．１５ｍｍのガラスシートの形態のときに欧州規制Ｎｏ．４３に適合するように熱強化できる自動車窓用の標準ガラスに対応する。
これらの種々の組成物を以下の表に示す。

上記に示したガラスの種々の特性を以下の表に示す。

これらのガラスが溶融できること、及び、その殆どがフロート法によって二次加工できることが証明された。
これらのガラス組成物を試験すると、ガラス組成物が完全に慣用の条件で対照組成物Ｔよりも十分に低い温度で溶融できることが明らかである。これらの温度差から、エネルギーコストの削減を期待できる。
他方、本発明の組成物では、成形範囲、即ちポイズで表してｌｏｇη＝３．５の粘度に対応する温度と液相線温度との差は小さくなっていると考えられる。しかしながら、良質の成形が十分に保証される。
また、本発明のガラスの場合には強化初期温度が著しく低いことが明らかである。これもまた、エネルギーコストの削減及び炉の摩耗の鈍化につながる。
以下の最後の表は欧州規制Ｎｏ．４３に適合するように強化されたガラスシートの厚みを示す。

従って、本発明の組成物から製造されたガラスシートは２．５ｍｍ未満の厚みであるにもかかわらず、組成物Ｔを使用するときにはガラスの厚みを３．１５ｍに限定するような標準強化装置を使用して所謂“安全用に”熱強化できることは極めて明らかである。
更に、厚み２．５ｍｍの本発明の熱強化ガラスシートの光学品質は、対照組成物Ｔから製造された厚み３．１５ｍｍのガラスシートの光学品質と全く同等である。

Claims (9)

1. シリカ−ソーダ石灰素地から成り、１００×１０^-7Ｋ^-1を上回る膨張率α、６０ＧＰａを上回るヤング率Ｅ、０．９Ｗ／ｍ．Ｋを下回る熱伝導率Ｋをもち、素地が以下の構成成分を以下の重量％：
   ＳｉＯ₂ ４５−６９％
   Ａｌ₂Ｏ₃ ０．４５−１４％
   ＣａＯ ８．５−２２％
   ＭｇＯ ０−１０％
   Ｎａ₂Ｏ ６−２４％
   Ｋ₂Ｏ ０．０１−１０％
   ＢａＯ ０−１２％
   Ｂ₂Ｏ₃ ０− ６％
   ＺｎＯ ０−１０％
   で含有しており、関係式：
   Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＞２０％
   Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＋ＣａＯ＞２７％
   を満足させ、
   ２．５ｍｍ未満の厚みを有している
   ことを特徴とする熱強化用の自動車窓用ガラスシート。
2. シリカ−ソーダ石灰素地から成り、１００×１０^-7Ｋ^-1を上回る膨張率α、６０ＧＰａを上回るヤング率Ｅ、０．９Ｗ／ｍ．Ｋを下回る熱伝導率Ｋをもち、素地が以下の構成成分を以下の重量％：
   ＳｉＯ₂ ４５−６９％
   Ａｌ₂Ｏ₃ ０．４５−１４％
   ＣａＯ ８．５−２２％
   ＭｇＯ ０−１０％
   Ｎａ₂Ｏ ６−２４％
   Ｋ₂Ｏ ０．０１−１０％
   ＢａＯ ０−１２％
   Ｂ₂Ｏ₃ ０− ６％
   ＺｎＯ ０−１０％
   で含有しており、関係式：
   Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＞１７％
   Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＋ＣａＯ＞３５％
   を満足させ、
   ２．５ｍｍ未満の厚みを有している
   ことを特徴とする熱強化用の自動車窓用ガラスシート。
3. シリカ−ソーダ石灰素地から成り、１００×１０^-7Ｋ^-1を上回る膨張率α、６０ＧＰａを上回るヤング率Ｅ、０．９Ｗ／ｍ．Ｋを下回る熱伝導率Ｋをもち、素地が以下の構成成分を以下の重量％：
   ＳｉＯ ４５−６９％
   Ａｌ₂Ｏ₃ ０．４５−１４％
   ＣａＯ ８．５−２２％
   ＭｇＯ ０−１０％
   Ｎａ₂Ｏ ６−２４％
   Ｋ₂Ｏ ０．０１−１０％
   ＢａＯ ０−１２％
   Ｂ₂Ｏ₃ ０− ６％
   ＺｎＯ ０−１０％
   で含有しており、関係式：
   Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＞１７％
   Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＋ＣａＯ＞２９％
   但し、Ｎａ₂Ｏ＞１８％
   及び／またはＫ₂Ｏ＞５％
   及び／またはＡｌ₂Ｏ₃＜３％
   を満足させ、
   ２．５ｍｍ未満の厚みを有している
   ことを特徴とする熱強化用の自動車窓用ガラスシート。
4. ０．２１よりも大きいポアソン比を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のガラスシート。
5. ７４０Ｊ／ｋｇ．Ｋを上回る比熱を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のガラスシート。
6. ２５２０ｋｇ／ｍ³を上回る密度を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガラスシート。
7. 関係式：
   α×Ｅ／Ｋ＞８０００
   を満足させることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のガラスシート。
8. 素地が酸化物ＴｉＯ₂を含有し、関係式：
   ＴｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＜３％
   を満足させることを特徴とする請求項３に記載のガラスシート。
9. 欧州規制Ｎｏ．４３に適合するように熱強化されたことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のガラスシート。