JP5641255B2 - ガラス板及びガラス板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はガラス板に係り、特に自動車の窓用ガラスとして使用される合わせガラスを構成するガラス板であって、好適な平面圧縮応力と平面引張応力を備えたガラス板及びガラス板の製造方法に関する。
合わせガラスは、二枚のガラス板をPVB(ポリビニールブチラール)製等のプラスチック製中間膜を介在させて相互に接合させた積層ガラスであり、自動車のフロントガラスの他、サイドガラスとしても利用されている。この種の合わせガラスは、自動車のボディラインやデザイン上の要請によって湾曲状に製造されている。
合わせガラスに使用されるガラス板の曲げ成形方法としては、所望の湾曲面に対応する曲げ成形面を有する成形型に、平板状のガラス板を載置し、この状態で成形型を加熱炉内に搬入し、加熱炉内でガラス板をガラス軟化点温度付近まで加熱する方法がある。この成形方法によれば、ガラス板は、軟化に伴い自重によって成形型の曲げ成形面に沿って湾曲するため、所望の湾曲面を有するガラス板に製造される。また、他の曲げ成形方法として、加熱したガラス板を成形型に載置した状態で上方よりプレス手段によって押圧して曲げ成形する方法も知られている。
車両用の合わせガラスは、車両のフレームに嵌め込まれて固定されるが、この際に合わせガラスが破損しないように、ガラス板のエッジには平面圧縮応力(以下、本明細書においてガラス板のエッジに形成された平面圧縮応力をエッジコンプレッションといい、以下、E/Cとも記す)が形成されている。残留応力が形成されたガラス板には、ガラス板の断面方向において表面に表面圧縮応力、内部に内部引張応力がそれぞれ形成される。平面残留応力は以下のように定義される。ガラス板の断面方向の表面圧縮応力と内部引張応力の積分値において表面圧縮応力の方が大きくなった場合に平面圧縮応力となる。平面圧縮応力の領域に隣接する領域は、平面圧縮応力とバランスをとるように内部引張応力の方が大きくなった平面引張応力の領域となる。つまり、E/Cとバランスをとるようにエッジのすぐ内側の領域には、エッジに沿って平面引張応力(以下、本明細書においてガラス板のエッジのすぐ内側の領域に形成された平面圧縮応力をインナーテンションといい、以下、I/Tとも記す)が形成される。このI/Tは、エッジからガラス板の面内側に向かって約50mmの範囲内の周部にピークがある。E/Cが大きければ当然にI/Tも大きい。平面引張応力が大きいと言うことは、その部分のガラス板の断面方向の表面圧縮応力層が薄いことを意味しているため、周部は、エッジや面内に比べると破損しやすい部分となる。
従来の合わせガラスは、樹脂製のモールなどで、ガラス板のエッジ及び周部を被覆していたため、ある程度大きなI/Tが形成されていても問題はなかった。しかしながら、自動車のデザインとして求められているフラッシュマウント方式(車体面とガラス面とがほぼ面一となるようにして合わせガラスを取り付ける方式)では、周部が車外に露出するため、I/Tを小さくすることが求められる。
また、近年では、自動車の軽量化の要請や、衝突時における乗員の安全性確保の見地から、板厚が1.5〜3.2mm程度という比較的薄い単板のガラス板が合わせガラスに用いられている。このような薄いガラス板を、フラッシュマウント方式を採用して車体側に破損することなく嵌め込むためには、E/Cが十分に大きく、I/Tが十分に小さいガラス板が必要になってきている。
従来技術である特許文献1には、板厚が1.5mm〜2.5mmのガラス板であって、ガラス板の端部から1.5cm以内の周辺部に24.5MPa〜49.0MPaのE/Cが形成された、合わせガラス用のガラス板が開示されている。このガラス板は、E/Cが大きいため、I/Tも必然的に大きく、よって、I/Tが形成された部分が車外に露出される仕様の場合、飛び石などで破損しやすい。
特許文献2には、板厚が1.5mm〜2.5mmのガラス板であって、ガラス板の端部から1.5cm以内の周辺部に19.6MPa〜34.3MPaのE/Cが形成されるとともに、その周辺部に隣接した内側領域に7.8MPa以下のI/Tが形成された、合わせガラス用のガラス板が開示されている。このガラス板は、E/Cが大きくI/Tも大きいため、特許文献1と同様の問題がある。
特許文献3には、ガラス板の端縁周辺部において、4.9MPa〜49.0MPaのE/Cが形成された、合わせガラス用のガラス板が開示されている。しかし、I/Tについては記載されていない。
特許文献4には、板厚が1.5〜4mmのガラス板であって、ガラス板の周辺部に50MPa〜100MPaのE/Cが形成されるとともに、その周辺部に隣接する内側領域に10MPaより小さいI/Tが形成された、合わせガラス用のガラス板が開示されている。このガラス板は、E/Cが大きいため、I/Tも大きくなり、よって、特許文献1と同様の問題がある。
特許文献5には、E/Cの最大値が29.4MPaよりも大きい合わせガラス用ガラス板と、I/Tの最大値が3.9MPaよりも小さい合わせガラス用のガラス板が開示されている。このガラス板もE/Cが大きいため、I/Tも大きくなり、よって、特許文献1と同様の問題がある。
特許文献6には、板厚が1.1〜2.6mmのガラス板であって、ガラス板の端縁に20MPa〜80MPaのE/Cが形成されるとともに、その内側領域に0〜15MPaのI/Tが形成された、合わせガラス用のガラス板が開示されている。このガラス板もE/Cが高いため、I/Tも高く、特許文献1と同様の問題がある。
特許文献7には、ガラス板の周辺端部よりガラス板中央部に向うに従って、平面残留応力が圧縮応力から引張応力に単調に変化し、ガラス板周辺部に15MPa以上のE/Cが形成されるともに、その内側領域にピークなしで2.5MPa以下の平面引張応力が形成されたガラス板が開示されている。つまり、このガラス板はI/Tが存在せず、ガラス板の中央領域全体が平面引張応力を形成している。I/Tがないため、表面圧縮応力層が薄くなるという問題は回避できるが、その製造方法により自動車のドアガラスのような一方向に曲率を有するガラス板にしか適用することができない。
特公昭63−17777号公報 特公昭63−17778号公報 特公平6−29148号公報 特許第3295909号公報 特許第3556220号公報 特表2004−508995号公報 特開平11−11989号公報
以上述べたように特許文献1〜6に開示されたガラス板は、フラッシュマウント方式で車両のフレームに嵌め込まれる合わせガラス用のガラス板としては、好ましいE/CとI/Tを有していないという問題があった。また、特許文献7に開示されたガラス板は適用できる部位が限定されるとの問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、フラッシュマウント方式で車両のフレームに嵌め込まれる合わせガラス用のガラス板として、強度的に良好なガラス板とガラス板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、前記目的を達成するために、ガラス板の周囲に沿って一定の幅を有しかつエッジコンプレッションが形成された周縁領域と、該周縁領域の内周側に隣接するとともに所定の幅を有しかつインナーテンションが形成された中間領域と、該中間領域の内周側を占有しかつ前記中間領域との境界の平面応力が零である中央領域とを備えたガラス板において、前記周縁領域のエッジコンプレッションの最大値が10MPa以上18MPa以下であり、前記中間領域のインナーテンションの最大値が2.4MPa以下であることを特徴とするガラス板を提供する。
また、本発明は、前記目的を達成するために、ガラス板の周囲に沿って一定の幅を有しかつエッジコンプレッションが形成された周縁領域と、該周縁領域の内周側に隣接するとともに所定の幅を有しかつインナーテンションが形成された中間領域と、該中間領域の内周側を占有しかつ前記中間領域との境界の平面応力が実質的に零である中央領域とを備えたガラス板において、前記周縁領域のエッジコンプレッションの最大値が10MPa以上18MPa以下であり、前記中間領域のインナーテンションの最大値が2.4MPa以下であることを特徴とするガラス板を提供する。
本発明によれば、特に板厚が1.5〜3.0mmのガラス板において、ガラス板のエッジコンプレッションの最大値を10MPa以上18MPa以下とし、ガラス板のインナーテンションの最大値を2.4MPa以下とした。その結果、フラッシュマウント方式で車両のフレームに嵌め込まれる合わせガラス用のガラス板として、強度的に良好なガラス板を提供することができる。
また、本発明は、前記中間領域が、ガラス板のエッジから60mm未満の領域に形成されることが好ましい。インナーテンションが形成される領域は表面圧縮応力層が若干薄く、すなわち中間領域が広い範囲に及ぶことは好ましくない。
また本発明は、前記中間領域のインナーテンションの最大値が1.8MPa以下であることがより好ましい。
本発明によれば、前記中間領域のインナーテンションの最大値を2.4MPa以下、より好ましくは1.8MPa以下とすることにより、フラッシュマウント方式で車両のフレームに嵌め込まれる合わせガラス用のガラス板として、より強度が保証されたガラス板を提供できる。
なお、本発明では、ガラス板の面内の中央領域の平面応力は問わない。面内の平面応力はほぼ零であるが、中間領域と中央領域の境界で一旦零になり、中央領域で平面圧縮応力の領域を形成してもよい。
また本発明は、2枚以上のガラス板が中間膜を介して接合された合わせガラスであって、前記ガラス板の少なくとも1枚は、上記ガラス板であることを特徴とする合わせガラスを提供する。強度的に良好なガラス板を用いた合わせガラスであるので、フラッシュマウント方式で車両のフレームに嵌め込まれる合わせガラスとして好適である。
また、本発明のガラス板を製造するために、ガラス板を加熱して曲げ成形する加熱成形工程と、リング状の成形型に載置された、歪点以上の高温状態の前記ガラス板を、突き上げ部材により突き上げて前記成形型から離間させて徐冷する徐冷工程とを含むガラス板の製造方法において、前記徐冷工程は、ガラス板を突き上げる前に、少なくとも前記突き上げ部材が前記ガラス板を突き上げる時に当接する位置を含む前記ガラス板のエッジから面内側に50mm以上離れた領域を、前記ガラス板のエッジより早く歪点以下まで冷却し、前記エッジの温度が徐冷点+20℃のときに、該エッジが該エッジから10mm内側より温度が3℃以上低い状態を形成させ、前記エッジの温度が歪点のときに、前記エッジが前記エッジの10mm内側より温度が8℃以上低い状態を形成させることを特徴とするガラス板の製造方法を提供する。
また本発明は、ガラス板を加熱して曲げ成形する加熱成形工程と、リング状の成形型に載置された、歪点以上の高温状態の前記ガラス板を徐冷する徐冷工程とを含むガラス板の製造方法において、前記徐冷工程は、ガラス板を突き上げ部材により突き上げて前記成形型から離間させる工程を含み、かつガラス板を突き上げる前に、少なくとも前記突き上げ部材が前記ガラス板を突き上げる時に当接する位置を含む前記ガラス板のエッジから面内側に50mm以上離れた領域を、前記ガラス板のエッジより早く歪点以下の温度まで冷却し、前記エッジの温度が徐冷点+20℃のときに、該エッジが該エッジから10mm内側より温度が3℃以上低い状態を形成させ、前記エッジの温度が歪点のときに、前記エッジが前記エッジの10mm内側より温度が8℃以上低い状態を形成させることを特徴とするガラス板の製造方法を提供する。
本発明によれば、冷却装置によって歪点以下に冷却されたガラス板の領域を突き上げ部材で突き上げるので、歪を発生させずにガラス板を成形型から突き上げることができる。
また、突き上げ部材の突き上げ位置を、ガラス板のエッジから50mm以上離れた領域に設定した。これは、すなわち、I/Tのピークが存在すると考えられる周部(エッジから面内側に向かって50mmの範囲)から離れた領域に設定したことであるので、突き上げ部材の接触に起因する周部の冷却速度の低下を防止することができる。その結果、I/Tを小さくすることができる。このときのエッジの温度は歪点以上であるため、E/Cを十分に高く形成させることができる。なお、突き上げられる領域とは、ガラス板の周部外に存在する領域である。より代表的には、曲げ成形されたガラス板の周部からより内側の領域であり、当該ガラス板の中央領域を含む領域である。
また、徐冷工程において、ガラス板のエッジの温度が、徐冷点+20℃の時点で、エッジの温度がエッジの10mm内側より温度が3℃以上低い状態を形成させることで、充分な応力緩和が期待できる。さらに歪点時点でエッジがエッジの10mm内側より温度が8℃以上低い状態を形成させることで、高いE/Cを得ることができる。
また本発明によれば、前記徐冷工程は、前記ガラス板のエッジの温度が徐冷点の温度の時点で、前記エッジの温度が前記エッジの10mm内側より温度が8℃以上低い状態を形成させることが好ましい。これにより、より確実に高いE/Cの応力分布を形成することができる。
また本発明によれば、前記徐冷工程は、前記ガラス板のエッジの温度が、歪点−10℃よりも高温のときに、前記突き上げ部材によってガラス板Gを突き上げることが好ましい。
前記ガラス板のエッジの温度が歪点までの間、又は歪点−10℃ぐらいまでの間に、エッジの温度がエッジの10mm内側より温度が8℃以上低い状態を、数秒から数十秒の間、維持することで、よりE/Cを大きくできる。さらに、エッジの温度が歪点よりも高温の時点で、ガラス板Gを突き上げることにより、歪点のときに温度差を付け易くなるという効果がある。
また本発明によれば、前記徐冷工程は、前記エッジの温度が徐冷点よりも高い温度のときに、前記突き上げ部材によってガラス板Gを突き上げることが好ましい。これにより、より確実に徐冷点で前記エッジと前記エッジの10mm内側とに温度差を8℃以上形成することができる。
また本発明によれば、前記加熱成形工程は、前記ガラス板を徐冷点+32℃以上に加熱することが好ましい。このように高温状態を作ることによって、確実に応力を緩和させることができる。
また本発明は、上記ガラス板の製造方法によって製造された少なくとも1枚のガラス板を使用して、2枚以上のガラス板を中間膜を介して接合することを特徴とする合わせガラスの製造方法を提供する。本発明によれば、フラッシュマウント方式で車両のフレームに嵌め込むのに好適な合わせガラスの製造することができる。
以上説明したように本発明のガラス板によれば、ガラス板のエッジコンプレッションの最大値を10MPa以上18MPa以下とし、ガラス板のインナーテンションの最大値を2.4MPa以下としたので、フラッシュマウント方式で車両のフレームに嵌め込まれる合わせガラス用のガラス板として、強度的に良好なガラス板を提供することができる。また、本発明のガラス板の製造方法によって、I/Tを十分に小さく、E/Cを十分に高く形成させることができる。
また、本発明の合わせガラスの製造方法によって、エッジ強度が高く、かつI/Tの低い合わせガラスを得ることができる。
本発明のガラス板の一実施形態を示す平面図 本発明のガラス板徐冷装置を備えた合わせガラス用ガラス板の製造装置の側面図と平面図 ガラス板の面内と周部との温度変化を説明したガラス板の平面図 ガラス板と冷却装置の冷却ボックスとの配置関係を示した斜視図 突き上げ部材の要部を示した側面図 ガラス板の温度計測経過時間に対するガラス板のエッジ及び冷却領域の温度履歴を示した例1のグラフ ガラス板の温度計測経過時間に対するガラス板のエッジとエッジ内側10mm位置との温度差を示した例1のグラフ ガラス板の温度計測経過時間に対するガラス板のエッジ及び冷却領域の温度履歴を示した例2のグラフ ガラス板の温度計測経過時間に対するガラス板のエッジとエッジ内側10mm位置との温度差を示した例2のグラフ ガラス板の温度計測経過時間に対するガラス板のエッジ及び冷却領域の温度履歴を示した例3のグラフ ガラス板の温度計測経過時間に対するガラス板のエッジとエッジ内側10mm位置との温度差を示した例3のグラフ ガラス板の温度計測経過時間に対するガラス板のエッジ及び冷却領域の温度履歴を示した例4のグラフ ガラス板の温度計測経過時間に対するガラス板のエッジとエッジ内側10mm位置との温度差を示した例4のグラフ ガラス板の温度計測経過時間に対するガラス板のエッジ及び冷却領域の温度履歴を示した例5のグラフ ガラス板の温度計測経過時間に対するガラス板のエッジとエッジ内側10mm位置との温度差を示した例5のグラフ ガラス板の温度計測経過時間に対するガラス板のエッジ及び冷却領域の温度履歴を示した例6のグラフ ガラス板の温度計測経過時間に対するガラス板のエッジとエッジ内側10mm位置との温度差を示した例6のグラフ 例2と例5のガラス板の平面応力の応力分布を示したグラフ
以下、添付図面に従って本発明に係るガラス板及びガラス板の製造方法の好ましい実施の形態について説明する。
図1は、本発明に係るガラス板Gの平面図が示されている。同図に示すガラス板Gは単板のガラス板Gであってもよく、また、2枚以上のガラス板Gが中間膜を介して接合された合わせガラスであってもよい。
ガラス板Gは、板厚が1.5〜3.0mmのガラス板である。また、ガラス板Gは、ガラス板Gの周囲に沿って所定の幅を有しかつエッジコンプレッションが形成された周縁領域A1と、この周縁領域A1の内周側に隣接するとともに一定の幅を有しかつインナーテンションが形成された中間領域A2と、この中間領域A2の内周側を占有しかつ中間領域A2との境界の平面応力が零となっている領域を含む中央領域A3とを備えている。
図1において、C1はガラス板Gのエッジ、すなわちガラス板Gの周縁の辺を示し、一点鎖線C2は、例えばガラス板GのエッジC1から内側の所定距離の点を結んだ線を示し、また一点鎖線C3は、例えばガラス板GのエッジC1から内側の所定距離の点を結んだ線を示す。従って、上記中間領域A1はエッジC1と一点鎖線C2によって囲まれたガラス板Gの帯状の周辺領域であり、上記中間領域A2は一点鎖線C2と一点鎖線C3によって囲まれたガラス板Gの前記中間領域A1と隣接するガラス板Gのより面内方向の帯状のより内側の周辺領域である。一点鎖線C2及び一点鎖線C3は、ガラス板の大きさ、厚さなどに応じて適宜であるが、例えば、一点鎖線C2は、ガラス板GのエッジC1から内側の10mmの点を結んだ線を示し、また一点鎖線C3は、ガラス板GのエッジC1から内側の60mmの点を結んだ線を示す。
そして、このガラス板Gにおいては、周縁領域A1に形成されるエッジコンプレッションの最大値が10MPa以上18MPa以下であり、中間領域A2に形成されるインナーテンションの最大値が2.4MPa以下である。
また、ガラス板Gの中間領域A2は、ガラス板GのエッジG3からa(a=60mm)未満の領域に形成されることが好ましい。更に、中間領域A2に形成されるインナーテンションの最大値は、1.8MPa以下であることが好ましい。
以下に、図1に示した本発明のガラス板Gを製造する方法について説明する。
図2(A)は、本発明のガラス板Gを製造する製造装置であって、徐冷装置を備えた徐冷炉(徐冷ステージ)10と、徐冷炉10の前段に設けられた加熱炉12とを含む合わせガラスの曲げ成形装置14の概略側面図である。図2(B)は、合わせガラスの曲げ成形装置14の概略平面図である。
合わせガラス用ガラス板の製造装置14による製造対象のガラス板Gは、単板の板厚が1.5〜3.0mmの自動車用フロントガラスであるが、フロントガラスに限定されるものではない。すなわち、ガラス板Gは、フロントガラスのように複数の方向に曲率を有する曲率の大きな曲げ形状のガラス板であっても、また、一方向のみに曲率を有する曲率の小さな曲げ形状のサイドガラスであってもよい。このガラス板Gは、そのエッジを支持するリング状の成形型16に載置された状態で加熱炉12を通過中に加熱されるとともに曲げ成形され、この後、徐冷炉10に設置された徐冷装置によって徐冷され、合わせガラス用の湾曲したガラス板に製造される。
詳述すると、曲げ成形前の平板状のガラス板Gは、台車18上に載置された自重曲げ用の成形型16に載置され、適宜の構成の搬送手段によって加熱炉12に搬入される。この加熱炉12を通過中にガラス板Gは、軟化点温度の近傍(例えば580〜700℃)まで不図示のヒータにより加熱される。そしてガラス板Gは、加熱による軟化に伴い自重によってエッジが成形型の曲げ形状に沿って支持された状態で内面が撓むことにより湾曲する。これによって、平板状のガラス板Gが所望の湾曲面を有するガラス板に湾曲される。
湾曲成形されたガラス板Gは、高温状態のまま成形型16とともに前記搬送手段によって、加熱炉12から徐冷炉10に搬入される。ここでガラス板Gは、徐冷装置によって所定の徐冷処理が行われる。この徐冷処理については後述する。この後、ガラス板Gは、徐冷炉10から外部に搬出されて放冷される。このような加熱、曲げ成形、及び徐冷の各工程を経ることによって、平板状のガラス板Gが合わせガラス用の湾曲ガラス板Gに製造される。なお、成形型16及び台車18は、加熱炉12のガラス板成形温度(580〜700℃)に耐え得る程度の耐熱材で構成されている。なお、ガラス板Gの曲げ成形方法は上記の自重曲げ成形に限らず、成形型に載置されたガラス板を成形モールドでプレス成形など、公知の様々な成形方法を適用できる。この場合、成形モールドでプレス成形されたガラス板は、その後、リング状の成形型に移載され、本発明の徐冷方法へ供される。
一方、徐冷炉10には、ガラス板が載置された成形型16を搬送する搬送装置に加え、一対の冷却装置20、22と、突き上げ部材36とからなる徐冷装置が設けられている。
図3の左側のガラス板Gの二点鎖線Aは、突き上げ部材36で突き上げる部分を結んだ外周であり、二点鎖線Aで囲まれた領域は突き上げられる領域(A0)を含んでいる。通常、この突き上げられる領域A0は、ガラス板の中央領域を含む領域である。また、ガラス板GのエッジG3と一点鎖線Bとで囲まれる領域G2がガラス板Gの周部を示している。ここにおいて、一点鎖線Bは、例えばガラス板GのエッジG3から内側の10mmの部分を結んだ線である。以下、本明細書において、ガラス板GのエッジG3と一点鎖線Bとで囲まれる領域G2を周部ともいう。
また、G3はガラス板Gのエッジを示しており、このエッジG3と一点鎖線Bとで囲まれる領域G2がガラス板Gの周部を示している。
一対の冷却装置20、22は、ガラス板Gを挟んで上下に配置されており、これらの冷却装置20、22によってガラス板Gの面内の突き上げられる領域が歪点(例えば510℃)以下に冷却される。より好ましくは、前記突き上げ領域を歪点(510℃)よりも低い温度に冷却される。
すなわち、冷却装置20、22を用いて上記面内を冷却する前のガラス板Gは、外周に近い方が放熱し易いため、図3の左側のガラス板の突き上げられる領域を含む二点鎖線Aで囲まれた領域が、周部G2より高温状態にある。そして、図2の冷却装置20、22によって、二点鎖線Aで囲まれた領域よりも少なくとも同じかそれよりも広い図3の右側に示すガラス板Gの二点鎖線で囲まれた冷却領域G1を局所的に冷却する。それにより、冷却領域G1が周部G2よりも速く冷却される。つまり、冷却領域G1の温度が歪点以下に冷却されたときに、周部G2は冷却領域G1よりまだ高温状態であり、少なくともエッジG3の温度は歪点以上の状態にあり、ガラス板Gのエッジは、歪点以上の温度から冷却が開始される。
冷却領域G1とは、例えばガラス板GのエッジG3から面内側にb(b=50mm)以上離れた領域であり、突き上げられる領域を含む領域を指している。より確実に周部G2の冷却を遅らせるためにbを100mm以上としたガラス板Gの内側領域としてもよい。周部G2は、図1の周縁領域A1と中間領域A2の範囲内であり、中間領域A2はI/Tが形成された領域であるが、周部G2は、I/Tのピークが発生する領域で定義される。
また、図3の左側に示したガラス板Gは、徐冷炉10に搬入された直後のガラス板Gである。図3の右側に示したガラス板Gは、後述する突き上げ部材36によって突き上げられる直前のガラス板Gである。
図4は、冷却装置20、22とガラス板Gの位置関係の一例を示した斜視図である。
図示した上方の冷却装置20の代表的な例は、箱型の金属製の冷却ボックス(ケーシング)24と冷却ボックス24に冷却用エアを供給するブロア(エア供給装置)26とから構成されている。冷却ボックス24は、ガラス板Gの上方に所定の隙間をもって配置されるとともに、図3に示した冷却領域G1を局所冷却できるような直方体形状に構成されている。なお、冷却領域G1は長方形とは限らず、冷却ボックス24の形状もガラス板の様々な型式に適用できるように設置される突き上げ部材に対応した汎用的な形状とすることが好ましい。冷却ボックスは縦×横が800×1200mmより小さく、好ましくは400×800mmより小さくすることで、突き上げ部材に対応した汎用的な冷却装置となる。また、この冷却ボッスク24は、ガラス板GのエッジG3から面内側に100mm以上離れた領域に配置される大きさである。この様なサイズの冷却ボックスを使用することにより、ガラス板GのエッジG3から面内側に50mm以上離れた領域(すなわち、ガラス板Gの全周のエッジからガラス板Gの内側方向に50mm以上の離れた線により囲まれた領域)のみ、つまり周部G2を除く領域を局所的に輻射冷却することができる。
図3に示した冷却領域G1を局所冷却する場合は、冷却ボックス24の平面視の形状は、冷却領域G1の相似形で少し小さい形状を有する。また、その大きさは、冷却ボックス24とガラス板Gとの距離によって決まる。そして、平面視で互いの重心が一致するように冷却ボックス24は配置される。
冷却ボックス24の表面温度(ガラス板Gと対向する面)を300〜350℃に制御して、この温度で冷却領域G1を輻射冷却する。これにより、ガラス板Gの冷却領域G1を歪点以下に効率的に冷却することができる。
また、冷却ボックス24の内部には、3枚の衝立板28、28、28が千鳥状に配置されることにより蛇行した通風路30が、冷却ボックス24の内部全域に形成されている。また、冷却ボックスの一側面には、通風路30の一端部に連通された入口32が開口されるとともに、通風路30の他端部に連通された出口34が開口されている。入口32にブロア26が不図示のダクトを介して連通され、出口34に不図示の排気ダクトが連通されている。
ブロア26は、外気又は不図示のコントローラにより20〜50℃に温度を制御された冷却エアを、前記ダクトを介して前記入口32に供給する。供給されたエアは、通風路30を通過中に冷却ボックス24を冷却する。これによりガラス板Gからの輻射熱によって加熱された冷却ボックス24との間で熱交換が行われ、結果的に出口34において250〜300℃で排出される。この排出されたエアは前記排気ダクトを介して徐冷炉10の外部に排気される。このように冷却ボックス24は冷却エアによって冷却されるため、冷却ボッスク24の表面温度を300〜350℃に制御することが可能となる。
図示した下方の冷却装置22は、上方の冷却装置20と同一構成であるため、冷却装置20と同一の符号を付すことで説明は省略する。なお、上方と下方の冷却装置の両方が必須ということはなく、どちらか一方によって冷却してもよい。以上のように、ガラス板Gの冷却領域G1のみが、冷却装置20、22によって歪点以下に冷却される。
なお、実施の形態の冷却装置20、22は、輻射冷却によってガラス板Gの冷却領域G1を冷却する方式であるが、冷却領域G1に気体を吹き付けて冷却領域G1を冷却する方式であってもよい。しかしながら、気体を吹き付ける冷却方法は、ガラス板Gと衝突した気体が周部G2及びエッジG3をも冷却するおそれがあり、ガラス板Gに形成される応力分布をコントロールすることが難しい。よって、実施の形態の如く、輻射熱を利用して冷却する冷却装置20、22を用いることが好ましい。
冷却領域G1のみが歪点以下に冷却されたガラス板Gは、図2、図5に示す突き上げ部材36によって、その冷却領域G1が突き上げられる。ガラス板Gは、この状態で所定時間徐冷される。
図5は、突き上げ部材36の要部を示した側面図である。
突き上げ部材36は、3本又は4本のロッド38、38…と、ロッド38、38…を同時に昇降移動させるシリンダ機構40とから構成される。ロッド38の上端部には、ガラス板Gの下面に当接されるクッション材42が設けられている。このクッション材42は、ガラス板Gに傷跡を付けないために、ステンレス布、ガラス繊維布、その他各種の耐熱繊維などからなる耐熱布で構成されている。
図5の如く、シリンダ機構40は、シリンダ44とピストン46とを備え、ピストン46の上端部にフレーム48が連結され、このフレーム48の上面にロッド38、38…の下端部が固定されている。したがって、シリンダ44のピストン46を伸長させるとロッド38、38…が上昇し、クッション材42、42…がガラス板Gの二点鎖線Aで囲まれた領域(図3のA0領域)内の下面に当接する。そして、継続して行われるピストン46の伸長動作によって、ガラス板Gが突き上げられ、ガラス板G全体が成形型16から上方に引き離される。この状態でガラス板Gが徐冷される。なお、シリンダ機構40は一例であり、サーボモータなど公知の手段によってロッド38,38…を上昇させてもよい。
また、図5に示す場合、4本のロッド38、38…が、図3において二点鎖線Aで囲まれた長方形の四隅にそれぞれ配置される。また、二点鎖線Aで囲まれた長方形は800×1200mm以下であり、重心が同一の300×300mm以上(不図示)の範囲とする。このような態様にすることにより、通常の自動車用のフロントガラス用のガラス板の場合には、汎用性があり、安定してガラス板を突き上げられる。
この突き上げ部材36は、徐冷炉10の炉床に設けた開口部を介して出没可能に配設しておくのが好ましいが、必要により、台車18に一体的に配設することもできる。
以上より、突き上げ部材36による突き上げられる領域を、ガラス板GのエッジG3から面内側に50mm以上離れた領域に設定したので、すなわち、I/Tのピークが発生する周部から面内側の領域に設定したので、周部の冷却速度の低下を防止することができ、中間領域A2のI/Tを小さくするとともに、十分に大きいE/Cを形成することができる。
また、冷却領域G1は略四角形としたが、突き上げられる領域によって適宜変更されてよい。例えば、3本のロッドで突き上げる場合は、冷却領域G1は略三角形でもよい。図と同様に4本のロッドで突き上げる場合でも、冷却領域G1をガラス板に接触する4つの領域のみに設けてそれぞれ冷却してもよい。
一方、ガラス板Gの徐冷中、ガラス板の周部G2より面内側の少なくとも突き上げ部材により突き上げられる領域、この場合冷却領域G1をガラス板のエッジより早く歪点以下まで冷却する。そして、冷却領域G1より周部G2の冷却速度を遅くすることで、周部G2の温度が高く保たれる。一方、エッジG3は周部G2より早く冷却される。その過程において、エッジG3の温度が、徐冷点+20℃(例えば570℃)のときに、エッジG3がエッジの内側(すなわちエッジの内側10mmに相当する部分)より温度が3℃以上低い状態を形成させる。その結果、エッジG3の温度が歪点(510℃)のときに、エッジG3がエッジの内側(10mm)より温度が8℃以上低い状態を形成させることができる。このような温度制御は、例えば、成形炉から徐冷炉へ移動させることで、エッジG3が冷却されることで形成できる。または徐冷炉内の雰囲気温度をコントロールすることで実現できる。この状態は、突き上げ部材36による突き上げ前後を問わない。徐冷点までにエッジG3とエッジの内側(10mm)とに所定の温度差を形成しておくことで、充分な応力緩和が期待でき、歪点時点で温度差が前記8℃以上あれば、高いE/Cを得ることができる。なお、上記したガラス板GのエッジG3の温度とは、ガラス板Gの最外層部分(すなわちG3で示した端面部分)の温度を示す。
好ましくは、エッジG3が、徐冷点の温度(例えば550℃)のときに、エッジG3がエッジの内側(10mm)より温度が8℃以上低い状態を形成する。これにより、より確実に高いE/Cの応力分布を形成することができる。
さらに好ましくは、エッジG3の温度が、歪点の温度−10℃(例えば500℃)よりも高温のときに、突き上げ部材36によってガラス板Gを突き上げることが好ましい。所定の応力分布を得るには、エッジG3の温度が歪点までの間、又は歪点−10℃ぐらいまでの間に、エッジG3がエッジの内側(10mm)より温度が8℃以上低い状態を、数秒から数十秒の間、維持する必要があると考えられるからである。なお、エッジG3の温度が歪点よりも高温の時点で、ガラス板Gを突き上げることにより、歪点のときに温度差を付け易くなるという効果がある。
さらに好ましくは、エッジG3の温度が、徐冷点の温度(例えば550℃)よりも高温のときに、ガラス板Gを突き上げる。これにより、より確実に徐冷点で温度差を8℃以上形成することができる。
ガラス板を突き上げ部材によって突き上げる目的は、突き上げ時にエッジG3とエッジ内側(10mm)で温度差が8℃未満だった場合、突き上げによりエッジG3を冷却して、歪点までにエッジG3とエッジの内側(10mm)とに温度差を8℃以上つけることにある。ガラス板を突き上げなければ、成形型16の熱容量が大きく、成形型16の温度が下がりにくいため、成形型16に接しているエッジG3の冷却が遅くなり、エッジG3とエッジ内側(10mm)で温度差が8℃以上にならない。
また、徐冷ゾーンの雰囲気温度が低いため、ガラス板が徐冷ゾーンに入った瞬間にエッジG3とエッジ内側(10mm)での温度差が付きやすく、ガラス板の突き上げ時にエッジG3とエッジ内側(10mm)の温度差がすでに8℃以上のときもある。その場合は、突き上げにより、歪点までエッジG3とエッジの内側(10mm)との温度差を維持する必要がある。突き上げなければ、成形型16の温度は下がりにくいため、成形型16に接しているエッジG3の温度も下がりにくくなり、エッジ内側(10mm)との温度差が小さくなる。
さらに好ましくは、ガラス板Gを、徐冷点+32℃(例えば582℃)以上に加熱した後、徐冷する。このように高温状態を作ることによって、確実に応力を緩和させることができる。
以上述べたように、実施の形態のガラス板Gの徐冷方法は、加熱されたガラス板Gが曲げ成形されて成形型16に載置されている状態で、まず、ガラス板Gの冷却領域G1を冷却装置20、22によって冷却し、冷却領域G1のみを歪点以下の低温状態にする。次に、この状態で突き上げ部材36を駆動し、ロッド38、38…によってガラス板Gの冷却領域G1を突き上げて、ガラス板Gを成形型16から引き離す。このような徐冷方法により、面内の歪を発生させずにガラス板Gを成形型16から突き上げることができる。
また、この工程の中で上述したようなエッジG3とエッジ内側(10mm)の温度条件でガラス板Gを徐冷する。以上により周縁領域A1のE/Cを10MPa〜18MPaとすることができるとともに、中間領域A2のI/Tの最大値を2.4MPaにすることができる。よって、フラッシュマウント方式で車両のフレームに嵌め込まれる合わせガラス用のガラス板として、強度的に良好なガラス板Gを製造することができる。
なお、実施の形態では、徐冷点、歪点は、ソーダライムガラスの一例を記載したが、ガラスの組成によって適宜変更されるものである。1枚のガラス板Gをリング状の成形型16に載置して加熱し曲げ成形したが、2枚のガラス板を重ねた状態で成形型16に載置して加熱してガラス板の自重により曲げ成形してもよい。
2枚のガラス板を重ねた状態で成形型16に載置して加熱してガラス板の自重により曲げ成形する場合の各種条件も、前述した1枚のガラス板Gをリング状の成形型16に載置して加熱し曲げ成形する場合において説明した各種条件を同様に採用することができる。
なお、2枚のガラス板を重ねた状態で成型型に載置されたガラス板の突き上げられる領域を突き上げ部材によりが突き上げる場合においては、突き上げ部材が当接する側のガラス板、即ち下側のガラス板の突き上げられる領域を、前記ガラス板のエッジより早く歪点以下まで冷却した後に、前記突き上げ部材により前記ガラス板を突き上げることは必要である。載置された2枚のガラス板のうち上側のガラス板の突き上げられる領域も突き上げ部材が当接する前に前記ガラス板のエッジより早く歪点以下まで冷却することが好ましいが、上側のガラス板においては、必ずしも突き上げ部材が当接する前に突き上げられる領域をガラス板のエッジより早く歪点以下まで冷却しなくてもよい。
また、ガラス板Gのエッジの温度が歪点−10℃以下で、ガラス板Gを成形型16から引き離した状態を解除して、ガラス板Gのエッジがリング状の成形型に載置された状態の戻して、冷却を継続してもよい。
また、実施の形態では、ガラス板Gを成形型16に載置して加熱し、ガラス板Gの自重により曲げ成形したが、加熱されたガラス板Gを成形型に載置した後、プレス手段でガラス板Gをプレスして曲げ成形し、この後、前述した徐冷処理を実施してもよい。この場合、成形型によりプレス成形されたガラス板は、その後、リング状の成形型に移載され、本発明の徐冷方法へ供される。
本発明の合わせガラスの製造方法は、複数枚(例えば2枚)のガラス板を下方から支持する支持型(リング型)上に載置し加熱して軟化させ、所定の形状に曲げ成形する成形工程と、曲げ成形された複数枚(例えば2枚)のガラス板を、中間膜を介在させてして積層する積層工程と、積層した前記ガラス板と前記中間膜を圧着して合わせガラスを形成する成形工程とを有する。
成形工程では、複数枚の平板状のガラス板を曲げ成形して、所定の形状の複数枚のガラス板を得る。成形工程においてガラス板をリング型上に載置して加熱炉により加熱して軟化させ、重力によって所定の形状に曲げ成形することができる。また、重力によって予備成形したガラス板を、リング型とプレス型との間に挟んで加圧して本成形しても良い。
得られた複数枚のガラス板は、十分に冷却された後、必要に応じて(例えば、離型剤を除去するため)、洗浄され、積層工程に供される。
積層工程では、曲げ成形された複数枚のガラス板を、中間膜を介して積層し、密封されたゴム袋などの中で脱気加圧されガラス積層体(未圧着体)を得る。その後、ガラス積層体は、圧着工程においてオートクレーブ内に入れられ加熱・圧着されることで、所定の湾曲形状を備えた合わせガラス20が得られる。
図2に示す曲げ成形装置14において、離型剤を介して板厚が2mmのガラス板を2枚重ねて、ガラス板のエッジを支持するように成形型16に載置し、加熱炉12を通過させて、曲げ成形した。続いて、成形したガラス板を徐冷炉10に搬入し、図4に示すように、ガラス板Gの冷却領域G1を冷却装置20、22によって冷却した。次に、突き上げ部材36を駆動し、図5に示すロッド38によってガラス板Gの冷却領域G1を突き上げて、ガラス板Gを成形型16から引き離して冷却した。以上のようにして、表1に示す例1から例3および例6の4つの冷却条件で、成形されたガラス板を徐冷した。ガラス板は、徐冷点が550℃、歪点が510℃であった。例1から例3は本発明の実施例であり、例4、例5及び例6は比較例である。例4は冷却装置20、22を用いずに徐冷し、歪点より高い温度でガラス板を突き上げた例であり、例5は突き上げを実施しなかった例であり、例6は、ガラス板のエッジの温度が徐冷点+20℃のとき、エッジがエッジから10mm内側より温度が3℃以上低い状態である条件を満たさなかった例である。例4および例5における条件は表1に記載の通りである。
このときの温度履歴について図6から図15に示す。図6、8、10、12、14、16に示すグラフの縦軸はガラス板のエッジG3、及び中心(冷却領域G1に含まれる)の温度履歴を示し、横軸はガラス板の温度計測経過時間(ガラス板の加熱開始からの経過時間)を示している。なお、温度計測開始のタイミングには意味はなく、各例で一致していない。また、図7、9、11、13、15、17に示すグラフの縦軸はガラス板のエッジG3とエッジ内側(10mm位置)との温度差を示し、横軸はガラス板の温度計測経過時間を示している。
Figure 0005641255
表1において、「徐冷点+20℃」とは、ガラス板のエッジ温度が徐冷点+20℃、つまり本実施例では570℃のときの条件であり、「突き上げ時」とは、ガラス板が突き上げ部材によって突き上げられたときの条件である。「歪点」とは、ガラス板のエッジ温度が歪点、つまり本実施例では510℃のときの条件である。「タイミング」は、それぞれの場合での温度計測開始後の時間であり、「エッジ」は、エッジG3の温度を示し、「エッジ内側」は、エッジG3より10mm内側(線Bに相当する部分)の温度を示す。「温度差」は、「エッジ」と「エッジ内側」との温度差を示す。
また上記の条件でガラス板を徐冷したときの歪の発生と応力分布の結果を表2に示す。なお、例2と例5については、図18にガラス板のエッジから内面方向への平面応力の応力分布を示す。図18からは、本発明の例2が比較例の例5に比べて、I/Tは小さいまま、E/Cが大きく形成されていることがわかる。
Figure 0005641255
図6、8、10によれば、冷却ボックス24による冷却でエッジG3と中心との温度が、突き上げる前に逆転しており、表2に示すように突き上げ時の中心の温度は歪点以下であった。その結果、例1から例3においては、突き上げ部分に大きな歪は発生しなかった。一方、例4は冷却装置22、24を用いていないため、図12に示すようにエッジG3と中心との温度が突き上げる時に逆転していない。そして冷却領域G1の温度が歪点以上であったため、突き上げ部分に大きな歪が発生していた。
また、応力分布は表2に示すとおりであり、例1から例3は、ガラス板のE/Cが10.0MPa以上18.0MPa以下、I/Tが2.4MPa以下であり、十分な大きさのE/Cを形成し、I/Tを十分に小さくすることができた。一方、例5はガラス板を突き上げなかったため、歪点時に、エッジG3とエッジ内側(10mm)に8℃以上の温度差を付けることができず、十分なE/Cを形成できなかった。また、例6は、徐冷点+20℃時に、エッジG3とエッジ内側(10mm)に3℃以上の温度差を付けることができず応力緩和が小さかったため、十分なE/Cを形成できなかった。
本発明によれば、曲げ成形されリング状の成形型に載置された高温のガラス板をその面内領域を突き上げ部材により突き上げて徐冷する際、ガラス板の突き上げられる領域が歪点以下に冷却されているため、突き上げられた領域のガラス板部分に歪を発生させることがない。また、徐冷の際、ガラス板のエッジの周辺領域の温度条件が所定の範囲に制御されているため、ガラス板のエッジのすぐ内側の平面引張応力(すなわちI/T)の値を小さくすることができるとともに、ガラス板のエッジの平面圧縮応力(すなわちE/C)の値を大きくすることができ、エッジ強度の高いガラス板を得ることができる。本発明により製造されるガラス板は、合わせガラスを製造する際に使用する2枚の素板ガラスとして最適であり、かかる素板ガラスを用いて合わせガラスを製造すれば、エッジ強度が高く、かつI/Tの低い合わせガラスを得ることができ、自動車、その他車両の合わせガラスとして有用である。
なお、2010年2月3日に出願された日本特許出願2010−022121号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
10…徐冷炉、12…加熱炉、14…合わせガラス用ガラス板製造装置、16…成形型、18…台車、20…冷却装置、22…冷却装置、24…冷却ボックス、26…ブロア、28…衝立板、30…通風路、32…入口、34…出口、36…突き上げ部材、38…ロッド、40…シリンダ機構、42…クッション材、44…シリンダ、46…ピストン、48…フレーム

Claims (12)

  1. ガラス板の周囲に沿って一定の幅を有しかつエッジコンプレッションが形成された周縁領域と、該周縁領域の内周側に隣接するとともに所定の幅を有しかつインナーテンションが形成された中間領域と、該中間領域の内周側を占有しかつ前記中間領域との境界の平面応力が零である中央領域とを備えたガラス板において、
    前記周縁領域のエッジコンプレッションの最大値が10MPa以上18MPa以下であり、前記中間領域のインナーテンションの最大値が2.4MPa以下であることを特徴とするガラス板。
  2. ガラス板の周囲に沿って一定の幅を有しかつエッジコンプレッションが形成された周縁領域と、該周縁領域の内周側に隣接するとともに所定の幅を有しかつインナーテンションが形成された中間領域と、該中間領域の内周側を占有しかつ前記中間領域との境界の平面応力が実質的に零である中央領域とを備えたガラス板において、前記周縁領域のエッジコンプレッションの最大値が10MPa以上18MPa以下であり、前記中間領域のインナーテンションの最大値が2.4MPa以下であることを特徴とするガラス板。
  3. 前記中間領域が、ガラス板のエッジから60mm未満の領域に形成された請求項1または2に記載のガラス板。
  4. 前記インナーテンションの最大値が1.8MPa以下である請求項1から3のいずれか一項に記載のガラス板。
  5. 2枚以上のガラス板が中間膜を介して接合された合わせガラスであって、前記ガラス板の少なくとも1枚は、請求項1から4のいずれか一項に記載の前記ガラス板であることを特徴とする合わせガラス。
  6. ガラス板を加熱して曲げ成形する加熱成形工程と、リング状の成形型に載置された、歪点以上の高温状態の前記ガラス板を、突き上げ部材により突き上げて前記成形型から離間させて徐冷する徐冷工程とを含むガラス板の製造方法において、
    前記徐冷工程は、ガラス板を突き上げる前に、前記ガラス板のエッジから面内側に50mm以上離れた領域であり、少なくとも前記突き上げ部材が前記ガラス板を突き上げる時に当接する位置を含む領域を、前記ガラス板のエッジより早く歪点以下まで冷却し、
    前記エッジの温度が徐冷点+20℃のときに、該エッジが該エッジから10mm内側より温度が3℃以上低い状態を形成させ、前記エッジの温度が歪点のときに、前記エッジが前記エッジの10mm内側より温度が8℃以上低い状態を形成させることを特徴とするガラス板の製造方法。
  7. ガラス板を加熱して曲げ成形する加熱成形工程と、リング状の成形型に載置された、歪点以上の高温状態の前記ガラス板を徐冷する徐冷工程とを含むガラス板の製造方法において、前記徐冷工程は、ガラス板を突き上げ部材により突き上げて前記成形型から離間させる工程を含み、かつガラス板を突き上げる前に、少なくとも前記突き上げ部材が前記ガラス板を突き上げる時に当接する位置を含む前記ガラス板のエッジから面内側に50mm以上離れた領域を、前記ガラス板のエッジより早く歪点以下の温度まで冷却し、前記エッジの温度が徐冷点+20℃のときに、該エッジが該エッジから10mm内側より温度が3℃以上低い状態を形成させ、前記エッジの温度が歪点のときに、前記エッジが前記エッジの10mm内側より温度が8℃以上低い状態を形成させることを特徴とするガラス板の製造方法。
  8. 前記徐冷工程は、前記エッジが徐冷点のときに、前記エッジが前記エッジの10mm内側より温度が8℃以上低い状態を形成させる請求項6又は7に記載のガラス板の製造方法。
  9. 前記徐冷工程は、前記エッジの温度が歪点−10℃よりも高温のときに、前記突き上げ部材によってガラス板Gを突き上げる請求項6から8のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法。
  10. 前記徐冷工程は、前記エッジの温度が徐冷点よりも高い温度のときに、前記突き上げ部材によってガラス板Gを突き上げる請求項6から9のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法。
  11. 前記加熱成形工程は、前記ガラス板を徐冷点+32℃以上に加熱する請求項6から10のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法。
  12. 請求項6から11のいずれか一項に記載されたガラス板の製造方法によって製造された少なくとも1枚のガラス板を使用して、2枚以上のガラス板を中間膜を介して接合することを特徴とする合わせガラスの製造方法。
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