JP6246342B2 - 薄板ガラスの後処理のための方法および当該方法に従って製造された薄板ガラス - Google Patents

薄板ガラスの後処理のための方法および当該方法に従って製造された薄板ガラス Download PDF

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Description

本発明は、概して、薄板ガラス、特に1ミリメートルを下回る厚さのガラスに関する。本発明は特に、巻取りによる、帯状薄板ガラスの生産に関する。
薄板ガラスは、多くの技術分野において使用されている。例えば、ディスプレイ、電気光学部品用の窓、カプセル封入部および電気的な絶縁層が例として挙げられる。
薄板ガラスを後処理のために取り扱うことを可能にするために、帯状薄板ガラスをロールに巻取るのが有利である。このようにして、ガラスを、後処理の際に直接的にロールから繰り出し、処理することが可能になる。しかし、この際の問題は、一般的に、巻取り時に、ガラス内に曲げ応力が形成されてしまう、ということである。このような曲げ応力は、巻取られた帯状ガラスを破断させることがある。既に、個々の破断が、顕著な問題の原因となり得る。なぜなら、帯状ガラスの繰出し時に、破断箇所において、後処理プロセスが中断されなければならないからである。
米国特許出願公開第2013/0196 163号明細書は、ガラスを曲げる方法を開示している。ここで、帯状ガラスは、次のように、補強フィルム上にラミネートされる。すなわち、曲げる際に、撓み曲線の中立面が補強フィルム内に位置し、帯状ガラスが完全に、曲げによって誘起された圧縮応力領域内に位置するように、ラミネートされる。この方法は、その厚さがガラスの厚さの何倍にもなる補強フィルムを必要とし、ラミネート加工のために、クリープ特性が低く、ひいては、高い剛性を有する脆弱な硬化接着剤を用いなければならない。しかし、この高い剛性によって、接着剤が剥がしにくい、または、完全に除去することができない、という問題が生じる。いずれにせよ、接着剤の除去が、付加的な、カッティング前に行われるべきステップとなってしまう。さらに、巻取り向きが固定されている。巻かれているガラスの耐破断性に関しては、接着におけるクリープおよび補強フィルムにおける応力緩和が考慮されるべきである。応力緩和によって、帯状ガラス内の中立面が移動すると、ガラスは引張応力を受け、この引張応力はむしろ繰出し時により強くなっていることがある。
米国特許第8241751号明細書は、ガラスロールを開示している。このガラスロールでは、曲げに対して最小曲げ半径が遵守される場合、即時的な破断の可能性が低くなる。しかしこの文献は、遅れて発生する破断の観点を鑑みていない。特に、帯状ガラスの辺において生じる破断も、無視されている。この文献に記載されている縮尺規則の場合には、極めて短い時間の後に、ガラス破断が見込まれる。
しかし、しばしば、薄板ガラスは、すぐには後処理されない。むしろ、薄板ガラスロールは一定時間、保管されると考えられる。さらに、後処理を行う作業場所までの搬送も時間を要し、これは、更なる動的な負荷の原因となる。
後処理された薄板ガラスにおいても、例えば接着された薄板板ガラスまたは材料結合された薄板ガラスにおいても、次のことが必要である。すなわち、後処理によって生じた、材料内の圧縮応力によるガラス破断によるガラス部材の不出来を回避することが必要である。
従って、本発明の課題は、場合によって生じるガラス破断が回避される、または、少なくとも数字的に低減されるように、薄板ガラスを準備することまたは後処理することである。
上述の課題は、独立請求項に記載されている構成要件によって解決される。本発明の有利な構成および発展形態は、従属請求項に記載されている。
従って、本発明は、薄板ガラスの後処理のための方法、特に帯状薄板ガラスの後処理のための方法を提示する。ここでは、薄板ガラスは、後処理によって、引張応力がかけられる。この引張応力(引張応力度)σappは、式
Figure 0006246342
を下回る。
ここでσ ̄およびσ ̄は、曲げ応力下での、薄板ガラスの試片の破断時の引張応力の平均値である。ここで、Lrefは試片の辺長であり、Arefは試片の面積を表している。ここで、σ ̄は、試片の面における破断時の引張応力の平均値であり、σ ̄は、試片の辺から発生する破断時の引張応力の平均値である。ここで、ΔおよびΔは、平均値σ ̄若しくはσ ̄の標準的な偏差を表している。ここで、Aappは薄板ガラスの面積であり、Lappは向かい合っている薄板ガラス辺の合算された辺長であり、Φは少なくとも半年の期間内の、所定の最大破断率である。平均値σ ̄、σ ̄は、特に算術平均値である。
当然ながら、試片の辺長Lrefおよび試片の面積Arefにおいて、破断試験に使用されたガラス見本の、その時々の曲げ加重で負荷が与えられた面の領域または辺が基準となる。従って、LrefおよびArefは、基準長さ若しくは基準面積とも称される。これは、試片の破断時に、クリティカルな破断応力が加えられる辺および試片面の一部分である。従って、試片は、本発明では、特に、曲げ加重に晒された、薄板ガラスのガラス見本の一部分と解される。曲げ加重は、ガラス見本では、連続的にも使用可能である。この場合には、面積Arefおよび辺長Lrefは、全体的に、連続試験の間中、曲げ加重に晒される、ガラス見本の一部分である。また、試片は、本発明では、ガラス見本の、テストされた全体的な部分であるとも解される。ガラス見本の、対向している辺の全体的な長さと、全体的な面とが連続して、または、同時に負荷が与えられる場合、ガラス見本の面積および辺長は、これに対応して、試片の面積および辺長に相当する。しかしこの場合でも、典型的には、辺長全体は検査されない。ガラス見本が単軸で曲げられる場合には、対向する長手方向の辺は負荷が与えられるが、水平方向の辺は負荷が与えられない。試片の辺長はここでは、これに相当して、対向する、引っ張り加重に晒される2つの辺の辺長である。
好適には、薄板ガラスは後処理される。この薄板ガラスの厚さは、500μmを下回り、特に好適には最大で350μm、特に好適には最大で100μmである。最小厚さは、好適には、5μmである。特に有利な厚さ範囲は、20μm〜200μmの間である。本発明の方法は、特に、厚さtを有する薄板ガラスに用いられる。ここでこのtは、セット{10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、65μm、70μm、75μm、85μm、100μm、110μm、120μm、145μm、160μm、180μm、200μm、210μm、250μm}の中のものである。
この方法によって、本発明の薄板ガラス製品が得られる。この方法では、薄板ガラスに、上述した式(1)を下回る引張応力σappが与えられる。
本発明は、次のような見識に基づいている。すなわち、ガラスの辺での破断と、面での破断とは、ガラス内での異なる種類の欠陥に由来し、破断の可能性は統計的に相互に無関係である、という見識である。従って、辺における耐破断性に関するガラス強度と、面における耐破断性に関するガラス強度とは、相互に無関係であると見なされる。実際の耐破断性は、上述した式に従って、面における破断時、および、辺での破断時の引張応力の最小値によって計算される。このようにして、特に、辺での、および、面における、曲げの下で生じる破断に関する薄板ガラスの典型的な種々の寿命も考慮される。これによって本発明は、寿命若しくは所定の時間の間の破断の可能性を設定して、ガラス製品の引張応力を調整することを可能にする。
この所定の最大破断率Φは、好適には、0.1以下であり(すなわち、最大で10%)、特に好適には0.05を下回る(5%を下回る)。
低い破断の可能性を長い時間の間、例えば10年間、保つために、好適には、薄板ガラスに、後処理によって引張応力σappが与えられる、若しくは、後処理によって得られたガラス製品に引張応力σappが与えられる。ここでこの引張応力は、
Figure 0006246342
を下回る。
係数1.15/0.93=1.236分だけの、比較的小さい、最大引張応力のこの低減によって既に、引張応力が加えられたガラス製品の寿命が格段に延びる。
薄板ガラスを後処理するためのこの方法は、特に、好適には、引張応力を、後処理されるべき薄板ガラスに与えるステップの前に行われる、ガラス強度の試験を含んでいる。従って、本発明の1つの実施形態では、一般的に、薄板ガラスの後処理のための方法が次のステップを有するように設定されている。すなわち、好適には、後処理によって引張応力を与えるステップの前に、引張応力の平均値σ ̄およびσ ̄と、その標準偏差ΔおよびΔを、薄板ガラスの試片の破断時に求め、これらのパラメータから、大きさから、薄板ガラスの最大引張応力を、好適には、薄板ガラスの寸法(これは、特にその面積Aappおよび辺長Lappによって得られる)に依存して求めるというステップを有しており、その後、薄板ガラスに、後処理によって、求められた最大引張応力を超えない引張応力が与えられる。このような、破断実験に基づいて設定された最大引張応力は、必ずしも、上述した式(1)または(2)に基づいて求められなければいけないわけではない。しかし上限が他の関連によって、引張過重下で長い寿命を維持するために、破断実験に基づいて設定される場合、これは、本発明に適合して、式(1)、好適には式(2)によって設定された限界値を超えない。
好適には、本発明のガラス製品の薄板ガラスには、後処理によって、少なくとも21Mpaである、最大引張応力が与えられる。これによって、極めて長い寿命若しくはこれに相当する、半年を上回る長い期間の間の低い破断の可能性にもかかわらず、高い負荷を可能にする。
ガラス製品は、好適には、リチウム−アルミニウムケイ酸塩ガラス、ソーダ石灰−ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルカリ−アルミノケイ酸塩ガラス、無アルカリ、または、低アルカリアルミノケイ酸塩ガラスから成る。このようなガラスは、例えば、ダウン・ドロー引き延ばし方法等の引き延ばし方法によって、オーバーフロー融解によって、または、フロート技術によって得られる。
低い破断の可能性、特に、21Mpaの上述した最低引張応力による低い破断の可能性に対しては、ホウケイ酸ガラスが、薄板ガラスとして良好に適している。酸化物ベースの、以下の重量%での成分組成を有するホウケイ酸ガラスが特に有利である。
SiO 40−75
Al 1−25
0−16
アルカリ土類酸化物 1−30
アルカリ酸化物 0−1
ここで特に好適には、酸化物ベースの、以下の重量%での成分組成を有するガラスが特に有利である。
SiO 45−70
Al 5−25
1−16
アルカリ土類酸化物 1−30
アルカリ酸化物 0−1
好適には、特にFe含有量が0.05重量%を下回る、好適には、0.03重量%を下回る、鉄が少ない、または、鉄を含んでいないガラスが使用される。なぜなら、これは、低減された吸収を有し、従って、特に、高い透過性を実現するからである。
しかし他の用途に対しては、グレーガラスまたは着色されたガラスも有利である。
ある実施形態では、予圧が与えられている、または、予圧を与えることが可能なガラスが使用される。このガラスは、化学的に、イオン交換によって、または、熱を用いて、または、熱による方法と化学的な方法とを組み合わせて予圧が加えられる、若しくは、予圧を与えるのに適するように処理される。
ガラス材料として、光学ガラスを用いることもできる。これは例えば、重フリントガラス、重ランタンフリントガラス、フリントガラス、軽フリントガラス、クラウンガラス、ホウケイ酸クラウンガラス、バリウム−クラウンガラス、重クラウンガラスまたは蛍光クラウンガラスも用いられる。
本発明は特に、既に高い強度を有しているガラスの機械的な特性を最適化する、若しくは、後処理時にこの機械的な特性を考慮するのに適している。高い強度を有するガラスは、典型的に、ガラスが高い機械的な要求にも晒される用途に使用される。従ってこのようなガラスは、面に作用する曲げ応力に耐えるように設計されている。まさにここが、ガラスの辺の決定的な弱点である。板ガラスの辺が欠陥を有しており、同様に、曲げ要求に晒されている場合には、最終的に、強度の高いガラスから成る板ガラスは、極めて迅速に破断する。本発明によって、次のことが考慮される。すなわち、例えば、大きい板ガラスを分割することによる個々の板ガラスの生産時に、辺の質が保たれるか否かが考慮される。例えば摩耗によって、スクライビングホイールが、ガラス辺に欠陥を残すことがあり得る。このような場合には、板ガラス全体の強度は格段に低下する。この方法によって、製造された製品のこのような変化が極めて正確に検出され、辺形成時の改善の有効性が検査され、最大引張応力の設計時に考慮される。以降では、高強度ガラスが提示される。このガラスによって、本発明を用いて、辺強度を監視することによって、寿命を延ばすこと、若しくは、設定された時間内の破断の可能性を低減させることができる。
ある実施形態では、適しているのは、以下のmol%でモル組成の構成成分を有するガラスである。
構成成分 mol%
SiO 56−70
Al 10.5−16
0−3
0−3

NaO 10−15
O 0−2
MgO 0−3
ZnO 0−3

TiO 0−2.1
SnO 0−1
F 0.001−5
この実施形態の発展形態では、ここで、付帯条件として、Bのモル含有量に対するフッ素のモル含有量の割合、すなわち、F/Bが、0.0003〜15の範囲、好適には、0.0003〜11の範囲、特に好適には0.0003〜10の範囲にある、ということである。このようなガラスは、化学的に予圧を与えることが可能であり、モバイルディスプレイにおいて、厚板ガラスとして使用可能である。
好適には、組成はここで、以下の成分を含んでいる。
成分 mol%
SiO 61−70
Al 11−14
0−0.5
LiO 0−0.1
NaO 11−15
O 0−2
MgO 0−3
CaO 0(含有していない)
ZnO 0−1
CeO 0−0.05

ZrO 0(含有していない)
SnO 0−0.3
F 0.001−3

F/B 0.002−6
特に好適には、この組成は以下の成分を含んでいる。
成分 mol%
SiO 64−70
Al 11−14
0−0.5

LiO 0−0.1
NaO 11−15
O 0−2
MgO 0−3
CaO 0(含有していない)
ZnO <0.1
CeO 0−0.05

ZrO 0(含有していない)
SnO 0−0.3
F 0.001−1

F/B 0.002−2
本発明のさらなる発展形態では、以下のガラス組成を有するホウケイ酸ガラスが使用される。これは以下の物質から成る(重量%)。
SiO 60−85
Al 1−10
5−20
総計LiO+NaO+KO 2−16
総計MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0−15
総計TiO+ZrO 0−5
0−2
並びに、場合によっては、着色酸化物の添加物、例えば、Nd、Fe、CoO、NiO、V、Nd、MnO、TiO、CuO、CeO、Cr、0−5重量%若しくは「黒色ガラス」の場合には0−15重量%の含有量の希土類酸化物、並びに0−2重量%のAs、Sb、SnO、SO、Cl、F、CeO等の清澄剤。
さらに、適切なガラス群は無アルカリホウケイ酸ガラスである。ここでは、以下の重量%の組成が有利である。
成分 重量%
SiO >58−65
Al >14−25
>6−10.5
MgO 0−<3
CaO 0−9
BaO >3−8
ZnO 0−<2
このようなガラスは、米国特許出願公開2002/0032117号明細書にも記載されている。ガラスの組成およびガラスの特性に関するこの文献の内容は、完全に、本出願の構成要件にもなっている。このクラスのガラスは、商品名AF32で、出願人によって販売されている。
以下の表は、別の適切な無アルカリホウケイ酸ガラスの成分の含有量を挙げている。これと並んで、右側の段では、類似特性を有するガラスのクラスの、このガラスに基づく組成範囲を挙げている。
例 範囲
成分 重量% (重量%)
SiO 70 67−73
Al 10 8−12
10 8−12
CaO 6 4−9
BaO 1 0.5−2
SrO 3 2−4
さらに、有利なガラスタイプの別のクラスは、以下の重量%で構成成分を有するホウケイ酸ガラスである。
成分 重量%
SiO 30−85
3−20
Al 0−15
NaO 3−15
O 3−15
ZnO 0−12
TiO 0.5−10
CaO 0−0.1
このようなクラスのガラスは、SchottガラスD263である。厳密な組成を有するこのガラスは米国特許出願公開2013/207058号明細書にも記載されている。ガラスの組成およびガラスの特性に関するこの文献の内容は、全面的に、本出願の構成要件にもなっている。
ソーダ石灰ガラスも適している。以降の表は、2つの実施例であり、有利な組成範囲に従った、各成分に対する重量%での割合がリストにされている。
Figure 0006246342
ここで、ガラス2は、フロート法での板ガラス製造に良好に適している。
ある実施形態では、さらに、以下の組成を有するソーダ石灰−ケイ酸塩ガラスがガラスとして使用される。これは以下の物質から成る(重量%)。
SiO 40−80
Al 0−6
0−5
総計LiO+NaO+KO 5−30
総計MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 5−30
総計TiO+ZrO 0−7
0−2
並びに、場合によっては、着色酸化物の添加物、例えば、Nd、Fe、CoO、NiO、V、Nd、MnO、TiO、CuO、CeO、Cr、0−5重量%若しくは「黒色ガラス」の場合には0−15重量%の含有量の希土類酸化物、並びに0−2重量%のAs、Sb、SnO、SO、Cl、F、CeO等の清澄剤。
さらに、本発明のある実施形態では、以下の組成を有するリチウム−アルミニウムケイ酸塩ガラスがガラス材料として使用される。これは、以下の物質から成る(重量%)。
SiO 55−69
Al 19−25
Li 3−5
総計NaO+KO 0−3
総計MgO+CaO+SrO+BaO 0−5
ZnO 0−4
TiO 0−5
ZrO 0−3
総計TiO+ZrO+SnO 2−6
0−8
F 0−1
0−2
並びに、場合によっては、着色酸化物の添加物、例えば、Nd、Fe、CoO、NiO、V、Nd、MnO、TiO、CuO、CeO、Cr、0−1重量%の含有量の希土類酸化物並びに0−2重量%のAs、Sb、SnO、SO、Cl、F、CeO等の清澄剤。
好適には、さらに、以下のガラス組成を有するアルカリ−アルモケイ酸塩ガラスが担体材料として使用される。これは、以下の物質から成る(重量%)。
SiO 40−75
Al 10−30
0−20
総計LiO+NaO+KO 4−30
総計MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0−15
総計TiO+ZrO 0−15
0−10
並びに、場合によっては、着色酸化物の添加物、例えば、Nd、Fe、CoO、NiO、V、Nd、MnO、TiO、CuO、CeO、Cr、0−5重量%若しくは「黒色ガラス」の場合には0−15重量%の含有量の希土類酸化物、並びに0−2重量%のAs、Sb、SnO、SO、Cl、F、CeO等の清澄剤。
好適には、さらに、以下のガラス組成を有する無アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、例えば担体材料として使用される。これは、以下の物質から成る(重量%)。
SiO 50−75
Al 7−25
0−20
総計LiO+NaO+KO 0−0.1
総計MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 5−25
総計TiO+ZrO 0−10
0−5
並びに、場合によっては、着色酸化物の添加物、例えば、Nd、Fe、CoO、NiO、V、Nd、MnO、TiO、CuO、CeO、Cr、0−5重量%若しくは「黒色ガラス」の場合には0−15重量%の含有量の希土類酸化物、並びに0−2重量%のAs、Sb、SnO、SO、Cl、F、CeO等の清澄剤。
好適には、さらに、以下のガラス組成を有する低アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが使用される。これは、以下の物質から成る(重量%)。
SiO 50−75
Al 7−25
0−20
総計LiO+NaO+KO 0−4
総計MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 5−25
総計TiO+ZrO 0−10
0−5
並びに、場合によっては、着色酸化物の添加物、例えば、Nd、Fe、CoO、NiO、V、Nd、MnO、TiO、CuO、CeO、Cr、0−5重量%若しくは「黒色ガラス」の場合には0−15重量%の含有量の希土類酸化物、並びに0−2重量%のAs、Sb、SnO、SO、Cl、F、CeO等の清澄剤。
例えば、Schott AG、Mainzが、D263、D263 eco、B270、B270 eco、Borofloat、Xensation Cover、Xensation cover 3D、AF45、AF37、AF32またはAF32 ecoという名称で販売している薄板ガラスを使用することができる。
さらなる形態では、薄板ガラス製品のガラスを熱処理によって、ガラスセラミックスに変えることができる。この場合には、好適には、ガラスセラミックスは、セラミック化されたアルモケイ酸塩ガラスまたはリチウム−アルミノケイ酸塩ガラスから成り、特に、化学的におよび/または熱的に硬化された、セラミック化されたアルモケイ酸塩ガラスまたはリチウム−アルミノケイ酸塩ガラスから成る。さらなる形態では、薄板ガラス製品は、セラミック化可能なベースガラスを含んでいる。これは、火災時に熱の作用でセラミック化される、または、さらにセラミック化が進み、これによって、火災時防護性が高くなる。
好適には、さらに、本発明の1つの実施形態では、ベースガラスの以下の組成を有するセラミック化可能なガラス、若しくは、ここから製造可能なガラスセラミックスが使用される。これは、以下の物質から成る(重量%)。
LiO 3.2−5.0
NaO 0−1.5
O 0−1.5
総計NaO+KO 0.2−2.0
MgO 0.1−2.2
CaO 0−1.5
SrO 0−1.5
BaO 0−2.5
ZnO 0−1.5
Al 19−25
SiO 55−69
TiO 1.0−5.0
ZrO 1.0−2.5
SnO 0−1.0
総計TiO+ZrO+SnO 2.5−5.0
0−3.0
別の実施形態では、ベースガラスの以下の組成を有するセラミック化可能なガラスまたはここから製造されるガラスセラミックが、有利に使用される(重量%)。
LiO 3−5
NaO 0−1.5
O 0−1.5
総計NaO+KO 0.2−2
MgO 0.1−2.5
CaO 0−2
SrO 0−2
BaO 0−3
ZnO 0−1.5
Al 15−25
SiO 50−75
TiO 1−5
ZrO 1−2.5
SnO 0−1.0
総計TiO+ZrO+SnO 2.5−5.0
0−3.0
別の有利な実施形態では、ベースガラスの以下の組成を有するセラミック化可能なガラスまたはここから製造されるガラスセラミックが、有利に使用される(重量%)。
LiO 3−4.5
NaO 0−1.5
O 0−1.5
総計NaO+KO 0.2−2
MgO 0−2
CaO 0−1.5
SrO 0−1.5
BaO 0−2.5
ZnO 0−2.5
0−1
Al 19−25
SiO 55−69
TiO 1.4−2.7
ZrO 1.3−2.5
SnO 0−0.4
総計TiO+SnO <2.7
0−3
総計ZrO+0.87(TiO+SnO) 3.6−4.3
本発明の薄板ガラス製品から製造された薄いガラスセラミック製品のガラスセラミックスは、好適には、高温石英の混晶またはケアタイト(Keatit)混晶を、優勢な結晶相として含んでいる。結晶の大きさは、好適には、70nmよりも小さく、特に好適には50nm以下であり、極めて好適には10nm以下である。
本発明を以下で、詳細に説明する。ここでは、添付図面も参照される。図では、同じ参照番号は同じまたは相当する部材を表している。
ロールに巻取られた帯状薄板ガラスの形態のガラス製品 引張応力の関数としての破断可能性のダイヤグラム 時間の関数としての薄板ガラスの破断可能性 薄板ガラス試片の面での破断時の引張応力の平均値およびその標準的な偏差を求めるための構造 薄板ガラスの縁部を出発点とする破断時の引張応力の平均値およびその標準的な偏差を求めるための構造
図1は、本発明の有利な使用形態を示している。本発明のこの実施形態では、薄板ガラス1の後処理が、帯状薄板ガラス2の形態の薄板ガラス1をロール3に巻取ることによって行われる。2つの辺22、23、より正確には、帯状薄板ガラス2の長手方向辺はここで、ロール3の端面を形成している。場合によっては、このロール3は、心棒上に巻取られており、ロール3の内側面は、心棒の外周面に当接している。
薄板ガラス1若しくは帯状薄板ガラス2は、この形態において、後続の処理ステップのために、再び、ロール3から繰出し可能である。薄板ガラス1の生産のこのような形態は、自動化された製造プロセス、例えば、電子部品上のラミネートまたはディスプレイの製造に特に良好に適している。
ガラス表面を保護するために、図1に示された例のように、さらに、帯状材料7を、一緒に巻き込むことができる。ここでこの帯状材料は、ロールにおいて、重なりあっているガラス層間に位置する。好適には、紙またはプラスチックが帯状材料7として使用される。
製造プロセスが自動化されている場合、巻取られた帯状薄板ガラス2全体が破断を有しておらず、自動化されている繰出し時に、帯状薄板ガラス2が繰り出されることが重要である。しかし、薄板ガラス1は、巻取り時に曲げられる。この曲げには引張応力が伴い、薄板ガラス1の片側が、この引張応力を受ける。引張応力は、曲げ半径が小さいほど、大きくなる。巻取られている帯状薄板ガラス2において、最も小さい曲げ半径は、ロール3の内側面31において生じる。
ここで、薄板ガラス1をロール3に巻取ることによる後処理と、更なる製造プロセスでの繰出しとの間に、いくらかの時間が経過することがある。典型的にロール3は、その製造後に、いくらかの時間保管される。搬送にも時間がかかる。曲げの際の片側引張応力によって生じる、欠点であるこの種のガラス破断が、ガラスが薄いのにもかかわらず、巻取り後に時間的に遅れて発生することがあることが明らかである。
ここで本発明によって、所定の時間、例えば平均的または確率の高い最長保管期間を、破断無く乗り切るように内側半径が定められたロール3に帯状薄板ガラスを巻取ることが可能である。このことは一般的に、薄板ガラスに引張応力が与えられる、薄板ガラスの後処理の他の形態にも当てはまる。ロールの実施形態の場合と同様に、最も頻繁に使用される引張応力、若しくは、後処理されたガラス製品において生じる引張応力は、薄板ガラスを曲げることによって引き起こされる。本発明の有利な実施形態では、薄板ガラス1のこの後処理は、薄板ガラス1を曲げることも含んでいる。ここで、最小曲げ半径Rは、引張応力σappと、以下の関係にある。
Figure 0006246342
この関係において、Eは弾性率を表し、tは薄板ガラスの厚さを表し、νはガラスのポアソン比を表す。
厚さtは、好適には500μmを下回り、特に好適には最大で350μmである。さらに、一般的に好適には、ガラスの厚さは少なくとも5μmである。
式(1)に従って計算された最大引張応力σappの条件を満たす曲げ半径の場合には、式(3)との組み合わせによって、曲げ半径と引張応力との間に以下の関係が生じる。
Figure 0006246342
これに対応して、式(3)と式(2)との組み合わせから、それによって、低い破断の可能性が長期間にわたって得られる曲げ半径に対して、以下の式が得られる。
Figure 0006246342
薄板ガラスに適しているガラスタイプの実施例として、無アルカリのホウケイ酸ガラスが挙げられる。これは、以下の重量%で成分を有している。
SiO 61
Al 18
10
CaO 5
BaO 3
MgO 3
このガラスは、ケイ素に適合された、3.2・10−61/Kの熱膨張係数を有している。この弾性率、若しくは、ヤング係数は、E=74.8GPaの値を有している。ポアソン比は、ν=0.238である。
図1に示されたような、ロール3に巻取られた帯状薄板ガラス2の形態のガラス製品の場合には、帯状薄板ガラス2の最小曲げ半径Rは、ロール3の内側面31に存在する。この最小曲げ半径から、式(3)に従って、最大引張応力σappが結果として生じる。ロールを取り扱い可能に、かつ、小さく保持することを可能にするために、内側面31に生じる最大の引張応力が、少なくとも21MPaである曲げ半径が有利である。
しかし、使用状況に応じたケースも可能である。ここでは、薄板ガラス1に、引っ張り力が、側面に沿って、若しくは、表面に沿って加えられる。この場合には、両側に、および、薄板ガラスの体積内に引張応力が生じる。
どのような形態で、引張応力が後処理後に生じるかとは無関係に、本発明の発展形態では、0.1以下、好適には0.05を下回る最大破断率Φが目指される。所定のこの破断率Φによって、この場合には、上述した式(1)または(2)に従って、この破断率Φに対応する最大引張応力σappが求められ、この値によって、曲げによって引き起こされた引張応力の場合には、式(3)に基づいて、最小曲げ半径が求められる。
少なくとも半年の間(式(1))または半年より長い間(式(2))の設定された破断の可能性に対応する最大の引張応力を示す式(1)または(2)に、薄板ガラスの面積およびその辺長も含まれている。すなわち、破断の可能性は、薄板ガラス製品の大きさおよび形状によって変わる。これは、意義深い。なぜなら、薄板ガラスは、特にロール3のような中間生成物において、極めて大きい面積を有し得るからである。従って、ロール3の場合には、次のことが有利である。すなわち、少なくとも10mの長さ、好適には少なくとも50mの長さ、特に好適には少なくとも100mの長さを有する帯状薄板ガラス2を巻取ることが有利である。さらなる実施形態では、1000mまでの長さを有する帯状薄板ガラスが巻取られ、これによって、破断の可能性を低く保つことができ、これに伴って、薄板ガラスロール3の内側半径を小さく保つことができる。好適には、帯状薄板ガラス2の幅、若しくは、これに相当して、ロール3の幅は、20cm以上である。1つの実施例では、薄板ガラスロール3は、50μmの厚さを有する、20cmの幅と100mの長さとを有する帯状薄板ガラス2から製造される。
図2に基づいて、破断の可能性のスケーリングの効果が明らかにされる。図2はここで、破断の可能性のダイヤグラムを示している。これは、引張応力の関数として、破断試験に基づいて求められたものである。この、塗りつぶされて示された測定値および「A」が付けられた、属する回帰直線は試片での破断試験によって求められたものである。この試片は、80mmの面積を有している。属する回帰直線Bを有する、白抜き記号として示された値は、測定値を、625mmの面積にスケーリングすることによって得られる。これは、試片と同じ負荷を受ける。例えば、記入された、66Mpaでの引張応力での線とこの2つの回帰直線との交点に基づいて明らかであるように、破断の可能性は、より大きい面積によって、ほぼ1オーダー分上昇している。耐破断性に関する測定が、動的な、特に上昇する負荷を用いて行われているのにもかかわらず、この破断試験に基づいて、所定の期間内の破断の可能性を、特に、少なくとも1/2年の長い時間の間の破断の可能性を、静的な負荷の下で求めることができる。
図3は、ガラス製品のための、年の寿命tlifetimeの関数としての破断の可能性F(式(1)または(2)内の破断率Φに相当する)を示している。ここでこのガラス製品は、625mmのスケーリングされた面と、66MPaの静的に作用する引張応力とを有する。半年および半年を超える寿命が、式(1)または(2)が有効である所定の時間に相当する。従って、一般的に、実施例に限定されることなく、本発明の方法の発展形態では、薄板ガラス1を後処理するための方法は、少なくとも半年の期間にわたる、引張応力σappがかけられた状態での、薄板ガラスの保管も含んでいる。
図4は、概略的に、パラメータσ ̄およびΔ、すなわち、薄板ガラス試片の面における破断時の引張応力の平均値およびその標準偏差を求めるための構造を示している。以降で説明する構造の他に、択一的な測定装置も可能である。
この測定は、パラメータσ ̄およびΔが破断試験によって求められる、ということに基づいている。この試験では、薄板ガラス試片10は環状に固定されており、湾曲しており、好適には、球面状であるスタンプ面120を有するスタンプ12によって、破断するまで負荷が与えられる。薄板ガラス試片10は、図4に示されているように、このために、環状の、好適には円形の載置面13上に載せられ、固定される。スタンプ12は、力Fで、好適には、環状の載置面13内で薄板ガラス試片10の面の中央を押す。この力は、薄板ガラス試片10が破断するまで上げられる。典型的に、図4に示された装置では、薄板ガラス試片の面において破断が生じる。なぜなら、誘起された引張応力は、スタンプ12の載置面の領域において、薄板ガラス試片の面の上で最も大きくなるからである。従ってこの載置面は、試片10の面積Arefを規定している。
この破断試験は、何回も繰り返される。次に、破断時に存在する力に基づいて、薄板ガラス試片表面での引張応力が計算される。この測定値から、破断時の平均引張応力σ ̄並びにその標準偏差Δが求められる。ここでは、個々の力の値を引張応力に換算して、平均値および標準偏差を計算することが可能である。
薄板ガラスの縁部から始まる破断に対しては、別の測定装置、例えば、以降で図5に示されている測定装置が適している。この場合には、この測定装置によって、同様に、パラメータσ ̄およびΔが求められる。
ガラス製品の最大引張応力を確実に決定するための、十分に信用できる統計を得るために、本発明の発展形態では、それぞれ、少なくとも10個の、好適には少なくとも20個の、特に好適には少なくとも30個の、極めて好適には少なくとも50個の、薄板ガラス1の試片10に、破断するまで、引張応力が与えられ、これによって、パラメータσ ̄およびΔ、並びに、σ ̄およびΔが求められる。図4および図5に示された実施例では、これに従って、少なくとも10回、好適には少なくとも20回、特に少なくとも30回、特に好適には少なくとも50回の、有効な破断試験が、図4に示された装置によって行われ、これと同様に、少なくとも10回、好適には少なくとも20回、特に少なくとも30回、特に好適には少なくとも50回の破断試験が、図5に示された、後述する装置によって実行される。
図5は、さらに、薄板ガラスの縁部から発生する破断の際の引っ張り耐性およびその平均値を求めるための構成を示している。この装置によって実行される方法は、次のことに基づいている。すなわち、パラメータσ ̄およびΔが曲げ試験によって求められる、ということに基づいている。この試験では、薄板ガラス試片10が、破断するまで一軸曲げされる。図5に示された装置では、薄板ガラス試片10は、2つの固定具15、16の間に挟んで止められている。これらの固定具15、16は相互に近づくように動かされるので、薄板ガラス試片10は更に曲げられる。この曲げは、図4に示された装置とは異なり、1方向でのみ行われる。最小曲げ半径Rminはここで、2つの固定具の中心に位置する。例えばこれらの固定具が相互に僅かに傾斜している場合、固定具15、16がより近くに位置している辺は、対向する辺よりも強く負荷が与えられる。これに相当して、最小湾曲半径もこの辺に位置する。しかし、2つの辺22、23が同様に負荷が与えられてもよい。
破断時に辺に存在する引張応力を求め、ここから、複数個の薄板ガラス試片をテストした後に、その平均値σ ̄および標準的な偏差Δを求めるための方法が幾つかある。ある実施形態では、固定具15、16に負荷を与える力Fが測定され、ここから、薄板ガラス試片10における応力が求められる。
破断時に存在する最小曲げ半径Rminを特定し、この値に基づいて、辺での対応する引張応力を求めることによって、破断応力をより容易に求めることができる。ここでは、引張応力σは、曲げ半径に対して逆比例である。
以降では、巻取られた薄板ガラスから成るロール製造のための実施例を記載する。
0.05mmの厚さを有する薄板ガラスから成る、100mの長さと20cmの幅の帯状ガラスが、ロールに巻取られる。この薄板ガラスは、弾性率E=74.8GPaとポアソン比ν=0.238とを有する、上述した組成のホウケイ酸ガラスの形態である。1年の保管期間の間、破断の可能性は1%(Φ=0.01)を上回るべきではない。巻型のコア半径は、式(3)に従って選択される。強度測定によって、試片で、面強度に対しては、正規分布に基づいて、値σ ̄=421MPa(平均値)およびΔ=35MPa(標準偏差)が、121mmの基準面に対して測定され、辺強度に対しては、値σ ̄=171MPa(平均値)およびΔ=16.9MPa(標準偏差)が、2mmの基準長Lrefに対して測定される。ここで、図4および図5に基づいて記載された装置が使用可能である。強度測定の評価の方法は、例えば、K.Nattermann:「Fracture Statistics」in「Strength of Glass−Basics and Test Procedures(advanced course of the International Comission on Glass and Research Association of the German Glass Industry、Frankfurt(2006)、ISBN3−9210−8947−6)」にも記載されている。
app=0.2m×100m=20mおよびLapp=2×200m=200mである場合には、以下のようになる。
Figure 0006246342
Figure 0006246342
すなわちここでは、辺強度は、ロールコアの設計時の決定的なの強度パラメータである。
許容される曲げ応力はここでは、式(2)または式(5)に従う。
0.93・Min(175MPa,55MPa)=0.93・55MPa=51MPa.
Figure 0006246342
およびt=0.05mmによって、ここで、帯状薄板ガラスの最小曲げ半径を、式(3)に従って計算することができ、
Figure 0006246342
となる。ここでこれを、次いで大きい標準ロールコア直径、すなわち例えばD=80mmに切り上げることができる。この曲げ半径若しくは直径によって、21MPaの引張応力の本発明に即して有利な最低値も超えられる。従って、一方では、コンパクトなロールが得られ、他方では、低い破断の可能性が得られる。
図5に示された、統計的なパラメータσ ̄およびΔを求めるための装置、および、説明した測定方法の他に、極めて正確な統計値をもたらす、他の別の試験方法も可能である。図5に示された装置では曲げ半径が変化し、辺の中心で最小になる。これによって、試片10の辺長Lrefおよび面積Arefは、試片の対向し合う辺の総辺長および総面積を下回る。従って、上述した実施例で挙げられた、Lref=2mmおよびAref=121mmの値は、試片の実際の寸法よりも小さい。適切な測定方法によって、引っ張り負荷がかけられる、試片の辺長および面積を増やすことができる。面強度を特定するために、図4に示された装置と異なる構造も使用可能である。
1 薄板ガラス、 2 帯状薄板ガラス、 3 ロール、 7 帯状材料、 10 薄板ガラス試片、 12 スタンプ、 13 環状の載置面、 15、16 固定具、 31 ロールの内側面、 22、23 辺、 120 スタンプ面

Claims (17)

  1. 薄板ガラス(1)に引張応力を与える薄板ガラス(1)の後処理の法であって、
    当該方法において、前記後処理によって前記薄板ガラス()に引張応力σappが与えられ、当該引張応力は、
    Figure 0006246342
    を下回り、
    ここでσ ̄およびσ ̄は、曲げ応力下の、前記薄板ガラス(1)の試片(10)の破断時の、前記引張応力の平均値であり、Lrefは前記試片(10)の辺長を表しており、Arefは前記試片(10)の面積を表しており、σ ̄は、前記試片(10)の面における破断時の引張応力の平均値であり、σ ̄は、前記試片(10)の辺から発生する破断時の引張応力の平均値であり、ΔとΔとは、前記平均値σ ̄若しくはσ ̄の標準的な偏差を表しており、Aappは前記薄板ガラス(1)の面積であり、Lappは前記薄板ガラス(1)の向かい合っている辺(22、23)の合算された辺長であり、Φは少なくとも半年間の所定の最大破断率であ
    前記所定の最大破断率Φは0.1以下であり、
    前記後処理によって引張応力を与える工程の前に、ガラス強度の試験を行い、
    当該試験では、前記薄板ガラス(1)の試片の破断時に、前記引張応力の平均値σ ̄ およびσ ̄ 、並びに、当該平均値の標準的な偏差Δ およびΔ を求め、これらのパラメータσ ̄ 、σ ̄ 、Δ およびΔ から、前記薄板ガラス(1)の最大引張応力を求め、
    その後、前記後処理によって、前記薄板ガラス(1)に、求められた前記最大引張応力を上回らない前記引張応力σ app を与える、
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記所定の最大破断率Φは0.05を下回る、請求項1記載の方法。
  3. 前記後処理によって前記薄板ガラス()に引張応力σappが与えられ、当該引張応力は、
    Figure 0006246342
    を下回る、請求項1または2記載の方法。
  4. 前記薄板ガラス(1)の前記後処理は、当該薄板ガラス(1)の曲げ加工を含んでおり、ここで最小曲げ半径Rは、前記引張応力σappと、
    Figure 0006246342
    という関係を成し、ここでEは弾性率を表し、tは前記薄板ガラス(1)の厚さを表し、νは前記薄板ガラス(1)のポアソン比を表す、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 前記薄板ガラス(1)の前記後処理は、帯状薄板ガラス(2)の形態の薄板ガラス(1)を巻取り、ロール(3)にすることを含んでいる、請求項記載の方法。
  6. 前記最大引張応力σappを生じる前記帯状薄板ガラス(2)の前記最小曲げ半径Rは、前記ロール(3)の内側面(31)に存在する、請求項記載の方法。
  7. 少なくとも100mの長さを有する帯状薄板ガラス(2)を巻取って、ロール(3)にする、請求項6記載の方法。
  8. 500μmを下回る厚さを有する薄板ガラス(1)を後処理する、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 前記後処理によって、前記薄板ガラス(1)に、少なくとも21MPaである最大応力を与える、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 前記パラメータσ ̄およびΔ、並びに、σ ̄およびΔを求めるために、それぞれ、少なくとも10個前記薄板ガラス(1)の試片(10)に、破断するまで、引張応力をかける、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。
  11. 前記パラメータσ ̄およびΔを破断試験によって求め、
    当該破断試験では、薄板ガラス試片(10)を環状に固定し、湾曲したスタンプ面(120)を有するスタンプ(12)によって、破断するまで当該薄板ガラス試片(10)に負荷を与える、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。
  12. 前記パラメータσ ̄およびΔを湾曲試験によって求め、
    当該湾曲試験では、薄板ガラス試片(10)を破断するまで一軸曲げする、請求項1から1までのいずれか1項記載の方法。
  13. 前記薄板ガラス(1)を、前記引張応力σappが与えられた状態で、少なくとも半年間保管する、請求項1から1までのいずれか1項記載の方法。
  14. 薄板ガラス製品であって、
    板ガラス(1)に引張応力σappが与えられており、当該引張応力は、
    Figure 0006246342
    を下回り、
    ここでσ ̄およびσ ̄は、曲げ応力下の、前記薄板ガラス(1)の試片(10)の破断時の引張応力の平均値であり、Lrefは前記試片(10)の辺長を表しており、Arefは前記試片(10)の面積を表しており、σ ̄は、前記試片(10)の面における破断時の引張応力の平均値であり、σ ̄は、前記試片(10)の辺から発生する破断時の引張応力の平均値であり、ΔとΔとは、前記平均値σ ̄若しくはσ ̄の標準的な偏差を表しており、Aappは前記薄板ガラス(1)の面積であり、Lappは前記薄板ガラス(1)の向かい合っている辺(22、23)の合算された辺長であり、Φは少なくとも半年間の、最高で0.1である最大破断率であ
    前記引張応力σ app が与えられる前に、ガラス強度の試験が行われ、
    当該試験で、前記薄板ガラス(1)の試片の破断時の、前記引張応力の平均値σ ̄ およびσ ̄ 、並びに、当該平均値の標準的な偏差Δ およびΔ が求められ、これらのパラメータσ ̄ 、σ ̄ 、Δ およびΔ から、前記薄板ガラス(1)の最大引張応力が求められ、
    前記引張応力σ app は、求められた前記最大引張応力を上回らない、
    ことを特徴とする薄板ガラス製品。
  15. ロール(3)に巻取られた帯状薄板ガラス(2)の形態を有しており、
    前記ロール(3)の内側面(31)での半径Rは、前記引張応力σappと、
    Figure 0006246342
    という関係を成し、ここでEは弾性率を表し、tは前記薄板ガラス(1)の厚さを表し、νは前記薄板ガラス(1)のポアソン比を表す、請求項1記載の薄板ガラス製品。
  16. 前記薄板ガラス(1)には、
    Figure 0006246342
    を下回る引張応力σappが与えられている、請求項1または1記載の薄板ガラス製品。
  17. 前記薄板ガラス(1)に、少なくとも21MPaである最大引張応力が与えられている、請求項1から1までのいずれか1項記載の薄板ガラス製品。
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