JP6658327B2 - 強化ガラス板 - Google Patents
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Description
本発明は、強化ガラス板に係り、特に１．８〜２．５ｍｍ未満の厚さを有する強化ガラス板に関する。
従来から、自動車用の窓ガラス（特にサイドガラス及びリアガラス）として、強化ガラス板が使用されている。強化ガラス板は、表面（第１面及び第２面）に圧縮応力層を有し、厚さ方向の中央部に引張応力層を有している。強化ガラス板は、６５０〜７００℃の高温状態のガラス板の表面に空気を吹き付けて強化処理を施すことにより製造することができる。
近年、環境問題の観点から、省燃費のために自動車の軽量化が強く求められ、自動車部品である自動車用窓ガラスに対する軽量化が求められている。
特許文献１には、風冷強化された、２．５〜３．１ｍｍの厚さを有する自動車用の強化ガラス板であって、自動車の安全規格に規定されている、５０×５０ｍｍサイズにおける破砕強度テスト（JIS R3212:2008）において破砕個数が４０個以上であること（以下、破砕品質ともいう）、２２７ｇの鋼球を落下させて破壊する高さで決まる衝撃強度テスト（JIS R3212:2008）においてその高さが２ｍ以上であること（以下、衝撃強度品質ともいう）を満たした強化ガラスが開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載の強化ガラス板では、板厚が厚く、自動車の軽量化の要求を満足するものではなく、破砕品質及び衝撃強度品質の両者を満たし、かつ板厚の薄い強化ガラス板の実現には至っていない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、自動車用窓ガラスとして要求される破砕品質、及び衝撃強度品質の両者を満たすことができる、１．８〜２．５ｍｍ未満の厚さを有する強化ガラス板を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、本発明の目的を達成するために、第１面と、前記第１面に対向する第２面と、前記第１面と前記第２面とを接続する側面とを有する、１．８〜２．５ｍｍ未満の厚さの強化ガラス板であって、前記第１面において、表面圧縮応力の平均値が１００〜１６０ＭＰａの範囲であり、かつ面強度の平均値が２２０〜４００ＭＰａの範囲である強化ガラス板を提供する。
本発明の一態様によれば、自動車用窓ガラスとして要求される破砕品質、及び衝撃強度品質の両者を満たすことができる、１．８〜２．５ｍｍ未満の厚さを有する強化ガラス板が提供される。
以下、添付図面と共に、本発明に係る強化ガラス板の好ましい実施形態について説明する。
本実施形態の強化ガラス板は、第１面と、前記第１面に対向する第２面と、前記第１面と前記第２面とを接続する側面とを有する。本実施形態では、第１面とは、フロート法によって製造されたガラス板において、フロート窯に溜められた溶融錫等の溶融金属に触れていた下面（以下、ボトム（Ｂ）面とも言う。）を指し、第２面とは下面に対向する上面（以下、トップ（Ｔ）面とも言う。）であり大気に触れていた上面を指すものとする。この場合、第１面と第２面との面性状を比較すると、溶融金属に触れている第１面は、溶融金属の液面が転写しているため、大気に触れていた第２面と比較して粗さが粗く、第２面よりも強度が低い場合が多い。つまり、第２面において、表面圧縮応力の平均値が第１面の表面圧縮応力の平均値以上であり、かつ面強度の平均値が第１面の面強度の平均値以上である。このような場合には、ガラス板の破砕品質及び衝撃強度品質は、第１面の特性が支配的となる。
なお、上記のような方法以外で製造する場合（例えばフュージョン法）には、Ｂ面とＴ面の区別がないため、いずれの面を第１面としてもよい。また、フロート法で作製したガラスのＢ面を研磨した場合も、Ｂ面とＴ面の区別がないため、いずれの面を第１面としてもよい。
また、本実施形態の強化ガラス板の板厚は、１．８ｍｍ以上２．５ｍｍ未満だが、自動車の軽量化の観点から、好ましくは２．３ｍｍ以下である。また、板厚が１．８ｍｍ以上であれば、風冷強化法において、破砕品質を満足する表面圧縮応力及び表面圧縮応力と対で生じる内部引張応力を形成することが可能である。
また、本実施形態の強化ガラス板は、第１面において、表面圧縮応力の平均値が１００〜１６０ＭＰａ、より好ましくは、１０５〜１５５ＭＰａ、さらに好ましくは、１１０〜１５０ＭＰａの範囲である。
このような表面圧縮応力の平均値とすることで、強化ガラス板が破損した際に、クラックが分岐して細かい破片の生成が容易になり、求められる破砕品質を満足しやすくなる。
また、本実施形態の強化ガラス板は、第１面において、表面圧縮応力の最低値が８０ＭＰａ以上、好ましくは８５ＭＰａ以上、より好ましくは９０ＭＰａ以上、さらに好ましくは９５ＭＰａ以上である。
このような表面圧縮応力の最低値とすることで、高い内部引張応力を得ることができ、強化ガラス板が破損した際に、クラックが分岐して細かい破片の生成が容易になり、求められる破砕品質を満足しやすくなる。
また、本実施形態の強化ガラス板は、面強度の平均値が２２０〜４００ＭＰａ、好ましくは２３０〜３９０ＭＰａ、より好ましくは２５０〜３８０ＭＰａの範囲である。
このような面強度の平均値とすることで、衝撃強度テストの際の鋼球の落下によって強化ガラス板に引張応力が発生しても、強化ガラス板を破壊するようなクラックの発生及びクラックの進展を抑制し、求められる衝撃強度品質を満足しやすくなる。
また、実施形態の強化ガラス板は、面強度の最低値１７０ＭＰａ以上、好ましくは１８０ＭＰａ以上、より好ましくは１９０ＭＰａ以上である。
このような面強度の最低値とすることで、衝撃強度テストの際の鋼球の落下によって強化ガラス板に引張応力が発生しても、強化ガラス板を破壊するようなクラックの発生及びクラックの進展を抑制し、求められる衝撃強度品質を満足しやすくなる。
さらに、面強度の平均値を上記範囲とし、かつ面強度の最低値を上記範囲とすることで、より衝撃強度品質が安定する。
また、本実施形態の強化ガラス板は、ワイブル係数７．５以上、より好ましくは８．０以上、さらに好ましくは８．５以上である。これにより、面強度のばらつきを小さく抑えることができるので、衝撃強度品質が安定する。
図１Ａは、風冷強化装置１０の要部側面図、図１Ｂは風冷強化装置１０の正面図、図１Ｃは風冷強化装置１０の要部拡大正面図である。
風冷強化装置１０によって強化処理される、強化処理前のガラス板Ｇは、第１面Ｇ１と第１面Ｇ１に対向する第２面Ｇ２と、第１面Ｇ１と第２面Ｇ２とを接続する側面Ｇ３とを有し、厚さが１．８〜２．５ｍｍ未満のガラス板Ｇである。風冷強化装置１０は、第１面Ｇ１及び第２面Ｇ２の全域に向けて空気を吹き付ける複数のノズル１２を備えている。ノズル１２の圧力損失はできるだけ小さい事が好ましい。
本実施形態の強化ガラス板は、図１Ａ〜図１Ｃで示すような装置を用いて、詳細は後述するが、ノズルパターン、ノズル先端とガラスとの距離、最大風圧、冷却時間、ガラス加熱温度を下記実施例のように調整することにより作製できる。
図２は、風冷強化装置１０によって製造された実施例１〜５、及び比較例１、２の強化ガラス板の特徴、及びそれらの強化ガラス板を製造したときの風冷強化装置１０のスペック等を示した一覧表である。図２において、板厚とは強化ガラス板の厚さを示す。
また、ノズルパターンのΦはノズル径ｍｍを示し、かつ「３０×５０」とは、図１Ｃの如く、ノズル１２の配置形態であって、近接する４本のノズル１２の中心を結んで形成される菱形形状において「３０」は短軸ａの長さｍｍ、「５０」は長軸ｂの長さｍｍを示す。また、最大風圧とは、ノズル１２から噴射された空気の最大風圧を示し、ガラス加熱温度とは、加熱炉内から風冷強化ゾーンに搬送する際のガラス板Ｇの加熱炉内での温度を示す。
また、表面圧縮応力とは、表面応力計で測定した値である。具体的には、有限会社折原製作所製バビネ型表面応力計ＢＴＰ−Ｈを計測器として使用した。強化ガラス板の中心付近の２点（ノズル１２からの噴流が衝突する点、噴流が衝突する点で構成される三角形の重心）を測定点とした。応力の計測方向は、縦方向、横方向の２方向とした。
破砕品質の評価方法は、JIS R3212:2008に規定する自動車用安全ガラス試験方法の破砕試験により、破砕数が、５０ｍｍ×５０ｍｍサイズの強化ガラス板において４０個以上、４００個以下であることとした。
また、面強度とは、ＡＳＴＭ規格のC1499-01に規定されたガラスのリング曲げ試験（リング・オン・リング試験とも言う。）にて測定した値である。具体的には、直径２６０ｍｍのリングの上に、第１面Ｇ１を下側にして強化ガラス板を水平に載置し、ＳＵＳ３０４製の直径４６ｍｍのリングを毎分１０ｍｍの速度で降下させて破壊応力を計測する作業を２１〜２３回繰り返し、その平均値を面強度の平均値とした。
また、ワイブル係数とは、JIS 1625:2010に規定されたワイブル統計解析法によりワイブル確率軸上にプロット（以下「ワイブルプロット」という）し、ワイブルプロットから求めた傾きを意味している。
また、落球試験２ｍ非破壊枚数とは、衝撃強度テスト（JIS R3212:2008）に基づき、２ｍの高さから鋼球を落下させた際に、強化ガラス板が割れない枚数を示している。なお、安全基準としては、６枚中５枚割れなければ合格と定められている。
図３は、実施例１〜５、及び比較例１、２の強化ガラス板に対する破砕品質の評価結果を示している。図３中の各写真に描かれた正方形は、５ｃｍ角の正方形であり、この正方形の内部の破砕数が、破砕品質の評価の対象となる。図３より、実施例１〜５は、破砕数がJIS R3212:2008に規定する安全規格を満たした。一方、比較例１は、上記安全規格は満たすものの、実施例１〜５に比べると大きな破片が出やすい傾向にあり、やや不十分である。また、比較例２は、安全規格を満たさないことが分かった。
したがって、表面圧縮応力の平均値が１００〜１６０ＭＰａであれば、強化ガラス板が破損した際に、クラックが分岐して細かい破片の生成が容易になり、求められる破砕品質を満足しやすくなる。同様に、表面圧縮応力の最低値が８０ＭＰａ以上であれば、求められる破砕品質を満足しやすくなる。
図４は、実施例１〜５、及び比較例１の強化ガラス板に対するワイブルプロットが示されている。ワイブルプロットは、累積破壊確率をＦ（％）、強度をσ（ＭＰａ）としたとき、縦軸にｌｎ（１−Ｆ）−１、横軸にｌｎσで目盛られたグラフに強度データをプロットすることで作成される。ここで、ｌｎは自然対数である。プロットが図４の右側にあるほど面強度が大きく、プロットの傾き（ワイブル係数）が大きいほど面強度のばらつきが小さいことを表している。
また、図４において、○印でプロットした実施例１のワイブル係数ｙは約９．９６であり、●印でプロットした実施例２のワイブル係数ｙは約７．８２であり、□印でプロットした実施例３のワイブル係数ｙは約９．８４であり、■印でプロットした実施例４のワイブル係数ｙは約１１．１７であり、◇印でプロットした実施例５のワイブル係数ｙは約１０．６３であり、▲印でプロットした比較例１のワイブル係数ｙは約９．９１である。
ワイブル係数が７．５以上、より好ましくは８．０以上、さらに好ましくは８．５以上であれば、面強度のばらつきを小さく抑えることができるので、衝撃強度品質が安定した。
なお、比較例では、面強度のばらつきは小さいが、面強度自体が小さく、求められる衝撃強度品質を満足しなかった。
また、落球試験とは、JIS R3212:2008に規定する自動車用安全ガラス試験方法の耐衝撃性試験であり、直径３８ｍｍで質量２２７±２ｇの鋼球を強化ガラス板に対して２ｍの高さから自然に落下させたときの破壊状態を確認したものである。
落球試験の評価方法は、第１面Ｇ１を下にした強化ガラス板に対して鋼球を２ｍの高さから自然に落下させたときに破壊が生じないこととした。
図５は、落球試験結果をプロットしたグラフであり、縦軸が平均面強度（面強度の平均値）ＭＰａ、横軸が平均表面圧縮応力（表面圧縮応力の平均値）ＭＰａである。
また、図５によれば、平均面強度が２２０〜４００ＭＰａであっても、平均表面圧縮応力が１００ＭＰａ未満の強化ガラス板は、落球試験による面強度の安全基準値は満たすものの、破砕試験による破砕品質の安全基準値は満たさないことが示されている。
また、図５によれば、平均表面圧縮応力が１００〜１６０ＭＰａであっても、平均面強度が２２０ＭＰａ未満の強化ガラス板は、破砕試験による破砕個数の安全基準値は満たすものの、落球試験による衝撃強度品質の安全基準値は満たさないことが示されている。
更に、図５によれば、○印で実施例１をプロットし、●印で実施例２をプロットし、□印で実施例３をプロットし、■印で実施例４をプロットし、◆印で実施例５をプロットし、▲印で比較例１をプロットしている。
表面圧縮応力の平均値が１００ＭＰａ以上、より好ましくは１０５ＭＰａ以上、さらに好ましくは１１０ＭＰａ以上の範囲で、破砕品質を満足した。
また、面強度の平均値が２２０ＭＰａ以上、より好ましくは２３０ＭＰａ以上、さらに好ましくは２５０ＭＰａの範囲で、衝撃強度品質を満足した。
図６（ａ）は、実施例１における６枚の強化ガラス板１−１〜１−６に対する落球試験結果の詳細を示した表である。
同図によれば、６枚の全ての強化ガラス板１−１〜１−６が、安全基準である２ｍの高さを満たしている。また、強化ガラス板１−１、１−２については３ｍの高さを満たし、強化ガラス板１−５については２．５ｍの高さを満たしている。
図６（ｂ）は、実施例２において、２ｍの高さからの落球試験において非破壊だった５枚の強化ガラス板２−１〜２−５に対する落球試験結果の詳細を示した表である。
同図によれば、５枚の全ての強化ガラス板２−１〜２−５が、安全基準である２ｍの高さを満たしている。また、強化ガラス板２−１については５．５ｍの高さを満たし、強化ガラス板２−２については４ｍの高さを満たし、強化ガラス板２−３については２．５ｍの高さを満たし、強化ガラス板２−４については６ｍ以上の高さを満たし、強化ガラス板２−５については５ｍの高さをそれぞれ満たしている。
図６（ｃ）は、実施例３において、２ｍの高さからの落球試験において非破壊だった５枚の強化ガラス板３−１〜３−５に対する落球試験結果の詳細を示した表である。
同図によれば、５枚の全ての強化ガラス板３−１〜３−５が、安全基準である２ｍの高さを満たしている。また、強化ガラス板３−１については３．５ｍの高さを満たし、強化ガラス板３−２については４ｍの高さを満たし、強化ガラス板３−３については３ｍの高さを満たし、強化ガラス板３−４については５ｍ以上の高さを満たし、強化ガラス板３−５については２．５ｍの高さをそれぞれ満たしている。
図６（ｄ）は、実施例４における１２枚の強化ガラス板４−１〜４−１２に対する落球試験結果の詳細を示した表である。
同図によれば、１２枚の全ての強化ガラス板４−１〜４−１２が、安全基準である２ｍの高さを満たしている。また、強化ガラス板４−１については４ｍの高さを満たし、強化ガラス板４−２については６ｍ以上の高さを満たし、強化ガラス板４−３については４ｍの高さを満たし、強化ガラス板４−４、４−５については６ｍ以上の高さを満たし、強化ガラス板４−６については２．５ｍの高さをそれぞれ満たしている。更に、強化ガラス板４−７については４．５ｍの高さを満たし、強化ガラス板４−８については４ｍの高さを満たし、強化ガラス板４−９については５ｍの高さを満たし、強化ガラス板４−１０については４ｍの高さを満たし、強化ガラス板４−１１については２ｍの高さを満たし、強化ガラス板４−１２については３．５ｍの高さをそれぞれ満たしている。
図６（ｅ）は、実施例５における６枚の強化ガラス板５−１〜５−６に対する落球試験結果の詳細を示した表である。
同図によれば、６枚の全ての強化ガラス板５−１〜５−６が、安全基準である２ｍの高さを満たしている。また、強化ガラス板５−１については６ｍ以上の高さを満たし、強化ガラス板５−２については４．５ｍの高さを満たし、強化ガラス板５−３については５．５ｍの高さを満たし、強化ガラス板５−４については５ｍの高さを満たし、強化ガラス板５−５、５−６については６ｍ以上の高さをそれぞれ満たしている。
図６（ｆ）は、比較例１の６枚の強化ガラス板、比較−１〜比較−６に対する落球試験結果の詳細を示した表である。
同図によれば、３枚の比較−１〜比較−３は、安全基準である２ｍの高さを満たしているが、３枚の比較−４〜比較−６については２ｍの高さで破壊が生じ、安全基準を満たすことができなかった。
また、図７は、実施例１〜５、及び比較例１の最高面強度、最低面強度、及び平均面強度を比較したグラフである。なお、最高面強度は□印でプロットし、最低面強度は△印でプロットし、平均面強度は−印でプロットしている。
同図によれば、比較例１では、最低面強度が１６８．３ＭＰａのため、衝撃強度品質を担保することができなかったが、本発明の強化ガラス板の面強度の最低値は１７０ＭＰａ以上なので、衝撃強度品質を担保することができた。
Ｇ…ガラス板、Ｇ１…第１面、Ｇ２…第２面、Ｇ３…側面、１０…風冷強化装置、１２…ノズル
Claims (7)
- 第１面と、前記第１面に対向する第２面と、前記第１面と前記第２面とを接続する側面とを有する、１．８〜２．０ｍｍ以下の厚さの強化ガラス板であって、
前記第１面において、表面圧縮応力の平均値が１００〜１６０ＭＰａの範囲であり、かつ面強度の平均値が２２０〜４００ＭＰａの範囲である強化ガラス板。 - 前記表面圧縮応力の平均値が１１０〜１５０ＭＰａである請求項１に記載の強化ガラス板。
- 前記表面圧縮応力の平均値が１４２．１〜１６０ＭＰａである請求項１に記載の強化ガラス板。
- 前記面強度の平均値における、ワイブル係数が７．５以上である請求項１から３のいずれか１項に記載の強化ガラス板。
- 前記面強度の最低値は１７０ＭＰａ以上である請求項１から４のいずれか１項に記載の強化ガラス板。
- 前記表面圧縮応力の最低値は８０ＭＰａ以上である請求項１から５のいずれか１項に記載の強化ガラス板。
- 前記第２面において、表面圧縮応力の平均値が前記第１面の表面圧縮応力の平均値以上であり、かつ面強度の平均値が前記第１面の面強度の平均値以上である請求項１から６のいずれか１項に記載の強化ガラス板。
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