JP6702027B2 - 強化ガラス板 - Google Patents

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Description

本発明は、強化ガラス板に関し、特に、近年の車両軽量化に対応した板厚の薄い強化ガラス板に関する。
従来より、車両の窓ガラスには、強化ガラス板が用いられている。強化ガラス板は、表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、例えば６５０〜７００℃の高温状態のガラス板表面に、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、省燃費化の観点から車両の軽量化を達成するため、車両用強化ガラス板に要求される安全規格を満たしつつ、板厚の薄いガラス板が求められている。
引用文献１及び引用文献２には、板厚の薄いガラス板であって、車両用強化ガラス板に要求された安全規格を満たした強化ガラス板が開示されている。
特公昭５９−１９０５０号公報 特開昭５２−１２１６２０号公報
しかしながら、引用文献１及び引用文献２の開示内容を板厚の薄いガラス板、例えば厚さ２．７ｍｍ以下のガラス板に応用した場合、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片が出やすい傾向があり、安全規格を安定して満足しなかった。
以上のような背景を鑑み、本願では、車両用窓ガラスの破砕規格を満足しやすく、板厚の薄い強化ガラス板を提供する。
上記目的を達成するため、本発明は、
複数のノズルから吹きつけられる冷却媒体によって強化される強化ガラス板であって、
前記強化ガラス板の厚さが２．７ｍｍ以下であり、
前記強化ガラス板は、表面に、複数の前記ノズルから吹きつけられる冷却媒体によって、複数の応力痕が形成され、
最も近い複数の前記応力痕間の距離が、２０ｍｍ以下であり、
前記強化ガラス板は、表面に、前記応力痕の中心から２．５ｍｍ離れた点を結んだ第１仮想円を備え、
前記強化ガラス板は、破砕時に生じる弾性波の影響を受けない非弾性波領域を備え、
破砕時に、前記非弾性波領域内において、前記第１仮想円内に存在するクラックの本数が、平均３．４本以上であることを特徴とする強化ガラス板
を提供する。
本発明によれば、車両用窓ガラスの破砕規格を満足しやすく、板厚の薄い強化ガラス板を提供する。
本実施形態に係る強化ガラス板を製造するための風冷強化装置１０の要部を例示した概略図 風冷強化装置１０によって強化された強化ガラス板Ｇの正面図 弾性波領域と非弾性波領域とを示す概念図 第１仮想円１８内に存在するクラックの本数の数え方の例を示した図 最大破片５０と最小破片５１について説明する図 破砕時の破片の様子を示す図 摺動距離と第１仮想円内に存在するクラック数の関係を示す図 摺動距離と第２仮想円内に存在するクラック数の関係を示す図
以下、図面を用いて、本発明に係る強化ガラス板の具体的な実施の形態について説明する。
なお、以下本明細書において、強化ガラス板Ｇは平面視で矩形として説明するが、これに限定されない。例えば、台形や三角形などの多角形であってもよく、多角形の一辺及び／又は角部は、円弧状でもよい。
なお、以下本明細書において、「平行」とは、本発明の効果を損なわない程度のズレは許容する。例えば、厳密な意味の平行から±３°程度のズレは許容する。
図１は、本実施形態に係る強化ガラス板を製造するための風冷強化装置１０の要部を例示した概略図である。また、図２は風冷強化装置１０によって強化された強化ガラス板Ｇの正面図である。また、図３は弾性波領域と非弾性波領域とを示す概念図である。
強化ガラス板Ｇは、風冷強化装置１０によって強化される。強化ガラス板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とを有する。
強化ガラス板Ｇの厚さは、１．８ｍｍ以上２．７ｍｍ以下である。特に、自動車の軽量化の観点から、強化ガラス板Ｇの厚さは好ましくは２．５ｍｍ以下、より好ましくは２．３ｍｍ以下が望ましい。また、板厚が１．８ｍｍ以上であれば、風冷強化法において、破砕規格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しやすい。
風冷強化装置１０は、第１面Ｇ１及び第２面Ｇ２の全域に向けて冷却媒体を吹きつける複数のノズル１２を備えている。冷却媒体の例としては、空気が挙げられる。強化ガラス板Ｇの片側に千鳥配置された複数のノズル１２と、強化ガラス板Ｇの反対側に千鳥配置された複数のノズル１２とは、強化ガラス板Ｇを挟んで対称的に配置されている。
なお、複数のノズルの配置は千鳥配置に限定されず、例えば正方格子状に配置されていてもよい。
風冷強化装置１０によって強化された強化ガラス板Ｇの表面には、ノズル１２から冷却媒体が吹きつけられる。それにより、図２のように応力痕１４が形成される。応力痕１４は、強化ガラス板Ｇの表面のうち、各ノズル１２の延長線と交わる位置、すなわち、より冷却能力の高い部分に対応した位置に形成される。かかる位置は、他の位置に比べて、より冷却されやすい。そのため、この部分を平面的に見れば、強い平面圧縮応力が生ずる。したがって、応力痕１４は、偏光板もしくは鋭敏色板によって観察できる。
なお、図２において、応力痕１４は円形で図示されているが、応力痕１４の形状としては円形に限られたものではない。応力痕１４の形状としては、楕円形、四角形、多角形など種々の形状であってもよいし、点状であってもよい。
前述のように、応力痕１４はノズル１２の延長線と交わる位置に形成される。そのため、複数の応力痕１４も、ノズル１２と同様に対称的（千鳥配置）に配置されている。複数の応力痕１４は、図２に示すように第１応力痕１４Ａと、第２応力痕１４Ｂと、第３応力痕１４Ｃと、第４応力痕１４Ｄとを備える。
第２応力痕１４Ｂ、第３応力痕１４Ｃ及び第４応力痕１４Ｄは、第１応力痕１４Ａから基準距離ａだけ隔てて配置されている。すなわち、基準距離ａとは、第１応力痕１４Ａを中心と見たときに、第１応力痕１４Ａと最も近い複数の応力痕間の距離である。応力痕間の距離とは、任意の応力痕の中心と、その応力痕と最も近い別の応力痕の中心との距離を示す。同じ応力痕間の距離を持つ応力痕が、複数あっても良い。本実施形態の場合、第１応力痕１４Ａに対して、同じ応力痕間の距離を持つ応力痕は６つある。なお、第２応力痕１４Ｂを形成するノズル１２、第３応力痕１４Ｃを形成するノズル１２及び第４応力痕１４Ｄを形成するノズル１２は、第１応力痕１４Ａを形成するノズル１２から基準距離ａだけ隔てて配置されている。
なお、基準距離ａは本実施形態のように千鳥配置の場合、後述する平行四辺形（長方形を含む）の領域の短軸の長さと等しい。
基準距離ａは、２０ｍｍ以下、より好ましくは１８ｍｍ以下、さらに好ましくは１６ｍｍ以下、さらに好ましくは１４ｍｍ以下、さらに好ましくは１３．５ｍｍ以下、さらに好ましくは１２ｍｍ以下、さらに好ましくは１０ｍｍ未満であることが望ましい。
このような基準距離ａとすることで、小さなピッチで応力痕１４が形成される。応力痕１４の板厚方向の内部には、クラックの進展や分岐のエネルギー源である高い内部引張応力が形成されている。そのため、応力痕１４のピッチが小さく、応力痕１４が密に形成されることで、クラックの進展や分岐のエネルギー源が密集することになる。したがって破砕した際に、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片を出にくくすることができる。
また、一般に、強化ガラス板において、応力痕１４が形成された領域には平面圧縮応力が、応力痕１４間の領域には平面引張応力が形成される。しかし、平面圧縮応力と平面引張応力との境界部分の差が大きくなり過ぎると、その部分において強化ガラス板に光学的な大きな歪が生じる。それは、従来、車両運転者に景色の歪みなどの不快感を与える原因となっていた。そのため従来技術では、風冷強化時に、強化ガラス板に平面圧縮応力と平面引張応力によるパターンを形成した後、ガラス板を摺動させてそのパターンをぼかす、すなわち平面圧縮応力と平面引張応力の境界部分を鈍らせることを行っていた。なお、摺動とは、ガラス板の、ノズル１２の中心線に対して直交する方向への往復運動を繰り返すことを指す。また、ガラス板を摺動させる代わりに、ノズル１２を摺動させてもよい。また、ガラス板とノズル１２との両方を摺動させてもよい。
一方、本発明の発明者らは、本実施形態のように、基準距離ａをある一定値以下とすることで、車両運転者が光学的な大きな歪として認識しづらくなることを見出した。その理由は、応力痕１４同士の間隔を狭めれば、平面圧縮応力と平面引張応力との境界部分に大きな差が生じても、その境界部分が繰り返し存在するピッチもまた小さいために、車両運転者が光学的な大きな歪として認識しづらくなるためである。その結果、平面圧縮応力と平面引張応力との境界部分を鈍らせる必要がなく、摺動距離を小さくすることができる。また、摺動を行わなくてもよい。
特に、強化ガラス板Ｇが複曲面を有する場合、摺動時にノズル１２の先端とガラス板Ｇとの接触を避けるために、ノズル１２の先端とガラス板との距離やガラス板の摺動距離に制限があった。したがって、車両用窓ガラスの破砕規格を満足しやすく、板厚の薄い強化ガラス板を提供することは難しかった。しかし、上記基準距離ａとすれば、摺動距離を小さくできるため、複曲面を有するガラスでも、充分な品質のガラス板が得られる。
なお、本明細書で複曲面とは、ある方向と、その方向に垂直な方向の、２つの方向に湾曲した面を指す。
なお、基準距離ａは、その効果を妨げない程度の変動は許容する。例えば、±１ｍｍ程度のズレは許容するものとする。
なお、本実施形態は、摺動を完全に行わないことに限定されない。後述するが、例えば、摺動距離が２５ｍｍ程度以内の摺動は許容する。なお、摺動距離とは、ガラス板を１回往復運動させた場合の往復の距離である。
また、強化ガラス板Ｇの表面には、第１応力痕１４Ａ、第２応力痕１４Ｂ、第３応力痕１４Ｃ及び第４応力痕１４Ｄによって、平行四辺形領域１６が形成される。平行四辺形領域１６は各応力痕１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄの中心を結ぶことによって形成され、図２で示す破線で囲まれた領域である。平行四辺形領域１６の一辺の長さ及び短軸は基準距離ａであり、長軸ｂは基準距離ａより幾何学的に求められる。
ところで、強化ガラス板Ｇは、表面に圧縮応力層、板厚方向の内部に引張応力層を有する。強化ガラス板に局部的な衝撃を与えることによって、クラックが表面に発生する。そのクラックが圧縮応力層を通過して引張応力層に到達すると、クラックは引張応力によりガラス板の四方八方に進行し、強化ガラス板Ｇが破砕することになる。その際に弾性波が発生し、強化ガラス板Ｇの内部を、強化ガラス板Ｇの周縁部に向けて伝播する。
弾性波は、クラックが引張応力層に到達し、ガラス板の四方八方へ進行を開始すると同時に発生し、発生点（すなわちクラックの起点）から同心円状に伝播する。弾性波の伝播速度は、クラックの進行速度よりも早く、一般にクラックの進行速度の１．７〜２．３倍である。
弾性波は、強化ガラス板Ｇの周縁部で反射された後、遅れて進行してきたクラックの先端と衝突する。クラックの先端と弾性波とが衝突すると、エネルギー的な揺らぎが生じるため、クラックが分岐しやすくなる。その結果、弾性波とクラックとの衝突地点よりもクラックの起点から遠ざかる領域（以下、弾性波領域３８ともいう）における破片の大きさは、弾性波とクラックの衝突地点よりもクラックの起点側の領域（以下、非弾性領域３９ともいう）の破片の大きさよりも微細なものになる。そのため、車両用窓ガラスの破砕規格を満たすか否か判断する上では、非弾性波領域３９内での破砕が重要である。なお、非弾性波領域とは、破砕時に生じる弾性波の影響を受けない領域を言う。また、弾性波とは横波（Ｓ波）を指す。弾性波の伝播速度及びクラックの進行速度は、例えば、高速度カメラ、ホログラフィ干渉計等によって観察し、算出することができる。
以下、図３では、強化ガラス板Ｇの重心Ａにおいて破砕した場合を想定して、弾性波の伝播速度がクラックの進行速度の２倍として、弾性波領域３８と非弾性波領域３９を説明する。
図３において、強化ガラス板Ｇが重心Ａを起点に破砕した場合に、重心Ａから強化ガラス板Ｇの下縁部の点Ｂに至る直線３６沿いに伝播した弾性波は、点Ｂで正反射し、直線３７に沿って伝播する。これにより、重心Ａを起点に強化ガラス板Ｇの下縁側に向かって直線３５沿いを進行したクラックは、点Ｃにおいて、直線３７沿いを伝播してきた弾性波と衝突する。
このように強化ガラス板Ｇの下縁で正反射してきた弾性波と重心Ａを起点に下縁側に向かって進行してきたクラックとの衝突点を結んだ線が破線３１である。同様に、強化ガラス板Ｇの左縁で正反射してきた弾性波と重心Ａを起点に左縁側に向かって進行してきたクラックとの衝突点を結んだ線が破線３２であり、強化ガラス板Ｇの上縁で正反射してきた弾性波と重心Ａを起点に上縁側に向かって進行してきたクラックとの衝突点を結んだ線が破線３３であり、強化ガラス板Ｇの右縁で正反射してきた弾性波と重心Ａを起点に右縁側に向かって進行してきたクラックとの衝突点を結んだ線が破線３４である。
以上より、破線３１、３２、３３、３４によって閉じた領域（斜線部）が非弾性波領域３９で、それ以外の領域が弾性波領域３８である。
なお、非弾性波領域３９は、弾性波の伝播速度によって変動してよい。例えば、弾性波の伝播速度をクラックの進行速度の１．７倍とした場合の、前記強化ガラス板の周縁部で正反射して来た弾性波とが衝突する点を結んだ線と、弾性波の伝播速度をクラックの進行速度の２．３倍とした場合の、前記強化ガラス板の周縁部で正反射して来た弾性波とが衝突する点を結んだ線の間の幅を持った領域でもよい。
強化ガラス板Ｇは、破砕時に、非弾性波領域３９において、応力痕１４の中心から２．５ｍｍ離れた点を結んだ第１仮想円１８内に存在するクラックの本数が、平均３．４本以上、より好ましくは平均３．７本以上、さらに好ましくは平均４本以上、さらに好ましくは平均４．２本以上であることが望ましい。
応力痕１４の中心とは、偏光板又は鋭敏色版で観察される応力痕１４の中心を意味する。
第１仮想円１８は半径２．５ｍｍの円であって、強化ガラス板Ｇの表面に仮想的に形成される。なお、図２には第１仮想円１８の大きさが、応力痕１４よりも小さい場合が図示されているが、第１仮想円１８の大きさは、応力痕１４と等しくてもよく、大きくてもよい。
図４は、第１仮想円１８内に存在するクラックの本数の数え方の例を示した図である。第１仮想円１８内に存在するクラックの本数は、図４に示すように、主に進行するクラック（以下、主クラックともいう）及び分岐点で分岐したクラックの区別なく、数えたものを指す。なお、主クラックとは、分岐点の前後で角度がほとんど変わらないクラックを指す。
また、第１仮想円１８内に存在するクラックの本数の平均とは、非弾性領域３９の全ての各応力痕に対応する第１仮想円内に存在する、クラックの本数の平均値を指す。なお、非弾性領域３９の第１仮想円の数が１００を超える場合、任意に２０個の第１仮想円内に存在するクラックの本数の平均値を目安としてよい。
上記のような第１仮想円１８内に存在するクラックの本数であれば、各第１仮想円１８を通ったクラック同士が、各第１仮想円１８の間の領域で、互いに繋がりやすい。したがって、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片を出にくくすることができる。
また、基準距離ａが前述の範囲であり、かつ上記のような第１仮想円１８内に存在するクラックの本数であれば、より破砕規格を満たしやすくなる。各第１仮想円１８を通ったクラック同士が、各第１仮想円１８の間の領域で、より互いに繋がりやすくなるためである。
また、強化ガラス板Ｇは、前記応力痕の中心から５ｍｍ離れた点を結んだ第２仮想円をさらに備え、第２仮想円に存在するクラックの本数が、平均８．８本以上、より好ましくは平均９．１本以上、さらに好ましくは平均９．５本以上、さらに好ましくは平均１０本以上が望ましい。
第２仮想円は半径５ｍｍの円であって、強化ガラス板Ｇの表面に仮想的に形成される。
上記のような第２仮想円内に存在するクラックの本数であれば、各第２仮想円を通ったクラック同士が、各第２仮想円の間の領域で、互いに繋がりやすい。したがって、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片を出にくくすることができる。
また、基準距離ａが前述の範囲であり、かつ上記のような第２仮想円内に存在するクラックの本数であれば、より破砕規格を満たしやすくなる。各第１仮想円１８を通ったクラック同士が、各第１仮想円１８の間の領域で、より互いに繋がりやすくなるためである。
また、強化ガラス板Ｇは、破砕時に、非弾性波領域３９において、第１仮想円１８内に存在する分岐点の数が、平均１．５個以上、より好ましくは平均１．７個以上、さらに好ましくは平均２個以上が望ましい。
分岐点とは、２本以上のクラックが交わっている点を指し、図４に示された例では３点である。
上記のような第１仮想円１８内に存在する分岐点の数であれば、分岐点を中心に進行角度の異なるクラックが複数生じるため、各第１仮想円１８内を通ったクラック同士が、各第１仮想円１８の間の領域で、互いに繋がりやすい。したがって、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片を出にくくすることができる。
また、基準距離ａが前述の範囲であり、かつ上記のような第１仮想円１８内に存在する分岐点の数であれば、より破砕規格を満たしやすくなる。各第１仮想円１８を通ったクラック同士が、各第１仮想円１８の間の領域で、より互いに繋がりやすくなるためである。
図５は、最大破片５０と最小破片５１について説明する図である。強化ガラス板Ｇは、破砕時に、非弾性波領域３９において、平行四辺形領域１６内に少なくとも一部が存在する最大破片５０の面積と、平行四辺形領域１６内に少なくとも一部が存在する最小破片５１の面積との比が、１５以上、より好ましくは１７以上、さらに好ましくは２０以上、さらに好ましくは２３以上、さらに好ましくは２５以上であることが望ましい。
平行四辺形領域１６内に少なくとも一部が存在する最大破片５０とは、平行四辺形領域１６内に少なくとも一部が存在する破片の中で、面積が最大のものを指す。
また、平行四辺形領域１６内に少なくとも一部が存在する最小破片５１とは、平行四辺形領域１６内に少なくとも一部が存在する破片の中で、面積が最小のものを指す。
また、平行四辺形領域１６の長軸ｂは、クラックの起点から強化ガラス板Ｇのエッジに向かう任意の方向とする。
最大破片５０の面積と最小破片５１の面積の比とは、最大破片５０の面積を最小破片５１の面積で除した値を指す。
また、最大破片５０の面積は、１．５ｃｍ２以上３．０ｃｍ２以下、より好ましくは１．８ｃｍ２以上２．９ｃｍ２以下、さらに好ましくは２．０ｃｍ２以上２．８ｃｍ２以下であることが望ましい。
非弾性領域３９内の少なくとも一つの平行四辺形領域１６内に、上記のような比の最大破片５０と最小破片５１を備えれば、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片を出にくくすることができる。
また、最大破片５０は、平行四辺形領域１６の重心の位置を含むことがより望ましい。非弾性領域３９内で、少なくとも一つの平行四辺形領域１６をこのようにすることで、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片を出にくくすることができる。
また、最大破片５０は、最大破片５０の最長長さを直径とした円５２の面積の３０％以上、より好ましくは４０％以上、さらに好ましくは５０％以上、さらに好ましくは５５％以上、さらに好ましくは６０％以上を占めることが望ましい。
最大破片５０の最長長さとは、例えば図５の両矢印で示すように、最大破片５０の輪郭線上の２点を結んだ直線のうち、最も長いものを指す。
最大破片５０の最長長さを直径とした円５２とは、例えば図５の一点鎖線で示すような円５２を指す。
非弾性領域３９内で、少なくとも一つの平行四辺形領域１６で、このような最大破片５０を有することで、面積が３ｃｍ２を超える大破片を出にくくすることができるとともに、特に長さ７５ｍｍを超える細長い破片が生じにくくなる。
上記のような最大破片５０と最小破片５１の比の規定、最大破片５０の規定とする理由を、従来技術と本願の技術思想を対比して以下に説明する。
一般に従来技術の多くは、破砕規格を満足させるために、強化ガラス板に平面圧縮応力と平面引張応力のパターンを形成することで、クラックの進展方向を曲げてクラック同士を繋いでいた。また、平行四辺形領域の重心近傍は大破片が出やすかったために、クラックが平行四辺形領域の重心近傍を通るようにクラックの進行方向を曲げて誘導していた。すなわち、従来技術の技術思想では、全ての破片を一様の大きさになるように破砕させるものだった。しかし、これでもなお、平行四辺形領域内で大破片が出る傾向があった。その理由は、このようにクラックを平行四辺形領域内重心近傍を通るように誘導する場合、本来、平行四辺形領域内の重心近傍以外の部分を通るはずのクラックまでも重心近傍に導いてしまうため、平行四辺形領域内の重心近傍以外の部分で、大破片が出る傾向があることによる。
一方、本実施形態では、基準距離ａが小さく、かつ内部引張応力が高い応力痕１４の中心周囲で、クラックが上記本数以上、又は分岐点が上記個数以上であれば、平面応力のパターンによってクラックを平行四辺形領域１６内に導かずとも、破砕規格を満足しやすいことを見出した。すなわち、最大破片は平行四辺形領域の重心近傍に生じさせ、重心近傍以外の部分は、クラックを繋いで細かく破砕する技術思想である。上述したようにクラックの本数又は分岐点の数が一定以上のため、重心近傍以外の部分でクラックの密度が高くて互いに繋がりやすく、かつ基準距離ａが小さいために、最大破片は大破片及び細長い破片になりにくい。したがって、破砕規格を満たしやすいガラスが得られる。
強化ガラス板Ｇの平均表面圧縮応力は、１００ＭＰａ以上１６５ＭＰａ以下、より好ましくは１０５ＭＰａ以上１６０ＭＰａ以下、さらに好ましくは１１０ＭＰａ以上１５５ＭＰａ以下であることが望ましい。
このような平均表面圧縮応力の値であれば、強化ガラス板Ｇ全体に、クラックが進展及び分岐するのに充分な内部引張応力が形成できる。
なお、加熱されたガラス板に複数のノズル１２の開口孔から冷却媒体を吹き付けて製造された強化ガラス板Ｇは、冷却媒体の噴流がガラス板に衝突する点（応力痕１４）と、各応力痕１４の間の点とでは、表面圧縮応力が異なっている。そのため、強化ガラス板Ｇの平均表面圧縮応力とは、第１応力痕１４Ａでの値と、第１応力痕１４Ａと最も近い応力痕であって、お互いに最も近い点である２点（第２応力痕１４Ｂ、第３応力痕１４Ｃ）とで形成される三角形の重心での値との平均値とする。前者が表面圧縮応力の最大値に近いと予想され、後者が表面圧縮応力の最小値に近いと予想される点となる。表面圧縮応力は、バイアスコープ法という散乱光弾性を用いたバビネ型表面圧縮応力計を用いて測定できる。
また、応力痕１４における表面圧縮応力の値は、１２０ＭＰａ以上１７５ＭＰａ以下、より好ましくは１３０ＭＰａ以上１７５ＭＰａ以下、さらに好ましくは１４０ＭＰａ以上、１７５ＭＰａ以下、さらに好ましくは１４３ＭＰａ以上１７５ＭＰａ以下、さらに好ましくは１４５ＭＰａ以上１７５ＭＰａ以下であれば望ましい。
このような応力痕１４における表面圧縮応力の値とすることで、応力痕１４の位置の板厚内部に、クラックが進展及び分岐するのに充分な内部引張応力が形成でき、応力痕１４の中心周囲において、クラックが上記本数以上、又は分岐点が上記個数以上となりやすい。
また、応力痕１４における表面圧縮応力値を、上述の各三角形の重心における表面圧縮応力値で除した値が１．０５以上、より好ましくは１．０７以上、さらに好ましくは１．１０以上であることが望ましい。このような値であることで、クラックが上記本数以上、又は分岐点が上記個数以上、かつ最大破片５０が上記規定内に入り、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片を出にくくすることができる。
本実施形態の強化ガラス板Ｇのガラスの種類は、ソーダライムガラスである。ソーダライムガラスは、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏを主成分として含有するガラスである。なお、本発明の強化ガラス板Ｇのガラスの種類は特に限定されず、例えば、無アルカリガラス、アルミノシリケートガラスでもよい。
本実施形態の強化ガラス板Ｇは、酸化物換算の表記で、下記の態様のガラス組成を有することが好ましい。下記の態様のガラス組成を有することで、板厚の薄いガラス板であっても風冷強化によって、高い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、複曲面などの難形状への成形が容易となる。
なお、下記の数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含む意昧で使用され、特段の定めがない限り、以下本明細書において「〜」は、同様の意昧をもって使用される。
（第１の態様）
Ａｌ２Ｏ３ ：０質量％〜３．５質量％
Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計 ：１２．０質量％〜１４．５質量％
（第２の態様）
Ａｌ２Ｏ３ ：０質量％〜２．０質量％
Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計 ：１３．０質量％〜１５．５質量％
上記した第１及び第２の態様に係る強化ガラス板Ｇは、ＳｉＯ２を６５質量％〜７５質量％、ＣａＯを７質量％〜１４質量％を少なくとも含有し、かつ上記した範囲のＡｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏを含有してよい。
（第３の態様）
ＳｉＯ２ ：６８．０質量％〜７５．０質量％
Ａｌ２Ｏ３ ：０質量％〜３．５質量％
ＣａＯ ：７．０質量％〜１３．０質量％
ＭｇＯ ：０質量％〜７．０質量％
Ｎａ２Ｏ ：１２．０質量％〜１５．０質量％
Ｋ２Ｏ ：０質量％〜３．０質量％
Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計 ：１２．０質量％〜１４．５質量％
（第４の態様）
ＳｉＯ２ ：６８．０質量％〜７５．０質量％
Ａｌ２Ｏ３ ：０質量％〜２．０質量％
ＣａＯ ：７．０質量％〜１３．０質量％
ＭｇＯ ：０質量％〜７．０質量％
Ｎａ２Ｏ ：１２．０質量％〜１５．０質量％
Ｋ２Ｏ ：０質量％〜３．０質量％
Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計 ：１３．０質量％〜１５．５質量％
Ａｌ２Ｏ３は、耐候性を確保する成分であり、好ましくは１．７質量％以上、より好ましくは１．８質量％以上である。また、３．５質量％を超えると、粘性が高くなり、溶融が困難になるおそれがある。この観点で、より好ましくは３．３質量％以下、特に好ましくは２．０質量％以下、である。
Ｎａ２Ｏは、溶融性を向上する成分であり、１２．０質量％より少ないと、溶融性が低下するおそれがある。より好ましくは１２．８質量％以上、特に好ましくは１３．０質量％以上である。また、１５．０質量％を超えると、耐候性が低下するおそれがある。より好ましくは１４．８質量％以下、特に好ましくは１３．８質量％以下である。
Ｋ２Ｏは、溶融性を向上する成分であり、好ましくは０．５質量％以上、より好ましくは０．９質量％以上である。また、３．０質量％を超えると、耐候性が低下するおそれがあり、またガラス板のコストも高くなる。より好ましくは１．８質量％以下、特に好ましくは１．６質量％以下である。
なお、ガラス板の組成は、蛍光Ｘ線分析法で測定できる。
また、本実施形態の強化ガラス板Ｇの製造に用いられるガラス板は、線膨張係数が９０×１０−７／Ｋ以上１００×１０−７／Ｋ以下、さらに好ましくは９１×１０−７／Ｋ以上９５×１０−７／Ｋ以下であることが好ましい。なお、本明細書において線膨張係数は、５０℃から３５０℃の平均線膨張係数を指す。
線膨張係数は、ガラス組成及び水分含有量を表すβ―ＯＨ値（ｍｍ−１）などに依存する。ソーダライムガラスの場合、例えば、ガラス中のアルカリ金属酸化物（Ｎａ２ＯやＫ２Ｏなど）の含有量が少なくなるほど、β―ＯＨ値（ｍｍ−１）が小さくなるほど線膨張係数は高くなる。
また、ガラス板のβ―ＯＨ値（ｍｍ−１）は、原料中の水分量、原料を溶解する熱源の種類（たとえば、重油、ＬＮＧ、電気等）、溶解槽中の水蒸気濃度、および溶解槽における溶融ガラスの滞在時間などにより変化し、ガラス原料として酸化物の代わりに水酸化物を用いる方法（例えば、マグネシウム源として酸化マグネシウム（ｍｇＯ）の代わりに水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を用いる）を用いるなどによって調整されることが好ましい。本実施態様においてガラス板中の水分含有量は、β―ＯＨ値（ｍｍ−１）で０．１〜０．４好ましくは０．２〜０．３となる。
このような線膨張係数であることで、板厚の薄いガラス板であっても風冷強化によって、高い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、複曲面などの難形状への成形が容易となる。
以下、図１に示す風冷強化装置１０を用いて強化ガラス板を作成し、それらが破砕したときの結果について説明する。
＜実施例１＞
実施例１及び比較例の強化ガラス板を製造した時の条件を以下に記す。
ガラス板の板厚 ：２．３ｍｍ
線膨張係数 ：９０×１０−７／Ｋ
冷却前のガラス温度 ：６８０℃
ノズル直径 ：３．４ｍｍ
ノズル先端とガラスとの距離 ：１５ｍｍ
基準距離ａ（短軸ａ） ：１３．２ｍｍ
長軸ｂ ：２２．９ｍｍ
風圧 ：２８ｋＰａ
冷却時間 ：５秒
なお、冷却中のガラス板の摺動距離（以下、摺動距離ともいう）は、０ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍ、６０ｍｍとして、各サンプルを作成した。
摺動距離０ｍｍにおける平均表面圧縮応力は１４５ＭＰａだった。また、応力痕１４における表面圧縮応力値は１５２ＭＰａだった。また、応力痕１４における表面圧縮応力値を、上述の各三角形の重心における表面圧縮応力値で除した値は、１．１１であった。
上記の条件で作成したサンプルの重心を起点に破砕した。摺動距離が０ｍｍ、３０ｍｍ、６０ｍｍのものをそれぞれ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）として、破砕時の破片の様子を図６に示す。また、非弾性波領域において、各応力痕の中心から２．５ｍｍ離れた点を結んだ第１仮想円内のクラック数の結果を図７に示す。また同様に、各応力痕の中心から５ｍｍ離れた点を結んだ第２仮想円内のクラック数の結果を図８に示す。
なお、図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）には、応力痕の中心の目印として、点を描いている。
図６より、（ａ）は（ｂ）及び（ｃ）よりも、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片が出にくいことが分かった。
図７より、応力痕の中心から２．５ｍｍ離れた点を結んだ第１仮想円内に存在するクラックの本数が、平均３．４本以上であれば、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片が出にくいことが分かった。
図８より、応力痕の中心から５ｍｍ離れた点を結んだ第２仮想円内に存在するクラックの本数が、平均８．８本以上であれば、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片が出にくいことが分かった。
＜実施例２＞
実施例２の強化ガラス板を製造した時の条件を以下に記す。
ガラス板の板厚 ：２．３ｍｍ
線膨張係数 ：９０×１０−７／Ｋ
冷却前のガラス温度 ：６６５℃
ノズル直径 ：４ｍｍ
ノズル先端とガラスとの距離 ：２０ｍｍ
基準距離ａ（短軸ａ） ：１８ｍｍ
長軸ｂ ：３１．２ｍ
風圧 ：２２ｋＰａ
冷却時間 ：５秒
摺動距離 ：０ｍｍ
実施例２において、平均表面圧縮応力は１１７ＭＰａだった。また、応力痕１４における表面圧縮応力値は１２３ＭＰａだった。また、応力痕１４における表面圧縮応力値を、上述の各三角形の重心における表面圧縮応力値で除した値は、１．１０であった。
実施例２においても、破砕時に応力痕の中心から２．５ｍｍ離れた点を結んだ第１仮想円、及び／又は破砕時に応力痕の中心から５ｍｍ離れた点を結んだ第２仮想円内に存在する、クラックの本数及び／又は分岐点の数が、本明細書の規定を上回り、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片が出にくいことが分かった。
＜実施例３＞
実施例３の強化ガラス板を製造した時の条件を以下に記す。
ガラス板の板厚 ：２．３ｍｍ
線膨張係数 ：９０×１０−７／Ｋ
冷却前のガラス温度 ：６８０℃
ノズル直径 ：２．５ｍｍ
ノズル先端とガラスとの距離 ：１１ｍｍ
基準距離ａ（短軸ａ） ：９．８ｍｍ
長軸ｂ ：１７ｍｍ
風圧 ：２８ｋＰａ
冷却時間 ：５秒
摺動距離 ：０ｍｍ
実施例３において、平均表面圧縮応力は１３９ＭＰａだった。また、応力痕１４における表面圧縮応力値は１４７ＭＰａだった。また、応力痕１４における表面圧縮応力値を、上述の各三角形の重心における表面圧縮応力値で除した値は、１．１２であった。
実施例３においても、破砕時に応力痕の中心から２．５ｍｍ離れた点を結んだ第１仮想円、及び／又は破砕時に応力痕の中心から５ｍｍ離れた点を結んだ第２仮想円内に存在する、クラックの本数及び／又は分岐点の数が、本明細書の規定を上回り、長さ７５ｍｍを超える細長い破片や、面積が３ｃｍ２を超える大破片が出にくいことが分かった。
本発明は、強化ガラス板に関し、特に、近年の車両軽量化に対応した板厚の薄い強化ガラス板に関する。
１０ 風冷強化装置
１２ ノズル
１４ 応力痕
１４Ａ 第１応力痕
１４Ｂ 第２応力痕
１４Ｃ 第３応力痕
１４Ｄ 第４応力痕
１６ 平行四辺形領域
３１〜３４ クラックと弾性波との衝突点を結んだ線
３５ クラックの進行
３６ 弾性波の伝播
３７ 正反射してきた弾性波の伝播
３８ 弾性波領域
３９ 非弾性波領域
５０ 最大破片
５１ 最小破片
５２ 最大破片の最長長さを直径とした円
ａ 基準距離、短軸
ｂ 長軸
Ｇ 強化ガラス板
Ｇ１ 第１面
Ｇ２ 第２面
Ｇ３ 側面

Claims (16)

  1. 複数のノズルから吹きつけられる冷却媒体によって強化される強化ガラス板であって、
    前記強化ガラス板の厚さが２．７ｍｍ以下であり、
    前記強化ガラス板は、表面に、複数の前記ノズルから吹きつけられる冷却媒体によって、複数の応力痕が形成され、
    最も近い複数の前記応力痕間の距離が、２０ｍｍ以下であり、
    前記強化ガラス板は、表面に、前記応力痕の中心から２．５ｍｍ離れた点を結んだ第１仮想円を備え、
    前記強化ガラス板は、破砕時に生じる弾性波の影響を受けない非弾性波領域を備え、
    破砕時に、前記非弾性波領域内において、前記第１仮想円内に存在するクラックの本数が、平均３．４本以上であることを特徴とする強化ガラス板。
  2. 破砕時に、前記非弾性波領域内において、前記第１仮想円内に存在するクラックの本数が、平均４本以上である請求項１に記載の強化ガラス板。
  3. 前記第１仮想円を通ったクラック同士が、前記第１仮想円の間の領域で、互いに繋がっている請求項１又は２に記載の強化ガラス板。
  4. 破砕時に、前記第１仮想円内に存在するクラックが交わっている点の数が、平均１．５個以上である請求項１から３のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
  5. 前記強化ガラス板の表面は、前記応力痕の中心から５ｍｍ離れた点を結んだ第２仮想円をさらに備え、
    破砕時に、前記非弾性波領域内において、前記第２仮想円内に存在するクラックの本数が、平均８．８本以上である請求項１から４のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
  6. 破砕時に、前記非弾性波領域内において、前記第２仮想円内に存在するクラックの本数が、平均９．５本以上である請求項５に記載の強化ガラス板。
  7. 前記強化ガラス板の平均表面圧縮応力は、１００ＭＰａ以上１６５ＭＰａ以下である請求項１から６のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
  8. 前記強化ガラス板の前記応力痕における表面圧縮応力の値は、１２０ＭＰａ以上１７５ＭＰａ以下である請求項１から７のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
  9. 複数の前記応力痕は、第１応力痕を備え、
    複数の前記応力痕は、前記第１応力痕と最も近く、かつお互いに最も近い第２応力痕と第３応力痕とをさらに備え、
    前記強化ガラス板は、前記第１応力痕と、前記第２応力痕と、前記第３応力痕とで形成される三角形を有し、
    前記第１応力痕における表面圧縮応力の値を、前記三角形の重心における表面圧縮応力で除した値が、１．０５以上である請求項１から８のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
  10. 複数の前記応力痕は、第１応力痕を備え、
    複数の前記応力痕は、前記第１応力痕と最も近い、第２応力痕と第３応力痕と第４応力痕とをさらに備え、
    前記強化ガラス板は、前記第１応力痕と前記第２応力痕と前記第３応力痕と前記第４応力痕とによって平行四辺形領域を形成し、
    前記平行四辺形領域は、破砕時に生じる弾性波の影響を受けない領域内に存在し、
    前記平行四辺形領域の長軸は、クラックの起点から前記強化ガラス板のエッジに向かう任意の方向であり、
    前記平行四辺形領域内に少なくとも一部が存在する最大破片の面積と、前記平行四辺形領域内に少なくとも一部が存在する最小破片の面積との比が、１５以上である請求項１から９のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
  11. 前記最大破片の面積は、１．５ｃｍ２以上３．０ｃｍ２以下である請求項１０に記載の強化ガラス板。
  12. 前記最大破片は、前記平行四辺形領域の重心の位置を含む請求項１０又は１１に記載の強化ガラス板。
  13. 前記最大破片は、前記最大破片の最長長さを直径とした円の面積の３０％以上を占める請求項１０から１２のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
  14. 前記強化ガラス板の厚さが１．８ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である請求項１から１３のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
  15. 前記強化ガラス板の厚さが１．８ｍｍ以上２．３ｍｍ以下である請求項１４に記載の強化ガラス板。
  16. 前記強化ガラス板の、５０℃から３５０℃の平均線膨張係数が９０×１０−７／Ｋ以上１００×１０−７／Ｋ以下である請求項１から１５のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
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