JPH02175624A - 熱処理ガラス板及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガラス板にクラックか入った時にもクラック
か自走しないとともに耐風圧強度か充分て、且つ熱割れ
しない高層ヒルの窓用として最適な熱処理ガラスを製造
する方法に関するものである。

［従来の技術］ 高層ビルに於いては、窓ガラス板の耐風圧向上を図る為
、１００ｍ〜２０ｍｍ程度の特厚のガラス板か使用され
ている。この様に特厚のガラス板を使用すると重量か著
しく増大するという欠点かあるとともに、板厚の厚い熱
線吸収ガラスや着色コートガラス板を使用した場合には
、特に熱割れの危険性か高くなるという欠点かある。軽
量化対策、熱割れ防止対策の為に風冷強化ガラス板を使
用することも可能であるか、風冷強化ガラス板は破損時
細かい多くの破片になる為、高層ビルに風冷強化ガラス
板を使用すると破損した時高層ビルの窓からガラス板の
破片か降り落ちるという危険かあり、好ましくない。こ
のためガラス板の強化度を調整して、所謂早強化として
クラックの自走を防止する試みかなされてきたか、通常
空気て冷却する装置においては空気の突出を中止した大
気中の自然放冷という最も冷却能の少ない方法てすら１
０ｍ／ｍ以上のガラスの厚味に於いては自然対流熱伝達
よりガラスか強化処理されクラックの自走しない低い応
力におさえたガラスは製造か出来なかった。又強化ガラ
ス板の一種として表面圧縮応力か高く、１つ破片数密度
の小さい化学強化ガラス板もあるか、この化学強化ガラ
ス板は傷かついた場合の強度低下が著しいとともに強化
処理工程に長時間を要する為実用に不適である。

［発明の解決しようとする課題］ 本発明は、高層ビル等の窓ガラスとして従来の特厚ガラ
ス板の板厚より薄くて同程度或いはそれ以上て、且つ熱
割れかなく実用」二の不都合もなく、更に量産化か可能
な熱処理ガラス板及びその製法を提供することを目的と
するものである。

ソータライムよりなるガラス板を軟化点温度域６００〜
７００℃迄加熱した後直ちに、このガラス板の両面に空
気を吹き付けて急冷して強化した従来の普通の強化ガラ
ス板は、１０００ｋｇ／ｃｍ２〜１５００ｋｇ／ｃｍ２
の表面圧縮応力とその断面方向の中心部に表面圧縮応力
の１／２の引張応力が発生し、その断面応力分布は第１
図に示した様になる。そして、この強化ガラス板か破壊
した時は、ガラス板に発生したクラックが自走し、そし
て上記中央引張応力の大きさによって一義的に決まる破
砕密度、例えば４０〜２００個１５ｃ＋ｎ角をもって細
かく割れてしまう。又、半強化ガラス板は、　３００〜
６００ｋｇ／ｃｍ２の表面圧縮応力σｃと２５０〜４０
０ｋｇ／ｃｍ２の中央引張応力０”ｊと、１．５未満の
σＣ／σｔの比を有し、その断面応力分布は第２図に示
した様になり、この半強化ガラス板か破壊した場合には
、細かい破片をもって割れないものの、破壊時ガラス板
に発生したクラックは自走し、ガラス板の端部まて及ん
てしまう。

又、化学強化ガラス板は、１０００ｋｇ／ｃｍ２〜３０
００に１；／ｃｍ２の表面圧縮応力と１０〜６０ｋｇ／
ｃｍ２の中央弓張応力とをイ１し、その断面応力分布は
第３図に示した様になり、この化学強化ガラス板は表面
圧縮応力層か薄いため傷かついた時の衝撃強度か著しく
低下する。

従来の強化ガラスとは異なり、ガラス板にクラックか入
フた時にもクラックか自走せず、かつ耐風圧強度か充分
て熱割れしない高層ビルの窓ガラス用或いはスパントレ
ル用として最適な熱処理ガラス、即ち板厚か５〜］、５
ｍｍの熱処理ガラスであって、その熱処理ガラス板の中
央引張応力ｃｒ　ｌ力）８５ｋｇ／ｃｍ２〜２００ｋｇ
／ｃｍ２の範囲にあり、かつ、その表面の圧縮応力σｃ
と中央引張応力σｃとの比σ。／σｃか１．５〜３．０
の範囲にある断面応力分布を持つ熱処理ガラス板の製法
は既に知られている。

特開昭５９−８６２８に示されている熱処理ガラスの製
法はガラス板を加熱炉内を通して６００〜６６０℃に加
熱した後、このガラス板を加熱炉から取出し、その後直
ちにこのガラス板表面に５０℃〜３００℃の熱風を吹き
伺けでガラス板の冷却速度を大気中の自然放冷より遅く
しでガラス板の歪点温度以下迄冷却するというものであ る。

しかしなから、この様な製造方法では、ガラスから冷却
炉壁への輻射によるガラスの冷却か大きい為、熱風の温
度を高温に」っけ、熱風の吹き付けを弱くして、冷却速
度を自然放冷よりも遅くしなければならず、特に板厚か
１２〜］　９ｍｍのガラス板の場合、熱風の吹き付けは
、制御出来ない程小さな量てなければならない。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものてあ
り、板厚か６ｍｍ〜１９ｍｍのガラス板を５７０℃〜６
６０℃に加熱した後、このガラスを加熱炉から取出し、
その後直ちにこのガラス板を輻射率か０．１〜０．３の
内表面を有する冷却炉に入れ、それと同時にこのガラス
表面に５０℃〜４０ｆｌ’Ｃの熱風を吹き伺けでガラス
板の冷却速度を大気中の自然放冷より遅くしでガラス板
の歪点温度以下迄冷却して、この処理されたガラス板の
中央引張応力σｃか８５〜２００ｋｇ／ｃ＋ｎ２の範囲
となり、かつその表面圧縮応力σ。と中央引張応力σｃ
との比σｃ／σｔが１．５〜３．０の範囲となる様に制
御することを特徴とするガラス板の熱処理方法を提供す
るものである。

本発明の熱処理ガラス板は、その中央引張応力σしか８
５〜２００ｋｇ／ｃｍ２の間に低くコントロールされ、
かつその表面圧縮応力σ。と中央引張応力σｃとの比σ
。／σｃか１５〜３．０の範囲にコン１へロールされて
表面圧縮応力も　１２７〜６００ｋｇ／ｃｍ２の範囲、
更に好ましくは２５（１〜３５０ｋｇ／ｃｍ２に低く押
えられ、第４図に示した様な断面応力分布にされている
のて、この熱処理ガラス板にクラックか入った時その破
壊線か自走せず、細かい破片をもって割れない。しかも
この熱処理ガラス板は根厚６ｍｍ以」−１９ＩｌｌＩ１
１以下を有し、かつ１２７〜［１００ｋｇ／ｃｍ２、更
に好ましくは２５０〜３５０ｋｇ／ｃ＋ｎ２の表面圧縮
応力を持っているので耐Ｘ／）Ｅ強度は、同一厚みの生
板の２倍以上で実用上充分な強度てあり、かつ熱割れす
ることもない。

例えば、板厚か］２ｍｍて中央引張応力σｃか２５０ｋ
ｇ／ｃＩ１１２、表面圧縮応力σｃか３８０ｋｇ／ｃｍ
２（σｃ、／σｔ＝］、５２）の熱処理ガラス板は、中
央弓張応力か高すぎる為にガラス板にクラックか入った
場合、クラックか自走するとともに破砕片か細かくなっ
て第５図に示す様な破砕パターンとなり、破砕片か窓か
ら落下する危険性か高くなって好ましくない。又板厚か
１５ｍｍて中央引張応力σｃが２７５ｋｇ／ｃｍ２．表
面圧縮応力σｃが４５０ｋｇ／ｃｍ”（即ち（’　ｃ／
　（ｒ　ｔ＝１．６４）のガラス板も同様である。

一方、本発明により製造される熱処理ガラス板、例えば
実施例１〜４のザンプルの熱処理ガラス板の破砕パター
ンはそれぞれ第６〜９図の様になり、ガラス板にクラッ
クか入った場合クラックの自走か抑えられ、破壊線か何
本もカラ　Ｏ ス板の一端から他端迄入ることかなく、窓からガラス板
の破壊片か落下するのを防ぐことがてきる。又、熱割れ
防止及び風圧破壊防止に要求される表面圧縮応力１２７
ｋｇ／ｃｍ２以上、特に好ましくは２００ｋｇ／ｃｍ２
より高い表面圧縮応力を有しているのて、熱割れする危
険性か少く、又耐風圧強度も充分である。

尚、ガラス板が割れる時、クラックの自走か抑えられて
破壊線（ヒビ）がガラスの一辺から他辺に及ばない様に
されたものが窓ガラス板の破砕片か落下する危険性か少
なく好ましいか、ガラス板の一辺から他辺迄及ぶ破壊線
（ヒビ）か−本程度あっても窓からの破砕片の落下の危
険性か実際上少ないのて、この種の一木程度の破砕線（
ヒビ）の存在は、本発明により製造された熱処理ガラス
の破砕パターンとして許される。例えば、第７．８図は
この許される例である。

第１０図は、本発明の熱処理ガラス板を製造するために
使用される一具体例を示したものであり、図に於いて、
１は熱処理されるガラス板、２はローラーハース、３は
ガラス板の搬送ロール、４はガラス板の加熱装置、５は
上下に対向して設けられた熱風吹出口、６は上下に対向
して設けられた冷却炉表面被覆面を示す。熱処理される
ガラス板１はローラーハース内２を搬送ロール３により
水平に搬送されながら、或いは、水平に摺動されながら
ガラス板を強化するのに充分な温度迄、例えば５７０℃
〜６６０℃迄加熱される。モしてローラーハースｌから
取出されたガラス板１は、上下に対向した熱風吸出口間
に移動され、この熱風吸出口から５０９Ｃ〜４００℃の
熱風をガラス板面に風圧０．１−１０ｍｍＡｇて吹き付
け、ガラス板の温度か２００〜４５０℃迄冷却する。こ
の場合、熱風吹出口或いは冷却炉壁は、鏡面加工した５
ＵＳ３０４にて、輻射率を０．１以下にし、輻射による
冷却を押えである。そして熱風吹出口からガラス板を取
り出し、所定の応力値及び応力分布をもった強化ガラス
板製品とする。

本発明において、所定の表面圧縮応力、中央引張応力及
び断面応力分布を得るため、上記した５７０〜６６０℃
まてのガラス板の加熱、５０〜４００℃の熱風の吹出し
、この熱風吹出しによるガラス板温２００〜４５０℃ま
ての冷却、冷却炉壁の輻射率を小さくする（０．１〜０
．３）ことによる輻射冷却の抑制及びこれら条件の組み
合せか重要である。

前述した本発明の熱処理ガラス板の製法は、ローラーハ
ースを利用したものであるか、この方法に限らす、ガス
ハースを利用してガラス板を水平に搬送しながら加熱し
、ガスハースの出口から出た直後、加熱ガラス板を熱処
理する方法、あるいはガラス板を吊手により吊下げて搬
送しなから加熱炉内て加熱し、この加熱炉の出口から出
た直後、加熱ガラス板を熱処理する方法などによっても
同様に製造することがてきる。

［作　用］ 本発明の方法により、中央引張応力σｃか８５〜２００
ｋｇ／ｃｍ２の範囲となり、かつその表面圧縮応力σ。

′と中央引張応力σしとの比σＣ／σｃが１．５〜３．
０の範囲にある熱処理ガラスか得られる理由については
、次の様に考えられる。

一般に軟化したガラス板を冷却して強化処理する時に発
生する残留応力は次の理論式による。

（ガラス内部の伝熱方程式） これを解くと、中央引張応力σｃは となる。

ここて自然放冷の冷却能は通常、約ｋ　＝　１．１’Ｃ
／ｓｅｃとなる。

Ｑ　＝　２．５　ｘ　］０’ｋ　ｋｃａｌ／ｍ２ｈの関
係よりしかし、自然放冷の場合、ガラス板両面の冷却能
の差の制御か出来ない為ガラス板に反りが発生ずる。こ
れを調整するため片面の冷却能をｋ＞１．１　とするた
め実用Ｊ１］、［］ｍ／ｍ以−にのガラス板てはσｔ　
＜　２００　ｋｇ／ｃｍ２とすることか工業的に不可能
となっている。

本発明は、このｋの冷却炉壁の輻射率を下げ、熱風を用
いることにより制御し、σｃ−８５〜２００ｋｇ／ｃｍ
２の範囲に調整することか可能となったものである。

［実施例］ Ｊ−記した装置を用いてソータ・ライムガラス板を第１
表に示した条件て熱処理し、得られた熱処理ガラス板の
中央引張応力σ５、表面圧縮応力σ。、σＣ／σｔ、耐
風圧性を示す許容荷重（破壊確率１／１０００以下）、
熱割れ試験結果（熱割れするまてのガラス板中央部と周
辺部の温度差）を同しく第１表に示した。又、実施例１
〜４の熱処理ガラス板及び比較例１の熱処理ガラス板に
ついて、ｌＩＳ　Ｒ３２０６の６−５に規定された破壊
試験を行なった時の破砕パターンを第５〜９図に示す。

上記実施例及び比較例におけるガラス板の表面圧縮応力
は東芝風冷強化硝子表面応力計ＦＳＭ−３０により測定
し、又、中央引張応力は次の様に測定したものである。

・中央引張応力の測定 第１１図の様にガラス・サンプル１１を水平に保持し、
端面に垂直にｌ＋ｃ−ＮＣレーザ１２を、光源に偏光子
１３、レンズ１４、絞り１５を通した直線偏光Ａを入射
する。ガラス板１１面に平行および垂直な方向を各々ｙ
、ｚとし、入射方向なＸとする。

入射光の振動方向はｙ−ｚ面で各軸に対し、４５°の角
度になるようにする。

ガラス板の端面から入射された直線偏光Ａはガラスに内
在するｙ−ｚ平面の主応力差によって、位相差を生し、
第１２図の様にｙ−ｚ軸と４５°の角度に軸を持つ楕円
→円→楕円→直線（入射光と直交）→楕円→円→楕円→
直線と偏光が変わり、位相差３６０°て元の入射光と振
動方向か同し直線偏光に戻る。

この偏光はガラスの中で散乱され、光軸と直角をなすｙ
−ｚ平面内の’ｌｒｚ軸と４５°の方向から観察すると
、第１３図のＢ又は第１４図の様に１波長ごとのトウト
状に見える。

フロート・ガラス板の散乱は非常に小さいため、観察し
ようとする散乱光は微弱である。このため、マイクロ・
チャンネル・イメージ・インテンシファイヤーを内蔵し
た暗視装置を使い、高感度テレビ・カメラ１６を通して
モニタテレビ１７」二に散乱光のドツト・パターンを映
し出す。ポジション・アナライザー１８と組み合わせて
実時間で長さを読みとる。

この１〜・ント１つか３６０°　（１波長）の位相差に
対応するのて、この実長さを測定することにより光弾性
定数を使い、主応力差を知ることかできる。

ここて求めた主応力差△σより中央引張応力σアを下式
により求める。

主応力差　△σ σｙ＝応力の平面方向の成分、即ち中央引張応力σＬ σ７：応力の厚み方向の成分（σ７≠０）λ　：レーザ
光波長（［ｉ３２．８　ｍｇ−Ｈｅ−Ｎｅレーザ）文λ
：　３５（１°の位相差に対応する光路差（ｃｍ）Ｃ：
光弾性定数２．６３ｍｇ／ｃｍ／ｋｇ／ｃｍ２（フロー
ト板） なお、本発明により製造される中央引張応力σｃか８５
〜２００ｋｇ／ｃＩ１１２、表面圧縮応力σ。が１２７
〜６００ｋｇ／Ｃｍ２、更に好ましくは２００〜３００
ｋｇ／ｃｍ２の熱処理ガラス板の上記各応力値とは、第
１５図の様に熱処理ガラス板の周辺部の４点Ｐと中央部
の１点Ｑの５点における測定値を平均したものを示した
ものてあり、平均値として捕えたものである。

［発明の効果コ 本発明によれば、耐風圧強度か実用上充分て、且つ熱割
れすることかなく、更にクラックかガラス板に入っても
クラックが自走せず、細かい破砕に割れることかない熱
処理ガラスを提供することか出来る。このガラス板は割
れても破片の一部或いは全体か窓枠から脱落する危険性
か少なく、ビル、住宅等の建築用ガラス板として有用で
ある。特にガラス板の破片の落下の危険性のないガラス
板か要求される中、高層ビル用の窓用ビルガラス板とし
て本発明の熱処理ガラス板は最適である。

中ても、熱割れの危険性の高い窓用、あるいはスパント
レル用に使用される熱線吸収ガラス板、着色コートガラ
ス板、熱線反射ガラス板等のガラス板に対し、本発明の
熱処理ガラス板は好適である。

又、本発明によるガラス板は耐風圧強度及び熱割れ強度
か向上され、又クラック自走防止かなされているのて、
例えば、従来１０ｍｍ厚のガラス板か使用されていた。

中高層用の生板窓ガラス板を本発明による６ＩＩ１ｍ厚
の熱処理ガラス板に、又１２ｍｍ厚の従来の生板窓ガラ
ス板を本発明による８ｍｍ厚の熱処理ガラス板に置き換
えることかてき、ガラス板の軽量化を図ることかてきる
。

【図面の簡単な説明】

第１〜第３図は、従来の強化ガラス板の厚さ方向の断面
の応力分布図、第４図は本発明の方法により製造された
熱処理ガラス板の厚さ方向の断面の応力分布図、第５図
は比較例に係るガラス板の破砕パターン図、第６〜９図
は本発明の方法により製造された熱処理ガラス板の破砕
パターン図、第１０図は本発明を実施する為の装置の一
具体例に係る概略図、第１１図はガラス板の中央引張応
力を測定する為の装置の概略図、第１２〜１４図はガラ
ス板の中央引張応力の測定原理を示す為の説明図、第１
５図は応力の測定点を示す説明図である。 １　熱処理されるガラス板、２：ローラーハース炉、３
．搬送ロール、４．ガラス板の加熱装置、５　熱風吹出
口、６°熱交換器。 才左田 ７７図 才’／Ｊ招 ／１６）図 ７８図 オフ２閃 才／４）苅 才／３閲 一入 才 ／左 用

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）板厚が６ｍｍ〜１９ｍｍのガラス板を５７０℃〜
   ６６０℃に加熱した後、このガラスを加熱炉から取出し
   、その後直ちにこのガラス板を輻射率が０．１〜０．３
   の内表面を有する冷却炉に入れ、それと同時にこのガラ
   ス表面に５０℃〜４００℃の熱風を吹き付けてガラス板
   の冷却速度を大気中の自然放冷より遅くして或る冷却能
   の範囲内でガラス板の歪点温度以下迄冷却して、この処
   理されたガラス板の中央引張応力σ＿ｔが８５〜２００
   ｋｇ／ｃｍ＾２の範囲となり、かつその表面圧縮応力σ
   ＿ｃと中央引張応力σ＿ｔとの比σ＿ｃ／σ＿ｔが１．
   ５〜３．０の範囲となる様に制御することを特徴とする
   ガラス板の熱処理方法。
2. （２）板厚が６ｍｍ〜１９ｍｍのガラス板をローラーハ
   ース炉内を水平に搬送させながら５７０℃〜６６０℃に
   加熱した後、ローラーハース炉から水平に取出して対向
   した吹口間に入れて、該吹口から温度５０℃〜４００℃
   の熱風を風圧０．１ｍｍＡｇ〜１０ｍｍＡｇ吹き出させ
   てガラス板をガラスの歪点温度以下迄冷却することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のガラス板の熱処理
   方法。
3. （３）ローラーハース炉内で熱交換器により加熱された
   ５０℃〜４００℃の熱風をローラーハース炉から水平に
   取出されたガラス板の両面に吹き付けることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載のガラス板の熱処理方法。
4. （４）冷却空気を吹口へ通じるダクトの途中でヒーター
   を挿入することによって５０℃〜４００℃に加熱して熱
   風とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ガラス板の熱処理方法。
5. （５）ガラス板を６００〜６６０℃に加熱した後、５０
   〜４００℃の熱風を炉壁の輻射率が０．１〜０．３の冷
   却炉内で吹き付け、以下に示す冷却速度Ｋ（℃／ｓｅｃ
   ）で冷却することを特徴とする中央引張応力が８５〜２
   ００ｋｇ／ｃｍ＾２の範囲にあり、かつその表面圧縮応
   力σ＿ｃと中央引張応力σ＿ｔとの比σ＿ｃ／σ＿ｔが
   １．５〜３．０の範囲にある熱処理ガラスの製造方法。 板厚６ｍｍの場合、２．３３≦Ｋ≦４．３４（℃／ｓｅ
   ｃ）板厚８ｍｍの場合、１．７９≦Ｋ≦３．１４（℃／
   ｓｅｃ）板厚１０ｍｍの場合、１．３８≦Ｋ≦２．７８
   （℃／ｓｅｃ）板厚１２ｍｍの場合、１．００≦Ｋ≦１
   ．５９（℃／ｓｅｃ）板厚１５ｍｍの場合、０．６９≦
   Ｋ≦１．１６（℃／ｓｅｃ）板厚１９ｍｍの場合、０．
   ５８≦Ｋ≦０．９１（℃／ｓｅｃ）（６）黄銅、クロム
   、ステンレス又は、周期律表の２、３、４族の金属酸化
   物或いは化合物 （Ｇｅ、Ｓｉの酸化物、化合物は除く）にて冷却炉内表
   面を被覆するか、炉壁材として使用することにより、冷
   却炉内表面の輻射率を０．１〜０．３とすることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のガラス板の製法。