JPH0436099B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はガラスに気体噴流を作用させる強化装
置でのガラスの熱強化に係る。一般に、本発明は
ガラス体の縦形および横形の両方の強化に適用で
きる。現在は、特に自動車部品について、適当な
安全余裕を保証するために厳しい規格が実施され
ている。特に、自動車部品の統一規格をなす国連
規則第43号を満足するために、ガラスを充分に強
靭にすべくますます強力な強化手段が必要であ
る。

規則では、窓ガラスの破壊後、衝撃的から高々
7.5cmの５×５cm正方に含まれるガラスの破片の
数が40〜350個の範囲内であり、衝撃点から7.5cm
の半径以内を除いて破片の面積が３cm²を越えず、
そしてどの長い破片も7.5cmの長さを越えないこ
とを要求している。

従来の技術 通常規則を満たすべきガラスシートを強靭にす
るために、ガラスシートをガラスの軟化温度に近
い温度に加熱し、次いで空気を200ｍ／ｓのオー
ダーの速度で1200Nｍ／m²（ガラス）／分までの
非常に高い供給速度にてガラスの両表面に同時に
吹付けて急冷する。

この方法を改良する方策が探求されている。す
なわち、ガラスの冷却速度を増加して、所望の強
度を増加する。この冷却によりガラスシートの厚
さ全体にガラスの中心部と表面部の間に温度勾配
が生じ、この温度勾配はガラスが加熱された温度
から冷却する間保持され、よつて、ガラスの表面
層に、ガラスシートの中心部の横方向の応力によ
つて補償された永久的圧縮応力を生じさせる。

例えば、空気の流速を増加することが可能であ
るが、この方法はあらゆる寸法のガラスシートの
場合に起きる問題、すなわち、吹付操作を乱すこ
となく吹付けた空気の除去を行なわなければなら
ないという問題によつて制約される。装置にはガ
ラスから除去する熱と共に空気の除去を許容する
のに充分な表面を設けなければならない。ガラス
の吹付ノズルを支持する装置がすでに大きな表面
積を占める既存の装置では、供給流量の増加はノ
ズルとそれを通つて吹付られる空気の嵩の増加を
伴なうので、空気の除去のために利用可能な空間
が減少し、冷却効果が減少する。

噴流を時間と空間に関して変更し（パルス状の
噴流、吹付装置の振動運動、等）あるいは特定の
帯域の吹付け密度を増加すること（相互の高低の
強化ストリツプ）が可能である。しかしながら、
そうした複雑な措置は、単に、ガラスの破壊時の
長さ7.5mmより大きい針状ガラスの数の減少をも
らたすだけである。

ガラスと空気の間の熱交換と空気速度の間のほ
ぼ比例する関係を考慮して、ノズルに供給する空
気の圧力を増加してより高い空気速度を得ようと
する試みがなされた。音速あるいは超音速の空気
速度を許容する圧力が用いられた。しかしなが
ら、特に、避けられない圧力損失のためにエネル
ギー消費がかなり増加し、プロセスのコストが工
業的な利用にとつて高すぎるものになる。

また、自動車の重量をさらに低減することが望
ましく、そのために自動車に用いる窓の厚さを３
mmまたはそれ以下に低減することが望ましい。窓
の適当な強さを保証するために、より強い冷却が
必要であり、そのためにさらに有効な強化方法が
必要である。

発明の開示 本発明は上記の方法の欠陥を回避しながら強化
の際のガラスの冷却速度を増加することを志向す
る。これは、特に、約３mmより小さい厚さの比較
的薄いガラスシートに利用することができる。

本発明はガスに吹ける、通常用いられる気体噴
流（一般的に空気）よりも大きい比熱を有する混
合物を提案する。そうした混合物は音速以上でガ
ラスを打つような圧力で吹付られて、より迅速に
熱を除去し、従つてより迅速にガラスを冷却し、
ガラスの機械的強度を増加する。

本発明によると吹付けを乱さずまたガラスを損
傷しない状態で液体を含む空気などの気体噴流
を、２相噴流が音速以上でガラスに達するような
圧力でガラスに吹付ける。

本発明の好ましい態様では、液体は空気と共に
ガラスに吹付られる微細な状態の水であり、液体
の小滴がきわめて微細であるという意味で霧化す
ることができる。

本発明の方法が良好に操作するためにはいろい
ろな要件を満たすべきである。強化直前の炉の出
口においてガラスは特に脆い650℃のオーダーの
温度である。この温度のガラスに最小滴の液体が
接触すると破壊が起きる。

特に、本発明の方法をガラス体の縦形強化に適
用する場合、ガラス上に合体した液滴あるいはコ
ントロールされない液滴が落下するおよおそれが
ある。ガラス表面が液体といかなる形でも接触す
ることは避け、液体が微細な分割状態にあるか、
または霧化され、気体中に均一に分布することを
確実にすべいである。液体の霧化はこの目的で行
なう。上記のおそれを除去するために、本発明に
より、それを湿潤範囲の外側におくこと、更に改
良された結果を得るためには湿潤と非湿潤の間の
限界に置くことが好ましい。

特に、本発明の方法は、ガラスとそれに向けて
噴射された噴流の間の熱交換効率の値が高いの
で、強化を実施するためにそれをガラス体からよ
り大きい距離に配置することが許容される。上記
熱交換効率は液体粒子の存在と噴流の速度によつ
て増加する。

液体を霧化するためにいろいろな手段を用いる
ことができる。例えば気体がノズルに接線方向か
ら入つて渦流の動きをこうむり、液体がこの渦を
通過して霧化される気体噴流吹付ノズルを用いる
ことができる。

Lavalノズルとして知られる特別のタイプのノ
ズルが本発明の方法を実施するのに特に適した形
状を有することが見い出された。本発明は、同様
に、この方法を実施するための吹付手段がLaval
ノズルである装置に係る。このノズルは二重円錐
形であり、一方の円錐が次第に狭まり、他方の円
錐が末広がりである。流体力学的計算によると、
音速条件においてノズルの絞りの位置すなわち狭
まる円錐と末広がる円錐の接合部で衝撃波が形成
されることが示される。

このようなノズルは本発明の方法に用いる場合
いくつかの利点がある。液体の霧化と音速気体流
の形成を別々に実施する必要がない。液体を注入
する位置を適当に選択することによつて、衝撃波
を用いて直接に液体を霧化することができる。

液体がこの衝撃波を通過すると、非常に急激な
圧力変化をこうむり、文字通り霧化される。

液体の入口は衝撃波がつくり出される地点のわ
ずかに上流に接続することが有利である。液体は
実際に直ちに霧化され、次いで気体／霧化液体混
合物が大きな圧力降下なしでノズルを通過し、ほ
ぼ音速で噴出され、こうしてガラスを冷却する良
好な条件がつくり出される。

気体と霧化液体の混合物は衝撃波発生地点とノ
ズル出口の間で均一になる時間があるので、ガラ
スを損傷するおそれを低減する。

実施例 本発明の態様を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図に示す装置は強化すべきガラスシート２
を加熱する炉１を含む。ガラスシート２はバー４
で懸垂されたクランプ３によつて支持される。バ
ー４自身はワイヤ５により適当な公知のタイプの
リフト装置に懸垂されている。

炉１にガラスシート２をバー４から懸垂して、
炉１のガラスシート２に向う対向面に装着した加
熱手段１′からの輻射熱で加熱する。

加熱装置の出口でバー４の移動後ガラスシート
２はクランプ３で保持したまま縦の位置で強化ス
テーシヨンの導入される。強化ステーシヨンは加
圧下の空気などの気体の溜め（図示せず）に接続
した供給ダクトを設けた高圧タイプのボツクス６
を有する。ボツクス６には、同様に、第４図に示
すように、上記のようにノズルの絞り部の位置で
本発明によつて適当な形で、加圧下の気体と液体
が入つて２相混合物を形成する多くのノズルを設
ける。

ノズルは第３図に示すタイプのものである。こ
れらはノズルの形のコアのまわりにポリウレタン
をモールデイングして作成する。コアは通常黄銅
製である。

第３ａ，３ｂ図に示すように、ノズルは直径11
mm、長さ10mmの第１の円筒形部Ａを有する。次
に、円筒形は長さ５mm、直径４mmの部分（これが
ノズルの絞り部である）まで長さ20mmの円錐形Ｂ
の形で縮む。絞り部から最初の円筒形の直径すな
わち11mmに対応する直径を有する口まで長さ60mm
の円錐形Ｃが続く。絞り部に開口９を設けて液体
の注入を許容する。その直径は約0.8mmである。
これらの直径は限定的な値ではなく、単なる例と
して記載している。

処理すべきガラスシートの寸法に応じてボツク
ス６に沿つてこのタイプのノズル７をいつくか配
列する。噴流がガラスシートに噴流されるノズル
の末端の開口角度によつて、公知の配列よりも衝
突の表面をより大きくすることができ、必要なノ
ズルの数が減少する。また、良好な均一さの強化
が得られる。

第４図は気体（一般的に空気）と液体の混合物
を非常に微細に分割した状態に形成する方法を概
念的に示す。

２相噴流をガラスに吹付ける場合、非霧化液体
の注入は注入器１０と針１１でノズルの絞り部８
に行なう（例えば、上記の寸法のノズルの場合、
針１１の外径0.8mm）。非湿潤範囲の限界における
液体の供給を精密に調整するためには、弁１２を
サイクルのノズルにできるだけ近くに配置するこ
とが望ましいことが見い出された。次いで、液体
はノズルの軸線に対して横方向に注入する。

２相混合物の音速の噴出を許容するために、ノ
ズルに少なくとも0.91バールのゲージ圧力（これ
は衝撃波をつくり出す圧力である）で気体を供給
することができる。しかしながら、衝撃波はそれ
よりわずかに大きい圧力では発生するので、調整
を容易にするために、ノズルに１バールのゲージ
圧力で供給することが好ましい。勿論より高い気
体圧力を用いてノズルの出口を超音速で通過する
混合物を得るこも可能であるが、エネルギー消費
を低減し、かつお互いに干渉し合う多重波の発生
を防止するために、音速を用いかつボツクス６お
よびノズル７に供給する圧力を約１バールに限る
ことが好ましい。液体は気体よりも大きい圧力で
導入しなければならない。液体は衝撃波に到達す
ると直径１マイクロメートルのオーダーの粒子の
霧状に微細に分解され、こうして霧化される。

このような２相噴流は縦の位置のガラスシート
の強化に適用することができる。このよな強化の
例を以下に説明する。

気体は空気であり、霧化液体は水である。第１
図の強化ステーシヨンは炉１の出口にできるだけ
近く置く。厚さ2.9mmのガラス体２は例えば系３，
４を用いて持ち上げて約650℃の温度で炉を去り、
ノズル７の間に縦に置かれる。ガラスとノズルの
末端の距離は70mmである。空気を１バールの圧力
でノズルに軸線方向から注入し、水を1.1／時
の供給量で半径方向から注入する。圧縮空気は通
常６バールの圧力で入手可能である。従つて、そ
れは、第４図に示すように、一般的な圧縮空気回
路に接続した圧力を６バールから１バールに下げ
る圧力低減装置Ｄ通して供給する。

この例の条件を用いて、同じ衝撃空気圧力にお
ける熱交換効率を比較することによつて、単純な
音速空気噴流と比較した２相噴流の点を顕示する
ことが可能である。

２相噴流を用いて得られる改良を定量するため
に、単一のノズルを用い水の供給を連続的に行な
つたり、止めたりして、100×100mm、厚さ2.9mm
のガラス試料を冷却する間の温度の変化を調べ
る。

このために、軸線をノズルの軸線の延長上にお
きかつその厚みの中に記録計に接続した３つ熱電
対を導入した高温黄銅製円筒体を用いる。調べる
熱交換を代表する平均値を求めるために円筒体の
軸線に沿つて異なる厚みで同時にいくつかの測定
を行なう。

熱電対から得られ温度値はフーリエの式で熱交
換係数と関係し、それによると次の結果が得られ
る。

２相噴流の熱交換係数 0.0602cal／m²／℃ 試料噴流 0.0036cal／m²／℃ こうして、この２つの係数の間には16倍の差が
あり、本発明による強化が大きく改良されている
ことを示している。

同様に、２相噴流は水平に置いたガラスシート
を強化する場合にも用いることができる。横形強
化の例を以下に説明する。

第２図の装置を用いる。炉１５から650℃で配
送されるガラスシート１４はシヤシ１８に支持さ
れた支持車１７上の強化ステーシヨンに平坦な状
態で送られる。下方シヤシ１８に関する高さを調
整可能な上方シヤシ１９にもガラスシートを保持
する車２０を設ける。作業位置において、上方シ
ヤシ１９は第４図により示すように降下して下方
車１７と上方車２０の間にガラスシート１４が通
過するのに必要な空間だけを残し、上方車２０は
ガラスシートを下方車１７に当てて保持する。吹
付ノズル７を車の間に挿入し、ガラスシートの２
つの表面上に配列する。吹付ノズルへの供給は第
１図と同様の仕方で行なう。

前の例ように、湿潤範囲の外で操作する。注入
する水の量は縦形強化に用いるのと同じである。

以上の例ではノズルをガラスシートの両方の表
面に向けて配列したが、ノズル７を一方の表面だ
けに向けることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は２相噴流を吹付けてガラスシートを強
化する縦形装置の概要図、第２図は２相噴流を吹
付けてガラスシートを強化する横形装置の概要
図、第３ａ図はLavalノズルの概略断面図、第３
ｂ図はLavalノズルの形状を示す概略側面図、第
４図は２相噴流の形成のための装置を示す概要図
である。 １……炉、１′……加熱手段、２……ガラスシ
ート、３……クランプ、４……バー、６……ボツ
クス、７……ノズル、８……絞り部、９……開
口、１０……注入器、１１……針、１２……弁、
１４……ガラスシート、１５……炉、１７……
車、１８……下方シヤシ、１９……上方シヤシ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラスの少なくとも１表面にノズルで噴流を
   吹付けるガラス強化方法において、ノズルの出口
   で噴流の流速が音速以上になる圧力で気体をノズ
   ルに供給し、かつ前記噴流が該気体と噴霧状液体
   の混合物からなることを特徴とする方法。 ２ 液体をノズルの内側でつくり出した衝撃波に
   送ることによつて霧化する特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３ 衝撃波が発生する位置のわずかに上流に液体
   供給部を接続した特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の方法。 ４ 噴射する液体の量を湿潤範囲と非湿潤範囲の
   間の限界で操作する特許請求の範囲第１項から第
   ３項までのいずれかに記載の方法。 ５ ノズルに少なくとも0.910バールの圧力で気
   体を供給する特許請求の範囲第１項から第４項ま
   でのいずれかに記載の方法。 ６ 前記液体が水である特許請求の範囲第１項か
   ら第５項までのいずれかに記載の方法。 ７ 前記気体が空気である特許請求の範囲第１項
   から第６項までのいずれかに記載の方法。 ８ 液体の供給量がノズル当り1.1／時である
   特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれか
   に記載の方法。 ９ ガラスシートの縦形強化における特許請求の
   範囲第１項から第８項までのいずれかに記載の方
   法。 １０ ノズルとシートの間の距離が70mmのオーダ
   ーである特許請求の範囲第９項記載の方法。 １１ ガラスシートの少なくとも１面の側方にボ
   ツクスに固定したノズルを有するガラスシート強
   化装置であつて、該ノズルが２つの逆向きの円錐
   形からなり、一方の円錐形は次第に狭まりかつ気
   体だけを供給され、他方の円錐形は末広がりで気
   体と液体の２相噴流を輸送し、そして、液体の注
   入はノズルの絞り部をなす２つの円錐形の接合部
   のわずかに上流でノズルの軸線に関して半径方向
   に設けた開口によつて行なわれることを特徴とす
   る装置。 １２ ガラスシートの縦形強化における特許請求
   の範囲第１１項記載の装置。 １３ ノズルとシートの間の距離が70mmのオーダ
   ーである特許請求の範囲第１２項記載の装置。