WO2017146063A1 - ガラス板の強化方法、および強化ガラス板 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、上記物理強化方法では、板厚全体を応力緩和させた状態から表面冷却して強化を実施するので、最大でも圧縮応力層の厚さをガラス板の板厚の1/5程度までしか形成できないため、圧縮応力層をより深く形成できる新たなガラス板の強化方法の提供が望まれていた。
なお、この準備工程において準備するガラス板は、本強化方法を実施する者が製造したものであっても、第三者から購入したものであってもよい。
図1、2中の矢印で示したように、温度は上に行くほど高くなり、応力は0の上側では応力が引っ張りであることを示し、下側では応力が圧縮であることを示している。以下の図面は、特徴を分かり易くするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
なお、本発明において、「軟化点」はJIS R3103-1:2001にしたがって、「徐冷点」はJIS R3103-2:2001にしたがって、「歪点」はJIS R3103-2:2001にしたがって測定された温度を意味する。
これに対し、本実施形態のガラス板の強化方法によれば、後述のように風冷強化工程に比べて圧縮応力層を深く形成することが可能である。
図2は本実施形態のガラス板の強化方法を示す工程図である。図2に示すように、本実施形態のガラス板の強化方法(以下、単に強化方法と称する。)は、準備工程S1と、内部加熱工程S2と、冷却工程S3とを備えている。
準備工程S1では、ガラス板G1の表面温度及び内部温度は略同じ温度(歪点以下の温度)とされるため、ガラス板G1の内部に生じている応力分布は事実上緩和されない。
なお、ガラス板G1の表面の応力緩和を抑制する点では表面温度を低く保つのが有効であるが、後述の内部加熱を考慮すると、ガラス板G1の表面温度を数百度程度(例えば、200℃以上が好ましく、300℃以上がより好ましく、一方、歪点以下が好ましく、歪点マイナス50℃以下がより好ましい。)の温度に保持するのが望ましい。
具体的に、温度分布T2は、上述した放物線形状の温度分布T1に比べて、ガラス板G1の板厚方向のより深い位置(中心近傍)に徐冷点以上の領域を有している。そのため、ガラス板G1は、板厚方向の中心近傍においてのみ応力緩和された状態となっている。
ここで、自然放冷とは高温のガラス板G1を該ガラス板G1の温度よりも低い温度の雰囲気においた場合に、ガラス板G1の温度が徐々に低下していく現象をいう。具体的には、加熱手段のない搬送装置上などでガラス板G1が搬送、待機されることによる温度低下等の不可避で受動的な温度低下などをいう。
本発明の優れた強化ガラスは、車両窓用安全ガラスのみに限定されず、建築用、ディスプレイ用及びディスプレイ用カバーガラス、医療用、光学機器用、太陽電池用カバーガラス、インテリア用ガラス、車載用内装ガラス、ガラススピーカーなどの分野においてしようできる。
以下、図3~図6を用いて、実施例1について説明する。実施例1では、得られる強化ガラスの応力分布についてシミュレーションを行った。なお、本シミュレーションは、板厚が厚い、板厚10mmの単一の母組成のソーダライムガラスからなるガラス板を強化処理した強化ガラス板、及び、板厚が薄い、板厚2mmの単一の母組成のソーダライムガラスからなるガラス板を強化処理した強化ガラス板について実施した。この強化ガラス板は、互いに対向する表面(第1の主面)と裏面(第2の主面)とを有し、ガラス板の表面及び裏面は互いに平行である。
続いて、本発明の一実態態様により実際に強化処理した単一の母組成のガラスからなるガラス板(強化ガラス板という場合もある。)について応力分布を測定する実験を行った。ガラス板はソーダライムガラスを用いた。
なお、ガラス板から測定用サンプルを切り出す際に、切断によって測定領域での残留応力の一部が解放されるが、ここでは無視した。
更に、本発明の別の実態態様により実際に強化処理した単一の母組成のガラスからなるガラス板について応力分布を測定する実験を実施例2の条件の一部を変えて行った。ガラス板はソーダライムガラスを用いた。
誘電加熱によって強化する前の化学強化処理をしたガラス板の化学強化処理による応力と残留応力の深さは、折原製作所製の光弾性の原理を利用した表面応力測定装置(型式FSM-6000LE)によって測定した。
また、誘電加熱によって強化した後の化学強化処理によるガラス板の表面の残留応力の圧縮応力成分は630MPaで、化学強化処理による残留応力の深さは表面から11.4μmであった。
G1:ガラス板、 O2:応力分布、 T2:温度分布、
S1:準備工程、 S2:内部加熱工程、 S3:冷却工程。
Claims (15)
- 互いに対向する第1の主面と第2の主面を有し、単一の母組成のガラスからなる強化ガラス板であって、
表面に圧縮応力層を有し、前記第1の主面の中央を通り該第1の主面に直交する断面において残留する応力分布における前記第1の主面に平行な方向の圧縮応力成分がゼロとなる前記第1の主面からの深さが前記強化ガラス板の板厚の22%以上であることを特徴とする強化ガラス板。 - 前記第1の主面から前記圧縮応力成分がゼロとなる前記第1の主面からの深さまでの範囲に下記の第1の領域及び下記の第2の領域の少なくとも一方を有する、請求項1に記載の強化ガラス板。
前記第1の領域は、前記強化ガラス板の板厚方向における前記応力分布の変化率の絶対値が一定となる領域。
前記第2の領域は、前記第1の主面に向かうに従って前記絶対値が減少する領域。 - 前記応力分布における前記強化ガラス板の板厚方向の変化率の絶対値は、前記圧縮応力成分がゼロとなる位置から前記第1の主面まで向かう間で最大となり、前記第1の主面に向かうに従って減少している、請求項1に記載の強化ガラス板。
- 前記応力分布において、前記第1の主面の前記圧縮応力成分が、前記断面の中央の引張応力成分の1.6倍未満である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
- 前記第1の主面の前記圧縮応力成分が5~85MPaである、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
- 少なくとも前記第1の主面に、イオン交換により形成される圧縮応力層を有する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
- 前記第1の主面の前記圧縮応力成分が100~2000MPaである、請求項6に記載の強化ガラス板。
- 前記板厚が0.5~25mmである、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の強化ガラス板。
- 表面温度が歪点以下の単一の母組成のガラスからなるガラス板を準備する準備工程と、
前記ガラス板の表面温度を歪点より高く徐冷点以下で10分間以内、又は歪点以下に保持しつつ、前記ガラス板の内部温度を徐冷点以上に加熱する内部加熱工程と、
前記ガラス板を冷却する冷却工程と、
を備えることを特徴とするガラス板の強化方法。 - 前記内部加熱工程では、前記ガラス板の板厚方向での最大温度と最低温度との温度差を80℃以上とするように加熱する請求項9に記載の方法。
- 前記内部加熱工程では、前記ガラス板に高周波電界を印加する誘電加熱を行う請求項9又は10に記載の方法。
- 前記誘電加熱を行う際に、前記高周波電界を印加する電極を前記ガラス板に接触させない、請求項11に記載の方法。
- 前記内部加熱工程では、前記ガラス板の一方面側から他方面側へと所定波長の光を透過させることで加熱を行う請求項9又は10に記載の方法。
- 前記内部加熱工程では、前記ガラス板の表面温度を400℃以下に保持する請求項9乃至13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記準備工程は、前記ガラス板を化学強化するステップを含む請求項9乃至14のいずれか一項に記載の方法。
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