JPH03285836A - 耐熱性ガラス容器の製造方法 - 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） この発明は耐熱性ガラス容器の製造方法に係り、特には
−船釣なソーダライムガラスからなる容器であって、内
外表面に急冷強化法による圧縮応力層を形成して耐熱性
を向上させた耐熱性ガラス容器の製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） 従来からコツプ、皿等のガラス容器あるいはジュース壜
、食料用壜等のガラス製包装用壜等のガラス容器は１通
常ソーダライムガラスと称される最も一般的なガラス組
成のものから構成されている。しかるに、このソーダラ
イムガラス容器の耐熱強度（温度差）はせいぜい５０〜
６０℃であり。

このガラス容器内に高温の内容物を入れた直後に水等に
接触して急激に冷やされると温度差が耐熱強度以上とな
り、熱衝撃によって破損するおそれがあった（後述の第
６図参照）。

そこで、従来からイオン交換による化学的強化法あるい
は冷却エアによる急冷強化法によってこの種ガラス容器
の内外表面に圧縮応力層を形成しもってその耐熱強度の
向上を図ることがなされているのであるが、前者の場合
は製造コストが高くなることおよび加傷による劣化が著
しく繰り返しの使用に耐えられないという欠点があり、
後者の場合は破損時にガラス破片が飛散する可能性があ
り安全上の問題があった。

さらに、ガラス組成中に酸化硼素（Ｂ２０３）を加えて
熱膨張係数を小さくし耐熱強度を大きくしたいわゆる耐
熱ガラスも公知であるが、この耐熱ガラスは特殊な組成
のガラスであり溶融性が劣るため大量生産に向いておら
ず、成形コストが非常に高くなるという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） この発明は上記のような従来の問題点に鑑み、十分な耐
熱性を有するとともに破損時における飛散現象もなく、
また生産効率もよく、量産性が高く、製造コストも廉価
なソーダライムガラスよりなる耐熱ガラス容器の製造方
法を提供することを目的として提案されたものである。

（課題を解決するための手段） すなわち、この発明は、Ｓ　ｒ　０２　　：　６０〜８
０（重量％）、Ｃａｂ：　５〜２０　（重量％）　、Ｎ
　ａ　２ｏ：５〜２０（重量％）を主成分とするソーダ
ライムガラスによって深さ１５ｃｍ以下で、底面に対す
る口部開口角度が５度以上、底部の曲面部の半径が２５
ｍｍ以上でかつその中心角が４５度以上であるガラス容
器を成形し、調温後、このガラス容器に対しその表面に
おける熱伝達係数（ｈ）が慨ね０．００１　（ｃａｌ／
ｓｅｃｅｍ’＊”ｏ）程度となるようにゆるやかに冷却
風をあてて冷却強化をなし、ガラス容器表面の圧縮応力
値が２５０〜６５０ｋｇ／ｃｍ２の範囲内の圧縮応力層
を形成することを特徴とする耐熱性ガラス容器の製造方
法に係る。

（作用） この発明のガラス容器は、Ｓ　ｉ０２　　：　６０〜８
０（重量％）、ＣａＯ：５〜２０（重量％）、Ｎ　ａ　
２０　：　５〜２０（重量％）を主成分とするソーダラ
イムガラスよりなるものでガラス食器、ガラス製包装用
壜等として広く一般に使用されているものである。上記
主成分の他、微量のＡｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ等を含
むものであってよいことはいうまでもなく、また着色を
目的として必要量のＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ等の化合物
が添加されることもある。

冷却風による急冷強化法とは、周知のように６００〜７
００℃の温度域にあるガラス表面を冷却風によって急冷
してガラス表面に圧縮応力層を形成してガラスを強化す
る方法である。

まず、ガラス容器の表面に冷却風によって圧縮応力層を
均一に形成するためには冷却エアの供給を確実に行う必
要がある。この目的のために、ガラス容器の好ましい形
状範囲が規定される。すなわち、第１図に図示したよう
に、開口形状を有するガラス容器ｌＯにおいて、内側の
深さ（Ｄ、）が１５ｃｍ以下で、底面に対する口部の開
口角度（ｄｉ）が５度以上、底部の半径（ｒ）が２５ｍ
ｍ以上でかつその中心角（ｄ２）が４５度以上であるも
のが、より均一かつ確実に冷却エアの供給を行なうこと
ができ、またより工程の安定した急冷強化処理を施すこ
とができる。この形状範囲外の容器にあっては、通常の
エア供給方法ではガラス容器表面に対するエア供給が確
実に行なわれず従って均一な圧縮応力層の形成がむずか
しい。

次に、圧縮応力層の応力値はその値に比例してガラス自
体の強度が向上するものであるが、しかしながら、例え
ば７００ｋｇ／ｃｍ２以上の応力層を形成しようとする
と、応力値のバラツキが生ずることが避けられず従って
局部的に非常に高い応力値を有する箇所ができ大きな平
面歪みを生じ、破損時にガラス破片が飛散する危険性が
ある。また、その応力値が２５０ｋｇ／ｃｍ２未満であ
ると、所望する耐熱強度（温度差１２０℃以上）が得ら
れない、このようなことから、ガラス容器の内外表面に
形成される圧縮応力層は２５０〜６５０ｋｇ／ｃｒｒｒ
の範囲の応力値であることが望ましい。

さらに、上のような応力値を有するような急冷強化方法
としては、ガラス容器に対しその表面における熱伝達係
数（ｈ）が慨ねＯ，０Ｏ１ｃａｌ／　ｓ　ｅ　ｃ　ａ　
ｒｎ′ｅ　”Ｃ程度となるようにゆるやかに冷却風をあ
てて冷却強化をなすことが望ましい。

般に知られているように、残留応力は、熱膨張係数、ガ
ラス肉厚、および熱伝達率に比例する。そして、熱伝達
率（ｈ）は通常の自然対流では０゜０００２〜０．００
０３　（ｃａｌ／５ｅｃｅｎｆｅ℃）であるところ、現
在性なわれているところの一般的急冷強化ではおよそ０
．００５である。しかしながら、このような急激な冷却
では圧縮応力値が高くなり、前記したようなガラス破損
時におけるガラス飛散のおそれがある。そこで、本発明
では、この熱伝達率（ｈ）をおよそｏ、ｏｏｉ程度とな
るようにゆるやかな冷却とすることによって、ガラス飛
散の無いかつ十分な耐熱強度を有するようにしたのであ
る。

このようにして得られたガラス容器においては、内外表
面に急冷強化法による圧縮応力層が形成されており、該
圧縮応力層が引張応力による破壊応力を大幅に向上させ
ているとともに、圧縮応力層の存在によって熱疲労が完
全に防止されるために急冷時の温度差による熱衝撃に対
する強度が上り結果的に耐熱強度を向上させることなる
。また、前記の圧縮応力値は２５０〜６５０ｋｇ／ｃｒ
ｎ′の範囲内にあるため、破損時にガラス破片が飛散す
ることもなく安全である。

（実施例） 次に実施例を説明すると、添付の図面第１図はこの発明
の一実施例を示すガラス容器の一例を示す中央縦断面図
、第２図はガラス厚みと圧縮応力値の関係を示すグラフ
、第３図はこの発明方法の一例を示す概略工程図、第４
図は熱処理工程における温度変化を示すグラフ、第５図
はこの発明によるガラス容器の耐熱疲労性を示すグラフ
、第６図は未強化ガラスの耐熱疲労性を示すグラフであ
る。

第３図に図示したように、まず、公知のガラス成形機２
０によって第１図に図示したようなソーダライムガラス
からなる小鉢１０が成形される。

このガラス小鉢１０の組成（重量％）は次の通りである
。

Ｓ　ｉ　Ｏ：　７２　、５ ＣａＯ：１１．５ Ｎ　ａ　２０　　：　１３．０ Ａ１２０３　：　　１．５ ＫＯ：ｌ、Ｑ ＭｇＯ：　　０．５ この小鉢の形状は、口部内径１４０ｍｍ、胴部内径１２
０ｍｍ、深さ（Ｄ）５０ｍｍ、最大肉厚５．５ｍｍ、最
小肉厚３．５ｍｍで、底面に対する口部開口角度（ｄ　
ｌ）は約１５度、底部の半径（ｒ）が３６度、その中心
角度（ｄ２）は７５度である。

前記の小鉢１０の成形後、第３図に図示のように、小鉢
ｌＯはコンベア２１を経て口焼き工程３０へ移送される
０口焼き工程３ｏで口部が加熱成形された後、予備加熱
工程３５を経て製品の全体温度のバラツキをより少なく
し、次の調温工程４０に送られる。この調温工程４０で
は、第４図の温度グラフのように、ガラスの製品温度を
慨ね６５０℃プラスマイナス３ＣＩ以内となるように調
温する。

そして、この調温工程４０後、冷却工程５ｏに入る。実
施例では、製品の表面温度が約６４０’Ｃ！である時に
、ノズルから温度的１５℃の冷却風を風速１０ｍ／秒で
約２０秒間噴射し急冷強化を施し、ガラス表面温度を約
３ｏｏ℃まで降温した。

（なお、従来の急冷強化では通常１０秒以下で約２００
℃まで急激に降温するのが一般である。第４図のグラフ
中の破線部分参照） 冷却工程５０後、コンベア５１．５２等を経てガラス小
鉢を室温まで徐々に冷却する。

上の製法によって得られたガラス小鉢の表面の圧縮応力
層の厚さは約７５０．で、その圧縮応力値は平均４５０
ｋｇ／ｃｍ２であった。

ここで、ガラス厚みと圧縮応力値の関係についてふえん
すると、第２図はその両者の関係を示すグラフである。

同図から理解されるように、ガラス厚み（１）と圧縮応
力値とはほぼ一定の比例関係にあり、圧縮応力値２５０
〜６５０ｋｇ／ｃｒｎ′の範囲内のガラス製品の厚み（
１）はほぼ２．５〜６．５ｍｍの範囲内にある。

（実験例） 次にこの発明方法によるガラス製品の比較実験例につい
て説明する。まず、製品形状について特に底部曲面部の
形状に関して発明品と対比量との実験結果について述べ
る。

いずれも同質のソーダライムガラスよりなり、深さ５０
ｍｍ、内径的１２０ｍｍ、肉厚３．８〜４．６の範囲内
にある丸形鉢である。製品Ａは本発明品で、Ｂは対比量
である０強化条件は、ともに、製品温度的６４０℃に均
一加熱後、１５℃で風速１０ｍ７秒の冷却風で急冷して
製品表面に圧縮応力値３５０〜４５０　ｋ　ｇ／　ｃｔ
ｎ′ノ圧縮応力層を形成したものである。

試験方法は、ガラス鉢の■底中心部および■底油面部を
先端の鋭いポンチをハンマーでたたきながら徐々に傷を
深くしていき、その破損状態を観察する方法である。

次に第５図および第６図に従って耐熱疲労試験について
説明する。

この実験では、急冷強化後の圧縮応力値が約２８０ｋｇ
／ｃｍ’のガラス製品（軟化点７２０℃のソーダライム
ガラスで直径６〜６．５ｍｍの丸棒）について熱衝撃試
験をしたもので、第５図の上部の白丸は熱衝撃温度差が
１５０℃の場合、下部の黒丸は故意に加傷しかつ熱衝撃
温度差が１５０℃の場合である。いずれの場合も３０回
の衝撃回数では曲げ強度の変化を生ぜず、熱疲労がほと
んど生じていない。

これに対して、第６図は第５図と同一のガラス製品の未
強化のものついて行なった実験であるが、この未強化量
では、熱衝撃回数１５回まで曲げ強度は連続的に低下し
、３０回では３５本中の２本が破損し、大きな熱疲労が
生じていることがわかる。

（効果） 以上図示し説明したように、この発明によれば、十分な
耐熱性を有するとともに破損時における飛散現象もなく
、また生産効率もよく、量産性が高く、製造コストも廉
価なソーダライムガラスよりなる耐熱ガラス容器の製造
方法を提供することができたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すガラス容器の一例を
示す中央縦断面図、第２図はガラス厚みと圧縮応力値の
関係を示すグラフ、第３図はこの発明方法の一例を示す
概略工程図、第４図は熱処理工程における温度変化を示
すグラフ、第５図はこの発明によるガラス容器の耐熱疲
労性を示すグラフ、第６図は未強化ガラスの耐熱疲労性
を示すグラフである。 第 １ 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ＳｉＯ＿２：６０〜８０（重量％）、ＣａＯ：５〜２
   ０（重量％）、Ｎａ＿２Ｏ：５〜２０（重量％）を主成
   分とするソーダライムガラスによって深さ１５ｃｍ以下
   で、底面に対する口部開口角度が５度以上、底部の曲面
   部の半径が２５ｍｍ以上でかつその中心角が４５度以上
   であるガラス容器を成形し、調温後、このガラス容器に
   対しその表面における熱伝達係数（ｈ）が慨ね０．００
   １（ｃａｌ／ｓｅｃ・ｍ＾２・℃）程度となるようにゆ
   るやかに冷却風をあてて冷却強化をなし、ガラス容器表
   面の圧縮応力値が２５０〜６５０ｋｇ／ｃｍ＾２の範囲
   内の圧縮応力層を形成することを特徴とする耐熱性ガラ
   ス容器の製造方法。