JPH0449495B2

JPH0449495B2 -

Info

Publication number: JPH0449495B2
Application number: JP62172945A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Araya
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 1987-07-13
Filing date: 1987-07-13
Publication date: 1992-08-11
Also published as: JPS6418937A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、高層ビルあるいは大面積開口部等の
建築用窓ガラスに最適な熱処理ガラスを得るため
に改良されたガラス組成物に関するものであり、
通常の板厚のものでもよいが、６mm以上、特に８
mm以上の厚板ガラス板に対して有効なガラス組成
物である。さらに詳細には通常の強化ガラスの強
度までにはいたらなく細粒的破砕とはならない程
度に破壊強度をアツプし、種々の耐圧あるいは耐
熱性を向上して割れにくく、仮令割れたとしても
落下等が発生しにくいようになり安全性も向上す
るガラス物品を得やすくなるので、建築用窓ガラ
ス以外にも種々内装材、家具調度品、調理用品、
ガラス食器、ガラス壜等にも広く採用し得るもの
である。〔従来の技術〕ガラスは透光性、耐候性等がよく、さらに他の
材料に比して安価であるので建築用窓ガラスをは
じめ広く採用されており、住宅用建築物でも大面
積の窓ガラスを用いることもあるが、とくに年ご
とに高層ビル化の一途をたどつているため、その
安全性をより高めることが急務となつてきてい
る。すなわち、高層および大面積の窓ガラスの破
壊強度アツプ、例えば耐風圧強度や耐熱性等の向
上の確保が必要となつてきている。さらには、割
れた際にも高所から破片の落下が発生しにくいよ
うに窓枠からはみ出しにくいものが望まれてい
る。しかしながら、通常の熱硬化ガラスにしたので
は破壊強度は上がるが、破砕時細かく割れるので
問題であり、化学強化ガラスにしたのでは、破壊
強度も大きく、割れた際も生板ガラスと似たよう
な破砕パターンを示すが、化学強化処理に多くの
時間が必要であつて生産コストが高くなり、圧縮
応力層の厚みが薄いので何らかの理由で加傷され
た際、その加傷されたところは生板と同程度の強
度しか有さないという問題等があるものであつ
た。しかして、従来の風冷法を用い、その冷却度を
下げた所定の強化度を有するガラスが知られてい
る。すなわち、従来の熱強化ガラスよりもその表
面圧縮応力の値を小さくするかわりに、内部の引
張応力も小さくなるようにして、破砕したときに
も、従来の熱強化ガラスのように細かく割れない
ようにしたものが提案されている。例えば特公昭
59−25734号公報には、板厚10〜15mmのガラス板
を600〜660℃に加熱した後、ガラス板表面に50〜
300℃の熱風を吹き付けてガラス板の冷却速度を
大気中に自然放冷より遅くしてガラス板の歪点温
度以下まで冷却して、この処理されたガラス板の
中央引張応力σtが85〜200Kg／cm²となり、かつそ
の表面圧縮応力σcと中央引張応力σtとの比σt／σc
が1.5〜2.0の範囲となるように制御するという方
法が開始され、また特公昭61−40608号公報には
ガラスシート強化方法およびこの方法により作つ
た強化ガラスシートが記載され、急冷ガス流を少
なくとも１つの局部ガス流とし、該局部ガス流は
ガラスシートを急冷ステーシヨンに進行させる速
度に関係する繰返し頻度で脈動させて強化された
ガラスの区域で散在したより高く強化されたガラ
スの区域の分布をガラスシートに生じさせるよう
にすることが開示されている等が知られている。また、シートガラスおよびフロートガラスは
SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Na₂Ｏ、K₂Ｏを主
要成分としてなるソーダライムガラスであり、さ
らに軟化点温度付近まで昇温し、その後、表面か
らエアーで急冷することによる熱強化法によつて
強化ガラスがつくられている。例えば、特公昭57−7574号公報にはシートガラ
スおよびフロートガラスの製造方法が開示され、
その組成範囲として重量パーセントでSiO₂70〜
73.3、Na₂O15.5〜19.0、CaO5.5〜7.7、MgO3.5〜
4.9、Al₂O₃0.1〜1.5、Fe₂O₃0.03〜0.7、K₂O0〜
0.5、SO₃0.2〜0.5であり、SiO₂、Na₂Ｏ、CaO、
MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃およびSO₃の割合で組成物
全体の少なくとも98重量％であり、CaO／MgO
の重量比は1.3〜1.9の範囲であり、Na₂Ｏ／CaO
の重量比は2.0〜3.2であるフラツトガラスシート
が記載されている。また、特開昭46−1185号公報
には、改良された熱強化処理法が開示され、板ガ
ラスの強化法において、板ガラスを冷却流体との
接触によつて変形点以上の温度から低温に冷却す
ることと、最終的には室温まで冷却することと、
SiO₂を重量で最低60％、アルカリ土類金属酸化
物を重量で最低５％、K₂Ｏ＋Na₂Ｏを計５〜25
％含有し、ガラスの軟化点と変形点との温度差を
役177℃以内にすることと、あるいは、急冷した
ガラスを変形点と軟化点との間で加熱した場合の
比容積の変化は従来のフロートガラスを変形点か
ら軟化点まで加熱した場合に起る変化より大きく
すること等が記載され、知られている。〔発明が解決しようとする問題点〕前述したように従来例えば６mm以上の板厚のガ
ラス板ではガラス内部に生ずる一時歪みが大きく
なりすぎて強化度が大きくなりすぎるとか、ある
いは、割れが発生することが多くなり、これを防
ぐために徐冷条件を種々限定しなければならず結
果的には生産に要する時間も長くなり、生産性も
悪いものとなりコスト高になるという問題を有し
た。例えば前記した特公昭59−25734号公報に開
示された熱処理方法等で解決しようとするもの
の、その処理温度が600〜660℃と高く、しかも比
較的大面積のガラス板であるので変形や表面性に
問題を生じやすいものであり、加えて冷却エアを
50〜300℃と加熱する装置が必要であるという問
題もあるのであつた。さらに前記特開昭61−
40608号公報の方法では、冷却中にパルス状のエ
アを、例えば0.2secごとに１つの脈動を通し、各
脈動の保持時間を0.1secにする極めて短時間の処
理でシヤープエツジの発生のない強化をめざして
いるが、強化ガラス内の特定の部分の応力分布は
変えられたとしても、所定の強化度を有するガラ
スシートを得るにはなお問題があつた。また前述した特公昭57−7574号公報に記載され
ているガラス成分組成では成形性は良くなるもの
の、その原料価格も高いものとなるものであり、
特開昭46−1185号公報に記載されているように、
通常のフロートガラス成分組成では、軟化点と変
形点の温度差が177℃以内にすることは難しく、
B₂O₃あるいは／およびTiO₂を選択添加すること
が不可欠であるものであり、原料価格も高くな
り、どちらも破壊時にも細かな断片とならず、か
つ生板ガラスの1.5〜2.5倍程度の強度をもつため
のガラス組成物としては採用しにくいものであつ
た。〔問題点を解決するための手段〕本発明は、従来のかかる欠点に鑑みてなしたも
のであり、ソーダライムガラスの成分構成であつ
て、熱膨張係数、ヤング率およびポアソン比を原
則として小さい方にかつ熱伝導率を大きい方にな
るよう、かつ粘性も考慮し特異な成分組成とし、
特に耐候性については充分有し、破壊時に細かな
断片とならず、かつ生板ガラスの1.5〜2.5倍程度
の強度が得られやすいガラス組成物を提供するも
のである。すなわち、本発明は重量百分率で、SiO₂72.7〜
74.2％、Al₂O₃1.6〜3.0％、CaO6.5〜8.5％、
MgO2.0〜4.0％、Na₂O10.5〜13.0％、K₂O0.5〜
3.0％の酸化物成分からなり、これら成分の総和
が97％以上であつて、かつSiO₂＋Al₂O₃74.7〜
76.7％、CaO＋MgO9.0〜12.0％、Na₂Ｏ＋K₂
O12.0〜14.5％の組成成分範囲からなるとともに
10¹⁰ポイズになる粘性温度が635〜665℃ならびに
10¹³ポイズになる粘性温度が545〜565℃であり、
かつ両者の温度差が95〜103℃となることを特徴
とする改良されたガラス組成物を提供するもので
ある。ここで、SiO₂成分を重量百分率で72.7〜74.2％
としたのは、72.7％未満では破壊時に細かな断片
となりやすく、かつ生板ガラスの1.5〜2.5倍程度
の強度となる所定の強化度を得ることが難しく、
74.2％を越えると溶融も難しくなるものであり、
Al₂O₃成分を重量百分率で1.6〜3.0％としたのは、
1.6未満では耐候性が下がり表面にやけ等が発生
しやすく実用上の問題が生じてくるものであり、
３％を超えると失透が生じやすくなり製造が難し
くなるものであり、CaO成分を重量百分率で6.5
〜8.5％としたのは、6.5％未満では融剤として不
足気味となり溶融温度も高くなりまた流動温度を
低くしないので製造しにくくなり、8.5％を超え
ると失透しやすくなり、かつ所定の強化度が得ら
れにくくなるものであり、MgO成分を重量百分
率で2.0〜4.0％としたのは2.0％未満では溶融温度
が上がり操作範囲をせばめるので製造がしにくく
なり、4.0％を超えると所定の硬化度が得られに
くくなるものであり、Na₂Ｏ成分を重量百分率で
10.5〜13.0％としたのは、10.5％未満では失透も
生じやすくなるので操作範囲がせばまり製造しに
くくなり、13.0％を超えると耐候性が下がり、表
面にやけ等が発生しやすくなり実用上の問題が生
じてくる上、所定の強化度が得られにくくなるも
のであり、ソストアツプにもつながるものであ
り、K₂Ｏ成分を重量百分率で0.5〜3.0％としたの
は、0.5％未満では溶融しにくくなり、3.0％を超
えると耐候性が下がりかつコストも高くなるもの
である。また、SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Na₂Ｏ、
K₂Ｏの成分の総和を重量百分率で97.0％以上とし
たのは、例えばFeO₂O₃、TiO₂、SO₃などの微量
成分としては３％を超えない量に制御するためで
あり、FeO₂O₃については例えば透明ガラスでは
重量百分率で0.1％前後が好ましく、多すぎても
少なすぎても色あいがかわつたり、原料の精製等
からも影響をうけるものである。さらに、SiO₂
＋Al₂O₃を重量百分率で74.7〜76.7％としたのは、
74.7％未満では耐候性が下がり、また所定の強化
度を得ることが難しく、76.7％を超えると溶融し
にくくなるという問題が生じるものであり、CaO
＋MgOを重量百分率で9.0〜12.0％としたのは、
CaOおよびMgO成分は溶融温度を下げるために
用いられるとともに、9.0％未満では溶融しにく
くなり、12.0％を超えると失透しやすくなり製造
上難しくなるものであり、Na₂Ｏ＋K₂Ｏを重量
百分率で12.0〜14.5％としたのは、12.0％未満で
は溶融が難しくなる上、失透も生じやすくなつて
作業温度範囲が狭くなり、製造が難しくなり、
14.5％を超えると耐候性が下がり実用上の問題を
生じるものであるとともにコスト的にも高くなる
ものである。さらに加えて、粘性温度について10¹⁰ポイズと
10¹³ポイズを取り上げたのは、10¹⁰ポイズは熱処
理ガラスにおいて冷却開始の一般的な目安となる
ものであり、10¹³ポイズは熱処理ガラスの事実上
粘性流動が小さくなり強化度に影響を与えなくな
る温度であると考えてよいものであるためであ
り、さらに10¹⁰ポイズになる粘性温度が635〜665
℃および10¹³ポイズになる粘性温度が545〜565℃
であり、かつ両者の温度差が95〜103℃になるこ
とが重要であり、この温度範囲をはずれると所定
の強化度を得るのが難しくなり、しかも耐候性、
失透性ならびにコスト等のうち少なくとも１つ以
上のいずれかに問題が生ずるものである。〔作用〕前述したとおり、本発明の改良されたガラス組
成物すなわち各酸化物成分の特定組成範囲を組み
合せること、さらにまた特定の粘性温度をも考慮
した組成物とすることによつて、耐候性、失透
性、コストおよび溶融性等を考慮し、製造条件等
をほとんど変化させず、例えば従来のフロートガ
ラスのもつ性質に加えて所定の強化度を容易に得
ることができるようにしたものである。〔実施例〕以下本発明の実施例について説明する。実施例１〜８ガラスは、特選珪砂（共立窯業製）と１級試薬
であるAl₂O₃、Fe₂O₃、CaCO₃、MgCO₃、Na₂
CO₃、KNO₃を所期の目標組成になるよう秤量調
合し、該調合原料をルツボに入れ、約1480℃に保
持した電気炉中で約３時間溶融しガラス化して、
さらに均質化および済澄のため、1440〜1450℃で
２時間保持した後、型に流し出しガラスブロツク
とし、大きさ150mm×150mmで厚み8.0mmのガラス
板に切出し、研削研磨し、各試料とした。この作製した試料について、JISR−3101に基
づく湿式分析を行い、表１の各実施例に示す数値
を得た。粘性温度についてベンデイングアーム法
により粘性曲線を測定し、10¹⁰ポイズおよび10¹³
ポイズの温度を求め、表２の各実施例に示す数値
を得た。なお確認の意味で歪点をリリー法で、ま
た軟化点をリトルトン法を用いて測定し、ガラス
の軟化点と歪点との温度差は大体220〜60℃の範
囲にあるものであつた。失透性については、所定
の温度で２時間保持してから後急冷し、結晶の有
無を顕微鏡で調べ、失透温度が1040℃以下であ
り、問題ないものであつた。前記大きさと厚みのガラス板を630℃に加熱し
た後、熱伝達係数60Kcal／m²．hr.℃のエアで２
秒間吹き付け、２秒間吹き付けを中止する周期で
断続的に冷却することによつて破壊強度調査用試
料とした。この得られた５試料について、生板ガラスと破
壊強度を対比したところ破壊強度比の平均値が
1.6〜2.2倍となつた。この結果を示すとそれぞれ
表２に示すとおりである。比較例１〜６ガラス板およびその粘性温度、失透性、耐候性
等については実施例と同様に実施し、その結果は
実施例と同様に表１および表２に示すとおりであ
る。

【表】

〔発明の効果〕

前述した本発明の実施例と比較例からも明らか
なように、本発明によれば、特殊な成分を添加す
ることなくSiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Na₂Ｏ、
K₂Ｏを大部分の成分としたガラス成分組成物と
して所定の強化度を得ることができるとともに、
従来の製造条件をほとんど変更することなく、し
かも得られたガラスの耐候性も優れたものとなる
ものである。以上のように、本発明はこれまで難しいとされ
ていた生板ガラスの破壊強度を1.5〜2.5倍程度に
高めるのに適したガラス組成物を提供することが
でき、しかして通常の強化ガラスのように細粒破
片となる破砕の仕方をするようなことがない所定
の強化度をもつたガラスをより安全性の高い建築
用窓ガラス等として提供できるものであり、熱線
吸収あるいは反射ガラス板をはじめ種々のガラス
板物品のほか、他のガラス物品等にも適用できる
ものである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量百分率で、下記酸化物であり、 SiO₂ 72.7〜74.2％ Al₂O₃ 1.6〜3.0％ CaO 6.5〜8.5％ MgO 2.0〜4.0％ Na₂Ｏ 10.5〜13.0％ K₂Ｏ 0.5〜3.0％これら成分の総和が97％以上であつて、かつ SiO₂＋Al₂O₃ 74.7〜76.7％ CaO＋MgO 9.0〜12.0％ Na₂Ｏ＋K₂Ｏ 12.0〜14.5％であるとともに、10¹⁰ポイズになる粘性温度が
635〜665℃ならびに10¹³ポイズになる粘性温度が
545〜565℃であり、かつ両者の温度差が95〜103
℃になることを特徴とする改良されたガラス組成
物。