JPH05501847A - ガラス板の調節冷却 - 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】 挟屯光互 この発明は、ガラス板の強化に関する。

余里Ω背景 ガラス稜は、割れ抵抗を備えるように強化される。この強化は、通常最低約５９ ０℃であるが、好ましくは６００乃至６２０℃、或いはガラス板が柔らかくなり すぎて形状を制御できない又は柔らかすぎて容易に傷が付く、はど高（ない強化 温度までガラス板を加熱することによって行われる。次いで、加熱したガラス板 を急冷して、ガラス表面とガラス中心の間に熱勾配を形成する。この熱勾配は実 質的に永久歪みがある歪み点以下、すなわち通常約５２０℃以下までの冷却中、 維持され、かつ応力を除去する時間を必要とする。ガラス板全体を周囲温度まで 最終的に冷却すると、ガラス表面は圧縮状態であり、中心は引張状態である。表 面圧縮状態は、強化ガラス板を割れに強くする。というのは、はとんどの破砕は ガラス表面の引張りで生じ、従って、割れが起こる前に表面で最初に圧縮応力を 克服しなければならないからである。

在来の強化ガラス板は割れるとき、長い破片に割れるのではなく鈍く比較的危険 のない多くの小さい破片になった。最近、割れ抵抗を有し、並びに、多くの破片 ではなく大きい破片に割れる徐冷したガラスで行われるように割れた後周囲フレ ームに保持される能力を有するガラス板の要求が建設業界にあった。割れ抵抗が 有りかつ小さい破片に割れないかかるガラス板は、自動車の風防にも望ましい。

というのは、割れた風防により依然として道路を見ることができ、風防を取り替 える前に自動車を運転できるからて約２．０前後で一定していると考えられてい たが、２．６の値が空気強化で実験的に得られた。しかし、ガラスを通常の強化 温度よりも相当高（加熱する必要がある。又、表面圧縮と中心引張りは、かかる 高い比率について両方とも高く、従ってこのガラスは中心の高い引張りにより割 れる時にさいの目になる。従って、表面圧縮と中心引張りを個々に制御すること なく、表面圧縮と中心引張りの高い比率でガラスを強化するだけでは、これらの 応力を個々に制御するときより値が小さい。

発明の開示 本発明の目的は、ガラス板の改良された強化方法と、在来の強化では達成できな い表面圧縮と中心引張りを有する強化ガラス板を提供することにある。

上記目的を達成するために、改良された方法は、強化温度まで加熱されたガラス 板の強化を行い、この方法は、最初に、加熱されたガラス板を第１冷却ステーシ ヨンの中を搬送してガラス板の両面を一定時間、第１の熱伝達速度で冷却して、 ガラス板の中心を歪み点以下に冷却することなく表面を歪み点以下に冷却する。

その後、ガラス板を第２冷却ステーシヨンの中を搬送して、ガラス板の両面を第 １の熱伝達速度より小さい第２の熱伝達速度で冷却して、ガラス板の中心を歪み 点以下に冷却し、かつ又表面を更に冷却する。かかる調節冷却によって、周囲温 度まで冷却された　′ときのガラス板が、一様な冷却速度の在来の強化では達成 し得ない表面圧縮と中心引張りを有する。第１の熱伝達速度から第２のより小さ い熱伝達速度への急速な変化は、詳細な説明に記載されるように第１冷却ステー シヨンと第２冷却ステーシヨンの間のガラス板の搬送によって達成される。

好ましい実施例では、第２冷却ステーシヨンでの第２熱伝達速度は、最初、表面 温度が、引き続いて冷却するに先立って歪み点以下に実質的に上昇することなく 上昇するような大きさのものである。

第１の熱伝達速度とその一定時間及び第２の熱伝達速度は、加熱されたガラス板 の厚さとその強化温度に関して、選択されるのか好ましく、破砕時にガラス板の ダイシング（さいの目になること）を防ぐように、又大きい中心引張りを有する 在来の強化ガラス板について硫化ニッケル含有物により生ずるような冷却したガ ラス板の自然破砕を防ぐように、中心引張りを十分に小さくする。

本発明は又、この調節冷却方法によって加熱され冷却されるように搬送されて、 その結果生ずる応カバターンを形成するガラス板を意図する。

本発明の目的、特徴、及び利点は、図面と関連して説明する如き、発明を実施す るための最良の実施例の以下の詳細な説明から容易に明らかである。

置皿２固里μ説囚 第１図は、強化ガラス板を製造する本発明の方法を実施するためのガラス板強化 装置の概略図である。

第２図は、この方法の各工程を示す線図である。

第３図は、ガラス板を強化する調節冷却の際、第１段階の冷却速度が第２段階よ りも大きい、強化中の熱伝達速度を示すグラフである。

第４図は、第３図に示す初期の大きい冷却速度と引き続く小さい冷却速度を有す る調節冷却から生ずる応力を示すために、強化ガラス板の厚さに応力を重ね合わ せたグラフである。

第５図は、実線の曲線が、初期に大きい速度でかつ引き続いてを示し、仮想線の 曲線が、在来の強化による一様な速度の冷却による中心温度を表す、グラフであ る。

発明を実施する最適実施例 図面の第１図を参照すると、概略的に示したガラス板強化装置を全体的に１０で 示す。この装置ＩＯは、炉１２並びに工場の床１６に互いに隣接して設けられた 第１冷却ステーシヨン１４及び第２冷却ステーション１５を有する。この装置の 類ローラコンベア１８及び冷却ローラコンベア１９は各々ロール２０を有し、こ のロールは、米国特許第３．８０６．３１２号、第３．９３４．９７０号、第３ ，９４７、２４２号及び第３．９９４．７１１号の教示によるホイール２２に掛 けられた関連した連続駆動ループ２Ｉとの摩擦によって回転駆動され、図示のよ うにガラス板Ｇを炉１２と冷却ステーション１４及び１５の中を左から右に向か って搬送する。炉１２内で、搬送されたガラス板Ｇは周囲温度から強化温度まで 加熱される。この強化温度は、通常少なくとも５９０℃でなければならず、６０ ０℃以上が好ましく、６２０℃から６３０℃の範囲或いはガラス板に容易に傷が 付く又は柔らか過ぎてその形状を維持できない、程の高温でない温度が最も好ま しい。その後、加熱されたガラス板は、炉コンベア１８からノズルを有する上下 のブラストヘッド２３の間を第１冷却ステーシヨン１４の中を冷却コンベア１９ に搬送される。このノズルには、圧縮ガスが供給源２４から導管２５を通して供 給され、この導管は適当な制御器２８からの結線２７によって作動される弁２６ で制御される。この制御器２８は又、炉コンベア１８及び冷却コンベア１９への 結線２９を有し、炉１２から第１冷却ステーシヨン１４への割出し中の搬送を調 整し、又かかる割出しの前後に２つのコンベアの独立した作動を可能にする。

第１冷却ステーシヨン１４への割出し及びこのステーションの中を搬送中、ブラ ストヘッド２３に供給される圧縮ガスは、以下に詳細に説明するように、第■段 階の冷却中、スィーブ（ｓｗｅｅｐ）形運動でガラス板の上面及び下面に冷却ガ スを供給する。第２冷却ステーシヨン１５は、ノズルを有する上下のブラストヘ ッド３０を有し、このノズルには、低圧の加圧冷却ガスがブロア３Ｉから導管３ ２を通して供給され、この導管は制御器２８への結線３４によって作動される弁 ３３で制御される。

本発明のガラス板の強化は、第２図の線図に示す工程によって行われる。ここで 強化サイクルは上述したように類１２内で行われる最初の加熱工程４２で始まる 。強化を行うことができるように、カラス板を強化温度まで加熱した後、次いて ガラス板を最初に第１冷却ステーシヨン１４の中を搬送して第１段階の冷却４４ を行い、その後第１冷却ステーシヨン１４から第２冷却ステーシヨン１５に迅速 に搬送して第２段階の冷却４６へ急速に切り換える。第１段階の冷却４４中、搬 送されたカラス板の両面は、一定の時間、すなわち厚さ約３ｍｍの薄いガラスに ついて約１秒から３秒、厚いガラスについて約３−１０秒程、第１の熱伝達速度 で冷却され、ガラス板の中心を歪み点以下に冷却することなく、表面を歪み点以 下に冷却する。かくして、第１段階の冷却４４の完了後、カラス板の表面は硬化 されて応力の維持に関して本質的に弾性体として作用するか、歪み点以下の高温 のガラス中心は、応力除去に関して依然として本質的に粘性流体として作用し、 冷却の差によって生する、表面と中心との温度勾配による応力を除去する。その 後、搬送によってほとんど瞬間的に起こる急速な移行４５の後、搬送されたガラ ス板の両面を、第１熱伝達速度よりも小さい第２の熱伝達速度で第２段階４６中 、冷却し、ガラス板の表面を対応して冷却することなくガラス板の中心を冷却す る。その後、第２段階の冷却４６で中心及び表面を更に冷却する。この第２段階 の冷却４６中、冷却コンベアＩ９でガラス板を必要な冷却時間、第２冷却ステー シヨン１５内を前後に往復させるのが良い。その後、最終冷却工程４８で周囲温 度までガラス板の冷却を行い、それによってガラス板は一様な冷却速度の在来の 強化では達成し得ない表面圧縮と中心引張りを有する。この最終冷却工程４８を 、冷却ステーション１５の下流のアフタークーラによって、或いは周囲空気の自 然対流によって行うのが良い。

調節冷却の調節は、冷却４４の大きい第１速度、冷却４６の第２速度、及び第１ 速度の冷却時間を変化させることによって行われる。この最後の時間は、第１冷 却ステーシヨンの搬送速度とブラストヘッド２３の長さとによって制御される。

かかる調整により、一様な速度の冷却から生ずる仮想線の応力曲線５６と比較し て示された実線の応力曲線５４で第４図に示すように、ガラス表面５０の圧縮と ガラス中心５２の引張りを形成する調節冷却を可能にする。調節冷却から生ずる 応力曲線５４は、在来の冷却での応力と同し大きさの表面圧縮を有するが、中心 は小さい引張りを有し、強化温度から歪み点以下まで表面と中心の両方を冷却す る一様な速度の在来の冷却での場合よりも破砕時に小さい破片に割れる傾向が少 ないことに気付くだろう。又、歪のない中立面が在来冷却によるよりもそれぞれ に隣接した表面に近いことに気付くだろう。

中心引張りを約３５　Ｍ　Ｐ　ａ　（ＭｅｇａＰａｓｃａｌ　）以下に維持する ことが厚さ３ｍｍのガラスのダイシングを防ぎ、かつその厚さのガラスの硫化ニ ッケル含有物から生ずるような自然割れを防ぐと信じられる。又、ダイシングや 自然割れを防ぐために、中心引張りを厚さ３ｍｍのガラス板について約３０ＭＰ ａかそれ以下に維持するとき、より良い結果か得られると信しられる。厚さ６ｍ ｍのガラスについて、ダイシングや自然割れを防ぐために、中心引張りを約３０ ＭＰａ以下に維持するのが好ましく、２５ＭＰａ以下に維持するのが最も好まし い。従って、中心引張りは厚いガラスについてより小さくなければならない。又 、任意の所定の中心引張りについて、調節冷却によって、一様な冷却速度を用い る在来の冷却で得られるよりも大きい表面圧縮を得ることができる。

第５図に示すように、第１段階の冷却４４中のガラス板の表面温度５０は、約６ ３０°Ｃに示された強化温度から急速に低下する。

この表面温度の急速低下は、冷却速度を急速に低下させる第２段階の冷却４６へ の移行４５まで続行する。この移行は第１冷却ステーシヨン１４から第２冷却ス テーシヨン１５へのガラス板の搬送から生ずる切換機能によって可能になる。理 想状態では、表面は第１段階の冷却によって歪み点のすぐ下すなわち歪み点のわ ずか下まで冷却され、かつ中心が冷却し続ける第２段階の冷却の初めの部分の間 その温度に維持される。中心を付随して冷却することなく表面を冷却することで 、表面圧縮に対する最終の中心引張りを減する。しかし、かかる理想の工程は容 易に行うことが出来ない。むしろ、実際には第１段階の冷却で表面を歪み点より わずか下に、すなわち図示のように約２０℃低く冷却し、その後、第２の熱伝達 速度を、中心が冷却を続は同時に表面温度が短時間の間、点５８から上昇するよ うな大きさのものにする。この間の表面温度の上昇は歪み点５９以上に実質的に 戻ることなく続行し、これによってガラス表面はその応力を除去せず、従ってガ ラス板に引き起こされていた強化を失う。この間の表面温度が上昇して点６０ま で戻ると、表面温度は再び低下し始めるが、仮想線曲線６２て示す一様な冷却速 度の在来の強化の場合よりも一層緩やかな速度で低下する。第１段階の冷却４４ 中、ガラス板の中心温度５２は低下するが、移行４５に達したとき上述したよう に歪み点以下である表面５０とは違って、中心温度５２は依然として歪み点５９ 以上である。低い熱伝達速度の第２段階の冷却４６中、ガラス板の中心５２は冷 却し続けるが、仮想線曲線６６で示す一様な冷却速度の在来の強化での場合より も曲線６４で示すように遅い速度を有する。

上述したように、調節冷却形のガラス板を製造する本発明で行われる調節冷却は 、表面圧縮と中心引張りが所望の結果を得るように互いに独立して調整できる方 法において、先行技術と相違する。すてに述へたように、強化温度から歪み点以 下までの表面の冷却は、第１冷却速度からより小さい第２冷却速度への移行が起 こるとき、中心が依然歪み点以下である状態で起こらなければならない。最終応 力分布に影響するパラメータは、第１冷却速度及び第２冷却速度の大きさ、第１ 冷却に先行するガラスの温度、第１冷却ステーシヨンの搬送速度と長さによって 制御される最初の冷却の時間、ガラスの厚さ、及び化学的性質が歪み点の範囲及 びガラス板の厚さを通る熱伝達に影響する限りでガラスの形式、である。

３０ｃｍＸ３０ｃ＋ｎ、厚さ６■のガラス見本を６４０℃と６２５°Ｃまで加熱 して行った試験において、第１段階の強化を１秒と３．５秒の間で行い、最良の 結果を約２秒で得た。１００乃至１３５×ＩＯ−ｃａｌ／ａｍ”−５ｅｃ−’Ｃ の第１段階の冷却速度を６４０℃の厚さ６エのガラスについて使用し、８０乃至 １００　ｘ　１０−”ｃａｌ／ｃｍ’−５ｅｃ−℃の冷却速度を６２５℃の厚さ ６ＩＩｆｆｌのガラスについて使用した。

約１４　ｘ　ｌ　Ｏ−’ｃａｌ／ｃｍ”−５ｅｃ−’Ｃの第２段階の冷却速度を ６４０℃の厚さ６Ｍのガラスについて使用し、約１５　ｘ　ｌ　Ｏ−’ｃａｌ／ Ｃｍ”−ｓｅｃ−℃の第２段階の冷却速度を６２５℃の厚さ６閲のガラスについ て使用した。

３０ｃｍＸ３０ａｎ、厚さ３＋ｎｍのガラス見本を６４０℃まで加熱して行った 試験において、１２０　ｘ　１０−’ｃａｌ／ｃが一５ｅｅ−’Ｃの第１段階の 冷却速度と３０　Ｘ　１０−’ｃａｌ／ｃｍ２−ｓｅｃ−’Ｃの第２段階の冷却 速度とを使用し、第１段階を１乃至２．５秒続けた。

厚さ６＋ａｍ及び３閣のガラス処理プロセスの両方は、約０．２０乃至０．３５ ＭＰＨの圧縮ガスによって行われる第１段階の冷却と、約１乃至１．２５ＫＰａ の加圧されたブロアガスによって行われる第２段階の冷却とを有していた。

本発明を実施する最良の実施例を詳細に説明したが、当業者は以下の請求の範囲 に記述される発明を実施する種々の別の設計及び実施例を認識するであろう。

時間（秒） 平成　年　月　日

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．強化温度まで加熱されたガラス板を強化する方法であって、最初に、加熱さ れたガラス板を第１冷却ステーションの中を搬送してガラス板の両面を第１の熱 伝達速度で一定時間冷却して、ガラス板の中心を歪み点以下に冷却することなく 表面を歪み点以下に冷却し、 その後、ガラス板を第２冷却ステーションの中を搬送して、ガラス板の両面を第 １速度より小さい第２の熱伝達速度で冷却して、ガラス板の中心を歪み点以下に 冷却しかつ表面を更に冷却し、これにより周囲温度まで最終冷却したときのガラ ス板が、一様な冷却速度の在来の強化では達成し得ない、表面圧縮と中心引張り を有する、 ことからなるガラス板の強化方法。
2. ２．第２冷却ステーションの第２冷却速度は、最初、表面温度が引き続いて冷却 するに先立って実質的に歪み点以上に上昇することなく上昇するような大きさの ものである、請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．第１の熱伝達速度とその一定時間及び第２の熱伝達速度は、加熱されたガラ ス板の厚さとその温度に関して選択され、破砕時にガラス板のダイシングを防ぐ 程小さい中心引張りを形成する、請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。
4. ４．第１の熱伝達速度とその一定時間及び第２の熱伝達速度は、加熱されたガラ ス板の厚さとその温度に関して選択され、冷却したガラス板の自然破砕を防ぐよ うに中心引張りを十分小さくする、請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。
5. ５．ガラス板を強化温度まで加熱し、 引き続き、ガラス板の両面を第１の熱伝達速度で一定時間冷却して、ガラス板の 中心を歪み点以下に冷却することなく表面を歪み点以下に冷却し、 その後、ガラス板の両面を第１速度より小さい第２の熱伝達速度で冷却して、ガ ラス板の中心を歪み点以下に冷却しかつ表面を更に冷却し、第２の熱伝達速度は 最初、引き続いて冷却するに先立って実質的に歪み点以上に戻ることなく表面温 度が上昇するような大きさのものであり、これにより、周囲温度まで最終冷却さ れたときのガラス板が、一様な冷却速度の在来の強化では達成し得ない表面圧縮 と中心引張りとを有する、ことにより形成された表面圧縮と中央引張りとを有す る強化ガラス板。