JP7136100B2 - tempered glass - Google Patents
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Description
本発明は、強化ガラスに関する。より具体的には、建築物の窓用ガラスとして用いられる強化ガラスに関する。 The present invention relates to tempered glass. More specifically, it relates to tempered glass used as window glass for buildings.
特許文献1に示されているように、地震や台風や竜巻などの自然災害の発生時の安全(破損ガラスの落下防止)のために普通のガラス窓を強化ガラスに代える動きがある。しかしながら、強化ガラスを窓として使うと、ガラスの内部の引張応力が強いため、割れた際にガラスが粉々になって落下する危険がある。このため、強化ガラス窓を合わせガラス窓に変更して落下を防止することが行われるが、合わせガラスの場合は、ガラスの厚みが大きくなって既存のサッシに入らなくなり、窓ガラスのみの交換ではなく、どうしてもサッシごと取り換える必要がある。 As shown in Patent Document 1, there is a movement to replace ordinary glass windows with tempered glass for safety (preventing broken glass from falling) in the event of natural disasters such as earthquakes, typhoons, and tornadoes. However, when tempered glass is used as a window, the tensile stress inside the glass is strong, so there is a danger that the glass will shatter and fall when it breaks. For this reason, tempered glass windows are replaced with laminated glass windows to prevent them from falling, but in the case of laminated glass, the thickness of the glass is too large to fit in the existing sash, so it is not possible to replace the window glass alone. There is no need to replace the entire sash.
図1は、破砕片が多いガラスの一例を示した図であり、図2は、破砕片が少ないガラスの一例を示した図である。図1、2の比較から明らかなように、割れた際に破砕片が少ないガラスとすることによっても、破砕片が大きく、サッシにガラスが支えられるため、破損ガラスの落下防止は可能である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of glass with many broken pieces, and FIG. 2 is a diagram showing an example of glass with few broken pieces. As is clear from the comparison of FIGS. 1 and 2, even if the glass is made of glass that produces few fragments when broken, the fragments are large and the glass is supported by the sash, so that broken glass can be prevented from falling.
本発明は、従来技術の問題点を解決するため、表面に圧縮応力があるため強度は強いが、割れた際に破砕片が少ない強化ガラスの提供を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a tempered glass that has high strength due to its surface having compressive stress, but that produces few fragments when broken.
本発明は、上記の目的を達成するため、ミラー定数Aが2.2MPa・m0.5以上、表面圧縮応力(CS)が10MPa以上、板厚tが1.2mm以上50mm以下の強化ガラスを提供する。In order to achieve the above object, the present invention provides tempered glass having a mirror constant A of 2.2 MPa·m 0.5 or more, a surface compressive stress (CS) of 10 MPa or more, and a plate thickness t of 1.2 mm or more and 50 mm or less. .
本発明の強化ガラスは、風圧や衝撃物に対して強く、万が一割れた際に破砕片が少ないため、建築物の窓用ガラスとして好適である。 The tempered glass of the present invention is highly resistant to wind pressure and impact objects, and if broken, produces few fragments, and is therefore suitable as window glass for buildings.
以下、本発明の強化ガラスの実施形態について説明する。
なお、本発明の強化ガラスの強化処理方法は特に限定されず、風冷強化処理を施した風冷強化ガラスであっても、化学強化処理を施した化学強化ガラスであってもよい。
但し、建築物の窓用ガラスとして用いる場合、強化処理が行いやすいガラスのサイズ、及びコスト面を考慮すると、風冷強化ガラスであることが好ましい。Hereinafter, embodiments of the tempered glass of the present invention will be described.
The method for tempering the tempered glass of the present invention is not particularly limited, and the tempered glass may be air-cooled tempered glass or chemically tempered glass.
However, when it is used as window glass for buildings, it is preferable to use air-cooled tempered glass in consideration of the size of the glass, which can be easily tempered, and the cost.
ガラスが割れた際、その破断面の形状は応力の大きさによって異なることが知られている。内部に残留応力のないガラス、すなわち、強化処理を施していないガラスが、一様な引張応力によって破壊した場合の破壊起点周辺の割れ方を、図3に模式的に示す。
図3中、黒丸で示す破壊起点の周辺には、ミラー(mirror)面と呼ばれる平滑面が生じる。また、その周囲にはミスト(mist)と呼ばれるややざらざらした境界面が生じ、その先にはハックル(hackle)と呼ばれる粗い面が生じる。図3において、黒丸で示す破壊起点からミラー(mirror)面と、ミスト(mist)面と、の境界までの距離をR(単位:m)とし、破壊を生じさせた応力をσ(単位:MPa)とすると、σはRの平方根の逆数に比例することが知られており、その比例定数がミラー定数A(単位:MPa・m0.5)である。すなわち、下記式に示す関係になる。
σ=A/R1/2
ミラー定数Aは、破壊時の応力σと、破壊起点から、ミラー面とミストとの界面までの距離Rを測定することで、実験的に求められる。It is known that when glass breaks, the shape of the fracture surface varies depending on the magnitude of the stress. FIG. 3 schematically shows how glass with no residual stress inside, that is, glass that has not been tempered is broken by a uniform tensile stress.
In FIG. 3, a smooth surface called a mirror surface is generated around the starting point of fracture indicated by a black circle. In addition, a slightly rough boundary surface called mist is generated around it, and a rough surface called hackle is generated beyond it. In FIG. 3, the distance from the fracture starting point indicated by the black circle to the boundary between the mirror surface and the mist surface is R (unit: m), and the stress that caused the fracture is σ (unit: MPa ), it is known that σ is proportional to the reciprocal of the square root of R, and the constant of proportionality is Miller's constant A (unit: MPa·m 0.5 ). That is, the relationship shown in the following formula is obtained.
σ = A/R 1/2
The Miller constant A can be obtained experimentally by measuring the stress σ at breakage and the distance R from the breakage starting point to the interface between the mirror surface and the mist.
また、ミラー定数Aが大きいガラスは、割れたときの破片数が少ない。強化ガラスの割れ方は、強化処理前のガラスの特性に依存する。そのため、強化処理前のミラー定数Aが大きいガラスに強化処理を施したガラス(強化ガラス)は、破壊した場合であっても破片数が少ないので、破片が飛び散りにくく、安全性が高い。
なお、ミラー定数Aは、強化処理の前後で変化しないため、以下、本明細書では、強化処理前のガラスについて求めたミラー定数Aを、強化処理を施したガラス(強化ガラス)のミラー定数Aとする。Also, glass with a large Miller constant A has a small number of fragments when broken. How tempered glass breaks depends on the properties of the glass before tempering. Therefore, glass (tempered glass) obtained by tempering glass having a large Miller constant A before tempering treatment has a small number of fragments even when broken, so the fragments are less likely to scatter and are highly safe.
Since the mirror constant A does not change before and after the tempering process, hereinafter, the mirror constant A obtained for the glass before the tempering process is replaced by the mirror constant A for the tempered glass (tempered glass). and
本発明の強化ガラスは、ミラー定数Aが2.2MPa・m0.5以上である。これにより、割れたときの破片数が少なくなる。そのため、破壊した場合も破片が飛び散りにくく、安全性が高い。
本発明の強化ガラスは、ミラー定数Aが2.3MPa・m0.5以上であることが好ましく、2.35MPa・m0.5以上であることがより好ましく、2.4MPa・m0.5以上であることがさらに好ましく、2.45MPa・m0.5以上であることが特に好ましく、2.5MPa・m0.5以上であることが最も好ましい。ミラー定数Aの上限は特に限定されないが、ガラス構造を保つために5MPa・m0.5以下が好ましい。The tempered glass of the present invention has a Miller constant A of 2.2 MPa·m 0.5 or more. This reduces the number of fragments when broken. Therefore, even if it is destroyed, the fragments are less likely to scatter and the safety is high.
The tempered glass of the present invention preferably has a Miller constant A of 2.3 MPa·m 0.5 or more, more preferably 2.35 MPa·m 0.5 or more, and further preferably 2.4 MPa·m 0.5 or more. It is preferably 2.45 MPa·m 0.5 or more, particularly preferably 2.5 MPa·m 0.5 or more, most preferably 2.5 MPa·m 0.5 or more. Although the upper limit of the Miller constant A is not particularly limited, it is preferably 5 MPa·m 0.5 or less in order to maintain the glass structure.
本発明の強化ガラスは、上述した特性により、表面圧縮応力CS及び/あるいは圧縮応力層の深さDOLを高めることができる。
強度を高くするために表面圧縮応力CS及び/あるいは圧縮応力層の深さDOLを大きくすると、内部引張応力CTが大きくなるために、ガラスが割れた時の破砕片の密度が多くなり危険性が増すといわれていた。
ここで、特許文献1は強化ガラスの内部引張応力の許容限界を示す式(1)を開示し、下記CT’を低い値に調節することで化学強化ガラスの強度を大きくしても破砕片密度が小さく、破片の飛散が少ない化学強化ガラスが得られるとしていた。特許文献1に記載されるように内部引張応力CT’はCSおよびDOL’の値を使用し、下記式(2)の関係を有する。
CT’≦-38.7×ln(t)+48.2 (1)
CS×DOL’=(t-2×DOL’)×CT’ (2)
式(2)は式(3)のように書き換えてもよい。
CT’= CS×DOL’/(t-2×DOL’) (3)
ここで、DOL’はイオン交換層の深さに相当する。
DOLとDOL’は多くの場合一致するが、イオン交換後の熱履歴によっては値が異なる場合もある。本発明の強化ガラスは、割れたときの破砕片密度が少ないため、式(1)で表されるCT’の最大値を超える強化処理を施すことができる。CT’はCS、DOL’と式(2)の関係を有するため、CT’が上がると、CS、DOL’のいずれかを大きくすることができ、強度が上がる。CSが大きい強化ガラスは、表面に傷が生じても、表面圧縮応力によって傷が狭くなる効果があるために割れにくい。また、ガラス板を曲げた時に曲面の外側にかかる引張応力が表面圧縮応力によって相殺されるので、曲げた時にも割れにくい。DOLが大きければ、飛来物の衝突に対する耐性強度を上げることができる。The tempered glass of the present invention can increase the surface compressive stress CS and/or the depth DOL of the compressive stress layer due to the properties described above.
If the surface compressive stress CS and/or the depth DOL of the compressive stress layer are increased in order to increase the strength, the internal tensile stress CT increases, and the density of the fragments when the glass breaks increases, increasing the danger. said to increase.
Here, Patent Document 1 discloses a formula (1) that indicates the allowable limit of the internal tensile stress of tempered glass, and by adjusting the following CT' to a low value, even if the strength of the chemically strengthened glass is increased, the crushed fragment density It was said that chemically strengthened glass with small cracks and little scattering of fragments can be obtained. As described in Patent Document 1, the internal tensile stress CT' uses the values of CS and DOL' and has the relationship of the following formula (2).
CT′≦−38.7×ln(t)+48.2 (1)
CS×DOL′=(t−2×DOL′)×CT′ (2)
Equation (2) may be rewritten as Equation (3).
CT' = CS x DOL'/(t-2 x DOL') (3)
Here, DOL' corresponds to the depth of the ion exchange layer.
DOL and DOL' often match, but the values may differ depending on the thermal history after ion exchange. Since the tempered glass of the present invention has a low fragment density when broken, it can be tempered to exceed the maximum value of CT' represented by formula (1). Since CT' has the relationship of expression (2) with CS and DOL', when CT' increases, either CS or DOL' can be increased, and the intensity increases. Tempered glass with a large CS is less likely to break even if the surface is scratched because the surface compressive stress narrows the scratch. In addition, when the glass plate is bent, the tensile stress applied to the outside of the curved surface is canceled by the surface compressive stress, so the glass plate is less likely to break when bent. If the DOL is large, the strength of resistance to collision with flying objects can be increased.
本発明の強化ガラスは、上述した理由により表面圧縮応力(CS)を10MPa以上にすることができる。本発明の強化ガラスは、表面圧縮応力(CS)が15MPa以上であることが好ましく、50MPa以上であることがより好ましく、60MPa以上であることがより好ましく、70MPa以上であることがより好ましく、80MPa以上であることがさらに好ましく、90MPa以上であることが特に好ましく、100MPa以上であることが最も好ましい。表面圧縮応力(CS)の上限は特に限定されないが、過剰な圧縮により、微小クラック周辺で局所的な引張応力が生じ、全体の破壊につながることが知られているため2500MPa以下が好ましい。
本発明の強化ガラスは、表面圧縮応力(CS)とミラー定数Aとの積(CS×A)が22(MPa)2・m0.5以上であることが好ましく、50(MPa)2・m0.5以上であることがより好ましく、100(MPa)2・m0.5以上であることがさらに好ましく、150(MPa)2・m0.5以上であることがより好ましく、200(MPa)2・m0.5以上であることが特に好ましい。The tempered glass of the present invention can have a surface compressive stress (CS) of 10 MPa or more for the reasons described above. The tempered glass of the present invention preferably has a surface compressive stress (CS) of 15 MPa or more, more preferably 50 MPa or more, more preferably 60 MPa or more, more preferably 70 MPa or more, and 80 MPa. It is more preferably 90 MPa or more, particularly preferably 90 MPa or more, and most preferably 100 MPa or more. The upper limit of the surface compressive stress (CS) is not particularly limited, but it is known that excessive compression causes local tensile stress around microcracks and leads to overall fracture, so 2500 MPa or less is preferable.
In the tempered glass of the present invention, the product (CS×A) of surface compressive stress (CS) and Miller constant A is preferably 22 (MPa) 2 ·m 0.5 or more, and 50 (MPa) 2 ·m 0.5 or more. more preferably 100 (MPa) 2 ·m 0.5 or more, more preferably 150 (MPa) 2 ·m 0.5 or more, and 200 (MPa) 2 ·m 0.5 or more is particularly preferred.
本発明の強化ガラスは、建築物の窓用ガラスとして用いられるため、板厚tが1.2mm以上50mm以下である。板厚tが1.2mm以上であれば、表面と内部の温度差がつきやすく物理強化処理(風冷強化処理ともいう。以下同じ)がしやすい。板厚tが50mm以下であれば、ガラス全体の重さが軽くなり窓として使用しやすい。
本発明の強化ガラスは、板厚tが1.3mm以上であることが好ましく、1.5mm以上がより好ましく、1.7mm以上がより好ましく、1.9mm以上がより好ましく、2.0mm以上がさらに好ましく、2.1mm以上が特に好ましく、2.3mm以上が最も好ましい。また、板厚tは45mm以下が好ましく、40mm以下がより好ましく、35mm以下がより好ましく、30mm以下がさらに好ましく、25mm以下が特に好ましく、20mm以下が最も好ましい。Since the tempered glass of the present invention is used as window glass for buildings, the plate thickness t is 1.2 mm or more and 50 mm or less. If the sheet thickness t is 1.2 mm or more, a temperature difference between the surface and the inside is likely to occur, and physical strengthening treatment (also referred to as air-cooling strengthening treatment; the same applies hereinafter) can be easily performed. If the plate thickness t is 50 mm or less, the weight of the glass as a whole is light and it is easy to use as a window.
The tempered glass of the present invention preferably has a plate thickness t of 1.3 mm or more, more preferably 1.5 mm or more, more preferably 1.7 mm or more, more preferably 1.9 mm or more, and 2.0 mm or more. It is more preferably 2.1 mm or more, particularly preferably 2.3 mm or more, and most preferably 2.3 mm or more. The plate thickness t is preferably 45 mm or less, more preferably 40 mm or less, more preferably 35 mm or less, even more preferably 30 mm or less, particularly preferably 25 mm or less, and most preferably 20 mm or less.
強化処理を施していないガラスの物性と、ミラー定数Aとの関連性に着目すると、強化処理を施していないガラスの仮想温度が低いほどミラー定数Aが大きくなる傾向がある。ガラスの破砕は、ガラスの引張応力が最大の部分で進行する。このような引張応力最大の部分とはガラスの板厚t方向の中心部であることから、ガラス全体の破砕の要因となるのはガラスの板厚t方向の中心部のミラー定数である。
なお、本明細書において、ガラスの板厚t方向の中心部とは、以下を意味する。ガラス板の主表面から、もう一方の主表面までの法線方向の距離をtとし、この法線方向をt方向と定義する。主表面からt方向にt/2の位置が、ガラスの板厚t方向の中心部である。通常、ガラスの両表面を同様に強化すると、主表面からt方向にt/2の位置で引張応力が最大になることから、この部分の引張応力の値が破砕の特性を決める重要な値となる。
強化処理を施したガラスの仮想温度、特に板厚t方向の中心部の仮想温度は、強化処理前のガラスの仮想温度の影響を受ける。適切な条件で強化処理を実施すれば、特に板厚t方向の中心部の仮想温度は、強化処理前後で実質的に差が生じない。
本発明の強化ガラスは、ガラスの板厚t方向の中心部の仮想温度が、そのガラスのガラス転移点Tg+60℃以下であることが、ガラスのミラー定数Aを2.2MPa・m0.5以上とするうえで好ましい。
本発明の強化ガラスは、ガラスの板厚t方向の中心部の仮想温度がTg+50℃以下であることがより好ましく、Tg+40℃以下であることがさらに好ましい。
なお、本発明における仮想温度Tfとは、以下に示す、屈折率法によって求められた数値のことをいう。仮想温度Tfは、ガラス断面を研磨し、屈折率nを測定することで測定でき、
Tf=a×n+b (4)
で表すことができる。ここで、a、bはガラス種に固有の定数である。
屈折率法による仮想温度Tfの具体的な求め方は以下の通りである。まず、仮想温度を測定しようとするガラスサンプルからi個(i≧2)の試験片を用意し、それぞれ異なる冷却開始温度に屈折率が平衡状態となるまで保持した後、冷却速度が1000℃/min以上で冷却する。ここで、冷却開始温度がガラス転移温度より低いと、十分に長い保持時間が必要となるので、冷却開始温度はガラス転移温度より10℃~100℃高い温度とすることが好ましい。この条件で冷却されたガラスに対して、特定の波長(例えばHeランプのd線、587.6nm)において屈折率ndを測定する。それぞれの冷却開始温度Tiに対して、その冷却開始温度から急冷したガラスの屈折率ndiをプロットし、線形回帰により式(4)における定数aおよびbを決定し、検量線を作成する。次に、仮想温度Tfを測定したいガラスから切り出し、研磨した試験片の屈折率ndSを測定し、検量線を用いてそのガラスの仮想温度Tfを決定することができる。Focusing on the relationship between the physical properties of unstrengthened glass and the Miller constant A, the Miller constant A tends to increase as the fictive temperature of unstrengthened glass decreases. Fragmentation of glass proceeds at the portion where the tensile stress of the glass is maximum. Since such a portion with the maximum tensile stress is the central portion of the glass in the thickness t direction, it is the Miller constant at the central portion of the glass in the thickness t direction that causes the breakage of the entire glass.
In addition, in this specification, the center part of the plate|board thickness t direction of glass means the following. Let t be the distance in the normal direction from one main surface of the glass plate to the other main surface, and this normal direction is defined as the t direction. The position t/2 in the t direction from the main surface is the central portion of the glass in the thickness t direction. Normally, when both surfaces of the glass are strengthened in the same way, the tensile stress is maximized at the position t/2 in the t direction from the main surface. Become.
The fictive temperature of the tempered glass, especially the fictive temperature of the central portion in the thickness direction t, is affected by the fictive temperature of the glass before tempering. If the tempering treatment is performed under appropriate conditions, the fictive temperature at the central portion in the plate thickness t direction does not substantially differ between before and after the tempering treatment.
In the tempered glass of the present invention, the fictive temperature at the center in the direction of the thickness t of the glass is not higher than the glass transition point Tg + 60 ° C., and the mirror constant A of the glass is not lower than 2.2 MPa·m 0.5 . It is preferable.
The tempered glass of the present invention preferably has a fictive temperature of Tg+50° C. or less at the center in the thickness t direction of the glass, more preferably Tg+40° C. or less.
In addition, the fictive temperature T f in the present invention means a numerical value obtained by the refractive index method shown below. The fictive temperature T f can be measured by polishing the cross section of the glass and measuring the refractive index n.
T f =a×n+b (4)
can be expressed as Here, a and b are constants unique to the type of glass.
A specific method of obtaining the fictive temperature T f by the refractive index method is as follows. First, i (i ≥ 2) test pieces were prepared from the glass sample whose fictive temperature was to be measured, and held at different cooling start temperatures until the refractive index reached an equilibrium state. Cool over min. Here, if the cooling start temperature is lower than the glass transition temperature, a sufficiently long holding time is required. The refractive index nd is measured at a specific wavelength (for example the d -line of He lamp, 587.6 nm) for the glass cooled under these conditions. Plot the refractive index n di of the glass quenched from the cooling start temperature against each cooling start temperature T i , determine the constants a and b in equation (4) by linear regression, and create a calibration curve. Next, the refractive index n dS of a polished specimen cut from the glass whose fictive temperature T f is to be measured can be measured, and the fictive temperature T f of the glass can be determined using a calibration curve.
強化処理前のガラスの仮想温度は以下の手順で調節できる。
強化ガラスを製造する場合、所定の組成のガラス原料を調合し溶解した後、板ガラスに成形する。この成形時の冷却温度プロファイルを調節することにより、ガラスの仮想温度を調節できる。ガラスの仮想温度を低くする場合は、例えば、ガラス転移温度付近で数時間保持した後に冷却したり、ガラス転移点付近(例えば徐冷点から歪点の間の温度)の冷却速度を小さくする、具体的には200℃/min以下とすることで達成することができる。
または、ガラスの仮想温度は、以下の手順で調整することも可能である。
所定の組成のガラス原料を調合し溶解した後、公知の板状ガラスの成形方法(例えばフロート法やフュージョン法、ロールアウト法)にて板ガラスに成形する。成形後、ガラスを所定の冷却開始温度まで昇温し、その温度にて保持する。その後、冷却速度を調整することにより、ガラスの仮想温度を調節できる。ガラスの仮想温度を低くする場合は、冷却開始温度を低くすればよい。この場合、冷却速度は速いほうが仮想温度が冷却開始温度に近い値となるため、好ましい。必要な保持時間は冷却開始温度により異なるが、500/(冷却開始温度-Tg)分以上が好ましく、1000/(冷却開始温度-Tg)分以上がより好ましい。
冷却開始温度は、Tg+100℃以下とすることが好ましい。Tg+100℃以下であれば、短時間の熱処理でも仮想温度を低くしやすいため工程に必要な時間を短縮したり、保持時の変形を抑制したりすることができる。冷却開始温度は、Tg+60℃以下がより好ましく、Tg+30℃以下がさらに好ましく、Tg+20℃以下が特に好ましい。またこの手順で仮想温度を調整する場合、冷却速度は、100℃/min以上とすることが好ましく、200℃/min以上とすることがより好ましく、300℃/min以上とすることがさらに好ましい。The fictive temperature of the glass before tempering can be adjusted by the following procedure.
When manufacturing tempered glass, glass raw materials having a predetermined composition are prepared and melted, and then formed into sheet glass. By adjusting the cooling temperature profile during molding, the fictive temperature of the glass can be adjusted. When the fictive temperature of the glass is lowered, for example, cooling is performed after holding the glass near the glass transition temperature for several hours, or the cooling rate near the glass transition point (for example, the temperature between the annealing point and the strain point) is decreased. Specifically, it can be achieved by setting the temperature to 200° C./min or less.
Alternatively, the fictive temperature of the glass can be adjusted by the following procedure.
After preparing and melting glass raw materials having a predetermined composition, the mixture is formed into plate glass by a known method for forming plate glass (for example, the float method, the fusion method, or the roll-out method). After molding, the glass is heated to a predetermined cooling start temperature and held at that temperature. The fictive temperature of the glass can then be adjusted by adjusting the cooling rate. To lower the fictive temperature of the glass, the cooling start temperature should be lowered. In this case, the faster the cooling rate, the closer the value of the fictive temperature to the cooling start temperature, which is preferable. The required holding time varies depending on the cooling start temperature, but is preferably 500/(cooling start temperature−T g ) minutes or more, more preferably 1000/(cooling start temperature−T g ) minutes or more.
The cooling start temperature is preferably Tg+100° C. or lower. If the temperature is Tg+100° C. or less, the fictive temperature can be easily lowered even with a short-time heat treatment. The cooling start temperature is more preferably Tg+60° C. or lower, still more preferably Tg+30° C. or lower, and particularly preferably Tg+20° C. or lower. When the fictive temperature is adjusted by this procedure, the cooling rate is preferably 100° C./min or higher, more preferably 200° C./min or higher, and even more preferably 300° C./min or higher.
冷却後のガラスに所定の条件で強化処理を施す。風冷強化の場合、Tg+60℃~Tg+110℃にて短時間(例えば、7分以内)加熱炉に入れ、急冷(例えば、500℃/min以上の冷却速度)することにより、板厚t方向の中心部の仮想温度に強化処理の前後で実質的に差が生じない。 After cooling, the glass is tempered under predetermined conditions. In the case of air cooling strengthening, the sheet is placed in a heating furnace at Tg + 60 ° C. to Tg + 110 ° C. for a short time (eg, within 7 minutes) and rapidly cooled (eg, cooling rate of 500 ° C./min or more) to the center of the plate thickness t direction. There is substantially no difference in the fictive temperature of the part before and after the tempering treatment.
上述したように、本発明の強化ガラスは、割れたときの破片数が少ないため、式(1)で表されるCT’の最大値を超える強化処理を施すことができ、CS、DOLを高くすることができる。 As described above, since the tempered glass of the present invention has a small number of fragments when broken, it can be tempered to exceed the maximum value of CT′ represented by formula (1), and CS and DOL can be increased. can do.
本発明の強化ガラスは、板厚t方向中心部の引張応力CTと、ミラー定数Aとの積(CT×A)が11(MPa)2・m0.5以上であることが好ましく、15(MPa)2・m0.5以上であることがより好ましく、20(MPa)2・m0.5以上であることがさらに好ましい。In the tempered glass of the present invention, the product (CT×A) of the tensile stress CT at the central portion in the thickness t direction and the Miller constant A is preferably 11 (MPa) 2 ·m 0.5 or more, and 15 (MPa). It is more preferably 2 ·m 0.5 or more, and even more preferably 20 (MPa) 2 ·m 0.5 or more.
本発明の強化ガラスは、割れたときの破片数が少ないため、内部引張応力CT’の許容限界を超える強化処理を施して、圧縮応力層深さDOLを大きくすることができる。
DOLが大きい強化ガラスは、深い傷が生じた時にも傷の先端が圧縮応力層内に留まることから、破壊しにくい。
本発明の強化ガラスは、板厚をt(単位:mm)としたときに、圧縮応力層深さDOLが(1/10)×tmm以上であることが好ましく、(1/8)×tmm以上であることがより好ましく、(1/7)×tmm以上であることがさらに好ましく、(1/6.5)×tmm以上であることが特に好ましい。但し、DOLは、(1/4)×tmm以下であることが好ましく、(1/4.2)×tmm以下であることがより好ましく、(1/4.5)×tmm以下であることがさらに好ましい。DOLが(1/4)×tmm以下であれば、引張応力が生じる領域が板厚の(1/2)×tmm以下となり、引張応力CTを低くでき、強化ガラスが破損したときに多くの破片が飛び散る危険性が低くなる。Since the tempered glass of the present invention has a small number of fragments when broken, it is possible to increase the compressive stress layer depth DOL by performing a tempering process that exceeds the allowable limit of the internal tensile stress CT'.
Tempered glass with a large DOL is hard to break because even when a deep scratch occurs, the tip of the scratch stays in the compressive stress layer.
The tempered glass of the present invention preferably has a compressive stress layer depth DOL of (1/10) × t mm or more, and (1/8) × t mm or more when the plate thickness is t (unit: mm). is more preferably, (1/7)×t mm or more is more preferable, and (1/6.5)×t mm or more is particularly preferable. However, DOL is preferably (1/4) x tmm or less, more preferably (1/4.2) x tmm or less, and (1/4.5) x tmm or less. More preferred. If the DOL is (1/4) × tmm or less, the area where the tensile stress occurs is (1/2) × tmm or less of the plate thickness, the tensile stress CT can be lowered, and when the tempered glass breaks, many fragments less likely to scatter.
DOLが大きい強化ガラスは、深い傷が生じた時にも傷の先端が圧縮応力層内に留まることから、破壊しにくい。
本発明の強化ガラスは、圧縮応力層深さDOLが0.150mm以上であることが好ましく、0.200mm以上がより好ましく、0.300mm以上がさらに好ましい。但し、圧縮応力層深さDOLは10mm以下が好ましく、8mm以下がより好ましく、6mm以下がより好ましく、5mm以下がさらに好ましく、4.5mm以下が特に好ましく、4mm以下が最も好ましい。Tempered glass with a large DOL is hard to break because even when a deep scratch occurs, the tip of the scratch stays in the compressive stress layer.
The tempered glass of the present invention preferably has a compressive stress layer depth DOL of 0.150 mm or more, more preferably 0.200 mm or more, and even more preferably 0.300 mm or more. However, the compressive stress layer depth DOL is preferably 10 mm or less, more preferably 8 mm or less, more preferably 6 mm or less, even more preferably 5 mm or less, particularly preferably 4.5 mm or less, and most preferably 4 mm or less.
DOL’が大きい強化ガラスは、深い傷が生じた時にも傷の先端が圧縮応力層内に留まることから、破壊しにくい。
本発明の強化ガラスは、圧縮応力層深さDOL’が0.150mm以上であることが好ましく、0.200mm以上がより好ましく、0.300mm以上がさらに好ましい。また、圧縮応力層深さDOL’は10mm以下が好ましく、8mm以下がより好ましく、6mm以下がより好ましく、5mm以下がさらに好ましく、4.5mm以下が特に好ましく、4mm以下が最も好ましい。Tempered glass with a large DOL' is hard to break because even when a deep scratch occurs, the tip of the scratch stays in the compressive stress layer.
The tempered glass of the present invention preferably has a compressive stress layer depth DOL' of 0.150 mm or more, more preferably 0.200 mm or more, and even more preferably 0.300 mm or more. The compressive stress layer depth DOL' is preferably 10 mm or less, more preferably 8 mm or less, more preferably 6 mm or less, even more preferably 5 mm or less, particularly preferably 4.5 mm or less, and most preferably 4 mm or less.
本願出願人は、ガラスのミラー定数Aと、ガラスの物性若しくはガラスの組成との関連性について、以下の知見を得た。 The applicant of the present application has obtained the following findings regarding the relationship between the mirror constant A of glass and the physical properties of glass or the composition of glass.
B2O3を実質的に含有しないガラス組成の場合
(1)ガラスのポアソン比νが高いほど、ガラスのミラー定数Aが小さくなる。そのため、ガラスのポアソン比が低いことが好ましい。具体的には、ガラスのポアソン比νが0.28以下であることが好ましく、0.26以下がより好ましく、0.24以下がさらに好ましい。ガラスのポアソン比νの下限は特に限定されないが、衝撃時の弾性変形範囲がある程度必要なため、0.1以上が好ましい。
ガラスのポアソン比νを低くするために、以下の手段がある。ガラス組成中のネットワークフォーマーとなるSiO2、Al2O3、P2O5含有量の割合を高くすることにより、ガラス中のネットワークが発達し、ガラスがより多くの空隙を持つようになる。この場合、ガラスが圧縮によって収縮する空間を有するため、ポアソン比が低いガラスを得やすい。上記ネットワークフォーマー以外のものでは、MgO、ZrO2などもTgを大きく上昇させることなくネットワーク形成因子として働くため、好適に用いられる。一方で、アルカリ金属酸化物R2OやCaO、SrOなどはネットワークを切断し、ガラスのパッキング密度(ガラスを構成する元素のイオン半径の和のガラス全体の体積に対する割合)を上げてポアソン比を上げる傾向がある。希土類の添加によっても結合数が多くなりポアソン比が上がる傾向があるが、同時にヤング率が高くなるため、ミラー定数Aは増大する傾向がある。ここで、アルカリ金属酸化物R2Oとは、Li2O、Na2O、K2O、Rb2Oの総称である(以下、本明細書において同じ。)。また、B2O3を実質的に含有しないとは、B2O3を不可避的な不純物として混入する場合を除き含有しないことを意味する(以下、本明細書において同じ。)。
(2)ガラスのヤング率Eが高いほど、ガラスのミラー定数Aが大きくなる。ガラスのヤング率を高くするためには、ガラス中のAl2O3含有量を高くすることが効果的である。一般的にガラス中のSiO2含有量が高いと、ガラスのネットワーク構造が比較的強固になり、ガラスのヤング率が高い。ガラス中のSiO2含有量が低い場合は、Al2O3含有量を高くして、切断したネットワーク構造を補修することにより、ヤング率を高めることができる。また、ガラスのアルカリ土類金属酸化物(RO)の含有量を高くすることも、ガラスのヤング率を高めるのに効果的である。また、ガラスにNiO、TiO2、ZrO2、HfO2、ThO2などを含有する場合もガラスのヤング率が上昇する。ここで、アルカリ土類金属酸化物(RO)とは、MgO、CaO、SrO、BaOの総称である(以下、本明細書において同じ。)。
ガラスのミラー定数Aには影響しないが、P2O5は分相や失透種を作りやすいのでガラス中に多量には添加しないことが好ましい。In the case of a glass composition containing substantially no B 2 O 3 (1) The higher the Poisson's ratio ν of the glass, the smaller the mirror constant A of the glass. Therefore, it is preferable that the Poisson's ratio of the glass is low. Specifically, the Poisson's ratio ν of the glass is preferably 0.28 or less, more preferably 0.26 or less, and even more preferably 0.24 or less. The lower limit of the Poisson's ratio ν of the glass is not particularly limited, but is preferably 0.1 or more because a certain range of elastic deformation upon impact is required.
There are the following means for lowering the Poisson's ratio ν of the glass. By increasing the content of SiO 2 , Al 2 O 3 , and P 2 O 5 , which are network formers, in the glass composition, the network in the glass develops and the glass has more voids. . In this case, glass having a low Poisson's ratio can easily be obtained because the glass has a space that shrinks by compression. In addition to the above network formers, MgO, ZrO 2 and the like are preferably used because they work as network forming factors without significantly increasing Tg. On the other hand, alkali metal oxides such as R 2 O, CaO, and SrO cut the network, increase the packing density of the glass (the ratio of the sum of the ionic radii of the elements constituting the glass to the total volume of the glass), and increase the Poisson's ratio. tends to rise. The addition of rare earth elements also tends to increase the number of bonds and raise the Poisson's ratio, but at the same time, the Young's modulus increases, so the Miller constant A tends to increase. Here, the alkali metal oxide R 2 O is a generic term for Li 2 O, Na 2 O, K 2 O and Rb 2 O (hereinafter the same throughout the specification). Further, "substantially free of B 2 O 3 " means that it does not contain B 2 O 3 except when it is mixed as an unavoidable impurity (hereinafter the same in this specification).
(2) The higher the Young's modulus E of the glass, the larger the mirror constant A of the glass. In order to increase the Young's modulus of the glass, it is effective to increase the Al 2 O 3 content in the glass. In general, when the SiO 2 content in the glass is high, the network structure of the glass is relatively strong and the Young's modulus of the glass is high. If the SiO 2 content in the glass is low, the Young's modulus can be increased by increasing the Al 2 O 3 content and repairing the broken network structure. Increasing the content of alkaline earth metal oxides (RO) in the glass is also effective in increasing the Young's modulus of the glass. Also, when the glass contains NiO, TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , ThO 2 or the like, the Young's modulus of the glass increases. Here, the alkaline earth metal oxide (RO) is a generic term for MgO, CaO, SrO and BaO (hereinafter the same throughout the specification).
Although it does not affect the mirror constant A of the glass, P 2 O 5 tends to cause phase separation and devitrification, so it is preferable not to add a large amount to the glass.
上記の知見に基づくガラス組成として、酸化物基準のモル百分率表示で、SiO2を30~85%、Al2O3を0~40%、P2O5を0~10%含有し、かつアルカリ金属酸化物(R2O)を総量で8~40%、アルカリ土類金属酸化物(RO)を総量で0~40%含有し、B2O3を実質的に含有しないものが好ましい。
また、酸化物基準のモル百分率表示で、SiO2を30~85%、Al2O3を0~30%、P2O5を0~10%含有し、かつアルカリ金属酸化物(R2O)を総量で10~40%、アルカリ土類金属酸化物(RO)を総量で0~40%含有し、B2O3を実質的に含有しないものが好ましい。
また、酸化物基準のモル百分率表示で、SiO2を35~55%、Al2O3とSiO2の比(Al2O3/SiO2)が0.3~0.6であり、P2O5を0~5%含有し、かつアルカリ金属酸化物(R2O)を総量で20~40%、アルカリ土類金属酸化物(RO)を総量で0~15%含有し、B2O3を実質的に含有しないものがさらに好ましい。
また、酸化物基準のモル百分率表示で、SiO2を40~50%、Al2O3とSiO2の比(Al2O3/SiO2)が0.5~0.6であり、P2O5を0~1%含有し、かつアルカリ金属酸化物(R2O)を総量で20~30%、アルカリ土類金属酸化物(RO)を総量で5~15%含有し、B2O3を実質的に含有しないものが特に好ましい。
上記のガラス組成とすることにより、ガラスのヤング率Eが68GPa以上、好ましくは70GPa以上、より好ましくは75GPa以上、更に好ましくは80GPa以上となる。なお、ガラスのヤング率の上限は特に限定されないが、一般的には180GPa以下である。
以下、B2O3を実質的に含有しないガラス組成の場合の各成分について説明する。Based on the above knowledge, the glass composition contains 30 to 85% of SiO 2 , 0 to 40% of Al 2 O 3 , 0 to 10% of P 2 O 5 and an alkaline It preferably contains 8 to 40% total metal oxide (R 2 O), 0 to 40% total alkaline earth metal oxide (RO), and substantially no B 2 O 3 .
In addition, it contains 30 to 85% of SiO 2 , 0 to 30% of Al 2 O 3 and 0 to 10% of P 2 O 5 in terms of molar percentages based on oxides, and an alkali metal oxide (R 2 O ) in a total amount of 10 to 40%, an alkaline earth metal oxide (RO) in a total amount of 0 to 40%, and substantially free of B 2 O 3 .
In addition, SiO 2 is 35 to 55%, the ratio of Al 2 O 3 to SiO 2 (Al 2 O 3 /SiO 2 ) is 0.3 to 0.6, and P 2 is expressed as a molar percentage based on oxides. 0 to 5% O 5 , 20 to 40% total alkali metal oxide (R 2 O), 0 to 15% total alkaline earth metal oxide (RO), B 2 O Those substantially free of 3 are more preferred.
In addition, SiO 2 is 40 to 50%, the ratio of Al 2 O 3 to SiO 2 (Al 2 O 3 /SiO 2 ) is 0.5 to 0.6, and P 2 is expressed as a molar percentage based on oxides. 0-1% O 5 , 20-30% total alkali metal oxide (R 2 O), 5-15% total alkaline earth metal oxide (RO), B 2 O Those substantially free of 3 are particularly preferred.
With the above glass composition, the Young's modulus E of the glass is 68 GPa or higher, preferably 70 GPa or higher, more preferably 75 GPa or higher, and still more preferably 80 GPa or higher. Although the upper limit of Young's modulus of glass is not particularly limited, it is generally 180 GPa or less.
Each component in the case of a glass composition substantially free of B 2 O 3 will be described below.
SiO2はガラスの主要成分である。
SiO2の含有量が30%以上であれば、耐候性が良好である。SiO2の含有量は35%以上がより好ましく、38%以上がさらに好ましく、40%以上が特に好ましい。SiO2の含有量が85%以下であれば、失透しにくい。SiO2の含有量は、55%以下がより好ましく、50%以下がさらに好ましく、47%以下が特に好ましい。 SiO2 is the main component of glass.
If the content of SiO2 is 30% or more, the weather resistance is good. The content of SiO 2 is more preferably 35% or more, still more preferably 38% or more, and particularly preferably 40% or more. If the content of SiO2 is 85% or less, it is difficult to devitrify. The content of SiO 2 is more preferably 55% or less, even more preferably 50% or less, and particularly preferably 47% or less.
Al2O3は、耐候性を向上させる成分である。
Al2O3の含有量は0%以上である。Al2O3を含有すると耐候性が良好となる。Al2O3の含有量は、1%以上がより好ましく、3%以上がさらに好ましく、5%以上が特に好ましい。Al2O3の含有量が40%以下であれば、溶解性が良好である。Al2O3の含有量は、35%以下がより好ましく、32%以下がさらに好ましく、30%以下が特に好ましい。Al 2 O 3 is a component that improves weather resistance.
The content of Al 2 O 3 is 0% or more. When Al 2 O 3 is contained, the weather resistance is improved. The content of Al 2 O 3 is more preferably 1% or more, still more preferably 3% or more, and particularly preferably 5% or more. If the content of Al 2 O 3 is 40% or less, the solubility is good. The content of Al 2 O 3 is more preferably 35% or less, still more preferably 32% or less, and particularly preferably 30% or less.
Al2O3とSiO2の比(Al2O3/SiO2)が0.3以上であれば、結合数の増加により、構造が強固になる。Al2O3/SiO2は0.35以上がより好ましく、0.4以上がさらに好ましい。さらに好ましくは0.5以上である。Al2O3とSiO2の比(Al2O3/SiO2)が0.6以下であれば、ガラスの高温での粘性が高くなりにくく、好適である。Al2O3/SiO2は0.55以下がより好ましく、0.52以下がさらに好ましい。If the ratio of Al 2 O 3 to SiO 2 (Al 2 O 3 /SiO 2 ) is 0.3 or more, the number of bonds increases and the structure becomes stronger. Al 2 O 3 /SiO 2 is more preferably 0.35 or more, still more preferably 0.4 or more. More preferably, it is 0.5 or more. If the ratio of Al 2 O 3 to SiO 2 (Al 2 O 3 /SiO 2 ) is 0.6 or less, the viscosity of the glass is less likely to increase at high temperatures, which is preferable. Al 2 O 3 /SiO 2 is more preferably 0.55 or less, still more preferably 0.52 or less.
P2O5は、分相や失透種を作りやすいので実質的に含有しないことが好ましいが、DOLを大きくするために10%以下含有させてもよい。P2O5の含有量は5%以下であってもよく、1%以下であってもよい。P 2 O 5 is likely to cause phase separation and devitrification, so it is preferable not to substantially contain it, but it may be contained in an amount of 10% or less in order to increase the DOL. The content of P 2 O 5 may be 5% or less, or 1% or less.
アルカリ金属酸化物(R2O)が総量で8%以上であれば、高温にした場合のガラスの粘性が下がりやすいため、溶かしやすいガラスとなる。R2Oは総量で10%以上がより好ましく、12%以上がさらに好ましく、20%以上が特に好ましい。また、R2Oが総量で40%以下であれば、ヤング率が低くなりにくい。R2Oは総量で35%以下がより好ましく、30%以下がさらに好ましい。If the total amount of alkali metal oxides (R 2 O) is 8% or more, the viscosity of the glass tends to decrease when the glass is heated to a high temperature, making the glass easy to melt. The total amount of R 2 O is preferably 10% or more, more preferably 12% or more, and particularly preferably 20% or more. Also, if the total amount of R 2 O is 40% or less, the Young's modulus is less likely to decrease. The total amount of R 2 O is more preferably 35% or less, more preferably 30% or less.
Li2Oは、ガラスの高温時の粘性を下げる効果をもちながら、室温におけるヤング率低下を生じないアルカリ金属酸化物成分である。Li2Oの含有量が0.01%以上であれば、上記効果が現れる。Li2Oの含有量は、2%以上がより好ましく、4%以上がさらに好ましい。Li2Oが20%以下であれば、ガラス構造におけるネットワークを保つことが出来る。また、Li2Oの値段が高いことから、得られるガラスの値段の高騰を免れる。Li2Oの含有量は、15%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましい。Li 2 O is an alkali metal oxide component that has the effect of lowering the viscosity of glass at high temperatures and does not cause a decrease in Young's modulus at room temperature. When the content of Li 2 O is 0.01% or more, the above effect appears. The content of Li 2 O is more preferably 2% or more, more preferably 4% or more. If Li 2 O is 20% or less, the network in the glass structure can be maintained. In addition, since the price of Li 2 O is high, the price of the resulting glass does not rise. The content of Li 2 O is more preferably 15% or less, even more preferably 10% or less.
Na2Oは、Li2Oと同様に、ガラスの高温時の粘性を下げる効果をもつ成分である。Na2Oの含有量が5%以上であれば、上記の効果がある。Na2Oの含有量は、10%以上がより好ましく、15%以上がさらに好ましい。Na2Oの含有量が40%以下であれば、ガラス構造におけるネットワークを保つことが出来る。Na2Oの含有量は、30%以下がより好ましく、20%以下がさらに好ましい。Na 2 O, like Li 2 O, is a component that has the effect of lowering the viscosity of glass at high temperatures. If the content of Na 2 O is 5% or more, the above effects are obtained. The content of Na 2 O is more preferably 10% or more, more preferably 15% or more. If the content of Na 2 O is 40% or less, the network in the glass structure can be maintained. The content of Na 2 O is more preferably 30% or less, more preferably 20% or less.
K2Oは、Li2OやNa2Oと同様に、ガラスの高温時の粘性を下げる効果をもつ成分である。K2Oの含有量が2%以上であれば、粘性を下げる効果がより強くなる。K2Oの含有量は、3%以上がより好ましく、5%以上がさらに好ましい。K2Oの含有量が20%以下であれば、ガラスの潮解性をある程度下げることができる。K2Oの含有量は、15%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましい。K 2 O, like Li 2 O and Na 2 O, is a component that has the effect of lowering the viscosity of glass at high temperatures. If the K 2 O content is 2% or more, the effect of lowering the viscosity becomes stronger. The content of K 2 O is more preferably 3% or more, more preferably 5% or more. If the K 2 O content is 20% or less, the deliquescence of the glass can be lowered to some extent. The content of K 2 O is more preferably 15% or less, even more preferably 10% or less.
Rb2Oは、Li2O、Na2O、K2Oなどと同様に、ガラスの高温時の粘性を下げる効果をもつ成分である。Rb2Oの含有量が1%以上であれば、混合アルカリ効果により、ガラスの破壊時のエネルギー吸収効果を上げることが可能である。Rb2Oの含有量は、1%以上がより好ましく、2%以上がさらに好ましい。Rb2Oの含有量が10%以下であれば、ガラスの重量の過剰な増加を防ぐことが出来る。Rb2Oの含有量は、5%以下がより好ましく、4%以下がさらに好ましい。Rb 2 O, like Li 2 O, Na 2 O and K 2 O, is a component that has the effect of lowering the viscosity of glass at high temperatures. If the content of Rb 2 O is 1% or more, it is possible to improve the energy absorption effect when breaking the glass due to the mixed alkali effect. The content of Rb 2 O is more preferably 1% or more, more preferably 2% or more. If the content of Rb 2 O is 10% or less, excessive increase in the weight of the glass can be prevented. The content of Rb 2 O is more preferably 5% or less, more preferably 4% or less.
アルカリ土類金属酸化物(RO)はミラー定数を増加させる成分であるため、物理強化ガラスおよび化学強化ガラスの場合のいずれでも、含有してもよい。ROが総量で3%以上であれば、ミラー定数の上昇につながる。ROは総量で5%以上であってもよい。また、ROが総量で40%以下であれば、失透しにくい。ROは総量で30%以下がより好ましく、25%以下がさらに好ましく、20%以下が特に好ましい。
一方、特に化学強化ガラスの場合、アルカリ土類金属酸化物(RO)のうち、MgOを除くアルカリ金属土類酸化物成分、(CaO+SrO+BaO)が少ないとイオン交換能を向上させ、大きなDOLを得ることが出来るようになるため、(CaO+SrO+BaO)は総量で5%以下が好ましい。(CaO+SrO+BaO)は総量で4%以下がより好ましく、3%以下がさらに好ましく、1%以下が特に好ましい。また、(CaO+SrO+BaO)はガラスの失透性を低減し、安定なガラスを得ることが出来るようになることから、(CaO+SrO+BaO)は、総量で0.1%以上が好ましく、0.5%以上がより好ましく、1%以上がさらに好ましい。Alkaline earth metal oxide (RO) is a component that increases the Miller constant, so it may be contained in both the physically strengthened glass and the chemically strengthened glass. If the total amount of RO is 3% or more, it leads to an increase in Miller's constant. The total amount of RO may be 5% or more. Also, if the total RO content is 40% or less, devitrification is less likely to occur. The total amount of RO is more preferably 30% or less, more preferably 25% or less, and particularly preferably 20% or less.
On the other hand, especially in the case of chemically strengthened glass, among the alkaline earth metal oxides (RO), if the alkaline earth metal oxide component (CaO + SrO + BaO) excluding MgO is small, the ion exchange capacity is improved and a large DOL can be obtained. (CaO+SrO+BaO) is preferably 5% or less in total. The total amount of (CaO+SrO+BaO) is more preferably 4% or less, still more preferably 3% or less, and particularly preferably 1% or less. In addition, (CaO + SrO + BaO) reduces the devitrification property of the glass and makes it possible to obtain a stable glass. More preferably, 1% or more is even more preferable.
MgOは、ガラスのヤング率を増加させることでミラー半径を大きくする成分である。物理強化ガラスおよび化学強化ガラスの場合のいずれでも、MgOの含有量が3%以上であれば、ヤング率の増加効果が顕著となる。MgOの含有量は、5%以上がより好ましく、10%以上がさらに好ましい。MgOの含有量が35%以下であれば、失透しやすいなどの問題を回避できる。MgOの含有量は、30%以下がより好ましく、25%以下がさらに好ましい。 MgO is a component that increases the mirror radius by increasing the Young's modulus of the glass. In both cases of physically strengthened glass and chemically strengthened glass, when the content of MgO is 3% or more, the effect of increasing the Young's modulus becomes remarkable. The content of MgO is more preferably 5% or more, more preferably 10% or more. If the content of MgO is 35% or less, problems such as susceptibility to devitrification can be avoided. The content of MgO is more preferably 30% or less, even more preferably 25% or less.
CaOは、高温での溶融性を向上させる、または失透を起こりにくくするための成分である。そのため、物理強化ガラスおよび化学強化ガラスの場合のいずれでも、CaOの含有量が0.1%以上であれば、失透を抑制できる。CaOの含有量は、0.5%以上がより好ましく、1%以上がさらに好ましい。CaOの含有量が15%以下であれば、溶融性の向上とガラスのヤング率の上昇いずれの効果も得られる。CaOの含有量は、10%以下がより好ましく、5%以下がさらに好ましい。特に化学強化ガラスの場合、CaOの含有量を少なくすることにより、DOLを高める効果を得ることが出来ることから、CaOの含有量は5%以下が好ましい。CaOの含有量は、3%以下がより好ましく、2%以下がさらに好ましい。 CaO is a component for improving meltability at high temperatures or making devitrification less likely to occur. Therefore, in both cases of physically strengthened glass and chemically strengthened glass, if the content of CaO is 0.1% or more, devitrification can be suppressed. The content of CaO is more preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more. If the content of CaO is 15% or less, both effects of improving the meltability and increasing the Young's modulus of the glass can be obtained. The content of CaO is more preferably 10% or less, even more preferably 5% or less. Especially in the case of chemically strengthened glass, the effect of increasing the DOL can be obtained by reducing the CaO content, so the CaO content is preferably 5% or less. The content of CaO is more preferably 3% or less, and even more preferably 2% or less.
SrOは、高温での溶融性を向上させる、または失透を起こりにくくするための成分である。そのため、物理強化ガラスおよび化学強化ガラスの場合のいずれでも、SrOの含有量が0.1%以上であれば、失透防止に効果がある。SrOの含有量は、0.2%以上がより好ましく、0.3%以上がさらに好ましい。SrOの含有量が15%以下であれば、ガラスの重量上昇が問題とならない。SrOの含有量は、10%以下がより好ましく、5%以下がさらに好ましい。特に化学強化ガラスの場合、SrOの含有量を少なくすることにより、DOLを高める効果を得ることが出来ることから、SrOの含有量は5%以下が好ましい。SrOの含有量は、3%以下がより好ましく、1%以下がさらに好ましい。 SrO is a component for improving meltability at high temperatures or making devitrification less likely to occur. Therefore, in both cases of physically strengthened glass and chemically strengthened glass, if the content of SrO is 0.1% or more, it is effective in preventing devitrification. The content of SrO is more preferably 0.2% or more, more preferably 0.3% or more. If the SrO content is 15% or less, the weight increase of the glass does not pose a problem. The content of SrO is more preferably 10% or less, more preferably 5% or less. Especially in the case of chemically strengthened glass, the effect of increasing the DOL can be obtained by reducing the SrO content, so the SrO content is preferably 5% or less. The content of SrO is more preferably 3% or less, still more preferably 1% or less.
BaOは、高温での溶融性を向上させる、または失透を起こりにくくするための成分である。物理強化ガラスの場合、BaOの含有量が0.1%以上であれば、アルカリ土類の混合効果によりエネルギー散逸が生じやすくなる傾向がある。物理強化ガラスの場合、BaOの含有量は、0.2%以上がより好ましく、1%以上がさらに好ましい。物理強化ガラスの場合、BaOの含有量が20%以下であれば、ガラスの重量上昇が問題とならない。物理強化ガラスの場合、BaOの含有量は、15%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましい。また、化学強化ガラスの場合、BaOの含有量を少なくすることにより、DOLを高める効果を得ることが出来ることから、化学強化ガラスの場合、BaOの含有量は5%以下が好ましい。BaOの含有量は、3%以下がより好ましく、1%以下がさらに好ましく、0.1%以下が特に好ましい。 BaO is a component for improving meltability at high temperatures or making devitrification less likely to occur. In the case of physically strengthened glass, when the content of BaO is 0.1% or more, energy dissipation tends to occur easily due to the mixing effect of alkaline earth elements. In the case of physically strengthened glass, the content of BaO is more preferably 0.2% or more, more preferably 1% or more. In the case of physically strengthened glass, if the content of BaO is 20% or less, the weight increase of the glass does not pose a problem. In the case of physically strengthened glass, the content of BaO is more preferably 15% or less, and even more preferably 10% or less. In the case of chemically strengthened glass, the effect of increasing the DOL can be obtained by reducing the content of BaO. Therefore, in the case of chemically strengthened glass, the content of BaO is preferably 5% or less. The BaO content is more preferably 3% or less, still more preferably 1% or less, and particularly preferably 0.1% or less.
上記の知見に基づき、本発明の強化ガラスはB2O3を実質的に含有しない場合、下記式(7)で表されるGが0以上であることが好ましい。
G=E×0.013+ν×(-6.6)+[Al2O3]×0.023+ΣRO×0.013 (7)
(式中、Eはガラスのヤング率(GPa)、νはガラスのポアソン比、[Al2O3]はガラス中のAl2O3の含有量(酸化物基準のモル%)、ΣROはガラス中のアルカリ土類金属酸化物の合計含有量(酸化物基準のモル%)である。)
Gが0以上であれば、ミラー定数が大きくなる傾向がある。Gは、0.05以上がより好ましく、0.1以上がさらに好ましく、0.2以上が特に好ましい。Gの上限は特に限定されないが、10以下であってよい。Based on the above knowledge, when the tempered glass of the present invention does not substantially contain B 2 O 3 , G represented by the following formula (7) is preferably 0 or more.
G=E×0.013+ν×(−6.6)+[Al 2 O 3 ]×0.023+ΣRO×0.013 (7)
(wherein E is the Young's modulus of the glass (GPa), ν is the Poisson's ratio of the glass, [Al 2 O 3 ] is the content of Al 2 O 3 in the glass (mol% based on oxide), ΣRO is the glass It is the total content of alkaline earth metal oxides in (mole% based on oxides).)
When G is 0 or more, the Miller constant tends to increase. G is more preferably 0.05 or more, still more preferably 0.1 or more, and particularly preferably 0.2 or more. Although the upper limit of G is not particularly limited, it may be 10 or less.
また、本発明の強化ガラスがB2O3を実質的に含有しない場合、下記式(9)で表されるIが0.45以上であることが好ましい。
I=[Al2O3]×0.03+ΣRO×0.014 (9)
(式中、[Al2O3]はガラス中のAl2O3含有量(酸化物基準のモル%)、ΣROはガラス中のアルカリ土類金属酸化物の合計含有量(酸化物基準のモル%)である。)
Iが0.45以上であれば、ミラー定数が大きくなる傾向がある。Iは、0.5以上がより好ましく、0.6以上がさらに好ましく、0.7以上が特に好ましい。Iの上限は特に限定されないが、ガラスが含有できるAl2O3やROの量を考慮すると2以下が好ましい。Moreover, when the tempered glass of the present invention does not substantially contain B 2 O 3 , I represented by the following formula (9) is preferably 0.45 or more.
I=[Al 2 O 3 ]×0.03+ΣRO×0.014 (9)
(In the formula, [Al 2 O 3 ] is the Al 2 O 3 content in the glass (mol% based on oxides), ΣRO is the total content of alkaline earth metal oxides in the glass (moles based on oxides) %).)
When I is 0.45 or more, the Miller constant tends to increase. I is more preferably 0.5 or more, still more preferably 0.6 or more, and particularly preferably 0.7 or more. The upper limit of I is not particularly limited, but considering the amount of Al 2 O 3 and RO that can be contained in the glass, I is preferably 2 or less.
B2O3を含有するガラス組成の場合
(1)ガラスに破砕が生じると、ガラス中を亀裂が進展するが、亀裂先端では応力が増大し、これが亀裂の新たな進展につながる。一方で、三配位ホウ素を含むガラスでは、この応力によって三配位ホウ素が四配位ホウ素になり、この配位数変化により破砕エネルギーが消費される。このエネルギー消費により、亀裂の進展に分配されるエネルギーが抑制される。その結果、破砕面の形成が抑制される。破砕面の形成が抑制されると、ミラー面が長く続き、ミスト面になりにくいことから、ミラー定数が大きいガラスとなる。つまり、ガラス中の三配位ホウ素の含有量が高いほど、ガラスのミラー定数Aが大きくなり、好ましい。
一方、Al2O3の添加はガラスのミラー定数Aを大きく下げるので好ましくない。
また、アルカリ土類金属酸化物ROはガラス全体の剛性を大きく変えないが、ホウ素を四配位にする傾向があるため、アルカリ土類金属酸化物ROは多く入れない方がよい。
アルカリ金属酸化物R2Oはガラス全体の剛性を下げるうえ、ホウ素を四配位にする傾向があるため、多く入れない方がよい。ただし、後述するαLT及びαHTを上昇させる効果があるので適量添加する。In the case of the glass composition containing B 2 O 3 (1) When the glass is fractured, cracks propagate in the glass, but stress increases at the crack tip, leading to new crack propagation. On the other hand, in a glass containing three-coordinated boron, this stress converts three-coordinated boron into four-coordinated boron, and this change in coordination number consumes the crushing energy. This energy consumption suppresses the energy distributed to crack propagation. As a result, the formation of crushed surfaces is suppressed. When the formation of the fractured surface is suppressed, the mirror surface continues for a long time and the mist surface is less likely to form, resulting in a glass with a large mirror constant. That is, the higher the content of three-coordinated boron in the glass, the higher the mirror constant A of the glass, which is preferable.
On the other hand, the addition of Al 2 O 3 is not preferable because it significantly lowers the mirror constant A of the glass.
Although the alkaline earth metal oxide RO does not significantly change the rigidity of the glass as a whole, it tends to make boron tetracoordinate, so it is better not to add too much alkaline earth metal oxide RO.
Alkali metal oxide R 2 O lowers the rigidity of the glass as a whole and tends to make boron tetra-coordinated, so it is better not to add too much. However, since it has the effect of increasing α LT and α HT , which will be described later, it is added in an appropriate amount.
(2)ガラスのヤング率Eが高いほど、ガラスのミラー定数Aが大きくなる。ガラスのヤング率Eを上昇させる成分については、B2O3を実質的に含有しないガラス組成の場合と同様である。但し、上述した三配位ホウ素との関連性に比べると、ガラスのヤング率Eとミラー定数Aとの関連性は低い。
アルカリ土類金属酸化物ROの添加はガラスのヤング率Eを上昇させるが、ホウ素を四配位にする傾向があり、ガラスのミラー定数Aを低くする。そのため、B2O3を含有するガラス組成の場合、アルカリ土類金属酸化物ROの含有量を高くしないことが好ましい。Al2O3の添加はガラスのヤング率Eを上昇させるため、含有量は高い方が好ましい。(2) The higher the Young's modulus E of the glass, the larger the mirror constant A of the glass. The component that increases the Young's modulus E of the glass is the same as in the case of the glass composition that does not substantially contain B 2 O 3 . However, the relationship between Young's modulus E and Miller's constant A of glass is lower than the relationship with three-coordinated boron described above.
The addition of alkaline earth metal oxides RO increases the Young's modulus E of the glass, but tends to tetracoordinate boron and lowers the Miller constant A of the glass. Therefore, in the case of a glass composition containing B 2 O 3 , it is preferable not to increase the content of alkaline earth metal oxide RO. Since the addition of Al 2 O 3 increases the Young's modulus E of the glass, the higher the Al 2 O 3 content, the better.
ガラスのミラー定数Aには影響しないが、P2O5は分相や失透種を作りやすいのでガラス中に多量には添加しないことが好ましい。Although it does not affect the mirror constant A of the glass, P 2 O 5 tends to cause phase separation and devitrification, so it is preferable not to add a large amount to the glass.
上記の知見に基づくガラス組成として、酸化物基準のモル百分率表示で、B2O3を0.01~40%、SiO2を40~75%、Al2O3を0~20%、P2O5を0~10%含有し、かつアルカリ金属酸化物(R2O)を総量で8~40%、アルカリ土類金属酸化物(RO)を総量で0~40%含有するものが好ましい。
また、酸化物基準のモル百分率表示で、B2O3を5~25%、SiO2を40~73%、Al2O3を0~20%、P2O5を0~10%含有し、かつアルカリ金属酸化物(R2O)を総量で10~20%、アルカリ土類金属酸化物(RO)を総量で0~30%含有するものがより好ましい。
また、酸化物基準のモル百分率表示で、B2O3を5~25%、SiO2を43~55%、Al2O3を0~15%、B2O3とR2Oの和との比(B2O3/ΣR2O)が0.8~2.5、P2O5を0~5%含有し、かつアルカリ金属酸化物(R2O)を総量で10~20%、アルカリ土類金属酸化物(RO)を総量で1~25%含有するものがさらに好ましい。
また、酸化物基準のモル百分率表示で、B2O3を5~25%、SiO2を46~50%、Al2O3を0~5%、B2O3とR2Oの和の比(B2O3/ΣR2O)が1.0~2.0、P2O5を0~1%含有し、かつアルカリ金属酸化物(R2O)を総量で15~20%、アルカリ土類金属酸化物(RO)を総量で1~15%含有するものが特に好ましい。
上記のガラス組成とすることにより、ガラスのヤング率Eが70GPa以上、より好ましくは75GPa以上、更に好ましくは80GPa以上となる。なお、ガラスのヤング率の上限は特に限定されないが、一般的には180GPa以下である。
以下、B2O3を含有するガラス組成の場合の各成分について説明する。The glass composition based on the above knowledge is 0.01 to 40% of B 2 O 3 , 40 to 75% of SiO 2 , 0 to 20% of Al 2 O 3 and P 2 in terms of molar percentages based on oxides. It preferably contains 0 to 10% O 5 , a total alkali metal oxide (R 2 O) content of 8 to 40%, and an alkaline earth metal oxide (RO) content of 0 to 40% total content.
In addition, it contains 5 to 25% of B 2 O 3 , 40 to 73% of SiO 2 , 0 to 20% of Al 2 O 3 and 0 to 10% of P 2 O 5 in terms of molar percentages based on oxides. and containing 10 to 20% in total of alkali metal oxides (R 2 O) and 0 to 30% in total of alkaline earth metal oxides (RO).
In terms of molar percentages based on oxides, 5 to 25% of B 2 O 3 , 43 to 55% of SiO 2 , 0 to 15% of Al 2 O 3 , the sum of B 2 O 3 and R 2 O and ratio (B 2 O 3 /ΣR 2 O) of 0.8 to 2.5, P 2 O 5 content of 0 to 5%, and alkali metal oxide (R 2 O) content of 10 to 20% in total. and alkaline earth metal oxides (RO) in a total amount of 1 to 25%.
In terms of molar percentages based on oxides, B 2 O 3 is 5 to 25%, SiO 2 is 46 to 50%, Al 2 O 3 is 0 to 5%, and the sum of B 2 O 3 and R 2 O is A ratio (B 2 O 3 /ΣR 2 O) of 1.0 to 2.0, containing 0 to 1% of P 2 O 5 and a total amount of alkali metal oxide (R 2 O) of 15 to 20%, Those containing 1 to 15% total alkaline earth metal oxides (RO) are particularly preferred.
With the above glass composition, the Young's modulus E of the glass is 70 GPa or more, preferably 75 GPa or more, and still more preferably 80 GPa or more. Although the upper limit of Young's modulus of glass is not particularly limited, it is generally 180 GPa or less.
Each component of the glass composition containing B 2 O 3 will be described below.
SiO2はガラスの主要成分である。
SiO2の含有量が40%以上であれば、耐候性が良好である。SiO2の含有量は43%以上がより好ましく、46%以上がさらに好ましい。SiO2の含有量が75%以下であれば、失透しにくい。SiO2の含有量は、70%以下がより好ましく、65%以下がさらに好ましく、63%以下がよりさらに好ましく、55%以下が特に好ましく、50%以下が最も好ましい。 SiO2 is the main component of glass.
If the content of SiO2 is 40% or more, the weather resistance is good. The content of SiO 2 is more preferably 43% or more, more preferably 46% or more. If the content of SiO2 is 75% or less, it is difficult to devitrify. The content of SiO 2 is more preferably 70% or less, even more preferably 65% or less, even more preferably 63% or less, particularly preferably 55% or less, most preferably 50% or less.
Al2O3は、耐候性を向上させる成分である。
Al2O3の含有量は0%以上である。Al2O3を含有すると耐候性が良好となる。Al2O3の含有量は、0.1%以上がより好ましく、0.3%以上がさらに好ましく、0.5%以上が特に好ましい。Al2O3の含有量が20%以下であれば、溶解性が良好である。ただし、Al2O3が含まれるとミラー定数が急激に減少することから、含有量は、15%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましく、5%以下が特に好ましい。Al 2 O 3 is a component that improves weather resistance.
The content of Al 2 O 3 is 0% or more. When Al 2 O 3 is contained, the weather resistance is improved. The content of Al 2 O 3 is more preferably 0.1% or more, still more preferably 0.3% or more, and particularly preferably 0.5% or more. If the content of Al 2 O 3 is 20% or less, the solubility is good. However, if Al 2 O 3 is included, the Miller constant decreases sharply, so the content is more preferably 15% or less, even more preferably 10% or less, and particularly preferably 5% or less.
Al2O3とSiO2の比(Al2O3/SiO2)が0.01以上であれば、アルカリ金属によって切断された結合が補修され、ガラスのネットワーク構造が強固になり、硬度が向上する。Al2O3/SiO2は0.02以上がより好ましく、0.03以上がさらに好ましい。Al2O3とSiO2の比(Al2O3/SiO2)が0.5以下であれば、ミラー定数の低下を防ぐことが可能である。Al2O3/SiO2は0.3以下がより好ましく、0.1以下がさらに好ましい。If the ratio of Al 2 O 3 to SiO 2 (Al 2 O 3 /SiO 2 ) is 0.01 or more, the bond cut by the alkali metal is repaired, the network structure of the glass is strengthened, and the hardness is improved. do. Al 2 O 3 /SiO 2 is more preferably 0.02 or more, still more preferably 0.03 or more. If the ratio of Al 2 O 3 to SiO 2 (Al 2 O 3 /SiO 2 ) is 0.5 or less, it is possible to prevent the Miller constant from decreasing. Al 2 O 3 /SiO 2 is more preferably 0.3 or less, still more preferably 0.1 or less.
P2O5は、分相や失透種を作りやすいので実質的に含有しないことが好ましいが、化学強化ガラスとして利用する際の圧縮応力層の厚みを大きくするために10%以下含有させてもよい。P2O5の含有量は5%以下であってもよく、1%以下であってもよい。Since P 2 O 5 is likely to cause phase separation and devitrification, it is preferable not to substantially contain it. good too. The content of P 2 O 5 may be 5% or less, or 1% or less.
B2O3は、ミラー定数を増加させる成分として効果が大きく、0.01%以上含むことが好ましい。B2O3の含有量は、1%以上がより好ましく、5%以上がさらに好ましく、10%以上が特に好ましく、15%以上が最も好ましい。B2O3の含有量は、40%以下であれば、ヤング率の低下を防止できる。B2O3の含有量は、35%以下がより好ましく、30%以下がさらに好ましく、25%以下がよりさらに好ましく、23%以下が特に好ましく、20%以下が最も好ましい。B 2 O 3 is highly effective as a component that increases the Miller constant, and is preferably contained in an amount of 0.01% or more. The B 2 O 3 content is more preferably 1% or more, still more preferably 5% or more, particularly preferably 10% or more, and most preferably 15% or more. If the content of B 2 O 3 is 40% or less, a decrease in Young's modulus can be prevented. The B 2 O 3 content is more preferably 35% or less, still more preferably 30% or less, even more preferably 25% or less, particularly preferably 23% or less, and most preferably 20% or less.
B2O3とR2Oの和との比(B2O3/ΣR2O)が0.8以上であれば、3配位のホウ素が多く存在するため、ミラー定数が大きいガラスになりやすい。B2O3/ΣR2Oは、1.0以上がより好ましく、1.2以上がさらに好ましく、1.3以上が特に好ましい。B2O3/ΣR2Oは、2.5以下であれば、Tgが高くなり過ぎず、扱いやすい。B2O3/ΣR2Oは、2.0以下がより好ましく、1.8以下がさらに好ましい。If the ratio of the sum of B 2 O 3 and R 2 O (B 2 O 3 /ΣR 2 O) is 0.8 or more, a large amount of tricoordinated boron is present, resulting in a glass with a large Miller constant. Cheap. B 2 O 3 /ΣR 2 O is more preferably 1.0 or more, still more preferably 1.2 or more, and particularly preferably 1.3 or more. If B 2 O 3 /ΣR 2 O is 2.5 or less, the Tg does not become too high and is easy to handle. B 2 O 3 /ΣR 2 O is more preferably 2.0 or less, even more preferably 1.8 or less.
アルカリ金属酸化物(R2O)が総量で8%以上であれば、高温にした場合のガラスの粘性が下がりやすいため、溶融性の高いガラスとなる。R2Oは総量で10%以上がより好ましく、12%以上がさらに好ましく、15%以下が特に好ましい。また、R2Oが総量で40%以下であれば、ヤング率の急激な低下を防止できる。R2Oは総量で35%以下がより好ましく、30%以下がさらに好ましい。If the total amount of alkali metal oxides (R 2 O) is 8% or more, the viscosity of the glass tends to decrease when heated to a high temperature, resulting in a highly meltable glass. The total amount of R 2 O is more preferably 10% or more, more preferably 12% or more, and particularly preferably 15% or less. Also, if the total amount of R 2 O is 40% or less, a sudden drop in Young's modulus can be prevented. The total amount of R 2 O is more preferably 35% or less, more preferably 30% or less.
Li2Oは、ガラスの高温時の粘性を下げる効果をもちながら、室温におけるヤング率低下を生じないアルカリ金属酸化物成分である。Li2Oの含有量が0.01%以上であれば、上記効果が現れる。Li2Oの含有量は、2%以上がより好ましく、4%以上がさらに好ましい。Li2Oの含有量が20%以下であれば、ガラス構造におけるネットワークを保つことが出来る。また、Li2Oの値段が高いことから、得られるガラスの値段の高騰を免れる。Li2Oの含有量は、15%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましい。Li 2 O is an alkali metal oxide component that has the effect of lowering the viscosity of glass at high temperatures and does not cause a decrease in Young's modulus at room temperature. When the content of Li 2 O is 0.01% or more, the above effect appears. The content of Li 2 O is more preferably 2% or more, more preferably 4% or more. If the content of Li 2 O is 20% or less, the network in the glass structure can be maintained. In addition, since the price of Li 2 O is high, the price of the resulting glass does not rise. The content of Li 2 O is more preferably 15% or less, even more preferably 10% or less.
Na2Oは、Li2Oと同様に、ガラスの高温時の粘性を下げる効果をもつ成分である。Na2Oの含有量が0.01%以上であれば、上記の効果がある。Na2Oの含有量は、1%以上がより好ましく、5%以上がさらに好ましい。Na2Oの含有量が40%以下であれば、ガラス構造におけるネットワークを保つことが出来る。Na2Oの含有量は、35%以下がより好ましく、30%以下がさらに好ましい。Na 2 O, like Li 2 O, is a component that has the effect of lowering the viscosity of glass at high temperatures. If the content of Na 2 O is 0.01% or more, the above effects are obtained. The content of Na 2 O is more preferably 1% or more, more preferably 5% or more. If the content of Na 2 O is 40% or less, the network in the glass structure can be maintained. The content of Na 2 O is more preferably 35% or less, more preferably 30% or less.
K2Oは、Li2OやNa2Oと同様に、ガラスの高温時の粘性を下げる効果をもつ成分である。K2Oの含有量が0.01%以上であれば、粘性を下げる効果がより強くなる。K2Oは、2%以上がより好ましく、4%以上がさらに好ましい。K2Oの含有量が20%以下であれば、ガラスの潮解性をある程度下げることができる。K2Oの含有量は、15%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましい。K 2 O, like Li 2 O and Na 2 O, is a component that has the effect of lowering the viscosity of glass at high temperatures. If the content of K 2 O is 0.01% or more, the effect of lowering the viscosity becomes stronger. K 2 O is more preferably 2% or more, and even more preferably 4% or more. If the K 2 O content is 20% or less, the deliquescence of the glass can be lowered to some extent. The content of K 2 O is more preferably 15% or less, even more preferably 10% or less.
Rb2Oは、Li2O、Na2O、K2Oなどと同様に、ガラスの高温時の粘性を下げる効果をもつ成分である。Rb2Oの含有量が0.01%以上であれば、混合アルカリ効果により、ガラスの破壊時のエネルギー吸収効果を上げることが可能である。Rb2Oの含有量は、2%以上がより好ましく、3%以上がさらに好ましい。Rb2Oの含有量が10%以下であれば、ガラスの重量の過剰な増加を防ぐことが出来る。Rb2Oの含有量は、5%以下がより好ましく、4%以下がさらに好ましい。Rb 2 O, like Li 2 O, Na 2 O and K 2 O, is a component that has the effect of lowering the viscosity of glass at high temperatures. When the content of Rb 2 O is 0.01% or more, it is possible to improve the energy absorption effect when breaking the glass due to the mixed alkali effect. The content of Rb 2 O is more preferably 2% or more, more preferably 3% or more. If the content of Rb 2 O is 10% or less, excessive increase in the weight of the glass can be prevented. The content of Rb 2 O is more preferably 5% or less, more preferably 4% or less.
アルカリ土類金属酸化物(RO)はミラー定数を増加させる成分であるため、含有してもよい。物理強化ガラスおよび化学強化ガラスの場合のいずれでも、ROが総量で1%以上であれば、ミラー定数の上昇につながる。ROは総量で3%以上が好ましく、さらに好ましくは5%以上である。また、ROが総量で40%以下であれば、失透による影響が少ない。ROは総量で35%以下がより好ましく、30%以下がさらに好ましく、25%以下が特に好ましく、15%以下が最も好ましい。
一方、特に化学強化ガラスの場合、アルカリ土類金属酸化物(RO)のうち、MgOを除くアルカリ土類金属酸化物成分、(CaO+SrO+BaO)が少ないとイオン交換能を向上させ、大きなDOLを得ることが出来るようになるため、(CaO+SrO+BaO)は総量で20%以下が好ましい。(CaO+SrO+BaO)は、総量で15%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましく、5%以下が特に好ましい。一方、(CaO+SrO+BaO)はガラスの失透性を低減し、安定なガラスを得ることが出来るようになることから、(CaO+SrO+BaO)は、総量で0.1%以上が好ましく、0.5%以上がより好ましく、1%以上がさらに好ましい。Alkaline earth metal oxide (RO) is a component that increases the Miller constant, and thus may be contained. In both cases of physically strengthened glass and chemically strengthened glass, if the total amount of RO is 1% or more, it leads to an increase in Miller constant. The total amount of RO is preferably 3% or more, more preferably 5% or more. Further, if the total RO is 40% or less, the effect of devitrification is small. The total amount of RO is more preferably 35% or less, more preferably 30% or less, particularly preferably 25% or less, and most preferably 15% or less.
On the other hand, especially in the case of chemically strengthened glass, among the alkaline earth metal oxides (RO), when the alkaline earth metal oxide components excluding MgO, (CaO + SrO + BaO) are small, the ion exchange capacity is improved and a large DOL can be obtained. (CaO+SrO+BaO) is preferably 20% or less in total. The total content of (CaO+SrO+BaO) is more preferably 15% or less, more preferably 10% or less, and particularly preferably 5% or less. On the other hand, (CaO + SrO + BaO) reduces the devitrification property of the glass and makes it possible to obtain a stable glass. More preferably, 1% or more is even more preferable.
MgOは、ガラスのヤング率を増加させることでミラー半径を大きくする成分である。物理強化ガラスおよび化学強化ガラスいずれの場合においても、MgOの含有量が1%以上であれば、ヤング率の増加効果が顕著となる。MgOの含有量は、3%以上がより好ましく、10%以上がさらに好ましい。MgOが35%以下であれば、失透しやすいなどの問題を回避できる。MgOの含有量は、35%以下がより好ましく、33%以下がさらに好ましい。一方、化学強化ガラスの場合、DOLを大きくしやすくすることができることから、MgOの含有量は8%以下が好ましい。MgOの含有量は、5%以下がより好ましく、4%以下がさらに好ましい。 MgO is a component that increases the mirror radius by increasing the Young's modulus of the glass. In both cases of physically strengthened glass and chemically strengthened glass, when the content of MgO is 1% or more, the effect of increasing the Young's modulus becomes remarkable. The content of MgO is more preferably 3% or more, more preferably 10% or more. If the MgO content is 35% or less, problems such as susceptibility to devitrification can be avoided. The content of MgO is more preferably 35% or less, even more preferably 33% or less. On the other hand, in the case of chemically strengthened glass, the content of MgO is preferably 8% or less because the DOL can be easily increased. The content of MgO is more preferably 5% or less, still more preferably 4% or less.
CaOは、高温での溶融性を向上させる、または失透を起こりにくくするための成分である。そのため、物理強化ガラスおよび化学強化ガラスのいずれにおいても、CaOの含有量が0.1%以上であれば、失透を抑制できる。CaOの含有量は、0.5%以上がより好ましく、1%以上がさらに好ましい。CaOの含有量が15%以下であれば、溶融性の向上とガラスのヤング率の上昇いずれの効果も得られる。CaOの含有量は、10%以下がより好ましく、5%以下がさらに好ましい。特に化学強化ガラスの場合には、DOLを大きくしやすくすることができることから、CaOの含有量は、8%以下が好ましい。5%以下がより好ましく、3%以下がさらに好ましく、2%以下が特に好ましい。 CaO is a component for improving meltability at high temperatures or making devitrification less likely to occur. Therefore, in both physically strengthened glass and chemically strengthened glass, if the content of CaO is 0.1% or more, devitrification can be suppressed. The content of CaO is more preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more. If the content of CaO is 15% or less, both effects of improving the meltability and increasing the Young's modulus of the glass can be obtained. The content of CaO is more preferably 10% or less, even more preferably 5% or less. Especially in the case of chemically strengthened glass, the content of CaO is preferably 8% or less because the DOL can be easily increased. 5% or less is more preferable, 3% or less is still more preferable, and 2% or less is particularly preferable.
SrOは、高温での溶融性を向上させる、または失透を起こりにくくするための成分である。そのため、物理強化ガラスおよび化学強化ガラスのいずれにおいても、SrOの含有量が0.1%以上であれば、失透防止に効果がある。SrOの含有量は、0.2%以上がより好ましく、0.3%以上がさらに好ましい。SrOの含有量が5%以下であれば、ガラスの重量上昇が問題とならない。SrOの含有量は、3%以下がより好ましく、1%以下がさらに好ましい。 SrO is a component for improving meltability at high temperatures or making devitrification less likely to occur. Therefore, in both physically strengthened glass and chemically strengthened glass, if the content of SrO is 0.1% or more, it is effective in preventing devitrification. The content of SrO is more preferably 0.2% or more, more preferably 0.3% or more. If the SrO content is 5% or less, the weight increase of the glass does not pose a problem. The content of SrO is more preferably 3% or less, still more preferably 1% or less.
BaOは、高温での溶融性を向上させる、または失透を起こりにくくするための成分である。物理強化ガラスの場合、BaOの含有量が1%以上であれば、アルカリ土類の混合効果によりエネルギー散逸が生じやすくなる傾向がある。BaOの含有量は、2%以上がより好ましく、2.5%以上がさらに好ましい。また、BaOの含有量が20%以下であると粘性が高くなり過ぎず、溶融性が向上したり、比重が小さくなり軽量化が可能となるため好ましい。15%以下がより好ましく、13%以下が更に好ましく10%以下が特に好ましい。一方、特に化学強化ガラスの場合、BaOの含有量を少なくすることにより、DOLを高める効果を得ることが出来ることから、5%以下が好ましい。3%以下がより好ましく、1%以下がさらに好ましく、実質上含有しないことが最も好ましい。 BaO is a component for improving meltability at high temperatures or making devitrification less likely to occur. In the case of physically strengthened glass, when the content of BaO is 1% or more, energy dissipation tends to occur easily due to the mixing effect of alkaline earth elements. The content of BaO is more preferably 2% or more, more preferably 2.5% or more. In addition, when the content of BaO is 20% or less, the viscosity does not become too high, the meltability is improved, and the specific gravity becomes small, which makes it possible to reduce the weight, which is preferable. 15% or less is more preferable, 13% or less is still more preferable, and 10% or less is particularly preferable. On the other hand, particularly in the case of chemically strengthened glass, the effect of increasing the DOL can be obtained by reducing the content of BaO, so the content is preferably 5% or less. It is more preferably 3% or less, still more preferably 1% or less, and most preferably not substantially contained.
上記の知見に基づき、本発明の強化ガラスがB2O3を含有する場合、下記式(8)で表されるHが0.4以上であることが好ましい。
H=B2O3(三配位)×0.039+E×0.036+ΣRO×(-0.030)-2.3 (8)
(式中、B2O3(三配位)はガラス中の三配位ホウ素含有量(酸化物基準のモル%)、Eはガラスのヤング率(GPa)、ΣROはガラス中のアルカリ土類金属酸化物の合計含有量(酸化物基準のモル%)である。)
Hが0.4以上であれば、ミラー定数が大きくなる傾向がある。Hは、0.45以上がより好ましく、0.50以上がさらに好ましく、0.55以上が特に好ましい。Hの上限は特に限定されないが、全B2O3含有量のうち、三配位を取ることができるB原子の分率には限度があるため、2以下が好ましく、1.5以下がより好ましい。Based on the above findings, when the tempered glass of the present invention contains B 2 O 3 , H represented by the following formula (8) is preferably 0.4 or more.
H=B 2 O 3 (three-coordinate)×0.039+E×0.036+ΣRO×(−0.030)−2.3 (8)
(wherein B 2 O 3 (three-coordinated) is the content of three-coordinated boron in the glass (mol % based on oxide), E is the Young's modulus of the glass (GPa), and ΣRO is the alkaline earth element in the glass. It is the total content of metal oxides (mol% based on oxides).)
When H is 0.4 or more, the Miller constant tends to increase. H is more preferably 0.45 or more, still more preferably 0.50 or more, and particularly preferably 0.55 or more. The upper limit of H is not particularly limited, but since there is a limit to the fraction of B atoms that can be three-coordinated in the total B 2 O 3 content, it is preferably 2 or less, more preferably 1.5 or less. preferable.
上記の知見に基づき、本発明の強化ガラスがB2O3を含有する場合、下記式(10)で表されるJが0.45以上であることが好ましい。
J=[B2O3]×0.031-0.026×[K2O] (10)
(式中、[B2O3]はガラス中のB2O3含有量(酸化物基準のモル%)、[K2O]はガラス中のK2O含有量(酸化物基準のモル%)である。)
Jが0.45以上であれば、ミラー定数が大きくなる傾向がある。Jは、0.50以上がより好ましく、0.55以上がさらに好ましい。Jの上限は特に限定されないが、B2O3の含有量とアルカリ金属酸化物の含有量が多すぎると潮解性が生じ、特に屋外での使用での表面劣化が顕著となるため、1以下が好ましく、0.8以下がより好ましい。Based on the above knowledge, when the tempered glass of the present invention contains B 2 O 3 , J represented by the following formula (10) is preferably 0.45 or more.
J=[B 2 O 3 ]×0.031−0.026×[K 2 O] (10)
(In the formula, [B 2 O 3 ] is the B 2 O 3 content in the glass (mol% based on oxide), [K 2 O] is the K 2 O content in the glass (mol% based on oxide ).)
When J is 0.45 or more, the Miller constant tends to increase. J is more preferably 0.50 or more, even more preferably 0.55 or more. The upper limit of J is not particularly limited, but if the content of B 2 O 3 and the content of alkali metal oxide are too large, deliquescence occurs, and surface deterioration becomes remarkable especially in outdoor use, so it is 1 or less. is preferred, and 0.8 or less is more preferred.
上述したように、ガラスへのアルカリ土類金属酸化物ROの添加は、ガラスのヤング率Eを上昇させる。ガラスのヤング率を上昇させる効果は、アルカリ金属酸化物よりアルカリ土類金属酸化物の方が高く、アルカリ土類金属酸化物の中でもCaOが他のアルカリ土類金属酸化物に比べて高い。CaOの含有量は、酸化物基準のモル百分率表示で、0.5%以上が好ましく、1.0%以上がより好ましい。 As mentioned above, the addition of alkaline earth metal oxides RO to the glass increases the Young's modulus E of the glass. The effect of increasing the Young's modulus of glass is higher for alkaline earth metal oxides than for alkali metal oxides, and among alkaline earth metal oxides, CaO is more effective than other alkaline earth metal oxides. The content of CaO is preferably 0.5% or more, more preferably 1.0% or more, expressed as a molar percentage based on oxides.
アルカリ金属酸化物R2Oの場合は、アルカリ金属の原子量が小さいアルカリ金属酸化物R2Oを添加した方がガラスのネットワーク構造の切断を防止するので、破砕面が形成されにくくなる。このため、ミラー定数Aが大きくなる傾向がある。そのため、ガラスに添加するアルカリ金属酸化物R2Oとしては、K2OよりもNa2Oが好ましく、Li2Oがより好ましい。特にこの傾向はB2O3を含まないガラスにおいて顕著である。
本発明の強化ガラスは、下記式(11)で示される<MR2O>が30以下であることが好ましい。
<MR2O>=Σ(Mi×Ri)/ΣRi (11)
ここで、Miはアルカリ金属の原子量、Riはガラスに含まれるアルカリ金属酸化物の含有量(酸化物基準のモル%)であり、<MR2O>はガラス中のアルカリ金属の原子量に相関がある値である。<MR2O>が小さいほど、ガラスに含まれるアルカリ金属酸化物が軽元素であることが示唆され、軽元素のアルカリ金属酸化物を含むガラスのネットワークはより密になる傾向があるため、ヤング率が高くなる傾向があり、ミラー定数が大きくなる。<MR2O>は20以下がより好ましく、15以下がさらに好ましい。In the case of the alkali metal oxide R 2 O, addition of the alkali metal oxide R 2 O having a small atomic weight of the alkali metal prevents the glass network structure from being cut, so that the fracture surface is less likely to be formed. Therefore, the Miller constant A tends to increase. Therefore, as the alkali metal oxide R2O added to the glass, Na2O is preferable to K2O , and Li2O is more preferable. This tendency is particularly noticeable in glasses containing no B 2 O 3 .
The tempered glass of the present invention preferably has <M R2O > represented by the following formula (11) of 30 or less.
<M R2O >=Σ(Mi×Ri)/ΣRi (11)
Here, Mi is the atomic weight of the alkali metal, Ri is the content of the alkali metal oxide contained in the glass (mol% based on the oxide), and <M R O > is correlated with the atomic weight of the alkali metal in the glass. value. The smaller <M R2O > suggests that the alkali metal oxides contained in the glass are lighter elements, and the networks of glasses containing light element alkali metal oxides tend to be denser, so the Young's modulus tends to be high and the Miller constant is large. <M R2O > is more preferably 20 or less, even more preferably 15 or less.
本発明の強化ガラスは、ランタノイドを実質的に含有しないことが好ましい。ここで、ランタノイドを実質的に含有しないとは、ランタノイドを不可避的な不純物として混入する場合を除き含有しないことを意味する。ランタノイドを実質的に含有しないことにより、ガラスを軽量とすることができる。また、ガラスに太陽光が当たったときに蓄光や発光が起こらない。 The tempered glass of the present invention preferably contains substantially no lanthanoids. Here, "substantially free of lanthanoids" means that lanthanoids are not contained except when lanthanoids are mixed as unavoidable impurities. By substantially not containing lanthanides, the weight of the glass can be reduced. In addition, when sunlight hits the glass, no phosphorescence or light emission occurs.
また、本発明の強化ガラスは、Fを実質的に含有しないことが好ましい。ここで、Fを実質的に含有しないとは、Fを不可避的な不純物として混入する場合を除き含有しないことを意味する。Fを実質的に含有しないことにより、ガラスを熱処理しても組成が変化しにくい。 Moreover, it is preferable that the tempered glass of the present invention does not substantially contain F. Here, "substantially free of F" means not containing F except when it is mixed as an unavoidable impurity. By not containing F substantially, the composition hardly changes even if the glass is heat-treated.
本発明の実施形態によるガラス板は、SO3を含有してもよい。SO3は主として、清澄剤として用いられる芒硝(Na2SO4)に由来する。
本発明の実施形態によるガラス板において、SO3の含有量は、酸化物基準の質量%表示で、0.001%~0.2%が好ましい。SO3の含有量が0.001%以上であれば、ガラス溶融時の清澄効果が良く、泡が少なくなる。SO3の含有量は、0.003%以上が好ましく、0.01%以上がより好ましく、0.02%以上がさらに好ましい。SO3の含有量が0.2%以下であれば、SO2のガス成分が気泡としてガラス中に残りにくい。SO3の含有量は、0.1%以下が好ましく、0.05%以下がより好ましく、0.03%以下がさらに好ましい。Glass sheets according to embodiments of the present invention may contain SO3 . SO 3 is mainly derived from Glauber's salt (Na 2 SO 4 ) used as a fining agent.
In the glass plate according to the embodiment of the present invention, the content of SO 3 is preferably 0.001% to 0.2% in terms of % by mass based on oxides. If the content of SO 3 is 0.001% or more, the fining effect during melting of the glass is good and bubbles are reduced. The SO 3 content is preferably 0.003% or more, more preferably 0.01% or more, and even more preferably 0.02% or more. If the content of SO 3 is 0.2% or less, the gas component of SO 2 is less likely to remain in the glass as bubbles. The SO 3 content is preferably 0.1% or less, more preferably 0.05% or less, and even more preferably 0.03% or less.
本発明の実施形態によるガラス板は、SnO2を含有してもよい。SnO2は清澄剤として作用する。
本発明の実施形態によるガラス板において、SnO2の含有量は、酸化物基準の質量%表示で、0~1%が好ましい。SnO2を含有すれば、ガラス溶融時の清澄効果が良く、泡が少なくなる。SnO2の含有量は、0.1%以上であってもよく、0.2%以上であってもよく、0.3%以上であってもよい。また、SnO2の含有量が1%以下であれば、原料コストを抑えることができ、製造ラインでの揮散が少ない。SnO2の含有量は、0.7%以下がより好ましく、0.5%以下がさらに好ましく、0.4%以下が特に好ましい。Glass sheets according to embodiments of the present invention may contain SnO2 . SnO2 acts as a refining agent.
In the glass plate according to the embodiment of the present invention, the SnO 2 content is preferably 0 to 1% in terms of % by mass based on oxides. When SnO 2 is contained, the refining effect is good and bubbles are reduced when the glass is melted. The SnO 2 content may be 0.1% or more, 0.2% or more, or 0.3% or more. Also, if the SnO 2 content is 1% or less, raw material costs can be suppressed, and volatilization in the production line is small. The SnO 2 content is more preferably 0.7% or less, even more preferably 0.5% or less, and particularly preferably 0.4% or less.
本発明の実施形態によるガラス板は、着色成分として、例えばFe2O3、TiO2、CeO2、CoO、Se、MnO2、MnO、Cr2O3、V2O5、NiO、Er2O3を含有してもよいが、着色成分を含有しなくてもよい。本発明の実施形態のガラス板は、好ましくは、MnO2、MnO、Cr2O3、V2O5、NiO、Er2O3を実質的に含有しない。 The glass plate according to the embodiment of the present invention contains Fe2O3 , TiO2 , CeO2 , CoO, Se, MnO2 , MnO, Cr2O3 , V2O5 , NiO , Er2O as a coloring component, for example. 3 , but may contain no coloring component. The glass sheets of the embodiments of the present invention are preferably substantially free of MnO2 , MnO , Cr2O3 , V2O5 , NiO, Er2O3 .
本発明の強化ガラスが風冷強化ガラスの場合、風冷強化のしやすさの観点から、以下に示す低温熱膨張係数αLT、高温熱膨張係数αHTを満たすことが好ましい。
風冷強化処理では、強化処理対象となるガラスを軟化点または屈伏点付近の温度まで加熱した後、表面に冷却媒を吹き付けて急冷することにより残留応力を付与する。
本明細書における風冷強化のしやすさとは、上述した手順で風冷強化処理を実施した際に、残留応力を付与しやすいことを意味する。When the tempered glass of the present invention is air-cooled tempered glass, it preferably satisfies the following low-temperature thermal expansion coefficient α LT and high-temperature thermal expansion coefficient α HT from the viewpoint of ease of air-cooling tempering.
In the air-cooling tempering treatment, the glass to be tempered is heated to a temperature near the softening point or yield point, and then cooled rapidly by spraying a cooling medium on the surface to impart residual stress.
The easiness of air-cooling strengthening in this specification means that residual stress can be easily imparted when the air-cooling strengthening treatment is carried out according to the procedure described above.
本明細書において、50~350℃での平均熱膨張係数を低温熱膨張係数αLTとする。
本発明の強化ガラスは、低温熱膨張係数αLTが60×10-7・K-1以上であることが残留応力を付与する観点からは好ましい。
本発明の強化ガラスは、低温熱膨張係数αLTが70×10-7・K-1以上であることがより好ましく、80×10-7・K-1以上であることがさらに好ましい。In this specification, the average thermal expansion coefficient at 50 to 350° C. is defined as the low-temperature thermal expansion coefficient α LT .
The tempered glass of the present invention preferably has a low-temperature coefficient of thermal expansion α LT of 60×10 −7 ·K −1 or more from the viewpoint of imparting residual stress.
The tempered glass of the present invention more preferably has a low-temperature thermal expansion coefficient α LT of 70×10 −7 ·K −1 or more, more preferably 80×10 −7 ·K −1 or more.
本明細書において、10gの荷重を直径5mm、長さ20mmのサンプルに印加し、5℃/minの昇温速度で測定して得られた熱膨張曲線において、ガラス転移点と屈伏点との間における熱膨張係数の極大値を高温熱膨張係数αHTとする。
低温熱膨張係数αLTと高温熱膨張係数αHTには通常相関があり、低温熱膨張係数αLTが大きいと高温熱膨張係数αHTも大きくなる傾向がある。低温熱膨張係数αLTが従来のガラスに近い数値である一方、高温熱膨張係数αHTが従来のガラスよりも大きいガラスであれば、ガラスの成形には従来の装置を使用することができる。さらに、風冷強化処理を実施した際に残留応力を付与しやすいガラスにすることが可能である。
この観点から、本発明の強化ガラスは、高温熱膨張係数αHTと低温熱膨張係数αLTとの比αHT/αLTが2以上であることが好ましく、3以上であることがより好ましく、4以上であることがより好ましく、5以上であることがより好ましく、6以上がさらに好ましく、7以上が特に好ましく、8以上が最も好ましい。In this specification, in the thermal expansion curve obtained by applying a load of 10 g to a sample with a diameter of 5 mm and a length of 20 mm and measuring at a heating rate of 5 ° C./min, between the glass transition point and the yield point The maximum value of the coefficient of thermal expansion at is assumed to be the coefficient of thermal expansion at high temperature αHT .
There is usually a correlation between the low-temperature thermal expansion coefficient α LT and the high-temperature thermal expansion coefficient α HT , and the higher the low-temperature thermal expansion coefficient α LT , the higher the high-temperature thermal expansion coefficient α HT . If the low-temperature coefficient of thermal expansion α LT is close to that of conventional glass, but the high-temperature coefficient of thermal expansion α HT is greater than that of conventional glass, conventional equipment can be used for molding the glass. Furthermore, it is possible to make the glass to which residual stress is easily imparted when air-cooling tempering treatment is carried out.
From this point of view, the tempered glass of the present invention preferably has a ratio α HT /α LT of the high-temperature thermal expansion coefficient α HT to the low-temperature thermal expansion coefficient α LT of 2 or more, more preferably 3 or more. It is more preferably 4 or more, more preferably 5 or more, still more preferably 6 or more, particularly preferably 7 or more, and most preferably 8 or more.
風冷強化処理によりガラスに付与される残留応力は、ガラスの低温熱膨張係数αLTとヤング率Eとの積αLT×Eによって決まる。そのため、αLT×Eの値がより大きいガラスの方が風冷強化ガラスとして好ましい。
本発明の強化ガラスは、低温熱膨張係数αLTとヤング率Eとの積αLT×Eが4×105Pa・K-1以上であることが好ましく、5×105Pa・K-1以上であることがより好ましく、6×105Pa・K-1以上であることがさらに好ましく、7×105Pa・K-1以上であることが特に好ましい。The residual stress imparted to the glass by the air-cooling tempering treatment is determined by the product α LT ×E of the low-temperature thermal expansion coefficient α LT and the Young's modulus E of the glass. Therefore, a glass having a larger value of α LT ×E is preferable as an air-cooled tempered glass.
In the tempered glass of the present invention, the product α LT ×E of the coefficient of low-temperature thermal expansion α LT and Young's modulus E is preferably 4×10 5 Pa·K −1 or more, more preferably 5×10 5 Pa·K −1 . It is more preferably 6×10 5 Pa·K −1 or more, more preferably 6×10 5 Pa·K −1 or more, and particularly preferably 7×10 5 Pa·K −1 or more.
以下、実施例を用いて本発明をさらに説明する。
例1~14は実施例、例15~27は比較例である。
ガラス原料を適宜調製し、加熱・溶融した後、脱泡、攪拌等により均質化し、フロート法により成形してガラス板(板厚2.2mm)を得た。実施例、比較例に用いたガラスの組成(酸化物基準のモル%)を表1~3に示す。
なお、B2O3を含有する例7~14、例23~27について、三配位ホウ素の含有量(B(三配位)(モル%))は下記式(12)、(13)で特定した。
アルカリ金属酸化物の総量(ΣR2O)がAl2O3の含有量よりも多い場合(ΣR2O>[Al2O3]):[B(三配位)]=[B2O3]-(ΣR2O―[Al2O3]) (12)
アルカリ金属酸化物の総量(ΣR2O)がAl2O3の含有量以下の場合(ΣR2O≦[Al2O3]):[B(三配位)]=[B2O3] (13)
式中、[B(三配位)]はガラス中の三配位ホウ素の含有量(モル%)、[B2O3]はガラス中のB2O3の含有量(酸化物基準のモル%)、[Al2O3]はガラス中のAl2O3の含有量(酸化物基準のモル%)、ΣR2Oはガラス中のアルカリ金属酸化物の合計含有量(酸化物基準のモル%)である。
B2O3を含有しない例1~6、例15~22については、下記式(9)で表されるIを求めた。
I=[Al2O3]×0.03+ΣRO×0.014 (9)
式中、[Al2O3]はガラス中のAl2O3含有量(酸化物基準のモル%)、ΣROはガラス中のアルカリ土類金属酸化物の合計含有量(酸化物基準のモル%)である。
B2O3を含有する例7~14、例23~27については、下記式(10)で表されるJを求めた。
J=[B2O3]×0.031-0.026×[K2O] (10)
式中、[B2O3]はガラス中のB2O3の含有量(酸化物基準のモル%)、[K2O]はガラス中のK2Oの含有量(酸化物基準のモル%)である。The present invention will be further described below using examples.
Examples 1 to 14 are examples, and Examples 15 to 27 are comparative examples.
Glass raw materials were appropriately prepared, heated and melted, homogenized by defoaming, stirring, etc., and molded by the float method to obtain a glass sheet (thickness: 2.2 mm). Tables 1 to 3 show the compositions (mol% based on oxide) of glasses used in Examples and Comparative Examples.
In Examples 7 to 14 and Examples 23 to 27 containing B 2 O 3 , the content of three-coordinated boron (B (three-coordinated) (mol %)) is determined by the following formulas (12) and (13). identified.
When the total amount of alkali metal oxides (ΣR 2 O) is greater than the content of Al 2 O 3 (ΣR 2 O>[Al 2 O 3 ]): [B (tri-coordinate)]=[B 2 O 3 ]-(ΣR 2 O-[Al 2 O 3 ]) (12)
When the total amount of alkali metal oxides (ΣR 2 O) is equal to or less than the content of Al 2 O 3 (ΣR 2 O ≤ [Al 2 O 3 ]): [B (triple coordination)] = [B 2 O 3 ] (13)
In the formula, [B (three-coordinated)] is the content of three-coordinated boron in the glass (mol %), [B 2 O 3 ] is the content of B 2 O 3 in the glass (moles based on oxide %), [Al 2 O 3 ] is the content of Al 2 O 3 in the glass (mol % based on oxide), and ΣR 2 O is the total content of alkali metal oxides in the glass (mol % based on oxide). %).
For Examples 1 to 6 and Examples 15 to 22 containing no B 2 O 3 , I represented by the following formula (9) was obtained.
I=[Al 2 O 3 ]×0.03+ΣRO×0.014 (9)
In the formula, [Al 2 O 3 ] is the Al 2 O 3 content in the glass (mol% based on oxides), and ΣRO is the total content of alkaline earth metal oxides in the glass (mol% based on oxides). ).
For Examples 7 to 14 and Examples 23 to 27 containing B 2 O 3 , J represented by the following formula (10) was obtained.
J=[B 2 O 3 ]×0.031−0.026×[K 2 O] (10)
In the formula, [B 2 O 3 ] is the content of B 2 O 3 in the glass (mol% based on oxide), and [K 2 O] is the content of K 2 O in the glass (mol % based on oxide). %).
<比重>
上記の手順で得られたガラス板を直方体に加工し、ガラス板の長辺及び短辺の長さをマイクロメータにより誤差±0.01mmで測定し、ガラス板の重量を誤差±0.02gで測定し、比重を求めた。
<ヤング率E、ポアソン比ν>
上記の手順で得られたガラス板のヤング率Eとポアソン比νを超音波パルス法により測定した。
B2O3を含有しない例1~6、例15~22については、下記式(7)で表されるGを求めた。
G=E×0.013+ν×(-6.6)+[Al2O3]×0.023+ΣRO×0.013 (7)
式中、Eはガラスのヤング率(GPa)、νはガラスのポアソン比、[Al2O3]はガラス中のAl2O3含有量(酸化物基準のモル%)、ΣROはガラス中のアルカリ土類金属酸化物の合計含有量(酸化物基準のモル%)である。
B2O3を含有する例7~14、例23~27については、下記式(8)で表されるHを求めた。
H=B2O3(三配位)×0.039+E×0.036+ΣRO×(-0.030)-2.3 (8)
式中、B2O3(三配位)はガラス中の三配位ホウ素含有量(酸化物基準のモル%)、Eはガラスのヤング率(GPa)、ΣROはガラス中のアルカリ土類金属酸化物の合計含有量(酸化物基準のモル%)である。<Specific gravity>
The glass plate obtained by the above procedure is processed into a rectangular parallelepiped, the length of the long side and short side of the glass plate is measured with a micrometer with an error of ±0.01 mm, and the weight of the glass plate is measured with an error of ±0.02 g. It was measured and the specific gravity was determined.
<Young's modulus E, Poisson's ratio ν>
The Young's modulus E and Poisson's ratio ν of the glass plate obtained by the above procedure were measured by the ultrasonic pulse method.
For Examples 1 to 6 and Examples 15 to 22 containing no B 2 O 3 , G represented by the following formula (7) was obtained.
G=E×0.013+ν×(−6.6)+[Al 2 O 3 ]×0.023+ΣRO×0.013 (7)
In the formula, E is the Young's modulus of the glass (GPa), ν is the Poisson's ratio of the glass, [Al 2 O 3 ] is the Al 2 O 3 content in the glass (mol% based on oxide), ΣRO is the It is the total content of alkaline earth metal oxides (mole % based on oxides).
For Examples 7 to 14 and Examples 23 to 27 containing B 2 O 3 , H represented by the following formula (8) was obtained.
H=B 2 O 3 (three-coordinate)×0.039+E×0.036+ΣRO×(−0.030)−2.3 (8)
In the formula, B 2 O 3 (three-coordinated) is the content of three-coordinated boron in the glass (mol% based on oxide), E is the Young's modulus of the glass (GPa), and ΣRO is the alkaline earth metal in the glass. Total content of oxides (mole % based on oxides).
<低温熱膨張係数αLT、高温熱膨張係数αHT、ガラス転移点Tg、屈伏点>
上記の手順で得られたガラス板を加工して、直径5mm、長さ20mmのガラス棒を作製した。熱膨張計(ブルカー・エイエックスエス社製、TD5010SA)を用い、ガラス棒に10gの荷重を加えて5℃/分の昇温速度で線膨張曲線を測定し、ガラス転移点Tg(単位:℃)、屈伏点(単位:℃)、低温熱膨張係数αLT(単位:×10-7/℃)、高温熱膨張係数αHT(単位:×10-7/℃)を求めた。なお、表1~3において、括弧内に示す値は計算値である。
<仮想温度>
ガラスの仮想温度は、以下の手順で測定を行った。
まず、ガラスの異なる仮想温度のガラスの作製を、以下の手順で行った。所定の組成のガラス原料を調合し溶解した後、板ガラスに成形した。成形後、ガラスをそれぞれ表2及び表3の冷却開始温度で保持した。その後、冷却速度を調整することにより、ガラスの仮想温度を調整した。次に、ガラスの仮想温度を、次のように求めた。それぞれの組成のガラスにおいて、板状のガラスを3個ずつ準備し、白金線とセラミクス棒を用いて白金るつぼ内に壁面に接触しないように吊るした状態でそれぞれ異なる冷却開始温度T(℃)に保持した電気炉に入れた。ここで、冷却開始温度ならびに保持時間は、Tg+50℃で5分、Tg+30℃で20分、Tg+10℃で2時間とし、それぞれ保持した後に、ガラスを電気炉から室温約25℃の炉外に取り出すことによって、1000℃/min以上の冷却速度で冷却した。次に、これらのガラスのd線における屈折率ndを、屈折率計(KPR2000;島津デバイス製造社製)を用いて測定し、屈折率ndと冷却開始温度Tから、式(4)における定数aおよびbを線形回帰により決定した。次に、未知のTfのガラスについて、屈折率ndを測定し、式(4)の関係、Tf=a×nd+bを用いて仮想温度Tfを求めた。<Low temperature thermal expansion coefficient α LT , high temperature thermal expansion coefficient α HT , glass transition point Tg, yield point>
A glass rod having a diameter of 5 mm and a length of 20 mm was produced by processing the glass plate obtained by the above procedure. Using a thermal expansion meter (TD5010SA, manufactured by Bruker AXS), a load of 10 g was applied to the glass rod and the linear expansion curve was measured at a heating rate of 5 ° C./min, and the glass transition point Tg (unit: ° C. ), yield point (unit: °C), low-temperature coefficient of thermal expansion αLT (unit: × 10-7 /°C), and high-temperature coefficient of thermal expansion αHT (unit: × 10-7 /°C) were determined. In Tables 1 to 3, values shown in parentheses are calculated values.
<virtual temperature>
The fictive temperature of the glass was measured by the following procedure.
First, glasses with different fictive temperatures were produced by the following procedure. Glass raw materials having a predetermined composition were prepared and melted, and then formed into sheet glass. After molding, the glasses were held at the cooling start temperatures shown in Tables 2 and 3, respectively. The fictive temperature of the glass was then adjusted by adjusting the cooling rate. Next, the fictive temperature of the glass was determined as follows. For each composition of glass, three plate-shaped glasses were prepared and suspended in a platinum crucible using a platinum wire and a ceramic rod so as not to come into contact with the wall surface. It was placed in a holding electric furnace. Here, the cooling start temperature and holding time are Tg + 50 ° C. for 5 minutes, Tg + 30 ° C. for 20 minutes, and Tg + 10 ° C. for 2 hours. was cooled at a cooling rate of 1000° C./min or more. Next, the refractive index nd of these glasses at the d -line is measured using a refractometer ( KPR2000 ; manufactured by Shimadzu Device Manufacturing Co., Ltd.). Constants a and b were determined by linear regression. Next, the refractive index n d was measured for a glass of unknown T f , and the fictive temperature T f was determined using the relationship T f =a×n d +b in equation (4).
<ミラー定数>
下記手順でガラス加工、加傷、熱処理、曲げ試験、破壊面の観察を実施することにより、ミラー定数を測定した。
(加工)
上記の手順で得られたガラス板を40mm×6mm×3mmの大きさに加工し、表裏面と長手方向の端面(合わせて4面)を鏡面研磨したガラス板を8枚作製した。
(加傷)
ビッカース硬度計(HMV-2;島津製作所社製)を用いて対面角110°のダイヤモンド圧子を使用し、8枚のガラス板に異なる荷重で圧子を押し込み、加傷した。押し込み荷重は、0.05kgf、0.1kgf、0.3kgf、0.5kgf、0.75kgf、1.0kgf、2.0kgf、3.0kgfとした。
(熱処理)
加傷による歪の影響を除去するために熱処理を行った。熱処理は、表1~3に記載の冷却開始温度で1時間保持し、表1~3に記載の冷却速度で室温まで冷却することにより行った。
(曲げ試験)
4点曲げ用冶具のスパンは、負荷側(上):10mm、支持側(下):30mmのものを用いた。加傷および熱処理後のガラスの、加傷面の反対の面にテープを貼り、加傷面を下(テープを貼った面を上)にして荷重を印加し、破砕した時の荷重を測定した。以下の式(14)を用いて、測定した荷重から破砕時の応力を求めた。
σ=(3F(Ls-Ll))/(2wh2) (14)
ここで、σ:破砕時の応力(MPa)、F:破砕時の荷重(N)、Ls:下部支点間距離(mm)、Ll:上部荷重点間距離(mm)、w:サンプル幅(mm)、h:サンプル厚さ(mm)である。
(破壊面観察)
破断面をデジタルマイクロスコープ(VHX-5000;KEYENCE社製)を用いて観察し、破壊起点から、ミラー面とミスト面との界面までの距離Rを計測した。観察時は、サンプルの破断面と顕微鏡のレンズの光軸を垂直にし、20×150倍の倍率で観察を行った。
上記の手順で得られた結果から、下記式を用いてミラー定数Aを求めた。
σ=A/R1/2
<Miller constant>
The Miller constant was measured by carrying out glass processing, scratching, heat treatment, bending test, and observation of the fracture surface according to the following procedures.
(processing)
The glass plates obtained by the above procedure were processed into a size of 40 mm×6 mm×3 mm, and 8 glass plates were produced by mirror-polishing the front, back, and longitudinal end surfaces (four surfaces in total).
(injury)
Using a Vickers hardness tester (HMV-2; manufactured by Shimadzu Corporation) and using a diamond indenter with a facing angle of 110°, eight glass plates were indented with different loads to give scratches. The indentation loads were 0.05 kgf, 0.1 kgf, 0.3 kgf, 0.5 kgf, 0.75 kgf, 1.0 kgf, 2.0 kgf and 3.0 kgf.
(Heat treatment)
Heat treatment was performed to remove the effects of strain due to scratching. The heat treatment was carried out by holding for 1 hour at the cooling start temperature shown in Tables 1-3 and cooling to room temperature at the cooling rate shown in Tables 1-3.
(bending test)
The span of the four-point bending jig used was 10 mm on the load side (upper) and 30 mm on the support side (lower). After the glass was scratched and heat-treated, a tape was attached to the surface opposite to the scratched surface, a load was applied with the scratched surface facing downward (the taped surface facing upward), and the load when the glass was crushed was measured. . Using the following formula (14), the stress at the time of crushing was obtained from the measured load.
σ=(3F(Ls−Ll))/(2wh 2 ) (14)
Here, σ: stress during crushing (MPa), F: load during crushing (N), Ls: distance between lower fulcrums (mm), Ll: distance between upper load points (mm), w: sample width (mm ), h: sample thickness (mm).
(Fracture surface observation)
The fracture surface was observed using a digital microscope (VHX-5000; manufactured by KEYENCE), and the distance R from the fracture origin to the interface between the mirror surface and the mist surface was measured. During observation, the broken surface of the sample was perpendicular to the optical axis of the lens of the microscope, and observation was performed at a magnification of 20×150.
From the results obtained by the above procedure, the Miller constant A was determined using the following formula.
σ = A/R 1/2
<強化処理>
例1、3、5のガラスについては、450℃の溶融硝酸カリウムに3時間浸漬し、化学強化処理を行った。
例2、4、6、7~27のガラスについては、電気炉で粘性がlogη=9となる温度(およそTg+110~130℃)で加熱し、ガラス表面が該温度になった直後に電気炉からガラスを取り出し、急冷することにより風冷強化処理を行った。<Strengthening treatment>
The glasses of Examples 1, 3 and 5 were immersed in molten potassium nitrate at 450° C. for 3 hours for chemical strengthening treatment.
The glasses of Examples 2, 4, 6, 7 to 27 were heated in an electric furnace at a temperature at which the viscosity became log η = 9 (approximately Tg + 110 to 130 ° C.), and immediately after the glass surface reached this temperature, the electric furnace was removed. The glass was taken out and quenched to perform air-cooling tempering treatment.
<CS、DOL>
強化処理後のガラスの表面圧縮応力(CS)、圧縮応力層深さ(DOL)を以下の手順で算出した。
化学強化処理を行った例1、3、5のガラスについては、表面応力計(FSM6000;折原製作所社製)にて測定を行った。物理強化処理を行った例2、4、6、7~27のガラスについては散乱光光弾性解析装置(SLP-1000;折原製作所社製)にて測定をおこなった。<CS, DOL>
The surface compressive stress (CS) and compressive stress layer depth (DOL) of the tempered glass were calculated by the following procedures.
The glasses of Examples 1, 3, and 5 subjected to the chemical strengthening treatment were measured using a surface stress meter (FSM6000; manufactured by Orihara Seisakusho Co., Ltd.). The glasses of Examples 2, 4, 6, 7 to 27 subjected to the physical strengthening treatment were measured using a scattered light photoelastic analyzer (SLP-1000; manufactured by Orihara Seisakusho Co., Ltd.).
<破砕数>
例2、4、6~27のガラスについては、強化処理後のガラスの破砕数を以下の手順で測定した。
強化処理後のガラスサンプル(10cm角)に対して、オートポンチ(超硬チップ付自動ポンチM型;新潟精機社製)を用いて、サンプルの一つの角から10mm離れたところに角度120°の圧子により衝撃を加えて破砕した。破砕したガラスの破片の数を破砕数とした。なお、ガラスが破砕しなかった場合は破砕数を0とした。
例1、3、5のガラスについては、強化処理後のガラスの破砕数を以下の手順で測定した。
マイクロビッカース硬度計(HMV-2;島津製作所社製)を用いて、正四角錐状60°(対面角)ダイヤモンド圧子を下記圧子負荷速度、荷重4kgf、押し込み時間15secで押し込み、破砕したガラスの破片の数を破砕数とした。なお、ガラスが破砕しなかった場合は破砕数を0とした。
圧子負荷速度:ガラス表面に触れるまでは260μm/sec、ガラス侵入後は5~120μm/sec<Number of crushed pieces>
For the glasses of Examples 2, 4, and 6 to 27, the number of fractures of the glass after tempering treatment was measured by the following procedure.
For the glass sample (10 cm square) after tempering treatment, an auto punch (automatic punch with carbide tip M type; manufactured by Niigata Seiki Co., Ltd.) was used to place an angle of 120 ° at a distance of 10 mm from one corner of the sample. It was crushed by applying an impact with an indenter. The number of crushed glass fragments was defined as the number of crushed pieces. In addition, when the glass was not crushed, the number of crushed was defined as 0.
For the glasses of Examples 1, 3, and 5, the number of fractures of the glass after tempering treatment was measured by the following procedure.
Using a micro Vickers hardness tester (HMV-2; manufactured by Shimadzu Corporation), a regular quadrangular pyramid-shaped 60° (facing angle) diamond indenter was indented at the following indenter load rate, load of 4 kgf, and indentation time of 15 sec. The number was defined as the crushing number. In addition, when the glass was not crushed, the number of crushed was defined as 0.
Indenter loading speed: 260 μm/sec until touching the glass surface, 5 to 120 μm/sec after penetrating the glass
ミラー定数Aが2.2MPa・m0.5以上である例1~14の強化ガラスは、破砕数が10個未満であり、破砕片が少なかった。一方、ミラー定数Aが2.2MPa・m0.5未満である例15~27の強化ガラスは、破砕数が38個以上であり、破砕片が多かった。The tempered glasses of Examples 1 to 14, which had a Miller constant A of 2.2 MPa·m 0.5 or more, had fewer than 10 broken pieces and few broken pieces. On the other hand, the tempered glasses of Examples 15 to 27, in which Miller's constant A was less than 2.2 MPa·m 0.5 , had 38 or more broken pieces, and many broken pieces.
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
本出願は、2017年7月18日出願の日本特許出願2017-138853に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。Although the present invention has been described in detail and with reference to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
This application is based on Japanese Patent Application No. 2017-138853 filed on July 18, 2017, the contents of which are incorporated herein by reference.
本発明の強化ガラスは、例えば、車両の窓用ガラス、建築物の窓用ガラス、外壁、太陽電池カバーガラスとして、特に建築物の窓用ガラスとして好適に用いられる。 The tempered glass of the present invention is suitable for use as, for example, window glass for vehicles, window glass for buildings, outer walls, solar battery cover glass, and particularly window glass for buildings.
Claims (22)
G=E×0.013+ν×(-6.6)+[Al2O3]×0.023+ΣRO×0.013
(式中、Eはガラスのヤング率(GPa)、νはガラスのポアソン比、[Al2O3]はガラス中のAl2O3の含有量(酸化物基準のモル%)、ΣROはガラス中のアルカリ土類金属酸化物の合計含有量(酸化物基準のモル%)である。) The tempered glass according to claim 5 or 6, wherein G represented by the following formula is 0 or more.
G=E×0.013+ν×(−6.6)+[Al 2 O 3 ]×0.023+ΣRO×0.013
(Wherein, E is the Young's modulus of the glass (GPa), ν is the Poisson's ratio of the glass, [Al 2 O 3 ] is the content of Al 2 O 3 in the glass (mol% based on oxide), ΣRO is the glass It is the total content of alkaline earth metal oxides in (mole% based on oxides).)
I=[Al2O3]×0.03+ΣRO×0.014
(式中、[Al2O3]はガラス中のAl2O3含有量(酸化物基準のモル%)、ΣROはガラス中のアルカリ土類金属酸化物の合計含有量(酸化物基準のモル%)である。) The tempered glass according to any one of claims 5 to 7, wherein I represented by the following formula is 0.45 or more.
I=[Al 2 O 3 ]×0.03+ΣRO×0.014
(In the formula, [Al 2 O 3 ] is the Al 2 O 3 content in the glass (mol% based on oxide), ΣRO is the total content of alkaline earth metal oxides in the glass (mol %).)
H=B2O3(三配位)×0.039+E×0.036+ΣRO×(-0.030)-2.3
(式中、B2O3(三配位)はガラス中の三配位ホウ素含有量(酸化物基準のモル%)、Eはガラスのヤング率(GPa)、ΣROはガラス中のアルカリ土類金属酸化物の合計含有量(酸化物基準のモル%)である。) The tempered glass according to claim 11 or 12 , wherein H represented by the following formula is 0.4 or more.
H=B 2 O 3 (three-coordinate)×0.039+E×0.036+ΣRO×(−0.030)−2.3
(Wherein, B 2 O 3 (three-coordinated) is the content of three-coordinated boron in the glass (mol% based on oxide), E is the Young's modulus of the glass (GPa), ΣRO is the alkaline earth in the glass It is the total content of metal oxides (mol% based on oxides).)
J=[B2O3]×0.031-0.026×[K2O]
(式中、[B2O3]はガラス中のB2O3含有量(酸化物基準のモル%)、[K2O]はガラス中のK2O含有量(酸化物基準のモル%)である。) The tempered glass according to any one of claims 11 to 13 , wherein J represented by the following formula is 0.45 or more.
J=[B 2 O 3 ]×0.031−0.026×[K 2 O]
(In the formula, [B 2 O 3 ] is the B 2 O 3 content in the glass (mol% based on the oxide), [K 2 O] is the K 2 O content in the glass (mol% based on the oxide ).)
<M <M R2OR2O >=Σ(Mi×Ri)/ΣRi>=Σ(Mi×Ri)/ΣRi
(式中、Miはアルカリ金属の原子量、Riはガラスに含まれるアルカリ金属酸化物の含有量(酸化物基準のモル%)である。)(In the formula, Mi is the atomic weight of the alkali metal, and Ri is the content of the alkali metal oxide contained in the glass (mol % based on the oxide).)
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