專(zhuān)利名稱(chēng)：強(qiáng)化玻璃和采用該強(qiáng)化玻璃制造的層合玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強(qiáng)化玻璃和采用該強(qiáng)化玻璃制造的層合玻璃。
進(jìn)來(lái)，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越得到社會(huì)關(guān)注，在汽車(chē)制造業(yè)，亟需通過(guò)減輕汽車(chē)自重來(lái)提高汽油里程數(shù)，因此，越來(lái)越多地要求減輕汽車(chē)零配件的重量，其中包括車(chē)窗玻璃。為了減輕車(chē)窗玻璃的重量，曾嘗試過(guò)降低玻璃板厚度的辦法，但從安全性考慮，這似乎并不可行。
目前已有許多用于車(chē)窗的安全玻璃，例如，側(cè)窗和后窗常采用強(qiáng)化玻璃。強(qiáng)化玻璃通過(guò)對(duì)熱玻璃板進(jìn)行空氣急冷淬火制成，于是在其表面形成壓縮應(yīng)力層，里面則形成拉伸應(yīng)力層。這樣，由于兩應(yīng)力層之間的應(yīng)力平衡，強(qiáng)化玻璃具有足夠的強(qiáng)度以承受施加于玻璃板表面的拉伸力。
而且，強(qiáng)化玻璃不僅強(qiáng)度高，萬(wàn)一碎裂，可形成顆粒狀碎塊，不至于傷人。即，如果深入拉伸應(yīng)力層的裂紋進(jìn)入表面的壓縮應(yīng)力層，兩應(yīng)力層間的應(yīng)力平衡被打破，無(wú)數(shù)裂紋向各個(gè)方向散播，使得玻璃板的碎塊呈顆粒狀而非尖銳形。
因此，可采用強(qiáng)化玻璃制作車(chē)窗來(lái)提高安全性。然而，如果為了減輕玻璃板重量而降低其厚度則會(huì)造成以下問(wèn)題。
如果將玻璃板減薄，其表面的壓縮應(yīng)力層厚度也將相應(yīng)減薄。強(qiáng)化玻璃的制造是通過(guò)熱玻璃板急冷在表面和內(nèi)部形成溫差，從而在表面形成壓縮應(yīng)力層，在內(nèi)部形成拉伸應(yīng)力層。因此，玻璃板越薄，溫差的形成越難，表面壓縮應(yīng)力層的厚度就越薄。結(jié)果，即使極小的裂紋也可能到達(dá)玻璃板內(nèi)部的拉伸應(yīng)力層，導(dǎo)致玻璃板碎裂。
而且，玻璃板內(nèi)部的拉伸應(yīng)力與表面的壓縮應(yīng)力在玻璃板整體范圍內(nèi)進(jìn)行平衡。假設(shè)玻璃板無(wú)限大，則玻璃板表面的壓縮應(yīng)力與其內(nèi)部的拉伸應(yīng)力沿厚度方向平衡。但實(shí)際上玻璃板都具有一定的大小，在急冷時(shí)，冷卻將從玻璃板的端面開(kāi)始，因此，在端面也會(huì)形成壓縮應(yīng)力層。為了與該端面的壓縮應(yīng)力層平衡，從端面略近玻璃板中央處形成的壓縮應(yīng)力層需薄于玻璃板中央的壓縮應(yīng)力層，結(jié)果，很小的裂紋也會(huì)令玻璃板碎裂。
因此，此前一般采用合成樹(shù)脂模塑材料或金屬飾材包覆和加強(qiáng)玻璃板的邊緣部分。然而，現(xiàn)在的汽車(chē)流行安裝周邊和端面裸露的窗玻璃，這樣，壓縮應(yīng)力層薄的區(qū)域是外露的，因而容易出現(xiàn)裂紋。
本發(fā)明的目的在于提供一種強(qiáng)化玻璃，它能夠在為了減重而降低厚度的同時(shí)仍可保持足夠的強(qiáng)度，特別是保持玻璃板邊緣部分的足夠強(qiáng)度。本發(fā)明的目的還在于提供采用該強(qiáng)化玻璃的層合玻璃。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種強(qiáng)化玻璃，具有形成于表面的壓縮應(yīng)力層和形成于內(nèi)部的拉伸應(yīng)力層，該玻璃的厚度(t)為1.5-3.5mm，在玻璃厚度方向上，壓縮應(yīng)力層的最小厚度(a)為0.15-0.7mm。
此外，本發(fā)明還提供了一種采用上述強(qiáng)化玻璃制造的層合玻璃。
在附圖中

圖1是顯示本發(fā)明實(shí)施方式之一的局剖圖。
圖2(a)是壓縮應(yīng)力層厚度測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2(b)是圖2(a)的α-α方向視圖。
圖3是顯示裝置上顯示的散射光平面示意圖。
圖4(a)至(c)是存在相差時(shí)散射光的平面示意圖。
以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述。
圖1是顯示本發(fā)明實(shí)施方式之一的局剖圖。所示玻璃板G被用作車(chē)窗玻璃(即側(cè)窗和或后窗)，該圖放大了其邊緣部分的截面。玻璃板G內(nèi)部有一拉伸應(yīng)力層，該層外圍是壓縮應(yīng)力層。圖1中，玻璃板G的厚度以t表示，壓縮應(yīng)力層的最小厚度以a表示，壓縮應(yīng)力層的平均厚度以b表示。
1.壓縮應(yīng)力層的厚度窗玻璃板的外露部位正是它與其他物體由于多種外在因素而發(fā)生摩擦的部位。例如，車(chē)窗玻璃的外露部位會(huì)與洗車(chē)刷等多種物體發(fā)生摩擦。而且，用作滑動(dòng)汽車(chē)窗的玻璃板邊緣會(huì)因開(kāi)窗、關(guān)窗而與窗框發(fā)生摩擦。這些摩擦?xí)诓ＡО灞砻嬖斐蓜澓邸ｋm然劃痕屬于小缺陷，但當(dāng)這些缺陷穿過(guò)壓縮應(yīng)力層而到達(dá)拉伸應(yīng)力層時(shí)，玻璃板就會(huì)碎裂。
本發(fā)明玻璃板的厚度為1.5-3.5mm。如果玻璃板厚度超過(guò)3.5mm，通過(guò)普通淬火方法可根據(jù)玻璃板的厚度獲得一定厚度的壓縮應(yīng)力層。另一方面，將玻璃板厚度制薄時(shí)，壓縮應(yīng)力層也相應(yīng)變薄。
除非惡意地在玻璃板表面制造缺陷，試驗(yàn)證明，一般操作情況下與其他物體摩擦在玻璃板表面所致缺陷的深度小于0.15mm。因此，厚度為1.5-3.5mm的玻璃板足以形成最小厚度至少為0.15mm的壓縮應(yīng)力層。
此外，為了提高厚度1.5-3.5mm玻璃板中壓縮應(yīng)力層的厚度，冷卻時(shí)的冷卻強(qiáng)度需比常規(guī)淬火中大得多。但是，從設(shè)備角度考慮，很難實(shí)現(xiàn)這樣的冷卻，因?yàn)檫@要求將鼓風(fēng)機(jī)加大。因此，本發(fā)明經(jīng)試驗(yàn)證明，壓縮應(yīng)力層的最小厚度至多可達(dá)0.7mm。
另一方面，壓縮應(yīng)力層最小厚度(a)，玻璃板厚度(t)和壓縮應(yīng)力層平均厚度(b)之間的關(guān)系最好能滿(mǎn)足0.1≤a/t≤0.2和0.15≤b/t≤0.25，理由如下。
如果為了平衡玻璃板表面的壓縮應(yīng)力與其內(nèi)部的拉伸應(yīng)力，壓縮應(yīng)力層的厚度與拉伸應(yīng)力層的厚度大大失衡，會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
作為一種具有足夠強(qiáng)度以抵抗刮擦或缺陷的強(qiáng)化玻璃，本發(fā)明強(qiáng)化玻璃壓縮應(yīng)力層的最小厚度為0.15-0.7mm。玻璃板厚度(t)為1.5-3.5mm。本發(fā)明試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，所述厚度最好能滿(mǎn)足0.1≤a/t≤0.2和0.15≤b/t≤0.25。
較好的是，用本發(fā)明實(shí)施方式所述的強(qiáng)化玻璃提供一種層合玻璃用作汽車(chē)車(chē)窗，尤其是用作汽車(chē)側(cè)窗的層合玻璃。即，為了提高防盜能力和隔音能力，曾提出采用約2mm厚的玻璃板隔著中間層結(jié)合而成的層合玻璃。此時(shí)采用的是淬火程度略低于通常的強(qiáng)化玻璃。因此，它們的強(qiáng)度不及采用普通強(qiáng)化玻璃的汽車(chē)滑動(dòng)窗。雖然玻璃板本身的強(qiáng)度尤其是抗撞擊強(qiáng)度有所降低，但層合玻璃的整體強(qiáng)度足以適應(yīng)汽車(chē)車(chē)窗的要求。
然而，隨著玻璃板變薄，其表面的壓縮應(yīng)力層也相應(yīng)變薄。在開(kāi)/關(guān)車(chē)窗時(shí)，用作汽車(chē)滑動(dòng)窗的玻璃板的邊緣會(huì)在沿窗框滑動(dòng)時(shí)與軌道發(fā)生摩擦。因此，壓縮應(yīng)力層薄的部位暴露于可能造成劃痕的環(huán)境中。因此，若用層合玻璃作為汽車(chē)的滑動(dòng)窗，宜采用抗劃傷性能良好的本發(fā)明強(qiáng)化玻璃。
2.制造方法以下描述的是制造所述玻璃板G的方法。首先，將切割成所需大小的玻璃板送入加熱爐，加熱至軟化點(diǎn)以下但可彎折的溫度，于此溫度通過(guò)例如壓模將其制成所需的形狀。然后，將彎曲玻璃板放在一環(huán)形夾具上，支撐住玻璃板的邊緣，從朝向玻璃板的眾多噴氣口吹出的高壓空氣冷卻玻璃板。結(jié)果，玻璃板G的表而形成壓縮應(yīng)力層，其內(nèi)部形成拉伸應(yīng)力層。壓縮應(yīng)力層的厚度取決于玻璃板的厚度和吹出空氣的壓力。
此外，將玻璃板放在環(huán)形夾具上用空氣急冷進(jìn)行淬火的方法(JP-A-2000-281369等)影響了環(huán)形夾具所在玻璃板邊緣的冷卻，壓縮應(yīng)力層的厚度因此更薄。所以，應(yīng)盡可能通過(guò)振蕩玻璃板或調(diào)節(jié)吹向玻璃板邊緣的冷空氣流量等方法在玻璃板的邊緣也形成所需壓縮應(yīng)力層。
另一方面，在冷卻時(shí)不使用環(huán)形夾具的方法中，即在輥輪或氣體浮床傳送的同時(shí)對(duì)玻璃板進(jìn)行空氣急冷的方法中，玻璃板的受支承部位在傳送過(guò)程中不斷變化，因而不可能出現(xiàn)冷卻不充分的局部區(qū)域。因此，即使不根據(jù)玻璃板的不同部位調(diào)節(jié)冷卻氣流也能形成具有足夠厚度的壓縮應(yīng)力層。所以，本發(fā)明優(yōu)選不采用環(huán)形夾具的方法。
JP-A-2000-2434描述了一種不采用環(huán)形夾具的方法。該方法中，玻璃板在加熱爐中加熱至可彎折溫度，此時(shí)將玻璃送至眾多可上下移動(dòng)的輥輪上，于是，玻璃板隨這眾多輥輪形成的一個(gè)凹形傳送曲面發(fā)生彎曲。彎曲玻璃板由這些上下移動(dòng)的輥輪送至冷卻區(qū)，邊傳送邊冷卻，由從輥輪間噴口吹出的冷卻氣流進(jìn)行冷卻。此時(shí)，由于玻璃板的受支承部位在輥輪傳送過(guò)程中不斷改變，因而不可能出現(xiàn)局部冷卻不充分。
將多塊以上制造的淬火玻璃板層合，中間間以樹(shù)脂(例如聚乙烯醇縮丁醛)中間層，可制得適合用作側(cè)窗玻璃的層合玻璃。所述層合玻璃可用已知方法來(lái)制造。
3.壓縮應(yīng)力層厚度的測(cè)定以下將結(jié)合圖2(a)和(b)說(shuō)明測(cè)定壓縮應(yīng)力層厚度的方法和所用的儀器。圖2(a)和(b)顯示了測(cè)定壓縮應(yīng)力層厚度的裝置。圖2(a)中，光源1(例如綠色激光器)發(fā)出的光10經(jīng)鏡面2反射，進(jìn)入相差振蕩器3，入射光10的位相按要求經(jīng)其調(diào)節(jié)后進(jìn)入透鏡4。相差振蕩器3具有一截面呈楔形的光學(xué)元件(后文稱(chēng)之為楔3a)。如圖所示垂直(即圖2(a)中雙向箭頭所示的方向)滑動(dòng)楔3a，通過(guò)楔3a的光10的路徑長(zhǎng)度于是發(fā)生改變，從楔3a出來(lái)的光10的相位也發(fā)生改變。
光10出楔3a后進(jìn)入透鏡4，入射光10因透鏡4按要求的角度發(fā)生折射，然后進(jìn)入三角棱鏡5的一個(gè)端面。棱鏡5通過(guò)折射液(折射系數(shù)與玻璃板G相同的液體)放在玻璃板G上。透鏡4的形狀相當(dāng)于普通透鏡的一半，并與楔3a一樣可以垂直(即圖2(a)中雙向箭頭所示的方向)滑動(dòng)。
通過(guò)所述的滑動(dòng)，出自透鏡4的光線(xiàn)方向垂直移動(dòng)，由此可調(diào)整射到棱鏡5上的入射位置。進(jìn)入棱鏡5后的光線(xiàn)通過(guò)棱鏡5進(jìn)入玻璃板G。此時(shí)產(chǎn)生的散射光從棱鏡5的一個(gè)斜面射出，被CCD相機(jī)6拍攝成像。由此得到的圖像信號(hào)被傳送至控制裝置7，經(jīng)其加工后顯示在顯示裝置8上。操作者可通過(guò)操作輸入裝置9來(lái)操控控制裝置7。
如圖2(b)所示，玻璃板G上的棱鏡5是一三角棱鏡，其截面為等邊三角形，由二氧化硅玻璃制成。CCD相機(jī)6正對(duì)棱鏡5的斜面，它所拍攝的圖像經(jīng)控制裝置7處理后顯示在顯示裝置8上。所述顯示裝置8是常用顯示器，例如CRT或LCD，輸入裝置9是常用輸入裝置，例如鍵盤(pán)或鼠標(biāo)。
圖3是顯示裝置8上散射光10和11的平面示意圖。如圖所示，顯示裝置8上顯示了玻璃板G和通過(guò)玻璃板G的散射光11，還有鼠標(biāo)指針8a和條形游標(biāo)8b至8d，它們是用于測(cè)定壓縮應(yīng)力層厚度的。散射光10由圖中的位點(diǎn)P進(jìn)入玻璃板G，在玻璃板G內(nèi)，散射光11呈現(xiàn)為許多小橢球體。到達(dá)玻璃板G的背面(點(diǎn)A)的散射光11被全反射到其正面。散射光11的反射路徑呈現(xiàn)為如前所述的小橢球體，并從玻璃板G的表面(點(diǎn)C)射出。
操作者可通過(guò)操作圖2中輸入裝置9來(lái)移動(dòng)鼠標(biāo)指針8a。然后，將鼠標(biāo)指針8a移動(dòng)到所需位置，敲擊輸入裝置9上某鍵(未顯示)，藉此移動(dòng)條形游標(biāo)8b，8c和8d。為了測(cè)定壓縮應(yīng)力層的厚度(即圖中的RE距離)，將游標(biāo)8b與點(diǎn)A對(duì)齊，游標(biāo)8d與點(diǎn)C對(duì)齊。然后，將游標(biāo)8c與壓縮應(yīng)力層與拉伸應(yīng)力層分界上的點(diǎn)E對(duì)齊。點(diǎn)E可按照下文如圖4(a)至(c)所示來(lái)尋找。
圖4(a)至(c)顯示散射光11經(jīng)相差振蕩器3調(diào)整而改變。垂直(圖2(a)中雙向箭頭所示的方向)滑動(dòng)相差振蕩器3的楔3a，進(jìn)入玻璃板G的光10的相位隨之改變。結(jié)果，根據(jù)相位變化，玻璃板G內(nèi)的小橢球體沿著散射光11的路徑發(fā)生前后移動(dòng)。
此比處的一個(gè)特征是，小橢球體的移動(dòng)方向在壓縮應(yīng)力層內(nèi)與在拉伸應(yīng)力層內(nèi)是相反的。因此，從圖4(b)所示的狀態(tài)向前或向后移動(dòng)光10的位相，小橢球體在兩應(yīng)力層分界(圖中的虛線(xiàn))上的點(diǎn)E附近脹大(圖4(a))或縮小(圖4(c))。因?yàn)楸硎痉纸绲奶摼€(xiàn)和點(diǎn)E不顯示在顯示裝置8上，所以必須仔細(xì)觀(guān)察來(lái)尋找小橢球體縮小或脹大的位置，然后讓游標(biāo)8c位于認(rèn)為是點(diǎn)E的位置。
如此安置三游標(biāo)8b，8c和8d后，控制裝置7根據(jù)公式AB∶AD＝BD∶DE(三角形ABC與三角形ADE是相似三角形)和已知的玻璃板厚度BC(由操作者預(yù)先輸入)計(jì)算出壓縮應(yīng)力層的厚度。
表1顯示用多種彎折方法處理的用作汽車(chē)前窗玻璃的層合玻璃的試驗(yàn)結(jié)果。方法(1)至(3)中，沒(méi)有采用環(huán)形夾具，玻璃板邊傳送邊冷卻，方法(4)和(5)中，玻璃板用環(huán)形夾具夾住其邊緣進(jìn)行冷卻，并對(duì)吹向邊緣的冷卻空氣流兩進(jìn)行調(diào)節(jié)。各種情況下(包括汽車(chē)內(nèi)側(cè)和外側(cè))，玻璃厚度(t)與壓縮應(yīng)力層厚度方向最小厚度(a)之間的關(guān)系符合0.1≤a/t≤0.2，玻璃厚度(t)與壓縮應(yīng)力層厚度方向平均厚度(b)之間的關(guān)系符合0.15≤b/t≤0.25。
表1
如前所述，由于發(fā)現(xiàn)了玻璃板厚度與壓縮應(yīng)力層厚度之間的最佳關(guān)系，本發(fā)明提供了一種具有足夠強(qiáng)度的強(qiáng)化玻璃和采用該強(qiáng)化玻璃的層合玻璃。此外，運(yùn)用本發(fā)明可以在需要降低汽車(chē)后窗或側(cè)窗玻璃厚度時(shí)找到最合適的壓縮應(yīng)力層厚度。
此外，本發(fā)明不僅可用于汽車(chē)車(chē)窗玻璃，而且可用于火車(chē)、飛機(jī)、輪船或建筑物的窗玻璃。
此外，若采用其中分散有直徑0.2微米的紅外線(xiàn)屏蔽微粒的中間層，在提高汽車(chē)的抗撞擊安全性之外還可提供可屏蔽熱輻射的層合玻璃。作為紅外線(xiàn)屏蔽微粒的材料，包括例如Sn、Ti、Si、Zn、Zr、Fe、Al、Cr、Co、Ce、In、Ni、Ag、Cu、Pt、Mn、Ta、W、V和/或Mo這些金屬，以及它們的氧化物、氮化物或硫化物制成的微粒，或摻有Sb或F的上述材料制成的微粒。這些微粒可以單用也可以聯(lián)用。此外，還包括以上材料之一或多種與有機(jī)樹(shù)脂的混合材料，或以上材料之一或多種與有機(jī)樹(shù)脂的摻混物。
此外，優(yōu)選的紅外線(xiàn)屏蔽微粒是摻有銻的氧化錫(ATO)微?；驌接绣a的氧化銦(ITO)微粒。這兩種微粒都具有優(yōu)良的紅外線(xiàn)屏蔽性能。所以，它們?cè)谥虚g層內(nèi)中只需少量即可。其中，ITO微粒在紅外線(xiàn)屏蔽方面比ATO微粒更好，因此尤為適合。此外，通過(guò)在每100質(zhì)量份中間層0.5-0.5質(zhì)量份范圍內(nèi)調(diào)節(jié)紅外線(xiàn)屏蔽微粒的混合比，可以在避免紅外線(xiàn)輻射進(jìn)入引起車(chē)內(nèi)溫度升高的同時(shí)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)內(nèi)外的紅外線(xiàn)交換。
本發(fā)明參考了2001年7月31日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)2001-232359，包括其中說(shuō)明書(shū)，權(quán)利要求，附圖和概述的全部?jī)?nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)化玻璃，具有形成于表面的壓縮應(yīng)力層和形成于內(nèi)部的拉伸應(yīng)力層，該玻璃的厚度t為1.5-3.5mm，壓縮應(yīng)力層在玻璃厚度方向上的最小厚度a為0.15-0.7mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化玻璃，其中玻璃厚度t與壓縮應(yīng)力層在玻璃厚度方向上的最小厚度a之間的關(guān)系，玻璃厚度t與與壓縮應(yīng)力層在玻璃厚度方向上的平均厚度b之間的關(guān)系滿(mǎn)足0.1≤a/t≤0.2和0.15≤b/t≤0.25。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的強(qiáng)化玻璃，它呈曲面形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的強(qiáng)化玻璃，用空氣急冷淬火法制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的強(qiáng)化玻璃，其用途為車(chē)窗玻璃。
6.一種層合玻璃，包含通過(guò)中間層相互結(jié)合的多塊玻璃板，其中，所述多塊玻璃板中至少一塊是權(quán)利要求1或2所述的強(qiáng)化玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層合玻璃，所述中間層內(nèi)分散有直徑不超過(guò)0.2微米的紅外線(xiàn)屏蔽微粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的層合玻璃，所述紅外線(xiàn)屏蔽微粒的材料選自摻有錫的氧化銦和摻有銻的氧化錫。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的層合玻璃，所述紅外線(xiàn)屏蔽微粒的材料選自Sn、Ti、Si、Zn、Zr、Fe、Al、Cr、Co、Ce、In、Ni、Ag、Cu、Pt、Mn、Ta、W、V和/或Mo這些金屬及其氧化物、氮化物或硫化物制成的微粒，或摻有Sb或F的上述材料制成的微粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的層合玻璃，其用途是車(chē)窗玻璃。
全文摘要
一種強(qiáng)化玻璃，它具有形成于表面的壓縮應(yīng)力層和形成于內(nèi)部的拉伸應(yīng)力層，該玻璃的厚度為1.5－3.5mm，壓縮應(yīng)力層在玻璃厚度方向上的最小厚度為0.15－0.7mm。
文檔編號(hào)C03B27/04GK1400179SQ0212782
公開(kāi)日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2002年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月31日
發(fā)明者瀨戶(hù)茂之, 今村孝治 申請(qǐng)人:旭硝子株式會(huì)社