(57)【要約】【課題】建築物の外装材、内装材或いはインテリア用として、機械的強度及び装飾性が共に優れた建築用ガラス物品とその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の建築用ガラス物品は、異なる膨張係数を有する少なくとも２種のガラスをそれぞれに用いた３層のガラス層が積層され互いに融着されており、３層のガラス層の中間層２が、外層１よりも高い膨張係数を有するものであり、中間層２と外層１との膨張係数の差が、３×１０-7／Ｋ以上で且つ１５×１０-7／Ｋ以下であることが好ましい。また、本発明の製造方法は、耐火性容器内に、下方から第一材料、その上に第一材料よりも膨張係数が高い第二材料、その上に第二材料よりも膨張係数の低い第三材料を配置し、該耐火性容器内のガラス材料をその軟化点以上の温度で熱処理することによって融着一体化することで建築用ガラス物品を製造するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる膨張係数を有する少なくとも２種のガラスをそれぞれに用いた３層のガラス層が積層され互いに融着されており、該３層のガラス層の中間に位置する中間層が、その両側の外層よりも高い膨張係数を有することを特徴とする建築用ガラス物品。
【請求項２】
中間層のガラスの膨張係数と、外層のガラスの膨張係数との差が、３×１０-7／Ｋ以上で且つ１５×１０-7／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１に記載の建築用ガラス物品。
【請求項３】
耐火性容器内に、一側から粒状ガラスまたは板状ガラスからなる第一材料を配置し、次いで第一材料よりも膨張係数が高い粒状ガラスまたは板状ガラスからなる第二材料を配置し、次いで第二材料よりも膨張係数の低い粒状ガラスまたは板状ガラスからなる第三材料を配置し、該耐火性容器内の粒状ガラスまたは板状ガラスをその軟化点以上の温度で熱処理することによって融着一体化することを特徴とする建築用ガラス物品の製造方法。
【請求項４】
第二材料の膨張係数と、第一材料及び第三材料の膨張係数との差が、３×１０-7／Ｋ以上で且つ１５×１０-7／Ｋ以下であることを特徴とする請求項３に記載の建築用ガラス物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の外装材、内装材或いはインテリア用として使用される建築用ガラス物品及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築物の形状やデザインの多様化に伴って、機能性や装飾性の面から建築物にガラス物品が多く使用されるようになってきた。
【０００３】
建築用ガラス物品としては、柱、壁、窓、天井、屋根、床などの建築構造物として機能するガラスブロック、パーティション、窓板等の建築用ガラス物品と、建築構造物の表面を装飾するために使用される化粧板やガラスブリック等の建築用ガラス物品とがある。
【０００４】
このような建築用ガラス物品には、プレス法、ロール成形法、キャスト法等により、ガラス融液から直接成形されるものがあり、従来から汎用されてきた。
【０００５】
また、特許文献１や特許文献２に示されるように、一旦ガラス融液から粒状ガラスを作製した後、熱処理することによりそれらを融着させることにより得られる装飾性に優れた建築用ガラス物品もある。この内、特に後者はガラス物品内部に気泡を有することにより装飾性を高めている。
【０００６】
さらに特許文献３に示されるように、異なる膨張係数を有する廃棄物ガラスカレットをその中間の膨張係数を有する中間層を介して融着一体化し、低コスト且つ十分な強度を有する結晶化ガラス材が考案されている。
【特許文献１】特許昭４８−６５２１０号公報
【特許文献２】特開２００１−１８０９５３号公報
【特許文献３】特開平７−１７２８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的に建築用ガラスの場合、安全性、耐久性の面から機械的強度が高いことが求められる。しかし、ガラスに泡や粒界などのガラス欠陥が生じている場合、その機械的強度はそれらが無いものに比べ、急激に低下する。特にガラス表面或いは表面近傍にガラス欠陥が生じている場合には、僅かな衝撃によっても破壊してしまう恐れがある。
【０００８】
上記の特許文献１、特許文献２のようなガラス物品は、装飾性は有しているものの、内部に気泡を有している或いは残存している。そのため、機械的強度が低下する問題を有している。さらに、気泡の発生の制御は困難であり、その気泡の一部は、表面或いは表面近傍に存在し、僅かな衝撃によっても破壊する恐れがある。
【０００９】
また、特許文献３に示されるガラス材の場合、上記問題に加え、中間層ガラスにより熱膨張係数の差は緩和され３種のガラスは融着されるが、積層、融着された結晶化ガラス材全体を考慮すると、一面から他面に向けて順次膨張係数が変化しており、冷却時に生じた応力により、反りを生じる。つまり、膨張係数の高いガラスは膨張係数の低いガラスに比べ、冷却時に収縮する割合が大きいため、膨張係数の高いガラス側に反りを生じる問題がある。
【００１０】
一方、ガラス物品の機械的強度を高める方法としては、熱処理による物理強化と、イオン交換による化学強化がある。しかし、これらの強化方法は設備の増加及び工程の増加を招く上、ガラス物品に均等に強化を行うためには、加熱冷却条件の精密な制御が必要となる問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑み、建築物の外装材、内装材或いはインテリア用として、機械的強度及び装飾性に優れた建築用ガラス物品と、その製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る建築用ガラス物品は、異なる膨張係数を有する少なくとも２種のガラスをそれぞれに用いた３層のガラス層が積層され互いに融着されており、該３層のガラス層の中間に位置する中間層が、その両側の外層よりも高い膨張係数を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の建築用ガラス物品は、異なる膨張係数を有する２種以上のガラスが積層され互いに融着された３層のガラス層を備えていて、３層のガラス層が膨張係数の高いガラス層を挟んで膨張係数の低いガラス層が積層されており、膨張係数の低いガラスからなる外層が膨張係数の高いガラスからなる中間層の外側に積層、融着されることにより、得られたガラス物品の表面に、圧縮応力層が形成されて強化ガラスと同じような応力の分布となり、ガラス物品の機械的強度が増す。また、これによって生じた応力は、中間層との膨張係数との差及び外層のガラス層の厚みによって異なるので、中間層との膨張係数との差に応じて、両側の外側のそれぞれのガラス層の厚みを調整することで中間層の表裏面に生じる応力を釣り合わせると、反りを生じない。
【００１４】
さらに、中間に位置する中間層に比べて膨張係数の低いガラス層がガラス物品の外側に外層として形成されることにより、表面、或いは表面近傍に泡が形成され難くなり、ガラス物品の機械的強度が損なわれ難い。これは、一般的に膨張係数の低いガラスは、膨張係数の高いガラスと比べ、軟化点が高く、さらに加熱温度での粘性が高いため、内部で生じた気泡が上昇し表面に到達するのを抑制することにより、ガラスの強度を大きく支配する因子の表面欠陥を少なくするためである。
【００１５】
また、本発明の建築用ガラス物品は、中間層のガラスの膨張係数と、外層のガラスの膨張係数との差が、３×１０-7／Ｋ以上で且つ１５×１０-7／Ｋ以下であることを特徴とする。
【００１６】
融着された３層のガラス層を形成する中間層のガラスの膨張係数と、外層のガラスの何れか小さい膨張係数との差が３×１０-7／Ｋよりも小さい場合、歪が生じ難く、強度の向上があまり望めず好ましくない。一方、膨張係数の差が１５×１０-7／Ｋよりも大きいと、得られたガラス物品に生じる歪が過大なものとなり、破損、或いは反りが生じ易いため好ましくない。そのため、３層のガラス層に用いられるガラスの膨張係数の差は、３×１０-7〜８×１０-7／Ｋの範囲内がより好ましい。
【００１７】
また、本発明の建築用ガラス物品は、３層のガラス層の両側の外層が同種のガラスからなることが好ましい。
【００１８】
両側の外層が同種のガラスからなると、これによって生じた応力は、両側の外層の厚みが同じ場合、中間層の表裏両面に生じる応力が等しくなるため、反りを生じない建築用ガラス物品を容易に作製することができる。
【００１９】
なお、ガラス層に用いるガラスの材質は問わないが、異なる系統のガラス種、例えば、ソーダライム系ガラスとホウ珪酸系ガラスといった組み合わせは、膨張係数の差が大きくなり易いためあまり好ましくない。そのため、同系のガラス材質で、膨張係数が３×１０-7〜１５×１０-7／Ｋの範囲内で異なるガラスの組み合わせが好ましい。
【００２０】
また、ガラスの材質に関して、ソーダライム系ガラスでは安価に入手可能である反面、膨張係数がやや高く、耐候性は一般の窓ガラス並である。ホウ珪酸ガラス、アルミノシリケートガラス等はソーダライム系ガラスと比較して高価ではあるが、耐候性が良く、膨張係数が低いため建材用途として好ましい。また、結晶化ガラスや熱処理温度によって結晶化するガラスでも構わない。
【００２１】
また、形状に関しては、粒状ガラス、板状ガラス等の何れでも良く、これらの組みあわせでも構わない。但し、後に述べる集積法において作業性を著しく損なうものは好ましくない。例えば、平均粒径が極端に大きい粒状ガラスや極端に小さな粒状ガラスは、充填におけるの作業性が悪い。よって、粒状ガラスの平均粒径は０．５〜５０ｍｍが好ましい。板状ガラスの場合も同様に作業性の面から、できるだけ平坦であることが望ましい。
【００２２】
本発明に係る建築用ガラス物品の製造方法は、耐火性容器内に、一側から粒状ガラスまたは板状ガラスからなる第一材料を配置し、次いで第一材料よりも膨張係数が高い粒状ガラスまたは板状ガラスからなる第二材料を配置し、次いで第二材料よりも膨張係数の低い粒状ガラスまたは板状ガラスからなる第三材料を配置し、該耐火性容器内の粒状ガラスまたは板状ガラスをその軟化点以上の温度で熱処理することによって融着一体化することを特徴とする。
【００２３】
通常、ガラスの溶融の際には、ガラス粘度が２ｄＰａ・ｓ付近における温度にて溶融されている。ところが本建築用ガラス物品は、粒状ガラスまたは板状ガラスをそのガラスの軟化点以上で、且つガラスの粘度が４ｄＰａ・ｓになる温度以下で熱処理することによって融着一体化することにより得られる。このときのガラス粘度では、内部に取り込まれた気泡が浮上し難いため、ガラス内部に気泡が残存する。粒状ガラスを使用する場合、気泡の数や大きさは、熱処理温度や粒状ガラスの粒径、充填性を変えることにより調節可能である。つまり、熱処理温度が高いほど、気泡の数は少なく、気泡径は小さくなり、粒状ガラスが大きいほど、気泡の数は少なく、気泡径は大きくなる。また、粒状ガラスの充填の際、密に充填するほど、気泡径は小さくなる。
【００２４】
また、粒状ガラスと金属酸化物を混合し、熱処理することにより、金属酸化物がイオン化し発色する。さらに、そのイオン化しなかった金属酸化物は粒状ガラス界に存在し、模様を呈する。金属酸化物は、ガラスと反応しイオン発色を示す金属酸化物である。金属酸化物は具体的には、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、セリウム、ネオジウム、エルビウムの酸化物である。これらの金属酸化物はガラス中にてイオン発色を示し、ガラスの種類、熱処理条件によっても異なるが、黄、緑、青、紫、ピンクを呈する。
【００２５】
さらに、各金属酸化物の変わりに、着色ガラス、セラミック顔料を用いても着色が可能である。
【００２６】
以下に、本発明の建築用ガラス物品を集積法によって製造する方法の例を示す。
【００２７】
まず、異なる膨張係数を有する同系のガラスを、平均粒径が０．５〜５０ｍｍになるように、粉砕または水砕して粒状ガラスを作製する。
【００２８】
次に、耐火性容器を用意し、離型剤として該容器の内表面に沿ってセラミックスファイバーシートを載置する、または、内表面に珪砂、アルミナ粉末、ジルコニア粉末、または、石膏粉末からなる耐火性セラミックス粉末を付着させる。
【００２９】
なお、耐火性容器は、１２００℃以下の温度で軟化変形しない材質からなるとが好ましく、特にムライト、コージェライト、アルミナセラミックスからなると好ましい。また、セラミックスファイバーシートは、主成分がアルミナ、シリカ、シリカ―アルミナまたはジルコニアを含むと離型性に優れ、また、熱処理後に離型剤を除去しやすい。
【００３０】
耐火性セラミックス粉末は、エアスプレーまたは刷毛塗りして耐火性容器の内表面に付着させる。続いて、離型剤を内表面に載置した耐火性容器に、下方から粒状ガラスからなる第一材料を配置し、その上に第一材料よりも膨張係数が高い粒状ガラスからなる第二材料を配置し、その上に第二材料よりも膨張係数の低い粒状ガラスからなる第三材料を配置する。即ち、膨張係数の低い粒状ガラスを任意の割合で充填し、次いで膨張係数の高い粒状ガラス、さらに膨張係数の低い粒状ガラスの順で任意の割合で充填する。これによって作製される３層の建築用ガラス物品の中間層に生じる応力は、中間層との膨張係数との差及び外層のガラス層の厚みによって異なるので、第二材料との膨張係数との差に応じて第一材料、第三材料それぞれの厚みを調整することで中間層の表裏面に生じる応力を釣り合わせると、反りや割れが生じることがない。次いで、これらをガラスの軟化点以上、ガラスの粘度が４ｄＰａ・ｓになる温度以下で熱処理することで、各材料が融着一体化し、本発明の建築用ガラス物品が作製される。
【００３１】
また、板状ガラスの場合も同様に、耐火性容器の面積と同サイズに板状ガラスを加工し、底から順に膨張係数の低い板状ガラスからなる第一材料、膨張係数の高い板状ガラスからなる第二材料、膨張係数の低い板状ガラスからなる第三材料の順に積層する。なお、板状ガラスの場合、斜めにした状態または立てた状態でも溶着・一体化が容易に可能であるので、溶着・一体化の際に同時に曲げ加工を行うことにより所望の曲面を有するの建築用ガラス物品を得ることができる。
【００３２】
また、本発明の建築用ガラス物品の製造方法は、第二材料の膨張係数と、第一材料及び第三材料の膨張係数との差が、３×１０-7／Ｋ以上で且つ１５×１０-7／Ｋ以下であることを特徴とする。
【００３３】
第二材料の膨張係数と、第一材料及び第三材料のガラスの何れか小さい膨張係数との差が３×１０-7／Ｋよりも小さい場合、建築用ガラス物品に歪が生じ難く、強度の向上があまり望めず好ましくない。一方、膨張係数の差が１５×１０-7／Ｋよりも大きいと、得られたガラス物品に生じる歪が過大なものとなり、破損、或いは反りが生じ易いため好ましくない。そのため、第二材料の膨張係数と、第一材料及び第三材料のガラスの膨張係数の差は、３×１０-7〜８×１０-7／Ｋの範囲内がより好ましい。
【００３４】
さらに、本発明の建築用ガラス物品の製造方法は、第一材料と第三材料が同種のガラスからなることが好ましい。
【００３５】
第一材料と第三材料が同種のガラスであると、これによって建築用ガラス物品に生じる応力は、第一材料と第三材料の厚みが同じ場合、中間層の表裏両面に生じる応力が等しくなるため、反りを生じない建築用ガラス物品を容易に作製することができる。粒状ガラスを使用する場合、膨張係数の低いガラスは同量でないと、応力に差が生じ、反りや割れが生じる。また、板状ガラスの場合は所定の厚みにするべく、板状ガラスを複数枚重ねてもよいが、前述の通り応力に差が生じないように、底と表面に積層する膨張係数の低いガラスは同じ枚数でなければならない。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の建築用ガラス物品は、安全性、耐久性の面から高い機械的強度が求められる建築用ガラス物品において、一般にガラス欠陥とされるようなガラス中の色々な泡や各金属酸化物、着色ガラス、セラミック顔料による粒界などで装飾性が豊かな構成部材を使用した場合でも、十分実用に耐えうる機械的強度を備えたものであるため、特に建築物の外装材、内装材或いはインテリア用として好適である。また、従来の強化方法とは異なり、特殊な設備、工程の増加を伴わないため、製造も容易である。
【００３７】
本発明の建築用ガラス物品の製造方法は、耐火性容器内に、一側から第一材料、次いで第一材料よりも膨張係数が高い第二材料、次いで第二材料よりも膨張係数の低い第三材料を配置し、該耐火性容器内のガラス材料をその軟化点以上の温度で熱処理することによって融着一体化するので、上記のような装飾性と機械的強度とを兼ね備えた本発明の建築用ガラス物品を容易に且つ効率よく作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下に、本発明の建築用ガラス物品の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３９】
板状のアルミノシリケートガラスからなり、膨張係数が３７×１０-7／ＫのガラスＡと、膨張係数が３２×１０-7／ＫのガラスＢとを使用し、下からガラスＢを２枚、ガラスＡを８枚、ガラスＢを２枚の順となるように重ねてガラス試料を作製した。このときのガラスＡのサイズは３３×９９×０．７ｍｍであり、ガラスＢのサイズは３３×９９×０．６ｍｍであった。これらのガラスの膨張係数は、３０〜３８０℃の範囲の線膨張係数を表しているもので、実際にマックサイエンス社製ＤＩＬＡＴＯメーターＴＤ５０１０を使用して測定した値である。
【００４０】
次に、この重ね合わせたガラス試料をアルミナ、シリカからなるファイバーシートで覆われたムライト製容器に入れ、電気炉にて加熱し、融着一体化させた。加熱条件は、室温から５℃／分で１１００℃まで昇温、１１００℃で1時間保持した後、２℃／分で冷却を行い、２種のガラスの膨張係数差が５×１０-7／ＫであるガラスＢからなる両側の外層１とガラスＡとからなる中間層２との３層構造を有する図１に示すような実施例１の建築用ガラス板を作製した。
【実施例２】
【００４１】
粒子径が１〜２ｍｍの粒状ソーダライムガラスからなり、膨張係数が１００×１０-7／ＫのガラスＣと、膨張係数が９２×１０-7／ＫのガラスＤとを使用し、実施例１と同様のファイバーシートで覆われたムライト容器内に、下からガラスＤを１０ｇ、その上にガラスＣを４０ｇ、さらにその上にガラスＤを１０ｇとなるように均一に敷き詰めた。
【００４２】
次に、この粒状ソーダライムガラス試料を、電気炉にて室温から５℃／分で１０００℃まで昇温、１０００℃で1時間保持した後、２℃／分で冷却することにより、融着一体化することで、２種のガラスの膨張係数差が８×１０-7／Ｋである実施例２の３層構造の建築用ガラス板を作製した。
【００４３】
比較例１として、板状アルミノシリケートガラスＡを１２枚重ね合わせた。このときのガラスＡのサイズは３３×９９×０．７ｍｍであり、この重ね合わせたガラス試料をアルミナ、シリカからなるファイバーシートで覆われたムライト製容器に入れ、電気炉にて加熱し、融着一体化させた。加熱条件は、室温から５℃／分で１１００℃まで昇温、１１００℃で1時間保持した後、２℃／分で冷却を行い、膨張係数が３７×１０-7／Ｋの単一種のガラスからなる比較例１の建築用ガラス板を作製した。
【００４４】
比較例２として、板状アルミノシリケートガラスＢを１２枚重ね合わせた。このときのガラスＢのサイズは３３×９９×０．７ｍｍであり、この重ね合わせたガラス試料をアルミナ、シリカからなるファイバーシートで覆われたムライト製容器に入れ、電気炉にて加熱、融着一体化させた。加熱条件は、室温から５℃／分で１１００℃まで昇温、１１００℃で1時間保持した後、２℃／分で冷却を行い融着一体化することで、膨張係数が３２×１０-7／Ｋの単一種のガラスからなる比較例２の建築用ガラス板を作製した。
【００４５】
比較例３として、ファイバーシートで覆われたムライト容器内に、粒子径が１〜２ｍｍの粒状のソーダライムガラスＤを均一に敷き詰めた。次に、このガラス試料を電気炉にて室温から５℃／分で１０００℃まで昇温させ、１０００℃で1時間保持した後、２℃／分で冷却することにより、融着一体化させることで、膨張係数が９２×１０-7／Ｋの単一種のガラスからなる比較例３の建築用ガラス板を作製した。
【００４６】
比較例４として、膨張係数が３７×１０-7／Ｋの板状アルミノシリケートガラスＡを、粒子系が１〜２ｍｍとなるように粉砕分級したガラスと、膨張係数が９２×１０-7／Ｋで粒子系が１〜２ｍｍのソーダライムガラスＤを、ファイバーシートで覆われたムライト容器内に、下からガラスＡを１０ｇ、その上にガラスＤを４０ｇ、さらにその上にガラスＡを１０ｇとなるように均一に敷き詰めた。次に、このガラス試料を、電気炉にて室温から５℃／分で１０７５℃まで昇温させ、１０７５℃で1時間保持した後、２℃／分で冷却することにより、融着一体化させることで、２種のガラスの膨張係数差が１５×１０-7／Ｋ以上の５５×１０-7／Ｋである比較例４の建築用ガラス板を作製した。
【００４７】
上記実施例及び比較例のガラス試料の強度測定は容器との接地面を下にし、島津製作所製オートグラフＤＣＳ−Ｒ−２０００にて、支点間距離８０ｍｍ、クロスヘッドスピード０．５ｍｍ／分にて３点曲げ試験を行った。試験数は各５であり、曲げ強度の平均値及び標準偏差を表１に示した。なお、全ての試料は、その内部に１．７〜２．５×１０5個／ｋｇの泡を有しており、泡が光を散乱させることで優れた装飾性を有するものである。
【００４８】
【表１】
2006008476.tif 000003
【００４９】
表１中の結果より明らかなように、膨張係数の高いガラス層を挟んで膨張係数の低いガラス層が積層された３層構造で２種のガラスの膨張係数差が３×１０-7／Ｋ以上で且つ１５×１０-7／Ｋ以下である実施例１、２は、単一種のガラスからなる比較例１、２、３と比較して何れも約２倍の曲げ強度であり、機械的強度が向上していることが分かる。また、比較例４に関しては、５つの試料全てが電気炉からの取り出し時に破損しており、強度試験が行えなかった。これはガラスの膨張係数の差が５５×１０-7と大きすぎたことにより、その生じた歪にガラスが耐えられなかったためである。なお、他の試料については、全ての試料において、電気炉からの取り出し時に、破損は認められなかった。さらに、実施例１、２に関しては３点曲げ試験後の破損形状が比較例１、２、３と比較して細かく、強化ガラスの破損状態に類似していた。なお、本発明の製造方法による実施例１、２では、破損の起点となる表面に露出した泡が比較例１、２、３と比べ少なかったことも強度の向上に貢献しているものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は建築用ガラス物品を対象としているが、技術内容は電子部品用ガラス物品等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の建築用ガラス物品の斜視図。
【符号の説明】
【００５２】
１    膨張係数が低い外層
２    膨張係数が高い中間層
【図１】
2006008476.tif 000004