(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスに電子線を照射することを特徴とするガラスの強化方法。
【請求項２】
上記ガラスが板ガラスであって、かつ、電子線の照射線量が１０Ｍｒａｄ以上８０Ｍｒａｄ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラスの強化方法。
【請求項３】
上記ガラスが繊維状であって、かつ、電子線の照射線量が１０Ｍｒａｄ以上２００Ｍｒａｄ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラスの強化方法。
【請求項４】
上記ガラスがガラス繊維強化材料中の繊維状のガラスであることを特徴とする請求項３に記載のガラスの強化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般産業、自動車、船舶、建築材料などの広い分野での利用が可能な、板ガラス及びグラスファイバー（ガラス繊維）などのガラス素材の強化方法、グラスファイバー強化プラスチックなどのガラス素材により強化された複合材料であるガラス強化材料の強化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように板ガラスは工業、産業の主要部品材料として航空、建築、自動車などの分野を中心に需要を伸ばし、幅広い分野で利用されている。
【０００３】
一方、グラスファイバーを用いたグラスファイバー強化プラスチック（ＧＦＲＰ）の、高強度化、高弾性率化、強靭化を中心とする高性能化への努力がなされてきている。ここで、グラスファイバーを強化することができればＧＦＲＰの強化につながり、これらＧＦＲＰの応用分野である、自動車、船舶などの高速移動体や、建築材料などの機械構造物の軽量化、高速化、高強度化等の耐久性の向上を図り、同時に、さらなる省エネルギー、省資材、省コストの実現が可能性が高い。
【０００４】
このような課題に対して、従来からガラス成形時の成分調整やガラス形成後の化学的処理や熱処理を行うことにより、ある程度、強度や靭性を向上させる技術は存在した。しかし、さらなる性能向上は常に求められており、また、ガラス成形後には、その性能向上を図る方法はなく、特に照明、建築・環境、自動車、食料品（展示）、光学機器、医療機器などの分野を中心に、ガラス成形後に性能を向上させる技術の開発が求められていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来の問題点を改善する、すなわち、ガラスの強度や靭性をより向上させる方法、特に成形後のガラスのこれら性能向上方法、さらに、成形後のガラスにより強化されたガラス強化材料の性能向上方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラスの強化方法は上記課題を解決するため、請求項１に記載の通り、ガラスに電子線を照射するガラスの強化方法である。このような構成により、靱性や破断応力の２倍以上の向上等、様々な性能を著しく向上させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のガラスの強化方法において用いる電子線は、その加速電圧が比較的に低い場合（１０００Ｖ未満）の低エネルギー電子線（低速電子線）であっても、あるいは加速電圧が1０００Ｖ以上の高エネルギー電子線（高速電子線）であっても良いが、通常、放射線損傷やＸ線の発生を防ぐため、あるいは、過熱による被照射物の変形や融解が生じるのを防ぐため等の理由で低エネルギー電子線を用いる。
【０００８】
本発明のガラスの強化方法において、電子線の照射はバッチ式に実施することもできるが、たとえば図１に示すような装置を用いることによって、長尺の被照射体に対して連続的に実施することができる。
【０００９】
装置中央上部には真空室１が設けられ、真空室１内部にはマルチ電子銃（カソード）２が収納されている。このマルチ電子銃２から照射された電子線はチタン製の窓（アノード）３を透過して真空室１下方に設けられた筐体４側に供給される。
【００１０】
この筐体４の側面には被照射物入口５及び被照射物出口６が設けられ、筐体４の内部には、被照射物入口５近くには従動ロール７が、被照射物出口６近くには駆動ロール８が、及び、これらロールに懸架されかつ駆動ロール８により駆動されるコンベア９とが設けられている。
【００１１】
この装置の被照射物入口５から導入された被照射物は、コンベア９により、上記チタン製の窓を透過した電子線の照射領域に連続的に運ばれ、そこで電子線の照射を受けた後、さらにコンベア９により被照射物出口６まで搬送されて、装置外に連続的に取り出される。
【００１２】
被電子線照射物は電子線照射により加熱されるが、このとき、不必要な高温となって劣化や性能低下が想定される。そのような場合、照射は断続するパルス状の照射により実施される。あるいは冷却手段により冷却しながら照射を行っても良い。また、照射時の加熱により雰囲気中の酸素による酸化などが懸念される場合には筐体内雰囲気が窒素、あるいは、アルゴンなどの不活性なガスの雰囲気下で行うことができる。
【００１３】
このような装置を用いる場合の照射線量は電子銃へ供給される電力、断続パルスにより照射する場合にはそのパルスの長さ及び間隔の制御、サンプルの供給量あるいはコンベアの速度によって適宜調整することができる。
【００１４】
本発明において、性能向上効果は、当初照射線量の増加とともに増大するが、増加量には極大値があり、その後は照射線量を増やしても効果はむしろ減少する。このため、実施にあたっては予め照射線量と効果との関係を把握する必要がある。
【００１５】
ここで、被照射物が板ガラスであるとき電子線の照射線量は１０Ｍｒａｄ以上１００Ｍｒａｄ以下であることが好ましく、１０Ｍｒａｄ以上５５Ｍｒａｄ以下であることがより好ましい。
【００１６】
また、グラスファイバー（ガラス繊維）に対しては、電子線の照射線量が１０Ｍｒａｄ以上２００Ｍｒａｄ以下であることが好ましく、１０Ｍｒａｄ以上１００Ｍｒａｄ以下であることがより好ましく、さらにより好ましい範囲は４３．２Ｍｒａｄ以上８６．４Ｍｒａｄ以下である。
本発明において電子線の照射線量は、装置の単位時間あたりの照射出力、照射時間、被照射物の面積、及び、その質量から算出したものを用いた。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明のガラスの強化方法について具体的に説明する。
＜実施例１：板ガラスでの検討＞
幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのソーダライムガラスからなる板ガラスに図１にその構造をモデル的に示した電子線照射装置を用いて、照射を行った。このとき、照射電流Ｉ：２．０ｍＡ、加速電圧：１７０ｋＶ、コンベア速度Ｓを１０ｍ／分、雰囲気は窒素置換により酸素ガス４００ｐｐｍ以下として、被照射物の温度が１００℃以上に上がらないように断続パルスにより照射をおこない、照射パルス回数（ｎ）により照射線量の調整をおこなった。このとき、照射線量Ｄ（ｒａｄ）は次式（ｉ）で得られる。
【００１８】
【数１】
Ｄ  ＝  ２１．６  ×  ｎ（Ｉ／ｓ）          （ｉ）
【００１９】
得られたサンプル（板ガラス）に対してビッカース試験を行い、そのときのクラックの生じた荷重と圧痕径とにより応力拡大係数を求めた。
具体的には、クラックが生じた最低圧痕跡径：ｄminfとクラックが生じない最高圧痕跡径：ｄmaxfとの相加平均値：ｄmidfと、クラックが生じた最低荷重Ｐminfとクラックが生じない最高荷重Ｐmaxfとの相加平均値：Ｐmidfから、次式（ｉｉ）によりＥmidfを算出する（式中Ｃ＝ｈ／ｄ＝１．４３）。
【００２０】
【数２】
Ｅｍｉｄｆ  ＝  Ｃ・Ｐｍｉｄｆ・ｄｍｉｄｆ            （ｉｉ）
【００２１】
次いで、Ｅmidfから式（ｉｉｉ）により応力拡大係数ＫIcを求めた。
【００２２】
【数３】
ｌｏｇ10ＫIC  ＝０．４４ｌｏｇ10Ｅmidf        （ｉｉｉ）
【００２３】
このときの照射線量と応力拡大係数との関係を図２に示す。
図２により照射線量が１０Ｍｒａｄ以上８０Ｍｒａｄ以下の範囲で応力拡大係数の向上効果（すなわち、強靭化効果）が得られ、このうち特に照射線量が５５Ｍｒａｄ以下の範囲では比較的少ない照射線量で高い効果が得られることが判る。
【００２４】
＜実施例２：グラスファイバーでの検討＞
長さ５０ｍｍ、直径１１μｍのグラスファイバーの束（日東紡マテリアル社製ロービング）に対して、上記同様に図１に示す装置を用いて電子線を照射した。
このときの照射されたグラスファイバー短繊維の引張試験を行い、破断した時の荷重より破断応力を求めた。
照射線線量と破断応力（引張破断応力）との関係を図３に示す。
【００２５】
図３より、電子線の照射線量が１０Ｍｒａｄ以上２００Ｍｒａｄ以下で引張破断応力の向上効果が得られ、このうち特に８６．４Ｍｒａｄ（およそ１００Ｍｒａｄ）以下の範囲では比較的少ない照射線量で高い効果が得られることが判る。
【００２６】
なお、図３中、符号「○」は破壊確率Ｐ＝０．９６７での引張破断応力を、符号「●」は破壊確率Ｐ＝０．５での引張破断応力をそれぞれ示す。
破壊確率がＰ＝０．５の場合、照射線量が８６．４Ｍｒａｄ（約１００Ｍｒａｄ）で最大値（照射しないコントロール品に比して約１．６倍の引張破断応力）となり、Ｐ＝０．９７の場合８６．４Ｍｒａｄ（約１００Ｍｒａｄ）のところで最大値（照射しないコントロール品に比して約１．８倍の引張破断応力）になった。このように、照射線量が４３．２Ｍｒａｄ以上８６．４Ｍｒａｄ（およそ１００Ｍｒａｄ）以下の間で特に顕著な引張破断応力の増大が見られた。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のガラスの強化方法は、成形後のガラスに対して、比較的簡単に実施でき、しかも効果の高い優れたガラスの強化方法である。
本発明のガラス強化材料の強化方法は、従来、実施が困難であった、成形後のガラス強化材料に対しても比較的簡単に実施でき、効果の高い優れたガラスの強化方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で用いた電子線照射装置を示すモデル図である。
【図２】板ガラスに対して電子線照射を行ったときの、照射線量と応力拡大係数との関係を示す図である。
【図３】グラスファイバーに対して電子線照射を行ったときの、照射線量と引張破断応力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  真空室
２  マルチ電子銃
３  窓
４  筐体
５  被照射物入口
６  被照射物出口
７  従動ロール
８  駆動ロール
９  コンベア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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