(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％でＮｉを３０〜３５％とＣｏを１７〜２５％とＣｒを１〜７％とを含有し残部Ｆｅから成る合金であって、３０〜５９０℃の温度範囲における平均熱膨張係数が１００×１０−７〜１１０×１０−７／℃であることを特徴とするガラス強化用合金。
【請求項２】
合金が、さらにＭｎを１重量％以下の範囲で含有することを特徴とする請求項１記載のガラス強化用合金。
【請求項３】
合金が、さらにＡｌを１．５重量％以下の範囲で含有することを特徴とする請求項１記載のガラス強化用合金。
【請求項４】
合金が、さらにＳｉを４．０重量％以下の範囲で含有することを特徴とする請求項１記載のガラス強化用合金。
【請求項５】
合金が、さらにＭｏ，ＮｂおよびＺｒから選択された少なくとも１種の元素を１．５重量％以下の範囲で含有することを特徴とする請求項１記載のガラス強化用合金。
【請求項６】
合金表面に酸化物から成る被膜を形成したことを特徴とする請求項１記載のガラス強化用合金。
【請求項７】
合金が線状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のガラス強化用合金。
【請求項８】
合金がメッシュ状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のガラス強化用合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラス強化用合金に係り、特に被強化材であるガラスとの密着強度が高く、耐衝撃強度が高い強化ガラスを実現することが可能なガラス強化用合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、特に高い耐衝撃強度が要求される特殊自動車などの車両用窓ガラス，計装機器用覗き窓用ガラス，建築物用窓ガラス，電子機器用ガラス材として、ソーダライムガラスなどのガラス本体内に５０％Ｎｉ−Ｆｅ合金などのＦｅ−Ｎｉ系合金から成る線状の強化ワイヤを一体に埋設（封着）した強化ガラスが広く利用されている。上記強化ワイヤを構成する具体的な合金材としては、例えば１８％Ｃｒ−８％Ｎｉ−Ｆｅ合金，１８％Ｃｒ−８％Ｎｉ−３％Ｍｏ−Ｆｅ合金，１８％Ｃｒ−８％Ｎｉ−２．５％Ｍｏ−２．５％Ｃｕ−Ｆｅ合金などが使用されている。上記合金材から成る強化ワイヤをガラス材に封着し複合化し強化ガラスを調製する場合には、上記合金材はガラスの熱膨張特性に合せて、その熱膨張特性を容易に設計できる利点がある。すなわち、合金材の熱膨張係数が、ソーダライムガラスなどの軟質ガラスの熱膨張係数に近似させることが容易になり、使用環境での温度変化によって両者の熱膨張係数の差が増大してガラスクラック等を発生するおそれが少ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の合金材から成る強化ワイヤをガラス本体と複合化させて強化ガラスとした場合においては、ガラス材と強化ワイヤとの密着強度が未だ低い状態であるため、強化ガラスの耐衝撃性が不十分であり、また強度特性も経時的に低下する難点があり、いずれにしても従来の合金材は強化ガラス用の強化材としては不十分であるという問題点があった。
【０００４】
また、従来の合金材から成る強化ワイヤを軟質ガラスに封着して複合化する際に、ガラス材と強化ワイヤとの間に気泡が発生し易い問題点もあった。なお、この発泡現象が生じても、その強化ガラスが一般建築物の窓ガラス用の強化ガラスとして使用される場合には、その発泡粒の大きさが微細なものである限り、大きな影響を及ぼすものではない。しかしながら、強化ガラスが電子機器や分析機器の構成部品として使用される場合には、僅かな発泡が存在しても特性に大きな悪影響を及ぼすことになるため、可及的に発泡が少ない強化ガラスを実現することが技術上の課題となっていた。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、特に被強化材であるガラスとの密着強度が高く、また耐衝撃強度が高く経時劣化が少ない強化ガラスを実現できるガラス強化用合金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】
本発明者は、上記目的を達成するために種々の組成および表面構造を有するガラス強化用合金を調製し、さらにその合金から補強ワイヤを形成して実際にガラス材と封着して強化ガラスを調製し、その熱膨張特性，密着強度，ガラス封着後の残留応力および耐衝撃性を比較検討し、以下のような知見を得た。すなわち、所定量のニッケル（Ｎｉ），コバルト（Ｃｏ），クロム（Ｃｒ）を含有するＦｅ基合金で補強ワイヤを形成したときに、補強ワイヤの熱膨張率をガラス材のそれと近似することが可能になり、ガラスとの密着強度が高く、耐衝撃性に優れた強化ガラスが初めて得られるという知見を得た。
【０００７】
また、合金表面に所定厚さの酸化物から成る被膜（酸化膜）を形成したときには、合金のガラスに対する密着強度を、さらに高めることができるという知見も得られた。さらに、所定量のＭｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｚｒ等を添加することにより、上記酸化膜の合金地金との付着強度をさらに高めることが可能になり、または酸化膜のむらを効果的に低減できる効果も得られるという知見を得た。
【０００８】
本発明は上記知見に基づいて完成されたものである。すなわち、本発明に係るガラス強化用合金は、重量％でＮｉを３０〜３５％とＣｏを１７〜２５％とＣｒを１〜７％とを含有し残部Ｆｅから成る合金であって、３０〜５９０℃の温度範囲における熱膨張係数が１００×１０−７〜１１０×１０−７／℃であることを特徴とする。
【０００９】
また合金が、さらにＭｎを１重量％以下の範囲、より好ましくは０．１〜１重量％の範囲で含有することが好ましい。また、合金が、さらにＡｌを１．５重量％以下の範囲、より好ましくは０．０５〜１．５重量％の範囲で含有することが好ましい。また、合金が、さらにＳｉを４．０重量％以下の範囲で含有することが好ましい。また、合金が、さらにＭｏ，ＮｂおよびＺｒから選択された少なくとも１種の元素を１．５重量％以下の範囲、より好ましくは０．０１〜１．５重量％の範囲で含有することが好ましい。
【００１０】
さらに、合金表面に酸化物から成る被膜（酸化膜）を形成して構成することもできる。また、合金は線状またはメッシュ状に形成されることが好ましい。
【００１１】
本発明に係るガラス強化用合金において、Ｎｉは熱膨張特性を決定する主要成分であり、３０〜３５重量％の範囲で含有される。Ｎｉ含有量が３０重量％未満と過少な場合には、合金の熱膨張係数が小さくなる一方、含有量が３５重量％を超えるように過大になると合金の熱膨張係数が大きくなり、いずれにしてもガラス材と複合化した場合に熱膨張差が大きくなり、ガラスクラックなどが発生し易い。また、合金表面に酸化膜を形成した場合において、酸化膜中にＮｉを拡散させることにより付着強度が改善される。
【００１２】
またＣｏはＮｉと同様に合金の熱膨張特性を決定する主要成分であり、１７〜２５重量％の範囲で含有される。Ｃｏ含有量が１７重量％未満と過少な場合には、合金の熱膨張係数が小さくなる一方、含有量が２５重量％を超えるように過大になると合金の熱膨張係数が大きくなり、いずれにしてもガラス材と複合化した場合に熱膨張差が大きくなり、ガラスクラックなどが発生し易い。
【００１３】
さらにＣｒは、合金の耐食性を改善し、ガラスとの封着強度（密着強度）を向上させるとともに、合金の熱膨張曲線の屈曲点の位置に影響を与える成分であり、本発明合金では、１〜７重量％の範囲で含有される。Ｃｒ含有量が１重量％未満と過少な場合には、上記封着強度が不足し易くなる一方、Ｃｒ含有量が７重量％を超えるように過大になると、合金の熱膨張曲線の屈曲点が低温側に大きくずれることになり、ガラスと複合化した場合に熱膨張差に起因するガラスクラックが発生し易くなる。
【００１４】
上記組成範囲を有する合金は、３０℃から５９０℃の温度範囲における平均熱膨張係数が１００×１０−７〜１１０×１０−７／℃となり、軟質ガラスの平均熱膨張係数に近似させることができ、使用温度から強化ガラスの製造工程温度までの範囲で熱膨張差に起因するガラスクラックの発生が少ない強化ガラスが得られる。なお、上記３０℃は本合金の使用温度範囲内の温度であり、５９０℃は本合金の加工時に受ける最高温度の上限である。
【００１５】
また、合金表面に酸化物から成る厚さ０．５〜１０μｍ程度の被膜（酸化膜）を形成することにより、合金とガラスとの付着強度をより増加させることができる。上記酸化膜の形成方法としては、例えば合金を所定の線状またはメッシュ状に成形した後に、温度９００〜１２００℃，水素露点０〜４０℃の湿潤水素炉中で５〜９０分間加熱処理した後、大気中にて７００〜１２００℃で１〜６０分間加熱処理することにより、表面に酸化膜を生成させる方法などが採用できる。
【００１６】
またＭｎは、Ｎｉと同様に合金の熱膨張係数を増大させて調整する機能を有するとともに、合金の熱間加工性を向上させる成分でもあり、さらに高価なＮｉの代替成分として使用することも可能であり、本発明ではより好ましい添加成分として１重量％以下の範囲、より好ましくは０．１〜１重量％の範囲で含有される。また、Ｍｎが多くなると酸化膜が剥離し易くなる。このため、添加量は１．０％以下が好適である。
【００１７】
さらにＡｌは合金表面に形成した酸化膜と地金との付着強度を高くし、ガラスとの封着性が向上するが、添加量は多くなるにつれて熱膨張係数が大きくなる傾向があるため、その添加量は１．５％以下、より好ましくは０．０５〜１．５％の範囲が望ましい。
【００１８】
Ｓｉは、合金の加工性を改善するが、過剰量になると、合金の加工性に悪影響を与えるので、添加量は４．０％以下が適量である。
【００１９】
Ｍｏ，ＮｂおよびＺｒは、いずれも合金の強度を向上させる効果があるが、１．５％を超える過量になると合金の熱膨張係数が大きくなり、ガラスとの付着強度が低下して封着性が劣化するため、その含有量は１．５％以下であり、さらに０．０１〜１．５％の範囲がより好ましい。
【００２０】
上記組成のガラス強化用合金を、さらに線状またはメッシュ状に加工することにより、ガラスとの接触面積が増加し、より強化機能が向上したガラス強化用の補強ワイヤまたは補強材とすることができる。
【００２１】
上記構成に係るガラス強化用合金によれば、所定量のＮｉ，Ｃｏ，Ｃｒを含有するＦｅ基合金であり、その平均熱膨張率が１００×１０−７〜１１０×１０−７／℃とガラス材の熱膨張率と近似するため、ガラスとの密着強度が高く、耐衝撃性に優れた強化ガラスを得ることができる。また、合金表面に酸化物から成る被膜を形成することにより、ガラス材との付着強度を、より高めることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態について、以下の実施例および比較例を参照して具体的に説明する。
【００２３】
Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，その他の元素配合量が表１に示す値となるように、金属原料等を配合し、真空誘導溶解炉で溶解せしめた後に鋳造して、それぞれ合金インゴットを調製した。得られた各合金インゴットを熱間鍛造加工および熱間圧延を施し、さらに中間焼鈍後に冷間圧延を施すことにより板厚０．５ｍｍの圧延材をそれぞれ作成した。
【００２４】
そして作成した各圧延材から熱膨張係数測定用試料片およびガラス封着試験用試料片を作成した。上記熱膨張係数測定用試料片を用いて、合金の熱膨張係数を測定する一方、各ガラス封着試験用試料片について、以下の条件で酸化膜を形成した。すなわち、試料片を湿潤水素炉中で１１５０℃で５分〜９０分間酸化処理を行い、さらに大気中にて８００℃で５〜６０分間熱処理を行い、所定厚さの酸化物被膜（酸化膜）を形成した。
【００２５】
また各ガラス強化用合金のガラスの付着性の良否を評価するために以下のような封着試験および衝撃破壊試験を実施した。すなわち、前記のように調製した１００個の各試料片を水平枠内に配置した状態で、溶融したソーダライム系ガラスを流し込み凝固させて強化ガラスサンプルをそれぞれ調製した。
【００２６】
そして、上記封着試験後において、強化ガラスサンプル総数に対してガラスクラックが発生したサンプル数を計測して封着試験での割れ発生率とした。また、封着時に試料片とガラスとの接触部に僅かでも気泡が発生したサンプル数を計測して、気泡発生試料割合とした。
【００２７】
また、封着部のガラスを破砕したときに酸化膜が剥がれ金属地金が露出した個数を計測して密着度を測定した。各測定結果を下記表１に示す。
【００２８】
【表１】
0004380894.tif 000002
【００２９】
上記表１に示す結果から明らかなように、所定量のＮｉ，Ｃｏ，Ｃｒ等を含有し、熱膨張係数を所定の範囲に調整した各実施例に係るガラス強化用合金によれば、ガラスとの封着試験を実施した場合においても、ガラス材との熱膨張差が少ないため、ガラスクラック（割れ）の発生率が少なく、耐久性に優れていることが判明した。また、ガラス材に封着した状態から衝撃破壊試験を実施した場合でも、金属地金が露出した個数が少なく、優れた密着強度および耐衝撃性を有することが確認できた。また、封着試験を行っても、気泡の発生割合が極めて少ないことから、特に電子機器用の強化ガラスを形成するための補強材として極めて有効であることが判明した。
【００３０】
一方、本発明で規定する各成分の組成範囲外の合金から成る各比較例においては、ガラスとの熱膨張差が大きくなったり、ガラスクラックや気泡などの不良発生率が大きくなることが再確認できた。特に比較例１の従来合金においては、平均熱膨張係数はガラス材と同等ではあるが、ガラスとの密着度（接合強度）が低く、十分な補強効果が得られないことも判明した。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明の通り、本発明に係るガラス強化用合金によれば、所定量のＮｉ，Ｃｏ，Ｃｒを含有するＦｅ基合金であり、その平均熱膨張率が１００×１０−７〜１１０×１０−７／℃とガラス材の熱膨張率と近似するため、ガラスとの密着強度が高く、耐衝撃性に優れた強化ガラスを得ることができる。また、合金表面に酸化物から成る被膜を形成することにより、ガラス材との付着強度を、より高めることが可能になる。