(57)【要約】【課題】板ガラスの材料損失を可及的に低減しつつ、板ガラスを平面方向に簡単にスライスする。【解決手段】コア板ガラス２の両面に、コア板ガラス２と線膨張係数が異なる表層板ガラス３をオプティカルコンタクトにより接合するとともに、その接合された積層体１に温度変化を伴う熱処理を加える。そして、この熱処理時において、温度変化によって、積層体１に含まるコア板ガラス２中に厚み方向の引張応力Ｐｔｚを生じさせ、コア板ガラス２を平面方向にスライスする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア板ガラスの両面に、前記コア板ガラスと線膨張係数が異なる表層板ガラスをオプティカルコンタクトにより接合する積層工程と、前記積層工程で作製された積層体に温度変化を加える熱処理工程とを有し、
前記熱処理工程における温度変化によって前記コア板ガラス中に厚み方向の引張応力を生じさせるとともに、前記引張応力により前記コア板ガラスを平面方向にスライスすることを特徴とする板ガラスの切断方法。
【請求項２】
前記コア板ガラスの板厚をｈｃ[ｍｍ]，前記コア板ガラスの線膨張係数をαｃ[／℃]，前記表層板ガラスの板厚をｈｓ[ｍｍ]，前記表層板ガラスの線膨張係数をαｓ[／℃]，前記熱処理工程の前記温度変化によって前記積層体に発生させる温度差をΔＴ[℃]（ただし、降温時は＋，昇温時は−とする）とした場合に、
【数１】
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なる関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の板ガラスの切断方法。
【請求項３】
前記コア板ガラスの線膨張係数を、前記表層板ガラスの線膨張係数よりも大きくし、前記熱処理工程における昇温時に、前記コア板ガラスを前記引張応力により切断することを特徴とする請求項１又は２に記載の板ガラスの切断方法。
【請求項４】
前記コア板ガラスの線膨張係数を、前記表層板ガラスの線膨張係数よりも小さくし、前記熱処理工程における降温時に、前記コア板ガラスを前記引張応力により切断することを特徴とする請求項１又は２に記載の板ガラスの切断方法。
【請求項５】
前記表層板ガラスの板厚が、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の板ガラスの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板ガラスを平面方向にスライスして切断する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスを切断する方法としては、例えば、特許文献１に開示されているように、直線状に張られたワイヤをガラスに押し当てた状態で、スラリーを供給しながらワイヤをその長手方向に往復移動させてスライスするという方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５３５２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている切断方法は、ワイヤによってガラスの一部を削り取りながら、ガラスをスライスするものである。そのため、如何に細いワイヤを用いたとしても、不可避的にガラス粉が発生し、材料損失が生じ得る。
【０００５】
更に、切断対象のガラスが板状である場合には、板ガラスの周縁（各辺）を構成する側面に対して、ワイヤを正確に接触させることができないため、板ガラスを平面方向にスライスすることが極めて困難になる。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑み、板ガラスの材料損失を可及的に低減しつつ、板ガラスを平面方向に簡単にスライスすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために創案された本発明に係る板ガラスの切断方法は、コア板ガラスの両面に、コア板ガラスと線膨張係数が異なる表層板ガラスをオプティカルコンタクトにより接合する積層工程と、積層工程で作製された積層体に温度変化を加える熱処理工程とを有し、熱処理工程における温度変化によってコア板ガラス中に厚み方向の引張応力を生じさせるとともに、引張応力によりコア板ガラスを平面方向にスライスすることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、熱処理工程で積層体に温度変化を加えると、コア板ガラスと表層板ガラスの線膨張係数の差によって、コア板ガラス中に厚み方向の引張応力を生じさせることができる。このような引張応力を生じさせると、コア板ガラスは板厚方向の中間部で、表面側と裏面側の２つに引き裂かれるように自動的にスライスされる。この結果、コア板ガラスをスライスする際に、コア板ガラスの一部を削り取って除去する必要がなくなるため、ガラス粉を伴う材料損失をほぼ零に抑えることができる。また、積層体に温度変化を加えるだけで、コア板ガラスをスライスできるので、ガラスブロックなどと比較して相対的に薄くなる、板ガラスが切断対象であっても簡単にスライスすることができる。
【０００９】
なお、このようなコア板ガラスのスライスは、次のようにして生じるものと考えられる。まず、積層体に加えられる温度変化によってコア板ガラスの端部近傍に応力集中部が形成されるとともに、この応力集中部に切断起点となるクラックが形成される。そして、このクラックに対して、温度変化によってコア板ガラスに生じた厚み方向の引張応力が作用する。これにより、クラックが平面方向に進展し、コア板ガラスが平面方向にスライスされる。
【００１０】
上記の構成において、コア板ガラスの板厚をｈｃ[ｍｍ]，コア板ガラスの線膨張係数をαｃ[／℃]，表層板ガラスの板厚をｈｓ[ｍｍ]，表層板ガラスの線膨張係数をαｓ[／℃]，熱処理工程の温度変化によって積層体に発生させる温度差をΔＴ[℃]（ただし、降温時は＋，昇温時は−とする）とした場合に、
ｈｃ／ｈｓ＜ [（αｓ−αｃ）ΔＴ／０．００００５]−２
なる関係を満たすことが好ましい。
【００１１】
すなわち、本願発明者は、鋭意研究を重ねた結果、上記の関係式を導き出すに至った。そして、このような関係式を満たした場合、コア板ガラスが温度変化に伴って発生する引張応力によって確実にスライスされることが明らかになった。
【００１２】
上記の構成において、コア板ガラスの線膨張係数を表層板ガラスの線膨張係数よりも大きくし、熱処理工程における昇温時にコア板ガラスを引張応力により切断してもよい。
【００１３】
また、上記の構成において、コア板ガラスの線膨張係数を表層板ガラスの線膨張係数よりも小さくし、熱処理工程における降温時にコア板ガラスを引張応力により切断してもよい。
【００１４】
すなわち、コア板ガラスと表層板ガラスの線膨張係数の大小関係によって、コア板ガラスに引張応力が生じるタイミングが異なる。そのため、昇温時にコア板ガラスがスライスされる場合と、降温時にコア板ガラスがスライスされる場合とがある。
【００１５】
上記の構成において、表層板ガラスの板厚が、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
すなわち、表層板ガラスの板厚が上記範囲を満たすことで、コア板ガラスが切断されるために十分な引張応力を発生させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、板ガラスの内部に生じる引張応力によって、板ガラスが自動的にスライスされるため、板ガラスの材料損失を可及的に低減しつつ、板ガラスを平面方向に簡単に切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る板ガラスの切断方法に含まれる各工程を順々に示す模式図である。
【図２】第１実施形態に係る板ガラスの切断方法の原理を説明するための模式図である。
【図３】第１実施形態に係る板ガラスの切断方法によって切断された板ガラスの一例を示す断面図である。
【図４】第１実施形態に係る板ガラスの切断方法によって切断された板ガラスの別の一例を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２実施形態に係る板ガラスの切断方法に含まれる各工程を順々に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る板ガラスの切断方法を、図１（ａ）、（ｂ）に則して説明する。なお、図中において、板ガラスの膨張・収縮を誇張して図示している。後述する図５も同様とする。
【００２０】
（１）積層工程
まず、図１（ａ）に示すように、１枚のコア板ガラス２の合わせ面２ｘと、２枚の表層板ガラス３の合わせ面３ｘとを、例えば室温２０℃で、オプティカルコンタクトにより接合する。これにより、コア板ガラス２の両面に、表層板ガラス３を積層した積層体１が作製される。
【００２１】
ここで、この実施形態では、コア板ガラス２及び表層板ガラス３としては、以下のようなものが用いられる。
【００２２】
コア板ガラス２の線膨張係数は、表層板ガラス３の線膨張係数よりも大きい。両者の３０〜３８０℃における線膨張係数差は、１×１０−７／℃〜５０×１０−７／℃であり、好ましくは３×１０−７／℃〜３０×１０−７／℃である。
【００２３】
コア板ガラス２の板厚は、例えば０．１ｍｍ〜５．０ｍｍであり、好ましくは０．３〜２．０ｍｍである。表層板ガラス３の板厚は、例えば０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであり、好ましくは０．３〜１．０ｍｍである。コア板ガラス２の板厚は、表層板ガラス３の板厚よりも大きいことが好ましい。
【００２４】
そして、コア板ガラス２の板厚をｈｃ[ｍｍ]，コア板ガラス２の線膨張係数をαｃ[／℃]，表層板ガラス３の板厚をｈｓ[ｍｍ]，表層板ガラス３の線膨張係数をαｓ[／℃]，熱処理工程の温度変化によって積層体１に発生させる温度差をΔＴ[℃]（ただし、降温時は＋，昇温時は−とする）とした場合に、
ｈｃ／ｈｓ＜ [（αｓ−αｃ）ΔＴ／０．００００５]−２      ・・・・（１）
なる関係が成立する。ただし、ΔＴはガラス同士を最初に接合させた際の温度を基準とする。
【００２５】
コア板ガラス２の合わせ面２ｘの表面粗さＲａおよび表層板ガラス３の合わせ面３ｘの表面粗さＲａは、両者ともに、オプティカルコンタクトによる接合を実現するために、２．０ｎｍ以下、より好ましくは１．０ｎｍ以下、さらに好ましくは０．５ｎｍ以下、最も好ましくは０．２ｎｍ以下、この実施形態では０．２ｎｍ以下である。また、コア板ガラス２と表層板ガラス３のそれぞれの合わせ面２ｘ，３ｘのＧＩ値は、１０００ｐｃｓ／ｍ２以下である。なお、表面粗さＲａは、Ｖｅｅｃｏ社製ＡＦＭ（Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ  ＩＩＩ  ａ）を用いて測定した値であり、ＧＩ値は、日立ハイテク電子エンジリアリング株式会社製のＧ１７０００を用いて測定した値である。
【００２６】
コア板ガラス２及び表層板ガラス３は、オーバーフローダウンドロー法や、フロート法によって成形される。前者の場合には成形面が未研磨の状態でそのまま合わせ面２ｘ，３ｘとして使用され、後者の場合には成形面が研磨された後に合わせ面２ｘ，３ｘとして使用される。
【００２７】
（２）熱処理工程
次に、以上のように作製された積層体１に対して、炉内で加熱処理を施していくことにより、これらの板ガラス２，３の合わせ面２ｘ，３ｘの面接触部が３００℃程度になった時点で、これらの板ガラス２，３の合わせ面２ｘ，３ｘ同士が直接接着してより強固に接合した状態となる。これにより、３００℃程度の低温状態であるにもかかわらず、これらの板ガラス２，３は、仮止めされる。このような状態から、炉内の温度を更に上昇することによって、これらの板ガラス２，３の線膨張係数の差によって、図１（ｂ）に示すように、コア板ガラス２に平面方向の圧縮応力Ｐｃが形成されるとともに、表層板ガラス３に平面方向の引張応力Ｐｔが形成される。また、コア板ガラス２の両端部における表面近傍及び裏面近傍のそれぞれには、局所的に厚み方向の引張応力が作用し、応力集中部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が形成される。前記加熱は、これらの板ガラス２、３における低い方の軟化点未満の範囲内で行われる。ここで、直接接着とは、コア板ガラス２と表層板ガラス３との両合わせ面２ｘ，３ｘの相互間に接着剤やガラスフリット等の他の層を介在させることなく、当該両合わせ面が直接接着していることを意味する。
【００２８】
そして、このように断面視で四隅に応力集中部Ｓ１〜Ｓ４が形成されたコア板ガラス２は、次のようにして平面方向にスライスされる。すなわち、図２に示すように、応力集中部Ｓ１〜Ｓ４のいずれかに、切断起点となる初期クラックが形成される。なお、図示例では、図中のコア板ガラス２の左側（一端側）に位置する上下いずれかの応力集中部Ｓ１，Ｓ２に初期クラックが形成される場合を示している。この際、コア板ガラス２には、図１（ｂ）に示した平面方向の圧縮応力Ｐｃに伴って、厚み方向の引張応力Ｐｔｚが形成される。そのため、応力集中部Ｓ１（又は応力集中部Ｓ２）に形成された初期クラックは、厚み方向の引張応力Ｐｔｚによって、矢印Ａ（又は矢印Ｂ）に沿って進展するとともに、コア板ガラス２の板厚方向のほぼ中央部において、矢印Ｃに沿って平面方向に進展する。このようにしてコア板ガラス２の一端側から他端側に向かって進展したクラックは、図中のコア板ガラス２の右側（他端側）において、上下いずれかの応力集中部Ｓ３，Ｓ４と交わるように、矢印Ｄ（又は矢印Ｅ）に沿って更に進展する。なお、初期クラックは応力集中部の一部に形成されるが、特にガラスを平面視したときのコーナー部に形成される場合が多い。
【００２９】
そして、コア板ガラス２の一端側における上方の応力集中部Ｓ１に初期クラックが形成され、その初期クラックが他端側における上方の応力集中部Ｓ３まで進展した場合には、図３に示すように、コア板ガラス２が板厚方向の中間部において上下２つにスライスされる。詳細には、上方のコア板ガラス片４は、両端部に丸みを帯びた面取り部４ａを有し、下方のコア板ガラス片５は、両端部に突出部５ａを有し、その突出部５ａの相互間に凹部５ｂを有する。なお、下方のコア板ガラス片５の突出部５ａが４辺全てに形成され、突出部５ａで囲まれた空間に凹部５ｂが形成される場合もある。この場合、上方のコア板ガラス片４は、４辺全てに面取り部４ａが形成される。このように切断と同時に、コア板ガラス片に面取り部が形成されると、事後的に面取り加工を別途施す必要がないため、製造工数の削減や、製造コストの低廉化に寄与し得る。
【００３０】
また、図２において、コア板ガラス２の一端側における上方の応力集中部Ｓ１に初期クラックが形成され、その初期クラックが他端側における下方の応力集中部Ｓ４まで進展した場合にも、図４に示すように、コア板ガラス２が板厚方向の中間部において上下２つにスライスされる。詳細には、上方のコア板ガラス片６は、一端部に丸みを帯びた面取り部６ａを有し、他端部に突出部６ｂを有する。下方のコア板ガラス片７は、他端部に丸みを帯びた面取り部７ａを有し、一端部に突出部７ｂを有する。
【００３１】
コア板ガラス片４，５，６，７の切断面（スライス面）の破壊応力は、例えば、３００〜５０００ＭＰａとなる。
【００３２】
ここで、コア板ガラス２をスライスして形成されるコア板ガラス片４，５，６，７の形状は、図３及び図４において、上下を反転させた形状となる場合もある。すなわち、図３の場合を例にとって説明すれば、下方のコア板ガラス片が、両端部に丸みを帯びた面取り部を有し、上方のコア板ガラス片が、両端部に突出部を有し、その突出部の相互間に凹部を有する場合もある。
【００３３】
なお、コア板ガラス片の形状は、熱処理工程において、積層体１の上下に温度差を設けることで、ある程度の範囲で制御することができる。例えば、上方の表層板ガラス３側を高温とし、下方の表層板ガラス３側を低温とすれば、図３に示した形状にコア板ガラス２がスライスされやすくなる。積層体１の上下の温度差は、１０℃〜１５０℃であることが好ましい。また、上記以外に例えば、２枚の表層板ガラスの線膨張係数や板厚をそれぞれ異なるようにしても、コア板ガラス片の形状を制御することができる。
【００３４】
以上のような切断方法によれば、熱処理工程で積層体１を加熱した際に、コア板ガラス２と表層板ガラス３との線膨張係数の差に伴う熱膨張差によって、コア板ガラス２中に厚み方向の引張応力Ｐｔｚを生じさせることができる。このような引張応力Ｐｔｚによって、熱処理工程の昇温時に、コア板ガラス２が板厚方向の中間部で、表面側と裏面側の２つに引き裂かれるように自動的にスライスされる。すなわち、コア板ガラス２をスライスする際に、コア板ガラス２の一部を削り取って除去する必要がないため、ガラス粉を伴う材料損失をほぼ零に抑えることができる。そのため、ガラス粉によってコア板ガラス片４，５，６，７が汚れるという事態も防止することができる。また、積層体１に温度変化を加えるだけで、コア板ガラス２を平面方向にスライスできるため、ワイヤなどを用いてスライスが困難な板ガラスであっても簡単に切断することができる。
【００３５】
なお、コア板ガラス２の初期クラックをゆっくりと綺麗に進展させるために、熱処理工程における積層体１の昇温速度は、ともに０．１〜１０[℃／ｍｉｎ]であることが好ましい。
【００３６】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る板ガラスの切断方法を、図５（ａ）〜（ｄ）に則して説明する。なお、第１実施形態に係る板ガラスの切断方法と共通する点については、詳しい説明を省略する。
【００３７】
（１）予備熱処理工程
まず、図５（ａ）に示すように、１枚のコア板ガラス２と、２枚の表層板ガラス３をそれぞれ離反させた状態で、炉内で加熱する。ただし、本実施形態においては、表層板ガラス３の線膨張係数を、コア板ガラス２の線膨張係数よりも大きくする。なお、両板ガラス２，３の線膨張係数の差は、第１実施例形態と同様とする。
【００３８】
すなわち、この加熱工程では、図５（ｂ）に示すように、これらの板ガラス２，３の間に熱膨張差が生じるが、これらの板ガラス２，３が互いに離反しているので、熱膨張差の影響が互いに作用し合うことはない。
【００３９】
この加熱工程では、コア板ガラス２と表層板ガラス３のうち、低い方の歪点未満まで加熱する。すなわち、コア板ガラス２と表層板ガラス３のうち、低い方の軟化点までは加熱せず、コア板ガラス２と表層板ガラス３に大きな形状変形が生じるのを防止している。加熱温度は、コア板ガラス２や表層板ガラス３のガラス組成によっても変わるが、例えば、２００℃〜４００℃程度（この実施形態では、約４００℃）とされる。
【００４０】
（２）積層工程
次に、上記の加熱温度（４００℃）を維持した状態で、図５（ｃ）に示すように、炉内で、コア板ガラス２の両面のそれぞれに、表層板ガラス３をオプティカルコンタクトによって接合する。そうすると、炉内の熱によって、これらの板ガラス２，３の合わせ面２ｘ，３ｘ同士が直接接着してより強固に接合した状態となる。
【００４１】
（３）熱処理工程
その後、図５（ｃ）に示すように、炉内で、積層体１を常温まで冷却する。この結果、コア板ガラス２と表層板ガラス３の相互間で熱膨張差の影響が直接作用して、コア板ガラス２に平面方向の圧縮応力Ｐｃが生じ、且つ、表層板ガラス３に平面方向の引張応力Ｐｔが生じる。この際、コア板ガラス２の両端部における表面及び裏面のそれぞれの近傍に応力集中部Ｓ１〜Ｓ４が形成される。これら応力集中部Ｓ１〜Ｓ４のいずれかに切断起点となる初期クラックが形成されるとともに、この初期クラックが平面方向の圧縮応力Ｐｃに伴って生じる厚み方向の引張応力によって進展して、第１実施形態で図２に基づいて説明したように、コア板ガラス２が平面方向にスライスされる。すなわち、この実施形態では、熱処理工程における降温時（冷却時）に、コア板ガラス２が厚み方向の引張応力により平面方向にスライスされる。
【００４２】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。
【００４３】
上記の実施形態では、コア板ガラス及び表層板ガラスとして、一枚の板ガラスを用いる場合を中心に説明したが、コア板ガラスとして、複数枚の板ガラスを積層したものを用いてもよく、これに代えて又はこれと共に、表層板ガラスとして、複数枚の板ガラスを積層したものを用いてもよい。
【００４４】
また、コア板ガラスを平面方向にスライスした後に、スライスされたコア板ガラス片と表層板ガラスとをそのまま一体的に用いてもよいし、両者を互いに分離してもよい。このとき、例えば表層板ガラスとコア板ガラスの接着面に界面活性剤などを塗布することにより、接着力を制御し、分離しやすくしてもよい。
【実施例】
【００４５】
本発明の実施例１〜３と比較例１〜２を説明する。比較例１、実施例１、２については、常温（２０℃）において、コア板ガラスの両面に、表層板ガラスをオプティカルコンタクトにより接合することにより、積層体を作製した。これら積層体を（株）入江商会製管状加熱炉（ＭＩＤ−６ｓ）により，スライスの挙動を直接観察しながら５００℃まで加熱した。また、比較例２、実施例３については、５００℃に加熱した状態で積層を行い、常温まで冷却した。この際、昇温速度及び降温速度は、ともに３℃／ｍｉｎに設定した。そして、このような熱処理を積層体に加えることで、コア板ガラスが平面方向にスライスされるか否かを実験した。その結果を以下の表１に示す。
【００４６】
【表１】
2015134695.tif 000003
【００４７】
ただし、表１において、ΔＴは、ガラス同士を最初に接合させた際の温度（２０℃）を基準とした温度差である。すわなち、室温から５００℃まで昇温した場合の温度差は、−４８０℃となり、５００℃から室温まで降温した場合の温度差は、＋４８０℃となる。
【００４８】
表１によれば、式（１）の関係式を満足する実施例１〜３において、積層体に含まるコア板ガラスが平面方向に確実にスライスされることが確認できる。そして更に、実施例１及び２のように、コア板ガラスの線膨張係数が、表層板ガラスの線膨張係数よりも大きい場合には、コア板ガラスが昇温時にスライスされることが確認できる。一方、実施例３のように、コア板ガラスの線膨張係数が、表層板ガラスの線膨張係数よりも小さい場合には、コア板ガラスが降温時にスライスされることが確認できる。
【符号の説明】
【００４９】
１    積層体
２    コア板ガラス
３    表層板ガラス
４，５，６，７    コア板ガラス片
Ｐｃ    平面方向の圧縮応力
Ｐｔ    平面方向の引張応力
Ｐｔｚ  厚み方向の引張応力
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４    応力集中部
【図１】
2015134695.tif 000005
【図２】
2015134695.tif 000006
【図３】
2015134695.tif 000007
【図４】
2015134695.tif 000008
【図５】
2015134695.tif 000009