(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角部を有する切り筋を入れた脆性材料板をその切り筋に沿って破断する方法において、
該切り筋の角部先端に、前記角部を構成する角度の２等分線に垂直であって角部先端を通る線上でかつ角部先端から所定距離離れた脆性材料板部分を最初に加熱することにより、初期亀裂を発生させ、
ついで該角部先端以外の切り筋に、前記角部を構成する角度の２等分線上でかつ角部先端から角部の外側に所定距離離れた脆性材料板部分を前記最初の加熱についで加熱することにより、前記初期亀裂を進展させるかまたは独立の亀裂を発生させることを特徴とする脆性材料板の破断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は脆性材料を破断する方法、特にガラス板を曲線状の切り筋に沿って破断する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス板を曲線形状に破断させるためには、超硬ホイール等の冶具を用いてガラスに曲線の切り筋を与え、その切り筋に応力を与えることで破断にいたらしめる方法がとられる。この応力は、手または機械でガラスを曲げることにより発生させるか、あるいはフレーム（燃焼炎）またはレーザでガラスを加熱することで熱的に発生させるかのいずれかであった。特に後者は、ガラスの破断を自動で行うのに好適な手法で、広くガラスの曲線切断に用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このガラスをフレームまたはレーザで加熱してガラスを破断させる方法は、加熱点からある距離離れた領域では円周方向に引っ張り応力が働くことを応用したもので、切り筋に垂直方向にその引っ張り応力の分力を与えることで、ガラスが切り筋どおりに引き裂かれて破断にいたる。
【０００４】
図６および図７に示すように、この破断方法を用いて角部２０を有する曲線形状の切り筋２３にそって脆性材料板を破断させた場合、角部２０を挟む２辺２４、２５のうちの一方の辺２４の延長線２６上に加熱点Ｄを置いたときは、その辺２４の切り筋は的確に破断されるが、他方の切り筋２５は破断されないという問題が生じる。これを防ぐためには、各辺に均等に応力をかけることが必要であり、通常その角部２０につながる２辺２４，２５が挟む角度の２等分線上、またはその近傍に加熱点Ｃを置く方法が採用されている。
【０００５】
この方法では、厚みが３ｍｍまたはそれ以下の薄板で切り筋角部の曲率が、曲率半径で表して３０ｍｍ（以後、曲率を、例えばＲ３０のように、Ｒの後に曲率半径をｍｍで表した数値を付けて表示することがある）またはそれよりも大きい曲率半径の場合、または厚みが５ｍｍ程度で角部の曲率がＲ１００またはそれよりも大きい曲率半径の場合は、カケ、ハマ等の発生がなく切り筋どおりの破断が行われるが、厚みが３ｍｍまたはそれ以下の薄板で角部の曲率がＲ１０程度の場合、または厚みが５ｍｍ程度で角部の曲率がＲ３０またはそれよりも小さい曲率半径以上になると、カケ等が発生したり切り筋どおりに破断が行われないという問題点が発生していた。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決して小さな曲率半径の角部を有する切り筋を入れられたガラス板のような脆性材料板を、その切り筋にそってカケ等の発生なしに切り筋どおり破断することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、角部を有する切り筋を入れた脆性材料板をその切り筋に沿って破断する方法において、該切り筋の角部先端に、前記角部を構成する角度の２等分線に垂直であって角部先端を通る線上で、かつ角部先端から所定距離離れた脆性材料板部分を最初に加熱することにより、初期亀裂を発生させ、ついで該角部先端以外の切り筋に、前記角部を構成する角の２等分線上でかつ角部先端から角部の外側に所定距離離れた脆性材料板部分を、前記最初の加熱についで加熱することにより、その亀裂を進展させるか、または独立の亀裂を発生させることを特徴とする脆性材料板の破断方法である。
【０００８】
本発明をガラス板を例として以下図面により説明する。
図１〜図３は、ほぼ三角形の形状の閉曲線の切り筋１を入れた長方形のガラス板２から、ほぼ三角形の形状のガラス板を切り筋１に沿って破断させる方法を示している。切り筋１に沿ってほぼ三角形のガラス板３を切り出す際に、角部４を構成する角度（角部を挟む２辺の延長線がなす角度）の２等分線５に垂直であって角部４の先端を通る線６上で、かつ角部先端から所定距離離れたガラス板部分７に第一の加熱点Ａを設ける。そして前記角部を構成する角度の２等分線５の上で、かつ角部先端から角部４の外側に所定距離離れたガラス板部分８に、第二の加熱点Ｂを設ける。そして、ガラス板の破断は、第一の加熱点を最初に加熱することにより角部先端に初期亀裂を発生させ、ついで第二の加熱点を加熱することにより、該先端部以外の切り筋にその亀裂を進展させるかまたは独立の亀裂を発生させる。
【０００９】
ここで、切り筋に対する亀裂発生のための加熱について説明する。
都市ガスのような気体燃料に、空気または酸素を予め混合した気体流を燃焼させてできた予混合フレーム（例；熱量3000cal/hr、フレーム直径約２０ｍｍ）を、フレーム先端がガラス表面に接触する状態で、ガラス板の表面上の１点を垂直方向から加熱した場合、ガラス板表面の温度分布、すなわち加熱点からのガラス板表面の半径方向の距離（ｍｍ）における温度（℃）を測定すると、図４に示すように加熱点を点対称として概ね正規分布に近い分布形状を示す。図中の数字１〜５は、加熱開始からの時間１〜５秒の経過毎のそれぞれの温度分布を表している。この分布の広がりはフレームの大きさ、形状で変わる。加熱源としてフレームではなくレーザを用いた場合は、ガラス表面に接触する位置でのレーザ光束の直径を、例えば０．１〜０．５ｍｍ程度に小さくして加熱面積を小さくすることができるので、中心温度が高く広がりの少ないシャープな温度分布となる。
【００１０】
この加熱によるガラス表面に発生する熱応力を、加熱点を中心として測った距離の位置における、半径方向およびそれに垂直な方向（以後、円周接線方向という）の平面熱応力成分に分解すると、半径方向の応力は全て圧縮応力であり、加熱点の近くで最も大きな圧縮応力が働き、加熱点から遠ざかるに従って次第に圧縮応力が小さくなるのに対して、円周接線方向の応力は加熱点の近くで最も大きな圧縮応力が働き、加熱点からある程度遠ざかるまでは次第に圧縮応力が減少してそれ以降は引張応力になり、ある位置で最大引っ張り応力値を示しその後徐々に小さくなることが観察される。
【００１１】
加熱点からのガラス板表面の半径方向の距離（ｍｍ）における、円周接線方向の応力値（ｋｇ／ｍｍ2） の分布を図５に示す。図中の数字１〜５は図４に対応して、加熱開始からの時間１〜５秒の経過毎のそれぞれの応力分布を表している。この図から、加熱点を中心にして１７〜１８ｍｍの半径までは円周接線方向に圧縮応力が、それ以上は引張応力が働き半径４０〜６０ｍｍところで最大引張応力値を示し、それ以降はなだらかに減少する。加熱面積がより小さく、ガラス表面単位面積に毎秒与えられる熱量がより大きく、または加熱温度がより高くなって、図４に示す温度分布がよりシャープになると、図５における圧縮応力から引張応力に変化する位置および引張応力の最大位置はともに更に加熱点に近づき、例えば最大引張応力値を示す半径方向距離は短くなって例えば２０〜３０ｍｍになり、図５の引張応力最大点近傍の円周接線方向応力分布はシャープになる。従って、切り筋部分の延長線上であって切り筋部分から少なくとも３０ｍｍ以上、好ましくは４０〜６０ｍのガラス表面位置を１〜５秒間加熱することにより、切り筋部分の垂直方向に大きな引っ張り応力が働いて、そこにガラス板厚み方向に向かって亀裂が発生して、ガラス板の切り筋とは反対の表面に達することになる。
【００１２】
本発明において、図１〜３に示すように、第一の加熱点Ａ、すなわち切り筋の角部４を構成する角度の２等分線に垂直であって、角部先端を通る線６上でかつ角部先端から所定距離、例えば少なくとも３０ｍｍ以上、好ましくは４０〜６０ｍｍ離れたガラス板部分７を最初に加熱することにより、角部先端に初期亀裂を発生させる。加熱は、例えばガラス板の第一の加熱点Ａに配置したサイドバーナー９から発する予混合フレーム１０（熱量1000cal/hr）を、１〜５秒間燃焼することにより行われる。これによって、角部先端の切り筋垂直方向に引っ張り応力を働かせて、角部先端の切り筋から板厚み方向に向かって、初期亀裂が発生してガラス板下面に達する。
【００１３】
次にガラス板の第二の加熱点Ｂ、すなわち前記角部４を構成する角の２等分線５上でかつ角部先端から角部の外側に所定距離、例えば少なくとも３０ｍｍ以上、好ましくは４０〜６０ｍｍ離れたガラス板部分８を加熱する。加熱は、例えばガラス板の第二の加熱点に配置したメインバーナー１１から発する予混合フレーム１２（熱量3000cal/hr）を、１〜５秒間燃焼することにより行われる。この第二の加熱点の加熱により、先の第一の加熱点の加熱により発生した初期亀裂は、角部を挟む２辺の切り筋の方に向かって進展する。第二の加熱点の加熱による最大引っ張り応力発生位置が角部先端よりもやや内側に離れているときは、初期亀裂とは離れた２辺の切り筋に独立の亀裂を発生することもあるが、その亀裂は上記初期亀裂に連絡するようになり、いずれにしてもカケ、ハマ等の発生がなく切り筋どおりの破断が行われる。第一の加熱点の加熱開始から１秒経過すれば、初期亀裂はすでに発生しているので、第二の加熱点の加熱は第一の加熱点の加熱開始から少なくとも１秒経過しておれば開始してよい。
【００１４】
第二の加熱点に設けるメインバーナー１１の発生熱量は、１０００〜１００００ｃａｌ／ｈｒが必要である。第一の加熱点に設けるサイドバーナー９は角部のみを局所的に加熱すればよいので、その発生熱量はメインバーナーのそれよりも小さくてもよく、３００〜１００００ｃａｌ／ｈｒの範囲が好ましい。サイドバーナーは上述のように２等分線の片側に設けてもよいが、２等分線の両側に設けてもよい。またメインバーナーとサイドバーナーを個別に設けてもよいが、ただ一つのバーナーを使用して、上記サイドバーナーの位置で加熱した後、燃焼を続けながらまたは燃焼を中断して、直ちにメインバーナーの位置にバーナーまたはガラス板を移動させて加熱させてもよい。
【００１５】
もしサイドバーナーを用いずに、メインバーナーによるフレーム加熱だけでは次のように不都合を生じる。図６、図７を用いて、亀裂の発生現象を説明する。曲線状の切り筋の角部２０の２等分線上の点Ｃに、メインバーナー２１によるフレーム２２の加熱点を置くと、加熱点から３ｃｍ以上離れた領域に存在する切り筋部分２４，２５に亀裂が発生する。しかし角部２０の先端については、その切り筋部分は加熱点からみて円周接線方向に伸びており、切り筋と垂直方向に常に圧縮力が働いているため亀裂は発生せず、そのため角部先端が破断されないまま残り、後で機械的に外力を加えると切り筋から外れて破断されて、カケ、ハマ等の欠点を生じることになる。この現象は角部の曲率半径が小さくなるほど、また板厚が厚いほど顕著に現れる。また、この現象は加熱点を２等分線上から離しておいても同様で、極端な場合、一辺２４の延長線２６上に加熱点Ｄを置いた場合はその一辺２４のみは亀裂が発生するが、他辺２５は全く亀裂が発生せず、角部先端の切り筋にも亀裂は発生しないことになる。
【００１６】
本発明は一時的に脆性材料板に局所的に温度差を生じさせて、熱応力を発生させるものであるから、本発明で用いる加熱手段としてはガスバーナー、レーザ加熱装置など、脆性材料を急激かつ局所的に加熱することができるものが適しており、熱風加熱のような徐々にかつ広範囲に加熱するものは不適当である。
【００１７】
本発明は２〜２０ｍｍ厚みのガラス板、セラミック板その他の脆性材料の板に適用することができ、厚みが３ｍｍまたはそれ未満の板については、切り筋の角部が１〜２０ｍｍの曲率半径を有する脆性材料板、厚みが５ｍｍまたはそれ以上の板については、切り筋の角部が２〜８０ｍｍの曲率半径を有する脆性材料板に適用して大きな効果が得られる。
【００１８】
また本発明は、破断すべき脆性材料板の角部を挟む２辺の間の角度が、１２０度以下にあるときに著しい効果が得られる。この角度が１２０度を越えるときには、従来の方法でもカケの発生なく切り筋どおりに破断が行われる。
【００１９】
以上は、切り筋の角部先端に初期亀裂を発生させる手段および該先端部以外の切り筋にその亀裂を進展させるか、または独立の亀裂を発生させる手段としてともに加熱手段を使用する場合について説明したが、それ以外に加熱に代えて例えばドライアイスなどの冷却手段を用いて、脆性材料板内部に引っ張り応力を発生させてもよい。ただし冷却位置は加熱の場合と異なるのは言うまでもない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００２１】
図１〜３に示すように、厚みがそれぞれ５ｍｍと３ｍｍの５０ｃｍ×８０ｃｍのソーダ石灰珪酸塩ガラス組成のフロートガラス板２に、それぞれ三角形に近い形のガラス板を切断すべく２種の形状（角部の曲率半径が３０ｍｍと５ｍｍ）の閉曲線の切り筋１を入れた後、この曲線に沿ってガラス板を破断してほぼ三角形のガラス板３を得る。２種の形状の閉曲線とも、辺１３と辺１４の間の角部１５、および辺１４と辺１６の間の角部１７は曲率半径が１００ｍｍよりも大きい。辺１６と辺１３の間の角部４は、３０ｍｍと５ｍｍの曲率半径を有している。そして辺１６と辺１３の間の角度はともに５０度であり、この角部４の破断が問題となる。サイドバーナーとメインバーナーを用いる本発明による破断方法と、従来法のメインバーナーのみによる破断方法を適用して破断不良を比較した。破断不良は角部にカケやハマが発生したり、切り筋どおりに破断されない場合とした。
【００２２】
切り筋については、直径５ｍｍの超硬質のホイールを有するホイールカッタを用いて荷重8kgで与えた。また、サイドフレーム１０ （熱量1000cal/hr、フレーム直径８ｍｍ）で、角部頂点から５０ｍｍの距離の位置にある加熱点Ａを加熱開始後、２秒後にメインフレーム１２（熱量3000cal/hr、フレーム直径２０ｍｍ）で、角部頂点から５０ｍｍの距離の位置にある加熱点Ｂの加熱を開始し約３秒加熱した。なお、比較のためサイドバーナーを点火しないで、上記と同様に行った試験を比較例とした。
実施例、比較例とも、４種の試料についてそれぞれ２００枚ずつ破断試験を行い、２００枚の内、破断不良の生じない枚数の割合である良品率を表１に示す。表１から、厚みが厚く曲率半径が小さくなるほど本発明の効果は大きいことがわかる。
【００２３】
【表１】
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厚み      曲率          実施例              比較例
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
３ｍｍ    Ｒ３０        １００％            ９９．５％
３ｍｍ    Ｒ５            ９９．５％        ８２％
５ｍｍ    Ｒ３０        １００％            ９２％
５ｍｍ    Ｒ５            ９９．５％        ６３％
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【００２４】
【発明の効果】
曲線角部の先端部にサイドフレームを用いて初期亀裂を発生させることで、従来法では亀裂の発生が困難であった先端部の破断が容易になり、カケ等のない切り筋通りの破断が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるサイドバーナーとメインバーナーを用いた破断方法を示す平面図。
【図２】図１の部分拡大図。
【図３】図２の斜視図。
【図４】フレームでガラス表面を加熱した場合のガラス表面の温度分布を示すグラフ。
【図５】図４の温度分布により生じたガラス表面上の円周方向の応力分布を示すグラフ。
【図６】従来法におけるメインバーナーのみを用いた破断方法を示す平面図。
【図７】図６の斜視図。
【符号の説明】
１  切り筋
２  脆性材料板
４  切り筋の角部
Ａ  第一の加熱点
Ｂ  第二の加熱点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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