JP2021099323A - 強化ガラスの強度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強化ガラスの破壊が、圧縮応力層の深さよりも深い傷に起因するものであるか、或いは、圧縮応力層の深さよりも浅い傷に起因するものであるかを推定する。【解決手段】強度測定方法は、強化ガラス２１を含む測定用構造体２０を落下させて強化ガラス２１を破壊した場合の落下高さＨ４を落下強度として測定する落下強度測定工程Ｓ３と、測定された落下高さＨ４に基づいて、強化ガラス２１の破壊が第一破壊モード、第二破壊モードのいずれに属するかを推定する破壊モード推定工程Ｓ４と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、強化ガラスの強度（特に落下強度）を測定する方法に関する。

従来、スマートフォンやタブレットＰＣなどの電子デバイスには、カバーガラスとしてイオン交換法により化学強化されたガラス板が用いられている。このような強化ガラス板は、一般的に、アルカリ金属を組成として含むガラス板を強化液で化学的に処理し、表面に圧縮応力層を形成することによって製造される。強化ガラス板は、表面の圧縮応力や内部の引張応力などの、いわゆる強化特性を適切に調整することによって、高い強度を有するよう設計されている。

携帯用の電子デバイスは、地面に落下した場合に、カバーガラスに破壊を生じ得る。カバーガラス（強化ガラス）に生じる破壊の態様としては、例えば、圧縮応力層を突き抜けるような深い傷を起点として、当該強化ガラスが比較的遅い速度で割れるもの（スロークラック割れ）がある（例えば特許文献１参照）。その他、圧縮応力層を突き抜けることのない浅い傷（破壊起点）がカバーガラスに形成された後、大きな応力の作用によってクラックが進行し、破壊に至る態様（非スロークラック割れ）がある。

強化ガラスの破壊強度や破壊の態様（破壊モード）を確認するために、各種の破壊試験が実施される。特許文献１では、破壊試験の例として、サンドペーパ落球試験や、曲げ強度試験が開示されている。

サンドペーパ落球試験では、基台に載置された強化ガラスにサンドペーパを重ね合わせ、サンドペーパに対して球体を衝突させることで、当該強化ガラスを破壊する。曲げ強度試験では、強化ガラスに圧子を打ち込んで圧痕を形成した後、三点曲げ試験によって当該強化ガラスを破壊する。

国際公開第２０１３／０８８８５６号公報

上記のようなサンドペーパ落球試験や曲げ強度試験の他、電子デバイス筐体や、電子デバイスを模した疑似筐体に強化ガラスを装着した試験体を落下させて、強化ガラスを破壊する落下強度試験が実施される場合がある。落下強度試験では、例えば定盤上に載置されたサンドペーパに向かって試験体を落下させ、強化ガラスを当該サンドペーパに衝突させる。これによって強化ガラスが破壊した場合における試験体の落下高さをその強化ガラスの落下強度と見做すことができる。

この落下強度試験は、電子デバイスの落下によって生じるカバーガラスの破壊の態様をサンドペーパ落球試験や曲げ強度試験よりも正確に再現できることから、強化ガラスの破壊強度を解析及び評価する上で重要となる。

しかしながら、従来の落下強度試験では、強化ガラスの破壊の態様が、圧縮応力層の深さよりも深い傷に起因するものであるか、或いは圧縮応力層の深さよりも浅い傷に起因するものであるかを特定することが困難であった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、強化ガラスの強度を測定する場合において、強化ガラスの破壊が、圧縮応力層の深さよりも深い傷に起因するものであるか、或いは、圧縮応力層の深さよりも浅い傷に起因するものであるかを推定することを技術的課題とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、圧縮応力層を有する強化ガラスの強度を測定する方法であって、前記強化ガラスを含む測定用構造体を落下させて前記強化ガラスを破壊した場合の落下高さを前記落下強度として測定する落下強度測定工程と、測定された前記落下高さに基づいて、前記強化ガラスの破壊が第一破壊モード、第二破壊モードのいずれに属するかを推定する破壊モード推定工程と、を備え、前記第一破壊モードは、前記圧縮応力層の深さよりも深い傷が前記強化ガラスに形成されることにより生じる破壊モードであり、前記第二破壊モードは、前記圧縮応力層の深さよりも浅い傷が前記強化ガラスに形成されることにより生じる破壊モードであることを特徴とする。

かかる構成によれば、落下強度測定工程によって測定された強化ガラスの落下高さに基づいて、当該破壊モード推定工程により、強化ガラスの破壊が第一破壊モード、第二破壊モードのいずれに属するかを推定することができる。これにより、落下強度測定工程における強化ガラスの破壊が圧縮応力層の深さよりも深い傷に起因するものであるか、或いは、圧縮応力層の深さよりも浅い傷に起因するものであるかを推定することが可能になる。

本発明に係る強度測定方法は、前記強化ガラスの破壊が前記第一破壊モードに属することを推定する第一予想落下高さを算出するための第一推定式を作成する、第一準備工程を備えてもよい。前記第一準備工程は、第一圧縮応力層を有する第一試験用強化ガラスを含む試験構造体を落下させ、前記第一圧縮応力層の深さよりも深い傷を前記第一試験用強化ガラスに形成することにより前記第一試験用強化ガラスを破壊する落下破壊工程と、前記落下破壊工程に供されていない前記第一試験用強化ガラスに第一衝突体を衝突させ、前記第一圧縮応力層よりも深い傷を前記第一試験用強化ガラスに形成することにより前記第一試験用強化ガラスを破壊する衝突破壊工程と、を備えてもよい。

かかる構成によれば、第一準備工程における落下破壊工程及び衝突破壊工程によって、第一破壊モードを推定するために必要な測定を行うことができる。

前記第一推定式は、前記落下破壊工程によって測定される前記試験構造体の試験落下高さと、前記衝突破壊工程によって前記第一試験用強化ガラスを破壊した場合の破壊エネルギとの一次関数に基づいて作成されてもよい。

本発明に係る強化ガラスの強度測定方法は、前記強化ガラスの破壊が前記第二破壊モードに属することを推定する第二予想落下高さを算出するための第二推定式を作成する、第二準備工程を備えてもよい。前記第二準備工程は、第二圧縮応力層を有する第二試験用強化ガラスに前記第二圧縮応力層の深さよりも浅い傷を形成する加傷工程と、前記加傷工程後に前記第二試験用強化ガラスに曲げ応力を付与して前記第二試験用強化ガラスを破壊する曲げ破壊工程と、を備えてもよい。

かかる構成によれば、第二準備工程における加傷工程及び曲げ破壊工程によって、第二破壊モードを推定するために必要な測定を行うことができる。

前記第二推定式は、前記加傷工程によって前記第二試験用強化ガラスに付与された加傷エネルギと、前記曲げ破壊工程によって前記第二試験用強化ガラスに付与された破壊曲げ応力との一次関数に基づいて作成されてもよい。

前記破壊モード推定工程は、前記第一予想落下高さと、前記第二予想落下高さと、を比較する落下高さ比較工程を含んでもよい。

落下高さ比較工程により第一予想落下高さと第二予想落下高さとを比較することで、強化ガラスの破壊が第一破壊モード、第二破壊モードのいずれに属するかを推定することができる。

前記衝突破壊工程では、前記第一試験用強化ガラスの前記第一圧縮応力層よりも深い前記傷を形成するための加傷部材を前記第一試験用強化ガラスに重ねた状態で、前記第一試験用強化ガラスに前記第一衝突体を衝突させてもよい。これにより、第一破壊モードによる第一試験用強化ガラスの破壊を再現することができる。

前記加傷工程では、前記第二試験用強化ガラスの前記第二圧縮応力層よりも浅い前記傷を形成するための加傷部材を前記第二試験用強化ガラスに重ねた状態で、前記第二試験用強化ガラスに第二衝突体を衝突させてもよい。これにより、第二試験用強化ガラスの第二圧縮応力層よりも浅い傷を、当該第二試験用強化ガラスに対して確実に形成できる。

前記曲げ破壊工程では、四点曲げ試験機によって前記第二試験用強化ガラスに前記曲げ応力を付与してもよい。これにより、第二破壊モードによる第二試験用強化ガラスの破壊を再現することができる。

前記衝突破壊工程では、前記第一試験用強化ガラスに対する前記第一衝突体の衝突部位を囲む第一押さえ部材によって、前記第一試験用強化ガラスに重ねられた前記加傷部材を押さえてもよい。これにより、加傷部材と第一試験用強化ガラスとを安定的に接触させることができる。

前記加傷工程では、前記第二試験用強化ガラスに対する前記第二衝突体の衝突部位を囲む第二押さえ部材によって、前記第二試験用強化ガラスに重ねられた前記加傷部材を押さえてもよい。これにより、加傷部材と第二試験用強化ガラスとを安定的に接触させることができる。

前記衝突破壊工程では、第一緩衝部材を介して前記第一衝突体による衝撃を前記第一試験用強化ガラスに加えてもよい。これにより、第一衝突体によって第一試験用強化ガラスに加える衝撃を調整することができる。

前記加傷工程では、第二緩衝部材を介して前記第二衝突体による衝撃を前記第二試験用強化ガラスに加えてもよい。これにより、第二衝突体によって第二試験用強化ガラスに加える衝撃を調整することができる。

前記試験構造体は、前記第一試験用強化ガラスが固定される支持体を備えてもよい。これにより、試験構造体をスマートフォン等の電子デバイスに擬態させることができる。

本発明によれば、強化ガラスの強度を測定する場合において、強化ガラスの破壊が、圧縮応力層の深さよりも深い傷に起因するものであるか、或いは、圧縮応力層の深さよりも浅い傷に起因するものであるかを推定することができる。

強化ガラスの断面図である。 強度測定方法のフローチャートである。 第一準備工程の落下破壊工程を示す側面図である。 第一準備工程の衝突破壊工程を示す側面図である。 第一準備工程において作成されるグラフである。 第二準備工程の加傷工程を示す側面図である。 第二準備工程の曲げ破壊工程を示す側面図である。 第二準備工程において作成されるグラフである。 第二準備工程において作成されるグラフである 落下強度測定工程を示す側面図である。 第二準備工程の加傷工程に使用される試験装置を示す側面図である。 第二準備工程の加傷工程の他の例を示す側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１乃至図１０は、本発明に係る強化ガラスの強度測定方法の一実施形態を示す。

図１は、イオン交換により化学強化されたガラス（以下「強化ガラス」という）の断面図を示す。強化ガラス１は、例えば矩形板状に構成され、表面に圧縮応力層ＣＳＬを有し、内部に引張応力層ＴＳＬを有する。強化ガラス１の表面は、第一主面ＭＳ１、第二主面ＭＳ２、及び端面ＥＳを含む。第一主面ＭＳ１と第二主面ＭＳ２とは、互いに表裏の関係に位置する主面である。

強化ガラス１の厚みｔは、０．０５〜１．２ｍｍであることが好ましいが、この範囲に限定されない。また、強化ガラス１において、表面（主面ＭＳ１，ＭＳ２）からの圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬは、例えば１００〜２５０μｍであることが好ましいが、この範囲に限定されない。

本方法では、強化ガラス１を落下させて破壊させた場合に、その落下高さを落下強度として測定するとともに、その破壊が第一破壊モード、第二破壊モードのいずれに属するかを推定することができる。

ここで、第一破壊モードは、圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬよりも深い傷が強化ガラス１に形成されることにより生じる破壊モードである。第二破壊モードは、圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬよりも浅い傷が強化ガラス１に形成され、この傷が当該強化ガラス１に作用する曲げ応力によって進展することにより生じる破壊モードである。

図２に示すように、本方法は、第一破壊モードを推定するために必要な測定を行う第一準備工程Ｓ１と、第二破壊モードを推定するために必要な測定を行う第二準備工程Ｓ２と、測定用強化ガラスを含む測定用構造体を落下させて当該測定用強化ガラスを破壊した場合の落下高さを落下強度として測定する落下強度測定工程Ｓ３と、当該落下強度測定工程Ｓ３における測定用強化ガラスの破壊が第一破壊モード、第二破壊モードのいずれに属するかを推定する破壊モード推定工程Ｓ４と、を備える。

第一準備工程Ｓ１は、第一試験用強化ガラスを備えた試験構造体を落下させて当該第一試験用強化ガラスを破壊する落下破壊工程と、第一試験用強化ガラスに第一衝突体を衝突させて当該第一試験用強化ガラスを破壊する衝突破壊工程と、を備える。

図３に示すように、落下破壊工程に使用される試験構造体２は、第一試験用強化ガラス３と、この第一試験用強化ガラス３を支持する第一支持体４とを備える。第一試験用強化ガラス３は、図１に示す強化ガラス１と同じ構造を有する。以下、第一試験用強化ガラス３の圧縮応力層ＣＳＬを「第一圧縮応力層」という。第一試験用強化ガラス３の寸法、第一圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬ等の条件は、後述する第二準備工程Ｓ２において測定される第二試験用強化ガラスの条件、及び落下強度測定工程Ｓ３において測定される測定用強化ガラスの条件と同一とされる。

第一試験用強化ガラス３は、接着層５を介して第一支持体４に固定されている。第一支持体４は、例えばポリカーボネートその他の樹脂又は金属により板状に構成される。

落下破壊工程では、試験構造体２を落下させ、定盤６に衝突させることにより、第一圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬよりも深い傷を第一試験用強化ガラス３の第一主面ＭＳ１に形成する。これにより、第一試験用強化ガラス３が破壊される。定盤６としては、例えば石定盤、金属定盤等を用いることができる。定盤６には、第一加傷部材７としてのサンドペーパが設置されている。

落下破壊工程では、第一加傷部材７の上方から段階的に落下高さを変更（高く）しつつ、試験構造体２を落下させる。落下破壊工程において、第一試験用強化ガラス３に破壊が生じた場合の試験構造体２の高さが第一試験落下高さＨ_１として測定及び記録される。

衝突破壊工程では、落下破壊工程に供されていない複数の第一試験用強化ガラス３が用意される。図４に示すように、衝突破壊工程では、第一圧縮応力層ＣＳＬよりも深い傷ＤＷを形成するための第二加傷部材８を第一試験用強化ガラス３に重ねた状態で、当該第一試験用強化ガラス３に第一衝突体９を衝突させる。

第一試験用強化ガラス３は、定盤１０に支持されている。第一試験用強化ガラス３の第一主面ＭＳ１には、第二加傷部材８としてのサンドペーパが載置される。第二加傷部材８としては、落下破壊工程に使用される第一加傷部材７（サンドペーパ）と同じ粒度のものが使用される。

第二加傷部材８は、砥粒を有する擦り面が第一試験用強化ガラス３の第一主面ＭＳ１に接触した状態で当該第一試験用強化ガラス３に重ねられる。

第二加傷部材８の上面には、第一緩衝部材１１が載置される。第一緩衝部材１１は、例えばポリカーボネート、アクリル等の樹脂板により構成されるが、この材質に限定されない。

第一緩衝部材１１の上面には、第一押さえ部材１２が載置される。第一押さえ部材１２は、衝突時における第二加傷部材８の移動を抑制し得る程度に第二加傷部材８や第一緩衝部材１１を押圧可能な質量または構造を有する部材である事が好ましい。第一押さえ部材１２は、例えば、質量が５〜３００ｇの矩形状の金属製枠体により構成されるが、この形状及び材質に限定されない。第一押さえ部材１２は、第一衝突体９が通過可能な開口部１２ａを有する。第一押さえ部材１２は、第一試験用強化ガラス３に対する第一衝突体９の衝突部位を囲むように配置される。

図４に示すように、衝突破壊工程に使用される第一衝突体９は、球体により構成されるが、この形状に限定されない。第一衝突体９は、例えば、ステンレス鋼その他の金属により構成されるが、この材質に限定されない。第一衝突体９は、第一押さえ部材１２の開口部１２ａの範囲内において、第一緩衝部材１１に衝突する。

第一衝突体９が第一緩衝部材１１に衝突すると、その衝撃が第二加傷部材８（サンドペーパ）を介して第一試験用強化ガラス３に伝播する。これにより、第一試験用強化ガラス３の第一主面ＭＳ１に、第一圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬよりも深い傷ＤＷが形成される。第一試験用強化ガラス３は、この傷ＤＷを起点として破壊される。

衝突破壊工程において、第一試験用強化ガラス３が破壊された場合における第一衝突体９の高さが第二試験落下高さＨ_２（ｍ）として測定及び記録される。その後、第一衝突体９の第二試験落下高さＨ_２、第一衝突体９の質量ｍ（ｋｇ）及び重力加速度ｇ（９．８ｍ／ｓ^２）の積により、第一試験用強化ガラス３を破壊するために付与されたエネルギ（以下「破壊エネルギ」という）Ｅ_１（Ｊ）が算出及び記録される（Ｅ_１＝ｍｇＨ_２）。

次に、落下破壊工程によって測定された第一試験落下高さＨ_１と、衝突破壊工程によって測定された第一試験用強化ガラス３の破壊エネルギＥ_１とに基づいて、後述する落下強度測定工程Ｓ３における測定用強化ガラスの破壊が第一破壊モードに属することを推定する第一推定式が作成される（第一推定式作成工程）。

図５は、落下破壊工程によって測定された第一試験用強化ガラス３の第一試験落下高さＨ_１と、衝突破壊工程によって測定された第一試験用強化ガラス３の破壊エネルギＥ_１との関係を示すグラフである。図５では、七枚の第一試験用強化ガラス３を破壊した場合の測定結果を例示している。

この測定結果により、次の関係式（１）が作成される。
Ｈ_１＝ａＥ_１ ・・・（１）
ここで、係数ａは、正の数である。

上記の関係式（１）に基づいて、以下の第一推定式（２）が作成される。
Ｈ_Ｅ１＝ａＥ ・・・（２）

ここで、Ｈ_Ｅ１は、第一破壊モードを推定するための基準となる第一予想落下高さ（ｍ）である。Ｅは、後述する落下強度測定工程Ｓ３において測定される測定用強化ガラスの破壊エネルギ（Ｊ）である。

このように、第一推定式（２）は、落下破壊工程によって測定される第一試験落下高さＨ_１と、衝突破壊工程によって第一試験用強化ガラス３を破壊した場合の破壊エネルギＥ_１との一次関数に基づいて作成される。

第二準備工程Ｓ２では、複数の第二試験用強化ガラスが用意される。第二試験用強化ガラスは、図１に示す強化ガラス１と同じ構造を有する。以下、第二試験用強化ガラスの圧縮応力層ＣＳＬを「第二圧縮応力層」という。第二試験用強化ガラスの寸法、第二圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬ等の条件は、上述した第一準備工程Ｓ１に係る第一試験用強化ガラス３の条件、及び後述する落下強度測定工程Ｓ３に係る測定用強化ガラスの条件と同一とされる。

第二準備工程Ｓ２は、第二試験用強化ガラスに第二圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬよりも浅い傷を形成する加傷工程と、当該加傷工程後に第二試験用強化ガラスに曲げ応力を付与して当該第二試験用強化ガラスを破壊する曲げ破壊工程と、を備える。

図６に示すように、加傷工程では、定盤１３に支持される第二試験用強化ガラス１４の第一主面ＭＳ１に第三加傷部材１５としてのサンドペーパに重ねた状態で、第三加傷部材１５及び第二試験用強化ガラス１４に第二衝突体１６を衝突させる。

第三加傷部材１５は、砥粒を含む擦り面が第二試験用強化ガラス１４の第一主面ＭＳ１に接触するように、当該第二試験用強化ガラス１４に重ねられる。第三加傷部材１５としては、第一準備工程Ｓ１で使用された第一加傷部材７及び第二加傷部材８に係るサンドペーパの粒度よりも小さな粒度のものが使用される。

第三加傷部材１５の上面には、第二緩衝部材１７が載置される。第二緩衝部材１７は、例えばポリカーボネート、アクリル等の樹脂板により構成されるが、この材質に限定されない。

第二緩衝部材１７の上面には、第二押さえ部材１８が載置される。第二押さえ部材１８は、第一押さえ部材１２と同様に、例えば質量が５〜３００ｇの矩形状の金属製枠体により構成されるが、この形状及び材質に限定されない。第二押さえ部材１８は、その内側に開口部１８ａを有する。第二押さえ部材１８は、第二試験用強化ガラス１４に対する第二衝突体１６の衝突部位を囲むように配置される。

加傷工程に使用される第二衝突体１６は、第一衝突体９と同様に、金属製の球体により構成されるが、この形状及び材質に限定されない。

第二衝突体１６を第二緩衝部材１７に衝突させると、第二緩衝部材１７が第三加傷部材１５（サンドペーパ）を押圧する。これにより、第二試験用強化ガラス１４の第一主面ＭＳ１には、第二圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬよりも小さな傷ＳＷが形成される。この場合において、第二試験用強化ガラス１４に形成される傷ＳＷは、第二圧縮応力層ＣＳＬを貫通しない。このため、第二試験用強化ガラス１４は、加傷工程において破壊されることはない。

加傷工程では、第二衝突体１６の高さ（以下、「第三試験落下高さ」という）Ｈ_３（ｍ）を異ならせて各第二試験用強化ガラス１４を加傷する。すなわち、加傷工程では、各第二試験用強化ガラス１４に付与するエネルギ（以下、「加傷エネルギ」という）Ｅ_２（Ｊ）を異ならせる。加傷エネルギＥ_２は、第二衝突体１６の質量ｍ（ｋｇ）と、第二衝突体１６の第三試験落下高さＨ_３と、重力加速度ｇとの積により算出される（Ｅ_２＝ｍｇＨ_３）。

図７に示すように、曲げ破壊工程では、例えば四点曲げ試験機１９が使用される。これに限らず、曲げ破壊工程では三点曲げ試験機が使用されてもよい。曲げ破壊工程では、四点曲げ試験機１９によって第二試験用強化ガラス１４を破壊するために付与される曲げ応力が測定される。四点曲げ試験としては例えばＪＩＳ−Ｒ１６０１に準じた方法を用いることができる。四点曲げ試験の具体的条件は、例えば、圧冶具幅２０ｍｍ、支持冶具幅４０ｍｍ、クロスヘッド下降速度３ｍｍ／ｍｉｎとすることができる。

以下、曲げ破壊工程において第二試験用強化ガラス１４に破壊が生じたときの曲げ応力を「破壊曲げ応力」という。破壊曲げ応力の作用により、第二試験用強化ガラス１４に形成された傷ＳＷを起点としてクラックが進展し、当該第二試験用強化ガラス１４が破壊される。測定された各第二試験用強化ガラス１４の破壊曲げ応力は、加傷エネルギＥ_２と関連付けて記録される。

図８は、加傷工程及び曲げ破壊工程の測定結果、すなわち、加傷工程における加傷エネルギＥ_２と、曲げ破壊工程における破壊曲げ応力σ_１との関係を示すグラフである。図８では、六枚の第二試験用強化ガラス１４を破壊した場合の測定結果を例示している。

この測定結果に基づいて、加傷エネルギＥ_２と破壊曲げ応力σ_１との関係式が作成される。この関係式は、以下の式（３）に示すように、加傷エネルギＥ_２と、破壊曲げ応力σ_１との一次関数により構成される。
σ_１＝−ｂＥ_２＋σ_Ｃ ・・・（３）
ここで、係数ｂは、正の数である。

第二準備工程Ｓ２では、上記の関係式（３）に基づいて、後述する落下強度測定工程Ｓ３における測定用強化ガラスの破壊が第二破壊モードに属することを推定するための第二推定式が作成される（第二推定式作成工程）。

第二推定式を作成するには、加傷工程により測定された加傷エネルギＥ_２を、下記の換算式（４）により、予想落下高さＨ_Ｅ（ｍ）に換算する。この換算式（４）は、上記の関係式（１）に基づいて作成される。
Ｈ_Ｅ＝ａＥ_２ ・・・（４）

次に、換算式（４）によって換算された各第二試験用強化ガラス１４の予想落下高さＨ_Ｅと、破壊曲げ応力σ_１と関連付ける。図９は、換算された予想落下高さＨ_Ｅと破壊曲げ応力σ_１との関係を示すグラフである。図９において、破壊曲げ応力σ_１は、予想破壊曲げ応力σ_Ｅとして表示されている。

この予想落下高さＨ_Ｅと予想破壊曲げ応力σ_Ｅとの関係に基づいて、下記の関係式（５）が作成される。
σ_Ｅ＝−ｄＨ_Ｅ+σ_Ｃ ・・・（５）
ここで、係数ｄは、正の数である。

次に、下記の関係式（６）が作成される。この関係式（６）は、図９において、グラフの原点と、最も小さな破壊曲げ応力σ_ｍｉｎによって破壊された第二試験用強化ガラス１４を示す点とを結ぶ直線（検量線）に基づいて作成される。この関係式（６）は、予想落下高さＨ_Ｅと、予想破壊曲げ応力σ_Ｅとの一次関数により構成される。
σ_Ｅ＝ｅＨ_Ｅ ・・・（６）
ここで、係数ｅは、正の数である。

関係式（６）における係数ｅは、最小の破壊曲げ応力σ_ｍｉｎと、この最小の破壊曲げ応力σ_ｍｉｎに対応する予想落下高さＨ_ＥＸとの比σ_ｍｉｎ／Ｈ_ＥＸである（ｅ＝σ_ｍｉｎ／Ｈ_ＥＸ）。

第二推定式は、上記の関係式（５）、（６）により構成される。上記の第二推定式（５）、（６）に基づいて、第二破壊モードを推定するための基準となる第二予想落下高さＨ_Ｅ２が算出及び記録される。第二予想落下高さＨ_Ｅ２は、次式（７）に示すように、第二推定式（連立式）（５）、（６）の解である。
Ｈ_Ｅ２＝σ_Ｃ／（ｄ＋ｅ） ・・・（７）

図１０に示すように、落下強度測定工程Ｓ３では、測定用構造体２０を落下させることで、測定用強化ガラス２１を破壊する。測定用強化ガラス２１は、図１に示す強化ガラス１と同じ構造を有する。測定用強化ガラス２１の寸法、圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬ等の条件は、第一試験用強化ガラス３及び第二試験用強化ガラス１４の条件と統一されている。すなわち、本明細書において、測定用強化ガラス、第一試験用強化ガラス、及び第二試験用強化ガラスは、説明の便宜上区別されたものであり、各強化ガラスの組成、厚み、圧縮応力層に係る条件は同一とされる。

測定用構造体２０は、第一準備工程Ｓ１における試験構造体２と同様に、測定用強化ガラス２１を支持する第二支持体２２を備える。測定用強化ガラス２１は、接着層２３を介して第二支持体２２に固定されている。第二支持体２２は、例えばポリカーボネートその他の樹脂又は金属により板状に構成される。

落下強度測定工程Ｓ３では、測定用構造体２０を落下させて定盤２４に載置される第四加傷部材２５としてのサンドペーパに衝突させる。落下強度測定工程Ｓ３に使用される第四加傷部材２５としては、第一準備工程Ｓ１において使用される第一加傷部材７及び第二加傷部材８と同じ粒度のものが使用される。

落下強度測定工程Ｓ３では、複数の測定用構造体２０を落下させて各測定用強化ガラス２１が破壊されたときの落下高さＨ_４（ｍ）が落下強度として測定される。また、落下強度測定工程Ｓ３では、落下高さＨ_４等に基づいて、破壊された各測定用強化ガラス２１に係る破壊エネルギＥ（Ｊ）が算出される（Ｅ＝ｍｇＨ_４）。

破壊モード推定工程Ｓ４では、算出された破壊エネルギＥ及び上記の第一推定式（２）により、各測定用強化ガラス２１の第一予想落下高さＨ_Ｅ１が算出及び記録される。

破壊モード推定工程Ｓ４では、第一予想落下高さＨ_Ｅ１と、第二準備工程Ｓ２で算出された第二予想落下高さＨ_Ｅ２とが比較される（落下高さ比較工程）。落下高さ比較工程において、第一予想落下高さＨ_Ｅ１と第二予想落下高さＨ_Ｅ２とを比較した結果、第一予想落下高さＨ_Ｅ１が第二予想落下高さＨ_Ｅ２よりも小さい場合には（Ｈ_Ｅ１＜Ｈ_Ｅ２）、その測定用強化ガラス２１の破壊モードが第一破壊モードであると推定される。一方、第二予想落下高さＨ_Ｅ２が第一予想落下高さＨ_Ｅ１よりも小さい場合には（Ｈ_Ｅ２＜Ｈ_Ｅ１）、その測定用強化ガラス２１の破壊モードが第二破壊モードであると推定される。

以上の各工程Ｓ１〜Ｓ４における式の作成、グラフ化、数値の計算等の各種処理は、例えば演算処理装置（コンピュータ）の演算処理によって行われてもよく、測定者によって行われてもよい。

以上説明した本実施形態に係る強度測定方法によれば、測定用強化ガラス２１の強度を測定する場合に、測定用強化ガラス２１の破壊が、圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬよりも深い傷ＤＷに起因するもの（第一破壊モード）であるか、或いは、圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬよりも浅い傷ＳＷに起因するもの（第二破壊モード）であるかを推定することが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、試験構造体２において第一試験用強化ガラス３を支持する第一支持体４として樹脂板や金属板を疑似筐体として用いる場合を例示したが、これに限らず、第一支持体としてスマートフォンやタブレット等の電子デバイス本体を用いても良い。この場合、既に強化ガラスを備えている電子デバイスの表面に第一試験用強化ガラス３を重ねて貼り付けても良いし、強化ガラスを備えていない電子デバイスの一部として第一試験用強化ガラス３を装着しても良い。

上記の実施形態では、加傷部材としてサンドペーパを例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。加傷部材としては、サンドペーパの他、研磨材が基材に塗装されたものや研磨布、或いはダイヤモンド圧子その他の部材を使用してもよい。

上記の実施形態では、第一押さえ部材１２や第二押さえ部材１８を用いて強度測定を行う場合を例示したが、所望の強度データを得られる場合には、これらの押さえ部材を用いることなく強度測定方法を実施しても良い。

上記の実施形態では、第一緩衝部材１１や第二緩衝部材１７を用いて強度測定を行う場合を例示したが、所望の強度データを得られる場合には、これらの緩衝部材を用いることなく強度測定方法を実施しても良い。

上記実施形態では、加傷工程において第二衝突体１６（金属球体）および第三加傷部材１５（サンドペーパ）を用いて加傷を行う場合を例示したが、所望の加傷が可能であれば、他の加傷方法を用いても良い。例えば、インデンタ等の先端が尖った圧子を第二試験用強化ガラス１４の表面へ圧入或いは引掻き移動させることによって加傷を行っても良い。

また、加傷工程は、図１１及び図１２に示す試験装置（加傷装置）によって行われてもよい。試験装置２６は、第二衝突体１６としてのハンマを備える。ハンマは、アーム部２７およびヘッド部２８を備える。アーム部２７は、その伸長方向に一定の断面形状を有する長尺状の部材である。具体的には、アーム部２７は所定の長さを有するアルミニウム製の棒状部材又は板状部材であるが、アーム部２７の材質及び形状は、この例に限定されない。アーム部２７の一端部（上端部）は、支持軸２９によって支持されている。これにより、アーム部２７は、支持軸２９まわりに回動可能に構成される。

ヘッド部２８は、アーム部２７の他端部（下端部）における側面部に設けられている。ヘッド部２８は、ステンレス合金等の金属により構成されるが、これに限らず、樹脂や石等によって構成されてもよい。ヘッド部２８は、第三加傷部材１５を介して第二試験用強化ガラス１４と衝突する衝突面２８ａを有する。衝突面２８ａは、平坦面として構成されるが、この構成に限定されず、球面等の曲面により構成されてもよい。

第二試験用強化ガラス１４は、第一主面ＭＳ１が鉛直方向に沿うように、換言すると水平方向に面するように、定盤１３に支持されている。定盤１３としては、金属定盤、石定盤等が使用されるが、これに限らず、ガラス板によって構成されてもよい。定盤１３は、姿勢変更可能に構成されており、第二試験用強化ガラス１４の第一主面ＭＳ１の角度を変更することができる。第二試験用強化ガラス１４の第一主面ＭＳ１には、第三加傷部材１５（サンドペーパ）が固定されている。

加傷工程において、試験装置２６は、第二衝突体１６のヘッド部２８を第三試験落下高さＨ_３に配置した後、重力の作用により、アーム部２７を第二試験用強化ガラス１４に向かって回動させることで、ヘッド部２８の衝突面２８ａを第三加傷部材１５及び第二試験用強化ガラス１４に衝突させる。これにより、第二試験用強化ガラス１４の第一主面ＭＳ１には、圧縮応力層ＣＳＬの深さＤＯＬよりも浅い傷ＳＷが形成される。これに限らず、上記の実施形態と同様に、第三加傷部材１５に第二緩衝部材１７及び第二押さえ部材１８が重ねられてもよい。この場合、第二押さえ部材１８は、例えばボルト、クランプ等の固定部材によって定盤１３に固定されてもよい。

１ 強化ガラス
２ 試験構造体
３ 第一試験用強化ガラス
４ 第一支持体
８ 第二加傷部材
９ 第一衝突体
１１ 第一緩衝部材
１２ 第一押さえ部材
１４ 第二試験用強化ガラス
１５ 第三加傷部材
１６ 第二衝突体
１７ 第二緩衝部材
１８ 第二押さえ部材
１９ 四点曲げ試験機
２０ 測定用構造体
２１ 測定用強化ガラス
ＣＳＬ 圧縮応力層
ＤＷ 圧縮応力層の深さよりも深い傷
Ｅ_１ 破壊エネルギ
Ｅ_２ 加傷エネルギ
σ_１ 破壊曲げ応力
Ｈ_１ 第一試験落下高さ
Ｈ_４ 測定用強化ガラスの落下高さ
Ｈ_Ｅ１ 第一予想落下高さ
Ｈ_Ｅ２ 第二予想落下高さ
Ｓ１ 第一準備工程
Ｓ２ 第二準備工程
Ｓ３ 落下強度測定工程
Ｓ４ 破壊モード推定工程
ＳＷ 圧縮応力層の深さよりも浅い傷

Claims (14)

1. 圧縮応力層を有する強化ガラスの強度を測定する方法であって、
   前記強化ガラスを含む測定用構造体を落下させて前記強化ガラスを破壊した場合の落下高さを落下強度として測定する落下強度測定工程と、
   測定された前記落下高さに基づいて、前記強化ガラスの破壊が第一破壊モード、第二破壊モードのいずれに属するかを推定する破壊モード推定工程と、を備え、
   前記第一破壊モードは、前記圧縮応力層の深さよりも深い傷が前記強化ガラスに形成されることにより生じる破壊モードであり、
   前記第二破壊モードは、前記圧縮応力層の深さよりも浅い傷が前記強化ガラスに形成されることにより生じる破壊モードであることを特徴とする、強化ガラスの強度測定方法。
2. 前記強化ガラスの破壊が前記第一破壊モードに属することを推定する第一予想落下高さを算出するための第一推定式を作成する、第一準備工程を備え、
   前記第一準備工程は、
   第一圧縮応力層を有する第一試験用強化ガラスを含む試験構造体を落下させ、前記第一圧縮応力層の深さよりも深い傷を前記第一試験用強化ガラスに形成することにより前記第一試験用強化ガラスを破壊する落下破壊工程と、
   前記落下破壊工程に供されていない前記第一試験用強化ガラスに第一衝突体を衝突させ、前記第一圧縮応力層よりも深い傷を前記第一試験用強化ガラスに形成することにより前記第一試験用強化ガラスを破壊する衝突破壊工程と、を備える、請求項１に記載の強化ガラスの強度測定方法。
3. 前記第一推定式は、前記落下破壊工程によって測定される前記試験構造体の試験落下高さと、前記衝突破壊工程によって前記第一試験用強化ガラスを破壊した場合の破壊エネルギとの一次関数に基づいて作成される、請求項２に記載の強化ガラスの強度測定方法。
4. 前記強化ガラスの破壊が前記第二破壊モードに属することを推定する第二予想落下高さを算出するための第二推定式を作成する、第二準備工程を備え、
   前記第二準備工程は、
   第二圧縮応力層を有する第二試験用強化ガラスに前記第二圧縮応力層の深さよりも浅い傷を形成する加傷工程と、
   前記加傷工程後に前記第二試験用強化ガラスに曲げ応力を付与して前記第二試験用強化ガラスを破壊する曲げ破壊工程と、を備える、請求項２又は３に記載の強化ガラスの強度測定方法。
5. 前記第二推定式は、前記加傷工程によって前記第二試験用強化ガラスに付与された加傷エネルギと、前記曲げ破壊工程によって前記第二試験用強化ガラスに付与された破壊曲げ応力との一次関数に基づいて作成される、請求項４に記載の強化ガラスの強度測定方法。
6. 前記破壊モード推定工程は、前記第一予想落下高さと、前記第二予想落下高さと、を比較する落下高さ比較工程を含む、請求項４又は５に記載の強化ガラスの強度測定方法。
7. 前記衝突破壊工程では、前記第一試験用強化ガラスの前記第一圧縮応力層よりも深い前記傷を形成するための加傷部材を前記第一試験用強化ガラスに重ねた状態で、前記第一試験用強化ガラスに前記第一衝突体を衝突させる、請求項２から６のいずれか一項に記載の強化ガラスの強度測定方法。
8. 前記加傷工程では、前記第二試験用強化ガラスの前記第二圧縮応力層よりも浅い前記傷を形成するための加傷部材を前記第二試験用強化ガラスに重ねた状態で、前記第二試験用強化ガラスに第二衝突体を衝突させる、請求項７に記載の強化ガラスの強度測定方法。
9. 前記曲げ破壊工程では、四点曲げ試験機によって前記第二試験用強化ガラスに前記曲げ応力を付与する、請求項４から６のいずれか一項に記載の強化ガラスの強度測定方法。
10. 前記衝突破壊工程では、前記第一試験用強化ガラスに対する前記第一衝突体の衝突部位を囲む第一押さえ部材によって、前記第一試験用強化ガラスに重ねられた前記加傷部材を押さえる、請求項７又は８に記載の強化ガラスの強度測定方法。
11. 前記加傷工程では、前記第二試験用強化ガラスに対する前記第二衝突体の衝突部位を囲む第二押さえ部材によって、前記第二試験用強化ガラスに重ねられた前記加傷部材を押さえる、請求項８に記載の強化ガラスの強度測定方法。
12. 前記衝突破壊工程では、第一緩衝部材を介して前記第一衝突体による衝撃を前記第一試験用強化ガラスに加える、請求項２から１１のいずれか一項に記載の強化ガラスの強度測定方法。
13. 前記加傷工程では、第二緩衝部材を介して前記第二衝突体による衝撃を前記第二試験用強化ガラスに加える、請求項４から６のいずれか一項に記載の強化ガラスの強度測定方法。
14. 前記試験構造体は、前記第一試験用強化ガラスが固定される支持体を備える、請求項２から１３のいずれか一項に記載の強化ガラスの強度測定方法。
    

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