JP6431686B2

JP6431686B2 - 板ガラスの切断方法

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Publication number: JP6431686B2
Application number: JP2014088056A
Authority: JP
Inventors: 淳一安藤
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2034-04-22
Also published as: JP2015205799A

Description

本発明は、板ガラスの切断方法に関する。

従来、板ガラスを切断する方法としては、ダイヤモンドカッターや、オイルカッターなどを用いて切断する方法や、板ガラスに傷を生じさせ、傷を生じさせた場所及びその周辺に、例えばガスバーナーなどの加熱手段により、熱応力を生じさせて切断する方法がある。

しかしながら、ダイヤモンドカッターや、オイルカッターなどを用いて切断を行う場合、作業者の技術レベルや、硝材の材質や形状の度合いよって、切断面が曲がることがあったり、バリやカケが発生することがあったりするため、一定以上の品質の基準を安定して満たすことが困難であった。

また、ガスバーナーを用いて切断を行う場合、傷を生じさせた場所に、打痕が残るため、一定の品質の基準を満たすことが困難であり、さらに、ガスバーナーの温度を維持するために、ガスの量を一定の状態を保たなくてはならないため、ランニングコストの発生が膨大となる。また、ＣＯ_２の発生により、環境上の負荷が高い。

また、例えば、特許文献１に開示されているようなガラスの切断方法が知られている。特許文献１に開示されているガラスの切断方法は、板ガラスにレーザ光を照射し、溶断することにより、板ガラスを分割させる。

しかしながら、特許文献１に開示されているガラスの切断方法では、レーザ光を照射した後、板ガラス切断後の溶断端面による熱的残留歪が生じ、ガラス板が変形してしまうため、溶断端面に徐冷を施さなければならず、溶断し切断を行う工程以外に、別途溶断端面に対する処理を行わなくてはならない。

また、特許文献１に開示されているガラスの切断方法は、レーザ光を発生させるための装置を導入する必要があり、また、放電管のメンテナンスなどの費用の負担が大きい。

特開２０１３−０７５７６９号公報

本発明では、大がかりな装置を必要とせず、簡単な構造の装置を基本として、ガラスが本来有する性質を利用して、ガラスの切断面を平滑に切断することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、ガラスが有する性質を利用することで、板ガラスに切り込みを設け、局所的に押圧力及び熱応力の圧力を負荷させ、板ガラスの内部に歪を発生させることで、板ガラスの切断を直線的に、かつ切断面を平滑な状態で切断する方法を見出し、本発明を完成するに至った。

具体的には、本発明は、以下のような板ガラスの切断方法を提供するものである。

（１）板ガラスの外周面に切り込みを入れる工程と、前記切り込みに対して押圧力を加える工程と、前記切り込みと前記板ガラスとの間に温度差を発生させることにより、切り込みの進行方向に沿って熱応力を加える工程とを有し、板ガラスを分断させることを特徴とする板ガラス切断方法。

（２）板ガラスの外周面に切り込みを入れる工程は、前記板ガラスの幅方向中心部の位置において、外周面における幅方向に対して平行にされ、前記板ガラスの幅に対して３％以上の長さ、かつ、前記板ガラスの厚さに対して１０％以上の深さで行われることを特徴とする（１）記載の板ガラス切断方法。

（３）前記板ガラス外周面と前記板ガラスの切り込みの表面部分との温度差が±８℃〜±８０℃であることを特徴とする（１）又は（２）記載の板ガラス切断方法。

（４）前記押圧力を加える工程が、流体による圧力をかけることを特徴とする（１）〜（３）いずれかに記載の板ガラス切断方法。

（５）前記熱応力を加える工程が、流体を吹き付け、温度差を生じさせることで熱応力を利用することを特徴とする（１）〜（４）いずれかに記載の板ガラス切断方法。

本発明によれば、作業者の技術レベルに左右されることなく、板ガラスを容易かつ低コストに切断することが可能となる。また、本発明の板ガラスの切断方法は、バリやカケの発生を著しく低減することができるため、後工程を必要としないと同時に切断ロスガラスの発生を大幅に低減できる。

本発明の実施形態の一例を表す板ガラスの概略図。本発明の実施形態の一例を表す板ガラスの切り込み図。本発明の実施形態の一例を表す板ガラスに対する押圧力及び熱応力を加えた図。本発明の実施形態の一例を表す板ガラスの切断図。従来行われる光学ガラスにおける板ガラス成形の図。

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。尚、説明が重複する個所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。

図１は、本発明における板ガラス１を図示したものである。通常、光学ガラスの製造工程は、図５のように、主として粉体からなるいわゆるバッチ原料、あるいはかかるバッチ原料をガラス化することにより得られたカレットをガラス原料６１として使用し、ガラス原料６１を溶融槽６２に投入し、ガラス組成による溶融性に応じて、溶融、清澄、攪拌した後、溶融槽６２に接続された流路６３から溶融ガラス６４を流路６３の先端から成形型上に連続的に流下させ、引き伸ばしながら板状に成形する工程により作製される。

本発明における板ガラスは、周面の少なくとも１つが平面である形体のガラスを想定している。例えば、通常の光学ガラス成形で用いられる場合の板ガラスの成形幅は、幅１２０〜１８０ｍｍ、厚み８〜４０ｍｍが一般的であるが、特に本発明の適用は前記寸法に制限されるものではない。また、本発明は光学用途に限られない。

図２は、本発明における板ガラスの外周面２に対し、切り込み３を入れた状態を図示したものである。通常、板ガラスの切断では、板ガラスの切断部分の中央に超硬合金製の部材を用いて傷をつけ、切断部分の傷周辺にガスバーナーやオイルヒーターなどの加熱源をあて、板ガラスを分断させることが多い。

本発明における板ガラスの切り込みにおいても、前述の通り、板ガラスに対して傷を用いて切断する方法と同様に、超硬合金製の部材を用いて所定の形状で切り込みを入れることが好ましい。

本発明における切り込みは、板ガラスの幅方向中心部の位置に切り込みを入れることが好ましい。板ガラスの幅方向中心部とは、板ガラスの幅方向における中心点の周辺の部位を指す。

本発明における切り込みは、板ガラスの外周面における幅方向に対して平行にされることが好ましい。切り込みは、ガラスの形状・幅・厚さ、または、切り込みを入れる治具などによって異なるが、少なくとも１箇所以上の切り込みを設ける。

本発明における板ガラスの幅に対する切り込みの長さの上限は、板ガラスの幅に対し、１０％以下の長さであることが好ましい。板ガラスの幅に対する切り込みの長さが１０％より超えてしまうと、ガラスの形状や性質、特に熱膨張係数により異なるものの、切断面が平滑な状態で切断されにくい。そのため、本発明における板ガラスの幅に対する切り込みの長さは、好ましくは１０％以下、より好ましくは９％以下、最も好ましくは８％以下を上限とする。

一方で、本発明における板ガラスの幅に対する切り込みの長さの下限は、板ガラスの幅に対し、３％以上の長さであることが好ましい。板ガラスの幅に対する切り込みの長さが３％未満であると、切り込みに対する押圧力及び熱応力に一定の力が加わらないため、切断されにくい。そのため、本発明における板ガラスの幅に対する切り込みの長さは、好ましくは３％以上、より好ましくは３．５％以上、最も好ましくは４％以上を下限とする。

本発明における板ガラスの厚みに対する切り込みの深さの下限は、板ガラスの厚さに対し、１０％以上の深さであることが好ましい。板ガラスの厚さに対する切り込みの深さが１０％未満であると、切り込みに対する押圧力及び熱応力に一定の力が加わらないため、切断されにくい。そのため、本発明における板ガラスの厚さに対する切り込みの深さは、好ましくは１０％以上、より好ましくは１３％以上、最も好ましくは１５％以上の深さを有していることが好ましい。

一方で、本発明における板ガラスの厚みに対する切り込みの深さの上限は、板ガラスの厚さに対し、３０％以下の深さであることが好ましい。板ガラスの厚さに対する切り込みの深さが３０％より超えてしまうと、ガラスの形状や性質、特に熱膨張係数により異なるものの、切断面が平滑な状態で切断されにくい。そのため、本発明における板ガラスの厚さに対する切り込みの深さは、好ましくは３０％以下、より好ましくは２５％以下、最も好ましくは２０％以下の深さを有していることが好ましい。

図３は、例えば流体噴射装置４で、流体５を噴射し、押圧力及び熱応力を加えたものを図示したものである。本発明における板ガラスの切断は、板ガラス外周面２における幅方向に対して平行に付けられた切り込みを設け、切り込み内部及び周辺に押圧力及び熱応力をかけることで、板ガラスの切断を行うものである。

本発明における押圧力とは、外部的な押圧を加えることにより、板ガラスを分断させる力を指す。例えば、人的な力による押圧や、エアーコンプレッサー等による気体を圧縮させてからなる押圧や、シリンダーなどの機械的な押圧を用いる方法でも良い。

本発明における熱応力とは、板ガラスの外周面の温度と切り込みの表面部分との温度の差異により生じた膨張・収縮を抑制しようとして生ずる熱変化を指す。板ガラスの切り込み部分の周辺内部での温度差による収縮が発生することにより、板ガラスを分断することができる。

本発明における熱応力による板ガラスの外周面の温度と切り込みの表面部分の温度の差異を生じさせる手段は、加熱手段を用いても、急冷手段を用いてもどちらでもよい。

本願発明の場合は、板ガラス外周面の温度より、切り込みの表面部分の温度が低いほうが好ましい。例えば、エアーコンプレッサーなどによる圧縮空気による急冷や、冷却エアー発生器による急冷や、冷却水を接触させることによる急冷などの手段を用いることが好ましい。

加熱手段を用いる場合は、ガスバーナーや、ニクロム線を用いた抵抗加熱による加熱手段を用いることができる。ただし、ガスバーナーなどの加熱手段を用いる場合は、一直線に歪を進行させ、直線的に切断を行うことが難しく、相当の習熟訓練を要する。そのため、本願発明においては、板ガラス外周面の温度より、切り込みの表面部分の温度が低いほうが好ましい。

本発明における板ガラスの切り込みの表面部分との温度とは、特に板ガラスの切り込み部分の内部の温度を指す。

本発明における板ガラスの外周面の温度とは、特に板ガラスの外周面の切り込み部分付近の外周面の温度を指す。

本発明における外周面と板ガラスの切り込みの表面部分との温度差は、±８℃〜±８０℃の範囲内であることが好ましい。温度差が±８℃未満もしく±８０℃を超えてしまうと、切断面を平滑に切断できる状態に適さないため、切断時に平滑面が得にくい。従って、温度差の下限値は、好ましくは±８℃以上、より好ましくは±１０℃以上、最も好ましくは±１５℃が好ましく、温度差の上限値は、好ましくは±８０℃以下、より好ましくは±７５℃以下、最も好ましくは±５０℃以下が好ましい。

また、特に、本発明の場合における板ガラスの平均線膨張係数は、−３０〜＋７０℃の平均線膨張係数（α）の値が５０（１０^−７×℃^−１）〜１５０（１０^−７×℃^−１）の範囲であることが好ましい。平均線膨張係数（α）の値が５０（１０^−７×℃^−１）未満もしくは１５０（１０^−７×℃^−１）を超えてしまうと、切断面を平滑に切断できる状態に適さないため、切断時に平滑面が得にくい。従って、−３０〜＋７０℃の平均線膨張係数（α）の下限値は、好ましくは５０以上、より好ましくは６０以上、最も好ましくは６５以上が好ましく、−３０〜＋７０℃の平均線膨張係数（α）の上限値は、好ましくは１５０以下、より好ましくは１４５以下、最も好ましくは１４０以下が好ましい。

本発明における押圧力及び熱応力は、流体を一定の方向により噴射させることによる圧力により、板ガラスに対して負荷を加えることが好ましい。

本発明における流体とは、空気・ガス・水蒸気・冷気などの流動性の性質を有する連続体の総称を指す。

本発明における押圧力及び／又は熱応力は、例えば、エアーコンプレッサーなどによる圧縮空気を用いたり、冷却エアー発生器などによる超低温空気を用いたり、ガスバーナーなどによるガス燃料を用いる手段が挙げられる。

本発明における押圧力及び熱応力は、同一の手段で負荷させることも可能である。押圧力及び熱応力を同時に作用させる手段として、例えば、エアーコンプレッサーのように気体を圧縮し、圧力を高め、気体を噴射させることにより、板ガラスの切り込みに対し、押圧力を加え、かつ、板ガラスの外周面と切り込みの表面部分の温度差による熱応力を同時に発生させることができる。

エアーコンプレッサーなどによる圧縮空気による押圧力及び熱応力による圧力を加える場合は、０．５Ｍｐａ以上の圧力を負荷することが好ましい。

図４では、本発明の実施形態の一例を表す板ガラスの切断図を図示した。本発明にかかる切断方法によれば、板ガラスの切断を直線的に、かつ、切断面を平滑な状態で切断することが可能となる。

以下、本発明の実施例（ガラスＡ〜Ｃ）及び比較例の板ガラスの成形寸法（幅、厚さ）、切り込み寸法（長さ、深さ）、板ガラスの表面温度、切り込み表面温度、板ガラス外周面と切り込みの表面部分の温度差、切断可否を表１に示す。なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。

本発明の実施例の板ガラス（ガラスＡ〜Ｃ）及び比較例は、ガラス原料の秤量・混合を行った後に、ガラス原料を坩堝に投入し、粗溶融を行う。その後、粗溶融されたガラス塊であるカレットを冷却し、カレットの製造を行い、カレットを坩堝に投入し、ガラス組成による溶融性に応じて、溶融、清澄、攪拌した後、溶融槽に接続された流路から溶融ガラスを流路先端から成形型上に連続的に流下させ、光学ガラスを板状に成形する工程より作製した。

本発明の実施例の板ガラス（ガラスＡ〜Ｃ）及び比較例の切り込みは、ガラスとの接触部が超硬合金製の部材で構成されている切り込み治具を用いて、１箇所切り込みを設けた。

本発明の実施例の板ガラス（ガラスＡ〜Ｃ）及び比較例の表面温度及び切り込みの表面温度は、熱電対（Ｋタイプ）を用いて測定した。

本発明の実施例の板ガラス（ガラスＡ〜Ｃ）及び比較例は、切り込み部分に対し、エアーコンプレッサーをあてることにより、押圧力を加え、かつ、板ガラスの外周面と切り込みの表面部分の温度差による熱応力を同時に発生させることにより、板ガラスの切断を行った。

表１に示す通り、本発明のガラスＡの切り込みの長さは、板ガラスの幅１４０ｍｍに対して７％であり、深さは板ガラスの厚み１２ｍｍに対して１６％であり、切り込み箇所にエアーコンプレッサーをあて、温度差を約１６℃生じさせることにより、板ガラスの切断面を平滑な状態で分断することができた。

また、本発明のガラスＢの切り込みの長さは、板ガラスの幅１４０ｍｍに対して７％であり、深さは板ガラスの厚み１２ｍｍに対して３３％であり、切り込み箇所にエアーコンプレッサーをあて、温度差を約１０℃生じさせることにより、板ガラスの切断面を平滑な状態で分断することができた。

また、本発明のガラスＣの切り込みの長さは、板ガラスの幅１６０ｍｍに対して６％であり、深さは板ガラスの厚み１５ｍｍに対して１３％であり、切り込み箇所にエアーコンプレッサーをあて、温度差を約９℃生じさせることにより、板ガラスの切断面を平滑な状態で分断することができた。

また、比較例の板ガラスは、板ガラスの切り込みの深さが、板ガラスの厚みに対し、８％であり、深さが不十分であったため、板ガラスが分断されず、切断を行うことができなかった。

以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態
に制約されることはない。当業者は本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変
を成し得、それらも本発明の範囲内に含まれる。

１板ガラス
２板ガラス外周面
３切り込み
４流体噴射装置
５流体
６１ガラス原料
６２溶融槽
６３流路
６４溶融ガラス

Claims

厚みが８ｍｍ〜１５ｍｍであり、幅が１２０ｍｍ〜１６０ｍｍである板ガラスにおいて、
前記板ガラスの外周面に切り込みを入れる工程と、
前記板ガラスの外周面に切り込みを入れる工程は、前記板ガラスの幅方向中心部の位置において、外周面における幅方向に対して平行にされ、前記板ガラスの幅に対して６〜７％の長さ、かつ、前記板ガラスの厚さに対して１３％以上の深さで行われ、
前記切り込みに対して押圧力を加える工程と、
前記切り込みと前記板ガラスとの間に温度差を発生させることにより、切り込みの進行方向に沿って熱応力を加える工程とを有し、
前記押圧力を加える工程及び前記熱応力を加える工程は、エアーコンプレッサーにより前記板ガラスの切り込みに対して前記押圧力を加え、かつ、前記板ガラス外周面の温度２５〜３４℃より、前記切り込みの表面部分の温度を低くして、前記板ガラス外周面と前記板ガラスの切り込みの表面部分との温度差を±９℃〜±１６℃として前記板ガラスの外周面と前記切り込みの表面部分の温度差による熱応力を同時に発生させることで前記板ガラスを分断させることを特徴とする板ガラス切断方法。