JP6869486B2 - ガラス樹脂積層体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスシートと樹脂層とを積層してなるガラス樹脂積層体を製造する方法に関する。

周知のように、ガラスは、耐候性、耐薬品性、耐擦傷性に優れる反面、物理衝撃や熱衝撃に対し、破損しやすいという欠点を有する。樹脂は、ガラスと比較して、耐候性、耐薬品性、耐擦傷性に劣る反面、ガラスよりも比重が小さく、物理衝撃にも強いという利点がある。これらの欠点を解消するため、例えば、樹脂層の一方の面又は両面にガラスシートを貼り合わせたガラス樹脂積層体が提案されている。このようなガラス樹脂積層体においては、ガラスシートと樹脂層の各々における短所を、各々の長所によって補うことが可能となると共に、樹脂層の厚さを相対的に大きくすれば、同じ板厚を有するガラスシートに比べて、大幅な軽量化を図ることができる。

例えば下記特許文献１には、無アルカリガラス等からなる超薄型（厚み３００μｍ以下）のガラスシートと、アクリル、ポリカーボネート等からなる樹脂層とを接着層によって接合してなる透明なガラス樹脂積層体が開示されている。

特開２０１４−６５１６９号公報 特開２００２−１６６７号公報

ガラス樹脂積層体は、通常、大型のマザーガラス樹脂積層体をその用途に応じて切断することにより所定の大きさに形成される。マザーガラス樹脂積層体の切断は、レーザ溶断、割断、切断工具による切断、ウオータージェットによる切断等、公知の各種手段により行われる。

例えば上記特許文献２には、メタルボンド砥石により構成される切断工具が開示されている。メタルボンド砥石は、超砥粒を金属粉末と混合し、その混合材を所定形状に成形し、その成形体を台金に一体的に焼結することにより製造される。金属粉末は、焼結により砥粒を保持するメタルボンドとなる。このメタルボンド砥石は、切粉によりメタルボンドが摩耗することで自生発刃作用を生じるという特徴を有する。

しかしながら、本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、メタルボンド砥石によるガラス樹脂積層体の切断では自生発刃作用が生じず、砥粒のみが摩耗してしまうという事象を見出した。これは、ガラス樹脂積層体の大部分を占める樹脂層の硬度がメタルボンドの硬度よりも低いため、切粉によるメタルボンドの摩耗が生じず、ガラス樹脂積層体のガラスシートの切断により砥粒のみが摩耗することが原因であると考えられる。

したがって、従来のメタルボンド砥石による切断工具では、少量のガラス樹脂積層体しか切断できないことから、製造効率を著しく低下させるという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みて為されたものであり、大量生産に適したガラス樹脂積層体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、ガラスシートと樹脂層とを積層してなるマザーガラス樹脂積層体を切断することにより、ガラス樹脂積層体を製造する方法であって、マザーガラス樹脂積層体を準備する工程と、切断刃を有する切断工具によりマザーガラス樹脂積層体を切断する工程と、を備え、前記切断刃は、電着砥石により構成されることを特徴とする。

電着砥石は、メタルボンド砥石と比較して、砥粒の突出高さが高いため、チップポケットを広く確保でき、切断によって生じる切粉を効果的に排出できる。したがって、切粉の溶着による切断抵抗の増加を招きにくい。また、電着砥石は、砥粒の密度が大きく、作用砥粒が多いことから、単位砥粒あたりの切断負荷が小さい。したがって、電着砥石により構成される切断工具は、マザーガラス樹脂積層体の切断において摩耗し難く、大量生産に耐え得る長寿命を確保できる。

前記切断工具は、回転工具であることが望ましい。切断工具を一方向に回転させてマザーガラス樹脂積層体を切断することで、当該切断工具を長期に亘って使用できる。

本発明に係るガラス樹脂積層体の製造方法では、前記切断工具は、所定厚さを有する円盤状の台金と、前記台金の周縁部に形成されるとともに前記切断刃を支持する支持部とを備え、前記切断刃は、前記支持部に固定されるチップ基台と、前記チップ基台に固着される砥粒と、前記砥粒を前記チップ基台に固定するめっき層とを備え、前記砥粒は、ダイヤモンド砥粒により構成されており、前記チップ基台の幅寸法は、前記支持部の厚さ寸法よりも大きく設定されることが望ましい。

上記のように、チップ基台の幅寸法を前記支持部の厚さ寸法よりも大きく設定することで、切断時に支持部がマザーガラス樹脂積層体の切断面に接触することを回避できる。これにより、切断工具の切断抵抗を低下させることができ、マザーガラス樹脂積層体を効率良く切断できる。また、切断刃は、ダイヤモンド砥粒を採用することにより、マザーガラス樹脂積層体に含まれるガラスシートの切断に対する高い耐摩耗性を確保できる。

上記のガラス樹脂積層体の製造方法では、前記砥粒は、♯６０〜♯２３０の粒度を有することが望ましい。ここで、砥粒の粒度は、ＪＩＳ Ｂ ４１３０（例えばナローレンジ、Ａ方式）に準拠して定められる。♯６０は、目開き数５０の篩を通過し、目開き数６０の篩で止まる砥粒の粒度（５０／６０）を意味する。また、♯２３０は、目開き数２００の篩を通過し、目開き数２３０の篩で止まる砥粒の粒度（２００／２３０）を意味する。

上記のガラス樹脂積層体の製造方法において、前記切断工具の直径は、２５０ｍｍ以上３５０ｍｍ以下であり、前記切断工具の回転数は、１３００ｒｐｍ以上３７００ｒｐｍ以下であることが望ましい。また、前記切断工具の送り速度は、１ｍ／ｍｉｎ以上３ｍ／ｍｉｎ以下であることが望ましい。

上記のガラス樹脂積層体の製造方法では、前記切断刃は、前記台金に対して周方向に間隔をおいて複数形成されており、前記支持部は、前記複数の切断刃に対応するように前記台金に複数形成されており、前記台金は、前記複数の支持部の間に形成される溝部を有することが望ましい。

上記のように、複数の支持部の間に溝部を形成することで、マザーガラス樹脂積層体の切断時に使用するクーラントをこの溝部に通過させることができる。これにより、切断工具の冷却を効率良く行うことができる。

本発明によれば、大量生産に適したガラス樹脂積層体の製造方法を実現できる。

第一実施形態におけるガラス樹脂積層体を示す側面図である。 切断工具の側面図である。 切断工具の部分拡大側面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 ガラス樹脂積層体の製造工程における一工程を示す側面図である。 ガラス樹脂積層体の製造工程における一工程を示す側面図である。 第二実施形態に係るガラス樹脂積層体の製造方法を示す側面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面である。

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６は、ガラス樹脂積層体及びその製造方法の第一実施形態を示す。

図１に示すように、ガラス樹脂積層体１は、透明な樹脂層２と、この樹脂層２に積層される透明なガラスシート３と、樹脂層２とガラスシート３とを接合する透明な接着層４とを備える。本実施形態では、二枚のガラスシート３を、二層の接着層４を介して樹脂層２の両面に積層してなる五層構造のガラス樹脂積層体１を例示する。ガラス樹脂積層体１は、この構成に限らず、一枚のガラスシート３、接着層４及び樹脂層２による三層構造としても良く、二層以上の樹脂層２、三枚以上のガラスシート３、及び接着層４からなる多層構造としても良い。

樹脂層２の厚みは、二枚のガラスシート３の厚みを足した厚み（ガラスシート３の総厚み）以上であることが好ましく、二枚のガラスシート３の厚みの１．５倍以上であることがより好ましい。樹脂層２の材質としては、ポリカーボネート、ポリメタアクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）が好ましく、その他に、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンナフタレート等の各種樹脂材料を利用できる。なお、樹脂層２には、樹脂板及び樹脂フィルムが含まれる。

ガラスシート３としては、樹脂層２よりも薄板のものが好ましく、その厚みは、５００μｍ以下とされ、好ましくは１０μｍ以上３００μｍ以下とされ、さらに好ましくは５０μｍ以上２００μｍ以下とされる。

ガラスシート３の材質としては、ケイ酸塩ガラス、シリカガラスが用いられ、好ましくはホウ珪酸ガラス、ソーダライムガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、無アルカリガラス等が用いられる。特にガラスシート３として無アルカリガラスを使用すると、化学的に安定なガラスとすることができる。ここで、無アルカリガラスとは、アルカリ成分（アルカリ金属酸化物）が実質的に含まれていないガラスのことであって、具体的には、アルカリ成分の重量比が３０００ｐｐｍ以下のガラスのことである。本発明におけるアルカリ成分の重量比は、好ましくは１０００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは５００ｐｐｍ以下であり、最も好ましくは３００ｐｐｍ以下である。

ガラスシート３は、その厚みを３００μｍ以下にまで薄肉化しても、大きく撓むことのない適正な剛性を有するように、そのヤング率を可能な限り大きくすることが望ましい。この観点から、ガラスシート３のヤング率は、５０ＧＰａ以上とされ、好ましくは６０ＧＰａ以上とされ、７０ＧＰａ以上とされることが最も好ましい。

ガラスシート３は、公知のフロート法、ロールアウト法、スロットダウンドロー法、リドロー法等により製造されるが、オーバーフローダウンドロー法によって成形されることが好ましい。オーバーフローダウンドロー法は、断面が略くさび形の成形体の上部に設けられたオーバーフロー溝に溶融ガラスを流し込み、このオーバーフロー溝から両側に溢れ出た溶融ガラスを成形体の両側の側壁部に沿って流下させながら、成形体の下端部で融合一体化し、一枚のガラスシートを連続成形するというものである。

オーバーフローダウンドロー法により、厚み３００μｍ以下のガラスシート３を大量かつ安価に作製することができる。これにより作製されたガラスシート３は、研磨や研削、ケミカルエッチング等によってガラスシート３の厚みの調整をする必要がない。また、オーバーフローダウンドロー法は、成形時にガラスシート３の両面が成形体と接触しない成形法であり、得られたガラスシート３の両面（透光面）は火造り面となり、研磨しなくても高い表面品位を得ることができる。これにより、ガラスシート３に対する接着層４の密着力を向上させることができ、より正確かつ精密にガラスシート３を樹脂層２に積層させることが可能となる。

接着層４の厚みは、１μｍ以上５００μｍ以下とされる。接着層４の材質としては、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール樹脂（ＰＶＢ）、及びＵＶ硬化樹脂が好適に使用され得るが、その他に、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ゴム系粘着剤、紫外線硬化性アクリル系接着剤、紫外線硬化性エポキシ系接着剤、熱硬化性エポキシ系接着剤、熱硬化性メラミン系接着剤、熱硬化性フェノール系接着剤等が使用され得る。

図２乃至図４は、本方法に使用される切断工具を示す。本実施形態における切断工具５は、回転工具であり、具体的には、セグメント型のホイールソーである。これに限らず、切断工具５としてコンティニュアス型のホイールソーが使用されても良い。切断工具５のホイール直径は、２５０ｍｍ以上３５０ｍｍ以下に設定されることが望ましい。

図２及び図３に示すように、切断工具５は、工具本体としての台金６と、当該台金６の周縁部に設けられる、切断刃としての複数の切断刃チップ７とを備える。

台金６は、一定の厚みを有する円盤状に構成される。台金６の材質としては、例えば、一般鋼材、工具鋼、ステンレス鋼、タングステン、チタン、超硬合金等の金属が用いられる。

台金６は、各切断刃チップ７が固定される複数の支持部８と、支持部８の間に形成される溝部９とを備える。その他、台金６は、加工装置の回転軸に当該台金６を装着するための装着孔１０を備える。装着孔１０は、台金６の中心部に貫通形成される。

台金６の支持部８は、当該台金６の半径方向外方に突出する複数の突起部である。支持部８の厚さ寸法（台金６の厚さ寸法）Ｔ１は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されることが好ましい。

台金６の溝部９は、台金６の周方向において隣り合う支持部８の間に形成される。溝部９は、隣り合う支持部８の側部及び基部により区画される。図３に示すように、溝部９は、直線状の部分と円形状の部分とを有する。直線状の部分における溝部９の幅寸法Ｗは、１ｍｍ以上５００ｍｍ以下に設定されるが、この範囲に限定されず、切断刃チップ７及び支持部８の数や大きさに応じて適宜設定される。

切断刃チップ７は、電着砥石により構成される。図４に示すように、切断刃チップ７は、チップ基台１１と、このチップ基台１１の外面に電着される砥粒１２とを備える。

チップ基台１１は、例えば、一般鋼材、工具鋼、ステンレス鋼、タングステン、チタン、超硬合金等の金属によりＵ字状の板形状に構成される。チップ基台１１は、台金６の支持部８が挿入される凹部１３を有する。チップ基台１１は、凹部１３に台金６の支持部８が挿入された状態で、ろう付け等の手段により当該支持部８に固定される。

チップ基台１１の厚さ（板厚）寸法Ｔ２は、５０μｍ以上５００μｍ以下に設定されることが望ましいが、この範囲に限定されず、砥粒１２の粒径、台金６の大きさ等に応じて適宜設定される。台金６の厚さ方向に対応するチップ基台１１の幅寸法Ｔ３は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されることが望ましいが、これに限定されず、台金６の厚さ寸法Ｔ１や被削材（後述するマザーガラス樹脂積層体１ａ）の厚み等に応じて適宜設定される。チップ基台１１の幅寸法Ｔ３を、台金６（支持部８）の厚さ寸法Ｔ１よりも大きく設定することで、被削材の断面への支持部８の接触を回避できる。これにより、切断工具５の摩擦抵抗を低下させて効率の良い切断を行うことが可能になる。

チップ基台１１における凹部１３の深さ寸法Ｄは、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定されることが望ましい。台金６の周方向におけるチップ基台１１の長さ寸法Ｌ１は、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下とされることが望ましい。台金６の半径方向におけるチップ基台１１の長さ寸法Ｌ２は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下とされることが好ましい。これらの寸法Ｄ，Ｌ１，Ｌ２は、上記の範囲に限定されず、要求される切断刃チップ７の能力に応じて適宜設定される。

砥粒１２としては超砥粒が使用されるが、特にダイヤモンド砥粒が好適に用いられる。砥粒１２は、めっき層１４を介してチップ基台１１に固定される。めっき層１４は、例えばニッケル等の金属により構成される。めっき層１４は、電解めっき法又は無電解めっき法により、チップ基台１１の外面に析出形成されることで、砥粒１２をチップ基台１１の外面に固定する。めっき層１４の厚さは、１μｍ以上５０μｍ以下に設定されるが、これに限らず、砥粒１２の粒度又は粒径に応じて適宜設定される。

砥粒１２は、♯６０〜♯２３０の粒度を有することが好ましい。ここで、砥粒１２の粒度は、ＪＩＳ Ｂ ４１３０（例えばナローレンジ、Ａ方式）に準拠して定められる。♯６０は、目開き数５０の篩を通過し、目開き数６０の篩で止まる砥粒１２の粒度（５０／６０）を意味する。また、♯２３０は、目開き数２００の篩を通過し、目開き数２３０の篩で止まる砥粒１２の粒度（２００／２３０）を意味する。

以下、上記構成のガラス樹脂積層体１を製造する方法について、図５、図６を参照しながら説明する。本方法は、マザーガラス樹脂積層体１ａを準備する工程（準備工程）と、マザーガラス樹脂積層体１ａを切断する工程（切断工程）とを備える。

図５に示すように、準備工程では、樹脂層２にガラスシート３を接着することにより母材となるマザーガラス樹脂積層体１ａを構成する。すなわち、樹脂層２の両面に熱硬化性の接着層４を積層し、各接着層４を介して二枚のガラスシート３を樹脂層２に重ね合わせた後、これらをオートクレーブ装置により加熱する。加熱により接着層４を硬化させることで、マザーガラス樹脂積層体１ａが完成する。

なお、紫外線硬化性の接着剤（ＵＶ硬化樹脂）を用いてガラス樹脂積層体１を製造する場合には、オートクレーブ装置を使用せず、樹脂層２とガラスシート３との間に接着剤を介在させた状態で、当該接着剤に紫外線を照射する。

その後、図６に示すように、切断工具５によりマザーガラス樹脂積層体１ａを切断する（切断工程）。切断工具５は、加工装置の回転軸に固定されており、当該回転軸によって駆動される。具体的には、切断工具５は、一方向（図６において符号Ｒで示す方向）に回転しながら所定の送り速度で移動する（移動方向を符号Ｆで示す）ことにより、マザーガラス樹脂積層体１ａを切断する。切断中は、切断工具５にクーラントが供給される。クーラントは、切断工具５の溝部９を通過することにより、切断工具５を効果的に冷却する。

切断工程における切断工具５の回転数は、１３００ｒｐｍ以上３７００ｒｐｍ以下が望ましく、送り速度は、１ｍ／ｍｉｎ以上３ｍ／ｍｉｎ以下であることが望ましい。切断工具５によってマザーガラス樹脂積層体１ａを分断することで、所定寸法のガラス樹脂積層体１が多数製造される。

本発明者等は、本実施形態に係る切断工具５の電着砥石と、メタルボンド砥石とによるガラス樹脂積層体１の切断試験を行い、両者の切断性能を比較した。その結果、本発明者等は、メタルボンド砥石と比較して電着砥石が工具寿命に優れることを見出した。以下、その理由について説明する。

メタルボンド砥石は、砥粒を金属粉末と混合し、その混合材を所定形状に成形し、その成形体を台金に一体的に焼結することにより製造される。金属粉末は、焼結により砥粒を保持するメタルボンドとなる。メタルボンド内には多数の砥粒が複層的に埋設されており、表層の砥粒の摩耗に伴い、切粉との接触によってメタルボンドも摩耗する。メタルボンドの摩耗により、表層の砥粒が脱落するとともに、メタルボンド内にあった砥粒が新たにメタルボンドの表面に現れる。このように、メタルボンド砥石は、自生発刃作用（セルフドレッシング）により順次砥粒を表出させるものであるが、ガラス樹脂積層体１は、その大部分を樹脂層２が占める。メタルボンド砥石では、樹脂層２の硬度がメタルボンドの硬度よりも低いため、ガラス樹脂積層体１の切断中にメタルボンドが摩耗せず、自生発刃作用が生じ難い。

メタルボンド砥石と比較した場合、電着砥石は、砥粒１２のめっき層１４からの突出高さが高い。したがって、砥粒１２間に形成されるチップポケットも広く確保でき、切粉の排出を効果的に行うことができる。これにより、電着砥石は、切粉の溶着を防止でき、切削抵抗の増加を招くことなく、長期にわたって切断を行うことができる。また、電着砥石は、砥粒密度が大きく作用砥粒が多いことから、単位砥粒あたりの切断負荷が小さい。したがって、切断工具５は、マザーガラス樹脂積層体１ａにおけるガラスシート３の切断においても摩耗し難く、大量生産に耐え得る長寿命を確保できる。

図７及び図８は、ガラス樹脂積層体の製造方法の第二実施形態を示す。上記の第一実施形態では、切断工具５としてホイールソーを使用したが、本実施形態において切断工具５はワイヤソーにより構成される。切断工具５は、エンドレスワイヤにより構成される本体１５と、本体１５に形成される切断刃１６とを備える。切断刃１６は、電着砥石（砥粒１２及びめっき層１４）により構成される。切断工具５は、本体１５が複数のローラ１７に巻回されることにより、当該ローラ１７に保持されている。切断工具５は、ローラ１７の回転により本体１５が駆動されることで、切断刃１６によるマザーガラス樹脂積層体１ａの切断を行う。

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。

上記の第一実施形態では、その周縁部に複数の支持部８及び溝部９を有する台金６を例示したが、これに限定されない。台金６は、支持部８及び溝部９を有しない円盤状に構成されても良い。この台金６の周縁部（円周部）に、複数の切断刃チップ７を固定することにより、切断工具５を構成できる。

上記の実施形態では、切削工具としてホイールソー（第一実施形態）、ワイヤソー（第二実施形態）を例示したが、これらに限らず、バンドソーその他の形態の切断工具を使用することができる。

１ ガラス樹脂積層体
１ａ マザーガラス樹脂積層体
２ 樹脂層
３ ガラスシート
５ 切断工具
６ 台金
７ 切断刃チップ（切断刃）
８ 支持部
９ 溝部
１１ チップ基台
１２ 砥粒
１４ めっき層
Ｔ１ 支持部の厚み寸法
Ｔ３ チップ基台の幅寸法

Claims (6)

1. 二枚のガラスシートと、樹脂層と、前記樹脂層の両面に前記二枚のガラスシートを接着する二層の接着層と、を積層してなる五層構造のマザーガラス樹脂積層体を切断することにより、ガラス樹脂積層体を製造する方法であって、
   前記二枚のガラスシートの厚みを足した厚みは、前記樹脂層の厚みより小さくされており、
   前記二層の接着層により前記二枚のガラスシートを前記樹脂層の前記両面に接着することで、前記マザーガラス樹脂積層体を準備する工程と、切断刃を有する回転工具である切断工具により前記マザーガラス樹脂積層体を切断する工程と、を備え、
   前記切断刃は、電着砥石により構成されることを特徴とするガラス樹脂積層体の製造方法。
2. 前記切断工具は、所定厚さを有する円盤状の台金と、前記台金の周縁部に形成されるとともに前記切断刃を支持する支持部とを備え、
   前記切断刃は、前記支持部に固定されるチップ基台と、前記チップ基台に固着される砥粒と、前記砥粒を前記チップ基台に固定するめっき層とを備え、
   前記砥粒は、ダイヤモンド砥粒により構成されており、
   前記チップ基台の幅寸法は、前記支持部の厚さ寸法よりも大きく設定される請求項１に記載のガラス樹脂積層体の製造方法。
3. 前記砥粒は、♯６０〜♯２３０の粒度を有する請求項２に記載のガラス樹脂積層体の製造方法。
4. 前記切断工具の直径は、２５０ｍｍ以上３５０ｍｍ以下であり、
   前記切断工具の回転数は、１３００ｒｐｍ以上３７００ｒｐｍ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載のガラス樹脂積層体の製造方法。
5. 前記切断工具の送り速度は、１ｍ／ｍｉｎ以上３ｍ／ｍｉｎ以下である請求項１から４のいずれか一項に記載のガラス樹脂積層体の製造方法。
6. 前記切断刃は、前記台金に対して周方向に間隔をおいて複数形成されており、
   前記支持部は、前記複数の切断刃に対応するように前記台金に複数形成されており、
   前記台金は、前記複数の支持部の間に形成される溝部を有する請求項２又は３に記載のガラス樹脂積層体の製造方法。

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