JP7284682B2 - ガラスの割断方法及びガラス材料 - Google Patents
ガラスの割断方法及びガラス材料 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7284682B2 JP7284682B2 JP2019186797A JP2019186797A JP7284682B2 JP 7284682 B2 JP7284682 B2 JP 7284682B2 JP 2019186797 A JP2019186797 A JP 2019186797A JP 2019186797 A JP2019186797 A JP 2019186797A JP 7284682 B2 JP7284682 B2 JP 7284682B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- glass
- cut
- cutting
- ultrasonic
- blade
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B33/00—Severing cooled glass
- C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
- C03B33/023—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor the sheet or ribbon being in a horizontal position
- C03B33/037—Controlling or regulating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B33/00—Severing cooled glass
Description
本発明はガラスの割断方法及びそれにより割断されたガラス材料に関する。
従来からガラスのような脆性材料を所定の大きさに切り分ける方法として、１）ガラスよりも固い砥粒の埋め込まれた切断刃、例えばダイヤモンド砥粒の埋め込まれた丸刃などを使って、ガラスを物理的に切断する方法と、２）ガラスの一部に亀裂を発生させ、圧力を加えることによりその亀裂を進展させる、すなわちガラスに発生する応力がガラスの曲げ強度より大きくなることを利用してガラスを割る（割断する）方法が広く知られている。
後者の割断する方法でガラスを切り分ける手法としては、一般的には、ハンドカットによる割断が用いられる。ハンドカットは、まずモーター等により回転させている円盤状ブレードにガラスを押し当て、物理的にガラスに深さ３ｍｍ未満程度の切り込みを設け、その後、ガラスに圧力を加える又は切り込み近傍を加熱又は冷却することにより、ガラスに機械的応力あるいは熱応力を発生させて、ガラスを割る方法である。
後者の割断する方法でガラスを切り分ける手法としては、一般的には、ハンドカットによる割断が用いられる。ハンドカットは、まずモーター等により回転させている円盤状ブレードにガラスを押し当て、物理的にガラスに深さ３ｍｍ未満程度の切り込みを設け、その後、ガラスに圧力を加える又は切り込み近傍を加熱又は冷却することにより、ガラスに機械的応力あるいは熱応力を発生させて、ガラスを割る方法である。
ハンドカット等の割断の際は、亀裂の向きを所定の方向に揃えることが望ましい。しかし、ガラスと円盤状ブレードは点接触となるために、亀裂に対して作用する熱応力はガラスとブレードの接触点から同心円状の分布を有することになり、この同心円状の熱分布がガラスとブレードの接触点に発生するクラックに作用するため、ガラス試料の形状によっては所定の方向にクラックを進展させることができず、ガラスを正確な寸法で割断することができなくなってしまう。特に厚さが大きいガラスに対しては、求める切断方向に対して一様にクラックを進展させられるような均一な機械的応力をガラスに与えることが難しくなるので、割断面が曲面になってしまい、綺麗に割断することが難しいという問題もあった。
このような問題を解決する方法として、例えば特許文献１には、「切断せんとするガラスの側面に均等な側圧を加えることによって、前記ガラスに発生する内部応力により切断する」方法が開示されている。この方法は、切粉を発生させることもなく、ロスが少ないため、単価の高い材料に適切である旨が記載されている。
また、特許文献２には、「脆性材料を切断線に沿って加熱し、該切断線上を冷却して熱応力により該脆性材料の表面に亀裂を生じさせ該亀裂に沿って分断を行う切断方法であって、上記脆性材料の上記切断線上で上記加熱による膨張により生ずる該脆性材料の圧縮応力が引張応力へと変化する応力変曲点乃至その近傍を冷却し、該脆性材料の表面に亀裂を生じさせる」方法が開示されている。この方法は、より効率よく作業が行え、かつ、綺麗な切断面が得られるという利点がある旨が記載されている。
しかし、特許文献１に開示された側圧を利用する方法は、スリ加工品、ヒーターカット品など表面に大量にマイクロクラックがあるガラスに使用する場合は、内部割れが１点にならない可能性があり、目標とする位置で正確に割断することが難しい。また、特許文献２に開示されたレーザービームによる割断方法は、レーザービーム照射手段と冷却手段を切断線に沿って繰り返すために、装置が複雑になり、また、ガラス表面の微視的な熱分布としてはレーザーの照射点を起点として同心円状になることから、亀裂が必ずしも所定の方向（深さ方向）に伸びず、特に厚いガラスでは割断が困難である。
その他、ガラスを加熱させた直線のヒーター線に載せて、ガラスの端面にクラックを発生させ、クラックをヒーター線状に発生している熱応力部の方に延ばしていくことによりガラスを割る方法などがある。この方法は、ガラスに線状の熱分布を与えるものの、ガラスに与える物理的応力は熱膨張による熱応力のみであることから、この切断の可否や切断の精度は母材のガラスの形状に強く依存し、また切断可能な位置はガラスの中央部に限られる。その結果、比較的大きな板状のガラスを二等分することにのみ向いている方法であり、任意の形状の小さなカットピースを製造するのには、適切ではない。
本発明は、複雑な装置を必要とせず、効率が良く高精度に綺麗な割断面を得られるガラスの割断方法、及びその割断方法にて得られるガラス材料を提供する。
本発明者らは、超音波カッターを使用すると、従来からのハンドカットに比べて格段に割断面の状態が優れていることを見出し、本発明に至った。本発明は、以下を包含する。
［１］ 超音波カッターの超音波振動刃をガラスの割断しようとする箇所に接触させる工程と、前記超音波振動刃を超音波振動させる工程と、前記超音波により線状に摩擦熱をガラスに発生させながら切り込みを入れる工程とを含む、ガラスの割断方法。
［２］ 前記超音波振動の周波数は、５ｋＨｚ以上、５０ｋＨｚ以下である、請求項１に記載の割断方法。
［３］ 前記超音波振動の振幅は５μｍ以上、４０μｍ以下、請求項１又は２に記載の割断方法。
［４］ 請求項１に記載の割断方法により得られるガラス材料。
［５］ 前記ガラス材料の割断面のうねりが、１００以下である、請求項４に記載のガラス材料。
［６］ 超音波カッターの超音波振動刃をガラスの割断しようとする箇所に接触させる工程と、前記超音波振動刃を超音波振動させる工程と、前記超音波により線状に摩擦熱をガラスに発生させながら切り込みを入れる工程とを含む、ガラス材料の製造方法。
［７］ うねりが１００以下、かつ、表面粗さＲａは５００μｍ以下である面を少なくとも有するガラス材料。
［８］ 前記面は割断面である、［７］に記載のガラス材料。
［９］ 前記面におけるホウ素および／またはアルカリ成分および／またはフッ素の含有率が、当該ガラス材料において前記面に含まれないガラス表面におけるそれら元素の含有率に比べて高い、［７］又は［８］に記載のガラス材料。
［１０］ 前記面におけるホウ素および／またはアルカリ成分および／またはフッ素の含有率が当該ガラス材料において前記面に含まれないガラス表面におけるそれら元素の含有率と比べて５％以上高い、［７］又は［８］に記載のガラス材料。
［１］ 超音波カッターの超音波振動刃をガラスの割断しようとする箇所に接触させる工程と、前記超音波振動刃を超音波振動させる工程と、前記超音波により線状に摩擦熱をガラスに発生させながら切り込みを入れる工程とを含む、ガラスの割断方法。
［２］ 前記超音波振動の周波数は、５ｋＨｚ以上、５０ｋＨｚ以下である、請求項１に記載の割断方法。
［３］ 前記超音波振動の振幅は５μｍ以上、４０μｍ以下、請求項１又は２に記載の割断方法。
［４］ 請求項１に記載の割断方法により得られるガラス材料。
［５］ 前記ガラス材料の割断面のうねりが、１００以下である、請求項４に記載のガラス材料。
［６］ 超音波カッターの超音波振動刃をガラスの割断しようとする箇所に接触させる工程と、前記超音波振動刃を超音波振動させる工程と、前記超音波により線状に摩擦熱をガラスに発生させながら切り込みを入れる工程とを含む、ガラス材料の製造方法。
［７］ うねりが１００以下、かつ、表面粗さＲａは５００μｍ以下である面を少なくとも有するガラス材料。
［８］ 前記面は割断面である、［７］に記載のガラス材料。
［９］ 前記面におけるホウ素および／またはアルカリ成分および／またはフッ素の含有率が、当該ガラス材料において前記面に含まれないガラス表面におけるそれら元素の含有率に比べて高い、［７］又は［８］に記載のガラス材料。
［１０］ 前記面におけるホウ素および／またはアルカリ成分および／またはフッ素の含有率が当該ガラス材料において前記面に含まれないガラス表面におけるそれら元素の含有率と比べて５％以上高い、［７］又は［８］に記載のガラス材料。
本発明では、ガラスを割断しようとする箇所において超音波カッターの超音波振動刃が超音波振動することにより、ガラスと超音波振動刃との接触状態を、従来のダイヤモンドカッター等の丸刃による点接触でなく線状の均一な接触にすることができる。このことによって、切断刃によってガラスに発生する熱分布も線状になる特徴を有する。この結果、超音波カッターがガラスを線状に加熱しながら切り込みを形成するため、うねりが小さく、綺麗な割断面を得ることができる。割断面のうねりが小さいと、その後の研磨工程で研磨量を抑えることができ、ガラスくずの量を低減することができる。
［ガラス割断方法］
以下、超音波カッターでのガラス割断方法について、図面を用いて説明する。図１は、超音波カッターによるガラスの割断を示す斜視図である。図２は、超音波カッター１で割断したときの熱分布を示す概略図である。超音波カッター１の超音波振動刃１１を、割断したいガラスＧの割断しようとする箇所Ｇ１に接触させ、超音波振動刃１１に振動方向を示す矢印１１ａの方向に、超音波振動を与える。超音波振動する超音波振動刃１１がガラスＧに接触することにより、割断しようとする箇所Ｇ１に線状の摩擦熱を発生させるとともに、線状の切り込みを生じさせる。これにより、ガラスを割断したい方向に、線状の熱応力と線状の機械的応力が発生することから、ガラス母材にこれ以外の圧力を実質的に加えることなく、ガラスを割断することができる。
以下、超音波カッターでのガラス割断方法について、図面を用いて説明する。図１は、超音波カッターによるガラスの割断を示す斜視図である。図２は、超音波カッター１で割断したときの熱分布を示す概略図である。超音波カッター１の超音波振動刃１１を、割断したいガラスＧの割断しようとする箇所Ｇ１に接触させ、超音波振動刃１１に振動方向を示す矢印１１ａの方向に、超音波振動を与える。超音波振動する超音波振動刃１１がガラスＧに接触することにより、割断しようとする箇所Ｇ１に線状の摩擦熱を発生させるとともに、線状の切り込みを生じさせる。これにより、ガラスを割断したい方向に、線状の熱応力と線状の機械的応力が発生することから、ガラス母材にこれ以外の圧力を実質的に加えることなく、ガラスを割断することができる。
超音波振動によって生じる熱分布は、超音波カッターの超音波振動刃が図１で示すようなカッターのような超音波振動刃１１の場合、線状の加熱部分を中心として熱が線状に分布する（図２）。線状に摩擦熱を発生させながら、線状の切り込みによって機械的応力が発生することによって、超音波振動刃の触れている位置にクラックが発生・進展してガラスが割断するため、割断した際の割断面がきれいな面、すなわち平滑でうねりの小さな面になる。うねりの定義については後述する。
超音波カッター１による亀裂の深さは、ガラスの厚さにもよるが、０．２～２ｍｍ程度、好ましくは０．２ｍｍ～１ｍｍ以下の深さを切り込む。この切り込み深さは、従来のハンドカットの際の切り込み深さよりも浅いものである。なお切り込みに要する時間は、特に限定されるものではないが、前記の機構によりガラスを割断することから、十分な摩擦熱が発生する前に機械的応力だけを加えることは好ましくなく、逆に摩擦熱が切り込み部以外に拡散してから機械的応力だけを加えることも好ましくない。このような観点から、亀裂の切り込みに要する時間は、ガラスの硬さや大きさによって適宜変更することができる。実際にガラスが切り込まれているときの切込み時間の下限は、０．１秒／ｍｍ以上が目安であり、好ましくは０．３秒／ｍｍ、より好ましくは０．５秒／ｍｍ、いっそう好ましくは１秒／ｍｍ程度である。切込み時間の上限は１５秒／ｍｍ程度が良く、好ましくは１０秒／ｍｍ程度、より好ましくは５秒／ｍｍ程度である。逆に切り込み時間が３０秒／ｍｍや６０秒／ｍｍを超えると、摩擦熱が周辺に拡散し機械的応力が小さくなってしまうので、好ましくない。
割断に使用するガラスの大きさは、特に限定されるものではないが、直方体ガラスの場合は、高さ１～４０ｍｍ、幅１～４０ｍｍで、長さが例えば、１０ｍｍ以上のガラスとすることができる。なお、直方体に限らず、円柱状ガラス、三角柱状ガラスなどにも使用することができる。（このときの割断の難易度は、後に示す割断難易度によって区別できる。）
（超音波カッター）
本発明で使用する超音波カッターは、市販品を使用することができ、例えば、本多電子株式会社製の超音波小型カッターＵＳＷ－３３４等を使用することができる。
超音波カッターの超音波の周波数の下限は、好ましくは５ｋＨｚ以上、より好ましくは１０ｋＨｚ以上、さらに好ましくは１５ｋＨ以上であり、上限は、好ましくは５０ｋＨｚ以下、より好ましくは４５ｋＨｚ以下、さらに好ましく４０ｋＨｚ以下である。
また、超音波振動刃の振幅の下限は、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上であり、上限は、好ましくは４０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。
また、超音波振動刃の出力は特に限定されるものではないが、例えば５Ｗから５００Ｗの範囲となり、出力の下限は例えば、５Ｗ、１０Ｗ、２０Ｗ、３０Ｗ、４０Ｗ、５０Ｗ，６０Ｗ、７０Ｗ、８０Ｗ、９０Ｗ、１００Ｗ、１５０Ｗ、…のように変更でき、上限も３０Ｗ、６０Ｗ、８０Ｗ、１００Ｗ，１５０Ｗ、２００Ｗ、３００Ｗ、４００Ｗ、５００Ｗのように変更でき、出力はガラスの硬度、割断する際の幅および後述する割断難易度によって適宜変更される。出力範囲は、例えば１０Ｗ～３０Ｗ、２０Ｗ～６０Ｗ、４０Ｗ～１００Ｗ、１００Ｗ～３００Ｗ、２００Ｗ～４００Ｗなどとすることができる。ガラスの硬度が高い際には出力を高めることによってガラスのせん断方向の摩擦熱を増やし、ガラスを割断することができる。したがって、ガラスの硬度が高い場合は、割断難易度によっても変動するが、例えば、出力を８０Ｗ以上にすることで割断することができる。ただしあまりにも出力を大きくすると、ガラスと刃の接触を均一にしなければガラスに熱を加えることが難しくなるため、ガラスが割断できる出力以上に出力を高める必要はない。
超音波振動刃の大きさは特に限定されるものではないが、刃の厚みは好ましくは０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、より好ましくは０．３ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下である。
超音波振動刃の全体の長さは、切断するガラスの大きさによって適宜選択すればよいが、例えば、２０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の長さを使用することができる。
材質は、セラミック、金属などの所定の硬度があれば、特に限定されるものではないが、ＳＫＨ５１等の鋼材などを使用することができる。
超音波カッターの超音波振動刃は、図１に示すように、紙を切るカッターの刃の形状のような薄い板状のブレードであるが、このような超音波振動刃に限定されるものではなく、例えば、点接触するペン状のものを使用してもよい。その時は接触させた状態でガラスに線を引くように切り込み、線状の亀裂を発生させることにより、超音波振動刃の場合と同形状に近い切り込みを作ることができる。
超音波の振動方向は、超音波カッターの柄の軸の方向に振動するものを使用する（図１では、１１ａの方向）。
本発明で使用する超音波カッターは、市販品を使用することができ、例えば、本多電子株式会社製の超音波小型カッターＵＳＷ－３３４等を使用することができる。
超音波カッターの超音波の周波数の下限は、好ましくは５ｋＨｚ以上、より好ましくは１０ｋＨｚ以上、さらに好ましくは１５ｋＨ以上であり、上限は、好ましくは５０ｋＨｚ以下、より好ましくは４５ｋＨｚ以下、さらに好ましく４０ｋＨｚ以下である。
また、超音波振動刃の振幅の下限は、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上であり、上限は、好ましくは４０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。
また、超音波振動刃の出力は特に限定されるものではないが、例えば５Ｗから５００Ｗの範囲となり、出力の下限は例えば、５Ｗ、１０Ｗ、２０Ｗ、３０Ｗ、４０Ｗ、５０Ｗ，６０Ｗ、７０Ｗ、８０Ｗ、９０Ｗ、１００Ｗ、１５０Ｗ、…のように変更でき、上限も３０Ｗ、６０Ｗ、８０Ｗ、１００Ｗ，１５０Ｗ、２００Ｗ、３００Ｗ、４００Ｗ、５００Ｗのように変更でき、出力はガラスの硬度、割断する際の幅および後述する割断難易度によって適宜変更される。出力範囲は、例えば１０Ｗ～３０Ｗ、２０Ｗ～６０Ｗ、４０Ｗ～１００Ｗ、１００Ｗ～３００Ｗ、２００Ｗ～４００Ｗなどとすることができる。ガラスの硬度が高い際には出力を高めることによってガラスのせん断方向の摩擦熱を増やし、ガラスを割断することができる。したがって、ガラスの硬度が高い場合は、割断難易度によっても変動するが、例えば、出力を８０Ｗ以上にすることで割断することができる。ただしあまりにも出力を大きくすると、ガラスと刃の接触を均一にしなければガラスに熱を加えることが難しくなるため、ガラスが割断できる出力以上に出力を高める必要はない。
超音波振動刃の大きさは特に限定されるものではないが、刃の厚みは好ましくは０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、より好ましくは０．３ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下である。
超音波振動刃の全体の長さは、切断するガラスの大きさによって適宜選択すればよいが、例えば、２０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の長さを使用することができる。
材質は、セラミック、金属などの所定の硬度があれば、特に限定されるものではないが、ＳＫＨ５１等の鋼材などを使用することができる。
超音波カッターの超音波振動刃は、図１に示すように、紙を切るカッターの刃の形状のような薄い板状のブレードであるが、このような超音波振動刃に限定されるものではなく、例えば、点接触するペン状のものを使用してもよい。その時は接触させた状態でガラスに線を引くように切り込み、線状の亀裂を発生させることにより、超音波振動刃の場合と同形状に近い切り込みを作ることができる。
超音波の振動方向は、超音波カッターの柄の軸の方向に振動するものを使用する（図１では、１１ａの方向）。
一方、従来技術であるハンドカットによる割断は、図３で示すように、円盤状ブレード２１をガラスＧに接触させ、物理的に深さ３ｍｍ程度切り込みを形成し、その後ガラスを割断する。しかしながら、このような装置では、接点が一点に集中し、切断したい方向以外にも熱応力の分布を持つので、以下記載する割断難易度が高いと、きれいに割断しにくくなる。
［割断難易度］
本発明の割断方法は、割断難易度が高い場合であっても、きれいに割断できるという特徴がある。ガラスの割断難易度は、図５に記載の式によって算出する。ガラスは、割断難易度が高くなるほど、割断しにくくなる。割断難易度の式において、Ｔは厚さ、Ｗは幅、Ｌは長さである。式中Ｔ／Ｌ及びＷ／Ｌの値は小さいほど、割断しやすく、好ましくはそれぞれ１以下である。また、厚みＴについても小さいほど割断しやすい。
本発明の割断方法は、割断難易度が高い場合であっても、きれいに割断できるという特徴がある。ガラスの割断難易度は、図５に記載の式によって算出する。ガラスは、割断難易度が高くなるほど、割断しにくくなる。割断難易度の式において、Ｔは厚さ、Ｗは幅、Ｌは長さである。式中Ｔ／Ｌ及びＷ／Ｌの値は小さいほど、割断しやすく、好ましくはそれぞれ１以下である。また、厚みＴについても小さいほど割断しやすい。
割断難易度について、従来のハンドカットによる割断では、割断難易度が２を超えると、割断が難しくなり、仮に割断できたとしても、後述するうねりが大きくなる。したがって、従来のハンドカットによる割断では、高さが５～２０ｍｍ、幅が５～２０ｍｍであるガラスに適用することが一般的である。それに対して、本発明の超音波カッターを用いた割断方法では、割断難易度が２～５の場合であっても、小さなうねりで割断することができる。また、割断刃の超音波出力すなわちガラスをせん断する方向の往復運動の振幅を拡大することによってガラスを割断しやすくすることもできる。
［割断面を有するガラス］
次に、本発明の割断方法によって割断されたガラス材料について説明する。ガラス材料は、うねりが小さく、表面粗さＲａが小さく、また場合によっては、表面のホウ素含有率が比較的に高い割断面を有するという特徴を有する。なお、本明細書において、割断面とは、割断によって新たに生成される面をいう。
次に、本発明の割断方法によって割断されたガラス材料について説明する。ガラス材料は、うねりが小さく、表面粗さＲａが小さく、また場合によっては、表面のホウ素含有率が比較的に高い割断面を有するという特徴を有する。なお、本明細書において、割断面とは、割断によって新たに生成される面をいう。
（割断面のうねり）
本発明のガラスの割断方法によって得られるガラスの割断面は、うねりが小さいという特徴を有する。割断面のうねりとは、割断面の平面性を意味し、次の測定方法によって得られる数値によって定義する。割断面のうねり測定方法について、図６を用いて説明する。うねりは、平面に対し９０°の角度を成す垂直な面を割断面に押し当て、垂直な面と前記割断面の隙間Ｄの大きさをＮ回（本発明の実施例ではＮ＝５として）計測し、ガラスの厚みＴあたりの隙間Ｄ、すなわちＤ／Ｔの平均値をうねりとして測定する。うねりが小さいと、ガラスの底面と割断面とのなす角が９０°に近く、図６のように角柱形状のガラスの場合は、直方体に近い。そのため、ガラス材料の個体間のバラつきも小さくなり、その後の研磨工程等で研磨量を抑えることができ、ガラスくずの量を低減することができる。割断難易度が２～５であるとき（例えば、割断難易度が３のとき）、割断面のうねりは１００以下が好ましく、より好ましくは８０以下、さらに好ましくは６０以下である。
従来のハンドカットによる割断方法を使用する場合は、割断の起点となる切り込み部が点であるため、熱はその点を中心として円状に拡散する。この場合、割断面のうねりは大きく、割断難易度が２～５である場合（例えば、割断難易度が３の場合）は、うねりは１００を超える。
それに対して、本発明は超音波を与えながら、線状にて切り込みを入れるため、割断の起点となる切り込み部は線状である。この場合は、熱が広く拡散するため、割断面のうねりが小さい。
本発明のガラスの割断方法によって得られるガラスの割断面は、うねりが小さいという特徴を有する。割断面のうねりとは、割断面の平面性を意味し、次の測定方法によって得られる数値によって定義する。割断面のうねり測定方法について、図６を用いて説明する。うねりは、平面に対し９０°の角度を成す垂直な面を割断面に押し当て、垂直な面と前記割断面の隙間Ｄの大きさをＮ回（本発明の実施例ではＮ＝５として）計測し、ガラスの厚みＴあたりの隙間Ｄ、すなわちＤ／Ｔの平均値をうねりとして測定する。うねりが小さいと、ガラスの底面と割断面とのなす角が９０°に近く、図６のように角柱形状のガラスの場合は、直方体に近い。そのため、ガラス材料の個体間のバラつきも小さくなり、その後の研磨工程等で研磨量を抑えることができ、ガラスくずの量を低減することができる。割断難易度が２～５であるとき（例えば、割断難易度が３のとき）、割断面のうねりは１００以下が好ましく、より好ましくは８０以下、さらに好ましくは６０以下である。
従来のハンドカットによる割断方法を使用する場合は、割断の起点となる切り込み部が点であるため、熱はその点を中心として円状に拡散する。この場合、割断面のうねりは大きく、割断難易度が２～５である場合（例えば、割断難易度が３の場合）は、うねりは１００を超える。
それに対して、本発明は超音波を与えながら、線状にて切り込みを入れるため、割断の起点となる切り込み部は線状である。この場合は、熱が広く拡散するため、割断面のうねりが小さい。
（割断面の表面粗さＲａ）
物理的切断によって得られる切断面と比べて、本発明より得られた割断面は、表面粗さＲａが小さい。表面粗さＲａが小さいと、研磨をしなくてもガラス内部の様子が分かりやすく、不純物などを目視することができる。通常のガラスカッターでの切断では、表面粗さＲａが大きく、擦りガラス状になり、ガラス内部を目視することができない。本発明のガラス材料が有する少なくとも一つの割断面のＲａは、好ましくは５００ｎｍ以下、より好ましくは４００ｎｍ以下、さらに好ましくは３００ｎｍ以下、より一層好ましくは２００ｎｍ以下、さらに一層好ましくは１００以下、特に好ましくは２０ｎｍ以下であり、例えば５ｎｍ以下である。
物理的切断によって得られる切断面と比べて、本発明より得られた割断面は、表面粗さＲａが小さい。表面粗さＲａが小さいと、研磨をしなくてもガラス内部の様子が分かりやすく、不純物などを目視することができる。通常のガラスカッターでの切断では、表面粗さＲａが大きく、擦りガラス状になり、ガラス内部を目視することができない。本発明のガラス材料が有する少なくとも一つの割断面のＲａは、好ましくは５００ｎｍ以下、より好ましくは４００ｎｍ以下、さらに好ましくは３００ｎｍ以下、より一層好ましくは２００ｎｍ以下、さらに一層好ましくは１００以下、特に好ましくは２０ｎｍ以下であり、例えば５ｎｍ以下である。
（ガラス組成）
本発明のガラス材料の組成は、特に限定されるものではなく、様々なガラスに適用することができる。例えば、リン酸塩ガラスおよび／またはホウ酸塩ガラスおよび／またはケイ酸塩ガラスなどが挙げられる。特に、曲げ強度が小さく熱膨張係数の大きな材料には本発明を適用しやすい。
曲げ強度の目安として通常の光学ガラスでは１５０（単位：Ｐａ）以下ないし１２０以下を目安とするところ、本発明に適用しやすいガラスの強度は１００以下が好ましく、８５以下がより好ましく、７５以下が更に好ましく、６５以下がいっそう好ましく、５５以下がよりいっそう好ましい。さらに膨張係数の目安としては、１００～３００℃の平均線膨張係数において６０×１０－７（単位：Ｋ－１）以上が好ましく、８０×１０－７以上がより好ましく、１００×１０－７以上が更に好ましく、１２０×１０－７以上が更に好ましく、１３０×１０－７以上が更に好ましく、１４０×１０－７以上が特に好ましい。
なお曲げ強さσは、上下面が研磨され、稜にＣ０．２（ｍｍ）の面取りがされた（辺の長さが０．２ｍｍの直角二等辺三角形が落とされた）幅４×厚さ３×全長４０(ｍｍ)のガラス試料（試料数、１０個）を用い、ＪＩＳ Ｒ １６０１：２００８に規定される「３点曲げ試験法」により破壊荷重Ｐ（Ｎ）を測定し、σ＝３ＰＬ／（２ｗ・ｔ２）により計算できる。
ここで、Ｌは支点間距離（ｍｍ）、ｗは試料の幅（ｍｍ）、ｔは試料の厚さ（ｍｍ）である。得られた曲げ強さσは、ＭＰａ単位で表示できるが、例えば1ＭＰａ = １．０１９７２×１０－１ ｋｇｆ/ｍｍ２を使いｋｇｆ/ｍｍ２単位で表すなど、適宜換算することもできる。
また１００℃～３００℃の平均線膨張係数αは、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８の測定方法を参照し、長さ２０ｍｍ、直径５ｍｍないし直径４±０．５ｍｍのガラス丸棒を使い、示差熱膨張計によって、試料を４℃毎分の一定速度で上昇するように加熱し、温度に対する試料の伸びを測定することにより求めた。
本発明のガラス材料の組成は、特に限定されるものではなく、様々なガラスに適用することができる。例えば、リン酸塩ガラスおよび／またはホウ酸塩ガラスおよび／またはケイ酸塩ガラスなどが挙げられる。特に、曲げ強度が小さく熱膨張係数の大きな材料には本発明を適用しやすい。
曲げ強度の目安として通常の光学ガラスでは１５０（単位：Ｐａ）以下ないし１２０以下を目安とするところ、本発明に適用しやすいガラスの強度は１００以下が好ましく、８５以下がより好ましく、７５以下が更に好ましく、６５以下がいっそう好ましく、５５以下がよりいっそう好ましい。さらに膨張係数の目安としては、１００～３００℃の平均線膨張係数において６０×１０－７（単位：Ｋ－１）以上が好ましく、８０×１０－７以上がより好ましく、１００×１０－７以上が更に好ましく、１２０×１０－７以上が更に好ましく、１３０×１０－７以上が更に好ましく、１４０×１０－７以上が特に好ましい。
なお曲げ強さσは、上下面が研磨され、稜にＣ０．２（ｍｍ）の面取りがされた（辺の長さが０．２ｍｍの直角二等辺三角形が落とされた）幅４×厚さ３×全長４０(ｍｍ)のガラス試料（試料数、１０個）を用い、ＪＩＳ Ｒ １６０１：２００８に規定される「３点曲げ試験法」により破壊荷重Ｐ（Ｎ）を測定し、σ＝３ＰＬ／（２ｗ・ｔ２）により計算できる。
ここで、Ｌは支点間距離（ｍｍ）、ｗは試料の幅（ｍｍ）、ｔは試料の厚さ（ｍｍ）である。得られた曲げ強さσは、ＭＰａ単位で表示できるが、例えば1ＭＰａ = １．０１９７２×１０－１ ｋｇｆ/ｍｍ２を使いｋｇｆ/ｍｍ２単位で表すなど、適宜換算することもできる。
また１００℃～３００℃の平均線膨張係数αは、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８の測定方法を参照し、長さ２０ｍｍ、直径５ｍｍないし直径４±０．５ｍｍのガラス丸棒を使い、示差熱膨張計によって、試料を４℃毎分の一定速度で上昇するように加熱し、温度に対する試料の伸びを測定することにより求めた。
なお曲げ強さσは、ガラス中のアルカリ元素の含有率とＳｉＯ２の含有率によって主に決まるが、他の元素の影響も受ける。具体的には、曲げ強さσを小さくする元素（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ）の質量百分率の和をＡ（ただし、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓの合計は１０倍する）、そして、曲げ強さσを大きくする元素（Ｓｉ、Ｂ、Ｐ、Ｎｂ）の質量百分率の和をＢとした場合、Ａ／Ｂの値が大きいほど、ガラスの割断が容易になる。割断が容易である点において、Ａ／Ｂの値は０以上を取り、０．１以上、０．２以上、０．４以上、０．８以上、１．２以上、１．６以上、２．０以上、２．４以上、２．８以上、３．２以上、３．５以上、４．０以上の順で好ましい。なお、Ａ及びＢについて、式を下記する（式中、Ｗ（Ｘ）は、ガラス中に含まれる元素Ｘの質量％を意味し、例えば、Ｗ（Ｌｉ）は、Ｌｉ成分の質量％を意味する）。
Ａ＝Ｗ［（Ｌｉ）＋Ｗ（Ｎａ）＋Ｗ（Ｋ）＋Ｗ（Ｒｂ）＋Ｗ（Ｃｓ）］×１０＋Ｗ（Ｍｇ）＋Ｗ（Ｃａ）＋Ｗ（Ｓｒ）＋Ｗ（Ｂａ）＋Ｗ（Ｂｉ）
Ｂ＝［Ｗ（Ｓｉ）×１０］＋Ｗ（Ｂ）＋Ｗ（Ｐ）＋Ｗ（Ｎｂ）＋Ｗ（Ｌａ）
また、本発明は曲げ強さσの小さいガラスでなくても適用できる。硬いガラスすなわちＡ／Ｂの値が１．０以下のガラス、あるいは０．５以下、０．１以下、０．０のガラスにおいては、割断刃の出力に注意することにより割断することができる。例えばガラスＤのＡ／Ｂ値は０．０だが、割断刃の超音波出力すなわちガラスをせん断する方向の往復運動の振幅を拡大することにより、実施例に示すとおりガラスを割断することができる。
Ａ＝Ｗ［（Ｌｉ）＋Ｗ（Ｎａ）＋Ｗ（Ｋ）＋Ｗ（Ｒｂ）＋Ｗ（Ｃｓ）］×１０＋Ｗ（Ｍｇ）＋Ｗ（Ｃａ）＋Ｗ（Ｓｒ）＋Ｗ（Ｂａ）＋Ｗ（Ｂｉ）
Ｂ＝［Ｗ（Ｓｉ）×１０］＋Ｗ（Ｂ）＋Ｗ（Ｐ）＋Ｗ（Ｎｂ）＋Ｗ（Ｌａ）
また、本発明は曲げ強さσの小さいガラスでなくても適用できる。硬いガラスすなわちＡ／Ｂの値が１．０以下のガラス、あるいは０．５以下、０．１以下、０．０のガラスにおいては、割断刃の出力に注意することにより割断することができる。例えばガラスＤのＡ／Ｂ値は０．０だが、割断刃の超音波出力すなわちガラスをせん断する方向の往復運動の振幅を拡大することにより、実施例に示すとおりガラスを割断することができる。
（割断面の元素含有率と組成分布）
例えばガラスがケイ酸塩骨格を含む場合も、強固なＳｉ－Ｏのガラス構造からアルカリイオン等の元素が溶出して、研磨面においてアルカリ元素の含有率が低下することがある。また、ガラスがホウ素を含む場合、ガラスの表面にあるホウ素は、水と反応し溶出し得る状態にあるため、ガラスが製造されたあと未加工の自由表面（自由表面とは、ガラス固化させたときに大気と接触する表面をいう）、又は水を用いた研磨で加工された研磨面はホウ素の含有率が低い。さらに、ガラスが弗素等のハロゲンイオン（塩素、臭素、ヨウ素など）を含む場合も、ガラス表面の酸素イオンとハロゲンイオンの交換反応によりハロゲンイオンの量が低下するなど、ガラス表面が大気にさらされることによって、ガラス表面の組成分布が試料内部の組成分布と異なることがある。
それに対して、本発明により得られた割断面は、ガラスの内部（バルクのガラス構造）を切断して表面としたものであり、また、割断には水を使わないため、ガラス全体の組成分布が均等である。
したがって、本発明のガラスの割断面におけるホウ素および／またはアルカリ成分および／またはフッ素の含有率は、当該ガラス材料において前記面に含まれない、自由表面及び研磨面等のガラス表面におけるそれら元素の含有率に比べて高い（原子の質量％換算）。
さらに詳細には、割断面におけるホウ素および／またはアルカリ成分および／またはフッ素の含有率は、当該ガラス材料において、前記面に含まれない、自由表面及び研磨面等のガラス表面におけるそれら元素の含有率と比べて好ましくは５％以上、より好ましくは７％以上、さらに好ましくは１０％以上、高い。なお、これらの値は、（割断面におけるホウ素および／またはアルカリ成分および／またはフッ素の含有率）／（割断面に含まれないガラス表面におけるそれら元素の含有率）で算出される。
本発明のガラス試料を、再加熱等を経てプレスするなどして変形させる際、幾分は試料表面のガラスが光学素子内部に折れ込む形となるが、このときに試料表面と内部の組成分布の差が小さいことから、試料表面と内部の屈折率の微細な差も小さくなり、したがって光学的に均質な光学素子を得ることができる。このような効果は、より高性能な光学系にレンズを使用する際に顕著に生じる。
例えばガラスがケイ酸塩骨格を含む場合も、強固なＳｉ－Ｏのガラス構造からアルカリイオン等の元素が溶出して、研磨面においてアルカリ元素の含有率が低下することがある。また、ガラスがホウ素を含む場合、ガラスの表面にあるホウ素は、水と反応し溶出し得る状態にあるため、ガラスが製造されたあと未加工の自由表面（自由表面とは、ガラス固化させたときに大気と接触する表面をいう）、又は水を用いた研磨で加工された研磨面はホウ素の含有率が低い。さらに、ガラスが弗素等のハロゲンイオン（塩素、臭素、ヨウ素など）を含む場合も、ガラス表面の酸素イオンとハロゲンイオンの交換反応によりハロゲンイオンの量が低下するなど、ガラス表面が大気にさらされることによって、ガラス表面の組成分布が試料内部の組成分布と異なることがある。
それに対して、本発明により得られた割断面は、ガラスの内部（バルクのガラス構造）を切断して表面としたものであり、また、割断には水を使わないため、ガラス全体の組成分布が均等である。
したがって、本発明のガラスの割断面におけるホウ素および／またはアルカリ成分および／またはフッ素の含有率は、当該ガラス材料において前記面に含まれない、自由表面及び研磨面等のガラス表面におけるそれら元素の含有率に比べて高い（原子の質量％換算）。
さらに詳細には、割断面におけるホウ素および／またはアルカリ成分および／またはフッ素の含有率は、当該ガラス材料において、前記面に含まれない、自由表面及び研磨面等のガラス表面におけるそれら元素の含有率と比べて好ましくは５％以上、より好ましくは７％以上、さらに好ましくは１０％以上、高い。なお、これらの値は、（割断面におけるホウ素および／またはアルカリ成分および／またはフッ素の含有率）／（割断面に含まれないガラス表面におけるそれら元素の含有率）で算出される。
本発明のガラス試料を、再加熱等を経てプレスするなどして変形させる際、幾分は試料表面のガラスが光学素子内部に折れ込む形となるが、このときに試料表面と内部の組成分布の差が小さいことから、試料表面と内部の屈折率の微細な差も小さくなり、したがって光学的に均質な光学素子を得ることができる。このような効果は、より高性能な光学系にレンズを使用する際に顕著に生じる。
実施例
以下、実施例により本発明をさらに説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
以下、実施例により本発明をさらに説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
［超音波カッター］
超音波カッターとしては、本多電子株式会社製の超音波小型カッターＵＳＷ－３３４を使用した。超音波振動刃の材質は、ＳＫＨ５１であり、周波数は２２ｋＨｚ、振幅は５～３０μｍの超音波振動を与えて、以下の割断を実施した。
超音波カッターとしては、本多電子株式会社製の超音波小型カッターＵＳＷ－３３４を使用した。超音波振動刃の材質は、ＳＫＨ５１であり、周波数は２２ｋＨｚ、振幅は５～３０μｍの超音波振動を与えて、以下の割断を実施した。
［割断によるガラス材料の作製］
（光学ガラス特性の測定）
光学ガラス級の高純度の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、塩化物、フッ化物、硫酸塩等の原料を使用し、表１のガラスＡ～Ｄ及び表４の割断面の項に記載の組成を有するガラス（ガラスＥ）が得られるように原料を秤量して混合し、調合原料とした。次に各調合原料を、それぞれ白金坩堝に入れ、上記したような所定の温度に加熱し、窒素雰囲気下で、熔解開始から２時間又は４時間熔融した後、撹拌し均質化を行った後、静置し清澄を行った後、鋳型に流し込んだ。ガラスが固化した後、次いでガラスの徐冷点近くに加熱しておいた電気炉内に移し、室温まで徐冷した。このようして各実施例のガラスからなるブロックを作製した。得られた各ガラスブロックから測定に必要な所定の大きさのガラスを切り出し、研磨加工を施して特性評価を行った。ガラスＡ～Ｄについては、表１、表２に組成及び特性を示し、表３に割断の結果を示す。ガラスＥについては、表４には、割断面、研磨面、自由曲面の組成を示す。
なおガラス原料の量については限定されないが、実施例を再現するにあたり、ガラスの比重にもよるが２００ｇ、３００ｇ、４００ｇ、５００ｇ程度のガラスが出来るような原料を用いて割断用のサンプルを作ることもできるし、ガラスの体積として実施例に書かれた大きさよりも大きなガラスを切り出して割断に供してもよい。
光学ガラス級の高純度の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、塩化物、フッ化物、硫酸塩等の原料を使用し、表１のガラスＡ～Ｄ及び表４の割断面の項に記載の組成を有するガラス（ガラスＥ）が得られるように原料を秤量して混合し、調合原料とした。次に各調合原料を、それぞれ白金坩堝に入れ、上記したような所定の温度に加熱し、窒素雰囲気下で、熔解開始から２時間又は４時間熔融した後、撹拌し均質化を行った後、静置し清澄を行った後、鋳型に流し込んだ。ガラスが固化した後、次いでガラスの徐冷点近くに加熱しておいた電気炉内に移し、室温まで徐冷した。このようして各実施例のガラスからなるブロックを作製した。得られた各ガラスブロックから測定に必要な所定の大きさのガラスを切り出し、研磨加工を施して特性評価を行った。ガラスＡ～Ｄについては、表１、表２に組成及び特性を示し、表３に割断の結果を示す。ガラスＥについては、表４には、割断面、研磨面、自由曲面の組成を示す。
なおガラス原料の量については限定されないが、実施例を再現するにあたり、ガラスの比重にもよるが２００ｇ、３００ｇ、４００ｇ、５００ｇ程度のガラスが出来るような原料を用いて割断用のサンプルを作ることもできるし、ガラスの体積として実施例に書かれた大きさよりも大きなガラスを切り出して割断に供してもよい。
（実施例１）
１０ｍｍ（厚さ）×１０ｍｍ（幅）×１００ｍｍ（長さ）のガラスＡを、１０ｍｍ（厚さ）×１０ｍｍ（幅）×２０ｍｍ（割断後の長さ）の直方体になるように、割断難易度が０．５０である状態で、前記超音波カッターを割断したい箇所に接触させ、超音波振動による切り込みを入れた後、ガラス材料の切込み部に引っ張り応力が発生するように母材ガラスを手で押さえることによって圧力をかけてガラスを割断し、カットピースＡ１を得た。
１０ｍｍ（厚さ）×１０ｍｍ（幅）×１００ｍｍ（長さ）のガラスＡを、１０ｍｍ（厚さ）×１０ｍｍ（幅）×２０ｍｍ（割断後の長さ）の直方体になるように、割断難易度が０．５０である状態で、前記超音波カッターを割断したい箇所に接触させ、超音波振動による切り込みを入れた後、ガラス材料の切込み部に引っ張り応力が発生するように母材ガラスを手で押さえることによって圧力をかけてガラスを割断し、カットピースＡ１を得た。
（実施例２）
割断後の長さを１５ｍｍに変更し、割断難易度が０．６９である状態で、１０ｍｍ（厚さ）×１０ｍｍ（幅）×１００ｍｍ（長さ）のガラスＡを、実施例１と同様に割断し、カットピースＡ２を得た。
割断後の長さを１５ｍｍに変更し、割断難易度が０．６９である状態で、１０ｍｍ（厚さ）×１０ｍｍ（幅）×１００ｍｍ（長さ）のガラスＡを、実施例１と同様に割断し、カットピースＡ２を得た。
（実施例３）
割断後の長さを１０ｍｍに変更し、割断難易度が１．２５である状態で、１０ｍｍ（厚さ）×１０ｍｍ（幅）×１００ｍｍ（長さ）のガラスＡを、実施例１と同様に割断し、カットピースＡ３を得た。
割断後の長さを１０ｍｍに変更し、割断難易度が１．２５である状態で、１０ｍｍ（厚さ）×１０ｍｍ（幅）×１００ｍｍ（長さ）のガラスＡを、実施例１と同様に割断し、カットピースＡ３を得た。
（実施例４）
厚さを２０ｍｍ、幅を２０ｍｍ（幅）、割断後の長さを２０ｍｍに変更し、割断難易度が３．００である状態で、２０ｍｍ（厚さ）×２０ｍｍ（幅）×１００ｍｍ（長さ）のガラスＡを、実施例１と同様に割断し、カットピースＡ４を得た。
厚さを２０ｍｍ、幅を２０ｍｍ（幅）、割断後の長さを２０ｍｍに変更し、割断難易度が３．００である状態で、２０ｍｍ（厚さ）×２０ｍｍ（幅）×１００ｍｍ（長さ）のガラスＡを、実施例１と同様に割断し、カットピースＡ４を得た。
（実施例５）
厚さを２０ｍｍ、幅を３８ｍｍ（幅）、割断後の長さを３８ｍｍに変更し、割断難易度が４．６６である状態で、２０ｍｍ（厚さ）×３８ｍｍ（幅）×１００ｍｍ（長さ）のガラスＡを、実施例１と同様に割断し、カットピースＡ５を得た。
厚さを２０ｍｍ、幅を３８ｍｍ（幅）、割断後の長さを３８ｍｍに変更し、割断難易度が４．６６である状態で、２０ｍｍ（厚さ）×３８ｍｍ（幅）×１００ｍｍ（長さ）のガラスＡを、実施例１と同様に割断し、カットピースＡ５を得た。
（実施例６）
ガラスＡをガラスＢに変更した以外は、実施例１と同様に割断し、カットピースＢ１を得た。
ガラスＡをガラスＢに変更した以外は、実施例１と同様に割断し、カットピースＢ１を得た。
（実施例７）
ガラスＡをガラスＢに変更した以外は、実施例３と同様に割断し、カットピースＢ２を得た。
ガラスＡをガラスＢに変更した以外は、実施例３と同様に割断し、カットピースＢ２を得た。
（実施例８）
割断後の長さを７．５ｍｍに変更し、割断難易度が２．０３である状態で、実施例７と同様に割断し、カットピースＢ３を得た。
割断後の長さを７．５ｍｍに変更し、割断難易度が２．０３である状態で、実施例７と同様に割断し、カットピースＢ３を得た。
（実施例９）
ガラスＡをガラスＣに変更した以外は、実施例１と同様に割断し、カットピースＣ１を得た。
ガラスＡをガラスＣに変更した以外は、実施例１と同様に割断し、カットピースＣ１を得た。
（実施例１０）
ガラスＡをガラスＣに変更した以外は、実施例２と同様に割断し、カットピースＣ２を得た。
ガラスＡをガラスＣに変更した以外は、実施例２と同様に割断し、カットピースＣ２を得た。
（実施例１１）
ガラスＡをガラスＣに変更した以外は、実施例３と同様に割断し、カットピースＣ３を得た。
ガラスＡをガラスＣに変更した以外は、実施例３と同様に割断し、カットピースＣ３を得た。
（実施例１２）
厚さを１５ｍｍ、幅を１５ｍｍ、割断後の長さを１５ｍｍに変更し、割断難易度が２．０６である状態で、１５ｍｍ（厚さ）×１５ｍｍ（幅）×１００ｍｍ（長さ）のガラスＣを、実施例９と同様に割断し、カットピースＣ４を得た。
厚さを１５ｍｍ、幅を１５ｍｍ、割断後の長さを１５ｍｍに変更し、割断難易度が２．０６である状態で、１５ｍｍ（厚さ）×１５ｍｍ（幅）×１００ｍｍ（長さ）のガラスＣを、実施例９と同様に割断し、カットピースＣ４を得た。
（実施例１３）
割断後の長さを１２．５ｍｍに変更し、割断難易度が２．７２である状態で、実施例１２と同様に割断し、カットピースＣ５を得た。
割断後の長さを１２．５ｍｍに変更し、割断難易度が２．７２である状態で、実施例１２と同様に割断し、カットピースＣ５を得た。
（実施例１４）
割断後の長さを１０ｍｍに変更し、割断難易度が３．９４である状態で、実施例１２と同様に割断し、カットピースＣ６を得た。
割断後の長さを１０ｍｍに変更し、割断難易度が３．９４である状態で、実施例１２と同様に割断し、カットピースＣ６を得た。
（実施例１５）
ガラスＡをガラスＤに変更した以外は、実施例３と同様に割断し、カットピースＤ１を得た。
ガラスＡをガラスＤに変更した以外は、実施例３と同様に割断し、カットピースＤ１を得た。
［割断面のうねりの測定］
うねりは、平面に対し９０°の角度を成す垂直な面に実施例で割断した割断面を押し当て、垂直な面と前記割断面の隙間Ｄの大きさを５回計測し、ガラスの厚みＴあたりの隙間Ｄ、すなわちＤ／Ｔの平均値をうねりとして測定した。
うねりの測定装置としては、Ｌ型ブラケット（シグマ光機株式会社製）を用いた（図６参照）。結果を図７に示す。割断難易度が低いサンプルについては、ハンドカットと本発明から得られたサンプルのうねりは同程度である一方、本発明は、割断難易度が０．３０以上、０．５０以上、０．０．７０以上、０．９０以上、１．００以上、１．２５以上、１．５０以上、１．７５以上、２．００以上であっても、例えば、１．００～５．００であっても、ハンドカットに比べてうねりが小さく、所望の寸法に割断することができた。
うねりは、平面に対し９０°の角度を成す垂直な面に実施例で割断した割断面を押し当て、垂直な面と前記割断面の隙間Ｄの大きさを５回計測し、ガラスの厚みＴあたりの隙間Ｄ、すなわちＤ／Ｔの平均値をうねりとして測定した。
うねりの測定装置としては、Ｌ型ブラケット（シグマ光機株式会社製）を用いた（図６参照）。結果を図７に示す。割断難易度が低いサンプルについては、ハンドカットと本発明から得られたサンプルのうねりは同程度である一方、本発明は、割断難易度が０．３０以上、０．５０以上、０．０．７０以上、０．９０以上、１．００以上、１．２５以上、１．５０以上、１．７５以上、２．００以上であっても、例えば、１．００～５．００であっても、ハンドカットに比べてうねりが小さく、所望の寸法に割断することができた。
［割断面の表面粗さＲａの測定］
ガラスの表面粗さＲａの測定には、走査型白色干渉計装置として、ＺＹＧＯ製のＮｅｗＶｉｅｗ７３００を用いた。測定範囲は、０．３６ｍｍ×０．２７ｍｍである。ガラスＡを１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍに割断したときの粗さＲａは、１４．９８ｎｍであった（実施例３のガラス材料を使用）。
一方、本発明に記載の割断面に含まれないガラス表面の参考例として、ガラスＡを１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍにガラスカッター（ダイヤモンド砥粒の埋め込まれた丸刃を備える）で切断したときは、ガラス表面が擦りガラスのような状態であるため、内部の様子を観察することはできなかった。また、Ｒａは、１０００μｍであり、割断面Ｒａより大きい値であった。
さらに参考例として、ガラスＡを１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍに切断し、切断面を研磨した場合の研磨面のＲａは、１．１９であった。
ガラスの表面粗さＲａの測定には、走査型白色干渉計装置として、ＺＹＧＯ製のＮｅｗＶｉｅｗ７３００を用いた。測定範囲は、０．３６ｍｍ×０．２７ｍｍである。ガラスＡを１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍに割断したときの粗さＲａは、１４．９８ｎｍであった（実施例３のガラス材料を使用）。
一方、本発明に記載の割断面に含まれないガラス表面の参考例として、ガラスＡを１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍにガラスカッター（ダイヤモンド砥粒の埋め込まれた丸刃を備える）で切断したときは、ガラス表面が擦りガラスのような状態であるため、内部の様子を観察することはできなかった。また、Ｒａは、１０００μｍであり、割断面Ｒａより大きい値であった。
さらに参考例として、ガラスＡを１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍに切断し、切断面を研磨した場合の研磨面のＲａは、１．１９であった。
［表面の元素組成の測定］
ガラスＥの表面の元素組成の測定を、Ｘ線光電子分光（Ｘ－表面粗さＲａｙ ＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、略称：ＸＰＳ）を使用して行った。Ｘ線光電子分光装置として、Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製のＫ－Ａｌｐｈａ＋を用いた。
本明細書に記載の超音波カッターで割断された割断面、並びに、本明細書に記載の割断面ではない面（研磨面及び自由表面）について、表面の元素組成（ａｔｏｍｉｃ％単位）を測定した。結果を表４に示す。ガラス表面ではガラス内部と比べ、空気中の二酸化炭素や水との反応により炭酸塩を形成し炭素および酸素の含有率が増加する傾向があるほか、ホウ素やアルカリ元素など、水に溶出しやすいイオンの含有率が低下する傾向があるが、それでもなお本発明で得られた割断面は、研磨面及び自由表面に対して、ホウ素やアルカリ元素の含有率が高く、よりガラス内部に近い組成比率を持っていることがわかった。
ガラスＥの表面の元素組成の測定を、Ｘ線光電子分光（Ｘ－表面粗さＲａｙ ＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、略称：ＸＰＳ）を使用して行った。Ｘ線光電子分光装置として、Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製のＫ－Ａｌｐｈａ＋を用いた。
本明細書に記載の超音波カッターで割断された割断面、並びに、本明細書に記載の割断面ではない面（研磨面及び自由表面）について、表面の元素組成（ａｔｏｍｉｃ％単位）を測定した。結果を表４に示す。ガラス表面ではガラス内部と比べ、空気中の二酸化炭素や水との反応により炭酸塩を形成し炭素および酸素の含有率が増加する傾向があるほか、ホウ素やアルカリ元素など、水に溶出しやすいイオンの含有率が低下する傾向があるが、それでもなお本発明で得られた割断面は、研磨面及び自由表面に対して、ホウ素やアルカリ元素の含有率が高く、よりガラス内部に近い組成比率を持っていることがわかった。
符号の説明
Ｇ ガラス
Ｇ１，Ｇ２ 割断しようとする箇所
１ 超音波カッター
１１ 超音波振動刃
１１ａ 超音波振動刃の振動方向を示す矢印
２ ハンドカット
２１ 円盤状のブレード
２２ モーター
３，４ 加熱部
Ｄ 割断面と垂直な面の隙間距離
Ｔ 厚さ
Ｗ 幅
Ｌ 長さ
Ｇ ガラス
Ｇ１，Ｇ２ 割断しようとする箇所
１ 超音波カッター
１１ 超音波振動刃
１１ａ 超音波振動刃の振動方向を示す矢印
２ ハンドカット
２１ 円盤状のブレード
２２ モーター
３，４ 加熱部
Ｄ 割断面と垂直な面の隙間距離
Ｔ 厚さ
Ｗ 幅
Ｌ 長さ
Claims (6)
- 超音波カッターの超音波振動刃をガラスの割断しようとする箇所に接触させる工程と、前記超音波振動刃を接触させたガラス面に対して平行に超音波振動させる工程と、前記超音波により線状に摩擦熱をガラスに発生させながら切り込みを入れる工程とを含む、ガラスの割断方法。
- 前記超音波振動の周波数は、５ｋＨｚ以上、５０ｋＨｚ以下である、請求項１に記載の割断方法。
- 前記超音波振動の振幅は５μｍ以上、４０μｍ以下、請求項１又は２に記載の割断方法。
- 前記超音波振動刃が板状のブレードである、請求項１又は２に記載の割断方法。
- 超音波カッターの超音波振動刃をガラスの割断しようとする箇所に接触させる工程と、前記超音波振動刃を接触させたガラス面に対して平行に超音波振動させる工程と、前記超音波により線状に摩擦熱をガラスに発生させながら切り込みを入れる工程とを含む、ガラス材料の製造方法。
- 前記超音波振動刃が板状のブレードである、請求項５に記載のガラス材料の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019186797A JP7284682B2 (ja) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | ガラスの割断方法及びガラス材料 |
| TW109132549A TW202124305A (zh) | 2019-10-10 | 2020-09-21 | 玻璃的割斷方法及玻璃材料 |
| CN202011077241.8A CN112645580A (zh) | 2019-10-10 | 2020-10-10 | 玻璃的割断方法以及玻璃材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019186797A JP7284682B2 (ja) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | ガラスの割断方法及びガラス材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021062982A JP2021062982A (ja) | 2021-04-22 |
| JP7284682B2 true JP7284682B2 (ja) | 2023-05-31 |
Family
ID=75346789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019186797A Active JP7284682B2 (ja) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | ガラスの割断方法及びガラス材料 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7284682B2 (ja) |
| CN (1) | CN112645580A (ja) |
| TW (1) | TW202124305A (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002012436A (ja) | 2000-06-23 | 2002-01-15 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | ガラスの端面の処理方法、及び該処理方法により処理されたガラス |
| JP2004536759A (ja) | 2001-07-25 | 2004-12-09 | ヴラディミア シュテファノヴィッチ コンドラテンコ | もろい非金属材料を切る方法 |
| JP2008260679A (ja) | 2007-04-12 | 2008-10-30 | Semes Co Ltd | スクライブユニット及びこれを有するフラットパネルディスプレイ用パネルスクライブ装置、スクライブ方法及びこれを用いる基板製造方法 |
| JP2010058285A (ja) | 2008-09-01 | 2010-03-18 | Fujifilm Corp | 樹脂シートの製造方法 |
| JP2015131353A (ja) | 2014-01-09 | 2015-07-23 | 株式会社コベルコ科研 | 被加工物の切断方法 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH029735A (ja) * | 1988-06-27 | 1990-01-12 | Central Glass Co Ltd | 板ガラス間に介在する中間膜端部の切断除去方法ならびにその装置 |
| IT1230916B (it) * | 1988-06-27 | 1991-11-08 | Central Glass Co Ltd | Dispositivo e metodo per tagliare parte di bordo superfluo di interstrato di vetro laminato |
| JPH07164400A (ja) * | 1993-12-15 | 1995-06-27 | Nec Corp | ガラス基板の切断装置 |
| JP3095999B2 (ja) * | 1996-04-15 | 2000-10-10 | 株式会社ベルデックス | ガラスのスクライブ方法および装置 |
| JPH10175205A (ja) * | 1996-12-18 | 1998-06-30 | Murata Mfg Co Ltd | セラミック成形体の切断方法及びそれに用いる切断装置 |
| JPH10291084A (ja) * | 1997-04-17 | 1998-11-04 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 脆性材料のレーザ加工方法及び装置 |
| JP4063951B2 (ja) * | 1997-11-07 | 2008-03-19 | 株式会社ベルデックス | スクライブ用カッタ及びその製造方法並びにスクライブ装置 |
| DE19851353C1 (de) * | 1998-11-06 | 1999-10-07 | Schott Glas | Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden eines Laminats aus einem sprödbrüchigen Werkstoff und einem Kunststoff |
| JP2000247670A (ja) * | 1999-02-25 | 2000-09-12 | Seiko Epson Corp | ガラス基板の切断方法および切断用工具、切断装置並びに液晶装置の製造方法 |
| KR200376510Y1 (ko) * | 2004-11-03 | 2005-03-11 | 김무준 | 초음파를 이용한 유리 스크라이빙 장치 |
| KR200384199Y1 (ko) * | 2004-12-13 | 2005-05-12 | 씨티에스(주) | 초음파진동을 이용한 유리절단장치 |
| KR100916611B1 (ko) * | 2008-05-27 | 2009-09-14 | 주식회사 효광 | 절단 장치 및 절단 방법 |
| KR20150101628A (ko) * | 2014-02-27 | 2015-09-04 | 주식회사 소닉스 | 초음파 이용 고경도소재 형상 컷팅 장치 |
| JP6955194B2 (ja) * | 2017-06-23 | 2021-10-27 | 日本電気硝子株式会社 | ガラス物品の製造方法及びガラス物品の製造装置 |
-
2019
- 2019-10-10 JP JP2019186797A patent/JP7284682B2/ja active Active
-
2020
- 2020-09-21 TW TW109132549A patent/TW202124305A/zh unknown
- 2020-10-10 CN CN202011077241.8A patent/CN112645580A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002012436A (ja) | 2000-06-23 | 2002-01-15 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | ガラスの端面の処理方法、及び該処理方法により処理されたガラス |
| JP2004536759A (ja) | 2001-07-25 | 2004-12-09 | ヴラディミア シュテファノヴィッチ コンドラテンコ | もろい非金属材料を切る方法 |
| JP2008260679A (ja) | 2007-04-12 | 2008-10-30 | Semes Co Ltd | スクライブユニット及びこれを有するフラットパネルディスプレイ用パネルスクライブ装置、スクライブ方法及びこれを用いる基板製造方法 |
| JP2010058285A (ja) | 2008-09-01 | 2010-03-18 | Fujifilm Corp | 樹脂シートの製造方法 |
| JP2015131353A (ja) | 2014-01-09 | 2015-07-23 | 株式会社コベルコ科研 | 被加工物の切断方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021062982A (ja) | 2021-04-22 |
| TW202124305A (zh) | 2021-07-01 |
| CN112645580A (zh) | 2021-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI750008B (zh) | 包含包括兩個區域的應力輪廓之基於玻璃的製品及其製作方法 | |
| TWI794169B (zh) | 包含金屬氧化物濃度梯度之玻璃基物件、形成該物件之方法、及包含該物件之裝置 | |
| TWI814830B (zh) | 有改善掉落性能的玻璃 | |
| TWI739442B (zh) | 具有金屬氧化物濃度梯度之可熔融成形的玻璃基物件 | |
| TWI828959B (zh) | 含有金屬氧化物濃度梯度之玻璃以及玻璃陶瓷 | |
| TW202019851A (zh) | 具有改良破裂阻抗之玻璃基物件 | |
| TW202118744A (zh) | 包含金屬氧化物濃度梯度之玻璃基底物件 | |
| JP2019501101A (ja) | Ｓ字応力プロファイル及び生成方法 | |
| TW201641462A (zh) | 高強度、抗刮且透明的玻璃系材料 | |
| CN109071303B (zh) | 具有曲面形状的结晶化玻璃部件的制造方法 | |
| JP2009234856A (ja) | ガラス基材及びその製造方法 | |
| JP6327823B2 (ja) | 磁気ディスク用ガラス基板の製造方法及び円盤形状のガラス基板 | |
| JP7284682B2 (ja) | ガラスの割断方法及びガラス材料 | |
| She et al. | Scratch hardness of rare-earth substituted calcium aluminosilicate glasses | |
| WO2019017404A1 (ja) | 強化ガラス | |
| CN113544101A (zh) | 具有目标热膨胀系数的用于扇出型封装的玻璃载体及其制造方法 | |
| JP2014114473A (ja) | 平板型スパッタリングターゲットおよびその製造方法 | |
| CN116161876B (zh) | 化学强化玻璃及其制造方法 | |
| JP6435937B2 (ja) | 化学強化用ガラス板及び化学強化ガラス | |
| US11963320B2 (en) | Glass-based articles including a stress profile comprising two regions | |
| JP7004222B2 (ja) | 強化ガラス板、強化ガラス板の製造方法 | |
| JP2020193133A (ja) | 板ガラスの製造方法 | |
| JP2022548606A (ja) | 破壊抵抗性ガラス系物品 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220727 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230111 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230203 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230322 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230512 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230519 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7284682 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |