JPWO2018056121A1 - 強化ガラスの応力測定装置、強化ガラスの応力測定方法、強化ガラスの製造方法、強化ガラス - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1の実施の形態に係る応力測定装置を例示する図である。図1に示すように、応力測定装置1は、レーザ光源10と、偏光部材20と、偏光位相差可変部材30と、光供給部材40と、光変換部材50と、撮像素子60と、演算部70と、光波長選択部材80とを有する。
次に、図12及び図13を参照しながら測定のフローについて説明する。図12は、応力測定装置1の測定方法を例示するフローチャートである。図13は、応力測定装置1の演算部70の機能ブロックを例示する図である。
第1の実施の形態の変形例1では、第1の実施の形態とは構成の異なる応力測定装置の例を示す。なお、第1の実施の形態の変形例1において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第1の実施の形態の変形例2では、第1の実施の形態とは構成の異なる応力測定装置の他の例を示す。なお、第1の実施の形態の変形例2において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第1の実施の形態の変形例3では、第1の実施の形態とは構成の異なる偏光位相差可変部材の例を示す。なお、第1の実施の形態の変形例3において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第2の実施の形態では、第1の実施の形態に係る応力測定装置と組み合わせて用いる応力測定装置の例を示す。なお、第2の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
次に、図19及び図20を参照しながら測定のフローについて説明する。図19は、応力測定装置2の測定方法を例示するフローチャートである。図20は、応力測定装置2の演算部75の機能ブロックを例示する図である。
まず、事前に評価用データ導出を行う。具体的には、図31に示すように、ステップS660で1回目の化学強化を行う。そして、ステップS661で、DOL_TPよりもガラス深層側を応力測定装置1により測定する(1回目の測定)。続いて、ステップS662で2回目の化学強化を行う。そして、ステップS663で、DOL_TPよりもガラス深層側を応力測定装置1により測定する(2回目の測定)。そして、ステップS664で、ステップS661で得られた1回目の測定結果、ステップS663で得られた2回目の測定結果の一方又は双方に基づいて評価用データ(第1の応力分布)を導出する。
まず、ステップS653で得られた測定結果と、化学強化するガラスの板厚tと、図31のように求めた評価用データとに基づいて、DOL_TPよりもガラス表層側の応力分布(第2の応力分布)と、DOL_TPよりもガラス深層側の応力分布(第1の応力分布)とを合成する。例えば、図32のような結果が得られる。
実施例1では、2回の化学強化を行った強化ガラスの応力分布の特性値であるCS_TP(MPa)を、図28で説明した方法により同一サンプルについて3回導出し、評価時間と測定再現性を調べた。
第3の実施の形態では、光供給部材と強化ガラスとの間に液体を挟む例を示す。なお、第3の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第3の実施の形態の変形例では、光供給部材40と強化ガラス200との間に液体90を挟むための構造部の図36とは異なる例を示す。なお、第3の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第4の実施の形態では、強化ガラスの屈折率を考慮した応力測定方法の例を示す。なお、第4の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
光供給部材40の屈折率npと強化ガラス200の屈折率ngが同じであれば、光供給部材40中、強化ガラス200中も、これらのレーザの角度や、その関係は同じである。例えば、光供給部材40中、或いは強化ガラス200中のレーザのY軸回転角θ=15°、Z軸回転角φ=15°、強化ガラス200の屈折率ng=1.516で、光供給部材40の屈折率も強化ガラスと同じnp=1.516であれば、強化ガラス200中の入射面角ω=45°となり、入射余角Ψ=14.5°である。
以上の説明は、光供給部材40と強化ガラス200が同じ屈折率の場合であり、光供給部材40と強化ガラス200との境界面で屈折せずにレーザ光が進み、光供給部材40と強化ガラス200の中のレーザ光は平行である。しかし、実際には必ずしも光供給部材40と強化ガラス200の屈折率は同じではない。
第5の実施の形態では、ガラス厚みを測定する機能を備えた応力測定装置の例を示す。なお、第5の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
10 レーザ光源
15 光源
20、55 偏光部材
25、40、41 光供給部材
30、30A 偏光位相差可変部材
35、42 光取出し部材
40a 光供給部材の入射面
40b 光供給部材の出射面
40x、43x 窪み
40y、43y 溝
43 突起部
43e 外縁部
44 支持体
45、50、50A 光変換部材
60、60A、65 撮像素子
70、75 演算部
80、80A 光波長選択部材
90 液体
100 ランド部材
120 ガラス厚み測定装置
200 強化ガラス
210 強化ガラスの表面
215 観測面
220 強化ガラスの裏面
250 レーザ光の入射面
301 デジタルデータ記憶回路
302 クロック信号発生回路
303 DAコンバータ
304 電圧増幅回路
310 偏光位相差発生材料
311、313 固定治具
312 ピエゾ素子
701 輝度変化測定手段
702 位相変化算出手段
703 応力分布算出手段
751 位置測定手段
752 応力分布算出手段
753 合成手段
Claims (44)
- レーザ光の偏光位相差を、前記レーザ光の波長に対して1波長以上可変する偏光位相差可変部材と、
前記偏光位相差を可変されたレーザ光が強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を、所定の時間間隔で複数回撮像し、複数の画像を取得する撮像素子と、
前記複数の画像を用いて前記散乱光の周期的な輝度変化を測定し、前記輝度変化の位相変化を算出し、前記位相変化に基づき前記強化ガラスの表面からの深さ方向の応力分布を算出する演算部と、を有することを特徴とする、強化ガラスの応力測定装置。 - 前記偏光位相差可変部材が液晶素子であることを特徴とする、請求項1に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- 前記偏光位相差可変部材は、光弾性定数とヤング率とを乗じた値が0.1以上であって、加圧により前記偏光位相差を発生する透明部材であることを特徴とする、請求項1に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- 前記透明部材は、石英ガラス又はポリカーボネートであることを特徴とする、請求項3に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- 前記レーザ光の最小ビーム径の位置は、前記強化ガラスのイオン交換層内にあり、
前記最小ビーム径は、20μm以下であることを特徴とする、請求項1乃至4の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。 - 前記強化ガラスに入射する前記レーザ光の入射面が前記強化ガラスの表面に対して45±5°であることを特徴とする、請求項1乃至5の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- 前記偏光位相差が可変された前記レーザ光を、被測定体である強化ガラス内にガラス表面に対して斜めに入射させる光供給部材を有し、
前記強化ガラスに入射する前記レーザ光の入射面が前記強化ガラスの表面に対して45±5°になるように、前記光供給部材の前記レーザ光が入射する面の角度を設定したことを特徴とする、請求項6に記載の強化ガラスの応力測定装置。 - 前記偏光位相差が可変された前記レーザ光を、被測定体である強化ガラス内にガラス表面に対して斜めに入射させる光供給部材を有し、
前記光供給部材と前記強化ガラスとの間に、前記強化ガラスの屈折率との屈折率差が0.03以下である液体を備え、
前記液体の厚みは、10μm以上500μm以下であることを特徴とする、請求項1乃至7の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。 - 前記光供給部材の前記強化ガラスに接する面には、深さが10μm以上500μm以下の窪みが形成され、
前記窪み内に前記液体が充填されていることを特徴とする、請求項8に記載の強化ガラスの応力測定装置。 - 前記光供給部材の表面に、前記強化ガラスと接する突起部が設けられ、
前記突起部は、前記光供給部材を介して前記強化ガラス内に入射する前記レーザ光の光路の一部となり、
前記突起部の前記強化ガラスに接する側には、深さが10μm以上500μm以下の窪みが形成され、
前記窪み内に前記液体が充填されていることを特徴とする、請求項8に記載の強化ガラスの応力測定装置。 - 前記突起部は、前記光供給部材の表面に交換自在に保持されていることを特徴とする、請求項10に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- 前記窪みの周囲に平坦な外縁部が形成され、前記平坦な外縁部が前記強化ガラスと接する面となることを特徴とする、請求項10又は11に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- 前記窪みは、湾曲している部分を備えた面からなることを特徴とする、請求項9乃至12の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- 前記窪みの周囲に前記液体を排出する溝が形成されていることを特徴とする、請求項9乃至13の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- 前記光供給部材の屈折率と前記強化ガラスの屈折率とが異なる場合、
前記強化ガラスの屈折率を取得し、
前記強化ガラスの屈折率に基づいて求めた前記強化ガラス中の前記レーザ光の軌跡と、前記撮像素子で取得した前記レーザ光の画像との関係から、前記レーザ光が前記強化ガラスに入射する際の入射余角を導出し、
前記入射余角の値に基づいて、前記強化ガラスの表面からの深さ方向の応力分布を補正することを特徴とする、請求項9乃至14の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。 - 前記強化ガラスの屈折率は、前記撮像素子で取得した前記レーザ光の画像に基づいて導出することを特徴とする、請求項15に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- 前記強化ガラスの厚みが既知である場合、算出された前記応力分布及び前記強化ガラスの厚みに基づいて、応力バランスがとれるような前記強化ガラスの最表面の位相変化量を推定し、表面応力値を補正することを特徴とする、請求項1乃至16の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- 前記強化ガラスの厚みを測定する手段を備え、
前記応力分布及び前記強化ガラスの厚みを測定し、測定した前記強化ガラスの厚みに基づいて、前記強化ガラスの最表面の位相変化量を推定することを特徴とする、請求項1乃至17の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。 - 前記強化ガラスの前記レーザ光の出射側において、前記強化ガラス中の前記レーザ光が全反射の条件を満たしていることを特徴とする、請求項1乃至18の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- 前記強化ガラスの圧縮応力層を有する表面層内に、第2の光源からの光を入射させる第2の光供給部材と、
前記表面層内を伝播した光を、前記強化ガラスの外へ出射させる光取出し部材と、
前記光取出し部材を介して出射した光に含まれる、前記強化ガラスと前記光取出し部材との境界面に対して平行及び垂直に振動する二種の光成分を、夫々が2本以上の輝線を有する二種の輝線列に変換する光変換部材と、
前記二種の輝線列を撮像する第2の撮像素子と、
前記第2の撮像素子で得られた画像から前記二種の輝線列の夫々の2本以上の輝線の位置を測定する位置測定手段と、を有し、
前記演算部は、前記位置測定手段の測定結果に基づいて算出した前記二種の光成分に対応した前記強化ガラスの表面から深さ方向にわたる第1の領域の応力分布と、前記位相変化に基づいて算出した前記第1の領域以外の応力分布と、を合成することを特徴とする、請求項1乃至19の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。 - 前記レーザ光が前記撮像素子に入射する光路上に、前記レーザ光の波長+100nm以上と、−100nm以下の波長の光を50%以上透過させない光波長選択部材が挿入されていることを特徴とする、請求項1乃至20の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- レーザ光の偏光位相差を、前記レーザ光の波長に対して1波長以上可変する偏光位相差可変工程と、
前記偏光位相差を可変されたレーザ光が強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を、所定の時間間隔で複数回撮像し、複数の画像を取得する撮像工程と、
前記複数の画像を用いて前記散乱光の周期的な輝度変化を測定し、前記輝度変化の位相変化を算出し、前記位相変化に基づき前記強化ガラスの表面からの深さ方向の第1の応力分布を算出する演算工程と、を有することを特徴とする、強化ガラスの応力測定方法。 - 偏光位相差可変工程では、液晶素子により前記偏光位相差を可変することを特徴とする、請求項22に記載の強化ガラスの応力測定方法。
- P偏光及びS偏光の輝線の位置に基づいて各々の屈折率分布を算出し、前記P偏光と前記S偏光の屈折率分布差と強化ガラスの光弾性定数とに基づいて第2の応力分布を求める工程を備えたことを特徴とする、請求項22又は23に記載の強化ガラスの応力測定方法。
- 同じ製造工程で作られた複数の強化ガラスのうち、少なくとも1枚以上の強化ガラスについて、請求項24に記載の強化ガラスの応力測定方法で求めた前記第1の応力分布と前記第2の応力分布を合成して応力分布を得、残りの強化ガラスについて、前記第1の応力分布及び前記第2の応力分布の何れか一方のみを測定して応力分布を得ることを特徴とする、強化ガラスの応力測定方法。
- レーザ光の偏光位相差を、前記レーザ光の波長に対して1波長以上可変する偏光位相差可変工程と、前記偏光位相差を可変されたレーザ光が強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を、所定の時間間隔で複数回撮像し、複数の画像を取得する撮像工程と、前記複数の画像を用いて前記散乱光の周期的な輝度変化を測定し、前記輝度変化の位相変化を算出し、前記位相変化に基づき前記強化ガラスの表面からの深さ方向の第1の応力分布を算出する演算工程と、を有する強化ガラスの応力測定方法で得られた応力値から特性値を求め、特性値が管理値内に入っているか確認してから出荷判断をすることを特徴とする、強化ガラスの製造方法。
- 前記偏光位相差可変工程では、液晶素子により前記偏光位相差を可変することを特徴とする、請求項26に記載の強化ガラスの製造方法。
- P偏光及びS偏光の輝線の位置に基づいて各々の屈折率分布を算出し、前記P偏光と前記S偏光の屈折率分布差と強化ガラスの光弾性定数とに基づいて第2の応力分布を求める工程を備えたことを特徴とする、請求項26又は27に記載の強化ガラスの製造方法。
- 同じ製造工程で作られた複数の強化ガラスのうち、少なくとも1枚以上の強化ガラスについて、前記応力測定方法で求めた前記第1の応力分布と前記第2の応力分布を合成して応力分布を得、残りの強化ガラスについて、前記第1の応力分布及び前記第2の応力分布の何れか一方のみを測定して応力分布を得ることを特徴とする、請求項28に記載の強化ガラスの製造方法。
- リチウム含有ガラスを強化した強化ガラスを作製して該強化ガラスの出荷判断を行う強化工程を2回以上含み、
前記各強化工程は、前記応力測定方法で得られた前記第1の応力分布に基づいて前記出荷判断を行うことを特徴とする、請求項26又は27に記載の強化ガラスの製造方法。 - 最終回の前記強化工程では、前記応力測定方法がP偏光及びS偏光の輝線の位置に基づいて各々の屈折率分布を算出し、前記P偏光と前記S偏光の屈折率分布差と強化ガラスの光弾性定数とに基づいて第2の応力分布を求める工程を備え、前記応力測定方法で得られた第2の応力分布に基づいて出荷判断を行うことを特徴とする、請求項30に記載の強化ガラスの製造方法。
- 最終回を除く前記強化工程では、前記第1の応力分布から導出したガラス最深部における応力値(CT)、及び応力値がゼロになるガラス深さ(DOL_zero)に基づいて、前記出荷判断を行うことを特徴とする、請求項31に記載の強化ガラスの製造方法。
- 最終回の前記強化工程では、前記第2の応力分布を関数近似して、前記出荷判断を行うことを特徴とする、請求項31又は32に記載の強化ガラスの製造方法。
- 前記関数近似を下記の式(2)で行うことを特徴とする、請求項33に記載の強化ガラスの製造方法。
- 前記関数近似を下記の式(3)で行うことを特徴とする、請求項33に記載の強化ガラスの製造方法。
- 最終回を除く前記強化工程では、該強化工程で得られた第2の応力分布と、強化ガラスの板厚tと、事前に測定した同一条件の強化ガラスの第1の応力分布とを用いて、前記第1の応力分布と前記第2の応力分布を合成し、合成後の応力分布からガラス最深部における応力値(CT)を見つけて特性値を導出し、特性値が許容範囲に入っているか否かにより前記出荷判断を行うことを特徴とする、請求項31乃至35の何れか一項に記載の強化ガラスの製造方法。
- 最終回を除く前記強化工程では、該強化工程で得られた第2の応力分布と、強化ガラスの板厚tと、事前に測定した同一条件の強化ガラスの第1の応力分布とを用いて、前記第1の応力分布と前記第2の応力分布を合成し、合成後の応力分布の積分値がゼロになるガラス最深部における応力値(CT)を見つけて特性値を導出し、特性値が許容範囲に入っているか否かにより前記出荷判断を行うことを特徴とする、請求項31乃至36の何れか一項に記載の強化ガラスの製造方法。
- 最終回を除く前記強化工程では、該強化工程で得られた第2の応力分布と、強化ガラスの板厚tと、事前に測定した同一条件の強化ガラスの第1の応力分布とを用いて、前記第1の応力分布と前記第2の応力分布を合成し、合成後の応力分布を下記の式(5)で近似し、σ(x)の積分値(x=0〜t/2)がゼロになるガラス最深部における応力値(CT)を見つけて特性値を導出し、特性値が許容範囲に入っているか否かにより前記出荷判断を行うことを特徴とする、請求項31乃至36の何れか一項に記載の強化ガラスの製造方法。
- 前記CS0及びcを、事前に測定した同一条件の強化ガラスの第1の応力分布に基づいて導出することを特徴とする、請求項38に記載の強化ガラスの製造方法。
- 前記CS0及びcを、最終回の1回前の強化工程で得られた前記第1の応力分布から導出したCS0’及びc’並びに下記の式(6)及び式(7)に基づいて導出することを特徴とする、請求項38に記載の強化ガラスの製造方法。
- A1及びA2は、事前に測定した同一条件の強化ガラスの第1の応力分布に基づいて導出することを特徴とする、請求項40に記載の強化ガラスの製造方法。
- 請求項26乃至41の何れか一項に記載の強化ガラスの製造方法で製造されたことを特徴とする、強化ガラス。
- リチウムが2wt%以上含まれるガラスが化学強化されたことを特徴とする、請求項42に記載の強化ガラス。
- 風冷強化された後に化学強化されて製造されたことを特徴とする、請求項42に記載の強化ガラス。
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