ガラス板強化処理装置、ガラス板強化処理方法、および、ガラス板
【課題】ガラス面の非処理部の面積への影響を最小限に止め、ガラス板の形状によらず、均一かつ効率よくガラス板を強化処理できるガラス板強化処理装置、ガラス板強化処理方法、および、ガラス板を提供すること。
【解決手段】この発明のガラス板強化処理装置は、ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける手段と、前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する手段と、前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる手段とを備える。
【解決手段】この発明のガラス板強化処理装置は、ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける手段と、前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する手段と、前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガラス板の切断部に生じるマイクロクラック等の傷を原因とするガラス板の破損を防止するために、ガラス板の切断部を強化処理するガラス板強化処理装置、ガラス板強化処理方法、および、ガラス板に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラットディスプレイや自動車の窓ガラスに使用されるガラス板は、例えば以下の方法で製造される。
まず、用途に合わせた組成になるように調合した原料を加熱炉で溶融する。次に、溶融した原料からフロート法やフュージョン法、ダウンドロー法等の方法により所望の厚さのガラス素板を製造する。さらに超鋼刃の切断機やレーザ切断機などを用い、ガラス素板を用途に合わせた所望の大きさに切断する。
こうして作製されたガラス板の切断面の表面は粗く、また切断時の熱や歪みによる応力によって切断部にはマイクロクラック等の傷が多数存在する。
【０００３】
そのため、ガラス板の取扱中に切断部に僅かな衝撃が加わっただけで、マイクロクラック等の傷を基点とする割れが生じ、ガラス板が破損し易い。また、切断部付近の残留応力により、加工後に破壊が発生することもある。
こうした不具合による歩留まり低下を防止するために、砥石等を用いてガラス板の端面を面取りする仕上げ加工を行っている。
【０００４】
一方、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板は、大型化と軽量化のための薄型化が進んでおり、自動車の窓ガラスにおいても強度を確保しつつ、広い視野や景観性も確保するために大型化が進められている。
【０００５】
大型のガラス板は、自重による大きな曲げ応力を受けることと、取扱の困難さから、微小な傷やマイクロクラックが含まれていると熱処理工程や完成品の輸送中あるいは製造工程中において破損が生じる可能性があり、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の完成品の歩留まりを低下させる要因になり得る。
そのため、ガラス板の強度を向上させる処理は不可欠であり、ガラス添加剤を拡散・注入することによってガラス板の強度を増大させる方法である化学強化法が採り入れられている。
【０００６】
図４は、一般的なガラス板の化学強化法の概略を説明するための図である。
図４において、ガラス素板から所望の大きさに切断されたガラス板１は、搬送されて強化剤溶液水槽２に浸せきされる。
強化剤溶液水槽２内部ではクランプされて上方から強化剤溶液中に沈められるか、もしくは、ベルトコンベア状の搬送装置で所定の時間ガラス板１を浸せきする。この時に強化剤溶液の濃度や温度を均一にするため、ガラス板１を上下に振動させたり、一定の液流を溶液に加えることがある。
【０００７】
ガラス板１を強化剤溶液に所定時間浸せきさせた後、ガラス板１を引き上げ、ヒータや温風３を吹き付けてガラス板１を乾燥させる。この時、ガラス板１の表面温度をガラスの溶融点近傍（６００〜９００℃）まで加熱することにより、強化剤溶液の成分をガラス板１の表面に拡散浸透させ、ガラス板１の表面に組成の異なる層を作り出すことによりガラス板１を強化している（例えば、特許文献１ないし６参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２３３９４９号公報
【特許文献２】特開２００１−２６１３５５号公報
【特許文献３】特開２００２−１７４８１０号公報
【特許文献４】特開２００３−１３７６０６号公報
【特許文献５】特開２００３−１４６７０４号公報
【特許文献６】特開２００３−１６５７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ガラスの機械的強度を向上させる方法として、従来５００メッシュ以下の固定した砥粒からなる研削ホイールにより、砥粒を細かいものに交換しながら研削する多段階加工を行って、ガラス板端部の傷を低減する研磨処理が行われていたが、下記のような課題が生じていた。
作業員の経験に頼る多段階加工であるため、歩留まりを低下させコストアップが生じていた。
作業員の経験に頼る作業であるため、処理時間の短縮が困難であり、大面積のガラス板の処理が困難であった。
研磨処理中にガラス板にマイクロクラックや熱歪みが生じる可能性があり、破損による歩留まりの低下を招く可能性があった。
【００１０】
また、ガラス板の化学強化法では、所定の元素を含むアルカリ性の粘調な溶液の入った水槽にガラス板を浸せきさせた後に引き上げ、乾燥させてから電気炉内でガラス溶融点付近の高温で熱処理して、ガラス表面に圧縮層を形成してガラスの強度を増大させていたが、このようにガラス全体を溶液に浸せきする化学強化法では、下記のような課題が生じていた。
【００１１】
ガラス板の表面全体を処理するために、乾燥のための熱処理工程の管理が厳密で、処理時間の短縮化が困難であった。
フラットパネルディスプレイ等の光学用に使われるガラス板の場合は、化学強化に用いる溶液によって表面の一部もしくは全体から強化剤の成分が拡散・注入され、ガラス本来の組成と異なる層を表面に形成するため、透過率、屈折率、熱膨張率等のガラス板の特性に悪影響を与える場合があった。
ゲル状の粘調な強化剤溶液をガラス表面に部分的に塗布することはできるが、極端部に塗布することが困難であり、その上、処理部分と未処理部分との境界で強化剤から拡散・注入される成分の濃度差が大きくなるため、熱膨張率の違いにより、熱処理工程後に破損して歩留まりが低下し易くなっていた。
【００１２】
さらに、化学強化法では、強化剤の成分はガラス板を強化剤溶液に浸せきさせている間にガラスに拡散・注入するのではなく、熱処理工程を行うことにより、初めてガラス中に拡散・注入する。従って、端部のみを処理する場合に、熱処理のためのガラス板の処理工程において、ガラス板を水平に搬送する場合は上面と下面で強化剤濃度にばらつきが生じ、また、ガラス板を立てて搬送する場合は、立てられたガラス板の上側の端部と下側の端部、および、立てられたガラス板の側面の上側と下側で、強化剤濃度のばらつきが生じるという課題があった。
【００１３】
また、熱処理のための搬送中に、強化剤を塗布したガラス板から強化剤が滴下するおそれがあり、必要かつ適切な量の強化剤を塗布することが困難であるという課題もあった。
さらに、強化剤濃度のばらつきによりガラス板全体における熱膨張率・収縮率が不均一になり、熱処理工程もしくはその後の処理工程において、ガラス板内部に歪みが生じてガラス板が破損するおそれがあるという課題があった。
このような理由から、ガラス板の端部を部分的に強化することは困難であった。
【００１４】
以上の強化剤濃度のばらつきに起因して熱膨張率・収縮率が不均一になることにより発生するガラス板の破損を防止すべく、粘度の高いゲル状の強化剤を用いてガラス板の端部を部分的に強化する方法もあったが、端部のみではなくガラス板の表面の端から幅１０ｍｍ以上の幅広い範囲に強化剤を塗布することになり、フラットパネルディスプレイの表示面積や自動車用窓ガラスの視野を狭めてしまうという課題があった。また、熱処理中にガラス板内部に強化剤が拡散する範囲が限られているため、処理部分と未処理部分との添加成分の濃度差が境界付近で大きくなり、熱膨張率・収縮率が不均一になる、あるいは、通常の化学強化法よりも熱処理時間を長く取ることによる生産性の低下が生じるという課題があった。
さらに、ガラス板への強化剤の均一な塗布には、熟練した作業者の経験に頼るところが多く、凹凸のある形状や複雑な形状のガラス板には適用できないという課題があった。
【００１５】
この発明は、上述のような従来のガラス板の化学強化法の課題を解決するためになされたもので、塗布する強化剤の溶液あるいは粉末状の強化剤をガラス板の表面に吹き付けながら処理部にレーザ光あるいは加熱用ランプの光を照射することにより、ガラス面の非処理部の面積への影響を最小限に止め、ガラス板の形状によらず、均一かつ効率よくガラス板を強化処理できるガラス板強化処理装置、ガラス板強化処理方法、および、ガラス板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明のガラス板強化処理装置は、ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける手段と、前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する手段と、前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる手段とを備える。
【００１７】
この発明のガラス板強化処理方法は、ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける工程と、前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する工程と、前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる工程とを備える。
【００１８】
また、前記強化剤としてアルカリ成分を含有しない強化剤を用いる。
【００１９】
この発明のガラス板は、切断部に吹き付けられる強化剤を加熱用光で加熱し、切断部に強化剤の成分を拡散・注入することにより前記切断部に形成された強化層を備える。
【発明の効果】
【００２０】
この発明のガラス板強化処理装置は、ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける手段と、前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する手段と、前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる手段とを備えるので、処理部と非処理部との間にガラス組成の境界部分が生じず、ガラス内部の強化組成の濃度分布が勾配を持って連続的に変化するので、強化処理によってガラス板の内部に歪みが生じ難く、新たなクラックやマイクロクラックの発生を抑制できる。また、大型のガラスを処理する場合でも、大型の設備を備える必要がなく、処理時間の短縮とエネルギの節約、さらに、使用する強化剤の量を削減できて排気量が減るという対環境面の効果がある。
【００２１】
この発明のガラス板強化処理方法は、ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける工程と、前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する工程と、前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる工程とを備えるので、強化処理によってガラス板の内部に歪みが生じ難く、新たなクラックやマイクロクラックの発生を抑制できる。また、大型のガラスを処理する場合でも、大型の設備を備える必要がなく、処理時間の短縮とエネルギの節約、さらに、使用する強化剤の量を削減できて排気量が減るという対環境面の効果がある。
【００２２】
また、前記強化剤としてアルカリ成分を含有しない強化剤を用いるので、ガラス基板の耐熱性を確保することができる。
【００２３】
この発明のガラス板は、切断部に吹き付けられる強化剤を加熱用光で加熱し、切断部に強化剤の成分を拡散・注入することにより前記切断部に形成された強化層を備えるので、強化処理によってガラス板の内部に歪みが生じ難く、新たなクラックやマイクロクラックの発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の一実施形態に係るガラス板強化処理装置、ガラス板強化処理方法およびガラス板について図を用いて説明する。
この発明のガラス板強化処理装置では、レーザ発振装置もしくはハロゲンランプを加熱光源として、照射光の直径を３ｍｍ以下に絞っている。アルカリ成分を含有しない強化剤溶液もしくは微粉末状の強化剤をガラス板の処理部に吹き付けながら、照射光によりガラス板の端部をガラスの融点近傍にまで加熱することにより、光が照射されることにより加熱されている直径約１〜数ｍｍの範囲内で、強化剤溶液や粉末状強化剤を溶融し、基材のガラス板に拡散させる。このため、大型のガラス板であっても強化処理面積を狭小に抑えることができる。
【００２５】
図１は、この発明のガラス板強化処理装置の概略的な構成と、ガラス板の処理の様子を概略的に示す図である。
図１（ａ）は、強化処理の対象となるガラス板１を垂直に引き上げながら化学強化処理する場合の装置構成と処理の様子を概略的に示す図である。
図１（ｂ）は、強化処理の対象となるガラス板１を水平に移動させながら化学強化処理する場合の装置構成と処理の様子を概略的に示す図である。
図１（ｃ）は、ガラスの切断によってマイクロクラックが特に発生しやすい角部分を処理するために、複数の噴霧ノズルを用いて、強化処理の対象となるガラス板１を垂直に引き上げながら化学強化処理する場合の装置構成と処理の様子を概略的に示す図である。
【００２６】
なお、図１（ａ）ないし図１（ｃ）では、説明の便宜上、ガラス板を移動させる装置を省略するが、このような装置としては、ガラス板の表面をローラで保持しつつ搬送可能な搬送装置を用いればよい。ローラによるガラス板の保持の仕方としては、図１（ａ）及び図１（ｃ）のように、ガラス板を上下方向に移動させる場合は、ガラス板の両面をローラで挟めばよい。ガラス板を移動させる場合は、ローラを回転させればよい。また、図１（ｂ）のようにガラス板を水平に移動させる場合は、ガラス板をローラの上に載せればよい。ガラス板を移動させる場合は、ローラを回転させればよい。
【００２７】
図１（ａ）ないし図１（ｃ）において、強化剤溶液を貯容するタンク４は、その内部に必要に応じて強化剤溶液を撹拌する羽根５が取り付けられる。タンク４内の強化剤溶液は、ポンプ６によってホースもしくはパイプの先端に取り付けられたノズル７から霧化されてガラス板１の切断部の処理部に吹き付けられる。強化剤が吹き付けられる処理部には、例えばＹＡＧレーザもしくはＣＯ２レーザ等の赤外線レーザ光またはハロゲン光を発する光源８から、レーザ光またはハロゲン光が照射される。
【００２８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）の場合は、ガラス板１の切断面に垂直な方向からノズル７で強化剤を噴霧すると共に、照射光を当てるのが好ましい。この場合、例えばガラス板の厚さが１ｍｍだとすると、０．５ｍｍの孔を有するノズル７と１ｍｍ〜数ｍｍの照射光を照射する光源８を用いることにより、ガラス板の切断面および表面の端から数ｍｍの領域を強化処理できる。
図１（ｃ）の場合は、ガラス板１の表裏面と切断面との各角に斜めの方向からノズル７で強化剤を噴霧すると共に、切断面に垂直な方向から照射光を当てるのが好ましい。これにより、ガラス板の切断面および表面の端から数ｍｍの領域を強化処理できる。
【００２９】
なお、図１（ａ）では、ガラス板１は、図示しない搬送装置により、垂直方向（図中の矢印方向）に引き下げられる。また、図１（ｂ）では、ガラス板１は、図示しない搬送装置により、水平方向（図中の矢印方向）に移動される。また、図１（ｃ）では、図示しない搬送装置により、垂直方向（図中の矢印方向）に引き下げられる。
また、ガラス板１の切断部とは、切断面またはその付近を意味し、切断面とガラス板の表面との角部（図１（ｃ）で処理する部分）だけを意味する場合も含むものとする。
また、切断部の処理部とは、切断面に沿って存在する切断部のうち、強化材を吹き付けると共に照射光を照射して強化処理を行っている部分のことをいう。
【００３０】
ガラス板１の処理部に強化剤溶液が吹き付けられると、同時にその処理部にはレーザ光もしくはハロゲン光が照射されて加熱されるので、ガラス板１の処理部で強化剤が深さ方向に拡散・注入される。こうして処理部の表面から所定の深さまで強化処理層が形成される。
【００３１】
照射光による加熱温度および加熱時間は、ガラス板１の材質によって調節する必要があるが、６５０℃から９００℃のガラスの溶融点近傍に設定すればよい。加熱処理後はガラスの溶融点より１００〜１５０℃低い温度もしくは所定の徐冷温度付近まで、照射光の出力を連続的に変化させて毎分５０℃以下の速度でガラス板１を冷却し、さらに、その後は自然冷却させる。
【００３２】
図２は、本発明のガラス板強化処理装置により強化処理を行った試料の分析結果を示す図である。
この図２は、長さを半分に切断した顕微鏡用スライドガラス（長さ４０ｍｍ×幅２６ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を図１（ｂ）に示すように図示しない搬送装置の上に水平に設置し、２ｋＷのハロゲン集光ランプを光源８として用いてガラス板１の表面を７５０℃に加熱して強化処理を行い、この試料に対して、電子線マイクロアナライザを用い、ガラス板の切断面から深さ０．５ｍｍの部分と、ガラス板１の中心部におけるＴｉ、Ｓｉ、Ｃａの濃度を分析した結果を示している。
【００３３】
図２において、化学強化剤に含まれないＣａの濃度はいずれにおいても低濃度なのでガラス板の融点を低下させることなく、耐熱性を確保できていることが分かる。また、化学強化剤に含まれるが主成分ではないＳｉの濃度も切断面近傍と中心部で差はなく、Ｔｉは濃度が約５％増加している。従って、この化学強化法によりＴｉ元素がガラス板の内部に拡散・注入されてガラス板が強化されていることが分かる。
【００３４】
図３は、本発明のガラス板強化処理装置により強化処理を行った試料の強度の測定結果を示す図である。
図３において、強化処理した顕微鏡観察用スライドガラス（４０ｍｍ×２６ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を使用して４点曲げ強度を測定した結果から、強化処理前のガラス板よりも強化処理後のガラス板の方が４点曲げ強度が向上していることが分かる。
【００３５】
ここで、強化剤溶液もしくは微粉末の強化剤としては、Ｔｉ２Ｏ３を６０％以上含有してＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３からなる組成、もしくはチタン化合物の水溶性、すなわち塩化チタンやチタン酸テトライソプロピルを用いる。
強化剤溶液もしくは粉末強化剤は、ガラス板１の強化すべき部分（処理部）に塗布するのではなく、直径０．５ｍｍ以下のノズルからガラス板の強化すべき部分に噴霧する。
【００３６】
噴霧された強化剤溶液もしくは粉末強化剤は、ガラス板１に付着する直前、あるいは、付着する際または付着した後に、照射光のエネルギを吸収することにより加熱され、高温度の液滴状態になる。さらに、ガラス板１の処理部の表面は、照射光によって加熱されることにより、ガラスの溶融点以上の高温に加熱され、その処理部分のガラスが部分的に溶融するので、強化剤がガラス板１の表面に付着すると、強化剤が溶融したガラスに溶解し、ガラス板１の表面内部に拡散する。
【００３７】
この処理部分は、図１（ａ）ないし（ｃ）に示すように、図示しないガラス板の搬送装置を駆動してガラス板１を走査することにより、強化処理すべき部分を連続的に処理できるので、従来のようにガラス全体を加熱する必要はなく、また、強化剤溶液に浸せきさせる必要もなく、所望の処理部分のみのガラスの組成を変化させてガラス板を強化させることができる。
【００３８】
また、噴霧により強化剤溶液もしくは粉末強化剤をガラス表面に供給するため、強化剤の成分は、噴霧領域の中心では高濃度に、噴霧領域の端では低濃度になり、しかもその濃度変化は連続的な勾配を有する。
従って、処理部と非処理部との間に強化剤濃度の明確な境界が生じず、連続的な濃度勾配を持つ濃度分布が生じるため、ガラス板１の内部で熱膨張率や収縮率の急激な差異による歪みが生じることがなく、化学強化処理の加熱工程において、ガラス板１の内部の歪みを大きくしてクラックやマイクロクラックが生じることを抑制することができる。
【００３９】
また、このように強化剤を霧化してガラス板に吹き付けるので、ガラス板１の端部のみを強化処理することもできる。
さらに、照射光の照射面の直径を約１ｍｍ〜数ｍｍ程度に設定するので、ガラス板１の表面の端部から数ｍｍの幅で溶融して強化剤をガラス中に拡散させることができ、フラットパネルディスプレイの表示面積や自動車用窓ガラスの視野を狭めることなくガラスの強度を向上させることができる。
【００４０】
なお、上述の説明では、ガラス板１を搬送装置で移動させながらガラス板１の切断部を強化処理する形態について説明したが、ガラス板１とノズル７及び光源８とがガラス板１の切断部に沿って相対的に移動すればよいので、ガラス板１を固定しておいて、ノズル７と光源８を移動させるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明のガラス板強化処理装置の概略的な構成と、ガラス板の処理の様子を概略的に示す図である。
【図２】本発明のガラス板強化処理装置により強化処理を行った試料の分析結果を示す図である。
【図３】本発明のガラス板強化処理装置により強化処理を行った試料の強度の測定結果を示す図である。
【図４】一般的なガラス板の化学強化法の概略を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ ガラス板、４ タンク、５ 羽根、６ ポンプ、７ ノズル、８ 光源。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガラス板の切断部に生じるマイクロクラック等の傷を原因とするガラス板の破損を防止するために、ガラス板の切断部を強化処理するガラス板強化処理装置、ガラス板強化処理方法、および、ガラス板に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラットディスプレイや自動車の窓ガラスに使用されるガラス板は、例えば以下の方法で製造される。
まず、用途に合わせた組成になるように調合した原料を加熱炉で溶融する。次に、溶融した原料からフロート法やフュージョン法、ダウンドロー法等の方法により所望の厚さのガラス素板を製造する。さらに超鋼刃の切断機やレーザ切断機などを用い、ガラス素板を用途に合わせた所望の大きさに切断する。
こうして作製されたガラス板の切断面の表面は粗く、また切断時の熱や歪みによる応力によって切断部にはマイクロクラック等の傷が多数存在する。
【０００３】
そのため、ガラス板の取扱中に切断部に僅かな衝撃が加わっただけで、マイクロクラック等の傷を基点とする割れが生じ、ガラス板が破損し易い。また、切断部付近の残留応力により、加工後に破壊が発生することもある。
こうした不具合による歩留まり低下を防止するために、砥石等を用いてガラス板の端面を面取りする仕上げ加工を行っている。
【０００４】
一方、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板は、大型化と軽量化のための薄型化が進んでおり、自動車の窓ガラスにおいても強度を確保しつつ、広い視野や景観性も確保するために大型化が進められている。
【０００５】
大型のガラス板は、自重による大きな曲げ応力を受けることと、取扱の困難さから、微小な傷やマイクロクラックが含まれていると熱処理工程や完成品の輸送中あるいは製造工程中において破損が生じる可能性があり、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の完成品の歩留まりを低下させる要因になり得る。
そのため、ガラス板の強度を向上させる処理は不可欠であり、ガラス添加剤を拡散・注入することによってガラス板の強度を増大させる方法である化学強化法が採り入れられている。
【０００６】
図４は、一般的なガラス板の化学強化法の概略を説明するための図である。
図４において、ガラス素板から所望の大きさに切断されたガラス板１は、搬送されて強化剤溶液水槽２に浸せきされる。
強化剤溶液水槽２内部ではクランプされて上方から強化剤溶液中に沈められるか、もしくは、ベルトコンベア状の搬送装置で所定の時間ガラス板１を浸せきする。この時に強化剤溶液の濃度や温度を均一にするため、ガラス板１を上下に振動させたり、一定の液流を溶液に加えることがある。
【０００７】
ガラス板１を強化剤溶液に所定時間浸せきさせた後、ガラス板１を引き上げ、ヒータや温風３を吹き付けてガラス板１を乾燥させる。この時、ガラス板１の表面温度をガラスの溶融点近傍（６００〜９００℃）まで加熱することにより、強化剤溶液の成分をガラス板１の表面に拡散浸透させ、ガラス板１の表面に組成の異なる層を作り出すことによりガラス板１を強化している（例えば、特許文献１ないし６参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２３３９４９号公報
【特許文献２】特開２００１−２６１３５５号公報
【特許文献３】特開２００２−１７４８１０号公報
【特許文献４】特開２００３−１３７６０６号公報
【特許文献５】特開２００３−１４６７０４号公報
【特許文献６】特開２００３−１６５７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ガラスの機械的強度を向上させる方法として、従来５００メッシュ以下の固定した砥粒からなる研削ホイールにより、砥粒を細かいものに交換しながら研削する多段階加工を行って、ガラス板端部の傷を低減する研磨処理が行われていたが、下記のような課題が生じていた。
作業員の経験に頼る多段階加工であるため、歩留まりを低下させコストアップが生じていた。
作業員の経験に頼る作業であるため、処理時間の短縮が困難であり、大面積のガラス板の処理が困難であった。
研磨処理中にガラス板にマイクロクラックや熱歪みが生じる可能性があり、破損による歩留まりの低下を招く可能性があった。
【００１０】
また、ガラス板の化学強化法では、所定の元素を含むアルカリ性の粘調な溶液の入った水槽にガラス板を浸せきさせた後に引き上げ、乾燥させてから電気炉内でガラス溶融点付近の高温で熱処理して、ガラス表面に圧縮層を形成してガラスの強度を増大させていたが、このようにガラス全体を溶液に浸せきする化学強化法では、下記のような課題が生じていた。
【００１１】
ガラス板の表面全体を処理するために、乾燥のための熱処理工程の管理が厳密で、処理時間の短縮化が困難であった。
フラットパネルディスプレイ等の光学用に使われるガラス板の場合は、化学強化に用いる溶液によって表面の一部もしくは全体から強化剤の成分が拡散・注入され、ガラス本来の組成と異なる層を表面に形成するため、透過率、屈折率、熱膨張率等のガラス板の特性に悪影響を与える場合があった。
ゲル状の粘調な強化剤溶液をガラス表面に部分的に塗布することはできるが、極端部に塗布することが困難であり、その上、処理部分と未処理部分との境界で強化剤から拡散・注入される成分の濃度差が大きくなるため、熱膨張率の違いにより、熱処理工程後に破損して歩留まりが低下し易くなっていた。
【００１２】
さらに、化学強化法では、強化剤の成分はガラス板を強化剤溶液に浸せきさせている間にガラスに拡散・注入するのではなく、熱処理工程を行うことにより、初めてガラス中に拡散・注入する。従って、端部のみを処理する場合に、熱処理のためのガラス板の処理工程において、ガラス板を水平に搬送する場合は上面と下面で強化剤濃度にばらつきが生じ、また、ガラス板を立てて搬送する場合は、立てられたガラス板の上側の端部と下側の端部、および、立てられたガラス板の側面の上側と下側で、強化剤濃度のばらつきが生じるという課題があった。
【００１３】
また、熱処理のための搬送中に、強化剤を塗布したガラス板から強化剤が滴下するおそれがあり、必要かつ適切な量の強化剤を塗布することが困難であるという課題もあった。
さらに、強化剤濃度のばらつきによりガラス板全体における熱膨張率・収縮率が不均一になり、熱処理工程もしくはその後の処理工程において、ガラス板内部に歪みが生じてガラス板が破損するおそれがあるという課題があった。
このような理由から、ガラス板の端部を部分的に強化することは困難であった。
【００１４】
以上の強化剤濃度のばらつきに起因して熱膨張率・収縮率が不均一になることにより発生するガラス板の破損を防止すべく、粘度の高いゲル状の強化剤を用いてガラス板の端部を部分的に強化する方法もあったが、端部のみではなくガラス板の表面の端から幅１０ｍｍ以上の幅広い範囲に強化剤を塗布することになり、フラットパネルディスプレイの表示面積や自動車用窓ガラスの視野を狭めてしまうという課題があった。また、熱処理中にガラス板内部に強化剤が拡散する範囲が限られているため、処理部分と未処理部分との添加成分の濃度差が境界付近で大きくなり、熱膨張率・収縮率が不均一になる、あるいは、通常の化学強化法よりも熱処理時間を長く取ることによる生産性の低下が生じるという課題があった。
さらに、ガラス板への強化剤の均一な塗布には、熟練した作業者の経験に頼るところが多く、凹凸のある形状や複雑な形状のガラス板には適用できないという課題があった。
【００１５】
この発明は、上述のような従来のガラス板の化学強化法の課題を解決するためになされたもので、塗布する強化剤の溶液あるいは粉末状の強化剤をガラス板の表面に吹き付けながら処理部にレーザ光あるいは加熱用ランプの光を照射することにより、ガラス面の非処理部の面積への影響を最小限に止め、ガラス板の形状によらず、均一かつ効率よくガラス板を強化処理できるガラス板強化処理装置、ガラス板強化処理方法、および、ガラス板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明のガラス板強化処理装置は、ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける手段と、前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する手段と、前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる手段とを備える。
【００１７】
この発明のガラス板強化処理方法は、ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける工程と、前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する工程と、前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる工程とを備える。
【００１８】
また、前記強化剤としてアルカリ成分を含有しない強化剤を用いる。
【００１９】
この発明のガラス板は、切断部に吹き付けられる強化剤を加熱用光で加熱し、切断部に強化剤の成分を拡散・注入することにより前記切断部に形成された強化層を備える。
【発明の効果】
【００２０】
この発明のガラス板強化処理装置は、ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける手段と、前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する手段と、前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる手段とを備えるので、処理部と非処理部との間にガラス組成の境界部分が生じず、ガラス内部の強化組成の濃度分布が勾配を持って連続的に変化するので、強化処理によってガラス板の内部に歪みが生じ難く、新たなクラックやマイクロクラックの発生を抑制できる。また、大型のガラスを処理する場合でも、大型の設備を備える必要がなく、処理時間の短縮とエネルギの節約、さらに、使用する強化剤の量を削減できて排気量が減るという対環境面の効果がある。
【００２１】
この発明のガラス板強化処理方法は、ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける工程と、前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する工程と、前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる工程とを備えるので、強化処理によってガラス板の内部に歪みが生じ難く、新たなクラックやマイクロクラックの発生を抑制できる。また、大型のガラスを処理する場合でも、大型の設備を備える必要がなく、処理時間の短縮とエネルギの節約、さらに、使用する強化剤の量を削減できて排気量が減るという対環境面の効果がある。
【００２２】
また、前記強化剤としてアルカリ成分を含有しない強化剤を用いるので、ガラス基板の耐熱性を確保することができる。
【００２３】
この発明のガラス板は、切断部に吹き付けられる強化剤を加熱用光で加熱し、切断部に強化剤の成分を拡散・注入することにより前記切断部に形成された強化層を備えるので、強化処理によってガラス板の内部に歪みが生じ難く、新たなクラックやマイクロクラックの発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の一実施形態に係るガラス板強化処理装置、ガラス板強化処理方法およびガラス板について図を用いて説明する。
この発明のガラス板強化処理装置では、レーザ発振装置もしくはハロゲンランプを加熱光源として、照射光の直径を３ｍｍ以下に絞っている。アルカリ成分を含有しない強化剤溶液もしくは微粉末状の強化剤をガラス板の処理部に吹き付けながら、照射光によりガラス板の端部をガラスの融点近傍にまで加熱することにより、光が照射されることにより加熱されている直径約１〜数ｍｍの範囲内で、強化剤溶液や粉末状強化剤を溶融し、基材のガラス板に拡散させる。このため、大型のガラス板であっても強化処理面積を狭小に抑えることができる。
【００２５】
図１は、この発明のガラス板強化処理装置の概略的な構成と、ガラス板の処理の様子を概略的に示す図である。
図１（ａ）は、強化処理の対象となるガラス板１を垂直に引き上げながら化学強化処理する場合の装置構成と処理の様子を概略的に示す図である。
図１（ｂ）は、強化処理の対象となるガラス板１を水平に移動させながら化学強化処理する場合の装置構成と処理の様子を概略的に示す図である。
図１（ｃ）は、ガラスの切断によってマイクロクラックが特に発生しやすい角部分を処理するために、複数の噴霧ノズルを用いて、強化処理の対象となるガラス板１を垂直に引き上げながら化学強化処理する場合の装置構成と処理の様子を概略的に示す図である。
【００２６】
なお、図１（ａ）ないし図１（ｃ）では、説明の便宜上、ガラス板を移動させる装置を省略するが、このような装置としては、ガラス板の表面をローラで保持しつつ搬送可能な搬送装置を用いればよい。ローラによるガラス板の保持の仕方としては、図１（ａ）及び図１（ｃ）のように、ガラス板を上下方向に移動させる場合は、ガラス板の両面をローラで挟めばよい。ガラス板を移動させる場合は、ローラを回転させればよい。また、図１（ｂ）のようにガラス板を水平に移動させる場合は、ガラス板をローラの上に載せればよい。ガラス板を移動させる場合は、ローラを回転させればよい。
【００２７】
図１（ａ）ないし図１（ｃ）において、強化剤溶液を貯容するタンク４は、その内部に必要に応じて強化剤溶液を撹拌する羽根５が取り付けられる。タンク４内の強化剤溶液は、ポンプ６によってホースもしくはパイプの先端に取り付けられたノズル７から霧化されてガラス板１の切断部の処理部に吹き付けられる。強化剤が吹き付けられる処理部には、例えばＹＡＧレーザもしくはＣＯ２レーザ等の赤外線レーザ光またはハロゲン光を発する光源８から、レーザ光またはハロゲン光が照射される。
【００２８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）の場合は、ガラス板１の切断面に垂直な方向からノズル７で強化剤を噴霧すると共に、照射光を当てるのが好ましい。この場合、例えばガラス板の厚さが１ｍｍだとすると、０．５ｍｍの孔を有するノズル７と１ｍｍ〜数ｍｍの照射光を照射する光源８を用いることにより、ガラス板の切断面および表面の端から数ｍｍの領域を強化処理できる。
図１（ｃ）の場合は、ガラス板１の表裏面と切断面との各角に斜めの方向からノズル７で強化剤を噴霧すると共に、切断面に垂直な方向から照射光を当てるのが好ましい。これにより、ガラス板の切断面および表面の端から数ｍｍの領域を強化処理できる。
【００２９】
なお、図１（ａ）では、ガラス板１は、図示しない搬送装置により、垂直方向（図中の矢印方向）に引き下げられる。また、図１（ｂ）では、ガラス板１は、図示しない搬送装置により、水平方向（図中の矢印方向）に移動される。また、図１（ｃ）では、図示しない搬送装置により、垂直方向（図中の矢印方向）に引き下げられる。
また、ガラス板１の切断部とは、切断面またはその付近を意味し、切断面とガラス板の表面との角部（図１（ｃ）で処理する部分）だけを意味する場合も含むものとする。
また、切断部の処理部とは、切断面に沿って存在する切断部のうち、強化材を吹き付けると共に照射光を照射して強化処理を行っている部分のことをいう。
【００３０】
ガラス板１の処理部に強化剤溶液が吹き付けられると、同時にその処理部にはレーザ光もしくはハロゲン光が照射されて加熱されるので、ガラス板１の処理部で強化剤が深さ方向に拡散・注入される。こうして処理部の表面から所定の深さまで強化処理層が形成される。
【００３１】
照射光による加熱温度および加熱時間は、ガラス板１の材質によって調節する必要があるが、６５０℃から９００℃のガラスの溶融点近傍に設定すればよい。加熱処理後はガラスの溶融点より１００〜１５０℃低い温度もしくは所定の徐冷温度付近まで、照射光の出力を連続的に変化させて毎分５０℃以下の速度でガラス板１を冷却し、さらに、その後は自然冷却させる。
【００３２】
図２は、本発明のガラス板強化処理装置により強化処理を行った試料の分析結果を示す図である。
この図２は、長さを半分に切断した顕微鏡用スライドガラス（長さ４０ｍｍ×幅２６ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を図１（ｂ）に示すように図示しない搬送装置の上に水平に設置し、２ｋＷのハロゲン集光ランプを光源８として用いてガラス板１の表面を７５０℃に加熱して強化処理を行い、この試料に対して、電子線マイクロアナライザを用い、ガラス板の切断面から深さ０．５ｍｍの部分と、ガラス板１の中心部におけるＴｉ、Ｓｉ、Ｃａの濃度を分析した結果を示している。
【００３３】
図２において、化学強化剤に含まれないＣａの濃度はいずれにおいても低濃度なのでガラス板の融点を低下させることなく、耐熱性を確保できていることが分かる。また、化学強化剤に含まれるが主成分ではないＳｉの濃度も切断面近傍と中心部で差はなく、Ｔｉは濃度が約５％増加している。従って、この化学強化法によりＴｉ元素がガラス板の内部に拡散・注入されてガラス板が強化されていることが分かる。
【００３４】
図３は、本発明のガラス板強化処理装置により強化処理を行った試料の強度の測定結果を示す図である。
図３において、強化処理した顕微鏡観察用スライドガラス（４０ｍｍ×２６ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を使用して４点曲げ強度を測定した結果から、強化処理前のガラス板よりも強化処理後のガラス板の方が４点曲げ強度が向上していることが分かる。
【００３５】
ここで、強化剤溶液もしくは微粉末の強化剤としては、Ｔｉ２Ｏ３を６０％以上含有してＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３からなる組成、もしくはチタン化合物の水溶性、すなわち塩化チタンやチタン酸テトライソプロピルを用いる。
強化剤溶液もしくは粉末強化剤は、ガラス板１の強化すべき部分（処理部）に塗布するのではなく、直径０．５ｍｍ以下のノズルからガラス板の強化すべき部分に噴霧する。
【００３６】
噴霧された強化剤溶液もしくは粉末強化剤は、ガラス板１に付着する直前、あるいは、付着する際または付着した後に、照射光のエネルギを吸収することにより加熱され、高温度の液滴状態になる。さらに、ガラス板１の処理部の表面は、照射光によって加熱されることにより、ガラスの溶融点以上の高温に加熱され、その処理部分のガラスが部分的に溶融するので、強化剤がガラス板１の表面に付着すると、強化剤が溶融したガラスに溶解し、ガラス板１の表面内部に拡散する。
【００３７】
この処理部分は、図１（ａ）ないし（ｃ）に示すように、図示しないガラス板の搬送装置を駆動してガラス板１を走査することにより、強化処理すべき部分を連続的に処理できるので、従来のようにガラス全体を加熱する必要はなく、また、強化剤溶液に浸せきさせる必要もなく、所望の処理部分のみのガラスの組成を変化させてガラス板を強化させることができる。
【００３８】
また、噴霧により強化剤溶液もしくは粉末強化剤をガラス表面に供給するため、強化剤の成分は、噴霧領域の中心では高濃度に、噴霧領域の端では低濃度になり、しかもその濃度変化は連続的な勾配を有する。
従って、処理部と非処理部との間に強化剤濃度の明確な境界が生じず、連続的な濃度勾配を持つ濃度分布が生じるため、ガラス板１の内部で熱膨張率や収縮率の急激な差異による歪みが生じることがなく、化学強化処理の加熱工程において、ガラス板１の内部の歪みを大きくしてクラックやマイクロクラックが生じることを抑制することができる。
【００３９】
また、このように強化剤を霧化してガラス板に吹き付けるので、ガラス板１の端部のみを強化処理することもできる。
さらに、照射光の照射面の直径を約１ｍｍ〜数ｍｍ程度に設定するので、ガラス板１の表面の端部から数ｍｍの幅で溶融して強化剤をガラス中に拡散させることができ、フラットパネルディスプレイの表示面積や自動車用窓ガラスの視野を狭めることなくガラスの強度を向上させることができる。
【００４０】
なお、上述の説明では、ガラス板１を搬送装置で移動させながらガラス板１の切断部を強化処理する形態について説明したが、ガラス板１とノズル７及び光源８とがガラス板１の切断部に沿って相対的に移動すればよいので、ガラス板１を固定しておいて、ノズル７と光源８を移動させるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明のガラス板強化処理装置の概略的な構成と、ガラス板の処理の様子を概略的に示す図である。
【図２】本発明のガラス板強化処理装置により強化処理を行った試料の分析結果を示す図である。
【図３】本発明のガラス板強化処理装置により強化処理を行った試料の強度の測定結果を示す図である。
【図４】一般的なガラス板の化学強化法の概略を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ ガラス板、４ タンク、５ 羽根、６ ポンプ、７ ノズル、８ 光源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける手段と、
前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する手段と、
前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる手段と
を備えるガラス板強化処理装置。
【請求項２】
ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける工程と、
前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する工程と、
前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる工程と
を備えるガラス板強化処理方法。
【請求項３】
前記強化剤としてアルカリ成分を含有しない強化剤を用いることを特徴とする請求項２記載のガラス板強化処理方法。
【請求項４】
切断部に吹き付けられる強化剤を加熱用光で加熱し、切断部に強化剤の成分を拡散・注入することにより前記切断部に形成された強化層を備えるガラス板。
【請求項１】
ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける手段と、
前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する手段と、
前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる手段と
を備えるガラス板強化処理装置。
【請求項２】
ガラス板の切断部に霧化した強化剤または粉末状の強化剤を吹き付ける工程と、
前記強化剤が吹き付けられる処理部に加熱用光を照射する工程と、
前記ガラス板と前記吹きつけ手段及び照射手段とを前記切断部に沿って相対的に移動させる工程と
を備えるガラス板強化処理方法。
【請求項３】
前記強化剤としてアルカリ成分を含有しない強化剤を用いることを特徴とする請求項２記載のガラス板強化処理方法。
【請求項４】
切断部に吹き付けられる強化剤を加熱用光で加熱し、切断部に強化剤の成分を拡散・注入することにより前記切断部に形成された強化層を備えるガラス板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２８２４９２（Ｐ２００６−２８２４９２Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０８５７５（Ｐ２００５−１０８５７５）
【出願日】平成１７年４月５日（２００５．４．５）
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月５日（２００５．４．５）
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【Ｆターム（参考）】
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