薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス積層体の加工方法
【課題】薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス積層体を、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置により加工する際に、クラック無しに加工を行うこと。
【解決手段】本発明の加工方法は、厚さ１．０ｍｍ未満の薄板ガラスの切断試料又は薄板ガラスを含むガラス積層体の切断試料Ｐに、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置１０により砥粒を混ぜた懸濁液を噴射ノズル１３から高圧噴射して薄板ガラスの切断を含む加工を行う際に、最も薄い薄板ガラスの厚さに対して最大粒径を０．５０以下の比率に調整した砥粒を用いる。
【解決手段】本発明の加工方法は、厚さ１．０ｍｍ未満の薄板ガラスの切断試料又は薄板ガラスを含むガラス積層体の切断試料Ｐに、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置１０により砥粒を混ぜた懸濁液を噴射ノズル１３から高圧噴射して薄板ガラスの切断を含む加工を行う際に、最も薄い薄板ガラスの厚さに対して最大粒径を０．５０以下の比率に調整した砥粒を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板ガラス又はその薄板ガラスを用いた積層体である合わせガラスの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウォータージェット加工は、技術開発も進み、現在では、従来からのホイール切断以外に有用な切断等の加工方法として広く知られている。特に、強度や摩擦の異なる複合材料の切断で、その能力を発揮する。その対象材料は、金属、石材、木材、プラスチック等、多岐に亘っている。現在、ウォータージェット加工は、高圧水流に研磨材の砥粒を引込ませたアブレイシブ型が、その研削力の高さから主流となっている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ノズル側の研磨材供給チューブをノズルヘッド取り付け部から一旦上方へ立ち上げる略垂直部を設け、垂直部の頂上より下方に、加工開始時はジェット噴射ＯＮより所定時間早く開となり、加工終了時にはジェット噴射ＯＦＦより所定時間早く閉となるよう制御される開閉弁を設けたウォータージェット加工装置の開示がある。この加工装置により、アルミ等の柔らかい金属や積層樹脂等のワークに対するピアッシング時の不具合発生を防止することができ、ガラスやセラミック石材等脆性材料に対しては水圧のコントロールとの組み合わせでピアッシング時の材料の割れを防ぐことができる。また、ジェット噴射ＯＦＦ時の負圧で、研磨材がノズルヘッド内部へ流れ込むことを防止することができ、オリフィス破損を防止している。
【０００４】
また、特許文献２には、アブレイシブ型ウォータージェットの研磨材供給用オリフィスと流量調節用オリフィスとを備え、研磨材タンクよりの研磨材の排出が主として重力と流量調節用のバルブあるいはオリフィスの開度によって行なわれるウォータージェット流への研磨材供給方法の開示がある。この方法により、アブレイシブ型ウォータージェット研削加工において、研削能率を向上させ加工面の粗度の制御を可能としている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、合わせガラスをアブレイシブ型ウォータージェットにより切断する際に、使用後に排出される排砂の切断屑である小径粒子は、被切断材であるガラスおよびポリビニルブチラール等の合わせガラス用樹脂と、切断衝撃で破砕された砥粒の粉等を含んでおり、これらを分級して再利用する発明の開示がある。
【０００６】
また、特許文献４には、アブレイシブ型ウォータージェットにより切断する際に、砥粒の粒径を１００μｍ以下にすることで、ノズルの寿命を延ばし、砥粒研削による切断幅を小さくする発明の開示がある。
【０００７】
また、特許文献５には、研磨材粒子を効果的に懸濁させ、安定なアブレイシブ型ウォータージェット噴射流を形成し、高能率および狭い切り目幅にて切断し、ならびに再使用することができ、それによって廃物処理の要求および原材料のコストを低減する、再使用可能なポリマー濃化ジェット噴射流の予備混合した懸濁液を提供することを目的として行われた発明の開示がある。その内容は、約２μｍから約１４００〜１６００μｍまでの粒径、更に約２０〜約２００μｍ、好ましくは約２０〜約８０μｍの粒径の研磨材を使用し、アブレイシブ型ウォータージェット噴射流の懸濁液は約１〜約７５質量％の研磨材、多くの場合約５〜約５０％、好ましくは約１５〜約３０％の混合比率が望ましいというものである。
【０００８】
また、板ガラスの積層体である合わせガラスは、一般に、２枚の板ガラスの間に樹脂フィルムを挟んだものである。合わせガラスは単板の窓ガラスよりも破壊や貫通への耐久性が高く、建築物、車両などの窓材として多用されている。近年では、樹脂や成膜などの工夫により、熱線反射性、防音性などの付加特性を有する合わせガラスも製品化されている。
【０００９】
合わせガラスは、現在も、機能向上させた新しいものが開発されている。一般の合わせガラスは、厚さ２〜５ｍｍの板ガラスを、樹脂フィルムを介して貼合せているが、耐貫通性や切創安全性に不安を生じる場合がある。例えば、特許文献６、７には、いずれも合わせガラスに薄板ガラスを用いることで、耐貫通性が高く、ガラスが破損しても破片が飛散しないという最新の合わせガラスの発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−３０１１６６号公報
【特許文献２】特開平７−０２４７３７号公報
【特許文献３】特開２００１−７９４４３号公報
【特許文献４】特開昭６２−１９３７９９号公報
【特許文献５】特表平９−５０２６６４号公報
【特許文献６】特開２００８−３０８４００号公報
【特許文献７】特開２００９−９６７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献６、７に記載のような薄板ガラス入りの合わせガラスを、一般的なアブレイシブ型ウォータージェット加工装置で切断すると、薄板ガラスにクラックが発生する。合わせガラスにクラックが入ると美観を損なうだけでなく、クラックが進展して耐貫通性などの強度が低下してしまうという問題がある。
【００１２】
特許文献１、２は、ウォータージェット噴射の制御や、研磨材の供給量の制御に関するものであり、薄板ガラスの切断に関して全く開示がない。また、特許文献３に記載のアブレイシブ型ウォータージェット切断の技術は、砥粒回収に関するもので、加工コストの削減や環境への影響抑制には効果がある。しかし、薄板ガラスのように割れやすい材料をクラック無しに切断するという課題には示唆を与えず、本件の課題を解決するものではない。さらに、特許文献４、５には、微粒の砥粒を用いる記があるが、特許文献４、５では砥粒を水に混ぜた懸濁液を高圧水噴射流に供給する上で、懸濁液の撹拌が困難になるため、微粒の砥粒を用いているのであり、薄板ガラスのクラック防止や切断性に関して記載が無い。
【００１３】
本発明者らは、上記の問題に対し、アブレイシブ型ウォータージェットの噴射や噴射ノズル走査速度など、装置上の種々の条件変更を試みたが、いずれも薄板ガラスのクラック発生問題を根本的に回避することができなかった。
【００１４】
本発明は、このような状況に鑑み、薄板ガラス及び合わせガラスが薄板ガラスを含む場合であっても、クラックを発生させずに薄板ガラスの切断が可能な切断加工、溝加工、面取り加工等の加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、薄板ガラスおよび薄板入り合わせガラスを、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置によりクラック無しに薄板ガラスの切断を含む加工を行うため、装置上の種々の条件を変更して切断テストを行った。その中で、今回の発明に繋がる手掛かりを得た。それは一般の通説とは、全く逆の現象が生じたことである。具体的には、噴射ノズルの走査速度を遅くするとクラックが減少せずに反対に増加した。このことから、我々は、クラック防止には、粗粒の衝突エネルギー低下ではなく、粗粒の衝突自体を防止することこそが必要との認識に至った。そして、粗粒の衝突防止には砥粒中の粗粒に着目して調整すれば良いとの結論に至った。
【００１６】
そこで、砥粒の粒度調整を詳細に行い、必要条件を調べた結果、本発明者は、薄板ガラス又は薄板ガラスを含む合わせガラスに含まれる最も薄い板ガラスの厚さに着目し、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置のノズルから高圧噴射する懸濁液を構成する砥粒の粒度を薄板ガラスの厚さに対して所定範囲に調整すると課題を達成できることを見出し、ここに本発明として提供する。
【００１７】
本発明の薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス積層体の加工方法は、厚さ１．０ｍｍ未満の薄板ガラス又は該薄板ガラスを含むガラス積層体に、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置により砥粒を混ぜた懸濁液を高圧噴射して前記薄板ガラスの切断を含む加工を行う加工方法であって、最も薄い前記薄板ガラスの厚さに対して最大粒径を０．５０以下の比率に調整した砥粒を用いることを特徴とする。
【００１８】
本発明で用いる砥粒として、薄板ガラス又はガラス積層体の最も薄い板ガラスの厚さに対し、比率で０．５０を超えないように最大粒径を調整した無機粉体を用いることが、アブレイシブ型ウォータージェット中の砥粒による研削時に、薄板ガラスの割れを防止する上で重要である。具体的には薄板ガラスの厚さ１．０ｍｍ未満に対して最大粒径が０．５０以下、すなわち厚さ１０００μｍ未満に対して最大の粒径が５００μｍ未満の範囲の砥粒を使用することを意味している。
【００１９】
本発明の加工方法において、薄板ガラスの切断を含む加工を行うとは、薄板ガラスやこれを含むガラス積層体の切断加工のみでなく、ガラス積層体内の薄板ガラスを切断する溝加工や面取り加工等の加工も対象であることを意味している。
【００２０】
また、砥粒には、薄板ガラス又はガラス積層体の最も薄い板ガラスの厚さに対して平均粒径を０．３０以下の比率に調整した無機粉体を用いることがアブレイシブ型ウォータージェットによる加工時に、安定して薄板ガラスの割れを防止する上で好ましい。
【００２１】
本発明で切断対象とする薄板ガラス又はガラス積層体では、ガラスの種類は特に限定しない。すなわち、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス、アルミノシリケートガラス、燐酸塩ガラスなど、様々でよい。各板ガラスは、材質、厚さが同じでも異なってもよい。ガラスの層数も不問である。
【００２２】
本発明で切断対象とするガラス積層体が、樹脂を用いて接合した合わせガラスである場合、樹脂の種類は不問である。アクリル系樹脂、ビニル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂など任意でよい。
【００２３】
アブレイシブ型ウォータージェット加工装置のワーク固定台上には、弾性材料よりなる凹凸吸収材を介して薄板ガラス又はガラス積層体を載置することが好ましい。
【００２４】
また、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置に載置した前記薄板ガラス又はガラス積層体の面外にてジェット噴射を開始し、一定時間経過してジェット噴射が安定した後に、薄板ガラス又はガラス積層体の面内に切込むことが、アブレイシブ型ウォータージェットの噴射点を中心とする大きな破壊を防止する上で好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス積層体の加工方法は、最も薄い薄板ガラスの厚さに対して最大粒径を０．５０以下の比率に調整した砥粒を用いるので、薄板ガラス又は合わせガラスが薄板ガラスを含む場合でも、薄板ガラスにクラックを発生させずに薄板ガラスの切断を含む加工が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明で使用するアブレイシブ型ウォータージェット加工装置の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
ガラスは脆性材料であり、クラックが生じ易く進展し易いという性質を有する。板ガラスの切断や研削、研磨といった加工では、部分的にガラス微小領域が連続破砕や摩滅により削り取られている。このとき、加工箇所を微視的に見ると、細やかなクラックが連続的に生じている。ただし、そのクラックが大きく進展せずに、ガラス微小領域とともに材料の板ガラスから剥離する限りは、加工後の板ガラスにクラックは残らない。
【００２８】
しかし、アブレイシブ型ウォータージェットによる切断加工で、板ガラスが薄い場合には、板ガラスの厚さに対して砥粒の最大粒径が０．５０を超える粗粒による衝撃エネルギーが板ガラスの強度に対して相対的に大きくなる。このような場合、クラックが速く進展してガラス内部まで延びるため、切断後の薄板ガラスにクラックが残ってしまう。
【００２９】
本発明では、このようなクラック発生の防止を検討した結果、薄板ガラス又はガラス積層体中の最も薄い板ガラスの厚さに対して砥粒の最大粒径を０．５０以下の比率にすれば、クラックは実質的に生じないことがわかった。また、薄板ガラス又はガラス積層体中の最も薄い板ガラスの厚さに対して砥粒の平均粒径で０．３０以下の比率にすると、安定してクラックの発生無しに切断加工を実現できることがわかった。砥粒の粒径分布が、この範囲から外れると、薄板ガラスが破損し易くなるため好ましくない。
【００３０】
砥粒の粗粒排除は必須の要件であるが、微粉についても配慮は必要である。微粉はクラックの発生に直接的には作用しないが、微粉が多過ぎるとアブレイシブ型ウォータージェット噴射流の研削力が低下し、一般的なノズル走査速度では、研削力不足により板ガラスにクラックが発生する。このとき、著しく切断速度を落とせばクラックを防止することができる場合もあるが、通常の工業生産では現実的ではない。
【００３１】
また、ガラス積層体の切断加工において、アブレイシブ型ウォータージェット噴射流の研削力が不足すると、板ガラス層と樹脂層の間に、ジェット噴射流が入込み易い。これは、板ガラス層が薄い場合や、板ガラス層と樹脂層との間の接合強度が小さい場合に、特に起こり易い。板ガラス層と樹脂層との間にジェット流が入込むと、接合面が剥離したり、薄板ガラスの場合は板ガラス層が押し曲げられて破壊する、といった不具合が生じる。
【００３２】
一方、砥粒が薄板ガラス層の厚さの０．０１以下の比率の粒径を有する微粉を５０量質％以上含んでいる場合、上記のような微粉による研削力不足が発生し易くなる。よって、本発明で用いる砥粒は薄板ガラス層の厚さの０．０１以下の比率の粒径を有する微粉の含有率が５０質量％未満であることが好ましい。具体的には薄板ガラスの厚さ１．０ｍｍ未満に対して最大粒径が０．５０以下、すなわち厚さ１０００μｍ未満に対して最大の粒径が１０μｍ未満の範囲の砥粒が５０質量％未満であることを意味している。
【００３３】
さらに、砥粒に微粉が多く含まれている場合は、凝集が起こり易く、砥粒の供給システムや噴射ノズル等に詰まりが生じ易くなる。現在、一般的なアブレイシブ型ウォータージェットは、ジェット噴射ノズルの直前で高圧水流に砥粒を引込ませて水と砥粒の混合流体を切断試料に噴射している。しかし、この砥粒の引込みが凝集などの要因で滞ると、ジェット噴射は水単体の噴射となり、ガラスのような硬質材料は実質的に切断が不可能となる。
【００３４】
この凝集による問題発生については、具体的には、砥粒の平均粒径が１０μｍ以下となると生じ易く、平均粒径が１μｍ以下となると凝集の防止に非常に注意を要する。この場合、凝集防止策として砥粒の乾燥状態維持などに通常よりも一層配慮しなければならない。よって、本発明で用いる砥粒は平均粒径が１μｍ以上であることが好ましく、平均粒径が１０μｍ以上であることがさらに好ましい。
【００３５】
砥粒の粒度分布は、狭い方が好ましい。ガラスを破損させない許容範囲であれば、砥粒はできるだけ大きな粒子が揃っていることが好ましい。この場合には、アブレイシブ型ウォータージェット噴射の研削能力が上がり、切断加工の効率も高くなる。
【００３６】
砥粒の粒度調整には、任意の方法を適用することができる。ガーネットその他の研磨材の粉砕方法は、乾式および湿式のいずれも可能で、ボールミルやジェットミルなど、適宜採用することができる。粉砕の途中に、粒度確認を何回か行うことで粒度の微調整が容易になる。
【００３７】
粉砕を行う際には、粗粒の抽出や、微粉の分級除去などを適宜行うと、所定の粒度を形成させ易い。個別に粉砕した粒度分布の異なる粉末を、適量ずつ調合するのも、粒度調整の方法として適当である。
【００３８】
粗粒除去を確実に行うには、除去したい粗粒の粒径よりも一段階小さい目開きの篩を用いると良い。一般的には、粉体の粒子は完全球体ではないため、通過する粒子の方向によっては目開きよりも大きな粒径の粒子も通過する。そのため、問題とする粒径の５０〜８０％の目開きの篩を用いると、問題となる粒径の粗粒を、ほぼ完全に除去することができる。
【００３９】
篩による粗粒除去は、少量の場合は皿型の篩で十分であるが、大量に行う場合は回転型の篩を利用した方が効率は高い。このとき、湿式でこれを行うと、粉塵が発生し難く、作業環境などの面で好ましい。
【００４０】
粗粒の割合調整を行うには、所定の篩に通すのが最も簡便である。篩は目詰まりを起こすと分級が不可能となるため、篩分けの作業性を考えると、篩上に残る分量がある程度少ない方が粒度を調整しやすくなる。体積で５０％以上が篩上に引っ掛かるような場合は、篩に詰った粗粒を適宜除去することが好ましい。
【００４１】
砥粒への粗粒の混入防止とともに、微粉の割合を好ましい範囲に効率良く調整を行うには、粉砕の途中段階で、適宜、粗粒を篩で除去すると良い。そして、除去した粗粒のみを個別に粉砕すると、必要以上の微粉の生成を防ぐことができる。
【００４２】
一旦、過剰に細かくなった粉末を、再度粗大化して用いるには、再焼成などの工程が必要となり、非常に手間が掛かる。よって現実的な対応としては、細かくなった粉末を取置きしておき、利用できる際に許容量を砥粒に混ぜて用いるのが良い。
【００４３】
アブレイシブ型ウォータージェットの砥粒に用いる無機粉末としては、基本的には、旧モース硬度８に相当するガーネットが好ましい。ただし、微粉の場合は、砥粒による研削力が落ちるため、旧モース硬度９に相当するアルミナ、ジルコニア、ジルコンなどの硬い粒子を用いると、研削力を高められて良い。ただし、この場合、長期使用では噴射ノズルなどの損耗が大きくなるため、寿命管理に留意が必要である。旧モース硬度７に相当する石英結晶も、研削力が低いが、研削力が過剰と思われる場合には、有効に使用することができる。
【００４４】
アブレイシブ型ウォータージェットによる切断加工では、微小領域の連続破砕にて、切断が進行する。樹脂のようなものは、単に削り取られて行くだけだが、ガラスのような脆性材料では、ジェット噴射している領域には微小クラックが常時生じている。この微小クラックが、削り取られて除去される場合は問題無いが、この削り取られる部分以外にまでクラックが進展すると切断線に収まらずに、切断後の板ガラスにクラックが残ってしまう。この板ガラスを切断する際に、切断試料とワーク固定台の間に隙間があると、アブレイシブ型ウォータージェット噴射の衝撃により板ガラスが振動し、クラック発生やクラック進展を促進する。特に、薄板ガラスは、単板での強度が小さいため、ジェット噴射による衝撃や振動によりクラックが進展して残り易い。
【００４５】
このような理由から、薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス複合材料の切断加工では、ワーク固定台に、切断試料との隙間を埋めるべく、弾性材料よりなる凹凸吸収材を介して薄板ガラス又はガラス積層体を載置することが好ましい。
【００４６】
ここで述べる弾性材料よりなる凹凸吸収材は、切断試料とワーク固定台との隙間を埋めるために用いる。このとき、弾性材料よりなる凹凸吸収材があると、このアブレイシブ型ウォータージェット噴射による振動を防ぎ、クラックを防止する作用を発揮する。また、ワーク固定台やガラス積層体は、一般には、いずれも平面板状であるため、凹凸吸収材も、平板状やシート状でよい。ただし、ガラス積層体が曲率や凹凸を有する場合は、ワーク固定台と切断試料の隙間を埋めるべく、凹凸吸収材の寸法形状を決めるとよい。
【００４７】
凹凸吸収材の厚さは、弾性材料の硬さにもよるが、２ｍｍから３０ｍｍぐらいが適当である。２ｍｍより薄くなってくると、凹凸変動の吸収幅が小さくなる。一方、３０ｍｍ以上の場合は、凹凸吸収材の揺らぎが大きくなって、切断試料の固定が不安定になり、クラックを誘発する要因となる。
【００４８】
凹凸吸収材の弾性材料については、基本的には、切断試料の凹凸の吸収が可能な弾性体であればよい。具体的には、ゴムや発泡樹脂等が好ましい。また、高粘度の液体を風袋に入れた薄い布団のようなものでもよい。硬さについては、一般の天然ゴムぐらいの硬さの弾性材料が、切断試料の凹凸を吸収して振動を防止する効果を安定して得易く、使い易い。
【００４９】
本発明による切断加工では、アブレイシブ型ウォータージェット噴射は、合わせガラスの面外で開始し、一定時間が経過してジェットが安定した後に、合わせガラスの面内に切込むことが好ましい。
【００５０】
面内の切抜きなど、面内で穴の開いていない部分から切断を開始する場合、材料や厚さによっては、破損を引き起こす。現在、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置には、ピアッシングモードと呼ばれる穴開け用の運転モードが設けられており、この操作をすると、最初は低圧で噴射を開始し、穴が開いてくる段階で圧力を通常切断の高圧に上げる、といった破壊防止策を施すことができる。ただし、本発明に述べる薄板ガラス入りのガラス積層体の切断においては、この対策は全く効果を示さず、反対に大きな破壊が生じる。
【００５１】
具体的には、薄板ガラス入りのガラス積層体の面内においてジェット噴射を開始すると、ジェット噴射点を中心とする半径５０ｍｍから２００ｍｍ程度の円形状に破壊が生じる。このような現象は、一般的なガラス積層体では見られず、大きく異なっている。関係因子には、ガラス単板の弾性、強度、貼合せの接着強度（板ガラス層と樹脂層との接着強度など）が挙げられる。
【００５２】
穴が開いていないガラス積層体にジェット噴射が切断対象に吹付けた場合、ジェット噴射は周囲に跳ね返って飛散する。平面方向に跳ね返ったジェット噴射は、ガラス積層体の板ガラスの間に入り込んで層間を押し広げようとする。このとき、板ガラスの弾性や強度、貼合せの接着強度が、その抵抗力として機能する。しかし、本発明対象のように、板ガラスの厚さが１．０ｍｍ未満まで板ガラスが薄くなると、外力に対して板ガラスが顕著に変形し易く、割れ易くなるため、ガラス積層体の断面方向にジェット噴射が入り込み易くなる。貼合せの接着強度は、抵抗力にはなるが、板ガラスと樹脂の接合では、高圧ジェットに耐性を示すほどの接着強度は有していない。その結果として、行き場を失ったジェット噴射が、ガラス積層体の断面方向に入り込み、噴射点を中心に大きな破壊を起こす。このような理由にて、薄板ガラス入りのガラス積層体のアブレイシブ型ウォータージェットによる切断加工では、ガラス積層体の面外から切断を開始することが好ましい。
【００５３】
ただし、機械的な穿孔方法などによって、予めガラス積層体の面内に穴が開いている場合は、内面での切断開始も可能である。この場合、ジェット噴射が貫通できる径の穴を開けておいて、その中でジェット噴射を開始して切断を進めると、ジェット噴射が切断開始時点から下方に抜け出るため、積層断面方向へのジェット噴射の跳ね返りがなく、クラック無しの切断を達成し易い。
【００５４】
薄板ガラス単板、薄板ガラスを含むガラス積層体では、両者の間に、切断加工の難易に多少の違いがある。薄板ガラス単板は、概して耐衝撃強度が小さく、ジェット噴射の衝撃力による破壊を受け易い。しかし、許容変形量が大きいため、弾性材料の凹凸吸収材にて密着固定させ易く、この点はクラックの発生無しに切断加工する上では、有利に作用する。一方、薄いガラスを含むガラス積層体では、ジェット噴射に対して耐衝撃性は高いが、変形許容量が小さく、凹凸吸収材による密着固定を行い難い。また、先に述べたように、ガラスの層間にアブレイシブ型ウォータージェット噴射流が入って行き、層間からの破壊が起こり得る。
【００５５】
砥粒の粒度の測定については、篩による分級の他に、レーザー回折計を用いることができる。ただし、レーザー回折計の使用に際して屈折率の調整や凝集壊砕の条件など、篩での粒度測定との結果対応には注意が必要である。
【００５６】
板ガラスの破損の観察においては、照明を用いて目視で確認することができるが、適宜、拡大鏡を用いると、さらに微細なクラックも見つけ易くなるので有用である。
【００５７】
次に、比較例および実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００５８】
本発明の実施形態として、図１に、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置１０を模式的に示す。この砥粒の供給サイロ１１に、粒度を調整したガーネット粉末の砥粒Ｇを投入する。
【００５９】
本発明の実施の試験においては、高圧水供給装置１２からの図示しない噴射ノズル径は、０．３５ｍｍφである。高圧水Ｗの供給圧力は３００ＭＰａであり、高圧水Ｗの供給流量は約５リットル／分である。砥粒Ｇを引込んだ混合高圧水のジェット噴射流Ｊの噴射ノズル１３のノズル径は１．０ｍｍφであり、砥粒Ｇの供給量は概ね２００ｇ／分とした。噴射ノズル１３と切断試料Ｐとの距離は２ｍｍとし、切断速度は１００〜１０００ｍｍ／分とした。
【００６０】
砥粒Ｇには、ボールミルによりガーネット材料を粉砕した粒度分布の広い粉砕物を、篩により分級して粒度を整えたものを使用した。
【００６１】
ワーク固定台Ｔについては、基本的に、金属格子を基台として、その上に厚さ１０ｍｍの合板を敷いたものである。凹凸吸収材として発泡ポリエチレン製の凹凸吸収シートＳを合板の上に搭載し、その上に切断試料Ｐを載せた。
【００６２】
切断試料には、日本電気硝子株式会社製の無アルカリガラス（ＯＡ−１０）よりなる板ガラスを使用した。ガラス積層体は、板ガラスの間にＰＶＢ樹脂のシートを挟んでオートクレーブにより加圧加熱して密着させて作製した。また、板ガラスには、厚さとして、７００μｍ、５００μｍ、１００μｍの３種類を用いた。ＰＶＢ樹脂シートには、厚さとして、７６０μｍ、３８０μｍの２種類を用いた。
【００６３】
切断加工の評価は、目視により観察した。
【００６４】
表１に、板ガラスの最小厚さ、砥粒の粒度、評価結果をまとめて示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
実施例１では、厚さ７００μｍの薄板ガラスを６枚積層したものを切断試料に用いた。薄板ガラスのサイズは２．１ｍ×１．２ｍである。中間層には、厚さ７６０μｍのＰＶＢ樹脂を５層介在させている。よって、材料全体での積層数は、板ガラス層６層、ＰＶＢ樹脂層５層で、計１１層である。合計厚さは８．０ｍｍである。本例においては、砥粒の相対的粒度である（最大粗粒／板ガラス厚）の値は０．３６であり、本発明の０．５０以下の範囲を満たしている。また、（平均粒径／板ガラス厚）の値は０．１６であり、本発明の０．３０以下を満たしている。また、粒径の比率で薄板ガラス層の厚さの０．０１倍である７μｍ以下の粒径を有する微粉の含有量は、砥粒の全質量に対して５０質量％以下の０．０１％であった。これらの条件にて切断した結果、全ての板ガラス層にクラックは確認されず、良好な切断を達成することができた。
【００６７】
実施例２と実施例３では、実施例１と同様に、厚さ７００μｍの薄板ガラスを６枚積層したものを切断試料に用いた。中間層には、厚さ７６０μｍのＰＶＢ樹脂を５層介在させている。（最大粗粒／板ガラス厚）の値は、実施例２では０．１５、実施例３では０．１１であり、いずれも本発明の０．５０以下の範囲を満たしている。また、（平均粒径／板ガラス厚）の値は、実施例２では０．０７、実施例３では０．０４であり、いずれも本発明の０．３０以下を満たしている。また、粒径の比率で７μｍ以下の粒径を有する微粉の含有量は、砥粒の全質量に対して０．１％であった。これらの条件にて切断した結果、全ての板ガラス層にクラックは確認されず、良好な切断を達成することができた。
【００６８】
実施例４は、厚さ５００μｍの薄板ガラスを６枚積層したものを切断試料に用いた。板ガラスのサイズは、２．１ｍ×１．２ｍである。中間層には、厚さ７６０μｍのＰＶＢ樹脂を５層介在させている。砥粒の（最大粗粒／板ガラス厚）の値は、０．０８であり、本発明の条件を満たす。また、（平均粒径／板ガラス厚）の値は、０．０４であり、本発明の０．３０以下を満たしている。また、粒径の比率で５μｍ以下の粒径を有する微粉の含有量は、砥粒の全質量に対して３％であった。これらの条件にて切断した結果、全ての板ガラス層にクラックは確認されず、良好な切断を達成することができた。
【００６９】
実施例５は、厚さ１００μｍの薄板ガラスを４枚積層したものを切断試料に用いた。板ガラスのサイズは、０．３ｍ×０．３ｍである。中間層には、厚さ３８０μｍのＰＶＢ樹脂を３層介在させている。砥粒の（最大粗粒／板ガラス厚）の値は、０．０３であり、本発明の条件を満たしている。また、（平均粒径／板ガラス厚）の値は、０．１０であり、本発明の条件を満たす。また、粒径の比率で１μｍ以下の粒径を有する微粉の含有量は、砥粒の全質量に対して２０％であった。これらの条件にて切断した結果、全ての板ガラス層にクラックは確認されず、良好な切断を達成することができた。
【００７０】
実施例６、実施例７は、厚さ７００μｍの薄板ガラスの単板を切断試料に用いた。板ガラスのサイズは、０．８ｍ×０．８ｍである。砥粒の条件は、それぞれ実施例３と実施例４と同じである。これらの条件で切断した結果、薄板ガラスにクラックは確認されず、良好な切断を達成することができた。
【００７１】
上記の実施例に対する比較例として、比較例１は、実施例１から実施例３と同じく、厚さ７００μｍの薄板ガラスを６枚積層したものを切断試料に用いた。中間層には、厚さ７６０μｍのＰＶＢ樹脂を５層介在させている。比較例１では、砥粒はその最大粒径６００μｍである。砥粒の相対的粒度である（最大粗粒／板ガラス厚）の値は、０．８６となる。この値は、本発明の０．５０以下の範囲外にある。また、（平均粒径／板ガラス厚）の値は、０．４４であり、この値も、本発明の０．３０以下の範囲外にある。これらの条件で切断した結果、板ガラス層には、切断長さ当たり概ね数センチ毎の頻度で、クラックが発生した。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、脆性材料の薄板ガラスの切断方法及び合わせガラスを構成する薄板ガラスを切断する加工方法を示したが、カーボンやガラス等の無機繊維を使用した難加工性の複合材等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１０ アブレイシブ型ウォータージェット加工装置
１１ 砥粒供給サイロ
１２ 高圧水供給装置
１３ 混合高圧水の噴射ノズル
Ｇ 砥粒
Ｊ ジェット噴射流
Ｐ 切断試料
Ｓ 凹凸吸収シート
Ｔ ワーク固定台
Ｗ 高圧水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板ガラス又はその薄板ガラスを用いた積層体である合わせガラスの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウォータージェット加工は、技術開発も進み、現在では、従来からのホイール切断以外に有用な切断等の加工方法として広く知られている。特に、強度や摩擦の異なる複合材料の切断で、その能力を発揮する。その対象材料は、金属、石材、木材、プラスチック等、多岐に亘っている。現在、ウォータージェット加工は、高圧水流に研磨材の砥粒を引込ませたアブレイシブ型が、その研削力の高さから主流となっている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ノズル側の研磨材供給チューブをノズルヘッド取り付け部から一旦上方へ立ち上げる略垂直部を設け、垂直部の頂上より下方に、加工開始時はジェット噴射ＯＮより所定時間早く開となり、加工終了時にはジェット噴射ＯＦＦより所定時間早く閉となるよう制御される開閉弁を設けたウォータージェット加工装置の開示がある。この加工装置により、アルミ等の柔らかい金属や積層樹脂等のワークに対するピアッシング時の不具合発生を防止することができ、ガラスやセラミック石材等脆性材料に対しては水圧のコントロールとの組み合わせでピアッシング時の材料の割れを防ぐことができる。また、ジェット噴射ＯＦＦ時の負圧で、研磨材がノズルヘッド内部へ流れ込むことを防止することができ、オリフィス破損を防止している。
【０００４】
また、特許文献２には、アブレイシブ型ウォータージェットの研磨材供給用オリフィスと流量調節用オリフィスとを備え、研磨材タンクよりの研磨材の排出が主として重力と流量調節用のバルブあるいはオリフィスの開度によって行なわれるウォータージェット流への研磨材供給方法の開示がある。この方法により、アブレイシブ型ウォータージェット研削加工において、研削能率を向上させ加工面の粗度の制御を可能としている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、合わせガラスをアブレイシブ型ウォータージェットにより切断する際に、使用後に排出される排砂の切断屑である小径粒子は、被切断材であるガラスおよびポリビニルブチラール等の合わせガラス用樹脂と、切断衝撃で破砕された砥粒の粉等を含んでおり、これらを分級して再利用する発明の開示がある。
【０００６】
また、特許文献４には、アブレイシブ型ウォータージェットにより切断する際に、砥粒の粒径を１００μｍ以下にすることで、ノズルの寿命を延ばし、砥粒研削による切断幅を小さくする発明の開示がある。
【０００７】
また、特許文献５には、研磨材粒子を効果的に懸濁させ、安定なアブレイシブ型ウォータージェット噴射流を形成し、高能率および狭い切り目幅にて切断し、ならびに再使用することができ、それによって廃物処理の要求および原材料のコストを低減する、再使用可能なポリマー濃化ジェット噴射流の予備混合した懸濁液を提供することを目的として行われた発明の開示がある。その内容は、約２μｍから約１４００〜１６００μｍまでの粒径、更に約２０〜約２００μｍ、好ましくは約２０〜約８０μｍの粒径の研磨材を使用し、アブレイシブ型ウォータージェット噴射流の懸濁液は約１〜約７５質量％の研磨材、多くの場合約５〜約５０％、好ましくは約１５〜約３０％の混合比率が望ましいというものである。
【０００８】
また、板ガラスの積層体である合わせガラスは、一般に、２枚の板ガラスの間に樹脂フィルムを挟んだものである。合わせガラスは単板の窓ガラスよりも破壊や貫通への耐久性が高く、建築物、車両などの窓材として多用されている。近年では、樹脂や成膜などの工夫により、熱線反射性、防音性などの付加特性を有する合わせガラスも製品化されている。
【０００９】
合わせガラスは、現在も、機能向上させた新しいものが開発されている。一般の合わせガラスは、厚さ２〜５ｍｍの板ガラスを、樹脂フィルムを介して貼合せているが、耐貫通性や切創安全性に不安を生じる場合がある。例えば、特許文献６、７には、いずれも合わせガラスに薄板ガラスを用いることで、耐貫通性が高く、ガラスが破損しても破片が飛散しないという最新の合わせガラスの発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−３０１１６６号公報
【特許文献２】特開平７−０２４７３７号公報
【特許文献３】特開２００１−７９４４３号公報
【特許文献４】特開昭６２−１９３７９９号公報
【特許文献５】特表平９−５０２６６４号公報
【特許文献６】特開２００８−３０８４００号公報
【特許文献７】特開２００９−９６７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献６、７に記載のような薄板ガラス入りの合わせガラスを、一般的なアブレイシブ型ウォータージェット加工装置で切断すると、薄板ガラスにクラックが発生する。合わせガラスにクラックが入ると美観を損なうだけでなく、クラックが進展して耐貫通性などの強度が低下してしまうという問題がある。
【００１２】
特許文献１、２は、ウォータージェット噴射の制御や、研磨材の供給量の制御に関するものであり、薄板ガラスの切断に関して全く開示がない。また、特許文献３に記載のアブレイシブ型ウォータージェット切断の技術は、砥粒回収に関するもので、加工コストの削減や環境への影響抑制には効果がある。しかし、薄板ガラスのように割れやすい材料をクラック無しに切断するという課題には示唆を与えず、本件の課題を解決するものではない。さらに、特許文献４、５には、微粒の砥粒を用いる記があるが、特許文献４、５では砥粒を水に混ぜた懸濁液を高圧水噴射流に供給する上で、懸濁液の撹拌が困難になるため、微粒の砥粒を用いているのであり、薄板ガラスのクラック防止や切断性に関して記載が無い。
【００１３】
本発明者らは、上記の問題に対し、アブレイシブ型ウォータージェットの噴射や噴射ノズル走査速度など、装置上の種々の条件変更を試みたが、いずれも薄板ガラスのクラック発生問題を根本的に回避することができなかった。
【００１４】
本発明は、このような状況に鑑み、薄板ガラス及び合わせガラスが薄板ガラスを含む場合であっても、クラックを発生させずに薄板ガラスの切断が可能な切断加工、溝加工、面取り加工等の加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、薄板ガラスおよび薄板入り合わせガラスを、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置によりクラック無しに薄板ガラスの切断を含む加工を行うため、装置上の種々の条件を変更して切断テストを行った。その中で、今回の発明に繋がる手掛かりを得た。それは一般の通説とは、全く逆の現象が生じたことである。具体的には、噴射ノズルの走査速度を遅くするとクラックが減少せずに反対に増加した。このことから、我々は、クラック防止には、粗粒の衝突エネルギー低下ではなく、粗粒の衝突自体を防止することこそが必要との認識に至った。そして、粗粒の衝突防止には砥粒中の粗粒に着目して調整すれば良いとの結論に至った。
【００１６】
そこで、砥粒の粒度調整を詳細に行い、必要条件を調べた結果、本発明者は、薄板ガラス又は薄板ガラスを含む合わせガラスに含まれる最も薄い板ガラスの厚さに着目し、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置のノズルから高圧噴射する懸濁液を構成する砥粒の粒度を薄板ガラスの厚さに対して所定範囲に調整すると課題を達成できることを見出し、ここに本発明として提供する。
【００１７】
本発明の薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス積層体の加工方法は、厚さ１．０ｍｍ未満の薄板ガラス又は該薄板ガラスを含むガラス積層体に、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置により砥粒を混ぜた懸濁液を高圧噴射して前記薄板ガラスの切断を含む加工を行う加工方法であって、最も薄い前記薄板ガラスの厚さに対して最大粒径を０．５０以下の比率に調整した砥粒を用いることを特徴とする。
【００１８】
本発明で用いる砥粒として、薄板ガラス又はガラス積層体の最も薄い板ガラスの厚さに対し、比率で０．５０を超えないように最大粒径を調整した無機粉体を用いることが、アブレイシブ型ウォータージェット中の砥粒による研削時に、薄板ガラスの割れを防止する上で重要である。具体的には薄板ガラスの厚さ１．０ｍｍ未満に対して最大粒径が０．５０以下、すなわち厚さ１０００μｍ未満に対して最大の粒径が５００μｍ未満の範囲の砥粒を使用することを意味している。
【００１９】
本発明の加工方法において、薄板ガラスの切断を含む加工を行うとは、薄板ガラスやこれを含むガラス積層体の切断加工のみでなく、ガラス積層体内の薄板ガラスを切断する溝加工や面取り加工等の加工も対象であることを意味している。
【００２０】
また、砥粒には、薄板ガラス又はガラス積層体の最も薄い板ガラスの厚さに対して平均粒径を０．３０以下の比率に調整した無機粉体を用いることがアブレイシブ型ウォータージェットによる加工時に、安定して薄板ガラスの割れを防止する上で好ましい。
【００２１】
本発明で切断対象とする薄板ガラス又はガラス積層体では、ガラスの種類は特に限定しない。すなわち、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス、アルミノシリケートガラス、燐酸塩ガラスなど、様々でよい。各板ガラスは、材質、厚さが同じでも異なってもよい。ガラスの層数も不問である。
【００２２】
本発明で切断対象とするガラス積層体が、樹脂を用いて接合した合わせガラスである場合、樹脂の種類は不問である。アクリル系樹脂、ビニル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂など任意でよい。
【００２３】
アブレイシブ型ウォータージェット加工装置のワーク固定台上には、弾性材料よりなる凹凸吸収材を介して薄板ガラス又はガラス積層体を載置することが好ましい。
【００２４】
また、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置に載置した前記薄板ガラス又はガラス積層体の面外にてジェット噴射を開始し、一定時間経過してジェット噴射が安定した後に、薄板ガラス又はガラス積層体の面内に切込むことが、アブレイシブ型ウォータージェットの噴射点を中心とする大きな破壊を防止する上で好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス積層体の加工方法は、最も薄い薄板ガラスの厚さに対して最大粒径を０．５０以下の比率に調整した砥粒を用いるので、薄板ガラス又は合わせガラスが薄板ガラスを含む場合でも、薄板ガラスにクラックを発生させずに薄板ガラスの切断を含む加工が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明で使用するアブレイシブ型ウォータージェット加工装置の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
ガラスは脆性材料であり、クラックが生じ易く進展し易いという性質を有する。板ガラスの切断や研削、研磨といった加工では、部分的にガラス微小領域が連続破砕や摩滅により削り取られている。このとき、加工箇所を微視的に見ると、細やかなクラックが連続的に生じている。ただし、そのクラックが大きく進展せずに、ガラス微小領域とともに材料の板ガラスから剥離する限りは、加工後の板ガラスにクラックは残らない。
【００２８】
しかし、アブレイシブ型ウォータージェットによる切断加工で、板ガラスが薄い場合には、板ガラスの厚さに対して砥粒の最大粒径が０．５０を超える粗粒による衝撃エネルギーが板ガラスの強度に対して相対的に大きくなる。このような場合、クラックが速く進展してガラス内部まで延びるため、切断後の薄板ガラスにクラックが残ってしまう。
【００２９】
本発明では、このようなクラック発生の防止を検討した結果、薄板ガラス又はガラス積層体中の最も薄い板ガラスの厚さに対して砥粒の最大粒径を０．５０以下の比率にすれば、クラックは実質的に生じないことがわかった。また、薄板ガラス又はガラス積層体中の最も薄い板ガラスの厚さに対して砥粒の平均粒径で０．３０以下の比率にすると、安定してクラックの発生無しに切断加工を実現できることがわかった。砥粒の粒径分布が、この範囲から外れると、薄板ガラスが破損し易くなるため好ましくない。
【００３０】
砥粒の粗粒排除は必須の要件であるが、微粉についても配慮は必要である。微粉はクラックの発生に直接的には作用しないが、微粉が多過ぎるとアブレイシブ型ウォータージェット噴射流の研削力が低下し、一般的なノズル走査速度では、研削力不足により板ガラスにクラックが発生する。このとき、著しく切断速度を落とせばクラックを防止することができる場合もあるが、通常の工業生産では現実的ではない。
【００３１】
また、ガラス積層体の切断加工において、アブレイシブ型ウォータージェット噴射流の研削力が不足すると、板ガラス層と樹脂層の間に、ジェット噴射流が入込み易い。これは、板ガラス層が薄い場合や、板ガラス層と樹脂層との間の接合強度が小さい場合に、特に起こり易い。板ガラス層と樹脂層との間にジェット流が入込むと、接合面が剥離したり、薄板ガラスの場合は板ガラス層が押し曲げられて破壊する、といった不具合が生じる。
【００３２】
一方、砥粒が薄板ガラス層の厚さの０．０１以下の比率の粒径を有する微粉を５０量質％以上含んでいる場合、上記のような微粉による研削力不足が発生し易くなる。よって、本発明で用いる砥粒は薄板ガラス層の厚さの０．０１以下の比率の粒径を有する微粉の含有率が５０質量％未満であることが好ましい。具体的には薄板ガラスの厚さ１．０ｍｍ未満に対して最大粒径が０．５０以下、すなわち厚さ１０００μｍ未満に対して最大の粒径が１０μｍ未満の範囲の砥粒が５０質量％未満であることを意味している。
【００３３】
さらに、砥粒に微粉が多く含まれている場合は、凝集が起こり易く、砥粒の供給システムや噴射ノズル等に詰まりが生じ易くなる。現在、一般的なアブレイシブ型ウォータージェットは、ジェット噴射ノズルの直前で高圧水流に砥粒を引込ませて水と砥粒の混合流体を切断試料に噴射している。しかし、この砥粒の引込みが凝集などの要因で滞ると、ジェット噴射は水単体の噴射となり、ガラスのような硬質材料は実質的に切断が不可能となる。
【００３４】
この凝集による問題発生については、具体的には、砥粒の平均粒径が１０μｍ以下となると生じ易く、平均粒径が１μｍ以下となると凝集の防止に非常に注意を要する。この場合、凝集防止策として砥粒の乾燥状態維持などに通常よりも一層配慮しなければならない。よって、本発明で用いる砥粒は平均粒径が１μｍ以上であることが好ましく、平均粒径が１０μｍ以上であることがさらに好ましい。
【００３５】
砥粒の粒度分布は、狭い方が好ましい。ガラスを破損させない許容範囲であれば、砥粒はできるだけ大きな粒子が揃っていることが好ましい。この場合には、アブレイシブ型ウォータージェット噴射の研削能力が上がり、切断加工の効率も高くなる。
【００３６】
砥粒の粒度調整には、任意の方法を適用することができる。ガーネットその他の研磨材の粉砕方法は、乾式および湿式のいずれも可能で、ボールミルやジェットミルなど、適宜採用することができる。粉砕の途中に、粒度確認を何回か行うことで粒度の微調整が容易になる。
【００３７】
粉砕を行う際には、粗粒の抽出や、微粉の分級除去などを適宜行うと、所定の粒度を形成させ易い。個別に粉砕した粒度分布の異なる粉末を、適量ずつ調合するのも、粒度調整の方法として適当である。
【００３８】
粗粒除去を確実に行うには、除去したい粗粒の粒径よりも一段階小さい目開きの篩を用いると良い。一般的には、粉体の粒子は完全球体ではないため、通過する粒子の方向によっては目開きよりも大きな粒径の粒子も通過する。そのため、問題とする粒径の５０〜８０％の目開きの篩を用いると、問題となる粒径の粗粒を、ほぼ完全に除去することができる。
【００３９】
篩による粗粒除去は、少量の場合は皿型の篩で十分であるが、大量に行う場合は回転型の篩を利用した方が効率は高い。このとき、湿式でこれを行うと、粉塵が発生し難く、作業環境などの面で好ましい。
【００４０】
粗粒の割合調整を行うには、所定の篩に通すのが最も簡便である。篩は目詰まりを起こすと分級が不可能となるため、篩分けの作業性を考えると、篩上に残る分量がある程度少ない方が粒度を調整しやすくなる。体積で５０％以上が篩上に引っ掛かるような場合は、篩に詰った粗粒を適宜除去することが好ましい。
【００４１】
砥粒への粗粒の混入防止とともに、微粉の割合を好ましい範囲に効率良く調整を行うには、粉砕の途中段階で、適宜、粗粒を篩で除去すると良い。そして、除去した粗粒のみを個別に粉砕すると、必要以上の微粉の生成を防ぐことができる。
【００４２】
一旦、過剰に細かくなった粉末を、再度粗大化して用いるには、再焼成などの工程が必要となり、非常に手間が掛かる。よって現実的な対応としては、細かくなった粉末を取置きしておき、利用できる際に許容量を砥粒に混ぜて用いるのが良い。
【００４３】
アブレイシブ型ウォータージェットの砥粒に用いる無機粉末としては、基本的には、旧モース硬度８に相当するガーネットが好ましい。ただし、微粉の場合は、砥粒による研削力が落ちるため、旧モース硬度９に相当するアルミナ、ジルコニア、ジルコンなどの硬い粒子を用いると、研削力を高められて良い。ただし、この場合、長期使用では噴射ノズルなどの損耗が大きくなるため、寿命管理に留意が必要である。旧モース硬度７に相当する石英結晶も、研削力が低いが、研削力が過剰と思われる場合には、有効に使用することができる。
【００４４】
アブレイシブ型ウォータージェットによる切断加工では、微小領域の連続破砕にて、切断が進行する。樹脂のようなものは、単に削り取られて行くだけだが、ガラスのような脆性材料では、ジェット噴射している領域には微小クラックが常時生じている。この微小クラックが、削り取られて除去される場合は問題無いが、この削り取られる部分以外にまでクラックが進展すると切断線に収まらずに、切断後の板ガラスにクラックが残ってしまう。この板ガラスを切断する際に、切断試料とワーク固定台の間に隙間があると、アブレイシブ型ウォータージェット噴射の衝撃により板ガラスが振動し、クラック発生やクラック進展を促進する。特に、薄板ガラスは、単板での強度が小さいため、ジェット噴射による衝撃や振動によりクラックが進展して残り易い。
【００４５】
このような理由から、薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス複合材料の切断加工では、ワーク固定台に、切断試料との隙間を埋めるべく、弾性材料よりなる凹凸吸収材を介して薄板ガラス又はガラス積層体を載置することが好ましい。
【００４６】
ここで述べる弾性材料よりなる凹凸吸収材は、切断試料とワーク固定台との隙間を埋めるために用いる。このとき、弾性材料よりなる凹凸吸収材があると、このアブレイシブ型ウォータージェット噴射による振動を防ぎ、クラックを防止する作用を発揮する。また、ワーク固定台やガラス積層体は、一般には、いずれも平面板状であるため、凹凸吸収材も、平板状やシート状でよい。ただし、ガラス積層体が曲率や凹凸を有する場合は、ワーク固定台と切断試料の隙間を埋めるべく、凹凸吸収材の寸法形状を決めるとよい。
【００４７】
凹凸吸収材の厚さは、弾性材料の硬さにもよるが、２ｍｍから３０ｍｍぐらいが適当である。２ｍｍより薄くなってくると、凹凸変動の吸収幅が小さくなる。一方、３０ｍｍ以上の場合は、凹凸吸収材の揺らぎが大きくなって、切断試料の固定が不安定になり、クラックを誘発する要因となる。
【００４８】
凹凸吸収材の弾性材料については、基本的には、切断試料の凹凸の吸収が可能な弾性体であればよい。具体的には、ゴムや発泡樹脂等が好ましい。また、高粘度の液体を風袋に入れた薄い布団のようなものでもよい。硬さについては、一般の天然ゴムぐらいの硬さの弾性材料が、切断試料の凹凸を吸収して振動を防止する効果を安定して得易く、使い易い。
【００４９】
本発明による切断加工では、アブレイシブ型ウォータージェット噴射は、合わせガラスの面外で開始し、一定時間が経過してジェットが安定した後に、合わせガラスの面内に切込むことが好ましい。
【００５０】
面内の切抜きなど、面内で穴の開いていない部分から切断を開始する場合、材料や厚さによっては、破損を引き起こす。現在、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置には、ピアッシングモードと呼ばれる穴開け用の運転モードが設けられており、この操作をすると、最初は低圧で噴射を開始し、穴が開いてくる段階で圧力を通常切断の高圧に上げる、といった破壊防止策を施すことができる。ただし、本発明に述べる薄板ガラス入りのガラス積層体の切断においては、この対策は全く効果を示さず、反対に大きな破壊が生じる。
【００５１】
具体的には、薄板ガラス入りのガラス積層体の面内においてジェット噴射を開始すると、ジェット噴射点を中心とする半径５０ｍｍから２００ｍｍ程度の円形状に破壊が生じる。このような現象は、一般的なガラス積層体では見られず、大きく異なっている。関係因子には、ガラス単板の弾性、強度、貼合せの接着強度（板ガラス層と樹脂層との接着強度など）が挙げられる。
【００５２】
穴が開いていないガラス積層体にジェット噴射が切断対象に吹付けた場合、ジェット噴射は周囲に跳ね返って飛散する。平面方向に跳ね返ったジェット噴射は、ガラス積層体の板ガラスの間に入り込んで層間を押し広げようとする。このとき、板ガラスの弾性や強度、貼合せの接着強度が、その抵抗力として機能する。しかし、本発明対象のように、板ガラスの厚さが１．０ｍｍ未満まで板ガラスが薄くなると、外力に対して板ガラスが顕著に変形し易く、割れ易くなるため、ガラス積層体の断面方向にジェット噴射が入り込み易くなる。貼合せの接着強度は、抵抗力にはなるが、板ガラスと樹脂の接合では、高圧ジェットに耐性を示すほどの接着強度は有していない。その結果として、行き場を失ったジェット噴射が、ガラス積層体の断面方向に入り込み、噴射点を中心に大きな破壊を起こす。このような理由にて、薄板ガラス入りのガラス積層体のアブレイシブ型ウォータージェットによる切断加工では、ガラス積層体の面外から切断を開始することが好ましい。
【００５３】
ただし、機械的な穿孔方法などによって、予めガラス積層体の面内に穴が開いている場合は、内面での切断開始も可能である。この場合、ジェット噴射が貫通できる径の穴を開けておいて、その中でジェット噴射を開始して切断を進めると、ジェット噴射が切断開始時点から下方に抜け出るため、積層断面方向へのジェット噴射の跳ね返りがなく、クラック無しの切断を達成し易い。
【００５４】
薄板ガラス単板、薄板ガラスを含むガラス積層体では、両者の間に、切断加工の難易に多少の違いがある。薄板ガラス単板は、概して耐衝撃強度が小さく、ジェット噴射の衝撃力による破壊を受け易い。しかし、許容変形量が大きいため、弾性材料の凹凸吸収材にて密着固定させ易く、この点はクラックの発生無しに切断加工する上では、有利に作用する。一方、薄いガラスを含むガラス積層体では、ジェット噴射に対して耐衝撃性は高いが、変形許容量が小さく、凹凸吸収材による密着固定を行い難い。また、先に述べたように、ガラスの層間にアブレイシブ型ウォータージェット噴射流が入って行き、層間からの破壊が起こり得る。
【００５５】
砥粒の粒度の測定については、篩による分級の他に、レーザー回折計を用いることができる。ただし、レーザー回折計の使用に際して屈折率の調整や凝集壊砕の条件など、篩での粒度測定との結果対応には注意が必要である。
【００５６】
板ガラスの破損の観察においては、照明を用いて目視で確認することができるが、適宜、拡大鏡を用いると、さらに微細なクラックも見つけ易くなるので有用である。
【００５７】
次に、比較例および実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００５８】
本発明の実施形態として、図１に、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置１０を模式的に示す。この砥粒の供給サイロ１１に、粒度を調整したガーネット粉末の砥粒Ｇを投入する。
【００５９】
本発明の実施の試験においては、高圧水供給装置１２からの図示しない噴射ノズル径は、０．３５ｍｍφである。高圧水Ｗの供給圧力は３００ＭＰａであり、高圧水Ｗの供給流量は約５リットル／分である。砥粒Ｇを引込んだ混合高圧水のジェット噴射流Ｊの噴射ノズル１３のノズル径は１．０ｍｍφであり、砥粒Ｇの供給量は概ね２００ｇ／分とした。噴射ノズル１３と切断試料Ｐとの距離は２ｍｍとし、切断速度は１００〜１０００ｍｍ／分とした。
【００６０】
砥粒Ｇには、ボールミルによりガーネット材料を粉砕した粒度分布の広い粉砕物を、篩により分級して粒度を整えたものを使用した。
【００６１】
ワーク固定台Ｔについては、基本的に、金属格子を基台として、その上に厚さ１０ｍｍの合板を敷いたものである。凹凸吸収材として発泡ポリエチレン製の凹凸吸収シートＳを合板の上に搭載し、その上に切断試料Ｐを載せた。
【００６２】
切断試料には、日本電気硝子株式会社製の無アルカリガラス（ＯＡ−１０）よりなる板ガラスを使用した。ガラス積層体は、板ガラスの間にＰＶＢ樹脂のシートを挟んでオートクレーブにより加圧加熱して密着させて作製した。また、板ガラスには、厚さとして、７００μｍ、５００μｍ、１００μｍの３種類を用いた。ＰＶＢ樹脂シートには、厚さとして、７６０μｍ、３８０μｍの２種類を用いた。
【００６３】
切断加工の評価は、目視により観察した。
【００６４】
表１に、板ガラスの最小厚さ、砥粒の粒度、評価結果をまとめて示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
実施例１では、厚さ７００μｍの薄板ガラスを６枚積層したものを切断試料に用いた。薄板ガラスのサイズは２．１ｍ×１．２ｍである。中間層には、厚さ７６０μｍのＰＶＢ樹脂を５層介在させている。よって、材料全体での積層数は、板ガラス層６層、ＰＶＢ樹脂層５層で、計１１層である。合計厚さは８．０ｍｍである。本例においては、砥粒の相対的粒度である（最大粗粒／板ガラス厚）の値は０．３６であり、本発明の０．５０以下の範囲を満たしている。また、（平均粒径／板ガラス厚）の値は０．１６であり、本発明の０．３０以下を満たしている。また、粒径の比率で薄板ガラス層の厚さの０．０１倍である７μｍ以下の粒径を有する微粉の含有量は、砥粒の全質量に対して５０質量％以下の０．０１％であった。これらの条件にて切断した結果、全ての板ガラス層にクラックは確認されず、良好な切断を達成することができた。
【００６７】
実施例２と実施例３では、実施例１と同様に、厚さ７００μｍの薄板ガラスを６枚積層したものを切断試料に用いた。中間層には、厚さ７６０μｍのＰＶＢ樹脂を５層介在させている。（最大粗粒／板ガラス厚）の値は、実施例２では０．１５、実施例３では０．１１であり、いずれも本発明の０．５０以下の範囲を満たしている。また、（平均粒径／板ガラス厚）の値は、実施例２では０．０７、実施例３では０．０４であり、いずれも本発明の０．３０以下を満たしている。また、粒径の比率で７μｍ以下の粒径を有する微粉の含有量は、砥粒の全質量に対して０．１％であった。これらの条件にて切断した結果、全ての板ガラス層にクラックは確認されず、良好な切断を達成することができた。
【００６８】
実施例４は、厚さ５００μｍの薄板ガラスを６枚積層したものを切断試料に用いた。板ガラスのサイズは、２．１ｍ×１．２ｍである。中間層には、厚さ７６０μｍのＰＶＢ樹脂を５層介在させている。砥粒の（最大粗粒／板ガラス厚）の値は、０．０８であり、本発明の条件を満たす。また、（平均粒径／板ガラス厚）の値は、０．０４であり、本発明の０．３０以下を満たしている。また、粒径の比率で５μｍ以下の粒径を有する微粉の含有量は、砥粒の全質量に対して３％であった。これらの条件にて切断した結果、全ての板ガラス層にクラックは確認されず、良好な切断を達成することができた。
【００６９】
実施例５は、厚さ１００μｍの薄板ガラスを４枚積層したものを切断試料に用いた。板ガラスのサイズは、０．３ｍ×０．３ｍである。中間層には、厚さ３８０μｍのＰＶＢ樹脂を３層介在させている。砥粒の（最大粗粒／板ガラス厚）の値は、０．０３であり、本発明の条件を満たしている。また、（平均粒径／板ガラス厚）の値は、０．１０であり、本発明の条件を満たす。また、粒径の比率で１μｍ以下の粒径を有する微粉の含有量は、砥粒の全質量に対して２０％であった。これらの条件にて切断した結果、全ての板ガラス層にクラックは確認されず、良好な切断を達成することができた。
【００７０】
実施例６、実施例７は、厚さ７００μｍの薄板ガラスの単板を切断試料に用いた。板ガラスのサイズは、０．８ｍ×０．８ｍである。砥粒の条件は、それぞれ実施例３と実施例４と同じである。これらの条件で切断した結果、薄板ガラスにクラックは確認されず、良好な切断を達成することができた。
【００７１】
上記の実施例に対する比較例として、比較例１は、実施例１から実施例３と同じく、厚さ７００μｍの薄板ガラスを６枚積層したものを切断試料に用いた。中間層には、厚さ７６０μｍのＰＶＢ樹脂を５層介在させている。比較例１では、砥粒はその最大粒径６００μｍである。砥粒の相対的粒度である（最大粗粒／板ガラス厚）の値は、０．８６となる。この値は、本発明の０．５０以下の範囲外にある。また、（平均粒径／板ガラス厚）の値は、０．４４であり、この値も、本発明の０．３０以下の範囲外にある。これらの条件で切断した結果、板ガラス層には、切断長さ当たり概ね数センチ毎の頻度で、クラックが発生した。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、脆性材料の薄板ガラスの切断方法及び合わせガラスを構成する薄板ガラスを切断する加工方法を示したが、カーボンやガラス等の無機繊維を使用した難加工性の複合材等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１０ アブレイシブ型ウォータージェット加工装置
１１ 砥粒供給サイロ
１２ 高圧水供給装置
１３ 混合高圧水の噴射ノズル
Ｇ 砥粒
Ｊ ジェット噴射流
Ｐ 切断試料
Ｓ 凹凸吸収シート
Ｔ ワーク固定台
Ｗ 高圧水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ１．０ｍｍ未満の薄板ガラス又は該薄板ガラスを含むガラス積層体に、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置により砥粒を混ぜた懸濁液を高圧噴射して前記薄板ガラスの切断を含む加工を行う加工方法であって、
最も薄い前記薄板ガラスの厚さに対して最大粒径を０．５０以下の比率に調整した砥粒を用いることを特徴する薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス積層体の加工方法。
【請求項２】
最も薄い前記薄板ガラスの厚さに対して平均粒径を０．３０以下の比率に調整した砥粒を用いることを特徴する請求項１に記載の薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス積層体の加工方法。
【請求項３】
砥粒が、主にガーネットで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス積層体の加工方法。
【請求項４】
全ての板ガラスの厚さが１．０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の薄板ガラス又は薄板ガラス積層体の加工方法。
【請求項１】
厚さ１．０ｍｍ未満の薄板ガラス又は該薄板ガラスを含むガラス積層体に、アブレイシブ型ウォータージェット加工装置により砥粒を混ぜた懸濁液を高圧噴射して前記薄板ガラスの切断を含む加工を行う加工方法であって、
最も薄い前記薄板ガラスの厚さに対して最大粒径を０．５０以下の比率に調整した砥粒を用いることを特徴する薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス積層体の加工方法。
【請求項２】
最も薄い前記薄板ガラスの厚さに対して平均粒径を０．３０以下の比率に調整した砥粒を用いることを特徴する請求項１に記載の薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス積層体の加工方法。
【請求項３】
砥粒が、主にガーネットで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄板ガラス又は薄板ガラスを含むガラス積層体の加工方法。
【請求項４】
全ての板ガラスの厚さが１．０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の薄板ガラス又は薄板ガラス積層体の加工方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−１７８６１４（Ｐ２０１１−１７８６１４Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４５０７７（Ｐ２０１０−４５０７７）
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
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