研削・研磨後のガラスエッジの光学品質と強度に関する研究

日付: 2022 年 11 月 22 日

著者: パウリナ ブキエダ、カタリーナ ローア、イェンス マイバーグ、ベルンハルト ウェラー

ソース：ガラスの構造とエンジニアリング 第 5 巻、(2020)

https://doi.org/10.1007/s40940-020-00121-x

ガラスエッジは、ガラスシートを切断し、さらにオプションで仕上げを行うことによって形成されます。 脆性材料であるガラスに機械的干渉が生じると、端面に傷や亀裂が生じます。 これらの欠陥はガラス全体の強度に影響を与えます。 ドレスデン工科大学建築研究所の研究プロジェクトの範囲内で、研削と研磨のプロセスが、ガラスのエッジとエッジの強度に対する特徴的な目に見える効果の観点から調査されています。 したがって、研究プロジェクトの特別な焦点は、焼き鈍しガラスの面取り面に対するさまざまな研磨カップホイールの影響です。 この記事では、ガラスエッジ表面の処理手順に関するいくつかの基本を示し、検討された研削および研磨カップホイールを紹介し、実行された実験試験の概要を示します。

顕微鏡分析により、表面の典型的な欠陥の特性評価が可能になります。 さらに、破損時の曲げ引張応力を決定するために、4 点曲げ試験が実行されます。 両方の方法を組み合わせることで、破壊の原因となる欠陥を破壊する前に解析し、光学表面の品質と曲げ引張応力との相関関係を解析することができます。 さらに、顕微鏡を使用して研削盤の調整をサポートし、再現可能なエッジ品質を制御することもできます。 評価の結果、面取り用の研磨カップホイールを特別に開発することで表面品質が向上し、その結果エッジ強度が向上することがわかりました。

ガラスエッジ強度を考慮した設計

窓やファサードの構造における機械的負荷と熱的負荷は、現代の建築上の需要と建築物理学に対する厳しい要件に伴って増大しています。 ガラスのフォーマットと複雑なガラス構造の増加に伴い、機械的負荷、特に熱負荷の重畳により、特にエッジ領域に重大な応力が発生する可能性があります。 ヨーロッパのさまざまな国の現在の設計基準によれば、ガラスエッジの寸法を決めるためにアニールガラスの設計値を下げる必要があります (Feldmann and Kasper 2014、p. 55)。 ドイツおよびオーストリアの規格 (DIN 18008-1 2019 および ÖNORM B 3716-1 2016) の場合、焼き鈍しガラスの特性曲げ強度の 80 % の低減が必要です。 この減少は、処理によるエッジ強度の大きなばらつきを考慮しており、ガラスエッジ強度の最小レベルを表します。

アニールされたガラスのエッジ強度の抵抗の減少と、ガラスのエッジに適用可能な荷重シナリオの欠如が不安を引き起こします。 ガラス構造の設計と損傷のないガラスの設計において一定レベルの安全性を確保するには、ガラスのエッジをさらに詳細に検査する必要があります。 現在、プランナーはより高いエッジ強度を示す強化ガラスを使用することがよくあります。 ただし、エッジ強度が高くなると、硫化ニッケルの混入による自然破損のリスクや、異方性が目に見えるため光学品質の低下を伴います。 さらに、強化ガラスの使用は非常に高価である。 焼き鈍しガラスをより効率的に使用することが望ましい。 そのため、安全設計アプローチと、許容可能なエッジ強度と低散乱を備えた焼きなましたガラスの製造が必要です。

ガラスエッジの形状と種類

ガラスのエッジは、ガラスシートの切断と、さらにオプションの仕上げによって生じます。 切断プロセスでは、ガラス板の形状とサイズが決まります。 次の研削と研磨のプロセスでは、寸法精度を確保し、光学品質を向上させるために、材料の端面とマージンが侵食されます。 いわゆる処理されたエッジにより、怪我のリスクが軽減され、ガラス板のさらなる熱強化が可能になります。