「このガラス、強化したほうがいいかもしれません」

その理由とは？

五鈴精工硝子では、図面を元に開発部門が形状や寸法、用途について確認を行い強化の必要性を検討し、

「使用時と使用後で温度差が大きくなりそうだ」
「この用途なら、強化加工を検討したほうがよいのでは？」

といった、ご提案をさせていただくことがあります。

…でも、そもそも「強化硝子」って何？

「ガラスなのに、なぜ強くなるの？」
「普通のガラスと何が違うの？」
「見ただけで強化されているか分かるの？」

今回は、そんな疑問にお答えしながら、強化ガラスの仕組みをできるだけ分かりやすくご紹介します。

■ なぜガラスを「強化」するの？

ガラスは、急激な温度変化によって割れることがあります。ガラスは温度によって膨張したり収縮したりするため、部分的に温度差が生じると、ガラスの中に「応力」と呼ばれる力が発生し、この力が大きくなると、ガラスが割れてしまうことがあります。

そこで、あらかじめガラスに適切な応力を与えることで、外部から加わる力や温度変化に対して、より割れにくい状態をつくるのが“強化加工”です。

■ 「強化」を検討する場合って、どんな時？

五鈴精工硝子で強化加工をおすすめする一例として「使用中に温度差が発生する可能性がある場合」です。
例えば、赤外線吸収フィルターなど、使用中は高温になり、装置の停止後には温度が下がるような用途の時がそれにあたります。

■ ガラスはどうやって強くなる？

ガラスの強化方法には、大きく分けて

・風冷強化法

・化学強化法（ケミカル強化法やイオン交換強化法とも言われます）

五鈴精工硝子では、「風冷強化法による強化加工」を行っています。それぞれ、ガラスが強くなる仕組みが異なります。

■ 風冷強化と化学強化

① 風冷強化　　 ～「加熱」と「冷却」を利用して強くする～

風冷強化は、ガラスを軟化温度付近まで加熱したあと、表面に風を吹き付けて急速に冷却する方法です。ガラスを加熱すると、ガラス全体が膨張しようとします。そこへ表面から風を吹き付けると、表面が先に冷えて収縮します。

一方、内部はまだ熱い状態なので、すぐには収縮できません。この「表面は縮みたい、内部はまだ熱くて縮めない」という状態を利用して、ガラス内部に応力を発生させます。ガラスの中に意図的な応力状態をつくることで、強化を施します。

ガラス全体が膨張します。そこへ表面に風を吹き付けると、表面が先に冷えてやや収縮し、固まります。一方、内部はまだ熱い状態なので、すぐには収縮できません。

ガラス全体が均一温度（常温）になった時、「表面は先に固まっていているのに、内部は後から縮もうとする」という状態を利用して、ガラス内部に応力を発生させます。ガラスの中に意図的な応力状態をつくることで、強化を施します。

② 化学強化　 ～「イオンを入れ替えて」強くする～

もう一つの方法が、化学強化です。化学強化では、ガラス表面付近にある“ナトリウムイオン”を“カリウムイオン”に置き換えることで、表面に圧縮応力を発生させます。カリウムイオンは、ナトリウムイオンよりもサイズが大きいという特徴があります。

そのため、イオン交換によってカリウムイオンがガラス表面に入ると、表面付近が押し縮められたような状態になります。この状態によって、ガラス表面に圧縮応力が生まれ、ガラスが強化されます。

■強化加工は、製造工程のいつ行う？

五鈴精工硝子では、次のような工程の中で強化加工を行います。

ここで重要なのが、加工を行う順序です。基本的に、強化加工を施したガラスは、その後の加工が難しくなるため、研磨工程などの加工を行った後に、強化加工を行います。ただし、製品の形状や仕様によっては、粗削りの段階で先に強化加工を行い、その後に研磨加工を行う場合もあります。このように、製品の仕様に応じて適切な工程順序を検討しています。

■ 強化されているか、見た目で分かるの？

左：未強化品、右：強化済品

歪計で確認すると、目で見ただけでは分かりにくい「ガラス内部の状態」を確認することができます。

■ 五鈴精工硝子では用途に合ったご提案をさせていただきます

五鈴精工硝子では、使用環境や温度条件などをお聞かせいただければ、強化加工の必要性について、技術的な観点から検討させていただきます。「強化したほうがいいのか分からない」といったご相談もお受けしております。また、強化加工のみも対応させていただいております。お手元にある製品を「強化してほしい」といったご依頼も承っております。