強化ガラスについて

強化ガラスの原理

板ガラスの強度とは基本的に、圧縮応力（ちぢめようとする力）に強く、引張応力（引っ張る力）には弱いという性質があります。

例えば、ガラス表面に衝撃が加ると当たった面から撓み、弾性に限界を迎えるとすぐに割れてしまいますが、この撓んだ状態の板ガラスには表面に圧縮応力、当った面の反対側には引張応力が働いている為、破壊は引っ張りに弱い反対面から始まります。

ガラスが容易に割れなくする為には、ガラス表面に引張応力が働かないようにする事が重要になりますが、通常の使用環境ではこれを制御する事は困難です。

そこで考えられたのが、製造段階で予めガラスの両面に圧縮力を加えておく事で、引張応力を相殺しガラスの強度を上げるという方法です。

強化ガラスの製造方法である風冷強化法では、通常のフロートガラスに軟化点近く（650～700℃）の温度で加熱した後、表面のみに急激な冷却処理をする事で表面付近が内部より先に固められ、これによりガラスの両面に全体の約1/6程度の厚みの圧縮応力層が形成されます。

一方で、温度が高いままである内部はすぐには縮む事が出来ない状態の為、後からゆっくりと冷えて固まる事で縮むのを抑える引張応力が発生します。

つまり、強化ガラスには両表面に圧縮応力層が、内部には引張応力層が働く構造になっているという事です。

この状態のガラスにボールをぶつけても、通常の板ガラス同様、その面には圧縮応力が、それより先には引張応力が働く事になりますが、この反対側にはあらかじめ圧縮応力層が用意されている為、外部からの衝撃に対して高い抵抗性を持ちます。これが強化ガラスが割れにくい原理となります。

強化ガラスの種類

強化ガラスには、主に透明なフロートガラスが採用されていますが、ガラスにどのような加工を加えるかによって強度だけでなく、見た目や性能にも特徴が現れます。

なお、強化ガラスは構造上、後から加工を施すと応力のバランスが崩れ、一瞬にしてガラス全体が粒状に割れてしまう為、強化加工は製造工程の最後に行われる事が殆どです。

強度が高く割れにくい

強化ガラスは、名前の通り強度が高いガラス板です。

ガラス加工の際に表面と内部の間に急激な温度差を生む事で、表面に圧縮応力、内部には引張応力を持つ状態となっており、この特殊な構造がガラスを割れにくくさせています。

一般的なフロートガラスと比較すると、強化ガラスはおよそ3.5倍から5倍以上と、ガラスの中でも最も優れた耐衝撃強度を持っており、多少の衝撃では割れません。

しかし、面の衝撃に強い一方、点の衝撃には弱い性質を持っており、先端が尖ったもので叩くと僅かな力でも呆気なく割れてしまいます。

また、防火性能や防犯性能が無い点にご注意ください。

なお、強化ガラスという名前から表面が物理的に硬くなると思われる方が居られるかと思いますが、表面の硬度は通常の板ガラスよりもやや低くなっています。

強化ガラスへの衝撃は直接の割れには繋がらなくても、他のガラスと同じように表面に傷が付いてしまう為、扱いにはある程度の注意が必要です。

割れても安全性が高い

非常に高い強度を誇る強化ガラスですが、割れないという訳ではありません。

しかし、万一割れてしまった場合でも安全性が高いという特徴があります。

強化ガラスは特殊な加工方法によって表面には圧縮応力層が、それより内部にはバランスをとるように引張応力層が形成されています。

一点に強い衝撃を受けたり、強度の限界を超える衝撃が加わる事でガラス表面の圧縮応力層を超える傷が付くと、この二つの応力のバランスが崩れ、ガラスが割れてしまいます。

通常のガラス板であれば、割れると部分的な欠損やひび割れを起こし、鋭利な刃物のようなガラス片になります。その為、ガラス片に触れると怪我を負ってしまい、大変危険です。

しかし、強化ガラスが割れた時はガラス全体が細かい粒状になって砕け落ちるという特徴的な割れ方をする為、ガラス片による怪我など二次被害が起こりにくくなっています。

この事から、万一割れてしまっても安全性が高い為、強化ガラスは「安全ガラス」とも呼ばれています。

日常でも触れる機会が多いガラステーブルの天板やガラス棚などの家具類や、人通りの多い店舗・公共施設など人々の安全を守る目的でも強化ガラスが利用されています。

なお、強化ガラスの割れ方は日本の国家標準の一つである日本産業規格（JIS規格）によって決められています。

ガラス片が5cm角相当40個以上になる等(5ミリ厚以上の場合)、人体に危険を及ばない事が認められています。

強化ガラスは「ガラスを用いた開口部の安全設計指針」において「割れても安全なガラス」として出入口などの開口部や周辺のガラス部分への使用が推奨されている確かな安全性を持ったガラスです。

熱に強い

強化ガラスは、フロートガラスの耐熱温度である110℃と比較すると、150～200℃と非常に高い耐熱温度を持っている為、熱に強いガラスと言えます。

しかし、通常のガラスより熱への耐性が多少高くなってはいますが、耐熱ガラスや防火ガラスとして使用出来る程、熱に強い訳では点にご注意ください。

また、急激な温度変化に対しても耐性がある訳ではなく、キッチン等の火を扱い高温になる場所では網入りガラス等の防火ガラスを使用した方が良いです。

強度と耐熱性の両方が必要となる場合には、耐熱強化ガラスを選ぶ事をオススメします。

割れると全面が粉々になる

ガラス全体が粉々に砕けるという強化ガラスの特殊な割れ方には、フロートガラスのような鋭利なガラス片が出ない事から安全性が高い反面、細かな粒状の破片が広範囲に飛散してしまうという欠点があります。

風が吹いて遠くまで飛ばされてしまい目の中に入ってしまったり、部屋中の至る所に散らばり掃除が行き届かない事で、ペットやお子様の誤食などを招いてしまう被害にも繋がり兼ねない為、注意が必要です。

また、ビルやマンション等の高所に使用する場合は、割れたガラスの破片が落下してしまう事でより広範囲に飛散し、近隣の住民にも被害が及んでしまいます。

その為、設置する箇所の高さや位置を考慮した上で最適なガラスをお選びになられるか、飛散防止フィルム等を使用した落下防止措置をしておく事をオススメします。

突然割れることがある

強化ガラスは衝撃への強度が高い反面、突然、前触れもなく粉々に砕け散る事故が起こる事があります。

ガラスに触れた訳でもなければ、ガラスに近づいてさえいない状況である事も多く、当事者としても全くもって理由が分からないという事もしばしばです。しかし、実際にはしっかりとした原因のある現象となっています。

強化ガラスは、ガラスの表面に全体の6分の1程の厚みの圧縮応力層があり、これを突き抜けるとガラスの持つ圧縮応力と引張応力のバランスが崩れてしまい、瞬間的に割れてしまうという性質を持っています。

突如とした破壊の正体は、ガラス内に不純物が混ざっていたり、外部からの衝撃でガラス表面に付いてしまった細かな傷の蓄積が、時間の経過と共に表面の圧縮応力層を超えて内部の引っ張り応力層まで進行する事で起こる自然破損によるものなのです。

また、圧縮応力層があるのはガラス表面のみであり小口部分（側面）にはない為、小口部分には少し硬いものがぶつかっただけでも、直接引張応力層へ届いてしまい簡単に割れてしまいます。

もちろん、工場から出荷される強化ガラスには傷が入っていないか等、十分な点検・安全対策が行われていますが、稀に運搬時に傷を付けてしまったりする事も起こり得る為、万一表面にキズも無い新品の状態で割れるといったトラブルが発生する事もあります。

強化ガラスは、破裂音を立てて一瞬で粉々に砕け散る様子から「強化ガラスは爆発する」といった表現が用いられる事がありますが、そう見えるだけであり、実際に爆発している訳ではありません。

日々の生活で付く細かな傷が付く事が多い強化ガラス製のガラストップテーブルや鍋蓋などの調理器具・食器のような身近な生活用品で起こる事が多くなっています。強度が高いとはいえ扱いには注意するようにしましょう。

窓ガラスにおいては、割れた際に粉々になった破片が飛び散ってしまう事がないように飛散防止フィルムを貼る事もオススメです。

納品に時間がかかる

強化ガラスの構造上、完成後にガラスをカットする等の加工を施すと応力のバランスが崩れて割れてしまいます。

その為、強化ガラスの場合は現場で切断する事が出来ず、必要なサイズへの切り出しは強化加工を施す前に行う必要があります。

強化ガラスを取り付ける時や、強化ガラスに入れ替える時は必要なガラスのサイズを測った後、メーカーに発注する為、通常のガラス板よりも納品までに時間がかかりますので、強化ガラスの割れ替えや入れ替える時はお早めに対処する事をオススメします。