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強化ガラス（きょうかガラス、英語: toughened glass, tempered glass）とは、一般的なフロート板ガラスに比べ3 - 5倍程度の強度を持つガラスである^[1]。

概要

破損しても鋭いナイフ状にはならず大部分が粒状になる事によりフロート板ガラスに比べ比較的安全なため、車両や学校、クレーンゲーム筐体などで利用されているが、その裏返しとして防犯性能は低い（一か所の破損で全体が粒状に砕ける。下記参照）。高い弾性率、剛性率をもちながら透明であるガラスは非常に有用な素材であるが、脆いため衝撃を受けると割れてしまうという致命的な欠点が存在する。そこで、ガラスが容易に割れないようにするために、表面を圧縮して破壊に対する抵抗性を高める方法が考案された。強化ガラスはその構造上、それを加工することが出来ないため、強化のプロセスは製品製造工程の最後で行われる。

強化ガラスはその表面が圧縮によって強化されているため、強化されていないガラスと較べて破壊に至るための力は大きくなるが、外部からの衝撃などで発生する細かな傷などで、圧縮層を超えて割れが進行すると、内部には逆に引っ張りの力が存在しているため、ガラス全体が瞬間的に破砕する^[2]。このため、強化ガラスが割れると粉々に割れる特徴があるが、これは割れた時の安全性の点からするとむしろ好ましい特徴である。しかし、破損時にガラス全体が破損してしまうため防犯上の性能は良くない。

用途

その性質から、自動車の窓や子供の多い学校などで広く利用されている。しかし前面のウィンドシールドについては、事故時に粉々に割れた強化ガラスが一瞬にして視界を奪ってその後の対処が遅れがちになることや破片が運転者や助手席の乗員の眼球を直撃して失明する事故も多発したため、1987年 9月以降に生産される自動車には合わせガラスの使用が義務化されるようになった。ただしバットでフルスイングしても割れない程の強度を持っているために、歩行者の保護にはならない。

電子レンジを使用する場合に、耐熱ガラスの代わりに使用される場合があるが、強化ガラスは急激な温度変化で割れる場合があり、危険である。

製法

イオン交換法

→「ゴリラガラス」も参照

ナトリウム(Na)イオンを含有したガラスを、カリウム(K)塩の融解塩に浸けておくと、ガラス表面のNaイオンと溶液中のKイオンが交換され、Kイオンがガラスの表面層に侵入していく。

KイオンはNaイオンよりも大きい粒子であるため、Kイオンが侵入したガラスは狭い隙間につっかえ棒を押し込んだような状態になり、ガラスの表面には圧縮応力の層が生じる。するとガラスを破壊するためには、分子間の結合を破壊する力だけでなく、表面の圧縮応力を取り除く力も必要となる。このため、このガラスを破壊するには通常のガラスよりも大きな力が必要となり、このガラスは強化されたと言える。

風冷強化法

板ガラスを約650 - 700 ℃まで加熱した後、ガラス表面に空気を吹きつけ、急激に冷やすことにより生成する^[1]。表面に圧縮応力層を形成するという点ではイオン交換法と同じであるが、風冷強化法では熱処理によって表面層と内部の密度差をつけることによって応力場を形成する。ガラス板の厚さに制約がある（薄いガラス板は不可）。金属加工における焼入れとの類似性から、「焼きを入れる」などと称される。