Vitrage de toit automobile
La présente invention concerne les vitrages du type de ceux utilisés pour constituer les toits ou pavillons des véhicules automobiles.
Les vitrages en question ont pour particularité de ne pas être de ceux pour lesquels une réglementation impose des caractéristiques notamment de transmission lumineuse pour garantir des conditions de vision optimisées. Ces vitrages par ailleurs ne sont pas non plus jusqu'à présent, réglementés dans leurs caractéristiques mécaniques, bien qu'ils participent sans équivoque à la tenue de l'habitacle et à la sécurité des passagers en cas d'accident.
Les vitrages du type utilisés pour les toits concernent une part au moins de la surface de ces toits.
Les designers automobiles proposent en effet une grande variété de formes et de dimensions pour ces vitrages additionnels qui participent à la demande de luminosité de l'habitacle et à l'impression générale d'ouverture de celuici vers l'extérieur.
L'incorporation de parties vitrées dans les toits est progressivement passée du simple toit ouvrant correspondant à une surface limitée du toit, à des surfaces entièrement vitrées constituées d'un ou plusieurs éléments distincts.
Dans tous les cas l'usage de surfaces vitrées supplémentaires n'est pas sans incidences sur certaines caractéristiques du véhicule.
La substitution de surfaces vitrées à des éléments métalliques s'accompagne systématiquement d'un accroissement du poids du véhicule. Pour cette raison l'épaisseur des vitrages en question est maintenue aussi petite que possible.
Pour cette raison aussi, de nombreuses mises en oeuvre ont consisté en l'utilisation de vitrages monolithiques en dépit des qualités supérieures des vitrages feuilletés pour ce qui concerne notamment la résistance mécanique. Le point le plus sensible lié à la présence des toits vitrés est le maintien du confort thermique dans l'habitacle. Le plus difficile est en effet de limiter l'accroissement de température dans l'habitacle lorsque le véhicule est exposé au rayonnement solaire. Ce problème est tel que dans les solutions proposées antérieurement, la transmission lumineuse des vitrages a systématiquement été extrêmement réduite pour limiter simultanément l'apport thermique associé au rayonnement dans les longueurs d'onde visibles.
Typiquement pour les éléments vitrés des toits antérieurs, la transmission lumineuse est inférieure à 30%, voire même inférieure à 20%.
La demande actuelle des constructeurs est pour des vitrages offrant des transmissions lumineuses sensiblement accrues. La question de l'apport thermique reste cependant présente. L'invention propose de répondre en partie à cette attente en offrant des vitrages de toits de véhicules automobiles, dans lesquels la transmission lumineuse TLA n'est pas inférieure à 45% et, de préférence, pas inférieure à 50%.
La TLA des vitrages de toit selon l'invention ne dépasse pas des valeurs de l'ordre de 65%, et le plus souvent la TLA n'est pas supérieure à 60%.
Ces valeurs de TLA suffisent pour conférer une grande luminosité à l'habitacle tout en limitant l'apport thermique comme on le voit ci-après.
Simultanément les vitrages de toit selon l'invention sont constitués de façon telle que le facteur solaire FS de ces vitrages soit au plus de 35%, et de préférence, inférieur à 34%.
Pour qualifier les vitrages selon l'invention, on se réfère de préférence au facteur solaire, plus qu'à la transmission énergétique TE, pour tenir compte de l'ensemble de l'énergie entrant dans le véhicule, que se soit par transmission directe de l'énergie rayonnée, ou qu'il s'agisse de l'énergie ré-émise par le vitrage après absorption d'une partie de l'énergie incidente.
Le facteur solaire est la somme de ces deux composants FS = TE+TES (TES transmission énergétique secondaire)
La transmission énergétique secondaire est fonction des échanges avec l'atmosphère environnante. Il est usuel de se référer au facteur solaire à l'arrêt, et à une vitesse déterminée par exemple 100km/h. Le plus élevé est toujours le facteur solaire à l'arrêt. C'est cette condition qui est retenue pour la définition de l'invention.
Les vitrages selon l'invention satisfaisant séparément aux deux conditions relatives à la transmission lumineuse et au facteur solaire sont encore avantageusement tels que le rapport TLA/FS soit au moins égal à 1,35 et de préférence, supérieur à 1,5. Ce rapport dans les meilleures conditions est supérieur à 1,6 et peut atteindre et même dépasser 1,7.
Il traduit la qualité du vitrage d'une part à laisser passer une très large fraction de la lumière visible et à minimiser l'énergie entrant dans le véhicule d'autre part.
Les vitrages de toit selon l'invention sont feuilletés pour leur conférer toutes les propriétés de résistance mécanique nécessaire. L'utilisation d'un feuilleté peut aussi, toutes proportions gardées, permettre de réduire l'épaisseur totale de verre en conservant la rigidité requise et en ajoutant les propriétés anti-expulsion.
L'utilisation de vitrages feuilletés, est également une condition qui permet de mettre en oeuvre sur ces vitrages une ou plusieurs couches permettant d'atteindre les performances indiquées ci-dessus. Il s'agit essentiellement de couches réfléchissant sélectivement les rayonnements dans le domaine des longueurs d'onde infrarouges.
Ces couches sont typiquement constituées d'un ensemble comprenant une ou plusieurs couches métalliques et des couches diélectriques d'oxydes destinées notamment à protéger les couches métalliques et prévenir les colorations inesthétiques. Ces ensembles sont essentiellement formés par des techniques de dépôt sous vide, notamment par magnetron sputtering . Les couches formées dans ces conditions sont très efficaces pour réfléchir les rayons infrarouges mais ont l'inconvénient bien connu d'être relativement fragiles. Les incorporer à des vitrages feuilletés, sur une face non-exposée évite tout risque de détérioration accidentelle de ces couches.
Selon l'invention le traitement au moyen de ces ensembles réfléchissant les infrarouges est de préférence choisi de telle manière que la réflexion dans le visible soit minimisée.
Il faut éviter l'apparence de miroir que pourrait générer une trop forte réflexion qui en plus réduirait la fraction lumineuse transmise. Selon l'invention, les vitrages assortis de couches réfléchissant les infrarouges ont de préférence une réflexion vers l'extérieur dans le visible RL qui n'est pas supérieure à 25%, et de préférence pas supérieure à 20%.
Les vitrages de toit selon l'invention sont avantageusement constitués de manière à présenter une coloration en réflexion, relativement neutre. Les vitrages recherchés sont soit légèrement gris, soit verts soit encore légèrement bleutés. La réflexion étant faible, dans tous les cas la coloration reste discrète.
Dans les vitrages selon l'invention, les feuilles de verre sont éventuellement de composition telle que le verre lui-même réduise la transmission énergétique.
Les verres traditionnellement mis en oeuvre à cet effet sont des verres à teneur en oxyde de fer total supérieure à 0,6% en poids et dans lesquels une fraction significative du fer est sous forme ferreuse. Le rapport Fe<2+>/Fer total est supérieur à 25%.
Les vitrages de toits feuilletés selon l'invention sont constitués de préférence de deux feuilles de même composition et de même épaisseur afin de faciliter leur appariement. Dans la très grande majorité des cas en effet, les vitrages de toit selon l'invention sont bombés. L'opération de bombage est significativement mieux assurée pour des assemblages de ce type.
Néanmoins d'autres considérations peuvent conduire à associer deux feuilles différentes.
Ainsi pour minimiser l'énergie absorbée par le vitrage, énergie dont une part est ré-émise vers l'habitacle, il est avantageux de disposer une feuille de verre aussi peu absorbante que possible du côté tourné vers l'extérieur. De cette façon une fraction plus importante du rayonnement infrarouge est réfléchie sans conduire à une forte absorption dans le double cheminement dans cette première feuille. Pour atteindre ce résultat, la transmission lumineuse de ce verre clair doit être suffisante. Elle est par exemple de préférence supérieure à 85%, et avantageusement supérieure à 90%. Pour cela on utilise avantageusement une feuille externe en verre clair, autrement dit de composition relativement pauvre en élément colorant, notamment en fer.
La teneur en fer total de ces verres clairs traditionnels s'établit par exemple à une valeur inférieure à 0,1% en poids.
A l'inverse dans la mesure ou pour aboutir aux caractéristiques recherchées, il est utile d'avoir une limitation de la transmission lumineuse, il peut être avantageux de disposer une feuille de verre du côté de l'habitacle qui soit partiellement absorbante.
Dans ce cas, le rayonnement infrarouge qui n'est pas réfléchi par la couche appliquée sur l'une des faces (II ou III selon la numérotation propre aux vitrages feuilletés) au contact de la feuille de matériau intercalaire, peut être partiellement absorbé dans cette deuxième feuille de verre, et une fraction de l'énergie correspondante ré-émise vers l'extérieur, réduisant encore la part dirigée vers l'habitacle.
L'absorption au niveau de cette deuxième feuille de verre est nécessairement conditionnée par la valeur de la transmission globale du vitrage et par celle des autres composants de celui-ci (première feuille, couches réfléchissant les infrarouges, et feuille de matériau intercalaire) .
Avantageusement la transmission de la deuxième feuille est supérieure à 60%, et de préférence supérieure à 70%.
Sous les épaisseurs considérées, des verres conduisant à ces transmissions lumineuses, sont par exemple des verres colorés essentiellement par du fer, et dont la teneur en fer totale exprimée en Fe203est comprise entre 1,3 et 1,7% en poids.
L'épaisseur des feuilles constituant les vitrages de toit feuilletés selon l'invention est de préférence maintenue relativement faible, comme indiqué précédemment pour ne pas alourdir le véhicule. Pour des dimensions importantes, par exemple supérieures à 0,5m<2>, il est néanmoins préférable de disposer deux feuilles dont l'épaisseur totale n'est pas inférieure à 3,5mm.
Des épaisseurs moindres peuvent être mises en oeuvre pour des dimensions également moindres, mais l'épaisseur n'est pas inférieure avantageusement à 3mm de verre pour l'ensemble des deux feuilles.
A l'inverse l'épaisseur totale des deux feuilles de verre, quelle que soit leur dimension, n'excède pas de préférence 7mm, et avantageusement n'est pas supérieure à 6,5mm.
Le choix de la composition de l'intercalaire permet aussi d'aménager les caractéristiques des vitrages selon l'invention. Les intercalaires les plus usuels sont du type polyvinylbutyal (PVB) ou éthylène-vinylacétate (EVA). Ces composés sont choisis en raison de leur aptitude à former des feuilles transparentes adhérant fortement aux faces des feuilles de verre avec lesquelles elles sont en contact.
Ces intercalaires se présentent le plus habituellement sous forme pratiquement incolore.
Il existe cependant des produits colorés dans la masse et qui permettent donc de donner aux vitrages qui les comportent des nuances particulières. La transmission lumineuse qui est peu affectée par la présence des feuilles intercalaires incolores (à titre indicatif, moins de 1% du rayonnement visible est absorbé par l'intercalaire PVB de 0,76mm d'épaisseur), l'est encore très peu dans le cas des intercalaires colorés usuels. Le rôle assigné à ces produits colorés est essentiellement de caractère esthétique.
L'incidence de ces produits synthétiques est surtout sensible dans l'absorption des rayonnements de faible longueur d'onde. Ainsi une feuille de PVB de 0,76mm d'épaisseur absorbe plus de 95% des rayons UV de la lumière solaire.
Les intercalaires traditionnels sont également pratiquement sans influence sur la transmission des rayons infrarouges.
Il existe néanmoins des produits de ce type modifiés de telle sorte qu'ils offrent aussi des propriétés d'absorption des rayons infrarouges. Il s'agit notamment des PVB comportant dans la masse des particules de très petites dimensions de composés tels que des oxydes d'indium-étain (ITO) tels que ceux faisant l'objet d'une commercialisation par la société Sekisui sous le nom de S-LEC Solar Control .
Si les intercalaires anti-solaires forment un obstacle à la. transmission directe des infrarouges, agissant par absorption, ils conduisent cependant à une réémission non négligeable vers l'habitacle, contrairement aux couches dont il a été question précédemment dont l'action est principalement de réflexion des infrarouges.
Pour ces raisons leur efficacité pour ce qui concerne l'amélioration du facteur solaire, est moins significative.
Les PVB anti-solaires comportent des teneurs variées en particules. La charge est en générale limitée pour minimiser les phénomènes de diffusion lumineuse qualifiés de haze . Les limites qui sont celles fixées pour les vitrages dont la qualité de transparence est réglementée, ne sont bien évidemment pas significatives pour ce qui concerne les toits. On peut avoir un haze sensiblement plus important. Dans tous les cas la charge des produits actuellement disponibles ne dépasse pas 1% du poids du PVB. L'effet de ces charges pour des épaisseurs usuelles de 0,76mm d'épaisseur d'intercalaire, se traduit pour chaque proportion de 0,1% en poids de particules, par un abaissement du facteur solaire de l'ordre de 1 à 2%.
L'introduction de ce type d'intercalaire offre un moyen supplémentaire pour parvenir à satisfaire les exigences de l'invention.
Comme indiqué précédemment, l'utilisation de couches réfléchissant les infrarouges est un moyen préféré pour atteindre les qualités requises par l'invention. Les couches en questions sont principalement du type métallique, notamment des ensembles comportant une ou plusieurs couches d'argent. Des ensembles de ce type sont décrits notamment dans les publications GB 2 300 133, GB 2 311 540, ou EP 1 032 543. Une difficulté de certaines de ces couches est leur sensibilité aux traitements thermiques tels que ceux mis en oeuvre dans les opérations de bombage et de trempe.
Des ensembles ont été développés qui rendent les couches en question suffisamment résistantes aux traitements thermiques de telle sorte que leurs propriétés ne soient pas significativement altérées. Des ensembles de couches de ce type sont notamment l'objet de la publication EP 1 089 947.
Par ailleurs pour s'affranchir des difficultés liées à la fragilité des couches réfléchissant les infrarouges aux traitements thermiques, il est aussi possible d'avoir recours à des couches qui ne sont pas déposées sur une des feuilles de verre mais sur un support distinct. Par exemple il s'agit d'utiliser des couches réfléchissant les infrarouges, déposées sur une feuille transparente souple de très faible épaisseur, notamment une feuille de PET(polyéthylène téréphtalate). Des produits de ce type sont commercialisés notamment par la société Southwall.
Le film en question est assemblé avec l'intercalaire traditionnel dans le vitrage feuilleté.
L'usage des films portant des couches réfléchissant les infrarouges, est conditionné par leurs caractéristiques mécaniques propres. Leur incorporation dans le vitrage postérieurement au bombage évite les difficultés indiquées précédemment en ce qui concerne la fragilité de la couche réfléchissante. L'assemblage du vitrage s'effectue à des températures beaucoup moins élevées que celles atteintes lors du bombage. L'utilisation de ces films peut néanmoins soulever des difficultés lors de l'assemblage, en particulier lorsque les courbures du vitrage sont importantes et surtout sont du type courbures composées ou sphériques . Dans ce cas la mise en forme correspondante du film peut entraîner la formation de défauts, notamment de plis.
Pour cette raison ces films sont principalement utilisés pour les vitrages essentiellement à courbure unique, ou dont les courbures composées sont peu prononcées. Les vitrages de toits sont souvent de cette deuxième sorte.
En dehors des couches déposées sous vide, il est également possible d'utiliser des couches conductrices déposées notamment par pyrolyse. Les couches pyrolytiques sont connues pour être sensiblement plus résistantes mécaniquement et également aux traitements thermiques. Elles présentent en revanche une moindre régularité qui se traduit le cas échéant par des qualités optiques moindres. Cette dernière particularité fait que ces couches sont peu adaptées aux vitrages, comme les pare-brise, pour lesquels les exigences de qualité optique sont particulièrement rigoureuses.
Les toits ne participant pas au champ visuel du conducteur ne sont soumis à aucune réglementation.
En pratique les caractéristiques des couches pyrolytiques, conduisent à les utiliser en complément des couches réfléchissant les infrarouges dont il est question précédemment. Leurs caractéristiques mécaniques fait qu'il est avantageux de les utiliser comme couches à fonction bas-émissive . Il s'agit alors d'abord de disposer une couche sur la face tournée vers l'habitacle. Le rôle est de maintenir la température dans le véhicule lorsque la température extérieure est inférieure à celle souhaitée. Les surfaces vitrées sont en effet des zones d'échanges thermiques importants. Lorsque la température extérieure est relativement basse, les passagers sont sensibles au phénomène dit d'épaule froide .
Cette impression provient d'une déperdition par rayonnement depuis l'habitacle par les vitrages en question. Pour éviter cette sensation, il est préféré selon l'invention, de disposer une couche sur la face tournée vers l'habitacle dont la fonction est de faire obstacle au rayonnement vers l'extérieur.
La couche bas-émissive qui se situe sur la face directement au contacta avec l'atmosphère de l'habitacle, doit être suffisamment résistante. Pour cette raison il est préférable d'utiliser des couches connues de type pyrolytiques.
Des couches bas-émissives déposées sous vide, notamment des couches métalliques, peuvent également être utilisées pour autant qu'elles sont convenablement protégées contre les risques de détérioration mécanique ou chimique dans les conditions d'utilisation.
Les couches bas-émissives placées comme il vient d'être indiqué, contribuent par ailleurs, de façon limitée à la protection anti-solaire. Même disposées sur la face intérieure elles participent à la réduction de la lumière visible et de l'énergie pénétrant dans le véhicule.
Des couches pyrolytiques conductrices sont par exemples celles décrites dans les publications GB 2 302 102 qui proposent des couches de type oxyde d'étain dopé à l'antimoine.
D'autres couches de ce type sont aussi à base d'oxyde d'étain dopé à l'indium ou au fluor.
D'autres propriétés des vitrages de toit selon l'invention . sont décrites dans la suite en référence à divers exemples de mise en oeuvre.
Dans ces exemples des verres de compositions diverses sont utilisés.
Les compositions et les propriétés optiques et énergétiques sont celles indiquées dans le tableau suivant :
A B C D E
Fe?0, total % 0,08 0,63 0,84 0,95 0,57
FeO % 0,01 0,15 0,21 0,24 0,18
Co (ppm) 7 14
Cr203(ppm) 41
V2Os(ppm) 150
TLA4 % 90 77 71 66 71
TE4 % 86 53 44 39 48
Long, onde 518 501 503 503,5 488
<EMI ID=10.1>
(nm)
Dans le tableau, seules sont indiquées les matières colorantes, la matrice est un verre silico-sodo-calcique traditionnel dont la composition générale est du type :
Si0266 à 75%
Na2O 10 à 20%
CaO 5 à 15%
MgO 0à5%
Al2O30à5%
0à5%
Si02
Na2O
CaO
MgO
Al2O3
Les propriétés optiques d'une feuille de verre sont rapportées à un illuminant standard et pour une épaisseur de 4mm. Dans la présente description, on utilise l'illuminant A défini par la Commission Internationale de l'Eclairage (C.I.E).
L'illuminant A représente le rayonnement d'un radiateur de Planck à une température d'environ 2856 K. Cet illuminant figure la lumière émise par des phares de voiture et est essentiellement destiné à évaluer les propriétés optiques des vitrages destinés à l'automobile.
Dans la description qui suit on utilise :
- la transmission lumineuse totale pour l'illuminant A (TLA).
Cette transmission totale est le résultat de l'intégration entre les longueurs d'onde de 380 et 780 nm de l'expression: [Sigma] T[lambda].E[lambda].S[lambda] / [Sigma] E[lambda].S[lambda] dans laquelle T[lambda] est la transmission à la longueur d'onde [lambda], E[lambda] est la distribution spectrale de l'illuminant A et S[lambda] est la sensibilité de l'oeil humain normal en fonction de la longueur d'onde [lambda].
- la transmission énergétique totale (TE), mesurée selon Moon.
Cette transmission totale est le résultat de l'intégration entre les longueurs d'onde 300 et 2500 nm de l'expression: [Sigma] T[lambda].E[lambda] / [Sigma] E[lambda] dans laquelle E[lambda] est la distribution énergétique spectrale du soleil à 30[deg.] au-dessus de l'horizon.
Le verre A est un verre clair à faible teneur en oxyde de fer.
Le verre B est un verre vert à teneur en fer moyenne, et surtout dont la teneur en fer ferreux est relativement faible. Ce type de verre permet une diminution sensible de la transmission énergétique par rapport aux verres clairs.
Les verres C et D sont encore plus sélectifs. S'ils abaissent la transmission lumineuse, en proportion ils absorbent davantage encore la transmission énergétique. Dans les vitrages de toit selon l'invention on utilise diverses couches réfléchissant les infrarouges.
Parmi celles-ci les couches suivantes sont utilisées dans la préparation des exemples. Ces assemblages de couches sont obtenus par dépôt magnetron sputtering . Il s'agit de doubles couches d'argent, associées à divers diélectriques destinés à améliorer leur résistance, minimiser la réflexion visible et ajuster leur couleur en réflexion. Sur les couches d'argent on dispose une couche dite barrière qui protège la couche d'argent contre l'oxydation ultérieure au moment du dépôt des couches diélectriques recouvrant les couches d'argent.
Dans le tableau les épaisseurs des couches sont exprimées en angstrôm.
Pour les couches d'argent l'indication est en mg/m<2>. diélec.l bar. métal bar. dié ec.2 métal bar diélec.3
I ZnSn05ZnSn09Ag Ti02ZnSn05ZnSn09Ag Ti02ZnSn05TiN
190 100 105 65 650 100 94 50 180 55
II SnOx» ZnO Ag Ti02ZnO » SnOx» ZnO Ag Ti02ZnO » SnO"
330 95 28 775 135 32 300
III SnO" » ZnO Ag Ti02ZnO » SnO" » ZnO Ag Ti02ZnO » SnOx
340 88 28 850 159 50 305
IV SnOx» ZnO Ti02Ag Ti02ZnO » SnO" » ZnO Ag TiO?ZnO » SnOx
<EMI ID=12.1>
475 40 124 30 800 137 30 300
Des couches pyrolytiques bas-émissives sont également utilisées dans certaines mises en oeuvre de l'invention. Dans les exemples suivants ces couches sont de deux sortes. L'une est notée G . Il s'agit dune couche d'étain dopé au fluor. Cette couche transmet 82% de la lumière visible et présente une émisssivité de l'ordre de 0,15. L'autre couche pyrolytique notée S , est en étain dopé à l'antimoine.
Sa transmission lumineuse est de 69% et son émissivité est de 0,28.
Les vitrages suivant l'invention ont été composés de la manière rapportée dans le tableau ci-après.
Dans ces compositions le premier verre est toujours de 2,1mm d'épaisseur. Le second verre est également de 2,1mm sauf pour les échantillons
7(3mm), 8(3,15mm), 9(3,5mm), 10(3,15mm), ll(3,5mm), 13(2,6mm). La couche réfléchissant les infrarouges est disposée sur la première feuille de verre côté intercalaire (face II).
Lorsque le vitrage comporte une couche pyrolytique bas-émissive (G ou S) celle-ci est tournée vers l'habitacle (face IV).
L'intercalaire est une feuille de PVB de 0,76mm d'épaisseur. Il s'agit de PVB incolore, sauf pour les échantillons 12 et 14. Dans ces deux exemples le PVB est celui commercialisé sous le nom Opticolor par la société Solutia.
Cette feuille de PVB présente une transmission lumineuse de TLA 78%. verre 1 couche verre2 couche TL RL TE FS TL/F S
1 B III A G 50,5 18,2 25,1 33,6 1,50
2 B II B G 56,0 11,7 26,6 35,0 1,60
3 B III B G 46,7 17,9 21,8 30,9 1,51
4 B II C G 53,6 11,4 24,9 34, 1 1,57
5 B II D G 51,2 11,2 23,6 33,0 1,55
6 B II C S 45,0 10,5 20,7 31,9 1,41
7 B I C G 54,6 10,0 25,6 34,9 1,56
8 A I C G 58,4 10,8 28,7 34,6 1,69
9 A I C G 57,1 10,7 27,6 33,8 1,69
10 A II C G 54,1 12,2 25,3 31,7 1,70
11 A II C G 52,9 12 24,5 30,9 1,71
12 A III B 48,9 18,7 24,4 33,3 1,47
13 A IV B 51,7 11,0 23,1 35,0 1,48
14 A IV B 46,6 10,7 21,7 34,4 1,35
15 A III B 54,0 19,0 26,5 34,8 1,55
<EMI ID=13.1>
16 B I D G 51,2 9"6 23,8 33,4 1,
53
Grâce aux qualités des produits selon l'invention on voit qu'il est possible de combiner simultanément une transmission lumineuse relativement importante avec une limitation de échauffement de l'habitacle.
Toujours pour améliorer le confort des passagers du véhicule, il est souhaitable de choisir des vitrages présentant des propriétés d'atténuation acoustique. Les véhicules pourvus de larges surfaces vitrées, sont particulièrement sensibles aux bruits aérodynamiques. Il est donc préférable d'utiliser pour les toits qui représentent une surface importante, des assemblages feuilletés permettant de réduire la transmission sonore. De façon traditionnelle l'amélioration acoustique passe par l'utilisation de feuilles de verre plus épaisses et/ ou par celle du choix d'un intercalaire présentant des propriétés d'absorption améliorées.
Dans le cas des vitrages de toit, l'accroissement de l'épaisseur n'est pas souhaitable comme indiqué précédemment. On utilise donc avantageusement des ensembles feuilletés à l'aide des intercalaires présentant un meilleur amortissement des vibrations acoustiques. Des intercalaires de ce type sont par exemple ceux décrits dans les publications de brevet EP457190 et EP566890, produits commercialisés notamment par la société Sekisui sous le nom S-LEC .
Automotive roof glazing
The present invention relates to glazing of the type used to form the roofs or pavilions of motor vehicles.
The glazing in question has the particularity of not being those for which a regulation imposes particular characteristics of light transmission to guarantee optimized viewing conditions. These windows are also not until now, regulated in their mechanical characteristics, although they participate unequivocally in the behavior of the passenger compartment and the safety of passengers in case of accident.
Glazings of the type used for roofs concern at least part of the surface of these roofs.
Car designers indeed offer a wide variety of shapes and sizes for these additional windows that contribute to the demand for brightness of the passenger compartment and the general impression of opening it to the outside.
The incorporation of glazed parts in the roofs has progressively changed from the simple sunroof corresponding to a limited surface of the roof to fully glazed surfaces made up of one or more distinct elements.
In any case the use of additional glass surfaces is not without implications on certain characteristics of the vehicle.
The substitution of glazed surfaces for metallic elements is systematically accompanied by an increase in the weight of the vehicle. For this reason the thickness of the glazing in question is kept as small as possible.
For this reason also, many implementations have involved the use of monolithic glazing despite the superior qualities of laminated glazing particularly as regards the mechanical strength. The most sensitive point related to the presence of glazed roofs is the maintenance of thermal comfort in the cabin. The most difficult is to limit the increase in temperature in the passenger compartment when the vehicle is exposed to solar radiation. This problem is such that in the solutions proposed previously, the light transmission of the glazing has systematically been extremely reduced to simultaneously limit the heat input associated with the radiation in the visible wavelengths.
Typically for the glazed elements of the previous roofs, the light transmission is less than 30%, or even less than 20%.
The current demand from manufacturers is for glazing with significantly increased light transmissions. The question of the thermal contribution remains however present. The invention proposes to meet part of this expectation by providing motor vehicle roof glazing, in which the TLA light transmission is not less than 45% and preferably not less than 50%.
The TLA roof glazing according to the invention does not exceed values of the order of 65%, and most often the TLA is not greater than 60%.
These values of TLA are sufficient to confer a high brightness to the cabin while limiting the heat input as seen below.
At the same time, the roof glazings according to the invention are constituted in such a way that the solar factor FS of these glazings is at most 35%, and preferably less than 34%.
In order to qualify the glazings according to the invention, reference is preferably made to the solar factor, rather than to the energy transmission TE, to take account of all the energy entering the vehicle, whether by direct transmission of the radiated energy, or that it is the energy re-emitted by the glazing after absorption of a part of the incident energy.
The solar factor is the sum of these two components FS = TE + TES (TES secondary energy transmission)
Secondary energy transmission is a function of exchanges with the surrounding atmosphere. It is customary to refer to the solar factor at a standstill, and at a speed determined for example 100km / h. The highest is always the solar factor at a standstill. It is this condition which is retained for the definition of the invention.
The glazings according to the invention satisfying separately the two conditions relating to light transmission and solar factor are still advantageously such that the TLA / FS ratio is at least 1.35 and preferably greater than 1.5. This ratio under the best conditions is greater than 1.6 and can reach and even exceed 1.7.
It reflects the quality of the glazing on the one hand to let a very large fraction of the visible light and to minimize the energy entering the vehicle on the other hand.
The roof glazings according to the invention are laminated to give them all the necessary mechanical strength properties. The use of a laminate can also, proportionately, reduce the total thickness of glass retaining the required rigidity and adding the anti-expulsion properties.
The use of laminated glazing, is also a condition that allows to implement on these glazing one or more layers to achieve the performance shown above. These are essentially layers that selectively reflect radiation in the infrared wavelength range.
These layers typically consist of an assembly comprising one or more metal layers and dielectric layers of oxides intended in particular to protect the metal layers and prevent unsightly colorations. These sets are essentially formed by vacuum deposition techniques, in particular by magnetron sputtering. The layers formed under these conditions are very effective for reflecting infrared rays but have the well-known disadvantage of being relatively fragile. Incorporating them into laminated glass on an unexposed side avoids any risk of accidental deterioration of these layers.
According to the invention the treatment by means of these infrared reflecting assemblies is preferably chosen such that the reflection in the visible is minimized.
It is necessary to avoid the appearance of mirror that could generate a too strong reflection which in addition would reduce the transmitted light fraction. According to the invention, the glazing with infrared reflecting layers preferably has an outward reflection in the visible RL which is not more than 25%, and preferably not more than 20%.
The roof glazings according to the invention are advantageously constituted in such a way as to present a relatively neutral reflection coloration. The sought-after glazings are either slightly gray, green or slightly bluish. The reflection is weak, in all cases the color remains discreet.
In the glazings according to the invention, the glass sheets are optionally of a composition such that the glass itself reduces the energy transmission.
The glasses traditionally used for this purpose are glasses with a total iron oxide content of greater than 0.6% by weight and in which a significant fraction of the iron is in ferrous form. The ratio Fe <2 +> / total iron is greater than 25%.
The glazing of laminated roofs according to the invention preferably consist of two sheets of the same composition and the same thickness to facilitate their pairing. In the vast majority of cases indeed, the roof glazing according to the invention are curved. The bending operation is significantly better ensured for assemblies of this type.
Nevertheless other considerations can lead to associate two different leaves.
Thus, in order to minimize the energy absorbed by the glazing, energy of which part is re-transmitted towards the passenger compartment, it is advantageous to arrange a glass sheet as little absorbent as possible on the outward facing side. In this way a larger fraction of the infrared radiation is reflected without leading to a strong absorption in the double path in this first sheet. To achieve this result, the light transmission of this clear glass must be sufficient. It is for example preferably greater than 85%, and preferably greater than 90%. For this advantage is advantageously used an outer sheet of clear glass, in other words of relatively poor composition dye element, especially iron.
The total iron content of these traditional clear glasses is, for example, less than 0.1% by weight.
Conversely, to the extent or to achieve the desired characteristics, it is useful to have a limitation of the light transmission, it may be advantageous to have a glass sheet on the side of the cabin which is partially absorbent.
In this case, the infrared radiation which is not reflected by the layer applied to one of the faces (II or III according to the numbering specific to the laminated glazings) in contact with the interlayer material sheet may be partially absorbed in this case. second sheet of glass, and a fraction of the corresponding energy re-emitted to the outside, further reducing the share directed towards the passenger compartment.
The absorption at this second sheet of glass is necessarily conditioned by the value of the overall transmission of the glazing and by that of the other components thereof (first sheet, infrared reflecting layers, and interlayer material sheet).
Advantageously, the transmission of the second sheet is greater than 60%, and preferably greater than 70%.
Under the thicknesses considered, glasses leading to these light transmissions, for example are glasses colored essentially with iron, and whose total iron content expressed as Fe.sub.2 O.sub.3 is between 1.3 and 1.7% by weight.
The thickness of the sheets constituting the laminated roof glazings according to the invention is preferably kept relatively low, as indicated previously so as not to weigh down the vehicle. For large dimensions, for example greater than 0.5m <2>, it is nevertheless preferable to have two sheets whose total thickness is not less than 3.5mm.
Lesser thicknesses can be used for even smaller dimensions, but the thickness is not advantageously less than 3 mm of glass for all of the two sheets.
Conversely, the total thickness of the two sheets of glass, whatever their size, preferably does not exceed 7 mm, and advantageously is not greater than 6.5 mm.
The choice of the composition of the interlayer also makes it possible to arrange the characteristics of the glazings according to the invention. The most common inserts are polyvinylbutyal (PVB) or ethylene-vinyl acetate (EVA). These compounds are chosen because of their ability to form transparent sheets strongly adhering to the faces of the glass sheets with which they are in contact.
These spacers are most usually in virtually colorless form.
There are, however, colored products in the mass and which therefore make it possible to give the windows which include them particular shades. The light transmission, which is little affected by the presence of colorless interlayer sheets (as a guide, less than 1% of the visible radiation is absorbed by the PVB interlayer 0.76mm thick), is still very little in the case of the usual colored dividers. The role assigned to these colored products is essentially of an aesthetic nature.
The incidence of these synthetic products is especially sensitive in the absorption of low wavelength radiation. Thus a sheet of PVB 0.76mm thick absorbs more than 95% of the UV rays of sunlight.
Traditional inserts also have virtually no influence on the transmission of infrared rays.
However, there are products of this type modified so that they also offer infrared absorption properties. These include PVBs comprising in the mass very small particles of compounds such as indium-tin oxides (ITO) such as those marketed by Sekisui under the name of S-LEC Solar Control.
If the sunscreens form an obstacle to the. direct transmission of infrared, acting by absorption, they lead however to a non-negligible re-emission to the passenger compartment, unlike the layers previously discussed whose action is mainly infrared reflection.
For these reasons, their effectiveness in improving the solar factor is less significant.
Anti-solar PVBs contain various levels of particles. The charge is generally limited to minimize the phenomena of light diffusion qualified haze. The limits that are set for glazing whose quality of transparency is regulated, are obviously not significant for roofs. We can have a much larger haze. In all cases the load of currently available products does not exceed 1% of the weight of the PVB. The effect of these charges for usual thicknesses of 0.76 mm thick of interlayer, is expressed for each proportion of 0.1% by weight of particles, by a lowering of the solar factor of the order of 1 to 2 %.
The introduction of this type of interlayer provides an additional means for achieving the requirements of the invention.
As indicated above, the use of infrared reflective layers is a preferred way to achieve the qualities required by the invention. The layers in question are mainly of the metallic type, in particular sets comprising one or more layers of silver. Sets of this type are described in particular in publications GB 2 300 133, GB 2 311 540, or EP 1 032 543. A difficulty of some of these layers is their sensitivity to heat treatments such as those used in bending and quenching.
Sets have been developed which make the layers in question sufficiently resistant to thermal treatments so that their properties are not significantly altered. Layers of this type are notably the subject of the publication EP 1 089 947.
Moreover, to overcome the difficulties related to the fragility of infrared reflective layers heat treatments, it is also possible to use layers that are not deposited on one of the glass sheets but on a separate support. For example, it is a question of using infrared-reflecting layers, deposited on a flexible transparent sheet of very small thickness, in particular a sheet of PET (polyethylene terephthalate). Products of this type are sold in particular by Southwall.
The film in question is assembled with the traditional interlayer in the laminated glazing.
The use of films carrying infrared reflective layers is conditioned by their own mechanical characteristics. Their incorporation into the glazing after bending avoids the difficulties indicated above with respect to the fragility of the reflective layer. The assembly of the glazing is carried out at much lower temperatures than those achieved during bending. The use of these films can nevertheless raise difficulties during assembly, especially when the curvatures of the glazing are important and especially are of the type compound or spherical curvatures. In this case, the corresponding shaping of the film may lead to the formation of defects, in particular folds.
For this reason, these films are mainly used for glazings essentially with single curvature, or whose composite curvatures are not very pronounced. The glazing of roofs are often of this second kind.
Apart from the layers deposited under vacuum, it is also possible to use conductive layers deposited in particular by pyrolysis. The pyrolytic layers are known to be substantially more mechanically resistant and also to heat treatments. On the other hand, they present a less regularity which, if necessary, results in lower optical qualities. This last feature makes these layers unsuitable for glazing, such as windshields, for which the optical quality requirements are particularly stringent.
Roofs that do not participate in the driver's visual field are not subject to any regulation.
In practice, the characteristics of the pyrolytic layers lead to using them in addition to the infrared reflecting layers mentioned above. Their mechanical characteristics make it advantageous to use them as low-emissive function layers. It is then first to have a layer on the side facing the cockpit. The role is to maintain the temperature in the vehicle when the outside temperature is lower than desired. Glazed surfaces are in fact important heat exchange zones. When the outside temperature is relatively low, passengers are sensitive to the so-called cold shoulder phenomenon.
This impression comes from a loss of radiation from the passenger compartment by the glazing in question. To avoid this sensation, it is preferred according to the invention, to have a layer on the side facing the passenger compartment whose function is to block the radiation to the outside.
The low-emissive layer which is located on the face directly in contact with the atmosphere of the passenger compartment, must be sufficiently resistant. For this reason it is preferable to use known layers of the pyrolytic type.
Vacuum-deposited low-emission layers, especially metal layers, can also be used as long as they are suitably protected against the risks of mechanical or chemical deterioration under the conditions of use.
The low-emission layers placed as just indicated, also contribute in a limited way to the sun protection. Even on the inside they help to reduce visible light and energy entering the vehicle.
Conductive pyrolytic layers are for example those described in publications GB 2 302 102 which provide antimony-doped tin oxide layers.
Other layers of this type are also based on tin oxide doped with indium or fluorine.
Other properties of roof glazing according to the invention. are described in the following with reference to various examples of implementation.
In these examples glasses of various compositions are used.
The compositions and the optical and energetic properties are those indicated in the following table:
A B C D E
Fe? 0, total% 0.08 0.63 0.84 0.95 0.57
FeO% 0.01 0.15 0.21 0.24 0.18
Co (ppm) 7 14
Cr203 (ppm) 41
V2Os (ppm) 150
TLA4% 90 77 71 66 71
TE4% 86 53 44 39 48
Long wave 518 501 503 503.5 488
<EMI ID = 10.1>
(Nm)
In the table, only the dyestuffs are indicated, the matrix is a traditional silico-soda-lime glass whose general composition is of the type:
Si0266 at 75%
Na2O 10 at 20%
CaO 5 at 15%
MgO 0 to 5%
Al2O30à5%
0A5%
Si02
Na2O
CaO
MgO
Al2O3
The optical properties of a glass sheet are related to a standard illuminant and for a thickness of 4mm. In the present description, the illuminant A defined by the International Commission on Illumination (C.I.E) is used.
Illuminant A represents the radiation of a Planck radiator at a temperature of approximately 2856 K. This illuminant represents the light emitted by car headlights and is essentially intended to evaluate the optical properties of automotive glazing.
In the following description we use:
- the total light transmission for illuminant A (TLA).
This total transmission is the result of the integration between the 380 and 780 nm wavelengths of the expression: [Sigma] T [lambda] .E [lambda] .S [lambda] / [Sigma] E [lambda] ] .S [lambda] in which T [lambda] is the transmission at the wavelength [lambda], E [lambda] is the spectral distribution of the illuminant A and S [lambda] is the sensitivity of the eye human normal according to the wavelength [lambda].
- the total energy transmission (TE), measured according to Moon.
This total transmission is the result of the integration between the wavelengths 300 and 2500 nm of the expression: [Sigma] T [lambda] .E [lambda] / [Sigma] E [lambda] in which E [lambda] ] is the spectral energy distribution of the sun at 30 [deg.] above the horizon.
Glass A is a clear glass with a low iron oxide content.
Glass B is a green glass with a medium iron content, and especially with a relatively low ferrous iron content. This type of glass allows a significant reduction in energy transmission compared to clear glasses.
The glasses C and D are even more selective. If they lower the light transmission, in proportion they absorb even more energy transmission. In the roof glazings according to the invention, various infrared reflecting layers are used.
Of these, the following layers are used in the preparation of the examples. These layer assemblies are obtained by magnetron sputtering deposition. They are double layers of silver, associated with various dielectrics designed to improve their resistance, minimize the visible reflection and adjust their color in reflection. On the silver layers there is a so-called barrier layer which protects the silver layer against subsequent oxidation at the time of deposition of the dielectric layers covering the silver layers.
In the table the thicknesses of the layers are expressed in angstrom.
For the silver layers the indication is in mg / m <2>. diélec.l bar. metal bar. dié ec.2 metal bar diélec.3
I ZnSn05ZnSn09Ag Ti02ZnSn05ZnSn09Ag Ti02ZnSn05TiN
190 100 105 65 650 100 94 50 180 55
II SnOx ZnO Ag TiO2ZnO SnOx ZnO Ag TiO2ZnO SnO2
330 95 28 775 135 32 300
III SnO 2 ZnO Ag TiO 2 ZnO 2 SnO 2 ZnO Ag TiO 2 ZnO SnO 2
340 88 28 850 159 50 305
IV SnOx ZnO TiO2Ag TiO2ZnO SnO2 ZnO Ag TiO2 ZnO SnOx
<EMI ID = 12.1>
475 40 124 30 800 137 30 300
Low-emissive pyrolytic layers are also used in certain implementations of the invention. In the following examples these layers are of two kinds. One is rated G. It is a tin layer doped with fluorine. This layer transmits 82% of the visible light and has an emissivity of the order of 0.15. The other pyrolytic layer denoted S is tin doped with antimony.
Its light transmission is 69% and its emissivity is 0.28.
The glazings according to the invention were compounded as reported in the table below.
In these compositions the first glass is always 2.1 mm thick. The second glass is also 2.1mm except for the samples
7 (3mm), 8 (3.15mm), 9 (3.5mm), 10 (3.15mm), 11 (3.5mm), 13 (2.6mm). The infrared reflective layer is disposed on the first intermediate side glass sheet (side II).
When the glazing comprises a low-emissive pyrolytic layer (G or S) it is turned towards the passenger compartment (face IV).
The interlayer is a PVB sheet 0.76mm thick. It is colorless PVB, except for samples 12 and 14. In these two examples the PVB is the one marketed under the name Opticolor by Solutia.
This PVB sheet has a light transmission of TLA 78%. glass 1 layer glass2 layer TL RL TE FS TL / F S
1 B III A G 50.5 18.2 25.1 33.6 1.50
2 B II B G 56.0 11.7 26.6 35.0 1.60
3 B III B G 46.7 17.9 21.8 30.9 1.51
4 B II C G 53.6 11.4 24.9 34, 1 1.57
5 B II D G 51.2 11.2 23.6 33.0 1.55
6 B II C S 45.0 10.5 20.7 31.9 1.41
7 B I C G 54.6 10.0 25.6 34.9 1.56
8 A I C G 58.4 10.8 28.7 34.6 1.69
9 A I C G 57.1 10.7 27.6 33.8 1.69
10 A II C G 54.1 12.2 25.3 31.7 1.70
11 A II C G 52.9 12 24.5 30.9 1.71
12 A III B 48.9 18.7 24.4 33.3 1.47
13 A IV B 51.7 11.0 23.1 35.0 1.48
14 A IV B 46.6 10.7 21.7 34.4 1.35
15 A III B 54.0 19.0 26.5 34.8 1.55
<EMI ID = 13.1>
16 B I D G 51,2 9 "6 23,8 33,4 1,
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Thanks to the qualities of the products according to the invention it is seen that it is possible to simultaneously combine a relatively large light transmission with a temperature limitation of the passenger compartment.
Still to improve the comfort of the passengers of the vehicle, it is desirable to choose glazing with acoustic attenuation properties. Vehicles with large glazed surfaces are particularly sensitive to aerodynamic noise. It is therefore preferable to use for roofs that represent a large area, laminated assemblies to reduce the sound transmission. In the traditional way acoustic improvement involves the use of thicker glass sheets and / or that of the choice of an interlayer having improved absorption properties.
In the case of roof glazing, increasing the thickness is not desirable as indicated above. Advantageously, laminated assemblies are used with the aid of the spacers having better damping of the acoustic vibrations. Inserts of this type are for example those described in patent publications EP457190 and EP566890, products sold in particular by the company Sekisui under the name S-LEC.