JP2004114481A - ガラス・樹脂積層体の製造方法およびガラス・樹脂積層体 - Google Patents

Abstract

【課題】従来は、樹脂板とガラス板を熱可塑性シートを介して接合し加熱することにより、ガラス・樹脂積層体を製造してきた。樹脂とガラスでは、線膨張係数が著しく異なるために、全体的に反りが発生する。
【解決手段】従来の方法で製造した積層体１４を、図（ｂ）に示すオーブン装置２５で温めることで、平坦化する。次に、図（ｃ）の片面強制冷却装置３０により、樹脂板１１のみを水スプレーで強制冷却する。
【効果】熱可塑性シート１２が固化する前に樹脂板１１をある程度収縮させると、樹脂板１１の収縮量をガラス板１３の収縮量に近づけることができる。この結果、ガラス・樹脂積層体における反りの発生を抑えることができる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス板に熱可塑性シートにより樹脂板を接着してなるガラス・樹脂積層体の製造技術の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラス板に熱可塑性シートにより樹脂板を接着してなるガラス・樹脂積層体に係る発明が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３２３５０４号公報（請求項２）
【０００４】
特許文献１に記載の請求項２は「ガラス板又はアクリル系樹脂板とポリカーボネート樹脂板とをウレタン系接着フィルムを介して積層し、この積層体を減圧雰囲気中で１００〜１５０℃に加熱して１．５ｋｇ／ｃｍ^２以下の圧力で圧着することを特徴とする透明複合板の製造方法。」である。
【０００５】
上記特許文献１に記載の技術と同等の生産技術を、次図に基づき具体的に説明する。
図５は従来のガラス・樹脂積層体の製造工程図である。
（ａ）において、樹脂板１０１に接着フィルム１０２を介してガラス板１０３を重ねて、積層体１０４にする。
【０００６】
（ｂ）において、前記積層体１０４を、耐熱性袋１０５に収め、この耐熱性袋１０５内部を真空引きして減圧雰囲気にする。この減圧により、前記積層体はほぼ１．０ｋｇ／ｃｍ^２で圧縮される。その上で、ヒータ１０６、１０６により、接着フィルム１０２が溶融する温度（１００〜１５０℃）に加熱する。
【０００７】
（ｃ）において、得られた積層体１０４を冷却する。すなわち、樹脂板１０１およびガラス板１０３から下向き矢印および上向き矢印の如く放熱が起こり、時間経過と共に樹脂板１０１およびガラス板１０３の温度は下がる。
【０００８】
（ｄ）は、課題を示す図であり、樹脂板１０１が下方で、ガラス板１０３が上の場合には、上に凸になるように湾曲することが分かった。なお、図は強調して描いたが、反りの程度は比較的小さい。
樹脂板１０１がポリカーボネートであれば、その線膨張係数は７０×１０^−６（／℃）であり、一方、板ガラスの線膨張係数は、８．５×１０^−６（／℃）である。両者の線膨張係数が著しく異なるため、その差に比例した反りが発生する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した通りに、従来の製造方法によれば、積層体に反りが発生し、製品品質が低下する。
加えて、反りに対応して残留応力が発生する。この残留応力が一定値を超えるとガラス板もしくは樹脂板の界面で剥離が発生し、場合によってはガラス板もしくは樹脂板の亀裂発生に繋がる。
【００１０】
上記課題を解決するために、接着剤を常温硬化型接着剤に切替えることが考えられる。しかし、接着剤を塗布する段階で空気の混入は避けられず、この空気が気泡となってガラス板と樹脂板との間に残留する。気泡が残留すると、積層体の透明度が低下するなど、光学的な不具合を招き、積層体の製品品質は低下する。そこで、本発明の目的は、熱可塑性シートの使用を前提として、反りを減少させることのできる技術を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１のガラス・樹脂積層体の製造方法は、樹脂板に熱可塑性シートを介してガラス板を重ねて積層体にする工程と、この積層体を加圧・加熱することで前記熱可塑性シートを軟化させ、この軟化した熱可塑性シートでガラス板と樹脂板とを接着し、この後に冷却する接着・一体化工程と、得られた積層体を、前記熱可塑性シートが軟化するまで加熱する再加熱工程と、高温の積層体に外力を付与することにより平坦にする平坦化工程と、前記外力を付与したままで、ガラス板より樹脂板を急速冷却する不均等冷却工程と、からなる。
【００１２】
ガラス板を重ねて積層体にする工程および接着・一体化工程を経て得られる積層体は、ガラス板側が凸になるような反りが発生する。そこで、積層体を再加熱する。この再加熱により、熱可塑性シートが軟化し、さらに外力を加えることで積層体を平坦にする。この平坦化した積層体において、ガラス板より樹脂板を急速冷却する。
【００１３】
熱可塑性シートが固まる前に樹脂板を極力収縮させる。この結果、熱可塑性シートが固化した時点からの樹脂板の収縮量を減少させることができる。
一方、ガラス板は冷却速度をできるだけ遅らせ、熱可塑性シートが固化したのちの収縮量を増大させる。
【００１４】
熱応力は、（樹脂板の収縮量−ガラス板の収縮量）に比例する。樹脂板の収縮量を小さくし、ガラス板の収縮量を大きくすることにより、熱応力を格段に低下させることができる。熱応力が小さくなれば、比例的に反りは小さくなる。したがって、本発明によれば、反りの少ないガラス・樹脂積層体を得ることができる。
【００１５】
請求項２のガラス・樹脂積層体の製造方法は、不均等冷却工程では、樹脂板に冷却用液体を接触させることを特徴とする。
液体は気体に比較して格段に冷却能力が大きい。そのため、液体で樹脂板を冷却すれば、樹脂板を効果的に冷却することができる。
【００１６】
請求項３のガラス・樹脂積層体の製造方法では、冷却用液体は、水であることを特徴とする。
水は入手容易で、再利用可能で、安価な液体である。この様な水を冷却用液体に用いることにより、製造コストを下げることができる。
【００１７】
請求項４のガラス・樹脂積層体の製造方法では、平坦化工程は、上下対のストレートローラを多段並べ、上下ローラ間に高温の積層体を挟みながら走行させることで実施することを特徴とする。
平坦化処理は積層体に外力を付与することで実施するが、この外力付与手段を上下対のストレートローラにすれば、積層体を連続的に処理することができ、生産性を高めることができる。
【００１８】
請求項５のガラス・樹脂積層体は、請求項１〜４のいずれか１項記載のガラス・樹脂積層体の製造方法で製造したことを特徴とする。
本発明方法で製造したガラス・樹脂積層体は、残留応力が小さく、反りが少なく、製品品質が良好である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るガラス・樹脂積層体の製造工程図（その１）である。
（ａ）において、樹脂板１１に熱可塑性シート１２を介してガラス板１３を重ねることで、積層体１４を造る。熱可塑性シート１２としては、ポリウレタン（ＰＵＲ）膜やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）膜が好適である。
【００２０】
（ｂ）において、積層体１４を、耐熱性袋１５に収め、この耐熱性袋１５内部を真空引きして減圧雰囲気にする。この減圧により、前記積層体はほぼ１．０ｋｇ／ｃｍ^２で圧縮される。
【００２１】
（ｃ）において、ヒータ１６、１６により、８０℃前後に加熱する。真空中で加熱すると、熱可塑性シート１２中の一部の成分がガス化し、同様に前記（ａ）の重ね合わせで、封じ込めた空気が膨張する。このガスや空気は、真空ポンプ１７によって排気される。したがって、ガスや空気を除去することができる。このガスや空気を十分に排気しない場合には、これらが積層体１４中に残存し、各種欠陥の発生要因となる。ガスや空気を除去することは、極めて重要な処理であると言える。
同時に、真空引きによるほぼ１．０ｋｇ／ｃｍ^２の圧縮と、８０℃の加熱により、ある程度の接着が進行する。この接着は仮接着と呼ぶことができる。
【００２２】
（ｄ）において、加圧加熱容器であるオートクレーブ１８に積層体１４を投入し、圧縮機１９（又は高圧ガスボンベ）により、５．０ｋｇ／ｃｍ^２（ゲージ圧）まで内圧を高め、その上でヒータ２１、２１により９０℃まで加熱し、接着を完成する。この接着を本接着と呼ぶ。
【００２３】
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るガラス・樹脂積層体の製造工程図（その２）である。
（ａ）において、積層体１４を耐熱性袋１５から取り出す。この段階では、積層体１４には、ガラス板１３側が凸になるような反りが発生する。
【００２４】
（ｂ）において、樹脂板１１にパンチングメタルと称する金属製の多孔板２２を沿わせ、ガラス板１３に別のガラス板２３を沿わせる如くに、積層体１４を多孔板２２とガラス板２３で挟み、且つ万力形状のクリップ２４、２４で全周を挟み、固定する。ただし、クリップ２４、２４の作用では、積層体１４に存在する反りは解消しない。
【００２５】
そこで、クリップ２４、２４で押さえた積層体１４を、樹脂板１１が下側になるようにして熱風循環式オーブン装置２５に装入する。熱風循環式オーブン装置２５は、例えば炉体２６とヒータ２７、２７とダクト２８、２８と循環ファン２９、２９とからなり、これらのダクト２８、２８および循環ファン２９、２９で熱風を強制循環させることで、炉体２６内部の温度を均一にすることができる。ヒータ２７、２７はダクト２８、２８に内蔵してもよい。
【００２６】
なお、この加熱処理は、大気雰囲気で実施可能である。その理由を説明する。図１（ｃ）では、加熱により発生するガスや残留空気を除去する必要があったので、真空引きを行った。
一方、図２ではガスや空気の除去は完了している。そのため、図２（ｂ）の段階では、大気中の空気が熱可塑性シート１２に浸透することや、熱可塑性シート１２と樹脂板１１との間に侵入することや、熱可塑性シート１２とガラス板１３との間に侵入することのいずれも無視できる程度に微量である。
したがって、図２では大気雰囲気で処理を行うこととした。大気中での処理であれば、製造コストを下げることができる。
【００２７】
（ｂ）で積層体１４を、９０℃で６０分加熱処理する。この加熱により、熱可塑性シート１２は軟化するため、樹脂板１１およびガラス板１３に加わっていた残留応力はゼロになり、積層体１４は平坦になる。
【００２８】
（ｃ）において、支柱３１、３１およびこれらの支柱３１、３１の側方に配置した水スプレー管３２・・・（・・・は複数を示す。以下同じ）から片面強制冷却装置３０を構成し、この支柱３１、３１に、多孔板２２が下方へなるように積層体１４を載せ、水スプレー管３２・・・から１分間程度スプレー水３３・・・を吹き上げる。多孔板２２を介して樹脂板１１の下面にスプレー水３３・・・を接触させる。この接触により、樹脂板１１は強制冷却される。一方、上位のガラス板１３は、大気により自然冷却される。
【００２９】
以上に述べた製造方法を整理すると次の通りになる。
本発明の製造方法は、樹脂板に熱可塑性シートを介してガラス板を重ねて積層体にする工程と（図１（ａ））、
この積層体を加圧・加熱することで前記熱可塑性シートを軟化させ、この軟化した熱可塑性シートでガラス板と樹脂板とを接着し、この後に冷却する接着・一体化工程と（図１（ｃ）、（ｄ））、
得られた積層体を、前記熱可塑性シートが軟化するまで加熱する再加熱工程と、
高温の積層体に外力を付与することにより平坦にする平坦化工程と（図２（ｂ））、
前記外力を付与したままで、ガラス板より樹脂板を急速冷却する不均等冷却工程と（図２（ｃ））、からなる。
【００３０】
以上の図１、図２で説明した本発明の製造方法と、図５で説明した従来の製造方法と、の評価の比較を次に説明する。
図３は本発明方法と従来方法の比較図であり、（ａ）、（ｂ）は従来の製造方法に基づく「比較例」、（ｃ）、（ｄ）は本発明の製造方法に基づく「実施例」を示す。
【００３１】
前記図５（ｂ）により樹脂板１０１、接着フィルム１０２およびガラス板１０３を９０℃に均一に加熱し、図５（ｃ）により、樹脂板１０１およびガラス板１０３を同時に冷却し始めたとする。図３（ａ）はそのときの温度変化を示すグラフであり、横軸の「冷却開始」点から、ガラス板と樹脂板がほぼ同一速度で冷却されることを示す。一方、ＰＶＢ膜は温度降下が少し遅れる。
【００３２】
ＰＶＢは、熱可塑性樹脂であり厳密な溶解温度（固化温度）を持たず、温度上昇と共に徐々に軟化していくが、現象を容易に理解するために、仮想固化温度を想定したモデルを考える。ここでは、仮想固化温度は８０℃と想定したモデルを考える。
そこで、（ａ）の縦軸の８０℃から横線を引き、ＰＶＢ膜曲線との交点を固化開始、すなわち「拘束開始」点とする。
【００３３】
（ｂ）は縦軸が収縮率軸、横軸が時間軸であり、ガラス板の線膨張係数が８．５×１０^−６（／℃）、樹脂板の線膨張係数が７０×１０^−６（／℃）と仮定すれば、熱膨張係数の小さなガラス板は温度降下と共に少しだけ収縮する。
拘束開始（８０℃）から常温（２０℃）までに、ガラス板はδｇだけ収縮する。このδｇは、６０℃×８．５×１０^−６（／℃）の計算により、０．５１×１０^−３となる。
【００３４】
熱膨張係数の大きな樹脂板は、温度降下と共に大きく収縮する。拘束開始（８０℃）から常温（２０℃）までに、樹脂板はδｐだけ収縮する。このδｐは６０℃×７０×１０^−６（／℃）の計算により、４．２×１０^−３となる。
【００３５】
一方、本発明では図２（ｃ）で説明した通りに、樹脂板１１は強制冷却し、ガラス板１３は強制冷却しない。
この結果、図３（ｃ）に示す通りに、樹脂板は急激に温度降下し、ガラス板は穏やかに温度降下する。中間のＰＶＢ膜は樹脂板とガラス板の中間の温度降下となる。
【００３６】
（ｃ）の温度降下曲線と、ガラス板の線膨張係数が８．５×１０^−６（／℃）、樹脂板の線膨張係数が７０×１０^−６（／℃）であることから、（ｄ）に示す収縮率の曲線を描くことができる。すなわち、ガラス板に対する曲線は（ｂ）の曲線とほぼ同じであるが、樹脂板に対する曲線は（ｂ）の曲線とは大きく異なり、短時間で収縮が進行するため、曲線は立った状態になる。
【００３７】
この様な（ｄ）に（ｃ）の「拘束開始」から線を下げる。そして、拘束開始（８０℃）から常温（２０℃）までの収縮率を求めると、ガラス板の収縮率はΔｇ、樹脂板の収縮率はΔｐとなる。
ここで重要なことは、Δｐはδｐより遙かに小さく、Δｂはδｇより若干大きいことである。
【００３８】
従来発生していた積層体の反りは、不均等収縮、すなわち収縮率差（δｐ−δｇ）に比例的に発生する。
Δｐ＜δｐ、δｇ＜Δｇであるから、本発明の収縮率差（Δｐ−Δｇ）は、（δｐ−δｇ）より大幅に小さくなった。
【００３９】
比較例と実施例の反りを計測したので、その詳細を次に説明する。
ガラス板の寸法：２．１ｍｍ厚み×３０ｍｍ幅×３００ｍｍ長さ
ＰＶＢ膜の寸法：０．８ｍｍ厚み×３０ｍｍ幅×３００ｍｍ長さ
ＰＣ板の寸法　：２．０ｍｍ厚み×３０ｍｍ幅×３００ｍｍ長さ
【００４０】
比較例における反りは、１．７５ｍｍ／３００ｍｍ（サンプル数５の平均値）であった。
【００４１】
上記積層体について、ＰＣ（ポリカーボネート）面に１．５ｍｍのパンチングメタルを添え、ガラス板に５ｍｍ厚さの別のガラス板を添えて、本発明方法を実施した。この結果、実施例における反りは、０〜０．２５ｍｍ／３００ｍｍ（サンプル数５の平均値）であった。
すなわち、本発明方法により積層体の反りを大幅に減少することができるようになった。
【００４２】
図４は図２の別実施例図である。すなわち、ストレートローラ３５・・・と等ピッチで並べてなるローラテーブル中に、オーブン装置４０、片面強制冷却装置５０をこの順に並べる。
【００４３】
オーブン装置４０は、ストレートローラ３５・・・の上下にヒータ４１・・・を備え、これらを炉体４２で囲ってなる。図２（ｂ）に示すダクト２８、２８や循環ファン２９、２９を備えることは、なおよい。
【００４４】
片面強制冷却装置５０は、下半部が水槽５１、上半部がカバー５２である装置枠５３と、水槽５１に浸漬するようにしてストレートローラ３５・・・に渡したフェルトコンベア５４と、ストレートローラ３５・・・の上方に配置したピンチローラ５５・・・とからなる。必要に応じて、ヒータ５６や水スプレー管５７・・・を備える。ピンチローラ５５もストレートローラである。
【００４５】
すなわち、片面強制冷却装置５０は、上下対のストレートローラ３５、５５を多段並べ、上下ローラ間に高温の積層体１４を挟みながら走行させることができる装置である。
【００４６】
以上の構成における作用を説明する。
耐熱性袋１５から取り出した積層体１４を、ローラテーブルの入口側に載せる。このときにはガラス板１３を上に、樹脂板１１を下にする。
そして、オーブン装置４０へ移動し、そこで９０℃程度に加熱する。これで、積層体１４に発生していた反りは一旦、ゼロになる。３０〜６０分経過したら、積層体１４を片面強制冷却装置５０へ移動する。
【００４７】
片面強制冷却装置５０では、積層体１４をストレートローラ３５・・・とピンチローラ５５・・・とで挟持しながら、コンベア積層体１４の下面をフェルトコンベア５４で強制冷却する。すなわち、フェルトコンベア５４は、フェルトに水を含ませてあるので、直接水を吹き付けるよりは、マイルドな冷却が実施できる。また、水スプレー管５７・・・から水を噴射し、フェルトコンベア５４に補給して、冷却能力を増強することは差し支えない。
一方、積層体１４の上面はできるだけ冷却しないようにする。例えば、ヒータ５６で温めてもよい。
【００４８】
このガラス・樹脂積層体の製造方法では、平坦化工程は、上下対のストレートローラを多段並べ、上下ローラ間に高温の積層体を挟みながら走行させることで実施することを特徴とする。
平坦化処理は積層体に外力を付与することで実施するが、この外力付与手段を上下対のストレートローラにすれば、積層体を連続的に処理することができ、生産性を高めることができる。
【００４９】
なお、図５（ｃ）の段階で、下面を強制冷却し、上面を自然冷却することでも、本発明の目的は達成できる。しかし、耐熱性袋から積層体を取り出す間に、積層体が自然に冷却されるため、迅速な作業が不可欠となり、高速化のために装置を改良する必要があり、設備コストが嵩む。この点、本発明では、従来の方法で製造した積層体を、改めてオーブン装置で加熱するため、作業の高速化は必要なく、装置の簡便化を図ることができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、ガラス板を重ねて積層体にする工程および接着・一体化工程を経て得られる積層体は、ガラス板側が凸になるような反りが発生する。そこで、積層体を再加熱する。この再加熱により、熱可塑性シートが軟化し、さらに外力を加えることで積層体を平坦にする。この平坦化した積層体において、ガラス板より樹脂板を急速冷却する。
【００５１】
熱可塑性シートが固まる前に樹脂板を極力収縮させる。この結果、熱可塑性シートが固化した時点からの樹脂板の収縮量を減少させることができる。
一方、ガラス板は冷却速度をできるだけ遅らせ、熱可塑性シートが固化したのちの収縮量を増大させる。
【００５２】
熱応力は、（樹脂板の収縮量−ガラス板の収縮量）に比例する。樹脂板の収縮量を小さくし、ガラス板の収縮量を大きくすることにより、熱応力を格段に低下させることができる。熱応力が小さくなれば、比例的に反りは小さくなる。したがって、本発明によれば、反りの少ないガラス・樹脂積層体を得ることができる。
【００５３】
請求項２のガラス・樹脂積層体の製造方法は、不均等冷却工程では、樹脂板に冷却用液体を接触させることを特徴とする。
液体は気体に比較して格段に冷却能力が大きい。そのため、液体で樹脂板を冷却すれば、樹脂板を効果的に冷却することができる。ここで用いる冷却用液体は、水や薬液を混入したクーラントが適当である。
【００５４】
請求項３のガラス・樹脂積層体の製造方法では、冷却用液体は、水であることを特徴とする。
水は入手容易で、再利用可能で、安価な液体である。この様な水を冷却用液体に用いることにより、製造コストを下げることができる。
【００５５】
請求項４のガラス・樹脂積層体の製造方法では、平坦化工程は、上下対のストレートローラを多段並べ、上下ローラ間に高温の積層体を挟みながら走行させることで実施することを特徴とする。
平坦化処理は積層体に外力を付与することで実施するが、この外力付与手段を上下対のストレートローラにすれば、積層体を連続的に処理することができ、生産性を高めることができる。
【００５６】
請求項５のガラス・樹脂積層体は、請求項１〜４のいずれか１項記載のガラス・樹脂積層体の製造方法で製造したことを特徴とする。
本発明方法で製造したガラス・樹脂積層体は、残留応力が小さく、反りが少なく、製品品質が良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス・樹脂積層体の製造工程図（その１）
【図２】本発明に係るガラス・樹脂積層体の製造工程図（その２）
【図３】本発明方法と従来方法の比較図
【図４】図２の別実施例図
【図５】従来のガラス・樹脂積層体の製造工程図
【符号の説明】
１１…樹脂板、１２…熱可塑性シート、１３…ガラス板、１４…積層体、２５、４０…オーブン装置、３０、５０…片面強制冷却装置、３５…ストレートローラ、５５…ピンチローラ。

Claims (5)

1. 樹脂板に熱可塑性シートを介してガラス板を重ねて積層体にする工程と、
   この積層体を加圧・加熱することで前記熱可塑性シートを軟化させ、この軟化した熱可塑性シートでガラス板と樹脂板とを接着し、この後に冷却する接着・一体化工程と、
   得られた積層体を、前記熱可塑性シートが軟化するまで加熱する再加熱工程と、
   高温の積層体に外力を付与することにより平坦にする平坦化工程と、
   前記外力を付与したままで、ガラス板より樹脂板を急速冷却する不均等冷却工程と、からなるガラス・樹脂積層体の製造方法。
2. 前記不均等冷却工程では、樹脂板に冷却用液体を接触させることを特徴とする請求項１記載のガラス・樹脂積層体の製造方法。
3. 前記冷却用液体は、水であることを特徴とする請求項２記載のガラス・樹脂積層体の製造方法。
4. 前記平坦化工程は、上下対のストレートローラを多段並べ、上下ローラ間に高温の積層体を挟みながら走行させることで実施することを特徴とする請求項１記載のガラス・樹脂積層体の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載のガラス・樹脂積層体の製造方法で製造したことを特徴とするガラス・樹脂積層体。

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