JP2005519792A - 自動車用のガラス構造、自動車用ウィンドウのサブアセンブリ及び自動車 - Google Patents

Abstract

コーティングシステムを有するポリカーボネート基板を備えた自動車用ガラスパネルであって、上記コーティングシステムは赤外線を遮断するインナーレイヤと、紫外線を遮断するように上方を覆うコーティング材料を備え、さらにこのコーティングシステムの上方に引っかき抵抗を与えた。

Description

本発明は、自動車のウィンドウに用いられる高分子ガラスパネル（polymeric glazing panels）に関し、より特徴的には、ポリカーボネートを用いた自動車用ガラスパネルに対してコーティングシステムを組み合わせた構造に関するものである。

長い間、自動車のウィンドウに高分子ガラスパネルを用いることで、安全性や、スタイリング、さらには他の長所を得ることができるとされてきた。また、ポリカーボネートは、この優れた強度と光学的な透明さとにより、このようなパネルを形成するのに望ましい材料であるとされてきた。

しかしながら、高分子ベースのガラス材料（polymeric based glazing materials）を自動車に用いることには幾つかの問題があることも知られていた。このことは、少なくとも部分的には、自動車のサービス面から提起された独特の問題から明らかになった。これらには、例えば、過酷な温度や環境に晒されることと；自動車の通常の操作時にガラス材料に伝達される強くて長く続く振動；車両の清浄時または塵や他の小片等の衝突時に偶発的な接触によってガラス材料の表面に擦り傷を生じさせる強いショックや衝撃力の偶発的な発生；または雨や太陽光線中に含まれる紫外線や赤外線の照射等の環境要因に長い間晒されることで弱まるような日常での使用があるが、これらは消耗品のリストにはなっておらず、またこれらに限定される必要もない。

自動車のガラス製品にポリカーボネートを用いることによる他の問題として、ウィンドウを介して車両室内に太陽照射が透過する結果、生じた過度の熱蓄積を減少させる必要があり、特に夏の期間中には好ましくない熱の蓄積が生じる。シリカベースのガラス構造を自動車のガラス製品に用いる場合にも同様の問題が生じることが知られているが、この熱がこもるという問題は、無機的なガラス（inorganic glass）のコーティングや、ガラス形成中やその後の形成過程中に一体となる追加物を用いる場合にも顕著になり得る。このため、従来、自動車用の部品に用いるのに適するポリカーボネートベースのガラス構造を使用する際、熱をこもらせる可能性を減少させるための方法及び手段が一層求められている。

さらに、ポリカーボネートパネルの露出した表面の引っかき抵抗（又は耐擦傷性）を大幅に向上させることで、過酷な環境下で自動車を利用する際にも適用できるようにすることが長く求められている。

このため、従来、このような好適な耐摩耗性を得るために様々なコーティング法が案出されてきた。

ポリカーボネートの耐摩耗性を向上させることができる第１の候補として、様々なプラズマ重合有機ケイ素（plasma polymerized organosilicon）コーティングを挙げることができる。尚、ディップ（dip）コーティングも耐擦傷性を向上させることができるが、これらのコーティングは自動車用のガラスに用いるには一般的に有効でないとされている。

また、ポリカーボネートが紫外線に晒される場合、通常、この結果として黄ばみが生じることがあるが、このことからポリカーボネートを保護する必要性が求められている。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、上述した要求事項を全て満足させるように、自動車用のガラスパネルに用いることができる耐久性のあるコーティングシステムを提供することを目的とするものである。

本発明は、自動車に用いるのに好適な高分子ガラス構造を提供する。このガラス構造は、外面を有するポリカーボネート基板と、このポリカーボネート基板の露出側の表面（外面）に取り付けられる、少なくともこの部位に透過される赤外線のほとんどの部分の透過を防ぐことができる最内側の高分子コーティング（インナーレイヤ又は第１レイヤ）と、この最内側のレイヤを覆うように設けられて、少なくともこの部位に透過される紫外線のほとんどの部分から第１のコーティングとポリカーボネートの双方を保護するように紫外線の透過を防ぐことができる中央のコーティング（コーティング材料又は第２レイヤ）と、かつ、この中央に設けられた紫外線を吸収可能なコーティングを覆うように設けられる外側のコーティングであって、この高分子ガラス構造の露出された外側（外面）の磨耗を防ぐことができる材料（又は第３レイヤ）とから構成される最外側のコーティングを有する。

後述する詳細な説明や特許請求の範囲の記載内容から理解されるが、上述した目的及び他の目的は、ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐ（登録商標）からなる最内側のレイヤでポリカーボネートウィンドウパネルをコーティングすることで達成することができる。ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐはドイツ国のレバクーゼン（Leverkusen）にあるバイエル社（Bayer A.G.）から入手可能な材料であり、かつＰＣＴ/ＥＰ０２/００００１に開示されており、この場合、ポリカーボネートに用いることで赤外線の照射を防止させるように機能させ、また第２に覆うコーティングレイヤは、紫外線防止層を構成し、そして最外側のコーティングレイヤは、自動車の利用に適するように十分な硬さが得られるような引っかき抵抗を与えるようにする。また、適当な下塗り用コーティングがこれらコーティングの間か下方の両方または一方に付加することもできる。

以下に詳述する記載において、明瞭となるように特定の技術用語が用いられ、かつ米国特許法第１１２条(３５ Ｕ.Ｓ.Ｃ. １１２)の規定に従って記載された特定の実施形態が用いられている。しかしながら、このことは、本発明の範囲をこの実施形態の範囲と同一のものに限定することを意図したものではなく、本発明の範囲は添付した特許請求の範囲内で多くの形態や変形を行なうことが可能であることを理解されたい。

本発明は、予期せぬ発見から予見されたものであり、特定の構成物をポリカーボネート基板と重なるように設けることで、この結果として得られるガラス構造を自動車の様々な構成要素の中に組み込んで、十分な耐久性や有用性を示すことができる。

本明細書で用いられる用語の“自動車（automotive vehicle）”は、搭載型又は分離型の動力装置によって駆動される多くのタイプの自動車として定義することができ、また、少なくとも、乗用車、ワゴン車、オートバイ、軽トラックに限定されるものではなく、オフロード車、ＲＶ車両、移動住宅（モビールホーム）及びキャンピングカーを含む大型トラック、さらにはバスや、電車等の機関車やモノレール等の他のＬＲＶ（Light Rail Vehicle）のような大量輸送用の車両、さらには船舶や飛行機を含むものである。

添付した図を参照すると、図１は乗用車１０のボデー１２の一部を断片的に示しており、このボデー１２は、リヤクォーターウィンドウの開口部を形成する部分１４、１６を有する。この開口部分にガラスパネル２２が、接着剤等の従来の方法で取り付けられている。例えば米国特許第６,３０９,７５５号公報に開示されているように、接着による結合を隠すためにマスキングボーダー１８が一般に用いられる。

また、一般に、ドロップガラスパネル（drop glazing panel）２０が備えられるが、このパネルもまた本発明の実施形態に従ってコーティングすることができる。

図２は、ガラスパネル２２の断面を概略的に示しており、このパネル２２は自動車１０に用いられる全てのガラスパネルを一般に含むことができる。

ガラスパネル２２は、少なくとも１つの外面を有するポリカーボネート基板２４を有しており、上記外面に対して、第１の最内側の高分子レイヤ２６を取り付けている。このポリカーボネート基板２４は、ウィンドウ開口のために最適な形状とすることができる。

好適なポリカーボネート材料には、従来技術で知られた材料を含むが、これら材料に限定される必要はない。

これらポリカーボネート樹脂は、芳香族炭酸ポリマー（aromatic carbonate polymers）であって、１つまたはこれ以上の二価フェノールを、例えばホスゲン（phosgene）、ハロホルメート（haloformate）又は炭酸エステル（carbonate ester）のような炭酸先駆物質（carbonate precursor）と反応させることで得てもよい。利用可能なポリカーボネートの一つの例として、ゼネラル エレクトリック社によって生産されるポリカーボネートのレキサン（ＬＥＸＡＮ）（登録商標）がある。

第１の、即ち最内側の高分子レイヤ２６は、ポリカーボネート基板の透過性能を維持しながらも、透過される赤外線のかなりの部分が第１、即ち最内側のレイヤを透過することを防止できる物質を有している。このように赤外線の透過を防ぐことで、少なくとも赤外線スペクトル内に含まれる、透過される太陽光線のかなりの部分がパネル２２を通り抜けることを防ぐことができる。また、赤外線スペクトル内の光をポリカーボネートレイヤから離れるように偏向させることで、車両室内に熱がこもることを減らすことができる。この赤外線を防ぐ割合は、例えば材料の構造、レイヤの厚さ、さらには他の同様物のような属性の関数として定めることができる。

第１、即ち最内側の高分子レイヤ２６は、置換ポリチオフェンスチレンスルホネート（substituted polythiophene styrene sulfonate）、ポリピロ−ルスチレンスルホネート（polypyrrole styrene sulfonate）及び置換ポリピロ−ルスチレンスルホネート（substituted polypyrrole styrene sulfonate）を含むグループのうちの少なくとも１つのような物質である。また、好適な物質として、３,４−ジアルコキシの置換ポリチオフェンスチレンスルホネート（3,4-dialkoxy substituted polythiophene styrene sulfonate）が含まれる。この好適な物質は、バイエル社から、登録商標ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐの商品として一般に入手することができる。

ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐの構造の詳細と、ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐに用いられているポリカーボネート基板のコーティングを形成するためのプロセスについては、上述し、かつここで参照文献として包含されるＰＣＴ/ＥＰ０２/００００１に開示されている。

ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐは、高分子酸性塩（polymeric acid salt）（例えば、ポリスチレンスルホネート：polystyrene sulfonate）でドープされたポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ：polyethenedioxythiophene）の水系分散（aqueous dispersion）から得られる。一般に流通しているように、この物質は、水中に１．３％の溶液（solution）が含まれる（ｐＨ＝１-２）ものとして供給されている。これは、ガラスとプラスチック基材をコーティングさせて、静電気を防止する仕上げを行うのに最もよく用いられているが、これは、非伝導性表面の静電被膜としても用いられる。ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐのコーティングの場合、色の中では青い光に対して透過性がある。また、この場合、赤外線の範囲の大部分が含まれる、９００〜２０００ｎｍの範囲内の光をほぼ１００％吸収できることが分っている。

第１、即ち最内側の高分子レイヤ２６は、所望の範囲内で赤外線の偏向や吸収を行うのに十分なように、任意の適当な厚さを有することができる。ＰＣＴ/ＥＰ０２/００００１に開示されているように、この材料は、典型的に、ポリカーボネート基板の表面に任意の手段によって取り付けられることができる。

また、ポリカーボネートは、太陽光線中の紫外線の照射（ＵＶ radiation）から保護される必要がある。このため、第２、つまり中間のコーティング（又はコーティング材料或いは第２のレイヤ）２８を備えて、最内側のＢＡＹＴＲＯＮ Ｐのコーティング２６に対して紫外線照射が透過されることを防止することで、ポリカーボネート基板２４が要求通りに保護される。但し、この場合、ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐも紫外線照射から保護されることになる。このことは重要であって、何故ならば、ポリカーボネート基板に対して用いられているＢＡＹＴＲＯＮ Ｐは、これが単体で使用された場合には、弱い紫外線や温度調節（thermal stability）からの害を被るおそれがあるためである。しかし、紫外線防止レイヤ（ＵＶ blocking layer）２８により保護されることで、ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐは優れた安定性を示すことが可能になる。

本明細書に参考として包含される米国特許第６,３７６,０６４号公報に開示された発明では、ポリカーボネートを効果的に保護するようにポリカーボネート基板を覆うことができ、かつＢＡＹＴＲＯＮ Ｐを覆うのに好適な紫外線防止用コーティングについて開示している。

このコーティングは、上記開示例に詳述されているように、特定のジオルガノジオルガノオキシラン（ｄｉｏｒｇａｎｏｄｉｏｒｇｏｎｏｘｉｙｓｉｌａｎｅ）や、特定のオルガノトリオルガノオキシラン（ｏｒｇａｎｏｔｒｉｏｒｇａｎｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、さらにはこれら双方から構成されている。

紫外線防止用コーティング２８を覆っている、最後の、即ち最外側のコーティング３０は、引っかき抵抗（又は耐擦傷性或いは耐磨耗性）を与えるコーティングを構成しており、これは自動車を使用するのに許容できる天候下で露出されたときに、十分な強さと耐久性を有する。

このようなコーティングは、プラズマ重合（plasma polymerized）及び酸化（oxidized）有機シリコン原料（organosilicon material）から構成されるタイプでもよい。このようなコーティングの様々な形態は、参照上、本発明に包含される米国特許に開示されており、米国特許第６,３７６,０６４号、米国特許第６,４３２,４９４号及び米国特許第６,３９７,７７６号公報に開示された耐擦傷性コーティングとプロセスでは、良好な耐候性と十分な耐擦傷性とを有し、また重要なこととして、自動車産業で使用されるための経済上の現実面として、必要な生産率を達成することができる。

非プラズマ式に形成される耐摩耗性コーティングもまた開発されてきており、この中にはバイエル社による、バイエルの指定番号ＬＰ０６５のものも含まれている。上記ＰＣＴ/ＥＰ０２/００００１もまた、通常のディップ（dip）またはフロー（flow）式の技術によって行うことができる耐摩耗性（又は耐擦傷性）コーティング材料について開示している。

ポリカーボネート基板に用いられるこの３層構造によるコーティングシステムによって、ポリカーボネート基板とＢＡＹＴＲＯＮ Ｐの双方に対して紫外線からの保護、赤外線からの遮断、さらに自動車を使用するのに適当な耐摩耗性を提供することができる。この３層構造のコーティングシステムは自動車を使用する際に機能上安定する。

尚、置換ポリチオフェンスチレンスルホネート（substituted polythiophene styrene sulfonate）を材料として用いることで、通常、ポリカーボネートのウィンドウを透過する総太陽エネルギー透過率（ＴＳＥＴ：total Solar Energy Transmission）として測定される太陽照射量を際立って減少することができる。

これらコーティングレイヤの幾つかにはプライマー（下塗り）が必要とされてもよく、またＵＶ（紫外線）とＢＡＹＴＲＯＮ Ｐは、幾つかの例では、挿入型のプライマーコーティングと組み合わされていてもよい。例えば、ＨＹＣＡＲ（ＧＥ社による登録商標）は、ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐと互換性があることが分っている。

また、紫外線防止レイヤは、２つの外側レイヤを結合させるために、コーティング材料を覆う２つのレイヤを用いるのではなく、１つのレイヤとして、最外側の耐擦傷性のレイヤを組み合わせることが可能である。プラズマ重合及び酸化有機シリコンによる耐摩耗性コーティングの改良されたものは、一般に開発され、また使用可能となっているが、このことは、ウェット（wet）コートによる耐擦傷性材料についても同様である。

実施例１
この例では、ポリカーボネートパネルに対してＢＡＹＴＲＯＮ Ｐコーティングを適用させて、太陽照射中の赤外線に対するポリカーボネートの透過性を減少させる。次に、このコーティングに対して紫外線吸収手段を備えたｓｏｌ-ｇｅｌ（ゾルになったりゲルになったりする）コーティングで被膜させて、太陽照射中の紫外線の領域を少なくとも部分的に遮断させる。さらに、自動車用のガラスを用いる上で、所望のレベルの耐磨耗性を得るために、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemically vapor deposited）によるシリコンに基くレイヤを適用させて、このコーティングシステムを一層向上させる。このため、このコーティングシステムは紫外線（ＵＶ）からの保護と、赤外線（ＩＲ）の遮断と、さらに優れた耐摩耗性を提供する（磨耗輪としてＣＳ１０Ｆ、荷重５００ｇ、回転数１０００回のテーバー磨耗試験（Taber Abrasion）を行なった後、デルタヘイズ（delta haze）は２．０％よりも小さかった）。

ＣＰＰ１０５（ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐ）を用いたディップコーティングでは、
８００ｇのコーティング材料のうち、
６５％がＣＰＰ１０５であって、これは５２０ｇである。また、
３５％がＨＹＣＡＲであって、これは２８０ｇである。

また、速度（ディップレート）は、インが５０cm/分であり、アウトが５０cm/分である。
ドエル時間は、５秒である。また、
フラッシュオフは、１５分である。

ＨＹＣＡＲプライマーはＧＥ ＡＳ４００４（紫外線ブロッカー）によりトップコートされるが、この際、上述したパラメータと同一のものでディップコートされ、次に１時間、１３０℃で硬化される。

ＡＳ４００４トップコートの後、計測された伝達率％は、７６．８％であった。
ΔＨａｚｅ＝テーバー後、０．７６％

被膜されたポリカーボネートガラスパネルを備えた自動車の一部を示す図である。 本発明の実施の形態に係る、コーティングシステムと自動車用ガラスパネル基板の断面を概略的に示す図である。

符号の説明

１０ 乗用車
２２ ガラスパネル
２４ ポリカーボネート基板
２６ 最内側の高分子レイヤ（インナーレイヤ又は第１レイヤ）
２８ 中央のコーティング（コーティング材料又は第２レイヤ）
３０ 最外側のコーティング（引っかき抵抗を与えるコーティング）

Claims (14)

1. 自動車用のガラス構造であって、
   少なくとも一つの外面を有し、かつ、光透過性を有するポリカーボネート基板と、
   前記外面に取り付けられ、かつ、前記ポリカーボネート基板の光透過性を過度に損なわせることなく前記ポリカーボネート基板を透過する赤外線の量を減らすことが可能なＢＡＹＴＲＯＮ Ｐ材料を有する高分子のインナーレイヤと、
   前記インナーレイヤと前記基板に対する紫外線照射の透過を防ぐように、前記インナーレイヤの外側を覆うコーティング材料とを含み、さらに、
   前記ポリカーボネート基板の光透過性を過度に損なわせることなく、関連する前記ガラス構造の外面に対する引っかき抵抗を与えることを特徴とするガラス構造。
2. 前記インナーレイヤに含まれる前記ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐ材料は置換ポリチオフェンスチレンスルホネート、ポリピロ−ルスチレンスルホネート、置換ポリピロ−ルスチレンスルホネートのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載のガラス構造。
3. 前記インナーレイヤに含まれる前記ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐ材料は高分子酸性塩でドープされたポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）の水系分散から得られることを特徴とする請求項１に記載のガラス構造。
4. 前記インナーレイヤは９００〜２０００ｎｍの範囲内の光をほぼ１００％吸収することができることを特徴とする請求項１に記載のガラス構造。
5. 前記外側を覆う材料はプラズマ重合及び酸化有機シリコン材料から構成される最外側のレイヤを有することを特徴とする請求項１に記載のガラス構造。
6. ガラスパネルを含む自動車用ウィンドウのサブアセンブリであって、前記ガラスパネルは、
   少なくとも一つの外面を有し、かつ、光透過性を有するポリカーボネート基板と、
   前記外面に取り付けられ、かつ、前記ポリカーボネート基板の光透過性を過度に損なわせることなく、前記ポリカーボネート基板まで透過する赤外線の量を減らすことが可能なＢＡＹＴＲＯＮ Ｐ材料を有する高分子の第１レイヤと、
   前記ポリカーボネートの光透過性を過度に損なわせることなく、前記第１レイヤと基板に対する紫外線照射による透過を防止するために、前記第１レイヤの外側を覆い、かつ、前記ガラスパネルの前記外面に対する引っかき抵抗を与えるコーティング材料とを有することを特徴とする自動車用ウィンドウのサブアセンブリ。
7. 前記ポリカーボネート基板上の前記第１レイヤは置換ポリチオフェンスチレンスルホネート、ポリピロ−ルスチレンスルホネート、置換ポリピロ−ルスチレンスルホネートのうちの少なくとも１つを用いて構成されることを特徴とする請求項６に記載の自動車用ウィンドウのサブアセンブリ。
8. 前記第１レイヤに含まれる前記ＢＡＹＴＲＯＮ Ｐ材料は高分子酸性塩でドープされたポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）の水系分散から得られることを特徴とする請求項６に記載の自動車用ウィンドウのサブアセンブリ。
9. 前記第１レイヤは９００〜２０００ｎｍの範囲内の光をほぼ１００％吸収することができることを特徴とする請求項６に記載の自動車用ウィンドウのサブアセンブリ。
10. 前記外側を覆う材料はプラズマ重合及び酸化有機シリコン材料から構成される最外側のレイヤを有することを特徴とする請求項６に記載の自動車用ウィンドウのサブアセンブリ。
11. ガラスパネルを含むウィンドウを少なくとも１つ備える自動車であって、前記ガラスパネルは、
    少なくとも一つの外面を有し、かつ、光透過性を有するポリカーボネート基板と、
    前記外面に対して取り付けられ、かつ、前記ポリカーボネート基板の光透過性を過度に損なわせることなく、前記ポリカーボネート基板を透過する赤外線の量を減らすことが可能なＢＡＹＴＲＯＮ Ｐを有する高分子の第１レイヤと、
    前記第１レイヤの外側を覆うように設けられ、かつ、前記ポリカーボネートの光透過性を過度に損なわせることなく、前記基板と第１レイヤに対する紫外線照射による透過を防止させる材料を有する高分子の第２レイヤと、かつ、
    前記ガラスパネルに対する引っかき抵抗を与える最外側の第３レイヤを有することを特徴とする自動車。
12. 前記最外側の第３レイヤはプラズマ重合及び酸化有機シリコン材料から構成されることを特徴とする請求項１１に記載の自動車。
13. 前記ウィンドウは固定型のパネルであって、これらの間に少なくとも１つの構造上のサポートを有することを特徴とする請求項１１に記載の自動車。
14. 前記最外側の第３レイヤはウエットコーティングを施すことができることを特徴とする請求項１１に記載の自動車。
    

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