JP2010514625A

JP2010514625A - ポリカーボネートグレージングシステム及び同システムを製造する方法

Info

Publication number: JP2010514625A
Application number: JP2009544255A
Authority: JP
Inventors: リー、チェンタオ; ワイス、キース、ディー．
Original assignee: エクスアテック、エル．エル．シー．
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2010-05-06
Also published as: KR20090092347A; EP2102000A1; CN101588923A; US20080160298A1; WO2008083186A1

Abstract

自動車のウインドー組立体用の多機能グレージングパネル。前記グレージングパネルはプラスチックフィルムを備え、前記プラスチックフィルムは機能層と、高分子材料のベース層と、プラスチックフィルムとベース層との間に結合層とを有する。摩耗によって引き起こされる損傷からプラスチックフィルムとベース層を保護するために、プラスチックフィルム上に耐摩耗性層を形成する。

Description

本発明は、一般に、ポリカーボネートグレージングシステム及び同システムを製造する方法に関する。

ポリカーボネートは、自動車産業において、金属及びガラス用品に代わる望ましい代替品として広く受け入れられつつある。ポリカーボネートは、その優れた強度、光学的透明度、乗り物スタイルのより大きな自由度及び優れた熱的特性により、特定の機能的特徴を有する自動車のウインドーシステムの製造に使用される。よりよい構造的一体性及び望ましい機能的特性を示す多層の物品の製造に高分子材料を使用することは、当業界で既に極めて長い間知られていることである。しかしながら、ポリカーボネート技術のたゆまぬ進歩と共に、今も、複雑な装飾に加えて、多機能の特徴を有する複雑な立体成形品に対する巨大な需要が存在する。

したがって、耐候性、日光制御、霜取り、曇り取り、アンテナ、印刷した装飾、調光による光量制御、エレクトロクロミック、及び、エレクトロルミネセンスなどの機能層を有する、自動車のグレージング組立体を開発することは、今なお関心を持たれている。さらにまた、射出成形に代わる低コストで迅速な方法を用いて、自動車のグレージング組立体を作製することは関心の的である。

１つの態様では、本発明は多機能のグレージングシステム及び同システムを製造する方法に関する。より詳しくは、本発明は自動車で使用するのに適した多機能のグレージング組立体に関する。１つの実施形態では、グレージング組立体は、機能層を有するプラスチックフィルム層、高分子材料のベース層、このプラスチックフィルムとベース層との間の結合層、及び耐摩耗性層を備えている。結合層はベース層と親和性があり、十分な接着性を有する。基本的に、結合層はプラスチックフィルム層をベース層に接着させるものである。

別の態様では、本発明は、より一般的な射出成形法の代わりに真空熱成形法を用いる、多機能のグレージング組立体を製造する方法を提供し、それによって、高コスト及び少量生産に関連する問題を減じるものである。

本発明の他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載、実施例及び添付した請求の範囲を考慮に入れるとより明白になるだろう。

本発明の原理を具体化するグレージングパネルの断面を図式表示する図である。図１のグレージングパネルを製造するためのシステムを示す図である。図２のシステムについての別の図である。図２のシステムによって製造されたグレージングパネルの近接図である。

本発明は、典型的にはポリカーボネート積層物から製造され、衝撃的な爆風及び浸入を防ぐ保護策を提供する、自動車のグレージング組立体に関する。これらのガラスを用いない積層物は、ポリカーボネートシート層から構築され、接着剤中間層で結合されて、極めて高い衝撃抵抗を呈し、破砕せずに衝撃エネルギーを吸収する。またこれは、従来のグレージングに対し著しい軽量化を提供する。ポリカーボネート積層物は、ＥｘａｔｅｃＬＬＣ社（米国ミシガン州ウィクソム（Ｗｉｘｏｍ））のＥｘａｔｅｃ９００／５００コーティングのなどのコーティングシステムによって、摩耗、化学薬品及びＵＶ光から保護される。

図１を参照して、本発明の原理を具体化するグレージング組立体１０の断面の図解表示を示す。グレージング組立体１０のこの図解表示では、グレージング組立体１０の要素をよりよく示すために、実寸通りに描かれていないことを理解されたい。グレージング組立体１０は、ベース層１２、少なくとも１つのプラスチックフィルム層１４、少なくとも１つの機能層１６及び結合層１８を備える。結合層１８は、ベース層１２とプラスチックフィルム層１４との間に位置する。

プラスチックフィルム層１４は、ポリカーボネート、ポリメチルメチアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート／アクリロニトリルブタジエンスチレンブレンド又はポリカーボネート／ポリエステルブレンドなどの材料で製造するのが好ましい。また、プラスチックフィルム１４は、押出加工、共押出加工、ブロー成形、又は注型加工されたポリカーボネートフィルムであるのが好ましい。プラスチックフィルム層１４は、内側表面１３（ベース層１２に面している）及び外側表面１５（ベース層１２から背けている）を有する。プラスチックフィルム層１４の内側表面１３及び外側表面１５の一方又は両方に、機能層１６を施しても、コーティングしても、又は印刷してもよい。図１に示すように、プラスチックフィルム層１４の内側表面１３のみが機能層１６を備えている。

機能層１６は様々な機能のうちのいずれか１つを有していてよく、耐候性、日光制御、霜取り、曇り取り、アンテナ、印刷した装飾、フォトクロミックによる光量制御、エレクトロクロミック及びエレクトロルミネセンス層のうちの１つ又は複数含むが、これらに限定されるものではない。プラスチックフィルム１４の内側表面１３上にある場合、エレクトロルミネセンス層、蛍光層又は燐光層が機能層としてより好ましいことがある。しかし、機能層１６がプラスチックフィルム層１の外側表面１５上にある場合、霜取り層、アンテナ層、ブラックアウト（ｂｌａｃｋｏｕｔ）／フェードアウト（ｆａｄｅｏｕｔ）層、又は高度の耐候性層が、一般により好まれる。

グレージング組立体１０に十分な機能特性を供給するために、機能層１６は適当な厚さを備えている。典型的には、機能層１６を有するプラスチックフィルム層１４の厚さは約０．０５ｍｍから１ｍｍの範囲で、機能層は何らかの適当な適用方法によってプラスチックフィルム１４の表面上に適用される。

上に述べたように、グレージング組立体１０はさらに、機能層１６とベース層１２との間に位置する結合層１８を備える。結合層１８は単一層、又は多層の形であってよく、この多層膜中の各層は、ベース層と機能フィルム層とのどちらにも選択的に接着する異種の材料から成る。典型的には、結合層１８は透明で曇りなく（光透過率（ＬＴ）＞９０％）、ベース層１２と親和性がなければならず、またコーティングなどすべての成形後の作業に対して優れた耐熱性を示さなければならない。結合層１８は薄いが、最終生成物の総合的性能を決定付けることがある。結合層１８は、グレージングの関連する層間の接着を増強する任意の高分子材料を含んでいてもよい。結合層１８は熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）などの接着層であることが好ましい。ＴＰＵは紫外線安定性が非常に優れており、透明度に優れ、低温可撓性がよく、接着性及び耐摩耗性が優れ、剥離強度が大きく、耐加水分解性及び耐微生物性に優れている。ベース層と機能層とフィルムとの間の接着を提供するのに適した候補である結合層の例として、脂肪族ポリエーテルベースの熱可塑性ポリウレタン（例えばＫｒｙｓｔａｌｇｒａｎＰＥ１９３、ＰＥ３９９）、射出成形が可能なポリエステル／ポリエーテルベースの熱可塑性ポリウレタン（例えばＫｒｙｓｔａｌｇｒａｎＰＥ４０９）、陰イオン系脂肪族ポリエステルベースのポリウレタン分散系（例えばＩｍｐｒａｎｉｌＤＬＳ）、陰イオン系脂肪族ポリエステル／ポリエーテルポリウレタン分散系（例えばＩｍｐｒａｎｉｌＤＬＶＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）、水性ポリウレタン分散系（例えばＤｉｓｐｅｒｃｏｌｌＵ４２）、水分散系ヘキサメチレンジイソシアネートベースの直鎖脂肪族ポリエステルウレタン（例えばＤｉｓｐｅｒｃｏｌｌＵＫＡ８７５８）、及びその他のポリアクリル酸エステル系及びポリアミド系接着剤等が挙げられる。

好ましい実施形態では、ＴＰＵ接着フィルムなど結合層１８は機能層１８の内側に配置され、約０．０５ｍｍと約２．５ｍｍの間の範囲の厚さを有している。

図１でわかるように、ベース層１２は結合層１８の底側に付けられる。好ましい実施形態では、ベース層１２は、ポリカーボネート、ポリメチルメチアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート／アクリロニトリルブタジエンスチレンブレンド又はポリカーボネート／ポリエステルブレンドなどの材料製である。ベース層１２は押出シートから形成するか、又は、飾り板若しくはパネルに成形してもよい。より具体的には、ベース層１２は基板を画定し、自動車ウインドーの開口に適した配置を取ってもよい。ベース層１２の厚さは、約３ｍｍから６ｍｍの範囲であるのが好ましい。

耐候性層２０は、プラスチックフィルム層１４上に、ベース層１２と反対の側に位置する。耐候性層５０は、アクリル、アイオノマー、フルオロ、ウレタン、シロキサンベースのポリマー、コポリマー又はそのブレンドの群から選択される材料から成るのが好ましい。

グレージング組立体１０は、また、耐摩耗性又は耐引っかき性を付与するために、耐候性層２０上にある耐摩耗性層２２も備えてもよい。耐摩耗性層２２は、グレージング組立体１０が、通常、外部にさらされて引き起こされる摩耗に耐えられる材料であることが好ましい。典型的には、耐摩耗性層２２は、プラズマ重合して酸化した有機ケイ素材料で、ケイ素、水素、炭素及び酸素を含んでいる。好ましい実施形態では、耐摩耗性層２２は酸化アルミニウム、フッ化バリウム、窒化ホウ素、酸化ハフニウム、フッ化ランタン、酸化マグネシウム、酸化スカンジウム、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、水素化酸炭化ケイ素、炭化ケイ素、酸化タンタル、酸化チタン、酸化錫、酸化イットリウム、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、酸化ジルコニウム及びジルコニウムチタン酸塩の群から選択される材料を含む。

１つ又は複数の層を、ベース層１２の反対側（自動車用のグレージング組立体１０の場合、内側）に場合により備えてもよい。なおまた図１を参照して、グレージング組立体１０は１つ又は複数の任意選択の層を備えてもよい。これはベース層１２から内部に向かって、結合層１８’、機能層１６’（ベース層１２の外側の機能層１６と同じか、又は異なる機能を有する）、フィルム層１４’、耐候性層２０’及び耐摩耗性層２２’を備えてもよい。任意選択のベース層１２の内側の層の構造が、ベース層１２の外側の対応する層と実質的に同じか同じでもよいことを示すために、類似した参照番号を使用している。ベース層１２の外側と同様に、内側に同じ層を有するものとして図示しているが、グレージング組立体１０がこの任意選択の層の１つ又は複数を備えていなくてもよいことを理解されたい。

別の態様では、本発明は、グレージング組立体１０を製造する方法を提供する。広義では、本方法は、（ａ）しっかりと付着している機能層１６を有するプラスチックフィルム層１４を準備するステップ、（ｂ）結合層１８を準備するステップ、（ｃ）ベース層１２を準備するステップ、（ｄ）被着剤として結合層１８を使用してプラスチックフィルム層１４をベース層１２に接着させるステップを含む。その後に、グレージング組立体１２をウインドーの形状に形成することができる。最後に、耐候性層２０及び耐摩耗性層２２をプラスチックフィルム層１４の表面上に設置する。

プラスチックフィルム層１４及び機能層１６を形成する際に、機能層１６をプラスチックフィルム層１４とともに共押出によって形成してもよい。ただし、他の方法でプラスチックフィルム層１４上に機能層１６を形成してもかまわない。そのような他の方法として、フローコーティング、ディップコーティング、ロールコーティング、押出塗工、印刷、無線綴じ（ａｄｈｅｓｉｖｅｂｉｎｄｉｎｇ）、真空堆積、及びスパッタリングが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

１つの具体的な実施形態では、機能層１６をスクリーン印刷によってプラスチックフィルム層１４の表面上に施してもよい。フィルム上に機能層１６を形成するさらなる方法としては、パッド転写（ｐａｄｐｒｉｎｔｉｎｇ）、膜イメージ転写印刷、ディジタル印刷、ロボット分配（ｒｏｂｏｔｉｃｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）、溶剤注型、マスク吹付け（ｍａｓｋ／ｓｐｒａｙ）、インクジェット印刷などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。耐候性層２０をプラスチックフィルム層１４に施す場合、吹付塗り、フローコーティング、ディップコーティング、カーテンコーティング、押出塗工、型内コーティング（ｉｎ−ｍｏｌｄｃｏａｔｉｎｇ）、ロールコーティング又は別の既知の方法を使用して、耐候性層２０を施してもよい。機能層１６はその機能としてアンテナ、調光、エレクトロクロミック又はエレクトロルミネセンスの機能を有していてもよい。

グレージング組立体１０を形成するために、続いて、結合層１８によりプラスチックフィルム層１４及び機能層１６をベース層１２に積層する。（場合によっては、プラスチックフィルム層１４及び機能層１６は接着剤無しで、又はベース層１２と機能層１６との間の結合層１８を用いずに積層してもよい。）結合層１８、プラスチックフィルム層１７、機能層１６及びベース層１２の間の接着は、押出、共押出、積層及び押出積層加工などの方法を使用して、遂行するのが好ましい。

次いで、グレージング組立体１０は、真空熱成形、圧力支援熱成形、ドレープ成形、ツインシート成形又は冷間成形によって設計形状に転換されるか成形される。好ましい実施形態では、設計形状の形成は、真空熱成形によって最もよく達成される。すべての熱成形技術は、所要形状に型押しをするのではなく、ツール上でフィルムを形成するという利点を有する。このため、潜在的な画像の歪みが発生するのを減じるとともに、画像が印刷される材料の強度を維持することができる。

図２を参照すると、図１のグレージング組立体１０を製造するためのシステム３０が示される。システム３０は第１の対のクランプ枠３２ａ、３２ｂ、第２の対のクランプ枠３４ａ、３４ｂ及び第３の対のクランプ枠３６ａ、３６ｂを備える。第１の対のクランプ枠３２ａ、３２ｂはプラスチックフィルム層１４及び機能層１６を保持する。第２の対のクランプ枠３４ａ、３４ｂは結合層１８を保持する。最後に、第３の対のクランプ枠３６ａ、３６ｂはベース層１２を保持する。

真空熱成形法によってグレージング組立体１０を製造するために、システム３０はさらに上型３８及び下型４０を備える。これらの型は、用途に応じて、様々な異なる形状で形作ることができる。好ましい用途では、これらの型は自動車ウインドーの製造のために形作られる。

真空熱成形の技術においてよく知られているように、型３８及び４０は加熱することができ、真空システム４２及び４４を備える。当技術ではよく理解されているように、型３８及び４０を加熱し、次いで、矢印４６によって示されるように互いの方へ移動させる。型３８及び４０が互いの方に移動して、ベース層１２、結合層１８、機能層１６及びプラスチックフィルム層１４を、型３８と４０の間でプレスする。この工程の間、真空システム４２、４４で真空を施し、グレージング組立体１０の成形を助け、型３８及び４０によって規定された形状にする。基本的に、真空システム４２及び４４は、プラスチックフィルム層１４と上型３８との間及びベース層１２と下型４０との間で閉じ込められた空気を引き抜く。そうすることによって、プラスチックフィルム層１４及びベース層１２の表面は、一般に、滑らかになり、閉じ込められた気体による欠陥が無いものとなる。

図３に示すように、型３８及び４０がプラスチックフィルム層１４、機能層１６、結合層１８及びベース層１２をともにプレスすると、その後、矢印４８及び５０で示すように、型３８及び４０は互いに遠ざかる。

図４を参照すると、グレージング組立体１０の一部の拡大図が示される。この図によって、ベース層１２、結合層１８、機能層１６及びプラスチックフィルム層１４がともに結合され、図１に示す耐候性層２０及び摩耗層２２を受取る準備ができたことがわかる。

図１を参照すると、複雑な３次元（３Ｄ）形状について、十分な解像度及び極限の形状を達成するために圧力支援熱成形が必要とされることがある。場合によっては、接着結合及び３Ｄ形状への成形の両方が同時に実現するように、ベース層１２に加えて、結合層１８、プラスチックフィルム層１４及び機能層をともに熱成形機にかける。しかしながら、結合層１８の活性温度が形成温度より低いときには、プラスチックフィルムベース層及びベース層１２を先に形成し、続いて、同じ成形工具内に位置するベース層１２とプラスチックフィルム層１４及び機能層１６との間に結合層を、今度はより低い温度で挿入することが必要である。本発明の方法では、典型的には成形作業は合わせ金型設備（ｍａｔｃｈｅｄ−ｍｅｔａｌｔｙｐｅｔｏｏｌｉｎｇ）を使用して行い、工具は雄又は雌の抜き型又は金型、いずれであってもよい。好ましい実施形態では、雄型、雌型の両方を、互いに合致するように、熱成形用に使用する。熱成形の分野で一般に知られているように、ベース層１２、プラスチックフィルム層１４及び機能層１６を、ロータリー型又はインライン型シャトル熱成形機で水平に保持してもよい。加熱の後、上型及び下型にある層は柔らかくなり、同時に雄型、雌型に真空引きされる。続いて、その間に結合層を持たせて、型を合わせ、加熱した層を一緒に圧縮し、結合／溶接して、単一のグレージング組立体にする。

形成されたグレージング組立体１０に、改良した耐摩耗性など、追加又は強化した機能を付加するオーバーレイヤーをさらにコーティングする。オーバーレイヤーは典型的には耐摩耗性層であり、プラズマ助長化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、拡張熱プラズマＰＥＣＶＤ、プラズマ重合、光化学蒸着、イオンビーム堆積、イオンプレーティング堆積、陰極アーク堆積、スパッタリング、蒸着、中空陰極活性化堆積、マグネトロン活性化堆積、活性化反応性蒸着、熱化学蒸着又はゾルーゲルコーティングのうちの１つから選択される方法を使用して、オーバーレイヤーを設置する。

グレージング組立体１０は、その厚さ及び安全に対する要求事項に応じて、より多くの層を有することができる。１つの具体的な実施形態では、グレージング組立体１０の総計の厚さを約２ｍｍ〜１０ｍｍ厚の範囲とする。以上の結果得られるシステムは、自動車のグレージング、航空機用グレージング、自動車のヘッドライト及びテールライト、及び類似した用途に使用することができる。

当業者らには容易に認識されるであろうが、上記の記載は本発明の原理を実施の例示として意図したものである。以下の請求項で規定されるように、本発明の精神から逸脱することなく、本発明は修正、変形及び変更が可能であり、本明細書の記載は本発明の範囲又は用途を限定することを意図するものではない。

Claims

自動車で使用するのに適しているグレージング組立体であって、
第１の側及び第２の側を有するベース層と、
前記ベース層の前記第１の側上に位置する耐摩耗性層と、
前記ベース層の前記第１の側と前記耐摩耗性層との間に位置する機能層と、
前記機能層と前記ベース層の間に位置し、それにより前記ベース層に前記機能層をしっかりと付着させる結合層と、
前記機能層と前記耐摩耗性層との間に位置するプラスチックフィルム層であって、
前記耐摩耗性層が、前記プラスチックフィルム層及び前記ベース層の前記第１の側を、摩耗によって引き起こされる損傷から保護する、プラスチックフィルム層と、
前記プラスチックフィルム層及び前記摩耗層との間に位置し、前記プラスチックフィルム層に施された耐候性層とを
備えるグレージング組立体。
前記機能層が、耐候性、日光制御、霜取り、曇り取り、アンテナ、プリントした装飾、フォトクロミックによる光量制御、エレクトロクロミック及びエレクトロルミネセンスの層の群から選択される層である、請求項１のグレージング組立体。
前記耐候層が、アクリル、アイオノマー、フルオロ、ウレタン、シロキサンベースのポリマー又はそのコポリマーの群から選択される材料から成る、請求項１のグレージング組立体。
前記プラスチックフィルム層が、ポリカーボネート、ポリメチルメチアクリレート、ポリエステル、熱可塑性ポリウレタン、ポリカーボネート／アクリロニトリルブタジエンスチレンブレンド及びポリカーボネート／ポリエステルブレンドの群から選択される材料製である、請求項１のグレージング組立体。
前記結合層が、脂肪族ポリエーテルベースの熱可塑性ポリウレタン、ポリエステル／ポリエーテルベースの熱可塑性ポリウレタン、陰イオン系脂肪族ポリエステルベースのポリウレタン分散系、陰イオン系脂肪族ポリエステル／ポリエーテルポリウレタン分散系、水系ポリウレタン分散系、ポリアミド型接着剤、及びポリアクリル酸エステル系接着剤の群から選択される材料を含む、請求項１のグレージング組立体。
前記ベース層が、ポリカーボネート、ポリメチルメチアクリレート、ポリエステル、熱可塑性ポリウレタン、ポリカーボネート／アクリロニトリルブタジエンスチレンブレンド及びポリカーボネート／ポリエステルブレンドの群から選択される材料から成る、請求項１のグレージング組立体。
前記耐摩耗性層が、シリコン、水素、炭素及び酸素を含むプラズマ重合した有機ケイ素材料である、請求項１のグレージング組立体。
前記耐摩耗性層が、酸化アルミニウム、フッ化バリウム、窒化ホウ素、酸化ハフニウム、フッ化ランタン、酸化マグネシウム、酸化スカンジウム、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、水素化酸炭化ケイ素、炭化ケイ素、酸化タンタル、酸化チタン、酸化錫、酸化イットリウム、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、酸化ジルコニウム及びジルコニウムチタン酸塩の群から選択される材料を含む、請求項７のグレージング組立体。
前記ベース層が約２〜１０ｍｍの範囲の厚さを有している、請求項１のグレージング組立体。
グレージング組立体を製造する方法であって、
機能層を有するプラスチックフィルムを準備するステップと、
頂側及び底側を有する結合層を準備するステップと、
ベース層を準備するステップと、
前記結合層の前記頂側に対して前記機能層を有する前記プラスチックフィルムを接着するステップと、
前記ベース層に対して前記結合層の前記底側を接着させ、それによってプラスチックパネルを製造するステップと、
ウインドーの形状に前記プラスチックパネルを形成するステップと、
前記プラスチックパネルの表面上に耐摩耗性層を設置するステップと、
及び
前記プラスチックパネルの少なくとも１つの表面に耐候層を施すステップ
とを含むグレージング組立体を製造する方法。
前記耐候性層が、吹付塗り、流し塗り、浸し塗り、カーテンコーティング、押出塗工、型内コーティング及びロールコーティングの群からの１つとして選択される方法を使用して施される、請求項１０の方法。
前記プラスチックパネルが、真空熱成形、圧力支援熱成形、ドレープ成形、ツインシート成形及び冷間成形の群から選ばれる１つである方法を使用して製造される、請求項１０の方法。
前記プラスチックフィルムとベース層の少なくとも１つに前記結合層を接着させるステップが、押出、共押出、積層、型内コーティング及び押出積層加工の群から選ばれる１つである方法を使用して遂行される、請求項１０の方法。
耐摩耗性層を設置するステップが、プラズマ助長化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、拡張熱プラズマＰＥＣＶＤ、プラズマ重合、光化学蒸着、イオンビーム堆積、イオンプレーティング堆積、陰極アーク堆積、スパッタリング、蒸着、中空陰極活性化堆積、マグネトロン活性化堆積、活性化反応性蒸着、熱化学蒸着及びゾルーゲルコーティングのうちから選択される方法を使用して遂行される、請求項１０の方法。