JP2011207367A - 車載用安全窓及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】経済的に有利にかつ外観良好であり、衝撃に対してきわめて安全な車載用安全窓を提供する。
【解決手段】硬化塗膜層、アクリル樹脂層、及びポリカーボネート樹脂層が順次積層された積層体からなり、前記アクリル樹脂層の厚みが０．６〜２ｍｍであり、前記積層体の硬化塗膜層側が車外側に位置する車載用安全窓であり、片側のみに硬化塗膜層が形成されたアクリル樹脂板を硬化塗膜層が金型内側の面に密着するように設置し、ポリカーボネート樹脂を射出成形により前記アクリル樹脂板と一体化させることにより積層体を形成する前記車載用安全窓の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、軽量化されまた安全な、アクリル樹脂とポリカーボネート樹脂が積層された成形品からなる車載用安全窓に関する。

近年、自動車に関わる環境問題（二酸化炭素排出量削減）が大きな問題となっており、軽量化のニーズが高まっている。軽量化の手段として、窓用素材をガラスから樹脂に変更する検討がなされている。

車載窓用素材をガラスから樹脂に変更するためには、表面が硬く、耐候性が良好で、外側からの衝撃では割れず、内側からの衝撃では割れる安全性を有することが必要であり、さらにこれをガラスに匹敵するコストで達成できなければならない。

ポリカーボネート樹脂を車載用安全窓として使用する試みがなされているが、耐候性が悪い、表面硬度が低い、という問題を有する。この問題を解決するためハードコート処理が種々検討されているが、コストが非常に高く実用的でない。また強度が高すぎて割れないため、人体が内側からぶつかった際にそのエネルギーをほとんど吸収せず人体への影響が懸念される上に、非常時に窓を割って脱出することも出来ない。

また、ガラスと樹脂を複合化して軽量化された車載用安全窓として使用することが開示されているが、成形加工性に問題を有する（特許文献１）。

車載窓は平面ではなく若干曲げられているのが通常である。曲げ加工性を改良するため、ポリウレタン等の接着層を介してアクリル樹脂とポリカーボネート樹脂を積層し安全窓として使用することが検討されている（特許文献２）。しかし、積層品は射出成形法ではなくホットプレス、真空バッグ等の手法で作製されるため、生産性が悪い。また、ポリカーボネート樹脂を単体で用いる場合と同じく強度が高すぎて割れないため問題がある。

物性及び生産性が優れるものとして、アクリル樹脂とポリカーボネート樹脂の積層シートを作製し、更に該シートのアクリル樹脂側を金型面に接するように配置しポリカーボネート樹脂を射出成形し一体化させた積層物を車載用安全窓として使用することが開示されている（特許文献３）。しかし、アクリル樹脂の厚みはたかだか０．２ｍｍであるためポリカーボネート樹脂を単体で用いる場合と同じく強度が高すぎて割れないため問題がある。

特表２００５−５２９９８８号公報 特開平０９−２３９９３６号公報 特開平０６−３５５１８号公報

車載用窓には表面硬さと曲げ加工の両方が必要である。表面硬度を高くするために先にハードコート処理を行うと一般的に後の曲げ加工が不能となる。また、先に射出成形等の成形加工を行った後にハードコート処理を行った場合はブツ等の塗装欠陥が多く発生し歩留まりが悪く高コストとなる。

本発明は、外部からの衝撃に対してきわめて安全であり、かつ外観良好な車載用安全窓を提供することを目的とする。また本発明は、低コストで効率的な車載用安全窓の製造方法を提供することを目的とする。

車載窓用素材をガラスから樹脂に変更するための課題を解決するため、鋭意検討を重ね、本発明に至った。すなわち、本発明は、硬化塗膜層、アクリル樹脂層、及びポリカーボネート樹脂層が順次積層された積層体からなり、前記アクリル樹脂層の厚みが０．６〜２ｍｍであり、前記積層体の硬化塗膜層側が車外側に位置する車載用安全窓である。

また本発明は、片側のみに硬化塗膜層が形成されたアクリル樹脂板を硬化塗膜層が金型内側の面に密着するように設置し、ポリカーボネート樹脂を射出成形により前記アクリル樹脂板と一体化させることにより積層体を形成する前記車載用安全窓の製造方法である。

また本発明は、内側に硬化塗膜層が形成された鋳型を用いてアクリル樹脂原料をキャスト重合し、前記硬化塗膜層を前記重合により得られたアクリル樹脂側に転写することにより硬化塗膜層とアクリル樹脂層を一体化し、さらにアクリル樹脂層側にポリカーボネート樹脂層を積層する前記車載用安全窓の製造方法である。

本発明によれば経済的に有利にかつ外観良好な車載用安全窓を製造することができる。

その上、社外からの衝撃は跳ね返し、車内からの衝撃に対しては割れることによりエネルギーを吸収するため、搭乗者が事故の際に窓に頭をぶつけ甚大な障害をこうむる危険が少なくなり、きわめて安全な車載用安全窓となる。

本発明で使用されるアクリル樹脂層を形成するアクリル樹脂板としては、メチルメタクリレート単独、あるいはメチルメタクリレート５０質量％以上と共重合可能なエチレン性不飽和単量体からなる樹脂板が挙げられる。アクリル樹脂板には紫外線吸収剤が添加されていることが好ましく、紫外線を遮蔽するに足る紫外線吸収剤が添加されていることが特に好ましい。

本発明におけるアクリル樹脂層の厚みは０．６〜２ｍｍである。０．６ｍｍ以上であるとポリカーボネート樹脂層側からの衝撃で割れてエネルギーを吸収しやすくなり、２ｍｍ以下であるとポリカーボネート樹脂層の厚みを厚くすることができ、アクリル樹脂層側からの衝撃で割れにくくなる傾向がある。アクリル樹脂層の厚みは０．６５〜１．５ｍｍであることが好ましい。

硬化塗膜層は耐傷付き性に優れた塗膜であり、鉛筆硬度（ＪＩＳＤ０２０２）で４Ｈ以上あることが好ましい。また、硬化塗膜層は一般的に架橋された網目構造であり、炭素骨格からなる有機系、シロキサン骨格からなる無機系、または有機、無機ハイブリッド系の材料で形成することができる。

本発明においては、硬化塗膜層が形成されたアクリル樹脂板を用いることが好ましい。硬化塗膜層が形成されたアクリル樹脂板が、鋳型に硬化塗膜層が形成された鋳型を用いてアクリル樹脂原料をキャスト重合し、鋳型の硬化塗膜層をアクリル樹脂側に転写させたものであることが更に好ましい。該方法であれば硬化塗膜表面は鋳型表面が転写されたものとなり、ブツ等の塗膜欠陥のないものが容易に得られる。

アクリル樹脂原料は、メタクリル酸メチル単独、またはメタクリル酸メチルを主成分とする単量体混合物である。メタクリル酸メチル以外の単量体としては、メタクリル酸メチルを除くメタクリル酸アルキル、アクリル酸アルキル、及びこれらと共重合可能な単量体を挙げることができる。また前記単量体の一部重合体を含む混合物(シラップ)を原料としてもよい。アクリル樹脂原料のキャスト重合は、公知の方法で実施することができる。

このような手法で得られたアクリル樹脂板としては、アクリライトＭＲ（商品名、三菱レイヨン社製）などが挙げられる。アクリライトＭＲは鏡面ＳＵＳベルト表面形態が転写された硬化塗膜層を有するため、ブツ等がなく表面が平滑で車載用安全窓として十分な外観性能を有し、更に曲げ加工性も有する。先行技術のように先に成形加工を行った後にハードコート処理を行った場合は、高度に浮遊物のないクリーンな環境が必要であり、コスト高、歩留低下を招く恐れがある。

硬化塗膜層の厚みは特に制限されないが、一般的に１〜１００μｍである。

本発明で使用されるポリカーボネート樹脂層を形成するポリカーボネート樹脂は特に制限されないが、射出成形可能な流動性と良好な耐衝撃性を有することが好ましい。流動性が高すぎると耐衝撃性が悪化するため、３００℃、１．２ｋｇｆの条件下で測定されたメルトフローレートが５〜３０ｇ／１０ｍｉｎであることが好ましく、更に好ましくは７〜２０ｇ／１０ｍｉｎである。

ポリカーボネート樹脂層の厚みは特に制限されないが、一般的に０．８〜５ｍｍである。ポリカーボネート樹脂層は積層成形品の強度を担っているため、アクリル樹脂層より厚い方が好ましい。

本発明は、車外側から表面硬化層、アクリル樹脂層、及びポリカーボネート樹脂層の順に積層されていることを特徴とする。

表面硬化層が形成されているアクリル樹脂層がポリカーボネート樹脂層よりも車外側であることにより、車外からの衝撃に対してはポリカーボネート樹脂の強度により割れないが、社内からの衝撃に対しては外側のアクリル樹脂が割れ、そのノッチ効果によりポリカーボネート樹脂も割れやすくなる。

なお、表面硬化層とアクリル樹脂層との間にプライマー層等が存在しても差し支えない。また、アクリル樹脂層とポリカーボネート樹脂層の間にアクリル樹脂層の亀裂の伝播を妨げない接着層等が存在しても差し支えない。ポリカーボネート樹脂層の車内側の表面に表面硬化層を設けることもでき、また割れた際の飛散を防止するフィルムを貼ることもできる。

本発明の車載用安全窓の製造方法としては射出成形法が好ましい。ここでの射出成形法とはインサート射出成形法であるが、更に光学歪を少なくするため射出圧縮成形、アセンブルに必要な枠等を形成するため二色成形の手法を用いても良い。片側のみに硬化塗膜層が形成されたアクリル樹脂板を金型側に硬化塗膜層が密着するように金型内に設置し、アクリル樹脂層側にポリカーボネート樹脂を射出することにより一体化させる。硬化塗膜層はアクリル樹脂板の片面のみである必要がある。硬化塗膜層がアクリル樹脂板の両面にあると、ポリカーボネート樹脂との接着が不良となり剥離を生じるようになる。

なお、インサートされているアクリル樹脂と射出されるポリカーボネート樹脂の温度差により成形後にそりが生じるので、そのそりを勘案して金型を設計する必要がある。

所望の曲率を有する車載用安全窓を成形するためには、あらかじめ金型内面の曲率と同じになるように硬化塗膜層が形成されたアクリル樹脂板を曲げ加工し、金型サイズに合うように切断しておく必要がある。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれ等により何ら限定されるものではない。

（実施例１）
片面硬化塗膜層付アクリル板（商品名；アクリライトＭＲ１００、三菱レイヨン社製）１ｍｍ板を１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさに切断し、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍの大きさの金型キャビティに硬化塗膜層が金型面に密着するように固定した。引き続いてポリカーボネート樹脂（商品名；ユーピロンＳ３０００、三菱エンジニアリングプラスチックス社製）を射出し、アクリル樹脂板とポリカーボネート樹脂が一体化した１００ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍの大きさの透明な射出成形樹脂板を得た。また得られた射出成形板の硬化塗膜層面を＃００００スチールウールで擦ったが傷つかなかった。尚射出成形機は住友重機械製７５ｔ射出成形機（ＳＥ７５Ｄ）を用い、バレル温度３００℃、金型温度７０℃にて射出成形を行った。

得られた射出成形板について、以下のように耐衝撃性試験を実施した。１００ｍｍ×１００ｍｍの射出成形板サンプルを開口部が８０ｍｍ×８０ｍｍの鉄枠にゴムを介して表面硬化塗膜層付アクリル板側が上になるように固定し、鉄枠に当たらないようにサンプル中央を目標に１．５ｍの高さより質量１ｋｇの表面の滑らかな鋼球を落下させた。射出成形板は破壊されず、打撃部分にわずかな打痕（凹み）が見られたのみであった。

ポリカーボネート樹脂側が上に来るように射出成形板を固定し、落下の高さを変えたほかは上記と同様にして耐衝撃試験を実施した。その結果、１ｍの高さからの衝撃で板割れが発生し、０．５ｍの高さからの衝撃でアクリル、ポリカーボネート両方に貫通するひびが発生した。

すなわち、実施例１の構成の板を外側が硬化塗膜層面、内側がポリカーボネート面となるように車両等に設置した場合、外からの衝撃に対しては強く、衝撃を跳ね返し、内からの衝撃に対しては破壊されることにより衝撃エネルギーを吸収するものが得られた。

（比較例１）
ポリカーボネート板（商品名；レキサン９０３４、旭硝子社製）２ｍｍを用い、実施例と同様に耐衝撃試験を行った。その結果、１．５ｍの高さから衝撃を与えたがポリカーボネート板は破壊されず、打撃部分にわずかな打痕（凹み）が見られたのみであった。

すなわち、ポリカーボネート板のみでは、車内側からの衝撃に対しても強く、衝撃を跳ね返してしまうため、安全上不十分なものであった。

（比較例２）
片面表面硬化塗膜層付アクリル板を使用する代わりに塗膜層無しのアクリルキャスト板（商品名；アクリライトＬ、三菱レイヨン社製）を用いたほかは実施例と同様にインサート射出成形を行い、アクリル樹脂板とポリカーボネート樹脂が一体化した透明な射出成形樹脂板を得た。

得られた射出成形板のアクリル樹脂層面を＃００００スチールウールで擦ったところ、容易に傷が付いた。

すなわち、表面に硬化塗膜層がなければ容易に傷つき、車両用安全窓としては使用し難いものであった。

（比較例３）
片面表面硬化塗膜層付アクリル板を使用する代わりに両面表面硬化塗膜層付アクリル板（商品名；アクリライトＭＲ２００、三菱レイヨン社製）を用いたほかは実施例と同様にインサート射出成形を行った。しかしながらアクリル樹脂板とポリカーボネート樹脂が剥離し一体化した射出成形樹脂板は得られなかった。

すなわち、硬化塗膜層がアクリル樹脂層の両面にあるとポリカーボネート樹脂が接着せず、良好な積層品が得られなかった。

（比較例４）
１００ｍｍ×１００ｍｍに切断された片面硬化塗膜層付アクリル板（商品名；アクリライトＭＲ１００、三菱レイヨン社製）１ｍｍ板、ポリウレタンフィルム（商品名；ＤＵＳ２４８−ＣＲ、ＮＴＷ株式会社製）０．３ｍｍ、ポリカーボネート板（商品名；レキサン９０３４、旭硝子社製）２ｍｍを硬化塗膜層／アクリル／ポリウレタン／ポリカーボネートの順番になるよう重ねあわせ、真空引き口を設けたナイロンバグフィルム（商品名；ライトロンＷＬ＃８４００、ＡＩＲＴＥＣＨ社製）に入れ、シーラント材（商品名；ＲＳ２００、ＲＩＣＨＭＯＮＤ社製）で気密に封じた。

引き口を真空ポンプに通じ、バグフィルム内を減圧してほぼ真空とした。オートクレーブ加熱炉に移し、１１０℃１０気圧で１時間放置し、その後冷却し取り出して積層板を得た。

得られた積層板について実施例と同様に耐衝撃試験を実施した。表面硬化塗膜層付アクリル板側から衝撃を与えた場合は実施例と同じ結果で積層板は破壊されず、打撃部分にわずかな打痕（凹み）が見られたのみであった。ポリカーボネート樹脂側から衝撃を与えた場合は実施例と異なり１．５ｍの高さからの衝撃でも板割れは発生せず、アクリル樹脂にひびが入ったのみであった。

すなわち、比較例４の構成の積層板では外側が硬化塗膜層面、内側がポリカーボネート面となるように車両等に設置した場合、内からの衝撃に対しても強く、衝撃を跳ね返してしまうため、安全上不十分なものであった。

本発明によれば、車載用安全窓として、広く適用できる。

Claims (3)

1. 硬化塗膜層、アクリル樹脂層、及びポリカーボネート樹脂層が順次積層された積層体からなり、前記アクリル樹脂層の厚みが０．６〜２ｍｍであり、前記積層体の硬化塗膜層側が車外側に位置する車載用安全窓。
2. 片側のみに硬化塗膜層が形成されたアクリル樹脂板を硬化塗膜層が金型内側の面に密着するように設置し、ポリカーボネート樹脂を射出成形により前記アクリル樹脂板と一体化させることにより積層体を形成する請求項１に記載の車載用安全窓の製造方法。
3. 内側に硬化塗膜層が形成された鋳型を用いてアクリル樹脂原料をキャスト重合し、前記硬化塗膜層を前記重合により得られたアクリル樹脂側に転写することにより硬化塗膜層とアクリル樹脂層を一体化し、さらにアクリル樹脂側にポリカーボネート樹脂層を積層する請求項１に記載の車載用安全窓の製造方法。