JP2014500816A - 積層窓ガラス - Google Patents

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Abstract

１．９〜２．４ｍｍの範囲内の厚さを有する厚いガラスプライと、ポリマー中間層と、０．８〜１．４ｍｍの範囲内の厚さを有する薄いガラスプライとを具える積層窓ガラスであって、該窓ガラスの相対光強度が、積層前のプライの単一ガラス反射光強度から予測されるであろうものよりも小さいことを特徴とする、積層窓ガラス。

Description

本発明は、積層窓ガラス、積層窓ガラスの製造プロセス、および積層窓ガラスの使用に関する。
車両は、２つのガラス板およびそれらの間のポリマー中間層を具える積層窓ガラスを有することが多い。自動車のフロントガラスは、とくに、積層窓ガラスである。
自動車の製造業者は、車両窓ガラスの重量を低減すること等により、車両の重量を低減することを望んでいる。窓ガラス重量の低減は、種々の構成、例えば非積層の単一ガラスプライ、単一ガラスプライおよびポリマー層（二重層構成）の使用により、またはガラス以外の材料（例えばポリカーボネート等のプラスチック）を用いることにより達成することができる。しかしながら、これらの代替構成の多くは、従来の積層窓ガラスと比較して不利点、例えば不十分な耐擦傷性、耐衝撃性（とくに耐石衝撃性）または不十分な光学品質を有する。代替構成は、自動車窓ガラスの要求特性（耐衝撃性および光学品質を含む）が継続的に向上しているため、より一層問題となる。
従来、ガラスプライの厚さが異なる非対称積層体が構成されてきた。
例えば、米国特許第２０１０／０２１４１９４号は、異なる厚さのガラスプライを有するフロントガラスにおけるヘッドアップディスプレイについて開示している。
英国特許第１５８０３６６（Ｂ）号は、衝突時の怪我の程度を低減するための、フロントガラスが割れたときに形成されるガラスの破片をできるだけ小さくできるようにした厚い外プライおよび薄い内プライについて開示している。この種の構成は主に、車両シートベルトを備え、着用されなければならないという法定事項により取って代わられた。英国特許第１３３９９８０（Ｂ）号も、同様の問題に関する。
国際公開第２０１０／００３６２１９号および国際公開第２０１０／１０２２８２号は、イオノマーポリマー中間層を有する厚い／薄いガラスプライに関する。
独国特許第１０２００６０４２５３８号は、厚い／薄いガラスプライを有し、薄いプライが機能化表面を有する積層体について開示している。
国際公開第２０１０／１２１９８６号は、１．４５ｍｍ〜１．８ｍｍ厚のガラス外ペインおよび１．０〜１．４ｍｍ厚の内ペインを含む透明積層ガラスについて開示している。
米国特許第２０１０／０２１４１９４号 英国特許第１５８０３６６（Ｂ）号 英国特許第１３３９９８０（Ｂ）号 国際公開第２０１０／００３６２１９号 国際公開第２０１０／１０２２８２号 独国特許第１０２００６０４２５３８号 国際公開第２０１０／１２１９８６号
ガラスプライの一方または双方の厚さを低減することは積層体に許容できない光歪みをもたらすだろうと常に考えられ、これは、上述した従来構成にも当てはまった。これは、フロートガラスが、フロート法のドロー方向に沿って、縦波であるフロートドローライン（うねり）をガラス上に発現するためである。これらの波は、ガラスプライが積層されると可視化する。ドローラインの数および程度は、製造業者および製造ラインによって決まるが、ドロー速度およびガラス厚によっても決まる：速度が低いほど歪みは少なく、ガラスが厚いほど歪みは少ない、ということが知られている。一般に、同一のフロートラインで製造される同一のガラス組成物において、ガラスプライの厚さを２．１ｍｍから１．０ｍｍまで低減すると、平均反射光歪みは約５０〜１００％増加する。
さらに、透過光歪み（すなわち車両の運転者が見える歪み）は、２つのプライの反射歪みの平均を測定することにより予測し得ることが知られている。光学性能は、単一プライの平均反射歪みと相関する。
今の歪みの仕様（より厳しくなっている）によれば、厚さが１．６ｍｍ未満の薄いプライは、その光歪みのため、積層窓ガラスには有用ではないと一般的に考えられている。
また、より薄いガラスの構成は、衝撃によって、（例えば長いひび割れが生じることにより）交換を要する程度まで貫通または損傷する可能性がより高いので、より安全ではない恐れがあるとも考えられている。
驚くべきことに、本出願の発明者らは、積層窓ガラスにおけるガラスプライの厚さを注意深く選択することにより、薄い（および従って軽い）ガラスプライを用いたとしても、光歪みを許容可能なレベルまで低減することができることを見出した。さらに、驚くべきことに、かかる積層体は、より厚い構成と少なくとも同程度に（場合によってはこれよりさらに）耐衝撃性があることが見出された。
本発明は従って、１．９〜２．４ｍｍの範囲内の厚さを有する厚いガラスプライと、ポリマー中間層と、０．８〜１．４ｍｍの範囲内の厚さを有する薄いガラスプライとを具える積層窓ガラスであって、該窓ガラスの相対光強度（すなわち歪み）が、積層前のプライの単一ガラス反射光強度（すなわち歪み）から予測されるであろうものよりも小さいことを特徴とする、積層窓ガラスを提供する。
本発明の第２態様においては、積層窓ガラスの光歪みの低減方法であって、１．９〜２．４ｍｍの範囲内の厚さを有する厚いガラスプライを準備する工程と、ポリマー中間層を準備する工程と、０．８〜１．４ｍｍの範囲内の厚さを有する薄いガラスプライを準備する工程と、該厚いガラスプライ、ポリマー中間層および薄いガラスプライをともに積層する工程と含み、これにより、窓ガラスの相対光強度（すなわち歪み）が、積層前のプライの単一ガラス反射光強度（すなわち歪み）から予測されるであろうものよりも小さくなる、方法を提供する。
好適には、積層フロントガラスは、積層前のプライの単一ガラス反射強度から予測されるものよりも少なくとも１０％小さな相対光強度を有する。より好適には、積層フロントガラスは、積層前のプライの単一ガラス反射強度から予測されるものよりも少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、もっとも好適には少なくとも４０％小さな相対光強度を有する。
好適には、厚いガラスプライは、１．９〜２．３ｍｍ、好適には１．９５ｍｍ〜２．２５ｍｍ、２．０〜２．２ｍｍ、２．０５ｍｍ〜２．１５ｍｍの範囲内、もっとも好適には約２．１ｍｍの厚さを有する。
好適には、薄いガラスプライは、０．９〜１．３５ｍｍ、より好適には０．９〜１．３ｍｍ、０．９〜１．２５ｍｍ又は０．９〜１．２ｍｍ、もっとも好適には０．９〜１．１５ｍｍ、０．９〜１．１ｍｍ又は０．９５〜１．０５ｍｍの範囲内の厚さを有する。薄いガラスプライの厚さが約１．０ｍｍである場合に、もっとも好適である。
中間層材料のプライは、柔軟性のあるプラスチック材料とすることができ、透明または色つきであってもよい。適切な中間層材料としては、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリウレタン（ＰＵ）、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリビニルアセタール、好適にはポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等が挙げられ、積層のためのもっとも一般的な選択肢はＰＶＢである。中間層材料のプライは、通常は０．３８〜１．１ｍｍ、もっとも一般的には０．７６ｍｍの厚さで提供される。
中間層は、許容可能な吸音性能（これは、本発明による積層体の低厚の観点でとくに有利となり得る）をもたらすよう、変性ＰＶＢ等の吸音性の中間層としてもよい。
一般に、ポリマー中間層は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）、または熱可塑性ポリウレタン（ＴＰｕ）を含む。
積層体は、赤外線太陽光制御（ガラス上のコーティング、または積層体に組み込まれたコーティングされたＰＥＴ）を有してもよく、太陽光吸収中間層を用いてもよく、および／または加熱エレメント（ワイヤまたはコーティング）を含んでもよい。
ガラスプライの一方または双方のガラスは、透明または色つきであってもよい。
本発明による積層体から形成したフロントガラスは、以下の部品：アンテナ、レインセンサ、またはカメラシステム、の１つ以上を有してもよい。
第３態様において、本発明は、ガラスの積層方法であって、１．９〜２．４ｍｍの範囲内の厚さを有する厚いガラスプライを準備する工程と、ポリマー中間層を準備する工程と、０．８〜１．４ｍｍの範囲内の厚さを有する薄いガラスプライを準備する工程と、該厚いプライ、中間層および薄いプライを、８〜１５バールの範囲内の加圧下および１１０℃〜１５０℃の範囲内の温度で積層する工程とを具える、方法を提供する。
第４態様において、本発明は、１．９〜２．４ｍｍの範囲内の厚さを有する厚いガラスプライおよびポリマー中間層をさらに具える積層窓ガラスにおける、０．８〜１．４ｍｍの範囲内の厚さを有する薄いガラスプライの使用であって、積層前のプライの単一ガラス反射光強度（すなわち歪み）から予測されるであろうものよりも小さな窓ガラスの相対光強度（すなわち歪み）をもたらすための、使用を提供する。
積層フロントガラスの耐石衝撃性は、好適には、２．１ｍｍ厚のガラスプライを有する対称積層体よりも良好である。
通常、積層窓ガラスのワイブル係数（以下の実施例に関して記載されるように測定される）は、１０以上である。
ワイブル係数は、破断強度データの散乱度の尺度である。ワイブル係数が低い場合、散乱は大きく；ワイブル係数が高い場合、データにおける散乱は小さく、その破壊挙動においてより予測可能な材料をもたらす。このように、ワイブル係数は、材料の有利な特性の尺度である。
本発明の実施形態を、以下の図面を参照して記載する。
フロートガラスの単一プライ上の、ならびに２つのフロートガラスプライおよびポリマー中間層を具える積層窓ガラスにおける、フロートドローラインである。 様々な構成の多数の積層体の透過における、積層体の平均反射歪み（積層体における双方のガラスについて平均した）と光強度（歪みに関する）との間の関係を示す相関グラフである。 ５ｍｍより大きいひび割れについて、７５０ｍｍのダーツ落下高さを用いて試験したときの、２．１／２．１ｍｍおよび２．１／１．０ｍｍの構成のフロントガラスにおける耐ダーツ衝撃性データを示す棒グラフである。 ５ｍｍより大きいひび割れについて、１１５０ｍｍのダーツ落下高さを用いて試験したときの、２．１／２．１ｍｍおよび２．１／１．０ｍｍの構成のフロントガラスにおける耐ダーツ衝撃性データを示す棒グラフである。 １０ｍｍより大きいひび割れについて、７５０ｍｍのダーツ落下高さを用いて試験したときの、２．１／２．１ｍｍおよび２．１／１．０ｍｍの構成のフロントガラスにおける耐ダーツ衝撃性データを示す棒グラフである。 １０ｍｍより大きいひび割れについて、１１５０ｍｍのダーツ落下高さを用いて試験したときの、２．１／２．１ｍｍおよび２．１／１．０ｍｍの構成のフロントガラスにおける耐ダーツ衝撃性データを示す棒グラフである。 ２．１／２．１ｍｍおよび２．１／１．０ｍｍの構成のフロントガラスにおける耐石衝撃性データを示す棒グラフである。
図１は、ガラスの表面からの反射の歪みに対する（フロートガラスの製造プロセスからもたらされる）うねりの効果を模式的に示す。図１ａ）において、単一シートのフロートガラス５はうねり６を発現し、反射歪み７をもたらす。うねり（および、ひいては歪み）の程度は、フロートラインの速度を含む製造パラメータによって決まる。かかるうねりの程度は、より薄いガラスで顕著に増加する傾向がある。図１ｂ）は、積層した場合に、ポリマー中間層９を間に有する双方の単一ガラスシート５の個々のうねりが、Ｔｘにより示される透過における積層窓ガラスの光強度（すなわち透過における歪み）に寄与することを示す。
図２は、相対単一ガラス反射歪み平均を関数とした、積層体の相対光強度（すなわち歪み）のグラフ（すなわち、まず積層体の各単一ガラスの反射光歪みのすべての絶対値の平均を測定した後、積層体の各単一ガラスの両方の値を平均する）であり、積層体においては、概して積層体の反射歪み平均と光強度との間に直接的な関係があることを示す。かかるグラフにおいて、凡例に挙げた種々の構成は、ミリメートルで表される。疑念を回避するため、図２における両軸の単位は「％／１００」であり、すなわち、例えば、各軸上の１．２の値は１２０％と等しい。最良適合のラインは、本発明による積層体（２．１／１．０ｍｍ）のデータ点を取り入れていない。標準とされる２．１／２．１積層体の値（以下参照）を、１００％、及び標準の割合として割り出したグラフ上のかかる構成の値とみなした。グラフ上の他の２．１／２．１積層体の多くの値（概して８０％／８０％付近に集まる）は、これらの積層体が種々の条件下で種々のフロートライン上で製造したガラスシートで作られたためである。
図２では、本発明による積層体（「２．１／１．０」）において、積層体の光強度（すなわち、歪み）２が、単一ガラスの反射歪み平均から予測されるであろうものよりも一層小さいことが明らかである。実際、１．０ｍｍ厚のガラスは、本発明に先立って、積層体の光強度に対して対応する効果を有すると考えられるであろう顕著な反射歪みを有する。
また、以下の手順に従って積層窓ガラスを調製した以下の例によっても、本発明を説明する。
窓ガラスを形成するのに用いる湾曲ガラスプライの形状にほぼ対応する中間層材料のブランクを、第１ガラスプライ上に置いた。第２ガラスプライを中間層材料の上に置き、第１ガラスプライと揃えて、積層アセンブリを形成した。余分な中間層材料を積層アセンブリの縁の周りから切り取り、脱気のため９５℃の真空バッグによってプレニップした。脱気後、積層アセンブリを、１４５℃および１０バールの圧力のオートクレーブに、完全に結合するまで置いた。
中間層材料は０．７６ｍｍ厚のポリビニルブチラール（ＰＶＢ）であった。
以下の手順を用い、積層前の単一厚ガラスプライの、および積層ガラス構成品の光歪みを測定した。
単一ガラスの歪みを、反射光強度を分析することにより測定した。これは、所定の距離での反射光ビームの歪みの差を分析することにより行った。積層ガラスの歪みの測定には、透過における光強度を用いた。米国特許第２００７／００３６４６４（Ａ）号に記載されるように、点光源を用いてガラスを照射し、投影された影像を分析した。光歪みを、標準として用いる（１００％の反射歪みと考えられる）２．１／２．１ガラスプライと比較した。
各種厚さのガラスプライを有する各種窓ガラスの光学性能の比較の結果を、表１に示す。
表１（ａ．ｉ）および１（ａ．ｉｉ）は、所定の厚さの単一ガラスにおける平均の反射歪み値を示す。表１（ａ．ｉ）と１（ａ．ｉｉ）との間の違いは、異なるセットのサンプルを用いて１ｍｍ厚のガラスにおける値を計算したことである。
表１（ｂ．ｉ）および１（ｂ．ｉｉ）の第２列は、各構成品の内ガラスおよび外ガラスにおける反射歪みの平均を示す。表１（ｂ．ｉ）の第２列の値は、表１（ａ．ｉ）の値から計算される一方、表１（ｂ．ｉｉ）の第２列の値は、表１（ａ．ｉｉ）の値から計算される。
表１（ａ．ｉ）および１（ａ．ｉｉ）から明らかなように、反射歪みはガラスの厚さと逆相関する。それにもかかわらず、表１（ｂ．ｉ）および１（ｂ．ｉｉ）に見られるように、本発明による２．１／１．０積層体は、光強度が顕著に低減し、これは歪みが顕著に低減したことを意味する。
ＡＮＳＩＺ２６標準衝撃試験
また、積層窓ガラスを、国際規格ＡＮＳＩＺ２６に従ったフロントガラス衝撃試験に供した。６つの２．１／１．０積層体の試験サンプルのすべてが、試験に合格した。
石衝撃試験
さらに、本発明の構成品２．１／１．０および標準の２．１／２．１構成品の両方に関し、石衝撃試験を行った。その方法は、質量２グラム±１０％の小さな花こう岩片を用い、フロントガラスが車両にはめられる角度（垂直から約６０°）とほぼ同一の角度で取り付けられた試験フロントガラス上に、６４ｋｐｈで投射するものであった。各構成における６つのフロントガラスを、フロントガラス当たり３０の衝撃を用いて試験した。衝撃に関連するひび割れを記録し、ひび割れ率（ひび割れ損傷をもたらした衝撃の割合）を算出した。本発明による２．１／１．０の構成品が、標準の２．１／２．１の構成品よりも、この試験におけるひび割れ率がかなり低いことを示すことを明らかに示す結果として、図７を参照されたい。
耐ダーツ衝撃性方法を用い、さらなる衝撃試験を行った。その試験は、円錐状先端を有するスチール製のダーツを用いてガラス表面に垂直の軌道で投射する、ガラスに衝撃を与える工程を含むものであった。衝撃時のダーツの速度は調整されて、速度または等価落下高さのいずれかにより表すことができる。さまざまな積層の構成品を試験した。ダーツは、約３．２ｇの質量であった。ダーツ試験方法は、産業内で用いられる技術に基づくが、個別標準には従わない。ダーツがガラスに衝撃を与える速度は、ダーツの落下高さを変えることにより変わる。この方法を用い、２つの異なるダーツ衝撃試験を行った。
小さくて平坦なサンプルに対するダーツ衝撃試験
ガラス−ＰＶＢ中間層−ガラスのサンプルを（上述のとおり）製造した。次いで、これらのサンプルの（非対称構成における）厚いプライ上に、衝撃を与えた。サンプルには、７００および１１５０ｍｍの落下高さに相当する２つの速度で衝撃を与えた。
７００ｍｍの落下高さでの衝撃では、ガラス表面上に小さな傷をもたらし、次いでこれを、標準ＡＳＴＭ Ｃ１４９９に基づく標準的な曲げ強度試験法（リング−オン−リング）を用い、（衝撃事象から最小限の遅れで）試験した。
標準ワイブル統計を用いてデータ分析を行い、２．１ｍｍ／１．０ｍｍの構成品におけるワイブル係数が、標準の２．１ｍｍ／２．１ｍｍの構成品に比べ、統計的に（９５％信頼限界に基づき）著しく大きいことが示された。結果については表２を参照されたい。
１１５０ｍｍに相当する速度で衝撃を与えた場合、高い衝撃エネルギーは、特定の割合のサンプルにおいて（低い落下高さと同様の）小さな傷を、及び特定の割合において、衝撃時の長いひび割れ（長いひび割れとは、一般的に５ｍｍより長いものを指す）の形成をもたらした。これらの長いひび割れの数を各構成について記録し、結果を表３に示す。
この種類の破損は、フロントガラスの修理を要するので、消費者および自動車製造業者の両方にとってとくに許容できない。
フロントガラスのダーツ衝撃試験
同一モデル（形状および設計）の積層フロントガラスに衝撃を与えた。各落下高さ（７５０ｍｍおよび１１５０ｍｍ）で、２２８の衝撃（１０８を周辺領域に、および１２０を中央本体領域に）を行った。中央本体領域とは、幅１００ｍｍの周辺バンドを除くフロントガラス上のいずれかの場所を指す。中央本体の衝撃は、領域全体にわたり均一に間隔をあけるべきである。周辺領域の衝撃は、ガラス縁部から内側へ３点の距離での衝撃部位を確保するよう、テンプレートを用いて行った。距離は内側へ７ｍｍ、１４ｍｍおよび２１ｍｍである。合計１０８の周辺衝撃における３分の１（３６の衝撃）を、これらの内側への各距離で行った。
図３〜６は、５ｍｍまたは１０ｍｍよりも大きなひび割れを試験し、及び７５０ｍｍまたは１１５０ｍｍのダーツ落下高さを用いたときの、２．１／２．１ｍｍおよび２．１／１．０ｍｍの構成のフロントガラスの耐ダーツ衝撃性のデータを示す。各例において、ｙ軸は、特定の時間で５ｍｍまたは１０ｍｍのいずれかよりも大きなひび割れを示した衝撃部位の割合を表す。グラフの棒は、フロントガラスを評価した特定の時間に区切られる。かかる特定の時間は、「Ａ」（衝撃直後）、「Ｂ」（衝撃の２時間後）または「Ｃ」（衝撃の２４時間後）と示される。
図３〜６のそれぞれから、本発明の２．１／１．０の構成が、標準の２．１／２．１の構成よりも一層優れたダーツ衝撃性能を示すことが示される。

Claims (12)

  1. １．９〜２．４ｍｍの範囲内の厚さを有する厚いガラスプライと、
    ポリマー中間層と、
    ０．８〜１．４ｍｍの範囲内の厚さを有する薄いガラスプライと
    を具える積層窓ガラスであって、該窓ガラスの相対光強度が、積層前のプライの単一ガラス反射光強度から予測されるであろうものよりも小さいことを特徴とする、積層窓ガラス。
  2. 前記窓ガラスの相対光強度が、積層前のプライの単一ガラス反射光強度から予測されるであろうものよりも少なくとも１０％小さい、請求項１に記載の積層窓ガラス。
  3. 前記厚いガラスプライが、１．９〜２．３ｍｍ、好適には２．０〜２．２ｍｍの範囲内の厚さを有する、請求項１または請求項２に記載の積層窓ガラス。
  4. 前記薄いガラスプライが、０．９〜１．３ｍｍ、好適には０．９〜１．２ｍｍ、より好適には０．９〜１．１ｍｍの範囲内の厚さを有する、前記請求項のいずれか１項に記載の積層窓ガラス。
  5. 前記ポリマー中間層が、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）、または熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）を含む、前記請求項のいずれか１項に記載の積層窓ガラス。
  6. 車両窓ガラスとして取り付けられる、前記請求項のいずれかに記載の積層窓ガラス。
  7. 前記薄いプライが、取り付けられる際に車両の内側に位置する、請求項６に記載の積層窓ガラス。
  8. ワイブル係数が１０以上である前記請求項のいずれか１項に記載の積層窓ガラス。
  9. 前記積層窓ガラスの耐石衝撃性が、２．１ｍｍ厚のガラスプライを有する対称積層体よりも良好である、前記請求項のいずれかに記載の積層窓ガラス。
  10. １．９〜２．４ｍｍの範囲内の厚さを有する厚いガラスプライを準備する工程と、
    ポリマー中間層を準備する工程と、
    ０．８〜１．４ｍｍの範囲内の厚さを有する薄いガラスプライを準備する工程と、
    該厚いプライ、中間層および薄いプライを、８バール〜１５バールの範囲内の加圧下および１１０℃〜１５０℃の範囲内の温度で積層する工程と
    を具える、ガラスの積層方法。
  11. １．９〜２．４ｍｍの範囲内の厚さを有する厚いガラスプライおよびポリマー中間層をさらに具える積層窓ガラスにおける、０．８〜１．４ｍｍの範囲内の厚さを有する薄いガラスプライの使用であって、積層前のプライの単一ガラス反射光強度から予測されるであろうものよりも小さな窓ガラスの相対光強度をもたらすための、使用。
  12. 低エネルギーダーツ衝撃強度に関して標準的な構成でもたらされるものよりも大きなワイブル係数をもたらすための、請求項１１に記載の使用。
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