JP2015531700A - 多層透明軽量安全グレージング - Google Patents

Abstract

ｎ層のアニール処理ガラスもしくは化学強化ガラスと、ｎ−１層のポリマー中間層とを有し、ｎが３以上の正の整数である、多層ガラス構造体を提供する。別の実施形態において、複数のアニール処理ガラスシートもしくは化学強化ガラスシートと、隣接するアニール処理ガラスシートもしくは化学強化ガラスシートの間に位置された１つまたは複数のポリマー性中間層と、第一面上における薄いアニール処理ガラスシートもしくは化学強化ガラスシートとを有するガラス積層構造を提供する。

Description

関連出願の説明

本出願は、２０１２年８月３日に出願された米国仮特許出願第６１／６７９，３３０号の、名称「Ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ−ｗｅｉｇｈｔ Ｓａｆｅｔｙ Ｇｌａｚｉｎｇｓ」と同時係属中でありかつ当該仮出願の優先権の恩典を主張するものであり、なお、当該仮出願全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、多層透明軽量安全グレージングに関する。

安全グレージングおよび防弾グレージング（ＢＲＧ）は、発射体（例えば、これらに限定されるわけではないが、風で吹き飛ばされた物体、弾丸など）による貫通から、建築物や移動車両などの内部の人を保護するために設計された光学的に透明な窓製品のクラスである。例示的窓製品において、窓ガラスの外側表面（すなわち、飛来する発射体を受ける面）は、一般的に、「ストライク面（ｓｔｒｉｋｅ ｆａｃｅ）」と呼ばれ、建築物や車両などの内部の人に最も近い当該窓ガラスの最内面は、「ウィットネス側（ｗｉｔｎｅｓｓ ｓｉｄｅ）」と呼ばれる。

ＢＲＧ製品は、典型的には、数層のガラスおよび／またはプラスチックもしくはポリマーで構成される。防弾積層体に使用される従来のガラス材料としては、ソーダ石灰ガラスおよびホウケイ酸ガラスが挙げられ、これらは、典型的にはフロート法を用いて製造される。防弾積層体に使用される他の従来のガラス材料としては、結晶性材料（例えば、酸窒化アルミニウム（ＡＬＯＮ）、スピネル、サファイア、およびガラスセラミック材料（ＧＣ）が挙げられる。複数のガラスおよび／またはプラスチック層は、典型的には、ＢＲＧ窓ガラスを形成するために、ポリマー性もしくは接着性中間層材料を使用した積層化プロセスにおいて一緒に接合される。従来のＢＲＧ窓ガラスは、非常に厚くて重く、ならびに厚さ全体、ガラス、プラスチック、および／または中間層シートの数、ならびに構造物の比重（例えば、単位面積あたりの質量）は、様々な脅威レベルに耐えるように変えることができる。これらの脅威レベルは、一般的に、発射体のタイプ、発射体の質量およびその構成、ならびにそれぞれのカートリッジの装薬から得られる速度、ならびに所定の面積内（例えば、４．５インチ（約１１．４センチメートル）の三角形）での１つまたは複数の発射体（典型的には、３つの発射体）による衝撃の関数である。

脅威レベルは、様々な組織（例えば、米国国立司法研究所など）によって定義される標準的弾道試験によって特徴付けられる。米国において広く受けいれられている弾道試験要件としては、損害保険者研究所（ＵＬ）７５２、国立司法研究所規格０１０８．０１、および米国規格試験方法（ＡＳＴＭ） Ｆ１２３３が挙げられる。これらの要件および関連試験は、単独の発射および連続する複数発射での、様々な兵器からの弾道衝撃を評価する。いくつかの試験規格は、破片の許容される量、発射体の貫通にかかわらないウィットネス側からのガラスの放出、を考慮するが、その一方で、他の試験規格は考慮していない。それぞれの地理的地域に存在する弾道脅威の共通するタイプを反映するために、国際的な防弾規格も存在する。例示的な国際的防弾規格としては、欧州規格（ＥＮ） １０６３：１９９９ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｇｌａｚｉｎｇ Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ Ｓｔａｎｄａｒｄが挙げられる。

一般的に、従来のＢＲＧ構造物において、フロート法によって製造されるソーダ石灰ガラスが使われている。従来のＢＲＧ窓構造物は、例えば、全ガラス（例えば、アニール処理ガラス）、全ポリマー（例えば、全アクリル、全ポリカーボネート、またはそれらの組合せ）、またはガラスとポリマー層との組合せなど、材料および構成においてさまざまである。商業的に製造された従来のＢＲＧの構成のまとめを、ＵＬ ７８２脅威レベル１〜３に対するそれらの相対厚さおよび重量と共に、下記の表１に一覧する。

それぞれの従来のＢＲＧ構造物は、それぞれの構成層に応じた利点および欠点を有する。例えば、全ガラス構造物は、一般的に耐久性があり（引っ掻きまたはＵＶ照射に影響されにくい）、視覚的歪みが少なくてクリアであるが、しかしながら、全ガラス構造物は、重く、一般的に最も厚い構造物である。アクリル構造物は、比較的軽いが耐久性がなく、または歪みなく光学的にクリアであり、ならびに、典型的には、ＵＬ ７５２脅威レベル１および２に対してのみ利用可能である。さらに、アクリル層は、弾道衝撃に対して脆い。ガラス被覆ポリカーボネート構造体は、一般的に、全ガラスより軽いが、光学的な視覚の歪みがあり、ならびにポリカーボネート層は容易に引っかき傷が付く。したがって、ポリカーボネート層は、それぞれの積層構造の表面上に露出する場合、通常、耐スクラッチ性の表面コーティングで処理される。さらに、長期間紫外線に晒されることにより生じる、ポリカーボネート材料における有害な黄変を防ぐために、追加的にＵＶコーティングが適用される。そのようなコーティングは、一般的に、ポリカーボネートベースのＢＲＧ構造物の費用を増加させる。従来のアクリル層およびポリカーボネート層は、例えば、メタノール、トルエン、アセトン、塩化メチレン、およびガソリンなどの化学物質による劣化に影響を受けやすいことも留意されるべきである。そのような化学物質による劣化によって生じる欠陥は、クラッキングから粘着性の表面および／または完全な破壊にまで及び、そのような欠陥それぞれは、それぞれの窓ガラスの光透過性および脅威保護性能に悪影響を及ぼす。

本開示の実施形態は、概して、多層積層化された透明な安全ガラスを対象とする。本開示のいくつかの実施形態は、およそ１ｍｍ以上の厚さを有する複数（例えば５〜２０層またはそれ以上）の薄い化学強化ガラス層を有する、積層化された透明な安全ガラス構造体を提供する。

本開示の追加の実施形態において、透明なＰＶＢ中間層を有する、化学強化（ＣＳ）の有無における比較的薄いガラスの多数の層から作製された多層積層ＢＲＧ窓ガラスにより、結果として、同等の脅威保護レベルにおいてソーダ石灰ガラスおよび／またはガラスとプラスチック層から形成された従来のＢＲＧ窓構造と比べて、より高い透明度、より軽い重量、およびより薄い形状を有する窓が得られることが見出された。さらに、本開示の例示的実施形態は、本明細書において説明されるような新しい窓構造物に対して、あるいは、例示的実施形態によって提供され得る脅威レベル向上および重量減少から恩恵を受けることを望む既存のＢＲＧ構造物に対して、ストライク面として利用することができる。さらに、化学強化ガラス層は、最初の第一の発射体衝撃の後に光学的に不透明となるような（すなわち、向けられた発射体から乗員を隠す）ＢＲＧ複合構造体を作製するためのメカニズムを提供する。アニール処理ガラスもしくは熱強化ガラスは、保護におけるこの追加的なレベルを提供しない。

本開示のさらなる実施形態において、ＣＳガラスとポリマー性中間層材料とによる複数の層は、新規の窓構造物のストライク面要素として採用することができ、または既存のＢＲＧ構造物に提供することもできる。

本開示のいくつかの実施形態において、多層ＣＳガラス積層物は、単一ガラス構成の層によって、または様々なガラス（例えば、ＣＯＲＮＩＮＧ ＥａｇｌｅＸＧまたはＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）Ｇｌａｓｓなど）の異なる組合せを含む層によって、作製することができる。本開示の他の実施形態において、例示的窓構造体は、それぞれの積層体における異なる層において異なるガラス構成を有するＣＳガラスを含んでいてもよく、ならびに／あるいはＢＲＧ構造物において典型的に使用されるものより薄い追加のガラス層を積層体中に含んでいてもよく、ならびに／あるいは異なる厚さのＣＳガラスを積層体中に含んでいてもよく、ならびに／あるいは積層体のいくつかの層もしくは全ての層において異なるレベルの化学強化を含んでいてもよく、ならびに／あるいは積層体における異なる層において異なる軟質および／または硬質の中間層を含んでいてもよい。

したがって、本開示の実施形態は、ＢＲＧ積層体の脅威レベルの向上、重量および厚さの減少、クリアな中間層（例えば、ＤｕＰｏｎｔ ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ（登録商標） Ｎ−ＵＶ）を利用した非常にクリアな多層積層物、および／またはソーダ石灰ガラスの層の間に中間層（Ｓｏｌｕｔｉａ ＲＡ４１またはＤｕＰｏｎｔ「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」）を採用する従来のＢＲＧ積層体に存在する緑色／黄色の減少を提供し得る。

本開示の実施形態は、例えば、これらに限定されるわけではないが、地上車両および航空機のための装甲システム、個人用保護デバイスなど、様々な装甲システムへの透明なＣＳガラスの積層物の使用により、有用性を見出し得る。そのような装甲システムのための光学特性は、視覚的に透明であり得、ならびに近ＩＲに対しても透明であり得、ならびに、より高い防弾限界と併せて、中程度の密度を達成し得る。本開示の追加の実施形態は、結合材料、中間層材料、接着材料、および／または最適な光学性能を確保するためにＣＳガラスの屈折率に対して実質的に一致するようなポリマー材料も提供し得る。いくつかの実施形態において、当該接着材料およびポリマー性材料は、赤外線放射に対して透明であり得る。

一実施形態において、複数のガラス層と、隣接する当該ガラス層の中間に位置する少なくとも１つのポリマー中間層とを有する積層構造体が提供され、この場合、当該複数のガラス層のそれぞれは、薄い、アニール処理ガラス（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ ＥａｇｌｅＸＧ）もしくは化学強化ガラス（例えば、「Ｇｏｒｉｌｌａ」ｇｌａｓｓのＣｏｒｎｉｎｇシリーズ）を含む。別の実施形態において、複数のアニール処理ガラスシートもしくは化学強化ガラスシートと、隣接する当該化学強化ガラスシートの間に位置される１つまたは複数のポリマー性中間層とを有するガラス積層構造体が提供される。追加の実施形態において、ｎ層のアニール処理ガラスもしくは化学強化ガラスとｎ−１層のポリマー中間層とを有する多層ガラス構造体が提供される。

本開示の一実施形態の断面図。 本開示の別の実施形態の断面図。 本開示のいくつかの実施形態の概略図。 本開示のいくつかの実施形態の概略図。 本開示のいくつかの実施形態の概略図。 本開示のいくつかの実施形態の概略図。 ソーダ石灰ガラスに対してＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓの透明度を比較するグラフ。 標準的なＰＶＢ中間層で積層されたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓに対して、透明なＰＶＢ中間層で積層されたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓの透明度を比較するグラフ。 本開示の実施形態の弾道衝撃抵抗性を比較するグラフ。

本開示の理解を容易にするために、図面を参照しながら多層透明軽量安全グレージングのための様々な実施形態について説明するが、この場合、当該図面では同じ要素に対しては同じ数字の名称が与えられている。

可能な教示および現時点で分かっているその最良の実施形態として、本開示の以下の説明を提供する。当業者は、本開示の有益な結果を依然として得つつ、本明細書において説明される実施形態に対して多くの変更を為すことができることを認めるであろう。本開示の所望の利点のいくつかは、本開示の特徴のいくつかを選択して他の特徴を利用しないことによって得ることができるということも明かであろう。したがって、当業者は、本開示に対する多くの変更および調節が可能であり、ある特定の状況においてはそれは望ましくさえあり得、ならびにそれも本開示の一部であるということを認めるであろう。したがって、本開示の原理の例証として以下の説明を提供するが、これは本開示の限定ではない。

当業者は、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において説明される例示的実施形態に対する多くの変更が可能であることを理解するであろう。したがって、当該説明は、与えられた例に限定されることを意図するものではなく、ならびに限定されると解釈されるべきではないが、添付の請求項およびその同等物によって与えられる全範囲の保護が認められるべきである。さらに、本開示の特徴のいくつかを使用して、それに対応する他の特徴を使用しないことも可能である。したがって、例示的または例証的実施形態についての上記の説明は、本開示の原理を例証することを目的として提供されるのであって、それらを限定するものではなく、ならびにそれらに対する変更およびそれらの並び替えを含み得る。

材料の硬度および破壊靭性がその防弾性能に寄与することは一般的に認められているが、静的な材料特性と防弾性能との間の正確な相関関係は、依然として研究中である。１つの仮説によると、理想的な防弾装甲材料は、発射体を破壊するくらい十分な硬度を有するべきであるということである。しかしながら、ある特定の閾硬度値を超えると、硬度は、もはや性能を決定づけるものではない。したがって、硬度が閾値を超えても、他の機械的特性（例えば、破壊靭性など）の最適化が達成される場合、防弾装甲性能は、本明細書において説明される実施形態のように最適化することができる。

薄いアニール処理ガラスもしくは化学強化（ＣＳ）ガラスは、薄くて硬い破壊抵抗性の透明材料である。米国特許第７，６６６，５１１号明細書、同第４，４８３，７００号明細書、および同第５，６７４，７９０号明細書に記載されているように、Ｃｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓは、フュージョンドロー法によって製造されたガラスシートを、次いで化学強化することによって作製されたＣＳガラスであり、なお、上記の各米国特許の開示はその全体が本明細書に組み込まれる。Ｃｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓは、比較的深い圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）を有し、比較的高い曲げ強度、高い耐スクラッチ性、および高い耐衝撃性を有する表面を提供する。

図１は、本開示の一実施形態の断面図である。図１を参照すると、隣接するＣＳガラスシートの間の標準的な透明ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）中間層１４と一緒に複数の薄いＣＳガラスシート１２が積層されている全ＣＳガラスのＢＲＧ構造１０もしくはさらに多く積層される積層構造が例示されている。非限定的実施形態において、積層化は、真空リングまたは真空バッグによる脱気およびタック積層化プロセスによって実施することができる。代替の実施形態では、耐スポーリング層を提供するために、当該積層構造のウィットネス側にポリカーボネート層が備えられ得る。別の実施形態において、当該積層構造のストライク面は、薄いＣＳガラスで形成され得る。例示的中間層は、これらに限定されるわけではないが、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリカーボネート、防音性ＰＶＢ、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、イオノマー（例えば、ＤｕＰｏｎｔからの「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」など）、または他の好適なポリマーもしくは熱可塑性材料、ならびにそれらの組合せで構成され得る。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のガラス層が、化学強化、焼き戻し処理、または熱強化され得て、ストライク面に位置され得る。本開示の他の実施形態において、ガラスシート１２は、単一ガラス構成の層によって、または様々なガラス（例えば、ＣＯＲＮＩＮＧ Ｅａｇｌｅ ＸＧまたはＣＯＲＮＩＮＧ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓなど）の異なる組合せを含む層によって作製され得る。本開示の他の実施形態において、例示的窓構造体は、それぞれの積層体における異なる層において異なるガラス構成を有するＣＳガラスを含んでいてもよく、ならびに／あるいはＢＲＧ構造物において典型的に使用されるものより薄い追加のガラス層を積層体中に含んでいてもよく、ならびに／あるいは異なる厚さのＣＳガラスを積層体中に含んでいてもよく、ならびに／あるいは積層体のいくつかの層もしくは全ての層において異なるレベルの化学強化を含んでいてもよく、ならびに／あるいは積層体における異なる層において異なる軟質および／または硬質の中間層を含んでいてもよい。

「薄い」なる用語は、本開示および添付の特許請求の範囲においてガラスシートに関連して使用される場合、１．５ｍｍを超えない、１．０ｍｍを超えない、０．７ｍｍを超えない、０．５ｍｍを超えない厚さ、あるいは約０．５ｍｍ〜約１．０ｍｍの範囲内、約０．５ｍｍ〜約２ｍｍの範囲内、または約０．５ｍｍ〜約０．７ｍｍの範囲内の厚さを有するガラスシートを意味する。

例示的ＣＳガラスシートは、イオン交換プロセスを用いて化学強化された薄いガラスシート（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ ＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄからのＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓなど）で形成され得る。このタイプのプロセスにおいて、ガラスシートは、典型的には、所定の時間、溶融塩浴に浸漬される。ガラスシートの表面または表面付近のガラスシート内のイオンは、例えば当該塩浴由来のより大きな金属イオンと交換される。非限定的な一実施形態において、溶融塩浴の温度は約４３０℃であり、浸漬時間は約８時間である。一般的に、より大きなイオンがガラス中に組み入れられることにより、当該ガラスの表面付近の領域に圧縮応力が生じ、それにより、当該シートが強化される。当該圧縮応力とのバランスを保つために、対応する引張応力も当該ガラスシートの中央領域内に誘起され得る。

例示的真空リング積層化プロセスは、複数の薄いガラスシートと複数のポリマー中間層とをスタックへと組み立てる工程を含み得る。次いで、組み立てられたスタックの周囲端部に、真空を適用するための封止を形成するために、当該組み立てられたスタックの周囲端部分の周りに真空リングが締め付け固定され得る。締め付け固定された当該組み立てられたスタックは、次いで、オートクレーブもしくはオーブン内に入れられ、真空リングの真空管によって真空に引かれ得る。次いで、当該オートクレーブの温度が、ポリマー中間層の軟化温度（浸透温度）かもしくはそれよりいくぶん高い温度まで上げられ得る。真空および浸透温度を維持することにより、当該中間層が軟化され得る。さらに、その結果として、隣接するガラスシートの間のすべての空間が脱気され得て、軟化された中間層がＣＳガラスシートの間で結合もしくは接着され得て、それにより当該組み立てられたスタックが一緒に積層されて、例示的積層構造を形成する。この積層化プロセスの完了時に、当該積層されたアセンブリもしくは構造体がオートクレーブから出され、真空リングが当該スタックから分離され得る。結果として得られる例示的積層体は、概して、クリアであるかもしくは実質的にクリアであるが、ただし、必要であれば、当該積層体を完成させるためおよび／または明瞭にするために、当該積層体を高温高圧においてオートクレーブ処理してもよい。代替の実施形態において、先に説明した真空リングによるプロセスではなく、真空バッグによる積層化プロセスに対しても、同様の時間／温度手順を使用することができる。いくつかの実施形態はオートクレーブにおいて積層化され得るが、そのような開示は、特に薄いＣＳガラスシートの薄さおよび柔軟な性質に起因して当該組み立てられた構造体が積層化されるチャンバーを加圧する必要がない場合など、添付の特許請求の範囲を限定するものではない。そのような場合、真空リングもしくは真空バッグにおいて真空を引くために、オートクレーブの代わりに、真空孔を備えるより経済的なオーブンを用いてもよい。

図２は、本開示の別の実施形態の断面図である。図２を参照すると、多層構造２０は、ガラス２２のｎ層（例えば、５、１０、１５、２０層など）と、例示的ポリマー中間層２４のｎ−１層とを含み得る。いくつかの実施形態において、当該ポリマー中間層は、ＰＶＢであり得る。他の例示的中間層は、これらに限定されるわけではないが、ＰＶＢ、ポリカーボネート、防音性ＰＶＢ、ＥＶＡ、ＴＰＵ、イオノマー（例えば、ＤｕＰｏｎｔからの「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」など）、または他の好適なポリマーもしくは熱可塑性材料、ならびにそれらの組合せであり得る。例示的ガラス層２２は、これらに限定されるわけではないが、「Ｇｏｒｉｌｌａ」ＧｌａｓｓのＣＳガラスを含み得る。別の実施形態において、当該多層構造２０のストライク面は、薄いＣＳガラスで形成され得る。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のガラス層が、化学強化、焼き戻し処理、または熱強化され得、および／またはストライク面に位置され得る。本開示の他の実施形態において、ガラス層２２は、単一ガラス構成の層によって、または様々なガラス（例えば、ＣＯＲＮＩＮＧ Ｅａｇｌｅ ＸＧまたはＣＯＲＮＩＮＧ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓなど）の異なる組合せを含む層によって作製され得る。本開示の追加の実施形態において、例示的多層構造体は、それぞれの積層体の異なる層において異なるガラス構成を有するＣＳガラスを含んでいてもよく、ならびに／あるいはＢＲＧ構造物において典型的に使用されるものより薄い追加のガラス層を積層体中に含んでいてもよく、ならびに／あるいは積層体中に異なる厚さのＣＳガラスを含んでいてもよく、ならびに／あるいは積層体のいくつかの層もしくは全ての層において異なるレベルの化学強化を含んでいてもよく、ならびに／あるいは積層体における異なる層において異なる軟質および／または硬質中間層を含んでいてもよい。以下に提供される表２は、本開示の実施形態による例示的で非限定的な「Ｇｏｒｉｌｌａ」ＧｌａｓｓのＣＳガラス多層構造物の特性を一覧したものである。

下記に提供される表３は、ＵＬ ７５２脅威レベル１〜３での標準的な従来の全ガラスおよびガラス被覆ポリカーボネートによるＢＲＧ構造物の特性を一覧したものである。

表２および表３に示された値を比較すると、ｎ層のガラスとｎ−１層のポリマー中間層とを有する本開示の実施形態における様々な全ＣＳガラス多層構造物の特性は、厚さおよび重量の両方の減少という、従来の全ガラスおよびガラス被覆ポリカーボネート構造物に勝る利点を提供する。

下記の表４は、本開示の例示的実施形態の場合の寸法および重量の減少を一覧したものである。

上記の表４を参照すると、１０層の「Ｇｏｒｉｌｌａ」ＧｌａｓｓのＣＳガラスの積層物では、標準的な全ガラスおよびガラス被覆ポリカーボネート構造物の両方において、レベル１から３において重量増進を示している。１５層の「Ｇｏｒｉｌｌａ」ＧｌａｓｓのＣＳガラス積層物を有する実施形態は、標準的な全ガラス構造物では脅威レベル１から３において重量の優位性を示しているが、ガラス被覆ポリカーボネート構造物の場合は脅威レベル２から３においてのみ示している。

図３Ａ〜３Ｄは、本開示の追加の実施形態の断面図である。図３Ａ〜３Ｄを参照すると、第一の複数の「Ｇｏｒｉｌｌａ」ＧｌａｓｓのＣＳガラス層３２と１つもしくは複数のＰＶＢ中間層３４とを有する例示的ＣＳガラス被覆ポリカーボネート構造物の構造３０が示されている。図示されているように、耐スポーリング層を提供するために、当該構造３０のウィットネス側にポリカーボネート層３６が含まれ得る。他の実施形態において、図３Ｄに示されるように、１つまたは複数のＰＶＢ中間層３４が、ポリカーボネート中間層３８で置き換えてもよい。さらなる実施形態において、ＰＶＢ中間層は、各隣接するＣＳガラスシートとポリカーボネートシート／中間層との間に位置され得る。さらなる実施形態において、当該積層構造のストライク面は、薄いＣＳガラスで形成され得る。別の実施形態において、当該積層構造のストライク面は、薄いＣＳガラスで形成され得る。例示的中間層は、これらに限定されるわけではないが、ＰＶＢ、ポリカーボネート、防音性ＰＶＢ、ＥＶＡ、ＴＰＵ、イオノマー（例えば、ＤｕＰｏｎｔからの「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」など）、または他の好適なポリマーもしくは熱可塑性材料、ならびにそれらの組合せで構成され得る。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のガラス層が、化学強化、焼き戻し処理、または熱強化され得、ならびにストライク面に位置され得る。本開示の他の実施形態において、ガラス層３２は、単一ガラス構成の層によって、または様々なガラス（例えば、ＣＯＲＮＩＮＧ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓなど）の異なる組合せを含む層によって作製することができる。本開示の他の実施形態において、例示的構造３２は、それぞれの積層体における異なる層において異なるガラス構成を有するＣＳガラスを含んでいてもよく、ならびに／あるいはＢＲＧ構造物において典型的に使用されるものより薄い追加のガラス層を積層体中に含んでいてもよく、ならびに／あるいは図３Ａ〜３Ｄに示されているように、積層体中に異なる厚さのＣＳガラスを含んでいてもよく、ならびに／あるいは積層体中のいくつかの層もしくは全ての層において異なるレベルの化学強化を含んでいてもよく、ならびに／あるいは積層体おける異なる層において異なる軟質および／または硬質中間層を含んでいてもよい。

薄いＣＳガラスを有する本開示の実施形態は、同じ厚さの全ガラスのＢＲＧ構造物よりも軽量であり、より良好な光透過性を示す。本開示の実施形態によるガラス積層体におけるそのような厚さおよび重量の減少は、フレームおよび構造体の取り付けにおけるより低い要件、光透過性および美観の向上、低い設置コスト、ならびに車両に採用された場合の重量比に対するパワーの増加へと反映される。さらに、薄い多層ＣＳガラスの実施形態は、現行のＢＲＧ構造物において利用可能であるものよりさらに多くのガラス界面を提供し、その結果として、発射体に対して提示される「インターフェースデフィート（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｅｆｅａｔ）」の増加による保護の増強を提供する。インターフェースデフィートは、一般的に、発射体の経路での硬質材料および軟質材料の交互の層との遭遇による発射体の運動エネルギーの消散を意味する。エネルギーは、反跳するガラス破片、伸張、およびポリマー中間層への粘弾性効果へと変換されることによって、ならびに熱と窓および周囲の枠全体の振動を介して消散する。

密度を高めるのではなく、むしろ密度を高めない（すなわち、材料密度を増加させず、ならびに衝撃において圧縮する）「Ｇｏｒｉｌｌａ」ＧｌａｓｓまたはＣＳガラス構成の使用は、提供される保護レベルを高めるということも見出された。ある実験において、２つの異なる積層複合体に対して弾丸衝撃を加えたところ、第一の所定の「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓ複合体（１９枚の０．７６ｍｍのＲＡ４１ ＰＶＢのシートと共に積層された２０枚の１ｍｍのガラスシート）を有する例示的一実施形態は、結果として２つの層が破断し、第二の所定の「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓ複合体（これも１９枚の０．７６ｍｍのＲＡ４１ ＰＶＢのシートと共に積層された２０枚の１ｍｍのガラスシートを有する）は、結果として、同じ衝撃レーティングに対して５つの層が破断することが観察された。別の実験において、１５層の「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓ複合構造物に対して弾丸衝撃を実施したところ、最初の弾丸衝撃において、例えば、「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓの層１、２、６、および１５は破壊したが、その一方で、層３〜５および７〜１４は無傷のままであるというような破断が観察された。これらの破断は、衝撃発射体が音速を超えた時に生じた破壊波の結果と考えられた。

材料を高密度化しないことで、高密度特性を有する材料と比べて、損傷許容レベルを高めることが可能となる。さらに、異なる化学強化レベルを使用することによっても、同じもしくは異なる層の組合せにおいて構造体の表面圧縮を４００ＭＰａから１２００ＭＰａへと増加もしくは変更するによって得られる表面強度の増加に起因して、脅威レベル向上を増加させることができる。

非イオン交換ガラスまたは複合体（例えば、ＥａｇｌｅＸＧなど）の使用では、複数の弾丸発射の後でさえ、結果として比較的クリアな複合体を生じる、ＢＲＧ能力も示された。いくつかの実施形態において、化学強化された積層物を使用することで、最初の発射の後に不透明になる特性を示すことが示された。これは、弾道攻撃の後にＢＲＧ窓のウィットネス側の視認性を減じる必要のある警備車両または警備区域にとって利点である。ある実験において、標準的なＢＲＧは、最初の弾道衝撃の後でもクリアなままであるが、例示的な２０層の「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓの積層体は、最初の９ｍｍ弾の弾道衝撃の後に、２つの層のみが破断して光学的に不透明となることが観察された。この第一発射での瞬時の不透明特性は、複合体中に１つまたは複数の「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラス層を加えることによって、標準的なＢＲＧ構造物に組み入れることができる。これらの層は、前面に配置されている場合、破断した際にあるレベルの不透明さを提供する。当該不透明性のレベルは、「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラス層の数を変えるか、または「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスの厚さを減じるか、またはその両方によって変えることができる。

他の実施形態において、積層体における異なる層においてＣＳガラスの表面圧縮を変えることによっても、発射体の阻止およびエネルギー拡散を最大化するようにガラス層複合体の柔軟性を調節することが可能であり得る。ＢＲＧ構造物に採用されている現行のガラスとは異なり、例えば、低鉄ガラスもしくはソーダ石灰ガラスであるＣＳガラスは、曲がることができ、かつ脆くない。そのような特性は、弾丸衝撃において、曲がって跳ね返ることによって緩衝を提供する。０．３ｍｍ〜５ｍｍの様々な厚さの硬質および軟質中間層も、特に構造のストライク面において、薄いＣＳガラス層を隔離する役に立ち得る。いくつかの実施形態において、強化されていない薄いＣＳガラスは、薄い耐スポーリング層として用いることができる。圧縮応力およびその内部張力を変更することで、ウィットネス側での危険レベルが減じられるように、破片を生じないかまたは非常に小さな破片を生じるようにすることができる。

全「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓ構造を有するＢＲＧ複合体のバルクの剛性は、弾道衝撃に対する性能を調べる時の主要な因子であることが見出された。例示の全層がおよそ２０ガラス層に達する場合（すなわち、１ｍｍの「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスの２０層および０．７６ｍｍのＰＶＢの１９層）、性能の向上が観察された。

図６は、本開示の実施形態の弾道衝撃抵抗性を比較するグラフである。図６を参照すると、いくつかの実施形態において総ガラス層数が２０に近づく場合に弾道衝撃抵抗が生じることを示すグラフが示されている。例示的な２０層構造が、９ｍｍ弾の衝撃ならびに０．４４口径マグナム弾によってもたらされるエネルギーを容易に退けるほどの増加した硬性およびバルク剛性を有することが見出された。５層の１ｍｍの「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓ構造は、９ｍｍ弾の衝撃に対して適切な保護を提供しそうにないが、その一方で、例示的な２０層構造は、２つの層が破断するだけで、容易に保護する。

本開示の実施形態は、クリアな中間層（例えば、「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」Ｎ−ＵＶまたはＳｏｌｕｔｉａ ＰＶＢ ＡＧシリーズの中間層）および／またはＣＳガラス層の使用に応じて、積層物の明瞭さの向上（すなわち、黄変／緑変の減少）を提供することができる。図１〜３に表された実施形態の場合の例示的なＣＳガラスの厚さは、０．４ｍｍ〜３ｍｍ厚であり得、好ましい厚さは、０．５〜１．１ｍｍであり得る。ソーダ石灰ガラスを使用する最も薄い現行のＢＲＧガラス層構造物は、それぞれ３ｍｍを超えるガラス層厚を有しており、当該構造物は、１ｍｍの完全に強化されたＣＳガラス層ほどには、丈夫ではなくまたは衝撃抵抗を有していないことに注目されたい。ＣＳガラスによって提供される追加の強度により、結果として、全ＣＳガラスの積層構成を有する本開示の実施形態、または既存のＢＲＧ構成のストライク面としてより薄いＣＳガラス積層物を有する実施形態を得ることができ、これらは、結果として発射体をさらに構造内へと進ませてさらなる垂直入射の格子貫通を生じるのではなく、発射体の変形を増加させ、その結果として、構造側部格子においてさらなるエネルギー吸収を生じる。さらに、ポリカーボネートＢＲＧを有する既存のＢＲＧ構造物のストライク面においてより薄いＣＳガラス積層物を使用することにより、結果として、より薄くより軽い製品を得ることができ、ならびに／あるいは製品の緑変／黄変を減じるかもしくは排除することができ、ならびに／あるいは視覚的歪みを減少させることができ、ならびに／あるいは強化された製品の脅威レベルでの能力を増加させることができる。

例示的積層物の明瞭さは、材料もしくは材料の組合せにおける、波長あたりの総光透過を調べることによって示すことができる。図４は、ソーダ石灰ガラスに対してＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓの透明度を比較するグラフである。図４を参照すると、従来のソーダ石灰ガラスを透過した光のパーセンテージ（Ｔ））に対するＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓを透過した光のパーセンテージ（Ｔ）が示されている。Ｃｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓによる０．７ｍｍの層４２と１．１ｍｍの層４４の両方が、従来のソーダ石灰ガラス４６と比較して、著しく高い明瞭さを示している。

図５は、標準的なＰＶＢ中間層で積層されたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓに対して、透明なＰＶＢ中間層で積層されたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓの透明度を比較するグラフである。図５を参照すると、優れた明瞭性を提供するためにＣＳガラスの層の間に透明もしくはクリアなポリマー性中間層材料を使用した例が、標準的な中間層材料を使用した例と比較して示されている。例えば、クリアな中間層を用いたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓを有する積層体５２は、標準的な中間層を用いたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓを有する積層体５４、５６と比較して、最も光学的にクリアな積層物を提供する。標準的な中間層を用いたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓを有する積層体５４、５６は、３８０ｎｍ付近まで遮っていることが示されており、その結果として、これらは、ほぼ光学的クリアな積層物を提供する。クリアな中間層を用いたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓを有する積層体５２は、９００ｎｍまで平坦な線状の透過レベルを提供しており、これは、短い波長（＞４００ｎｍ）からより長い波長までの光によって無色となっていることを示しており、その一方で、標準的な中間層５４、５６は、より短い波長（＞４００ｎｍ）においての透過のわずかな減少に起因して非常に薄い黄色味を生じる。このわずかな黄色味は、明るい白色光の背景の下でさえ、目視により検知することが困難である。しかしながら、標準的な中間層を用いたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓを有する積層体５４、５６の明瞭さは、フロートソーダ石灰ガラスに対してはるかに優れた透明度を示すことに留意されたい。

本説明は多くの詳細を含み得るが、その一方で、これらは、それらの範囲の限定として解釈されるべきではなく、むしろ、特定の実施形態に特異的であり得る特徴の説明として解釈されるべきである。個別の実施形態との関連においてこれまで説明してきたある特定の特徴も、単一の実施形態における組合せにおいて実践することができる。これとは逆に、単一の実施形態との関連において説明した様々な特徴も、複数の実施形態においてまたは任意の好適な部分的組合せにおいて実践してもよい。さらに、特徴は、ある特定の組合せにおいて機能するように上記において説明され得るし、そのようなものとして最初に権利請求され得るが、場合によって、権利請求された組合せのうちの１つまたは複数の特徴を当該組合せから削除してもよく、ならびに権利請求された組合せは、部分的組合せまたは部分的組合せの変形を対象とする場合もある。

同様に、作業は、特定の順序において図面に表されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような作業が、図示された特定の順序または連続する順序において実施されること、または示された全ての作業が実施されることが必要であると理解されるべきではない。ある特定の状況において、マルチタスク処理および並列処理が有利な場合がある。

図１〜５に示された様々な構成および実施形態によって示されるように、多層透明軽量安全グレージングのための様々な実施形態について説明してきた。

本開示の好ましい実施形態について説明してきたが、説明した実施形態は単なる例示であって、本発明の範囲は、等価物の全範囲が一致する場合に添付の特許請求の範囲によってのみ定義されるべきであることは理解されたく、本明細書を熟読することにより、当業者には多くの変形および変更が自然と思い浮かぶであろう。

１０ ＢＲＧ構造
１２ ＣＳガラスシート
１４ ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）中間層
２０ 多層構造
２２ ガラス層
２４ ポリマー中間層
３２ ガラス層
３４ ＰＶＢ中間層
３６ ポリカーボネート層
３８ ポリカーボネート中間層
４２ ０．７ｍｍ層
４４ １．１ｍｍ層
４６ ソーダ石灰ガラス
５２ クリアな中間層を用いたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓを有する積層体
５４ 標準的な中間層を用いたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓを有する積層体
５６ 標準的な中間層を用いたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓを有する積層体

Claims (5)

1. （ａ）化学強化ガラスもしくはアニール処理ガラスのｎ層と；
   （ｂ）ポリマー中間層のｎ−１層と
   を含み、
   ｎが２より大きい正の整数である、
   多層ガラス構造体。
2. ｎが、５、１０、１５、２０からなる群より選択される、請求項１に記載の多層ガラス構造体。
3. さらに、第一面にポリカーボネート層を備え、第二面に薄い化学強化ガラス層を備え、該第二面が該第一面に対向している、請求項１に記載の多層ガラス構造体。
4. 前記ポリマー中間層が、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリカーボネート、防音性ＰＶＢ、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、イオノマー、熱可塑性材料、およびそれらの組合せからなる群より選択される材料を含む、請求項１に記載の多層ガラス構造体。
5. 前記化学強化ガラスもしくはアニール処理ガラスのｎ層のそれぞれが、１．５ｍｍを超えない厚さ、１．０ｍｍを超えない厚さ、０．７ｍｍを超えない厚さ、０．５ｍｍを超えない厚さ、約０．５ｍｍ〜約１．０ｍｍの範囲内の厚さ、約０．５ｍｍ〜約０．７ｍｍの厚さからなる群より選択される厚さを有する、請求項１に記載の多層ガラス構造体。