JP2019210181A - ウインドシールド - Google Patents
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Abstract
Description
図3は合わせガラスの断面図である。同図に示すように、この合わせガラス10は、外側ガラス板11及び内側ガラス板12を備え、これらガラス板11、12の間に樹脂製の中間膜13が配置されている。以下、これらの構成について説明する。
まず、外側ガラス板11及び内側ガラス板12から説明する。外側ガラス板11及び内側ガラス板12は、公知のガラス板を用いることができ、熱線吸収ガラス、一般的なクリアガラスやグリーンガラス、またはUVグリーンガラスで形成することもできる。但し、これらのガラス板11、12は、自動車が使用される国の安全規格に沿った可視光線透過率を実現する必要がある。例えば、外側ガラス板11により必要な日射吸収率を確保し、内側ガラス板12により可視光線透過率が安全規格を満たすように調整することができる。以下に、クリアガラス、熱線吸収ガラス、及びソーダ石灰系ガラスの一例を示す。
SiO2:70〜73質量%
Al2O3:0.6〜2.4質量%
CaO:7〜12質量%
MgO:1.0〜4.5質量%
R2O:13〜15質量%(Rはアルカリ金属)
Fe2O3に換算した全酸化鉄(T−Fe2O3):0.08〜0.14質量%
熱線吸収ガラスの組成は、例えば、クリアガラスの組成を基準として、Fe2O3に換算した全酸化鉄(T−Fe2O3)の比率を0.4〜1.3質量%とし、CeO2の比率を0〜2質量%とし、TiO2の比率を0〜0.5質量%とし、ガラスの骨格成分(主に、SiO2やAl2O3)をT−Fe2O3、CeO2およびTiO2の増加分だけ減じた組成とすることができる。
SiO2:65〜80質量%
Al2O3:0〜5質量%
CaO:5〜15質量%
MgO:2質量%以上
NaO:10〜18質量%
K2O:0〜5質量%
MgO+CaO:5〜15質量%
Na2O+K2O:10〜20質量%
SO3:0.05〜0.3質量%
B2O3:0〜5質量%
Fe2O3に換算した全酸化鉄(T−Fe2O3):0.02〜0.03質量%
中間膜13は、少なくとも一層で形成されており、一例として、図3に示すように、軟質のコア層131を、これよりも硬質のアウター層132で挟持した3層で構成することができる。但し、この構成に限定されるものではなく、コア層131と、外側ガラス板11側に配置される少なくとも1つのアウター層132とを有する複数層で形成されていればよい。例えば、コア層131と、外側ガラス板11側に配置される1つのアウター層132を含む2層の中間膜13、またはコア層131を中心に両側にそれぞれ2層以上の偶数のアウター層132を配置した中間膜13、あるいはコア層131を挟んで一方に奇数のアウター層132、他方の側に偶数のアウター層132を配置した中間膜13とすることもできる。なお、アウター層132を1つだけ設ける場合には、上記のように外側ガラス板11側に設けているが、これは、車外や屋外からの外力に対する耐破損性能を向上するためである。また、アウター層132の数が多いと、遮音性能も高くなる。
次に、マスク層110について説明する。図1及び図2に例示されるように、本実施形態では、マスク層110は、合わせガラス10の車内側の内面(内側ガラス板12の内面)130に積層され、合わせガラス10の周縁部に沿って形成されている。具体的には、図1に例示されるように、本実施形態に係るマスク層110は、合わせガラス10の周縁部に沿う周縁領域111と、合わせガラス10の上辺部から下方に矩形状に突出した突出領域112とに分けることができる。周縁領域111は、ウインドシールドの周縁部からの光の入射を遮蔽する。一方、突出領域112は、車内に配置される撮影装置2を車外から見えないようにする。
*2,主成分:ホウケイ酸ビスマス、ホウケイ酸亜鉛
次に、図4を用いて、撮影装置2及び画像処理装置3を備える車載システム5について説明する。図4は、車載システム5の構成を例示する。図4に例示されるように、本実施形態に係る車載システム5は、上記撮影装置2と、当該撮影装置2に接続される画像処理装置3と、を備えている。
次に、防曇シートについて説明する。上述したように、防曇シートは、撮影窓113に貼り付けられるものであり、図5に示すように、撮影窓113に固定されるまでは、粘着層71、基材フィルム72、及び防曇層(防曇膜)73がこの順で積層されたものである。また、粘着層71には剥離可能な第1保護シート74が取り付けられ、防曇層73にも剥離可能な第2保護シート75が取り付けられ、これら5層によって防曇積層体が構成されている。また、この防曇シート7は、撮影窓113と対応する形状に形成されるが、例えば、撮影窓113よりもやや小さい形状に形成することができる。あるいは、撮影窓113よりも大きく、撮影窓113を超えてマスク層110の一部を覆うように形成することもできる。以下、各層について説明する。
防曇層は、合わせガラス板10の防曇効果を奏するものであれば、特には限定されず、公知のものを用いることができる。一般的に、防曇層は、水蒸気から生じる水を水膜として表面に形成する親水タイプ、水蒸気を吸収する吸水タイプ、表面に水滴が凝結しにくい撥水吸水タイプ、及び水蒸気から生じる水滴を撥水する撥水タイプがあるが、いずれのタイプの防曇層も適用可能である。以下では、その一例として、撥水吸水タイプの防曇層の例を説明する。
[有機無機複合防曇層]
有機無機複合防曇層は、基材フィルムの表面に形成された単層膜もしくは積層された複層膜である。有機無機複合防曇層は、少なくとも吸水性樹脂と撥水基と金属酸化物成分とを含んでいる。防曇膜は、必要に応じ、その他の機能成分をさらに含んでいてもよい。吸水性樹脂は、水を吸収して保持できる樹脂であればその種類を問わない。撥水基は、撥水基を有する金属化合物(撥水基含有金属化合物)から防曇膜に供給することができる。金属酸化物成分は、撥水基含有金属化合物その他の金属化合物、金属酸化物微粒子等から防曇膜に供給することができる。以下、各成分について説明する。
吸水性樹脂としては特に制限はなく、ポリエチレングリコール、ポリエーテル系樹脂、ポリウレタン樹脂、デンプン系樹脂、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステルポリオール、ヒドロキシアルキルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセタール樹脂、ポリ酢酸ビニル等が挙げられる。これらのうち好ましいのは、ヒドロキシアルキルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセタール樹脂、ポリ酢酸ビニル、エポキシ系樹脂及びポリウレタン樹脂であり、より好ましいのは、ポリビニルアセタール樹脂、エポキシ系樹脂及びポリウレタン樹脂であり、特に好ましいのは、ポリビニルアセタール樹脂である。
撥水基による上述の効果を十分に得るためには、撥水性が高い撥水基を用いることが好ましい。好ましい撥水基は、(1)炭素数3〜30の鎖状又は環状のアルキル基、及び(2)水素原子の少なくとも一部をフッ素原子により置換した炭素数1〜30の鎖状又は環状のアルキル基(以下、「フッ素置換アルキル基」ということがある)から選ばれる少なくとも1種である。
撥水基を防曇膜に配合するためには、撥水基を有する金属化合物(撥水基含有金属化合物)、特に撥水基と加水分解可能な官能基又はハロゲン原子とを有する金属化合物(撥水基含有加水分解性金属化合物)又はその加水分解物を、膜を形成するための塗工液に添加するとよい。言い換えると、撥水基は、撥水基含有加水分解性金属化合物に由来するものであってもよい。撥水基含有加水分解性金属化合物としては、以下の式(I)に示す撥水基含有加水分解性シリコン化合物が好適である。
RmSiY4-m (I)
ここで、Rは、撥水基、すなわち水素原子の少なくとも一部がフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1〜30の鎖状又は環状のアルキル基であり、Yは加水分解可能な官能基又はハロゲン原子であり、mは1〜3の整数である。加水分解可能な官能基は、例えば、アルコキシル基、アセトキシ基、アルケニルオキシ基及びアミノ基から選ばれる少なくとも1種であり、好ましくはアルコキシ基、特に炭素数1〜4のアルコキシ基である。アルケニルオキシ基は、例えばイソプロペノキシ基である。ハロゲン原子は、好ましくは塩素である。なお、ここに例示した官能基は、以降に述べる「加水分解可能な官能基」としても使用することができる。mは好ましくは1〜2である。
RmSiO(4-m)/2 (II)
ここで、R及びmは、上述したとおりである。加水分解及び重縮合の後、式(II)により示される化合物は、実際には、防曇膜中において、シリコン原子が酸素原子を介して互いに結合したネットワーク構造を形成する。
無機酸化物は、例えば、Si、Ti、Zr、Ta、Nb、Nd、La、Ce及びSnから選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物であり、少なくとも、Siの酸化物(シリカ)を含む。有機無機複合防曇層は、吸水性樹脂100重量部に対し、好ましくは0.01重量部以上であり、より好ましくは0.1重量部以上、さらに好ましくは0.2重量部以上、特に好ましくは1重量部以上、最も好ましくは5重量部以上、場合によっては10重量部以上、必要であれば20重量部以上、また、好ましくは50重量部以下、より好ましくは45重量部以下、さらに好ましくは40重量部以下、特に好ましくは35重量部以下、最も好ましくは33重量部以下、場合によっては30重量部以下となるように、無機酸化物を含むことが好ましい。無機酸化物は、有機無機複合防曇層の強度、特に耐摩耗性を確保するために必要な成分であるが、その含有量が多くなると、有機無機複合防曇層の防曇性が低下する。
有機無機複合防曇層は、無機酸化物の少なくとも一部として、無機酸化物微粒子をさらに含んでいてもよい。無機酸化物微粒子を構成する無機酸化物は、例えば、Si、Ti、Zr、Ta、Nb、Nd、La、Ce及びSnから選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物であり、好ましくはシリカ微粒子である。シリカ微粒子は、例えば、コロイダルシリカを添加することにより有機無機複合防曇層に導入できる。無機酸化物微粒子は、有機無機複合防曇層に加えられた応力を、有機無機複合防曇層を支持する物品に伝達する作用に優れ、硬度も高い。したがって、無機酸化物微粒子の添加は、有機無機複合防曇層の耐摩耗性を向上させる観点から有利である。また、有機無機複合防曇層に無機酸化物微粒子を添加すると、微粒子が接触又は近接している部位に微細な空隙が形成され、この空隙から膜中に水蒸気が取り込まれやすくなる。このため、無機酸化物微粒子の添加は、防曇性の向上に有利に作用することもある。無機酸化物微粒子は、有機無機複合防曇層を形成するための塗工液に、予め形成した無機酸化物微粒子を添加することにより、有機無機複合防曇層に供給することができる。
防曇膜は、撥水基を有しない加水分解性金属化合物(撥水基非含有加水分解性化合物)に由来する金属酸化物成分を含んでいてもよい。好ましい撥水基非含有加水分解性金属化合物は、撥水基を有しない加水分解性シリコン化合物である。撥水基を有しない加水分解性シリコン化合物は、例えば、シリコンアルコキシド、クロロシラン、アセトキシシラン、アルケニルオキシシラン及びアミノシランから選ばれる少なくとも1種のシリコン化合物(ただし、撥水基を有しない)であり、撥水基を有しないシリコンアルコキシドが好ましい。なお、アルケニルオキシシランとしては、イソプロペノキシシランを例示できる。
SiY4 (III)
上述したとおり、Yは、加水分解可能な官能基であって、好ましくはアルコキシル基、アセトキシ基、アルケニルオキシ基、アミノ基及びハロゲン原子から選ばれる少なくとも1つである。
防曇膜は、架橋剤、好ましくは有機ホウ素化合物、有機チタン化合物及び有機ジルコニウム化合物から選ばれる少なくとも1種の架橋剤、に由来する架橋構造を含んでいてもよい。架橋構造の導入は、防曇膜の耐摩耗性、耐擦傷性、耐水性を向上させる。別の観点から述べると、架橋構造の導入は、防曇膜の防曇性能を低下させることなくその耐久性を改善することを容易にする。
防曇膜にはその他の添加剤を配合してもよい。添加剤としては、防曇性を改善する機能を有するグリセリン、エチレングリコール等のグリコール類が挙げられる。添加剤は、界面活性剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、着色剤、消泡剤、防腐剤等であってもよい。
有機無機複合防曇層の膜厚は、要求される防曇特性その他に応じて適宜調整すればよい。有機無機複合防曇層の膜厚は、好ましくは2〜20μmであり、より好ましくは2〜15μm、さらに好ましくは3〜10μmである。
基材フィルム72は、透明の樹脂フィルムで形成され、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネートや、アクリル系樹脂で形成することができる。そして、その樹脂には紫外線吸収剤が含有されていても良い。
粘着層71は、後述するように、基材フィルム72を内側ガラス板12に十分な強度で固定できるものであればよい。具体的には、常温でタック性を有するアクリル系、ゴム系、及びメタクリル系とアクリル系のモノマーを共重合し、所望のガラス転移温度に設定した樹脂などの粘着層を使用できる。アクリル系モノマーとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ステアリル及びアクリル酸2エチルヘキシル等を適用することができ、メタクリル系モノマーとしては、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソブチル及びメタクリル酸ステアリル等を適用することができる。また、ヒートラミネートなどで施工をする場合には、ラミネート温度で軟化する有機物を用いても良い。ガラス転移温度は、例えばメタクリル系とアクリル系のモノマーを共重合した樹脂の場合、各モノマーの配合比を変更することによって調整することができる。紫外線吸収剤が粘着層に含有されていても良い。
第1保護シート74は、合わせガラス10の撮影窓113に固定されるまでの間、粘着層71を保護するものであり、例えば、シリコーンなどの離型剤が塗布された樹脂製のシートで形成されている。同様に、第2保護シート75は、合わせガラスの撮影窓に固定されるまでの間、防曇層73を保護するためのものであり、離型剤が塗布された樹脂製のシートで形成されている。いずれも公知の一般的な離型シートを採用することができる。
次に、防曇シート7の製造方法について図6及び図7を参照しつつ説明する。本実施形態に係る防曇シートの製造方法では、第1工程、第2工程、及び第3工程を有している。まず、第1工程について説明する。第1工程では、基材フィルム72の一方の面に防曇層73の成膜を行う。上述した有機無機複合防曇層用の塗工液(防曇膜用溶液)を準備する。次に、図6に示すように、基材フィルム72が巻き取られた第1ロール81から、基材フィルム72を繰り出し、基材フィルム72に対し塗工機82により塗工液を塗工した後、第1加熱炉83を通過させる。その後、第1加熱炉83を通過した基材フィルム72を第2ロール84に巻き取る。
次に、ウインドシールドの製造方法について説明する。まず、所定の形状に形成された外側ガラス板11及び内側ガラス板12の少なくとも一方にマスク層110を積層する。続いて、これらのガラス板11,12が湾曲するように成形する。この方法は、特には限定されないが、例えば、公知のプレス成形により行うことができる。あるいは、成形型上に外側ガラス板11及び内側ガラス板12を重ねて配置した後、この成形型を加熱炉を通過させて加熱する。これによって、これらのガラス板11,12を自重により湾曲させることができる。
以上説明したウインドシールドによれば、次のような効果を得ることができる。
(1)マスク層110の撮影窓113に防曇シート7を取り付けることで、撮影窓113の曇りを防止することができる。そのため、撮影装置2により、撮影窓113を介して光を受光する際、撮影窓113の曇りによって、光の通過に支障を来たし、測定が正確に行えないなどの不具合を防止することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。なお、以下の変形例は適宜組み合わせることができる。
マスク層110の一部または全部を、合わせガラス10へ貼り付け可能な遮蔽フィルムで構成し、これによって車外からの視野を遮蔽することもできる。なお、遮蔽フィルムを内側ガラス板12の車外側の面に貼り付ける場合には、予備接着の前、または本接着の後に貼り付けを行うことができる。
上記実施形態では、本発明の情報取得装置として、カメラを有する撮影装置2を用いたが、これに限定されるものではなく、種々の情報取得装置を用いることができる。すなわち、車外からの情報を取得するために、光の照射及び/または受光を行うものであれば、特には限定されない。例えば、レーザレーダ、ライトセンサ、レインセンサ、光ビーコンなどの車外からの信号を受信する受光装置など、種々の装置に適用することができる。また、上記撮影窓113のような開口(情報取得領域)は、光の種類に応じて、マスク層110に適宜設けることができ、複数の開口を設けることもできる。例えば、ステレオカメラを設ける場合には、マスク層110に2つの撮影窓が形成され、各撮影窓に防曇シートが取り付けられる。なお、情報取得装置はガラスに接触していても接触していなくても良い。
上記実施形態では、防曇シート7の作製において、水を用いているが、これに限定されない。例えば、水とアルコールとを混合した溶液に防曇層73を浸漬させてもよい。また、後述するように、水よりは効果を劣るものの、常温以下の水であっても、同様の効果を得ることができる。例えば、常温の水を用いることにより、製造設備を簡素化することができる。
上記実施形態では、白化の原因となる不純物であるアルカリ成分としてNaを挙げたが、これに限定されるものではない。例えば、Na以外にも、このようなアルカリ成分としては、吸水性樹脂に含有され得るK,Mg,Caを挙げることができる。したがって、本発明に係るアルカリ成分が含有されない層とは、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属が含有されない、つまり上述した実質的に存在しない層をいう。
上記実施形態では、防曇層73を積層した基材フィルム72を撮影窓113に貼り付ける例を示したが、基材フィルム72を用いず、防曇膜用溶液を直接撮影窓113にコーティングすることで、防曇膜を形成することもできる。例えば、撮影窓113の周縁部をマスキングして防曇膜用溶液を塗布することで撮影窓113にのみ防曇膜を形成することができる。
上述したように、防曇シートの作成においては、一旦焼成した防曇シートを、第2工程において水に浸漬しているが、この効果について検討する。
以下のように、試験サンプルとしての防曇シートを準備した。
厚み50μmのPETフィルム(帝人ソリューションズ社製テイジンRテトロンRフィルム HB)を用いた。
ポリビニルアセタール樹脂含有溶液(積水化学工業社製「エスレックKX−5」、固形分8質量%、アセタール化度9モル%、ベンズアルデヒドに由来するアセタール構造を含む)87.5質量%、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GPTMS、信越シリコーン社製「KBM−403」)0.10質量%、n−ヘキシルトリメトキシシラン(HTMS、信越化学工業社製「KBM−3063」)0.26質量%、テトラエトキシシラン(TEOS、信越化学工業社製「KBE−04」)1.39質量%、アルコール溶媒(日本アルコール工業製「ソルミックスAP−7」)7.86質量%、精製水2.87質量%、酸触媒として塩酸0.01質量%、レベリング剤(信越化学工業社製「KP−341」)0.01質量%をガラス製容器に入れ、室温(25℃)で3時間撹拌することにより、防曇膜用塗工液を調製した。
粘着剤には、アクリル酸メチルとアクリル酸nブチルとを所定の配合比で共重合させて、ガラス転移温度Tgが−36℃となるように調整したポリマーをトルエンに溶解して用いた。この液をメイヤーバーを用いて塗布し、粘着層を形成した。
上記実施形態に基づいて、防曇シートを作製した。まず、第1工程として、上記基材フィルムに、防曇膜用塗工液を塗布し、90℃の加熱炉に5分間通した。次に、第2工程として、実施例1では、50℃の水に10分間浸漬し、110℃の加熱炉に10分間通した。一方、比較例では、水への浸漬処理を省略した。その後、基材フィルムに粘着層を形成した。こうして作製された防曇シートを100mm角のガラス板に貼り付けた。
上記のように準備した実施例1及び比較例1を110℃で500時間保持する高温試験を行った。その結果、各比較例1では目視にて白化が確認されたが、各実施例1では白化は確認できなかった。比較例1の防曇膜の表面を光学顕微鏡で観察したところ、図9に示すように、数10〜数100μmの大きさの異物が無数に確認された。また、実施例1及び比較例1について、SEMによっても観察した。結果は、図10に示すとおりであり、比較例1では異物が確認されたが、実施例1では、確認されなかった。
・電界放射型走査型電子顕微鏡 S−4700 (日立ハイテク)
・EDX検出器 Falcon (EDAX)
・加速電圧 15kV
次に、防曇性能の評価を行った。図14に示すように、内径が80mm、軸方向の長さが60mmの円筒を準備し、これを35℃の水が貯留された水槽の上方に配置した。このとき、円筒の上端と水槽の水面との距離を100mmとした。
次に、結露による防曇層の白化、つまり防曇層の表面に残存する吸水性樹脂に基づく白化について検討する。ここでは、実施例2〜5を新たに準備した。これらは、以下のように第2工程での水処理が実施例1と相違しているが、その他の製造方法は同じである。
・実施例2:常温の水に3分間浸漬
・実施例3:常温の水とアルコールの混合液(日本アルコール販売社製ソルミックスAP−7)に3分間浸漬
・実施例4:50℃の水に10分間浸漬
・実施例5:50℃の水に60分間浸漬
11 外側ガラス板
12 内側ガラス板
13 中間膜
110 マスク層
113 撮影窓(情報取得領域)
7 防曇シート
71 粘着層
72 基材フィルム
73 防曇層
Claims (6)
- 光の照射及び/または受光を行うことで車外からの情報を取得する情報取得装置が配置可能なウインドシールドであって、
合わせガラスと、
前記合わせガラスにおいて車内側の面に配置され、吸水性樹脂を含有する防曇膜と、
を備え、
前記防曇膜は、その表面にアルカリ成分が含有されない層を有する、ウインドシールド。 - 前記防曇膜の厚さは、2〜20μmである、請求項1に記載のウインドシールド。
- 前記防曇膜は、撥水基を含有している、請求項1または2に記載のウインドシールド。
- 光の照射及び/または受光を行うことで車外からの情報を取得する情報取得装置が配置可能なウインドシールドに取り付けられる防曇シートの製造方法であって、
基材シートに、吸水樹脂を含む防曇膜用溶液を塗布する第1ステップと、
前記基材シートを加熱し、防曇膜用溶液を硬化することで、防曇膜を仮生成する第2ステップと、
前記基材シートを水に浸漬する第3ステップと、
前記基材シートを加熱することで、防曇膜を生成する第4ステップと、
を備えている、防曇シートの製造方法。 - 前記水の温度は、10〜80℃である、請求項4に記載の防曇シートの製造方法。
- 前記水には、アルコールが含有されている、請求項4に記載の防曇シートの製造方法。
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