JP2020040841A - 車両用ガラスの成形方法、及び車両用ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】試作期間の削減が可能で、複雑な形状を実現できる車両用ガラスの成形方法、及び車両用ガラスを提供する。【解決手段】車両用ガラスの成形方法は、加熱炉の内部で、車両用ガラスの周縁部を曲げ成形型により支持し、車両用ガラスの表面温度を測定し、表面温度と設定された目標温度との差異を求め、差異の結果に基づいて、加熱炉内を移動可能で、かつ加熱及び冷却可能な少なくとも１個の温度調整部により、車両用ガラスの表面温度を目標温度に近づけることを含む。【選択図】図４

Description

本発明は、車両用ガラスの成形方法、及び車両用ガラスに関する。

車両用ガラスは、車両のデザイン上、又は機能上の要請により曲げ成形される場合がある。車両用ガラスの曲げ成形方法として、曲げ成形面を有する成形型に、平面状のガラス板を１枚、又は２枚を重ねて載置し、この状態で成形型を加熱炉内に搬入し、加熱炉内を順次移動させながらガラス板をガラス軟化温度付近まで加熱素子で加熱し、ガラス板の自重により成形型に沿って曲げを成形する方法が知られている。

例えば、特許文献１には、ガラス板を所望の形状に曲げ成形するため、加熱炉に複数の加熱素子を配置し、ガラス板の領域毎に温度分布を成形することが開示されている。

特開２００１−０８９１７２号公報

最近、車両の開発期間短縮の傾向、また複雑な形状の車両用ガラスの要請が強まってきている。そのため、ガラスを製造する事業者には、車両用ガラスの成形試作を迅速に行うこと、複雑な形状の車両用ガラスを成形することが強く望まれている。

しかしながら、従来の車両用ガラスの成形方法では、車両用ガラスの成形試作に迅速に対応すること、また、複雑な形状の車両用ガラスの成形に対応できない問題がある。

本発明は、試作期間の削減が可能な車両用ガラスの成形方法、及び、車両用ガラスを提供することを目的とする。

第１の態様の車両用ガラスの成形方法は、加熱炉の内部で、車両用ガラスの周縁部を曲げ成形型により支持し、車両用ガラスの表面温度を測定し、表面温度と設定された目標温度との差異を求め、差異の結果に基づいて、加熱炉内を移動可能で、かつ加熱及び冷却可能な少なくとも１個の温度調整部により、車両用ガラスの表面温度を目標温度に近づけることを含む。

第２の態様の車両用ガラスは、水平方向の最小曲率半径が２００ｍｍ以上であり、垂直方向の最小曲率半径が５００ｍｍ以下であり、主面の面積が１．５ｍ^２以上である。

本発明によれば、試作期間の削減が可能であり、また、複雑な形状の車両用ガラスを成形することができる。

図１は、車両用ガラスの成形方法のフローチャートである。 図２は、炉前工程を説明するための概略図である。 図３は、曲げ炉工程の設備の概略斜視図である。 図４は、曲げ炉工程を説明するための概略図である。 図５は、切断／面取り工程を説明するための概略図である。 図６は、曲げ成形された車両用ガラスの正面図である。 図７は、曲げ成形された車両用ガラスが装着された状態の車両の斜視図である。

以下、添付図面にしたがって本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の実施形態により説明される。但し、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、実施形態以外の他の実施形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。以下、図面を参照して発明を実施するための形態を説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。本明細書中で、数値範囲を“ 〜 ”を用いて表す場合は、“ 〜 ”で示される上限、下限の数値も数値範囲に含むものとする。

以下、図面を参照して、車両用ガラスの成形方法の好ましい実施形態について説明する。

図１は、車両用ガラスの成形方法の一例を示すフローチャートである。図１に示されるように、車両用ガラスの成形方法は、炉前工程（ステップＳ１）、曲げ炉工程（ステップＳ２）、及び切断／面取り工程（ステップＳ３）を備える。以下、各工程について説明する。

＜炉前工程（ステップＳ１）＞
炉前工程は、曲げ成形前の車両用ガラスを準備する工程である。実施形態の炉前工程（ステップＳ１）では、図２に示されるように、曲げ成形前の車両用ガラス１０が準備される。車両用ガラス１０として、車両に装着される車両用ガラス１０（いわゆる製品）より大きい略矩形のガラス板が準備される。

不透明部１２が、車両用ガラス１０の表面で、製品となる領域の外周に、印刷される。不透視部１２は、車両用ガラス１０を車両に固定する接着剤が紫外線によって劣化することを抑制する。有色の不透明部１２は、黒色の、いわゆる「黒セラ」と称される遮蔽層であってもよい。不透明部１２が黒セラの場合、黒セラ印刷用インクを車両用ガラス１０の表面に塗布し、黒セラ印刷用インクを焼き付けることにより成形できる。不透明部１２は、例えば、ロボットアームを用いて印刷されてもよい。

車両用ガラス１０を成形するためのガラス板は、例えばフロート法、フュージョン法により平板形状に成形されたガラス板である。ガラス板は、無機ガラスであってもよい。ガラス板は、ソーダライムガラスでもよいし、アルミノシリケートガラスであってもよいし、無アルカリガラスであってもよい。ガラス板がソーダライムガラスである場合、グリーンガラスであってもよいし、クリアガラスであってもよい。

ガラス板の板厚は、好ましくは、１ｍｍ〜５ｍｍであり、より好ましくは１．６ｍｍ〜２．３ｍｍである。ガラス板の上限値および下限値が上記範囲内であると、本発明の曲げ成形によって、特に精度よく成形できる。但し、板厚は特に限定されない。また、ガラス板の大きさも特に限定されない。

実施形態では、車両用ガラス１０として製品より大きいガラス板を準備することを例示した。これに限定されず、製品サイズに切断され、さらに面取りされた加工済みガラス板を車両用ガラス１０として準備することができる。この場合、不透明部１２は、製品サイズの車両用ガラス１０の外周に印刷される。

＜曲げ炉工程（ステップＳ２）＞
曲げ炉工程は、平板形状の車両用ガラス１０を湾曲形状に曲げ成形する工程である。実施形態の曲げ炉工程（ステップＳ２）では、図３に示されるように、加熱炉３０と、ロボットアーム５０とが準備される。加熱炉３０に開口３０Ａが成形される。車両用ガラス１０が、開口３０Ａを介して加熱炉３０に搬入及び搬出される。ロボットアーム５０に、制御装置７０が電気的に接続される。図３では、開口３０Ａを介して車両用ガラス１０を搬入及び搬出する場合を例示した。これに限定されず、加熱炉３０に、搬入用の開口と、搬出用の開口とを、別々に形成することができる。

曲げ炉工程では、図４に示されるように、車両用ガラス１０の周縁部が、加熱炉３０の内部空間ＳＰ１において、曲げ成形型３１に支持される。実施形態では、車両用ガラス１０は製品より大きいので、曲げ成形型３１により支持される車両用ガラス１０の周縁部は、製品外の領域になる。一方、車両用ガラス１０が製品の大きさに切断されている場合、曲げ成形型３１により支持される車両用ガラス１０の周縁部は製品内の領域になる。

加熱炉３０は、側面の側にヒーター３２を備える。加熱炉３０には、ヒーターの隔離手段である仕切板３３が設けられ、仕切板３３が内部空間ＳＰ１とヒーター３２の設置空間ＳＰ２とを部分的に分離する。仕切板３３の上下側には開口３４が成形され、開口３４により内部空間ＳＰ１と設置空間ＳＰ２とは連通される。

循環ファン３５が、設置空間ＳＰ２であって、加熱炉３０の上下２箇所に設けられる。循環ファン３５が、ヒーター３２により加熱された空気を、内部空間ＳＰ１と設置空間ＳＰ２との間を循環させる。設置空間ＳＰ２には、熱電対３６が設けられる。熱電対３６により、加熱炉３０の内部の温度が一定に維持される。排気ダクト３７が加熱炉３０に設けられる。排気ダクト３７と設置空間ＳＰ２とが連通される。排気ダクト３７は、温度調整部５４により車両用ガラス１０の表面を局所的に冷却する際の外部エア供給分を相殺して、負圧に保つ。

加熱炉３０の上面及び下面、仕切板３３の内部空間ＳＰ１に対向する面には、低放射膜４０が設けられている。低放射膜４０は、例えば金属膜（Ｐｔ等）である。低放射膜４０は、加熱炉３０の内部の壁面の放射率を０．２以下にすることができる。壁面の放射率を０．２以下にすることより、温度調整部５４による車両用ガラス１０の表面の局所的な加熱、及び冷却することが可能となる。加熱炉３０の内部空間ＳＰ１に対向する面を所定の放射率にするため、図４のように内部空間ＳＰ１に低放射率達成の妨げになるヒーターを配置していない構造を採用することが好ましい。

加熱炉３０の下面には開口３８が形成される。加熱炉３０の下面には２個のサーモカメラ４１が配置される。サーモカメラ４１は、車両用ガラス１０からの赤外線エネルギー量を測定することにより、車両用ガラス１０の表面温度を非接触で測定する。サーモカメラ４１は、４．５μｍ〜５．５μｍの波長の赤外線を感知することが好ましい。該上下限の範囲の赤外線はガラスの放射（吸収）がより強い領域であり、ガラス温度が正確に測定可能となる。実施形態では、２個のサーモカメラ４１を配置した場合を例示したが、少なくとも１個のサーモカメラ４１が配置されていればよい。なお、車両用ガラス１０の大きさに応じて適宜、配置すべきサーモカメラ４１の数を決定できる。車両用ガラス１０の表面温度を測定する手段としてサーモカメラ４１を例示したが、非接触で温度を測定できる温度計であれば、サーモカメラ４１に限定されない。

ロボットアーム５０は、基台５１と、複数のアーム部５２と、複数の関節部５３とを備える。ロボットアーム５０は、その先端に、車両用ガラス１０の表面を加熱及び冷却可能な温度調整部５４を備える。温度調整部５４は、ガスバーナー５６とエア噴射ノズル５７とを備える。ガスバーナー５６は電磁弁５９を備えるガス供給管５８と接続される。ガスバーナー５６は車両用ガラス１０の表面を加熱できる。エア噴射ノズル５７は電磁弁６１を備えるエア供給管６０と接続される。エア噴射ノズル５７は車両用ガラス１０の表面を冷却できる。ガスバーナー５６に代えて電熱線を適用することができ、エア噴射ノズル５７に代えて輻射冷却装置を適用することができる。温度調節部５４による加熱と冷却は、曲げ成形の精度の点から短時間かつ局所的に行うことが好ましいため、加熱手段としてはガスバーナーが好ましく、冷却手段としてはエア噴射ノズルが好ましい。温度調整部５４は、車両用ガラス１０の表面を局所的に加熱、及び冷却することができる。温度調整部５４の加熱能力は、２０ｋＷ／ｍ^２〜５０ｋＷ／ｍ^２の加熱量であることが好ましい。温度調整部５４の冷却能力は、２０ｋＷ／ｍ^２〜５０ｋＷ／ｍ^２であることが好ましい。これらの範囲にすることにより、温度調整部５４は、車両用ガラス１０の湾曲量を精度よく制御することができる。

温度調整部５４は、ロボットアーム５０により、車両用ガラス１０の面内全域を移動可能である。温度調整部５４の移動範囲は、少なくとも、曲げ成形型３１に支持される周縁部に移動できればよい。曲げ成形型３１に支持される周縁部には、車両用ガラス１０の重力が多く掛かるため、周縁部が特に曲がりやすい状態にある。重力曲げでは曲げ成形型３１に支持される周縁部の形状が温度よる影響を受けやすいので、車両用ガラス１０の周縁部の表面温度を調整できるよう、温度調整部５４が移動できることが好ましい。

温度調整部５４は、少なくとも１個あればよい。車両用ガラス１０が大きい場合、２個の温度調整部５４を配置することが好ましく、２個以上の温度調整部５４を配置することがより好ましく、４個以上の温度調整部５４を配置することがさらに好ましい。

曲げ炉工程での車両用ガラス１０の曲げ成形について説明する。制御装置７０は、車両用ガラス１０の曲げ成形に必要な面内の目標温度の温度分布のデータを記憶する。車両用ガラス１０の目標温度は、例えば、コンピュータによるシミュレーションで取得できる。シミュレーションでは、例えば、曲げ成形により得ようとする車両用ガラス１０の形状データ、車両用ガラス１０の板厚、ヤング率、ポアソン比等の物性データ、車両用ガラス１０の表面温度、自重によって生じる湾曲量等に基づいて算出され、車両用ガラス１０の目標温度の温度分布が設定される。

加熱炉３０の内部は、例えば、車両用ガラス１０の軟化点温度付近の約６３０℃に加熱される。周縁部を曲げ成形型３１により支持された車両用ガラス１０が加熱炉３０に搬入される。

サーモカメラ４１は、現在の車両用ガラス１０の表面温度の温度分布を測定する。測定された表面温度の温度分布データが、制御装置７０に送信される。制御装置７０は、車両用ガラス１０の表面温度と設定された目標温度との差異を求める。

制御装置７０は、差異の結果に基づいて、ロボットアーム５０と温度調整部５４の動作を制御し、車両用ガラス１０の表面温度を目標温度に近づける。最初に、制御装置７０は、車両用ガラス１０の表面温度と設定された目標温度との差異がある領域を認識し、その領域に温度調整部５４を移動する。認識された領域が目標温度より低い場合、温度調整部５４は、ガスバーナー５６の炎により車両用ガラス１０の表面を加熱し、車両用ガラス１０の表面温度を目標温度に近づける。認識された領域が目標温度より高い場合、温度調整部５４は、エア噴射ノズル５７から約２５０℃のエアを噴出することにより車両用ガラス１０の表面を冷却し、車両用ガラス１０の表面温度を目標温度に近づける。

車両用ガラス１０の表面温度と設定された目標温度との差異について、許容範囲を設定できる。許容範囲を±０．５℃設定すれば、±０．５℃の差異は目標温度範囲と判断される。目標温度範囲と判断されると、その領域の車両用ガラス１０の表面温度を、温度調整部５４により温度調整する必要はない。

サーモカメラ４１と温度調整部５４の位置関係を説明する。実施形態では、図４に示されるように、サーモカメラ４１及び温度調整部５４が車両用ガラス１０に対して下側に配置される。サーモカメラ４１及び温度調整部５４は車両用ガラス１０に対して上側に配置することができる。また、車両用ガラス１０を挟んで、サーモカメラ４１及び温度調整部５４を別の側に配置できる。

温度調整部５４が車両用ガラス１０に対して上側に配置される場合、温度調整部５４は、車両用ガラス１０が自重で湾曲してくる側とは、反対の位置になる。車両用ガラス１０の湾曲を回避する必要がなく、温度調整部５４の移動の自由度が高くなる。温度調整部５４は車両用ガラス１０の表面に近接できる。

なお、サーモカメラ４１及び温度調整部５４は、車両用ガラス１０に対して同じ側に配置されることが好ましい。温度調整部５４により直接温度調整される側の車両用ガラス１０の表面温度を測定することは、車両用ガラス１０の曲げ成形の精度を高めることを可能にする。

車両用ガラス１０が、２枚のガラス板を上下方向に重ねた状態で曲げ成形型３１に支持される場合、サーモカメラ４１及び温度調整部５４は車両用ガラス１０に対して下側に配置することが好ましい。上側のガラス板が下側のガラス板に追従する形で曲げ成形されるので、下側のガラス板を精度よく曲げ成形することが重要となる。下側にサーモカメラ４１及び温度調整部５４に配置することは、下側のガラス板を精度よく曲げ成形することを可能にする。

車両用ガラス１０の表面温度が調整され、曲げ成形された車両用ガラス１０は加熱炉３０から搬出される。さらに、車両用ガラス１０を徐冷温度以下にするため徐冷炉に搬入することができる。曲げ炉工程（ステップＳ２）は、加熱炉３０のみの１ゾーンで構成することができ、また加熱炉３０と徐冷炉（不図示）の２ゾーンで構成することもできる。

なお、「上」、「下」とは、重力方向に対して用いられ。ある基準に対して重力方向を「下」と定義され、反重力方向を「上」と定義される。

＜切断／面取り工程（ステップＳ３）＞
切断／面取り工程とは、曲げ成形された車両用ガラス１０を製品の大きさに切断し、車両用ガラス１０の切断面を面取りする工程である。図５に示されるように、曲げ成形された車両用ガラス１０が位置決めされ、先端に切断工具８４を備えるロボットアーム８０が準備される。ロボットアーム８０に制御装置９０が電気的に接続される。

ロボットアーム８０は、基台８１と、複数のアーム部８２と、複数の関節部８３とを備える。車両用ガラス１０を切断するための切断工具８４が、ロボットアーム８０の先端に取り付けられる。切断工具８４は車両用ガラス１０を切断することできる限り、特に限定されない。切断工具８４として、カッター、ウォータジェット、レーザー等を適用することができる。

制御装置９０は、製品の形状データを有し、この形状データに基づいて切断工具８４の動作を制御する。切断工具８４は、切断ライン１４に沿って、車両用ガラス１０を切断する。切断ライン１４は、製品の形状を示すため図５に示されているが、実際の切断では、切断ライン１４を車両用ガラス１０の上に描画する必要はない。

切断された車両用ガラス１０は、不図示の面取加工装置に移動される。面取加工装置は車両用ガラス１０の切断面を面取り加工する。

図６に示されるように、外周縁に不透明部１２を備え、曲げ成形された車両用ガラス１０を成形することができる。なお、炉前工程（ステップＳ１）で、製品の大きさに切断された車両用ガラス１０を準備する場合、切断／面取り工程（ステップＳ３）は不要となる。

上述したように、実施形態の曲げ炉工程では、車両用ガラス１０の表面温度を、移動可能な温度調整部５４により、短時間で目標温度に近づけるので、曲げ成形された車両用ガラス１０を精度よく迅速に成形することができ、試作期間の削減を図ることができる。

実施形態の曲げ炉工程で、車両用ガラスを曲げ成形することにより、主面の面積が大きく、かつ複雑な形状の車両用ガラスを、短期間のうちに得ることができる。図７は、車両１００を前方から見た斜視図である。車両１００には、車両用ガラス１２０が装着されている。一体の車両用ガラス１２０が、車両の前面部１２２と車両のルーフ部１２４に位置する。車両用ガラス１２０はウインドシールドとパノラマルーフ（又はサンルーフ）として機能し、車両の室内に開放感を付与できる。

車両用ガラス１２０の主面の面積は１．５ｍ^２以上である。車両用ガラス１２０の水平方向（矢印Ｈ）の最小曲率半径は２００ｍｍ以上である。したがって、車両用ガラス１２０の水平方向の湾曲は緩い。水平方向は、車両１００における左右方向である。

一方、車両用ガラス１２０の垂直方向（矢印Ｖ）の最小曲率半径は５００ｍｍ以下である。特に、前面部１２２とルーフ部１２４の境界では曲率半径が小さくなる。したがって、車両用ガラス１２０の垂直方向の湾曲は急となる。垂直方向は、車両１００における前後方向である。

垂直方向（矢印Ｖ）の最小曲率半径は５００ｍｍであっても、実施形態での曲げ炉工程では、局所的に加熱及び冷却することにより、車両用ガラス１２０が成形できる。さらに、車両用ガラス１２０が１．５ｍ^２以上であっても、車両用ガラス１２０は曲げ成形することができる。

一体の車両用ガラス１２０が、車両の前面部１２２と車両のルーフ部１２４に位置する場合だけでなく、車両の後面部と車両のルーフ部とに位置する場合にも適用できる。その場合、車両用ガラスは、リアガラスとパノラマルーフ（又はサンルーフ）として機能する。

車両用ガラス１２０の垂直方向の最大長さは１２００ｍｍ〜２０００ｍｍであり、車両用ガラス１２０の水平方向の最大長さは１２００ｍｍ〜１７００ｍｍであることが好ましい。

１０ 車両用ガラス、１２ 不透明部、１４ 切断ライン、３０ 加熱炉、３０Ａ 開口、３１ 曲げ成形型、３２ ヒーター、３３ 仕切板、３４ 開口、３５ 循環ファン、３６ 熱電対、３７ 排気ダクト、３８ 開口、４０ 低放射膜、４１ サーモカメラ、５０ ロボットアーム、５１ 基台、５２ アーム部、５３ 関節部、５４ 温度調整部、５６ ガスバーナー、５７ エア噴射ノズル、５８ ガス供給管、５９ 電磁弁、６０ エア供給管、６１ 電磁弁、７０ 制御装置、８０ ロボットアーム、８１ 基台、８２ アーム部、８３ 関節部、８４ 切断工具、９０ 制御装置、１００ 車両、１２０ 車両用ガラス、１２２ 前面部、１２４ ルーフ部、ＳＰ１ 内部空間、ＳＰ２ 設置空間

Claims (15)

1. 車両用ガラスの成形方法であって、
   加熱炉の内部で、前記車両用ガラスの周縁部を曲げ成形型により支持し、
   前記車両用ガラスの表面温度を測定し、前記表面温度と設定された目標温度との差異を求め、
   前記差異の結果に基づいて、前記加熱炉内を移動可能で、かつ加熱及び冷却可能な少なくとも１個の温度調整部により、前記車両用ガラスの表面温度を前記目標温度に近づけることを含む、
   車両用ガラスの成形方法。
2. 前記車両用ガラスは、２枚のガラス板を上下方向に重ねた状態で支持される、請求項１に記載の車両用ガラスの成形方法。
3. 前記曲げ成形型により支持される前記車両用ガラスの周縁部は、製品内の領域、又は製品外の領域である、請求項１又は２に記載の車両用ガラスの成形方法。
4. 前記少なくとも１個の温度調整部は、２個以上の温度調整部を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用ガラスの成形方法。
5. 前記温度調整部は、ガスバーナー、及びエア噴射ノズルを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の車両用ガラスの成形方法。
6. 前記温度調整部は、ロボットアームに取り付けられる、請求項１から５のいずれか一項に記載の車両用ガラスの成形方法。
7. 前記車両用ガラスの表面温度はサーモカメラにより測定される、請求項１から６のいずれか一項に記載の車両用ガラスの成形方法。
8. 前記加熱炉の内部の壁面は、０．２以下の放射率である請求項１から７のいずれか一項に記載の車両用ガラスの成形方法。
9. 前記加熱炉は、加熱手段を有し、前記加熱手段は前記加熱炉の内部空間と隔離手段で隔離される、請求項１から８のいずれか一項に記載の車両用ガラスの成形方法。
10. 前記温度調整部は、前記車両用ガラスに対して下側に配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載の車両用ガラスの成形方法。
11. 水平方向の最小曲率半径が２００ｍｍ以上であり、
    垂直方向の最小曲率半径が５００ｍｍ以下であり、
    主面の面積が１．５ｍ^２以上である、
    車両用ガラス。
12. 垂直方向の最大長さが１２００ｍｍ〜２０００ｍｍである、請求項１１に記載の車両用ガラス。
13. 水平方向の最大長さが１２００ｍｍ〜１７００ｍｍである、請求項１１又は１２に記載の車両用ガラス。
14. 車両に装着された際、車両の前面部に位置し、かつ車両のルーフ部に位置する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の車両用ガラス。
15. 車両に装着された際、車両の後面部に位置し、かつ車両のルーフ部に位置する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の車両用ガラス。

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