JP4786526B2 - 破断ラインを備えるガラス - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルの特徴を示す、窓に意図的な破断ゾーンを作り出すための方法に関する。

先行する独国特許出願第１０２２５５５５．５−２１号は、（フロントガラスまたはルーフガラスとして）乗り物に使用されるべく意図的な破断ゾーンを有する、合わせガラスからなる窓を記載している。乗り物との衝突を含む歩行者、自転車に乗っている人等との衝突において、この合わせガラスは、従来の合わせガラスからなる窓よりも衝撃時に著しくより容易に壊れ、このことは、衝撃の強さが大いに低減され、且つ損傷の危険が最小化されることを意味する。

上述の特許出願において、そのような意図的な破断ゾーンを作り出す非常に多くの良く知られている実現可能な方法が論じられており、これらの考察については、ここに引用されている。

先行する出願によれば、窓を弱めることは、好ましくは、局所的に制限された応力勾配、すなわち、ガラス内に不均一な応力を生起させることによって作り出され、この応力は、目標とされ且つ局所的に制限された態様で、ガラスの破断強度を減少させる。応力勾配は、ガラスの厚み内、およびガラスの表面上の両方に存在する。例えば、ガラスの曲率による負荷のもとで、そして定められたレベルを超えると、強度が応力勾配のゾーンにおいて限度を超え、そして窓が破断する。

局部的に制限された応力勾配は、その変態点より上に窓を局部加熱し、続いて高速冷却することによって作られ得る。この熱的プレストレス処理方法は、広く知られているが、しかし知られている方法においては、窓全体が均一に加熱され且つ急冷される。局部加熱は、例えば、レーザまたはガスの炎を用いて行われても良い。

ウェブサイト「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｖｉｔｒｏ．ｄｅ」は、それによって可視空間構造、例えば人のポートレイトが、コンピュータ制御されたレーザ装置またはロボットを用いてガラス本体に作り出される方法を記載している。明らかに、構造に対する変化は、定められた浸透深さにおけるレーザ放射の適切な集束によって過熱することによって、もたらされる。

独国特許第１９９５７３１７号は、窓ガラスに対して垂直な破断ラインを教示しているが、これは、衝撃によって応力印加された面によって異なる振る舞いを提供することができない。

本発明の基礎をなす問題は、窓のどの面が応力印加されるかによって異なる作用によって、過負荷の場合に窓を破断するのを促進させる構造に対する局部変化を窓に生起させることを可能とする、他の方法を提供することからなる。

本発明によれば、この問題は、請求項１の特徴によって解決される。従属請求項の特徴は、本発明に対する有利な改善を示している。

プログラムの制御のもとで、種々の浸透深さに集束され得る高エネルギー放射のビーム、特にレーザビームを用いて、ガラスの本体を局部的に破壊する目的で、装飾および複製のために構成された上述された方法のような方法は、窓に意図的な破断ゾーンを製造すべく本発明に従って使用され得る。特に有利な方法においては、破断の進行は、この場合、いくぶんかミシン目に似た方法にて、ガラスの塊内にマイクロクラックを形成することによって、非常に精密に予め決定され得る。しかしながら、この破壊は、例えば良く知られた刻み目の場合にそうであるように、窓の表面に作用することは、かならずしも必要でない。対照的に、本発明に従った方法は、２つの表面からの適切な変動する距離における、窓が内部的に弱くされることをなし遂げることを可能としている。

これらのマイクロクラックを作り出すための１つの慣例的な方法は、透明材料内にレーザパルスを集束させることである。しかしながら、応力クラックを作り出すべく連続的な照射（連続波レーザ動作）のみによって過熱を生じさせることも可能であるかもしれない。焦点の領域において、使用されるレーザの波長におけるガラスの残存吸収による過熱があるか、ガラス内における結合が、同時のいくつかの光子の吸収による（多重光子吸収）光化学効果によって壊れるか、あるいは、ガラス基質の部分が、イオン化され且つ粉砕されるかのいずれかである。

例えば、１０６４ｎｍまたは５３２ｎｍ（赤外領域「Ｎｄ：ＹＡＧレーザ」および可視領域における典型的な値）の波長を有するレーザを集束させることによって、ガラスは、数ミクロンから１００ミクロンよりも小さな値をとるゾーンにおいて、突然に局所的に破壊され、そのことは、ガラス内にマイクロクラックが残ることを意味し、それがその後に衝撃を受けたときには、そのマイクロクラックに沿ってガラスが破断する。

もしも集束されたレーザビームが、個々のパルスの焦点がガラス内に別々に配置されるような速度で、ガラスに沿って走行すれば、そのときは次の通り、そのような個々の微小損傷点の発生を述べることができる。

そのようなクラッキング点の粗い構造が、概して焦点における強度の分布の画像に類似している（レーザの強度がそれでも充分に強い個所の材料は、変位され、破壊され、または変換される）とすれば、そのような微小損傷点は、縦座標軸のまわりで回転する双曲線に類似した（砂時計に類似した）形態で視覚化され得る。この外観は、集束された均一なレーザビームは、通常、砂時計の２等分の間の狭い通路に類似した、最小厚さの狭窄部を有する（最狭点にて集束されたレーザビームの直径は、いつも有限である）という事実から生ずる。

ガラスの本体における弱められたすなわち低強度ゾーンの空間的な配置、およびそれらのサイズおよび／またはそれらの寸法は、それゆえ非常に厳密に規定され得る。ガラスの厚みにおける弱められたゾーンのための経路を、目標とされた道筋に設計することもさらにまた可能である。確かに、弱められたすなわち強度の少ないゾーンは、表面に垂直の深さ方向に浸透し得る。しかしながら、このことは、絶対的に必須のことではない。これに反して、知られている技術および装置の適用は、それ自体が、複雑な弱める経路が窓の厚みを通して実現され得ることを意味する。特に、それによって破断動作が、影響を破断作用に導く方向に従って異なる、概して円錐（またはくさび）の形状に一種の弱められた構造を生起することが可能である。円錐との用語は、（そのような意味は排除しないけれども）その正確な幾何学的意味に解釈される必要はない。そのことは、窓ガラスの縁面を通して弱さのラインが、窓ガラスの外辺部のまわりに放射状に広がることを意味する。特に、窓ガラスは、概して４つの主な辺を有しているので、ラインは、本質的に対をなして放射状に広がる、すなわち弱さの２つのラインの２つのグループがあり、各グループの各ラインは、同一グループの他方のラインから窓ガラスの他方の側に配置され、そしてそこから窓ガラスの縁面に放射状に広がる。弱さのラインが、窓ガラスに垂直な法線に対して斜めである（または傾斜されている）という事実は、窓ガラスの一方の面または他方の面のどちらに（一般に凹面または凸面のいずれに）衝撃を加えたかによって、異なる衝撃反応を窓ガラスに与える。この効果は、実際に、弱さのラインが、窓ガラスの縁面に対して少なくとも部分的に斜めである（または傾斜されている）のとまさに同時に始まる。それゆえ、弱さのライン全体が、窓ガラスの外辺部の全体にわたって斜めであるということは絶対的に必須のことではない。

したがって、本発明は、なによりも、窓に意図的な破断ゾーンを作り出すための方法に関し、この方法では、ガラスの構造が、ガラスに浸透する高エネルギービームを用いる局所過熱にさらされ、沿って破壊させるための窓（１）のための好ましい経路に沿って所定の経路（ライン３）にこの高エネルギービームを連続的に案内し、かつこの所定の経路（ライン３）に沿っておよび窓（１）の表面に対して種々の深さでの両方にて、この高エネルギービームを連続的に集束させることによって、意図的な破断ゾーン（５）が作り出され、種々の浸透深さにおける連続的な集束は、ガラスの表面に対する法線に対して傾斜されおよび／または湾曲されたラインをたどり、破断に導く影響が作用する方向によって異なる窓（１）の破断動作を得るために、弱められた構造が窓に生起される。上に与えられた本発明の規定は、弱められたラインは、少なくとも部分的にのみ湾曲されまたは傾斜されても良いことを包含する。

弱められたゾーンは、連続的に作り出されるだけでなく、ミシン目、あるいは三次元における点の分布のような方式で中断を有する、破線または点線の形態で作り出されても良い。

同様に、マイクロクラックを窓における定められた深さのみに考えることも可能である。これらのステップは、それによって、このような方法で「弱められた」窓が、重大な過負荷が印加されたときを除く全ての場合において、壊れないような条件を作り出すことを助長する。

破断の後続の展開に影響を及ぼすべく、好ましくはレーザの集束によって得られる微細損傷の所与の点にあらわれる、クラッキングの１つの方向が、窓がその後に破断するときにこれらのクラックが所望の方法で伝播するように、クラックの所望の後続の経路に重なり合うように、窓の形状に対して入射レーザビームの傾斜を適合させる（すなわち、形成点における窓に対する法線に対して定められた傾斜）ことも可能である。

本方法は、合わせガラス窓の場合、すなわち完成された製品に窓が組み立てられる前または後にも、困難性なしに適用され得る。そのような複合製品の剛体窓間の接着材の層が、この場合、弱めることとは別個のものとして考えても良い。したがって、窓が弱められたにもかかわらず、貫通に対する充分な抵抗が、侵入に対抗する試みとして維持される。

例えば、この同一の窓、例えば乗り物のフロントガラスが、最も外側から達するボディへの衝撃に続く破断の場合に、比較的柔軟であり、そして前の発明の意味することの範囲内でこのボディを収集するために、しかし同時に、この乗り物の乗客が、乗り物の最も内側からこの窓にぶつかって、乗り物から投げ出される危険に抗して確実に保護される、ことを確実にすることを可能とする。

ガラス内に設けられる意図的な破断ゾーン、またはそれらの経路が、高エネルギービームのエネルギーまたは出力によって、視認可能であってもあるいは視認不可能であっても良い。視認可能な破断ゾーンの場合に、これらは、しかしながらもしも必要ならば、処理される窓の縁部近傍の領域において、乗り物の窓において広く使用されている、不透明に色づけされた縁取りによって、視界から隠されても良い。

レーザによってガラス内に生じる損傷は、視認可能損傷と視認不可能損傷との間に広がっていても良い。

ガラスにおける視認可能損傷は、放射のエネルギーまたは放射の出力が、放射により処理された点に、（肉眼にて）視認可能である、損傷、例えばマイクロクラックが生じるほど高い（「しきい値より大きい放射」）ときに作り出される。この場合、放射により処理される媒体の特性である（そして付随的に、処理される点の初期の履歴にも応じるかもしれない）、エネルギーおよび／または出力について定められたしきい値が、超えられて、クラック構造が生起される。

放射のエネルギーまたは放射の出力が、視認可能な損傷を引き起こすのに（肉眼には見えないが光学顕微鏡には見える）、充分に高くないときに（「しきい値未満の放射」）、ガラスにおける視認不可能な損傷について述べられるが、視認可能な損傷は、熱的または機械的応力の作用によって（「材料疲労」）、同一点に対する「しきい値未満の放射」に露出を繰り返すことによって作り出される。視認不可能な破断ゾーンを作り出すために、「ガラスにおける単一および多重パルスレーザ誘起損傷の統計的研究（Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｄａｍａｇｅ ｉｎ ｇｌａｓｓｅｓ）」，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，１６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １６，ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．２５，ｐ．１４６５、に記載された技術の使用がなされても良い。この文献に含まれるメカニズムは、まだ充分に理解されてはいないが、ガラスにおける損傷が、「プレカーサ（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」（ガラスにおいて後に損傷される点のイニシエータ）の位置に、最初に露出されたガラスのゾーンに生じると一般に考えられている。これら「プレカーサ」は、欠陥、不純物、または色中心であっても良い。しかしながら、放射にさらされる支持体に何らかの弱さを生起することが、決してこの文献の著者の意図するところではないことは、留意されなければならない。

明らかに、本明細書で問題となっている初期損傷は、その初期損傷が、関係している窓の安全性にとって重要な特性をあらわし、この窓は、国家の認定手続きに適合しなければならず、且つそれゆえ受容できるコストにて第３者によって検査されなければならないので、少なくとも顕微鏡にて視認可能であることが必要である。

本発明の主題の他の詳細および利点は、いくつかの実施形態の図面から、そして以下に続くその詳細な説明から生ずるであろう。

図１によれば、乗り物のフロントガラスとして作られた窓１には、その外側縁部２に沿って延び、且つ破線にて示される、弱められたゾーン３が設けられている。実際の窓１において、このゾーンは、不透明な色の塗料４のストリップによって覆われており、ここでは、その内側縁部のみが見られ得る。

この方法が、建物に使用される窓の形成にも当然のこととして適用され得ることが、明示的に強調される。

図２は、マイクロクラック５が、２つのグループに作られることを示し、小さなの一部分の形態だけで示された、モノリシック構造の窓１’のガラスの塊内で、鎖線で示された２つの細線の右の細線に配置され、他方のグループは、鎖線で示された２つの細線の左の細線に配置される。全体で、これらのマイクロクラックは、図１に示されるタイプの周囲が弱められたゾーン３を形成し得る。

本発明の目的は、しかしながら、そのような窓に、図１とは異なり、窓の全周囲を囲む経路に追随しておらず、互いに面して設置された、少なくとも２つの弱められたゾーンまたは弱められたラインのみが作り出されたときに、達成され得る。それら弱められたゾーンまたは弱められたラインは、縁部近傍に、例えば窓１の２つの短い側辺または２つの長い側辺にのみ沿って設けられても良く、それら弱められたゾーンまたは弱められたラインは、好ましくはそれらの外側縁部まで延びる。それら弱められたゾーンまたは弱められたラインは、それらの間で窓１の表面領域と境界を接する。窓１を通る断面において、図２において視認可能な像が、大なり小なり得られる。

マイクロクラック５は、ガラス１の表面に影響しないが、もっぱらガラスの塊内にのみ存在することが分かる。

さらにまた、それら弱められたゾーンまたは弱められたラインは、連続的に作られていないが、ミシン目のような態様で断続される破線のように作られている。弱められたゾーン３の長手方向経路においてさえも、マイクロクラックは、連続的である必要はない。

最後に、図２は、マイクロクラック５が、窓の厚みの範囲内で、窓の表面に対するそれぞれ垂線または法線に対して、湾曲され且つ傾斜された経路をたどることをさらに示している。この場合、互いに面して右と左に設置されたマイクロクラックのグループは、反対の方向に向けられている。全体で、マイクロクラックのグループの間にそのように形成された、多かれ少なかれ円錐形状またはくさび形状の破断外形を有する、すなわち放射状に広がる表面を有する破断片（破片）が存在する。これらの放射状に広がる面は、片の両側で対をなして位置する（右に対する弱められたライン５と、左に対する弱められたライン５とが、放射状に広がる）。窓１’の凹面側から破断を生じさせる力の作用のもとで、破断の動作は、窓１’の凸面側から作用する力に対応する動作とは異なることがわかる。前者の凹面側からの場合に一定の支持効果が期待され、このことが、力の方向での両側の破断縁部のオーバラップの結果として生ずるのに対して、後者の窓１’の凸面側からの場合は、窓がより柔軟であろう。材料に関して、マイクロクラックの経路および弱められたゾーンの経路は、当然のこととして、試験によって最適化されるべきであり、本明細書に示された構成は、いかなる縮尺でもなく、概略的な象徴的な例示のためにのみ使用されるべきである。

作用の方向に従って異なる破断反応は、マイクロクラックが窓の面の１つの表面に導かれているとき、しかしながら、それらが他の面の表面に達する前にいくらかの距離で終わっているときに、得られ得る。実に明らかに、これは、関連する面における（少なくとも部分的な）欠陥と等価であり、クラックがこの予め損傷された表面に沿って且つ予め損傷された表面から広がるのを助長する。

図３は、マイクロクラック５が窓内において形成され得る構成の一連の代替的な全体の形態をも示しており、最も左には、窓の表面に垂直な直線経路があり、これの右には表面に対して約４５°傾斜された直線経路があり（この場合、クラックの端部は、表面まで延びている）、２つの異なる湾曲経路がそれに続いている。最後に、一番右には、単一の「微細損傷点」が描かれている。図１におけるライン３の経路に沿って形成されるべき、一連のそのような隔離された点、特に非常に視認可能ではない点は、いくつかの場合において、所望される効果を達成するのに充分であるかもしれない。多数の他の代替的な形態を伴うこれらの全ての形態は、レーザビーム法を使用して、比較的低コストで有意に機械化され得る方法で且つ短い時間間隔で、再現可能に達成され得る。

図４は、その外縁部２に沿って延び且つ点線によって示されている、２つの弱められたライン３および３’が設けられた乗り物のフロントガラスを構成する、窓１を示している。２つのグループのライン３と３’は、交わらず、且つこれは衝撃時にフロントガラスをより強い状態としておくようにしている。弱められたラインは、不透明色の塗料４の帯によって覆われている。窓ガラスは、実際に、２つの弱められたラインの２つのグループを有している（一方には２つのライン３のグループ、他方には２つのライン３’のグループ）。２つのグループ内について、各ラインは、縁面を通して、すなわちラインと同一の点における窓ガラスに対する法線に対して、傾斜している。

縁部に沿って周囲が弱められたゾーンが作り出されている窓の図である。 弱められたゾーンが設けられている窓の断面を示している。 窓の厚みにおける弱められたゾーンの種々の可能性のある経路の概観を与える図である。 縁部に沿って完全でない周囲が弱められたゾーンが作り出されている窓の図を示している。

Claims (16)

1. ガラスに浸透する高エネルギービームを用いてガラスの構造を局所的に過熱することにより、窓に意図的な破断ゾーンを作り出す方法であって、
   意図的な破断ゾーン（５）が、高エネルギービームを、窓（１）を破断させるための好ましい経路である所定の経路（ライン３）に連続的に案内し、窓（１）の表面から種々の深さで且つ前記所定の経路に沿って連続的に集束させることによって作り出され、
   種々の浸透深さにおける連続的な集束が、ガラスの表面に対する法線に対して傾斜されおよび／または湾曲されたラインをたどり、破断に導く影響が窓の両面において異なる窓（１）の破断特性を得るために、弱められた構造が窓に生起されることを特徴とする、前記方法。
2. 前記弱められた構造が、ガラスの周縁においてガラスの一方の面から他方の面に放射状に広がるラインによって、くさび形に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 意図的な破断ゾーン（５）が、互いに対向して位置する少なくとも２つのラインで作られ、該２つのラインによってそれらの間に窓（１）の表面の所定の領域が画定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 意図的な破断ゾーン（５）が、窓の全周にわたって弱められたゾーン（３）を形成していることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
5. 意図的な破断ゾーン（５）が、経路（ライン３）に沿って、連続的にまたは断続的に配置されることを特徴とする、請求項１または２または３に記載の方法。
6. 合わせガラス窓に組み込まれた後の１つ以上の窓に対して、あるいはまた、合わせガラス窓に組み込まれる前の１つ以上の窓に対して、意図的な破断ゾーンが設けられることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 意図的な破断ゾーンを形成するマイクロクラックが、ガラスのいずれか一方または両方の表面を劣化させることなく、ガラスの塊内に生起されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. ガラスの少なくとも１つの表面に開口するマイクロクラックが、作り出されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
9. ガラスの意図的な破断ゾーンによって形成される弱められたゾーンが、視界から隠されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. １０６４ｎｍまたは５３２ｎｍの波長を有するレーザが使用されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 高エネルギービームが、（肉眼にて）視認し得る損傷を作り出すのに充分なほど高くはないが、ガラス内またはガラス上に初期損傷を作り出す、エネルギーすなわち出力を有し、初期損傷が、高エネルギービームに対するさらなる露出、または熱に対するさらなる露出、または機械的作用に対するさらなる露出のもとで、クラックに、またはガラス内における視認可能な損傷にも発展し得る、特性を有していることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 窓が過負荷を受けた場合に所定の破断経路に沿った破断を促進する少なくとも１つの弱められたゾーン（３）を有する窓（１）であって、
    前記破断が、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法を利用して、高エネルギービームによりマイクロクラックを発生させることによって作り出され、
    窓における前記弱められたゾーン（３）が、窓（１）の厚み方向の断面において、ガラスの表面の法線に対して傾斜された経路および／または湾曲された経路を有している、前記窓。
13. 弱められたゾーン（３）が、少なくとも２つのラインから形成され、該２つのラインは、それらの間に窓の表面の所定の領域を画定し、また、窓の縁部まで続いている、請求項１２に記載の窓。
14. 窓が破壊された際に破断片がくさび形状をなすように窓の周縁にラインを描く弱められたゾーン（３）を有している、請求項１２または１３に記載の窓。
15. 弱められたゾーン（３）は、クラックが予め損傷された表面に沿って且つ予め損傷された表面から広がるのを助長するために、少なくとも一面に開口するマイクロクラックを有している、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の窓。
16. 原動機付き乗り物における湾曲されたフロントガラスへの請求項１２から１５のいずれか一項に記載の窓の使用であって、
    互いに向かい合って位置する弱められたゾーン（３）は、窓（１）が、乗り物の外側からくる物体との衝突の結果として破断する際、容易に破壊するように、窓（１）の凸状面から凹状面へ放射状に広がっている、前記使用。

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