JP6013597B2 - 合わせガラス構造のための硬質中間層 - Google Patents

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関連出願

本出願は、その内容が依拠され、ここに全てが引用される、２０１２年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／６５３８６５号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。

本開示は、広く、積層された薄いガラス構造のための比較的硬い中間層材料およびそのような比較的硬い中間層を含む音響減衰性の薄いガラス積層板(glass laminate)構造に関し、その構造は、自動車用板ガラスおよび他の車両および建築用途に使用できる。

ガラス積層板は、自動車、全車両、機関車および飛行機を含む、建築および車両または輸送用途における窓および板ガラスとして使用できる。ガラス積層板は、手すりや階段におけるガラスパネルとして、および壁、柱、エレベータのかご、台所用の器具および他の用途のための装飾パネルまたはカバーとしても、使用できる。ここに用いたように、板ガラスまたは合わせガラス(laminated glass)構造は、窓、パネル、壁、筐体、看板または他の構造の透明、半透明(semi-transparent)、半透明(translucent)または不透明の部材である。建築および車両の用途に使用されるよくある板ガラスとしては、透明で薄い色のついた合わせガラス構造が挙げられる。

従来の自動車用板ガラス構造物は、ポリビニルブチラールＰＶＢ中間層と共に、２ｍｍ厚のソーダ石灰ガラス（熱処理されたか、または焼き鈍しされた）の２層からなるであろう。これらの積層構造物には、低コスト、および自動車用途と他の用途のために十分な耐衝撃性を含む、特定の利点がある。しかしながら、耐衝撃性が限られているために、これらの積層体は、通常、道路沿いの石、破壊者および他の衝撃が衝突したときに、破壊確率が高く、挙動がよくない。

多くの車両用途において、燃料の経済性は自動車重量の関数である。したがって、その強度特性および音減衰特性を損なわずに、そのような用途のための板ガラスの質量を減少させることが望ましい。上述したことに鑑みて、より厚くより重い板ガラスに関連する耐久性、音響減衰特性および破壊性能特性を有するまたはそれらを超越する、より薄い経済的な板ガラスまたはガラス積層板が望ましい。

ここに列挙されたどの文献も従来技術を構成するとは認められない。出願人は、列挙されたどの文献の正確性および適切性に対して異議を申し立てる権利を明白に留保する。

本開示は、自動車用板ガラス、建物の窓および他の用途のための新たな薄い合わせガラス構造を記載する。ここに記載された新たな構造は、比較的硬く比較的高弾性率の高分子層および比較的軟らかいより低い弾性率の高分子層を含む複合中間層と共に、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスなどの比較的薄い化学強化ガラスの２枚のシートを含む。そのような中間層は、自動車および建築の仕様および標準検査を満たす十分な程度の耐撓み性または耐変形性により特徴付けられる、望ましい剛性および音響減衰特性の両方を与えることができる。

薄いガラス積層板の機械的性質は、既存の比較的厚いソーダ石灰ガラス積層板よりも大きい程度、中間層の性質に依存する。何故ならば、この中間層は、薄いガラス積層板のほうが、既存のソーダ石灰ガラス積層板よりも、積層板の全厚のずっと大きい割合を占めるからである。適切に設計された中間層は、その音響、光学、および剛性の特性などの、薄いガラス積層板の機械的性質を決定する上で重大な役割を果たす。積層された薄いガラス構造の音響減衰は、高分子中間層の剪断弾性率および損失率によって主に決まる。その中間層がガラス積層板の全厚の大部分である場合、その結果、積層された薄いガラス構造の曲げ剛性（荷重変形特性）は、大体は、中間層のヤング率により決まる。多層中間層を使用する場合、満足な剛性および音響減衰特性を有する積層板を作製するために、これらの性質は独立して調節することができる。

本開示の他の実施の形態は、１．５ｍｍ未満の厚さを有する２枚のガラス板；５０ＭＰａ以上のヤング率を有する少なくとも１つの比較的硬い高分子層および２０ＭＰａ未満のヤング率を有する比較的軟らかい高分子層を含む、２枚のガラス板の間の複合中間層を有する薄いガラス積層板構造に関する。

本開示の追加の実施の形態は、比較的硬い高分子層を２つ有するそのような薄いガラス積層板構造に関し、比較的軟らかい高分子層は、その２つの比較的硬い高分子層の間に配置される。

本開示のいくつかの実施の形態によれば、比較的硬い高分子層は、約１００ＭＰａ以上、または約１００ＭＰａから約１０００ＭＰａの範囲のヤング率を有する。比較的軟らかい高分子層は、約１ＭＰａから１０ＭＰａの範囲、または約１０ＭＰａ以下のヤング率を有する。

その他の実施の形態において、比較的硬い高分子層は、比較的軟らかい高分子層のヤング率の約１０倍の、または比較的軟らかい高分子層のヤング率の約１００倍のヤング率を有する。

その他の実施の形態において、前記複合中間層は、ガラス積層板の全厚の大半を占めることがある。その複合中間層は、ガラス積層板の全厚の約５７％を占めることがある。

前記高分子層が、ＰＶＢ、イオノマー、ＰＥＴ、ＤｕＰｏｎｔ社からのＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ（登録商標）、ＥＶＡ、およびＴＰＵからなる群より選択される熱可塑性高分子から形成される、請求項１記載の薄いガラス積層板構造。

その他の実施の形態において、薄いガラス板の各々は、約０．５ｍｍから約１．５ｍｍの範囲の厚さを有する。それらのガラス板は、さらに、化学強化されていてもよい。

追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられているか、もしくは一部は、その説明から当業者には容易に明白となるか、または記載の説明およびその特許請求の範囲、並びに添付図面に記載されたように実施の形態を実施することによって認識されるであろう。

先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、単なる例示であり、請求項の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されていることを理解すべきである。

添付図面は、さらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。それらの図面は、１つ以上の実施の形態を図解しており、前記説明と共に、様々な実施の形態の原理および作動を説明する働きをする。

本記載の実施の形態による剛性中間層構造の部分断面図 図１に示されるような比較的硬い中間層構造を含む積層ガラス構造の部分断面図 標準ＰＶＢ、標準音響用三層ＰＶＢおよび本記載による剛性外側層を有する三層ＰＶＢから形成された中間層と、０．７ｍｍ厚の「Ｃｏｒｎｉｎｇ」「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスの２枚のシートとを含む合わせガラス構造の荷重／変形特性を比較したモデル化研究の結果をプロットしたグラフ その実施の形態による様々なガラス板に関する層の深さ対圧縮応力をプロットしたグラフ

図１は、その実施の形態による高分子または複合中間層構造（または単に中間層）１０の部分断面概略図である。この中間層構造１０は、中央にある比較的軟らかい中央層１６の両側に重ねられた２つの比較的硬い外側層１２および１４を含むことがある。しかしながら、その実施の形態は、１つの比較的硬い層１２および比較的軟らかい層１６を有する中間層１０を含む。比較的硬い外側層１２および１４は、イオノマーなどの比較的硬い高分子から形成してよい。例えば、その外側層は、ＤｕＰｏｎｔ社からの「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」、ポリカーボネート、または比較的硬いポリビニルブチラール（ＰＶＢ）から形成してもよい。比較的硬いＰＶＢの例は、Ｓｏｌｕｔｉａ社からのＳａｆｌｅｘ ＤＨである。本記載および付随の特許請求の範囲に使用されるような比較的硬いにより、外側層が、約２０ＭＰａ以上、約５０ＭＰａ以上、約１００ＭＰａ以上、もしくは約５０ＭＰａから約１０００ＭＰａまたは約１００ＭＰａから約１０００ＭＰａの範囲内のヤング率を有することを意味する。比較的軟らかい中央層１６は、比較的軟らかい高分子材料から形成してもよい。例えば、その中央層は、比較的軟らかいＰＶＢ、音響用ＰＶＢ、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、もしくは他の適切な高分子または熱可塑性材料から形成してもよい。本記載および付随の特許請求の範囲に使用されるような比較的軟らかいにより、中央層１６が、約２０ＭＰａ以下、約１０ＭＰａ以下、もしくは約１０ＭＰａから約２０ＭＰａ、または約１ＭＰａから１０ＭＰａの範囲内のヤング率を有することを意味する。ここに記載された中間層構造１０の各層は、一緒に共押出しして、多層を有する単体中間層板を形成しても、または別々に形成し、次いで、当該技術分野でよく知られ理解されているどの方法によって互いに重ねてもよい。そのいくつかの実施の形態によれば、比較的硬い外側層１２および１４は、比較的軟らかい中央層１６のヤング率の約１０倍から約１００倍であるヤング率を有することがある。共押出しの場合、複合中間層における外側層１２，１４および中央層１６は、単一板としての共押出しを可能にするために、レオロジー的および化学的に適合している必要がある。

図２は、図１の複合中間層を含む、その実施の形態による合わせガラス構造２０の部分断面概略図である。この合わせガラス構造は、中央にある比較的軟らかい中央層１６の両側に重ねられた２つの比較的硬い外側層１２および１４から形成された中間層１０の両側に重ねられた２枚の薄いガラス板２２および２４を含んでいる。本開示および付随の特許請求の範囲においてガラス板に関して使用されるような薄いとは、約１．５ｍｍを超えない、約１．０ｍｍを超えない、約０．７ｍｍを超えない、約０．５ｍｍを超えない、もしくは約０．５ｍｍから約１．５ｍｍ、または約０．５ｍｍから約１．０ｍｍ、または約０．５ｍｍから約０．７ｍｍの範囲内の厚さを有するガラス板を意味する。そのいくつかの実施の形態によれば、複合中間層１０は、合わせガラス構造２０の全厚の大半（＞５０％）などの、積層板全厚の大部分を占める。例えば、標準的な自動車用合わせガラス構造について、中間層構造は、ガラス積層板の全厚の約２０％までを占めることがあるのに対し、本開示の薄いガラス積層板構造については、中間層構造は、ガラス積層板の全厚の約５７％以上を占めることがある。

その実施の形態によれば、前記ガラス板は、「Ｃｏｒｎｉｎｇ」「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスなどの、イオン交換プロセスを使用して化学強化された薄いガラス板から形成してもよい。米国特許第７６６６５１１号、同第４４８３７００号および同第５６７４７９０号の各明細書に記載されているように、「Ｃｏｒｎｉｎｇ」「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスは、ガラス板をフュージョンドローし、次いで、そのガラス板を化学強化することによって製造される。以下により詳しく記載するように、「Ｃｏｒｎｉｎｇ」「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスは、圧縮応力下にある比較的深い層の深さ（ＤＯＬ）を有し、比較的高い曲げ強度、耐引掻性および耐衝撃性を有する表面を示す。ガラス板２２と２４および中間層１０は、積層プロセス中に一緒に結合されてもよい。ここでは、ガラス板２２、中間層１０およびガラス板２４は、あるものが他のものの上に積み重ねられ、一緒にプレスされ、中間層１０の外側層１２および１４がガラス板に接着されるように、例として、１３０℃の温度または外側層１２および１４の軟化温度に近いまたはわずかに高い温度まで加熱される。

図３は、標準的な０．７６ｍｍ厚の単体ＰＶＢ（０．７６ＳＰＶＢ）（線Ｂ）、標準的な音響用三層ＰＶＢ（０．３３ＳＰＶＢ／０．１５ＡＰＶＢ／０．３３ＳＰＶＢ）（線Ｃ）および強化外側層を有する三層ＰＶＢ（０．３３ＳＧ＋／０．１５ＡＰＶＢ／０．３３ＳＧ＋）（線Ａ）を使用して製造した０．７ｍｍ厚の「Ｃｏｒｎｉｎｇ」「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラス合わせガラス構造の有限要素モデル化研究の結果を示している。強化中間層の外側層の物理的性質は、ＤｕＰｏｎｔ社からの「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」のものに調節した。外側層を強化した利益により、荷重の際の変形が低減したことにより示されるように、より剛性の積層板が得られる。

適切なガラス板は、イオン交換プロセスによって化学強化してもよい。そのようなイオン交換プロセスにおいて、ガラス板は、典型的に、所定の期間に亘り溶融塩浴中に浸漬される。ガラス板の表面またはその近くにあるガラス板内のイオンが、例えば、前記塩浴からの、より大きい金属イオンと交換される。１つの実施の形態において、溶融塩浴の温度は約４３０℃であり、所定の期間は約８時間である。より大きいイオンをガラス中に取り込むと、ガラス板の表面近くの領域に圧縮応力が生じることによって、ガラス板が強化される。その圧縮応力を釣り合わせるために、対応する引張応力がガラス板の中央領域内に誘発される。

ガラス積層板を形成するのに適した例示のイオン交換可能なガラスにアルカリアルミノケイ酸塩ガラスまたはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスがあるが、他のガラス組成物も考えられる。ここに用いたように、「イオン交換可能な」は、ガラスが、そのガラスの表面またはその近くに位置する陽イオンを、サイズがそれより大きいか小さい同じ価数の陽イオンと交換できることを意味する。ガラス組成物の一例は、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃およびＮａ₂Ｏを含み、ここで、（ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃）≧６６モル％およびＮａ₂Ｏ≧９モル％である。ある実施の形態において、ガラス板は少なくとも６質量％の酸化アルミニウムを含む。さらに別の実施の形態において、ガラス板は、アルカリ土類酸化物の含有量が少なくとも５質量％であるように、１種類以上のアルカリ土類酸化物を含む。適切なガラス組成物は、いくつかの実施の形態において、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、およびＣａＯの内の少なくとも１つをさらに含む。特別な実施の形態において、ガラスは、６１〜７５モル％のＳｉＯ₂、７〜１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１２モル％のＢ₂Ｏ₃、９〜２１モル％のＮａ₂Ｏ、０〜４モル％のＫ₂Ｏ、０〜７モル％のＭｇＯ、および０〜３モル％のＣａＯを含んで差し支えない。

ここに記載されたガラス積層板を形成するのに適したさらに別の例のガラス組成物は、６０〜７０モル％のＳｉＯ₂、６〜１４モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１５モル％のＢ₂Ｏ₃、０〜１５モル％のＬｉ₂Ｏ、０〜２０モル％のＮａ₂Ｏ、０〜１０モル％のＫ₂Ｏ、０〜８モル％のＭｇＯ、０〜１０モル％のＣａＯ、０〜５モル％のＺｒＯ₂、０〜１モル％のＳｎＯ₂、０〜１モル％のＣｅＯ₂、５０ｐｐｍ未満のＡｓ₂Ｏ₃、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ₂Ｏ₃を含み、ここで、１２モル％≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦２０モル％、および０モル％≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦１０モル％である。

さらにまた別の例示のガラス組成物は、６３．５〜６６．５モル％のＳｉＯ₂、８〜１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜３モル％のＢ₂Ｏ₃、０〜５モル％のＬｉ₂Ｏ、８〜１８モル％のＮａ₂Ｏ、０〜５モル％のＫ₂Ｏ、１〜７モル％のＭｇＯ、０〜２．５モル％のＣａＯ、０〜３モル％のＺｒＯ₂、０．０５〜０．２５モル％のＳｎＯ₂、０．０５〜０．５モル％のＣｅＯ₂、５０ｐｐｍ未満のＡｓ₂Ｏ₃、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ₂Ｏ₃を含み、ここで、１４モル％≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦１８モル％、および２モル％≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦７モル％である。

別の実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、６１〜７５モル％のＳｉＯ₂、７〜１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１２モル％のＢ₂Ｏ₃、９〜２１モル％のＮａ₂Ｏ、０〜４モル％のＫ₂Ｏ、０〜７モル％のＭｇＯ、および０〜３モル％のＣａＯを含む、から実質的になる、またはからなる。

特別な実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、アルミナ、少なくとも１種類のアルカリ金属およびいくつかの実施の形態において、５０モル％超のＳｉＯ₂、他の実施の形態において、少なくとも５８モル％のＳｉＯ₂、さらに他の実施の形態において、少なくとも６０モル％のＳｉＯ₂を含み、ここで、比（Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）／Σ改質剤＞１であり、この比において、成分はモル％で表され、改質剤はアルカリ金属酸化物である。このガラスは、特別な実施の形態において、５８〜７２モル％のＳｉＯ₂、９〜１７モル％のＡｌ₂Ｏ₃、２〜１２モル％のＢ₂Ｏ₃、８〜１６モル％のＮａ₂Ｏ、および０〜４モル％のＫ₂Ｏを含み、から実質的になり、またはからなり、比（Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）／Σ改質剤＞１である。

さらに別の実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス基板は、６０〜７０モル％のＳｉＯ₂、６〜１４モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１５モル％のＢ₂Ｏ₃、０〜１５モル％のＬｉ₂Ｏ、０〜２０モル％のＮａ₂Ｏ、０〜１０モル％のＫ₂Ｏ、０〜８モル％のＭｇＯ、０〜１０モル％のＣａＯ、０〜５モル％のＺｒＯ₂、０〜１モル％のＳｎＯ₂、０〜１モル％のＣｅＯ₂、５０ｐｐｍ未満のＡｓ₂Ｏ₃、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ₂Ｏ₃を含み、から実質的になり、またはからなり、ここで、１２モル％≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ≦２０モル％、および０モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ≦１０モル％である。

さらに別の実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、６４〜６８モル％のＳｉＯ₂、１２〜１６モル％のＮａ₂Ｏ、８〜１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜３モル％のＢ₂Ｏ₃、２〜５モル％のＫ₂Ｏ、４〜６モル％のＭｇＯ、および０〜５モル％のＣａＯを含み、から実質的になり、またはからなり、ここで、６６モル％≦ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃＋ＣａＯ≦６９モル％、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＋Ｂ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＞１０モル％、５モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ≦８モル％、（Ｎａ₂Ｏ＋Ｂ₂Ｏ₃）−Ａｌ₂Ｏ₃≦２モル％、２モル％≦Ｎａ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃≦６モル％、および４モル％≦（Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）−Ａｌ₂Ｏ₃≦１０モル％である。

いくつかの実施の形態において、化学強化されたガラス並びに化学強化されていないガラスに、ＮａＳＯ₄、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＢｒ、Ｋ₂ＳＯ₄、ＫＣｌ、ＫＦ、ＫＢｒ、およびＳｎＯ₂を含む群から選択される少なくとも１種類の清澄剤が０〜２モル％の量でバッチ配合されている。

１つの例示の実施の形態において、ガラス中のナトリウムイオンは、溶融浴からのカリウムイオンにより交換することができるが、ルビジウムやセシウムなどの原子半径がより大きい他のアルカリ金属イオンが、そのガラス中のより小さいアルカリ金属イオンを置換しても差し支えない。特別な実施の形態によれば、ガラス中のより小さいアルカリ金属イオンはＡｇ⁺イオンにより置換されても差し支えない。同様に、以下に限られないが、硫酸塩、ハロゲン化物などの他のアルカリ金属塩をイオン交換プロセスに使用してもよい。

ガラス網目構造が緩和できる温度より低い温度で、より小さいイオンをより大きいイオンで置換すると、ガラスの表面に亘りイオンの分布が生じ、これが応力プロファイルをもたらす。入り込むイオンの体積がより大きいために、ガラスの表面に圧縮応力（ＣＳ）が、ガラスの中央領域に張力（中央張力、またはＣＴ）が生じる。この圧縮応力は、以下の関係式により中央張力に関連付けられる：

式中、ｔはガラス板の全厚であり、ＤＯＬは、層の深さとも称される、交換の深さである。

様々な実施の形態によれば、１枚以上のイオン交換済みガラス板を含み、特定の層の深さ対圧縮応力のプロファイルを有する薄いガラス積層板は、低質量、高い耐衝撃性、および改善された音減衰を含む、一連の所望の性質を有する。

１つの実施の形態において、化学強化ガラス板は、少なくとも３００ＭＰａ、例えば、少なくとも４００、５００、または６００ＭＰａの表面圧縮応力、少なくとも約２０μｍ（例えば、少なくとも約２０、２５、３０、３５、４０、４５、または５０μｍ）の層の深さ、および／または４０ＭＰａ超（例えば、４０、４５、または５０ＭＰａ超）および１００ＭＰａ未満（例えば、１００、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、または５５ＭＰａ未満）の中央張力を有し得る。

例示の実施の形態が図４に示されており、この図面は、様々なガラス板に関する層の深さ対圧縮応力のプロットを示している。図４において、比較ソーダ石灰ガラスからのデータは、菱形「ＳＬ」により示されており、一方で、化学強化されたアルミノケイ酸塩ガラスからのデータは、三角形「ＡＢＳ」により示されている。図解された実施の形態に示されるように、化学強化ガラスに関する層の深さ対圧縮応力のデータは、約６００ＭＰａ超の圧縮応力および約２０マイクロメートル超の層の深さにより画成できる。領域２００は、約６００ＭＰａ超の表面圧縮応力、約４０マイクロメートル超の層の深さ、および約４０ＭＰａと約６５ＭＰａの間の引張応力により画成される。先の関係とは独立して、またはその関係と併せて、化学強化ガラスは、対応する表面圧縮応力に関して表された層の深さを有し得る。一例において、表面近くの領域は、第１のガラス板の表面から、少なくとも６５−０．０６（ＣＳ）の層の深さ（マイクロメートル）まで延在し、式中、ＣＳは、表面圧縮応力であり、少なくとも３００ＭＰａの値を有する。この直線関係は、図４の傾斜線により描かれている。満足なＣＳおよびＤＯＬのレベルは、ｙ軸のＤＯＬおよびｘ軸のＣＳのプロット上の線６５−０．０６（ＣＳ）より上に位置している。

さらに別の例において、表面近くの領域は、第１のガラス板の表面から、少なくともＢ−Ｍ（ＣＳ）の値を有する層の深さ（マイクロメートル）まで延在し、式中、ＣＳは、表面圧縮応力であり、少なくとも３００ＭＰａである。先の式において、Ｂは、約５０から１８０（例えば、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０±５）に及び得、Ｍは、独立して、約−０．２から−０．０２（例えば、−０．１８、−０．１６、−０．１４、−０．１２、−０．１０、−０．０８、−０．０６、−０．０４±−０．０１）に及び得る。

化学強化ガラス板の弾性率は、約６０ＧＰａから８５ＧＰａ（例えば、６０、６５、７０、７５、８０または８５ＧＰａ）に及び得る。ガラス板および高分子中間層の弾性率は、結果として得られたガラス積層板の機械的性質（例えば、撓みおよび強度）および音響性能（例えば、透過損失）の両方に影響し得る。

例示のガラス板形成方法としては、フュージョンドロー法およびスロットドロー法が挙げられ、これらは、ダウンドロー法、並びにフロート法の各例である。フュージョンドロー法では、溶融ガラス原材料を受け入れるための通路を有する板引き槽(drawing tank)を使用する。この通路は、通路の両側に、通路の長手方向に沿った上部に開いた堰を有する。この通路が溶融材料で満たされると、溶融ガラスが堰から溢れ流れる。溶融ガラスは、重力のために、板引き槽の外面を流れ落ちる。これらの外面は、板引き槽の下縁で接合するように、下方かつ内方に延在している。２つの流れるガラス表面がこの縁で合わさって、融合し、１枚の流れる板を形成する。このフュージョンドロー法は、通路を超えて流れる２つのガラスフイルムが互いに融合するので、結果として得られるガラス板のいずれの外面も装置のどの部分とも接触しないという利点を示す。それゆえ、フュージョンドローされたガラス板の表面特性は、そのような接触により影響を受けない。

スロットドロー法は、フュージョンドロー法とは異なる。ここでは、溶融原材料ガラスが板引き槽に提供される。この板引き槽の下部には開放スロットがあり、このスロットの長さに亘りノズルが延在している。溶融ガラスは、このスロット／ノズルを通って流れ、連続板として下方に、焼き鈍し領域へと板引きされる。このスロットドロー法は、２枚の板が互いに融合されるのではなく、１枚の板だけがスロットを通して板引きされるので、フュージョンドロー法よりも薄い板を提供できる。

ダウンドロー法は、比較的無垢な表面を有する均一な厚さを持つガラス板が製造される。ガラス表面の強度は、表面傷の量とサイズにより制御されるので、接触が最小の無垢な表面はより高い初期強度を有する。次いで、この高強度ガラスが化学強化されると、結果として得られた強度は、ラップ仕上げされ研磨された表面の強度よりも高くあり得る。ダウンドローされたガラスは、約２ｍｍ未満の厚さまで板引きされることがある。その上、ダウンドローされたガラスは、費用のかかる研削および研磨を行わずに最終用途に使用できる、非常に平らで滑らかな表面を有する。

フロートガラス法において、滑らかな表面および均一な厚さにより特徴付けられることもあるガラス板は、溶融金属、典型的にスズの床上に溶融ガラスを浮かせることによって製造される。例示のプロセスにおいて、溶融スズ床の表面に供給される溶融ガラスは、浮遊するリボンを形成する。このガラスリボンがスズ浴に沿って流れるときに、その温度は、固体のガラス板がスズからローラに持ち上げられるようになるまで、徐々に低下する。一旦浴から離れたら、そのガラス板は、さらに冷却し、焼き鈍して、内部応力を減少させることができる。

ガラス板を使用して、ガラス積層板を形成することができる。ここに定義されるように、薄いガラス積層板構造は、２枚の化学強化ガラス板およびそれらのガラス板の間に形成された高分子中間層を含んでよい。この高分子中間層は、単体高分子板、多層高分子板、または複合高分子板を含んでも差し支えない。この高分子中間層は、例えば、１枚以上のＰＶＢ板および／または１枚以上の「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」板であって差し支えない。

自動車用板ガラスおよび他の用途のためのガラス積層板は、様々なプロセスを使用して形成できる。例示のプロセスにおいて、１枚以上の化学強化ガラス板を、高分子中間層と共に、プリプレス内で組み立て、プリ積層板へと貼り合わせ、光学的に透明なガラス積層板へと仕上げる。この組立ては、２枚のガラス板を含む例示の実施の形態において、第１のガラス板を配置し、ＰＶＢ（または「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」）板などの高分子中間層を上に載せ、第２のガラス板を配置し、次いで、ガラス板の縁で過剰のＰＶＢを切り落とす各工程を含む。貼合せ工程は、界面から空気のほとんどを追い出し、ＰＶＢをガラス板に部分的に結合させる各工程を含み得る。典型的に高温および高圧で行われる仕上げ工程により、各ガラス板の高分子中間層への接合が完了する。

ＰＶＢまたは「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」などの高分子（または熱可塑性物質）は、予め形成した高分子中間層として施してもよい。この高分子層は、特定の実施の形態において、少なくとも約０．１２５ｍｍ（例えば、０．１２５、０．２５、０．３７５、０．５、０．７５、０．７６または１ｍｍ）の厚さを有し得る。この熱可塑性層は、２枚のガラス板の対向する主面のほとんど、または好ましくは実質的に全てを被覆し得る。この中間層は、貼合せ後にガラス板の縁面も被覆してもよい。熱可塑性層と接触したガラス板は、熱可塑性材料のガラスへの結合を促進するために、例えば、軟化点よりも少なくとも５℃または１０℃高いなどの、高分子の軟化点よりも高く加熱してよい。加熱は、加圧下で熱可塑性層と接触したガラス合板に行うことができる。

中間層１６のための選り抜きの市販の高分子中間層材料が表１に纏められており、この表には、各製品サンプルについてのガラス転移温度および弾性率も与えられている。ガラス転移温度および弾性率のデータは、製造供給元から入手できる技術データシートから、もしくは、それぞれ、ガラス転移温度および弾性率のデータについて、ＤＳＣ ２００ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ（日本国、セイコーインスツル株式会社）またはＡＳＴＭ Ｄ６３８方法を使用して、決定した。ＩＳＤ樹脂に使用したアクリル／シリコーン樹脂材料のさらなる説明が、米国特許第５６２４７６３号明細書に開示されており、音響用改良ＰＶＢ樹脂の説明は、特開平５−１３８８４０号公報に開示されており、これらの全内容をここに引用する。

前記高分子中間層の弾性率は、約１ＭＰａから７５ＭＰａ（例えば、約１、２、５、１０、１５、２０、２５、５０または７５ＭＰａ）に及び得る。１Ｈｚの負荷速度では、標準的なＰＶＢ中間層の弾性率は約１５ＭＰａであり得、音響グレードのＰＶＢ中間層の弾性率は約２ＭＰａであり得る。

接着促進、音響制御、紫外線透過制御、および／または赤外線透過制御を含む、相補的機能性または別個の機能性を提供するために、複数の高分子中間層を薄いガラス積層板に組み込んでもよい。

積層プロセス中に、中間層は、典型的に、その中間層を軟化させるのに効果的な温度に加熱され、それにより、前記ガラス板のそれぞれの表面への当該中間層の適合した貼合せが促進される。ＰＶＢについて、積層温度は約１４０℃であり得る。中間層材料内の移動性高分子鎖がガラス表面と結合し、これが接着を促進する。高温もまた、ガラスと高分子との界面からの残留空気および／または水分の拡散を加速させる。

随意的な圧力の印加は、中間層材料の流れを促進させ、かつそうでなければ界面に捕捉される水および空気の総蒸気圧により誘発され得る気泡の形成を抑制する。気泡の形成を抑制するために、熱と圧力は、オートクレーブ内で前記アセンブリに同時に印加することができる。

薄いガラス積層板は、実質的に同一のガラス板を使用して形成することができ、また代わりの実施の形態において、組成、イオン交換プロファイルおよび／または厚さなどの個々のガラス板の特徴を独立して変更して、非対称ガラス積層板を形成することもできる。

音響ノイズの減衰、紫外線および／または赤外線透過の低減、および／または窓開口の美的魅力の向上を含む、有益な効果を提供するために、薄いガラス積層板を使用することができる。開示された薄いガラス積層板を構成する個々のガラス板、並びに形成された積層板は、組成、密度、厚さ、表面計測学を含む１つ以上の特質、並びに機械的性質、光学的性質、および音減衰特性を含む様々な性質によって特徴付けることができる。開示された薄いガラス積層板の様々な態様がここに記載されている。

表２を参照すると、より薄いガラス板の仕様に関連する軽量化が分かる。この表は、１１０ｃｍ×５０ｃｍの実寸法および１．０６９ｇ／ｃｍ³の密度を有するＰＶＢの０．７６ｍｍ厚の板を含む高分子中間層を有する例示の薄いガラス積層板に関する、ガラスの質量、中間層の質量、およびガラス積層板の質量を示している。

表２を参照して分かるように、個々のガラス板の厚さを減少させることによって、合わせガラス構造の総質量を劇的に減少させることができる。いくつかの用途において、より低い総質量は、より大きい燃料経済性に直接的につながる。

この薄いガラス積層板は、例えば、窓または板ガラスとしての使用に適合させることができ、どのような適切なサイズおよび寸法に構成することもできる。実施の形態において、ガラス積層板の長さと幅は、１０ｃｍから１ｍ以上（例えば、０．１、０．２、０．５、１、２、または５ｍ）まで独立して様々である。ガラス積層板は、自由に、０．１ｍ²超、例えば、０．１、０．２、０．５、１、２、５、１０、または２５ｍ²超の面積を有し得る。

この薄いガラス積層板は、特定の用途のために、実質的に平らであっても、成形されていても差し支えない。例えば、ガラス積層板は、フロントガラスまたはカバープレートとして使用するための曲げ部品または成形部品として形成することができる。形成ガラス積層板の構造は、単純であっても、複雑であってもよい。特定の実施の形態において、成形ガラス積層板は、ガラス板が、独立した二方向で別個の曲率半径を有する複雑な曲率を有してもよい。それゆえ、そのような成形ガラス板は、ガラスが、所定の寸法に対して平行な軸に沿って曲げられ、かつ同じ寸法に対して垂直な軸に沿っても曲げられている「交差曲率(cross curvature)」を有するものとして特徴付けてもよい。例えば、自動車のサンルーフは、一般に、約０．５ｍ×１．０ｍであり、短軸に沿った２から２．５ｍの曲率半径、および主軸に沿った４から５ｍの曲率半径を有する。

特定の実施の形態による成形された薄いガラス積層板は、曲げ係数により定義することができ、ここで、所定の部品の曲げ係数は、所定の軸の長さで割ったその軸に沿った曲率半径と等しい。それゆえ、０．５ｍおよび１．０ｍのそれぞれの軸に沿った２ｍおよび４ｍの曲率半径を有する例示の自動車サンルーフについて、各軸に沿った曲げ係数は４である。成形された薄いガラス積層板は、２から８（例えば、２、３、４、５、６、７、または８）に及ぶ曲げ係数を有し得る。

薄いガラス積層板を曲げるおよび／または成形する方法は、重力曲げ、プレス曲げ、およびその複合方法を含むことができる。自動車のフロントガラスなどの湾曲形状に薄い平らなガラス板を重力曲げする従来の方法において、曲げ設備の剛性であり予成形された周囲支持表面上に、低温の予め切断された１枚または多数枚のガラス板を配置する。曲げ設備は、金属または耐火材料を使用して製造できる。本開示の例示の方法において、連接型曲げ設備を使用してよい。曲げの前に、ガラスは、典型的に、いくつかの接点でのみ支持される。ガラスを、通常は、徐冷窯内の高温への曝露により加熱し、これにより、ガラスが軟化して、重力により、ガラスが周囲支持表面に一致するように垂れ下がるまたは落ち込むことができる。次いで、一般に、実質的に全支持表面がガラスの周囲と接触する。

関連技法は、平らなガラス板が、ガラスの軟化点に実質的に相当する温度に加熱されるプレス曲げである。次いで、加熱された板は、相補的な成形表面を有する雄と雌の型部材の間で所望の曲率にプレスまたは成形される。実施の形態において、重力曲げ技法とプレス曲げ技法の組合せを使用しても差し支えない。

薄いガラス積層板の全厚は約２ｍｍから４ｍｍに及んで差し支えなく、ここで、個々のガラス板は約０．５から約２ｍｍの厚さ（例えば、０．１、０．２、０．３、０．５、０．７、１、１．４、１．７、または２ｍｍ）を有し得る。実施の形態において、化学強化ガラス板は、約１．４ｍｍ未満または約１．０ｍｍ未満の厚さを有し得る。さらに別の実施の形態において、化学強化ガラス板の厚さは、第２のガラス板の厚さと実質的に等しくて差し支えなく、よって、それぞれの厚さは、５％以下、例えば、５、４、３、２または１％未満しか変動しない。実施の形態によれば、第２の（例えば、内側の）ガラス板は、約２．０ｍｍ未満（例えば、１．４ｍｍ未満）の厚さを有し得る。理論により縛られることを意図するものではなく、出願人は、実質的に同じ厚さを有する対向するガラス板を備えた薄いガラス積層板が、最大コインシデンス周波数およびコインシデンス下落での音響伝送損失における対応する最大値を提供できる。そのような設計は、例えば、自動車用途において、ガラス積層板にとって有益な音響性能を提供できる。

例示のガラス積層板構造が表３に示されており、ここでは、略語ＧＧは化学強化されたアルミノケイ酸塩ガラス板を指し、「ソーダ石灰」という用語は、非化学強化ガラス板を指す。ここに用いたように、略語「ＳＰ」、「Ｓ−ＰＶＢ」または単に「ＰＶＢ」は、標準グレードのＰＶＢに使用してよい。略語「ＡＰ」または「Ａ−ＰＶＢ」は、音響グレートのＰＶＢに使用される。

出願人等は、ここに開示された合わせガラス構造が、優れた耐久性、耐衝撃性、靭性、および耐引掻性を有することを示してきた。当業者により認識されるように、ガラス板または積層板の強度および機械的衝撃性能は、表面欠陥と内部欠陥の両方を含むガラス中の欠陥により制限され得る。ガラス積層板に衝撃が与えられたとき、衝撃点が圧縮状態になり、一方で、衝撃点の周りのリングまたは「輪(hoop)」、並びに衝撃を受けた板の反対面は引張状態になる。一般に、破損の起点は、最高の張力の点またはその近くの、通常はガラス表面にある傷である。これは反対側の面にも生じるであろうが、リング内で生じ得る。ガラス中の傷が、衝撃事象中に張力状態になると、傷はおそらく伝搬し、ガラスは一般に壊れる。それゆえ、圧縮応力の大きい大きさおよび深さ（層の深さ）が好ましい。制御された傷を表面３に加え、表面２および４に酸エッチング処理を行うと、そのような積層板に、内部と外部の衝撃事象の際に所望の破壊性能が与えられる。

ここに開示された薄いガラス積層板の外面の一方または両方は、化学強化のために、圧縮下にある。傷が伝搬し、破損が生じるために、衝撃からの引張応力は、傷の先端で表面の圧縮応力を超えなければならない。実施の形態において、化学強化ガラス板の高い圧縮応力および大きい層の深さにより、非化学強化ガラス板の場合におけるよりも薄いガラスを使用することができる。

その実施の形態において、薄いガラス積層板は、外側に面する化学強化ガラス板が、少なくとも約３００ＭＰａ、例えば、少なくとも４００、４５０、５００、５５０、６００、６５０、７００、７５０または８００ＭＰａの表面圧縮応力、少なくとも約２０μｍ（例えば、少なくとも約２０、２５、３０、３５、４０、４５、または５０μｍ）の層の深さ、および／または約４０ＭＰａ超（例えば、約４０、４５、または５０ＭＰａ超）かつ約１００ＭＰａ未満（例えば、約１００、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、または５５ＭＰａ未満）の中央張力を有し、内側に面するガラス板（例えば、内画の化学強化ガラス板）は、外側の化学強化ガラス板の表面圧縮応力の三分の一から半分、もしくは外側のガラス板の表面圧縮応力と等しい表面圧縮応力を有する化学強化ガラス板などのように、内側と外側のガラス板を備えることができる。

その機械的性質に加え、開示の薄いガラス積層板の音響減衰特性も評価した。当業者により認識されるように、音波を減衰させるために、市販の音響用ＰＶＢ中間層などの中央音響用中間層１６を有する積層構造を使用することができる。ここに開示された化学強化された薄いガラス積層板は、多くの板ガラス用途に要求される機械的性質を有するより薄い（より軽い）構造を使用しながら、音響透過を劇的に減少させることができる。

本開示には、比較的軟らかい音減衰中央層１６と組み合わされた、比較的硬い剛性の外側層１２および１４からなる複合中間層１０を使用して製造した薄いガラス積層板構造２０が記載されている。剛性層１２および１４は、比較的薄いガラスを使用して製造した積層板に改善された荷重／変形特性を提供するのに対し、より軟らかい音減衰中央層１６は、低減した音響伝送により改善された音響特性を提供する。

音響減衰は、中間層の剪断弾性率および損失率により決まる。中間層が積層板の全厚の大部分である場合、曲げ剛性（荷重変形特性）は主にヤング率により決まる。多層の中間層を使用すると、これらの性質を独立して調節して、剛性および音響減衰が条件を満たす積層板を得ることができる。

本記載による積層された薄いガラス構造は、例えば、台所用の器具およびエレベータのかご、並びに車両用途および建築用途の窓のための、装飾および音減衰パネルとして使用してよい。器具の用途において、例えば、ここに記載された透明な薄いガラス積層板は、薄いガラス積層板を通して目に見えるステンレス鋼の美しさを維持しつつ、耐引掻性、洗浄しやすい表面および遮音特性を提供するために、食洗機または他の器具のステンレス鋼製前部に接着してもよい。あるいは、機器および構造上に音を減衰する装飾ガラスパネルを提供するために、木目、石、花崗岩、大理石、絵、図形または任意の他の所望の模様などにより、ガラス積層板を着色または模様付けしてもよい。器具の用途において、そのような装飾パネルは、ステンレス鋼製パネルにとって代わるか、その必要性をなくすであろう。

複合中間層を製造するために使用すべき候補である市販の中間層には以下がある：「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」Ｉｏｎｏｍｅｒ＋ＰＶＢ；「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」Ｉｏｎｏｍｅｒ＋音響用ＰＶＢ（例えば、積水の薄い０．４ｍｍ厚の音響用ＰＶＢ）；「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」Ｉｏｎｏｍｅｒ＋ＥＶＡ；「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」Ｉｏｎｏｍｅｒ＋ＴＰＵ；剛性ＰＶＢ（例えば、Ｓａｆｌｅｘ ＤＧ）＋標準ＰＶＢ；剛性ＰＶＢ＋音響用ＰＶＢ；剛性ＰＶＢ＋ＥＶＡ；および剛性ＰＶＢ＋ＴＰＵ。例えば、外側層１２と１４および中央層１６の各々について、全てＰＶＢ層を使用することは、それらの層間の化学的適合性のために、都合よいであろう。「ＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ」は、ＥＶＡまたはＰＶＢなどの他の中間層材料とそれほど化学的に適合しておらず、外側層と中央層との間に結合剤フイルム（例えば、ポリエステルフイルム）を必要とするであろう。

本記載には、機械的性質および音響減衰特性が許容される軽量の薄いガラス積層板が開示されている。本記載には、その機械的性質および音響的性質が、高分子中間層の個々の層の性質を比較的単純に調節することによって、独立して設計できる、高分子中間層および積層された薄いガラス構造も開示されている。ここに記載された合わせガラス構造の層は、積層プロセス中に互いに結合された個々の層、フイルムまたは板である。ここに記載された中間層構造１０の層は、多層を有する単一の中間層板を形成するために一緒に共押出ししてもよい。

他に明白に述べられていない限り、ここに述べられたどの方法も、その工程が特定の順序で行われることを必要とするものとして解釈されることは、決して意図されていない。したがって、方法の請求項が、その工程が従うべき順序を実際に列挙していない場合、またはそうでなければ、工程が特定の順序に制限されるべきことが、請求項または記載に具体的に述べられていない場合、どの特定の順序も推測されることは決して意図されていない。

本発明の精神または範囲から逸脱せずに、様々な改変および変更が行えることが当業者には明白であろう。本発明の精神および実体を含む開示の実施の形態の改変、組合せ、下位の組合せおよび変更が、当業者に想起されるであろうから、本発明は、付随の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内に全てを含むと考えるべきである。

１０ 中間層または中間層構造
１２，１４ 外側層
１６ 中央層
２０ 合わせガラス構造
２２，２４ 薄いガラス板

Claims (7)

1. １．５ｍｍ未満の厚さを有する２枚のガラス板および該２枚のガラス板の間にある複合中間層を含む薄いガラス積層板であって、前記複合中間層が、
   ５０ＭＰａ以上のヤング率を有する２つの比較的硬い高分子層、および２０ＭＰａ未満のヤング率を有する比較的軟らかい高分子層、
   を含み、
   前記比較的軟らかい高分子層が該２つの比較的硬い高分子層の間に位置している、薄いガラス積層板。
2. 前記比較的硬い高分子層が１００ＭＰａ以上のヤング率を有し、前記比較的軟らかい高分子層が１０ＭＰａ以下のヤング率を有する、請求項１記載の薄いガラス積層板。
3. 前記比較的硬い高分子層が１００ＭＰａから１０００ＭＰａの範囲にあるヤング率を有し、前記比較的軟らかい高分子層が１ＭＰａから１０ＭＰａの範囲にあるヤング率を有する、請求項１または２記載の薄いガラス積層板。
4. 前記比較的硬い高分子層が、前記比較的軟らかい高分子層のヤング率の１０倍または１００倍であるヤング率を有する、請求項１から３いずれか一項に記載の薄いガラス積層板。
5. 前記複合中間層が前記ガラス積層板の全厚の５７％以上を占める、請求項１から４いずれか一項に記載の薄いガラス積層板。
6. 前記ガラス板の厚さが０．５ｍｍと１．５ｍｍの間である、請求項１から５いずれか一項に記載の薄いガラス積層板。
7. 前記ガラス板が化学強化されている、請求項１から６いずれか一項に記載の薄いガラス積層板。

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