JP6031099B2 - 自動車のための窓ガラス - Google Patents

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Description

本発明は、自動車のための曲げられた積層窓ガラスに関する。
車製造業者は、より軽い窓ガラスユニットをますます要求するようになっている。窓ガラスユニットの重量の減少は、それらを形成するガラス板の厚さの減少の効果である。より軽い窓ガラスユニットの選択は、これらが機械的強度または光学的特性に関するかどうかにかかわらず、これらの窓ガラスユニットの品質に関する要求を変えない。
同時に、製造業者は、モデルを提案し、そこでは窓ガラスは新しい特性を与えるか、またはガラスをはめた面積のサイズが増加されている。ガラスをはめた屋根の存在は、これらの傾向の一例である。積層構造はまた、音響的な快適さの理由のため、または侵入に対する保護のために、全ての窓ガラスユニットに対して提案されている。
サイドウインドウまたはリアウインドウのために伝統的に使用されているもののようなモノリシック窓ガラスユニットを積層窓ガラスユニットで置換することは、比較的小さい厚さを持つガラス板の組み立て品に対する研究に導く。これらの窓ガラスユニットは、主として4mmのオーダーの厚さを持つ強化ガラスの板から形成される。これらのモノリシック板の積層された組み立て品による置換は、主として3mm未満の厚さを持つガラス板の使用をもたらす。この厚さの減少は、積層された組み立て品が熱可塑性中間層シートを含むときにさらに一層必要である。なぜならそれは組み立て品の厚さを付加するからである。この置換の考えで起こる問題の一つは、要素を改変することなしに同じモデルのモノリシック窓ガラスのそれと平行に積層された選択肢を提供することであり、そこではこれらの窓ガラスユニットは、特に可動サイドウインドウのスライドレールと一体化される。
薄い厚さの積層された窓ガラスユニットの形成は、特に窓ガラスユニットが曲げられなければならないときに幾つかの問題を起こす。
熱処理を含むこの技術は、これが薄い厚さのガラス板に対する曲げまたは強化操作であろうとなかろうと、満足な特性、特に光学的特性、さらに機械的特性も維持されることを確保する特別な方策を課しやすい。例えば、ガラス板の熱強化は、ガラス板が薄いときにはかなりデリケートな操作である。板を曲げること、特に二枚の板を同時に曲げることはまた、特に二枚の板が異なる厚さを持つときに特別な問題を起こす。
本発明の目的は、車製造業者により要求される機械的または光学的特性を全て持つ、特にこの分野の標準規格に合致する薄い厚さを持つ積層されかつ湾曲された窓ガラスユニットが得られることを可能にすることである。設定された目的は、高価な処理または収率が不適切であるような処理を必要とすることなしに達成されなければならない。
従来技術は、曲げられた積層窓ガラスユニットの製造に対して専用の多数の技術を含む。最も普及した技術では、重ねられた平坦な板から出発して、曲げ操作が両方の板の上に同時に実行される。これらの技術では、使用される伝統的な方法は、曲げ操作時に二枚の重ねられた板ができるだけ同様の状態のことをできる限り確保するように努力する。これは、重力によるかまたはプレスによるか、またはこれらの二つの方法の組み合わせによってこれらの板が変形されるとき、特にこれらの板の温度を制御することにより達成される。
二枚の板の同時曲げに関する従来の技術は、対にされた板が厚さ、ガラスの組成、エナメル部品のような関連した要素の可能な存在、またはさらに機能層の存在に関して互いに異なるとき、複雑さの増大を示した。
特許EP1200255は、このタイプの困難性を、特に熱処理時の板の挙動を改変する層の存在を含む組み立て品に対して検討する。この刊行物は、比較的厚いガラス板に関するものであり、その指針の本質は、曲げ操作時の各板の温度の制御に関する。
二枚の板の同時曲げを含むこれらの技術で出会う困難性を考慮するために、または製造費用を最少にするために、他の技術、特に二枚の板が別個に曲げられる技術が、従来技術から知られている。このタイプの操作は、その困難性をなしにすることはない。板の対の組み合わせは、得られた形状が厳密に同じでないことを表わすことが多く、これは、組み立て時に、最終的にはこれらの窓ガラスユニットの光学的特性に対して問題を課す。
本発明は、請求項1に開示された曲げられた積層窓ガラスユニットのための製造方法を提案する。
薄い厚さのこれらの積層窓ガラスユニットを形成するために、本発明は、その原理の一つとして異なる厚さの二枚のガラス板を組み立てることを提案し、それはまた、組み立て前に異なる形状を持ち、さらに先に曲げられた最も厚い板は組み立て品の最終形状を支配的に決定する。言い換えれば、最終の積層窓ガラスに導く二枚の板の組み立てのための操作では、最も薄い板が、それをより厚い板の形状に実質的に成形する変形操作を受ける。この操作では、厚い板はまた、その形状に幾つかの変形を受けうるが、これは非常に限られ、しかも十分に減少されているので最終の積層窓ガラスの形状がその組み立て前の厚い板の形状に同化されることができる。
この結果を達成するために、二枚の板の機械的曲げ強度の特性が十分に異なることが必要である。板の厚さは、曲げ挙動を支配的に決定する。より厚い板がその形状を課することができるためには、その厚さはより薄い板の厚さの数倍である。本発明によれば、厚さの比は、少なくとも3:1、好ましくは4:1である。この比が高いほど、この積層窓ガラスの曲線はより厚い板の曲線により近く一致する。
特に前述のモノリシックガラスユニットの厚さ以下の厚さを持つ窓ガラスユニットの製造のための技術の選択に対して、本発明による積層窓ガラスユニットの厚さは、本質的に最大でも4mmのオーダーであり、それは熱可塑性中間層板の厚さを含んだものである。
使用される熱可塑性板は伝統的な板である。従って、これは、主として0.38または0.76mmの厚さで商業的に入手可能なポリビニルブチラール板(PVB)に関する。本発明による窓ガラスユニットの形成は、特別な厚さを必要としない。幾つかの板の組み合わせもまた可能である。しかし、実際には、最も頻繁な選択は、恐らくこの分野で知られた慣例を使用して延伸作業を受けた後の、利用可能な板を使用することであるだろう。実際には、中間層板の性質にかかわらず、0.8mm以下の厚さを持つものを使用することが好ましい。
上記を基準として、本発明による窓ガラスユニットでは、二枚のガラス板の組み合わせた厚さは、有利には3.7mmを越えない。この組み合わせた厚さは、主として3.2mm未満、好ましくは2.8mm未満である。
上記の条件の結果として、組み立て時に有意な変形を受けなければならない第二ガラス板は必然的に比較的薄い。薄いほど、造形を容易にする。
厚さの減少と関連した利点からの恩恵のために、最大で0.8mm、好ましくは最大で0.6mmの厚さを持つ第二板を選ぶことが好ましい。0.4mm程度の薄い板はまた、本発明による製品に十分適している。
非常に薄い層の製造条件及び続く使用条件は、厚さの減少に対して限界を構成する。本発明による積層窓ガラスユニットの薄い板は、有利には0.1mm以上、好ましくは0.2mm以上の厚さを持つ。
しかし、積層構造の最も厚い板の場合には、その厚さは、組み立て体の重量を減らす恩恵を損わないように限定されたままである。この板は、好ましくは3.2mmより大きい厚さを持たず、特に2.1mm以下が好ましい。最も薄い厚さを持つ積層窓ガラスユニットに対しては、「厚い」板は、1.6mm程度の薄さ、またはそれより小さく、特に1.2mmであることができる。
板の厚さは別として、組み立て前のそれらの形状の差はまた、経時的な品質が安定している窓ガラスユニットを与えるための決定的な因子である。板中に導入される応力は、実際には積層窓ガラスユニットが続いての変形の危険なしにまたは窓ガラスユニットの特性、特に機械的特性を損うことなしに耐えることができる限界内になければならない。
付与された応力は、まず最も有意な変形を受ける第二板に関係する。積層された組み立て体の欠陥の危険なしに耐えることができる応力はまた、板の厚さに依存する。第二板の厚さが小さいほど、板はより柔軟であり、かつより大きな変形を起こし、従って発生される表面応力は有意になりうる。
受けた均一な曲げの関数としてガラス板に付与されることができる最大応力は、以下のように表わされる:
ここでhは板の厚さ、Rは曲率半径、Eはヤング率(実際にはガラスに対しては72GPa)、及びnはポアソン係数(実際には0.22)である。
この式から計算すると、板に付与されることができる曲率半径は、各厚さに対して、及び越えないことが必須である応力に対して導かれる。守らなければならない表面応力の選択は使用方法に依存する。特に、永久応力、すなわちそれらの名前が示唆するように、板内に常時存在する応力と、瞬間応力の間で区別がされなければならない。後者は、追加の変形からもたらされる応力である。車両の場合、これらは、車両の状態の関数としての乗員室の限定された変形性の結果である。永久応力は、本ケースの場合、限界を課す応力である。永久応力は、板が耐えることができる瞬間応力より必ず低い。
実際には、第二板に対して越えないように努力する表面応力は、有利には50MPa、好ましくは30MPaである。
以下に与えられた例は、板の厚さに関連してどの曲率がこれらの選択に相当するかを示す。
組み立て条件の限界はまた、窓ガラスユニットに課された曲率に関して表わされることができる。板の厚さを考慮して課された曲率の重要性は、本発明による窓ガラスユニットの製造において守られることが好ましい条件に対する別のアプローチを形成する。
有利には、第一板の曲率は1m以上の半径を持つべきであり、好ましくは1.5m以上の半径を持つべきである。
さらに、可能な曲率は、第二板により耐えられることができる変形を考慮する。もしこの第二板が平坦でなく、それ自身最初から曲げられているなら、最終的な曲率はより強調されることができ、得られる変形は限定されたままである。本発明による窓ガラスユニットに対して、第二板の最も小さい曲率半径(R)の第一板の最も小さい曲率半径(R)に対する比は、有利にはR/R>2、好ましくはR/R>10であるようなものである。この比は、好ましい場合には、第二板が平坦であるときに無限である。
板の機械的強度に関して、板の縁から始まることができる脆さを考慮に入れなければならない。ガラス板の縁の微小クラックの存在は、もしこれらを安定化するための方策がとられないなら割れを発生することが知られている。従来技術のモノリシック板においてこれらのクラックを減少または排除するための最も通常の方法は、縁の入念な「研磨」を行なうことである。最も薄い板の縁の研磨は、それらの脆さのためにデリケートな作業である。もし研磨が実行されることができないかまたは板、特に薄い板を保護するために十分であることができないなら、割れの開始の防止は、圧縮応力を板の縁に導入することにより達成または完了されることが有利である。
モノリシック、従って比較的厚い、従来技術の窓ガラスユニットの場合、縁から始まる割れの防止は、主として熱強化操作により達成される。
薄い板の熱強化は困難な作業である。熱慣性は、板の厚さ内に適当な温度を維持することが困難であるので減少される。この熱強化が薄い板に対してデリケートすぎる操作であるとき、特に第二板に対する強化が伝統的な技術を使用して化学的に実行されることが有利である。これらの技術での目的は、ナトリウムのような成分をカリウムのようなより大きな容積の元素によって置換することである。
板を組み立てる技術は、重ね合わされた板(それらの間には熱可塑性中間板が置かれる)の上に及ぼされた圧力、及び二枚のガラス板に対する熱可塑性板の接着に導く温度の増加を含まなければならない。三枚の重ね合わされた要素間の接触を確実にするために、二枚のガラス板間に減圧を付与し、これらの二枚の板の全表面上に外部圧力が均一に及ぼされることが有利である。
伝統的な実施技術によれば、減圧は、窓ガラスの要素の組み立て体が配置される材料の気密性の柔軟な囲い中で得られることができる。この場合、圧力は、問題の囲いにより及ぼされる。既知の態様のように、窓ガラスの周囲のみを覆うリングを配置することも可能である。
積層される組み立て体上の圧力を確保するために使用される方法がどのようなものであれ、この圧力は、間に熱可塑性板を持つ二枚のガラス板を互いに対してしっかりと適用するのに十分でなければならない。
二枚の板が互いに対してこのようにして押圧されるとき、温度は、熱可塑性材料をガラスとの接触により付着させるレベルにもたらされる。温度は、熱可塑性材料の過剰な軟化を導かないように制限されたままである。最も通常の熱可塑性材料を構成するポリビニルブチラールの場合、温度は100から120℃のオーダーにある。
熱可塑性板によるガラス板の付着に導く工程に続いて、積層された窓ガラスは、透明性が不十分であることが通常である。続く処理は、加圧下でかつ付着のために前に付与された温度より高い温度で炉を通過させることからなる。ポリビニルブチラール中間層の場合、到達温度は、例えば約140℃まで増加する。
本発明による積層窓ガラスユニットのための製造方法は、自動車用窓ガラスユニットを形成するために習慣的に使用される全てのガラスに適用されることができる。これらは、透明であるが、着色されたガラス、すなわち「プライバシー」ガラスと呼ばれるガラスのような非常に低い光透過率を持つガラスである。
積層構造で使用されるガラスは、同一であるかまたは異なるかのいずれかである、冒頭で示されたように、考慮された技術の利点は、伝統的な同時曲げ技術では完全に重ねられることができない形状に容易に導かない対の板のための可能性を与えることである。
本発明によれば、二枚の板の一方または他方を、または両方の板を機能層で覆うことも可能である。これらは、通常、例えばこれらの窓ガラスユニットを固定するための接着剤のビードのような美感的に心地良くないマスキング要素のためのエナメルの層である。とりわけ、これらは、車両の内側の熱的な快適性を確実にするための赤外線反射性を窓ガラスに与える機能層である。
赤外線を選択的に反射する層系は、約650〜700℃の曲げのために必要な温度で比較的脆いことが知られている。本発明による窓ガラスユニットの潜在的な利点は、層系が付与される板がこれらの高い温度にさらされることなしに曲げられた窓ガラスユニットが得られることを可能にすることである。このため、組み立て中に実施される変形によって曲げられることが好ましい薄い層に層系を付与することが選択される。
本発明による窓ガラスユニットは、他の既知の機能要素を含む中間層成分をさらに含むことができる。これらは、例えば、光透過率の特徴を変更するために電気的に制御される光起電セルまたは要素、エレクトロクロミック要素、懸濁粒子‐‐‐を含む中間層である。
他の機能はまた、中間層の性質と組み合わされる。特に、窓ガラスユニットは、吸音特性を持つ中間層を一体化することにより構成されることができる。これらの中間層は、特にこの吸音へのそれらの寄与によって、ガラス板の厚さの減少の部分に対し少なくとも補償することができる。
本発明は、図面の組に関して以下により詳細に説明される。
図1a−1bは、本発明の実施の原理を示す図である。
図2は、本発明による窓ガラスユニットの寸法的要素が示されている図である。
図3は、本発明による窓ガラスユニットの組み立てのサイクルの第一工程のグラフである。
図4は、本発明による窓ガラスユニットの組み立てのサイクルの第二工程のグラフである。
図5は、対応する応力の三つのレベルに対する曲率半径の厚さに対する比の例を与える。
図1aは、本発明による二枚のガラス板の組み合わせの原理を示す。ガラス板1は、最初に単一板を曲げるための通常の技術で曲げられる。この曲げは、プレスにより、重力により、またはプレスと重力の組み合わせにより達成されることができる。
ガラス板2は、実質的により穏やかな曲率を持ち、またはより良好には平坦である。
二枚の板は、いったんそれらが組み立てられると、それらの縁が接触するように実質的に同一の寸法を持つ。この配置は、正確には示されてないけれども、板が重ねられたとき、平坦なまたは殆ど平坦な板2が最初に曲げられた板1に関して極めてわずかだけ突出することを意味する。図は、理解の目的のために形状の差を誇張している。実際には、曲率は比較的穏やかであるので、最初の重なりは非常に小さいままであり、それは縁と縁との適切な最終組み立てを可能にする。
示されているように、板2を板1と一致することを可能にするために、それらのそれぞれの厚さは極めて異なり、さらに板2は、その柔軟性を利用する機械的変形操作を受けなければならず、必然的により硬い板1の厚さに比べて小さい厚さを持つ。板2の変形は、組み立て時に二枚の板の外側面上に及ぼされる圧力により達成される。
図1bでは、最終組み立て体は、二枚のガラス板に加えて、積層窓ガラスユニットで伝統的に使用されるタイプの熱可塑性中間層板3を含む。
板の硬度の差に基づく本発明による窓ガラスユニットの構成方法は、二方向に進行する「球状」曲率とは対照的に、本質的に「円筒状」の態様で、すなわち単一方向に進行する曲率に必ず導く。いかなる球状曲率もガラス板の面内での「伸張」を伴ない、この伸張は高温での軟化時に可能であるにすぎない。冷たいとき、ガラス板は、有意な球状の曲げを可能にする弾性を持たない。この理由のため、図面は、単一方向に曲げられたガラス板を示す。
組み立てられた板は極めて異なる厚さを持つ。光学的特性に関して満足な組み立て体は、例えば0.9mmと3.8mmのガラスを組み立てることにより得られるが、このタイプの組み立て体は主として極めて小さい厚さの積層構造を形成する際に重要である。例えば、0.4mmの板と1.6mmの板により形成された窓ガラスユニットは特に重要である。0.76mmの中間層板と組み合わせると、それらは2.76mmの合計厚さを持ち、より大きな厚さの伝統的なモノリシック窓ガラスユニットより軽い。
これらのモノリシック窓ガラスユニットに比べると、本発明による窓ガラスユニットはさらに有利な機械的特性を与える。このタイプの組み立て体では、熱可塑性板の存在により侵入防止特性が付加される。さらに、既知のように、「砂利試験(gravel test)」と呼ばれる衝撃試験は、異なる厚さの二枚の板の組み立て体のおかげで良好な抵抗性を示す。
図2は、図1aに示された厚さh及びhに関するパラメーターを除いて本発明による積層窓ガラスユニットと関連した構造パラメーターを概略的に示す。曲率半径R及びRは、板の組み立て前の板間に存在する最大距離dで示される。本発明による最も通常の場合、板2は平坦であり、半径Rは無限である。
板の組み立ては二つの工程を含み、それらの実施の条件は図3及び4に示されている。
ガラス板の構造要素と熱可塑性中間層の組み立てに対して板になされる第一工程は、加圧及び高温下に置くことを含む。
図3は、bar及び温度で及ぼされた圧力の時間(分)ごとの展開を示す。圧力は、相対的な減圧が形成されることを示すために負で表わされており、それは板が置かれている囲いにより板上に及ぼされる圧力だけでなく、これらの板間に存在する空気の排除も同時に可能にする。
低圧は、操作全体を通して及ぼされ、温度が周囲温度に戻された後にのみ緩和され、さらに熱可塑性中間層は、次いでガラス板の付着のために必要な軟化時間の後に完全に安定化される。この付着は、ポリビニルブチラール中間層に対しては110℃のオーダーの温度レベルに相当する状態で起こる。
この第一工程時に低圧は板を互いに対して押圧し、硬さに劣る方の板2が板1の形状に造形される。中間層は、板2の厚さが小さく、従って板2が柔軟であるときにこの造形操作に対して全く抵抗も課さない。
付着工程の終わりに、板はうまく固定される。積層窓ガラスユニットはまた、加圧下の炉段階を必要とし、それはそれにその最終的な透明性を与える。実際、付着後に窓ガラスユニットはまた、ガラス板の表面と中間層の表面の間の完全に均一でない付着のために曇りを持つ。PVB中間層に対してより高い温度(例えば140℃)、及び12barの圧力の炉は、光透過が増大することを可能にする。炉段階時に組み立て体は、離層を防ぐために加圧下で保持されなければならない。
図4は、希望の炉温度(直線)及び窓ガラスの温度(曲線)を示す。圧力は、破線により表わされる。
図5は、第二板の厚さと組み立て時にその上に課された曲率半径の間に存在する関係を示す。このグラフは、越えられるべきでない表面応力が設定されるときのこの関係を示す。例示として、三つの応力値:10MPa,20MPa及び50MPaが示されている。
このグラフは、同じ厚さに対する曲率半径が許容応力レベルに大きく依存することを極めて明らかに示す。例示として、0.4mm厚の板に対し、50MPaの応力が許容される場合、曲率半径は300mm程度に小さくすることができる。応力が10MPaを越えてはいけない場合、曲率半径は1500mm以上でなければならない。
板の厚さが増加する場合、許容曲率半径も増加する。言い換えれば、比較的小さい曲率半径を持つ板を与えることを可能にするためには、できるだけ小さい厚さを持つ板を選ぶことが必要である。
極めて薄い第二板を使用する利点はまた、前に曲げられた板の最初の曲率に関して最終的な窓ガラスに対する目立った変化に見出される。最初の形状と組み立て体に相当する形状との間に存在する最大変形を測定する。
例示として、曲率の方向に50cmに渡って延びる板及び二枚の板間の最大初期空間(図2のd)及びそれぞれの板厚に依存して、変動は次のように認められる:
・ (板1)1.6mm;(d)8.5mm;(板2)0.4mm;組み立て後の変化は約1mm;
・ (板2)3.8mm,(d)12.3mm;(板2)0.4mm;組み立て後の変化は約0.4mm。
予想できるように、変化は、板1が厚いときにはあまり目立たない。これらの値は、比較的有意な曲率に相当する。当然、板の選択及び板1の最初の曲率は、製造業者により要求される寸法を持つ窓ガラスユニットの製造においてこれらの変化を考慮されなければならない。
耐衝撃性を確認するための試験がまた実行された。実際には、「砂利試験」は、高い高さから窓ガラス上にボールを落下することからなる。板上にボールが落ちて板が割れる高さが確立される。製造業者の要求によりサイドウインドウに対して考慮下の衝撃は、乗員室の方に向けられた板上であるだろう。従って、これらの条件では、衝撃は、応力下の薄い板上である。1.6/0.4mmの板1/板2の組み立て体では、薄い板は強化されているので、測定された高さは、モノリシック窓ガラスユニットに対して観察された高さに相当する高さに等しい。

Claims (12)

  1. 第一ガラス板、熱可塑性中間層板、及び第二ガラス板を含む、積層されておりかつ曲げられている自動車用窓ガラスの組み立て体であって、第一ガラス板がこの組み立て体内で最初から曲げられており、第二ガラス板が第一ガラス板の厚さの3分の1以下の厚さを持ち、第二ガラス板が、曲率を持たないか、または第二ガラス板の第一ガラス板及び熱可塑性中間板との組み立て前に第一ガラス板の曲率より小さい曲率を持つこと、第二ガラス板が組み立て前に曲げられていないこと、及び組み立て体において第二ガラス板が50MPa以下の表面応力を持つことを特徴とする窓ガラスの組み立て体
  2. 二枚のガラス板の組み立て体の厚さが3.7mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の窓ガラスの組み立て体
  3. 第一ガラス板が2.1mm以下の厚さを持つことを特徴とする請求項1または2に記載の窓ガラスの組み立て体
  4. 第二ガラス板が0.8mm以下の厚さを持つことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の窓ガラスの組み立て体
  5. 第二板が0.2mm以上の厚さを持つことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の窓ガラスの組み立て体
  6. 第一ガラス板が3.2mm以下の厚さを持つことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の窓ガラスの組み立て体
  7. 第一ガラス板の湾曲が円筒状であり、その曲率半径が1m以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の窓ガラスの組み立て体
  8. 組み立て前の第一ガラス板の曲率半径に対する第二ガラス板の曲率半径の比がR/R>2、好ましくはR/R>10であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の窓ガラスの組み立て体
  9. 熱可塑性中間層板が0.8mm以下の厚さを持つことを特徴とする請求項1〜のいずれか一つに記載の窓ガラスの組み立て体
  10. 少なくとも第二ガラス板が化学的に強化されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか一つに記載の窓ガラスの組み立て体
  11. 第二ガラス板が、熱可塑性中間層と接触する面上に赤外線をフィルタリングするための層系を持つことを特徴とする請求項1〜10いずれかの一つに記載の窓ガラスの組み立て体
  12. 自動車のサイドウインドウを形成することを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載の窓ガラスの組み立て体
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