JP6392166B2 - 合わせガラス - Google Patents
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Description
本発明は、自動車のウインドシールドなどに用いられる合わせガラスに関する。
近年、自動車の燃費性向上の観点から、装着されるウインドシールドなどのガラスの軽量化が求められ、それに伴い厚みの小さいガラスの開発が進められている。しかしながら、厚みを小さくすると、遮音性能が低下するため、車外の音が車内に流入し、車内環境が悪化するという問題がある。特に、コインシデンス効果と呼ばれる特定の周波数での共振による音響透過損失が生じることが知られており、これにより、遮音性能が大きく低下することが知られている。また、このコインシデンス効果は、ガラスの厚みが小さくなると、高周波数側にシフトすることから、車外で発生した高周波数のノイズが車内に流入するおそれがあった。
これを解決するため、例えば、特許文献１には、一対のガラス板の間に中間膜を配置した合わせガラスが開示されており、面密度を低下させつつ、周波数５０００Ｈｚの音を遮音するようにしている。
しかしながら、車内で問題となる音には種々のものがあり、これらの中には周波数が５０００Ｈｚを超えるものも多い。例えば、ブレーキ音、風切り音は５０００Ｈｚ以上の周波数の音を含み、車内の快適性を阻害する要因となっていた。したがって、５０００Ｈｚより高い周波数の音でも車内に与える影響は大きく、このような周波数に対応する自動車用合わせガラスが要望されていた。例えば、ハイブリッド車やＥＶ車においては、モーターの周波数が５０００Ｈｚ以上であり、このような周波数帯域の遮音性能を向上させる技術が求められる。特に、これらの車は、エンジン音がほとんど聞こえなかったり、あるいはエンジン音がないため、５０００Ｈｚ以上の周波数帯域の音の遮音性能が重要となる。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、特に、５０００Ｈｚよりも高い高周波数の音に対する遮音性を向上できる、合せガラスを提供することを目的とする。
本発明に係る合わせガラスは、外側ガラス板と、前記外側ガラス板と対向配置された内側ガラス板と、前記外側ガラス板及び内側ガラス板の間に挟持された中間膜と、を備え、前記中間膜は、コア層と、前記コア層よりも剛性が高く、当該コア層を挟む前記外側ガラス板側及び前記内側ガラス板側のうち、少なくとも前記外側ガラス板側に配置される少なくとも１つのアウター層と、を備え、前記アウター層の少なくとも１つのヤング率は、周波数１００Ｈｚ，温度２０℃において、５６０ＭＰａ以上である。
上記合わせガラスにおいては、前記コア層の厚みを、０．１ｍｍ以上とすることができる。
上記いずれかの合わせガラスは、垂直からの取付け角度を４５度未満とすることができる。
上記いずれかの合わせガラスにおいては、前記コア層のヤング率を、周波数１００Ｍｚ，温度２０℃において、２５ＭＰａ以下とすることができる。
上記いずれかの合わせガラスにおいては、前記コア層のヤング率を、波数１００Ｍｚ，温度２０℃において、１４ＭＰａ以下とすることができる。
上記いずれかの合わせガラスにおいては、前記コア層のｔａｎδを周波数１００Ｍｚ，温度２０℃において、０．８以下とすることができる。
上記いずれかの合わせガラスにおいては、前記コア層を挟む少なくとも一対の前記アウター層を備えることができる。
上記合わせガラスにおいては、前記外側ガラス板側に配置される前記アウター層のヤング率を前記内側ガラス板側に配置される前記アウター層のヤング率よりも大きくすることができる。
上記いずれかの合わせガラスにおいては、前記外側ガラスの厚みを、前記内側ガラス板の厚みと相違させることができる。
上記いずれかの合わせガラスにおいては、前記外側ガラス板の厚みと前記内側ガラス板の厚みとの合計を、３．８ｍｍ以下とすることができる。
上記いずれかの合わせガラスは、自動車のウインドシールドとして用いられ、前記自動車に対して、垂直からの取付け角度が４５度以上とすることができる。
本発明によれば、５０００Ｈｚよりも高い高周波数の音に対する遮音性を向上できる、合せガラスを提供することができる。
以下、本発明に係る合わせガラスの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る合わせガラスの断面図である。同図に示すように、本実施形態に係る合わせガラスは、外側ガラス板１、内側ガラス板２、及びこれらのガラスの間に挟持される中間膜３で構成されている。また、中間膜３は、コア層３１と、これを挟持する一対のアウター層３２により構成することができるが、これは一例であり、詳細は後述する。外側ガラス板１とは、外乱を受けやすい側に配置されるガラス板であり、内側ガラス板２は、その反対側に配置されるガラス板である。したがって、例えば、この合わせガラスを自動車のガラスとして用いる場合には、車外側のガラス板が外側ガラス板になり、建築材として用いる場合には、屋外を向く側が外側ガラス板になる。但し、受け得る外乱によっては、これとは反対の配置になることもある。以下、各部材について説明する。
＜１．外側ガラス板及び内側ガラス板＞
外側ガラス板１及び内側ガラス板２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、この合わせガラスを自動車の窓に用いる場合には、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１により必要な日射吸収率を確保し、内側ガラス板２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。
外側ガラス板１及び内側ガラス板２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、この合わせガラスを自動車の窓に用いる場合には、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１により必要な日射吸収率を確保し、内側ガラス板２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。
（クリアガラス）
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）
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。
ＳｉＯ2:７０〜７３質量％
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（熱線吸収ガラス）
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。
（ソーダ石灰系ガラス）
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％
本実施形態に係る合わせガラスの厚みは特には限定されないが、軽量化の観点からは、外側ガラス板１と内側ガラス板２の厚みの合計を、２．４〜３．８ｍｍとすることが好ましく、２．６〜３．４ｍｍとすることがさらに好ましく、２．７〜３．２ｍｍとすることが特に好ましい。このように、軽量化のためには、外側ガラス板１と内側ガラス板２との合計の厚みを小さくすることが必要であるので、各ガラス板のそれぞれの厚みは、特には限定されないが、例えば、以下のように、外側ガラス板１と内側ガラス板２の厚みを決定することができる。
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％
本実施形態に係る合わせガラスの厚みは特には限定されないが、軽量化の観点からは、外側ガラス板１と内側ガラス板２の厚みの合計を、２．４〜３．８ｍｍとすることが好ましく、２．６〜３．４ｍｍとすることがさらに好ましく、２．７〜３．２ｍｍとすることが特に好ましい。このように、軽量化のためには、外側ガラス板１と内側ガラス板２との合計の厚みを小さくすることが必要であるので、各ガラス板のそれぞれの厚みは、特には限定されないが、例えば、以下のように、外側ガラス板１と内側ガラス板２の厚みを決定することができる。
外側ガラス板１は、主として、外部からの障害に対する耐久性、耐衝撃性が必要であり、例えば、この合わせガラスを自動車のウインドシールドとして用いる場合には、小石などの飛来物に対する耐衝撃性能が必要である。他方、厚みが大きいほど重量が増し好ましくない。この観点から、外側ガラス板１の厚みは１．８ｍｍ以上、１．９ｍｍ以上、２．０ｍｍ以上、２．１ｍｍ以上、２．２ｍｍ以上の順で好ましい。一方、外側ガラスの厚みの上限は、５．０ｍｍ以下、４．０ｍｍ以下、３．１ｍｍ以下、２．５ｍｍ以下、２．４ｍｍ以下の順で好ましい。この中で、２．１ｍｍより大きく２．５ｍｍ以下、特に、２．２ｍｍ以上２．４ｍｍ以下が好ましい。何れの厚みを採用するかは、ガラスの用途に応じて決定することができる。
内側ガラス板の厚みは、外側ガラス板１と同等にすることができるが、例えば、合わせガラスの軽量化のため、外側ガラス板１よりも厚みを小さくすることができる。具体的には、ガラスの強度を考慮すると、内側ガラス板２の厚みは、０．６ｍｍ以上、０．８ｍｍ以上、１．０ｍｍ以上、１．３ｍｍ以上の順で好ましい。一方、内側ガラス板２の厚みの上限は、５．０ｍｍ以下、４．０ｍｍ以下、３．１ｍｍ以下、２．５ｍ以下、２．０ｍｍ以下、１．６ｍｍ以下、１．４ｍｍ以下、１．３ｍｍ以下、１．１ｍｍ未満の順で好ましい。この中で、例えば、０．６ｍｍ以上１．１ｍｍ未満、または２．１ｍｍより大きく２．５ｍｍ以下、特に、２．２ｍｍ以上２．４ｍｍ以下が好ましい。内側ガラス板２についても、何れの厚みを採用するかは、ガラスの用途に応じて決定することができる。
この点、本発明者は、外側ガラス板１と内側ガラス板２とを異なる厚みにする場合、厚みの差について、次のような検討結果を得た。すなわち、図２に示すように、外側ガラス板１と内側ガラス板２との厚みの差が大きくなるほど、遮音性能が低下することが見出した。図２（ａ）は、次のような条件で、音響透過損失（ＳＴＬ：Sound Transmission Loss）を算出した（算出方法は後述する実施例の方法に従う）グラフである。まず、外側ガラス板１及び内側ガラス板２は、横が８００ｍｍ、縦が５００ｍｍの平坦なクリアガラスとした。中間膜３は、コア層３１を一対のアウター層３２で挟持した３層で構成され、コア層の厚みが０．１０ｍｍ、アウター層の厚みが０．３３ｍｍであり、合計０．７６ｍｍである。また、コア層３１のヤング率（周波数１００Ｈｚ、温度２０℃で測定）は２５ＭＰａであり、アウター層３２のヤング率（周波数１００Ｈｚ、温度２０℃で測定）は５６０ＭＰａである。また、図２（ｂ）においては、アウター層のヤング率が４４１ＭＰａであること以外は、図２（ａ）と同じ条件である。なお、図５のシミュレーションなど、以下の説明において、特に断りがない限りは、コア層３１及びアウター層３２の仕様、測定条件などは上述したものと同じである。さらに、特に断りのない限りは、クリアガラスを用いることとするが、これに限定されるものではない。それは、遮音性能は、ガラスのヤング率、ポアソン比、および密度により決定されるところ、クリアガラスと、例えば、グリーンガラスはこれらの値が同じであるであるからである。
図２に示すように、外側ガラス板１と内側ガラス板２との厚みの差が０．７ｍｍより大きくなると、２５００〜５０００Ｈｚの周波数域でＳＴＬが低下していることが分かる。また、３０００Ｈｚ以下における低周波域においてもＳＴＬの低下が顕著である。この点は、アウター層のヤング率が相違しても概ね同じである。この観点から、外側ガラス板１と内側ガラス板２との厚みの差は、０．７ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
また、本実施形態に係る外側ガラス板１及び内側ガラス板２の形状は、平面形状及び湾曲形状のいずれであってもよい。しかしながら、後述するガラスの音響透過損失（ＳＴＬ：Sound Transmission Loss）は湾曲形状の方が低下するため、湾曲形状ガラスは特に音響対策が必要である。湾曲形状の方が平面形状よりＳＴＬ値が低下するのは湾曲形状の方が共振モードによる影響が大きいためと考えられる。
さらに、合わせガラスが湾曲形状である場合には、外側ガラス板１と内側ガラス板２の厚みが同じであっても、ダブリ量が大きくなると遮音性能が低下するとされている。ダブリ量とは、ガラス板の曲げを示す量であり、例えば、図３に示すように、ガラス板の左右の中心、つまりガラス板の上辺の中央と下辺の中央とを結ぶ仮想の直線Ｌを設定したとき、この直線Ｌとガラス板の表面（凹面側の表面）との距離のうち最も大きいものをダブリ量Ｄと定義する。
図４は、湾曲形状のガラス板と、平面形状のガラス板の、一般的な周波数と音響透過損失の関係を示すグラフである。図４によれば、湾曲形状のガラス板は、ダブリ量が３０〜３８ｍｍの範囲では、音響透過損失に大きな差はないが、平面形状のガラス板と比べると、４０００Ｈｚ以下の周波数帯域で音響透過損失が低下していることが分かる。したがって、湾曲形状のガラス板を作製する場合、ダブリ量は小さい方がよいが、例えば、ダブリ量が３０ｍｍを超える場合には、後述するように、中間膜３のコア層３１のヤング率を小さくすること、例えば、２５ＭＰａ（周波数１００Ｈｚ，温度２０℃）以下とすることが好ましい。
また、本発明者は、より詳細な試験結果も得た。図５は、異なるダブり量における、周波数とＳＴＬとの関係をシミュレーションした結果である。このシミュレーションでは、外側ガラス板１及び内側ガラス板２の厚みをともに１．７５ｍｍとし、両ガラス板１，２における上下を結ぶ線のみが湾曲している態様とした。また、図５（ａ）ではアウター層のヤング率を５６０ＭＰａとし、図５（ｂ）ではアウター層のヤング率を４４１ＭＰａとしている。その他の条件は、図２のグラフと同じである。図５に示すように、この合わせガラスでは、ダブり量が大きくなるにしたがって、４０００Ｈｚ以下の周波数域でＳＴＬが低下していることが分かる。特に、ダブり量が３０ｍｍより大きくなると、ＳＴＬの低下が顕著になっている。これは、ダブり量が大きくなると、合わせガラスに対する音の入射角が大きくなりやすく、これによって、合わせガラスが共振しやすくなることによると考えられる。この点は、アウター層のヤング率が相違しても概ね同じである。この観点から、ダブり量は、３０ｍｍ以下であることが好ましく、２０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
以上の検討より、外側ガラス板１の厚みと内側ガラス板２の厚みとが相違する場合には、遮音性能が低下するが、遮音性能の低下を抑制するためには、上記のように、外側ガラス板１と内側ガラス板２との厚みの差を０．７ｍｍ以下とし、且つダブり量を３０ｍｍ以下とすることが好ましい。
ここで、ガラス板が湾曲している場合の厚みの測定方法の一例について説明する。まず、測定位置については、図６に示すように、ガラス板の左右方向の中央を上下方向に延びる中央線Ｓ上の上下２箇所である。測定機器は、特には限定されないが、例えば、株式会社テクロック製のＳＭ−１１２のようなシックネスゲージを用いることができる。測定時には、平らな面にガラス板の湾曲面が載るように配置し、上記シックネスゲージでガラス板の端部を挟持して測定する。なお、ガラス板が平坦な場合でも、湾曲している場合と同様に測定することができる。
＜２．中間膜＞
中間膜３は、複数の層で形成されており、一例として、図１に示すように、軟質のコア層３１を、これよりも剛性の高い硬質のアウター層３２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３１と、外側ガラス板１側に配置される少なくとも１つのアウター層３２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３１と、外側ガラス板１側に配置される１つのアウター層３２を含む２層の中間膜３、またはコア層３１を中心に両側にそれぞれ２層以上の偶数の数のアウター層３２を配置した中間膜３、あるいはコア層３１を挟んで一方に奇数の数のアウター層３２、他方の側に偶数の数のアウター層３２を配置した中間膜３とすることもできる。なお、アウター層３２を１つだけ設ける場合には、上記のように外側ガラス板１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３２の数が多いと、遮音性能も高くなる。
中間膜３は、複数の層で形成されており、一例として、図１に示すように、軟質のコア層３１を、これよりも剛性の高い硬質のアウター層３２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３１と、外側ガラス板１側に配置される少なくとも１つのアウター層３２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３１と、外側ガラス板１側に配置される１つのアウター層３２を含む２層の中間膜３、またはコア層３１を中心に両側にそれぞれ２層以上の偶数の数のアウター層３２を配置した中間膜３、あるいはコア層３１を挟んで一方に奇数の数のアウター層３２、他方の側に偶数の数のアウター層３２を配置した中間膜３とすることもできる。なお、アウター層３２を１つだけ設ける場合には、上記のように外側ガラス板１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３２の数が多いと、遮音性能も高くなる。
コア層３１はアウター層３２よりも軟質であるかぎり、その硬さは特には限定されないが、例えば、ヤング率を基準として材料を選択することができる。具体的には、周波数１００Ｈｚ，温度２０度において、１ＭＰａ以上であることが好ましい。上限については、特には限定されないが、例えば、２５ＭＰ以下であることが好ましく、２０ＭＰａ以下であることが、さらに好ましく、１８ＭＰａ以下であることが特に好ましく、１４ＭＰａ以下であることがより好ましく、１０ＭＰａ以下であることがさらにより好ましい。このような範囲にすると、概ね３５００Ｈｚ以下の低周波数域で、ＳＴＬが低下するのを防止することができる。
この点について、本発明者により、一般的にコア層のヤング率を低下させると、３０００〜５０００Ｈｚの周波数域で遮音性能が向上することが見出されている。この点について、以下の表１には、クリアガラスからなる外側ガラス板と内側ガラス板、及びコア層とコア層の両側に位置するアウター層で構成された中間膜を有する合わせガラスの遮音性能を示している。外側ガラス板の厚みは２．０ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．３ｍｍ、中間膜の厚みは、コア層が０．１０ｍｍ、アウター層が０．３３ｍｍであり、合計０．７６ｍｍである。以下の表１では、周波数が１２５０〜１００００Ｈｚの間での音響透過損失を示している。具体的には、中間膜のコア層のヤング率（周波数１００Ｈｚ、温度２０℃で測定）を２５ＭＰａ，１２．５ＭＰａ，及び６．２５ＭＰａとした場合の音響透過損失を算出し（算出方法は後述する実施例の方法に従う）、ヤング率が２５ＭＰａの場合を基準として（以下の表では基準であるため０としている）、ヤング率が１２．５ＭＰａ，６．２５ＭＰａのときの音響透過損失の差（単位はｄＢ）を示している。このとき、アウター層のヤング率は５６０ＭＰａ、ｔａｎδは０．２６（温度２０℃、周波数１００Ｈｚ）である。表１によれば、周波数が、３１５０〜５０００Ｈｚの間では、中間膜のコア層のヤング率が２５ＭＰａから１２．５ＭＰａ，６．２５ＭＰａへと低下するのにしたがって音響透過損失が向上していることが分かる。
測定方法としては、例えば、Metravib社製固体粘弾性測定装置ＤＭＡ ５０を用い、ひずみ量０．０５％にて周波数分散測定を行うことができる。以下、本明細書においては、特に断りのない限り、ヤング率は上記方法での測定値とする。但し、周波数が２００Ｈｚ以下の場合の測定は実測値を用いるが、２００Ｈｚより大きい場合には実測値に基づく算出値を用いる。この算出値とは、実測値からＷＬＦ法を用いることで算出されるマスターカーブに基づくものである。
一方、アウター層３２のヤング率は、後述するように、高周波域における遮音性能の向上のために、大きいことが好ましく、周波数１００Ｈｚ，温度２０度において５６０ＭＰａ以上、６００ＭＰａ以上、６５０ＭＰａ以上、７００ＭＰａ以上、７５０ＭＰａ以上、８８０ＭＰａ以上、または１３００ＭＰａ以上の順で好ましい。一方、アウター層３２のヤング率の上限は特には限定されないが、例えば、加工性の観点から設定することができる。例えば、１７５０ＭＰａ以上となると、加工性、特に切断が困難になることが経験的に知られている。また、コア層３１を挟む一対のアウター層３２を設ける場合、外側ガラス板１側のアウター層３２のヤング率を、内側ガラス板２側のアウター層３２のヤング率よりも大きくすることが好ましい。これにより、車外や屋外からの外力に対する耐破損性能が向上する。
また、コア層３１のｔａｎδは、周波数１００Ｈｚ，温度２０℃において、０．１〜０．９とすることができる。ｔａｎδが上記範囲にあると、遮音性能が向上する。
この点について、本発明者により、一般的にコア層のｔａｎδを大きくすると、５０００〜１００００Ｈｚの周波数域で遮音性能が向上することが見出されている。この点について、以下の表２には、クリアガラスからなる外側ガラス板と内側ガラス板、及びコア層とこのコア層の両側に位置するアウター層で構成された中間膜を有する合わせガラスの遮音性能を示している。外側ガラス板の厚みは２．０ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．３ｍｍ、中間膜の厚みは、コア層が０．１０ｍｍ、アウター層が０．３３ｍｍであり、合計０．７６ｍｍである。なお、このときのコア層、及びアウター層のヤング率はそれぞれ１２．５ＭＰａ，５６０ＭＰａである（周波数１００Ｈｚ，温度２０℃で測定）。以下の表２では、周波数が１２５０〜１００００Ｈｚの間での音響透過損失を示している。具体的には、中間膜のｔａｎδ（周波数１００Ｈｚ、温度２０℃で測定）を０．８，１．２，及び１．６とした場合の音響透過損失を算出し（算出方法は後述する実施例の方法に従う）、ｔａｎδが０．８の場合を基準として（以下の表では基準であるため０としている）、ｔａｎδが１．２，１．６のときの音響透過損失の差（単位はｄＢ）を示している。なお、アウター層のｔａｎδは、０．２６である。表２によれば、周波数が、５０００〜１００００Ｈｚの間では、中間膜のｔａｎδが０．８から１．２，１．６へと大きくなるのにしたがって音響透過損失が向上していることが分かる。また、１６００〜３１５０Ｈzにおいては、０．８から１．２，１．６へと大きくなるのにしたがって音響透過損失が低下していることが分かる。換言すると、０．８以下にすることで、１６００−３１５０Ｈzにおいて、音響透過損失が向上するといえる。
また、各層３１，３２を構成する材料は、特には限定されないが、少なくともヤング率が上記のような範囲とすることができる材料、例えば、樹脂材料であることが必要である。例えば、アウター層３２は、ポリビニルブチラール樹脂（ＰＶＢ）によって構成することができる。ポリビニルブチラール樹脂は、各ガラス板との接着性や耐貫通性に優れるので好ましい。一方、コア層３１は、エチレンビニルアセテート樹脂（ＥＶＡ）、またはアウター層を構成するポリビニルブチラール樹脂よりも軟質なポリビニルアセタール樹脂によって構成することができる。軟質なコア層を間に挟むことにより、単層の樹脂中間膜と同等の接着性や耐貫通性を保持しながら、遮音性能を大きく向上させることができる。
一般に、ポリビニルアセタール樹脂の硬度は、（ａ）出発物質であるポリビニルアルコールの重合度、（ｂ）アセタール化度、（ｃ）可塑剤の種類、（ｄ）可塑剤の添加割合などにより制御することができる。したがって、それらの条件から選ばれる少なくとも１つを適切に調整することにより、同じポリビニルブチラール樹脂であっても、アウター層３２に用いる硬質なポリビニルブチラール樹脂と、コア層３１に用いる軟質なポリビニルブチラール樹脂との作り分けが可能である。さらに、アセタール化に用いるアルデヒドの種類、複数種類のアルデヒドによる共アセタール化か単種のアルデヒドによる純アセタール化かによっても、ポリビニルアセタール樹脂の硬度を制御することができる。一概には言えないが、炭素数の多いアルデヒドを用いて得られるポリビニルアセタール樹脂ほど、軟質となる傾向がある。したがって、例えば、アウター層３２がポリビニルブチラール樹脂で構成されている場合、コア層３１には、炭素数が５以上のアルデヒド（例えばｎ−ヘキシルアルデヒド、２−エチルブチルアルデヒド、ｎ−へプチルアルデヒド、ｎ−オクチルアルデヒド）、をポリビニルアルコールでアセタール化して得られるポリビニルアセタール樹脂を用いることができる。なお、所定のヤング率が得られる場合は、上記樹脂等に限定されることはい。
また、中間膜３の総厚は、特に規定されないが、０．３〜６．０ｍｍであることが好ましく、０．５〜４．０ｍｍであることがさらに好ましく、０．６〜２．０ｍｍであることが特に好ましい。また、コア層３１の厚みは、０．１〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．１〜０．６ｍｍであることがさらに好ましい。特に、下限については、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．１５ｍｍ以上であることがさらに好ましく、０．２ｍｍ以上であることが特に好ましい。一方、各アウター層３２の厚みは、０．１〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．１〜１．０ｍｍであることがさらに好ましい。その他、中間膜３の総厚を一定とし、この中でコア層３１の厚みを調整することもできる。
コア層３１及びアウター層３２の厚みは、例えば、以下のように測定することができる。まず、マイクロスコープ（例えば、キーエンス社製ＶＨ−５５００）によって合わせガラスの断面を１７５倍に拡大して表示する。そして、コア層３１及びアウター層３２の厚みを目視により特定し、これを測定する。このとき、目視によるばらつきを排除するため、測定回数を５回とし、その平均値をコア層３１、アウター層３２の厚みとする。例えば、図７に示すような合わせガラスの拡大写真を撮影し、このなかでコア層やアウター層３２を特定して厚みを測定する。
なお、中間膜３のコア層３１、アウター層３２の厚みは全面に亘って一定である必要はなく、例えば、ヘッドアップディスプレイに用いられる合わせガラス用に楔形にすることもできる。この場合、中間膜３のコア層３１やアウター層３２の厚みは、最も厚みの小さい箇所、つまり合わせガラスの最下辺部を測定する。中間膜３が楔形の場合、外側ガラス板及び内側ガラス板は、平行に配置されないが、このような配置も本発明における外側ガラス板と内側ガラス板との「対向配置」に含まれるものとする。すなわち、本発明の「対向配置」は、例えば、１ｍ当たり３ｍｍ以下の変化率で厚みが大きくなるコア層３１やアウター層３２を用いた中間膜３を使用した時の外側ガラス板と内側ガラス板の配置を含む。
中間膜３の製造方法は特には限定されないが、例えば、上述したポリビニルアセタール樹脂等の樹脂成分、可塑剤及び必要に応じて他の添加剤を配合し、均一に混練りした後、各層を一括で押出し成型する方法、この方法により作成した２つ以上の樹脂膜をプレス法、ラミネート法等により積層する方法が挙げられる。プレス法、ラミネート法等により積層する方法に用いる積層前の樹脂膜は単層構造でも多層構造でもよい。
＜４．合わせガラスの製造方法＞
本実施形態に係る合わせガラスの製造方法は、特に限定されず、従来公知の合わせガラスの製造方法を採用することができる。例えば、まず、中間膜３を外側ガラス板１及び内側ガラス板２の間に挟み、これをゴムバッグに入れ、減圧吸引しながら約７０〜１１０℃で予備接着する。予備接着の方法は、これ以外でも可能である。例えば、中間膜３を外側ガラス板１及び内側ガラス板２の間に挟み、オーブンにより４５〜６５℃で加熱する。続いて、この合わせガラスを０．４５〜０．５５ＭＰａでロールにより押圧する。次に、この合わせガラスを、再度オーブンにより８０〜１０５℃で加熱した後、０．４５〜０．５５ＭＰａでロールにより再度押圧する。こうして、予備接着が完了する。
本実施形態に係る合わせガラスの製造方法は、特に限定されず、従来公知の合わせガラスの製造方法を採用することができる。例えば、まず、中間膜３を外側ガラス板１及び内側ガラス板２の間に挟み、これをゴムバッグに入れ、減圧吸引しながら約７０〜１１０℃で予備接着する。予備接着の方法は、これ以外でも可能である。例えば、中間膜３を外側ガラス板１及び内側ガラス板２の間に挟み、オーブンにより４５〜６５℃で加熱する。続いて、この合わせガラスを０．４５〜０．５５ＭＰａでロールにより押圧する。次に、この合わせガラスを、再度オーブンにより８０〜１０５℃で加熱した後、０．４５〜０．５５ＭＰａでロールにより再度押圧する。こうして、予備接着が完了する。
次に、本接着を行う。予備接着がなされた合わせガラスを、オートクレーブにより、８〜１５気圧で、１００〜１５０℃によって、本接着を行う。具体的には、１４気圧で１４５℃の条件で本接着を行うことができる。こうして、本実施形態に係る合わせガラスが製造される。
＜５．車体＞
本実施形態に係る合わせガラスは、自動車に取り付ける場合、種々の自動車の窓ガラスに適用することができる。この中でも、本実施形態に係る合わせガラスは、後述するように、５０００Ｈｚ以上の周波数帯域の音に対する遮音性能に優れているため、特に、ハイブリッド車やＥＶ車に取り付けると、遮音効果が大きい。これは、ハイブリッド車やＥＶ車において使用しているモーターは、高周波数で駆動するため、高周波数の音が発生しやすいからである。
本実施形態に係る合わせガラスは、自動車に取り付ける場合、種々の自動車の窓ガラスに適用することができる。この中でも、本実施形態に係る合わせガラスは、後述するように、５０００Ｈｚ以上の周波数帯域の音に対する遮音性能に優れているため、特に、ハイブリッド車やＥＶ車に取り付けると、遮音効果が大きい。これは、ハイブリッド車やＥＶ車において使用しているモーターは、高周波数で駆動するため、高周波数の音が発生しやすいからである。
＜６．車体に用いられる位置＞
本実施形態に係る合わせガラスは、自動車のいずれの位置の窓ガラスにも適用することができる。この中でも、特に、ウインドシールドに用いることが望ましい。但し、本実施形態に係る合わせガラスは、ウインドシールドに限定されず、サイドガラス、リアガラスにも用いることができる。
本実施形態に係る合わせガラスは、自動車のいずれの位置の窓ガラスにも適用することができる。この中でも、特に、ウインドシールドに用いることが望ましい。但し、本実施形態に係る合わせガラスは、ウインドシールドに限定されず、サイドガラス、リアガラスにも用いることができる。
＜７．合わせガラスの取付構造＞
上述した合わせガラスは、例えば、自動車、建築物などの取付構造体に取付けることができる。このとき、合わせガラスは、取付部を介して取付構造物に取付けられる。取付部とは、例えば、自動車に取付けるためのウレタン枠などのフレーム、接着材、クランプなどが該当する。自動車への取付の一例を挙げると、図８（ａ）に示すように、まず、合わせガラス１０の両端にピン５０を取付けておき、取付対象となる自動車のフレーム７０に接着材６０を塗布する。フレームには、ピンが挿入される貫通孔８０が形成されている。そして、図８（ｂ）に示すように、合わせガラス１０をフレーム７０に取付ける。まず、ピン５０を貫通孔８０に挿入し、合わせガラス１０をフレーム７０に対して仮止めする。このとき、ピン５０には段差が形成されているため、ピン５０は貫通孔８０の途中までしか挿入されず、これにより、フレーム７０と合わせガラス１０との間に隙間が生じる。そして、この隙間には上述した接着材６０が塗布されているため、時間の経過とともに接着材６０を介して合わせガラス１０とフレーム７０が固定される。
上述した合わせガラスは、例えば、自動車、建築物などの取付構造体に取付けることができる。このとき、合わせガラスは、取付部を介して取付構造物に取付けられる。取付部とは、例えば、自動車に取付けるためのウレタン枠などのフレーム、接着材、クランプなどが該当する。自動車への取付の一例を挙げると、図８（ａ）に示すように、まず、合わせガラス１０の両端にピン５０を取付けておき、取付対象となる自動車のフレーム７０に接着材６０を塗布する。フレームには、ピンが挿入される貫通孔８０が形成されている。そして、図８（ｂ）に示すように、合わせガラス１０をフレーム７０に取付ける。まず、ピン５０を貫通孔８０に挿入し、合わせガラス１０をフレーム７０に対して仮止めする。このとき、ピン５０には段差が形成されているため、ピン５０は貫通孔８０の途中までしか挿入されず、これにより、フレーム７０と合わせガラス１０との間に隙間が生じる。そして、この隙間には上述した接着材６０が塗布されているため、時間の経過とともに接着材６０を介して合わせガラス１０とフレーム７０が固定される。
ところで、本発明者は、ウインドシールドの取付角度が大きいほど、遮音性能が低下することを見出した。図９は、周波数と音響透過損失（ＳＴＬ）との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。このグラフでは、厚みが２．０ｍｍと１．５ｍｍの２枚のガラス板で樹脂製の中間膜を挟持した合わせガラスを用い、垂直からの取付角度を、０〜７５度の間で５種類に設定して、シミュレーションを行った結果を示している。コア層の厚みは０．１ｍｍ，アウター層の厚みは０．３３ｍｍ、コア層のヤング率は２５ＭＰａである。また、図９（ａ）においては、アウターのヤング率が５６０ＭＰａであり、図９（ｂ）においては、アウターのヤング率が４４１ＭＰａである。シミュレーションの方法は実施例に記載の方法に従う。このグラフによれば、取付角度が４５度より大きくなると、人間が聞き取りやすい２５００〜５０００Ｈｚの周波数域において、音響透過損失が低下していることが分かる。これにより、遮音性能が低下し、車内環境が悪化するという問題が発生する。これは、取付角度が大きくなると、水平方向に対する合わせガラスへの音の入射角が大きくなりやすく、これによって、合わせガラスが共振しやすくなることによると考えられる。この点は、アウター層のヤング率が相違しても概ね同じであるが、アウター層のヤング率が高いほど、ＳＴＬの上限及び下限のピークが高周波側にややシフトしている。したがって、このような合わせガラスの取付構造体への取付において、合わせガラス１０の取付角度はθは、図８（ｃ）に示すように、垂直Ｎから４５度以下にすることが好ましい。
また、上述したダブり量も、周波数２０００〜５０００Ｈｚ、特に３１５０Ｈｚ付近での遮音性能の低下を抑制することに寄与し、例えば、ダブり量が２０ｍｍ以下であるときには、取付角度を４５度以下とすることが好ましく、ダブり量が２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であるときには、取付角度を３０度以下とすることが好ましい。
しかしながら、自動車の車種によっては、合わせガラスの取付角度が４５度よりも大きくなることがあり、その場合には、遮音性能が低下する。したがって、取付角度が大きくても、周波数２０００〜５０００Ｈｚでの遮音性能の低下を抑制するには、後述するように、コア層３１のヤング率を小さくしたり、あるいはコア層３１の厚みを大きくすることが好ましい。このようにすると、取付角度を大きくすることによって遮音性能が低下する周波数域と、ほほ同じ周波数域で遮音性能が向上されることが見出されている。この場合、外側ガラス板１と内側ガラス板２の厚みは同じであってもよい。
その一方で、本発明者は、合わせガラスの取付角度を大きくし、コア層３１の厚みを大きくしたとき、周波数が５０００〜８０００Ｈｚ付近で、遮音性が低下することを見出した。図１０は、取付角度が６０度のとき、異なるコア層の厚みにおける周波数とＳＴＬとの関係を示すグラフである。なお、外側ガラス板の厚みは２．０ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．５ｍｍ、アウター層の厚みは０．３３ｍｍ、コア層のヤング率は２５ＭＰａ、アウター層のヤング率は４４１ＭＰａである。同図によれば、コア層３１の厚みが大きいほど、２０００〜５０００ＨｚでのＳＴＬは高くなるものの、５０００〜８０００Ｈｚでは、ＳＴＬが低下している。
同様に、本発明者は、合わせガラスの取付角度を大きくし、コア層３１のヤング率を小さくしたとき、周波数が５０００〜８０００Ｈｚ付近で、遮音性が低下することを見出した。図１１（ａ）は、取付角度が６０度であり、外側ガラス板の厚みが２．０ｍｍ、内側ガラス板の厚みが１．５ｍｍ、アウター層のヤング率が５６０ＭＰａのとき、異なるコア層のヤング率における周波数とＳＴＬとの関係を示すグラフである。また、図１１（ｂ）は、アウター層のヤング率のみが相違し、これが４４１ＭＰａのグラフである。同図によれば、コア層３１のヤング率が小さいほど、２０００〜５０００ＨｚでのＳＴＬは高くなるものの、５０００〜８０００Ｈｚでは、ＳＴＬが低下していることが分かる。この点は、アウター層のヤング率が相違しても概ね同じであるが、アウター層のヤング率が高いほど、ＳＴＬの上限及び下限のピークが高周波側にややシフトしている。
これに対して、本発明者は、アウター層のヤング率を大きくすることで、５０００〜８０００ＨｚでのＳＴＬが向上することを見出した。図１２は、取付角度を６０度、コア層３１のヤング率を１０ＭＰａ（周波数１００Ｈｚ，温度２０度）としたときの周波数とＳＴＬとの関係を示すグラフである。そして、このグラフでは、コア層３１のヤング率を１０ＭＰａとしつつ、アウター層３２のヤング率が異なる３種類の合わせガラスを準備した。すなわち、アウター層３２の厚みを４４１ＭＰａ，５６０ＭＰａ，８００ＭＰａとした。その結果、２０００〜５０００Ｈｚでは、アウター層のヤング率が大きいとＳＴＬが低いものの、他の合わせガラスとは大きい差は生じていない。一方、５０００〜８０００Ｈｚでは、アウター層３２のヤング率が大きい合わせガラスのＳＴＬが最も大きくなっている。
この観点から、取付角度が４５度以上の大きい場合には、アウター層３２のヤング率が大きいこと、例えば、５６０ＭＰａ以上であることが好ましく、これにより、コア層３１のヤング率が、例えば１〜２５ＭＰａのように低くても、５０００〜８０００ＨｚのＳＴＬが向上することが見出された。また、図１１に示すように、コア層のヤング率が低ければ、２０００〜５０００Ｈｚにおいて、ＳＴＬが向上するため、好ましい。
＜８．特徴＞
本実施形態によれば、中間膜３の一部を構成するアウター層３２のヤング率を周波数１００Ｈｚ，温度２０度において５６０ＭＰａ以上とすることで、次の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、中間膜３の一部を構成するアウター層３２のヤング率を周波数１００Ｈｚ，温度２０度において５６０ＭＰａ以上とすることで、次の効果を得ることができる。
すなわち、本発明者は、中間膜３のアウター層３２のヤング率を向上すると、約４０００Ｈｚ以上の周波数域での遮音性能が向上することを見出した。例えば、一般的に用いられるヤング率が４４１ＭＰａ（２０℃、１００Ｈｚ）のアウター層に対し、ヤング率が５６０ＭＰａ（２０℃、１００Ｈｚ）のアウター層３２を用いると、周波数約６３００Ｈｚにおいて、ＳＴＬが０．３ｄＢ向上することを見出した。一般的に、人間は０．３ｄＢ以上の音の変化を認識できるとされているため、ヤング率を高めることで、高周波数域において、人間が認識できるほどの遮音効果を得ることができる。また、アウター層３２のヤング率は高くなるほど、遮音性能が高くなることが見出されている。
一方、１０００〜３５００Ｈｚの低周波数域では、アウター層のヤング率を向上すると、ＳＴＬが低下することが分かっている。しかしながら、その低下は小さいことも見出されている。
また、以下の数式に示すように、ガラスは一般的に厚みやヤング率が小さくなるほどコインシデンス周波数は高周波側にシフトする。
したがって、厚みの小さい合わせガラスであれば、上述したように、ヤング率の高いアウター層３２を用いることが有利である。
また、合わせガラスの総厚が同じでも、外側ガラス板１と内側ガラス板２の厚みが相違する場合には、特定の周波数域での遮音性能が低下することが、本発明者によって見出されている。例えば、図１３に示すように、同厚の場合に比して、人間が聞き取りやすい２０００〜５０００Ｈｚの周波数領域の遮音性能が低下することを見出した。同図は、周波数と音響透過損失（ＳＴＬ）との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。このグラフには、厚みが１．５ｍｍのガラス板で構成された合わせガラス（以下、第１合わせガラスという）と、厚みが２．０ｍｍと１．０ｍｍの異なるガラス板で構成された合わせガラス（以下、第２合わせガラスという）が表示されている。いずれの合わせガラスも、ガラス板の間に樹脂製の中間膜が配置されている。このグラフによれば、３０００〜５０００Ｈｚの周波数領域において、第２合わせガラスの音響透過損失は、第１合わせガラスに比べて低下していることが分かる。すなわち、厚みの異なるガラス板を用いることで、人間が聞き取りやすい２０００〜５０００Ｈｚの周波数領域の遮音性能が低下することが分かった。
これに対して、本発明者は、中間膜３の一部を構成するコア層３１の厚みが小さいほど、あるいはヤング率が小さいほど、２０００〜５０００ＨｚでのＳＴＬが低下しないことを見出した。例えば、周波数１００Ｈｚ，温度２０度において、２５ＭＰａ以下、好ましくは、２０ＭＰａ以下、より好ましくは１８ＭＰａ以下、特に好ましくは、１４ＭＰａ以下とすれば、人間が聞き取りやすい周波数においては、遮音性能は低下しないことも見出した。
これは、以下の理由からであると考えられる。まず、コア層３１の厚みが小さいと、軟質のコア層３１の影響がほとんどなくなるため、中間膜３は、主として、硬質のアウター層３２の性質が大きくなる。すなわち、外側ガラス板１と内側ガラス板２は、硬質の中間膜３により連結されることになり、これにより、合わせガラスであっても、外側ガラス板１と内側ガラス板２の厚みの合計値と同厚の単板として性質が強くなる。また、上述した数１に示すように、ガラスは一般的に厚みやヤング率が小さくなるほどコインシデンス周波数は高周波側にシフトする。
これらを考慮すると、中間膜３が硬質であると、つまり、ヤング率が大きいと、合計の厚みが４ｍｍの合わせガラスであっても、４ｍｍの厚みを有する単板と同様に、コインシデンス周波数が３〜４ｋＨｚとなり、人が聞きやすい周波数帯で性能が低下する。一方、中間膜３が軟質であれば、つまりヤング率が小さくなれば、合わせガラスの性能は２枚のガラス板の合算になる。例えば、２ｍｍのガラス板と１ｍｍのガラス板からなる合わせガラスであれば、その性能は、２枚のガラス板の性能の合算となる傾向がある。すなわち、例えば、図１４に示す各ガラス板の厚みは４ｍｍよりも小さいため、コインシデンス周波数は高周波側にシフトし、２ｍｍのガラス板は５０００Ｈｚあたりにコインシデンス周波数が存在するとともに、１ｍｍのガラス板は８０００Ｈｚにコインシデンス周波数が存在する。そして、これら１ｍｍと２ｍｍの厚さのガラス板の合わせガラスの性能はその合算であるため、コインシデンス周波数は、５０００〜８０００Ｈｚの間に存在することになる。なお、図１４は、合わせガラスではない単板の、周波数とＳＴＬとの関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
そこで、中間膜３の一部を構成するコア層３１の厚みを大きくすると、軟質であるコア層３１の影響が大きくなり、合わせガラスは、中間膜３のコア層３１を挟んで設けられた２つのガラス板の性質を合算した性質が表れる。これにより、外側ガラス板１と内側ガラス板２の厚みが相違するとき、例えば、内側ガラス板２の厚みを小さくしても、人間が聞き取りやすい周波数においては遮音性能は低下しない。すなわち、内側ガラス板２の厚みを小さくすることでコインシデンス周波数が高周波側にシフトする。そのため、上述したように、内側ガラス板２の薄厚化に起因して２０００〜５０００Ｈｚの周波数領域において低下した音響透過損失を上昇させることが可能となる。その結果、合わせガラスの軽量化とともに、人間が聞き取りやすい２０００〜５０００Ｈｚの周波数領域での遮音性能を向上することができる。
したがって、２０００〜５０００Ｈｚの周波数域での遮音性能を向上するには、軟質であるコア層３１の厚みを大きくする必要がある。また、上述したように、外側ガラス１と内側ガラス板２の厚みの差が小さければ、さらに遮音性能を向上することができる。
なお、以上の知見は、アウター層３２よりも軟質のコア層３１の厚みに関するものであるが、コア層３１のヤング率の範囲を、上述したものにすることでも、同様の効果を得ることができる。
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されない。
１．試験Ａ
以下の通り、実施例１及び比較例１に係る合わせガラスを準備した。実施例１と比較例１の相違は、アウター層のヤング率のみである。
以下の通り、実施例１及び比較例１に係る合わせガラスを準備した。実施例１と比較例１の相違は、アウター層のヤング率のみである。
まず、外側及び内側ガラス板を、上述したクリアガラスで形成した。外側ガラス板の厚みは２．０ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．３ｍｍとした。そして、中間膜はコア層とこれを挟持する一対のアウター層で構成した。中間膜の厚みは０．７６ｍｍ、コア層の厚みは０．１ｍｍ、両アウター層の厚みはそれぞれ０．３３ｍｍとした。そして、コア層のヤング率は１９ＭＰａ（２０℃、１００Ｈｚ）に調整した。また、実施例１におけるアウター層のヤング率を８８２ＭＰａ（２０℃、１００Ｈｚ）とし、比較例１におけるアウター層のヤング率を４４１ＭＰａ（２０℃、１００Ｈｚ）とした。
上記実施例１及び比較例１について、音響透過損失をシミュレーションにより、評価した。シミュレーション条件は、以下の通りである。
まず、シミュレーションは、音響解析ソフト（ＡＣＴＲＡＮ、Ｆｒｅｅ Ｆｉｅｌｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用いて行った。このソフトでは、有限要素法を用いて次の波動方程式を解くことにより、合わせガラスの音響透過損失（透過音圧レベル／入射音圧レベル）を算出することができる。
次に、算出条件について説明する。
(1) モデルの設定
本シミュレーションで用いた合わせガラスのモデルを図１５に示す。このモデルでは、音の発生源側から外側ガラス板、中間膜、内側ガラス板、ウレタン枠の順で積層した合わせガラスを規定している。ここで、ウレタン枠をモデルに追加しているのは、ウレタン枠の有無により音響透過損失の算出結果に少なからず影響があると考えられる点、及び、合わせガラスと車両のウインドシールドの間にはウレタン枠が用いられて接着していることが一般的である点を考慮したためである。
(2) 入力条件１(寸法等)
(1) モデルの設定
本シミュレーションで用いた合わせガラスのモデルを図１５に示す。このモデルでは、音の発生源側から外側ガラス板、中間膜、内側ガラス板、ウレタン枠の順で積層した合わせガラスを規定している。ここで、ウレタン枠をモデルに追加しているのは、ウレタン枠の有無により音響透過損失の算出結果に少なからず影響があると考えられる点、及び、合わせガラスと車両のウインドシールドの間にはウレタン枠が用いられて接着していることが一般的である点を考慮したためである。
(2) 入力条件１(寸法等)
なお、ガラス板の寸法である８００×５００ｍｍは、実際の車両で用いられるサイズよりも小さい。ガラスサイズが大きくなるとＳＴＬ値は悪くなる傾向にあるが、これは、サイズが大きいほど拘束箇所が大きくなり、それにともない共振モードが大きくなるからである。但し、ガラスサイズが異なっても、周波数毎の相対的値の傾向、つまり、異なる厚みのガラス板からなる合わせガラスが同厚のガラス板からなる合わせガラスに比して所定の周波数帯で悪くなる傾向は同じである。
また、有限要素法において、ガラス板に形成されるメッシュは、一辺が５ｍｍの直方体とした。これは、一般的に、解析する最大波長の１／６以下であれば、精度が良いといわれており、今回用いた５ｍｍは、１００００Ｈｚ時の波長の約１／７に相当する。したがって、シミュレーションの精度は担保されている。
また、上記表１のランダム拡散音波とは、所定の周波数の音波が外側ガラス板に対してあらゆる方向の入射角をもって伝番していく音波であり、音響透過損失を測定する残響室での音源を想定したものとなっている。一方、平面波とは、一定の進行方向に垂直な波面をもつ波であり、所定の周波数の音波が外側ガラス板に対して垂直に入射して伝播していく音波である。なお、平面波を用いても遮音性能の効果が評価できる。
(3) 入力条件２(物性値)
(3) 入力条件２(物性値)
［コア層及び両アウター層のヤング率及び損失係数について］
主な周波数毎に異なった値を用いた。これは、コア層及び両アウター層は粘弾性体のため、粘性効果によりヤング率は周波数依存性が強いためである。なお、温度依存性も大きいが、今回は温度一定（２０℃）を想定した物性値を用いた。
主な周波数毎に異なった値を用いた。これは、コア層及び両アウター層は粘弾性体のため、粘性効果によりヤング率は周波数依存性が強いためである。なお、温度依存性も大きいが、今回は温度一定（２０℃）を想定した物性値を用いた。
結果は、図１６のグラフに示すとおりである。このグラフは、横軸が周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は各周波数における実施例１と比較例１とのＳＴＬの差（ｄＢ）である。この結果によれば、実施例１のように、アウター層のヤング率を大きくすることで、比較例１に比べ概ね４０００Ｈｚ以上の周波数域におけるＳＴＬを向上することができる。つまり、遮音性能を向上させることができる。例えば、約５０００〜１００００Ｈｚにおいて、実施例１と比較例１とは０．６ｄＢ以上のＳＴＬの差が生じており、実施例１において遮音性能が大きく向上していることが分かる。したがって、このような合わせガラスを自動車に用いた場合、ブレーキ音、風切り音などの高周波の音が車内に流入するのを効果的に遮断することができる。一方、実施例１は、１０００〜３５００Ｈｚの周波数域で、比較例１と比べ、ＳＴＬが概ね０〜０．２ｄＢ低下している。しかしながら、一般的に、人間は約０．３ｄＢの変化があれば、音の相違を認識することができるため、０．２ｄＢ程度のＳＴＬの差であれば、人間は認識できない可能性が高い。したがって、アウター層のヤング率を高くすると、約３５００Ｈｚ以下の低周波でＳＴＬは低下するものの、その低下は無視できるほどのものであり、その一方で、約３５００Ｈｚ以上、特に、５０００Ｈｚ以上の周波数域の音に対しては、効果的に遮音することができることが分かった。
２．試験Ｂ
以下の通り、実施例２〜４及び比較例２に係る合わせガラスを準備した。実施例２〜４と比較例２の相違は、アウター層のヤング率のみである。
以下の通り、実施例２〜４及び比較例２に係る合わせガラスを準備した。実施例２〜４と比較例２の相違は、アウター層のヤング率のみである。
外側及び内側ガラス板を、上述したクリアガラスで形成した。外側ガラス板の厚みは２．０ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．３ｍｍとした。そして、中間膜はコア層とこれを挟持する一対のアウター層で構成した。中間膜の厚みは０．７６ｍｍ、コア層の厚みは０．１ｍｍ、両アウター層の厚みはそれぞれ０．３３ｍｍとした。そして、コア層のヤング率は９．５ＭＰａ（２０℃、１００Ｈｚ）に調整した。また、実施例２〜４におけるアウター層のヤング率は、それぞれ８８２、１７６４、３５２８ＭＰａ（２０℃、１００Ｈｚ）とし、比較例２におけるアウター層のヤング率を４４１ＭＰａ（２０℃、１００Ｈｚ）とした。その他の試験条件は、試験Ａと同じである。
結果は、図１７に示すとおりである。この試験Ｂでは、コア層のヤング率を小さくしているが、試験Ａと同様に、アウター層のヤング率が大きくなると、高周波数域でのＳＴＬが大きく上昇し、この周波数域での遮音性能が大きく向上していることが分かる。また、この試験Ｂでは、コア層のヤング率を試験Ａと比べ半分にしているが、これにより、１０００〜３５００Ｈｚの周波数域でのＳＴＬが若干増加していることが分かる。
したがって、アウター層のヤング率を増大することで、高周波域でのＳＴＬが増加し、遮音性能が向上していることが分かった。また、コア層のヤング率を低下させることで、１０００〜３５００Ｈｚの周波数域での遮音性能が向上していることも確認できた。
３．試験Ｃ
以下では、合わせガラスの取付角度とアウター層の厚みに関する評価を行った。表６〜表８に示す通り、実施例及び比較例に係る合わせガラスを準備した。但し、外側ガラス板の厚みは２．０ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．５ｍｍ、コア層の厚みは０．１ｍｍ、アウター層の厚みは０．３３ｍｍ、ダブり量は０ｍｍとした。
以下では、合わせガラスの取付角度とアウター層の厚みに関する評価を行った。表６〜表８に示す通り、実施例及び比較例に係る合わせガラスを準備した。但し、外側ガラス板の厚みは２．０ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．５ｍｍ、コア層の厚みは０．１ｍｍ、アウター層の厚みは０．３３ｍｍ、ダブり量は０ｍｍとした。
図１８に示すように、取付角度が４５度以上と大きいと、アウター層のヤング率が変化しても、２０００〜５０００ＨｚではＳＴＬが概ね同じであるが、５０００Ｈｚより大きくなると、アウター層のヤング率が大きいほど、ＳＴＬが向上していることが分かった。また、図１９に示すように、この傾向は、コア層のヤング率が小さくなっても同様である。但し、コア層のヤング率が小さくなると、図１８と比べ、２０００〜５０００Ｈｚでは、ＳＴＬが向上するが、５０００Ｈｚより大きくなると、ＳＴＬが低下している。したがって、コア層のヤング率にかかわらず、アウター層のヤング率は高いこと、特に、５６０ＭＰａ以上が好ましいことが分かった。
また、図２０に示すように、取付角度が４５度よりも大きい場合、コア層のヤング率が大きくても、アウター層のヤング率が大きいほど、５０００Ｈｚ以上を含む高周波域でのＳＴＬが向上することが分かった。特に、図１８及び図１９と比べ、５０００Ｈｚ以上において、アウター層のヤング率が高くなることの効果がより明確に表れた。
４．試験Ｄ
以下では、コア層及びアウター層のヤング率に関する評価を行った。表９〜表１２に示す通り、実施例及び比較例に係る合わせガラスを準備した。但し、外側ガラス板の厚みは２．０ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．０ｍｍ、コア層の厚みは０．１ｍｍ、アウター層の厚みは０．３３ｍｍ、ダブり量は０ｍｍ、取付角度は０度とした。表９及び表１０に係る実施例及び比較例おいては、コア層のヤング率を一定とし、アウター層のヤング率を変化させた。結果は、図２１及び図２２に示すとおりである。また、表１１及び表１２に係る実施例においては、アウター層のヤング率を一定とし、コア層のヤング率を変化させた。結果は、図２３及び図２４に示すとおりである。
以下では、コア層及びアウター層のヤング率に関する評価を行った。表９〜表１２に示す通り、実施例及び比較例に係る合わせガラスを準備した。但し、外側ガラス板の厚みは２．０ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．０ｍｍ、コア層の厚みは０．１ｍｍ、アウター層の厚みは０．３３ｍｍ、ダブり量は０ｍｍ、取付角度は０度とした。表９及び表１０に係る実施例及び比較例おいては、コア層のヤング率を一定とし、アウター層のヤング率を変化させた。結果は、図２１及び図２２に示すとおりである。また、表１１及び表１２に係る実施例においては、アウター層のヤング率を一定とし、コア層のヤング率を変化させた。結果は、図２３及び図２４に示すとおりである。
図２１及び図２２に示すとおり、コア層のヤング率が低いほど、２０００〜５０００ＨｚでのＳＴＬは、向上するものの、コア層のヤング率が相違しても、アウター層のヤング率が高くなるほど、５０００Ｈｚ以上でＳＴＬが向上する傾向が確認された。特に、コア層のヤング率が低くても、アウター層のヤング率が高いと、例えば、実施例１３と実施例１７とを比較して分かるように、５０００Ｈｚ以上でのＳＴＬが向上している。
また、図２３及び図２４に示すとおり、５０００Ｈｚ以上を含む高周波域でのＳＴＬが向上する傾向は、コア層のヤング率が大きく変化しても同じであり、２０００〜５０００Ｈｚではコア層のヤング率が低いほど、ＳＴＬが向上するものの、５０００Ｈｚ以上では、コア層のヤング率が高く、またアウター層のヤング率が高いほど、ＳＴＬが向上している。したがって、コア層のヤング率がいずれの値であっても、アウター層のヤング率が高いと、５０００Ｈｚ以上でのＳＴＬが向上することが分かった。
５．試験Ｅ
以下では、ガラス板の厚みに関する評価を行った。表１３及び表１４に示す通り、実施例及び比較例に係る合わせガラスを準備した。但し、外側ガラス板の厚みは１．５ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．５ｍｍ、コア層の厚みは０．１ｍｍ、アウター層の厚みは０．３３ｍｍ、ダブり量は０ｍｍ、取付角度は０度とした。結果は、図２５及び図２６に示すとおりである。
以下では、ガラス板の厚みに関する評価を行った。表１３及び表１４に示す通り、実施例及び比較例に係る合わせガラスを準備した。但し、外側ガラス板の厚みは１．５ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．５ｍｍ、コア層の厚みは０．１ｍｍ、アウター層の厚みは０．３３ｍｍ、ダブり量は０ｍｍ、取付角度は０度とした。結果は、図２５及び図２６に示すとおりである。
図２５及び図２６に示すとおり、外側ガラス板と内側ガラス板の厚みが同じであっても、アウター層のヤング率が高いほど、５０００Ｈｚ以上でのＳＴＬは向上することが分かった。また、図２５と図２６とを比較すると、２０００〜５０００Ｈｚでは、コア層のヤング率が低いほど、ＳＴＬが高くなっているが、５０００Ｈｚ以上では、大きい相違がないことが分かった。さらに、例えば、図２１と図２５とを比較すると、２０００〜５０００Ｈｚでは、外側ガラス板と内側ガラス板の厚みが相違すると、ＳＴＬが低くなっているが、５０００Ｈｚ以上では、外側ガラス板と内側ガラス板の厚みに関わらず、ＳＴＬがほぼ同じであることが分かった。
６．試験Ｆ
以下では、ダブリ量に関する評価を行った。表１５に示す通り、実施例に係る合わせガラスを準備した。但し、外側ガラス板の厚みは２．０ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．５ｍｍ、コア層の厚みは０．１ｍｍ、アウター層の厚みは０．３３ｍｍ、取付角度は０度とした。結果は、図２７に示すとおりである。
以下では、ダブリ量に関する評価を行った。表１５に示す通り、実施例に係る合わせガラスを準備した。但し、外側ガラス板の厚みは２．０ｍｍ、内側ガラス板の厚みは１．５ｍｍ、コア層の厚みは０．１ｍｍ、アウター層の厚みは０．３３ｍｍ、取付角度は０度とした。結果は、図２７に示すとおりである。
図２７に示すとおり、ダブリ量が大きくなるほど、４０００Ｈｚ以下で、ＳＴＬが小さくなっていることが分かった。
１ 外側ガラス板
２ 内側ガラス板
３ 中間膜
３１ コア層
３２ アウター層
２ 内側ガラス板
３ 中間膜
３１ コア層
３２ アウター層
Claims (15)
- 外側ガラス板と、
前記外側ガラス板と対向配置された内側ガラス板と、
前記外側ガラス板及び内側ガラス板の間に挟持された中間膜と、
を備え、
前記中間膜は、コア層と、前記コア層よりも剛性が高く、当該コア層を挟む前記外側ガラス板側及び前記内側ガラス板側のうち、少なくとも前記外側ガラス板側に配置される少なくとも１つのアウター層と、を備え、
前記アウター層の少なくとも１つのヤング率は、周波数１００Ｈｚ，温度２０℃において、５６０ＭＰａ以上３５２８ＭＰａ以下である、合わせガラス。 - 前記コア層の厚みは、０．１ｍｍ以上である、請求項１に記載の合わせガラス。
- 垂直からの取付け角度が４５度未満である、請求項１または２に記載の合わせガラス。
- 前記コア層のヤング率は、周波数１００Ｈｚ，温度２０℃において、１ＭＰａ以上２５ ＭＰａ以下である、請求項１から３のいずれかに記載の合わせガラス。
- 前記コア層のｔａｎδは、周波数１００Ｈｚ，温度２０℃において、０．１〜０．９で ある、請求項１から４のいずれかに記載の合わせガラス。
- 前記外側ガラス板及び前記内側ガラス板の厚みが相違する、請求項１から５のいずれか に記載の合わせガラス。
- 前記外側ガラス板の厚みが前記内側ガラス板の厚みよりも大きい、請求項６に記載の合 わせガラス。
- 前記外側ガラス板及び前記内側ガラス板の厚みの差が、０．７ｍｍ以下である、請求項 ６または７に記載の合わせガラス。
- 前記外側ガラス板及び前記内側ガラス板の厚みの合計が、２．４ｍｍ以上３．８ｍｍ以 下である、請求項１から８のいずれかに記載の合わせガラス。
- 前記合わせガラスが湾曲しており、
前記合わせガラスの上辺の中央と下辺の中央とを結ぶ仮想の直線と、前記合わせガラス の凹面側の表面との距離が、３０ｍｍより大きく、
前記コア層のヤング率は、周波数１００Ｈｚ，温度２０℃において、１ＭＰａ以上２５ ＭＰａ以下である、請求項１から９のいずれかに記載の合わせガラス。 - 前記合わせガラスが湾曲しており、
前記合わせガラスの上辺の中央と下辺の中央とを結ぶ仮想の直線と、前記合わせガラス の凹面側の表面との距離が、３０ｍｍ以下である、請求項１から９のいずれかに記載の合 わせガラス。 - 前記中間膜は、１ｍあたり３ｍｍ以下の変化率で厚みが大きくなるような楔形に形成さ れている、請求項１から１１のいずれかに記載の合わせガラス。
- 自動車のウインドシールドである、請求項１から１２のいずれかに記載の合わせガラス 。
- 自動車のサイドガラスである、請求項１から１２のいずれかに記載の合わせガラス。
- 自動車のリアガラスである、請求項１から１２のいずれかに記載の合わせガラス。
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