JP6698674B2 - 音響性能が増強された薄型積層構造 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、2015年2月26日出願の米国仮特許出願第62/121,076号の米国法典第35編特許法第119条に基づく優先権の利益を主張する。
本開示は、概して、改良された音響特性を有する薄型積層構造、並びに、このような構造を組み込んだ車両及び建築用パネルに関する。
積層体は、建築及び輸送用途(例えば、自動車及びトラック、鉄道用車両、機関車及び飛行機を含む車両)における窓及びグレイジングとして用いられうる。積層体はまた、手すり及び階段におけるパネルとして、並びに、装飾用パネル、若しくは、壁、柱、エレベータかご室、台所器具及び他の用途のための被覆としても用いられうる。積層体は、透明、半透明、透光性又は不透明であってよく、窓、パネル、壁、筺体、看板又は他の構造体の一部を構成しうる。このような積層体の一般的なタイプは、薄く色付け又は着色されていてもよく、あるいは、薄く色付け又は着色された部品を含んでいてもよい。
通常の車両積層体の構成は、ポリビニルブチラールPVB中間層を有する2mmのソーダ石灰ガラス(加熱処理又はアニールされた)の2つのプライで構成されうる。これらの積層体構成は、限られた耐衝撃性を有し、縁石、破壊者などのような衝撃を被った場合に、通常は、不十分な破壊挙動を有し、より高い確率で破損する。
多くの輸送用途では、燃料経済は車両重量の関数である。したがって、積層体の強度及び音響減衰特性を損なうことなく、このような用途の積層体の重量を低減することが望ましい。上記を鑑みれば、より厚く、より重い積層体に関する耐久性、音響制振及び破壊性能特性を有するか、あるいはそれを上回る、より薄い積層体が望ましい。
本開示の第1の態様は、改良された音響性能を示す薄型積層体に関する。1つ以上の実施形態では、積層体は、約2500Hz〜約6000Hzの周波数範囲にわたり、約38dB超の伝送損失を示す。幾つかの実施形態では、積層体は、約4000Hz〜約6000Hzの周波数範囲にわたり、40dB超の伝送損失を示す。
1つ以上の実施形態では、積層体は、第1の基板、層間構造、及び第2の基板を備えている。1つ以上の実施形態では、積層体は、第1の基板が音源に向かうように位置決めされる。例えば、積層体が車両の開口部に組み込まれる場合(図1に示されるように)、第1の基板は、車両の外部に面し、かつ、車両の外側に由来する音源に向かっているのに対し、第2の基板は車両の内部に面している(外部音から離れて)。1つ以上の代替的な実施形態では、積層体は、第2の基板が音源に向かうように位置決めされうる。層間構造は、第1及び第2の基板の間に配置され、少なくとも2つの中間層を含みうる。1つ以上の実施形態では、第1の中間層は、第2の中間層の剪断弾性率よりも相対的に低い剪断弾性率を有する。幾つかの例では、第1の中間層は、30℃及び5000Hzの周波数で、40×10Pa以下の剪断弾性率を有する。第1の中間層の位置は、積層体の中心近くであってよく、これは、積層体の厚さtを単位として記載されうる(すなわち、中心は約0.5tと記載されうる)。したがって、幾つかの実施形態では、第1の中間層は、約0.4t〜約0.6tの厚さ範囲で位置決めされる。幾つかの実施形態では、第1の基板が第2の基板より厚い場合には、第1の中間層は、第1の基板と第2の中間層との間にも配置され、第2の中間層は、第1の中間層と第2の基板との間に配置される。層間構造の厚さは約2.5mm以下でありうる。
1つ以上の実施形態では、第1の中間層及び第2の中間層は、互いに異なる厚さを有する。層間構造は、第1の基板と第1の中間層との間に配置されうる、第3の中間層を含んでいてもよい。第3の中間層は、第1の中間層の剪断弾性率より大きい剪断弾性率を有しうる。第3の中間層は、第2の中間層とは異なる厚さを有しうる。第3の中間層は、第2の中間層とは異なる剪断弾性率も有しうる。
1つ以上の実施形態では、層間構造は、1つの非主面の厚さが反対側の非主面の厚さより大きい、楔形の形状を有しうる。
1つ以上の実施形態では、第1の基板及び第2の基板のうちの一方又は両方は、約1.5mm未満の厚さを有する。幾つかの実施形態では、第1の基板は、2.5mm以下、又は約1.8mm以下の厚さを有しうる。幾つかの実施形態では、第2の基板は、約0.7mm以下の厚さを含みうる。1つ以上の実施形態では、第2の基板の厚さの第1の基板の厚さに対する比は、約0.2超、約0.33以上、約0.39以上、又は約0.5以上である。
第1の基板及び/又は第2の基板は、本明細書に記載されるように、強化されていても強化されていなくてもよい。幾つかの実施形態では、第1の基板は、ソーダ石灰ガラスを含む。第1及び/又は第2の基板が強化されている実施形態では、このような基板は、約50MPa〜約800MPaの範囲の圧縮応力、及び約35マイクロメートル〜約200マイクロメートルの圧縮深さを示しうる。
本明細書に記載される積層体は、車両又は建築用パネルに用いられうる。1つ以上の実施形態では、積層体は、車両本体の開口部に配置されうる。車両本体が自動車の場合、積層体は、フロント・ウィンドウ(windshield)、サイド・ウィンドウ、サンルーフ又はリヤ・ウィンドウ(rear windshield)として用いられうる。幾つかの実施形態の本体には、鉄道車両本体、又は航空機の機体が含まれうる。他の実施形態では、積層体は、建築用パネルに用いられてよく、これらには、窓、内壁パネル、モジュール式家具用パネル、汚れよけパネル(backsplash)、キャビネットパネル、又は器具用パネルが含まれうる。
さらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部には、その説明から当業者に容易に明らかとなり、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含めた本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識されよう。
前述の概要及び以下の詳細な説明は、いずれも、単なる例であり、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することが意図されていることが理解されるべきである。添付の図面は、さらなる理解をもたらすために含まれ、本明細書に取り込まれてその一部を構成する。図面は、1つ以上の実施形態を例証しており、その説明とともに、さまざまな実施形態の原理及び動作を説明する役割を担う。
1つ以上の実施形態に従った車両の斜視図 1つ以上の実施形態に従った積層体の側面図 1つ以上の実施形態に従った積層体の側面図 1つ以上の実施形態に従った積層体の側面図 1つ以上の実施形態に従った積層体の側面図 1つ以上の実施形態に従った積層体の側面図 周波数(Hz)の関数としての1つ以上の実施形態に従った積層体及び既知の積層体の伝送損失を比較するグラフ 実施例2A〜2G及び比較例2H〜2Kの機械的偏向を比較するグラフ 実施例2L〜2Oの偏向(mm単位)を示すグラフ 実施例3A及び3Bについての音響伝送損失を示すグラフ 実施例3C及び3Dについての音響伝送損失を示すグラフ 実施例4A及び4Bについての音響伝送損失を示すグラフ 実施例4C及び4Dについての音響伝送損失を示すグラフ 実施例5A〜5Cについての音響伝送損失を示すグラフ 実施例5D〜5Eについての音響伝送損失を示すグラフ
その例が添付の図面に描かれている本願の好ましい実施形態について、これより詳細に述べる。本発明の態様は、改良された音響特性を有する薄型積層化又は積層体構造、及び、このような構造を取り込む車両及び建築用パネルに関連する。このような積層体構造200を含む車両100の例が図1に示されている。車両は、少なくとも1つの開口部120を有する本体110を備えている。積層体200は、少なくとも1つの開口部120に配置される。本明細書で用いられる場合、用語「車両」には、自動車(例えば、乗用車、バン、トラック、セミトレーラー・トラック、及びオートバイ)、鉄道用車両、機関車、列車車両、飛行機などが含まれうる。開口部120は、内部に積層体が配置されて透明な被覆をもたらす、窓である。本明細書に記載される積層体は、窓、内壁パネル、モジュール式家具用パネル、汚れよけパネル、キャビネットパネル、及び/又は器具用パネルなどの建築用パネルに用いられうることに注目すべきである。図2を参照すると、1つ以上の実施形態の積層体200は、第1の基板210と層間構造220とを備えている。このような実施形態における層間構造220は、別の層に拘束されうる。図2に示される実施形態などの幾つかの実施形態では、積層体200は、層間構造220が第1の基板210と第2の基板230との間に配置されるように第2の基板230を備えている。
積層体(単独で、若しくは、車両又は建築用パネルに組み立てられた場合)の音響性能又は音響減衰の程度は、周波数に応じて決まる伝送損失によって測定されうる。約2500Hz〜約6000Hzの周波数範囲は、人の耳で聞こえる音にとってとりわけ重要である。したがって、この周波数範囲にわたる、車両又は建築用パネルに関する伝送損失の増加及びそれによる音響性能の改良が、有用である。
幾つかの実施形態では、積層体は、約2500Hz〜約6000Hzの周波数範囲にわたり、約38dB超(例えば、39dB以上、40dB以上、41dB以上、又は42dB以上)の伝送損失を示す。幾つかの実施形態では、伝送損失は、特定の周波数範囲にわたり、より一層大きくなる。例えば、約4000Hz〜約6000Hzの周波数範囲にわたり、積層体は、40dB超の伝送損失を示す。
積層体200の構成を参照すると、第1及び第2の基板210、230は、同一の厚さを有していても、異なる厚さを有していてもよい。図2では、第1の基板210は、第2の基板230より大きい厚さを有するように示されている。幾つかの実施形態では、第1の基板210の厚さは、約0.3mm〜約4mmの範囲(例えば、約0.4mm〜約4mm、約0.5mm〜約4mm、約0.55mm〜約4mm、約0.6mm〜約4mm、約0.7mm〜約4mm、約0.8mm〜約1mm、約0.9mm〜約4mm、約1mm〜約4mm、約1.2mm〜約4mm、約1.5mm〜約4mm、約1.8mm〜約4mm、約2mm〜約4mm、約2.1mm〜約4mm、約2.5mm〜約4mm、約1mm〜約4mm、約0.3mm〜約3mm、約0.3mm〜約2.1mm、約0.3mm〜約2mm、約0.3mm〜約1.8mm、約0.3mm〜約1.5mm、約0.3mm〜約1mm、約0.3mm〜約0.7mm、又は約1.2mm〜約1.8mm、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分的範囲)でありうる。
1つ以上の実施形態では、第2の基板230の厚さは、第1の基板210の厚さ未満でありうる。幾つかの実施形態では、第2の基板230は、約1mm以下、0.7mm以下、0.5mm以下、又は約0.4mm以下である。幾つかの実施形態では、第2の基板230の厚さは、約0.3mm〜約4mmの範囲(例えば、約0.4mm〜約4mm、約0.5mm〜約4mm、約0.55mm〜約4mm、約0.6mm〜約4mm、約0.7mm〜約4mm、約0.8mm〜約1mm、約0.9mm〜約4mm、約1mm〜約4mm、約1.2mm〜約4mm、約1.5mm〜約4mm、約1.8mm〜約4mm、約2mm〜約4mm、約2.1mm〜約4mm、約2.5mm〜約4mm、約1mm〜約4mm、約0.3mm〜約3mm、約0.3mm〜約2.1mm、約0.3mm〜約2mm、約0.3mm〜約1.8mm、約0.3mm〜約1.5mm、約0.3mm〜約1mm、約0.3mm〜約0.7mm、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分的範囲)でありうる。
第1の基板210が第2の基板より大きい厚さを有する実施形態では、第2の基板は、約1.5mm以下、約1mm以下、又は約0.7mm以下の厚さを有しうる。第1の基板210と第2の基板230との厚さの差は、約0.5mm以上、0.7mm以上、0.8mm以上、1mm以上、又は約1.4mm以上でありうる。第1の基板210及び第2の基板230の幾つかの例示的な厚さの組合せは、(ミリメートル単位での第1の基板の厚さ/ミリメートル単位での第2の基板の厚さの形で表して)、2.1/1.8、2.1/1.5、2.1/1、2.1/0.7、2.1/0.55、2.1/0.4、1.8/1.8、1.8/1.5、1.8/1、1.8/0.7、1.8/0.55、1.8/0.4、1.5/1.5、1.5/1、1.5/0.7、1.5/0.55、1.5/0.4、1/1、1/0.7、1/0.55,1/0.4、0.7/0.7、0.7/0.55、0.55/0.55、0.55/0.5、0.55/0.4、0.5/0.5、0.5/0.4、及び0.4/0.4でありうる。
第1の基板210及び第2の基板230の厚さは、比によって記載されうる。幾つかの実施形態では、第2の基板の厚さの第1の基板の厚さに対する比は、約0.2以上、約0.33以上である。幾つかの場合、比は、約0.35以上、0.37以上、0.39以上、0.4以上、0.42以上、0.44以上、0.46以上、0.48以上、約0.5以上、又は約0.55以上でありうる。第2の基板の厚さの第1の基板の厚さに対する比の上限は、約1でありうる。幾つかの実施形態では、第1及び第2の基板210、230は、各々、約1.5mm以下、1mm以下、又はさらには0.7mm以下の厚さを有してよく、さらに、0.2超、又は0.33超の比も示しうる。1つ以上の実施形態では、このような薄型積層体は、約2500Hz以上の周波数においてもなお、本明細書に記載の伝送損失性能を示しうる。
第1の基板210と第2の基板230との間に配置された層間構造220は、4mm以下、約3mm以下、約2mm以下、又は約1mm以下の厚さを有しうる。幾つかの実施形態では、層間構造220の厚さは、約0.5mm〜約2.5mm、約0.8mm〜約2.5mm、約1mm〜約2.5mm、又は約1.5mm〜約2.5mmの範囲でありうる。
層間構造220の厚さは、積層体の厚さ又は基板全体の厚さ(すなわち、第1の基板210と第2の基板230の厚さの合計)に対して記載されうる。例えば、幾つかの場合、層間構造220の厚さ(ミリメートル単位)の基板全体の厚さ(ミリメートル単位)に対する例示的な比には、1.5/0.8及び1/4が含まれうる。
層間構造220は、2つ以上の中間層を含みうる。例えば、2以上の中間層又は3以上の中間層を使用して、層間構造を形成してもよい。図3に示される実施形態では、層間構造は、第1の中間層222及び第2の中間層224を含む。第1の中間層222は、第2の中間層224の剪断弾性率より小さい剪断弾性率を示す。幾つかの実施形態では、第1の中間層222及び第2の中間層224の配置は、第2の中間層(第1の中間層の剪断弾性率より大きい剪断弾性率を有する)が、第1の基板210及び第2の基板230のうちのより薄い方と接触又は直に隣接するようになっている。したがって、第2の基板230が第1の基板210よりも薄い場合には、第2の中間層224は、図3に示されるように、第2の基板230と接触又は直に隣接する。
理論に縛られるわけではないが、積層体の中心の方向への第1の中間層222(第2の中間層224と比較してより低い剪断弾性率を有する)の配置は、積層体の改良された音響性能に貢献する。積層体の中心は0.5tとして記載され、ここでtは積層体の厚さを表す。したがって、幾つかの実施形態では、第1の中間層(第2の中間層と比較してより低い剪断弾性率を有する)は、位置が音源に向いている基板により近くなるように、積層体内に位置決めされうる。幾つかの実施形態では、第1の中間層222の位置は、約0.2t〜約0.8t、又は約0.4t〜約0.6tの積層体の厚さ範囲内にある。
1つ以上の実施形態では、音源に向いている基板は、反対側の基板より薄い(又はより少ない厚さを有する)。例えば、1つ以上の実施形態では、第1の中間層(第2の中間層と比較してより低い剪断弾性率を有する)は、音源に向いている第1の基板210の位置に隣接して又はより近くに位置しうる。さらに特定の実施形態では、第1の基板210は、第2の基板230より薄くてよい。代替的な実施形態では、第1の基板210は、第2の基板より厚くてよい。1つ以上の実施形態では、積層体は、第1の基板210が車両の外部に面し、したがって音源に向かうように、車両開口部に位置決めされてよく、かつ、第2の基板230より薄くてよい。このような実施形態では、第1の中間層は、第2の基板230よりも第1の基板210の近くにある。
1つ以上の実施形態では、積層体は、第2の基板230が、車両の外部に面し、したがって音源に向かうように、車両開口部に位置決めされてよく、かつ、第1の基板210より厚くてよい。このような実施形態では、第1の中間層は、第1の基板210よりも第2の基板230の近くにある。
この理解を、3つ以上の中間層を有する層間構造220に適用することができる。さらには、層間構造220の2つの中間層、3つの中間層又は他の構成は、積層体の中心又はその近くに、より低い剪断弾性率の中間層をもたらすように調整されうる。これは、互いに対する中間層の厚さを変動させること、及び各中間層の剪断弾性率を考慮に入れることによって達成されうる。例えば、図4に示されるように、3層の層間構造220は、一方の外側中間層が中心中間層及び反対側の外側中間層よりはるかに厚くなるように、中間層の配置を通して、より低い弾性率を示すように構成されうる(例えば、比較的高い剪断弾性率を有する外側中間層226は約1.14mmの厚さを有し、比較的低い剪断弾性率を有する中心中間層227は約0.05mmの厚さを有し、比較的高い剪断弾性率を有する外側中間層228は約0.38mmの厚さを有しうる)。3つの中間層すべての剪断弾性率は、互いに異なりうる。あるいは、中間層のうちの少なくとも2つは、第3の中間層の剪断弾性率とは異なる同一の剪断弾性率を有していてもよい。
1つ以上の代替的な実施形態では、第2の中間層(第1の中間層より相対的に高い剪断弾性率を有する)は、積層体の中心近くに位置決めされうる。したがって、幾つかの実施形態では、第2の中間層(第1の中間層と比較してより大きい剪断弾性率を有する)は、約0.25t〜約0.75t、又は約0.4t〜約0.6tの厚さ範囲で積層体内に位置決めされうる。
1つ以上の実施形態では、層間構造220は2以上の中間層を含み、ここで、第1の中間層(第2の中間層の剪断弾性率より低い剪断弾性率を有する)及び第2の中間層は、互いに異なる厚さを有する。幾つかの実施形態では、第2の中間層とは異なる厚さ、及び必要に応じて第1の中間層とも異なる厚さを有する、第3の中間層が含まれうる。
1つ以上の実施形態では、第2の中間層の剪断弾性率よりも相対的に低い剪断弾性率を有する第1の中間層222は、2つ以上の副層を含みうる。図3に示されるように、1つ以上の実施形態では、第1の中間層222は、比較的高い剪断弾性率(例えば、第2の中間層224の剪断弾性率とほぼ等しい剪断弾性率)を有する2つの外側副層222A、及び外側副層と比較して低い剪断弾性率(例えば、30℃及び5000Hzで約30×10Pa未満)を有するコア又は中心副層222Bを含みうる。第1の中間層222は、各副層の剪断弾性率値及び各副層の相対的な厚さを考慮に入れて、30℃及び5000Hzの周波数で約5×10Pa〜約40×10Paの範囲の剪断弾性率を有する。幾つかの実施形態では、第1の中間層222の剪断弾性率は、すべて30℃及び5000Hzの周波数で、約7×10Pa〜約40×10Pa、約10×10Pa〜約40×10Pa、約15×10Pa〜約40×10Pa、約20×10Pa〜約40×10Pa、約5×10Pa〜約35×10Pa、約5×10Pa〜約30×10Pa、約5×10Pa〜約25×10Pa、又は約5×10Pa〜約20×10Paの範囲でありうる。幾つかの実施形態では、第1の中間層は、約0.3mm〜約0.4mmの範囲の厚さを有する第1の外側副層222A、約0.08mm〜約0.15mmの範囲の厚さを有する中心副層222B(外側副層と比較して低い剪断弾性率を有する)、及び約0.3mm〜約0.4mmの範囲の厚さを有する第2の外側副層222Aを有しうる。
第2の中間層224は、第1の中間層222と比較した場合に、相対的に大きい剪断弾性率を有しうる。例えば、幾つかの実施形態では、第2の中間層は、30℃及び5000Hzの周波数で、約70×10Pa〜約150×10Paの範囲の剪断弾性率を有する。1つ以上の実施形態では、第2の中間層224は、すべて30℃及び5000Hzの周波数で、約80×10Pa〜約150×10Pa、約90×10Pa〜約150×10Pa、約100×10Pa〜約110×10Pa、約70×10Pa〜約120×10Pa、約70×10Pa〜約140×10Pa、約70×10Pa〜約130×10Pa、約70×10Pa〜約120×10Pa、約70×10Pa〜約110×10Pa、又は約70×10Pa〜約100×10Paの範囲の剪断弾性率を有しうる。
図5に示されるように、1つ以上の実施形態の層間構造221は、1つの非主面201の厚さが反対側の非主面202の厚さより大きい、楔形の形状を有しうる。1つ以上の実施形態では、このような楔形の形状の層間構造221を含む、結果として生じる積層体は、基板及び層間構造によって生じる反射に起因する光学的欠陥を最小限に抑える又は排除するためのヘッドアップディスプレイに用いられうる。1つ以上の実施形態では、結果として生じる積層体は、本明細書に記載されるように、改良された音響特性を有するであろう。
層間構造220、層間構造220の個別の層及び/又は副層は、さまざまな材料から形成されうる。1つ以上の実施形態では、層間構造220、層間構造220の個別の層及び/又は副層は、ポリビニルブチラール(PVB)、エチレン酢酸ビニル(EVA)及び熱可塑性ポリウレタン(TPU)、ポリエステル(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリマーから形成されうる。層間構造220、層間構造220の個別の層及び/又は副層は、顔料、UV吸収剤、赤外線吸収剤、粘着制御系塩、及び他の安定剤のうちの1つ以上を含みうる。
積層体200の厚さは、約7mm以下、6mm以下、又は5mm以下でありうる。幾つかの実施形態では、積層体200の厚さは、約2mm〜約7mm、約2mm〜約6.5mm、約2mm〜約6mm、約2mm〜約5.5mm、約2mm〜約5mm、約2mm〜約4.5mm、約2mm〜約4mm、約2.2mm〜約7mm、約2.5mm〜約7mm、約2.7mm〜約7mm、約3mm〜約7、約3.2mm〜約7、約3.4mm〜約7、約3.6mm〜約7、約3.8mm〜約7、約3mm〜約6、約3mm〜約5、約2mm〜約3.8mm、約2mm〜約3.6mm、約2mm〜約3.4mm、約2mm〜約3.2mm、約2mm〜約3mmの範囲、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分的範囲でありうる。
1つ以上の実施形態の積層体200は、室温で、音響制振を示す他の積層体と比較して、比較的低い偏向剛性を示しうる。1つ以上の実施形態では、積層体200は、室温で約150N/cm未満の偏向剛性を示しうる。この偏向剛性は、積層体が成形又は他の方法で屈曲される前に測定される(すなわち、積層体は平面的かつ平坦である)。偏向剛性は、三点曲げ試験を使用して測定されうる。理論に縛られるわけではないが、可撓性の増加(又は偏向剛性の低下)により、少なくとも第1の中間層と、積層体の他の基板及び/又は層との間の剪断が促進されると考えられる。
1つ以上の実施形態では、積層体は、光学特性に関して特徴付けられてもよい。1つ以上の実施形態では、積層体は、透明であってよく、約380nm〜約780nmの波長範囲にわたり、約50%〜約90%の範囲の平均透過率を示しうる。本明細書で用いられる場合、用語「透過率」は、材料(例えば、物品、基板、又は光学フィルム、若しくはそれらの一部)を透過する所与の波長範囲内の入射光パワーのパーセンテージとして定義される。用語「反射率」は、材料(例えば、物品、基板、又は光学フィルム、若しくはそれらの一部)から反射される所与の波長範囲内の入射光パワーのパーセンテージとして同様に定義される。透過率及び反射率は、特定の線幅を使用して測定される。1つ以上の実施形態では、透過率及び反射率の特性評価のスペクトル分解能は、5nm未満又は0.02eVである。
必要に応じて、積層体は、透光性又は不透明として特徴付けられうる。1つ以上の実施形態では、積層体は、約380nm〜約780nmの波長範囲にわたり、約0%〜約40%の範囲の平均透過率を示しうる。
反射又は透過率において積層体が示す色は、その用途に合わせて調整されうる。1つ以上の実施形態では、色の可能性としては、グレー、ブロンズ、ピンク、青、緑などが挙げられうる。色は、基板210、230によって、あるいは層間構造220によって付与されうる。このような色は、積層体の音響性能には影響を与えず、逆もまた同様である。
1つ以上の実施形態では、光学的歪みをわずかしか又は全く示さずに、本明細書に記載される積層体の音響性能を達成可能である。言い換えれば、本明細書に提供される積層体は、改良された音響性能を示すと同時に、製造の間に発生しうる光学的歪みが少ない又は存在しない。
積層体に用いられる材料は、用途又は使用に従って変動しうる。1つ以上の実施形態では、基板210、230は、中間層よりも大きい弾性率を有するものとして特徴付けられうる。幾つかの実施形態では、第1及び第2の基板210、230は、無機であるとされ、非晶質基板、結晶基板又はそれらの組合せを含みうる。第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が、人工材料及び/又は天然材料から形成されうる。幾つかの特定の実施形態では、基板210、230は、プラスチック及び/又は金属基板を明確に除外しうる。
幾つかの実施形態では、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が有機であってよく、特にポリマーでありうる。適切なポリマーの例としては、限定されることなく、ポリスチレン(PS)(スチレン共重合体及びブレンドを含む)、ポリカーボネート(PC)(共重合体及びブレンドを含む)、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート及びポリエチレンテレフタレート共重合体を含めた、共重合体及びブレンドを含む)、ボリオレフィン(PO)及び環状ポリオレフィン(環状PO)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)(共重合体及びブレンドを含む)を含めたアクリルポリマー、熱可塑性ウレタン(TPU)、ポリエーテルイミド(PEI)及びこれらのポリマーのブレンドを互いに含む、熱可塑性物質が挙げられる。他の例示的なポリマーとしては、エポキシ、スチレン、フェノール、メラミン、及びシリコーン樹脂が挙げられる。
1つ以上の実施形態では、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方は、約1.45〜約1.55の範囲の屈折率を示す。特定の実施形態では、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が、少なくとも5、少なくとも10、少なくとも15、又は少なくとも20の試料を用いて、ボール・オン・リング試験を使用して測定して、1つ以上の反対側の主面の表面において、0.5%以上、0.6%以上、0.7%以上、0.8%以上、0.9%以上、1%以上、1.1%以上、1.2%以上、1.3%以上、1.4%以上、1.5%以上、又はさらには2%以上の平均破断歪みを示しうる。特定の実施形態では、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が、1つ以上の反対側の主面の表面において、約1.2%、約1.4%、約1.6%、約1.8%、約2.2%、約2.4%、約2.6%、約2.8%、又は約3%以上の平均破断歪みを示しうる。
第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方は、約30GPa〜約120GPaの範囲の弾性率(又は剪断弾性率)を示しうる。幾つかの場合、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方の弾性率は、約30GPa〜約110GPa、約30GPa〜約100GPa、約30GPa〜約90GPa、約30GPa〜約80GPa、約30GPa〜約70GPa、約40GPa〜約120GPa、約50GPa〜約120GPa、約60GPa〜約120GPa、約70GPa〜約120GPaの範囲、並びにそれらの間のすべての範囲及び部分的範囲でありうる。
1つ以上の実施形態では、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が非晶質であって差し支えなく、ガラスを含んでいてもよく、それらは強化されていても強化されていなくてもよい。適切なガラスの例としては、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸ガラス及びアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスが挙げられる。幾つかの変形例では、ガラスはリチアを含まなくてよい。1つ以上の代替的な実施形態では、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が、ガラスセラミック基板などの結晶基板(強化されていても強化されていなくてもよい)を含んでよく、あるいは、サファイアなどの単結晶構造を含みうる。1つ以上の特定の実施形態では、基板110は、非晶質ベース(例えばガラス)と、結晶クラッド(例えば、サファイア層、多結晶アルミナ層、及び/又は、スピネル(MgAl)層)とを含む。
第1及び第2の基板210、230は、その一方又は両方が実質的に平面又はシート状でありうるが、他の実施形態では、湾曲した又は他の方法で成形又は彫成された基板が用いられうる。第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が、実質的に、光学的に明澄、透明であり、かつ、光の散乱がなくてよい。このような実施形態では、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が、約420nm〜約700nmの波長範囲にわたり、約85%以上、約86%以上、約87%以上、約88%以上、約89%以上、約90%以上、約91%以上、又は約92%以上の平均透過率を示しうる。1つ以上の代替的な実施形態では、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が、不透明であってよく、あるいは、約420nm〜約700nmの波長範囲にわたり、約10%未満、約9%未満、約8%未満、約7%未満、約6%未満、約5%未満、約4%未満、約3%未満、約2%未満、約1%未満、又は約0%未満の平均透過率を示しうる。第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が、必要に応じて、白、黒、赤、青、緑、黄、橙などの着色又は薄い色付きを示しうる。
追加的に又は代替的に、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方の物理的厚さは、美的及び/又は機能的理由で、その寸法の1つ以上に沿って変動してもよい。例えば、基板の1つ以上のエッジが、中央寄りの領域と比較して、より厚くなりうる。一例では、第1の基板210又は第2の基板230は、楔形の形状を有しうる。図6は、第2の基板230が、積層体の1つの非主面201の厚さが積層体の反対側の非主面202の厚さより大きい、楔形形状を有する、1つ以上の実施形態の積層体200の側面図を示している。第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方の長さ、幅、及び物理的な厚さ寸法もまた、用途又は使用に従って変動しうる。
基板210、230は、さまざまな異なるプロセスを使用して提供されうる。例えば、基板がガラスなどの非晶質基板を含む場合、さまざまな形成方法には、フロートガラス法、並びに、フュージョンドロー及びスロットドローなどのダウンドロー法が含まれる。
一旦形成されると、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が強化されて、強化基板を形成しうる。本明細書で用いられる場合、用語「強化基板」とは、例えば、基板表面において、より小さいイオンをより大きいイオンでイオン交換することによって化学的に強化された基板を指しうる。しかしながら、熱強化(すなわち、加熱後の超急冷処理による)、又は機械的強化(すなわち、基板の一部分間の熱膨張係数の不整合を利用して、圧縮応力及び中央引張領域を生成する)などの当技術分野で知られた他の強化方法を利用して、強化基板を形成してもよい。幾つかの実施形態では、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が、化学的強化、熱的強化及び機械的強化方法のうちのいずれか2つ以上を含む、方法の組合せを使用して強化されてもよい。例えば、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が熱的に強化され、その後、化学的に強化されて、熱的及び化学的に強化された基板を形成しうる。
基板がイオン交換法によって化学的に強化されている場合、基板の表層のイオンは、同一の価数又は酸化状態を有するより大きいイオンに置換又は交換される。イオン交換法は、典型的には、基板内のより小さいイオンと交換される、より大きいイオンを含む溶融塩浴に、基板を浸漬することによって行われる。浴の組成及び温度、浸漬時間、塩浴(又は浴)への基板の浸漬回数、複数の塩浴の使用、例えばアニール、洗浄などの追加の工程が挙げられるがこれらに限定されない、イオン交換法のパラメータは、概して、基板の組成、並びに、強化操作から生じる基板の所望の圧縮応力(CS)及び圧縮応力層の深さ(DOC)によって決定されることが当業者に認識されよう。例として、アルカリ金属含有ガラス基板のイオン交換は、限定はしないが、より大きいアルカリ金属イオンの硝酸塩、硫酸塩、及び塩化物などの塩を含む、少なくとも1つの溶融浴への浸漬によって達成されうる。溶融塩浴の温度は、典型的には、約380℃〜最大約450℃の範囲であり、一方、浸漬時間は、約15分〜最大約40時間の範囲である。しかしながら、上記のものとは異なる温度及び浸漬時間もまた用いられうる。
加えて、ガラス基板が浸漬の合間に洗浄及び/又はアニール工程を伴った複数のイオン交換浴に浸漬される、イオン交換法の非限定的な例は、異なる濃度の塩浴中での複数の連続したイオン交換処理において浸漬によってガラス基板が強化される、2008年7月11日出願の米国仮特許出願第61/079,995号の優先権を主張する、発明の名称を「民生用の圧縮面を有するガラス(Glass with Compressive Surface for Consumer Application)」とする、Douglas C.Allanらによって2009年7月10日に出願された米国特許出願第12/500,650号明細書;及び、ガラス基板が、溶出イオンで希釈された第1の浴中でのイオン交換と、その後の第1の浴より低い濃度の溶出イオンを有する第2の浴への浸漬とによって強化される、2008年7月29日出願の米国仮特許出願第61/084,398号の優先権を主張する、発明の名称を「ガラスの化学強化のための二段イオン交換(Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass)」とする、2012年11月20日に発行されたChristopher M.Leeらによる米国特許第8,312,739号明細書に記載されている。米国特許出願第12/500,650号及び米国特許第8,312,739号の各明細書の内容は、それらの全体がここに参照することにより本明細書に取り込まれる。
1つ以上の実施形態では、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が、基板を、放射エネルギー炉又は対流炉(又は両方の技術を使用する「組合せモード」の炉)内で所定の温度まで加熱し、次に、典型的には、ガラス表面に対し又は沿って大量の周囲空気を吹き込むことによる対流によって、ガス冷却する(「急冷処理」)ことを含む、通常の熱強化方法を使用して熱的に強化されうる。このガス冷却プロセスは、主に対流であり、よって、熱伝達は、ガスが熱いガラス基板から熱を運び去る際の、拡散及び移流による流体の集団運動(集合的移動)によるものである。
1つ以上の実施形態では、第1及び第2の基板210、230のうちの一方又は両方が、非常に高い伝熱率を使用して熱強化されうる。特定の実施形態では、基板を所定の温度まで加熱した後、熱強化プロセスは、冷却/急冷処理セクションにおいて小ギャップの気体軸受を使用して差し支えなく、それによって、冷却の開始時に、より高い相対温度での薄いガラス基板の処理が可能になり、より高い熱強化レベルを生じる。この小ギャップの気体軸受冷却/急冷処理セクションは、高い空気流量に基づいた対流冷却よりはむしろ、ギャップを渡るヒートシンクへの伝導伝熱によって、非常に高い伝熱率を達成する。この高速の伝導伝熱は、ギャップ内の気体軸受にガラスを担持することによって、ガラスを液体又は固体材料と接触させずに、達成される。
達成される強化の度合いは、中央引張(CT)、表面CS、及び、圧縮深さ(DOC)と層の深さ(DOL)のうちの一方又は両方のパラメータに基づいて定量されうる。DOL及びDOCは、本明細書で定義されるように、とりわけ、圧縮応力が基板のより深い深度にまで及ぶ場合には、常に等しいわけではないことに注目すべきである。本明細書で用いられる場合、用語「圧縮深さ」及び「DOC」は、ガラスをベースとした物品内の応力が圧縮応力から引張応力へと変化する深さを指す。DOCにおいて、応力は、正の(圧縮)応力から負の(引張)応力へと移り、よって、応力値0を示す。DOLは、該DOLが、株式会社ルケオ(東京都所在)製造のFSM−6000(「FSM」)などの市販の機器、及び同機器を使用する既知の技法(しばしばFSM技術と称される)を使用する、表面応力計によって決定されるという点において、DOCとは測定法によって区別される。幾つかの実施形態では、DOLは、化学強化によって達成される圧縮応力層の深さを示すのに対し、DOCは、熱強化及び/又は機械的強化によって達成される圧縮応力層の深さ応力層の深さを示す。
表面CSは、表面近くで又は強化ガラス内のさまざまな深さで測定されうる。最大CS値は、強化基板の表面での測定されたCS(CS)を含みうる。ガラス基板内の圧縮応力層に隣接した内部領域について計算されたCTは、CS、物理的厚さt、及びDOLからも算出可能である。CSは、FSMなどを使用する表面応力の測定によってなど、当技術分野で知られた手段を使用して測定されうる。CS及びDOLの測定方法は、その内容全体がここに参照することによって本明細書に取り込まれる、名称を「化学的に強化された平板ガラスのための標準仕様(Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass)」とするASTM1422C−99、及び、名称を「アニール、熱強化及び完全強化された平板ガラスにおける縁端及び表面の応力の非破壊光弾性測定のための標準試験方法(Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed, Heat-Strengthened, and Filly-Tempered Flat Glass)」とするASTM1279.19779に記載されている。表面応力の測定は、ガラス基板の複屈折に関する、応力光係数(SOC)の正確な測定に依拠する。SOCは、次に、その内容全体がここに参照することによって本明細書に取り込まれる、名称を「ガラス応力光係数の測定のための標準試験法」とするASTM規格C770−98(2008)に両方とも記載される、ファイバ及び四点曲げ法、並びにバルクシリンダ法などの当技術分野で知られた方法によって測定される。CSとCTの関係は式(1)によって与えられる:
CT=(CS・DOL)/(t−2DOL) (1)
ここで、tはガラス物品の物理的厚さ(μm)である。本開示のさまざまなセクションにおいて、CT及びCSは、本明細書ではメガパスカル(MPa)で表され、物理的厚さtはマイクロメートル(μm)又はミリメートル(mm)で表され、DOLはマイクロメートル(μm)で表される。
一実施形態では、強化基板は、約50MPa〜約800MPaの範囲(例えば、約100MPa以上、約150MPa以上、約200MPa以上、250MPa以上、300MPa以上、例えば、400MPa以上、450MPa以上、500MPa以上、550MPa以上、600MPa以上、650MPa以上、700MPa以上、又は750MPa以上)の表面CSを有しうる。
強化基板は、約35μm〜約200μmの範囲(例えば、45μm、60μm、75μm、100μm、125μm、150μm又はそれ以上)のDOLを有しうる。1つ以上の特定の実施形態では、強化基板は次のうちの1つ以上を有する:約50MPa〜約200MPaの表面CS、及び約100μm〜約200μmの範囲のDOL;約600MPa〜約800MPaの表面CS及び約35μm〜約70μmの範囲のDOL。
圧縮応力層がガラスをベースとした物品内のより深い深度に及ぶ、強化ガラスをベースとした物品については、FSM技術は、観察されたDOL値に影響を及ぼすコントラストの問題に悩まされうる。より深いDOL値では、TE及びTMスペクトル間に不十分なコントラストが存在し、それによって、TE及びTMスペクトル間の差異の計算及びDOLの決定がより困難になる。さらには、FSM技術は、圧縮応力プロファイル(すなわち、ガラスをベースとした物品内の深さの関数としての圧縮応力の変動)を決定することができない。加えて、FSM技術は、例えばリチウムなどのある特定の元素のイオン交換から得られるDOLを決定することができない。
下記技法は、強化ガラスをベースとした物品についての圧縮深さ(DOC)及び圧縮応力プロファイルのより正確な決定を生じるように開発されている。
2012年5月3日にRostislav V.Roussevらによって出願された、名称を「イオン交換されたガラスの応力プロファイルを測定するためのシステム及び方法(Systems And Methods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass)(以後「Roussev I」と称される)」とし、かつ、同一の名称を有する、2011年5月25日に出願された米国仮特許出願第61/489,800号に対する優先権を主張する、米国特許出願第13/463,322号明細書には、鍛えられた又は化学的に強化されたガラスの詳細かつ正確な応力プロファイル(深さの関数としての応力)を抽出するための2つの方法が開示されている。TM及びTE偏光についての束縛光モードのスペクトルは、プリズム結合法によって集光され、それらの全体を用いて、詳細かつ正確なTM及びTEの屈折率プロファイルnTM(z)及びnTE(z)を得る。上記出願の内容は、その全体がここに参照することによって本明細書に取り込まれる。
一実施形態では、詳細な屈折率プロファイルは、逆ウェンツェル−クラマース−ブリルアン(IWKB)法を使用することによってモードスペクトルから得られる。
別の実施形態では、詳細な屈折率プロファイルは、測定されたモードスペクトルを、屈折率プロファイルの形状を表す、事前に定義された関数形式の数値的に計算されたスペクトルにフィットさせて、ベストフィットから関数形式のパラメータを得ることによって得られる。詳細な応力プロファイルS(z)は、応力光学係数(SOC)の既知の値を使用することによって回収されたTM及びTE屈折率プロファイルの差異から算出される:
S(z)=[nTM(z)−nTE(z)]/SOC (2)。
SOCの小さい値に起因して、任意の深さzにおける複屈折nTM(z)−nTE(z)は、屈折率nTM(z)及びnTE(z)のいずれかのごく一部(典型的には約1%)である。測定されたモードスペクトルのノイズに起因する大きな歪みのない応力プロファイルの獲得には、正確に約0.00001RIUのモード有効屈折率の決定が必要とされる。Roussev Iに開示される方法には、さらに、集光したTE及びTMモードスペクトル又はモードスペクトルの画像におけるノイズ及び/又はコントラスト不良にもかかわらず、測定されたモード屈折率についてのこのような高い正確性を確実にするための未処理のデータに適用される技法が含まれる。このような技法には、サブピクセル解像度でのモードに対応する極値の位置を見出すためのノイズ平均化、フィルタリング、及び曲線あてはめが含まれる。
同様に、名称を「ガラス及びガラスセラミックにおける複屈折を測定するためのシステム及び方法(Systems and Methods for Measuring Birefringence in Glass and Glass-Ceramics)(以後「Roussev II」)」とする、同一の名称を有する、2012年9月28日出願の米国仮特許出願第61/706,891号の優先権を主張する、2013年9月23日にRostislav V.Roussevらによって出願された米国特許出願第14/033,954号には、不透明なガラス及びガラスセラミックを含む、ガラス及びガラスセラミックの表面における複屈折を光学的に測定するための装置及び方法が開示されている。モードの離散スペクトルが特定されるRoussev Iとは異なり、Roussev IIに開示される方法は、測定値のプリズム結合構成におけるプリズム−試料界面によって反射されたTM及びTE光の角度強度分布の注意深い分析に依拠している。上記出願の内容は、その全体がここに参照することによって本明細書に取り込まれる。
したがって、角度に対する反射された光強度の正しい分布は、離散モードの位置のみを求める従来のプリズム結合応力測定値よりはるかに重要である。この目的のため、Roussev I及びRoussev IIに開示される方法には、参照画像又は信号の正規化、検出器の非直線性に対する補正、画像ノイズ及び斑点の低減のための複数の画像の平均化、及び、強度角スペクトルをさらに滑らかにするためのデジタルフィルタリングの適用を含む、強度スペクトルを正規化するための技法が含まれる。加えて、1つの方法は、TM及びTEの信号間の形状の基本的な差異を補正するためにさらに正規化された、コントラスト信号の形成を含む。前述の方法は、ほぼ同じ2つの信号を得ること、及び、最も急な領域を含む信号の部分を比較することによりサブピクセル解像度での互いの位置変位を決定することに依拠する。複屈折は、プリズムの幾何学形状及び屈折率、レンズの焦点距離、及びセンサ上の画素間隔を含む、装置設計によって決定された係数を有する互いの位置変位に比例する。応力は、測定された複屈折に、既知の応力光学係数を掛けることによって決定される。
別の開示された方法では、前述の信号の調整法の幾つかの組合せの適用後に、TM及びTE信号の微分値が決定される。TM及びTE信号の最大微分値の位置は、サブピクセル解像度で得られ、複屈折は、装置パラメータによって従来通り決定された係数を伴った、上記2つの最大値の間隔に比例する。
正確な強度の抽出の要求に関連して、装置は、照明の角度の均一性を改良するためのプリズム入射面に極めて接近した又はプリズム入射面上の光散乱面(静的ディフューザ)の使用、光源がコヒーレント又は部分的にコヒーレントである場合に、斑点の低減のためのディフューザの移動、並びに、プリズムの入力及び出力ファセットの一部の上及びプリズムの側方ファセット上の光吸収コーティングなど、いくつかの増強を含み、強度信号を変形させる傾向のある寄生バックグラウンドを低減する。加えて、装置は、不透明材料の測定を可能にするために赤外光源を含みうる。
さらには、Roussev IIには、記載される方法及び装置の増強によって測定が可能となる、研究試料の波長及び減衰係数の範囲が開示されている。範囲は、αλ<250πσで定義され、ここで、αは、測定波長λにおける光減衰係数であり、σは、典型的には、実用的な用途のための要求精度で測定される応力の予測値である。この広範囲により、実際的に重要な測定が、大きい光減衰に起因して既存の測定方法が適用不能となる波長において得ることが可能となる。例えば、Roussev IIには、1550nmの波長における、不透明な白色ガラスセラミックの応力によって誘起される複屈折の測定の成功について開示されており、ここで、減衰は約30dB/mmより大きい。
より深いDOL値においてFSM技術に伴ういくつかの問題が存在することは先に述べたが、FSMは、最大±20%の誤差範囲がより深いDOL値において可能であるという理解のもとに用いられうる、依然として有益な従来技術である。本明細書で用いられる用語「層の深さ」及び「DOL」は、FSM技術を用いて計算されたDOL値を指すのに対し、用語「圧縮深さ」及び「DOC」は、Roussev I&IIに記載される方法によって決定される圧縮層の深さを指す。DOC及びCTはまた、当技術分野で知られた技法を使用して、散乱光偏光器(SCALP)を用いて測定されてもよい。
強化基板は、約35μm〜約200μmの範囲(例えば、45μm、60μm、75μm、100μm、125μm、150μm又はそれ以上)のDOCを有しうる。1つ以上の特定の実施形態では、強化基板は、次のうちの1つ以上を有する:約50MPa〜約200MPaの表面CS及び約100μm〜約200μmの範囲のDOC;約600MPa〜約800MPaの表面CS及び約35μm〜約70μmの範囲のDOC。
基板に用いられうる例となるガラスには、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物又はアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラス組成物が含まれうるが、他のガラス組成物も予定されている。このようなガラス組成物は、イオン交換法によって化学的に強化可能である。一例となるガラス組成物は、SiO、B及びNaOを含み、ここで、(SiO+B)≧66モル%、かつ、NaO≧9モル%である。ある実施形態では、ガラス組成物は、少なくとも6質量%の酸化アルミニウムを含む。さらなる実施形態では、基板は、アルカリ土類酸化物含量が少なくとも5質量%になるように、1種類以上のアルカリ土類酸化物を有するガラス組成物を含む。適切なガラス組成物は、幾つかの実施形態では、KO、MgO、及びCaOのうちの少なくとも1つをさらに含む。特定の実施形態では、基板に用いられるガラス組成物は、61〜75モル%のSiO;7〜15モル%のAl;0〜12モル%のB;9〜21モル%のNaO;0〜4モル%のKO;0〜7モル%のMgO;及び、0〜3モル%のCaOを含みうる。
基板に適したさらなる例となるガラス組成物は、60〜70モル%のSiO;6〜14モル%のAl;0〜15モル%のB;0〜15モル%のLiO;0〜20モル%のNaO;0〜10モル%のKO;0〜8モル%のMgO;0〜10モル%のCaO;0〜5モル%のZrO;0〜1モル%のSnO;0〜1モル%のCeO;50ppm未満のAs;及び、50ppm未満のSbを含み、ここで、12モル%≦(LiO+NaO+KO)≦20モル%、かつ、0モル%≦(MgO+CaO)≦10モル%である。
基板に適したさらなになお例となるガラス組成物は、63.5〜66.5モル%のSiO;8〜12モル%のAl;0〜3モル%のB;0〜5モル%のLiO;8〜18モル%のNaO;0〜5モル%のKO;1〜7モル%のMgO;0〜2.5モル%のCaO;0〜3モル%のZrO;0.05〜0.25モル%のSnO;0.05〜0.5モル%のCeO;50ppm未満のAs;及び、50ppm未満のSbを含み、ここで、14モル%≦(LiO+NaO+KO)≦18モル%、かつ、2モル%≦(MgO+CaO)≦7モル%である。
特定の実施形態では、基板に適したアルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物は、アルミナ、少なくとも1つのアルカリ金属、及び、幾つかの実施形態では50モル%超のSiO、他の実施形態では少なくとも58モル%のSiO、さらに他の実施形態では少なくとも60モル%のSiOを含み、ここで、比は
Figure 0006698674
であり、ここで、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。このガラス組成物は、特定の実施形態では、58〜72モル%のSiO;9〜17モル%のAl;2〜12モル%のB;8〜16モル%のNaO;及び、0〜4モル%のKOを含み、ここで、比は
Figure 0006698674
である。
さらに別の実施形態では、基板は、64〜68モル%のSiO;12〜16モル%のNaO;8〜12モル%のAl;0〜3モル%のB;2〜5モル%のKO;4〜6モル%のMgO;及び、0〜5モル%のCaOを含む、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物を含んでよく、ここで、66モル%≦SiO+B+CaO≦69モル%;NaO+KO+B3+MgO+CaO+SrO>10モル%;5モル%≦MgO+CaO+SrO≦8モル%;(NaO+B)−Al≦2モル%;2モル%≦NaO−Al≦6モル%;及び、4モル%≦(NaO+KO)−Al≦10モル%である。
代替的な実施形態では、基板は、2mol%以上のAl及び/又はZrO、若しくは、4mol%以上のAl及び/又はZrOを含む、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物を含みうる。
基板210、230が結晶基板を含む場合、基板は、Alを含んでよい、単結晶を含みうる。このような単結晶基板はサファイアと称される。結晶基板のための他の適切な材料としては、多結晶アルミナ層及び/又はスピネル(MgAl)が挙げられる。
必要に応じて、結晶基板210、230は、強化されていても強化されていなくてもよい、ガラスセラミック基板を含みうる。適切なガラスセラミックの例としては、LiO−Al−SiO系(すなわちLAS系)ガラスセラミック、MgO−Al−SiO系(すなわちMAS系)ガラスセラミック、及び/又は、β−石英固溶体、β−スポジュメンss、コージエライト、及び二ケイ酸リチウムを含む主結晶相を含むガラスセラミックが挙げられうる。ガラスセラミック基板は、本明細書に開示される化学強化プロセスを使用して強化されうる。1つ以上の実施形態では、MAS系ガラスセラミック基板は、LiSO溶融塩中で強化されてよく、それによって、Mg2+の2Liへの交換が生じうる。
1つ以上の実施形態では、第1の基板は強化されておらず、一方、第2の基板は強化されている。幾つかの実施形態では、第1の基板は、ソーダ石灰ガラスを含みうる。必要に応じて、第1の基板は、強化されているソーダ石灰ガラスを含みうる。別の実施形態では、第1の基板は、強化されているアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを含みうる。
基板組成物は、プライバシーガラス用の遮光、及び/又は、ソーラーガラス用の赤外線放射の透過の低減をもたらすために着色剤を含みうる。
本明細書に記載される積層体は、追加的な機能性をもたらすために、フィルム、コーティング、又は表面処理のうちの1つ以上を含みうる。このようなフィルム及び/又はコーティングの例としては、反射防止コーティング、UV吸収コーティング、IR反射コーティング、防幻表面処理などが挙げられる。
本明細書に記載される積層体は、熱間曲げ(すなわち、加熱炉内又は加熱環境下で、基板を別々に又は一緒に形成)、冷間成形(すなわち、室温で成形)などを含む、当技術分野で知られた技法を使用して形成されうる。
積層体は、接着剤及び積層体を固定するための他の手段によって、車両の開口部に、又は建築用パネル内に配置されうる。
さまざまな実施形態は、以下の実施例によってさらに明らかにされる。
実施例1
表1に示される構成を有する、モデル化された実施例1A〜1C及びモデル化された比較例1D〜1Hを評価した。
Figure 0006698674
図7は、周波数(Hz)の関数としての伝送損失(dB)を示している。図7に示されるように、実施例1A〜1Cは、約2500Hz〜約6000Hzの周波数範囲にわたり、改良された伝送損失(すなわち、38dB以上)を示した。実施例1B及び1Cは、約3150Hz又は4000Hzから約6000Hzの周波数範囲にわたり、より一層高い伝送損失値を示した。比較例1Dのみ、約2500Hz〜約5000Hzの周波数範囲にわたり、高レベルの伝送損失を示したが、実施例1A〜1Cよりも大きい厚さ、したがって、実施例1A〜1Cよりも大きい重量も有する。比較例1E−1Hは、約2500Hz〜約6000Hzの周波数範囲にわたり、はるかに低い伝送損失を示した。
実施例2
各例をフレーム上に装填し、及び、約227g(半ポンド)のステンレス鋼ボールを使用して積層体の主面の中心に100Nの一定荷重を適用することによって、実施例2A〜2G及び比較例2H〜2Kを、機械的偏向について評価した。実施例2A〜2G及び比較例2H〜2Kは、表2に記載される構成を含んでいた。測定された偏向が図8に示されている。
Figure 0006698674
比較例2H〜2Kは、従来型の対称的な積層体を含んでおり、ガラス層間の追加の中間層を加えた後、偏向の増加(すなわち、機械的剛性の損失)を示した(比較例2Hを比較例2Iと比較し、比較例2Jと比較例2Kを比較)。この挙動は予測されており、報告されている。理論に縛られるわけではないが、ポリマー中間層がより厚くなると、所与の適用荷重について積層体の剛性の低下又は偏向の増加を生じる可能性が高くなると考えられる。
薄い非対称の積層体については、モデリングは、2つの中間層(すなわち、表2に示される剪断弾性率を有する第1及び第2の中間層)を有する積層体の機械的剛性の改良を示した。この挙動は、1つの基板が他の基板より厚い、非対称の積層体の特徴である。より厚い中間層構造は、基板がそれらの間により大きい非対称性を有する場合に、機械的剛性において、より大きい効果を有する。
効果は、表3に示される構成を有する実施例2L〜2Oにも見られうる。
Figure 0006698674
図9に示されるように、2つの副層(異なる剪断弾性率値を有する)を伴った層間構造を有する非対称の積層体は、単一の中間層を有する非対称の積層体と比較して(剪断弾性率値にもかかわらず)、構造の硬さ又は剛性の増加に関して改良された機械的性能をもたらす。特に、2つの副層を伴った層間構造を含む実施例2M及び2Oは、それぞれ、実施例2L及び2Nと比較して、偏向が低下している。
実施例3
音響制振における、第1の中間層のみを含む層間構造の位置、及び、音源に向いている基板の厚さの効果を決定するため、実施例3A〜3Bを評価した。実施例3A及び3Bは、いずれも、同じ層間構造を含んでいた(各実施例において同じ厚さを有する第1の中間層の単層のみを含む)。表4に示されるように、実施例3Aは、音源に向いた、より薄い基板を含んでいたのに対し、実施例3Bは、音源に向いた、より厚い基板を含んでいた。
Figure 0006698674
図10に示されるように、より薄い基板が音源に向いている場合に(実施例3Aの場合のように)、より大きい伝送損失、したがって、より大きい制振効果があった。
実施例3C及び3Dは、それぞれ、実施例3A及び3Bと同一であったが、表5に示されるように、第1の中間層の2つの層を含んでいた。
Figure 0006698674
図11に示されるように、層間構造の方向は、より薄い又はより厚い基板が音源に向いているかどうかについて、大きな利益はもたらさない。図10を図11と比較した場合、実施例3Cは、実施例3Aと比較した場合に、約6000Hz〜8000Hzの周波数範囲において、より少ない音響伝送損失を示す;しかしながら、実施例3Dは、実施例3Bと比較した場合に、同一の周波数範囲おいて、より大きい音響伝送損失を示す。
実施例4
音響制振における、第1の中間層及び第2の中間層を含む層間構造の位置及び所与の基板に対する第1の中間層の相対的位置の効果を決定するために、実施例4A〜4Dを評価した。実施例4A〜4Dの構成が表6に示されている。第1の中間層の厚さは、実施例4A〜4Dの各々において同一であり、第2の中間層の厚さは、実施例4A〜4Dの各々において同一であった。
Figure 0006698674
図12及び13は、それぞれ、実施例3Aと3B、及び実施例3Cと3Dの音響伝送損失を示している。図12に示されるように、実施例4A及び4Bは、互いに実質的に同じ音響伝送損失を示した。より厚い方の基板が音源に向いている実施例4B及び4Dを比較すると、音響伝送損失は、これもまた実質的に同じである。実施例4Cは、最大の音響伝送損失を示しており、第1の中間層がより薄い方の基板の近くに配置され、より薄い方の基板が音源に向いている場合には、積層体の音響伝送損失が改良されることを実証している。
実施例5
音響制振における、層間構造及び音源に向いている基板の厚さの効果を決定するために、実施例5A〜5Eを評価した。実施例5A〜5Eの構成が表7に示されている。第1の中間層の厚さは、実施例の各々において同一であり、第2の中間層の厚さ(使用した場合)は、実施例の各々において同一であった。
Figure 0006698674
図14及び15は、それぞれ、実施例5A〜5C、及び実施例5D〜5Eの音響伝送損失を示している。図14に示されるように、より厚い第2の基板が用いられる場合(すなわち、実施例5A及び5Cを比較)に、音響伝送損失における実質的な差異は存在しない。しかしながら、第2の中間層の追加により(実施例5B)、約4000Hz以上の周波数での音響伝送損失が増加する。図15に示されるように、第2の中間層の追加により、第1の基板がより薄い場合でさえも、音響伝送損失は増加する。
本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、さまざまな修正及び変形がなされうることが当業者に認識されよう。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
少なくとも1つの開口部及び内部を有する本体と、
少なくとも1つの開口部に配置された積層体であって、第1の基板、層間構造、及び約1.5mm未満の厚さを含む第2の基板を有する積層体と
を備えた車両であって、
前記第2の基板が、前記本体の前記内部に隣接しており、
前記層間構造が、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、かつ
前記積層体が、約2500Hz〜約6000Hzの周波数範囲にわたり、約38dB超の伝送損失を示す、
車両。
実施形態2
前記積層体が、約4000Hz〜約6000Hzの周波数範囲にわたり、40dB超の伝送損失を示すことを特徴とする、実施形態1に記載の車両。
実施形態3
前記第2の基板が、約0.7mm以下の厚さを含むことを特徴とする、実施形態1又は実施形態2に記載の車両。
実施形態4
前記層間構造が、第1の中間層及び第2の中間層を含んでおり、前記第1の中間層が、ある剪断弾性率を有し、前記第2の中間層が、前記第1の中間層の前記剪断弾性率より大きい剪断弾性率を有し、かつ
前記積層体が厚さtを有し、前記第1の中間層が、約0.4t〜約0.6tの厚さ範囲で位置決めされる
ことを特徴とする、実施形態1〜3のいずれかに記載の車両。
実施形態5
前記第2の中間層が、前記第1の中間層と前記第2の基板との間に配置されることを特徴とする、実施形態4に記載の車両。
実施形態6
前記層間構造が、前記第1及び前記第2の中間層の厚さより大きい厚さを有する第3の中間層を含むことを特徴とする、実施形態4に記載の車両。
実施形態7
前記第1の基板が、2.1mm以下の厚さを含むことを特徴とする、実施形態1〜6のいずれかに記載の車両。
実施形態8
前記第1の基板が、約1.2mm〜約1.8mmの範囲の厚さを含むことを特徴とする、実施形態7に記載の車両。
実施形態9
前記第1の基板が強化されていないことを特徴とする、実施形態1〜8のいずれかに記載の車両。
実施形態10
前記第1の基板がソーダ石灰を含むことを特徴とする、実施形態1〜9のいずれかに記載の車両。
実施形態11
前記第1の基板が強化されていることを特徴とする、実施形態1〜10のいずれかに記載の車両。
実施形態12
前記第1の基板及び前記第2の基板の一方又は両方が強化されていることを特徴とする、実施形態1〜11のいずれかに記載の車両。
実施形態13
前記第2の基板が、約50MPa〜約800MPaの範囲の圧縮応力、及び約35マイクロメートル〜約200マイクロメートルの範囲の圧縮深さを示すことを特徴とする、実施形態12に記載の車両。
実施形態14
前記中間層の厚さが約1.0mm以上であることを特徴とする、実施形態1〜13のいずれかに記載の車両。
実施形態15
前記第1の基板が、ある厚さを有し、前記第2の基板の厚さの前記第1の基板の厚さに対する比が、約0.2より大きいことを特徴とする、実施形態1〜14のいずれかに記載の車両。
実施形態16
前記第2の基板の厚さの前記第1の基板の厚さに対する比が約0.39以上であることを特徴とする、実施形態15に記載の車両。
実施形態17
前記第2の基板の厚さの前記第1の基板の厚さに対する比が約0.5以上であることを特徴とする、実施形態16に記載の車両。
実施形態18
前記本体が、自動車車体、鉄道車両本体、又は航空機の機体を含むことを特徴とする、実施形態1〜17のいずれかに記載の車両。
実施形態19
第1の基板、第1の中間層、第2の中間層、及び第2の基板
を備えた積層体であって、
前記第1の基板及び前記第2の基板のうちの一方又は両方が約1.5mm未満の厚さを有し、前記積層体が厚さtを有し、かつ
前記第1の中間層が、30℃及び5000Hzの周波数で、40×10Pa以下の剪断弾性率を有し、ここで、前記第1の中間層が、約0.4t〜約0.6tの厚さ範囲で位置決めされる、
積層体。
実施形態20
前記第2の中間層が、前記第1の中間層の前記剪断弾性率より大きい剪断弾性率を有することを特徴とする、実施形態19に記載の積層体。
実施形態21
前記第1の中間層及び前記第2の中間層が、異なる厚さを有することを特徴とする、実施形態19又は実施形態20に記載の積層体。
実施形態22
前記第1の中間層が、前記第1の基板と前記第2の中間層との間に配置され、前記第2の中間層が、前記第1の中間層と前記第2の基板との間に配置されることを特徴とする、実施形態19〜21のいずれかに記載の積層体。
実施形態23
前記第1の基板と前記第1の中間層との間に配置された第3の中間層をさらに備え、該第3の中間層が、前記第1の中間層の前記剪断弾性率より大きい剪断弾性率を有することを特徴とする、実施形態19〜22のいずれかに記載の積層体。
実施形態24
前記第2の中間層及び前記第3の中間層が異なる厚さを有することを特徴とする、実施形態23に記載の積層体。
実施形態25
前記第2の中間層及び前記第3の中間層が、異なる剪断弾性率を有することを特徴とする、実施形態23又は実施形態24に記載の積層体。
実施形態26
前記第1の基板が、2.1mm以下の厚さを含むことを特徴とする、実施形態19〜25のいずれかに記載の積層体。
実施形態27
前記第1の基板が、1.8mm以下の厚さを含むことを特徴とする、実施形態26に記載の積層体。
実施形態28
前記第1の基板が強化されていないことを特徴とする、実施形態19〜27のいずれかに記載の積層体。
実施形態29
前記第1の基板がソーダ石灰を含むことを特徴とする、実施形態19〜28のいずれかに記載の積層体。
実施形態30
前記第1の基板が強化されていることを特徴とする、実施形態19〜29のいずれかに記載の積層体。
実施形態31
前記第2の基板が強化されていることを特徴とする、実施形態19〜30のいずれかに記載の積層体。
実施形態32
前記第2の基板が、約50MPa〜約800MPaの範囲の圧縮応力、及び約35マイクロメートル〜約200マイクロメートルの圧縮深さを示すことを特徴とする、実施形態31に記載の積層体。
実施形態33
前記第1の中間層と前記第2の中間層との厚さの合計が約2.0mm以下であることを特徴とする、実施形態19〜32のいずれかに記載の積層体。
実施形態34
前記第1の基板が、ある厚さを有し、前記第2の基板の厚さの前記第1の基板の厚さに対する比が、約0.33より大きいことを特徴とする、実施形態19〜33のいずれかに記載の積層体。
実施形態35
前記第2の基板の厚さの前記第1の基板の厚さに対する比が、約0.39以上であることを特徴とする、実施形態34に記載の積層体。
実施形態36
前記第2の基板の厚さの前記第1の基板の厚さに対する比が、約0.5以上であることを特徴とする、実施形態35に記載の積層体。
実施形態37
前記積層体が、約2500Hz〜約6000Hzの周波数範囲にわたり、約38dB超の伝送損失を示すことを特徴とする、実施形態19〜36のいずれかに記載の積層体。
実施形態38
前記積層体が、約4000Hz〜約6000Hzの周波数範囲にわたり、40dB超の伝送損失を示すことを特徴とする、実施形態19〜37のいずれかに記載の積層体。
実施形態39
本体、開口部、及び該開口部に配置された実施形態19〜38のいずれかに記載の積層体を備えた車両。
実施形態40
前記本体が、自動車車体、鉄道車両本体、又は航空機の機体を含むことを特徴とする、実施形態39に記載の車両。
実施形態41
窓、内壁パネル、モジュール式家具用パネル、汚れよけパネル、キャビネットパネル、又は器具用パネルを含む、実施形態19〜40のいずれかに記載の積層体を含む建築用パネル。
100 車両
110 本体
120 開口部
200 積層体
201、202 非主面
210 第1の基板
220 層間構造
221 層間構造
222 第1の中間層
222A 外側副層
222B 中心副層
224 第2の中間層
226 外側中間層
227 中心中間層
228 外側中間層
230 第2の基板

Claims (4)

  1. 少なくとも1つの開口部及び内部を有する本体と、
    前記少なくとも1つの開口部に配置された積層体であって、第1の基板、層間構造、及び約1.5mm未満の厚さを含む第2の基板を有する積層体と
    を備えた車両であって、
    前記第2の基板が、前記本体の前記内部に隣接しており、
    前記層間構造が、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、かつ
    前記積層体が、約2500Hz〜約6000Hzの周波数範囲にわたり、約38dB超の伝送損失を示
    前記層間構造が、第1の中間層及び第2の中間層を含んでおり、前記第1の中間層が、ある剪断弾性率を有し、前記第2の中間層が、前記第1の中間層の前記剪断弾性率より大きい剪断弾性率を有し、かつ
    前記積層体が厚さtを有し、前記第1の中間層が約0.4t〜約0.6tの厚さ範囲で位置決めされることを特徴とする車両。
  2. 前記第2の基板が、約0.7mm以下の厚さを含むことを特徴とする、請求項1に記載の車両。
  3. 前記第1の中間層が、30℃及び5000Hzの周波数で、40×10Pa以下の剪断弾性率を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の車両。
  4. 前記第2の基板が強化されており、約50MPa〜約800MPaの範囲の圧縮応力、及び約35マイクロメートル〜約200マイクロメートルの範囲の圧縮深さを示すことを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の車両。
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