JP6729208B2 - 合わせガラス - Google Patents

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Description

本発明は、合わせガラスに関する。
合わせガラスは、自動車、鉄道車両及び飛行機を含む輸送用途、並びに建築用途において、窓及びグレージングとして使用されている。グレージングは、壁または他の構造の透明または半透明の部材である。合わせガラスに用いられる1枚及び/または2枚のガラス板は、しばしば、耐傷性向上などの機械的強度を向上させる目的で、風冷強化によって表面圧縮応力が形成される。近年、特に輸送用途においては、低燃費化及び走行安定性のニーズから、従来の合わせガラスに対し、軽量化が求められている。
一般に、軽量化の実現のためには薄いガラス板を用いた合わせガラスとすればよいが、ガラス板が薄くなるとガラスの表面と内部の温度差が付きにくいために、風冷強化では表面圧縮応力が形成しにくいという問題がある。
この問題の解決策として、特許文献1には、化学強化によって強化されたガラス板を用いた合わせガラスが開示されている。具体的には、第1の化学強化ガラス板の第1の主面に形成されたポリマー中間層を備え、前記第1のガラス板の表面での圧縮応力(以下、Compressive Stress:CSともいう)が300MPaより大きいガラス積層板が開示されている。
特表2013−540621号公報
しかしながら、特許文献1に開示されているように、化学強化によってガラス板を強化した場合、風冷強化に比べて大きなCSが形成できる一方で、それと対になってガラス板内部に生じる引張応力(以下、Central Tension:CTともいう)も大きくなる。また、CSの深さ[以下、圧縮応力層(Depth Of Layer:DOL]ともいう)が風冷強化と比較して小さい。
すなわち、DOL以上の深さの傷が生じた場合、高いCTにより直ちにクラックがガラス面内で四方八方に急速に成長し、ガラス板が破砕する。合わせガラスは、ガラス板が破砕されても、ガラス板は中間膜によって接合されているため、板形状を保ったまま窓枠に保持される。
したがって、ある一か所でもDOL以上の深さの傷が生じると、四方八方に広がったクラックによって、傷の周囲で、合わせガラスを透過して風景などの対象物を視認することが困難となる。
以上のような背景を鑑み、本発明は、化学強化ガラスを用いた合わせガラスであって、DOL以上の深さの傷が生じた場合にも、合わせガラスを透過して対象物を視認しやすい合わせガラスを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、
第1ガラス板と、第2ガラス板と、前記第1ガラス板と前記第2ガラス板との間に設けられた中間層とを含む合わせガラスであって、
前記第1ガラス板は、第1面と、前記第1面と対向する第2面を備え、
前記第2ガラス板は、第3面と、前記第3面と対向する第4面を備え、
前記中間層は、前記第2面と前記第3面との間に設けられ、
前記第2ガラス板は、化学強化ガラス板であり、
前記第2ガラス板は、前記第3面におけるCSをCS(3)、前記第2ガラス板の内部に生じる引張応力をCT、前記第2ガラス板の板厚をt、前記第3面側のDOLをDOL(3)、前記第4面側のDOLをDOL(4)としたとき、CS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]が1.1MPa−1×mm−1より大きいことを特徴とする合わせガラスを提供する。
本発明によれば、化学強化ガラスを用いた合わせガラスであって、DOL以上の深さの傷が生じた場合にも、合わせガラスを透過して対象物を視認しやすい合わせガラスを提供することができる。
図1は、本発明の合わせガラスの構成を概略的に示す断面図である。 図2は、本発明の一実施形態に係る、化学強化された第2ガラス板の応力プロファイルを示す図である。 図3は打撃子落下試験方法の模式図である。 図4は打撃子落下試験の結果(実施例1)を示す図である。 図5は打撃子落下試験の結果(実施例2)を示す図である。 図6は打撃子落下試験の結果(比較例1)を示す図である。 図7は打撃子落下試験の結果(比較例2)を示す図である。
以下、図面を用いて、本発明に係る合わせガラスの一実施形態について説明する。尚、以下の説明において、一例として合わせガラスが車両用窓として用いられる場合について記すが、本発明はこれに限定されない。例えば、建築用の窓ガラス、グレージング、および車両の内装または外装に用いられる化粧板などであってもよい。
また、本明細書において、ガラス表層に生じるものを「傷」、傷の先端から生じる亀裂を「クラック」と表現する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の一実施形態の合わせガラス13の構成を概略的に示す断面図である。図1に示すように、本発明の一実施形態の合わせガラス13は、第1ガラス板11と、第2ガラス板10と、第1ガラス板11と第2ガラス板10との間に設けられた中間層12とを含むように構成されている。
第1ガラス板11は、第1面21と、第1面21と対向する第2面22とを備る。また、第2ガラス板10は、第3面23と、第3面23と対向する第4面24を備える。中間層12は、第1ガラス板11の第2面22と、第2ガラス板10の第3面23との間に設けられ、両ガラス板を接合している。すなわち、第2面22及び第3面23は接着面であり、第1面21及び第4面24は露出面である。
尚、本実施形態において、第1面21を車外側、第4面24を車内側とする。
第2ガラス板10は、化学強化ガラス板である。第2ガラス板10は、第3面23におけるCSをCS(3)、前記第2ガラス板10の内部に生じる引張応力をCT、前記第2ガラス板10の板厚をt、第3面23側のDOLをDOL(3)、第4面24側のDOLをDOL(4)としたとき、CS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]が1.1MPa−1×mm−1より大きく、好ましくは1.6MPa−1×mm−1より大きく、より好ましくは2.1MPa−1×mm−1より大きく、特に好ましくは3.3MPa−1×mm−1より大きく、最も好ましくは5.1MPa−1×mm−1より大きい。
尚、本明細書において、DOL(3)とDOL(4)を区別なく述べる場合には、単に「DOL」と記す。また、第2ガラス板10の第4面24におけるCSをCS(4)とし、CS(3)とCS(4)を区別なく述べる場合には、単に「CS」と記す。
CS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]を1.1MPa−1×mm−1より大きくすることで、第2ガラス板10にDOL以上の深さの傷が生じた場合でも、クラックがガラス面内で四方八方に進展することを抑制することができる。その結果、合わせガラス13を透過して対象物を視認しやすくなる。
本発明者らは、化学強化された第2ガラス板10の第4面24に、DOL(4)以上の深さの傷(例えば、乗員が有する鋭利なものとの衝突など)が発生した場合、クラックのガラス面内での進展を防ぐためには、CS及びCTについてそれぞれのバランスが寄与していると考えた。
すなわち、CTが小さければ、クラックの進展の原動力が小さくなるため、クラックの進展は抑制できる。また本発明者らは、第3面23のCS(3)が大きいことでも、クラックの進展の抑制に寄与することを実験的に見出した。この理由は定かではないが、CTによって、クラックの進展の原動力が本来材料の有する物性を上回り、ガラス面内でクラックが進展しようとしても、第3面23のCS(3)が大きいと、そのクラックの進展が抑制される、と解釈できる。
以上のような解釈の元、CS(3)、CT、t、DOL(3)、DOL(4)を用いて相関関係式を以下のように導き出した。ここで、図2は、本発明の一実施形態に係る、化学強化された第2ガラス板10の応力プロファイルを示す図である。図2より、第2ガラス板10の応力プロファイルのうち、圧縮部分を三角形、引張部分を長方形と仮定する。そして板内部の応力による弾性エネルギーの式に基づいて、CTによる引張エネルギーを計算する。
その結果、CTによる引張エネルギーは、化学強化の影響を受ける部分の項を考えれば、CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}と導出される。したがって、クラックの進展の阻害要因であるCS(3)を、クラックの進展の原動力であるCTによる引張エネルギーCT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}で除した式CS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]を、相関関係式として定義した。
尚、CS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]の上限は、特に限定はされないが、一般的には、1700MPa−1×mm−1以下であることが好ましく、より好ましくは1300MPa−1×mm−1以下、さらに好ましくは1000MPa−1×mm−1以下である。
尚、本明細書において、CTとは、以下の式で表される。
CT=(CS(3)×DOL(3)+CS(4)×DOL(4))÷[2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]
第2ガラス板10の第3面23におけるCS(3)は、300MPa以上であることが好ましく、より好ましくは350MPa以上、さらに好ましくは400MPa以上である。第3面23におけるCS(3)が300MPa以上であれば、第3面23に充分な表面圧縮応力を形成できるため、第4面24側に生じたクラックのガラス面内での進展をより抑制できる。さらに、車両のドアを力強く閉めた際などに生じ得る、第3面23での割れを抑制できる。
また、第3面23におけるCS(3)が、好ましく800MPa以下、より好ましくは700MPa、さらに好ましくは600MPa以下であれば、CTを小さくできる。第2ガラス板10の第4面24におけるCS(4)は、300MPa以上であることが好ましく、より好ましくは350MPa以上、さらに好ましくは400MPa以上である。第4面24におけるCS(4)が300MPa以上であれば、第4面24に充分な表面圧縮応力を形成できるため、第4面24に傷が発生しにくい。また、第4面24におけるCS(4)の上限値は、特に限定はされないが、一般的には、1500MPa以下である。
第2ガラス板10の第4面24におけるDOL(4)は、2μm以上であることが好ましく、より好ましくは5μm以上である。DOL(4)が2μm以上であれば、合わせガラス13の通常使用時を考慮した場合に想定される傷が、DOL(4)以上の深さになりにくい。また、第2ガラス板10のDOL(4)を5μm以上とすることにより、車両用のドアに用いた場合に、ドアを強閉したときに発生する応力にも耐え易くなる。
ここで、第4面24において、合わせガラス13の通常使用時を考慮した場合に想定される傷としては、例えば、合わせガラスを車両用昇降窓として用いた場合に、昇降レールと合わせガラスの間に砂を巻き込み擦れ合ったときに生じる傷が挙げられる。
第2ガラス板10の第4面24におけるDOL(4)は、40μm未満であることが好ましく、より好ましくは30μm未満、さらに好ましくは20μm未満、さらに好ましくは17μm以下、さらに好ましくは15μm以下である。DOL(4)が40μm未満であればCTを小さくできる。
また、第2ガラス板10の第3面23におけるDOL(3)は、40μm未満であることが好ましく、より好ましくは30μm未満、さらに好ましくは20μm未満、さらに好ましくは17μm以下、さらに好ましくは15μm以下である。DOL(3)が40μm未満であれば、CTを小さくできるため、第4面24側に生じたクラックがガラス面内に進展することを抑制できる。
また、第3面23におけるDOL(3)は、第4面24におけるDOL(4)よりも小さくてもよい。DOL(3)<DOL(4)とすることで、CTを小さくできる。また、第3面23のCS(3)と第4面24のCS(4)は同一の値であってよく、異なっていてもよい。同様に第3面23のDOL(3)と第4面24のDOL(4)は同一の値であってよく、異なっていてもよい。
例えば、第2ガラス板10がフロート成形時に溶融金属と接するボトム面と、前記ボトム面に対向するトップ面とを有するフロートガラスである場合、第3面23(例えば、ボトム面)のCS(3)と第4面24(例えば、トップ面)のCS(4)は異なっていてもよい。同様に第3面23のDOL(3)と第4面24のDOL(4)は異なっていてもよい。
例えば、まず第3面23のみに化学強化を施し、続いて第3面23の化学強化処理を停止した後、第4面24のみを化学強化することで、第3面23及び第4面24のCS及びDOLを異なる値にすることができる。この方法では、第3面23は、第4面24の化学強化時の温度によって、応力が変化し、CS(3)はCS(4)よりも小さく、DOL(3)はDOL(4)よりも大きくなる。
第3面23及び第4面24のCS及びDOLを異なる値にすることは、第3面23、第4面24それぞれに求められる特性に応じて、それぞれ異なった値にCS及びDOLを設定するという思想に基づく。
すなわち、第3面23は、砂や乗員が有する鋭利なものと接触する機会がほぼ考えられないが、車両のドアを力強く閉めた際などの割れに耐えることは求められる。また、クラックを面内で進展させないためのCS(3)が求められる。また、必要以上にCTを高くさせないため、CS(3)及び/又はDOL(3)の値は、大きすぎないことも求められる。
また、第4面24は、砂との摺動などに耐えることが求められる。また、車両のドアを力強く閉めた際などの割れに耐えることも求められる。また、必要以上にCTを高くさせないため、CS(4)及び/又はDOL(4)の値は、大きすぎないことも求められる。
第2ガラス板10のCTは、50MPa以下であることが好ましく、より好ましくは40MPa以下、さらに好ましくは30MPa以下である。CTが50MPa以下であれば、クラックの進展を抑制することができる。CTの下限値は特に制限されないが、通常1MPa以上である。
第2ガラス板10の板厚は、第1ガラス板11の板厚よりも小さいことが好ましい。第2ガラス板10の板厚は、0.2mm以上1.0mm以下であることが好ましく、より好ましくは0.3mm以上0.8mm以下であり、さらに好ましくは0.4mm以上0.7mm以下である。
第2ガラス板10の板厚を1.0mm以下とすることにより、合わせガラス13を軽量化できる。また、第2ガラス板10の板厚を0.2mm以上とすることにより、曲げ剛性が高まり、第2ガラス板10の運搬時に作業者が取り扱いやすい。
また、第1ガラス板11の板厚は、1.5mm以上4.0mm以下であることが好ましく、より好ましくは1.7mm以上3.5mm以下、さらに好ましくは2.0mm以上3.0mm以下である。
第1ガラス板11の板厚を4.0mm以下とすることで、合わせガラス13を軽量化できる。また、第1ガラス板11の板厚を1.5mm以上とすることで、合わせガラス13に充分な曲げ剛性が得られる。
また、第2ガラス板10の板厚を、第1ガラス板11の板厚で除した値が、0.1以上0.5以下であることが好ましく、より好ましくは0.13以上0.48以下、さらに好ましくは0.15以上0.45以下である。第2ガラス板10の板厚を、第1ガラス板11の板厚で除した値が、0.1以上0.5以下であることにより、剛性が高く、かつ軽量な合わせガラス13が得られる。
本実施形態で使用される第2ガラス板10としては、イオン交換可能なものであれば特に制限されず、例えば、ソーダライムガラス及びアルミノシリケートガラス等から適宜選択して使用することができる。
第2ガラス板10の組成の一例としては、酸化物基準のモル%で表示した組成で、SiOを50%以上80%以下、Bを0%以上10%以下、Alを0.1%以上6%未満、LiO+NaO+KOを3%以上30%以下、MgOを0%以上25%以下、CaOを0%以上25%以下、SrOを0%以上5%以下、BaOを0%以上5%以下、ZrOを0%以上5%以下及びSnOを0%以上5%以下含むガラスが挙げられるが、特に限定されない。尚、例えば、「MgOを0%以上25%以下含む」とは、MgOは必須ではないが25%まで含んでもよい、の意である。
SiOは、ガラス骨格を形成する必須成分である。SiOの含有量は、50%以上80%以下であることが好ましく、55%以上75%以下であることがより好ましく、60%以上70%以下であることがさらに好ましい。
はガラスを安定化させる成分であるとともに耐失透特性を高めることができる。Bの含有量は、0%以上10%以下であることがより好ましく、0%以上8%以下であることがより好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。尚、例えば、Bの含有量は0%以上10%以下が好ましいとは、Bは含有しても含有しなくてもよいが、含有する場合その含有量は10%以下が好ましい、の意である。
Alは、ガラス転移温度(Tg)、耐候性、ヤング率を高くする効果を有し、さらにガラス表面のイオン交換性能を向上させる成分である。Alの含有量は、0.1%以上6%未満であることが好ましく、0.3%以上5.5%未満であることがより好ましく、0.5%以上5.0%未満であることがさらに好ましい。
LiOは、イオン交換処理において主としてナトリウムイオンと置換されることによってガラスを化学強化するとともに、熱膨張係数を制御し、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性または成形性を高める成分である。
LiOの含有量は、1%以上が好ましい。1%以上とすることにより、イオン交換処理により所望の表面圧縮応力層を形成しやすくなる。好ましくは2%以上、より好ましくは4%以上である。LiOが17%超では耐候性が低下する。好ましくは14%以下、より好ましくは13%以下である。
NaOは、イオン交換処理において主としてカリウムイオンと置換されることによってガラスを化学強化するとともに、熱膨張係数を制御し、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性または成形性を高める成分である。
NaOの含有量は、1%以上が好ましい。1%以上とすることにより、イオン交換処理により所望の表面圧縮応力層を形成しやすくなる。好ましくは3%以上、より好ましくは4%以上である。NaOが17%超では耐候性が低下する。好ましくは14%以下、より好ましくは11%以下である。
Oは溶融性を向上させる成分であるとともに、化学強化におけるイオン交換速度を大きくして所望の表面圧縮応力と応力層深さを得ることができる。KOの含有量は、1%以上が好ましい。1%以上とすることにより、イオン交換処理により所望の表面圧縮応力層を形成しやすくなる。好ましくは3%以上、より好ましくは4%以上である。KOが17%超では耐候性が低下する。好ましくは14%以下、より好ましくは11%以下である。
LiO+NaO+KOは3%以上30%以下であることが好ましく、5%以上27%以下であることがより好ましく、7%以上25%以下であることがさらに好ましい。LiO+NaO+KOが30%以下であることにより、イオン交換後の耐水性が悪化するのを防ぐことができる。また、3%以上であることにより、ガラス融液の粘性が高くなりすぎるのを防ぎ、溶融または成形し易くすることができる。
MgOは、ガラスを傷つきにくくするとともに、ガラスの溶解性を向上させる成分である。MgOの含有量は0%以上25%以下であることが好ましく、0%以上22%以下であることがより好ましく、0%以上20%以下であることがさらに好ましい。
CaOを含有することにより、耐久性、強度が向上する。CaOの含有量は0%以上25%以下であることが好ましく、0%以上22%以下であることがより好ましく、0%以上20%以下であることがさらに好ましい。
SrOは溶解性を高めるとともに、液相温度を下げるのに有効な成分である。SrOの含有量は0%以上5%以下であることが好ましく、0%以上3%以下であることがより好ましく、0%以上2%以下であることがさらに好ましい。
BaOは溶解性を高めるとともに、液相温度を下げるのに有効な成分である。BaOの含有量は0%以上5%以下であることが好ましく、0%以上3%以下であることがより好ましく、0%以上2%以下であることがさらに好ましい。
ZrOは、イオン交換速度を向上させ、ガラスの化学的耐久性または硬さを向上させる成分であり、含有した方が好ましい場合がある。ZrOの含有量は0%以上5%以下であることが好ましく、0%以上3%以下であることがより好ましく、0%以上2%以下であることがさらに好ましい。
SnOは、耐候性を向上させる成分である。SnOの含有量は0%以上5%以下であることが好ましく、0%以上3%以下であることがより好ましく、0%以上2%以下であることがさらに好ましく、典型的にはSnOを含有しない。
TiOはガラス中に存在するFeイオンと共存することにより、可視光透過率を低下させ、ガラスを褐色に着色するおそれがあるので、含有するとしても1%以下であることが好ましく、典型的には含有しない。
LiOは歪点を低くして応力緩和を起こりやすくし、その結果安定した表面圧縮応力層を得られなくする成分であるので4.3%以下であることが好ましい。より好ましくは3%以下、さらに好ましくは2%以下、特に好ましくは1%以下、典型的にはLiOを含有しない。
より具体的には、以下のガラスの組成が挙げられる。
(i)モル%で表示した組成で、SiOを63%以上73%以下、Alを0.1%以上5.2%以下、NaOを10%以上16%以下、KOを0%以上1.5%以下、MgOを5%以上13%以下及びCaOを4%以上10%以下を含むガラス。
(ii)モル%で表示した組成で、SiOを50%以上74%以下、Alを1%以上10%以下、NaOを6%以上14%以下、KOを3%以上11%以下、MgOを2%以上15%以下、CaOを0%以上6%以下及びZrOを0%以上5%以下含有し、SiO及びAlの含有量の合計が75%以下、NaO及びKOの含有量の合計が12%以上25%以下、MgO及びCaOの含有量の合計が7%以上15%以下であるガラス。
(iii)モル%で表示した組成で、SiOを68%以上80%以下、Alを4%以上10%以下、NaOを5%以上15%以下、KOを0%以上1%以下、MgOを4%以上15%以下及びZrOを0%以上1%以下含有するガラス。
(iv)モル%で表示した組成で、SiOを67%以上75%以下、Alを0%以上4%以下、NaOを7%以上15%以下、KOを1%以上9%以下、MgOを6%以上14%以下及びZrOを0%以上1.5%以下含有し、SiO及びAlの含有量の合計が71%以上75%以下、NaO及びKOの含有量の合計が12%以上20%以下であり、CaOを含有する場合その含有量が1%未満であるガラス。
(v)モル%で表示した組成で、SiOを60%以上70%以下、Bを0%以上10%以下、Alを8%以上15%以下、NaOを10%以上17%以下、KOを0%以上3%以下、MgOを0%以上10%以下、CaOを0%以上1%以下、ZrOを0%以上1%以下含有し、SiO及びAlの含有量の合計が76%以上81%以下、NaO及びKOの含有量の合計が13%以上16%以下であるガラス。
第1ガラス板11と第2ガラス板10には同一の種類のガラス材質を使用してもよいし、異なった種類のガラス材質を使用してもよい。第1ガラス板11としては、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス及びアルミノシリケートガラスが挙げられる。
本実施形態において、第1ガラス板11は外部に露出する側に設けられ、第2ガラス板10は室内側に設けられることが好ましい。このようにすることで、第2ガラス板10にDOL以上の深さの傷(例えば、飛び石など鋭利なものとの衝突など)が発生しにくくなる。
また、第1ガラス板11は、未強化のガラス板であってよい。好ましくは、機械的強度を高めるために、風冷強化ガラス板、風冷強化ガラスよりも表面圧縮応力が低い(例えば、表面圧縮応力が50MPa以下)半風冷強化ガラス板、または本実施形態の化学強化ガラス板であってよい。
風冷強化ガラス板は、圧縮応力層の深さが一般的な化学強化ガラス板に比べて大きいため、飛び石などで生じる傷が圧縮応力層を貫通しにくい。また、半風冷強化ガラス板及び本実施形態の化学強化ガラス板であれば、飛び石などで生じる傷から発生するクラックがガラス面内に進展しにくい。
中間層12は、第1ガラス板11と第2ガラス板10とを接着する。中間層12は、従来の車両用合わせガラスに一般に用いられる中間膜でよく、例えば、ポリビニルブチラール(PVB)及びエチレンビニルアセタール(EVA)等を用いることができる。また、加熱前は液状である熱硬化性樹脂を用いてもよい。すなわち、中間膜は合わせガラスとした状態の時に膜状であればよく、ガラス板の接合前の状態で中間膜が液状などであってもよい。また、中間膜の厚みは、例えば、0.5mm以上4mm以下のものが好ましく用いられる。
また、室内側の温度上昇を抑えるために、赤外線吸収剤を配合させた中間膜を用いてもよい。赤外線吸収剤の材質としては、例えば、Sn、Sb、Ti、Si、Zn、Zr、Fe、Al、Cr、Co、Ce、Cs、In、Ni、Ag、Cu、Pt、Mn、Ta、W、V若しくはMoの金属、酸化物、窒化物または硫化物、あるいはこれらにSb若しくはFをドープしたドープ物を有する微粒子などが挙げられる。
これらの微粒子は単独物または複合物として使用することができる。また、これらの単独物または複合物を有機樹脂に混合した混合物、またはこれらの単独物または複合物を有機樹脂で被覆した被覆物を用いてもよい。また、赤外線吸収剤として、着色剤、染料または有機物(例えば、フタロシアニン及びナフタロシアニン)などを用いてもよい。
また、微振動による振動を抑制するため、せん断弾性率の小さい遮音性中間膜を用いてもよい。遮音性中間膜は、せん断弾性率の異なる膜を層状に積層させてもよい。また、ヘッドアップディスプレイとして合わせガラス13を用いた場合の二重像を防止するために、断面が楔状の楔型中間膜であってもよい。
第2ガラス板10は、その表面に機能膜を含んでもよい。機能膜とは、典型的には酸化物膜、窒化物膜、フッ化物膜若しくは金属膜、またはそれらの膜の積層膜のことである。
機能膜は、第2ガラス板10を化学強化する前に形成されてもよく、第2ガラス板10を化学強化した後に形成されてもよい。第2ガラス板10を化学強化する前に形成する場合、機能膜の密度によっては、後の化学強化の程度を調整する役割を果たし、上述のCS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]の範囲を達成することができる。
一方、第2ガラス板10を化学強化した後に形成する場合、機能膜の形成時の温度によっては、後の化学強化の程度を調整する役割を果たし、上述のCS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]の範囲を達成することができる。
また、合わせガラス13が湾曲形状である場合、後述するコールドベンドによって、従来では湾曲形状のガラス板に形成が困難だった機能膜を第2ガラス板10に形成でき、その機能を充分に発揮できる。
前記酸化物としては、例えば、TiO及びSiOなどの無アルカリ酸化物、LiMnOおよびBaTiOなどのアルカリ元素またはアルカリ土類元素を含む複合酸化物、KO及びNaOなどのアルカリ酸化物並びにITOなどの無機化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
前記窒化物としては、例えば、Si、AlN及びBNが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
前記フッ化物膜としては、例えば、MgF、CaF、SrF及びBaFが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
前記金属としては、例えば、Ag及びCuが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
無アルカリ酸化物とは、アルカリ金属元素以外の元素からなる酸化物であって、アルカリ金属以外の元素を1種以上含む酸化物並びに複合酸化物、または2種類以上の酸化物および複合酸化物の混合酸化物、若しくは前記酸化物や複合酸化物の積層体のことである。
無アルカリ酸化物としては、ケイ素、チタン、スズ、アルミニウム、亜鉛、クロム、銅、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、銀、ニオブ、モリブデン、アンチモン及びインジウムからなる群から選ばれる少なくとも1種類の元素からなる酸化物並びに複合酸化物が、少なくとも1種類以上含まれる酸化物が好ましい。
酸化物だけからなる膜でも、窒化物、フッ化物または硫化物など、その他の化合物が含まれでもよく、いずれの元素と組み合わせてもよい。ランタノイド系元素またはアクチノイド系元素などが少量ドープされたような膜でもよい。
アルカリ元素またはアルカリ土類元素を含む複合酸化物としては、例えば、LiMnO及びBaTiOなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
機能膜における無機物の含有量は、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましい。無機物からなる膜における無機物の含有量を50質量%以上とすることにより、化学強化を抑制する効果が適切に得られる。
機能膜は、H原子を含有していてもよい。機能膜がH原子を含有する場合、機能膜におけるH原子濃度は1.0×1015atom/mm以上1.0×1019atom/mm以下とすることが好ましい。機能膜にH原子が含まれることにより、膜中の化学的な構造が変化してイオンの通路が形成される。すなわち、化学強化の抑制度合いを制御することが可能となる。
さらに機能膜におけるH原子濃度を1.0×1015atom/mm以上1.0×1019atom/mm以下とすることによって、化学強化におけるイオンの置換が容易になり、かつ、緻密な膜が保たれる。
銀を主成分とする機能膜とする場合、機能膜は銀のみ、またはパラジウム等の金属を含有する銀合金を含む。銀合金の場合、銀と銀以外の金属元素との合計量に対する銀以外の金属の割合は、遮熱性及びコストの面から10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。
機能膜の膜厚は、通常5nm以上600nm以下であることが好ましく、10nm以上400nm以下であることがより好ましい。膜厚を5nm以上600nm以下とすることにより、化学強化を抑制する効果が適切に得られる。
銀を主成分とする機能膜とする場合、機能膜の膜厚は11nm以上であることが好ましく、より好ましくは12nm以上であり、さらに好ましくは13nm以上であり、特に好ましくは14nm以上である。
機能膜の形成方法としては、例えば、常圧CVD法及びプラズマCVD法等のCVD(化学蒸着、Chemical Vapor Depositiion)法、スパッタ法、ウェットコート法並びに蒸着法が挙げられる。これらの中でも、大面積に容易に製膜可能である観点から、CVD法が好ましく、常圧CVD法がより好ましい。
第2ガラス板10の製造方法としては、特に限定されず適切に選択すればよく、典型的には従来公知の工程を適用できる。
例えば、各成分の原料を後述する組成となるように調合し、ガラス溶融窯で加熱溶融する。バブリング、撹拌または清澄剤の添加等によりガラスを均質化し、従来公知の成形法により所定の厚さのガラス板に成形し、徐冷する。
第2ガラス板10の成形法としては、例えば、フロート法、プレス法、フュージョン法及びダウンドロー法が挙げられる。特に、大量生産に適したフロート法が好ましい。また、フロート法以外の連続成形法、すなわち、フュージョン法及びダウンドロー法も好ましい。
成形したガラスを必要に応じて研削及び研磨処理し、第2ガラス板10については化学強化処理をした後、洗浄及び乾燥する。また、第2ガラス板10の表面は研磨処理しなくてもよい。
ガラスの化学強化処理は、通常、大きなイオン半径の金属イオン(例えば、Kイオン)を含む金属塩(例えば、硝酸カリウム)の融液にガラス板を浸漬させることにより、ガラス板中の小さなイオン半径の金属イオン(例えば、NaイオンまたはLiイオン)を大きなイオン半径の金属イオンと置換させて、ガラス板表面に圧縮層を形成することにより行われる。
化学強化処理は、浸漬工程によって、例えば、300℃以上550℃以下の硝酸カリウム溶液中にガラス板を5分以上20時間以下浸漬することによって行うことができる。イオン交換条件は、ガラスの粘度特性や、用途、板厚、ガラス内部の引張応力等を考慮して、最適な条件を選択すればよい。
第2ガラス板10のCS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]を1.1MPa−1×mm−1より大きくする方法としては、例えば、上記した(i)の組成のガラスについて、450℃の硝酸カリウム溶液中にガラス板を50分間浸漬させることが挙げられる。
化学強化処理を行うための溶融塩としては、例えば、硝酸カリウム等のアルカリ硝酸塩、硫酸ナトリウム及び硫酸カリウム等のアルカリ硫酸塩、並びに塩化ナトリウム及び塩化カリウム等のアルカリ塩化塩などが挙げられる。これらの溶融塩は単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
また、第1ガラス板11の製造方法は、第2ガラス板10と同様の本実施形態の化学強化ガラス板の場合は、上述の通りである。風冷強化ガラス板及び半風冷強化ガラス板の場合は、従来知られている公知の製造手段を用いて作製できる。
第1ガラス板11と第2ガラス板10は、公知の貼合わせ機械等を使用して、中間層12を介して貼り合わされ、発明の一実施形態の合わせガラス13が作製される。貼り合わせた後に、選択した中間層に応じて、適宜乾燥処理または紫外線照射処理等を行ってもよい。
また、合わせガラス13が湾曲形状である場合、第1湾曲形状に湾曲された第1ガラス板11と、第1湾曲形状とは異なる第2形状を有する第2ガラス板10とが、中間層12によって接合された合わせガラス13であってもよい。このような合わせガラス13は、2枚のガラス板のうちいずれか一方、または2枚のガラス板が互いに、弾性変形した状態で接合されている。
このように、第1湾曲形状に湾曲された第1ガラス板11と、第1湾曲形状とは異なる第2形状を有する第2ガラス板10とが、中間層12によって接合された合わせガラス13は、弾性変形による曲げ応力を有する。特に、第1ガラス板11に比べて、第2ガラス板10の板厚が小さい場合、第2ガラス板10が主に弾性変形した状態で貼り合わされているため、第2ガラス板10に曲げ応力が形成される。第2ガラス板10の周縁領域内では曲げ圧縮応力が形成され、第2ガラス板10の面内領域の中央には、曲げ引張応力が形成される。
ここで、本明細書において、周縁領域とは、例えば、ガラス板の周縁から面内方向に20mmの領域である。面内領域とは、周縁領域より面内側を占める領域である。尚、曲げ圧縮応力及び曲げ引張応力は、市販の表面応力計によって測定できる。第2ガラス板10が強化ガラスの場合、第2ガラス板10の第4面24には、残留応力と曲げ応力の両方が生じている。残留応力は、強化によるものであり、接合前に生じている。この場合、接合後の応力値を計測し、その計測値から、自然状態での第2ガラス板10の応力値を引くことで、曲げ応力が算出できる。
本実施形態の場合、第1ガラス板11を熱により曲げ成形して所望の湾曲形状に曲げ成形した後に、化学強化した平板状の第2ガラス板10を、中間層12を介して第1ガラス板11に貼り合わせてよい。例えば、第1ガラス板11は2つの直交する方向に曲がった複曲形状、第2ガラス板10は平板状でよい。第1湾曲形状を複曲形状にすることで、意匠性に優れた車両用窓ガラスが作成でき、車両デザインの多様なニーズに対応できる。第2形状を平板状とすることで、機能膜が形成しやすくなる。また、第2ガラス板10の曲げ成形工程を省略できる。詳細は後述する。
このように、2枚のガラス板のいずれか一方を弾性変形させて接合する合わせガラスの製造方法(以下、コールドベンドともいう)を用いることで、以下のような利点が得られる。すなわち、従来は、機能膜が形成された湾曲形状の合わせガラス板を得るには、成形前の平板状の2枚のガラス板のいずれか一方、または両者に機能膜を形成した後に、2枚のガラス板を軟化点付近まで加熱して曲げ成形し、接合する方法が知られていた。しかし、この方法では、機能膜がガラス板の軟化点付近まで加熱されることで、その機能が低下することがあった。
一方、平板状の第2ガラス板10に機能膜を形成し、コールドベンドを用いて、所望の形状に曲げ成形した第1ガラス板11に接合すれば、機能膜をガラス板の軟化点付近まで加熱させずに、湾曲した合わせガラス板が得られるため、機能膜の機能が充分に発揮できる。
また、機能膜が形成された湾曲形状の合わせガラス板を得る別の方法として、ガラス板を所望の湾曲形状に曲げ成形した後に、機能膜をその表面に形成する方法があった。しかし、この方法は、平板状のガラス板に機能膜を形成するよりも難しく、工程及び装置の煩雑化を招いていた。コールドベンドを用いれば、平板状の第2ガラス板10に機能膜を形成できるため、工程及び装置を簡易化できる。
また、コールドベンドを用いることで、第2ガラス板10を軟化点付近まで加熱して曲げ成形するという工程を省略できる。
また、コールドベンドで用いられる第2ガラス板10は、第1湾曲形状とは異なる、第2湾曲形状を有していてもよい。本実施形態において、第2湾曲形状の曲率半径は、第1湾曲形状の曲率半径よりも大きい。本実施形態では、第2ガラス板10は、化学強化の過程で曲げ成形される。
具体的には、第3面23の化学強化の入り方を、第4面24よりも大きくすることで、第3面23が凸面、第4面24が凹面となるよう第2ガラス板10を曲げ成形できる。このように第2ガラス板10を化学強化の過程で曲げ成形することで、第2ガラス板10を軟化点付近まで加熱して曲げ成形するという工程を省略できる。また、第2ガラス板10を湾曲形状とすれば、第1湾曲形状との曲率半径の差が小さくなるため、コールドベンドの時に発生する曲げ応力を低減できる。
尚、化学強化の入り方の大小は、例えば、第3面23のNaの量と第4面24のNaの量とを比較すれば明らかとなる。第3面23のNaの量とは、蛍光X線(XRF)によって測定されたKα軌道の強度を指し、第3面23の表面から深さ3μmまでのNaの量を指すものとする。第4面24も同様である。
コールドベンドは、テープなどの仮止め手段によって固定された第1ガラス板11、第2ガラス板10及び中間膜の積層体と、従来公知であるニップローラーまたはゴム袋などの予備圧着装置及びオートクレーブを用いることで達成できる。
以下、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
(1)第2ガラス板の作製
フロート法で製造した化学強化用ガラスを切り分けた後、#1000の砥石を用いて研削し、表1に示す厚みの板状ガラスとした。その後、硝酸カリウム塩を用いて得られたガラスを表1に示す条件でイオン交換処理した後、得られた化学強化ガラスの物性を評価した。ガラス組成は、上記で例示した組成のうち、(i)及び(ii)の範囲内のものを用いた。
表面圧縮応力(CS)及び圧縮応力深さ(DOL)は、折原製作所製ガラス表面応力計(FSM−6000LE)を用いて測定した。また、引張応力(CT)は、複屈折イメージングシステムAbrio(東京インスツルメンツ社製)により、化学強化ガラスの化学強化層に光を通すことで表面圧縮応力層のリタデーションを計測し、ガラスの光弾性定数を用いて算出した。
(2)第1ガラス板の作製
フロート法で製造した、厚みが2.8mmの以下に示す組成のガラスを切り分け、板状ガラスとした。ガラス組成は、SiOを65質量%〜75質量%、CaOを7質量%〜14質量%、Alを0質量%〜3.5質量%、NaOとKOの合計が12.0質量%〜14.5質量%であるソーダライムガラスを用いた。
(3)合わせガラスの作製
第1ガラス板に、中間層として0.76mmのPVBシートを積層した後、さらに第2ガラス板を積層し、接合させて合わせガラスを作製した。
(4)割れの評価
得られた合わせガラスについて、打撃子落下試験によりDOL以上の深さの傷による割れを評価した。打撃子落下試験とは、図3に示すように、表面に圧縮応力層が形成された第2ガラス板10と第1ガラス板11とが中間層12を介して貼り合わされた合わせガラス13を基台14上に配置し、ダイヤモンド等の打撃子15を上方から落下させるものである。
基台14としては、花崗岩のような硬い石から形成されることが好ましい。これにより、破壊起点となる傷が発生しやすいフレームに支持されたカバーガラスの領域と同じように、応力の逃げ場を排除することができる。ただし、基台14の材質は弾性率またはたわみを目的にあわせて変更することができ、スレート材、ガラスまたは中央がくりぬかれたフレーム等、適宜選択することができる。
打撃子15の材質及び質量は目的にあわせて変更可能であるが、典型的には、ダイヤモンドが用いられる。打撃子15は先鋭形状のものを用いた。
合わせガラス13の第1ガラス板11が基台と接するように、合わせガラス13を花崗岩からなる基台14上に配置した。合わせガラス13の第2ガラス板10上にダイヤモンドからなる先鋭形状の打撃子15を上方から落下させ、DOL以上の深さの傷を発生させ、割れの進展の程度を目視により評価した。結果を表1及び図4〜7に示す。尚、結果の確認のため同様の高さから同様の試験を複数回行った場合もある。
図4は実施例1、図5は実施例2、図6は比較例1、図7は比較例2の打撃子落下試験の結果を示す。打撃子落下試験の条件は表2に示す通りとした。表1において、クラックのガラス面内への進展が抑制されている場合を○、クラックがガラス面内に急速に進展した場合を×と評価した。
(5)表面の傷に対する効力の評価
また、実施例及び比較例において、ガラス板表面に砂を約10Nの力で押しあて、約2000回擦り合わせた。その後、表面の状態を目視により観察することで、表面の傷に対する効力を評価した。ガラス表面に傷が付かなかった場合を○、ガラス表面に傷が付いた場合を×とした。
結果を表1に示す。
表1及び図4〜7に示すように、CS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]が1.1MPa−1×mm−1である比較例2は、DOL以上の深さの傷によりクラックが進展し、合わせガラスを透して対象物を視認性しづらくなることが分かった。CS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]が1.1MPa−1×mm−1より大きい実施例1及び実施例2は、DOL以上の深さの傷を与えてもクラックの進展は生じなかった。
また、化学強化していない比較例1は、表面の傷に対する効力が低く、通常使用時を考慮した場合に想定される傷に対して機械的強度が不十分であった。また、比較例1について、付いた傷の深さを測定したところ、最小で約1.3μm、最大で約3.5μmであった。
この結果から、CS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]が1.1MPa−1×mm−1より大きい化学強化ガラスを合わせガラスの第2ガラス板に用いることにより、充分な機械的強度を有し、かつDOL以上の深さの傷が生じた場合にも、合わせガラスを透過して対象物を視認しやすい合わせガラスとなることが分かった。
10…第2ガラス板
11…第1ガラス板
12…中間層
13…合わせガラス
14…基台
15…打撃子

Claims (14)

  1. 第1ガラス板と、第2ガラス板と、前記第1ガラス板と前記第2ガラス板との間に設けられた中間層とを含む合わせガラスであって、
    前記第1ガラス板は、第1面と、前記第1面と対向する第2面を備え、
    前記第2ガラス板は、第3面と、前記第3面と対向する第4面を備え、
    前記中間層は、前記第2面と前記第3面との間に設けられ、
    前記第2ガラス板は、化学強化ガラス板であり、
    前記第2ガラス板の板厚は0.4mm以上0.7mm以下であり、
    前記第2ガラス板のDOL (3) が、20μm未満であり、
    前記第2ガラス板は、前記第3面におけるCSをCS(3)、前記第2ガラス板の内部に生じる引張応力をCT、前記第2ガラス板の板厚をt、前記第3面側のDOLをDOL(3)、前記第4面側のDOLをDOL(4)としたとき、CS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]が1.1MPa−1×mm−1より大きいことを特徴とする合わせガラス。
  2. 前記第2ガラス板のCS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]が1.6MPa−1×mm−1より大きい請求項1に記載の合わせガラス。
  3. 前記第2ガラス板のCS(3)/[CT^2×{t−(DOL(3)+DOL(4))}]が2.1MPa−1×mm−1より大きい請求項1または2に記載の合わせガラス。
  4. 前記第2ガラス板のCS(3)が300MPa以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載の合わせガラス。
  5. 前記第2ガラス板のCTが50MPa以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の合わせガラス。
  6. 前記第2ガラス板のDOL(4)が2μm以上である請求項1〜5のいずれか1項に記載の合わせガラス。
  7. 前記第2ガラス板のDOL(4)が5μm以上である請求項1〜6のいずれか1項に記載の合わせガラス。
  8. 前記第2ガラス板のDOL(3)が、40μm未満である請求項1〜7のいずれか1項に記載の合わせガラス。
  9. 前記第2ガラス板の板厚が、前記第1ガラス板の板厚よりも小さい請求項1〜のいずれか1項に記載の合わせガラス。
  10. 前記第1ガラス板の板厚が1.5mm以上4.0mm以下である請求項1〜のいずれか1項に記載の合わせガラス。
  11. 前記第2ガラス板の板厚を、前記第1ガラス板の板厚で除した値が、0.1以上0.5以下である請求項1〜10のいずれか1項に記載の合わせガラス。
  12. 前記合わせガラスは、窓ガラスであり、
    前記第1ガラス板は、外部に露出する側に設けられ、
    前記第2ガラス板は、室内側に設けられる請求項1〜11のいずれか1項に記載の合わせガラス。
  13. 前記合わせガラスが車両用昇降窓である、請求項12に記載の合わせガラス。
  14. 前記第2ガラス板は、前記中間層によって、前記第1ガラス板の形状に沿って弾性変形して前記第1ガラス板に接合されている請求項1〜13のいずれか1項に記載の合わせガラス。
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