JP6970778B2 - 薄い積層ガラス - Google Patents

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Description

本発明は、飛散した石に対する耐性のある薄い積層グレージングに関し、また自動車又は航空部門、例えば自動車のフロントガラス又はサンルーフにおけるその用途に関するものである。
積層グレージングは、「安全」グレージングであるという利点を有するため、自動車、航空又は建物の部門で広く使用されている。それらは、プラスチック製、一般にはポリビニルブチラール（ＰＶＢ）製のインサート層により結合された二枚のガラスシートからなる。このタイプのグレージングの機械的強度を向上させるために、例えば欧州特許出願公開第０５６０６３９号明細書に記載のように、構成ガラスシートを焼戻して表面の圧縮領域と中央の引張領域とを発生させることによりそれらを強化することが即知の慣例である。米国特許第３５５８４１５号明細書には、外側と内側のガラスシートを表面に圧縮領域を有するように化学的に強化した湾曲積層グレージングが記載されている。英国特許出願公開第１３３９９８０号明細書には、外側ガラスシートのみを化学的に強化したフロントガラスグレージングが記載されている。
自動車部門において遭遇する問題点は、グレージングの重量に関するものである。現在、グレージングの重量を、機械的強度特性を低下させることなしに低減させる取り組みが行われている。国際公開第２０１２／０５１０３８号及び同第２０１２／１７７４２６号には、ガラスシートが２ｍｍ未満の厚みを有し、ガラスシートの少なくとも一枚が化学的に強化されている積層ガラスが記載されている。フロントガラスの構成ガラスシートの厚みを減少させると、その重量を低減させることはできるが、機械的な問題が生じることがあり、特に飛散した石が当たった場合にその脆性が増すことがある。上に挙げた文献により提案されている解決策は、外側ガラスシートを化学的に強化することにある。化学的強化、すなわちイオン交換のプロセスは、表面においてガラスシートのイオン（一般にアルカリ金属、例えばナトリウムのイオン）をより大きなイオン半径のイオン（一般にアルカリ金属、例えばカリウムのイオン）で置換することからなり、そしてシートの表面において特定の深さまで残留圧縮応力を発生させることにある。これは、比較的費用のかかる長い処理であり、その結果として連続的な工業プロセスとの相性がよくない。
欧州特許出願公開第０５６０６３９号明細書 米国特許第３５５８４１５号明細書 英国特許出願公開第１３３９９８０号明細書 国際公開第２０１２／０５１０３８号 国際公開第２０１２／１７７４２６号
費用、重量、及び技術の単純化という理由から有益なのは、機械的強度が意図される用途に適合していて、且つ必ずしも強化されていないガラスシートからなる、薄い積層ガラスが利用できることである。
本発明は、この事情を鑑みたものであり、その主題は、飛散した石に対する耐性のある積層グレージングであって、少なくとも一枚の外側ガラスシートとポリマーシートとを含んでおり、該外側ガラスシートが２ｍｍ以下の厚みと７０×１０-7Ｋ-1未満の熱膨脹係数とを有する積層グレージングである。
本発明では、「外側」という語は、グレージングを受け入れる装置の外部に関連するあらゆるものについて使用される。その結果として、外側ガラスシートは、操縦席の外部の方を向いて位置するものである。反対に、「内側」という語は、グレージングを受け入れる装置の内部に関連するものについて使用される。積層グレージングの内側シートは、操縦席の内部の方を向いて配置されたシートに相当する。
本発明者らは、熱膨脹係数が小さい、すなわち７０×１０-7Ｋ-1未満であるガラスシートを有する積層グレージングを作製することにより、機械的強度は満足のいくものとなり、そして特に、機械的に補強しなくともグレージングを自動車のフロントガラス又はサンルーフとして使用するのに適合することを実証した。この最終製品にとって重要な結果は、特にその軽量化された重量であり、このことから車両の軽量化と燃費の削減に通じることになる。
例１の圧子押し込み試験により星型の亀裂が最初に出現するビッカース圧子の落下高さを示す図である。 例２の圧子押し込み試験により星型の亀裂が最初に出現するビッカース圧子の落下高さを示す図である。
外側ガラスシートは、厚みが１．６ｍｍ以下、さらには１．１ｍｍ以下であるのが好ましい。よって、外側シートのこの比較的小さい厚みが、積層グレージングの軽量化に寄与する。
好ましくは、外側ガラスシートは熱膨脹係数が５０×１０-7Ｋ-1未満である。
好ましい実施形態によれば、外側ガラスシートはホウケイ酸塩タイプの化学組成を有する。それは、化学組成が以下の酸化物を以下に規定した重量含有量の範囲内で含むようなものでよい。
ＳｉＯ2 ７５〜８５％
Ａｌ2Ｏ3 ２〜３％
Ｂ2Ｏ3 １０〜１５％
Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ ３〜７％
外側ガラスシートはまた、化学組成が以下の酸化物を以下に規定した重量含有量の範囲内で含むようなものであってもよい。
ＳｉＯ2 ６０〜６５％
Ａｌ2Ｏ3 １３〜１８％
Ｂ2Ｏ3 ８〜１４％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ ６〜１０％
別の実施形態によれば、外側ガラスシートはアルミノケイ酸リチウムタイプの化学組成を有する。それは、化学組成が以下の酸化物を以下に規定した重量含有量の範囲内で含むようなものである。
ＳｉＯ2 ５２〜７５％
Ａｌ2Ｏ3 １５〜２７％
Ｌｉ2Ｏ ２〜１０％
Ｎａ2Ｏ ０〜１％
Ｋ2Ｏ ０〜５％
ＣａＯ ０〜０．５％
ＺｎＯ ０〜５％
ＭｇＯ ０〜５％
ＢａＯ ０〜５％
ＳｒＯ ０〜３％
ＴｉＯ2 ０〜６％
ＺｒＯ2 ０〜３％
Ｐ2Ｏ5 ０〜８％
上記のガラス組成には必須成分のみが挙げられている。それらには、組成上それほど重要でない構成成分、例えば通常使用されている清澄剤、例としてヒ素、アンチモン、錫及びセリウム酸化物、金属ハロゲン化物若しくは硫化物など、又は着色剤、特に例えば酸化鉄、とりわけコバルト、クロム、銅、バナジウム、ニッケル及びセレン酸化物など、は示しておらず、これらは自動車グレージングにおけるガラスの用途についてほとんどの場合に必要とされる。
一実施形態によれば、本発明によるグレージングは、少なくとも一枚の内側ガラスシートも含む。この場合には、ポリマーシートが二枚のガラスシートの間に位置しており、よってこれは挿入シートである。
二枚のガラスシートとこれら二枚のガラスシートの間に位置するポリマーシートとを含んだこの実施形態では、積層グレージングの内側シートは厚みが１．５ｍｍ以下である。好ましくは、この内側シートは厚みが１．１ｍｍ以下であり、さらには１ｍｍ未満である。内側ガラスシートは、厚みが０．７ｍｍ以下であるのが有利である。内側ガラスシートの厚みは少なくとも５０μｍである。
内側ガラスシートは、外側ガラスシートよりも薄いことが好ましい。
好ましい実施形態によれば、グレージングの構成シートは強化されていない。ガラスシートは、化学的にも熱的にも強化されていない。それらは化学的に強化されていないので、アルカリ金属、例えばＮａ又はＫなどの酸化物を、芯部と比較して表面に過剰濃度で含有してはいない。それにもかかわらず、ガラスシートには、ポリマーシートと共に組み立てることに由来する応力、有利には圧縮応力が存在し得る。
しかしながら、使用者が所望しそしてガラスが許容する場合には、ガラスシートを化学的に強化して補強することが可能である。
ポリマーシートは、熱可塑性材料の一層又は複数層からなることができる。それは特に、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、又はアイオノマー樹脂で作製することができる。ポリマーシートは、特定の機能性、例えばより良好な音響特性、抗紫外線特性等を有する多層膜の形態であることができる。それはまた、一つ又は複数の機能性の薄層を支持していてもよく、所定の層が、事故による衝突に対する耐擦傷性を有していてもよく、そしてその他の層が、日焼け防止、曇り防止及び／又は除氷機能をグレージングに付与するための有効な特性を有していてもよい。
ポリマーシートの厚みは、５０μｍと４ｍｍの間にある。ガラスシートが非常に薄くて厚みが１ｍｍ未満である場合には、厚みが１ｍｍ超、さらには２又は３ｍｍ超のポリマーシートを使用して、構造体に過剰な重量増加を生じさせることなくグレージングに剛性を付与することが有利なこともある。
積層グレージングが二枚のガラスシートとポリマーシートすなわちインサートとを含む場合には、インサートの厚みは一般に１ｍｍ未満である。慣習として、インサートは少なくとも一層のＰＶＢを含んでいる。自動車グレージングでは、ポリマーインサートの厚みは一般に０．７６ｍｍである。
本発明による積層グレージングは、その全厚みが４．５ｍｍ未満であり、さらに好ましくは４ｍｍ未満であることから、薄いと見なされる。それは、従来技術において知られており薄いと見なされている積層グレージングよりも、さらに良好な機械的強度を有している。グレージングの耐久性もまた向上しており、特に飛散した石による損傷の後においてそうである。脆化したグレージングに熱勾配を適用する際の、特に例えばフロントガラスの除氷を行う際の、破損の危険性もまた低減されている。
本発明による積層グレージングは有利には、自動車グレージング、特にフロントガラス又はサンルーフを構成する。それはまた、航空部門における、特にヘリコプター用の、グレージングを構成してもよい。積層グレージングの構成シートは、ポリマーインサートと共に組み立てて完成品を作製する前に湾曲させるのが有利である。
本発明によるグレージングは、飛散した石が当たる用途で使うことができるという利点を有する。
飛散した石に対する種々の積層グレージングの耐性を比較するためには、「サルバカン（Ｓａｒｂａｃａｎ）試験」と呼ばれる圧子押し込み試験を行う。この試験は、荷重（重量３．２ｇ）をかけたビッカース・ダイヤモンド圧子を、軟質ゴムのフレーム内に保持された２００×２００ｍｍの大きさの積層グレージングのプレートの外側面上に１００ｍｍと２０００ｍｍの間のいろいろな高さから落すものである。軟質のフレームが、圧子が衝突する際に積層グレージングが変形するのを可能にする。こうして、外側ガラスシート上への衝突（１００μｍと１５０μｍの間の衝突深さ）後に、顕微鏡を用いた検査で星型の亀裂が見えるようになるまでの、あるいはその最大サイズが１０ｍｍを超えるまでの落下高さを測定する。高さを圧子の各落下の間で１００ｍｍずつ増加させ、そして亀裂が観測される最初の高さを書き留める。各積層グレージングを、９つの異なる衝突点で試験する。以下の例において示す落下高さの値は、９つの亀裂発生高さの値を平均したものに相当する。亀裂の検出は、ビッカース圧子の落下後速やかに行う。
以下の例で本発明を説明するが、これらはその範囲を限定するものではない。
４つの異なる薄い積層ガラスについて、圧子押し込み試験（「サルバカン」試験）を行った。これらの積層ガラスは、
・下記の表１に示した組成Ｃ１の、ケイ素−ナトリウム−カルシウムタイプの内側ガラスシート（通常の透明クリアガラス）、
・ＰＶＢで作製した厚みが０．７６ｍｍの標準的なポリマーインサート、
・下記の表１に示した組成Ｃ２〜Ｃ５の外側ガラスシート、
からなるものであった。
組成Ｃ１は、ケイ素−ナトリウム−カルシウムガラスである。組成Ｃ２〜Ｃ４は、本発明による積層グレージングを得るのを可能にする。組成Ｃ２とＣ３は、ホウケイ酸塩タイプのガラスである。組成Ｃ４は、アルミノケイ酸リチウムタイプのガラスである。組成Ｃ５は、アルミノケイ酸ナトリウムタイプのガラスであり、比較目的のために提示するものである。
Figure 0006970778
組成Ｃ１〜Ｃ５のガラスの熱膨脹係数を表２に示す。
Figure 0006970778
外側ガラスシートは、ダイヤモンドの先端を備えた圧子の衝突を直接受けるシートである。
外側シート上に亀裂が出現する最初の高さを、試験する各積層グレージングについて測定する。
〔例１〕
厚み０．５５ｍｍの組成Ｃ１の内側ガラスシートと、厚み０．７６ｍｍの標準的なＰＶＢインサートと、厚み１．１ｍｍの組成Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４及びＣ５の外側ガラスシートとからなる積層ガラスを、圧子押し込み試験（「サルバカン」試験）にかける。結果を図１に示し、この図には、先に説明した圧子押し込み試験により星型の亀裂が最初に出現するビッカース圧子の落下高さを示している。試験した積層グレージングを、外側ガラスシートの組成／ポリマーシートの種類／内側ガラスシートの組成、というようにして記している。よって、積層グレージングＣ２／ＰＶＢ／Ｃ１は、組成Ｃ２のホウケイ酸塩タイプのガラス製の外側シート、ＰＶＢインサート、そして組成Ｃ１のケイ素−ナトリウム−カルシウムガラス製の内側シート、に相当している。
積層グレージングＣ１／ＰＶＢ／Ｃ１及びＣ５／ＰＶＢ／Ｃ１は、本発明によるものではなく、比較目的のために提示するものである。
本発明によるグレージングは最良の機械的強度を有するものと認められる。
〔例２〕
厚み０．７ｍｍの組成Ｃ１の内側ガラスシートと、厚み０．７６ｍｍの標準的ＰＶＢインサートと、厚み０．７ｍｍの組成Ｃ１、Ｃ３、Ｃ４のガラスシートとからなる積層ガラスを、圧子押し込み試験にかける。試験結果を図２に示す。
積層グレージングＣ１／ＰＶＢ／Ｃ１は、本発明によるものでなく、比較目的のために提示するものである。
本発明による積層グレージングＣ３／ＰＶＢ／Ｃ１は、シートの厚みが小さい（積層グレージングの全厚みは２．１６ｍｍである）にもかかわらず、非常に良好な機械的強度を有していると認められる。
本発明の態様としては、以下を挙げることができる：
《態様１》
少なくとも一枚の外側ガラスシートとポリマーシートとを含む、飛散した石に対する耐性のある積層グレージングであって、前記外側ガラスシートが２ｍｍ以下の厚みと７０×１０ −７ Ｋ −１ 未満の熱膨脹係数とを有することを特徴とする積層グレージング。
《態様２》
前記外側ガラスシートが１．６ｍｍ以下の厚みを有することを特徴とする、態様１に記載のグレージング。
《態様３》
前記外側ガラスシートが５０×１０ −７ Ｋ −１ 未満の熱膨脹係数を有することを特徴とする、態様１又は２に記載のグレージング。
《態様４》
前記外側ガラスシートがホウケイ酸塩タイプの化学組成を有することを特徴とする、態様１〜３のうちの１つに記載のグレージング。
《態様５》
前記外側ガラスシートが、
ＳｉＯ ２ ７５〜８５％
Ａｌ ２ Ｏ ３ ２〜３％
Ｂ ２ Ｏ ３ １０〜１５％
Ｎａ ２ Ｏ＋Ｋ ２ Ｏ ３〜７％
を含むことを特徴とする、態様４に記載のグレージング。
《態様６》
前記外側ガラスシートが、
ＳｉＯ ２ ６０〜６５％
Ａｌ ２ Ｏ ３ １３〜１８％
Ｂ ２ Ｏ ３ ８〜１４％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ ６〜１０％
を含むことを特徴とする、態様４に記載のグレージング。
《態様７》
前記外側ガラスシートがアルミノケイ酸リチウムタイプの化学組成を有し、そして好ましくは、
ＳｉＯ ２ ５２〜７５％
Ａｌ ２ Ｏ ３ １５〜２７％
Ｌｉ ２ Ｏ ２〜１０％
Ｎａ ２ Ｏ ０〜１％
Ｋ ２ Ｏ ０〜５％
ＣａＯ ０〜０．５％
ＺｎＯ ０〜５％
ＭｇＯ ０〜５％
ＢａＯ ０〜５％
ＳｒＯ ０〜３％
ＴｉＯ ２ ０〜６％
ＺｒＯ ２ ０〜３％
Ｐ ２ Ｏ ５ ０〜８％
を含むことを特徴とする、態様１〜３のうちの１つに記載のグレージング。
《態様８》
前記ポリマーシートが、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）及びエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）から選択される熱可塑性材料、又はアイオノマー樹脂の、一層又は複数層を含むことを特徴とする、態様１〜７のうちの１つに記載のグレージング。
《態様９》
少なくとも一枚の内側ガラスシートを更に含み、前記ポリマーシートが二枚のガラスシートの間に位置し、前記内側ガラスシートが１．５ｍｍ以下の厚みを有することを特徴とする、態様１〜８のうちの１つに記載のグレージング。
《態様１０》
前記内側シートが１．１ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ未満の厚みを有することを特徴とする、態様９に記載のグレージング。
《態様１１》
前記ポリマーシートがＰＶＢの少なくとも一層を含むことを特徴とする、態様１０に記載のグレージング。
《態様１２》
前記ガラスシートが化学的に又は熱的に強化されていないシートであることを特徴とする、態様１〜１１のうちの１つに記載のグレージング。
《態様１３》
自動車グレージング、特に自動車のフロントガラス又はサンルーフを構成することを特徴とする、態様１〜１２のうちの１つに記載のグレージング。
《態様１４》
ヘリコプター用のグレージングを構成することを特徴とする、態様１〜１２のいずれか１つに記載のグレージング。

Claims (11)

  1. 少なくとも一枚の外側ガラスシートと、内側ガラスシートと、これら二枚のガラスシートの間に位置しているポリマーシートとを含む、飛散した石に対する耐性のある積層グレージングであって、
    前記外側ガラスシートが２ｍｍ以下の厚みと７０×１０−７Ｋ−１未満の熱膨脹係数とを有しており、前記内側ガラスシートが１．１ｍｍ以下の厚みを有し、かつ前記外側ガラスシートより薄いこと、
    当該グレージングが自動車のフロントガラス又はサンルーフであること、及び
    前記外側ガラスシートの熱膨張係数と、前記内側ガラスシートの熱膨張係数との差が、１８×１０ −７ Ｋ −１ 超であること
    を特徴とする積層グレージング。
  2. 前記外側ガラスシートが１．６ｍｍ以下の厚みを有することを特徴とする、請求項１に記載のグレージング。
  3. 前記外側ガラスシートが５０×１０−７Ｋ−１未満の熱膨脹係数を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のグレージング。
  4. 前記外側ガラスシートがホウケイ酸塩タイプの化学組成を有することを特徴とする、請求項１〜３のうちの一項に記載のグレージング。
  5. 前記外側ガラスシートが、
    ＳｉＯ２ ７５〜８５％
    Ａｌ２Ｏ３ ２〜３％
    Ｂ２Ｏ３ １０〜１５％
    Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ３〜７％
    を含むことを特徴とする、請求項４に記載のグレージング。
  6. 前記外側ガラスシートがアルミノケイ酸リチウムタイプの化学組成を有することを特徴とする、請求項１〜３のうちの一項に記載のグレージング。
  7. 前記外側ガラスシートが、
    ＳｉＯ２ ５２〜７５％
    Ａｌ２Ｏ３ １５〜２７％
    Ｌｉ２Ｏ ２〜１０％
    Ｎａ２Ｏ ０〜１％
    Ｋ２Ｏ ０〜５％
    ＣａＯ ０〜０．５％
    ＺｎＯ ０〜５％
    ＭｇＯ ０〜５％
    ＢａＯ ０〜５％
    ＳｒＯ ０〜３％
    ＴｉＯ２ ０〜６％
    ＺｒＯ２ ０〜３％
    Ｐ２Ｏ５ ０〜８％
    を含むことを特徴とする、請求項６に記載のグレージング。
  8. 前記ポリマーシートが、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）及びエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）から選択される熱可塑性材料、又はアイオノマー樹脂の、一層又は複数層を含むことを特徴とする、請求項１〜７のうちの一項に記載のグレージング。
  9. 前記ポリマーシートがＰＶＢの少なくとも一層を含むことを特徴とする、請求項８に記載のグレージング。
  10. 前記ガラスシートが化学的に又は熱的に強化されていないシートであることを特徴とする、請求項１〜９のうちの一項に記載のグレージング。
  11. 前記外側ガラスシートの熱膨張係数と、前記内側ガラスシートの熱膨張係数との差が、４８×１０ −７ Ｋ −１ 超であることを特徴とする、請求項１〜１０のうちの一項に記載のグレージング。
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