JP6195652B2

JP6195652B2 - 化学強化ガラス積層板

Info

Publication number: JP6195652B2
Application number: JP2016149557A
Authority: JP
Inventors: ケイスフィッシャーウィリアム; ジョンムーアマイケル; エスローゼンブルムスティーヴン; シーヂーチアン; クリストファートーマスジョン
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2031-10-06
Also published as: TWI609846B; EP3251839A1; KR20130121109A; TWI560051B; TW201630833A; TWI613074B; EP2627506B1; JP2016216358A; EP2627506A1; TW201711852A; JP2013540621A; KR20180110684A; CN103153607A; WO2012051038A1; JP5981925B2; US20120094084A1; TW201231264A

Description

関連出願の説明

本出願は、２０１０年１０月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／３９３５４６号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵と、その内容が依拠され、ここに全てが引用される、２０１１年９月２８日に出願された米国特許出願第１３／２４７２１５号の米国法典第３５編第１２０条の下での優先権の恩恵を主張するものである。

本開示は、広く、ガラス積層板(laminates)に関し、より詳しくは、低質量、高い耐衝撃性、および音減衰(sound-damping)特性を有する化学強化ガラス積層板に関する。

ガラス積層板は、自動車、鉄道車両および飛行機を含む、輸送用途および建築用途において、窓および板ガラス(glazing)として使用することができる。ここに用いたように、板ガラスは、壁や他の構造の透明、半透明または不透明な部分である。建築用途および自動車用途に使用される一般的な種類の板ガラスとしては、積層ガラスなどの透明で薄い色の付いたガラスが挙げられる。可塑化ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を備えたガラス積層板は、例えば、自動車、飛行機、鉄道車両などの車両に、窓、フロントガラス、またはサンルーフとして組み込むことができる。ある用途において、外部の音源からの音響透過を低減しつつ、安全なバリアを提供するために、機械的強度および音減衰(sound-attenuating)特性が高いガラス積層板が望ましい。

多くの車両用途において、燃料の経済性は車両の質量の関数である。したがって、強度特性と音減衰特性を損なわずに、そのような用途のための板ガラスの質量を減少させることが望ましい。前述のことに鑑みて、より厚くより重い板ガラスに関連する耐久性および音減衰特性を有する、より薄い経済的な板ガラスが望ましい。

本開示の１つの態様によれば、ガラス積層板は、化学強化ガラス板の一方の主面に形成されたポリマー中間層を備えている。実施の形態において、ガラス板は、２．０ｍｍ未満の厚さ、および圧縮応力の状況下にある表面近くの領域を有する。このガラス板の表面での圧縮応力は、３００ＭＰａより大きくあり得、この表面近くの領域は、ガラス板の表面から、マイクロメートルで表して、６５−０．０６（ＣＳ）の値より大きい層の深さまで延在し得、ここで、ＣＳは、ＭＰａで表された、ガラス板の表面での圧縮応力である。さらに別の実施の形態によるガラス積層板は、第２の化学強化ガラス板などの、少なくとも第２のガラス板を含み得る。

本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、その説明から当業者には容易に明白になるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された本発明を実施することによって、認識されるであろう。

先の一般的な説明および以下の詳細な説明は、本発明の実施の形態を提示しており、特許請求の範囲に記載された本発明の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されている。添付図面は、本発明の理解をさらに深めるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。これらの図面は、本発明の様々な実施の形態を図解しており、説明と共に、本発明の原理および動作を説明するように働く。

１つの実施の形態による様々なガラス板に関する層の深さ対圧縮応力を示すグラフ別の実施の形態による様々なガラス板に関する層の深さ対圧縮応力を示すグラフさらに別の実施の形態による様々なガラス板に関する層の深さ対圧縮応力を示すグラフ異なる減衰係数を有する６ｍｍ厚のガラス板に関する透過損失対周波数をプロットしたグラフ一致周波数対積層板の厚さをプロットしたグラフ比較のガラス積層板に関する透過損失対周波数をプロットしたグラフ比較のガラス板と実施の形態によるガラス積層板に関する透過損失対周波数をプロットしたグラフ比較のガラス板と別の実施の形態によるガラス積層板に関する透過損失対周波数をプロットしたグラフ

ここに開示されたガラス積層板は、１枚以上の化学強化ガラス板を備えている。適切なガラス板は、イオン交換プロセスによって化学強化されていてよい。このプロセスにおいて、概して、ガラス板を溶融塩浴中に所定の時間に亘り浸漬することによって、ガラス板の表面でまたは表面近くでガラス板内のイオンが、例えば、塩浴からの、より大きい金属イオンと交換される。１つの実施の形態において、溶融塩浴の温度は約４３０℃であり、所定の時間は約８時間である。ガラスにより大きいイオンが含まれると、表面に近い領域に圧縮応力が生じることによって、板が強化される。その圧縮応力を釣り合わせるために、ガラス板の中央領域内に、対応する引張応力が誘発される。

ガラス積層板を形成するのに適した例示のイオン交換可能なガラスは、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスまたはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスであるが、他のガラス組成物も考えられる。ここに用いたように、「イオン交換可能な」とは、ガラスが、ガラスの表面に位置するまたは表面近くに位置する陽イオンを、それよりサイズが大きいか小さい同じ価数の陽イオンと交換できることを意味する。

１つの例示のガラス組成物は、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃およびＮａ₂Ｏを含み、ここで、（ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃）≧６６モル％、Ｎａ₂Ｏ≧９モル％。実施の形態において、ガラス板は少なくとも６質量％の酸化アルミニウムを含む。さらに別の実施の形態において、ガラス板は、アルカリ土類酸化物の含有量が少なくとも５質量％となるように、１種類以上のアルカリ土類酸化物を含む。適切なガラス組成物は、いくつかの実施の形態において、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、およびＣａＯの内の少なくとも１種類をさらに含む。特別な実施の形態において、ガラスは、６１〜７５モル％のＳｉＯ₂、７〜１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１２モル％のＢ₂Ｏ₃、９〜２１モル％のＮａ₂Ｏ、０〜４モル％のＫ₂Ｏ、０〜７モル％のＭｇＯ、および０〜３モル％のＣａＯを含む。

ガラス積層板を形成するのに適したさらに別の例示のガラス組成物は、６０〜７０モル％のＳｉＯ₂、６〜１４モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１５モル％のＢ₂Ｏ₃、０〜１５モル％のＬｉ₂Ｏ、０〜２０モル％のＮａ₂Ｏ、０〜１０モル％のＫ₂Ｏ、０〜８モル％のＭｇＯ、０〜１０モル％のＣａＯ、０〜５モル％のＺｒＯ₂、０〜１モル％のＳｎＯ₂、０〜１モル％のＣｅＯ₂、５０ｐｐｍ未満のＡｓ₂Ｏ₃、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ₂Ｏ₃を含み、ここで、１２モル％≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦２０モル％、および０モル％≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦１０モル％。

さらに別の例示のガラス組成物は、６３．５〜６６．５モル％のＳｉＯ₂、８〜１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜３モル％のＢ₂Ｏ₃、０〜５モル％のＬｉ₂Ｏ、８〜１８モル％のＮａ₂Ｏ、０〜５モル％のＫ₂Ｏ、１〜７モル％のＭｇＯ、０〜２．５モル％のＣａＯ、０〜３モル％のＺｒＯ₂、０．０５〜０．２５モル％のＳｎＯ₂、０．０５〜０．５モル％のＣｅＯ₂、５０ｐｐｍ未満のＡｓ₂Ｏ₃、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ₂Ｏ₃を含み、ここで、１４モル％≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦１８モル％、および２モル％≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦７モル％。

特定の実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、アルミナ、少なくとも１種類のアルカリ金属、およびいくつかの実施の形態において、５０モル％超のＳｉＯ₂、他の実施の形態において、少なくとも５８モル％のＳｉＯ₂、およびさらに他の実施の形態において、少なくとも６０モル％のＳｉＯ₂を含み、ここで、

式中、成分はモル％で表され、改質剤はアルカリ金属酸化物から選択される。このガラスは、特定の実施の形態において、５８〜７２モル％のＳｉＯ₂、９〜１７モル％のＡｌ₂Ｏ₃、２〜１２モル％のＢ₂Ｏ₃、８〜１６％のＮａ₂Ｏ、および０〜４モル％のＫ₂Ｏを含み、から実質的になり、またはからなり、ここで、

別の実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、６１〜７５モル％のＳｉＯ₂、７〜１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１２モル％のＢ₂Ｏ₃、９〜２１モル％のＮａ₂Ｏ、０〜４モル％のＫ₂Ｏ、０〜７モル％のＭｇＯ、および０〜３モル％ＣａＯを含む、から実質的になる、またはからなる。

さらに別の実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、６０〜７０モル％のＳｉＯ₂、６〜１４モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１５モル％のＢ₂Ｏ₃、０〜１５モル％のＬｉ₂Ｏ、０〜２０モル％のＮａ₂Ｏ、０〜１０モル％のＫ₂Ｏ、０〜８モル％のＭｇＯ、０〜１０モル％のＣａＯ、０〜５モル％のＺｒＯ₂、０〜１モル％のＳｎＯ₂、０〜１モル％のＣｅＯ₂、５０ｐｐｍ未満のＡｓ₂Ｏ₃、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ₂Ｏ₃を含み、から実質的になり、またはからなり、ここで、１２モル％≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ≦２０モル％、および０モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ≦１０モル％。

さらに他の実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、６４〜６８モル％のＳｉＯ₂、１２〜１６モル％のＮａ₂Ｏ、８〜１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜３モル％のＢ₂Ｏ₃、２〜５モル％のＫ₂Ｏ、４〜６モル％のＭｇＯ、および０〜５モル％のＣａＯを含み、から実質的になり、またはからなり、ここで、６６モル％≦ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃＋ＣａＯ≦６９モル％、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＋Ｂ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＞１０モル％、５モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ≦８モル％、（Ｎａ₂Ｏ＋Ｂ₂Ｏ₃）−Ａｌ₂Ｏ₃≦２モル％、２モル％≦Ｎａ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃≦６モル％、および４モル％≦（Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）−Ａｌ₂Ｏ₃≦１０モル％。

ガラスには、いくつかの実施の形態において、Ｎａ₂ＳＯ₄、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＢｒ、Ｋ₂ＳＯ₄、ＫＣｌ、ＫＦ、ＫＢｒ、およびＳｎＯ₂を含む群から選択され清澄剤を少なくとも１種類が０〜２モル％、配合されている。

１つの例示の実施の形態において、ガラス中のナトリウムイオンは、溶融浴からのカリウムイオンにより置換され得るが、ルビジウムまたはセシウムなどの、原子半径がより大きい他のアルカリ金属イオンで、ガラス中のより小さいアルカリ金属イオンを置換しても差し支えない。特定の実施の形態によれば、ガラス中のより小さいアルカリ金属イオンは、Ａｇ⁺イオンにより置換しても差し支えない。同様に、以下に限られないが、硫酸塩、ハロゲン化物などの他のアルカリ金属塩をイオン交換プロセスに使用してもよい。

ガラスの網目構造が緩和できる温度より低い温度で、より小さいイオンをより大きいイオンで置換すると、ガラスの表面に亘り、応力プロファイルを生じるイオン分布が生成される。入ってくるイオンのより大きい容積により、ガラスの表面に圧縮応力（ＣＳ）が、ガラスの中央領域に張力（中央張力、またはＣＴ）が生じる。圧縮応力は、以下の関係式：

により中央張力に関係付けられ、式中、ｔはガラス板の全厚であり、ＤＯＬは、層の深さとも称される、交換の深さである。

様々な実施の形態によれば、イオン交換されたガラスの１枚以上の板を含み、特定の層の深さ対圧縮応力のプロファイルを有する薄いガラス積層板は、低質量、高い耐衝撃性、および改善された音減衰を含む、たくさんの所望の性質を有する。

１つの実施の形態において、化学強化ガラス板は、少なくとも３００ＭＰａ、例えば、少なくとも４００、５００、または６００ＭＰａの表面圧縮応力、少なくとも約２０μｍ（例えば、少なくとも約２０、２５、３０、３５、４０、４５、または５０μｍ）の深さ、および／または４０ＭＰａ超（例えば、４０、４５、または５０ＭＰａ超）かつ１００ＭＰａ未満（例えば、１００、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、または５５ＭＰａ未満）の中央張力を有し得る。

例示の実施の形態が、様々なガラス板に関する層の深さ対圧縮応力を示す図１に図解されている。図１において、比較のソーダ石灰ガラスからのデータが菱形「ＳＬ」により示されているのに対し、化学強化アルミノケイ酸塩ガラスからのデータが三角形「ＧＧ」により示されている。図解された実施の形態に示されているように、化学強化板に関する層の深さ対表面圧縮応力のデータは、約６００ＭＰａ超の圧縮応力、および約２０マイクロメートル超の層の深さにより定義できる。

図２は図１のデータを示しており、ここで、領域２００は約６００ＭＰ超の表面圧縮応力、約４０マイクロメートル超の層の深さ、および約４０と６５ＭＰａの間の引張応力により定義されている。

前述の関係とは関係なく、またはその関係と関連して、化学強化ガラスは、対応する表面圧縮応力に関して表される層の深さを有し得る。一例において、表面近くの領域は、第１のガラス板の表面から、少なくとも６５−０．０６（ＣＳ）の層の深さ（マイクロメートルで表される）まで延在し、ＣＳは、表面圧縮応力であり、少なくとも３００ＭＰａの値を有する。この直線関係が、図１のデータを示す図３に描写されている。

さらに別の例において、表面近くの領域は、第１のガラス板の表面から、少なくともＢ−Ｍ（ＣＳ）の値の層の深さ（マイクロメートルで表される）まで延在し、ＣＳは、表面圧縮応力であり、少なくとも３００ＭＰａである。上述した式において、Ｂは、約５０から１８０（例えば、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０±５）に及び得、Ｍは、独立して、約−０．２から−０．０２（例えば、−０．１８、−０．１６、−０．１４、−０．１２、−０．１０、−０．０８、−０．０６、−０．０４±−０．０１）に及び得る。

化学強化ガラス板の弾性率は、約６０ＧＰａから８５ＧＰａ（例えば、６０、６５、７０、７５、８０または８５ＧＰａ）に及び得る。ガラス板とポリマー中間層の弾性率は、結果として得られたガラス積層板の機械的性質（例えば、撓みおよび強度）および音響性能（例えば、透過損失）の両方に影響を与え得る。

例示のガラス板を形成する方法としては、ダウンドロー法の例であるフュージョン・ドロー法およびスロット・ドロー法、並びにフロート法が挙げられる。フュージョン・ドロー法では、溶融ガラス原料を受け入れるためのチャンネルを有する延伸タンクを使用する。このチャンネルは、チャンネルの両側でチャンネルの長手方向に沿って上部で開いた堰を有する。溶融ガラスは、重力のために、延伸タンクの外面を流下する。これらの外面は、延伸タンクの下の縁で接合するように、下方かつ内方に延在する。２つの流動するガラス表面は、この縁で接合して、融合し、１つの流れる板を形成する。フュージョン・ドロー法は、チャンネルを超えて流れる２つのガラス膜が互いに融合するので、結果として得られたガラス板のどちらの外面も装置のどの部分にも接触しないという利点を提示する。それゆえ、フュージョン・ドロー法により製造されたガラス板の表面特性は、そのような接触により影響を受けない。

スロット・ドロー法はフュージョン・ドロー法とは全く異なる。この方法では、溶融原料ガラスは延伸タンクに供給される。延伸タンクの底にはスロットが開けられており、そのスロットには、長手方向に延在するノズルを有する。溶融ガラスは、スロット／ノズルを通って流れ、連続板として下方に、焼き鈍し領域へと延伸される。このスロット・ドロー法は、２枚の板が互いに融合されるのではなく、１枚の板のみがスロットを通して延伸されるので、より薄い板を提供できる。

ダウンドロー法では、比較的無垢な(pristine)表面を有する均一な厚さを持つガラス板が製造される。ガラス表面の強度は、表面傷の量とサイズにより制御されるので、接触が最小の無垢表面がより大きい初期強度を有する。次いで、高強度のカラスが化学強化されると、得られた強度は、ラップ仕上げされ研磨された表面の強度よりも高くなり得る。ダウンドロー法により製造されたガラスは、約２ｍｍ未満の厚さまで延伸されるであろう。その上、ダウンドロー法により製造されたガラスは、非常に平らで滑らかな表面を有し、この表面は、費用のかかる研削と研磨を用いずに、最終用途に使用することができる。

フロート法において、滑らかな表面および均一な厚さにより特徴付けられるであろうガラスの板が、溶融金属、一般にはスズの浴上に溶融ガラスを浮かせることによって製造される。例示の方法において、溶融スズ浴の表面に供給される溶融ガラスは、浮遊リボンを形成する。ガラスリボンがスズ浴に沿って流れながら、固体のガラス板をスズからローラに載せることができるまで、温度が徐々に低下する。一度、浴から降ろされたら、ガラス板をさらに冷却し、焼き鈍して、内部応力を減少させることができる。

ガラス板を使用して、ガラス積層板を形成することができる。ここに定義するように、ガラス積層板は、その主面に形成されたポリマー中間層を有する少なくとも１枚の化学強化ガラス板からなる。このポリマー中間層は、モノリスポリマーシート、多層ポリマーシート、または複合ポリマーシートを構成することができる。ポリマー中間層は、例えば、可塑化ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）板であって差し支えない。

ガラス積層板は、建築の開口および自動車の開口における光学的に透明なバリア、例えば、自動車の板ガラスを提供するように適合させることができる。ガラス積層板は、様々なプロセスを使用して形成することができる。例示のプロセスにおいて、化学強化ガラス板の１枚以上の板を、ポリマー中間層と共にプリプレス内で組み立て、予備積層板へと組み付け、光学的に透明なガラス積層板に仕上げる。

このアセンブリは、２枚のガラス板を備えた例示の実施の形態において、第１のガラス板を下に置き、ＰＶＢシートなどのポリマー中間層を被せ、第２のガラス板をその上に置き、次いで、過剰のＰＶＢをガラス板の縁に合わせて切り取る各工程を含む。組み付ける工程は、界面から空気のほとんどを抜き、ＰＶＢをガラス板に部分的に接着する各工程を含み得る。典型的に高温・高圧で行われる仕上げ工程は、ガラスの各々のポリマー中間層への結合を完了する。

ＰＶＢなどの熱可塑性材料を、予備成形したポリマー中間層として施してもよい。この熱可塑性層は、ある実施の形態において、少なくとも０．１２５ｍｍ（例えば、０．１２５、０．２５、０．３７５、０．５、０．７５、または１ｍｍ）の厚さを有し得る。熱可塑性層は、ガラスの２つの対向する主面のほとんど、または好ましくは実質的に全てを覆うことができる。熱可塑性層は、ガラスの縁の面も覆ってもよい。熱可塑性層と接触したガラス板は、熱可塑性層のガラスへの接着を促進するために、例えば、軟化点よりも少なくとも５℃または１０℃高いなどの、熱可塑性物質の軟化点より高く加熱してもよい。加熱は、加圧下で熱可塑性層と接触したガラス層に行うことができる。

選り抜きの市販のポリマー中間層材料が表１に要約されており、この表は、各製品サンプルに関するガラス転移温度および弾性率も提供する。ガラス転移温度および弾性率のデータは、供給メーカーから入手できる技術データシートから決定したか、またはガラス転移温度および弾性率について、それぞれ、ＤＳＣ２００示差走査熱量計（日本国、セイコーインスツル社）またはＡＳＴＭＤ６３８の方法を使用して、決定した。ＩＳＤ樹脂に使用したアクリル／シリコーン樹脂材料のさらなる詳細は、米国特許第５６２４７６３号明細書に開示されており、音響改質ＰＶＢ樹脂の詳細は、特開平５−１３８８４０号公報に開示されており、それらの内容の全てがここに引用される。

ポリマー中間層の弾性率は約１ＭＰａから７５ＭＰａ（例えば、約１、２、５、１０、１５、２０、２５、５０または７５ＭＰａ）に及び得る。１Ｈｚの荷重速度で、標準的なＰＶＢ中間層の弾性率は約１５ＭＰａであり得、遮音グレードのＰＶＢ中間層の弾性率は約２ＭＰａであり得る。

１つ以上のポリマー中間層をガラス積層板に組み込んでよい。複数の中間層は、接着促進、音響制御、ＵＶ透過制御、および／またはＩＲ透過制御を含む、補完的な機能性または明白な機能性を与えるであろう。

積層プロセス中、中間層は一般に、中間層を軟化させるのに効果的な温度まで加熱され、これにより、中間層をガラス板のそれぞれの表面に一致して合わることが容易になる。ＰＶＢについて、積層温度は約１４０℃であり得る。中間層材料内の移動性ポリマー鎖は、ガラス表面との結合を生じ、これにより接着が促進される。高温によって、ガラスとポリマーとの界面からの残留空気および／または水分の拡散も促進される。

圧力の随意的な印加は、中間層材料の流れを促進させ、界面に捕捉された水と空気の複合蒸気圧によりそうしなければ誘発され得る気泡の形成を抑制する。気泡の形成を抑制するために、オートクレーブ内のアセンブリに熱と圧力を同時に印加することができる。

ガラス積層板は、実質的に同一のガラス板を使用して形成して差し支えなく、または代わりの実施の形態において、組成、イオン交換プロファイルおよび／または厚さなどの個々のガラス板の特徴を独立して変更して、非対称ガラス積層板を形成しても差し支えない。

騒音の減衰、ＵＶ光および／またはＩＲ光透過の減少、および／または窓開口の審美的魅力の向上を含む、有益な効果を提供するために、ガラス積層板を使用できる。開示されたガラス積層板を構成する個々のガラス板、並びに形成された積層板は、組成、密度、厚さ、表面測定学、並びに機械的性質、光学的性質、および音減衰特性を含む様々な性質を含む、１つ以上の特性により特徴付けることができる。開示されたガラス積層板の様々な態様がここに記載されている。

より薄いガラス板の使用に関連する質量の節約が、表２を参照すれば分かる。この表は、１１０ｃｍ×５０ｃｍの面積寸法および１．０６９ｇ／ｃｍ³の密度を有するＰＶＢの０．７６ｍｍ厚のシートからなるポリマー中間層を有する例示のガラス積層板に関する、ガラスの質量、中間層の質量、およびガラス積層板の質量を示している。

図２を参照して分かるように、個々のガラス板の厚さを減少させることによって、積層板の総質量を劇的に減少させることができる。いくつかの用途において、より低い総質量は、より大きな燃料の経済性へと直接つながる。

ガラス積層板は、例えば、窓または板ガラスとしての使用に適用でき、任意の適切なサイズと寸法に構成することができる。実施の形態において、ガラス積層板は、独立して、１０ｃｍから１ｍ以上（例えば、０．１、０．２、０．５、１、２、５ｍ）まで様々である長さと幅を有する。これとは無関係に、ガラス積層板は、０．１ｍ²超、例えば、０．１、０．２、０．５、１、２、５、１０、または２５ｍ²超の面積を有することができる。

ガラス積層板は、ある用途のために、実質的に平らであっても、成形加工されていても差し支えない。例えば、ガラス積層板は、フロントガラスまたはカバープレートとして使用するために、曲げられた部品または成形加工された部品として形成することができる。成形加工されたガラス積層板の構造は、単純であっても、複雑であってもよい。ある実施の形態において、成形加工されたガラス積層板は、ガラス板が、２つの独立した方向に別個の曲率半径を有する複雑な曲率を有してもよい。それゆえ、そのような成形加工されたガラス板は、「クロス曲率(cross curvature)」を有すると特徴付けてよく、ここで、ガラスは、所定の寸法に対して平行な軸に沿って曲げられ、かつ同じ方向に対して垂直な軸に沿っても曲げられている。例えば、自動車のサンルーフは、一般に、約０．５ｍ×１．０ｍの寸法を有し、短軸に沿って２から２．５ｍの曲率半径を有し、長軸に沿って４から５ｍの曲率半径を有する。

ある実施の形態による成形加工されたガラス積層板は、曲げ係数(bend factor)により定義することができ、ここで、所定の部品に関する曲げ係数は、所定の軸に沿った曲率半径をその軸の長さで割ったものと等しい。それゆえ、０．５ｍと１．０ｍのそれぞれの軸に沿った２ｍと４ｍの曲率半径を有する例示の自動車のサンルーフについて、各軸に沿った曲げ係数は４である。成形加工されたガラス積層板は、２から８（例えば、２、３、４、５、６、７、または８）の及ぶ曲げ係数を有し得る。

ガラス積層板を曲げるおよび／または成形加工する方法としては、重力曲げ、プレス曲げおよびそれらの複合である方法が挙げられる。

薄く平らなガラス板を、自動車のフロントガラスなどの湾曲形状に重力曲げする従来の方法において、曲げ設備の予め形成された剛性の周囲支持表面上に、予め切断された低温の１枚または多数のガラス板を配置する。曲げ設備は、金属または耐火性材料を使用して製造されるであろう。例示の方法において、連接型曲げ設備を使用してもよい。曲げの前に、ガラスは、一般に、いくつかの接点でしか支持されていない。通常、ガラスは、ガラス焼き鈍し炉内での高温への曝露により加熱され、これによりガラスが軟化し、重力によって、ガラスが周囲支持表面に一致するように垂れ下がるかまたは沈み込む。次いで、実質的に全ての支持表面が概ね、ガラスの周囲と接触する。

関連技法は、平らなガラス板が、ガラスの軟化点に実質的に対応する温度まで加熱される、プレス曲げである。次いで、加熱された板は、相補的な成形表面を有する雄と雌の成形部材の間で所望の曲率に加圧または成形加工される。実施の形態において、重力曲げとプレス曲げの技法の組合せを使用しても差し支えない。

ガラス積層板の全厚は約２ｍｍから４ｍｍに及んで差し支えなく、ここで、個々のガラス板（例えば、１枚以上の化学強化ガラス板）は、０．５から２ｍｍ（例えば、０．１、０．２、０．３、０．５、０．７、１、１．４、１．７、または２ｍｍ）の厚さを有し得る。実施の形態において、化学強化ガラス板は、１．４ｍｍ未満または１．０ｍｍ未満の厚さを有し得る。さらに別の実施の形態において、化学強化ガラス板の厚さは、第２のガラス板の厚さと実質的に等しくて差し支えなく、よって、それぞれの厚さは、５％以下、例えば、５、４、３、２または１％未満しかばらつかない。実施の形態によれば、第２の（例えば、内側の）ガラス板は、２．０ｍｍ未満（例えば、１．４ｍｍ未満）の厚さを有し得る。理論により拘束することを意図するものではないが、本出願の出願人等は、実質的に同一の厚さを有する対向するガラス板を備えたガラス積層板は、最大の一致周波数およびコインシデンス下落時の音響透過損失における対応する最大値を提供できると考える。そのような設計は、例えば、自動車用途において、ガラス積層板に有益な音響性能を提供できる。

例示のガラス積層板構造が表３に示されており、ここで、省略形のＧＧは、化学強化アルミノケイ酸塩ガラス板を称し、「ソーダ石灰」という用語は、非化学強化ガラス板を称する。ここに用いたように、省略形の「ＳＰ」、「Ｓ−ＰＶＢ」または単に「ＰＶＢ」は、標準グレードのＰＶＢに使用されている。省略形の「ＡＰ」または「Ａ−ＰＶＢ」は、遮音グレードのＰＶＢに使用されている。

出願人は、ここに開示されたガラス積層板構造が、優れた耐久性、耐衝撃性、靭性、および耐引掻き性を有することを示してきた。ガラス板または積層板の強度および機械的衝撃性能は、表面欠陥および内部欠陥を含む、ガラス中の欠陥により制限され得ることが、当業者によく知られている。ガラス積層板に衝撃を与えた場合、衝撃点が圧縮状態にされる一方で、衝撃点の周りの環または「輪(hoop)」、並びに衝撃の与えられた板の反対面が、張力状態にされる。一般に、破損の起源は、通常はガラス表面上の、最高張力の点またはその点の近くでのひびである。これは、反対の面に生じるかもしれないが、前記環の内側で生じ得る。ガラスのひびが、衝撃事象中に張力状態にされた場合、ひびは伝搬するようであり、ガラスは一般に破損する。それゆえ、圧縮応力の大きさと深さ（層の深さ）が大きいことが好ましい。

ここに開示されたガラス積層板の一方または両方の外面は、化学強化のために、圧縮下にある。ひびが伝搬し、破損が生じるためには、衝撃からの引張応力が、ひびの先端で表面の圧縮応力を超えなければならない。実施の形態において、化学強化ガラス板の高い圧縮応力および大きい層の深さにより、非化学強化ガラスの場合よりも薄いガラスを使用することができる。

実施の形態において、ガラス積層板は、化学強化ガラス板などの内側と外側のガラス板を備えることができ、ここで、外向きの化学強化ガラス板は、少なくとも３００ＭＰａ、例えば、少なくとも４００、４５０、５００、５５０、６００、６５０、７００、７５０または８００ＭＰａの表面圧縮応力、少なくとも約２０μｍ（例えば、少なくとも約２０、２５、３０、３５、４０、４５、または５０μｍ）の深さおよび／または４０ＭＰａ超（例えば、４０、４５、５０ＭＰａ超）かつ１００ＭＰａ未満（例えば、１００、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、または５５ＭＰａ未満）の中央張力を有し、内向きのガラス板（例えば、内側の化学強化ガラス板）は、外側の化学強化ガラス板の表面圧縮応力の三分の一から半分までの表面圧縮応力を有する。

外面での引張応力の大きさが内面での引張応力よりも大きいので、この構成において、内面のより穏やかな引張応力が、内向きのガラス板を破損させるのに十分であるのに対し、外面のより高い引張応力が、同様に化学強化ガラス板を破損させるのに十分である。ガラス板が破損するときに、ＰＶＢ中間層は変形するが、衝撃を受けた物品がガラス積層板を貫通するのが防がれる。これが、ＥＣＥＲ４３ヘッドフォーム（人頭模型）要件での満足な応答である。

開示された化学強化ガラス積層板の場合には、積層板構造は、より厚い１枚の非化学強化ガラス、またはより厚い非化学強化ガラス積層板よりもさらに、機械衝撃に対して破損せずに、歪むことができる。この追加の歪みによって、積層板の中間層により多くのエネルギーを伝達することができ、これにより、ガラスの反対側に到達するエネルギーを減少させることができる。その結果、ここに開示された化学強化ガラス積層板は、１枚の非化学強化ガラスまたは同程度の厚さの非化学強化ガラス積層板よりも、高い内部衝撃エネルギーに耐えることができる。

一組の落下試験を使用して、表３からのサンプル４の耐衝撃性を評価した。衝撃試験は、（ａ）約２００ｇの重さの３．１８ｍｍの直径のダーツを用いる９．１４メートルのダーツ落下試験、（ｂ）２２７ｇのボールを用いる９．１４メートルのボール落下試験、および（ｃ）２．３ｋｇのボールを用いる３．６６メートルの貫入抵抗試験を含んだ。試験したサンプルは、１００％の残存率を有し、ここで、残存は、ダーツまたはボールが、ガラス板の表面を破壊したり損傷したりせずに、ガラス積層板の表面から跳ね返るが、ガラス積層板全体には貫入しなかったことを意味する。試験したサンプルの全てが、試験ＡＮＳＩＺ２６．１において米国規格協会により発布された積層された非フロントガラス用板ガラス（例えば、サンルーフ）の要件を超えた。

機械的性質に加え、開示されたガラス積層板の音響減衰特性も評価した。音波を減衰させるために、積層構造を使用できることが当業者に認識されている。ここに開示された化学強化ガラス積層板は、多くの板ガラス用途にとって必須の機械的性質を持つより薄い（より軽い）構造を使用しながら、音響透過を劇的に減少させることができる。

積層板および板ガラスの音響性能は、板ガラス構造の曲げ振動により一般に影響を受ける。理論に拘束することを意図するものではないが、ヒトの音響応答は、一般に、５００Ｈｚと５０００Ｈｚの間で最高になり、これは、空気中で約０．１〜１ｍ、ガラス中で１〜１０ｍの波長に相当する。０．０１ｍ未満（＜１０ｍｍ）の厚さを有する板ガラス構造について、透過は主に、振動と音波の、板ガラスの曲げ振動への結合により生じる。積層板ガラス構造は、板ガラスの曲げモードからのエネルギーを、ポリマー中間層内の剪断歪みに変換するように設計することができる。より薄いガラス板を使用したガラス積層板において、より薄いガラスのより大きいコンプライアンスにより、振幅をより大きくすることができ、これは転じて、中間層により大きい剪断歪みを与えることができる。最も粘弾性であるポリマー中間層材料の低い剪断抵抗は、その中間層が、分子鎖の滑りと緩和の影響下で熱に転換される高い剪断歪みによって、減衰を促進することを意味する。

ガラス積層板の音性能を記述する１つの性能指数は一致周波数である。この一致周波数は、カラス板の曲げ振動波長が、空気中の音波の波長と等しい周波数と定義される。この波長の一致条件は、周囲音響モードと曲げ音響モードの間の改善された結合、および対応する周波数での少ない減衰をもたらす。

モデル化された結果に基づいて、６ｍｍ厚の板ガラスパネルに関する透過損失が、様々な異なる減衰係数につい、図４に示されている。符号の付いた曲線は、０．０１、０．０５、および０．１の減衰係数を表し、それらは、３０、３２、および不特定の対応する重み付け透過損失（Ｒｗ）を有し、実線の曲線は、音透過クラス（ＳＴＣ）曲線（ヒトの応答）を示す。透過損失は、周波数の増加と共に増加し、約３５００Ｈｚの一致周波数で極小を示す。

実施の形態において、ガラス積層板は、３０００Ｈｚ超、例えば、３０００、３５００、４０００、４５００、または５０００Ｈｚ超の一致周波数を有し得る。そのような実施の形態において、透過損失は、２５０Ｈｚから３０００、３５００、４０００、４５００、または５０００Ｈｚまで実質的に直線状に、すなわち、特定の周波数範囲内で極小を通過せずに、増加する。さらに別の実施の形態によれば、ガラス積層板は、２５０Ｈｚから３０００、３５００、４０００、４５００、または５０００Ｈｚの周波数範囲に亘り、１００Ｈｚ間隔で、１ｄＢ超（例えば、１、２、４または１０ｄＢ超）は減少しない透過損失を示し得る。

一致周波数について積層板の厚さへの依存性が、図５に示されており、この図は、１から１０ｍｍの厚さに及ぶ積層板に関する極小の位置を示している。図５から分かるように、一致周波数の、最大感度の領域（５００Ｈｚと５０００Ｈｚ）を外れたシフトは、３ｍｍ未満の厚さを有する積層板に一致する。

図６は、５ｍｍの公称総厚、すなわち、２．１ｍｍのＳＬ／０．７６ｍｍのＰＶＢ／２．１ｍｍのＳＬを有するソーダ石灰（ＳＬ）積層板の測定した音透過損失（ＴＬ）を示している。コインシデンス下落周波数範囲は、標準グレードのＰＶＢ積層板については３〜４Ｈｚであり、遮音グレードのＰＶＢ積層板については４〜６Ｈｚである。比較において、１枚のソーダ石灰ガラス板に関する音透過損失は２〜３Ｈｚである。

図７は、薄い化学強化（ＧＧ）積層板の測定した音透過損失（ＴＬ）を示している。化学強化積層板は、２．７６ｍｍの公称総厚（１．０ｍｍのＧＧ／０．７６ｍｍのＰＶＢ／１．０ｍｍのＧＧ）を有する。５ｍｍ厚のソーダ石灰の１枚板の測定した音透過損失が、比較のために示されている。コインシデンス下落周波数範囲は、１枚板に関する２〜３Ｈｚと比べて、標準グレードのＰＶＢ（ＳＰ）積層板については〜６Ｈｚであり、遮音グレードのＰＶＢ（ＡＰ）積層板については＞８Ｈｚである。

図８は、薄い化学強化（ＧＧ）積層板と極薄の化学強化（ＧＧ）積層板の測定した音透過損失（ＴＬ）を示している。図８において、比較の１枚のソーダ石灰のデータと、本発明の１．０ｍｍのＧＧ／０．７６ｍｍのＡ−ＰＶＢ／１．０ｍｍのＧＧのデータは、図７のそれぞれのデータに対応する。０．７ｍｍの厚さを有する一対の化学強化ガラス板を有する音響グレートのＰＶＢを備えたガラス積層板に関するデータも、図８に示されている。１．０ｍｍのＧＧ／０．７６ｍｍのＡ−ＰＶＢ／１．０ｍｍのＧＧのガラス積層板と、０．７ｍｍのＧＧ／０．７６ｍｍのＡ−ＰＶＢ／０．７ｍｍのＧＧのガラス積層板の両方について、透過損失は、音響グレートのＰＶＢを備えた両方のガラス積層板が８０００Ｈｚ超のコインシデンス下落を示すように、試験した周波数の領域に亘り単調に増加している。

より薄い化学強化ガラス積層板の有益な音響減衰性能を説明できる仮説がいくつか存在する。あるモデルにおいて、一致周波数における予測されたシフトにより、全体的に良好な音響採点がもたらされる。より薄い積層板は、１ｋＨｚ未満の質量制御領域において損失を有し、増加した一致周波数が、２〜５ｋＨｚ領域において減衰を増加させるであろうし、それゆえ、ＳＴＣ採点において正味の利益をもたらすであろう。第２のモデルによれば、より薄い板とより薄いガラス積層板のより小さいアスペクト比により、積層板構造がよりコンプライアントになり、これにより、ポリマー中間層の剪断歪みがより大きくなり、それにより、より高い減衰性能をもたらすことができる。

ガラス積層板の厚さに加え、積層板を構成するガラス板の性質も、音減衰特性に影響するであろう。例えば、化学強化ガラス板と非化学強化ガラス板との間に、ポリマー層の高い剪断歪みに寄与する、ガラスとポリマー中間層との界面に小さいが重大な差があるであろう。また、明らかな組成の違いに加え、アルミノケイ酸塩ガラスとソーダ石灰ガラスは、弾性率、ポアソン比、密度などを含む、物理的性質と機械的性質が異なり、これにより、音響応答の差が生じるであろう。

ここに用いたように、単数形は、内容が明らかにそうではないと示していない限り、複数の対象を含む。それゆえ、例えば、「金属」の言及は、内容が明らかにそうではないと示していない限り、そのような「金属」を２種類以上有する例を含む。

範囲は、「約」ある特定の値から、および／または「約」別の特定の値まで、としてここに表すことができる。そのような範囲が表される場合、例は、そのある特定の値から、および／または他の特定の値まで、を含む。同様に、値が、先行詞「約」の使用により、近似として表されている場合、特定の値は別の態様を形成することが理解されよう。範囲の各々の端点は、他の端点に関してと、他の端点とは関係なくの両方で有意であることも理解されよう。

別記しない限り、ここに述べられたどの方法も、その工程が特定の順序で行われることを必要とするものとは、決して意図されていない。したがって、方法の請求項が、その工程が従うべき順序を実際に列挙していない場合、または工程を特定の順序に制限すべきであることが、請求項または説明に他の様式で具体的に述べられていない場合、特定の順序が推測されることは、決して意図されていない。

ここでの記述は、特定の様式で機能するように「構成され」または「適用され」ているものと本発明の構成要素を称することも留意されよう。この点に関して、そのような構成要素は、特定の性質を具体化するように、または特定の様式で機能するように「構成され」または「適用され」ており、ここで、そのような記述は、意図する使用の記述ではなく、構造的記述である。より詳しくは、構成要素が「構成され」または「適用され」ている様式のここでの記述は、その構成要素の既存の物理的条件を意味し、それゆえ、その構成要素の構造的特徴の明確な記述として解釈すべきである。

本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明の様々な改変および変更を行えることが当業者には明白である。本発明の精神および本質を含む開示の実施の形態のそのような改変、組合せ、下位の組合せおよび変種は、当業者に想起されるであろうし、本発明は、付随する特許請求の範囲およびその等価物の範囲に全てを含むように構成されるべきである。

Claims

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と、前記ポリマー中間層によって前記第１の化学強化ガラス板から隔てられた第２の強化ガラス板とを備えた、ガラス積層板において、前記第１のガラス板が、
１ｍｍ未満の厚さ、および
圧縮応力下にある表面近くの領域、
を有し、
前記第１のガラス板の表面での圧縮応力（ＣＳ）が４００ＭＰａより大きく、
当該ガラス積層板が、２５０Ｈｚから５０００Ｈｚの周波数範囲に亘り、いずれの１００Ｈｚ間隔においても、１ｄＢ超は減少しない透過損失を有する、
ガラス積層板。
前記表面近くの領域が、前記第１のガラス板の表面から、少なくとも６５−０．０６（ＣＳ）の値を有するマイクロメートルで表される層の深さまで延在し、式中、ＣＳはＭＰａで表される表面圧縮応力である、請求項１記載のガラス積層板。
前記第１のガラス板の表面での圧縮応力（ＣＳ）が６００ＭＰａより大きく、前記第１のガラス板が引張応力（ＣＴ）下にある中央領域を有し、４０ＭＰａ＜ＣＴ＜１００ＭＰａである、請求項１または２記載のガラス積層板。
前記第２の強化ガラス板の厚さが、前記第１のガラス板の厚さと実質的に均しい請求項１から３いずれか１項記載のガラス積層板。