JP7708124B2 - 車両用ガラス - Google Patents
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Description
(車両)
図1は、本実施形態に係る車両用ガラスが車両に搭載された状態を示す模式図である。図1に示すように、本実施形態に係る車両用ガラス1は、車両Vに搭載される。車両用ガラス1は、車両Vのフロントガラスに適用される窓部材である。すなわち、車両用ガラス1は、車両Vのフロントウィンドウ、言い換えれば風防ガラスとして用いられている。車両Vの内部(車内)には、遠赤外カメラCA1及び可視光カメラCA2が搭載されている。なお、車両Vの内部(車内)とは、例えばドライバーの運転席が設けられる車室内を指す。
図2は、第1実施形態に係る車両用ガラスの概略平面図である。図3は、図2のA-A線に沿った断面図である。図4は、図2のB-B断面に沿った断面図である。図2に示すように、以下、車両用ガラス1の上縁を、上縁部1aとし、下縁を、下縁部1bとし、一方の側縁を、側縁部1cとし、他方の側縁を、側縁部1dとする。上縁部1aは、車両用ガラス1を車両Vに搭載した際に、鉛直方向上側に位置する縁部分である。下縁部1bは、車両用ガラス1を車両Vに搭載した際に、鉛直方向下側に位置する縁部分である。側縁部1cは、車両用ガラス1を車両Vに搭載した際に、一方の側方側に位置する縁部分である。側縁部1dは、車両用ガラス1を車両Vに搭載した際に、他方の側方側に位置する縁部分である。
遮光領域A2は、ガラス基体10に遮光層18を設けることにより形成される。すなわち、遮光領域A2は、ガラス基体10が遮光層18を備える領域である。すなわち、遮光領域A2は、ガラス基体12と中間層16とガラス基体14と遮光層18が積層された領域である。一方、透光領域A1は、ガラス基体10が遮光層18を備えない領域である。すなわち、透光領域A1は、ガラス基体12と中間層16とガラス基体14とが積層されて、遮光層18が積層されない領域である。
図3に示すように、車両用ガラス1は、Z方向における一方の表面(ここでは表面12A)から他方の表面(ここでは表面14B)までにわたって貫通する開口部19が形成されている。開口部19内には、遠赤外線透過部材20が設けられている。開口部19が形成されて遠赤外線透過部材20が設けられている領域が、遠赤外線透過領域Bである。すなわち、遠赤外線透過領域Bは、開口部19と、開口部19内に配置された遠赤外線透過部材20とが設けられる領域である。遮光層18は遠赤外線を透過しないため、遠赤外線透過領域Bには、遮光層18が設けられていない。すなわち、遠赤外線透過領域Bにおいては、ガラス基体12、中間層16、ガラス基体14、及び遮光層18が設けられておらず、形成された開口部19に遠赤外線透過部材20が設けられている。遠赤外線透過部材20については後述する。なお、車両用ガラス1は、ガラス基体10と、ガラス基体10の開口部19に設けられる遠赤外線透過部材20と、を含むといえる。ガラス基体10は、車両用ガラス1のうちで窓ガラスを構成する部分であると呼ぶこともでき、例えばここでは、ガラス基体12、14、中間層16、及び遮光層18を含む構成を、ガラス基体10と呼んでよい。ただし、ガラス基体10は、上述のように、少なくともガラス基体12とガラス基体14とのうち一方のみを含むものであってよい。
図4に示すように、可視光透過領域Cは、透光領域A1と同様に、Z方向において、ガラス基体10が遮光層18を備えない領域である。すなわち、可視光透過領域Cは、ガラス基体12と中間層16とガラス基体14とが積層されて、遮光層18が積層されない領域である。
以下、遠赤外線透過領域Bに設けられる遠赤外線透過部材20について、具体的に説明する。遠赤外線透過部材20は、遠赤外線を透過する部材である。図3に示すように、遠赤外線透過部材20は、車外側の面が、遮光領域A2の車外側の面と、面一に(連続して)形成されていることが好ましい。言い換えれば、遠赤外線透過部材20の車外側の表面20aは、ガラス基体12の表面12Aと連続するように取り付けられている。このように遠赤外線透過部材20の表面20Aがガラス基体12の表面12Aと連続することで、ワイパの拭き取り効果が損なわれることを抑制できる。また、段差があることで車両Vとしてのデザイン性が損なわれることや、段差に砂埃等が堆積することなどのおそれを抑制できる。さらに、遠赤外線透過部材20は、適用される車両用ガラス1の曲面形状に合わせて成形されていることが好ましい。遠赤外線透過部材20の成形方法は特に限定されないが、曲面形状や部材に応じて、研磨もしくはモールド成形が選択される。
図5は、車両用ガラスが車両に取り付けられた状態の例を示す模式図である。ここで、図5に示すように、車両用ガラス1は、鉛直方向に対して傾斜するように、車両Vに取り付けられる場合が多い。従って、鉛直方向の下方に沿う方向を方向YVとすると、車両Vに取り付けられた状態での車両用ガラス1の方向Yは、方向YVに対して傾斜しており、遠赤外線透過部材20の車外側の表面20aも、方向YVに対して傾斜している。また、水平方向であって車両Vの前方から後方に向かう方向を方向ZVとすると、車両Vに取り付けられた状態での車両用ガラス1の方向Zは、方向ZVに対して傾斜しており、遠赤外線透過部材20の表面20aに直交する垂線AXも、方向ZVに対して傾斜している。さらに言えば、遠赤外線透過部材20の垂線AXは、遠赤外カメラCA1の光軸AXRに対して傾斜している。
波長8μm~13μmの遠赤外線の平均透過率が、Y方向に向かうに従って異なる1様態として、遠赤外線透過部材20は、第1位置P1における厚みDA1と、第2位置P2における厚みDA2とが異なっていても良い。厚みDA1とは、第1位置P1における、表面20aから表面20bまでのZ方向に沿った長さを指し、厚みDA2とは、第2位置P2における、表面20aから表面20bまでのZ方向に沿った長さを指す。厚みDA1と厚みDA2とが異なることで、平均透過率TR1と平均透過率TR2とを異ならせて、遠赤外線の検出精度の低下を抑制できる。
以下、遠赤外線透過部材20の層構成について、具体的に説明する。図6に示すように、遠赤外線透過部材20は、基材30と、基材30上に形成される機能膜32とを有している。図6の例では、基材30の表面30bに機能膜32が形成されている。表面30bは、車両用ガラス1に搭載された場合に車内側となる面である。図6の例では、基材30の表面30bと反対側の表面30aが、遠赤外線透過部材20の車外側の表面20aとなっており、機能膜32の車内側の表面32bが、遠赤外線透過部材20の車内側の表面20bとなっている。
基材30は、遠赤外線を透過可能な部材である。基材30は、波長8μm~13μmの光(遠赤外線)に対する平均内部透過率が、50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。基材30の8μm~13μmでの平均内部透過率がこの数値範囲となることで、遠赤外線を適切に透過して、例えば遠赤外カメラCA1の性能を十分に発揮できる。なお、ここでの平均内部透過率とは、その波長帯域(ここでは8μmから12μm)の、それぞれの波長の光に対する内部透過率の平均値である。
基材30と機能膜32との合計の厚みすなわち遠赤外線透過部材20の厚み(図6における厚みDA1に相当)は1.5mm以上5.5mm以下であることが好ましく、1.7mm以上4.5mm以下であることがより好ましく、1.8mm以上3mm以下であることがさらに好ましい。
カルコゲナイドガラスの好ましい組成としては、
原子%表示で、
Ge+Ga;7%~25%、
Sb;0%~35%、
Bi;0%~20%、
Zn;0%~20%、
Sn;0%~20%、
Si;0%~20%、
La;0%~20%、
S+Se+Te;55%~80%、
Ti;0.005%~0.3%、
Li+Na+K+Cs;0%~20%、
F+Cl+Br+I;0%~20%含有する組成である。そして、このガラスは、140℃~550℃のガラス転移点(Tg)を有することが好ましい。
機能膜32は、基材30上に形成されており、遠赤外線の反射を抑制したり、遠赤外線の透過率を調整したりするための膜である。
反射防止膜34は、遠赤外線の反射を抑制する膜である。図6の例では、反射防止膜34は、Y方向の各位置における厚みが均一であることが好ましい。ただし、反射防止膜34は、Y方向の各位置における厚みが異なってもよい。
高屈折率層34Aは、低屈折率層34Bと積層されて、遠赤外線の反射を抑制する膜である。高屈折率層34Aは、遠赤外線に対して高屈折率の膜であり、波長10μmの光に対する屈折率が、2.5以上4.5以下であることが好ましく、3.0以上4.5以下であることがより好ましく、3.3以上4.3以下であることが更に好ましい。また、高屈折率層34Aは、波長8μm~13μmの光に対する平均屈折率が、2.5以上4.5以下であることが好ましく3.0以上4.5以下であることがより好ましく、3.3以上4.3以下であることが更に好ましい。高屈折率層34Aの屈折率や平均屈折率がこの数値範囲となることで、高屈折率層として適切に機能して、遠赤外線の反射を適切に抑制することができる。
低屈折率層34Bは、高屈折率層34Aと積層されて、遠赤外線の反射を抑制する膜である。低屈折率層34Bは、遠赤外線に対して低屈折率の膜であり、波長10μmの光に対する屈折率が、0.8以上2.0以下であることが好ましく、1.0以上1.7以下であることがより好ましく、1.0以上1.5以下であることが更に好ましい。低屈折率層34Bの屈折率がこの数値範囲となることで、低屈折率層として適切に機能して、遠赤外線の反射を適切に抑制することができる。
遠赤外線吸収層36は、遠赤外線を吸収する層である。遠赤外線吸収層36は、入射した遠赤外線のうちの一部を吸収し、他の一部を透過する。遠赤外線吸収層36は、波長8μm~13μmの光に対する平均消衰係数が、0.002以上1.0以下であることが好ましく、0.01以上0.5以下であることが好ましく0.05以上0.2以下であることが更に好ましい。平均消衰係数がこの範囲となることで、遠赤外線を適切に透過しながら、透過率調整層の膜厚に応じて遠赤外線透過率を適切に制御することができる。
図7は、第1実施形態の他の例に係る遠赤外線透過部材の模式的な断面図である。図6の例では、基材30の車内側に機能膜32が形成されていたが、それに限られず、図7に示すように、基材30の車外側に機能膜32が形成されていてもよい。この場合、遠赤外線透過部材20は、図7に示すように、車内側に向けて、遠赤外線吸収層36、反射防止膜34、基材30の順で積層されており、遠赤外線吸収層36の表面36aが、遠赤外線透過部材20の車外側の表面20aとなり、基材30の表面30bが、遠赤外線透過部材20の車内側の表面20bとなっている。ただし、基材30、反射防止膜34、及び遠赤外線吸収層36の積層順はこれに限られず任意であり、例えば、車内側に向けて、反射防止膜34、遠赤外線吸収層36、基材30の順で積層されていてもよい。また、図7の構成においては、反射防止膜34は必須の構成ではなく、機能膜32は、反射防止膜34を含まず遠赤外線吸収層36を含むものであってもよい。
以上説明したように、第1実施形態に係る車両用ガラス1は、遮光領域A2を備え、遮光領域A2内に、開口部19、及び開口部19内に配置された遠赤外線透過部材20が設けられる遠赤外線透過領域Bが形成されている。遠赤外線透過部材20は、車外側の表面20aに垂直な方向に遠赤外線を照射した場合における、第1位置P1での波長8μm~13μmの遠赤外線の平均透過率TR1と、車両用ガラス1を車両Vに搭載した場合に第1位置P1よりも鉛直方向下方となる第2位置P2での波長8μm~13μmの遠赤外線の平均透過率TR2とが、異なる。第1実施形態に係る車両用ガラス1は、遠赤外線透過部材20の平均透過率TR1と平均透過率TR2とが異なることで、遠赤外線の検出精度の低下を抑制できる。
次に、第1実施形態の第1変形例について説明する。第1実施形態においては、遠赤外線吸収層36の厚みを変えることで、第1位置PA1の平均透過率TR1と第2位置PA2の平均透過率TR2を異ならせていたが、平均透過率TR1と平均透過率TR2を異ならせる方法は、それに限られない。例えば、第1変形例で説明するように、反射防止膜の厚みを変えることで、平均透過率TR1と平均透過率TR2を異ならせてもよい。第1変形例において第1実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。なお、第1変形例は、第1実施形態にも適用可能である。すなわち、第1実施形態のように遠赤外線吸収層36の厚みを変えつつ、第1変形例のように反射防止膜の厚みを変えてもよい。
次に、第1実施形態の第2変形例について説明する。第2変形例は、基材の厚みを変えることで、平均透過率TR1と平均透過率TR2を異ならせるものである。第2変形例において第1実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。なお、第2変形例は、第1実施形態や第1変形例にも適用可能である。すなわち、第1実施形態や第1変形例のように遠赤外線吸収層や反射防止膜の厚みを変えつつ、第2変形例のように基材の厚みを変えてもよい。
次に、第2実施形態について説明する。第1実施形態や各変形例では、第2位置P2に向かうに従って厚みを薄くして、第2位置P2に向かうに従って遠赤外線の吸収率を下げることで、第2位置P2に向かうに従って遠赤外線の透過率を上げていたが、第2位置P2に向かうに従って遠赤外線の透過率を上げる方法は、それに限られない。例えば第2実施形態で説明するように、第2位置P2に向かうに従って遠赤外線の反射率を下げることで、第2位置P2に向かうに従って遠赤外線の透過率を上げてもよい。第2実施形態において、第1実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。なお、第2実施形態は、第1実施形態や第2変形例にも適用可能である。
第2実施形態の遠赤外線透過部材20は、第1位置P1における厚みDTA1と、第2位置P2における厚みDTA2とが異なることが好ましい。厚みDTA1と厚みDTA2とが異なることで、平均透過率TR1と平均透過率TR2とを異ならせて、遠赤外線の検出精度の低下を抑制できる。
反射防止膜34Tは、第1位置P1における厚みDTB1と、第2位置P2における厚みDTB2とが異なることが好ましい。厚みDTB1と厚みDTB2とが異なることで、平均透過率TR1と平均透過率TR2とを異ならせて、遠赤外線の検出精度の低下を抑制できる。
<遠赤外線透過部材の作製>
まず、基材として、直径50mm、厚み2.0±0.05mmのSi(FZグレード)を準備した。なお、基材および機能膜の厚みは、デジタルノギス(株式会社ミツトヨ社製、CD-15CX)で測定した。
(例1)
上記の基材の車外側となる面上に、プラズマCVDによってダイヤモンドライクカーボン(DLC)の膜を1000nm成膜し、保護膜とした。その後、基材を傾けながら、基材の車内側となる面上に、Ge膜、次いでZnS膜をそれぞれ蒸着により成膜し、反射防止膜とした。
得られた遠赤外線透過部材を車両に搭載した時のY方向上端を原点とし、P1の位置を5mm、P2の位置を45mmとした時に、P1、P2における各層の膜厚は表1に示すとおりであった。
(例2)
上記の基材を傾けながら、基材の車外側となる面上に、マグネトロンスパッタリング法によってNiOx膜を成膜し、反射防止膜とした。P1、P2における各層の膜厚は表1に示すとおりであった。
(例3)
上記の基材の車内側となる面上に、Ge膜を蒸着法によって150nm成膜した後、基材を傾けながら、マグネトロンスパッタリング法によってNiOx膜を成膜し、反射防止膜とした。P1、P2における各層の膜厚は表1に示すとおりであった。
(例4)
上記の基材の車外側となる面上に、マグネトロンスパッタリング法によってNiOx膜を1200nm成膜し、反射防止膜とした。その後、基材を傾けながら、基材の車内側となる面上に、同様にマグネトロンスパッタリング法によってAl2O3膜を成膜し、遠赤外線吸収層とした。P1、P2における各層の膜厚は表1に示すとおりであった。
(例5)
基材を傾けることなく反射防止膜を成膜した以外は例1と同様にして、遠赤外線透過部材を作製した。P1、P2における各層の膜厚は表1に示すとおりであった。
(例6)
上記の基材の車外側となる面上に、マグネトロンスパッタリング法によって基材から離れる方向に1000nmのNiOx膜、25nmのZrO2膜、15nmのNiOx膜、200nmのZrO2膜をこの順に成膜し、反射防止膜とした。その後、基材を傾けながら、基材の車内側となる面上に、同様にマグネトロンスパッタリング法によってNiOx膜を成膜し、遠赤外線吸収層とした。P1、P2における各層の膜厚は表1に示すとおりであった。
例1~6で得られた遠赤外線透過部材の赤外線透過スペクトルを、P1、P2それぞれの位置においてフーリエ変換型赤外分光装置(ThermoScientific社製、商品名:Nicolet iS10)を用いて測定し、得られた赤外線透過スペクトルから、波長8μm~13μmにおける平均透過率を求めた。
<遠赤外線透過窓の作製、設置>
まず、300mm×300mm、厚み2.0mmのソーダライムガラスの間に厚み0.76mmのPVBを配置した合わせガラスを準備した。次いで、合わせガラスの中心にφ53.5mmの貫通孔を形成し、例1~5で得られた赤外線透過部材を樹脂成形体のアタッチメントを介して貫通孔に装着して、遠赤外線透過窓とした。
<遠赤外線透過窓の熱画像の実測評価>
評価には、平面黒体炉(株式会社アイ・アール・システム社製、DBB-LC50)と遠赤外線カメラ(FLIR社製、Boson640,HFOV:18°)を用いた。前記遠赤外線透過窓の搭載角度(鉛直方向に対する傾斜角度)を30°とし、遠赤外線カメラの視野角が遠赤外線透過窓により阻害されないよう熱画像を見ながら遠赤外線カメラの位置を調整し、遠赤外線透過窓を固定した。次いで、前記遠赤外線透過窓を介して、遠赤外線カメラの焦点が合うように平面黒体炉を配置し、平面黒体炉の温度を50℃に設定して温度が一定になるまで待機してから熱画像評価を行った。熱画像の評価は、熱画像をグレースケールで保存後、画像処理ソフトを用い、Y方向(車両の鉛直方向)に輝度分布を解析、X方向中央におけるP1とP2の位置における輝度差をP2/P1(%)で評価した。
<遠赤外線透過窓の熱画像のシミュレーション評価>
また、光学シュミレーションソフト(Eclat Digital Research社製:Ocean)を用い、実測同様に、50℃(323K)の黒体炉を模擬した赤外線放射オブジェクト、遠赤外線透過窓、遠赤外線カメラを配して、放射輝度を評価した。得られた評価輝度分布から、前記P1とP2の位置における輝度差をP2/P1sim(%)で評価した。
尚、赤外線放射オブジェクトでの熱放出はLambertianで近似出来るものとして、各遠赤外透過部材の搭載角度における透過率から計算を行った。
(例7:参考例)
例1の遠赤外線透過窓の搭載角度を90°とした以外は例1と同様にして、熱画像の評価を行った。結果を表1に示す。
例1、5、7より、実測結果における輝度差P2/P1とシミュレーション評価における輝度差P2/P1simとは良い一致を示している。
表1に示すように、比較例である例5では、基材を傾けることなく反射防止膜を成膜したため、車外側の表面に垂直な方向に遠赤外線を照射した場合における、位置P1における遠赤外線の平均透過率と、位置P2での遠赤外線の平均透過率とが、一致する。例5では、輝度差P2/P1が80%と、遠赤外線カメラの視野内における輝度バラツキが大きく、赤外線の検出精度低下の恐れがあることがわかる。
一方、表1に示すように、本実施例である例1~4、6は、基材を傾けながら反射防止膜を成膜したため、車外側の表面に垂直な方向に遠赤外線を照射した場合における、位置P1における遠赤外線の平均透過率と、位置P2での遠赤外線の平均透過率とが、異なっている。本実施例である例1~4、6では、輝度差P2/P1、もしくはP2/P1simは、90~110%以内に収まっており、赤外線の検出精度低下を抑制できているといえる。
10、12、14 ガラス基体
16 中間層
18 遮光層
19 開口部
20 遠赤外線透過部材
30 基材
32 機能膜
34 反射防止膜
36 遠赤外線吸収層
P1 第1位置
P2 第2位置
V 車両
Claims (12)
- 遮光領域を備える車両用ガラスであって、
前記遮光領域内に、開口部、及び前記開口部内に配置された遠赤外線透過部材が設けられる遠赤外線透過領域が形成されており、
前記遠赤外線透過部材は、車外側の表面に垂直な方向に遠赤外線を照射した場合における、第2位置での波長8μm~13μmの遠赤外線の平均透過率が、前記車両用ガラスを車両に搭載した場合に前記第2位置よりも鉛直方向上方となる第1位置での波長8μm~13μmの遠赤外線の平均透過率よりも、高く、
前記遠赤外線透過部材は、車外側の面内の任意の2点を結ぶ直線のうち最長の直線の長さが、80mm以下である、
車両用ガラス。 - 前記遠赤外線透過部材は、車外側の表面に垂直な方向に遠赤外線を照射した場合における波長8μm~13μmの遠赤外線の平均透過率が、前記第1位置から前記第2位置に向かうに従って、高くなる、請求項1に記載の車両用ガラス。
- 前記遠赤外線透過部材は、遠赤外線を透過する基材と、前記基材上に形成される機能膜とを含む、請求項1または請求項2に記載の車両用ガラス。
- 前記機能膜は、遠赤外線を吸収し、前記第1位置から前記第2位置に向かうに従って厚みが小さくなる遠赤外線吸収層を含む、請求項3に記載の車両用ガラス。
- 前記機能膜は、遠赤外線を吸収し、かつ遠赤外線の反射を抑制し、前記第1位置から前記第2位置に向かうに従って厚みが小さくなる反射防止膜を含む、請求項3に記載の車両用ガラス。
- 前記遠赤外線透過部材は、入射された遠赤外線の一部を吸収して一部を透過して、前記第1位置から前記第2位置に向かうに従って厚みが小さくなる基材を含む、請求項1または請求項2に記載の車両用ガラス。
- 前記機能膜は、遠赤外線の反射を抑制し、前記第1位置から前記第2位置に向かうに従って厚みが大きくなる反射防止膜を含む、請求項3に記載の車両用ガラス。
- 前記反射防止膜は、複数の層が積層されて構成されており、前記第1位置から前記第2位置に向かうに従って、積層数が多くなる、請求項7に記載の車両用ガラス。
- 前記反射防止膜は、複数の層が積層されて構成されており、前記第1位置から前記第2位置に向かうに従って、少なくとも1つの層の厚みが大きくなる、請求項7に記載の車両用ガラス。
- 前記基材は、Si、Ge、ZnS、及びカルコゲナイドガラスの群より選ばれる少なくとも1種の材料を含む、請求項3に記載の車両用ガラス。
- 前記遠赤外線透過部材は、車外側の面内の任意の2点を結ぶ直線のうち最長の直線の長さが、40mm以上である、請求項1または請求項2に記載の車両用ガラス。
- 前記遠赤外線透過部材の厚みが1.5mm以上5.5mm以下である、請求項1または請求項2に記載の車両用ガラス。
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