JP6412870B2 - グレイジングユニットの曲げ加工 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用グレイジングユニットの曲げ加工に関する。

自動車向けのグレイジングユニットは、多くの要件を満たす必要がある。特にその光学的及び機械的特性が厳密な規格を満たす必要がある。グレイジングユニットを形成するガラス板の曲げ加工のため開発される多くの技法が、製造費を可能な限り低く抑えつつこれらの要件を満たそうと試みている。

自動車用グレイジングユニットの曲げ加工には、２つの主な方法が一般に用いられる。第一の方法は、重力曲げ加工と称される。平坦な１つ又は複数のガラス板をガラスの軟化点に至らせる。その自重により、板が支持体にのしかかるようになる。支持体は、板をその周辺部で保持するフレームか、或いは徐々に湾曲が大きくなる外形を有するコンベヤローラである。第二の曲げ加工方法は、多くの場合に第１の方法と組み合わされる方法であり、板に局所的又は全体的な圧力をかけることで板がプレスの形状を取るように仕向ける。

これらの技法では、曲げ加工操作が重力による作用のみを含む場合に、板をその周辺部で支持するフレームを使用することにより、光学的欠陥を含まない表面を確保することが可能となる。ガラス板は、周辺部は別として、軟化したガラスに跡を残し得るいかなる部分とも接触しない。従って中央領域（これは視野領域でもある）は、極めて高い光学品質を有する。それと引き換えに、周辺部から離れたところの形状はそれ程厳密に制御されない。

プレス型と接触させる利点は、グレイジングユニットの中央部分に固定されたモデルに対する板のより良好な形状適合が達成されることである。他方で、板が型の表面と接触すると、グレイジングユニットの光学品質が損なわれ得る。

これらの２つの方法の利点を組み合わせようと、あらゆる種類の改良が企図されてきた。

あらゆる自動車構成部品と同様に、製造業者の要求及びグレイジングユニットの軽量化などの要件の高まりにより、これまでの選択が疑問視されるようになる。

いずれの場合にも、得られる製品の品質を厳格に目標にするという考慮事項は別として、経済的要請によってもまた、選択に妥協が強いられる。サイドグレイジングユニットの製造、リアウィンドウ又はガラスルーフの製造は、一般に光学品質の点で制約が少ない。他方で、製造コストは可能な限り最小限に抑えなければならず、コストの決定要因である生産速度が特に重要な意味を持つ。

合わせガラスのグレイジングユニット、特にフロントガラスは、品質に関して要件が特別であるため、経済的側面を軽視することはできない。経済的側面とは、特に生産速度、また投資の留保である。これらの考慮事項は、例えば、全ての製造に対する機器の使用可能性、グレイジングユニットの光学品質に関して要求を下げるが、コストに関して要求を高く上げること、及び逆に光学品質を優先することを追求することにつながる。

本発明の目的は、これらの様々な要件に応えることである。詳細には、本発明の目的は、製品の不可欠な品質、光学品質及び機械品質は維持しながらも、生産速度を高める、換言すればサイクル時間を減らす手段を企図することである。

平坦なプレカットされた板のストックから、湾曲が付けられ冷却された板の受け取りまで、成形プロセスの各段階がサイクル時間の決定に関係する。サイクル時間の短縮を追求するなかで、先行する主な試みは、成形が関わる段階に重点を置いてきた。他方で、後続の処理はそれほど深く考慮されてこなかった。それにも関わらず、そうした処理は、ある種の特性、特に機械的特性にとって決定的な段階である。

強化型製品に関して、冷却は必然的に急速である。この急速さに応じるものとして、板の表面と内側との間に温度勾配が形成されることによりガラスに応力が生じる。合わせフロントガラスなどの製品については、グレイジングユニットの中央部分に表面応力が存在することは回避しなければならない。このような応力が存在すると、フロントガラスは砂利の衝撃など、衝撃に対して極めて脆弱になる。応力の形成を回避するには冷却速度を低下させることが必要と思われるが、得られた形状を厳密に維持するには、曲げ加工後に変形する可能性を回避するため、成形と板がガラス転移温度域に達する時点との隔たる時間が十分に短いこともまた必要である。

可能な限り短い処理時間という経済的要件を犠牲にすることなしに「非強化型」製品の成形技法を改良しようと、本発明者らは、請求項１に記載の主題である方法を企図する。用語「非強化型」は、合わせフロントガラスの構成の一部であるガラス板などの製品、その機械的特性の点で高い強度を特に砂利の衝撃に対して有しなければならない製品を意味するものと理解されなければならない。

本発明に係る方法は、ガラス板がそれ以上変形できなくなるまで、ガラス板の速い冷却速度を維持することを目標とする。この冷却時間においては、表面応力の形成を可能な限り回避するため、板の表面全体にわたり温度が実質的に一様に保たれる。この結果を達成するため、板は制御された温度で高流量のガス流を用いた冷却に供される。この流れの循環により、流れが板の２つの露出した面と接触する。それらの面にわたる対流雰囲気の速度が増加すると、熱交換の良好な平衡が確立され、最小限に抑えようとしている応力が温度差によって生じることが回避される。

板と接触する雰囲気の温度が、交換の強度を決定する。冷却を実行する機器に応じて、この操作は連続方式又は段階方式で行われる。連続方式では、板が単一のチャンバに通され、本質的に出口における温度がガラス転移温度未満となるようにチャンバ内の雰囲気の温度が調節される。ガラスとの接触で雰囲気は必然的に加熱され、それにより最初の周囲温度が、なおもその雰囲気における、チャンバの出口に向かって存在する温度より高くなり得る。いずれの場合にも、設定値温度はこれらのガラス／雰囲気交換を考慮する。段階方式で動作する機器では、次から次へと続くセクションが異なる温度条件を有し得る。最後の冷却段階の温度は、いずれの場合にも、ガラス転移温度未満に留まる。しかしそれより前の段階では、雰囲気の設定値温度の選択が、好ましくはそれらの段階の各々に対応して段階的に低下する。この場合、各温度は所望の低下速度を保証するように選択される。

連続的方法及び段階的方法の両方において最終的な温度は、好ましくは３６０℃〜４８０℃であり、有利には４００℃〜４６０℃である。目安として、最も一般的なソーダ石灰シリカガラスのガラス転移温度は５５０℃程度である。

対流に関して、ガラス転移域の温度から離れ過ぎない温度を使用する選択が、この温度は極めて急速な冷却速度には好ましくないものの、良好な均一性を維持できる可能性を保証する。所望の冷却速度を確保するのに十分な対流強度が保たれる。

冷却は、ガス流が有利にはループで循環するチャンバで実施される。この循環は、強力なファン又はタービンによる手段を用いて提供される。これらの手段により、雰囲気とガラス板との接触が速やかに再生されることが確実となる。この再生により、板の温度が均一になることが確実となる。板と接触して循環する雰囲気の容積は比較的大きく、通常、板それ自体の熱入力のみによってその加熱を生じさせることはできない。ガス流との接触による加熱手段が、温度の維持を確実にする。

冷却雰囲気の循環は、板の直の縁部から離れて、温度差が２０℃以下であり、好ましくは１０℃以下であるようなものである。

これらの目的を達成するため、雰囲気の循環は必然的に激しい。板との接触におけるその再生は、可能な限り速くなければならない。チャンバの雰囲気は、好ましくは、少なくともチャンバの容積に等しい容積が８秒毎に動き回るようにして循環される。有利には、この動きは５秒以下で達成される。

本発明によれば、対流雰囲気、循環容積、板の面に近接した循環速度、及びこの雰囲気の維持される温度の条件は、板の温度が少なくとも毎秒１℃、好ましくは少なくとも毎秒１．５℃下がるように調節される。これらの条件下で、ガラス転移未満及びその前後の温度に至るまでの冷却時間は、有利には最長で約１２０秒、好ましくは最長で９０秒である。好ましくは、板の支持体と接触している縁部を除き、板の全面にわたり極めて一様な温度を維持できる程の短さである。

上記に指摘したとおりの、板の中央部分における表面応力の形成を回避するために取られる方策に関わらず、そうした応力のレベルが、グレイジングユニットが依然として過度に衝撃を受け易いようなレベルである場合、本発明はまた、そうした応力の出現後に、それを最小限に抑え、又はさらには事実上それを取り除くことを可能にする工程が続くよう確実にすることも企図する。

上記のとおりのこの特定の方法では、最初のステップで、板の形状を固めるため、板を実質的にガラス転移温度未満の温度に冷却する。任意選択の表面応力を取り除くことを目標とする方策が続くことを考えると、冷却は、例えばより低い温度の雰囲気を使用して、さらに一層強力であってもよく、続いてより速い冷却がもたらされ得る。中央の表面応力を取り除くため、この冷却に続き、第２のステップで、当該の表面応力の緩和をもたらす温度で及びそのような時間にわたり板を加熱する。次に、第３のステップで、板を上記のとおり、より低い温度に至らせる。

応力を緩和するための温度は、ガラス転移域の温度を好ましくは２０℃より大きく上回らず、好ましくは１０℃より大きく上回らない。この域は、具体的に定義される種類のものでなく、その名称が示すとおり、２つの状態間の転移の「域」として働く。転移は徐々に起こり、２０度程度に及び得る。緩和温度に関して示される値は、これらの域の中央値から決定される値であるものと理解される。処理には温度が関わるが、この処理が表面のみに作用しないようにこの温度が維持される時間もまた関わる。温度が高い程、時間が短くなる。続く冷却の間に、取り除こうとする応力が再び生じることがないように、可能な限り低い温度が好ましい。処理時間が長過ぎることもないよう妥協が必要である。実際には、温度が３０秒より長く一定に保たれず、好ましくは２０秒より長く一定に保たれないように条件が調節される。

本発明は、図を参照して以下にさらに詳細に記載される。

図１ａ、図１ｂ及び図１ｃは、本発明に係る曲げ加工機器の様々な実施形態を示す概略図である。 図２は、本発明に係る冷却チャンバの断面図である。 図３は、応力緩和に供された板の温度曲線を表す。

図１ａに概略的に示される機器は、炉１を含む。炉は、一連の電気抵抗ヒータ２によって加熱される。ガラス板５が炉内を進む間にガラス板５を支持するフレーム４が、コンベヤ３によって移送される。フレームは１つ又は２つのガラス板を運ぶ。第二の場合、重ね合わされた板が同時に曲げられる。２つの板は続いて組み立てられて合わせガラスのグレイジングユニットになることが意図される。

炉への入口では、ガラス板５は平坦である。ガラス板５は進みながら、軟化するまで加熱される。６によって表されるとおり、軟化した板は、板を支持するフレームの外形を呈するまでその自重で曲がって曲線状になる。

先行技術では、なおもコンベヤ上にある板を運ぶフレームは、次に冷却区間、通常、加熱又は実質的な断熱のない単純なトンネルであって、その壁の唯一の目的が、ガラスが過剰にランダムな冷却条件に曝露されるのを回避することであるトンネルに入る。十分な冷却の後、フレーム及びガラス板は、その進行を続ける間、周囲温度に近い温度まで外気で冷却される。冷却操作の終了は保管場所で起こり得る。次にフレームは、新しい処理のため炉の入口に戻る。

本発明に係る一実施形態を概略的に示す図１ａに示される方法では、曲げ加工が達成された後、チャンバ９で冷却が実施される。このチャンバでは、熱コンディショニング雰囲気の激しい循環により、望ましくない表面応力の形成をもたらすことなく、可能な限りで最速の冷却が確実となる。

このチャンバでは、板はファン１０を使用して強制対流に供される。対流ガスが加熱手段、例えば電気抵抗ヒータ１１を通り越して循環することにより、対流ガス流は十分な温度に維持される。

対流ガス流は、壁に設けられたダクトに関連付けられており、このダクトは、板全体（その縁部は例外である可能性がある）が可能な限り一様に処理されるように対流ガス流を仕向ける。

板の温度がガラス転移域未満に下がった後、１２において周囲温度で冷却が完了する。

図１ａの方法において、ガラス板はその進行全体を通じて同一のフレームに配置される。

図１ｂは、図１ａの変形例を示す。上記のとおり、最初のステップで、ガラス板は重力曲げ加工操作に供される。この曲げ加工操作は完全ではない。板はプレス技法によって取り扱われる。図１ｂの図では、板は例えば従来条件下に雄型７で運ばれる。

プレス操作は、例えばフレーム４とプレス７とを一体に合わせる動きによって実施される。補足的な吸引手段もまた、ガラス板をプレス７の表面と接触させることを補完し得る。

プレス操作は、炉１のまさにそのチャンバで行われるものとして示される。炉の外部でプレス操作を行う様々な代替例もまた可能である。この解決法はプレス手段の導入を促進する。プレス段階の温度条件は、この段階でこのように熱入力がないことを考慮するため、僅かに異なる。

ガラスの冷却に関する次の段階は、図１ａに示される方法と同様に行われる。

図１ｃは、別の実施形態を概略的に示し、ここではガラス板が個別に系統的に処理される。当該の実施形態では、コンベヤが、適切な構成のカーブローラによって予成形されている軟化した板を、プレス７の下まで運ぶ。例えばガラス板をコンベヤから持ち上げるフレームを使用して、ガラス板がプレスに当てられる。板をフレーム上に置くには、例えば吸着グリップシステムを含め、様々な手段が公知である。

雄型プレス７での成形後、板は冷却のためフレーム上に載せられる。通常、このフレームは、板をプレス７に運ぶものと異なる。残りの処理は、図１ａ及び図１ｂに概略的に示される図に関して上記に記載した処理と同様である。

曲げ加工操作の後、ガラス板は好ましくは支持体８上に置かれる。この支持体は、板をその周囲で支持するフレームからなる。他の実施形態もまた可能であり、そこでは板が、例えば板の湾曲した形状に適合しても又は適合しなくてもよい外形を有するコンベヤの上に直接置かれる。他の可能性と比べてフレームを使用する利点は、それがガラスの接触を板の周辺部のみに制限することである。このようにして、視野領域の任意のさらなる品質低下が回避される。唯一の跡は、あるとすれば、板のうちそれらの跡がいかなる不都合も引き起こさない部分に認められる。

上記に示す条件下でガラス転移温度に戻されたガラス板は、次に参照符号１２の段階において、その冷却がチャンバの外部で周囲温度に至るまで継続し得る。この最終冷却に先行する種々の段階は可能な限り速やかに行われなければならないが、得られるグレイジングユニットの品質は、この最後の工程の継続時間とは無関係である。従って板は特別な装置なしに、単純に周囲雰囲気との接触で冷却され得る。

示される変形例は、先行技術の成形可能性を網羅するものではない。選択される変形例とは無関係に、予め曲げられた板が、本発明の実施態様をもたらし得る。

図２は、本発明の実施態様に関するチャンバ９の一実施形態を断面で示す。この構成では、エネルギー消費を抑制するためガスが再循環するように、ガスの循環が行われる。ファン１０による吸引が、ガスをチャンバの二重側壁へと送り込む。これらの二重壁には、ガス流を加熱する手段１１が位置決めされる。この図は、これらの手段を垂直壁に置く。加熱手段は異なる位置にあってもよく、特に完全に又は部分的にチャンバの上壁に位置してもよいことは言うまでもない。

チャンバ内の対流の流れとガラス板との間の可能な限りで最良の熱交換を確実にするため、ガスの大部分がフレーム８を運ぶコンベヤ３の下に送られる。

一つの実施例では（この例は限定する性質のものではないが）、フロントガラスの構成の一部であるガラス板に関して試験が行われる。ガラス板は、透明ソーダ石灰ガラスの板である。これらの板の各々の厚さは２．１ｍｍである。

第１の試験では、後に組み立てられる２つの板が、図１ｂに関連して示されるとおり個別に製造される。

プレスは炉のチャンバの出口に位置決めされる。プレスを離れると、冷却を行うため板はフレーム上に置かれる。プレスを離れるときの板の温度は一様ではない。板の縁部の温度と中央部の温度との差は３０℃に達し得る。目的は、板を冷却する間に、可能な限り小さい差を最小限の時間で達成することである。

様々な構成が試験される。条件は、３ｍ^３の容積を有するチャンバについて１０００ｍ^３／時の空気循環である。得られる利得はまた、対流ガスの温度の関数でもある。これらの試験では、３種のガス温度が試験される：５７５℃、５２０℃及び４５０℃。対流の強さがより激しく、且つ対流ガスの温度がより高い場合、１０℃以下の温度差を達成するための時間的利得が尚更顕著である。最良の条件下で、冷却チャンバに強い対流がかかる場合、板を冷却してその温度を均一にする時間が３０％削減される。

第２の一連の試験が行われ、ここでは、なおも重力曲げ加工とそれに続くプレス操作を含む構成において、本発明が、フロントガラスの構成の一部であることが意図される二つ一組で処理されるガラス板に適用される。板はそれぞれ２．１ｍｍ厚及び１．６ｍｍ厚であり、外側の板の方が厚い。

このプロセスで生じる縁部の応力が、対流を使用しない場合の同じ物理量に関して計測される。対流区間における温度は３００℃、３６０℃及び４５０℃に設定される。ガラス板の冷却は急速である。

対流による縁部の圧縮応力の利得は、雰囲気の温度を下げると尚更大きくなる。これは、冷却を強めることにより引き起こされる。３００℃の雰囲気では、平均して２５ＭＰａで圧縮が確立される。対流がない場合、得られる平均値は僅か１９ＭＰａに過ぎない。この結果はまた、平均値でなく、最も高い脆性を決定する最低値を考える場合にも顕著である。実際、対流がない場合、１２ＭＰａ程度の値が計測され、対流がある場合、最低値は１６ＭＰａ以上である。

縁部の圧縮応力が高い場合、縁部から離れるときそれに直ちに続く引張応力を最小限に抑えることがさらに一層の得策である。この最小化は４５０℃の対流で得られ、従って平均して２．１ＭＰａで確立され、且つ３．４ＭＰａ以下であり、一方、対流がない場合、応力は３．１ＭＰａを超え、且つ最大で４．３ＭＰａ程度である。

表面引張応力の計測もまた、特に雰囲気の温度が低い場合に、対流を使用して実施することの利点を示す。３００℃では、対流がある場合の最も高い計測値は０．４ＭＰａ以下である。対流がない場合、この値は２．６ＭＰａより高い。

上記の結果は、一方で、対流が板の機械的特性を損なうことなしに処理時間の利得を可能にすることを示している。これらの結果はまた、引き起こされる応力の特性において処理温度の選択が重要であることも示している。本発明に係る処理温度の点で妥協した選択が可能である。これが、本発明によればこの温度を４２０℃〜４８０℃に固定することが好ましい理由である。

強度の利得はまた、砂利衝撃試験を実施することにより推定される。用いられる試験は、ダートをグレイジングユニットに落下させることを含む。実際に直面する条件を人為的に再現するため、重量、先端の性質及び落下高さが選択される。本発明により処理されるグレイジングユニットの強度の利得は、対流が適用されない同一のグレイジングユニットとの比較で１５％程度であり、対流温度が高くなると尚更良くなる。

上記に指摘したとおり、脆性は、板の端部及びその中央部分が十分に一様な温度にない冷却操作の間の表面応力の形成に関係する。特に引張応力値の存在が、脆性の決定的な原因である。

対流を使用して望ましくない応力を最小限に抑えたとしても、選択された冷却操作が極めて急速である場合、これらの応力を、十分な強度を保証するレベルまで低下させることは不可能である。

この対流操作の間に任意選択で課される過度に急速な冷却に一部起因し得る生じた応力を取り除くため、本発明者らは、必要であれば、最後の冷却操作の前に応力緩和段階を実施することを企図する。

図３は、当該の一連の操作に伴う温度曲線の例を示す。曲げ加工炉を離れるときの温度は約６４０℃で確立される。温度が４００℃に維持される雰囲気で実施される強い対流により、約９０秒で板の温度は４５０℃に戻り、即ち２℃／秒よりやや速い程度の低下である。この急速な温度低下により、望ましくない表面応力を含め、応力の形成がもたらされる。

当該の使用と同等の応力条件に戻すため、成形された板を、応力の緩和を可能にするが成形を損ねることはない温度に及びそのような時間にわたり加熱して、このプロセスが完了される。加熱は、例えば、先に冷却中の温度を均一にするために使用されたものと同様の第１のチャンバで行われる。加熱は、極めて一様な温度を達成する機会であり、この目的上、強い対流を伴い実施される。板の温度上昇時間を短縮するため、雰囲気を約６５０℃に至らせる。

応力を緩和するための温度は約５５０℃にある。これには約９０秒後に達する。温度は約２０秒間にわたり５５０℃より高く維持される。

続く処理は、上記のとおり板の温度を再び低下させることを含む。この低下は、成形操作の出口における温度より実質的に低い温度から開始して行われる。このため、他の条件が維持された場合に、生じる応力は実質的に小さくなる。これは、強度、特に砂利衝撃強度を左右する表面引張応力の点で、実質的な利点である。

Claims (10)

1. 合わせ材の構成の一部であるガラス板の曲げ加工方法であって、前記ガラス板が軟化するまで温度を上昇させるステップ、前記ガラス板を成形するステップを含み、この成形後、前記ガラス板がガラス転移域の温度以下の温度に急速に冷却され、前記冷却が、制御された温度の雰囲気下、この雰囲気に曝露された前記ガラス板の両面を処理する強制対流であって、且つこれらのガラス板がこの冷却中に支持体と接触している場合には、任意選択でこれらのガラス板の縁部を除いた、これらのガラス板の全面にわたり一様な温度を確実にする強制対流を伴い行われること、前記強制対流が、前記ガラス板のまわりのガス流の循環であること、及び前記ガラス板の前記縁部を除き、前記ガラス板の表面の温度差が前記冷却中に２０℃未満に維持されることを特徴とする方法。
2. 前記ガラス板の前記縁部を除き、前記ガラス板の表面の温度差が前記冷却中に１０℃未満に維持される、請求項１に記載の方法。
3. 前記対流の強さが、熱交換によって１℃／秒以上の前記ガラス板の温度降下が起こるように調節される、請求項１又は２に記載の曲げ加工方法。
4. 前記対流の強さが、熱交換によって１．５℃／秒以上の前記ガラス板の温度降下が起こるように調節される、請求項３に記載の曲げ加工方法。
5. 前記雰囲気の前記温度が３６０℃〜４８０℃に維持される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記雰囲気の前記温度が４００℃〜４６０℃に維持される、請求項５に記載の方法。
7. 前記ガラス板の前記冷却により、前記ガラス板が前記ガラス転移域の前記温度未満の温度に至る、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ガラス板の前記冷却により、前記ガラス板が前記ガラス転移温度未満の温度に至り、次に、先行する冷却操作で導入された応力を緩和するため、前記ガラス板がガラス転移温度域の近傍まで加熱され、この加熱の後に新しい冷却操作が続く、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記ガラス板の前記加熱により、前記ガラス板が、前記ガラス転移域の前記温度を２０℃より大きく上回らない温度に至る、請求項８に記載の方法。
10. 前記ガラス板の前記加熱により、前記ガラス板が、前記ガラス転移域の前記温度を１０℃より大きく上回らない温度に至る、請求項９に記載の方法。

Images