ガラス樹脂接合材料及びその製造方法
【課題】耐候性等のガラス特有の性質を有し、ガラス材料に比べて軽量化が可能で、接合部の強度に優れたガラス樹脂接合材料及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】樹脂基材２とその表面に形成されたガラス層３とを有するガラス樹脂接合材料及びその製造方法である。樹脂基材２とガラス層３とは溶着している。ガラス樹脂接合材料の製造にあたっては、樹脂−ガラス接合工程と硬化工程とを行う。樹脂−ガラス接合工程においては、ガラス層３を構成するガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材２を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度でガラス材料と樹脂材料とを接合させる。硬化工程においては、ガラス材料と樹脂材料とを硬化させる。
【解決手段】樹脂基材２とその表面に形成されたガラス層３とを有するガラス樹脂接合材料及びその製造方法である。樹脂基材２とガラス層３とは溶着している。ガラス樹脂接合材料の製造にあたっては、樹脂−ガラス接合工程と硬化工程とを行う。樹脂−ガラス接合工程においては、ガラス層３を構成するガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材２を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度でガラス材料と樹脂材料とを接合させる。硬化工程においては、ガラス材料と樹脂材料とを硬化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂基材とガラス層とを接合してなるガラス樹脂接合材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス材料は、透明性、耐候性、耐薬品性、撥水性等に優れるため、例えば、自動車のフロント、サイドガラス、リアガラス等の他、各種ドア、窓ガラス、食器、実験器具、医療器具等の様々な用途に適用されており、その用途はますます増大している。例えば、フロントガラス、サイドガラス、リアガラス等の自動車用窓ガラスにおいては、ガラスを接着剤で貼り合わせてなる合わせガラスが用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、接着剤で貼り合わせたガラスは接合部が劣化し易く、ガラスが剥がれてしまうおそれがある。
また、ガラス材料には、上述の優れた特性を有する反面、例えば樹脂材料等に比べると重量が大きくなるという問題点がある。特に、軽量化が要求される自動車用窓ガラスや、近年需要が増大している携帯電話やノートパソコン等の携帯用電子機器の液晶表示部等においては、ガラスに代わる軽量な材料が求められている。そこで、近年、ガラス材料を透明の樹脂材料で置換しようとする試みがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３９９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、樹脂材料には、ガラス材料に比べて耐候性等の特性が低いという問題がある。特に、自動車用窓ガラス等の用途においては、高い耐候性が要求される。したがって、特定の用途においては、未だガラス材料を樹脂材料に置き換えることは困難になっているのが現状である。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、耐候性等のガラス特有の性質を有し、ガラス材料に比べて軽量化が可能で、接合部の強度に優れたガラス樹脂接合材料及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、樹脂基材と、樹脂基材の表面に形成されたガラス層とを有するガラス樹脂接合材料であって、
樹脂基材とガラス層とは界面で互いに溶着していることを特徴とするガラス樹脂接合材料にある（請求項１）。
【０００８】
第２の発明は、樹脂基材と、樹脂基材の表面に形成されたガラス層とを有するガラス樹脂接合材料の製造方法であって、
ガラス層を構成するガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度でガラス材料と樹脂材料とを接合させる樹脂−ガラス接合工程と、
樹脂−ガラス接合工程後に、降温によりガラス材料と樹脂材料とを硬化させてガラス樹脂接合材料を得る硬化工程とを有することを特徴とするガラス樹脂接合材料の製造方法にある（請求項５）。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明のガラス樹脂接合材料は、樹脂基材と、樹脂基材の表面に形成されたガラス層とを有する。そのため、ガラス樹脂接合材料は、例えば同体積のガラスのみからなるガラス製品に比べて軽量化を図ることが可能になる。また、ガラス樹脂接合材料においては、ガラス層の厚みを調整することができる。ガラス層の厚みを小さくし、樹脂基材の厚みを大きくすることにより、比重の大きなガラス層を相対的に小さくすることができるため、より大幅に軽量化を図ることができる。
また、ガラス樹脂接合材料において、ガラス層は、ガラス特有の耐候性、耐薬品性、撥水性等の性質を示すことができる。
【００１０】
また、ガラス樹脂接合材料において、ガラス層と樹脂基材とは溶着している。即ち、例えば接着剤を用いた単なる接着ではなく、ガラス層のガラス成分と樹脂基材の樹脂成分とが接合部において溶融し硬化してなる。そのため、ガラス層と樹脂基材とは高い強度で接合している。そのため、経年劣化等により接合部でガラス層と樹脂基材とが剥がれたりすることを抑制することができる。
【００１１】
次に、第２の発明の製造方法においては、樹脂−ガラス接合工程と硬化工程とを行うことにより、樹脂基材と、樹脂基材の表面に形成されたガラス層とを有するガラス樹脂接合材料を製造する。
樹脂−ガラス接合工程においては、ガラス層を構成するガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度でガラス材料と樹脂材料とを接合させる。そのため、ガラス材料と樹脂材料との界面においては、溶融状態にあるガラス材料と樹脂材料とが入り交じった状態にさせることができる。
【００１２】
そして、硬化工程においては、降温によりガラス材料と樹脂材料とを硬化させる。硬化時には、ガラス材料と樹脂材料との接合部において、ガラス材料と樹脂材料とが入り交じった状態で硬化させることができる。そのため、樹脂材料が硬化してなる樹脂基材とガラス材料が硬化してなるガラス層とが接合部で溶着してなるガラス樹脂接合材料を得ることができる。
このようにして得られたガラス樹脂接合材料は、上述の第１の発明と同様の作用効果を発揮することができる。
【００１３】
このように、本発明によれば、耐候性等のガラス特有の性質を有し、ガラス材料に比べて軽量化が可能で、接合部の強度に優れたガラス樹脂接合材料及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１にかかる、ガラス樹脂接合材料の断面構造を示す説明図。
【図２】実施例１にかかる、ガラス樹脂接合材料におけるガラス層（低融点ガラス層）と樹脂基材との接合部の拡大断面を示す説明図。
【図３】実施例１にかかる、ガラス樹脂接合材料における高融点ガラス層と低融点ガラス層との接合部の拡大断面を示す説明図。
【図４】実施例１にかかる、成形型内に溶融状態の高融点ガラス材料を配置した様子を示す説明図（ａ）、成形型内において溶融状態の高融点ガラス材料上に溶融状態の低融点ガラス材料を配置した様子を示す説明図（ｂ）、成形型内において降温により硬化した高融点ガラス層上に溶融状態の低融点ガラス材料が配置された様子を示す説明図（ｃ）、成形型内において、硬化した高融点ガラス上に配置された溶融状態の低融点ガラス材料上に、さらに溶融状態の樹脂材料を配置した様子を示す説明図（ｄ）、成形型内において、硬化した高融点ガラス上に配置された溶融状態の低融点ガラス材料及びその上に配置された溶融状態の樹脂材料を硬化させた様子を示す説明図（ｅ）。
【図５】実施例２にかかる、成形型内に溶融状態の高融点ガラス材料を配置した様子を示す説明図（ａ）、成形型内において溶融状態の高融点ガラス材料上に溶融状態の低融点ガラス材料を配置した様子を示す説明図（ｂ）、成形型内において降温により硬化した高融点ガラス層上に溶融状態の低融点ガラス材料が配置された様子を示す説明図（ｃ）、成形型内において、硬化した高融点ガラス上に配置された溶融状態の低融点ガラス材料上に、さらに粒子状の複数の樹脂材料を埋設させた様子を示す説明図（ｄ）、成形型内において、粒子状の複数の樹脂材料を埋設させた溶融状態の低融点ガラス材料上にさらに溶融状態の樹脂材料を配置した様子を示す説明図（ｅ）、成形型内において、硬化した高融点ガラス上に配置された溶融状態の低融点ガラス材料及びその上に配置された溶融状態の樹脂材料を硬化させた様子を示す説明図（ｆ）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明において、ガラス樹脂接合材料は、樹脂基材とガラス層とを有する。
樹脂基材とガラス層との間には、樹脂基材の樹脂成分とガラス層のガラス成分とが混ざり合った樹脂−ガラス混在領域が形成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、樹脂−ガラス混在領域により、樹脂基材とガラス層との接合をより強固にすることができる。
【００１６】
ガラス層は、例えば樹脂基材の厚みに対して１／１０以下の厚みで形成することができる。ガラス層の厚みが大きくなりすぎると、軽量化を十分に図ることが困難になるおそれがある。より好ましくは１／２０以下が好ましい。
【００１７】
ガラス層は、融点が異なる低融点ガラス層と高融点ガラス層とが溶着してなり、ガラス層は、低融点ガラス層側で樹脂基材と溶着していることが好ましい（請求項３）。
この場合には、低融点ガラス層と樹脂基材とを溶着させることができると共に、高融点ガラス層のガラス材料を適宜選択することにより、耐候性などの特定の性能が特に優れた高融点ガラス層を形成することが可能になる。即ち、低融点ガラス層を樹脂基材との溶着用として形成させることができる。低融点ガラス層のガラス成分としては、そのガラス転移温度が樹脂基材を構成する樹脂材料の５％重量減少温度以下のものを採用することができる。この場合には、低融点ガラス層と樹脂基材とを溶着させ易くなり、樹脂−ガラス混在領域を形成し易くなる。
【００１８】
低融点ガラス層と高融点ガラス層は、融点が２００℃以上異なることが好ましい。
この場合には、ガラス樹脂接合材料の作製時に低融点ガラス層と高融点ガラス層とを両者の融点の違いに基づいて降温により順次硬化させて形成することができる。したがって、ガラス樹脂接合材料の製造が容易になる。
【００１９】
また、ガラス樹脂接合材料において、樹脂基材及びガラス層は透明であることが好ましい。この場合には、ガラス樹脂接合材料の全体を透明にすることができる。そのため、例えば各種窓ガラス、電子機器の表示パネル等のように可視光を透過して透明性が要求される用途にガラス樹脂接合材料を適用することができる。
【００２０】
ガラス樹脂接合材料においては、板状の樹脂基材の表面に、シート状のガラス層が形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、樹脂基材の表面にガラス層を積層形成することにより、ガラス樹脂接合材料を簡単に形成することができる。また、ガラス樹脂接合材料が板状になるため、ガラス樹脂接合材料を板状のガラス製品の用途に適用することができる。具体的には、例えば自動車のフロント、サイドガラス、リアガラス等の自動車用窓ガラスの他、各種ドア、窓ガラス、携帯電話及びノートパソコン等の電子機器の液晶表示部等に適用することができる。
【００２１】
次に、ガラス樹脂接合材料は、樹脂−ガラス接合工程と硬化工程とを行うことにより製造することができる。
樹脂−ガラス接合工程においては、ガラス層を構成するガラス材料のガラス転移温度以上かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度でガラス材料と樹脂材料とを接合させる。
【００２２】
具体的には、例えば成形型内において、ガラス層を構成するガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度にガラス材料を加熱した状態で、ガラス材料上に樹脂材料を配置させることができる。また、成形型内において、十分に高温で加熱して溶融状態にあるガラス材料を、ガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度にまで降温させた後、ガラス材料上に樹脂材料を配置させることもできる。
【００２３】
ガラス材料と樹脂材料との接合温度がガラス材料のガラス転移温度未満の場合又は樹脂材料の軟化点未満の場合には、樹脂基材とガラス層とを溶着させることができなくなるおそれがある。その結果、ガラス樹脂接合材料における樹脂基材とガラス層との接合部分の強度が低下するおそれがある。一方、ガラス材料と樹脂材料との接合温度が樹脂材料の５％重量減少温度を超える場合には、ガラス材料と樹脂材料との接合時に樹脂材料が熱分解し、樹脂材料に非可逆的な変質が起こってしまうおそれがある。
【００２４】
樹脂−ガラス接合工程においては、ガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度に加熱したガラス材料の表面に樹脂材料の少なくとも一部を食い込ませることが好ましい（請求項６）。
この場合には、樹脂材料とガラス材料との界面で、樹脂材料とガラス材料とが混ざり合い易くなる。そのため、樹脂基材とガラス層とが十分に溶着し、接合強度をより向上させることができる。また、この場合には、樹脂−ガラス混在領域を形成させやすくなる。
【００２５】
具体的には、例えばショットブラスト等により、ガラス材料の表面に粒子又はペレット状等の樹脂材料を打ち込むことにより、ガラス材料の表面に樹脂材料を食い込ませることができる。また、樹脂−ガラス接合工程においては、樹脂基材を形成するために用いる樹脂材料の一部をガラス材料の表面に食い込ませ、残部を樹脂材料が食い込んだガラス材料の表面に配置させることができる。これにより、ガラス表面に食い込んだ樹脂材料とガラス材料の表面にさらに配置した樹脂材料とが溶融した状態で混合され、硬化後に樹脂基材を形成することができる。
【００２６】
次に、硬化工程においては、降温によりガラス材料と樹脂材料とを硬化させてガラス樹脂接合材料を得る。ガラス材料を硬化させることによりガラス層を形成させ、樹脂材料を硬化させることにより樹脂基材を形成させることができる。硬化工程においては、例えば成形型内でガラス材料と樹脂材料とを室温まで降温させ、所望の形状のガラス樹脂接合材料を得ることができる。
【００２７】
また、樹脂−ガラス接合工程より先に、互いに融点が異なる低融点ガラス材料と高融点ガラス材料とを接合させるガラス接合工程を行うことができる（請求項７）。
この場合には、ガラス層として、低融点ガラス層と高融点ガラス層を形成することができる。また、高融点ガラス材料として、例えばＵＶ吸収剤等が添加された耐候性に優れたガラス材料を採用することにより、耐候性等の特定の特性に特に優れたガラス層を形成することができる。低融点ガラス及び高融点ガラスとしては、互いの融点が例えば２００℃以上異なるガラス材料を用いることができる。
【００２８】
ガラス接合工程を行う場合には、ガラス接合工程、樹脂−ガラス接合工程、及び硬化工程を例えば次のようにして行うことができる。
具体的には、例えば成形型内で、高融点ガラス材料を高融点ガラス材料のガラス転移温度以上に加熱して溶融状態にし、溶融状態の高融点ガラス材料上に低融点ガラス材料を配置させる（ガラス接合工程）。高融点ガラス材料及び低融点ガラス材料は、例えば射出成形機などにより成形型内に供給することができる。ガラス接合工程において、高融点ガラス材料のガラス転移温度以上においては低融点ガラス材料も溶融するため、高融点ガラス材料と低融点ガラス材料との界面においては互いのガラス成分が入り交じった状態になる。
【００２９】
次いで、成形型内の高融点ガラス材料と低融点ガラス材料とを、低融点ガラス材料のガラス転移温度以上かつ樹脂材料の軟化点以上かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下まで降温させ、低融点ガラス材料上に樹脂材料を配置する（樹脂−ガラス接合工程）。このとき、樹脂材料は、例えば樹脂材料の軟化点以上かつ５％重量減少温度以下に加熱した状態で低融点ガラス上に射出することができる。また、上述のごとくショットブラストにより、例えば粒子状又はペレット状の樹脂材料を低融点ガラス材料の表面に食い込ませ、さらに溶融状態の樹脂材料を射出することもできる。樹脂−ガラス接合工程においては、低融点ガラス材料と樹脂材料との界面においては低融点ガラス成分と樹脂成分とが入り交じった状態になる。
【００３０】
次に、降温によりガラス材料と樹脂材料とを硬化させる（硬化工程）。これにより、高融点ガラス層と、低融点ガラス層と、樹脂基材とかなるガラス樹脂接合材料を形成することができる。降温により、高融点ガラス層と低融点ガラス層とが溶着し、両者の界面には、高融点ガラス成分と低融点ガラス成分が入り交じったガラス混在領域を形成させることができる。また、低融点ガラス層と樹脂基材とが溶着し、両者の界面には低融点ガラス成分と樹脂成分とが入り交じった樹脂―ガラス混在領域を形成させることができる。
【００３１】
また、樹脂材料としては、透明の樹脂を用いることができる。
この場合には、ガラス樹脂接合材料を従来の各種ガラス製品に適用することが可能になる。具体的には、例えば自動車のフロント、サイドガラス、リアガラス等の自動車用窓ガラスの他、各種ドア、窓ガラス、食器、実験器具、医療器具、携帯電話及びノートパソコン等の電子機器の液晶表示部等に適用することができる。
具体的には、樹脂材料としては、例えばポリカーボネート樹脂又アクリル樹脂等を用いることができる。好ましくは、ポリカーボネート樹脂がよい。
【００３２】
低融点ガラス材料は、高融点ガラス材料よりも比重の小さいものを用いることが好ましい（請求項８）。
低融点ガラス材料の比重が高融点ガラス材料よりも大きくなると、上述のごとく例えば成形型内で溶融状態の高融点ガラス材料上に低融点ガラス材料を配置して接合させる際に、自重により低融点ガラス材料が高融点ガラス材料内に沈み込んでしまうおそれがある。そのため、例えば耐候性等の特定の特性を付与するために形成する高融点ガラス材料の特性が損なわれてしまうおそれがあると共に、低融点ガラス材料と樹脂材料とを溶着させることが困難になるおそれがある。
【実施例】
【００３３】
（実施例１）
次に、本発明の実施例にかかるガラス樹脂接合材料及びその製造方法について説明する。
図１〜図３に示すごとく、本例のガラス樹脂接合材料１は、樹脂基材２と、その表面に形成されたガラス層３とを有する。ガラス樹脂接合材料１において、樹脂基材２とガラス層３とは互いに溶着している。
以下、本例のガラス樹脂接合材料について、詳説する。
【００３４】
図１〜図３に示すごとく、本例のガラス樹脂接合材料１において、ガラス層３は、互いに融点が異なる低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２とが溶着してなる。図３に示すごとく、低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２との界面には、高融点ガラス成分と低融点ガラス成分が入り交じったガラス混在領域１００が形成されていると考えられる。
【００３５】
また、図１及び図２に示すごとく、ガラス層３は、低融点ガラス層３１側で樹脂基材２と溶着している。図２に示すごとく、樹脂基材２と低融点ガラス層３１との間には、樹脂基材２の樹脂成分（ポリカーボネート樹脂）と低融点ガラス層３１のガラス成分とが混ざり合った樹脂−ガラス混在領域１０が形成されていると考えられる。
【００３６】
ガラス樹脂接合材料１においては、板状の厚み１０ｍｍの樹脂基材２上に、厚み１０μｍの低融点ガラス層３１及び厚み５０μｍの高融点ガラス層３２が順次積層形成されている（図１参照）。高融点ガラス層３２は、ＵＶ吸収剤が配合されており、耐候性に優れたガラス材料からなる。
【００３７】
本例のガラス樹脂接合材料は、樹脂−ガラス接合工程と硬化工程とを行うことにより製造する。
樹脂−ガラス接合工程においては、ガラス層を構成するガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度でガラス材料と樹脂材料とを接合させる。また、硬化工程においては、降温によりガラス材料と樹脂材料とを硬化させてガラス樹脂接合材料を得る。
以下、本例の製造方法について詳説する。
【００３８】
まず、ガラス材料として、高融点ガラス材料と低融点ガラス材料の２種類のガラス材料を準備した。高融点ガラス材料としては、ＵＶ吸収剤が添加された無鉛ガラスを採用した。かかる高融点ガラス材料及び低融点ガラス材料としては、市販のものを採用した。
【００３９】
次に、図４（ａ）に示すごとく、溶融状態にある高融点ガラス材料３２０を成形型４内に射出成形機を用いて射出し、高融点ガラス材料３２０のガラス転移温度以上の温度で保持した。次いで、図４（ｂ）に示すごとく、成形型４内の高融点ガラス材料３２０上に、溶融状態にある低融点ガラス材料３１０を射出した（ガラス接合工程）。これにより、高融点ガラス材料３２０と低融点ガラス材料３１０との界面を互いのガラス成分が入り交じった状態にすることができる。
【００４０】
次に、樹脂材料として、透明のポリカーボネート樹脂を準備した。かかる樹脂材料としては、市販のものを採用した。
そして、成形型４内の高融点ガラス材料３２０と低融点ガラス材料３１０とを、低融点ガラスのガラス転移温度以上かつ樹脂材料の軟化点以上かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度まで降温させた。この降温により、高融点ガラス材料３２０は、図４（ｃ）に示すごとく硬化し、高融点ガラス層３２を形成する。一方、低融点ガラス材料３１０は、依然としてガラス転移温度以上にあるため溶融状態にある。次いで、図４（ｄ）に示すごとく、低融点ガラス材料３１０上に、射出成形機により樹脂材料２０を射出した。これにより、低融点ガラス材料３１０と樹脂材料２０との界面を、低融点ガラス成分と樹脂成分とが入り交じった状態にすることができる。
【００４１】
次に、成形型４内を室温まで降温させ、低融点ガラス材料３１０及び樹脂材料２０を硬化させ、図４（ｅ）に示すごとく、低融点ガラス層３１及び樹脂基材２を形成した。
このようにして、図４（ｅ）及び図１に示すごとく、樹脂基材２とその表面に形成されたガラス層３（低融点ガラス層３１及び高融点ガラス層３２）とを有するガラス樹脂接合材料１を得た。
【００４２】
図１に示すごとく、本例のガラス樹脂接合材料１は、樹脂基材２と、その表面に形成されたガラス層３とを有する。そのため、ガラス樹脂接合材料１は、例えば同体積のガラスのみからなるガラス製品に比べて軽量化を図ることが可能になる。また、ガラス樹脂接合材料１においては、ガラス層３の厚みを調整することができる。ガラス層３の厚みを小さくし、樹脂基材２の厚みを大きくすることにより、比重の大きなガラス層３を相対的に小さくすることができるため、より大幅に軽量化を図ることができる。また、ガラス樹脂接合材料１において、ガラス層３は、ガラス特有の耐候性、耐薬品性、撥水性等の性質を示すことができる。
【００４３】
また、ガラス樹脂接合材料１において、ガラス層３と樹脂基材２とは溶着している。即ち、例えば接着剤を用いた単なる接着ではなく、ガラス層３のガラス成分と樹脂基材２の樹脂成分とが接合部において溶融し硬化してなる。そのため、ガラス層３と樹脂基材２とは高い強度で接合している。そのため、経年劣化等により接合部でガラス層３と樹脂基材２とが剥がれてしまうことを抑制することができる。
【００４４】
また、本例において、ガラス層３は、樹脂基材２の厚みに対して１／２０以下の厚みで形成されている。そのため、軽量化を十分に図ることができる。
【００４５】
また、ガラス層３は、互いの融点が異なる低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２とが溶着してなり、ガラス層３は、低融点ガラス層３１側で樹脂基材２と溶着している。
樹脂基材２を低融点ガラス層３１と溶着させることができるため、ガラス層３を樹脂基材２に溶着させやすくなる。また、高融点ガラス層３２のガラス材料を適宜選択することにより、耐候性などの特定の性能が特に優れた高融点ガラス層３２を形成することが可能になる。
また、低融点ガラス層３１のガラス成分は、そのガラス転移温度が樹脂基材２を構成する樹脂材料の５％重量減少温度以下になっている。そのため、低融点ガラス層３１と樹脂基材２とを溶着させ易くなる（図２参照）。
【００４６】
また、本例においては、低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２は、互いの融点が２００℃以上異なる。そのため、ガラス樹脂接合材料１の作製時に樹脂基材２と低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２とを融点の違いに基づいて順次硬化させて形成することができ、ガラス樹脂接合材料１の製造が容易になる。
【００４７】
また、図１に示すごとく、本例のガラス樹脂接合材料１において、樹脂基材２及びガラス層３は透明である。そのため、ガラス樹脂接合材料１の全体を透明にすることができる。それ故、ガラス樹脂接合材料１は、例えば各種窓ガラス、電子機器の表示パネル等のように可視光を透過して透明性が要求される用途に好適である。
また、ガラス樹脂接合材料１においては、板状の樹脂基材２の表面に、シート状のガラス層３が形成されている。そのため、樹脂基材２の表面にガラス層３を積層形成することにより、ガラス樹脂接合材料１を簡単に形成することができる。また、全体として板状になるため、ガラス樹脂接合材料１は、各種窓ガラス、電子機器の表示パネル等に好適になる。
【００４８】
次に、本例のガラス樹脂接合材料は、樹脂−ガラス接合工程と硬化工程とを少なくとも行うことにより製造している。
樹脂−ガラス接合工程においては、ガラス層を構成するガラス材料（低融点ガラス材料３１０）のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料２０の軟化点以上、かつ樹脂材料２０の５％重量減少温度以下の温度でガラス材料（低融点ガラス材料３１０）と樹脂材料２０とを接合させている（図４（ｄ）参照）。そのため、ガラス材料と樹脂材料との界面、具体的には低融点ガラス材料３１０と樹脂材料２０との界面を、溶融状態にあるガラス材料（低融点ガラス材料３１０）と樹脂材料２０とが入り交じった状態にすることができる。
【００４９】
そして、硬化工程においては、図４（ｄ）及び（ｅ）に示すごとく、降温によりガラス材料（低融点ガラス材料３１０）と樹脂材料２０とを硬化させる。硬化時には、ガラス材料（低融点ガラス材料３１０）と樹脂材料２０との接合部において、ガラス材料（低融点ガラス材料３１０）と樹脂材料２０とが入り交じった状態で硬化させることができる。そのため、樹脂材料２０が硬化してなる樹脂基材２とガラス材料（低融点ガラス材料３１０）が硬化してなる低融点ガラス層３１とが接合部で溶着してなるガラス樹脂接合材料１を得ることができる。
【００５０】
また、本例においては、樹脂−ガラス接合工程より先に、図４（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、融点が異なる２種類の低融点ガラス材料３１０と高融点ガラス材料３２０とを接合させるガラス接合工程を行っている。そのため、ガラス層３として、低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２を形成することができる（図１参照）。また、本例においては、高融点ガラス材料３２０として、ＵＶ吸収剤等が添加された耐候性に優れたガラス材料を採用しているため、耐候性等の特定の特性に特に優れたガラス層３を形成することができる。
【００５１】
本例においては、ガラス接合工程において、図４（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、成形型４内で、高融点ガラス材料３２０をそのガラス転移温度以上に加熱して溶融状態にし、溶融状態の高融点ガラス材料３２０上に低融点ガラス材料３１０を配置させる。高融点ガラス材料３２０のガラス転移温度以上においては、低融点ガラス材料３１０も溶融するため、高融点ガラス材料３２０と低融点ガラス材料３１０との界面においては互いのガラス成分が入り交じった状態になる。そのため、硬化後のガラス樹脂接合材料１においては、低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２との接合が強固になる。
【００５２】
また、樹脂−ガラス接合工程においては、図４（ｂ）〜（ｅ）に示すごとく、成形型４内の高融点ガラス材料３２０と低融点ガラス材料３１０とを、低融点ガラスのガラス転移温度以上かつ樹脂材料２０の軟化点以上かつ樹脂材料２０の５％重量減少温度以下まで降温させ、低融点ガラス材料３１０上に樹脂材料２０を配置する。そのため、低融点ガラス材料３１０と樹脂材料２０との界面においては低融点ガラス成分と樹脂成分とが入り交じった状態になる。それ故、硬化後のガラス樹脂接合材料１においては、低融点ガラス層３１と樹脂基材２との接合が強固になる。
【００５３】
また、本例においては、低融点ガラス材料３１０は、高融点ガラス材料３２０よりも比重の小さいものを用いている。そのため、溶融状態の高融点ガラス材料３２０上に低融点ガラス材料３１０を配置して接合させる際に、自重により低融点ガラス材料３１０が高融点ガラス材料３２０内に沈み込んでしまうことを抑制することができる（図４（ｂ）参照）。そのため、例えば耐候性等の特定の特性を付与するために形成する高融点ガラス材料の特性が損なわれてしまうことを抑制することができると共に、低融点ガラス材料と樹脂材料との溶着を確実に行うことが可能になる。
【００５４】
このように、本例によれば、耐候性等のガラス特有の性質を有し、ガラス材料に比べて軽量化が可能で、接合部の強度に優れたガラス樹脂接合材料及びその製造方法を提供することができる。
【００５５】
（実施例２）
本例においては、樹脂−ガラス接合工程において、ガラス材料の表面に樹脂材料の少なくとも一部を食い込ませて、ガラス樹脂接合材料を製造する例である。
具体的には、まず、図５（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、実施例１と同様にして、成形型４内の溶融状態にある高融点ガラス材料３２０上に、溶融状態にある低融点ガラス材料３１０を射出した。
【００５６】
次に、樹脂材料として、透明で粒子状のポリカーボネート樹脂を準備した。かかる樹脂材料は、形態が異なる点を除いては実施例１と同様のポリカーボネート樹脂である。
そして、実施例１と同様に、成形型４内の高融点ガラス材料３２０と低融点ガラス材料３１０とを降温させた。この降温により、高融点ガラス材料３２０は、図５（ｃ）に示すごとく硬化し、高融点ガラス層３２を形成する。一方、低融点ガラス材料３１０は、依然としてガラス転移温度の温度以上にあるため溶融状態にある。
【００５７】
次いで、図５（ｄ）に示すごとく、低融点ガラス材料３１０の表面上に、ショットブラストにより、複数の粒子状の樹脂材料２００を打ち込んだ。これにより、低融点ガラス材料３１０の表面に粒子状の樹脂材料２００を食い込ませた。低融点ガラス材料３１０は、樹脂材料２００の軟化点以上に加熱されているため、低融点ガラス材料３１０の表面に食い込んだ樹脂材料２００は、軟化して低融点ガラス材料３１０と混ざり合う。
【００５８】
次いで、粒子状の樹脂材料２００を食い込ませた低融点ガラス材料３１０上に、実施例１と同様に射出成形機により樹脂材料２０を射出した。これにより、樹脂材料同士は混ざり合って、低融点ガラス材料３１０上に樹脂材料２０が配置される（図５（ｅ）参照）。粒子状の樹脂材料と射出成形機により射出する樹脂材料は、同じ組成のポリカーボネート樹脂を採用した。
【００５９】
次に、実施例１と同様に、成形型４内を室温まで降温させた。これにより、低融点ガラス材料３１０及び樹脂材料２０を硬化させ、図５（ｆ）に示すごとく、低融点ガラス層３１及び樹脂基材２を形成した。このようにして、図５（ｆ）及び図１に示すごとく、樹脂基材２とその表面に形成されたガラス層３（低融点ガラス層３１及び高融点ガラス層３２）とを有するガラス樹脂接合材料１を得た。
【００６０】
本例においては、樹脂−ガラス接合工程において、ガラス材料（低融点ガラス材料）３１０のガラス転移温度以上かつ、かつ樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度に加熱したガラス材料の表面に樹脂材料の少なくとも一部を食い込ませている（図５（ｄ）参照）。そのため、樹脂基材２とガラス層３（低融点ガラス層３１）との間に、樹脂材料とガラス材料とが混ざり合った樹脂−ガラス混在領域１０を形成させやすくなる（図１及び図２参照）。したがって、樹脂基材２とガラス層３との接合強度の高いガラス樹脂接合材料を得ることができる。
本例のガラス樹脂接合材料及びその製造方法におけるその他の作用効果は、実施例１と同様である。
【符号の説明】
【００６１】
１ ガラス樹脂接合材料
２ 樹脂基材
３ ガラス層
３１ 低融点ガラス層
３２ 高融点ガラス層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂基材とガラス層とを接合してなるガラス樹脂接合材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス材料は、透明性、耐候性、耐薬品性、撥水性等に優れるため、例えば、自動車のフロント、サイドガラス、リアガラス等の他、各種ドア、窓ガラス、食器、実験器具、医療器具等の様々な用途に適用されており、その用途はますます増大している。例えば、フロントガラス、サイドガラス、リアガラス等の自動車用窓ガラスにおいては、ガラスを接着剤で貼り合わせてなる合わせガラスが用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、接着剤で貼り合わせたガラスは接合部が劣化し易く、ガラスが剥がれてしまうおそれがある。
また、ガラス材料には、上述の優れた特性を有する反面、例えば樹脂材料等に比べると重量が大きくなるという問題点がある。特に、軽量化が要求される自動車用窓ガラスや、近年需要が増大している携帯電話やノートパソコン等の携帯用電子機器の液晶表示部等においては、ガラスに代わる軽量な材料が求められている。そこで、近年、ガラス材料を透明の樹脂材料で置換しようとする試みがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３９９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、樹脂材料には、ガラス材料に比べて耐候性等の特性が低いという問題がある。特に、自動車用窓ガラス等の用途においては、高い耐候性が要求される。したがって、特定の用途においては、未だガラス材料を樹脂材料に置き換えることは困難になっているのが現状である。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、耐候性等のガラス特有の性質を有し、ガラス材料に比べて軽量化が可能で、接合部の強度に優れたガラス樹脂接合材料及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、樹脂基材と、樹脂基材の表面に形成されたガラス層とを有するガラス樹脂接合材料であって、
樹脂基材とガラス層とは界面で互いに溶着していることを特徴とするガラス樹脂接合材料にある（請求項１）。
【０００８】
第２の発明は、樹脂基材と、樹脂基材の表面に形成されたガラス層とを有するガラス樹脂接合材料の製造方法であって、
ガラス層を構成するガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度でガラス材料と樹脂材料とを接合させる樹脂−ガラス接合工程と、
樹脂−ガラス接合工程後に、降温によりガラス材料と樹脂材料とを硬化させてガラス樹脂接合材料を得る硬化工程とを有することを特徴とするガラス樹脂接合材料の製造方法にある（請求項５）。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明のガラス樹脂接合材料は、樹脂基材と、樹脂基材の表面に形成されたガラス層とを有する。そのため、ガラス樹脂接合材料は、例えば同体積のガラスのみからなるガラス製品に比べて軽量化を図ることが可能になる。また、ガラス樹脂接合材料においては、ガラス層の厚みを調整することができる。ガラス層の厚みを小さくし、樹脂基材の厚みを大きくすることにより、比重の大きなガラス層を相対的に小さくすることができるため、より大幅に軽量化を図ることができる。
また、ガラス樹脂接合材料において、ガラス層は、ガラス特有の耐候性、耐薬品性、撥水性等の性質を示すことができる。
【００１０】
また、ガラス樹脂接合材料において、ガラス層と樹脂基材とは溶着している。即ち、例えば接着剤を用いた単なる接着ではなく、ガラス層のガラス成分と樹脂基材の樹脂成分とが接合部において溶融し硬化してなる。そのため、ガラス層と樹脂基材とは高い強度で接合している。そのため、経年劣化等により接合部でガラス層と樹脂基材とが剥がれたりすることを抑制することができる。
【００１１】
次に、第２の発明の製造方法においては、樹脂−ガラス接合工程と硬化工程とを行うことにより、樹脂基材と、樹脂基材の表面に形成されたガラス層とを有するガラス樹脂接合材料を製造する。
樹脂−ガラス接合工程においては、ガラス層を構成するガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度でガラス材料と樹脂材料とを接合させる。そのため、ガラス材料と樹脂材料との界面においては、溶融状態にあるガラス材料と樹脂材料とが入り交じった状態にさせることができる。
【００１２】
そして、硬化工程においては、降温によりガラス材料と樹脂材料とを硬化させる。硬化時には、ガラス材料と樹脂材料との接合部において、ガラス材料と樹脂材料とが入り交じった状態で硬化させることができる。そのため、樹脂材料が硬化してなる樹脂基材とガラス材料が硬化してなるガラス層とが接合部で溶着してなるガラス樹脂接合材料を得ることができる。
このようにして得られたガラス樹脂接合材料は、上述の第１の発明と同様の作用効果を発揮することができる。
【００１３】
このように、本発明によれば、耐候性等のガラス特有の性質を有し、ガラス材料に比べて軽量化が可能で、接合部の強度に優れたガラス樹脂接合材料及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１にかかる、ガラス樹脂接合材料の断面構造を示す説明図。
【図２】実施例１にかかる、ガラス樹脂接合材料におけるガラス層（低融点ガラス層）と樹脂基材との接合部の拡大断面を示す説明図。
【図３】実施例１にかかる、ガラス樹脂接合材料における高融点ガラス層と低融点ガラス層との接合部の拡大断面を示す説明図。
【図４】実施例１にかかる、成形型内に溶融状態の高融点ガラス材料を配置した様子を示す説明図（ａ）、成形型内において溶融状態の高融点ガラス材料上に溶融状態の低融点ガラス材料を配置した様子を示す説明図（ｂ）、成形型内において降温により硬化した高融点ガラス層上に溶融状態の低融点ガラス材料が配置された様子を示す説明図（ｃ）、成形型内において、硬化した高融点ガラス上に配置された溶融状態の低融点ガラス材料上に、さらに溶融状態の樹脂材料を配置した様子を示す説明図（ｄ）、成形型内において、硬化した高融点ガラス上に配置された溶融状態の低融点ガラス材料及びその上に配置された溶融状態の樹脂材料を硬化させた様子を示す説明図（ｅ）。
【図５】実施例２にかかる、成形型内に溶融状態の高融点ガラス材料を配置した様子を示す説明図（ａ）、成形型内において溶融状態の高融点ガラス材料上に溶融状態の低融点ガラス材料を配置した様子を示す説明図（ｂ）、成形型内において降温により硬化した高融点ガラス層上に溶融状態の低融点ガラス材料が配置された様子を示す説明図（ｃ）、成形型内において、硬化した高融点ガラス上に配置された溶融状態の低融点ガラス材料上に、さらに粒子状の複数の樹脂材料を埋設させた様子を示す説明図（ｄ）、成形型内において、粒子状の複数の樹脂材料を埋設させた溶融状態の低融点ガラス材料上にさらに溶融状態の樹脂材料を配置した様子を示す説明図（ｅ）、成形型内において、硬化した高融点ガラス上に配置された溶融状態の低融点ガラス材料及びその上に配置された溶融状態の樹脂材料を硬化させた様子を示す説明図（ｆ）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明において、ガラス樹脂接合材料は、樹脂基材とガラス層とを有する。
樹脂基材とガラス層との間には、樹脂基材の樹脂成分とガラス層のガラス成分とが混ざり合った樹脂−ガラス混在領域が形成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、樹脂−ガラス混在領域により、樹脂基材とガラス層との接合をより強固にすることができる。
【００１６】
ガラス層は、例えば樹脂基材の厚みに対して１／１０以下の厚みで形成することができる。ガラス層の厚みが大きくなりすぎると、軽量化を十分に図ることが困難になるおそれがある。より好ましくは１／２０以下が好ましい。
【００１７】
ガラス層は、融点が異なる低融点ガラス層と高融点ガラス層とが溶着してなり、ガラス層は、低融点ガラス層側で樹脂基材と溶着していることが好ましい（請求項３）。
この場合には、低融点ガラス層と樹脂基材とを溶着させることができると共に、高融点ガラス層のガラス材料を適宜選択することにより、耐候性などの特定の性能が特に優れた高融点ガラス層を形成することが可能になる。即ち、低融点ガラス層を樹脂基材との溶着用として形成させることができる。低融点ガラス層のガラス成分としては、そのガラス転移温度が樹脂基材を構成する樹脂材料の５％重量減少温度以下のものを採用することができる。この場合には、低融点ガラス層と樹脂基材とを溶着させ易くなり、樹脂−ガラス混在領域を形成し易くなる。
【００１８】
低融点ガラス層と高融点ガラス層は、融点が２００℃以上異なることが好ましい。
この場合には、ガラス樹脂接合材料の作製時に低融点ガラス層と高融点ガラス層とを両者の融点の違いに基づいて降温により順次硬化させて形成することができる。したがって、ガラス樹脂接合材料の製造が容易になる。
【００１９】
また、ガラス樹脂接合材料において、樹脂基材及びガラス層は透明であることが好ましい。この場合には、ガラス樹脂接合材料の全体を透明にすることができる。そのため、例えば各種窓ガラス、電子機器の表示パネル等のように可視光を透過して透明性が要求される用途にガラス樹脂接合材料を適用することができる。
【００２０】
ガラス樹脂接合材料においては、板状の樹脂基材の表面に、シート状のガラス層が形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、樹脂基材の表面にガラス層を積層形成することにより、ガラス樹脂接合材料を簡単に形成することができる。また、ガラス樹脂接合材料が板状になるため、ガラス樹脂接合材料を板状のガラス製品の用途に適用することができる。具体的には、例えば自動車のフロント、サイドガラス、リアガラス等の自動車用窓ガラスの他、各種ドア、窓ガラス、携帯電話及びノートパソコン等の電子機器の液晶表示部等に適用することができる。
【００２１】
次に、ガラス樹脂接合材料は、樹脂−ガラス接合工程と硬化工程とを行うことにより製造することができる。
樹脂−ガラス接合工程においては、ガラス層を構成するガラス材料のガラス転移温度以上かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度でガラス材料と樹脂材料とを接合させる。
【００２２】
具体的には、例えば成形型内において、ガラス層を構成するガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度にガラス材料を加熱した状態で、ガラス材料上に樹脂材料を配置させることができる。また、成形型内において、十分に高温で加熱して溶融状態にあるガラス材料を、ガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度にまで降温させた後、ガラス材料上に樹脂材料を配置させることもできる。
【００２３】
ガラス材料と樹脂材料との接合温度がガラス材料のガラス転移温度未満の場合又は樹脂材料の軟化点未満の場合には、樹脂基材とガラス層とを溶着させることができなくなるおそれがある。その結果、ガラス樹脂接合材料における樹脂基材とガラス層との接合部分の強度が低下するおそれがある。一方、ガラス材料と樹脂材料との接合温度が樹脂材料の５％重量減少温度を超える場合には、ガラス材料と樹脂材料との接合時に樹脂材料が熱分解し、樹脂材料に非可逆的な変質が起こってしまうおそれがある。
【００２４】
樹脂−ガラス接合工程においては、ガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度に加熱したガラス材料の表面に樹脂材料の少なくとも一部を食い込ませることが好ましい（請求項６）。
この場合には、樹脂材料とガラス材料との界面で、樹脂材料とガラス材料とが混ざり合い易くなる。そのため、樹脂基材とガラス層とが十分に溶着し、接合強度をより向上させることができる。また、この場合には、樹脂−ガラス混在領域を形成させやすくなる。
【００２５】
具体的には、例えばショットブラスト等により、ガラス材料の表面に粒子又はペレット状等の樹脂材料を打ち込むことにより、ガラス材料の表面に樹脂材料を食い込ませることができる。また、樹脂−ガラス接合工程においては、樹脂基材を形成するために用いる樹脂材料の一部をガラス材料の表面に食い込ませ、残部を樹脂材料が食い込んだガラス材料の表面に配置させることができる。これにより、ガラス表面に食い込んだ樹脂材料とガラス材料の表面にさらに配置した樹脂材料とが溶融した状態で混合され、硬化後に樹脂基材を形成することができる。
【００２６】
次に、硬化工程においては、降温によりガラス材料と樹脂材料とを硬化させてガラス樹脂接合材料を得る。ガラス材料を硬化させることによりガラス層を形成させ、樹脂材料を硬化させることにより樹脂基材を形成させることができる。硬化工程においては、例えば成形型内でガラス材料と樹脂材料とを室温まで降温させ、所望の形状のガラス樹脂接合材料を得ることができる。
【００２７】
また、樹脂−ガラス接合工程より先に、互いに融点が異なる低融点ガラス材料と高融点ガラス材料とを接合させるガラス接合工程を行うことができる（請求項７）。
この場合には、ガラス層として、低融点ガラス層と高融点ガラス層を形成することができる。また、高融点ガラス材料として、例えばＵＶ吸収剤等が添加された耐候性に優れたガラス材料を採用することにより、耐候性等の特定の特性に特に優れたガラス層を形成することができる。低融点ガラス及び高融点ガラスとしては、互いの融点が例えば２００℃以上異なるガラス材料を用いることができる。
【００２８】
ガラス接合工程を行う場合には、ガラス接合工程、樹脂−ガラス接合工程、及び硬化工程を例えば次のようにして行うことができる。
具体的には、例えば成形型内で、高融点ガラス材料を高融点ガラス材料のガラス転移温度以上に加熱して溶融状態にし、溶融状態の高融点ガラス材料上に低融点ガラス材料を配置させる（ガラス接合工程）。高融点ガラス材料及び低融点ガラス材料は、例えば射出成形機などにより成形型内に供給することができる。ガラス接合工程において、高融点ガラス材料のガラス転移温度以上においては低融点ガラス材料も溶融するため、高融点ガラス材料と低融点ガラス材料との界面においては互いのガラス成分が入り交じった状態になる。
【００２９】
次いで、成形型内の高融点ガラス材料と低融点ガラス材料とを、低融点ガラス材料のガラス転移温度以上かつ樹脂材料の軟化点以上かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下まで降温させ、低融点ガラス材料上に樹脂材料を配置する（樹脂−ガラス接合工程）。このとき、樹脂材料は、例えば樹脂材料の軟化点以上かつ５％重量減少温度以下に加熱した状態で低融点ガラス上に射出することができる。また、上述のごとくショットブラストにより、例えば粒子状又はペレット状の樹脂材料を低融点ガラス材料の表面に食い込ませ、さらに溶融状態の樹脂材料を射出することもできる。樹脂−ガラス接合工程においては、低融点ガラス材料と樹脂材料との界面においては低融点ガラス成分と樹脂成分とが入り交じった状態になる。
【００３０】
次に、降温によりガラス材料と樹脂材料とを硬化させる（硬化工程）。これにより、高融点ガラス層と、低融点ガラス層と、樹脂基材とかなるガラス樹脂接合材料を形成することができる。降温により、高融点ガラス層と低融点ガラス層とが溶着し、両者の界面には、高融点ガラス成分と低融点ガラス成分が入り交じったガラス混在領域を形成させることができる。また、低融点ガラス層と樹脂基材とが溶着し、両者の界面には低融点ガラス成分と樹脂成分とが入り交じった樹脂―ガラス混在領域を形成させることができる。
【００３１】
また、樹脂材料としては、透明の樹脂を用いることができる。
この場合には、ガラス樹脂接合材料を従来の各種ガラス製品に適用することが可能になる。具体的には、例えば自動車のフロント、サイドガラス、リアガラス等の自動車用窓ガラスの他、各種ドア、窓ガラス、食器、実験器具、医療器具、携帯電話及びノートパソコン等の電子機器の液晶表示部等に適用することができる。
具体的には、樹脂材料としては、例えばポリカーボネート樹脂又アクリル樹脂等を用いることができる。好ましくは、ポリカーボネート樹脂がよい。
【００３２】
低融点ガラス材料は、高融点ガラス材料よりも比重の小さいものを用いることが好ましい（請求項８）。
低融点ガラス材料の比重が高融点ガラス材料よりも大きくなると、上述のごとく例えば成形型内で溶融状態の高融点ガラス材料上に低融点ガラス材料を配置して接合させる際に、自重により低融点ガラス材料が高融点ガラス材料内に沈み込んでしまうおそれがある。そのため、例えば耐候性等の特定の特性を付与するために形成する高融点ガラス材料の特性が損なわれてしまうおそれがあると共に、低融点ガラス材料と樹脂材料とを溶着させることが困難になるおそれがある。
【実施例】
【００３３】
（実施例１）
次に、本発明の実施例にかかるガラス樹脂接合材料及びその製造方法について説明する。
図１〜図３に示すごとく、本例のガラス樹脂接合材料１は、樹脂基材２と、その表面に形成されたガラス層３とを有する。ガラス樹脂接合材料１において、樹脂基材２とガラス層３とは互いに溶着している。
以下、本例のガラス樹脂接合材料について、詳説する。
【００３４】
図１〜図３に示すごとく、本例のガラス樹脂接合材料１において、ガラス層３は、互いに融点が異なる低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２とが溶着してなる。図３に示すごとく、低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２との界面には、高融点ガラス成分と低融点ガラス成分が入り交じったガラス混在領域１００が形成されていると考えられる。
【００３５】
また、図１及び図２に示すごとく、ガラス層３は、低融点ガラス層３１側で樹脂基材２と溶着している。図２に示すごとく、樹脂基材２と低融点ガラス層３１との間には、樹脂基材２の樹脂成分（ポリカーボネート樹脂）と低融点ガラス層３１のガラス成分とが混ざり合った樹脂−ガラス混在領域１０が形成されていると考えられる。
【００３６】
ガラス樹脂接合材料１においては、板状の厚み１０ｍｍの樹脂基材２上に、厚み１０μｍの低融点ガラス層３１及び厚み５０μｍの高融点ガラス層３２が順次積層形成されている（図１参照）。高融点ガラス層３２は、ＵＶ吸収剤が配合されており、耐候性に優れたガラス材料からなる。
【００３７】
本例のガラス樹脂接合材料は、樹脂−ガラス接合工程と硬化工程とを行うことにより製造する。
樹脂−ガラス接合工程においては、ガラス層を構成するガラス材料のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度でガラス材料と樹脂材料とを接合させる。また、硬化工程においては、降温によりガラス材料と樹脂材料とを硬化させてガラス樹脂接合材料を得る。
以下、本例の製造方法について詳説する。
【００３８】
まず、ガラス材料として、高融点ガラス材料と低融点ガラス材料の２種類のガラス材料を準備した。高融点ガラス材料としては、ＵＶ吸収剤が添加された無鉛ガラスを採用した。かかる高融点ガラス材料及び低融点ガラス材料としては、市販のものを採用した。
【００３９】
次に、図４（ａ）に示すごとく、溶融状態にある高融点ガラス材料３２０を成形型４内に射出成形機を用いて射出し、高融点ガラス材料３２０のガラス転移温度以上の温度で保持した。次いで、図４（ｂ）に示すごとく、成形型４内の高融点ガラス材料３２０上に、溶融状態にある低融点ガラス材料３１０を射出した（ガラス接合工程）。これにより、高融点ガラス材料３２０と低融点ガラス材料３１０との界面を互いのガラス成分が入り交じった状態にすることができる。
【００４０】
次に、樹脂材料として、透明のポリカーボネート樹脂を準備した。かかる樹脂材料としては、市販のものを採用した。
そして、成形型４内の高融点ガラス材料３２０と低融点ガラス材料３１０とを、低融点ガラスのガラス転移温度以上かつ樹脂材料の軟化点以上かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度まで降温させた。この降温により、高融点ガラス材料３２０は、図４（ｃ）に示すごとく硬化し、高融点ガラス層３２を形成する。一方、低融点ガラス材料３１０は、依然としてガラス転移温度以上にあるため溶融状態にある。次いで、図４（ｄ）に示すごとく、低融点ガラス材料３１０上に、射出成形機により樹脂材料２０を射出した。これにより、低融点ガラス材料３１０と樹脂材料２０との界面を、低融点ガラス成分と樹脂成分とが入り交じった状態にすることができる。
【００４１】
次に、成形型４内を室温まで降温させ、低融点ガラス材料３１０及び樹脂材料２０を硬化させ、図４（ｅ）に示すごとく、低融点ガラス層３１及び樹脂基材２を形成した。
このようにして、図４（ｅ）及び図１に示すごとく、樹脂基材２とその表面に形成されたガラス層３（低融点ガラス層３１及び高融点ガラス層３２）とを有するガラス樹脂接合材料１を得た。
【００４２】
図１に示すごとく、本例のガラス樹脂接合材料１は、樹脂基材２と、その表面に形成されたガラス層３とを有する。そのため、ガラス樹脂接合材料１は、例えば同体積のガラスのみからなるガラス製品に比べて軽量化を図ることが可能になる。また、ガラス樹脂接合材料１においては、ガラス層３の厚みを調整することができる。ガラス層３の厚みを小さくし、樹脂基材２の厚みを大きくすることにより、比重の大きなガラス層３を相対的に小さくすることができるため、より大幅に軽量化を図ることができる。また、ガラス樹脂接合材料１において、ガラス層３は、ガラス特有の耐候性、耐薬品性、撥水性等の性質を示すことができる。
【００４３】
また、ガラス樹脂接合材料１において、ガラス層３と樹脂基材２とは溶着している。即ち、例えば接着剤を用いた単なる接着ではなく、ガラス層３のガラス成分と樹脂基材２の樹脂成分とが接合部において溶融し硬化してなる。そのため、ガラス層３と樹脂基材２とは高い強度で接合している。そのため、経年劣化等により接合部でガラス層３と樹脂基材２とが剥がれてしまうことを抑制することができる。
【００４４】
また、本例において、ガラス層３は、樹脂基材２の厚みに対して１／２０以下の厚みで形成されている。そのため、軽量化を十分に図ることができる。
【００４５】
また、ガラス層３は、互いの融点が異なる低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２とが溶着してなり、ガラス層３は、低融点ガラス層３１側で樹脂基材２と溶着している。
樹脂基材２を低融点ガラス層３１と溶着させることができるため、ガラス層３を樹脂基材２に溶着させやすくなる。また、高融点ガラス層３２のガラス材料を適宜選択することにより、耐候性などの特定の性能が特に優れた高融点ガラス層３２を形成することが可能になる。
また、低融点ガラス層３１のガラス成分は、そのガラス転移温度が樹脂基材２を構成する樹脂材料の５％重量減少温度以下になっている。そのため、低融点ガラス層３１と樹脂基材２とを溶着させ易くなる（図２参照）。
【００４６】
また、本例においては、低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２は、互いの融点が２００℃以上異なる。そのため、ガラス樹脂接合材料１の作製時に樹脂基材２と低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２とを融点の違いに基づいて順次硬化させて形成することができ、ガラス樹脂接合材料１の製造が容易になる。
【００４７】
また、図１に示すごとく、本例のガラス樹脂接合材料１において、樹脂基材２及びガラス層３は透明である。そのため、ガラス樹脂接合材料１の全体を透明にすることができる。それ故、ガラス樹脂接合材料１は、例えば各種窓ガラス、電子機器の表示パネル等のように可視光を透過して透明性が要求される用途に好適である。
また、ガラス樹脂接合材料１においては、板状の樹脂基材２の表面に、シート状のガラス層３が形成されている。そのため、樹脂基材２の表面にガラス層３を積層形成することにより、ガラス樹脂接合材料１を簡単に形成することができる。また、全体として板状になるため、ガラス樹脂接合材料１は、各種窓ガラス、電子機器の表示パネル等に好適になる。
【００４８】
次に、本例のガラス樹脂接合材料は、樹脂−ガラス接合工程と硬化工程とを少なくとも行うことにより製造している。
樹脂−ガラス接合工程においては、ガラス層を構成するガラス材料（低融点ガラス材料３１０）のガラス転移温度以上、かつ樹脂基材を構成する樹脂材料２０の軟化点以上、かつ樹脂材料２０の５％重量減少温度以下の温度でガラス材料（低融点ガラス材料３１０）と樹脂材料２０とを接合させている（図４（ｄ）参照）。そのため、ガラス材料と樹脂材料との界面、具体的には低融点ガラス材料３１０と樹脂材料２０との界面を、溶融状態にあるガラス材料（低融点ガラス材料３１０）と樹脂材料２０とが入り交じった状態にすることができる。
【００４９】
そして、硬化工程においては、図４（ｄ）及び（ｅ）に示すごとく、降温によりガラス材料（低融点ガラス材料３１０）と樹脂材料２０とを硬化させる。硬化時には、ガラス材料（低融点ガラス材料３１０）と樹脂材料２０との接合部において、ガラス材料（低融点ガラス材料３１０）と樹脂材料２０とが入り交じった状態で硬化させることができる。そのため、樹脂材料２０が硬化してなる樹脂基材２とガラス材料（低融点ガラス材料３１０）が硬化してなる低融点ガラス層３１とが接合部で溶着してなるガラス樹脂接合材料１を得ることができる。
【００５０】
また、本例においては、樹脂−ガラス接合工程より先に、図４（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、融点が異なる２種類の低融点ガラス材料３１０と高融点ガラス材料３２０とを接合させるガラス接合工程を行っている。そのため、ガラス層３として、低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２を形成することができる（図１参照）。また、本例においては、高融点ガラス材料３２０として、ＵＶ吸収剤等が添加された耐候性に優れたガラス材料を採用しているため、耐候性等の特定の特性に特に優れたガラス層３を形成することができる。
【００５１】
本例においては、ガラス接合工程において、図４（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、成形型４内で、高融点ガラス材料３２０をそのガラス転移温度以上に加熱して溶融状態にし、溶融状態の高融点ガラス材料３２０上に低融点ガラス材料３１０を配置させる。高融点ガラス材料３２０のガラス転移温度以上においては、低融点ガラス材料３１０も溶融するため、高融点ガラス材料３２０と低融点ガラス材料３１０との界面においては互いのガラス成分が入り交じった状態になる。そのため、硬化後のガラス樹脂接合材料１においては、低融点ガラス層３１と高融点ガラス層３２との接合が強固になる。
【００５２】
また、樹脂−ガラス接合工程においては、図４（ｂ）〜（ｅ）に示すごとく、成形型４内の高融点ガラス材料３２０と低融点ガラス材料３１０とを、低融点ガラスのガラス転移温度以上かつ樹脂材料２０の軟化点以上かつ樹脂材料２０の５％重量減少温度以下まで降温させ、低融点ガラス材料３１０上に樹脂材料２０を配置する。そのため、低融点ガラス材料３１０と樹脂材料２０との界面においては低融点ガラス成分と樹脂成分とが入り交じった状態になる。それ故、硬化後のガラス樹脂接合材料１においては、低融点ガラス層３１と樹脂基材２との接合が強固になる。
【００５３】
また、本例においては、低融点ガラス材料３１０は、高融点ガラス材料３２０よりも比重の小さいものを用いている。そのため、溶融状態の高融点ガラス材料３２０上に低融点ガラス材料３１０を配置して接合させる際に、自重により低融点ガラス材料３１０が高融点ガラス材料３２０内に沈み込んでしまうことを抑制することができる（図４（ｂ）参照）。そのため、例えば耐候性等の特定の特性を付与するために形成する高融点ガラス材料の特性が損なわれてしまうことを抑制することができると共に、低融点ガラス材料と樹脂材料との溶着を確実に行うことが可能になる。
【００５４】
このように、本例によれば、耐候性等のガラス特有の性質を有し、ガラス材料に比べて軽量化が可能で、接合部の強度に優れたガラス樹脂接合材料及びその製造方法を提供することができる。
【００５５】
（実施例２）
本例においては、樹脂−ガラス接合工程において、ガラス材料の表面に樹脂材料の少なくとも一部を食い込ませて、ガラス樹脂接合材料を製造する例である。
具体的には、まず、図５（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、実施例１と同様にして、成形型４内の溶融状態にある高融点ガラス材料３２０上に、溶融状態にある低融点ガラス材料３１０を射出した。
【００５６】
次に、樹脂材料として、透明で粒子状のポリカーボネート樹脂を準備した。かかる樹脂材料は、形態が異なる点を除いては実施例１と同様のポリカーボネート樹脂である。
そして、実施例１と同様に、成形型４内の高融点ガラス材料３２０と低融点ガラス材料３１０とを降温させた。この降温により、高融点ガラス材料３２０は、図５（ｃ）に示すごとく硬化し、高融点ガラス層３２を形成する。一方、低融点ガラス材料３１０は、依然としてガラス転移温度の温度以上にあるため溶融状態にある。
【００５７】
次いで、図５（ｄ）に示すごとく、低融点ガラス材料３１０の表面上に、ショットブラストにより、複数の粒子状の樹脂材料２００を打ち込んだ。これにより、低融点ガラス材料３１０の表面に粒子状の樹脂材料２００を食い込ませた。低融点ガラス材料３１０は、樹脂材料２００の軟化点以上に加熱されているため、低融点ガラス材料３１０の表面に食い込んだ樹脂材料２００は、軟化して低融点ガラス材料３１０と混ざり合う。
【００５８】
次いで、粒子状の樹脂材料２００を食い込ませた低融点ガラス材料３１０上に、実施例１と同様に射出成形機により樹脂材料２０を射出した。これにより、樹脂材料同士は混ざり合って、低融点ガラス材料３１０上に樹脂材料２０が配置される（図５（ｅ）参照）。粒子状の樹脂材料と射出成形機により射出する樹脂材料は、同じ組成のポリカーボネート樹脂を採用した。
【００５９】
次に、実施例１と同様に、成形型４内を室温まで降温させた。これにより、低融点ガラス材料３１０及び樹脂材料２０を硬化させ、図５（ｆ）に示すごとく、低融点ガラス層３１及び樹脂基材２を形成した。このようにして、図５（ｆ）及び図１に示すごとく、樹脂基材２とその表面に形成されたガラス層３（低融点ガラス層３１及び高融点ガラス層３２）とを有するガラス樹脂接合材料１を得た。
【００６０】
本例においては、樹脂−ガラス接合工程において、ガラス材料（低融点ガラス材料）３１０のガラス転移温度以上かつ、かつ樹脂材料の軟化点以上、かつ樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度に加熱したガラス材料の表面に樹脂材料の少なくとも一部を食い込ませている（図５（ｄ）参照）。そのため、樹脂基材２とガラス層３（低融点ガラス層３１）との間に、樹脂材料とガラス材料とが混ざり合った樹脂−ガラス混在領域１０を形成させやすくなる（図１及び図２参照）。したがって、樹脂基材２とガラス層３との接合強度の高いガラス樹脂接合材料を得ることができる。
本例のガラス樹脂接合材料及びその製造方法におけるその他の作用効果は、実施例１と同様である。
【符号の説明】
【００６１】
１ ガラス樹脂接合材料
２ 樹脂基材
３ ガラス層
３１ 低融点ガラス層
３２ 高融点ガラス層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基材と、該樹脂基材の表面に形成されたガラス層とを有するガラス樹脂接合材料であって、
上記樹脂基材と上記ガラス層とは界面で互いに溶着していることを特徴とするガラス樹脂接合材料。
【請求項２】
請求項１に記載のガラス樹脂接合材料において、上記樹脂基材と上記ガラス層との間には、上記樹脂基材の樹脂成分と上記ガラス層のガラス成分とが混ざり合った樹脂−ガラス混在領域が形成されていることを特徴とするガラス樹脂接合材料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガラス樹脂接合材料において、上記ガラス層は、融点が異なる低融点ガラス層と高融点ガラス層とが溶着してなり、上記ガラス層は、上記低融点ガラス層側で上記樹脂基材と溶着していることを特徴とするガラス樹脂接合材料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス樹脂接合材料において、板状の上記樹脂基材の表面に、シート状の上記ガラス層が形成されていることを特徴とするガラス樹脂接合材料。
【請求項５】
樹脂基材と、該樹脂基材の表面に形成されたガラス層とを有するガラス樹脂接合材料の製造方法であって、
上記ガラス層を構成するガラス材料のガラス転移温度以上、かつ上記樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ上記樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度で上記ガラス材料と上記樹脂材料とを接合させる樹脂−ガラス接合工程と、
該樹脂−ガラス接合工程後に、降温により上記ガラス材料と上記樹脂材料とを硬化させて上記ガラス樹脂接合材料を得る硬化工程とを有することを特徴とするガラス樹脂接合材料の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法において、上記樹脂−ガラス接合工程においては、上記ガラス材料のガラス転移温度以上、かつ上記樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ上記樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度に加熱した上記ガラス材料の表面に上記樹脂材料の少なくとも一部を食い込ませることを特徴とするガラス樹脂接合材料の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の製造方法において、上記樹脂−ガラス接合工程より先に、互いに融点が異なる低融点ガラス材料と高融点ガラス材料とを接合させるガラス接合工程を行うことを特徴とするガラス樹脂接合材料の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の製造方法において、上記低融点ガラス材料は、上記高融点ガラス材料よりも比重の小さいものを用いることを特徴とするガラス樹脂接合材料の製造方法。
【請求項１】
樹脂基材と、該樹脂基材の表面に形成されたガラス層とを有するガラス樹脂接合材料であって、
上記樹脂基材と上記ガラス層とは界面で互いに溶着していることを特徴とするガラス樹脂接合材料。
【請求項２】
請求項１に記載のガラス樹脂接合材料において、上記樹脂基材と上記ガラス層との間には、上記樹脂基材の樹脂成分と上記ガラス層のガラス成分とが混ざり合った樹脂−ガラス混在領域が形成されていることを特徴とするガラス樹脂接合材料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガラス樹脂接合材料において、上記ガラス層は、融点が異なる低融点ガラス層と高融点ガラス層とが溶着してなり、上記ガラス層は、上記低融点ガラス層側で上記樹脂基材と溶着していることを特徴とするガラス樹脂接合材料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス樹脂接合材料において、板状の上記樹脂基材の表面に、シート状の上記ガラス層が形成されていることを特徴とするガラス樹脂接合材料。
【請求項５】
樹脂基材と、該樹脂基材の表面に形成されたガラス層とを有するガラス樹脂接合材料の製造方法であって、
上記ガラス層を構成するガラス材料のガラス転移温度以上、かつ上記樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ上記樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度で上記ガラス材料と上記樹脂材料とを接合させる樹脂−ガラス接合工程と、
該樹脂−ガラス接合工程後に、降温により上記ガラス材料と上記樹脂材料とを硬化させて上記ガラス樹脂接合材料を得る硬化工程とを有することを特徴とするガラス樹脂接合材料の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法において、上記樹脂−ガラス接合工程においては、上記ガラス材料のガラス転移温度以上、かつ上記樹脂基材を構成する樹脂材料の軟化点以上、かつ上記樹脂材料の５％重量減少温度以下の温度に加熱した上記ガラス材料の表面に上記樹脂材料の少なくとも一部を食い込ませることを特徴とするガラス樹脂接合材料の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の製造方法において、上記樹脂−ガラス接合工程より先に、互いに融点が異なる低融点ガラス材料と高融点ガラス材料とを接合させるガラス接合工程を行うことを特徴とするガラス樹脂接合材料の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の製造方法において、上記低融点ガラス材料は、上記高融点ガラス材料よりも比重の小さいものを用いることを特徴とするガラス樹脂接合材料の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１１６５６（Ｐ２０１２−１１１６５６Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１０９２（Ｐ２０１０−２６１０９２）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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