合わせガラス

合わせガラスは、 2層以上のガラスと、その間にある1層以上の薄いポリマー中間層で構成された安全ガラスの一種で、ガラスが割れて大きな鋭い破片になるのを防ぎます。 ^[1]衝撃がガラスを完全に突き破るほどでない場合、割れると特徴的な「蜘蛛の巣」のひび割れパターン（放射状および同心円状のひび割れ）が生じます。^[2]

合わせガラスは、建築、窓ガラス、自動車の安全、太陽光発電、紫外線保護、芸術表現などに使用されています。 ^[1]合わせガラスの最も一般的な用途は、自動車のフロントガラスと天窓のガラスです。ハリケーン耐性構造が必要な地域では、合わせガラスは店舗の外装、カーテンウォール、窓によく使用されます。合わせガラスは、同じ厚さのモノリシックガラスに比べて音の減衰が大幅に改善されるため、窓の遮音等級を上げるためにも使用されます。

中間層は、典型的には、ポリビニルブチラール（PVB）、エチレン酢酸ビニル（EVA）、イオン形成ポリマー、現場打ち（CIP）液状樹脂、または熱可塑性ポリウレタン（TPU）です。^[1]窓用合わせガラスのもう1つの特性は、適切なTPU、PVB、またはEVA中間層がほぼすべての紫外線を遮断できることです。たとえば、熱硬化性EVAは、すべての紫外線の最大99.9%を遮断できます。^{[3]熱硬化性EVAは、ガラス、}ポリカーボネート（PC）、またはその他の種類の製品であるかどうかにかかわらず、材料と完全に結合（架橋）します。遮音の場合、EVAまたはTPUを使用する場合、追加の音響材料は必要ありません。^{[4] [5]} PVBを使用する場合は、特殊な音響PVB化合物が使用されます。

1902年、フランスの企業ル・カルボンは、ガラス製品をセルロイドでコーティングして割れや破損を少なくする特許を取得しました。 ^[6]

合わせガラスは、1903年にフランスの化学者エドゥアール・ベネディクトゥス（1878年 - 1930年）によって発明されました。発明のきっかけは、実験室での事故でした。ガラスのフラスコがプラスチックのセルロースナイトレートで覆われ、落とすと粉々に砕けましたが、粉々にはなりませんでした。^[7] 1909年、ベネディクトゥスは、2人の女性がガラスの破片で重傷を負った自動車事故の話を聞き、特許を申請しました。^{[8] [9]} 1911年、彼はソシエテ・デュ・ヴェール・トリプレックスを設立し、自動車事故での負傷を減らすためにガラスとプラスチックの複合材を製造しました。^[10]トリプレックスガラスの製造は時間がかかり、手間がかかるため、高価でした。自動車メーカーにすぐに広く採用されたわけではありませんが、合わせガラスは第一次世界大戦中にガスマスクの接眼レンズに広く使用されました。1912年、このプロセスは英国のトリプレックス安全ガラス会社にライセンス供与されました。その後、アメリカではリビー・オーウェンズ・フォード社とデュポン社がピッツバーグ・プレート・グラス社と共同でトリプレックスガラスを生産した。^[11]

一方、1905年にイギリスのウィルトシャー州スウィンドンの弁護士ジョン・クルー・ウッドは、フロントガラスに使用するための積層ガラスの特許を取得しました。ガラスの層はカナダバルサムで接着されていました。^[12] 1906年に、彼は製品を製造販売するためにセーフティモータースクリーンカンパニーを設立しました。^[13]

1927年、カナダの化学者ハワード・W・マセソンとフレデリック・W・スキロウがプラスチックのポリビニルブチラール（PVB）を発明した。^[14] 1936年までに、米国の企業は、2層のガラスの間にPVB層を挟んだ積層「安全ガラス」は変色せず、事故の際にも簡単には貫通しないことを発見した。5年以内に、この新しい安全ガラスは、従来のガラスに取って代わった。^{[15] [16]}

1930年の道路交通法では、英国議会は新車に安全ガラスのフロントガラスの装着を義務付けたが^[17]、合わせガラスの使用は特に義務付けていなかった。

1939年までに、ロンドンのブリティッシュ・インデストラクト・グラス社^[18]が製造した安全ガラス60万平方フィート（56,000 m ^{2 ）が、}イギリスのダゲナムにあるフォード・モーター社の工場で生産される車両に毎年使用されていました。^[18]「インデストラクト」安全ガラスが選ばれたのは、「最も完全な保護を提供する。破片が飛び散らないだけでなく、透明で永久に変色しない」ためです。^[18]この引用は、以前に合わせガラスが広く使用されるのを妨げた問題を示唆しています。

典型的な積層ガラスの構成は、2.5 mmのガラス、0.38 mmの中間層、2.5 mmのガラスです。これにより、5.38 mm（0.212インチ）の積層ガラスと呼ばれる最終製品が完成します。^[19]

強度は、複数の積層板と厚いガラスで高めることができます。合わせガラスの一種である防弾ガラスは、通常、ポリカーボネート、熱可塑性材料、熱硬化性EVA、および合わせガラスの層を使用して構築されます。^[20]自動車の場合、合わせガラスパネルの厚さは約6.5 mm（0.26インチ）であるのに対し、飛行機のガラスはその3倍の厚さです。^[21]旅客機のコックピットの前面と側面の窓には、多くの場合、4 mmの強化ガラス3層と、その間に2.6 mm厚のPVBが使用されています。^[要出典]これは、ボーイング747のコックピットの側面窓に使用されている構成の1つです。^[要出典]アエロスパシアル/BACコンコルドの前方圧力風防は、4ガラスと3 PVBの計7層で、合計38 mm（1.5インチ）の厚さでした。^[要出典]極端な音量レベルに対して合わせガラスの音響減衰を高めるには、3mm、4mm、5mm、6mmのガラスの厚さを混ぜて使用すると効果的です。^[22]

現代の合わせガラスは、2層以上の通常の焼きなましガラスまたは強化ガラスをプラスチック中間層（通常はポリビニルブチラール（PVB）、熱可塑性ポリウレタン（TPU）、またはエチレンビニルアセテート（架橋EVA））で結合して製造されます。中間層は、衝撃強度、破壊靭性、破損モードなどの機械的特性を改善することを目的としています。^[1]プラスチック中間層をガラスで挟み、一連のローラーまたは真空バッグシステムに通して空気ポケットを追い出します。次に、アセンブリを加熱して初期溶融し、アセンブリをオートクレーブ（オーブン）で圧力をかけながら再度加熱して、最終的な結合製品（熱硬化性EVAの場合は完全に架橋）を実現します。一部の車のフロントガラスの上部にある色合いは、PVBにあります。色付きガラスを得るには、ラミネートプロセス中に色付きのPCフィルムを熱硬化性EVA材料と組み合わせることができます。

デジタル印刷は、ガラスに直接印刷してからラミネートするか、商標登録されたデュポン セントリグラス エクスプレッションズ プロセスのように PVB に直接印刷することで、建築用途に利用できるようになりました。^{[引用が必要]}オートクレーブ処理の前に、完全なCMYK画像を中間層に印刷して、鮮明な半透明の表現を実現できます。このプロセスは、建築、インテリア デザイン、看板業界で人気が高まっています。^{[引用が必要]}

熱硬化性EVAが適切にラミネートされると、ガラスはフレームレスで提供できます。水/湿気の浸入はなく、変色はほとんどなく、結合レベル（架橋）が高いため剥離はありません。^[5]新しい開発により、ガラスのラミネート用の熱可塑性プラスチックファミリーが増加しています。PVBの他に、今日重要な熱可塑性ガラスラミネート材料には、エチレン酢酸ビニル（EVA） ^[23] 、熱硬化性EVA、^[24]、熱可塑性ポリウレタン（TPU）があります。^[25] TPUはガラスだけでなく、ポリマー中間層に対しても接着性が高いです。

合わせガラスはガラス彫刻にも使われることがあり、建築用途でも広く利用されています。さらに、合わせガラスは防弾ガラス、防貫通ガラス、階段、屋上、床、天蓋、梁の製造にも応用されています。^[26]

2004 年以降、金属化導電性ポリエチレンテレフタレート(PET) 中間層が発光ダイオード(LED)の基板として使用され、ガラスにまたはガラス間に積層されています。着色中間層を追加することで、積層ガラス パネルに永久的に透明な色を与えることができます。また、スイッチング中間層を追加することで、中間層に小さな電流を流すと透明になり、電流をオフにすると不透明になるパネルを作成することもできます。

LED ガラスの場合、層は次のとおりです。

• ガラス
• 透明熱可塑性材料（TPU、PVB、またはEVA）または透明熱硬化性材料（EVA）
• 透明導電性ポリマー上のLED
• 透明熱可塑性材料（TPU、PVB、またはEVA）または透明熱硬化性材料（EVA）
• ガラス

合わせガラスの場合、その性能を分析する際には、破損後の強度と安全性が最も重要です。^[27]ガラスと中間層の相互作用がパネルの破損を決定します。^[27]合わせガラスの性能をテストする際、パネルは衝撃荷重と曲げにさらされ、中間層の材料がガラスにせん断応力を伝達します。^[26]中間層の剛性が、合わせガラスパネル全体の曲げ剛性を決定します。^[26]合わせガラスは、中間層の凝集破壊および/またはパネルと中間層間の接続により破損します。^[27]中間層の破損は、中間層材料が延性がある場合（室温で）、または脆くて硬い場合（ガラス転移温度以下で動作している場合）に発生する可能性があります。^[27]

合わせガラスの主な利点は、安全性の向上、排出量の削減、騒音公害の削減、自然災害時の保護です。^[28]合わせガラスは、車両事故の際にフロントガラスが無傷のままで、ガラスの破片で乗客が負傷するのを防ぐため、人々の安全性を高めます。セキュリティの面では、合わせガラスは壊れにくいため、侵入者を防ぎます。また、合わせガラスは太陽からの熱を減らし、建物の内部を涼しく保ち、エネルギー消費を削減します。厚さに応じて、合わせガラスは外部からの騒音公害を減らすことができます。ハリケーンや地震などの自然災害では、合わせガラスは無傷のままで、負傷や死亡の可能性を減らします。

合わせガラスのプラスチック中間層は、ガラスの切断を困難にしている。両側を別々に切断し、変性アルコールなどの可燃性液体を亀裂に注ぎ、点火して中間層を溶かしてガラス片を分離するという危険な方法がある。^{[要出典] 2005年に英国政府の}健康安全局は、以下のより安全な方法を推奨した。^[29]

• 特殊用途のラミネートカッティングテーブル
• 垂直に傾斜した鋸フレーム
• ブローランプまたは熱風送風機。
• 高圧研磨ウォータージェット。

合わせガラスを切断するには、ガラスが破損しにくいため、異なるスコアリング手順が必要です。^[30]合わせガラスは、ガラスの端とスコアリングの間の距離に応じて、ブレークによって破壊できます。 合わせガラスの最も一般的な破壊方法は、プレッシャー ブレーク、ツイック ブレーク、テーブル ブレーク、タップ ブレーク、およびペンチ ブレークです。^[30]プレッシャー ブレークは、端から 12 インチを超えるスコアリングを対象としており、スコアリング面を下にしてテーブルの表面でガラスをひっくり返します。ガラス パネルが破損するまで、スコアリングの両側に圧力を加えます。ツイック ブレークは、端から 4 ～ 6 インチのスコアリングを対象としており、指先を使用してスコア ラインに沿って破損を広げます。^[30]テーブル ブレークは、端から少なくとも 12 ～ 18 インチのガラスに推奨され、テーブルの端を使用してスコアリングを破壊します。端に近いスコアリングの場合は、ガラスの端に波型効果が現れますが、タップ ブレークが推奨されます。このタイプの破断では、ドロップジョープライヤーまたはガラスプライヤーを使用して、スコアに沿ってガラスを割ります。エッジから 1/2 ～ 1 インチ未満のスコアの場合、プライヤー破断では、ガラスに下向きの圧力をかけ、スコアを斜めに割ります。

合わせガラスパネルを切断した後、中間層を分離する方法はいくつかあります。最も一般的な方法は、それを溶かして切断することです。^[30]以前は、ガラス工は変性アルコールを使用してポリビニルブチラール（PVB）層を溶かすことが多かったのですが、アルコールは可燃性であるため、この方法は危険であることが判明しました。より安全な代替手段は、ヒートガンでPVBラミネート層を溶かすことです。中間層が溶けたら、片刃カミソリの刃または巻尺の刃を使用して分離部分を切断します。^[30]刃でスコアをなでてPVBを切断し、ガラスが中間層から完全に分離されるようにします。

米国全国フロントガラス修理協会によると、軽度の衝撃による損傷であれば、割れたガラスに穴を開けて積層層まで到達するプロセスを使用することで、積層ガラスの修理が可能です。特殊な透明接着樹脂を圧力下で注入し、紫外線で硬化させます。適切に行えば、ほとんどの安全目的に十分な強度と透明度が回復します。このプロセスは、損傷が運転者の視界を妨げない大型産業用自動車のフロントガラスの修理に広く使用されています。^[31]

使用済み自動車指令（ELV）が施行されているため、ほとんどの欧州諸国では、合わせガラスの廃棄物は埋め立てで処分することが許可されなくなりました。中間層材料は簡単にリサイクルできませんが、機械的なプロセスで中間層をリサイクルし、他の用途に使用するための研究が行われています。サリー大学とピルキントングラスによる研究では、廃棄された合わせガラスを圧延機などの分離装置に入れてガラスを破砕し、大きなカレットを内側のフィルムから機械的に切り離すことを提案しています。次に熱を加えると、通常はポリビニルブチラール（PVB）であるラミネートプラスチックが溶け、ガラスと内側のフィルムの両方をリサイクルできるようになります。PVBのリサイクルプロセスは、溶かして再形成する単純な手順です。^[32]ただし、リサイクルされたPVBは構造が変化し、元のポリマーよりも強度特性が低くなります。^[26]また、TPUはすべての非架橋プラスチックと同様にリサイクルが容易です。

• 強化ガラス
• BS857 学士課程
• LEDフィルム
• 複合ガラス
• 割れないガラス

• UNECE 規則 43自動車の安全ガラス材料に関する国連規則
• BS 857:1967 2009-06-22にWayback Machineでアーカイブ陸上輸送用安全ガラスの英国仕様