【実施例】
【0039】
以下に、実施例等により本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【0040】
〈カバーガラスの準備〉
カバーガラス12として、アルミノシリケートガラスに強化処理を施した強化ガラス(旭硝子社製商品名「ドラゴントレイル」、圧縮応力層の厚さ:38μm、圧縮応力層における表面圧縮応力:774MPa)を準備した。
【0041】
〈粘着層付きカバーガラスの作製〉
カバーガラス12の第1主面12cに、粘着層14として、OCA(日栄化工社製「MHM−FWD」、厚さ:150μm)を積層し、粘着層付きカバーガラス10を作製した。
【0042】
〈試験体の作製〉
剛体模型を衝突させる試験(「ヘッドインパクト試験」ともいう)を行なうため、粘着層付きカバーガラス10を用いて、埋め込みタイプの車載表示装置の試験体200を作製した。
図4〜
図6に基づいて試験体200を説明する。
図4〜
図6においては、
図1および
図2の車載表示装置100と同一の(または対応する)部分は同じ符号を用い、説明を省略する。
【0043】
図4は、試験体を示す斜視図である。
図5は、
図4のA−A線断面図である。
図6は、試験体を示す平面図である。
【0044】
図4および
図5に示すように、試験体200は、筐体底板107を有し、筐体底板107の周縁部上には、内部にリブが付いた筐体枠109が4つ配置されている。筐体底板107と4つの筐体枠109とによって、中央領域に矩形の凹部を有する筐体106が形成され、この筐体106に、バックライトユニット102と液晶パネル104とが配置されている。
【0045】
図5に示すように、バックライトユニット102の上面側の端部は、断面L字状のL字部材208により覆われている。L字部材208の上面と液晶パネル104の下面側の端部とは、両面テープ207によって接着されている。このため、液晶パネル104とバックライトユニット102との間には、L字部材208および両面テープ207の厚さ分だけ、エアギャップ(1.5mm)が存在している。液晶パネル104の上面位置は、周囲に配置された筐体枠109の上面位置よりも低くなっており、凹部が形成されている。この凹部を埋めるようにして、粘着層付きカバーガラス10の粘着層14が、液晶パネル104の上面に貼合されている。なお、カバーガラス12の下面と筐体枠109の上面とは、両面テープ115で貼合されている。カバーガラス12の端面の外側であってかつ筐体枠109の上面には、筐体端枠110が配置されている。なお、筐体端枠110も、両面テープ115によって筐体枠109に貼合されている。
【0046】
図4および
図5に示すように、筐体底板107の4辺には、筐体底板107に連続して、板状の筐体突出部111が設けられている。筐体底板107と4つの筐体突出部111とによって、筐体底板107の裏面側(バックライトユニット102側とは反対側)には、凹部が形成されている。この凹部内には、クッション材321の一部が入り込んでいる。クッション材321は、平板である支持板215上に配置されており、クッション材321によって、筐体106が支持されている。なお、クッション材321としては、基本的には、ケー・シー・シー商会社製「CF45」(厚さ:25.4mm)を「2枚」重ねたものを用いたが、いくつかの例では、この枚数を「1枚」または「3枚」とした。筐体106がクッション材321に支持された状態において、向かい合う一対の筐体突出部111には、固定部301の一端側がボルト311によって接合されている。固定部301の他端側は、ボルト311によって、支持板215に接合されている。こうして、筐体突出部111を含む筐体106は、固定部301によって位置固定される。
【0047】
断面L字状の板状部材である固定部301(下記表1では「L字」と表記)について、クッション材321が「2枚」の例では、
図4中にL
1〜L
4で示すサイズは、L
1:20mm、L
2:50mm、L
3:100mm、L
4:20mmとし、クッション材321が「1枚」の例(例25)では、L
2の長さを短くした。
【0048】
なお、一部の例では、固定部301に代えて、
図7に示す波型に屈曲した固定部301b(下記表1では「L字波型」と表記)を用いた。
図7は、固定部の変形例を示す模式的断面図である。
図7に変形例として示す固定部301bは、板状部材を切り欠いたU字形状の部材である。固定部301bを断面視(側面視)すると、L字状ではなく、長手部分の途中が突出するように(波型に)屈曲している。
このとき、クッション材321が「2枚」の例では、
図7中にL
2〜L
9で示すサイズは、L
2:50mm、L
3:80mm、L
4:20mm、L
5:40mm、L
6:14mm、L
7:18mm、L
8:18mm、L
9:10mmとし、クッション材が「3枚」の例では、固定部301bを引き延ばし、L
2の長さを長くした。
【0049】
図6中にH
1〜H
3およびW
1〜W
3で示すサイズは、H
1:120mm、H
2:150mm、H
3:250mm、W
1:173mm、W
2:250mm、W
3:350mm、とした。
カバーガラス12の板厚は、0.56mm、0.7mm、1.1mm、1.3mmおよび2.0mmの5種とした。
【0050】
なお、一部の例では、試験体200ではなく、
図8に示すような「片持ちタイプ」の試験体200bを使用した。
図8は、試験体の変形例を示す平面図である。
図4〜
図6に基づいて説明した部分と同じ部分については同じ符号で示し説明も省略する。
図8に示す試験体200bでは、車載表示装置100b(
図3参照)と同様に、筐体106の1辺(後述する衝突位置P側の1辺)のみを固定部301(または固定部301b)で保持している。このような「片持ちタイプ」の試験体200bを使用した例については、下記表1中、固定部に関する「L字」または「L字波型」の表記の後に「st」という文字を表記する。
【0051】
また、その他の各部は以下のようにした。
・液晶パネル104…ソーダライムガラス(板厚1.1mm、サイズ:173mm×120mm)の両面に偏光板(材質:TAC)を貼合した代替品を用いた。
・バックライトユニット102…板状体102a(材質:PC、板厚:4mm、サイズ:117mm×170mm)の底面および4つの側面を凹状体102b(材質:アルミニウム、板厚:1mm)で覆った代替品を用いた。
・両面テープ207…材質:PET、テープ幅:5mm、テープ厚:0.5mm
・L字部材208…材質:PVC、板厚:1mm、L字1辺の長さ:5mm
・筐体枠109…材質:ABS、板厚:2mm
・筐体端枠110…材質:ABS、板厚:2.5mm、板幅:5mm
・両面テープ115…材質:PET、テープ厚:0.5mm
・固定部301…別途記載
・ボルト311…材質:鉄
・クッション材321…ケー・シー・シー商会社製「CF45」(厚さ:25.4mm)を1枚、2枚または3枚重ねたもの
・支持板215…材質:鉄、板厚:9mm
・筐体底板107および筐体突出部111…材質:鉄、板厚:1.15mm
【0052】
〈耐衝撃性の評価(ヘッドインパクト試験)〉
このような試験体200において、各例ごとに、カバーガラス12の板厚と固定部301の材質、形状および板厚とを、下記表1に示すように変化させて、ヘッドインパクト試験を行ない、カバーガラス12の耐衝撃性を評価した。
【0053】
試験体200の支持板215を水平面に設置し、カバーガラス12の第2主面12dの衝突位置P(
図6参照)に、図示しない球状の剛体模型(材質:鉄、直径:165mm、質量:19.6kg)を、衝突時のエネルギーが152.4Jになるように、衝突速度3.944m/sで793mmの高さから落下させて衝突させた。
【0054】
試験方法は、国土交通省が示す「道路運送車両の保安基準」の「第20条 乗車装置」の「別紙28 インストルメントパネルの衝撃吸収の技術基準」(以下、単に「基準」という)を参照した。この「基準」では、球状の剛体模型(材質:鉄、直径:165mm、質量:6.8kg)を、衝突速度6.7m/sで射出して衝突させ、衝突時のエネルギーが152.4Jになるようにしている。
すなわち、試験体200を用いたヘッドインパクト試験では、衝突時のエネルギーが「基準」と同等になるようにした。
なお、剛体模型の減速度に関しては、3ms(ミリ秒)以上連続して784m/s
2(80G)を超えないことが規定されているが、今回行なった試験においては、全てこの規定を満たしていたことを確認している。
【0055】
剛体模型を衝突させるカバーガラス12上の衝突位置P(
図6参照)について、ヘッドインパクト試験では、カバーガラス12の中央部付近に衝突させたときよりも、カバーガラス12や液晶パネル104の端部付近に衝突させたときの方が、カバーガラス12が割れやすいことが従前の試験結果から分かっている。そこで、衝突位置Pは、試験体200を上面から見て、液晶パネル104における中心位置よりも一方の固定部301側に寄せた位置、より詳細には、カバーガラス12の長辺中央部であって、かつ、液晶パネル104の端から10mm内側の位置とした。
【0056】
各例ごとに、試験体200を作製してヘッドインパクト試験を行なった。試験の結果、カバーガラス12が割れなかった場合には「○」を、カバーガラス12が割れた場合には「×」を、下記表1に記載した。「○」であれば、衝突事故時に乗員の頭部等がぶつかっても割れないような優れた耐衝撃性を示すものとして評価できる。
【0057】
〈エネルギー吸収率の算出(シミュレーション)〉
上記ヘッドインパクト試験を試験体200に対して行なった際の保持部(固定部301およびクッション材321)のエネルギー吸収率をシミュレーションによって算出した。
【0058】
図9は、シミュレーションの結果の一例を示すグラフである。
図9では、横軸に時間(単位:ミリ秒)を、縦軸にエネルギー(単位:J)を示している。実線のグラフは剛体模型の運動エネルギーを、破線のグラフは試験体200全体のひずみエネルギーを、点線のグラフは保持部のひずみエネルギーを示している。
図9に示すように、剛体模型を試験体200に衝突させて剛体模型が持つ運動エネルギー(実線のグラフ)がゼロになった時(つまり、剛体模型が最下点となり速度が0(ゼロ)になった時)に、ほぼ同じ時点で、試験体200のひずみエネルギー(破線のグラフ)が最大値の152.4Jに到達している。このことから、衝突時には、剛体模型の運動エネルギーがほぼ全て、試験体200においてひずみエネルギーに変換されたことが分かる。
そして、保持部のエネルギー(点線のグラフ)についても、試験体200のエネルギー(破線のグラフ)と同様の挙動を示しており、剛体模型のエネルギー(実線のグラフ)がゼロになった時に、最大値に到達している。
このような
図9から、剛体模型の衝突時の運動エネルギーの少なくとも一部が、保持部(固定部301、クッション材321)のひずみエネルギーに変換されたことが分かる。
【0059】
図9のようなグラフから、剛体模型の衝突時における、保持部のひずみエネルギー(グラフの最大値)の試験体200のひずみエネルギー(グラフの最大値(=152.4J))に対する割合を求め、これを、保持部のエネルギー吸収率(単位:%)とした。
例えば、衝突時における保持部のひずみエネルギーが「105J」であった場合は、エネルギー吸収率は、(105/152.4)×100=69[%]となる。
【0060】
シミュレーションに際しては、各部材の塑性変形による衝撃吸収も考慮する必要があるため、具体的には、市販の解析プログラムであるPAM−CRASH(日本ESI社製)を使用して、動的陽解法FEM(Finite Element Method(有限要素法))による衝撃解析(弾塑性変形解析)を行なった。
解析に際しては、カバーガラス12の長辺中央部に衝突させているため、計算時間短縮の観点から、1/2左右対称モデルを作成し、計算を行なった。また、試験体200の各部について、サイズのほか、密度ならびにヤング率およびポアソン比などの弾性率などの物性値をコンピュータに入力した。各部に用いた材質の物性値は、以下のとおりである。
【0061】
・鉄(SS400)…ヤング率:206GPa、ポアソン比:0.30、密度:7.86×10
-6kg/mm
3
・アルミニウム…ヤング率:68.6GPa、ポアソン比:0.34、密度:2.71×10
-6kg/mm
3
・ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレンの共重合体)…ヤング率:2.2GPa、ポアソン比:0.37、密度:1.05×10
-6kg/mm
3
・PC(ポリカーボネート)…ヤング率:2.2GPa、ポアソン比:0.38、密度:1.20×10
-6kg/mm
3
・PVC(ポリ塩化ビニル)…ヤング率:3.2GPa、ポアソン比:0.38、密度:1.4×10
-6kg/mm
3
・アルミノシリケートガラスに強化処理を施した強化ガラス(ドラゴントレイル)…ヤング率:74GPa、ポアソン比:0.23、密度:2.48×10
-6kg/mm
3
・MHM−FWD…ヤング率:10kPa、ポアソン比:0.30、密度:6.0×10
-7kg/mm
3
・TAC(トリアセチルセルロース)…ヤング率:4GPa、ポアソン比:0.30、密度:1.3×10
-6kg/mm
3
・ソーダライムガラス…ヤング率:73GPa、ポアソン比:0.23、密度:2.5×10
-6kg/mm
3
・PET(ポリエチレンテレフタレート)…ヤング率:5GPa、ポアソン比:0.25、密度:1.34×10
-6kg/mm
3【0062】
もっとも、試験体200の各部は、外力によって弾性変形し、この外力が一定の大きさ以上になると塑性変形する(ただし、剛体模型については、変形しない剛体設定とした)。このため、使用割合が高い主要部材の材料(鉄、アルミニウム、ABS、PCおよびPVCの5つ)については、弾性変形域での弾性率(ヤング率およびポアソン比)と、塑性変形域での応力ひずみ線図(SSカーブ)とを、物性値として入力した。より詳細には、応力ひずみ線図については、弾塑性変形解析を行なう上で必須である、ひずみ速度依存性を考慮した応力ひずみ線図を物性値として入力した。
【0063】
各材料の応力ひずみ線図(真応力真ひずみ線図)は、まず、5種(0.01s
-1、1s
-1、100s
-1、500s
-1、1000s
-1)のひずみ速度で、後述する条件の引張試験を行ない、公称応力公称ひずみ線図のデータを得た後、これを、真応力真ひずみ線図のデータに変換することにより得た。
なお、実際の解析では、各ひずみ速度毎の応力ひずみ線図を入力データとし、各曲線間のデータについては、補間して計算を実行している。
【0064】
(ひずみ速度依存性を考慮した応力ひずみ線図)
引張試験のため、各材料ともに
図10に示す試験片(厚さ:2.0mm)を作製した。
なお、
図10に示す試験片の厚さ以外のサイズは、鉄およびアルミニウムについては、S
1:17mm、S
2:11mm、S
3:8mm、S
4:16mm、S
5:8.5mm、S
6:4mm、S
7:5mmとし、
図10中に符号Rで示すコーナー部の丸みは、半径1.5mmとした。
一方、ABS、PCおよびPVCについては、S
1:17mm、S
2:9.2mm、S
3:8mm、S
4:16mm、S
5:8.5mm、S
6:2mm、S
7:5mmとし、
図10中に符号Rで示すコーナー部の丸みは、半径0.6mmとした。
なお、ひずみ速度については、仮に、初期平行部長さ(
図10中、符号S
3で表す)が25mmである試験片を用いて、クロスヘッド速度をヘッドインパクト衝突速度(6700mm/s)として試験を行った場合には、その初期ひずみ速度(単位:s
-1)は、6700/25=268s
-1となる。
このため、ひずみ速度を100s
-1、500s
-1もしくは1000s
-1としてホプキンソンプレッシャーバーを用いて、または、ひずみ速度を0.01s
-1もしくは1s
-1として検出ブロック式材料試験機を用いて、引張試験を行なった。
【0065】
クッション材321のひずみ速度依存性を考慮した応力ひずみ線図のデータは、以下の手順で求めた。
まず、クッション材321を所定の形状(厚さ:25mm、サイズ:100mm×500mm)に切り取り、これを、直径200mmの金属製円盤どうしで挟み込み、10kNロードセル(オートグラフ)を用いて、上から5mm/分、0.1m/分、1m/分の速度で荷重をかけ、その際の荷重および変位量から、圧縮でのひずみ速度依存性を考慮した(低速での)応力ひずみ線図を作成した。
次に、より高速での応力ひずみ線図も得た。具体的には、まず、上述したヘッドインパクト試験と同様にしてクッション材に対して落下高さを変えて剛体模型を落下させ、クッション材の沈み込み量を高速度カメラでの撮影により測定した。このとき、ひずみ速度がより高速の10s
-1、100s
-1、200s
-1における沈み込み量も測定した。そして、低速での沈み込み量と応力ひずみ線図とを参考にして、高速での沈み込み量から、高速での応力ひずみ線図を作成した。
なお、実際の解析では、各ひずみ速度毎の応力ひずみ線図を入力データとし、各曲線間のデータについては、補間して計算を実行している。
【0066】
(ひずみエネルギーの計算式について)
一般的に、ひずみエネルギーの計算は、以下のような理論式により算出される。上述した市販のプログラムを用いた解析においても、各部材に関して入力された応力ひずみ線図から、以下の式によって計算機で計算を行なっている。なお、本衝撃解析では、部材の破断までは考慮していない。
【0067】
一般骨組構造部材内の1点において、部材軸方向の垂直応力σと直ひずみεとの間、または、せん断応力τとせん断ひずみγとの間には、
図11のグラフに示すような関係が存在すると考えられる。
まず、ひずみエネルギーUおよびひずみエネルギー密度U
*は、次のようになる。
dεおよびdγのひずみ増分の間に単位体積当たりに蓄えられるひずみエネルギー、すなわち、ひずみエネルギー密度の増分dU
*は、下記式(2)で与えられる(
図11参照)。
【0068】
【数1】
【0069】
したがって、ひずみが0からある値εおよびγに達するまでに蓄えられるひずみエネルギー密度U
*は、下記式(3)で表される(
図11参照)。
【0070】
【数2】
【0071】
また、構造物または構造部分に蓄えられるひずみエネルギーUは、下記式(4)で表される。
【0072】
【数3】
【0073】
なお、
図11における補充ひずみエネルギー密度U
*cの説明は省略する。
【0074】
【表1】
【0075】
なお、表1中の「固定部」の「材質」として記載した「SS」は鉄(SS400)を意味し、「AL」はアルミニウムを意味する。
【0076】
表1の結果を
図12のグラフにプロットした。
図12では、縦軸にエネルギー吸収率y(単位:%)を、横軸にカバーガラス12の板厚x(単位:mm)をとり、耐衝撃性の結果(「○」または「×」)をプロットに反映させた。
図12中の曲線は、y=−37.1×ln(x)+53.7を示している。
図12に示すグラフから明らかなように、式(1)を満たさない場合(比較例)はカバーガラスが割れるのに対して、式(1)を満たす場合(実施例)にはカバーガラスが割れないことが分かった。
【0077】
本発明を特定の態様を参照して詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を離れることなく様々な変更および修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。
なお、本出願は、2015年6月5日付けで出願された日本特許出願(特願2015−114616)に基づいており、その全体が引用により援用される。