JPWO2019009336A1

JPWO2019009336A1 - センサモジュール及び保護ガラス

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Publication number: JPWO2019009336A1
Application number: JP2019527750A
Authority: JP
Inventors: 周作秋葉; 尾関　正雄; 正雄尾関; 諭司竹田; 諭金杉; 聡司大神
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2018-07-04
Publication date: 2020-04-30
Anticipated expiration: 2038-07-04
Also published as: CN110831910A; US11761799B2; WO2019009336A1; US11204266B2; JP2022176235A; US20230086147A1; US20220003576A1; JP7517377B2; US20200132521A1; JP7147759B2; US11543271B2

Abstract

本発明は樹脂よりも剛性が高く、耐傷性、耐候性に優れたセンサモジュールを提供することを目的とする。本発明のセンサモジュールは、ベース部材（１５）と、ベース部材上に配置される単数または複数の、センサ（２０）及び振動子（４０）の少なくともいずれか一方と、センサ及び振動子の少なくともいずれか一方を覆うように設けられた少なくとも１つの平面または曲面で構成される保護部材（１）と、を有するセンサモジュールであって、保護部材の一部または全部は強化ガラスで形成され、強化ガラスは、化学強化ガラスまたは物理強化ガラスであることを特徴とする。

Description

本発明は、センサ及び振動子の少なくともいずれか一方を収容するセンサモジュール及びセンサ又は振動子を保護する保護ガラスに関する。

車や電車、ドローンなどの移動機器、また屋外センサ、監視カメラといった防犯装置には、多様な機能を有する複数のセンサが搭載されている。これらのセンサを保護する保護部材として樹脂カバーを用いたセンサモジュールが知られている。センサを屋外に配置する場合、センサを保護する保護部材の剛性や耐傷性に加えてヤケ、ヒートショックに強い素材を選択することが求められている。

保護部材内部に配置されるセンサの種類も保護部材の構造や素材を選択する重要な要素となる。保護部材の構造や素材によっては、センサの用途を阻害することもある。例えばセンサを保護する保護ガラスは可視光を通す高透過性を有する素材を選択することが必要となる。

監視カメラや車に搭載されるセンサとしては、超音波を用いるセンサが知られている（特許文献１）。特許文献１に記載の超音波センサは、超音波を送信する送信素子から送信され、被検出体にて反射された超音波を、超音波を受信する受信部が配置された受信部材で受信できる。

また、超音波は、距離の測定のほか、撥水や窓の清掃にも利用される（特許文献２）。超音波を用いたセンサの用途は今後さらに広がることが予測できる。

保護部材内部にセンサを配置した構造として、樹脂を用いた保護部材の内側にセンサを配置する構造が知られている（特許文献３）。特許文献３には、超音波センサを収容する保護部材として樹脂製の筐体を用いつつ、筐体内部に設置された振動子の電極との電気的導通を確保することが開示されている。

日本国特開２００７−１７４３２３号公報日本国特表２０１６−５３１７９２号公報日本国特開２００６−２０３５６３号公報

しかし、特許文献３に記載の樹脂を用いた保護部材では、屋外に設置された場合、該保護部材の剛性が低く、耐傷性、耐候性に優れないという課題があった。

上記に鑑みて完成された本発明は、化学強化されたガラスを保護部材として用いることによって、樹脂を保護部材として用いる場合よりも剛性が高く、耐傷性、耐候性等に優れたセンサモジュールを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、ベース部材と、前記ベース部材上に配置される単数または複数の、センサ及び振動子の少なくともいずれか一方と、前記センサ及び振動子の少なくともいずれか一方を覆うように設けられた少なくとも１つの平面または曲面で構成される保護部材と、を有するセンサモジュールであって、前記保護部材の一部または全部は強化ガラスで形成され、前記強化ガラスは、化学強化ガラスまたは物理強化ガラスであることを特徴とする、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記強化ガラスは、表面圧縮応力値が４００ＭＰａ以上、かつ圧縮応力層の深さが１０μｍ以上である、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記強化ガラスは、前記表面圧縮応力値が６００ＭＰａ以上、かつ前記圧縮応力層の深さが４０μｍ以上である、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記強化ガラスは、化学強化ガラスであり、板厚が０．５〜３．５ｍｍである、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記強化ガラスは、化学強化ガラスであり、板厚が１．５〜３．５ｍｍであり、圧縮応力層の深さが２００〜５８０μｍの範囲である、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記化学強化ガラスは、表面圧縮応力値が７００ＭＰａ以上である、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記化学強化ガラスは、前記圧縮応力層の深さが２５０〜５８０μｍの範囲であり、かつ、表面から１００μｍの深さの圧縮応力値が１００ＭＰａ以上である、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記化学強化ガラスは、凸面と凹面と、を有する曲面形状をなしており、前記凸面の表面圧縮応力値から前記凹面の表面圧縮応力値を差し引いた値が１０ＭＰａ以上である、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記凸面の圧縮応力層の深さから前記凹面の圧縮応力層の深さを差し引いた値が１０μｍ以上である、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、化学強化ガラスにおいて、圧縮応力層を形成する領域に少なくとも１つの屈曲点を有し、前記屈曲点を境として傾きの異なる応力分布曲線を有する、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記振動子は、超音波発生素子を有するセンサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記保護部材は、透明ヒータを有するセンサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記強化ガラスは、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面を有し、前記第１の主面と前記第２の主面との間に端面を有し、前記端面の表面粗さが、０．０１〜１．０μｍの範囲である、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記強化ガラスは、結晶化ガラスである、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、前記強化ガラスの表面に撥水膜を有する、センサモジュールが提供される。
本発明のある態様によれば、平面または曲面で構成される保護ガラスであって、前記保護ガラスの一部または全部は強化ガラスであり、前記強化ガラスは、化学強化ガラスまたは物理強化ガラスであることを特徴とする保護ガラスが提供される。
本発明のある態様によれば、超音波振動子を有する保護ガラスが提供される。
本発明のある態様によれば、透明ヒータを有する保護ガラスが提供される。

本発明のセンサモジュールは、強化ガラスを保護部材として用いたため、面強度、エッジ強度が高く、剛性および耐傷性が高く、また、耐候性（ヤケ防止性、耐ヒートショック性）が高い。したがって、屋外への設置に好適である。

図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本実施形態におけるセンサモジュールの構成の一例を示す斜視図である。図２は、本実施形態における実装部の構成の一例を示す側面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本実施形態における実装部の給電機構の一例を示す斜視図であり、図３（ａ）は有線給電、図３（ｂ）は無線給電の様子をそれぞれ示す。図４（ａ）及び図４（ｂ）は本実施形態における振動子または透明ヒータの設置の一例を示す斜視図である。

図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。なお、図面中の記載において、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
また、本明細書中、数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。

＜センサモジュール＞
本実施形態のセンサモジュールは、ベース部材１５と、ベース部材１５上に配置される単数または複数の、センサ２０及び振動子４０の少なくともいずれか一方と、センサ２０及び振動子４０の少なくともいずれか一方を覆うように設けられた、少なくとも１つの平面または曲面で構成される保護部材１を有する。以下に、本実施形態のセンサモジュールを構成する要素について、詳しく説明する。

＜保護部材１＞
図１（ａ）及び図１（ｂ）は本実施形態における保護部材１の構成の一例を示す斜視図である。図１（ａ）はセンサ２０を収容する円筒型の筐体（保護部材１）の蓋部に保護ガラス１０を用いた構造であり、図１（ｂ）はセンサ２０を収容する半球体の球面にガラスを用いた構造である。保護部材１は、その一部または全部が保護ガラス１０を用いて形成されるが、図１（ａ）に示すように、保護部材１の一部に保護ガラス１０を支持する支持部２を形成してもよい。支持部２はガラスでもよいが、ステンレスやアルマイトのような金属を用いてもよい。保護部材１は、円筒型や半球体に限らず、円柱型や角柱形、そのほか球状の正多面体といった立体形状でもよい（図１（ｃ））。また、保護部材１は、ガラスを複数枚貼り合わせて形成でき、支持部２を形成する場合は、支持部２と保護ガラス１０との間に接着層を形成して、支持部２と保護ガラス１０とを接着できる。

保護部材１は、ミリ波、超音波、可視光、赤外光、ＬＩＤＡＲ、もしくはそれらを複合的に用いた検知機能または感知機能を有するセンサ２０を収容する。本実施形態のセンサモジュールが屋外に設置された場合、筐体である保護部材１は実装部５を雨や雪等の気候要因、飛び石による衝撃などの外的要因から保護するために、これらに対して一定の強度を必要とする。

保護ガラス１０と支持部２の間を接着する接着層（図示しない）は、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エチレン共重合体系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂、シアノアクリレート系樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、線状ポリイミド系樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ系樹脂、ポリウレタン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、反応性アクリル系樹脂、ゴム系樹脂、シリコーン系樹脂、変性シリコーン系樹脂、ガラスフリット、及びはんだからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。上記のような樹脂等を用いて、屋外で設置されても変形、風化しない材質の接着層を形成することで、保護部材１の耐久性を向上できる。

また、保護部材１は透明ヒータ６０を有すると、防曇や融雪といった機能を発揮することができ、曇りや雪などによりセンサが機能しなくなることを防ぐことができるため好ましい（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。透明ヒータとしては、例えば、保護部材１のセンサ側に成膜されたＩＴＯ等の透明電極が挙げられ、該透明電極に電流を流して発熱させる。これにより、水滴や雪を熱により気化させて、保護部材１の表面から水滴や雪を除去できる。同様の機能を発揮するために、透明性の無いメタルをヒータとして用いてもよく、その場合、センサが使う窓以外の部分を覆い、ヒータとして機能させてもよい。

＜保護ガラス１０＞
保護ガラス１０は、大きいサイズの板ガラスを小さく切断し、切削、研磨の各工程を経て得られたガラスに、化学強化や物理強化等の強化処理をして形成できる。板ガラスの切断方法としては、例えばダイヤモンドブレードによる切断のほか、スクライブ割断法やレーザー切断法などを適用できる。保護ガラス１０の強度を高めたい場合は、保護ガラス１０の表層部を化学強化または物理強化することが好ましく、表層部の全てを化学強化または物理強化することがより好ましい。切削加工又は研磨加工を施す工具としては、砥石を使用でき、その他に、布、皮、ゴム等からなるバフやブラシ等を使用できる。その際、酸化セリウム、アルミナ、カーボランダム、コロイダルシリカ等の研磨剤を使用できる。中でも寸法安定性の観点から、研磨具としては砥石を用いるとよい。

保護ガラス１０は、支持部２や実装部５と接触する部分（例えば、保護ガラスの端面に相当する部分）を粗面化することで、支持部２や実装部５との密着性を向上できる。保護ガラス１０は、第１の主面と、第１の主面と対向する第２の主面とを有し、第１の主面と第２の主面との間に端面を有するものであれば、とくに形状は問わない。例えば、図１（ｂ）に示される半球体の保護ガラス１０を凹面側から見たとき、所定の幅を有して円を描く部分（端面）を粗面化すると、該円を示す面と接着させる対向部分との密着性が向上するため固定しやすくなり、保護ガラス１０の実装を安定化できる。ここで、粗面化のレベルとしては具体的に、表面粗さＲａが０．０１μｍ以上であればよく、０．０５μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上がより好ましく、０．２μｍ以上がさらに好ましい。また、端面を必要以上に粗面化をすると、端面の対向部分との密着性を損なうおそれがあるので、端面の表面粗さＲａは１．０μｍ以下であればよく、０．５μｍ以下が好ましく、０．４μｍ以下がより好ましい。また、支持部２も強化ガラスで構成される場合、支持部２の端面の表面粗さＲａも、上記の範囲が好ましい。なお、本明細書において、表面粗さＲａは、ＪＩＳＢ０６０１：２００１により規定される算術平均粗さＲａを指す。

また、図１（ｂ）に代表される半球体の保護ガラス１０に限らず、半球体以外であっても、曲面状をなすドーム形状の保護ガラスを用いると、センサ２０が例えば可視光用のカメラである場合、撮像範囲（視野）を広げる効果があり好適である。保護ガラスがドーム形状（曲面状）の場合、そのサイズはとくに制限はないが、例えば、外径が１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲、内径が５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で与えられる。半球体を含むドーム形状のガラス板は、ドーム形状に加工後、化学強化処理をすると、化学強化ガラス板の凸面側の方が形状効果により凹面側に比べて大きな表面圧縮応力が得られる。また、同化学強化ガラス板は、凸面側の方が凹面側に比べて大きな圧縮応力層深さが得られる。そのため、とくに屋外の環境下に置いたとき、表側に相当する凸面側の方が、より大きい強化が得られ好ましい。このようなドーム形状のガラス板は、化学強化処理の条件を適宜調整することにより所望の表面圧縮応力、圧縮応力層深さを実現できる。

とくに、ドーム形状のガラス板を化学強化する場合、凸面の表面圧縮応力値から凹面の表面圧縮応力値を差し引いた値は、１０ＭＰａ以上が好ましく、１５ＭＰａ以上がより好ましく、２０ＭＰａ以上がさらに好ましい。また、凸面のＤＯＬから凹面のＤＯＬを差し引いた値は１０μｍ以上が好ましく、２０μｍ以上がより好ましく、４０μｍ以上がさらに好ましい。

ドーム形状の保護ガラス１０は、例えば曲げ加工により得ることができる。以下に曲げ加工の好ましい態様を説明するが、本実施形態において曲面形状をなす保護ガラス１０を得る方法は下記に説明する態様に限定されない。
曲げ加工においては、まず大気圧環境下、カーボンで構成されたモールド上に、ガラスを載置し、６００℃から９５０℃の温度領域まで加熱させ、３０秒から１８０秒の間、温度を維持しながら熱プレスさせた後、徐冷して曲面状のガラス板を形成する。その後、曲面状のガラス板を所定の外形に切削しガラス板表面を研磨することで、所望の形状、所望の表面粗さを有するドーム状等の曲面形状をなす保護ガラス１０が得られる。
また、曲面形状をなす保護ガラス１０を得る方法は曲げ加工に限定されず、例えば板厚が大きいガラス板の切削加工等によっても得られる。

さらに、保護ガラス１０は、その主表面に不図示の撥水膜が備わっていてもよい。撥水膜の材料は、具体的に高い撥水性を有する材料であればよく、さらに防汚性も備える材料が好ましい。このような撥水膜の材料としては、フッ素含有有機化合物、フッ素系樹脂が挙げられ、より具体的には、含フッ素有機ケイ素化合物や、加水分解性を有する含フッ素有機化合物等が挙げられる。このような撥水膜の厚さは、保護ガラス１０の透過性を損なわない程度であれば、とくに制限はないが、例えば、１０ｎｍ以上であれば、撥水性の効果を発揮できるので好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましい。また、撥水膜の厚さは、その上限にとくに制限はないが、生産性の観点から１μｍ以下であれば好ましい。

保護ガラス１０は、透明度の高いガラスによって構成するとよい。保護ガラス１０として用いられるガラスの材料として、多成分系の酸化物ガラスを使用できる。

保護ガラス１０として用いられるガラスの組成の具体例を以下に示すが、該ガラスの組成はこれらに限定されない。本発明に使用されるガラスは、ナトリウムを含んでいればよく、成形、化学強化処理又は物理強化処理による強化が可能な組成を有する限り、種々の組成のものを使用できる。
具体的には、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ボロシリケートガラス、鉛ガラス、アルカリバリウムガラス、アルミノボロシリケートガラス、結晶化ガラス、アルカリ含有光学ガラス等が挙げられる。この中でも、結晶化ガラスは、比較的強度が高いので、物理強化処理又は化学強化処理をすると、より高強度の強化ガラスが得られやすい。

結晶化ガラスは、ガラス中に結晶を析出させたものであり、結晶を含まない非晶質ガラスと比較して硬く、傷がつきにくい特徴がある。また、結晶化ガラスに、イオン交換処理を施して化学強化することで、強度をさらに高くできる。
結晶化ガラスは、非晶質ガラスを適切な条件で加熱処理して得られるが、例えば、厚さ０．８ｍｍに換算した可視光ヘーズ値が１．０％以下である結晶化ガラス等が、保護ガラス１０として有用である。なお、ヘーズ値は、例えば、スガ試験機株式会社製のヘーズメーター「ＨＺ−２」を用いて、ＣＩＥが規定する標準光源の規格であるＣ光源を用いて測定できる。

保護ガラス１０として用いられるガラスの一構成例は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を５６〜６６％、Ａｌ_２Ｏ_３を８〜１８％、Ｎａ_２Ｏを９〜１７％、Ｋ_２Ｏを１〜１１％、ＭｇＯを２〜１２％、ＣａＯを０〜５％、ＳｒＯを０〜５％、ＢａＯを０〜５％、およびＺｒＯ_２を０〜５％含む。

また、保護ガラス１０として用いられるガラスの一構成例は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を５８〜６５％、Ａｌ_２Ｏ_３を１４〜２１％、Ｎａ_２Ｏを１２〜１９％、ＭｇＯを３〜１０％、Ｋ_２Ｏを０．５〜１．３％、ＺｒＯ_２を０．１〜０．５％、およびＴｉＯ_２を０．０〜０．１％含む。

また、保護ガラス１０として用いられるガラスの一構成例は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を５５〜６５％、Ａｌ_２Ｏ_３を１２〜２２％、Ｎａ_２Ｏを１０〜２０％、Ｋ_２Ｏを０〜２％、ＭｇＯを１〜９％、およびＺｒＯ_２を０〜５％含む。

また、保護ガラス１０として用いられるガラスの一構成例は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を５５〜６５％、Ａｌ_２Ｏ_３を１２〜２２％、Ｎａ_２Ｏを１０〜２０％、Ｋ_２Ｏを０〜２％、ＭｇＯを１〜９％、ＺｒＯ_２を０〜１％、およびＴｉＯ_２を０〜１％含む。

また、保護ガラス１０として用いられるガラスの一構成例は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を６０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３を９〜１９％、Ｎａ_２Ｏを９〜１９％、Ｋ _２Ｏを０〜４％、ＭｇＯを３〜６％、ＣａＯを０〜１％、およびＺｒＯ_２を０〜１％含む。

また、保護ガラス１０として用いられるガラスの一構成例は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を４５〜７０％、Ｂ_２Ｏ_３を１〜９％、Ａｌ_２Ｏ_３を１５〜２５％、Ｎａ_２Ｏを７〜１８％、Ｋ_２Ｏを０〜１％、ＭｇＯを０〜５％、ＣａＯを０〜１％、およびＴｉＯ_２を０〜１％含む。

また、保護ガラス１０として用いられるガラスの一構成例は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を４５〜７０％、Ｂ_２Ｏ_３を１〜９％、Ａｌ_２Ｏ_３を１５〜２５％、Ｎａ_２Ｏを７〜１８％、Ｋ_２Ｏを０〜１％、ＭｇＯを０〜５％、ＣａＯを０〜１％、およびＳｎＯ_２を０〜１％含む。

また、保護ガラス１０として用いられるガラスの一構成例は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を５０〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜３０％、Ｂ_２Ｏ_３を０〜６％、Ｐ_２Ｏ_５を０〜６％、Ｌｉ_２Ｏを０〜２０％、Ｎａ_２Ｏを０〜２０％、Ｋ_２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜２０％、ＣａＯを０〜２０％、ＳｒＯを０〜２０％、ＢａＯを０〜１５％、ＺｎＯを０〜１０％、Ｔｉ_２Ｏを０〜５％、およびＺｒＯ_２を０〜８％含む。

また、保護ガラス１０として用いられるガラスの一構成例は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を６５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜５％、Ｎａ_２Ｏを７〜１７％、Ｋ_２Ｏを０〜１％、ＭｇＯを３〜６％、およびＣａＯを６〜９％含む。

さらに、保護ガラス１０として用いられるガラスの一構成例は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を６５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３を３〜１０％、Ｎａ_２Ｏを７〜１７％、Ｋ_２Ｏを０〜１％、ＭｇＯを３〜６％、ＣａＯを６〜９％、および微量成分としてＺｒＯ _２を０〜１％含む。

上記した成分を有する本実施形態の保護ガラス１０のガラスの組成の各成分の組成範囲、およびその他の任意成分について、以下に説明する。なお、各組成の含有量の単位はいずれも酸化物基準の質量百分率表示または質量ｐｐｍ表示であり、それぞれ単に「％」「ｐｐｍ」と表す。

ＳｉＯ_２は、ガラスの主成分である。ＳｉＯ_２の含有量は、ガラスの耐候性を保ち、失透を抑制するため、好ましくは４５％以上、より好ましくは５５％以上、さらに好ましくは６０％以上である。

一方、ＳｉＯ_２の含有量は、溶解を容易にし、泡品質を良好とするために、好ましくは８０％以下、より好ましくは７０％以下である。

Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの耐候性を向上させる必須成分である。本実施形態のガラスにおいて実用上必要な耐候性を維持するためには、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は好ましくは７％以上、より好ましくは１０％以上である。

但し、光学特性を良好なものとし、泡品質を良好とするため、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は３０％以下が好ましく、より好ましくは２３％以下であり、さらに好ましくは２０％以下である。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラス原料の溶融を促進し、機械的特性や耐候性を向上させる成分であるが、揮発による脈理（ｒｅａｍ）の生成、炉壁の侵食等の不都合が生じないために、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは６％以下、より好ましくは３％以下である。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、および、Ｋ_２Ｏといったアルカリ金属酸化物は、ガラス原料の溶融を促進し、熱膨張、粘性等を調整するのに有用な成分である。

Ｎａ_２Ｏの含有量は、好ましくは８％以上、より好ましくは１０％以上である。

Ｋ_２Ｏの含有量は、好ましくは３％以下、より好ましくは１％以下である。

また、Ｌｉ_２Ｏは、任意成分であるが、ガラス化を容易にし、原料に由来する不純物として含まれる鉄含有量を低く抑えるために、本実施形態の保護ガラス１０はＬｉ_２Ｏを２％以下含有できる。

さらに、これらアルカリ金属酸化物の合計含有量（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）は、溶解時の清澄性を保持し、製造されるガラスの泡品質を保つために、好ましくは５％〜２０％、より好ましくは８％〜１５％である。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯといったアルカリ土類金属酸化物は、ガラス原料の溶融を促進し、熱膨張、粘性等を調整するのに有用な成分である。
ＭｇＯは、ガラス溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する作用がある。また、比重を低減させ、保護ガラス１０に疵をつきにくくする作用がある。また、ガラスの熱膨張係数を低く、失透を抑制するために、ＭｇＯの含有量は、好ましくは１０％以下、より好ましくは８％以下である。

ＣａＯは、ガラス原料の溶融を促進し、また粘性、熱膨張等を調整する成分である。上記の作用を得るためには、ＣａＯの含有量は、好ましくは０．５％以上、より好ましくは１％以上である。また、失透を防ぎ、良好な透過性を得るため、ＣａＯの含有量は好ましくは６％以下であり、より好ましくは４％以下である。

ＳｒＯは、熱膨張係数の増大およびガラスの高温粘度を下げる効果がある。かかる効果を得るために、本実施形態の保護ガラス１０はＳｒＯを含有できる。但し、ガラスの熱膨張係数を低く抑えるため、ＳｒＯの含有量は、３％以下が好ましく、１％以下がより好ましい。

ＢａＯは、ＳｒＯ同様に熱膨張係数の増大およびガラスの高温粘度を下げる効果がある。上記の効果を得るために、本実施形態の保護ガラス１０はＢａＯを含有できる。但し、ガラスの熱膨張係数を低く抑えるため、ＢａＯの含有量は５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。

また、これらアルカリ土類金属酸化物の合計含有量（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）は、熱膨張係数を低く抑え、失透を抑制し、強度を維持するために、好ましくは１％〜１５％、より好ましくは３％〜１０％である。

本実施形態の保護ガラス１０の組成においては、ガラスの耐熱性および表面硬度の向上のために、任意成分としてＺｒＯ_２を好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下含有させてもよい。ＺｒＯ_２の含有量を１０％以下とすることでガラスが失透しにくくなる。

また、本実施形態の保護ガラス１０は、清澄剤としてＳＯ_３を含有してもよい。この場合、ＳＯ_３含有量は、質量百分率表示で０％超、０．５％以下が好ましい。０．４％以下がより好ましく、０．３％以下がさらに好ましく、０．２５％以下がよりさらに好ましい。

また、本実施形態の保護ガラス１０は、酸化剤および清澄剤としてＳｂ_２Ｏ_３、ＳｎＯ _２およびＡｓ_２Ｏ_３のうちの一つ以上を含有してもよい。この場合、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＳｎＯ _２またはＡｓ_２Ｏ_３の含有量はそれぞれ、質量百分率表示で０〜０．５％が好ましい。０．２％以下がより好ましく、０．１％以下がさらに好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。

また、本実施形態の保護ガラス１０は、ＮｉＯを含有してもよい。ＮｉＯを含有する場合、ＮｉＯは、着色成分としても機能するので、ＮｉＯの含有量は、上記したガラス組成の合量に対し、１０ｐｐｍ以下が好ましい。

本実施形態の保護ガラス１０は、Ｃｒ_２Ｏ_３を含有してもよい。Ｃｒ_２Ｏ_３を含有する場合、Ｃｒ_２Ｏ_３は、着色成分としても機能するので、Ｃｒ_２Ｏ_３の含有量は、上記したガラス組成の合量に対し、１０ｐｐｍ以下が好ましい。

本実施形態の保護ガラス１０は、ＭｎＯ_２を含有してもよい。ＭｎＯ_２を含有する場合、ＭｎＯ_２は、可視光を吸収する成分としても機能するので、ＭｎＯ_２の含有量は、上記したガラス組成の合量に対し、５０ｐｐｍ以下が好ましい。

本実施形態の保護ガラス１０は、ＴｉＯ_２を含んでもよい。ＴｉＯ_２を含有する場合、ＴｉＯ_２は、可視光を吸収する成分としても機能するので、ＴｉＯ_２の含有量は、上記したガラス組成の合量に対し、１０００ｐｐｍ以下が好ましい。

本実施形態の保護ガラス１０は、ＣｏＯ、Ｖ_２Ｏ_５およびＣｕＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の成分を含んでもよい。これらの成分を含有する場合、可視光を吸収する成分としても機能し可視光透過率を低下させるので、前記成分の含有量は、上記したガラス組成の合量に対し、１０ｐｐｍ以下が好ましい。

＜化学強化処理＞
化学強化処理は、ナトリウムを含むガラスを、特定の塩または塩基を含む、ガラス転移点以下の温度の溶融塩に浸漬させ、ナトリウムイオンをより原子半径の大きいカリウムイオンにイオン交換することによって行われる。また、リチウムを含むガラスを化学強化する場合は、リチウムイオンをより原子半径の大きいナトリウムイオンにイオンに交換することを含めて化学強化処理とする。さらに、化学強化処理は、ナトリウムとリチウムの両方を含むガラスの場合、ナトリウムイオンをカリウムイオンにイオン交換する処理と、リチウムイオンをナトリウムイオンに交換する処理、との２つの処理を含んでもよい。

化学強化工程は、例えば、ナトリウムを含むガラスを、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＫＨＣＯ_３、ＮａＨＣＯ_３、Ｋ_３ＰＯ_４、Ｎａ_３ＰＯ_４、Ｋ_２ＳＯ_４、Ｎａ_２ＳＯ_４、ＫＯＨおよびＮａＯＨからなる群より選ばれる少なくとも一種の塩又は塩基を含む無機塩に接触させてガラス中のＮａイオンと前記無機塩中のＫイオンとをイオン交換することにより、圧縮応力層をガラス表面に形成する工程である。

化学強化処理によって得られる化学強化ガラスは、イオン交換の時間や温度、使用する塩、その他処理条件等を制御して、形成される応力プロファイル（縦軸を圧縮応力値（ＣＳ）とし、横軸を圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）とする）が変化する。例えば、リチウムイオンをナトリウムイオンにイオン交換するイオン交換処理と、ナトリウムイオンをカリウムイオンにイオン交換するイオン交換処理を１つのガラスに対して実施して得られた化学強化ガラスの応力値を測定した場合、その応力プロファイルは屈曲点を境として傾きの異なる屈曲したプロファイルを描く。つまり、ガラスに対してイオン交換する組合せを２組以上とし、ガラス中の２種以上のイオンを交換することで、表面圧縮応力値を大きくしつつ、圧縮応力層深さを大きくでき、高強度の化学強化ガラスが得られる。イオン交換の方法としては、２種類のイオンを含む溶融塩にガラスを浸漬処理する方法や、異なる２種以上の溶融塩を用いて多段階で浸漬処理をする方法がある。このように、イオン交換する組合せを２組以上与えるプロセスを経ることで、上記した屈曲点が存在する応力プロファイルが得られる。

ガラスの表面をイオン交換し、圧縮応力が残留する表面層が形成されると、ガラスの表面に圧縮応力が残留し、ガラスの強度が向上する。得られる強化ガラスは、ガラスの板厚や組成によって変化し、ガラスの用途に応じてより的確に強化されるよう工夫するとよい。

化学強化処理によって得られた化学強化ガラスの、アルカリの溶出に起因する変質（ヤケ）を防止する観点から、化学強化処理温度を３００〜５００℃の範囲で行うとよい。また、溶融塩に硫酸水素塩等のアルカリの溶出防止効果のある塩を加えてもよい。

本実施の形態に係る化学強化ガラスの板厚ｔは、軽量化に寄与するため、３．５ｍｍ以下であればよく、２．５ｍｍ以下が好ましい。より好ましくは、板厚ｔは２．０ｍｍ以下であり、１．７ｍｍ以下がさらに好ましく、１．５ｍｍ以下がよりさらに好ましく、１．３ｍｍ以下がなおさらに好ましく、１．０ｍｍ以下が特に好ましい。また、板厚ｔが０．５ｍｍ未満のガラスは、割れやすいため、板厚ｔは０．５ｍｍ以上が好ましい。

本実施の形態に係る化学強化ガラスは、イオン交換処理によって表面に圧縮応力層を備え、表面圧縮応力値が高いとガラスが湾曲するモードにより破壊されにくくなる。そのため、化学強化ガラスの表面圧縮応力値は２００ＭＰａ以上が好ましく、順に、４００ＭＰａ以上、６００ＭＰａ以上、８００ＭＰａ以上、９００ＭＰａ以上、１０００ＭＰａ以上、１１００ＭＰａ以上がより好ましい。

また、化学強化ガラスの使用時に圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）の値を超える深さの傷がつくと化学強化ガラスの破壊を生じやすい。そのため、化学強化ガラスのＤＯＬは深い方が好ましく、１０μｍ以上が好ましく、順に、４０μｍ以上、６０μｍ以上、７０μｍ以上、８０μｍ以上、９０μｍ以上、１００μｍ以上、１１０μｍ以上、１２０μｍ以上、１３０μｍ以上、１４０μｍ以上、１５０μｍ以上、２００μｍ以上、３００μｍ以上、４００μｍ以上、５００μｍ以上、５５０μｍ以上がより好ましい。

とくに、本実施形態の保護ガラスに用いられる化学強化ガラスにおいて、板厚ｔとＤＯＬとの組み合わせとしては、板厚ｔが１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲で、ＤＯＬが２００μｍ〜５８０μｍの範囲であると、屋外の環境下においても破壊しにくく好ましい。板厚ｔとＤＯＬとの組み合わせは、板厚ｔが１．８ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲でＤＯＬが２５０μｍ〜５８０μｍの範囲が好ましく、板厚ｔが２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲でＤＯＬが３００μｍ〜５８０μｍの範囲がより好ましい。

また、本実施形態の保護ガラスに用いられる化学強化ガラスにおいて、上記の板厚ｔとＤＯＬとの関係に加え、表面圧縮応力値は７００ＭＰａ以上が好ましく、８００Ｍａ以上であればより好ましく、９００ＭＰａ以上であればさらに好ましい。

さらに、本実施形態の保護ガラスに用いられる化学強化ガラスにおいて、上記の板厚ｔとＤＯＬと表面圧縮応力値との関係に加え、表面から１００μｍ深さの圧縮応力値は１００ＭＰａ以上が好ましく、１０５ＭＰａ以上がより好ましい。

また、強化ガラスが物理強化ガラスである場合も同様に、表面圧縮応力値および圧縮応力の深さは、上記範囲が好ましい。ガラスに対して物理強化を行う際には、ガラス表面を急冷し、ガラス内部はゆっくりと温度が下がるように温度条件を設定して（物理）強化ガラスを得る。この際、ガラス表面は伸びた状態で室温に戻り、ガラス内部はゆっくりと縮むために、表面には圧縮応力層が発生し、内部には引っ張り応力が発生する。物理強化ガラスの特徴は、表面の圧縮応力は小さいが、深くまで圧縮応力が存在することである。例えば、表面圧縮応力値は２００ＭＰａ程度で、圧縮応力層の深さは１００μｍ以上である。また、例えば、表面圧縮応力値は１００〜１５０ＭＰａ程度で、圧縮応力層の深さは、ガラスの板厚の１／５〜１／６としてもよい。

化学強化ガラスは、縦軸ＣＳ、横軸ＤＯＬの応力プロファイルを与えたときに、圧縮応力層を形成する領域に少なくとも１つの屈曲点を有するとよい。化学強化ガラスが、この屈曲点を境として傾きの異なる応力分布曲線を有することで、圧縮応力層が深くまで入り、ガラスが割れ難くなる点から好ましく、飛び石等により保護ガラスの割れを防ぐ効果を奏する。

なお、得られた化学強化ガラス、物理強化ガラスの強度については、前述の飛び石による評価指標を援用できる。具体的には、ＳＡＥＪ４００、ＪＡＳＯＭ１０４、ＩＳＯ２０５６７−１に基づき、評価できる。例えば、ＪＡＳＯＭ１０４の条件に基づき、放射物として９〜１５ｍｍの花崗岩（玉砂利）を、０．１ＭＰａ、０．２ＭＰａまたは０．４ＭＰａで（ドーム形状も含む）強化ガラスに対して射出させたときの割れ状態を確認して評価できる。

保護ガラス１０の、表面粗さ（Ｒａ）は適宜設定できる。例えば、保護ガラス１０の表面粗さは、１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは７０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５０ｎｍ以下である。

また、保護ガラス１０は保護ガラス自身が振動するように、振動子４０が設置される構造でもよい（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。保護ガラス１０が振動子４０を備える場合、保護部材１は、センサ２０を備えてもよく、備えなくてもよい。振動子４０は、保護ガラス１０に直接取り付けられてもよいし、支持部２に取り付けられてもよい。また保護ガラス１０は、振動周波数を検出して振動を抑制する振動抑制機能を有してもよく、それによって保護ガラス１０の振動の減衰を防ぎ、所定の振動数を維持できる。振動子４０は、圧電素子のほか、電磁アクチュエーター、ピエゾ素子、水晶振動子、セラミック発振子、磁歪素子等、安定した振動数で発振する素子であればよい。このように、振動子４０が振動することで、保護ガラスがスピーカーとして機能し、車に搭載された場合は走行時の振動を抑制できる。さらに、後述するように、保護ガラス１０に付着した汚れも除去できる。

＜センサ２０＞
収容されるセンサ２０は、ミリ波、超音波、レーザー、可視光、赤外光、ＬＩＤＡＲ、もしくはそれらを複合的に用いた検知機能または感知機能を有し、光検出方式、超音波方式、電波方式、レーザー方式、放射線方式、画像判別方式などの非接触式センサとして使用できる。例えば、センサ２０が車に搭載された場合、検知機能を用いて該車に接近する隣接車両や走行方向に存在する障害物との距離を測定できる。また、センサ２０が発信した信号に基づき、外部に設置された通信設備を介して外部設置機構を駆動してもよい。例えば、該通信設備がフロントガラスに設置されたトランスデューサであれば、該トランスデューサを介してワイパーを駆動させたり、ヒータを作動させたりもできる。

センサ２０は、超音波センサでもよい。超音波は、距離の測定のほか、撥水や窓の清掃にも利用されるため、常に安定した視界や計器の表示が得られる。とくに、車にセンサ２０を搭載させた場合、その特性を活かして防曇や融雪にも適用できる。

また、センサ２０が超音波センサである場合、送受信する超音波の周波数帯が高いほど超音波が減衰することが知られている。そのため、実際、１ＫＨｚ〜２０ＫＨｚ、または４０ＫＨｚ〜６０ＫＨｚのような、１００ＫＨｚより低い周波数帯の超音波が利用される。

＜カメラ３０＞
カメラ３０は、その用途に応じて１個または複数個存在する。例えば車や電車といった移動手段、ドローンのような移動機器にカメラ３０を搭載する場合、至近距離監視用、前方監視用、後方監視用と用途別に複数個設置してもよい。またセンサ２０による検知機能または感知機能と併せて使用することで、接近する人や障害物の画像や動画も取得できる。

＜実装部５＞
図２は、本実施形態におけるセンサ構成の一例を示す側面図である。実装部５は、センサやカメラ３０、これらを連結する連結部から構成される。実装部５の給電は、有線による給電（図３（ａ）参照）でも、センサ端末を用いた外部通信手段による無線給電でもよい（図３（ｂ）参照）。実装部５の給電機構によって導通をとることで、複数のセンサを実装できる。センサやカメラ３０を連結する連結部は、リード線を用いてもよいし、ベース部材１５に導電性の材料を用いて形成してもよい。

実装部はベース部材１５の上に設置される。ベース部材１５の材質はシリコンやガラスのほか、鉄やアルミニウムなどの金属でもよく、ベース部材１５と実装部の間に導電性の材料を敷設してもよい。例えば、超音波センサを搭載する場合、振動子は例えば、超音波発生素子５０を有し、超音波発生素子５０は外部に露出しないように、実装部５内に取り付けられるとよい。この場合、振動子はアルミニウム、ガラス、ポリイミド、シリコン、ポリカーボネートなどの材料を使用できる。

＜駆動原理＞
図２に示すような超音波発生素子５０は、一般的に、高周波電圧を圧電素子に印加して振動する原理を利用する。圧電素子に高周波電圧を印加して振動することで発生した超音波が、目標となる測定対象物に向けて送信され、測定対象物で反射された反射波として受信されることで、例えば、接近する隣接車両や走行方向に存在する障害物との距離を測定できる。超音波発生素子５０は、間欠的にパルス信号を送信する送信部と、その反射波を受信する受信部を備えることでセンサとして機能する。

また、超音波発生素子５０は、電源から発熱体に超音波周期で変化する電流を流して発熱体を駆動することで、発熱体による発熱量が電流の周波数に追従して周期的に変化する原理を利用してもよい。発熱体で発熱した周期的な熱は、振動子に伝達され、振動子の温度が周期的に変化する。この温度変化により、振動子がその温度に応じて厚さ方向に周期的に熱膨張および収縮を繰り返して振動し、その振動により、振動子の振動面から超音波が発生する。発熱体は、アルミニウムなどのジュール熱を発生する電気抵抗体を用いてもよいし、ペルチェ素子を用いてもよい。

また、超音波発生素子５０は、圧電式振動検出素子を備える受信部を用いて（障害物等からの）反射波を検出できる。例えば、圧電式振動検出素子は、ＳＯＩ基板上にＭＥＭＳ技術によって作製でき、圧電体薄膜を下面電極および上面電極で挟み込むように積層して形成される。圧電体薄膜は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）であり、圧電式振動検出素子は近接して設置された振動部の変位を電気信号に変換して、超音波を検出する。

圧電式振動検出素子は、回路素子に出力された電気信号に基づき演算処理を行い、信号の増幅およびノイズの除去を行うことができ、送信部から送信した超音波と検出した超音波の位相差、時間差を比較する。振動子は、圧電素子のほか、電磁アクチュエーター、ピエゾ素子、水晶振動子、セラミック発振子、磁歪素子等、振動数を安定して発振する素子であればよい。

さらに、相乗的に得られる効果として、超音波発生素子５０をセンサとして搭載し、保護ガラスに超音波を照射することで、保護ガラスに付着した水滴や汚れを除去できる。

上記により、距離の検出や汚れの除去といった多様なセンサの機能と、高い剛性を備える化学強化ガラスの両方の性質を併せ持つ、保護部材を備えるセンサモジュールが提供される。

以下、具体的な実施例を基に、本発明を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１〜５及び比較例１〜４＞
フロート法で製造されたアルミノシリケートガラスからなる厚さ０．５ｍｍの大判サイズの板ガラスＡ〜Ｅを準備した。このアルミノシリケートガラスは、酸化物基準の質量百分率表示で以下の組成であった。
ガラスＡ：ＳｉＯ_２６０．９％、Ａｌ_２Ｏ_３１２．８％、Ｎａ_２Ｏ１２．２％、Ｋ_２Ｏ５．９％、ＭｇＯ６．７％、ＣａＯ０．１％、ＳｒＯ０．２％、ＢａＯ０．２％、及びＺｒＯ_２０．１％
ガラスＢ：ＳｉＯ_２６０．９％、Ａｌ_２Ｏ_３１６．８％、Ｎａ_２Ｏ１５．６％、ＭｇＯ５．３％、Ｋ_２Ｏ１．２％、ＺｒＯ_２０．３％、及びＴｉＯ_２０．１％
ガラスＣ：ＳｉＯ_２７１．６％、Ａｌ_２Ｏ_３１．９％、Ｎａ_２Ｏ１３．４％、Ｋ _２Ｏ０．３％、ＭｇＯ４．７％、ＣａＯ７．８％、及びＺｒＯ_２０．２％
ガラスＤ：ＳｉＯ_２５９．９％、Ｂ_２Ｏ_３７．７％、Ａｌ_２Ｏ_３１７．２％、ＭｇＯ３．３％、ＣａＯ４．１％、ＳｒＯ７．７％、及びＢａＯ０．１％
ガラスＥ：ＳｉＯ_２６９．６％、Ａｌ_２Ｏ_３１２．６％、Ｌｉ_２Ｏ３．９、Ｎａ _２Ｏ５．４％、Ｋ_２Ｏ１．６％、ＭｇＯ４．７％、ＣａＯ０．２％、及びＺｒＯ _２２．０％

続いて、ガラスＡ〜Ｅに対して以下に示す（１）板ガラス切断加工工程、（２）切削工程、（３）研磨工程、（４−１）化学強化工程又は（４−２）物理強化工程、及び、（５）貼合工程を経て、実施例１〜５及び比較例１〜３の保護部材を製造した。各例において用いた硝材は、表１に示す通りである。なお、ガラスの製造時にガラスを引っ張る速さを調整すること、及び必要に応じて研磨やエッチングを行うことで、所望の板厚のガラス板を製造した。
また、ガラスに変えて樹脂を用いて比較例４の保護部材を製造した。

（１）板ガラス切断加工工程
この板ガラスを所定の大きさとなるようにダイヤモンドブレードを用いて切断した。

（２）切削工程
続いて、切断したガラスの端面の切削加工を行った。

（３）研磨工程
さらに、切削加工を行ったガラスに対して鏡面研磨を行った。これにより、主表面の表面粗さＲａが１００ｎｍ以下のガラスを形成した。

（４−１）化学強化工程
（実施例１〜３）
硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）の溶融塩を４３０℃まで加熱した後、該溶融塩に研磨工程を施したガラスを実施例１及び３では５時間、実施例２では７時間浸漬して化学強化処理を行った。化学強化処理した後、ガラスを５０℃〜９０℃のイオン交換水で２回洗浄し、室温のイオン交換水で流水洗浄し、６０℃で２時間乾燥した。
（実施例４）
実施例４は、化学強化処理を２段階で行った。具体的には、研磨工程を施したガラスＥを４５０℃に加熱された１００％のＮａＮＯ_３からなる溶融塩に２．５時間浸漬させ、洗浄後、４２５℃に加熱された１００％のＫＮＯ_３からなる溶融塩に１．５時間浸漬させ、洗浄し、化学強化ガラスを得た。これらの洗浄は、実施例１〜３と同様の方法で行った。（４−２）物理強化工程
（実施例５）
研磨工程を施したガラスＣを急冷開始温度（軟化点付近）で電気炉内に５分間保持した後、電気炉外へ取り出して大気中で放冷することで物理強化を行った。

（５）貼合工程
化学強化工程または物理強化工程の後、得られた板ガラスを接着層でガラス製の円筒状の支持部と貼合することで、実施例１〜５及び比較例１〜４の保護部材を作製した。

（６）評価工程
各例の保護部材（ガラス又は樹脂）の評価は以下に示す分析方法により行った。
保護部材の透過率の評価では、分光光度計（株式会社日立ハイテクノロジーズ社製Ｕ−４１００）を用いて３００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域の透過スペクトルを測定した。なお、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域での最小値Ｔｍｉｎを算出した。

強化ガラスの表面圧縮応力値（ＣＳ）および圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）は有限会社折原製作所のガラス表面応力計ＦＳＭ‐６０００またはＳＬＰ−１０００を用いて測定した。

表１に、各例の保護部材に対して剛性、光透過性、対候性、超音波照射による水滴の除去、超音波照射によるガラスの割れ、耐熱性を評価した評価結果を記載する。例えば剛性評価であれば、〇は該保護部材を備えるセンサモジュールを屋外に設置した場合に必要な剛性を十分有することを示し、△は一部の結果において必要な剛性を満たさないことを示す。×は全ての場合において必要な剛性を満たさないことを示す。

１．剛性評価（飛び石試験結果）
各例の保護部材に対して剛性評価（飛び石試験）を実施した。センサを保護し、かつ内部のセンサが一定のセンシング性能を保つためには、一定の力をかけた場合の、保護材料の変形量が小さい必要がある。剛性評価は、ＪＡＳＯＭ１０４の条件に基づき行った。具体的には、放射物として９〜１５ｍｍの花崗岩（玉砂利）を、放射距離３５０ｍｍで射出回数を３回、９０°の角度で放射した。当該試験は、射出圧力を変えて行い、射出圧力０．１ＭＰａで割れたものを×、射出圧力０．１ＭＰａで割れず、射出圧力０．２ＭＰａで割れたものを△、射出圧力０．２ＭＰａで割れず、射出圧力０．４ＭＰａで割れたものを〇、射出圧力０．４ＭＰａで割れなかったものを◎、として剛性評価した。結果を表１に示す。

２．割れ評価
また、保護材料に変形を与えた場合に保護材料が破壊しないことも必要である。島津製作所製のオートグラフにより、上リング１０ｍｍ、下リング３０ｍｍの治具を用いて、各例の保護部材に対してリングオンリング試験を行った。ここで、各例の保護部材を５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍのサンプルに加工し、引張応力をかけた時に、６００ＭＰａ以上で割れたものを〇、６００ＭＰａ未満で割れたものを×とした。また、樹脂（比較例４）は破壊しなかったが、変形量が大きく、力がかかった場合に内部のセンサと接触する恐れがあったため、×と評価した。その結果、強化処理を施した実施例１〜実施例５のガラスは、センサを保護するために必要な剛性、割れ耐性を有することがわかったが、強化処理を施していないガラス（比較例１〜３）および樹脂（比較例４）では、十分な剛性、割れ耐性を有していないことがわかった。

３．光透過率
各例の保護部材に対して４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域の透過スペクトルを測定した。各例の保護部材を加工して得られた５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍのサンプルにてＴｍｉｎが８５％以上のものを〇、それ未満のものを×として評価した。その結果、強化処理の有無にかかわらず、各ガラスおよび樹脂カバーで好適な結果を示すことを確認できた。

４．耐候性
各例の保護部材を備えるセンサモジュールを屋外に設置した際のヤケ、ヒートショックに対する耐性（耐候性）を以下の試験で評価した。
耐候性の評価は各例の保護部材を６０℃、湿度８０％、１００時間保持する試験、及びその後波長３００ｎｍ以下のＵＶ光を１０時間照射する試験の両方により行った。これらの両方の試験を経た後に、見た目で表面がうっすらと白く曇る（ヤケる）ものは△とし、変化のなかったものを〇、変形変色したものを×とした。結果、樹脂カバー（比較例４）を除く各ガラスで好適な結果を示すことを確認できた。

５．水滴除去
各例の保護部材内に超音波振動子を配置して超音波を照射し、保護部材に付着した水滴を除去できる（評価：〇）か否（評価：×）かの評価を行った。結果、全ての保護部材で水滴を除去する効果が確認できたが、強化していないガラス（比較例１〜３）で割れが生じた。一方で、強化されたガラス（実施例１〜５）において割れは生じなかった。

６．耐熱評価
各例の保護部材に透明ヒータを埋め込み、昇温した状態で一定時間経過した後に外観評価を行った。具体的には、１００℃で、１時間保護部材を保持した後に、著しい変形や変色の有無を目視で観察した。変形変色のあったものは×、無かったものは〇としている。結果、ガラスを用いた実施例１〜５、比較例１〜３の各例の保護部材が好適な結果を示すことがわかった。

上記１．〜６．による評価結果より総合的に判断し、保護部材の性能はガラスの組成に起因する強化処理後の圧縮応力値（ＣＳ）および圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）に強く依存することがわかった。また、得られた評価結果をもとに、保護ガラスのＣＳおよびＤＯＬは、ＤＯＬが１０μｍ以上かつＣＳが１００ＭＰａ以上であることが好ましく、ＤＯＬが４０μｍ以上かつＣＳが６００ＭＰａ以上であれば、より好ましいことがわかった。

＜実施例６〜１０＞
ガラスＥに対して（１）板ガラス切断加工工程、（２）切削工程、（３）研磨工程、（４−１）化学強化工程、及び、（５）貼合工程を経て、実施例６〜１０の保護部材を製造し、上記１．〜６．の評価を行った。
実施例６、７、及び１０は、化学強化処理を２段階で行った。具体的には、研磨工程後のガラスＥを１００％のＮａＮＯ_３からなる溶融塩に浸漬させ、洗浄後、１００％のＫＮＯ_３からなる溶融塩に浸漬させ、洗浄して、化学強化ガラスを得た。処理温度及び時間は表２に示す通りである。
実施例８、９は、化学強化処理を１段階で行った。具体的には、研磨工程後のガラスＥを１００％のＮａＮＯ_３からなる溶融塩に浸漬させ、洗浄して化学強化ガラスを得た。処理温度及び時間は表２に示す通りである。

＜実施例１１〜１３＞
ガラスＢに対して（１）板ガラス切断加工工程、（２）切削工程、（３）研磨工程、（４−１）化学強化工程、及び、（５）貼合工程を経て、実施例１１〜１３の保護部材を製造し、上記１．〜６．の評価を行った。
化学強化処理は１段階で行った。具体的には、研磨工程後のガラスＢを、ＫＮＯ_３にＮａ_２ＮＯ_３を所定の重量比で添加した溶融塩に浸漬させ、洗浄して、化学強化ガラスを得た。溶融塩中のＫＮＯ_３とＮａ_２ＮＯ_３の重量比、処理温度及び時間は、表２に示す通りである。

表２の結果より、実施例６〜１３で得られた保護部材（化学強化ガラス）は、剛性評価（飛び石試験結果）では少なくとも、ＪＡＳＯＭ１０４に基づく射出圧力０．１ＭＰａでは、割れが発生しなかった。また、光透過率、耐光性、割れ評価、および、耐熱評価の各評価では、いずれも、所望の評価結果が得られた。

＜実施例１４〜１６＞
板厚６ｍｍの平板状のガラスＥに対して、切削加工を行い、内側の半径１８ｍｍ（内径３６ｍｍ）、外側の半径２０ｍｍ（外径４０ｍｍ）、板厚（肉厚）２ｍｍのドーム形状のガラスを形成した。切削加工後のガラス板は、表面を研磨し、凸面と凹面の表面粗さＲａを８ｎｍ、また、端面の表面粗さＲａを０．１５μｍとした。このとき、ドーム形状のガラス板は、横幅２５ｍｍ、高さ５．３ｍｍの一部半球形のガラスとした。その後、一部半球形のガラスを、１００％のＮａＮＯ_３からなる溶融塩に浸漬させ、洗浄後、１００％のＫＮＯ_３からなる溶融塩に浸漬させ、洗浄して、実施例１４、１５の保護部材（一部半球形の化学強化ガラス）を得た。また、板厚６ｍｍの平板状のガラスＥを用いて、内側の半径１６．８ｍｍ（内径３３．６ｍｍ）、外側の半径２０ｍｍ（外径４０ｍｍ）、板厚（肉厚）３．２ｍｍのドーム形状のガラスを形成したこと以外は同様にして、実施例１６の保護部材（一部半球形の化学強化ガラス）を得た。化学強化の処理温度及び時間は表３に示す通りである。得られた実施例１４〜１６の保護部材に対して、剛性評価を行った。

表３の結果より、実施例１４〜１６で得られた一部半球形の化学強化ガラス（保護部材）は、剛性評価（飛び石試験結果）では少なくとも、ＪＡＳＯＭ１０４に基づく射出圧力０．２ＭＰａでも割れが発生せず、高い剛性を有した。

本実施形態によれば、剛性、耐傷性、及び耐候性に優れ、屋外用途に適したセンサモジュールを提供することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

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、２０１７年７月５日付けで出願された日本特許出願（特願２０１７−１３２１３７）に基づいており、その全体が引用により援用される。また、ここに引用されるすべての参照は全体として取り込まれる。

１保護部材
２支持部
５実装部
１０保護ガラス
１５ベース部材
２０センサ
２５電源
３０カメラ
４０振動子
５０超音波発生素子
６０透明ヒータ

Claims

ベース部材と、
前記ベース部材上に配置される単数または複数の、センサ及び振動子の少なくともいずれか一方と、
前記センサ及び振動子の少なくともいずれか一方を覆うように設けられた、少なくとも１つの平面または曲面で構成される保護部材と、を有するセンサモジュールであって、
前記保護部材の一部または全部は強化ガラスで形成され、
前記強化ガラスは、化学強化ガラスまたは物理強化ガラスであることを特徴とする、センサモジュール。
前記強化ガラスは、表面圧縮応力値が４００ＭＰａ以上、かつ圧縮応力層の深さが１０μｍ以上である、請求項１に記載のセンサモジュール。
前記強化ガラスは、前記表面圧縮応力値が６００ＭＰａ以上、かつ前記圧縮応力層の深さが４０μｍ以上である、請求項２に記載のセンサモジュール。
前記強化ガラスは、化学強化ガラスであり、板厚が０．５〜３．５ｍｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
前記強化ガラスは、化学強化ガラスであり、板厚が１．５〜３．５ｍｍであり、圧縮応力層の深さが２００〜５８０μｍの範囲である、請求項１に記載のセンサモジュール。
前記化学強化ガラスは、表面圧縮応力値が７００ＭＰａ以上である、請求項５に記載のセンサモジュール。
前記化学強化ガラスは、前記圧縮応力層の深さが２５０〜５８０μｍの範囲であり、かつ、表面から１００μｍの深さの圧縮応力値が１００ＭＰａ以上である、請求項５または請求項６に記載のセンサモジュール。
前記化学強化ガラスは、凸面と凹面と、を有する曲面形状をなしており、
前記凸面の表面圧縮応力値から前記凹面の表面圧縮応力値を差し引いた値が１０ＭＰａ以上である、請求項５〜７のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
前記凸面の圧縮応力層の深さから前記凹面の圧縮応力層の深さを差し引いた値が１０μｍ以上である、請求項８に記載のセンサモジュール。
前記化学強化ガラスにおいて、圧縮応力層を形成する領域に少なくとも１つの屈曲点を有し、前記屈曲点を境として傾きの異なる応力分布曲線を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
前記振動子は、超音波発生素子を有する請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
前記保護部材は、透明ヒータを有する請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
前記強化ガラスは、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面を有し、
前記第１の主面と前記第２の主面との間に端面を有し、
前記端面の表面粗さが、０．０１〜１．０μｍの範囲である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
前記強化ガラスは、結晶化ガラスである、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
前記強化ガラスの表面に撥水膜を有する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
平面または曲面で構成される保護ガラスであって、
前記保護ガラスの一部または全部は強化ガラスであり、
前記強化ガラスは、化学強化ガラスまたは物理強化ガラスであることを特徴とする保護ガラス。
超音波振動子を有する請求項１６に記載の保護ガラス。
透明ヒータを有する請求項１６または請求項１７に記載の保護ガラス。