JP2009539648A - 赤外線反射断熱ガラスユニット - Google Patents

Abstract

断熱ガラスユニットに関する記載であって、この断熱ガラスユニットは、第２の透明基材から平行に間隔を開けて配置された第１の透明基材と、第１の透明基材と第２の透明基材と窓取付部材との間で画定される密閉空間と、第１の透明基材と第２の透明基材との間に配置された赤外線反射多層高分子フィルムとを含む。赤外線反射多層高分子フィルムは、第１のポリマー材料及び第２のポリマー材料の複数の交互性高分子層を有する。交互性高分子層の少なくとも１つは複屈折で配向されている。交互性高分子層は、協働して赤外線を反射する。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２００６年６月６日に出願された同時係属米国特許出願第１１／４２２，３６８号「赤外線反射断熱ガラスユニット（INFRARED RADIATION REFLECTING INSULATED GLAZING UNIT）」の一部継続出願であり、その内容全体は参照によって本明細書に組み込まれる。

（発明の分野）
本開示は、略、内部に高分子赤外線反射フィルムを配置した断熱ガラスユニットに関する。

エネルギーは、窓においてガラスの種類及び放射率により太陽の放射線を反射、透過、及び吸収することで制御されることが知られている。断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）は、窓の熱利得又は熱損失に寄与し、そのメカニズムとしては、熱の伝導、熱の移動媒体として働くＩＧＵ内の空気の流れによる対流、及び吸収される熱の放射又は再放射という３つが挙げられる。太陽の放射線がＩＧＵに当たると、エネルギーが吸収され、伝導又は再放射される。再放射するための能力は放射率と呼ばれる。スペクトル選択性の真空蒸着金属又は金属性コーティングをＩＧＵ内の表面に使用すると、太陽スペクトルの赤外線部分を吸収し、吸収したエネルギーをコーティング表面や大気の境界面に向けて周辺大気に再放射することでエネルギーの放出を助ける。
米国特許第３，６１０，７２４号 米国特許第３，７１１，１７６号 米国特許第４，４４６，３０５号 米国特許第４，５４０，６２３号 米国特許第５，４４８，４０４号 米国特許第５，８８２，７７４号 米国特許第６，０４５，８９４号 米国特許第６，５３１，２３０号 国際公開番号ＷＯ９９／３９２２４号 米国特許公開番号２００１／００２２９８２Ａ１号 米国特許第６，３５２，７６１号 米国特許第６，７９７，３９６号 米国特許第６，８８７，９１７号

しかしながら、これらのスペクトル選択性金属又は金属性コーティングは、様々な欠点を有する。

概要１つの代表的な実施形態では、本開示では断熱ガラスユニットに注目する。断熱ガラスユニットは、第２の透明基材から平行に間隔を開けて配置された第１の透明基材と、第１の透明基材と第２の透明基材との間で画定される密閉空間と、第１の透明基材と第２の透明基材との間に配置された赤外線反射多層高分子フィルムとを含む。赤外線反射多層高分子フィルムは、第１のポリマー材料及び第２のポリマー材料の複数の交互性高分子層を有する。交互性高分子層の少なくとも１つは複屈折で配向されている。交互性高分子層は、協働して赤外線を反射する。

前述及び他の本発明の態様は、当業者には図面とともに以下の詳細な説明から容易に明らかになろう。

本発明が属する技術分野において通常の技術を有する者が本発明を如何に作製し使用するかをよりたやすく理解するよう、図面を参照しながらそれらの代表的な実施形態を以下に詳細に記載する。

本開示では断熱ガラスユニットに注目し、特に内部に高分子赤外線反射フィルムを配置した断熱ガラスユニットに注目する。本発明はそれだけには限定されないが、下記で提供する実施例の考察を通じて本発明の様々な態様の理解が得られるはずである。

以下の説明では、図面を参照して検討がなされるべきであり、異なる図面中の類似要素は同様の様式で番号付けされる。図面は、必ずしも一定の縮尺とは限らないが、特定の例証的な実施形態を表しており、また本開示の範囲を制限しようとするものではない。さまざまな素子について、構造、寸法、及び材料の例が説明されているが、当業者は、提供されている多くの実施例に、利用可能な好適な代替物があることを理解するだろう。

特に明記しない限り、本明細書と請求項で用いられている特徴的なサイズ、量、及び、物理的特性を表すすべての数は、すべての場合において「約」という用語によって変更されることを理解されたい。したがって、特に記載のない限り、前述の明細書及び添付の請求の範囲に記載されている数のパラメータは、本願明細書で開示する教示を利用する当業者が得ようと試みる所望の特性に応じて変えることのできる近似値である。

端点による数値範囲の列挙には、その範囲内に含まれるすべての数（例えば１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）、及び、その範囲内のあらゆる範囲が含まれる。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用するとき、単数形「ある（ａ及びａｎ）」並びに「その（ｔｈｅ）」は、その内容によって明確に別段の指示がなされていない場合は、複数の指示対象を有する実施形態にも及ぶ。例えば、「層」は、１つ又は２つ又はそれ以上の層を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用するとき、用語「又は」は、その内容によって別段の明確な指示がなされていない場合は、一般に「及び／又は」を含む意味で用いられる。

用語「ポリマー」は、ポリマー、コポリマー（例えば二種以上の異なるモノマーを使用して形成されたポリマー）、オリゴマー及びそれらの組み合わせ、並びに混和性ブレンド中に形成可能であるポリマー、オリゴマー又はコポリマーを含むものとして理解される。

「隣接」という用語は、１つの素子が別の素子に極めて接近した状態にあることを指し、この用語には、接触し合っている素子が含まれるとともに、更に、素子の間に配置されている１つ以上の層で隔てられている素子も含まれる。

本開示は断熱ガラスユニットに適用可能であり、特に内部に高分子赤外線反射フィルムを配置した断熱ガラスユニットに適用可能である。本明細書で開示する断熱ガラスユニットは、一般的なガラス用途に使用することができる。本明細書で開示する断熱ガラスユニットは、例えば、許容可能な費用と最低限の複雑さで、高度に向上した日照調整を提供することができる。

エネルギー効率のよい窓の一部類には、寒冷気候での住宅及び工業建築で業界標準になっている、間隔を開けた２枚以上のガラス板を有する多層ガラスの断熱ガラスユニット（「ＩＧユニット」）が挙げられる。断熱ガラスユニット（一般にＩＧＵと呼ばれる）は、２枚以上のガラス（例えば、透明基材）を間隔を開けて配置し、各ガラス間に空間を有する単一のガラスユニットを形成するように密閉したものとして説明される。名前が示すように、ＩＧＵの最も重要な機能は、建築用途で使用する際にガラスの熱性能を向上させることである。最も一般的に見られるＩＧＵは、２重ガラス、すなわち２枚のガラスで製造されたものであり、したがって（特に欧州では）「２重ガラスユニット」又は「ＤＧＵ」とも呼ばれるが、寒冷気候では時として３枚のガラス、すなわち「３重ガラス」、又はそれ以上を有するＩＧＵも使用される。断熱ガラスは、サッシ若しくはフレーム内、又はカーテンウォール内にはめ込むことができる。断熱ガラスユニットには溝型ガラスも含まれる。ＩＧ窓ユニットは、少なくとも１つのスペーサー及び／又はシールによって互いに間隔を開けて配置された少なくとも第１及び第２の透明基材を含むことができる。間隔を開けて配置された基材間の間隙又は空間は、ガス（例えば、アルゴン）で充填されていても、されていなくてもよく、別の場合には、大気圧より低い圧力に減圧されていても、されていなくてもよい。

ＩＧユニットは、従来の窓に比べて熱の伝導及び対流移動が少ないため、１枚ガラスの窓に比べて向上した断熱性能を有する。しかしながら、ごく最近まで、ＩＧユニットの使用は温暖〜熱帯気候の地理地域では一般的ではなかった。これらの気候は、例えば、長期間エアコンディショナーの運転を必要とする季節を特徴とするため、このような地域で窓に求められる主な機能は太陽熱の負荷を減らすことであり、断熱は必ずしも重要ではないからである。

日照調整コーティングガラスが導入されてきている。このような日照調整コーティングガラスは、（電磁スペクトルの可視及び／又は近赤外部分において）コーティングガラスに直接透過する太陽エネルギーの量を低下させ、多くの場合に波長にかかわらず大量の入射エネルギーを吸収し、及び／又は大量の可視光線を反射することにより、太陽熱の負荷を減らすことができる。銀系低放射率（低Ｅ（low-E））コーティングは、その断熱特性に加えて、有意な日照調整機能も有することが認められている。このような銀系日照調整／低Ｅコーティングガラスは、（その低Ｅ／断熱性能において）長期間の暖房時期を特徴とする気候だけでなく、その日照調整効果によって長期間の冷房時期を特徴とする気候にも適用可能である。銀層は、多くの場合に２つの誘電体層によって画定され、その層の厚さは、赤外領域での高反射率は維持したまま電磁スペクトルの可視部分での反射を最低限に抑えるように最適化される。

前述の低Ｅコーティングは、多くの場合に２枚の透明基材の一方の内面に適用される。酸化スズ又はドープ酸化スズ（例えば、フッ素ドープ酸化スズ）などの材料を熱分解的に（Pyrolitically）適用した低Ｅコーティングは、多くの場合に「ハードコート」と呼ばれ、窓のＵ値を向上させることができる。しかしながら、これらのコーティングは、冷房の負担が大きい地域で重要な、十分に低い太陽熱利得係数（ＳＨＧＣ）を提供しないことが多い。ＩＧユニットの性能は、前述の材料（銀又はＮｉＣｒ層間に挟まれた銀など）のマグネトロンスパッタ層を使用することで向上させることができる。これらのスパッタコーティングは、多くの場合に「ソフトコート」と呼ばれる。更に、複数の銀スタック、又はＮｉＣｒ層に結合させた銀を、電磁スペクトルの可視部分で反射率を最低限に抑えるように設計されたＳｉＮ、ＩＴＯ、ＩｎＯなどの誘電材料に結合させてもよく、これらは「スペクトル選択性低Ｅ（spectrally selective low-E）」コーティングと呼ばれる。これらのコーティングはＳＧＨＣを低下させ、低放射性を有するが、最終的なガラスや窓を得るために相当な複雑さと費用を要する。

低Ｅガラスを備えたＩＧユニットは、赤外線（ＩＲ）の遮断を可能にするが、典型的には紫外線を遮断するという点が欠けている。更に、典型的な日照調整又は低放射性コーティングは、強化プロセス中に熱反射鏡として働き、非コーティングガラスに比べてコーティングガラスの強化に要する時間がかかり、全体的な費用も上乗せされる。強化プロセスは、典型的にはガラスの強度を増すために使用される。多層の真空蒸着又はスパッタ蒸着金属又は金属性化合物からなるスペクトル選択性コーティングは、水分又はその他の化学物質に暴露されると腐食する可能性があることも知られている。

後付け（Aftermarket）の日照調整フィルムは、典型的には後付け措置として透明基材の外面に適用される金属被覆箔である。これらの真空金属コーティングフィルムは、可視光線の透過を犠牲にした日照性能を提供し、時には可視光線を高度に反射する。これらの腐食しやすい銀金属を有する窓フィルムを後付けで適用する場合、腐食の開始や拡大を防ぐため、露出端部を水不透過性シーラントで封止する必要がある。ＩＧユニットの内部であっても、銀層の腐食を防ぐ手段を講じる必要がある。

上記に鑑み、例えば、許容可能な費用と最低限の複雑さで、高い可視光線透過性、より高いＵＶ遮断性、低反射性、非腐食性、高太陽熱阻止性、及び低Ｕ値をすべて提供可能な、エネルギー効率のよい断熱ガラスユニットの構成を求める要望があることは理解されるであろう。

多くの実施形態では、窓又はガラスユニットは、少なくとも１つのシール及び／又はスペーサーで互いに間隔を開けて配置された２枚の透明基材（ガラス、プラスチックなど）を含み、第１の透明基材は少なくとも１面に赤外線阻止多層高分子フィルムを有し、低Ｅコーティングは所望により透明基材の少なくとも一方に配置される。

一部の実施形態では、一方の透明基材が赤外線阻止多層高分子フィルムを有し、もう一方の透明基材が熱分解的に適用した低Ｅコーティングを有する。別の実施形態では、一方の透明基材が赤外線阻止多層高分子フィルムを有し、もう一方の透明基材が単一スタックのスパッタ低Ｅコーティングを有する。これらの実施形態は、また、赤外線阻止多層高分子フィルムをＰＶＢなどの材料の層間に挟んだ後、低Ｅガラスに対して又はガラス間に積層したラミネートと組み合わせて使用されてもよい（すなわち、安全ガラス）。あるいは、ラミネートは、第２の基材が低Ｅガラスである断熱ユニットにおいて第１の基材として使用される。

一部の実施形態では、断熱ガラスユニットは、間に内部空間が存在するように互いに平行に間隔を開けて配置された、一組の透明シートのプラスチック又はガラスを含む。少なくとも一方の透明基材の表面上に低Ｅコーティングを有し、赤外線阻止多層高分子フィルムは一方の透明基材に接着されるか、あるいは平行な透明基材の内部空間内に中空で固定される。

代表的な赤外線反射多層高分子フィルムは、少なくとも２つの高分子材料の交互層を有する多層スタックを含む。交互層は異なる屈折率特性を有するので、隣接高分子層間の界面で幾分かの光（放射線）を反射する。フィルム体に所望の反射特性又は透過特性を付与するために、複数の境界面で反射する光が、強め合う又は弱め合う干渉を受けるように、交互層は十分に薄くてもよい。可視及び／又は赤外波長における光を反射するように設計された多層高分子光学フィルムの場合、各層は、一般に、光学的厚さ（すなわち、物理的厚さに屈折率を乗じたもの）が約１マイクロメートル未満である。ただし、これよりも厚い層、例えば、フィルム外面にある表面薄層、又は、層の束を区切るフィルム内に配置されている保護境界層も含めることができる。

高分子材料の少なくとも１つが、応力誘発性複屈折の性質を有し、かかる材料の屈折率（ｎ）が、延伸加工の影響を受けるようにする。層間の各境界での屈折率差によって、光線の一部が反射されるであろう。多層スタックを１軸方向から２軸方向の範囲にわたって延伸することによって、異なった配向をした面−偏光入射光に対して様々な反射率を持つフィルムが作製される。このように作製された多層光学フィルムでは、ブルースター角（任意の層の境界面での入射光の反射率がゼロになる角度）が非常に大きいか、あるいは存在しない状態を示す。その結果、これらの高分子多層スタックは、広い帯域幅にわたって、及び広範囲の角度にわたって、ｓ偏光及びｐ偏光の両方で高い反射率を有するため、反射が達成され得る。

赤外線反射多層高分子フィルムの反射特性及び透過特性は、各層（すなわち、ミクロ層）の屈折率の作用によるものである。各層は、フィルムの少なくとも局所部分においては、フィルムの厚み方向軸と関連のある面内屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、及び、屈折率ｎ_ｚによって特徴づけることができる。これらの屈折率は、直交し合っているｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸のそれぞれに沿って偏光した光に関する対象材料の屈折率を表す。実際には、屈折率は、賢明な材料選択及び加工条件によって制御する。赤外線反射多層高分子フィルムは、典型的には２つの交互するポリマーＡ、Ｂの数十又は数百の層を共に押出した後、任意にその多層押出物を１つ以上の多層化ダイに通し、次に押出物を延伸して又は他の方法で配向して最終フィルムを形成することによって、製造することができる。得られたフィルムは、典型的には数十又は数百の個々の層から構成されており、これらの層の厚みと屈折率は、スペクトルの所望の領域（単一又は複数）、例えば、可視領域、近赤外領域、及び／又は赤外領域に１つ以上の反射バンドをもたらすように調整されている。適度な数の層で高い反射率を実現させるために、隣接し合っている層では、ｘ軸に沿って偏光した光の屈折率の差（Δｎ_ｘ）が少なくとも０．０５であるのが好ましい。一部の実施形態では、２つの直交する偏光で高い反射率が望ましい場合、隣接している層では、ｙ軸に沿って偏光した光の屈折率の差（Δｎ_ｙ）も少なくとも０．０５である。別の実施形態では、ある１つの偏光状態の法線入射光を反射させるとともに、直交偏光状態の法線入射光を透過する層スタックを作製させるために、屈折率の差Δｎ_ｙは０．０５未満又は０にできる。

所望に応じて、隣接し合っている層の間における、ｚ軸に沿って偏光した光の屈折率の差（Δｎ_ｚ）も、斜入射光のｐ偏光成分で所望の反射特性を得られるように調整することができる。説明を容易にするために、多層光学フィルム上のいかなる関心点においても、ｘ軸は、Δｎ_ｘの大きさが最も大きくなるようにフィルム面内に配向させるものとする。したがって、Δｎ_ｙの大きさは、Δｎ_ｘの大きさに等しいか又はそれ未満（超過ではない）とすることができる。更に、差Δｎ_ｘ、Δｎ_ｙ、Δｎ_ｚを計算する際、どの材料層から始めるべきかという選定は、Δｎ_ｘを負数にしないことを求めることに左右される。言い換えれば、界面を形成する２層間の屈折率の差はΔｎ_ｊ＝ｎ_１ｊ−ｎ_２ｊであり、式中、ｊ＝ｘ、ｙ、又はｚであり、層の表記１、２は、ｎ_１ｘ≧ｎ_２ｘ、すなわち、Δｎ_ｘ≧０となるように選定される。

斜め入射角におけるｐ偏光の高い反射率を維持するために、層間のｚ屈折率の不一致Δｎ_ｚは、最も大きい面内屈折率の差Δｎ_ｘより実質的に小さく制御して、Δｎ_ｚ≦０．５×Δｎ_ｘのようにすることができる。より好ましくは、Δｎ_ｚ≦０．２５×Δｎ_ｘである。層の間における、大きさがゼロ又はほぼゼロのｚ屈折率の不一致は、入射角の関数としてｐ偏光の反射率が一定又はほぼ一定である境界面を層の間にもたらす。更に、ｚ屈折率の不一致Δｎ_ｚは、面内屈折率の差Δｎ_ｘと比較して反対の極性を有するように、すなわち、Δｎ_ｚ＜０であるように、制御することができる。この条件は、ｓ偏光の場合と同様に、ｐ偏光に対する反射率が、入射角の増加と共に増加する境界面をもたらす。

多層光学フィルムは例えば、米国特許第３，６１０，７２４号（ロジャース（Rogers））、米国特許第３，７１１，１７６号（アルフレー（Alfrey）Ｊｒら）「赤外光、可視光、又は、紫外光用の高反射型熱可塑性光学体（Highly Reflective Thermoplastic Optical Bodies For Infrared, Visible or Ultraviolet Light）」、米国特許第４，４４６，３０５号（ロジャース（Rogers）ら）、米国特許第４，５４０，６２３号（イム（Im）ら）、米国特許第５，４４８，４０４号（シュレンク（Schrenk）ら）、米国特許第５，８８２，７７４号（ジョンザ（Jonza et）ら）「光学フィルム（Optical Film）」、米国特許第６，０４５，８９４号（ジョンザ（Jonza et）ら）「透明〜着色セキュリティフィルム（Clear to Colored Security Film）」、米国特許第６，５３１，２３０号（ウェーバー（Weber）ら）「カラーシフトフィルム（Color Shifting Film）」、ＰＣＴ公開番号ＷＯ９９／３９２２４号（アウダーカーク（Ouderkirk）ら）「赤外干渉フィルタ（Infrared Interference Filter）」、及び、米国特許公開番号２００１／００２２９８２Ａ１号（ニービン（Neavin）ら）「多層光学フィルムを作製するための装置（Apparatus For Making Multilayer Optical Films）」に記載されており、これらはすべて参照することにより本明細書に組み込まれる。このようなポリマー多層光学フィルムでは、個々の層の構成にポリマー材を優勢的に又は独占的に使用する。このようなフィルムは、大量製造プロセスに対応することができるとともに、大型のシート及びロール商品の形で作製してもよい。

多層フィルムは、交互性ポリマータイプ層のいずれか有用な組み合わせによって形成させることができる。多くの実施形態では、交互性高分子層の少なくとも１つが複屈折で配向されている。一部の実施形態では、交互性高分子層の一方が複屈折で配向されており、もう一方が等方性である。ある１つの実施形態では、多層光学フィルムは、第１のポリマータイプ、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリエチレンテレフタレートのコポリマー（ｃｏＰＥＴ）と、第２のポリマータイプ、例えばポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）又はポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）のコポリマー（ｃｏＰＭＭＡ）の層を交互にすることによって形成させる。別の実施形態では、多層光学フィルムは、第１のポリマータイプ、例えばポリエチレンテレフタレートと、第２のポリマータイプ、例えばポリ（メチルメタクリレート及びエチルアクリレート）のコポリマーの層を交互にすることによって形成させる。別の実施形態では、多層光学フィルムは、第１のポリマータイプ、例えばグリコール化ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ−コポリマーエチレンテレフタレート及び第２のグリコール部分、例えばシクロヘキサンジメタノール）又はグリコール化ポリエチレンテレフタレートのコポリマー（ｃｏＰＥＴＧ）と、第２のポリマータイプ、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）又はポリエチレンナフタレートのコポリマー（ｃｏＰＥＮ）の層を交互にすることによって形成させる。別の実施形態では、多層光学フィルムは、第１のポリマータイプ、例えばポリエチレンナフタレート又はポリエチレンナフタレートのコポリマーと、第２のポリマータイプ、例えばポリ（メチルメタクリレート）又はポリ（メチルメタクリレート）のコポリマーの層を交互にすることによって形成させる。交互性ポリマータイプ層の有用な組み合わせは、米国特許第６，３５２，７６１号及び米国特許第６，７９７，３９６号に開示されており、これらの特許は参照によって本明細書に組み込まれる。

赤外線吸収色素層は、複数個の金属酸化物ナノ粒子を含むことができる。金属酸化物ナノ粒子の一部を挙げると、スズ、アンチモン、インジウム、並びに、酸化亜鉛及びドープ酸化亜鉛が挙げられる。一部の実施形態では、金属酸化物ナノ粒子としては、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、インジウムドープ酸化スズ、アンチモンドープ酸化インジウムスズ、酸化アンチモンスズ、アンチモンドープ酸化スズ、又は、これらの混合物が挙げられる。一部の実施形態では、金属酸化物ナノ粒子としては、酸化スズ又はドープ酸化スズが挙げられ、任意に応じて、更に酸化アンチモン及び／又は酸化インジウムが挙げられる。ナノ粒子の寸法は、いずれかの有用な寸法、例えば１〜１００、又は、３０〜１００、又は、３０〜７５ナノメートルにすることができる。一部の実施形態では、金属酸化物ナノ粒子としては、ポリマー物質内に分散させた酸化アンチモンスズ又はドープ酸化アンチモンスズが挙げられる。ポリマー物質は、いずれかの有用な結合剤物質、例えばポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、フルオロポリマーなどにすることができる。

赤外線反射色素層は、金属酸化物を含むことができる。これらの赤外光反射色素は、望ましい場合には任意の色を有していてもよい。有用な赤外光反射色素は、米国特許第６，１７４，３６０号及び米国特許第６，４５４，８４８号に記載されており、これらの特許は本開示と矛盾しない範囲内で参照によって本明細書に組み込まれる。銀などの金属層は、赤外線反射層を提供するように働くこともできる。

図１は、断熱ガラスユニット１００の例示的な概略断面図を提示するが、これに限定されない。赤外線源１０１（太陽など）は、断熱ガラスユニット１００に放射している状態が示されている。断熱ガラスユニット１００は、平行な第２の透明基材１１２から（スペーサー要素１３０、１３２によって）間隔を開けて配置された第１の透明基材１１０を含む。第１の透明基材１１０及び第２の透明基材１１２は、任意の有用な透明材料から形成可能である。多くの実施形態では、第１の透明基材１１０及び第２の透明基材１１２は、ガラス、又は、例えばポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエステルなどの高分子材料から形成される。第１の透明基材１１０は、内面１１１、及び平行に対向する外面１０９を有する。第２の透明基材１１２は、内面１１３、及び平行に対向する外面１１４を有する。

一部の実施形態では、第１の透明基材１１０及び／又は第２の透明基材１１２上に（前述したような）低放射率、又は「低Ｅ（low-E）」コーティングが施される。低Ｅコーティングは、第１の透明基材１１０及び／又は第２の透明基材１１２の内面１１３、１１１及び／又は外面１１４、１０９に塗布可能である。

窓取付部材１２０、１２２は、所望により、第１の透明基材１１０及び第２の透明基材１１２の外辺部の周りに配置される。密閉空間１４０、１４２は、第１の透明基材１１０及び第２の透明基材１１２と窓枠部材１２０、１２２との間で画定される。窓取付部材は、例えば、木材、金属、及び／又はポリマーなどの任意の有用な材料から形成可能である。多くの実施形態では、密閉空間１４０、１４２は真空であるか、又は望ましい場合には空気、アルゴンガス、キセノンガス、若しくはクリプトンガスで充填される。一部の実施形態では、窓取付部材１２０、１２２はフレーム要素である。

赤外線反射多層高分子フィルム１５０は、第１の透明基材１１０と第２の透明基材１１２との間に配置される。赤外線反射多層高分子フィルム１５０は、第１の透明基材１１０と第２の透明基材１１２との間に浮遊状態にされる。多くの実施形態では、赤外線反射多層高分子フィルム１５０は、第１の透明基材１１０及び第２の透明基材１１２から間隔を開けて配置され、第１の密閉空間１４０は、第２の透明基材１１２の内面１１３、スペーサー部材１３０、１３２又は窓取付部材１２２、１２０、及び赤外線反射多層高分子フィルム１５０によって画定され、第２の密閉空間１４２は、第１の透明基材１１０の内面１１１、スペーサー部材１３０、１３２又は窓取付部材１２０、１２２、及び赤外線反射多層高分子フィルム１５０によって画定される。

赤外線反射多層高分子フィルム１５０は、第１のポリマー材料及び第２のポリマー材料の複数の交互性高分子層を有し、交互性高分子層の少なくとも１つは複屈折で配向されており、交互の高分子層は協働して赤外線を反射する。赤外線反射多層高分子フィルム１５０は、詳細に前述されている。

多くの実施形態では、第１のポリマー材料には、ポリエチレンテレフタレート又はポリエチレンテレフタレートのコポリマーが挙げられ、第２のポリマー材料には、ポリ（メチルメタクリレート）又はポリ（メチルメタクリレート）のコポリマーが挙げられる。別の実施形態では、第１のポリマー材料には、シクロヘキサンジメタノール又はシクロヘキサンジメタノールのコポリマーが挙げられ、第２のポリマー材料には、ポリエチレンナフタレート又はポリエチレンナフタレートのコポリマーが挙げられる。

一部の実施形態では、（前述したような）赤外線反射色素層を、赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置してもよい。一部の実施形態では、（前述したような）赤外線吸収色素層を、赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置してもよい。別の実施形態では、赤外線反射色素層及び赤外線吸収色素層を、赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置してもよい。別の実施形態では、（前述したような）赤外線反射金属層を、赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置してもよい。

図２は、別の断熱ガラスユニット２００の例示的な概略断面図である。赤外線源２０１（太陽など）は、断熱ガラスユニット２００に放射している状態が示されている。断熱ガラスユニット２００は、第２の透明基材２１２から平行に（スペーサー要素２３０、２３２によって）間隔を開けて配置された第１の透明基材２１０を含む。第１の透明基材２１０及び第２の透明基材２１２は、任意の有用な透明材料から形成可能である。多くの実施形態では、第１の透明基材２１０及び第２の透明基材２１２は、ガラス、又は、例えばポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエステルなどの高分子材料から形成される。第１の透明基材２１０は、内面２１１、及び平行に対向する外面２０９を有する。第２の透明基材２１２は、内面２１３、及び平行に対向する外面２１４を有する。

一部の実施形態では、第１の透明基材２１０及び／又は第２の透明基材２１２上に（前述したような）低放射率、すなわち「低Ｅ（low-E）」コーティングが施される。低Ｅコーティングは、第１の透明基材２１０及び／又は第２の透明基材２１２の内面２１３、２１１及び／又は外面２１４、２０９に適用可能である。

窓取付部材２２０、２２２は、所望により、第１の透明基材２１０及び第２の透明基材２１２の外辺部の周りに配置される。密閉空間２４０は、第１の透明基材２１０及び第２の透明基材２１２と窓取付部材２２０、２２２との間で画定される。窓取付部材は、例えば、木材、金属、及び／又はポリマーなどの任意の有用な材料から形成可能である。多くの実施形態では、密閉空間２４０は真空であるか、又は望ましい場合には空気、アルゴンガス、キセノンガス、若しくはクリプトンガスで充填される。一部の実施形態では、窓取付部材２２０、２２２はフレーム要素である。

赤外線反射多層高分子フィルム２５０は第２の透明基材２１２に隣接して配置されるが、望ましい場合には、赤外線反射多層高分子フィルム２５０は第１の透明基材２１０に隣接して配置されてもよい。多くの実施形態では、赤外線反射多層高分子フィルム２５０は、例えば、光学的に透明な接着剤などの接着層２５２で、第１の透明基材２１０又は第２の透明基材２１２に接着される。接着層２５２に好適であり得る接着剤の一部の例には、米国特許第６，８８７，９１７号（ヤン（Yang）ら）に記載されているものが挙げられるであろう。この特許の開示内容全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。接着層２５２は、ＵＶ吸収剤を含むことができる。ＵＶ吸収剤の一部の例としては、チヌビン（TINUVIN）９２８（チバスペシャルティケミカルズ社（CIBA Specialty Chemicals Corp）、ニュージャージー州タリタウン（Tarrytown））などのベンゾトリアゾール、チヌビン（TINUVIN）１５７７（チバスペシャルティケミカルズ社（CIBA Specialty Chemicals Corp）、ニュージャージー州タリタウン（Tarrytown））などのトリアジン、ウビヌル（UVINUL）３０３９（ＢＡＳＦ、ドイツ、ルートウィヒスハーフェン（Ludwigshafen））などのベンゾフェノン、ＵＶ−３６３８（サイテック（Cytec）、ノースカロライナ州シャーロット（Charlotte））などのベンゾオキサジノン、及び／又はオキサルアニリド（oxalanilide）が挙げられるであろう。あるいは、ＵＶ吸収層（ＵＶ吸収剤を含む）を、赤外線反射多層高分子フィルム２５０上、又はフィルム２５０に隣接して配置してもよい。

密閉空間２４０は、第１の透明基材２１０の内面２１１、スペーサー部材２３０、２３２又は窓取付部材２２０、２２２、及び赤外線反射多層高分子フィルム２５０によって画定される。ただし、赤外線反射多層高分子フィルム２５０が第１の透明基材２１０に隣接して配置される場合（図示なし）、密閉空間２４０は、第２の透明基材２１２の内面２１３、スペーサー部材２３０、２３２又は窓取付部材２２０、２２２、及び赤外線反射多層高分子フィルム２５０によって画定されることができる。

赤外線反射多層高分子フィルム２５０は、第１のポリマー材料及び第２のポリマー材料の複数の交互性高分子層を有し、交互性高分子層の少なくとも１つは複屈折で配向されており、交互の高分子層は協働して赤外線を反射する。赤外線反射多層高分子フィルム２５０は、詳細に前述されている。

多くの実施形態では、第１のポリマー材料には、ポリエチレンテレフタレート又はポリエチレンテレフタレートのコポリマーが挙げられ、第２のポリマー材料には、ポリ（メチルメタクリレート）又はポリ（メチルメタクリレート）のコポリマーが挙げられる。別の実施形態では、第１のポリマー材料には、シクロヘキサンジメタノール又はシクロヘキサンジメタノールのコポリマーが挙げられ、第２のポリマー材料には、ポリエチレンナフタレート又はポリエチレンナフタレートのコポリマーが挙げられる。

一部の実施形態では、（前述したような）赤外線反射色素層を、赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置することができる。一部の実施形態では、（前述したような）赤外線吸収色素層を、赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置することができる。別の実施形態では、赤外線反射色素層及び赤外線吸収色素層を、赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置することができる。別の実施形態では、（前述したような）赤外線反射金属層を、赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置することができる。

図３は、更に別の断熱ガラスユニット３００の例示的な概略断面図である。赤外線源３０１（太陽など）は、断熱ガラスユニット３００に放射している状態が示されている。断熱ガラスユニット３００は、平行な第２の透明基材３１２から（スペーサー要素３３０、３３２によって）間隔を開けて配置された第１の透明基材３１０を含む。第１の透明基材３１０及び第２の透明基材３１２は、任意の有用な透明材料から形成可能である。多くの実施形態では、第１の透明基材３１０及び第２の透明基材３１２は、ガラス、又は、例えばポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエステルなどの高分子材料から形成される。第１の透明基材３１０は、内面３１１、及び平行に対向する外面３０９を有する。第２の透明基材３１２は、内面３１３、及び平行に対向する外面３１４を有する。

一部の実施形態では、第１の透明基材３１０及び／又は第２の透明基材３１２及び／又は第３の透明基材３６０（後述）上に（前述したような）低放射率、すなわち「低Ｅ（low-E）」コーティングが施される。低Ｅコーティングは、第１の透明基材３１０及び／又は第２の透明基材３１２の内面３１３、３１１及び／又は外面３１４、３０９、及び／又は第３の透明基材３６０の内面３６３に塗布可能である。

窓取付部材３２０、３２２は、所望により、第１の透明基材３１０及び第２の透明基材３１２の外辺部の周りに配置される。密閉空間３４０は、第１の透明基材３１０及び第２の透明基材３１２と窓取付部材３２０、３２２との間で画定される。窓取付部材は、例えば、木材、金属、及び／又はポリマーなどの任意の有用な材料から形成可能である。多くの実施形態では、密閉空間３４０は真空であるか、又は望ましい場合には空気、アルゴンガス、キセノンガス、若しくはクリプトンガスで充填される。一部の実施形態では、窓取付部材３２０、３２２はフレーム要素である。

赤外線反射多層高分子フィルム３５０は、例えば、光学的に透明な接着剤などの接着層３５２で、第１の透明基材３１０又は第２の透明基材３１２に接着される。密閉空間３４０は、第２の透明基材３１２の内面３１３、スペーサー部材３３０、３３２又は窓取付部材３２０、３２２、及び赤外線反射多層高分子フィルム３５０によって画定される。

ただし、赤外線反射多層高分子フィルム３５０が第２の透明基材３１２に隣接して配置される場合（図示なし）、密閉空間３４０は、第１の透明基材３１０の内面３１１、スペーサー部材３３０、３３２又は窓取付部材３２０、３２２、及び赤外線反射多層高分子フィルム３５０によって画定されることができる。

第３の透明基材３６０は、赤外線反射多層高分子フィルム３５０が第３の透明基材３６０と第１の透明基材３１０との間、又は第３の透明基材３６０と第２の透明基材３１２との間に配置されるように、赤外線反射多層高分子フィルム３５０に隣接して配置される。第３の透明基材３６０は、例えば、ガラス又は前述したような高分子材料などの任意の有用な材料から形成可能である。第３の透明基材３６０は、第１の透明基材３１０又は第２の透明基材３１２の形成材料と同じ材料又は異なる材料から形成可能である。

赤外線反射多層高分子フィルム３５０は、第１のポリマー材料及び第２のポリマー材料の複数の交互性高分子層を有し、交互性高分子層の少なくとも１つは複屈折で配向されており、交互性高分子層は協働して赤外線を反射する。赤外線反射多層高分子フィルム３５０は、詳細に前述されている。

多くの実施形態では、第１のポリマー材料には、ポリエチレンテレフタレート又はポリエチレンテレフタレートのコポリマーが挙げられ、第２のポリマー材料には、ポリ（メチルメタクリレート）又はポリ（メチルメタクリレート）のコポリマーが挙げられる。別の実施形態では、第１のポリマー材料には、シクロヘキサンジメタノール又はシクロヘキサンジメタノールのコポリマーが挙げられ、第２のポリマー材料には、ポリエチレンナフタレート又はポリエチレンナフタレートのコポリマーが挙げられる。

一部の実施形態では、（前述したような）赤外線反射色素層を、赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置することができる。一部の実施形態では、（前述したような）赤外線吸収色素層を、赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置することができる。別の実施形態では、赤外線反射色素層及び赤外線吸収色素層を、赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置することができる。別の実施形態では、（前述したような）赤外線反射金属層を、赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置することができる。

一部の実施形態では、本明細書に記載の断熱ガラスユニットの第１の透明基材と第２の透明基材との間に多孔質断熱材が提供される。多孔質断熱材は、任意の有用な厚さを有することができる。一部の実施形態では、多孔質断熱材の厚さは、３ミリメートル以上であり、本明細書に記載の断熱ガラスユニットの第１の透明基材と第２の透明基材との間の空間の厚さ以下である。多孔質断熱材は、例えば、微粒子、モノリシック、若しくは繊維の強化シートとして、又は透明基材間に挟み込むなどの任意の形態で使用可能である。多孔質断熱材は、（前述した）赤外線反射多層高分子フィルムに対して、間隔を開けていても、接触していても、又は接着されていてもよい。

多くの実施形態では、多孔質断熱材は、ボイド容量が、容量％を基準にして、５０容量％以上、６０容量％以上、８０容量％以上、又は９０容量％以上の多孔質シリカである。多くの実施形態では、多孔質断熱材は光散乱性である。１つの有用な配置としては、（前述した）赤外線反射多層高分子フィルムが多孔質断熱材と赤外線源（すなわち、太陽）との間にくるように、第１の透明基材と第２の透明基材との間に赤外線反射多層高分子フィルムを配置し、第１の透明基材と第２の透明基材との間に多孔質断熱材を配置することが挙げられる。

多くの実施形態では、多孔質断熱材はエアロゲルである。多くの実施形態では、エアロゲルは、極小の孔を有する低固体含量（あるケースでは、例えば、固体が５％、空気又はボイド容量が９５％）のガラスストランドの格子物として説明される高多孔質シリカの形態である。シリカエアロゲルは、カーボンブラック、酸化チタンなどの不透明化剤を組み込むことにより赤外線を吸収するように形成されてもよい。このような実施形態では、赤外線反射多層高分子フィルムは、残留した入射赤外線がエアロゲルに透過する前に入射赤外線を反射するように配置される。

エアロゲルは、軽量で非常に良好な断熱固体として知られている。エアロゲルは、多くの場合に液体成分が気体で置き換えられたゲルに由来する低密度の固体状態の材料である。エアロゲルの部類は、多孔率が５０容量％以上の連続気泡メソ細孔性固体材料である。多くの場合、エアロゲルは、密度が１．９〜約１５０ｍｇ／ｃｍ^３の範囲では、９０〜９９．８％が空気から構成される。ナノスケールでは、エアロゲルは、構造的にスポンジに似ており、相互に接続したナノ粒子の網状組織から構成される。エアロゲルという用語は、特定の物質自体を表すものではなく、物質が取り得る形状を表す。実際に、エアロゲルは、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、遷移及びランタニド金属酸化物、金属カルコゲニド（ＣｄＳ、ＣｄＳｅなど）、有機及び無機ポリマー、並びに炭素などの種々の材料から構成されることができる。

多くの実施形態では、エアロゲルは疎水性である。疎水性エアロゲル粒子としては、有機エアロゲル粒子、無機エアロゲル粒子（例えば、金属酸化物エアロゲル粒子）、又はこれらの混合物を挙げることができる。疎水性エアロゲル粒子が有機エアロゲル粒子を含む場合、有機エアロゲル粒子は、レゾルシノール−ホルムアルデヒドエアロゲル粒子、メラミン−ホルムアルデヒドエアロゲル粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されてもよい。疎水性エアロゲル粒子が無機エアロゲル粒子を含む場合、無機エアロゲル粒子は、シリカエアロゲル粒子、チタニアエアロゲル粒子、アルミナエアロゲル粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される金属酸化物エアロゲル粒子であってもよい。多くの実施形態では、疎水性エアロゲル粒子はシリカエアロゲル粒子である。

本開示では任意の有用なエアロゲルを使用することができる。例えば、市販のエアロゲルは、カボットコーポレーション（Cabot Corporation）から商品名ナノゲル（NANOGEL）として入手可能である。

以下の表に様々な種類の断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）のガラス性能特性を示す。太陽は窓ガラス１に面するようにモデル化した。ローレンスバークレーナショナルラボ（Lawrence Berkeley National Lab）のウィンドウズアンドデイライティンググループ（windows and daylighting group）（http://windows.lbl.gov/software/default.htm）から入手可能なオプティクス５（Optics5）及びウィンドウ５（Window5）モデリングソフトウェアを使用して、以下の表に示すガラスの窓性能を模擬実験した。記録した結果はすべてガラスの中心で計算したものである。使用可能な場合には、国際ガラスデータベース（International Glazing Database）（ＩＧＤＢ）に公表されている光学データを使用した。（必要な場合には）ラムダ９（Lambda 9）分光光度計を使用してフィルムのスペクトル測定を行い、スペクトルデータをオプティクス５（Optics5）及びウィンドウ５（Window5）にインポートして必要な計算を行った。以下の表に示す実施例では、次の基材及びフィルムを使用した。

ＰＰＧ透明フロートガラス（PPG Clear Float Glass）：ＰＰＧインダストリーズ（PPG industries）（ペンシルベニア州）から入手可能な６ｍｍ透明フロートガラス（ＩＧＤＢ ＩＤ番号５０１２）。カーディナルフロートガラス（Cardinal float glass）：カーディナルグラス（Cardinal Glass）（ミネソタ州）から入手可能な６ｍｍ透明フロートガラス（ＩＧＤＢ ＩＤ番号２００４）
ＰＰＧサンゲート５００（PPG Sungate 500）：ＰＰＧインダストリーズ（PPG Industries）から入手可能な６ｍｍ低Ｅコーティングガラス（ＩＧＤＢ ＩＤ番号５２４８）
−ＣＭ８７５：米国特許第６，７９７，３９６号に記載（例えば、実施例５参照）の、２２４層のＰＥＴ及びｃｏＰＭＭＡの交互層を有する、０．０５ｍｍ（２ミル）（公称）４分の１波長ＩＲ反射フィルム。

−ＰＲ７０：市販のプレスティージ（Prestige）シリーズアフターマーケット３Ｍウインドウフィルム（７０−００６３−４９１２−３）。

実施例のＩＧＵ構成は、すべて空気が充填されている。ガラス基材は１２．７ｍｍ（０．５インチ）離して配置した。実施例６及び７のＩＧＵ構成では、ＩＲ反射フィルムは、各窓ガラスから０．６４ｃｍ（０．２５インチ）の距離を開けて窓ガラス間に中空で固定されている。

以下の表は、上記のプログラムにしたがって計算した計算結果を示す。

本発明は、本明細書において記述される特定の実施例に限定されるとみなされるべきではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲において明確に記載された本発明の全ての態様を包含するものと理解されるべきである。本明細書を検討すると、本発明が対象とする当業者には、様々な変更、等価の方法、並びに本発明を適用できる多数の構造が、容易に明らかとなるであろう。

断熱ガラスユニットの例示的な概略断面図を提示。 別の断熱ガラスユニットの例示的な概略断面図。 更に別の断熱ガラスユニットの例示的な概略断面図。

Claims (23)

1. 平行な第２の透明基材から間隔を開けて配置された第１の透明基材と、
   前記第１の透明基材と前記第２の透明基材との間で画定される密閉空間と、
   前記第１の透明基材と前記第２の透明基材との間に配置された少なくとも１つの赤外線反射多層高分子フィルムと、を含む、断熱ガラスユニットであって、
   前記赤外線反射多層高分子フィルムが第１のポリマー材料及び第２のポリマー材料の複数の交互性高分子層を有し、前記交互性高分子層の少なくとも１つは複屈折で配向されており、前記交互性高分子層は協働して赤外線を反射する、断熱ガラスユニット。
2. 前記第１の透明基材及び前記第２の透明基材がガラスを含む、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
3. 前記密閉空間が空気、アルゴンガス、キセノンガス、又はクリプトンガスを含む、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
4. 前記第１の透明基材又は前記第２の透明基材上に配置された低放射率コーティングを更に含む、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
5. 前記第１のポリマー材料がポリエチレンテレフタレート又はポリエチレンテレフタレートのコポリマーを含み、前記第２のポリマー材料がポリ（メチルメタクリレート）又はポリ（メチルメタクリレート）のコポリマーを含む、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
6. 前記第１のポリマー材料がグリコール化ポリエチレンテレフタレート又はグリコール化ポリエチレンテレフタレートのコポリマーを含み、前記第２のポリマー材料がポリエチレンナフタレート又はポリエチレンナフタレートのコポリマーを含む、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
7. 前記赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置された赤外線反射色素層を更に含む、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
8. 前記赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置された赤外線吸収色素層を更に含む、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
9. 前記赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置された赤外線反射金属層を更に含む、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
10. 前記第１の透明基材又は前記第２の透明基材上に配置されたフッ素ドープ酸化スズの低放射率コーティングを更に含む、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
11. 前記赤外線反射多層高分子フィルムが前記第１の透明基材又は前記第２の透明基材に隣接して配置される、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
12. 前記赤外線反射多層高分子フィルムが前記第１の透明基材又は前記第２の透明基材に接着剤で接着される、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
13. 前記接着剤がＵＶ吸収剤を含む、請求項１２に記載の断熱ガラスユニット。
14. 前記赤外線反射多層高分子フィルムが前記第１の透明基材及び前記第２の透明基材から間隔を開けて配置される、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
15. 前記赤外線反射多層高分子フィルムが前記第１の透明基材又は前記第２の透明基材に隣接して配置され、第３の透明基材が前記赤外線反射多層高分子フィルムに隣接して配置される、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
16. 低放射率コーティングが前記第２の透明基材又は前記第３の透明基材上に配置される、請求項１５に記載の断熱ガラスユニット。
17. 前記低放射率コーティングがフッ素ドープ酸化スズを含む、請求項１６に記載の断熱ガラスユニット。
18. 前記低放射率コーティングが銀層を含む、請求項１６に記載の断熱ガラスユニット。
19. 誘電体層が前記銀層に隣接して配置される、請求項１８に記載の断熱ガラスユニット。
20. 前記第１の透明基材と前記第２の透明基材との間に配置された、厚さが３ｍｍ以上の多孔質断熱材を更に含む、請求項１に記載の断熱ガラスユニット。
21. 前記多孔質断熱材が５０％以上のボイド容量を有する多孔質シリカを含む、請求項２０に記載の断熱ガラスユニット。
22. 前記多孔質断熱材がエアロゲルを含む、請求項２０に記載の断熱ガラスユニット。
23. 前記多孔質断熱ゾル材料が疎水性シリカエアロゲルを含む、請求項２０に記載の断熱ガラスユニット。

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