JP2018065732A - 光散乱性被膜を備えた複層ガラスからなる窓ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複層ガラスのガラス板に光散乱性被膜を設けた場合において、光散乱性被膜に投影される映像への気温や外気圧による影響を少なくできる、構造を提供することを課題とする。【解決手段】 本発明の複層ガラスは、投影された映像を表示する光散乱性被膜、すなわち透明な分散媒体中に光散乱体を分散させた被膜を備え、前記複層ガラスは、所定距離を隔てて対向する第一のガラス板と、第二のガラス板と、前記第一のガラス板と前記第二のガラス板との間に密閉された中空層と、前記第一のガラス板上に形成された光散乱性被膜とを備え、前記第一のガラス板の厚み（Ｔ１）が、前記第二のガラス板の厚み（Ｔ２）よりも厚いことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、投影機から投射された映像光を、観察者に映像として視認可能に表示する光散乱性被膜が形成された複層ガラスに関する。

街の商業ビルのショーウィンドウや、案内板等に、光透過性を保持したまま広告等の情報を投影表示する透明スクリーンが、建築物分野において近年注目を集めている。また、建築物の分野だけでなく、自動車のフロントガラスに位置情報等を投影するディスプレイとしての透明スクリーンの利用も近年盛んに研究されており、自動車分野でも注目を集めている。

中でも、透明な分散媒体中に光散乱体を分散させた、光散乱性被膜と、ガラス基材等の基材とを含む物品が、スクリーンの透明性や、映像の鮮鋭性の観点から注目されている。そして、光散乱性被膜の検討例としては、特許文献１、２、３のような、ダイヤモンドやシリカ等の微粒子が分散した樹脂被膜が知られている。

これらとは別にスクリーン体の建築分野での活用例として、特許文献４は、複層ガラスの密閉空間内にスクリーン体が封入された構造を開示している。

特開２０１６−１７７２４５号公報 再公表ＷＯ２００８−０１６０８８号公報 特開２０１１−１１３０６８号公報 特開２００６−７２１２３号公報

居室等の断熱性を高めるために、特に建築分野においては、窓やガラス壁面等に複層ガラスが広く使用されるようになってきている。複層ガラスは、複数のガラス板間に密閉された中空層を備えているので、気温や外気圧によっては、前記ガラス板に湾曲が生じる。前記光散乱性被膜を、複層ガラスの前記ガラス板に設けた場合、投影機から投射された映像がガラス板の湾曲の影響を受けて歪むことになる。

本発明は、複層ガラスのガラス板に光散乱性被膜を設けた場合において、光散乱性被膜に投影される映像への気温や外気圧による影響を少なくできる、構造を提供することを課題とする。

本発明の複層ガラスは、投影された映像を表示する光散乱性被膜、すなわち透明な分散媒体中に光散乱体を分散させた被膜を備え、
前記複層ガラスは、所定距離を隔てて対向する第一のガラス板と、第二のガラス板と、前記第一のガラス板と前記第二のガラス板との間に密閉された中空層と、前記第一のガラス板上に形成された光散乱性被膜とを備え、
前記第一のガラス板の厚み（Ｔ１）が、前記第二のガラス板の厚み（Ｔ２）よりも厚いことを特徴とするものである。

複層ガラスは、周縁部に封止構造を備えることで、前記第一のガラス板と前記第二のガラス板との間に密閉された中空層が形成される。該中空層は、外気圧と同じ気圧となろうとするので、気温や外気圧によってはガラス板の主面に対して圧力がかかり、前記ガラス板に湾曲が生じる。ガラス板の湾曲にあっては、複層ガラスが膨らんで、図３のようにガラス板が外気側に凸状に湾曲することもあれば、図２のように複層ガラスが凹んで、ガラス板が中空層側に凹状に湾曲することもある。

本発明では、光散乱性被膜が形成された第一のガラス板の厚み（Ｔ１）を、前記第二のガラス板の厚み（Ｔ２）よりも厚いものとすることで、第一のガラス板の剛性を、第２のガラス板の剛性よりも高いものとしている。そのため、気温や外気圧の影響でガラス板に湾曲が生じる場合であっても、第１のガラス板の方の湾曲を、第２のガラス板側の湾曲よりも小さくし、光散乱性被膜に投影される像への影響を少なくせしめている。

本発明の光散乱性被膜を備えた複層ガラスは、気温や外気圧といった周囲の環境によって、前記ガラス板に湾曲が生じても、光散乱性被膜が形成された側のガラス板の湾曲を小さくできる。そのため、光散乱性被膜に投影される映像への気温や外気圧による影響を少なくできる。特に店舗用の窓ガラスは、大面積のものが多いので、本発明の適用に好ましい用途となる。

本発明の光散乱性被膜を備えた複層ガラスの断面の要部を説明する図である。 本発明の光散乱性被膜を備えた複層ガラスにおいて、ガラス板にかかる圧力（外気側から中空層側へと圧力がかかる場合）と各ガラス板の湾曲度合いを説明する図である。 本発明の光散乱性被膜を備えた複層ガラスにおいて、ガラス板にかかる圧力（中空層側から外気側へと圧力がかかる場合）と各ガラス板の湾曲度合いを説明する図である。

本発明の光散乱性被膜を備えた複層ガラスを、図面を用いて説明する。図１は、本発明の光散乱性被膜を備えた複層ガラス１の断面の要部を説明する図である。複層ガラス１は、投影された映像を表示する光散乱性被膜２（透明な分散媒体中に光散乱体を分散させた被膜）を、第一のガラス板２１の主面に備え、前記第一のガラス板２１は、所定距離を隔てて、第二のガラス板２２と対向する。各ガラス板の周縁部では、スペーサー５、封止剤６１、封止剤６２とで封止構造が形成され、前記第一のガラス板と前記第二のガラス板との間が、密閉された中空層４となる。また、スペーサー５内には、乾燥剤（図示省略）が埋設され、該乾燥剤の効果で、中空層４内の気体が乾燥気体となる。

＜光散乱性被膜３について＞
前記光散乱性被膜３は、透明な分散媒体中に光散乱体を分散させた被膜である。前記透明な分散媒体の例としては、有機高分子としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ジアセチルセルロース樹脂、トリアセチルセルロース樹脂、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等があげられる。また、無機酸化物高分子としては、ケイ素や、チタン、ジルコニウム、鉄、亜鉛、錫、ハフニウム、タングステンなどの原子を中心として、酸素原子を介して、網目状に高分子化した無機酸化物高分子であり、例えば、シリカ等のケイ素酸化物や、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ハフニウム、酸化タングステンなどの原料又は出発材料を挙げることができ、またこれらを混合して用いることもできる。

前記光散乱体の例としては、中空シリカビーズ、中空樹脂ビーズなどの低屈折率粒子や、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化すず、チタン酸バリウム、ダイヤモンドなどの高屈折率粒子等があげられる。このなかでは、酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子やダイヤモンド粒子が、屈折率が高く光散乱性が強いため、光散乱性被膜の光散乱体として使用する上で、透明性と映像の鮮鋭性を両立できる点で好ましい。

前記光散乱性被膜３の膜厚は、１〜１００μｍとすることが好ましい。前記光散乱性被膜の膜厚を、この範囲とすることで、投影された映像を該被膜に表示しやすくなる。これを考慮すると、前記光散乱性被膜３の膜厚は、２〜５０μｍ、さらには、２〜３０μｍとしてもよい。また、複層ガラス１の周縁部は、サッシュ、グレージングチャンネル、ガラス壁面のガラス固定に用いられる枠体等の枠体に収納されるので、前記光散乱性被膜３は、枠体に収納される幅と同一程度の被膜の非形成部を設けてもよい。図１の例では、前記光散乱性被膜３は、前記第一のガラス板２１の外気側主面に形成されているが、外気側主面ではなく中空層４側の主面に形成されていてもよい。

前記光散乱性被膜３は、塗布方法で得られたものとすることが好ましい。第１のガラス板２１に対して、光散乱性被膜３を形成するための塗布液を、例えば、スピンコート法、バーコート法、リバースロールコート法、その他のロールコート法、カーテンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ノズルコート法、ディスペンサーコート法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等の公知の方法で、塗布することで、光散乱性被膜３を形成することができる。前記塗布液は、前記透明な媒体の原料と、前記光散乱体とを混合して調製することができる。

前記塗布液は、好ましくは、水、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンチレングリコール、ヘキシレングリコール、１−メトキシ−２−プロパノール、１−エトキシ−２−プロパノール、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−エチル−２−ピロリドン、エチルラクテート、ブチルラクトン、プロピレングリコール１−モノメチルエーテル２−アセタート、２−プロパノン、２−ブタノン、４−メチル−２−ペンタノン、２−ヘプタノン、２，４−ペンタンジオン、アセトニトリル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ノルマルプロピル、酢酸イソブチル、酢酸ノルマルブチル、ホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、モルフォリン、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレンなどの溶媒を含んでもよい。前記透明な媒体が、樹脂の場合、透明な媒体の原料は、樹脂を、１−メトキシ−２−プロパノール、４−メチル−２−ペンタノン、酢酸ノルマルブチル、トルエン、キシレンなどの溶剤に溶かしたものを使用することができる。前記透明な媒体が、ケイ素酸化物の場合、アルコキシシランなどの酸化ケイ素の前駆体化合物を、水、メタノール、エタノール、２−プロパノールなどの溶媒中で、加水分解、及び縮合して形成したゾルを使用することができる。

前記塗布液中には、本発明の目的を損なわない限りにおいて、公知の界面活性剤や、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、赤外線吸収剤、難燃剤、分散剤、加水分解防止剤、防黴剤等の成分が含有されていてもよい。

前記塗布液を前記第１のガラス板２１に塗布した後、熱あるいは活性エネルギー線にて硬化させ、前記基材表面に光散乱性被膜を形成することができる。硬化させるための加熱温度は、例えば、４０〜３００℃、好ましくは、５０〜２５０℃であり、加熱温度は、例えば、１〜２４０分間、好ましくは、５〜１２０分間であることが好適である。加熱は、常圧下だけではなく、加圧下や、減圧下、不活性雰囲気下で行っても良い。

＜第１のガラス板２１、第２のガラス板２２について＞
第一のガラス板２１、第二のガラス板２２としては、建築用、産業用ガラス等に通常用いられているガラス板を使用できる。それら、ガラス板は、フロート法、デュープレックス法、ロールアウト法等で製造されるものを使用できる。ガラス種の例としては、クリアをはじめグリーン、ブロンズ等の各種着色ガラスや赤外線カットガラス、電磁遮蔽ガラス、低放射膜付ガラス等の各種機能性ガラス、網入りガラス、低膨張ガラス、ゼロ膨張ガラス等の防火ガラスに供し得るガラス、強化ガラス、耐熱強化ガラス、合わせガラス等が挙げられる。

また、本発明の複層ガラスのすべてのガラス板表面において、金属および金属酸化物を積層させた熱線反射膜や、低反射膜、飛散防止膜、着色膜、遮音膜、遮熱膜、視野角度選択膜等の機能性薄膜を形成してもよい。耐久性の観点から、特に、ガラス板の中空層４側に成膜することが、機能性薄膜がきずつきにくく好ましい。本発明の複層ガラスでは、第一のガラス板上には光散乱性被膜が形成されていることから、前記機能性薄膜は、第一のガラスの光散乱性被膜が形成されていない面、光散乱性被膜と第一のガラス板の中間、光散乱性被膜の上、第二のガラス板のいずれかの主面、に形成される。特に反射率の高い機能性被膜を光散乱性被膜と第一のガラス板の中間、または光散乱性被膜の上に形成し、映像投射機側から「光散乱性被膜／反射率の高い機能性被膜」の順とすることで、映像投射機側から見た映像の鮮鋭性が増強する。

前記第一のガラス板の厚み（Ｔ１）は、前記第二のガラス板の厚み（Ｔ２）よりも厚いものが使用される。ガラス板の厚みとガラス板の剛性とは相関性があり、ガラス板は、厚い方が撓みにくくなる。複層ガラス１においては、中空層４は、複層ガラス１の周囲の外気と同じ圧力になろうとするので、外気圧によってはガラス板の主面に対して、図２、図３で示したような方向で圧力がかかり、前記ガラス板に湾曲が生じることになる。ガラス板の撓み量は、ガラス板の剛性の影響を受けることから、本発明の複層ガラス１では、第２のガラス板２２が、同じ厚みの複層ガラスの場合と比べて大きく湾曲して応力を緩和し、その分第１のガラス板２１の湾曲が小さくなる。かくして、第１のガラス板２１上に設けられた光散乱性被膜３に投影される像が歪みにくい、気温や外気圧の変動の影響が少ない構造とできる。

このことを考慮すると、Ｔ１／Ｔ２を、１．２以上、さらには１．３以上、またさらに１．４以上とすることが好ましい。Ｔ１／Ｔ２の上限については、前記した剛性の観点からは制限されるものではないが、高すぎると複層ガラスの製造をしにくくなる虞があるので、５としてもよい。また、Ｔ１を、５〜１５ｍｍ、さらには８〜１５ｍｍ、またさらには、１０〜１５ｍｍ、Ｔ２が、２〜８ｍｍさらには、２〜７ｍｍ、とすることが好ましい。各厚みを、この厚みにしておくと、既存の複層ガラスの製造設備でも、効率的に製造できるので好ましい。

第一のガラス板２１および第二のガラス板２２の大きさ（面積）は、例えば、０．１〜２０ｍ^２とすることができる。光散乱性被膜３に投影される映像の大きさを確保することの観点から、その大きさは１ｍ^２以上とすることが好ましい。また、複層ガラス１が店舗用途に使用される場合は、その大きさは１ｍ^２以上とすることが好ましい。さらには、第一のガラス板２１および第二のガラス板２２の大きさ（面積）は、同じであることが好ましく、その形状は、矩形状のもの、円形状のもの、多角形状のもの等、複層ガラス１の用途に応じて設定することができる。

＜その他の構成について＞
スペーサー５は、アルミニウム製またはステンレス鋼製等の筒状に形成されたものであり、ガラス板２１、２２の周縁部に配置される。複層ガラス１が矩形状の場合、スペーサー５は、複層ガラス１の周縁部の上辺部、下辺部、左辺部、右辺部に配置される４本の筒状の直線状部材と、その４本を連結するコーナーキー（図示省略）とを備える。スペーサー５の内部には、ゼオライトまたはシリカゲル等の乾燥剤（図示省略）が充填されている。そして、該スペーサー５の筒状部の中空層４側には、複数の通気孔が設けられ、上記乾燥剤が中空層４の湿気を吸湿可能となっている。

当該スペーサー５を介して上記の第一のガラス板２１及び第二のガラス板２が配置される。この時、中空層４の厚みが４〜２４ｍｍとなるようにスペーサー５が選択される。内部空間４に水分が浸入しないようにするために、スペーサー５の両側にブチルゴム等の封止剤６１が貼着されて、第一のガラス板２１と、第二のガラス板２２と、スペーサー５とが接着一体化される。また、第一のガラス板２１と第二のガラス板２２とスペーサー５に囲まれた部分には、シリコーンシーラントまたはポリサルファイドシーラント等の封止剤６２が充填されることが好ましい。内部空間４のガスとしては、空気、アルゴン、クリプトン、キセノン、ヘリウム、ネオン、又はそれらの混合ガス等が使用される。

複層ガラス１は、ドアおよび窓のサッシに直付けまたは嵌め込み用に予め製作および調整されたサッシ枠に、直にまたはグレージングチャンネル等の取り付け部材である枠を介して取り付けられ、固定窓、可動窓等の窓、開閉ドア等のドアへの取り付けに際して１個の構成材として扱われることができる。

実施例、比較例により本発明を具体的に説明する。本実施例および比較例で得られた複層ガラスは、以下に示す方法により品質評価を行った。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

１．第一のガラス板２１、第二のガラス板２２の準備
各実施例、各比較例のガラス板を準備した。各実施例、各比較例の板厚は、表１に示すとおりである。サイズは、矩形状の６１０ｍｍＸ６１０ｍｍのフロートガラス板（ソーダライムガラス）からなるものである。表１中、ＦＬは「フロートガラス板」、ＦＬの後の数値は、ガラス板の厚みを表している。各ガラス板の表面を酸化セリウムで研磨した後、イオン交換水で洗浄後、乾燥させた。得られたもののうち、後述する光散乱性被膜の形成を行うものを、第一のガラス板とし、光散乱性被膜１の形成を行わずそのまま使用するものを第二のガラス板２２とした。

２．光散乱性被膜３形成用塗布液の調製
以下の２通りの方法で、光散乱性被膜３形成用塗布液を調製した。

（実施例１〜１７、比較例１〜４における光散乱性被膜３形成用塗布液の調製）
ガラス容器に、平均粒子径２００ｎｍの酸化ジルコニウム粒子(０．２０ｇ)、水(９．８０ｇ)を添加し、超音波洗浄槽にて２５℃で１０分間超音波分散し、１晩攪拌して、酸化ジルコニウム粒子の分散液Ａ（酸化ジルコニウム濃度：２質量％）を準備した。

次に、ガラス容器に、エタノール(６８．７７ｇ)、イオン交換水(１３．３３ｇ)、テトラエトキシシラン(ＴＥＯＳ、８．５１ｇ)、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(ＧＰＴＭＳ、３．６２ｇ)、１規定硝酸(０．７７ｇ)を添加し、更に、上記酸化ジルコニウム粒子分散液Ａ(５．００ｇ)を添加して、室温(２０℃)で２時間攪拌して、光散乱性被膜形成用塗布液Ｙ（全固形分濃度５．０質量％、全固形分中の酸化ジルコニウム粒子濃度２．０質量％）を得た。

なお、ここで、全固形分は、（１）酸化ジルコニウム粒子＋（２）ＴＥＯＳのうちＳｉＯ２換算分＋（３）ＧＰＴＭＳのうちＲ−ＳｉＯ3/2換算分（Ｒは、３−グリシジルオキシプロピル基）として計算した。

（実施例１８における光散乱性被膜３形成用塗布液の調製）
ダイヤモンド粒子(ビジョン開発製、平均粒子径２５０ｎｍ、粒径分布１５０〜５５０ｎｍ)５ｇとメタノール９５ｇを、超音波ホモジナイザーを用いて２０℃で１時間分散し、５質量％のダイヤモンド粒子分散液（ａ）を用意した。さらにポリビニルピロリドン（ＰＶＰ、キシダ化学製、重量平均分子量３６万）をメタノールに溶解し、２０質量％のＰＶＰ溶液（ｂ）を用意した。

次に、ダイヤモンド粒子分散液（ａ）２０ｇ、ＰＶＰ溶液（ｂ）２２．５ｇ、メタノール７．５ｇを、超音波ホモジナイザーを用いて２０℃で２０分間分散し、ＰＶＰによってダイヤモンド粒子の表面を修飾した被修飾粒子の分散液Ｂ（ダイヤモンド濃度：２質量％）を得た。さらに、前記分散液Ｂ３５．０ｇに、メタノール３１．６ｇ、オルトケイ酸テトラエチル１６．４ｇ、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン６．５ｇ、イオン交換水９．４ｇ、１規定硝酸１．１ｇを添加して、室温（２０℃）で２時間攪拌して、光散乱性被膜形成用塗布液Ｚ（全固形分濃度１２．５質量％、全固形分中のダイヤモンド粒子濃度５．４質量％）を得た。

なお、ここで、全固形分は、（１）ダイヤモンド粒子＋（２）ＴＥＯＳのうちSiO2
換算分＋（３）GPTMSのうちＲ−SiO3/2換算分（Ｒは、３−グリシジルオキシプロピル基）として計算した。

３．光散乱性被膜３の形成
前記１項にて準備されたガラス板に、前記塗布液ＹまたはＺをスピンコート法にて５００ｒｐｍの回転速度で成膜した後、２６０℃の電気炉内で１０分間焼成し、光散乱性被膜が形成された第一のガラス板を得た。

４．複層ガラスの準備
前記で得られた、光散乱性被膜が形成された第一のガラス板、および第二のガラス板を用い、中空層４の層厚を６．０ｍｍ（Ａ６）、又は１２．０ｍｍ（Ａ１２）とし空気を封入した「第一のガラス板」＋「Ａ６」＋「第二のガラス板」の構成の複層ガラスを用意した。光散乱性被膜は中空層４向きとした。第一のガラス板と第二のガラス板の間に、乾燥剤としてゼオライトを充填した中空部を有するアルミニウム製のスペーサー５を挟み込み、スペーサー５の両側にブチルゴムを貼着し、第一のガラス板と第二のガラス板を、スペーサー５を介してブチルゴムで接着一体化して隔置した。第一のガラス板と第二のガラス板とスペーサー５に囲まれた凹部には、ポリサルファイドシーラントを充填した。空気は大気圧にて中空層４に封入した。得られた複層ガラスは透明であり、市販のプロジェクタを用いて投射したところ、映像が視認できることを確認した。

５．映像の評価
得られた複層ガラスを環境試験機に投入し、機内温度を０℃／２３℃／４０℃に保ちながらプロジェクタを用いて格子柄を表示させ、表示された格子柄を目視にて評価した。いずれの条件でも格子の歪みが気にならなかったものを「○」、格子の歪みがわずかに目立ったものを「△」、大きく格子が歪んだものを「×」と評価した。

１ スクリーン被膜を備えた複層ガラス
２１ 第一のガラス板
２２ 第二のガラス板
３ スクリーン被膜
４ 密閉された中空層
５ スペーサー
６１ 封止剤
６２ 封止剤

Claims (4)

1. 投影された映像を表示する光散乱性被膜を備える複層ガラスからなる窓ガラスであって、
   該複層ガラスは、所定距離を隔てて対向する第一のガラス板と、第二のガラス板と、前記第一のガラス板と前記第二のガラス板との間に密閉された中空層と、前記第一のガラス板上に形成された光散乱性被膜とを備え、
   前記第一のガラス板の厚み（Ｔ１）が、前記第二のガラス板の厚み（Ｔ２）よりも厚いことを特徴とする、窓ガラス。
2. Ｔ１／Ｔ２が、１．２以上であることを特徴とする、請求項１に記載の窓ガラス。
3. Ｔ１が、５〜１５ｍｍ、Ｔ２が、２〜８ｍｍであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の窓ガラス。
4. 投影された映像を表示する光散乱性被膜を備える複層ガラスからなる店舗用窓ガラスであって、
   該複層ガラスは、所定距離を隔てて対向する第一のガラス板と、第二のガラス板と、前記第一のガラス板と前記第二のガラス板との間に密閉された中空層と、前記第一のガラス板上に形成された光散乱性被膜とを備え、
   前記第一のガラス板の厚み（Ｔ１）が、前記第二のガラス板の厚み（Ｔ２）よりも厚いことを特徴とする、店舗用窓ガラス。