JP2019060085A - ガラスパネル及び建具 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の板ガラスの間に形成された間隙部にスペーサを備えたガラスパネルの断熱性能を向上するとともに、ガラスパネルの破損を抑制する。【解決手段】ガラスパネル２は、対向する一対の板ガラス３０、３１と、一対の板ガラス３０、３１の間に形成された間隙部４０と、間隙部４０内で一対の板ガラス３０、３１の間に挟まれたスペーサ５０を備えている。スペーサ５０は、一方の板ガラス３０から他方の板ガラス３１まで螺旋状に延びるばね形状に形成されている。【選択図】 図３

Description

本発明は、一対の板ガラスの間に形成された間隙部にスペーサを備えたガラスパネルと、ガラスパネルを備えた建具に関する。

一対の板ガラスの間に間隙部を備えたガラスパネルでは、複数のスペーサが間隙部内で互いに間隔を開けて配置されている。スペーサは、一対の板ガラスの間に挟まれて、一対の板ガラスの間隔を維持する。また、従来、複数の円柱状のスペーサにより、一対の板ガラスの間の減圧された間隙部を保つガラスパネルが知られている（特許文献１参照）。

ところが、特許文献１に記載された従来のガラスパネルでは、スペーサの円形状の端面が板ガラスに接触するため、板ガラスとスペーサの間で熱が伝達しやすく、ガラスパネルの断熱性能に影響が生じる虞がある。また、ガラスパネルが変形したときに、板ガラスとスペーサの端面の接触面積に対応して、板ガラスに作用する摩擦力が大きくなることが懸念される。摩擦力が大きくなるほど、板ガラスに作用するせん断応力が大きくなり、ガラスパネルに破損が生じやすくなる。

特許第４０４９６０７号公報

本発明は、前記従来の問題に鑑みなされた発明であり、その目的は、一対の板ガラスの間に形成された間隙部にスペーサを備えたガラスパネルの断熱性能を向上するとともに、ガラスパネルの破損を抑制することである。

本発明は、対向する一対の板ガラスと、前記一対の板ガラスの間に形成された間隙部と、前記間隙部内で前記一対の板ガラスの間に挟まれたスペーサと、を備えたガラスパネルである。前記スペーサは、一方の前記板ガラスから他方の前記板ガラスまで螺旋状に延びるばね形状に形成されている。
また、本発明は、本発明のガラスパネルを備えた建具である。

本発明によれば、一対の板ガラスの間に形成された間隙部にスペーサを備えたガラスパネルの断熱性能を向上できるとともに、ガラスパネルの破損を抑制することができる。

本実施形態の建具の正面図である。 本実施形態のガラスパネルの一部を示す正面図である。 本実施形態のガラスパネルの断面図である。 本実施形態のスペーサを示す図である。 ガラスパネルの変形により弾性変形したスペーサを示す図である。 本実施形態のガラスパネルの製造手順を示す図である。 本実施形態のガラスパネルの製造手順を示す図である。 スペーサの他の例を示す図である。 スペーサの他の例を示す図である。

本発明のガラスパネル及び建具の一実施形態について、図面を参照して説明する。
以下では、固定窓を例にとり、本実施形態のガラスパネル及び建具について説明する。

図１は、本実施形態の建具１の正面図である。
図示のように、建具１は、ガラスパネル２と、ガラスパネル２を囲む枠体３を備えており、建物の開口部に設置される。ガラスパネル２は、枠体３の開口部３Ａに配置されたパネル体であり、方形状に形成されている。また、ガラスパネル２は、枠体３の内側に嵌め込まれて、枠体３に固定されている。枠体３の開口部３Ａは、ガラスパネル２により閉鎖されている。

枠体３は、方形状の開口枠（窓枠）であり、枠組みされた複数の枠１０〜１３（上枠１０、下枠１１、一対の縦枠１２、１３）を有する。枠１０〜１３は、枠体３を構成する長尺な枠材であり、それぞれガラスパネル２の縁部２０〜２３（上縁部２０、下縁部２１、一対の縦縁部２２、２３）に沿って配置されている。ガラスパネル２の縁部２０〜２３が枠体３の枠１０〜１３により保持されて、ガラスパネル２が枠体３に保持されている。

図２は、本実施形態のガラスパネル２の一部を示す正面図であり、図１のＷ部を示している。図３は、本実施形態のガラスパネル２の断面図であり、図２の矢印Ｘ１方向からみたガラスパネル２を示している。
図示のように、ガラスパネル２は、互いに対向して配置された一対の板ガラス３０、３１と、一対の板ガラス３０、３１の間に形成された間隙部４０と、間隙部４０内に配置された複数のスペーサ５０を備えている。一対の板ガラス３０、３１は、互いの間に間隔を開けて配置された板部材であり、方形状に形成されている。一対の板ガラス３０、３１の対向面３２、３３は、平面状に形成され、互いに対向して配置されている。

一対の板ガラス３０、３１は、平行に配置され、それぞれの対向面３２、３３の間に間隙部４０を形成している。一対の板ガラス３０、３１の周縁部の間の部分が板ガラス３０、３１の全周にわたって密閉されて、対向する一対の板ガラス３０、３１の間の間隙部４０が密閉されている。間隙部４０は、一対の板ガラス３０、３１の間の空間（間隙）であり、ガラスパネル２の中間層（中空層）になっている。また、間隙部４０は、真空層であり、大気圧よりも圧力が低い減圧状態に保持されている。従って、ガラスパネル２は、減圧された間隙部４０を有する真空ガラスパネルである。

複数のスペーサ５０は、一対の板ガラス３０、３１の間で互いに間隔を開けて配置されている。ここでは、複数のスペーサ５０は、枠１０〜１３の長手方向に所定の間隔を開けて配置されるとともに、間隙部４０の全体にわたって分散して配置されている。スペーサ５０は、間隙部４０内で一対の板ガラス３０、３１の間に挟まれて、一対の板ガラス３０、３１の間に保持されている。複数のスペーサ５０は、一対の板ガラス３０、３１の対向面３２、３３に接触して、一対の板ガラス３０、３１の間の間隙部４０を維持している。また、スペーサ５０は、弾性変形可能な弾性体（弾性スペーサ）であり、弾性変形した状態で、一対の板ガラス３０、３１に挟まれている。ガラスパネル２が変形したときに、板ガラス３０、３１の変形と変位に対応して、スペーサ５０が弾性変形する。

図４は、本実施形態のスペーサ５０を示す図であり、一対の板ガラス３０、３１の間に挟む前のスペーサ５０を示している。また、図４Ａは、スペーサ５０の側面図であり、図４Ｂは、図４Ａの矢印Ｘ２方向からみたスペーサ５０の平面図である。
図３、図４に示すように、スペーサ５０は、一方の板ガラス３０から他方の板ガラス３１まで螺旋状に延びるばね形状に形成されている。また、スペーサ５０は、ばね形状に形成されたワイヤ５１からなる。ワイヤ５１は、弾性変形可能な線材であり、ワイヤ５１の先端は、スペーサ５０の端部５２、５３に位置している。スペーサ５０の端部５２、５３が板ガラス３０、３１（対向面３２、３３）に接触している。

ここでは、スペーサ５０のワイヤ５１の材料は、金属（例えば、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金）である。ワイヤ５１を常温で冷間成形することで、ばね形状（螺旋状）のスペーサ５０を作製する。ワイヤ５１の材料がオーステナイト系ステンレス鋼であるときには、ばね形状への成形に伴い、ワイヤ５１に加工硬化が生じて、スペーサ５０の硬度が高くなる。ワイヤ５１の長手方向に直交する断面は、円形状に形成されている。そのため、スペーサ５０は、ワイヤ５１の湾曲した外面で板ガラス３０、３１に接触している。

スペーサ５０をばね形状に形成することで、スペーサ５０と板ガラス３０、３１の接触面積の低減が可能になる。また、スペーサ５０の板ガラス３０、３１と接触する部分が閉じた環にならず、スペーサ５０の弧状部分が板ガラス３０、３１と接触している。スペーサ５０の端部５２、５３の弧状部分以外の部分では、スペーサ５０が板ガラス３０、３１に接触せず、ワイヤ５１と板ガラス３０、３１の間に隙間が形成されている。板ガラス３０、３１と接触するワイヤ５１の外面が湾曲形状であるため、スペーサ５０と板ガラス３０、３１の接触面積がより小さくなる。従って、板ガラス３０、３１とスペーサ５０の間の熱の伝達が抑制されて、ガラスパネル２の断熱性能が向上する。

スペーサ５０は、圧縮コイルばねであり、コイルばね形状に形成されている。一対の板ガラス３０、３１の間に挟む前のスペーサ５０の長さを第１長さＬ１（図４Ａ参照）とし、一対の板ガラス３０、３１に挟んだ状態のスペーサ５０の長さを第２長さＬ２（図３参照）とする。スペーサ５０の第２長さＬ２は、一対の板ガラス３０、３１の間隔（間隙部４０の寸法）であり、スペーサ５０の第１長さＬ１よりも短い（Ｌ２＜Ｌ１）。従って、スペーサ５０は、伸長可能に圧縮された状態で、一対の板ガラス３０、３１の間に挟まれて、一対の板ガラス３０、３１の間に保持されている。スペーサ５０と板ガラス３０、３１との摩擦により、スペーサ５０の移動が防止され、スペーサ５０の位置が所定の配置位置に維持されている。

圧縮されたスペーサ５０による板ガラス３０、３１の付勢方向Ｆは、スペーサ５０の伸長方向Ｓである。スペーサ５０は、一対の板ガラス３０、３１に付勢方向Ｆ（伸長方向Ｓ）の力を加えている。ここでは、圧縮されたスペーサ５０の付勢方向Ｆは、一対の板ガラス３０、３１の対向面３２、３３に垂直な方向である。スペーサ５０は、対向面３２、３３に垂直な方向に圧縮された状態で、一対の板ガラス３０、３１の間に挟まれており、対向面３２、３３に垂直な方向の力を一対の板ガラス３０、３１に加えている。

スペーサ５０は、ばね形状のワイヤ５１が離間した状態に圧縮されており、一方の板ガラス３０から他方の板ガラス３１に向かって隣り合う部分（ワイヤ５１）同士が離間した状態で螺旋状に延びる。ワイヤ５１同士が離間しているため、スペーサ５０は、一対の板ガラス３０、３１の間で伸縮可能になっている。スペーサ５０の伸縮方向は、伸長方向Ｓと圧縮方向である。ガラスパネル２が変形したときには、スペーサ５０は、ガラスパネル２の厚さ方向である伸縮方向、及び、板ガラス３０、３１の対向面３２、３３に沿う方向に弾性変形する。

図５は、ガラスパネル２の変形により弾性変形したスペーサ５０を示す図であり、図３と同様に、ガラスパネル２の断面を示している。
図示のように、ばね形状のスペーサ５０は、従来のスペーサ（例えば、柱状又は筒状のスペーサ）に比べて、板ガラス３０、３１の対向面３２、３３に沿う方向に変形しやすい。そのため、板ガラス３０、３１の対向面３２、３３に沿う方向の剛性に関して、スペーサ５０の剛性は、従来のスペーサの剛性に比べて低い。ガラスパネル２に力（例えば、風荷重、熱応力）が作用したときには、スペーサ５０は、板ガラス３０、３１の変形と変位に対応して、対向面３２、３３に沿う方向に容易に変形する。その際、ワイヤ５１の位置がずれることで、スペーサ５０が柔軟に変形する。スペーサ５０の変形に伴い、板ガラス３０、３１に作用するせん断応力の増大が抑制され、ガラスパネル２の破損が抑制される。

図６、図７は、本実施形態のガラスパネル２の製造手順を示す図であり、一対の板ガラス３０、３１の周縁部を含むガラスパネル２の一部の断面を示している。
図示のように、ガラスパネル２の製造時には、一方の板ガラス３０を水平に置き、複数のスペーサ５０を板ガラス３０の対向面３２に配置する（図６参照）。その際、配置用冶具（図示せず）により、スペーサ５０の内径部を保持して、スペーサ５０を板ガラス３０の対向面３２に載せる。配置用冶具は、例えば、スペーサ５０の内径部に挿入可能なピン状の保持部を有し、保持部によりスペーサ５０を保持する。複数のスペーサ５０を板ガラス３０の対向面３２に互いに間隔を開けて配列する。

密閉材４１を一方の板ガラス３０の周縁部に沿って配置する。密閉材４１は、板ガラス３０、３１の融点よりも低い温度で溶融する熱溶融材（ここでは、低融点ガラス）である。密閉材４１の高さＨは、少なくとも間隙部４０の寸法（スペーサ５０の第２長さＬ２）よりも高く、例えば、スペーサ５０の第１長さＬ１よりも高い。続いて、他方の板ガラス３１を一方の板ガラス３０の上方から一方の板ガラス３０に向かって移動して、他方の板ガラス３１を密閉材４１に載せる。これにより、一対の板ガラス３０、３１を対向して配置するとともに、複数のスペーサ５０と密閉材４１を一対の板ガラス３０、３１の間に配置する。

次に、一対の板ガラス３０、３１の全体を真空チャンバに収容する。真空チャンバの内側を減圧することで、一対の板ガラス３０、３１の間の間隙部４０を大気圧よりも低い圧力に減圧する。その状態で、真空チャンバ内に設けた加熱装置により、密閉材４１を加熱して溶融する。これにより、密閉材４１が一対の板ガラス３０、３１に溶着して、密閉材４１により、間隙部４０が減圧状態（真空状態）で密閉される（図７参照）。

密閉材４１の溶融に伴い、密閉材４１の高さが低くなり、複数のスペーサ５０が一対の板ガラス３０、３１により圧縮される。複数のスペーサ５０は、一対の板ガラス３０、３１に向かって伸長可能な状態に圧縮され、一対の板ガラス３０、３１の間に挟み込まれる。その際、スペーサ５０は、付勢方向Ｆ（伸長方向Ｓ）の反対方向に圧縮されて、一対の板ガラス３０、３１の間に保持される。続いて、密閉材４１を冷却して固化する。一対の板ガラス３０、３１が密閉材４１により連結されて、ガラスパネル２が製造される。その後、ガラスパネル２を真空チャンバから取り出す。

ガラスパネル２の製造時に、他方の板ガラス３１は、一方の板ガラス３０の上方に配置されて、密閉材４１の溶融に伴い、一方の板ガラス３０が位置する下方に向かって変位する。その際、スペーサ５０は、板ガラス３０、３１に付勢方向Ｆの力を加える。スペーサ５０の付勢方向Ｆが板ガラス３０、３１の対向面３２、３３に垂直な方向（ここでは、上下方向）であるため、板ガラス３１の下方への変位中に、スペーサ５０が板ガラス３０、３１の対向面３２、３３に沿う方向（ここでは、水平方向）に変位するのが抑制される。

その結果、スペーサ５０の位置のずれが抑制されて、複数のスペーサ５０が正確に配置される。これにより、複数のスペーサ５０は、大気圧に耐えるための適正な間隔に配置されるとともに、ガラスパネル２に作用する力に対して設計された性能を発揮する。ガラスパネル２の見栄えが悪くなるのも防止される。板ガラス３１の位置のずれも抑制され、一対の板ガラス３０、３１が正確に配置される。

筒状のスペーサでは、スペーサの内部空間が一対の板ガラス３０、３１により塞がれて、間隙部４０を減圧するときに、スペーサの内部空間の排気が進みにくい。そのため、スペーサの内部空間において、十分な気体分子の脱離が得られないまま、間隙部４０が密閉されることがある。この場合には、ガラスパネル２の設置後に、気体分子の脱離が徐々に進み、間隙部４０の真空度及びガラスパネル２の断熱性能が低下することが懸念される。これに対し、ねじ形状のスペーサ５０では、スペーサ５０の内部空間の気体分子がスペーサ５０の開いた部分から排気されて、気体分子がスペーサ５０の内部空間から除去される。その結果、間隙部４０の真空度の低下が抑制されて、ガラスパネル２の断熱性能が維持される。

以上説明したように、本実施形態のガラスパネル２及び建具１では、ガラスパネル２の断熱性能を向上できるとともに、ガラスパネル２の破損を抑制することができる。スペーサ５０と板ガラス３０、３１の接触面積を小さくできるため、板ガラス３０、３１に作用する摩擦力を低減することもできる。スペーサ５０がばね形状に形成されたワイヤ５１であるため、スペーサ５０を容易に作製することができる。スペーサ５０を伸長可能に圧縮することで、一対の板ガラス３０、３１の間にスペーサ５０をより確実に保持することができる。一対の板ガラス３０、３１の間隔が広がったときでも、スペーサ５０が伸長するため、スペーサ５０を一対の板ガラス３０、３１の間に保持することができる。

図８、図９は、スペーサ５０の他の例を示す図であり、図３と同様に、ガラスパネル２の断面を示している。
図示のように、ここでは、スペーサ５０は、ばね形状のワイヤ５１が密着した状態に圧縮されており、一方の板ガラス３０から他方の板ガラス３１に向かって隣り合う部分（ワイヤ５１）同士が密着した状態で螺旋状に延びる。そのため、スペーサ５０の圧縮が防止されて、一対の板ガラス３０、３１の間隔をより確実に維持することができる。スペーサ５０の総巻き数は、１．５の正の整数倍（１．５×ｎ：ｎは正の整数）である。図８に示すスペーサ５０の総巻き数は１．５であり、図９に示すスペーサ５０の総巻き数は４．５である。

ガラスパネル２の製造時に、スペーサ５０が一対の板ガラス３０、３１により圧縮されて、スペーサ５０のワイヤ５１同士が密着する。また、ワイヤ５１と板ガラス３０、３１の間には隙間５４が形成される。間隙部４０の減圧時に、スペーサ５０の内部空間の気体分子が隙間５４から排出される。その結果、気体分子をスペーサ５０の内部空間から除去することができる。

なお、密閉材４１によりガラスパネル２の間隙部４０を密閉した後に、間隙部４０を減圧するようにしてもよい。この場合には、例えば、板ガラス３１に吸引孔を形成して、吸引孔に吸引装置を接続する。吸引装置により、間隙部４０内の気体を吸引して、間隙部４０を減圧する。その状態で、板ガラス３１の吸引孔の周辺部を加熱して溶融する。これにより、板ガラス３１の吸引孔を塞いで、間隙部４０を密閉する。

合成樹脂製の樹脂層をスペーサ５０（ワイヤ５１）の外面に設けるようにしてもよい。樹脂層が板ガラス３０、３１に接触することで、板ガラス３０、３１とスペーサ５０の間の熱の伝達をより抑制することができる。その結果、ガラスパネル２の断熱性能をより向上することができる。また、樹脂層により、板ガラス３０、３１の損傷を抑制することができる。合成樹脂（例えば、エンジニアリングプラスチック）をスペーサ５０に被覆することで、合成樹脂の被覆層がスペーサ５０の外面に形成される。ワイヤ５１よりも摩擦係数の小さい合成樹脂（例えば、フッ素樹脂）で樹脂層を形成するときには、スペーサ５０から板ガラス３０、３１に作用する摩擦力をより低減することができる。

スペーサ５０（ワイヤ５１）は、金属製であってもよく、金属以外の材料製であってもよい。例えば、合成樹脂（フッ素樹脂等）でスペーサ５０を形成してもよく、複合材料でスペーサ５０を形成してもよい。板ガラス３０、３１の表面に各種の機能膜を形成してもよい。ガラスパネル２の間隙部４０に気体（例えば、乾燥空気、アルゴンガス）を入れてもよく、ガラスパネル２の間隙部４０を減圧しないようにしてもよい。

以上、固定窓を例にとり、建具とガラスパネルについて説明したが、建具は、ガラスパネルを備えた他の建具（例えば、固定窓以外の窓、扉、障子）であってもよい。また、本発明は、建具のガラスパネルに限定されず、種々のガラスパネルに適用することができる。

１・・・建具、２・・・ガラスパネル、３・・・枠体、３Ａ・・・開口部、１０・・・上枠、１１・・・下枠、１２・・・縦枠、１３・・・縦枠、２０・・・上縁部、２１・・・下縁部、２２・・・縦縁部、２３・・・縦縁部、３０・・・板ガラス、３１・・・板ガラス、３２・・・対向面、３３・・・対向面、４０・・・間隙部、４１・・・密閉材、５０・・・スペーサ、５１・・・ワイヤ、５２・・・端部、５３・・・端部、５４・・・隙間、Ｆ・・・付勢方向、Ｓ・・・伸長方向。

Claims (7)

1. 対向する一対の板ガラスと、前記一対の板ガラスの間に形成された間隙部と、前記間隙部内で前記一対の板ガラスの間に挟まれたスペーサと、を備えたガラスパネルであって、
   前記スペーサは、一方の前記板ガラスから他方の前記板ガラスまで螺旋状に延びるばね形状に形成されたガラスパネル。
2. 請求項１に記載されたガラスパネルにおいて、
   前記スペーサは、伸長可能に圧縮された状態で前記一対の板ガラスの間に挟まれたガラスパネル。
3. 請求項２に記載されたガラスパネルにおいて、
   前記圧縮されたスペーサの付勢方向は、前記一対の板ガラスの対向面に垂直な方向であるガラスパネル。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載されたガラスパネルにおいて、
   前記スペーサは、前記ばね形状に形成されたワイヤであるガラスパネル。
5. 請求項４に記載されたガラスパネルにおいて、
   前記スペーサは、前記ばね形状のワイヤが密着した状態に圧縮されたガラスパネル。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載されたガラスパネルにおいて、
   前記間隙部は、減圧状態に保持されているガラスパネル。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載されたガラスパネルを備えた建具。

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