JP2023533733A - 反応性ガス相溶性乾燥剤を有する動的シェード及び/又は関連する方法 - Google Patents
反応性ガス相溶性乾燥剤を有する動的シェード及び/又は関連する方法 Download PDFInfo
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Abstract
絶縁ガラス(IG)ユニットと共に使用可能な電気電位駆動シェード(202a、202b)、このようなシェードを含むIGユニット、及び/又は関連する方法。このようなユニットでは、動的シェードは、IGユニットを画定する基材(102、104)間に位置しており、後退位置と伸長位置との間で移動可能である。動的シェードは、透明導体(306)、及び絶縁体膜(308)又は誘電体膜、並びにシャッタ(312)を含む、ガラス上の層を含む。シャッタは、弾性ポリマーベースの層(402)と、その対向する表面上の層と、を含む。第1の電圧は、シャッタを閉位置に伸長させるように透明導体に適用される。【選択図】図2
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、2020年7月15日に出願された米国出願第62/705,776号の利益を主張するものである。
本出願は、内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、2020年7月15日に出願された米国出願第62/705,776号の利益を主張するものである。
(発明の分野)
本発明の特定の例示的実施形態は、絶縁ガラスユニット(insulating glass unit、IGユニット又はIGU)と共に使用され得るシェード、かかるシェードを含むIGユニット、及び/又はその製造方法に関する。より具体的には、本発明の特定の例示的実施形態は、IGユニットと共に使用され得る、電位駆動シェード、かかるシェードを含むIGユニット、及び/又はその製造方法に関する。
本発明の特定の例示的実施形態は、絶縁ガラスユニット(insulating glass unit、IGユニット又はIGU)と共に使用され得るシェード、かかるシェードを含むIGユニット、及び/又はその製造方法に関する。より具体的には、本発明の特定の例示的実施形態は、IGユニットと共に使用され得る、電位駆動シェード、かかるシェードを含むIGユニット、及び/又はその製造方法に関する。
建築部門は、世界の一次エネルギー消費の30~40%に相当することが示されている、そのエネルギー消費が高いことで知られている。特に、エネルギー効率の厳格性の低い建築基準で構築された古い構造体では、加熱、冷却、換気、及び照明などの運用コストが、この消費の大部分を占める。
窓は、例えば、自然光、新鮮な空気、アクセス、及び外部世界への接続を提供する。しかしながら、それらはしばしば、無駄なエネルギーの重大な原因の典型でもある。建築用窓の使用を増加させる傾向が高まり、エネルギー効率及び人間の快適性の相反する利益をバランスさせることは、ますます重要になってきている。更に、地球温暖化及び二酸化炭素排出量に関する懸念が、新規なエネルギー効率の高いグレージングシステムの推進力になっている。
この点に関して、窓は通常、建物の隔離において「弱いリンク」であり、ガラスのファサード全体を含むことが多い現代の建築設計を考慮すると、エネルギー浪費を制御及び低減する点で、より優れた絶縁窓を持つことが有利であろうことが明らかになる。したがって、絶縁性の高い窓の開発には、環境的にも経済的にも大きな利点がある。
絶縁ガラスユニット(IGユニット又はIGU)が開発されており、建物及び他の構造物の絶縁性が向上している。図1は、例示的なIGユニットの断面概略図である。図1の例示的なIGユニットでは、第1の基材102及び第2の基材104は、実質的に平行であり、互いに離隔している。スペーサシステム106は、第1の基材102及び第2の基材104の周辺部に提供され、基材を互いに実質的に平行に離隔した関係に維持し、基材の間に間隙又は空間108を画定するのに役立つ。間隙108は、例えば、全体的なIGユニットの絶縁特性を改善するために、場合によっては不活性ガス(例えば、Ar、Kr、Xeなど)で少なくとも部分的に充填されてもよい。場合によっては、スペーサシステム106に加えて、任意選択の外側シールが提供されてもよい。いくつかの例示的な構成では、スペーサシステム106は、内側又は一次シールを形成し、一方、外側シールは二次シールを形成する。
窓は、冬の太陽光取得及び一年中の昼光の形態で建物に「エネルギーを供給する」能力を有するという点で、ほとんどの建物において固有の要素である。しかしながら、現在の窓技術は、多くの場合、冬の過剰な暖房コスト、夏の過剰な冷房コストにつながることが多く、多くの場合、光源の市販品の多くにおいて光が暗色化されるか又はオフにされることを可能にするという昼光の利益を捕捉し損ねている。
薄膜技術は、窓性能を改善する1つの有望な方法である。薄膜は、例えば、製造中にガラス上に直接適用することができ、それに対応してより低コストで既に既存の窓に後付けすることができるポリマーウェブ上に適用することができる。過去20年間にわたって進歩が行われており、主に、静的又は「受動的」低放射率(低E)コーティングを使用することにより窓のU値を下げ、並びにスペクトル選択的低Eコーティングを使用することにより、太陽熱利得係数(solar heat gain coefficient、SHGC)を低減することによって、進歩が行われてきた。低Eコーティングは、例えば、図1に示され、図1に関連して記載されているものなどのIGユニットと関連して使用され得る。しかしながら、更なる強化が可能である。
例えば、建物などへの改善された絶縁を提供するという要望を考慮に入れたより動的なIGユニットオプションを提供することが望ましいであろうことは、太陽が建物の内部に「エネルギーを供給」する能力を利用し、また、より「オンデマンド」方式でプライバシーを提供することが望ましいことが理解されるであろう。このような製品は、美的外観も満足することが望ましいことが理解されるであろう。
特定の例示的実施形態は、これら及び/又は他の懸念事項に対処する。例えば、本発明の特定の例示的実施形態は、IGユニットと共に使用され得る電位駆動シェード、かかるシェードを含むIGユニット、及び/又はその製造方法に関する。
特定の例示的実施形態では、絶縁ガラス(IG)ユニットが提供される。第1の基材及び第2の基材は、それぞれが内部主表面及び外部主表面を有し、第1の基材の内部主表面は、第2の基材の内部主表面に面している。スペーサシステムは、第1の基材及び第2の基材を互いに対して実質的に平行に離隔した関係に維持し、それらの間に間隙を画定するのに役立つ。間隙は、SF6ガスのイオン化閾値以下のイオン化閾値を有する反応性ガスで少なくとも部分的に充填される。動的に制御可能なシェードは、第1の基材と第2の基材との間に挿入される。シェードは、第1の基材の内部主表面上に直接又は間接的に提供された第1の導電性層と、第1の誘電体層であって、第1の基材とは反対の、第1の誘電体層の側面で、第1の導電性層に直接又は間接的に提供されている、第1の誘電体層と、第2の導電性層を支持する可撓性基材を含むシャッタであって、シャッタが、シャッタ開位置からシャッタ閉位置に伸長可能であり、かつシャッタ閉位置からシャッタ開位置に後退可能である、シャッタと、を含む。制御回路は、可撓性基材をシャッタ閉位置に駆動する静電力を生成するための電圧を供給するように構成されている。乾燥剤材料は、モレキュラーシーブ置換材料を含み、モレキュラーシーブ置換材料は、塩を含み、乾燥剤材料は、乾燥剤材料が反応性ガスからかなりの数の分子を捕捉することができないように反応性ガスに相溶性である。
特定の例示的実施形態によれば、乾燥剤材料は、例えば、ポリマーベースであり得る乾燥剤マトリックスを含んでもよい。いくつかの例では、乾燥剤材料はモレキュラーシーブを含まなくてもよい。
特定の例示的実施形態によれば、塩は、MgCl2及び/又はCaCl2であってもよい。
特定の例示的実施形態によれば、反応性ガスは、CO2ガスであってもよい。
特定の例示的実施形態では、絶縁ガラス(IG)ユニットが提供される。第1の基材及び第2の基材は、それぞれが内部主表面及び外部主表面を有し、第1の基材の内部主表面は、第2の基材の内部主表面に面している。スペーサシステムは、第1の基材及び第2の基材を互いに対して実質的に平行に離隔した関係に維持し、それらの間に間隙を画定するのに役立つ。間隙は、CO2ガスのイオン化閾値以下のイオン化閾値を有する反応性ガスで少なくとも部分的に充填される。動的に制御可能なシェードは、第1の基材と第2の基材との間に挿入される。シェードは、第1の基材の内部主表面上に直接又は間接的に提供された第1の導電性層と、第1の誘電体層であって、第1の基材とは反対の、第1の誘電体層の側面で、第1の導電性層に直接又は間接的に提供されている、第1の誘電体層と、第2の導電性層を支持する可撓性基材を含むシャッタであって、シャッタが、シャッタ開位置からシャッタ閉位置に伸長可能であり、かつシャッタ閉位置からシャッタ開位置に後退可能である、シャッタと、を含む。制御回路は、可撓性基材をシャッタ閉位置に駆動する静電力を生成するための電圧を供給するように構成されている。乾燥剤材料は、塩を含み、乾燥剤材料はスペーサシステムの本体内に位置している。
特定の例示的実施形態では、絶縁ガラス(IG)ユニットを製造する方法が提供され、本方法は、第1の基材及び第2の基材であって、各々が内部主表面及び外部主表面を有し、第1の基材の内部主表面が、第2の基材の内部主表面に面している、第1の基材及び第2の基材を有することと、第1の基材及び/又は第2の基材上に動的に制御可能なシェードを提供することと、を含む。シェードは、第1の基材の内部主表面上に直接又は間接的に提供された第1の導電性層と、第1の誘電体層であって、第1の基材とは反対の、第1の誘電体層の側面で、第1の導電性層に直接又は間接的に提供されている、第1の誘電体層と、第2の導電性層を支持する可撓性基材を含むシャッタであって、シャッタが、シャッタ開位置からシャッタ閉位置に伸長可能であり、かつシャッタ閉位置からシャッタ開位置に後退可能である、シャッタと、を含む。第1の基材及び第2の基材は、それらの間に間隙が画定され、動的に制御可能なシェードが間隙に位置するように、スペーサシステムを使用して、実質的に平行に離隔した関係で互いに接続される。間隙は、SF6ガスのイオン化閾値以下のイオン化閾値を有する反応性ガスで少なくとも部分的に充填される。乾燥剤材料は、スペーサシステムの本体内に位置しており、乾燥剤材料は塩を含み、乾燥剤材料は、乾燥剤材料が反応性ガスからかなりの数の分子を捕捉することができないように、反応性ガスに相溶性である。
本明細書に記載の技術に従ってIGユニット及び/又はシェード(基材を伴う又は伴わない)を作製する方法、及び/又はそのようなシェードを操作する方法が、本明細書において企図される。
特定の例示的実施形態では、絶縁ガラス(IG)ユニット内で動的シェードを操作する方法が提供される。本方法は、本明細書に開示される技術に従って作製されたIGユニットを有することと、電源を選択的に作動させて、シャッタ開位置からシャッタ閉位置にポリマー基材を移動させることと、を含む。
本明細書に記載の特徴、態様、利点、及び例示的実施形態は、更なる実施形態を実現するために組み合わされてもよい。
これら及び他の特徴及び利点は、図面と併せて、例示的な実施形態の以下の詳細な説明を参照することによって、より良好かつより完全に理解され得る。
本発明の特定の例示的実施形態は、IGユニットと共に使用され得る電位駆動シェード、かかるシェードを含むIGユニット、及び/又はその製造方法に関する。ここでより詳細に図面を参照すると、図2は、特定の例示的実施形態に関連して使用され得る電位駆動シェードを組み込んだ例示的な絶縁ガラスユニット(IGユニット又はIGU)の断面概略図である。より具体的には、図2は、実質的に平行に離隔した第1のガラス基材102及び第2のガラス基材104が、スペーサシステム106を使用して互いに分離され、間隙108がそれらの間に画定される点で、図1と同様である。第1の電位駆動シェード202a及び第2の電位駆動シェード202bは、それぞれ、第1の基材102及び第2の基材104の内側主表面に近接する間隙108内に提供される。以下に提供される説明から明確になるように、シェード202a及び202bは、シェード202aと202bと、基材102及び104の内面にそれぞれ形成された導電性コーティングとの間の電位差の生成によって制御される。また、以下に提供される説明から明確になるように、それぞれのシェード202a及び202bは、導電性コーティング(例えば、Al、Cr、ITOなどを含む層を含むコーティング)でコーティングされたポリマー膜を使用して作製され得る。アルミニウムコーティングされたシェードは、可視光の部分-完全反射、及び最大でかなりの量の総太陽エネルギーを提供し得る。
シェード202a及び202bは通常、(例えば、巻き上げられて)後退されるが、例えば、「従来の」ブラインドのように、基材102及び104の少なくとも一部を覆うために、適切な電圧が印加されたときに急速に伸長する(例えば、展開する)。巻き上げシェードは、非常に小さい直径を有してもよく、典型的には、第1の基材102と第2の基材104との間の間隙108の幅よりもはるかに小さくなり、これにより、それらの間で機能することができ、巻き上げられるときに本質的に視界から隠され得る。巻き取られたシェード202a、202bは、それぞれ隣接する基材102、104に静電的に強く吸着する。
シェード202a及び202bは、基材102及び104の可視又は「フレーム」領域の垂直長さの全て又は一部分に沿って、後退構成から伸長構成まで延びる。後退構成では、シェード202a及び202bは、フレーム領域を通る放射透過を実質的に可能にする第1の表面積を有する。伸長構成では、シェード202a及び202bは、フレーム領域を通る放射透過を実質的に制御する第2の表面積を有する。シェード202a及び202bは、それらが取り付けられる基材102及び104のフレーム領域の水平幅の全て又は一部にわたって延在する幅を有してもよい。
それぞれのシェード202a及び202bは、第1の基材102と第2の基材104との間に配設され、好ましくは、それぞれが、基材の頂部付近で、1つの端部で基材の内面(又は基材の上に配置された誘電体若しくは他の層)に取り付けられる。この点で、接着剤層を使用してもよい。図2では、シェード202a及び202bは、部分的に展開されて(部分的に伸長されて)示されている。シェード202a及び202b、並びに任意の接着剤層又は他の取り付け構造は、好ましくは、シェード202a及び202bが少なくとも部分的に展開されたときにのみ見られるように、視界から隠される。
完全に巻き上げられたシェードの直径は、約1~15mm(例えば、1~5mm又は6~12mm)であってもよいが、異なる例示的実施形態ではより大きくても小さくてもよい。好ましくは、巻き上げられたシェードの直径は、間隙108の幅以下であり、それは、迅速かつ繰り返しの展開及び巻き上げ操作を容易にするために、典型的には約10~25mmである(12~19mmは一般的なIGユニットに典型的であり、16~25mmはいくつかの動的シェード用途に典型的である)。図2の実施例では2つのシェード202a及び202bが示されているが、特定の例示的実施形態では1つのシェードのみが提供されてもよく、また、1つのシェードが内側又は外側基材102又は104のいずれかの内側表面上に提供されてもよいことも理解されよう。2つのシェードがある例示的な実施形態では、その組み合わせ直径は、例えば、両方のシェードの展開及び巻き上げ操作を容易にするために、好ましくは、間隙108の幅以下であることが好ましい。
シェード202a及び202bを駆動するのに役立つ電子コントローラが提供されてもよい。電子コントローラは、例えば、好適なリード線などを介して、シェード202a及び202b並びに基材102及び104に電気的に接続されてもよい。リード線は、組み立てられたIGユニットを介して見えないようにすることができる。電子コントローラは、それぞれ、基材102及び104内の導電性層に対して、出力電圧をシェード202a及び202bに提供するように構成される。特定の例示的実施形態では、シェード202a及び202bを駆動するためにDC約100~650Vの範囲の出力電圧を使用することができる。この点に関して、外部AC又はDC電源、DC電池、及び/又は同様のものが使用されてもよい。例えば、シェード202a及び202b、基材102及び104上の層などを含む製造パラメータ及び材料に応じて、より高い又はより低い出力電圧が提供され得ることが理解されるであろう。
コントローラは、例えば、シェード202a及び202bが後退又は延長されるべきかどうかを示すために、手動スイッチ、遠隔(例えば、無線)制御、又は他の入力装置に連結されてもよい。特定の例示的実施形態では、電子コントローラは、制御信号を受信して復号するための命令を記憶するメモリに動作可能に結合されたプロセッサを含んでもよく、制御信号は、電圧を選択的に印加して、シェード202a及び202bの伸長及び/又は後退を制御する。他の機能が実現され得る更なる命令が提供されてもよい。例えば、ユーザ指定の又は他の時間にシェード202a及び202bが、伸長かつ後退するようにプログラムされ得るように、タイマーが提供されてもよく、ユーザ指定の屋内温度及び/又は屋外温度に達した場合に、シェード202a及び202bが伸長かつ後退するようにプログラムされ得るように、温度センサが提供されてもよく、構造体の外側の光の量に基づいて、シェード202a及び202bが伸長し、後退するようにプログラムされ得るように、光センサが提供されてもよい、などである。
上述したように、2つのシェード202a及び202bが図2に示されているが、特定の例示的な実施形態は、単一のシェードのみを組み込んでもよい。更に、上述のように、かかるシェードは、IGユニット全体に沿って、かつ実質的に全体にわたって垂直方向及び水平方向に延在するように設計されてもよく、異なる例示的実施形態は、それらが配置されるIGユニットの部分のみを被覆するシェードを含んでもよい。このような場合、より選択可能な範囲を提供するため、マンティンバーなどの内部又は外部構造を考慮するため、プランテーションシャッタなどを模擬するためなど、複数のシェードが提供されてもよい。別の例として、第1のシェードは、窓の第1の部分(例えば、上部又は左/右部分)を覆うことができ、第2のシェードは、その窓の第2の部分(例えば、底部又は右/左)を覆うことができる。別の例として、所与の窓の異なる約3分の1の部分を覆うために、第1、第2、及び第3のシェードが提供されてもよい。
特定の例示的実施形態では、シェードがその全長を展開することを防ぐのを助けるために、ロック抑制部がIGUの底部に、例えば、その幅の一部又は全部に沿って配設されてもよい。ロック抑制部は、金属などの導電性材料から作製されてもよい。ロック抑制部はまた、例えば、ポリプロピレン、フッ素化エチレンプロピレン(fluorinated ethylene propylene、FEP)、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene、PTFE)などの低消散率ポリマーでコーティングされてもよい。
シェード202a及び202bの動作の例示的な詳細が、図3~図4に関連して提供される。より詳細には、図3は、特定の例示的実施形態による、シャッタ動作を可能にする、図2の実施例IGUの、例示的な「ガラス上の」構成要素を示す断面図である。図4は、特定の例示的実施形態による、図2の実施例IGUからの例示的なシャッタの断面図である。図3は、図2の基材102及び104のいずれか又は両方に使用され得るガラス基材302を示す。ガラス基材302は、ガラス上の構成要素304及びシャッタ312を支持する。特定の例示的実施形態では、巻かれていない場合、導体404は、インク層406よりも基材302に近くてもよい。他の例示的実施形態では、この構成は、例えば、巻かれていないときに、導体404がインク層406よりも基材302から遠くになり得るように、反転されてもよい。
ガラス上の構成要素304は、透明な低ヘイズ接着剤310などを介して基材302に接着され得る誘電材料308と共に透明導体306を含む。これらの材料は、好ましくは実質的に透明である。特定の例示的実施形態では、透明導体306は、端子を介してコントローラへのリード線に電気的に接続される。特定の例示的実施形態では、透明導体306は、コンデンサの固定電極として機能し、誘電材料308は、このコンデンサの誘電体として機能する。そのような場合、誘電体又は絶縁体膜が、第1の導電性層上に直接的又は間接的に提供され、誘電体又は絶縁体膜がシャッタとは別個である。
特定の例示的な実施形態では、シェード上に誘電体層の全てを置き、それによって、裸の導電性(平坦な)基材、例えば、導電性コーティングを支持するガラス基材を露出させることが可能であることが理解されるであろう。例えば、特定の例示的な実施形態では、ポリマー膜絶縁体308は、基材302の一部として提供され/統合されるのではなく、シャッタ312の一部として提供され/統合され得る。すなわち、シャッタ312は、誘電体又は絶縁体膜308をその上に更に支持し、その結果、少なくとも1つのポリマー基材がシャッタ閉位置にあり、シャッタが伸長されたときに、誘電体又は絶縁膜が、第1の導電性層に、それらの間に他の層がないように直接物理的に接触する。
透明導体306は、例えば、ITO、酸化スズ(例えば、SnO2又は他の好適な化学量論)などの任意の好適な材料から形成されてもよい。透明導体306は、特定の例示的実施形態において、厚さ10~500nmであってもよい。誘電材料308は、特定の例示的実施形態では、低消散率ポリマーであってもよい。好適な材料としては、例えば、ポリプロピレン、FEP、PTFE、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリイミド(polyimide、PI)、及びポリエチレンナフタレート(polyethylene napthalate、PEN)などが挙げられる。誘電材料308は、特定の例示的実施形態では、1~30マイクロメートル(4~25マイクロメートル)の厚さを有してもよい。誘電材料308の厚さは、(例えば、より薄い誘電体層が典型的に信頼性を低下させるのに対して、より厚い誘電体層は、典型的には、動作目的のためにより高い印加電圧を必要とするため)、シェードの信頼性を、バランスをとるように選択することができる。
既知のように、多くの低放射率(低E)コーティングは、導電性である。したがって、特定の例示的実施形態では、透明導体306の代わりに低Eコーティングが使用されてもよい。低Eコーティングは、銀ベースの低Eコーティングであってもよく、例えば、Agを含む1つ、2つ、3つ、又はそれ以上の層が誘電体層の間に挟まれてもよい。このような場合、接着剤310の必要性は、低減されるか、又は完全に除去されてもよい。
シャッタ312は、弾性層402を含んでもよい。特定の例示的実施形態では、弾性層402の一方の面に導電体404が使用されてもよく、任意選択的に、他方の面に装飾インク406が適用されてもよい。特定の例示的実施形態では、導体404は、透明であってもよく、示されるように、装飾インク406は、任意選択である。特定の例示的実施形態では、導体404及び/若しくは装飾インク406は、半透明であってもよく、又は別の方法で、シャッタ312に着色若しくは審美的特徴を付与することができる。特定の例示的実施形態では、弾性層402は、例えば、PEN、PET、ポリフェニレンスルフィド(polyphenylene sulfide、PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(polyether ether ketone、PEEK)などの収縮性ポリマーから形成されてもよい。弾性層402は、特定の例示的実施形態では、1~25マイクロメートル厚であってもよい。導体404は、異なる例示的実施形態において導体306に使用されるものと同じ又は異なる材料から形成されてもよい。例えば、金属又は金属酸化物材料が使用されてもよい。特定の例示的実施形態では、例えば、ITO、Al、Ni、NiCr、酸化スズなどを含む層を含む厚さ10~50nmの材料を使用することができる。特定の例示的実施形態では、導体404のシート抵抗は、40~200オーム/平方の範囲であってもよい。異なる伝導率値及び/又は厚さ(例えば、以下の表に記載される例示的な厚さなど)が、異なる例示的実施形態において使用され得ることが理解されるであろう。
装飾インク406は、所望の可視色及び/又は赤外線を選択的に反射する、かつ/又は吸収する顔料、粒子、及び/又は他の材料を含んでもよい。特定の例示的実施形態では、追加の装飾インクが、弾性層402の反対側の導体404の側面上のシャッタ312に適用されてもよい。
図2に示すように、シェード202a及び202bは、通常、らせん状ロールとして巻かれ、らせんの外側端部は、接着剤によって基材102及び104(例えば、基材の上の誘電体)に固着されている。導体404は、端子を介してリード線などに電気的に接続されてもよく、導体306をコンデンサの固定電極として、かつ誘電体308をコンデンサの誘電体として有する、コンデンサの可変電極として機能してもよい。
電気駆動部が可変電極と固定電極との間に提供されるとき、例えば、電圧又は電荷又は電流の電気駆動が、シャッタ312の導体404と基材302上の導体306との間に印加されるとき、シャッタ312は、2つの電極間の電位差によって生成される静電力によって基材302に向かって引かれる。可変電極を引っ張ると、コイル状のシェードが展開する。可変電極上の静電力により、シャッタ312は、基材302の固定電極に対して確実に保持される。その結果、シェードのインクコーティング層406は、IGユニットを通る光路に挿入されることによって、特定の可視色及び/又は赤外線を選択的に反射又は吸収することを助ける。このようにして、展開したシェードは、特定の光又は他の放射を選択的に遮断する、かつ/又は反射することによって放射透過を制御し、それによって、IGユニットの全体的な機能を透過して、部分的若しくは選択的に透過性であるか、又は更には不透明であるように、IGユニットの全体的な機能を変化させる。
可変電極と固定電極との間の電気駆動が除去されると、可変電極上の静電力も同様に除去される。弾性層402及び導体404内に存在するばね定数により、シェードがその元の緊密な巻き位置に戻るようになる。シェードの動きは主に容量性回路によって制御されるため、電流は本質的に、シェードが展開中又は巻き上げ中のいずれかである間にのみ流れる。その結果、シェードの平均電力消費量は、非常に低い。このようにして、少なくともいくつかの例では、数年のシェードを操作するために、いくつかの標準的な単3電池を使用することができる。
一実施例では、基材302は、譲受人から市販されている厚さ3mmの透明ガラスであってもよい。接着剤層310には、低ヘイズを有するアクリル系接着剤が使用されてもよい。導体306には、100~300Ω/平方の抵抗を有するスパッタITOが使用されてもよい。ポリマーfdmは、12マイクロメートル厚の低ヘイズ(例えば、<1%ヘイズ)PET材料であってもよい。装飾インク406として、Sun Chemical Inc.から入手可能なPVC系インクを、3~8マイクロメートルの厚さで適用してもよい。当然ながら、異なる例示的実施形態において他のインクが使用されてもよい。弾性層402として、厚さ6、12、又は25マイクロメートルであるDuPontから市販されているPEN材料を使用することができる。当然ながら、他の材料が、異なる例示的実施形態において使用されてもよい。375nmの公称厚さを有する、Alを蒸着させた不透明導体が使用されてもよい。透明なオプションのために、スパッタリングされたITOが使用されてもよい。両方の場合において、シート抵抗は、100~400オーム/平方であってもよい。(アルミニウムが使用される場合、シート抵抗は100オーム/平方未満であってもよい。特定の例示的実施形態では、シート抵抗は、更に1オーム/平方未満であってもよい。特定の例示的実施形態では、ITO又は他の導電性材料は、それらのそれぞれのポリマーキャリア層上にスパッタリングされるか、又は他の方法で形成されてもよい。当然ながら、これらの例示的な材料、厚さ、電気特性、並びにそれらの様々な組み合わせ及び部分的組み合わせなどは、特に特許請求されない限り限定するものと見なされるべきではない。
上述の説明から理解されるように、動的シェード機構は、導電層を有するコイル状ポリマーを使用する。特定の例示的実施形態では、導体は、ポリマー402と一体であるように形成されてもよく、又はポリマー402上に適用、堆積、又は他の方法で形成される外的コーティングであってもよい。同様に上述したように、装飾インク406は、透明な導体材料(例えば、ITOに基づく)及び/又は部分的に透明若しくは不透明な導電層と共に使用されてもよい。不透明又は部分的に透明な導電層は、特定の例示的実施形態におけるインクの必要性をなくすことができる。この点に関して、特定の例示的実施形態では、金属又は実質的に金属材料が使用されてもよい。アルミニウムは、装飾インクと共に、又は装飾インクなしで使用され得る材料の一例である。
1つ以上のオーバーコート層は、導体上に提供されて、可視光反射を低減し、かつ/若しくはシェードの色を変化させて、より審美的に満足のいく製品を提供することに役立ってもよく、並びに/又は、位相シフタ層がそれらの間に出現するように、導体を「分割」することによって役立ち得る。したがって、オーバーコートは、全体的なシェードの美的外観を改善するために含まれ得る。したがって、シャッタ312は、反射低減オーバーコート、誘電体鏡面オーバーコートなどを含み得る。そのような反射低減オーバーコート及び誘電体ミ鏡面オーバーコートは、導体404の上に、かつ、装飾インク406の反対側に(例えば)PENを含むシェードポリマー402の主表面上に提供され得る。しかしながら、例えば、導体404が透明でない場合、インク406は、提供される必要はないことが理解されるであろう。例えば、Alなどの鏡面コーティングは、装飾インク406の必要性をなくすことができる。また、反射低減オーバーコート及び誘電体鏡面オーバーコートは、特定の例示的実施形態では、導電体404の反対側に(例えば)PENを含むシェードポリマー402の主表面上に提供されてもよいことも理解されよう。
光学干渉技術を使用して反射を低減することに加えて、又はその代わりに、テクスチャ加工された表面をベースポリマーに追加すること、導電層を化学的若しくは物理的に改質し、かつ/又はインク層を追加して、例えば、同じ又は類似の端部を達成するために、望ましくない反射の更なる低減などを達成することも可能である。
薄膜及び/又はシャッタを含む他の材料は、全体的なシェードの機能に従って多数の巻き上げ及び展開動作に耐えなければならないことを考慮すると、材料は選択されてもよく、形成された全体層積層体は、それを容易にする機械的及び/又は他の特性を有することが理解されるであろう。例えば、薄膜層積層体における過剰な応力は、典型的には不利であると見られる。しかしながら、いくつかの場合では、過剰な応力は、ひび割れ、「層間剥離」/除去、並びに/又は導体404及び/若しくは導体404の上に形成された1つのオーバーコート層若しくは複数のオーバーコート層への他の損傷につながり得る。したがって、特定の実施形態例では、シャッタのポリマー基材上に形成された層と関連して、低応力(特に低引張応力)が特に望ましい場合がある。
この点に関して、スパッタリングされた薄膜の接着は、とりわけ、堆積膜中の応力に依存する。応力を調整する1つの方法は、堆積圧力を使用することである。応力対スパッタ圧力は、単調曲線には追従せず、代わりに、本質的に各材料に固有であり、材料の蒸発温度(又は溶融温度)と基材温度との比の関数である遷移圧力で注入される。応力工学は、これらのガイドポストを念頭に置いて、ガス圧最適化によって達成することができる。
考慮に入れることができるシェードの他の物理的及び機械的特性としては、ポリマーの弾性率及びポリマーの上に形成された層、層の密度比(応力/ひずみに影響を及ぼし得る)などが挙げられる。これらの特性は、内部反射、導電性などに対するそれらの効果とバランスをとることができる。
既知のように、IGユニットの内部の温度は、非常に高くなり得る。例えば、図2の実施例による、黒色顔料を含むIGユニットは、例えば、シェードの黒色部分が高温の高日射気候(例えば、アリゾナ州などの米国南西の領域など)で太陽に面している場合には、87℃の温度に達し得ることが観察されている。PENは、PET(Tg=67~81℃)、ポリプロピレン又はPP(Tg=約32℃)などの他の一般的なポリマーと比較して、PENがより高いガラス転移温度(~120℃)を有するので、巻き取り可能/展開不可能なポリマーにPEN材料を使用すると有利であり得る。更に、PENがガラス転移温度に近づく温度に曝露される場合、そうではない場合には有利な材料の機械的特性(材料の弾性率、降伏強度、引張強度、応力緩和弾性率などを含む)の性能は、特に高温曝露では経時的に劣化する場合がある。これらの機械的特性が著しく劣化すると、シェードはもはや機能しなくなる(例えば、シェードは後退しない)。
シェードが高温環境によりよく耐えることを助けるために、PENからより高い温度耐性を有するポリマーへの置換が有利であり得る。2つの潜在的ポリマーとしては、PEEK及びポリイミド(PI又はカプトン)が挙げられる。PEEKは、約142℃のTgを有し、カプトンHNは、約380℃のTgを有する。これらの材料の両方は、PENと比較して、高温環境においてより良好な機械的特性を有する。これは、100℃を超える温度で特に当てはまる。以下のチャートは、PEN(Teonex)、PEEK、及びPI(カプトンHN)の機械的特性を参照する。UTSは、チャートにおける最終的な引張強度を表す。
シェード基材をその現在の材料(PEN)から、高温の機械的特性が増加した代替のポリマー(例えば、PEEK又はPI/カプトン)に変更することは、以下の意味で有利であり得ることが理解される。特にシェードが高温の気候に設置されている場合は、シェードが内部IG温度により良好に耐えられるようになる可能性がある。特定の実施形態例では、代替ポリマーの使用は、シャッタ及び/又はガラス上の層と関連して使用され得ることが理解されるであろう。
加えて、又は代替として、特定の例示的実施形態は、染色されたポリマー材料を使用してもよい。例えば、染色PEN、PEEK、PI/カプトン、又は他のポリマーを使用して、各種の色及び/又は審美性を有するシェードを作り出すことができる。例えば、染色されたポリマーは、例えば、透明導電層が透明導電性コーティングなどである場合、透明/半透明の用途の実施形態に有利であり得る。
代替のコイル状シェードのばね力を有益に修正して、様々な長さのために使用できるようにするために使用し得る。この点に関し、コイルの強度を増大させる導電層の特性には、弾性率の増加、ポリマー基材と導電層との間の熱膨張係数(coefficient of thermal expansion、CTE)の差の増加、及び弾性率対密度比の増加を含む。Al又はCrと比較してコイル強度を高めるために使用することができる純金属の一部としては、Ni、W、Mo、Ti、及びTaが挙げられる。研究された金属層の弾性率は、Alについての70GPaからMoについての330GPaの範囲であった。研究された金属層のCTEは、Alについての23.5×10-6/kからMoについての4.8×10-6/kまでの範囲であった。一般に、弾性率が高いほど、PEN又は他のポリマーと金属との間のCTEミスマッチがより大きいほど、密度がより低いほどなどで、コイル形成に関して材料選択がより良好になる。Mo及びTi系導電層をシェードに組み込むことは、Alで達成可能なものよりも著しく高いコイルのばね力をもたらしたことが見出されている。例えば、有利には、PEN、PEEK、PI、又は同様のものなどに基づくポリマー基材を含み、(基材から離れる順番で)Alを含む層、続いてMoを含む層を支持し得る。Alよりも大きい弾性率及び低いCTEを有する、導電性コーティング内の薄膜層及び/又は導電性コーティング自体が提供されてもよい。
シャッタとして使用されるPEN、PI、又は他のポリマー基材は、応力工学目的のAlを含む薄層を支持してもよく、導電性層は、薄層の上にMo、Tiなどを直接的又は間接的に含む。導電層は、Al、Ti、ステンレス鋼などを含む耐食層を支持してもよい。これらの層の反対側の基材の側面は、任意選択的に、装飾インクなどを支持することができる。
図5は、特定の例示的実施形態による、図3の実施例からのガラス上の構成要素304と図4の実施例からのシャッタ構成要素312とを組み込んだ基材102の平面図である。シャッタ312は、シャッタ閉位置に移動するとき、アンカーバー502から停止部504に向かって伸長する。シャッタは、シャッタ開位置に移動するとき、停止部504からアンカーバー502に向かって後退する。
特定の例示的実施形態は、光がシェードを通過することを可能にし、太陽の角度に基づいて漸進的な量の太陽透過率を提供する微小穿穴又は貫通穴を含んでもよい。
更なる製造、動作、及び/又は他の詳細及び代替が実施されてもよい。例えば、米国特許第10,876,349号、同第8,982,441号、同第8,736,938号、同第8,134,112号、同第8,035,075号、同第7,705,826号、及び同第7,645,977号、並びに2021年4月16日に出願された米国特許出願第17/232,406号を参照されたい。上記の文献のそれぞれの内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。とりわけ、穿孔構成、ポリマー材料、導電性コーティング設計、応力工学概念、建材一体型太陽光発電設備(building-integrated photovoltaic、BIPV)、及び他の詳細が、その中に開示され、少なくともそれらの教示は、特定の例示的な実施形態に組み込まれ得る。
上述したように、IGユニットは、内側シール又は一次シールの少なくとも一部としてスペーサシステムを使用することがあるが、外側シールは二次シールを形成するのに役立つ。これに関して、図6を参照されたい。図6は、特定の例示的実施形態による、図2の例示的なIGユニットの端部の拡大断面図である。スペーサシステム106は、IGユニットの周りに略矩形のフレームを形成する。図6の断面図は、スペーサシステムが接合又は他の方法で接着されている様子を示している。第1の基材及び第2の基材102及び104の内面は、材料602a及び602bを使用する。外側シール604は、間隙108から離れてスペーサシステム106の外部に提供される。スペーサシステム106及び外側シール604は一緒に機能し、間隙108から湿気を遠ざけ、空洞108内に充填ガスを維持するのに役立つシーラントシステムを形成する。このシールは、IGユニットの寿命を延ばし、湿気の侵入(これがあると、IGユニットが曇り、曇って見えるなどの可能性がある)を低減することによって、IGユニットを審美的に心地よい状態に保つことに役立つ。
異なる例示的実施形態において使用され得るいくつかの異なる可能なスペーサシステムが存在する。一例では、ナイロン脚によって分離された2枚の金属シートを使用して、空洞を有する略矩形のフレームを形成する。この一般的な構成は、例えば、Guardian IGスペーサにおいて使用される。例えば、米国特許第8,795,568号、同第8,967,219号、同第9,187,949号、同第9,309,714号、同第9,617,781号、同第9,656,356号、同第9,689,196号、及び同第10,233,690号を参照されたい。これらは、スペーサの形成及び適用技術の例を示したものである。これらの各特許の内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
図6の例に示すように、スペーサシステム106は、乾燥剤606で少なくとも部分的に充填される。一例では、乾燥剤606は、限られた空間(例えば、一般的な構成では約4.5mm×2.5mm)を有するスペーサシステム106内に提供される。乾燥剤606は、典型的には、この空間に押し出される。しかしながら、乾燥剤材料を提供する異なるアプローチが、異なる例において使用されてもよい。典型的には、ルースフィル粉末及び/又はビーズ乾燥剤材料、並びにそのような材料に凝集する材料は使用されない。これは、典型的な下流処理が、乾燥剤材料がスペーサシステム106から漏れて、IGユニットのエア空洞内に視覚的障害を与える可能性を高くするからである。
乾燥剤606は、典型的には20年又は25年以上であるIGユニットの寿命にわたって水分を吸着する。乾燥剤606が完全に飽和すると、内部空洞の水蒸気圧力が上昇し、水が内面上に凝縮し、ガラスを汚し、IGを欠陥のあるものにする(又は少なくとも審美的に不快なものにする)可能性がある。ある意味では、IGユニットの主な機能の1つ、すなわち、それを通してはっきりと見ることができるということが損なわれる。
したがって、IGユニットに関連して乾燥剤材料を提供することが望ましいことが理解されるであろう。設計によって、乾燥剤は、全てのシール材料が一般に実世界の透過率を有するので、良好に設計され組み立てられたIGユニット内のシールを直接通る小さな蒸気透過に対処するのに役立つ。そのようにすることは、例えば、ソーラー性能及び美観を維持することにも役立ち、また潜在的に異なるガスがIGユニットの内部で使用されることを可能にするなどしながら、不十分な又は故障した(及び場合によって時には故障した)シールを補償することに役立つことによって、IGユニットの有効寿命を延ばすのに役立つことができる。特定の例示的実施形態の一態様は、高速ドローダウン能力を有する非剛性高水分吸着容量乾燥剤材料に関する。
HL-5157は、H.B.Fullerから商業的に入手可能であり、モレキュラーシーブがブレンドされたブチルマトリックス乾燥剤である。この製品は、重量で約12.5%の水分吸収を可能にする。ブチル成分は、乾燥剤(モレキュラーシーブ)の内部粒子への水分拡散を制限する。他の市販の乾燥剤マトリックス処方物は、約14.5重量%の水分容量を提供し得る。HL-5157製品に関しては、モレキュラーシーブを増加させて乾燥剤容量を改善しようとすると、材料特性が変化し、押出が困難になる一方で、一旦冷却するとマトリックスの特性も変化することが見出された。
従来の考え方は、はるかに高い能力の乾燥剤材料(例えば、15重量%超、より好ましくは50重量%超、及び100重量%に近いか又はそれを超える)が、より低い材料コスト、低減された乾燥剤材料容積、20~25年(又は場合によってはより長い)の寿命の間の十分な能力、及びIGユニットにおける向上した製造後の露点低減につながり得るという点で望ましいであろうというものである。したがって、従来の知識によれば、例えば、現在使用されているものよりも約2~5倍高い最大容量を有する新しい材料が提供されるように、現在の乾燥剤材料を改善することが望ましいであろう。更に、本発明者らが認識しているように、例えば、上述したものなどのボックス型スペーサシステムの本体に含む様々な異なるスペーサシステム及び/又は構成に関連して使用することができるように、押出成形することができるか、又は何らかの方法で一緒に保持することができる高効率乾燥剤材料を有することが望ましいであろう。乾燥剤ビーズ及びモレキュラーシーブ単独であることは、理想的であり、最小限の拡散問題を有すると考えられるが(少なくともこの従来の知識が適用される場合)、追加の修復技術を使用しなければ(例えば、乾燥剤材料を一緒に保つコーティングを使用し、拡散効果に悪影響を与えない)、製造中(例えば、スペーサシステムのフレームを切断するとき)に材料が緩むか又は外れることがあるので不利な場合がある。
一般に、水分子を捕捉し、より大きな原子及び分子の捕捉を回避する乾燥剤材料を有することが望ましいであろう。例えば、酸素、アルゴン、及び窒素の捕捉は、例えば、IGユニットの空洞内の所望の環境の捕捉(例えば、IGユニットに典型的な80%Ar-20%空気又は90%Ar-10%空気環境に寄与する原子の捕捉、又はIGユニットの空洞を部分的又は完全に塞ぐ不活性ガスの原子の捕捉)を伴い得るため、問題となり得る。これらの物質が捕捉されると、乾燥剤は本質的に液化し、IGユニットの審美的及び機能的な問題を引き起こす可能性がある。
しかしながら、これらの問題は、SF6、CO2、及び/又は同様のものなどの反応性ガスが反応性ガス環境の代わりに(又はそれに加えて)使用されるので、動的シェード用途の状況では更に深刻になり得る。CO2及び他の反応性ガスは、電気アークに対して本質的に絶縁するので、動的シェード用途を含むいくつかの電気用途において有用である。SF6ガスは、イオン化閾値未満に留まることに役立ち、動的シェード用途で使用されてきた。CO2は、場合によってはSF6と比較して有利であり得る。なぜなら、CO2は、依然としてかなり高いイオン化閾値を有し、容易に入手可能であり、低コストであり、外部窓用途を含む様々な異なる用途にIGユニットを使用することを潜在的に可能にする良好な絶縁/良好なU値を提供するからである。しかし、動的シェードが配置されるIGユニット空洞内の反応性ガスからの分子の過剰な吸収は、液体の生成、及び場合によってはアーク放電の可能性の増加のために、特に問題となり得る。いずれにしても、IGユニット雰囲気の乾燥剤への取り込みは、IGユニット圧力空洞内の圧力を低下させ、IGユニットは目に見えて崩壊する可能性がある。また、崩壊しない場合であっても、より低い圧力は、シール拡散のためのより高い駆動力を生成することができる。例えばCO2では、崩壊が非常に迅速に起こり得る。更に、以下でより詳細に論じられるように、特にモレキュラーシーブは、反応性ガスが使用されるときに問題があることが知られている(例えば、CO2捕捉は、モレキュラーシーブについて知られている問題である)。したがって、特定の例示的実施形態は、例えば、SF6、CO2、及び/又は同様のものなどの反応性ガスと適合する乾燥剤材料に関する。
3Aモレキュラーシーブ材料は、3オングストロームの細孔径及びかさ密度を有し、13Xモレキュラーシーブ材料は、10オングストロームの細孔径を有する。3オングストロームの公称細孔開口を有する材料、又は高い割合の3A材料と低い割合の13X材料とのブレンドは、従来の知識が適用されている場合に望ましい場合がある。少なくとも20重量%、より好ましくは少なくとも50重量%、更により好ましくは少なくとも75重量%の水分吸着は、従来の知識が適用される場合、同様に望ましい場合がある。好ましくは、70℃揮発性化合物(例えば、揮発性有機化合物)のガス放出がないことが好ましい。他の望ましい特性としては、例えば以下のものが挙げられる。
・わずかな力で外形を直径12インチに曲げることができる非剛性外径。
・ボックススペーサシステムが製造される際に、連続的な線形ボックススペーサシステムアセンブリの空洞内に押出可能、注入可能、又は他の方法で配置可能であること(例えば、ボックススペーサシステムが、押出温度でスランプがほとんど又は全くないその形状を維持し、小さなプロファイルを有し、上述のサイズの空洞内に配置することができるように)。
・粉塵、粒子、ビーズ、及び/又は小片がバルク押出から容易に剥離又は破損しないように、少なくとも1年間砕けやすくないこと。
・工具鋼ハードウェア又は同様のものを使用して室温で切断可能であるか、スライス可能であるか、又は打ち抜くことが可能であること。
・顕著な水分拡散制限がないこと。
・20~25年以上活性であること。
・劣化又は任意の他の副作用を伴わずに、長期間の-50℃~+70℃の温度サイクルに耐えることができること。
・低コスト、並びに/又は
・例えば、材料が、特別な個人用保護具、空気処理要件、及び/若しくは同様のものを伴わずに、生産施設の一般的な製造領域において使用可能であるように、有害な及び/若しくは規制された構成要素がないこと。
・わずかな力で外形を直径12インチに曲げることができる非剛性外径。
・ボックススペーサシステムが製造される際に、連続的な線形ボックススペーサシステムアセンブリの空洞内に押出可能、注入可能、又は他の方法で配置可能であること(例えば、ボックススペーサシステムが、押出温度でスランプがほとんど又は全くないその形状を維持し、小さなプロファイルを有し、上述のサイズの空洞内に配置することができるように)。
・粉塵、粒子、ビーズ、及び/又は小片がバルク押出から容易に剥離又は破損しないように、少なくとも1年間砕けやすくないこと。
・工具鋼ハードウェア又は同様のものを使用して室温で切断可能であるか、スライス可能であるか、又は打ち抜くことが可能であること。
・顕著な水分拡散制限がないこと。
・20~25年以上活性であること。
・劣化又は任意の他の副作用を伴わずに、長期間の-50℃~+70℃の温度サイクルに耐えることができること。
・低コスト、並びに/又は
・例えば、材料が、特別な個人用保護具、空気処理要件、及び/若しくは同様のものを伴わずに、生産施設の一般的な製造領域において使用可能であるように、有害な及び/若しくは規制された構成要素がないこと。
異なるカテゴリの材料を使用して、所望のように挙動する乾燥剤が提供されてもよい。これらのカテゴリは、例えば、代替乾燥剤材料、ハイブリッド乾燥剤材料、及びポリマーベースの乾燥剤/結合剤を含む。次に、それぞれについて以下に説明する。
第一に、代替乾燥剤材料は、基本的に、改善された水分吸着特性を有するように物理的及び/又は化学的に改質された一次乾燥剤材料を含む。典型的には、これらの材料は均質な粉末又は粒子である。例えば、改質されたMgSO4が、これに関して使用され得る。例えば、改質されたMgSO4が、これに関して使用され得る。改質は、例えば、粒径の改質(例えば、MgCl2の場合)、使用及び/又は同様のもののための材料の脱水などを含み得る。
第二に、ハイブリッド乾燥剤材料は、基本的に、特定の目的のために複合材料の全体的な特性を改善するために、結合剤又は粘土などの他の材料と共に一次乾燥剤材料を含む複合材料である。好適なハイブリッド材料は、大量の水分を吸収することができる塩化カルシウム又は金属酸化物化合物を結合剤又は粘土と組み合わせて、乾燥剤材料が水分吸着後に液体に変わるときに乾燥剤材料を支持及び保持することによって達成され得る。
第三に、ポリマーベースの乾燥剤/結合剤カテゴリは、それ自体が乾燥剤として使用され得るか、又は任意の他の乾燥剤材料のための結合剤として作用し得る、任意のポリマーベースの材料をいう。これに関して、成形可能なポリマーベースの乾燥剤又は少なくとも乾燥剤特性を改善する結合剤を使用することができる。
標準的な乾燥剤マトリックス材料への塩又は他の一般的な材料の添加は、改善された(より高い)水分容量をもたらすことが見出されており、これは、IGユニット、特に、本明細書に記載されるものなどの動的シェードを含むIGユニットにとって有益であり得る。これらの材料は、特定の例示的実施形態では、標準モレキュラーシーブに加えて添加されてもよく、又は標準モレキュラーシーブの代わりに添加されてもよい。この点に関して使用され得る材料としては、塩及び他の材料、例えば、MgCl2、CaCl2、CaO、MgSO4、及び/又は同様のものが挙げられる。CO2及びいくつかの他の反応性ガスは、モレキュラーシーブと適合しないので、そのような場合、乾燥剤材料は、モレキュラーシーブ材料を完全に含まなくてもよい。
図7は、相対湿度70%における材料の異なる組み合わせについての乾燥剤の重量増加を示すグラフである。図7の「+10%」ラベルは、xグラムのHL-5157材料に、0.1xグラムの他の列挙された材料が添加されたことを示す。図7から分かるように、70%の相対湿度で、H.B.FullerのHL-5157は4.8%の「ベースライン」重量増加を有した。添加された10%MgSO4の導入は、5.1重量%へのわずかな増加を提供し、同様に、添加された10%CaCl2の導入は、6.5重量%への増加を提供した。対照的に、添加された10%のMgCl2の導入は、優れた結果、すなわち18.2重量%への増加を提供した。
IGユニット空間では、従来の考え方は、乾燥剤の飽和に達すると、乾燥剤の周りの空気も飽和し(又は少なくとも特定の材料の飽和と平衡状態になり)、飽和空気は、所与の温度での凝縮又は凝縮の終わりを意味するというものである。したがって、高湿度値での性能を重視する場合、塩又は上述したものなどの他の材料が添加された従来の乾燥剤マトリックス材料を利用する解決策は除外又は割愛される。更に、標準的なIGユニット乾燥剤は、IGユニット内で典型的に見られる条件よりも実質的に大きい相対湿度値での水分容量を要求する。これは、知覚される水分容量を人工的に上昇させ、例えば、乾燥剤マトリックスを補完するために、及び/又は既存のモレキュラーシーブを少なくとも部分的に置き換えるために、乾燥剤材料における使用として考慮される他の潜在的な材料を除外することができる。実際に、従来の研究では、例えば、MgCl2を含む溶液は、それがベース乾燥剤マトリックスの容量を増加させたとしても、液体の水が発生する可能性があり、それがその含有の点を損なうので、除外されてきた。
しかしながら、本発明者らは、破損が典型的には絶縁ガラスユニットにおいて15~20%の相対湿度で始まることを認識した。したがって、高湿度レベル(図7で使用された相対湿度値70%のような)高湿度レベルでの測定不良及び75%以上の設定目標は、典型的な使用事例には実際には関連しない。この意味で、60%相対湿度での測定不良は、包装及び他の状況において意味をなす可能性があるが、はるかに低い相対湿度での試験は、動的シェード用途を含むIGユニット用途に適したはるかに現実的なレベルで結果をもたらすであろう。しかしながら、より低い相対湿度値では、異なる材料は異なる挙動を示す。したがって、特定の例示的実施形態では、異なるスペクトルの材料を用いて望ましい性能を達成することが可能である。
本発明者らは更に、相対湿度10~20%、より好ましくは相対湿度10~15%の環境で試験すると、典型的なIGユニット用途に最も関連するデータが得られることを認識した。特定の例示的実施形態では、LiCl及び/又はKOH塩溶液によって生成された環境は、乾燥剤マトリックス及びふるい置換材料をブレンド及び/又は試験するときに使用され得る。そうすることにより、11%の湿度(欧州EN1279シリーズ仕様に一致する)が生成され、これは、典型的なIGユニットの寿命の終わりに観察される相対湿度レベルと同様である。したがって、いくつかの例では、適切な試験として機能し得る。特定の例示的実施形態に関連して使用され得る混合及び/又は試験環境を生成するために、他の塩溶液などが使用され得ることが理解されるであろう。いくつかの点でIGユニット用途に対してより適切である(又はより良好に調整される)、このより低い相対湿度環境では、非常に高い吸着での液体水の発生に関する懸念が軽減されるはずである。乾燥剤材料は、全体的又は部分的に、いくつかの例では、10~20%の相対湿度の環境で形成及び/又は試験することができることが理解されよう。他の例では、乾燥剤材料は、全体的又は部分的に、より高い及び/又はより低い相対湿度範囲の環境で形成及び/又は試験することができる。更に、乾燥剤材料は、全体的又は部分的に、そのような相対湿度範囲で形成及び/又は試験することができるが、吸収は、使用中の相対湿度のはるかに広い範囲にわたって起こり得ることが理解されるであろう。
したがって、特定の例示的実施形態は、10~20%の相対湿度で吸着するように形成された乾燥剤マトリックス及びモレキュラーシーブ置換材料(例えば、MgCl2、CaCl2、CaO、MgSO4、及び/又は同様のもの)を含む乾燥剤材料を提供する。この乾燥剤材料は、モレキュラーシーブ置換材料とは異なるモレキュラーシーブを更に含んでもよく、又はモレキュラーシーブ置換材料は、任意の他のモレキュラーシーブを完全に置き換えてもよい。特定の例示的実施形態では、モレキュラーシーブ置換材料は、5~25%の乾燥剤材料、より好ましくは10~20%の乾燥剤材料を含んでもよい。材料の残りは、特定の例示的実施形態では、乾燥剤マトリックス材料であってもよい。特定の例示的実施形態では、モレキュラーシーブ置換材料は、他の乾燥剤材料の5~25%、より好ましくは乾燥剤材料の10~20%の量であってもよい。乾燥剤マトリックス材料は、特定の例示的実施形態では、HL-5157又は何らかの他の既存の材料であってもよい。
特定の例示的実施形態では、上述した設計目標の一部又は全部を、より低い相対湿度値で使用するように設計された乾燥剤材料と共に使用されてもよい。例えば、そのような乾燥剤材料は、(例えば、スペーサシステムが形成されているとき、及び/又は基材が互いに接続されているときに)IGユニットスペーサシステム内に注入、押出、又は他の方法で容易に提供され得るペースト又は他の材料に混合されてもよい。乾燥剤材料は、スペーサシステムの本体内に提供されてもよく、スペーサシステムは、上に列挙した特許公報に記載されているスペーサシステムのいずれかであってもよい。別の例として、70℃未満ではいずれの揮発性化合物(例えば、揮発性有機化合物)のガス放出もないことが好ましい。他の望ましい特性としては、以下のものが挙げられる。例えば、材料は、ダスト、粒子、ビーズ、及び/又は小片がバルク押出から容易に剥離又は破損しないように、少なくとも1年間砕けやすくないこと。20~25年以上の間活性であること。などの特性を持つフィルムを作成できる。
マトリックス材料を乾燥剤に含めることは、乾燥剤の吸着速度を遅くする。これは、システムへの水の強制拡散が、追いつくのに十分な回復時間が与えられるまでマトリックスを追い越す可能性があるので、加速試験における負の効果と考えられることがある。しかしながら、本発明者らは、現実世界の拡散が比較的遅いので、この懸念が軽減されることを認識した。更に、マトリックスの遅い特性は、加工中の開放時間に対する感受性が低減され、及び/又は開放時間の量が増加され得るので、製造プロセスにとってプラスであり得る。
塩又はMgCl2などの他の一般的な材料を、標準的なモレキュラーシーブと共に、又はその代わりに使用することにより、IGユニットの容積減少を引き起こすことなく、代替の、典型的にはCO2などの反応性ガスをIGユニットに同様に使用することが可能になる。実際、MgCl2などの一般的な材料は、CO2と反応しない。したがって、そのような材料の使用は、IGユニット空洞内で反応性ガスを使用するための経路を開く。上述したように、CO2及びいくつかの他の反応性ガスは、モレキュラーシーブに相溶性がなく、したがって、そのような場合、乾燥剤材料は、モレキュラーシーブ材料を全く含まない可能性がある。更に、シェード用途は、非常に小さい粒子からの汚染にさえ特に敏感である。実際、IGユニット空洞内の主要寸法が約5ミクロンの粒子の存在は、シェード動作を阻害し得ることが見出されている。したがって、完全に捕捉する材料、したがって乾燥剤材料の選択は、そのような用途において特に重要であり得る。特定の例示的実施形態は、少なくとも10ミクロン、より好ましくは少なくとも8ミクロン、更により好ましくは少なくとも5ミクロンの直径又は主要寸法を有する粒子を捕捉することを目的とする。しかしながら、乾燥剤材料は、反応性ガスからかなりの数の分子を捕捉することができないように、反応性ガスに相溶性であることが好ましい。
CO2等の反応性ガスを提供する能力は、例えば、CO2又は他の反応性ガスが、有利な電気特性が実現されることを可能にし得るため、IGユニットの空洞内に電子構成要素を提供するために有用であり得る。すなわち、上述したように、CO2及び他の反応性ガスは、電気アークに対して本質的に絶縁するので、いくつかの電気用途において有用である。また、SF6ガスはイオン化閾値未満に留まるのを助け、動的シェード用途で使用されてきたが、CO2は、いくつかの例では、SF6と比較して有利であり得る。なぜなら、CO2は依然としてかなり高いイオン化閾値を有し、容易に入手可能であり、低コストであり、外部窓用途を含む様々な異なる用途にIGユニットを使用することを潜在的に可能にする良好な絶縁/良好なU値を提供するからである。空洞内に含まれ得る電動構成要素は、例えば、LED又は同様のものなどの照明要素、センサ及び同様のものなどのモノのインターネット(Internet-of-Things、IoT)デバイスなどを含む。これらの構成要素は、静電駆動及び/又はモータ駆動の動的シェードなどに加えて提供され得る。特定の例示的実施形態では、空洞は、CO2などの反応性ガスで最大80%、最大90%、又は最大100%まで充填されてもよい。
遊離ビーズに対して乾燥剤マトリックスを使用することは、IGユニット空洞内でダストが生成される可能性を有利に低減し、ダストは電子デバイス(特に動的シェード)の機能性に有害であり得ることが理解されるであろう。特定の例示的実施形態は、乾燥剤マトリックスを含む乾燥剤材料を収容するスペーサを含む。しかしながら、乾燥剤マトリックスを欠く乾燥剤材料がスペーサ内に提供される異なる例示的実施形態が提供されてもよい。更に、特定の例示的実施形態では、マトリックスを有する乾燥剤材料又はマトリックスを有さない乾燥剤材料をスペーサシステムの外部に提供されてもよい。この意味で、乾燥剤マトリックスは、異なる例示的実施形態において任意選択であり、マトリックスを使用せずに乾燥剤材料を一緒に結合する異なる方法が存在し得る。例えば、乾燥剤は、特定の例示的実施形態では、発泡体スペーサの発泡体配合物に埋め込まれるボックススペーサ内の捕捉ビーズとして提供され得る。
本明細書に記載されるIGユニットは、表面1、2、3、及び4のうちのいずれか1つ以上に低Eコーティングを組み込んでもよい。上述のように、例えば、このような低Eコーティングは、シェードのための導電層として機能し得る。他の例示的な実施形態では、シェードに役立つこと及びシェードのための導電層に加えて、又はそれとは別に、低Eコーティングが別の内面に提供されてもよい。例えば、表面2に低Eコーティングを提供することができ、表面3に対してシェードを提供することができる。別の例では、シェード及び低Eコーティングの位置を反転させてもよい。いずれの場合も、別個の低Eコーティングは、表面3に対して提供されるシェードを操作するのを助けるために使用されても、使用されなくてもよい。特定の例示的実施形態では、表面2及び3上に提供される低Eコーティングは、銀ベースの低Eコーティングであってもよい。低Eコーティングの例は、米国特許第9,802,860号、同第8,557,391号、同第7,998,320号、同第7,771,830号、同第7,198,851号、同第7,189,458号、同第7,056,588号及び同第6,887,575号に明記されており、上記の文献のそれぞれの内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。ITOなどに基づく低Eコーティングを内面及び/又は外面に使用してもよい。例えば、米国特許第9,695,085号及び同第9,670,092号を参照されたく、上記の文献のそれぞれの内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。これらの低Eコーティングは、特定の例示的実施形態に関連して使用され得る。
反射防止コーティングは、IGユニットの主表面上に提供されてもよい。特定の例示的実施形態では、ARコーティングは、低Eコーティング及びシェードが提供されない各主表面上に提供されてもよい。例示的なARコーティングは、例えば、米国特許第9,796,619号及び同第8,668,990号、並びに米国特許出願公開第2014/0272314号に記載されており、上記の文献のそれぞれの内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第9,556,066号も参照されたい。これらのARコーティングは、特定の例示的実施形態に関連して使用されてもよい。
本明細書に記載される例示的な実施形態は、例えば、商業用途及び/又は住宅用途の内窓及び外窓、天窓、ドア、冷蔵庫/冷凍庫などの陳列棚(例えば、それらのドア及び/又は「壁」用)、車両用途などを含む、多種多様な用途に組み込むことができる。
特定の例示的実施形態は、2つの基材を含むIGユニットに関連して記載されているが、本明細書に記載される技術は、いわゆる三重IGユニットに関して適用され得ることが理解されるであろう。このようなユニットでは、実質的に平行に離隔した第1の基材、第2の基材、及び第3の基材は、第1のスペーサシステム及び第2のスペーサシステムによって分離され、シェードは、最も内側の基材及び最も外側の基材の内面のうちの任意の1つ以上に隣接して、かつ/又は中間基材の表面の一方若しくは両方に隣接して提供されてもよい。このような構成では、一方又は両方のスペーサシステムに乾燥剤材料が提供されてもよい。
特定の例示的実施形態は、ガラス基材を組み込むものとして記載されているが(例えば、本明細書に記載されるIGユニットの内側及び外側のペインの使用のために)記載されているが、他の例示的な実施形態は、そのようなペインの一方又は両方のための非ガラス基材を組み込んでもよいことが理解されるであろう。例えば、プラスチック、複合材料などを使用してもよい。ガラス基材が使用される場合、そのような基材は、熱処理され(例えば、熱強化されかつ/又は熱焼戻しされ)、化学熱焼戻しされ、アニールされた状態のままなどであってもよい。特定の例示的実施形態では、内側基材又は外側基材は、同じ又は異なる材料の別の基材に積層されてもよい。
本明細書で使用するとき、「~上」及び「~によって支持されている」などの用語は、明示的に記載されない限り、2つの要素が互いに直接隣接していることを意味するものと解釈されるべきではない。換言すれば、第1の層は、第2の層との間に1つ以上の層が存在する場合であっても、第2の層「上」又は「によって支持されている」とされ得る。
本発明は、現在実用的で好ましい実施形態と考えられるものと関連して説明されたが、本発明は、開示される実施形態及び/又は蒸着技術に限定されるものではなく、寧ろ、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれる様々な修正及び同等の構成を網羅することを意図するものであることを理解されたい。
Claims (20)
- 絶縁ガラス(IG)ユニットであって、
第1の基材及び第2の基材であって、各々が内部主表面及び外部主表面を有し、前記第1の基材の前記内部主表面が、前記第2の基材の前記内部主表面に面している、第1の基材及び第2の基材と、
スペーサシステムであって、前記第1の基材及び前記第2の基材を互いに実質的に平行に離隔した関係に維持し、前記第1の基材と前記第2の基材との間に間隙を画定することに役立ち、前記間隙が、SF6ガスのイオン化閾値以下のイオン化閾値を有する反応性ガスで少なくとも部分的に充填される、スペーサシステムと、
前記第1の基材と前記第2の基材との間に介在する動的に制御可能なシェードであって、前記シェードが、
前記第1の基材の前記内部主表面上に直接又は間接的に提供された第1の導電性層、
第1の誘電体層であって、前記第1の基材とは反対の、前記第1の誘電体層の側面で、前記第1の導電性層に直接又は間接的に提供されている、第1の誘電体層、及び
第2の導電性層を支持する可撓性基材を含むシャッタであって、前記シャッタが、シャッタ開位置からシャッタ閉位置に伸長可能であり、かつ前記シャッタ閉位置から前記シャッタ開位置に後退可能である、シャッタを含む、シェードと、
前記可撓性基材を前記シャッタ閉位置に駆動する静電気力を作り出すための電圧を提供するように構成された制御回路と、
モレキュラーシーブ置換材料を含む乾燥剤材料であって、前記モレキュラーシーブ置換材料が、塩を含み、前記乾燥剤材料は、前記乾燥剤材料が前記反応性ガスからかなりの数の分子を捕捉することができないように前記反応性ガスに相溶性である、乾燥剤材料と、を備える、IGユニット。 - 前記乾燥剤材料が、乾燥剤マトリックスを含む、請求項1に記載のIGユニット。
- 前記乾燥剤マトリックスが、ポリマーベースである、請求項3に記載のIGユニット。
- 前記塩が、MgCl2及び/又はCaCl2である、請求項1~3のいずれか一項に記載のIGユニット。
- 前記反応性ガスが、CO2ガスである、請求項1~4のいずれか一項に記載のIGユニット。
- 前記乾燥剤材料が、モレキュラーシーブを含まない、請求項1~5のいずれか一項に記載のIGユニット。
- 前記乾燥剤材料が、10~20%の相対湿度で吸着するように形成されている、請求項1~6のいずれか一項に記載のIGユニット。
- 前記乾燥剤材料が、前記スペーサシステムの本体内に位置している、請求項1~7のいずれか一項に記載のIGユニット。
- 絶縁ガラス(IG)ユニットであって、
第1の基材及び第2の基材であって、各々が内部主表面及び外部主表面を有する第1の基材及び第2の基材であって、前記第1の基材の前記内部主表面が、前記第2の基材の前記内部主表面に面している、第1の基材及び第2の基材と、
スペーサシステムであって、前記第1の基材及び前記第2の基材を互いに実質的に平行に離隔した関係に維持し、前記第1の基材と前記第2の基材との間に間隙を画定するのに役立ち、前記間隙が、CO2ガスのイオン化閾値以下のイオン化閾値を有する反応性ガスで少なくとも部分的に充填される、スペーサシステムと、
前記第1の基材と前記第2の基材との間に介在する動的に制御可能なシェードであって、前記シェードが、
前記第1の基材の前記内部主表面上に直接又は間接的に提供された第1の導電性層、
第1の誘電体層であって、前記第1の基材とは反対の、前記第1の誘電体層の側面で、前記第1の導電性層に直接又は間接的に提供されている、第1の誘電体層、及び
第2の導電性層を支持する可撓性基材を含むシャッタであって、前記シャッタが、シャッタ開位置からシャッタ閉位置に伸長可能であり、かつ前記シャッタ閉位置から前記シャッタ開位置に後退可能である、シャッタを含む、シェードと、
前記可撓性基材を前記シャッタ閉位置に駆動する静電気力を作り出すための電圧を提供するように構成された制御回路と、
塩を含む乾燥剤材料であって、前記スペーサシステムの本体内に位置している乾燥剤材料と、を備える、IGユニット。 - 前記乾燥剤材料が、乾燥剤マトリックスを含む、請求項9に記載のIGユニット。
- 前記乾燥剤マトリックスが、ポリマーベースである、請求項10に記載のIGユニット。
- 前記塩が、MgCl2及び/又はCaCl2である、請求項9~11のいずれか一項に記載のIGユニット。
- 前記乾燥剤材料が、モレキュラーシーブを含まない、請求項9~12のいずれか一項に記載のIGユニット。
- 前記乾燥剤材料が、10~20%の相対湿度で吸着するように形成されている、請求項9~13のいずれか一項に記載のIGユニット。
- 絶縁ガラス(IG)ユニットの製造方法であって、前記方法が、
第1の基材及び第2の基材であって、各々が内部主表面及び外部主表面を有し、前記第1の基材の前記内部主表面が、前記第2の基材の前記内部主表面に面している、第1の基材及び第2の基材を有することと、
前記第1の基材及び/又は前記第2の基材上に動的に制御可能なシェードを提供することであって、前記シェードが、
前記第1の基材の前記内部主表面上に直接又は間接的に提供された第1の導電性層、
第1の誘電体層であって、前記第1の基材とは反対の、前記第1の誘電体層の側面で、前記第1の導電性層に直接又は間接的に提供されている、第1の誘電体層、及び
第2の導電性層を支持する可撓性基材を含むシャッタであって、前記シャッタが、シャッタ開位置からシャッタ閉位置に伸長可能であり、かつ前記シャッタ閉位置から前記シャッタ開位置に後退可能である、シャッタを含む、提供することと、
間に間隙が画定されるように、かつ前記動的に制御可能なシェードが前記間隙内に位置するように、スペーサシステムを使用して前記第1の基材及び前記第2の基材を互いに、実質的に平行に隔置した関係で接続することと、を含み、前記間隙が、SF6ガスのイオン化閾値以下のイオン化閾値を有する反応性ガスで少なくとも部分的に充填され、
乾燥剤材料が、前記スペーサシステムの本体内に位置しており、前記乾燥剤材料が、塩を含み、前記乾燥剤材料は、前記乾燥剤材料が前記反応性ガスからかなりの数の分子を捕捉することができないように前記反応性ガスに相溶性である、方法。 - 前記乾燥剤材料が、乾燥剤マトリックスを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記塩が、MgCl2及び/又はCaCl2である、請求項15又は16に記載の方法。
- 前記反応性ガスが、CO2ガスである、請求項15~17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記乾燥剤材料が、モレキュラーシーブを含まない、請求項15~18のいずれか一項に記載の方法。
- 絶縁ガラス(IG)ユニット内で動的シェードを操作する方法であって、前記方法が、
請求項1~14のいずれか一項に記載の、及び/又は請求項15~19のいずれか一項に記載の方法に従って製造されたIGユニットを有することと、
前記シャッタ開位置から前記シャッタ閉位置に前記ポリマー基材を移動させるために、前記電源を作動させることと、を含む、方法。
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