JP3463171B2 - 熱絶縁ガラスパネルの改良 - Google Patents
熱絶縁ガラスパネルの改良Info
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Description
らのパネルは窓に使用できるものである。
した2枚の互いに離れたガラス板2および3からなる。
図1、図2および図3(実尺ではない)を参照するこ
と。これらのガラス板は、溶合されたソルダーガラス4
の周縁接合部分と柱5の配列により互いに結合される。
度を保証すると共に、ガラス板の間隔を保持する。柱5
はガラス、セラミック、金属または他の材料から作られ
た予備的形成品6からなり、またソルダーガラス7の層
で完全に被覆される。予備的形成品6は、それ自身、ガ
ラス板およびソルダーガラスの熱膨張係数を合致させる
ために、通常はガラス板と同じ材料から作られる。この
予備的形成品の目的は、ソルダーガラスが機械的強度を
ほとんど持たない時の溶合工程中にガラス板の分離を保
持することにある。
中にガラス板の間の空間から空気を抜くために使用され
る。排気チューブ8は溶合されたソルダーガラス9によ
り穴10に溶接密閉されるが、この穴はガラス板2の内面
からガラス板2の外面にある凹み11の底に至る。凹み11
により排気チューブ8は溶解および密閉されて胴部を形
成するが、それはガラス板2の外面を越えて突き出しは
しない。
昇に対処するためにパネルのガラス板の一方にある機械
加工された凹み13内にしばしば設けられる。
に塗布できる。この被覆材の放射力は通常は0.05〜0.2
であって、およそ0.15〜0.6Wm-2K-1またはそれ以下の放
射による熱伝導係数を保証する。
トル以下となる。
は柱の数およびサイズを低減することを要求する)とパ
ネルおよび柱の内部での応力を低減すること(それはよ
り多くかつ大きな柱を必要とする)との間の妥協を計る
ことにある。
きな熱伝達率をもたらすことであろう。事実、金属製の
柱の熱伝達係数は金属の高い熱伝導率のために極めて大
きいのである。
は有限熱インピーダンスを2Ka上昇させることが記載さ
れているが、ここでKは物体の熱伝導率であり、またa
は接触半径である。この有限熱インピーダンスの存在
は、物体自身の中での熱流に対する「拡張応力」により
生じる。高さゼロのガラス柱にあてはまる熱伝導係数値
は金属柱にもあてはまるのであり、驚くべきことに金属
柱を通る実際の熱流は極めて低いことが判明した。それ
は、高さゼロのガラス柱の熱伝導係数にほぼ正確に一致
する。
る外部の機械的応力が低く、またそれに対する柱付近の
内部破壊が生じない金属柱を用いて柱配列を設計できる
ことが理解されたのである。
圧空間を封入し、かつ溶合されたソルダーガラスの周縁
接合部分と柱の配列により互いに結合された2枚の互い
に離れたガラス板からなり、しかもこれらの柱の少なく
ともいくつかは完全に金属製であることを特徴とする熱
絶縁ガラスパネルを提供することにある。
とされる。パネル内の応力はガラス厚さにより影響され
るのであり、4mm厚さのガラス板については柱間隔は好
ましくは15〜30mmとされる。これより狭い19〜23mmの範
囲も有利である。もちろん、ガラス厚さが異なる場合に
は、異なる範囲も可能である。このサイズの柱および配
列間隔により、0.3Wm-2K-1以下の熱流が与えられ、また
大気圧により加えられる力に抵抗するための十分な構造
強度が得られる。
弾性的変形が生じることが望ましい。それにより、柱と
ガラス板との間の十分な物理的接触を確保する平面不整
が二つのガラス板の間に生じるであろう。
ングステン、タンタル、チタン、アルミニウム、鋼、ま
たはこれらの金属を含むステンレス合金とされる。これ
らの金属は、好ましい柱サイズおよび配列形状に対する
熱的性能および構造的強度を確保する。
6に関連して以下に説明される。
なる。これらのガラス板は、溶合されたソルダーガラス
の周縁接合部分4と柱15の配列により互いに結合され
る。
柱配列全体に対して0.3Wm-2K-1以下の熱流を実現する柱
の分離および柱半径の数値を示しているのが、図6であ
る。金属柱の配列の寸法に対する代表的な数値は、以下
の通りである。柱の分離:23mm、柱直径:0.2mm。
は、かなりの融通性がある。柱は、大気圧による圧縮力
に抵抗するために十分な強さでなければならない。しか
し、真空が当初に負荷する際の柱のある程度の限定され
た非弾性的変形は許容でき、かつ実際に有利でもある。
そのような変形はガラス板の平面性における僅かな変動
を補償すると共に、柱とガラス板との間の十分な機械的
接触をもたらすため、荷重は柱表面上に均等に分配され
ることになる。
適合でき、しかも真空を劣化させないために低い蒸気圧
を有しなければならない。
れるのは、ニッケル、鉄、モリブデン、タングステン、
タンタル、チタン、アルミニウム、および鋼やステンレ
ス鋼などの金属を含む合金である。
維持されなければならない。
間を封入し、かつ溶合されたソルダーガラスの周縁接合
部分と柱の配列により互いに結合された2枚の互いに離
れたガラス板からなり、しかも柱の配列はソルダーガラ
ス分有柱と非ソルダーガラス含有柱の組み合わせから構
成されることを特徴とする熱絶縁ガラスパネルが提供さ
れる。
した膨張係数を有することである。
ミックまたは金属材料を含む。非ソルダーガラス含有柱
は、ソルダーガラスが溶解する時に2枚のガラス板の間
隔を維持する。尚、非ソルダーガラス含有柱とは、ガラ
ス、セラミックまたは金属材料から作られた予備的形成
品からなる柱であり、ソルダーガラス含有柱は、ソルダ
ーガラスの層で被覆された前記予備的形成品からなる柱
である。
連して以下に説明される。
なる。これらのガラス板は、溶合されたソルダーガラス
の周縁接合部分4と柱の配列により互いに結合される。
いくつかの柱16はソルダーガラスを含むが、柱17のうち
の少数はソルダーガラスを含まず、またソルダーガラス
が溶合される時に溶解しない。
中にガラス板の間の分離を維持する。すべての柱16およ
び17は、パネルが排気されて大気圧を受ける時のソルダ
ーガラス溶合後のガラス板の間の分離を維持する。
料である。しかし、金属柱は同等直径のソルダーガラス
柱よりも大きな熱流を示す。但し配列を通る熱流全体の
増加は金属柱の割合が大きくなければ比較的小さい。
て、低圧空間を封入し、かつ溶合されたソルダーガラス
の周縁接合部分と柱の配列により互いに結合された2枚
の互いに離れたガラス板からなり、しかもソルダーガラ
ス溶合中の2枚のガラス板の間隔を維持するために、ソ
ルダーガラスの周縁接合部分の溶合前にガラス板間に支
持片が配置されることを特徴とする熱絶縁ガラスパネル
が提供される。
に低圧空間が創出される時に破断する。支持片の破断に
よりそれらを通る熱伝導が防止されるため、ガラスパネ
ルの全体的なより優れた熱的性能が得られる。
ることができる。
連して以下に説明される。ここで図9および図10に言及
するならば、パネル1は、互いに離れた2枚のガラス板
2と3からなる。これらのガラス板は、溶合されたソル
ダーガラスの周縁接合部分4と柱18を含むソルダーガラ
スの配列により互いに結合される。それに加えて、支持
片19がパネル1の製造中に使用される。
作られる。それらは、単一の形状あるいは球、棒または
中空チューブなどの複数の形状を有することができる。
時にガラス板を支持するための十分な強さを持たなけれ
ばならない。しかし、それらは真空による負荷を支持で
きる程に強くなくてもよい、つまりそれは通常の支持柱
により完全に支えられるからである。真空が負荷される
時に、これらの支持片は破断する。続いてそれらはパネ
ルの底に沈むため、以後は作用しない。
間を封入し、かつ溶合されたソルダーガラスの周縁接合
部分と柱の配列により互いに結合された2枚の互いに離
れたガラス板からなる熱絶縁ガラスパネルを製造する方
法も提供されるが、この方法には(a)帯状ソルダーガ
ラスをガラス板の周縁に付着させる;(b)柱の配列を
ガラス板の一方に付着させる;(c)支持片をガラス板
の間に取り付ける;(d)ガラス板を合わせる、つまり
ガラス板が支持片と接触するまでガラス板を近付ける;
(e)パネルを加熱してソルダーガラスを溶解させる;
および(f)ガラス板の間に低圧空間を創出する各工程
が含まれる。
ス板の間隔を維持するが、低圧空間が創出される時には
大気圧から生じる力の負荷により破断する。
あり、いくつかの異なる原因から生じる。
おいて大きな応力を生じさせる。これらの応力の性質
は、ヘルツ圧子破断実験に基づいて十分に理解される。
大気圧は、柱付近でガラス板の外面に引張り応力も生じ
させる。
とソルダーガラス接合部分での剪断応力が生じる。周縁
のソルダーガラス接合部分による熱短絡も、縁区域にお
ける応力に影響を及ぼす。
が重要である、すなわち破断を惹起するのは派生応力な
のである。曲げによる機械的応力はパネルの縁付近で最
大であることが、判明している。これは複雑な過程にお
いて、すなわちガラス板における引張りおよび圧縮応力
が溶合されたソルダーガラス接合部分における剪断応力
に変わり、また縁付近でのガラス板の温度差がパネルの
中央付近でのそれと異なることから生じる。これらの要
因のすべてが、パネルの応力を表面の他の区域における
よりも縁や隅付近においてより過激にしている。
明される。
の区域におけるよりも大きくすることができる。
に説明される。
なる。これらのガラス板は、溶合されたソルダーガラス
の周縁接合部分4と柱20の不均等に配分された配列によ
り互いに結合される。
ラス接合部分付近での柱20の密度がパネル1の中央付近
におけるよりも大きくなるように行われる。これによ
り、より大きな派生応力を受けるパネルの区域における
付加的な構造的支持が提供される。パネルの縁付近での
引張り応力は、縁付近での支持柱の密度を増加させるこ
とにより著しく低減される。これは、縁区域における各
支持柱上の引張り応力のレベルが減少し、そのため総引
張り応力が減少することによりもたらされる。
ンプライアンスの低い柱を縁付近で装置に組み込むこと
によっても達成できる。コンプライアンスの低い柱は、
配列の残りの柱および大きな区域の柱と同じ材料あるい
は別のコンプライアンスの低い材料から作ることができ
る。そのような柱を設ける効果は、大気圧による曲げ変
形が生じる窓の区域を増加させると共に、そのような変
形に関係する引張り応力の大きさを減少させることにあ
る。
ズの増大により生じることが分かる。しかし、この増大
は構造の全体的な絶縁性能のゆえに比較的小さく、しか
も応力減少からの有利な効果の方がまさっている。
スを与えることができる。例えば、パネルに与えられた
圧縮応力は外的な引張り応力の作用を減少させる。
て説明される。
なる。これらのガラス板は、溶合されたソルダーガラス
の周縁接合部分4と柱5の配列により互いに結合され
る。
ルの区域において製造中に圧縮応力を生成することによ
り低減できる。
外側に設置される場合には、パネルはガラス板21の外面
を凹形状にするために溶合作業の間中曲げられる。プレ
ストレス付与の大きさは、パネルにおいて過大な応力を
生じさせるものであってはならない。例えば4MPa未満の
応力については、パネルが破損する確率は無視できる。
プレストレスを与えられた窓を設置する場合には、外側
の圧縮応力は外部応力を指定値以下に維持することによ
り温度差に耐える装置の能力を高める相殺手段として機
能する。
ができる。ガラス板の厚さは、ガラス板の少なくとも一
方の縁区域の片側または両側に板を接着剤で固定するこ
とによりガラスパネルの縁付近で増すことができる。
に反比例する。したがって、パネルの縁の厚さを僅かに
増加させることは、全体として構造を顕著に補強するこ
とになる。この補強は、装置の総曲げを高温側の外部応
力が極めて小さいポイントまで下げるために使用でき
る。その上、接着された縁の存在は縁付近のガラス板に
おける引張り応力を著しく減少させる。
て説明される。
なる。これらのガラス板は、溶合されたソルダーガラス
の周縁接合部分4と柱23の配列により互いに結合され
る。
に接着剤で接着することにより増加する。これにより、
縁付近でのガラス板の引張り応力が減少し、また周縁の
溶合されたガラス接合部分4における派生剪断応力が減
少することになる。
には、チューブは極めて小さく、また排気された窓構造
の公称形状寸法内に完全に位置すべきである。しかし、
小さなガラスチューブは非常に壊れやすく、そのような
チューブを破損することなく、排気中のチューブに機械
的な密閉を施すことは極めて困難である。
間を封入し、溶合されたソルダーガラスの周縁接合部分
と柱の配列により互いに接合された互いに離れた2枚の
ガラス板と、前記低圧空間の創出中にパネルの内部と外
部との間の連通をもたらす排気チューブとからなる熱絶
縁ガラスパネルであって、前記排気チューブは一方のガ
ラス板の外面の凹所の底から該ガラス板の内面まで延び
る穴を通って延び、またこのチューブは排気チューブの
外面と該ガラス板の内面との間に作られたソルダーガラ
ス接合部分により該ガラス板に接合される熱絶縁ガラス
パネルが提供される。
ルダーガラス密閉は、凹所の底などにおけるような摩滅
した面への密閉よりも効果が高い。これは、摩滅したガ
ラス面がガラスの内部まで入り込む多くの微小ひびを有
するためである。ソルダーガラスはこれらの微小ひびの
すべてを完全に閉じることはできないため、極めておだ
やかな漏出が結合の不十分な微小ひび区域を通る気体の
横運動により生じ得る。ソルダーガラスをガラス板の滑
らかな内面に溶合することにより、この問題は惹起され
ない。
成するため、排気が容易に行われる。
板の内側で行われるならば、排気チューブおよびソルダ
ーガラス密閉の端は排気された窓の隙間内に突き出るこ
とが分かるであろう。この隙間は通常極めて小さいた
め、突出し部分が他方のガラス板面に接触する恐れがあ
る。これを避けるために、第2の凹所が穴に合致した他
方のガラス板の内面に機械加工できるが、それにより排
気チューブの端の接触が防止される。
に延びる溶合されたソルダーガラス接合部分が設けられ
る。これにより、排気穴と凹所の周囲での局部的な構造
補強がもたらされる。
18に関連して説明される。
なる。これらのガラス板は、溶合されたソルダーガラス
の周縁接合部分4と柱5の配列により互いに結合され
る。
工された凹所26の底から該ガラス板の内面まであけられ
た穴25に配置される。排気チューブ8は、排気チューブ
8の外面とガラス板2の内面との間に作られたソルダー
ガラスの密閉接合部分27により該ガラス板に接合され
る。排気チューブ穴25と合致したガラス板3の機械加工
された凹所28は、排気チューブ8とガラス板3との間の
クリアランスを提供する。
らす。特に温度差の下で、または大気圧の用により、ガ
ラスに必然的に存在する引張り応力はこれらの特殊箇所
の至近では大きい。この応力集中の影響を低減するため
に、ガラス板の周縁に付着されて溶合されたソルダーガ
ラス接合部分4を形成するソルダーガラスは、排気チュ
ーブ8と凹所28を部分的に囲むべく延伸させることがで
きる。排気を行わせるために、ソルダーガラス密閉部分
に小さな隙間30が残される。溶合後に、ソルダーガラス
29は排気チューブ8の周囲における構造的支持を果た
す。排気チューブの周囲におけるこのソルダーガラスの
存在により、曲げまたは大気圧による機械的引張り応力
がほぼ完全に除去されると共に、排気チューブ凹所によ
る応力拡大に起因する破損の確率を低減させるという極
めて有利な効果が得られる。パネルの内部の空間が排気
された後に、凹所26内のチューブ8の部分はそれが溶解
するまで加熱され、続いて密閉される(先端処理され
る)。図17からみてとれるように、先端処理されたチュ
ーブ8はガラス板2の表面から突き出ていない。これ
は、パネルを枠にはめる際に枠により破損されず、また
枠により保護されることを計るためである。排気チュー
ブの胴部は、破損のない取り扱いを容易にするために枠
への装着前に密封するか、または他の方法で保護するこ
とができる。
ューブの端が位置する凹所の内側を研磨することであ
る。凹所の研磨面31は、滑らかであるゆえにソルダーガ
ラスの密閉作業に適している。この場合には図19に示さ
れたように、ガラスの外面に適正な密閉を行うことがで
きる。
Claims (20)
- 【請求項1】低圧空間を封入し、かつ溶合されたソルダ
ーガラスの周縁接合部分と柱の配列により互いに結合さ
れた2枚の互いに離れたガラス板からなる熱絶縁ガラス
パネルであって、 これらの柱の少なくともいくつかは完全に金属製であ
り、 前記柱の配列による熱流が0.3Wm-2K-1以下となるように
前記柱の半径と間隔とを設定すると共に、 前記ガラス板の外部引張応力が4MPa以下となるように前
記柱の間隔を設定し、さらに、 前記ガラス板の円錐状応力破壊が生じないように前記柱
の半径と間隔とを決定してある熱絶縁ガラスパネル。 - 【請求項2】4mmの厚さのガラス板については、柱の直
径は0.1mmから 0.2mmの範囲にあり、また柱間隔は15mmから30mmの範囲
にあることを特徴とする請求項1記載の熱絶縁ガラスパ
ネル。 - 【請求項3】パネルの製造中に、金属柱が非弾性的変形
を生じうるものである請求項1または2記載の熱絶縁ガ
ラスパネル。 - 【請求項4】金属は、ニッケル、鉄、モリブデン、タン
グステン、タンタル、チタン、アルミニウム、鋼、また
はこれらの金属を含むステンレス合金であることを特徴
とする請求項1〜3のいずれかに記載の熱絶縁ガラスパ
ネル。 - 【請求項5】低圧空間を封入し、かつ溶合されたソルダ
ーガラスの周縁接合部分と柱の配列により互いに結合さ
れた2枚の互いに離れたガラス板からなり、しかもこれ
らの柱の配列は、ソルダーガラス含有柱と非ソルダーガ
ラス含有柱との組み合わせから構成されることを特徴と
する熱絶縁ガラスパネル。 - 【請求項6】非ソルダーガラス含有柱はガラス、セラミ
ックまたは金属材料を含むことを特徴とする請求項5記
載の熱絶縁ガラスパネル。 - 【請求項7】低圧空間を封入し、かつ溶合されたソルダ
ーガラスの周縁接合部分とソルダーガラス含有柱の配列
により互いに結合された2枚の互いに離れたガラス板か
らなり、しかもソルダーガラスの周縁接合部分が溶合さ
れる前に支持片がガラス板間に配置されることを特徴と
する熱絶縁ガラスパネル。 - 【請求項8】支持片はソルダーガラスが溶合される時に
はガラス板の間隔を維持するが、その後に低圧空間が創
出される時には破断することを特徴とする請求項7記載
の熱絶縁ガラスパネル。 - 【請求項9】支持片はガラス、セラミックまたは金属材
料から作られることを特徴とする請求項8記載の熱絶縁
ガラスパネル。 - 【請求項10】溶合されたソルダーガラスの周縁接合部
分と柱の配列により互いに結合された低圧空間を封入し
た2枚の互いに離れたガラス板からなる熱絶縁ガラスパ
ネルを製造する方法において、(a)帯状ソルダーガラ
スをガラス板の周縁に付着させる;(b)柱の配列をガ
ラス板の一方に付着させる;(c)支持片をガラス板の
間に取り付ける;(d)ガラス板を合わせる、つまりガ
ラス板が支持片と接触するまでガラス板を近付ける;
(e)パネルを加熱してソルダーガラスを溶解させる;
および(f)ガラス板の間に低圧空間を創出する各工程
からなることを特徴とする熱絶縁ガラスパネルを製造す
る方法。 - 【請求項11】支持片はソルダーガラスが溶合される時
には2枚のガラス板の間隔を維持するが、低圧空間が創
出される時には破断することを特徴とする請求項10記載
の熱絶縁ガラスパネルを製造する方法。 - 【請求項12】支持片はガラス、セラミックまたは金属
材料から作られることを特徴とする請求項10記載の熱絶
縁ガラスパネルを製造する方法。 - 【請求項13】柱の密度はパネルのある区域においては
他の区域のものよりも大きいことを特徴とする請求項1
ないし9のいずれかに記載の熱絶縁ガラスパネル。 - 【請求項14】柱はパネルのある区域においては他の区
域のものよりもコンプライアンスが低いことを特徴とす
る請求項1ないし9のいずれかに記載の熱絶縁ガラスパ
ネル。 - 【請求項15】パネルはソルダーガラスが溶合される前
にプレストレスを与えられることを特徴とする請求項1
ないし9のいずれかに記載の熱絶縁ガラスパネル。 - 【請求項16】少なくとも一方のガラス板の縁区域が厚
くされることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか
に記載の熱絶縁ガラスパネル。 - 【請求項17】厚みを増すために、板がガラス板の少な
くとも一方の縁区域の片側または両側に接着剤により固
定されることを特徴とする請求項16記載の熱絶縁ガラス
パネル。 - 【請求項18】低圧空間を封入し、かつ溶合されたソル
ダーガラスの周縁接合部分と柱の配列により互いに結合
された互いに離れた2枚のガラス板と、前記低圧空間の
創出中にパネルの内部と外部との間の連通をもたらす排
気チューブとからなる熱絶縁ガラスパネルであって、前
記排気チューブは一方のガラス板の外面の凹所の底から
該ガラス板の内面まで延びる穴を通って延び、またこの
チューブは排気チューブの外面と該ガラス板の内面との
間に作られたソルダーガラス接合部分により該ガラス板
に接合されることを特徴とする熱絶縁ガラスパネル。 - 【請求項19】前記穴と合致した他方のガラス板の内面
に、凹所が設けられることを特徴とする請求項18記載の
熱絶縁ガラスパネル。 - 【請求項20】2枚のガラス板の間には、部分的に前記
穴の周囲に延びる溶合されたソルダーガラス接合部分が
設けられることを特徴とする請求項18記載の熱絶縁ガラ
スパネル。
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