JP5046460B2

JP5046460B2 - 透明スペーサを備えた真空断熱ガラスユニット

Info

Publication number: JP5046460B2
Application number: JP2001544468A
Authority: JP
Inventors: アッガス，スティーヴン，エル．
Original assignee: ガーディアン・インダストリーズ・コーポレーション
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: AU1951301A; DK176620B1; DE10085277B4; DE10085277T1; WO2001042611A1; DK200200878A; US6352749B1; JP2003531793A

Description

【０００１】
本発明は、真空断熱ガラス（ＩＧ）ユニットに関するものである。さらに詳しくは、本発明は、実質的に透明なスペーサを含んでいる真空ＩＧユニットに関するものである。
【０００２】
関連出願
権利者が同じである、１９９９年５月３日に提出された「ＤＬＣコーティングの備わった真空ＩＧポスト」という発明の名称の米国特許出願第０９／３０３，５５０号の内容と、１９９９年９月２４日に提出された「焼入れで少なくとも部分的に拡散した周縁シールの備わった真空ＩＧ窓ユニット」という発明の名称の米国特許出願第０９／４０４，６５９号の内容と、１９９９年１１月１６日に提出された「繊維質スペーサの備わった真空ＩＧ窓ユニット」という発明の名称の米国特許出願０９／号の内容とは、引用によってすべてこの明細書に組み入れられる。
【０００３】
発明の背景
真空ＩＧユニットは当業界で知られている。例えば、開示内容が引用によってすべてこの明細書に組み入れられる米国特許第５，６６４，３９５号公報、５，６５７，６０７号公報、５，８９１，５３６号公報および５，９０２，６５２号公報を参照のこと。
【０００４】
従来技術の図１〜図２には、通常型真空ＩＧユニットが示されている。ＩＧユニット１には、間隔を置いて配置された２枚のガラス板２および３が含まれており、これらによって、その間に、排気されたあるいは低圧の空間１６が包囲されている。ガラス板２および３は、溶融したハンダ４の端シールと一連のポスト５とによって、相互に接合されている。
【０００５】
排気管８が、ハンダガラス９によってシールされて、ガラス板２の内面から凹所１１の底まで貫通する開口あるいは孔に取り付けられている。ガラス板２および３の間における内側空間１６が排気されて低圧区域が作り出されるように、（排気管８がシールされるに先立って）真空装置がその管８に取り付けられる。排気の後に、管８の端部は溶融されて、空間１６の真空装置がシールされる。
【０００６】
図１〜図２に示されたように、スペーサ／ポスト５は、このユニットの視野区域におけるガラス板２および３の間に設けられているのが普通である。米国特許第５，６６４，３９５号公報で考察されたように、これらのスペーサあるいはポストは、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、鋼あるいはステンレス合金から作ることができる。あいにく、このような金属製のスペーサあるいはポストは可視光を実質的に透過させず、それらが視野区域の全体に分散配置されているため、窓を見るには目障りである（すなわち、見栄えがよいものではない）と考えられる。
【０００７】
このようなスペーサあるいはポストを球状のガラス玉から作ることも、例えば米国特許第４，６８３，１５４号公報で考察されたように、知られている。あいにく、ガラス玉からなるスペーサは、いくつかの場合に破壊や亀裂を起こすおそれがあり、この理由のためだけで好ましくない。
【０００８】
図３は、別の通常型真空ＩＧ窓ユニットの側面断面図である。このユニットは、図３のガラス板の大きさが異なり、また、端シール４がガラス板の一方における外側を垂直に延びている周縁に接している点で、図１〜図２のユニットとは異なっている。しかしながら、このユニットでは、スペーサが図１〜図２のユニットのものと同様であるので、図１〜図２のユニットと同様な問題が起きる。
【０００９】
前記のことから、当業界には、目立たず、一定の可視光波長を実質的に透過させることができ、見栄えがよく、かつ／または高強度であるスペーサあるいはポストが含まれている真空ＩＧユニットに関する要望のあることが明らかである。
【００１０】
本発明は、いくつかの図示を伴ういくつかの実施態様に関して、以下に説明される。
【００１１】
発明の概要
本発明の１つの目的は、一定の可視光波長を実質的に透過させることのできる、真空ＩＧ窓ユニットに使うためのスペーサあるいはポストを提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、見栄えがよく、かつ／または高強度である、真空ＩＧ窓ユニットのスペーサあるいはポストを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、サファイアが含有されている、真空ＩＧ窓ユニットためのスペーサあるいはポストを提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、Ａｌ₂Ｏ₃が含有されている、真空ＩＧ窓ユニットためのスペーサあるいはポストを提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、列挙された前記のいくつかの目的および／または要望のいずれかおよび／またはすべてを満たすことである。
【００１６】
一般的に言えば、本発明によって、
大気圧よりも低い圧力を有している低圧空間をそれらの間に画定するように間隔を置いて配置された第１および第２のガラス基板と、
前記の第１および第２のガラス基板の間に配置され、前記低圧空間をそれらの間に維持するために前記の基板を互いから隔てる複数のスペーサと、
少なくとも１つのシール材料を含んでいる気密性の端シールあるいは周縁シールとを備えてなり、かつ、
前記スペーサの少なくともいくつかが、少なくとも一定波長の可視光に実質的に透過性であるようにサファイアを含有している断熱ガラスパネル
を提供することで、前記の目的あるいは要望のいずれかまたはすべてが満たされる。
【００１７】
いくつかの実施態様では、前記スペーサの少なくともいくつかは、少なくとも約９０％の可視光波長に透過性である。
【００１８】
本発明のいくつかの実施態様についての詳細な説明
これから、類似の参照符号がいくつかの図を通して類似の部分を示している添付図面をいっそう詳しく参照する。
【００１９】
本発明のいくつかの実施態様は、真空ＩＧ窓ユニットに使うためのスペーサあるいはポストに関するものである。いくつかの実施態様では、スペーサあるいはポスト５はサファイアあるいはＡｌ₂Ｏ₃を含有している。これによって、スペーサあるいはポストは、少なくとも一定の可視光波長を実質的に透過させることができるようになるので、通常型の不透明スペーサよりも目立たない。これらのスペーサあるいはポストは、図１〜図３のように、対向する基板の間の低圧空間１６に配置されている。これらの基板の端部は、端シールあるいは周縁シール４によって気密的にシールされている（例えば図１〜図３を参照のこと）。この明細書における「周縁」および「端」シールという語は、これらのシールが同ユニットの完全な周縁だけに位置していることを意味するのではなく、それに代えて、そのシールが同ユニットの少なくとも一方の基板の端にあるいはその近傍に（例えば、約２インチの範囲内に）少なくとも部分的に位置していることを意味する。
【００２０】
図４（ａ）および図４（ｂ）には、本発明の１つの実施態様に係る代表的なスペーサあるいはポスト５が示されている。このような一連のスペーサあるいはポスト５は、図１〜図３のいずれかの真空ＩＧ窓ユニットの低圧空間に設けられるべきである。図４（ａ）および図４（ｂ）には、円筒状に形成されたスペーサあるいはポスト５が示されているが、本発明の他の実施態様では異なる形状を採ることができる。例えば、図５には長方形に形成されたスペーサあるいはポストが示されている。対向する基板の間の内側空間１６は一般に大気圧以下の圧力にあるので、この型のパネルは真空断熱ガラス（ＩＧ）ユニットと称されることが多い。
【００２１】
本発明の異なるいくつかの実施態様に係る真空ＩＧユニットは、住宅用あるいは商業用の窓として使うことができる。空間１６を排気すると、気体の伝導および対流によるガラス基板２および３の間の熱輸送がなくなりあるいは減少する。そのうえ、ガラス基板２および３の一方あるいは双方の面に低放射率（ｌｏｗ−Ｅ）コーティングを施すことで、基板２および３の間の放射性熱輸送を低い水準まで減少させることができる。このようにして、高い水準の熱絶縁を実現することができる。空間１６の圧力が約０．５×１０^-3トール（Ｔｏｒｒ）以下の値まで、いっそう好ましくは、約０．１ミリトール（ｍＴｏｒｒ）すなわち１０^-4トールよりも低い値まで、もっとも好ましくは、大気圧の約１０^-6トールよりも低い値まで減少すると、低い気体熱伝導を実現することができる。１箇所以上の端シールが含まれている気密性シール装置４によれば、気体あるいは空気が空間１６へ進入し／から退出することが実質的になくなる。
【００２２】
図１〜図５によれば、２枚のほぼ平行なガラス板の大気圧に対する間隔配置を維持するために、基板２および３の間に一連のスペーサあるいはポスト５が設けられている。いくつかの実施態様では、それぞれのポストは高さが約０．１０〜０．６０ｍｍである。スペーサあるいはポスト５は、図４〜図５の形状を含む、適切な任意の形状を採ることができる。例えば、スペーサあるいはポスト５は、球状、円筒状、正方形、長方形、棒状、玉状、楕円形、台形などであってもよい。さらにまた、他のいくつかの実施態様では、スペーサ／ポスト５は米国特許第５，８９１，５３６号公報のいずれかの実施態様に図示されたように形成することもできる。
【００２３】
いくつかの実施態様では、スペーサ／ポスト５はすべて、ほぼ同じ大きさおよび／または材料からなる。しかしながら、別の実施態様では、同じ真空ＩＧユニットにおいて異なった大きさのスペーサ５であってもよい。いくつかの実施態様では、スペーサの密度（すなわち、単位面積当たりのスペーサの数）は、ある区域で他の区域よりも大きくてもよく、あるいはこの代わりに、スペーサの密度はユニット全体を通してほぼ一様であってもよい。
【００２４】
本発明のいくつかの好適な実施態様では、スペーサあるいはポスト５は、六方結晶構造を有する単結晶のサファイアあるいはＡｌ₂Ｏ₃を含有している。他のいくつかの実施態様では、スペーサあるいはポスト５は、六方結晶構造を有する単結晶のサファイアあるいはＡｌ₂Ｏ₃から基本的に成り立っている。サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃の実質的な部分を含有している）は、高強度の（すなわち、対向する基板２，３の内側に加えられた大気圧に耐えることができる）ものであり、また、多くの可視光波長を実質的に透過させるもの（すなわち、少なくとも８０％の透過性）である。スペーサ５は、可視光波長の少なくとも約９０％を透過させるものであるのがいっそう好ましい（約９５％を透過させるのがもっとも好ましい）。さらにまた、いくつかの実施態様におけるスペーサ／ポスト５は、少なくとも約７Ｍ（モース）の硬度を有しており、いっそう好ましくは少なくとも約９Ｍ（モース）の硬度を有している（サファイアの硬度はほぼ９モースである）。この代わりに、スペーサ／ポスト５は、少なくとも約２，５００ビッカースの硬度を有しているのが好ましく、約２，５００〜３，０００ビッカースの硬度を有しているのがいっそう好ましい。スペーサのサファイアには、いくつかの実施態様において約３．９０〜４．００ｇ／ｃｍ³の密度がある。
【００２５】
従って、サファイアを含有するスペーサあるいはポスト５は、目立たず、また、通常型不透明スペーサ／ポストよりも見栄えがよい。アルミナの単結晶に類似したこれらの半透明特性とサファイアの純度とによって、可視光波長の大部分（いくつかの実施態様では同波長のすべて）は、（不透明な金属製およびセラミック製のポストに比べて）散乱透過することができる。昼間と夜間との双方における背景照明条件によって、スペーサ／ポスト５の濃淡が変化して影になり、あるいは背景自体にいっそうよく合った陰影を帯びるようになる（すなわち、背景は、真空ＩＧ窓ユニットの後方にあって、観察者がその窓を通して見る区域である）ので、スペーサと周囲環境とはいっそう容易に調和し、従って、３フィート以上離れると裸眼で見分けることは容易でない。
【００２６】
本発明におけるいくつかの代わりの実施態様では、スペーサ／ポスト５は代わりに、石英、雲母あるいは他の適切な材料を含有することができ、あるいはこれらの材料から作ることができる。
【００２７】
本発明のいくつかの実施態様では、気密性端シール材料４は、次の材料のどれかから作ることができ、あるいは次の材料のどれかを含有することができる。ハンダガラス、インジウム、（ロードアイランド州、プロビデンスにある）アルコニウム（Ａｒｃｏｎｉｕｍ）社から市販されているオスタロイ（Ｏｓｔａｌｌｏｙ）３１３−インジウム（Ｉｎ）４．９９％のワイヤ、水ガラス（すなわち、施されたときにその中に水を有するガラス組成物。ここで、加熱されると水は蒸発してシール部分が形成される。）、ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、インジウムコーポレーション（ＩｎｄｉｕｍＣｏｒｐ．）社から市販されており、ペースト形態でビスマス６７％およびインジウム３３％（重量パーセント）の組成を有しているインダロイ（Ｉｎｄａｌｌｏｙ）５３番、インジウムコーポレーション社から市販されており、ペースト形態でインジウム５０％およびスズ５０％の組成を有しているインダロイ１番、インジウムコーポレーション社から市販されており、ペースト形態でインジウム９７％および銀３％の組成を有しているインダロイ２９０番、インジウムコーポレーション社から市販されており、ペースト形態でスズ７０％、鉛１８％およびインジウム１２％の組成を有しているインダロイ９番、インジウムコーポレーション社から市販されており、ペースト形態でビスマス５８％およびスズ４２％の組成を有しているインダロイ２８１番、インジウムコーポレーション社から市販されており、ペースト形態で鉛６０％およびインジウム４０％の組成を有しているインダロイ２０６番、インジウムコーポレーション社から市販されており、ペースト形態でスズ７７．２％、インジウム２０％および銀２．８％の組成を有しているインダロイ２２７番、インジウムコーポレーション社から市販されており、ペースト形態でインジウム８０％、鉛１５％および銀５％の組成を有しているインダロイ２番、インジウムコーポレーション社から市販されており、ペースト形態でインジウム９０％および銀１０％の組成を有しているインダロイ３番、あるいは可撓性のある他の適切な有機材料あるいは無機材料。
【００２８】
前記のようにいったん開示されると、多くの他の形状構成、改造および改良は当業者にとって明らかになる。従って、このような他の形状構成、改造および改良は本発明の一部であるとみなすべきであり、本発明の範囲は特許請求の範囲から決定すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、通常型真空ＩＧ窓ユニットの従来技術の側面部分断面図である。
【図２】図２は、図１の真空ＩＧユニットにおける、上側のガラス板のない平面部分断面図である。
【図３】図３は、別の通常型真空ＩＧ窓ユニットの側面断面図である。
【図４】図４（ａ）は、図１〜図３の真空ＩＧ窓ユニットのいずれかに利用することのできる、本発明の１つの実施態様に係るスペーサあるいはポストの側面断面図である。
図４（ｂ）は、図４（ａ）のスペーサあるいはポストの平面図である。
【図５】図５は、図１〜図３の真空ＩＧ窓ユニットのいずれかに利用することのできる、本発明の別の実施態様に係るスペーサあるいはポストの側面断面図である。

Claims

大気圧よりも低い圧力を有している空間（１６）をそれらの間に画定するように間隔を置いて配置された第１および第２の基板（２，３）と、前記の第１および第２の基板の間に配置され、前記の基板を互いから隔てる複数のスペーサ（５）とを備えてなり、
前記スペーサのすべてが、少なくとも８０％の可視光波長を透過させる六方結晶構造を有する単結晶のサファイアから構成されていることを特徴とする断熱ガラスパネル。
前記スペーサのすべてが、少なくとも９０重量％のＡｌ₂Ｏ₃を含有していることをさらに特徴とする請求項１記載の断熱ガラスパネル。
前記スペーサのすべてが、少なくとも９５重量％のＡｌ₂Ｏ₃を含有していることをさらに特徴とする請求項２記載の断熱ガラスパネル。
前記スペーサのすべてが、少なくとも９８重量％のＡｌ₂Ｏ₃を含有していることをさらに特徴とする請求項３記載の断熱ガラスパネル。
前記スペーサが、ほぼ円筒状の形状であることをさらに特徴とする請求項１記載の断熱ガラスパネル。
前記スペーサが、上方から見たときにほぼ円形の断面を有していることをさらに特徴とする請求項１記載の断熱ガラスパネル。
大気圧よりも低い圧力を有している空間（１６）をそれらの間に画定するように間隔を置いて配置された第１および第２の基板（２，３）と、前記の第１および第２の基板の間に配置され、前記の基板を互いから隔てる複数のスペーサ（５）とを備えてなり、
前記スペーサのすべてが、少なくとも８０％の可視光波長を透過させるとともに、２，５００〜３，０００ビッカースの硬度を有していることを特徴とする断熱ガラスパネル。