JPWO2012157520A1

JPWO2012157520A1 - 真空複層ガラス

Info

Publication number: JPWO2012157520A1
Application number: JP2013515107A
Authority: JP
Inventors: 祥孝松山
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2014-07-31
Also published as: WO2012157520A1

Abstract

第１および第２のガラス基板を間隙部を介して積層し、該間隙部を減圧状態にすることにより構成される真空複層ガラスであって、前記第１および第２のガラス基板は、０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲の厚さを有し、前記第１および第２のガラス基板は、化学強化処理されていることを特徴とする真空複層ガラス。

Description

本発明は、例えば建築物の窓ガラス等に使用される真空複層ガラスに関する。

一対のガラス基板を間隙部を介して積層し、該間隙部を真空状態に保持して構成される、いわゆる「真空複層ガラス」は、優れた断熱効果を有するため、例えばビルおよび住宅等の建築物用の窓ガラス用途に広く利用されている。

このような「真空複層ガラス」において、最近では、ガラス基板に化学強化処理を適用することにより、強度を向上させる技術が開示されている（特許文献１）。

特開２００３−１３７６１３号公報

前述のように、ガラス基板に化学強化処理を施すことにより、強度を高めた真空複層ガラスが提案されている。

ところで、従来の真空複層ガラスでは、真空状態の間隙部の形状を維持するため、間隙部には、柱状の多数のスペーサが配置されている。換言すれば、これらのスペーサの存在により、一対のガラス基板の間に、真空状態の間隙部を保持することができる。このようなスペーサの材料には、通常の場合、ステンレス鋼のような金属材料が使用される。

しかしながら、このような従来の真空複層ガラスでは、スペーサ自身が熱伝導体となるという問題がある。すなわち、真空複層ガラスでは、断熱層として真空状態の間隙部を形成しているにも関わらず、スペーサの存在のため、一方のガラス基板側から他方のガラス基板にわたって、熱伝導が生じてしまう。また、これにより、真空複層ガラスの断熱性が低下してしまう。

このような現状から、従来の真空複層ガラスに対しては、断熱性のさらなる向上が望まれている。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、従来に比べて断熱性をより高めることが可能な真空複層ガラスを提供することを目的とする。

本発明では、
第１および第２のガラス基板を間隙部を介して積層し、該間隙部を減圧状態にすることにより構成される真空複層ガラスであって、
前記第１および第２のガラス基板は、０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲の厚さを有し、
前記第１および第２のガラス基板は、化学強化処理されていることを特徴とする真空複層ガラスが提供される。

ここで、本発明による真空複層ガラスにおいて、前記間隙部には、複数のスペーサが配置されており、
隣接するスペーサ同士の間隔は、少なくとも２０ｍｍを超えても良い。

また、本発明による真空複層ガラスにおいて、前記スペーサは、透明部材で構成されても良い。

また、本発明による真空複層ガラスにおいて、前記透明部材は、樹脂およびガラスからなる群から選定された少なくとも一つであっても良い。

また、本発明による真空複層ガラスにおいて、前記第１および第２のガラス基板の少なくとも一方は、機能膜を有しても良い。

また、本発明による真空複層ガラスにおいて、前記機能膜は、低放射性膜、紫外線遮蔽性膜、熱線遮蔽性膜、低反射性膜、撥水性膜、防曇性膜、調光性膜、防眩性膜、遮音性膜、防汚性膜、導電性膜、および帯電防止性膜からなる群から選定された少なくとも一つであっても良い。

本発明では、従来に比べて断熱性をより高めることが可能な真空複層ガラスを提供することが可能となる。

従来の真空複層ガラスの一構成例を模式的に示した断面図である。本発明による真空複層ガラスの一構成例を模式的に示した断面図である。スペーサの配置形態を模式的に示した図である。スペーサの別の配置形態を模式的に示した図である。本発明による真空複層ガラスの一適用例を模式的に示した図である。

以下、図面を参照して、本発明について説明する。

（従来の真空複層ガラス）
本発明の特徴をより良く理解するため、まず、図１を参照して、従来の真空複層ガラスの構成について簡単に説明する。

図１には、従来の真空複層ガラスの構成断面図を模式的に示す。

図１に示すように、従来の真空複層ガラス１０は、第１のガラス基板１５および第２のガラス基板２５を有する。第１のガラス基板１５は、第１の表面１７および第２の表面１９を有する。第２のガラス基板２５は、第１の表面２７および第２の表面２９を有する。第１および第２のガラス基板の厚さは、少なくとも２．８ｍｍ〜４．８ｍｍ以上である。

両ガラス基板１５、２５の間には、間隙部３５が形成されている。間隙部３５は、第１のガラス基板１５の第１の表面１７の外周上、および第２のガラス基板２５の第１の表面２７の外周上に配置された封止部材４５によって両ガラス基板１５、２５を離間することにより構成される。

なお、間隙部３５は、真空状態になっており、形状を維持するため、間隙部３５には、第１のガラス基板１５の第１の表面１７から第２のガラス基板２５の第１の表面２７まで延在する、多数の円柱状のスペーサ４０が配置されている。スペーサ４０は、通常の場合、ステンレス鋼のような金属材料で構成される。各スペーサ４０の長さは、通常の場合、０．１５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度であり、各スペーサ４０の直径は、通常の場合、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。各スペーサ４０は、約２０ｍｍ間隔で配置される。

ここで、このような真空複層ガラス１０の構成では、断熱層となるべき間隙部３５に、多数の金属製のスペーサ４０、すなわち熱伝導体が、両側のガラス基板１５、２５と接触して配置されることになる。このような熱伝導体の存在は、真空複層ガラス１０の断熱性を低下させる要因となる。これは、スペーサ４０の介在により、一方のガラス基板１５の側から、他方のガラス基板２５の側に熱伝導が生じ、このため、第１のガラス基板１５の第２の表面１９と、第２のガラス基板２５の第２の表面２９の間の温度差が小さくなってしまうからである。

なお、この問題に対処するため、スペーサ４０の直径を小さくしたり、および／またはスペーサ４０の配置ピッチを広くしたりして、スペーサ４０に起因した熱伝導性を抑制することが検討され得る。しかしながら、従来の真空複層ガラス１０の構成では、スペーサ４０の太さを細くしたり、スペーサ４０の本数を減らしたりすることは難しい。各スペーサ４０の直径が小さくなり、および／またはスペーサ４０の本数が少なくなると、両ガラス基板１５および２５が、外側からの圧力に耐えることができなくなり、ガラス基板１５および２５が破損してしまうためである。

このように、従来の真空複層ガラス１０では、断熱性能の向上に限界がある。

（本発明による真空複層ガラスの構成）
次に、図２を参照して、本発明による真空複層ガラスの特徴的な構成について説明する。

図２には、本発明による真空複層ガラスの一構成例を模式的に示す。

図２に示すように、本発明による真空複層ガラス１００は、前述の従来の真空複層ガラス１０とほぼ同様の構成を有する。従って、図２において、図１と同様の構成部材には、図１の参照符号に１００を加えた参照符号が付されている。

ただし、本発明による真空複層ガラス１００は、従来の真空複層ガラス１０に比べて、スペーサ１４０の数が有意に抑制されており、すなわち、スペーサ１４０は、間隙部１３５内で、「間引き」されて配置されているという特徴を有する。

なお、本発明による真空複層ガラス１００において、このような構成が可能になるのは、以下の理由によるものである：
（ｉ）本発明による真空複層ガラス１００では、各ガラス基板１１５、１２５の厚さが有意に抑制されている。各ガラス基板の厚さは、０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にあり、これは、従来のガラス基板の厚さ（最低でも２．８ｍｍ〜４．８ｍｍ以上）に比べて有意に薄くなっている。
（ｉｉ）本発明による真空複層ガラス１００では、両ガラス基板１１５、１２５は、化学強化処理されている。

（ｉ）の特徴により、本発明による真空複層ガラス１００は、従来の真空複層ガラス１００に比べて、ある程度の弾性（変形能）を有するようになる。また、（ｉｉ）の特徴により、本発明による真空複層ガラス１００は、通常の薄いガラスに比べて、高い強度を有するようになる。

従って、（ｉ）および（ｉｉ）の特徴により、本発明による真空複層ガラス１００は、高い強度および変形追従性を有するようになり、これにより、スペーサ１４０が「間引き」されて配置されても、ガラス基板１１５、１２５の破損を有意に抑制することができる。

例えば、両方のガラス基板（一方のガラス基板には、低放射性膜設置）の厚さを４ｍｍとし、間隙部の厚さを０．２ｍｍとし、間隙部の圧力を０．１Ｐａとし、各スペーサ（ステンレス鋼：熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ）の直径を０．５ｍｍとし、スペーサの配置間隔（ピッチ）を２０ｍｍとした場合（すなわち、従来の構成の場合）、両ガラス基板間の熱貫流率Ｕは、１．５７Ｗ／ｍ^２Ｋ程度と試算される。なお、熱貫流率Ｕは、熱の伝わりやすさを示す指標であり、この逆数は、断熱性の指標として使用することができる。

これに対して、両方のガラス基板（一方のガラス基板には、低放射性膜設置）の厚さを０．５ｍｍとし、各スペーサの直径を０．５ｍｍのまま、スペーサの配置間隔（ピッチ）を５０ｍｍとした場合、両ガラス基板間の熱貫流率Ｕは、０．５５Ｗ／ｍ^２Ｋ程度まで低下すると試算される。

なお、係る試算は、ＪＩＳＲ−３１０７に基づくものである。また、真空複層ガラスにおける熱貫流率の計算方法は、以下の文献に詳しく示されている。

ＣＯＬＬＩＮＳａｎｄＡｌ．，“ＶａｃｕｕｍＧｌａｚｉｎｇ−ＡＮｅｗＣｏｍｐｏｎｅｎｔｆｏｒＩｎｓｕｌａｔｉｎｇＷｉｎｄｏｗｓ”，ＢｕｉｌｄｉｎｇａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｖｏｌ．３０−４，ｐ．４５９−４９２，１９９５

このように、本発明による真空複層ガラス１００では、間隙部１３５内に、スペーサ１４０を間引きして配置することができる。従って、従来のような、スペーサ４０の介在により、一方のガラス基板１５の側から、他方のガラス基板２５の側に熱伝導が生じ、第１のガラス基板１５の第２の表面１９と、第２のガラス基板２５の第２の表面２９の間の温度差が小さくなってしまうという問題が有意に軽減される。また、これにより、本発明では、従来の真空複層ガラス１０に比べて、高い断熱性を有する真空複層ガラス１００を提供することが可能となる。

なお、以上の記載では、（ｉ）および（ｉｉ）の特徴により、図２に示すように、間隙部１３５内に配置されるスペーサ１４０の数が低減され、これにより、真空複層ガラス１００の断熱性が向上できることを説明した。しかしながら、本発明による真空複層ガラス１００の構成は、図２のものに限られない。例えば、間隙部１３５内に配置されるスペーサ１４０の数は、従来と同様のまま、各スペーサ１４０の太さを従来のスペーサ４０よりも細くして、これにより、真空複層ガラス１００の断熱性を向上させても良い。あるいは、間隙部１３５内に配置されるスペーサ１４０の数を従来より減らした上で、さらに各スペーサ１４０の太さを従来のスペーサ４０よりも細くして、これにより、真空複層ガラス１００の断熱性を向上させても良い。

すなわち、本発明において重要なことは、（ｉ）および（ｉｉ）の特徴により、各スペーサ１４０と第１または第２のガラス基板１１５、１２５との間の総接触面積Ｑ、または第１のガラス基板１１５の第１の表面１１７（あるいは第２のガラス基板１２５の第１の表面１２７）の面積Ｓ（ただし、封止部材１４５に覆われている部分を除く）に対する前記総接触面積Ｑの割合Ｒ（Ｒ＝Ｑ／Ｓ）を、従来よりも低減することができることである。従って、本発明による真空複層ガラス１００において、そのような効果が得られる限り、スペーサ１４０の配置形態および寸法形状等は、特に限られないことに留意する必要がある。

（本発明による真空複層ガラスの各構成部材）
以下、本発明による真空複層ガラス１００を構成する各部材について、より詳しく説明する。

（ガラス基板）
以下、第１のガラス基板１１５の構成について説明する。ただし、同様の説明は、第２のガラス基板１２５の構成についても適用することができることは、当業者には明らかであろう。

第１のガラス基板１１５は、第１の表面（主表面）１１７および第２の表面（主表面）１１９を有する。第１のガラス基板１１５は、化学強化処理された、いかなる組成のガラス材で構成されても良い。

ここで、「化学強化処理（法）」とは、ガラス基板をアルカリ金属を含む溶融塩中に浸漬させ、ガラス基板の最表面に存在する原子径の小さなアルカリ金属（イオン）を、溶融塩中に存在する原子径の大きなアルカリ金属（イオン）と置換する技術の総称を言う。「化学強化処理（法）」では、処理されたガラス基板の表面には、元の原子よりも原子径の大きなアルカリ金属（イオン）が配置される。このため、ガラス基板の表面に圧縮応力を付与することができ、これによりガラス基板の強度（特にワレ強度）が向上する。

例えば、ガラス基板がナトリウム（Ｎａ）を含む場合、化学強化処理により、このナトリウムは、例えばカリウム（Ｋ）と置換される。あるいは、例えば、ガラス基板がリチウム（Ｌｉ）を含む場合、化学強化処理により、このリチウムは、例えばナトリウム（Ｎａ）および／またはカリウム（Ｋ）と置換されても良い。

第１のガラス基板１１５の製造方法は、特に限られない。第１のガラス基板１１５は、例えば、フロート法、フュージョン法、およびリドロー法等の製法により製造されても良い。

前述のように、第１のガラス基板１１５は、０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍの厚さを有する。この厚さは、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であることが好ましく、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であることがより好ましい。

また、第１のガラス層１１５の少なくとも一つの主表面には、機能膜が設置されていても良い。機能膜は、これに限られるものではないが、例えば、低放射性膜、紫外線遮蔽性膜、熱線遮蔽性膜、低反射性膜、撥水性膜、防曇性膜、調光性膜、防眩性膜、遮音性膜、防汚性膜、導電性膜、および帯電防止性膜等であっても良い。

（間隙部１３５）
第１のガラス基板１１５と第２のガラス基板１２５の間には、間隙部１３５が形成される。間隙部１３５内の圧力は、通常、０．１３３Ｐａ以下である。また、間隙部１３５の厚さは、通常の場合、０．１５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。

間隙部は、外周に沿って配置された封止部材１４５と、内部に、所定の間隔で、規則的または不規則に配置された複数のスペーサ１４０とを有する。

（封止部材１４５）
封止部材１４５は、通常、２０ｋｇ／ｃｍ^２以上の接着強度を有する。

封止部材１４５の材質は、間隙部１４５を外界から遮断し、真空または減圧状態を維持することができる限り、特に限られない。例えば、封止部材１４５の材質として、低融点のガラスフリットを使用しても良い。あるいは、封止部材１４５は、鉛、スズ、亜鉛、インジウム等を主成分とする金属ハンダが使用されても良い。特に、ガラス製の封止部材１４５を使用した場合、最終的に得られる複層ガラス１００において、外枠に透明な美感を得ることができる。

（スペーサ１４０）
スペーサ１４０は、所定の圧縮強度（例えば４．９×１０^８Ｐａ以上の圧縮強度）を有する限り、いかなる材質で構成されても良い。スペーサ１４０は、例えば、鉄、ニッケル、クロム、銅、アルミニウム、およびチタンのような純金属、炭素鋼、クロム鋼、ニッケル鋼、ステンレス鋼、インコネル合金、およびジュラルミンのような合金材料、セラミックスおよびガラスのような無機材料、ならびに樹脂のような有機材料で構成されても良い。

特に、スペーサ１４０を透明な材料（例えば、ガラスおよび／または樹脂）で構成した場合、スペーサ１４０があまり目立たなくなり、真空複層ガラス１００の美感が向上するという効果が得られる。

スペーサ１４０の配置形態は、特に限られない。スペーサ１４０は、例えば、縦横に一定の間隔で、規則的に配置されても良い。

図３および図４には、スペーサ１４０の配置形態の一例を概略的に示す。

図３において、各スペーサ１４０は、複数の行Ｘ_１〜Ｘ_６（ピッチＰ_１）および複数の列Ｙ_１〜Ｙ_８（ピッチＰ_２）を構成するように配置されている。ここで、隣接する行Ｘ_ｉとＸ_{（ｉ＋１）}において、スペーサ１４０のＸ方向の座標は、等しくなっている（ここでｉは１以上の整数。以下同じ）。同様に、隣接する列Ｙ_ｉとＹ_{（ｉ＋１）}において、スペーサ１４０のＹ方向の座標は、等しくなっている。

一方、図４においても、各スペーサ１４０は、複数の行Ｘ_１〜Ｘ_７および複数の列Ｙ_１〜Ｙ_８を構成するように配置されている。ただし、この例では、隣接する行Ｘ_ｉとＸ_{（ｉ＋１）}において、スペーサ１４０のＸ方向の座標は、異なっており、スペーサ１４０は、一行置きに、すなわち行Ｘ_ｉとＸ_{（ｉ＋２）}において、スペーサ１４０のＸ方向の座標が揃うようにして配置されている。また、隣接する列Ｙ_ｉと列Ｙ_{（ｉ＋１）}において、スペーサ１４０のＹ方向の座標は、異なっており、スペーサ１４０は、一列置きに、すなわち列Ｙ_ｉとＹ_{（ｉ＋２）}において、スペーサ１４０のＹ方向の座標が揃うようにして配置されている。

なお、スペーサ１４０の配置間隔Ｐ_１およびＰ_２は、例えば２０ｍｍよりも広く、２５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲であっても良い。

この他にも様々な形態で、スペーサ１４０を配置しても良い。特に、本発明では、前述のように、スペーサ１４０は、従来のスペーサ４０に比べて間引きして配置されても良いことに留意する必要がある。

スペーサ１４０の形状は、特に限られない。スペーサ１４０は、例えば、円柱状、楕円柱状、角柱状、球状、鼓状、樽状、および／またはソロバン玉状の形状を有しても良い。

スペーサ１４０の太さ（例えば直径）は、例えば、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。また、スペーサ１４０の高さは、例えば、０．１５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。ただし、これらの数値は、スペーサ１４０の材質（強度）および配置形態等に依存し、必要な強度確保の観点から定められる。

ここで、第１のガラス基板１１５の第１の表面１１７（または第２のガラス基板１２５の第１の表面１２７）のうち、封止部材１４５によって覆われている部分を除いた表面積をＳとし、スペーサ１４０と第１のガラス基板１１５（または第２のガラス基板１２５）との間の総接触面積をＱとしたとき、割合Ｒ（Ｒ＝Ｑ／Ｓ×１００［％］）は、０．００３％〜０．２％の範囲であることが好ましく、０．００７５％〜０．０５％の範囲であることがより好ましい。割合Ｒを最大０．２％以下とすることにより、真空複層ガラス１００の断熱性が向上する。また、割合Ｒを０．００３％以上とすることにより、間隙部１３５の形状を適正に維持することができる。

（本発明による真空複層ガラスの適用例）
図５には、本発明による真空複層ガラス１００の一適用例を示す。図５において、車両５００は、いくつかの透明部材、例えば、フロントウィンドウ部材５１０、サイドウィンドウ部材５２０、ルーフ部材５３０、およびリアウィンドウ部材５４０を有する。

ここで、本発明による複層ガラス１００は、これらの透明部材として使用することができる。

前述のように、本発明による複層ガラス１００では、第１および第２のガラス基板１１５、１２５の厚さが有意に抑制されている。また、このため、本発明による複層ガラス１００は、比較的薄くて軽いという性質を有する。

従って、図５に示した車両５００の透明部材として、本発明による複層ガラス１００を使用した場合、「高重量の」複層ガラスを支持する際に必要となるような補強部材を使用する必要性が回避される。また、車両５００において、透明部材が顕著に突出して、美感が損なわれるという問題も有意に回避される。

さらに、本発明による真空複層ガラス１００は、外側の２枚のガラス基板１１５、１２５がいずれも化学強化処理されている。このため、車両５００において、透明部材を傷や摩耗から保護することができる。

（本発明の真空複層ガラスを応用した例）
上述の通り、本発明では、間隙部を減圧状態にした真空複層ガラスを前提としている。しかしながら、本発明では、ガラス基板を有意に薄くすることができるため、他の応用例として、間隙部を非減圧状態にしたり、間隙部にアルゴン等のガスを封入したり、シリカ微粒子が鎖状に繋がったエアロゾルを封入したりした構成などへの展開も考えられる。

以上、真空複層ガラスを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

本出願は、２０１１年５月１６日に日本国特許庁に出願された特願２０１１−１０９９３１に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１１−１０９９３１号の全内容をここに本国際出願に援用する。

本発明による真空複層ガラスは、例えばルーフガラス、サイドガラス、リアガラス、およびフロントガラスのような車両の透明部材、ならびに建築物の窓ガラス等に適用することができる。

１０従来の真空複層ガラス
１５第１のガラス基板
１７第１の表面
１９第２の表面
２５第２のガラス基板
２７第１の表面
２９第２の表面
３５間隙部
４０スペーサ
４５封止部材
１００本発明による真空複層ガラス
１１５第１のガラス基板
１１７第１の表面
１１９第２の表面
１２５第２のガラス基板
１２７第１の表面
１２９第２の表面
１３５間隙部
１４０スペーサ
１４５封止部材
５００車両
５１０フロントウィンドウ部材
５２０サイドウィンドウ部材
５３０ルーフ部材
５４０リアウィンドウ部材

Claims

第１および第２のガラス基板を間隙部を介して積層し、該間隙部を減圧状態にすることにより構成される真空複層ガラスであって、
前記第１および第２のガラス基板は、０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲の厚さを有し、
前記第１および第２のガラス基板は、化学強化処理されていることを特徴とする真空複層ガラス。
前記間隙部には、複数のスペーサが配置されており、
隣接するスペーサ同士の間隔は、少なくとも２０ｍｍを超えることを特徴とする請求項１に記載の真空複層ガラス。
前記スペーサは、透明部材で構成されることを特徴とする請求項２に記載の真空複層ガラス。
前記透明部材は、樹脂およびガラスからなる群から選定された少なくとも一つであることを特徴とする請求項３に記載の真空複層ガラス。
前記第１および第２のガラス基板の少なくとも一方は、機能膜を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の真空複層ガラス。
前記機能膜は、低放射性膜、紫外線遮蔽性膜、熱線遮蔽性膜、低反射性膜、撥水性膜、防曇性膜、調光性膜、防眩性膜、遮音性膜、防汚性膜、導電性膜、および帯電防止性膜からなる群から選定された少なくとも一つであることを特徴とする請求項５に記載の真空複層ガラス。