WO2003004430A1 - Panneau de verre - Google Patents

Description

明 細 書 ガラスパネル 技術分野

本発明は、 一対の板ガラスを間隙部を介して対向配置し、 その両板ガラスの周 縁部を低融点ガラスで接合して前記間隙部を密閉してあるガラスパネルに関する ₍ 背景技術

低融点ガラスは、 金属ハンダなどに比べて板ガラスに対する接着性が良いた め、 このようなガラスパネルの間隙部密閉などに多用され、 従来では、 両板ガラ スの周縁部にペース ト状の低融点ガラスを塗布して 4 8 0 °C以上に加熱し、 低融 点ガラスを溶融状態にした後、 常温にまで冷却して固化させ、 それによつて、 両 板ガラスの周縁部を接合して前記間隙部を密閉していた。

ところが、 低融点ガラスは、 板ガラスに対する接着性が良いため、 溶融状態に おいて板ガラスに対する濡れ性も良く、 図 8に示すように、 両板ガラス 1 , 2の 面にほぼ直交する方向での断面において、 低融点ガラス 4の間隙部 Vに隣接する 隣接面 4 bが、 両板ガラス 1 , 2の中央部側ほど間隙部 Vから遠ざかる側に凹入 する湾曲面となる。

そして、そのままの状態で冷却硬化させていたので、従来のガラスパネルでは、 低融点ガラス 4の間隙部 Vに隣接する隣接面 4 bが、 両板ガラス 1 , 2の中央部 側ほど間隙部 Vから遠ざかる側に凹入する湾曲面となっていた。

したがって、従来のガラスパネルでは、低融点ガラス 4の隣接面 4 bの両端に、 両板ガラス 1 , 2に接して間隙部 V側に突出する先鋭部 4 cが存在し、 例えば、 板ガラスの面に風圧などが作用して、 図 8において矢印で示すように、 両板ガラ ス 1， 2を互いに近接させるような力が働くと、 その隣接面 4 b両端の先鋭部 4 cに応力が集中し、 かつ、 両板ガラス 1 , 2が、 互いに近接する方向に湾曲しよ うとするため、 先鋭部 4 cを折り曲げようとする力が働いて、 先鋭部 4 cにクラ ックが入って損傷し易いという欠点があった。 さらに、 先鋭部 4 cが損傷すると、 脆性破壊し易いという低融点ガラスの特質 に起因して、 その損傷箇所を起点としてクラックが成長するため、 従来のガラス パネルでは、 両板ガラスの周縁部を接合して密閉する低融点ガラスの強度に問題 があり、両板ガラスの間隙部が減圧状態に維持された真空複層ガラスにおいては、 その欠点が特に顕著であった。

本発明は、 このような従来の問題点に着目したもので、 その目的は、 両板ガラ ス周縁部における低融点ガラスの強度向上を図り、 たとえ真空複層ガラスであつ ても、 低融点ガラス部分での損傷を有効に防止することのできるガラスパネルを 提供するものである。 発明の開示

本発明のガラスパネルの特徴構成は次の通りである。

請求の範囲第 1項に係るガラスパネルは、図 3、図 5〜図 7に例示するごとく、 一対の板ガラス 1， 2を間隙部 Vを介して対向配置し、 その両板ガラス 1， 2の 周縁部を低融点ガラス 4で接合して前記間隙部 Vを密閉してあるガラスパネルで あって、 前記両板ガラス 1， 2の面にほぼ直交する方向での断面において、 前記 低融点ガラス 4の前記間隙部 Vに隣接する隣接面 4 aが、 両板ガラス 1 , 2間の 中央部側ほど前記間隙部 V側に膨出するように構成されているところにある。 本構成であれば、 両板ガラスの面にほぼ直交する方向での断面において、 低融 点ガラスの間隙部に隣接する隣接面が、 両板ガラス間の中央部側ほど間隙部側に 膨出するように構成されているので、 板ガラスに対して接着性の良い低融点ガラ スを使用するにもかかわらず、 従来のガラスパネルのような先鋭部、 つまり、 両 板ガラスに接して間隙部側に突出する先鋭部が存在せず、 したがって、 先鋭部が 損傷したり、 その損傷箇所を起点としてクラックが成長するようなことは皆無と なる。

そして、 板ガラスの面に風圧などが作用して、 両板ガラスを互いに近接させる ような力が働いても、 その応力は両板ガラスの中央部側に位置する膨出部に向け て分散されるため、 応力の集中がほとんどなく、 両板ガラス周縁部における低融 点ガラスの強度を大幅に向上させることができる。 請求の範囲第 2項に係るガラスパネルは、図 3、図 5〜図 7に例示するごとく、 前記隣接面 4 aが、 前記間隙部 V側に膨出する湾曲面に構成されているところに ある。

本構成であれば、 前記隣接面が、 間隙部側に膨出する湾曲面に構成されている ので、 例えば、 その隣接面が、 間隙部側に鋭角で膨出する面の場合と比較して、 より一層確実に応力の集中を回避することができ、 両板ガラス周縁部における低 融点ガラスの強度を更に向上させることができる。

請求の範囲第 3項に係るガラスパネルは、 図 1に例示するごとく、 前記一対の 板ガラス 1 , 2の間隙部 Vにスぺーサ 3が介在され、 その間隙部 Vが減圧状態で 密閉されているところにある。

本構成であれば、 一対の板ガラスの間隙部にスぺ一サが介在され、 その間隙部 が減圧状態で密閉されているので、 その間隙部の減圧によって、 断熱効果に優れ たガラスパネルを提供することができる。

そして、 このようなガラスパネルでは、 板ガラスの面に常に大気圧が作用する ため、 低融点ガラスの強度が問題となるが、 上述したように低融点ガラスの強度 向上を図ることができ、 その結果、 断熱効果に優れ、 かつ、 強度的にも強いガラ スパネルを提供することができる。 図面の簡単な説明

第 1図は、 真空複層ガラスの一部切欠き斜視図であり、

第 2図は、 製造工程における真空複層ガラスの要部の断面図であり、 第 3図は、 製造工程における真空複層ガラスと吸引封止装置の断面図であり、 第 4図は、 真空複層ガラスの要部の断面図であり、

第 5図は、 製造工程における真空複層ガラスの要部の断面図であり、 第 6図は、 別の実施形態による製造工程における真空複層ガラスの要部の断面 図であり、

第 7図は、 真空複層ガラスの作用を示す要部の断面図であり、

第 8図は、 従来の真空複層ガラスの作用を示す要部の断面図であり、 第 9図は、 比較実験に使用した装置の説明図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明によるガラスパネルの実施の形態を図面に基づいて説明する。

このようなガラスパネルとしては、 例えば、 真空複層ガラスがあり、 その真空 複層ガラス Pは、 図 1に示すように、 一対の板ガラス 1 , 2において、 両板ガラ ス 1 , 2の面が、 その間に多数のスぺ一サ 3を介在させ、 それによつて、 両板ガ ラス 1， 2の間に間隙部 Vを有する状態で互いに対向するように配置され、 両板 ガラス 1， 2の周縁部が、 両板ガラス 1 , 2よりも融点が低く、 かつ、 気体透過 度の低い低融点ガラス 4で接合され、 両板ガラス 1， 2の間隙部 Vが、 減圧状態 で密閉されて構成されている。

両板ガラス 1， 2には、 その厚みが 2. 65-3. 2 mm程度の透明なフロー トガラスが使用され、 両板ガラス 1， 2の間隙部 Vが、 1. 33 Pa ( 1. O x 1 0 -2T o r r ) 以下に減圧されている。

その間隙部 Vの減圧については、.後に詳しく説明するが、 間隙部 Vを減圧する ため、 一方の板ガラス 1には、 図 4に詳しく示すように、 直径が 3 mm程度の大 径孔 5 aと 2mm程度の小径孔 5 bからなる吸引孔 5が穿設され、 その大径孔 5 a内にガラス管 6が挿入されて、 そのガラス管 6が、 ガラス管 6や板ガラス 1よ りも融点の低い低融点ガラス 7によって板ガラス 1に接着固定され、 ガラス管 6 の先端部が、 溶融により封止されて、 全体がキヤヅプ 8により覆われている。 前記スぺ一サ 3は、 形状として円柱状が好ましく、 両板ガラス 1 , 2に作用す る大気圧に耐え得るように、 圧縮強度が 4. 9 x 108 P a (5 x 1 03 k g f /cm2 ) 以上の材料、 例えば、 ステンレス鋼 (SUS 304 ) やインコネル 7 1 8などにより形成されている。

そして、 スぺーサ 3の形状が円柱状の場合であれば、 直径が 0. 3〜1. 0 m m程度、 高さが 0. 15~ 1. 0 mm程度であり、 各スぺ一サ 3の間の間隔は、 20 mm程度に設定されている。

つぎに、 この真空複層ガラス Pを製造する工程などについて説明する。

まず、 一対の板ガラス 1， 2のうち、 吸引孔 5の穿設されていない方の板ガラ ス 2をほぼ水平に支持して、 その周縁部の上面にペースト状の低融点ガラス 4を 塗布し、 かつ、 多数のスぺ一サ 3を所定の間隔で配設して、 図 5の （a ) に示す ように、 その上方から他方の板ガラス 1を載置する。

その際、 図に示すように、 下方に位置する板ガラス 2の面積を多少大きく し、 その周縁部が上方の板ガラス 1周縁部から若干突出するように構成すると、 低融 点ガラス 4の塗布などに好都合である。

その後、 図 2に示すように、 上方に位置する板ガラス 1の吸引孔 5にガラス管 6を挿入する。 そのガラス管 6は、 吸引孔 5の大径孔 5 a内にのみ挿入可能で、 かつ、 大径孔 5 aよりも長く設定されているので、 ガラス管 6の上方部が、 板ガ ラス 1から上方に突出し、 そのガラス管 6の突出部の周りにドーナツ状の低融点 ガラス 7を配置し、 さらに、 その上方から吸引封止装置 9を被せる。

吸引封止装置 9は、 有底円筒状の吸引カップ 1 0と、 その吸引カヅプ 1 0内に 配設の電気ヒ一夕 1 1とを備え、 さらに、 吸引カップ 1 0の内部空間に連通する 吸引用のフレキシブルパイプ 1 2と、 板ガラス 1上面との間を密閉する〇リング 1 3なども備えている。

その吸引封止装置 9を被せた状態で、 両板ガラス 1， 2をほぼ水平にして加熱 炉 1 4内に収納し、 焼成により低融点ガラス 4を溶融させて、 その溶融状態にあ る低融点ガラス 4によって両板ガラス 1， 2の周縁部を接合して間隙部 Vを密閉 する接合処理を実行する。

具体的には、 加熱炉 1 4内の温度を 4 8 0 °C以上にまで上昇させて、 低融点ガ ラス 4を溶融させるのであり、 溶融した低融点ガラス 4は、 両板ガラス 1， 2に 対する濡れ性が良いため、 図 5の （b ) に示すように、 両板ガラス 1， 2の面に ほぼ直交する方向での断面において、 間隙部 Vに隣接する側の隣接面 4 aが、 間 隙部 Vに対して凹入した状態となり、 この低融点ガラス 4の溶融とともに、 ガラ ス管 6周りの低融点ガラス 7も溶融し、 大径孔 5 aとガラス管 6との間の隙間に 流入する。

その後、 加熱炉 1 4内の温度が 4 0 0 °C以上の状態、 これを低融点ガラス 4の 粘度に置き換えると、 低融点ガラス 4の粘度が 1 0 11 ポアズ、 つまり、 1 0 10 パスカル秒 （P a ' s ) 以下の軟化状態、 言い換えると、 低融点ガラス 4の温度 が低下して、 その粘度が 1 0 10パスカル秒 （P a · s ) を越える前に、 両板ガラ ス 1 , 2の間隙部 Vを加熱しながら、 かつ、 低融点ガラス 4の粘度を 1 010パス カル秒 （P a ' s) 以下の軟化状態に維持して、 吸引孔 5に挿入したガラス管 6 から間隙 V内の気体を吸引除去するべ一キング処理を実行する。

具体的には、 フレキシブルパイプ 1 2に接続した口一夕リ一ポンプや夕一ボ分 子ポンプによる吸引で、 吸引カップ 1 0内を減圧し、 かつ、 ガラス管 6と小径孔 5 bを介して、 間隙部 V内を 1. 33 P a以下に減圧するのである。

このべ一キング処理の実行時には、 低融点ガラス 4の粘度が、 1010パスカル 秒 （P a · s ) 以下の軟化状態にあるので、 間隙部 Vの減圧に伴って、 図 3や図 5の （c) に示すように、 その隣接面 4 aが、 間隙部 V側に膨出する湾曲面とな る。

そして、 その後、 電気ヒー夕 1 1によりガラス管 6の先端部を 1000 °C程度 に局部的に加熱して溶融させ、 図 4に示すように、 ガラス管 6の先端開口を封止 するとともに、 冷却後にキャップ 8を板ガラス 1に接着して、 真空複層ガラス P を製造するのである。

このようにして製造された真空複層ガラス Pは、 両板ガラス 1， 2の面にほぼ 直交する方向での断面において、 低融点ガラス 4の隣接面 4 aが、 間隙部 V側に 膨出した湾曲面となるので、 図 7において矢印で示すように、 両板ガラス 1 , 2 を互いに近接させるような力が働いても、 その応力が膨出部に向けて分散されて 応力の集中がほとんどなく、 図 8に示す従来構造と比較して、 低融点ガラス 4の ·強度を大幅に向上させることができる。

かかる効果を確認するため、本件のガラスパネルと従来のガラスパネルにつき、 それぞれ実験用サンプルを作成して両者の間で比較実験を行ったので、 その結果 について言及する。

まず、 実験用ガラスパネルは、 下記 （a：)、 (b) により作成した。

(a) 厚さ 3mmのフロート板ガラスから、 600 x 900 mmの板ガラス A

(本実施形態の板ガラス 2に相当） と、 その板ガラス Aよりも縦横それそれ 6 mm 短い板ガラス B (本実施形態の板ガラス 1に相当）を切り出し、板ガラス Bには、 吸引孔を穿設してガラス管を取り付けた。

(b) 板ガラス Aを水平に保持し、 その上に直径 0. 6mm、 高さ 0. 2mm の円柱状のィンコネル製スぺーサを 2 0 mm間隔で載置し、 その上に板ガラス B を載置して、 板ガラス Bの周縁から 3 m m張り出した板ガラス Aの張り出し部分 にディスペンサーによりシール剤 （本実施形態の低融点ガラス 4に相当） を載せ た。

その後、 本件ガラスパネルの実験用サンプルに関しては、 下記 （ c )〜（e ) により作成した。

( c ) 両板ガラス A , Bの端部におけるスぺ一ザの直上をハステロイの耐熱合 金で作成したバネを有するクリップにより 2 0 mm間隔で挟んだ。

( d ) クリップにより挟んだ両板ガラス A， Bを 4 5 0 °Cに加熱して 3 0分間 保持した後、 冷却して周囲のシール剤により両板ガラス A， Bの周縁部を封着し た。 その際、 4 0 0 °Cまで下がった時点で、 予めガラス管を覆うようにセッ トし た吸引封止装置につないだ口一夕リーポンプによって、 両板ガラス A， B間の間 隙部を 0 . 0 1 M P a以下になるまで減圧し、 そのまま温度を下げた。

( e ) 両板ガラス A , Bの温度が 3 2 0 °Cに至った時点で、 両板ガラス A， B の間隙部を 1 P a以下となるようにターボ分子ポンプを作動させて更に減圧して 3 0分間静置し、 内部表面に吸着した揮発性不純物を吸引し、 その後、 ガラス管 の先端開口を封止して室温にまで冷却した。

それに対して、 従来ガラスパネルの実験用サンプルに関しては、 上記 （ c )〜 ( e ) に代えて、 下記 （： f ) により作成した。

( f ) 上記 （c ) のようなクリヅブを使用せず、 両板ガラス A， Bを 4 5 0 °C に加熱して 3 0分間保持した後、 冷却して周囲のシール剤により両板ガラス A , Bの周縁を封着した。 その際、 3 2 0 °Cまで下がった時点で、 吸引封止装置につ ないだロータリーポンプおよび夕一ボ分子ポンプによって、 両板ガラス A， B間 の間隙部を 1 P a以下となるように減圧して 3 0分間静置し、 内部表面に吸着し た揮発性不純物を吸引した後、 ガラス管の先端開口を封止して室温にまで冷却し た。

すなわち、 本件の実験用サンプルは、 上記 （a )〜（e ) により作成し、 従来 の実験用サンプルは、 上記 （a )、 （b )、 ( f ) により作成して、 両実験用サンプ ルのシール部につき、 その形状を観察した。 その結果、 本件の実験用サンプルでは、 両板ガラス A， Bの面にほぼ直交する 方向での断面において、 シール部の間隙部に隣接する面が、 図 7に示すように、 間隙部側に膨出する湾曲面に構成されているのに対し、 従来の実験用サンプルで は、 シール部の間隙部に隣接する面が、 図 8に示すように、 間隙部側に凹入する 湾曲面に構成されていることが確認された。

つぎに、図 9に示すように、内部 1 5を減圧できる実験用の型枠 1 6を準備し、 その型枠 1 6上に 2種類の実験用サンプルを載置し、 風による荷重を想定して、 型枠 1 6の内部 1 5を吸引ポンプにより大気圧との差が 0〜一 2 O k P aとなる ように徐々に減圧し、 その破壊の状態を観察するとともに、 破壊が始まる瞬間に おける内部 1 5の圧力を測定した。

その結果、 本件の実験用サンプルでは、 2 5枚作成して実験したところ、 2 5 枚の全てが板ガラスのガラス面から破壊し、 その際の型枠 1 6における内部 1 5 の平均圧力は、 — 1 4 . 5 k P aであった。

それに対して、 従来の実験用サンプルでは、 2 8枚作成して実験したところ、 そのうちの 2 2枚が板ガラスのガラス面から破壊し、 その際の型枠 1 6における 内部 1 5の平均圧力は、 — 1 4 . 1 k P aであったが、 残りの 6枚については、 端部のシール部近傍から破壊し、 その際の内部 1 5の平均圧力は、 — 8 . 5 k P aであった。

以上の結果から、 板ガラスのガラス面から破壊が始まる場合には、 両実験用サ ンプル間において、 内部 1 5の平均圧力に特に顕著な差異は見られなかった。 しかし、 従来の実験用サンプルでは、 2 8枚のうちの 6枚、 つまり、 約 2 1 % の割合で端部のシール部近傍からの破壊が見られたのに対し、 本件の実験用サン プルでは、 シール部近傍からの破壊は皆無であった。

すなわち、 図 9に示す型枠 1 6を使用して内部 1 5を減圧すると、 実験用サン プルの上面側に大気圧による荷重がほぽ均一に加わり、 実験用サンプルは、 その 下面側が下方に凸面になるように弓なりに曲げられる。 その際、 両板ガラスの面 だけでなく、 両板ガラス端部におけるシール部と板ガラスとの界面にも集中的に 応力が発生するため、 両板ガラス端部におけるシール部が構造的に弱いと、 ガラ ス面より先にシール部近傍における破壊が始まり、 端部のシール部が強いと、 ガ ラス面からの破壊が先に始まることになり、 上記の結果から、 本件ガラスパネル の方が、 従来のガラスパネルよりも強度的に優ることが立証される。

[別実施の形態]

〈 1〉先の実施形態では、 両板ガラス 1， 2の間隙部 Vから気体を吸引除去する ベーキング処理の実行によって、 低融点ガラス 4の隣接面 4 aを間隙部 V側に膨 出する湾曲面に構成した例を示したが、 図 6の （a ) に示すように、 低融点ガラ ス 4を塗布した後、 図 6の （b ) に示すように、 低融点ガラス 4を加熱した軟化 状態において、 少なくとも両板ガラス 1 , 2の周縁部が互いに近接するように押 圧操作し、 その押圧処理を維持したままで低融点ガラス 4を冷却して、 低融点ガ ラス 4の隣接面 4 aを間隙部 V側に膨出させたり、 あるいは、 両板ガラス 1 , 2 の押圧処理とベ一キング処理の併用によって、 低融点ガラス 4の隣接面 4 aを間 隙部 V側に膨出させて湾曲面に構成することもできる。

さらに、 その隣接面 4 aは、 必ずしも湾曲面に構,成する必要はなく、 例えば、 台形や三角形のような形状で間隙部 V側に膨出させることもでき、 また、 その膨 出処理の時期についても、 接合処理を実行した後、 低融点ガラス 4をいつたん常 温にまで冷却し、 その後、 低融点ガラス 4を軟化状態にまで再加熱して、 上述し た膨出処理を実行することもできる。

〈2〉先の実施形態では、 ガラスパネルの一例として真空複層ガラス Pを示した が、 両板ガラス 1 , 2の間隙部 Vに気体を封入したプラズマディスプレイパネル などの製造にも適用することができ、 その場合には、 ベ一キング処理を実行した 後、 間隙部 Vに所定の気体を封入することになる。

また、 ガラスパネルの用途についても、 建築物や乗り物 （自動車、 鉄道車両、 船舶） 用の窓ガラス、 あるいは、 プラズマディスプレイなどの機器要素をはじめ として、 冷蔵庫や保温装置などのような各種装置の扉や壁部など、 種々の用途に 使用することができる。

したがって、 ガラスパネル Pを構成する板ガラス 1 , 2に関しても、 先の実施 形態で示したフロートガラスに限るものではなく、 そのガラスパネル Pの用途や 目的に応じて、 例えば、 型板ガラス、 表面処理により光り拡散機能を備えたすり ガラス、 網入りガラス、 線入板ガラス、 強化ガラス、 倍強化ガラス、 低反射ガラ ス、 高透過板ガラス、 セラミック印刷ガラス、 熱線や紫外線吸収機能を備えた特 殊ガラス、 あるいは、 それらの組み合わせなど、 種々のガラスを適宜選択して実 施することができる。 また、 ガラスの組成についても、 ソ一ダ珪酸ガラス、 ソ一 ダ石灰ガラス、 ほう珪酸ガラス、 アルミノ珪酸ガラス、 各種結晶化ガラスなどを 使用することができ、 その板ガラス 1 , 2の厚みについても、 適宜選択自由であ る。

また、 スぺ一サ 3についても、 ステンレス鋼やインコネルに限らず、 例えば、 鉄、 銅、 アルミニウム、 タングステン、 ニヅケル、 クロム、 チタンなどの金属の 他、 炭素鋼、 クロム鋼、 ニッケル鋼、 ニッケルクロム鋼、 マンガン鋼、 クロムマ ンガン鋼、 クロムモリブデン鋼、 珪素鋼、 真鍮、 ハンダ、 ジュラルミンなどの合 金、 あるいは、 セラミックスやガラスなど、 要するに、 外力により変形し難いも のであれば使用可能であり、 その形状も、 円柱状に限らず、 角柱状や球状などの 各種形状に構成することができる。

さらに、 ガラス管 6を融着するための低融点ガラス 7については、 高温域にお いて結晶化が完了する結晶性低融点ガラスを使用することも、 非結晶性低融点ガ ラスを使用することもでき、 同様に、 両板ガラス 1 , 2の周縁部を接合して密閉 する低融点ガラス 4についても、 結晶性または非結晶性のいずれの低融点ガラス も使用可能である。 産業上の利用可能性

本発明のガラスパネルは、 建築物や乗り物 （自動車、 鉄道車両、 船舶） 用の窓 ガラス、 あるいは、 プラズマディスプレイなどの機器要素をはじめとして、 冷蔵 庫や保温装置などのような各種装置の扉や壁部など、 種々の用途に使用すること ができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 一対の板ガラス （ 1), (2) を間隙部 （V) を介して対向配置し、 その両 板ガラス （ 1), (2) の周縁部を低融点ガラス （4) で接合して前記間隙部 （V) を密閉してあるガラスパネルであって、

前記両板ガラス （ 1)， （2) の面にほぼ直交する方向での断面において、 前記 低融点ガラス （4) の前記間隙部 （V) に隣接する隣接面 （4 a) が、 両板ガラ ス （ 1), (2) 間の中央部側ほど前記間隙部 （V) 側に膨出するように構成され ているガラスパネル。

2. 前記隣接面 （4 a) が、 前記間隙部 （V) 側に膨出する湾曲面に構成され ている請求項 1に記載のガラスパネル。

3. 前記一対の板ガラス （1 ), (2) の間隙部 （V) にスぺ一ザが介在され、 その間隙部 （V) が減圧状態で密閉されている請求項 1または 2に記載のガラス パネル。