(57)【要約】板ガラス上に、日射反射率が高く、日射吸収率が小さく、放射率が０．２０以下の機能を有する機能性膜を形成し、この機能性膜側にさらにもう１枚の板ガラスを併せ、これら２枚の板ガラスを、両板ガラスの間に空隙部を設けた状態で封着して断熱・遮熱性ガラスパネルを製造する。これにより、十分な断熱性および遮熱性を有し、日射を受けても反りを生じないガラスパネルが得られる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の板ガラス間に所定間隔を隔てた空隙部を形成すると共に、前記両板ガラスの外縁全周に亘って外周密閉部を設けて前記空隙部を減圧状態に密閉し、屋内空間と屋外を仕切るべく構成した断熱・遮熱性ガラスパネルであって、前記板ガラスのうち、屋外側板ガラスの前記空隙部に接する面に放射率０．２０以下の機能性膜を形成してあり、該機能性膜を形成した板ガラスの日射反射率が４５％以下、日射吸収率が２５％以下、且つ日射吸収率≧（−１．０２）×日射反射率＋４８．５の関係式が成り立つことを特徴とする断熱・遮熱性ガラスパネル。
【請求項２】
一対の板ガラス間に所定間隔を隔てた空隙部を形成すると共に、前記両板ガラスの外縁全周に亘って外周密閉部を設けて前記空隙部を減圧状態に密閉し、屋内空間と屋外を仕切るべく構成した断熱・遮熱性ガラスパネルであって、前記板ガラスのうち、屋外側板ガラスの前記空隙部に接する面に放射率０．２０以下の機能性膜を形成してあり、該機能性膜を形成した板ガラスの日射反射率が４５％以下、日射吸収率が２５％以下、且つ日射吸収率≧（−１．１１）×日射反射率＋５２．５の関係式が成り立つことを特徴とする断熱・遮熱性ガラスパネル。
【請求項３】
請求の範囲第１項または請求の範囲第２項に記載の断熱・遮熱性ガラスパネルにおいて、前記機能性膜が、板ガラス上に第１の誘電体層、金属層および第２の誘電体層を順に形成した積層膜であり、前記第１の誘電体層の厚さが１０〜９０ｎｍ、前記金属層の厚さが１０〜１８ｎｍ、前記第２の誘電体層の厚さが１０〜６０ｎｍであることを特徴とする断熱・遮熱性ガラスパネル。
【請求項４】
請求の範囲第３項に記載の断熱・遮熱性ガラスパネルにおいて、前記誘電体層の主成分が、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｂｉからなる群より選ばれる１種または２種以上の金属の酸化物からなり、少なくとも一方の誘電体層にＳｉ、Ａｌ、Ｔｉからなる群より選ばれる１種以上の金属を含む窒化物層、または酸窒化物層を含むことを特徴とする断熱・遮熱性ガラスパネル。
【請求項５】
請求の範囲第３項または請求の範囲第４項に記載の断熱・遮熱性ガラスパネルにおいて、前記金属層がＡｇまたはＡｇにＰｄを添加したものであることを特徴とする断熱・遮熱性ガラスパネル。
【請求項６】
請求の範囲第３項乃至請求の範囲第５項の何れかに記載の断熱・遮熱性ガラスパネルにおいて、前記金属層と第２の誘電体層との間に犠牲層が形成されていることを特徴とする断熱・遮熱性ガラスパネル。
【請求項７】
請求の範囲第６項に記載の断熱・遮熱性ガラスパネルにおいて、前記犠牲層がＴｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎ／Ｓｎ合金またはＮｂであることを特徴とする断熱・遮熱性ガラスパネル。
【請求項８】
請求の範囲第６項に記載の断熱・遮熱性ガラスパネルにおいて、前記犠牲層の厚みが１〜５ｎｍであることを特徴とする断熱・遮熱性ガラスパネル。
【請求項９】
請求の範囲第１項乃至請求の範囲第８項に記載の断熱・遮熱性ガラスパネルにおいて、前記板ガラスの表面に最も近い最下層としてＳｉＯ２が設けられていることを特徴とする断熱・遮熱性ガラスパネル
【請求項１０】
請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項に記載の断熱・遮熱性ガラスパネルにおいて、前記板ガラスの表面に最も遠い最上層としてＳｉＯ２が設けられていることを特徴とする断熱・遮熱性ガラスパネル
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は建物の窓ガラス等に用いて最適な断熱性および遮熱性を備えたガラスパネルに関する。
背景技術
住宅の開口部の遮熱性能に対するニーズは年々高まっている。「機能ガラス普及推進協議会」が提示した住宅用複層ガラスの性能表示の基準によれば、日射熱取得率は０．５１（１００の日射熱に対して５１の日射熱が室内に入り込むという意味）以下であることが求められている。また、平成１２年３月に通産省・建設省告示として公にされた次世代省エネ基準によれば、ＩＩＩ、ＩＶおよびＶ地区の日射熱取得率は０．４９（１００の日射熱に対して４９の日射熱が室内に入り込むという意味）以下であることが求められ、より好ましい。
住宅の窓部分の遮熱性を高める手段として、近年、熱線吸収ガラスが使用されるようになった。例えば特公平６−９４３７７号公報および特公平６−１０２５５７号公報には、特殊な金属酸化物の組み合わせによる熱線吸収ガラスが示されている。
また最近では、遮熱性能のみでなく断熱性能をも併せ持つ複層ガラスが開発されている。例えば特許第２８８２７２８号公報には、室外側に着色熱線吸収ガラスを室内側にクリヤー系ガラスを配し、低放射性膜を室外側に配した着色熱線吸収ガラスの内側面に形成した複層ガラスが示されている。
上記複層ガラスは、断熱性を確保するために両ガラス間の空気層（あるいはアルゴン等のガス層）厚さとして６ｍｍ以上の厚さを確保する必要があるため、ガラス窓自体が厚くなり過ぎる。例えばガラス厚３ｍｍ、空気層６ｍｍの場合、ガラス窓の厚さは１２ｍｍにもなり一般の家屋には使用し難い。このため、上記複層ガラスと同じ構成の２枚の板ガラスを使用し、間に０．２ｍｍ程度の極薄の真空層を設けた真空ガラスパネルが開発されている。
このタイプの真空ガラスパネルは、ガラス窓の厚さも十分に薄い上、熱線吸収ガラスと低放射性膜の効果により、夏の日中は暑い日差しが室内に進入するのを和らげ、夜は冷房の涼しさを外部に逃がすことがないため冷房効率をアップする。また、冬にも暖房効率をアップするため、省エネルギー型窓ガラスとして広く使用され始めている。
上述したタイプの真空ガラスパネルには、日射を受けると反りが発生するという弱点がある。もしサッシの剛性が強ければ問題はないが、これが十分でない場合にはサッシ枠もその影響を受けて反り、日差しが強いときには窓の開閉がスムーズでなくなり、甚だしい場合にはサッシ同士が擦れて傷が付くおそれもある。
反りのメカニズムは次のように考えられる。すなわち窓ガラスが太陽光を受けると、室外側の熱線吸収ガラスは日射エネルギーを吸収するため温度が上昇し熱膨張する。一方、室内側の板ガラスは、熱線吸収機能が低い上に日射エネルギーは熱線吸収ガラスに吸収されてしまうため温度上昇は僅かであり熱膨張量は小さい。また、真空ガラスパネルは２枚の板ガラスの周辺を低融点ガラスやはんだ等の硬質材料で封着・固定している。したがって２枚の板ガラスの熱膨張差により、バイメタルと同様の原理で反りが生ずることになる。
尚、複層ガラスでは封着材料に軟質材料を使用するので、２枚の板ガラスの熱膨張差は封着材料の変形で吸収するため、反りは発生しない。
発明の開示
本発明の目的は、十分な断熱性および遮熱性を有し、日射を受けても反りの生じないガラスパネルを提供することである。
斯かる目的を達成するため、本発明の断熱・遮熱性ガラスパネルは、一対の板ガラス間に所定間隔を隔てた空隙部を形成すると共に、前記両板ガラスの外縁全周に亘って外周密閉部を設けて前記空隙部を減圧状態に密閉し、屋内空間と屋外を仕切るべく構成した断熱・遮熱性ガラスパネルであって、前記板ガラスのうち、屋外側板ガラスの前記空隙部に接する面に放射率０．２０以下の機能性膜を形成してあり、該機能性膜を形成した板ガラスの日射反射率が４５％以下、日射吸収率が２５％以下、且つ日射吸収率≧（−１．０２）×日射反射率＋４８．５（日射取得率≦０．５１）の関係式が成り立つ構成とした。
また、上記不等式としては、日射吸収率≧（−１．１１）×日射反射率＋５２．５（日射取得率≦０．４９）の関係式が成り立つ構成としてもよい。
図３は日射吸収率と日射反射率との関係を示すグラフであり、本発明の機能性膜５を形成した板ガラスの日射反射率は４５％以下、日射吸収率は２５％以下、且つ日射吸収率≧（−１．０２）×日射反射率＋４８．５の関係式が成り立つ。ここで、日射吸収率及び日射反射率とも膜面側からの吸収率（反射率）とガラス面側からの吸収率（反射率）があり、両者は若干異なるが、本発明はいずれか一方の吸収率（反射率）が満足されればよい。
上記の数値限定の理由は以下の通りである。
▲１▼上記の不等式が成立しない範囲では、日射熱取得率０．５１以下を達成できない。
▲２▼日射吸収率が２５％を上回ると、日射を受けたときの二枚の板ガラス間の温度差が増大することにより反りが発生し、本発明の効果が得られない。日射吸収率としては、望ましくは２０％以下、さらに望ましくは１５％以下である。
▲３▼日射反射率が４５％を上回ると、それにつれて多くの場合、可視光反射率も上昇し、反射によるギラツキ感が増して住宅用窓ガラスには不適である。
上記構成とすることで、日射を受けたときの室外側となる板ガラスの熱膨張を抑えることができ、日射熱取得率０．５１以下を達成することができる。
図４は日射吸収率と日射反射率との関係を示すグラフであり、本発明の機能性膜５を形成した板ガラスの日射反射率は４５％以下、日射吸収率は２５％以下、且つ日射吸収率≧（−１．１１）×日射反射率＋５２．５の関係式が成り立つ。ここで、日射吸収率及び日射反射率とも膜面側からの吸収率（反射率）とガラス面側からの吸収率（反射率）があり、両者は若干異なるが、本発明はいずれか一方の吸収率（反射率）が満足されればよい。
上記の数値限定の理由は以下の通りである。
上記の不等式が成立しない範囲では、日射熱取得率０．４９以下を達成できない。
日射吸収率が２５％を上回ると、日射を受けたときの二枚の板ガラス間の温度差が増大することにより反りが発生し、本発明の効果が得られない。日射吸収率としては、望ましくは２０％以下、さらに望ましくは１５％以下である。
日射反射率が４５％を上回ると、それにつれて多くの場合、可視光反射率も上昇し、反射によるギラツキ感が増して住宅用窓ガラスには不適である。
上記構成とすることで、日射を受けたときの室外側となる板ガラスの熱膨張を抑えることができ、日射熱取得率０．４９以下を達成することができる。
上記した特性を発揮する前記機能性膜としては、誘電体層と金属層を積層した構成、例えば板ガラス上に第１の誘電体層、金属層および第２の誘電体層を順に形成し、前記第１の誘電体層の厚さが１０〜９０ｎｍ、前記金属層の厚さが１０〜１８ｎｍ、前記第２の誘電体層の厚さが１０〜６０ｎｍとした構成が考えられる。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明を詳細に説明する。図１に示すようにガラスパネル１は室外側板ガラス２、室内側板ガラス３および空隙部４が一体化され、図示しない低融点ガラスあるいは金属はんだ等により両板ガラスの外縁全周に亘って封着されている。
そして室外側板ガラス２の空隙部４側には本発明の特徴である機能性膜５が形成されている。このようなガラスパネルを製造するには、先ず材料となるフロートガラス等の片面に機能性膜５をスパッタリング等によって形成した室外側板ガラス２を用意し、この板ガラス２と室内側板ガラス３との間にスペーサ６を挟む。前記スペーサ６は、圧縮強度が４．９×１０８Ｐａ以上の材料、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を使用して、直径が０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度で、高さが０．１５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の円柱形が好ましく、また、各スペーサ間の間隔は、２０ｍｍ程度が好ましい。そして、このスペーサ６を挟んでサンドイッチ状にした２枚の板ガラスの外周全縁にわたって、低融点ガラス等によって封着して両板ガラス間に空隙部４を形成し、その後に、その空隙部４の空気を吸引する等の方法によって減圧密閉し、例えば１．３３Ｐａ以下の減圧環境を呈する状態に構成する。
前記機能性膜５は、誘電体層と金属層とを主たる層とした構成、例えば、第１の誘電体層／金属層／第２の誘電体層等の積層膜である。このうち金属層に使用する金属としては銀が推奨されるが、その他、銀にパラジウム、金、インジウム、亜鉛、錫、アルミニウム、または銅等他の金属をドープしたものも好ましく使用できる。また、金属層の厚さは１０〜１８ｎｍが好ましい。
上記誘電体層に使用する材料の主成分としては、亜鉛、錫、チタニウム、インジウム、およびビスマスの各酸化物の中から適宜１種またはそれ以上を選択して使用することができ、また少なくとも一方の誘電体層にＳｉ、Ａｌ、Ｔｉの金属を含む窒化物層または酸窒化物層の中から１種以上を選択して使用することができる。また第１の誘電体層の厚さは１０〜９０ｎｍであることが好ましく、第２の誘電体層合計の厚さは１０〜６０ｎｍであることが好ましい。
また、反応性スパッタリングによって誘電体層を形成する場合、前記金属層と誘電体層との界面のうち板ガラスから遠い方の界面に、成膜中の金属層の劣化（酸化）を自らが酸化することによって防止する金属または金属酸化物等からなる犠牲層を挿入してもよい。犠牲層を構成する素材の具体例としては、チタニウム、亜鉛、シリコン、アルミニウム、亜鉛／錫合金、ニオブ等の金属あるいはこれらの酸化物を挙げることができる。尚、犠牲層の厚みとしては１〜５ｎｍが適当である。したがって、例えば、Ｇｌａｓｓ／ＺｎＯ／Ａｇ／Ｔｉ／ＺｎＯ／ＳｉＮｘ、Ｇｌａｓｓ／ＺｎＯ／Ａｇ／Ｔｉ／ＳｉＮｘ／ＺｎＯ／ＳｉＮｘ、Ｇｌａｓｓ／ＺｎＯ／Ａｇ／Ｔｉ／ＳｉＮｘ、等の構成を含む。
また、最上層即ち、板ガラスの表面に最も遠い層として、ＳｉＯ２層を設けるようにしてもよい。最上層にＳｉＯ２層を設けることで、封着工程における機能性膜５と低融点ガラス或いは金属はんだ等の封着材料との反応によって生じる発泡を抑制し、更に封着材料が板ガラス２、３間の空隙部４への侵入を抑制しやすい。また、最下層即ち、板ガラスの表面に最も近い層として、ＳｉＯ２層を設けるようにしてもよい。最下層にＳｉＯ２層を設けることで、板ガラスの表面状態が該最下層より上層へ影響を及ぼすのを防ぐことができ、もって、より安定した成膜を可能にすることができる。
【実施例】
次に、具体的な実施例と比較例とを示して本発明の断熱・遮熱性ガラスパネルの性能を説明する。
（実施例１）
膜構成が、Ｇｌａｓｓ／ＺｎＯ／Ａｇ／Ｔｉ／ＺｎＯ＋ＳｉＮｘ（ＺｎＯ＋ＳｉＮｘはＺｎＯを主成分としてＳｉＮｘを含有する）となった機能性膜５が形成された厚さ３ｍｍの板ガラス２を所定寸法に切断し、室内側板ガラス３用として、厚さ３ｍｍのフロートガラスを用意し、この２枚の板ガラスの間に０．５ｍｍ直径、０．２ｍｍ高さのステンレス製円柱型スペーサ６を挟み、低融点ガラスで両板ガラスの外周全周にわたって封着し、その後、空隙部を減圧排気してガラスパネル１を完成した。
上記によって完成したガラスパネルを下記の条件で評価した。
条件（１）；日射熱量が７００ｋｃａｌ／ｍ２ｈ、室外温度３０℃、室内温度２５℃の夏期日射条件となるように実験家屋の条件を設定し、熱貫流率（ｋｃａｌ／ｍ２ｈ℃）を測定した。また、日射熱取得率は、室内側、室外側板ガラスそれぞれの光学特性実測値の結果から、ＪＩＳ  Ｒ３１０６に基づいて計算により求めた。さらに、パネル反りについても目視で調べた。これらの結果を表１に示す。
（実施例２〜６）
実施例２〜６は実施例１と層構成および各層の材料は同じとし、層厚を異ならせた。
（比較例１〜２）
室内側板ガラスに放射率０．１５の機能性膜を形成した板ガラスを用い、室外側板ガラスは熱線吸収ガラスを使用し、実施例１と同様の方法でガラスパネルを製造した。このガラスパネルの評価結果を表１に示す。
日射量７００［ｋｃａｌ／ｍ２・ｈ］、室外温度３０℃、室内温度２５℃で反り量を測定した。
実施例１〜５は日射熱取得率は０．４９以下で、反り量も小さかった。実施例６は日射熱取得率０．５１以下で反り量も小さかった。これに対し、比較例１は日射熱取得率が要求値を満足しない。日射反射率が低いため日射透過率が高くなり、日射熱取得率が要求値を超えた。また、可視光反射率も高くなり、ギラツキ感を増すので好ましくない。
比較例２は反り量が少し大きい程度だが、可視光透過率が低くなり、建築用ガラスとしては実用に耐えないレベルである。
【表１】
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以上は実施の一例を示したものであり、本発明は上記に限定されない。例えば、
▲１▼本発明のガラスパネルは、建築用に限らず日射を受ける多種の用途に使用することが可能で、例えば乗物用（自動車の窓ガラス、鉄道車両の窓ガラス、船舶の窓ガラス）、屋外に設置される冷蔵庫、保温装置の開閉窓や壁部材等に用いることが可能である。
▲２▼前記板ガラスは、先の実施形態で説明した厚さ３ｍｍの板ガラスに限るものではなく、他の厚さの板ガラスまたは厚さ寸法が異なる板ガラスを組み合わせたものであってもよい。また、板ガラスの種別は任意に選定することが可能であり、例えば型板ガラス、すりガラス（表面処理により光を拡散させる機能を付与したガラス）、網入りガラス、線入りガラス、強化ガラス、倍強度ガラス、低反射板ガラス、高透過板ガラス、セラミック印刷ガラスや紫外線吸収、熱線反射等の機能を付与した板ガラスや、それらとの組み合わせであってもよい。
また、ガラスの組成については、ホウ珪酸ガラスや、アルミノ珪酸ガラスや、各種結晶化ガラス等であってもよい。
▲３▼前記間隔保持部材は、先の実施形態で説明したステンレス鋼製のスペーサに限るものではなく、例えば、鉄、銅、アルミニウム、タングステン、ニッケル、クロム、チタン等の金属、または炭素鋼、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、ジュラルミン等の合金、あるいはセラミックス、ガラス等であってもよく、要するに、外力を受けて両板ガラスが接することがないように変形し難いものであればよい。
また、その形状も円柱形に限らず、球状や角柱等でもよく、各スペーサ間の間隔についても、適宜変更が可能である。
▲４▼外周密閉部を形成する材料としては、先の実施形態で説明した低融点ガラスに限らず、金属ハンダ等でもよい。
産業上の利用可能性
本発明の断熱・遮熱性ガラスパネルは、室外側板ガラスの空隙部面に、放射率が０．２０以下で日射反射率が４５％以下、日射吸収率が２５％以下、且つ日射吸収率≧（−１．０２）×日射反射率＋４８．５の関係式が成り立つ機能性膜を形成することで、高い断熱性および遮熱性を実現することができ、さらに、室外側板ガラスのみが熱線吸収による熱膨張を生ずることはなく、２枚の板ガラスの熱膨張差により、バイメタルと同様の原理で反りが生ずる心配がない。
したがって、室外側板ガラスとして熱線吸収ガラスを使用する必要はなく、フロートガラス等の窓用として一般に使われる板ガラスで十分である。また、室内側板ガラスも特別な機能を付加する必要がないため、室外側と同じくフロートガラス等の一般的な板ガラスを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図
本発明の断熱・遮熱性ガラスパネルの一例を示す断面図
第２図
本発明の実施例に係る機能性膜の積層構成を示す断面図
第３図
日射吸収率と日射反射率との関係を示すグラフ
第４図
日射吸収率と日射反射率との関係を示すグラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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