JP2012136411A - 合わせガラス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーモクロミック粒子が合わせガラスの広い面積に対して分散され、広い面積でサーモクロミック特性が均一でコストが低い合わせガラスを提供する。
【解決手段】互いに隣接するガラス層と、これらガラス層間に設けられた樹脂層とを備えた合わせガラスであり、樹脂層にサーモクロミック粒子が略均一に分散されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動調光機能を有する合わせガラスに関する。

サーモクロミック特性は、一定の温度において半導体−金属相転移を起こし、光特性の可逆的な変化を起こす性質であり、この特性を備える材料として主に二酸化バナジウムを主成分とする材料がある。窓ガラス等の材料にこのサーモクロミック特性を応用することで、温度が上昇すると光を透過しない性質を付与する研究が行われている。この材料について、気温に応じて日光を透過する又は遮断するようにすることで冷暖房のエネルギを節約する等の応用が期待されている。

特許文献１には、無機質微粒子に、二酸化バナジウム又は二酸化バナジウムのバナジウム原子の一部をタングステン、モリブデン、ニオブ、及びタンタルから選ばれる少なくとも１種以上の原子で置換した金属置換二酸化バナジウムを担持させたサーモクロミック材料が開示されている。この技術は、赤外線に対するサーモクロミック特性が高く、フィルム等に含有させると赤外線に対するサーモクロミック特性が高く且つ可視光領域における透明性が高いサーモクロミック材料を得ようとするものである。加えて、サーモクロミック材料をスパッタリング等によりフィルム等に含有させたサーモクロミックフィルムとし、このフィルムをガラスに貼り付け又はガラスの間に挟むことでサーモクロミックガラスを得ようとするものである。さらに、サーモクロミック材料をガラスに塗布等してガラス表面に形成させてサーモクロミックガラスを得ようとするものである。

特許文献２には、ガラス板上に直接又は酸化錫膜を介して、二酸化バナジウムを含み、酸化バナジウムを主成分とする薄膜を熱分解法（例えばＣＶＤ法）により形成し、この薄膜の上に、反射防止膜として、窒化膜を熱分解法により形成する調光ガラスの製造方法が開示されている。この製造方法は、熱分解法を用いながらも、酸化バナジウム膜による十分な調光機能が確保され、かつ酸化バナジウム膜に起因する高い反射率が抑制された調光ガラスを製造しようとするものである。

特許第４２８９０２３号公報 特開２００７−２２８３８号公報

特許文献１の技術によると、サーモクロミック特性を有する粒子をフィルム又はガラス表面にスパッタリングする方法では、大きな面積に対して分散することは困難であり、高いコストを要するため、大きな面積の窓ガラスに対して適用できないという問題がある。スパッタリングする方法では加工に高熱を要するため加工可能な対象が限られており、加工のための設備も要し、このため高いコストを要する。

特許文献２の技術によると、熱分解法による薄膜の形成は大きな面積に形成することは可能であるものの、薄膜の厚みの均一性を確保できないという問題がある。そのため、ガラス上の部位ごとのサーモクロミック特性の強さや、薄膜による光の透過性に差を生じる可能性がある。

また、サーモクロミック粒子をガラスの板等の表面にスパッタリングする、薄膜として塗布する、又はフィルムとして貼り付ける方法では、サーモクロミック粒子を有する層を薄い層として形成するので、ある程度以上の量のサーモクロミック粒子を含有することができず、粒子の密度が増えると温度条件にかかわらず粒子が光を遮ってしまいガラスの透明性を阻害するという問題が生じる。サーモクロミック粒子は粒子同士が凝集しやすいので、粒子を解砕及び微細化して均一に分散させる必要があるが、スパッタリング、薄膜としての塗布又はフィルムとして貼り付ける方法では、こうして均一に分散させることが困難である。さらに、サーモクロミック粒子を有する層が薄い層であると、ガラスから粒子又は層が剥離しやすく、サーモクロミック特性を失いやすい。

従って本発明の目的は、サーモクロミック粒子が合わせガラスの広い面積に対して分散され、広い面積でサーモクロミック特性が均一な合わせガラス及びその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、製造に材料及び設備共に特殊なものを必要とせず、製造が簡易かつ低コストな合わせガラス及びその製造方法を提供することにある。

本発明によれば、互いに隣接するガラス層と、これらガラス層間に設けられた樹脂層とを備えており、樹脂層にサーモクロミック粒子が略均一に分散されている合わせガラスが提供される。

樹脂層にサーモクロミック粒子を分散するため、ガラス層の大きさによらず均一に分散することができ、樹脂に対するサーモクロミック粒子の含有率及び樹脂層の厚みに応じてサーモクロミック特性を調整することができ、透過性を阻害しない。合わせガラスがガラス層と樹脂層とを有する合わせガラスとなり、大きな面積と厚みを備えつつ高い強度を持つ。そのため、大きな面積に均一にサーモクロミック特性を有し、建造物や乗用車等の窓等に使用した場合、気温が高くなると日光を透過せず室内の温度上昇を抑えることができる合わせガラスとなる。サーモクロミック粒子の樹脂への分散及び樹脂層の製造には高温等を要さず、特殊な製造設備等を要さないので、製造が簡易かつ低コストな合わせガラスとなる。

ガラス層はフロート板ガラスであることが好ましい。樹脂層と複合した際に充分な強度を有する合わせガラスとすることができ、安価である。

樹脂層がアクリル樹脂を含有することが好ましい。サーモクロミック粒子を容易に均一に分散することができ、サーモクロミック粒子の含有量を調整でき、硬化した際に強度と弾性を兼ね備えることでガラス層と複合した際に合わせガラスの強度を高めることができ、合わせガラス等に加工することが容易で、安価である。

１０〜４５℃の転移温度を有し、温度が該転移温度未満から該転移温度以上に上昇した際に赤外線の光透過率が２５％以上低下することが好ましい。１０〜４５℃は気温として想定される範囲で、気温が転移温度より上昇した際に赤外線の透過率が低くなることで、気温が上昇した際に日光等を遮断することができる合わせガラスとなる。

可視光線の光透過率が４０％以上であることが好ましい。可視光線の光透過率が高いことで透明であり窓ガラス等としての作用を阻害しない。

本発明の合わせガラスの製造方法は、流状の樹脂にサーモクロミック粒子を略均一に分散する工程と、互いに隣接するガラス層間に上述の樹脂を注入し凝固させる工程とを備えている。

樹脂層にサーモクロミック粒子を分散するため、ガラス層の大きさによらず均一に分散することができ、樹脂に対するサーモクロミック粒子の含有率及び樹脂層の厚みに応じてサーモクロミック特性を調整することができ、透過性を阻害しない。合わせガラスがガラス層と樹脂層とを有する合わせガラスとなり、大きな面積と厚みを備えつつ高い強度を持つ。そのため、大きな面積に均一にサーモクロミック特性を有し、建造物や乗用車等の窓等に使用した場合、気温が高くなると日光を透過せず室内の温度上昇を抑えることができる合わせガラスとなる。サーモクロミック粒子の樹脂への分散及び樹脂層の製造には高温等を要さず、特殊な製造設備等を要さないので、製造が簡易かつ低コストな合わせガラスとなる。

本発明によれば、樹脂層にサーモクロミック粒子を分散するため、ガラス層の大きさによらず均一に分散することができ、樹脂に対するサーモクロミック粒子の含有率及び樹脂層の厚みに応じてサーモクロミック特性を調整することができ、透過性を阻害しない。合わせガラスがガラス層と樹脂層とを有する合わせガラスとなり、大きな面積と厚みを備えつつ高い強度を持つ。そのため、大きな面積に均一にサーモクロミック特性を有し、建造物や乗用車等の窓等に使用した場合、気温が高くなると日光を透過せず室内の温度上昇を抑えることができる合わせガラスとなる。サーモクロミック粒子の樹脂への分散及び樹脂層の製造には高温等を要さず、特殊な製造設備等を要さないので、製造が簡易かつ低コストな合わせガラスとなる。

本発明の一実施形態に係る合わせガラスの側面図である。

図１は本発明の一実施形態に係る合わせガラスの側面図である。本実施形態の合わせガラス１は、互いに隣接するガラス層２と、これらガラス層２の間に設けられた樹脂層３とを備えて概略構成される。図に示した例では、合わせガラス１は２つのガラス層２の間に樹脂層３を挟むよう構成され、２層のガラスと１層の樹脂による合わせガラスとなっている。ガラス層２の外側にガラス層を設けても良いし、樹脂層を設けさらにその外側にガラス層を設けた構成としても良い。また、樹脂層を多層構造としても良い。

ガラス層２は合わせガラス１の主要な構成部材であり、光透過性でありつつも複数組み合わせることで合わせガラス１にある程度の強度を発揮させることを目的とするものである。各ガラス層２の構成素材は、透明又は半透明の光透過性のものであれば任意で、各種ガラスを用いることができる。各ガラス層２の厚みは樹脂層３の厚みを考慮して２ｍｍ以上が望ましい。本実施形態では厚さ３ｍｍのフロート板ガラスを用いている。

樹脂層３は主に樹脂からなる層で、光透過性の樹脂を含有し全体として光透過性である。光透過性とは可視光線を透過する性質で透明又は半透明のものを指す。樹脂は光透過性の構成素材を選択することができる。樹脂層３の樹脂はアクリル、ウレタン又はポリエステル等から選択することができる。これらの透明な樹脂に染料、顔料等を含有することで着色等を施した半透明の樹脂層３としたり、装飾を施すこともできる。本実施形態では、樹脂層３の主な構成素材として透明なアクリル樹脂を含有するものとしている。樹脂層３の厚みはガラス層２の厚みを考慮して０．５〜３ｍｍが望ましい。本実施形態では厚さ１ｍｍとしている。

樹脂層３は、サーモクロミック粒子４を略均一に分散されている。サーモクロミック粒子とは、サーモクロミック特性を有する物質又はこの物質を別の物質と複合してなる粒子である。サーモクロミック特性とは、温度の変化によって光の反射状態が変化する特性であり、本実施形態では特に、特定の転移温度以下において光透過性となる特性である。サーモクロミック特性を有する物質には、例えば二酸化バナジウムや、二酸化バナジウムのバナジウム原子の一部をタングステン、モリブデン、ニオブ、及びタンタルから選ばれる少なくとも１種以上の原子で置換した金属置換二酸化バナジウム等がある。二酸化バナジウム及び金属置換二酸化バナジウムは温度により半導体相と金属相との間に相転移を経て光透過性が変化する。二酸化バナジウムは、転移温度においておよそ８００ｎｍ以上の赤外線領域の波長について透過率が変化し、それ以下の波長の透過率はほとんど変化しない。

サーモクロミック粒子４は、サーモクロミック特性を有する物質を微粒子としてそのまま用いてもよいし、これらの物質を粒子径の調整や分散がしやすいように別の物質と複合してなる粒子でもよい。本実施形態のサーモクロミック粒子４は、サーモクロミック特性を有する物質として二酸化バナジウムを選択している。この二酸化バナジウムを、平均５０ｎｍ前後のシリカに対して、厚みがおよそ５ｎｍとなるようコーティングし、サーモクロミック粒子４としている。

合わせガラス１は、上述したサーモクロミック粒子４の働きにより、１０〜４５℃の転移温度において赤外線の光透過率が２５％以上変化する。転移温度はサーモクロミック粒子４の特性及び樹脂層３の厚み等によって左右される。ここでの赤外線は波長が８００ｎｍ以上の電磁波であり、目安として８００〜３０００ｎｍ前後のものである。

合わせガラス１は、温度条件にかかわらず全体として可視光線の光透過率が４０％以上である。ここでの可視光線は３５０〜８００ｎｍの電磁波である。

この合わせガラス１は、樹脂層３のアクリル樹脂がある程度の弾力性と硬度を備える樹脂であるため、衝撃に強く割れにくくなり、ガラス層２の物理的性質と相補的に合わせガラス１の強度を高める、いわゆる合わせガラスの利点を持つ。微細な単分散シリカに二酸化バナジウムをナノコーティングされた粒子は、サーモクロミック特性を持ちつつ、径を調整することができ、含有量を調節することが容易で樹脂中に均一に分散することができる。この粒子は樹脂に均一に分散され、転移温度以上においては赤外線の光透過率が低いサーモクロミック特性を持ちつつ転移温度未満では樹脂層３の光透過性を阻害しない。これらの作用から、従来のサーモクロミック粒子のスパッタリング等の技術では困難であった１０００ｍｍ×１０００ｍｍ以上のサイズで調光作用を持つガラスとすることが可能となっている。

合わせガラス１は気温が転移温度より高くなると光を遮断し、転移温度未満では光を遮断しない。そのため、合わせガラス１を建造物や車両等の窓ガラスとして用いると、気温が低い際には日光を室内に取り入れて室内又は車内の気温を高くし、気温が高い際には日光を遮断して室内又は車内の気温を低くする。この作用により、暖房及び冷房のエネルギを節約することができる。

次に、合わせガラス１の製造方法について説明する。まず、流動状態の樹脂にサーモクロミック粒子４を略均一に分散する。サーモクロミック粒子４の製造方法は限定されないが、例えば二酸化バナジウムや一部を他の金属に置換したサーモクロミック特性を持つ微粒子を製造して用いる方法があり、特にナノサイズ（１μｍ未満）の粒子をサーモクロミック粒子４とする方法がある。他に他の物質と複合させる方法があり、シリカ等の微粒子に上述したサーモクロミック特性を持つ物質と複合させるための各種手段を用いることができる。このサーモクロミック粒子４を、流動状態の樹脂に添加し、解砕・微細化しつつ撹拌し、均一に分散した状態とする。

この流動状態の樹脂を、隣接する２つのガラス層２の間に注入し、凝固させる。本実施形態では、注入する直前に樹脂に硬化剤を添加し、２つのガラス層２の間に樹脂を注入し、凝固させる。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明の合わせガラスは、冷暖房に用いるエネルギを削減することで、これらのコストを削減でき、エネルギ消費の問題、環境問題にも幅広く役立つものである。

１ 合わせガラス
２ ガラス層
３ 樹脂層
４ サーモクロミック粒子

Claims (6)

1. 互いに隣接するガラス層と、該ガラス層間に設けられた樹脂層とを備えた合わせガラスであって、前記樹脂層にサーモクロミック粒子が略均一に分散されていることを特徴とする合わせガラス。
2. 前記ガラス層は、フロート板ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の合わせガラス。
3. 前記樹脂層は、アクリル樹脂を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の合わせガラス。
4. １０〜４５℃の転移温度を有し、温度が該転移温度未満から該転移温度以上に上昇した際に赤外線の光透過率が２５％以上低下することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の合わせガラス。
5. 可視光線の光透過率が４０％以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の合わせガラス。
6. 流動状態の樹脂にサーモクロミック粒子を略均一に分散する工程と、互いに隣接するガラス層の間に前記樹脂を注入し該樹脂を凝固させる工程とを備えたことを特徴とする合わせガラスの製造方法。

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