JPS6050736B2 - 二重ガラス窓 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 二重ガラス窓は、ベケツト（Ｂｅｃｋｅｔｔ）およびゴ
ツドフレイ（ＧＯｄｆｒｅｙ）著１窓一性能、デザイン
および設置Ｊ（ファン・ノストランド・ラインホルド発
行、ニューヨーク、１９７４ｊｆ．）において配置され
るように、ときどき使用されてきた。

二重ガラス窓は空気の空間をとるように間隔をもつて分
離されて配置された２枚の平行な窓ガラス、及びその２
枚の窓ガラスの間で、それらの周辺部にそつて延在する
適度に柔軟なシーランドによつて閉じられた空間の周辺
部を有し、該周辺部は窓ガラスを分離して保持し、かつ
それら２枚の窓ガラスの間に一般に直角の平行六面体の
空間を形成する。ポリブテン樹脂およびポリスフイド樹
脂は二重ガラス窓の構造においてシーラントとして普通
．に使用されている。二重ガラス窓の目的は断熱および
防音にある。

ベケツトおよびゴツドフレイは前記文献において２枚の
窓ガラスの間の空気空間の温度がその露点以下に下ると
きに生ずる、空気空間に含まれる水！蒸気の凝縮問題に
ついて記しており、またＪ窓に関しては、凝縮はガラス
の表面上と、室に面する型枠上とに起こり、二重窓の場
合には更に２枚の透明板ガラス間の空間内においても起
こる。凝縮が起こると常にやつかいな問題が起る。即ち
、今視界が損なわれ、ペンキ塗装および窓の型枠は悪化
する。ョと記している。彼らはまたシリカゲルのような
脱水剤および乾燥剤を空間内に置いて閉じ込められた空
気から湿気を吸着させて凝縮を少くすることについても
記載している。二重ガラス窓（通常密封絶縁ガラスと名
付けられる）は２枚の窓ガラスの間の空間内に配置され
、かつこれら２枚の窓ガラスの両者を分離して保持する
密封樹脂に非常に近接して設置された細長い固体吸着剤
を有する。

固体吸着剤は、密封された空気がその吸着剤と接触する
ように有孔の又は完全には密封されていない一般に矩形
のアルミニウム管内に通常保持されまた、この吸着剤を
密ノ封絶縁ガラスの内部の周辺部の全部または一部に沿
つて設置される。長年の経験から、水蒸気の凝縮が二重
ガラス窓を使用する際に現われる単なる凝縮の問題ては
なく更に時間の経過に従つて有機性シーラントが分・解
して、窓ガラスの内面に凝縮する炭化水素または有機ス
ルフィドのような凝縮し得る蒸気を発生する問題である
。

凝縮を少くするために吸着剤として合成ゼオライト（時
にはモレキユラー・シーブとして呼ばれる）、シリカゲ
ル、活性アルミナ”もしくは合成ゼオライトとシリカゲ
ルのような第２の吸着剤との混合物を使用することは最
近の慣行である。第２の吸着剤を、大きな孔を有するモ
レキユラー・シーブ吸着剤を補促するために使用するこ
とは以下に述べる観祭結果に基づいている。即ち、水蒸
気がモレキユラー・シーブによつて急速に吸着される結
果、炭化水素蒸気もしくは有機スルフィドを吸着するた
めの容量が低下するからである。使用されてきたモレキ
ユラー・シーブは全て、水蒸気分子とともに窒素および
酸素分子がその吸着剤の孔に入り込めるような大きさの
孔直径をもつたものである。この性質を有するモレキユ
ラー・シーブゼオライトを使用することによつて、これ
まで認識されていたとは思われない問題であるが、しか
し、もし認識されていたとしてもそれは無視されたかま
たはその問題に関する解答が現在に到るまで提案されな
かつた問題が生じてきた。

近時１エネルギー問題ョが言われはじめた結果、二重ガ
ラス窓の使用量は、主にガラスで覆われた高層ビルにお
ける現在の使用量を越えて大きく増大し、また住宅およ
びアパートにおいて広範囲に使用される傾向が現われて
いる。

二重ガラス窓は、その使用が確かに大きく増大している
ために、最大の効率および寿命を提供するように設計さ
れなければならず、水蒸気だけでなく窒素および酸素を
も吸着する吸着剤を使用する際に現われる問題はもはや
無視できないものとなつている。

その問題とは以下の通りである。

温帯領域の北部において暑夏の日昼には二重ガラス窓の
２枚の窓ガラスの間で閉じ込められた空気の温度は容易
に４３．４℃（１１０゜Ｆ）以上となり、寒冬の夜間に
は一１７．８℃（０゜Ｆ）以下に下がることがある。こ
の範囲の低温においては、現在用いられているモレキユ
ラーシーブゼオライトは水蒸気だけでなく、多量の酸素
および窒素を吸着する。高温では、吸着された酸素およ
び窒素は吸着剤から解放され、２枚の窓ガラスの間に閉
じ込められた気体空間中に再びもどる傾向にある。昼と
夜とによる変化および季節的な変化のような温度変化に
伴なつて起生される吸着一説着のサイクルによつて、２
枚の窓ガラスの間に閉じられた空気の圧力に重大な変化
が生じる。閉じ込められた空気の圧力は酸素および窒素
の吸着もしくは脱着の単なる結果として６％以上通常変
動する。この圧力の変化量はもちろん温度の効果によつ
て増大される。例えば、温度を上げると窒素および酸素
が現在使用されているモレキユラーシーブゼオライトか
ら脱着されるだけでなく、更に温度自体が上がることに
よつて，２枚の比較的固い窓ガラスの間に閉じ込められ
た気体の圧力が増大する。逆に温度が下がると、窒素お
よび酸素の吸着が大して２枚の窓ガラスの間に閉じ込め
られた空間の気体の圧力は低下し、更に温度自体が低下
することによつて更に閉じ込め、られた気体の圧力は低
下する。圧力がこのように連続的に変動することによつ
て、二重ガラス窓を通しての眺めをある程度歪め、更に
窓ガラス自体が前後に移動するのて樹脂によつて形成さ
れた２枚の窓ガラスの間の密封は弱まる傾向にあり、最
！終的には、外部空気と、閉じ込められた空気との間に
密封用樹脂を通して、閉じ込められた空間に多少とも外
部空気が出入りできるような通路が形成され、その結果
、時間の経過と共にかかる外部空気の出入りを通して導
入された更に加つた水蒸・気を吸収する吸着剤の容量が
使い尽される。本発明によれば、二重ガラス窓の２枚の
窓ガラスによつて閉じ込められた空間の周辺部にそつて
設置された吸着剤は２種の吸着剤の混合物てある。その
吸着剤の１つは水蒸気を強く吸着するモレキユラーシー
ブゼオライトであり、水蒸気分子が吸着剤の孔空間に入
ることができるが、その空間に窒素および酸素分子が入
ることを防ぐような平均孔直径のものである。この要件
に合致する１つの特定の吸着剤はユニオン●カーバイド
●コーポレーションおよびダブリユー・アール・クレー
ス●アンド●コンパニー（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ＆ＣＯ．
）によつて製造され、市販されている舘型モレキユノラ
ーシーブである。この物質は平均孔直径が約３オングス
トロームで、水蒸気を強くしかも確実に吸着しまた、酸
素および窒素のいずれも吸着しないものである。この特
定なモレキユラーシーブの化学組成は式：Ｋ９Ｎａ３〔
（ＡｌＯ２ｌ。

（ＳｉＯ２）１．・ＸＨ２Ｏである。この組成物の水含
有量はゼオライトの乾燥もしくは活性化の程度に従つて
変化するが、所望の活性化状態においては全組成物の重
量の約１．５％を越えてはいけない。この用途に好適な
他の吸着剤は平均孔直径約４オングストロームのナトリ
ウムゼオライトを手始めとしてこのナトリウムの実質的
な部分をカリウムによつて置き換えることによつて得ら
れる。生成したカリウムもしくは一部カリウムのシーブ
は水蒸気分子の進入は許すが窒素および酸素分子の進入
を排除するような、縮少した孔直径を有する。吸着剤の
第２の成分はベンゼンの蒸気を吸着することのできる平
均直径を有するシリカゲル又は活性アルミナである。

かかるシリカゲルもしくは活性アルミナは、二重ガラス
窓の周辺部を密封するために使用しかつ窓ガラスの内面
を染色、即ち着色を起こさせるポリスルフィドもしくは
ポリオレフィン樹脂がゆつくりと分解した結果、２枚の
窓ガラスの間に閉じ込められた空間に放出された炭化水
素および／もしくは有機スルフィドの蒸気がその空間か
ら急速に除去されない場合に、それらの蒸気を吸着する
ためにその空気空間内に設置されるものである。活性炭
もまた第２の吸着剤として有効に機能するが、その色が
特殊なため、二重ガラス窓の内部空間の周辺部から活性
炭を出ないようにするために注意を払わなければならな
い。所望ならば、シリカゲル、活性アルミナおよび活性
炭の内、２種もしくはそれ以上の混合物を第２の吸着剤
として使用することもてきる。Ａ型モレキユラーシーブ
ゼオライトとして当業界において現在一般に公知のモレ
キユラーシーブゼオライトについては米国特許第２８８
２２４３号に記載されている。Ａ型ゼオライトは１１Ａ
の直径の内部中央中空部分、すなわちケージ（Ｃａｇｅ
）を有する平頭立方八面体である。中空部分ははるかに
小さい直径の環状開口部を通つて侵入しており、その直
径は含有する特定のカチオンにつて決定される。例えば
、仏型のモレキユラーシーブゼオラィト式：Ｎａｌ２〔
（ＡｌＯ２）１。（ＳｉＯ２）１。〕ＸＨ２Ｏを有する
。完全に水和しているとＸは２７であるが、シーブは加
熱され全組成の水含有量が１．５重量％以下に下るまで
水分を追い出すことによつて活性化され、吸着能力が発
生する。仏型シーブは約４Ａの直径の開口部を有する。
仏型シーブのナｖリウム含有量の実質的割合がカリウム
に置き換わると、その開口部の直径は約３Ａに減少する
。例えば、舘型モレキユラーシーブは、仏型シーブのナ
トリウムをカリウムで置換することによつて形成され、
その式はＫ９Ｎａ３〔（ＡｌＯ２）１２（ＳｉＯ２）１
。〕・ＸＨ２Ｏとなる。？型モレキユラーシーブは３へ
の直径の開口部を有する。他のモレキユラーシーブ例え
ばい型、１０Ｘ型、１３Ｘ型などにより大きな開口部を
有している。開口部の直径はどの分子がその開口部を通
つてゼオライトの中空部分に入り、吸着されるのかを直
接決定する。

４Ａの開口部を有するモレキユラーシーブは４Ａより小
さい動力学的直径を有する分子の進入を許し、４Ａより
大きな動力学的直径を有する分子が中空部分に進入する
のを排除することが予想される。進入および排除の問題
はしかしながら必ずしもそれほど単純ではない。ブレツ
ク（Ｂｒｅｃｋ）およびスミス（Ｓｍｉｔｈ）は１サイ
エンティフィック●アメリカンＪ（Ｓｃｉｅｎｔｆｉｃ
Ａ］１１ｅｒｉｃａｎ），１９５師１月号において、１
直径３．５オングストロームより大きい分子は（３．５
オングストロームの開口部直径を有するＡ型シープの）
結晶に進入できるが、実際は必ずしもそれほど単純なも
のではない。我々は例えば、４オングストロームの直径
を有するエタン分子が通常の温度において３．５オング
ストロームの開口部を通過できること、しかし直径４．
９オングストロームのプロパン分子は通過できないこと
を見い出した。このことは原子というものが固い本体を
有していないことを思い浮かべれば十分明らかなことで
ある。それらの原子はまさに脈動するゴムボールのよう
である。開口部原子および進入する分子の両者の脈動が
組合わさつて３．５オングストロームの自由直径よりも
かなり大きな開口部の有効直径を形成する。更に、進入
する分子の運動エネルギーにつて、それらの分子は開口
部を通つて進入することができる。我々は通常の温度に
おいて開口部の自由直径よりも広い０．５オングストロ
ームまでの分子はその開口部を容易に通過できることを
一般に見い出した。大きな分子ほど結晶に進入するのに
益々困難となる、即ち１オングストローム大きい分子は
全く進入できない。ョことを述べている。先に引用した
物質は、開口部の直径および分子の動力学的直径の点で
一定の分子の進入は許すがその他の分子は排除するよう
なモレキユラーシーブゼオライトを形成することが困難
であることを示す。所定の開口部直径を有するモレキユ
ラーシーブがその開口部よりも大きい動力学的直径を有
し、かつその開口部よりも１オングストロームは大きく
はない分子の進入を許すか否かを知るためにはそのモレ
キユラーシーブを、排除されると予想される物質に作用
させる簡便な試験を行ない、それらが進入を許されるか
排除されるかを決めることが必要である。舘型のモレキ
ユラーシーブは水分子の進入を許し吸着しかつ酸素分子
および窒素分子を排除する。

水分子の最小動力学的直径は２５６Ａと報告され、酸素
および窒素の最小動力学的直径は各々３．４６および３
．６４Ａと報告されている。仏型シーブのナトリウムの
一部をカリウムで置換して調製したモレキユラーシーブ
が窒素および酸素の進入を許すか排除するかを決めるた
めにそのナトリウムの半分より少ない部分を置換してこ
の種の簡便な試験を行なう。二重ガラス窓において水蒸
気および窓ガラスの内表面の炭化水素もしくは有機スル
フィドの凝縮を調整するために使用する吸着剤は舘型モ
レキユラーシーブゼオライトを、ベンゼン分子を吸着で
きるほど十分大きな孔直径を有するシリカゲル吸着剤の
いずれかと混合することによつて調製される。

これらの吸着剤混合物は詰型モレキユラーシーブゼオラ
イトを最低約１５重量％およびシリカゲルもしくは活性
アルミナを最低約２５重量％含有しなければならない。

両吸着剤は１０及至３０メッシュの小さな粒子の形態で
ある。この大きさは臨界ではないがしかしこの範囲の大
きさは、二重ガラス窓の内部の周辺部に沿つて設置する
多孔性アルミニウム管に充填するのに都合がよい。水蒸
気の凝縮および炭化水素の凝縮を調整するために理論的
に必要とする吸着剤混合物の量は全く少なく、２枚の窓
ガラスの間に１．２７ｃｍ（０．５インチ）の空間を有
する９１．４４×１５２．４０ｃｍ（３×５フィート）
の二重ガラス窓に対して７ダよりいくらか少ない。

したがつて、二重ガラス窓の２枚の窓ガラスの密封は僅
かに不完全であり、外部空気の水蒸気が内部空間に入り
こむことをほとんど防ぐことができず、また樹脂の硬化
する間、炭化水素もしくは有機スルフィドが急速に放出
されるので、これらの蒸気を急速に除去することが必要
であり、更に需要者が二重ガラス窓に長期の寿命保証を
要求しているので、内部空間の周辺部にそつて配置した
吸着剤の量は２枚の窓ガラスの間に閉じ込められた空気
１６．３８ｃ７１（１１ｎ３）当り約０．０１及至１．
０ｙの範囲の量でなければならない。所望によつてこれ
以上の量て使用することはできるが、通常そのようにし
た場合の利益はない。粒状のモレキユラーシーブゼオラ
イトと、粒状のシリカゲル、活性化アルミナまたは活性
炭との混合物を使用することは好ましい。

一方、窒素および酸素が吸着および脱着されることによ
つて生ずる圧力の変動の防止と、同時に凝縮の有効な低
下は、特定の矩形のアルミニウム管にモレキユラーシー
ブゼオライトを充填し、他のものには第２吸着剤を充填
し、次にゼオライトの充填管を２枚の窓ガラスの間で閉
じ込められた空間の１以上の周辺部側部に沿つて設置し
、また第２吸着剤て充填された管を残りの周辺部側部に
沿つて設置することによつて達成される。更に、矩形の
アルミニウム管の充填はその管に粒状の吸着剤を注入す
ることによつて行われるだけではなく、所望により″吸
着剤をアルミニウム管内に滑り込ませることができるよ
うな大きさの棒状型に圧縮して行つてもよい。現在製造
される二重ガラス窓の大部分はポリオレフィンもしくは
ポリスルフィド樹脂と、吸着剤充填アルミニウム管とを
組合せ、２枚の窓ガラスの間の間隔を維持し、かつこれ
らの窓ガラスの間に閉じ込められた空間の表面を密封す
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直角の平行六面体の空間をとるように間隔をもつて
   配置された２枚の平行な窓ガラスを有するとともに、空
   気空間を閉じ込めるために密封された２枚の前記窓ガラ
   スの周辺部を有し、さらに前記閉じ込められた空気の空
   間の内周辺部の全部もしくは一部に沿つてモレキユラー
   シーブゼオライトの吸着剤が配置されている二重ガラス
   窓において、水蒸気の孔空間への進入は許すが酸素およ
   び窒素の孔空間への進入を排除するような孔の開口部を
   有するモレキユラーシーブゼオライトを吸着剤として使
   用することを特徴とする二重ガラス窓。 ２ 直角の平行六面体の空気の空間をとるように間隔を
   もつて配置された２枚の平行な窓ガラスを有するととも
   に、空気空間を閉じるために柔軟な樹脂で密封した２枚
   の前記窓ガラスの周辺部を有し、さらに前記閉じ込めら
   れた空気空間の周辺部の全部もしくは一部に沿つて前記
   窓ガラスの内面で生じる凝縮を防止するために吸着剤が
   配置されている二重ガラス窓において、水分子の進入は
   許すが、窒素および酸素の進入は防止する平均孔直径を
   有する粒状のモレキユラーシーブゼオライトと、炭化水
   素に対して強い親和力を有しかつベンゼン分子の進入を
   許す平均孔直径を有する粒状の非ゼオライト吸着剤との
   混合物を吸着剤として使用し、もつて前記空気空間の温
   度が変化することによつて生ずる酸素及び窒素の吸着及
   び脱着によつて生じる、前記閉じ込められた空気空間内
   の圧力変化を実質的に除去することを特徴とする二重ガ
   ラス窓。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の二重ガラス窓におい
   て、前記モレキユラーシーブゼオライトが３Ａ型モレキ
   ユラーシーブゼオライトであり、炭化水素に対して強い
   親和力を有する前記非ゼオライト吸着剤がシリカゲル、
   活性アルミナ、活性炭もしくはこれらの混合物であるこ
   とを特徴とする二重ガラス窓。 。４ 特許請求の範囲第２項に記載の二重ガラス窓にお
   いて、前記吸着剤混合物が粒状モレキユラーシーブゼオ
   ライト１５及至７５重量％からなり、その残りの部分が
   粒状シリカゲル、粒状活性アルミナもしくはそれら混合
   物であり、前記両吸着剤の粒子の大きさが約１０及至３
   ０メッシュの範囲であることを特徴とする二重ガラス窓
   。 ５ 直角の平行六面体の空気空間をとるように間隔をも
   つて配置された２枚の平行な窓ガラスを有するとともに
   、空気空間を閉じ込めるために柔軟な樹脂で密封した２
   枚の前記窓ガラスの周辺部を有し、さらに前記窓ガラス
   の内面上に生じる凝縮を防止するために前記閉じ込めら
   れた空気空間の周返部の全部もしくは一部に沿つて吸着
   剤が配置されている二重ガラス窓において、前記周辺部
   の一部に沿つて配置する吸着剤として、水分子の進入は
   許すが窒素および酸素の進入は防止する平均孔直径を有
   するモレキユラーシーブゼオライトを用い、また前記周
   辺部の残りの部分に沿つて配置する吸着剤として、炭化
   水素に対して強い親和力を有し、かつベンゼン分子の進
   入を許すような平均孔直径を有する非ゼオライト吸着剤
   を使用することを特徴とする二重ガラス窓。