JP5908885B2 - 粘性端密封部を備えた真空断熱ガラスユニット - Google Patents

Description

気体透過
本発明ではそれが中心的な役割を果たすため、本明細書に気体透過の概念を提示する。

連続的又は周期的なポンプダウンなしでは、容器を成す材料を通って大気気体が透過するために、容器に含まれるどんな真空の初期低圧も増加するようになる。圧力上昇率は透過率に依存することになる。従って、真空断熱ガラス（ＶＩＧ）ユニットの耐用年数は無限ではないが、端密封部に不具合がないならば、恒久的に取り付けられるか、或いは一時的に取り付け可能な排出ポートを介して定期的にポンプダウンを行うことで耐用年数を延ばすことが可能である。

透過に関して、非特許文献１では以下のように述べられている（引用文献、その他の出版物）。
気体は、そこにある開口部が常時流動を可能にするほど十分大きくなくとも固体を介して流動する可能性をもっている。僅かな量以上の気体が任意の孔を通過できるほど十分大きな孔を持たない障壁を介した気体の流、出入は、“透過”として知られている。これらの条件での定常流量は、透過係数又は単に透過度である。これは通常、１平方センチメートル断面を通って秒当たり、かつ障壁を通る際に１３３．３Ｐａ（１ｔоｒｒ）の圧力低下を伴う壁厚１ミリ当たりに流動するＳＴＰ（標準温度・圧力）での気体の立方センチメートルで表される。理想的な真空というものは、ポンプからそれを分離した時点で到達した真空状態（圧力）を半永久的に維持すべきものである。実際にある如何なるチャンバでさえも、ポンプ装置から分離された後には圧力の上昇がある。その圧力上昇は、気体がチャンバの外から内へと透過することで生じるのである。

又、透過に関して、非特許文献２では以下のように述べられている（引用文献、その他の出版物）。
透過は３段階のプロセスがある。気体は最初、真空容器の外壁上で吸収され、次いで容積部分を通って拡散し、最後に内壁を脱着する。ガラス、セラミック、高分子材料を通る透過は分子レベルである。分子は吸収の際に解離しない。水素は金属表面で解離し、真空壁から脱着する前に再結合する原子の形で拡散する。

ＶＩＧユニットとして通常使用されるセラミックガラスは、７．５×１０^-15〜７．５×１０^-6ｃｍ³・ｍｍ／（ｃｍ²・ｓｅｃ・Ｐａ）（１０^-12〜１０^-3ｃｍ³・ｍｍ／（ｃｍ²・ｓｅｃ・ｔоｒｒ））の範囲の大気透過度を有する。

真空断熱ガラスユニット
真空断熱ガラスユニットが当該技術では公知である。例えば、特許文献１〜７を参照されたい。それらの開示内容はここでは参照によって援用される。

真空断熱ガラス（ＶＩＧ）ユニットは、その間に大気圧より小さい圧力の真空部を伴って実質上平行に隔置される２枚の板ガラスを有する。板ガラス間には、圧縮方向の大気圧に対抗して真空空間を維持する、視覚には入らない形のスペーサが設けられる。全てのＶＩＧユニットに共通するものが、低透過性障壁を提供することにより板ガラス間に生じた端間隙を密封して真空を維持する端密封部である。

対流と伝導による熱伝達は真空を介しては起こらない。この結果、例えば窓、ドア天窓のような用途において、ＶＩＧユニットを使用することでもたらされるエネルギ削減とそれに関連するコストの削減は、それら板ガラス間に大気圧のアルゴンやクリプトンのような不活性ガスを有する、不活性ガス充填熱窓ガラスユニットのそれよりも約１０倍となり得る。

商業的に実現可能なＶＩＧユニットの発展を阻止し続け、不活性ガス充填式熱窓ガラスを交換するべきでは、となる大きなエネルギ節約の機先を制するような深刻な未解決の性能信頼性問題が存在する。それらの主たるものは、端密封部の不具合と、比較的延性を持たない板ガラスの突然の脆性破壊である。これらの不具合は、熱的に分離された板ガラスの熱的膨張・短縮の差（又は“熱歪の差”）に起因する大きな応力によって生じる。特許記録は、より柔軟性をもった端密封部設計を採用することによりこの問題を解決しようとする現在進行中の集中的な取り組みを公開している。その取り組みは、よりエネルギ効率の良い建物に対する市場の需要に対する資本投下追求によって駆り立てられる。その需要は、温室効果ガス排出量を削減することで高まる地球温暖化の危機に手を打とうとする差し迫った必要性によってつき動かされる。

米国エネルギー省、長官のスティーブン・チュー氏（Ｓｔｅｖｅｎ Ｃｈｕ）は２００９年６月１２日、カリフォルニア工科大の学位授与式でおいて、以下のように述べている。
「我々が１５年未満で採算をとることになる投資を以て、エネルギ消費量を８０パーセント減少させる建物を建造可能にならなければならないという高まりつつある認識がある。建造物、米国でエネルギの４０パーセントを消費するという事実から、結果としてエネルギ効率のいい建造物は、我々の炭酸ガス放出量を３分の１まで減少させることができる。」

本書を記述している時点で、居住用建物は米国のエネルギ消費量の２２％を占め、商業用建物は１８％を占めている。２２％の住宅用エネルギ消費量の中、４２％は住宅冷・暖房にかかるエネルギである。建造物は、国の電気の７２％、天然ガスの５５パーセントを使用する。建造物は、米国の二酸化炭素排出の約４０％を占め、ＣＯ₂等価で約２，３００テラグラム（Ｔｇ又は１００万トン（ＭＭＴ））に関与している（発信元、米国エネルギ庁）。

アメリカ環境構築審査会は、省エネルギ、水効率、ＣＯ₂排出削減、及び改善された屋内環境基準を促進するエネルギ・環境デザイン又はＬＥＥＤ認証のリーダーシップとして知られていた国際的に認識された環境建物認証システムを制定した。ＬＥＥＤ基準は、自然光のさらなる利用と屋外への戸外への可視性を推進する。ＶＩＧユニットは、ＬＥＥＤによる省エネルギかつＣＯ₂排出削減の基準の間で意見のくい違いを生むことなく、これを可能にする。ＶＩＧユニットは音の伝達を大きく削減し、それは住宅・作業環境の質を高める。

その間に真空があるため、ＶＩＧユニットの板ガラスは、不活性ガスユニットのそれらよりもかなりの程度、互いに対して断熱状態にある。その結果、大きな最高最低気温を伴う気候の室内外温度差によって生じるＶＩＧユニットの板ガラス間の異なる熱歪は不活性ガスユニットのそれよりもはるかに大きい。ガラスの板同士を剛性のある端密封部で結合したＶＩＧユニットでは、熱歪におけるこれらの差はユニット端縁部に集まり、その部分ではこれらの差は適合性によって制限される。結果として、比較的延性がない板ガラスの中や、端密封部とその板ガラスとの結合部の中では、非常に大きな値の応力となってしまう可能性がある。

剛性端密封部を持ったＶＩＧユニットの板ガラスの中で発達し得る大きな応力は、非常に高くなった結果、セラミック板ガラスの一方、或いは両方が突然脆性破壊を起こしてしまう場合もある。この問題は、スクラッチや摩耗による強度損失に対するセラミックグラスの過敏性によってさらに悪化する。仮にＶＩＧユニットが、建物の９４階の天窓に対するフロアであり、脆性破壊によって突然機能不全となったならば、結果は、ユニットの交換コストを超え、人を負傷させたり人命を損失してしまう可能性がある。

セラミックガラスは、ＶＩＧ構造物にとっては不利となるような多くの負の物理的性質を抱えているが、ユニークかつ正の物理的性質を持つような材料が無いことで、ＶＩＧユニットにとって好ましい透明材料としてのセラミックガラスの使用回避を非常に困難にしている。負の物理的特性には、脆性、低い延性、低い引っ張り強さ、及び高い弾性係数がある。これに対し正の特性として、非常に高い剛性、連続した荷重の元でのクリープ変形に対する抵抗、硬度があり、特に重要なことは、例えばソーダ石灰ガラスのようなセラミック窓ガラスは非常に低いガス透過率を持っていることである。これらの正の特性は、セラミックガラスをＶＩＧユニットにとって好適な材料にし、それらは大気圧からの絶え間ない屈曲荷重に晒されることになり、数十年間にわたって運用真空圧力を維持しなければならなくなる。

仮に、セラミックガラスにより延性があり大きな引張強さを持つものであれば、ＶＩＧ発展を阻害する多くの問題が大きく軽減されたであろう。現在、セラミックガラスに代わる適切なものがないことを考慮すると、ＶＩＧ発展を進める唯一有効な手段は、端密封部設計の改善にある。多くの米国特許出願公報には、より柔軟な端密封部の設計物が開示されており、それらの目的はＶＩＧの性能、アセンブリ、信頼性、安全性について多くある現在の諸問題を軽減することにある。

従来技術に記載されているＶＩＧユニットの殆どは、必然的に板ガラス間の距離が、不活性ガスを満たした熱的窓ガラスユニットの板ガラス間距離よりもかなり小さく、通常２ｍｍ（０.０８インチ）より小さい。ＶＩＧユニット板ガラスのこのような接近した配置が板ガラス間の異なる熱歪を吸収する課題を深刻化している一方で、そのようなＶＩＧユニット板ガラスの接近した配置は、スペーサが必然的に小さくなるため視覚的に邪魔にならないという理由で望ましいことでもある。小さなスペーサはより少ない熱エネルギを伝達する。ＶＩＧユニット板ガラスのこのような接近配置は真空ポンピングに要する時間を短くするものであり、製造コストの低減にもつながる。スペーサは、円形ディスク、シリンダ、微小小片、或いは板ガラスに埋設してもしなくとも良いナノ粒子であっても良く、或いはこれらを備えたものでも良い。

ＶＩＧユニットの板ガラスの間の典型的な距離とは対照的に、不活性ガスユニットの板ガラスの間の距離、伝導と対流のよる熱伝達を最小化するために選択される。その最適間隔は１．５９ｃｍ（０．６２５インチ）〜１．９１ｃｍ（０．７５インチ）である。不活性ガス断熱ガラス窓のガラス枠間の距離はＶＩＧユニットのそれよりもかなり大きいため、それらの端密封部の中で発達する応力は、板ガラス間に同じ横方向変位と同様な密封材を与えたＶＩＧユニットのそれよりは小さい。従って、不活性ガスユニットの板ガラス間に発達し、ＶＩＧユニットのそれに比べて小さい熱歪差は、１大気圧での崩壊に抵抗する必要もなく数十年間にわたって１大気圧との差を維持する必要のないシンプルかつ柔軟性のある弾性シールによって吸収できる。

ＶＩＧユニットで現在使用されかつ当該技術では既知の剛性セラミックはんだガラスやガラス原料端密封部には深刻な問題がある。この種のシールは特許文献１及び２に開示されている。セラミックはんだガラスの端密封部の利点としては、非常に低いガス透過率とセラミックガラス基板への強固な接合力がある。それらの短所としては、脆性と、北アメリカのように大きな最高・最低気温の気候の所で起こるクラックや破砕傾向がある。ＶＩＧ端密封部に見ることのできない微小クラックや破損が生じただけでもユニットの耐用年数を急激に減らし修理不可能にする。

剛性セラミックはんだガラス端密封部を成形する工程で、セラミック板ガラスは、焼き戻し状態を排除し、板ガラス内に所望されない応力を導入してしまう温度上まで加熱されなければならない。この処理に関連した長時間の加熱・冷却は製造コストを増加させる。その高いアセンブル温度は、スペーサに対しそれらの温度に耐え得る材料であることを要求する。これは、適当なスペーサ材料選択の範囲を制限し、低い熱伝導率や高い耐クリープ性を備えた材料を除外することにもなる。特許文献８〜１５には、ＶＩＧユニットのアセンブル温度を下げると共に板ガラスにそれらの焼き戻し状態の全てではないにしろ、幾分かを留保させるような方法を開示している。

剛性端密封部は、ＶＩＧユニットの板ガラスからの膨出を引き起こす場合がある。例えば、仮に寒い戸外にあるような場合、外側の板ガラスは収縮するために内・外双方の板ガラスは建造物の内部に向かって膨出することとなり、結果として破砕の可能性を増加させることになる。顕著なほどの膨隆状態は、反射をゆがめ、美的に好ましくないファンハウスの環境を作り出す。

日本板硝子は、「Ｓｐａｃｉａ」という商標名の、セラミックはんだガラス端密封部を備えた商用ＶＩＧユニットを生産している。特許文献１及び４にもそのようなＶＩＧユニットの記載がある。日本板硝子製のこれらのユニットに対し公表されたサービス情報には、以上に提示した問題の多くを明らかにしている。そのサービス情報は一部で以下のように述べている（日本２００３）（引用文献、その他出版物）。
「使用及びメンテナンス上の注意
１．網入りガラスの類いを従来窓とは異なる用途で使用する際には熱による破損トラブルを防止する上で使用前に弊社に連絡をしてください。
２．ＳＰＡＣＩＡにフィルムや紙を貼らないでください。熱による破損の恐れがあります。支柱の僅かな位置ずれや偶発的な脱落については発見されたとしても、製品性能上は無視できる問題です。
３．ＳＰＡＣＩＡ使用温度条件に関しては、その内・外温度差が好ましくは３５℃未満での使用が求められます。
４．金属やセラミック等の固い鋭利な物でＳＰＡＣＩＡに触れないでください。深いスクラッチは往々にしてガラス破損を招くことがあります。
５．反射像に幾分かの変形が生じることは、製造工程上の理由や、内・外温度差大の場合にその高い断熱性故に起こる偶発的なガラスの反りのため回避できません。

剛性端密封部に関連した問題は、柔軟性を持ったシールを使うことで低減することができる。しかしながら固定状態にある剛性シールに比べ、動きを吸収したり伝達するシールにとって低透過性及び低リーク率を達成することは一層困難である。この困難さは、柔軟材が剛性材よりも高い透過度を持つという事実を含め、様々な理由によって存在するものであり、柔軟な弾性材料と真空容器の高い剛体材料や構造体の間に、永続的かつ信頼性のある接合部や密な適合部を形成することは困難である。以下に論じる米国特許出願公開に開示されたＶＩＧ端密封部は、剛性あるはんだガラスシールよりも高い柔軟性かつ延性を持つことを意図したものである。

上記のＶＩＧユニットのための剛性セラミックはんだガラス端密封部と剛性端密封部に関する問題は、特許文献１６及び１７に列挙されている。これらの公開公報には、板ガラスの端縁部間に架橋材としての金属を導入することによって上記問題を緩和するも解消はしない設計を開示している。金属には、セラミックはんだガラスよりも大きな延性と柔軟性がある。これにより、熱歪の差異によってセラミック板ガラスの端縁部同士が互いに対して幾分か移動することが可能になる。このことは、結果として、応力を少なくし破砕の可能性を下げることにもなる。上記公報に開示された金属シールのうちの幾つかは、スプリングのような形に折曲げ畳まれて、それらの柔軟性を増加させている。これらの公報は、金属シールの幾つかを、それらの寸法の１つが板ガラス間の小さな距離によって制限されるように完全に板ガラス間にあるものとして示している。これは、折り重なった金属形態の中に密な襞を必要とし、金属の弾性限界を超えることなく吸収可能な歪に制限を課す。板ガラスの伸縮のために一日単位で年々生じるような多くの加荷・除荷サイクルがあることを考えると、上記の公報に開示された金属シールは、歪や加工硬化を生じる可能性が高く、次第に延性を減じ、場合によってクラックや裂け目が大きくなり空気が許容できない速度で真空部へ入るような所まで延性を減じ、ＶＩＧユニットの耐用年数を数十年間とは反対側の年まで短縮する可能性がある。真空部を密封する柔軟性のある金属継ぎ手の加工硬化に関しては、非特許文献３では以下のように述べられている（引用文献、その他の出版物）。
高真空（及び超高真空）機器のため、柔軟性のある金属部品が使用されてフランジに溶接又はろう付けされる。そのような部品は、水圧形成されたベローズ（縦断面は波形）と、ダイアフラム型ベローズ（隔壁、内・外周が溶接）を外部および内周計測器で溶接された隔膜）を備えている。それらは金属製であるためこの種のあらゆる部品は加工硬化を被り、作業サイクル数によって摩耗する。

上記公報に開示された折り重なり形態は、１方向スプリングとして効果的であるのに対し、ＶＩＧユニットの板ガラス中の異なる熱歪は二次元的に生じるものである。

特許文献１７は、計画にある金属製の端密封部は、はんだガラスシールに必要な温度よりも低い温度を必要とする方法によってガラス基板に接合できることを開示している。特許文献１６及び１７によって開示されたように、金属帯をガラス基板に接合する方法及び材料は、本来、弾性体である。従って、接合部及び接合材は金属帯それ自身に内在するあらゆる力を受ける。それらの力は金属の弾性係数と応力の関数になるであろう。シールが弾性材料から作られるか、或いは弾性接合部を有することを考慮すると、板ガラスに対し如何なる相対的な横方向変位も、結果として、変位が存在する限り存在し続ける応力を生じることになる。荷重のもとでは、弾性材料は、引張破壊、せん断破壊、歪硬化、接合された弾性材料間の接合不良といった不具合を被る。付着破壊や材料破壊は、ＶＩＧユニットの端縁部を封止する際に使用される、主として弾性的な如何なる材料や接合部に伴う一般的な問題である。

特許文献１８は、真空断熱ガラスユニットの柔軟な端密封部を開示している。好ましい実施形態では、回旋状の薄い金属から成る柔軟な端密封部を開示している。密封部は、ＶＩＧユニットの板ガラス間の空間に対し外部に位置するものとして示されている。開示された密封部の表面積は、板ガラス間の間隙によって決まる表面積よりはるかに大きい。ガス透過速度に影響する要因のうちの２つは気体が透過する材料の表面積と厚さである。気体が透過する材料の表面積がより大きく、かつその厚みが薄くなればそれだけ透過度は大きくなるだろう。この点に関し、特許文献１８に開示される密封部は最適であるとは言い難い。この密封部の設計は、板ガラスの間の境界が許容するものよりも大きな空間、即ち表面積を必要とする。薄い金属は板ガラスに接合される。それ故、同金属は付着破壊モードと弾性材料故障モードの双方に晒される。

特許文献１９は、特許文献１８に開示されたものと非常に類似し、かつそれと同じ欠点を有する真空断熱ガラスユニットのための柔軟な端密封部を開示している。

米国特許第５，６６４，３９５号 米国特許第５，６５７，６０７号 米国特許第５，８９１，５３６号 米国特許第５，９０２，６５２号 米国特許第６，４４４，２８１Ｂ１号 米国特許第６，２９１，０３６号 米国特許第７，１４１，１３０Ｂ２号 米国特許第６，７０１，７４９号 米国特許第６，５５８，４９４号 米国特許第６，５４１，０８３号 米国特許第６，６４１，６８９号 米国特許第６，６３５，３２１号 米国特許第６，４７８，９１１号 米国特許第６，３６５，２４２号 米国特許第６，３３６，９８４号 米国特許出願公開第２００８／０１６６５５７０号 米国特許出願公開第２００９／０１５５４９９号 米国特許出願公開第２０１０／０１７８４３９号 米国特許出願公開第２０１０／００３４９９６号

ロス（Ｒｏｔｈ）氏による文献（１９９４，ｐ６−７） ハンロン（Ｏ‘Ｈａｎｌｏｎ）氏による文献（２００３，ｐ７０） ジョーステン（Ｊｏｕｓｔｅｎ）氏による文献（２００８，ｐ７８５）

特に制限されたものでない限り、本発明に関するが如く、ここのガラスは、ガラス転移温度を有しかつ金属ガラス、有機ガラス、及びソーダ石灰ガラスのような典型的な窓ガラスを含むセラミックガラスを含むあらゆる材料を意味している。更に、ここのガラスは、組成において、ガラスの物理的特性や光に対するガラス感応性を改善したり増大させたりする可能性のある、例えばこれに限定されないナノ粒子やナノチューブといったような他の構成要素を含み得る、上述したいかなるガラスをも意味している。ここのガラスは又、その内部に能動素子又は受動素子の全体又はその一部を埋設可能なガラスも含んでいる。

ここの板ガラスは、例えばポリマーによって共に接合された板ガラスのような合わせガラスを含んでいる。また、ここの板ガラスは、実質上均等な厚みを以て主として平坦なガラス製品（但し、２枚の板ガラスの平坦・均等厚み部分同士の間に空間を持たせて分離状態を保持する機能を持つ領域において、隆起又は輪郭化された部分を持つかもしれない）を含んでいる。ここでは詳しく述べないが、本発明は、幾つかの実施形態において用いられる場合もあるような隆起した輪郭部を備えた板ガラスを熟慮している。また、ここでのガラスは、その目的が粘性材料を含む場合もある陥凹部を持つかもしれない、実質用均一な厚さを以て主に平坦な任意のガラス製品を含んでいる。ここでの板ガラスはコーティングが施される場合もある。

ここでの粘性材料は、力が付与された際に液体のように流れる如何なる材料をも意味するものであり、線形・非線形粘性材料を含んでいる。ここで粘性材料として含まれないものは、上で定義したように、そのガラス転移温度より下の温度にある任意のガラスである。

本発明の様々な実施例は、その間に真空空間を備え実質上平行に隔置された２枚の板ガラスを有すると共に、低いガス透過率を持った粘性材料を有する１つ以上の端密封部を持ったＶＩＧユニットに関連するものである。低いガス透過率の粘性材料は、板ガラス間の間隙の少なくとも一部を埋め、真空のための部分シールとして作用するように上記真空空間を囲んでいる。非常に低いせん断応力の粘性せん断を受ける粘性材料によって上記間隙が埋められるため、板ガラスが互いに対して移動した時、それらの粘性せん応力に起因する板ガラス内応力は些細なものであり、板ガラスの破砕や板ガラスの顕著な膨隆の一因となることはない。板ガラスの相対的な横方向への移動は、屋内・外の温度差が変化している間に発生する。架橋材が粘性をもっていることで、板ガラスの相対的な横方向への移動は、せん断応力に関与しなくなる。これは、静的な相対移動が板ガラス中に持続的応力を生むといったような、完全に弾性材料からなる端密封部の場合ではない。

粘性材料を拘束する障壁及びそれをアセンブリ内に配置する方法は、板ガラスの焼き戻しに影響する温度を超えてまで板ガラスを加熱することを要求しない。端密封部アセンブリに高い温度が必要とされないために、耐熱スペーサは必要なく、より低い熱伝導率でかつセラミックガラスを傷をつけることの少ない低硬度を持つことができる広範囲の材料から、スペーサ構成の選択が可能となる。ポリマーの中で最も高い耐クリープ性を有する適切なポリマー・スペーサ材料は、Ｐｏｌｙｓｔｏｎｅ７０００やＰｏｌｙｓｔｏｎｅ５００を含む様々な製品名で製造されているＰＥポリエチレンである。ＰＥポリエチレンには自己潤滑性があり、摩擦係数も非常に低い。その熱伝導率はスチールやセラミックよりも低い。これらの特性はそれを理想的なスペーサ材料にする。しかしながら、それは、現在の状態のＶＩＧユニット技術のアセンブリ温度に耐えるものではなく、それらの温度に到達している前に溶解することになる。

粘性の流体流れの性質や滑らない状態を鑑みると、粘性材料に関しては、性質において主として弾性的な材料に伴って起こり得るような引張破壊、せん断破壊、破砕、低温脆性破壊、疲労、材料破損、層間剥離、分離、破裂、接合不良、接着不良、又は歪硬化のせいでシールとして機能不全になる可能性はない。その結果、ここに開示したような粘性端密封部を使用するＶＩＧユニットは、主として弾性材料で全体が作られる端密封部を使うＶＩＧユニットよりも機能不全となる頻度がはるかに低く、潜在的ダメージやリスクも小さい。

本発明の実例となる幾つかの特徴及び実施形態を以下に要約する。

本発明は一側面において、大気圧より小さい圧力の真空空間をその間に備えた第１板ガラスと第２板ガラス、前記第１板ガラスと前記第２板ガラスの間に位置し、第１板ガラスと第２板ガラスの分離と前記真空空間の維持に寄与する少なくとも１つのスペーサ、及び端密封部、を有する真空断熱ガラスユニットを提供する。その端密封部は、気体が前記真空空間へ透過する比率を制限する粘性材料であって、前記第１板ガラスと前記第２板ガラスとの間に熱歪差が生じた際に、前記端密封部によって第１板ガラスと第２板ガラスを相対的に横方向に移動させ、更に第１板ガラスと第２板ガラスの間に相対的な横方向移動がある場合、前記端密封部によって少なくとも前記粘性材料の一部の中に粘性せん断力が生じるような、前記粘性材料、及びその形状によって前記粘性材料を拘束する少なくとも１つの障壁と、を有する。発明のこの側面での幾つかの実施形態では、前記粘性材料は、ポリイソブテンのようなニュートン流体である。

その真空断熱ガラスユニットの障壁は、前記粘性材料に接触する粘性障壁であるかもしれない。幾つかの実施形態では、前記第１板ガラスと第２板ガラスの中の少なくとも一方が前記障壁の作り上げ、他方、その他の実施形態では前記障壁は、前記第１板ガラスと第２板ガラスのどちらも含まない。

一実施形態において、真空断熱ガラスユニットは前記第１板ガラスと第２板ガラスの間に配置された粘性材料を備え、前記障壁は、粘性材料の真空空間側で前記第１板ガラスと第２板ガラスの間に配置された第１帯状スペーサと第２帯状スペーサとを有しかつ前記第１帯状スペーサは前記第１板ガラスに付着され、前記第２帯状スペーサは前記第２板ガラスに付着され、更に前記第１帯状スペーサと第２帯状スペーサは接触し合い、互いに対し横方向に移動可能となるような第１帯状スペーサ組を有する。前記障壁は更に、前記真空空間側とは反対の前記粘性材料の側で前記第１板ガラスと第２板ガラスの間に配置された第３帯状スペーサと第４帯状スペーサとを有しかつ前記第３帯状スペーサは前記第１板ガラスに付着され、前記第４帯状スペーサは前記第２板ガラスに付着され、更に前記第３帯状スペーサと第４帯状スペーサは接触し合い、互いに対し横方向に移動可能となるような第２帯状スペーサ組を有する。前記障壁は又、前記第１帯状スペーサ組と前記粘性材料の間、及び前記第２帯状スペーサ組と前記粘性材料の間に配置された粘性障壁を有する。この実施形態による真空断熱ガラスユニットの例は、図３〜図７に示され、以下の「発明を実施するための形態」のセクションでより詳細に記述される。

発明のこの実施形態の一変形例において、第１帯状スペーサ及び第３帯状スペーサは、第１帯状スペーサと第３帯状スペーサの間と、前記第１板ガラスと前記粘性材料の間に延びる材料片によって接合され、更に前記第２帯状スペーサ及び第４帯状スペーサは、第３帯状スペーサと第４帯状スペーサの間と、前記第２板ガラスと前記粘性材料の間に延びる材料片によって接合される。

別の実施形態において、前記第１板ガラスと第２板ガラスは各々、前記真空空間の反対側に外面と、真空空間に対面する内面とを有し、前記端密封部は、前記第１板ガラスの外面上に延びる第１延長部と前記第２板ガラスの外面上に延びる第２延長部とを有するエンドキャップを備え、前記粘性材料は、第１板ガラスの外面と前記第１延長部の間と、第２板ガラスの外面と前記第２延長部の間とに配置される。この実施形態において、前記障壁は、前記粘性材料の一方の側において、第１板ガラスの外面と前記第１延長部の間に配置された第１帯状スペーサ、前記粘性材料の他方の側において、第１板ガラスの外面と前記第１延長部の間に配置された第２帯状スペーサ、前記粘性材料の一方の側において、第２板ガラスの外面と前記第２延長部の間に配置された第３帯状スペーサ、前記粘性材料の他方の側において、第２板ガラスの外面と前記第２延長部の間に配置された第４帯状スペーサ、及び前記第１帯状スペーサと前記粘性材料の間、前記第２帯状スペーサと粘性材料の間、前記第３帯状スペーサと前記粘性材料の間、及び前記第４帯状スペーサと粘性材料の間に配置される粘性障壁、を有する。この実施形態による真空断熱ガラスユニットの例は図８に示され、以下の「発明を実施するための形態」のセクションで詳細に記述される。

別の実施形態において、前記端密封部は、前記第１板ガラスと第２板ガラスの周辺端部周りにエンクロージャを形成するエンドキャップであって、前記粘性材料が前記エンクロージャを満たすようなエンドキャップ、及び前記第１板ガラスと第２板ガラスの周辺端部を隔てる間隙に付着してこれに掛かる弾性膜であって、前記粘性材料を拘束するように形成される弾性膜を有する。この実施形態による真空断熱ガラスユニットの例は、図９に示され、以下の「発明を実施するための形態」のセクションでより詳細に記述される。

別の実施形態において、前記第１板ガラスと第２板ガラスは各々、前記真空空間の反対側に外面と、真空空間に対面する内面とを有し、更に第１板ガラスと第２板ガラスを隔てる間隙は、第１板ガラスと第２板ガラスの周辺端部域から内方にかけて先細になっている。この実施形態において、前記端密封部は、第１板ガラスと第２板ガラスの周辺端部の周りにエンクロージャを形成するエンドキャップを備え、前記粘性材料は前記エンクロージャを満たすと共に第１板ガラスと第２板ガラスを隔てる前記先細間隙の中、その地点での前記粘性材料の最先端の表面張力が、更なる間隙内への進入を回避するような上記地点まで延びる。この実施形態による真空断熱ガラスユニットの例は、図１０に示され、以下の「発明を実施するための形態」のセクションでより詳細に記述される。

本発明の別の側面では真空断熱ガラスユニットのための端密封部を提供する。発明のこの側面の一実施形態では、前記端密封部は、大気圧より小さい圧力の真空空間をその間に備えた第１板ガラスと第２板ガラスを有する。この実施形態において、端密封部は気体が前記真空空間へ透過する比率を制限する粘性材料を有し、そこで前記端密封部は、前記第１板ガラスと前記第２板ガラスとの間に熱歪差が生じた際に、第１板ガラスと第２板ガラスを相対的に横方向に移動させ、更に第１板ガラスと第２板ガラス間に相対的な横方向移動がある場合、少なくとも前記粘性材料の一部の中に粘性せん断力が生じるように形成され、前記端密封部は、その形状によって前記粘性材料を拘束する少なくとも１つの障壁を有する。

本発明の別の側面では、第１板ガラス及び第２板ガラスと、前記第１板ガラスと前記第２板ガラスの間にあって第１板ガラスと第２板ガラスの分離に寄与する少なくとも１つのスペーサと、を有する真空断熱ガラスユニットのための端密封部を形成する方法を提供する。一実施形態において、前記方法は、真空断熱ガラスユニットの端縁部を、第１板ガラスと第２板ガラスと共に第１板ガラスと第２板ガラスの間に真空空間を形成する端密封部によって封止すること、排出ポートを介して大気圧より小さい圧力まで前記真空空間を真空引きすること、及び前記排出ポートを封止すること、を有する。この実施形態において前記端密封部は、前記第１板ガラスと前記第２板ガラスとの間に熱歪差が生じた際に、第１板ガラスと第２板ガラスとの間に相対的な横方向移動を可能にし、更に端密封部は、真空空間の圧力が大気圧より小さい時、真空空間内へと透過する気体の速度を制限する粘性材料であって、第１板ガラスと第２板ガラスの間に相対的な横方向の移動がある場合、粘性材料の少なくとも一部分に粘性せん断が存在するような前記粘性材料、及びその形状によって粘性材料を拘束するような少なくとも１つの障壁、を有する。本実施形態において、真空断熱ガラスユニットの端縁部を封止することは、例えば、第１板ガラスと第２板ガラスの中の少なくとも一方の周囲に沿って配置された１つ又はそれ以上の入口孔を介して第１板ガラスと第２板ガラスの間にある粘性材料をポンピングし、生じた差圧によって粘性材料を、第１板ガラスと第２板ガラスの中の少なくとも一方の周囲にそって配置された出口孔への流れへと方向付けし、入口孔と出口孔を密封することのよって達成される。この実施形態による端密封部形成方法の例は、図１３と図１４に示され、以下の「発明を実施するための形態」のセクションでより詳細に記述される。

下に掲げた図は、本発明の様々な実施形態に関係するか、或いはそれらの図面を参照する際に補助する役目をもつ。

本発明の特定実施形態を表わす意図はなく、本発明の特定実施形態を示す断面図の位置を引用するために使用されるＶＩＧユニットの基本的要素を示す一般的概略平面図である。 図３の断面図である。 仮にユニットが建造物に使用され、室内、室外温度が同じである場合に起こり得るように、ユニットの両側の周囲温度が同じである状態において、本発明の第１実施形態によるＶＩＧユニットの端縁部分の断面図（図１を参照）である。 図３に示した断面部分の詳細を示すも、明瞭さのための１つの領域を大きく誇張して示した図である。 仮に、ユニットがより寒い戸外に使用されたならば起こるような、ユニットの片側の周囲温度が他方側にそれより低い状態での、図３と同じ断面図である。 図３に示すような端密封部を備えたＶＩＧユニットの断面図である。 図３と同じ断面を示すが、本発明範囲をより完全に示す修正を加えた図である。 仮にユニットが建造物に使用され、室内、室外温度が同じである場合に起こり得るように、ユニットの両側の周囲温度が同じである状態において、本発明の第２実施形態によるＶＩＧユニットの端縁部分の断面図（図１を参照）である。 仮にユニットが建造物に使用され、室内、室外温度が同じである場合に起こり得るように、ユニットの両側の周囲温度が同じである状態において、本発明の第３実施形態によるＶＩＧユニットの端縁部分の断面図（図１を参照）である。 仮にユニットが建造物に使用され、室内、室外温度が同じである場合に起こり得るように、ユニットの両側の周囲温度が同じである状態において、本発明の第４実施形態によるＶＩＧユニットの端縁部分の断面図（図１を参照）である。 ここに開示した端密封部がＶＩＧユニットの端縁部周囲を連続的に延びる必要がなく、それらは不連続でも良いということを示すＶＩＧユニットの略平面図である。 図１１の断面図である。 図６を介し図３に示された端密封部のための組み付け方法を図形化したＶＩＧユニットの略平面図である。 図１３の断面図である。

図１は、ＶＩＧユニットの基本的要素を示す一般的概略平面図であり、本図は本発明の特定実施形態を示す各断面図の位置を参照するために使用される。図２は図１の断面図である。図１及び図２を参照するに、ＶＩＧユニットはその間に真空空間１０３を持った２枚の板ガラス１０１、１０２を有する。板ガラスは、ＰＥポリエチレンから成る小ディスクでも良いスペーサ１０４によって隔てられる。これらのスペーサ１０４のいずれか１つを除去しても必ずしも真空空間１０３の一部が潰れることにはならないが、あらゆるスペーサ１０４が板ガラス１０１、１０２の分離に寄与し、これにより大気圧で生じる圧縮に対抗することで真空空間１０３の維持に寄与していると言うことができる。真空空間１０３は端密封部１０５によってその周囲が封止されている。

複数のスペーサ配置構造の代わりとしては、形状において防虫網に類似するも、より大きな格子間隔を備えたスクリーンやメッシュからなるユニット化又は単一のスペーサでも良い。そのようなスクリーンスペーサのフィラメントの直径又は断面寸法は、板ガラスに接する伝熱表面積を制限し、かつ真空空間のポンプダウン中に格子で区切られたスクエア間へ気体が透過できるように変化するかもしれない。ユニットスペーサは、格子フィラメントより広い幅を持つ外周帯状要素を備えるかもしれない。炭素繊維は、そのような単一ユニット・スクリーンスペーサを作るのに適切な多くの材料の中の１つかもしれない。スクリーンスペーサにより、材料や組み付けコストを抜本的に低減するかもしれないし、粘性の端密封部の長所を生かすにあたって特に適したものになるかもしれない。

図３は、本発明の第１実施形態によるＶＩＧユニットの端縁部分の断面図（図１を参照）であって、低いガス透過率を持った粘性材料３０２と、粘性材料３０２を拘束する障壁とを有する端密封部であって、板ガラス３０３、３０４、帯状スペーサ３０５、３０６、３０７、３０８、及び潤滑性低蒸気圧粘性障壁３０９を有する端密封部を示している。帯状スペーサ３０５、３０６、３０７、３０８は、実質的にはソーダ石灰ガラスと同じ熱膨張率を持つ４２０ステンレス鋼から形成しても良く、或いは、ＰＥポリエチレンやその他の適当なポリマーから形成しても良い。

図３は、仮にユニットが建造物に使用され、室内、室外温度が同じである場合に起こり得るように、ユニットの両側の周囲温度が同じである状態における端縁部分を示している。板ガラス３０３、３０４はずらり並んだスペーサ３１０によって分離される。スペーサ３１０の厚さ、即ち板ガラス３０３、３０４間距離は約０．５ｍｍ（約０．０２インチ）であっても良い。スペーサ３１０は様々な形状を有してもよく、また様々な材料から形成しても良い。材料は金属でもポリマーでも良く、或いはこれらの材料の複合物であっても良い。好ましいスペーサ３１０は、それにかかる圧縮力に耐え、低い熱伝導率を持ち、ほとんど板ガラス３０３、３０４を引っ掻かない、ポリマーから成るディスクである。スペーサ３１０は、移動できず、なおかつほとんど抵抗のない状態で板ガラス３０３、３０４間で相対的に横方向に移動できないように、板ガラス３０３又は３０４の一方に付着するかもしれない。耐クリープ性であることに加えて、ＰＥポリエチレンは自己潤滑性があるため、スペーサ３１０に適する材料であるかもしれない。板ガラス３０３、３０４間の空間３１１は、大気圧以下の圧力の真空状態にあり、好ましくは１．３３×１０^―2Ｐａ（１０^―4ｔоｒｒ）以下の真空状態となる。低圧の真空空間３１１は、本質的に、その空間を介した対流的かつ伝導性熱伝達を排除する。帯状スペーサ３０５、３０７をセメントで固めたり、さもなくば板ガラス３０３に恒久的に付着するようにしても良く、また帯状スペーサ３０６、３０８も同様に、板ガラス３０４に付着するようにしても良い。帯状スペーサ３０５、３０６の双方は、板ガラス３０３、３０４の端縁部に隣接し、かつ板ガラス３０３、３０４間に位置する。帯状スペーサ３０５、３０６は、両方の板ガラス３０３、３０４の周囲で連続するものであっても良い。帯状スペーサ３０５、３０６、３０７、３０８の厚さはみな同じであって、夫々、板ガラス３０３、３０４間距離の２分の１に等しいものでも良い。従って、スペーサ３０５、３０６を足した厚さは、板ガラス３０３、３０４の間の距離及びスペーサ３１０の厚さと等しくなるかもしれない。帯状スペーサ３０７、３０８は、それらが板ガラスの端縁部から遠く位置し、かつ板ガラス３０３、３０４の周囲で連続し不連続部分がないということを除けば、帯状スペーサ３０５、３０６に類似している。スペーサ３０５、３０７間距離は、例えば約５ｃｍ（約２インチ）であるかもしれない。粘性材料３０２を通るガス透過速度が特に低く保持されなければならない幾つかの用途に対しては、例えば、排出ポート（図示せず）を介したポンプダウン無しに２０年毎に高耐用性が求められる場合、帯状スペーサ３０５、３０７間距離は２５ｃｍ（１０インチ）以上になるかもしれない。密封部がある端縁部のこれら領域は、その両側に断熱性を持った壁キャビティの中に埋設することが可能である。帯状スペーサ３０５、３０７の幅は１．２７ｃｍ（１／２インチ）であり、帯状スペーサ３０６、３０８の幅は０．６３ｃｍ（１／４インチ）であっても良い。帯状スペーサ３０５、３０６は、各々が他方に対し反力を課すが、それらは互いに付着せず、互いに対し自由に横方向移動することができるという意味で、互いに接触し合うかもしれない。たとえ帯状スペーサ３０５、３０６の間に追加材料か複合材があるとしても、それらはまだ接触状態にあると考えられる。同じ意味において、帯状スペーサ３０７、３０８は互いに接触し合うかもしれないが、互いに対しては付着せず、それ故、互いに対し自由に横方向移動することができる。板ガラス３０３、３０４が同じ温度である場合、帯状スペーサ３０５、３０６の中心線３１２は密に一致することになるかもしれない。

更に図３を参照するに、真空空間３１１の圧力より高い圧力のガス３１３は、真空断熱ガラスユニットに対し高い耐用性を与えるような低い速度で、或いは耐用年数を１０年から２０年までのどこかまで延ばし、その時点で恒久的に取り付けられたり一時的に取り付け可能な排出ポート（図示せず）を通って真空空間３１１が初期の低い真空圧力へとポンプダウンが可能となるほどの速度で、少なくとも粘性材料３０２の一部を通って透過するかもしれない。

更に図３を参照するに、板ガラス３０３、３０４の全端縁部を覆うものはエンドキャップ３１５であって、同キャップはＶＩＧユニットの周囲に対し圧着されるかもしれないし、ユニットの周辺を取り囲む。端縁ギャップ３１６を遮蔽することに加え、エンドキャップ３１５は、帯状スペーサ３０５、３０６に対し十分な圧力を維持するように板ガラス３０３、３０４に対してクランプ力を付与する。

更に図３に関し、粘性の障壁３０９は低ガス透過率の粘性材料３０２がスペーサ３０５、３０６、３０７、３０８と接触して、粘性材料３０２がこれらスペーサ間に入り込み、摩擦力を増やすことを防止している。潤滑性のある低蒸気圧の粘性障壁３０９は、大気圧以上の圧力で互いに密着状態にある帯状スペーサ３０７、３０８間に生じる、長期の圧力誘起クリープに耐えるようにする。

１枚のガラスの厚さをｔとし、板ガラスの面に実質上平行な平面において、任意のｘ−ｙデカルト座標系があるとする。帯状スペーサ３０７、３０８の間、及び帯状スペーサ３０５、３０６の間において連続して密な間隙の無い接触を達成するためには、板ガラス３０３、３０４の外周まわりの如何なる地点においても、勾配の大きさ｜∇t｜＝｜ｉ∂t／∂ｘ＋ｊ∂t／∂ｙ｜は充分小さく、｜∇t｜で表わされる凹凸が、真空空間３１１に亘る圧縮性の大気圧とキャップ３１５のクランプ力によって生じた曲げによって解消されなければならない。幸いにもガラス工事に使用される近代の板ガラスはピルキントン・フロート法によって製造されている。レ・ボルヘス（Ｌｅ Ｂｏｕｒｈｉｓ）氏による文献（２００８年，ｐ３５〜３６）では以下のように述べられている（引用文献、その他の出版物）。
「この工法は第二次世界大戦後、英国のピルキントン・ブラザーズ社によって開発された。それは、板ガラスのつや出しを不必要とする意味で平面ガラス生産における革命であった。７年間にわたる実験と７００万ポンドの投資を経た１９５９年に、ピルキントン社は歪無しガラスを生産するための経済的手段を導入した。今日では、水平なソーダ石灰石英ガラスのほぼ９０％がこのようにして独占的に生産されている。」

ピルキントン・フロート法では、帯状スペーサ３０５、３０６の間、及び帯状スペーサ３０７、３０８の間において必須なる密な連続接触を達成するべく、｜∇t｜が充分小さくなるように、ストック板ガラスを自動的に生産している。１．３μｍ（０．００００５インチ）まで読めるデジタルマイクロメータを使用し、様々なソースから板ガラスの様々なサンプルを採取しその厚さを測定するで、ストックされた変質していないフロートガラスが｜∇t｜の必要な基準を満たすことになることを示唆している。

図４は、図３に示した断面部分の詳細部分を示し、帯状スペーサ３０７に接する帯状スペーサ３０８の表面組織３１７のスケールを大きく誇張したものである。表面組織３１７は、非常に小さな振幅３１８を伴って研磨加工やサテン処理、溝加工、或いはその他の粗さ処理や円滑さと粗さを組み合わせたものであっても良い。例えば、振幅３１８は約１０μｍ（約０．０００４インチ）のオーダであっても良い。帯状スペーサ３０８上にかかる真の力は、スペーサ線２．５４ｃｍ（インチ）当たり４．０５ｋｇ（９ポンド）となるかもしれない。仮に帯状スペーサ３０８の幅が０．６３ｃｍ（１／４インチ）である場合、帯状スペーサ３０８に対し、結果として３６ｐｓｉの圧力がかかることになるだろう。この圧力の殆どは、帯状スペーサ３０７上にある帯状スペーサ３０８の荒い又は溝付きの表面組織３１７の高い点接触によって抵抗されることになり、板ガラス３０３、３０４の相対的な横方向運動によって帯状スペーサ３０７、３０８の間で部分的に介在する粘性障壁３０９の薄膜によっては抵抗されない。従って、帯状スペーサ３０７、３０８間で部分的に介在することになる粘性障壁３０９の薄膜の圧力は、粘性材料３０２の圧力を超えることはないだろう。粘性材料３０２の圧力に対し、帯状スペーサ３０７、３０８間の粘性障壁３０９の薄膜圧力を制限することによって、粘性障壁３０９をスペーサ３０７、３０８の間、更に真空空間３１１の中へと“ポンピング”する如何なる傾向も緩和される。粗面３１７は、スペーサ３０７、３０８間の粘性障壁３０９の薄膜上にかかる摩擦力を増加させ、これによりスペーサ３０７、３０８の間や真空空間３１１内へのクリープに対する粘性障壁３０９の抵抗力を増加させる。

現在進行中の３倍大気圧でのレオロジー試験では、粗面３１７によって作られるものよりも大きな間隙を通る粘性障壁３０９用の好適材料の如何なるクリープの兆候を未だ見せてはいない。

図５は、図３と同じ断面図ではあるものの、仮に、ユニットがより寒い戸外に使用された状態で起こるような、ユニットの一方の側の周囲温度が他方の側にそれより低い状態を示した図である。板ガラス３０３、３０４が、熱歪やその他の使用関連理由によって互い３２０に対し横方向に移動した際には、粘性材料３０２は、粘性流体に対しスリップしない状態で板ガラス３０３、３０４への接着を維持しながらも、かなり小さな剪断応力を伴い、せん断角３１９を介した粘性せん断を被る。このようにして粘性材料３０２は、引張破壊、接着不良、低温脆性破壊、材料破損、歪硬化、層間剥離、疲労、付着破壊、せん断破壊、パンク、或いは板ガラス３０３、３０４中へ破壊応力が誘起されたせいでシールとして失敗することはない。低いせん断応力は、板ガラス３０３、３０４が膨らまないことを確実にする。そのせん断は、せん断応力が「ずり速度」の関数となるような粘性せん断であるために、ひとたび板ガラス３０３、３０４間の相対的運動が停止すれば、せん断応力はなくなり、当然ながらそのせん断応力によって板ガラス３０３、３０４内に圧縮応力や引張応力を誘起することはない。これは、歪が弾性域・非弾性域にあるなしに関わらず、移動が停止した後での応力がそのまま残るような弾性材料のケースではない。従って粘性端密封部がこの実施形態に開示されるようなものである場合、板ガラス３０３、３０４中の応力は、板ガラス３０３、３０４間の静的な相対的な横方向変位３２０の関数ではない。従って、粘性の端密封部を持ったＶＩＧユニットのサイズは、板ガラス３０３、３０４を生産する実際のサイズによってのみ制限されるかもしれない。これは、端密封部が弾性かつ非弾性の応力と歪を被り、極限強度での歪によって制限されるような特許文献１６〜１９に開示された金属製の端密封部のケースとは異なるものである。ＶＩＧユニットのサイズを制限しないような端密封部の設計は重要である。窓の０．０９平方メートル（１平方フィート）に付き、より小さい線長さの熱伝導端密封部が存在することにもなるため、より大きなＶＩＧユニットは一層エネルギ効率がよい。

図５を参照するに、熱歪の結果として板ガラス３０３、３０４の間に相対的な横方向変位３２０が発生した場合、板ガラス３０３、３０４やスペーサ３０５、３０６、３０７、３０８によって境界付けられる空間には著しい変化がなく、また幾何学的な証明によって、粘性障壁３０９によって占められる容積にも著しい変化は生じない。従って、この種の相対的移動が与えられたならば、粘性障壁３０９は同じ容積内で新しい形状へと再分配する。

室内、屋外温度の変化は、粘性材料３０２及び粘性障壁３０９を含め、ＶＩＧユニットの構成部品を特異的に膨張収縮させることになる。その結果、粘性材料３０２や粘性障壁３０９を含む空間の寸法は変化することになる。この変化に順応するべく、粘性材料３０２は、図６に示したようにユニットの上部を横切る自由表面３２１を有しており、その容器が寸法を変化させる如何なる流体の自由表面の上下動に伴って、その自由表面は上昇下降する。図６には更に、均等圧力を可能にするため帯状スペーサ３０５に切れ目３２４が示されている。

単なる実例として、幾つかの実施形態では、端密封部に使用される粘性材料は、ＡＳＴＭ・Ｄ３９８５で測定した際に、２０℃の酸素ガスに対して約１０，０００，０００（ｃｍ³・ｍｍ／ｍ²・ｄａｙ・ＭＰａ）（（約１，０００，０００（ｃｍ³・ｍｍ／ｍ²・ｄａｙ・ｂａｒ）））と同じくらいのガス透過率を有するだろう。ここでは、粘性材料が、ＡＳＴＭ・Ｄ３９８５で測定した際に、２０℃の酸素ガスに対して１，０００，０００（ｃｍ³・ｍｍ／ｍ²・ｄａｙ・ＭＰａ）（１００，０００（ｃｍ³・ｍｍ／（ｍ²・ｄａｙ・ｂａｒ）））と同じくらいのガス透過率を有する実施形態を含み、更にＡＳＴＭ・Ｄ３９８５で２０℃の酸素ガスに対して１００，０００（ｃｍ³・ｍｍ／ｍ²・ｄａｙ・ＭＰａ）（１０，０００（ｃｍ³・ｍｍ／（ｍ²・ｄａｙ・ｂａｒ）））と同じくらいのガス透過率を有するような実施形態や、ＡＳＴＭ・Ｄ３９８５で２０℃の酸素ガスに対して１０，０００（ｃｍ³・ｍｍ／ｍ²・ｄａｙ・ＭＰａ）（１，０００（ｃｍ³・ｍｍ／（ｍ²・ｄａｙ・ｂａｒ）））と同じくらいのガス透過率を有する実施形態を含んでいる。

低透過率粘性材料の望ましい粘性は、端密封部に粘性材料を付けたり配置するために使用される方法を含み、様々な要因に位存じて広範囲に変化するかもしれない。単なる実例として、幾つかの実施形態では、低透過率粘性材料は２０℃で約９０，０００，０００（ｍＰａ・ｓ）と同じくらいの粘性を有するだろう。ここでは、低透過率粘性材料が２０℃で約１，０００，０００（ｍＰａ・ｓ）と同じくらいの粘性を有する実施形態を含み、更に２０℃で約１０，０００（ｍＰａ・ｓ）と同じくらいの粘性を有する実施形態、２０℃で約１，０００（ｍＰａ・ｓ）と同じくらいの粘性を有する実施形態、２０℃で約１００（ｍＰａ・ｓ）と同じくらいの粘性を有する実施形態、２０℃で約１（ｍＰａ・ｓ）と同じくらいの粘性を有する実施形態を含んでいる。

材料３０２に適した低ガス透過率の粘性材料は、例えば低・中間分子量ポリイソブテンやＰＩＢのような低温フロー・ニュートン流体になるであろう。ポリイソブテンのガス透過率はポリマーに対しては最も低いものの１つあり、その透過率に対して他のポリマーの透過率が比較される。弾性ブチルゴムの形となって、それは全てのタイヤに使用され、タイヤからの空気漏れを回避する。ＰＩＢは不活性で毒性を持たず、半永久的に安定状態にある。更に詳しく言えば、「Ｏｐｐａｎｏｌ、Ｂ１０」という商標名で化学薬品会社ＢＡＳＦによって製造されるＰＩＢには適切な粘性がある。他の分子量等級のＰＩＢが本発明に適する場合もある。例えば、ＢＡＳＦは商標名「Ｇｌｉｓｓｏｐａｌ」の低分子量ＰＩＢ群を製造している。本発明の幾つか実施例のもとで、「Ｇｌｉｓｓｏｐａｌ」や「Ｇｌｉｓｓｏｐａｌ」と「Ｏｐｐａｎｏｌ、Ｂ」を組み合わせたある処方が、低ガス透過率の粘性材料３０２にとって最適の選択となるかもしれない。その選択は、特別な障壁や真空空間３１１からＰＩＢを分離するために使用される障壁に依存するかもしれないし、或いはＰＩＢをアセンブリ内に置くために使われ特別な方法に依存するかもしれない。「Ｏｐｐａｎｏｌ、Ｂ１０」は約７．５×１０^-13ｃｍ³・ｍｍ／（ｃｍ²・ｓｅｃ・Ｐａ）（約１０^-10ｃｍ³・ｍｍ／（ｃｍ²・ｓｅｃ・ｔоｒｒ））の大気気体透過率を持つ。これは、金属のガス透過率約７．５×１０^-13ｃｍ³・ｍｍ／（ｃｍ²・ｓｅｃ・Ｐａ）（１０^-10ｃｍ³・ｍｍ／（ｃｍ²・ｓｅｃ・ｔоｒｒ））やガラスのガス透過率７．５×１０^-15ｃｍ³・ｍｍ／（ｃｍ²・ｓｅｃ・Ｐａ）（１０^-12ｃｍ³・ｍｍ／（ｃｍ²・ｓｅｃ・ｔоｒｒ））〜７．５×１０^-16ｃｍ³・ｍｍ／（ｃｍ²・ｓｅｃ・Ｐａ）（１０^-13ｃｍ³・ｍｍ／（ｃｍ²・ｓｅｃ・ｔоｒｒ））と比べても遜色がない。

金属とはんだガラスの端密封部が、先行技術によって開示されたような厚さであるならば、ＰＩＢから成る５．１ｃｍ幅（２インチ幅）の粘性材料３０２の帯は、金属シールに比べ低い透過度と、１０の因数だけのはんだガラスシールに対し高い透過度を持つことになるだろう。仮に、端密封部の占める割合が真空断熱ガラスユニットの透過性表面の１／１０００〜１／５０００であるなら、粘性のＰＩＢ端密封部を持ったＶＩＧユニットの耐用年数に関しては如何なるロスも、はんだガラスの端密封部を持ったユニットのそれに比べ無視できるものであろう。仮に、半永久的に取り付けられるか、或いは一時的に取り付け可能な排出ポートであって、それに対し２０年毎に真空ポンプが取り付けられて真空ポンプダウンするような上記排出ポートをＶＩＧユニットが持つとしたならば、はんだガラス端密封部の透過度とＰＩＢからなる５．１ｃｍ幅（２インチ幅）の粘性端密封部の透過度との差はそれほど重要ではない。

“Ｏｐｐａｎｏｌ・Ｂ１０”はニュートン流体である。ニュートン流体はせん断応力がせん断速度に比例する流体である。比例定数は材料粘度として定義される。仮に、このＯｐｐａｎｏｌ・Ｂ１０が板ガラス３０３、３０４間に０．０５ｍｍ（０.０２インチ）の間隙を持たせた状態で、図３に示す実施形態に使用された場合、ユニット使用状態にあって内・外温度差を変えることで発生するせん断応力が、結果として板ガラス３０３、３０４間に、ガラス端縁の線２．５４ｃｍ（インチ）当たり０．４５ｋｇ（１ポンド）の何分の１かのオーダの引張・圧縮力をもたらすことになるであろう。

“Ｏｐｐａｎｏｌ・Ｂ１０”は低温フローを示す。閉じ込められた状態でなければ、それにかかる力の如何を問わず流動し、流動し続ける。例えば、Ｏｐｐａｎｏｌ・Ｂ１０が入った容器が蓋無しの状態で転倒したならば、その中身は緩やかにこぼれることになる。それは水のようにしかるべきレベルとなり静水圧を課す。仮に、より大きな比重を持った対象物がＯｐｐａｎｏｌ・Ｂ１０の表面上に置かれたならば、それは緩やかに底へと沈下することになる。また仮に、対象物の比重がＯｐｐａｎｏｌ・Ｂ１０よりも小さい場合、それは表面に浮かぶことになる。

用語“粘性障壁”は、上述した低透過性の粘性材料と共に端密封部において使用可能な粘性材料を引用するために使用される。この用語は、端密封部において共に使用される実施形態の中で２つの材料を明確に識別するために使用されるものである。実例として挙げるならば、幾つかの実施形態では、粘性障壁の粘性材料は１．３３×１０^-3Ｐａ（１０^-5ｔоｒｒ）程度の蒸気圧を持つことになる。ここでは、粘性障壁の粘性材料が１．３３×１０^-4Ｐａ（１０^-6ｔоｒｒ）程度の蒸気圧を持つ実施形態や、更に粘性障壁の粘性材料が１．３３×１０^-6Ｐａ（１０^-8ｔоｒｒ）程度の蒸気圧を持つ実施形態も含んでいる。粘性障壁３０９に適当な材料には、「Ａｐｉｅｚоｎ・Ｈ」という商標名でＭ＆Ｉマテリアルズ社によって製造される高温真空グリースがある。「Ａｐｉｅｚоｎ・Ｈ」は摂氏２０度で２．３×１０^-7Ｐａ（１．７×１０^-9ｔоｒｒ）の蒸気圧を持つ比較的固いグリースである。「Ａｐｉｅｚоｎ・Ｈ」は不活性でいつまでも安定状態にある。それは溶けず、温度上昇に伴ってより固くなる。この特徴は重要である。何故なら、例えば仮にＶＩＧユニット製造過程において、高温・低粘性のポリイソブテンが板ガラス３０３、３０４間にポンプ注入されたとしてもこの材料は軟化しないからである。また重要な事実として、「Ａｐｉｅｚоｎ・Ｈ」の比重はポリイソブテンのそれと実質上等しいことである。

「Ａｐｉｅｚоｎ・Ｈ」のような真空グリースは主に、固定されたＯ−リングやガスケットシールを含んだ真空シーリング用途、或いは回転運動シールにおいて用いられ、そこでは真空を所望レベルに維持するために真空空間が連続したポンピング状態か短期の断続的ポンピング状態にある。更に、それらは化学ガラス製品で使用されるグランドグラス栓を封止する際に使用される。しかしながらここでも又、真空は短期間にわたって維持されるか、或いは真空を維持するために連続的ポンピング状態又は短期の断続的ポンピング状態におかれる。そのようなグリースの重要性は、グリース自体の低い蒸気圧や潤滑性に関係するものであり、更に、少なくともＯ−リングやガスケットの表面欠陥を通るガスを低減する能力に関係している。一般に、グリースはニュートン流体ではなく、せん断状態ではそれらのせん断応力は「ずり速度」に比例せず、グリースとしてのせん断応力とずり速度の関係は、より複雑な非線形の形をとる。

真空シーリング用途において真空グリースを使用することは、それらをＶＩＧユニットの端密封用粘性材料として使用することを示唆するものではない。それとは反対に、真空グリースが使用されるような真空シーリング用途のタイプは、それがＶＩＧ端密封部を介したガス透過を制限するのにふさわしい粘性材料ではないことを示唆している。

図７は図３と同じ断面を示すが、本発明範囲をより完全に示すために修正を加えた図である。その修正は、帯状スペーサ３０５、３０７が同じ材料のストリップによって結合され１個の帯状スペーサ３２２になり、更に帯状スペーサ３０６、３０８も同様に結合されて１個の帯状スペーサ３２３になることである。これにより、低いガス透過率の粘性材料３０２はもはや板ガラス３０３、３０４と非接触状態になる。帯状スペーサ３０５、３０７及び帯状スペーサ３０６、３０８のユニット化によりＶＩＧユニットの組立時間を迅速化するもしれないし、低いガス透過率の粘性材料３０２によってもたらされるガス透過面積を減じることになるかもしれない。

図８は、本発明の第２実施形態によるＶＩＧユニットの端縁部分の断面図（図１を参照）であって、低いガス透過率の粘性材料８０２とこの粘性材料８０２を拘束する障壁を有する端密封部であって、更に、板ガラス８０３、８０４、帯状スペーサ８０５、８０６、８０７、８０８、潤滑性の低蒸気圧粘性障壁８０９、及びエンドキャップ８１５を備えた端密封部を示している。図８はまた、仮にユニットが建造物に使用され、室内、室外温度が同じである場合に起こり得るような、ユニットの両側の周囲温度が同じである状態における端縁部分を示している。低ガス透過率の粘性材料８０２と粘性障壁８０９は、板ガラス８０３、８０４の端縁部分の周囲では切れ目なく連続するものでも良い。帯状スペーサ８０５、８０６、８０７、８０８とエンドキャップ８１５が板ガラス８０３、８０４の端縁部分の周囲で切れ目なく連続するものでも良い。エンドキャップ８１５は板ガラス８０３、８０４に対してクランプ力又は圧縮力を与えても良い。板ガラス８０３、８０４は、ずらり並んだスペーサ８１０や帯状スペーサ８１３、８１４によって隔てられる。帯状スペーサ８１３、８１４は、板ガラス８０３、８０４の端縁部分の周囲で切れ目なく連続するもので良い。板ガラス８０３、８０４間の空間８１１は、大気よりも小さい圧力であって、好ましくは１．３３×１０^-2Ｐａ（１０^-4ｔоｒｒ）より小さい圧力の真空状態にある。低圧の真空空間８１１は、板ガラス８０３、８０４の間の対流的な伝導性熱伝達を大幅に低減する。帯状スペーサ８０５、８０７は板ガラス８０３に接合しても良く、又帯状スペーサ８０６、８０８も板ガラス８０４に接合しても良い。エンドキャップ８１５は自由にスペーサ８０５、８０６、８０７、７０８に対し移動可能である。板ガラス８０３、８０４間に相対的な横方向移動がある場合、粘性材料８０２の幾分かは粘性せん断を被ることになる。

図９は、本発明の第３実施形態によるＶＩＧユニットの端縁部分の断面図（図１を参照）であって、低いガス透過率の粘性材料９０２とこの粘性材料８０２を拘束する障壁を有する端密封部であって、更に板ガラス９０３、９０４、弾性膜９０５及びエンドキャップ９０６を備えた端密封部を示している。弾性膜９０５は板ガラス９０３、９０４に接合されるか、或いは付着する。弾性膜９０５は低いガス透過率を持つ必要はなく、それ故、小さな力でも容易に伸びる材料及び厚さをもって作ることができる。図９は、仮にユニットが建造物に使用され、室内、室外温度が同じである場合に起こり得るような、ユニットの両側の周囲温度が同じ状態での端縁部分を示している。板ガラス９０３、９０４は、ずらり並んだスペーサ９０７や帯状スペーサ９０８によって隔てられる。粘性材料９０２、弾性膜９０５、エンドキャップ９０６及び帯状スペーサ９０８は、板ガラス９０３、９０４の端縁部分の周囲で切れ目なく連続するもので良い。板ガラス９０３、９０４間の空間９１１は、大気よりも小さい圧力であって、好ましくは１．３３×１０^-2Ｐａ（１０^-4ｔоｒｒ）より小さい圧力の真空状態にある。低圧の真空空間９１１は、板ガラス９０３、９０４の間の対流的な伝導性熱伝達を大幅に低減する。エンドキャップ９０６は板ガラス９０３、９０４に対してクランプ力又は圧縮力を与えても良い。エンドキャップ９０６は板ガラス９０３、９０４に付着せず、板ガラス９０３、９０４に対し自由に移動可能である。板ガラス９０３、９０４間に相対的な横方向移動がある場合、粘性材料９０２の幾分かは粘性せん断を被ることになる。

図１０は、本発明の第４実施形態によるＶＩＧユニットの端縁部分の断面図（図１を参照）であって、低いガス透過率の粘性材料１００２とこの粘性材料１００２を拘束する障壁を有する端密封部であって、更に板ガラス１００３、１００４及びエンドキャップ１００５を備えた端密封部を示している。低いガス透過率の粘性材料１００２とエンドキャップ１００５は、板ガラス１００３、１００４の端縁部分の周囲で切れ目なく連続するもので良い。板ガラス１００３、１００４間の空間１００６は、大気よりも小さい圧力であって、好ましくは１．３３×１０^-2Ｐａ（１０^-4ｔоｒｒ）より小さい圧力の真空状態にある。低圧の真空空間１００６は、板ガラス１００３、１００４の間の対流的な伝導性熱伝達を大幅に低減する。板ガラス１００３、１００４間の分離を保持するものは、例えばナノ粒子やナノチューブで作られ得るミクロンサイズのスペーサ１００７である。真空空間１００６によって境界付けられる材料１００２の最先端の表面張力により、粘性材料１００２の空間１００６への浸入が回避される。これは、板ガラス１００３、１００４同士が非常に接近した状態にあることで可能になるものである。板ガラス１００３、１００４間に相対的な横方向移動がある場合、粘性材料１００２の幾分かは粘性せん断を被ることになる。

図１１は、真空部１１０１と、図１１の断面である図１２に示されたような板ガラス１１０３、１１０４の間のずらり並んだスペーサ１１０２とを備えたＶＩＧユニットの概略的平面図である。板ガラス１１０３、１１０４同士は、地点１１０５で互いに堅固に結合されている。端密封部１１０７はここに開示した第１から第４実施形態のいずれであっても良い。板ガラス１１０３、１１０４は、互いに対しては別個かつ自由に膨張収縮することができるが、地点１１０５では固定されたままである。堅い接触地点１１０５があることで、板ガラス１１０３、１１０４の繰り返しの膨張収縮サイクルの結果として板ガラス１１０３、１１０４が相互の突き合わせ状態から外れ、独立して“歩行”することが回避される。図１１に示したＶＩＧユニットの実施形態は、ここに開示されたような粘性の端密封部が、途切れなく連続的なものである必要がないということを強調している。

図１３は、板ガラス１３０１、１３０２間のアセンブリ内に低ガス透過率の粘性材料１３０６を置くにあたって、図３〜図６で示した第１実施形態に適した工程を示したＶＩＧユニットの概略的平面図である。図１４は図１３の断面図である。板ガラス１３０１、１３０２はその間に真空部１３０３を有しており、ずらり並んだスペーサ１３０４によって分離されている。組立工程は以下の通り。即ち、最初に板ガラス１３０１、１３０２がそれらの間に全スペーサを挟むように共に配置され、２番目に図３に示すエンドキャップが端縁部上に押し込まれ、３番目に、孔１３０８ではより低い圧力を維持しつつ、板ガラス１３０２に設けられた孔１３０７を介して低ガス透過率の粘性材料１３０６がポンプ注入され、４番目に粘性材料１３０６は孔１３０８に向けて方向１３０９へと流動し、そして５番目に、粘性材料がこのようにして配置された後に孔１３０７、１３０８がキャップによって封止される。

その間に真空空間を持った２枚の板ガラスを有するＶＩＧユニットを密閉する如何なる方法でも、真空が封印かつ維持されるように、板ガラス間の間隙を埋めたり、それに掛かるような１つ以上の低ガス透過率材を備えなければならない。それらの間隙を埋めるにあたって最も有効な場所が板ガラスの端縁部分である。当該技術の各例は、間隙を埋めるにあたって、異なる材料同士を組み合わせたものも使用可能であることを示している。それらの材料は事実上、限りない数の方法で形成されるかもしれない。例を挙げるならば、その材料は完全に板ガラス間に位置したり、完全に板ガラス間の空間の外でも良く、或いはその一部が板ガラス間に位置するものでも良い。

可能性として数限りない本発明の実施形態にあって共通するものは、粘性材料が、ＶＩＧユニットの板ガラス間の間隙のいずれかの部分を埋めたり、その部分に掛かることであって、更に板ガラス同士の相対的な横方向移動が、粘性せん断を受ける粘性材料によって吸収・順応されるということである。本発明の範囲は、上述したように機能するべく粘性材料が形成され、拘束され得る、限りない数の全形態を網羅している。

引用文献、その他の出版物
ジョーステン（Ｊｏｕｓｔｅｎ） Ｋ 編集、真空技術のハンドブック、ワインハイム（ドイツ）、 Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ、２００８．１００２頁
レ・ボルヘス（Ｌｅ Ｂｏｕｒｈｉｓ） Ｅ ２００８。ガラス、メカニクスとテクノロジィ、ワインハイム（ドイツ）、 Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ、３６６頁
マコスコ（Ｍａｃｏｓｋｏ） Ｃ．Ｗ．１９９４．レオロジー、原理、測定及びアプリケーション、ニューヨーク、 Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ、５５０頁
モリソン（Ｍｏｒｒｉｓｏｎ） Ｆ．Ａ．２００１．レオロジーの理解. ニューヨーク、オックスフォード大学出版局 ５４５頁
日本板硝子．２００３．使用とメンテナンス際の注意 １スクリーン http://www.nsg-spacia.co.jp/tech/warranty.htmlから利用可能
オ・ハンロン（Ｏ‘Ｈａｎｌｏｎ） Ｊ．Ｆ．２００３．真空技術へのユーザーガイド．第３版、ホーボーケン（ＮＪ）．ジョン・ワイリー・アンド・サンズ． ５１６頁
ロス（Ｒｏｔｈ） Ａ、 １９９４．真空シール技術．ウッドベリー（ＮＹ）、米国物理学会。８４５頁

Claims (6)

1. （ａ）大気圧より小さい圧力の真空空間をその間に備えた第１板ガラスと第２板ガラスと、
   （ｂ）前記第１板ガラスと前記第２板ガラスの間に位置し、第１板ガラスと第２板ガラスの分離と前記真空空間の維持に寄与する少なくとも１つのスペーサと、
   （ｃ）端密封部であって、
   （ｉ）２０℃で１（ｍＰａ・ｓ）〜１０，０００（ｍＰａ・ｓ）の粘性を有する粘性材料であって、気体が前記真空空間へ透過する速度を制限し、前記第１板ガラスと前記第２板ガラスとの間に熱歪差が生じた際に、前記端密封部によって第１板ガラスと第２板ガラスを相対的に横方向に移動させ、更に第１板ガラスと第２板ガラスの間に相対的な横方向移動がある場合、前記端密封部によって少なくとも前記粘性材料の一部の中に粘性せん断が生じる、前記粘性材料と、
   （ｉｉ）前記粘性材料に隣接して位置することによって前記粘性材料を拘束する少なくとも２つの障壁と、を有する端密封部と、を有することを特徴とする真空断熱ガラスユニット。
2. 前記粘性材料は、ＡＳＴＭ・Ｄ３９８５で測定した際に、２０℃の酸素ガスに対して１０，０００，０００（ｃｍ³・ｍｍ／ｍ²・ｄａｙ・ＭＰａ）（１，０００，０００（ｃｍ³・ｍｍ／（ｍ²・ｄａｙ・ｂａｒ）））と同じくらいのガス透過率を有することを特徴とする請求項１に記載の真空断熱ガラスユニット。
3. 前記粘性材料はニュートン流体であることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱ガラスユニット。
4. 前記粘性材料はポリイソブテンを含むことを特徴とする請求項１に記載の真空断熱ガラスユニット。
5. 前記粘性材料は本質的にポリイソブテンからなることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱ガラスユニット。
6. 大気圧より小さい圧力の真空空間をその間に備えた第１板ガラスと第２板ガラスを有する真空断熱ガラスユニットのための端密封部であって、該端密封部は、
   （ａ）２０℃で１（ｍＰａ・ｓ）〜１０，０００（ｍＰａ・ｓ）の粘性を有する粘性材料であって、気体が前記真空空間へ透過する速度を制限し、前記第１板ガラスと前記第２板ガラスとの間に熱歪差が生じた際に、前記端密封部によって第１板ガラスと第２板ガラスを相対的に横方向に移動させ、更に前記第１板ガラスと前記第２板ガラス間に相対的な横方向移動がある場合、前記端密封部によって少なくとも前記粘性材料の一部の中に粘性せん断が生じる、前記粘性材料、及び
   （ｂ）前記粘性材料に隣接して位置することによって前記粘性材料を拘束する少なくとも２つの障壁、を有することを特徴とする端密封部。

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