DE102017200699A1

DE102017200699A1 - Mehrschichtglas und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102017200699A1
Application number: DE102017200699.4A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Miyake; Takashi Naito; Takuya Aoyagi; Eiichi OGIWARA; Akihito Iwai; Shinichi Tachizono; Kei Yoshimura; Yuji Hashiba
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2016-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2017-07-20
Also published as: JP2017128456A; CN106977117B; US20170203997A1; US10259740B2; JP6565700B2; CN106977117A

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mehrschichtglas mit einem hohen Vakuumausmaß und einer hohen Massenproduktivität zu schaffen. Zur Lösung der Aufgabe enthält das Mehrschichtglas gemäß der vorliegenden Erfindung ein erstes Glassubstrat, ein dem ersten Glassubstrat mit einem dazwischen liegenden Raum gegenüberliegend angeordnetes zweites Glassubstrat, einen Abdichtabschnitt, der eine Glaszusammensetzung enthält und in einem Umfangsrandteil des Raums zwischen dem ersten Glassubstrat und dem zweiten Glassubstrat angeordnet ist, und Säulenelemente, die zwischen dem ersten Glassubstrat und dem zweiten Glassubstrat angeordnet sind, wobei das Säulenelement aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt ist und wobei ein Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung höher ist als eine Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung und niedriger als eine oder gleich einer Temperatur ist, die 20 °C höher als eine Fließtemperatur der Glaszusammensetzung ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrschichtglas und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Stand der Technik
Das Mehrschichtglas wird beispielsweise als Fensterglas für Baumaterialien, welche ein hohes Wärmeisolierungsvermögen erfordern, eine Türe eines gewerblichen Kühl- oder Gefriergeräts und als öffnender Teil von Fenstermaterial für ein Transportgerät, wie etwa ein Automobil, bei welchem Energieeinsparung erforderlich ist, angewandt. In jüngerer Zeit wurde einhergehend mit der Nachfrage nach Fensterglas mit hervorragendem Wärmeisolierungsvermögen Mehrschichtglas mit Wärmeisolierungsvermögen häufig verwendet und vielfach eingesetzt.
Als das Mehrschichtglas ist eine Mehrschicht-Glasscheibe bekannt, bei welcher ein von einander gegenüberliegenden Glasscheiben gebildeter Raum mit Luft oder Edelgas, wie etwa Argon, gefüllt ist, oder eine Mehrschicht-Glasscheibe mit Vakuumisolierung, in welcher der Raum bis zum Vakuum evakuiert ist.
Bei dem Mehrschichtglas mit Vakuumisolierung wird zum hermetischen Versiegeln des durch die einander gegenüberliegenden Glasscheiben gebildeten Raums (nachfolgend als Spalt bezeichnet) Glas mit niedrigem Schmelzpunkt, das eine niedrige Gasdurchlässigkeit hat, in einem Vakuumabdichtabschnitt verwendet. Während des Vakuumversiegelns werden Abstandhalter in gleichen Intervallen in dem Spalt angeordnet und ein Abstand zwischen den Glasscheiben wird auf einer Stärke von etwa 0,2 mm gehalten, sodass die Glasscheibe nicht durch Kollabieren des Spalts aufgrund einer Druckdifferenz gegenüber dem atmosphärischen Druck bricht. Um weiterhin das Wärmeisolierungsvermögen zu verbessern, existiert auch ein Mehrschichtglas, das mit zwei Wärmeisolierungsschichten aus einer Vakuumschicht und einer mit Edelgas gefüllten Schicht versehen ist. Die mit Edelgas gefüllte Schicht erfordert jedoch eine Dicke von etwa 10 mm der Wärmeisolierungsschicht und eine Dicke des gesamten Mehrschichtglases beträgt etwa 20 mm.
Das Mehrschichtglas mit Vakuumisolierung wird allgemein hergestellt, indem der Spalt in der Scheibe unter Verwendung eines Evakuierungsrohrs bis zum Vakuum evakuiert wird.
In Patentdokument 1 ist mindestens ein Loch durch die Glasscheibe vorgesehen und wird das aus Glas oder Metall hergestellte Evakuierungsrohr durch das Durchgangsloch angeschlossen, wobei das Evakuierungsrohr an eine Vakuumpumpe oder dergleichen angeschlossen ist, und wird der Spalt bis aufs Vakuum evakuiert. Nach der Evakuierung wird ein Evakuierungsöffnungsteil mit einer Kappe oder dergleichen aus Glas oder Metall versiegelt.
Patentdokument 2 offenbart eine Technik zur Herstellung eines Plasma-Anzeigeschirms durch Evakuieren und Versiegeln des Spalts in der Glasscheibe in einer Vakuumumgebung ohne Verwendung eines Evakuierungsrohrs. Durch diese durchgehende Produktion unter Vakuum ohne Kontakt zur Atmosphäre kann die Vakuumabdichtung durchgeführt werden, ohne dass die Elemente in dem Plasma-Anzeigeschirm beschädigt werden.
Patentdokument 3 offenbart die Herstellung eines Mehrschichtglases durch Abdichten des Evakuierungsrohrs während der Evakuierung durch das Evakuierungsrohr unter Verwendung einer mit einem Schlitz versehenen Trennwand und anschließend durch Ausschneiden eines Teils, der das Evakuierungsrohr nicht enthält.
Liste der Druckschriften
Patentliteratur

Patentdokument 1: japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2002-080247
Patentdokument 2: japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2000-156160
Patentdokument 3: japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2015-147728

Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Bei einem in Patentdokument 1 offenbarten Verfahren ist es erforderlich, eine Evakuierungsöffnung in der Glasscheibe zu bilden. Unter dem Gesichtspunkt der Gestaltung ist ein Mehrschichtglas mit einer unsichtbaren Öffnung zur Evakuierung oder ein Mehrschichtglas ohne Evakuierungsöffnung erwünscht.
Ferner ist ein Prozess zum Versiegeln der Evakuierungsöffnung erforderlich. Um das Mehrschichtglas als Baumaterial liefern, ist eine hohe Produktivität von Bedeutung und die Vereinfachung des Produktionsprozesses ist erforderlich. Ferner wird die Entwicklung eines Produktionsverfahrens, mit dem eine Mehrzahl von Wärmeisolierungsschichten gebildet können, um das Wärmeisolierungsvermögen zu verbessern, angestrebt.
Ein von Patentdokument 2 offenbartes Verfahren hat den Vorteil, dass das Evakuierungsrohr nicht erforderlich ist, aber es besteht die Möglichkeit, dass das Ausmaß des Vakuums durch Gaserzeugung aus Dichtungsmaterialien während des Versiegelns abnimmt.
Bei einem in Patentdokument 3 offenbarten Verfahren ist, da der durch zwei Glasscheiben und eine Frittendichtung gebildete Spalt durch das Evakuierungsrohr evakuiert wird, der Leitwert gering und es besteht ein Problem unter dem Gesichtspunkt des Vakuumausmaßes. Ferner ist der Scheibenaufbau kompliziert, wenn eine Mehrzahl von Vakuumisolierschichten gebildet wird.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mehrschichtglas mit einem hohen Vakuumausmaß und einer hohen Massenproduktivität bereitzustellen.
Lösung des Problems
Ein Mehrschichtglas gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein erstes Glassubstrat, ein dem ersten Glassubstrat mit einem dazwischen liegenden Raum gegenüberliegend angeordnetes zweites Glassubstrat, einen Abdichtabschnitt, der eine Glaszusammensetzung enthält und in einem Umfangsrandteil des Raums zwischen dem ersten Glassubstrat und dem zweiten Glassubstrat angeordnet ist, und Säulenelemente, die zwischen dem ersten Glassubstrat und dem zweiten Glassubstrat angeordnet sind, wobei das Säulenelement aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt ist und wobei ein Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung höher ist als der Erweichungspunkt der Glaszusammensetzung und niedriger als eine oder gleich einer Temperatur ist, die 20 °C höher als eine Fließtemperatur der Glaszusammensetzung ist.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Mehrschichtglas mit einem hohen Vakuumausmaß und einer hohen Massenproduktivität bereitzustellen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht eines Mehrschichtglases gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A' des Mehrschichtglases gemäß 1;
2B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B' des Mehrschichtglases gemäß 1;
3 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Viskosität und der Temperatur des Glases zeigt;
4 ist eine DTA-Kurve des Glases;
5 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einer Menge an desorbiertem Gas und der Scheibentemperatur zeigt;
Die 6A, 6B und 6C sind Ansichten, die einen Herstellungsprozess des Mehrschichtglases gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
7 ist ein Schaubild, das ein Temperaturprofil eines Versiegelungsschrittes zeigt;
8 ist eine Konfigurationsdarstellung von zwei Wärmeisolierungsschichten eines Mehrschichtglases mit Vakuumisolierung;
9 ist eine Konfigurationsdarstellung einer Scheibenversiegelungsvorrichtung der Chargenbauart;
10 ist eine Konfigurationsdarstellung einer Scheibenversiegelungsvorrichtung der Bearbeitungsstraßenbauart; und
11 ist ein Schaubild, das ein Temperaturprofil bei der Verwendung der Scheibenversiegelungsvorrichtung der Bearbeitungsstraßenbauart zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in geeigneter Weise kombiniert oder modifiziert werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
1 ist eine Draufsicht eines Mehrschichtglases gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2A ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A' des Mehrschichtglases gemäß 1 und 2B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B' des Mehrschichtglases gemäß 1. Das Mehrschichtglas enthält ein erstes Glassubstrat 1, ein zweites Glassubstrat 2, das dem ersten Glassubstrat 1 mit einem dazwischen liegenden Raum gegenüberliegend angeordnet ist, einen Abstandhalter 3, um den Raum zwischen den beiden Glassubstraten sicherzustellen, einen Abdichtabschnitt 4 zum Versiegeln der beiden Glassubstrate und Säulenelemente 6, die zwischen den beiden Glassubstraten angeordnet sind. Der Abdichtabschnitt 4 ist aus einer eine Glaszusammensetzung enthaltenden Glaspaste gebildet. Ein Innenraum zwischen den beiden Glassubstraten wird durch den Abdichtabschnitt 4 gebildet.
Glassubstrat
Als das erste Glassubstrat und das zweite Glassubstrat kann Flachglas verwendet werden, das allgemein für Mehrschichtglas verwendet wird. Als das Flachglas kann beispielsweise Float-Flachglas, Ornamentglas, Mattglas, vorgespanntes Glas, Drahtgitterflachglas und Flachglas mit geradem Draht verwendet werden. Ferner ist es möglich, Flachglas zu verwenden, auf dessen Oberfläche ein Wärmestrahlen reflektierender Film laminiert ist.
Abstandhalter
Der Abstandhalter wird verwendet, um den Raum zwischen den beiden Glassubstraten aufrecht zu erhalten. Als Abstandhalter kann beispielsweise ein kugelförmiger Abstandhalter, ein gerader Abstandhalter oder ein Gitter-Abstandhalter verwendet werden. Der Abstandhalter unterliegt keiner besonderen Einschränkung, solange es ein Material ist, das eine geringere Härte als die des Flachglases des Mehrschichtglases hat und eine geeignete Druckfestigkeit hat. Beispielsweise können Glas, Metall, Legierung, Stahl, Keramik oder Kunststoff verwendet werden.
Die Größe des Abstandhalters kann so gewählt werden, dass sie der Dicke des Raums zwischen den beiden Glassubstraten entspricht. Wenn beispielsweise ein Abstand zwischen den beiden Glassubstraten 200 µm sein soll, kann ein Abstandhalter mit einem Durchmesser von etwa 200 µm verwendet werden. Der Abstand zwischen den Abstandhaltern bei der Anordnung der kugelförmigen, linearen oder gitterförmigen Abstandhalter ist 200 mm oder weniger und beträgt vorzugsweise 10 mm bis 100 mm. Der Anordnung der Abstandhalter kann regelmäßig oder unregelmäßig sein, solange der Abstand zwischen den Abstandhaltern innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs liegt.
Um einen Raum mit geeigneter Dicke im Vakuumzustand zu erreichen, ist es des Weiteren wirksam, kugelförmige Perlen oder dergleichen mit einer gleichmäßigen Teilchengröße in den Abstandhalter 3 oder den Abdichtabschnitt 4 einzuführen.
Abdichtabschnitt
Der Abdichtabschnitt 4 ist aus einem Versiegelungsmaterial gebildet, das ein Lösemittel und eine Glaszusammensetzung enthält. Als Versiegelungsmaterial muss ein Material gewählt werden, das in der Lage ist, die Glassubstrate bei oder unter einer Wärmebeständigkeitstemperatur der Glassubstrate zu versiegeln. Da ferner die Glassubstrate durch rasches Erwärmen oder rasches Abkühlen leicht brechen, ist es erforderlich, die Glassubstrate während der Versiegelung allmählich zu erwärmen oder abzukühlen und eine Versiegelung bei einer möglichst niedrigen Temperatur ist erforderlich, um die Produktivität einer Mehrschicht-Glasscheibe mit Vakuumisolierung zu verbessern. Daher ist die Glaszusammensetzung vorzugsweise ein Glas mit niedrigen Schmelzpunkt. Hier bezieht sich das Glas mit niedrigem Schmelzpunkt auf eine Glaszusammensetzung, die einen Schmelzpunkt von 600 °C oder weniger hat. Durch Verwendung des Glases mit niedrigem Schmelzpunkt ist es möglich, die Glassubstrate bei einer niedrigen Temperatur zu versiegeln.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass unter dem Gesichtspunkt der Umweltbelastung wissentlich kein Blei enthalten ist. In dieser Beschreibung bedeutet eine bleifreie Glaszusammensetzung eine Glaszusammensetzung, die wissentlich kein Glas enthält, und enthält eine Glaszusammensetzung, die 1000 ppm oder weniger Blei enthält, das darin unwissentlich beigemischt ist.
Die Glaszusammensetzung mit niedrigem Schmelzpunkt enthält vorzugsweise mindestens Vanadiumoxid, Telluroxid und Silberoxid als Hauptbestandteile.
Allgemein ist dann, wenn die charakteristischen Temperaturen, wie etwa die Glasübergangstemperatur, die Fließtemperatur und die Erweichungstemperatur eines Glases niedrig sind, die Erweichungsfließfähigkeit bei niedriger Temperatur gut, wohingegen dann, wenn die charakteristischen Temperaturen zu niedrig sind, die Kristallisationsneigung erhöht wird, das Glas während der Erwärmung und dem Brennen leicht kristallisiert und die Erweichungsfließfähigkeit bei niedriger Temperatur verschlechtert wird. Wenn ferner die charakteristischen Temperaturen des Glases niedrig sind, ist die chemische Stabilität, wie etwa die Wasserbeständigkeit und Säurebeständigkeit, gering. Ferner nehmen die Umwelteinflüsse tendenziell zu. Beispielsweise können in einer herkömmlichen Glaszusammensetzung mit niedrigem Schmelzpunkt auf PbO-B₂O₃-Basis mit Zunahme des schädlichen PbO-Gehalts die charakteristischen Temperaturen reduziert werden, wobei jedoch die Neigung zur Kristallisation erhöht wird und die thermische Stabilität reduziert wird und ferner die Umweltbelastung ebenfalls zunimmt.
Dadurch, dass Vanadiumoxid, Telluroxid und Silberoxid enthalten sind, können sowohl die Reduzierung der charakteristischen Temperaturen als auch die Unterdrückung der Kristallisation erreicht werden. Silberoxid ist enthalten, um die chemische Stabilität zu verbessern und die charakteristischen Temperaturen wie etwa Glasübergangstemperatur, Fließgrenze und Erweichungstemperatur zu reduzieren. Vanadiumoxid ist enthalten, damit während der Herstellung des Glases metallisches Silber aufgrund der Reduzierung von Silberoxid nicht ausfällt. Wenn als Glasbestandteil enthaltenes Silberoxid in dem Glas nicht in einem Zustand von Silberionen vorliegt, wird der gewünschte Effekt der Reduzierung der charakteristischen Temperaturen nicht erzielt. Wenn der Gehalt an Silberoxid erhöht wird, d.h., wenn der Gehalt an Silberionen in dem Glas gesteigert wird, kann eine Reduzierung der charakteristischen Temperaturen erreicht werden, aber in diesem Fall ist es auch erforderlich, den Gehalt an Vanadiumoxid zu erhöhen, um die Ausfällung von metallischem Silber zu verhindern oder zu unterdrücken. Während der Herstellung des Glases können bis zu zwei einwertige Silberionen in dem Glas in Bezug auf ein fünfwertiges Vanadiumion enthalten sein. Telluroxid ist ein glasbildender Bestandteil zur Bildung des Glases während der Glasherstellung. Wenn kein Telluroxid enthalten ist, ist es daher nicht möglich, das Glas zu bilden. Es ist jedoch bis zu ein vierwertiges Tellurion in Bezug auf ein fünfwertiges Vanadiumion wirksam, und wenn die Anzahl der vierwertigen Tellurionen eins übersteigt, besteht die Möglichkeit, dass eine Verbindung aus Tellur und Silber ausgefällt wird.
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Funktionen von Vanadiumoxid, Telluroxid und Silberoxid ist es wünschenswert, dass in einer bleifreien Glaszusammensetzung mit niedrigem Schmelzpunkt die Gesamtmenge von V₂O₅, TeO₂ und Ag₂O mindestens 85 mol-% beträgt und der TeO₂-Gehalt und Ag₂O-Gehalt jeweils das 1- bis 2-fache des V₂O₅-Gehalts betragen. Wenn die bleifreie Glaszusammensetzung mit niedrigem Schmelzpunkt eine Zusammensetzung hat, die über oder unter diesen Zusammensetzungsbereichen liegt, besteht die Möglichkeit, dass Probleme wie etwa die Ausfällung von metallischem Silber während der Glasherstellung, die Verringerung des Effekts der Reduzierung der charakteristischen Temperaturen, der signifikanten Kristallisation des Glases während der Erwärmung und während des Brennens oder die Reduzierung der chemischen Stabilität verursacht werden.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Glaszusammensetzung mindestens einen der Stoffe Yttriumoxid oder Lanthanoxid als zusätzlichen Bestandteil enthält und der Gehalt des zusätzlichen Bestandteils 0,1–0,3 mol-% beträgt. Dadurch, dass eine geringe Menge von entweder Yttriumoxid oder Lanthanoxid enthalten ist, ist es möglich, die Kristallisationsneigung zu reduzieren. Wenn der Gehalt an Yttriumoxid und Lanthanoxid weniger als 0,1 mol-% beträgt, entsteht beinahe kein Effekt der Reduzierung der Kristallisationsneigung. Wenn sie mit mehr als 0,3 mol-% vorliegen, können die charakteristischen Temperaturen, wie etwa die Erweichungstemperatur, ansteigen, oder die Kristallisationsneigung kann erhöht werden. Als ein Bestandteil, der unter Yttriumoxid und Lanthanoxid zur Reduzierung der Kristallisationsneigung wirksamer ist, gibt es Y₂O₃, La₂O₃, CeO₂, Er₂O₃ und Yb₂O₃ in Form von Oxiden, und ist es wirkungsvoll, wenn 0,1 bis 2,0 mol-% eines oder mehrerer der Oxide enthalten sind. Insbesondere ist es wirksam, wenn Y₂O₃ und La₂O₃ unter diesen enthalten sind, und der wirksame Gehalt ist 0,1 bis 1,0 mol-%.
Um es des Weiteren zu erleichtern, die bleifreie Glaszusammensetzung mit niedrigem Schmelzpunkt in einem gleichmäßig glasartigen Zustand (einem amorphen Zustand) zu erhalten und um die Kristallisationsneigung des erhaltenen Glases nicht zu steigern, ist es wirksam, wenn 13 mol-% oder weniger eines oder mehrerer der Stoffe BaO, WO₃ und P₂O₅ als Oxide enthalten sind.
Anhand der vorstehenden Ausführungen ist es möglich, für die bleifreie Glaszusammensetzung mit niedrigem Schmelzpunkt eine zweite endotherme Spitzentemperatur (Erweichungstemperatur) durch Differenz-Thermoanalyse (DTA) auf 280 °C oder weniger einzustellen. Ferner ist es möglich, durch DTA eine Kristallisationsanfangstemperatur um mindestens 60 °C höher als die zweite endotherme Spitzentemperatur (Erweichungstemperatur) einzustellen. Als Ergebnis ist es möglich, das Versiegelungsmaterial bereitzustellen, das eine hohe Kristallisationstemperatur und eine gute Erweichungsfließfähigkeit bei niedriger Temperatur hat.
Es sei angemerkt, dass das in dem Abdichtabschnitt 4 verwendete Versiegelungsmaterial zusätzlich zu der Glaszusammensetzung Keramikteilchen mit niedriger Wärmeausdehnung enthalten kann. Die Keramikteilchen mit niedriger Wärmeausdehnung sollten enthalten sein, um die Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten Glassubstrats und des zweiten Glassubstrats zu erreichen.
Säulenelement
Das Säulenelement ist aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt und dient als ein Vakuum-Abstandhalter. Als ein Metall oder eine Legierung, die das Säulenelement bilden, wird eines bzw. eine verwendet, das bzw. die einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als die Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung, die den Abdichtabschnitt bildet, und niedriger als eine oder gleich einer Temperatur ist, die 20 °C höher als eine Fließtemperatur der Glaszusammensetzung ist. Der Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung, die das Säulenelement bilden, ist vorzugsweise höher als die Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung und ist vorzugsweise niedriger als die oder gleich der Fließtemperatur der Glaszusammensetzung.
Hier werden die charakteristischen Temperaturen der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Viskosität und der Temperatur des Glases zeigt, und 4 ist ein Schaubild der Differenz-Thermoanalyse (DTA) der Glaszusammensetzung. Allgemein wird die DTA des Glases bei einer Erwärmungsrate von 5 °C/Minute in der Atmosphäre unter Verwendung von Glasteilchen mit einer Teilchengröße von etwa einigen 10 µm und ferner unter Verwendung von hoch reinen Aluminiumoxidteilchen (α-Al₂O₃) als Standardprobe gemessen. Wie 4 zeigt, bezieht sich eine Übergangstemperatur T_g auf einen Ausgangspunkt einer ersten endothermen Spitzentemperatur oder eine Temperatur, in welcher das Glas in eine gekühlte Flüssigkeit übergeht, bezieht sich eine Fließgrenze M_g auf den ersten endothermen Spitzenwert oder eine Temperatur, bei welcher die Ausdehnung des Glases stoppt, bezieht sich eine Erweichungstemperatur T_s auf eine zweite endotherme Spitzentemperatur oder eine Temperatur, bei welcher die Erweichung beginnt, bezieht sich eine Sintertemperatur T_sint auf eine Temperatur, bei welcher das Glas zu einem Sinterkörper wird, bezieht sich eine Fließtemperatur T_f auf eine Temperatur, bei welcher das Glas zu schmelzen beginnt, bezieht sich eine Arbeitstemperatur T_w auf eine Temperatur, die zum Formen des Glases geeignet ist, und bezieht sich eine Kristallisationseinsetztemperatur T_cry auf eine Einsetztemperatur des exothermen Spitzenwerts aufgrund von Kristallisation. Es sei angemerkt, dass jede charakteristische Temperatur durch das Tangentialverfahren erhalten wird.
Des Weiteren sind die charakteristischen Temperaturen wie etwa T_g, M_g und T_s durch die Viskosität des Glases definiert und T_g, M_g, T_s, T_sint, T_f und T_w sind Temperaturen, die jeweils 10^13,3 Poise, 10^11,0 Poise, 10^7,65 Poise, 10⁶ Poise, 10⁵ Poise und 10⁴ Poise entsprechen. Die Kristallisationsneigung ist durch T_cry und eine Größe des exothermen Spitzenwerts aufgrund der Kristallisation bestimmt, d.h. einen kalorischen Kristallisationswert, und eine hohe T_cry, d.h. eine Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen T_s und T_cry und eine Reduzierung des kalorischen Kristallisationswertes bedeuten, dass das Glas schwierig zu kristallisieren ist.
Bei einem Versiegelungsschritt während der Herstellung des Mehrschichtglases wird die Glasscheibe auf eine Temperatur zwischen der Arbeitstemperatur und der Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung erwärmt, die als ein Versiegelungsmaterial verwendet wird. 5 zeigt eine Beziehung zwischen einer Menge des desorbierten Gases und der Temperatur bei dem Versiegelungsschritt. Wenn die Glasscheibe erwärmt wird, werden desorbierte Gasbestandteile 11 bis zur der Erweichungstemperatur T_s der als das Versiegelungsmaterial verwendeten Glaszusammensetzung erfasst. Die desorbierten Gasbestandteile 11 sind hauptsächlich Wasser und dergleichen, die an einer Oberfläche der Glasscheibe physisch adsorbiert sind. Wenn die Glasscheibe weiter erwärmt wird, werden desorbierte Gasbestandteile 12, die an der Oberfläche der Glasscheibe chemisch adsorbiert sind, desorbiert. Die desorbierten Gasbestandteile 12 werden nahe der Fließtemperatur T_f der Glaszusammensetzung reduziert. Wenn die Glasscheibe weiter auf eine Temperatur erwärmt wird, die die Arbeitstemperatur T_w übersteigt, wird die Glaszusammensetzung mit niedrigem Schmelzpunkt reduziert und desorbierte Gasbestandteile 13, die hauptsächlich Sauerstoff enthalten, werden durch die Reduzierung des Glases erzeugt. Anhand von 5 ist es möglich, die Glassubstrate in einem Hochvakuumzustand durch Einstellen der Versiegelungstemperatur nahe an der Fließtemperatur T_f, bei welcher eine Menge an desorbiertem Gas gering ist, zu versiegeln.
Dabei werden durch Verwendung des Metalls oder der Legierung, die einen Schmelzpunkt haben, der höher ist als die Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung und niedriger als eine oder gleich einer Temperatur ist, die 20 °C höher als die Fließtemperatur der Glaszusammensetzung ist, die Glassubstrate dank der Säulenelemente nicht miteinander versiegelt, auch wenn die als das Versiegelungsmaterial verwendete Glaszusammensetzung sich bei einer Temperatur, die niedriger ist als der Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung, die die Säulenelemente bilden, sich zu erweichen beginnt, sodass es möglich ist, das erzeugte Gas zu evakuieren. Danach fließen die Säulenelemente und die Glaszusammensetzung durch Erwärmen der Glasscheiben bis nahe der Fließtemperatur der Glaszusammensetzung, sodass die beiden Glassubstrate versiegelt werden können.
Wie vorstehend beschrieben ist es durch Verwendung des Metalls oder der Legierung, die einen Schmelzpunkt haben, der höher ist als die Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung und niedriger als eine oder gleich einer Temperatur ist, die 20 °C höher ist als die Fließtemperatur der Glaszusammensetzung, möglich, einen Raum zwischen den beiden Glassubstraten bis unmittelbar vor der Versiegelung bis zum Vakuum zu evakuieren. Als Resultat ist es möglich, das Mehrschichtglas mit einem hohen Ausmaß an Vakuum bereitzustellen.
Bei Verwendung der V₂O₅, TeO₂ und Ag₂O enthaltenden Glaszusammensetzung als Versiegelungsmaterial ist der Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung, das bzw. die das Säulenelemente bildet, vorzugsweise niedriger als oder gleich 320 °C. Als das Metall oder die Legierung, das bzw. die das Säulenelement bildet, können Bi, Sn, Gold-Zinnlegierung, Zink-Zinnlegierung und Sn-3,5%Ag eutektisches Lot verwendet werden.
In den 1, 2 sind die Säulenelemente außerhalb des Abdichtabschnitts angeordnet, sie können jedoch auch innerhalb des Abdichtabschnitts angeordnet sein und die Anordnung der Säulenelemente unterliegt keiner besonderen Beschränkung.
Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtglas
Ein Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtglases gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 6A, 6B und 6C beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtglases gemäß der vorliegenden Erfindung enthält (a) einen Schritt des Aufbringens eines Versiegelungsmaterials, das eine Glaszusammensetzung enthält, auf ein erstes Glassubstrat 1 und anschließend des Kalzinierens des ersten Glassubstrats, um einen Abdichtabschnitt 4 zu bilden, (b) einen Schritt des Anordnens von Säulenelementen 6, die höher sind als der Abdichtabschnitt, auf einem zweiten Glassubstrat 2, (c) einen Schritt des Übereinanderlegens des ersten Glassubstrats und des zweiten Glassubstrats und des anschließenden Pressens und Fixierens der Glassubstrate, und (d) einen Vakuumversiegelungsschritt, bei dem das erste Glassubstrat und das zweite Glassubstrat, die in einer Vakuumeinrichtung 9 fixiert sind, evakuiert werden, während sie auf eine Temperatur erwärmt werden, die höher ist als die Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung und niedriger als eine oder gleich einer Temperatur, die 20 °C höher ist als die Fließtemperatur der Glaszusammensetzung. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung eine Temperatur nahe der Erweichungstemperatur eine Temperatur der Erweichungstemperatur ±10 °C ist und eine Temperatur nahe der Fließtemperatur eine Temperatur der Fließtemperatur ±10 °C ist.
Wenn ein Wärmestrahlen reflektierender Film auf die Oberfläche des Gassubstrats laminiert wird, ist es bevorzugt, den Wärmestrahlen reflektierenden Film in Schritt (b) auf das zweite Glassubstrat zu laminieren.
Die Glassubstrate werden beispielsweise unter Verwendung einer Vielzahl von Klammern 7 gepresst und fixiert. Die Klammer 7 ist im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit einer Feder vorzugsweise aus rostfreiem Stahlmaterial oder Inconel-Material hergestellt. Die Glasscheibe wird von Heizeinrichtungen 8 senkrecht sandwichartig eingeschlossen und erwärmt. Die Wärme wird durch Strahlung oder durch direkten Kontakt mit den Heizeinrichtungen 8 übertragen. Die Heizeinrichtungen 8 und die Glasscheibe sind in der Vakuumeinrichtung 9 angeordnet und werden durch eine Vakuumpumpe 10 bis zum Vakuum evakuiert.
Es ist bevorzugt, dass eine Temperatur in dem Evakuierungsschritt bis zum Vakuum auf eine erste Temperatur erhöht wird und auf der ersten Temperatur gehalten wird, und anschließend die Temperatur auf eine zweite Temperatur erhöht wird und auf der zweiten Temperatur gehalten wird. Es ist bevorzugt, dass die erste Temperatur höher als die oder gleich der Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung ist und niedriger als der Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung ist, die das Säulenelement bilden, und dass die zweite Temperatur höher als der oder gleich dem Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung ist, die das Säulenelement bilden, und niedriger als eine oder gleich einer Temperatur ist, die 10 °C höher ist als die Fließtemperatur der Glaszusammensetzung.
Ein spezifisches Beispiel der Temperatur in dem Evakuierungsschritt bis zum Vakuum wird unter Bezug auf 7 erläutert. 7 ist ein Temperaturprofil des Evakuierungsschritts bis zum Vakuum. Die Temperatur wird mit einer Erwärmungsrate T₃[°C/min] auf eine Temperatur T₁[°C] erhöht. T₃ ist auf 1–10 [°C/min] eingestellt. Die Temperatur wird auf der Temperatur T₁[°C] 30–60 Minuten lang gehalten und anschließend mit der Erwärmungsrate T₃[°C/min] auf eine Temperatur T₂[°C] erhöht. Die Temperatur wird 10–30 Minuten lang auf der Temperatur T₂[°C] gehalten und anschließend reduziert. Eine Kühlrate T₄[°C/min] liegt in einem Bereich von 1–20 [°C/min]. Hier ist es bevorzugt, dass die Temperatur T₁[°C] eine Temperatur ist, die 5–20 °C höher ist als die Erweichungstemperatur T_s der bleifreien Glaszusammensetzung mit niedrigem Schmelzpunkt und die Temperatur T₂[°C] nahe am Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung liegt, die das Säulenelement 6 bilden. Durch Einstellen des vorstehend beschriebenen Temperaturprofils werden die Säulenelemente 6 und eine Versiegelungsfritte des Abdichtabschnitts 4, die aus der Glaszusammensetzung besteht, gleichzeitig zum Kollabieren gebracht, und somit ist es möglich, einen guten Versiegelungszustand zu erreichen.
Da bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtglases gemäß der vorliegenden Erfindung keine Evakuierungsöffnung in dem Glassubstrat vorgesehen werden muss, ist es möglich, die Schritte zum Bilden eines Loches in dem Glassubstrat und Verschließen des Loches nach der Evakuierung bis zum Vakuum wegzulassen, wodurch der Herstellungsprozess des Mehrschichtglases vereinfacht wird.
Da ferner die Glassubstrate nicht unter Verwendung eines Evakuierungsrohres evakuiert werden müssen, wird der Durchsatz erhöht, indem die Mehrschichtgläser in mehreren Lagen in einer zu erwärmenden Vakuumkammer gestapelt werden.
Ferner ist es mit dem Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtglases gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Mehrzahl von Vakuumschichten ohne weiteres zu bilden. Um die Wärmeisolierungseigenschaften weiter zu verbessern, ist es wirksam, eine Mehrzahl von Wärmeisolierungsschichten zu bilden. Bei einem Verfahren unter Verwendung des Evakuierungsrohres in Patentdokument 1 oder dergleichen ist es zum Bilden der Mehrzahl der Wärmeisolierungsschichten erforderlich, Produktionsmaschinen mit einem komplizierten Evakuierungsaufbau zu verwenden. Wie bei dem Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtglases gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bei einem Verfahren, bei welchem ein Vakuum-Evakuierungsweg unter Verwendung der Säulenelemente 6 als Vakuum-Abstandhalter sichergestellt wird, möglich, mehrere Wärmeisolierungsschichten durch Bilden mehrerer Schichten des Glassubstrats, des Abdichtabschnitts und dergleichen zu bilden. 8 zeigt einen Herstellungsprozess bei der Bildung von zwei Lagen von Vakuumschichten 14, 15. Es ist möglich, die Mehrzahl der Wärmeisolierungsschichten einfach dadurch zu bilden, dass die Größe der Klammer 7 geändert wird. Ferner ist es möglich, drei oder vier Wärmeisolierungsschichten zu bilden. Es sei angemerkt, dass mit zunehmender Anzahl der Wärmeisolierungsschichten die Dicke des Mehrschichtglases zunimmt, und bei Bildung von n Wärmeisolierungsschichten das Gesamtgewicht des Mehrschichtglases um (n + 1)/2 zunimmt.
Ferner kann beim Vakuum-Versiegelungsschritt eine Scheibenversiegelungsvorrichtung der Chargenbauart, die eine mehrstufige Scheibenanordnungsausrüstung hat, verwendet werden. Um das Mehrschicht-Vakuumisolierglas als Gebäudefenstermaterial zu liefern, ist es erforderlich, eine Taktzeit so weit wie möglich zu verkürzen und das Mehrschichtglas in Massenproduktion herzustellen. 9 zeigt eine Versiegelungseinrichtung der Chargenbauart, die eine mehrstufige Scheibenanordnungsausrüstung hat. Es ist möglich, die Glasscheiben in mehreren Ebenen zu platzieren und den Versiegelungsschritt gleichzeitig durchzuführen. Indem die Mehrschichtscheiben in mehreren Ebenen gestapelt werden, wird die Massenproduktivität verbessert. Da die Wärmeleitung im Vakuum gering ist, ist es dadurch, dass die Heizeinrichtungen 8 so angeordnet werden, dass sie zwischen den Glasscheiben liegen, möglich, die Temperaturverteilung innerhalb der Vakuumvorrichtung auszugleichen, wodurch der Ertrag verbessert wird.
Eine Versiegelungsvorrichtung der Verarbeitungsstraßenbauart, die eine Scheibeneintragkammer, einen Vakuum-Tunnelkalzinierofen und eine Scheibenaustragkammer enthält, kann zur Herstellung des Mehrschichtglases verwendet werden. 10 zeigt die Versiegelungsvorrichtung der Verarbeitungsstraßenbauart und 11 zeigt ein Temperaturprofil bei der Verwendung der Versiegelungsvorrichtung der Verarbeitungsstraßenbauart. Die Versiegelungsvorrichtung der Verarbeitungsstraßenbauart ist so konfiguriert, dass der Vakuumversiegelungsschritt während des Durchlaufens eines Vakuum-Tunnelkalzinierofens 21 durchgeführt wird. Zunächst wird ein Paar Glassubstrate eingerichtet und durch Öffnen einer Absperreinrichtung 16 in eine Scheibenevakuierungsvorbereitungskammer 20 eingeführt. Dann wird die Absperreinrichtung 16 geschlossen und die Scheibeneintragkammer 20 wird bis zum Vakuum evakuiert. Nach der Evakuierung wird eine Absperreinrichtung 17 geöffnet und die Glassubstrate werden in den Vakuum-Tunnelkalzinierofen 21 eingeführt. Der Vakuum-Tunnelkalzinierofen 21 führt den Versiegelungsschritt durch, indem das in 11 gezeigte Temperaturprofil in die in 10 gezeigten Zonen Z₁ bis Z₅ eingeteilt wird und eine Temperatur einer Heizleitung in dem Vakuum-Tunnelkalzinierofen 21 geregelt wird. Wenn die Versiegelung vollendet ist, wird die Glasscheibe in eine Scheibenaustragkammer 22 transportiert und die Glasscheibe kann durch Betätigung von Absperreinrichtungen 18, 19 aus der Scheibenversiegelungsvorrichtung ausgetragen werden. Die Taktzeit kann auch weiter verkürzt werden, indem die Glasscheiben in mehreren Ebenen gestapelt durchlaufen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen im Detail beschrieben.
Ausführungsform 1
In der vorliegenden Ausführungsform wird unter Verwendung von zwei Kalknatron-Glassubstraten und einer Glasfritte die in den 1 und 2 gezeigte Mehrschicht-Glasscheibe hergestellt. Als das Versiegelungsmaterial wird eine Niedertemperatur-Versiegelungsglaspaste, die durch Mischen und Verschneiden von Teilchen der Glaszusammensetzung mit niedrigem Schmelzpunkt, Teilchen von Keramik mit niedriger Wärmeausdehnung und einem Lösemittel hergestellt wird, verwendet.
Herstellung der Glaszusammensetzung
Glaszusammensetzungen (VTA-1 bis 5) mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen, die weiter unten beschrieben werden, werden vorbereitet. Die Zusammensetzungen in der Tabelle sind als Molverhältnis in Bezug auf das Oxid jedes Bestandteils angegeben. Als Ausgangsmaterialien werden V₂O₅, hergestellt von Shinko Chemical Co., Ltd., Ag₂O, hergestellt von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. sowie weitere Oxidpulver (Reinheit 99,9 %), hergestellt von Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd. verwendet. In einigen Proben werden als eine Ba-Quelle und eine P-Quelle Ba(PO₃)₂ (Bariumphosphat, hergestellt von Rasa Industries, Ltd.) verwendet.
Die Ausgangsmaterialpulver werden in den in der Tabelle gezeigten Molverhältnissen gemischt und in einen Platintiegel gegeben. Beim Mischen werden die Ausgangsmaterialpulver in dem Platintiegel unter Verwendung eines Metalllöffels unter dem Gesichtspunkt, die Absorption von zusätzlicher Feuchtigkeit in dem Ausgangsmaterialpulver zu vermeiden, gemischt.

Der die Ausgangsmaterialpulver enthaltende Platintiegel wird in einen Glasschmelzofen gegeben und die Ausgangsmaterialpulver werden erwärmt und geschmolzen. Die Temperatur wird mit einer Erwärmungsrate von 10 °C/min gesteigert und 1 Stunde lang aufrechterhalten, während das Glas gerührt wird, das bei einer eingestellten Temperatur (700 bis 900 °C) geschmolzen wird. Anschließend wird der Tiegel aus dem Glasschmelzofen entnommen und das Glas wird in einer Graphitform geformt, die vorab auf 150 °C erwärmt wurde. Das geformte Glas wird anschließend in einen Richtofen übertragen, der vorab auf Richttemperatur erwärmt wurde, und wird dort durch Aufrechterhalten der Temperatur über eine Stunde entspannt und anschließend mit einer Rate von 1 °C/min auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch Pulverisieren des Glases, das auf Raumtemperatur abgekühlt wurde, werden Glaszusammensetzungspulver mit den in der Tabelle gezeigten Zusammensetzungen hergestellt. Tabelle 1

Glas Nr.	Hauptbestandteile (mol%)			Nebenbestandteile (mol%)
	V₂O₅	TeO₂	Ag₂O	BaO	WO₃	P₂O₅	La₂O₃
VTA-1	17,6	37,7	30,8	4,2	4,9	5,8	-
VTA-2	22,0	35,0	42,5	-	-	-	0,5
VTA-3	20,0	39,5	30,0	5,0	2,0	-	0,5
VTA-4	23,0	28,0	45,0	3,0	1,0	-	-
VTA-5	23,0	29,5	45,0	-	2,0	-	0,5

Bewertung der charakteristischen Temperaturen

Übergangstemperatur, Fließgrenze, Erweichungstemperatur, Sintertemperatur, Fließtemperatur, Arbeitstemperatur und Kristallisationseinsetztemperatur werden für die wie vorstehend beschrieben erhaltenen Glaszusammensetzungspulver durch Differenz-Thermoanalyse (DTA) erhalten. Bei der DTA-Messung sind die Masse der zu messenden Probe und die Masse einer Referenzprobe (α-Aluminiumoxid) jeweils 650 mg, die Temperatur wird mit einer Erwärmungsrate von 5 °C/min in der Atmosphäre erhöht und die Übergangstemperatur T_g als Ausgangspunkt der ersten endothermen Spitzentemperatur, die Fließgrenze M_g als die erste endotherme Spitzentemperatur, die Erweichungstemperatur T_s als die zweite endotherme Spitzentemperatur, die Sintertemperatur T_sint als die Temperatur, bei welcher das Glas zu einem Sinterkörper wird, die Fließtemperatur T_f als die Temperatur, bei welcher das Glas zu schmelzen beginnt, die Arbeitstemperatur T_w als die Temperatur, die zum Formen des Glases geeignet ist, und die Kristallisationseinsetztemperatur T_cry als die Einsetztemperatur des exothermen Spitzenwerts aufgrund von Kristallisation werden durch das Tangentialverfahren erhalten (siehe 4). Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt Tabelle 2

Glas Nr.	Charakteristische Temperaturen (°C)
Glas Nr.	Übergangstemperatur T_g	Fließgrenze M_g	Erweichungstemperatur T_s	Sintertemperatur T_sint	Fließtemperatur T_f	Arbeitstemperatur T_w	Kristallisation einsetztemperatur T_cry
VTA-1	207	225	263	275	302	312	-
VTA-2	152	165	196	206	217	223	233
VTA-3	190	212	245	253	272	278	-
VTA-4	147	164	191	200	-	-	214
VTA-5	151	164	193	203	214	-	226

Herstellung der Niedertemperatur-Versiegelungsglaspaste
Die Glaspaste wird hergestellt, indem die Glaszusammensetzung, die Keramikteilchen mit geringer Wärmeausdehnung und das Lösemittel gemischt und verschnitten werden. Als Glaszusammensetzung wird das in Tabelle 1 beschriebene VTA-3 verwendet. Die Teilchengröße der Glaszusammensetzung ist etwa 10 µm. Als Keramikteilchen mit geringer Wärmeausdehnung wird Zirkoniumphosphatwolframat mit einer Teilchengröße von etwa 30 µm verwendet. Ferner wird α-Terpineol als Lösemittel verwendet und Isobornylcyclohexanol wird als Viskositätsmodifikationsmittel zugegeben. Die Niedertemperatur-Versiegelungsglaspaste wird dergestalt hergestellt, dass ein Mischverhältnis der Teilchen der bleifreien Glaszusammensetzung mit niedrigem Schmelzpunkt VTA-3 und Zirkoniumphosphatwolframat 50:50 Vol.-% beträgt, und ein Inhaltsanteil des Feststoffgehalts (eine Gesamtmenge von VTA-3 und Zirkoniumphosphatwolframat) ist 75–80 Masse-%. Um ferner den Raum zwischen den Glassubstraten aufrecht zu erhalten, sind aus Kalknatronglas hergestellte kugelförmige Perlen mit einer Teilchengröße von etwa 180–200 µm in der Niedertemperatur-Versiegelungsglaspaste enthalten. Der Gehalt an kugelförmigen Perlen des Feststoffgehalts beträgt 1 Vol.-% für die Niedertemperatur-Versiegelungsglaspaste und beträgt 20 Vol.-% für die Abstandhalter.
Herstellung der Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe
In der vorliegenden Ausführungsform werden Kalknatronglassubstrate 1, 2 mit einer Größe von 800 mm × 1000 mm × 3 mmt verwendet. Es sei angemerkt, dass jedes Glassubstrat nach der Entfernung von Verunreinigungen, wie etwa organischen Stoffen, durch Ozonreinigung vor dem Versiegelungsschritt verwendet wird. Wie 6A zeigt, wird die vorbereitete Niedertemperatur-Versiegelungsglaspaste kalziniert und die Abstandhalter 3 werden auf der Seite des Kalknatronglassubstrats 1 platziert. Da die Kalknatronglassubstrate 1 und 2 durch Verformung leicht brechen, wird eine Vielzahl von Abstandhaltern 3 zweidimensional in regelmäßigen Abständen in dem durch die beiden Glassubstrate gebildeten Raum angeordnet. Die den Abdichtabschnitt 4 bildende Glaspaste wird verwendet, um die Abstandhalter 3 zu fixieren. Um ferner einen Abstand zwischen den Kalknatronsubstraten 1 und 2, d.h. die Dicke des Raumes auf etwa 200 µm einzustellen, sind kugelförmige Perlen mit einem Durchmesser von etwas weniger als 200 µm in dem Abstandhalter enthalten. Für die kugelförmigen Perlen wird rostfreies Stahlmaterial verwendet. Auf der Seite des Kalknatronglassubstrats 2 werden nach der Bildung eines Wärmestrahlen reflektierenden Films 5 die Säulenelemente 6, die eine Dicke haben, die größer ist als die des Abdichtabschnitts 4, um den Abdichtabschnitt 4 angeordnet.
Die Glasscheibe wird gebildet, indem die Substrate 1 und 2 übereinandergelegt werden und mit den Klammern 7 fixiert werden. Anschließend wird die Glasscheibe in die Vakuumvorrichtung 9 gesetzt. In der Vakuumvorrichtung wird die Glasscheibe senkrecht sandwichartig eingeschlossen und von den Heizeinrichtungen 8 erwärmt, während sie durch die Vakuumpumpe 10 bis zum Vakuum evakuiert wird.
Wenn der Druck innerhalb der Vakuumvorrichtung gleich oder niedriger als 1 × 10^–3 (Pa) ist, wird die Glasscheibe gemäß dem in 7 gezeigten Temperaturprofil erwärmt. Die Temperatur wird mit einer Erwärmungsrate T₃[°C/min] auf T₁[°C] erhöht. T₃ ist auf 1–10 [°C/min] eingestellt. Die Temperatur wird auf T₁[°C] 30–60 Minuten lang gehalten und anschließend mit der Erwärmungsrate T₃[°C/min] auf T₂[°C] erhöht. Die Temperatur wird 10–30 Minuten lang auf T₂[°C] gehalten und abgekühlt. Die Kühlrate T₄[°C/min] liegt in einem Bereich von 1–20 [°C/min]. Hier ist die Temperatur T₁[°C] 260 °C. Die Temperatur T₂[°C] ist nahe dem Schmelzpunkt eines Vakuum-Abstandhalters 6.
Bewertung der Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe
10 Scheiben der Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe, die gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt wurden, werden einer Sichtprüfung unterzogen. Als Resultat werden keine Risse, Absplitterungen oder dergleichen beobachtet und es gibt kein Problem hinsichtlich des Erscheinungsbildes. Ferner ist durch die kugelförmigen Perlen in den Abstandhaltern 3 und in dem Abdichtabschnitt 4 der Abstand zwischen den Kalknatronglassubstraten 1 und 2 im Wesentlichen gleichmäßig. Mit anderen Worten wird eine Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe mit einem vorbestimmten Abstand erhalten. Ferner wird durch einen Helium-Undichtigkeitstest bestätigt, dass das Innere der Glasscheibe im Vakuumzustand ist und der äußere Umfang der Glasscheibe hermetisch versiegelt ist.
Um die Zuverlässigkeit des Abdichtabschnitts 4 zu bestätigen, wurden drei Scheiben der hergestellten Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe 30 Tage lang in warmem Wasser mit 50 °C getaucht. Es wurde bestätigt, dass in keine der drei Glasscheiben Wasser eindrang und das Innere der Glasscheibe im Vakuumzustand gehalten wurde. Ferner wurde bei drei anderen Scheiben der Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe ein Temperaturzyklustest von –50 °C bis +100 °C 1000-mal durchgeführt. Auch bei diesem Test bleibt im Inneren aller drei Glasscheiben der Vakuumzustand aufrechterhalten. Aus den vorstehenden Ausführungen versteht sich, dass die Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe, welche eine Niedertemperatur-Versiegelungsglasfritte oder die Niedertemperatur-Versiegelungsglaspaste gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, einen Abdichtabschnitt hat, der eine hohe Zuverlässigkeit und Wärmeisolierung aufweist. Ferner ist es durch Verwendung der Niedertemperatur-Versiegelungsglasfritte oder die Niedertemperatur-Versiegelungsglaspaste gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Versiegelungstemperatur signifikant zu reduzieren, wodurch die Produktivität der Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe deutlich verbessert wird.
Ausführungsform 2
Die Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe wird in derselben Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die für den Abdichtabschnitt verwendete Glaszusammensetzung die in Tabelle 1 beschriebene VTA-2 ist und Zinn (Schmelzpunkt 232 °C) als das Säulenelement verwendet wird.
Wie in Ausführungsform 1 wurden die Sichtprüfung, Helium-Undichtigkeitstest, Tauchtest und Temperaturzyklustest durchgeführt. In jedem der Tests wurden dieselben Resultate wie in Ausführungsform 1 erzielt.
Ausführungsform 3
Die Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe wird in derselben Weise wie in Ausführungsform 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die für den Abdichtabschnitt verwendete Glaszusammensetzung die in Tabelle 1 beschriebene VTA-4 ist.
Wie in Ausführungsform 1 wurden die Sichtprüfung, Helium-Undichtigkeitstest, Tauchtest und Temperaturzyklustest durchgeführt. In jedem der Tests wurden dieselben Resultate wie in Ausführungsform 1 erzielt.
Ausführungsform 4
Die Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe wird in derselben Weise wie in Ausführungsform 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die für den Abdichtabschnitt verwendete Glaszusammensetzung die in Tabelle 1 beschriebene VTA-5 ist.
Wie in Ausführungsform 1 wurden die Sichtprüfung, Helium-Undichtigkeitstest, Tauchtest und Temperaturzyklustest durchgeführt. In jedem der Tests wurden dieselben Resultate wie in Ausführungsform 1 erzielt.
Ausführungsform 5
Die Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe wird in derselben Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die für den Abdichtabschnitt verwendete Glaszusammensetzung die in Tabelle 1 beschriebene VTA-1 ist und Gold-Zinn-Lot (Schmelzpunkt 280 °C) als das Säulenelement verwendet wird.
Wie in Ausführungsform 1 wurden die Sichtprüfung, Helium-Undichtigkeitstest, Tauchtest und Temperaturzyklustest durchgeführt. In jedem der Tests wurden dieselben Resultate wie in Ausführungsform 1 erzielt.
Ausführungsform 6
Die Mehrschicht-Vakuumisolierglasscheibe wird in derselben Weise wie in Ausführungsform 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Anordnung der Säulenelemente verändert wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Vakuum-Abstandhalter 6 innerhalb des Abdichtabschnitts 4 angeordnet. Die 6A, 6B und 6C zeigen Ansichten der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform. Durch das Anordnen der Vakuum-Abstandhalter 6 innerhalb des Abdichtabschnitts 4 wird der Abdichtabschnitt 4 auf einen Umfang der Kalknatronglassubstrate 1, 2 ausgebreitet und somit ist es möglich, eine wirksame Fläche des Mehrschichtglases zu vergrößern.
Bezugszeichenliste

1: erstes Glassubstrat
2: zweites Glassubstrat
3: Abstandhalter
4: Abdichtabschnitt
5: Wärmestrahlung reflektierender Film
6: Säulenelemente
7: Klammer
8: Heizeinrichtung
9: Vakuumvorrichtung
10: Pumpe
11: Bestandteil mit physischer Adsorption
12: Bestandteil mit chemischer Adsorption
13: Glasreduktionsbestandteil mit niedrigem Schmelzpunkt
14: Vakuumschicht
15: Vakuumschicht
16 bis 19: Absperreinrichtungen
20: Scheibeneintragkammer
21: Vakuum-Tunnelkalzinierofen
22: Scheibenaustragkammer

Claims

Mehrschichtglas, enthaltend ein erstes Glassubstrat; ein dem ersten Glassubstrat mit einem dazwischen liegenden Raum gegenüberliegend angeordnetes zweites Glassubstrat; einen Abdichtabschnitt, der eine Glaszusammensetzung enthält und in einem Umfangsrandteil des Raums zwischen dem ersten Glassubstrat und dem zweiten Glassubstrat angeordnet ist; und Säulenelemente, die zwischen dem ersten Glassubstrat und dem zweiten Glassubstrat angeordnet sind, wobei das Säulenelement aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt ist und wobei ein Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung höher ist als die Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung und niedriger als eine oder gleich einer Temperatur ist, die 20 °C höher als eine Fließtemperatur der Glaszusammensetzung ist.
Mehrschichtglas nach Anspruch 1, wobei der Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung niedriger als die oder gleich der Fließtemperatur der Glaszusammensetzung ist.
Mehrschichtglas nach Anspruch 1, wobei der Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung niedriger als 320 °C ist.
Mehrschichtglas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Metall oder die Legierung, die das Säulenelement bilden, eines von Bi, Sn, Gold-Zinnlegierung, Zink-Zinnlegierung und Sn-Ag eutektisches Lot ist.
Mehrschichtglas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Glaszusammensetzung ein Glas mit niedrigem Schmelzpunkt ist.
Mehrschichtglas nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung niedriger als oder gleich 280 °C ist.
Mehrschichtglas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Glaszusammensetzung V₂O₅ enthält.
Mehrschichtglas nach Anspruch 7, wobei die Glaszusammensetzung V₂O₅, TeO₂ und Ag₂O enthält.
Mehrschichtglas nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Mehrschichtglas Abstandhalter zum Sicherstellen des Raumes zwischen dem ersten Glassubstrat und dem zweiten Glassubstrat enthält.
Mehrschichtglas nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Säulenelemente außerhalb des Abdichtabschnitts vorgesehen sind.
Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtglases, enthaltend: einen Schritt des Aufbringens eines Versiegelungsmaterials, das eine Glaszusammensetzung enthält, auf ein erstes Glassubstrat und anschließend des Kalzinierens des ersten Glassubstrats, um einen Abdichtabschnitt zu bilden; einen Schritt des Anordnens von Säulenelementen, die höher sind als der Abdichtabschnitt und aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt sind, die einen Schmelzpunkt haben, der höher ist als eine Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung und niedriger als eine oder gleich einer Temperatur, die 20 °C höher ist als eine Fließtemperatur der Glaszusammensetzung, auf einem zweiten Glassubstrat; einen Schritt des Übereinanderlegens des ersten Glassubstrats und des zweiten Glassubstrats und des anschließenden Pressens und Fixierens der Glassubstrate; und einen Vakuumversiegelungsschritt, bei dem das erste Glassubstrat und das zweite Glassubstrat, die in einer Vakuumeinrichtung fixiert sind, evakuiert werden, während sie auf eine Temperatur erwärmt werden, die höher ist als die Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung und niedriger als eine oder gleich einer Temperatur ist, die 20 °C höher ist als eine Fließtemperatur der Glaszusammensetzung.
Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtglases nach Anspruch 11, wobei bei dem Vakuumversiegelungsschritt das erste Glassubstrat und das zweite Glassubstrat auf eine erste Temperatur erwärmt werden und auf der ersten Temperatur gehalten werden und anschließend auf eine zweite Temperatur erwärmt werden und auf der zweiten Temperatur gehalten werden und vakuumversiegelt werden, wobei die erste Temperatur höher als die oder gleich der Erweichungstemperatur der Glaszusammensetzung ist und niedriger als der Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung ist, und wobei die zweite Temperatur höher als der oder gleich dem Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung ist und niedriger als die oder gleich der Temperatur ist, die 20 °C höher als die Fließtemperatur der Glaszusammensetzung ist.
Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtglases nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine Vakuumversiegelungsvorrichtung verwendet wird, die eine mehrstufige Scheibenanordnungsausrüstung hat.
Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtglases nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei eine Vakuumversiegelungsvorrichtung verwendet wird, die eine Scheibeneintragkammer, einen Vakuum-Tunnelkalzinierofen und eine Scheibenaustragkammer hat.