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真空ガラスとは


世界で初めての真空ガラス「スペーシア®」

真空ガラス スペーシア

厚さは1枚ガラスとほぼ同じで断熱効果は約4倍

 「スペーシア® 」は日本板硝子が世界で初めて実用化した高断熱真空ガラスで、1997年10月に発売されました。2枚のガラスの間に0.2mmの真空層を閉じ込める真空技術と特殊金属膜コーティング技術により、従来の複層ガラスの常識を覆し、厚さの薄い高断熱の真空ガラスを実現。厚さ約6.2ミリでありながら厚さ12ミリの一般複層ガラスの約2倍、また一枚ガラスの約4倍の断熱性能を発揮します。室内温度を快適な環境にコントロールし、省エネルギー、結露対策にも効果を発揮します。戸建住宅からマンションまで、そして新築から既存住宅のリフォーム分野まで活躍するシーンが広がっています。

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 スペーシア® は、真空層の働きとLow-E膜の効果により、熱貫流率が飛躍的に向上、フロート板ガラスの約4倍、一般複層ガラスペアマルチの約2倍の断熱性能を発揮。これにより暖房時、室内の暖まりが早く、またその暖かさも逃さない快適な室内環境づくりを実現します。


真空ガラスの開発にあたったシドニー大学 リチャード・コリンズ教授世界で初めて日本板硝子が開発に成功


 真空ガラスのアイデアは1913年に公表され、製造が試みられたもののなかなか実現しませんでした。その後、シドニー大学のリチャード・コリンズ教授が研究に着手し、真空ガラスの技術は大きく進歩しました。熱の流れのメカニズムや、真空安定性、大気圧・温度差から発生する応力について解明され、1989年、サンプルとして1m四方の真空ガラス約700枚の製作に成功しました。

 1994年、日本板硝子とシドニー大学が提携し、商品開発に取りかかり、世界で初めての真空ガラス「スペーシア® 」が誕生、量産化に成功しました。スペーシア®の第一の特長は既存の窓枠に対応できる薄さで、他のどんな断熱ガラスにもこの能力はありません。


真空テクノロジーのメカニズム

マイクロスペーサが実現した真空テクノロジー

熱の伝導
物体の中を熱が伝わる「伝導」。
真空の中では熱が伝わらず伝導は起こりません。
熱の対流
流体によって起こる熱移動が「対流」。空気も水もない真空では対流は起こりません。
熱の対流
物体から発生する熱エネルギーが他の物体へ移動する「放射」。Low-E膜が放射をおさえます。
魔法瓶に使われている真空断熱技術

 断熱とは熱伝達を防ぐことで、それを実現する熱伝達性の低い素材が断熱材です。断熱材は冷房や暖房のエネルギー効率を高めるために建材や、熱伝達を防ぐことが求められる冷蔵庫や風呂釜、湯沸かし器などの家電に利用されています。最も古くから親しまれている断熱材を使用した代表製品は魔法瓶で、100年近く前から世界中の人々に愛用され続けています。

 熱伝達には、物体の中を熱が伝わる「熱伝導」、流体によって起こる熱移動が「対流」、物体から発生する熱エネルギーが他の物体へ移動する「放射(輻射)」の3つのパターンがあり、熱伝達を遮断するにはそれぞれをおさえることが必要となります。

 最近の魔法瓶でよく聞くのが「ステンレス魔法瓶」です。ステンレスの二重構造の容器になっており、外びんと内びんとの間が真空状態になっています。真空状態は宇宙空間と同じで、水も空気もありません。よって熱伝導も対流も限りなくゼロになります。

0.2ミリのマイクロスペーサが真空ガラスを実現


構造図
真空ガラスは2枚の間の空間が真空なため、そのままではガラス同士がくっついてしまいます。そこで、2枚のガラスの間に厚み0.2ミリのマイクロスペーサーをはさみ、真空層を保持しています。
 そして、この真空の特性を利用したのが真空ガラスです。真空ガラスのアイデア自体は古く、 1913年に公表され、1921年には米国で特許が成立しています。しかし、当時のガラスはもろく、真空の圧力に耐えるように設計することは困難で、量産化はさらに難しいことから長い間不可能な技術とされていたのです。

 それを精力的に研究したのがシドニー大学のリチャード・コリンズ教授で、日本板硝子はコリンズ教授の設計思想に基づきスペーシア® を開発しました。この技術のポイントは2枚のガラスが大気圧により接触するのを防ぐために、等間隔でマイクロスペーサーを2枚のガラスの間に挟み込んだこと。しかし、マイクロスペーサーを介した伝達が真空ガラスの断熱性能を損なうため、極力少なくしなければなりません。この配置と強度の関係は緻密に計算されたもので、実現するためには高い技術力が必要とされました。
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